铣削组合机床及其主轴组件设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

题 目 铣 削 组 合 机 床 及 其 主 轴 组 件 设 计 摘 要 组合机床，是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。其特点有：结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高 等。 本次设计的题目是铣削组合机床及主轴组件。首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。在设计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等要求下，完成其它（如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等）所有零件的设计。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 关键词： 组合机床，主轴组件，刚度，主轴，轴承，轴向调节机构 by of a of of is of in to of of of in a to 2 of of 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 目 录 摘要 . 1 . 2 前言 . 第 1 章 机床总体设计 . 1 床总体方案设计的依据 . 1 件 . 1 具 . 1 艺分析 . 1 艺方法的确定 . 1 床总体布局 . 2 床运动的确定 . 2 床主要技术参数的确定 . 3 定工件余量 . 3 择切削用量 . 3 动参数 . 3 轴最高，最低转速 . 3 轴转速的合理排列 . 4 力 参数 主运动驱动电动机功率的确定 . 4 削力的计算 . 5 削功率的计算 . 5 算电动机功率 . 5 择主电机 . 5 给驱动电动机功率的确定 . 5 第 2 章 主轴组件设计 . 6 轴的基本要求 . 6 转精度 . 6 度 . 6 振性 . 7 抗受迫振动的能力 . 8 抗切削自激振动的能力 . 8 升和热变形 . 8 磨性 . 9 他 . 9 轴组件的布局 . 9 应刚度和承载能力的要求 . 10 应转速要求 . 11 应精度的要求 . 11 应结构的要求 . 11 应经济性要求 . 11 轴结构的初步拟定 . 12 轴的材料与热处理 . 13 轴的技术要求 . 13 颈 . 13 锥孔 . 14 轴组件的计算 . 14 轴直径的选择 . 14 轴前后支承轴承的选择 . 15 轴前支承轴承的选择 . 15 轴后支承轴承的选择 . 16 轴内孔直径 . 16 轴前端悬伸量 . 17 轴支承跨距 . 18 轴结构图 . 18 轴组件的验算 . 18 轴端部挠度 . 19 承的简化 . 19 轴的挠度 . 20 轴倾角 . 20 轴组件的润滑和密封 . 21 轴轴承的润滑 . 21 轴组件的密封 . 21 轴组件密封装置的功用 . 22 主轴组件密封装置的要求 . 22 轴组件密封装置的类型 . 22 轴组件密封装置的选择 . 22 轴组件中相关部件 . 23 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 肩挡圈 . 23 圈 . 23 螺母 . 23 筒 . 24 、后支承的轴承盖 . 25 轴用套筒及其锁紧部分 . 26 轴尾部的内花键 . 27 轴组件轴向调节机构 . 28 杠螺纹 . 28 杠轴承的选择 . 28 杠螺母 . 29 杠中段螺纹 . 29 杠上的内隔套 . 29 杠上调节用锥齿轮 . 30 体设计 . 30 第 3 章 结论 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 交流 14951605 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 I 前 言 机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。机械制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。 机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于 机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削机床，精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需要的精度。金属切削机床所担负的工作量约占机器制造总工作量的 40% 60%，金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。换言之，一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。 纵观几十年来的历史，机械制造业从早期降低成本的竞争，经过 20世纪 70年代、80 年代发展到 20 世纪 90 年代乃至 21 世纪初的新的 产品的竞争。目前，我国已加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来，我国机械制造业面临严峻的挑战，也面临着新的形势：知识 技术 产品的更新周期越来越短，产品的批量越来越小，产品的性能和质量的要求越来越高，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强，因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要、不断推出新产品、赢得竞争、求得生存和发展的主要手段。 金属切削机床中的组合机床，是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。它具有：生产率高；加工精度稳定；研制周期短， 便于设计、制造和使用维护，成本低；配置灵活等。正是由于这些特点的存在，决定了组合机床在当今新形势下仍能被广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车等轻工行业和机床、机车、工程机械等制造业中。 此次设计的是铣削组合机床及主轴组件。首先，对机床进行总体设计，确定总体方案后得到机床总体布局图；再着重进行主轴组件的设计，其中包括主轴的设计、支承的选取、主轴轴向移动机构和主轴锁紧机构等的设计。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。四川理工学院毕业设计 1 第一章 机床总体设计 设计机床的第一 步，是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。 床总体方案设计的依据 件 工件是机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和加工要求。本次毕业设计要求设计一台组合机床，用于加工 型空压机减荷阀体的两侧面，工件材料为 度为 190 210产批量为大批量，铸造毛坯。加工部位的加工要求如下： (1)被加工表面的粗糙度均为 (2)被加工表面的相互位置精度为： 平面 1 2之间的距离为 225 平面 1 2与 95中心线的垂直度要求为 具 图 1荷阀体简图 硬质合金端铣刀，刀齿材料为 刀盘直径为 75 110，刀具齿数 Z=4。 工艺分析 艺方法的确定 机床的工艺方法是多种多样的，按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、振动加工、激光加工等；每一种还可再分， 如车削加工有车外圆、车端面、车槽、车球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等；按作业形式可分平行作业、顺序作业、平行 工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。 加工平面的方法有很多，比如说车削，铣削，刨削。对于 型空压机减荷阀体，用车床进行车削加工时，由于减荷阀体外形复杂，且为壳类零件，不宜装夹在车床主轴上进 行加工，装夹稳定性也不高；用刨床进行刨削加工时，机床需要两个运动，机床和刀具结构简单，装夹在工件台上快速，稳固，但生产率低，艺分析 2 要求；用端铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。 与普通机床相比，组合机床具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计、制造和使用维护、成本低、自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点，因此，当生产量很大时，用组合机床进行加工更合理。 床总体布局 机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对 运动关系。 合理的总体布局的基本要求有： (1)保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系； (2)保证机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性； (3)便于操纵、调整、维修，便于输送、装卸工件和排屑等； (4)节省材料，占地面积小，即经济效果好； (5)造型美观。 根据减荷阀体的加工要求，机床总体布局图如图 1 图 1床总体布局图 减荷阀体安装在工作台上，铣削动力头带动铣刀作旋转主运动，工作台作纵向进给运动，完成对工件的切削加工。此方案的优点是各部件均是针对减荷阀体设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产率高，加工质量稳定。 床运动的确定 确定机床运动，指确定机床运动的数目，运动类型以及运动的执行件。 四川理工学院毕业设计 3 本次毕业设计的组合机床的工艺方法是，用一把端铣刀直接进行加工。相应的表面成形运动为：单主轴的回转运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：主轴轴向调整运动。 机床主要技术参数的确定 机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。 定工件余量 型空压机减荷阀体，零件材料为 度 190 210产类型为大批量，铸造毛坯。 查机械制造工艺设计简明手册表 加工余量为 为双边加工 )。 择切削用量 由于被加工零件的铣削宽度为 175进行二次走刀，故一次走刀为 90度 )，二次走刀为 1755： 0 根据组合机床设计简明手册第 132 133页，选择铣削切削用量。 铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削 4 5余量达到 m 的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为 根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6 z,V=50 80m/ z。 动参数 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。 轴最高，最低转速 按照典型工序的切削速度和刀具 (或工件 )直径、计算主轴最高转速 低转速 计 算公式如下： ， 床主要技术参数的确定 4 式中： 主轴最高、最低转速 (r/ 最高、最低切削速度 (m/ 最大、最小计算直径 (根据机械制造工艺金属切削机床设计指导第 69 70页，可查出以下数据： 查表 最大，最小切削速度： 00 300m/ 取 50m/15 20m/ 取 20m/床的 取使用的刀具最大、最小直径，即： 10 75主轴最高转速为 = 1 0 0 0 2 5 075 = 取标准数列值： 000r/低转速为： = 110201000 =标准数列值： 56r/轴转速的合理排列 最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比，转速级数 Z，则转速数列为： 56r/ , 2 , 1z 查标准数列，取公比 =(1 2) 转速范 围： Rn=61000=速级数： Z=n +1= 取 Z=6 由于本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求，故取 Z=4。即： 56， 100, 80, 15 (r/力参数 主运动驱动电动机功率的确定四川理工学院毕业设计 5 削力的计算 由前面已知，本次设计的组合机床的最高转速为 15r/此时的切削速度为： V=1000n4 d=1000 =据上表所列，所设计的组合机床属于型，所以取 a/ ： a=（ （ 80=100 200 初取 a=120。轴结构图 18 轴支承跨距 主轴支承跨距 L 是指主轴前、后支承支承反力作用点之间的距离。 合理确定主轴支承跨距，可提高主轴部件的静刚度。可以证明，支承跨距越小，主轴自身的刚度越大，弯曲变形越小，但支承的变形引起的主轴前端的位移量将增大；支承跨距大，支承的变形引起的主轴前端的位移量较小，但主轴本身的弯曲变形将增大。可见，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。 有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考： （ 1） 4 5） （ 2） 3 5） a，用于悬伸长度较小时； （ 3） 1 2） a，用于悬伸长度较大时。 根据此次设计的组合机床刚性主轴的悬伸量较大，取 宜。即此次设计的主轴两支承的合理跨距 120=300 初取 L=280。 轴结构图 根据以上的分析计算，可初步得出主轴 的结构如图 2 锥 度 7 : 2 4图 2 - 7 主 轴 结 构 轴组件的验算 四川理工学院毕业设计 19 主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。 刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括：主轴端部挠度和主轴倾角的计算。 轴端部挠度 主 轴端部挠度直接影响加工精度和表面粗糙度，因此必须加以限制，一般计算主轴端部最大挠度 承的简化 对于两支承主轴，若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承，或者有两个单列球轴承，则可将主轴组件简化为简支梁，如下图 2前支承有两个以上滚动轴承， 图 2主轴组件简化为简支梁 可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为固定端梁，如下图 2 图 2主轴组件简化为固定端梁 此次设计的主轴，前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承，即可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为上图 2轴组件的验算 20 轴的挠度 查材料力学 I第 188页的表 图 2下图 2 根据图 2得此时的最大挠度 其中， F 主轴前端受力。此处， F=l A、 处， l=a=12固定端梁在载荷作用下的变形 E 主轴材料的弹性模量。 45钢的 E=107 N/I 主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为 D，内孔直径为 I=64 )(44 。此处， D=2128128 =133 故可计算出，主轴端部的最大挠度： 104 轴倾角 主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。 根据图 2得此时的最大倾角 B =- 其中， 四川理工学院毕业设计 21 F 主 轴前端受力。此处， F=l A、 处， l=a=12 主轴材料的弹性模量。 45钢的 E=107 N/I 主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为 D，内孔直径为 I=64 )(44 。此处， D=2128128 =133 故可计算出，主轴倾角为： B =106 组合机床设计第一册中机械部分的第 670页，可知： 当 大 ，刚性主轴的刚度满足要求。 此处的 大即为最大挠度和最大倾角， 将已知数据 B 代入，即可得： 初步设计的主轴满足刚度要求。 轴组件的润滑和密封 轴轴承的润滑 润滑的作用是降低摩擦，减小温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的磨损和防止腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择得合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用期限。 滚动轴承可以用润滑油或润滑脂来润滑。试验证明，在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低。所以，此次设计的主轴支承均采用润滑脂。同时，主轴是装在主轴套 筒内的，为防止使用润滑油时泄漏，也应采用润滑脂润滑。 加润滑脂时，应该注意润滑脂的充填量不能过多，不能把轴承的空间填满，否则会引起过高的发热，并使润滑脂熔化流出而恶化润滑效果。 轴组件的密封 密封对主轴组件的工作性能与润滑影响也较大。机床主轴密封不好，将使润滑剂外流，造成浪费，加速零件的磨损，还会严重地影响到工作环境及机床的外观。轴组件的润滑和密封 22 轴组件密封装置的功用 密封装置的功用是：防止润滑剂从主轴组件及传动部件中泄漏，从而避免浪费，保护工作环境，防止冷却液及杂物（如灰尘、脏物、水气和切 屑等）从外面进入部件内，以减少机床零件的腐蚀及磨损，延长其使用寿命。 主轴组件密封装置的要求 对主轴组件密封装置的要求是：在一定的压力、温度范围内具有良好的密封性能；由密封装置所形成的摩擦力应尽量小，摩擦系数应尽量稳定；耐腐蚀、磨损小、工作寿命长，磨损后，在一定程度上能自动补偿；结构简单、装卸方便。对具体的主轴组件及传动部件，应根据实际情况选择有效而又经济密封装置。 主轴组件密封装置的类型，主要有以下几种：具有弹性元件的接触式密封装置；皮碗（油封）式密 封装置；具有金属和石墨元件的接触式密封装置；挡油圈式和螺旋沟式密封装置；圈形间隙式、油沟式和迷宫式密封装置；立式主轴的密封装置等。 轴组件密封装置的选择 选用密封装置时，应考虑到主轴组件的下列具体工作条件：密封处主轴颈的线速度；所用润滑剂的种类及其物理化学性质；主轴组件的工作温度；周围介质的情况；主轴组件的结构特点；密封装置的主要用途等。 综合考虑上述因素，主轴前支承处，为了更好地防止外界的灰尘屑末等杂物进入，故考虑选用迷宫式密封，形成一条长而曲曲折折的通道，径向尺寸不超过 填润滑脂，轴向尺寸不超过 查机械设计课程设计手册第 87 页表 7得此次选用的迷宫式密封装置的结构参数如下图 2示： 图 2迷宫式密封装置的结构参数 其中， d=80， D=130， e=1 四川理工学院毕业设计 23 轴组件中相关部件 肩挡圈 前支承双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间所用的挡圈，可查机械设计课程设计手册第 56 页表 5得此次选用的挡圈的结构参数如下图 2 图 2轴 肩挡圈的结构参数 其中， D=95， d=80， H=6 圈 两推力球之间用的挡圈为非标准件，径向尺寸依主轴套筒尺寸而定，轴向尺寸可初取为 6 螺母 锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承以及锁紧两推力球轴承内的套筒，分别采用两个圆螺母，为了增加可靠性，再加一止动螺钉。圆螺母具体的参数可查机械设计课程设计手册第 60页表 5构如下图 2示： 图 2圆螺母（ h 4 50 30120C 轴组件中相关部件 24 其中，锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承用的圆螺母， D p=2， 115， 103， m=15， 10， 4，C=1 锁紧两推力球轴承内的套筒用的圆螺母， D p=2， 105， 93， m=15， 10， 4，C=1 筒 两推力球轴承之间用的套筒，根据以上计算，可知，轴向尺寸取为 92，径向厚度取为 端加工 出长为 26 的外螺纹 端用一紧定螺钉锁紧在主轴上，套筒结构如图 2示；紧定螺钉的结构参数可查机械设计课程设计手册第 43页表 3图 2示；主轴上的小孔的结构参数可查机械设计课程设计手册第61页表 5图 2 其中，紧定螺钉的参数有： l=10， n= t=2 图 2两推力球轴承内用套筒结构参数 轴上固定 螺钉用的孔的参数有： 6， 5， 5 四川理工学院毕业设计 25 图 2开槽平端紧定螺钉 图 2轴上固定螺钉用的孔 、后支承的轴承盖 为了保证轴承的正常运转，防止外界杂物进入影响轴承的使用寿命，前、后轴承应安装上轴承盖，并将其固定在套筒上，与主轴配合处采用间隙配合，初步设计如下图22 图 2前支承用轴承盖 其中， 轴组件中相关部件 26 d=124， D=153 图 2后支承用轴承盖 其中， d=64， D=153， a=5， b=55 轴用套筒及其锁紧部分 根据前面的计算和设计，可以直接得到主轴用套筒的结构及参数如图 2 套筒的锁紧部分采用弹性套，当调节螺栓时，弹性套就会随之变形，从而锁紧或松开套筒。主轴需要轴向移动（调节）时，便松开螺栓，弹性套也随之松开套筒，调节完主轴轴向位置后，应拧紧螺栓 以锁紧主轴。 同时，弹性套和