木工用异型槽纵式龙门铣床改进设计-说明书

1、 目 录1前言 11.1 国内外现状11.1.1 我国木工设备制造企业现状11.1.2 前景展望21.2 本设计在实际生活中的意义22 总体方案改进设计42.1 改进设计要求分析42.1.1 改进设计内容42.1.2 改进设计依据42.1.3 技术要求42.2 方案论证42.3 确定主体结构形式52.3.1 总体结构图方案52.3.2 选择传动系统部件62.3.3 选择工作台运动方式62.3.4 选择工件定位方式73 改进设计计算及校核93.1 动力头部件改进设计计算93.1.1 电动机的选用93.1.2 V带传动的设计及传动参数的选择93.1.3 传动轴的设计校核 123.2 横梁的改进设计

2、及校核153.2.1 横梁的强度校核153.2.2 横梁的挠度校核164 机床其他零部件设计174.1 工作台零部件设计要求174.1.1 工作台床身的设计分析174.1.2 导轨的总体设计分析174.1.3 工作台驱动系统总体设计分析184.2 工作台及夹紧方式的总体设计分析184.3 总体设计说明194.4 工作台气室的设计195 设计说明215.1 润滑和密封215.2 使用、维修和保养216 结论22参考文献 23致 谢24木工用异型槽纵式龙门铣床改进设计摘要：为保证制造音箱的木板纵向上同时加工出V型和L型的木槽，设计制造一台能够同时铣削出多条异型槽的龙门铣床。根据被加工板材的要求，研

3、究其尺寸、形状、材料及加工精度等内容，确定板材在机床上完成的工艺内容，定位方法，选择刀具、切削用量、传动方式和机床的配置形式。根据加工的条件及要求确定设计龙门铣床的传动系统。传动系统的布置方案采用两个单刀动力头，两个双刀动力头布置在龙门铣床的两侧。传动系统可以手动方便地将四个动力头调整到切削位置，并将其锁定。用丝杠和矩形导轨结合，调整动力头的横向位置，丝杠与燕尾槽调整上下位置，用环状T型槽使动力头可进行0180旋转。动力头上锯片由电机通过V带驱动。采用龙门式铣削加工，用丝杆手动调整动力头的加工位置，保证了四个方向上的传动。液压驱动工作台，采用真空夹紧工件，不仅保证了异型槽的加工尺寸，同时也解决

4、了位置精度问题，还提高了加工效率，降低了工人的劳动强度。与原设计相比,我们增设了除尘装置,对液压系统、真空定位系统、电气系统、传动系统进行了重新设计、并对工作台改进、横梁作了相应的改进。这些改进使得木工用异型槽横式龙门铣床更加适应企业生产的要求,在材料的利用率、产品的加工精度、产品的生产率及龙门铣床的自动化程度方面都有进一步的提高。 关键词：异型槽；龙门铣床；横梁；动力头The improvement design of vertical type gantry milling machine for special-shaped groove manufacturing on plank A

5、bstract: In order to processes V and L type wooden trough for the plank of hi-fi equipment, a vertical type gantry milling machine which can mill the different model trough is designed. According to the size, shape, material and processing precision of the trough, the process requests are studied. B

6、ased on the work piece, the craft content, the location method, the cutting tool, the cutting specifications, the type of driver and the engine disposition form are determined. According to producing condition and request, the collocation plan of transmission are proposed, two single motive force he

7、ad and two double-motive force head are used and they are planed at the each side of gantry bear by use of transmission system, the four motive-force head maybe adjusted expediently, the horizontal position may be adjust with leading screw and rectangle guide and the vertical position may be adjust

8、with leading screw and dovetail guide. The force lead may rotate from 0180 by using T-type groove. The saw blade is droved by the V-belt electric motor. According to the overall structural style, we used screw to control the position of power head and ensure the transmission of four directions. Hydr

9、aulic system is used to drive the workbench. Vacuums system is used to clamp the work-piece. These systems not only guarantee the different finishing size, also has solved the position precision problem .At one time, but also enhanced the process is efficiency, reduced workers labor intensity. Compa

10、red with original design, we did some improvement designs as follows: The de-dusting system is added; the hydraulic system; vacuum fixing system; driving system are redesigned. We do other improvement designs of workbench; the beam and so on. After these improvements, the horizontal type gantry-mill

11、ing machine for special-shaped trough manufacturing can easily adapt to the demands of corporation production. It improves the exploitation of the material, processing precision of the work-piece, productivity of the production and automation of milling machine.Key words: special-shaped groove; gant

12、ry milling machine; Crossbeam; Motive head1 前言1.1 国内外现状 随着科学技术、家具业的飞速发展，电子计算机的普及与应用，新材料、新工艺、新技术、新的设计与理论方法的不断出现，木工设备更新换代的周期日益缩短。在我国加入WTO之后，随着全球市场的形成，以最低成本在最短的时间内生产出高质量、高可靠性、易操作的宜人化产品成为制造业企业竞争的焦点。目前，我国木工设备生产企业中，普遍存在重复生产、产品技术含量低下、产品性能与可靠性不高、产品在市场上缺乏竞争力、企业效益低下等问题。面对这一严峻的形势，我国企业一方面要在调整产业结构和产品结构的同时，大力采用先进

13、技术、试验技术、检测技术，实施工艺创新，提高工艺快速反映能力；另一方面，要吸收，消化和跟踪国外先进的设计理论与方法，优化产品性能，提高产品的可靠性，缩短开发周期，有效地控制和降低产品成本，提高产品的竞争力和生产企业的经济效益。1.1.1 我国木工设备制造企业现状A.我国木工设备产品水平低、性能差、可靠性不高，不适应现代农林科技、家具业发展的需要。B.科技基础薄弱，自主开发能力差。C.私营小企业较多，仿制现象较严重，科技人员少，严重制约了木工企业的科技发展。D.企业装备陈旧，工艺落后，自动化程度低。E.产品设计只停留在以经验和模拟为主的传统设计，现代设计理论方法很少在设计中体现。而改变这一切的关

14、键在于在木工设备的设计中使用现代设计方法。现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，而不是独立于传统设计的全新设计。工业实践证明，尽管产品的设计费用只占产品成本的5%左右，却决定了产品成本的 70%80%。而设计失误要想在加工制造阶段消除，所耗费的费用相当巨大。所以，抓住设计这一源头才能真正优化成本结构和最有效地降低成本。设计的优劣在一定程度上决定产品的成本，因此，工程设计人员掌握和运用现代设计法尤为重要。现代设计是建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算，在一切可能的方案中寻求最优方案，使期望的指标达到最优。它可以成功地解决解析法等其它方法难以解决的复杂问题。在机械工程领域

15、中，根据机械设计理论、方法和标准规范等建立反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。 现代设计与传统的设计方法相比有如下特点：设计思想是优化设计，需要建立一个确切反映设计问题的数学模型；现代设计方法是优化方法，设计参数的调整是计算机沿着使方案更好的方向自动地进行； 设计手段是计算机，计算机由于运算速度快，分析计算一个方案只需几秒钟，因此，可以从大量的方案中迅速选出最优方案，大大提高工作效率和设计质量。现代设计方法虽然发展历史较短，但发展迅速，无论在农业装备产品中的机构设计、机械零部件设计，还是在各种专用机械设计和工艺设计方面都

16、很快地得到应用。随着最优设计数学模型的不断完善和数学力学理论、计算技术和计算机的不断发展，优化设计在机械工程中具有更广阔的应用前途。1.1.2 前景展望 我国木工设备制造企业普遍存在产品落后、缺乏竞争力、市场占有率低、产品单一、产品综合性能不高、可靠性差、技术含量低等情况。一方面是由于设备陈旧、老化，制造能力低，更主要的是工程设计人员对现代设计方法掌握不多。国内的大部分木工设备企业在产品设计制造上还只停留在利用计算机绘图，借助于手册、图表中传统的经验公式和计算公式进行零部件设计和校核，所有这些都远远不能满足国际化市场的需求，严重制约和束缚了木工设备制造企业的生存和发展。现代设计法是以现代设计理

17、论为指导，以社会和人的需求为目的，以计算机技术为设计手段，它是在传统设计基础上发展起来的新的设计理论与方法。现代设计方法用于指导工程实践，不仅可提高产品的科技含量和优化产品综合性能，提高产品的质量和可靠性，而且可降低生产成本、缩短开发周期、提高产品竞争力和生产企业的综合经济效益。现代设计法在木工设备生产企业中应用潜力巨大，具有很好的发展前景。1.2 本设计在实际生活中的意义经济的发展和科学技术的前进，对木工用龙门铣床的要求越来越高，应用越来越广泛。虽然技术还不够成熟，但是其前景是相当可观的，用木工用龙门铣床进行木材成型加工可提高产品的质量，减低产品的不合格率。越来越受到广大厂商的青睐，处于被厂

18、商看好的状态。目前技术设备还满足不了市场要求，甚至有的设备还存在着严重的缺陷，达不到理想的生产状态。近年来,由于高新技术的迅猛发展,极大地推动了铣床行业的技术进步,动力头组件性能日趋完善。液压传动和真空定位系统开始在众多领域得到了广泛的应用，特别是出现高精度及快速响应的伺服控制系统后，经典的液压系统从组件设计计算到紫铜的分析仿真，可以说走上了成熟。经济全球化使我国经济进一步加速发展，木工用产品日益繁多，需求量也不断的增加。与其同时对产品的性能要求也越来越高，要求产品不断的更新，产品的质量一定要过关。为了顺应时代的需求，生产厂家必须把好质量关，降低成本、提高劳动生产率等。鉴于这种情况，参考了一些

19、现有的设备，在其基础之上，本次毕业设计根据有关木工用铣床的标准，自行设计。木工用铣床的关键部分是传动系统部分，液压系统部分和真空定位系统部分，该铣床的使用性能主要由这三个部分来保证，因而它们是整个设备的核心部分，这里所做的设计内容也主要是针对第一部分，即传动系统部分而言的。2 总体方案改进设计2.1 改进设计要求分析2.1.1 改进设计内容木工用异型槽龙门铣床是用于人造板(纤维板、刨花板、纸质板等)加工异型槽的专用机床，它是无线电音响、家具、轻工等行业提高产品质量，提高企业效益的理想设备。对原纵式龙门铣床进行改进设计，增加除尘系统、控制系统、对包括机床底座、龙门架及传动系统、工作台、液压系统、

20、真空定位系统、控制系统的等分部件进行改进，使其进一步优化、标准化、实用化。2.1.2 改进设计依据加工板材尺寸2200360，厚度为530，生产率为120件/小时，一次走刀成板材宽度上形、型、型整边作业。配备68个铣销动力头，由电机分别拖动，可以完动力头可进行0180旋转，其刀轴的径向跳动和轴向跳动均小于0.03。工作台直线往复运动，其平面度、工作台面相对于龙门架的纵向、横向平行度均小于0.06/1000。液压系统、真空定位系统、电气控制系统与横式机床合用。 2.1.3 技术要求a.机床应能满足加工要求，保证加工精度；b.机床应运转平稳，工作可靠，结构简单；c.装卸方便，便于维修、调整；d.尽

21、量使用通用件，以便降低制造成本；e.采取措施减少加工中的粉尘； f.生产成本和使用成本低、节能； g.整机外观布置紧凑、协调、美观等。 由于实践经验的欠缺和知识的局限性，该设备工作情况及可用性还有待于实践的检验。2.2 方案论证经过实际考察，理论分析、查阅数据后，我们发现在以往陈旧的设计中,机构冗长沉重,液压机构和纯机械机构有太多的重复和不必要的交错连接，在此次的设计中避开了动力头系统和液压系统的复杂化，首先进行了机械机构的设计，把液压系统和真空定位系统单独设计，把把整机分成了机械传动系统，电气控制系统，液压回路系统和真空定位系统。这样做简单明了，方便对各个部分做出很详细，比较准确的设计。这样

22、对每个结构环节都有很清晰的设计,有利于整机构的把握和局部的详细设计。如下主要是整体机床设计和传动系统中的横梁部件的方案论证。A.设计初期疑难问题的集中提出a.加工板材尺寸2200mm360mm，因是纵式设计，走刀行程需大于2200mm，这一大行程走刀如何实现。 b.一次走刀完成板材长度上L型、型整边作业，如何一次走刀铣出L型、型槽。c.按照设计要求动力头可进行0180旋转，如何实现在工作中方便旋转。d.如此大的木工件用真空系统如何夹紧。B.所提出问题的初步解决方案a.如此大行程运动的实现主要有两种解决方案：第一方案，工件不动，动力头实现6个方向的运动运动。第二方案：工件实现来回往复为动力头分担

23、2个方向的运动，而动力头实现上下和左右的运动。综合考虑两个方案，并进行对比，笔者得出结论：在方案一中，动力头单独实现6个方向的运动比较困难，因为动力头需安置在横梁上，如果将动力头设计成为可以上下和左右4个方向，必须将横梁设计成为可以前后大行程往复运动的部件，即整个龙门架要平稳、匀速运动，这样的运动用带传动很难实现，因为带传动功率过小，而且传动不平稳。齿轮传动是平稳，但是要往复运动的行程达到2200mm，也很难实现。最后考虑到链传动，够平稳，将电动机和减速机直接安装在横梁上面，这样新的问题就出现了，横梁要实现平稳往复运动则最少要有4个支撑轮，而且横梁必须要有一定的宽度来安装电动机和减速机，这样浪

24、费材料，不经济，还增加了传动负荷。最后决定使用方案二，动力头实现左右和上下的运动，考虑到传动精度，动力头部件的运动使用丝杆传动。工件的大行程往复运动使用液压传动，机床运转平稳，工作可靠，结构简单。并且横式龙门铣床和纵式龙门铣床液压系统整台机装卸方便，便于维修、调整。b.因需一次走刀完成型、型整边作业，考虑使用6个动力头，分别由6个电机带动6把刀，其中4把为与地面成45放置，2把合在一起用于铣出型槽，合在一起的时候要考虑2把刀必须上下放置，否则在铣V形槽时会出现三角形的盲区。另外2把刀水平放置，用于铣削型槽。c.动力头的旋转考虑在动力头第二块钢板上加工梯形槽，在电动机的支承板上加工出6个光孔，用

25、螺栓、螺母紧固，实行动力头的0180旋转。d.对于工件的定位夹紧，考虑到是木工用专机，工件为木板，切削力比较小，可以使用真空定位系统，即工作台使用钢板焊接而成，做成密封空间，上面打孔，接气泵抽气，组成真空吸住工件，为了增加吸附力，考虑到可将气室表面的孔打成沉头孔，这样便形成了真空定位系统。2.3 确定主体结构形式2.3.1 总体结构图方案 图2-1木工用异型槽纵式龙门铣床总结构图经过设计者的反复酝酿，与本设计小组的其余同志的共同商讨并请教指导老师，最终确定各部分的传动形式和定位方法。 2.3.2 选择传动系统部件A.选择动力头铣削的传动方式铣削工件用的刀片使用带传动，其旋转铣削速度由电动机直接

26、控制；运动刀片的旋转由电机直接驱动，选择合适的电动机，因为加工类型为木工铣削，铣削力较小，故考虑使用带传动，并将带轮设计为同样大小，即其传动比i=1, B.动力头的上下运动由丝杆来保证，即需要调节动力头高度时可以旋转垂直放置的丝杆，上下移动所用导路用燕尾槽，即在动力头的第一块钢板上做出燕尾槽突出的一半，而在第二块钢板上开出燕尾槽的另一半，使用燕尾槽的配合运动来保证上下运动的精度，注意运动到位时可以用定位螺钉从第二块钢板侧面打进去，顶住第一块钢板上的燕尾槽突出部分，从而达到定位要求。但是定位时要注意一个问题：在动力头上下移动时候螺钉的尖头会在燕尾槽的突出部分划出伤痕，从而会影响上下移动的精度，故

27、考虑在燕尾槽的突出和第二块钢板的燕尾槽凹进去部分加一块薄的硬质合金钢片，形成一个隔层，这样可以避免螺钉划伤燕尾槽的配合面，而且可以进行调整，在划伤后还何以进行更换，经济使用，减少制造成本。 C.动力头的左右移动也考虑使用丝杆传动，在横梁两端装有横梁挡板，将横向丝杆从中穿过，并在丝杆的端面做成轴肩，在挡板的另一面用螺母将丝杆端面夹紧，自行设计丝杆座，使用沉头螺钉安装在第一块钢板。传动时，用扳手旋转丝杆端头，使丝杆进行径向转动，从而使用丝杆上的梯形螺纹带动动力头进行轴向移动。2.3.3 选择工作台运动方式工作台如何实现大行程运动此中考虑的步骤与动力头相似，最终决定使用液压传动，因为液压传动与机械传

28、动和电力拖动系统有诸多好处：A.液压组件的布置不受严格的空间位置限制，系统中各部分用管路连接，布局安排有很大的灵活性，能构成用其它方法难以组成的复杂系统。B.可以在运动过程中实现大范围的无级调速，调速范围可达2000：1。C.液压传动运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。D.操作控制方便、省力，易于实现自动控制、中远程距离控制、超载保护。与电气控制、电子控制相接合，易于实现自动工作循环和自动超载保护。E.液压组件属于机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低制造成本。除此以外，液压传动突出的优点还有单位质量输出功率大。因为液压传动的动力组件可

29、采用很高的压力（一般可达32MPa,个别场合更高），因此，在同等输出功率下具有体积小、质量小、运动惯性小，动态性能好的特点。 液压系统也有其缺点，如能量需进行两次转换，传动效率低；对温度敏感，需要在合适的温度和环境中工作以及泄漏等问题。但是，在本设计中，液压系统避免了其本身一个大的缺点，即：没有一定的传动比。在本设计中，液压系统用来推动工作台前后大行程。 液压油路布置时，将液压缸放在整机底座支架内，将液压伸出杆直接与工作台底座相连，从而拖动工作台往复运动。 油路接出方法是在整机底座下的型钢上开出孔，由油管输出。图2-2 油路在整机底座的输出示意图2.3.4 选择工件定位方式充分考虑本设计的实际

30、情况，可以看出本设计的工件虽然表面积大，但是工件质量小，不需用夹具或是大力夹紧方式，而工件表面积较大，设计者考虑使用这一特点，使用真空定位系统。即将工作台做成气室形状，在工作台侧面接上打孔，接真空气泵，具体安装情况如图2-1如图2-3所示，将整个工作台分为五个部分，而非使用整体焊接，因为考虑到是用真空的吸力原理来夹紧工件，必须保持工作台的整体吸力较大，而且更加重要的是，根据设计的要求来看，加工和装夹工件的频率比较高，速度要快。这些要求在真空系统管路布置和工作台的设计布置及安装上如何实现。 图2-3 真空定位系统在气室上的管路布置图A.工作台的设计。将工作台设计为5块，中间相互不相通，这样可以加

31、快真空系统吸紧速度，达到加工和装夹工件的频率比较高，速度快的要求。 B.真空系统的管路布置。为了达到快速夹紧的要求，设计者考虑在每两块气室之间有管路连接，而且为了防止管路过长而导致最后一个气室的真空度不够，发生工件松弛的问题出现，设计者在第一块气室和最后一块气室之间再加一根管路，建立直接的联通。 C.工作台表面处理。在工作台表面打孔，孔在工作台表面均布，为了加大工作台表面的有效吸附面积，将工作台表面的孔打成沉头。图2-4 工作台表面沉头孔示意图3 改进设计计算及校核 3.1 动力头部件改进设计计算3.1.1 电动机的选用电动机的生产已经系列化，通常由专门工厂按照国家标准成批或大量生产。机械设计

32、中应根据工作载荷（大小、特征以及变化情况）、工作要求（转速高低，允差和调速要求、启动和反转频繁程度）、工作环境（尘土、金属屑、油、水、高温及爆炸气体等）、安装要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、功率和转速，确定具体型号。A.选择电动机的类型和结构形式生产单位一般用三项交流电源，无特殊要求（如在较大范围内平稳调速，经常启动和反转等），通常都使用三项交流异步电动机。我国已经制定了统一表准的系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三项异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，故本设计中就使用Y系列电动机。B.确定电动机的功率电动机的功率

33、选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有较大影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或使电动机因长期超载而造成过早损坏；容量过大则造成电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常在不满载下运行，其效率和功率因素都较低，造成浪费。 充分考虑本设计实际情况，因为本设计中刀具是用来铣削木板，铣削力相对较小，又因为电动机是装在动力头的第三块钢板上的，故对其体积大小有一定的限制，同时根据厂家设计要求考虑，今选用Y802-4型电动机，其额定功率为0.75KW，其整机全长300mm，输出轴长50mm，输出轴直径19mm。 C.确定电动机转速额定功率线相同的同类型电动机有若干种转速可供设计

34、选用。确定电动机转速时应同时兼顾电动机及传动设置两者加以综合分析比较确定。今确定电动机的同步转速为1500r/min，满载转速为1390r/min。3.1.2 V带传动的设计及传动参数的选择设计V带传动时，一般需已知的传动功率P，主动轮转速n,从动轮转速n(或传动比i)及工作条件、传动要求等。设计内容包括确定V带截型、根数和其它传动参数，并确定带轮的结构和尺寸等。A.确定计算功率P考虑载荷的性质、原动机的不同和每天工作时间的长短等，计算机功率P比要求传递的功率P略大，即PKP （31）式中 K工作情况系数，见1P58表5-9。由于本设计中动机头上载荷变动小，故选择K1.1。B.选择V带型号 根

35、据计算功率P和小带轮转速n，由1P58表5-9选择V带型号。本设计中查表后选择Z带，小带轮分度圆直径d=71mm。C.验算带速v普通V带带速v应在525m/s之间，带速验算由1P52 公式5-7算出。V = （32） = = 5.16 m/s从动轮didd71mm （33）传动比i1 ，从动轮n1390 r/minD. 确定中心距a和带的基准长度L 初定中心距a 中心距的确定可按1P60式5-23计算0.7（d+d） a 2（d+d） （34） 0.7（71+71） a 2 （71+71）99.4mm a284mm初定a200mm E.有了a、d、d后，根据带传动的几何关系（1P61表5-10

36、），可由下式求带的计算基准长度L L2 a（d+d）+ （35）2200+（71+71）+623.1mm 查1P46图5-7，取带的基准长度L900mm， 查1P64表5-13，取V带的长度系数K=0.96。F.确定中心距a 中心距a可有1P60式5-25计算a= a+ =200+=335mm （36） 取a=350mm。 考虑到安装、调整和补偿张紧的需要，实际中心距允许留有一定的调整范围，其大小为（见1P60式5-26） （37）= 350-0.015900 = 336.5mm=350+0.03900377mmG.验算小带轮包角小带轮包角由1P60式5-11计算 180- =180 （38）

37、 包角大小合适。H.确定V带根数Za.由1P56表5-7查出d=d=71mm, n=1390r/min 当n=1200 r/min或n1460 r/min时，Z带的额定功率分别为P=0.27KW和0.31KW。 使用线性插值法求得 V1390r/min时的功率P P0.31+=0.30KW. （39） b.由1P61表5-10查得额定功率值的增量=0KW， c.由1P63表5-12查得包角系数K1， d.由1P64表5-14查得包角系数K1.03, e.由1P64式5-28计算V带根数z z = （310）=0.97 取z=2 f. 由1P64式5-29计算单根V带初拉力F v= （311）=

38、5.16m/s F=500 （312）=127N 3.1.3 传动轴的设计校核 A.单刀动力头轴的设计由于所设计的轴只承受转矩而不承受弯矩，所以该轴为传动轴。a.选择轴的材料及热处理：由于传动系统传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求，所以选择常用材料45钢，调质处理。b.初估轴的直径由于电动机输出轴直径为24mm，带轮中心孔直径也为24mm，所以可以得知d0=24mm。c.结构设计轴的结构形式如图 3-1所示图3-1 单刀动力头传动轴的结构设计草图初步估计轴径后，就可以按轴上零件的安装顺序，从d0处开始逐段确定直径。本设计中d0就是轴段的直径，考虑到轴段上安装六角螺母，因此轴段的直径的确

39、定应于六角螺母型号的确定同时进行。此处选用螺纹规格D=M24*2,性能等级为5 级，不经表面处理、A级、1型六角螺母；螺母GB6170-86 M24*2。所以取轴段的直径为d1=24mm。轴段上安装有平垫圈，因此轴段直径的确定应于平垫圈内径的确定同时进行。查简明机械设计手册，选用标准系列、公称直径d=16mm、性能等级为140HV级，不经表面处理的平垫圈：垫圈GB95-8516-140HV。所以取轴段的直径为d2=16mm。轴段上安装有刀具，因此轴段直径的确定应于刀具型号的确定同时进行。根据设计要求，选刀具为槽铣刀，槽铣刀的内径为24mm，所以取轴段的直径为d3=24mm。轴段上安装有轴承端盖

40、，因此轴段直径的确定应于轴承端盖的尺寸的确定同时进行。经计算,该种轴承端盖中 d=25mm, 所以取轴段的直径为d4=25mm。而轴段 与轴段的情况相同, 所以取轴段的直径为d10=25mm。轴段上安装有轴径d0=25mm,材料65Mn,热处理4451HRC,经表面氧化处理的B型轴用弹性挡圈。挡圈GB894.2-8625。所以取轴段的直径为d4=23.2mm。而轴段 与轴段的情况相同, 所以取轴段的直径为d9=23.2mm。轴段上安装有滚动轴承,其直径应既便于滚动轴承的安装,又应符合轴承内径系列, 因此轴段直径的确定应于滚动轴承型号的确定同时进行。现在暂时取滚动轴承型号为 滚动轴承 GB/T3

41、01-1995 其内径为25mm, 所以取轴段的直径为d6=25mm。又轴段上也安装有滚动轴承,其直径也应既便于滚动轴承的安装,又应符合轴承内径系列, 因此轴段直径的确定应于滚动轴承型号的确定同时进行。现在暂时取滚动轴承型号为 滚动轴承 GB/T301-1995 其内径为25mm, 所以取轴段的直径为d8=25mm。轴段为考虑左右两边滚动轴承的拆卸,应根据滚动轴承 GB/T301-1995的安装尺寸, 所以取轴段的直径为d7=30mm。轴段上安装有带轮, 因此轴段直径的确定应于带轮型号的确定而确定。经过计算可得到带轮中心孔直径为24mm, 所以取轴段的直径为d11=24mm。轴段的长度L1=2

42、1.5mm。轴段的长度应与标准系列、公称直径d=16mm、性能等级为140HV级，不经表面处理的平垫圈：垫圈GB95-8516-140HV 的长度相同, 所以取轴段的长度L2=3mm。轴段的长度应与槽铣刀的宽度相同, 所以取轴段的长度L3=5mm。轴段的长度应根据滚动轴承的型号 滚动轴承 51205 GB/T301-1995 来确定,查简明机械设计手册可得到轴段的长度为L6=15+5=20mm。同样轴段的长度也应与根据滚动轴承的型号 滚动轴承 51205 GB/T301-1995 来确定,查简明机械设计手册可得到轴段的长度为L8=15+5=20mm。根据滚动轴承座的设计尺寸,可以计算出轴段的长

43、度为L8=100- L6 -L8 =60mm。轴段的长度应根据轴径d0=25mm, 材料65Mn,热处理4451HRC,经表面氧化处理的B型轴用弹性挡圈:挡圈GB894.2-8625 的数据来确定,该种B型轴用弹性挡圈的宽度为1.2mm, 所以取轴段的长度L5=1.2mm。同样轴段的长度也应根据轴径d0=25mm, 材料65Mn,热处理4451HRC,经表面氧化处理的B型轴用弹性挡圈:挡圈GB894.2-8625 的数据来确定,该种B型轴用弹性挡圈的宽度为1.2mm, 所以取轴段的长度L9=1.2mm。轴段的长度的确定应根据带轮型号的确定而确定。经过在前页的计算可得L11=36mm。根据单刀动

44、力头部件的设计,可知道轴的总长为329.5mm,又由轴承座离槽铣刀距离为86mm,由此可得出L4=86-1.2=84.8mm。纵上所述, 轴段的长度L10=329.5- L1- L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 -L11=76.8mm。为保证良好的对中性,轴与轴承内圈配合的轴颈选用K6,带轮与轴的配合的轴颈选用K6。带轮与轴采用A型普通平键联接,为圆头普通平键(A型)b=8mm,h=7mm,l=28mm GB1095-79 。为保证与滚动轴承 51205 GB/T301-1995 轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面,根据轴承手册推荐,取轴肩圆角半径为1.5mm。为方便加工,其他轴肩圆

45、角半径为1mm。根据标准GB6402.4-1986,轴的左右端倒角均为C1。上述确定尺寸和结构的过程,与画草图同时进行, 结构设计草图如图3-4。d.轴的受力分析(见图3-2) 图3-2 单刀动力头传动轴的受力分析简图画轴的受力简图(见图3-2b)计算支撑反力在垂直面上F1=F2=508N画转矩图(见图3-2c)转矩 T=9549 P/n=95491.5/1400=10231N.mm （3-13）判断危险剖面显然图图3-5a所示a-a处截面转矩为T,该截面左侧截面可能是危险剖面;b-b处截面右侧轴径小与a-a截面处轴径,所以b-b处截面右侧也可能是危险剖面。轴的转矩合成强度校核由机械手册中表1

46、0-1查得 = -1b=60Mpa （3-14）0b=100Mpa （3-15）=-1b/0b=60100=0.6 （3-16）a-a截面左侧 W=0.1d=21600mm （3-17）e=0.2842MPa （3-18）b-b截面右侧W=0.2d=4665.6 mm （3-19）e=1.3157MPaG，所以，该梁上最危险的截面应是集中力存在的两个截面，今选取集中力F所在截面进行减应力校核。 （41）式中F为本横梁上集中力最大者。K为经验系数，因为横梁在铸造时设计者在中间加了数道加强筋，为了防止出现强度过小和挠度过大的问题。经过设计者查阅相关资料并请教指导老师，终确定K=0.7。 50MPa

47、计算结果表明0.14MPa 50MPa，即该梁强度上是安全的。3.2.2 横梁的挠度校核 横梁的挠度校核中所建立的力学模型如图4-1 模型中，计算梁的挠度使用叠加法。分别将F和G移动至F处，生成F和G同时生成两个转距M和M。由集中力形成的挠度-0.0014由M形成的挠度 (4-2) -0.011得出横梁的总挠度为 -0.0124。4 机床其他零部件设计4.1 工作台零部件设计要求 4.1.1 工作台床身的设计分析工作台床身的主要作用是支撑，也是作为机床设计的基础。对于床身的设计方法多种多样。而最常用的主要方法有铸造，或者利用型钢以及一些钢材进行焊接而成。对于铸造工艺来说，其加工成本较高，另外还

48、要有自成体系的铸造生产线。另外还应具备必不可少的做模、翻砂，成本较高，易产生砂眼和缩孔形成废品，但是通过加工可以成形体以及模具较为复杂的零件，而且成大批量的生产。而我们所设计的工作台床身以及底座等尺寸较大，做模翻砂较为困难，因此不宜采用铸造。对于焊接工艺来说，其操作方便，易于生产，成本较低，因此作为常用的工艺方法之一，对于床身以及工作台和一些零部件大多数都可以作为焊接件进行设计，而且焊接尺寸的大小可以自由控制。综上所述，工作台的基础部件都采用焊接工艺来进行。（其材料采用槽钢和一些板件）4.1.2 导轨的总体设计分析导轨的作用是用来保证机械中需做直线往复运动的零件按给定方向而作直线运动，也是机床

49、设计中的重点内容之一。而机床的加工精度在很大程度上取决于导轨的导向精度。导轨的种类很多，按照不同的分类方式可以分成许多种类。而最常用的导轨类型有：滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、滚动摩擦导轨等等。而在机床设计的过程中，对于导轨的设计应必须具备最基本的精度要求。在导轨的设计过程中必须具备足够的导向精度，而且运动要求轻便、平稳，且低速时无爬行现象。此外在导轨长期的运动过程中能否具有足够的强度以及耐磨性，还必须保证应具有足够的刚度。而导轨设计过程中还必须考虑其结构的工艺性，保证能在正常的工作情况下，结构力求简单，便于制造、检验以及调整，从而更进一步地降低成本。根据资料的查阅以及导轨的一系列

50、设计要求，导轨的设计方案有两种：滑动导轨和滚动导轨。对于滑动导轨来说，是相互的两个面接触，其运动副形式属于低副，运动平稳性较好，抗振性也较好。但对污染比较敏感，要加防尘装置，要定期进行润滑及维护，否则会产生爬行乃至于卡死。对于滚动导轨来说，是通过滚动体在导轨之间的圆周滚动来带动工作台作规定的运动方式。与摩擦导轨相比，其摩擦阻力较小，且动、静摩擦系数差别很小，故运动灵敏、平稳，不易出现爬行现象。由于是滚动摩擦，与滑动导轨相较磨损小，寿命长，且润滑方便。由于本次设计的龙门铣床工作台是用于木工机械，在木工作业的过程中，木屑对机床的污染较为严重，甚至还会出现木屑飞扬的情况。因此对工作台导轨的设计又提出了一个更高的要求。若采用滑动导轨，必须采用防尘装置，另外还要进行定期润滑。又因设计的结构较为复杂，通过对上述比较，采用滚动导轨较为合理。具体来说采用滚轮作为滚动体与梯形导轨配合作直线滚动。其初步设计导轨的形式如图5-1：由于是滚动摩擦，摩擦量较小，可以不考虑导轨的润滑，另外需对除尘加以考虑。图5-1导轨和轮子的总体样式4.1.3 工作台驱动系统总体设计分析工作台驱动系统主要用来驱动工作台直线往复运动，从而带动被加工板材做进给运动的装置。一般来说，龙门