专用镗削动力头系统设计

1、河南理工大学毕业设计（论文）任务书专业班级学生姓名一、题目二、起止日期年月日至年月日三、主要任务与要求指导教师职称学院领导签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）评阅人评语题目评阅人职称工作单位河南理工大学毕业设计（论文）评定书题目指导教师职称年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料:1、设计（论文）说明共页2、图纸共张3、指导教师意见共页4、评阅人意见共页经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定, 达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定, 同意参加毕业设计（论文

2、）答辩。指导教师签字（盖章）年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长）签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议院（系）专业班 同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意 见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委 员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩：三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席：签字（盖章）摘要一台专用机床的加工精度主要取决于动力头及其主轴组件的精度。现在， 很多动力头基本上已经标准化，这为机床的制造，改

3、装带来了很大的方便，但 为了提高精度，工作效率，就需要设计出更专用化的动力头部件。備削动力头 有很大的发展空间和广阔的运用前景。它将会降低机床成本，极大的减轻工人 的劳动强度，也更容易实现自动化生产。锐削动力头是按系列化、标准化设计 的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺耍求设计的专用部件组成的专用 机床.镇削动力头由50%60%的通用零、部件组成，大多数零、部件是同类 的通用部件，镇削动力头三化（标准化、通用化、系列化）水平高。镇削动力头是高效自动化设备，它在国民经济中占有较重要的地位.尤其 是汽车、拖拉机、军工等大批量生产的行业，正而临着产品的更新换代和企业 改造任务，这些行业又都是组合

4、机床及口动线的主要用户，它们需要组合机床及 自动线的数量较大.镇削动力头设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工 零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总 体方案，然后进行技术设计和工作设计。本设计主要是对zk9350专用钻床的动 力头系统及进给装置进行设计计算，并利用绘图软件autocad对其设计的零部 件进行绘制。关键词：镯削动力头，专用机床，进给机构，cad技术abstracta special machine tool processing precision mainly depends on the head and spindle component

5、of the dynamic accuracy. now, a lot of motivation head basically has standardization, this for machine tools manufacturing, modified bring great convenience, but in order to improve the precision, the work efficiency, need to design more specialty power head piece. boring cut power head has very big

6、 development space and broad prospect of use. it will reduce the cost of machine tools, greatly reduce the labor intensity, are also more likely to realize automation production. boring power pack is cut by series, of standardized design of general parts and the shape of the parts on the processing

7、and processing technology requirements of the design of the special machine tool special parts. boring head cut power by 50% 60% of general zero, components, most parts is the same kind of general parts, boring cut power head three (standardization, the generalization and seriation) level is high.bo

8、ring cut power pack is high automation equipment, it in the national economy has more important position. especially automobiles, tractors, war industry and mass production industry, is facing the upgrading of products and enterprise reform task, these industries and combination machine tools and ma

9、chine tool automatic line major user, they need combination machine tools and the number of automatic line is larger. boring head cut power design is one-time design, it provided by user is processing parts processing characteristics, precision and technical requirements, positioning and productivit

10、y of the clamp pressure requirements overall scheme formulated and technical design and design work. this design is mainly to the zk9350 special drill press power head system and into the device to design calculation, and use of the drawing software for the design of components autocad draw.key word

11、： boring cut power head, special machine tool, and into the mechanism, cad technology目录第一章弓丨言11.1课题的背景和意义11.1.1组合机床和组合机床自动化生产线11.1.2高精度锂铳动力头21.2锂削动力头的研究现状31.3本设计的主耍内容6第二章动力头系统设计方案82. 1zk9350专用机床工作原理82.2动力头传动方案92. 2. 1动力参数选择102. 2.2电动机的选择122. 2. 3传动装置的动力参数计算122. 3进给装置方案15第三章设计中的有关计算173. 1齿轮的设计与计算173.

12、 1. 1选择齿轮材料173.1. 2齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数173. 1. 3校核齿面接触疲劳强度213. 1.4齿轮结构设计243. 2锂削动力头主轴结构设计和校核263. 2. 1确定最小直径尺寸283.2.2主轴的结构设计293. 2. 3接触疲劳强度的安全系数校核313. 3轴承的选择和校核353. 3. 1角接触轴承的校核383. 3. 2圆柱滚子轴承的校核413. 3. 3润滑与密封423.4键的选用与校核433.4. 1 键的选择433.4.2校核键联接的强度433. 5进给装置滚珠丝杆传动设计及校核计算443.5. 1螺旋副的主要儿何参数的计算443.5.2静

13、载荷计算453.5.3螺杆强度463.5.4寿命计算46第四章镇削动力头系统箱体的设计484. 1概述484.2箱体材料的选择与主要的加工步骤484. 3箱体附件的结构设计494.4箱体中的润滑与密封504.4. 1箱体的密封504. 4. 2箱体中齿轮的润滑51结论52参考文献53致谢54hi第一章引言1.1课题的背景和意义随着全球汽车工业的不断发展，组合机床行业也得到了飞速的发展，越来 越多的汽车零部件需要采用组合机床或组合机床自动化生产线的方式来进行零 部件的生产制造，i佃作为组合机床和组合机床自动化生产线设计制造屮的核心 通用部件偉铳动力头，其高精度、高强度和高刚度的基木性能是组合机床

14、 和组合机床自动化生产线能够生产出高品质、高精度产品的基本保证，也是我 们提高生产效率、降低生产成木、保证零部件品质的必要条件。而高精度镇铳 动力头是能够保证组合机床等设备或生产线专业化生产、自动化生产和大批量 生产的必要保证。对高精度铎铳动力头的结构设计、动静态特性分析，在很大程度上决定了 组合机床和组合机床自动化生产线的生产效率、生产能力及使用寿命，也是设 备生产高品质、高精度产品的重要原因。其主轴结构的研究和动静态特性的优 化，对于进一步提高组合机床和组合机床自动化生产线的工作性能具有十分重 要的意义。1.1.1组合机床和组合机床自动化生产线组合机床(modular machine to

15、ol)是以系列化、标准化的通用部件为基础, 配以少量的专用部件组成的专用机床(special machine tool)。它适应于在犬批、 大量生产屮对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既具 有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，乂具有一定的重新 调整能力，以适应工件变化的需要。组合机床可以对工件进行多而、多主轴加 工，一般是半口动或全口动的。组合机床口动化生产线是以组合机床为基础的 进行某个零件或某个产品的多工序加工的生产线。无论是组合机床，还是组合 机床自动化生产线，都是一种专用高效自动化技术的装备，是大批量机械产品 实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，

16、主要被广泛应用于汽车、拖拉机、 内燃机和压缩机等众多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床和 组合机床自动化生产线最大的用户。例如，徳国大众汽车公司在salzgitter的发 动机生产工厂，90年代初所采用的金属切削机床主要是组合机床口动化生产线 （60%）、组合机床（20%）和加工中心（20%）。显然，在大批量生产的机械 制造行业，大量采用的加工设备是组合机床和组合机床自动化生产线。因此， 组合机床及其自动化生产线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定 了这些制造行业产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大 程度上决定了企业产品的竞争力。1.1.2高精度辛堂铳动力

17、头镇铳动力头是这些专用设备和自动化生产线的重要组成部分，是扒负着这 些专用设备和自动化生产线加工品质、加工能力和使用寿命的责任；同时，也 是这些专用设备和自动化生产线的重要组成部分。在设计这些专用设备和自动 化生产线的加工品质、加工能力、加工精度时，必须首要的考虑锐铳动力头是 否能够胜任这些加工状态。而且，偉铳动力头在实现机械加工的时候是单个独 立存在进行机械加工的，相互之间不会冇任何加工工序和工艺要求的影响。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床屮某些部件因 经常性的重复使用，逐步发展为通用部件，因而在此基础上产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽

18、车零件。初期，各机床制 造厂都有各口的通用部件标准。为了提高不同制造厂通用部件的互换性，便于 用户使用和维修，1953年美国福特公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商, 确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但 对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支撑部件、输送部件、 控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床捉供主运动和进给运动的部 件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。我们这里所说的高精度铎铳动力头就 属于通用部件的动力部件，包含了动力箱和切削头部分，同时配合了动力滑台 后就组成了完整的动力部件，是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。1.2铿削动

19、力头的研究现状铿床主要是用铿刀对工件已有的孔进行铿削的机床，使用不同的刀具和附 件还可钻削、铳削、切螺纹及加工外圆和端而等。1769年瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键 问题。1774年英国人威尔金森发明炮筒镇床，次年用于加工蒸汽机汽缸体。1776 年他又制造了较为精确的汽缸镇床。1880年前后，德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式铿床。为了能对特 大、特重的工件进行加工，20世纪30年代发展了落地锐床。随着铳削工作量的 增加，50年代出现了落地铎铳床。二十世纪初，出于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备, 在瑞士出现了坐标镇床。现在的镇床大多已采用数字控制

20、系统实现坐标定位和 加工过程自动化。该机床是专门加工圆柱型深孔工件的设备，如加工机床的主轴孔、盲孔及 阶梯孔。机床不但可以承担齐种钻削、铎削，而且还可以进行滚压加工，钻削 时采用内排屑法或外排屑法。机床床身刚性强，精度保持性好，主轴转速范围 广，进给系统由交流伺服电机驱动，能适应各种深孔加工工艺的需要，授油器 紧固和工件顶紧采用液压装置，仪表显示，安全可靠。据冇关资料报道，在一些工业发达国家里，设备的平均役龄控制在1020 年z间，设备的“技术老化”期已短于10年，10年役龄以内的设备数量能够达 到设备总数的50%左右。出此口j见，设备更新速度相当快，一是用技术更为先 进的新设备来代替技术性能

21、老化的设备；另一是进行有效的技术改造，使心 设备适应新的生产需要。例如，美国和西欧一些工业先进的国家，在钢铁企业 屮虽然早已经实现了现代化，可是旧设备并没冇全部毁弃，而是通过技术改造 的方法，使一些iii设备能够达到使用新技术、新工艺的要求，继续生产出具有 竞争能力的优质产品。口前，我国的工厂企业，除了新建的单位外，大多数都存在设备“技 术老化”问题，设备役龄在15年以上的，所占的比例相当大，面对这么多 陈旧的设备应该怎么办，这是一个急待解决的大问题。目前铎床已受到其他加工形式的挑战，可以从第七届中国国际机床展览会 看出一些迹象。在本届展会上，围绕信息产业需求，各类高精度、超精数控机 床颇引人

22、注口，甚至已出现了纳米级、亚纳米级的数控机床。国外近年兴起的 硕切削(hard turning)新工艺，也对铿床产生一定的冲击力。硬切削是指使用 cbn实体刀具、cbn刀头或陶瓷刀具来加工淬硕的工件，此方法具冇切削成本低、 加工精度和光洁度高、不需用专用夹具且能一次装夹、生产效率高等优点，并 且冇利于环保。除硬切削外，面对上述两个方面的挑战，镇削专家认为，硬切削虽好， 但不可能取代铿削。因为对陶瓷、高温超级合金之类的新一代材料，铿削是惟 一的加工方法。锐削冇自己的优势，如可实现在线测量、加工时釆用闭合循环 等。而对于研铎机和抛光机，在精度和光洁度要求不是十分高的情况下，它们 的生产效率比不过平

23、面镇床。为实现工业现代化，我们同样要创造或引进新技术、新工艺、新设备，进 行必要的设备更新。另一方面，动员机械制造业的人员，坚持自力更生和勤俭 办企业的方针，大搞技术革新，挖掘设备潜力，更具冇现实意义。机床改装的效益是多方面的，从提高生产效率来看，假设改装机床100万 台，每台生产效率平均提高20%,这就等于多生产20万台新机床；反之，如果 不对就机床实行技术改造，当前生产的新机床在技术水平上或数量上又不能及 时地满足生产需要时，那就势必会影响工业经济的高速发展。因此，机床改装 或改造不但是解决设备“技术老化”的重要途径，能够满足生产发展的需要， 而且可以获得十分客观的经济效益实践经验表明，出

24、于各工厂的生产性质和设备条件的不同，机床的内容和 要求也各有差异，概括起来有如下几方面。 使旧型号机床达到新型号机床的性能指标。 扩大机床的工艺范围。 改变机床的工艺范围。 捉高机床的自动化程度。 改善机床的操作性能和劳动条件。 使机床能够适应新技术、新工艺的要求。 适合于组成生产流水线。铿床应当进一步完善，拓展它的应用空间，从容应对挑战。为使铿床保持 稳定发展的局而，当前专家捉出应该从下列几个方而拓展：1、向高精度、超精加工发展。随着it产业迅速发展，对加工的精度提出 了更高的要求。因此，研制超精镇床已提上议事fi程。在开发超精镇床方面， 工业发达国家都予以极大重视，尤其是日木已走在前列。争

25、取早日为it产业等 工业部门提供这类设备。2、跳出锐床只锐削内孔的框框。锐床向成形锐削发展，这是扩展锐削功能 的重要手段。国内平铎床中，成形铎床的比重很小，而工业发达国家一些铎削 制造厂如德国bloh m公司、elb公司，其产品中绝大多数都是能进行成形锂削 削。因此，我们应积极推广缓进给成形镇削工艺，开发一些适应多种用途的成 形镇床，真正使铿床能加工各种型面、曲面，可直接用坏件成型。逐步提高缓 进给成形锐床在锐削屮的比重。3、研究用户加工工艺，拓展应用领域。在一些工业部门可能存在肓区，如 过去磁钢行业从不使用双端面镇床。经过深入细致地工作，在这个行业推广双 端面镇床，现在许多磁钢厂都使用了双端

26、面镇床。4、开发复合机床。适应发展潮流，开发电火花复合铿床等复合机床，以及 能锐平而、外圆、内圆等的复合型锐床，拓展使用范围。5、开发高效偉床。为提高偉削效率，应发展高速偉床、高效深切偉床、快 速短行程镇床以及镇削加工中心等先进的镇削加工设备，以应对硬切削的挑战。6、镇削加工由原来的恒转速已经向恒线速度进行发展并进行拓展，以 提高切削的精度。1.3本设计的主要内容口前轴承行业使用的轴承保持架钻孔设备是传统的没有采用数控技术的加 工机床，主轴驶动采用普通三相杲步电机通过减速箱有级调速的方式，传动不 稳定，结构复杂，调速不可实现无级调速。工作台分度釆用机械分度机构，结 构复朵，分度精度低，夹紧工件

27、时采用手动夹紧，效率低下。钻孔时刀具进给 方式为采用液压驱动的滑台结构进给方式，定位精度低，加工精度低，刀具装 夹吋手动拉紧，自动化程度低，效率较低。另外，传统加工设备没有采用自动 排屑机构，以及防护较差，均不利于生产加工，环境保护。zk9350数控轴承保持架钻床是为轴承行业开发的一种高效率、高精度、高 动化、数字化机床加工设备，是采用了先进数控技术的机电液一体化产品， 液压夹紧工件，数控通孔立式回转工作台伺服驱动进行精确分度，可手动或程 序控制加工，可轴向和径向钻、较、镇孔，且采用全封闭防护结构，自动排屑, 清洁环保。本设计主要是对zk9350专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计 计算，并

28、利用绘图软件autocad对其设计的零部件进行绘制。zk9350数控轴承保持架钻床技术参数: 1机床的主要规格：最大工件直径最大钻孔直径2注轴：主轴速度范围（无级）主轴最人移动行程主轴锥孔3.工作台工作台型号工作台面直径400mm50mm50-2500r/min500mmbt50tk13400el400mm300 mm工作台最人移动距离工作台最高转速最小分度为分度定位精度重复精度最人允许载荷量为转台刹紧压力工作台底座旋转4. 冷却系统冷却泵型号冷却泵流量冷却箱容量5. 润滑系统自动集屮润滑装置型号容量6. 动力系统伺服主轴电机z向电机扭矩z向进给扭矩工作台分度电机型号冷却泵电机7. 机床外形尺

29、寸长x宽x高8. 机床净重9. 机床总容量10r/min0.001°206 250kg油压1.5mpa100°mc418025 l7min300lyesc2lfanauc a 22/6000ip22n.m66n.m （1： 3 减速器）fanauc a 12/3000imc4180机床占地 3020x1555x1835 约 4000kg45 kva第二章动力头系统设计方案镇削动力头是在通用机床，在生产屮广泛应用，它可完成的加工工序种类 及工艺方法比较成熟，分期工艺范围的侧重点是在传统工艺基础上尽可能的扩 大其工艺范围，在一定范围内实现万能性，比如：锐削动力头的主轴断而釆用

30、的莫氏5号锥孔，并且可以加卡盘等其它的夹具，实现多种加工的能力。通用 程度较高。主轴悬伸量较小，故还能够进行较强力铳削加工，主轴箱前端面积 较大，可提供安装较大的镇铳附件进行加工，但不便于接近工件。2. 1 zk9350专用机床工作原理zk9350专用机床的结构示意图如图2.1所示。结合图2.1介绍一下机床 工作原理：在床身1上固定着床鞍、滑板7,滑板在床鞍之上，可沿燕尾导轨横 向滑动，通过摇动手柄，利用丝杠螺母副传动可调整滑板在床鞍上的位置。滑 板上固定着冋转工作台，松开冋转盘锁紧螺母后，可使冋转工作台在半周内调 整至任一位置进行固定，调整时有微调机构。这样可以在工作台面上钻削斜孔。 回转工

31、作台为一伺服电机驱动、液压刹紧的精确分度立式工作台，专业生产厂 家生产，分度精度20 ，重复定位精度6，刹紧力矩2000nmo冋转工作台上 安装有液压汕缸，可利用液压夹紧工件。镣削动力头3通过支承件固定在可沿床身纵向移动的滚了式滚动直线导轨 副上，导轨由进给装置5的伺服电机通过丝杠螺母副传动驱动，带动动力头实 现进给运动。铎削动力头由专业生产厂家生产，主轴装刀结构为自动拉紧液压 松开的7： 24标准锥度配合刀柄结构，驱动电机为主轴伺服电机，叮无级调速。液压站6提供必耍的液压驱动动力源，排屑机8由专业厂家生产，其将切 屑口动输送至切屑箱中，冷却箱部分包括冷却液泵及冷却箱等，分儿个喷嘴喷 出冷却液

32、，冲涮切屑并冷却润滑刀具。电气箱10中为电气元件及驱动模块等， 机床由数控系统控制，通过操纵箱进行编程或手动操纵进行加工。机床工作时，安装在回转工作台上的圆形轴承保持架在回转油缸的液压压 紧情况下牢固地固定在工作台上，工作台按程序进行精确冋转分度，铿削动力 头安装好刀具后，高速旋传并向前按设定速度进给，钻削后再退出，然后等工 件分度后再进行另一次进给加工，如此循环，直至加工完一个工件上所有孔。 回转工作台可在半周内调整其在滑板上固定位置，因此既可加工工件上的轴向 孔，也可加工件上的径向孔，甚至斜向孔。当工件需要扩孔吋，利用工装上的 定位销可以对轴向孔进行重复装夹定位，利用径向定位销可对径向孔进

33、行重复 装夹定位，方便可靠。机床釆用全封闭防护，水枪喷射清扫切屑并自动排屑， 操纵箱固定在机床床身支架上，上部操纵面板可口由转动角度，方便操纵，射 灯照明，美观大方。2.2动力头传动方案镇削动力头的工艺范围比万能型的要窄一些，适用于成批生产的场合。 镇削动力头主要用于粗加工的工序要求。因此主轴设计中只需较大的切削 力，精度不高。粗加工锯去多余部分、铳端而打中心孔和荒车外圆等。这 个阶段的主耍目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工至接 近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。通过这个阶段还可以 及吋发现锻件裂缝等缺陷，做出相应措施。镇削动力头属于卧式铿床的切削动力源。机床结构简单

34、维护容易，操纵机 构能较多的集屮在主轴箱屮。主电动机与主轴釆用上下平行，无相对移动环节, 但主轴箱与减速箱采取相对铸造的方式，安装简易。<3<3图图(a)图2-2镇削动力头传动方案合理的传动方案要满足机械的功能的需要，此外，还要适应工作条件（工作 场地、工作制度等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高，使用 维护便利、工艺性、经济性合理等要求。在图22中的（a）、（b）为锂削动力头的两种传动方案，图（a）方案中成本低， 但在长期使用过程屮寿命低，且传动精度低等，故选择图（b）方案。表21镇削动力头传动方案比较项目图（r方案图（b）方案结构尺寸大较大传动效率较高高工作寿命短

35、常成本低屮等连续工作性较好好环境适应性差较差2.2.1动力参数选择锐削动力头的主要设计技术指标与参数：加工材料ht200,硬度hb160-200；刀貝材料，硬质合金yg8；铎孔直径50-160mm；主轴转速 50-320rpm；进给量 0.25-0.8m/s；切削速度 35-50 m/so 粗加工吋的切削功率p”为最大，此吋的切削速度较小，由资料1查得镇床 的切削力fc.w5.5kw。如图2.3切削力的合力与分力。图2.3切削力的合力与分力消耗在切削过程中的功率称为p,”，且切削功率为切削力片和进给力f/所消耗功率之和，因背向力f”没有位移，所以不消耗功率，于是切削功率(w)为:化= 10“(

36、f +ffvf 1000式屮：巴一切削力(n)v(. 一切削速度(m/s)ff 进给力(n)vf一进给速度(m/s)一般情况下，耳所消耗功率(约占p加的1 %2%)远小于f(的消耗功率，因此式屮可简化为：p.=10'3 f儿出上述可知，镇削动力头的最大切削功率为(片代入锂床最大切削力5.5kw,v/弋入最小的切削速度35m/min,即583.33mm/s)=w3 x5.5x 103 x583.33 =3.208kw要保证铿床的稳定、安全加工，故加入20%的安全系数pe=匕(1+20%)=3.208x(1+20%)=3.8496kw2.2.2电动机的选择由于铎床动力头无特殊机械要求，如空

37、气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体 的场所，工作环境不超过+40°c,相对湿度不超过95%,故选用y系列三相异步 电动机（全封闭自扇冷式笼形三相片步电动机），额定电压380v,频率50hz。根据2.1所得结果，查资料2得，功率为4kw的y系列三和异步电动机有 3种:、y112m-2形三相异步电动机,额定功率为4kw,满载转速为2890r/min； 、y112m-4形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载传速为1440r/min；、 y1160m-8形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载转速为720r/min；y112m-2形三相异步电动机，额定转速过高，不适用单级或两级齿轮传动； 此外

38、根据市场调查，y160m-8形三相异步电动机，为8极转子的电动机，价格比 同类的4极转子电动机的价格高出800元左右，与铿床动力头的自身价格相比, 选用y160m-8形三相异步电动机会增加锐床动力头的价格，不适于市场竞争。故选用y112m-4形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载转速1440r/mino2.2.3传动装置的动力参数计算出电动机的满载转速n加和镇削动力头主轴的转速n”可确定传动装置应冇 的齿轮首末传动比：皿=竺=7211 nw 200要设计计算传动件，与要知道各轴的转速、转矩或功率，i齿为7.2,显然, 传动比过大，不适应在2.1节中预先设计的如图2-1 (b)的传动方案：采用

39、一级 齿轮传动，加一介轮的传动方案。需要对其进行改进，采用两级齿轮传动。结 构如图2-2所示的传动装置，从电动机到主轴共有3根轴，依次为i轴、ii轴、 iii轴，则可按电动机轴到镇削动力头主轴，推算各轴的运动和动力参数。对于此种的两级齿轮传动减速，为使齿轮不发生如图2-4所示的，齿轮与齿 轮轴发生干涉的现彖。故在设计的过程中，选择高速级的传动比聋和低速级的 传动比i2,可按下述的方法进行分配。zj = (l. 1 1.5) i2已知传动比的计算公式为，齿二axj，且在选择齿轮的传动比的过程中，传 动比不能为整数，因为传动比为整数，会造成两齿轮周期性的相同的两齿的接 触，易发生齿面点蚀。首先试选

40、择人二2.3,二3.1的传动比。xx图2.4齿轮与齿轮轴发生干涉的现象 各轴转速门戸加二144 or pmnn% _ 144077-3-=626.09rpm式中：n,的各轴转速；、门口、口小从电动机到主轴的i轴、ii轴、iii轴（主轴）% 电动机的满载转速；ii 2高低两级齿轮的传动比。3.12”产d，2609=201.96rpm转速的相对跆为：容2%98%v5%,因此，此传动比合理。 各轴功率片二 pd =4kwpn= p z/2 = 4x 0.97 x 0.98 =3. 8024kwp1h= ph 7374=3. 8024x0.97x0.99 =3. 6514kw式中：匕一电动机输出功率；

41、匕、ph、岛一为i轴、ii轴、iii轴上的各轴的输入功率;小、%分别为高速级和低速级上齿轮传动的效率；仏一 ii轴上的一对球轴承的传动效率；774iii轴（主轴）上的轴承的传动效率。 各轴的转矩t产 7； =9550 £ =9550 xn»6.53“t2 = t zi；7iz72=26. 53x 2.3x0.97 x0.98 =58n-777t3 = t2斗二58 x 3.1 x 0.97 x 0.99 = 172. 66n m式中：7、1、入一为i轴、ii轴、ill轴上的各轴的输入转矩;为了便于下一阶段设计、计算传动零件，将最后结果列表如下。表2-2传动主要数据参数i轴轴

42、名ii轴iii轴转速n (rpm)1440rpm626.09rpm201.96rpm功率p/(kw)4kw3.8024kw3.6514kw转矩 t /(n-m)26. 53n-m58n-m172. 66n加2.3进给装置方案与动力头系统相连接的进给装置是指机床的纵向进给。进给装置设计方案 较为简单，其主耍主体rti伺服电机驱动，伺服电机通过行星减速器作1： 3减速, 通过联轴器与滚珠丝杠直联，滚珠丝杠副带动主轴箱作纵向运动。如图24所示。图24进给装置结构图第三章设计中的有关计算3.1齿轮的设计与计算此镇削动力头采用两级圆柱直齿轮传动，已知在高速级屮的小齿轮传递的 额定功率p二4kw,小齿轮的

43、转速nd =1440rpm,-级齿轮的传动比=2.3；二级齿 轮减速中的小齿轮传递的额定功率p二3. 8024kw,小齿轮的转nd =626. 09rpm,第 二级齿轮减速的传动比人二3.1；己知单向传递扭矩，满载工作时间35000h.传递 比误差不超过±5%。3.1.1选择齿轮材料初步选择两个小齿轮用40c,钢调质，硬度241286hbs:两个大齿轮选用 45号钢正火,硬度为162217hbs.由资料1，按mq等级查得：b】in 广720mp。b 恤 2 二550mp。6 m 二290mp aanim2 =210mp a3.1.2齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数由设计公式a

44、 2476 (u+1) 、两小齿轮传递的转矩t,二t,二9550 £ 二9550 x 上一=26. 53 n mn1440t2 = t ”7刃2 =26. 53 x 2.3 x 0.97 x 0.98 = 63.05n m 、两齿轮的初步传动比a 二2. 3,=3. 1 、齿宽系数取0广0.3 、载荷系数取 k=l. 75 、接触疲劳强度，许用应力“”' 11 lim二11代入式中得mwi =7201.1=655mpami 二科二500mp&因为故应以为计算依据 将上述齐值代入公式，计算所需的小心距：心76(23) j。需鶯=仙©$476(3. 1+1) i

45、: 二 14&05mmv0.3x5002 x3.1分别取两级齿轮间的屮心距为q =102mm、a 2=150mm 按经验公式选取模数mni = (0. 0070. 02) a, = (0. 0070. 02) x 105=0. 7142. 04mm叫2二(° 0070. 02) a2 = (0. 0070. 02) x 150=1. 053mm因此，根据资料2选取标准模数，高速级的一对齿轮的模数选为m/d=2mm； 低速级的一对齿轮扭矩大，为了增加齿轮的接触强度选取模数叫2=2. 5mmo 计算主耍参数计算齿数=312d_ 2x 102叫4+1)_ 2x(2.3 + 1)z2

46、= 12.3x31=72=292a2x 150mm厶mn2 (z2 +1) 2.5 x(3.1 +1)z4= i 2 z3=3. 1x29=90传动比误差:厂2. 3寻2. 26% <2. 5%790ai.= i .-=2. 9- =0. 323% < 2. 5% - s 31传动误差都小于5%,故齿数合适。计算分度圆宜径d二 mh1 z1=2x31=62mmcl2 = mn z2=2x72=144mm d3= mnl z3=2. 5x29=72. 5mmd4 - mn2 z4 =2. 5 x 90=225mm计算中心据q_/+2_62 + 144=103mm72.5 + 2252

47、=148. 75mm计算齿宽b二门 £>)=0. 2 x 103=21 mmb 二 b+ (4 10)二 25 mmb 2 =b=21 mmb =<da z)2=0. 2x 148. 75=30mmb3= b +(410) =34mmb4= b 二30nw?故电动机主轴与镇削头主轴的中心距为£) = £)+ £)2=103+148> 75=251. 75mm由资料1查得y112-2型电动机的安装尺寸，并且根据3. 1节轴的设计推测箱体尺寸，屮心距d二251. 75不合适，需要扩大齿数增加屮心距，使得屮心距295mmwdw300mm.（注

48、：d = hj图3-1箱体的主要联系尺寸故调整齿数为：z, =42 z2 =97 z3 =31 z4 =96计算分度圆直径仏二 mnl z =2 x 42=84mmd2- mnx z2 =2x97= 194mmd.- mn2 z3二2. 5x31=77. 5mm二 mn2 z4=2. 5x96=240mm计算齿顶圆直径cl小二 d, +2h：mnl = 84 + 2xlx2 = ssmmd“2二 d2 +2h:mn二 194+ 2x1x2 = 198m/?d “3 = d3 +2h :叫=77.5 + 2 x 1 x 2.5 = s2.5mmd“4二 d4 +2h：mn-240 + 2x 1

49、x2.5 = 245mm齿宽的厚度不变，因为，在没有增加齿数z前的强度已经满足，加齿数后 的，强度已经够了，无须加厚度。计算屮心据=84±194=139mm2 2=158.75m故电动机主轴与铿削头主轴的中心距为£> = /)+ £)2=139+158. 75=297. 75mm齿轮几何参数及基本参数列表齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿数z42973196齿顶d。8819882.5245齿根圆df8019029.10420& 396齿宽b25213430中心距a139139158.75158. 75模数m”222.52.5分度圆d8419477.52403

50、.1.3校核齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳许用应力此处只校核高速级的一对齿轮，因为此处的齿轮速度高，单位时间内相 互接触次数比低速级的一对齿轮的次数要多。故只需校核高速级的1、2齿 轮。©hlvrxslim应力循坏次数n l1 =60an j 二60 x 1 x 1440x35000 = 1.512xl09n l2 =60an 2 t=60xx 1x35000 = 6.048 x1o«对于调制钢，由图查得zjvi= 1z2 =1.04由1选齿轮精度为8-7-7 gb10095-8&选择润滑油的运动粘度（）二83c",由1查得s=0.91由1查得，调制齿轮钢的

51、齿轮系数a =1i大i小齿轮齿面未硕化，齿曲未华堂血，故由1查得,对失效齿轮概率低于1%,故取z h lim= 1代入公式得“严如晋1土i® 咖口2=空4!土! = 500.5咏齿而接触疲劳应力kgk占bdu由1查得：=1.5齿轮按悬臂布置，并减少5%k “ =1.05由1查得:ka = 1.25由1查得：zh = 2.5由1查得：z£ =189.8将上述数值代入公式可得：476.93i“ u /1.5x1.05x1.25x1768.33x(3.6-1)<r = 189.8 x 2.5 xjv42x60x36因为巾< ahl% < m2故满足齿而接触疲劳强

52、度=y&elt2 ° 95选择齿面粗糙度ra = 6.3/jm ,故rrelt = rreltl =由1查得： yxi - yx2 - 1由1可知，对于失效概率低于1%。，则= *flim2 = 125将上述数值代入公式290x1x1x0.9x1l25=208.8mp6z210xlx0.95x0.9xll25= 43.9 mpa齿跟弯曲疲劳应力由式_ _ kffyfaysa _ kakpkayfaysaft cy f bmbm根据zv1,z,2,由1查得n几广4.1味厶2=3.8代入公式屮l5xl.05xl.25x4.lxl768.3347x2= 5l.s5mpa竺型斗41.

53、82咖4.1因为 <7门 < “门，af2 < af2故满足齿跟弯曲疲劳强度条件3.1.4齿轮结构设计o. in ait s/矣余h9f |.22|afwmb級卵虬2302、来注解做5;3、統附c2;4、斛毛虬-15g8bs;i号齿轮的尺寸图_if |w|,|ii号齿轮的尺寸图iii号齿轮的尺寸图iv号齿轮的尺寸图3.2铿削动力头主轴结构设计和校核主轴支撑着转动件冋转并传递转矩，同时它乂通过轴承与机架联接。轴上 零件与轴、轴承组成了一个以轴基准的组合休一轴系部件。所以，轴的设计屮 不能只考虑周本身，必须考虑轴系部件的整体结构。轴的设计和其它零件的设计相识，包括结构设计和工作能

54、力的设计两方面 的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要 求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的设计不合理，会影响轴的工作能力 和轴上零件的工作可靠性，述会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。 i大i此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多 数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度的计 算，以防止断裂和塑性变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进 行刚度的计算，以防止工作吋产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还要进 行振动和稳定性的计算，以防止发生共振而破坏。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坏多数用轧制圆钢和锻件，冇的 直接用i员i钢。出于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理 或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛， 最常用的是45钢。合金钢比碳钢具冇更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大动力, 并耍求减小尺寸与质量，提高轴的耐磨性，以及处于高温或低温条件下的轴， 常采用合金钢。经分析采用45钢较合理。主轴加工工艺过程制定的依据是主轴的结构、技术要求、生产批量和设备 条件等。从ca6140车床主轴的加工可以知道：（1）主轴的技术要求，如主轴两个支承轴径的本身精度、光洁度和不同轴 度