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机械毕业设计(论文)-微型数控车床设计(全套图纸)doc

※发布时间:2017-10-22 17:47:45   ※发布作者:habao   ※出自何处: 

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  中文摘要摘要:对于数控车床床头部分的设计主要有同步带,主轴组件的设计。对于同步带的设计要根据设计手册上同步带的设计计算进行设计,而主轴组件是机床主要部件之一,由于主轴组件直接承受切削力,转速范围又很大,因而数控车床的加工质量很大程度要靠它,主轴组件的性能要求包括精度,静态刚度,抗振性,热稳定性,耐磨性等。主轴是主轴组件的重要组成部分,因而主轴的设计是很重要的,主轴的设计要从主轴的材料和热处理,主轴的结构形状,主轴的主要精度指标来进行,主轴的结构形状主要取决于轴上所安装的零件,轴承,传动件夹具等的类型,数目,,安装定位方式等,也考虑其工艺性要求。主轴通常是一个前粗后细的阶梯轴,即轴径尺寸从前轴径起,向后逐渐缩小。这样的结构,是为了适应主轴各段承受的不同载荷,以满足刚度要求,同时也为其上的多个零全套图纸,加153893706件提供足够的安装,定位及止推面,同时也有利于加工和装配。数控车床主轴的轴端通常用于安装夹具,要求夹具在轴端定位精度高,定位刚度好,装卸方便,同时使主轴的悬伸长度短。主轴端部结构,一般采用短圆锥法兰盘式,短圆法兰结构有很高的定心精度,主轴的悬伸长度短,大大提高了主轴的刚度。而选择主轴材料与热处理方法,主要依据主轴部件的工作条件及结构特点,即应满足主轴对刚度,强度,耐磨性,精度等方面的具体要求。一般机床主轴常用45钢,并且要进行调质处理,主轴端部锥孔,定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬到50~55HRC。支承采用角接触轴承,则轴颈可不淬硬,但为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面,常对主轴轴颈处进行淬硬。主轴的精度直接影响到主轴部件的旋转精度, 主轴零件相连接处的表面粗糙度和表面几何形状误差,关系到接触刚度。因此,设计主轴时,必须根据机床精度标准有关的项目制定合理的技术要求。主轴主要精度指标有:前支承轴颈的同轴度约5左右;轴承轴颈需按轴承内孔“实际尺寸”配磨,且须配合过盈1~5;锥孔与轴承轴颈的同轴度为3~5,与锥面的接触面积不小于80%,且大端接触较好。关键词:主轴、轴承、同步带、刀架、尾座on engine bed main axle commonly used 45 steel, and must carry on the quenching and retempering treatment, the main axle nose awl hole, calm spots and so on journal or calm circular conical suce partial as hardly as 50~55HRC.The supporting uses the rolling bearing, then the journal may not be hard, but in order to prevent knocks bumps damages the journal the mating suce, often carries on to the main axle journal place hardly.The main axle precision affects directly the main axle part revolving precision, the main axle components attachment point suce roughness and the superficial geometry shape error, relates the contact rigidity.Therefore, when designs the main axle, must act according to the engine bed precision standard related project formulation reasonable specification.The main axle main precision target includes: First supporting journal proper alignment approximately about 5; The bearing journal must the hole “the actual size” match according to the bearing in rubs, also must guarantee has coordinated full 1~5; The awl hole and the bearing journal proper alignment is 3~5, is not smaller than with the conical suce contacted area 80%, also the big end contact is good. Key words: spindle\ Bearings\ Synchronous belt\ sw\ its 目 录摘要IAbstractII目 录IV第一章 引 言11.1 课题的目的和意义11.2 数控车床国内外发展现状11.3数控车床的发展前景2第二章 数控车床的用途、特点、分类以及工作原理32.1 数控车床的用途32.2 数控车床的特点32.3 数控车床的分类42.4 数控车床的工作原理5第三章 主轴的设计63.1 主轴的设计概况63.1.1 主轴的分类63.1.2 主轴的材料63.1.3 轴设计的主要问题63.2 主轴的设计73.2.1确定最小轴径73.2.2轴的结构图8第四章 同步带的设计计算94.1 同步带的设计概况94.2 同步带的设计9第五章 丝杠的设计计算125.1 丝杠的概况125.1.1 丝杠的选用125.1.2 丝杠的材料125.2 X轴丝杠的设计125.3 Z轴丝杠的设计16第六章 轴承的选用与校核及键、轴的校核226.1 轴承的选用226.1.1 主轴轴承的选用与校核226.1.2 Z轴承的选用与校核236.2 键的校核246.3 轴的校核25结论29参考文献31致谢及声明32 第一章 引 言1.1课题的背景和意义数控机床目前国外机械设备的数控化率已达到,而我国的机械设备的数控化率不,随着我国机制行业新技术的应用,我国世界制造业加工中心地位形成,数控技术与装备的发展得到了高度重视,近年来取得了相当大的进步。但是,我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题,如何有效解决这些问题,使我国数控领域沿着可持续发展的道,从整体上全面迈入世界先进行列,使我们在国际竞争中有举足轻重的地位,将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 第二章 数控车床的用途、特点、分类及其工作原理2.1 数控车床的用途数控车床集中了卧式车床,转塔车床,多刀车床,仿形车床,自动和半自动车床的功能,主要用于大规模的加工零件,其加工方式包括车外圆,镗孔,车平面可以编写程序,适用于批量生产,生产过程的自动化程度较高。 主轴的设计3.1 主轴的设计概况3.1.1 轴的分类按照承受弯,扭载荷的不同,轴可分为转轴,心轴和传动轴三类。工作中既受弯矩又受转矩的轴称为转轴,这类轴在机器中最为常见。只受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴,心轴又分为转动的心轴和不传动的心轴两种。只承受转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴称为传动轴。所设计的主轴承受转矩但所承受的弯矩很小,应属于传动轴。3.1.2 轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉,对应力集中的性小,又可通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度,故应用比较广泛,其中最常用的是45号优质碳素钢。主轴的材料选取45号优质碳素钢,但为力学性能,必须进行调制处理。钢的调制处理,是指淬火和高温回火。调制处理后得到的是索氏体组织,它比正火或退火所得到的铁素体混合组织,具有更好的综合力学性能,例如有更高的强度,较高的冲击韧度,较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。3.1.3 轴设计的主要问题在一般情况下,轴的设计主要应解决下列问题:(1)选择轴的材料(2)进行轴的结构设计时尚不知道轴的直径,所以要进行初步计算,粗略估算出轴的直径,并初步确定各部分的形状和尺寸,然后细致地进行结构设计,在结构设计中,必须考虑轴在机器中的,轴上零件固定定位要求,工艺性要求,热处理要求,运转的要求等 。(3)进行轴的强度校核,一般情况下轴的工作要取决于它的强度,且大多数是在变应力条件下工作的,因此要进行疲劳强度校核计算。(4)必要时进行轴的刚度和振动稳定性要求。3.2 轴的设计3.2.1 确定最小轴径按扭转强度计算因为主轴是空心轴,则其直径d——轴端直径,—— 轴所传递的功率,——轴的工作转速,A——系数,由于主轴的材料为45钢,则取A=115——空心的内径与外径之比,=20 先假定=25,则=,查表得=1.02当最高转速即时==4.7,而空心轴的内径就为20,并且主轴一般达不到最高转速当最低转速即时==25.27由于该机床很少达到最低转速则可取=25由于该轴上有键槽,应增大其轴径,来提高轴的强度由于轴的直径小于等于100,并且只有两侧有键槽,其增大值为10%所以该轴的直径应为,取=273.2.2 轴的结构图 同步带的设计计算4.1 同步带的设计概况同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层,外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带,带的内周制成齿状,使其与齿形带轮啮合。同步带传动时,传动比准确,对轴作用力小,结构紧凑,耐油,耐磨性好,抗老化性能好,一般使用温度-20―80℃,v50m/s,P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。当同步带垂直其底边弯曲时,在带中保持原长度不变的周线,称为节线,节线长以L表示。同步带的型号=;P——传递功率,;——工况系数;由表查得选取=1.6 则=0.2=1.60.2=0.322.选择带型和节距 查图选取型号;节距为5.083.小带轮齿数=12,(--见表) ,取=30 (带速和安装尺寸允许时,尽可能选用大值)4.小带轮节圆直径===48.55. 大带轮齿数由于传动比,则==306. 大带轮节圆直径由于齿数相同,则=48.57.校核带速 ~508. 初定中心距0.7(+)2(+)63,取9.初定带的节线长度及其齿数 (;)按表选取标准节线 (圆整成整数)12.基本额定功率=0.37kw——同步带基准宽度所能传递的功率,kw——基准宽度同步带的许用工作拉力,N,见表——基准宽度为的同步带质量, ,见表13. 带宽=8.36 ——啮合齿数系数,根据小带轮就、啮合齿数选取:时取1;=5时取0.8;=4时取0.614.轴上载荷=48.5 N 丝杠的设计计算5.1丝杠的概况5.1.1丝杆的选用数控车床为了提高进给系统的灵敏度,定位精度和防止爬行,必须降低摩擦并减少静,动摩擦系数之差。因此,行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。而该数控车床行程较小,因此选用滚珠丝杠。5.1.2丝杠的材料丝杠的材料选用GCr15,因为这种铬轴承钢可用于制造耐磨,耐蚀零件。但为了其力学性能,需要整体淬火,硬度可达58~60 。目前生产中应用较广的冷却介质是水和油,但淬火用油作为冷却介质能够减少淬火工件的变形与开裂,因此该丝杠用油作为冷却介质进行整体淬火。X轴丝杠的设计(1)寿命计算 =12, =21)基本额定动载荷——一组相同参数的流动螺旋副,运转一百万转时,90%的螺旋副不发生疲劳扩展所能承受的纯轴向载荷=——与滚珠丝杠副流道的几何形状,制造精度和材料有关的参数。查表得:, 则=101.9892——每列工作参数选2圈——每个螺纹的循环列数,取1列——每圈中的钢球个数, 其中,则==18.9,取19。则= ==32212)寿命条件 ——轴向载荷()由转矩=1.04,得——寿命系数,= ——工作寿命,数控机械一般取15000——载荷系数,查表取=1.5(中等冲击)——短行程系数,查表=1 (行程=4) ——动载荷硬度影响系数,由于硬度为58~60,则查表=1——转速系数,Kn=(==1.23——工作转速, (18) 则 则满足条件(2)丝杠的强度 1)螺旋传动的转矩 = =114 其中,滚珠丝杠副的当量摩擦系数=0.003~0.01 当量摩擦角=~,对于这个丝杠则可取 = 2)当量应力 由表得=9.98 而 = = =2.433)强度条件 ——丝杠材料的许用应力 ,=(0.2~0.33) 而的极限=480~500,则可取极限的最小值=480 若取=0.2=0.2x480=96 则满足强度条件。(4)丝杠的刚度 1)轴向载荷产生的轴向变形量 两端固定的丝杠 ——丝杠的计算长度,指和作用处到固定支承盖的 距离E——丝杠材料的弹性模量,钢材 A——丝杠的计算截面面积, =78.5 则= =2.13 2)转矩产生的轴向变形量 ——丝杠的螺纹导程, =4mm——丝杠材料的切变模量,钢材的= ——丝杠计算截面的极惯性矩,= =981.25==1.783)轴向载荷F使钢球与螺纹流道间产生的轴向变形量, 由于,由表知有预紧 则查表得 ——载荷分布不均系数,与制造精度有关,一般取=1.2~1.3,取=1.3。——预紧力(),一般取 =,为最大轴向载荷 则===57.8——工作螺母中的钢球总数,——钢球直径() 则 ==3.65 4)轴向总变形量δδ = =2.13+1.78+3.65 =5.96 5)刚度条件 [] []——丝杠允许的轴向总变形量,对精度机床[]=0.5x定位精度() []=0.5×0.015=0.0075 则满足刚度要求。(5)丝杠的稳定性1)柔度 ——长度系数 ,查表得=1.5; —— 螺杆的最大工作长度; ——螺杆的截面的惯性半径(), 2)临界载荷由于40则不需验算则满足稳定性要求(6)(7)驱率由驱动变为移动时 ——螺旋传动中传动件上的转矩——螺旋传动中转动件的转速——从动力源到螺旋传动主动件间的机械效率(取=0.96)==2.04 Z轴丝杠的设计(1)寿命计算 =12, =21)基本额定动载荷——一组相同参数的流动螺旋副,运转一百万转时,90%的螺旋副不发生疲劳扩展所能承受的纯轴向载荷=——与滚珠丝杠副流道的几何形状,制造精度和材料有关的参数。查表得:, 则=101.9892——每列工作参数选2圈——每个螺纹的循环列数,取1列——每圈中的钢球个数, 其中,则,==18.9,取19。则= ==3221 2)寿命条件 ——轴向载荷()由转矩=0.54,得——寿命系数,=——工作寿命,数控机械一般取15000——载荷系数,查表取=1.5(中等冲击)——短行程系数,查表=1 (行程=4) ——动载荷硬度影响系数,由于硬度为58~60,则查表=1——转速系数,Kn=(==1.23——工作转速, (18) 则 则满足条件 (3)丝杠的强度1)螺旋传动的转矩 = =59 其中,滚珠丝杠副的当量摩擦系数=0.003~0.01,当量摩擦角=~,对于这个丝杠则可取= 2)当量应力 由表得=9.98 而 = ==1.26 (3)强度条件 ——丝杠材料的许用应力 =(0.2~0.33) 而的极限=480~500,则可取极限的最小值=480 若取=0.2=0.2x480=96 则满足强度条件(4)丝杠的刚度两端固定支承比一端固定一端有更大的安全性,更大的临界速度和更高的刚度,所以尽量采用两端固定支承方式,并两端支承座孔与螺母座孔的精度和同轴度。1)轴向载荷产生的轴向变形量 两端固定的丝杠 L——丝杠两支承间的距离 ——丝杠的计算长度,指和作用处到固定支承盖的 距离E——丝杠材料的弹性模量,钢材 A——丝杠的计算截面面积, =78.5 则= =17.2 2)转矩产生的轴向变形量 ——丝杠的螺纹导程, =4mm ——丝杠材料的切变模量,钢材的= ——丝杠计算截面的极惯性矩,= =981.25==7.33) 轴向载荷F使钢球与螺纹流道间产生的轴向变形量, 由于,由表知有预紧则查表得 ——载荷分布不均系数,与制造精度有关,一般取=1.2~1.3,取=1.3。——预紧力(),一般取 =,为最大轴向载荷 则===30——工作螺母中的钢球总数,——钢球直径() 则 ==2.364) 轴向总变形量δδ= =1.72+7.3+2.36=2.055)刚度条件 [] []——丝杠允许的轴向总变形量,对精度机床[]=0.5x定位精度()[]=0.5×0.015=0.0075 则满足刚度要求。(5)丝杠的稳定性1)柔度 ——长度系数 ,查表得=1.5; —— 螺杆的最大工作长度; ——螺杆的截面的惯性半径(), 2)临界载荷由于40则不需验算 则满足稳定性要求(6)(7) 驱率由驱动变为移动时 ——螺旋传动中传动件上的转矩——螺旋传动中转动件的转速——从动力源到螺旋传动主动件间的机械效率(取=0.96)==2.04 轴承的选用及校核、键、轴的的校核6.1 轴承的选用6.1.1 主轴的选用对于转速较高的轴承,可按基本额定动载荷计算值选择轴承C=C——基本额定动载荷计算值,;——当量动载荷,——寿命因数;——速度因数——力矩载荷因数,力矩载荷较小时,=1.5, 力矩载荷较大时,=2——冲击载荷因数;——温度因数当量动载荷由于轴承同时承受径向载荷和轴向载荷(即主轴的切削力),因此在进行轴承计算时必须把实际载荷转换为与确定额定动载荷条件相一致的当量动载荷,当量动载荷的一般计算公式为:径向载荷F==36轴向载荷F=63由于==1.750.68则查表得P=1.8=125.2寿命因数假定该数控机床寿命=75000 则查表得,=5.30(3) 速度因数该主轴的最低转速=20 则查表得,=1.186力矩载荷因数 该机床力矩载荷较小时,=1.5冲击载荷因数该数控机床有冲击, 则查表取 =1.8 (6)温度因数该数控机床工作温度一般都低于100 o,则查表取=1.0 则C= = =1510.6由于d=30查表得7206AC型轴承C=22.0,C=14.2校核轴承由手册查得7206AC轴承C=22.0,C=14.2,e=0.68计算两轴承的内部轴向力和轴向载荷由表得=0.68 =0.6836=24.48F=0.68=0.6836=24.48=63+24.48=87.48 F则轴承1被压紧,得轴承的轴向载荷==24.48==63+24.48=87.482.求当量动载荷==2.43e则=0.41,=0.87==0.68=e则=1,=0查表得,有冲击时,取=1.8则当量动载荷= =1.8(0.4136+0.8787.48) =163.6= =1.836=64.83.验算轴承寿命 ,则只计算轴承1的寿命 ===580309543由于此寿命是在最低转速下,而且由于机床精度要求,所以所求寿命会长一些,满足寿命要求,所以所选轴承合适。6.1.2 Z轴轴承:对于转速较高的轴承,可按基本额定动载荷计算值选择轴承C=C——基本额定动载荷计算值,——当量动载荷,——寿命因数;——速度因数——力矩载荷因数,力矩载荷较小时,=1.5, 力矩载荷较大时,=2——冲击载荷因数;——温度因数当量动载荷由于轴承同时承受径向载荷和轴向载荷,因此在进行轴承计算时必须把实际载荷转换为与确定额定动载荷条件相一致的当量动载荷当量动载荷的一般计算公式为:由于0.68 则查表得P=1.8=1.8=141(2) 寿命因数假定该数控机床寿命=75000,则查表得=5.30(3) 速度因数 该主轴的最低转速=20则查表得,=1.186(4)力矩载荷因数 该机床力矩载荷较小时,=1.5(5)冲击载荷因数 该数控机床有冲击,则查表取 =1.8 (6) 温度因数 该数控机床工作温度一般都低于100 o,则查表取=1.0则C= = =1701.2由于d=12查表得7001AC型轴承C=5.20,C=2.55验算轴承寿命 ===46453216符合要求。6.2键的校核通平键连接的主要失效形式是键,轴上键槽和轮毂上键槽三者中较弱者被击溃。由于轮毂上的键槽深度较浅,轮毂的材料强度通常在三者中也最弱,所以平键联接的强度计算通常以轮毂为计算对象,计算键联接的强度时假设键与键槽侧面的压力均匀分布,并假设合力的作用点在轴半径处,强度条件为: ——键联接传递的转矩,——轴的直径,——键的工作长度,;对于方头平键,键的工作长度等于键长;对于圆头平键,由于键的圆头端部与键槽不接触,所以键的端部不承载,键的工作长度等于键长度减去端部圆形头部长度;单圆头平键(公式中为键长,为键宽,=22,=4);——键与轮毂键槽的接触高度,,(公式中为键的高度=4);——许用挤压应力,;查表取=100(轻微冲击)由=2938,=28,由于是圆头平键=,=2则=5.8〈,满足要求6.3 轴的校核机床工作时,主轴所受的切削力因为主轴转速最低时,能够达到最大转矩,此时所受的切削力最大,此切削力可分解为三个相互垂直的切削分力,即主切削力,径向力,轴向力。主切削力=0.20.98=0.196kw (取0.96~0.98) =65.3 ==180 N径向力由切削经验公式知选取轴向力由于切削力由两个轴承来承担,则可知====36而轴向力靠近三爪卡盘的轴承承受的力要比另一个轴承大A点对C、D点的弯矩 =×119.05=4285.8= ×135.05=4861.8B点对C、D点的弯矩= ×22.94 =825.84= ×=841.84则C、D点的弯矩= = 5111.64= =5703.64 带对轴产生的扭矩因为带作用在轴上力,而带轮节圆直径则对于扭转切应力为脉动循环变应力时,α≈0.6C点的当量弯矩= ==5153.4 D点的当量弯矩= ==5741.1校核轴的强度根据弯矩及轴的直径进行强度校核查表得,45钢的=640,按表用插值法得,=59则C截面当量弯曲应力 =/=5153.4/(0.1) =5153.4/(0.1×) =4.2 []则D截面当量弯曲应力=/=3598/(0.1) =5741.1/(0.1×) =4.7 []则C和D两截面均安全。 图2 总结此次毕业设计是我从大学毕业生重要一步。从最初的选题,开题到计算、绘图直到完成设计。其间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。毕业设计也出自己专业基础的很多不足之处 参考文献濮良贵. 机械设计. :出版社,200吴泽. 机械设计. :出版社,成大先. 机械设计[4版]. :出版社,. 机械设计[4版]. :出版社,. 数控车床设计.:机械工业出版社,2003.6邱宣怀. 机械设计. :,强毅. 设计制图实用标准手册. :出版社,.1侯书林. 朱海.机械制造基础上册.:中国林业出版社,.8朱正心. 机械制造技术.:中国林业出版社,.8朱家诚. 机械设计课程设计.:合肥工业大学出版社 , 中文摘要IAbstract目录第一章 引言第二章 数控车床的概况第三章 主轴的设计第四章 同步带的设计计算第五章 丝杠的设计计算第六章 轴承的选用总结参考文献致谢及声明

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