TH6363B卧式加工中心回转工作台毕业设计（可编辑） .doc

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1、 摘 要 本文主要论述了TH6363B卧式加工中心的回转工作台的设计过程。工作台是加工中心的重要部分。加工中心机床除了沿X、Y和Z三个坐标轴直线进给运动外,往往还带有绕X、Y和Z轴的圆周进给运动。一般圆周进给运动由回转工作台来实现。TH6363B卧式加工中心的回转工作台是采用分度工作台的设计。工作台分度转位动作包括:工作台抬起,齿盘脱离啮合,完成分度前的准备工作;回转分度;工作台下降,齿盘重新啮合,完成定位夹紧共三个步骤。正文部分着重讲述了电机、同步带和主要轴承的选择及鼠牙盘、同步带轮、液压系统和传动齿轮的设计计算。设计过程中使用CAD技术进行设计。 关键词:工作台分度转位齿盘Abstract

2、This article discusses TH6363B horizontal machining center of the rotary table of the design process. Table is an important part of the processing centers. In addition to machine processing center along the X, Y and Z coordinates of three straight into the shaft to the movement, often with around X,

3、 Y and Z axis into the circle to the campaign. General circle feed from the rotary table movement to achieve. TH6363B horizontal machining center of the rotary table is used at the design of the workstation. Table-degree turn in action include: table lifted, the tooth was out of mesh, at the complet

4、ion of the preparatory work before; rotary points; table dropped, Gear re-engagement, targeting completion of clamping a total of three steps. Focus on the body of the motor, belt and the main bearings and the choice of mice teeth set, timing belt pulleys, hydraulic systems and transmission gear des

5、ign and calculation. The process of designing the use of CAD technology design.Key words:Table IndexingTranspositionGear目 录前言第一章 绪论11.1加工中心的功能及其特点11.2加工中心的结构组成21.3加工中心的发展趋势31.4本文研究目的和主要研究内容6第二章 TH6363B加工中心回转工作台设计方案的拟订72.1 加工中心常用回转工作台简介72.2本课题设计方案的拟订72.3本课题设计的回转工作台原理简介82.4设计方案具体操作技术路线简介9第三章 回转工作台设计10

6、3.1回转工作台的主要设计内容103.1.1电机的选择103.1.2传动比的分配及传动效率的计算113.1.3同步带的选择及同步带轮的设计计算123.1.4圆锥齿轮的设计计算123.1.5圆柱齿轮的设计计算153.1.6鼠牙盘的设计计算193.1.7液压系统的设计计算233.1.8主要轴承的选择243.1.9润滑与密封263.1.10其他元件的选择273.2绘制回转工作台总图和零件图27结论28谢辞29参考文献30前 言 机械工业担负着国民经济各部门,包括工业、农业、和社会生活各个方面提供各种性能先进、价格低廉、使用安全可靠的技术装备的任务,所以在现代化建设中是举足轻重的。市场竞争的生命力在于

7、产品的水平。任何科技成果要转变为竞争力的商品,设计起着关键性的作用。机械设计是机械产品研制的第一道工序,设计工作的质量和水平,直接关系到产品质量、性能、研制周期和技术经济效益。工业发达的国家都十分重视产品设计:美国认为,设计是一本万利的事,对产品设计投资1美元,带来的利润却是1500美元;英国认为:产品设计是英国工业的命脉,英国工业革新必须以设计为中心,始终应把产品设计多为企业的头等大事,应时常探索研究使产品设尽善尽美;法国认为:设计是工业的生命,要培养超一流设计大师,要大胆启用有才华和有实践工作经验的设计人员。 随着科学技术的进步与发展,数控机床及加工中心的应用已日趋普及,现代数控加工技术使

8、得制造过程发生了巨大的变化,对技术人员的要求也越来越高。因此,我们要充分了解和熟悉现代数控机床的基本知识,使企业尽可能投入少,见效快,让资源合理化运用、让投资更加合适已成为众多企业所不可忽视的一项重要任务。 课题的设计对于我们综合运用所学的理论知识和技能方面有很大的帮助,并要求我们必须具备扎实的机械设计基础,具有全方面的机械专业知识,熟悉组合机床等相关部件的设计原理,并且在设计过程中遇到的问题要及时反馈和查阅相关资料,对于那些计算的设计过程,更是要保证计算数据的准确,同时也要考虑设计的情况能否符合实际生产加工中的要求。第一章 绪 论1.1加工中心的功能及其特点 1.1.1 加工中心的功能 加工

9、中心是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、镗销、钻削和切削螺纹等功能集中在一台设备上,使其具有多种工艺功能。加工中心设置有刀库,刀库中存放着不同数量的各种刀具或量具,在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别。加工中心与同类数控机床相比机构较复杂,控制系统功能较多。加工中心最少有三个运动坐标系,多的达十几个。其控制功能最少可实现两轴联动控制,实现刀具直线插补和圆弧插补。多的可实现五轴联动、六轴联动,从而保证刀具进行复杂加工。加工中心还具有不同的辅助功能;如:各种加工固定循环,刀具半径自动补偿,刀具长度自动补偿,刀具破损报警,刀具寿命管理,过载超程自动保护,丝杠螺距

10、误差补偿,丝杠间隙补偿,故障自动诊断,工件与加工过程图形显示,人机对话,工件在线检测和加工自动补偿、离线编程等,这些攻能提高了数控机床的加工效率,保证了产品的加工精度和质量,是普通加工设备无法相比的。 1.1.2 加工中心的特点 加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备,它的发展代表了一个国家设计、制造的水平,因此在国内外企业界都受到高度重视。加工中心综合加工能力较强,工件一次装夹后能完成较多的加工步骤,加工精度较高,对于中等加工难度的批量工件,其效率是普通设备的510倍。加工中心对形状较复杂,精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适合。特别是对于必须采用工装和专机设备来保证产品质

11、量和效率的工件,采用加工中心加工,可以省去工装和专机。这为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用,从而使企业具有较强的竞争能力。因此它也是判断企业技术能力和工艺水平标志的一个方面。如今,加工中心已成为现代机床发展的主流方向,广泛用于机械制造中。与普通数控机床相比,它有以下几个突出特点。 1 工序集中 加工中心备有刀库,能自动换刀,并能对工件进行多工序加工。现代加工中心可使工件在一次装夹后实现多表面、多工位的连续、高效、高精度加工,即工序集中。这是加工中心最突出的特点。 2 加工精度高 加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点,而加工中心可一次装夹工件,实现多工序集中加工,减少了多次装

12、夹带来的误差。故加工精度更高,加工质量更加稳定。 3 适应性强 加工中心对加工对象的适应性强。加工中心改变加工零件时,只需重新编制更换程序,输入新的程序就能实现对新的零件的加工,这对结构复杂零件的单件、小批量生产及新产品试制带来极大的方便。同时,它还能自动加工普通机床很难加工或无法加工的精密复杂零件。 4 生产效率高 加工中心带有刀库,在一台机床上能集中完成多种工序因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间,减少工件半成品的周转、搬运和存放时间,机床的切削利用率切削时间和开动时间之比高。 5 经济效益好 加工中心加工零件时,虽分摊在每个零件上的设备费用较昂贵,但到单件、小批量生产的情况下,可节省

13、许多其它方面的费用。由于是数控加工,加工中心不必准备钻模等工艺装备,加工之前节省了划线工时,零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间。另外,由于加工中心的加工稳定,减少了废料率,使生产成本进一步下降。 6 自动化程度高,劳动强度低加工中心的加工零件是按事先编好的程序自动完成的,操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外,不需要进行繁重的重复性手工操作,劳动强度可大为减轻。 7 有利于生产的现代化管理 用加工中心加工零件,能够准确地计算零件的加工工时,并有效地简化检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于于使生产管理现代化。当前有许多大型CAD/CAM

14、集成软件已经开发了生产管理模块,实现了计算机辅助生产管理。加工中心使用数字信息与标准代码输入,最适宜计算机联网及管理。 1.2加工中心的结构组成 加工中心是计算机控制下的自动化机床,其总体结构主要由以下几部分组成。 (1)基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构,这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的钢结构件,它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载,因此必须是刚度很高的部件,也是加工中心中质量和体积最大的部件。 (2)主轴部件 由主轴伺服电源、主轴电机、主轴箱、主轴、主轴轴承和传动轴等零件组成。主轴的启动、停止和变速等均由数控系统控制,并通过装在主轴上的刀具参与

15、切削运动,是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件,其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响,它决定着加工中心的切削性能、动态刚度、加工精度等。主轴内部刀具自动夹紧机构是自动刀具交换装置的组成部分。 (3)数控系统 单台加工中心的数控部分由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电机等部分组成。CNC装置根据它的包含功能、可控轴数、主运算器的性能等分成各种供配置加工中心用的系统,它采用微处理机、存储器、接口芯片等,通过软件实现数控机床要求的各种功能。可编程序控制器替代一般机床中机床电气柜,执行数控系统指令,控制机床执行动作。数控系统主要功能有:控制功能、进给功能、主轴功能、辅助功

16、能、刀具功能和第二辅助功能、补偿功能、字符图形显示功能、自诊断功能、通信功能、人机对话程序编制功能等。数控系统是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 (4)自动换刀系统 该系统是加工中心区别于其他数控机床的典型装置,它解决工件一次装夹后多工序连续加工中,工序与工序间的刀具自动储存、选择、搬运和交换任务。它由刀库、机械手等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置;当需要换刀时,根据数控系统的指令,由机械手或通过别的方式将刀具从刀库取出装人主轴孔中。刀库有盘式,鼓式和链式等多种形式,容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式。如单臂式

17、,双臂式,回转式和轨道式等等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀的。 (5)回转工作台 加工中心机床除了沿X、Y和Z三个坐标轴直线进给运动外,往往还带有绕X、Y和Z轴的圆周进给运动。一般圆周进给运动由回转工作台来实现。加工中心常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台,它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面,和自动换刀装置配合使用,实现工件一次安装能完成几个面的加工。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外,还有实现圆周运动进给运动。 (6)工作台交换系统 有的加工中心为了实现进一步的无人化运行或进一步缩短非切削时间,采用多个自动交换工作台方式储备工件。

18、一个工件安装在工作台上加工的同时,另外一个或几个可交换的工作台面上还可以装卸别的工件。当完成一个托盘上工件的加工后,便自动交换托盘,进行新零件的加工,这样可以减少辅助时间,提高加工效率。 (7)辅助系统 包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动,但对加工中心的加工效率,加工精度和可靠性起到保障作用,因此也是加工中心中不可缺少的部分。 1.3加工中心的发展趋势 1.3.1 高速高效、高精度、高可靠性 (1)高速、高效 提高生产率是机床技术追求的基本目标之一。加工中心高速化可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零

19、件的表面加工质量好精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 新一代加工中心通过高速化大幅度缩短切削工时,进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速加工中心的开发应用紧密相关。20世纪90年代以来,欧、美、日各国争相开发新一代高速数控车床,加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴,转速15000100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60120 r/min,切削进给速度高达60m/min、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了下新的技术水平。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行

20、高精密度、高响应速度的实时处理,由于采用了新型刀具,车削和铣削的切削速度已达到5000m-8000m/rain以上:主轴转数在30000r/min;工作台的移动速度进给速度,在分辨率为1m时,达到100m/min有的到200m/min,以上,在分辨率为0.1m时,达到24m/ min以上;加工中心换刀时间从5-10s减少到小于1s,工作台交换时间也由1-20s减小到2.5s以内。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料,大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,还将出现新一代高速加工中心。(2)高精度 从精密加工发展到超精

21、密加工特高精度加工是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级,其应用范围日趋广泛。精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要,近10多年来,普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密级加工中心的加工精度则从3-5m,提高到 11.5m。 (3)高可靠性 数控机床的可靠性一直是用户关心的指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片,利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路,以减少元器件的数量,提高可靠性。通过硬件功能

22、软件化,以适应各种控制功能的要求,同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化,使得既提高硬件生产批量,又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序,实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示,及时排除故障;利用容错技术,对重要部件采用“冗余”设计,以实现故障自恢复;利用各种测试、监控技术,当发生超程、刀损、干扰、断电等各种意外时,自动进行相应的保护。 1.3.2 模块化、智能化、柔性化 (1)模块化、专门化 为了适应加工中心多品种、小批量的特点,机床结构模块化,数控功能专门化,机床性能价格比显著提高并加快优化。 (2

23、)智能化 随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展,为适应制造业生产柔性化、自动化发展需要,智能化正成为数控设备研究及发展的热点,它不仅贯穿在生产加工的全过程如智能编程、智能数据库、智能监控,还贯穿在产品的售后服务和维修中,目前采取的主要技术措施包括以下几个方面。 为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成。自适应控制可根据切削条件的变化,自动调节工作参数,使加工过程中能保持最佳I作状态,从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度,同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率,达到改进系统运行状态的目的。如通过监控切削过程中的刀具磨损、破损、切屑形态、切削力及零件的加工质

24、量等,向制造系统反馈信息,通过将过程控制、过程监控、过程优化结合在一起,实现自适应调节。 为提高9S动性能及使用连接方便方面的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型等。 简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程,智能化的人机界面等。 智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等。在整个工做状态中,系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时,立即采用停机等措施,进行故障报警,提示发生故障的部位、原因等,并利用“冗余”技术,自动使故障模块脱机,而接通备用模,以确保无人化工作环境的要求。 (3)柔性化 柔性自动化技术是

25、制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控加工中心在提高单机柔性化的同时,朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。如数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心等。 1.3.3 复合化 复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工工序的概念。加工中心的出现,又把车、铣、镗等工序集中到一台机床来完成,打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程,可最大限度地提高设备利用率,为了进一步提高工效

26、,现代加工中心又采用了多主轴、多面体切削。另外,数控系统的控制轴数也在不断增加,有的多达15轴,其同时联动的数轴已达6轴。 1.3.4 开放性体系结构 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求,需设置开放性体系结构,设计生产开放式的数控系统。计算机技术的飞速发展推动数控机床技术更快地更新换代,世界上许多数控系统生产厂家开发了开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术,如多媒体技术,实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。其新一代数控系统的硬件、软件和总线规范都是对外开放的,由于有充足的软、硬件资源可供利用,不仅使数控系统制造

27、商和用户进行系统集成得到有力的支持,而且也为用户的二次开发带来极大方便,促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用。既可通过升挡或剪裁构成各种档次的数控系统,又可通过扩展构成不同类型数控加工中心的数控系统,开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随CPU升级而升级,结构上不必变动。使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,并向智能化、网络化方向发展。 1.3.5 网络化 网络化数控装备是近年来的一个新亮点。加工中心的网络化将极大的满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。先进的CNC系统为用户提供了强大的联网能力,除有R

28、S232串行接口、RS422等接口外,还带有远程缓冲功能的DNC接口,可以实现几台数控机床、加工中心之间的数据通信和直接对机床进行控制。现代数控机床为了适应自动化技术的进一步发展和工厂自动化规模越来越大的要求,满足不同厂家不同类型数控机床联网的需要,已配备与工业局域网LAN通讯的功能以及MAP接口,为现代数控机床进入FMS及CIMS创造了条件,促进了系统集成化和信息综合化,使远程操作和监控、遥控及远程故障诊断成为可能。不仅利于数控系统生产厂对其产品的监控和维修,也适于大规模现代化生产的无人化车间,实行网络管理,还适于在操作人员不宜到现场的环境如对环境要求很高的超精密加工和对人体有害的环境中工作

29、。 1.4本文研究目的和主要研究内容本课题来源于江苏多棱数控设备股份有限公司,完成带回转工作台的三轴联动TH6363B卧式加工中心的回转工作台设计,确定加工中心回转工作台的结构,确定其分度、转位和定位方式,完成其分度、定位、转位机构的设计,工作台尺寸满足:630630,工作台承重:800Kg,回转台定位精度达到:5;回转台重复定位精度:2等精度要求。 第二章 TH6363B加工中心回转工作台设计方案的拟订2.1 加工中心常用回转工作台简介 加工中心机床除了沿X、Y和Z三个坐标轴直线进给运动外,往往还带有绕X、Y和Z轴的圆周进给运动。一般圆周进给运动由回转工作台来实现。加工中心常用的回转工作台有

30、分度工作台和数控回转工作台,它们的功用各不相同。分度工作台的功用只是将工件转位换面,和自动换刀装置配合使用,实现工件一次安装能完成几个面的加工。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外,还有实现圆周运动进给运动。 (1)分度工作台 分度工作台的作用完成分度运动。分度工作台的分度、转位和定位工作是按照控制系统的指令自动进行的,每次转位回转一定的角度(如90、60和45等)。为满足分度精度的要求,需要使用专门的定位元件。常用的定位元件方式有插销定位、齿盘定位和钢球定位等几种。 (2)数控回转工作台 为了适应某些零件加工的需要,加工中心的进给运动常常还增加了绕X、Y和Z三个坐标轴的圆周进给运动,分别

31、称A、B、C轴。圆周进给运动一般由数控回转工作台来实现,它除了可以完成圆周进给运动外,还可以完成分度运动。 数控回转工作台和分度工作台没多大区别,但在结构上则具有一系列的特点。由于数控回转工作台能实现自动进给,所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有很多共同之处。不同之点在于数控机床的进给驱动机构实现的是直线进给运动,而数控回转工作台实现的是圆周进给运动,数控回转工作台可分为开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台两种。 数控回转工作台的分度定位和分度工作台不同,它是按控制系统所指定的脉冲数来决定转位角度,没有其他的定位元件(如齿盘、定位销等),故分度定位精度高。 2.2本课题设计方案的拟订 本

32、课题为设计TH6363B卧式加工中心的回转工作台,所以下面对本课题设计方案进行简要地介绍: 由于设计任务不需要使回转工作台有圆周进给运动。故对TH6363B卧式加工中心我决定采用分度回转工作台的设计方案。分度工作台的作用完成分度运动。由于设计要求中分度回转工作台的定位精度和重复定位精度较高,为满足分度精度的要求,我对设计的TH6363B卧式加工中心的回转工作台采用齿盘定位方式。齿盘分度工作台的分度精度主要由齿盘尺寸精度及坐标精度决定,最高可达正负5。对于工作台的夹紧机构我会采用液压系统进行压力夹紧。 工作台工作原理示意图:2.3本课题设计的回转工作台原理简介 下图为TH6363B卧式加工中心分

33、度回转工作台的结构。分度转位动作包括:工作台抬起,齿盘脱离啮合,完成分度前的准备工作;回转分度;工作台下降,齿盘重新啮合,完成定位夹紧共三个步骤。 图2.2 转台分度装置图1-带轮;2-轴承;3-锥齿轮轴;4-轴承;5-齿轮轴;6-大齿轮;7-鼠牙盘;8-活塞;9-电磁阀;10-芯轴;11-轴承;12-滚道;13-锥齿轮 具体工作原理为: 1.工作台抬起。当需要分度时,控制系统发出分度指令,压力油通过管道进入分度工作台中央的升降液压缸的下腔,于是活塞8向上移动,通过推力球轴承11的作用带动工作台也向上抬起,使鼠牙盘7的上、下齿盘脱离,液压缸上腔的油则经管道排出,完成分度前的准备工作。 2.回转

34、分度。当工作台向上抬起时,通过接触开关发出信号使电机转动。经过带轮1和齿轮副3、13和齿轮副5、6的传动带动工作台进行分度回转运动。工作台分度回转角度的大小由指令给出。当工作台的回转角度达到所要求的角度时,电机停止转动,工作台完成准厅动作。 3.工作台的下降定位夹紧。工作台完成准停动作的同时,压力油从管道进入升降液压缸上腔,推动活塞8带动工作台下降,于是上下齿盘又重新啮合,完成定位夹紧。2.4设计方案具体操作技术路线简介 首先通过分析确定采用分度回转工作台的设计方案。设计其外形结构,确定其外形尺寸。然后进行其内部系统设计,设计出转台和转台分度装置,最后联系已设计出的转台和转台分度装置,进行定位

35、和夹紧装置的设计。最终装配成完整的分度回转工作台。第三章 回转工作台设计3.1回转工作台的主要设计内容对于本课题所设计的回转工作台,我的设计内容主要为进行电机的选择、完成传动比的分配、对同步带、主要轴承的选择和同步带轮、传动齿轮以及鼠牙盘、液压系统的设计计算。3.1.1电机的选择选择电动机类型按工作要求和条件,选用交流伺服电动机。选择电动机的容量电动机所需工作功率按式(1)为PKW由式PKW为负载转矩;为负载转速。计算负载转矩:式中为负载正压力,为摩擦系数,为力矩力臂工作台承重为800kg工作台自重粗略计算:直径D630mm高度h265-149116mm体积Vm则重量mkg总的重量m280+8

36、001080 kg则 mg108010584查表得0.1,粗略估计力矩力臂110mm0.11m设计目标鼠牙盘预期转速在3050r/min之间,现初选35 r/min计算功率得:PKW由电动机至运输带的传动总效率为式中:、分别为带传动、轴承、齿轮传动的传动效率。取0.96,0。98,0。97 则0.960.980.970.83PKW现选择西门子1FK6063?6AF71?1型电机,电机基本参数见下表:表3-1 电机参数表型号额定功率KW满载时额定电流额定转距最大转矩重量转速r/min电流(380V时)A1FK6063?6AF71?11.830007.94.761113.23.1.2传动比的分配及

37、传动效率的计算电机型号为1FK6063?6AF71?1,满载转速r/min。初选鼠牙盘的转速35 r/min。(1)总传动比圆整一下取90故3000/9033.3 r/min(2)分配传动装置传动比式中、分别为带传动、圆锥齿轮传动和圆柱齿轮传动的传动比。同步带的传动比: 初选2.5圆柱齿轮的传动比:查表可知圆柱齿轮传动比一般为840。取12圆锥齿轮的传动比:大带轮传递的功率KW小圆锥齿轮轴传递的功率KW大圆锥齿轮轴传递的功率KW3.1.3同步带的选择及同步带轮的设计计算 同步带是工作面为齿形的环形传动带,靠与带轮啮合传动。它具有传动比准确、轴压力小、结构紧凑、传动比范围大,可采用较小的带轮直径

38、和较小的轴间距,以及可在低速下传递动力等优点。但制造和安装要求高。主要用于同步的或低速的传动。 由小带轮转速n3000r/min,查机床设计实用手册选择同步带带型为XL型。同步带标准宽度的基本尺寸为6.4mm,代号为025。同步带轮的计算:计算功率:KW为工况系数,查表得1.0小带轮齿数:根据原则,查表得当小带轮转速在18003600r/min中时,12,现取小带轮节圆直径:mm为同步带的节距,5.08大带轮齿数: 查带轮齿数表,65不是其中系列,重取60大带轮节圆直径:mm大带轮外径:由大带轮节圆直径查表得96.51mm初定中心距:mm取350mm带轮挡圈:中心距350mm大于8,两轮均装双

39、边挡圈。挡圈最小高度:查表得挡圈厚度:,取1.5因带轮的齿数发生变化,故传动比也发生变化。现重新分配传动比:同步带的传动比: 圆锥齿轮的传动比:3.1.4圆锥齿轮的设计计算设计的直齿圆锥齿轮使用寿命为8年,每年以300工作日计,两班制,轻微冲击。材料及热处理、精度和齿数选择 因传递功率不大、转速不高,材料按课本表7-1选取,都采用45钢,锻造毛坯,大齿轮正火处理,小齿轮调质,均采用软齿面。齿轮精度用8级,轮齿表面粗糙度为1.6。软齿面闭式传动,失效形式为点蚀,考虑传动平稳性,齿数宜取多些,取20,则i3.252065小齿轮传递的扭距:初选载荷系数:初选1.6取齿宽系数:0.30确定弹性影响系数

40、:据教材表10-6查得189.8确定区域载荷系数:标准直齿圆锥齿轮传动2.5确定接触许用应力:循环次数N606013041630083.0N N/u3.0/3.259.23查教材图10-19曲线1得,查教材图10-21(d)得600,570取安全系数:由接触强度计算小齿轮的分度圆直径30.8mm验算载荷系数:齿轮的使用系数:载荷状况以均匀平稳为依据查教材表10-2得1.2526.2mm齿轮的圆周速度2.10m/s由教材图10-8查得:1.10取依据大齿轮两端支承,小齿轮做悬臂布置,查教材表10-9得轴承系数1.25由公式得接触强度载荷系数校正直径:mm取标准值齿轮的相关参数:2.02040mm

41、2.065130mmmm圆整取25 mm校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数:与接触强度载荷系数相同:计算当量齿数:查教材表10-5得,确定许用应力:由教材图10-18查得0.92,0.95取安全系数由教材图10-20(c)得440,425按脉动循环应变力确定许用弯曲应力,即校核弯曲强度: 236.565.2满足弯曲强度,以上所选参数合适。以上设计过程中所引用的公式及参数参考自机械设计(第7版)秦彦斌 陆品主编。3.1.5圆柱齿轮的设计计算设计的标准直齿圆柱齿轮使用寿命为8年,每年以300工作日计,两班制,轻微冲击。(1)齿轮的材料、精度和齿数选择因传递功率不大、转速不高、材料都采用45钢

42、,锻造毛坯,大齿轮正火处理,小齿轮调质处理,均用软齿面。齿轮精度用8级,齿轮表面粗糙度为1.6。齿轮面闭式传动,失效形式为点蚀,考虑传动平稳性,齿数宜取多些,取20,则i2012240(2)设计计算设计准则按齿面接触疲劳强度设计,再按齿根弯曲疲劳强度校核。按齿面接触疲劳强度设计 由式由图7-6选取材料的接触疲劳极限应力为:580,560由图7-7选取材料的弯曲疲劳极限应力为:230,210应力循环次数N由下式计算N60604001630089.210 N N/u9.210/33.110由图7-8查得接触疲劳寿命系数1,1.02由图7-9查得弯曲疲劳寿命系数1, 1由图7-2查得接触疲劳完全系数

43、1,弯曲疲劳完全系数1.4又2.0,试选1.3求许用接触应力和许用弯曲应力:580571328300将有关值代入式,得38.47mm则0.87m/s200.87/1000.17m/s查图7-10得1.09;又表7-3查得1.25;由表7-4查得1.05;取1,则1.01.43修正38.471.0339.6mmm/39.6/201.98mm由表7-6圆整取标准模数m2.0mm计算几何尺寸m2.040mmm2.0240480mmm+2.0260520mm14040mm+1040+1050mm(3)校核齿根弯曲疲劳强度又图7-18查得取0.7由式(7-12)校核大小齿轮的弯曲强度96.6196.61

44、94.25经过校核,此对齿轮满足强度要求,故选择合适。以上设计过程中所引用的公式及参数参考自机械设计(第2版)徐锦康主编。轴的设计计算 因计算出来的小齿轮为齿轮轴,小齿轮轴又与整个轴是一起相连的,故把与大齿轮配合的整个轴在这里进行设计计算。(1)选择轴的材料及热处理 由于减速器传递的功率不大,对其重量和尺寸也无特殊要求,故选用常用材料45钢,调质处理。(2)初估轴径 按扭矩初估轴的直径,查表10-2,得C106117,取中间值C112,1.54 410.3 则11217.5mm(3)结构设计轴的结构形式如下图所示。图2.3 齿轮轴的结构示意图 各轴段直径的确定。 计算了最小直径之后就可以初估轴

45、径了。轴段2处安装大圆锥齿轮,由于大圆锥齿轮分度圆直径130mm,故取轴段2处直径mm。轴段1处安装圆螺母固定大圆锥齿轮,选用型号为GB855-33,故取轴段1处直径33mm。轴段3处安装轴承,其直径应既便于轴承安装,又应符合轴承内径系列。现暂取轴承型号为32008,其内径40mm,故轴段3处直径mm。轴段4为轴肩,用来固定轴承,取mm。轴段5处为退刀槽,取mm。轴段6处为圆柱齿轮轴,尺寸见圆柱齿轮设计段落里。 各轴段长度的确定。 轴段1处,螺母长度为10mm,故取mm。轴段2处,大圆锥齿轮宽度20mm,故取mm。轴段3处安装2个轴承,每个轴承的宽度为19mm,中间安装一个套筒,选择其宽度为2

46、5mm。又其中一个轴承要伸出轴段一点,故取65mm。轴段4为轴肩,取mm。轴段5处退刀槽宽度取mm。轴段6为圆柱齿轮轴,尺寸见圆柱齿轮设计段落里。 轴的受力分析。 因轴的实际最小直径远大于计算出来的最小直径,而且该轴的长度很短,故其弯扭合成强度和疲劳强度均是足够的。3.1.6鼠牙盘的设计计算(1)工作原理与特点 鼠牙盘端面齿盘定位装置由两个齿数和齿形相同的端面齿盘对合而成。通常,?个齿盘固定不动,另?个齿盘与分度回转部件固连。分度转位时,动齿盘抬起,和定齿盘脱开,然后转位。当转至要求位置时,两齿盘重新啮合并压紧,使分度回转部件定位。两齿盘在啮合并压紧后,大多数齿都紧密接触,可获得很高的定位精度和重复定位精度。 鼠牙盘定位装置的特点: 定位精度高,可达;用于测量装置的高精度弹性齿齿盘可达以上。 能自动定心,定位精度不受轴承间隙和正反转的影响也称自由定心。 齿面磨损对定位精度的影响不大,随着不断使用磨合,定位精度有可能改善。精度保持性好。 承载能力强。定位刚性