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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明（毕业论文） 题 目：C6150型普通车床设计 学生姓名：学 号：0604103126专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机06-1班指导教师：C6150型普通车床设计摘要车床是制造机器的机器，车床类机床主用于加工各种回转体表面，还能加工螺纹面。车床的应用极为广泛，在金属切削机床中所占的比重最大。本设计通过运动参数和动力参数的计算，转速范围的确定，拟定出一个完整的合理的转速图与传动系统图。重点是要考虑结构、尺寸、体积、等综合因素，设计出正确的结构分析式，绘制出正确的传动系统图，从而完成机床整体布局的设计。再通过带轮设计、片式摩擦离合器的设计、齿轮模数设计、键和
2、轴承的选择、轴的设计以及其他一些附件设计，最后校核轴设计和键轴承选择的正确性与合理性，完成车床主轴箱体传动系统的设计。 关键词：主轴转速范围；机床功率；传动系统图；结构尺寸 C6150-TYPE LATHE DESIGN SUMMARYIs to create a machine lathe machine Lathe type machine tool for processing a variety of rotating the main body surface, but also surface processing thread. Lathe is extensively used
3、 in metal cutting machine tools in the largest share. The design parameters and dynamic parameters through the movement of calculation, the determination of speed range, the rational development of a complete transmission speed chart and map, The key is to consider the structure, size, volume, and s
4、o a combination of factors, design the correct structural analysis of type, mapping out the right drive system diagram thus completing the overall layout design tool. And through the pulley design, disc friction clutch, gear module design, the choice of keys and bearings, shaft design, and other acc
5、essories design, final design and the key shaft bearing checking the correctness and rationality of choice, complete lathe spindle box drive system design.Key words: Spindle speed range; machine power; drive system diagram; structure size 目录C6150型普通车床设计摘要IC6150-TYPE LATHE DESIGN SUMMARYII第一章 绪论11.1引
6、言11.2车床发展11.3车床类型21.4车床结构3第二章 车床的设计52.1设计要求52.1.1设计参数52.1.2设计任务52.2设计目的52.3设计内容52.4运动设计62.4.1 运动参数的设计62.4.2结构分析式72.4.4齿轮齿数的确定112.4.5绘制传动系统图122.5动力设计132.5.1确定各轴转速132.5.2带轮的设计142.5.3核算主轴转速误差172.6齿轮的设计及其校核172.6.1各传动组齿轮模数的确定172.6.2各传动组齿轮的校核242.7轴的设计及其校核312.7.1确定各轴的最小直径312.7.2 轴的设计与校核322.7.2.1轴尺寸的确定322.7
7、.3主轴的设计与校核402.8片式摩擦离合器的选择和计算442.8.1决定摩擦片的内径442.8.2计算片数452.8.3确定摩擦片片数452.8.4确定摩擦片的厚度462.8.5确定摩擦片材料462.9轴承的选择和校核462.9.1轴承的选择462.9.2轴承的校核472.10键的选择和校核472.10.1键的选择482.10.2键的校核482.11设计总结49第三章 设计结论50参考文献51致谢52第一章 绪论 1.1引言车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件
8、，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。1.2车床发展古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。 图1.2脚踏车床图1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国 人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。 为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床。 1848年，美国又出现回轮车床。 1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床。 20世纪初出现了由单独驱动的带有
9、齿轮变速箱的车床。 第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床，数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。数控车床比起普通车床它的加工效率大大的提高，而且提高了加工精度。随着时间的推移，车床的发展也是不断向高科技，高精度方向发展。 1.3车床类型按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、 转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各
10、种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公差等级可达IT8IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6m。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等机电一体化的产品。 普通车床：加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。 转塔车床和回转车床：具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。 自动车床：按一定程序自动完成中小型工件的
11、多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。 多刀半自动车床：有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高35倍。 仿形车床：能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环(见仿形机床)，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高1015倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。 立式车床：主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，分单柱和双柱两大类。 铲齿车床：在车
12、削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。 专门化车床：加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。 联合车床：主要用于车削加工,但附加一些特殊部件和附件后还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有一机多能的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。 .数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在中国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业
13、综合实力的体现。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。马鞍车床：马鞍车床在车头箱处的左端床身为下沉状，能够容纳直径大的零件。车床的外形为两头高，中间低，形似马鞍，所以称为马鞍车床。马鞍车床适合加工径向尺寸大，轴向尺寸小的零件，适于车削工件外圆、内孔、端面、切槽和公制、英制、模数、经节螺纹，还可进行钻孔、镗孔、铰孔等工艺，特别适于单件、成批生产企业使用。马鞍车床在马鞍槽内可加工较大直径工件。机床导轨经淬硬并精磨，操作方便可靠。车床具有功率大、转速高，刚性强、精度高、噪音低
14、等特点。1.4车床结构普通车床主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动
15、和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架：有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。尾架：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。床
16、身：是车床都要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。主轴箱设计也是本次毕业设计的内容，对于主轴的箱结构和系统的认识要进一步的加深和理解。对各部分零件的作用要有个理性的认识才能完成毕业设计的任务。可以通过在学校实习工厂实地参观车床，以及图书馆的资料加以辅助，加上指导老师的讲解，通过自己的不懈努力，最终完成毕业设计。 第二章 车床的设计2.1设计要求2.1.1设计参
17、数机床型号：C6150型普通车床。工件尺寸参数： 最大直径500mm。被加工零件的材料：钢、铸铁刀具材料：高速钢、硬质合金机床精度：参考“GB/T 4020-1983 普通车床精度”标准确定2.1.2设计任务C6150型普通车床传动系统图，1张A0；C6150型普通车床床头箱展开图，1张A0；指定零部件图，折合1.5-2张A0。编写说明书：按内蒙古科技大学毕业设计（论文）撰写与装订规范要求撰写说明书。翻译资料：按机械工程学院“毕业生设计工作细则”的要求，完成与设计题目相关或相近的英文资料翻译一篇。专题论文：参照内蒙古科技大学学报论文撰写基本要求，撰写与题目相关的论文一篇，不少于3000字。2.
18、2设计目的通过机床主运动机构变速传动系统的结构设计在拟定传动变速的结构方案过程中，锻炼我们的设计构思方案分析，结构分析，结构工艺性分析，机械制图，零件分析计算检索资料，综合运用所学知识的能力，并锻炼我们在设计中发现问题，解决问题的能力。 2.3设计内容运动参数设计、动力参数设计、电动机的选择、确定结构网和结构式、绘制转速图、绘制传动系统图、带传动设计、轴承选择及校核、齿轮的设计及校核、键的选择及校核、轴的设计及校核、摩擦片的设计与计算，合理的布局绘制图等。2.4运动设计2.4.1 运动参数的设计2.4.1.1 公比的的选用机床转速是从小到大递增的，因此1,为使最大相对转速损失率不超过50%。即
19、则根据参考文献1可知=1.26。2.4.1.2主运动参数（主轴转速） 式（2.1） 根据有参考文献1通常可取最大和最小加工直径，其中表示床身上的最大回转直径（即其主参数）即500mm。 故 根据参考文献2有和是根据机床上几种典型加工情况来考虑的，车床最高切削速度是在用硬质合金刀具半精车钢件时，最低切削速度是在用高速钢刀具车螺纹时，可以以此作为选择和的典型加工情况。根据参考文献38.42可知，车削速度n100(m/min).根据参考文献4表14-92可得故 参考目前市场上CA6050车床主轴转速范围，以及查阅资料，计算等综合确定其主轴转速范围为：2.4.1.3转速级数的确定 式（2.2）即 2.
20、4.2结构分析式 当根据传动副的“前多后少”的原则时，传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，故只有方案合格。但是在设计中要从实际出发，灵活运用，由于车床的轴要安装离合器，为了减小轴向尺寸，故把传动副少的变速组放在传动顺序的前面。故选择即：传动副“前紧后松”的原则，故只有方案在降速传动时，为了防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限制最小传动比 在升速时，为了防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动比即最后一个扩大组：故必须用扩大变速范围的方法。扩大变速范围的方法很多比如增加一个变速组，采用背轮机构采用分支传动等。目前C6150型普通型车床采用分支传动方法扩大主轴的变速范围，其原理图为：
21、图2.4.2采用分支传动原理图 图中R。为分支传动之前的变速范围，从A点开始分为两路线传动，一条经过变速范围R的机构传动至主轴，使主轴得到Z级的高转速；另一条传动路线经过变速范围为R的机构传动得到Z的中低转速，由于主轴经二条路线传动，故它的总变速范围得到扩大。这样起低速分支为: 其中第三扩大组的级比指数不遵守正常规律，缩减为12-66，即V轴出现重复转速.低速分支在-轴之间采用背轮机构.高速分支在轴与轴之间直接由齿轮副传动,把轴的6级转速副传动升速至轴,公比为1.26。结构式为: 2.4.3绘制转速图2.4.3.1选择电动机根据参考文献2可知，设计机床时，当传动结构方案尺寸尚未确定前用： 式（
22、2.3）（为消耗于切削的功率，为传动链总效率，对于通用机床结构简单的取大值，复杂的取小值）本设计取0.8根据参考文献5有： 式（2.4） 切削力 V-切削速度 进给力工件转速 f进给力 由于所消耗的功率对于来说一般很小，可以忽略去不计。 故 式（2.5） 根据参考文献3 表8.4-10 8.4-11 8.4-12 8.4-13有： 根据表8.4-2有f=0.9mm/r 即： 式（2.6） 故选择电动机有根据参考文献6第四卷表17-1-35有：Y-123M-4三相异步电动机，其额定功率为7.5KW，转速1440r/min 转动惯量 2.4.3.2确定传动轴数 参考车床C6140并结合分析其传动轴
23、数为6。2.4.3.3确定各级转速并绘制转速图低速组：由 低速组确定各级转速：7.0 9.0 11.2 14 18 22.4 28 35.5 45 56 71 90 112 140 180 224 280 355 高速组:由 低速组确定各级转速：450 560 710 900 1120 1400这6根轴按传动顺序依次设为、中间轴的最高转速不宜超过电动机的转速，齿轮传动比受到的限制，而且降速比不宜过小，一般普通车床常取降速比为 由于轴要装摩擦片，其轴轴向尺寸必须很大，故轴齿轮应小于轴齿轮比较合适，即要升速。图2.4.3转速图2.4.4齿轮齿数的确定齿轮的齿数和不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床
24、结构增大，一般应同一变速组中的各对齿轮，其中心距要保持相等。最小齿轮应保证不产生根切，即最小齿数（变位齿轮除外）应该满足保证主轴的转速误差在规定范围之内，即一般不超过根据上面五个条件确定齿轮齿数为：2.4.4.1对于轴和轴齿轮传动组a 查参考文献2表2-1有： 41 ,46, 48, 51, 53, 55, 58, 60, 63, 65 40， 47， 49， 51， 53， 55， 57， 59， 61 由于轴上要装摩擦离合器等特殊情况故应该选齿数和大的故，96是共同适用的，故 2.4.4.2对于轴和轴齿轮传动组b 40，42， 44， 46， 48， 52， 54， 56 41， 44，
25、48， 52， 54， 56 42， 46， 49， 52， 54， 5670是共同适用的故 2.4.4.3对于轴和轴齿轮传动组c 40， 42， 44， 46， 48， 50， 52 80， 81， 84， 85，86， 89， 90，91100是共同适用的 故 2.4.4.4对于轴和轴齿轮传动组d 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 80, 81, 84, 85, 86, 89, 90, 91100是共同适用的 故 2.4.4.5对于轴和轴齿轮传动组e 81, 82, 83, 86, 87, 90, 91, 92, 取90 2.4.4.6对于轴和轴齿轮传动组f 40, 4
26、7, 49, 51, 53, 55, 57 取102 2.4.5绘制传动系统图 图2.4.5传动系统图2.5动力设计2.5.1确定各轴转速2.5.1.1确定主轴的计算转速 式（2.7）即其为传递全功率的最低转速，即可得到传动件需要的最大扭矩。这时传动轴是按照 来传递的。2.5.1.2各传动轴的计算转速轴的计算转速： 轴的计算转速：轴的计算转速：轴的计算转速: 轴的计算转速：轴的计算转速：2.5.2带轮的设计 电动机转速n=1440r/min传递功率7.5KW，传动比2.5.2.1确定计算功率 取，则2.5.2.2选取V带轮根据小带轮的转速和计算功率。根据参考文献6表8-11选B型带。2.5.2
27、.3确定带轮直径和验算带速 查参考文献6表8-6有：小带轮基准直径 验算带速: 其故合适。2.5.2.4确定带轮传动中心距和带的基准长度设中心距为则 即有初取中心距为带长为： 式（2.8）查参考文献68-2取相近基准长度带传动实际中心距： 式（2.9）2.5.2.5验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于 式（2.10）2.5.2.6确定带的根数 式（2.11）其中： - 时为传递功率的增量； -按小轮包角，查得的包角系数； -长度系数； 为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10。查参考文献6表8-4a， 8-4b， 8-5 有 2.5.2.7计算带的张紧力 式（2.12）2
28、.5.2.8计算带轮传动的压轴力 式（2.13）2.5.2.9带轮和带轮参数确定 图2.5.2.a带剖面图 图2.5.2.b带轮剖面图根据参考文献6卷3表13-2-2有带有： 带轮有： 故带轮宽度： 2.5.3核算主轴转速误差 所以合适2.6齿轮的设计及其校核2.6.1各传动组齿轮模数的确定 根据参考文献7可知，普通车床齿轮的精度为7级精度，材料为45钢,整体淬硬处理 式（2.14） N-齿轮传递的额定功率 N= -计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min -齿宽系数 常取取8 -计算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数 i-大齿轮与小齿轮的齿数比 i= i1用于外齿的啮合 -寿命系数 n-齿
29、轮的最低转度r/min -转速变化系数- 功率利用系数-工作期限系数， -材料强化系数 -工作情况系数 中等冲击主运动 =-动载荷系数-齿向载荷分布系数Y-齿形系数-许用应力 2.6.1.1 a传动组分别计算齿轮的模数 N=7.50.960.99=7.1kw =1096.3r/min =8 =40 i=1.43查参考文献8表3有： 设计齿轮的适用寿命为20000h表4表5有：=0.58 表6有：故： 根据表7有 表8，9有 表11有 故有 ： 取 按齿数45算有： 于是传动组a的齿轮模数取2mm故轴上齿轮直径: 故轴上齿轮直径: 2.6.1.2 b传动组分别计算齿轮的模数 N=7.50.960
30、.990.995=7.09kw =1242.5r/min =8 =35 i=1查参考文献8表3有： 设计齿轮的适用寿命为20000h表4表5有： =0.58 表6有： 故： 表8，9有 表11有 故有 ： 按齿数27算有： 按齿数20算有： 于是传动组b的齿轮模数取2.5mm故轴上齿轮直径: 故轴上齿轮直径: 2.6.1.3 c传动组分别计算齿轮的模数 N=7.50.960.990.9950.995=6.99kw =497.0r/min =8 i=1查参考文献8表3有： 设计齿轮的适用寿命为20000h表4表5有： =0.58 表6有： 故: 表8，9有: 表11有 故有 ： 按齿数20算有：
31、于是传动组c的齿轮模数取3mm故轴上齿轮直径: 故轴上齿轮直径: 2.6.1.4 d传动组分别计算齿轮的模数 N=6.990.990.995=6.89kw =124.2r/min =8 =50 i=1查参考文献8表3有： 设计齿轮的适用寿命为20000h表4表5有： =0.58 表6有： 故： 表8，9有 表11有 故有 ： 按齿数20算有：于是传动组d的齿轮模数取3mm故轴上齿轮直径: 故轴上齿轮直径: 2.6.1.5 e传动组分别计算齿轮的模数 N=6.890.990.995=6.78kw =124.2r/min =8 =20 i=3.56查参考文献8表3有： 设计齿轮的适用寿命为2000
32、0h表4表5有： =0.58 表6有： 故： 表8，9有 表11有 故有 ： 于是传动组e的齿轮模数取4.5mm故轴上齿轮直径: 故轴上齿轮直径: 2.6.1.6 f传动组分别计算齿轮的模数 N=6.990.990.995=6.85kw =35.5r/min =8 =54 i=1.11查参考文献8表3有： 设计齿轮的适用寿命为20000h表4表5有： =0.58 表6有： 故： 表8，9有 表11有 故有 ： 于是传动组b的齿轮模数取4mm故轴上齿轮直径: 故轴上齿轮直径: 2.6.2各传动组齿轮的校核 根据齿根弯曲强度校核齿轮有： 式（2.15） 其中-齿宽系数 -应力校正系数 -齿形系数
33、为使用系数， 为动载系数， 齿轮间载荷系数， 为齿向载荷分布系数2.6.2.1校核a传动组 该组只需校核齿数为40的齿轮即可，确定各项参数查参文献9表10-5有： 表10-2有： 根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3 根据图10-13有即： 查图10-18有查图10-20有 即故满足要求。2.6.2.2校核b传动组 该组只需校核齿数为20的齿轮即可，确定各项参数 查参文献9表10-5有： 表10-2有： 根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3 根据图10-13有即： 查图10-18有查图10-20有 即故满足要求2.6.2.3校核c传动组 该组只需校核齿数为2
34、0的齿轮即可，确定各项参数 查参文献9表10-5有： 表10-2有： 根据图10-8有：床精度为7级精度。故根据表10-3 根据图10-13有即： 查图10-18有查图10-20有 即故满足要求2.6.2.4校核d传动组 该组只需校核齿数为20的齿轮即可，确定各项参数查参文献9表10-5有： 表10-2有： 根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3 根据图10-13有即： 查图10-18有查图10-20有 即故满足要求2.6.2.5校核e传动组 该组只需校核齿数为20的齿轮即可，确定各项参数查参文献9表10-5有： 表10-2有： 根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3 根据图10-13有即： 查图10-18有查图10-20有 即故满足要求2.6.2.6校核f传动组 该组只需校核齿数为48的齿轮即可，确定各项参数查参文献9表10-5有： 表10-2有： 根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3 根据图10-13有即： 查图10-18有查图10-20有 即故满足2.7轴的设计及其校核2.7.1确定各轴的最小直径
