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1、 粉碎机下机体支撑面专用铣床设计目 录粉碎机下机体支承面专用铣床设计摘要及关键词1前 言12 机床总体方案设计22.1 机床总体布局的基本要求22.2 机床主要技术参数的确定32.3 机床总体设计思路52.3.1 减速器设计52.3.2 齿轮设计计算62.3.3 铣床夹具设计92.4 刀具的选择102.4.1 刀具的选择原则132.4.2 刀具切削部分的材料性能132.4.3 选用龙门铣床刀具132.4.4 选用龙门铣床刀具夹紧方式143 龙门铣床进给工作台设计143.1 龙门铣床的工作台导轨设计143.1.1 导轨的作用143.1.2 导轨截面的形状设计143.1.3 导轨的类型特点和应用1
2、63.1.4 导轨间隙的调整装置183.2 滚珠丝杠副设计183.2.1 滚珠丝杠简介183.2.2 滚珠丝杠设计计算193.2.3 滚珠丝杠的寿命203.2.4 支承轴承的选择204 龙门铣床主轴传动系统设计214.1 主轴变速箱选择21294.2 主轴立铣头部分齿轮零件图设计224.2.1齿轮零件图设计224.2.2 圆锥齿轮尺寸计算244.3 主轴丝杠设计计算244.3.1 螺旋传动简介244.3.2 螺杆设计计算265总 结27参考文献27致 谢28附 录29粉碎机下机体支承面专用铣床设计学生 ： 专业 ：机械设计制造及其自动化指导老师： 摘 要：本设计课题是设计一台粉碎机下机体支承面
3、专用铣床，用于粉碎机下机体的支承轴面的加工。现在市场上的粉碎机有很多种类型，广泛应用于工业、农业、医药卫生、煤炭、地质等科研单位对各种植物、土壤、少石、矿物及各种粮食进行粉碎处理。粉碎机的工作原理：物料经粗破后，由进料装置送至主机粉碎腔，在高速回转装置产生的高压高频脉动旋气流能场的作用下，颗粒作气固螺旋运动，从而形成若干个大小旋流，物料与高速回转器件及颗粒之间互相挤压、碰撞、磨擦、剪切而实现超细粉碎。粉碎后的物料被上升的气流输送至叶轮分级区，在分级轮离心力和风机抽力的作用下，实现粗细粉的分离，不合格的粉料由内分级机器返回粉碎腔再次粉磨，合格的细粉由旋风收集器收集，净化的气体由引风机排出。加工粉
4、碎机下机体支承面需要用专用铣床设备，这里可选用龙门铣床。该铣床主要应用于大中型零件的平面加工。由于机床居于足够的刚度，可用镶硬质合金端铣刀进行高速铣削。该铣床工作台只有纵向进给运动。主轴箱做成单独部件，安装在立柱及横梁上，主轴箱固定在横梁和立柱上，门式结构两端设计成对称结构。主轴变速系统采用设计好的变速箱，通过电机带动调速。工作台部分采用滚珠丝杠传动，用矩形导轨实现直线运动。 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器。该设备即粉碎机下机体专用铣床，是一台为铣削下机体的支承面和两侧面而专门设计的龙门架构式铣床。其主要作用是进行两支承面和侧面铣削，提高两支承表面
5、的平行度和切削速度。作为专用铣床的同时，也可以完成其他形式表面的铣削加工，具有一定的通用性。关键词：粉碎机 支撑面 专用铣床 切削机床 刀具The body of the bearing surface grinder dedicated milling machine designName: Major: Machine Design and AutomationTutor : Abstract：The issue is the design of a body bearing surface grinder dedicated milling machine, grinder under
6、the body for the processing of the bearing surface. Now on the market there are many types of grinder is widely used in industry, agriculture, medicine and public health, coal, geological and other scientific research units of various plants, soil, small stones, minerals and crushed to a variety of
7、food processing. Mills works: After breaking crude materials from the feed to the host device to crush cavity, resulting in high-speed rotary device rotating high-pressure air to high-frequency pulse of the role of the market, the particles for gas-solid spiral movements, thus forming a number of cy
8、clone sizes, materials and devices with high-speed rotary extrusion between particles, collisions, friction, shear and the realization of ultra-fine grinding. After smashing the rise of the materials were delivered to the impeller flow grading area, and centrifugal force in the classification round
9、of the role of fan pumping power, the realization of the separation of powder size, powder failed to return from the grading machine to crush once again grinding chamber , qualified by the cyclone traps fine collection, purification of gases emitted by the induced draft fan. Processing mill bearing
10、surface of the body need to use a dedicated milling equipment, milling machine gantry choice here. The milling machine is mainly used in large and medium-sized parts of the plane processing. Adequate living as a result of machine tool rigidity, carbide inserts can be used for high-speed end milling
11、cutter. The only vertical milling machine table feed movement. Spindle box into separate parts, installed in the pillars and beams, the spindle box fixed on the beams and pillars, the gate structure into a symmetrical structure at both ends of the design. Spindle system uses variable-speed gearbox d
12、esigned by motor drive speed. Table part of the use of ball screw drive, with the realization of rectangular linear motion guide. Metal-cutting machine tools is the method of cutting metal machine parts into a rough processing machine, it is a machine manufacturing machines. The device that is dedic
13、ated grinder milling machine under the body is a body for the milling of both sides of the bearing surface and designed surface structure of the gantry-type milling machine. Its main role is to carry out the two principal surface and side milling, to improve the surface for 2 and cutting speed paral
14、lel. At the same time as a special milling machine, be able to complete other forms of milling the surface with a certain degree of generality.Keywords：Grinder. Support surface. Dedicated milling machine. Cutting machines1:前言 中国铣床市场(尤其是数控铣床和加工中心)随着经济腾飞而有显著发展,在“九和“十五”期间的需求更是十分可观,便市场竞争日趋激烈.随国民经济的飞速发展,
15、当前中国铣床场,尤其是数控铣床和加工中心市场有较大的发展.据中国机床工具工业协会铣床分会的统计交流资料反映,目前中国铣床待业铣床产品生产主营厂有北京第一机床厂等十八家企业.铣床待业年产品销售收入累计71亿元,最高为北京第一机床厂,产品销售收入为3亿元.由于“五一”，“十五”中国国民经济各部门对各类铣床,尤其是数控铣床和加工中心的需求量不断啬,近年来中国铣床,数控铣床和加工中心的产量,销量和进口量都有较大的增加.根据铣床分会提供的统计资料表明,2001年铣床待业累计销售各种铣床8,583台,其中各种数控铣床461台,2001年比1998年中国铣床销售量增加21%,其中数控铣床2001年比1998
16、年销售量增加99.5%,增幅非常大.中国机床工具工业协会提供的机床工具待业的统计资料表明,2001年机床待业累计销售各种加工中心355台,2001年比1998年中国加工中心产量增加142.5%,销售量增加111.3%虽然目前国内自行生产和销售的加工中心总量还不很大,但是几年来的增幅十分显着.进口大幅增长 出口日趋减少随国民经济的持续发展,国内生产的各种铣床,尤其是数控铣床和加工中心已满足不了各界用户的需求,需要大量进口.根据中国机床工具工业协会市场部提供的资料表明,1998年到2001年,各种铣床进口量由4,622台,增幅高达258%.铣床和其中数控铣床的进口额也从1998年的7579万美元和
17、4,915万美元增至2001年的1.5亿美元和1.1亿美元,在三年内分别增长了96.4%和131.2%,增了19个百分点,而且2001年铣床进口额的数控化率更高达76.4%,由此不难判断,数控铣床进口的高速增长带动了整个铣床进口的增长。2001年进口数控机床的平均单价为5.6万美元(约合46.4万人民币),而国产数控铣床的平均单价仅为18.3万元人民币.按市场销售金额计算,会计进口听数控铣床占80%以上的份额。虽然目前国内自行生产和销售的加工中心总量还不很大，但是几年来的增幅十分显着。但是仍表现为进口大幅增长 ，出口日趋减少。随国民经济的持续发展，国内生产的各种铣床，尤其是数控铣床和加工中心已
18、满足不了各界用户的需求，需要大量进口。根据中国机床工具工业协会市场部提供的资料表明，各种数控铣床的进口量已经远远超过了出口量。按市场销售金额计算，估计进口的数控铣床占80%以上的份额。最近三年，加工中心进口增长的势头更猛。进口加工中心不仅在金额上，而且在数量上都占很大市场份额，对此应清楚知道，提高国产加工中心的市场竞争力仍任重而道远.最近三年,加工中心进口味道匠势头更猛.加工中心的进口量和进口额分别从1998年的902台和1.09亿美元,相应增长了153.9%和168.2%.在201年的中国市场上,进口加工中心的平均单价为12.8万美元(约合106万人民币,而国产加工中心的平均单价只有58.3
19、万人民币.进口加工中心不仅在金额上,而且在数量上都占很大市场份额,对此应清楚知道,提高国产加工中心的市场竞争力仍任重而道远.与进口的快速增长形成鲜明对照的是铣床的出口增长缓慢,特别是其中数控铣床出口,2001年比1998年在数量上下降了56%,在金额上下降了14%.虽然2001年的铣床出口台数比1998年增长了118.6%,但出口金额只培长了27.6%.这是由于2001年的铣床平均出口单价比1998年下降了48%的缘故,显然这不利于今后中国普通铣床出口的发展,需要从出口秩序,出口产品质量等多方面来寻找原因.加工中心的出口增长也和铣床一样显行非常缓慢,尽管2001年加工中心的出口台数比1998年
20、增长了60.1%,2001年出口额只增长了10.7%,2001年出口额为371万美元.同样,加工中心的平均出口单价也存在下滑问题,三年内下滑了31.2%,这个坏趋向看来已具有一定普遍性.国家和企业要加大对产品研发与创新的科技投入力度，同时要建立产品研发与创新的专项风险基金和完善相关的监管和奖励制度，以鼓励人们去搞创新，并保证把有限资金用在产品研发与创新的刀刃上。现代机床正向数控化方向发展，数控机床的功能日趋多样化，工序更加集中，开发满足用户需求的高端产品。 2 机床总体方案设计2.1 机床总体布局的基本要求机床布局首先必须满足用户的各种要求。如机床的加工范围，加工精度，生产率和经济性等等。对于
21、本设计来说，最重要的是要了解机床的加工范围，因为是加工粉碎机下机体 支承面，属于专用机床设计，机床的加工范围具有限制，只需满足粉碎机下机体的结构尺寸即可。同时也要考虑经济性要求。确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对运动。在经济。合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。确定机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度，抗震性，热变型和噪声水平。应便于观察加工过程，便于操作，调整和维修机床；便于输送，装卸工件和清除切屑；注意机床防护，确保安全生产。机床结构简单，合理可靠，便于加工和装配，并注意采用新技术。体积小，重量轻，节省原材料，降低制造成本，缩小机床占地面积，
22、外形美观大方。2.2 机床主要技术参数的确定机床的主参数和基本参数主参数：机床的主要技术参数包括主参数和基本参数，主参数是机床参数中最主要的。它必须满足以下要求：直接反映出机床的加工能力和特性；决定其他基本参数值的大小；作为机床设计的出发点；作为用户选用机床的主要依据。综上所述.对于专用机床，主参数通常都以机床的最大加工尺寸表示，只有在不适合用工件最大尺寸表示时，才采用其它尺寸或物理量表示。根据设计要求，加工粉碎机下机体支承面需要使用专用机床。由于粉碎机下机体支承面尺寸比较大，两加工面长度较大，可采用龙门铣床来加工。龙门铣床的主要参数包括工作台工作面宽度B(mm),工作台工作面长度L(mm),
23、垂直主轴端面到工作台的最大距离H(mm)，工作台梯形槽宽度b(mm).根据所加工的粉碎机下机体零件图所示，粉碎机下机体的两端面的宽度是55mm，加工面到底座之间的距离是332mm, （参考图.2-1）。需要加工的两端面的长度是312mm,两支承面表面所要达到的表面粗糙度要求为6.3m（参考图2-2）。 (1)根据所给的工件尺寸，计算工件的重量,确定机床的载重（按整体尺寸求近似值）。粉碎机下机体的长L=500mm,宽B=344mm,高H=400mm。体积为V=LBH=0.50.3440.4=0.0688工件的材料HT200,密度为=7.8Kg/重量为G=mg=g=7.80.0688=5259.0
24、72KN5.25KN由于是专用机床，工作台的载重要大于5.25KN,这里取最大载重为7KN;(2)根据粉碎机下机体零件图2-1，支承面宽度方向的尺寸为55mm,推荐刀盘最大直径为63mm;图.2-1 粉碎机下机体零件图 Figure2-1 Parts of the body grinder图.2-2Figure2-2(3)根据粉碎机下机体零件图2-1，所加工的支承面长度为312mm,工作台最大行程大于312mm,取工作台的最大行程为500mm,工作台进给速度范围20-1800r/min;(4)根据粉碎机下机体零件图2-1，所加工的支承面到底座之间的距离为332mm,设定垂直主轴端面至工作台的距
25、离为500mm;(5)主电机功率为7.5KW工作台最大承重 7KN工作台最大行程 500mm工作台进给速度范围 201800r/min主轴轴向移动范速度 770mm/min垂直主轴端面至工作台的距离 500mm主电机的功率为 7.5KW推荐刀盘最大直径 63mm2.3 机床总体设计思路粉碎机下机体属于大型零件，使用龙门铣床加工时效率比较高，此设计采用双立柱式龙门铣床加工，主轴箱设计成单独部件，两侧铣刀同时加工粉碎机下机体两端面。门式结构采用减速装置，通过两对齿轮减速，并把运动传递到两侧的主轴上，通过丝杠螺母副实现主轴在垂直方向上运动。选定门式结构的电机和减速器。初选电机，采用三相异步电动机Y1
26、00L2-4功率为1.5kw额定功率为3kw额定电流为6.82A满载转速1430r/min堵转转矩/额定转矩=2.2最大转矩/额定转矩=2.22.3.1 减速器设计在连接两主轴部分采用设计好的减速器，带动两对齿轮实现主轴竖直方向的运动。主轴通过滑动螺旋传动，设计的主轴不工作时的速度是v=770mm/min,减速器型号的确定根据螺杆的尺寸确定，螺杆的螺矩为 P=5mm,v=770mm/min,v=Pn,n=154r/min所用的圆柱齿轮的传动比为1.8，选用和电机相配合的减速器，选用JB/T7000-1993系列的减速器，TZLD140,实际传动比为5.09，这种减速器采用硬齿面齿轮传动，电动机
27、为三相异步电动机，四级电机。此种减速器适用于输送机，升降机，搅拌机，造纸，包装，冶金，矿山，橡胶，食品，环保，能源，化工等行业。特点是规格范围广，承载能力大，效率高。主轴部分还需要两对齿轮传递方向，采用斜齿圆柱齿轮，传动比为3.21。2.3.2 齿轮设计计算1. 设计计算过程，选择齿轮材料，热处理，精度等级。因是一般用途的齿轮传动，齿轮材料可选用45钢，传递功率不大，且对结构尺寸无严格的要求，可选择软齿面齿轮传动，参考机械设计图表9-3，选用小齿轮调质，齿面硬度230-240HBS，大齿轮正火，齿面硬度190-200HBS。精度为8级。2. 选取齿轮齿数和螺旋角闭式软齿轮齿轮传动，可一多选些，
28、初选24，i=3.2=76.8,取77，传动比i=/=77/24=3.21,初选153. 按齿面接触疲劳强度设计对闭式软齿面齿轮传动，承载能力一般取决于齿面接触强度设计，校核齿根弯曲疲劳强度。确定式中各项数值：因载荷平稳，可初选载荷系数1.5；=9.5510=9.5510=36476N.mm选取0.9；由机械设计表9-7，查得189.8；由机械设计图9-14，查得2.42；由式9-7，1.88-3.2（）cos =1.88-3.2（）cos =1.65=0.318tg=0.318=1.84由机械设计图9-13，查得0.98；由式9-12，60601.6510=5.181.6510;由机械设计图
29、9-15，按允许一定点蚀，查得0.99，1.05；由机械设计图9-16d,按小齿轮齿面硬度平均值235HBs,在MQ和ML线中间（适当延长MQ和ML线）查取=540MPa,同理，在图9-16c中查取=390MPa。选取=1;=534.6 MPa=409.5 MPa取=409.5 MPa，设计齿轮传动参数。将确定出的各项数值代入接触强度设计式中，得48.1mmV=3.63m/s由机械设计表9-5，查得，由机械设计图9-7，查得，由机械设计图9-10，查得；由机械设计表9-6，查得；则1.49；48.151.69；m=2.10;由表9-1，选取第一系列标准模数m=3mm;齿轮主要几何尺寸：a=15
30、6.84;取中心距a=156mm,则arccos=13.7952 ；=74.1386mm;=237.86mm;b=0.974.1386=66.7247mm;取=64mm, =68mm;4.校核齿根弯曲疲劳强度计算当量齿根端面重合度 给出的公式arctg= arctg=20.5450cos=cos/=cos13.7952/=0.975=-1.74Y=0.25+=0.68=26.2=84.1按 查得，=2.61，=1.60=2.21，=1.78得:=0.88，=0.89按小齿轮齿面硬度均值为235HBs,在ML线（适当延长）上查得，340MPa,同理，查得310MPa.取1.25239.26MPa
31、=275.9 MPa将确定出的各项数值带入弯曲强度校核公式得，44.7 MPa2.3.3:铣床夹具设计铣床夹具的基本要求（1） 为了承受较大的铣削力和断续切削所产生的振动，铣床的夹具要有足够的夹紧力，刚度和强度。（2）夹紧装置尽可能的采用扩力机构；（3）夹紧装置的自锁性要好；（4）着力点的施力方向要恰当，如用夹具的固定支承，虎钳的固定钳口承受铣削力；（5）工件的加工表面尽量不超出工作台;（6）尽量降低夹具的高度，高度H与宽度B的比例应满足：H/B11.25;（7）要有足够的排屑空间。为了保持夹具相对于机床的准确位置，铣床夹具底面应设置定位键。（8）两定位键应尽量布置的远些；（9）小型的夹具可只
32、用一个矩形长键；（10）铣削没有相对位置要求的平面时，一般不需设置定位键。（11）为了便于找正工件与刀具的相对位置，通常均设置对刀块2.4:刀具的选择加工中心所用的刀具是由通用刀具（又称工作头或刀头）和与加工中心主轴前端锥孔配套的刀柄等组成。在应用中，要根据加工中心机床的要求、夹具的要求、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具。刀具选择总的原则是：刀具的安装和调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在保证安全和满足加工要求的前提下，刀具长度应尽可能短，以提高刀具的刚性。 在加工中心机床上，各种刀具分别装在刀库中，按程序的规定进行自动换刀。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩
33、、铣削等工序用的刀具能迅速、准确地装到机床主轴上。编程人员应充分了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。 加工中心机床所用的刀具必须适应加工中心高速、高效和自动化程度高的特点，其刀柄部分要联接通用刀具并装在机床主轴上，由于加工中心类型不同，其刀柄柄部的型式及尺寸不尽相同。JT（ISO7388）表示加工中心机床用的锥柄柄部（带有机械手夹持槽），其后面的数字为相应的ISO锥度号，如50、45、和40分别代表大端直径为69.85、57.15和44.45毫米的7：24锥度。ST（ISO297）表示一般数控机床用的锥柄柄部（没有机械手夹持槽），数字意义与
34、JT类相同。BT（MAS403）表示用于日本标准MAS403的带有机械手夹持槽联接。 加工中心刀具的刀柄分为整体式工具系统和模块式工具系统两大类。模块式工具系统由于其定位精度高，装卸方便，连接刚性好，具有良好的抗振性，是目前用得较多的一种型式，它由刀柄、中间接杆以及工作头组成。它具有单圆柱定心，径向销钉锁紧的联接特点，它的一部分为孔，而另一部分为轴，两者之间进行插入连接，构成一个刚性刀柄，一端和机床主轴连接，另一端安装上各种可转位刀具便构成一个工具系统。根据加工中心类型，可以选择莫氏及公制锥柄。中间接杆有等径和变径两类，根据不同的内外径及长度将刀柄和工作头模块相联接。工作头有可转位钻头、粗镗刀
35、、精镗刀、扩孔钻、立铣刀、面铣刀、弹簧夹头、丝锥夹头、莫氏锥孔接杆、圆柱柄刀具接杆等多种类型。可以根椐不同的加工工件尺寸和工艺方法，按需要组合成铣、钻、镗、铰、攻丝等各类工具进行切削加工。通用刀具根据制造所用的材料可分为以下几种：（1）高速钢刀具；（2）硬质合金刀具；（3）金刚石刀具；（4）其他材料刀具，如陶瓷刀具等。 刀具的切削过程是非常复杂的，影响因素很多。在铣削加工时，刀具材料的性能、刀具类型、刀具几何参数、切削速度、切削深度和进给量等都影响切削力，从而影响整个工艺系统，最终影响加工精度和质量。在加工中心机床上进行加工，其主轴转速比普通机床的主轴转速一般至少要高1到2倍，因此，在加工中心
36、上进行铣加工，选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。 平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。选好每次走刀的宽度和铣刀的直径，使接痕不影响精铣精度。因此，加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些。精加工时，铣刀直径要选大些，最好能够包容加工面的整个宽度。在实际工作中，平面的半精加工和精加工，一般用可转位密齿面铣刀，可以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨。密布的刀齿使进给速度大大提高，从而提高切削效率。精切平面时，可以设置2到4个刀齿。 可转位螺旋立铣刀适用于高效率粗铣大型工件的台阶面、立面及大型槽的
37、加工。如更换不同牌号的刀片，可加工钢、铸铁、铸钢、耐热钢等多种材料。 硬质合金螺旋齿立铣刀是一种用于加工铸铁、钢件、有色金属的精加工刀具，刀片一般为焊接式。 镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后再利用刀具半径补偿（或称直径补偿）功能对槽的两边进行铣加工。 铣削盘类零件的周边轮廓一般采用立铣刀。所用的立铣刀的刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径。一般取最小曲率半径的0.8到0.9倍即可。零件的加工高度（Z方向的吃刀深度）最好不要超过刀具的半径。若是铣毛坯面时，最好选用硬质合金波纹立铣刀，它在机床、刀具、工件系统允许的情况下，可以进行强力切削。 加工中心上用的立铣刀一般有三种形式：球头刀（R=r）、端铣刀（r=0）和R刀（r）（有的称为“牛鼻刀”），其中R为刀具的半径、r为刀角半径。刀具参数中还有刀杆长度L和刀刃长度l。 加工空间曲面和变斜角轮廓外形时，由于球头刀具的球面端部切削速度为零，而且在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有