2473.托辊里孔加工专用机床设计报告 毕业设计 毕业论文.doc

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1、i 目录目录 1 前言1 1.1 本课题设计的目的意义1 1.2 本人的工作构思和主要工作任务1 1.2.1 工作构思1 1.2.2 主要工作任务2 2 机床总体方案设计3 2.1 机床总体设计方案据的依3 2.1.1 工件3 2.1.2 使用要求3 2.2 工艺分析 3 2.2.1 工艺方法的确定4 3 机床总体布局6 3.1 机床传动形式的选择6 3.2 机床支承形式的选择6 3.3 机床控制部位的布局6 3.4 机床主要技术参数的确定7 3.4.1 切削参数的确定7 3.4.2 主轴转速的确定8 3.4.3 主电机的选择8 4 主传动设计10 4.1 运动设计10 4.1.2 齿数确定1

2、1 4.1.3 绘制主传动系统图11 4.1.3 转速的确定11 4.2 主传动的零件设计 12 4.2.1 齿轮设计与校核12 4.2.2 轴的设计与校核13 4.2.3 轴承的选择荷校核19 4.3 联轴器的选择 21 大学毕业设计 目录 ii 5 夹紧系统锥形套的设计22 结束语23 参考文献24 附录 I25 附录 II 27 致 谢29 I 摘要摘要 随着现在科学技术的发展，现代化工业生产的主要特征表现在高生产率和先 进的技术径济指标两方面。正是遵循这个原则。我们设计了托辊里孔加工专用机 床。该机床是加工带式输送机托辊管子两端止口的自动化专用设备，能满足目前 国内外生产的各种类型托辊

3、管子止口的加工。该机床可以加工管子外径 108mm，长度 375500mm。除上下料外，全加工工序由机床自动化完成。由 拖辊的两端及倒角定位。主轴带动工件旋转，液压夹紧，液压无级调速进刀及液 压偏心旋转让刀。电控部分采用了先进的日本进口可编程序控制器（简称 PC 机） 为核心的控制系统。限位采用国内较先进的无接触点开关。使设备的可靠性，适 用范围和工作效率都大幅度提高。此设备适用于大批量的专业化生产，生产效率 高，调整方便。 关键字关键字：总装配图；主轴箱装配图；机床传动原理；锥型套设计 焦作大学毕业设计 Abstract II Abstract Now with the developmen

4、t of science and technology. Industrial production modernization of the main features of the high-performance productivity and advanced technical and economic indicators in two ways. It was followed this principle. We designed a roller Rikon for a special machine. The machine is processing belt conv

5、eyor idlers at both ends of the tubes I only special equipment automation, meet current domestic and foreign production of various types of idler mouth tube processing. The machine can process 108mm diameter tube, length 375500mm. Baiting addition, all processes are completed by the machine automati

6、on. Idler from the two ends and chamfering positioning. Led the workpiece spindle rotation, hydraulic clamping, hydraulic variable speed hydraulic feed and eccentric rotation for a knife. Electric control parts of the Japanese import advanced programmable controller (PC) as the core of the control s

7、ystem. Limit domestic use more advanced non-contact switch. The reliability of the equipment, the scope of application and efficiency are greatly improved. This equipment suitable for mass production of specialized, high production efficiency, easier adjustment. Keywords : Assemble map； spindle box

8、assembly； machine drive principle ；conical design sets 焦作大学毕业设计 1 前言 1 1 前言前言 1.1 本课题设计的目的意义本课题设计的目的意义 三年的大学生活就要结束了，我们即将走向社会，走向工作岗位，为了把我 们所学的理论知识应用于实际工作中去，更好地理论联系实际，更好地为社会服 务，在史春香老师的指导下。我选了托辊里孔加工专用机床的总体设计。 1.2 本人的工作构思和主要工作任务本人的工作构思和主要工作任务 1.2.1 工作构思工作构思 主要部件的结构及性能 1）主传动系统 主传动系统有电机、联轴器、花键杠及主轴箱组成，实现齿轮

9、箱的主传动及 工件长度的调整。 主轴箱安装在左、右溜板上，左、右对称，由电机带动主轴夹紧及工件旋转。 主要功能是定位工件并实现主运动。 2）轴向进刀系统 轴向进刀系统安装在左右油板上，左右对称。由液压缸传递实现刀具的轴向 进刀及轴向退回。 3）径向让刀系统 径向让刀系统由液压缸传递运动。实现刀具的让刀运动，使刀在轴向退回时， 防止刀尖划伤已加工表面，保护加工精度。 4）刀行程调整部分 刀行程调整部分装在进刀油缸活塞杆的尾部，通过丝杠与螺母的配合来调整 刀具的行程，达到需要加工的止口深度。 5）夹紧系统 夹紧是由液压缸传动的，通过活塞杆运动，推动左右油板运动，实现被加工 的夹紧与松开。 6）液压

10、站 液压站实现进刀、让刀、夹紧油缸的运动，调整刀具进给速度。 7）电器系统 焦作大学毕业设计 1 前言 2 电器系统实现启动和循环加工。 1.2.2 主要工作任务主要工作任务 设计题目：托辊里孔加工专用机床 设计要求：托辊的加工应首先保证内外圆同轴度 0.06mm.其次不能破坏外 圆的直线度 0.40mm.应能保证加工后内孔径向尺寸 mm 和两端加工深 0.07 0 102 度mm，加工后加工面的粗糙度：径向 6.3，轴向 3.2。如图所示： 0.20 0 15.5 图 1-1 托辊 Fig 1-1 Roller a. 总装配图 b. 机床传动原理 c. 主轴箱装配图 d. 锥型套 e. 设计

11、说明书及相关文件 f . 外文翻译 2 .机床总体方案设计 3 2 机床总体方案设机床总体方案设计计 机床总体设计是设计机床首先要解决的问题，它关系但机床部件及零件的 设计。因此拟定总体方案必须全面，周密考虑，使所定方案技术合理，先进， 径济效益高。 机床总体设计按以下内容进行： 调查研究 工艺分析 机床总体布局 确定机床主要技术参数 2.1 机床总体设计方案机床总体设计方案据的依据的依 机床总体设计的主要依据包括工件，使用要求，同类型机床及制造条件等。 2.1.1 工件工件 所给工件为带式输送机托辊，其外径 108mm。为不加工表面。长度为 375500mm。要求加工部件是两端止口。设计基准

12、径向为中心轴线，轴向是端 面。其加工要求详见“设计任务书” 此外，工件材料为热轧 45# 无缝钢管，硬度 H B217 ，重量 4.76.3Kg，人 工装卸 2.1.2 使用要求使用要求 首先，所设计机床加工的产品要符合设计任务书的要求。 其次，所设计机床要适合现代化工业生产的特点，自动化程度高，生产率高， 能够减轻工人的劳动强度。 再有，机床结构简单，操作方便，工作可靠性好。 最后，尽量采用通用或标准零部件，维修方便，径济性好。 2.2 工艺分析工艺分析 2 .机床总体方案设计 4 2.2.1 工艺方法的确定工艺方法的确定 机床上的加工工艺方法是多种多样的。根据托辊的特点和加工要求，显然只

13、有采用车或镗，具体工艺方法的确定如下： 第一方案：单头车（如图 2.1） 图 2-1 单头车 1床身 2主轴箱 3三爪卡盘 4工件 5刀具 6刀杆 7油板箱 8导轨 Fig 2-1 Single-truck 1、Lathe Bed 2、Spindle Box 3、Scroll Chuck 4、Workpiece 5、Tool 6、Arbor 7、Slip-box 8、Guide 工件作回转运动，刀具直线进给，加工一头后再调头加工另一头，此方案的 优点是结构简单紧凑，容易制造。缺点是加工过程中，需要装夹两次，外圆又是 未加工表面，调头后可能使工件绕两个回转轴线旋转，不能保证内外圆的同轴度， 并且

14、增加了装夹时间，生产效率低。 第二方案：两头车（如图 2-2） 采用此方案加工时，要求工件不动，刀具旋转并同时进给。两端同时加工， 此方案的优点是工件一次装夹，两端同时加工，工序集中，生产效率高。能够保 证工件内外圆同轴度。缺点是 由于两端同时加工，必须需要很大的加紧力。若 采用外圆表面定位的夹具就会造成外圆表面变或破坏外圆直线度，为加工带来误 差。 2 .机床总体方案设计 5 图 2-2 两头车 1- 床身 2-动力头 3-刀具 4-工件 5-夹具 6-导轨 Fig 1-2 Two Lathe 1、 Lathe Bed 2、Cabinet 3、Tool 4、Workpiece 5、Fixtu

15、re 6、Guide 工件一次装夹，两端同时加工，工序集中，生产效率高。能够保证工件内外 圆的同轴度。缺点是由于两端同时加工，必须需要很大的夹紧力，若采用外圆表 面定位的夹具，就会造成外圆表面变形，破坏外圆直线度，为加工带来误差。 第三方案：两头镗 如图 2-3 图 2-3 两头镗 1进刀油缸 2刀杆 3刀具 4主轴箱 5夹具 6工件 Fig 1-3 Two Boring Machine 1、Feed Cylinder 2、Arbor 3、Tool 4、Main oil tank 5、Workpiece 6、Fixture 7、Lathe Bed 8、Guide 3 .机床总体布局 6 3 3

16、 机床总体布局机床总体布局 机床总体布局是指确定机床组成部件以及各部件和控制机构在机床中的配置 3.1 机床传动形式的选择机床传动形式的选择 机床的传动有机械的、液压的、电气的、气动的及其综合的多种形式。 对于本机床来说，其主运动是工件的回转运动。传动形式选择齿轮变速的机 械驱动形式，它有许多有点： 1）通过齿轮变速，可以实现工件的回转。 2）由于本机床是专用机床，有特定转速，采用齿轮有极变速，提高传动精度 和运动精度。 3)齿轮的制造要求一般，且工作可靠，径济性好。 对于进给运动，采用液压缸传动，它的优点是： 1)传动平稳，能够无极调速。 2)通过液压元件容易实现自动化控制。 对于压紧运动，

17、采用液压传动，其优点是： 1）运动平稳，速度可调。 2）液压回路实现自锁，保证夹套夹紧工件后，溜板不能自动退回，夹紧力 恒定。 3.2 机床支承形式的选择机床支承形式的选择 通过对同类型机床支承形式的调整，此机床选用“”字形支承，卧式布局。 3.3 机床控制部位的布局机床控制部位的布局 该机床的控制部位有：按钮、手柄、左右螺母、主轴，他们离地面高度分别 为： 按钮 650mm 手柄 790mm 左、右螺母及主轴 834.5mm 3 .机床总体布局 7 这样布局保证操作者和工件间有合适的相对位置，以便装卸工件、调整刀具、 观察加工情况，使操作方便、省力。 3.4 机床主要技术参数的确定机床主要技

18、术参数的确定 机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数包括尺寸参数、运动参 数、动力参数。 主参数： 机床主轴中心高 835mm 到主轴中心高 184.5mm 机床总长度 2600mm 机床宽度 680mm 机床高度 1077mm 加工管子外径 108mm 加工管子长度 375-500mm 运动参数 溜板移动速度 液压无级调速 刀具进给速度 液压无级调速 至于主轴转速和电机功率须根据切削参数才能确定。 3.4.1 切削参数的确定切削参数的确定6 a)刀具选择 材料 YT15 前角 V=150 后角 =50 主偏角 =900 r k 刃倾角 5o S 刀类半径 r=1.0 尺寸 BHL=1

19、21240 b)切削用量 切削深度 =2mm p a 3 .机床总体布局 8 进给量 f =0.4mm/r 表 2-15 切削速度 V =100m/min 表 2- 15 c)切削力8 单位切削力 P =1962N/mm 表 3-1 进给量修正系数 表 3-2 fF 0.96 Z K 切削速度修正参数 表 3-3 VF 1.0 Z K 主偏角修正参数 表 3-5 krF 1.05 Z K krFy 0.85K krFx 1.15K 切削力比值 表 3-60.4 y Z F F 0.4 X Z F F 刃倾角修正参数 表 3-71.0 sFZ K 0.9 sFy K 1.3 sFx K 主切削力

20、 SFZ 196220.40.96 1.0 1.05 1.01582 CfFZVFZkrFZ PAKKKKN 切深抗力 y 0.40.4 15820.850.9484 yZkrFysF FFKKN 进给抗力 0.40.4 1582 1.19 1.3946 XZkrFxXSFX FFKKN 3.4.23.4.2 主轴转速的确定主轴转速的确定 本机床是加工托辊里孔止口的专用机床，工艺范围窄，主轴只需一种固定转 速 n，根据已选定的切削速度 V 可得： 主轴转速 . 10001000 00 325 min 3.14 98 v r n D 3 .机床总体布局 9 3.4.33.4.3 主电机的选择主电

21、机的选择 主电机用来驱动工件旋转，它的功率由主削力决定。 切削功率： 1582 1000 225.3k 60 100060 1000 Z m F V PW 电机功率： 取 0.8 m 5.3 6.6 0.8 m m P PKW 参机械另件课程设计手册表 17-5 取主电机为： 型号 Y160M-6 功率 =7.5KW 0 N 转速 90 min r n 4 主传动设计 10 4 主传动设计主传动设计 机床的主传动是用来实现机床主运动的，它对机床的使用性质，结构和制造 成本都有明显的影响。 主传动设计必须满足设计要求： 机床的主轴转速满足实际使用要求。 传动机构必须能传递足够的功率和扭矩，并且具

22、有较高的传动效率。 执行件须有足够的精度、刚度，抗震性和小子许可限度的热变形和湿生。 操作要轻便、灵活、迅速、安全、可靠，并且便于调整和维修。 结构简单，润滑与密封良好，便于加工和转配，成本低。 4.1 运动设计运动设计 4.1.1 转速图的拟定转速图的拟定 选择公比时，一般取小些，以减小现对速度损失。参金属切削机床设计 表 1-4 和 P16 取公比 1.26 总降速比 4.71.73 325111 = 9701.261.261.26 总 则主传动系统转速图为： 图 4-1 主传动系统转速图 Fig 4-1 Main drive system Speed Figure 4 主传动设计 11

23、4.1.2 齿数确定齿数确定 参金属切削机床设计齿数如下表： 表 4-1 Tob 4-1 序号 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 Z 6 Z 7 Z 8 Z 齿数405950100405950100 转速误差： 4050 325970 59100 =1.17%10( -1)%=2.6% n325 nn 理实 理 满足要求。 4.1.3 绘制主传动系统图绘制主传动系统图 根据以上对主传动的分析。如图 图 4-2 主传动系统图 Fig 4-2 Main drive system plans 4.1.3 转速的确定转速的确定 本专用机床主轴只有一种转速。 则：主轴计算转速为： nj=325r/mi

24、n 其它各轴及齿轮计算转速如下： 4 主传动设计 12 表 4-2 Tob 4-2 轴序号I(II) III(IV) V(VI) nj=(r/min)970 650 325 齿轮序号Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 nj=(r/min)970 650 650 325 970 650 650 325 4.2 主传动的零件设计主传动的零件设计 4.2.1 齿轮设计与校核齿轮设计与校核 1.Z1和 Z2齿轮采用直齿圆柱齿轮传动 小齿轮 Z1采用 45#，调质 HB=236 大齿轮 Z2采用 45#正火 HB=190 每天两班制工作，每年 300 天，使用 8 年。 Z1=40 Z2=5

25、9 传动比 i=1.48 小齿轮转速 n1 =970r/min 则： mj16338 3 22 (1) iNj mZijnj 削机床设计表 2-1 式中： 10 B m m 600jMpa 3 22 7.5 (1.48+1) 2 mj16338 =1.7 10 401.48 600970 取 m=3 参考机械另件见附录 I 所以，弯曲疲劳强度足够 2 .Z3与 Z4采用斜齿圆柱齿轮传动 小齿轮 Z3 采用 43 调质 HB=236 左旋 大齿轮 Z4 采用 ZG55 调质 HB=260 右旋 每天两班制工作，每年 300 天，使用 8 年 Z3=50 Z4=100 i=2 =9 3739 ，小

26、齿轮转速 nj=650r/min 则：mnj 3 2 2 3 (1) 16338 iNj mZijnj 4 主传动设计 13 式中：m=10 =600Mpa B m j mnj =1.9 3 22 (21)650 16338 10502600650 j 取 mn=4 参考机械零件附录 II 弯曲强度足够 4.2.2 轴的设计与校核轴的设计与校核 1. ()轴的设计 1）为了保证主传动的定心精度核运动精度，满足加工精度要求。用花键杠传 动，并且采用外径定心，便于加工制造。 材料 45 B=650Mpa 热处理 调质 HB=229-286 估算轴径: dA 式（11-2） 3 p n 式中： A计

27、算常数 取 A=118 表 11-2 d118=20mm 取 d=40mm 3 7.5 2 970 以上参考机械零件 轴的校核 受力如图所示：当加工工件为 500mm 时，弯曲最大。参机械零件 T=9.55=9.55 6 10 p n 64 7.5 2 103.7 10 970 Nmm F大= 422 23.7 10 620 340 1 TT N dmZ Fr=F大tg=620tg20=226N 垂直面内弯矩 RvA260Fr740=0 RvA=F大740/260=-621740/260=-1767N RHC=1146N MHB 左=RHA260=1767260=459420Nmm MHB 右

28、=RHC740=1146740=848040Nmm 合成弯矩： 4 主传动设计 14 图 4-3 弯矩图 Fig 4-3 Moment map MB 左= 22222 M= 167180459420 =488893MvBHBN mm左左 MB 右= 22222 M= 283420848040 =894147MvBHBN mm右右 转矩： 图 4-4 转矩图 Fig 4-4 Torque map 参机械零件P269 取 =0.59 T=0.593.7=21830Nmm 4 10 当量弯矩： 图 4-5 弯矩图 Fig 4-5 Moment map MeB 左=MB 左=488893Nmm MeB

29、 左= =894413Nmm 2222 ()= 21830894147TMB右 由弯矩图可知： C 处弯矩最大 d=42mm 4 主传动设计 15 ec=894413/0.1 3 0.1 Mec d 2 4212.1MPa 参机械零件表 11-3 1 55 b MPa 1 12.55 e b MPaMPa 故强度足够。 2）花键校核： 参机械零件课程设计手册表 4-5 取花键: 6-484212 参机械零件式（4-5） p m T Z h C r 式中：各齿载荷分布不均匀系数。 一般取=0.70.8 花键齿数Z C倒角尺寸，取 C=1 花键平均半径，= m r m r 4 Dd h=花键齿侧面

30、的工作高度 h=2C 2 Dd 4 3.7 10 0.4 48424842 0.86(2 1) 1000 24 p MPa 查表 42，取15MPa 5 p 故花键强度足够。 3） 平键校核 由 d=40mm 参机械零件课程设计手册表 41 采用键（C 型） 1270 GB109679 A6 b=14 h=8 L=70 参机械零件式（41） =7.34Mpa 4 4443.7 10 14 ()40 8(70) 22 p TT b dhc dh L 参表 41， =40Mpa p 强度足够 p p 4 主传动设计 16 4）（）轴的设计： 1）（）采用 45制造 估算轴径: dA 3 3 7.5

31、 2 11821 650 p mm n 因轴上需开两键槽，故增大 7% d=21/93%=23mm 取 d=50mm 轴的校核: 受力如图所示， 大2 大1 图 4-5 受力分析图 Fig 4-5 Analysis plans T=9.55 664 7.5 2 109.55 105.5 10 650 p N mm n F大 1= 4 27225.5 10 200 1450cos9 3739 cos o T N mnZ d Fa1=F大 1tg=542tg=92N 9 3739 F大 2= 4 2255 10 620 23 59 T N d Fr2=F大 2tg=620tg20=226N 垂直面

32、内弯矩。 4 主传动设计 17 图 4-6 垂直面内弯矩图 Fig 4-6 Figure moment in the vertical plane Fa1d1+Fr2150+RVB100+Fr250=0 RVB= 1 203200 1502265092203200 15022650 600 100100 Fa N RVD=174N MVB=Fr150+Fa1d1=20050+92203=28676N mm Mvc=RvD50=17450=8700N mm 水平面内弯矩： 大 图 4-7 水平面内弯矩图 Fig 4-7 Water level in the moment plans F大 115

33、0+RHB100-F大 250=0 4 主传动设计 18 RHB= 2 50-F1 150621 50542 150 =502.5N 100100 F 大大 RHD=581.5N MHB=F大 150=54250=27100N mm MHC=RHD50=581.550=29075N mm 合成弯矩： 图 4-8 合成弯矩图 Fig4-8 Moment of plans MB= 2222 271002867639455mm VBHB MMN 2222 87002907530349 CVCHC MMMN mm 转矩： 图 4-9 转矩图 Fig4-9 Torque map 取 0.59 4 0.5

34、95.5 1032450TN mm 当量弯矩： 4 主传动设计 19 图 4-10 当量弯矩图 Fig4-10 Equivalent moment map 2 222 2 222 32450 394553245051085 30349325044430 M=M30349 eA eBB Cec cec MTN mm MMTN mm MMTN mm N mm 左 右 由弯矩图可知： B 处弯矩最大 d=50mm 3 1 3 51085 4.1 Pa55 0.1 50 0.1 eB eB M MbMPa d 故，强度足够。 2）平键校核： 由 d=50mm,参机械零件课程设计手册表 4-1 取键（A 型） 1425 GB1095-79 A6 b=14 h=9 L=25 参机械零件式（4-1） 4 4 45.5