SK360車床主軸箱改進(jìn)設(shè)計(jì)含3張CAD圖帶開題
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摘 要
床頭箱提高主軸精度，增加主軸編碼器和相關(guān)元件，滿足數(shù)空控制的要求及精度要求。手動(dòng)卡盤改為電動(dòng)卡盤，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，并且卡盤定心準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，動(dòng)作靈敏，夾緊力大小可調(diào)，最大加緊力達(dá)45KN，夾持范圍達(dá)4～200mm。手動(dòng)刀架改為電動(dòng)刀架，能實(shí)現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位、定位、夾緊的自動(dòng)控制，滿足數(shù)控編程的要求，并且要求刀架對(duì)指令信號(hào)反應(yīng)靈敏，動(dòng)作執(zhí)行準(zhǔn)確可靠，能充分發(fā)揮出數(shù)控化改造后加工效率高、精度高的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：傳動(dòng)設(shè)計(jì)；展開圖設(shè)計(jì)；截面圖設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；提高性能
ABSTRACT
To improve the precision of the spindle headstock, increase the spindle encoder and related components, to meet the requirements of accuracy and the number of empty control requirements. Manual chuck for electric chuck, reduce labor intensity, improve work efficiency, and Chuck Centering is accurate, stable performance, flexible action, the clamping force can be adjusted, the maximum stepping up to 45KN, the clamping range of 4 ~ 200mm. Manual turret to electric tool, automatic control, positioning, clamping transposition can realize tool, to meet the requirements of NC programming, and requires rest sensitive to command signal, action is accurate and reliable, can give full play to the numerical control transformation of high processing efficiency, features high accuracy.
Keywords: transmission design; development design; map design; structure; performance
目 錄
第一章 題目與要求·······································1
第二章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)·········································2
第三章 展開圖設(shè)計(jì)·······································6
第四章 截面圖設(shè)計(jì) ······································9
第五章 傳動(dòng)件驗(yàn)算 ······································10
結(jié)束語(yǔ) ··················································11
致謝 ····················································12
參考文獻(xiàn) ···············································13
第一章 題目和要求
這次設(shè)計(jì)是對(duì)江西儀表廠的SK360型車床主軸箱進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，主要要求是簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高性能，適應(yīng)市場(chǎng)需求，以提高競(jìng)爭(zhēng)力，改進(jìn)為剛性高，噪音低，工藝性好，操作可靠，維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的機(jī)床。
SK360車床用途廣泛，社會(huì)擁有量 ，適用于各種車削工作，如車削各種零件外圓柱表面，端面及鉆孔、鉸孔及車削內(nèi)控，車削各種公制、英制、模數(shù)及徑節(jié)螺紋。棄床頭箱中和這次設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)有：
中心高：190mm
最大工件長(zhǎng)度：880mm
床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：Ф360mm
床鞍上最大回轉(zhuǎn)直徑：Ф210mm
主軸孔錐度：莫氏短6 號(hào)
主軸孔直徑：Ф37mm。
主軸正轉(zhuǎn)種數(shù)：12種。
主軸正轉(zhuǎn)速范圍：37---1500r/min。
主軸反轉(zhuǎn)種數(shù)：6種。
主軸反轉(zhuǎn)范圍：122---1538r/min。
主電機(jī)功率：2.2Kw 1400r/min
現(xiàn)工廠據(jù)用戶要求，提出改進(jìn)的具體要求是：
1.主軸轉(zhuǎn)速：nmax=1400r/min,nmin=30—45r/min,z=10—12;主電機(jī)功率：N=4kw.
主軸孔徑大于原機(jī)。
2.控制振動(dòng)，噪聲和熱變形，提高靜、動(dòng)態(tài)性能。
3．盡量利用原傳動(dòng)軸孔位置以便沿用原鏜模工藝裝備，原主軸、進(jìn)給輸出軸位置不得改變。
4.根據(jù)課題要求，對(duì)SK360車床主軸箱結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，在參考SK360、CN6136D等Φ360車床基礎(chǔ)上,對(duì)原傳動(dòng)系統(tǒng)和箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),得到這臺(tái)車床.
第二章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1.SK360車床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀：
SK360的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-1所示，它是在C618K型車床基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)定型的，主要是齒數(shù)方面有所變化，有一定進(jìn)步，但仍存在以下不足之處：
圖2-1 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)
（1）主傳動(dòng)軸根數(shù)為4，傳動(dòng)軸多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加加工和裝配程序，傳動(dòng)效率不高，剛度和精度都要收到影響，增加噪聲；
（2）主軸孔徑為38mm，工藝范圍收到限制，滿足不了用戶的需求；
（3）工藝裝片式摩擦離合器，操縱機(jī)構(gòu)曲折復(fù)雜，工作噪聲大，而且發(fā)熱，裝修不方便；
Ⅲ軸裝抱閘制動(dòng)，產(chǎn)生噪聲和摩擦熱，制動(dòng)效果不理想，且制動(dòng)時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)，造成空耗，形成了浪費(fèi)；
（4）反向軸Ⅶ采用臂式結(jié)構(gòu)，孔加工工藝性很差，位置精度不易保證，故齒輪齒合不良，并正向時(shí)空轉(zhuǎn)，造成空耗和噪聲；
（5）主軸傳動(dòng)齒輪用斜齒輪，雖然能提高強(qiáng)度，但產(chǎn)生軸向力，對(duì)加工精度不利；
（6）Ⅱ軸兩齒輪塊用集中操縱，雖然操作方便，但加工曲線槽不方便，而增加兩對(duì)齒輪和Ⅸ軸，另外為滑移Ⅲ軸而增加Ⅷ軸而造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝修麻煩。
2.幾種傳動(dòng)方案的比較：
根據(jù)以上對(duì)SK360型車床分析和設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，擬如下幾種傳動(dòng)方案：
（1）三根軸
a.三軸單速電機(jī)
既要三軸，按一般傳動(dòng)組不用4個(gè)傳動(dòng)副，所以最多是9級(jí)，這就考慮軸數(shù)少而變速級(jí)數(shù)多的折回變速系統(tǒng)，由于輸入軸和輸出軸不同，當(dāng)用雙折回變速系統(tǒng)和一個(gè)三傳動(dòng)的變速組，其傳動(dòng)圖如圖2-2
圖2-2 三軸傳動(dòng)系統(tǒng)
這種傳動(dòng)方案φ=1.41，Z=12，轉(zhuǎn)速安排合理整齊，設(shè)重復(fù)轉(zhuǎn)速，并傳用單速電機(jī)，是比較理想的方案。但有一個(gè)小齒輪，在結(jié)構(gòu)上有一定麻煩。
b.三軸和雙速電機(jī)
由于雙速電機(jī)相當(dāng)一個(gè)變速組，對(duì)于減少軸根數(shù)可行，從而列出如圖2-3轉(zhuǎn)速圖
圖2-3 三軸雙速電機(jī)
這種傳動(dòng)方案也可行，但要用雙速電機(jī)，成本高，并且有一個(gè)空檔，造成浪費(fèi)。
（2）二根軸和雙速電機(jī)
用雙速電機(jī)和2根軸也可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求，雙軸間傳動(dòng)副為折回機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速圖如圖2-4所示，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于采用雙速電機(jī)，一樣有成本高的不足之處。
圖2-4 二軸雙速電機(jī)
（3）傳動(dòng)方案的確定：
根據(jù)以上3種可行性方案的分析，以國(guó)情和實(shí)用情況的考慮，決定采用第一種方案。
3．電機(jī)和帶傳動(dòng)：
電機(jī)：由于功率N=4Kw，而最高轉(zhuǎn)速最好和主軸轉(zhuǎn)速相近
選用電機(jī)：Y112M-4，參數(shù)為額定功率4Kw，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min
皮帶：根據(jù)計(jì)算功率Nj=Kw Nd=1.2*4=4.8Kw和最小帶輪n1=1440r/min，查表選用B型帶，帶根數(shù)類比原車床用了3根
帶輪：由于受箱體外輪蓋影響，小帶輪不太大，根據(jù)允許值取D1=Φ84mm，D2=1/iD1(1-ε)=202*84*(1-0.03)=170mm.
4．Φ360車床箱體結(jié)構(gòu)的對(duì)比：
由于這次設(shè)計(jì)是改進(jìn)設(shè)計(jì)，要求與整體聯(lián)系不變，外形尺寸盡量保持，所以要對(duì)Φ360車床主軸箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從而確定箱體大體結(jié)構(gòu)。
這次改進(jìn)的另一要求是把主軸孔擴(kuò)大，因?yàn)镾K360已經(jīng)把主軸孔徑加大到Φ53mm。在觀察SK360床頭箱與原機(jī)床頭箱外形尺寸基本不變，而與整機(jī)聯(lián)系的基準(zhǔn)都是與前面相距230±0.5mm的凸臺(tái)，所以SK360的箱體最具參考價(jià)值，并盡量和它一致，以減少工藝裝備。
5齒輪齒數(shù)的確定：
由于箱體結(jié)構(gòu)參考SK360，為了達(dá)到盡量用原有加工工藝裝備和零部件的目的，箱體上軸系孔的位置和尺寸大小應(yīng)盡量保持，并且只用其中的三個(gè)主傳動(dòng)系。
觀察SK360格傳動(dòng)軸的空間關(guān)系，原Ⅳ軸孔現(xiàn)仍為主軸Ⅲ孔，另Ⅰ和Ⅱ軸之間有一大傳動(dòng)比，有大齒輪，要求軸距大，為防干涉，取原Ⅰ、Ⅱ軸為Ⅰ和Ⅱ軸孔。
由于中心距已定，為使齒輪和2和不大于100，兵參考其他車床齒輪模數(shù)，選第一傳動(dòng)組模數(shù)為m1=2.5mm,而第二傳動(dòng)組模數(shù)為m2=3mm,從而
ZI=125.694/2.5/2=100.55
ZII=147.526/3/2=98
查表當(dāng)i=1，1.4，2，2.8時(shí)，都有Z的是102，于是得
Z1=34 Z2=102-34=68
Z3=42 Z4=102-42=60
Z5=51 Z6=102-51=51
Z7=27 Z8=102-27=75
同理，當(dāng)i=0.5，4時(shí)，ZII=99，于是
Z9=66 Z10=99-66=33
Z11=20 Z12=99-20=79
從而得到傳動(dòng)系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖，如圖2-5，其進(jìn)給部分參考SK360
圖2-5 三軸傳動(dòng)系統(tǒng)
第三章 展開圖設(shè)計(jì)
1．齒輪設(shè)計(jì)
a.第一傳動(dòng)組，已知m2=2.5，未變位嚙合角α0=20，傳動(dòng)中心距A=125.694，ha*=1，c*=0.25
（1）未變位時(shí)中心距A0=ZεI/2 Mi=102/2*2.5=127.5mm
（2）嚙合角α=arc cos(A0/A*cosα0)= arc cos(127.5/125.694*cos20)=170361
（3）變位系數(shù)和：XΕi=（invα-invα0）*IΕi/I
=（inv170361-inv200）*102/2
=-0.249
（4）變位系數(shù)：查表得 X1=1.0,X2=-1.249
X3=1.0,X4=-1.249
X5=1.1,X6=-1.349
X7=1.1,X8=-1.349
（5）分度園直徑：d1=85mm
d2=170mm
d3=105mm
d4=150mm
d5 =d6=127.5mm
d7=67.5mm
d8=187.5mm
（6）齒頂園直徑：da1=95mm
da2=168.76mm
da3=115mm
da4=148.76mm
da5=125.76mm
da6=138mm
da7=78mm
da8=185.76mm
（7）齒根圓直徑：df1=83.75mm
df2=157.51mm
df3=103.75mm
df4=137.51mm
df5=114.51mm
df6=126.75mm
df7=66.75mm
df8=174.51mm
b．第二轉(zhuǎn)速組 MⅡ=3mm，α0=200，ha*=1，c*=0.25，A=147.526
（1）未變位時(shí)中心距：A=IεⅡ/Im2=99/2*3=148.5mm
（2）嚙合角：α=arc cos(A0/A*cosα0)= arc cos(148.5/147.526*cos200)=180561
（3）變位系數(shù)和：IεⅡ=（invα-invα0）*IΕi/I
=（inv180561-inv200）*99/2
=-0.117
（4）變位系數(shù)：查表得 X9=1.1,X10=-1.217
X11=1.2,X12=-1.317
（5）分度園直徑：d9=198mm
d10=99mm
d11=60mm
d12=237mm
（6）齒頂園直徑：da9=210.6mm
da10=98.3mm
da11=73.2mm
da12=235.1mm
（7）齒根圓直徑：df9=197.1mm
df10=84.2mm
df11=59.7mm
df12=221.6mm
齒輪13：m13=1.5 Z=67 X13=-0.6
d13=100.5mm
da13=101.7mm
df13=106.05mm
齒輪14：m13=1.5 Z=55 X14左=-0.36 X14右=-0.36
d14=82.5mm
da14左=84.42mm da14右=86.58mm
df14左=77.67mm df14右=79.83mm
齒輪15：m15=1.5 Z=90 X15=-0.36
d15=135mm
da15=136.92mm
df15=139.83mm
2．制動(dòng)器設(shè)計(jì)
選擇材料：
1. 銜鐵 材料08
2. 制動(dòng)片 甲醛苯酚
查表：f=0.35 [P]=3.5kgf/mm2
由于受皮帶輪結(jié)構(gòu)：取制動(dòng)片外徑D2=130mm D1=90mm
從而軸向力：
Q=π/4(D22- D12)[P]= π/4(1302-902)*3.5=2.4*105N
線圈和匝數(shù)在根據(jù)資料計(jì)算
3．I軸及其組件設(shè)計(jì)：
在皮帶輪，制動(dòng)器，各齒輪結(jié)構(gòu)尺寸確定的情況下，可以進(jìn)行展開圖設(shè)計(jì)，先安排軸齒輪，由于箱體尺寸已確定，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安排可以參考SK360。在空間允許的情況下，齒輪盡量左移，因?yàn)橛也窟€有一個(gè)二個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)組，并且中間墻壁左移，可以提高Ⅰ軸剛度。Ⅰ軸靠右肩和彈性擋圈定位，其支撐軸采用原型號(hào)，以便充分利用原有零件。Ⅰ軸左端由于制動(dòng)Ⅲ的結(jié)構(gòu)安裝，不用原來(lái)的卸荷裝置，以減少軸端變形。另外，風(fēng)扇及其部件用原結(jié)構(gòu)。
4． Ⅱ軸及其組件設(shè)計(jì)：
類比SK360，軸徑用Φ40，左邊是光軸，其定位與Ⅰ軸相同，右邊是花鍵軸，
有兩滑移齒輪，兩端支撐用原結(jié)構(gòu)，另加一中支撐，以提高Ⅱ軸剛度。Ⅱ軸由兩端圓錐滾子軸承定位。
5．主軸組件設(shè)計(jì)：
由于SK360是C618-2A改進(jìn)型，孔徑已擴(kuò)為Φ53，主軸及其組件基本上參
考SK360結(jié)構(gòu)。主軸后端定位，前后支持可以分別調(diào)整。
6．Ⅵ和Ⅴ軸：
由于和整機(jī)連接關(guān)系不變，并原結(jié)構(gòu)沒(méi)有什么明顯不好，故而用原結(jié)構(gòu)。
離心式離合器：
小型車床通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)是常見的，其主軸箱也較為簡(jiǎn)單。但這種方法在中型車床卻不多見，主要因?yàn)橹行蛙嚧仓麟姍C(jī)功率大，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，傳動(dòng)及主軸慣量大，因而啟動(dòng)、制動(dòng)力矩較大。電機(jī)帶主軸系統(tǒng)直接啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)處于一定負(fù)荷下啟動(dòng)，因而瞬時(shí)啟動(dòng)電流很大，頻繁正反轉(zhuǎn)會(huì)引起電機(jī)過(guò)熱，甚至燒電機(jī)。能否解決這一問(wèn)題，成為新型短鏈主傳動(dòng)能否在中型車床上使用的技術(shù)關(guān)鍵。
為了解決這一問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)多次考慮后，選用LL-12A帶制動(dòng)離心式離合器。該裝置安裝在電機(jī)軸上，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
圖3-1 LL-12A型帶制動(dòng)離心式離合器
電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心塊不靠拉簧8的拉力架緊貼在軸套1上，軸套通過(guò)平鍵與電動(dòng)機(jī)Ⅰ輸動(dòng)軸連接。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，皮帶輪4不立即隨軸套1轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避開了帶負(fù)荷啟動(dòng)而產(chǎn)生的過(guò)大沖擊電流。
第四章 截面圖設(shè)計(jì)
截面圖主要是表示主軸箱各軸空間位置，并于展開圖配合，以表示操縱機(jī)構(gòu)，潤(rùn)滑等。
1．操縱機(jī)構(gòu)
為簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，本車床群補(bǔ)采用普通的擺式單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)，并且手柄，手柄座，鋼球，壓縮彈簧，圓錐銷，定位板和螺釘盡量用統(tǒng)一規(guī)格，以便裝配和制造方便。在設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意使偏移量小，以便操縱省力，并注意滑移齒輪的齒輪長(zhǎng)度應(yīng)足夠長(zhǎng)，以防止自鎖，如齒輪3.另外，操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)安全可靠，不能相互碰撞和干涉。
2．潤(rùn)滑系統(tǒng)
本車床潤(rùn)滑系統(tǒng)參考C618K-2A型，右箱使用風(fēng)扇飛濺潤(rùn)滑，左邊箱靠Ⅰ軸上齒輪濺油。
3．箱體和箱蓋
改進(jìn)后的車床在箱體上比較大的改進(jìn)在于Ⅳ、Ⅴ軸右支撐做成的整體式，中間墻壁也是整塊，提高箱體剛度。箱體和槽箱蓋都開有回油槽以密封。
第五章 傳動(dòng)件驗(yàn)算：
1．小齒輪的模數(shù)：已知 Z=20,n=710r/min,N=4Kw
（1）查表得載荷系數(shù)K中使用系數(shù)KA=1.25，KV=1.0
動(dòng)載系數(shù)KV=0.37
εx=[1.88-3.2(1/20+1/79)]cos00=1.68
取φd=0.6,查表得：Kα=1.15，Kβ=1.07
K= KAKVKαKβ=1.54
（2）轉(zhuǎn)矩T T=9.55*106*P/n=9.55*106*4/710=5.38*104N*mm
（3）查表得 YFa=1.85 Yfa=1.95
（4）Yε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.72=0.69
（5）查表得σFmin=440MP YN=1.0 YX=1.0
取SF=1.0 [σ]F=440MP
（6）m> =1.58
合格
2．軸承壽命計(jì)算：
左右軸承是T606 C=47000KN
中支軸承是208 C=25600KN
P左=718.1N
P中=856.2N
P右=494.8N
Lhw左=16670/n(C/P)a=1.05*108h
Lhw中=16670/n(C/P)a=3.57*108h
Lhw右=16670/n(C/P)a=7.67*108h
可知軸承壽命可靠
結(jié)束語(yǔ)
這次設(shè)計(jì)歷時(shí)14周，課題來(lái)自江西儀表廠，要求對(duì)Φ360車床主軸箱進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。在龐老師的指導(dǎo)和自己的努力下，終于完成了這次設(shè)計(jì)。
在分析課題的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)課程中緊緊圍繞簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，降低功率，提高剛度，減少噪聲，工藝性好，操作可靠，維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用而展開，多參考其他車床的傳動(dòng)系統(tǒng)，主要改善機(jī)構(gòu)，在這些方面收到一定效果。
這次設(shè)計(jì)是改進(jìn)設(shè)計(jì)，好處就是機(jī)床大體結(jié)構(gòu)形狀比較明確，困難在于怎樣盡量保持原來(lái)加工制造工藝裝備和充分利用原有零部件，如為利用原兩端面加工設(shè)備而沿用原孔系中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孔和Ⅳ孔和箱體總外形。而要改進(jìn)地方盡力滿足要求，如制動(dòng)Ⅰ軸皮帶輪。用電磁離合器實(shí)現(xiàn)，比原抱閘制動(dòng)可靠，換向機(jī)構(gòu)采用電機(jī)換向和原來(lái)的片式摩擦離合器換向比，具有簡(jiǎn)單、噪聲低。溫升少等優(yōu)點(diǎn)。而在提高剛度方面，加大了主軸孔徑，中間墻壁用整塊，對(duì)提高箱體剛度有明顯作用，Ⅰ軸右支撐左移，可提高Ⅰ軸剛度，Ⅱ軸用中支撐，對(duì)剛度提高顯著。操縱機(jī)構(gòu)都用簡(jiǎn)單的擺式，裝修方便，簡(jiǎn)單。另外，改進(jìn)中用了大量的原零部件，基本上滿足了要求。
但仍有很多不足之處，如Ⅱ軸上有小齒輪，使Ⅰ軸軸徑不能在加大，并使操作復(fù)雜。
總之，希望各位老師多多指導(dǎo)。
致 謝
本論文是在導(dǎo)師龐偉導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。龐老師淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)將使學(xué)生受益終生。本人能夠順利完成本課題預(yù)定的各項(xiàng)任務(wù)與龐導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)是分不開的，在此，謹(jǐn)向龐老師致以最真摯的感謝。
感謝大學(xué)四年學(xué)習(xí)中給予我指導(dǎo)和支持的所有老師和朋友，他們給了我很多的關(guān)心和幫助，在我的學(xué)業(yè)當(dāng)中起了很重要的作用。還要感謝我的同學(xué)宋勇、圣華明、吉來(lái)等，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予了我很大的幫助，在此表示衷心的感謝！
在此論文完成之際，我還要向養(yǎng)育和教誨我的父母親說(shuō)一聲：感謝你們?cè)谶@十幾年漫漫求學(xué)路上的支持。
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