攻絲機床畢業(yè)設計說明書

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊長春大學畢業(yè)設計（論文）紙變速器殼體臥式雙面專用攻絲機床設計[摘要]專用機床是用按系列標準化設計的通用部件和按加工零件的形狀及加工要求設計的專用部件組成的機床。其通用部件已經標準化和系列化，應用時可根據(jù)需要選取，大大縮短了設計和制造周期。專用機床具有成本低、效率高的特點，因此廣泛的大批大量的生產中應用。并且隨著技術的發(fā)展，數(shù)控化和自動化程度不斷提高。本文主要介紹了適用于加工輕型車變速器殼體結合面螺紋孔的攻絲專用機床的設計過程。包括了專用機床的總體方案設計、通用部件的選取、主軸箱設計等詳細內容。詳細說明了通用部件的選取過程，以及主軸箱設計時標準件的選取原則和過程，詳細的分析了軸的強度。繪制了機床總裝圖、主軸箱齒輪嚙合原理圖、主軸箱總裝配圖和必要零件圖等，并利用有限元分析軟件對機床主要部件進行了可靠性分析。[關鍵詞]變速器殼體專用機床攻絲主軸AHorizontalType’sTwo-sidedSpecialUseTappingMachineToolDesignforLightVehicle’sGearbox[Abstract]ASpecialPurposeMachineisdesignedbytheseriesofstandardizedcommoncomponentsandpartsbyprocessingtheshapeanddesignofspecialprocessingrequirementsofthespecialmachinetoolcomponents.Itsgenericcomponentshavebeenstandardizedandserialized,theapplicationcanbeselected,greatlyshortenedthedesignandmanufacturingcycle.Combinationofmachinetoolwithlowcost,highefficiencycharacteristics,Thereforealargenumberofextensiveproductionofalargenumberofapplications.Andastechnologyadvances,degreeofautomationandCNCcontinuouslyimproved.Thispapermainlyintroducesthecombinationmachinetooldesignedfortappingholesinlinksurfaceofgearboxcasingoflightvehicles.Itincludesthetotalprojectdesignofthemachine,theselectionofgeneraluseparts,thedesignofspindleboxetc.Theprocessofselectingingeneralusepartsandtheprincipleandprocessofselectingthespindleboxiselaboratedon,andthestrengthenoftheshaftwereanalyzedindetail.Drewtoolmachinetoalwayspackadiagram,principalaxisboxthewheelgearNiematchaprinciplediagram,principalaxisboxtotalassemblediagramandnecessarysparepartsdiagrametc.,andmadeuseoflimiteddollar'sanalyticalsoftwaretocarryondependablesexanalysistothetoolmachinemainparts.[Keywords]Gear-housingSpecialPurposeMachineTappingSpindle共П頁第П頁目錄第1章緒論 11.1專用機床的定義、組成以及特點 11.2專用機床的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向 11.3畢業(yè)設計的內容 2第2章專用機床的總體設計 42.1專用機床工藝方案的確定 42.1.1確定專用機床工藝方案的基本原則 42.1.2加工工藝分析 42.1.3定位基準的選擇 52.2專用機床切削用量的確定 52.2.1切削用量的選擇 62.2.2確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具壽命 6第3章專用機床的主軸箱設計 83.1概述 83.1.1主軸箱的用途與分類 83.1.2主軸箱的組成 8大型通用主軸箱在生產中應用很廣，常見的有： 83.1.3主軸箱通用部件 83.2主軸箱的設計步驟和方法 103.2.1主軸箱設計的原始依據(jù)圖 103.2.2主軸結構、軸頸尺寸及齒輪模數(shù)的確定 113.2.3主軸箱傳動系統(tǒng)的確定 122.3.4繪制坐標檢查圖 193.3繪制主軸箱總圖以及裝配明細表 203.3.1主視圖 203.3.2主軸箱展開圖 20第4章主要部件的選擇和設計 214.1電動機的選擇 214.1.1主運動電動機的選擇 214.1.2進給運動電動機的選擇 224.2絲杠和導軌的選擇 234.2.1絲杠的選擇 234.2.2導軌的選擇 244.3帶傳動機構的設計 244.4攻絲機構的選擇設計 274.4.1刀具的選擇 274.4.2確定主軸類型、尺寸及外伸長度 28第5章對底座及攻絲軸的有限元分析 315.1有限元分析簡介 315.2有限元分析軟件介紹 315.3底座的初步設計 315.4對機床底座的有限元分析 315.4.1機床底座的模型建立并將模型導入ANSYSWorkbench界面 315.4.2定義材料 325.4.3添加約束并劃分網格 325.4.4各階陣型圖 335.4.5求解結果 335.4.6最終結論 345.5對機床有限元分析的展望 34總結 35參考文獻 36致謝 37共37頁第39頁第1章緒論1.1專用機床的定義、組成以及特點專用機床是用按系列標準化設計的通用部件和按加工零件的形狀及加工要求設計的專用部件組成的專用機床。專用機床常用的通用部件包括：床身、底座、立柱、動力箱、動力滑臺以及各種工藝切削頭等。對于一些按順序加工的多工位專用機床，還具有移動工作臺或回轉工作臺。動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是專用機床完成切削主運動或進給運動的動力部件，是專用機床通用部件中最基本的部件。動力頭可以同時完成切削主運動和進給運動。動力滑臺只能完成進給運動。主軸箱固定在動力箱上，用來布置切削主軸，將動力箱的運動傳遞給各主軸。由于主軸的位置與具體的零件有關，所以主軸箱必須根據(jù)零件進行設計。不能制成完全通用部件，但其中很多零件是通用的。床身、立柱、中間底座是專用機床的支承部件，它能夠保證機床剛度和各部件之間的精度。除此之外，專用機床還有各種控制部件，主要是用來保證機床按照規(guī)定的程序進行工作。專用機床與其他專用機床和普通機床相比有以下特點：（1）主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。（2）生產效率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。（3）加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。（4）研制周期短，便與設計、制造和使用維護簡單，成本低。因為通用化、系列化、標準化程度高，通用部件占70%——90%，通用部件可成批生產或進行預制或外購。（5）自動化程度高，勞動強度低。（6）配置靈活。因為結構模塊化、組合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量專用部件靈活組成各種類（7）的專用機床及自動線；機床易于改裝；產品工藝變化時，通用部件一般還可以重復利用。1.2專用機床的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向專用機床可以完成鉆孔、絞孔、攻絲、鏜孔、鏜孔車端面、車削和銑削的等工序，還可以進行尺寸檢驗和簡單的裝配工序。往往一臺機床就能同時完成以上的工序。近幾年來專用機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器、礦山、機械、航空、以及軍工部門都以得到廣泛的使用。專用機床及其自動線是集機電于一體的，綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用。我國傳統(tǒng)的專用機床及專用機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，主要是完成完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。專用機床的分類有大型專用機床和小型專用機床，專用機床的配置形式，主要有單工位專用機床和多工位專用機床兩大類。其中單工位專用機床包括了臥式專用機床、立式專用機床、傾斜式專用機床、復合式專用機床。多工位專用機床包括了具有移動工作臺的專用機床、具有回轉工作臺的專用機床、鼓輪式專用機床、中央立柱式專用機床。隨著技術的不斷進步，一種新型的專用機床——柔性專用機床越來越受到人們的青睞，它是應用了多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的專用機床。另外，近年來專用機床加工中心、數(shù)控專用機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在專用機床行業(yè)中所占份額也越來越大。隨著市場競爭的加劇和對產品需求的提高，高精度、高生產率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控專用機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的專用機床行業(yè)企業(yè)，因此專用機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高專用機床加工精度、專用機床柔性、工作可靠性和技術的成套性為主攻方向。一方面，加強數(shù)控技術的應用，提高專用機床產品數(shù)控化率；另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標部件，使其模塊化、柔性化，適應可調可變、多品種加工的市場需求。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。因此我國專用機床技術在將來將迅速發(fā)展其方向歸納為以下幾點：（1）提高生產率，進一步提高工序集中程度。（2）擴大工藝范圍。（3）提高加工精度。（4）提高自動化程度。（5）提高專用機床及其自動線的可調性，廣泛應用數(shù)控技術，發(fā)展綜合自動化技術。（6）發(fā)展柔性系統(tǒng)。1.3畢業(yè)設計的內容（1）主要研究內容：1)查閱相關資料完成總體方案的分析與論證；2)總體結構設計；3)典型零件設計。（2）目標和要求：1）攻變速器殼體結合面上M8-6Hmm螺紋孔10個，其位置度為φ0.3mm2）攻軸承孔端面上M8-6Hmm螺紋孔4個，其位置度為φ0.3mm。（3）特色本課題要求學生在查閱國內外相關文獻的基礎上理解與分析技術要求，在教師指導下綜合運用力學、機械原理、機械設計、檢測技術和CAD、CAE等知識進行設計，使學生綜合運用所學的專業(yè)知識，培養(yǎng)學生的文獻檢索分析能力和產品設計能力及科學研究的工程基本能力。（4）成果形式價值1)總裝圖及典型零件圖（四張零件圖紙）；2)文獻資料分析報告（含1——2篇外文翻譯）；3)設計說明書。

第2章專用機床的總體設計2.1專用機床工藝方案的確定2.1.1確定專用機床工藝方案的基本原則（1）粗、精加工分開原則粗、精加工分開有以下幾種含義：1）在同一臺多工位機床上，粗、精加工工序分開在相隔工位數(shù)較多的兩個位置上進行，使粗加工切削熱有足夠的冷卻時間，避免其影響精加工的精度。此外，粗、精加工的夾具通常也要分開考慮。2）粗、精加工分開在自動線或流水線相隔機床數(shù)較多的兩臺機床上進行，這樣既可以避免粗加工的切削熱影響精加工，又可以避免粗加工時的振動和夾壓變形對精加工的影響，機床簡單。但是這樣往往會造成機床臺數(shù)、占地面積和投資增大，因此要綜合考慮，以使方案達到最優(yōu)。（2）工序集中原則工序集中是近代機械加工的主要發(fā)展方向之一。專用機床正是基于這一原則發(fā)展起來的，即運用多刀（相同軸不同刀具）集中在一臺機床上完成一個或幾個工件的不同表面的復雜工藝過程，從而有效的提高生產率。因此，擬定方案時，在保證加工質量和操作維修方便的前提下同時應適當?shù)膶⒐ば蚣小５?，工序過于集中會使機床結構復雜，增加設計難度和制造難度。因此綜合考慮這幾方面因素很重要。一般原則如下：1）適當考慮相同類型的工序的集中在許可條件下，把相同工序集中在一臺機床或同一工位上加工，能簡化工作循環(huán)和工裝結構。如：集中攻螺紋、集中深孔加工工序、適當集中鏜孔工序、適當集中一般的鉆、鉸工序等。這樣不僅便于統(tǒng)一潤滑，還有利于簡化主軸傳動系統(tǒng)設計。2）有相對位置精度要求的工序應集中加工如箱體各面上主要的傳動軸孔相互間有嚴格的位置精度要求，為避免二次安裝誤差影響和便于機床的調整與找正，這類孔的精加工應集中起來，在一次安裝下進行。2.1.2加工工藝分析從第一章設計題目內容中可知，設計要求專用機床主要用來加工變速器殼體結合面的螺紋孔。因此，對變速器殼體進行簡要的分析，被加工零件屬于箱體類零件，只是攻螺紋，所以在一道工序中完成加工任務，以滿足工序集中原則。由于主軸箱內主軸的尺寸還沒有確定，因此無法確定軸間最小距離。故先按照一道工序設計。2.1.3定位基準的選擇本工序加工零件為箱體零件，箱體類零件是機械加工中工序多、精度要求高的零件。這類零件在加工孔和螺紋時，定位基準通常選用“一面雙銷”的方法。它的特點是：（1）可以簡便地消除工件的6個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。（2）有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。（3）“一面雙銷”可作為零件從粗加工到精加工的全部工序的定位基準，使整個過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉換帶來的累積誤差，有利于保證加工精度。同時，使機床各工序的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計、制造周期。降低成本。（4）易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面上。為了保證加工精度及技術要求作為定位基準的平面和銷孔必須規(guī)定相應的尺寸精度和表面粗糙度及位置精度。通常，銷孔為H7級精度，中心距公差一般為±0.03-0.1mm。這里選擇了±0.036mm。定位平面的平面度公差選擇了±0.08mm。表面粗糙度Ra=0.16mm。在選擇定位銷時根據(jù)工件的重量不同對銷孔直徑也有一定要求，其選取標準見表2-1。工件質量為13kg，故定位銷孔選擇12mm。表2-1定位銷孔直徑尺寸工件重量（kg）＜2020-5050-100＞100定位銷孔直徑（mm）＞12＞16＞20＞252.2專用機床切削用量的確定在專用機床工藝方案確定的過程中，工藝方法和關鍵工序的切削用量選擇十分重要。切削用量選擇的是否合理，對專用機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機床的結構形式及工作可靠性均有較大影響。專用機床切削用量選擇應注意到以下幾點：（1）盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其性能；（2）復合刀具切削用量選擇應該考慮刀具使用壽命；（3）選擇切削用量時要注意既要保證生產批量的要求，又要保證刀具一定得耐用度要求；（4）切削用量的選擇應有利于主軸箱設計；（5）確定切削用量時還需考慮所選動力滑臺的性能。2.2.1切削用量的選擇本工序中加工的螺紋孔直徑、螺距均相同，可以選擇相同的切削用量。切削用量的選擇通常使用查表法。螺紋加工的切削用量見表2-2。被加工零件的材料為灰鑄鐵HT200，所以切削速度為2.5-5m/min。選擇v=3.768m/min，即n=150r/min。進給量f=1.5mm/r。表2-2切削用量參照表加工材料鑄鐵鋼及其合金鋁及其合金切削速度(m/min)2.5-51.5-55-152.2.2確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具壽命根據(jù)選定的切削用量，確定切削扭矩，用于確定主軸及其他傳動件的尺寸；確定切削功率，用于選擇主傳動電動機的功率；確定刀具壽命，可以檢驗所選切削用量或刀具是否合理。查表2-3可知攻螺紋時切削力、切削扭矩、切削功率、刀具壽命的計算公式。下面利用表中的公式進行計算：（1）切削轉矩=1.95×81.4×1.51.5=50N.mm；（2）切削功率=90×3.14/9741×3.14×8×10-3=0.06KW；（3）刀具壽命=11.4×82×0.77/3.141.67/1.252=55min；表2-3切削力、切削扭矩、切削功率、刀具壽命的計算公式表刀具材料工件材料切削力F（N）切削轉矩M（N.mm）切削功率P（）刀具壽命高速鋼灰鑄鐵——其中D——加工直徑（mm）pw————工件螺距（mm）KT————修正系數(shù)取0.77

第3章專用機床的主軸箱設計3.1概述3.1.1主軸箱的用途與分類主軸箱是專用機床的重要組成部件之一。按專用要求進行設計，由通用零件組成，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸的位置，并將動力和運動由電機或動力部件傳遞給各工作主軸，是指得到要求的轉速和轉向。主軸箱是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量、位置、切削用量和主軸類型設計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力源于通用動力箱。主軸箱一般具有很多根軸，是對一系列孔進行加工。大也有單軸，以鏜孔居多。主軸箱按結構大小可分為大型主軸箱、小型主軸箱和專用主軸箱三大類。大型主軸箱又可分為通用主軸箱和標準主軸箱兩種。通用主軸箱結構典型，能利用通用的箱體和傳動件。專用主軸箱結構特殊，常需要加強主軸系統(tǒng)剛性，因此，其傳動件必須專門設計。3.1.2主軸箱的組成大型通用主軸箱在生產中應用很廣，常見的有：（1）鉆削類主軸箱；（2）攻絲類主軸箱；（3）鉆、攻復合主軸箱。通用主軸箱由通用零件，如箱體、主軸、傳動軸、傳動齒輪、軸套和附加機構等組成。在主軸箱體內腔，可以安排兩排32mm寬的齒輪或者三排24mm寬的齒輪；箱體后壁與后蓋之間可安排一排（后蓋90mm厚時）30mm寬的齒輪或兩排（后蓋厚125mm時）24mm寬的齒輪。3.1.3主軸箱通用部件(1)通用箱體。鑄鐵的通用箱體、前蓋、后蓋，由于寬度和高度不同，各有14中規(guī)格。主軸箱基本尺寸已經在前一章中已經確定。即：標準厚度180mm；前蓋55mm；后蓋125mm；寬度500mm；高度400mm。(2)通用主軸以及傳動軸1)通用主軸通用主軸按用途不同分為鉆削類主軸和攻絲主軸兩大類。攻絲類主軸按支承型式分為前后支承均為圓錐滾子軸承主軸和前后支承均為推力球軸承和無內環(huán)滾針軸承的主軸兩種。通用主軸的參數(shù)在上一章已經確定外伸長度120mm；外伸直徑D/d1=38/20；圓錐滾子軸承主軸直徑為20mm。主軸的最小軸間距見表3-1。由表知主軸直徑為20mm的圓錐滾子軸承主軸的最小軸間距為48mm。從零件圖上得知軸間的最小距離為48mm。滿足要求，所以所有的螺紋可以在一道工序中完成。表3-1圓錐滾子軸承通用主軸最小軸間距主軸直徑（）202530354050601520482550.5533055.558633560.56368734064.5677277815069.572778386916079.5828792961011112)通用傳動軸通用傳動軸按其用途和支撐的不同，分為滾錐傳動軸、滾針傳動軸、埋頭傳動軸、手柄軸、油泵傳動軸、攻絲用蝸桿軸六種。表3-2所示為通用傳動軸的系列參數(shù)。初步選定傳動軸直徑為20mm。3)通用齒輪主軸箱通用齒輪有傳動齒輪、動力頭齒輪和電機齒輪三種，三種材料均為45鋼，齒部進行高頻淬火。其主要參數(shù)見表3-3。由于主軸箱后蓋的厚度為125mm，所以動力箱齒輪為A型。傳動齒輪根據(jù)設計過程中安排按表選擇。表3-2通用傳動軸的系列參數(shù)傳動軸類型傳動軸直徑圓錐滾子軸承傳動軸20253035405060滾針軸承傳動軸20253040埋頭傳動軸25303540手柄軸304050油泵傳動軸20攻絲用蝸桿軸25表3-3通用齒輪系列參數(shù)齒輪類型寬度齒數(shù)模數(shù)孔徑數(shù)量傳動齒輪2416-50連續(xù)2、2.5、315、20、25、30、35、40395321-70（偶數(shù)）2、2.5、3、425、30、35、40、50、60597動力箱齒輪84（A型）44（B型）21-263、425、30、40、5040電機齒輪7921-26318、22、28、32、36203.2主軸箱的設計步驟和方法主軸箱是專用機床的重要部件之一，他的好壞關系到整體機床的質量好壞。目前主軸箱的設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。本次設計應用一般設計法，其順序是：繪制主軸箱原始依據(jù)圖；確定主軸結構、軸頸尺寸及齒輪模數(shù)；擬定傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標；繪制坐標檢查圖；繪制主軸箱總圖、零件圖及編制組件明細表。本機床中有兩個主軸箱，現(xiàn)具體說明其中的十軸聯(lián)動多軸箱，具體設計如下：（四軸聯(lián)動多軸箱設計類似）3.2.1主軸箱設計的原始依據(jù)圖主軸箱設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的，如圖3-1，其主要內容及注意事項如下：（1）根據(jù)機床尺寸圖繪制主軸箱外形圖，并標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。（2）根據(jù)尺寸聯(lián)系圖和加工示意圖，標注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅動軸的相關位置尺寸。（3）根據(jù)加工示意圖標注各主軸轉速和轉向。（4）列表標明工件材料、加工表面要求，并注明主軸的工序內容、切削用量及主軸外伸長度等。詳見表3-4（5）標明動力部件型號及性能參數(shù)等。表3-4主軸切削用量、軸號、主軸外伸尺寸參數(shù)表軸號主軸外伸尺寸切削用量D/d（mm）L（mm）工序內容n(m/min)v(m/min)f(mm/r)1-1038/20120攻M8螺紋孔1253.141.25圖3-1主軸箱設計原始依據(jù)圖3.2.2主軸結構、軸頸尺寸及齒輪模數(shù)的確定(1)主軸型式和直徑的確定主軸型式和直徑主要取決于工藝方法、刀具主軸連接結構、刀具的進給抗力和切削扭矩。攻螺紋主軸因靠模桿在主軸孔內做軸向移動，為獲得良好的導向性，一般采用雙健結構，不用軸向定位。主軸直徑按加工示意圖所示，主軸類型及外伸尺寸可初步確定。攻絲主軸直徑查表3-5選為20mm，傳動軸直徑可參照主軸直徑大小初步選定為20mm。待傳動系統(tǒng)設計完后再驗算某些關鍵軸。表3-5攻絲主軸直徑的確定被加工材料鑄鐵鋼螺紋扭矩（kg.mm）主軸直徑（mm）扭矩（kg.mm）主軸直徑（mm）M33284410M33284410M4801011012M51341218515M62401533015M85001770020(2)齒輪模數(shù)的確定齒輪模數(shù)一般用類比法確定，主軸箱中的模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為便于生產，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不要多于兩種。由于零件的尺寸較小，為防止所選的齒輪齒數(shù)過少，發(fā)生根切或者沒有合適的標準齒輪，先初步選擇模數(shù)為2，然后，在設計過程中根據(jù)實際情況最終確定其大小。3.2.3主軸箱傳動系統(tǒng)的確定主軸傳動設計，是根據(jù)動力箱驅動軸的位置和轉速、各主軸的轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。(1)對主軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求1)保證主軸強度、剛度、轉速和轉向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當中心矩不符合標準時，可采用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。2)量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷，影響加工質量。3)使結構緊湊，主軸箱內齒輪副的傳動比一般要1/2，后蓋內齒輪傳動比允許取1：3—1：3.5；盡量避免升速傳動。4)于粗加工的齒輪，應盡量安排在第Ⅰ排，減少主軸扭轉變形，精加工主軸上的齒輪應該盡量設置在第Ⅲ排，一減少主軸端的彎曲變形。5)動軸直接帶動的轉動軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來麻煩。主軸箱傳動設計過程中，如果第Ⅰ—Ⅳ排不夠用，可以增加排數(shù)。(2)擬定主軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法擬定主軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸；非同心圓分布的一些主軸，也可以設置中間傳動軸；然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅動軸連接起來。傳動系統(tǒng)設計的步驟可簡述如下：1)將主軸劃分為各種分布類型被加工零件上加工孔的位置是多種多樣的，但大致可歸為同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此主軸箱上主軸分布也分為這三種類型。2)確定驅動軸轉速轉向及其在主軸箱上的位置驅動軸的轉速可按動力箱型號選定；當采用動力滑臺時，驅動軸的旋轉方向可以任意選定；其中心高度則決定于所選動力箱的規(guī)格型號。其中心位置在機床尺寸聯(lián)系圖中已確定。3)盡量用最少的傳動軸及齒輪副把驅動軸和各主軸連接起來。(2)傳動系統(tǒng)的初步設計擬定傳動路線。如圖3-1所示各主軸位置已經確定，下面結合主軸分布的三種類型對其進行傳動設計。0軸為驅動軸，現(xiàn)根據(jù)主軸分布特點擬定傳動系統(tǒng)方案如下：1、3分布在同一直線上，用一根傳動軸15傳動，傳動軸中心位于兩軸中心連線的垂直平分線上。由于零件尺寸較小同時可以帶動軸2；4、5軸直線分布，可以用一根傳動軸17帶動，軸的中心在兩軸中心連線的平分線上；6、7分布在同一直線上，用一根傳動軸18帶動，軸的中心在兩軸中心連線的平分線上；8、10分布在同一直線上，用一根傳動軸16傳動，傳動軸中心位于兩軸中心連線的垂直平分線上。由于零件尺寸較小同時可以帶動軸9；15、16、17、18也可以找到相同的圓心，也可以用一根傳動軸19帶動，軸中心位于同心圓的圓心；傳動系統(tǒng)初步設計完成，至于其合理性和具體位置安排要結合中心距，齒輪模數(shù)和齒數(shù)的限制在實際設計過程中調節(jié)，確定。(4)確定傳動軸位置、齒輪齒數(shù)以及校核1)確定傳動軸15的位置及各齒輪齒數(shù)。傳動軸15在主軸1、3的軸中心連線的垂直平分線上，同時由于帶動主軸2，取其與主軸2的中心距為51mm，測量得到傳動軸15與主軸1、3的中心距為70mm。各主軸轉速相同，若取m=2，Z2=17，并按公式（3-1）、（3-2）、（3-3）依次求得齒數(shù)Z1′、Z2′、Z3′和轉速n15。n主=n從/u=n從Z從/Z主；(3-1)Z主=2A/m-Z從=2Au/m(1+u)；(3-2)Z從=2A/m-Z主=2Am/u(1+u)；(3-3)所以Z2′=2A/m-Z2=2×51/2-17=34；（設在第Ⅱ排）n15=n4Z2′/Z2=125×34/17=250r/min；Z1=Z3=2Au/m(1+u)=2*70*2/2/（1+2）=46.6，取Z1、Z2為46。Z1′=Z3′=2A/m-Z1=2×70/2-46=24，（設在第Ⅲ排），由于主軸轉速相同，所以取Z1′=Z3′=23。所以A15-1=A15-3=70mm為非標準中心距，齒輪需要變位。下面先分別計算它們的總變位量：△A15-1=△A15-3=A15-1-A=70-69=1=0.5×2；即，變位系數(shù)為+0.5。查變位系數(shù)表表3-6確定變位齒輪個數(shù)。與表對照，兩變位系數(shù)均小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準中心距。變位齒輪選擇主軸1、3上的齒輪。表3-6齒輪的極限變位系數(shù)ξ限1015202530354045505560+ξ限1.92-ξ限—1.02)確定傳動軸16的位置及各齒輪齒數(shù)。傳動軸16用來帶動主軸8、9、10。位于主軸8、10的軸中心連線的垂直平分線上，并距主軸9的軸中心距離為51mm，量得距主軸8、10的軸中心為70mm。取m=2，Z9=17。并按公式（3-1）、（3-2）、（3-3）依次求得齒數(shù)Z8′、Z9′、Z10′和轉速n16。Z9′=2A/m-Z9=2×51/2-17=34；（設在第Ⅲ排）n16=n9Z9′/Z9=125×34/17=250r/min；Z8=Z10=2Au/m(1+u)=2*70*2/2/（1+2）=46.6，取Z8、Z10為46。Z8′=Z10′=2A/m-Z8=2×70/2-46=24，（設在第Ⅱ排），由于主軸轉速相同，所以取Z8′=Z10′=23。所以A16-8=A16-10=70mm為非標準中心距，齒輪需要變位。下面先分別計算它們的總變位量：△A16-8=△A16-10=A16-8-A=70-69=1=0.5×2；即，變位系數(shù)為+0.5。查變位系數(shù)表表3-6確定變位齒輪個數(shù)。與表對照，兩變位系數(shù)均小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準中心距。變位齒輪選擇主軸8、10上的齒輪。3)確定傳動軸19的位置及各齒輪齒數(shù)。傳動軸19帶動主軸15、16、17、18，取其為同心圓的圓心，若傳動軸15，16，17，18對稱設置，則傳動軸19在傳動軸15、16的軸心連線垂直平分線上，取其到軸15、16、17、18軸中心的距離為57mm。若取m=2，Z15=Z16=Z17=Z18=19。并按公式（3-1）、（3-2）、（3-3）依次求得齒數(shù)Z15′、Z16′、Z17′、Z18′和轉速n19。Z15′=Z16′=Z17′=Z18′=2A/m-Z15=38（Z15′、Z17′設在第Ⅰ排Z16′、Z18′設在第Ⅳ排）n19=n15Z15′/Z15=500r/min。4)確定傳動軸17的各齒輪齒數(shù)。測量得A17-4=51mm，A17-5=79.1。若選取m=2，Z4=17，Z5=26。A17-5為非標準中心距，齒輪需要變位，下面先分別計算它們的總變位量：△A17-5=A17-5-A=79.1-78=1.1=2*0.55即，變位系數(shù)為+0.55。查變位系數(shù)表表3-6確定變位齒輪個數(shù)。與表對照，變位系數(shù)小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準中心距。變位齒輪選擇主軸5上的齒輪。下面按公式（3-1）、（3-2）、（3-3）依次求得齒數(shù)Z4′、Z5′、和轉速n17。即：Z4′=2A/m-Z4=2×51/2-17=34；（設在第Ⅳ排）Z5′=2A/m-Z5=2×78/2-26=52；（設在第Ⅱ排）n17=n4Z4′/Z4=250r/min5)確定傳動軸18的各齒輪齒數(shù)。測量得A18-7=51mm，A18-6=79.1。若選取m=2，Z7=17，Z6=26。A17-6為非標準中心距，齒輪需要變位，下面先分別計算它們的總變位量：△A17-6=A17-6-A=79.1-78=1.1=2*0.55即，變位系數(shù)為+0.55。查變位系數(shù)表表3-6確定變位齒輪個數(shù)。與表對照，變位系數(shù)小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準中心距。變位齒輪選擇主軸6上的齒輪。下面按公式（3-1）、（3-2）、（3-3）依次求得齒數(shù)Z6′、Z7′、和轉速n18。即：Z7′=2A/m-Z7=2×51/2-17=34；（設在第Ⅰ排）Z6′=2A/m-Z6=2×78/2-26=52；（設在第Ⅲ排）n18=n4Z6′/Z6=250r/min6)驅動軸的齒輪齒數(shù)及與之配合的齒輪齒數(shù)的確定。驅動軸的齒輪齒數(shù)是有標準的這在前面已經提到過，這里就不在復述了，其轉數(shù)為500r/min。其齒數(shù)為21，模數(shù)m=3，與之配合的齒輪安裝在傳動軸19上，由前面的計算中知道n19=500r/min。要實現(xiàn)1：1的傳動比，所以與之配合的齒輪齒數(shù)為21。寬度為32mm。根據(jù)表4-3知傳動軸19直徑為25mm。傳動設計的全部齒數(shù)、模數(shù)及所在排數(shù)，按規(guī)格標在傳動系統(tǒng)圖3-2中，最后計算各主軸的實際轉速見表3-7。傳動軸的坐標計算結果見表3-8。圖3-2主軸箱傳動系統(tǒng)原理圖表3-7各主軸實際轉速主軸實際轉速主軸1主軸2主軸3主軸4主軸5主軸6主軸7主軸8主軸9主軸10(r/min)150150150150150150150150150150

表3-8傳動軸的坐標計算結果傳動軸號1516171819X174.8174.8271.2271.2223.0Y128.8193.2128.8193.2161.07)對傳動軸的校核由于在設計主軸箱傳動系統(tǒng)時，初步選定了軸徑。所以，傳動系統(tǒng)擬定后，應對總體設計和傳動設計中選定的傳動軸進行驗算，校核是否滿足工作要求。校核過程采用傳動軸強度的粗略計算法。對于傳動軸來說，把軸看成受純扭矩作用，不考慮彎矩影響，而采用較低的材料許用應力的一種強度計算方法，即扭轉剛度計算法。驗算傳動軸直徑傳動軸所承受的總轉矩可以由下式進行計算:T總=T1U1+T2U2+…+TnUn其中Tn——是作用在第n根主軸上的轉矩，單位為kg.mm，Tn=974Pn/n，；Un——傳動軸至第n根主軸之間的傳動比。驗算各傳動軸直徑計算如下：軸[15]T15=3Ti1Un=3×500×1/2=750kg.mm按表3-9，取d=20mm即可。軸[16]T16=3Ti1Un=3×500×1/2=750kg.mm按表3-9，取d=20mm即可。軸[17]T17=2Ti1Un=2×500×1/2=500kg.mm按表3-9，取d=20mm即可。軸[18]T18=2Ti1Un=2×500×1/2=500kg.mm按表3-9，取d=20mm即可。軸[19]T119=2Ti1Un+2Ti1Un==2×500×1/2+2×750×1/2=1250kg.mm按表3-9，取d=20mm即可。由于齒輪限制選擇為d=25mm。經過計算得到的傳動軸直徑與之前初步選擇的直徑相吻合，所以，傳動軸能承受扭矩實現(xiàn)傳動，符合要求。表3-9軸能承受的扭矩（度/米）軸徑d()1/41/21計算依據(jù)1012152025303540455055606535721755501350280052008900142002170031700450006200069140350110027005600104001780028500434006350090000124000140290710230055001140021000360005800088000式中d——軸的直徑（毫米）；M——軸所傳遞的扭矩（公斤.毫米）；Wр——軸的抗扭截面系數(shù)（毫米3）；[τ]——許用剪切應力（公斤/毫米2）；B——系數(shù)。當Ф=1時，B=5.2當Ф=1/4時，B=7.3當Ф=1/2時，B=6.2注：允許扭轉角[Ф]的適用對象，推薦如下：剛性主軸，取[Ф]=1/4；非剛性主軸，取[Ф]=1/2；傳動軸[Ф]=1。8)對齒輪嚙合關系的校核在前面已經分別列出了主軸和傳動軸的坐標，在這里根據(jù)它們的坐標列出坐標驗算表以檢驗齒輪布置的合理性。見表3-10。表中，A實是按坐標算出的中心距，A是按傳動齒輪節(jié)圓直徑算出的中心距，△A是兩者的差值，經檢驗，差值與前面變位齒輪計算中確定的差值完全符合，所以，齒輪布置是合理的。五、主軸箱所需動力的計算主軸箱的動力計算包括主軸箱所需的功率和進給力兩項。傳動系統(tǒng)確定之后，主軸所需功率P主軸箱按下列公式計算：P主軸箱=P切削+P空轉+P損失=ΣP切削i+ΣP空轉i+ΣP損失i式中P切削——切削功率，單位為KW；P空轉——空轉功率，單位為KW；P損失——與負荷成正比的功率損失，單位為KW。由前面計算知各主軸切削功率相同都是0.06KW，每根軸的空轉功率可按表3-11確定；每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1%。根據(jù)表中數(shù)據(jù)P主軸箱=P切削+P空轉+P損失=ΣP切削i+ΣP空轉i+ΣP損失i=10×0.06+10×0.009+4×0.018+0.054+0.054+16×0.06×0.01=0.823KW。由于攻絲類主軸進給力很小所以在這里不做計算。表3-10坐標驗算表N—NXYA實A△A15—1—2—368.848.850.212.814.848.8705170695169+10+116—8—9—1050.248.868.848.814.812.8705170695169+10+117—4—516.878.848.27.25179.151780+1.1-18—6—778.879.1517851+1.10

3-11軸的空轉功率轉速（r/min）軸徑15202530405060250.0010.0020.0030.0040.0070.0120.017400.0020.0030.0050.0070.0120.0180.027630.0030.0050.0070.0100.0190.0290.0411000.0040.0070.0120.0170.0300.0460.0671600.0070.0120.0180.0270.0470.0740.1072500.0100.0180.0280.0420.0740.1160.1664000.0170.0300.0460.0670.1180.1850.2666300.0260.0460.0730.1050.1860.2910.42010000.0420.0740.1160.1660.2960.4620.6662.3.4繪制坐標檢查圖前一節(jié)各軸的坐標已經計算完成，需要繪制坐標及傳動關系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性，如圖3-3所示：圖3-3主軸箱坐標檢查圖

3.3繪制主軸箱總圖以及裝配明細表主軸箱總圖繪制方法及其特點(1)主視圖用點劃線表示齒輪節(jié)圓，標注齒輪齒數(shù)和模數(shù)，兩嚙合齒輪相切處標注羅馬數(shù)字表示齒輪所在排數(shù)。標注各軸軸號及主軸、驅動軸、液壓泵軸的轉速和轉向。(2)展開圖每根軸、軸承、齒輪等組件可只畫軸線上邊或下邊一半，結構尺寸完全相同的軸組件只畫一根，但必須在軸端注明相應的軸號；在圖形一側用數(shù)碼箭頭標明齒輪所在排數(shù)。3.3.1主視圖根據(jù)設計計算繪制主軸箱主視圖，詳見主軸箱主視圖。3.3.2主軸箱展開圖根據(jù)設計計算繪制主軸箱展開圖，編制裝配明細表，詳見主軸箱展開圖。

第4章主要部件的選擇和設計4.1電動機的選擇 電動機是把電能轉換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產生旋轉磁場并作用于轉子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉扭矩。 4.1.1主運動電動機的選擇（1）電動機功率的選擇在主軸箱尚未設計出來之前，可按下面公式進行估算：P主軸箱=P切削/ηP切削——消耗于各主軸的切削功率之和，單位kW；η——主軸箱的傳動效率，當主軸箱少于15根軸時，η=0.9，主軸多于15根時，η=0.8。在本次設計中大主軸箱主軸為10根，小主軸箱主軸為4根，因此選擇η=0.9。由于各主軸加工的螺紋孔直徑相同，因此，各主軸消耗的切削功率相同，所以，P切削=∑Pi；其中Pi為第i根主軸的切削功率，前面已經計算過Pi=0.06kW，代入公式計算得P切削=0.6kW。所以P主軸箱=0.6/0.9=0.67kW。所選的電動機最大功率是1.5kW。能滿足要求。（2）電動機轉速的選擇參考前一章各軸的設計轉速150r/min。為了簡化設計，省去減速器的設計，采用上海歐傳傳動機械有限公司的功率為1.5kw，轉速為300r/min的電動機（帶減速器）GH32-1.5-5S。主要參數(shù)如表4-1和表4-2。表4-1性能參數(shù)表4-2尺寸參數(shù)表4.1.2進給運動電動機的選擇步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。為了確保攻絲進給運動的準確性，在此選擇步進電機與絲杠、導軌和工作臺配合，從而完成攻絲。根據(jù)設計，絲杠幾乎不受徑向力，所以步進電機提供給絲杠的轉矩不需太大，保守起見，選擇南京華興電機有限公司的42BYG4502型方形步進電機，保持轉矩0.17N.mm。4.2絲杠和導軌的選擇4.2.1絲杠的選擇滾珠絲桿是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。絲杠有效行程=300mm，工作臺最高移動速度=14（m/min），摩擦系數(shù)μ=0.1，電機最高轉速=1800（r/min），最大行程內行程誤差小于0.02mm，300mm行程內行程誤差小于0.02mm，工件與卡具最大重量總合為100kg，重力加速度g=9.8m/s2，絲杠的平均轉速為266r/min,刀具切削加工時的平均切削力的水平分力忽略不計，最大轉矩是500N.mm，軸向分力是1600N，切向分力是(1)計算絲杠摩擦阻力取(2)確定滾珠絲杠副的導程。根據(jù)題目給定條件，步進電機直接與滾珠絲杠副連接，其傳動比為1。所以則有：===0.0078m=7.8mm根據(jù)國際標準ISO/DIS3408-2-1991或GB/T17587.2-1998，確定絲杠的基本導程為大于8mm。(3)根據(jù)平均負載計算滾珠絲杠副的最大動載荷，硬度系數(shù)取1.0。設滾珠絲杠副在工作時的平均工作載荷為=。滾珠絲杠壽命系數(shù)為L==8250（萬轉）==4800N根據(jù)要求選1.2，選1.0，取200N。(4)結合最大靜載荷，從附表中選擇絲杠并寫出絲杠的參數(shù)：絲杠的型號，公稱直徑，絲杠底徑，導程，循環(huán)圈數(shù)，額定動載荷，額定靜載荷，螺母的總長。所以選擇：上海保良公司SFV05010-4.8型絲杠，其公稱直徑93mm，絲杠底徑50mm，導程5mm，額定動載荷7222(N)，額定靜載荷1773(N)，螺母的總長60mm。(5)確定絲杠的螺紋長度（單邊預留余量為100mm）。=250+60+200=510mm(6)選定滾珠絲杠符的精度等級（根據(jù)國標JB/T3162.2-1982）。根據(jù)要求，最大行程內行程誤差小于0.02mm，選擇3級精度。4.2.2導軌的選擇導軌:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導移動裝置或設備并減少其摩擦的一種裝置。導軌表面上的縱向槽或脊，用于導引、固定機器部件、專用設備、儀器等。導軌又稱滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。根據(jù)估算工作臺及其所裝部件的質量，導軌所受基本靜負荷約為1000N?，F(xiàn)在選定上海保良精密傳動設備有限公司的HGH30CA型線性滑軌，其基本靜額定負荷是56.19kN,基本動額定負荷是38.75kN。4.3帶傳動機構的設計根據(jù)整體設計的要求，本機床需要設計兩個同步帶傳動機構，傳動全為1：1，現(xiàn)選用梯形同步帶并詳細說明電動機與多軸箱（1）之間的同步帶傳動機構的設計。電動機與多軸箱2之間的同步帶傳動機構與此類似。電動機在前面已經選定，功率是1.5kw，轉速是300r/min。（1）確定計算功率：電動機每天使用24小時左右，查表4-3得到工作情況系數(shù)=1.6。則計算功率為:2.4kw（2）選定同步帶帶型和節(jié)距：由同步帶選型圖4-1，現(xiàn)在選取H型帶（節(jié)距，基準寬度=76.2mm）。又根據(jù)《機械設計手冊》第2卷，表6.1-60c可知基準額定功率是。

表4-3工作情況系數(shù)看圖4-1同步帶選型圖（3）選取主動輪齒數(shù)：查表4-4知道小帶輪最小齒數(shù)為14，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為25。（4）小帶輪節(jié)圓直徑確定：=101.1mm

表4-4小帶輪最小齒數(shù)表（5）大帶輪相關數(shù)據(jù)確定：由于系統(tǒng)傳動比為，所以大帶輪相關參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)，節(jié)距（6）帶速v的確定：（7）初定周間間距：根據(jù)公式得現(xiàn)在選取軸間間距為153mm。（8）同步帶節(jié)線長確定：=()+==623.454mm根據(jù)《機械設計手冊》第2卷表6.1-58選取節(jié)線長，帶長代號為250。（9）帶輪嚙合齒數(shù)計算：有在本次設計中傳動比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=13。（10）確定嚙合齒數(shù)系數(shù)：因為，所以=1.（11）計算額定功率并驗算工作能力：==3.179kw其中，，=48.78，=76.2根據(jù)驗算，該同步帶設計合理。（12）確定該同步帶的齒形尺寸：通過查表4-6，確定梯形齒標準同步帶的齒形尺寸。圖4-2為梯形同步帶的標準尺寸。最終選用的同步帶型號是250H200。=12.7mm，=，s=6.12mm=2.29mm，=4.3mm，=1.02mm，=1.19mm。表4-6梯形齒標準同步帶的齒形尺寸圖4-2帶的標準尺寸（13）帶輪的材料和結構形式：1）材料的確定：常用的帶輪材料為HT150或HT200，而本帶輪無特殊要求，為了有更好的剛性，選擇材料HT200。結構形式前面已經確定了大小帶輪的節(jié)圓直徑（相等），根據(jù)《機械設計手冊》第2卷表6.1-68和表6.1-69查得同步帶輪的標準直徑=99.69mm，d=101.06mm，帶輪最小寬度52.8mm（雙邊擋圈）。因為本機器較小，考慮到腹板式帶輪較復雜，因此大小輪選取實心式。4.4攻絲機構的選擇設計4.4.1刀具的選擇選擇刀具應考慮弓箭的材質加工精度、表面粗糙度、排屑及生產率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具。為提高工序集中程度或滿足精度可以采用復合刀具。在專用機床上攻螺紋，一般是用絲錐、攻絲卡頭、攻絲靠模進行的。加工螺紋時，常采用攻絲靠模裝置，在這里選擇第二類攻絲靠模與絲錐結合，它的常用規(guī)格和選用它時的最小軸間距分別見表4-7和表4-8。由于被加工零件是鑄鐵，可以選用大批生產的標準絲錐，一般選用加工盲孔的絲錐，加工孔的直徑是8mm，屬于較小的直徑，選擇單錐即可。由于攻絲長度不大所以不用潤滑冷卻切削液。絲錐用相應的彈簧夾頭裝在攻螺紋接桿上。專用機床上攻螺紋，是由主軸系統(tǒng)帶動絲錐實現(xiàn)主運動和進給運動，即螺紋絲錐每轉一轉的同時，絲錐向前進給一個螺紋的螺距。絲錐每轉進給量與靠模螺母或與整個主軸箱進給量的差異有攻螺紋靠模機構補償。表4-7第Ⅱ類攻螺紋靠模常用規(guī)格攻螺紋靠模規(guī)格第Ⅱ類攻螺紋靠模D0dd1D1D2L2L3L41M6-M101/4″-3/8″K1/8″161632M243040832M10-M143/8″-9/16″K1/8’’-K1/4’’204.4.2確定主軸類型、尺寸及外伸長度主軸類型主要根據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)系尺寸結構進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給抗力和主軸——刀具系統(tǒng)結構。主軸軸頸尺寸規(guī)格應根據(jù)選定的切削用量計算出的切削扭矩T，按表4-9初步確定主軸直徑，然后綜合考慮經濟性，加工精度和具體工作條件按表4-10最終確定出主軸外伸長度L、外徑D和內徑d1及配套的攻螺紋靠模代號等。根據(jù)表4-9和表4-10，選擇主軸類型為前、后支承均為圓錐滾子軸承，主軸外伸長度為120mm，攻絲靠模代號為2號，D/d1=Ф38/20mm，主軸直徑d=Ф20mm。4-8采用第Ⅱ類攻螺紋靠模時的最小軸間距攻螺紋靠模規(guī)格主軸直徑機床型式第Ⅱ類攻螺紋靠模規(guī)格123主軸直徑152025最小軸間距115臥、立33220臥、立3338.5325臥、立39.54246表4-9攻絲主軸直徑的確定（mm）材料螺紋56810121416182022242730鑄鐵扭矩1.342.405914.622.226.786.7102149軸徑1215172025303540表4-10通用攻絲主軸系列參數(shù)(mm)主軸外伸（L=120）主軸類型主軸直徑種數(shù)前、后支承均為圓錐滾子軸承20、25、306前、后支承均為推力球軸承和無內圈滾針軸承15204D/d124/1330/1438/20攻絲靠模代號12、3動力部件工作循環(huán)及行程的確定:動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回到原始位置的動作過程。包括快速引進、工作進給、工作退回、快速退回等動作。(1)工作進給長度L工的確定工作進給長度L工等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度L1和切出長度L2之和，即：L工=L1+L+L2其中切入長度L1一般為5-10mm，在這里根據(jù)工件的具體情況選8mm。切出長度L2，在采用一般刀具時，參考表4-11推薦值選取。其中L切=6t(通孔)；L切=2t(盲孔)。如前所述，加工通孔的標準絲錐過長，所以一般都選擇加工盲孔的絲錐，即，L切=2t=2.5mm。所以L2=5+L切=7.5mm。加工的最長孔長度L=13mm。所以，工作進給長度L工=L1+L+L2=8+13+7.5=28.5mm。表4-11切出長度L2的確定工序名稱 鉆孔擴孔鉸孔鏜孔攻螺紋切出長度L21/3d+(3-8)10-1510-155-105+L切(2)快速引進行程長度的確定快速行程是指動力部件把主軸箱連同刀具從原始位置送進到工作進給開始位置，其長度按加工具體情況確定。這里選擇快速引進行程為100mm。(3)工作退回長度和快速退回長度的確定工作退回長度與工作進給長度相同，快速退回長度等于快速進給的長度。(4)動力部件總行程的確定動力部件總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調節(jié)的距離以及刀具從主軸孔中取出時，動力部件需要后退的距離。因此，動力部件總行程是工退、快退、前、后備量之和。參照相關的表格選擇動力部件總行程為250mm。

第5章對底座及攻絲軸的有限元分析5.1有限元分析簡介有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個世紀前就已產生并得到了應用，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為\o"矩陣"矩陣近似方法，應用于航空器的結構強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事\o"力學"力學研究的科學家的濃厚興趣。經過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多彩、應用廣泛并且實用高效的\o"數(shù)值分析"數(shù)值分析方法。5.2有限元分析軟件介紹目前常用的有限元軟件有ANSYS、MSC、ABAQUS等，其中ANSYS有限元分析軟件出現(xiàn)最早，并且經過不斷的發(fā)展和完善，其功能和求解精度已頗讓使用者滿意，因此本文將用ANSYS軟件來完成分析。5.3底座的初步設計根據(jù)機床的工作臺的行程、電動機的尺寸、主軸箱的尺寸、絲杠的尺寸、導軌的尺寸、攻絲機構的尺寸等得出機床底座的尺寸形狀結構?？傞L2936mm，總寬730mm，總高520mm。整體結構見圖5-1。5.4對機床底座的有限元分析5.4.1機床底座的模型建立并將模型導入ANSYSWorkbench界面用solidworks軟件繪制機床底座三維模型并導入ANSYSWorkbench界面。如圖5-1所示。圖5-1導入的三維模型5.4.2定義材料設計選用的材料是灰鑄鐵，其泊松比是0.28，將材料應用到該零件中，如圖5-2所示。圖5-2材料定義5.4.3添加約束并劃分網格約束面為底座?？紤]到該零件相對來說體積較大、形狀規(guī)整，劃分網格時參數(shù)如圖5-3，劃分網格后的實體如圖5-4。圖5-3參數(shù)設定圖5-4網格劃分5.4.4各階陣型圖各階陣型圖，求解六階頻率。如圖5-5和圖5-6，為一階和二階頻率。圖5-5一階模態(tài)圖5-6二階模態(tài)5.4.5求解結果如圖5-7，著重注重考慮一階和二階頻率。在機床設計中應避開639.35Hz和742.09Hz這兩種頻率。圖5-7最終結果圖5.4.6最終結論由于主運動和進給運動的電動機頻率分別為60Hz和50Hz，避開了機床底座的固有頻率，符合設計要求，且機床底座設計合理。5.5對機床有限元分析的展望已經對機床底座進行了有限元分析，求解了固有頻率，使電機頻率合理的避開了機床底座的固有頻率。由此可以想到，在機床加工部分，絲錐與被加工件之間屬于切削加工，有切削扭矩的存在，必然引起震動。機床刀具對加工起到關鍵的作用，如果因為共振而受到破壞，后果不堪設想。所以，為了優(yōu)化設計，在此提出對絲錐進行有限元分析，求解其固有頻率，得出相應參數(shù)作為機床優(yōu)化的參考數(shù)據(jù)。

總結本次設計主要是對攻絲專用機床的設計，要求我們能夠對大學期間所學習的知識進行綜合的應用，對專用機床的設計過程有一個全面的了解。在設計過程中使專業(yè)知識更加鞏固。設計過程中主要完成了以下任務：（1）了解了專用機床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向。（2）確定了專用機床的工藝方案。（3）進行了機床的總體設計，主要部件的設計選擇和關鍵零件的校核。（4）設計了專用機床主軸箱，其中包括了通用部件的選擇與校核，傳動系統(tǒng)的設計與校核，繪制了主軸箱主視圖，編寫了裝配明細表。由于知識和經驗的局限是我的設計難免出現(xiàn)不足之處，有很多地方不能詳細的闡述，零部件的選擇不能達到最優(yōu)化?！皶接脮r方恨少”“欲速則不達”。在這次設計中我深刻體會了這兩句話。想要進步，必須吸取前人的經驗，站在巨人的肩膀上才能看的更遠。想要進步，就必須把學習當做一生的事來做，就必須把學習當做一種習慣。這次設計，讓我積累了很多經驗，無論是好的還是壞的，相信對自己以后的生活學習都會有一定的促進。有心者所向披靡，用心者天下無敵。希望在以后的學習生涯中，更有耐心、更有恒心、更加腳踏實地。

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