机械5

组合机床，是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。其特点有：结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。 本次设计的题目是铣削组合机床及主轴组件。首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。在设计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等要求下，完成其它（如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等）所有零件的设计。 设计机械加工工艺规程遵循如下原则： 1）保证零件图样上所有技术要求的实现。 2）必须能满足生产纲领的要求。 3）在满足技术要求和生产纲领要求的前提下，要求工艺成本最低，低耗节能。 4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全。维护环境卫生。 本产品是按用户要求而设计的，用户讨论合格后，投入生产，希望指导、鉴定。 目录 绪论1 第1章机床总体设计1 1.1机床总体方案设计的依据1 1.2工艺分析1 1.3机床主要技术参数的确定3 1.4进给驱动电动机功率的确定5 第2章主轴组件要求与设计计算6 2.1主轴的基本要求6 2.2主轴组件的布局9 2.3主轴结构的初步拟定12 2.4主轴的材料与热处理13 2.5主轴的技术要求13 2.6主轴直径的选择14 2.7主轴前后支承轴承的选择15 2.8主轴内孔直径16 2.9主轴前端悬伸量17 2.10主轴支承跨距18 2.11主轴结构图18 2.12主轴组件的验算18 第3章主轴组件相关部件23 3.1主轴轴承的润滑21 3.2主轴组件的密封21 3.3轴肩挡圈23 3.4挡圈23 3.5圆螺母23 3.6套筒24 3.7前、后支承的轴承盖25 3.8主轴用套筒及其锁紧部分26 3.9主轴尾部的内花键27 3.10主轴组件轴向调节机构28 3.11箱体设计30 第4章结论31 参考文献32 致谢33 设计机床的第一步，是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。 1.1机床总体方案设计的依据 1.1.1工件 工件是机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和加工要求。本次设计要求设计一台组合机床，用于加工VF-6/7型空压机减荷阀体的两侧面，工件材料为HT200，硬度为190～210HB,生产批量为大批量，铸造毛坯。加工部位的加工要求如下： (1)被加工表面的粗糙度均为R 10； (2)被加工表面的相互位置精度为： 平面1～2之间的距离为225mm； 平面1～2与φ95中心线的垂直度要求为0.03mm。 1.1.2刀具图1-1减荷阀体简图 硬质合金端铣刀，刀齿材料为YG6，铣刀盘直径为φ75～110，刀具齿数Z=4。 1.2工艺分析 1.2.1工艺方法的确定 机床的工艺方法是多种多样的，工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。 对于VF-6/7型空压机减荷阀体，用车床进行车削加工时，由于减荷阀体外形复杂，且为壳类零件，不宜装夹在车床主轴上进行加工，装夹稳定性也不高；用刨床进行刨削加工时，机床需要两个运动，机床和刀具结构简单，装夹在工件台上快速，稳固，但生产率低，加工精度也达不到工件要求；用端铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。因此，当生产量很大时，用组合机床进行加工更合理。 1.2.2机床总体布局 机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。 根据减荷阀体的加工要求，机床总体布局图如图1-1所示： 图1-2机床总体布局图 1.机座2.动力滑台3.工件4.端铣刀5.电动机6.变速箱7.主轴箱 减荷阀体安装在工作台上，铣削动力头带动铣刀作旋转主运动，工作台作纵向进给运动，完成对工件的切削加工。此方案的优点是各部件均是针对减荷阀体设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产率高，加工质量稳定。 1.2.3机床运动的确定 确定机床运动，指确定机床运动的数目，运动类型以及运动的执行件。 本次设计的组合机床的工艺方法是，用一把端铣刀直接进行加工。相应的表面成形运动为：单主轴的回转运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：主轴轴向调整运动。 1.3机床主要技术参数的确定 机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。 1.3.1确定工件余量 VF-6/7型空压机减荷阀体，零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。 查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2～2.5,取加工余量为2.5mm(此为双边加工)。 1.3.2选择切削用量 由于被加工零件的铣削宽度为175mm,需进行二次走刀，故一次走刀为90mm(宽度)，二次走刀为175-90=85mm，即：a =90mm。 根据《组合机床设计简明手册》第132～133页，选择铣削切削用量。 根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16得： a =0.2～0.4mm/z,V=50～80m/mi
n,取a =0.2mm/z。 1.3.3运动参数 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。 （1）主轴最高，最低转速 按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速
n 、最低转速
n 。计算公式如下：
n = ，
n = 式中：
n 、
n主轴最高、最低转速(r/mi
n) V 、V最高、最低切削速度(m/mi
n) d 、d最大、最小计算直径(mm) 根据《机械制造工艺金属切削机床设计指导》第69～70页，查表2.2-3 取最大，最小切削速度： V =200～300m/mi
n，取V =250m/mi
n V =15～20m/mi
n,取V =20m/mi
n 铣床的d 、d可取使用的刀具最大、最小直径，即： d =110mm, d =75mm 则主轴最高转速为
n = = =1061.6r/mi
n 取标准数列值：
n =1000r/mi
n 最低转速为：
n = = =57.9r/mi
n 取标准数列值：
n =56r/mi
n （2）主轴转速的合理排列 最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比Φ，转速级数Z，则转速数列为：
n =
n =56r/mi
n,
n =
n Φ,
n =
n Φ ,
n =
n Φ 查标准数列，取公比Φ=1.78 (1＜Φ≤2) 转速范围： R = = =17.8 转速级数： Z= 1=5.99取Z=6 由于本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求，故取Z=4。即：
n =56，
n =100,
n =180,
n =315 (r/mi
n) 1.3.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定 （1）切削力的计算 由前面已知，本次设计的组合机床的最高转速为
n =315r/mi
n，则此时的切削速度为： V= = =108.8m/mi
n<200m/mi
n 由此可见，切削速度满足要求。 计算铣削工件时的切削力 F =9.18×54.5a ×a ×a ×Z×d 式中：a铣削宽度，a =90mm a铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量即a =2.5mm。 a每齿进给量，a =0.2mm/r Z转数级数，取Z=4 则铣削力的大小为： F =9.18×54.5×90 ×0.2 ×2.5 ×4×110 =1213.1N （2）切削功率的计算 根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，可得切削功率公式为： P = = =2.2KW （3）估算电动机功率 根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，有 P = = =3.14KW 式中：η主传动系统的机械效率，回转运动的机床η=0.7～0.85。 （4）选择主电机 查《机械设计课程设计手册》第155页表12-1，选Y112-4电机，主要参数有： 额定功率P =4KW，满载转速
n =1440r/mi
n，同步转速
n=1500r/mi
n，级数P=4，质量m=43kg。 1.4进给驱动电动机功率的确定 查《金属切削机床设计》第41页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即： N = 式中： N进给驱动电动机功率(KW) Q进给抗力(N) V进给速度(m/mi
n) η进给传动系统的总机械效率(一般取0.15～0.2) 粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。 对于铣床： N =0.2×N=0.2×4=0.8KW 查《机械设计课程设计手册》第155页表12-1，选Y90S-4电机，主要参数有： 额定功率P =1.1KW，满载转速
n =1440r/mi
n，同步转速
n=1500r/mi
n，级数P=4，质量m=22kg。