组合式专用铣齿机床的毕业设计

第 1 页 共 25 页 摘要 本文是 研究组合式专用铣齿机床的构成及其工作原理。从其构成特点开始分析与其他专用机床和普通机床相比的优点，全面分析其机械结构和工作原理。对其工作 原理与 公式进行了详实的调查和分析。运用了 软件对其零部件的设计进行进一步分析说明 ；并且对于铣齿机床上的铣齿刀具的选择进行了详细的分析，给出了指型刀架的主要性能参数。 对其零部件的选用进行了精心的挑选， 使其工作性能更佳。进一步突出组合式专用铣齿机床的优势。 通过本次对组合式专用铣齿机床的探讨，了解了其零部件的基本分析、加工的全 面内容；掌握了组合铣齿机床的构成及工作原理，综合运用了所学的机械知识，加深了对大学所学专业课程的理解，为今后利用所学知识，在工作中解决具体问题打下了坚实的基础。 关键词： 组合机床 加工原理 铣齿刀具 第 2 页 共 29 页 is of it of to a of of of as on of a of of to it of on of to of of of of of of s to in a 3 页 共 25 页 目次 1 绪论 . 5 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 6 . 6 . 6 2 机床结构方案制定 . 7 . 7 . 7 . 7 齿机床结构 . 7 . 7 床的冷却系统 . 8 . 9 . 10 3 机床部件设计选型 . 11 . 11 号及其配套表 . 11 . 11 . 11 . 14 . 15 . 15 . 17 . 19 . 19 注：水平机械滑台选用行程 630直径向滑台选用行程 400. 19 4 回转工作台 . 20 . 20 . 20 . 20 第 4 页 共 29 页 . 20 . 20 . 21 5 组合机床刀具及工具 . 25 . 25 . 25 . 25 . 26 . 26 表 5. 26 结论 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 第 5 页 共 25 页 1 绪论 业设计研究的意义及目的 发展组合机床及其自动线，广泛的推广使用组合机床，对于机械制造工业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机仪器仪表以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。目前，组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍，并已经显示出巨大的优越性。 本毕业设 计的研究目的，就是要设计出一台组合式的铣齿机床，实现齿轮加工，提高效率，减少成本，并且在保证工作的前提下，尽可能的满足客户需求。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，使真正成为刚柔兼备的自动化装备。 合机床简介 以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个机床零部件的 70 90，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适 应新的加工要求的设备。由于在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台组合机床联在一起，就成为自动生产线。组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加工。 合机床的组成 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或 自动专用机床。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。 通用部件按配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面 4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种。 合机床的特点 组合机床按系列化标准化设计的由大量的通用部件和少量的专用部件组合的工序集中的高效率专用机床。它能对工件进行多刀，多轴，多面，多工位，同时加工。 第 6 页 共 29 页 组合机床与 通用机床，其它专用机床比较，具有以下特点： A. 设计和制造周期短，经济效益好。 B. 比通用机床生产效率高，产品质量稳定劳动强度低。 C. 结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。 D. 产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。 E. 通用部件可以重复使用。不必 进 行设计和制造。 F. 适应大规模和自动化生产需要 合机床的发展概况 最早的组合机床于 1911 年在美国制成，用于加工汽车零件。 1953年，美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则。1973 年，国际标准化组织（ 公布了第一批组合机床通用部件标准。 1975年，中国第一机械工业部颁布了中国的第一批组合机床通用部件标准。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 轮加工机床概述 种类型齿轮加工机床 齿轮加工机床主要分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主要用于加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。常用的有滚齿机，插齿机、铣齿机、剃齿机等。 床 铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面（水平面、垂直面） 铣床 一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、 尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。 第 7 页 共 25 页 2 机床结构方案制定 合式专用铣齿机床 床的组成及配置 机床主要由铣削头、动力滑台、工作台、专用工装组成， 其中工作台在外周，铣削头及滑台在中央，通过工作台的分度转动实现内齿轮的加工。 机床的部件选用与设计： 铣削头：可以实现垂直进给，按技术要求选用标准件； 动力滑台：可以实现径向进给，选用标准件； 水平移动滑台：根据加工直径的不同用来调整铣削头的水平位置，选用标准件； 工作台：具有分度功能； 专用工装：根据铣削头垂直行程以及工作台面的位置而设计的。 床的技术规格 1) 加工齿轮直径范围： 25003500) 最大加工宽度： 2503) 最大模数： 40) 主轴中心位置最大垂直移动距离： 280) 工作台最大直径： 4000) 外形尺寸： 4000合式专用铣齿机床结构 床结构特点 本机床主要由床身、铣削头、工作台、主轴传动、进给传动和其相应的变速操纵机构、冷却与电气设备等部分组成。现在将各部分概述如下： (1)床身部分： 由床身和底座以螺钉紧固连接而成，为箱形结构的铸件，内部采用合理布筋增强刚性，是铣头、等的支承部件，床身后侧装置主传动电机，内部安装主传动系统同时也作润滑油储存槽。中部左右两侧开有两方形窗口，左边装置动变速操纵箱，右边作检查调整用，下部左右两 侧则为安装电气设备壁龛；壁龛的门上设有开门断电及密封装置，底座是整个机床的支承，其上还装置冷却液泵，并兼作冷却液箱。 第 8 页 共 29 页 主传动机构直接安装在床身内部，轴一端以弹性联轴器与主轴电机相连，轴末端以螺旋伞齿轮与立铣头相连，中间以直齿轮传递动力，各轴用滚动轴承装在床身壁上，在轴的另一端装有一制动电磁离合器作主轴制动，打开床身右侧方窗口，即可见到主要的传动部分或作检查调整。 (2)铣削头部分： 铣头安装在床身上部弯头的前面。铣头内装着主轴，主传动系统中输出轴上的伞齿轮与立铣头的伞齿轮啮合，在经过一对正齿轮传动而带动轴套 旋转，主轴的上半部分即装于此轴套内，轴套通过滑健带动主轴一同旋转，主轴并可以在轴套内轴向移动。主轴的下半部分则以精密滚动轴承安装在轴套内，套筒能连同主轴一起相对于立铣头本体作轴向移动，最大行程为 85 毫米，用手轮操纵，当摇动手轮时，经一对伞齿轮，再传动丝杠，带动固定于套筒上的托架内的螺母，丝杠转动时，螺母则带着套筒和主轴作轴向移动，以便铣削不同深度的加工面和钻孔，如果加工的轴向精度要求高时，还可以装上千分表，以便观察和检查。主轴套筒在不同的轴向位置上都可以用手柄夹紧。 (3)主轴变速操纵部分： 变速操纵箱是一 个独立的部件，它安装在床身左侧窗口上。利用孔盘齿轮条、拔叉操纵各滑动齿轮的位置，外露部分是转速盘手柄。 为了变速时齿轮容易啮合，电气上使手柄转动过程中，主电机有一冲动，其冲动时间的长短与手柄运动的速度有关，为了避免齿轮的过度撞击，希望冲动时间短些为好，因此当手柄退回原位时，要求速度快一些，但得接近终点位置时，又必须把推动减慢，以利啮合。为了避免打开，变速不宜在主轴上高速转动中进行。 (4) 进给变速部分： 进给变速控制工作台的进给速度和快速移动。由进给电机和快进电机控制。 (5) 工作台部分： 回转工作台由 电机带动减速机，减速机和齿轮通过螺栓连接，同时齿轮与三排滚柱回转支承的外齿圈啮合，同理回转支承的内齿圈通过螺栓与底座相连。制齿工装台与回转支承连接起来，所以当电机通电是，减速机带动齿轮，齿轮带动回转支承，从而实现工件的分度转动，达到生产设计的要求。 (6) 冷却部分： 冷却液装在机床的底座内，打开床身后罩可以看到冷却液泵将冷却液沿着管子输送到喷嘴，输送量用阀门调节。 床的冷却系统 切削液回路先经铁屑箱，过滤后流回流油箱，在油箱内设有磁棒吸引油中的微小铁屑。 （ 1） 切削液的作用 在铣削加工过程 中，切削液起到冷却、润滑、排屑的作用。若在切削液中加入防锈剂，还有防锈作用。 （ 2） 切削液的选择 第 9 页 共 25 页 切削液有两种：起冷却作用的水溶液、起润滑作用的油溶液和固体润滑剂。选择切削液要能满足铣削加工又要比较经济。表 2举了各种切削液对铰孔表面粗糙度影响。 从表 2出，用序号 1 速机油，表面粗糙度虽然不是最低，但是从经济合理以及满足工件表面粗糙度要求方面考虑，完全合适。内齿轮的表面粗糙度要求为 选择序号 1 表 2序号 切削液种类 表面粗糙度 1 速机油 10%氯化石蜡 +化棉籽油 +速机油 20%氯化石蜡 +80%高速机油 乳化液 极压乳化油 极压切削油（ 20%氯化石蜡 +1%二烷基二硫代磷酸锌 +79% 速机油 机床的润滑系统 机床中有两个润滑油泵润滑各个主要部件，传动箱中油泵除供给润滑油外还供给两个反向结构的电磁达到移动活塞完成 反向的目的。传动箱中的油泵还润滑立柱及主刀架。 机床的润滑系统： （ a）整机的润滑设有油泵站，油箱上面放置齿轮油泵，其流量 Q=25 公升 /分，压力P=箱容积为 1100 公升。供立柱卸荷，润滑油泵的压力分三路输出二路供传动箱，其一供进给子及反向的驱动油缸，其二是传动箱各部的润滑、箱内还接出铜管供床身前后支架的润滑。压力油另一路通至立柱前面的油管座体。油管座体内分一路供立柱的润滑；一路经伸缩管通油至滑座及主刀架。 （ b）工作台的润滑是由静压油泵站分支油路，供应导轨，蜗杆支架及付传动箱。工作台主轴是静 压轴承，不再供润滑油。 （ c）床身导轨及立柱垂直导轨的润滑是间断的，当移动时才加润滑油，在立柱侧润滑开关，手动调节，供立柱移动时的润滑。滑座右侧有润滑开关，手动调节，供滑座移动时的润滑。 （ d）定期加油点，主刀架主轴齿轮付加油点，主刀架后支座加油点，指形刀架加油点，内指形刀架加油点，切向刀架齿轮付加油点。切向刀架后支座加油点，切向刀架滑板加油点。 第 10 页 共 29 页 床的安全维护 机床在工作过程中，应注意下列事项，以确保机床安全运转。 1） 随时观察分度蜗轮的啮合情况，注意润滑是否充分； 2） 刀架后支承是否充满油； 3） 机床上切屑要及时清理，以免影响冷却液的回流； 4） 冷却箱要定期清除其吸收的铁屑； 5） 机床工作一段时间后，检查蜗轮运转的振摆，发现超差时及时处理； 6） 在加工过程中，要经常注意油压是否稳定，如果压力降低，要调整到所要求的压力，尤其特别注意油泵的滤油器有无堵塞； 7） 铣齿进行中停车，必须脱开进给结合子，在无进给的情况下运转几圈后再停车。 第 11 页 共 25 页 3 机床部件设计选型 用部件简介 合机床通用部件规格、型号及其配套表 表 3用部件配套表 部件名称 标准号 名 义 尺 寸 （ 200 250 320 400 500 630 液压滑台 械滑台 轮传动的动力箱 底座 柱 柱底座 削头 削头 削头 压镗孔车端面头 ： x” 表示标准中无此规格， “ 表示尚未设计。 2. 铣削头与大一规格的滑台配套使用，其他部件均为同一规格配套使用。 A” 的用 于配置液压滑台，带 “B” 的用于配置机械滑台 。 用部件计算选型 削用量选择 在铣床上（或者加工中心等机床上）用铣刀进行切削的过程称为铣削。铣削是一种应用非常广泛的切削加工方法。它可以对许多不同形状的表面进行粗加工和半精加工，其加第 12 页 共 29 页 工精度一般为 面粗糙度为 由于铣刀多为多齿刀具，所以具有较高的生产率。本机床是设计用来铣削直齿圆柱齿轮的齿廓面的，其所使用的刀具为指形铣刀，与常规的盘形齿轮铣刀切削方式类似，故在计算铣削力和铣削功率方面采用了下面所引用的方法 。 (1) 铣削要素 铣削时调整机床的参量称为铣削用量要素，如图 3 图 3削用量要素 铣削速度位为 m/,可用公式计算： 10000 式中 n r/进刀量 进刀量是铣刀与工件在进给运动方向上的相对运动位移量。它有进给速度（每进给量（ f），每齿进给量（ 等三种表示方式： 进给速度位为 mm/每进给量 f 铣刀每转一转时，工件与铣刀的相对位移，单位为 mm/r。 每齿进给量 铣刀每转过一个刀齿时，工件与铣刀的相对位移，单位为 mm/z 通常铣床铭牌上只列出进给速度，因此首先应根据具体加工条件选择 然后计算出按铭牌上实有的种进给量的关系为 式中 背吃刀量是平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为 侧吃刀量13 页 共 25 页 吃刀量，即垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为 切削层横截面积DD 。铣刀的总切削层横截面积应为同时参加切削的刀齿切削层面积之和。但是由于切削时切削厚度、切削宽度和同时工作的齿数均随时间变化而变化，所以总切削面积也随时间而变化，从而计算较为复杂。为了简化计算，常采用平均切削总面积计算公式如下： 00 a v 式中 2切削力一般只计算切削力后算出其他力的大小。计算切削力大多较烦琐，现介绍一种简便实用的公式如下： 式中： 2 式中算出切削力刀的总切削力 从式中可直接看出，工件材料的硬度很高，切削力很大。还可通过切削面积间接得知，切削时的背吃刀量增大，都会导致切削力是对 影响要比一点与车削时是相同的。所以在生产中常在切削面积一定的条件下，选用较小的背吃刀量和较大的进给量，以减小切削变形和振动，从而减小铣削力和铣削功率。 基于以上原理，在粗铣平面时，常采用阶梯形面铣刀，使到齿在颈向和轴向呈阶梯形分布，以减小大 第 14 页 共 29 页 机功率计算 铣削功率的计算： 铣削时消耗的功率位为 计算方法与车削相同。即按总切削力 100060 ，m/ 根据实际情况，进给运动所消耗的功率以总的铣削功率机床的电动功率 为 /式中： 般 = 本组合铣床铣削功率计算如下： 所需铣削加工的齿的最大模数 m=40 铣削加工时刀具进给速度 r， 指状铣刀转速 n=75r/ 0 4 0 7 5 3 0 m i 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0c dn a v 第 15 页 共 25 页 说明：由于目前所需要加工的工件的硬度一般为 262，故本计算中取 300，这也是为了以后可以对机床加工能力进行一定的扩展。 8 0 060305 8 0 060 为了保证机床的足够动力、载荷承受及其 购买价格等要素，选用功率 合机床部件选型 削头的选择 *1系列铣削头用于钢、铸铁及有色金属零件的平面铣削和铣槽及铣扁工艺。普通级精度的铣削头用于粗铣，采用密齿端铣刀可以进行大走刀强力铣削；高精度级 (G)铣削头用于高效高精度铣削，最大进给速度可达 2500mm/高加工精度：平面度 000,表面粗糙度为 。 本铣头分为： 手动移动和夹紧滑套 )， 带液压自动让刀机构 )。 铣削头配有四种传动装置：皮带传动装置，主轴转速较高，用于有色金 属的加工；尾置式传动装置，主要用于立式配置型式；手柄变速传动装置， 用于要求经常改变切削速度的场合；顶置式传动装置，应用范围较广。 表 3 型号 传动装置 型号 功率(主轴转速 (套筒调整 (主轴端号 (刀盘直径(低速组 ( 高速组 ( 1 型：I 型：1250063 40 ( 80 16 页 共 29 页 型：3 100603 40 ( 100型： 3 5000 50 ( 1254 02525200000型：00603001 100500605 3200 ( 200型： 15 2 500000速 3速 速 00型： 22 0 7 40000 250型： 15 2 0 6360 1、 1为皮带传动装置； 1、 1为顶置式齿轮传动装置； 1，为尾置式齿轮传动装置； 为手柄变速齿轮传动装置。 第 17 页 共 25 页 2、订货时必须说明传动装置的型号、转速范围、电机功率 主轴端部尺寸 (（单位 表 3轴端部尺寸表 型 号 D B H L d 126 17 8 100 18 126 17 8 100 18 1142 27 140 30 11162 35 220 35 注： 1为普通级， 1 根据 铣削力和铣削功率的计算，选择型号 1表 3将滑台和立柱的标准列如下。 械滑台的选择 *列机械滑台 系列机械滑台是根据国家标准 等效国际标准 设计的，它是用来实现进给运动的动力部件。 1列采用滚珠丝杠， 1列采用铜螺母丝杠。本滑台选用优质铸铁导轨或镶钢导轨，电气挡铁安装位置有左型或右型等型式。 本滑台采用 ( 两导轨之间 ) 双封闭结构，精度高；精密级采用塑料导轨板，动态性能好。本滑台刚度高，热变形小，进给稳定性高，从而保证了加工状态下 ( 负荷下 ) 的第 18 页 共 29 页 实际精度。本滑台很容易实现无级变速及数控化。所以本滑台是实现高精度柔性化的理想部件 。 表 3型号 滑台台 面宽 ( 滑台台 面长 ( 最大行程 ( 最大 进给 力 (N) 工作进给 快速移动 制动器额定制动扭矩( I 电机 功率 ( 速度范围 mm/电机 功率 ( 移动 速度 (m/ 1250 500 250 400 8000 380 20 1383 1320 630 400 630 12500 或 或 50 11400 800 400 630 1000 20000 11500 1000 400 630 1000 32000 或 61 成 3 100 157 1630 1250 400 630 1000 50000 569 1561 注：最大进给力为在滑台中心线上距台面高等于台面宽 1/2 处所能保证的 进给力。 第 19 页 共 25 页 本设计中需要用到两个机械滑台 ,水平移动滑台用来调整铣削头的水平位置，满足各种不同直径大小的工件加工；垂直径向滑台用来实现径向进给，实现刀具切削。又因为要满足组合机床的通用部件配置，因此机械滑台的选型是一样的，只是滑台的行程不一样 。 柱的选择 立柱、立柱底座是滑台的支承部件，它与相应的液压滑台及机械滑台配套，用以组成立式组合机床及其自动线 。 型配套表 由切削用量计算得到电机主轴功率 ,从而对组合机床的通用部件基本选型如下图 3 表 3选型 铣 销 头 型 号 1T 传动型号 1率 轴转速 5000r/m 刀盘直径 125形 9102090滑 台 型号 1面宽长 40000行程 400630大进给力 20000N 外形 18737320立 柱 型号 10000785注：水平机械滑台选用行程 630直径向滑台选用行程 400第 20 页 共 29 页 4 回转工作台 转工作台概述 回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件 ( 或部件 ) 。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。 度工作台 分度工作台的功能是完成回转分度运动，即在需要分度时，将工作台及其工件回转一定角度。其作用是在加工中自动完成工件的转位换面，实现工件一次安装完成几个面的加工。由于结 构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度；不能实现 范围内任意角度的分度。 为了保证加工精度，分度工作台的定位精度 ( 定心和分度 ) 要求很高。实现工作台转位的机构很难达到分度 精度的要求，所以要有专门定位元件来保证。按照采用的定位元件不同，有定位销式分度工作台和鼠齿盘式分度工作台 。 内齿回转工作台工作原理 回转工作台由电机带动减速机，减速机和齿轮通过螺栓连接，同时齿轮与三排滚柱回转支承的外齿圈啮合，同理回转支承的内齿圈通过螺栓与底座相连。制齿工装台与回转支承连接起来，所以当电机通电是，减速机带动齿轮，齿轮带动回转支承，从而实现工件的分度转动，达到生产设计的要求 。 动设备选择 速机的选用 回转支承的摩擦力矩（主要是由于外载所引起的摩擦力矩）： 动回转支承所需功率： 径向负荷 21 页 共 25 页 轴向负荷 KN 倾翻力矩 D 滚道中心圆直径 m 摩擦系数 角速度 n 每分钟转速 传动效率 计算如下： N 1774 0 4000 = n =m =入数据计算： = =m =m 由于考虑到其他参数影响的情况下，取参考系数为 此 =Nm 通过查阅湖北行星减速机产品目录得， 选取减速机型号为 产品 。 轮强度校验 工作台驱动部分齿轮的强度分析： 所设计的机床的工作台部分的驱动使用的是直齿圆柱齿轮传递运动的形式，使用的是小齿轮驱动回转支承的形式。工作过程中，回转支承转速为 转支