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1、机床改装设计摘要：毕业设计是我们完成三年教学计划的最后一个极为重要的实践性的环节，是使我们综合运用所学过的基本原理，理论，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，这对我们即将从事工作和未来事业的开拓具有一定的意义，它培养我们综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识，增加我们树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序，规范和方法，使我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书进行设计计算，培养我们进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人向工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。一、课题简介课
2、题名称：车床改装成车削平面体的专用机床1、改装设计的目的加工多边形的轴类工件一般的情况下采用铣、刨等加工方法，这些加工方法的精度虽高，但是它们的生产率却比较低，于是为了提高切削加工生产率，想了一种以车代铣，以车代刨的加工方法，然而这个想法已归实现，不过因为它是专机，从价格来说比较贵，从技术改造方面想是耗资的，同时又要考虑到加工的工进、愉进、快退以缓减当前车工的劳动强度，因为普通车床中CA6140车床在这些方面的功能都很齐全，对于多面体的成批量加工、铣床、刨床因生产率低而不适合，为了保证加工质量，提高生产率、降低加工成本，所以在CA6140车床的基础上进行改装。改装即利用原有机床的动力源，传动链
3、和支承元件，再加工某些专用部件或改变某些部件的尺寸链从而满足设计的要求。把CA6140普通车床改装成本削多面体的专用机床，不管从经济领域，设计时间，以及设计产品的问世都是改装比较适合，因为改装机应酬时改装地方尽可能为少，从而减少需要重新加工的零件数目，满足技术改造的经济性、这种改装最适合于中小型厂家，因为没有能力去加工一个整台机床，而且是单件生产，根本就不划算，同时没有资金去买一台价格昂贵的专用机床，至于机床的精度，只要保证改装时所设计更换零件的精度、因为改装前CA6140机床的精度是可靠的，改装机床的宗指是保证机床功能的前提下尽可能少改，尽可能不改，了解改装后机床的加工原理以及改装机床的基本
4、思路，并明确了我的任务：主轴箱的设计改装，进给箱的设计。溜板箱的设计改装2、对加工零件的说明1） 被加工零件的直径d214mm的轴类棒料2） 车削零件的材料广泛，参加工铸铁，碳钢合金钢等材料3） 加工位置是轴类工件的外表面，工件定位夹紧方式同CA6140车床加工工件一样都是采用卡盘和尾座顶尖。4） 以车代铣，刨加工方法效率高，而且加工方便简单，只是根据所需要加工零件，选定工件与刀盘之间的转速比，然后确定所需刀具数目及刀盘上分布的位置，一切就续后，加工多面体零件就像普通车床CA6140车外圆一样。5） 这种车削出来的多面轴的加工平面因带圆弧，适用于精度要求不高的场合。6） 加工零件的截面尺寸可任
5、意，一般是正方形，正六边形等正边多形，还可以加工椭圆，腰鼓，平行四边形菱形等各种多边形零件。 2、车削多边形的原理以车削正方形为例在刀盘上对称安装两把车刀，加工时使刀盘转速比工件转速快一倍且两昔转向相同，那么刀具就能在工件外表面切削出近似的正方形来，如图所示，若把工件和刀具间的相对运动看成工件固定不动，而刀盘中心O1以工件的转速绕工件中心反向转动，同时刀盘还绕自己的中心O1以比工件快一倍的转速转动，那么刀盘上刀具的刀尖就在工件表面上形成椭圆轨迹，而把车刀的刀尖在工件表面上走出两个轴线互相的椭圆具有长轴为A+R，短轴为A-R，切削后的工件轴廊线就是由四段椭圆弧线所组成的近似正方形，当刀盘半径很大
6、而刀尖上工件中心O较小时椭圆很扁，这四段弧线就变得十分平直，因而就接近正方形。即：在保证（A-R）2等于工件对边距离的前提下，R越大边越直，设边心距A-R=a，则应尽可能大，如果在刀盘上安装三把刀，彼此的夹角为1200,就能切削出正六边形的工件来，利用改装后的车床就可以加工多边形的零件，就提高了效率。装刀的数量车加工多边形时装刀数量等于多边形的边数与所选用的速比之商：Z=/IZ装刀数多边形数I速比刀具的安装（1）加工正多边形时，必须使刀具等分地安装在刀盘内，而且伸出的刀尖要在同一圆上，（以刀盘轴心为圆心）如现加工一正八边形，则应用四把刀（2）如已知多边形内角，求刀具间夹角，刀可角下进公式计算。
7、=I*=I*(180-) 刀具间夹角 多边形两邻边的夹角 i速比 多边形内角 加工非正多边形工件的有关问题加工非正多边形时，相邻两把刀具之间伸出刀盘外长度的差值等于两条邻边与其对边的距离差值的一半。X=(h1-h2)/2X相邻两把刀具之间长度的差值h1多边形一组对边的距离（mm）h2多边形另一组对边的距离（mm）在加工过程中，刀具是作旋转运动的，所以对刀具的几何形状，材料有一定的要求。刀具的几何形状如图所以刀片用YT15、刀杆用45钢，刀盘上安装两把刀时，必须刀头在同一圆同线上，把刀具的刀尖沿底面a和测面b的两个尺寸均要相同，刀具和工件是作相对旋转运动的，后面比一般车刀稍大一些，切削力和切削速
8、度和车床差不多，可按车刀的选用。此机床能加工出许多形状的多边形对转速的要求边不一定相同，现列表如下：二、对主轴箱结构及有关部件的了解结合主传动系统图，主轴箱的功用是支承主轴和传动具旋转，并使其实现起动、停止、变速和换间等。主轴箱中通常包括含有主轴及其轴承，传动机构，起动，停止及换向装置，制动装置，操纵机构和润滑装置等。1、传动机构主轴箱中的传动机构包括定比传动机构和变速机构两部分，定比传动机构采用固定齿轮传动副，传递运动和动力。变速机构采用滑移齿轮剂，结构简单紧凑，传动效率高，传动比准确，在斜齿轮变速部分采用离合器变速。2、主轴及其轴承主轴前端装卡盘，以用于夹标工件，并由其带动旋转，它的旋转精
9、度，刚度和抗振性等对工件的加工精度和表面粗糙度有直接影响，主轴及其轴承是主轴箱最重要的部分。3、开停和换面装置CA6140卧式车床采用双向多片式摩擦离合器结构，控制主轴的开停和换向，它由结构相同的左右的两部分组成，左离合器传动主轴正转、右离合器传动主轴反转。4、制动装置它的功用是在车床停车过程中克服主轴箱中各运动件的惯性，使主轴迅速停止转动以缩短辅助时间。5、操纵机构它用于控制主轴起动、停止、制动、变速，换向，且采用集中操纵方式，方便操作，即用一个手把操作几个传动体，控制几个动作。6、润滑装置为了保证机床正常工作和减少零件磨损，对主轴箱中的轴承、齿轮、摩擦离合器等必须进行良好的润滑。主传动系统
10、的转速图三、对主轴箱部分改装情况的说明由于刀盘本身有转速，而且较高，导致刀盘与主轴工件之间相对速度很大，于是依据传动比1:2、1:3将主轴转速折算，使相对转速与原CA6140基本一致，具体过程如下：先进行推证：如主轴 刀盘 主轴 刀盘100 1:2 200 33 67100 1:3 300 25 75其次认识到：将原来转速通过改变关键性齿轮齿数，从而降速。1:2、1:3时，改装后主轴转速降低到原来的0.33倍，0.25倍，可见降速比较大，一切齿轮传动不能满足这种要求，必须通过两级齿轮传动，为此，将降速比0.72放到轴间传动齿轮副中，将降速比。0.33/0.72=0.458 0.25/0.72=
11、0.347分别放到，间的转动齿轮副中于是原配与改装如下：原 改0.72 / 39/41 22/58 32/48 17/63 0.458 / 63/50 36/770.347 / 26/58 20/64 主轴箱装配图说明为保证主轴与刀盘之间严格传动比，所以刀盘的运动必须由主轴直接传动下来，也就是说装配图中间直接传动，不经过主轴，即说两者之间传动不是直接得到控制，这种情况在工进中不适宜出现这种现象。可是，在这里我们是改装，在退刀反转可用，而且倡议。于是介于两种情况，虽间传动一般不使用，但反转退刀有余地，还是用上了，特此说明。主轴箱，因改装而更换或再加工齿轮的几何尺寸如下：名称序号模数压力角分度圆直
12、径齿顶高齿根高齿高顶隙齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚齿槽宽标准中心距齿宽mdhahfhcdadfdbpseab12.2520722.252.81250.6250.562576.566.37567.6587.0653.53253.532590122108112.5102.375101.487338.2542.7532.62535.94390164141.75146.25136.125133.2532010833.750.750.75114100.5101.4879.424.714.71169.5186231237223.5217.06974=1081.23461189.2369.2376.
13、3313.3666.6836.683341.18358259.95267.95247.95244.273四、进给箱改装情况说明根据工作原理分析，在力求简单并且满足使用要求的前提下，花键轴的运动必须由主轴及挂轮箱直接传下去，不由光杠间接增强传动，而光杠可由花键轴传递运动，所以要改装及部件更换，标V处齿轮因用不到而拿掉，还有拔叉杠杆也拿掉（包括控制齿轮离合器的拔叉杠杆）从而布局，操作简化，轴承及轴承一律不弯，仍为原配，固定齿轮1束为更换齿轮251.5，材料为40cr,齿轮离合器M3、M4、M5，均为固定齿合内齿轮副，实现花键与主轴间的直接传动关系，齿轮2与齿轮3啮合，齿轮油滑度改为用弹簧挡圆轴间固
14、定，改动后，光杠能得到8种转速，它可由进给箱手柄轮来实现。该手轮控制着拨动滑齿轮用的四副杠杆，这四副杠杆一端连接，没块拨动齿轮，另一端为圆柱销，而四只圆柱销均为分布，插入手轮内侧因周槽中，手轮园周槽，中有两个直径大于指宽的园孔，两孔的位置相隔450，手轮推入后，手轮上的定位螺钉会嵌在定位槽内，使手轮不能转动，手轮拉出时则可转动，八条定位槽均匀分布，因此手轮推入后，必有一个斜面和某一圆柱销接触，使它向内或向外移动，则杠杆摆动控制某一滑齿轮进行啮合位置，其余三个圆柱销仍在圆周槽中，使对应齿轮处于中间不啮合位置，从而实现8种转速。由于花键轴的运动不由光杠传递，相关操纵手柄拿掉，也部用工艺孔塞，防止当
15、局油及切屑进行。进给箱更换具轮的几何尺寸：Z=25序号名称符号公式计算结果1模数1.52压力角203分度圆直径37.54齿顶高m1.55齿根高hf=(ha+c)m1.8756齿高h=ha+hf3.3757顶隙c=cm0.3758齿顶圆直径da=d+2ha40.59齿根圆直径df=d-2hf33.7510齿距p=m4.7111齿厚s=m/22.3612齿槽宽e=m/22.3613标准中心距a=1/2(d1+d2)6114齿宽b=(6-12)m12五、齿轮校核对象：主轴箱上，Z1=17，轴上Z2=63材料：Z140cr，Z245；均调质精度等级为：T级精度JB179-83齿数比：= Z2/ Z1=
16、63/17=3.711、按齿面接触疲劳强度设计d1t2kt1/4d(+1)/ZEZHZ/H2mm1）确定计算参数n=1450(130/230)(51/43)=972r/minp=7.50.960.994=6.92kwt=9.55106(p/n)=9.55106(6.92/972)=6.8104N.mm按齿数Z1=17，Z2=63 查为1=0.748 2=0.819则=1+2=1.567因此直齿轮=0，故v=1.567查得K=1.02 KA=1.0 4d=1 K=1.16Kvt=1.1 ZH=2.5 ZE=189.8(Mpa)1/2Hlim1=900Mpa Hlim=560Mpa2、计算应力循环
17、次数N1=60n1v.tn=609721(103008)=1.4109次N2= N1/=1.4109/3.71=3.77108次ZH1=1 ZH2=1.05取SH=1 Zw=1许用接触应力H1=Hlim1ZH1Zw/SH=90011/1=900MpaH1=Hlim2ZH2Zw/SH=56011.05/1=588Mpa取小值代入H1，查得Z=0.882、计算d1t3(2KT1/4d)(u+1)/u(ZEZHZ/H)21/2=32(1.01.021.161.1)6.81044.71/(13.71)(189.82.50.88/588) 2 =40mm圆周速度V=d1n1/(601000)=40972
18、/(601000)=2.29m/sVZ1/100=0.389查表Kv=1.01与Kvt=1.1 相差较大，修正d1=3Kv/Kvt)d1t=31.01/1.1 40=38mmm= d1/ Z1=38/17=2.235取标准值 m=2.25d1=mZ=38.25mm d2=141.75b=16mm3、校核齿数弯曲疲劳强度F=2KT1/bd1mYFaYsaYF查图Yfa1=2.96 Yfa2=2.28Ya1=1.52 Ysa2=1.73F=HlimYNYx/F因M=2.255，取F=1，Y=1查图，Hlim1=720Mpa， Hlim2=430MpaYH1=1.0 YH2=1.0F1=720Mpa
19、 F2=430Mpa比较 Yfa1Ya1/F1=2.961.52/720=0.0062Yfa2Ya2/F2=2.281.73/430=0.0092大齿轮弱，按大齿轮校核弯曲疲劳强度查得Y=0.72F2=2KT1/bd1mYfa2Ya2Y=211.011.161.026.8104/(1638.252.252.281.730.72)=335.195MpaF2=430Mpa弯曲疲劳强度足够运用类比法，初估所更换的齿轮均能满足需求。六、溜板箱的改装设计改装设计的主要任务是将主轴箱传到进给的动力传到大拖板上面去，使中拖板上面刀盘箱得到动力，使其刀具转动并对金属材料进行切削。方法一：将溜板箱在一定程度上从
20、新设计，再进行铸造等加工，从而使间隙增大。方法二：就是将花键轴，光杠溜板等一齐向，后离一定距离，即就是把光杠，花键轴等两端离床身垫厚，这样就能增大导轨与溜板箱后壁的间隙（靠近工人工作时站的那一面即为溜板箱的前壁）如果用第一种方法就要重新设计溜板箱，铸造、加工，不合适，如果用第二种方法虽然溜板不需从新设计，这样结构尺寸就要改，又要重新设计，不管用哪一种方法都不是小改，这样改装耗资太大，经过老师的指导想出了第三种方法。这种方案是在上面的一个方案即第二个方案的基础经过改动而得到的，同样分开传动，光杠带动溜板箱来实现车床的工进等功能，至于车床的快进，仍然由快速电动机来实现的，而花键轴自行设计并安装在原
21、CA6140车床带动溜板箱的丝杠位置，并是通过它来实现动力向上传递，只是不同的是从花键轴向上传递，就与方案二在结构上有所不同了。为了克服方案二的结构安排不合理，结构尺寸而受到床身的导轨以及受到溜板箱壁在空间结构限制，通过溜板箱内部空间结构进行了充分的了解，发现溜板箱内部有一块空间设有零件，如果把这空间用上去就好了，于是便开始设计。为了使花健轴上的动力传到溜板箱内，我想到了用一个轴来传递动力并且传到溜板箱内，这样就必须要这根轴与花键轴的两轴线在空间垂直，例如：蜗轮蜗杆传动，螺旋齿轮传动。因为螺旋齿轮啮合它的两轴可以在空间垂直交错，根据这一特点所采用螺旋齿轮，在溜板箱中发现一根轴是固定在箱体上而不
22、旋转，在它上面装一个空套齿轮，在加上一个固定的直齿齿轮，这两个直齿轮可以啮合，并且可以把力传上去。两根轴的位置，就是向中拖板丝杠传递运动装空套齿轮的那根中间轴，为了再上传，由于中拖板板相对于溜板是不移动的，所以在中板的丝杠上安装一个空套齿轮并且与中间那个设计安装的空套齿轮啮合结构设计，不需要对所改装的结构尺寸作过多的校核计算，不经计算就开始了对机床的改装方案设计。对方案三的结构设计：经改过后机床溜板箱的功用是：将光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀盘模向和纵向进给，控制刀盘纵横向运动的接通、断开、和换、机床过载时控制刀盘自动停止，纵、横间进给，手动操纵刀盘纵、横向自动停止进给，刀盘移动和实
23、现纵横向快速或快退移动等，以及花键轴（原丝杠位置）传递动力给刀盘，使刀盘旋转并切削工件。只要在原CA6140车床溜板箱拆除部分机构或零件再设计安装部分结构零件即就是我们所需改装后的溜板箱。原溜板箱的部分机构或零件的拆除。车床改装后，刀具再不是固定不动，而是刀具安装在刀盘上并随刀盘作快速旋转运动。溜板箱这一部分，主要将进给内的传动力传到溜板上面去，现在用一个民键轴来代替丝杠传动进给箱传过一的动力，由于丝杠作用是与开合螺母啮合带动力架作进给运动，它是加工螺丝时才用的，不需要，所以把丝杠拆除换成设计的花键轴，同时一起拆除开合螺母等一些与此有关的零件，互锁机构作用是如因操作错误同时将丝杠传动和纵、横间
24、机动进给（或快速运动）接通则将损坏机床，为了防止发生上述事故，溜板箱中没有互锁机构，以保证开合螺母合上时，机动进给不能接通，反之，机动进给接通的，开合螺母不能合上，现在丝杠与开合螺母机构均以拆除，所以现在互锁机构并不起作用，同时也一并互锁机构拆除。原车床除了以上所 两个机构外，还有将光杠的运动传至传向齿轮条和横向进给丝杠的传动机构，接通，断开和转换纵横进给的转换机构，保证机床工作安全的过载保险装置，控制刀架运动的操纵机构，此外，还有改变，纵横机动进给运动的换向机构，以及快速空行程传动机构等，这些机构在机床改装后仍需用到，而且不可缺少，所以，除了开合螺母机构和互锁机构拆除外其它一切机构都不变动，
25、至于溜板箱内的安全离合器是过载保护装置是防止过载和偶然发生事故时损坏机床的机构，这一装置是不可缺少的，除了溜板箱一些要拆除的机构或零件，其余原样不动。溜板箱部分零件的设计再加工：至于整个结构的摆布以及零件的形状详见装配图，在这里只作在设计时对各零件的说明。要使动力能够从进给箱中传出来，就必须要有一根轴把动力传出来，要使它继续向上传动，这样就在这根轴装一个齿轮，由于齿轮跟溜板箱一样是可以纵向移动的，所以我把这根轴设计成花键轴，而装在这上面的齿轮中心孔做成内花键，这样齿轮既可以在传递动力时候又可以在轴上移动。花键轴的直径大小与丝红的直径大小一样，特别是花键轴的尺寸大小与结构丝杠两端尺寸和结构一样，
26、因为这样可以象丝杠一样直接安装在床身两端。由于丝杠较长，花键轴跟丝杠是一样长短，所以轴的刚性就差，同时花键轴还要传动力，所以刚性就显得更差，为了提高轴的刚性，在溜板箱后箱壁设计安装一个箱体。箱体壁上加了一对通孔使花键轴窜过这一对通孔，并且在两孔内安装两个轴承，这两轴承对花键轴起支承作用，从而增加花键轴的刚性，由于轴承相对于轴有移动，所以轴上设计一个轴套，轴套肉孔是加工的内花键孔，轴承内孔套在轴套的外径上，这样轴承就可以在花键轴来回滑动。由于尺寸结构的限制，轴承尽量要先用大径小的轴承，查资料可知，滚针轴承在内径相同时，大径相对较小所以选用滚针轴承来支承共键轴，两滚针轴承的内径与花键轴轴套相配合，
27、齿轮的轴向定位是由两轴套的两端定位。由于动力要传到溜板箱内部，所以要设计一根轴与长键轴垂直交错，并用一对螺旋齿轮啮合来传递功率，因为齿轮是螺旋齿轮，在传动不仅产生径向力同时还产生轴向力，一开始设计的是在两滚针轴承外端装两个轴承盖，让花键轴上轴套一端顶住轴承盖的一面，使轴套在箱体中作轴向定位，能够轴上滑移，另外螺旋齿轮产生的轴向力也作用在轴套上并传到轴承盖上，因为滚针轴承只承受经向力而不承受同向力，后来发现轴套是旋转的，而轴承盖则是固定不动的，并且两者之间又作用着螺旋齿轮所产生的轴向力，因此产生的摩擦力大，那样所消耗的功率就大，这一发现不得不对这段的结构作适当改变。结构的改变：把轴承与轴承盖接触
28、的地方加大间隙，使轴套的轴端与轴承盖不发生摩擦，由于螺旋齿轮运程时要产生轴向力，而滚针轴承不承受轴向力，这样就必须再增加一对能够承受轴向力的轴承，来承受螺旋齿轮产生的轴向力，经查资料决定选用推力球轴承，它只随轴向力这样滚针轴承相配合使用，就可以同时承受轴向力和径向力的作用，在箱内壁两边分别要装一个推力球轴承，它的轴向定位一端由所设计的箱体内壁定位一端用弹性挡圈定位，弹性挡圈安在轴套上，这样齿轮运转所产生的轴向力传到轴套，再由轴套传到只承轴向力的推力球轴承上。花键轴上螺旋齿轮啮合的那个螺旋齿轮所在轴，是与花键轴垂直交错的，由于溜板箱壁与床身的空间结构尺寸的限制，安装螺旋齿轮的一端是悬臂的，只有另
29、一端有轴承支承，而这根轴的另一端安装的一个向上传动的齿轮边由于结构尺寸的限制，也只能跟右端轴上螺旋齿轮一样也是一端支承，一端悬臂，这时，两齿之间就必须安装两个轴承两支承由于有一个齿轮是螺旋齿轮啮合，所以会产生轴向力。这样选用安装的两轴承就能承受轴向力，只有圆锥滚小轴承既能承受经向力和轴后力，由于溜板体的壁不够厚，不能同时安装两个圆锥滚小轴承，为了可以装两个圆锥滚小轴承，在小箱体上增加一块相当一个肋板并加了一个孔与在溜板箱后壁加工的孔一样大小，好让在反溜板箱壁安装一个圆锥滚小轴承而设计的小块突出一个圆锥滚小轴承，这样两圆锥轴承正装并且靠在一起来支承两悬壁的齿轮。齿轮的轴向定位：两轴承的轴向定位都
30、是由一端用轴套定位一端用垫圈和弹性挡圈定位，至于两轴承的周向定位都是通过平键来实现的，而两轴承的轴向间隙则是通过轴承盖与溜板箱内壁之间的垫片来调整轴向间隙。由于溜板箱内结构零件的限制，从悬臂的那个直齿齿轮再向上传动，不能再安装一根可以转动的轴，传递功率，只能在箱体内找一根原来就存在一根轴来传递功率，由结构可以看出在向中拖板上的丝杠传递运动且安装空套齿轮的那根中间轴，也刚好安装一个空套齿轮，与直齿齿轮相啮合。因为这个空套齿轮的转速较高为了减小摩擦，在原来空套齿轮原有的润滑结构的基础上，把中间轴的润滑油孔打深点，这样就可以设计的空套齿轮与原来中间轴上的空套齿轮一样得到润滑，来减小滑动摩擦。为了使功
31、率传到中拖板的上面去，经考虑利用中拖板的丝杠，在上面装一个空套齿轮，与中间轴上的直径相对来说要大，这样功率就可以通过各级传动齿轮一直传到中拖板的上面。设计到这里，我的设计告一段落，在设计中出现许多的错误经老师的指导后更正。设计还有许多不足,希望各位老师指正。体 会一个半月的时间毕业设计终于完成了，经过这一段时间的毕业设计，使我深刻体会到毕业设计的艰难，在这次设计中，有我们平时在课堂上学不到的东西，实践与理论的互助的认识。对初步设计一台机床，出现了错误，甚至是原则性的错误是有可能的，因为我们的设计思想，原理，原则性的认识，见识还没有累积到无泄可击的地步。在设计过程中经常会出现这样那样的结构错误，被老师指正过来，在这段时间过程中，收获不少对设计又有了进一步认识。参考文献1、张文宽怎样扩大车床的应用机械工业出版社2、史贵权 机械毕业设计指导哈尔滨兵器工业职工大学 19843、常见机构的原理及应用编导组编常见机构的原理及应用 机械工业出版社 19774、吴宗泽 机械零件 中央广播电视大学出版社 1994