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1、精心打造 未来 Graduation Project(Thesis)Harbin University of Commerce X6132milling machine feed system,lifting platform and platform design Student SunMingxing Supervisor Yan Zugen Specialty X6132 milling machine feed system,lifting platform and platform design School Harbin University of Commerce 2012 年
2、6 月 9 日 精心打造 未来0 1 绪 论 1.1 机床的用途及性能 X6132、X6132A 型万能升降台铣床属于通用机床。主要适用于机械工厂中加工车间、工具车间和维修车间的成批生产、单件、小批生产。这种铣床可用圆柱铣刀、圆盘铣刀、角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽等。如果配以万能铣头、圆工作台、分度头等铣床附件，还可以扩大机床的加工范围。X6132、X6132A型铣床的工作台可向左、右各回转 45 当工作台转动一定角度，采用分度头时，可以加工各种螺旋面。X6132 型机床三向进给丝杠为梯形丝杠，X6132A 型机床三向进给丝杠为滚珠丝杠。X6132/1、X6132A/1
3、 型数显万能升降台铣床是在 X6132、X6132A 型万能升降台铣床的基础上，在纵向、横向增加两个坐标的数字显示装置的一种变型铣床，该铣床具有普通万能升降台铣床的全部性能外，借助于数字显示装置还能作到加工和测量同时进行，实现动态位移数字显示，既保证了工件加工质量，又减轻了工人劳动强度和提高劳动生产率，配上万能铣头还可以进行镗孔加工。图 1-1 X6132 卧式铣床整机外形图 精心打造 未来1 图 1-2 X6132 卧式铣床整机三维建模外形图 图 1-3 X6132 卧式铣床所设计部分三维建模外形图 精心打造 未来2 3 X6132-进给系统传动方案和传动系统图的拟定 3.1 转速图的拟定
4、已知主轴转速为 n=101000r/min，转速级数 Z=21，电动机转速n0=1410r/min.3.1.1 确定公比 由公式 Rn=nnminmax=1Z （3-1）301500=118 26.1 3.1.2 确定变速组和传动副数目 大多数机床广泛应用滑移齿轮变速，为了满足结构设计和操纵方便的要求，通常采用双联或三联滑移齿轮，因此，主轴转速为 21 级的变速系统需要 3 个变速组，即 Z=21=333-6。3.1.3 确定扩大顺序方案 传动顺序确定之后，还可列出若干不同扩大顺序方案。如无特殊要求，应根据“前密后疏”的原则，使扩大顺序与传动顺序一致。根据式)12(22pxr，检查最后扩大组的
5、变速范围：826.126.19)12(9)12(22pxr，合乎要求 故可选定上述传动方案是合理的。3.1.4 分配总降速传动比 总降速传动比为uII=nmin/nd=10/14106.67103,nmin为主轴最低转速，考虑是否需要增加定比传动副，以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮和及径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。3.2 齿轮齿数的确定 精心打造 未来3 图 3-1 轴 17X3 圆锥齿轮 3.2.2.2轴 III 轴间齿轮副的确定 由传动转速分布图知:225136241.7111.261.26ZuZZu
6、Z ZZ13min，根据具体结构情况取320Z，则35320 1.734ZZu,由于结构要求取为 40，齿数和35204060zSZZ，然后确定其两 对齿轮副的齿数。传动比为u2的齿轮副：2426411.2660201111.26602040zzuSZuSZZ 由于结构要求取为 44.图 3-2 二轴装配体 精心打造 未来4 图 3-3 4 轴装配体 同理可以确定其他个齿轮的齿数。完成进给系统的设计。3.2.传动系统图绘制 图 3-4 X6132 卧式铣床传动系统图 3.2.5 绘制转速图与运动链分析 3.2.5.1 绘制转速图 动轴数及主轴转速级数格距lg画出网格，用以绘制转速图。在转速图上
7、，先分配从电动机转速到主轴最低转速的总降速比，在串联的双轴传动间画上u(kk+1)min.再按结构式的级比分配规律画上各变速组的传动比射线，从而确定了各传动副的传动比。精心打造 未来5 图 3-5 X6132 卧式铣床进给动转速图 3.2.5.2 进给运动传动链 铣床可以在三个垂直的任一方向上实现进给运动及快速移动,进给方向由离合器 M3、M4、M5 来控制，且互锁；机动进给和快速移动切换由电磁摩擦离合器 M1、M2 来控制。传动路线为下图所示：由传动路线可知：三个进给方向各有 21 级进给量 纵向、横向为 101000mm/min 垂直为 3.3333mm/min 进给方向由电机正反转来实现
8、。精心打造 未来6 电动机-)(4940左3217II4020-III-292922363226-IV-263229293622-V)(494040184018中)(49404018401840184018右合（快速移动）2494042442640MM1合工作进给-VI-5238VII-4720-3847-IX-1818-XIV2016-M5合-XV（纵向进给）4738-M合-X（横向进给）-M合-VIII-2722-3327-4422-XIII(垂直进给)图 3-6 电磁式默察离合器平面及三维图 绘制完传动系统图后，利用三维建模软件 Solidworks 进行三维建模，建模如下图：精心打造
9、未来7 图 3-7 进给系统总装图 图 3-8 进给系统总装平面图 3.2.6 机床调速系统孔盘操纵机构分析 精心打造 未来8 3.2.6.1 孔盘操纵机构工作原理简介：图 3-8 进给系统孔盘调速总装平面图 X6132 主运动、进给运动变速操纵机构采用集中式孔盘操纵机构控制。其工作原理是利用孔盘上不同孔的组合，使其控制的齿条实现不同位置的组合形式，从而达到带动上面的拨叉拨动相应的滑移齿轮实现不同位置的传动。其工作原理如下图所示：X6132 的变操纵机构工作原理 1 外拉,逆时针旋转,带动 5 转动,使 6 旋转,带动 10 向右运动,使 12 脱离各组齿条轴.转动4到合适转速,使心轴上齿轮传
10、动带动12转到相应的孔的位置,然后反向操纵 1 复位.图 3-9 主运动孔盘操纵机构 图 3-10 进给系统孔盘调速机构 精心打造 未来9 图 3-11 进给系统孔盘调速机构三维建模 5.3 传动轴的验算 5.3.1 花键轴的校核 对于传动轴，除重载轴外，一般无须进行强度校核，只进行刚度验算。对花键轴(III轴)5.3.1.1 轴的抗弯断面惯性矩4()mm：)(64)(424mmdDdDNbdI (5-2)=42442876(3228)(3228)3.96 1064mm 式中 d花键轴的小径（mm）；i花轴的大径（mm）；b、N花键轴键宽，键数；传动轴上弯曲载荷的计算，一般由危险断面上的最大扭
11、矩求得：4jN955 10(N/mm)nM扭=441.5955 101.62 10/880N mm 式中 N该轴传递的最大功率（kw）;精心打造 未来10 jn该轴的计算转速（r/min）。传动轴上的弯矩载荷有输入扭矩齿轮和输出扭矩齿轮的圆周力、径向力，齿轮的圆周力 43221.62100.510 ND65tMP扭 （5-3）式中 D齿轮节圆直径（mm）,D=mZ=26x2.5。齿轮的径向力rP：()/cos()rtPPtgN 式中 为齿轮的啮合角，20；齿面摩擦角，5.72；齿轮的螺旋角；0 故30.50.25 10rtPPN 5.3.1.2 花键轴键侧挤压应力的验算 花键键侧工作表面的挤压
12、应力为：max228,()()njyjyMMPaDdlNK （5-4）式中 maxnM花键传递的最大转矩（N mm）；D、d花键轴的大径和小径（mm）；L花键工作长度；N花键键数；K载荷分布不均匀系数，K=0.70.8；4228 1.62 100.4218()(3228)270 6 0.8jyjyMPaMPa 故此花键轴(III轴)校核合格。5.4 传动轴的验算 II 轴的校核 5.4.1 II 轴的受力分析：精心打造 未来11 由机械设计中的公式：9550PTn （5-5）式中：T轴的转矩 N.m.P轴传递的功率 Kw.n轴的转速 r/min.所以II 轴的转矩：229550PTn 精心打造
13、 未来12 12195501.532955014101735.8.PinN m 有公式：2tTFD 可求得各齿轮啮合处所受的切向力，根据机械设计中 公式：对锥齿轮有相关公式:221211cottan(10.5)(10.5)mRnRZduZdddmm 对锥齿轮受力计算公式：111112tancostansintmrtatTFdFFFF 对标准直齿圆柱齿轮受力计算公式：112tancostrttnTFdFFFF 可求得各齿轮啮合处的各个力，再有理论力学相关公式求得 A、B 两点的支撑力。受力如下图：精心打造 未来13 5.4.2 II 轴的弯矩和扭矩的绘制：精心打造 未来14 精心打造 未来15
14、5.4.II 轴的危险截面分析及校验：有II轴所受弯矩和扭矩图可以知道该轴的危险截面 按第三强度理论校核 由机械设计3公式：22221393.80.635.8460.1 0.025caMTMPaW 因为该轴材料为 45 钢，调质处理，查表知160MPa 所以：222211393.80.635.8460.1 0.025caMTMPaW 故该轴安全。5.5 圆锥滚子轴承疲劳强度校核 机床传动轴用滚动轴承，主要是因疲劳破坏而失效，故应进行疲劳验算。其额定寿命hL的计算公式为：jhjFNnnnj500()()CfCf K K KlPC(N)f Lh C Th1000015000nhFNCfLThf K
15、 KlP或按计算负荷的计算公式进行计算：式中额定寿命（);计算动载荷;工作期限（),对一般机床取小时。C滚动轴承的额定负载（N）,根据轴承手册或机床设计手册查取，单位用（kgf）应换算成（N）；nf速度系数，1003nifn in为滚动轴承的计算转速（r/mm）nf寿命系数，500nnLf nL 等于轴承的工作期限；寿命系数，对球轴承=3，对滚子轴承=103；Ff 工作情况系数，对轻度冲击和振动的机床（车床、铣床、钻床、磨精心打造 未来16 床等多数机床），1.11.3Ff；NK功率利用系数，查表 33；nK速度转化系数，查表 32；lK齿轮轮换工作系数，查机床设计手册；P当量动载荷，按机床设计手册。124863 nLhT 232003 nLhT 319852 nLhT 故轴承校核合格 精心打造 未来17