机械设计制造及其自动化毕业设计论文中型加工中心刀具库系统设计

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1、 xx 工 程 学 院 本科生毕业设计 姓 名：xx 学 号： 2xx 系 部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计题目： 中型加工中心刀具库系统设计 专 题： 中型加工中心刀具库系统设计 指导教师： xx 职 称： 讲 师 2007年5月 徐州 徐州工

2、程学院毕业设计任务书 学院 机电工程系 专业年级 机械设计制造及其自动化 学生姓名 任务下达日期：2006年12月26日 毕业设计日期： 2006年12月26日 至 2007年5月17日 毕业设计题目：中型加工中心刀具库系统设计 毕业设计专题题目：中型加工中心刀具库系统设计 毕业设计主要内容和要求：最大刀具直径为250㎜，刀间距130㎜，刀具平均质量5㎏，刀具库的容量30把刀具。 1.刀具库总装配图 1张 2.刀具库箱体零件图 1张 3.零件的加工工艺卡片

3、 1张 4.夹具图 1张 5.电气接线图及PLC程序图 1张 6.说明书（20000以上）及外文翻译 1份 工艺要求：1.工序集中2.提高生产率3.降低工人的劳动强度4.降低成本 系主任签字： 指导教师签字： 徐州工程学院毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同

4、意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）： 成

5、 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师

6、签字： 年 月 日徐州工程学院毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩：

7、 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 随着科学技术的发展世界先进制造技术的兴起和不断成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的各种组成部分提出了更高的性能指标。由于加工中心备有刀具库，大大增加了刀具的储存容量。有利于提高主轴的刚度，独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素 本设计采用PLC对刀具库系统的自动控制，自动换刀装置

8、在随机换刀时只识别刀具不识别刀套，因此可以把刀具编号，并且按顺序将刀具插入刀库中对应号和刀套上。由数控系统的PLC设定刀号，使刀具号和刀库中的刀套地址对应的记在PLC上，一经设定，机床在以后的使用中，不论刀具在哪个刀套上PLC始终记忆着它的踪迹。简化了控制系统的硬件和界限，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时，PLC有较完善的自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。应用表明，PLC的简洁、快捷在自动换刀装置中得到了广泛的应用。 关键词：刀库；存储；功能；自动控制 ABSTRACT Along with the technicial develop of

9、 science, the forerunner in the world makes the technical rise and continuously nature, but processed the center to put forward the technical application, such as, highter requst, and superhigh speed cutting,super precision finishing…ect. Toward being the moder manufactureing industry count for much

10、ly, put forward the higher function index sign towards processing the each composition division of the center. Because processing the cencer to have the database of tool angel fully, increasing the storage quantity of the tool angel consumedly. Be advantageous to the stiffness that raises the main s

11、haft; Independent cut database, increased the storage quantity of the tool angel consumely, be advantageous to the function that extends the engine bed, and can insulate varcious interference factor that effects to process the accuracy on good termsly. This design adopts the PLC to the angel databa

12、se system automatic control, changing the cut the apparatus automatically while changing the cut random of tool angel, and insert the angel into the cut database in order to should number controls and the cut set up. From the PLC enactment cut number that the number controls the system, make number

13、of tool angel and the cut set address within the database to deserve to record on the PLC, set the engine bed as soon as in latterly use, in spite of which cut tool angel is set up the trace that the PLC remember it always.Simplified the hardward andwirings of the electricity control system. At the

14、same time, the PLC is more perfect form examine a patient and form protection ability, can intensify the antienunciation, PLC of simple and direct and fast got the extensive usage in automatically chang the cut equip. Keyword: Cut database; Saving; Function; Automatic Control 目 录 前言……

15、……………………………………………………………………………………（1） 1、估算刀具的重量…………………………………………………………………………（3） 2、电动机的选择……………………………………………………………………………（5） 3、计算传动装置的运动与动力参数………………………………………………………（7） 3.1各轴的转速…………………………………………………………………………（7） 3.2各轴的输入功率……………………………………………………………………（7） 3.3各轴的输入转矩……………………………………………………………………（7） 4、减速

16、器齿轮的设计………………………………………………………………………（8） 4.1选择齿轮材料及精度等级…………………………………………………………（8） 4.2按齿面接触疲劳强度设计…………………………………………………………（8） 4.3齿轮传动的主要尺寸设计………………………………………………………（10） 4.4按接触疲劳强度校核……………………………………………………………（11） 4.5验算齿轮的圆周速率……………………………………………………………（12） 5、轴的设计………………………………………………………………………………（13）

17、 5.1轴Ⅰ的设计………………………………………………………………………（13） 5.2轴Ⅱ的设计与计算………………………………………………………………（14） 5.3轴Ⅲ的设计与计算………………………………………………………………（17） 5.4轴Ⅳ的设计与计算………………………………………………………………（21） 6、键的选用与计算………………………………………………………………………（24） 7、轴承的选用与计算……………………………………………………………………（25） 8、链轮的设计……………………………………………………………………………（28）

18、 9、槽轮的设计……………………………………………………………………………（29） 10、箱体零件的分析与箱体加工切削用量的计算………………………………………（30） 10.1零件的工艺分析…………………………………………………………………（30） 10.2选择毛坯…………………………………………………………………………（30） 10.3定位基准的选择…………………………………………………………………（30） 10.4箱体加工工艺路线的制定………………………………………………………（30） 10.5箱体加工工艺的计算……………………………………………

19、………………（32） 11、夹具的设计……………………………………………………………………………（50） 12、电气及PLC的设计……………………………………………………………………（54） 13、翻译部分 英文原文……………………………………………………………………………… 中文译文……………………………………………………………………………… 总结 谢词…………………………………………………………………………………（50） 参考文献…………………………………………………………………………………（51） 前言 毕业设

20、计是我们学完了全部课程之后的一次全面的综合性的练习，是我们在校期间最后一次作业和考试，是检查我们能否运用所学的基础课理论和专业课知识的最有效的形式，是对我们进行的最好的一次训练。 随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的组成部分提出了更高的性能指标。 加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件多工序的数字控制机床，其主要特点是具有自动换刀的刀具库，工件经一次装夹后，通过更换各种刀具，在同一台机床，对工件各加工面连续进行铣（车）、镗、钻、攻螺纹等各种工序。 由于加工中心备有刀具

21、库，大大增加了刀具的存储数量。有利于提高主轴的刚度；独立的刀库，大大增加了刀具的存储熟量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素。 加工中心利用刀库实现换刀，按换刀过程有无机械手参与，分成机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴拔出，与此同时，另一个机械手将在刀具库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。无机械手换刀时，刀具库存放方向与主轴平行，刀具放在主轴可达到的位置。换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置的上方，利用主轴Z方向将加工完毕刀具插入刀库中要求的空位处，然后刀库待命换刀具转到待命位置，Z方向运动

22、将待命的刀具从刀库中取出，并将刀具插入主轴。有机械手的系统在刀库配置，与主轴的相对位置及刀具的数量都比较灵活，换刀的时间短。无机械手方式结果简单，只是换刀时间更长。 加工中心有多种形式，常见的有盘式、链式两种刀库。 盘式结构中，刀具可以沿着主轴的轴向、径向、斜向按放，刀具轴向的按装的结构最为紧密，但为了换到时与主轴同向，有的刀具库中刀具需要在换刀位作90度翻转。在刀库容量较大时，为在存放方便的同时保持结构紧凑，可采用弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机车立柱的顶面或侧面，在刀库较大时，也有安装在专门的地基上，以隔离刀库转动造成的震动。 链式刀库存放刀具容量比盘式大，设计题目刀具较多，为32

23、把刀，所以特选用链式刀库设计。链式刀库结构比较灵活，可以采用加长链带方式加大刀库容量，也可以采用链带折叠回绕的方式提高空间利用率，在需要刀具容量较大时，还利用采用多链带结构。 对加工中心刀库管理、运行，这些功能是PLC来完成的，通过接口与主控装置进行信息交换，以达到协调一致。 提高可编程控制器的运行速度，来满足数控机床高速加工的要求，新型的PLC具有专用的CPU，基本指令执行的时间可达到0.2us/步，编程步数达到16000步以上，利用PLC的高速处理功能，使CNCPLC之间有机的结合起来，满足数控机床运行中的各种时控要求。 由于PLC使用方便，操作灵活，价格低廉，在数控机床领域的应用越

24、来越广泛的工作实践性的训练。 1、估算刀具库的重量 1.1设定链片的尺寸结构如图所示： 1. 2设定链节的尺寸如图所示： 1.3整个链片的体积为： 1. 4链片的重量为：（材料为45钢） 由参考文献[2]表1-1得 该材料的密度为即 ㎏ 1. 5链节的体积 1. 6链节的重量 ㎏ 1.7 30把刀具链片链节的总重量为 ㎏ 1.8 30把刀具的总重量为 ㎏（式中1.2为安全系数） 1. 9整个刀库的总重量 ㎏（式中8.4㎏为一些标准件及其它零

25、件） 2、电动机的选择 由参考文献[3]得 拨销的转速 设槽轮的停留时间为4.5S r/min 则槽轮的转速 r/min 槽轮的角速度 rad/s 链轮的角速度 m/s 电动机的输出功率 为电动机所驱动的载荷,V=0.57m/s为链条的速度， ,——轴套传动效率取0.99，——链传动效率取0.93， ——齿轮传动效率取0.98，——滚动轴承效率取0.98，则 ，则 kw 取电动机的功率为1.5kw 由参考文献[3]附表F1-7选用Y90L-4型电动机，其额定功率为1.5kw，同步转速为 r/min满载转速r/min

26、 总传动比 因为齿轮的总传动比，所以该减速机构应采用三级传动，在该减速器中把总传动比平均分配及各级传动比均为3.5。 3、计算传动装置的运动与动力参数 3.1各轴的转速 r/min r/min r/min r/min 3.2各轴的输入功率（整个减速器的效率η=0.96） kw kw kw kw 3.3个轴的输入转矩 电动机输入转矩： N.m N.m N.m N.m N.m 4、减速器齿轮

27、的设计（根据参考文献[1]） 4.1选择齿轮材料及精度等级 在这个减速器齿轮传动中，所有主动轮（小齿轮）的材料都选用45钢调质，硬度为220～250HBS，所有大齿轮都选用45钢正火，硬度为170～210HBS。因为是加工中心刀具库减速器，由表10.21选用7级精度，要求齿面粗糙度为≤1.6～3.2μm. 4.2按齿面接触疲劳强度设计 因齿轮均为刚质齿轮，可以运用式10.22求出大小齿轮的分度圆直径，确定有关参数及系数。 4.2.1转矩T 由前面计算可知：=1.38NM =4.6NM =15.8NM =52.2NM 4.2.2载荷系数K 查表10.11

28、取K=1.0 4.2.3齿数Z和齿宽系数 小齿轮的齿宽系数取为=18，则大齿轮的齿数为=63.由表10.20选用=1.0 4.2.4许用接触应力[] 由图10.24查得： Mpa Mpa 由表10.10查得安全系数： 由图10.27得接触疲劳寿命系数为： 由式10.13可得： Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa 由于齿轮材料都选用钢，由公式10.22得： ㎜ ㎜ ㎜ 即 由表10.3选用标准模数为：

29、 4.3齿轮传动的主要计算 ㎜ ㎜ ㎜ 经圆整后为㎜ ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ 经圆整后为㎜ ㎜ ㎜ ㎜ 4.4接触疲劳强度的校核 由公式10.24得，则校核合格 确定有关参数与系数： 4.4.1齿形系数：由表10.13得 4.4.2应力修正系数：由表10.14得 4.4.3许用弯曲应力：由表10.25得 Mpa Mpa 由表10.10得： 由图10.26得 由公式10.14得齿根弯曲疲

30、劳许用应力公式为： 则 Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa 故 即齿根弯曲强度校核合格 4.5验算齿轮的圆周速率 m/s m/s m/s 由表10.22可得， m/s，选7级精度是合适的. 由上可知所选用的参数又是合格的。 5、轴的设计（根据参考文献[1]） 5.1轴Ⅰ的设计 5.1.1选择轴的材料，确定许用应力 由以上条件知减速器传递的功率属小功率，对材料无特殊要求，故选用45号钢并调质处理。由表13.4查得强度极限Mpa，再由表13

31、.2得许用弯曲应力[]=60Mpa。 5.1.2按扭转强度估算轴的直径 根据表13.1得C=118～107. 又由式（13.2）得轴的最小直径 ㎜ 考虑到轴的最小直径处要按装制动器，会有键槽的存在，故将估算直径加大3%～5%，取㎜，由参考文献表3.13-4取标准直径㎜。 5.1.3设计轴的结构并绘制结构草图 5.1.3.1确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定周上零件的装拆顺序和固定方式。参考图，由于齿轮的轴径较小所以要采用齿轮轴的形式。轴上制动器从轴的左端装入，轴的左端尺寸为最小直径，制动器的轴采用平键作轴向固定，采用轴套与右轴肩作

32、周向固定。 5.1.3.2定各轴段的直径 如图所示，轴段（1）的最小直径㎜，轴段上要安装轴承，轴段（2）必须满足轴承内径的标准，故取轴段（2）的直径㎜。由参考文献[2]表6—1选用6002型深沟球滚子轴承，轴承与轴向采用过盈配合固定，轴向采用弹性挡圈固定。 5.1.3.3各段轴的长度 齿轮轮毂宽度为24㎜，为了保证齿轮能够顺利的加工所以要在齿轮的左端开个退刀槽长度为5㎜，为了保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应有一定的距离，取该距离为10㎜，为了保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为8㎜），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5㎜，制动器

33、的总长L=100㎜（制动器安装在轴（1）与（2）上）轴（1）的长度为75㎜，轴（2）的长度取为62㎜。 5.1.4由于该轴所受的弯矩较小故不需要进行弯曲合成强度校核轴径 5.2轴Ⅱ的设计与计算 5.2.1选择轴的材料确定许用应力 由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，故选用45号钢并调质处理。由表13.4查得强度极限 Mpa，在由表13.2地许用弯曲应力[]=60Mpa 。 5.2.2按扭转强度估算轴的直径 根据表13.1得C=118～117。又由式（13.2）得轴的最小直径 ㎜ 考虑到轴上会有键槽存在，故将估算直径加大3%～5%，取㎜。由参考文献[3]表3

34、.13—4取标准直径㎜。 5.2.3设计轴的结构并绘制结构草图（a） 5.2.3.1确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装拆顺序和固定方式。参考图，齿轮从轴的右端装入，齿轮的左右端均用轴套固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键联接。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定。 5.2.3.2各轴段的直径 如图所示，左轴段安装轴承，轴段必须满足轴承的内径标准，故取轴的直径为15㎜。由参考文献[2]表6—1选用6202型深沟球滚子轴承，轴承与轴周向采用过盈配合固定，轴向采用弹性挡圈固定。 5.2.3.3确定

35、各轴段的长度 齿轮的轮毂宽度为24㎜，为了保证齿轮的端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面间与箱体内壁间应留有一定的距离，该间距为10㎜，为了轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为8㎜），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5㎜，齿轮左右轴套的长度均为12㎜，左轴承的左段伸出14㎜，所以左轴段的长度取80㎜，轴承支点距离L=56㎜，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约5～10㎜，键槽的宽度按轴段直径查手册得到，详见13.6节。该轴段最右端是齿轮轴，其齿宽为25㎜。 5.2.4按弯曲合成强度校核轴径 5.2.4.1画出轴的受力图，如图（b）所示： 圆周力为：N N 径向

36、力为：N N 5.2.4.2作水平面内的弯矩图（C）支点的反应力为： N N Ⅰ—Ⅰ截面的弯矩为：N·㎜ Ⅱ—Ⅱ截面的弯矩为：N·㎜ 5.2.4.3作垂直面内的弯矩图（e）支点反力为： N N Ⅰ—Ⅰ截面左侧弯矩为：N·㎜ Ⅰ—Ⅰ截面右侧弯矩为：N·㎜ Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为：N·㎜ 5.2.4.4合成弯矩 Ⅰ—Ⅰ截面：N·㎜ N·㎜ Ⅱ—Ⅱ截面:N·㎜ 5.2.4.5转矩

37、 N·㎜ 5.2.4.6求当量弯矩 取修正系数α为0.6 Ⅰ—Ⅰ截面： N·㎜ Ⅱ—Ⅱ截面: N·㎜ 5.2.4.7确定危险截面及校核强度 Ⅰ—Ⅰ截面： Mpa Ⅱ—Ⅱ截面: Mpa 查表13.2得 Mpa，满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕度。 5.2.5修改轴的结构 因为所设计轴的强度裕度不大，此轴不必在做修改。 5.3轴Ⅲ的设计与计算 5.3.1选择轴的材料确定许用应力 由已知条件知减速器的传递的功率属与小功率，对材料无特殊要求，故选用45号钢并经调质处理。由表13.4查得强度极限 Mpa，再由表13.2得许用弯曲应力 Mpa

38、。 5.3.2按扭转强度估算轴的直径 根据表13.1得C=118～117。又由式（13.2）得轴的最小直径 ㎜ 考虑到轴的最小直径处会有键槽的存在，故将估算直径加大3%～5%，取为㎜。由参考文献[3]表3.13—4取标准直径㎜。 5.3.3设计轴的结构并绘构结构草图（a） 5.3.3.1确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装拆顺序和固定方式。参考图，齿轮从轴的左端装入，齿轮的左端用轴套与垫片定位，左端用弹性挡圈固定，这样齿轮在轴上的位置被完全确定，齿轮的周向固定采用平键联接。轴段②的最右是齿轮轴。轴两端最小直径（轴①）处安装轴承，其轴向均

39、用轴套固定，周向采用过盈配合固定。 5.3.3.2确定各段轴的直径 如土所示，轴段①上应安装轴承，轴段①上必须满足轴承内径的标准，故取轴段①的直径的直径为10㎜；用相同的方法确定轴段②的直径为17㎜；由参考文献[2]表6—1可查得轴段①上安装轴承为6000型深沟球滚子轴承。 5.3.3.3确定各轴段的长度 左端齿轮轮毂的宽度为30㎜，为了保证齿轮的端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面间与箱体内壁间应留有一定的距离，该间距为10㎜，为了轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为9㎜），并考虑轴承的润滑，取轴承端面几距箱体内壁的距离为5㎜，取轴段②长度为62㎜，轴段①长度为20㎜。轴承支点距离为L=1

40、41㎜；轴段①的键槽的长度比相应的轮毂宽度小约5～10㎜，键槽的宽度按轴段直径查手册得到，详见13.6节。 5.3.4按弯曲合成强度校核轴径 5.3.4.1画出轴的受力图，如图（b）所示： 圆周力为：N N 径向力为：N N 5.3.4.2作水平面的弯矩图（c） 由平衡条件可得AB轴的平衡方程式为： 上式得 水平面内支点的反力为：N N Ⅰ—Ⅰ截面的弯矩为：N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面的弯矩为：N.㎜ Ⅲ—Ⅲ截面的弯矩为：N.㎜ 5.3.4.3作垂直面内的弯

41、矩图（d），支点反力为：N N Ⅰ—Ⅰ截面左侧弯矩为：N.㎜ Ⅰ—Ⅰ截面右侧弯矩为：N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为：N.㎜ Ⅲ—Ⅲ截面的弯矩为：N.㎜ 5.3.4.4合成弯矩 Ⅰ—Ⅰ截面：N.㎜ N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面：N.㎜ Ⅲ—Ⅲ截面：N.㎜ 5.3.4.5转矩 N.㎜ 5.3.4.6求当量弯矩 取修正系数α为0.8 Ⅰ—Ⅰ截面： N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面：N.㎜ Ⅲ—Ⅲ截面：N.㎜ 5.3.4.7确定危险截面及校核强度 Ⅰ—Ⅰ截面： Mpa Ⅱ—Ⅱ截面： Mpa Ⅲ—Ⅲ截面：

42、Mpa 查表13.2得Mpa，满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。 5.3.5修改轴的结构 因为所设计轴的强度裕度不大，此轴不必在做修改。 5.4轴Ⅳ的设计与计算 5.4.1选择轴的材料确定许用应力 由已知条件知减速器传递的功率属于小功率，对材料无特殊要求，故选用45号钢并调质处理。由表13.4查得强度极限 Mpa，在由表13.2地许用弯曲应力[]=60Mpa 。 5.4.2按扭转强度估算轴的直径 根据表13.1得C=108～107。又由式（13.2）得轴的最小直径 ㎜ 考虑到轴的最小直径处会有键槽存在，故将估算直径扩大3%～5%，取为㎜。由参考文献[3]表3

43、.13—4去标准直径㎜。 5.4.3设计轴的结构并绘构结构草图（a） 5.4.3.1确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装拆顺序和固定方式。参考图，轴段（1）上的齿轮从轴的左端装入，齿轮的左端均用轴套定位，右端采用轴肩固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键联接。轴承对称安装与齿轮两侧（齿轮右端轴承安装与轴段（2）上），其轴向用轴套、弹性挡圈及轴承端盖固定。轴段（3）上的主动曲柄从轴的右端装入，其周向固定采用平键联接，轴向采用挡环固定，这样曲柄在轴上的轴向位置被完全确定。 5.4.3.2确定各轴段直径 如图所示，轴段（1）

44、上安装轴承，轴段（1）必须满足轴承内径标准，故取轴段（1）的直径为20㎜；用相同的方法确定轴段（2）的直径为25㎜。由参考文献[2]表6—1可查出轴段（1）上安装的轴承为6004型深沟球滚子轴承，轴段（2）上安装的轴承为6005型深沟球滚子轴承。 5.4.3.3确定各轴段的长度 左端齿轮轮毂的宽度为45㎜，为了保证齿轮的端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面间与箱体内壁间应留有一定的距离，该间距为10㎜，为了轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为9㎜），并考虑轴承的润滑，取轴承端面几距箱体内壁的距离为5㎜，所以轴段①长度为65㎜，取轴段②长度为25㎜，。轴承支点距离为L=70㎜；在轴段①、③上分别加

45、工出键槽，使键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约5～10㎜，键槽的宽度按轴段直径查手册得到，详见13.6节。 5.4.4按弯曲合成强度校核轴径 5.4.4.1画出轴的受力图（b），如图所示： 圆周力为：N 径向力为： N 5.4.4.2作水平面内的弯矩图（c）支点反力为： N Ⅰ—Ⅰ截面的弯矩为：N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面的弯矩为：N.㎜ 5.4.4.3作垂直面内的弯矩图（d）支点反力为： N N Ⅰ—Ⅰ截面左侧弯矩为： N.㎜ Ⅰ—Ⅰ截面右侧弯矩为： N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面处的弯矩为： N.㎜ 5.4.4.4合成弯矩 Ⅰ—Ⅰ截面：

46、 N.㎜ N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面： N.㎜ 5.4.4.5转矩 N.㎜ 5.4.4.6求当量弯矩 取修正系数α为0.8 Ⅰ-Ⅰ截面： N.㎜ Ⅱ—Ⅱ截面： N.㎜ 5.4.4.7确定危险截面及校核强度 Ⅰ—Ⅰ截面： Mpa Ⅱ—Ⅱ截面： Mpa 查表13.2得Mpa，满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。 5.4.5修改轴的结构 因为所设计轴的强度裕度不大，此轴不必在做修改。 6、键的选用与计算（由参考文献[3]） 因为键是静联接，所以选用普通的平键（圆头） 6.1轴Ⅱ上键的选择 由表3.2—5得键的宽度㎜,高㎜，长㎜ 6.

47、2验算键的强度 由表3.2—2得键的强度公式为：Mpa 由表3.2—3得Mpa 即键的强度足够。 6.3轴Ⅲ上键的选择 由表3.2—5得键的宽度㎜ 高㎜ 长㎜ 6.4验算键的强度 由表3.2—2得键的强度公式为：Mpa 由表3.2—3得Mpa 即键的强度足够。 6.5轴Ⅳ（左、右）端上键的选择 由表3.2—5得键的宽度㎜ 高㎜ 长㎜ 6.6验算键的强度 由表3.2—3得键的强度公式为： 由表3.2—3得 即键的强度足够。 7、轴承的选用与计算 7.1轴Ⅰ与轴Ⅱ上轴承的选用 表6—1由轴的直径在选用6002型深沟球

48、滚子轴承 7.1.2轴Ⅱ上轴承进行计算 已知轴的直径㎜，转速r/min,轴承所受的径向载荷为N，工作温度正常，要求轴承的预期寿命为. 7.1.2.1求当量动载荷P 因为该轴承只承受径向载荷，由参考文献[1]表14.12得载荷系数 由公式14.2得N 7.1.2.2计算径向动载荷值 由式14.6得（式中的ε为寿命指数，对于球轴承ε=3，是温度系数）。由表14.14得=1.0则 KW 由表6—1可知6002型深沟球滚子轴承的基本额定动载荷KW，基本额定静载荷N 7.1.2.3验算轴承寿命 由公式14.5得 即 轴承的寿命大于轴承的预期使用寿命。 7.1.2

49、.4静强度计算 由公式14.7 由表14.18得滚动轴承的安全系数 由公式14.11可得所以所用的轴承是合格的。 7.2轴Ⅱ上轴承的选用与计算 7.2.1轴承的选用 由表6—1由轴的直径暂选用6002深沟球滚子轴承 7.2.2轴承的进行计算 已知轴的直径㎜，转速/min,轴承所受的径向载荷为N，工作温度正常，要求轴承的预期寿命为. 7.2..2.1求当量动载荷P 因为该轴承只承受径向载荷，由参考文献[1]表14.12得载荷系数 由公式14.2得N 7.2.2.2计算径向额定动载荷值 由式14.6得（式中的ε为寿命指数，对于球轴承ε

50、=3，是温度系数）。由表14.14得=1.0则 KW 由表6—1可知6002型深沟球滚子轴承的基本额定动载荷KW，基本额定静载荷N 7.2.2.3验算轴承寿命 由公式14.5得即轴承的寿命大于轴承的预期使用寿命。 7.2.2.4静强度计算 由公式14.7 由表14.18得滚动轴承的安全系数 由公式14.11可得所以所用的轴承是合格的。 7.3轴Ⅳ（右端）轴承的选用与计算 7.3.1轴承的选用 由表6—1轴的直径暂选用6005深沟球滚子轴承 7.3.2轴承的进行计算 已知轴的直径㎜，转速r/min,轴承所受的径向载荷为N，工作

51、温度正常，要求轴承的预期寿命为. 7.3.2.1求当量动载荷P 因为该轴承只承受径向载荷，由参考文献[1]表14.12得载荷系数 由公式14.2得N 7.3.2.2计算径向动载荷值 由式14.6得（式中的ε为寿命指数，对于球轴承ε=3，是温度系数）。由表14.14得=1.0则 KW 由表6—1可知6002型深沟球滚子轴承的基本额定动载荷KW，基本额定静载荷N 7.3.2.3验算轴承寿命 由公式14.5得即轴承的寿命大于轴承的预期使用寿命。 7.3.2.4静强度计算 由公式14.7 由表14.18得滚动轴承的安全系数 由公式14.11可

52、得所以所用的轴承是合格的。 8、链轮的设计 已知链轮的材料为45号钢，链的节距㎜，先设定齿数Z=8。 由参考文献[3]表3.6—1得 分度圆直径 ㎜ 齿顶圆直径 ㎜ ㎜ 齿根圆直径 ㎜ 齿侧槽间直径 ㎜ 齿宽 ㎜ 取双列链轮总宽度㎜ 链的排距为 ㎜ 9、槽轮机构的设计 已知槽轮的材料为45好刚，设槽轮的槽数为8，拨销的直径为㎜中心距㎜，由参考文献[3]表3.6—7得 主动曲柄半径 ㎜ 槽轮半径 ㎜

53、 槽轮高 ㎜ 槽深 ㎜ 锁止弧半径 ㎜ 槽轮宽 ㎜ 轮毂宽 ㎜ 10、箱体加工工艺路线的制定 10.1箱体的工艺分析 由图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度﹑耐磨性﹑耐热性及减振性，适用与承受较大的应力，要求耐磨的零件。 该零件主要加工面为A﹑B﹑C﹑D面和镗孔，其中φ32和φ47的一组通孔的同轴度要求很高，因此在加工它们时，最好能在一次装夹下加工出来。 由以上分析可知，对加工精度的要求很高，但是一般机床是可以加工的，我们按照工序集中的原则，力求简化工艺过程，对其加

54、工机械进行设计。 10.2选择毛坯 确定机械加工余量及毛坯尺寸，根据零件的材料确定毛坯为主见。又由题目一知零件的生产纲领为中批量，通过可计算零件的重量约为5kg。毛坯的铸造方式选用金属铸造方式，此外为了消除残余应力，铸造后应安排人工时效处理。由参考文献[4]表2.2-4，，用查表法确定各表面的总余量、加工余量，公差等见工艺卡。 10.3定位基准的选择 基面的选则是工艺规程设计中最重要的工作之一，基面选择的正确合理，可以使加工质量得到可靠的保证，生产率得到提高，否则，不但在工艺规程中出现问题，甚至会造成成批的报废，使生产无法正常进行。 根据对工件的分析，根据粗基准选择原则，选择孔作

55、为粗基准，加工箱体的下接合面（A），然后以A面作为基准加工其余的面。此外，A面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠、操作方便。 10.4箱体加工工艺路线的制定 制定工艺的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定的大中批生产条件下，可以考虑采用万能性机床配已专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。箱体的加工一般是先进行面的加工，在进行孔的加工。按照先加工基准面及先粗后精的原则，箱体可按下述方案进行加工： 1.工艺路线方案一 工序10 铸造 工序20时效 工序30

56、油漆 工序40 粗铣箱体的下接合面（A面） 工序50钻铰箱体在下接合面的定位孔 工序60精铣箱体的下接合面（A面） 工序70 粗精铣箱体两侧面（C、D面）和上接合面（B面） 工序80 粗镗ф32、ф35、ф26、ф28、ф42、ф47的孔 工序90 精镗ф32、ф35、ф26、ф28、ф42、ф47的孔 工序100 镗在ф47孔上的弹簧挡圈槽 工序110 钻箱体下接合面ф5.5的通孔并锪孔，钻ф3的孔并攻丝 工序120 钻箱体左接合面ф5的孔并攻丝 工序130钻箱体右接合面ф4孔并攻丝 工序140 去毛刺 工序150 检验 工序160清洗 工序170入库

57、2.工艺路线方案二 工序10 铸造 工序20 时效 工序30 油漆 工序40 粗铣箱体的下接合面（A面） 工序50 钻铰箱体在下接合面的定位孔 工序60 精铣箱体的下接合面（A面） 工序70 粗铣箱体上接合面（B面） 工序80 精铣箱体的上接合面（B面） 工序90 粗铣箱体的左接合面（C面） 工序100 精铣箱体的左接合面（C面） 工序110 粗铣箱体的右接合面（D面） 工序120 精铣箱体的右接合面（D面） 工序130 粗镗ф32、ф35、ф26、ф28、ф42、ф47的孔 工序140 精镗ф32、ф35、ф26、ф28、ф42、ф47的孔 工序150镗在ф47

58、孔上的弹簧挡圈槽 工序160 钻箱体下接合面ф5.5的通孔并锪孔，钻ф3的孔并攻丝 工序170钻箱体左接合面ф5的孔并攻丝 工序180 钻箱体右接合面ф4孔并攻丝 工序190去毛刺 工序200 检验 工序210清洗 工序220入库 3.工艺路线的比较与分析 上述两个工艺路线的特点在于：方案一是以ф32、ф47两孔作为粗基准加工A面，然后以A面作为精基准，粗镗、精镗一道工序加工B、C、D面。而方案二与方案一的不同之处在于在加工B、C、D面时分为了六道工序进行加工。两者比较可以看出方案一中的工序70装夹次数少这时的位置精度较易得到保证，并且定位及装夹都比较方便，因此需要组合机床进

59、行加工。方案二工序70～120对B、C、D面进行加工，在成批生产时，在能保证加工工艺精度的情况下，虽然尽量不选用专用组合机床，但此时加工位置精度却无法保证，因此为了保证加工位置精度的要求，应选择方案一比较合适。 工序10 铸造 工序20时效 工序30 油漆 工序40 粗铣箱体的下接合面（A面） 工序50钻铰箱体在下接合面的定位孔 工序60工序70精铣箱体的下接合面（A面） 工序70粗精铣箱体两侧面（C、D面）和上接合面（B面） 工序80 粗镗ф32、ф35、ф26、ф28、ф42、ф47的孔 工序90 精镗ф32、ф35、ф26、ф28、ф42、ф47的孔 工序100 镗在

60、ф47孔上的弹簧挡圈槽 工序110 钻箱体下接合面ф5.5的通孔并锪孔，钻ф3的孔并攻丝 工序120 钻箱体左接合面ф5的孔并攻丝 工序130 钻箱体右接合面ф4孔并攻丝 工序140 去毛刺 工序150 检验 工序160清洗 工序170 入库 10.5确定切削用量及基本工时 工序40 粗铣A面 刀具的选择 由参考文献[4] 表12-21选择镶齿套式面铣刀（硬质合金刀片） 由表11-21铣削深度时，铣刀的直径为200mm， 由参考文献[6] 表14得刀具的齿数Z=16 切削用量的选择 （1）决定铣削深度 由于加工余量不大，故

61、在一次走刀内完成，则箱体的低面=2.5㎜ （2） 进给量的确定 由于采用面铣刀由参考文献[6]表25选则X63铣床，功率为10kw，=3.17r/s 由参考文献[4]表11-22选则=0.20㎜/z 由公式=··Z=0.20×3.17×16 =10.144㎜/s 由参考文献[6]表25可取机床进给速度=10㎜/s （3） 确定切削速度 由参考文献[4]表11-28 选=1.5㎜/s (4) 计算铣削力并校验机床功率 由参考文献[4]表11-29铣削力=9.81×

62、54.5·· 由此得A面的切削力=9.81×54.5×160××16× =4744.4N 由参考文献[6]表18 当铸铁的硬度HB=174～207时，145、=2.5㎜、=10 近似得功率为 =7.5kw、=6.6kw 根据铣削部份表25可知机床主轴允许的功率为 =10×0.75 =7.5kw 故 〈 ，因此所选择的切削用量可以采用，=2.5㎜、=10 =3.1

63、7r/s=190r/min、=1.5㎜/s=90m/min (5)计算基本的工时 －机动时间[分] －加工的长度[毫米] －切入长度[毫米] －超出长度[毫米] －工作台的进给量[㎜/min] = ·z·n=0.2×16×190=608㎜/min －铣刀的每齿进给量 Z－铣刀的齿数 N－铣刀的每分钟转数 由参考文献[4]表11-1

64、4得 =40㎜、=4㎜ 面铣刀铣平面的机动时间 =min 工序50 钻铰箱体在下接合面的定位孔 （1）刀具的选用 选用高速钢钻头㎜ （2）确定进给量 由参考文献[5]表11—10得=0.13㎜/r （3）选择切削速度 由参考文献[5]表11—12可得=0.35m/s （4）计算主轴转速 r/s 根据机床说明书取主轴的转速=1500 r/min （5）计算基本时间 min 铰Ф6的孔 （1）刀具的选择

65、选用高速钢铰刀 （2）确定切削深度及进给量 取 ㎜ 由参考文献[4]表11—16取 ㎜/r （3）确定切削速度及主轴转速 由参考文献[6]第二部分孔加工切削用量的选择表33得 由表查得 ，T为刀具耐用度取T=3600s m/s r/s=452r/min 取主轴转速为530r/min （4）计算基本时间 由参考文献[5]表2.5—7得min 工序60 精铣A面 （1）刀具的选择 由参考文献[4] 表12-21选择镶齿套式面铣刀（硬质合金刀片）

66、 由表11-21铣削深度时，铣刀的直径为200mm， 由参考文献[6] 表14得刀具的齿数Z=16 （2）决定铣削深度 由于铣削深度不大,故在一次走刀内完成 =1.5㎜ (3)决定进给量 由参考文献[6]第三部分表25得机床主轴转速=6.25r/s=375r/min 由表11-22选择每齿进给量 =0.2㎜/z、 由表11-26可取每转进给量=1.9㎜/s 对于精铣由公式= =1.9× 6.25=11.87㎜/s 由参考文献[6] 第三部分表25取=10㎜/s (4)决定切削速度 由参考文献[4]表11-28取=1.5m/s (5)计算铣削力并校验机床功率 由参考文献[4]表11-29铣削力 =9.81×54.5·· =99.81×54.5×160×××16× =2995.