高精度丝杠车床毕业设计.docx

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1、35第1章概论2.1 车床加工范围车床类机床主要是用于进行车削加工，在车床上可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面以及成型回转面等，其中某些车床还能加工螺纹面。在车床上使用的刀具主要是车刀，有些车床还使用各种孔加工刀具（如钻头，扩孔钻，绞刀等）以及螺纹刀具等。2.2 设计任务我所设计的是“高精度丝杠车床设计”，该车床主要是用来车削高精度丝杠的专门化车床，它是在制造业中加工精密丝杠的主要机床，本设计主要介绍了车床的结构，各零部件的选取。依次对车床零部件的设计，以及为了提高车床在加工过程中的加工精度而采取的一系列措施，如电动机的装配、固定，传动机构中传动链的设计和确定,丝杠的选材，导轨的设计选

2、材，主轴的设计，轴承的选择，校正尺等等。在本设计中都进行了说明。39第2章机床设计的论述2.1车床整体设计我所设计的是高精度丝杠车床设计，如图21丝杠车床结构图所示，这类车床属于特种车床，在机床整体设计中，提出一下两种方案。图21丝杠车床结构图方案一：在传动机构中，采用齿轮传动，电动机直接固定在机床床身，通过床身的手柄控制，在齿轮传动中，传动比较平稳、稳定。方案二：在传动机构中，不采用齿轮幅传动。而是通过两对挂轮将运动传递给丝杠，电动机也不直接安装在机床床身，而是安装在另外一固定板上，另外在丝杠传递上加上一校正机构。在以上两种方案中，方案一采用的是齿轮传动，传动链比较长，相应的传动过程中误差比

3、较大，传动精度差。方案二与方案一相比较，首先在传动链上，只用两对高精密挂轮就完成了运动的传递，减少了在传递运动过程中的误差，提高了机床运动的准确性，其次，电动机不是直接安装在机床床身，而是安装在另一固定板上，这样，在电动机运转过程中，电动机的振动就不会带动机床的振动，从而可以起到减小误差的作用，最后，为了进一步提高机床的加工精度，减小丝杠本身在加工过程中的误差,采用校正机构，这样就更进一步的提高了机床的加工精度。主轴的变速和变向都是由主电动机来实现的。电动机选用可控无级变速，主轴的正转和反转的转速相同。刀架的运动是由主轴经过两个挂轮直接传动给丝杠IV,由螺母带动床鞍及刀架移动。该机床主要是用来

4、车削高精度丝杠的专门化车床，它加工的丝杠精度可以到6级，这是一般车床所不能达到的，为了能够让车床车削出这么高的精度，提出以下几个方案：（1）提高丝杠的加工精度 提高车床本身丝杠的精度可以提高机床工作时加工出零件的精度。（2）减少机床的振动 振动对一个机床来说，不仅可以影响机床的寿命，而且对机床本身的加工精度也有很大的影响。（3）减少传动链 在机床传动过程中，传动链的长短直接会影响到机床本身的加工精度，所以在设计过程中，应当尽量减短机床进给传动中的传动链，以提高加工精度。主轴是一个机床的重要部件，它的性能是否稳定将直接影响到机床加工零件的精度，而我所设计的高精度丝杠车床属于精加工车床，所以应该减

5、少主轴所受的力，减少主轴所受到的力，有利于减少轴的弯曲变形以及提高其传动的平稳性，这样在一定程度上减少了机床的颤动，从而可以提高机床的加工精度。在高精密车床中，零件本身的精度，是加工高精度零件的基础，只有高的精度,才能传递准确的传动比，才能有比较高的装配精度。2.2 电动机的选择和安装由于所设计的车床是精加工车床，要求的动力不大，所以选电动机功率为3kW电动机，且为无级调速电动机，选取电动机型号为JWBX05190D型。由表可查得该电动机极数为4。该车床属于高精度车床，所以提高加工精度是该车床的核心问题，电机在转动过程中，由于转动会产生机械振动，这样就会降低车床本身加工的精度，为了提高车床加工

6、的精度要求，我们可以减少其振动。方案一：选用转动时振动小的电动机型号；方案二：将电动机不安装在车床床身；根据对两个方案的比较，方案二从减少振动来提高机床精度，更适合于此次所设计的丝杠车床，故选择方案二。2.3 传动机构的分类由于所设计的是“高精度丝杠车床设计”属于特种机床，这就要求尽可能的简化机床的传动链，简化机床，故采用交流异步电动机，该电动机可以使机床的机械机构简单化，使用方便，并且能在运转中变速。在车床的主轴箱传动中，一般的车床采用的是齿轮传动，齿轮传动由于传动链比较长，导致传动误差增大，从而降低了传动精度。由于我所设计的是精密车床，为了减少传动链，传动是由电动机经过皮带经过蜗轮蜗杆直接

7、传递给主轴，而从主轴到丝杠只要经过两对高精度的挂轮的传动，传动元件的数量减少到了最少的程度，这样就可以减少传动元件误差对传动精度的影响，从而提高了传动链的传动精度。在传动设计中，由于设计的是精密车床，且要求转速变化大，所以选用无级变速,因为无级变速和有级变速相比较，有以下特点：分级变速机构在一定的变速范围内只能得到某几种转速（或者速度），而无级变速机构可以在一定范围内得到任意的切削速度，因而可以选择最合理，最经济，效果最好的转速，最有利于断削的切削用量。采用无级变速器，尤其是配合减速传动时进一步扩大其变速范围与输出转矩，能更好的适应各种机械的工况要求，使之得到最佳效能，提高产品的产量和质量，适

8、应产品的变换需要，节约能源。在实现整个系统的机械化，自动化各方面都具有显著的效果。机械无级变速器的主要特点是：转速稳定，滑动率小，工作可靠，具有恒功率力学特性，传动效率较高，而且结构简单，维修方便，价格便宜。本车床加工精度高，它加工出来的丝杠很高，采用机械无级变速器，它可以使丝杠在运动过程中获得最佳的切削速度，从而保证了加工精度。其次，无级变速器能保证恒定的切削速度和切削力，而且在驱动力固定的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速可以产生相应的驱动力矩，从而进一步保障了加工丝杠的精度。从以上的分析可以得出，机械无级变速器对本车床是最佳的选择，所以选用机械无级变速器。2.4 本章小结本章采用高精度

9、挂轮的传动方式，选取无极调速电动机，且电动机不安装在车床床身，采用机械无极变速器完成机床变速，在丝杠传动中设置校正机构，从而达到高加工精度。第3章主轴箱传动的设计3.1 蜗轮蜗杆的概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成，它用于传递空间的运动和动力。通常两轴的交错角为=90。传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。蜗杆蜗轮的形成原理和传动特点蜗杆传动实际是螺旋齿轮传动的一种特例。在螺旋齿轮传动中，如传动比很大，小齿直径做的很小，轴向长度较长，而螺旋角度大，则轮齿将在援助面上饶成完整的螺旋齿，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线做成圆弧形，使蜗杆部分被包住，并用于蜗杆形状和参数

10、相同的滚刀范成加工蜗轮,这样齿廓间为线接触，可传递较大动力，如蜗轮蜗杆传动图31所示。图3/蜗轮蜗杆传动图蜗杆和螺纹相似，也有左右旋之分，工程通常用右旋螺杆。按照螺旋线的头数又有单头螺杆和多头螺杆之分。蜗杆螺旋线与垂直于蜗杆轴线平面之间的夹角称为导程角。螺杆的导程角与蜗轮的螺旋角大小相等，方向也相同。蜗杆传动的主要优点是传动比大，结构紧凑，传动平稳和噪声较小等；当蜗杆的导程角小于啮合齿轮间的当量摩擦角时，机构具有自锁性。蜗杆传动的主要缺点是传动效率低。在蜗轮传动中，一般传动比都比较大，而且在传动过程中传动平稳，恒定，与齿轮传动相比较，它具有高的传动比和高的稳定性，而且选用它可以缩短传动链，提高

11、了传动的精度，保障了机床的精度要求“叫在蜗杆传动中，最主要的失效形式是疲劳点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等，而在一般情况下，蜗杆的强度总是高于蜗轮的轮齿强度，因此，失效总是发生在蜗轮上的。由于在传动中，蜗杆和蜗轮之间的滑动速度大，这就更容易产生磨损。基于蜗杆传动的特点，而且所设计的车床属于高精度要求的机床，所以蜗轮的材料应该首先具有良好的减磨，耐磨，易于跑合和抗胶合的能力；同时还要有足够的强度，因此在有些场合长用青铜材料做蜗轮的齿圈，并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。由于是精密车床，要求精密度高，蜗杆选用材料为40Cr钢，因为希望效率高些,耐磨性好点，所以蜗杆齿面要求用淬火，硬度为4555HRC,蜗轮

12、用青铜，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.2 蜗轮蜗杆的设计由上述我们初选蜗杆模数为2,因为该设计的车床是高精度车床，传动有较高的传动精度和较高的传动效率，初选取蜗杆的头数为1,则由公式% -7tm(3-1)可得：t. = 6.28(3-2)查表取分度圆直径d = 48 mm(3-3)由公式4=优 0%(34)可计算出蜗杆特性系数%0=(35)町)蜗杆的导程角为：氏/ = 2加(3-6)则可得7=20.8由蜗杆头数马=1可得，蜗杆公称导程为：蜗杆的螺旋升角为:= zo = lx 6.28 = 6.28(3-7)4 = arctg 五q()2=arctg = 11.310(3-8)查机械设计可得

13、，蜗杆的螺旋升角小于12.6。，上述计算符合要求，所以蜗杆设计符合使用要求。蜗轮模数的确定：由表32可以得出：表3-2蜗杆头数与蜗轮齿数的荐用值z = Z9 / Z)Z1Z2。56293171542961143022961298212982由上表可选用蜗轮齿数为42。则可算出：蜗轮分度圆直径(3-9)d2 = mZ2 =4x42 = 168蜗轮齿顶高蜗轮齿根高蜗轮喉母圆半径蜗轮喉圆直径蜗杆齿顶高hi2 = 2m (h： + x) + d2 = 178mm* *hf2 = d2 - 2mha -x + c ) = 153 mm% 2 =a-da2 = 104-xl76 = 16 mm22(3-1

14、0)(3-11)(3-12)4,2 =4+242 =168 + 2x176 = 520 mm (3-13)(3-14)da =4+ 2ha = 48 mm蜗杆齿根高% = 4 - 2hf = 35.2 mm蜗杆螺纹长度b = 2m (z2 + 1)5 =45 mm蜗杆传动的标准中心距为。；(4 + &) =(% + z2) = 104 mm传动比i.,=三=丝%马4式中 n蜗杆的转速r/min;n.蜗轮的转速r/min.(3-15)(3-16)(3-17)(3-18)3.2.1蜗杆传动的强度计算1 .受力分析蜗杆传动中，作用在齿面上的发向作用力工可分解为三个相互垂直的分力，即圆周力,径向力工和轴向力在本车床上，蜗杆为主动件，则蜗杆上的圆周力&的方向与蜗杆齿啮合点的运动方向相反；蜗轮上的圆周力42的方向与蜗轮在啮合点的运动方向相同；径向力耳的方向在蜗杆，蜗轮上都是由啮合点分别指向圆心。2 .蜗轮强度计算=48。1法三同(3-19)式中司蜗轮齿面许用接触应力;蜗轮齿面接触疲劳强度计算：蜗轮齿面接触疲劳强度计算公式与斜齿轮相似，其公式为K载荷系数，一般取K=L11.3。根据上式进行强度效核即。二480金(3-20)确定作用在蜗轮上的转矩查表得带传动效率：带=0.99 , 螺杆=0.8则传递到蜗杆的功率为