机械毕业设计-仪表铣床设计【任务书+开题报告+SolidWorks+CAD+说明书】.rar

摘 要仪表铣床是一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。可以加工平面、沟槽、分齿等零件。同时还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作。仪表铣床主要由进给机构、主轴箱、加紧机构等关键零部件组成。通过查阅相关资料文献熟悉了解仪表铣床的工作原理和结构组成，并通过分析对比选择最佳的方案。本次设计主要是完成该铣床的主轴结构设计，主轴箱的机构设计，给进机构丝杠参数的计算和结构的设计，手动进给机构齿轮齿条机的参数计算和就够设计。通过上述设计完成该仪表铣床的整个结构的设计，并利用 SolidWorks 三维软件对其整体结构的三维模型进行设计，从而更将形象深刻的展示仪表铣床的结构。关键词：关键词：仪表铣床；主轴；进给机构；丝杠机构；齿轮；齿条AbstractInstrument milling machine is a small lifting table milling machine used for machining instruments and other small parts.Can process plane,groove,tooth and other parts.At the same time,it can also be used to process and cut off the surface and inner hole of the rotary body.The instrument milling machine is mainly composed of key components such as feed mechanism,headstock and tightening mechanism.Get familiar with the working principle and structural composition of the instrument milling machine by referring to relevant materials and literature,and choose the best scheme through analysis and comparison.This design is mainly to complete the main shaft structure design of the milling machine,the spindle box mechanism design,feed mechanism screw parameters calculation and structure design,manual feed mechanism rack and pinion machine parameters calculation and enough design.Through the above design,the whole structure of the instrument milling machine is designed,and the three-dimensional model of the overall structure is designed by using SolidWorks 3D software,so as to deeply display the structure of the instrument milling machine.Key words:instrument milling machine;Main axis;Feed mechanism;Lead screw mechanism;Gear;rack目 录摘 要.1Abstract.2目 录.3第一章 绪 论.41.1 研究课题的背景和意义.41.2 研究课题的国内外发展状况.51.2.1 研究课题的国内发展状况.51.2.2 研究课题的国外发展状况.5第二章 仪表铣床的总体布局.72.1 仪表铣床的工作原理.72.2 铣床主传动系统的确定.82.3 整体结构方案的分析对比.92.4 仪表铣床加工过程.11第三章 主轴箱结构的设计.123.1 铣床工作的受力分析.123.1.1 切削载荷的计算.123.1.2 主轴受力分析.133.2 主轴的估算和验算.143.3 传动轴的核验.153.4 提高轴刚度的一些措施.17第四章 进给机构的设计.174.1 X/Z 轴进给机构的设计.174.2 Y 轴进给机构的设计.204.2.1 齿轮材料的选择.204.2.2 齿轮参数的计算.20第五章 夹紧机构的设计.235.1 夹紧轴的设计.235.1.1 夹紧主轴的估算和验算.245.2 夹紧轴的核验.255.3 夹紧轴箱的设计.26总 结.27致 谢.28参考文献.29第一章 绪 论1.1 研究课题的背景和意义随着现代制造业的快速发展，精密加工技术已成为工业领域不可或缺的一部分。精密加工技术的应用范围十分广泛，包括汽车、航空、电子、医疗器械等多个行业。在这些行业中，对于零部件的精度、表面质量和生产效率都有着极高的要求。仪表铣床作为一种高精度、高效率的数控机床，在精密加工领域扮演着至关重要的角色。然而，随着市场竞争的加剧和产品更新换代的加速，对于精密加工技术的要求也在不断提高。传统的仪表铣床在结构、性能和技术水平等方面已逐渐无法满足现代制造业的需求。因此，对于仪表铣床的研究和改进具有重要的现实意义和深远的发展前景。通过对仪表铣床的结构设计进行优化，采用先进的控制技术和切削工艺，可以显著提高加工精度和表面质量，满足高精度产品的加工需求。仪表铣床的高效切削和自动化控制功能可以大幅提高生产效率，减少加工时间。同时，通过优化加工流程和降低废品率，还可以进一步降低生产成本。仪表铣床的研究和应用有助于推动制造业向高精度、高效率、高附加值的方向发展，提升整个产业的竞争力和可持续发展能力。仪表铣床的研究涉及到机械设计、自动控制、材料科学等多个领域的知识和技术，有助于促进相关领域的技术创新和人才培养。同时，通过实践应用和推广，还可以为相关产业培养更多的高素质技术人才。传统的加工系统中，即使最终产品的尺寸很小，机床与其所加工、装配的零件尺寸相比还是很大。比如手表、照相机，手机等零件一般长几毫米、重几毫克，而使用的机床却达几米。而机床的动力和材料消耗近似地与其体积成正比，因此配置与其所加工零件尺寸不相称的大机床，浪费了能源、空间和资源。再者，由于航空航天、电子、医疗等行业和部门，有许多微小零件采用传统机床无法加工或加工困难，尤其在空间狭小、微重力、真空等特殊环境下，必须由微型机床实现。设计微型数控铣床具有体积小、精度高、重量轻、能耗低、灵敏度高、性能稳定惯性小等优点，可以大大节省生产中的能源、空间和资源。而且微型数控铣床具有集微型机构，微型传感器特点，不但可以加工高精度的各种微小零件，甚至可以加工通信电路和电源等微型器件或系统。1.2 研究课题的国内外发展状况1.2.1 研究课题的国内发展状况目前，国内有哈尔滨工业大学、南京航空航天大学和上海交通大学的科研院所，开展了微型数控机床的研究。哈尔滨工业大学精密工程研究所研制的微型精密三轴联动立式铣床被用户满意接受，该铣床建立了 NC 嵌入 PC 型开放式跑数控系统，开发了界面友好的控制软件并集成了视频采集模块。如下图 1-1 所示。图 1-1 微型铣床虽然与国外的技术相比还存在很大差距，我国研制的微型数控机床在稳定性、精度、灵敏度的特性与国外还相差很远。随着随着各种工业产品的微型化激战以及微机电系统应用的日益广泛，数控机床的微型化也开始提到日程上来。1995年全球微型机械的销售额为 15 亿美元，有人预计到 2020 年，相关产品产值将达到 800 亿美元，显然微型机械及其加工技术有着巨大的市场和经济效益。1.2.2 研究课题的国外发展状况随着经济的高速发展，机械行业的竞争越来越激烈，企业对于机床产品的研发设计的要求越来越高，各种新的微型设备应运而生，仪表铣床也应运而生。日本在微型和小型领域发展较早。通产省工业技术院技术研究所（MEL）于1996 年开发了世界第一台微型机床，这台微型机床长 32mm、宽 25mm、高30.5mm，重量为 100g，主轴电机额定功率为 1.5w，切削黄铜获得表面粗糙度Rmax1.5um，圆度 2.5um，加工直径 D200um 黄铜圆柱体，表面粗糙度约为Ry0.5um，圆柱度误差约为 0.4um。试验中的功率消耗低于普通机床的 1/500。MEL研制出的微型铣床甚至可以加工出外径900um，内径为700um 的轴承套。随后经过改进采用由 Olympus Optical Co.,Ltd.开发的微型线性编码器检测滑动导轨的运动，通过闭环控制运动分辨率达 0.1um，同时装备了袖珍式用户数控装置，提高了加工精度和柔性，成为目前世界上最小的微型数控车床。如下图 1-2 所示。图 1-2 世界第一台微型机床日本金沪大学从 3 维微小型零件加工的角度出发也研制了一台与微小零件相匹配的微型机床，这台微型机床可以放在光学显微镜下观察加工情况，最小进给分辨率可达 4nm。日本通产省工业技术院机械技术研究所研究了机床大幅度小型化的节能效果后认为：机床尺寸缩小为 1/10 时，车间动力消耗可减少到 1/100。韩国首尔国立大学的学者 Y.B.Bang 等人研制了一台五轴微型铣床，该铣床尺寸规格为 294mm220mm328mm，具有三个直线平台，二个旋转平台，主轴为空气涡轮主轴，并用此微型铣床加工了一些微型薄壁（厚度 25m，高 650m）和微立柱（30m30m320m），显示出了很好的加工性能。第二章 仪表铣床的总体布局2.1 仪表铣床的工作原理仪表铣床可在垂直的平面内进行 45 度的顺、逆时针调整；在 X、Y、Z 三方向机动进给；主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速，可靠。另外底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等的材料都通过高强度的材料铸造加工而成，然后经过人工时效处理处理之后保证了其长期的使用稳定性。仪表铣床的铣头可以在垂直平面内顺、逆回转调整正负 45 度，这样可以进一步拓展机床的加工范围；主轴轴承此处选为圆锥滚子轴承，承载的能力强，并且主轴采用转矩大，停止迅速、可靠的能耗制动形式。工作台的 X/Y/Z 方向上有手动、机动和机动快进三种运作方式，三种进给的速度能够充分满足不同的零件加工的要求；快速进给能够使工件快速的进入加工位置，使得加工方便、快捷，缩短非加工得时间。润滑装置可对丝杠及导轨部件进行强制性的润滑，这样一来就减小了机床的磨损，保证了机床的高效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴里喷出的冷却液的流量，以此来满足不同的零部件的加工需求。主轴变速机构安装在床身内其功用是将主电动机的额定转速通过齿轮变速变换成不同转速，已适应不同切削条件下铣削加工的需要。床身是机床的主体，用来安装和连接机床其他部位，床身正面有垂直导轨，可引导升降台上下移动，床身顶部有燕尾形水平导轨，用以安装悬梁并按需要引导悬梁水平移动。悬梁可沿床身顶部燕尾形导轨移动，并可按需要调节其伸出床身的长度，悬梁上可安装刀杆支架。主轴是一前端带锥度的空心轴，锥孔的锥度为 7：24，用来安装铣刀杆和铣刀。刀杆支架安装在悬梁上，用以支撑刀杆的外端增强刀杆的刚度。工作台用以安装需要的铣床夹具和工件，铣削时带动工件实现纵向进给运动。滑鞍在铣削时用来带动工件实现横向进给运动，在滑鞍与工作台之间设有回转台，可以使工作台在水平面内做45内的翻转。升降台用来支撑工作台和滑鞍，带动工作台上下移动进给变速机构用来调整和变换工作台的进给速度，以适应铣削的需要底座用来支持床身，承受铣床全部重量，存储切削液。2.2 铣床主传动系统的确定铣床的关键组成部分主传动系统，不仅承载着机床运动的核心功能，还具备了灵活的转速和变速能力。它能根据加工零件的不同材料、尺寸和精度要求，实现快速、准确的加工操作。同时，该系统还能轻松应对机床运动的启动、停止、变速、换向和制动等需求。为了满足现代加工行业对无级调速的追求，交流主轴电动机和直流主轴电动机成为主传动系统的优选动力源。它们能够精确控制转速，确保加工过程的高效与稳定。为了满足不同零件加工的需求，主传动系统主要采用了以下三种变速方式：（1）、主传动具有变速齿轮的这种变速方式在大中型机床中广泛应用，其原理是通过多对齿轮的逐级减速，有效增加输出扭矩，以满足主轴在切削过程中对扭矩的特定需求。同时，这种方式也被一些小型机床所采纳，以便在切削过程中获得足够的扭矩，确保加工的质量和效率。图2-1 主传动方式（2）、通过带传动的主传动在数控车床中，为了降低由齿轮传动带来的振动和噪声，我们通常会选择多楔带传动或同步齿形带传动作为主要的传动方式。这种传动方式因其稳定性和低噪音特性而备受青睐。（3）、由调速电机直接驱动的主传动对于立式铣床的主传动机制，一个流行的做法是将电动机直接与主轴相连，从而简化主轴和箱体结构，同时增强主轴部件的刚度。然而，这种直接连接方式可能导致主轴输出的扭矩相对较小，并且电动机的热量对主轴产生较大影响。近年来，内装电动机设计逐渐成为新的趋势。通过将电动机转子与主轴融为一体，不仅使得整体结构更加紧凑和轻便，还提高了机床的响应速度并有助于控制噪音。但与此同时，电动机运转时产生的热量可能导致主轴发生热变形，因此，如何有效管理温度并采取适当的冷却措施成为了重要议题。2.3 整体结构方案的分析对比1、方案一XJ6120 简易仪表铣床，如下图 2-2 所示。本机床适用机械行业的中小零件加工，特别适用于工夹模具制造和电机、汽摩配件、建筑、纺织等中小型零件的加工制造，对于批量较大的中小零配件的生产，更是优选之设备。采用了纵向进给的两种方式-手扳和丝杆进给，用户可根据不同的切削量，任意选用。选用时用户只需拨动工作台板下的-螺母离合手柄就可满足，从而简化了用户拆卸丝杆的麻烦。采用门式立柱，克服圆立柱难以锁定的弱点，从而使简易铣床获得加工精度较高产品的能力。床身采用台式，从而大大增加了床身的刚性强度。一机多用性能，配上一般通用工具，可完成铣钻镗绞刻度磨等加工。图 2-2 XJ6120 简易仪表铣床2、方案二XJ61 实用仪表铣床，其结构如下图 2-3 所示.本机床适用机械行业的中小零件加工，特别适用于工夹模具制造和电机、汽摩配件、建筑、纺织等中小型零件的加工制造，对于批量较大的中小零配件的生产，更是优选之设备。采用了纵向进给的两种方式：手扳和丝杠进给，用户可根据不同的切削量，任意选用。选用时用户只需拨动工作台板下的螺母离合手柄就可满足，从而简化了用户拆卸丝杠的麻烦。XJ61 刀杆上方增加了横梁，用于支撑刀杆，并在刀杆与支撑杆之间装上了轴套，从而大大增加了刀杆切削时的稳定性，保证 了产品的质量。一机多用性能，配上一般通用工具，可完成铣钻镗铰刻度磨等加工。增加了一个电机台板，用户只要安装上电机，就可根据需要进行加工。图 2-3 XJ61 实用仪表铣床3、方案三 X1514 型简易卧式铣床属于小型机械加工设备,适用于有色金属及塑料、有机玻璃，木头的锯断、铣槽、刻线等铣销保工，利用工作台的多方位回转，可以在任何位置上完成上述切削加工。该机小巧玲珑、外表美观、精度稳定、操作简便、应用广泛，其结构如下图 2-4 所示。主要由工作台、X 进给工作台、Y 进给工作台、Z 进给工作台、铣床架体、齿轮变速箱、刀架、带传动机构组成。图 2-4 X1514 仪表铣床通过对目前应用三种仪表铣床的结构特点、技术优势进行分析，可以发现每个品牌的在实际使用中都存在缺陷。其中 X1514 结构尺寸最小，产品加工样品小;XJ6120 简易仪表铣床最大产品可通直径 20MM、产品铣削等分数 2、3、4、6，铣刀轴最大可调高度 100MM。XJ61 实用仪表铣床工作台纵向行程 245 丝杠，可装刀具最大直径为 160mm；这种信息的反馈、收集、处理、整理及转化为制造信息，这些都需要制造者解决。根据本次设计目的，从经济性，从结构原理，本次设计主要用于工装模具的制造，因此选择 XJ61 实用仪表铣床为本次设计的机型。2.4 仪表铣床加工过程仪表铣床加工过程主要包括以下几个步骤：材料准备：选择适合加工仪表的材料，并确保其质量和性能符合设计要求。同时，对工件进行必要的预处理，如清洗、去毛刺等，以保证加工表面的光洁度和平整度。夹紧工件：将工件夹紧在铣床工作台上，确保工件在加工过程中不会移动或晃动，从而保证加工的精度和质量。选择刀具：根据工件的具体形状和加工要求，选择合适的刀具进行铣削。刀具的选择应考虑到切削力、切削速度、切削深度等因素，以保证加工的效率和质量。设定加工参数：根据工件材料和加工要求，设定好加工参数，包括切削速度、进给速度、切削深度等。这些参数的设定将直接影响加工效果，因此应根据实际情况进行调整和优化。进行铣削加工：当工件夹紧、刀具选择和加工参数设定都完成后，就可以开始进行铣削加工了。在加工过程中，需要密切关注加工状态，及时调整切削参数和刀具状态，以保证加工质量和效率。检验工件：在完成铣削加工后，需要对加工后的工件进行检验。检验内容包括尺寸、形状、表面粗糙度等，以确保工件符合设计要求。如果发现问题，应及时进行调整和修正。组装和调试：如果仪表需要组装，那么在组装过程中需要按照设计要求进行安装和调试，以确保仪表能够正常运行。同时，组装完成后需要进行全面的检验，包括静态和动态性能测试，以确保仪表满足设计要求。以上是仪表铣床加工的主要过程，不同的仪表和加工要求可能会有所不同，但总体流程是相似的第三章 主轴箱结构的设计3.1 铣床工作的受力分析3.1.1 切削载荷的计算铣床的主要切削工况为铣削，在不同的切削状态下，刀具的受力形式与大小是不相同的。在切削状态下，依据切削参数对刀具与被加工工件之间的切削力进行受力分析，等效为沿机床坐标方向的三向切削力。铣削的切削载荷计算常用有两种方法，即指数公式法和功率估算法。指数公式法的计算公式是基于大量的切削力实验数据而拟合出来的，根据切削条件和切削工件材料等因素不同，选择不同的系数进行修正，得到近似的切削载荷。功率估算法把电机功率中的有效成分分为主切削力和进给力所消耗的切削功率。忽略进给力所消耗的功率，将切削力功率看成电机功率的主要成分，以此求出主切削力。1）、指数公式法;主切削力：FcnyxFccKvfaCFFcFcFcp81.9背 向 力;FpnyxFppKvfaCFFpFpFpp81.9进 给 力：FfnyxFffKvfaCFFfFfFcp81.9公式中 ap、f、v 分别为切削深度、进给量和切削速度，Xe、Yc、nFe 分别为切削深度、进给量、转速的影响系数，CFc、KFe 均为修正参数。XF、Yc、npc和 CF 可按实际情况通过铣削指数公式法系数表查得。2）、功率估算法;DnipvPFrccc式中:i-传动比;n-电机计算转速;D-工件直径。由上式求得主切削力后，根据切削条件，可用以下关系式求得切削力合力、进给力和背向力。主切削力：cFF18.112.1背 向 力;cpFF4.03.0进 给 力：cfFF5.04.03.1.2 主轴受力分析正常工况下铣削力的计算：ccEnDPP4109552公式中:P-切削力(N);eP-电机的额定功率(kw);n-主传动系统的效率;cn-主轴的转速(r/min);cD-计算直径(mm)。对于铣床，cD=(0.50.6)Dmax，Dmax 为最大加工直径。本次设计中取eP=3kw，n=0.95，cD=50mm，铣刀旋转速度为：100350 n/min，钻孔深度最大 45 mm。将参数带入到上述公式计算可以得：NP1.163750350395.01095524可以将主轴的各段阶梯轴简化为五段简支梁，后端的一组轴承简化为一个弹簧，前端的两组轴承简化为两个弹簧。简化后的主轴力学模型如图 3-1 所示，图 3-1 主轴力学模型3.2 主轴的估算和验算主轴的估算和验算主轴事铣床的主要铣削部件其承受加工零部件所产生的主铣削力，因此为了保证铣床的运行的稳定性和加工的精度，主轴除了要满足强度要求外还要满足刚度要求。强度要求确保轴在重复载荷和扭转载荷下不会遭受疲劳破坏。设计的仪表铣床主传动系统精度较高，不允许有较大的变形。所以疲劳强度一般不是主要矛盾。除承受较大载荷外，无需校核轴的强度。刚度要求确保轴在载荷(弯曲、轴向、扭转)下不会产生过度变形(弯曲、不稳定、角度)。如果刚度不足，轴部件如齿轮、轴承等，由于轴变形过大或振动噪声过大，过热和过早磨损不能正常工作。因此，有必要确保传动轴具有足够的刚度。通常，从轴的扭转刚度估计轴的直径，然后根据受力情况、结构布置和相关尺寸绘制草图后校核弯曲刚度。1、传动轴直径的估算（1）传动轴最小轴径的初步计算本次设计的传动轴的材质为 45#钢查阅机械设计手册可知已知T=40MPa，0A=105 其中：mmnPAd9.253503105330 故传动轴的最小轴径要大于 25.9mm，根据驱动带轮的安装内径和该设备的具体设计需求本次设计的传动轴的最小直径为带轮的安装处 D=32mm。其结构如下图 3-2 所示：图 3-2 传动轴结构图3.3 传动轴的核验考虑的铣床整体设备运行的强度和稳定性故选用 45#合金钢并经调质处理。查课本表 10-1 得强度极限MPaB980，根据机械设计手册中表 15-1 可查得许用弯曲应力MPa601本次所设计的传动轴其仅受扭矩负载因此只对其进行扭矩强度的校核：TTTdnPWT32.09550000 公式中：P-轴的传递功率，Kwn-轴的转速，min/radd-轴的最小直径，mmTW轴的抗扭截面系数，3mm T-许用扭转切应力 MPa，查下表 3-1.表表 3-1 轴常用的几种材料的许用应力轴常用的几种材料的许用应力轴材料Q235、20Q275、35451Cr18NiTI40Cr、35SiMn、42SiMn T/MPa1525203525451525A1 4 9 1 2 61 3 5 1 1 21 2 6 1 0 31 4 8 1 2 5将参数带入到公式得：TTMPa99.15016.02.0350395500003所以传动轴设计合格。4.2.1 轴刚度的计算1、轴的弯曲变形的条件和允许值铣床的主轴的弯曲刚度验算主要是针对轴上的齿轮和轴承处的挠度 y 和倾角进行的。各类轴的挠度 y 和装齿轮和轴承处的倾角，应小于弯曲刚度的许用值Y和值，即：yY;2、轴的力分解和变形合成对于轴在复杂力作用下的变形问题，可将力分解为三个垂直面上的分力，然后利用弯曲变形公式求解所需截面在两个垂直面上的挠度和倾角，最后进行叠加。同一平面上的挠度和倾斜角可以进行代数叠加，而在两个垂直平面上，则需要根据几何矢量进行综合。最后，可以得到截面的总挠度和倾斜角。如果轴的直径差不大且计算精度不高，则可将轴视为等径轴，并采用平均直径。3、危险工作条件的判断在对变速箱轴进行刚度校核时，应考虑各种工况下的可能。为保证验算的准确性，应选择最危险的工况进行验算。一般来说，最危险的工况是轴的计算转速低和位于轴中心的传动齿轮直径小。在这种情况下，轴上的力将导致总变形的增加。如果难以确定哪些工作条件是最危险的，可以对每种工作条件分别进行计算。Y，求最大弯曲变形值。3.4 提高轴刚度的一些措施传动轴的刚度的提高的方法措施有很多最常用的有增大传动轴的直径、减小传动轴的跨度或增加第三支等，这几种措施虽然有一定的效果但都有一定的局限性和缺陷，如销齿轮体厚度的限制，导致传动轴结构复杂等。因此，应优先考虑通过合理的设计和布置来改善应力状态。从而在不改变轴的基本形式和不增加轴直径的情况下提高轴的刚度。有时为了提高轴的刚度，选择增加固定传动齿轮的数量，增加轴的数量，以保证中间轴的长度不太长，从而改善传动方案的受力状态。这种方法可以在不改变轴的基本形式和增加轴直径的情况下提高轴的刚度。第四章 进给机构的设计4.1 X/Z 轴进给机构的设计本次设计的 X/Z 轴的进给机构采用的设计丝杠传动进给方式。滚珠丝杠副的精度等级：滚珠丝杠副的精度，按国标 GB/T17587.3-1998,分为七个等级，即 1、2、3、4、5、7、10 级,1 级精度最高，依次降低。立式铣床的工作精度：不平度0.04/300，平行度 0.04/300，垂直度 0.04/300（毫米/毫米长度），表面粗糙度2.5m。选用 4 级精度的滚珠丝杠。滚珠丝杠的行程公差如表 4-1 所示：表表 4-1 滚珠丝杠的行程公差滚珠丝杠的行程公差项目符号有效行程L（mm）精度等级 4m50015目标行程差pe4501249013行程变动差mpV44012任意 300mm 内行程变量300 pV162弧度内行程变动量2pV71、滚珠丝杠的导程 Ph的确定：maxmaxhvPin 本次设计的丝杠机构最大直线速度为 vmax=0.5m/min，本次设计的丝杠机构采用的是手动调整的的方式，丝杠与调整手轮直接相连因此其传动比为：i=1，人手摇动因此丝杠的最大转速为 nmax=100r/min，将各个参数带入到公式上式得：005.010015.0hp2、最大工作载荷 Fm的计算进给机构最大载荷是对零部件进行加工时产生的铣削力，根据之前计算可知NP1.163750350395.010955243、最大动载荷 FQ的计算取滚珠丝杠的使用寿命 T=20000h，代入 L0=60nT/106，得丝杠寿命系数L0=4200。30amWHmCL f f F （6-4）公式中：L0滚珠丝杠副的寿命，单位（106r）。L0=60nT/106，（其中 T 为使用寿命，普通机械取 T=500010000h，数控机床及一般机电设备取 T=15000h；n 为丝杠每分钟转速）；fW载荷系数，由表 4-2 查得。fH硬度系数（58HRC 时，取 1.0；等于 55HRC 时，取 1.11；等于 52.5HRC时，取 1.35；等于 50HRC 时，取 1.56；等于 45HRC 时，取 2.40）；Fm滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为 N。表 4-2 滚珠丝杠载荷系数表 4-2 滚珠丝杠载荷系数运转状态运转状态载荷系数 f载荷系数 fW W平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.21.5较大冲击或振动1.52.5根据之前计算可得本次设计的进给机构的最大载荷为 1637.1N，属于较大冲击或振动的运转状态，因此载荷系数 fw=1.0，滚道硬度为 60HRC 时，取硬度系数fH=1.0，代入上式得：1.16370.15.250003amC69986N4、估算丝杠变形量和最小螺纹底径估算丝杠允许的最大轴向变形量可根据以下公式(1/31/4)m定位精度本次设计调整的直线度 0.2/1000，行程为 4200mm，所以定位精度为 10m，根据以上公式计算：为了保证丝杠的传动精度，本次设计取=3。估算最小螺纹底径。取两端支承的支承形式000mm10100.039zzmF LF LdE （1.11.2）行程+（1014）=150mm公式中：F0为摩擦力F0=Fm=352.8N。公式中：为摩擦系数Fm为最大载荷将数据代入公式中可以得到 d0m=17.105mm，取整数值为 20mm4.2 Y 轴进给机构的设计为了便于人工操作和调整，该机构的传动选装为齿轮和齿条4.2.1 齿轮材料的选择 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定齿轮材料为 20GrMnTi，表面渗碳淬火处理，表面硬度为 57 61HRC。试验齿轮齿面接触疲劳极限limH=1591Mpa。试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮limF=485Mpa。齿轮limF=4850.7Mpa=339.5Mpa(对称载荷)。齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为 8 级。4.2.2 齿轮参数的计算1、齿轮模数m首先计算中间齿轮分度圆直径：3lim21a1duukkkTKHdHHPAtd公式中：u一齿数比为：36.31447AK一使用系数为 1.25；tdK一算式系数为 768；HK一综合系数为 2；1T一齿传递的转矩，上述计算为 1178.26N.m。齿轮齿条传动效率，取=0.98d齿宽系数暂取adb=0.5limH=1591Mpa将参数带入到上述公式得：3lim21a1duukkkTKHdHHPAtd32a76.1)136.3(15915.06.115.125.11.1637768d =132.7mm模数:m=923.1697.132aazd公式中：az齿轮的齿数，本次取值为69az取:m=22、按齿面接触强度设计根据计算公式1td2.92322215.01HERRZKT 公式中：2KT-为试选载荷系数，取值为tK=4。R-为齿宽系数，查阅机械设计手册中表 10-7 选取齿宽系数为R=31，d=1EZ-为材料的弹性影响系数，本次设计的齿轮的材料为 20GrMnTi，查阅机械设计手册表 10-6 其取值EZ=189.8MPaH-为接触疲劳强度极限，查阅机械设计手册取值为H=600MPaHN1K-为接触疲劳寿命系数，根据机械设计手册可查取 HN1K=1.0081H-接触疲劳许用应力：（1）接触疲劳许用应力的计算 1H=SKHHNlim11=1.008600MPa=604.8MPa 2、齿轮分度圆直径 d根据圆柱齿轮分度圆计算公式：d=mz公式中：m-为齿轮的模数，根据计算可知 m=2 z-为各级齿轮的齿数，69az,。将参数代入上式可得各级齿轮的分度圆为：ad=269=138mm3、齿顶圆直径ad齿顶高ah=1：aad=aad+2ah=138+2=140mm4、齿根圆直径fd齿根高fh=（*ah+*c）m=1.252=2.5fad=aad-fh=138-2.5=136.5mm5、齿宽 b根据安装设计需要取;mmb206、中心距 a对于不变位或高变位的啮合传动，因其节圆与分度圆相重合，则啮合齿轮副的中心距为：1aga=m/2az+bz)=2/269=69mm第五章 夹紧机构的设计5.1 夹紧轴的设计仪表铣床夹紧轴是铣床中用于夹紧工件的重要部件，其主要作用是通过夹持机构将工件牢固地固定在加工位置上，以确保在铣削加工过程中工件不会移动或振动，从而保证加工精度和稳定性。夹紧轴通常由夹紧元件、驱动装置和控制系统等部分组成。夹紧元件是与工件直接接触的部分，其设计取决于工件的形状和尺寸。驱动装置则用于提供夹紧力，可能是机械式的、液压式的、气动式的或电磁式的。控制系统则用于控制夹紧轴的动作和夹紧力的大小。在仪表铣床中，夹紧轴需要满足一些基本要求，如：1、夹紧力要足够大，以确保工件在加工过程中不会移动或振动。2、夹紧元件的精度要高，以保证工件的定位精度和加工精度。3、夹紧轴的操作要方便、快捷，以提高工作效率。4、夹紧轴的结构要稳定、可靠，以确保在长时间的工作中不会出现故障。此外，在选择和使用仪表铣床夹紧轴时，还需要注意以下几点：1、根据工件的形状和尺寸选择合适的夹紧元件，以确保工件能够被牢固地夹紧。2、定期检查夹紧轴的夹紧力和精度，确保其处于良好的工作状态。3、在加工过程中，避免过度夹紧工件，以免导致工件变形或损坏。4、在更换或调整夹紧轴时，应按照操作规程进行，以确保其正确安装和使用。总之，仪表铣床夹紧轴是铣床中非常重要的部件之一，其性能的好坏直接影响到加工精度和稳定性。因此，在选择和使用时，需要认真对待，并遵循相关的操作规程和注意事项5.1.1 夹紧主轴的估算和验算1、夹紧轴直径的估算（1）夹紧轴最小轴径的初步计算本次设计的传动轴的材质为 45#钢查阅机械设计手册可知已知T=40MPa，0A=105，本次设计的夹紧轴采用的是空心轴结构，对于空心轴最小轴径的计算如下所示：340)1(5TTAd 公式中：为空心轴的内径与外径之比，通常取=0.50.6 T铣床的切削力,根据之前计算可知 NT1.1637将参数带入到上面的公式可得：mmd1.6)5.01(10401.16375051346 故传动轴的最小轴径要大于 6.1mm，根据夹紧箱和夹紧轴支撑支撑的安装内径和该设备的具体设计需求本次设计的夹紧轴的最小直径 D=24mm。其结构如下图 5-1 所示：图 5-1 夹紧轴结构图5.2 夹紧轴的核验考虑的铣床整体设备运行的强度和稳定性故选用 45#合金钢并经调质处理。查课本表 10-1 得强度极限MPaB980，根据机械设计手册中表 15-1 可查得许用弯曲应力MPa601本次所设计的夹紧轴主要是受到对零部件进行加工时产生的扭矩负载因此只对其进行扭矩强度的校核：TTTdnPWT32.09550000 公式中：P-轴的传递功率，Kwn-轴的转速，min/radd-轴的最小直径，mmTW轴的抗扭截面系数，3mm T-许用扭转切应力 MPa，查下表 3-1.表表 5-1 轴常用的几种材料的许用应力轴常用的几种材料的许用应力轴材料Q235、20Q275、35451Cr18NiTI40Cr、35SiMn、42SiMn T/MPa1525203525451525A1 4 9 1 2 61 3 5 1 1 21 2 6 1 0 31 4 8 1 2 5将参数带入到公式得：TTMPa03.180061.02.0350395500003所以传动轴设计合格。5.3 夹紧轴箱的设计本次设计的夹紧轴箱采用的是 HT200 灰铸铁铸造而成，根据主轴的结构和轴承的的安装方式本次设计的主轴箱的结构如下图 5-2 所示：图 5-3 夹紧箱结构图总 结 在本文中，我们深入探讨了仪表铣床的工作原理、技术特性、应用领域以及未来发展趋势。通过对仪表铣床的多维度分析，我们旨在为读者提供一个全面而深入的理解，并为相关领域的进一步发展提供理论支持和实践指导。仪表铣床的工作原理：本文首先介绍了仪表铣床的基本工作原理，包括其切削过程、运动方式以及控制系统。通过对这些基础知识的阐述，我们为后续的深入分析奠定了坚实的基础。接着对仪表铣床的技术特性进行了详细的分析。这包括其加工精度、加工效率、材料适应性以及设备稳定性等方面。通过与其他类型机床的对比，我们凸显了仪表铣床在特定领域的优势。在了解了仪表铣床的技术特性后，我们进一步探讨了其在实际应用中的广泛性。从精密零件加工到模具制造，从航空航天到汽车电子，仪表铣床都发挥着不可或缺的作用。通过具体案例的分析，我们展示了仪表铣床在各个领域中的实际应用价值。仪表铣床作为一种高精度、高效率的机床设备，在制造业中具有重要的地位和作用。其独特的技术特性和广泛的应用领域使得它在现代工业生产中不可或缺随着科技的不断进步和市场需求的不断变化，仪表铣床正朝着智能化、绿色化、高效化的方向发展。这将进一步提高其加工精度和效率，降低生产成本和能耗，为制造业的可持续发展提供有力支持。本文的研究不仅有助于我们更深入地了解仪表铣床的工作原理、技术特性和应用领域，还为我们提供了未来发展方向的参考和借鉴。通过本文的研究，我们可以为相关领域的进一步发展提供理论支持和实践指导，促进制造业的技术进步和产业升级。展望未来，我们将继续关注仪表铣床的最新发展动态和技术趋势，并结合实际应用需求进行深入研究。我们希望通过不断的努力和探索，为制造业的发展贡献更多的智慧和力量。致 谢在完成这篇关于仪表铣床的论文之际，我深感有许多人需要感谢。他们的帮助、支持和指导使我能够顺利完成这一项目，并在此过程中获得了宝贵的经验和识。首先，我要感谢我的导师。在论文的选题、研究、撰写和修改过程中，导师始终给予我耐心而细致的指导。他们的专业知识和严谨的学术态度，对我影响深远，让我更加深刻地认识到学术研究的价值和意义。其次，我要感谢我的同学和朋友们。在论文的撰写过程中，我们相互鼓励、相互支持，共同度过了许多艰难的时刻。他们的陪伴和帮助让我感受到了团队的温暖和力量，也让我更加珍惜这段美好的时光。此外，我还要感谢学校图书馆的工作人员。他们为我提供了丰富的学术资源和便捷的查询服务，让我在论文撰写过程中能够顺利获取所需的资料和信息。最后，我要感谢我的家人。他们的无私奉献和坚定支持，让我在求学和研究的道路上无所畏惧。他们是我最坚实的后盾，也是我不断前进的动力源泉。在此，我再