Z3040机械系统设计课程设计解读.docx

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Z3040机械系统设计课程设计解读

一．概述……………………………………………………………………3

1.1摇臂钻床简介……………………………………………………3

1.2摇臂钻床的主要结构……………………………………………3

1.3运动形式…………………………………………………………3

1.4摇臂钻床安全操作规程…………………………………………4

1.5Z3040型摇臂钻床总体结构图及使用要求……………………5

1.6Z3040摇臂钻床运动功能原理图及传动原理图………………6

1.7Z3040摇臂钻床适用范围及主要技术参数……………………7

二.课程设计的目的…………………………………………………………9

三.课程设计题目，主要设计参数和技术要求……………………………9

3.1课程设计题目和主要技术参数…………………………………9

3.2技术要求…………………………………………………………9

四.运动设计………………………………………………………………10

4.1运动参数及转速图的确定………………………………………10

4.1.1按典型工序，最高最低转速的确定……………………..10

4.1.2根据nmax、nmin、dmax、dmin等值，初步确定钻削速度范围………………………………………………………………………………10

4.1.3计算主切削力、切削功率和初步估计电机功率…………11

4.1.4转速范围……………………………………………………11

4.1.5转速数列……………………………………………………12

4.1.6定传动组数…………………………………………………12

4.1.7写传动结构式，画结构图…………………………………12

4.1.8转速图………………………………………………………13

4.1.9传动系统图…………………………………………………14

4.2齿轮模数初步估算…………………………………………………14

4.2.1模数计算……………………………………………………14

4.2.2齿轮齿数的确定……………………………………………15

4.3基本组齿轮计算……………………………………………………16

4.4齿轮模数的确定……………………………………………………17

4.5齿轮模数的验算……………………………………………………19

4.6主轴转速误差………………………………………………………21

五.动力计算…………………………………………………………………25

5.1计算转速计算………………………………………………………25

5.2扩大组齿轮计算……………………………………………………26

5.3传动轴最小轴径的确定……………………………………………28

六.主要零部件的选择………………………………………………………31

6.1摆动式操纵机构的设计……………………………………………31

6.2电动机的选择……………………………………………………31

七.校核……………………………………………………………………32

7.1组轴组件刚度的验算……………………………………………32

7.1.1主轴弯曲刚度的验算………………………………………33

7.1.2主轴扭转度的验算…………………………………………33

7.2Ⅱ轴组件的刚度验算……………………………………………33

7.2.1Ⅱ轴刚度校核………………………………………………34

7.2.2Ⅱ轴扭转的校核……………………………………………34

7.3轴承寿命校核……………………………………………………34

八．结论与致谢………………………………………………………………35

九．参考文献……………………………………………………………….36

一．概述

1.1摇臂钻床简介

摇臂钻床,也可以称为横臂钻。

主轴箱可在摇臂上左右移动，并随摇臂绕立柱回转±180º的钻床（见图）。

摇臂还可沿外柱上下升降，以适应加工不同高度的工件。

较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。

摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。

摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。

摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。

滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船，机械加工，等行业。

万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。

此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。

1.2摇臂钻床的主要结构及主要特点

摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。

　内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。

摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。

由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。

主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。

主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。

液压摇臂钻主要特点：

1．采用液压预选变速机构，可节省辅助时间　

　　2．主轴正反转、停车（制动）、变速、空挡等动作，用一个手柄控制，操纵轻便

　　3．主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构，夹紧可靠　

　　4．摇臂上导轨、主轴套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命　

5．主轴箱的移动除手动外，还能机动　

　6．有完善的安全保护装置和外柱防护及自动润滑装置

1.3运动形式

当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。

钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：

（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动

（2）进给运动为主轴的纵向进给

（3）辅助运动有：

摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

设计机床得主传动变速系统时首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。

根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。

从主传动系统结构网入手，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。

本说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。

在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。

1.4摇臂钻床安全操作规程

 1．工作前对所用钻床和工卡量进行全面检查，确认无误时方可工作。

2．严禁戴手套操作，女生发辫应挽在帽子内。

3．工件装夹必须牢固可靠。

钻小件时，应用工具夹持，不准用手拿着钻。

4．使用自动走刀时，要选好进给速度，调整好行程限位块。

手动进刀时，一般按照逐渐增压和逐渐减压原则进行，以免用必过猛造成事故。

5.调整钻床速度、行程、装夹工具和工件时，以及擦试机床时，要停车进行。

6．钻头上绕有长铁屑时，要停车清除。

禁止用风吹、用手拉，要用刷子或铁钩清除。

7．精铰深孔时，拔取圆器和销棒，不可用力过猛，以免手撞在刀具上。

8．不准在旋转的刀具下，翻转、卡压或测量工件。

手不准触摸旋转的刀具。

9．使用摇臂钻时，横臂回转范围内不准有障碍物。

工作前，横臂必须卡紧。

10．横臂和工作台上不准存放物件，被加工件必须按规定卡紧，以防工件移位造成重大人身伤害事故和设备事故。

11．工作结束时，将横臂降到最低位置，主轴箱靠近立柱，并且都要卡紧。

1.5Z3040型摇臂钻床总体结构图及使用要求

本文设计的是Z3040型摇臂钻床的变速箱，Z3040摇臂钻床总体结构图等及注意要求如下：

一ZQ3040摇臂钻床在使用过程中，应按说明说的各项规定进行润滑，滤油网要定期清洗，保持油液的清洁。

    二、ZQ3040摇臂钻床摇臂和立柱的导轨应经常保持清洁，要经常注油，保持有油，以免研伤。

    三、ZQ3040摇臂钻床要保持工作台、底座上的清洁，及时将铁屑清理干净，清理铁屑时勿用手直接抓取，以免伤手。

    四、冷却液每月要更换一次，保持清洁，冷却液中沉淀在冷却箱入口处的铁屑等杂志每天都要处理。

    五、ZQ3040摇臂钻床主轴锥孔在装入刀具前擦拭干净。

    六、电器设备的保养：

电器设备必须保持清洁，为此，必须定期清除灰尘、赃物和油垢等，灰尘的清除可用压缩空气吹除。

线圈不许用煤油、汽油等清洗。

电动机每用一年，要检查和清理轴承，检查换油至少每年一次。

电机轴承用含动物油钙皂及矿物油的润滑脂。

所有触头应仔细清除其上的污物，磨损触头的必须更换新件，不允许接触器上有油，烧损或氧化的接触点，应用细锉刀轻轻恢复

1.6Z3040摇臂钻床运动功能原理图及传动原理图

摇臂钻床钻削加工的传动原理

1.7Z3040摇臂钻床适用范围及主要技术参数

该机床适用于加工中、小型零件。

它可以进行钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等工作。

装置其他工艺装备时，还可以进行镗孔。

该机床主轴转速和进给量变换时采用液压预选变速机构；主轴箱、摇臂、内外立柱夹紧是采用液压-菱形块夹紧机构，夹紧力大，夹紧前后主轴偏心量小；摇臂升降有保险螺母和电器保险机构，进给有钢珠安全离合器等保护装置。

主要技术参数

最大钻孔直径40毫米

主轴中心线到立柱母线距离350---1250毫米

主轴箱水平移动距离900毫米

主轴端面到底座面间距离350---1250毫米

摇臂升降距离600毫米

摇臂升降速度1.2米/分

摇臂回转角度360度

主轴前端孔锥度莫氏4号

主轴转速范围（16级）25---2000转/分

进给量范围（16级）0.04---3.2毫米/转

主轴行程315毫米

刻度盘每转钻孔深度122.5毫米

主轴允许最大扭矩40公斤力*米

主轴允许最大进给抗力1600公斤力

主电机

功率3千瓦

转速1430转/分

摇臂升降电机

功率1.1千瓦

转速1500转/分

液压系统用电机

功率0.6千瓦

转速1500转/分

冷却泵电机

功率0.125千瓦

转速3000转/分

机床重量3200公斤

机床外形尺寸2170*1013*2625毫米

二．课程设计目的

《机械系统设计》课程设计是在学生学完机械系统设计及其它先行课程之后进行的实践性教学环节，即进行一次学习设计的综合性练习。

是我校机械设计及其自动化品牌专业高级应用型工程技术人才培养的重要环节，使学生能够运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的有关理论知识，及生产实习等实践技能，达到巩固、加深和拓展所学知识的目的。

通过典型机械系统如通用机床的主轴变速传动系统的计算与设计、或者是通过数控机床进给传动系统的选型与设计，使学生在拟定传动结构方案、结构设计，和数字控制等先进制造技术，以及设计计算说明书等技术文件编写等方面的基本技能和实际运用能力得到比较系统的训练。

通过设计，掌握查阅相关工程设计手册、设计标准和资料的方法，达到积累设计知识和设计技巧，提高学生设计能力的目的。

通过设计，使学生获得机械系统基本