小型铸件粗加工专业龙门铣设计毕业设计.docx
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小型铸件粗加工专业龙门铣设计毕业设计
丽水学院
毕业设计（论文）
（2013届）
题目小型铸件粗加工专业龙门铣设计
指导教师
院别
班级
学号0
姓名
二〇一三年五月二十一日
小型铸件粗加工专用龙门铣设计
机械设计制造及其自动化机自091廖鹏超指导教师叶晓平
摘要
本课题为解决机械粗加工时，生产效率跟机床寿命之间的矛盾。
根据生产效率的要求，我们把原来有的普通龙门铣床简化结构，使其在满足加工要求的情况下，尽可能的增加切削量和进给速度，在很大程度上来缩短毛胚机械粗加工的时间，同时也保证了机床的使用寿命，尽可能的减少机床导轨的磨损和变形。
综合运用所学的基本理论，基本知识和相关的机械设计专业知识，拟定小型龙门铣的总体方案，解决加工难题。
并绘制总装图和必要的零件图。
关键词：
龙门铣
Specialgantrymillingsmallcastroughdesign
Abstract
Toaddressthisissuemechanicalroughing,theproductionefficiencywiththecontradictionbetweenthetoollife.Accordingtotherequirementsofefficiency,wehadsomegeneralmillingmachinesimplifiedstructure,tomeettheprocessingrequirementsinthecaseasfaraspossibletheZengjiacuttingVolumeandthefeedratetoshortenthehairinLargelyroughingtheembryoJixietime,butalsoensuretheservicelifeofmachinetools,machinetoolsaspossibletoreducerailwearanddeformation.
Integrateduseofthebasictheory,basicknowledgeandexpertiserelatedtomechanicaldesign,developsmall-scalegantrymillingoftheoverallprogramtoaddresstheprocessingproblems.Anddrawthenecessarypartsassemblydiagramsandplans.
Keywords:
gantrymilling
第一章绪论2
1.1研究动机与目的2
1.2课题主要研究内容3
第二章微型龙门铣设计方向及达到的效果4
2.1龙门铣的设计标准及加工零件范围4
2.2本章小结4
第三章微型龙门铣零部件设计及其他相关参数5
3.1机床底座5
3.2工作台底座5
3.3工作台6
3.4立柱7
3.5滑动横梁8
3.6主轴相关参数设计及主轴选用9
3.7其他机构相关设计15
3.8本章小结17
第四章结论与展望18
致谢19
参考文献20
第一章绪论
1.1课题研究目的
科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程的改进是实现上述要求的最重要措施之一。
它不仅能够提高产品的质量和生产效率，降低生产成本，还能够大大性改善工人的劳动条件。
许多生产企业（例如汽车，拖拉机，家用电器等制造厂）已经采用了自动机床，组合机床和专用自动生产线。
导轨是机床的基础件，其性能的对机床的整体性能有较大的影响。
在毛胚粗加工的时候，很多机床都不能用大切削量和大进给量，因为大的切削和大的进给会直接影响机床的整体精度，尤其是对铸件的断续切削，对机床的导轨和主轴的精度都是一种严厉的考验。
现在的铣床还是以其精度来作为衡量它的标准，一台铣床一旦失去了它应有的精度，也就意味着失去它应有的价值。
虽然很多时候，一些重型的铣床，例如北京1号万能铣床，龙门铣床等，可以满足粗加工时的各种要求，但是，这些机床的价格很高，而且如果用作中小件的毛胚件加工的话，这些机床就有些杀鸡用牛刀的味道了——不合算！
而且，许多低层次的企业，做的是薄利的毛胚粗加工，那么去购买这些重型机床是不现实的，进而购买的都是些像杭州铣床厂产的XQ6225这种机型的万能铣床。
相对于别的机床来说，这些机床性价比较高，而且这种机床生产时间相对于别的而言要长很多，是比较成熟的一种机型。
那么一旦长期进行断续的大刀量的机加工时，这些机床不论是导轨，还是主轴头，都会出现严重的磨损和变形。
小的磨损和变形可以进行适当的修复，一旦到了不能修复的地步，那么这台机床就失去了它应有的价值了。
怎样去解决既要保证加工效率又要保证机床使用寿命呢？
一，不减少加工时的进给量和背吃刀量；二，要有足够的刚度和强度，保证机器运行时的平稳；三，保证机器运行时的功率够大；四，降低机床产成本，简化机床多余功能。
1.2研究主要内容
普通龙门铣由立柱和顶梁构成门式框架。
横梁可沿两立柱导轨区别在于它横梁和立柱上装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，外形与龙门刨床相似。
并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动不是主运动，而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动。
由于其框式结构的稳定性，时其在进行大进给量大背吃刀量的切削运动时，显得十分扎实和平稳。
在市场上出现的龙门铣床都是比较大型的，适用的加工对象也是比较大件的导轨，平面，端面等等。
而对于一些小型的铸件加工时，显得很不方便。
而微型龙门铣正好弥补了这个领域的空白。
很多时候，在粗加工一些小的毛胚铸件时，并不需要太多的变速要求，也不需要复杂的角度变化，只需要切削时的功率大，运行时平稳，切出来的面平整，加工速度快，生产效率能提高就行。
而微型龙门铣正是出于这个目的而设立。
第二章微型龙门铣设计方向及达到效果
2.1设计标准及加工零件范围
1.微型龙门铣采用类似于大型龙门铣的门式框架，由机床底座，工作台底座，工作台，立柱，横梁和移动横梁等组成。
为了简化其导轨的复杂性，一律采用相对应要求的直线滚动导轨来代替各种滑动组合导轨。
一则简化了加工时的难度；二则，降低了生产时的成本；三则，容易更换和维护；四则，可长期性的使用机架。
2.微型龙门铣必须简化普通龙门铣的铣头。
很多龙门铣都配备的是动力头，带变速功能，成本大，使用性能好，使用范围广。
然而对于一些相对于比较单一的零件加工时，并不需要这些优点。
于是，微型龙门铣去掉了其繁琐的齿轮箱结构，铣头直接由轴和轴承构成，主轴箱不具备了变速结构。
这样有一个好处，虽然速度相对而言比较单一了，但是主轴的结构更加稳固，使用寿命也更加的长。
而变速采用的是2档皮带轮变速。
不仅降低了生产成本，还减轻了主轴头的重量，使切削时的负荷可以降低。
3.进给系统中应该去掉普通龙门铣的变频电机加变速箱走刀，采用手动加减档的机动设施，因为机身比较小，加工工件也比较轻，或者说工作台移动比较轻松，能降低生产成本.
4.微型龙门铣应改掉普通龙门铣很长的工作台，使其工作台长度降为跟机身相适应的长度。
这也意味着如果想像普通龙门铣加工侧面或者说两面同时加工时造成一定的不便。
5.微型龙门铣是针对于粗加工毛胚铸件设计的，不适宜精加工。
适于一些细长型的平板等零件加工，例如动导轨下的压板，和导轨贴合的镶板，一些细长的平面尺等。
机床的具体信息为，电机功率2.2kw，主轴内孔为4号莫氏锥度，使用盘形铣刀加工平面。
机床总高为1560mm,总长为1600mm，总宽为1000mm
机床加工工件尺寸：
长≤900mm，宽≤400mm，高≤195mm
2.2本章小结
通过以上设计使微型龙门铣在降低成本的情况下，提高工作效率，能更好的加工小型零件。
第三章微型龙门铣零部件设计及其他相关参数
3.1机床底座
机床底座用HT200通过砂型铸造制得，HT250主要用于承受较大的弯曲应力（3*107Pa），摩擦面间压强大于5*105Pa的铸件。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。
为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。
涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。
因此采用砂型铸造机床底座。
也在一定程度上降低了生产成本。
而工作台的结构为长方体台状，基本长度为1600mm，宽度为1000mm，高度。
为500mm。
此结构设计一是为了有较大的质量，能是能使机床工作时相对平稳可靠，其次是四角结构对机床安放要求低，简化机床水平调整的时间。
图3-1底板
3.2工作台底座
工作台底座采用HT200砂型铸造而成，HT150流动性好。
用于承受中等弯曲应力（约为107Pa），摩擦面间压强大于5*105Pa的铸件。
工作台的结构为长方形，基本长度为1400mm，宽度为500mm，高度为200mm。
工作台底座与机床底座用简单的螺丝螺母连接。
主要考虑是为了拆装和安装的方便，以及更改结构时的方便。
工作台底座的两边采用传统式的滑动组合导轨，两个方导轨组合，在长期使用过程中，容易磨损，尤其是加工铸铁工件，铁末飞进导轨之后，对导轨的磨损会大大的加剧，从而影响到导轨的精度，减少机床的使用寿命。
而现在解决的办法就是在磨损之后采用贴塑导轨贴上去修补。
采用贴塑导轨的好处有以下几点：
1，安装方便，运动平稳，不会出现滑动导轨的一些爬坡等问题；2，贴塑导轨价格便宜，购买方便，一旦精度达不到要求或者磨损严重了之后，可以及时的更换；3，滑动导轨一旦严重磨损之后就不能再使用连体的机架了，而贴塑导轨可以弥补这个漏洞，使机架使用寿命更长。
图3-2.1导轨剖面
H:
25B:
40～100B1:
16,20
A:
180～500h:
16h1：
24.5b：
8
图3-2.2工作台底座
3.3工作台
工作台也用HT200浇注。
工作台具有较大的台面，主要考虑是一次装夹多个小型的零件，然后一次加工完成，能有效的提高生产效率。
工作台的台面采用的是与XQ6225万能铣床的工作台面相似的结构，只是工作台取消了蓄水的功能，也就意味着加工时的冷却液不能像XQ6225一样，能顺着下水管流回冷却液池。
T形槽的尺寸与XQ6225万能铣床的工作台的尺寸一样，方便各种铣床夹具的通用。
工作台底部留有两个平整的平面，是用于安装直线导轨的滑块。
这两个导轨和平面平行，保证工件加工之后的平面度与垂直度。
由于采用的是GGB30AAL四方向等载荷型滚动直线导轨，所以工作台本身并不具备导轨，于是对于工作台的加工就变得非常的简单和方便，在一定程度上也大大降低了龙门铣床的生产成本和使用价值。
图3-3工作台简图
3.4立柱
同样，立柱也是通过铸造工艺加工而成的，立柱的整体结构于普通龙门铣床类似，只是在立柱上的本来的燕尾型导轨被取消了，同样是为了降低生产成本于简化加工过程，同时也为了时立柱使用寿命增加。
立柱上所使用的也是方型滑动导轨副。
由于该导轨的额定力矩至少都大于560（N.m）额定静载达到45.8KN
。
立柱的基本长度为1000mm，宽度为150mm，采用螺丝于导轨底座相连，形成框式构架。
立柱上装有丝杠，于滑动横梁上的螺母形成丝杠螺母机构，以实现滑动横梁的上下移动，从而可以使铣头能够实现进刀，以及一些台阶面的加工。
图3-4.1左立柱简图
图3-4.2右立柱简图
3.5滑动横梁
滑动横梁主要是给铣头一个支撑，可以令铣头上下左右在一定范围内移动，可以加工一定的区域，时加工的范围扩大，同时也增加了台阶加工等功能。
滑动横梁是与装在立柱上的直线导轨滑块相连，在滑动横梁上装有燕尾型导轨用于安装铣头。
横梁上也装有丝杠，与铣头的螺母形成丝杠螺母机构，以实现铣头左右的移动。
从而可以实现加工多个平面。
图3-5滑动横梁简图
3.6主轴的相关参数设计及轴承选用
主轴电机选用的是功率2.2Kw，，Y系列（IP44）三相异步电动机（机座号132s），电机带底脚，端盖上无凸缘的。
选用的依据主要是参照XQ6225万能回转头铣床的主轴电机，由于它的主轴电机选用的是2.2kw的功率，所以该龙门铣也选用2.2kw功率的主轴电机。
因为不需要过多的变速装置，所以铣头最主要的主轴就以最简单的结构而设计。
主轴轴承选用的圆锥滚子轴承。
根据机械设计手册描述：
受径向和轴向联合作用的轴，多采用角接触轴承面对面或背对背排列组成两端固定支撑。
可以在安装或检修时，通过调整某个轴承套圈的轴向位置，使轴承达到所要求的游隙或预紧量。
现在选用的是背对背的方式排列，出现三种形式：
（如图a，b，c）
a
b
c
现在选用两个33212圆锥滚子轴承。
该种轴承的基本信息：
图3-6.1轴承代号|30000型:
33212
基本尺寸/mm|d:
60
基本尺寸/mm|D:
110
基本尺寸/mm|T:
38
基本尺寸/mm|B:
38
基本尺寸/mm|C:
29
安装尺寸/mm|da（min）:
69
安装尺寸/mm|db（max）:
69
安装尺寸/mm|Da（min）:
93
安装尺寸/mm|Da（max）:
101
安装尺寸/mm|Db（min）:
105
安装尺寸/mm|a1（min）:
6
安装尺寸/mm|a2（min）:
9
安装尺寸/mm|ra（max）:
2
安装尺寸/mm|rb（max）:
1.5
其他尺寸/mm|a≈:
27.5
其他尺寸/mm|r（min）:
2
其他尺寸/mm|r1（min）:
1.5
计算系数|e:
0.4
计算系数|Y:
1.5
计算系数|Y0:
0.8
基本额定载荷/kN|Cr:
165
基本额定载荷/kN|C0r:
230
极限转速/（r/min）|脂:
3600
极限转速/（r/min）|油:
4500
重量/kg|W≈:
1.51
由于主轴所使用的盘形铣刀是根据XQ6225万能铣床所使用的铣刀所设计的，所以主轴的内部是4号莫式锥度。
内孔大经约为31.6mm，小径约为26mm。
根据电动机的功率为2.2kw，设计的主轴，为阶梯轴
图3-6.2阶梯主轴图
轴设计的有关信息：
图3-6.3轴承受力分析图
3.7其他相关结构的设计
工作台进给装置为手动，有丝杠螺母机构完成工作台的纵向移动。
也可改装同时可以在丝杠顶端可加装齿轮，同步带轮等，同步带轮与底下电机形成带轮传动机构，实行机动进给，方便加工时的进给量控制与调节，同步带轮传动机构中的带轮采用是多级带轮，以实现不同速度的需要。
由于进给运动所使用的是开式的传动连接，所以还有很多的外部设备可以介入，例如调速电机加变速箱，数控设备加步进电机等等。
进给用的丝杆采用的是梯形螺纹，特点是牙型角a=30°，螺纹副的大经和小径处有相等的径向间隙。
牙根强度高，螺纹的工艺性好（可以用高生产率的方法制造）；内外螺纹以锥面贴合，对中性好，不易松动；暂不采用破分式螺母，不可以调整和消除间隙。
由于它主要是用于传力螺旋和传动螺旋如金属切削机床的丝杆，载重螺旋式起重机，锻压机的传力螺旋。
所以选用梯形螺纹丝杆来实现进给传动。
图3-7阶梯螺纹
梯形螺纹的中经公差带如表所示：
我选择中等的精度等级。
螺杆选用45号钢正火170~200HBS调质220~250HBS
螺母选用ZQA110Fe3
主轴头的动力是通过电机带动皮带轮在通过中间过渡轴，然后用2：
1的皮带轮传动的，皮带轮的确定以及设计过程分析表见下图：
3.8本章小结
本次设计参考了大量资料，通过对比和所设计的要求选择轴，并做内力分析考验是否正确。
这次设计最大的突破时导轨的选择，对应微型龙门铣床的需要而进行设计。
在老师和同学的帮助下终于得以确定。
第四章结论
毕业设计是完成教学计划达到专业培养目标的一个重要的教学环节；是教学计划中综合性最强的实践性教学环节，它在培养和提高我们综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力，并进行工程技术人员所必须具备的基本素质的训练等方面具有很重要的意义。
是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。
这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。
历时三个月的毕业设计接近尾声了，我的设计也基本上圆满完成了。
此时回想过去设计的日子，体会多多，感慨也不少。
我基本上按照我初定的计划认真做我的毕业设计的。
设计过程也如我所料，遇到不少的问题。
在查阅资料学习阶段，我不但认真阅读了从重新温习了我们以前所学过的《数控机床》、以《及机械设计》，还常去图书馆，翻阅了几乎所有有关数控铣床、龙门铣床的图书资料和部分数控控制方面的书籍。
经过这一阶段的学习，我对铣床的类别、工作原理及铣削方面有了大体的认识，这为接下来最主要的具体设计阶段打下坚实的基础。
具体设计阶段是最主要，最重要，最艰难的阶段。
万事开头难，这一阶段的第一个难点就是总体方案的确定。
我是在前阶段学习了磨削形式，磨床类别的基础上，认真研究往届的设计方案，再比较现在有类似磨床所应用的导轨，工作台装置后，最终确定自己的设计方案的。
我本以为总体方案确定后，接下来的设计应该就不难了，但真正的设计过程中的困难超出我的所料。
不管是具体零部件分析选择和计算校核，还是工作图的绘制，我都遇到不少问题，充分暴露以往学习的知识缺漏，自己独立解决实际问题能力的不足。
幸好在此过程中常得到指导老师李老师的指导、同学们的帮助，让我基本上解决了问题，完成了这一阶段的设计。
最后的修改阶段。
首先我自己先认真检查修改一遍自己的设计，包括装配图，零件图以及说明书。
然后交给指导老师，请他帮我检查。
指导老师经过详细的检查后对我的设计给予详细的、全面的批评指正和修改建议。
我根据指导老师的修改建议，进行第二轮的修改，修改完后再请老师过目指导，直到指导老师认为基本没什么错误为止。
这一阶段指导老师的点睛之笔是我设计不断完善的关键，在此表示衷心的感谢！
谢辞
本毕业设计在叶晓平指导老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的设计过程，无不凝聚着老师的心血和汗水，老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。
并且在整个毕业设计过程中，他不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。
在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。
在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。
不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。
同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。
参考文献
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[15]熊良山严晓光张福润机械制造技术基础[M]华中科技大学出版社2007
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）
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