机床进给箱设计指导书.docx
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机床进给箱设计指导书
目录
第一部分总论………………………………………………………………1
一、毕业设计的目的与意义……………………………………………2
二、毕业设计的内容……………………………………………………2
三、设计步骤……………………………………………………………2
（一）准备阶段………………………………………………………2
（二）设计与计算……………………………………………………2
（三）齿轮齿数优化设计……………………………………………2
四、设计时应注意事项…………………………………………………3
第二部分CA6140进给箱传动方案设计…………………………………4
一CA6140普通车床简介……………………………………………4
二进给箱的传动机构…………………………………………………4
三进给箱切螺纹机构设计方法………………………………………5
四切螺纹系统及齿数比的确定………………………………………8
五增倍机构设计以及移换机构设计…………………………………9
六车制螺纹的工作过程………………………………………………10
第三部分毕业设计说明书……………………………………………11
一、要求……………………………………………………………11
二、设计计算说明书的内容………………………………………12
第四部分参考资料…………………………………………………12
第一部分总论
一、毕业设计的目的及意义
毕业设计是本科生教学活动中最后的一个重要环节。
通过这个教学环节要求达到下列几个目的：
1、通过毕业设计，把在本科阶段中所获得的知识在实际的设计工作中综合地加以运用。
使这些知识得到巩固，加强和发展，并使理论知识和生产实践密切地结合起来。
因此，毕业设计是大学学习阶段的总结性作业。
2、毕业设计是高等学校学生第一次进行的比较完整的设计过程。
通过毕业设计，培养学生独立工作、发现问题和解决问题的能力；能根据设计课题查找有关的资料，了解本课题的前沿和发展方向；树立正确的设计思想，掌握设计的基本方法和步骤，为以后从事设计工作打下良好的基础。
3、使学生能够熟练地应用有关参考资料，计算图表、手册，图集，规范，并熟悉有关国家标准和部颁标准（如GB，JB等），以完成一个工程技术人员在机械工程设计方面所必须具备的基本训练。
二、毕业设计的内容
1、学生在规定的时间内，要求完成CA6140车床进给箱总体设计，传统方法绘制总装配图一张，零件工作图一至两张（具体绘那几个零件工作图，由指导教师指定）：
2、根据设计计算步骤对该机器的某一个零件进行CAD设计；
3、在零件CAD设计的基础上，重新对箱内齿轮齿数进行优化选择；
4、编写完整设计说明书一份。
说明：
四个部分中，每个学生必须完成第1、4两项，2、3两项由指导教师指定其一。
三、设计步骤
（一）准备阶段
1、根据设计题目进行相关资料的查找与检索。
了解本课题的前沿动态和发展方向。
2、进行设计前应先准备好有关的设计资料、手册、图册及工具等。
3、对设计任务书进行详细的研究和分析，明确设计要求和内容；分析原始数据和工作条件。
4、拟定总的设计步骤和进度计划。
5、毕业设计进度计划表:
（见下页）
（二）设计与计算
CA6140普通车床的加工范围较广，可以用于加工轴类、套筒类和盘类的回转表面，如车削内外圆表面，它还常用于车削各种常用螺纹，且这次设计是根据加工螺纹的要求来进设计。
主要工作是对进给箱的机构及其传动比进行设计，主要包括其基本组、增倍组等各齿轮的齿数选择以及内部结构（如轴的设计、齿轮的设计、轴上零件的固定方式、润滑、密封等）。
（三）齿轮齿数优化设计
1、根据机械优化设计理论，确定程序设计框图；
2、设计资料程序化处理，即对设计中使用的数表、线图进行处理其能被计算机检索和程序调用；
3、编制程序与调试；
4、系统整合与测试。
周次
完成的内容
备注
1
毕业设计准备（查找资料，借阅图书、手册、工具等）
l，图书馆查阅
2、Internet检索
3、向图学教研室借工具（图
板、丁字尺）
2
1、进给箱结构参数的选择与计算
2、方案论证、确定与总体设计
3—4
1、画总装配图
2、工作参数计算
3、受力分析与零件强度校核
4、绘制零部件工作图
5～6
1、结构规划与设计
2、设计资料计算机处理
]、编制程序流程图
2、确定设计手册中图表的
处理方法
7—8
程序设计与调试
上机编程与调试
9～L1
整理与编写设计说明书
12
1、总结、准备答辨
2、答辨
四、设计时应注意的事项
1、发挥独立工作能力
设计中发现的问题，应该首先自己考虑，提出自己的看法和意见，与指导教师一同研究，不应向指导教师要答案，对设计中的错误和解决途径，可由教师指出，但具体答案也应该由自己去找。
对给出的回转式破碎机结构图，仅供设计时参考，对结构图必须作仔细的研究和比较，以明确优、劣，正、误，取长补短，改进设计，切忌盲目照抄。
2、贯彻三边的设计方法
设计时应贯彻边画、边算、边修改的设计方法。
产品的设计总是经过多次的修改才能得到较高的设计质量，因此在设计时应该避免害怕返工或单纯追求图纸的表面美观，而不愿意修改已发现的不合理地方。
3．及时检查和整理计算结果
设计开始时，就应准备一本稿本，把设计过程中所考虑的主要问题及一切计算写在稿本上，这样便于随时检查、修改，并容易保存，不要采用零散稿纸，以免散失而需重新演算，造成时间浪费。
要向指导教师提出的问题和解决问题的方法，以及从其它参考书籍中摘录的资料和数据，也应及时记在稿本上，使各力‘面的问题都做到有根有据，理由充分，这样在最后编写计算说明书时，可以节省很多时间。
第二部分CA6140进给箱传动方案设计
第一节CA6140普通车床简介
CA6140型卧式车床是普通精度级的万能机床，它能完成多种加工工艺：
轴类、套筒类和盘类的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转面，车削端面及各种常用螺纹，还可以进行扩孔、钻孔、绞孔、和滚花等工作。
CA6140型普通车床的加工范围较广，由于它的结构复杂，而且自动化程度低，所以适用于单件、小批生产及修配车间，它的结构主要部件组成有：
（1）主轴箱：
主轴箱内装有主轴，以及主轴变速和变向的传动齿轮。
通过卡盘等夹具装夹工件，使主轴带动工件按需要的转速旋转，以实现主运动；
（2）刀装部件：
主要由床鞍（大拖板）、横拖板、小拖板和四方刀架等组成，用于装夹车刀，并使车刀作纵向、横向或斜向的运动；（3）尾架：
主要用其后顶尖支撑工件，也可安装钻头、绞刀导孔加工刀具，以进行孔加工，还可适当调整，实现加工长锥形的工件；（4）进给箱：
进给箱内有进给运动的变速装置及操纵机构，其功能是改变被加工螺纹的螺距或机动进给是的进给量；（5）溜板箱：
溜板箱的功能是把进给箱的运动传递给刀架，使刀架事项纵向进给、横向进给，快速移动或车螺纹；（6）床身：
床身是车床的基本支撑件，为机床各部件的安装基准，使机床各部件在工作过程中保持准确的相对位置；（7）光杠和丝杠：
光杠用于一般车削，丝杠用于车削螺纹。
CA6140普通车床的主要技术性能如下：
在床身上最大工作回转直径：
400mm。
最大工作长度：
750、1000、1500、2000mm。
最大车削长度：
650、900、1400、1900mm。
刀架上最大工作回转直径：
210mm。
主轴中心到床身平面导轨距离（中心高）：
205mm。
主轴转速：
正转24级10~1400转/分。
反转12级14~1580转/分。
进给量：
纵向进给量S纵=0.028~6.33mm。
横向进给量S横=0.5S纵。
刀架纵向快速速度：
4米/分。
车削螺纹范围：
公制螺纹44种S=1~192mm。
英制螺纹20种α=2~24牙/英寸。
模数螺纹39种m=0.25~48mm。
径节螺纹37种DP=1~96牙/英寸。
主电动机：
7.5千瓦，1450转/分。
第二节进给箱的传动机构
CA6140型卧式车床进给箱又叫走刀箱，它固定在床身左前面，内装有进给变速机构，用来变换进给量和各种螺纹的导程，进给运动链使刀架实现纵向或横向的进给运动及变速换向。
如图1-1所示：
进给链从主轴起经换向机构、挂轮、进给箱，再经光杠或丝杠，溜板箱最后至纵溜板或横溜板。
电动机
主换向机构
主轴
刀架
车纵
挂轮
进给换向机构
丝杠
螺母
进给箱变速机构
转换机构
光杠
转换机构
图1-1CA6140普通车床传动原理图
普通车床的特有功能是车削一定范围内的各种螺纹，要求进给传动链的变速机构能严格准确地按照标准螺距数列来变化。
所以普通车床进给传动链的变速机构（包括挂轮和进给箱的变速机构）主要是依据各种螺纹的标准螺距数列的有要求，同时兼顾到以便车削的进给量范围来设计的。
传动链中的螺纹进给传动链是主轴一转，刀架移动T毫米（导程T=kt,其中k为实数，t为螺距）。
1ic×ia×iu×t1=T-------------------------------------------------（1.2-1）
其中ic,ia,iu分别为传动链中固定传动比，挂轮传动比。
进给箱传动m机构传动比，t1为纵向丝杠的螺距。
第三节进给箱切螺纹机构设计方法
CA6140型车床具有切削公制螺纹、英制螺纹、模数螺纹和径节螺纹的功能，机床的纵向丝杠螺纹用公制，螺距t1=12mm代入式（1.2-1）得主轴每转一下，刀架移动量为T毫米，这即为车削螺纹的导程值。
对于单头螺纹是螺距值，因此当螺纹的基本参数不是用螺距表示时必须将其加以换算，然后代入式（1.2-1）。
具体方法如下：
公制螺纹：
其基本参数为螺距t（mm）,因而T=tmm；
英制螺纹：
基本参数l为每一英寸长度内包含的牙数a即a（牙/英寸）因而，英制螺纹的螺距为Ta=24.5/a毫米；
模数螺纹：
公制螺杆上的螺纹称模数螺纹，它的基本参数是以螺杆相啮合的蜗轮模数m（mm）来表示，因而，模数螺纹的螺距Tm应等于蜗杆的周节长度，即Tm=πm；
径节螺纹：
英制蜗杆上的螺纹称为径节螺纹，它的基本参数是以与螺杆相啮合的蜗轮参数径节DP来表示，径节的DP=Z/D（牙/英寸）其中Z和D分别为蜗轮的齿数和分度圆直径（英寸），即蜗轮或齿轮折算到每英寸分度圆直径上的齿数。
因而径节螺纹的导程为：
TDP=π/DP（in）≈25.4π/DP。
于是根据式（1.2-1）可得车削4种螺纹的运动平衡式分别为：
1×ic×ia×iu×t1=T=t（mm）--------------------------------------（1.3-1）
1×ic×ia×iu×t1=Ta=25.4/a（mm）------------------------------（1.3-2）
1×ic×ia×iu×t1=πm（mm）-------------------------------------（1.3-3）
1×ic×ia×iu×t1=25.4π/DP（mm）-----------------------------（1.3-4）
从上各式中可知，为了车削一定范围的螺纹就必须根据各种螺纹的标准数列变换传动链中的可变换传动比。
一、米制螺纹
将常用的米制螺纹标准数据t的数列1、1.25、1.5、1.75、2、2.5、3、3.5、4、5、5.5、6、7、8、9、10、11、12排列成下表1.3-1所示：
表1.3-1标准米制螺纹导程
——
1
——
1.25
——
1.5
1.75
2
2.25
2.5
——
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
7
8
9
10
11
12
由表中可以看出各横行的螺距数列是等差数列，而纵列是等比数列即1、2、4、8的公比数是2，根据这些特点，在进给箱中可用一个变速组来变换得到某一横行的等差数列，这个变速组的传动比应是等差数列，通常称为基本组。
以此为基础，再串联一个扩大组，把基本组得到的螺距按1：
2：
4：
8关系增大或缩小，而得到全部螺距数列，此扩大组通常称“增倍组”。
根据进给传动降速机构在后的原则，取ib=1、1/2、1/4、1/8。
机床所能加工的其他三种螺纹中，径节螺纹较少用，这三种螺纹的公称参数列在表1.3-2中。
表1.3-2各种螺纹的公称参数及螺距
螺纹种类
螺纹公称参数
螺纹种类
参数
代号
单位
螺距S（mm）
公制螺纹
螺距
P
Mm
T=kP
英制螺纹
每英寸牙数
a
牙/英寸
Ta=kPa=25.4R/a
模数螺纹
模数
m
mm
Tm=kPm=km
径节螺纹
径节
DP
英寸
TDP=kPDP=25.4kπ/DP
由表1-2可以看出，常用的四种螺纹的螺距值之间有如下关系：
公制和英制螺纹及模数和径节螺纹之间的倒数关系和特殊因子为25.4；公制和模数螺纹及英寸和径节螺纹之间特殊因子为π。
上述倒数关系和特殊因子25.4及π的关系都要在设计切螺纹系统时给予解决。
现将车床上这四种螺纹所能加工的螺距T及其和公制螺纹的关系列于表1.3-3和表1.3-4。
表1.3-3CA6140车床加工螺纹基本参数的排列规律
倍比关系
公制及模数螺纹（T及m）
1/32
——
0.25
——
——
——
——
1/16
——
0.5
——
——
0.75
——
1/8
——
1
——
1.25
1.5
——
1/4
1.75
2
[2.25]
2.5
3
[2.75]
1/2
3.5
4
4.5
5
6
5.5
1
7
8
9
10
12
[11]
注：
[]内数值为模数螺纹所独有。
表1.3-4CA6140车床加工英制及径节螺纹的基本参数排列
倍比数
英制及径节螺纹
8
（56）
（64）
（72）
——
（80）
（88）
（96）
——
4
28
32
36
——
40
44
48
——
2
14
16
18
19
20
22
24
——
1
7
8
9
——
10
11
12
——
1/2
——
4
4.5
——
5
——
6
——
1/4
——
2
——
——
2.5
——
3
3.5
注：
（）内数值为径节螺纹独有。
从表中可以看出这四种螺纹的基本参数有一个共同的变化特点，即在横行上是等差数列，而在纵行上按2倍的关系扩大或缩小，我们可以考虑到用车公制螺纹的基本组和扩大组来加工另外三种螺纹。
二、模数螺纹
我们只需改变公制螺纹传动链中的某个传动比，使平衡式左边产生一个特殊因子π，以便在运动中与螺距Tm=πm的因子π消去，从而变换基本组和增倍组的传动比，就可以像公制螺纹那样，得到分段等差数列的模数系列。
三、英制螺纹
它和公制螺纹螺距数列有两点区别：
a、英制螺纹每英寸牙数a换算成螺距Ta=25.4/a（mm）后，a在分母上如果将上述公制螺纹的基本组的主动与从动关系颠倒过来，即基本组的传动比变为1/ij，那么就可以利用具有等差数列的传动比ij来得到参数a的等差数列；
b、英制螺纹的螺距数值中有一个数字因子25.4，因需要改变其中的某些传动比，使平衡式左边能产生一个因子25.4，以便与英制平衡式25.4相抵消。
此外，当英制螺纹要车制a分别为3.25和19时，公制螺纹的基本组少两个传动比，故在表1.3-3上加上19和3.25两个模数，它们仅仅为了与英寸与径节螺纹统一而列入的。
故表1.3-3变为如下表1.3-5所示：
表1.3-5扩充螺纹参数的排列规律
倍比关系
公制及模数螺纹
2n-5
__
0.5
__
__
__
__
__
__
2n-4
__
1
__
__
1.25
__
1.5
__
2n-3
1.75
2
[2.25]
__
2.5
[2.75]
3
{[3.25]}
2n-2
3.5
4
4.5
__
5
5.5
6
__
2n-1
7
8
9
__
10
11
12
__
2n
__
__
__
{19}
__
__
__
__
四、径节螺纹
径节螺纹的螺距TDP=25.4π/DP（mm），其中DP也是在分母上螺距中也有一个数字银子25.4，这些和英制螺纹相似，故可采用英制螺纹的传动路线。
另外，还有一个因子π，可以和模数螺纹一样用挂轮来解决。
第四节切螺纹系统及齿数比的确定
普通车床中的切螺纹系统有双轴滑移齿轮结构、摆移塔齿轮结构和三轴滑移齿轮结构。
我们选用双轴滑移齿轮结构，并且让基本组和扩大组的传动中心距相等，这样有利于减小进给箱的尺寸。
其简图如图1.4-1由此可看出，在这类螺纹系统中，一般应包括下列组成部分：
基本螺纹机构：
用来实现表1.3-3中横行所代表的等差数列；
增倍机构：
用来实现表1.3-3，表1.3-4中各纵行之间的2n关系即ud通常取2、1、1/2、1/4、1/8；
扩大螺距机构：
传动比为ue，用来进一步扩大螺距，ue通常取4、8、16、32等；
定比传动副：
传动比uf；左右螺纹换向机构：
传动比ur；
交换齿轮装置：
传动比为u；螺纹种类变换机构：
传动比uk；
移换机构：
传动比为ui，用来实现倒数关系及特殊因子。
上述各组成部分传统的分布顺序如下：
扩大螺距结构一般放在主传动变速系统内，具体情况在CA6140主轴箱内由扩大螺纹导程结构的传动齿轮是主运动的传动齿轮。
只有在主轴上的离合器M2合上，主轴处于离速状态时才用扩大螺纹导程。
它的扩大倍数分别是1、4、16。
定比传动一般放在主轴或扩大螺距换向结构之前在主轴箱中换向结构ur在交换齿轮之前也在床头箱中，交换齿轮设置在床头箱与进给箱之间的交换齿轮上，移换结构一般放在基本螺距结构前后二处。
基本螺距结构一般放在第一个移换结构之后，变换结构既可放在基本螺距结构之前，也可放在基本螺距结构之后。
增倍结构的传统布局是放在基本螺距之后。
现在，从表1-3排定的螺纹表中，取公制螺纹数列中的6.5、7、8、9、9.5、10、11、12为基准数列则：
ubj=Sj/G=Sjmin,Sj2,Sj3,……Sjmax/G。
由6.5、7、8、9、9.5、10、11、12这个要求滑移齿轮能实现的基本螺纹参数查的机构方案编号411，为了使轴向尺寸较小选中心距为63mm，同时，由双轴滑移齿轮结构推荐方案表查的G=7（由机床设计手册P1402查得）。
所以ub=6.5/7、7/7、8/7、9/7、10/7、11/7、12/7，由此拟定传动系统草图如（图1-2）附后。
第五节增倍机构设计以及移换机构设计
一、增倍机构设计考虑原则：
（1）根据和基本组的同中心距取a=63；
（2）选用最常用的四速机构：
三轴机构。
二、移换机构齿轮齿数确定
移换机构主要用于和交换齿轮（一般放于交换齿轮之前）配合来实现特殊因子传动比us都是为了用于实现倒数关系以及特殊因子25.4和π，以解决各种螺纹种类变换问题。
一般来说，用的最多的方案就是用移换机构（ui）来解决倒数关系和特殊因子25.4。
而用交换齿轮（uc）来解决特殊因子π这样可以简化调整即加工常用的公制和英制螺距时，不需要改变交换齿轮，只有在加工不常用的模数和径节螺纹时才能改变交换齿轮。
当螺纹种类变换机构的传动比为uk，则特因传动比us为us=uf×ut×uj×uk--------------------------------------------------（1.5-1）
由此可列出螺纹系数的运动平衡式：
1×（主轴转一转）×us×ub×ud×ue=S（mm）----------（1.5-2）
其中T为丝杠导程，S为工作导程，
所以，us=S/（ub×ud×ue×T）--------------------------------------（1.5-3）
令ub=1，ud=1，ue=1时的螺纹参数分别为t0、m0、n0、p0，则：
ust=t0/T=1/kt
usm=πm0/T=π/km
usn=25.4π/（p0×T）=25.4/kn--------------------------------------（1.5-4）
usp=25.4π/（p0×T）=25.4π/kp
kt，km，kn，kp为各种螺纹相应的因特系数且kt=T/t0，km=T×m0，kn=T×n0，kp=T×p0。
脚标t，m，n，p分别表示用于加工公制模数、英制、径节、螺纹，设加工公制和英制螺纹时的交换齿轮传动比为uctn，加工模数螺纹时的移换机构传动比为ucmp，加工英制和径节螺纹时移换机构的传动比uinp，加工公制和模数螺纹时的移换机构传动比为uitm，则：
加工公制螺纹时的特因传动比：
ust=uf×ur×uctn×uitm---------------------------------------------（1.5-5）
加工英制螺纹时的特因传动比：
usn=uf×ur×uctn×uinp---------------------------------------------（1.5-6）
两式相除得：
usn/ust=uinp/uitm-------------------------------------（1.5-7）
将式（1.5-7）中的usn及ust代入上式中得：
uinp/uitm=25.4/（t0×n0）-----------------------------------------（1.5-8）
在绝大多数机床中uinp和uitm都按以下两种方案分配：
（a）当uinp=1/uitm时,uinp/uitm=uinpxuinp=25.4/（n0xt0）
故uitm=sqrt（n0×t0/25.4）------------------------------------------（1.5-9）
uinp=sqrt（25.4/（n0×t0）----------------------------------------（1.5-10）
（b）当uitm=1时,uinp/uitm=uinp=25.4/（n0×t0）
本车床中从两轴滑移传动齿数比设计及表1.3-3和表1.3-4可知：
t0=7mm,m0=1.75,n0=1.25t/in,p0=7
由式（1-13）uinp=sqrt25.4/（n0×t0）=sqrt（25.4×4/49）
由《机床设计手册》P1435表7.3-46查取25.4/36由平方因子组成的近似值，故取方案69，即：
25.4=（32×72）/54，δn=+0.063
所以25.4=（32×72）/54×36=（32×72×22×32）/54
代入公式（1.5-10）得uimp=sqrt（22×34×72×2）/（54×72）=36/25
uitm
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