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        普通車床箱體的設計與傳動系統(tǒng)

        2017-10-16 14:30:15劉力源
        科技創(chuàng)新與應用 2017年29期

        劉力源

        摘 要:在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展下,機床是一個必不可少的設備,它的優(yōu)勢在于高精度、高效率,但是對于機床的類型來說,有很多種,它們的作用也不同,加工范圍也不同,在機床的整個結構上,機床的箱體是非常重要的,它的作用擔負著整個機床的加工,整個機床的傳動和轉速分配,都是需要在它這里實現(xiàn),而機床箱體的設計也是有要求的,需要遵循一些設計定律,不能通過設計者自己的理念進行設計,根據(jù)機床樣冊,從已有的機床中進行更新?lián)Q代,通過在對箱體設計完成之后,整個機床的重要零件——車床的傳動零件,它的精度和強度都是需要進行設計,來達到整個機床的要求。

        關鍵詞:機床類型;箱體設計;傳動零件

        中圖分類號:TG502 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)29-0115-02

        1 機床類型

        在全球機床的生產(chǎn)上,我國占有21%的比重,這是一個非常巨大的數(shù)字,而對于我們國家,機床的產(chǎn)值非常巨大。但是一些高精密、高要求的設備還是處于發(fā)展中的狀態(tài),相對于設計上,我國機床的發(fā)展處于中低端行業(yè),對于這種形式,國家在2009年專項投入高檔數(shù)控機床和基礎裝備科技的研發(fā)。

        機床的特征在于集成性和單一性,集成性在于對零件進行加工時候,加工工藝、夾具、切屑、冷卻液等處于一體,而單一性就是機床加工范圍有些單一,對于普通機床,加工范圍非常有限、軸類零件、回轉類零件等等、對于一些異形體不能做到加工。

        在對機床類型進行選擇時候,通過兩個方面進行選擇,一個是被加工零件,另一個是機床本身的組成,舉例說明,如圖1。

        通過加工零件來選擇機床,例如圖1零件,零件上下為端面,這樣容易零件定位,而零件左右端面有加工孔,不容易定位,這樣對這個零件加工時候,可以采用普通機床中的立式機床,也可以采用數(shù)控機床進行加工。

        另一種機床的選擇方法就是根據(jù)機床本身的組成部分進行選擇,如果機床的總體機構是臥式的,那它的加工范圍就是采用臥式機床加工的零件,但是所有的機床都由箱體、工作臺、立柱、電氣部分等組成,只是它們組裝完成后的形態(tài)不同。

        2 箱體設計

        箱體設計上首先是要考慮整個箱體內(nèi)零件的布局,再就是考慮箱體內(nèi)與外部零件的關系,例如對于車床的主軸箱設計時候,要保證兩頂尖的中心高度一致,同時還要考慮一下幾個問題:

        (1)要滿足主軸箱體的整體強度和剛度的要求,對于一般的箱體強度滿足很容易,而剛度的滿足需要考慮箱體的零件孔和裝配孔的布置。

        (2)在機床運行時候,會產(chǎn)生熱量,這樣就要使箱體具有一定的散熱能力,同時還需要有抵抗熱變形的能力,同時箱體溫度升高也會在箱體局部產(chǎn)生熱應力,破壞箱體精度。

        (3)結構上要設計合理,螺栓的扳手空間、筋的布局,箱體的支撐點選擇。

        (4)工藝性好。

        (5)整體結構要好、質(zhì)量要小。

        機床箱體設計上,首先是設計箱體的毛坯,毛坯的選擇上,需要考慮以后的機械加工,對于一些特殊零件,可以以箱體一起鑄造出來,確定毛坯時候,要考慮經(jīng)濟性,降低成本,提高整體材料的利用率。

        機床箱體毛坯需要熱處理,在毛坯熱處理上,考慮一般箱體的材料為灰口鑄鐵,最常用的為HT20-40、HT25-47,當毛坯生產(chǎn)完成、熱處理完成之后,需要在機械加工之前進行人工時效處理,將毛坯的內(nèi)應力消除掉。

        除此之外,還需要考慮箱體的整體高度,在箱體零件中,為了避免機床主軸箱在運動時候,將箱體底部沉積的沉積物攪起,需要留有一定的空間,要求大齒輪的齒頂距離底部的距離在30mm-50mm。

        根據(jù)以上的要求就可以初步設計出機床主軸箱,如圖2。

        3 傳動零件

        機床主軸箱體內(nèi)的傳動零件主要就兩類,一類是齒輪、另一類是主軸,這兩個零件是最重要的,只有保證它們的精度和一般要求,就能保證主軸箱的精度,對于箱體傳動零件齒輪的設計時候,首先是選擇齒輪的精度等級,對于一般的普通機床,齒輪的精度等級選擇7級,而齒輪的材料一般選擇45#鋼,制造成本低,加工方便,同時還要伴隨調(diào)質(zhì)處理,提高齒輪的力學性能,根據(jù)機床的要求,將齒輪的各項數(shù)據(jù)計算出來后,需要對齒輪進行校核。

        齒面接觸疲勞強度設計公式如下:

        式中:Kt-初選載荷系數(shù),試選載荷系數(shù)為1.3;T0-小齒輪傳遞轉矩;?準?著α-齒寬系數(shù);ZH-區(qū)域系數(shù);ZE-材料的彈性影響系數(shù);?滓H-接觸疲勞強度極限。

        對于箱體零件軸類零件設計時候,需要考慮從軸的最小直徑開始計算,最小位置滿足使用要求,其他位置強度也會滿足,同樣選取軸的材料為45#鋼,考慮在軸上需要加工鍵槽,所以在設計完尺寸后,在最小直徑的基礎上增加10%-15%,這樣就會將鍵槽對零件強度的影響消除掉。

        機床主軸箱內(nèi)軸類零件的結構示意圖如圖3。

        軸上大部分零件是齒輪,所以軸的結構一般為階梯狀,這樣可以對齒輪起到支撐和定位作用,軸的各階段外徑的確定,如果該段與齒輪配合,那么該段的外徑就是齒輪的內(nèi)徑,其他位置可以根據(jù)最小直徑和軸套的尺寸進行計算,在大齒輪與軸的周向固定上采用平鍵進行固定,而為了保證齒輪與軸的配合良好,選取的配合尺寸為H7/n6。

        軸類零件設計完成后,需要對軸進行校核,首先是將軸的受力情況畫出,通過軸的結構簡圖,確定軸承的支點位置,以及簡支梁的軸段距離,軸的強度校核,如果是單向的轉動轉軸通常是轉矩按照脈沖循環(huán)處理,如果只受扭轉作用:

        t=■

        式中:t-扭轉力;T-所受扭轉力;WT-抗扭截面系數(shù)。

        4 結束語

        在機床的設計上不要減少步驟,要一步一步的進行計算,不要設計完成后,直接編寫設計說明書,需要對每個環(huán)節(jié)進行核算、校對,將機床的主軸箱進行試運行,避免內(nèi)部領零件出現(xiàn)干涉現(xiàn)象,同時對箱體內(nèi)部零件進行強度校核,達到機床使用壽命。中國的機床行業(yè)很發(fā)達,擁有不同類型的機床,對不同零件都能實現(xiàn)加工,從一軸到五軸聯(lián)動,可以說中國的機床在世界上的占有率非常高,這樣就會出現(xiàn)更新?lián)Q代困難的現(xiàn)象,所以需要我們現(xiàn)代設計者不斷去努力將中國機床水平更上一層樓。

        參考文獻:

        [1]曹金榜.機床主軸/變速箱設計指導[M].北京:機械工業(yè)出版社.

        [2]曹玉榜,易錫麟.機床主軸箱設計指導[M].北京:機械工業(yè)出版社,1987.

        [3]成大先.機械設計手冊(第五版)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010.

        [4]黃鶴汀.金屬切削機床[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

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