1、1第 1 章 概述全套图纸，加 1538937061.1 大模数蜗杆铣刀专用机床的主要技术规格1工艺范围：加工模数 1033 蜗杆齿槽2工件主轴中心高：230mm3主轴端面与顶尖间最大距为：750mm4主箱体：（1） 进给速度：0.0270、0.0515、0.0915、0.1720 转/分，共四种（2） 快速运动：11.5 转/分（3） 手动：1/60 转/手轮一圈5铣头箱：（1） 主轴转速：125、210、315 转/分，共三种（2） 铣头箱纵向最大调整量：200mm（3） 铣头箱横向最大调整量：100mm）2图 1-1 安装示意图6大拖板最大移动量：650mm7电器设备采用集中悬挂式按钮8
2、机床最大轮廓尺寸：长宽高=300020001275mm（长度不包括丝杆伸出量）9机床总结构：T10. 安装示意图：（图 1-1）1.2 大模数蜗杆铣刀专用机床的运动1 工件螺旋运动的获得：（见图 1-2）3图 1-2 工件螺旋运动的获得工件心轴 1，主箱体主轴 2，大丝杆 3，是刚性联成一体的，工件与大丝杆 3，具有相同导程和螺旋方向，电机 5 通过主箱体减速，使主轴 2，工件心轴 1，大丝杆 3 一起转动，在 3、4 丝杆螺母副的作用下，大拖板 7 带动工件作直线运动，于是工件本身完成螺旋运动，因此在加工过程中，铣头是不动的。2 主箱体传动：（见图 1-3）4图 1-3 主箱体传动主轴转数：
3、n1=1380 =0.0270 转/分6019274315n1=1380 =0.0515 转/分16n1=1380 =0.0915 转/分60927435n1=1380 =0.1720 转/分1563快速：n 快=1380 =11.5 转/ 分601953.铣头传动（见图 1-4）图 1-4 铣头传动主轴转数：n1=1420 =125 转/分216085n2=1420 =210 转/分493n3=1420 =315 转/分2160861.3 目前国内外研究状况国内长期以来加工此类大模数螺旋刀具，只有极少数厂家信赖 70 年代天津轻工业机械厂生产的专用铣床，该企业属于非专业机床生产厂，该设备早已
4、停产，且技术资料早已流失了。但该铣床只能加工右旋工件，且对于模数达到40 的螺旋刀具因其结构影响而无法加工等不足，限制了企业生产能力，因此，该种刀具依赖进口现象突出。采用通用铣床、车床、大型数控铣、加工中心等加工，受到效率、能力、生产成本等影响，无企业应用。国外刀具生产企业，加工大模数螺旋刀具也采用专用机床。如英国Holroyd 公司的 2AC、5AC 螺旋转子铣床及其配套设备，德国 Klingelnberg 公司的 HNC35SL 全数控高精度螺杆磨床等。英国 Holroyd 公司的 2AC、5AC 螺旋转子铣床，最大加工直径为 300，德国 Klingelnberg 公司的 HNC35SL
5、 全数控高精度螺杆磨床，其生产效率低、年生产能力约 8000 件，而且该专用机床如果从国外引进，价格相当于国产设备 10 倍以上，一般企业难以接受。近几年来，我国刀具生产厂家大模数螺旋刀具任务不断加大，仅哈尔滨第一工具厂现有的两台专用铣床 24 小时不间断工作，也完成不了生产任务，很多合同因生产能力限制不得不放弃。哈尔滨第一工具厂在该形势下，提出研制专用大模数蜗杆铣床的课题。根据我们国内调研结果，国内空气压缩机，制冷机，螺杆泵等行业对大模数螺杆的需求量也很大，加工成本当然很高，但大模数螺杆仍无法加工，每年我国大模数螺杆缺口量达 2-3 万支。因此，研制大模数螺旋铣刀专用机床符合我国机械加工行业
6、的需要。随着我国加入 WTO，由于低廉的加工费，不断提高的产品质量，使我国逐渐成为世界机械加工强国，特别是刀具产品早已进入国际市场。目前东北老工业基地改造，拉动制造业的高速发展，刀具市场需用量巨增，我省作为刀具制造业的强省，占领大型特种刀具的国内外市场有深远的意义，故此，开发、研制大模数螺旋刀具的专用设备是国内刀具制造企业的共同心声。1.4 机床典型机构说明图 3 第传动轴上有超越离合器，其结构如图 1-5：7图 1-5 超越离合器当进给传到蜗轮 1，带动外壳 2，如图示箭头方向转动时，由图可见，钢珠 3 在外壳 2 与轮毂 4 之间是楔紧方向，于是轮毂 4 被带动，轴也转动。当进给方向与此相
7、反，钢珠 3 在外壳 2 与轮毂 4 之间是松开方向，轮毂 4 不能被带动，轴也不能转动，因此进给方向只有一个。快速由拨叉 5 的齿轮传入，如果拨叉 5 的转向是顺时针的话，那么拨叉推动钢珠 3，钢珠 3 推动轮毂 4 转动，于是轴转动，这时钢珠 3 是被推向外 2与轮毂 4 松开方向，因此外壳与蜗轮不会被带动。反之，拨叉逆时针转动，那末拨叉直接推动轮毂转动，轴也转动，这时钢珠相对于轮毂是顺时针转的趋势，（此时必须拨叉速度大于外壳） ，因此不能楔紧外壳与轮毂。由此可见，只要拨叉速度大于外壳，两运动是不会干涉的。快速有两个方向。1.5 机床电器说明电器原理见图 1-6，能完成以下控制：1. 电机
8、的起动顺序是：冷却泵电机接通，铣头电机才能起动，铣头电机起动后，进给电机才能起动。2. 快速移动，只有铣头电机，进给电机断路，而且须铣头让离工件一8定位置接通行程开关 3BK、4BK、(在铣头支座上)才能起动。3. 第一铣头快切完，行程开关 5BK 接通，铃响，而一直到第一铣头切完。如果没有人退刀，6BK 打开，全机停车。4. 大拖板上备有极限行程开关 1BK、2BK。 （在床身上的行程开关，位置如图 1-6 所示）图 1-6 电器原理5. 铣头电机过电流 20%，全机停车。6. 铣头电机和进给电机有点动用于变速挂轮。1.6 机床调整与操作一般操作调整按常规，仅提示以下几点：（1） 因本机是大
9、功率切削，所以主箱体主轴和铣头主轴的间隙应调整到最小，否则容易震动和栽叉。 主箱体前铜瓦调整。 （见图 1.7）图 1-7 主箱体前铜瓦调整松开压盖螺钉 1，旋转调整螺盖 2，顺时针转便是使铜瓦轴承间隙减小。 铣头轴承间隙调整。 （见图 1-8）9图 1-8 铣头轴承间隙调整掀开铣头箱盖可以见圆螺母 1，旋紧即可使轴承间隙减小。（2） 为了防止铣削过程中轴向窜动，大丝杆和螺母在丝杆螺母间隙调整机构，在切削前注意将其间隙调整到最小，见图 1-9。将圆螺母 1旋紧即可。10图 1-9 轴向窜动间隙调整（3） 第一铣头切完后，第二铣头仍在切削中，如果第一铣头不退刀，可能铣头碰上主箱体，因此备有行程开
10、关 5BK、0BK ，在第二铣头快切完时，5KB 接通，铃响，操作者就应准备去退刀到一定位置，接通 3BK 或4BK，否则第一铣头切完后，压下行程开关 6BK，全机停止，再起切削时第二铣头留下接刀痕，这是不允许的。因此在开车前须按工件调整 5BK、6BK位置，同时调整行程极限开关 1BK、2BK 位置。（4） 主箱体最后一级传动是蜗轮蜗杆，传动有间隙，而主轴上没有加阻力器，因此须保证：第一铣头切入时逆铣，第二铣头切入时顺铣，这样虽第二铣头切入是顺铣，因为第一铣头切削力给抵消，不会发生窜动，而在出来时第一铣头变为顺铣，同样因有第二铣头在切削中，切削力相抵消，亦不会发生窜动，而第二铣头出来恰是逆铣
11、，用此方法消除顺铣的窜动，必须注意第一、二铣头的切削量不可相差太大。加工时要特别注意。1.7 机床切削用量1.模数 26、30、33 的钢蜗杆走刀可用 0.0270 n/min，铣刀的转速可用 210 n/min。2.模数 22 以下的铜蜗杆，走刀可用 0.0515 n/min，铣刀转速可用 315 n/min。3.铸铁件转速应相应低一级。4.对于模数 30 以下的蜗杆均可以两个铣头一次切完。1.8 课题来源本课题是根据学校安排，由老师安排拟订的题目。1.9 课题目的一方面，本着要自己动手，并在实践中创新求学的认真态度，让理论知11识与社会实践能很好的结合，让我们对大学四年有一个总结性认识。另
12、一方面，毕业设计是另一种科学技术创新的来源所在，社会的进步、人类的发展要求我们能够自己研究，自己开发，自己创造，在充分吸收和总结前人的知识和经验的基础之上，有所创新，有所作为。12第 2 章 大模数蜗杆铣刀专用机床的设计2.1 大模数蜗杆铣刀专用机床的设计方案2.1.1 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题目标：机床主传动运行可靠，可加工 16-40 的较大模数范围的螺杆工件及螺旋铣刀且可以实现加工左右两种螺旋。研究内容：主动力部分：主轴动力传动系统包括主轴变速、慢速、快速进给及工件反正转。铣头部分：铣头动力传动系统包括铣头主轴变速及反正转、铣头系统进给和固定夹紧。解决关键问题：设备主要传动部
13、件、进给系统精度、安装精度控制。2.1.2 总体设计方案设计的主轴动力传动系统能够实现主轴的变速、慢速、快速进给及工件反正转。其传动系统图如下图 2-1 所示：图 2-1 主轴动力传动系统设备床身主传动采用丝杠螺母传动，可以简化传动系统，减少传动误差的产生环节，加工精度较高；而且通过控制丝杆的长度调整床身的纵向移动量，解决了大型工件移动的困难。如下图 2-2 所示：13图 2-2 床身主传动的丝杠螺母传动2.2.基本参数确定（已知给定）2.2.1 主箱体传动的基本参数：主轴转数：n1=1380 =0.0270 转/分6019274315n1=1380 =0.0515 转/分16n1=1380
14、=0.0915 转/分60927435n1=1380 =0.1720 转/分156314快速：n 快=1380 =11.5 转/分601492.2.2 铣头传动部分的基本参数传动部分的主轴转数：n1=1420 =125 转/分216085n2=1420 =210 转/分21608493n3=1420 =315 转/分12.3 蜗杆、蜗轮的基本尺寸计算当齿顶高 ha=1m，工作齿高 h=2m；采用短齿时，齿顶高 ha=0.8m，工作齿高 h=1.6m，顶隙 c=0.2 m，必要时允许减小到 0.15 m 或增大至 0.35 m。齿根圆半径 f=0.3 m,必要时允许减小到 0.2 或增大至 0.
15、4，也允许加工成单圆弧。2.3.1 主传动部分第一组蜗杆、蜗轮的基本尺寸计算表 2-1 第一蜗轮、蜗杆组基本尺寸计算项目 代号 关系式 计算数值模数 m 查 GB10088-88 3.15蜗杆轴向模数mz mz= m 3.15蜗杆齿数z1 按规定选取 3蜗杆轴向齿距xpx9.891蜗杆导程角1/tandmz 193229蜗杆直 q 1 11.2715径系数顶隙 c *m, *为顶隙系数，cc*=0.20.63蜗杆分度圆直径d1 mq1 35.5蜗杆齿顶高ha1 * , *为齿顶高系数，ah1=a)(2d3.15蜗杆齿根高hf1 mcaf 2.13.78蜗杆齿顶圆直径da1 *ah141.8蜗杆
16、齿根圆直径df1 *aff d2(11)c27.94蜗杆导程pz 1mzz29.673齿形角 为轴向齿,20nx或x形角， 为法向齿形角n 20蜗轮齿数z2 按规定选取 60蜗轮分度圆直径d2 221mzadxm189蜗轮变位系数x2 查 GB10085-88 -0.3889蜗轮齿顶高ha2 *aah(2)2x1.925蜗轮齿 hf2 fm* c* 5.00516根高蜗轮喉圆直径da2 22aahd192.85蜗轮齿根圆直径df2 ff178.99蜗轮齿宽角， 为蜗轮齿宽)arcsin(212db8.512中心距 a/1mx100蜗杆齿宽1bz09.52100（46.935）蜗轮齿宽217.a
17、d30（31.35）2.3.2 主传动部分第二组蜗杆、蜗轮的基本尺寸计算表 2-2 第二蜗轮、蜗杆组基本尺寸计算项目 代号 关系式 计算数值模数 m 查 GB10088-88 3.15蜗杆轴向模数mz mz= m 3.15蜗杆齿数 z1 按规定选取 6蜗杆轴向齿距xpx9.891蜗杆导程角1/tandz 280150蜗杆直径系数q 1 22.54顶隙 c *m, *为顶隙系数，cc*=0.20.63蜗杆分度圆直径d1 mq1 71蜗杆齿顶 ha1 * , *为齿顶高系数，ah3.1517高 =1ah)(21d蜗杆齿根高hf1 mcaf 2.3.78蜗杆齿顶圆直径da1 *ah11 77.3蜗杆
18、齿根圆直径df1 *ff dd2()c63.44蜗杆导程 pz 1mzpz59.346齿形角 为轴向齿,02nx或x形角， 为法向齿形角n 20蜗轮齿数 z2 按规定选取 60蜗轮分度圆直径d2 xdaz221189蜗轮变位系数x2 查 GB10085-88 -0.3889蜗轮齿顶高ha2 *aahm(2)2x1.925蜗轮齿根高hf2 f* c* 5.005蜗轮喉圆直径da2 22aahd192.85蜗轮齿根圆直径df2 ff 178.99蜗轮齿宽角， 为蜗轮齿宽)arcsin(212db8.512中心距 a/1mx100蜗杆齿宽 1bz09.52100（46.935）蜗轮齿宽 217.ad
19、30（31.35）182.4 齿轮基本参数的计算估算齿轮模数齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据表 2-3 计算各传动组最小齿轮的模数，并由其中较大者选取相近的标准模数。表 2-3 齿轮模数估算已知条件 电机额定功率（ ） ，齿轮齿数（ 、 ）和计算EP1z2转速（ ）caln计算内容序号 符号 名称单位 计算用图表或公式备注1 齿数比 21/z2 m齿宽系数 50mb:b 为齿宽（mm）3 P 齿轮传递的名义功率kW EP 为电动机到该齿轮的传动效率4 K 载荷系数 K=0.81.6通常取1.01.25 HA系数 = 时，AH=61；=815时，AH=596 FA系数 = 时，0AF=
20、1；19=815时，AF=0.997 FSY插齿、滚齿；剃齿、磨齿；8 HP许用接触应力N/mm2 0.9HPLim按HLimMQ 线查取9 FP许用齿根应力N/mm2 轮齿单向受力： 1.4FPLim轮齿双向受力： FPLi按FLiMQ 线查取2.4.1 主传动部分齿轮基本参数的计算主传动部分齿轮模数的估算公式按齿面接触疲劳强度： 267HmA321()mcHPKnZ按齿面弯曲疲劳强度： HF表 2-4 齿轮模数的估算传动组小齿轮齿数比1齿宽系数 m传递功率P载荷系数K系数 HA系数 F许用接触应力许用齿根应力计算转速 cn系数 FSY模数 Hm模数 F选取模数m20HPF第第一变速组241
21、.4177 0.8 1 61 1 1100518 4.361.891.942第第二变速组312 77 0.72 1 61 1 1100518 4.471.921.912第第三变速组292.8288 0.6481 61 1 1100518 4.6 1.831.892其他参数的计算在表 2-5 中：h a*称为齿顶高系数，c *称为顶隙系数，这两个系数均已经标准化，其中：h a*=1，c *=0.25表 2-5 第一齿轮组（z 1=31、z 3=59）计算公式名称 代号小齿轮 大齿轮计算结果模数 m 根据齿轮受力情况和结构需要确定 2压力角 选取标准值 20分度圆直径d 1dmz2dmz62、11
22、8齿顶高 ah *m12aah2齿根高 hf hf1=hf2=(ha*+c*)m 2.521齿全高 h h1=h2=(2ha*+c*)m 4.5齿顶圆直径da da1=(z1+2ha*)m da2=(z2+2ha*)m 66、122齿根圆直径df df1=(z1-2ha*-2c*)m df2=(z2-2ha*-2c*)m 57、113基圆直径db db1=d1cosdb2=d2cos25.3、48.15齿距 p p= m6.28基圆齿距pb pb=p cos2.56齿厚 s s= m/2 3.14齿槽宽 e e= m/2 3.14顶隙 c c=c*m 0.5标准中心距 =m(z1+z2)/29
23、0节圆直径d 标准中心距时，取 d=d 62、118传动比 i i12=z3 /z1=d2 /d1 1.903表 2-6 其他齿轮组的计算结果项目 第二齿轮组z4=33、z 2=57第三齿轮组z5=31、z 8=74第四齿轮组z6=46、z 9=59第五齿轮组z7=29、z 10=91第六齿轮组z12=49、z 11=101名称代号计算结果计算结果计算结果计算结果计算结果模数m 2 2 2 2 2压力角20 20 20 20 20分度圆直d 66、114 62、148 92、118 58、182 98、20222径齿顶高ah2 2 2 2 2齿根高hf 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5齿
24、全高h 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5齿顶圆直径da 70、118 66、152 96、122 62、186 102、206齿根圆直径df 61、109 57、143 87、113 53、177 93、197基圆直径db 26.93、46.5225.3、60.4 37.54、48.1523.67、74.2740、82.43齿距p 6.28 6.28 6.28 6.28 6.28基圆齿距pb 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56齿厚s 3.14 3.14 3.14 3.14 3.14齿 e 3.14 3.14 3.14 3.14 3.1423槽宽顶隙c 0.5 0.5 0.5
25、 0.5 0.5标准中心距 90 105 105 120 150节圆直径d 66、114 62、148 92、118 58、182 98、202传动比i 1.727 2.387 1.283 3.138 2.0612.4.2 铣头传动部分齿轮基本参数的计算铣头传动部分齿轮模数的估算公式按齿面接触疲劳强度：267HmA321()mcHPKnZ按齿面弯曲疲劳强度： 267HF31FSmcPYn表 2-7 铣头传动部分齿轮参数的估算传动组小齿轮齿数比1齿宽系数传递功率P载荷系数K系数 HA系数 F许用接触应许用齿根应计算转速系数 FSY模数 H模数 Fm选取模数 m24m力 HP力 Fcn第一变速组2
26、22 8 5 1 61 1 1600528 4.472.852.893第二变速组282.828 4.51 61 1 1600528 4.6 3.933.824表 2-8 铣头传动系统齿轮组各齿轮参数计算项目 第一齿轮组z1=60、z 2=28第二齿轮组z3=58、z 4=22第三齿轮组z5=41、z 6=39第四齿轮组z7=49、z 8=31名称 代号计算结果 计算结果 计算结果 计算结果模数 m 4 3 3 3压力角 20 20 20 20分度圆直径d 240、112 174、66 123、117 147、91齿顶高 ah8 6 6 6齿根高 hf 10 7.5 7.5 7.5齿全高 h 1
27、8 13.5 13.5 13.5齿顶圆直径da 248、120 180、72 129、123 153、99齿根圆直径df 230、102 166.5、58.5 115.5、109.5139.5、85.5基圆直径 db 97.94、45.7171.01、8.98 16.73、15.9220、12.6525齿距 p 12.56 9.42 9.42 9.42基圆齿距 pb 5.12 3.84 3.84 3.84齿厚 s 6.28 4.71 4.71 4.71齿槽宽 e 6.28 4.71 4.71 4.71顶隙 c 2 1.5 1.5 1.5标准中心距 175 160 160 160节圆直径 d 2
28、40、112 174、66 123、117 147、91传动比 i 2.143 2.636 1.053 1.5812.5 各传动轴的设计计算2.5.1 主传动部分各传动轴的设计计算表 2-9 确定传动件的计算转速轴 齿轮传动件 z1 z2 z3 z4 z5 z61380 1380 710 2360 1000 1800z7 z8 z9 z10 z11 z12计算转速1380 710 300 95 1.58 0.027300 560 315 95 670 13802、估算传动轴的直径表 2-10 主传动系统各轴的直径计算计算公式 轴号计算转速 /mincr电机至该轴传动效率输入功率 PkW允许扭转
29、角deg/m传动轴长度mm估计轴的直径mm花键轴尺寸NdDB26 1380 1 0.8 1.5 300 25 623286 710 0.99 0.792 1.5 300 25 623286 300 0.990.990.784 1.5 300 30 626326 95 0.990.990.990.776 1.5 500 35 1.58 0.990.990.990.9850.765 1.5 400 65491cPdn 0.027 0.990.990.990.9850.9850.753 1.5 400 1002.5.1 铣头传动部分各传动轴的设计计算表 2-11 铣头传动系统各轴的直径计算计算公式
30、轴号计算转速 /mincr电机至该轴传动效率输入功率 PkW允许扭转角传动轴长度估计轴的直径花键轴27 deg/m mm mm 尺寸NdDB 1420 0.96 5.28 1.5 400 40 836427 425 0.960.995.227 1.5 400 60 8526010491cPdn 125 0.960.990.995.175 1.5 400 1002.6 普通 V 带传动的设计计算普通 V 带的选用应保证在带不打滑的前提下能传递最大功率，同时要有足够的疲劳强度以满足一定的使用寿命。已知条件：传递的功率 P（kW） ；小、大带轮的转速 n1、n 2(r/min)和工作条件。其传动计算
31、见下表。表 2-12 普通 V 带传动的设计计算计算内容符号单位计算公式或图表 说明 计算结果设计 dPkWdAKPKA 为工况系数，由机床的工作特点查取 KA=1.128功率 1.560dP带型的选择根据 与 选取dP1n A 型小带轮的基准直径1dm根据带的型号参考选取，并应满足 1mind是带轮允许的最mind小基准直径。在结构允许下，应选取较大的 1d120d带速v/ms16052/dnvvs:=1020m/s 时经济v耐用 18.05v大带轮的基准直径2d12ddn为带的滑动率，2%2d初选中心0m由机床的总体布局确定 过小，增加弯曲次0数降低使用寿命；过大，易引起振动75029距计
32、算带的基准长度0dLm012204dd根据 选取带的相0dL近基准长度 (mm) 2207.33带的挠曲次数u1S04dmvLm 为带轮的个数，如果 时，可以加40u大 (加大 )或降低dL（减小 、 ）v12d37.78实际中心距m,式中：2AB1248ddL21dB安装所需的最小中心距： min0.1dhL张紧或补偿所需最大中心距： ax.2dh 为带的厚度。375.A2B0.8小带轮包角1 12180sin2d过小时应加大中心距或加张紧装置 176.8单根V带基1PkW由 在表中查取1n1P12.740.830本额定功率及其增量1P带的根数Z1dLPK是包角修正系数，4.85Z取带的截面尺寸节宽顶宽高度节宽=11.0顶宽=13高度=8.0轮槽截面尺寸见下表 2-13表 2-13 带轮的截面尺寸（mm）槽型 dbahfef(与 相对应的 )dA 11.0 2.75 8.7 150.321034638注：槽角 的偏差：Z、A、B 型为1,C 型为30。
