数控机床自动排屑装置设计论文

摘要

本次毕业设计题目是数控机床的自动排屑装置设计。本人致力于整机机械系统的设计，即包括电动机的选择，带传动设计，减速器的设计，链传动的设计，排屑装置外形的设计。设计思路是从排屑机的性能和动作要求入手，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的排屑机为基础，研究国外的先进机型，设计出市场需求的以经济为第一设计原则的适用于数控机床的排屑装置。图纸采用Auto CAD 绘制。经过认真地设计计算,查找资料撰写设计论文。

本文的排屑装置,它是针对市场的需要而设计的，从而能有效地满足当今市场上对排屑装置的需求,它具有如下的优点:传动平稳，传动效率搞，生产效率高，劳动强度低，产品质量好，经济性好，人性化等优点。

关键词数控机床，排屑装置，机械系统

****本科毕业设计（论文）ABSTRACT

ABSTRACT

My graduation project is the subject of CNC machine tools automatically Paixie design. I am 忽略mitted myself to mechanical systems design, including the choice of motor, belt drive design, reducer design, chain drive design. Paixie design ideas from the machine's performance and movements start with requirements and to the quality of domestic and technical performance close to the design requirements of the Paixie based to the advanced foreign models, the development of market demand in the economy as the first design CNC machine tools in the application of the principle of the Paixie devices. Auto CAD drawings by drawing. Through careful design and calculate, designed to find information to write papers.

This paper designed Paixie device, it is against the needs of the market designed so that they could effectively meet the market today Paixie on the demand, it has the following advantages: a smooth transmission, engage in transmission efficiency, productivity, Low labour intensity, product quality, economic, and human advantages

Key words CNC machine tools, Paixie devices, mechanical systems

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****本科毕业设计（论文）目录

目录

摘要··································································································I ABSTRACT ························································································II

1 绪论 (1)

1.1 本课题研究目的与意义 (1)

1.2 本课题国内外发展概况 (1)

1.3 自动排屑装置的发展趋势 (1)

2 系统总体方案的确定 (3)

2.1 设计思想 (3)

2.2 初选电机减速器系统方案 (3)

2.3 输送处传动系统的确定 (4)

2.4 系统总体方案的确定 (4)

3 电动机的选择 (6)

3.1 电动机类型选择 (6)

3.2 电动机功率的选择 (6)

3.4 确定电动机型号 (6)

4 V带的设计计算 (7)

4.1 传动比的分配 (7)

4.2 各轴的转速、功率和转矩 (7)

4.3 带传动方案的确定 (8)

4.4 带传动设计计算 (8)

4.5 带轮的结构设计 (10)

5 减速器的设计 (12)

5.1 齿轮的设计 (12)

5.1.1 高速级齿轮设计计算： (12)

5.1.2 低速级齿轮设计计算 (16)

5.2 轴的设计计算 (20)

5.2.1 低速轴（轴3）的设计计算 (20)

5.2.2 中间(轴2)轴的设计计算 (22)

5.2.3 输入轴（轴1）的设计计算 (23)

5.3 轴的校核 (24)

5.3.1 输出轴（轴3）的校核 (24)

5.3.2 中间轴（轴2）的校核 (26)

5.3.3 输入轴（轴1）的校核 (28)

5.4 轴承的校核 (30)

5.4.1 输入轴上轴承的校核 (30)

5.4.2 中间轴的校核 (31)

5.4.3 输出轴上轴承的校核 (33)

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****本科毕业设计（论文）目录

5.5 键的选择和校核 (34)

5.5.1 输入轴上联轴器处的键 (34)

5.5.2 中间轴上的键 (34)

5.5.3 输出轴上的键 (35)

5.6 减速器箱体的设计 (35)

6 链传动设计的计算 (38)

6.1 链传动方案的确定 (38)

6.2 链传动的设计计算 (38)

6.3 链轮的结构设计 (40)

6.3.1 主、从动轮设计 (40)

6.3.2 惰轮设计 (43)

6.4 链的校核 (45)

6.5 刮板链的设计 (46)

6.6 链轮轴的设计 (48)

6.6.1 各轴的转速,功率和转矩 (48)

6.6.2 轴4的设计计算 (48)

6.6.3 轴5的设计计算 (50)

6.6.4 轴6的设计计算 (51)

6.7 轴的校核 (52)

6.7.1轴4的校核 (52)

6.7.2 轴5的校核 (53)

6.7.3 轴6的校核 (55)

6.8 轴承的校核 (56)

6.9 键的选择和校核 (57)

6.9.1轴4上联轴器处的键 (57)

6.9.2 轴4上链轮处的键 (57)

6.9.3 轴5上链轮处的键 (58)

6.9.4 轴6上链轮处的键 (58)

7排屑装置箱体的设计 (60)

8 排屑装置的保养与维护 (61)

8.1 排屑装置的保养 (61)

8.2 排屑装置的维修 (61)

结论 (62)

参考文献 (63)

致谢 (64)

II

****本科毕业设计（论文） 1 绪论

1 绪论

1.1本课题研究目的与意义

自动排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到数控机床之外。另外，切屑中往往混合着切削液，排屑装置必须将切屑从其中分离出来，送人切屑收集箱或小车里，而将切削液回收到冷却液箱。所以，自动排屑装置组要应用于数控机床、加工中心等要求高效率的机械。

1.2 本课题国内外发展概况

自动排屑装置，是随着切削加工机床、加工中心的发展而发展的。但是长期以来，重主机、轻配套的状况使得自动排屑装置处理技术及其设备发展迟缓。80年代始，重主机轻配套的状况引起了机床工具行业的注意，促使自动排屑装置处理技术及其设备在此后的20多年里得到长足的发展。现在常见的排屑装置有以下几种：

1、平板链式排屑装置

平板链式排屑装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，切屑用链带带出机床。这种装置在数控车床使用时要与机床冷却箱合为一体，以简化机床结构。

2、刮板式排屑装置

刮板式排屑装置的传动原理与平板链式基本相同，只是链板不同，带有刮板链板。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。

3、螺旋式排屑装置

螺旋式排屑装置是利用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根绞笼式螺旋杆进行工作的。螺旋杆工作时，沟槽中的切屑即由螺旋杆推动连续向前运动，最终排入切屑收集箱。这种装置占据空间小，适于安装在机床与立柱间间隙狭小的位置上。螺旋槽排屑结构简单、性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜的直线运动排运切屑，不能大角度倾斜、提升和转向排屑。

1.3 自动排屑装置的发展趋势

在总结目前国内外排屑装置的发展现状的情况下，当前排屑装置还有着以下的几点趋势：

1.复合型排屑机的需求将会大幅度增加。复合型排屑机有很多优点：（1），能处理复合式加工所产生的任何形态之铁屑；二，不论是长短屑还是金属粉屑都能

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****本科毕业设计（论文） 1 绪论

完全处理；三，具有大量处理切屑液之过滤系统，过滤精度50 μm；四，可用于各型机床，中心加工机，钻孔机，龙门式加工机，特殊专用加工机等小屑量排屑。未来几年内，复合型排屑机将具有广泛的应用。

2. 易维修排屑机将大量增加。由于一般排屑装置属于辅助性生产设备，不易维修，保养维护机会较少，经常是出现小毛病时无人注意，出大毛病无法运转时才去修理，影响整条生产线的正常工作。故易维修排屑机将是一种趋势。

3.在环保、节能方面，今后在排屑机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。这方面要做好以下几点：（1）排屑机的装机功率，减少工作中的能量损失。（2）提高密封质量，减少油垢、切削夜等对环境的污染。（3）减少噪声，对大的噪声源进行隔离和封闭。

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****本科毕业设计（论文） 2 系统总体方案的确定

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2 系统总体方案的确定

2.1 设计思想

本课题是以机器经济性好、人性化设计、环境友好性好、可靠性高、寿命长、结构简单、易于维修等为设计思想。

2.2 初选电机减速器系统方案

系统方案图如下：

（a ）为带传动--涡轮涡杆减速器系统 （b ）为带传动--二级圆柱圆锥减速器系统

（c ）为联轴器--二级圆柱斜齿轮减速器系统 （d ）为带传动--二级圆柱斜齿轮减速器系统

图2.1 电机减速器系统方案

方案评价：

****本科毕业设计（论文） 2 系统总体方案的确定（a）方案为整体布局最小，传动平稳，而且可以实现较大的传动比，但是由于涡杆传动效率低，功率损失大，很不经济。（b）方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。(c) 方案中减速器选择合理，但本设计是用于数控机床的小型排屑装置，工作速度很低，实用联轴器不利于减速，会增加减速器的成本，不够经济。

最终确定方案为（d）方案。

该方案的优缺点：

该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，而且利于减速，还能起过载保护的作用，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。电动机部分为Y系列三相交流异步电动机。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、成本低、传动效率高。

2.3 输送处传动系统的确定

（a）带传动

（b）履带传动

（c）链传动

方案评价：

（a）方案成本较低，但是防腐蚀性不强。（b）履带主要用在坦克等触地设备，在此处用履带传动很不经济。(c) 方案中链传动选择合理。

最终确定方案为（c）方案。

该方案的优缺点：

链传动的传动比准确，传动效率较高；链传动对轴的作用力较小；链传动的尺寸较紧凑；链传动对环境的适应能力较强；链条的磨损伸长比较缓慢，张紧调节量较小。

2.4 系统总体方案的确定

方案为：电动机——带传动——减速器——链传动

如下图：

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****本科毕业设计（论文） 2 系统总体方案的确定

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电动机

链传动

减速器

带传动

图2.2 系统总体方案

****本科毕业设计（论文） 3 电动机的选择

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3 电动机的选择

3.1 电动机类型选择

根据动力源和工作条件，选用交流电机，Y 系列三相异步电动机。

3.2 电动机功率的选择

根据链传输机构的布置由已知条件链传动机构承受铁屑100公斤力，即1000N ，链的运动速度为3m/min ，由于传动机构还受链条受摩擦力f 和刮板的重力分量F1。

由已知条件得出传动机构总的载荷为F=f+F1+1000

设所选链型号为08A ,p=12.7mm ,单排质量q=0.60 kg/m ，总长度为8m 。 刮板尺寸为：168mm×20mm×2mm ,选用普通碳素钢密度为7.85，相邻刮板距离为三个节距12.7×4=50.8mm ，F1约为200N ，f 约为60N 。 则工作机有效功率为：P=F×V=0.063KW

由已知条件得电动机有效功率/d P P η=，式中η为系统总的传动效率。 电动机到链传动机构总传动效率2612345ηηηηηη=????

式中：1η为V 带的传动效率，2η为闭式齿轮的传动效率，3η为圆锥滚子轴承的传动效率，4η为联轴器的传动效率，5η为链传动效率。 查表：1η=0.95，97.02=η，98.03=η，4η=0.99，5η=0.96 代入上式：0.723η=

所以电动机的有效功率/0.087d P P KW η== 所选电动机的额定功率须满足e d P P >。

3.4 确定电动机型号

根据已知条件本排屑装置的输送速度为：

1w n v z p =?60?1000/?

式中p 为节距，1z 为小链轮齿数，取1z =17

/w n r mim =14

选取电动机型号为Y2-90S-8，同步转速为750 /r mim ,对应额定功率为0.37KW ，外伸轴直径24mm