西南科技大学网络教育
毕业设计（论文）
题目名称：论数控铣床的主轴箱结构相关设计
年级：层次：□本科□√专科
学生学号：指导教师：
学生姓名：技术职称：讲师
学生专业：机电一体化技术学习中心名称：
西南科技大学网络教育学院制
毕业设计（论文）
任务书
题目名称论数控铣床的主轴箱结构相关设计题目性质□√真实题目□虚拟题目
学生学号指导教师
学生姓名
专业名称机电一体化技术技术职称讲师
学生层次学习中心名称
年月日
毕业设计（论文）内容与要求：
1.设计部件名称：数控铣床的主轴箱
2．运动设计：根据所给定的转速范围及变速级数，拟定机床主运动传动结构方案(包括传动结构式、转速分布图)和传动系统图，确定各传动副的传动比，计算齿轮的齿数，主轴实际转速及与标准转速的相对误差。
3.根据数控铣床中的重要部件，做出电路图。
4．动力计算：选择电动机型号及转速，确定传动件的计算转速、对主要零件（如皮带、齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。
5．结构设计
进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、剖面图、主要零件工作图。
毕业设计领导小组负责人：（签字）
年月日
毕业设计（论文）成绩考核表
过程评分评阅成绩答辩成绩
总成绩
百分制等级制
1、指导教师评语
建议成绩指导教师签字：年月日
2、论文评阅教师评语
建议成绩评阅教师签字：年月日3、毕业答辩专家组评语
建议成绩答辩组长签字：年月日4、毕业设计领导小组推优评语
组长签字：年月日
摘要
数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动极其加工过程进行控制的一种方法,随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。
数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。
数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感技术；(6)软件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。
数控机床就是将加工过程所需的各种步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都是用数字化的代码来表示。通过控制介质数字信息送入专用区域通用的计算机。计算机对输入的信息进行处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
关键词：机械设计；主轴；数控系统。
ABSTRACT
Have already measured a national machine the important of level manufacture industry the making along with the bad of fast and fierce development, few machine of science technique.
The numerical control engine bed is the numerical control system as representative’s new technology the tradition machine manufacture industry some companies also have own mailing, It’s technical scope duplicate Ge Henduo domain (1) machine manufacture technology;(2) information processing, processing, transmission technology; (3) automatic control technology ;(4) the serve actuates the computer to the tradition machine manufacture industry .（5）The manufacturing industry. (6)The manufacturing industry . The manufacturing industry is not only become the industrialization the symbol, moreover as a result of the information technology seepage.
Cause the manufacturing industry just like the sunrise industry to the have the broad development world.At the same time, in order to satisfy the modern industry the multiversity the small batch auto-mobile production, the urgent need nimble, is general, can adapt to the product, trequent change numerical control engine bedThe numerical control engine bed is between each kind of operation and the stop as well as the cutting tool and the work piece relative, displacement quantity, which needs the processing of all uses digitized the code to indicate that sends in through the control medium the numerical information special-purpose or the general computer.
The computer carried on to the input information processing and the engine bed the seno-system of other functional elements, cause work-piece, which the engine bed automatically processes needs.
Key Ward:：mechanical design; CNC milling; spindle; CNC system。
目录
引言 (1)
第一章数控铣床的介绍 (2)
1.1 数控铣床的组成 (2)
1.2 数控铣床的工作原理 (3)
1.3数控铣床加工的特点 (3)
第二章数控铣床主传动系统的配置方式 (4)
第三章主要设计零件的计算和验算 (5)
3.1轴承的选择和轴承的精度 (5)
3.2主轴箱体的计算 (5)
3.2.1主轴材料的选择及尺寸、参数的计算 (5)
3.2.2主轴箱体的截面形状和壁厚计算 (8)
3.2.4 轴承寿命校核 (8)
3.3碟形弹簧的计算 (9)
3.3.1 碟形弹簧的特点 (9)
3.3.2碟形弹簧的强压处理 (10)
3.3.3 表面强化处理和防腐处理 (10)
第四章数控铣床主轴箱设计 (12)
4.1 数控铣床的主轴箱 (12)
4. 2 主轴箱传动系统 (12)
4.3 获取原始数据 (13)
第五章控车床主轴变速电路的改进设计 (13)
5.1数控铣床电气控制 (13)
5.1.1 动力电路 (14)
5.1.2电源控制线路 (15)
5.1.3交直流控制线路 (15)
5.2主轴电动机控制 (17)
5.3冷却电动机控制 (17)
第6章液压缸及密封件设计 (17)
6.1封件的作用及其意义 (17)
6.2压缸各部分的结构及主要尺寸的确定 (18)
6.3强度校核 (18)
6.4 密封的分类及密封件的材料要求 (19)
6.5 防尘圈的设计要求 (19)
结论 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
引言
数控技术，简称数控（Numerical Control）。它是利用数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控机床（NC）。数控技术包括：数控装置，可编程控制器，主轴驱动及进给装置等部分。
数控机床是机、电、液、气、光，高度一体的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如，进给速度，主轴转速，主轴正反转，换刀，冷却液的开／关等。这些信息按一定的格式形成加工文件存放在信息载体上，然后由机床上数控系统读入，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。在机械加工工业中大批量零件的生产宜采用专用机床或自动化生产线。对于小批量产品的生产过程中产品品种的变换频繁批量小，加工方法的区别大，宜采用数控机床。随零件复杂程序和零件批量的变化，通用机床，普通机床和数控机床的动用情况。当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床；当生产批量大时宜采用专用机床；而当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床。这是由数控机床的特点决定的。
加工零件的适应性，灵活性好。
数控机床能完成很多普通机床难以胜任，或者根本不可能加工出来的复杂型面的零件，这是由于数控机床具有多坐标轴联动功能，并可按零件加工的要求变换加工程序。因此，数控机床在航空航天等领域获得广泛的应用。
控机床可以获得较高的加工精度，加工质量稳定。数控机床的传动件，特别是滚珠丝杠精度很高。机床导轨采用滚动导轨或粘接有摩擦系数很小的合成塑料，因而减少了摩擦阻力，消除了低速爬行。闭环、半闭环伺复系统，装有精度很高的位置检测元件，并随时把位置误差反馈给控制系统，使之能够及时进行误差校正。数控机床的一切操作都是由程序装配的，没有人为干扰，因而加工质量稳定。
数控技术的发展，对我国国民经济的发展起着巨大的作用，特别是对我国要机械制造工业的现代化起到至关重要的作用。为此，我们要加大数控机床的研究和探讨，把三坐标铣床主轴设计作为我的毕业设计，也是对我大学期间学习成果的一次全方位的检验。
第一章数控铣床的介绍
1.1 数控铣床的组成
数控铣床的基本组成见图 1.1，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服电机、伺服装置、数控系统等组成。
床身用于支撑和连接机床各部件。主轴箱用于安装主轴。主轴下端的锥孔用于安装铣刀。当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。主轴箱还可沿立柱上的导轨在Z 向移动，使刀具上升或下降。工作台用于安装工件或夹具。工作台可沿滑鞍上的导轨在X 向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在Y 向移动，从而实现工件在X和Y 向的移动。无论是X、Y 向，还是Z 向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现的。伺服装置用于驱动伺服电机。控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。控制电源用于向伺服装置和控制器供电。
图1.1数控铣床的基本组成图
1.2 数控铣床的工作原理
根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数。通过手工编程或利用CAM 软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制信号。主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。
1.3 数控铣床加工的特点
（1）用数控铣床加工零件，精度很稳定。如果忽略刀具的磨损，用同一程序加工出的零件具有相同的精度。
（2）数控铣床尤其适合加工形状比较复杂的零件，如各种模具等。
（3）数控铣床自动化程度很高，生产率高，适合加工批量较大的零件。
第二章数控铣床主传动系统的配置方式
数控铣床的主传动系统要求有较大的调速范围，以保证进行加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此机构必须适应自动操作的要求。大多数的数控铣床是用无级变速系统控制的。
主要应用在中小数控机床上，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但它只能适用于低扭矩特性要求的主轴。同步带有多楔带，齿形带，圆弧带等，是一种综合了带传动和链传动优点的新型传动。带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮与轮齿相嵌合，做无滑动的啮合传动。带内采用了承载后无弹性伸长的材料作强力层，以保持带的节距不变，使主动和从动带轮可做无相对滑动的同步传动。与一般带传动相比，同步带传动具有以下优点：
1.无滑动，传动比准确。
2.传动效率高，可达98%以上。
3.传动平稳可靠，噪声小。
4.使用范围广，速度要达到50m/s，速比可达10左右，传动功率由几瓦到数千瓦。
5.修保养方便，不需要润滑。
这种主传动方式大大简化了主轴箱与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电动机转动时发出的热量对主轴的精度影响比较大。在低于额定转速时为恒转矩输出，高于额定转矩时为恒功率输出。我们把机床主轴驱动与一般工业的驱动相比较，便可知机床要求其驱动系统有较高的速度精度和动态刚度，而且要求具有能连续输出的高转距能力和非常宽的恒功率运动范围。随着功率电子，计算机技术，控制理论，新材料和电动机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流主轴电动机驱动系统的性能已经达到甚至超过了直流电动机驱动系统，交流主轴驱动系统正在逐步取代直流系统。
第三章主要设计零件的计算和验算
3.1 轴承的选择和轴承的精度
轴承的选择原则有以下几点：满足承载能力和刚度要求；满足精度要求；满足转速要求；适应机构的要求。
本次设计中选用了的轴承是角接触轴承和双向推力向心球轴承。角接触轴承可以同时承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，其轴上载荷能力的大小，随接触角的增大而增大；轴承的精度，分为2、4、5、6、0五级。其中2级最高，0级为普通精度级。主轴轴承以4级为主。高精度主轴可用P2级。要求较低的主轴或三支撑主轴的辅助轴承可用P5级。P6级和P0级一般不用。
3.2主轴箱体的计算
3.2.1主轴材料的选择及尺寸、参数的计算
图2.1主轴
主轴的主要尺寸参数包括：主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支撑跨距。评价和考虑主轴的主要尺寸参数的依据使主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适应范围。
a)主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承的直径越大，同等级精度轴承的公差值也越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。同时极限转数下降。主轴后端支撑轴颈的直径可视为0.7～0.8的前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。
b)主轴内孔直径
主轴的内孔用来安放棒料、刀具夹紧装置固定刀具、传动气动或液动卡盘等。主轴孔径越大，可通过的棒料直径也越大，机床的适用范围就越广，同时主轴部件的相对重量也越轻。主轴孔径的大小主要受主轴刚度的制约。主轴的孔径与主轴的直径之比，小于0.3时空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当；等于0.35时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%；大于0.7时空心主轴的刚度急剧下降。一般可取其比值为0.5左右。
根据设计要求，此设计选用的主轴材料是45#钢。其热处理及参数如下表
表3-1 45#
钢热处理及参数表
因为选用的主轴电机功率为P=18.5KW ，额定转速n c =1500r/min
所以主轴功率
p=p c /η1η2η3=98.097.098.05
.18??=9.67 kw (式3-1)
因为主轴是空心转轴，所以
d 1=21.68 ×
3122)(-ψ+σT M .3411
α- （式3-2） 查表得3411
α-=1.23 所以d 1=21.68×1.2321.23=56.6㎜
又因为此处轴上有一个键槽，所以d 1=d ×(1+5%)=59.45㎜ 取d 1=60㎜;d 2=d 1+2a,a
为轴肩高度，用于轴上零件的定位和固定，故a 值应该稍微大于毂孔的圆角半径或倒角深，通常取a ≥（0.07～0.1）d 1；d 2应符合密封件的孔径要求。
所以 d 2=63mm
d 3=d 2+5～8mm=72mm 。 材料 热处理 硬度（HBS ）
抗拉强
度极限
屈服强
度极限
ζs 弯曲疲劳极限ζ-1 剪切疲劳极限η-1 许用弯曲应力[ζ-1] 45 调质、渗氮 217～255 640 355 300 155 60
d 4=d 3+1～5mm=74mm 。
d 5=d4+1～5mm=78mm 。
d 6=d 5+2a 。a ≥(0.07～0.1)d 1 所以d 6=80mm 。
根据选用的轴承确定d 7=98mm
主轴的疲劳强度安全系数校核，危险截面安全系数s 的校核计算： s=τστ
σ22
s s s s +≥[s] （式3-3）
σs ____________只考虑弯距作用的安全系数；
s η____________只考虑扭距作用是的安全系数；
[s] ____________许用安全系数；
在此查表所得[s]=1.3～1.5；s ζ=m k σψσβσααξσσ+-1 m k s ττβτταεσττψ+=
-1 查表得出ζ
-1=270Mpa η-1=155Mpa k ζ=1.71 k η=1.44 β=1.6εζ=0.78 εη
=0.74，ψζ=0.3，ψη=0.21，ζα=W M 2，ζm =ζα M=)1(3243νπ-d , d d 0=ν Wp=)1(1643νπ-d
所以：s=τστ
σ22s s s s +=1.08<[s]=1.3～1.5
所以主轴设计符合要求。
c)主轴的轴端结构
主轴的轴端是用于安装夹具和刀具。要求夹具和刀具在轴端定位精度高、定位好、装卸方便，同时使主轴的悬伸长度短。数控铣床的主轴端部结构，一般采用短圆锥法兰盘式。
d)轴主要精度指标
前支承轴承轴颈得同轴度约为5μm 左右；轴承轴颈需要按轴承内孔“实际尺寸”配合，并且需要保证配合过盈1μm～5μm；锥孔与轴承轴颈得同轴度为3μm～5μm，与锥面的接触面积不小于80%，且大端接触较好；装圆柱滚子轴承与轴承内圈的接触面积应该不小于85%。
e)主轴动态特性的改善
改善主轴动态特性的措施有以下几个方面：
使主轴组件的固有频率避开激振力的频率
通常应该使固有频率高于激振力频率的30%以上。如果发生共振的那阶模态属于主轴在弹性基础上（轴承）的刚度振动则应提高轴承的刚度。如果属于主轴的弯曲振动，则应提高主轴的刚度，如加粗直径。激振力可能来自主轴组件的不平衡，这时激振频率等于主轴转速乘以π/30。也可能来自断续切削，这时激振频率还应该乘以刀齿数z。
f)增大阻尼
如前面所述，低阶模态常是主轴的刚体振动。这时主轴轴承，特别是前轴承的阻尼对主轴组件的抗振性影响很大。如果要求得到很光的加工表面，主轴又是水平的，可用滑动轴承。
如主轴后端悬深很长，可增加辅助支承，成为三支承主轴。辅助支承可用深沟球轴承，保留游动间隙。辅助支承的作用，与其说是提高刚度，不如说是为了提高抗振性。
3.2.2 主轴箱体的截面形状和壁厚计算
传动装置箱体的典型纵截面形状为矩形或圆形。箱体壁厚N的计算:
N=
mm
h
b
l
23
3000
2
=
+
+
（式3-4）
3.2.4 轴承寿命校核
主轴轴承通常载荷相对较轻,除一些特殊的重载主轴外,轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴成的寿命，主要不是取决于疲劳点蚀，而是因为磨损而降低精度。通常，如轴承精度为P4级，经使用导致磨损后跳动精度降至P5级时，这个轴承就不能满足加工精度要求了。应该更换了。虽然还远未达到其疲劳寿命，但是这种“精度寿命”目前还难以估算准确。
所选轴承按照每天两班工作制，每班工作8小时，预计使用五年。则T=16×365×5=29200h
根据轴承寿命校核公式：
L
h
=（式3-5）
L
h
----轴承寿命。
T----滚动轴承许用寿命。
C----滚动轴承额定动负荷。
fn----速度系数fn=
ε----寿命指数。对球轴承ε=3；对滚子轴承ε=10/3。
K A ----使用系数。查表去K
A
=1.2.
K n ----转速变化系数，查表的K
n
=0.89。
K L ----齿轮轮换工作系数，查表取K
L
=0.8.
P----当量动载荷。
L
h
=500h>T
因为轴承使用寿命远大于轴承预期的寿命所以轴
3.3碟形弹簧的计算
图3-1碟形弹簧
3.3.1 碟形弹簧的特点
它是一种用钢板冲压的截面锥形压缩弹簧，其特点是：
1、刚度大，用于负荷大，轴向空间要求小的地方。
2、具有变刚度特性，适应范围广，根据其极限变形量h
和弹簧板厚度t不同，可有各种不同的特性曲线和承载能力。
3、在工作过程中，碟片之间有摩擦损失，加载和卸载时的特性曲线不重合，吸振能力强，制造维修方便。
3.3.2 碟形弹簧的强压处理
碟形弹簧应全部进行强压处理，处理方法为：一次压平，持续时间不少于12h，或者进行短时压平，压平次数不小于5次，压平力不小于二倍的Pf=0.75h
,强化处理后自由高度应稳定。
3.3.3 表面强化处理和防腐处理
对于受变负荷的碟形弹簧，内锥面推荐表面作强化处理，例如喷丸处理等，根据需要，碟形弹簧表面进行防腐处理（如磷化、氧化、镀锌等），经电镀后的碟形弹簧，必须进行去氢处理，不过对受变负载的碟形弹簧应该避免采用电镀方法处理。
其主要设计参数如下：D=50 d=25.4 t=3 h
0=1.1 H
=4.1 P=12000N f=0.83
H 0-f=3.27 ζ
M
=-1250N/㎜ 2 ζⅡ=1430 N/㎜ 2 Q=34.30kg/1000件
D/t≈18 h
=0.4 E=206000N/㎜2μ=0.3 K
4
=1 C=2
压平弹簧的负载：
P
C
=（式3-6）
K
1
==0.69，（式3-7）
P/P
c
=5000/8410=0.59 因为h
/t=0.4 (查表所得) 所以 f=0.57×
h
=0.51 所以对合组合的片数为I=取12片.
未受负载的高度是H
Z =i.H
=22×3.15=69.3
受负载时的高度H
1=H
Z
-if=69.3-22×0.51=58.08
压平弹簧时(f=h
)M点的应力
ζ
M
=（式3-9）
此数据与60Si
2M
n
A的屈服极限1400接近
碟形弹簧的刚度
P==9015.53N （式3-10）
卧式双面28轴组合钻床左主轴箱
1. 绪论 1.1 课题背景及目的 组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效专用机床，是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床是根据工件加工要求，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。通用零部件通常占整个机床零部件的70％～90％，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台组合机床联在一起，就成为自动生产线。组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。通用部件按其功能通常分为五大类。 1.动力部件。动力部件是用于传递动力，实现工作运动的通用部件。 2.支撑部件。支撑部件是用于安装动力部件、输送部件等的通用部件。 3.输送部件。输送部件是具有定位和加紧装置、用于安装工件并运送到预定工位并运送到预定工位的通用部件。 4.辅助部件。辅助部件包括定位、加紧、润滑、冷却、排屑以及自动线的清洗机等各种辅助装置。 主轴箱是组合机床的重要组成部分。包括通用主轴箱和专用主轴箱，本设计的是通用主轴箱，包括主轴，传动轴，动力部件以及其他辅助装置。 主轴箱设计具有以下特点：
1.传动方案紧凑。 2.为了实现较小轴间距，我们采取了将径向、轴向轴承都取错开排列方式。 3.用径向滚珠轴承代替滚针轴承。 4.在结构空间受限的情况下，为了提高主轴、传动轴的刚度，在结构上将主轴、传动轴尽可能取较大外径。 5.主轴箱与动力箱动力传递取联轴器传动。 6.提高齿轮的结构强度。 图1.1
中北大学 课程设计任务书 15/16 学年第一学期 学院：机械工程与自动化学院 专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：王前学号：1202014233 课程设计题目：《金属切削机床》课程设计 （车床主轴箱设计） 起迄日期：12 月21 日～12 月27 日课程设计地点：机械工程与自动化学院 指导教师：马维金讲师 系主任：王彪 下达任务书日期: 2012年12月21日
课程设计任务书 课程设计任务书
目录 1.机床总体设计 (5)
2. 主传动系统运动设计 (5) 2.1拟定结构式 (5) 2.2结构网或结构式各种方案的选择 (6) 2.2.1 传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 (6) 2.2.2 基本组和扩大组的排列顺序 (6) 2.3绘制转速图 (7) 2.4确定齿轮齿数 (7) 2.5确定带轮直径 (8) 2.6验算主轴转速误差 (8) 2.7 绘制传动系统图 (8) 3．估算传动件参数确定其结构尺寸 (10) 3.1确定传动见件计算转速 (10) 3.2确定主轴支承轴颈尺寸 (10) 3.3估算传动轴直径 (10) 3.4估算传动齿轮模数 (10) 3.5普通V带的选择和计算 (11) 4．结构设计 (12) 4.1带轮设计 (12) 4.2齿轮块设计 (12) 4.3轴承的选择 (13) 4.4主轴主件 (13) 4.5操纵机构、滑系统设计、封装置设计 (13) 4.6主轴箱体设计 (13) 4.7主轴换向与制动结构设计 (13) 5.传动件验算 (14) 5.1齿轮的验算 (14) 5.2传动轴的验算 (16) 5.3花键键侧压溃应力验算 (19) 5.4滚动轴承的验算 (20) 5.5主轴组件验算 (20) 5.6主轴组件验算 (13) 6.参考文献 (14) 1.机床总体设计 轻型车床是根据机械加工业发展需要而设计的一种适应性强，工艺范围广，结构简单，
西南科技大学网络教育 毕业设计（论文） 题目名称：论数控铣床的主轴箱结构相关设计 年级：层次：□本科□√专科 学生学号：指导教师： 学生姓名：技术职称：讲师 学生专业：机电一体化技术学习中心名称： 西南科技大学网络教育学院制
毕业设计（论文） 任务书 题目名称论数控铣床的主轴箱结构相关设计题目性质□√真实题目□虚拟题目 学生学号指导教师 学生姓名 专业名称机电一体化技术技术职称讲师 学生层次学习中心名称 年月日
毕业设计（论文）内容与要求： 1.设计部件名称：数控铣床的主轴箱 2．运动设计：根据所给定的转速范围及变速级数，拟定机床主运动传动结构方案(包括传动结构式、转速分布图)和传动系统图，确定各传动副的传动比，计算齿轮的齿数，主轴实际转速及与标准转速的相对误差。 3.根据数控铣床中的重要部件，做出电路图。 4．动力计算：选择电动机型号及转速，确定传动件的计算转速、对主要零件（如皮带、齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。 5．结构设计 进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、剖面图、主要零件工作图。 毕业设计领导小组负责人：（签字） 年月日
毕业设计（论文）成绩考核表 过程评分评阅成绩答辩成绩 总成绩 百分制等级制 1、指导教师评语 建议成绩指导教师签字：年月日
2、论文评阅教师评语 建议成绩评阅教师签字：年月日3、毕业答辩专家组评语 建议成绩答辩组长签字：年月日4、毕业设计领导小组推优评语 组长签字：年月日
摘要 数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动极其加工过程进行控制的一种方法,随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。 数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。 数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感技术；(6)软件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。 数控机床就是将加工过程所需的各种步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都是用数字化的代码来表示。通过控制介质数字信息送入专用区域通用的计算机。计算机对输入的信息进行处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。 关键词：机械设计；主轴；数控系统。
摘要 数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动极其加工过程进行控制的一种方法,随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。 数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。 数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感技术；(6软件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。 数控机床就是将加工过程所需的各种步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都是用数字化的代码来表示。通过控制介质数字信息送入专用区域通用的计算机。计算机对输入的信息进行处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。 关键词：机械设计数控三坐标铣床主轴数控系统
Abstract Digital control is a kind of automatic control technology developed in recent years is a method of using the digital signals of the machine is the machining process control, with the rapid development of science and technology, numerical control machine tool is an important standard of mechanical industry of a country level. NC machine tool is provided with the program control system of machine tool. The system can be logically processing with the use of numbers, or other symbols coded instructions procedures. NC machine tool is the penetration of the new technology of numerical control technology as the representative of the traditional manufacturing industries form the integration of mechanical and electrical products, technical scope covers many fields: (1) mechanical manufacturing technology (2) information processing, processing, transmission technology; (3) the automatic control technology; (4) servo drive technology; (5) sensor technology; (6 software technology. The computer penetration of the traditional mechanical industry, completely changed the manufacturing industry. The manufacturing industry is not only to become a symbol of industrialization, and because the penetration of information technology, the manufacturing industry is a sunrise industry, has the broad development world. NC machine tools is the relative displacement between the various steps required to process as well as the tool and workpiece are using digital codes to represent. By controlling the medium of digital information into the special area for general computer. The computer processes the input, servo system sends commands to control the machine tool or other executive element, make the machine tool workpiece needed. Keywords: mechanical design, CNC three axis milling machine spindle CNC system
第1章绪论 1.1课题来源 随着技术的发展，机床主轴箱的设计会向较高的速度精度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。另外还会改善机床的动平衡，避免震动、污染和噪音等。 本设计为CA6140机床的主轴箱。作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛的应用于机械加工行业中。CA6140机床主轴箱的作用就是把运动源的恒定转速改变为主运动执行件（主轴、工作台、滑枕等）所需的各种速度；传递机床工作时所需的功率和扭矩；实现主运动的起动、停止、换向和制动。 主轴箱通常主要由下列装置和机构组成：齿轮变速装置；定比传动副；换向装置；起动停止装置；制动装置；操纵装置；密封装置；主轴部件和箱体。根据机床的用途和性能不同，有的机床主轴箱可以只包括其中的部分装置和部件。 主轴箱是支承主轴并安装主轴的传动变速装置，使主轴获得各种不同转速，以实现主切削运动。该机床主轴箱刚性好、功率大、操作方便。CA6140机床可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。主轴三支撑均采用滚动轴承；进给系统用双轴滑移共用齿轮机构；纵向与横向进给由十字手柄操纵，并附有快速电机。该机床刚性好、功率大、操作方便。 1.2研究动态及发展趋势 机床设计和制造的发展速度是很快的。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计和制造水平，也将促进设计方法的现代化。 随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自
第一章概述 1.1设计目的 (2) 1.2主轴箱的概述 (2) 第2章主传动的设计 (2) 2.1驱动源的选择 (2) 2.2转速图的拟定 (2) 2.3传动轴的估算 (4) 2.4齿轮模数的估算 (3) 2.5V带的选择 (4) 第3章主轴箱展开图的设计 (7) 3.1各零件结构尺寸的设计 (7) 3.1.1 设计内容和步骤 (7) 3.1.2有关零件结构和尺寸的设计 (7) 3.1.3各轴结构的设计 (9) 3.1.4主轴组件的刚度和刚度损失的计算 (10) 3.1.5轴承的校核 (13) 3.2装配图的设计的概述 (13) 总结 (19) 参考文献 (20)
第一章概述 1-1设计目的 数控机床的课程设计，是在数控机床设计课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过数控机床伺服进给系统的结构设计，使我们在拟定进给传动及变速等的结构方案过程中得到设计构思、方案分析、结构工艺性、CAD制图、设计计算、编写技术文件、查阅技术资料等方面的综合训练，建立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养我们初步的结构设计和计算能力。 1-2 主轴箱的概述 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较，相对来手比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。 第二章2主传动设计 2-1驱动源的选择 机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin时调节电枢电压的方法来调速的属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速4000r/min，最大切削功率5kw，选择北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。 2-2 转速图的拟定 根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围Rdp=nmax/nd=3 而主轴要求的恒功率转速范围Rnp=3，远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率
数控机床主轴部件结构 主轴部件是数控机床的核心部件，其运转精确度、耐磨性能、防震性能、机械强度等都会影响到工件加工的质量，再加上操作过程中还会有环境的影响以及人为因素的影响，工件加工的质量就更难得到保证。所以要从可控的方面着手，将一切可控因素都调整到位，比如数控机床的主轴结构设计以及主轴结构的日常维护等。 目前所使用的数控机床类型主要包括数控车床、数控铣床以及工件加工中心。 1.数控车床主轴部件结构特点 （1）主轴的主体结构是一个空心阶梯轴。 （2）主轴的前面部分主要由法兰盘和专门的卡盘结构组成。 （3）主轴的后面部分放置回转油缸。 （4）主轴空心部分用于设置油缸的活塞杆。 （5）车床的传动装置主要有齿轮传动、传送带传送以及齿轮-传送带组合传动等方式。 （6）驱动器主要作用是连接电动机，驱动数控车床的运转。 （7）光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并
及时反馈信息至数控系统。 （8）回转油缸的主要作用是通过调整液压来控制卡盘装置与法兰盘的结合与分离。 2.数控铣床主轴部件结构特点 （1）同数控车床一样，主轴的中心是空心的。 （2）主轴的前面部分是一个比例为7：24的锥型孔洞，并且在端面上设有一对专门的主轴转矩检测装置将主轴转矩数据传输给铣刀。 （3）主轴的后面部分设有液压缸装置用于放松铣刀。 （4）主轴中间的空心部分用于弹簧的安装、以及铣刀固定刀爪的安装等。 （5）主轴的传动装置主要是齿轮传动，而且是变速传动。 （6）电气结构与数控车床相似，驱动器用于连接电动机，驱动数控铣床的运转；光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并及时反馈信息至数控系统；液压缸的主要作用是通过调整液压来控制回路。 3.工件加工中心主轴部件结构特点 工件加工中心主轴部件的大致结构与数控铣床相类似，唯一不同的地方在于工件加工中心自带刀库和自动换刀的装置，自动化程度相对较高，在控制结构上与数控铣刀会有所不同，具体表现在：
立式钻床主轴箱的结构设计 摘要 组合机床是一种专用机床，它是由系列化标准化的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成。。组合机床随着生产力的发展，是由万能机床和专用机床发展而来的。 此次设计的任务是机床立式主轴箱的设计。这次设计的内容有主轴箱设计及其各部件的主要参数。主轴箱的设计是这次任务的重点，它是组合机床的重要部件之一。它是由通用部件，按照被加工零件的加工要求，根据专用要求设计的。合理的安排主轴箱内部每一根轴的的位置，选择合适的各级传动比，将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴,使之得到要求的转速和转向从而实现对零件的加工。其次，合理安排各主轴和传动轴上齿轮所在的排数；确定主轴和传动轴的支撑方式和预紧方法也是非常重要的工作。 本文依据主轴箱的设计原则完成了对结构型式的选择及动力计算，传动系统的设计与计算，主要轴和轴承以及齿轮的校核，主轴箱总图设计。 关键词主轴箱；传动轴；齿轮；立式钻床
Structure design of vertical drilling machine spindle box Abstract Combined machine tool is a kind of s pecial machine tool. It’s composed of u niversal Parts which systematic and unitized and according to t he shape of the processed parts and special parts of the design of requirements of the machining process. Following with the development of productive forces, combined machine tool developed by u niversal machine tools and special machine tools. This design’s task is the design of vertical machine tool spindle box. This design’s content is the design of spindle box and the parts of this’s major parameter. The key point of this task is the design of spindle box, it is one of the major part of combined machine tool. It is design by universal Parts, and according to p rocessed parts’s processing requirements and p articular requirements. In order to i mplementation of parts processing, arrange the site of each shaft in the spindle box, choose appropriate All levels of drive ratio, let m otivation and sport to the work spindle through motor or power part. By means of it, it can acquire speed and steering. Next, reasonable arrangement the row number of main shaft and shaft’s gear; it is also a very important work that to ensure main shaft and shaft’s support way and pre-tightening methods. In this paper, according to the spindle box’s design princ iples, it complete structure form’s choose and dynamic calculation. The design and calculation of the transmission system. Main shaft and bearing, as well as the check of gear. The design of the spindle box general layout. Keywords The spindle box; Transmission shaft; Gear
普通车床主轴箱设计第 1 页共 68 页 安徽建筑工业学院 安徽建筑工业学院安徽建筑工业学院 安徽建筑工业学院 毕业设计 (论文) 专 专专 专 业 业业 业 机械设计制造及其自动化 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班 班班 班 级 级级 级 05
05机械 机械机械 机械(4) (4)(4) (4)班 班班 班 学生姓名 学生姓名学生姓名 学生姓名 夏遵超 夏遵超夏遵超 夏遵超 学 学学 学 号 号号 号 05210010428 05210010428 05210010428 05210010428 课 课课 课
题题 题 车床主轴箱设计 车床主轴箱设计车床主轴箱设计 车床主轴箱设计 指导教师 指导教师指导教师 指导教师 魏常武 魏常武魏常武 魏常武 普通车床主轴箱设计第 2 页共 68 页 2009 2009 2009 2009 年 年年 年 6 6 6 6 月 月月 月 1
1 日 日日 日普通车床主轴箱设计第 3 页共 68 页摘要 摘要摘要 摘要 普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给 定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动 参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构 网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床 类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模 数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件 （传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计 和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图， 侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移 齿轮零件的设计。 【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。 普通车床主轴箱设计第 4 页共 68 页目录 目录目录 目录目录 目录目录 目录.............................................................................. .. (4) 1、 、、 、绪论 绪论绪论 绪论.............................................................................. .. (6) 2． ．． ．设计计算 设计计算设计计算 设计计算 .............................................................................
1． 机床主要技术参数： （1） 尺寸参数： 床身上最大回转直径： 400mm 刀架上的最大回转直径： 200mm 主轴通孔直径： 40mm 主轴前锥孔： 莫式6号 最大加工工件长度： 1000mm （2） 运动参数： 根据工况，确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得，主轴最低转速有采用W 16Cr 4V 高速钢刀车削铸铁件获得。 n max = min 1000max d v π= 23.8r/min n min = max min 1000d v π =1214r/min 根据标准数列数值表，选择机床的最高转速为1180r/min ，最低转速为26.5/min 公比?取1.41，转速级数Z=12。 （3） 动力参数： 电动机功率4KW 选用Y112M-4型电动机 2． 确定结构方案： （1） 主轴传动系统采用V 带、齿轮传动； （2） 传动形式采用集中式传动； （3） 主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器； （4） 变速系统采用多联滑移齿轮变速。 3． 主传动系统运动设计： （1） 拟订结构式： 1） 确定变速组传动副数目： 实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： A ．12=3*4 B. 12=4*3 C 。12=3*2*2 D ．12=2*3*2 E 。12=2*2*3 方案A 、B 可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有四个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。 根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案C 是可取的。但是，由
于主轴换向采用双向离合器结构，致使Ⅰ轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案D 2）确定变速组扩大顺序： 12=2*3*2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式：A．12=21*32*26B。12=21*34*22 C．12 =23*31*26D。12=26*31*23 E．22*34*21F。12=26*32*21 根据级比指数非陪要“前疏后密”的原则，应选用第一种方案。然而，对于所设计的机构，将会出现两个问题： ①第一变速组采用降速传动（图1a）时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制， 使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小，Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使Ⅰ-Ⅱ轴间中心距加大，而且Ⅱ-Ⅲ轴间的中心距也会加大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。 ②如果第一变速组采用升速传动（图1b），则Ⅰ轴至主轴间的降速传动只能由 后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的极限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。 如果采用方案C，即12 =23*31*26，则可解决上述存在的问题（见图1c）。其结构网如图2所示。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交地毕业设计（论文），是我个人在指导教师地指导下进行地研究工作及取得地成果.尽我所知，除文中特别加以标注和致谢地地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过地研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构地学位或学历而使用过地材料.对本研究提供过帮助和做出过贡献地个人或集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意. 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）地规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）地印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）地印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目地前提下，学校可以公布论文地部分或全部内容. 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交地论文是本人在导师地指导下独立进行研究所取得地研究成果.除了文中特别加以标注引用地内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写地成果作品.对本文地研究做出重要贡献地个人和集体，均已在文中以明确方式标明.本人完全意识到本声明地法律后果由本人承担. 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文地规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文地复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅.本人授权大学可以将本学位论文地全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文. 涉密论文按学校规定处理. 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
(完整版)CA6140车床主轴箱的含图 毕业设计 以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。第1章绪论课题来源随着技术的发展，机床主轴箱的设计会向较高的速度精度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。另外还会改善机床的动平衡，避免震动、污染和噪音等。本设计为CA6140机床的主轴箱。作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛的应用于机械加工行业中。CA6140机床主轴箱的作用就是把运动源的恒定转速改变为主运动执行件所需的各种速度；传递机床工作时所需的功率和扭矩；实现主运动的起动、停止、换向和制动。主轴箱通常主要下列装置和机构组成：齿轮变速装置；定比传动副；换向装置；起动停止装置；制动装置；操纵装置；
密封装置；主轴部件和箱体。根据机床的用途和性能不同，有的机床主轴箱可以只包括其中的部分装置和部件。主轴箱是支承主轴并安装主轴的传动变速装置，使主轴获得各种不同转速，以实现主切削运动。该机床主轴箱刚性好、功率大、操作方便。CA6140机床可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。主轴三支撑均采用滚动轴承；进给系统用双轴滑移共用齿轮机构；纵向与横向进给十字手柄操纵，并附有快速电机。该机床刚性好、功率大、操作方便。研究动态及发展趋势机床设计和制造的发展速度是很快的。原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统设计方法。因此，探索科学理论的应用，科
高速立式加工中心主轴箱结构设计及分析 文怀兴1,陆 君1,吕玉清2 (1.陕西科技大学机电工程学院,陕西西安 710021) (2.宁夏中卫大河机床有限责任公司,宁夏中卫 755000) 摘要:以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,为满足高速加工中心整体性能的需要,利用Pro/E 软件,建立了4种主轴箱结构的三维模型,分别进行了主轴箱的力学分析和静、热刚度计算,并对4种方案中最优的设计方案进行了合理的结构优化。分析结果表明,箱体内筋板是影响主轴箱整体刚度的重要因素,并通过优化设计改进了筋板结构布局,提高了箱体刚度。 关键词:主轴箱;Pro/E;静刚度;热刚度 中图分类号:TH122A 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2010)19-0037-04 高速加工具有生产率高、切削力小、工件热变形小、加工精度和表面质量高等4大优点,因此获得了许多工业部门的青睐。加工中心的高速化,使得最初配备的主轴箱等关键部件的刚度和精度要求难以满足,因此必须加强对机床重要部件自身刚度、强度、抗振性的分析来提高机床整体性能,使高速加工技术得到更快的发展[1]。 与国外技术相比,国产数控机床还有一段差距,需要进一步提高进给速度、位置精度以及重复定位精度等性能指标。要提高这些参数必须拥有一套与之相应的有限元模拟仿真和完整的静、动态性能分析方法及优化方案。作为机床主轴系统的重要部件主轴箱体,对其进行结构设计、布局以及静力学动力学分析,是迎合高速加工中心发展的必要条件。因此,如何根据制造工艺技术及组配件的要求,在设计上灵活应用并有所创新,以更好地适应高速加工中心的需要,是摆在机床设计人员面前的一个新课题。高档数控机床的发展将在机床制造业的市场竞争中带来显著的经济效益与社会效益。 本文对主轴箱的研究是为机床厂提供合理的方案选择,对性能最佳的方案进行结构最优化设计,为整体动态性能分析奠定基础,实现从机床的前期设计阶段到生产阶段的转变,达到国内先进水平。1 主轴箱的结构设计及分析 1.1 主轴箱三维建模 主轴箱结构设计采用了以往的设计经验,在结构上采用不同的筋板支撑来提高主轴箱自身刚度,例如:连续加强筋可明显提高扭转刚度,不连续的边缘加强筋对扭转刚度的影响不大,同时边缘加强筋有助于减少缺口部位的应力集中缺陷,对于提高这些部位的刚度是有效的,只有当它有利于形成封闭的切应力流的隔板时,才能对整个结构刚度的提高起到有益作用[2]。在分析了影响刚度的因素后,对主轴箱进行结构设计。主要设计了4种模型,如图1所示 。 图1 三维模型设计 收稿日期:2010-05-06 基金项目:“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项基金资助项目(2009ZX04001-014) 作者简介:文怀兴(1957-),男,陕西武功人,陕西科技大学教授,博士,主要研究方向为机械设计制造及自动化。
第一章绪论 1.1 组合机床的特点 组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。 组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点： （1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70～80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。 （2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。 （3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 （4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。 （5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。 （6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。 组合机床常用的通用部件有：机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。 动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。 机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。 1.2 组合机床的分类和组成 组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率甾.1-2.2千瓦的动力部件及其配套不见。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件真诚的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。 组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中
数控车床主轴箱设计 一、设计题目 Φ400 毫米数控车床主轴箱设计。主轴最高转速4000r/min ，最低转速30r/min ，计算转速150r/min ，最大切削功率5.5kw 。采用交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min ，最高转速4500r/min 。 二、主轴箱的结构及作用 主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。 主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。 三、主传动系设计 机床主传动系因机床的类型，性能，规格尺寸等基本因素的不同，应满足的要求也不一样。再设计时结合具体机床进行具体分析，一般应满足下属基本要求： 1）满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动性能能，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。传动系设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠等。 2）满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。 3）满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性，热变形特性稳定。 4）满足产品设计经济性的要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以节省材料，降低成本。 5）调整维修方便，结构简单、合理、便于加工和装配。防护性能好，使用寿命长。 四、主传动系传动方式 由题目知，我们设计的主轴箱传动方式为交流电动机驱动、机械传动装置的无级变速传动。再者，本题目中对精度要求一般，因此选用集中传动方式。另外主轴箱结构设计只需达到结构紧凑，便于集中操作，安装调整方便即可。 五、电动机的选择 按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调速交流电动机又有多速交流电动机和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。 根据设计要求采用交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min ，最高转速4500r/min 。选用FANUC-S 系列8s 型交流主轴电动机。 六、 计算过程 主轴最高转速4000r/min ，最低转速30r/min ，计算转速150r/min ，最大切削功率5.5kw ； 交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min ，最高转速4500r/min ； 主轴要求的恒功率调速范围max 400026.7150 nN i n R n === 电动机的调速范围450031500dN R == 在设计数控机床主传动时，必须要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机恒功率变速范围，所以在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱，以扩大其功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。 根据以上分析，选择交流电动机的型号为： 若取3f dN R ?==，则可得到变速箱的变速级数 99 .2lg /lg ==f nN R Z ψ 所以，Z 可近似取为3，此处我们分别对Z=2、3、4三种情况进行研究，比较。 1） Z=3 根据f nN R Z ψlg /lg =可以得出99.2=f ψ，查表2-5取f ψ的标准值为3.0，dN f R =ψ,即主传动系功率特
调研报告 大学四年的学习生活即将结束，大学学习生活中的最后一个环节也是最重要一个环节——毕业设计，是对所学知识和技能的综合运用和检验。 本人的毕业设计课题是对CA6140车床主轴箱的设计，其内容包括：总体方案的确定和验证、机械部分的设计计算（伺服进给机构设计、自动转位刀架的选择或设计、编码盘安装部分的结构设计）、主运动自动变速原理等。对普通车床主轴箱的设计符合我国国情，即适合我国目前的经济水平、教育水平和生产水平，又是国内许多企业提高生产设备自动化水平和精密程度的主要途径，在我国有着广阔的市场。从另一个角度来说，该设计既有机床结构方面内容，又有机加工方面内容，有利于将大学所学的知识进行综合运用。虽然设计者未曾系统的学习过机床设计的课程，但通过该设计拓宽了知识面，增强了实践能力，对普通机床和数控机床都有了进一步的了解。 毕业设计作为我们在大学校园里的最后一堂课、最后一项测试，它既是一次锻炼，也是一次检验，在整个设计过程中，我获益匪浅。在此，我要衷心感谢刘老师对我的关心和细致指导。 由于毕业设计是我的第一次综合性设计，无论是设计本人的纰漏还是经验上的缺乏都难免导致设计的一些失误和不足，在此，恳请老师和同学们给以指正。
摘要 作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛的应用于机械加工行业中，本设计主要针对CA6140机床的主轴箱进行设计，设计的内容主要有机床主要参数的确定，传动方案和传动系统图的拟定，对主要零件进行了计算和验算，利用三维画图软件进行了零件的设计和处理。 关键词：CA6140机床主轴箱零件传动
目录第一章引言 第二章机床的规格和用途 第三章机床主要参数的确定 第四章传动放案和传动系统图的拟定第五章主要设计零件的计算和验算 第六章结论 第七章致谢 第八章参考资料编目
目录 绪论 (1) 第1章主传动系统设计概述 (3) 第2章数控铣床主传动系统的配置方式 (4) 第3章主轴电动机的选取 (5) 第4章同步带传动设计与计算 (6) 4.1、同步材料选择 (6) 4.2、同步带参数的计算 (6) 4.2.1、模数的选取 (6) 4.2.2、小带轮齿数 (6) 4.2.3、同步带节距 (6) 4.2.4、节圆直径 (7) 4.2.5、大带轮齿数 (7) 4.2.6、大带轮直径 (7) 4.2.7、带的速度 (7) 4.2.8、定中心距 (7) 4.2.9、带的节线长度 (7) 4.2.10、计算中心距 (7) 4.2.11、带轮与带的啮合齿数 (8) 4.2.12、带宽 (8) 4.2.13、作用在轴上的力 (8) 4.2.14、小带轮的最小包角 (8) 4.2.15、带轮宽度 (8) 第5章主轴组件的设计 (9) 5.1、主轴组件的设计要求 (9) 5.1.1、回转精度 (9) 5.1.2、主轴刚度 (9) 5.1.3、主轴的抗振性 (10) 5.1.4、主轴温升 (10) 5.1.5、主轴耐磨性 (10) 5.1.6、提高主轴组件抗振性的措施 (10) 5.2、减少主轴组件热变形的措施 (10) 5.3、主轴材料的选择及尺寸、参数的计算 (11) 5.4、主轴转动装置箱体的作用 (13) 5.5、主轴箱体的截面形状和壁厚的计算 (15) 第6章主轴轴承的选择 (15) 6.1、轴承的选择和轴承的精度 (15) 6.2、轴承预紧力的要求 (15) 6.3、主轴轴承的润滑与密封 (16) 6.4、选取轴承求 (16) 6.5、轴承寿命校核 (18) 6.6、轴承座孔的设计要求 (19) 第7章联接键的选择碟形弹簧的选择与计算 (20)