机械设计课程设计
说明书
题目：XKFA714数控仿形铣床主轴箱
指导老师：艾尔肯
学生姓名：许成锋
学号：20102001061
所属院系：机械工程学院
专业：机械工程及自动化
班级：机械10-1班
完成日期：2014年3月27号
新疆大学机械工程学院
2014年 3月
目录
第一章数控铣床的介绍 (4)
1.1 数控铣床的主要功能 (4)
1.2 数控铣床的主要特点 (5)
第二章总体设计技术方案 (7)
第三章电机的选择 (8)
3.1 确定主轴传动功率 (8)
3.2 电机的选择 (9)
3.3 主轴的变速过程 (9)
第四章轴类零件的设计 (10)
4.1 轴的设计概述 (10)
4.2 主轴主要结构参数的确定 (10)
4.3 轴的结构设计 (13)
4.4 主轴刚度的计算 (15)
第五章齿轮传动设计与计算 (17)
5．1主要参数的选择 (17)
5.2 齿轮的设计与计算 (17)
第六章轴承的设计与计算 (20)
6.1 轴承当量动载荷的计算 (20)
6.2 验算两轴承的寿命 (22)
第七章圆弧齿同步带的设计 (22)
7.1 确定圆弧齿同步带的基本参数 (22)
7.2 确定带的中心距 (23)
7.3 选择带的类型 (24)
第八章碟形弹簧的设计 (25)
8.1 碟形弹簧的结构尺寸 (25)
8．2 弹簧的许用应力和疲劳极限 (26)
8．3 碟形弹簧的设计与计算 (27)
8.4 碟形弹簧的校核 (28)
第九章拉杆的设计 (30)
9.1 确定拉杆的直径 (30)
9.2 确定拉杆的长度 (30)
第十章拉抓和打刀缸的选择 (31)
10.1 拉抓的选择 (31)
10.2 打刀缸的选择 (31)
小结 (32)
参考文献 (33)
[摘要］本文根据公司生产加工需要改装一台铣床, 主要用于铣削平面和钻孔，对主轴部件进行重新设计，但仍要用原来的主轴箱，要求主轴的转速范围为40r/min—4000r/min，查机械设计手册确定典型的切削工艺可以求得主轴的切削功率为4.3KW，根据切削功率p c与主运动传动链的总效率η确定机床传动的功率Ｐ=5.4 KW，然后，根据机床传递的功率Ｐ来选择电机的类型。为了满足主轴的转速要求，选择合适的传动比和轴承。
[关键词] 铣床主轴设计校核
第一章数控铣床的介绍
数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通讯技术于一体，是典型的机电一体化产品，他的发展和运用，开创了制造业的新时代，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，他实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件时，也一直把铣削加工作为重点。
1.1 数控铣床的主要功能
数控铣床可以分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，数控铣床的应用越来越广泛，主要具有下列功能：
1、点位控制功能利用这一功能，数控铣床可以进行只需要作点位控制的砖孔、扩孔、忽孔、铰孔和镗孔等加工。
2、连续轮廓控制功能数控铣床通过直线和圆弧插补，可以实现对刀具运动轨迹的连续轮廓控制，加工出由直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓工件。对非圆曲线（椭圆、抛物线、双曲线等二次曲线及对数螺旋线、阿基M德螺旋线和列表曲线等）构成的平面轮廓，在经过直线或圆弧逼近后也可以加工。除此之外，还可以加工一些空间曲面。
3、刀具半径自动补偿功能使用这一功能，在编程时可以很方便地按工件实际轮廓形状和尺寸进行编程计算，而加工中可以使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半径，加工出符合要求的轮廓表面。也可以利用该功能，通过改变刀具半径补偿量的方法来弥补铣刀制造的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用范围及刀具返修刃磨的允许误差。
4、刀具长度补偿功能利用该功能可以自动改变切削平面高度，同时可以
降低在制造与返修时对刀具长度尺寸的精度要求，还可弥补轴向对刀误差。
5、镜像加工功能镜像加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一半形状的加工程序就可完成全部加工了。
6、固定循环功能利用数控铣床对空进行钻、扩、铰、鍃和镗加工时，加工的基本动作是：刀具无切削快速到达孔位—慢速切削进给—快速退回。对于这种典型化动作，可以专门设计一段程序（子程序）在需要的时候进行掉用来实现上述加工循环，特别是在加工许多相同的孔时，应用固定循环功能可以大大简化程序。
1.2 数控铣床的主要特点
1、高柔性及工序复合化
数控铣床具有柔性（可变性）高和工序复合化的特点。所谓“柔性”即灵活、通用和万能性，可以适应加工不同形状工件的自动化机床。数控铣床的发展已经模糊了粗、精加工工序的概念，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程，可最大限度地提高设备利用率。
数控铣床一般都能完成钻孔、镗孔、铰孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面（凸轮）、攻螺纹等加工。而且，一般情况下，可以在一次装夹中，完成所需的加工工序。
2、加工精度提高
目前数控装置的脉冲当量（即每发出一个脉冲后滑板的移动量）一般为0.001mm。高精度的数控系统可达0.0001mm，一般情况下可以保证工件的加工精度。另外，数控加工可避免工人的操作误差，一批加工工件的尺寸同一性比较好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且还可以利用软件进行精度校正和补偿，大大提高了产品质量。
3。、生产效率高
零件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间量部分。数控铣床能够有效的减少这量部分时间，因而加工生产率比一般铣床高得多。良好的结构刚性允许数控铣床大切削用量的强力切削，有效的节省了机动时间。数控铣床移动部件的快速移动和定位采用了加速和减速措施，因而选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进、快退和定位的时间要比一般铣床少的多。
数控铣床的主轴转速和进给量都是无级变速的。因此，有利于选择最佳切削用量。
4、减轻操作者的劳动强度
数控铣床对零件加工是按事先编好的程序自动完成的。操作者除了操作键盘、装卸工件和中间测量及观察机床运动外，不需要进行繁重的重复性手工操作，可大大减轻劳动强度。
由于数控铣床具有以上独特的优点，因此数控铣床已成为机械制造业的主要设备。但是，数控铣床的编程操作比较复杂，对编程人员的素质要求较高。否则很难发挥数控铣床的作用。
本文根据公司生产加工需要改装一台铣床,主要用于铣削平面和钻孔，对主轴部件进行重新设计，但仍要用原来的主轴箱，要求主轴的转速范围为40r/min —4000r/min，查机械设计手册确定典型的切削工艺可以求得主轴的切削功率为5.4KW，根据切削功率p c与主运动传动链的总效率η确定机床传动的功率Ｐ，然后，根据机床传递的功率Ｐ来选择电机的类型。为了满足主轴的转速要求，选择合适的传动比和轴承。
第二章总体设计技术方案
XKFA714数控仿形铣床机械规格
（1）、工作台长度×宽度：1100×400 mm （2）、X轴行程：600 mm （3）、Y轴行程：450 mm （4）、Z轴行程：500 mm （5）、主轴鼻端至工作台面最小距离：100 mm （6）、工作台最大承重：500 kg （7）、T型槽（槽数*槽宽*节数）：4×14×80 mm （8）、主轴锥度：7:24 mm （9）、主轴转速：100～4000 rpm （10）、主轴传动方式：皮带传动
（11）、轴承润滑方式：润滑脂
（12）、主轴马达功率： 5.4/7.5（30min）kw （13）、三轴快速进给：20 m/min （14）、刀柄型式：BT50
（15）、导轨形式：直线导轨
主轴采用BT50、的刀柄和拉抓。
XKFA714数控仿形铣床具有加工中心的特点，能够实现自动变速，变速方法采用无级变速，无级变速采用交流变频调速电机，实现两极变速，变速过程中齿轮的啮合通过离合器的得电和失电来实现。为了满足主轴的转速要求选择带轮的传动比为2，实现增速传动。
XKFA714数控仿形铣床主轴部件的设计主要有轴以及轴上零件、拉杆的设计，选择合适的电机，满足切削时的功率要求，选择电机时根据典型切削工艺求得切削是需要的功率；打刀缸的选择，首先根据换刀所要达到的时间，其次，根据碟形弹簧拉紧刀柄的力，打刀缸动作是所产生的力应稍大于弹簧的拉紧力。
第三章 电机的选择
现在的数控铣床能够实现无级变速或无级变速加有级变速，数控铣床一般都采用由直流或交流调速电动机作为驱动的电气无级调速。由于数控铣床的运动调速范围较大，单靠调速电机无法满足这么大的调速范围，另一方面调速电机的功率扭矩特性也难于直接与机床的功率和转矩要求相匹配。因此，数控机床主传动变速系统常常在无级变速电机之后串联机械有级变速传动，以满足机床要求的调速范围和转矩特性。
3.1 确定主轴传动功率
数控铣床的加工范围一般都比较大，所传动的额定功率可以根据典型切削工艺的情况计算，根据设计的铣床主要的加工范围，查机床设计手册确定如下典型加工工艺：用高速刚圆柱平刀铣削灰铸铁工件平面，刀具直径D=100mm ，刀齿数为10，工件材料为HT200，硬度190HBS ，切削速度v =23.5m ／min ，进给速度为160mm ／min ，背吃刀量a p ＝5mm ，切宽为75mm 。
由公式 n =
D
v π1000 计算得n =1200r ／min 则每齿进给量 s z ＝zn 160＝120010160?＝0.013mm 根据典型切削工艺公式：
P 切＝2.8×102-·t 9.0·s z 74.0·B ·z ·n ·
190
HB 式中： t —切削厚度，即被吃刀量（mm ） s z —每齿进给量（mm ）
B —切削宽度（mm ）
Z —刀齿数
HB —材料硬度
代入数值得
P 切=2.8×102-×59.0×0.01374.0×75×10×1200×190
190 =4300W=4.3KW 主传动的总效率一般可取为η=0.70～0.85,数控机床的主传动多用调速电机和有限的机械变速传动实现，传动链较短，因此效率可取较大值，由此可求得主轴传递的功率为
P=
ηp 切=8
.03.4=5.4kw 3.2 电机的选择 现在数控机床常用直流电动机和交流调频电机两种。目前，中小型数控机床中，交流调频电机已占优势，有取代直流电机之势。本文所设计的铣床采用交流调频电机调节电源频率来达到调速的目的，额定转速常为1500r ／min ，如图1-1所示是变速电机的功率特性。从额定转速n d 到最高转速n max 的区域Ⅰ为恒功率
区，从最低转速n min 至n d 的区域Ⅱ为恒转矩区。
图 3-1 变速电动机的功率特性
在设计数控铣床主传动时，必须考虑电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R np 远大于电机的恒功率变速范围R dp ，所以在电
机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其功率调速范围，满足低速大功率切削时对电机的输出功率要求。为了简化变速箱结构，变速级数应少些，变速箱公比ψf 可取大于电机的恒功率调速范围R dp ，即ψf
〉R dp 。这时，变速箱每挡内有部分低转速只能恒转矩变速，主传动系统功率特性图中出现“缺口”，称之功率降低区。使用“缺口”范围内的转速时，为限制转矩过大，得不到电动机输出的全部功率。为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应的增大。为了满足主轴传递5.4kw ，最高转速4000r ／min 的要求，选择上海富田电机生产的IAG 系列变频调速专用感应电动机，其型号为ＩＡＧ132M —1500—7.5。
其中：IAG —系列代号
132—极座号（中心高）
M —机座长度代号，有S 、M 、L 三种类型
1500—基本转速N b（单位：r／min）
7.5—额定功率（单位：kw）
电机在60—1500r／min内，实现恒扭矩输出，在100—4500r／min内实现恒功率输出；最高转速可以达到6000r／min，当电机转速达到6000 r／min，扭矩特性不好，因此一般情况下转速只达到4500r／min
3.3 主轴的变速过程
为了实现数控铣床的无级变速，采用交流调频电机，本文所设计的铣床所选择的电机需要实现一级变速，当通电时离合器脱离，小齿轮和大齿轮啮合，实现增速传动；。
第四章 轴类零件的设计
主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，是机床上的一个重要部件。主轴部件由主轴、主轴支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成，对于铣床主轴部件还有拉杆和拉抓。
4.1 轴的设计概述
轴是主成机械的一个重要零件，它支承其它回转件并传递转矩，同时它又通过轴承和支架连接，所有轴上零件都围绕轴心线做回转运动，形成一个以轴为基准的锝组合体—轴系部件，所以在轴的设计中不能只考虑轴的本身，还必须和轴系零件的整个结构密切联系起来。
轴设计的特点：在轴系零部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用点和支点间的跨距无法精确的确定，故弯距大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中必须把轴的强度计算和轴系零件结构设计交错进行，边画图，边计算，边修改。
4.2 主轴主要结构参数的确定
主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈D1和D2，主轴内孔直径d ，主轴前端悬伸量a 和主轴主要支撑间的跨距L 。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴的刚度。
4.2.1 主轴最小直径的估算
当数值上n j P ≤时，可按扭转刚度估算最小轴径，即：
411n j
P d ≥ (1)
式中：d —主轴的最小直径（cm ）
P —主轴传递的功率(kw)，前面已算出P=5.4kw
n j —主轴的计算转速(r/min)，前面已给出n j =160r/min
代人数值得：d ≥11×4160
4.5=11×0.4=4.4cm 取主轴的最小直径d 1=45mm ，最小直径本应该是后轴颈，但是考虑到轴承的轴
向固定采用锁紧螺母，应留锁紧螺母的位置。考虑到轴上装轴承，有配合要求，
应将后轴颈的直径圆整到规范直径，同时要考虑到选择轴承的类型，因此选择后轴颈的直径D 2=50，
4.2.2 主轴内孔直径d 及拉杆直径的确定
主轴内孔直径与机床的类型有关，主要用来通过棒料、拉杆、镗杆或顶出顶尖等，铣床主要用于通过拉杆和拉抓，确定孔径的原则是：为减轻主轴重量在满足上述工艺要求及不削弱主轴刚度的前提下，尽量取较大值，孔径d 对主轴刚度的影响影响是通过抗弯截面惯性矩而体现的，即主轴本身的刚度正比于抗弯截面惯性矩，其关系式为
Ｉ空/Ｉ实＝64/64/)(444D d D ππ-＝１－4)(D
d 根据上式可绘制出主轴孔径对主轴刚度影响曲线，如图4-1 空/
实
D —主轴平均直径，d —主轴平均孔径，实K —直径为Ｄ实心主轴刚度 ，
空K —直径为Ｄ，孔径为d 的空心轴的刚度。
图4-1 主轴孔径对主轴刚度影响曲线
由图4-1知：当d ／Ｄ≤0.5时，内孔d 对主轴刚度几乎无影响，通常取孔径d 的极限值d max ＜0.7D 。此时Ｉ空＞0.75Ｉ实，即刚度消弱量小于25%，若孔径再大主轴刚度急剧下降，一般铣床主轴孔径d 可比刀具拉杆直径大5～10mm 。 由于机床使用场合多种多样，为了适应加工工艺及刀具特点，机床工具行业已经开发了多种轴端结构，并已形成专业规范，铣床常用的主轴端部结构前端带有7:24的锥孔.供插入铣刀尾部锥柄定位,，拉杆从主轴后端拉紧刀具，常用的
是BT—50刀柄，因此我们采用BT—50的外螺纹拉抓，查资料知BT—50拉抓外螺纹的尺寸为M22×P1.5，所以拉杆前端必须是M22的内螺纹，为了满足拉杆的刚性要求，取拉杆的直径为φ28mm，根据拉杆的直径确定主轴内孔的最小直径为φ32即可.
4.2.3 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴承径向支反力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决于主轴端部结构、前支承轴承和密封装置的形式和尺寸，由结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性影响很大，变形量与a的二次方或三次方成正比例关系。，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量缩短该悬伸量。
在确定主轴前端悬伸量时应该满足以下结构要求：主轴前端要留有装切削液喷头的位置；轴承的宽度B=27；轴承挡环的厚度b=8；主轴下支承的安装位置以及轴肩的宽度。
4.2.4 主轴支承跨距L的确定
合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。支承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前端较大的位移。因此存在一个最佳跨距L0，在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量为最小。一般取L0=（2～3.5）a，本文所设计的主轴暂取L=2.5a=360，但是实际结构设计时，由于结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于最佳跨距L0。
4.2.5 计算主轴传递的扭矩
根据电机的扭矩—功率特性图知，当主轴的转速为基准转速时所传递的扭矩最大，即n=n
j
=1500r/min，则
T m ax=9.55×106n P
max =9.55×106
1500
4.5
=3.438×104N
4.2.6 选择轴的材料和热处理方法
选择轴的材料为40Cr，，经调质处理, 其机械性能有设计手册查得
σb=700Mpa，σs=500Mpa，τ1-=185Mpa
查机械设计手册得[σ1-]b=190Mpa
4.2.7 初选轴承
本文所设计的铣床主要用于铣削平面和打孔，轴承承受径向载荷，还承受不大的轴向载荷，故选择单列圆锥滚子轴承背对背的组合。根据工作要求及后轴颈的直径(为50mm)，由轴承产品目录中选取型号为32010的单列圆锥滚子轴承，其尺寸（内径×外径×宽度）为d×D×b=50×80×20。
4.3 轴的结构设计
4.3.1 拟定轴上零件的装配技术方案
`本文所设计的主轴要用原有的主轴箱，根据主轴箱的结构、轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配技术方案，，参考轴的结构设计的基本要求，得出
图4-2 主轴的结构
如图4-2中，拉杆与BT50拉刀抓连接，从右侧装入内孔，然后再装入BT50刀柄；齿轮、轴承、套筒、轴承套以及电磁铁固定架从左侧装入，法兰盖从右侧装入，与轴承套用螺钉连接。
4.3.2 确定轴各段的直径
根据前面的计算知：最小直径D=45mm，小轴承用锁紧螺母进行轴向固定，
=45mm；根据轴承的型号以及与轴的配合关系，取所以取轴段1外螺纹的直径M
1
轴段2的直径D2=50mm。
轴段4处装小齿轮，承受很大的径向力，同时主轴是空心的，考虑到主轴的整体刚性，取轴段4的直径D4=75mm，小齿轮用锁紧螺母压紧，则轴段4的直径比轴段3的直径大2～3mm，所以取轴段3处的外螺纹直径M
=72mm。
4
轴段5上有两个轴套，轴套左侧用于定位小齿轮，中间用来压紧和定位电磁铁固定架，考虑到拆卸方便，轴段5要比轴段4大2～3mm，同时要比轴段6小2～3mm因此取轴段5的直径D5=78mm，轴段6的直径D6=80mm。
大齿轮主要靠轴段7的轴肩来定位的，为了保证定位可靠，轴段7要比轴段6的直径大5～10mm，但是考虑到主轴前端的内孔交大，因此取轴段7的直径为D7=92mm。
轴段8是前轴颈，主轴的直径因与轴承的内径相等，考虑到轴承的型号以及与主轴的配合关系，取轴段8的直径D8=95mm，轴承的型号为32109。
主轴前端内孔采用7：24的锥度，装BT50的刀柄，内孔较大，取轴段10的外径D10=127mm，轴段9主要起定位作用，因比轴段10大5～10mm，因此取轴段9的直径为D9=137mm。
4.3.3 确定各轴段的长度
轴段4和6的长度要比轮毂宽度（38mm）短2～3mm，故这两处轴段的长度取为36mm。其中轴段4不包括退刀槽的长度。
轴段1和3有外螺纹，装径向锁紧螺母，故轴段1和3的长度比锁紧螺母长2～3mm，取轴段1的长度为15.7mm，轴段3的长度为18.2mm
轴段7主要与轴承套配合，压紧轴承，为了保证轴承套与大齿轮之间有一定的间隙，取轴段7的长度为25mm；轴段8是后轴颈，所选轴承的宽度B=32mm，轴承挡环的宽度T=8mm，故取轴段8的长度为44mm。
轴段9是一个轴肩，主要起定位作用，取轴段9的长度为11即可；主轴的前端面要装端面键，同时主轴前端要留下装切削液喷头的位置，因此取轴段10的长度为69mm。
主轴内孔要装拉杆、拉刀抓及BT50刀柄，整体装配起来应该让拉杆不要伸
出主轴内孔太长，否则铣床的整体动刚度不好，根据主轴和主动轴的整体装配关系，取轴段1的长度为75.4mm ，轴段5的长度为209mm 。
综上所述，主轴的跨距L ＝373mm ，悬伸量ａ=96mm
4.3.4 轴向零件的周向固定
齿轮、电磁铁固定架与轴的周向定位均采用半圆键联接。对于齿轮，由手册查得半圆键的截面尺寸宽×高×直径=10×13×32(GB/T1098-2003)，键槽用键槽铣刀加工，长为29。7mm(规范键长见GB1096-79)；对于电磁铁固定架，由手册查得半圆键的截面尺寸宽×高×直径=6×9×22(GB/T1098-2003)，键槽用键槽铣刀加工，长为29.7mm(规范键长见GB1096-79)，轴承与轴的周向定位是采用过盈 配合来保证的。
3.3.5 确定轴上倒角和退刀槽的尺寸
取主轴前端的倒角为4×45°，其余倒角1×45°；所有退刀槽的尺寸为2×1
4.4 主轴刚度的计算
轴在载荷作用下，将产生弯曲和扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会破坏铣床的工作性能。因此在设计重要轴时，必须检验轴的变形量，这在轴的设计中称为刚度计算
刚度计算包括扭转刚度计算和弯曲刚度计算两种。前者以扭转角ψ来度量；后者以挠度y 和截面转角θ来度量。本文以弯曲刚度校核，查机械设计手册知：
[y]=0.00025L ；圆锥滚子轴承处的偏转角[θ]＝0.0016rad 。
4.4.1 主轴的简化和弯曲刚度的计算
1、如主轴前后轴承颈之间有数段组成，则当量直径d d=l
l d l d l d n n +?++2211 式中：1d 、1l ；2d 、2l ；…；n d 、n l —分别为各段的直径和长度
l —总长，l =1l +2l +…+n l （mm ）
d =373
3.2895259236802097838752.21725.1550?+?+?+?+?+?+?=78.6 mm 2、主轴切削力切F 的计算
根据公式P=切F v 得：切F =v
P ，则当线速度v 最小时,切削力最大 v min =
601000n m in ?D π=6010004010014.3???=0.21m/s 切F =v P =21
,04.5=25.7KN 3、挠度的计算
主轴的前悬伸部分较粗，刚度较高，其变形可以忽略不计。后悬伸部分不影响刚度。当主轴前端作用一外载切F ，则挠度 y=EI l
a F 32切（mm ）=EI l
a F 32切×103（μm ）
式中 切F —典型切削工艺的切削力
a —前悬伸，等于载荷作用点至前支承点间的距离（mm ）
l —跨距，等于前后支承之间的距离（mm ）
Ｅ—弹性模量，钢取Ｅ＝2×105（Mpa ）
I —截面惯性矩，I=0.05（4d -4i d ）（mm 4）
d ，i d —主轴的外径和孔径（mm ）
将E 和I 的值待人，可得 y=)(30442i d d l
a F -切=）（4423326.783037396107.25-???=79μm ≤0.0002L=0.09325mm 4、偏转角
主轴切削工件时承受很大的切削力，主轴前端产生弯曲变形，查机床设计手册得
θ
D ＝)32(6a l EI a F +切 式中 θD —主轴前端偏转角(rad)
切F 、a 、l 、Ｅ、Ｉ与前面相同
代入数据得
θD ＝）
（4453326.7805.010*******.25-??????×(2×373+3×69)＝0.0011 rad 所以 θD ≤[θ]=0.0016 rad
综上所述
主轴的刚度满足条件，不必重新设计。
第五章齿轮传动设计与计算
一般，设计齿轮传动时，已知的条件是：传递的功率P=5.4KW，转速n=100r ／min—4000r／min，传动比暂取i=1.78；预定的寿命5年，每年工作300天，每天24小时。
设计开始时，往往不知道齿轮的尺寸和参数，无法准确定出某些系数的数值，因而不能进行精确的计算。所以通常需要先初步选择某些参数，按简化计算方法初步确定出主要尺寸，然后再进行精确的校核计算。当主要参数和几何尺寸都已经合适之后，再进行齿轮的结构设计，并绘制零件工作图。
5．1主要参数的选择
1、模数m 模数由强度计算或结构设计确定，要求圆整为规范值，传递动力的齿轮传动m≥2。初步确定模数时，对于软齿面齿轮(齿面硬度)350HBS）外啮合传动m=（0.007～0.02）a；载荷平稳，中心距过大时取小值，本文所设计的主轴传动采用已有的箱体，可以知道中心距a=150mm，因此取模数m=0.015a=2.25mm，将模数圆整到规范值，取m=2.5mm
2、螺旋角ββ角太小，将失去斜齿轮的优点；但太大将会引起很大的轴向力。一般取β=80—150，此处取β=130。
3、齿数z 当中心距一定时，齿数取多，则重合度εa增大，改善了传动的平稳性。同时，齿数多则模数小、齿顶圆直径小，并且又能减小金属切削量，节省材料，降低加工成本。但是齿数增多则模数减小，齿轮的抗弯强度降低，因此，在满足抗弯强度的条件下，宜取较多的齿数。
5.2 齿轮的设计与计算
5.2.1、选择材料
查机床设计手册，小齿轮：20CrMnTi，渗碳淬火，硬度45～55HRC
大齿轮：20CrMnTi，渗碳淬火，硬度45～55HRC
按MQ级质量要求取值，查得σ1lim H=780N/mm2，σ2lim H=820N/mm2；σ1FE=620 N/mm2，σ2FE=640 N/mm2。
5.2.2 有关参数和系数的确定
最大转矩T m ax=3.438×104N
目录 一、机床总体设计---------------------------------------------------------------------2 1、机床布局--------------------------------------------------------------------------------------------2 2、绘制转速图-----------------------------------------------------------------------------------------4 3、防止各种碰撞和干涉-----------------------------------------------------------------------------5 4、确定带轮直径--------------------------------------------------------------------------------------5 5、验算主轴转速误差--------------------------------------------------------------------------------5 6、绘制传动系统图-----------------------------------------------------------------------------------6 二、估算传动件参数确定其结构尺寸-------------------------------------------7 1、确定传动见件计算转速--------------------------------------------------------------------------7 2、确定主轴支承轴颈尺寸--------------------------------------------------------------------------7 3、估算传动轴直径-----------------------------------------------------------------------------------7 4、估算传动齿轮模数--------------------------------------------------------------------------------8 5、普通V带的选择和计算-------------------------------------------------------------------------8 三、机构设计--------------------------------------------------------------------------10 1、带轮设计-------------------------------------------------------------------------------------------10 2、齿轮块设计----------------------------------------------------------------------------------------10 3、轴承的选择----------------------------------------------------------------------------------------10 4、主轴主件-------------------------------------------------------------------------------------------10 5、操纵机构-------------------------------------------------------------------------------------------10 6、滑系统设计----------------------------------------------------------------------------------------10 7、封装置设计----------------------------------------------------------------------------------------10 8、主轴箱体设计-------------------------------------------------------------------------------------11 9、主轴换向与制动结构设计----------------------------------------------------------------------11 四、传动件验算-----------------------------------------------------------------------11 1、齿轮的验算----------------------------------------------------------------------------------------11 2、传动轴的验算-------------------------------------------------------------------------------------13 五、设计感想--------------------------------------------------------------------------15 六、参考文献--------------------------------------------------------------------------16
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)
2.5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)
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
第一章塑件分析 1.1塑件结构分析 图1-1 塑件结构图 此制品是消声器上盖，现实生活中经常看到用到，是一个非常实际的产品。且生产纲领为：中批量生产，所以我们采用注射模具注射成型。 1.2 成型工艺性分析[1] 塑件材料为尼龙，因塑件用在空压机内，表面无光洁度要求。具有良好的力学性能，其抗冲击强度比一般的塑料有显著的提高，具有良好的消音效果和自润滑性能。密度1.15 g/cm3, 成型收缩率：0.4～0.7%，平均收缩率为0.55%。 第二章确定模具结构
2.1模具结构的确定 塑料模具的种类很多，大体上分为：二板模，三板模，热流道模。 二板模缺点是浇口痕迹明显，产生相应的流道废料，不适合高效生产。本模具选择二板模其优点是二板模结构简单，制作容易，成本低，成型周期短。 支撑板 分型面 定模侧 动模侧 图2.1 典型的二板模结构 模架为非标准件 定模座板： 400*200*25mm 定模板： 315*200*40mm 动模板： 315*200*32mm 支承板： 315*200*25mm 推秆固定板：205*200*15mm 推板： 205*200*20mm 模脚： 50*200*60mm 动模座板 400*200*25mm 2.2确定型腔数目 2.2.1塑件体积的计算 a. 塑件体积的计算 体积为：
V a = S a ×L a =(37×35-8×25)×10-(33×36-10.5×25) ×8 =12.60cm 3 b.计算塑件的重量 根据《塑料模具设计手册》查得密度ρ取1.12g/cm 3 所以，塑件单件的重量为：m=ρV ＝12.60?1.12 ＝14.11g 浇注系统的体积为：主流道+分流道+浇口=（6280+376.8*2+12*2）/1000 ≈7.05 cm 3 粗略计算浇注系统的重量：7.05*1.12=7.90g ≈8.0g(含有冷料穴料重) 总重量：14.11*2+8.0=36.22g 2.2.2 模具型腔数目的确定 模具型腔的数目决定了塑件的生产效率和模具的成本，确定模具型腔的方法也有许多种，大多数公司采用“按经济性确定型腔的数目”。根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原料的费用，仅考虑模具费用和成型加工费，则模具费用为 21C nC Xm += 式中Xm ——模具费用，元； 1C ——每一个型腔的模具费用，元 2C ——与型腔数无关的费用，元。 成型加工费用为 n Y N X t j 60= 式中j X ——成型加工费用，元 N ——需要生产塑件的总数； t Y ——每小时注射成型的加工费，元/h ；n ——成型周期，min 。 总的成型加工费用为n Y N C nC X X X t j m 6021++=+= 为了使成型加工费用最小，令 0=dn dX ，则 n=2 上式为按经济性确定型腔数目为2。考虑到模具成型零件和抽芯结构的设计，模具
X6132型万能升降台铣床主轴箱设计 说明书
一、概述 (3) 1.1 金属切削机床在国民经济中的地位 (3) 1.2机床课程设计的目的 (3) 1.3车床的规格系列和用处 (3) 1.4 操作性能要求 (4) 二、传动设计 (4) 2.1 主传动方案拟定 (4) 2.2 传动结构式、结构网的选择 (5) 2.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目 (5) 2.2.2确定传动顺序 (5) 2.2.3确定扩大顺序 (5) 2.2.4确定变速组中的极限传动比及变速范围 (6) 2.2.5确定最小传动比 (6) 三、传动件的估算 (8) 3.1 带轮设计 (8) 3.2 齿轮齿数以及计算转速的确定 (10) 3.2.1齿轮齿数的确定 (10) 3.3轴及传动轴的计算转速 (14) 3.4齿数模数的确定 (14) 3.5传动轴直径的计算 (15) 4.1齿轮模数验算 (16) 4.2传动轴刚度验算（轴） (17) 4.3、轴承寿命的验算 (18) 五、结构设计及说明 (20) 5.1 结构设计的内容、技术要求和方案 (20) 六、总结 (20) 七、参考文献 (21)
一、概述 1.1 金属切削机床在国民经济中的地位 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。 在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%～60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 1.2机床课程设计的目的 专业课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。 1.3车床的规格系列和用处 规格系列： 表1 X6132万能升降台铣床的主参数（规格尺寸）和基本参数 最低转速 Nmin 最低转速 Nmax 主电机转 速 主电机 功率 N（kw） 公比 转速级 数Z
目录 第一章机床的用途及主要技术参数 (2) 第二章方案设计 (2) 第三章主传动设计 (2) 3.1 驱动源的选择 (2) 3.2 转速图的拟定 (3) 3.3传动轴的估算 (5) 3.4齿轮模数的估算 (6) 第四章主轴箱展开图的设计 (7) 4.1设计的容和步骤 (7) 4.2 有关零部件结构和尺寸的确定 (7) 4.3 各轴结构的设计 (9) 4.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算： (10) 第五章零件的校核 (11) 5.1齿轮强度校核 (11) 5.2传动轴挠度的验算： (12) 第六章心得体会 (13) 参考文献 (14)
数控机床课程设计 第一章机床的用途及主要技术参数 常用数控铣床可分为线轨数控铣床、硬轨数控铣床等。 数控铣床(线轨)具有精度高、刚性好、噪音小，操作简单、维修方便等优点。工件一次装夹可以完成平面、槽、斜面及各种复杂三维曲面的铣削，及钻孔，扩孔、铰孔和镗孔等。是复杂型腔、模具、箱体类零件加工的理想设备。 数控铣床(硬轨) 具有精度高、刚性好、噪音小，操作简单、维修方便等优点。工件一次装夹可以完成平面、槽、斜面及各种复杂三维曲面的铣削，及钻孔，扩孔、铰孔和镗孔等。是复杂型腔、模具、箱体类零件加工的理想设备。 表1-1 第二章方案设计 本次设计的数控铣床主轴箱是串联在交流调频主轴电机后的无级变速箱，属于机械无级变速装置。它是利用摩擦力来传递转矩，通过连续改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速围小，是恒转矩传动，适合铣床的传动。 第三章主传动设计 3.1 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是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
机床主轴箱设计说明书 一、机床的型号及用途 1、规格 选用型号 CA6140、规格 Φ320×1000 2、用途 CA6140型卧式车床万能性大，适用于加工各种轴类、套筒类、轮盘类零件上的回转表面。可车削外圆柱面、车削端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车削各种螺纹、车削外圆锥面、车削特型面、滚花和盘绕弹簧等。加工围广、结构复杂、自动化程度不高，所以一般用于单件、小批生产。 二、 机床的主参数和其他主要技术要求 1、主参数和基本参数 1) 主参数 机床主参数系列通常是等比数列。普通车床和升降台铣床的主参数均采用公比为1.41的数列，该系列符合国际ISO 标准中的优先系列。 普通车床的主参数D 的系列是：250、320、400、500、630、800、1000、1250mm 。 2) 基本参数 除主参数外，机床的基本是指与被加工工件主要尺寸有关的及与工、夹、量具标准有关的一些参数，这些主参数列入机床的参数标准，作为设计时依据。 3）普通车床的基本参数 普通车床的基本参数应符合《普通车床参数国家标准》见参考文献 【一】中表2的规定，有下列几项数； 刀架上最大工件回转直径1D （mm ） 由于刀架组件刚性一般较弱，为了提高生产效率，国外车床刀架溜板厚度有所增加，在不增加中心高时，1D 值减少的趋势。我国作为参数标准的1D 值，基本上取12D D >/,这样给设计留一定的余地，设计时，在刀架刚度允许的条件下能保证使用要求，可以取较大的1D 值。所以查参考文献【一】（表2）得1D =160mm 。 主轴通孔直径d ﹙mm ﹚
普通车床主轴通孔径主要用于棒料加工。在机床结构允许的条件下，通孔直径尽量取大些。参数标准规定了通孔直径d的最小值。所以由参考文献 【一】（表二）d=36mm。 主轴头号 普通车床采用短锥法兰式主轴头，这种形式的主轴头精度高，装卸方便。 主轴端部及其结构合面得型式和基本尺寸要符合《法兰式车床主轴端部尺寸部标注》的规定。根据机床主参数值大小采用不同号数的主轴头（4～15号），号值数等于法兰直径的1/25.4而取其整数值。所以由参考文献【一】（表2）可知主轴头号取4.5 装刀基面至主轴中心距离h(mm) 为了使用户，提高刀具的标准化程度，根据机械工业部工具研究所的刀 具杆标准，规定了h=22mm。 最大工件长度L （mm） 最大工件长度L是指尾座在床身处于最后位置，尾座顶尖套退入尾座孔时容纳的工件长度。为了有利组织生产，采用分段等差的长度数列。所以由参考文献【一】（表2）得L=1000mm。 2、主传动的设计 1）主轴极限的确定 由课程设计任务书中给出的条件可知： Z=40 r/min min Z=1800 r/min max 2）公比的确定 主轴极限转速的确定后，根据机床的使用性能和结构要求，选择主轴转速数列的公比值，因为中型通用机床，常用的公比为1.26或是1.41，再根据极限转速，按参考文献【一】中表2—1选出标准转速数列公比 =1.41。 3）主轴转速级数的确定 按任务书要求Z=12 按标准转速数列为40、56、80、115、160、225、315、445、625、880、1250、1800r/min 4）主传动电动机功率的确定 电动机的额定功率为： N =4kW 额
目录 1、绪论 (2) 1.1金属切削机床在国民经济中的地位 (2) 1.2本课题研究目的 (2) 2、卧室升降台铣床主轴箱的设计 (3) 2.1原始数据与技术条件 (3) 2.2机床主传动系统运动设计 (3) 2.3传动零件的初步计算 (7) 3、结构设计及说明 (15) 3.1结构设计的内容、技术要求和方案 (15) 3.2展开图及其布置 (16) 3.3轴（输入轴）的设计 (16) 3.4齿轮块设计 (17) 3.5传动轴的设计 (18) 3.6主轴组件设计 (19) 总结 (23) 致谢 (24) 参考文献 (25)
1、绪论 1.1金属切削机床在国民经济中的地位 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。 在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术和优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础。机床工业则是机械制造工业的基础。一个国家机床工业的技术水平，在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。 1.2本课题研究目的 课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。 通过本课题设计可以达到以下目的： 1.综合运用学过的专业理论知识，能独立分析和拟订某机床主轴箱传动结构，装配结构和制造结构的各种方案，能在机械设计制图，零件计算和编写技术文件等方面得到综合训练，具备设计中等复杂零件的能力。 2 通过本课程设计的训练，能初步掌握机床的运动设计，动力计算以及关键零部件的强度校核，或得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题，解决问题，尽快适应工程实践的能力。 3. 熟悉和学会使用各种手册，能善于使用网络搜寻一些设计的相关资料，掌握一定的工艺制订的方法和技巧。
C6136型机床主轴箱课程设计说明书系别：交通和机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机械10-4班 姓名：富连宇 学号：1008470434 吗 指导老师：赵民 目录 一、设计目的 (1) 二、机床主要技术要求 (1) 三、确定结构方案 (1) 四、运动设计 (1) 4.1确定极限转速 (1) 4.2拟订结构式 (1) 4.3绘制转速图 (2) 4.4 确定齿轮齿数 (2) 4.5 验算主轴转速误差： (3) 4.6 绘制传动系统图 (3) 五、动力设计 (3) 5.1 V带的传动计算 (3) 5.2各传动轴的估算 (4) 5.3齿轮模数确定和结构设计： (5) 5.4摩擦离合器的选择和计算： (6) 5.5结构设计 (7) 六、齿轮强度校核 (8) 6.1、各齿轮的计算转速 (8) 6.2、齿轮校核 (9) 七、主轴刚度校核 (9) 八、主轴最佳跨度确定 (10) 8.1计算最佳跨度 (10) 8.2校核主轴挠度 (10) 8.2主轴图：（略）见附图2 (10) 九、各传动轴支持处轴承选用 (10) 十、键的选择和校核 (10) 1）、轴IV的传递最大转矩 (10) 十一、润滑和密封 (11) 十二、总结 (11) 十三、参考文献 (11) 十四、附 (12)
一、设计目的 通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。可使我们学会理论联系实际的工作方法，培养独立工作的能力；学会基本的设计的方法；熟悉手册、标准、资料的运用；加强机械制图、零件计算、编写技术文件的能力，学会设计说明书的编写。为接下去的毕业设计、毕业论文积累经验。 二、机床主要技术要求 [1]车床类型为C6136型车床主轴变速箱（采用机械传动结构）。 [2]加工工件最大直径：360mm [3]加工工件最大长度：1500mm [4] 主轴通孔直径：40-50mm [5]主轴前锥孔：莫式5号 [6]主轴采用三相异步电机 [7]主电动机功率为n电额：4kw [8]转速nmin：33.5r/min mmax：1700 r/min n额：1000r/min [9]主轴变速系统实现正传12级变速，反转6级变速（采用摩擦离合器） 三、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。 四、传动方案 4.1确定极限转速 转速n min：33.5r/min n max：1700 r/min n额：1000r/min 4.2拟订结构式 1）确定变速组传动副数目： 传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子，为实现12级主轴转速变化的传动系统可以以下多种传动副组合： ①12=3x2x2 ②12=2x2x3 ③12=2ⅹ3ⅹ2等 18级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴箱的具体结构、装置性能，主轴上的传动副数主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上的齿轮少些为好。按照1 符合变速级数、级比规律 2 传动件前多后少3 结构网前密后疏4 第二扩大组变速范围r=8满足变速范围要求
XXXX机械学院 机械设计课程任务说明书题目：设计X7132立式铣床的主轴箱部分 班级：机自0803 指导老师：XXX 2011 年9 月22 日
目录 数控机床课程设计 (4) 第一章X7132铣床的用途及主要技术参数 (4) 1.1、用途 (4) 1.2、结构 (4) 1.3、特点 (4) 第二章方案设计 (5) 第三章主传动设计 (5) 3.1 驱动源的选择 (5) 3.2 转速图的拟定 (5) 3.3传动轴的估算 (7) 3.4齿轮模数的估算 (8) 第四章主轴箱展开图的设计 (8) 4.1设计的内容和步骤 (9) 4.2有关零部件结构和尺寸的确定 (9) 4.3 各轴结构的设计 (11) 4.4主轴组件的刚度和刚度损失的计算 (12)
第五章零件的校核 (13) 5.1齿轮强度校核 (13) 5.2传动轴挠度的验算 (14) 第六章心得体会 (15) 参考文献 (15)
数控机床课程设计 第一章X7132铣床的用途及主要技术参数 1.1、用途 卧式升降台铣床是一种中、小型通用金属切削机床。 本机床的主轴锥孔可直接或者通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等刀具,适于加工各种中小零件的平面、斜面、沟槽、孔、齿轮等,是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。 1.2、结构 本机床的机身、升降台、工作台、主传动、悬梁、冷却、润滑及电气等各部分组成。机身由底座、床身组成,床身固定在底座上、升降台位于床身前方,沿床身导轨垂直升降;升降台与滑座由矩形导轨联接。工作台与滑座用燕尾导轨联接,通过丝杠、丝母带动工作台纵、横向移动;主传动安装在床身内,通过床身右侧盖板上的三个变速手柄调节主轴转速;悬梁部分由固定座、滑枕、挂架组成,床身上面安装固定座,与滑枕通过燕尾导轨联结,挂架悬挂在滑枕的一端;冷却液存放在底座内腔中,电器箱安装在床身左侧。 1.3、特点 本机床工作台可纵、横向手动进给和垂直升降,工作台又可纵、横向实现机动进给。主传动采用齿轮变速结构,通过三级齿轮变速,使主轴得到40-1300转/分12级不同转速,调整范围广。主轴采用支撑结构,提高了主轴的刚性。 主轴孔锥度 7:24 卧轴中心至工作台距离(mm)0-450 主轴转速范围() (12级)40-1300 工作台尺寸(mm)1500*320 工作台行程(mm)340*870 工作台纵、横向机动进给速度(mm/min) 8级30-740 工作台垂直升降速度(mm/min) 560 主传动电机功率(kw)2.2 工作台机动进给电机功率(kw) 1.1 机床外型尺寸(mm)1600*1800*1800/1600*2000*1800 机床重量(kg)1600/1700
1.概述 车床的规格系列和用处 普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床C6140主轴变速箱。主要用于加工回转体。 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79） 工件最大回转直径 D max (mm ) 正转最高转速 n max ( min r ) 电机功率 N （kw ） 公比 ? 转速级数Z 反转 400 1400 5.5 1.41 12 级数Z 反=Z 正/2；n 反 max ≈1.1n 正max 2.参数的拟定 2.1 确定极限转速 n R n n =min max ， 1-=z n R ? 又∵?=1.41∴ 得n R =43.79. 取 n R =45； min /1.31min /45/1400/max min r r R n n n ===，去标准转速列min /5.31min r n =. 2.2 主电机选择 合理的确定电机功率N ，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 已知电动机的功率是5.5KW ，根据《车床设计手册》附录表2选Y132S-4，额定功率5.5kw ，满载转速1440 min r ，最大额定转距2.2。 3.传动设计 3.1 主传动方案拟定 拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。
传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。 3.2 传动结构式、结构网的选择 结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目 级数为Z 的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有1Z 、2Z 、……个传动副。即 321Z Z Z Z = 传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z 应为2和3的因子：b a Z 3?2= ，可以有三种方案： 12=3×2×2；12=2×3×2；12=2×2×3； 3.2.2 传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。 在Ⅰ轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一传动组的传动副数不能多，以2为宜。 主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。 综上所述，传动式为12=2×3×2。 3.2.3 结构式的拟定 对于12=2×3×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为： 6212?3?2=12， 6132?3?2=12， 1422?3?2=12， 2412?3?2=12 3162?3?2=12 1262?3?2=12 由于本次设计的机床错误！未找到引用源。轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大
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。
课程设计任务书 1.设计目的 本次课程设计是毕业课程设计前一次对我们大学四年期间机械专业基础知识的考核和检验。它囊括了理论力学，材料力学，机械原理，机械设计，机械制造装备设计等许多机械学科的专业基础知识。它不仅仅是对我们专业知识掌握情况的考核和检验，也是一次对我们所学的知识去分析，去解决生产实践问题的运用。 通过本专业课程设计的训练，使学生初步掌握机床的运动设计（包括主轴箱、变速箱传动链），动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速），以及关键零部件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题、解决问题尽快适应工程实践的能力。 2.设计内容和要求 1．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。 2．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（如齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。 3．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。 4．编写设计说明书 1）机床的类型、用途及主要参数 主轴转速范围：.m in /630m in,/50max min r n r n == 变速级数：z=12， 主电动机：P=13KW ，n=1460r/min 。 工作台尺寸：1000x3000mm 。 主轴孔径：29mm 。 主轴套筒：直径250mm ，手动调整距离200mm 。 主轴箱进给范围：18级，10——500mm/min ，快速移动速度1.5m/min ，回转角度±30°。 推荐最大刀盘直径：350mm 。 2）设计部件名称：X2010型龙门铣床主轴箱。 3.设计工作任务要求 1．专业课程设计设计说明书一份 2．主轴箱展开图一张 3．主轴箱剖面图一张 4．机床传动系统图一张 5．一个零件工作图（主轴）一张
目录 1.概述 (2) 1.1机床课程设计的目的 (2) 1.2车床的规格系列和用处 (2) 1.3 操作性能要求 (2) 2.参数的拟定 (2) 2.1 确定极限转速 (2) 2.2 主电机选择 (3) 3.传动设计 (3) 3.1 主传动方案拟定 (3) 3.2 传动结构式的选择 (3) 3.3转速图的拟定 (4) 4. 传动件的估算 (5) 4.1 V带传动的计算 (5) 4.2 传动轴的估算 (7) 4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算 (8) 4.4 带轮结构设计................................................................................. 错误!未定义书签。 4.5 片式摩擦离合器的选择和计算 (12) 5. 动力设计 (13) 5.1主轴刚度验算 (13) 5.2 齿轮校验 (15) 5.3轴承的校验 (16) 6.结构设计及说明 (17) 6.1 结构设计的内容、技术要求和方案 (17) 6.2 展开图及其布置 (17) 6.3 I轴（输入轴）的设计 (17) 6.4 齿轮块设计 (18) 6.5 传动轴的设计 (19) 6.6 主轴组件设计 (20) 7.总结 (22) 8.参考文献 (22)
1.概述 1.1机床课程设计的目的 机床课程设计，是在金属切削机床课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。 1.2车床的规格系列和用处 普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体零件。 1.3 操作性能要求 1）具有皮带轮卸荷装置； 2）手动操纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运动要求； 3）主轴的变速由变速手柄完成（只画出操纵手柄在床头箱外部的位置及操纵手柄在床头箱上连接固定方式）； 4）床头箱的外型尺寸、与床头床身的联接要求参照C618K-I 车床的床头箱。 2.参数的拟定 2.1 确定极限转速 n R n n =min max ，1-=z n R ? 又∵?=1.41∴ 得n R =43.79 取 n R =44； m in n =max n /n R =1800/43.79r/min=40r/min ， 根据《金属切削机床》表7-1，