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全日制普通本科生毕业设计
数控铣床的主轴箱结构设计
NUMERICAL CONTROL OF MILLING MACHINES
CONTROLLED DESIGN
学生姓名：
学号：
年级专业及班级：
指导老师及职称：
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
第1章前言 (2)
第2章数控铣床主传动系统的配置方式 (3)
第3章主轴电动机的选取 (4)
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 (7)
4.2.3、同步带节距 (7)
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 (8)
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 (10)
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 (11)
5.2、减少主轴组件热变形的措施 (11)
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 (15)
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 (16)
6.2、轴承预紧力的要求 (16)
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 (19)
6.6、轴承座孔的设计要求 (20)
第7章联接键的选择碟形弹簧的选择与计算 (21)
7.1、碟形弹簧的特点 (21)
7.2、碟形弹簧材料及热处理厚度和脱碳 (21)
7.3、碟形弹簧的强压处理 (21)
7.4、表面强化处理和防腐处理 (22)
第8章螺钉联接的设计 (23)
8.1、根据设计要求计算 (24)
8.2、螺钉的强度计算与校核 (24)
第9章液压缸的设计 (24)
9.1.液压压缸安装应注意的问题 (25)
9.2.压缸各部分的结构及主要尺寸的确定 (25)
9.3.强度校核 (25)
第10章润滑与密封件设计 (26)
10.1、封件的作用及其意义 (26)
10.2、密封的分类及密封件的材料要求 (26)
10.3、防尘圈的设计要求 (27)
结论 (27)
致谢 (28)
参考文献 (29)
数控铣床的主轴箱结构设计
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。
Numerical Control of Milling Machines Controlled Design
Student: he yi
Tutor: chenzhiliang
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Summary :Digital control the modern development of automation control of digital technology is a signal for machine tools are processes to control movement, as a method of science and technology has developed rapidly and Numerical Control machine is a national machinery industry standards of important standard. the machine is a program Numerical Control control system of machine tools. the system to be logical to use a number or other symbols
specified procedure. the instruction encoding.
Numerical Control machine tools in Numerical Control technology of new technology industries through the traditional manufacturing a product of the electromechanical integration technology, covering many areas ：（one ）machinery manufacturing technology （tow ）information processing, processing and transmission technology ；（three ）automatic technology ；（four ）servo driving technological ；（five ）sensing technology ；( six ) software technology, etc. the computer to traditional service trade the manufacturing industry, has changed completely. and has become industrialized, and because of the information technology, manufacturing into a rising industry, have broad development of the world.
Numerical Control machine tools are the processes of the various steps and the tool relative to the workpiece between the amount of displacement is the use of digital code to represent information media. by controlling figures into a special area of the computer. computer for the processing of information and instructions to control the machine tools or other enforcement servo system components and tools automatically processed out the work.
Key words: Mechanical design, Numerical Control three coordinates of milling machines, Spindle, Numerical Control system.
1前言
主传动系统设计概述
数控机床的主传动系统包括主轴电动机，传动系统和主轴组件。与普通机床的主传动系统相比数控机床在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担。省去了繁杂的齿轮变速机构，还有一些数控机床设计中还存在二级或三级齿轮变速机构用以扩大主轴电动机无级变速的范围。
对主传动系统的要求:
范围：各种不同的机床对调速范围的要求不同，多用途，通用性比较大的机床，要求主轴的调速范围大，不但有低速大转距的功能，而且还要有比较高的速度。
热变形：电动机、主轴及传动件都有热源。降低温升，减少热变形是对主传
动系统要求的重要指标。
旋转精度和运动精度：
主轴的旋转精度:是指装配后，在无载荷，低速转动条件下，测量主轴前端和300mm处的径向和轴向跳动值。
主轴在以工作速度旋转时，测量上述两项精度称为运动精度。
数控机床要求有较高的旋转精度和运动精度。
主轴的静刚度和抗振性；
由于数控机床的加工精度比较高，主轴的转速又很高。因此，主轴组件的质量分布是否均匀以及主轴组件的阻尼等，对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。
主轴组件的耐磨性；
主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持要求的准确精度。凡是有机械摩擦的部位，轴承，锥孔等都要有足够的硬度，轴承还应具有良好的润滑。
第2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。数控机床主传动系统主要有以下三种配置方式：
带有变速齿轮的主传动
这种配置方式在大中型数控机床中采用比较普遍。它通过少数几对齿轮进行降速，使之能够分段变速，确保低速时拥有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性。但也有一部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。
通过带传动的主传动
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。
但是同步带也有不足之处，其安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。
由调速电动机直接驱动的主传动：
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。使用这种电动机可实现电气定向。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3章主轴电动机的选取
正确选择电动机的类型、型号及容量是机床设计的重要问题之一，它直接影响着机床的结构和寿命，选择时要根据机床的功能要求，所设计的结构，工作状况等全面考虑，然后选择适宜的结构型式及容量。
图3-1主轴电动机
电动机功率的选择：工作机所需的有效功率为：Pw=Fv/1000=17.5kw,为了计算电动机所需的功率，先要确定从电动机到工作部件的总效率η，设η1、η2、分别为同步带轮和同步带的传动效率，查表所得η1和η2都等于0.97。则传动的总效率为η=η1×η2=0.94，所以电动机所需的功率为Pd=Pw/η=18.5KW
电动机传速的选择:此次设计要求电动机必须有额定转速1500r/min,最高转速必须达到4000r/min.
电动机型号的选取：根据设计要求，本次设计中选取兰州电机厂生产的1PH5167-4CF4型号交流主轴电动机。
其主要参数如下表：
表3-1
额定最高额定惯性电恒
第4章同步带传动设计与计算
同步带传动，综合了带、链和齿轮传动的优点，带的工作面呈齿形,与带轮的的齿槽作啮合传动，使主、从带轮间作无滑差的同步运动，其特点是传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油耐磨损，抗老化性能好，传动效率可达99.5%，传动功率从几瓦到数百千瓦，传动比可达10，线速度可达40m/s以上。
此次设计选用梯形同步带，它靠齿啮合传动，速比准确，传动效率高，初张紧力最小，轴承承受压力最小，瞬时速度均匀，单位质量传递的功率最大，与链和齿轮传动相比，噪声小，不需要润滑，传动比、线速度范围大，传递功率大，而冲击振动较好，维修简单，经济。广泛用于各种机械传动中。
4.1、材料选择：
根据设计要求，选用聚氨酯同步带，由带背、带齿、抗拉层三部分组成。带背和带齿材料为聚氨酯，抗拉层采用钢丝绳，适用于中小功率的高速运转部分。
4.2、参数计算：
设计计算的内容主要是：齿形带的模数、齿数、和宽度的结构和尺寸，传动中心距，作用在轴上载荷以及结构设计。
4.2.1、模数的选取：
模数主要根据齿形带所传递的计算功率P d和小带轮转速n1确定的，通过查《现代数控机床》表4-33查得P d=K A*P, 式中P———传动功率
表4-1
选取K A =1.7，所以P C =5.5×1.7=9.35KW
由齿形带模数选用图可选m=4
4.2.2、小带轮齿数Z1:由《机械传动装置设计手册》表8-38 得Z min =22,所以取Z 1=24
4.2.3、同步带节距Pb :由 P D =9.35KW n 1=1500r/min, 查表选取节距P b =12.566mm, 齿形角2β=40。 齿根厚S=
5.75mm 。齿顶厚S t =4mm, 齿高h g =h t +e=2.4+2.7=5.1mm, 齿根圆半径R r =齿顶圆半径Ra=0.40mm, 带高h s =4.4mm, 节顶距δ=1.000mm, 带b s =35～40mm.
4.2.4、节圆直径d1:d 1=π
1z p b =96㎜ 4.2.5、大带轮齿数z 2与直径：z 2=iz 1=36
4.2.6、大带轮直径d 2=id 1=1.5×96=144㎜
4.2.7、带的速度V :V=1000601
1?n d π=7.536， (式
4-1)
由表查得
V max =35～40 V 4.2.8、定中心距a0: 5(d 1+d 2) ≤a 0≤2(d 1+d 2) 所以：0.7（96+144）≤a 0≤2(96+144) 则有168≤a 0≤480 初选a 0=300 4.2.9、带的节线长度L p 以及齿数Z b ： Lp 0=2a 0+2π(d 1+d 2)+ 124)(a d d -=2300+2π×240+22042304?=978.72 （式4-2） 查表选取L p =1005㎜ Z b =80 4.2.10、计算中心距a （采用中心距可调） a ≈a 0+20Lp Lp -=300+36.3132 07.72498.753=-㎜ （式4-3） 选取a=314㎜ 4.2.11、带轮与带的啮合齿数Zm ： Zm ≈]10) (1[212a Z Z Z --=11.82 取Zm=12 （式4-4） 因为当m ≥2时，Zm 应不小于6 ，所以计算的Zm 满足条件。 4.2.12、带宽bs: bs ≥310)(?-V Fc Fa Kz Pd 查表取K z =1.20, F a =20N/mm （式4-5） F c =m b V 2=4.8×10-3 ×7.5362=0.273 所以 bs ≥12.3910536.7)273.020(20.135 .93=??-?㎜选取b s =40㎜ 4.2.13、作用与轴上的力Fr ： Fr=N V P d 7.124010536.735 .91033=?=? （式 4-6） 4.2.14、小带轮最小包角ɑ： α≈180o-60o（d2-d1）/a=180。-60。（144-96）/314=170.8。 5.2.15、带轮宽度b f , b f1, b f2 b f =b s +(1.5～3)=41.5～43 b f1=b s +(6～7)=46～47 b f2=b s+(3～5)=43～45 第5章主轴组件的设计 主轴组件主要包括：主轴、主轴支撑和安装在主轴上的传动件、密封件等，因为主轴带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动，所以它的工作性能对加工质量和生产率产生直接影响，是机床最重要的部件之一。 5.1.主轴组件的设计要求： 主要体现在如下方面： 5.1.1回转精度： 主轴组件的回转精度,是指主轴的回转精度。当主轴做回转运动时，线速度为零的点的连线称为主轴的得回转中心线。回转中心线的空间位置，每一瞬间都是变化的，这些瞬间回转中心线的平均空单位转移不为理想回转中心线。瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间位置的距离，就是主轴的回转误差，而回转误差的范围，就是主轴的回转精度。纯径转误差、角度误差和轴向误差，它们很少单独存在。当径向误差和角度误差同时存在构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。由于主轴的回转误差一般都是一个空间旋转矢量，它并不是在所有的情况下都表示为被加工工件所得的加工形状。主轴回转精度的测量，一般分为三种静态测量、动态测量和间接测量。目前我国在生产中沿着传统的静态测量法，用一个精密的检测棒插入主轴锥孔中千分表触头触及检测棒圆柱表面，以低速转动主轴进行测量。千分表最大和最小的读数差既认为是主轴的径向回转误差。端面误差一般以包括主轴所在平面内的直角坐标系的垂直度，数据综合表示。动态测量是用一标准球装在主轴中心线上，与主轴中心线上，与主轴同时旋转；在主轴同时旋转；在工作台上安装两个互成90度角的非接触传感器，通过仪 器记录回转情况。间接测量是用小的切削量用小的切削量回工有色金属试件，然后在圆度仪上测量试件的圆度来评价。出厂时，普通级加工中心的回转精度用静态测量法测量，当L=300mm时允许误差应小于0.02㎜。造成主轴回转误差的原因主要是由于主轴的结构及其加工精度、主轴轴承的选用及刚度等，而主轴及其回转零件的不平衡，在回转时引起的激振力，也会造成主轴的回转误差。因此加工中心的主轴不平衡量要控制在0.4㎜/s以下。5.1.2、主轴刚度： 主轴组件的刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力。通常抵以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力大小来表示。主轴组件的刚度越大，主轴受力的变形就越小。主轴组件的刚度不足，在切削力及其他力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形，不仅影响工件的加工质量，还会破坏齿轮、轴承的正常工作条件，使其加快磨损，降低精度。主轴部件的刚度与主轴结构尺寸、支撑跨距、所选轴承类型及配置形势、砂间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。 5.1.3、主轴抗振性： 主轴组件的抗振性是指切削加工时，主轴保持平稳的运转而不发生振动的能力。主轴组件抗振性及在必要时安装阻尼（消振）器。另外，使主轴固有频率远远大于激振力的频率。 5.1.4、主轴温升： 主轴组件在运转中，温升过高会起两方面的不良结果：一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会有变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作。严重时甚至会发生：“抱轴”。数控机床在解决温升问题时，一般采用恒温主轴箱。 5.1.5、主轴的耐磨性： 主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高硬度增加耐磨性。主轴轴承也需要有良好的润滑，提高其耐磨性。 以上这些要求，有的还是矛盾的，例如高刚度和高速，高速和高精度等，这就要具体问题具体分析，例如设计高效数控机床的主轴组件的主轴应满足高速和高刚度的要求；设计高精度数控机床时，主轴应满足高刚度、低温升 的要求。同时，主轴结构要保证个部件定位可靠，工艺性能好等要求。 5.1.6、提高主轴组件抗振性的措施： 尽量缩短主轴前轴承结构的长度，适当增大跨矩；尽量提高前轴承的刚度和阻尼；提高前轴承的精度，把推力轴承放在前支撑初可提高抗振性；对高速旋转的零件作静、动平衡，提高齿轮、主轴的制造精度都可适当减少强迫振动源；对于非连续切削过程的铣削，滚削等加装飞轮可减少振动；应用阻尼器消耗振动能量是有效的措施；考虑系统的固有频率，避免共振。5.2、减少主轴组件热变形的措施： 把热源移至机床以外。 改善主传动的润滑条件。如进行箱外循环润滑，用低粘度的润滑油、油雾润滑等，特别注意前轴承的润滑情况。采用冷却散热装置。例如用热管冷却减少机床各部位的温差,进行热补偿。如可以在结构设计采用一些自动补偿的装置设法使热变形朝不影响加工精度的方向发展。还可以在工艺上减少热变形的影响。如先空运转一段时间再加工。把粗、精加工分开等。 5.3、主轴材料的选择及尺寸、参数的计算： 图5-1主轴 主轴是主轴组件的重要组成部分，它的结构尺寸和形状、制造精度、材料、及其热处理，对主轴组件的工作性能都有很大的影响。主轴结构随系统设计要求的不同而有各种形式。 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。 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。 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5-1 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5-1) 因为主轴是空心转轴，所以 d 1=21.68 ×3122)(-ψ+σT M .3411α- （式5-2） 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 。 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=τ στ σ22s s s s +≥[s] （式5-3） σs ____________只考虑弯距作用的安全系数； s τ____________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 σ=m k σψσβσααξσσ+-1 m k s ττβτταεσττψ+=-1 查表得出σ-1=270Mpa τ-1=155Mpa k σ=1.71 k τ=1.44 β=1.6 εσ=0.78 ετ =0.74，ψσ=0.3，ψτ=0.21，σα=W M 2， σm =σα M=)1(3243νπ-d d d 0=ν Wp=)1(1643 νπ-d 所以：s=τ στ σ22s s s s +=1.08<[s]=1.3～1.5 所以主轴设计符合要求。 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。 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%。 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 。 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。滚动轴承适当预紧可以增大阻尼，但过大的预紧反而使阻尼减少，故选择预紧时还应该考虑阻尼的因素。 采用三支承 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。 5.4、主轴传动装置箱体的作用： 通过传动轴承支撑传动件的轴；存储润滑剂，实现传动件和轴承的润滑；密封作用，减少环境不良因素；保护机器操作者的人身安全，避免伤亡事故。 5.5、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 233000 2=++ （式5-4） 第6章 主轴轴承的选择： 主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、安装、调整、润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承两大类。 滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在一定的转速范围和载荷变动范围下稳定的工作。滚动轴承由专业化的工厂生产，选购维修很方便，在数控机床上被广泛采用。但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗振性略差，并且对转速有很大的限制。数控机床主轴组件在可能条件下，尽量使用了滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够作轴向移动的主轴。这时用滚动轴承可以用润滑脂润滑以避免漏油。滚动轴承根据滚动体的结构的不同可分为球轴承、圆柱轴承、圆锥滚子轴承三大类。 6.1、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。 6.2、轴承预紧力的要求: 因为预紧力提高刚度有一定的效果,这是与线接触的滚子轴承不同的。点接触的球轴承，应在温升允许的条件下，尽量用较高的预紧力。 在轴向力的作用下，不受力测轴承的滚动体与滚道不配时为最大轴向载荷的35%；三联组配时为24%。 6.3、主轴轴承的润滑与密封： 主轴的密封有接触式密封和非接触式密封，主轴轴承的润滑与密封是机床使用和维护过程中值得重视的两个问题。良好的润滑效果可以较低轴承的工作温度和延长使用寿命。密封不仅要防止灰尘屑末和切削液进入，还要防止润滑油的泄漏。 数控机床上，主轴轴承润滑方式有：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑、油气润滑等方式。此次设计选用的是油脂润滑方式。主轴的润滑状态可分为流体润滑状态和非流体润滑状态两大类，流体润滑状态又可分为边界润滑状态和干摩擦润滑状态。除上述外，还常见有混合润滑状态，即流体润滑状态和边界润滑状态同时存在。 油脂润滑方式：是目前在数控机床的主轴轴承上最常用的润滑方式，特别是在前支承轴承上更是常常用到。当然，如果主轴箱中没有冷却润滑油系统，那么后支承轴承和其他轴承，一般采用油脂润滑方式润滑。 油液润滑方式：在数控机床主轴上，有采用油液循环润滑方式的。装有CA-MET轴承的主轴，即可使用这种方式润滑，对一般主轴轴承，后支承上采用这种方式润滑比较常见。不过在用油液润滑角接触轴承的时候，要注意角接触轴承有泵油效应，必须使油液从小口进入。 油雾润滑方式：油雾润滑方式是将油液经高压气体雾化后从喷嘴成雾状喷出倒需要润滑的部位达到润滑目的的方式。由于雾状油吸热性好，又无油液搅拌作用，所以常用于高速主轴轴承的润滑。但是，油雾容易吹出，污染环境。 油气润滑方式：油气润滑方式是针对高速主轴而开发的新型的润滑方式。它是用极微量的油（约0.03㎝3）润滑轴承，以抑制轴承发热。油箱中的油位开关和管路的压力开关，确保在油箱中无油或者压力不足的时候，能自动启动切断主电动机电源。 轴承间隙调整和预紧主轴轴承的内部间隙，必须能够调整。多数轴承，还应在过盈状态下滚动体与滚道之间有一定的预变形，这就叫做轴承的预紧。工作，使 轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支承主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而预紧前只有部分滚动体与滚道接触。预紧后，滚动体和滚道都有了一定的变形，参加工作的滚动体将更多，各滚动体的受力将更为均匀。这些都有利于提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方面都有滚动体支承，可以提高抗振性。但是，预紧将使轴承寿命下降，故预紧要适量。 6.4、选取轴承： 所选轴承主要尺寸参数如下表： 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 主轴箱拆卸细节 拆装要求：1、了解所拆部件的结构特点、传动形式、连接形式以及工作原理。 2、认识工具，并掌握工具的使用技巧。 3、按工艺要求、合理利用工具对部件拆解，防止拆卸过 程中零件的变形或损坏，同时保证自身安全，拆下零 件摆放整齐，不能随意摆放。 使用工具：抓钩、钩钣子、铜棒、手锤、一字型螺丝刀、卡簧钳、钳子、内六角扳手、台虎钳。 拆卸顺序：由外向内，由上到下，先重大后轻小，先精密后一般。 主轴箱拆卸第一部分：主轴的拆卸 一、轴1组件拆卸 轴1组件的主要组成部分：空心齿轮轴、圆螺母、止推垫圈、皮带轮、 顶丝、轴承端盖、2*轴承、轴套 1、首先看轴1的联接形式是键和轴相联接，固定是圆螺母固定，所 以拆卸主轴第一步为拆卸圆螺母（编号0469在皮带轮前部），采用工具为钩钣子。 2、拆卸止推垫圈（圆螺母下方），它起到了防松作用（编号没画） 3、拆卸皮带轮（编号0402+2*38dailiujiaoluoding），在拆卸皮带 轮时要注意不能硬敲，防止皮带轮损坏，要用特殊的工具抓钩，由于连接皮带轮的轴是空心轴，我们用工具填充空心轴中心，然后利用工具抓钩，钩住皮带轮的平面，顶住轴的中心，调整合适 的角度和长度，用一字型螺丝刀不停的旋转抓钩扳手，完成皮带轮的拆卸。拆卸时同学之间要注意团队协作，防止皮带轮掉下砸伤同学。 4、拆卸轴承端盖，首先看轴承端盖的联接形式为螺纹联接， （1）用内六角扳手松开螺纹的头部，用另一头快速的完成拆卸。（编号3*20liujiao） （2）拆卸轴承端盖（0404），手动拆卸。 （3）拆垫圈（0479） 5、拆卸顶丝（顶丝是限制皮带轮处轴套轴向和周向定位，），采用了 一字型螺丝刀。（编号无） 6、拆卸轴1，使用工具为粗细铜棒和手锤，选择合适部位利用铜棒 手锤击打空心齿轮轴，把轴安全顺利的从轴承孔中取出，把键用钳子或台虎钳夹下来。（编号为0403+2*zhoucheng112+0406+0471）其中还可对轴堵进一步的拆卸。依次的拆卸顺序为zhoucheng112、0406、zhoucheng112、0471、0403。 7、拆卸轴承和轴套，把台虎钳张开合适的角度，轴承坐在钳口上， 为了防止齿轮轴螺纹部分在拆卸过程中坏掉，把圆螺母安装上后再用锤子和铜棒敲击齿轮端、轴承和轴套依次取下， 二、主轴的拆卸 主轴的主要组成部分：内齿轮、轴用挡圈、轴承、调整垫、齿轮1、齿轮2、顶丝、键、双圆螺母、挡油盘、推力轴承、向心轴承、轴承 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。 毕业设计指导书 设计课题：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计适用：机械设计制造及其自动化专业 前言 液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来与微电子、计算机技术结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。作为数控技术应用专业的学生初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的。 液压传动在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，但是各部门采用液压传动的处发点不尽相同：例如，工程机械、压力机械采用液压传动的主要原因是取其结构简单、输出力大；航空工业采用液压传动的主要原因是取其重量轻、体积小；机床上采用液压传动的主要原因则是取其在工作过程中能无级变速，易于实现自动化，能实现换向频繁的往复运动等优点。为此，液压传动常在机床的如下一些装置中使用： 1．进给运动传动装置 这项应用在机床上最为广泛，磨床的砂轮架，车床、自动车床的刀架或转塔刀架，磨床、钻床、铣床、刨床的工作台或主轴箱，组合机床的动力头或滑台等，都可采用液压传动。 2．往复主体运动传动装置 龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，都可以采用液压传动来实现其所需的高速往复运动，前者的速度可达60～90m/min，后者的速度可达30～50m/min。这些情况下采用液压传动，在减少换向冲击、降低能量消耗，缩短换向时间等方面都很有利。 3．回转主体运动传动装置 车床主轴可以采用液压传动来实现无级变速的回转主体运动，但是这一应用目前还不普遍。 4．仿形装置 车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来实现，其精度最高可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成型砂轮修正装置和标准四缸校正装置亦 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 本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 学生姓名： 院（系）：机械工程学院 专业班级 指导教师： 完成时间：2012 年 5 月31 日 1.课题的意义 机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。在独立进行课题设计时，将对本专业知识加深理解，也将了解到暧通专业在国内外的最新发展状况和技术的发展趋势。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。 机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义 2.国内外现状 目前，我国机床工业进入了一个关键的发展时期，必须科学地结合工业发展的需求，有组织有节奏地进行产业结构的调整，这个过程是建立实事求是、讲究实效、科学态度的基础上的复杂的系统工程。从政府相关部门到企业，都应将有序、稳步的进行。领导者应定下目标并定期检查，阶段性的进行总结，切实改进转型中所遇到的问题，那种走过场的做法，将贻误战机。在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。他的特征是高效、高质、经济、实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、绞孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数字组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高科技专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功 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 摘要 本设计介绍了攻螺纹组合机床的多轴箱的设计，其中包含了零件加工工艺的确定，设计中首先要了解工件的加工工艺路线及工序的计算，确定攻螺纹主轴的直径，初步选用电机型号及机床各部分部件。编制三图一卡。在多轴箱设计中，确定传动系统，计算主轴坐标，传动部件的校核及主轴箱的总图绘制。 本设计将钻孔、攻丝两工艺结合为一体，降低了机器成本，而且节省了加工时间，提高了工作生产效率。 关键词：箱体组合机床总体设计攻丝多轴箱 Abstract The design on the Box axlebox more than the design, which includes parts of the processing technology of identification, design is first necessary to understand the workpiece in the processing line and process of calculation to determine Tapping the spindle diameter, the initial choice of motor Model and some parts of the machine. Figure 1 of the three cards the processing parts process map, diagram processing, machine tools Contact size map, machine tool productivity calculation card. In multi-axle box design, drive system established to calculate coordinates spindle, transmission parts of the spindle box and check the total mapping. This design will be drilling, tapping combination of the two as one and reduce the cost of machinery, processing and save time, improve the work efficiency of production. Key words:Box ,The Combination of Machine，Design，multi-axle Box Tapping 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。 数控车床主轴箱的优化设计和开发，以尽量减少热变形 森精机--Nagoya--日本 数字技术实验室--Sacramento--美国 关键词：热误差，设计方法，精度，主轴箱 本文是以调查的方法来减少和弥补精度数控车床中较大的热位移误差。为此，在这里我们提出了一个高效的设计和优化方法——主轴箱结构设计方法，来尽量减少主轴中心位置的热位移。和现有的那些经验方法相比较，这种方法可以更好的节省开发时间和成本。为了确定最佳的主轴箱结构，我们提出了Taguchi方法和有限元分析方法，这两种方法主要是用来验证和评估主轴中心过渡的主轴箱优化结果。 一：介绍 精度数控车床的精度越高，在加工精度要求方面的需求也越高。而热变形对于加工效果有非常显著的影响。关于这一个问题已经进行了的许多的研究。然而，并没有在实践中取得很多良好的效果。 热变形的主要研究归纳如下，Moriwaki和Shamoto建议使用温度传感器的热位移估计补偿方法，Brecher和Hirsche在延长这项工作的基础上控制部数据，刺激等等，这些主要是用于非金属材料（如碳纤维增强塑料），以抑 页脚. 制热位移。应用轴承的有限元方法（FEM）来分析预紧问题和铸件的形状优化问题，可以尽量减少热位移，Jedrzejewski通过进行补偿，再加上热执行器控制的应变是基于热失真反馈，清水等的原理。开发了一种新的算法，这种算法可以估计装修总机热变形的变形模式，并从涡流型位移传感器处获得所需要的数据。 一些机床制造商通过使用从传感器或部的NC控制器获得温度信息的方法，来估计热位移并进行补偿。对于数控车床来说，热位移通常是受机器的结构，环境的温度，热源的状态（伺服电机或加工热），气流和冷却剂的使用情况等的影响，虽然说理论上是可以进行准确的补偿，但是估计位移要涉及以上这些复杂的相互作用、参数和需要大量的组合实验。比如说，沿每个轴的线性热变形补偿问题，它的变形是伴随着精度显着下降，扭曲或翘曲的。 一种新数控车床的开发涉及到修改现有机器的结构和运行实验，而且，这通常要耗费大量的时间，而且费用也比较昂贵。所以在这里，提出一种新的方法——设计一个主轴箱，数控车床自身随机引起的热变形温度偏差。通过Taguchi方法，CAE分析等，确定数控车床主轴结构和热变形评估，以此证明上面说的方法是一个非常有效率的方法。 二:主轴结构和热位移测量 图1显示了数控车床主轴的部结构、零件以及环境变量的参数。热位移的目标是设计一个主轴箱，让热集中页脚. 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 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 双头自动机床设计主轴 箱设计 TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】 1 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。 (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 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,即主传动系功率特最新卧式双面28轴组合钻床左主轴箱
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