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AbstractDigital 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目录绪论 (1)第一章数控加工技术概论 (7)1.1 数控技术及数控加工的基本概念 (7)1.2 数控机床的组成与分类 (8)1.3数控机床的特点与数控机床的发展方向 (10)第二章数控铣床主传动系统 (11)2.1 数控机床对主传动的要求 (11)2.2 数控铣床主传动的配置方式 (11)第三章主轴电动机的选取 (14)第四章同步带传动 (15)4.1 材料选择 (15)4.2 参数计算 (15)第五章主轴组件的设计 (18)5.1 主轴组件的设计要求 (18)5.2 主轴材料的选择及尺寸、参数的计算 (20)5.3 主轴传动装置箱体的作用 (24)5.4 主轴箱体的截面形状和壁厚计算 (24)第六章主轴轴承的选择 (25)6.1 轴承的选择和轴承的精度 (25)6.2 轴承预紧力的要求 (26)6.3 主轴轴承的润滑与密封 (26)6.4 轴承寿命校核 (27)第七章联接键的选择和碟形弹簧的选择与计算 (29)7.1联接键的选择 (29)7.2碟形弹簧的选择与计算 (29)7.3碟形弹簧材料及热处理、厚度和脱碳 (30)7.4碟形弹簧的强压处理、表面强化处理和防腐处理 (30)第八章螺钉联接的设计 (32)第九章液压缸与密封件的设计 (34)9.1液压缸安装时应注意的问题 (34)9.2液压缸各部分的结构及主要尺寸的确定 (35)9.3强度校核 (35)9.4 密封件的作用及其意义 (36)9.5 密封的分类及密封件的材料要求 (36)9.6防尘圈设计要求 (37)结论 ............................................... 错误！未定义书签。

绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。

数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。

它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。

现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。

实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。

可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。

本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。

通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。

通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。

通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。

一、设计题目及参数1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。

它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。

我主要设计的是主轴部分。

主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。

主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。

1.2参数床身回转空间400mm尾架顶尖与主轴端面距离1000mm主轴卡盘外径Φ200mm最大加工直径Φ600mm棒料作业能力50～63mm主轴前轴承内和110～130mm最大扭矩480N·m二、主轴的要求及结构2.1主轴的要求2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。

主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。

科技风2019年1月科技创新DOI ：10.19392/j . cnki . 1671-7341.201902005定梁式数控龙门铣床整体结构设计徐梓童汪秣张普天吉林农业科技学院机械与土木工程学院吉林吉林132101摘要:根据国内与国外对于龙门铣床的研究情况来看，此次设计一种可以用于加工各种复杂的零件的龙门数控铣床，符合 实际的生产需要。

其结构主要包括了横向进给机构、纵向仅给机构、工作台以及立柱等的组成部分。

其运行是采用伺服电机然后 是滚珠丝杠进行传动。

总体上讲述了其所包含的结构、特点以及其工作原理。

并且具体的阐述了此铣床的整体结构以及校核的 方法对其进行了分析。

关键词：龙门铣床;数控;伺服电机；滚珠丝杠1机床的设计要求数控龙门铣床的总体方案设计主要包括了 ：(1) 总体布局设计:各个部件的位置、各个部件的运动进行 分析、还有其整体的外观。

(2) 技术参数设计:各个部件的尺寸、刀具的转速和进给 量、电机的功率和所能承载的力。

(3) 结构优化设计:整个机床的刚度、运动特性、受热性 能等。

此机床符合国家的标准，其参数为:工作台的整体尺寸为: 3000x 1200mm ，工作台所能承受的最大载荷为2吨，能够具有 高的速度和效率，结构简单稳定，精度高且用于铣削较为复杂 的零件。

2设计方案我所设计的铣床主要是工作台能够做纵向移动的数控龙 门铣床。

这种工作台移动的数控龙门铣床主要的特点包括了(1)成本低，生产较为简单。

这种龙门铣床的整体的长度必须 比工作台行程的长度多两倍。

而移动式的龙门铣床的整体的 长度就得是龙门架的侧面宽度与纵向行程之和。

（2)这种机床 的动态响应好。

这种机床的龙门架是固定在立柱上的，所以当 工作台移动时其所切屑的稳定性好，这样便保证了机床所加工 零件的精度和动态响应性。

我所采用的为西门子425的数控系统，因为这个数控系 统具有龙门轴的同步功能。

这一项功能能够让龙门框架的进 给轴（X 1，X 2)达到无机械偏差的位移的目的。

目录引言 (1)1.数控铣床简介 (3)1.1.数控铣床组成 (3)1.2.数控铣床的工作原理 (4)1.3数控铣床加工的特点 (4)1.4数控铣床加工的主要对象 (4)2.电主轴概述 (5)2.1电主轴的基本概念 (5)2.2电主轴单元关键技术 (6)2.2.1高速精密轴承技术 (6)2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计 (7)2.2.3高速电动机设计及驱动技术 (8)2.2.4高速电主轴的精密加工和精密装配技术 (8)2.2.5高速精密电主轴的润滑技术 (9)2.2.6高速精密电主轴的冷却技术 (9)2.3高速电主轴发展及现状 (9)2.3.1高速电主轴技术的发展及现状 (9)2.3.2主轴单元结构形式研究的发展 (11)2.4电主轴对高速加工技术及现代数控机床发展的意义 (12)2.5内装式电主轴系统的研究 (13)3.电主轴工作原理及结构 (16)3.1电主轴的基本结构 (16)3.1.1轴壳 (16)3.1.2转轴 (16)3.1.3轴承 (17)3.1.4定子及转子 (17)3.2电主轴的工作原理 (17)3.3电主轴的基本参数 (19)3.3.1电主轴的型号 (19)3.3.2转速 (19)3.3.3输出功率 (19)3.3.4 输出转矩 (19)3.3.5电主轴转矩和转速、功率的关系 (20)3.3.6 恒转速调速 (20)3.3.7 恒功率调速 (20)3.3.8 轴承中径 (20)3.4自动换刀装置 (21)4. 电主轴结构设计 (22)4.1主轴的设计 (22)4.1.1.铣削力的计算 (22)4.1.2 主轴当量直径的计算 (23)4.2高速电主轴单元结构参数静态估算 (23)4.2.1 高速电主轴单元结构静态估算的内容及目的 (23)4.2.2轴承的选择和基本参数 (23)4.3轴承的预紧 (24)4.4主轴轴承静刚度的计算 (24)4.4.1 主轴单元主要结构参数确定及刚度验算 (26)4.4.2主轴单元主要结构参数确定 (27)4.4.3主轴强度的校核 (32)4.4.4主轴刚度的校核 (34)4.4.5主轴的精密制造 (35)4.5主轴电机 (36)4.5.1电机选型 (36)4.6主轴轴承 (37)4.6.1轴承简介 (37)4.6.2陶瓷球轴承 (38)4.6.3陶瓷球轴承的典型结构 (40)4.7主轴轴承精度对主轴前端精度影响 (40)4.8拉刀机构设计 (41)4.8.1刀具接口 (41)4.8.2拉刀杆尺寸设计 (42)4.8.3夹具体结构尺寸设计 (43)4.8.4 松、拉刀位移的确定 (45)4.8.5碟型弹簧的设计及计算 (46)4.9HSK工具系统结构特点分析 (48)4.10HSK工具系统的静态刚度 (52)4.10.1 HSK工具系统的变形转角及极限弯矩 (52)5.电主轴的润滑及冷却 (55)5.1润滑介绍 (55)5.1.1润滑的作用和目的 (55)5.1.2 电主轴润滑的主要类型 (55)5.1.3 油气润滑的原理和优点 (57)5.2电主轴的冷却 (58)5.2.1电主轴的热源分析 (58)5.2.2电主轴的冷却方法 (59)5.3电主轴的防尘和密封 (60)6.电主轴的驱动和控制 (61)6.1恒转矩变频驱动和参数设置 (61)6.2恒功率变频驱动和参数设置 (62)6.3矢量控制驱动器的驱动和控制 (64)6.4普通变频器原理 (65)6.5本设计采用的变频器原理 (67)6.6主轴准停 (69)6.6.1主轴的准停功能 (69)6.6.2主轴准停的工作原理 (69)6.6.3主轴准停控制方法 (70)7．主轴动平衡 (72)7.1动平衡介绍 (72)7.2动平衡设计 (73)总结 (75)致谢 (76)参考文献 (77)引言高速机床是实现高速切削加工的前提和条件。

摘要此次毕业设计要求综合的运用机械制图、机械设计、机械原理、机械制造技术、金属切削机床设计等相关知识对CA6140型卧式车床进行了传动设计,主要对其主轴箱的结构和传动原理进行深入的了解。

CA6140车床是我国设计制造的典型的卧式车床,在我国机械制造类行业中使用极为广泛。

近些年,虽然随着电子计算机的发展,数控技术和数控机床得到的较大的发展,但通过对普通车床的研究和设计,可以开阔我们的视野,增强我们的实践经验,加强我们自己动手的工作能力,巩固所学知识,在我们马上要走上工作岗位之际,对提高我们的专业素质有很大的帮助。

本次毕业设计的研究内容、方法、成果:1、通过绘制车床主轴箱操纵机构的装配图,进一步深入的了解了主轴箱的结构和其传动原理;2、通过运用机械原理和机械设计等知识对车床进给箱中的轴进行设计和校核;3、最后运用机械制图知识绘出CA6140型卧式车床主轴箱操纵机构,并运用AutoCAD制图软件绘制进给箱中的014轴,进一步熟练了CAD的使用。

关键词:CA6140型车床;主轴箱;传动系统;轴的设计;轴的绘制;ABSTRACTThe integrated design uses a mechanical drawing,mechanical design, mechanical principles, machinery manufacturing technology, Metal Cutting Machine design knowledge to CA6140 horizontal lathe design of the drive, Headstock mainly on the structure and box drive principle in-depth understanding. CA6140 lathe is the design and manufacture of a typical horizontal lathe. China's machinery manufacturing industries, is widely used. In recent years, although the development of electronic computers, technology and CNC machine tool CNC is the larger development, But through Lathe of research and design, broadening our horizons, enhance our practical experience, strengthen our own hands the ability to consolidate knowledge, we all got to go to work when to improve the professional quality of our great helpThe graduation of the study design, methods, results :1. Drawing spindle lathes me through manipulation of the assembly, further in-depth understanding of the structure of the spindle box and its drive principle2. Through the use of mechanical principles and mechanical design knowledge to design and check the shaft in lathe3. Finally the use of AutoCAD software rendering the machine spindle and operating mechanism , and the use of CAD to render the 014 shaft in lathe;Further skilled in the use ofCADKeywords : CA6140 lathe; Headstock; Transmission; Axis designs; Axis drawing.目录第一章绪论 11.1 毕业设计的目的及意义 11.2毕业设计的内容 11.3设计步骤 21.4设计时应注意的事项3第二章 CA6140型卧式车床的简介 42.1 CA6140车床的用途 42.2 CA6140车床的分类 52.3 CA6140工艺范围52.4 CA6140车床的布局 5第三章 CA6140型车床传动系统83.1车床传动路线及传动分析83.2 主轴箱的传动链 103.3 主轴箱的主要构造12第四章 CA6140型车床齿轮传动设计184.1分级变速传动链设计184.2动力计算224.3计算转速244.4机床的功率转矩特性24第五章 CA6140型卧式车床主轴箱结构设计265.1轴的设计及轴上零件的定位265.2 轴承、密封、润滑285.3齿轮305.4操纵机构315.5箱体34第六章 014轴(ⅩⅢ轴)的设计计算及校核396.1轴的结构设计原则396.2轴的强度计算406.3轴的材料及选择416.4 014轴(ⅩⅢ轴)的设计计算及校核45参考文献50致谢 51第一章绪论1.1 毕业设计的目的及意义毕业课题(论文)教学过程是实现本科培养目标要求的重要阶段,是基础理论学习深化与升华的重要环节,是全面检验学生综合素质与实践能力培养效果的主要手段,是学生毕业及学位资格认证的重要依据,是衡量高等学校教育质量和办学效益的重要评价内容。

数控立式铣床机械结构设计数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用。

近年来，我国在中高档数控机床关键技术上有了较大突破，创造出一批具有自主知识产权的研究成果。

目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孑L或铣削平面时，加工精度不高。

如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。

根据这种情况，我们设计了一种小型数控立式铣床。

该铣床造价大大低于传统数控机床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。

下文就对它的机械结构设计作一介绍。

1 机床的总体布局本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床，机床床身尺寸(长×宽×高)为600 mm×8OO mm×1 4051Tim，主要由(如图1机床的结构简图所示)机床底座，横向溜板，X、y、Z方向进给步进电动机，工作台，机床床身，三相异步电动机，主轴箱以及相关的电气系统等部分组成。

机床的加工过程为：被加工零件固定于工作台4上，能够实现横向、纵向的进给运动；铣刀装夹在主轴箱8上，能够沿立柱的上下移动，进行铣削加工。

整个加工过程由PC进行控制，实现工件的自动加工。

该数控铣床的主要技术参数为：最大钻孔直径：28 mm；最大铣削能力：平面2．6×10 mm。

；主轴箱上下移动最大行程：345 mm；工作台工作面积：730 n'ln3×350 n3n3；工作台最大纵向行程：450 mm；工作台最大横向行程：250 n3m；机床底座面积：400 ITlm×680 n3n3；主轴变速范围：8O～ 1 650 r／min2 机床主传动系统及主轴组件设计2．1 机床主传动系统数控铣床主传动系统由主轴电动机、传动系统和主轴部件等部分组成，它与普通机床主传动系统相比结构较简单，这是由于变速功能主要由无级变速电动机来承担。

引言数控机床是一种高技术设备,它可以通过改变数控程序,适应不同零件的自动加工,而且可以采用较大的切削用量,利用软件进行精度校正和补偿,从而提高生产效率、加工精度和加工质量,可以实现工序集中、一机多用,能完成复杂型面的加工。

数控机床是现代制造业的关键设备,一个国家的数控机床的产量和技术水平在某种程度上反映了这个国家的制造业水平和竞争力。

因此数控机床是将来机床研制的重点。

本文针对经济型数控立式铣床及其控制系统的设计作简要的讨论。

数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，，它的机械结构随着电子控制技术的在铣床上的饿应用，以及铣床性能提出的新要求，而逐步变化。

与不同铣床相比数控铣床用三个数控伺服系统替代了传统的机械进给系统，其外形和结构与普通铣床类似。

数控铣床的设计主要是进行主运动系统与进给系统的机械结构设计和控制系统设计第一章总体设计1.1、铣床简介铣床是一种用途广泛的机床。

它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。

此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。

由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。

铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。

随着科学技术的进步，数控铣床得到了越来越广泛的应用，它一般分为立式和卧式两种，一般数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床，例如工作台宽度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。

数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即X、Y、Z三个坐标轴中，任意两个都可以联动。