XK715D数控床身铣床主轴箱说明书

聂 文 亮 ： XK715D 数 控 铣 床 主 轴 箱 设 计- -摘 要随 着 计 算 机 技 术 和 网 络 技 术 的 飞 跃 发 展 ， 数 控 机 床 也 得 到 了 飞 速 的 发 展 。 集 机 械 制造 、 计 算 机 、 现 代 控 制 、 传 感 检 测 、 信 息 处 理 、 光 机 电 技 术 于 一 体 ， 是 现 代 机 械 制 造 技术 的 基 础 。 它 的 广 泛 应 用 ， 给 机 械 制 造 业 的 生 产 方 式 及 产 品 结 构 带 来 了 深 刻 的 变 化 。 通 过这 次 对 机 床 的 设 计 ， 使 我 了 解 了 数 控 机 床 的 工 作 原 理 和 数 控 铣 床 的 结 构 及 其 功 能 。本 次 课 题 设 计 的 是 XK715D 数 控 铣 床 的 主 轴 箱 ， 主 轴 箱 是 数 控 机 床 的 最 主 要 的 关 键部 件 ， 它 的 功 用 是 实 现 刀 具 的 旋 转 ， 主 要 承 受 铣 削 和 钻 削 时 径 向 和 轴 向 力 。 机 械 部 分 主要 包 括 传 动 机 构 和 主 轴 回 转 结 构 、 自 动 松 夹 刀 结 构 、 换 挡 变 速 机 构 、 电 机 驱 动 、 主 轴 转速 检 测 主 轴 定 位 ， 导 向 和 传 动 接 口 、 齿 轮 润 滑 油 路 、 刀 具 冷 却 。关 键 词 ： 数 控 机 床 ； 结 构 设 计 ； 主 轴 ； 传 动 系 统吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书- I -AbstractWith the computer technology and the rapid development of network technology, CNC machine tools have also been rapid development. Set machinery,computers, modern control, sensor detection, information processing, light mechanical and electrical technologies, modern machinery manufacturing technology. Its widely used for machinery manufacturing industry and product structure of production brought about profound changes. Through the design of the machine, so I understand the working principle of CNC machine tools and CNC milling machine structure and function. The design issue is the main axis CNC milling machine XK715D boxes, CNC machine tool spindle box is the most important key components, its function is to achieve the rotation of the tool, milling and drilling the main subject when the radial and axial force. Machinery, including some of the main spindle rotary drive mechanism and structure, automatic-song knife folder structure, shift speed change mechanism, motor drive, spindle speed detection of spindle positioning,orientation and drive interface, gear lubricants Road, tool cooling.Keywords: CNC machine tools； structural design； axis； drive system聂 文 亮 ： XK715D 数 控 铣 床 主 轴 箱 设 计- II -目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .11.1 数 控 机 床 的 综 述 .11.2 数 控 机 床 的 发 展 趋 势 .11.3 毕 业 设 计 的 目 的 .21.4 设 计 题 目 .21.5 毕 业 设 计 概 要 .4第 2 章 数 控 机 床 主 传 动 设 计 计 算 .52.1 参 数 选 择 .52.2 切 削 力 的 计 算 .52.3 电 机 的 选 择 .62.4 传 动 路 线 图 ： .7第 3 章 齿 轮 的 设 计 .83.1 高 速 轴 上 齿 轮 传 动 设 计 .83.2 低 速 轴 上 齿 轮 传 动 设 计 .12第 4 章 轴 的 结 构 设 计 和 计 算 .164.1 高 速 轴 的 选 择 与 结 构 .164.2 中 间 轴 选 择 与 结 构 .164.3 主 轴 的 选 择 与 结 构 .174.4 轴 的 校 核 .17第 5 章 键 联 接 的 选 择 及 计 算 .275.1 键 的 选 择 .275.2 键 的 校 核 .27第 6 章 滚 动 轴 承 的 选 择 及 计 算 .296.1 轴 承 的 选 择 与 结 构 .296.2 轴 承 的 校 核 .29第 7 章 主 轴 刀 具 拉 紧 机 构 .317.1 碟 簧 的 选 择 .317.2 碟 形 弹 簧 的 设 计 计 算 .31第 8 章 润 滑 和 密 封 方 式 的 选 择 .34吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书- III -第 9 章 其 他 部 件 .369.1 箱 体 .369.2 轴 承 盖 .36设 计 小 结 .37参 考 文 献 .39致 谢 .40聂 文 亮 ： XK715D 数 控 铣 床 主 轴 箱 设 计- 0 -第 1章 绪 论1.1 数 控 机 床 的 综 述数 字 控 制 （ Numerical Control） 是 用 数 字 化 信 号 对 机 床 运 动 及 其 加 工 过 程 进 行 制 的一 种 方 法 ， 简 称 数 控 （ NC） 。 国 际 信 息 处 理 联 盟 （ IFIP） 对 数 控 机 床 下 了 如 下 定 义 ：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 编 码 ， 或 其 他符 号 指 令 规 定 的 程 序 。 定 义 中 所 说 的 程 序 控 制 系 统 ， 实 际 是 一 台 专 用 计 算 机 系 统 ， 其功 能 包 括 ： 从 输 入 载 体 上 阅 读 事 先 给 定 的 编 码 或 符 号 ， 将 其 译 码 为 数 字 值 ， 并 产 生 相应 的 控 制 脉 冲 ， 从 而 使 机 床 动 作 ， 进 行 零 件 加 工 。 由 于 数 控 机 床 是 用 计 算 机 控 制 的 全自 动 加 工 设 备 ， 所 以 有 如 下 优 点 ：能 加 工 一 般 机 床 难 以 加 工 或 者 不 能 加 工 的 复 杂 型 面 零 件 。 数 控 机 床 首 先 应 用 于 航空 、 航 天 等 领 域 ， 在 复 杂 型 面 模 具 、 整 体 蜗 轮 、 发 动 机 叶 片 等 加 工 中 得 到 了 广 泛 的 应用 。 采 用 数 控 机 床 可 以 提 高 零 件 的 加 工 精 度 ， 稳 定 产 品 的 质 量 。 数 控 机 床 通 常 设 计 精度 较 高 ， 而 且 加 工 精 度 还 可 以 利 用 软 件 进 行 校 正 及 补 偿 ， 因 此 可 以 获 得 比 机 床 本 身 精度 高 的 加 工 精 度 。数 控 机 床 的 生 产 率 比 普 通 机 床 的 生 产 率 提 高 23 倍 ， 对 复 杂 零 件 的 加 工 生 产 率 可提 高 十 几 倍 ， 甚 至 几 十 倍 。可 以 实 现 一 机 多 用 。 数 控 机 床 是 按 照 预 定 的 程 序 自 动 加 工 ， 一 些 加 工 中 心 都 配 有刀 具 库 ， 可 以 自 动 换 刀 ， 一 次 装 卡 定 位 后 ， 几 乎 能 够 完 成 零 件 的 全 部 加 工 工 序 。 可 以替 代 多 台 普 通 机 床 ， 并 节 省 了 厂 房 面 积 。采 用 数 控 机 床 ， 促 进 了 单 件 、 小 批 量 生 产 自 动 化 的 发 展 ， 实 现 柔 性 自 动 化 生 产 。由 于 不 需 要 专 用 的 工 艺 设 备 ， 采 用 通 用 工 夹 具 ， 只 要 更 换 程 序 ， 就 可 适 用 不 同 品 种 及尺 寸 规 格 零 件 的 自 动 生 产 。可 以 减 少 在 制 品 ， 从 而 加 速 流 动 资 金 的 周 转 ， 提 高 经 济 效 益 。能 够 大 大 减 轻 操 作 者 劳 动 强 度 ， 改 善 生 产 环 境 。 综 上 所 述 可 见 ： 对 于 单 件 、 中 小 批 量 生 产 ； 形 状 复 杂 ， 精 度 要 求 高 的 零 件 加 工 ；产 品 更 新 频 繁 、 生 产 周 期 紧 的 任 务 采 用 数 控 机 床 生 产 ， 可 以 提 高 产 品 质 量 ， 降 低 生 产成 本 ， 获 得 较 高 的 经 济 效 益 。1.2 数 控 机 床 的 发 展 趋 势机 械 工 业 是 国 民 经 济 的 基 础 产 业 ， 机 械 工 业 的 发 达 与 否 ， 是 衡 量 一 国 工 业 化 程度 的 重 要 标 志 。 机 床 工 业 又 是 机 械 工 业 的 基 础 ， 它 向 机 械 工 业 提 供 “工 作 母 机 ”。 在 现吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书- 1 -代 机 床 工 业 中 ， 主 流 产 品 是 数 控 机 床 。 它 汇 集 了 精 密 机 械 、 计 算 机 、 通 讯 、 液 压 气 动 、光 电 等 多 学 科 技 术 ， 具 有 高 效 率 、 高 精 度 、 高 自 动 化 和 高 柔 性 的 特 点 ， 是 当 代 机 械 制 造业 的 基 础 和 核 心 。 发 展 数 控 机 床 ， 是 国 家 工 业 化 道 路 上 的 必 然 选 择 。 中 国 机 床 工 具 工 业协 会 多 次 组 织 的 用 户 调 查 表 明 ， 航 天 、 航 空 、 国 防 军 工 制 造 业 需 要 大 型 、 高 速 、 精 密 、多 轴 、 高 效 数 控 机 床 ， 汽 车 、 摩 托 车 、 家 电 制 造 业 要 求 高 效 、 高 可 靠 性 、 高 自 动 化 的数 控 机 床 和 成 套 柔 性 生 产 线 ， 电 站 设 备 、 造 船 、 冶 金 石 化 设 备 、 轨 道 交 通 设 备 制 造 业需 要 高 精 度 、 重 型 为 特 征 的 数 控 机 床 ， IT、 生 物 工 程 等 高 技 术 产 业 要 求 纳 米 级 、 亚 微米 级 的 超 精 密 加 工 数 控 机 床 ， 工 程 机 械 、 农 业 机 械 等 传 统 制 造 业 的 产 业 升 级 、 民 营 企业 的 发 展 ， 也 都 需 要 大 量 的 数 控 机 床 。随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 制 造 技 术 的 进 步 ， 以 及 社 会 对 产 品 质 量 和 品 种 多 样 化 的 要求 越 来 越 加 强 烈 。 中 小 批 量 生 产 的 比 重 明 显 增 加 ， 要 求 现 代 数 控 机 床 成 为 一 种 高 效 率 、高 质 量 、 高 柔 性 和 低 成 本 的 新 一 代 制 造 设 备 。 同 时 ， 为 了 满 足 制 造 业 向 更 高 层 次 发 展 ，为 柔 性 制 造 单 元 （ FMC） ， 柔 性 制 造 系 统 （ FMS） ， 以 及 计 算 机 集 成 制 造 系 统（ CIMS） 提 供 基 础 设 备 ， 也 要 求 数 控 机 床 向 更 高 水 平 发 展 。 这 些 要 求 主 要 由 数 字 控 制技 术 的 发 展 来 实 现 。 数 控 技 术 体 现 在 ： （ 1） 数 控 装 置 、 （ 2） 伺 服 驱 动 系 统 （ 3） 程 序编 制 （ 4） 机 床 主 机 （ 5） 检 测 监 控 系 统 等 方 面 7。1.3 毕 业 设 计 的 目 的毕 业 设 计 （ 论 文 ） 工 作 是 综 合 运 用 所 学 知 识 和 技 能 ， 理 论 联 系 实 际 ， 独 立 分 析 、解 决 实 际 问 题 ， 从 事 专 业 工 程 技 术 和 科 学 研 究 工 作 基 本 训 练 的 过 程 。目 的 ：1 能 够 正 确 运 用 所 学 的 基 础 课 和 专 业 课 的 理 论 知 识 ， 达 到 巩 固 ， 加 深 ， 扩 大 所学 知 识 的 目 的 ， 学 会 数 控 机 床 设 计 方 案 的 拟 定 ， 比 较 分 析 及 进 行 必 要 的 计 算 。2 通 过 对 数 控 机 床 机 械 部 分 设 计 ， 掌 握 数 控 机 床 典 型 零 件 的 计 算 方 法 和 步 骤 以及 正 确 的 结 构 设 计 方 法 。3 通 过 对 数 控 机 床 系 统 硬 件 和 软 件 的 设 计 ， 掌 握 数 控 系 统 硬 件 及 软 件 的 设 计 方法 。4 通 过 设 计 ， 树 立 正 确 的 设 计 思 想 ， 培 养 分 析 问 题 和 解 决 问 题 的 能 力 。5 提 高 应 用 手 册 标 准 及 编 写 文 件 等 资 料 ， 达 到 积 累 设 计 经 验 和 提 高 设 计 能 力 。1.4 设 计 题 目XK715D 数 控 床 身 铣 床 主 轴 箱 设 计1 设 计 项 目 名 称 及 编 号聂 文 亮 ： XK715D 数 控 铣 床 主 轴 箱 设 计- 2 -装 置 名 称 ： XK715D 数 控 床 身 铣 床 主 轴 箱装 置 编 号 ： XK715D.1 2 设 计 寿 期 ： 15 年3 设 计 依 据 及 执 行 准 则 、 标 准 和 规 范参 照 国 家 现 行 相 关 机 械 设 计 标 准 、 准 则 和 规 范 执 行3.1 GB44574460-84 机 械 制 图3.2 GB-T1031-1995 表 面 粗 糙 度 参 数 及 其 数 值3.3 GB-T1184-1996 形 状 和 位 置 公 差 未 注 公 差 值3.4 GB-T14665-1998 机 械 工 程 CAD 制 图 规 则3.5 GB/T9061-2006 金 属 切 削 机 床 通 用 技 术 条 件3.6 JB/T8329-1996 数 控 床 身 铣 床 技 术 条 件3.7 JB/T8329.1-1999 数 控 床 身 铣 床 精 度 检 验4 设 计 输 入 参 数 条 件 ：4.1 运 行 条 件 ： 1） 已 经 过 粗 加 工 件 45 钢 ， 加 工 宽 度 100mm， 加 工 深 度 5mm2) 加 工 件 45 钢 ， 加 工 32 盲 孔 ， 无 底 孔4.2 主 参 数 ：主 轴 转 速 30-4500r/min， 在 主 电 机 基 本 转 数 换 挡刀 柄 规 格 BT50主 轴 中 心 至 立 柱 导 轨 距 离 580mm5 设 计 要 求5.1 功 用 说 明 ：主 轴 箱 是 数 控 机 床 的 最 主 要 的 关 键 部 件 ， 它 的 功 用 是 实 现 刀 具 的 旋 转 ， 主 要 承 受铣 削 和 钻 削 时 径 向 和 轴 向 力 。5.2 设 计 包 含 内 容 ：主 轴 回 转 结 构 、 自 动 松 夹 刀 结 构 、 换 挡 变 速 机 构 、 电 机 驱 动 、 主 轴 转 速 检 测 主 轴定 位 ， 导 向 和 传 动 接 口 、 齿 轮 润 滑 油 路 、 刀 具 冷 却 ；5.3 要 求 完 成 的 工 作 内 容 ：1） 根 据 给 定 切 削 条 件 进 行 工 艺 分 析2） 进 行 对 主 轴 等 受 力 分 析 和 计 算3） 根 据 主 参 数 构 思 传 动 原 理 、 设 计 结 构 、 进 行 运 动 和 动 力 计 算 、 选 用 标 件4） 根 据 标 准 进 行 精 度 设 计吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 说 明 书- 3 -5） 根 据 工 厂 实 际 情 况 进 行 机 加 工 艺 性 、 装 配 工 艺 性 分 析 、 成 本 核 算6） 绘 制 装 配 图 及 主 轴 和 箱 体 零 件 图7） 编 写 设 计 说 明 书1.5 毕 业 设 计 概 要铣 床 主 轴 箱 的 设 计 ， 主 要 有 传 动 部 分 和 主 轴 部 分 ， 还 有 辅 助 机 构 。 这 三 部 分 组成 ， 重 点 在 前 两 部 分 的 设 计 ， 设 计 思 路 ： 先 有 由 设 计 任 务 书 给 定 的 要 求 选 用 合 适 的 切削 用 量 ， 根 据 实 际 的 切 削 用 量 来 计 算 分 析 传 动 机 构 和 主 轴 结 构 。 具 体 步 骤 如 下 。聂 文 亮 ： XK715D 数 控 铣 床 主 轴 箱 设 计- 4 -第 2章 数 控 机 床 主 传 动 设 计 计 算方 案 1 采 用 带 传 动 ， 优 点 是 结 构 简 单 ， 但 是 调 速 范 围 小 ， 不 能 实 现 高 低 挡 调 速 ，不 适 宜 高 速 传 动 ， 可 出 现 打 滑 现 象 ， 不 稳 定 ， 方 案 2 采 用 齿 轮 调 速 。 传 动 稳 定 ， 能 实现 高 低 速 挡 调 节 ， 调 速 范 围 更 广 泛 。 所 以 采 用 齿 轮 传 动 。2.1 参 数 选 择数 控 车 床 的 切 削 用 量 包 括 ： 背 吃 刀 量 、 主 轴 转 速 或 切 削 速 度 （ 用 于 恒 线 速 切 削 ） 、进 给 速 度 或 进 给 量 。 切 削 用 量 的 选 择 原 则 与 通 用 机 床 加 工 相 似 ， 具 体 数 值 应 根 据 数 控机 床 使 用 说 明 书 和 金 属 切 削 原 理 中 规 定 的 方 法 和 原 则 ， 结 合 实 际 加 工 经 验 确 定 1。根 据 加 工 材 料 为 45 钢 查 切 削 用 量 手 册 ， 查 出 在 铣 削 45 号 钢 的 切 削 用 量 。 采用 硬 质 合 金 刀 ， 由 已 知 条 件 知 ，（ 1） 加 工 平 面 时， ， ， HBS=229， ，0Dm刀 8Z刀 1205/minv pa1m.