数控卧式镗铣床主轴箱变速操纵机构设计【23张CAD图纸和说明书】

摘  要
机械行业是运用数控机床最多的，很多企业为了提高自己的生产效率，常常会对机床内部结构进行多方面的改造。社会主义市场经济的发展为我国工业生产创造了条件，在现代一体化生产模式中运用了很多先进的设备。对于数控机床而言，主轴箱是其最为核心的组织结构，整个主轴箱影响着数控机床的变速情况。大部分制造企业在实行技术改造时把重点放在了主轴箱变速器上，这是调整机床运行速度的重点。在设计过程中必须要对主轴箱的每个部件加以控制，这样才能确保数控机床主轴变速性能的良好。
本文对主轴箱变速操纵机构的工作原理进行结构设计和计算分析，利用两个液压油缸，经拨叉带动双联滑移齿轮移动到需要的多个位置。

关键字：数控机床； 主轴箱； 结构； 设计

Mechanism design of CNC horizontal boring and milling machine spindle box transmission control
Abstract
Machinery industry is the use of CNC machine tools the most, a lot of enterprises to improve their production efficiency, often transform many aspects of the internal structure of machine tool. The society pays attention to the development of the market economy to create the conditions for the industrial production of our country, a lot of advanced equipment for use in the integration of modern production mode. For NC machine tool, the spindle box is the most core structure, the spindle box of CNC machine tool gear case. Most of the manufacturing enterprises in the implementation of technical transformation to focus on the main spindle box transmission, which is the key to adjust the machine running speed. In the design process must each component of the headstock to control, so as to ensure the good performance of NC machine tool spindle speed.
In this pear, the working principle of the headstock gear control mechanism on the analysis of the structure design and calculation, using two hydraulic oil cylinders, the shifting fork drives a sliding duplex gear moving to a plurality of positions need.

Key Words: CNC machine; machine head; structure; design

目  录
1 绪论 1
1.1 数控镗铣床的结构组成 1
1.2 我国卧式镗铣床的发展 2
1.2.1 我国卧式镗铣床的发展历史 2
1.2.2 我国卧式镗铣床的发展趋势 2
2 数控卧式镗铣床变速操纵机构设计 4
2.1 主轴箱变速操纵机构工作原理 4
2.2 主轴箱变速操纵机构中传动轴的安装 5
2.3 齿轮在轴上的布置和排列 5
2.4 相啮合齿轮的宽度 6
3 主传动系统的设计计算 7
3.1 电动的选取 7
3.1.1 选择电动机的类型 7
3.1.2 转速及功率的确定 7
3.1.3 联轴器的选择 7
3.1.4 选定各齿轮齿数 7
3.1.5 转速的计算 7
3.1.6 各轴功率及转矩的计算 8
3.2 齿轮的设计 8
3.2.1 确定齿轮齿数的原则和要求 8
3.2.2 齿轮传动设计参数的选择 8
3.2.3 齿轮的结构设计计算 9
3.3 轴的设计 12
3.3.1 轴的结构设计 12
3.3.2 轴上作用力的计算 14
3.3.3 轴的结构设计 14
3.3.4 键的选取 16
3.3.5 轴的受力分析 16
3.3.6 校核轴的强度 17
3.3.7 校核键连接的强度 18
3.3.8 校核轴承寿命 18
4 箱体的设计 20
5 传动系统的润滑 21
总  结 22
参考文献 22
致  谢 23
毕业设计（论文）知识产权声明 25
毕业设计（论文）独创性声明 26

1 绪论
在车床、镗床、铣床、插、拉床、磨床、数控加工中心、齿轮加工中心、切断机床、特种加工机床、组合机床、柔性制造系统等众多机械加工设备中，镗铣床加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，并使刀具转动（主运动），在实践中具有“万能机床”的称号[1,2]。
镗铣床主要是刀具在工件上加工已有预制孔的机床。通常，刀具旋转为主运动，刀具或工件的移动为进给运动。它主要是用来加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工[3]。
1.1 数控镗铣床的结构组成
如图1.1所示，数控机床主要由机床本体、自动换刀装置、数控转台、液压油箱、数控电柜、主轴驱动调速控制柜、机床电气柜、主轴箱润滑冷却用自动油温调节器和空气干燥器等组成。

1-电动机 2-换刀机械手 3-数控柜 4-刀库 5-主轴箱 6-操作面板 7-电源柜 8-工作台   9-滑座 10-床身
图1.1数控机床示意图

a. 机床本体。机床的本体是用来支撑机床的工作已达到加工生产目的。主要由床身和立柱组成。
b. 主轴结构。主轴部件既要满足精加工精度较高的要求，又要满足粗加工时高效切削的能力。因此在旋转精度、刚度、抗振性和热变形等方面，都有很高的要求。在布局结构方面，对于具有自动换刀功能的数控镗铣床，其主轴部件除主轴、主轴轴承和传动件等一般组成部分外，还有道具自动加紧、主轴自动准停和主轴装刀口吹净等装置。
c. 数控转台。数控转台可以进行任意角度定位，它的功能有两个：一是使工作台进行圆周进给运动，二是使工作台进行分度运动。
d. 换刀装置。数控镗铣床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩减辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须具有自动换刀装置。其主要有刀库、横梁升降机构、滑座伸缩机构、手架回转机构、装刀手和卸刀手组成。
e. 机床导轨。导轨主要用来支撑和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中，运动的一方叫运动导轨，不运动的一方叫支撑导轨。运动导轨相对于支撑导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。
1.2 我国卧式镗铣床的发展
1.2.1 我国卧式镗铣床的发展历史
我国卧式镗床生产是在1954年由仿制开始的。目前已有13个省、一个自治区、三个直辖市的二十六个厂，卧式镗床的年产量到1971年，已经超过一千台。卧式镗床的品种，第一个五年计划期间，只能生产主轴直径85毫米的卧式镗床，现在已经能生产主轴直径63、85、125、150等毫米的卧式镗床及主轴直径110mm的加大主轴直径和移动式镗床。从只能根据国外图纸生产单一产品，发展到自行设计试制并采用一定先进技术的多种产品。在无产阶级大革命中，就有17个厂先后设计试制了三十一种卧式镗床。其中直径63mm的有五种；直径125mm的有一种；无伸缩主轴简易卧式镗床有两种；直径160mm落地镗床有两种，直径200mm的有一种，直径250mm的有一种。
1.2.2 我国卧式镗铣床的发展趋势

图1.2 卧式数控镗铣床实物图
当代卧式镗铣床与落地式镗铣床技术发展非常快，如图1.2所示，主要体现在设计理念的更新和机床运行速度及制造工艺水平有很大的提高，另一方面是机床结构变化大，新技术的应用层出不穷[4,5]。卧式镗铣床的结构向高速电主轴方向发展，落地式镗铣床向滑枕式(无镗轴)结构方向发展，功能附件呈高速、多轴联动、结构型式多样化的发展态势，这将是今后一个时期技术发展的新趋势[6-8]。

2 数控卧式镗铣床变速操纵机构设计
2.1 主轴箱变速操纵机构工作原理
主轴箱中有主轴、变速机构，操纵系统和润滑系统等。如果主轴箱与变速机构分离，则除主轴箱外还有变速箱。主轴箱除应保证运动参数外，还应具有较高的传动效率，传动件具有足够的强度或刚度，噪声要低，振动要小，操纵方便，具有良好的工艺性，便于检修，成本低，防尘，防漏，外型美观等。
如图2.1和图2.2所示,主轴箱中采用两个液压缸，经拨叉带动两个双联滑移齿轮移动而实现主轴变速。上油缸使拨叉拨动轴右边双联滑移齿轮变速：油缸和组成的差动油缸，可以使轴左边的双联滑移齿轮获得二个位置。即当油缸2进压力油油缸4回压力油时，活塞杆被推向右边，活塞杆用拨叉拨动轴上的双联滑移齿轮到左边位置；当油缸4进压力油2油缸回压力油时，拨叉拨动双联滑移齿轮移动到左边位置。图2.1和图2.2[9,10]两个图合起来反映了变速操纵机构中几个液压缸的位置及其双联滑移齿轮变速的关系。

图2.1 主轴箱变速操纵机构（a）

1-活塞杆 2-油缸 3-行程开关 4-油缸 5-管接头
图2.2 主轴箱变速操纵机构（b）
2.2 主轴箱变速操纵机构中传动轴的安装
传动轴的轴承以深沟球轴承为主，也可用圆锥滚子轴承。前者噪声小、发热小，应用较多，后者装配方便承载能力较大，还可以承受轴向载荷，因而也有采用的，载荷较大的地方还可以采用圆柱滚子轴承[11,12]。
2.3 齿轮在轴上的布置和排列
在变速传动组内应尽量使较小的齿轮成为滑移齿轮，使滑移省力。滑移齿轮必须使原出于啮合状态的齿轮完全脱开后，另一个齿轮才开始啮合。因此，双联滑移齿轮传动组占用的轴向长度为B>4b[13],如图2.3所示