毕业设计（论文）-X62W型升降台铣床总体结构设计（全套图纸）.doc

I X62WX62W 型升降台铣床总体结构设计型升降台铣床总体结构设计 II 摘 要 本题主要是X62W型升降台铣床的总体结构及各部件的设计，主轴箱及进给箱是由异 步电动机进行驱动，通过齿轮传动，分别使主轴获得18级转速，进给系统实现21级变速。 通过对主轴箱和进给箱中零部件的分析和校核，合理的选择零部件包括齿轮，轴等，满 足工作时的加工要求，确保加工时铣削零件尺寸、形状的精度要求。该铣床适用于对平 面、斜面、螺旋面及成型表面加工，机床具有足够的刚度和强度,能进行高速度切削和承 受一定强度的切削工作。通过对主轴箱和进给箱进行了简要的设计和较核，设计的总体 布局满足工艺要求，传动系统满足加工要求。X62W铣床具有主轴转速高、调速范围宽、 操作方便、工作台进给速度宽等特点，大大提高了加工范围。 本次设计的是X62W型升降台铣床的总体结构、主轴箱和进给箱的设计，铣床主传动 变速箱，主要由滑移齿轮的变速使主轴获得多级转速，以满足不同铣削加工的要求其中， 电磁离合器按装在轴上，有制动主轴的作用；铣床进给变速部分中, 不同的电磁离合器分 别控制工作进给和快速进给由，运动经过变速箱变速后，工作台在3个进给方向上都得到 不同的多个进给速度，在工作进给时，由滚珠式安全离合器实现过载保护，变速操纵采 用了孔盘集中变速。孔盘的轴向移动由一套螺旋差动机构实现。 关键词：总体设计；传动系统；主轴箱；进给箱；升降台 全套图纸，加 153893706 III IV Abstract This thesis is mainly about the design of whole structure and all parts of elevating table miller X62W. Head stock and feeding box are driven by asynchronous motors. By gears transmission main shaft gains 18 stages turning speed, and feeding system realizes 21 stages speed-changing. Based on analysis and checks on parts of headstock and feeding box, work elements are properly chosen, including gears and shaft and so on, in order to satisfy processing requirements guarantee and milling machine have high precision on sizes and shapes. This miller is applied to machining of planes, bevel faces, helicoids and forming faces. It has enough rigidness and strength, which makes it mill with high speed and bearing strength to some extense. Through simple checks on headstock and feeding box, general layout satisfies the processing requirement, and transmission system also satisfies the machining requirement. X62W miller has the characteristics of high headstock turning speed, wide speed-change ranges, easy to manipulate, and wide ranges of feeding speed. All of these enlarge the processing scope. Keywords : : Layout Design；Driving System；Headstock；Feed Box；Knee Type V 目 录 摘 要.I Abstract.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 1 章 绪 论.1 1.1 课题背景和研究意义.1 1.2 铣床的概述及国内外发展概况.1 1.3 铣床的分类.1 1.4 研究设想.1 第 2 章 X62W 型升降台铣床总体方案设计.2 2.1 X62W 型铣床的结构特点主要参数和主要用途.2 2.1.1 X62W 型铣床的结构.2 2.1.3 X62W 型铣床的主要参数.3 2.1.4 X62W 型铣床的主要用途.3 2.2 主要部分的总体设计.4 2.3 铣床的常用卡具.4 2.3.1 卡具的概念.4 2.3.2 卡具的作用.4 2.3.3 卡具的类型.5 2.3.4 卡具的组成.5 2.3.5 典型工件在铣床上的装夹方式.5 2.4 本章小结.5 第 3 章 X62W 型升降台铣床的传动系统设计.6 3.1 主运动.6 3.1.1 主轴传动结构式.6 3.1.2 主轴转速图.6 3.2 进给运动.8 3.3 本章小结.9 第 4 章 主轴箱和进给箱的电动机的选择.10 4.1 主轴箱电机的选择.10 VI 4.2 进给箱的电动机选择.11 4.3 本章小结.11 第 5 章 带传动的设计.12 5.1 概述.12 5.1.1 带传动的分类.12 5.1.2 带传动的失效形式.12 5.1.3 带传动的设计要求.12 5.2 带传动的计算及选定.13 5.2.1 计算带传动的条件.13 5.2.2 计算内容和步骤.13 5.3 带传动的张紧.15 5.3.1 V 带的初张力的计算 .15 5.3.2 V 带常用的张紧方法 .15 5.4 本章小结.15 第 6 章 主轴箱及进给箱的齿轮设计计算.16 6.1 齿轮的概述.16 6.1.1 齿轮的类型.16 6.1.2 齿轮传动的主要特点.16 6.1.3 齿轮传动的要求：.16 6.1.4 失效形式及设计准则.16 6.1.5 齿轮的材料及其选择原则.17 6.2 主轴箱齿轮的设计计算.17 6.3 本章小结.22 第 7 章 轴的设计计算.23 7.1 轴的概述.23 7.1.1 轴的功用及分类.23 7.1.2 轴的受力分析、失效形式和设计准则.23 7.1.3 轴上零件的固定.23 7.1.4 轴的加工和装配工艺性.24 7.2 轴的设计及计算.24 7.3 主轴的设计.26 VII 7.4 本章小结.30 第 8 章 零部件的选择.31 8.1 键的选择.31 8.2 离合器选择.31 8.3 润滑系统设计.31 8.4 本章小结.31 结 论.32 致 谢.33 参考文献.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景和研究意义 铣床的加工是一种应用广泛的机床，在机械加工和机械修理中得到广泛应用。现代 机床加工主要表现在自动化程度、技术水平和质量保证。而质量保证就是要保持机械加 工的精度，现代大部分高精度的机床的性能还不能满足要求，精度保持性差。铣床的精 度的提高不仅会使铣床的加工范围广，而且还会使其用于多种机械加工和机械修理的场 所，因而提高铣床加工的精度成为日后的发展趋势。 1.2 铣床的概述及国内外发展概况 最早的铣床是美国人惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽， 美国人布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884 年前后又出 现了龙门铣床；二十世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速” 或“决速-进给”的自动转换。 1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自 动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到 应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 1.3 铣床的分类 铣床种类很多，一般是按布局形式和适用范围加以区分，主要的有升降台铣床、龙 门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。 升降台铣床有万能式、卧式和立式几种；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和 双柱铣床；单柱卧式铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；单臂铣床 的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。仪表铣床用于加工仪 器仪表和其他小型零件；工具铣床主要用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工 作台和插头等多种附件,其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床等。 1.4 研究设想 本设计主要是对X62W型升降台铣床的布局、主轴箱和进给箱进行了设计。设计中把 主轴箱中的主轴进行了改造，使其更能承受齿轮传动所受的力，其上键的布置也得到了 合理的安装，主轴箱中的齿轮进行了选取，使其传动比更适合刀具加工的范围，实现18 级转速。进给系统中也对齿轮的模数和齿数进行了设计计算，使工作台得到21级进给速 度。 2 第 2 章 X62W 型升降台铣床总体方案设计 总体方案：本设计主要对X62W型升降台铣床的总体装配和其部分结构进行设计，通 过对总体装配的布置和其主轴箱和进给箱中零部件的校核计算，使其满足工艺性和传动 系统的要求。 2.1 X62W 型铣床的结构特点主要参数和主要用途 2.1.1 X62W 型铣床的结构 X62W型升降台铣床由床身、底座、升降台、工作台、刀杆支架、悬梁、主传动及变 速、进给传动和电器部分组成。 1床身 床身支承并连接各部件，顶面水平导轨支承横梁，前侧导轨供升降台移动 之用。床身内装有主轴和主运动变速系统及润滑系统。 2横梁 它可在床身顶部导轨前后移动，吊架安装其上，用来支承铣刀 3主轴 主轴是空心的，前端有锥孔，用以安装铣刀杆和刀具。 4工作台 工作台上有T形槽，可直接安装工件，也可安装附件或夹具。它可沿转台 的导轨作纵向移动和进给。 5转台 转台位于工作台和横溜板之间，下面用螺钉与横溜板相连，松开螺钉可使 转台带动工作台在水平面内回转一定角度(左右最大可转过45)。 6纵向工作台 纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动，以带动台 面上的工件作纵向进给。台面上的T形槽用以安装夹具或工件。 7横向工作台 横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起 作横向进给。 8升降台 升降台可沿床身导轨作垂直移动，调整工作台至铣刀的距离。 2.1.2 X62W 型铣床的特点 1工作台沿床鞍移动实现纵向运动、床鞍沿升降台移动实现横向运动、其垂向运动 由升降台沿床身导轨移动实现。 2机床具有基础铸件钢性好，能承受重负荷切削。 3主轴传动采用18级齿轮变速，进给运动采用21级齿轮变速，具有较宽的变速范围 和很宽的加工范围。 4机床电气控制贯彻了国家GB5226.1-2002标准，提高了安全性和可靠性。 5机床通用性强、互换性好，可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、铣夹头等附件， 进一步扩大机床加工范围。 6容易磨损的部分都有消除间隙的调整装置。保证机床的精度和工作平稳。 3 2.1.3 X62W 型铣床的主要参数 图2-1 X62W型铣床的主要参数 主要参数 工作台面积3201320mm(宽长) 工作台T形槽3-1870mm(槽数-宽度*间距) 工作台最大行程 纵向 800mm 横向 300mm 垂直 400mm 主轴锥孔7：24 ISO50 主轴转速18级30-1500r/min 主轴电机功率7.5kW 工作台承载工件最大重量500kG 工作台回转角度45 主轴中心线到工作台面距离30-430mm 床身垂直导轨面至工作中心线 距离 215515mm 进给速度范围 纵向 10-1000r/min 横向 10-1000r/min 垂直 3.3-333mm/min 快速进给2300/776.6mm/min(纵、横/垂) 进给电机1.5kW 1410r/min 机床重量2650kG(约) 外型尺寸 刀杆直径(三种) 主轴孔径长宽高) 22、27、32 29mm 2.1.4 X62W 型铣床的主要用途 X62W 型升降台铣床，主轴轴线与工作台平行，主轴呈横卧位置，铣削时将铣刀安装 在与主轴相连接的刀轴上，绕主轴作旋转运动，被切工件装夹在工作台面上对铣刀作相 对进给运动，从而完成切削工作。X62W 型铣床其与一般升降台铣床的主要区别在于工作 台除了能在相互垂直的 3 个方向作调整或进给运动外，还可绕垂直轴线在45范围内回转， 从而扩大了机床的工艺范围。 该机床可用于铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等，采用分度头附件，还可以加工螺旋 4 表面等。 2.2 主要部分的总体设计 1铣床主传动部分由主传动变速箱及主轴部件组成。主传动变速箱，主要由电机轴 通过 V 带将运动传至轴 IIa,在由中间轴上的两个三联滑移齿轮和一个双联滑移齿轮转至主 轴 Va 上，而获得 18 级转速。 (1) 主轴 主轴是变速箱内最重要的部件，它采用三支撑结构，前中支承承受作用于 主轴上的径向力和轴向力，后支承只起辅助支承作用。由于轴承的间距短和主轴的直径 比较大，因此能保证主轴具有必需的刚性和抗振性。主轴前支承处的大齿轮和圆盘固定 在一起，作为飞轮，以提高主轴运转平稳性。 (2) 中间传动轴 主轴电机通过中间传动轴上装有的三联齿轮和双联齿轮使主轴得到 转速。 2铣床进给变速部分 由进给变速箱与变速操纵机构组成。工作进给和快速进给分 别由不同的电磁离合器控制，运动经过变速箱变速后，可以得到不同的进给速度。工作 进给时，由滚珠式安全离合器实现过载保护。 (1) 进给箱是一个圆筒式独立部件，装在升降台左边。运动由齿轮传入。工作进给时， 电磁离合器吸合运动由齿轮、中间传动轴上的三组滑移齿轮经电磁离合器，由另外一个 齿轮传至升降台部件，使工作台得到 21 级进给速度。 (2) 变速操纵机构 3升降台部分 升降台铣床的升降台与铣床床身以矩形导轨，压板结构相互连接， 提高了导轨的刚性，便于维修。在升降台内部，装有能完成升降台上下移，床鞍横向进 给及工作台纵向进给的传动机构，各方向的进给运动由一套鼓轮机构及台面操纵集中操 纵。 4工作台及床鞍 工作台主要供安装铣床夹具或工件用。上面有 T 形槽供 T 形螺钉 连接使用。床鞍主要用来带动工作台作横向、纵向移动。 2.3 铣床的常用卡具 2.3.1 卡具的概念 在机床上加工工件，要求将工件迅速准确的安装在机床上并保证工件与刀具之间有 一个准确可靠的加工位置，这就需要用一种工艺装置来实现，这种用来使工件定位和夹 紧的工艺装备，简称夹具。 2.3.2 卡具的作用 1保证加工精度。 2扩大机床使用范围。 3减少辅助时间，提高生产效率。 5 4减轻操作者劳动强度，有利于安全生产。 2.3.3 卡具的类型 铣床夹具按使用范围可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合夹具三类。 1通用夹具 能加工两种或两种以上的工件的同一夹具，一般是指已经规格化、 标准化了的夹具。铣床上常用的平口虎钳、轴用虎钳、分度头、圆转台等都属于通用夹 具。 2专用铣夹具 专用铣夹具是为某一特定工件的某一个工序加工要求而专门设计制 造的，当工件或工序改变时就不能再使用了。这种夹具结构紧凑，使用维护方便，加工 精度容易控制，产品质量稳定。 3组合夹具 由可循环使用的标准夹具零部件组装成易于连接和拆卸的夹具。组合 夹具拆卸迅速、周期短、能反复使用、减少制造成本。但生产效率和加工精度不如专用 夹具，通常用于新产品试制等多品种加工。 2.3.4 卡具的组成 铣床夹具一般由以下部分组成。 1定位件 在夹具上起定位作用的零部件。 2加紧件 在夹具上起加紧作用的零部件。 3夹具的主体 用以将夹具的各个元件和部件联合成一个整体。 4对刀件 在夹具上起对刀作用的零部件。 5导向件 在夹具上起引导刀具作用的零部件。 2.3.5 典型工件在铣床上的装夹方式 1工件直接装夹在工作台面上 2用通用夹具装夹工件 3用专用夹具装夹工件 4用组合夹具装夹工件 2.4 本章小结 本章主要对 X62W 型升降台铣床进行初步设想，确定其基本尺寸和主要参数，并对 铣床的布局做了简单的设计，包括铣床总体结构，主传动部分、铣床进给变速部分、升 降台部分 、工作台及床鞍。并对卡具包括概念、作用、类型、组成以及装夹方式做了介 绍。 6 第 3 章 X62W 型升降台铣床的传动系统设计 铣床的主运动是主轴的旋转运动，进给运动由工作台沿纵向、横向和垂直 3 个方向 的直线运动来实现。 3.1 主运动 3.1.1 主轴传动结构式 主轴传动结构式，又称主轴传动链。它表示的是主电动机的转速传到主轴的传动路 线。主电动机轴以 1450r/min 的转速旋转，经过弹性联轴器与轴 I 连接，则轴 I 具有与电 动机轴相同的转速，带轮通过键固定在轴上使带轮也具有和电动机相同的转速。带轮之 间的传动比是 0.52，传递到轴上的速度为 750r/min。主传动链中有两组三联滑移齿轮和 一组双联滑移齿轮，所以，主轴共有 18 级转速(30 1474r/min)。主轴的旋向的改变由主 电动机正反转来实现。轴右端装有多片式电磁制动器 M，停车后，多片式点此制动器 M 线圈接通直流电源，使主轴迅速而平稳地停止转动。其传动结构式如下： 4927 813637 7.5kW 1502217 41 181450r/min2903346 1638 71 3826 n 主电动机主轴 3.1.2 主轴转速图 n18=30 n17=37 n16=47 n15=58 n14=73 n13=92 n12=117 n11=147 n10=185 n9=230 n8=290 n7=365 n6=455 n5=570 n4=720 n3=911 n2=1142 n1=1474 1450 图 3-1 主轴转速图 7 表 3-1 主轴转速 转速级别计算式转速 r/min 1 150223881 1450 290332641 1474 2 150193881 1450 290362641 1142 3 150163881 1450 290382641 911 4 150222781 1450 290333741 720 5 150192781 1450 290363741 570 6 150162781 1450 290383741 455 7 150221781 1450 290334641 365 8 150191781 1450 290364641 290 9 150161781 1450 290384641 230 10 150223818 1450 290332671 185 11 190193818 1450 250362671 147 12 190163818 1450 250382671 117 13 190222718 1450 250333771 92 14 190192718 1450 250363771 73 15 190162718 1450 250383771 58 16 190222718 1450 250333771 47 17 190191718 1450 250364671 37 18 190161718 1450 250384771 30 如图 3-1，图中 5 条竖线代表变速箱中的 5 根传动轴，即 I、II、III、IV、V 轴；18 条横线代表主轴的 18 种转速值；自左至右，向上斜表示升速传动，向下斜表示降速传动， 水平则表示两轴转速相同。粗实线与竖实线的交点，表示传动轴的实际转速。如轴 I 为 8 1450r/min；轴 II 为 750r/min；轴 III 有 3 个交点，分别表示该轴的转速。轴有 9 个交点， 轴 V 有 18 个交点，以此类推，轴 IV 上、V 上 18 种转速。表 3-1 给出主轴转速和对应的 齿轮传动比。 3.2 进给运动 X62W 型升降台铣床的工作台可以作纵向、横向和垂直的三个方向的进给运动以及快 速移动。进给运动由进给电机(1.5kW 1410r/min)驱动。电动机的运动经一对锥齿轮副 17/32 传至轴 VI，然后根据周 X 上的电磁摩擦离合器 M1、M2 的结合情况,分两条路线传 动。如轴 X 上的离合器 M1 脱开,M2 齿合,轴 VI 的运动经齿轮副 40/26、44/42 及离合器 M2 轴 X,这条线路可以使工作快速移动。如轴 X 上的 M2 脱开,M1 结合,轴 VI 的运动经齿 轮副 20/44 传至轴 VII,在经轴 VII-VIIIJ 间和轴 VIII-IX 间的两组三联滑移齿轮变速组以及 轴 VIII-IX 的曲回机构,经离合器 M1,将运动传至轴 X。这是一条使工作台正常进给的传动 路线。 292940 292949 22362218 18 18 18 40 1 1.5 1744223640 40 40 40 49 263218 18 401450 /min32 322640 40 49 40 44 2 26 22 VIIIIXM kw VII r M 合（工作进给） 合（快速） 1816 5 47 1820 38293838 4 524947 222722 3 273344 XVIIMXIX XIII XXIMXIX MXIIXVXVIXVII 合（纵向进给） 合（横向进给） 合（垂向进给） 在理论上，铣床通过两组三联滑移齿轮和一套曲回机构在相互垂直的 3 个方向上均 可获得 333=27 种进给量，但由于轴 VII-IX 间的两组三联滑移齿轮变速组的 33=9 种 传动比中，有三组是相等的，即 263229293622 1 322629292236 所以，轴 VII-IX 间的两个变速组只有 7 种不同的传动比。因而轴 X 上的滑移齿轮 z=49 只有 73=21 种不同的转速。由此可知，X62W 铣床的纵向、横向、垂直进给量均为 21 级。进给量范围纵向 101000mm/min、横向 101000mm/min、垂直 3.3333mm/min。 附注：曲回机构的工作原理可由图 3-2 予以说明。轴 X 上的单联滑移齿轮 z=49 有三 9 个齿合位置，当滑移齿轮在 a 处齿合位置使，轴 IX 的运动直接由齿 图 3-2 曲回机构原理图 轮副传到轴 X；当滑移齿轮在 b 处齿合位置时，轴 IX 的运动直接由齿轮副 40 49 传至轴 X；滑移齿轮在 c 处齿合位置时，轴 IX 运动经曲回机构齿轮副 181840 404049 传至轴 X。因而通过轴 X 上的单联滑移齿轮的三个齿合位置，可使 1818181840 4040404049 曲回机构得到三种不同传动比： 40 49 181840 404049 1818181840 4040404049 a b c u u u 3.3 本章小结 本章主要研究了 X62W 型升降台铣床的主传动系统和进给变速系统，并进行了运动 方案的设计。主轴共有 18 级转速，工作台获得 21 级进给量。并确定了各个轴的转速， 获得对各轴强度进行校核的参考性数据。 10 第 4 章 主轴箱和进给箱的电动机的选择 X62W 型机床是一般的金属切削机床，无特殊的性能要求，采用丫系列封闭自扇冷 式鼠笼型三相异步电机具有高效低能耗起动转矩大，噪音低振动小，运行安全可靠的特 点 工作条件：环境温度不超过+40C;相对湿度不超过 95%；海拔不超过 1000m；额定电 压 380V；频率 50Hz；接法 3kW 及以上 Y 接法；4kW 及以上接法；工作方式连续工作 制(SI)；防护等级 IP44(GB4942.1)。 4.1 主轴箱电机的选择 1选择电动机的容量 (4-1) 1700 30 5.34kW 95509550 Tnw Pw 式中 取转速为 30r/min 时，主轴的扭矩为 1700N。 电动机输出的功率 P0 (4-2) 0 W P P 式中 为电动机至主轴的总效率。 (4-3) 5 3 带齿联滚 取 带=0.96，轴承=0.99，齿轮=0.97 联轴 535 0.96 0.970.990.980.816 3 带齿联滚 0 5.34 6.544kW 0.816 W P P 2计算功率，转速，扭矩： 电机轴： 06.544kWP I 轴： 06.48kWIPP联 II 轴： 6.48 0.966.22kW IIIPPV带 同理可得其它轴功率：=5.97kW， =5.61kW，=5.34kW p p p 11 各轴扭矩： 电机轴： 0 0 6.544 9550955043.4N m 1440 w P T n I 轴： TI=T0联=43N m (4-4) II 轴： 1=80N mIII TTi 带 由此可知： =1700N m V T 4.2 进给箱的电动机选择 额定功率P： (4-5) 1.313kN Tn P 总 得：电机转速为1400r/min，型号为Y112M-4。 计算功率，转速，扭矩 01.384kWIPP 1.384 0.981.357kW IIIPP齿轮 1.290kW,1.226kW,1.165kW,1.131kW. IIIIVVVIPPPP 1 1.384 955095509.441N.m 1400 I I P T n 15.665N.m,39.711N.m,75.482N.m,159.392N.m IIIIIIVVTTTT 4.3 本章小结 本章主要工作是选取 X62W 型铣床的主传动系统和进给变速系统的驱动机构Y 系 列三相异步交流电动机。依据电动机的容量和传动效率得到了主传动系统和进给系统中 各个轴功率，转速，扭矩的值。确定了转速的合理取值，主传动系统选取电动机的转速 1440r/min,型号为 Y132M-4。进给系统选取同步转速为 1500r/min,满载