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数控车床主轴部件设计【优秀含9张CAD图纸+数控车床全套课程毕业设计】

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数控车床 主轴部件 机械设计 毕业设计 数控车床主轴部件设计 数控车床全套课程毕业设计
资源描述：

数控车床主轴部件设计【优秀含9张CAD图纸+数控车床全套课程毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+文献综述+外文翻译】【30页@正文9700字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

中期检擦表.doc

外文资料翻译.doc

开题报告.doc

数控车床主轴部件设计.doc

文献综述.doc

毕业设计任务书.doc

A0-主轴箱.dwg

A1-主轴.dwg

主轴套.dwg

油针.dwg

盖板.dwg

花键轴.dwg

轴承端盖.dwg

轴端盖.dwg

齿轮.dwg

任务书

毕业设计（论文）题目              数控车床主轴部件设计

毕业设计（论文）主要内容和要求：

1．主轴部件设计，设计主轴箱传动系统；

2．绘制主轴箱装配图以及主轴箱等零件图；

毕业设计（论文）主要参考资料：

[1]  机床主轴箱设计指导：机械工业出版社，1987.5

[2]  机械设计手册：机械工业出版社，2010

[3]  机床主轴/变速箱设计指导：机械工业出版社，2001

[4]  机械设计：第9版，濮良贵，陈国定，吴立言，2013

[5]  机床夹具设计：哈尔滨工业大学出版社（王启平主编），1996.2

[6]  机械原理：第7版，孙桓，陈作模，葛文杰，2006

[7]  材料力学：刘鸿文，2011

[8]  现代数控机床：化学工业出版社，林宋主编，2005

[9]  王三民.诸文俊.机械原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2001.

[10] 王三民.机械原理与设计课程设计.[M].北京：机械工业出版社，2004.

毕业设计（论文）应完成的主要工作：

1、总体装配图一张，零件各加工过程零件图各一张，但不能少于3张0号图。

2、完成不少于6000字的设计说明书一份（必要的计算）。

毕业设计（论文）进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注

1向指导教师汇报开发设计进展、文献阅读情况1月7日-1月24日

2开始编写毕业设计（论文）工作计划，进入毕业设计（论文）的撰写阶段。

1月25日-3月12日

3完成毕业设计（论文）初稿，并定期向指导教师汇报进度3月13日—4月2日

4听取指导老师意见，对论文进行整改。4月3日—4月29日

5指导老师评阅以及定稿。4月30日—5月7

6准备答辩

摘  要

论文通过对国内外研究的历史、现状分析，根据我国数控车床的发展情况，以及国产数控车床的主轴寿命和车削精度提出了本课题的研究。本文针对我国数控车床产品的主轴刚度，主轴使用寿命短等问题，利用现有的数控设备和现有的理论，对数控车床的主轴组件进行了详细地分析和讨论。论文阐述了数控车床的工作原理，对数控车床的主传动系统进行了设计，重点对数控车床主轴箱进行了重点的设计、计算和主轴的刚度校核，对主轴组件进行了细致而周密的选择，更好的提高了主轴的刚度、有效的延长了主轴的使用寿命，使其能够更可靠的适应现代数控加工的要求。并对数控车床的液压系统进行了设计，设计了合理的车床结构和其它辅助机构。

关键词：工作原理；使用寿命；主轴箱；车床结构

ABSTRACT

This topic of the research is pointed by analyzing the history and actuality of the numerical control lathe in domestic and abroad, according to the developing trend of CNC in china, and the spindle life and turning precision proposed of the domestically numerical control lathe. This paper utilizes numerical control lathe’s spindle rigidity and the short life of the spindle service, has carried on in detail analysis and discussion to the numerical control lathe spindle module, according to the existing numerical control equipment and the existing theory. The principle of numerical control lathe was elaborated, and the maim work system was designed on the paper. The most important work is the design of spindle. Spindle rigidity was enhanced; the spindle service life was lengthened effectively, so that it can adopt the request of modern numerical control processing more reliable. And the hydraulic system of numerical control lathe, the reasonable lathe structure and other auxiliary bodies have been designed.

Key word: Principle of Work; Service Life; Headstock; Lathe Structure

目录

1   绪    论1

1.1 课题背景和研究意义1

1.2 国内外发展现状1

1.2.1、数控机床的产生1

1.2.2、数控机床的发展现状与趋势2

1.3 数控车床的工作原理2

1.4 研究内容2

2   数控车床的传动系统3

2.1 主传动系统的设计要求3

2.2 主传动系统3

2.2.1 运动及动力参数的确定3

2.2.2 主电机的选择3

2.3 齿轮的设计7

2.3.1、低速段的一对齿轮的设计7

2.3.2、高速段一对齿轮的设计10

3   车床主轴箱的设计14

3.1 主轴组件的基本要求14

3.2 主轴的设计15

3.2.1主轴材料的选择及精度指标15

3.2.2主轴轴颈的设计15

3.3 校核主轴组件的径向刚度17

3.4 花键轴轴强度计算19

3.5 键设计20

3.6 轴承21

3.6.1轴承的选型21

3.6.2轴承的精度22

3.6.3 轴承间隙调整和预紧22

3.7 主轴箱的润滑22

总  结23

参考文献24

致    谢25

1  绪  论

1.1 课题背景和研究意义

随着市场上产品的更新换代的加快和对零件精度提出的要求，传统机床已经不能满足这些要求。数控机床的浩瀚有点已然使它成为科技兴旺的主流倾向,它已然成为权衡一个国度人民经济发展和产业制造全体程度的里程碑式标志之一。

数控机床的技术水平及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是体现一个国家经济的发展和制造水平高低的一个重要里程碑。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床占有非常重要的地位，几十年来一贯受到世界各国的广大注意并得到了快捷的兴旺。

通过本毕业课题设计，了解数控机床的总体设计方案，掌握数控机床主轴部件设计的方法和步骤。

1.2 国内外发展现状

1.2.1、数控机床的产生

美国帕森斯公司在1984年研制加工直升飞机叶片轮廓检验用样板的机床时，最先提出了利用计算机来控制机床来对工件进行曲线加工的设想。后来受美国帕森斯公司受美国空军委托，就这样帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构研究所展开了对这个设想的研究并进行合作。1952研制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。后来，又对计算机加工零件程序的编写开始了研究，然后于1955年进入实用阶段，这对当时的美国制造业和国民经济的发展起到了非常重要的作用，同时也为后来数控车床的设计和研究打下了坚实的基础。之后1958年第一台加工中心由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的，这才从实际意义上实现了数控技术。

中国的数控机床的发展相对于外国而言是比较晚的，80年代那会相对于国外有着差不多20年的差距，特别是与德国而言。中国在1958年开发第一个数控机床1959年在中国瀛台举办了机床展，直到1979年由于没有国外的技术引进没有什么实际的进展，接着从1979年到现在是第二阶段。近年来，由于技术的引进使得我国在这方面有着飞速的发展，对于工业化的进程加快了脚步，不过与国外还是有着不小的差距。虽然这样，随着时间的流逝工厂的改革技术的引进这差距正在不断的缩小，发展数控机床的生产以成为目前机床行业的目标。直到2011年，中国生产的数控机床109.84万台，实现工业总产值6606.5亿元，同比增长32.1％，其中数控机床27.21万台，增速达15.26％，数控机床已成为机床消费的主流。尤其是高档数控机床属于高端装备制造业，具有高技术含量、高技术附加值的特征，是发展战略性新兴产业重要着力点，未来高档数控机床市场巨大。数控机床必将成为我国机械工业生产中的主要设备，为我国四个现代化作出巨大的贡献。

1.2.2、数控机床的发展现状与趋势

现在世界上技术在高精度数控机床、高速、高的灵活性、自动化程度高、和高可靠性的特点。数控技术的应用对传统制造业相当于从量到质的变化，这一变化成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的兴旺发展占到非常重要的地位。从目前世界上数控技术发展的形式来看，主要有以下几个方面：  

              参考文献

[1]  机床主轴箱设计指导：机械工业出版社，1987.5

[2]  机械设计手册：机械工业出版社，2010

[3]  机床主轴/变速箱设计指导：机械工业出版社，2001

[4]  机械设计：第9版，濮良贵，陈国定，吴立言，2013

[5]  机床夹具设计：哈尔滨工业大学出版社（王启平主编），1996.2

[6]  机械原理：第7版，孙桓，陈作模，葛文杰，2006

[7]  材料力学：刘鸿文，2011

[8]  现代数控机床：化学工业出版社，林宋主编，2005

[9]  王三民.诸文俊.机械原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2001.

[10] 王三民.机械原理与设计课程设计.[M].北京：机械工业出版社，2004.


内容简介：
长城学院本科毕业设计（论文）中期检查表 系： 工程技术系 专业： 机械设计制造及其自动化 检查日期： 学生姓名 王泽民 论文题目 数控车床主轴部件设计 任务书 已完成（ ），进行中（ ） 参考文献 10 篇：其中外文文献 篇 外文翻译 已完成（ ），进行中（ ）；完成字数约： 3150 字（翻译成的汉字字数） 开题报告 已完成（ ），进行中（ ）；完成字数约： 1451 字 正文 已完成（ ），进行中（ ）；完成比比 例： 78 % 已完成的 任务 任务书，开题报告，文献综述，外文翻译 待完成的 任务 毕业论文， CAD 图纸 存在的 问题 设计计算和绘图有一些问题不是很清楚 采取的 办法 上网查资料，询问指导老师 指导教师 意见 指导教师签名： 注：按表中的要求填写，选项打钩（ ）； 附表 3 nts 毕业论文（设计）教师指导记录表 毕业论文（设计）题目 数控车床主轴部件设计 学生姓名 王泽民 系（部） 工程技术系 学生学号 05211636 专业班级 机制 6 班 指导教师姓名 洪海 职称 高工 主要指导内容： 开题报告，任务书 指导时间： 2015 年 1 月 6 日 主要指导内容： 文献综述，外文翻译 指导时间： 2015 年 3 月 10 日 主要指导内容： 毕业设计，尺寸计算 指导时间： 2015 年 3 月 20 日 主要指导内容： CAD 图纸绘制 指导时间： 2015 年 3 月 25 日 注：此表由指导教师按毕业论文（设计）的主要工作阶段填写主要指导内容。 系主任签字（盖章）：nts 附表 6 工程技术系 2015 届学生毕业设计（论文）中期情况汇总表 教研室 指导教师姓名 洪海 指导教师职称 高工 填写时间 注： 1、 最终毕业设计（论文）题目 为学生教务系统和成绩单、存档题目依据，请完整填写！ 2、此表 以指导教师为单位汇总学生情况。 学生姓名 性别 班级 最终毕业设计（论文）题目 设计 /论文 外文翻译是否完成 文献综述是否完成 课题是否已完成 指导教师与学生联系情况（请填：经常联系、正常联系、不经常联系、不联系） 王泽民 男 6 数控车床主轴部件设计 设计 nts 中国地质大学长城学院 本科毕业 设计 外文资料翻译 系 别： 工程技术系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 王泽民 学 号： 05211636 2015 年 4 月 30 日 nts 1 外文原文 翻译 数控车床主轴部件 车床是主要用于生成旋转表面和平整边缘的机床。根据它们的使用目的、结构、能同时被安装刀具的数量和自动化的程度，车床 更确切地说是车床类的机床， 可以被分成以下几类： (1)普通车床 (2)万能车床 (3)转塔车床 (4)立式车床 (5)自动车床 (6)特殊车床 虽然车床类的机床多种多样，但它们在结构和操作原理上具有共同特性。这些特性可以通过普通车床这一最常用的代表性类型来最好地说明。下面是关于图 11.1所示普通车床的主要部分的描述。 车床床身：车床床身是包含了在两个垂直支柱上水平横梁的主骨架。为减振它一般由灰铸铁或球墨铸铁铸造而成。 它上面有能让大拖板轻易纵向滑动的导轨。车床床身的高度应适当以让技师容易而舒适地工作。 主轴箱：主轴箱固定在车床床身的 左侧，它包括轴线平行于导轨的主轴。主轴通过装在主轴箱内的齿轮箱驱动。 齿轮箱的功能是给主轴提供若干不同的速度 (通常是 6到 18速 )。有些现代车床具有采用摩擦、电力或液压驱动的无级调速主轴箱。主轴往往是中空的，即纵向有一通孔。如果采取连续生产，棒料能通过此孔进给。同时，此孔为锥形表面可以安装普通车床顶尖。主轴外表面是螺纹可以安装卡盘、花盘或类似的装置。 尾架：尾架总成基本包括三部分，底座、尾架体和套筒轴。底座是能在车床床身上沿导轨滑动的铸件，它有一定位装置能让整个尾架根据工件长度锁定在任何需要位置。 这通 过使用手轮和螺杆来达到，与螺杆啮合的是一固接在套筒轴上的螺母。套筒轴开口端的孔是锥形的，能安装车床顶尖或诸如麻花钻和镗杆之类的工具。套筒轴通过定位装置能沿着它的移动路径被锁定在任何点。 大拖板：大拖板的主要功能是安装刀具和产生纵向和 /或横向进给。它实际上是一由车床床身 V形导轨引导的、能在车床床身主轴箱和尾架之间滑动的 H 形滑块。 大拖板能手动或者通过溜板箱和光杆 (进给杆 )或丝杆 (引导螺杆 )机动。 在切削螺旋时，动力通过丝杆提供给溜板箱上的齿轮箱。在其余车削作业中，都由光杆驱动大拖板。丝杆穿过一对固定 在溜板箱后部的剖分螺母。当开动特定操作杆时，剖分螺母夹在一起作为单个螺母与旋转的丝杆啮合，并带动拖板沿着床身提供进给。当操作杆脱离时，剖分螺母释放同时大拖板停止运动。 另一方面，当使用光杆时则通过蜗轮给溜板箱提供动力。 蜗轮用键连接在光杆上，并与溜板箱一起沿光杆运动，光杆全长范围开有键槽。 现代车床一般在主轴箱下装备快速变换齿轮箱，通过一系列齿轮由主轴驱动。它与光杆和丝杆连接，能容易并快速地通过简单转换适当的操作杆选择各种进给。 nts 2 快速变换齿轮箱可用于普通车削、端面切削和螺旋切削作业中。由于这种齿轮箱与主轴相连，主轴每转一圈溜板箱 (和切削刀具 )运动的距离能被控制，这距离就可以被认为是进给。 车床刀具的形状和几何参数取决于它们的使用目的。 车削刀具可以分为两个主要组别，即外部切削刀具和内部切削刀具。这两组中的每一组都包括以下类型刀具：车削刀具：车削刀具可以是精车刀具或粗车刀具。粗车刀具刀尖半径较小，用于深切削。 而精车刀具刀尖半径较大，用于通过微量进刀深度来获得具有较好表面光洁度的最终所需尺寸。粗车刀具按其进给方向可以是右手型的或是左手型的。它们可以有直的、弯的或偏置的刀杆。 端面刀具：端面刀具用在端 面作业中加工平板侧面或端部表面，也有加工左右侧表面之分。与一般采用纵向进给的车削作业相反，那些侧表面通过采用横向进给产生。 切断刀具：切断刀具，有时也称为分割刀具，用于将工件分割成若干部分和 /或加工外部环形槽。 螺纹切削刀具：螺纹切削刀具根据所需螺纹的横截面，有三角形的、矩形的或梯形的切削刃。同时，这些刀具的平面角必须始终与螺纹形状的平面角保持一致。 车外螺纹的螺纹切削刀具为直刀杆，而车内螺纹的螺纹切削刀具则是弯刀杆。 成形刀具：成形刀具有专门制成特定形状的刀刃，这种刀刃形状与被加工工件所需外形 正好相反。 高速钢刀具通常以单件形式制造，而硬质合金或陶瓷刀具则以刀尖形式制造。后者用铜焊或机械方法固定于钢质刀杆上。 顾名思义，断屑槽的功能就是不时地折断长切屑，以防形成很长的可能会在机加工操作中引起问题的缠绕切屑条。 硬质合金刀尖 (或陶瓷刀尖 )根据采用它们的机加工操作，可以有不同的形状。根据将刀尖装配在刀杆上是通过用铜焊还是机械卡装，刀尖可以是实心的或是带有中心通孔的。 在下面这节中，要讨论的是能在传统普通车床上进行的各种机加工作业。然而，必须记住现代计算机数控车床具有更多的功能并且可以进行其 它操作，例如仿型。下面是传统车床的操作。 圆柱面车削：圆柱面车削是所有车床操作中最简单也是最普通的。工件旋转一整圈产生一个圆心落在车床主轴上的圆；由于刀具的轴向进给运动这种动作重复许多次。 所以，由此产生的机加工痕迹是一条具有很小节距的螺旋线，该节距等于进给。因此机加工表面始终是圆柱形的。 轴向进给通过大拖板或复式刀架手动或自动提供，然而切削深度则由横向滑板控制。 粗车中，推荐使用较大切削深度 (根据工件材料可达 0.25英寸或 6 毫米 )和较小进给。另一方面，精车则最好采用很小的进给、较小的切削深度 (小于 0.05 英寸或 0.4毫米 )和较高的切削速度。 端面车削：端面车削操作的结果是将工件整个端部表面或者像轴肩之类的中间环形表面加工平整。在端面车削操作中，进给由横向滑板提供，而切nts 3 削深度则通过大拖板或复式刀架控制。端面车削既可以从外表面向内切削也可以从工件中心往外切削。很明显在这两种情况下机加工痕迹都是螺线形式。 通常在端面车削作业时习惯于采用夹住大拖板，这是因为切削力倾向于将刀具 (当然包括整个大拖板 )推离工件。在大多数端面车削作业中，工件被支撑在卡盘或花盘上。 开槽：在切断和开槽操作中，刀具只有横向进给。要 采用前面已经讨论过的切断和开槽刀具。 镗孔和内部车削：镗孔和内部车削通过镗杆或合适的内部切削刀具在内表面进行。如果初始工件是实心的，则必须首先进行钻孔作业。钻孔刀具安装在尾架上，然后对着工件进给。 锥面车削：锥面车削通过沿着与车床主轴不平行而倾斜成一个等于锥面所需角度的方向进刀来实现。下面是在实际锥面车削中采用的不同方法： (1) 将复式刀架盘旋转一个等于圆锥体顶角一半的角度。通过摇动复式刀架操纵柄手动提供进给。当锥角相对较大时切削外锥面和内锥面推荐使用这种方法。 (2) 对很短的外锥面采用特殊的成 型刀具。工件的宽度必须略小于刀具的宽度，并且工件通常由卡盘支撑或夹紧在花盘上。在这种情况下，机加工作业时只有横向进给而大拖板则夹紧在床身上。 (3)偏移尾架顶尖。对需要较小锥角 (小于 8 ) 的较长工件外锥面车削采用这种方法。工件安装于两顶尖之间；然后将尾架顶尖朝垂直于车床主轴方向移动一距离 S。 (4) 采用锥面车削附加装置。这种方法用于车削很长的工件，其长度大于复式刀架的整个行程。在这种场合下要遵循的步骤是将横向滑板完全脱离大拖板，然后通过锥面车削附加装置进行引导。 在此作业中，能照常使用自动轴向进给 。对具有较小锥角 (即 8到 10 )的很长工件推荐采用这种方法。 螺纹切削：在螺纹切削作业时，轴向进给必须保持恒定速率，这取决于工件的转速(rpm)。两者之间的关系基本上由被切削螺纹所需的节距决定。 如前所述，当依靠驱动大拖板的丝杆切削螺纹时轴向进给是自动产生的。丝杆旋转一圈，大拖板就行进等于丝杆节距的一段距离。 因此如果丝杆的旋转速度等于心轴的转速 (即工件的转速 )，生成切削螺纹的节距就正好等于丝杆的节距。 所以被切削生成螺纹的节距总是取决于丝杆和心轴的转速比：丝杆的节距 /工件所需节距 =工件转速 /丝杆 转速 =心轴到大拖板的传动比。 这公式在决定车床心轴和丝杆之间的运动学关系时很有用，并且提供了正确挑选它们之间轮系的方法。 在螺纹切削作业中，工件既能支撑于卡盘中，对相对较长的工件也能安装在两个车床顶尖之间。使用的刀具外形必须正好与要切削螺纹的轮廓一致，即三角形刀具必须用于三角形螺纹等等。 nts 4 外文原文 Numerical Control Lathe Spindle An HSS tool is usually made in the form of a single piece, contrary to cemented carbidesor ceramic, which are made in the form of tips. The latter are brazed or mechanically fastenedto steel shanks As the name suggests, the function of the chip breaker is to break long chips every now and then, thus preventing the formation of very long twisted ribbons that may cause problems during the machining operation. The carbide tips (or ceramic tips) can have different shapes, depending upon the machining operations for which they are to be employed. The tips can either be solid or with a central through hole, depending on whether brazing or mechanical clamping is employed for mounting the tip on the shank.In the following section, we discuss the various machining operations that can be performed on a conventional engine lathe. It must be borne in mind, however, that modern computerized numerically controlled lathes have more capabilities and can do other operations, such as contouring, for example. Following are conventional lathe operations. Cylindrical turning. Cylindrical turning is the simplest and the most common of all lathe operations. A single full turn of the workpiece generates a circle whose center falls on the lathe axis; this motion is then reproduced numerous times as a result of the axial feed motion of the tool.The resulting machining marks are, therefore, a helix having a very small pitch, which is equal to the feed. Consequently, the machined surface is always cylindrical. The axial feed is provided by the carriage or the compound rest, either manually or automatically, whereas the depth of cut is controlled by the cross slide. In roughing cuts, it is recommended that large depths of cuts (up to 0.25in. or 6mm, depending upon the workpiece material) and smaller feeds would be used. On the other hand, very fine feeds, smaller depths of cut (less than 0.05in, or 0.4mm), and high cutting speeds are preferred for finishing cuts. Facing. The result of a facing operation is a flat surface that is either the whole end surface of the workpiece or an annular intermediate surface like a shoulder. During a facing operation, feed is provided by the cross slide, whereas the depth of cut is controlled by the carriage or compound rest. Facing can be carried out either from the periphery inward or from the center of the workpiece outward. It is obvious that the machining marks in both cases take the form of a spiral. Usually, it is preferred to clamp the carriage during a facing operation, since the cutting fnts 5 orce tends to push the tool (and, of course, the whole carriage) away from the workpiece. In most facing operations, the workpiece is held in a chuck or on a face plate. Groove cutting. In cut-off and groove-cutting operations, only cross feed of the tool is employed. The cut-off and grooving tools, which were previously discussed, are employed. Boring and internal turning. Boring and internal turning are performed on the internal surfaces by a boring bar or suitable internal cutting tools. If the initial workpiece is solid, a drilling operation must be performed first. The drilling tool is held in the tailstock, and the latter is then fed against the workpiece. Taper turning. Taper turning is achieved by driving the tool in a direction that is not parallel to the lathe axis but inclined to it with an angle that is equal to the desired angle of the taper. Following are the different methods used in taper-turning practice: (1) Rotating the disc of the compound rest with an angle equal to half the apex angle of the cone. Feed is manually provided by cranking the handle of the compound rest. This method is recommended for taper turning of external and internal surfaces when the taper angle is relatively large. (2) Employing special form tools for external, very short, conical surfaces. The width of the workpiece must be slightly smaller than that of the tool, and the workpiece is usually held in a chuck or clamped on a face plate. In this case, only the cross feed is used during the machining process and the carriage is clamped to the machine bed. (3) Offsetting the tailstock center. This method is employed for external taper turning of long workpieces that are required to have small taper angles (less than 8). The workpiece is mounted between the two centers; then the tailstock center is shifted a distance S in the direction normal to the lathe axis. (4) Using the taper-turning attachment. This method is used for turning very long workpieces, when the length is larger than the whole stroke of the compound rest. The procedure followed in such cases involves complete disengagement of the cross slide from the carriage, which is then guided by the taper-turning attachment. During this process, the automatic axial feed can be used as usual. This method is recommended for very long workpieces with a small cone angle, i.e., 8through 10. Thread cutting. When performing thread cutting, the axial feed must be kept at a constantrate, which is dependent upon the rotational speed (rpm) of the workpiece. The relationship between both is determined primarily by the desired pitch of the thread to be cut. As previously mentioned, the axial feed is automatically generated when cutting a threadby means of the lead screw, which drives the carriage. When the lead screw rotates a single revolution, the carriage travels a distance equal to the pitch of the lead screw. Consequently, if the rotational speed of the lead screw is equal to that of the spindle (i.e., that of the workpiece), the pitch of the resulting cut thread is exactly equal to that of the lead screw. nts 6 The pitch of the resulting thread being cut therefore always depends upon the ratio of therotational speeds of the lead screw and the spindle: Pitch of the lead screw/ Desired pitch of workpiece=rpm of the workpiece/rpm of lead screw=spindle-to-carriage gearing ratio. This equation is useful in determining the kinematic linkage between the lathe spindle and the lead screw and enables proper selection of the gear train between them. In thread cutting operations, the workpiece can either be held in the chuck or mounted between the two lathe centers for relatively long workpieces. The form of the tool used must exactly coincide with the profile of the thread to be cut, i.e., triangular tools must be used for triangular threads, and so on. nts 7 nts 中国地质大学长城学院毕业设计开题报告 学生姓名 王泽民 学号 05211636 专业班级 机制 6 班 指导教师 洪海 职称 高工 单 位 保定技师学院 课题性质 设计 论文 课题来源 科研 教学 生产 其它 毕业设计题目 数控车床主轴部件设计 一、研究目的及意义 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，而制造业的生产能力主要取决于制造装备 数控 机床。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量 的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 通过本毕业课题设计，了解 数控 机床的总体设计方案，掌握 数控 机床主轴 部件 设计的方法和步骤。 二、研究现状 随着可续技术和社会生产的不断进步，机械产品日趋复杂。对机械产品的质量和生产率的要求也越来越高，在航空航天、微电子、信息技术、汽车、造船、建筑、军工和计算机技术等行业中，零件形状复杂、结构改型频繁、批量小、零件精度高加工 困难、生产效率低已成为日益突出的现实问题，机械加工工艺过程的自动化和智能化是适应上述发展特点的最重要手段。 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数 (主轴转数、进给量、背吃刀量等 )以及辅助功能 (换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等 )，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上 (如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器 )，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。数 控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。 数控车床 主轴 部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接影响。特别是数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴的定向停止等问题。 nts 三、 研究内容 1 主轴 部件设计，设计主轴箱传动系统； 2 绘制主轴箱装配图 以及主轴箱等零件图； 四、研究方案 1 轴承零件图 2 主轴箱装配图 3主轴 五、整个设计具体时间安排 1 2015 年 1 月 7 日 -2015 年 1 月 24 日 向指导教师汇报开发设计进展、文献阅读情况 2. 2015 年 1 月 25 日 -2015 年 3 月 12 日 开始编写毕业设计（论文）工作计划，进入毕业设计（论文）的撰写阶段。 3 2015 年 3 月 13 日 -2015 年 4 月 12 日 完成毕业设计（论文）初稿，并定期向指导教师汇报进度 4 2015 年 4 月 3 日 -2015 年 4 月 29 日 听取 指导老师意见，对论文进行整改 5 2015 年 4 月 30 日 -2015 年 5 月 7 日 指导老师评阅以及定稿 6.2015 年 5 月 8 日 2015 年 5 月 24 日 准备答辩 nts 六、 预期结果 完成毕业设计，并满足设计要求，掌握 数控车床 主轴 部件 设计的方法和步骤，并且掌握使用 CAD 绘图软件。 七、参考文献 1 机床主轴箱设计指导：机械工业出版社， 1987.5 2 机械设计手册：机械工业出版社， 2010 3 机床主轴 /变速箱设计指导：机械工业出版社， 2001 4 机械设计：第 9 版， 濮良贵，陈国定，吴立言， 2013 5 机床夹具设计：哈尔滨工业大学出版社（王启平主编）， 1996.2 6 机械原理：第 7 版，孙桓，陈作模，葛文杰， 2006 7 材料力学：刘鸿文， 2011 8 现代数控机床：化学工业出版社，林宋主编， 2005 9 王三民 .诸文俊 .机械原理与设计 M.北京：机械工业出版社， 2001. 10 王三民 .机械原理与设计课程设计 .M.北京：机械工业出版社， 2004. nts 指导教师意见： 指导教师签名 ： 年 月 日 教研室意见： 审查结 果： 同 意 不 同 意 教研室主任签名： 年 月 日 nts 中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题 目 数控车床主轴部件设计 系 别 工程技术系 学生姓名 王泽民 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 05211636 指导教师 洪海 职 称 高工 2015 年 4 月 26 日 nts 摘 要 论文通过对国内外研究的历史、现状分析，根据我国数控车床的发展情况，以及国产数控车床的主轴寿命和车削精度提出了本课题的研究。本文针对我国数控车床产品的主轴刚度，主轴使用寿命短等问题，利用现有的数控设备和现有的理论，对数控车床的主轴组件进行了详细地分析和讨论。论文阐述了数控车 床的工作原理，对数控车床的主传动系统进行了设计，重点对数控车床主轴箱进行了重点的设计、计算和主轴的刚度校核，对主轴组件进行了细致而周密的选择，更好的提高了主轴的刚度、有效的延长了主轴的使用寿命，使其能够更可靠的适应现代数控加工的要求。并对数控车床的液压系统进行了设计，设计了合理的车床结构和其它辅助机构。 关键词： 工作原理；使用寿命；主轴箱；车床结构 nts ABSTRACT This topic of the research is pointed by analyzing the history and actuality of the numerical control lathe in domestic and abroad, according to the developing trend of CNC in china, and the spindle life and turning precision proposed of the domestically numerical control lathe. This paper utilizes numerical control lathes spindle rigidity and the short life of the spindle service, has carried on in detail analysis and discussion to the numerical control lathe spindle module, according to the existing numerical control equipment and the existing theory. The principle of numerical control lathe was elaborated, and the maim work system was designed on the paper. The most important work is the design of spindle. Spindle rigidity was enhanced; the spindle service life was lengthened effectively, so that it can adopt the request of modern numerical control processing more reliable. And the hydraulic system of numerical control lathe, the reasonable lathe structure and other auxiliary bodies have been designed. Key word: Principle of Work; Service Life; Headstock; Lathe Structure nts 目录 1 绪 论 . 1 1.1 课题背景和研究意义 . 1 1.2 国内外发展现状 . 1 1.2.1、 数控机床的产生 . 1 1.2.2、 数控机床的发展现状与趋势 . 2 1.3 数控车床的工作原理 . 2 1.4 研究内容 . 2 2 数控车床的传动系统 . 3 2.1 主传动系统的设计要求 . 3 2.2 主传动系统 . 3 2.2.1 运动及动力参数的确定 . 3 2.2.2 主电机的选择 . 3 2.3 齿轮的设计 . 7 2.3.1、 低速段的一对齿轮的设计 . 7 2.3.2、 高速段一对齿轮的设计 . 10 3 车床主轴箱的设计 . 15 3.1 主轴组件的基本要求 . 15 3.2 主轴的设计 . 15 3.2.1 主轴材料的选择及精度指标 . 15 3.2.2 主轴轴颈的设计 . 15 3.3 校核主轴组件的径向刚度 . 17 3.4 花键轴轴强度计算 . 19 3.5 键设计 . 20 3.6 轴承 . 21 3.6.1 轴承的选型 . 21 3.6.2 轴承的精度 . 22 3.6.3 轴承间隙调整和预紧 . 22 3.7 主轴箱的润滑 . 22 总 结 . 23 参考文献 . 24 致 谢 . 25 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 1 1 绪 论 1.1 课题背景和研究意义 随着市场上产品的更新换代的加快和对零件精度提出的要求，传统机床已经不能满足这些要求。数控机床的浩瀚有点已然使它成为科技兴旺的主流倾向 ,它已然成为权衡一个国度人民经济发展和产业制造全体程度的里程碑式标志之一。 数控机床的技术水平及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是 体现一个国家经济的发展和制造水平高低的一个重要里程碑 。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床占有非常重要的地位，几十年来一贯受到世界各国的广大注意并得到了快捷的兴旺 。 通过本毕业课题设计，了解 数控 机床的总体设计方案，掌握 数控 机床主轴 部件 设计的方法和步骤。 1.2 国内外发展现状 1.2.1、数控机床的产生 美国帕森斯公司在 1984 年 研制加工直升飞机叶片轮廓检验用样板的机床时， 最先提出了 利用计算机来控制机床来对工件进行曲线加工的设想。 后来受美国 帕森斯公司受美国 空军委托， 就这样 帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构研究所 展开了对这个设想的研究并进行合作 。 1952 研 制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。后来， 又对计算机加工零件程序的编写开始了研究 ， 然后 于 1955 年进入实用阶段，这对 当时的美国制造业和国民经济的发展起到了非常重要的作用 ，同时也为后来数控车床的设计和研究打下了坚实的基础。 之后 1958 年第一台加工中心由 美国卡尼 -特雷克公司首先研制成功的 ，这才从实际意义上实现了数控技术。 中国的数控机床的发展相对于外国而言是比较晚的， 80 年代那会相对于国外有着差不多 20 年的差距，特别是与德国而言。中国在 1958 年开发第一个数控机床 1959 年在中国瀛台举办了机床展，直到 1979 年由于没有国外的技术引进没有什么实际的进展，接着从 1979 年到现在是第二阶段。 近年来，由于 技术的引进使得我国在这方面有 着飞速的发展，对于工业化的进程加快了脚步，不过与国外还是有着不小的差距 。虽然 这样 ，随着 时间的流逝工厂的改革技术的引进这差距正在不断的缩小 ，发展数控机床的生产以成为目前机床行业的目标。 直到 2011 年，中国生产的数控机床 109.84 万台，实现工业总产值 6606.5 亿元，同比增长 32.1，其中数控机床 27.21 万台，增速达 15.26，数控机床已成为机床消费的主流。尤其是高档数控机床属于高端装备制造业，具有高技术含量、高技术附加值的特征，是发展战略性新兴产业重要着力点，未来高档数控机床市场巨大。 数控机床必将成为 我国机械工业生产中的主要设备，为我国四个现代化作出nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 2 巨大的贡献。 1.2.2、数控机床的发展 现状与趋势 现在世界上技术在高精度数控机床、高速、高的灵活性、自动化程度高、和高可靠性的特点。 数控技术的应用 对 传统制造业 相当于从量到质 的变化， 这一变化 成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的 兴旺 发展 占到非常重要的地位 。从目前世界上数控技术发展的 形式 来看，主要有 以下 几个方面： （ 1) 高精度、高速度的发展趋势 机床制造的几何精度和机床使用的加工精度已明显提 高，普通级中等规格加工中心的 定 位 精 度 已 从 80 年 代 初 期 的 0.012mm/300mm ， 提 高 到 80 年 代 后 期 的 0.0050.008mm/全程及 90年代初期的 0.0020.005mm/全程。 效率、质量是 先进制造技术 关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若采用高速 cpu 芯片 、 risc 芯片 、多 cpu控制系统、高分辨率 检测元件 、交流数字 伺服系统 、 配套 电主轴 、 直线电机 等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短 生产周期 和提高市场竞争能力。 （ 2）柔性化 数控系统采用新一代 模块化设计 ，功能覆盖面更宽， 可靠性 更强，可满足不同用户的需求。同一 群控 系统 能根据不同 生产流程 ，自动进行 信息流 动态调整，发挥群控系统的功能。 (3) 多轴化 多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、 旋转工作台 等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅 光洁度 高，而且效率也大幅度提高。 (4) 实时智能化 在数控技术领域，实时 智能控制 的研究和应用正沿着： 自适应控制 、 模糊控制 、 神经网络控制 、 专家控制 、学习控制、 前馈控制 等方面发展。如编程 专家系统 故障诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。 1.3 数控车床的工作原理 在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据图 样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹、运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。 1.4 研究内容 1、主轴的主要参数设计 2、零件图的绘制 3、标注件的选用 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 3 4、装配图绘制 2 数控车床的传动系统 2.1 主传动系统的设计要求 主传动系统设计要求主要有在切削加工时可以变换的刀具速度调节范围，结构要求简单明了，发出的噪声小，稳定性以及可靠性高，还有很好的动态性能。 数控车床数控车床作为高速自动化机电一体化设备，主传动系统的设计应满足一般使用性能、传输功率、 工作作性能等一些要求。 当然 还需要一个主传动系统结构简单，便于调整和维护；良好的工艺性，便于加工和装配；良好的保护；使用寿命长。 2.2 主传动系统 2.2.1 运动及动力参数的确定 数控车床的主传动系统一般采用交流 或直流 调速电动机， 电动机的 带传动 带动 主轴箱内的变速齿轮， 从而 带动主轴旋转， 这样的 电动机 可调节的速度范围广 ，可无机调速，这样使得主轴箱的结构更简单容易制造 ， 而且 直流电动机在额定转速时， 可以 输出 电动机的 全部功率和最大转矩。 由于本次设计的数控车床是通用系列而非专用性数控车床，所以， 功率 在 169 kW之间 ， 把转速范围定在 300045 r/min。 2.2.2 主电机的选择 由前所述，为使切削功率在 169 kW 之间，根据电动机功率 /PcPe （式中 Pc 表示切削功率； 表示主传动系统的总效率），取 %80 ，那么 208.0/16 Pe kW，所以要选的电动机功率应在 20 kW 左右。根据这一数据，在电动机样本中，可供选择的电动机见表 2.1。 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 4 表 2.1 电动机参数表 主电动机功率 （ kW） 额定转速 /最高转速 （ r/min） 效率 （ %） 恒功率转速比 22 1000/2000 82.4 2 22 750/1400 79.7 1.87 22 500/1350 78.64 2.7 22 600/1250 76.63 2.08 30 1500/3000 86.6 2 从功率 以及便变速范围 方面 来看，采用 30 kW 主电动机，缺口处功率 和 就切削要求可以升高， 从而可以避免一些缺点 。 由 P0=30 KW， 查 参考文献 10表 9.10.1 选 Y 系列三相异步电动机： Y200L-4 功率P=30kW 转速 n=1500r/min。 由于 本次设计采用了分档无级变速传动， 所以 齿轮传动中为低和高速段齿轮传动。在低速段传动中主轴的额定转速为 280r/min，高速段主轴的额定转速 980 r/min。 传动比分配 低速段 ：总传动比 i=1500/280=5.37。 带传动传动比取 i1=1.79。 则 齿轮传动比 i2=i/ i1=5.37/1.79=3.07 0 轴： 0 轴即电动机轴 P0=Pr=30kW ； n0=1500 r/min； 1.191500301055.9 60 T Nm 轴： 轴即 主 轴 P1=P01=P0=300.95=28.5 kW； n1=n0/ i =1500/5.37=279.3 r/min； 4.973.279 5.281055.9 60 T Nm 3、 V 带的设计 （ 1） 确定计算功率 Pc 查参考文献 10表 12.10 查得工作情况系数 K=1.3,故 Pc=K P=1.330kW=39 kW。 （ 2） 选择带型 根据 Pc=39 kW， n1=1500 r/min，查参考文献 10图 12.9 初步选用 SPA 型 。 （ 3） 确定带轮的基准直径 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 5 查文献 10取主动轮基准直径 D1=125mm，根据公式1221 DDnni ，从动轮基准直径 75.2 2 31 2 579.112 iDD mm 根据文献 10表 12.11，取 2D =225.5。 验算带的速度 如果 带速太高 就将会拥有比较大的 离心力 ， 这样就会 减小带与带轮间的 摩擦力 ， 一旦摩擦力减小带就会 打滑；故 带速 应在 5 25m/s 之内。若超此范围 就采取 调整小带轮基准直径 D1 或 者 转速。带速计算式为： 100060 1 nDv （ 2.1） 81.9100060 1500125100060 1 nDv m/s100N/mm，合适。 2.3.2、高速段一对齿 轮的设计 传动比分配 高速段 ：总传动比 i=1500/980=1.53。 带传动传动比取 i1=1.79。 则 齿轮传动比 i2=i/ i1=1.35/1.79=0.75 （ 1） 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 根据传动设计方案， 主、从 齿轮都选用渐开线直齿圆柱齿轮。 主、从 齿轮的材料都选用硬齿面 ， 材料均为 Cr40 ，并经调质及 表面 淬火 ，齿面硬度为 4855HRC。 由于因为淬火的原因轮齿基本不会变形这样当然不要磨削 ，初选 7 级精度。因为 齿轮是硬齿面 ，故选 从动 齿数 Z1=45， 主 动 齿数 6912 iZZ 。 （ 2） 按齿面接触强度设计 利用公式 3.5。 1） 确定齿轮参数 试选载荷系数 Kt=1.3; 由以上计算可知 输入轴功率 P1= 21.88 KW nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 11 从动 轮转矩 1=1.66105 Nmm 查参考文献 9选取齿宽系数 7.0d。 参考文献 9表 9.10 材料的弹性影响系数 8.189EZMPa， 取 =20o，故 52c o ss in2 ./Z H 按 照 齿面硬度中间值 52HRC 得到 主 动齿轮和 从动 齿轮的接触疲劳强度 极限， Hlim1= Hlim2=1170 MPa。 计算应力循环次数 91 1032.58 N 92 108.18 N 查参考文献 9查得接触疲劳寿命系数 ZN1=1.0； ZN2=1.0。 计算接触疲劳许用应力 取安全系数 SH=1，由参考文献 10得 1H =ZN1 Hlim1/SH=1.01170/1=1170MPa 2H =ZN2 Hlim2/SH=1.01170/1=1170 MPa 2） 计算齿轮参数 试算 主动 齿轮分度圆直径 d1t，代入 H 中较小的值 3253211 11708.1895.265.065.17.01066.13.1212 HHEdttZZuuTKd=75.62mm 计算圆周速度 v 10060/11 nd t 6.4 m/s 计算齿宽 b td db 1 19.6mm 计算齿宽与齿高之比 b/h mt=d1t/z1=1.96 h=2.25mt=4.41 b/h=4.4 计算载荷系数 根据 v=6.4m/s， 7 级精度，查参考文献 10得动载系数 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 12 vK=1.12,设 100/ bFKtAN/mm； 由参考文献 10查得 1.1 FH KK ； 1AK ； 43.1HK ； 37.1FK； 故载荷系数 HVA KKKKK =11.121.11.43=1.72 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 3.2 2 4/311 tt KKdd mm 计算模数 m m=d1/z1=224.35/69=3.25 mm （ 3）按齿根抗弯强度设计 1） 确定公式内的各参数值 由参考文献 9查得大、小齿轮的抗弯疲劳强度极限 1limF = 2limF =680 MPa 查得抗弯疲劳寿命系数 YN1=1.0， YN1=1.0 计算抗弯疲劳许用应力。 取抗弯疲劳安全系数 SF=1.4,由参考文献 9得 FFNF SY 1lim11 485.71 FFNF SY 2lim22 485.71 计算载荷系数 K 69.137.11.112.11 FVA KKKKK 查取齿形系数。 由参考文献 9查得 65.21 FaY;插补求得 226.21 FaY。 查取应力校正系数。 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 13 由参考文献 9查得 58.11 SaYY， 764.12 SaY。 计算大、小齿轮的 FSaFaYY并加以比较 0 0 8 6.071.4 8 5 58.165.2111 FSaFa YY 0 0 8 1.071.4 8 5 7 6 4.12 2 6.2222 FSaFa YY 主动 齿轮的数值大。 2） 设计计算 25.30086.0697.0 1066.169.123 2 5 m 对比计算结果由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根抗弯疲劳强度计算的模数，选取标准模数 m=3.5mm。 （ 4）几何尺寸计算 1） 计算分度圆直径 d1=z1m=693.5=241.5 mm d2=z2m=453.5=157.5 mm 2） 计算中心距 =(d1+d2)/2=(241.5+157.5)/2=199 mm （ 5）验算 5.1571066.122 511 dTF t =2114.65N 73.1 0 520 65.2 1 1 41 b FK tA N/mm100N/mm，合适。 主轴箱传动系统，见图 2.1。 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 14 1.脉冲编码器 2.直流电动机 图 2.1 主轴箱传动系统 该系列数控车床，主轴箱内只有 2 根传动轴和 1 主轴以及 3 对齿轮而其中的 1 根传动轴（轴）和 1 对齿轮（ 80/80）还不起传递动力的作用。 主轴一端经七根 V 带以 125/223.5 拖动主轴箱的轴，另一端带动测速发动机 实现速度反馈。在主轴箱内，轴以 28/86 传动齿轮变速，使主轴获得 63745 r/mm 的低速段，另经 69/45 齿轮变速使主轴得 3000212 r/mm 的高速段。此外，主轴经 80/80齿轮传动经轴将信号传给主轴脉冲编码器，实现主轴速度反馈。 4、主轴组件结构 由于该机床最大特点之一是转速高，所以如何选择主轴组件结构是设计成败的关键，本次设计采用目前中等规模高转速数控 3000212 车床常用的典型主轴组件结构， 图 2 .2 主轴组件结构 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 15 3 车床主轴箱的设计 3.1 主轴组件的基本要求 （ 1）旋转精度 旋转精度取决于主轴 组件 的制造、 安装以及安装的精度 。如主轴组件的一些圆曲面的圆度以及在运转时的稳定性，以上的这些情况度坑能造成径向跳动。然而径向跳动将会带来主轴中心线的垂直度误差，这些误差主要表现为定心面的轴向跳动和径向跳动。 （ 2）刚度 主轴组件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴组件的制造和 装配质量等都影响主轴组件的刚度。 （ 3） 抗振性 主轴组件 在运转 时 会减少组件 的表面质量和刀具 的寿命 ， 并且由于工件转动将会产生噪声。 （ 4） 温升和热变形 主轴组件 工作 时， 由于回合一些面发生接触，例如与齿轮与轴承还有键等等这一系列的，有接触就会有摩擦，摩擦生热导致组件温度升高，引发一些热胀冷缩的现象，工件就会变形。工件变形就会引起加工精度不准确，所以相对于组件温升有着一定的限制。 如高精度机床， 在持续工作时 允许温 度的变化范围在 810o ，精密机床 的变化范围在 1520o ，普通机床 的精度要求不高变化范围就相对而言要广一点在 30 40o 。 （ 5） 耐磨性 主轴工件的耐磨性是指工件在工作时由于摩擦等一系列会引起精度不准确时的精度保持性。对于影响制造出来这些零件的加工工具有轴承，刀具，夹具和工件的部件等等。 3.2 主轴的设计 3.2.1 主轴材料的选择及精度指标 主轴材料的选择主要根据刚度载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素。本次主轴材料选择 45 号钢，调质 到 200250HB 左右，空心轴颈等部位局部淬硬到 5055HRC。 主轴的精度指标： 前支承轴承轴承颈的同轴度约为 5m 左右。 3.2.2 主轴轴颈的设计 1、按扭矩初步估算轴的直径： 轴的材料选择应用最为广泛的 45 号钢其参数为： 抗拉极限强度 650bMPa nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 16 屈服强度极限 360SMPa 弯曲疲劳极限 2701 MPa 扭转疲劳极限 1551 MPa 许用静应力 2601 MPa 许用疲劳应力 207180 1 MPa 对于空心轴按如下公式计算 d=)1(143 VnPA（ 3.1） T 轴传递的额定扭矩 Nmm 由轴传递的扭矩 5.5P kW n=145r/mm 由于材料为 45 号钢，查 3知 A=115，带入公式则得 6.92)3.01( 145 5.23115 3 43 d mm 考虑装齿轮需加加键，需将其轴径增加 4%5%，则得直径为 23.97 mm 因为是空心轴轴径应扩大取轴径为 100 mm。则一定满足要求。 2、初步确定主轴的内径和外径 主轴是主轴组件的重要组成部分。主轴的尺寸参数 主要有以下四项 ：主轴 以及 内孔直径、支承跨矩和悬伸长度。 （ 1）主轴后端支承轴径的直径可视为 9.07.0 的前支承轴径值。根据初步估算的结果，粗选主轴长 529 mm。 （ 2）主轴的内孔根据设计要求选内径为 45mm。 （ 3）主轴的前悬量 在本次设计中前悬量根据实际要求选为 64mm。 （ 4）合理跨距的选择 根据设计的要求 主轴的跨距 由图 3.1 并根据一些公式将得到，图 3.1 下方的一个式子，从而计算出来一个合理的跨距。 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 17 l aFF图 3.1 主轴最佳跨距计算简图 经计算可得下式 161030BAKKalal （ 3.2） 经计算选择跨距为 272mm。 3.3 校核主轴组件的径向刚度 主轴按当量直径 d 计算， l ldldldd nn 2211（ 3.4） 式中nn ldldld 、 2211 分别为各段的直径和长度， mm； l 总长， mm，nllll 21。 图 3.2 主轴组建计算模型 主 轴的径向刚度可表示为： BASFFK （ 3.5） 式中 S 主轴的前端挠度， m； A 前轴承的径向弹性形变， m； B 后轴承的径向弹性形变， m； F 外载荷， N 。 1、确定支承点的位置 前支承为第二个轴承的接触线与中心线的交点，故 nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 18 8515t a n2 125100122464 a mm 274)15t a n2 1251001224(23272 l mm 2、计算轴承支反力 75.10481274 852748000 l alFR A 总 N 44.4 0 3 16.2/ 总AA RR N 后轴承支反力 BR 为 56.3 9 6 844.4 0 3 18 0 0 0 AB RFR N 3、主轴前端挠度的计算 主轴的当量直径 d 952 90100 d mm 在主轴端载荷 的 作用下，前端挠度S)(30 442iS ddF la( 3.6) 82.6)4595(30 852748000 44 2 S mm 4、 轴承径向变形量的计算 已知 轴承 N308E 的滚动体列数 i=2，每列中的滚动体数 z=30，滚动体有效长度，预紧量 S3m。一个滚子的预载荷可由下式求得 8.09.0077.0arr l Q (3.7) 式中 r 轴承预紧量， m； rQ 滚子所受预载荷， N al 滚动体有效长度， mm。 由上式可推算出 0 7 7.0/8.830 7 7.0 8.08.0 19.0 1 arr lQ 则 49.4041 rQ N，相当于前轴承增加了附加载荷rpF。 rpF可由 iZFQrpr /5中推算出 88.48535/111 ZiQF rrpN。则后轴承所承受的载荷nts中国地质大学长城学院 2015 毕业设计 19 BR 为 rpBB FRR =3968.56+4853.88=8822.44N 则后轴承的总弹性变形为 9.08.018.019.01 5077.0077.0 ZiRllQ BaarB（ 3.8） 代入数值计算得 B =5.14m。 扣除预紧量 3 m ，实际 变形量为 14.2314.5 B m。 实际总变形量为 BB l al 2.80m 5、 主轴组件的径向刚度 根据上面的一些数据 ，可得主轴组件的径向刚度 6.81380.282.6 8000 K N/m 3.4 花键轴轴强度计算 按扭转强度条件计算 选轴的材料 45 钢，根据参考文献 9计算公式 18.2 30 N/PAd （ 3.9） 因 P1=30 KW ； n=1500 r/min 查参考文献 10表 18.2 取 0=120 代入上式得d=30.03 mm。 考虑到有花键槽承受的力比较大 d 应扩大，取 d=50 mm。 按弯扭合成强度条件计算 花键轴上的作用力有两个，一个是齿轮作用力，另一个是大齿轮对小齿轮的法向力 Pn=2.13 M1/(mz1)。 模数 m= 3.5 mm， 齿数 z1=28，小齿轮所需传递的扭矩 T1=1.66105 Nmm 故 Pn=2.131.66105/
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