xk5040数控立式铣床进给系统设计

科技大学科技大学科技大学科技大学2007届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计（论文论文论文论文）材材材材料料料料院系、部机电工程学院学生姓名指导教师专业机械设计制造及其自动化班级学号2007年5月2材料清单材料清单材料清单材料清单1、毕业设计（论文）课题任务书2、毕业设计（论文）开题报告3、中期检查表4、指导教师评阅表5、评阅教师评阅表6、答辩及最终成绩评定表7、毕业设计说明书8、附录材料3科技大学科技大学科技大学科技大学毕业设计（论文）任务书机电工程学院（教研室）系（教研室）主任（签名）年月日学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化1设计设计设计设计（论文论文论文论文）题目及专题题目及专题题目及专题题目及专题XK5040数控立式铣床进给系统设计数控立式铣床进给系统设计数控立式铣床进给系统设计数控立式铣床进给系统设计2学生设计学生设计学生设计学生设计（论文论文论文论文）时间时间时间时间自自自自3月月月月55日开始至日开始至日开始至日开始至6月月月月11日止日止日止日止3设计设计设计设计（论文论文论文论文）所用资源和参考资料所用资源和参考资料所用资源和参考资料所用资源和参考资料1、陈宏钧主编，实用机械加工工艺手册，机械工业出版社，199612。2、赵家奇编,机械制造工艺学课程设计指导书2版北京机械工业出版社,2000103、浦林祥主编，金属切削机床夹具设计手册，机械工业出版社，19950101。4、刘文剑主编，夹具工程师手册，黑龙江科学技术出版社，19920101。5、机械加工工艺装备设计手册编委会编写，机械加工工艺装备设计手册，机械工业出版社，1998年6月。6、徐圣群主编，简明机械加工工艺手册，上海科学技术出版社，19912。7、李云主编,机械制造及设备指导手册北京机械工业出版社,19978。8、哈尔滨工业大学编，机械制造工艺设计手册，哈尔滨工业大学出版社，1981年5月。9、上海市金属技术协会编，金属切削手册，上海科学技术出版社，19944年。10、东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编写，机床夹具设计手册第二版，上海科学技术出版社。11、李益民主编，机械制造工艺设计简明手册，哈尔滨工业大学出版社，1993年4月。12、孟少农主编,机械加工工艺手册2北京机械工业出版社,19919。13、胡永生编，机械制造工艺学，机械工业出版社。14上INTERNET网查找相关的设计资料，获得的最新信息与权威资料4设计设计设计设计（论文论文论文论文）完成的主要内容完成的主要内容完成的主要内容完成的主要内容1、调查分析铣床的加工特点，确定新设计的数控车床的主要技术参数。2、进行新数控铣床的总体设计。3、完成进给运动的结构设计。4、完成控制系统硬件设计。5提交设计提交设计提交设计提交设计（论文论文论文论文）形式形式形式形式（设计说明与图纸或论文等设计说明与图纸或论文等设计说明与图纸或论文等设计说明与图纸或论文等）及要求及要求及要求及要求1、据总体设计方案，绘制数控铣床总体图一张。（手工绘制）2、主运动的运动计算和强度计算，绘制主轴箱部件展开图A0计算机图一张。3、进行进给运动的运动计算和强度计算，绘制出纵向数控进给机构部装图A0计算机图一张。4、绘制数控铣床主轴零件图A1计算机图一张。5、根据控制系统总体设计方案，绘制控制系统电路图A0计算机图一张。6发题时间发题时间发题时间发题时间2007年年年年1月月月月18日日日日指导教师（签名）学生赵东方（签名）4XXX科技大学科技大学科技大学科技大学毕业设计（论文）进度表毕业设计（论文）题目XK5040数控立式铣床进给系统设计起止时间从200735到200761止学生（签名）指导教师（签名）系（教研室）主任（签名）时间工作内容备注第1周至第3周（3月5日至3月25日）自己实习工厂第4周（3月26日至4月1日）学校组织的毕业实习工厂第5周（4月2日至4月8日）查询各类相关数据手册、书籍图书馆第6周（4月9日至4月15日）搜集设计的相关资料多方渠道第7周至第8周（4月16日至4月29日）整体规划设计的全过程第10周至第11周（5月7日至5月20日）工艺过程设计及切削参数计算确定第12周（5月21日至5月27日）夹具设计第13周（5月28日至6月1日）编写设计计算说明书第周至第周（月日至月日）第周至第周（月日至月日）注此表一式两份一份存学院，一份发给学生。5XXX科技大学科技大学科技大学科技大学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人（签名）年月日指导人评定成绩6XXX科技大学科技大学科技大学科技大学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人（签名）年月日评阅人评定成绩7XXX科技大学科技大学科技大学科技大学毕业设计（论文）答辩委员会记录日期学生学号班级题目XK5040数控立式铣床进给系统设计提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价毕业设计（论文）答辩委员会主任（签名）委员（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩总评成绩8XXX科技大学科技大学科技大学科技大学2007届毕业设计说明书届毕业设计说明书届毕业设计说明书届毕业设计说明书XK5040数控立式铣床进给系统设计数控立式铣床进给系统设计数控立式铣床进给系统设计数控立式铣床进给系统设计院系、部机电工程学院学生姓名指导教师（教授）专业机械设计制造及其自动化班级完成时间2007年6月9摘要在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，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。数控铣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。关键词关键词关键词关键词数控机床；发展趋势；智能化；柔性化ABSTRACTININTERNATIONALTRADE,MANYCENTURIESVIEWDIGITALLATHESAREASHITECHVALUEADDSANDPROFITABLEEXPORTSDIGITALLATHESAREEXPENSIVEMECHANICALANDELECTRICALPRODUCTSTHEPOWERFULTRADENATIONSEXPORTHITEXHMECHANICALSNDELECTRICALPRODUCTSTOTHEWORLDMARKETWHILEDOINGSUCHBUSINESSATHOME,WHICHISNOWANIMPORTANTSTRATEGYOFDEVELOPINGTHEIREXPORTECONOMYKEYWORDSDIGITALLATHEDEVELOPMENTTENDENCYINTELLIGENCETENDERNESS10目录1主运动系统设计1211传动系统设计12111、参数的拟定12112、传动结构或结构网的选择12113、转速图拟定13114、齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1612传动件的估算与验算19121、传动轴的估算和验算19122、齿轮模数的估算与验算2113展开图设计26131、结构实际的内容及技术要求26132、齿轮块的设计27133、传动轴设计29134主轴组件设计311制动器设计35141按扭矩选择351截面图设计36151轴的空间布置36152润滑36153、箱体设计的有关问题372进给系统的设计与计算3821设计方案的确定3822机械部分设计与计算38221纵向进给系统的设计与计算38222横向进给系统的设计与计算45223垂直方向进给系统的设计与计算513、控制系统设计5831绘制控制系统结构框图5832选择中央处理单元（CPU）的类型5933存储器扩展电路设计59331程序存储器的扩展5911332、数据存储器的扩展603I/O接口电路及辅助电路设计60341I/O接口电路设计60342步进电机接口及驱动电路61343其他辅助电路62参考文献63致谢64附录65121主运动系统设计主运动系统设计主运动系统设计主运动系统设计11传动系统设计111、参数的拟定参数的拟定参数的拟定参数的拟定选定公比，确定各级传送机床常用的公比为126或141，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为126，根据给出的条件主运动部分Z18级，根据标准数列表，确定各级转速为（30，375，475，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/MIN）112、传动结构或结构网的选择传动结构或结构网的选择传动结构或结构网的选择传动结构或结构网的选择1，确定变数组数目和各变数组中传动副的数目该机床的变数范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为Z的传动系统由若干个传动副组成，各传动组分别有1Z12Z3Z个传动副，即Z123ZZZ1。传动副数由于结构的限制，通常采用P2或3，即变速Z应为2或3的因子Z2AX2B因此，这里183X3X2，共需三个变速组。2，传动组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组，可以排成3X3X2，或3X2X3。选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的具体结构，装置和性能。I轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多，以2为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2，或一个定比传动副。这里，根据前多后少的原则，选择183X3X2方案。3，传动系统的扩大顺序安排对于183X3X2的传动，有36种可能安排，亦即有6种机构副和对应的结构网，传动方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致，结构式1813X33X92的传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，1833X13X92的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择1813X33X92的结构式。4验算变速组的变速范围齿轮的最小传动MINU1/4，最大传动比MAXU2，决定了一个传动组的最大变速范围MAXYMAXU/MINU因此，可按下表，确定传动方案根据传动比及指数X,X的值13公比极限值传动比指数126X值MINU1/X1/46X值MAXUX23（XX）值MINRXX89因此，可选择1813X33X92的传动方案。5、最后扩大传动组的选择正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为Z1Z112Z1Z3Z12ZZ最后扩大传动组的变速范围为R1231ZZZ11/2ZZ按8R原则，导出系统的最大收效Z和变速范围为3Z23126Z18R50Z12R127因此，传动方案18332符合上述条件，其结构网如下图21图11结构网图113、转速图拟定转速图拟定转速图拟定转速图拟定运动参数确定后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。在此基础上，选择电机的型号，分配个变速组的最小传动比；拟定转速图，确定各中间轴的转速。141，主电机的选择中型机床上，一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，应注意（1）电机的N根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电机产品的功率已标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。（2）电机的转速DN异步电动机的转速有3000，1500，1000，750，R/MIN,这取决于电动机的极对数PDN60F/P60X50/PR/MIN机床中最常用的是1500R/MIN和3000R/MIN两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度MAXN和工轴转速相近为宜，以免采用过大或过小的降速传动。根据以上要求，我们选择功率为75KW，转速为1500R/MIN的电机，查表，其型号为Y132M4，其主要性能如下表电机型号额定功率KW荷载转速R/MIN同步转速R/MINY132M475KW144015002、分配最小传动比，拟定转速图（1）轴的转速轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近，显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑，轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾，因此，轴转速也不宜也太高，轴转速一般取7001000R/MIN左右较合适。因此，使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴I到主传动系统前端轴增加一对26/54的降速齿轮副，这样，也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动比，就可以将主轴18级转速一起提高或降低。（2）中间轴的转速对于中间传动轴的转速的考虑原则是妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性能要求之间的矛盾。中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些D4M,M3M从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率PL和噪音加大N空1/61035NDACD主NKW15式中C系数，两支承滚动轴承和滑动轴承C85，三支承滚动轴承C10；DA所有中间轴轴径的平均值；D主主轴前后轴径的平均值N中间传动轴的转速之和N主轴转速（R/MIN）PL20LG6110LG451TANANCMZQMZN主主K式中（AMZ所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值MMMZ主主轴上齿轮分度圆直径的平均值MMQ传到主轴上所经过的齿轮对数主轴齿轮螺旋角1C,K系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床1C35，铣床K505从上述经验公式可知，主轴N和中间传动轴的转速和对机床噪音和发热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。A，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些B,控制齿轮圆周速度V则MIN265TZM，如图23所示。C、同一传动组的个齿轮副的中心矩应相等。若摸数相等时，则齿数和亦相等，但由于传动比要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足不了上述要求，机床上可用修正齿轮，在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齿数差不能够超过34个齿。172，变速传动组中齿轮齿数的确定变速传动组中齿轮齿数的确定变速传动组中齿轮齿数的确定变速传动组中齿轮齿数的确定为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸，这里采用了公用齿轮。但由于公用齿轮的采用，使两个传动组间的传动比互相牵制，不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸，因此，径向尺寸一般较大，此外，公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。查机床设计手册确定个齿轮齿数如下轴IIIII间变速齿轮齿数的确定由于公比126，传动比为1U1/44126，2U1/33126，3U1/2126设传动组中最小齿轮齿数1Z16，查机床设计手册表7314可查得1U16/39（01），2U19/36（09），3U22/33（03）齿数和为ZS55公用齿轮选为1Z39轴IIIIV间变速组齿轮齿数的确定传动比为1U1/42U1/33U2根据3U2126，主动轮齿数为39，从表7314可查得1U18/47（01），2U28/37（09），3U39/26（03）齿数和为ZS65轴IVV间变速组齿轮齿数的确定由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化，受力差别较大，为了得到合理的结构尺寸，可采用不同模数的齿轮副。轴IVV间的两对齿轮，其传动比为1U1/4,2U2分别取1M，2M则1ZS2ZS2E1E34取30，1ZS30X390,2ZS30X4120按传动比将齿数分配如下1U1/418/7219/71，2U280/4082/38轴VVI及VIVII间齿数确定，由于这两个传动组18只是改变传动方向，不起便速度作用，只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。，取VVI轴间锥材料齿轮齿数为29，IVII轴间齿轮齿数为67。3、主轴转速系列的验算主轴转速在使用上并要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响，但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过101（）即NNNN理论实际理论101（）主轴的各级实际转速分别为294，378，477，58，746，943，115，148，187，2367，3045，3846，468，602，760，927，11926，15265R/MINNNNN理论实际理论29430302而101（）26故符合条件同理经验算，其他各级转速也满足要求。4、传动系统图的绘制转速图和齿轮齿数确定后，变速箱的结构复杂程度也基本确定了（如齿轮个数，轴数，支承轴，为使变速箱的结构紧凑，合理布置齿轮是一个重要的问题，因为它直接影响变速箱的尺寸，变速操作的方便性和结构实现的可行性问题，在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，一般应尽可能减少变速箱尺寸。这里为使变速操作的方便，提高效率采用电磁离合器操纵方式。根据计算结果，绘制出传动系统图，如图24所示19图14主传动系统图主运动传动链的传动路线表达式如下电动机I2625II163919362233III184728373926IV19218238V2929VI6767VIII（主轴）12传动件的估算与验算121、传动轴的估算和验算传动轴的估算和验算传动轴的估算和验算传动轴的估算和验算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求高，不允许有较大的变形因此，疲劳强度一般不是主要矛盾，除载荷很大的情况下，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。若刚度不足，轴上的零件如齿轮，轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作，或产生振动和噪声，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。可以先扭转刚度估算轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。1，传动轴直径的估算传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径20D914JNNMM式中N该传动轴的输入功率NNYKWN电机额定功率Y从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积（不计该轴轴承上的效率）。JN该传动轴的计算转速；计算转速JN是传动件能传递全部功率的最低转速，各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系而确定，而中型车，铣床主轴的计算转速为JN（主）213MINN每米长度上允许的扭转角（DEG/M）可根据传动轴的要求选取。对传动轴刚度要求允许扭转角主轴一般传动轴较低的轴较低的轴较低的轴较低的轴（DEG/M）051115152估算时应注意（1）值为每米长度上允许的扭转角，而估算的传动轴的长度往往不足1M，因此，在计算时应按轴的实际长度计算和修正，如轴为500MM，取1DEG/M则D91410001500JNNMM（2）效率Y对估算轴径D影响不大，可以忽略（3）如使用花键是可根据估算的轴径D选取相近的标准花键轴的规格，主轴总轴径可参考统计数据确定；1528284457555757511车床608070907010595130110145升降台铣床5090609060957510090105各轴的计算转速813MIN6VJJJNNNNN从主95R/MINIVJN118M/MINIIIJN300R/MINIIJN750R/MINIJN1450R/MIN21轴径的估算ID91X47514501244IID91X47575012878IIID91X47530013618IVD91X47511814569VD91X47595148242、传动轴刚度的验算（1）轴的弯曲变形的条件和允许值机床的主传动轴的弯曲刚度验算，主要验算轴上装齿轮和轴承出的挠度Y和倾角。各类轴的挠度Y，装齿轮和轴承处的倾角，应小于弯曲刚度的许用值Y和，即YY轴的弯曲变形的允许值轴的类型允许挠度变形部位允许倾角一般传动轴（0000300005）装轴承处，装齿轮处0002500001刚度要求较高的轴000021装单列圆锥磙子轴承00006安装齿轮的轴（001003）装滑动轴承处0001安装蜗轮的轴（002005）装单列径向圆锥磙子轴承处0001（2）轴的弯曲复形计算公式计算花键轴的刚度时可采用平均直径1D或当量直径2D计算公式矩形花键轴平均直径1D（DD）/2当量直径2D464IPI惯性矩I42664DZDDDDPI122、齿轮模数的估算与验算齿轮模数的估算与验算齿轮模数的估算与验算齿轮模数的估算与验算1、估算按接触疲劳和弯曲强度计算次论模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知的情况先才能确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。22齿轮弯曲疲劳强度的估算WM332NJNZMM齿面点蚀的估算A3370JNNMM其中JN为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心矩，由中心矩A及齿数1Z，2Z求出模数JM2A/12ZZMM根据估算所得WM和JM中较大的值，选择相近的标准模数，各齿轮的计算转数为26ZJN1450R/MIN22ZJN695R/MIN18ZJN300R/MIN38ZJN235R/MIN71ZJN95R/MIN36ZJN273R/MIN37ZJN235R/MIN54ZJN695R/MIN33ZJN475R/MIN47ZJN118R/MIN19ZJN695R/MIN16ZJN695R/MIN39ZJN300R/MIN28ZJN300R/MIN82ZJN118R/MIN轴III间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算WM332NJNZ3237554695187齿轮点蚀的估算A3370JNN370X3756958176MMJM2A/12ZZ2X8176/2654204MM所以模数为M3轴IIIII传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算WM332NJNZ32375393002759齿面点蚀估算23A3370JNN370X37530010818JM2A/12ZZ2X10818/1639393MM取标准模数M4轴IIIIV间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算WM332NJNZ32X375372353046齿面点蚀估算A3370JNN370X3752351173JM2A/12ZZ2X1473/2837361所以取标准模数M4MM。轴VVI间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳计算，332WNJNMZ375322995446齿面点蚀估算A3370370JNNX3750985951534JM2A/12ZZ2X1534/2929529取标准模数值M5,轴VIVII间齿轮模数的确定齿轮弯曲疲劳强度计算332WNJNMZ375323376795齿面点蚀估算A3370370JNNX375951587JM2A/12ZZ2X1587/6767237取模数值为M4。242、计算（验算）结构确定后，齿轮的工作条件空间安排，材料和精度等级都已经确定，才可以核验齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接触疲劳强度计算齿轮模数的公式JM12332211SMJIKKKKNZINMM根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数，公式WM12331SMJWKKKKNZYNMM式中N计算齿轮传递的额定功率NDNKWJN计算齿轮的计算转速R/MINM齿宽系数MB/M,M常取610；1Z大齿轮与小齿轮齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数I大齿轮与小齿轮的传动比，I2Z/1Z1“”用于外啮合，“”用于内啮合SK寿命系数，SKRKNKQK，TK工作期限系数，TK060MNTC齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的指数M和基准循环次数0CN齿轮的最低转速R/MINT预先的齿轮工作期限，中型机床推荐T1500020000HNK转速变化系数NK功率利用系数QK材料强化系数，幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起阻止疲劳的刃缝扩大的作用1K工作情况系数，中等冲击的主运动，1K1216；2K动载荷系数3K齿向载荷分布系数Y齿形系数WJ许用弯曲，接触应力MPA1、轴III间齿轮模数的计算验算1按接触疲劳计算齿轮模数NYND09875735W25MIN/1450RNJM8261Z07692265412ZZIQNNTSKKKKK查表取,990NK,580NK640QK18510160014506060370MTCNTK则901640580990185QNNTSKKKKK取,411K线速度SMMZV/831110326602145010602145033PIPI查表取412K30760826111MDZ查表取13K查表取MPA650因此763145065007692268357911414110769216300322JM2根据弯曲疲劳计算42751321WJSWMNYZNKKKKM查表取,411K,412K,13KQNNTSKKKKK而38211021600014506060680MTCNTK26查表取850,780,990QNNKKKY043,MPAW2759108507809903821SK因此1670275145084302635791014141275WM。由以上计算结果知，齿轮模数合格。2、其它齿轮模数的验算其它齿轮的验算过程与上面相同，将有关数值代入上式，经计算均满足要求；13展开图设计131、结构实际的内容及技术要求结构实际的内容及技术要求结构实际的内容及技术要求结构实际的内容及技术要求1设计内容设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴，轴承，齿轮，离合器和制动器等），主轴组件，操纵机构，润滑密封系统和箱体及其连接件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。2技术要求主轴变速箱是指机床的主要部分，设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题（1）精度立式铣床主轴部分要求比较高的精度主轴的径向跳动，001MM；主轴轴向串动001MM。（2）刚度和抗振性综合刚度（主轴刀架之间的力与相对变形之比）；综合34003DN/M主轴与刀架之间的相对振幅的要求等级IIIIII振幅（0001MM）1233，传动效率要求等级IIIIII效率08508075（4）主轴总轴承处温升和温升应控制在以下范围条件温度温升用滚动轴承70C40C用滑动轴承60C30C27噪声要控制在以下范围等级IIIIIIDB788083噪音PLPL20LOG1451TANANCMZQMZNK主主式中AMZ所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值MMMZ主主轴上齿轮的分度圆直径的平均值MMQ传到主轴所经过的齿轮对数1C,K系数，根据个类型及制造水平选取。我国中型车床，铣床1C35，铣床K505（5）结构简单，紧凑，加工和装配工艺性好，便于维修和调整（6）操作方便，安全可靠（7）遵循标准化和通用化的原则132、齿轮块的设计齿轮块的设计齿轮块的设计齿轮块的设计1，特点齿轮是变速箱中的重要元件，齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的，也就是说，作用在一个齿上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性，在设计齿轮时，应充分考虑这些问题。2，精度等级的选择变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于周围速度。采用同一精度时，周围速度越高，振动和噪声越大，根据实验结果，周围速度增加一倍，噪音约增加6DB。工作平稳性和接触误差对振动和噪音的影响比运动误差更大。所以这两项精度应选高一级，为了控制噪音，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，大都用766,这里主运动齿轮的精度选为766。3、结构与加工方法不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有不同。8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度下降，因此，需淬火的7级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于7级或淬火和衍齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮一般都需要淬火。多联齿轮块的结构形式如下图25所示，各部分的尺寸推荐如下（1）、空刀槽KB，插齿时模数12MM，KB5MM模数254MM,KB6MM。28剃齿时采用公式KB45K1100381D0032DMM及计算。图15式中，K为与剃齿刀倾斜角有关的系数。若齿面要高频淬火，为避免互相影响，KB应大于8。由于这里采用的齿轮的精度为766，需要剃齿或珩齿，需齿面淬火，所以KB8，取KB8。（2）、齿宽B图25齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿轮误差和轴的变形，可能接触不均匀，反而容易引起振动和噪音。一般取610M齿轮模数M小，装在轴的中部或单片齿轮，取大值齿轮模数M大，装在靠近支承处或多联齿轮，取小值。薄的大齿轮容易产生板振动，成为噪音发射体，因此，齿轮基体不宜太薄，设计单片齿轮时要注意这里均是单片齿轮，取齿宽（M为模数）。（3）、其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸（见图16），圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，图16291BH部分（图（一）用于安装拨动齿轮的滑块，一般取1BH105或126，这里我们选126。选折齿轮块的结构时要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面，尽可能做到省工，省料又容易保证精度。4、齿轮的轴向定位要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠，空套齿轮和固定在轴上的齿轮的轴向定位可采用隔套定位。133、传动轴设计传动轴设计传动轴设计传动轴设计1特点机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支承。轴上要安装齿轮，离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作首先，传动轴应有足够的强度和刚度，如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动，噪音、空载功率、磨损和发热增大。两轴中心距误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。2，轴的结构传动轴可以是光轴也可以是化键轴，成批生产中，有专门加工花键轴的洗床和磨床，工艺上并无困难。所以一般都采用化键轴，花键轴承载能力高，加工如转盘也比但单键的光轴方便。这里I轴与电机轴相连，I轴上只装有一个齿轮，可选光轴II、III、IV、V轴采用花键轴，VI轴采用光轴。3，轴承的选择机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升。空载功率和噪音等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求都比较高，异常球轴承用得更多。但滚锥轴承的内外圈可以公开。装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型式和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件。即要满足承载能力要求，又要符合孔的加工工艺，可以用轻、中、或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径，一般传动轴上轴承选用G级精度。（1）滚动轴承的选择计算A，寿命计算公式滚动轴承的寿命计算公式如下LCP试中L额定寿命（X610）转30C额定动载荷（KGF）P当量负载荷（KGF）寿命指数，对球轴承3对滚子轴承10/3在实际计算中，一般采用工作小时数表示轴承的额定寿命，这时上试可变为HL61060N试中HL额定寿命（H）N轴承的计算转速（R/MIN）当量动载荷PXRFYAF试中RF径向负荷（KGF）AF轴向负荷（KGF）X径向系数Y轴向系数（2）按照负载荷选择轴承按额定静负载选择轴承的基本公式如下0C0S0P试中0P当量静负荷（KGF）按下列两式计算，取大值000RAPXFYF0RPF0C额定静负荷（KGF）0S安全系数（3）轴承的选择I轴两端轴承的选择，根据前面估算的直径及该轴的结构和受力情况，选择单列向心球轴承（GB27664）轴承型号为7000308（左轴承）右轴承7000307II轴两端轴承的选择左轴承7000307右轴承7000306III轴左，7000309右，7000308IV轴左，7000310，右7000409V轴轴承的选择，由于轴V右端悬伸部分与锥齿轮不相连，承受一定的轴向负荷及径向负荷，因此，可选用圆锥滚子轴承左端型号27310（GB29864）右端27610VI轴垂直布置，下端轴承承受到大的轴向力，可选用向心推力球轴承，型号为36107，上端轴承31可选用向心球轴承70003094，轴的轴向定位传动轴必须在箱体内保持准确的位置，相对保证安装在轴上各传动件的位置正确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴的定位。对受轴向力的轴，其轴向定位更重要。回转轴的轴向包括轴承在轴上的定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意1，轴的长度，长度要考虑热伸长的问题，宜有一端定位。2，轴承的间隙是否需要调整。3，整个轴的轴向位置是否需要调整4，在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈5，加工和装配的工艺性等根据轴的结构特点和收里情况，I，II，III，IV，V轴均采用弹簧卡圈定位或压盖和轴肩定位。、传递轴的结构设计）、轴I的结构设计1,选联轴器轴I与电机轴用联轴器相连,需同时选取连轴器轴I上的转矩T为90264814509905795509550MNNPNTJ联轴器的计算转矩,TKTACA查表取51AK则,根据工作需要,选用弹性柱销连轴器,型号为HL3,联轴器的许用转矩为MNT630,联轴器的轴孔直径D38MM,半联轴器的长度为L82MM,联轴器标记为HL3联轴器3882GB5014852,按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度134主轴组件设计主轴组件设计主轴组件设计主轴组件设计主轴组件结构复杂,技术要求高,安装工件车床或者刀具铣床,钻床的主轴参予切削成形运动,因此它的精度和性能直接影响加工质量加工精度和表面粗糙度,设计时主要围绕着保证精度,刚度和抗振性,减小温度和热变形等几个方面考虑1、对主轴部件的基本要求主轴组件是机床主要部件之一它的性能对整机性能影响很大主轴直接承受切削力,转速范围又很大,所以对主轴组件的主要性能基本要求如下1,回转精度主轴组件的回转精度是指主轴的回转精度造成主轴回转误差的原因是主要是由于主轴的结构及其加工精度,主轴轴承的选用及刚度等,而主轴及其回转零件的不平衡,在回转时引起的激振力也会造成主轴的回转误差2,刚度主轴组件的刚度指受外力作用时,主轴组件抵抗变形的能力主轴部件的刚度与32主轴结构尺寸,支承跨距,所选用的轴承类型及配置形式,轴承间隙的调整,主轴上传动元件的位置等有关3,抗振性主轴组件的抗振性是指切削加工时,主轴保持平衡运转而不发生振动的能力,提高主轴抗振性,必须提高主轴组件的静刚度,采用较大阻尼比的前轴承,以及在必要时安装阻尼消振器,另外,使主轴的固有频率远远大于激振力的频率4,温度主轴组件在运转时,温度过高会引起很多不良结果,数控机床在解决温度问题时,一般采用注温主轴箱5,耐磨性,主轴组件必须有足够的耐磨性,以便能长期保持精度2,主轴部件的传动方式和布置形式1,传动方式主轴旋转运动传动方式的选择,决定于主轴转速的高低,所传递扭矩的大小,对远转平稳性的要求及结构紧凑,装卸维修方便这里我们选择齿轮传动,这样结构简单,紧凑和能传递较大的扭矩2,传动件位置的合理布置对于传动件直接装在主轴上的主轴部件,工作时主要承受传动力Q切削力P和支承反力合理布置传动件的轴向位置,可以改善主轴的受力情况,减少主轴的变形,改善传动件的轴承工作条件,减少轴承的受力,提高主轴部件的抗振性等合理布置的原则1传动力Q引起的主轴弯曲变形小,且能部分抵消切削力P引起的主轴弯曲变形2传动力Q引起的支承反力能部分抵消切削力引起的支承反力3传动力Q引起的主轴端位移小,并且尽可能部分地抵消切削力引起的端位移,尤其在影响加工精度的敏感方向上4结构紧凑,主轴箱尺寸小,装配维修方便综合所上述原则,选择传动件的轴向布置形式采用3、主轴部件轴承的选择1,主轴轴承的选择主轴部件上的轴承应具有旋转精度高,刚度高,承载能力强,抗振性好,极限转速高,适应变速范围大,摩擦功耗小,噪音低,寿命长的性能,同时应满足制造简单,使用维修方便,成本低,结构尺寸小等要求。滚动轴承已经标准化,并有专门工程批量生产,而且它在旋转精度高,刚度,承载能力,转速,发热等主要性能上能满足大多数主轴部件的要求,特别是它具有能在转速和载荷变动范围很大的的条件下稳定工作的的优点。这里前支承选用3182100型,可承受径向力,反支承选用一对推力球轴承,承受径向和轴轴向载荷,使主轴轴向定位2,轴承的配置大多数机床主轴采用两个支承,结构简单,制造方便,在配置轴承时,应注意以下几点1没个支承点都要能承受径向回力332每个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受3径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上,即负载都由机床支承件承受3,轴承的精度配合主轴轴承的精度要求比一般传动高,前轴承的误差对主轴前端的影响最大,所以前轴承的精度一般比后轴承的选择要高一级。普通精度级机床的主轴,前轴承选C或D级,后轴承选D或E级精密或高精级机床,前轴承选B或C级,后轴承选C或D级。这里前轴承选C精度,后轴承选D级精度轴承与轴和轴承与箱体孔之间,一般都采用过渡配合,采用比一般轴要松一些如J5,JS5,J6,JS6另外,轴承内外环都是薄壁件,轴的孔和形状误差都会反映到轴承滚道上去,如果配合精度选得过低,会降低轴承的回转精度,所以,轴承孔的精度应与轴承精度相匹配内圆选,1GD外圆选1GD4、主轴支承结构设计支承中的轴承应定位可靠,精度保证性好安装调整方便支承中各零部件的加工和装配工艺性好,维修更换方便1,轴承3182118型内圈的轴向定位双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动,当内圈向大端移动时,由于112的内锥孔内圈将胀大消除间隙。5主轴端部的结构型式主轴端部的型式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的型式主轴端部的结构,应保证夹具顶尖或刀具可靠,定位准确,高的联结刚度以传递足够的扭矩,并尽量缩短主轴悬伸长度,以及装卸方便等立式铣床主轴多采用724锥孔作定位面,供安装铣刀或铣刀心轴的尾锥,再用拉杆从主轴后端拉紧四个螺孔供安装铣刀用,两个长槽供安装端面键以传递扭矩6、主轴主要参数的确定主轴的主要参数是指主轴平均直径D主轴前轴颈直径D1主轴内孔直径D,主轴悬伸量A和主轴支承跨距L。这些参数直接影响主轴的工作性能但为简化问题,主要从静刚度条件出发来确定这些参数即选择D,D,A,L使主轴获得最大的静刚度,也就是使主轴轴端位移最小,同时兼顾其他的要求,如高速性,抗振性能等。1,主轴轴颈直径1D的确定主轴轴颈直径1D对主轴部件刚度影响最大加大直径1D,可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形所引起的轴端位移,从而提高主轴部件刚度但加大直径受到轴承ND值的限制,同时造成相配零件尺寸加大,制造困难,结构庞大和重量增加等因此在满足刚度要求下应取小值。查取1D90MM,后轴颈MMD852平均轴颈587221MMDDD取D27MM2,主轴内孔直径D的确定主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆,冷却管等,大型,重型机床的空心主轴还可以减轻重量确定孔径D的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主34轴刚度的要求下尽量去大些。由材料力学知,轴刚度K与抗弯截面惯性矩I成正比,与直径之间有下列关系41KIDKID空空实实由上式可知,当/0506DD时,空心主轴的刚度K空与实心主轴的刚度K实相差甚小,即内孔对主轴刚度降低的影响很小,当/07DD时,刚度降低约25因此,为了不至于过分地削弱主轴刚度,一般应使/07DD,取1/07,AD则悬伸量A63MM。4,主轴跨距L的确定根据,计算前支承刚度1414511700170090925510/AKDNMM计算综合变量3AEIKA此处取弹性横量5210EMPA钢的5210EMPA主轴的截面惯性距44446490273193166464IDDMMPIPI则有56532103193102759592551063由主轴跨距计算线图,得0/48LA，所以03024L合理跨距范围为0751522684536LL0合理之间，为提高刚度,应尽量缩短主轴外延伸长度A,选择适当的跨距L,一般推荐取L/A35。跨距L小时,轴承变形对轴端变形影响大,所以轴承刚度小时,L/A取大值,轴承刚性差时,则取小值。这里取L4A463252MM7主轴部件的密封根据主轴转速,主轴轴承的润滑方式,工作温度,工作状况和轴端结构特点来选择密封装置的35型式立式铣床的主轴是垂直安装的属立式主轴,可选用曲路密封迷宫式密封,这装置密封,垫圈和曲路相结合的密封垫圈甩开油液使其集中于端盖中引回,曲路密封还可以防止外界杂质侵入1制动器设计对制动器的要求是制动迅速,平稳,结构简单,紧凑,维修调整方便等制动方式有两类电机制动和机械制动。在数控铣床上，通常根据刀具与工艺要求需进行主轴转速的变换及制动，这制动装置常用离合器来实现，而电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件。由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选择，因而它已成为自动装置中常用的元件。这里我们采用机械制动,采用电磁离合器制动。按照要求，根据电磁离合器所能传递的静扭矩JM和动扭矩DM选择各类电磁离合器的规格，型号，从而确定其尺寸。141按扭矩选择按扭矩选择按扭矩选择按扭矩选择一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩JM和额定动扭矩DM满足工作要求。额定静扭矩JMYNNKKMJN9550MN式中JM离合器的额定静力矩（KGM）K安全系数MAXM运转时的最大负载力矩对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭矩设计，查机械设计手册表4430，取K2取Y099则JMKMAXMKX9550JNYN2X9550X75/1450X099978NM额定动扭矩DMMNMTANGDKMMKFA537020式中，AM加速扭矩；FGD2所有被离合器带动的零件折算到离合器轴上的当量飞轮矩2MKG；L2222211222NNGDNNGDGDGDZF360222AVGNNGDII36FGD2安装轴转速为N及轴上零件的非轮矩之和L2212,GDGD分别为离合器带动的其他各轴转速为N1，N,1N2INL上零件的飞轮矩之和AT加速时间,中型车床取13S,位行用001002S；0M空转扭矩。湿式多片式离合器一般为JM的12，油量小，精度高，水平安装是取小