立式铣床机械结构设计-总体及主轴箱设计

1、唐 山 学 院 毕毕 业业 设设 计计 设计题目：设计题目：立式铣床机械结构设计-总体及主轴箱设计 系系 别：别： 机电系 班班 级：级： 10 级机电一体化 姓姓 名：名： 指指 导导 教教 师：师： 2 0 1 2 年1 1 月3 日 唐山学院毕业设计任务书唐山学院毕业设计任务书 题 目立式铣床机械结构设计-总体及主轴箱设计 专 业机电一体化班级2010 级学生姓名 承担指导任务单位导师姓名导师职称讲师 一、毕业设计内容 介绍了立式升降台通用铣床主传动系统设计及铣床总体结构设计。以普通机 床设计为基础，结合现代此类相关课题的研究方法，在相关机床主轴箱设计的基 础上，绘制铣床总体装配图、主轴

2、箱装配图、立式铣头装配图及相关零部件图。 二、基本要求 1.完成立式铣床机械结构总体方案设计； 2.完成总体结构设计、主轴箱结构设计、主轴组件设计； 3.刀库选型设计，对主要零件进行强度校核； 三、设计组成：图纸 11 张，说明书 64 页 四、应收集的资料及参考文献： 1 廉元国，张永红。加工中心设计与应用 M。北京：机械工业出版社； 160 2 成大先。机械设计图册 J。北京：化学工业出版社； 2000（3）：20100 3 蔡春源。机械零件设计手册 M。北京：冶金工业出版社； 1994（6）3058 4 贾耀清。机械零件手册 J。北京：机械工业出版社； 1995（6）：2060 5 梁德

3、本，叶玉局。机械制图手册 M。北京：机械工业出版社； 1997（6） 五、进度计划： 2012 年 9 月 2 日：进行毕业设计指导，组织学员选择设计题目。 2012 年 9 月 2 日10 日：审定学员毕业设计大纲，发放毕业设计任务书。 2012 年 9 月 11 日17 日：审查学员毕业设计开题报告，开始撰写毕业设计。 2012 年 9 月 18 日10 月 6 日：学员组织材料，撰写初稿。 2012 年 10 月 7 日14 日：审查初稿，指导学员修改论文。 2012 年 10 月 15 日20 日：进行二次论文修改指导、定稿。 2012 年 10 月 21 日25 日：审订论文格式，告

4、知打印一式两份。 2012 年 10 月 26 日11 月 3 日：最终定稿，告知准备论文答辩。 教研组主任签字时 间 年 月 日 唐山学院毕业设计开题报告唐山学院毕业设计开题报告 题 目立式铣床机械结构设计-总体及主轴箱设计 专 业机电一体化班级2010 级学生姓名 一、文献综述 1.铣床的主要用途和工艺特点 铣床是一种用途广泛的机床,在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(键 槽、T 形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面(螺纹、螺旋 槽)及各种曲面.此外,还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等.铣床在工 作时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀旋转为

5、主运动,辅以工作台或铣头的 进给运动,工件即可获得所需的加工表面.由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较 高.用铣刀对工件进行铣削加工的机床.铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花 键轴外,还能加工比较复杂的型面,效率较刨床高,在机械制造和修理部门得到广泛应 用。 铣床的工艺特点如下： 1）铣床的主轴带动铣刀作旋转主运动； 2）铣刀是多齿、多刃连续进行切削； 3）多数铣床由工作台带动工作件作直线进给运动； 4）铣刀在切削时，每个刀齿的切削过程是断续的，同时参加切削的齿数是变化 的， 每个刀齿的切削厚度也是变化的，因此容易引起机床振动； 5）铣削时，铣刀同时参加的齿数较多，便于采用较大的铣削速度

6、和进给量，因 而 生产效率较高。 2.铣床的主要类型 （1）升降台铣床 升降台铣床主要特征是带有升降台。升降台在床身上的导轨可以上下移。工作台 安装在升降台上面，并能前后、左右移动。所以升降台铣床加工很灵活，用途很广。 升降台铣床可分为卧式铣床和立式铣床。 卧式铣床的主轴位置是水平的，习惯上称 “卧铣” 。它由底座、床身、铣刀轴 （刀 杆） 、悬梁及悬梁支架、升降工作台、滑座及工作台等部分组成。加工时，刀具 安装在 与主轴连接的刀杆上，作旋转的住运动；工件安装在工作台上，工作台在滑座 上作纵 向进给运动；滑座和工作台在升降台上作横向运动；升降台带着滑座和工作台 一起作 垂直升降运动。悬梁的右端

7、可安装支架，以提高铣刀轴的刚度。悬梁支架将悬 梁和升 降台连接起来，提高了机床的刚度和抗振性。卧式升降台铣床主要用于铣削平 面沟槽 和成型表面等。 1）主运动传动系统：将主电动机的旋转运动，通过齿轮传到主轴，使装在主轴 上 的铣刀轴获得18 级主运动速度。立式铣床只不过是将卧式铣床水平主轴的运动， 通过 锥齿轮转变为垂直的主轴运动而已。 2）进给运动传动系统：升降台铣床的进给传动系统与车床的明显区别为：车床 的 纵向、横向进给运动是由主电动机经主轴箱、挂轮架、进给箱、溜板箱传来的，而 且 主轴的运动速度与刀架的纵向进给速度保持着一定的关系。而升降台铣床的进给运 动 则是一台单独电动机驱动的。进

8、给运动与主轴（刀具）旋转运动没有关系。 （2）工作台不升降铣床 工作台不升降铣床也称无降台铣床。它的工作台及滑座支承在床身上，工作台作 纵横两个方向的运动，主电动机带动主轴作旋转的主运动，同时，整个主轴箱在立柱 上作垂直的升降运动。故机床的刚性好，适合于高速切削加工比较重和大尺寸的工件。 目前有两种布局形式。 1）十字工作方式：这种铣床工作台在滑座和床身上完成两个方向的移动，主轴 箱 在立柱作上下移动，同时主轴作旋转主运动。 2）立柱移动式：这种铣床工作台只作纵向移动，立柱带着主轴箱一起作横向移 动， 同时主轴箱主轴（铣头）在立柱上作垂直升降移动。同样，工作台不升降（无降 台） 铣床也分卧式和

9、立式两种，目前的数控铣床，特别是加工中心普遍采用这两种布 局形 式。 （3）龙门铣床：龙门铣床是一种大型铣床，具有龙门式的框架，适宜于加工大型 工 件上的平面和沟槽。 通用的龙门铣床一般在龙门式框架有34 个铣头。每个铣头都是一个独立的主运 动部件，其中包括单独的电动机、变速机构、传动机构、操纵机构及主轴等部分。铣 头可分别在横梁或立柱上移动，用以作横向或垂直进给运动及调整运动。铣刀可在铣 头的主轴套筒移动，实现轴向进给运动。横梁可在立柱作垂直调整运动。加工时，工 作台带动工件作纵向进给运动，工件从铣刀下通过后，就被加工出来。龙门铣床刚度 高，可以用多个铣头同时加工几个工件或几个表面。因此，龙

10、门铣床的生产率比较高。 它特别适应于批量生产。 3.铣床的发展趋势 1952 年，公开发布了世界上第一台数控铣床试制成功，机床进入数字智能化， 因此，铣床大致有以下发展趋势： （1）控制朝着自动控制及智能化的数字伺服技术。 （2）计算机及信息处理技术。 （3）精密机械技术。 （4）精密检测和智能化的传感技术。 （5）网络和通信技术。 4.本设计的特点 本设计方案简洁、明亮、大方，在满足使用要求前提下尽量选择合理、合适 的材料、设计方法，以期待减小企业购买以及使用过程中的成本，达到较佳的经济效 益。 谈到经济效益，即有设计和制造的经济效益，也有使用中的经济效益。如果机器 的 结构方案比较复杂，那

11、设计及制造费用就高，但使用中的费用就偏低。如果机器结 构 方案简单，则设计及制造中的费用低，而使用中的费用偏高。由如下图说明： 总费用 设计 制造 费用 使用费用 复杂性 本方案在设计过程中按以上图形进行构思。 二、设计（研究）方案 设计一部机器，大致经历如下程序： 调查决策工艺方案设计结构设计 技术文件的编制生产设计 以下为设计一整台机器中第二阶段的部件方案设计： 方案一： 有级变速系统主参数的确定动力参数的确 定 传动系统转速图 齿轮齿数的确定计算转速 变速机构 分级变速的主传动设计 齿轮布置与排列 主传动开停制动装置 数控机床主轴箱的构造 主轴组件设计 主传动系统的结构设计 轴承精度、刚

12、度及预紧主轴的传动主轴组件润滑及密封 主轴组件设计 费用 方案二： 无级变速装置的选择 高速主传动设计 齿轮的布置与排列 主传动开停及制动装置 数控机床主轴箱的构造主轴滚动轴承的类型 主轴组件润滑及密封 驱动电机和主轴功率特性匹配设计 运动参数和动力参数确定 主轴的传动 无级变速的主传动系统设计 主传动系统的结构设计 轴承精度、刚度及预紧 主轴组件设计 指导教师签字时 间2012 年 9 月 17 日 唐山学院毕业设计评语及成绩唐山学院毕业设计评语及成绩 学生姓名专业机电一体化班级2010级学号 毕业设计题目立式铣床机械结构设计-总体及主轴箱设计 指导教师姓名指导教师职称讲 师 指导教师评语：

13、 论文设计方案合理、简洁，在满足使用的前提下，从材料选择，到设计方 法，处处体现了节约成本，降低消耗的设计理念，为企业提高了经济效益。 为今后机械设计的发展方向提供了素材。 专家评语： 签字： 年 月 日 答辩小组意见： 答辩小组组长签字： 年 月 日 成绩： 院长（主任）签字： 年 月 日 摘摘 要要 论文主要介绍了立式升降台通用铣床主传动系统设计及铣床总体结构设计。以 普通机床设计为基础，结合现代此类相关课题的研究方法，在相关机床主轴箱设计 的基础上，绘制铣床总体装配图、主轴箱装配图、立式铣头装配图及相关零部件图。 本文分以下几部分对以上内容进行了讨论：首先，根据需加工零件的生产需要拟定

14、出主轴箱布局方案。其次，根据布局方案确定铣床结构方案，选择合理的交流电机， 通过计算选择合理的齿轮、轴及电磁制动器等零部件及相应辅件。在附录中收录了 相关设计计算方面参考书目。本设计方案简洁、明亮、大方，在满足使用要求前提 下尽量选择合理、合适的材料、设计方法，以期待减小企业购买以及使用过程中的 成本，达到较佳的经济效益。谈到经济效益，即有设计和制造的经济效益，也有使 用中的经济效益。如果机器的结构方案比较复杂，那设计及制造费用就高，但使用 中的费用就偏低。如果机器结构方案简单，则设计及制造中的费用低，而使用中的 费用偏高。 关键词关键词： 主轴箱 主轴系统 联轴器 电磁制动器 目目 录录 1 1 绪论绪论 .1 1 1.1 铣床的工艺特点 .1 1.2 题目的要求 .1 1.3 铣床的发展概况 2 2 主要内容主要内容.3 3 2.1 课题分析 .3 2.2 分级变速主传动系统设计 .4 2.2.1 分级变速系统主参数的确定.4 2.2.2 动力参数的确定.5 2.2.3 分级变速系统的转速图.5 2.2.4 齿轮齿数的确定.7 2.2.5 计算转速.7 2.3 主传动系统的结构设计 .9 2.3.1 齿轮相关参数的确定.9 2.3.2 齿轮的布置与排列.14 2.3.3 各有关轴的结构设计.15 2.3.4 主传动的开停、制动装置 .