XK6125数控铣床总体及横向进给传动机构设计（全套含CAD图纸）
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XK6125
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XK6125数控铣床总体及横向进给传动机构设计（全套含CAD图纸）,XK6125,数控,铣床,总体,横向,进给,传动,机构,设计,全套,CAD,图纸
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毕业设计(论文)XK6125数控铣床总体及横向进给传动机构设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年 月 日摘 要本论文是对XK6125数控铣床总体及横向进给传动机构设计，其内容包括：进给伺服系统机械部分设计与计算、步进电动机的计算与选型、铣床改造的结构特点、安装调整中应注意的问题等。对普通铣床进行数控改造符合我国国情，即适合我国目前的经济水平、教育水平和生产水平，又是国内许多企业提高生产设备自动化水平和精密程度的主要途径，在我国有着广阔的市场。从另一个角度来说，该设计既有机床结构方面内容，又有机加工方面内容，还有数控技术方面的内容，有利于将大学所学的知识进行综合运用。虽然设计者未曾系统的学习过机床设计的课程，但通过该设计拓宽了知识面，增强了实践能力，对普通机床和数控机床都有了进一步的了解。关键词：横向进给系统，数控化改造，机床改造，铣床55AbstractThe present paper is to XK6125 for feed system of NC transformation, its contents include: feed servo system of mechanical part design and calculation, and the calculation of the stepper motor selection, Miller structure characteristics, installation and adjustment should pay attention to the problem. On the common milling machine numerical control transformation in line with Chinas national conditions, that is suitable for Chinas current economic level, educational level and the level of production, but also many domestic enterprises to improve the level of automated production equipment and precision degree of the main way, has the broad market in our country. From another perspective, the design is a machine tool structure in terms of content, but also organic processing aspects, CNC technical content, the university knowledge to make comprehensive use of. Although the designers have not studied the machine design course, but through the design to broaden the knowledge, enhances the ability of practice, the general machine tools and CNC machine tools have a further understanding.KeyWords: horizontal feed system, NC transformation, transformation of machine tools, milling machine目录摘 要IAbstractII目录III第1章 数控机床发展概述11.1数控机床发展概述11.2数控机床的组成及分类11.2.1数控机床的组成11.2.2数控机床的分类31.3数控机床的特点及应用范围41.3.1数控机床的特点41.3.2数控机床的应用范围4第2章 数控机床总体方案的制订及比较52.1课题要求52.1.1题目名称（包括主要技术参数）及技术要求52.1.2课题内容及工作量52.2设计原则52.3总结构设计62.3.1数控机床的机构设计要求62.3.2提高机床的结构刚度62.3.3提高进给运动的平稳性和精度7第3章 确定切削用量及选择刀具83.1刀具选择83.2切削用量确定83.3切削三要素93.4加工精度和表面粗糙度93.5刀具材料12第4章 传动系统图的设计计算134.1 传动系统设计134.1.1 参数的拟定134.1.2 传动结构或结构网的选择134.1.3 转速图拟定154.1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制184.2 传动件的估算与验算224.2.1 传动轴的估算和验算224.2.2 齿轮模数的估算与验算244.3 展开图设计294.3.1 结构实际的内容及技术要求294.3.2 齿轮块的设计314.3.3 传动轴设计334.3.4 主轴组件设计364.4 制动器设计414.5 截面图设计424.5.1 轴的空间布置424.5.2 润滑434.5.3 箱体设计的有关问题44第5章 横向进给传动机构装配图零件图的设计计算455.1 进给伺服系统的设计455.1.1 对进给伺服系统的基本要求455.1.2进给伺服系统的设计要求455.1.3进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析465.2 横向进给滚珠丝杠副设计465.2.1 导程确定465.2.2 确定丝杆的等效转速465.2.3 估计工作台质量及负重475.2.4 确定丝杆的等效负载475.2.5 确定丝杆所受的最大动载荷475.2.6 精度的选择485.2.7 选择滚珠丝杆型号495.3 校核495.3.1 临界压缩负荷验证495.3.2 临界转速验证505.3.3 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率515.4 电机的选择515.4.1 电机轴的转动惯量525.4.2 电机扭矩计算52总结与展望54参考文献55致 谢56第1章 数控机床发展概述1.1数控机床发展概述随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量小。普通机床已不能适应这些需求。为了满足上述要求，一种新型的机床数字程序控制机床（简称数控机床）应运而生。最早进行数控机床研制的是美国人。1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的数控机床。但这台数控机床仅是一台试验性的机床，当时用的电子元件是电子管。直到1954年11月，第一台工业用的数控机床才生产出来。从此以后，世界上其他一些工业国家也多开始开发、生产及应用数控机床。我国数控机床的研制是从1958年起步的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始，数控技术广泛应用于车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。80年代，我国从日本及美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年，我国数控机床品种有了新的发展。早期的数控机床控制系统采用电子管，体积大、功耗高，只在军事部门应用。只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。目前数控技术的主要发展趋势是：实现高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微处理机和微型计算机，向着增强功能、降低造价、方便使用的目标进展；积极应用计算技术、系统工程理论和控制技术的最新成果，像这综合自动化方向变革。1.2数控机床的组成及分类1.2.1数控机床的组成数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床上讲，它由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体丝大部分以及辅助设备组成。（1）控制介质控制介质是指零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置的类型不同而不同，常用的有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、磁盘等。另外，随着CAD/CAM技术的发展，有些数控设备利用CAD/CAM软件在其他计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置。（2）数控装备数控装置是数控机床的控制中心。它由输入装置、控制装置和输出装置等组成。如图（2）所示，划线框内位数控装置。输入装置受控制介质上的信息，经过识别与译码之后，送到控制运算器。这些信息将作为控制与运算的原始依据。控制运算器根据输入装置送来的信息进行运算，并将控制命令输送往输出装置。输出装置将控制器发出的控制命令送到伺服系统，经功率放大，驱动机床完成相应的动作。（3）伺服系统伺服系统，亦称随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统。它是数控机床的执行机构，包括驱动和执行两大部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床移动部件运动，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脉冲信息体现的，每一脉冲使机床移动部件产生的位移叫脉冲当量(常用的脉冲当量为0.001mm0.01mm)。从自动控制理论的角度来分析，无论多么复杂的伺服系统，都是有一些功能元件组成的。目前数控机床的伺服系统中，常用的位移执行机构有功率步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，后两者都带有光电编码器等位置测量元件。（4）机床本体机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，它是在原有的普通机床的基础上改进而得到的，具有以下特点：1)数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统传动系统，机械传动结构简化，传动链较短。2)数控机床机械结构具有较高的刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形小。3)更多地采用高效传动部件，如滚动丝杠副，直线滚动导轨等。除了上述四个主要部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器，液压，气动系统与冷却、排屑、照明、储运等装置以及编程机、对刀块等。1.2.2数控机床的分类（1）按控制系统的特点分类1）点位控制数控机床点位控制机床的特点是只控制移动部件的终点位置，即控制移动部件由一个位置到另一个位置的精确定位，而对它们运动过程中的轨迹没有严格的要求，在移动和定位过程中不进行任何加工。2)线控制数控机床直线控制数控机床的特点是刀具相对于工件的运动不仅要控制两点键的准确位置（距离），还要控制两点之间移动的速度和轨迹。3)廓控制数控机床轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。4)执行机构的控制方式分类开环控制系统它是指不带反馈装置的控制系统。闭环控制系统它是指在机床的运动部件上安装位移测量装置，将加工中测量到的实际位置值反馈到数控装置中，与输入值的指令相比较，用比较的差值控制移动部件，直到差值为零，即实现移动部件的精确定位。半闭环控制系统它是在开环控制系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。(2)按工艺要求金属切削类数控机床金属成型类数控机床数控特种加工机床其它类的数控机床(3)按数控机床的性能分类档数控机床中档数控机床高档数控机床1.3数控机床的特点及应用范围1.3.1数控机床的特点数控机床是一个装有程序控制系统的机床。它是一种高度机电一体化的产品。特点如下：（1）工精度高（2）工生产率高（3）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）良好的经济效益（5）有利于生产管理的现代化1.3.2数控机床的应用范围从最经济的方面出发，数控机床适用于加工：（1）多品种小批量零件；（2）结构较复杂，精度要求较高的零件；（3）需要频繁改型的零件；（4）价格昂贵，不容许报废的关键零件；（5）需要小生产周期的急需零件。第2章 数控机床总体方案的制订及比较2.1课题要求2.1.1题目名称（包括主要技术参数）及技术要求1、主轴转速：25-1450转/分 2、工作台尺寸(长宽)： 1100mm250mm 3、工作台最大行程： 纵向 700mm 横向 280mm 垂直 360mm 4、快速移动速度： 10m/min5、工作台定位精度 x、y、z 0.03mm；工作台重复定位精度 x、y、z 0.02mm；6、纵向、横向及垂直进给为微机控制，采用步进电机或伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，脉冲当量0.010mm/脉冲。7、实现功能：铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等。8、操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止2.1.2课题内容及工作量(1) 机床尺寸联系图A0一张(2) 机床传动系统图A0一张(3) 横向进给伺服系统装配图A0一张(4)计说明书一份1万字以上注：全部图纸用计算机绘制，说明书由计算机输出。2.2设计原则根据设计要求和铣床的具体情况，课题的基本设计方案如下：（1）机床采用连续控制系统，定位方式采用增量坐标控制。（2）考虑到机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动。（3）进给传动的设计是机床设计的重点，数控机床必须有精确的进给传动系，才会有高的精度和表面质量。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选用，为达到分辨率0.01mm的要求，需采用齿轮降速传动，利用电子控制系统消除误差。（4）为了保证一定的传动精度和平稳性，又要求机构紧凑，所以选用丝杠螺母副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。（5）传动系统要加上脉动装置。以上为基本的设计方案，除了这些，课题应注意机床的几何精度的修正，数控指令的显示和使用等。2.3总结构设计2.3.1数控机床的机构设计要求数控机床的结构设计要求主要有以下方面:（1）有良好的抗振性能和很大的额定切削功率、高的静、动态刚度；（2）有较高的热稳定性和较高的几何精度、传动精度、定位精度；（3）有数控系统及其介质。下面我们详述数控机床结构设计的主要要求2.3.2提高机床的结构刚度机床的刚度是指切削力和其它力作用下,抵抗变形的能力。机床在切削过程当中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重；承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这种力作用下将产生变形。如固定连接表面或啮合运动表面的接触变形；各支撑零件不得弯曲和扭转变形，以及某些支撑件的局部变形等，这些变形都会直接或间接的引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。(1)选择及布置隔板和筋条床身的静刚度是直接影响机床的加工精度和其生产率的主要因素之一。而静刚度及固有频率，是影响动刚度的重要因素。支承件的隔板和筋条的合理性，可提高构件的静、动刚度。(2)结构刚度与普通机床相比，数控机床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。机床的导轨和支承件往往是局部刚度最弱的部分，在本次设计中，采用双臂联接形式，X、Y轴导轨较窄。(3)采用焊接结构的构件采用钢板和型钢而不采用铸件的原因：1）钢的弹性模量约为铸铁的两倍，因此采用钢板焊接结构床身有利于提高固有频率。在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件与铸件的刚度相同，则焊接件的臂厚只需铸件的一半。2）如果要求局部刚度相同，因局部刚度与臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需铸件的80%左右。3）钢可以提高构件的谐振频率使共振不易发生。4）钢板焊接能将构件做成全封闭的箱形结构，提高刚度。焊接结构床身的突出优点是制造周期短，一般比铸铁快1.7-3.5倍。省去了制作木模和铸造工序，不易出废品。焊接结构设计灵活，便于产品更新、改进结构。焊接件能达到与铸件相同，甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减少质量。合理的结构布局可以提高刚度，机床的工作头部分由于重力作用将会使机床立柱产生弯曲变形，切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形。这些变形将影响到加工精度。故本次设计中将采取通过在立柱上方安装两组定滑轮来平衡重力的方法，来减少立柱的变形，提高机床的刚度。2.3.3提高进给运动的平稳性和精度数控机床各坐标轴进给运动的精度极大的影响零件的加工精度。在开环进给系统中运动精度取决于系统各组成环节，特别是机械传动部件的精度；在闭环和半闭环进给系统中，位置监测装置的分辨率对运动精度有决定性的影响，但是机械传动部件的特性对运动精度也有一定的影响。通常在开环进给系统中，设定的脉冲当量为0.01mm时，实际的定位精度最好的情况也只能达到0.025。在闭环进给系统中，设定的脉冲当量（或称最小设定单位）一般为0.001mm，实际上定位精度只能达到0.003mm，当指令进给系统做单步进给（即每次移动0.001mm）时，开始一两个单步指令，进给部件并不动作，到第三个单步指令时才突跳一段距离，以后又如此重复。这些现象都是因为进给系统的低速爬行现象引起的，而低速爬行现象又决定于机械传动部件的特性。本设计采取的方案有：（1）减少静、动摩擦系数之差（2）提高系统的传动刚度。第3章 确定切削用量及选择刀具3.1刀具选择（一）刀具选择：铣平面：硬质合金端铣刀或立铣刀，尽是采用二次走刀。凸台、凹槽、箱口面：立铣刀。毛坯表面或粗加工孔：镶硬质合金刀片的玉米铣刀（粗皮刀）。立体型面和变斜角轮廓外形：球刀、环形刀、锥形刀、盘形刀。（二）原则：安装调整方便、刚性好、耐用和精度高。尽是用较短刀柄，保证刚性。（三）排序原则减少刀具数量；装夹一次，尽是加工完；即使刀具规格相同，粗、精加工刀具分开；先铣后钻；精加工，先曲面后二维轮廓；尽可能自动换刀。3.2切削用量确定粗：效率；半精、精：质量、兼顾效率。1、主轴转速n：根据线速度v确定：V= (端铣：150m/min；周铣：30m/min)2、切深t：最好是t等于加工余量。3、切宽L：与刀具直径成正比，与切深成反比。L0.60.9d粗加工：大切深、大进给、低切速。精加工：小切深、小进给、高切速。3.3切削三要素主轴转速、切削深度、进给速度。少切削，快进给。3.4加工精度和表面粗糙度1、加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度。（1）尺寸精度：公差与配合国家标准（GB18001804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2IT18。新公差等级与旧公差等级的对照及应用新公差等级旧精度等级加工方法应用轴孔IT01IT2无研磨用于量块、量仪制造IT3IT4研磨用于精密仪表、精密机件的光整加工IT51无研磨、珩磨、精磨、精铰、精拉用于一般精密配合。IT7IT6在机床和较精密的机器、仪器制造中用得最为普遍IT621IT732磨削、拉削、铰孔、精车、精镗、精铣、粉末冶金IT834IT94车、镗、铣、刨、插用于一般要求。主要用于长度尺寸的配合外，如键和键槽的配合IT105IT116粗车、粗镗、粗铣、粗刨、插、钻、冲压、压铸用于不重要的配合。IT12IT13也用于非配合IT12IT137IT148冲压、压铸用于非配合IT15IT18912铸、锻、焊、气割（2）形状精度：零件上的线、面要素的实际形状相对于理想形状的准确程度。 国家标准（GB11821184-80）规定了六项形状公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。（3）位置公差：零件上点、线、面要素的实际位置相对于理想位置的准确程度。 国家标准（GB11821184-80）规定了八项位置公差：定向：平行度、垂直度、倾斜度。定位：同轴度、对称度、位置度。跳动：圆跳动、全跳动。2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。国家标准（GB3503-83、GB103183、GB131-83） 轮廓算术平均偏差： Ra 或近似于Ra 微观不平十点高度： Rz(+) 在常用数值范围内（Ra0.256.3m，Rz0.125m），在图样上应优先选用Ra。表面粗糙度Ra、Rz允许值及加工方法表表面要求表面特征Ra(m)Rz(m)加工方法旧国际光洁度级别代号第1系列第2系列第1系列第2系列不加工毛坯表面清除毛刺160012501000800630500100400粗加工明显可见的刀纹80320粗车粗铣粗刨钻粗锉16325050200可见刀纹4016023212525100微见刀纹2080316.06312.550半精加工可见加工痕迹1040半精车精车精铣精刨粗磨48326.325微见加工痕迹52054163.212.5不见加工痕迹2.5106281.6精加工可辨加工痕迹的方向1.256.3精铰刮精拉精磨71.0050.84微辨加工痕迹的方向0.633.280.52.50.42.0不辨加工痕迹的方向0.321.690.251.250.21.00精密加工暗光泽面0.160.80精密磨削珩磨研磨超精加工抛光100.1250. 630.10.50亮光泽面0.0800.40110.0630.320.050.25镜状光泽面0.0400.20120.0320.160.0250.125雾状光泽面0.0200.10130.0160.0800.0120.063镜面0.0100.050镜面磨削研磨140.0080.0400.0250.0323.5刀具材料碳素工具钢T10A、T12A：HRC60-64,200-250，V8m/min。合金工具钢CrWMn、9SiCr：350-400，V10m/min。高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600，V30m/min；110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，6004、硬质合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000，V100-300m/min。另外，还有新型硬质合金、陶瓷材料、人造金刚石、立方氮化硼等。第4章 传动系统图的设计计算4.1 传动系统设计4.1.1 参数的拟定已知课题要求的主轴转速：25-1450转/分，而根据机床主轴变速标准数列的要求，无1450这个标准数据，所以拟采用30-1500转/分，这样这个转速范围正好可以包含25-1450转/分，而又可以满足主传动变速要求选定公比，确定各级传送机床常用的公比 为1.26或1.41，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =1.26，根据给出的条件：主运动部分Z=18级，根据标准数列表，确定各级转速为：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.4.1.2 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. .个传动副，即Z=。传动副数由于结构的限制，通常采用P=2或3，即变速Z应为2或3的因子：Z=x因此，这里18=3x3x2，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18=3x3x2方案。3，传动系统的扩大顺序安排 对于18=3x3x2的传动，有3！=6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18=xx的传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，18=xx的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择18=xx的结构式。4验算变速组的变速范围 齿轮的最小传动1/4，最大传动比2，决定了一个传动组的最大变速范围=/因此，可按下表，确定传动方案：根据传动比及指数 x, 的值公比极限值传动比指数1.26x值: =1/=1/46值: =23（x+）值：=89因此，可选择18=xx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：Z=*最后扩大传动组的变速范围为：r=按原则，导出系统的最大收效Z和变速范围为： 231.26Z=18R=50Z=12R=12.7因此，传动方案18=3*3*2符合上述条件，其结构网如下图4.1：图4.1 结构网图4.1.3 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。1，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P=60f/p=60x50/p ( r/min)机床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度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7.5KW，转速为1500r/min的电机，查表，其型号为Y132M-4，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/minY132M-47.5KW144015002、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： d, m从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率和噪音加大：=1/(3.5+cn)KW式中：C系数，两支承滚动轴承和滑动轴承C=8.5，三支承滚动轴承C=10；所有中间轴轴径的平均值；主轴前后轴径的平均值中间传动轴的转速之和n主轴转速（r/min）=20lg-K式中：（所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm;主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;q传到主轴上所经过的齿轮对数主轴齿轮螺旋角,K系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床=3.5，铣床K=50.5 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v8m/s(可用级齿轮精度)，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。（3），齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：a, 升速传动中，最大传动比 2 ，过大，容易引起振动的噪音。b, 降速传动中，最小传动比 1/4。过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。（4）分配最小传动比a,决定轴V-VI和VI-的传动比，根据台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为1，b,决定各变速组的传动比；由前面2轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的现在，根据“前缓后急”的原则，取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4，=1.26，=4，轴III-IV和轴II-III均取=1/（5）拟定转速图：根据结构图及结构网图及传动比的分配，拟定转速图，如下图4.2所示： 图4.2 传动系统图4.1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1，齿轮齿数的确定的要求：可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数：选择是应考虑：a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数，即：推荐：对轴齿轮=12，特殊情况下=11，对套装在轴上的齿轮，=16，特殊情况下=14，对套装在滚动轴承上的空套齿轮，=20；当齿数少于不发生根切的最小齿数时（压力角a=20的直齿标准，=17），一般需对齿轮进行正变位修正。b,保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚，一般取则，如图4.3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。2，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II-III间变速齿轮齿数的确定：由于公比=1.26，传动比为=1/=，=1/=，=1/设：传动组中最小齿轮齿数=16，查机床设计手册表7.3-14可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）齿数和为=55公用齿轮选为=39轴III-IV间变速组齿轮齿数的确定：传动比为=1/ =1/ =根据=，主动轮齿数为39，从表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）齿数和为：=65轴IV-V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IV-V间的两对齿轮，其传动比为=1/4, =2分别取，则34取30，30x3=90, =30x4=120按传动比将齿数分配如下：=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38轴V-VI及VI-VII间齿数确定，由于这两个传动组只是改变传动方向，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V-VI轴间锥材料齿轮齿数为29，I-VII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，最大误差不得超过即%主轴的各级实际转速分别为：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min=2%而%=2.6%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2.4所示 图1.4 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IIIIIIIV=VVIVIII（主轴）4.2 传动件的估算与验算4.2.1 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：d=91mm式中：N该传动轴的输入功率N= KW电机额定功率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）。该传动轴的计算转速；计算转速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：（主）=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（deg/m）0.5-11-1.51.5-2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d=91 mm（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；1.5-2.82.8-44.5-7.55.5-7.57.5-11车床60-8070-9070-10595-130110-145升降台铣床50-9060-9060-9575-10090-105各轴的计算转速：=95 r/min=118 m/min =300 r/min=750 r./min =1450 r/min轴径的估算：=91x=24.4=91x=28.78 =91x=36.18=91x =45.69 =91x=48.242、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和，即 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（0.00030.0005）装轴承处，装齿轮处0.0025 0.0001刚度要求较高的轴0.00021装单列圆锥磙子轴承0.0006安装齿轮的轴（0.010.03）装滑动轴承处0.001安装蜗轮的轴（0.020.05）装单列径向圆锥磙子轴承处0.001（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或当量直径计算公式：矩形花键轴：平均直径=（D+d）/2当量直径 =惯性矩： I=4.2.2 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。齿轮弯曲疲劳强度的估算： mm齿面点蚀的估算：A mm其中 为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心矩，由中心矩A及齿数，求出模数=2A/ mm根据估算所得和中较大的值，选择相近的标准模数，各齿轮的计算转数为：=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min =300r/min =118r/min轴III间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算：=32=1.87齿轮点蚀的估算：A=370x =81.76 mm=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm所以模数为m=3.轴IIIII传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算：=32=2.759齿面点蚀估算：A=370x =108.18=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm取标准模数 m=4轴IIIIV间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算：=32x=3.046齿面点蚀估算：A=370x =117.3=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61所以取标准模数m=4mm。轴VVI间传动组齿轮模数的估算：齿轮弯曲疲劳计算，4.46齿面点蚀估算：Ax=153.4=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29取标准模数值m=5,轴VIVII间齿轮模数的确定：齿轮弯曲疲劳强度计算：齿面点蚀估算：Ax =158.7=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37取模数值为m=4。2、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：= mm根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数，公式：= mm 式中：N计算齿轮传递的额定功率N= KW计算齿轮的计算转速r/min齿宽系数=b/m, 常取6-10；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， i=/1; “+”用于外啮合，“-”用于内啮合寿命系数，=，工作期限系数，=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n齿轮的最低转速 r/minT预先的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=1500020000h;转速变化系数功率利用系数材料强化系数，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工作情况系数，中等冲击的主运动，=1.21.6；动载荷系数齿向载荷分布系数齿形系数许用弯曲，接触应力MPa;1、轴I-II间齿轮模数的计算(验算)(1)按接触疲劳计算齿轮模数:N=y=0.987.5=7.35W=8 查表: 取 则 取 线速度 查表: 取 查表 取 查表取 . 因此: (2) 根据弯曲疲劳计算 查表取 : 而 查表取 .Y=0.43, 因此: 。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；4.3 展开图设计4.3.1 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，0.01mm；主轴轴向串动0.01mm。（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3400N/m主轴与刀架之间的相对振幅的要求等级IIIIII振幅（0.001mm）123(3)，传动效率要求等级IIIIII效率0.850.80.75（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7040用滑动轴承6030 噪声要控制在以下范围：等级IIIIIIdB788083噪音=20log式中：所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值mm主轴上齿轮的分度圆直径的平均值mm传到主轴所经过的齿轮对数,k系数，根据个类型及制造水平选取。我国中型车床，铣床=3.5，铣床K50.5（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4.3.2 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7-6-6,这里主运动齿轮的精度选为7-6-6。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2.5所示，各部分的尺寸推荐如下：（1）、空刀槽，插齿时： 模数 12mm， 5mm; 模数2.54mm, 6mm。剃齿时： 采用公式：=4.5+k(1.1+0.038-0.03)mm及计算。图4.5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，应大于8。由于这里采用的齿轮的精度为7-6-6，需要剃齿或珩齿，需齿面淬火，所以8，取=8。（2）、齿宽b 图4.5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=(610)m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1.6），圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样， 图1.6部分（图（一）用于安装拨动齿轮的滑块，一般取=或，这里我们选。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。4.3.3 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：L=试中：L额定寿命（ x）转C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：=试中： 额定寿命（h）n轴承的计算转速（r/min）当量动载荷：P=X+Y试中：径向负荷（Kgf）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：= 试中：当量静负荷（kgf） 按下列两式计算，取大值 额定静负荷（kgf）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。5、传递轴的结构设计1）、 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: 联轴器的计算转矩 查表取 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: , 联轴器的轴孔直径d=38mm, 半联轴器的长度为L=82mm,联轴器标记为: HL3联轴器 3882 GB501485.2,按轴向定位要求确定轴的各段直径和长度.4.3.4 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(2) 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 外圆选4、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1:12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7:24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), 主轴轴颈直径的确定主轴轴颈直径对主轴部件刚度影响最大. 加大直径,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=90mm,后轴颈 平均轴颈 取d=27mm.2), 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: 由上式可知,当时,空心主轴的刚度与实心主轴的刚度相差甚小,即内孔对主轴刚度降低的影响很小, 当时,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 另外,还应考虑主轴的颈外壁厚是否足够. 推荐: 铣床,d=拉杆直径+(5-10)mm.根据铣床的主参数, 取d=29mm.则 22。满足要求.3), 主轴悬伸量a的确定主轴悬伸量a是指主轴前端大炮前支承径向反力作用中点(一般为前径向支承中点)的距离,它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸(大多都有轴端标准),前支承的轴承配置和密封装置等. 有的还与机床其它结构参数有关,如工作台的行程等. 因此主要由结构设计确定。参考同类机床和,取则悬伸量a=63mm。 4), 主轴跨距的确定根据,计算前支承刚度. 计算综合变量=此处取弹性横量. (钢的)主轴的截面惯性距则有： 由主轴跨距计算线图,得:， 所以.合理跨距范围为:，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,一般推荐取/a=3-5。跨距小时,轴承变形对轴端变形影响大,所以轴承刚度小时, /a取大值,轴承刚性差时,则取小值。这里取=4a=463=252(mm).7. 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.4.4 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和动扭矩选择各类电磁离合器的规格，型号，从而确定其尺寸。一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩和额定动扭矩满足工作要求。 额定静扭矩： 式中：离合器的额定静力矩（Kgm） K安全系数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4-430，取K=2 取y=0.99则 K= Kx9550=2x9550x7.5/1450x0.99=97.8 Nm额定动扭矩：式中，加速扭矩；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； ; 安装轴(转速为n)及轴上零件的非轮矩之和 ; 分别为离合器带动的其他各轴(转速为n，nn)上零件的飞轮矩之和;加速时间,中型车床取1-3s,位行用0.010.02s；空转扭矩。湿式多片式离合器一般为的12%，油量小，精度高，水平安装是取小值；通过计算，这里选用铣床专用离合器，型号为：DLMOZ-5B。4.5 截面图设计截面图设计主要考虑以下四个方面的问题:1, 个轴的位置安排:包括主轴,I轴和中间各传动轴的合理安排和确定;2, 箱体结构和外形:变整箱体结构,与床身的连接方式,外观造型等;3, 操纵机构的设计和选择;4, 润滑系统的设计和润滑元件的选择.4.5.1 轴的空间布置1,主轴和传动主轴的轴装在套筒内，传动主轴的轴与主轴之间用一对1：1的齿轮出动，该轴也是垂直分布的。2，轴入轴的装置（1）I轴上装有电磁离合器制动，该部件的位置安排应便于调整；（2）电磁离合器，需要考虑便于冷却和润滑，离主轴部件部件要远一些，以减少摩擦发热对主轴热变形的影响。（3）综上所述，铣床I轴一般安排在变速箱后壁处；3，中间各传动轴主轴和各传动轴位置确定后，中间各传动轴位置即可按转动顺序进行安。4.5.2 润滑主轴变速箱常用的润滑方式有飞润滑和压力循环润滑，飞润滑适用于润滑点比较集中，要求不很高的变速箱，这里我们采用压力循环润滑，压力循环润滑分箱内循环润滑和箱外循环润滑，前者结构简单，布置紧凑，后者冷却润滑效果1，压力循环润滑系统的计算（1）润滑油量 油量粗算： 式中： 额定功率 机床效率也可用如下公式计算各润滑部位的需油量； 式中： 允许循环油温升，通常为45-50 （2）油池容量： （升） （升）油池容积应超过V的30%，即为：7.254-16.93 （升）（3）油管的选择与计算油管的内径计算： 式中： -流量 （l/min） -管内油的流速 取主轴管内油的流速为支油管： =1 l/min,外径x壁厚为：4x0.5；回油管： ，外径x壁厚为：12x1。2，柱塞泵的油量计算、结构和规格尺寸供油量 l/min 式中： d柱塞直径 N柱塞每分钟往复次数， 次/分 以300-700次/分为宜，400-520次/分为佳。 S柱塞行程。 效率，=0.750.9。4.5.3 箱体设计的有关问题箱体材料以中等强度的灰铸铁HT15-33和HT20-40用得最广泛。需时效处理。砂型铸造时，箱体铸件的最小壁厚：尺寸（长x宽x高）mm壁厚mm大于800x800x500约253，箱体壁孔对刚度的影响和补偿箱体轴承孔面积点总侧壁面积30%左右时候，与未开孔的箱体比较，扭转刚度下降20-30%，弯曲刚度下降更大，为弥补因开孔而削弱的刚度，常用凸缘和加工筋。加强筋：厚度为：0.7b，筋高：（45）b。第5章 横向进给传动机构装配图零件图的设计计算5.1 进给伺服系统的设计5.1.1 对进给伺服系统的基本要求进给伺服系统不但是数控机床的一个重要组成部分，也是数控机床区别于一般机床的一个特殊部分。数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度高；跟踪指令信号的响应快；系统的稳定好。(1)稳定性伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的扰动信号消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行,或者在输入的指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力。伺服系统的稳定性是系统本身的一种特性，取决于系统的结构及组成元件的参数（如惯性、刚度、阻尼、增益等），与外界的作用信号（包括指令信号或扰动信号）的性质或形式无关。(2)精度伺服系统的精度是指系统的输出量复现输入量的精确程度。伺服系统工作过程中通常存在三种误差：动态误差、稳定性误差和静态误差。实际中只要保证系统的误差满足精度指标就行。(3)快速响应性快速响应特性是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。它包含系统的响应时间，传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工精度和生产率。5.1.2进给伺服系统的设计要求在静态设计方面有：能够克服摩擦力和负载(2)很小的进给位移量(3)高的静态扭转刚度(4)足够的调速范围(5)进给速度均匀，在速度很低时无爬行现象在动态设计方面的要求有：(1)具有足够的加速和制动转矩(2)具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满意的表面质量(3)负载引起的轨迹误差尽可能小对于数控机床机械传动部件则有以下要求(1)被加速的运动部件具有较小的惯量高的刚度良好的阻尼传动部件在拉压刚度扭转刚度摩擦阻尼特性和间隙等方面尽可能小的非线性5.1.3进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析(1).时间响应特性进给伺服系统的动态特性，按其描述方法的不同，分为时间响应特性和频率响应特性。(2)频率响应特性(3)快速性分析5.2 横向进给滚珠丝杠副设计（1）精度要求：进给精度快速移动速度： 10m/min5.2.1 导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电动机的最高转速，则丝杠的导程为 取Ph=12mm5.2.2 确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度是丝杆的转速 最小进给速度是丝杆的转速 丝杆的等效转速 式中取故5.2.3 估计工作台质量及负重丝杠等组件重量 工作台重量 移动部件重量 5.2.4 确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）5.2.5 确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h由上式计算得Car=17300N表3-1-1各类机械预期工作时间Lh表3-1-2精度系数fa表3-1-3可靠性系数fk表3-1-4负载性质系数fw5.2.6 精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。选用滚珠丝杠的精度等级丝轴为13级（1级精度最高），考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴精度等级为3级5.2.7 选择滚珠丝杆型号 计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=12mm则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径 d0=40mm 丝杆外径d1=39.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m5.3 校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。5.3.1 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：
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