400型木线机设计

摘要木线机是一种专门用于木材加工的机械设备，广泛应用于家具制造、建筑装饰、木制品加工等领域。其核心功能是通过切削、雕刻、开槽等工艺，将木材加工成各种复杂的木线条、装饰条和木制构件。本毕业设计以木线机为研究对象，旨在通过系统化的设计与分析，优化其结构、性能和功能，满足现代木材加工行业对高效、高精度设备的需求。设计过程中，首先对木线机进行了分类，明确了不同类型木线机的特点和应用场景。在此基础上，提出了木线机及主轴部件的设计原则，确保设备在运行过程中具有高稳定性、高精度和长寿命。木线机的结构设计包括机身、床身、工作台部件、传动系统、主轴箱垂向平衡系统、气压系统、润滑系统、冷却及切屑冲刷系统等部分。这些部件的设计不仅需要满足功能性要求，还需考虑设备的整体协调性和运行效率。在木线机的总体设计中，床身设计是关键环节之一。床身作为设备的基础结构，其设计直接影响到设备的稳定性和加工精度。设计中采用了高强度材料，并通过有限元分析优化了床身的结构，确保其在加工过程中能够承受较大的切削力和振动。此外，滚珠丝杠螺母副的选用和设计也是床身设计的重要组成部分。滚珠丝杠作为传动系统的核心部件，其精度和性能直接影响到设备的加工精度和效率。设计中通过计算和选型，确定了合适的滚珠丝杠规格，并对其进行了校核，确保其满足设计要求。轴承的选用同样重要，设计中选择了高精度轴承，并对其进行了寿命校核，以确保设备在长期运行中的可靠性。木料进给系统的设计是木线机的另一个关键环节。设计中首先明确了进给系统的设计要求，确保其在运行过程中具有高精度、高稳定性和高效率。驱动元件的设计包括滚珠丝杠副的选择、预紧方案的设计和校核，确保了进给系统的精度和效率。滚珠丝杠副的密封与润滑设计进一步提高了设备的运行效率和寿命。滚轴丝杠副支撑方式的选择和轴承的选用则确保了进给系统的稳定性和可靠性。联轴器的设计和校核进一步提高了进给系统的精度和效率，确保了设备在加工过程中的稳定性。关键词：木线机；总体设计；传动系统；主轴部件；加工精度；设计计算AbstractWoodwiremachineisakindofmechanicalequipmentspecializedforwoodprocessing,widelyusedinfurnituremanufacturing,buildingdecoration,woodproductsprocessingandotherfields.Itscorefunctionistoprocessthewoodintoavarietyofcomplexwoodenlines,decorativestripsandwoodencomponentsthroughcutting,carving,cuttinggroovesandotherprocesses.Thisgraduationdesigntakesthewoodwiremachineastheresearchobject,aimingtooptimizeitsstructure,performanceandfunctionthroughsystematicdesignandanalysis,tomeettheneedsofmodernwoodprocessingindustryforefficientandhigh-precisionequipment.Inthedesignprocess,thewoodwiremachineisclassified,andthecharacteristicsandapplicationscenariosofdifferenttypesofwoodwiremachinearedefined.Onthisbasis,thedesignprincipleofwoodenwiremachineandspindlepartsareproposedtoensurehighstability,highprecisionandlonglifeintheoperationprocess.Thestructuraldesignofthewoodenwiremachineincludestheairbody,bedbody,workbenchparts,transmissionsystem,spindleboxverticalbalancesystem,airpressuresystem,lubricationsystem,coolingandchipscouringsystem,etc.Thedesignofthesecomponentsneedsnotonlytomeetthefunctionalrequirements,butalsotoconsidertheoverallcoordinationandoperationalefficiencyoftheequipment.Intheoveralldesignofthewoodenwiremachine,thebedbodydesignisoneofthekeylinks.Asthefoundationstructureoftheequipment,thedesignofthebedbodydirectlyaffectsthestabilityandprocessingaccuracyoftheequipment.High-strengthmaterialswereusedinthedesign,andthestructureofthebedbodywasoptimizedthroughfiniteelementanalysistoensurethatitcanwithstandlargecuttingforceandvibrationduringprocessing.Inaddition,theselectionanddesignoftheball-screwscrewnutauxiliaryisalsoanimportantpartofthebedbodydesign.Asthecorecomponentofthetransmissionsystem,theprecisionandperformanceoftheballscrewdirectlyaffectthemachiningaccuracyandefficiencyoftheequipment.Inthedesign,throughcalculationandselection,theappropriatesizeoftheballscrewisdeterminedandcheckedtoensurethatitmeetsthedesignrequirements.Theselectionofbearingsisalsoimportant.High-precisionbearingsareselectedinthedesign,andtheirlifeischeckedtoensurethereliabilityoftheequipmentinlong-termoperation.Thedesignofwoodfeedingsystemisanotherkeylinkofwoodwiremachine.Thedesignfirstspecifiesthedesignrequirementsofthefeedsystemtoensureitshighaccuracy,highstabilityandhighefficiencyintheoperationprocess.Thedesignofthedriveelementincludestheselectionoftheballscrewpair,thedesignofthepretighteningschemeandthechecking,whichensuretheaccuracyandefficiencyofthefeedsystem.Thesealingandlubricationdesignoftheballscrewpairfurtherimprovestheoperationefficiencyandlifeoftheequipment.Theselectionoftherollerscrewauxiliarysupportmodeandtheselectionofbearingsensurethestabilityandreliabilityofthefeedingsystem.Thedesignandcheckingofthecouplingfurtherimprovetheaccuracyandefficiencyofthefeedsystemandensuresthestabilityoftheequipmentintheprocessingprocess.Keywords:woodenwiremachine;overalldesign;transmissionsystem;spindlecomponents;machiningaccuracy;designcalculation目录TOC\o"1-3"\h\u27326摘要 13255Abstract 212238目录 478571.绪论 8122921.1.木线机介绍 8283591.2.课题背景介绍 9297501.3.国内外发展现状 1043401.3.1.国内发展现状 1074311.3.2.国外发展现状 12219101.4.选题目的和意义 13190721.5.设计任务和要求 1423852.方案设计与分析 1618152.1.木线机分类 16232342.2.木线机及主轴部件设计原则 16168172.3.木线机结构及性能说明 18219882.3.1.机身、床身及工作台部件 1812382.3.2.传动系统 19158882.3.3.主轴箱垂向平衡系统 19261452.3.4.气压系统 19166112.3.5.润滑系统 1933712.3.6.冷却及切屑冲刷系统 1914233.木线机总体设计及床身设计 2083893.1.木线机结构组成 20146533.1.1.木线机组成 20225843.1.2.主传动系统方案的确定 2036013.2.木线机床身设计 2141853.2.1.床身设计 21294493.2.2.滚珠丝杠螺母副的确定 21219393.2.3.滚珠丝杠的选定原则和选型 21147673.3.轴承的选用 2194283.4.木线机机身部分总体方案设计思路 22244903.4.1.计算切削功率 22327023.4.2.滚珠丝杠设计计算 2359773.4.3.木线机滚珠丝杠的计算 238074.主传动系统设计与计算 24305214.1.主传动变速系统主要参数计算 24270714.1.1.计算切削功率 2416374.1.2.分级变速箱的传动系统的设计 24293084.2.齿轮传动设计 24194734.2.1.齿轮的概述 24173244.2.2.齿轮设计方法 25265374.2.3.齿轮基本参数 25150254.3.主轴组件的设计 25235324.3.1.主轴的结构设计 2529314.3.2.同步带传动 2628604.3.3.材料选择 26295714.3.4.参数计算 2691744.4.主轴组件的设计 29301274.4.1.主轴组件的设计要求 29164904.4.2.选择主轴材料和计算尺寸、参数 32283914.4.3.主轴传动装置箱体的作用 3659944.4.4.主轴箱体的截面形状和壁厚计算 36223824.5.主轴轴承的选择 36282204.5.1.轴承的选择和轴承的精度 36183864.5.2.轴承预紧力的要求 3840994.5.3.主轴轴承的润滑与密封 38286694.5.4.轴承寿命校核 39280274.6.选择联接键以及计算碟形弹簧。 4093874.6.1.联接键的选择 401434.6.2.碟形弹簧的选择与计算 4120964.7.液压缸与密封件的设计 41313914.8.确定液压缸各个组成部分的构造和主要尺寸。 41263044.8.1.强度校核 42300694.8.2.密封件的作用及其意义 42111024.8.3.密封的分类及密封件的材料要求 43309994.8.4.防尘圈设计要求 44118405.木料进给系统设计 45117015.1.进给系统的设计要求 45174435.2.驱动元件的设计 4540685.2.1.滚珠丝杠副选择 46175435.2.2.滚珠丝杠副预紧方案 47167425.2.3.滚珠丝杠副校核 4841955.3.滚珠丝杠副密封与润滑 50130065.4.滚轴丝杠副支撑选择及轴承选用 51155785.4.1.支撑方式选择 51113915.4.2.轴承选择 52202605.4.3.轴承配合与润滑 534305.5.联轴器简介 5433465.6.联轴器基本要求 55227985.7.联轴器选择 5599505.8.联轴器校核 5799705.8.1.转矩校核 5725245.8.2.销抗剪强度校核 5863076.导轨设计 59253256.1.导轨概述 5922086.2.导轨分类 5942256.3.导轨选型与长度计算 59148166.4.导轨副技术要求 60140646.5.导轨的间隙调整 6113806.6.伺服电机设计 63253686.6.1.伺服电机概述 63238866.6.2.伺服电机选择 6565056.6.3.伺服电机设计计算 66304216.6.4.伺服电机选择 6713194参考文献 69绪论木线机介绍木线机是一种专门用于木材加工的机械设备，广泛应用于家具制造、建筑装饰、木制品加工等领域。其主要功能是将木材切割、雕刻、开槽、倒角等，以制作出各种复杂的木线条、装饰条和木制构件。木线机的出现极大地提高了木材加工的效率和精度，满足了现代木工行业对高精度、高质量产品的需求。木线机的工作原理主要基于机械传动和切削加工。通过电动机驱动主轴旋转，主轴上的刀具对木材进行切削加工。木线机通常配备多种刀具，如直刀、圆刀、V型刀等，以适应不同的加工需求。在加工过程中，木材通过进料装置送入加工区域，刀具按照预设的轨迹进行切削，从而形成所需的木线条或装饰条。木线机的加工精度和效率主要取决于刀具的质量、主轴的转速以及进料装置的稳定性。木线机的结构设计通常包括机架、主轴、刀具、进料装置、控制系统等部分。机架是木线机的主体结构，通常采用高强度钢材或铸铁材料制成，以确保设备的稳定性和耐用性。主轴是木线机的核心部件，其转速和精度直接影响到加工效果。主轴通常由电动机通过皮带或齿轮传动驱动，转速可调，以适应不同的加工需求。刀具是木线机的关键部件，其材质和形状直接决定了加工效果。刀具通常采用高速钢或硬质合金材料制成，具有较高的硬度和耐磨性。进料装置是木线机的重要组成部分，其功能是将木材平稳、均匀地送入加工区域。进料装置通常采用滚筒或链条传动，以确保木材的进料速度和稳定性。控制系统是木线机的大脑，负责控制设备的运行和加工过程。现代木线机通常采用数控系统，通过编程实现自动化加工，提高了加工精度和效率。木线机的应用范围非常广泛，涵盖了家具制造、建筑装饰、木制品加工等多个领域。在家具制造中，木线机用于制作各种复杂的木线条、装饰条和木制构件，如门框、窗框、踢脚线等。在建筑装饰中，木线机用于制作各种装饰线条和木制构件，如天花线、墙裙线、楼梯扶手等。在木制品加工中，木线机用于制作各种木制工艺品和装饰品，如木雕、木盒、木制玩具等。木线机的应用不仅提高了木材加工的效率和精度，还丰富了木制品的种类和样式，满足了市场对多样化、个性化产品的需求。木线机的发展历程可以追溯到20世纪初，当时木工行业主要依靠手工工具进行木材加工，效率低下，精度不高。随着工业革命的推进，机械设备逐渐应用于木工行业，木线机应运而生。早期的木线机结构简单，功能单一，主要依靠手动操作，加工精度和效率有限。20世纪中叶，随着电动机和机械传动技术的发展，木线机逐渐实现了自动化和半自动化，加工精度和效率显著提高。进入21世纪，随着数控技术和计算机技术的应用，木线机进入了智能化、数字化时代，加工精度和效率进一步提升，功能更加多样化。课题背景介绍木线机作为一种专门用于木材加工的机械设备，其研究背景与木材加工行业的发展密不可分。木材加工是人类最早掌握的工艺之一，早在古代，人们就使用简单的工具如斧头、锯子等进行木材的切割和雕刻。随着社会的进步和工业革命的到来，木材加工逐渐从手工操作向机械化、自动化方向发展。木线机的出现正是这一发展过程中的重要里程碑，它不仅提高了木材加工的效率和精度，还极大地拓展了木材加工的应用范围。木材加工行业的发展离不开对木材资源的利用和加工技术的创新。木材作为一种可再生资源，具有环保、可持续的特点，广泛应用于建筑、家具、装饰等领域。然而，木材的加工过程复杂，需要经过切割、雕刻、打磨等多道工序，传统的手工加工方式效率低下，难以满足现代工业对大批量、高精度加工的需求。因此，木工机械的研发和应用成为木材加工行业发展的必然趋势。木线机作为木工机械的重要组成部分，其研究和应用对推动木材加工行业的技术进步具有重要意义。木线机的研究背景还与家具制造行业的发展密切相关。家具制造是木材加工的重要应用领域，随着人们生活水平的提高，对家具的需求不断增加，尤其是对个性化、定制化家具的需求日益旺盛。传统的手工家具制作方式难以满足现代家具制造的高效、高精度要求，木线机的应用为家具制造提供了新的解决方案。通过木线机，可以快速、精确地加工出各种复杂的木线条、装饰条和木制构件，满足家具制造对多样化和个性化的需求。因此，木线机的研究和开发对推动家具制造行业的技术进步和产业升级具有重要意义。建筑装饰行业是木线机应用的另一个重要领域。在建筑装饰中，木材被广泛用于制作各种装饰线条、墙裙、天花板、楼梯扶手等。这些装饰构件的加工需要高精度、高效率的机械设备，木线机的应用正好满足了这一需求。通过木线机，可以快速、精确地加工出各种复杂的装饰线条和木制构件，提高建筑装饰的质量和效果。此外，木线机还可以用于制作各种木制工艺品和装饰品，如木雕、木盒、木制玩具等，丰富了建筑装饰的表现形式和文化内涵。因此，木线机的研究和开发对推动建筑装饰行业的技术进步和艺术创新具有重要意义。木线机的研究背景还与木制品加工行业的发展密切相关。木制品加工是指利用木材制作各种实用品和工艺品的生产过程，如木制家具、木制玩具、木制工艺品等。木制品加工需要经过多道复杂的工序，传统的手工加工方式效率低下，难以满足现代工业对大批量、高精度加工的需求。木线机的应用为木制品加工提供了新的解决方案，通过木线机，可以快速、精确地加工出各种复杂的木制构件和工艺品，提高木制品加工的效率和质量。因此，木线机的研究和开发对推动木制品加工行业的技术进步和产业升级具有重要意义。木线机的研究背景还与数控技术和自动化技术的发展密切相关。随着计算机技术和数控技术的快速发展，木工机械逐渐从传统的机械化操作向自动化、智能化方向发展。木线机作为木工机械的重要组成部分，其研究和开发离不开数控技术和自动化技术的支持。通过引入数控技术和自动化技术，木线机可以实现高精度、高效率的自动化加工，提高木材加工的精度和效率。此外，数控技术和自动化技术的应用还可以实现木线机的多功能化和智能化，满足不同加工需求，提高设备的利用率和市场竞争力。因此，木线机的研究和开发对推动数控技术和自动化技术在木材加工行业的应用具有重要意义。国内外发展现状国内发展现状木线机作为现代机械加工的重要工具，在国内的发展历程中经历了从无到有、从模仿到创新、从低端到高端的转变。特别是近年来，随着国内制造业的快速发展和国家对高端装备制造业的大力支持，木线机的总体及主轴部件设计也取得了显著的进步。在国内，木线机的总体设计已经越来越注重木线机的整体性能和精度。通过持续改进木线机构造，设计师们增强了其刚度和稳定性，这使得我国的木线机在加工精确度和生产效率上有了显著提高。同时，针对不同类型的加工需求，国内木线机的总体设计也呈现出了多样化的趋势，既有适用于大规模生产的高效机型，也有针对精密加工的高精度机型。在主轴部件设计方面，国内的设计师们也在不断探索和创新。木线机加工效果的好坏直接取决于主轴这一核心部件的性能表现。因此，国内的设计师们在主轴的选材、结构设计、制造工艺等方面都进行了深入的研究和实践。例如，通过采用高强度、高刚性的材料，优化主轴的结构设计，以及引入先进的制造工艺和技术，国内木线机的主轴部件在性能和寿命上都得到了显著提升。此外，国内木线机的设计还注重智能化和自动化的趋势。随着工业4.0和智能制造的推进，国内木线机的总体及主轴部件设计也在逐步实现智能化和自动化。例如，通过引入智能传感器、控制系统和执行机构等先进技术，国内木线机能够实现自动换刀、自动检测、自动调整等功能，大大提高了生产效率和加工精度。同时，国内木线机的设计也面临着一些挑战和问题。首先，与国际先进水平相比，国内木线机在设计理念、制造工艺和核心技术方面还存在一定的差距。为了缩小这一差距，国内的设计师们需要不断加强技术创新和研发力度，提高自主创新能力。其次，市场竞争日益激烈，国内木线机制造企业需要不断提升产品质量和服务水平，以满足客户的需求。最后，随着环保意识的提高和可持续发展的需求，国内木线机的设计也需要更加注重环保和节能方面的考虑。值得一提的是，国家对装备制造业的大力支持为木线机的发展提供了良好的政策环境。近年来，国家出台了一系列优惠政策和专项资金支持计划，鼓励企业加大研发投入和技术创新力度。这些政策的实施不仅提高了国内木线机的设计水平和制造能力，也推动了整个行业的快速发展。在市场应用方面，国内木线机已经广泛应用于加工领域。特别是在一些高精尖领域的应用中，国内木线机已经展现出了不俗的实力和性能。例如，在航空航天领域，国内木线机能够加工出高精度、高质量的零部件，为国家的事业做出了重要贡献。在主轴部件的市场需求方面，随着制造业的升级和发展，高精度、高效率、高稳定性的主轴部件越来越受到市场的青睐。因此，国内木线机的主轴部件设计也在朝着这个方向发展。同时，为了满足客户的个性化需求，国内木线机制造企业也在不断探索定制化的主轴部件设计方案。预见未来，我国的木线机整体和主轴部件设计将持续向着精确度、效率、稳定性以及智能化的方向前进。随着新材料、新技术的不断涌现和市场需求的不断变化，国内木线机的设计也将不断创新和发展。随着国家持续支持装备制造业，市场竞争不断激烈，国内木线机制造企业将加大研发投入和技术创新力度，提升产品质量和服务水平，以满足客户需求，争取市场份额。国外发展现状在总体设计上，国外的木线机越来越注重整体性能的优化和提升。设计师们通过运用先进的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，对木线机结构进行精确模拟和分析，以实现最佳的机械性能和加工精度。此外，国外的木线机还广泛采用了模块化设计，这使得木线机的制造、装配和维护更加便捷，同时也大大提高了木线机的通用性和灵活性。在主轴部件设计方面，国外已经取得了重要的技术突破。主轴是木线机的核心部件，对于加工精度和效率有着至关重要的影响。因此，国外的设计师们在主轴的选材、结构设计、制造工艺以及控制技术等方面都进行了深入的研究和创新。例如，采用高性能的陶瓷轴承和液压轴承技术，可以显著提高主轴的回转精度和刚度；同时，通过引入先进的控制系统和传感器技术，可以实时监测主轴的工作状态并进行精确调整，以确保加工过程的稳定性和精度。此外，国外的木线机设计还非常注重智能化和自动化的实现。随着工业4.0和智能制造的快速发展，国外的木线机已经实现了高度的自动化和智能化。利用尖端的数字控制设备、传感器及动作装置等科技工具，国外的高级数字化车削机能完成自如更换刀具、自我检查、自行修正等工作;再者，运用数据分析与云处理等科技方式来持续跟踪并改善制造流程，这有助于大幅度提升产出率和产品品质。在市场应用方面，国外的木线机已经广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造等高精度和高效率要求的领域。特别是在一些高端装备制造领域，如超精密加工、微纳制造等方面，国外的木线机展现出了卓越的性能和精度。在此同时，海外的木线机设计也非常重视环保和节能的因素。随着全球对环保的认识日益深入和可持续发展的需求愈加迫切，海外的木线机设计师们也正在积极寻找节能减排的技术方法。例如采用高效能电机和变频器等节能设备来降低能耗；优化木线机结构以减少材料消耗和废弃物排放等措施已经得到了广泛应用并取得了显著成效。在技术创新方面，国外的木线机制造企业不断加大研发投入和技术创新力度以提高产品质量和服务水平。通过与高等教育机构、科研单位等的合作，推动产学研的项目进行；同时积极参加国际展览和交流活动，以便更好地理解市场趋势和客户需求，并持续优化产品的性能和质量。此外，国外的木线机设计也面临着一些挑战和问题。例如，在高速切削和高精度加工方面仍存在一定的技术瓶颈；同时智能化和自动化技术的发展也对传统木线机的设计提出了新的要求和挑战。为了应对这些挑战和问题并保持市场竞争优势地位，国外的木线机设计师们需要不断加强技术创新和研发力度来提高产品的核心竞争力并满足客户的需求。总的来说，木线机在国外已经得到了广泛的研究和应用，其设计水平和制造技术都处于世界领先地位。随着科技的持续发展和工业制造的日益精密化，国外木线机设计将不断向高精度、高效率、高稳定性以及智能化方面进步并持续创新与成长，以满足客户需求并促进整个行业的快速增长。选题目的和意义随着现代制造业的飞速发展，数控木线机作为机械加工的重要工具，在提升加工精度、效率和自动化程度方面扮演着至关重要的角色。木线机作为数控木线机的一种，广泛应用于模具制造、汽车零件加工、航空航天等领域。因此，选择“木线机设计”作为毕业设计选题，具有深远的目的和意义。毕业设计的首要目的是深化学生对所学专业知识的理解，并将其应用于实际问题中。通过设计木线机的总体结构和主轴部件，学生需要综合运用所学的机械设计、数控技术、材料力学等多学科知识，这不仅是对学生知识储备的一次全面检验，更是对学生分析问题和解决问题能力的一次锻炼。该选题的意义还在于培养学生的创新意识和实践能力。在设计过程中，学生需要独立思考，探索如何优化木线机结构，提高主轴部件的性能，这对学生创新思维的培养至关重要。同时，通过实际操作和实验验证，学生可以提升自己的动手能力和实践能力，为未来的职业生涯奠定坚实基础。此外，该选题还具有很强的实用价值。随着制造业的转型升级，高精度、高效率的数控木线机需求量不断增加。通过毕业设计的实践，学生可以为企业设计出更加符合市场需求的木线机，从而推动制造业的发展。主轴部件是数控木线机的核心，它的性能直接决定了木线机的加工精度和效率。因此，对主轴部件进行深入研究和设计，有助于提高国内数控木线机的整体性能和竞争力。从更宏观的角度来看，该选题还符合国家制造业转型升级的战略需求。现在中国正在努力实现由制造型经济体转变为创新型的工业强国的目标，而机械加工设备——即被称为"基础工具"的高级精密机器是这个过程中的关键环节之一。这些装备的技术水准与功能特性对整个国家的产业竞争力有着重要的影响作用。通过该选题的研究和设计，可以为我国数控木线机产业的发展提供有益的技术支持和人才储备。同时，该选题也是对学生未来职业发展的有力支持。随着智能制造和工业4.0的推进，数控木线机行业对高素质人才的需求日益迫切。通过对这个主题的研究和实践，学生有能力掌握木线机设计的关键技术与策略，增强自己在职场竞争中的优势，为他们未来的职业成长打下坚实的基础。另外，这一选题也为学生提供了一个深入理解和学习先进制造技术的机会。在设计过程中，学生将接触到最新的设计理念、材料科技、加工工艺以及自动化技术。这不仅有助于学生掌握当前行业的前沿知识，还为他们未来在相关领域的研究和创新工作打下了坚实的基础。再者，该选题的研究和设计过程，实际上也是一次跨学科的综合实践。学生需要将机械设计、自动控制、电子技术等多个领域的知识融为一体，以解决实际工程问题。这种跨学科的学习和实践经验，对于培养学生的综合素养和解决问题的能力具有重要意义。总的来说，选择“木线机总体及主轴部件设计”作为毕业设计选题，旨在通过实践应用来加深和巩固学生的专业知识，培养他们的创新意识和实践能力，同时响应国家制造业转型升级的号召，为我国数控木线机产业的发展贡献力量。这一选题不仅具有深远的学术意义，更有着广泛的实用价值和社会意义。设计任务和要求400型木线机的机构设计为装饰板条加工的专门机床，它主要用来将一定规格的木板加工成的一定规格和形状的装饰木板。其工作时为了保证木材加工表面的质量刀具做高速的旋转运动，板料在送料机构的传动下送入切削加工，完成不同形状上顶表面的切削加工。本设计包含本机床方案的论证、总体的设计、主要零件的强度设计计算、机床的总装图以及典型机构和部件的图。完成任务：设计说明书的字数至少1.2万字(含插图折合字数)折合成图幅为A0号程绘图量不少的图纸3张(有三维装配图的，其二维绘图量不少于折合成图幅为A0的图纸2张)，其中手工绘图不少于折合成图幅为A0号的图纸1张，计算机辅助绘图不少于折合成图幅为A0号的图纸1张查阅文献类15篇以上，其中外文文献要在2篇以上。翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于2000字应用计算机进行设计、计算。方案设计与分析木线机分类木线机作为一种重要的木材加工设备，根据其功能、结构、应用场景和技术特点，可以进行多种分类。以下是木线机的主要分类方式及其特点：1.

按功能分类木线机根据其功能可以分为以下几类：通用型木线机：具备多种加工功能，如切割、雕刻、开槽、倒角等，适用于多种木材加工需求，广泛应用于家具制造、建筑装饰等领域。专用型木线机：针对特定加工需求设计，如专门用于制作踢脚线、门框线、装饰线条等，加工精度高，效率快。多功能木线机：结合了多种加工功能，如切割、雕刻、打磨、抛光等，适用于复杂的木制品加工需求。2.

按结构分类根据木线机的结构特点，可以分为以下几类：台式木线机：结构紧凑，占地面积小，适用于小型木材加工车间或个体作坊，主要用于加工小型木制构件。立式木线机：结构稳固，加工范围大，适用于中型和大型木材加工企业，主要用于加工大型木制构件。龙门式木线机：采用龙门框架结构，加工范围大，稳定性高，适用于大型木材加工和高精度加工需求。木线机及主轴部件设计原则木线机设计原则木线机作为现代机械加工的重要工具，其设计原则的遵循对于确保木线机的高效、精确和稳定运行至关重要。以下将详细阐述木线机的总体设计原则，以期提供一个全面且深入的理解。一、稳定性原则稳定性是木线机设计的首要原则。一个稳定的木线机结构能够保证加工过程中的精度和效率，同时延长木线机的使用寿命。为了实现稳定性原则，需要考虑以下几个方面：机械结构的合理性：机械结构是木线机的基础，其设计应确保各部件之间的协调和平衡。合理的机械结构能够减少振动和变形，从而提高加工的稳定性。材料的选择：选用高强度、高刚性的材料，能够有效抵抗加工过程中的振动和冲击，确保木线机的稳定性。热稳定性的考虑：在木线机设计过程中，应充分考虑热变形对加工精度的影响。通过合理的散热设计和选用热稳定性好的材料，可以减少热变形，提高木线机的稳定性。二、精度原则精度是木线机设计的重要指标之一。高精度的木线机能够加工出更高质量的零件，提高产品的合格率。为了实现精度原则，需要考虑以下几个方面：传动机构的精度：传动机构是木线机运动的关键部件，其精度直接影响到加工的精度。因此，传动机构的设计应确保高精度和可靠性。控制系统的高精度：数控系统是木线机的大脑，其控制精度直接影响到木线机的加工精度。采用高效率的数控设备，可以达到更高精确度的处理。刀具和夹具的精度：刀具和夹具的精度也是影响加工精度的重要因素。选用高质量的刀具和夹具，能够提高加工的精度和质量。三、可靠性原则可靠性是木线机设计的另一个重要指标。一个可靠的木线机能够减少故障率，提高生产效率。为了实现可靠性原则，需要考虑以下几个方面：部件的耐用性：采用优质部件可以延长木线机的使用年限，增强其稳定性。防护装置的设置：在木线机的关键部位设置防护装置，能够保护木线机免受外界环境的干扰，提高木线机的可靠性。完善的维护体系：建立完善的维护体系，定期对木线机进行检查和维护，能够确保木线机的稳定运行，提高木线机的可靠性。四、人性化原则人性化设计能够提高操作人员的舒适度和操作效率。为了实现人性化原则，需要考虑以下几个方面：操作界面的友好性：设计简洁明了的操作界面，方便操作人员快速上手。同时，提供详细的操作指南和帮助文档，能够帮助操作人员更好地理解和使用木线机。安全保护措施：在木线机上设置必要的安全保护措施，如防护罩、急停按钮等，能够确保操作人员的人身安全。优质的工作环境：通过合理规划木线机的操作区域，并提供适宜的照明和空气流动，我们可以打造一个舒适的工作氛围，从而增强员工的工作效率。五、经济性原则经济性原则是指在满足木线机性能要求的前提下，尽可能降低木线机的制造成本和使用成本。为了实现经济性原则，需要考虑以下几个方面：选用性价比高的材料和零部件：在确保木线机性能和精度的前提下，选用性价比高的材料和零部件，能够降低木线机的制造成本。模块化设计：采用模块化设计的方法，能够方便地进行木线机的维护和升级，降低木线机的使用成本。节能环保设计：在木线机设计中考虑节能环保的因素，如采用节能电机、优化液压系统等措施，能够降低木线机的能耗和环境污染。木线机结构及性能说明机身、床身及工作台部件木线机的床身、机身和主轴箱等关键部件都采用高强度铸铁制造，经过两次回火处理，具有良好的抗震性能，以满足工件在高负载切削和高精度加工方面的要求。采用加厚筋板布局的2机身和加宽间距四导轨布局的床身，减少了受力变形，适用于重载运动和切削需求。所有三个方向的导轨都采用了矩形滑动宽导轨副结构，导轨表面进行了高频淬硬和磨削处理，同时配合了聚四氟乙烯贴塑的导轨，以提高主轴箱、机身和工作台的连接刚性，并确保加工动态精度。传动系统AC伺服电机驱动X、Y、Z直线坐标轴，并且利用德国KTR联轴器将它们直接连接到滚珠丝杠上，这样可以去除传动链间的间隙，提升了位置精准度。我们使用了经过预先负载的高精度的双螺母滚珠丝杆作为X、Y和Z线的垂直坐标轴，其两侧由高质量的一套轴承支持，形成了双推动机构布局，并且通过预应力的拉伸方式来安置滚珠丝杆，这有助于提升进料传递系统的工作稳定性和防止因高速运动产生的热量导致的形变，同时保证了极高的定位准确性。主轴箱垂向平衡系统通过使用重锤平衡和园柱导向的方法，我们能够保证z向运动的稳定性。气压系统使用了上海新益气动元件公司的产品替换了液源三大件和气缸的气阀，从而提高了可靠性。润滑系统安装广东日华（合资）中央自动润滑系统，可实现对所有滑动导轨面、滚动导轨面和滚动丝杆部件进行自动供油润滑，通过定量分配润滑系统完成。各种进给系统中的轴承和其他部件中的轴承都要使用3#特种润滑脂来进行润滑。冷却及切屑冲刷系统通过安装台湾产的高压多级冷却泵以及配置大流量冷却液站，可以有效冷却加工时的刀具和工件，同时能对切屑进行冲洗。木线机工作环境环境温度：0～40℃电源：380V±10%，三相50HZ±1%，总容量50KVA相对湿度：≤90%压缩空气的主轴松刀气缸的压力为6bar，每分钟的排气量为0.5m3。木线机总体设计及床身设计木线机结构组成木线机组成（1）主要组成木线机的机械部件包括主机、木线机身、机身、主轴、进给机构等。主机是用来完成各种切削加工的。（2）木线机的核心是装置，它包括硬件和相应的软件，主要用于接收数字化的零件程序，并完成信息输入、存储、数据变换、插补运算以及实现各种控制功能。（3）辅助设备指的是一些必要的木线机配件，用于确保木线机正常运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等功能。这些辅助设备包括液压和气动装置、排屑系统、工作台转换装置、旋转台和分度头，同时也包括刀具和监控检测设备。（4）编程和其他相关设备可供在机器之外进行零件程序的编写和存储。（5）作为木线机实施设备的主要驱动力部分，驱动组件包含了主要转动元件、移动元件、主轴马达与进给马达等等。它能够根据该装置的管理来使用电子或者电动-液压伺服系统以达到对主轴和进给的操控。如果需要多个进给同时工作，则可用于精确位置确定、直线轨迹、平面上弧度以及三维曲面的制造。木线机在各个制造行业中都有着广泛的应用，尤其是在汽车、航空航天和军事领域，其技术在硬件和软件方面都取得了飞速发展。主传动系统方案的确定目前，为了满足各种加工需求，主传动系统已经被划分为三种不同的变速模式。（1）二级以上齿轮变速系统；（2）一级带传动方式；（3）调速电动机直接驱动方式。对于超过一级的大部分机械设备而言，它们的动力转换方式主要依赖于齿轮式转变器件[1]。一般情况下，主驱动的二元速度变化是由滑动型齿轮来完成的[2],这种类型的移动大多由油泵推动控制(3)。鉴于我们使用的加工机器可以调整为有机或非线性的电磁马达和电机类型(4),所以通过对这些旋转部件实施精确地齿轮调节之后便能获得更广泛的多阶段连续扭力输送能力及更大程度上的灵活度选择空间。因此本研究中所选用的就是基于两级的及以上级别齿轮式的功率传递方案。木线机床身设计床身设计1.材料的选择灰铸铁材料QUOTEFc=CF∙a切削力的计算Fc=CF∙apxf3.导轨的选择最后，通过对精度和型号的挑选，我们决定使用镶装导轨。滚珠丝杠螺母副的确定1.滚珠丝杠螺母副的循环方式采用内循环方式2.滚珠丝杠间隙与调整预紧3.2.3滚珠丝杠的选定原则和选型轴承的选用现代机械设备中的重要组成部分就是滚动轴承，它通过主导组件之间的滚动接合来支持驱动器零件。相较于滑动轴承，它的优势在于低摩擦、快速启停、高效能、便利的润滑以及良好的可替换性能。然而，它的不足之处包括较低的抗冲击能力和运行时的噪音问题，且使用寿命略逊色于液态摩擦的滑动轴承。2.寿命计算寿命计算公式：L满足木线机的设计要求3.轴承的润滑这个设计使用了脂质润滑，其特性是润滑膜的强度很高，能承受大量的负载，不容易流失，也方便密封。一次性加入脂质可以保持相当长的时间，使得操作简单。4.轴承的密封我们选择了非接触式密封中的迷宫密封，其优势在于在工作过程中几乎不会产生摩擦热和磨损，特别适合高速和高温环境。由于前端轴承承受的压力较大，且需求较高，因此我们选择了迷宫密封方法。木线机机身部分总体方案设计思路计算切削功率1.切削功率的计算铣削时切削公式：FFZμ—机械效率，取μ=0.8；v主轴的计算转速；2.电动机的计算和初选用一下公式初选电动机的功率pL其中ηc为木线机η因此，我们选择使用3.7kw的主轴电动机，其设定转速为2500r/min；而最大转速则达到了6000r/min。滚珠丝杠设计计算根据工作台载重能力:300kg1.计算轴向对滚珠丝杠螺母副的负载力量最大轴向负载力F最小轴向负载力F2.对滚珠丝杠的动负荷进行计算以及直径的预估确定滚珠丝杠的导程L3.计算滚珠丝杠螺母副的平均转速丝杠螺母副的平均转速快进速度分别为：24000mm/minn4.确定滚珠丝杠预期的额定动载荷按预定工作时间估算C木线机滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/(m/min)时间比例/(%)备注强力切除282.65v10F粗加工71.98v30F精加工29.58v50F快移和钻镗定位15.45v10F主传动系统设计与计算主传动变速系统主要参数计算计算切削功率其中为木线机传动总的机械效率，3.额定功率为7kw，转速设定为2500r/min；而最大转速则是6000r/min。分级变速箱的传动系统的设计计算转速的确定：=1000；主轴要求恒功率调速范围：电动机恒功率的调速范围：变速级数：=1.99；可以取Z=2传动系统图:传动系统图齿轮传动设计齿轮的概述1.齿轮简单概述齿轮齿轮驱动是使用最为普遍且广为采用的一类机械动力传输方式。其齿轮尺寸可自微小的不到一毫米至巨大的超百米，乃至超越一百米，所承载之能量亦有低达几瓦特直至数十千瓦特的范围，而旋转速率则可能由极慢至每秒二百米或更高。常见于齿轮驱动的场景如家庭用具中的机械计时装置、机器设备的主轴组件及各类加速度仪等等齿轮设计方法(1).材料选择热处理方式及进度等级由于该木线机功率较高，同时承受着一定的冲击负荷，因此，大小齿轮选用40Cr钢进行表面淬火处理，硬度平均为52HRC，并采用6级精度。（2）.按齿轮接触疲劳强度设计：；可取d=70mm则m=2（3）.采用齿根弯曲疲劳强度进行校核:齿轮基本参数齿轮参数=35=77=35=41=73d70mm154mm158mm70mm82mm146mmm2mm2mm2mm2mm2mm2mmb14mm15mm16mm15mm15mm16mma112mm114mm114mm齿轮基本参数表主轴组件的设计主轴的结构设计主轴的结构如图同步带传动同步带传动融合了带式和链式传动的特性，其优势在于：（1）没有相对滑动，带长保持不变，传动比保持稳定；（2）带子薄而轻，强度层高，适合于快速传动，速度可以达到40m/s。（3）具有出色的柔韧性，适用于直径较小的带轮，传动结构紧凑，可以实现较大的传动比。（4）因其高效的传动性能，可以达到0.98-0.99的水平，所以应用范围越来越广泛。（5）初始拉力较低,因此轴承和轴所承受的负载也相对较小。主要问题在于制造和安装的精度需求较高，同时成本也相对较高。主要用于需要精确传动比的中、小功率传动设备，例如电脑、录音机、木线机和纺织机等。材料选择按照设计要求，应选用聚氨酯制成的同步带，由带背、带齿和抗拉层三个部分构成。同步带的带背和带齿选用聚氨酯材料，而抗拉层则采用钢丝绳，适用于高速运转的中小功率设备部分。参数计算计算设计的核心部分包括：齿形带的模数、齿数以及宽度的构造和规格，传动中心距离，轴承负荷的作用以及结构设计。1.模数的选取齿形带传输的计算功率Pd与小带轮的旋转速度n1决定了模数的值，参考《现代木线机》中的表4-33可以找到这个数据。Pd=KA*P式中P———传动功率表4-1工作情况系数KA载荷性质一天运转时间/h≤1010～1616以上载荷平稳1.01.11.2载荷变化小载荷变化大选取KA=1.7，所以PC=5.5×1.7=9.35KW由齿形带模数选用图可选m=42.根据《机械传动装置设计手册》表8-38，小带轮的最小齿数为22，故选择小带轮齿数Z1为24。3.同步带节距Pb:由PD=9.35KWn1=1500r/min查表选取节距Pb=12.566mm齿形角2β=40牙冠深度S为5.75毫米，而牙齿的顶部深度St则为4毫米，同时，牙齿的高度hg等于其高度t和附加部分e之和，即hg=t+e=2.4+2.7=5.1毫米。此外，牙根圆周半径Rr与牙齿顶部的圆周半径Ra相等，均为0.40毫米;同样地，链条的高度hs也设定为4.4毫米，并且节点的距离δ被确定为1.000毫米，最后，链条的长度bs范围从35至40毫米之间。节圆直径d1:d1==96㎜大带轮齿数z2与直径z2=iz1=366.大带轮直径d2=id1=1.5×96=144㎜7.带的速度V:V==7.536由表查得[13]Vmax=35～40V<Vmax所以合格。定中心距a0:5(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)所以0.7（96+144）≤a0≤2(96+144)则有168≤a0≤480初选a0=3009.带的节线长度Lp以及齿数Zb：Lp0=2a0+(d1+d2)+=2300+×240+=978.72查表选取Lp=1005㎜Zb=8010.计算中心距a（采用中心距可调）a≈a0+=300+㎜选取a=314㎜11.带轮与带的啮合齿数Zm：Zm≈=11.82取Zm=12由于m≥2的情况下，zm应该不低于6,因此我们计算出的zm符合这个条件。12.带宽bs:bs≥查表取Kz=1.20,Fa=20N/mmFc=mbV2=4.8×10-3×7.5362=0.273所以bs≥㎜选取bs=40㎜13.作用与轴上的力Fr：Fr=14.小带轮最小包角ɑ：α≈180º-60º（d2-d1）/a=180。-60。（144-96）/314=170.8。15.带轮宽度bf,bf1,bf2bf=bs+(1.5～3)=41.5～43bf1=bs+(6～7)=46～47bf2=bs+(3～5)=43～4[14]主轴组件的设计主轴组件由主轴、主轴支撑、以及固定在主轴上的传动件和密封件等组成。由于主轴能够直接驱动工件或刀具进行表面运动，因此其工作性能直接影响加工质量和生产效率，可谓木线机关键部件之一。主轴组件的设计要求1.回转精度主轴部件的旋转准确性，指的是其旋转的精准程度。当主轴执行旋转动作时，位于线速为零的位置连接成的线条被称为主轴的旋转中心线。该中心线的空间定位会在每个时刻发生变动，且这些变动的平均空间位移并不符合理想的旋转中心线。与理想旋转中心线相比，每秒钟的空间位置偏离值即为主轴的旋转误差，并且这个偏离度的区间就构成了主轴的旋转准度。纯粹的直径偏移误差、角度偏移误差及轴向偏移误差通常不会独立出现。如果直径偏移误差和角度偏移误差共同作用导致了直径摆动，那么轴向偏移误差和角度偏移误差就会一起造成端面的波动。因为主轴的旋转误差往往是一个空间旋转矢量，并非总能以加工出的产品表面来表达。对于主要部件(如轮子)的角度准确性的测定通常被划归为三类：稳态方法、动力学方式或次一级的方法。当前中国制造商仍然依赖于传统且稳定的稳定状态测试技术——使用高精准探针进入到车床的主要部分并利用百分比计显示其位置变化率的方式对它们的角度做评估。这种情况下，如果机械臂能够达到最大的或者最低的位置偏移值则可视为该设备的车身姿态发生变动的情况。此外，我们也可以采用一种直接但复杂的技术即把一个小型物体放在机器人的正中央并且让它们一起运动起来以此作为参考点以便更好地了解机器人自身的运行状况。2.主轴刚度对于主轴组件而言，它的刚度是衡量在外部力量的影响下，它能保持自身形状不变的能力。一般情况下，我们用在该位置发生一定量的移动时，需要施加多少外部压力才能实现这个移动来描述。换句话说，主轴组件的刚度越高，受到的外力对其产生的形变就会越少。如果主轴组件的刚度不够，那么当遇到如切割力和其它类型的力的时候，主轴会产生大量的弹簧状形变，这不仅仅会影响到产品的制造品质，也会对齿轮和轴承的工作状态造成损害，加速他们的磨损速度并降低准确率。而主轴部分的刚度则与其自身的构造尺度、支架跨越距离、选择使用的轴承种类及其布置方式、砂粒间的空隙调节、传输至主轴的零件位置等等因素密切相关。3.主轴抗振性主轴组件的抗振性是指在切削加工中，主轴能够平稳运转而不产生振动的能力。为提高主轴抗振性，有必要在必要时安装阻尼器。此外，主轴的固有频率应远大于受外力激振的频率。4.主轴温升当主要部件如旋转器运行过程中出现高温现象会导致两个不良后果：首先由于热量增加导致其与容器的形状变大从而产生形变，进而使得机器的主干部分(例如旋杆)的位置偏离了原本设定值并可能对生产质量造成负面效应;另外一方面则是如果设备内部零件因为过度发热导致的尺寸变动或油脂流失等问题会影响到它们的功能表现及正常的运作状态，这可能会引发严重的"卡住螺栓"的问题。为了降低这种风险通常我们会使用一种名为冷却式驱动装置的方法来解决问题。5.主轴的耐磨性关键部件需要具备强大的抗磨能力，从而确保长时间维持精准度。容易磨损的部分包括切削工具或产品的固定位置和可动的主轴工作区域。为增强抗磨性能，这些部分应被硬化，或是接受氮化处理，以此提升硬度并增强抗磨力。此外，主轴轴承也需保证优良的润滑效果，进一步强化其抗磨特性。上述各项标准中存在一些冲突之处，比如高强度与快速性，快速性和高度准确性等等。因此，我们需要对每个特定情况做出具体的判断，如为提高效率而设计的机械设备中的主轴部分必须符合速度快且强度的需求;而在制造高精密机器的时候，主轴则需具备较高的强度并降低温度上升的情况。此外，为了确保各个零部件的位置稳定并且具有良好的加工特性，主轴的设计也需要考虑这一系列因素。6.提高主轴组件抗振性的措施（1）将主轴前轴承结构长度尽可能缩短，同时适当增加跨矩。（2）尽量提高前轴承的刚度和阻尼；（3）增强前轴承的准确性，将推力轴承安置在前支撑初期可以提升其抗震能力。（4）对于高速运转的部件进行静态和动态的平衡，以及提升齿轮和主轴的制造精度，都可以有效地降低强迫振动源。（5）在非连续切削流程中，通过安装滚削等飞轮设备可以降低振动。（6）使用阻尼器来降低振动能量是一种有效的策略；同时，要考虑到系统的固有频率，以防止发生共振。7.减少主轴组件热变形的措施（1）把热源移至木线机以外。（2）优化主传动的润滑环境。例如实施箱外循环润滑，使用低粘度的润滑油和油雾等方法，特别关注前轴承的润滑状况。（3）利用降温设备来降低机器各个部分的热量差异和温度偏移是有效的手段之一。通过优化机械构造的设计以实现自我调节并避免对制造质量造成负面效应也是一种可能的方式。此外，我们也可以从生产流程中消除或减小因热量引起的形变问题，比如让零件预运行一段时期后再开始切割工作;或者分阶段完成细致与初步处理步骤等等方法都是可行的选择。选择主轴材料和计算尺寸、参数主轴是主轴组件的关键组成部分，其结构尺寸、形状、制造精度、材料和热处理方式对主轴组件的工作性能至关重要，因此主轴的结构形式会根据系统设计需求的不同而变化。主轴的主要尺寸参数有主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支撑跨距。对主轴进行评价和考虑主要尺寸参数的标准是主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适应范围。1.主轴直径尽管当主要杆体的大小时会提升它的强度特性，但是这也会导致与之相关的部件(如滚珠)及整个机械设备整体规模扩大;同样地，如果我们选择更大的球形关节来提高稳定性和准确性的要求的话，那么相应的误差范围就会随之增加并变得更难控制了。另外一点需要注意的是：随着最大速度限制降低的同时，它们的使用寿命也在缩短着。因此在前部或尾部的支持点处所选用的圆柱体的半径可以被看作是基于前面提到的那个参数而设定的——即为0.7~0.8的比例关系式中计算出的结果，具体数字需要根据整机的设计方案去决定才行。至于前后两部分之间的差距大小对于机器本身来说有着重要的影响作用--因为它们直接关乎到该装置的工作效率及其加工质量的高低问题呢！2.主轴内孔直径内部的主轴用于安置杆状材料和工具抓握设备以稳固切割器材或者驱动气体动力或是流体力学式钳子等等。当主轴口径增大的时候，可以容纳更大的棍形物件并且扩大机器的使用领域的同时也会减轻它的质量负担。然而，选择合适的开口大小受到主轴硬性的限制影响很大。如果把主轴的外部尺寸除以内部的开洞面积的话，那么低于百分之一百零三就会使空气中枢结构具有接近于实体型态的中枢强度而超过一百三十五则会显著降低它们的韧性和稳定性能。通常情况下建议使用大约五十的比例来确定最佳的选择方案。按照设计需求，这个设计选择了45号钢作为主轴材料。具体的热处理和参数请参见下表切削方式轴向载荷/N进给速度/(m/min)时间比例/(%)备注强力切除282.65v10F粗加工71.98v30F精加工29.58v50F快移和钻镗定位15.45v10F表5-145号钢热处理参数[13]因为选用的主轴电机功率为P=3.7KW，额定转速nc=1500r/min所以主轴功率p=pc/η1η2η3==2.67kw因为主轴是空心转轴，所以d1=21.68×.查表得=1.23所以d1=21.68×1.2321.23=56.6㎜由于在此处的轴上有键槽的存在，因此我们需要计算出d1的数值：d1=d×(1+5%)=59.45mm，我们可以将其设定为60mm;接着，根据公式d2=d1+2a，其中a是轴肩的高度，它主要负责轴上的零部件定位与稳定，因此其值需略微超过毂孔的圆角半径或者倒角深度，一般情况下可以设置为a≥(0.07~0.1)d1;而对于d2来说，则必须满足密封件的孔径需求。所以d2=63mmd3=d2+5～8mm=72mm。d4=d3+1～5mm=74mm。d5=d4+1～5mm=78mm。d6=d5+2a。a≥(0.07～0.1)d1所以d6=80mm。根据选用的轴承确定d7=98mm对主轴的疲劳强度进行安全系数校核，计算危险截面的安全系数s。 s=≥[s]—只考虑弯距作用的安全系数；sτ—只考虑扭距作用是的安全系数；[s]—许用安全系数；[14]在此查表所得[s]=1.3～1.5；sσ=查表得出σ-1=270Mpaτ-1=155Mpakσ=1.71kτ=1.44β=1.6εσ=0.78ετ=0.74ψσ=0.3，ψτ=0.21，σα=，σm=σαM=Wp=所以s==1.08<[s]=1.3～1.5所以主轴设计符合要求。3.主轴的轴端结构主轴端用于安装夹具和刀具，需要夹具和刀具在主轴端定位准确、方便安装和卸载，同时保证主轴的悬伸长度较短。通常木线机的主轴端结构采用短圆锥形法兰盘设计。4.轴主要精度指标主支撑轴承的轴颈应保持精确的同心度大约是5微米;其轴颈需按照轴承内部"真实大小"来配对，并确保有至少1微米到5微米的配合间隙;锥形孔和轴承轴颈之间的同心度要求达到3至5微米，同时要使锥面与其接触区域不少于80%，而且末端部分必须良好地接合在一起;安装圆柱滚动轴承时，与轴承内的环状物体表面接触区应当不低于85%。5.主轴动态特性的改善改善主轴动态特性的措施有以下几个方面：（1）使主轴组件的固有频率与激振力的频率不相符。一般而言，我们需要确保固有的频率超过激发力的频率至少30%。若某一特定模式引发了共振且其主要部分是基于弹性的轴承刚度振动，那么就应当增强该轴承的刚度。反之，若是由于主轴的弯曲振动所致，那我们就需增加主轴的刚度，例如通过增大直径等方法。激发力可能是由主轴组件的不对称引起的，此时激发频率即为主轴速度与π/30相乘的结果。也有可能是因于间歇式加工造成的，此时的激发频率还要加上刀具数量z。（2）增大阻尼正如先前的阐释，一般情况下，低级模式通常表现为主轴的刚体震动。此时，主要轴承尤其是前部轴承的阻尼对于整个主轴系统的稳定性能具有显著的影响。若需要获得精细的光滑切割面，且主轴保持水平状态，则可采用滑动轴承。通过适度地调整滚动轴承的预压，能够增加其阻尼效果，然而过度预压可能导致阻尼降低，因此在确定预压值时应充分考虑到阻尼这一要素。（3）采用三支承如果主轴后端的悬挂长度较长，可以增加辅助支承来形成三点支撑主轴。辅助支承可以使用深沟球轴承，并保持活动间隙。辅助支承的作用更多是为了提高抗振性，而不是单纯提高刚度。主轴传动装置箱体的作用传动轴承支撑传动件的轴，存储润滑剂，以实现传动件和轴承的润滑，同时起到密封作用，减少环境不良因素，保护机器操作者的人身安全，避免伤亡事故的发生。主轴箱体的截面形状和壁厚计算矩形或圆形是传动装置箱体的常见纵向截面。计算箱壁厚nN=[14]主轴轴承的选择主轴轴承在主轴组件中扮演着重要的角色，其种类、构造、设置、安装、调整、润滑和冷却都对主轴组件的工作性能产生直接影响。常见的主轴轴承类型包括滚动轴承和滑动轴承。由于其低摩擦特性，滚动轴承能实现预压并易于保养，同时可以在特定的旋转速度范围内保持稳定的运行状态。这些优点使得它成为一种广受欢迎的选择，尤其是在机械设备中得到普遍应用。然而，相较于滑动轴承，它的声音较大且仅支持固定数量的滚轮，刚度也存在波动，而且抵抗震动的性能稍逊色。此外，对于高转速也有严格的要求。因此，当条件允许时，我们应尽可能地选择滚动轴承作为主要部件，尤其是那些位于套筒内的垂直轴或具有轴向运动能力的轴上。此时，我们可以利用润滑脂来减少泄露问题。而从滚动方式来看，它们又可细分为三类：球型轴承、圆柱形轴承及圆锥滚珠轴承。[6]轴承的选择和轴承的精度在选择轴承时，首要任务是确定其类型。应该考虑多个方面的因素来决定轴承所承受的负荷大小、方向和特性；轴向的稳定方式；旋转速度与工作环境的关系；调节心力的需求；经济效益以及其他特殊需求等。对于滚动轴承的挑选，我们可以用一些原则进行总结如下。1.载荷条件决定选取何种类型的轴承的关键因素包括其所承载负重的规模、特性及其指向。当需要较大的承载能力时，首选的是具有线接触功能的滚动轴承。若仅受到单一的轴向压力，则一般会使用推力轴承;而对于以径向压力为主导的情况，建议采用深沟球轴承;如果要处理混合型的径向与轴向压力，那么角接触轴承将会是一个合适的选择;至于那些遭受强烈冲击力的场合，推荐优先考虑滚动轴承。2.转速条件对于高运转速度并有严格定位需求的情况来说，选择使用球形关节是最佳的选择;然而，其最大运行频率较低。如果需要较高的运作效率但同时承受的小型横行负荷并不大的时候，可以考虑用角度接合或者深度槽形的轮子来替代传统的圆柱状齿轮结构。为了降低由运动部件产生的对外部轨道的影响力的影响程度，建议优先选取外部尺寸与内部零件大小相对更紧凑的设计方案。3.装调性能可将3类（圆锥滚子轴承）和N类（圆柱滚子轴承）的内外圈分开，方便装卸。为了便于在长轴上安装轴承并紧固，可以选择带有内孔和紧定套的轴承。4.调心性能轴承的内外圈轴线偏轴角度在规定的范围内，不能超出限值，否则会增加轴承的附加载荷，导致寿命缩短。对于刚度较差或者安装精度不高的轴系，应考虑使用调心轴承，例如1类（调心球轴承）、2类（调心滚子轴承）轴承。5.经济性我们应当尽可能选择成本较低的轴承来符合我们的需求。一般来说，球形轴承相较于滚动轴承更便宜。轴承的品质对价钱有直接影响。深度沟槽球型轴承通常是最经济的选择。同样规格和质量级别的轴承之间的价格差异是这样的：P0:P6:P5:P4=1:1.5:1.8:6。当挑选高质量的轴承时，需要对其性价比做深入研究。在本轮的设计过程中，我们选择了使用角接触式轴承与双方向推力向心球轴承作为主要部件。角接触式轴承能够承担径向及轴向负载的共同影响，且承载能力的强度会随着接触角度的提升而增强;轴承的品质可划分为五个等级：2、4、5、6、0，其中2级代表最高的质量标准，0级则表示普通的品质级别。对于主轴轴承而言，通常选择的是4级的品质。若需要更高的精准度，可以选择P2级别的轴承。对低需求或者三支点主轴的辅佐轴承来说，P5级别的轴承就足够了。至于P6级和P0级，它们并不常被选用。[6]轴承预紧力的要求由于预紧力能够提升刚度，这是与线性滚子轴承不同的特点。对于点接触球轴承来说，在温度上升可以接受的情况下，应尽量使用较高的预紧力。当轴向力施加于不受力的轴承，且滚动体和滚道不匹配时，其最大轴向负荷为35%；而在三联组合的情况下，这个比例则是24%。主轴轴承的润滑与密封对于机器的主轴而言，其封闭方式包括了触碰式的闭合方法及无直接接触的方式;而对机械设备中枢部件——转动部分(即：旋转机构)来说，它的滑动摩擦阻力、磨损情况及其工作状态等都与其所使用的润滑剂密切相关并对其性能有着重要影响[1]。因此，如何选择合适的润滑材料以达到最佳的使用效率就成为了我们需要关注的问题之一。此外，为了避免因外部环境因素导致的污染物侵入或内部流体外溢等问题发生，必须采取有效的措施来保证该部位的安全运行。对于机器设备而言，其主要旋转部件的主轴轴承通常采用以下几种润滑方法：油脂涂抹式、油液循环型、油雾喷射式或油气混合型等。本研究中选择使用了油脂润滑模式。而关于主轴的润滑状况可以划分为两种类型：一是以流动介质为基础的润滑情况;二是无流动介质参与的润滑情况，其中后者还可以细分为边界润滑与干摩擦润滑两部分。此外，还有一种常见的复合润滑形式，也就是既包含流动介质也包括边界润滑的情况。目前木线机主轴轴承常用的润滑方式是油脂润滑，尤其是在前支撑轴承上更为常见。如果主轴箱没有冷却润滑油系统，通常会采用油脂润滑方式来润滑后支撑轴承和其他轴承。（1）对于机械设备的主轴部分，我们通常会选择以油液为基础的方式来实现其润滑功能。例如，如果安装了CA-MET轴承的主轴，就可以利用此种方法对其进行润滑处理。然而，针对一般的机器主轴轴承而言，通过油液润滑的方法应用于其后支撑结构更为普遍。需要注意的是，当使用油液润滑角度接触轴承时，需要特别注意到该类型轴承具有吸入油脂的功能，因此务必确保油液从较小的入口处流入。（2）采用油雾润滑方法时，我们通过使用高压气流对油液进行雾化处理，然后将其以微粒形式喷射到所需润滑的位置上，从而实现润滑效果。这种方式因其良好的散热性能和避免了油液混合的效果而被广泛应用于高转速的主轴轴承润滑中。然而，需要注意的是，油雾易被风吹走并可能造成环境污染。（3）采用油气润滑技术：该技术专门为高转速的主轴设计，通过使用极其少量(大约只有0.03立方厘米)的油来对轴承进行润滑，从而防止其过热。同时，油箱内的油位传感器与管道内压力传感器的设置可以保证当油箱没有油或压力不够时，能够自动开启并关闭主电机的电源。调整轴承间隙和预压主轴轴承的内部间隙是必须可以进行的。绝大多数的轴承，在过盈状态下，滚动体与滚道之间应该有一定预变形，这就是所谓的轴承预紧。当对轴承实施预紧操作时，其内部没有空隙存在，这使得滚动体能够全方位支撑住主轴，从而有助于提升运行准确度。然而，滚动体的直径无法完全一致，同时滚道的形状也并非完美圆形，因此在未预紧之前，仅有部分滚动体能与滚道发生接触。经过预紧处理之后，滚动体及滚道均发生了一定程度的塑性变形，参与工作中的滚动体数量有所增加，且每个滚动体的负荷分配更加均衡。这一切都为提高轴承的精确度、强度以及使用年限提供了支持。如果主轴出现震荡现象，那么因为所有方向都被滚动体所支撑，所以可增强抵抗震动的能力。不过，过度的预紧会缩短轴承的使用时间，因此需要适量的预紧。[17]轴承寿命校核一般而言，主轴轴承所承受的负载并不沉重，除非是某些特定的超重型主轴，否则它们的耐用性能并无问题。主轴轴承的使用寿命并非由疲劳点蚀决定，更多的是因磨损导致的精确度的下降。例如，如果轴承的精度设定为P4等级，但由于磨损使其精度跌落到P5级别，那么该轴承已经无法满足制造精度的要求，需要被替换掉。尽管距离它的疲劳寿命还有很长一段路要走，然而现阶段我们对这种"精度寿命"的预判仍然存在一定的误差。根据每日两班制的轴承选择，预计每班工作时间为8小时，并且预期使用寿命为五年。因此，t=16×365×5=29200h根据轴承寿命校核公式：Lh=Lh轴承寿命。T滚动轴承许用寿命。C滚动轴承额定动负荷。fn速度系数fn=ε寿命指数。对于球形轴承，ε等同于3；而对滚动轴承来说，ε的值为10/3。KA使用系数。查表取KA=1.2.Kn转速变化系数，查表取Kn=0.89。KL齿轮轮换工作系数，查表取KL=0.8.P当量动载荷。[14]所以根据公式计算得：L