毕业论文终稿-数控铣床主传动系统[主轴和传动系统 分离式]设计[下载就送全套CAD图纸 答辩通过]

需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑本科生毕业设计论文题目数控铣床主传动系统设计分离式英文题目系专业班级系，专业，班级请参照书写规范学生学号指导教师1职称指导教师2职称I声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得研究结果。论文在引用他人已经发表或撰写的研究成果时，已经作了明确的标识；除此之外，论文中不包括其他人已经发表或撰写的研究成果，均为独立完成。其它同志对本文所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表达了谢意。学生签名_年月日导师1签名_年月日导师2签名_年月日北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）II摘要本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状,并分析了其存在的问题对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对数控铣床传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控铣床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。目前，数控铣床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围35，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到铣床机体上,改善了输入轴的受力情况。关键词传动系统设计,传动副，结构网，结构式，齿轮模数，传动比北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）IIICNCMILLINGMAINTRANSMISSIONSYSTEMDISCRETEABSTRACTTHISPAPERINTRODUCESTHEPROCESSANDCURRENTSITUATIONOFTHEDEVELOPMENTOFCNCMACHINETOOLS,ANDANALYZESTHEEXISTINGPROBLEMSTHEDEVELOPMENTTRENDOFCNCMACHINETOOLSWEREDISCUSSEDCNCMILLINGMACHINEANDDRIVESYSTEMDESIGNANDCALCULATIONHEADSTOCKMOUNTEDINPRECISIONBEARINGSHAVEAHOLLOWSHAFTANDASERIESOFTRANSMISSIONGEARCOMPONENTSSPINDLECANGETANYSPEEDINTHESPEEDRANGETOMEETTHEREQUIREMENTSOFTHECUTTINGPROCESSATPRESENT,THEDEVELOPMENTTRENDOFCNCLATHEISCONTINUOUSLYVARIABLEBYELECTRICALANDMECHANICALDEVICESINVERTERMOTORPOWEREDBYBELTDRIVEANDTRANSMISSIONGEARSFORTHESPINDLETYPICALLYVARIABLEFREQUENCYMOTORSPEEDRANGEOF35,ITISDIFFICULTTOMEETTHEREQUIREMENTSOFTHESHIFTSPINDLECHANGEGEARSERIESISEXPANDINGTHESCOPEOFTHEGEARSHIFTTHEDESIGNOFTHEORIGINALPULLEYWITHOUTUNLOADINGTHESTRUCTUREINTOAPULLEYUNLOADINGSTRUCTURE,WITHTHEINPUTSHAFTOFTHETORQUEONLYBYTHERADIALFORCETOTHEDRIVESHAFTONTHELATHEBODY,IMPROVETHEFORCEOFTHEINPUTSHAFTHAPPENINGKEYWORDSDRIVESYSTEMDESIGN,TRANSMISSIONDEPUTY,NETWORKARCHITECTURE,STRUCTURE,MODULUSGEARTRANSMISSIONRATIO北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）IV目录摘要IIABSTRACTIII第1章绪论111国内外研究现状及发展趋势1111数控系统的发展趋势1112我国数控铣床的研究现状及发展趋势112毕业设计题目、主要技术参数5第2章运动设计621运动参数及转速图的确定6211确定结构网6212绘制转速图和传动系统图622确定各变速组此传动副齿数7第3章动力计算931同步带计算选型932计算转速的计算1233齿轮模数计算及验算1234主轴合理跨距的计算1535主轴材料的选择及尺寸、参数的计算1636主轴箱体的截面形状和壁厚计算18第4章铣床主轴部分及其设计计算1941铣床主轴所需标准19411铣床的刚度19412铣床的耐车性20413铣床的旋转精度20414铣床的抗震能力20415铣床的热变形2142铣床主轴部分的分布2143铣床主轴形状的选择2244铣床主轴的热处理2245铣床主轴的设计标准23北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）V46铣床主轴上轴承的挑选2347铣床主轴上轴承的校对计算2448铣床主轴外部伸长量2549铣床主轴的校核26491受力作用的转换26492铣床主轴的挠度27493铣床主轴的倾角28410轴的设计和验算294101轴的结构设计294102轴的强度校核304103轴的刚度校核33第5章主轴结构设计3951对主轴组件的性能要求3952轴承配置型式4053主要参数的确定4054主轴头的选用4255编码器的选择与安装42第6章主轴变速箱的装配设计4361箱体内结构设计的特点4362设计的方法以轴的布置为例43第7章摩擦离合器多片式的计算4671结构设计47711展开图设计47712截面图及轴的空间布置4872零件验算48721主轴刚度48722传动轴刚度53结论58参考文献59致谢60北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）VI北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）VII北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）VIII北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）1第1章绪论11国内外研究现状及发展趋势111数控系统的发展趋势自从1951年计算机技术应用于机床上，数控系统经历了数控（NC）和计算机数控（CNC）两个阶段的发展。目前，数控系统正处于第六代基于PC（PCBASED）。未来数控系统将呈以下发展趋势1、继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。2、向高速化和高精度化发展3、向智能化方向发展（1）应用自适应控制技术向高速化和高精度化发展数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。（2）引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。（3）引入故障诊断专家系统（4）引入动装置智能化数字伺服驱动系统可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行3。112我国数控铣床的研究现状及发展趋势1、研究现状我国数控铣床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控铣床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。1）床身北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身有图1所示的5种布局形式。一般来说，中、小规格的数控铣床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型数控铣床或小型精密数控铣床才采用平床身，立床身采用的较少。平床身工艺性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，但排屑困难；刀架横滑板较长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控铣床中被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点容易实现机电一体化；机床外形整齐、美观，占地面积小；容易设置封闭式防护装置；容易排屑和安装自动排屑器；从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度；宜人性好，便于操作；便于安装机械手，实现单机自动化。2导轨铣床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控铣床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。滚动导轨的优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近，不会产生爬行现象，可以使用油脂润滑。根据滚动体的不同，滚动导轨可分为滚珠直线导轨和滚柱直线导轨。后者的承载能力和刚度都比前者高，但摩擦系数略大。北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）3A后斜床身斜滑板B直立床身直立滑板C平床身平滑板D前斜床身平滑板E平床身斜滑板图11床身布局型式3）主轴传动系统机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动是在一定范围能均匀的、离散地分布着有限级数的转速，主要用于普通机床。无级变速形式可以在一定范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳转速，能在运转中变速，便于自动变速。数控铣床得主传动系统通常采用无级变速。与普通铣床相比，数控铣床的主传动采用交、直主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴结构大为简化。为了适应不同的加工需求数控铣床主传动系统有以下三种方式。电动机直接驱动主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构，能有效地提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、输出转矩与主轴的特性完全一致。但因主轴的功率和转矩特性直接决定主轴电机的性能，因而这种变速传动的应用受到一定限制。采用定比传动主轴电动机经定比传动给主轴。定比传动可采用带传动或齿轮传动，这种传动方式在一定程度上能满足主轴功率和转矩的要求，但其变速范围仍和电动机的调速范围相同。目前，交流、直流主轴电动机的恒功率转速范围一般只有24，而恒转矩范围则达100以上；许多大、中型机床的主轴要求有更宽的恒功率转速范围。很明显，这种情况下主轴电动机的功率特性和机床主轴的要求不匹配调速电动北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）4机的恒功率范围远小于主轴要求的恒功率变速范围。所以这种变速方式多用于小型或高速数控机床。采用分档变速方式采用这种变速方式主要是为了解决主轴电动机的功率特性和机床主轴功率特性不匹配。变速多采用齿轮副来实现，电动机的无级变速配合变速机构可确保主轴的功率、转矩要求，满足各种切削运动的转矩输出，特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。用两个电机分别驱动主轴上述两种方式的混合传动，高速时带轮直接驱动主轴，低速时另一个电机通过齿轮减速后驱动主轴4）刀架系统按换刀方式的不同，数控铣床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。排式刀架一般用于小规格数控铣床，以加工棒料或盘类零件为主。回转刀架是数控铣床最常用的一种典型换刀刀架，通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架。根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，回转刀架分为立式刀架和卧式刀架两种。排刀式刀架和回转刀架对刀具的数目有一定的限制，当需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。5）进给传动系统数控铣床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统，按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。前者定位精度低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉；后者控制精度高、快速性能好，但它对机床的要求比较高，且造价较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。数控铣床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。前者由于具有可靠性高、造价低等特点而被广泛采用4。2、发展趋势1）高速、高精密化当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。2）高可靠性北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）53）数控铣床设计CAD化、结构设计模块化采用CAD技术以替代人工完成繁琐的绘图工作，进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，以及对整机各工作部件进行动态模拟仿真。这样大大提高了工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。4）功能复合化扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控铣床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工。5）智能化、网络化、柔性化和集成化5。12毕业设计题目、主要技术参数1、设计数控铣床主传动系，主轴最高转速为NMAX4000R/MIN，最低转速为20R/MIN，计算转速为180R/MIN，电动机功率规定为15KW，电动机的最高转速为4500R/MIN，额定转速为1500R/MIN。要求主轴的功率特性图上无缺口，采用主轴和传动系统分离式传动方式，每根轴上传动副数少于等于4个。北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）6第2章运动设计21运动参数及转速图的确定技术参数1、设计数控铣床主传动系，主轴最高转速为NMAX4000R/MIN，最低转速为20R/MIN，计算转速为180R/MIN，电动机功率规定为15KW，电动机的最高转速为4500R/MIN，额定转速为1500R/MIN。要求主轴的功率特性图上无缺口，采用主轴和传动系统分离式传动方式，每根轴上传动副数少于等于4个。1无级变速传动系统的恒功率调速范围RNPRNP2222JNNMAX18042交流调速电动机的恒功率调速范围RNPRNP3RNMAX15043分级变速传动的转速级数Z2095ZLGRNP/LGRNP282取Z3211确定结构网主轴的计算转速为180R/MIN由转速得,选用齿轮精度为8级精度北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）7图21结构网212绘制转速图和传动系统图（1）绘制转速图转速图（2）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）812轴最小中心距A1_2MIN1/2ZMAXM2MD轴最小齿数和SZMINZMAX2D/M22确定各变速组此传动副齿数1SZ100120,中型机床SZ701002直齿圆柱齿轮ZMIN1820图23主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。据设计要求ZMIN1820,由表41，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表22。齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3齿数774346742288北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）9第3章动力计算31同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下DAMPK式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表2工作情况系数选取17；AAK表33工作情况系数WPKAD5217确定带的型号和节距可根据同步带传动的设计功率PD和小带轮转速N1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。其中PD255KW，N14500RPM。查表34表34北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）10选同步带的型号为H，节距为PB800MM选择小带轮齿数Z1，Z2可根据同步带的最小许用齿数确定。查表333得。查得小带轮最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值Z134故大带轮齿数为Z2IZ12Z168。故Z134，Z238。确定带轮的节圆直径D1，D2小带轮节圆直径D1PBZ1/80034/3148653MM大带轮节圆直径D2PBZ2/80034/31417306MM验证带速V由公式VD1N1/60000计算得，北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）11SVMAX40M/S，确定带长和中MDNV/27601605384160心矩根据机械设计基础得21021DAD所以有MA23461420现在选取轴间间距为取224MM0A10、同步带带长及其齿数确定0L2A21D7197MM11、带轮啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即17。MZ12、基本额定功率的计算0P查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表43可以120VMTPA知道210085N，M0448KG/M。A表35基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力RFRFVPD10716N北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）1232计算转速的计算（1）主轴的计算转速传动件的计算转速MIN/180R主轴的计算转速,各轴的计算转速如下33齿轮模数计算及验算1、计算各传动轴的输出功率42150961480873653195025736987IRBIGIIPNKWTNM150944该轴的计算转速该轴的传递功率注由公式择轴径的计算以及键的选JJNPND44,269250150/MIN132893IJIIIJIIPDDKWNR4、模数计算，一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，轴序号电动机0I轴II轴计算转速R/MIN1500750120北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）13按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即MJ16338可得各组的321JJMNUZP模数，如表33所示。45号钢整体淬火，10JMP按接触疲劳计算齿轮模数MMRNUZIRIZUNKWNUZNJJJDJMD0398250173410638MIN/93141I/72000MIN/163822J322J1M11J取轴取轴小齿轮齿数大小齿轮齿数比齿轮计算转速驱动电机的功率（2）齿轮计算。齿轮几何尺寸见下表齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3齿数774346742298模数333333分度圆直径23112913822266294齿顶圆直径23713514422872300齿根圆直径22351215130521455852865齿宽242424242424按基本组最小齿轮计算。小齿轮用40CR，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算如下齿面接触疲劳强度计算接触应力验算公式为JFSJMPAUBNNKZM102832弯曲应力验算公式为北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）14WSWMPABYNZMNK109235式中N传递的额定功率（KW），这里取N为电动机功率，N4KW计算转速（R/MIN）JNM初算的齿轮模数（MM）,B齿宽（MM）Z小齿轮齿数；U小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,U3寿命系数；SKTNNQ工作期限系数；MTCK016T齿轮工作期限，这里取T15000H齿轮的最低转速（R/MIN），500（R/MIN）1N1N基准循环次数，接触载荷取，弯曲载荷取00C70C612M疲劳曲线指数，接触载荷取M3；弯曲载荷取M6转速变化系数，查【5】2上，取060NKNK功率利用系数，查【5】2上，取078NN材料强化系数，查【5】2上,060QQ工作状况系数，取1133动载荷系数，查【5】2上，取1K2K齿向载荷分布系数，查【5】2上，111Y齿形系数，查【5】2上，Y0386；许用接触应力（MPA）,查【4】，表47，取650MPA；JJ许用弯曲应力（MPA），查【4】，表47，取275MPA；WW根据上述公式，可求得及查取值可求得北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）15合格；弯曲应力校核合格接触应力校核MPAPBYNZMNKKCTNPAPUBNKZMKCTNJSSQNNMTJSJSQNNMT32051410995Y70836210254108890653311235W132按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40CR，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。同理根据基本组的计算，查文献【6】，可得062，077，060，11，NKNQK31，1，M35，355；可求得2K1J合格；弯曲应力校核合格接触应力校核MPAPBYNZMNKKCTNPAPUBNKZMCTJSSQNNMTJSJSQNNMT32051410995Y7083621025410889065331235W13234主轴合理跨距的计算由于电动机功率P11KW，根据【1】表320，前轴径应为6090MM。初步选取D180MM。后轴径的D2（0709）D1，取D260MM。根据设计方案，前轴承为NN3016K型，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量A120MM，主轴孔径为30MM。轴承刚度，主轴最大输出转矩T955095503183NMNP2508假设该机床为铣床的最大加工直径为300MM。床身上最常用的最大加工直北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）16径，即经济加工直径约为最大回转直径的50，这里取60，即180MM，故半径为009M；切削力（沿Y轴）FC4716N09318背向力（沿X轴）FP05FC2358N总作用力F527265N2PC此力作用于工件上，主轴端受力为F527265N。先假设L/A2，L3A240MM。前后支承反力RA和RB分别为RAF527265790897NLA2401RBF5272652636325NL根据文献【1】式37得KR339得前支承的刚度10FR8LA90IZA1COSKA168969N/；KB78557N/；215MMBAK576主轴的当量外径DE8060/270MM，故惯性矩为I1138108M4640370143AKEA63810982查【1】图338得20，与原假设接近，所以最佳跨距12020240MML00L合理跨距为（07515），取合理跨距L360MM。0L根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主轴的刚度，增大轴径前轴径D100MM，后轴径D80MM。前轴承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。35主轴材料的选择及尺寸、参数的计算主轴的主要尺寸参数包括主轴直径、内孔直径、悬伸长度和支撑跨距。评价和考虑主轴的主要尺寸参数的依据使主轴的刚度、结构工艺性和主轴组件的工艺适应范围。主轴内孔直径主轴的内孔用来安放棒料、刀具夹紧装置固定刀具、传动气动或液动卡盘等。主轴孔径越大，同时主轴部件的相对重量也越轻。主轴孔径的大小主要受北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）17主轴刚度的制约。根据设计要求。此设计选用的主轴材料是45钢。表3145钢热处理和参数表因为选用的主轴电机功率为P11KW，额定转速NC1500R/MIN所以主轴功率PPC/1231267KW因为主轴是空心转轴，所以D121683122TM34查表得123所以D121681232123566341D263MMD3D258MM72MM。D4D315MM74MM。D5D415MM78MM。D6D52A。A00701D1所以D680MM。根据选用的轴承确定D798MM主轴的疲劳强度安全系数校核，危险截面安全系数S的校核计算SS2S_只考虑弯距作用的安全系数；SS_只考虑扭距作用是的安全系数；S_许用安全系数；北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）18在此查表所得S1315；SMK1查表得出1270MPAMKS11155MPAK171K14416074，03，MMWP1324DD0643所以S108S13152S所以主轴设计符合要求。36主轴箱体的截面形状和壁厚计算传动装置箱体的典型纵截面形状为矩形或圆形。箱体壁厚N的计算NMHBL230北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）19第4章铣床主轴部分及其设计计算铣床的传动轴部分是铣床机构设计中的一项关键部分，这是由于铣床在实际的加工中生产中，其效率高低和性能优劣在很大程度上都是由铣床的传动轴部分影响和决定的。在实际设计中，铣床主轴作为铣床机构的重要部分，其主要作用就是通过传递载荷和力矩，从而带动铣床上的车刀进行工作运转，来对工件进行车削加工。铣床主轴和日常中的普通轴之间，既有共同之处，即都是作为载荷的传动装置，都要在一定的环境下才能稳定持续的运转；同时其也有自己的特别之处，如其能不依靠其他装置，自己就可以在比较大的载荷作用下工作，同时其还要带动车刀运转来进行对工件的车削加工，所以在对其进行设计和加工中，我们需要考虑更多的相关参数和技术要求。41铣床主轴所需标准图31411铣床的刚度概念铣床主轴的刚度是指在其受到外部施加的力或者力矩作用时，其由于内部作用力而排斥抗衡其形状发生变化的一项固有属性。其具体原理图如下所示北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）20具体公式为N/MYFK/U（31）在实际的方案规划时，我们应该从全局出发，全面考虑各方面可能对其造成影响之处，以求其能获得更高的刚度属性。412铣床的耐车性概念指其在长时间周期的工作运转中能够保证其内部精度等级仍不变的能力。因此，在实际选配件时，应选取一些具有比较大的硬度的配件，同时，也应努力采取一些比如润滑等相关措施，从而使得其使用周期延长。413铣床的旋转精度概念指当铣床主轴在人工操作下，或者是在没有工作件时运转，或者是在运转速度很小时，此时铣床主轴的前面以及轴径向的，以及的大小，ARO其原理图如下图所示414铣床的抗震能力概念指其排斥受外载荷作用和自身内部结构导致的不稳定震荡，仍能维持恒定工作节奏的本领。由于科技及机械工业的迅猛发展，铣床机构对其的要北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）21求也会不断增加。415铣床的热变形概念指当其在运转时由于进行不同的运动而导致各部分部件间发生相互作用，而导致自身温度变高，以致其结构外貌导致变化。在实际的设计和加工中，应努力采取一些措施来避免此种情况的发生，从而使得铣床机构能够持续稳定地工作运行，加工出符合要求的零件产品。42铣床主轴部分的分布在我们实际对铣床主轴部分的设计过程中，一定要充分考虑到前面提到的几点，再根据实际情况，具体设计铣床主轴的分布。铣床的主轴装置有两种不同的安装设计形式，一种是用左右分布受力，另外一种是除了前面已有的，再加一个中间的受力点，而在实际设计中，还是选择第一种的比较大众化。在本次的设计中，我所选择的也是第一种的形式。而在具体的铣床主轴设计过程中，需要满足如下一些条件（1）能够符合铣床主轴内部构造的匹配如果必须使得铣床的内部构造比较简洁，而同时需要其在功用方面具有承受比较大的力作用时，我们可以采取在其受力点处安装多个受力配件的方式。而如果是铣床装置的内部配件之间距离较小的时候，因为受到其本身构造的影响，我们可以采取让其内部的轴承分布在不同之处。（2）能够符合其加工质量的需要在进行加工安装时，采取不同的安装方式，可能会对最后铣床机构的加工质量产生很大的影响，因此在进行安装各部件时，一定要先仔细构思好，选择一个合理的，能够满足加工质量要求的安装方式。（3）能够在较大负荷作用下工作在实际设计中，应根据其装置所要承受的负荷大小来决定其具体选用什么样的配件。而对于在铣床装置中的关键部件轴承来说，其选用不同的型号以及数目，会对整个装置的整体受力性能产生很大的影响。表31不同型号轴承的对比滑动轴承基本要求滚动轴承动压轴承静压轴承刚度只和型号有关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高二增大与节流形式有关，与载荷转速无关北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）22旋转精度精度一般或较差单油楔轴承一般，多油楔较高可很高承载能力一般为恒定值随转速增加而增加，高速时受温升限制与油枪相应压差有关抗振能力不好较好很好速度性能中低速较好中高速较好适应于各种转速摩擦功耗一般较小较小本身较小寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时，较大自身无限，但供油系统寿命有限噪声较大无噪声本身没有，泵有噪声（4）能够符合利益最大化的需要在实际设计中，除了要考虑一些技术性的参数外，同时还有一个很重要的考虑点，那就是利益最大化。在进行设计方案中，在能够满足其使用功用的同时，应选取其成本比较低的，从而实现其节约性的要求。43铣床主轴形状的选择在实际设计中，要确定铣床主轴的具体形状，需要考虑的因素有很多，比如其上所选择的密封设备，轴承等部件的型号，大小，多少等等，另外其工作方式，组合类型等也都要考虑在内。在实际设计中，经常会做成阶梯状的形式。这里我所选择的也同样是把铣床装置的传动轴做成阶梯轴，从而达到拆装容易的目的。44铣床主轴的热处理我们知道，金属刚的弹性模量是一个固定值，其与具体的刚是什么类型基本没关系。而刚的材料却在很大程度上由其决定着，所以从实际情况出发，在进行选材时，比较低价的45刚应成为我们的第一之选，同时为了使其具有更高的使用性能，应对其进行相关的热处理工艺。材料牌号工作条件使用机床常用代用热处理硬度轻中负载车，钻，铣，铣床主轴4550调质HB220250轻中负载局部要铣床的车刀4550高频淬火HRC5258北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）23求高硬度轴轻中负载PV40（NM/CMS）2车，钻，铣，铣床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC4250HRC525845铣床主轴的设计标准在实际过程中，必须对铣床主轴作出一些具体的设计标准。铣床主轴的表面质量对传动轴上各部分配件的运转精度等级作用甚大。传动轴与上面的各部分配件相接触点的表面质量越好，那么相互作用之后的形变量也就越低，所以其加工质量性能也就越好。所以在设计中，必须要保证铣床主轴具有能够满足加工质量要求的设计标准。46铣床主轴上轴承的挑选经过以上对铣床主轴以及其配件的相关分析论证，经过翻阅相关设计参数资料，我们即可确定此处可采用的轴承型号是36206，也就是角接触球轴承，其接触角是15度，但这代号是其以前的名称，现在它的代号为7206C，其具体参数结构如下图所示。图34轴承图北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2447铣床主轴上轴承的校对计算我们在实际中挑选轴承时，要考虑的因素很多。不但要选取大小合适的，还要能够满足其加载在装置中能够满足加工质量的要求。其选择的正确，则可以使整个装置的性能得到优化，而如果挑选的不合适，那就回影响其本身使用期限甚至整个机构的使用性。所以我们在挑选时，一定要根据实际情况，具体问题具体分析，根据其工作环境，要满足的加工质量要求，拆装方便，以及现有机器的实际情况等，来挑选出最佳的型号。同时，为了确保轴承能够在工作运行时安全稳定持续，我们还要对其进行相应的校对计算。此处，因为传动机构的实际转速比较大，所以我们可以根据计算基本额定动载荷在挑选及校核其能不能达到使用标准。因为一般是在合理的状态下工作的，所以我们可以选择其标准使用期限为500小时。其计算过程如下（32）RTNDMHCPF上式中，北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）25FD冲击载荷因数15；FN速度因数0822；P当量动载荷，N；C基本额定动载荷计算值，N；FT温度因数1；FM力矩载荷因数，力矩载荷较小时取15，较大时取2；CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；FH寿命因数1；经过翻阅机械设计资料求出，FD15；FM15；FT1；FH1；FN0822；在这里的铣床机构设计中，我们可以假设其轴承只受到径向的负荷，则其当量动载荷就是（33）YFAXRP经翻阅机械设计书，求出X1，且Y0；所以，N。由以上可得128经过详细的计算论证，这里我们应采用的型号是7206C，其详细的结构数据是小径D25MM，外圆直径D62MM，其KN，而KN，其2RC510RC最大转速是一万转每分钟。同时验算它的额定的静载荷。其额定静载荷的验算方法是RCPS00（34）其中综上所述，这里我所采用的轴承能够满足使用要求。北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）2648铣床主轴外部伸长量在实际的设计铣床主轴中，需要使得其在套筒内的前端受力点外有一部分的伸长量，从而将带轮安装在上面实现传动，而这伸长量的大小，对其意义非同寻常。通常是其值越小越好。所以在实际设计中，在能满足要求的情况下，我们务必优先选用较小的伸长量。经过翻阅相关的机械设计手册，查得在铣床主轴的设计中，其伸长量与传动轴轴颈处的直径比值在125到25之间，所以其伸长量的范围就是在375MM到75MM之间。这里我所采用的数值是45MM。49铣床主轴的校核通过实际观察我们发现，铣床主轴在整个铣床装置的实际运行中起主要主要作用。因为在机器的正常运行中，传动轴承受很大的负荷，但是其可以接受的形变量却非常小，所以在设计及校核铣床主轴时，主要就是检验其刚度值是否在要求范围之内。而对于铣床主轴的具体刚度值大小，我们不好直接进行测量计算。但是根据其定义我们可知道，如果我们能够求出其挠度和倾角，那么也就能够得出其刚度的情况。491受力作用的转换如果传动轴上是两个受力承受点的，并且其前端部分分布多个受力轴承，那么这种形式我们可将其转换成一头固定，一头受力的形式，转换图如下所示而如果每个受力作用点处的受力轴承只是一个单列或者是双列的结构，那么我们可以把其转换成简支梁的形式，其示意图为以下形式北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）27根据以上的分析，结合我自己实际的设计方案，可知其原理与上图36相同。492铣床主轴的挠度根据翻阅我们大二时所学的材料力学的教材，可进行更详细的探究，结果见下图根据此原理，那么其极限值35EIFLB3MAX这里，D35MM北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）28493铣床主轴的倾角由上图的分析可知其极限值为37EIFLB2经翻阅机械设计相关手册，查得在满足条件MM,且RAD时，其刚度能够达到使用标准LX02最大01最大这里的以及，就是其挠度及倾角的极限值。最大最大X把上面求得的以及代进上面的关系式中进行对比，可知其值均在BMAX范围之内，所以这里设计的铣床主轴是符合要求的。由于电动机功率P28KW，根据【1】表320，前轴径应为6090MM。初步选取D180MM。后轴径的D2（0709）D1，取D260MM。根据设计方案，前轴承为NN3016K型，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量A120MM，主轴孔径为30MM。轴承刚度，主轴最大输出转矩T955095503183NMNP1802假设该机床为铣床的最大加工直径为400MM。床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的50，这里取45，即180MM，故半径为009M；切削力（沿Y轴）FC4716N09318背向力（沿X轴）FP05FC2358N总作用力F527265N2PC此力作用于工件上，主轴端受力为F527265N。北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）29先假设L/A2，L3A240MM。前后支承反力RA和RB分别为RAF527265790897NLA2401RBF5272652636325NL根据文献【1】式37得KR339得前支承的刚度10FR8LA90IZA1COSKA168969N/；KB78287N/；215MMBAK576主轴的当量外径DE8060/270MM，故惯性矩为I1138108M4640370143AKEA63810982查【1】图338得20，与原假设接近，所以最佳跨距12020240MML00L合理跨距为（07515），取合理跨距L360MM。0L根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主轴的刚度，增大轴径前轴径D100MM，后轴径D80MM。前轴承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。410轴的设计和验算4101轴的结构设计机床传动轴，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。传动轴应有足够的强度、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、噪声、空载功率、车损和发热增大。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。所以，在设计轴时要充分考虑轴的强度刚度等因素。在选择材料和估算直径都要满足条件，估算完以后还要对轴的强度和刚度进行校核。轴的结构设计主要是使轴的各部分具有合理的结构和尺寸。影响轴的结构的因素很多，因此轴的结构没有标准形式。设计时，必须针对轴的具体情况作具体分析，全面考虑解决。轴的结构设计的主要要求是北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）30装在轴上的零件有确定的位置。且布置合理。轴受力合理，能可靠地传递力和转矩，有利于提高强度和刚度。具有良好的工艺性。便于安装和调整。节省材料，减轻质量。轴（输入轴）的设计轴的特点1将运动传入变速箱的齿轮，一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴不受带的拉力（带轮卸荷）2若轴上安装正反向的离合器，由于组成离合器的零件很多，在箱内装配很不方便，一般都希望在箱外将轴组装好后在整体装入箱内（最好连皮带轮也组装在上面）。卸荷装置带轮将动力传到轴有两类方式一类是带轮直接装在轴上。除了传递扭矩外，带的拉力也作用在轴上。另一类是带轮装在轴承上，轴承装在套筒（法兰盘）上，传给轴的只是扭矩，径向力由固定在箱体上的套筒承受。这种结构称为卸荷装置。4102轴的强度校核由盐城市机床厂19971001发布的卧式铣床企业标准表9知主轴转速为103时,扭矩为468NM,这时轴的转速为MIN/RMIN/53401R1选择轴的材料由于这个铣床箱传动的功率不大，分别为4和28KW，对其重量和尺寸也无要求，故此输入轴采用45钢。2初估轴径按扭矩初估轴的直径，查表102见参考书2得C106117，考虑到安装带轮的轴段仅受扭矩作用，取C106,则2MNPCD06235410633MI3结构设计1各轴段直径的确定初估直径后就可按照轴上零件的安装顺序,从处开始逐段确定直径。考虑到轴段1上安装带轮，上面将安装有轴承MIND为了符合轴承内径系列，即轴段的直径应与轴承型号的选择同时进行，取轴承代号为6306的深沟球轴承，其内孔直径为30，同理可取其他各段轴的内径；北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）31（2）各轴长度的选择轴段一处上要安装有带轮、轴承、密封圈等，根据这些部件的尺寸，可以得出各段轴段的长度。各个轴段尺寸的确定主要是根据轴上零件的毂长或轴上零件配合部分的长度确定。而另一些轴段的长度除与轴上零件有关外，还与箱体及轴承盖等零件有关。通常从齿轮端面开始，为避免转动零件与不动零件干涉，取齿轮端面与箱体内壁的距离H15MM,考虑箱体的铸造误差，轴承内端面应距箱体内壁一段距离，取，考虑上下轴承座的联接，取轴衬座宽度为45MM。M5（3）轴上倒角及圆角为了保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册推荐，取轴肩圆角半径为1MM。为方便加工，其他轴肩圆角半径均取为1MM，根据标准，轴的左右端倒角均为。4603/TGB451上述确定尺寸和结构的过程，与画草图同时进行，结构设计草图（见下图A）FEDFR1VL405带轮CBA轴承H29MVFR2AL371齿轮HTTR4轴的受力分析2740TGFR1画轴的受力简图见上图B，因为齿轮为直齿圆柱齿轮，所以,齿轮上不存在轴向力。2计算支承反力在水平面上NMTT3951368北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）32NLFRHR06243596107231HR19412在垂直面上FTVR502/39/213画弯矩图（见上图CDE）在水平面上，AA剖面左侧MNLMHRA48619062431AA剖面右侧FRA72在垂直面上MNLVRAVAV4598310932合成弯矩A剖面左侧和右侧的弯矩相同MMAVAHA541024398462224画弯矩图（见上图F）转矩TMNDFT1503/68/5判断危险截面显然，AA面处无论是弯矩还是扭矩都为最大，AA面为危险截面6轴的弯扭合成强度校核由表101查得，ABMP51ABP10在AA截面左侧AMMDTW6324025402103332合适。7轴的疲劳强度安全系数校核由表101查得，ABMP650，；，。AP3011210在AA截面左侧北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）3323223109451264020MDTBWT由附表101查得，；由附表104查得绝对尺寸系数1K3，；轴经车削加工，由附表105查得表面质量系数8176。则0弯曲应力ABMPWM19203/应力幅AA平均应力M切应力ATP9012356AMAM45安全系数6721MKS451M692S查表106得许用安全系数，显然，故，AA截面安全,513SS即整个轴都是安全的，其弯扭合成强度和疲劳强度均是足够的。4103轴的刚度校核轴受载后要发生弯曲和扭转变形，如果变形过大，会影响轴上零件正常工作。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较高，不允许有较大变形。刚度要求保证轴在（弯曲、轴向、扭转）不致产生过大的变形（弯曲、失稳、转角）。如果刚度不足，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，或者产生振动和噪声、发热、过早车损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）34刚度估算轴的直径，画出草图之后，再根据受力情况、结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。（1）主轴刚度符合要求的条件如下（A）主轴的前端部挠度02501SY（B）主轴在前轴承处的倾角RAD容许值轴承（C）在安装齿轮处的倾角容许值齿E取为，5210MP