资源描述
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）- III -CNC milling Main Transmission System (Discrete)AbstractThis paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools, and analyzes the existing problems; the development trend of CNC machine tools were discussed; CNC milling machine and drive system design and calculation.Headstock mounted in precision bearings have a hollow shaft and a series of transmission gear components. Spindle can get any speed in the speed range to meet the requirements of the cutting process.At present, the development trend of CNC lathe is continuously variable by electrical and mechanical devices. Inverter motor powered by belt drive and transmission gears for the spindle. Typically variable frequency motor speed range of 3-5, it is difficult to meet the requirements of the shift spindle; change gear series is expanding the scope of the gear shift.The design of the original pulley without unloading the structure into a pulley unloading structure, with the input shaft of the torque only by the radial force to the drive shaft on the lathe body, improve the force of the input shaft Happening.Keywords: drive system design, transmission deputy, network architecture, structure, modulus gear transmission ratio北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）- IV -目录摘 要 .IIAbstract.III第 1 章 绪论.11.1 国内外研究现状及发展趋势.11.1.1 数控系统的发展趋势.11.1.2 我国数控铣床的研究现状及发展趋势.11.2 毕业设计题目、主要技术参数.5第 2 章 运动设计.62.1 运动参数及转速图的确定.62.1.1 确定结构网.62.1.2 绘制转速图和传动系统图.62.2 确定各变速组此传动副齿数.7第 3 章 动力计算.93.1 同步带计算选型.93.2 计算转速的计算.123.3 齿轮模数计算及验算.123.4 主轴合理跨距的计算.153.5 主轴材料的选择及尺寸、参数的计算.163.6 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.194.1 铣床主轴所需标准.194.1.1 铣床的刚度.194.1.2 铣床的耐车性.204.1.3 铣床的旋转精度.204.1.4 铣床的抗震能力.204.1.5 铣床的热变形.214.2 铣床主轴部分的分布.214.3 铣床主轴形状的选择.224.4 铣床主轴的热处理.224.5 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）V4.6 铣床主轴上轴承的挑选.234.7 铣床主轴上轴承的校对计算.244.8 铣床主轴外部伸长量.254.9 铣床主轴的校核.264.9.1 受力作用的转换.264.9.2 铣床主轴的挠度.274.9.3 铣床主轴的倾角.284.10 轴的设计和验算.294.10.1 轴的结构设计.294.10.2 轴的强度校核.304.10.3 轴的刚度校核.33第 5 章 主轴结构设计.395.1 对主轴组件的性能要求.395.2 轴承配置型式.405.3 主要参数的确定.405.4 主轴头的选用.425.5 编码器的选择与安装.42第 6 章 主轴变速箱的装配设计.436.1 箱体内结构设计的特点.436.2 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 .467.1 结构设计.477.1.1 展开图设计.477.1.2 截面图及轴的空间布置.487.2 零件验算.487.2.1 主轴刚度.487.2.2 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1.1 国 内 外 研 究 现 状 及 发 展 趋 势1.1.1 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 。1.1.2 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）- 3 -a)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 1.1 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 2-4，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）- 5 -3）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。1.2 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 Nmax=4000r/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2.1 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 Nmax=4000r/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 Rnp:Rnp= = =22.22jNnmax1804(2)交流调速电动机的恒功率调速范围 rnp:rnp= = =3rnmax1504(3)分级变速传动的转速级数 Z：2.095Z=lgRnp/lgrnp2.82 取 Z=32.1.1 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 2-1 结构网 2.1.2 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）- 8 -1-2 轴最小中心距：A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和:S zmin(Zmax+2+D/m)2.2 确定各变速组此传动副齿数(1)Sz 100-120,中型机床 Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮 Zmin 18-20图 2-3 主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。据设计要求 Zmin1820,由表 4.1，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 2-2。齿轮 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3齿数 77 43 46 74 22 88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3.1 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 =1.7；A AK表3-3.工作情况系数WPKAd 5.217.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Pd=25.5kw，n1=4500rpm。查表3-4表3-4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：Pb=8.00mm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3-3-3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z1=34故大带轮齿数为：z2=i z1=2z1=68。故z1=34，z2=38。确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/=8.00 34/3.1486.53mm大带轮节圆直径d2=Pbz2/=8.00 34/3.14173.06 mm验证带速v由公式v= d1n1/60000计算得，北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）- 11 -svmax=40m/s，确定带长和中mdnv /276.016053.84.160心矩根据机械设计基础得 )()(. 21021dad所以有： ma2.34614.20现在选取轴间间距为取 224mm0a10、同步带带长及其齿数确定= ( )0L2a21d=719.7mm11、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4-3可以1)(20vmTPa知道 =2100.85N，m=0.448kg/m。a表3-5 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 rF=rFvPd10=71.6N北京科技大学天津学院本科生毕业设计（论文）- 12 -3.2 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3.3 齿轮模数计算及验算1、计算各传动轴的输出功率 4(2)150.96.14.8087365(3):1.95025()73.6987IrbIgIIPnKWTNm15.0 ;:(9)4(4 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 jj nPnd44:,2.69.;2501.:.5;0/min132.89;3IjI IIjI IPddKWnr4、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(0) I 轴 II 轴计算转速r/min1500 750 120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 mj=16338 可得各组的321)(jjmnuzP模数，如表 3-3 所示。45 号钢整体淬火， 10jMP按接触疲劳计算齿轮模数 m mrnuZI rI ZunKWNuZNjjjd jmd .03;98.250173.410)(638min/;.;: .;.9.3)14(1 i/72;.;0:00min)/();(163822j322j 1m11j 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 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3齿数 77 43 46 74 22 98模数 3 3 3 3 3 3分度圆直径 231 129 138 222 66 294齿顶圆直径 237 135 144 228 72 300齿根圆直径 223.5 121.5 130.5 214.5 58.5 286.5齿宽 24 24 24 24 24 24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jfsj MPauBnNKzm)()1(02832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）- 14 -wswMPaBYnzmNK)(109235式中 N-传递的额定功率（kW） ，这里取 N 为电动机功率，N=4kW;-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,u=3;-寿命系数；sK= TnNq-工作期限系数；mTCK016T-齿轮工作期限，这里取 T=15000h.;-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 =0 0C70C612m-疲劳曲线指数，接触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6;-转速变化系数，查【5】2 上，取 =0.60nKnK-功率利用系数，查【5】2 上，取 =0.78N N-材料强化系数，查【5】2 上, =0.60q q-工作状况系数，取 =1.13 3-动载荷系数，查【5】2 上，取 =1K2K-齿向载荷分布系数，查 【5】2 上， =1 1 1Y-齿形系数，查 【5】2 上，Y=0.386；-许用接触应力（MPa）,查【4】 ，表 4-7，取 =650 Mpa；j j-许用弯曲应力（MPa） ，查【4】 ，表 4-7，取 =275 Mpa；w w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 ： MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmKCTnjSsqNn mTjSj sqNn mT3205.14109 95.Y;70;8.;3. 6.2 1025.4)1(08890;6.;5.;3. 3.11235W132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: =0.62， =0.77， =0.60， =1.1，nKNqK3=1， =1，m=3.5， =355；可求得：2K1j 合 格 ；弯 曲 应 力 校 核 ： 合 格接 触 应 力 校 核 ： MPapBYnZmNKKCTnPapuBNKZmCTjSsqNn mTjSj sqNn mT3205.14109 95.Y;70;8.;3. 6.2 1025.4)1(08890;6.;5.;3. 3.1235W1323.4 主轴合理跨距的计算由于电动机功率 P=11KW，根据【1】表 3.20，前轴径应为 6090mm。初步选取 d1=80mm。后轴径的 d2=（0.70.9）d 1，取 d2=60mm。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 a=120mm，主轴孔径为 30mm。轴承刚度，主轴最大输出转矩 T=9550 =9550 =318.3N.mnP2508.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 0.09m；切削力（沿 y 轴） Fc= =4716N09.318背向力（沿 x 轴） Fp=0.5 Fc=2358N总作用力 F= =5272.65N2pC此力作用于工件上，主轴端受力为 F=5272.65N。先假设 l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力 RA 和 RB 分别为RA=F =5272.65 =7908.97Nla2401RB=F =5272.65 =2636.325Nl根据文献【1】式 3.7 得：Kr=3.39 得前支承的刚度：1.0Fr8.La9.0)(iza.1cosKA= 1689.69 N/ ；K B= 785.57 N/ ； = =2.15mmBAK57.6主轴的当量外径 de=(80+60)/2=70mm，故惯性矩为I= =113.810-8m464)03.7.(= = =0.143aKEA63810.98.2查【1】图 3-38 得 =2.0，与原假设接近，所以最佳跨距 =1202.0=240mml0 0l合理跨距为（0.75-1.5） ，取合理跨距 l=360mm。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 D=100mm，后轴径 d=80mm。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。3.5 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 3-1 45#钢热处理和参数表因为选用的主轴电机功率为 P=11KW，额定转速 nc=1500r/min所以主轴功率p=pc/ 1 2 3=12.67 kw 因为主轴是空心转轴，所以d1=21.68 . 3122)(TM34查表得 =1.23 所以 d1=21.681.2321.23=56.6 341d2=63mmd3=d2+58mm=72mm。 d4=d3+15mm=74mm。d5=d4+15mm=78mm。d6=d5+2a。a(0.07 0.1)d 1 所以 d6=80mm。根据选用的轴承确定 d7=98mm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：s= s 2s_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s=1.31.5；s = mk1查表得出 -1=270Mpa mks1-1=155Mpa k =1.71 k =1.44 =1.6 =0.74， =0.3， m= M= Wp=)1(324dd0)(643所以：s= =1.08s=1.31.5 2s所以主轴设计符合要求。3.6 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: N=mhbl230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。4.1 铣 床 主 轴 所 需 标 准图 3-14.1.1 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/ m) yFK/ u（3.1）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。4.1.2 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。4.1.3 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：4.1.4 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。4.1.5 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。4.2 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 3-1 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。4.3 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
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