CM6132机床主轴箱结构设计.docx

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CM6132机床主轴箱结构设计

摘要

机床是讲加工成机械零件的金属坯料，它是一台机器的制造机器，也被称为工具机，所以习惯上称为机床。

制造机械在现代机械制造有很多方法：

除切削加工外，铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等都是加工方法，具有较高的精度和表面粗糙度的要求是细部件，通常需要在机床上用切割方法做最后的处理。

自20世纪中叶，全球加工技术及其设备占据在制造过程中的一个重要的位置：

80％以上的在制造设备的零件应进行加工，并且加工周期长，约占30-40％，产品的量产工时40-50％，处理成本高，大约100万吨钢铁和有色金属材料的切削，切削加工的耗费每年在2500亿美元以上。

本次设计主要对机床的主轴箱进行结构设计，确定主参数设计的机床，拟定了传输方案和系统图等主要内容，对计算和验算主要零件，采用三维绘图软件设计的零部件和加工。

机床主轴箱是重要的驱动部分。

它将机床电动机和主轴联接起来，将被传递到主轴由电机的功率和扭矩，从而使主轴旋转来加工。

它的主要功能是通过变速装置的调整主轴转速和扭矩，从而使电机运行在最佳状态。

关键词：

主轴箱;变速;齿轮

Abstract

Machinetoolisspeakmetalblankprocessedintothemachinepartsofthemachine,itisamachinemanufacturingmachine,alsoknownasmachinetool,socustomarilyreferredtoasthemachinetool.Processingmachinerypartsinmodernmechanicalmanufacturingprocessingmethodaremany,inadditiontomachining,casting,forging,welding,stamping,extrusion,etc.,withhighaccuracyandsurfaceroughnessrequirementsarethinparts,typicallyrequireonmachinetoolswithcuttingmethodforfinalprocessing.

Sincethemiddleofthe20thcentury,theglobalprocessingtechnologyanditsequipmentoccupiesanimportantpositionintheprocessofmanufacturing:

morethan80%ofthepartsinmanufacturingequipmenttocarryontheprocessing,andprocessingcycleislong,accountsforabout30-40%,newproductdevelopmentcycleofproductmassproductionhours40-50%,thehighcostofprocessing,theworldabout100milliontonsofsteelandnonferrousmaterialsintocutting,cuttingthecostofabove$250billionayear.Sothemachinetoolindustryisthebaseofequipmentindustry,thedevelopedcountriesintheworldattachesgreatimportancetoitsdevelopment,machinetoolproductioncontinuestogrow,machineoutputandconsumptionarerapiddevelopmentsituationofourcountry.

Wokeupthisdesignismainlyaimedatmachinetoolspindleboxdesign,determinationofmainparametersdesignmaincontentofmachinetool,thetransmissionschemeandsystemdiagramdrawnup,themainpartsforthecalculationandchecking,using3ddrawingsoftwaretodesignandprocessingoftheparts.Machinetoolsspindleboxisimportantindrivingpart.Themachinemotorandspindleconnectedtogether,willbepassedontothemainshaftbyamotorpowerandtorque,sothatthespindlerotationtomachining.Itsmainfunctionisthroughthespeedchangedeviceadjustingthespindlespeedandtorque,sothatthemotorrunninginthebeststate.

Keywords:

spindlebox;Variablespeed;gear.

参考文献27

第一章引言

车床主要用于具有回旋表面的轴，盘，套等工件的加工，被用于替代工厂的机械制造和机床的最流行的类型。

铣床和钻床等机械都是从车床引申出来的。

1.1普通车床简介

主要组成部分有：

床身、床头箱、变速箱、进给箱、光杆、丝杆、溜板箱、刀架、床腿和尾架等部分组成。

床身：

车床的基本部分，用于支承和安装的车床件，以确保相对位置，如启闭，料箱，滑板箱等。

该床具有足够的刚度和强度，高精度床面，以便确保所述部件之间的正确的相对位置。

四个平行的导轨，托架工具，尾座正确移动相对于主轴箱。

为了保持床表面的精确度，在车床的操作中应注意的维持。

床头箱（主轴箱）：

支持主轴，并使其旋转。

主轴是中空结构。

外锥前端安装三爪卡盘等配件夹紧工件。

在用于顶部的前锥形的，细长的孔，可以渗透到长条安装。

车床主轴箱只有一个变量，主轴变速机构置于单独移位远离主轴箱，来降低变速器零件振动和主轴的热效应。

变速箱：

由电动机驱动的齿轮箱齿轮轴转动，通过改变齿轮箱的齿轮搭配（啮合）位置，不同的速度，然后通过皮带轮驱动电动机至主轴。

进给箱，也被称为工具盒，安装在齿轮的进给运动，可以调节进给量，以及运动被传递到光棒或线材。

光杆，螺杆：

料盒到盒停机坪的运动。

光杆被用于自动进料的一般车削，并且不能使用用于转动螺纹，螺纹车削。

溜板箱：

车床运动控制箱。

它将光杆传递到旋转运动变为纵向或横向直线进给运动的工具;旋转的电线杆，并以直接改变成在螺纹中使用的工具的纵向运动。

该工具被用来夹紧刀具和纵向，横向或斜向移动。

它包括以下几个部分。

安装在导轨尾座。

在尾座套筒顶部安装及配套工件，也可以安装位，铰刀刀具，孔加工的工件;尾帧偏移，而且在切削锥，尾架使用注意事项。

1.2普通车床使用条件

正常使用普通车床一定要满足以下的条件下，机床电源电压波动小，环境温度要低于30℃，相对湿度要小于80％。

﹙1﹚机床位置环境要求

机床的位置要求远离振源，要求避免与阳光直接照射与热辐射影响，避免湿度与气流影响。

假如机床旁边有振源，那么机床四周应该有防振沟。

否则将直接影响到机床的加工精度和稳定性，将使电子元件接触不良，实效，影响机床的可靠性。

﹙2﹚电源要求

车床一般安装在车间，这里不仅环境温度的变化，条件差，而且各种机电设备，电力网络波动很大。

因此，普通车床的安装位置，需要严格控制的电源电压。

否则会影响数控系统的正常运

﹙3﹚温度条件

30℃以下环境温度，相对湿度小于80％。

在一般情况下，数控电控箱内部有冷却机，用来保持电子元件，特别是CPU的工作稳定性常数或温度的变化是非常小的。

高的温度与湿度将导致较低的控制系统部件的寿命，并导致实效增多。

温度与湿度的增加，灰尘可产生粘合剂在集成电路板，并导致短路。

﹙4﹚按说明书的规定使用机床

在使用机床时，不能在出厂设置中改变控制系统的参数。

设置这些参数直接关系到机器部件的动态特性。

仅在间隙补偿参数值可以根据实际情况进行调整。

用户不能更换附件，例如使用液压卡盘的上述规范。

当出厂设置附件，以链接参数匹配充分考虑。

盲目的变化造成了链路参数不匹配，甚至造成无法估计的事故。

使用液压卡盘，液压头，液压尾座，液压油缸的压力，应在容许应力的范围不允许任何改善。

1.3普通车床操作规程

1.3.1开车前的检查

﹙1﹚根据机床润滑图表加注润滑油脂。

﹙2﹚检查各部电气设施，传动部位，防护，限位装置齐全可靠、灵活。

﹙3﹚各档在零位，皮带的松紧应符合要求。

﹙4﹚床面不允许直接存放金属物件，防止损坏床面。

﹙5﹚加工工件、无泥砂、防止泥砂掉入拖板内，磨损导轨。

﹙6﹚夹紧工件必须是空的试运行后，一切正常之前，可以把工件。

1.3.2操作程序

﹙1﹚在工件上，第一次启动润滑油泵，油压到机床的规定可以运行。

﹙2﹚调整齿条，可调节吊轮的交流​​，必须切断电源，可调，所有螺栓应拧紧，扳手应及时删除，起飞，开始试运行。

﹙3﹚装卸工件后，应立即取下卡盘扳手和浮动物件。

﹙4﹚机尾座，曲柄冲压加工需要被调整到适当的位置，并拧紧或按。

﹙5﹚工件、刀具、夹具必须卡紧。

浮动刀具须将引刀部分伸入工作，才能启动机床。

﹙6﹚在用中心架或者跟刀架的时候，要调好中心，要有良好的润滑与支撑接触面。

﹙7﹚加工长料的时候，后面凸出的部分不宜过长，如果过长应安装架和风险指标的长梭形。

﹙8）进刀时，刀要慢慢接近工作，避免接触；拖板来回速度要均匀。

换刀时，刀具与工件要保持适当距离。

﹙9﹚切削工具必须拧紧和转出长度的厚度一般不超过2.5倍。

﹙10﹚加工偏心，必须有适当的重量和重心夹头中心的平衡，速度是适当的。

﹙11﹚盘卡超出机身的工件，要有防护措施。

﹙12﹚对刀调整一定要慢，当刀离加工部位40-60毫米时，工作应该切换到手动，不允许快速进给直接吃刀。

﹙13﹚抛光工件时，将刀架退到安全装置，操作人员要面向卡盘，右手在前，左手在后。

表面有键槽，方孔的工件不能用锉刀加工。

﹙14﹚用砂布打打磨工件外圆的时候，操作人员要按上条规定的姿势，两手拉着砂布两头进行打光。

不能用手指夹持砂布打磨内孔。

﹙15﹚自动走刀时，将小刀架调至与底座平齐，避免底座碰到卡盘。

﹙16﹚切断重工件或材料时，应保留足够的加工余量。

1.3.3停车操作

﹙1﹚切断电源并取下工件。

﹙2﹚各部手柄回归零位，清点工具，打扫清洁。

﹙3﹚检查各部保护装置的状态。

1.3.4运行中的注意事项

﹙1﹚禁止非工作人员操作机床。

﹙2﹚严禁在运行中手摸刀具，机床的转运部分和转动工件。

﹙3﹚不允许使用紧急停车，如后应满足紧急停止按钮，应按照审查它开始前与机器的规定试。

﹙4﹚不允许脚踏车床的导轨面，丝杆，光杆等，除规定不准用脚代替手操作。

﹙5﹚内壁有砂眼，缩孔或关键部件，不允许用三角刮刮削内孔。

﹙6﹚启动后压缩空气或液体的压力必须达到规定值，才能使用。

﹙7﹚车削细长工件的时候，床头前两面伸出超过直径4倍以上时，按工艺规定要用顶尖、中心架或跟力架支扶。

床头后面伸出时，要加防护装置和警告标志。

﹙8﹚容易溅切削脆性金属或切割（包括磨削），应加防护屏障，操作人员要戴安全防护眼镜。

第二章主轴箱结构设计

2.1传动设计

此次设计在分析和研究掌握资料的基础上，设计确定主轴变速箱公比极限速度和转速的设计，选择了电机和功率的转速，来制定相应的公式，传动系统图和转速图，以确定齿轮齿与滑轮等的变速比和直径。

2.1.1确定转速极速

根据任务要求，

，

，转速公比

则转速﹙变速﹚范围Rn：

﹙2-1﹚

依据φ，Rn，可求得主轴转速级数Z：

﹙2-2﹚

2.1.2确定结构式及结构网

由于结构上的限制，变速组中的传动副数目通常选用2或3，故其结构式为：

Z=2^（n）*3^（m）。

对于12级传动，其结构式可分为以下三种形式：

12=3*2*2；12=2*3*2；12=2*2*3；

在电机功率一定的情况下，传输的较小的扭矩，较小的尺寸和驱动轴。

因此，从发送序列中，发送多一些背后的传动部件的前部。

因此，本设计采用的结构式为：

12=3*2*2

在图2-1中，从轴I到II轴线有三个小组齿轮被分别接合并且能够得到三种不同的传输速度;从二轴轴线III具有两对齿轮分别啮合，分别以获得两个不同的传输速度。

因此，从轴Ⅱ至Ⅲ轴可以得到3×2=6个不同的传输速度;同样地，从轴III到IV期轴线具有两对齿轮分别啮合与两个不同的传输速度，所以从轴I到IV轴可以得到3*2*2=12个不同的驱动速度。

根据具体的设计要求，所以程序为3*2*2传输方案的最终设计。

为了达到最理想的设计。

图2-13*2*2传动方案

拟定机床传动方案时，传动链特性和传动链的相对关系之间的关系被选择。

该图结构图。

副的传动结构图只有传动比之间的关系说，并不代表价值，为对称的形式（图2-2）。

主轴速度应满足法律的水平，所以网络线的相邻之间的结构表示一个比。

为了使轴小于允许值，越传输副，较小的级索引..考虑，前者的原则的传输范围，扩展序列应前者的原理之前通过。

因此，这种设计的结构是：

12=3

（1）*2（3）*2（6）

12：

级数

3，2，2：

按传动顺序的各传动组的传动副数。

1，3，6：

各传动组中级比间的空格数，也反馈传动比和扩大次序。

该传动形式反馈了传动次序和扩大次序，且表示传动方向和扩大次序一致。

图2-2为该传动的结构式。

图2-212=3﹙1﹚*2﹙3﹚*2﹙6﹚结构图

2.1.3绘制转速图

绘制车床转速图前，有必要说明两点：

﹙1﹚为了结构紧凑，减小振动和噪声。

a：

最小传动比Imin≧1/4；

b：

最小传动比Imax≦2﹙齿轮数≦2.5﹚；

因此，在一个传输组中，速度范围为小于或等于8，在这种设计中，一个轴驱动对不差6格。

c：

前缓后急基准：

即传动在全的传动组，其降速比小，而在后的传动组，其降速比大。

﹙2﹚车床转速图与它的主传动系统图密切相关。

故在绘制它的转速图前，先要确定其主传动系统图。

图2-3普通车床主传动系统图

如图2-3所示，一般车床选取分离式传动，就是变速箱与主轴轴箱分离。

Ⅲ，Ⅳ轴是皮带传动。

在主轴箱的传动中使用了背轮机构﹙Ⅳ，Ⅴ同轴线﹚，解决了传动比不能过大﹙受极限传动比限制﹚的问题。

为了让轴上变速范围小于等于允许值，传动副数越多，级比指数应越小。

考虑到传动顺序中有前多后少基准，扩大次序应采用前小后大的基准。

该设计选取的结构式为：

12=3﹙1﹚*2﹙3﹚*2﹙6﹚

从轴Ⅰ〜Ⅱ轴有三支球队齿轮啮合分别用三种不同的传输速度;从二轴轴线III具有两对齿轮分别啮合与两个不同的传输速度，因此从轴Ⅱ至Ⅲ轴可以得到3×2=6个不同的传输速度;类似地从轴III到IV期轴线具有两对齿轮分别啮合与两个不同的传输速度，所以从轴I到IV轴得到的3*2*2=12个不同的驱动速度。

普通车床（12速比，披=1.41）使用一个后轮的速度线图中，如图2-4所示。

图2-4普通车床转速图

由于最大速度，且机器的功率通常为约3.0KW。

为了满足速度和功率的要求，Y系列三相异步电动机被选择，并且该模型是：

Y100L2-4，所述技术参数零件2-1。

表2-1Y100L2-4型电动机技术数据

电动机型号

额定功率/kw

满载转速/rpm

额定转矩/N*m

最大转矩/N*m

Y100L2-4

3

1430

2.2

2.3

2.1.4齿轮齿数的估算

为了便于设计与制造，同一传动齿轮模数是在组中通常是不同的。

在这点上，齿轮齿，并且在同一所述传输。

显然，齿数和过小，则齿的小齿轮的数目，切根会发生，或可能导致齿轮加工中心孔的尺寸是不足够的（与轴的直径），或者引起加工键槽（转移运动需要）磨损切削齿根;如果牙齿过大，齿轮结构尺寸大，造成巨大的主驱动系统的结构。

此设计共包含Ⅰ-Ⅱ轴传动组，Ⅱ-Ⅲ轴传动组，Ⅳ-Ⅴ传动组和Ⅴ-Ⅳ传动组四个齿轮副传动组。

依据各传动组内传动副的传动比草拟出多种齿数和，见下表2-2，至于详细传动副齿数和及各齿轮齿数的确定等各轴直径估算确定后再确定。

表2-2各种传动比齿轮齿数和及齿数

传动组

个传动比的齿数和

ⅠⅠⅡ轴

齿数和

传动比

48

58

60

62

70

72

80

1:

1.41

28/20

34/24

35/25

36/26

41/29

42/30

47/33

1:

1

24/24

29/29

30/30

31/31

35/35

36/36

40/40

1:

1.41

20/28

24/34

25/35

26/36

29/41

30/42

33/47

2.1.5带轮直径的确定

在设计中，有电机轴I，III轴四轴线两组带轮传动。

1和1.43：

1的传动比1分别，一般机床用V带，根据电动机的速度和功率可确定带模型，驱动带数：

2-5最好。

根据皮带轮发送功率和转速，电动机的一个轴上采用A型带，并且所述轴的车轮直径D2=180mm，电动机轴上带轮直径D1=176mm，采用5根带。

Ⅲ轴到Ⅳ轴选择A型带﹙A带直径小，承载能力强﹚，Ⅲ轴上带轮直径D3=140mm，Ⅳ轴上带轮直径D4=140mm,采用2根带。

第三章动力计算

3.1电机功率的确定

正如前面提到的，对于国内普通车床，机床功率为3.0千瓦通常，选择Y100L2-4型异步电动机。

的额定功率为3.0千瓦。

3.2主轴的估算

设计之初，由于确定的是一个方案，具体结构还没确定，因此，只根据统计资料，初步确定主轴直径。

3.2.1主轴前端轴颈的直径D1

表3-1各类机床主轴前端轴颈的直径D1

直径机床

功率

1.5-2.5

2.6-3.6

3.7-5.5

5.6-7.3

7.4-11

车床

60-80

70-90

70-109

95-103

110-145

钻床

50-80

50-85

60-90

70-95

75-100

铣床

50-90

60-90

60-95

75-100

90-105

图3-1机床主轴结构图

如表3-1所示，本次设计，现则D1=80mm。

3.2.2主轴的后轴颈D2

一般机床主轴后轴颈D2=﹙0.7-0.85﹚D1，D2=60mm。

可以肯定的是，在前轴颈部主轴一般是指与轴颈部的滚动轴承配合的主轴，D1，D2应为5的倍数。

3.3中间传动轴的初算

一般机床每根轴的当量直径d与其传递的功率P，计算转速Nj，以及允许的扭转角[φ]有如下公式：

   ﹙3-1﹚式中，P：

该传动轴传递的额定功率，

，单位KW。

    η：

电机到该轴传动件传动效率总值。

    d：

当量直径，单位cm。

    Nj：

计算转速，单位rpm。

对于花键轴，轴内径一般要比d小7%。

3.3.1允许扭转角[φ]的确定

一般，机床各轴的允许扭转角参考值见表3-2

表3-2机床各轴允许扭转角[φ]

允许扭转角

传动轴刚度要求

主轴

一般传动轴

较低轴

[φ]

0.5-1

1-1.5

1.5-2

本次设计，中间传动轴允许扭转角[φ]均取1.2º。

3.3.2计算转速Nj的确定

转速Nj指的是所需要的主轴或其他传动轴的最小速度一切权力的转移，为中型通用机床几何传动，主轴转速一般的计算是：

见表3-4驱动器组件上的效率普通机床。

﹙3-2﹚

本次设计，

。

根据转速图图2-4，可确定各轴的计算转速见表3-3。

表3-3各轴的计算转速

各轴的转速

Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

Ⅳ轴

Ⅴ轴

主轴

Nj

1400

1000

355

355

355

125

3.3.3各轴传递功率的确定

各轴的传递功率

。

当确定了轴效率，轴承的作用不被认为是，与齿轮传动装置效率的最小值被选择以补偿所引起的轴承的误差..见表3-4驱动器组件上的效率普通机床。

表3-4机械传动效率

机械传动元件

效率

V带传动

联轴器

圆柱齿轮传动

7级精度

8级精度

η

0.95

0.99

0.98

0.97

变速箱的变速装置的变速采用8级的精度，和主轴箱是第7阶段精度。

通过表3-2，表3-3，表3-4和式（3-1），效率每个轴和等效直径被确定..查看3-5表：

表3-5机床各中间传动轴传递功率及计算直径

各轴

效率

Ⅰ轴

Ⅱ轴

Ⅲ轴

Ⅳ轴

Ⅴ轴

P

2.85

2.76

2.68

2.55

2.50

d

2.23

2.41

3.10

3.06

3.04

2.85*0.97=2.76；2.76*0.97=2.68；2.68*0.85=2.55；2.55*0.98=2.50；

3.4齿轮模数的估算

根据疲劳强度或弯曲强度，齿轮模数是更复杂的，并且某些系统参数的可所有参数已经知道..的草图之前，标准齿轮模数估计后确定，并且相同的传输组中的齿轮都采用相同的模量，并且在变速箱的齿轮采用1〜2模..发送功率的齿轮模数大于2毫米。

在中-大机床，主变速箱的齿轮模数往往采取从2.5，3的4mm。

由中心距A及齿数Z1,Z2，可求齿轮模数为：

                 ﹙3-3﹚

按齿面点蚀估算的齿轮中心距有如下公式：

              （3-4）

式中，

：

大齿轮的计算转速，单位为rpm。

：

该齿轮传递功率，单位为KW。

从I轴到II轴，

，则

从II轴到III轴，

，则

。

从III轴到IV轴，

，则

。

由（3-2）以及表2-2各轴齿轮传动齿数和，对于最小齿数和，则有各轴应满足的最低模数。

对于I轴，II轴，（

，则

。

 对于II轴，III轴，

，则

。

对于III轴，IV轴，

，则

。

对于变速箱内圆柱齿轮传动，统一用m=2.5mm。

因为主轴传递扭矩大，所以主轴箱内齿轮模数取3mm

3.5各轴直径及各齿轮齿数的确定

在实际生产中，轴齿轮传动主要由连接到实现轴向键，而且设计中，所有与花键轴，并通过使用花键轴直径的适当标准的等效直径的轴的驱动轴，并且通过花键轴直径由在齿轮侧齿数轴上。

花键轴，齿数及齿的选择的尺寸示于表3-6。

表3-6各花键轴参数以及相应传动副齿轮齿数

选定值参数数

参数

轴

Ⅰ轴