普通卧式升降台铣床变速箱设计毕业设计论文(编辑修改稿)

普通卧式升降台铣床变速箱设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

25r/min。 各轴的计算转速如下： 轴序号 电 １ 2 3 主 计算转速（ r/min） 1450 1000 500 177 125 最小齿轮的 计算转如下： 轴序号及最小齿轮齿数 1（ 19） 2(30) 3(27) 主 (53) 计算转速 （ r/min） 1000 500 180 125 计算各传动轴的输出功率 1 4 . 0 0 . 9 6 0 . 9 9 3 . 8 0 ( )brp p n n k w      额 21 3 . 8 0 0 . 9 7 0 . 9 9 3 . 6 5 ( )grp p n n k w       32 3 . 6 5 0 . 9 7 0 . 9 9 3 . 5 1 ( )grp p n n k w       3 3 . 5 1 0 . 9 7 0 . 9 9 3 . 3 7 ( )grp p n n k w      主 普通卧式升降台铣床主轴变速箱设计 10 计算各传动轴的扭矩 119 5 5 0 3 6 4 8 5jPn1T（ ） 229 5 5 0 6 8 9 7 2jPn2T（ ） 339 5 5 0 1 8 8 7 6 5jPn3T（ ） 9 5 5 0 2 5 7 3 4 5jPn主主主T （ ） 其他 轴径设计 1） 先按扭转刚度估算轴的直径，画草图后再根据受力情况，结构尺寸演算弯曲强度 轴一 ： 1 kw ， 1 1000 / minjnr ， 取 。 【 】 ＝ 带入公式： 491[]j Pd n 有 ， mm ,圆整取 25d mm。 轴二 ： 2 kw ， 2 500 / minjnr ， 取 。 【 】 ＝ 带入公式 ： 491[]j Pd n 有 ， mm ,圆整取 30d mm。 轴三 ： 3 kw ， 3 177 / minjnr ， 取 。 【 】 ＝ 带入公式 ： 491[]j Pd n 有 ， mm ,圆整取 35d mm。 主轴组件设计 主轴组件主要包括：主轴、主轴支撑和安装在主轴上的传动件、密封件等，因为主轴带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动，所以它的工作性能对加工质量和生产率产生直接影响，是机床最重要的部件之一。 1） 主轴组件的设计要求： 沈阳工程学院毕业设计 11 主要体现在如下方面： ① 回转精度： 主轴组件的回转精度 ,是指主轴的回转精度。 当主轴做回转运动时，线速度为零的点的连线称为主轴的得回转中心线。 回转中心线的空间位置，每一瞬间都是变化的，这些瞬间回转中心线的平均空单位转移不为理想回转中心线。 瞬 时回转中心线相对于理想回转中心线在空间位置的距离，就是主轴的回转误差，而回转误差的范围，就是主轴的回转精度。 纯径转误差、角度误差和轴向误差，它们很少单独存在。 当径向误差和角度误差同时存在构成径向跳动，而轴向误差和角度误差同时存在构成端面跳动。 由于主轴的回转误差一般都是一 个空间旋转矢量，它并不是在所有的情况下都表示为被加工工件所得的加工形状。 主轴回转精度的测量，一般分为三种静态测量、动态测量和间接测量。 目前我国在生产中沿着传统的静态测量法，用一个精密的检测棒插入主轴锥孔中千分表触头触及检测棒圆柱表面，以低速转 动主轴进行测量。 千分表最大和最小的读数差既认为是主轴的径向回转误差。 端面误差一般以包括主轴所在平面内的直角坐标系的垂直度，数据综合表示。 动态测量是用一标准球装在主轴中心线上，与主轴中心线上，与主轴同时旋转；在主轴同时旋转；在工作台上安装两个互成 90 度角的非接触传感器，通过仪器记录回转情况。 间接测量是用小的切削量用小的切削量回工 有色金属试件，然后在圆度仪上测量试件的圆度来评价。 出厂时，普通级加工中心的回转精度用静态测量法测量，当 L=300mm时允许误差应小于 ㎜。 造成主轴回转误差的原因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。 因此加工中心的主轴不平衡量要控制在 ㎜ /s 以下。 ② 、主轴刚度： 主轴组件的刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力。 通常抵以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力大小来表示。 主轴组件的刚度越大，主轴受力的变形就越小。 主轴组件的刚度不足，在切削力及其他力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形，不仅影响工件的加工质量，还会破坏齿轮、轴承的正常工作条件，使其加快磨损，降低精度。 主轴部 件的刚度与主轴结构尺寸、支撑跨距、所选轴承类型及配置形势、砂间隙的调整、主轴上传动元件的位置等有关。 ③ 、主轴抗振性： 主轴组件的抗振性是指切削加工时，主轴保持平稳的运转而不发生振动的能力。 主轴组件抗振性及在必要时安装阻尼（消振）器。 另外，使主轴固有频率远远大于激振力的频率。 ④ 、主轴温升： 主轴组件在运转中，温升过高会起两方面的不良结果：一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会有变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响 轴承的正常工作。 严重时甚至会发生：“抱轴”。 数控机床在解决温升问题时，一般采用恒温主轴箱。 ⑤ 、主轴的耐磨性： 主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。 主轴上易磨损的地方是刀具或工普通卧式升降台铣床主轴变速箱设计 12 件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。 为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高硬度增加耐磨性。 主轴轴承也需要有良好的润滑，提高其耐磨性。 以上这些要求，有的还是矛盾的，例如高刚度和高速，高速和高精度等，这就要具体问题具体分析，例如设计高效数控机床的主轴组件的主轴应满足高速和高刚度的要求；设计高精度数控 机床时，主轴应满足高刚度、低温升的要求。 同时，主轴结构要保证个部件定位可靠，工艺性能好等要求。 ⑥ 、提高主轴组件抗振性的措施： 尽量缩短主轴前轴承结构的长度 ， 适当增大跨矩；尽量提高前轴承的刚度和阻尼；提高前轴承的精度，把推力轴承放在前支撑初可提高抗振性；对高速旋转的零件作静、动平衡，提高齿轮、主轴的制造精度都可适当减少强迫振动源；对于非连续切削过程的铣削，滚削等加装飞轮可减少振动；应用阻尼器消耗振动能量是有效的措施；考虑系统的固有频率，避免共振。 2） 减少主轴组件热变形的措施： 把热源移至机床以外。 改善主 传动的润滑条件。 如进行箱外循环润滑，用低粘度的润滑油、油雾润滑等，特别注意前轴承的润滑情况。 采用冷却散热装置。 例如用热管冷却减少机床各部位的温差 ,进行热补偿。 如可以在结构设计采用一些自动补偿的装置设法使热变形朝不影响加工精度的方向发展。 还可以在工艺上减少热变形的影响。 如先空运转一段时间再加工。 把粗、精加工分开等。 3） 主轴材料的选择及尺寸、参数的计算： 主轴是主轴组件的重要组成部分，它的结构尺寸和形状、制造精度、材料、及其热处理，对主轴组件的工作性能都有很大的影响。 主轴结构随系统设计要求的不同而有各种形式。 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。 主轴直径。 主轴直径越大，其刚度越高，但使得轴承和轴上其他零件的尺寸相应增大。 轴承的直径越大，同等级精度轴承的公差值 也越大，要保证主轴的旋转精度就越困难。 同时极限转数下降。 主轴后端支撑轴颈的直径可视为 ～ 的前支承轴颈值，实际尺寸要在主轴组件结构设计时确定。 前、后轴颈的差值越小则主轴的 刚度越高，工艺性能也越好。 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，可通过的棒料直径也越大，机床的适用范围就越广，同时主轴部件的相对重量也越轻。 主轴孔径的大小主要受主轴刚度的制约。 主轴的孔径与主轴的直径之比，小于 时空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当；等于 时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的 90%；大于 时空心主轴的刚度急剧下降。 一般可取其比值为 左右。 沈阳工程学院毕业设计 13 根据设计要求，此设计选用的主轴材料是 45钢。 其热处理及参数如下表 表 61 材料 热处理 硬度（ HBS） 抗拉强度极限 屈服强度极限 σs 弯曲疲劳极限 σ1 剪切疲劳极限 τ1 许用弯曲应力 [σ1] 45 调质、渗氮 217～255 640 355 300 155 60 因为选用的主轴电机功率为 P=，额定转速 nc=1500r/min 所以主轴功率 p=pc/η1η2η3= 17 . 8 7 8= kw 因为主轴是空心转轴，所以 d1= 3122 )( TM .3 411 查表得3 411 = 所以 d1== ㎜ 又因为此处轴上有一个键槽，所以 d1=d(1+5%)= ㎜ 取 d1=60 ㎜。 d2=d1+2a,a 为轴肩高度，用于轴上零件的定位和固定，故 a 值应该稍微大于毂孔的圆角半径或倒角深，通常取 a≥（ ～ ） d1； d2应符合密封件的孔径要求。 所以 d2=62mm d3=d2+5～ 8mm=73mm。 d4=d3+1～ 5mm=75mm。 d5=d4+1～ 5mm=79mm。 d6=d5+2a。 a≥(～ )d1 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=22 ssss≥[s] （式 63） s____________只考虑弯距作用的安全系数； s ____________只考虑扭距作用是的安全系数； 普通卧式升降台铣床主轴变速箱设计 14 [s] ____________许用安全系数； 在此查表所得 [s]=～ ； sσ=mk  1 mks   1 查表得出 σ1=270Mpa τ1=155Mpa kσ= kτ= β= εσ= ετ=， ψσ=， ψτ=， σα= WM2 ， σm=σα M= )1(32 43  d dd0 Wp= )1(16 43  d 所以： s= 22 ss ss  =[s]=～ 所以主轴设计符合要求。 主轴的轴端结构 主轴的轴端是用于安装夹具和刀具。 要求夹具和刀具在轴端定位精度高、定位好、装卸方便，同时使主轴 的悬伸长度短。 铣床的主轴端部结构，一般采用短圆锥法兰盘式。 轴主要精度指标。 前支承轴承轴颈得同轴度约为 5181。 m左右；轴承轴颈需要按轴承内孔 “实际尺寸 ”配合，并且需要保证配合过盈 1181。 m～ 5181。 m；锥孔与轴承轴颈得同轴度为 3181。 m～ 5181。 m，与锥面的接触面积不小于 80%，且大端接触较好；装圆柱滚子轴承与轴承内圈的接触面积应该不小于85%。 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： 使主轴组件的固有频率避开激振力的频率 通常应该使固有频率高于激振力频率的 30%以上。 如果发生共振的那阶模态属于主轴在弹性基础上 （轴承）的刚度振动则应提高轴承的刚度。 如果属于主轴的弯曲振动，则应提高主轴的刚度，如加粗直径。 激振力可能来自主轴组件的不平衡，这时激振频率等于主轴转速乘以 π/30。 也可能来自断续切削，这时激振频率还应该乘以刀齿数 z。 增大阻尼 如前面所述，低阶模态常是主轴的刚体振动。 这时主轴轴承，特别是前轴承的阻尼对主轴组件的抗振性影响很大。 如果要求得到很光的加工表面，主轴又是水平的，可用滑动轴承。 滚动轴承适当预紧可以增大阻尼，但过大的预紧反而使阻尼减少，故选择预紧时还应该考虑阻尼的因素。 采用三支承 沈阳工程学院毕业设计 15 如主轴后端悬 深很长，可增加辅助支承，成为三支承主轴。 辅助支承可用深沟球轴承，保留游动间隙。 辅助支承的作用，与其说是提高刚度，不如说是为了提高抗振性。 4） 主轴传动装置箱体的作用： 通过传动轴承支撑传动件的轴；存储润滑剂，实现传动件和轴承的润滑；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。 5） 主轴箱。