钻铣床主轴箱数控化设计
JCS-013型自动换刀数控卧室镗铣床主轴箱设计(机械CAD图纸)
本科毕业设计(论文)题目：JCS-013型自动换刀数控卧室镗铣床主轴箱设计系别：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化班级：学生：学号：指导教师：2013年05月摘要机械行业是运用数控机床最多的，很多企业为了提高自己的生产效率，常常会对机床内部结构进行多方面的改造。
社会主义市场经济的发展为我国工业生产创造了条件，在现代一体化生产模式中运用了很多先进的设备。
对于数控机床而言，主轴箱是其最为核心的组织结构，整个主轴箱影响着数控机床的变速情况。
大部分制造企业在实行技术改造时把重点放在了主轴箱变速器上，这是调整机床运行速度的重点。
在设计过程中必须要对主轴箱的每个部件加以控制，这样才能确保数控机床主轴变速性能的良好。
本文对主轴箱变速操纵机构的工作原理进行结构设计和计算分析，利用两个液压油缸，经拨叉带动双联滑移齿轮移动到需要的多个位置。
关键字：数控机床；主轴箱；结构；设计AbstractMachinery industry is the use of CNC machine tools the most, a lot of enterprises to improve their production efficiency, often transform many aspects of the internal structure of machine tool. The society pays attention to the development of the market economy to create the conditions for the industrial production of our country, a lot of advanced equipment for use in the integration of modern production mode. For NC machine tool, the spindle box is the most core structure, the spindle box of CNC machine tool gear case. Most of the manufacturing enterprises in the implementation of technical transformation to focus on the main spindle box transmission, which is the key to adjust the machine running speed. In the design process must each component of the headstock to control, so as to ensure the good performance of NC machine tool spindle speed.In this pear, the working principle of the headstock gear control mechanism on the analysis of the structure design and calculation, using two hydraulic oil cylinders, the shifting fork drives a sliding duplex gear moving to a plurality of positions need.Key Words:CNC machine; machine head; structure; design目录1绪论 (1)1.1数控镗铣床的结构组成 (1)1.2我国卧式镗铣床的发展 (2)1.2.1我国卧式镗铣床的发展历史 (2)1.2.2我国卧式镗铣床的发展趋势 (2)2数控卧式镗铣床变速操纵机构设计 (4)2.1主轴箱变速操纵机构工作原理 (4)2.2主轴箱变速操纵机构中传动轴的安装 (5)2.3齿轮在轴上的布置和排列 (5)2.4 相啮合齿轮的宽度 (6)3主传动系统的设计计算 (7)3.1电动的选取 (7)3.1.1选择电动机的类型 (7)3.1.2转速及功率的确定 (7)3.1.3联轴器的选择 (7)3.1.4选定各齿轮齿数 (7)3.1.5转速的计算 (7)3.1.6各轴功率及转矩的计算 (8)3.2齿轮的设计 (8)3.2.1确定齿轮齿数的原则和要求 (8)3.2.2齿轮传动设计参数的选择 (8)3.2.3齿轮的结构设计计算 (9)3.3轴的设计 (12)3.3.1轴的结构设计 (12)3.3.2轴上作用力的计算 (14)3.3.3轴的结构设计 (14)3.3.4键的选取 (16)3.3.5 轴的受力分析 (16)3.3.6校核轴的强度 (17)3.3.7校核键连接的强度 (18)3.3.8校核轴承寿命 (18)4箱体的设计 (20)5传动系统的润滑 (21)总结 (22)参考文献 (23)致谢 (24)毕业设计（论文）知识产权声明........................错误!未定义书签。
专用立式数控钻铣床床身及主轴系统设计综述
摘要从研究数控铣床入手，借鉴国内外先进经验，设计一台用于ZK9350数控轴承保持架加工的专用数控钻铣床，满足了生产和设计的要求。
整个数控钻铣床主要包括横纵向进给机构，立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。
本次设计任务从整个数控钻铣床着眼，重点设计床身及滑台结构。
从专用数控钻铣床的结构原理，设计特点，论述了采用矩形-燕尾形滑动导轨的优点。
详细介绍了数控钻铣床的床身结构设计，并进行了分析。
论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。
详细介绍了数控龙门钻床的结构设计及校核，并进行了分析。
另外汇总了有关技术参数。
其中着重介绍了滑动导轨的原理及选用原则，中心在于立式钻铣床的布局形式，关键在于床身的截面选择、箱体的壁厚选择及床身的强度，系统地对导轨生产、保养等环节进行了介绍，包括种类选择、参数选择、精度选择、润滑方式选择等。
关键词钻铣床滚珠丝杠伺服电机滑动导轨AbstractBegins from the research CNC milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, design one to use in the dedicated numerical control CNC drilling and milling machine for ZK9350 CNC bearing cage processing, has satisfied the production and the design request. The entire milling machine including parts of the horizontal and verticalfeed mechanism, columns, beams, base, table and other major groups. The design tasks keeps the entire CNC drilling and milling machine in mind, focus on the design of the bed and slide structure.Begins from the dedicated numerical control CNC drilling and milling machine's principle of the structure, and discusses the advantages of a rectangle-dovetail shaped sliding C drilling and milling machine bed structural design and analysis. discusses the use of servo motor and ball screw pair of the C gantry drilling machine described in detail the structure of the design and verification, and analyzed Addition, a summary of the technical parameters.In which introduced emphatically the principle of the sliding rail and selection principles, the center is the layout form of vertical drilling milling machine, the key is the bed cross-section selection. Introduce rail production, maintenance and other aspects of the presentation, Including species selection, parameter selection, precision selection, lubrication mode selection and so on.Keywords : drilling and milling machine, bearing guide screw nut Step-by-steps the electrical machineryBall, sliding rail目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................................................. I I 1.综述 (1)1.1 国外数控机床业的发展状况及趋势 (1)1.2国内数控机床业的发展状况及存在问题 (4)1.2.1 国内数控机床业的发展状况 (4)1.2.2 国内数控机床业存在问题 (5)1.3 数控机床的工作原理及组成 (7)1.3.1 数控机床的工作原理 (7)1.3.2 数控机床的组成 (7)1.4 专用数控钻铣床的应用及意义 (7)1.4.1 专用机床 (7)1.4.2 钻铣床的应用 (9)2 专用数控钻铣床的床身及滑台 (11)2.1 专用数控钻铣床的床身 (11)2.1.1 专用数控钻铣床的床身的简介 (11)2.1.2 专用数控钻铣床的床身的应用及要求 (12)2.1.3 我国当前数控机床床身现状 (13)2.2 专用数控钻铣床的滑台 (13)2.2.1 专用数控钻铣床的滑台及作用 (13)2.2.2 导轨的简介、设计要求及步骤 (14)2.2.3 直线滑动导轨 (16)2.2.4 滚动导轨 (18)3 专用数控钻铣床的参数 (21)3.1 床身参数 (22)3.1.1机架的截面形状 (22)3.1.2 床身壁厚的选择 (23)3.1.3 合理布置加强肋 (24)3.1.4 支承件的设计 (25)3.1.5 机架的联接结构设计 (28)3.2 导轨的参数 (29)3.2.1 导轨面的尺寸 (29)3.2.2 导轨间隙调整装置 (30)3.2.3 导轨材料的热处理 (30)3.2.4 滑动导轨磨损的基本形式 (31)3.2.5 导轨的润滑和防护 (31)3.2.6提高导轨的耐磨性措施 (32)3.3 滚珠丝杠副的设计 (33)3.3.1 滚珠丝杠介绍 (34)3.3.2 滚珠丝杠的结构 (34)3.3.3 滚珠丝杠原理 (35)3.3.4 滚珠丝杠的特点 (36)3.3.5 滚珠丝杠副结构类型 (36)3.3.6 滚珠丝杠副性能 (36)3.3.7 滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题 (37)3.3.8 滚珠丝杠的选用 (37)3.3.9 确定丝杠型号 (39)3.3.10 丝杠的校核计算 (39)3.4 伺服电机的选择 (40)4 主传动系统的设计 (41)4.1主传动系统的设计 (41)4.1.1电主轴的概述 (41)4.1.2电主轴的结构 (42)4.1.3高速电主轴结构特点 (43)4.1.4电主轴工作原理 (44)4.1.5电主轴所融合的技术 (44)4.1.6电主轴的选型 (45)4.1.7主轴刚度和刚度损失的计算： (47)5 总结 (49)致谢 (50)参考文献 (51)1.综述1.1 国外数控机床业的发展状况及趋势数控机床涌现至今已有60年,随科技特别是随着微电子、计算机技术的前进而不断发展。
铣床主轴箱设计
目录1.题目要求及参数确定-------------------------------------------2 1.1设计要求--------------------------------------------------------------------2 1.2运动参数确定-------------------------------------------------------------21.3动力参数的确定------------------------------------------------------------22.运动设计------------------------------------------------------ 2 2.1传动组的传动副数的确定--------------------------------------2 2.2结构网和结构式各种方案的选择-------------------------------3 2.3拟定转速图----------------------------------------------------4 2.4齿轮齿数确定--------------------------------------------------52.5传动系统图----------------------------------------------------53.传动零件的初步计算---------------------------------------------6 3.1传动轴直径初定------------------------------------------------63.2齿轮模数的初步计算-------------------------------------------74.主要零件的验算-------------------------------------------------8 4.1三角胶带传动的计算和选定------------------------------------8 4.2圆柱齿轮的强度计算------------------------------------------10 4.3传动轴的验算、强度验算、弯曲刚度验算---------------------144.4 滚动轴承的验算----------------------------------------------165.总结-----------------------------------------------------------------------------176.参考文献-------------------------------------------------------181. 题目要求及参数确定1.1设计要求1）机床的类型、用途及主要参数铣床，工作时间：二班制，电动机功率： 1.5N KW =，主轴最高、最低转速如下： max 1250n rpm =，min 100n rpm =变速级数：z=12。
XK6130数控卧式铣床总体及主轴箱设计
XK6130数控卧式铣床总体及主轴箱设计机械设计制造及其自动化09010802 李积才指导老师胡世军副教授摘要本次设计的是数控卧式铣床，它是一种科技含量高的机电一体化设备。
目前，数控铣床在我国发展较快，它的应用是机器制造过程发生了巨大的变化。
本说明书是本次毕业设计的概要说明。
重点叙述了数控铣床的基本概况，国内发展史，现状和发展趋势，数控铣床的总体方案拟定，主传动系统，主轴箱的设计原理，具体结构，计算方法，数控系统的选型和其他内容。
关键词：数控卧式铣床主轴主轴箱设计AbstractThis design is the numerical control sign type miller. It is a kind of machine of the high technology electricity the integral whole turn on equipments, currently. The machine manufacturing process take place huge variety.This instruction booket is my this graduation progect outline explained that with emphasis narrated the numerical control miller basic survey, domestic and foreign histories, present situation and trend of development. The numerical over concept draws ups, master driver system, head stock, principle of design, concrete structure computational method, numerical control system shaping and other and so on contents.Keywords: The numerical control sign type miller principal axia head stock design本人有这套毕业设计的全部内容包括尺寸联系图、传动系统图、电气原理图、装配图、零件图、三维图、说明书等，都是电子版的，要的QQ我.QQ：2857104一、机床的主要设计参数1.主轴转速：30—1500转/分2.工作台尺寸（长╳宽）：1250mm╳360mm3.工作台最大行程：纵向 800mm 横向 300mm 垂直 400mm4.快速移动速度： 10m/min5.工作台定位精度 x、y、z、±0.03mm；工作台重复定位精度x、y、z、±0.02mm；6.纵向、横向及垂直进给为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，脉冲当量0.010mm/脉冲。
机床课程设计 --铣床主轴箱设计
目录目录 (1)1. 机床参数确定： (1)2. 运动设计 (1)2.1 传动组、传动副的确定： (1)2.2 结构式、结构网的选择： (2)2.3 拟定转速图： (2)2.4 齿轮齿数确定 (4)2.5传动系统图如图四所示： (5)2.6轴、齿轮的计算转速： (5)2．7展开图简图 (7)3. 传动零件的初步计算： (7)3.1传动轴直径初定 (7)3.2 主轴轴颈直径的确定 (8)3.3 齿轮模数的初步计算 (8)4. 主要零件的验算 (9)4.1 V带传动的计算和选定 (9)4.2 圆柱齿轮的强度计算： (10)4.3主轴的验算 (12)4.4 滚动轴承的验算 (13)参考文献 (15)1. 机床参数确定：运动参数： 回转主运动的机床，主运动的参数是主轴转速。
其数列的公比φ应选取标准的公比值，取公比φ=1.26。
主轴转速级数：12126.1lg 5.12lg 1lg lg =+=+=ϕn R z 式中Rn 为主轴变速范围：5.121001250min max ===n n R n 。
机床传动系统的变速组大多采用双联齿轮或三联齿轮，因此转速级数宜为2、3因子的乘积，即n m Z 23⋅=为宜，其中m 、n 为正整数。
动力参数：由任务书设定电动机功率：N=3KW 。
查表应选用Y 系列三相异步电动机Y100L2-4，转速1420 r/min ，效率82.5%。
功率因素cos φ=0.81，额定转矩2.2KNm 。
2. 运动设计2.1 传动组、传动副的确定：实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： 1）12=3×4 2）12=4×3 3）12=3×2×2 4）12=2×3×2 5）12=2×2×3方案1）、2）可以省一根传动轴，但是其中一个传动组内有四个传动副，果增大了该轴的轴向尺寸这种方案不宜采用。
数控铣床主轴箱结构设计方案(有全套图纸)
目录绪论 (1)第1章主传动系统设计概述 (3)第2章数控铣床主传动系统的配置方式 (4)第3章主轴电动机的选取 (5)第4章同步带传动设计与计算 (6)4.1、同步材料选择 (6)4.2、同步带参数的计算 (6)4.2.1、模数的选取 (6)4.2.2、小带轮齿数 (6)4.2.3、同步带节距 (6)4.2.4、节圆直径 (7)4.2.5、大带轮齿数 (7)4.2.6、大带轮直径 (7)4.2.7、带的速度 (7)4.2.8、定中心距 (7)4.2.9、带的节线长度 (7)4.2.10、计算中心距 (7)4.2.11、带轮与带的啮合齿数 (8)4.2.12、带宽 (8)4.2.13、作用在轴上的力 (8)4.2.14、小带轮的最小包角 (8)4.2.15、带轮宽度 (8)第5章主轴组件的设计 (9)5.1、主轴组件的设计要求 (9)5.1.1、回转精度 (9)5.1.2、主轴刚度 (9)5.1.3、主轴的抗振性 (10)5.1.4、主轴温升 (10)5.1.5、主轴耐磨性 (10)5.1.6、提高主轴组件抗振性的措施 (10)5.2、减少主轴组件热变形的措施 (10)5.3、主轴材料的选择及尺寸、参数的计算 (11)5.4、主轴转动装置箱体的作用 (13)5.5、主轴箱体的截面形状和壁厚的计算 (15)第6章主轴轴承的选择 (15)6.1、轴承的选择和轴承的精度 (15)6.2、轴承预紧力的要求 (15)6.3、主轴轴承的润滑与密封 (16)6.4、选取轴承求 (16)6.5、轴承寿命校核 (18)6.6、轴承座孔的设计要求 (19)第7章联接键的选择碟形弹簧的选择与计算 (20)7.1、碟形弹簧的特点 (20)7.2、碟形弹簧材料及热处理厚度和脱碳 (21)7.3、碟形弹簧的强压处理 (21)7.4、表面强化处理和防腐处理 (21)第8章螺钉联接的设计 (23)8.1、根据设计要求计算 (23)8.2、螺钉的强度计算与校核 (23)第9章液压缸的设计 (24)9.1.液压压缸安装应注意的问题 (24)9.2.压缸各部分的结构及主要尺寸的确定 (24)9.3.强度校核 (25)第10章润滑与密封件设计 (26)10.1、封件的作用及其意义 (26)10.2、密封的分类及密封件的材料要求 (26)10.3、防尘圈的设计要求 (27)结论 (28)致谢……………………………………………………………………………….................. .29参考文献………………………………………………………………………….................. ..30绪论数控技术，简称数控（Numerical Control）。
立式钻床主轴系统数控改造的毕业设计论文
摘要目前中国企业中机床设备老化，不能满足新技术、新工艺的生产要求。
本文重点介绍Z5140A型台式钻床的数控改装方案和单片机系统设计，将传统的机械与现有的数控技术相结合，使其具有自动进给功能，为企业进行设备的数控化改造提供了一种有效可行的途径。
现有的Z5140A型台式钻床经改造后提高了加工精度，扩大了机床的使用范围，并提高了生产率。
本论文说明了普通钻床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了Z5140A机械传动部分的设计及数控系统部分的设计。
通过该改造计划,改造后的Z5140A型钻床具备数控机床的精度要求，自动化柔性生产的能力。
机床整体能力达到预期的要求。
Z5140A数控钻床主要用于加工各种孔及平面和曲面的铣削。
它集中了立式钻床和铣床的功能。
数控钻床需要很少人工操作，也没有机械操作元件如手柄、摇把等。
该钻床如同其他CNC钻床，全部工作循环是在微机数控系统控制下实现的。
车削对象改变后，只需改变相应的软件就可适应新的需要。
由于利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。
但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
关键词：数控机床；滚珠丝杠；数控系统AbstractAt present,Machine tools made in China is aging and can not meet the requirements of new technologies and new processes of production. This paper focuses on the NC Z5140A-type drill press conversion programs and MCU system design. Combining the traditional machines with the CNC technology, it can realize automatically feed function and provides a feasible and effective way for the enterprise of equipment's transformation with NC.Existing Z5140-type drill press improves the machining accuracy, expands the scope of machine use and increases the productivity after transformation. This paper describes the design process of the transformation of the general drilling with NC, introduces the design of the Z5140A mechanical transmission part and numerical control system part in detail.After the transformation plan, Z5140A-type drill transformed has the accuracy requirement of CNC machine tools and the automatic flexible production capacity. Machine tools achieve the desired overall capacity requirements. Z5140A CNC drilling machine is mainly used for processing a variety of holes and planar and surface milling. It contains the vertical drilling and milling function. CNC drilling and milling machinerequires very little manual operation and no operation of machinery components such as handles, crank and so on. As with other CNC drilling of the drilling machine, all of the cyclic work is completed under the control of the computer numerical control system. As turning object changes, just change the corresponding software to adapt to new needs. Because lathebed, column and other basic items are heavy and casting equipments but not the welded components, machine tools transformed has higher performance and better quality, which can be used as a new equipment for years. However, limited by the mechanical structure of the original, it can not be transformed revolutionarily.Key Word：Numerical Control Machine Tools ; Ball Screw; CNC System目录摘要 ........................................ - 1 -Abstract ...................................... - 2 -1绪论......................................... - 6 -1.1 立式钻床的概述............................................................................................ - 6 -1.2 数控立式钻床的发展.................................................................................... - 6 -1.3 立式钻床数控化改造的市场 ....................................................................... - 8 -1.3.1 机床数控化改造的市场...................................................................... - 8 -1.3.2 立式钻床简介...................................................................................... - 9 -1.4床数控化改造的内容及优缺点 .................................................................. - 10 -1.4.1数控化改造的内容............................................................................. - 10 -1.4.2 立式钻床数控化改造的优缺点........................................................ - 11 -2主传动系统的设计............................ - 12 -2.1 立式钻床数控化改造设计任务 ................................................................. - 12 -2.2 总体方案的确定.......................................................................................... - 13 -2.2.1 Z向步进电机与进给滚珠丝杠的联结 ............................................. - 13 -2.2.2 传动形式的选择................................................................................ - 15 -2.2.3 滚珠丝杠副的参数............................................................................ - 16 -2.2.4 滚珠丝杠副的组成及特点................................................................ - 17 -2.2.5 滚珠丝杠副的典型结构类型............................................................ - 17 -2.2.6 滚珠丝杠的支撑形式选择................................................................ - 19 -2.3 Z向进给滚珠丝杠副的计算与校核 ................................................... - 22 -2.3.1主轴钻削力计算................................................................................. - 22 -2.3.2滚珠丝杠副的选择计算..................................................................... - 23 -2.3.3选择步进电动机................................................................................. - 26 -2.4 电主轴选用、冷却与润滑 ......................................................................... - 30 -2.4.1 电主轴的概述.................................................................................... - 30 -2.4.2 电主轴的冷却与润滑........................................................................ - 33 -2.4.3 电主轴的选用.................................................................................... - 35 -3数控系统电路设计............................ - 37 -3.1绘制系统电气控制的结构框图 .................................................................. - 37 -3.1.1 机床硬件电路有以下几部分组成.................................................... - 38 -3.2 MCS-51单片机简介 ................................................................................... - 38 -3.2.1 8031单片机的基本特性.................................................................... - 38 -3.2.2 8031芯片引脚及其功能介绍......................................................... - 40 -3.3存储器扩展电路设计................................................................................... - 42 -3.3.1 程序存储器的扩展............................................................................ - 42 -3.3.2 数据存储器的扩展............................................................................ - 44 -3.3.3 译码电路设计.................................................................................... - 45 -3.4 Ｉ/Ｏ接口扩展电路设计 ............................................................................ - 45 -3.4.1 8155通用可编程接口芯片................................................................ - 45 -3.4.2 8255可编程接器芯片........................................................................ - 47 -3.4.3 8255的结构........................................................................................ - 48 -3.5 其它辅助电路设计...................................................................................... - 49 -3.5.1 8031的时钟电路................................................................................ - 49 -3.5.2 越界报警和急停处理电路................................................................ - 49 -3.5.3 复位电路............................................................................................ - 49 -3.5.4 掉电保护电路.................................................................................... - 50 -3.5.5 键盘显示接口电路............................................................................ - 50 -4结论........................................ - 51 -致谢 ............................. 错误!未定义书签。
数控机床主轴箱箱体钻床夹具设计
实践教学环节课程名称工艺装备设计课程编码佳木斯大學机械设计制造及其自动化专业（卓越工程师）设计说明书（工艺装备设计）题目：数控机床主轴箱箱体钻床夹具设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：指导教师：完成日期：2014年7月10日佳木斯大学机械工程学院2014年7 月目录第1章绪论 (1)1.1 工艺装备设计背景 (1)1.2 工艺装备发展史 (1)1.3 本章小节 (3)第2章机械加工工艺规程设计 (4)2.1 零件的分析 (4)2.1.1 零件的作用 (4)2.1.2 零件的工艺分析 (4)2.2 确定生产类型 (4)2.3 确定毛坯 (5)2.3.1 确定毛坯种类 (5)2.3.2 确定毛坯加工余量及形状 (5)2.4 工艺过程设计 (5)2.4.1 选择定位基准 (5)2.4.2 选择加工方法 (6)2.4.3 制定工艺路线及选用设备 (7)2.4.4 确定切削余量 (10)2.5 本章小结 (11)第3章夹具设计 (12)3.1 确定定位方案与定位元件 (12)3.2 确定夹紧方案与夹紧机构 (12)3.3 确定导向方案 (12)3.4 确定夹具体方案 (13)3.5 本章小结 (13)结论 (14)致谢 (15)参考文献 (16)附录一 (17)附录二 (18)第1章绪论1.1 工艺装备设计背景工具是人类文明进步的标志。
自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。
但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。
机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。
因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。
随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。
各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。
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m=2 根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数为 2.5。所以取 m= 2.5。 寿命计算满足设计要求。 2.2 传动轴计算 传动轴应满足强度和刚度方面的要求。强度方面的 要求是，保证轴在反复弯曲载荷和扭转载荷下不发生疲 劳破坏。 刚度方面的要求是， 轴在弯曲和扭转载荷下不致 产生过大的变形。 传动轴通常选用 45 钢， 调质处理。 传动 轴所用的轴承，通常都用滚动轴承。结合本次设计要求: 普通数控钻铣床， 故选用普通级深沟球轴承。 按扭转刚度估算轴的直径： d ≥ KA
硬 度 软 硬 切削速度 m/min 43-46 24-34 进给量 0.21 0.26
根据机床的最大加工能力，计算钻铣床的主轴切削 功率为： Pe ≈ 3.0 kw 取传动效率为 0.75[5]， 计算电机功率为： 3.0 P= = 4.0 kw 0.75 钻铣床主轴计算转速计算公式为： z nj = nmin φ 3 其中 nj 为计算转速，即主轴第二个 1/3 转速范围内 的最低一级转速； nmin 为最小转速； φ 为标准公比。把转速 分为三个范围， 取 φ 为 1.41 [6]， 则第二个 1/3 转速范围内 综合考虑其他影响因素， 计算 最低一级转速为 147r/min， 转速定为 150r/min。 1.3 变速传动部分计算 变速箱由于位于调速电机与主轴之间， 因此， 设计时 除遵循一般有级变速箱设计原则外，必须处理好公比的 选择。
钻铣床主轴箱数控化设计
徐敬广 1， 李 刚 1， 薛彩侠 2,3 （1.华瑞汽车专用机器制造有限公司， 安徽 蚌埠 2.中国矿业大学计算机科学与技术学院， 江苏 3.安徽电子信息职业技术学院， 安徽 蚌埠 233000； 徐州 221008； 233000 ）
［摘 要］文章在原有设计的基础上， 对钻铣床的主轴系统进行改造， 增强抗振性、 减小噪声， 并使其满足生产加工 需要的速度要求。主要包括传动方案的选择与设计、 主传动的设计、 转塔的设计、 结构的分析等， 通过改造设计， 使该钻 铣床满足了生产加工要求， 并且提高了自动化程度。 ［关键词］转塔式钻铣床；主轴；数控机床 ［中图分类号］TP21 ［文献标识码］B 在制造业中， 尤其是机械行业非常广泛地应用机床， 而金属钻削机床应用尤其广泛[1,2]。据统计， 孔加工是金属 切削加工中最重要的工序之一，约占所有金属切削加工 工序的 33%，我国每年生产钻头用的高速钢消耗量约占 在机械加工 刀具生产中高速钢消耗总量的 70%[3]。可见， 中孔加工占有很重要的地位。 数控钻床是数字控制的以钻削为主的孔加工机床， 具有数控转塔换刀钻铣床工作原理,最主要特点是由转塔 式刀库及自动换刀机构而组成的，在换刀方式上采用分 转位方式。采用无级调速的主轴电动机， 可实现动变 度、 换主轴转速， 可以进行钻、 扩、 铰、 锪、 攻丝等孔加工工序， 而且可以完成具有直线和圆弧插补的轮廓控制铣削 。本 公司由于生产加工需要，在原有钻床的钻床结构基础上 进行改造，原有的钻铣床的主轴转速范围:320-2700rpm， 主轴转速级数 5 级，为了进一步提高数控钻铣床的自动 化程度，采用了无级变速电机加上变速齿轮组扩大变速 范围。 采用电气控制和步进电机实现转塔自动转位， 以电 磁弹簧定位销定位转塔头， 成为数字控制的钻铣床。 1 传动方案设计 1.1 传动方案确定 为了达到较大的变速范围， 并且实现无级变速， 结合 本次设计的加工能力，通过对比决定采用交流变频调速 电机。 由于电机的功率扭矩特性也难于直接与机床功率和 转矩要求相匹配，因此主传动变速系统在无级变速电机 之后需串联机械有级变速传动，以满足机床要求的调速 范围和转矩特性。 1.2 传动主参数计算 因为钻削铸铁件所用转矩较高， 所以， 以铸铁件的加 工参数， 计算主参数。 高速钢钻头加工铸铁件钻削用量为[4]： 高速钢加工铸铁钻削用量表
计算得各轴直径分别为 30mm、 35mm、 35mm。 3 组件结构与材料的选择 3.1 材料与结构确定 调质处理， 主轴前端卸刀孔淬 主轴材料选择 45 钢， 硬到 HR45-55。 根据转速和切削力大小本设计选用齿轮传动作为主 轴的传动方式。 考虑到结构的实现难易程度，采用主轴两支撑间承 扭转变形， 提高 受传动力。并且为了减少主轴弯曲变形、 固有频率， 齿轮应布置在靠近主轴前端轴承处， 如图 1 所 示。 3.2 跨距计算 跨距 l0 与前端悬伸量之比 l0/a 可根据机床设计手 册得： η = EI 3 （N/mm2 ） KAa 其中， E 为弹性模量，大小为 2 ×105Mpa； I 为主轴截 面的惯性矩，大小为 8.0cm4； KA 为前端轴承的刚度， 为 70×105； a 为前端悬伸量， 9.5cm。 经计算， η≈0.028， 查图表得： l0 = 0.9 a 则 l0 = 85.5， 取整得主轴跨距为 90mm。 其它计算略。 3.3 操纵机构设计 操纵机构为在转塔换刀过程中的齿轮拨叉。机床在 换刀时， 必须由丝杠传动升起主轴箱， 离开工件， 这中间 有一个主轴行程问题。 根据此关系， 可设计齿轮拨叉为以 下形式： 拨叉的上端固定在丝杠上面， 下端在齿轮的拨叉 槽中， 当主轴在钻铣时， 由于主轴箱下降的原因， 拨叉固 定于丝杠上， 拨叉相对于主轴箱上移， 从而固定齿轮与主 轴齿轮啮合。当换刀时， 主轴箱升起， 拨叉相对于主轴箱 下移， 从而拨动齿轮与主轴齿轮脱开啮合。 拨叉必须具有 一定的弹性。拨叉顶端到主轴箱 （下转第 46 页 ）
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＊ ［收稿日期］2009－06－10 ［作者简介］徐敬广 （1974-） ， 男， 华瑞汽车专用机器制造有限公司机械助理工程师。
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徐敬广ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ李 刚＊薛彩侠—— —钻铣床主轴箱数控化设计
第4期
根据主轴调速范围得： Rn = nmax = 10 nmin×RP 其中， RP 为电机调速比。又因为： Rn = z-1 其中， 为公比； Z 为变速级数。 查表得 Z=3， φ=3.16。 为了调整变速箱的结构， 节省材料和减轻主轴箱重量， 取 Z=2， 此时公比较大， 实现有困难， 需要增大电机的调速范 围， 假设变速箱的传动公比等于电机的传动比， 由此可得 传动公比 =5.48。 减速箱的传动级数 Z = 2， 对于主传动系统，传动副的极限传动比和传动组的 极限变速范围， 在降速传动时， 为防止被动齿轮的直径过 大而使径向尺寸太大， 通常限制最小传动比 imin≥1/4。在 升速时， 为防止产生过大的振动和噪声， 常限制最大传动 根据需要增加前置 比 imax≤2。遵循以上原则分配传动比， 固定传动比的带传动， 传动比为 1： 2。减速箱内各级传动 的传动比分别为 2： 1 和 1： 2.74。主轴传动的结构简图如 图 1 所示。
图 1 主轴传动简图 为了达到主轴的恒功率变速范围，计算电机功率调 整为： P0 = P× = 7.3 KW RP 所以选用电机的功率应为 7.5KW。 2 主要传动件计算 2.1 带传动与齿轮传动的计算 由于转速较高， V 带传动中， 带轮选用铸钢， 根据 《机 械设计手册》 中 V 带设计计算方法， 计算选用 SPZ （窄 V 带） 两根， 传动中心距为 400mm， 带轮直径分别为 90mm、 180mm。经验算包角和带速均满足生产加工要求。 齿轮的材料， 主要有铸铁 、 锻钢 、 铸钢 、 塑料等几种 。 根据机床设计手册和机械设计手册以及机械零件手册的 查阅， 结合本设计的要求， 选用锻钢， 优质碳钢 45 钢调质 处理改善其性能， 高频淬火提高其表面硬度。 齿轮选 7 级 精度。 齿数根据金属切削机床常用传动比的适用齿数确 定， 根据齿轮接触疲劳强度计算齿轮的模数为： m=1.88 取标准值：
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安徽电子信息职业技术学院学报 JOURNALOF ANHUI VOCATIONAL COLLEGE OF ELECTRONICS ＆ INFORMATION TECHNOLOGY
No.4 2009 General No.43 Vol.8
[文章编号] 1671－802X(2009)04－0040－02
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