3959組合機床及其主軸箱設(shè)計,組合,機床,及其,主軸,設(shè)計 摘 要組合機床，是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率機床。其特點有：結(jié)構(gòu)緊湊、工作質(zhì)量可靠、設(shè)計和制造周期短、投資少、經(jīng)濟效果好、生產(chǎn)率高等。本次設(shè)計的題目是銑削組合機床及主軸組件。首先針對所要加工的零件入手，對機床進行總體方案設(shè)計，進而確定機床的總體布局，隨后，對主軸組件進行設(shè)計。在設(shè)計主軸組件時，以主軸為線索，在滿足剛度、精度等要求下，完成其它（如軸承、軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)等）所有零件的設(shè)計。設(shè)計機械加工工藝規(guī)程遵循如下原則：1）保證零件圖樣上所有技術(shù)要求的實現(xiàn)。2）必須能滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求。3）在滿足技術(shù)要求和生產(chǎn)綱領(lǐng)要求的前提下，要求工藝成本最低，低耗節(jié)能。4）盡量減輕工人的勞動強度，保障生產(chǎn)安全。維護環(huán)境衛(wèi)生。本產(chǎn)品是按用戶要求而設(shè)計的，用戶討論合格后，投入生產(chǎn)，希望指導、鑒定。關(guān)鍵詞：組合機床，主軸組件，主軸，軸承，軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)AbstractModular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivity.The design is the subject of combined milling machine spindle components. First of all, for the processing of parts to start with a general program of machine design, machine tool and then determine the overall layout, then the design of the main components. Components in the design of the spindle to spindle for clues, to meet the stiffness and precision required to complete the other (such as bearings, axial adjustment agencies, locking, etc.) the design of all parts.Design mechanical processing order to follow the following principles1) To ensure that all parts drawings on the realization of the technical requirements.2) Program must be able to meet production requirements.3) To meet the technical requirements and requirements of the production program, under the premise of the minimum requirements of cost, low energy. 4) Minimize the labor intensity of workers, protection of production safety. This product is based on user requirements and design, the user discussion after passing the production, hope the guide, identified. Keywords: Modular Machine, spindle components, spindle, bearings, axial adjustment目 錄緒論................................................................................................................................1第 1 章 機床總體設(shè)計................................................................................................11.1 機床總體方案設(shè)計的依據(jù) ................................................................................11.2 工藝分析 .............................................................................................................11.3 機床主要技術(shù)參數(shù)的確定 .................................................................................31.4 進給驅(qū)動電動機功率的確定 ........................................................................................5第 2 章 主軸組件要求與設(shè)計計算............................................................................62.1 主軸的基本要求 .................................................................................................62.2 主軸組件的布局 ...............................................................................................................92.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定....................................................................................................122.4 主軸的材料與熱處理....................................................................................................132.5 主軸的技術(shù)要求 .............................................................................................................132.6 主軸直徑的選擇 .............................................................................................................142.7 主軸前后支承軸承的選擇 ..........................................................................................152.8 主軸內(nèi)孔直徑 .................................................................................................................162.9 主軸前端懸伸量 .............................................................................................................172.10 主軸支承跨距 ...............................................................................................................182.11 主軸結(jié)構(gòu)圖....................................................................................................................182.12 主軸組件的驗算 ..........................................................................................................18第 3 章 主軸組件相關(guān)部件 ..................................................................................................233.1 主軸軸承的潤滑 .............................................................................................................213.2 主軸組件的密封 .............................................................................................................213.3 軸肩擋圈 ..........................................................................................................................233.4 擋圈....................................................................................................................................233.5 圓螺母 ...............................................................................................................................233.6 套筒....................................................................................................................................243.7 前、后支承的軸承蓋....................................................................................................253.8 主軸用套筒及其鎖緊部分 ..........................................................................................263.9 主軸尾部的內(nèi)花鍵 ........................................................................................................273.10 主軸組件軸向調(diào)節(jié)機構(gòu) .............................................................................................283.11 箱體設(shè)計 ........................................................................................................................30第 4 章 結(jié)論 .............................................................................................................................31參考文獻 ......................................................................................................................................32致謝................................................................................................................................................331 緒 論機械制造業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟的重要支柱，是生產(chǎn)力的重要組成部分。機械制造業(yè)不僅為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種生產(chǎn)設(shè)備、儀器儀表和工具，而且為制造業(yè)包括機械制造業(yè)本身提供機械制造裝備。機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平標志著一個國家或地區(qū)的科學技術(shù)水平、經(jīng)濟實力。機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平，主要取決于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心是金屬切削機床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達到所需要的精度。金屬切削機床所擔負的工作量約占機器制造總工作量的40%～ 60%，金屬切削機床的技術(shù)水平直接影響到機械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。換言之，一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術(shù)水平。顯然，金屬切削機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設(shè)中起著不可替代的作用。縱觀幾十年來的歷史，機械制造業(yè)從早期降低成本的競爭，經(jīng)過 20 世紀 70年代、80 年代發(fā)展到 20 世紀 90 年代乃至 21 世紀初的新的產(chǎn)品的競爭。目前，我國已加入世界貿(mào)易組織，經(jīng)濟全球化時代已經(jīng)到來，我國機械制造業(yè)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，也面臨著新的形勢：知識——技術(shù)——產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品的批量越來越小，產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的要求越來越高，環(huán)境保護意識和綠色制造的呼聲越來越強，因而以敏捷制造為代表的先進制造技術(shù)將是制造業(yè)快速響應市場需要、不斷推出新產(chǎn)品、贏得競爭、求得生存和發(fā)展的主要手段。金屬切削機床中的組合機床，是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。它具有：生產(chǎn)率高；加工精度穩(wěn)定；研制周期短，便于設(shè)計、制造和使用維護，成本低；配置靈活等。正是由于這些特點的存在，決定了組合機床在當今新形勢下仍能被廣泛應用于汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器儀表、軍工及自行車等輕工行業(yè)和機床、機車、工程機械等制造業(yè)中。1.1 組合機床加工方式組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。1.2 組合機床的發(fā)展史二十世紀 70 年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術(shù)的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達 0.05 毫米／1000 毫米，表面粗糙度可低達 2.5～0.63 微米；鏜孔精度可達IT7～6 級，孔距精度可達 O.03～O.02 微米。專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。最早的組合機床是 1911 年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953 年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 1.3 組合機床部件分類通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等?？刂撇考怯靡钥刂茩C床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。1.4 組合機床的發(fā)展為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。1.5 組合機床在生產(chǎn)中的應用組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。最早的組合機床是 1911 年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953 年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。此次設(shè)計的是銑削組合機床及主軸組件。首先，對機床進行總體設(shè)計，確定總體方案后得到機床總體布局圖；再著重進行主軸組件的設(shè)計，其中包括主軸的設(shè)計、支承的選取、主軸軸向移動機構(gòu)和主軸鎖緊機構(gòu)等的設(shè)計。由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。2 機床總體設(shè)計設(shè)計機床的第一步，是確定總體方案?？傮w方案是機床部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個設(shè)計的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須全面地、周密地考慮，使所定方案技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。1.1 機床總體方案設(shè)計的依據(jù)1.1.1 工件工件是機床總體方案設(shè)計的重要依據(jù)之一，設(shè)計者必須明確工件的特點和加工要求。本次畢業(yè)設(shè)計要求設(shè)計一臺組合機床，用于加工 VF-6/7 型空壓機減荷閥體的兩側(cè)面，工件材料為 HT200，硬度為 190～210HB,生產(chǎn)批量為大批量，鑄造毛坯。加工部位的加工要求如下：(1)被加工表面的粗糙度均為 R 10；a(2)被加工表面的相互位置精度為：平面 1～2 之間的距離為 225mm；平面 1～2 與 φ95 中心線的垂直度要求為 0.03mm。1.1.2 刀具 圖 1-1 減荷閥體簡圖硬質(zhì)合金端銑刀，刀齒材料為 YG6，銑刀盤直徑為 φ75～110，刀具齒數(shù)Z=4。1.2 工藝分析1.2.1 工藝方法的確定機床的工藝方法是多種多樣的，工藝方法對機床的結(jié)構(gòu)和性能的影響很大，工藝方法的改變常導致機床的運動、傳動、布局、結(jié)構(gòu)、性能以及經(jīng)濟效果等方2面的一系列變化。對于 VF-6/7 型空壓機減荷閥體，用車床進行車削加工時，由于減荷閥體外形復雜，且為殼類零件，不宜裝夾在車床主軸上進行加工，裝夾穩(wěn)定性也不高；用刨床進行刨削加工時，機床需要兩個運動，機床和刀具結(jié)構(gòu)簡單，裝夾在工件臺上快速，穩(wěn)固，但生產(chǎn)率低，加工精度也達不到工件要求；用端銑刀進行銑削加工時，生產(chǎn)率不僅提高了，也能滿足工件所要求的加工精度，且裝夾快速，方便。因此，當生產(chǎn)量很大時，用組合機床進行加工更合理。1.2.2 機床總體布局機床的總體布局指確定機床的組成部件之間的相對位置及相對運動關(guān)系。根據(jù)減荷閥體的加工要求，機床總體布局圖如圖 1-1 所示：圖 1-2 機床總體布局圖1.機座 2.動力滑臺 3.工件 4.端銑刀 5.電動機 6.變速箱 7.主軸箱減荷閥體安裝在工作臺上，銑削動力頭帶動銑刀作旋轉(zhuǎn)主運動，工作臺作縱向進給運動，完成對工件的切削加工。此方案的優(yōu)點是各部件均是針對減荷閥體設(shè)計的，因此，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，生產(chǎn)率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。1.2.3 機床運動的確定確定機床運動，指確定機床運動的數(shù)目，運動類型以及運動的執(zhí)行件。本次畢業(yè)設(shè)計的組合機床的工藝方法是，用一把端銑刀直接進行加工。相應的表面成形運動為：單主軸的回轉(zhuǎn)運動，工作臺縱向進給運動；輔助運動為：主軸軸向調(diào)整運動。1.3 機床主要技術(shù)參數(shù)的確定機床主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)，基本參數(shù)又包括尺寸參數(shù)，運動參數(shù)，動力參數(shù)。1.3.1 確定工件余量VF-6/7 型空壓機減荷閥體，零件材料為 HT200，硬度 190—210HB，生產(chǎn)類型為大批量，鑄造毛坯。查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表 2.2～2.5,取加工余量為 2.5mm(此為雙邊加工)。1.3.2 選擇切削用量由于被加工零件的銑削寬度為 175mm,需進行二次走刀，故一次走刀為90mm(寬度)，二次走刀為 175-90=85mm，即：a =90mm。e根據(jù)《組合機床設(shè)計簡明手冊》第 132～133 頁，選擇銑削切削用量。根據(jù)本次設(shè)計所加工的零件要求，其表面粗糙度數(shù)值較高，加工材料為鑄鐵，查表 6-16 得：a =0.2～0.4mm/z,V=50 ～ 80m/min,取 a =0.2mm/z。f f1.3.3 運動參數(shù)機床的運動參數(shù)包括主運動轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍、進給量范圍、進給量數(shù)列以及空行程速度等。此次設(shè)計主要確定主運動的運動參數(shù)。（1）主軸最高，最低轉(zhuǎn)速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑、計算主軸最高轉(zhuǎn)速 n 、最max低轉(zhuǎn)速 n 。計算公式如下：min = ， n =maxinmax10dV?miaxmin10dV?式中：n 、n —主軸最高、最低轉(zhuǎn)速(r/min)axiV 、V —最高、最低切削速度(m/min)mid 、d —最大、最小計算直徑(mm)axin根據(jù)《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導》第 69～70 頁，查表 2.2-3取最大，最小切削速度：V =200～300m/min， 取 V =250m/minmax maxV =15～20m/min, 取 V =20m/minin in銑床的 d 、d 可取使用的刀具最大、最小直徑，即：maxid =110mm, d =75mmamin則主軸最高轉(zhuǎn)速為n = = =1061.6r/min maxinmax10dV?10257??取標準數(shù)列值：n =1000r/minmax最低轉(zhuǎn)速為：n = = =57.9r/minmiaxin10dV?102?取標準數(shù)列值：n =56r/minmi（2）主軸轉(zhuǎn)速的合理排列最高、最低轉(zhuǎn)速確定后，還需確定中間轉(zhuǎn)速，選擇公比 Φ，轉(zhuǎn)速級數(shù) Z，則轉(zhuǎn)速數(shù)列為：n = n =56r/min, n = n Φ, n = n Φ , n = n Φ1mi 2mi3mi2zmi1?z查標準數(shù)列，取公比 Φ=1.78 (1＜Φ≤2)轉(zhuǎn)速范圍： R = = =17.8nmiax5610轉(zhuǎn)速級數(shù)： Z= +1=5.99 取 Z=6Φlog Rn由于本次設(shè)計的要求，主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)只需設(shè)計四級就能滿足要求，故取 Z=4。即：n =56， n =100, n =180, n =315 (r/min)12341.3.4 動力參數(shù)—主運動驅(qū)動電動機功率的確定（1）切削力的計算由前面已知，本次設(shè)計的組合機床的最高轉(zhuǎn)速為 n =315r/min，則此時的切4削速度為：V= = =108.8m/min2.5根據(jù)上表所列，所設(shè)計的組合機床屬于Ⅱ型，所以取 a/ D 為 1.25～2.5，1即：a=（1.25～2.5）D =（1.25～2.5）×80=100～2001初取 a=120。2.10 主軸支承跨距主軸支承跨距 L 是指主軸前、后支承支承反力作用點之間的距離。合理確定主軸支承跨距，可提高主軸部件的靜剛度?？梢宰C明，支承跨距越小，主軸自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的主軸前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的主軸前端的位移量較小，但主軸本身的彎曲變形將增大?？梢?，支承跨距過大或過小都會降低主軸部件的剛度。有關(guān)資料對合理跨距選擇的推薦值可作參考：（1） L =（4～5）D ；合 理 1（2） L =（3～5）a，用于懸伸長度較小時；合 理（3） L =（1～2）a，用于懸伸長度較大時。合 理根據(jù)此次設(shè)計的組合機床剛性主軸的懸伸量較大，取 L ≤2.5a 為宜。即合 理此次設(shè)計的主軸兩支承的合理跨距L ≤2.5a=2.5×120=300合 理初取 L=280。2.11 主軸結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上的分析計算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示：錐 度 7:24圖 2-7主 軸 結(jié) 構(gòu) 圖圖 2-7 主軸結(jié)構(gòu)圖2.12 主軸組件的驗算主軸在工作中的受力情況嚴重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此主軸的計算主要是剛度的驗算，與一般軸著重于強度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強度的要求。剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當載荷一定時，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。主軸組件的彈性變形計算包括：主軸端部撓度和主軸傾角的計算。2.12.1 支承的簡化對于兩支承主軸，若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承，或者有兩個單列球軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁，如下圖 2-8 所示；若前支承有兩個以上滾動軸承，可認為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁，如下圖2-9 所示：圖 2-8 主軸組件簡化為簡支梁圖 2-9 主軸組件簡化為固定端梁此次設(shè)計的主軸，前支承選用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個推力球軸承作為支承，即可認為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為上圖 2-9 所示。2.12.2 主軸的撓度查《材料力學 I》第 188 頁的表 6.1，對圖 2-9 作更進一步的分析，如下圖2-10 所示：根據(jù)圖 2-10，可得此時的最大撓度=-maxB?EIFl3其中，F(xiàn)—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F =1213.1NZl—A、B 之間的距離。此處，l=a=12cm θ圖 2-10 固定端梁在載荷作用下的變形E—主軸材料的彈性模量。45 鋼的 E=2.1×10 N/cm72I—主軸截面的平均慣性矩。當主軸平均直徑為 D，內(nèi)孔直徑為 d 時，I= 。此處，D= =13364)(dD??218?故可計算出，主軸端部的最大撓度：=-1.87×10 mmmaxB?4?2.12.3 主軸傾角主軸上安裝主軸和安裝傳動齒輪處的傾角，稱為主軸的傾角。此次設(shè)計的主軸主要考慮主軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。根據(jù)圖 2-10，可得此時的最大傾角=-B?EIFl2其中，F(xiàn)—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F =1213.1NZl—A、B 之間的距離。此處，l=a=12cmE—主軸材料的彈性模量。45 鋼的 E=2.1×10 N/cm72I—主軸截面的平均慣性矩。當主軸平均直徑為 D，內(nèi)孔直徑為 d 時，I= 。此處，D= =13364)(dD??218?故可計算出，主軸傾角為：=-2.3×10 radB?6查《組合機床設(shè)計》第一冊中機械部分的第 670 頁，可知：當x ≤0.0002L mm最 大≤0.001 rad最 大?時，剛性主軸的剛度滿足要求。此處的 x ， 即為最大撓度和最大傾角，L 為主軸支承跨距。最 大 最 大將已知數(shù)據(jù) 和 代入，即可得：maxB??初步設(shè)計的主軸滿足剛度要求。3 軸組件相關(guān)部件3.1 主軸軸承的潤滑潤滑的作用是降低摩擦，減小溫升，并與密封裝置在一起，保護軸承不受外物的磨損和防止腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負荷。如果選擇得合適，可以降低軸承的工作溫度和延長使用期限。滾動軸承可以用潤滑油或潤滑脂來潤滑。試驗證明，在速度較低時，用潤滑脂比用潤滑油溫升低。所以，此次設(shè)計的主軸支承均采用潤滑脂。同時，主軸是裝在主軸套筒內(nèi)的，為防止使用潤滑油時泄漏，也應采用潤滑脂潤滑。3.2 主軸組件的密封密封對主軸組件的工作性能與潤滑影響也較大。機床主軸密封不好，將使?jié)櫥瑒┩饬?，造成浪費，加速零件的磨損，還會嚴重地影響到工作環(huán)境及機床的外觀。3.2.1 主軸組件密封裝置的類型主軸組件密封裝置的類型，主要有以下幾種：具有彈性元件的接觸式密封裝置；皮碗（油封）式密封裝置；具有金屬和石墨元件的接觸式密封裝置；擋油圈式和螺旋溝式密封裝置；圈形間隙式、油溝式和迷宮式密封裝置；立式主軸的密封裝置等。3.2.2 主軸組件密封裝置的選擇選用密封裝置時，應考慮到主軸組件的下列具體工作條件：密封處主軸頸的線速度；所用潤滑劑的種類及其物理化學性質(zhì)；主軸組件的工作溫度；周圍介質(zhì)的情況；主軸組件的結(jié)構(gòu)特點；密封裝置的主要用途等。綜合考慮上述因素，主軸前支承處選用迷宮式密封，徑向尺寸不超過0.3mm，中填潤滑脂，軸向尺寸不超過 1.5mm。查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 87 頁表 7-17，可得此次選用的迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖 2-11 所示：圖 2-11 迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)其中，d=80，D=130，e=13.3 軸肩擋圈前支承雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間所用的擋圈，可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 56 頁表 5-1，可得此次選用的擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖 2-12 所示：圖 2-12 軸肩擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)其中，D=95，d=80，H=63.4 擋圈兩推力球之間用的擋圈為非標準件，徑向尺寸依主軸套筒尺寸而定，軸向尺寸可初取為 6mm。3.5 圓螺母鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承以及鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒，分別采用兩個圓螺母，為了增加可靠性，再加一止動螺釘。圓螺母具體的參數(shù)可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 60 頁表 5-6，結(jié)構(gòu)如下圖 2-13 所示：圖 2-13 圓螺母（GB812-88）其中，鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承用的圓螺母，D×p=M80×2，d =115， d =103，m=15，h =10.36，h =10，t =4.75，K1maxminaxt =4，C=1.5，C =1min1鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒用的圓螺母，D×p=M72×2，d =105， d =93，m=15，h =10.36，h =10，t =4.75，tK1maxminaxkDC×4503°2=4，C=1.5，C =1min13.6 套筒兩推力球軸承之間用的套筒，根據(jù)以上計算，可知，軸向尺寸取為 92，徑向厚度取為 2.5mm，一端加工出長為 26 的外螺紋 M80×1.5，一端用一緊定螺釘鎖緊在主軸上，套筒結(jié)構(gòu)如圖 2-14 所示；緊定螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 43 頁表 3-17，如圖 2-15 所示；主軸上的小孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 61 頁表 5-8，如圖 2-16 所示：其中，緊定螺釘?shù)膮?shù)有：M8×1.25，l=10，d =5.5，n=1.2 , t=2p圖 2-14 兩推力球軸承內(nèi)用套筒結(jié)構(gòu)參數(shù)軸上固定螺釘用的孔的參數(shù)有：d =6，c =5，h ≥511圖 2-15 開槽平端緊定螺釘圖 2-16 軸上固定螺釘用的孔3.7 前、后支承的軸承蓋為了保證軸承的正常運轉(zhuǎn)，防止外界雜物進入影響軸承的使用壽命，前、后軸承應安裝上軸承蓋，并將其固定在套筒上，與主軸配合處采用間隙配合，初步設(shè)計如下圖 2-17、2-18 所示：圖 2-17 前支承用軸承蓋其中，d=124，D=153圖 2-18 后支承用軸承蓋其中，d=64，D=153，a=5，b=553.8 主軸用套筒及其鎖緊部分根據(jù)前面的計算和設(shè)計，可以直接得到主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖 2-19所示：套筒的鎖緊部分采用彈性套，當調(diào)節(jié)螺栓時，彈性套就會隨之變形，從而鎖緊或松開套筒。主軸需要軸向移動（調(diào)節(jié)）時，便松開螺栓，彈性套也隨之松開套筒，調(diào)節(jié)完主軸軸向位置后，應擰緊螺栓以鎖緊主軸。同時，彈性套和螺栓固定在主軸組件的箱體上，彈性套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)如下圖 2-20 所示：鎖緊螺栓的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)可查《簡明機械設(shè)計手冊》第 102 頁表 6-9，取M24 螺栓，圖 2-19 主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)結(jié)構(gòu)如下圖 2-21 所示，參數(shù)有：l=100，b=54，c=0.2，d =26.4，d =24，d =33.6，e =40，f =4，amaxsinwminaxk=15，k′ =10.3，r=0.8，s=36，l =31，l =46min inaxg圖 2-20 彈性套結(jié)構(gòu)及參數(shù)3.9 主軸尾部的內(nèi)花鍵組合銑床的主軸組件和傳動裝置采用花鍵連接，查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第 468 頁表 8-6，花鍵采用外徑定心方式，其特點是：定心精度高，加工方便，外花鍵的外徑可在普通機床上加工至所需的精度。內(nèi)花鍵的硬度不高時，可由拉刀保證其外徑精度。結(jié)構(gòu)如圖 2-22 所示，參數(shù)可查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第 468 頁表 8-7，有：d=42，N=8，D=46，B=8圖 2-21 鎖緊螺栓的結(jié)構(gòu)及參數(shù)圖 2-22 主軸尾部的內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)及參數(shù)3.10 主軸組件軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)主軸組件的軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)采用一對圓錐齒輪并經(jīng)絲杠螺母手動調(diào)節(jié)。它具有傳動比小，傳動精度高，運動平穩(wěn)，能自鎖等特點。絲杠主要承受軸向力，故采用兩推力球軸承作為絲杠的支承，螺母支承的軸和主軸套筒上的孔相配合，實現(xiàn)主軸的軸向調(diào)節(jié)。該絲杠螺母支承簡圖如圖 2-23 所示：3.10.1 絲杠螺紋絲杠采用梯形螺紋，其牙根強度高，螺紋副對中性好，加工時可以銑和磨，工藝簡單。查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第 413 頁，取螺紋直徑為 36，其余參數(shù)有：圖 2-23 絲杠螺母支承簡圖P=6，d=36，d =33，d =29，l=70233.10.2 絲杠軸承的選擇絲杠的調(diào)節(jié)精度直接影響主軸軸向移動精度，而絲杠的精度除靠梯形螺紋自身保證外，還靠支承的精度保持，故需考慮支承精度。該絲杠采用兩相同推力球軸承承受軸向力，其精度應選用常用的 D 級精度軸承，查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第 365 頁，選用推力球軸承的型號為 8209，其結(jié)構(gòu)如下圖 2-24 所示，相關(guān)參數(shù)有：d=45，d =45.2，D=73，H=20，D =55，D =631 12 圖 2-24 推力球軸承（GB301-84）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸3.10.3 絲杠螺母將絲杠的螺母制成一端具有螺紋孔的短軸，其內(nèi)螺紋為 M36×6 的梯形螺紋，與絲杠配合，軸徑取為 20，從螺母中心到軸端距離取為 75，軸端與套筒采用過盈配合，以保證軸向位置的調(diào)節(jié)精度。3.10.4 絲杠中段螺紋絲杠中段制成三角螺紋，直徑為 M42，螺距 P=1.5，與之相配合的軸承擋圈仍為 M42×1.5，d =40.917，d =41.35，l=10，D=55。123.10.5 絲杠上的內(nèi)隔套絲杠大端直徑為 45，所以內(nèi)隔套的內(nèi)徑也為 45，相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù)可查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第 385 頁，結(jié)構(gòu)如下圖 2-25 所示，參數(shù)有：d=45，D=55，l=20圖 2-25 內(nèi)隔套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)3.10.6 絲杠上調(diào)節(jié)用錐齒輪調(diào)節(jié)主軸軸向位置的手柄與絲杠垂直，故采用交角為 90°（正交）的直齒圓錐齒輪。為了保證軸向調(diào)節(jié)的可靠，取該嚙合的兩錐齒輪傳動比為 i=1，既不用減速，也不用增速。查《機械設(shè)計》第 207 頁表 12.5 中，可知其精度等級范圍取 8～10 級即可。為了更好地保證軸向調(diào)節(jié)精度，故取 8 級精度最佳。查《機械設(shè)計通用手冊》第 1032 頁圖 19-5，初取齒數(shù) Z=18，分度圓直徑d=60，則有：m= = ≈3.33zd1860再查《機械設(shè)計》第 206 頁表 12.3，取其相近值 3.25，即 m=3.25，有：d=mz=3.25×18=58.5根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查《機械設(shè)計通用手冊》第 1030 頁表 19-2，可計算出：分度圓直徑 d: d =d =58.512齒數(shù) z: z = z =18大端模數(shù) m: m= d /z= d /z=3.2512節(jié)錐角 : =arc tgz /z =45°， =90°- =45°???21錐距 R: R= d /2sin = d /2sin =41.37112齒寬 b： b =b ≤ R≤0.33×41.37≤13.65( ≤0.33，齒寬系數(shù))2R?R?變位系數(shù) x： x =-x =0.46[1-(z /z ) ]=0112齒頂高 h : h =m(1+ x )=3.25，h =m(1- x )=3.25aa a2齒根高 h : h =m(1.2- x )=3.9，h =m(1.2+ x )=3.9ff11f2齒頂間隙 c: c=0.2m=0.65齒根角 : =arc tg h /R≈5.4°， =arc tg h /R≈5.4°f?f1f1f?2a2齒頂角 : =arc tg h /R≈4.49°， =arc tg h /R≈4.49°aaaa齒頂圓錐角 : = + =45°+4.49°=49.49° = + =49.49°?1??1 ?2a?2齒根圓錐角 : = - =39.6°， = - =39.6°fff f2f齒頂圓直徑 d : d = d +2h cos =63.10，d = d +2h cos =63.10aa1a1?a2a?2節(jié)錐頂點到輪冠距離 A :kA = d /2- h sin =26.95，A =d /2- h sin =26.9512a1k21a23.11 箱體設(shè)計根據(jù)機床總體設(shè)計方案圖可知，箱體的大致結(jié)構(gòu)為長方體。但是，為了滿足體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高及質(zhì)量好的要求，需對箱體做進一步的分析和設(shè)計：第一，箱體的頂部，為了安裝、調(diào)試和維修軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)方便，需設(shè)置一箱體蓋，用四顆螺釘聯(lián)接在箱體上。示意圖如圖 2-26 所示；為了安裝軸向移動機構(gòu)，箱蓋下面需留出圖 2-26 箱體蓋一定量的空間，其中包括留出軸向 70mm 的空間供軸向移動機構(gòu)軸向調(diào)節(jié)，這就減小了箱體的剛度和強度。為此，此處箱體的最小徑向尺寸不得小于 15mm。第二，主軸尾端，采用花鍵傳遞動力，故此處箱體還應與變速箱相連，應設(shè)計出相應的螺紋孔。第三，夾緊套筒用的彈性套，安裝在箱體與套筒間，此處箱體應設(shè)計出足夠的空間；彈性套外面的鎖緊螺栓仍與箱體聯(lián)接，為了擰緊螺栓方便，此處箱體應設(shè)計出供操作螺栓用工具的合理空間。4 結(jié)論組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成的一種高生產(chǎn)率機床。它具有自動化程度較高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工序高度集中等特點，因此，組合機床在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化和柔性化方向發(fā)展。三個月左右的時間，我綜合運用專業(yè)課程和技術(shù)基礎(chǔ)課程的基本知識，結(jié)合生產(chǎn)實際來進行分析，解決實際工程中的問題，完成了銑削組合機床及主軸組件的設(shè)計。這次設(shè)計，讓我掌握了設(shè)計金屬切削機床的基本程序和方法；鞏固、深化和擴展了我對所學的專業(yè)課程和技術(shù)基礎(chǔ)課程的知識，樹立了我正確的工程設(shè)計思想；培養(yǎng)了我查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、計算機輔助設(shè)計等方面的能力。致 謝本課題是在王老師的指導下完成的。王老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和踏實的工作作風使我受益非淺。她的指導使我學到了很多書本上學不到的東西，使我的知識得到了很大的豐富。在此，我要衷心地感謝王老師，感謝她在設(shè)計中給予我的幫助，讓我在大學生活的最后階段，得到了很多。同時在此感謝那些在課題的完成過程中給予了大量的支持和幫助的老師和同學，是他們的鼎力相助才使我的設(shè)計得以圓滿完成。 除此之外，我還要感謝和我一起搞設(shè)計的同學們。在設(shè)計中，我們互相幫助，相互學習，共同進步。由此我感覺到團隊的智慧與力量。也正因為我們的相互討論，相互合作，才使得我在這次設(shè)計中收獲頗多。再次向各位給予我?guī)椭?、指導和鼓勵的老師，同學們致以衷心的感謝參 考 文 獻[1] 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