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I 摘 要 本題主要是X6130臥式萬能升降臺銑床的總體布局及主軸箱的設(shè)計，主軸箱 及進給箱是由異步電動機進行驅(qū)動，通過齒輪傳動，分別使主軸獲得12級轉(zhuǎn)速， 進給系統(tǒng)實現(xiàn)14級變速。通過對主軸箱中零部件的分析和校核，合理的選擇零 部件包括齒輪，軸等，滿足工作時的加工要求，確保加工時銑削零件尺寸、形 狀的精度要求。該銑床適用于對平面、斜面、螺旋面及成型表面加工，機床具 有足夠的剛度和強度,能進行高速度切削和承受一定強度的切削工作。通過對主 軸箱進行了簡要的設(shè)計和較核，設(shè)計的總體布局滿足工藝要求，傳動系統(tǒng)滿足 加工要求。X6130銑床具有主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬、操作方便、工作臺進給速 度寬等特點，大大提高了加工范圍。 關(guān)鍵詞： 總體布局；傳動系統(tǒng)；主軸箱 II ABSTRACT This problem is mainly X6130 Universal horizontal milling machine lifts the overall layout and design of headstock, headstock and feed box is driven by the induction motor, through gear transmission, respectively, were 12 to spindle speed, feed system to achieve 14 speed. Components of the spindle box through the analysis and verification, a reasonable choice parts, including gears, shafts, etc., to meet the processing requirements work to ensure that when the milling machining parts size, shape precision. The new machine suitable for plane, bevel, helical and molding surface processing, the machine has enough stiffness and strength, to carry out a certain strength to withstand high-speed cutting and cutting work. Through a brief spindle box design and more nuclear, the overall layout of the design meet the technical requirements of transmission system to meet the processing requirements. X6130 milling machine has a spindle speed of high, wide speed range, easy operation, wide table feed speed, etc., greatly increased the range of processing. Key words :Overall layout；Driving System；Headstock 目 錄 摘要 ...............................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ............................................................................................................1 1.1 銑床在國民經(jīng)濟中的地位 ..............................................................................1 1.2 銑床工業(yè)發(fā)展概況和目前水平 ......................................................................1 1.3 銑床的類型和編號 ..........................................................................................2 第 2 章 X6130 臥式升降臺銑床總體方案設(shè)計 ............................................4 2.1 X6130 型銑床的結(jié)構(gòu)特點主要參數(shù)和主要用途 ..........................................4 2.1.1 X6130 型銑床的結(jié)構(gòu)和特點 ...............................................................4 2.1.2 X6130 型銑床的主要參數(shù) ...................................................................4 2.1.3 X6130 型銑床的主要用途 ...................................................................4 2.2 主要部分的名稱和用途 .................................................................................5 2.3 銑床的常用卡具 .............................................................................................6 2.3.1 夾具的概念 ..........................................................................................6 2.3.2 夾具的作用 ..........................................................................................6 2.3.3 銑床夾具的類型 ..................................................................................7 2.3.4 夾具的組成 ..........................................................................................7 2.3.5 典型工件在銑床上的裝夾方式 ..........................................................7 2.4 本章小結(jié) .........................................................................................................8 第 3 章 X6130 型臥式萬能升降臺銑床的運動設(shè)計 ...................................9 3.1 主運動 .............................................................................................................9 3.1.1 主軸傳動結(jié)構(gòu)式 ..................................................................................9 3.2 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)及主軸轉(zhuǎn)速表 .............................................................................9 3.3 本章小結(jié) .......................................................................................................11 第 4 章 主軸箱電動機的選擇 .........................................................................12 4.1 主軸箱電機的選擇 .......................................................................................12 4.1.1 選擇電動機的容量 .........................................................................12 4.1.2 分配總降速比 ...................................................................................12 4.1.3 確定傳動軸的軸數(shù) ...........................................................................12 4.1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖 .......................................................................................13 4.3 本章小結(jié) .......................................................................................................13 第 5 章 帶傳動的設(shè)計 ..........................................................................................15 5.1 概述 ...............................................................................................................15 5.1.1 帶傳動的分類 ....................................................................................15 5.1.2 帶傳動的失效形式 ............................................................................15 5.1.3 帶傳動的設(shè)計要求 ............................................................................15 5.2 帶傳動的計算及選定 ....................................................................................16 5.2.1 計算帶傳動的條件 ............................................................................16 5.2.2 計算內(nèi)容和步驟 ................................................................................16 5.4 本章小結(jié) .......................................................................................................17 第 6 章 主軸箱齒輪設(shè)計和應(yīng)力計算 ...........................................................18 6.1 齒輪的概述 ....................................................................................................18 6.1.1 齒輪的類型 ........................................................................................18 6.1.2 齒輪傳動的主要特點 ........................................................................18 6.1.3 失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 ........................................................................18 6.1.4 齒輪材料及其選擇原則 ....................................................................18 6.2 主軸箱齒輪的設(shè)計 .......................................................................................19 6.3 直齒圓柱齒輪應(yīng)力的計算 ...........................................................................21 6.4 本章小結(jié) .......................................................................................................24 第 7 章 軸的設(shè)計計算 .......................................................................................25 7.1 軸的概述 .......................................................................................................25 7.1.1 軸的功用及分類 ................................................................................25 7.1.2 軸的受力分析、失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則 ............................................25 7.1.3 軸上零件的固定 ................................................................................26 7.1.4 軸的加工和裝配工藝性 ....................................................................26 7.2 軸的設(shè)計及計算 ...........................................................................................27 7.3 軸的設(shè)計 ........................................................................................................28 7.3.1 傳動軸直徑的確定 ............................................................................28 7.3.2 主軸軸徑的確定 ................................................................................29 7.3.3 核算轉(zhuǎn)速 ............................................................................................29 7.3.4 主軸的校核 ........................................................................................30 7.4 本章小結(jié) ......................................................................................................34 第章 零部件的選擇 .......................................................................................35 8.1 鍵的選擇 .......................................................................................................35 8.2 滑移齒輪的軸向移動 ...................................................................................36 8.3 潤滑系統(tǒng)設(shè)計 ...............................................................................................37 8.4 本章小結(jié) .......................................................................................................37 結(jié)論 .............................................................................................................................38 參考文獻 ...................................................................................................................39 致謝 .............................................................................................................................40 1 第 1 章緒論 1.1 銑床在國民經(jīng)濟中的地位 金屬切削機床使用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器。銑床是 用銑刀進行加工的機床。由于采用了多刃刀具連續(xù)切削，故生產(chǎn)效率較高，而 且還可以獲得較好的加工表面質(zhì)量。銑床的工藝范圍很廣，在銑床上可以加工 平面、溝槽、分齒零件、螺旋形表面等，因此在機械制造業(yè)中，銑床應(yīng)用非常 廣泛，特別是我是升降臺銑床。 在現(xiàn)代機械制造業(yè)中加工機器零件的方法有多種，如鍛造、鑄造、焊接、 切削加工和各種特種加工等等，但切削加工是將金屬毛坯加工成具有一定形狀、 尺寸和表面質(zhì)量的零件的加工方法，在加工精密零件時，目前主要是依靠切削 加工來達到所需的加工精度和表面質(zhì)量。所以，金屬切削機床是加工機器零件 的主要設(shè)備，它所負(fù)擔(dān)的工作量，約占機器總制造工作量的 40%-60%，機床的 技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。 銑床的母機屬性決定了它在國民經(jīng)濟中的重要地位。機床工業(yè)為各種類型 的機械制造廠提供先進的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的機床設(shè)備，促進機械制造工業(yè) 的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機械制造業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代 化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防部門提供各種 機器、儀器、和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)。 可見，機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機床（銑床）工業(yè) 則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國家機床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著 這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。顯然機床（銑床）在國民經(jīng)濟現(xiàn)代 化建設(shè)中起著重大的作用。 1.2 銑床工業(yè)的發(fā)展概況和我國機床工業(yè)目前的水平 金屬切削機床是人類在改造自然的長期實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎(chǔ) 上生產(chǎn)和發(fā)展起來的。最原始的機床是靠雙手的往復(fù)運動，在工件上鉆孔。最 初的加工對象是木料，為加工回轉(zhuǎn)體，出現(xiàn)了依靠人力使工件往復(fù)運動的原始 車床，在原始加工階段，人既是機床的原動力，又是機床的操縱者。 當(dāng)加工對象由木材逐漸過渡到金屬時，切削要求增大動力，于是就逐漸出現(xiàn) 了水力、風(fēng)力和畜力等驅(qū)動的機床。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和需要，要15-16世紀(jì)出現(xiàn) 2 了銑床、磨床。我國明朝宋應(yīng)星所著“天工開物”中就已有對于天文儀器進行 銑削和磨削加工的記載。 18世紀(jì)末，蒸汽機的出現(xiàn)，提供了新型的巨大的能量，使生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了革 命性的變化，由于在加工過程中逐漸產(chǎn)生了專業(yè)性分工，因而出現(xiàn)了各種類型 的機床。19世紀(jì)末，機床以擴大到許多類型，這些機床多采用皮帶傳動，性能 很低。20世紀(jì)以來，齒輪變速箱的出現(xiàn)，使機床的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生了根本性的 變化。隨著電器控制、液壓件傳動等科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)及其在機床上的普遍應(yīng)用， 使機床技術(shù)有了迅速的發(fā)展，除通用機床外又出現(xiàn)了許多各式各樣的專用機床。 在機床發(fā)展的這個階段，機床的動力已由自然力代替了人力，人只需操縱機床， 生產(chǎn)力已不受人的體力的限制。如本文的介紹的萬能臥式升降臺銑床，還有立 式銑床、萬能工具銑床、龍門銑床、固定臺座式銑床以及各種專用銑床（包括 鍵槽銑床、曲軸銑床、凸輪銑床）等。 近些年來，電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)等的發(fā)展并在機床 領(lǐng)域得到應(yīng)用，使機床開始了迅猛發(fā)展的新時代。多樣化、精密化、高效化、 自動化是這一時代銑床的發(fā)展的基本特征。新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床以其加工 精度高、生產(chǎn)率高、柔性高、適應(yīng)中小批量生產(chǎn)而日益受到重視。由于數(shù)控銑 床無需人工操作，而是靠數(shù)控程序完成加工循環(huán)，調(diào)整方便，適應(yīng)靈活多變的 產(chǎn)品。使得中、小批量自動化成為可能。從而生產(chǎn)力發(fā)展的過程來看，銑床發(fā) 展到數(shù)控化階段，不僅銑床的動力無需人力，而且銑床的操縱也由機器本身完 成了。人的工作只是編制加工程序，調(diào)整刀具等，為銑床的自動加工準(zhǔn)備好條 件。然后則有電腦控制銑床自動完成加工。 我國的銑床工業(yè)已經(jīng)取得了巨大的成果，但與世界先進水平相比，還有較大 的差距。主要表現(xiàn)在：大部分高精度和超精密銑床性能還不能滿足要求，精度 保持性也較差，特別是高效的自動化、技術(shù)水平和質(zhì)量保證方面都明顯落后。 產(chǎn)量低下，機床數(shù)控化程度不足10%，至于航天、航空、冶金、汽車、造船和 重型機器制造等工業(yè)部門所需要的多種類型的特種數(shù)控銑床基本上還是一片空 白。技術(shù)性能方面落后，國外已做到15-19軸聯(lián)動，分辨率達到0.1-0.01 而我,m 國目前只能做到5-6軸聯(lián)動，分辨率為1 國內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性也不夠穩(wěn),m 定，特別是先進數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研制還需作進一步的努力。 1.3 銑床的類型和編號 銑床的主要類型：萬能臥式升降臺銑床、立式銑床、龍門銑床、仿行銑床、 專門化銑床。數(shù)控銑床等。 3 以本設(shè)計介紹的X6130型機床為例，大寫的“X”表示的是機床的類別代號， 是銑床；“6”表示的是銑床的組號，此銑床為臥式升降臺銑床；“1”表示銑 床系別號，表示的是萬能升降臺銑床；“30”是銑床的主參數(shù)，表示的是工作 臺面的寬為300mm。主參數(shù)的折算系數(shù)是1/10。 X6130型萬能臥式升降臺銑床，主軸軸線與工作臺平行，主軸呈橫臥位置， 其與臥式升降臺銑床的區(qū)別是在縱向工作臺之間增加一回轉(zhuǎn)臺。銑削是將銑刀 安裝在與主軸相連接的刀軸上，繞主軸作旋轉(zhuǎn)運動，被切工件裝夾在工作臺面 上對銑刀作相對進給運動，從而完成切削工作。主傳動電機4KW，通過主軸變 速箱能使主軸實現(xiàn)12中轉(zhuǎn)速，工作臺作垂直和橫向運動。它可以加工平面、溝 槽、分齒零件和螺旋槽等工件。 4 第 2 章 X6130 型臥式升降臺銑床總體方案設(shè)計 總體方案：本設(shè)計主要對X6130型萬能銑床的總體布局和其部分結(jié)構(gòu)進行 設(shè)計，使其滿足工藝性和傳動系統(tǒng)的要求。 2.1 X6130 型銑床的結(jié)構(gòu)特點主要參數(shù)和主要用途 2.1.1 X6130型銑床的結(jié)構(gòu)和特點 X6130型臥式升降臺銑床由床身、底座、升降臺、工作臺、刀桿支架、懸 梁、主傳動及變速、進給傳動和電器部分組成。 1、床身 床身支承并連接各部件，頂面水平導(dǎo)軌支承橫梁，前側(cè)導(dǎo)軌供升 降臺移動之用。床身內(nèi)裝有主軸和主運動變速系統(tǒng)及潤滑系統(tǒng)。 2、橫梁 它可在床身頂部導(dǎo)軌前后移動，吊架安裝其上，用來支承銑刀 3、主軸 主軸是空心的，前端有錐孔，用以安裝銑刀桿和刀具。 4、工作臺 工作臺上有T形槽，可直接安裝工件，也可安裝附件或夾具。它 可沿導(dǎo)軌作縱向移動和進給。 5、縱向工作臺 縱向工作臺由縱向絲杠帶動在轉(zhuǎn)臺的導(dǎo)軌上作縱向移動， 以帶動臺面上的工件作縱向進給。臺面上的T形槽用以安裝夾具或工件。 6、橫向工作臺 橫向工作臺位于升降臺上面的水平導(dǎo)軌上，可帶動縱向工 作臺一起作橫向進給。 7、升降臺 升降臺可沿床身導(dǎo)軌作垂直移動，調(diào)整工作臺至銑刀的距離。 銑床6130的特點： 1、軸的啟動，停止和工作臺的快速移動均有按鈕操縱，操作簡單方便； 2、工作臺進給手柄與工作臺移動的方向一致，操縱時不易出差錯； 3、軸的轉(zhuǎn)速和工作臺的進給量均采用孔盤變速操縱機構(gòu)變速，使操縱簡便， 工作可靠； 4、軸能有效的立即制動，使操作迅速，安全，方便； 5、X6130型銑床的剛度好，更適宜高速銑削和強力銑削。 2.1.2 X6130型銑床的主要參數(shù) 圖2.1 X6130型銑床的主要參數(shù) 主要參數(shù) 工作臺面積 3001150mm（寬長） 工作臺最大行程 縱向 680mm 5 橫向 235mm 垂直 400mm 主軸錐孔 7：24 ISO50 主軸轉(zhuǎn)速 12級35-1600r/min 主軸電機功率 4kW 工作臺承載工件最大重量 500kG 工作臺回轉(zhuǎn)角度 45 進給速度 14級進給 進給電機 0.75kW 1380r/min 機床重量 2650kG(約) 外型尺寸 169015351630（長寬高） 2.1.3 X6130 型銑床的主要用途 X6130 型臥式萬能升降臺銑床，主軸軸線與工作臺平行，主軸呈橫臥位置， 銑削時將銑刀安裝在與主軸相連接的刀軸上，繞主軸作旋轉(zhuǎn)運動，被切工件裝 夾在工作臺面上對銑刀作相對進給運動，從而完成切削工作。X6130 型銑床其 與一般升降臺銑床的主要區(qū)別在于工作臺除了能在相互垂直的 3 個方向作調(diào)整 或進給運動外，還可繞垂直軸線在45范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)，從而擴大了機床的工藝范 圍。 該機床可用于銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等，采用分度頭附件，還可以 加工螺旋表面等。 2.2 主要部分的名稱和用途 1、銑床主傳動部分由主傳動變速箱及主軸部件組成。主傳動變速箱，主要 通過調(diào)頻電動機和滑移齒輪的變速使主軸獲得多級轉(zhuǎn)速，以滿足不同銑削加工 的要求。 （1）主軸 主軸是變速箱內(nèi)最重要的部件，它采用三支撐結(jié)構(gòu)，由于軸承 的間距和主軸的直徑比較大，因此能保證主軸具有必須的剛性和抗震性。前軸 承室決定主要主軸回轉(zhuǎn)的主要軸承，因此采用 P5 級精度的圓錐滾子軸承。主軸 中部的軸承決定主軸工作的平穩(wěn)性，因此采用 P6 級精度的圓錐滾子軸承。后軸 承對銑削的加工精度影響不打，它主要是用來支持主軸的尾端，因此采用角接 觸球軸承。 主軸左端飛輪在銑削過程中能儲藏能量，能使主軸旋轉(zhuǎn)均勻和銑削平穩(wěn)。 6 尤其是在用齒數(shù)少的銑刀進行銑削是，飛輪的作用就更加明顯。也有用增加大 齒輪的質(zhì)量代替飛輪。這種銑床的主軸上就不再另裝飛輪。 （2）中間傳動軸。主軸電機通過中間傳動軸上裝有的三聯(lián)齒輪和雙聯(lián)齒輪 使主軸得到轉(zhuǎn)速。 （3）彈性聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器是由兩半部分組成，它的一半安裝在電動機 軸上，另一半安裝在一軸上。電動機軸與一軸用彈性聯(lián)軸器連接，兩軸之間允 許有少量的偏移和傾斜，在工作是能吸收震動和承受沖擊。聯(lián)軸器上的彈性擋 圈經(jīng)受到啟動和停止的沖擊而容易磨損，當(dāng)磨損嚴(yán)重時應(yīng)及時更換。 2、銑床進給變速部分 由進給變速箱與變速操縱機構(gòu)組成。工作進給和快 速進給分別由不同的電磁離合器控制，運動經(jīng)過變速箱變速后，可以得到不同 的進給速度。工作進給時，由滾珠式安全離合器實現(xiàn)過載保護。 （1）進給箱是一個圓筒式獨立部件，裝在升降臺左邊。運動由齒輪傳入。 工作進給時，電磁離合器吸合運動由齒輪、中間傳動軸上的三組滑移齒輪經(jīng)電 磁離合器，由另外一個齒輪傳至升降臺部件，使工作臺得到 14 級進給速度。 （2）變速操縱機構(gòu)。X6130 型銑床進給變速操縱機構(gòu)中，只要利用撥叉機 構(gòu)分別操縱各個軸上的三聯(lián)齒輪，各撥到三個不同的嚙合位置，同時，把離合 器撥在兩個適當(dāng)?shù)奈恢镁涂梢垣@得 14 級轉(zhuǎn)速。進給變速操縱機構(gòu)和主軸變速操 縱機構(gòu)一樣，用三個撥叉來控制。其工作原理也與主軸變速時完全相同。 3、升降臺部分 升降臺銑床的升降臺與銑床床身以矩形導(dǎo)軌，壓板結(jié)構(gòu)相 互連接，提高了導(dǎo)軌的剛性，便于維修。在升降臺內(nèi)部，裝有能完成升降臺上 下移，床鞍橫向進給及工作臺縱向進給的傳動機構(gòu)，各方向的進給運動由一套 鼓輪機構(gòu)及臺面操縱集中操縱。 4、工作臺及床鞍 工作臺主要供安裝銑床夾具或工件用。上面有 T 形槽供 T 形螺釘連接使用。床鞍主要用來帶動工作臺作橫向、縱向移動。 2.3 銑床的常用夾具 2.3.1 夾具的概念 在機床上加工工件，要求將工件迅速準(zhǔn)確的安裝在機床上并保證工件與刀 具之間有一個準(zhǔn)確可靠的加工位置，這就需要用一種工藝裝置來實現(xiàn)，這種用 來使工件定位和夾緊的工藝裝備，簡稱夾具。 2.3.2 夾具的作用 1、保證加工精度。 2、擴大機床使用范圍。 7 3、減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。 4、減輕勞動者勞動強度，有利于安全生產(chǎn)。 2.3.3 銑床夾具的類型 銑床夾具按使用范圍可分為通用銑夾具、專用銑夾具和組合夾具三類。按 工件在銑床上的加工運動特點，可分為直線進給夾具、圓周進給夾具、沿曲線 進給夾具三大類。 1、通用夾具 能加工兩種或兩種以上的工件的同一夾具，一般是指已經(jīng) 規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化了的夾具。銑床上常用的平口虎鉗、軸用虎鉗、分度頭、圓轉(zhuǎn) 臺等都屬于通用夾具。 2、專用銑夾具 專用銑夾具是為某一特定工件的某一個工序加工要求而專 門設(shè)計制造的，當(dāng)工件或工序改變時就不能再使用了。這種夾具結(jié)構(gòu)緊湊，使 用維護方便，加工精度容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 3、組合夾具 由可循環(huán)使用的標(biāo)準(zhǔn)夾具零部件組裝成易于連接和拆卸的夾 具。組合夾具拆卸迅速、周期短、能反復(fù)使用、減少制造成本。但生產(chǎn)效率和 加工精度不如專用夾具，通常用于新產(chǎn)品試制等多品種加工。 2.3.4 夾具的組成 銑床夾具一般由以下部分組成。 1、定位件 在夾具上起定位作用的零部件。 2、加緊件 在夾具上起加緊作用的零部件。 3、夾具的主體 用以將夾具的各個元件和部件聯(lián)合成一個整體，并通過夾 具體使整個夾具體固定在機床上。 4、對刀件 在夾具上起對刀作用的零部件。用以迅速得到機床工作臺及夾 具與工件相對于刀具的正確位置。 5、導(dǎo)向件 在夾具上起引導(dǎo)刀具作用的零部件。 6、其他元件和裝置 由于加工工件的要求不同，夾具中有時還需要增加一 些元件。 2.3.5 典型工件在銑床上的裝夾方式 1、工件直接裝夾在工作臺面上 對于尺寸比較大、幾何形狀復(fù)雜的工件， 如機床床身、工作臺和箱體等，加工尺寸超過機床工作臺行程，需要采用接刀 法加工的工件，如溝槽加工、板料切斷和標(biāo)尺刻線等。使用夾具難以保證加工 精度，需要精密量具找整的工件，如長齒條、長軸上加工 180對稱溝槽加工 等。 2、用通用夾具裝夾工件 對于加工表面大而薄的工件可選用角鐵裝夾。 8 相互平行垂直的矩形工件，可選用平口虎鉗裝夾。以外圓柱面固定的工件，可 選用 V 形塊定位，對于齒輪工件，精度要求高的軸、盤類工件上的角度面、溝 槽、刀具齒槽和曲面加工，可選用分度頭或回轉(zhuǎn)臺裝夾。對于盤形工件和短軸 軸端加工的工件，可把一些通用夾具組合起來裝夾。 3、用專用夾具裝夾工件 專用夾具是專門加工某一加工部位或工序而專 門設(shè)計的，其優(yōu)點是工件定位準(zhǔn)確，夾緊方便牢固，適用于大批量生產(chǎn)。 4、用組合夾具裝夾工件 選用時，可根據(jù)加工需要、定位要求、夾緊方 式選用其中某些元件，能機動靈活的組合各種各樣的夾具。 2.4 本章小結(jié) 本章主要對 X6130 型萬能銑床進行初步設(shè)想，確定其基本尺寸和主要參數(shù)， 并對銑床的布局做了簡單的設(shè)計，包括銑床總體結(jié)構(gòu)，主傳動部分、銑床進給 變速部分、升降臺部分 、工作臺。并對卡具包括概念、作用、類型、組成以及 裝夾方式做了簡單的介紹。 9 第 3 章 X6130 型臥式萬能升降臺銑床運動設(shè)計 銑床的主運動是主軸的旋轉(zhuǎn)運動，進給運動由工作臺沿縱向、橫向和垂直 3 個方向的直線運動來實現(xiàn)。 3.1 主運動 3.1.1主軸傳動結(jié)構(gòu)式 主軸傳動結(jié)構(gòu)式，又稱主軸傳動鏈。它表示的是主電動機的轉(zhuǎn)速傳到主軸 的傳動路線。主電動機軸以 1440r/min 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過彈性聯(lián)軸器與軸 I 連接， 則軸 I 具有與電動機軸相同的轉(zhuǎn)速，則軸 具有與電動機軸相同轉(zhuǎn)速。通過傳 動比為 ， ， 的三聯(lián)齒輪傳動，使軸上有五個齒輪，其中有四個與軸184023 上的齒輪嚙合，軸上的齒輪用軸套固定。軸 上有兩個二聯(lián)齒輪，有四種 不同的嚙合對，傳動比分別為 ， ， ， 。使軸獲得 34=12 種不34520314 同的轉(zhuǎn)速。再經(jīng)過一對傳動比為： 的齒輪傳動，使變速箱的輸出軸具有 12 種不同轉(zhuǎn)速，最終主軸也獲得 12 種不同的轉(zhuǎn)速。實現(xiàn) 12 級變速。其傳動結(jié)構(gòu) 式如下： （3.1） 34185204kW010r/min3184n主 電 動 機 主 軸 3.2 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)及主軸轉(zhuǎn)速表 1、確定轉(zhuǎn)速數(shù)列 由轉(zhuǎn)速范圍為 351600r/min，公比=1.41 。取得主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列值為： 35；50；70；100；140；200；280；400；560；800；1120；1600r/min，共 12 級轉(zhuǎn)速。 2、確定傳動副數(shù)及結(jié)構(gòu)式 10 12 可分解為 34，根據(jù)夸大組的順序最好與傳動順序一致的原則，確定結(jié) 構(gòu)式為 12=34。 3、結(jié)構(gòu)網(wǎng)：圖（3-1） 圖 3.1 結(jié)構(gòu)圖 表 3.1 主軸轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速級別 計算式 轉(zhuǎn)速 r/min 1 32401851600 2 1120 3 4023800 4 0185560 5 4400 11 6 2430105280 7 200 8 4302140 9 185100 10 403270 11 150 12 8535 3.3 本章小結(jié) 本章主要研究了 X6130 型萬能銑床的主傳動系統(tǒng)和進給變速系統(tǒng)，并進行 了運動方案的設(shè)計。主軸共有 12 級轉(zhuǎn)速。并確定了各傳動軸的轉(zhuǎn)速，獲得對各 軸強度進行校核的參考性數(shù)據(jù)。 12 第 4 章 主軸箱電動機的選擇 X6130 型機床是一般的金屬切削機床，無特殊的性能要求，采用丫系列封 閉自扇冷式鼠籠型三相異步電機，Y 系列電動機高效、節(jié)能、啟動轉(zhuǎn)矩大、噪 聲低，振動小，運行安全可靠，工作條件：相對濕度不超過 95%；海拔不超過 1000m；由于主軸最高轉(zhuǎn)速 1600r/min。 4.1 主軸箱電機的選擇 4.1.1 選擇電動機的容量 （4.1）80352.9kW95TnwP 式中取轉(zhuǎn)速為 35r/min 時，主軸的扭矩為 800N。 電動機輸出的功率 P0 （4.2）0WP 式中， 為電動機至主軸的總效率。 53帶 齒 聯(lián) 滾 （4.3） 取 V 帶傳動效率 帶 =0.96，滾動軸承效率 軸承 =0.99，齒輪 齒輪 =0.97 聯(lián) 軸 聯(lián) =0.98 則 由公式 4.3 得 5350.967.908.163帶 齒 聯(lián) 滾 由公式 4.2 得： 02..kW81WP 13 因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率 只需略大于 即可。由參考文獻9可查得mP0 選取電動機的額定功率 ，轉(zhuǎn)速為 1440r/min，型號為 Y112M-4。4kWm 4.1.2 分配總降速比 總降速比為 uII=nmin/nd，nmin 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副， 以使速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于較少齒數(shù)和徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動比。然后， 將總降速傳動比按著“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。 4.1.3 確定傳動軸的軸數(shù) 傳動軸數(shù)變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=3+1=4 4.1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖：圖（4-1） 1440 從轉(zhuǎn)速圖上，很容易找到主軸每一轉(zhuǎn)速的傳動路線，如主軸為 280r/min 時，其傳動 路線為： ，主軸的 12 種轉(zhuǎn)速中的每一 243205n主 電 動 機 主 軸 轉(zhuǎn)速，需要經(jīng)過哪幾對齒輪，從該圖上一目了然。因此當(dāng)某一轉(zhuǎn)速不正常時， 14 可從圖中看出是何處發(fā)生了故障。 4.2 本章小結(jié) 本章主要工作是選取 X6130 型銑床的主傳動系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu) Y 系列三相異步交 流電動機。確定了轉(zhuǎn)速的合理取值，選用 Y112M-4 型異步電機，其同步轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，滿載時轉(zhuǎn)速為 1440 r/min。 15 第 5 章 帶傳動的設(shè)計 5.1 概述 5.1.1帶傳動的分類 帶傳動是由主動帶輪，從動帶輪和撓性傳動帶組成。根據(jù)工作原理不同， 可以分為摩擦型和嚙合型兩類。 摩擦型帶傳動中，帶必須以一定的張緊力緊套在兩帶輪上，使帶與帶輪接 觸面間具有一定的正壓力。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪回轉(zhuǎn)時，帶與帶輪接觸面上便 產(chǎn)生摩擦力。正是依靠這種摩擦力，主動帶輪牽動了帶，帶又牽動從動帶輪。 嚙合型帶傳動，帶的內(nèi)側(cè)和帶輪外緣均制作有齒。工作時，依靠帶齒與帶 輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。這種傳動無滑動，能保持主、從動輪圓周速度 相等，達到同步而稱為同步帶傳動。 帶傳動多為摩擦型，嚙合型僅有同步帶傳動一種。 5.1.2 帶傳動的失效形式 摩擦型帶傳動的主要失效形式有：(1)帶在帶輪上打滑；(2) 帶過早地發(fā)生 疲勞破壞。因此，這類帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)為：在保證帶傳動不打滑的條件下， 使帶具有一定的疲勞強度和壽命。 5.1.3 帶傳動的設(shè)計要求 對帶輪的設(shè)計一般要求為：質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好（已于制造） ；沒有過大 的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡處理；與帶接觸的工作 面要精細加工，以減少帶帶的磨損；各個槽的尺寸和角度都應(yīng)該保持一定的精 度，以使載荷分布較為均勻等。 對于帶輪材料的選擇，當(dāng)帶速30m/s 時，用鑄鐵 HT200；當(dāng)帶速25-45m/s 16 時，宜采用球墨鑄鐵或鑄鋼，也可以用鋼板沖壓焊接；小功率傳動可以用鑄鋁 或塑料。 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計上，根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑與軸的直徑比較，可以采用 實心式結(jié)構(gòu)；腹板式結(jié)構(gòu)；孔板結(jié)構(gòu)或輪輻式結(jié)構(gòu) 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要依據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)所選帶的 截型確定輪槽尺寸，帶輪的其余尺寸可以按照經(jīng)驗公式計算確定。 對于一般機床來說選取窄 V 帶。因為能傳動更大的功率，傳動結(jié)構(gòu)尺寸較 緊湊。 5.2 帶傳動的計算及選定 5.2.1 計算帶傳動的條件 1、傳動功率（原動機的額定功率或從動機的實際功率） ； 2、小帶輪的轉(zhuǎn)速和所需的傳動比； 3、傳動用途、載荷性質(zhì)、原動機種類及工作制度。 5.2.2 計算內(nèi)容和步驟 1、確定計算功率 Pca 由參考文獻16 查得工況系數(shù) 1.3AK5kW6.0ca 2、選擇 V 帶型 根據(jù) ， 由參考文獻16 確定選用 A 型帶caPn 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由參考文獻16 取主動輪基準(zhǔn)直徑 ，則從動輪基準(zhǔn)直徑10mD =12i427 驗算帶的速度 107.54/s2/606nv 帶的速度適合。 4、定窄 V 帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距 12012.7()()DaD93.5 17 取 04ma 計算長度 210120()2()43.4139.85m6d DLaa 由參考文獻16 選取帶的基準(zhǔn)長度 125dL 實際中心距 40+4.75 d-39.8a 0402 中心距可調(diào)范圍： minax.15.152381.2m03403475dL 5、算小輪包角 1 211D768-57.83.16920 合適 6、單根 V 帶的額定功率 由參考文獻16 通過插值法： 103.41926x 得到 1.32x 所以單根窄 V 帶的額定功率 P0=1.32kW 7、算窄 V 帶的根數(shù) z （5.1）0calZk（ ） 查參考文獻16 查得 ; 于是.98K.3L0 6.0531.298.calPZk根（ ） 5.4 本章小結(jié) 本章主要對帶傳動做具體的設(shè)計，并對帶傳動進行了選擇和基本的計算， 選取了帶傳動的類型為 A 型得出帶傳動的基準(zhǔn)傳動比及長度、中心距、包角、 18 根數(shù)等。 第 6 章 主軸箱齒輪設(shè)計和應(yīng)力的計算 6.1 齒輪的概述 6.1.1 齒輪的類型 齒輪傳動類型很多。根據(jù)一對齒輪在嚙合過程中，其傳動比是否恒定，將 齒輪傳動分為圓形（圓柱形或圓錐形）齒輪傳動和非圓（如橢圓）齒輪傳動。 在各種機械中應(yīng)用最廣泛的是圓形齒輪傳動，而非圓齒輪傳動則用于一些具有 特殊要求的機械中。 根據(jù)兩齒輪嚙合傳動時其相對運動是平面運動還是空間運動，可將其分為平 面齒輪傳動和空間齒輪傳動兩類。平面齒輪傳動用于傳遞兩平行軸之間的轉(zhuǎn)動， 其形狀為圓柱。根據(jù)輪齒形狀的不同，又分為直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪以 及人字齒圓柱齒輪傳動，其嚙合形式又有外嚙合、內(nèi)嚙合和齒輪齒條嚙合三種。 空間齒輪傳動用于傳遞兩相交或相錯之間的轉(zhuǎn)動，常見的形式有圓錐齒輪傳動， 準(zhǔn)雙面齒輪傳動，交錯軸斜齒輪傳動及渦輪蝸桿傳動等。 6.1.2 齒輪傳動的主要特點 1、效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。 2、結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 3、工作可靠，壽命長，承載能力高。 4、傳動比恒定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。 5、齒輪傳動安裝精度要求高、成本較高，且不宜用于傳動距離過大的場合。 齒輪傳動可做成開式，半開式及閉式。閉式與開式或半開式的相比，潤滑 19 及防護等條件最好，多用于重要場合。 6.1.3 失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效形式又是多種多樣的， 較為常見的形式有：輪齒拆斷、工作齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合及塑性變 形。 所設(shè)計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的，相應(yīng)的工作能 力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。因此，針對上述各種工作情況及失 效形式，都應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則。通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保 證齒面接觸疲勞強度兩準(zhǔn)則進行計算。 6.1.4 齒輪的材料及其選擇原則 齒輪常用材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼、鑄鐵和非金屬材料。一般多用鍛件， 較大直徑齒輪不宜鍛造，需采用鑄鋼或鑄鐵。 選擇原則： 1、要滿足工作條件要求 2、合理選擇材料配對 3、考慮加工工藝極熱處理工藝 6.2 主軸箱齒輪的設(shè)計 1、選定齒輪的材料、精度等級及齒數(shù) 選用直齒圓柱齒輪。由參考文獻7選得大、小齒輪的材料均為 40Cr，并經(jīng) 調(diào)質(zhì)及表面淬火，尺面硬度為 4855HRC，平均值為 52HRC。因采用表面淬火， 齒輪的變形不大，不需磨削，故初選精度等級為 7 級（GB10095-88 ） 。 2、確定各變速組齒數(shù) 1） 、基本組 當(dāng)各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪 齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳 動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和 及小齒輪的齒zS 數(shù)可以從表 3-6（機械制造裝備設(shè)計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng) 大于 1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián) 滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于 4，以保證滑移是齒輪外圓不 相碰。 對于外聯(lián)傳動鏈，若公比 i 采用標(biāo)準(zhǔn)公比 的整數(shù)次方時，用查表法萊 確定齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)，對于本機構(gòu)而言，基本組傳動比 20 i1=1； i2=1/ =1/1.41 在1中查表 4-1 中查為 141.2，有數(shù)字 即可能的方案 結(jié)果如下； i3=1/2 SZ=57，60，63，66，69，72，75 i2=1/1.41 SZ=58，60，63，65，67，68,70，72 i=1 SZ=58，60，62，64，66，68,70，72，74 可挑出 SZ=60 和 72 是適用的再根據(jù)滑移齒輪齒頂不干涉，不發(fā)生根切及鍵 可安裝在軸上的條件，取 SZ=72 在1中表 4-1 中可查得小齒輪的齒數(shù)分別為 18，24，28，i 1=24/24，i 2=32/35，i 3=24/40，且 Z=Z1=2417 SZ=72100120， 最大和次大齒輪的齒數(shù)差為 40-35=54 故滿足要求 2）第一擴大組 i1=1/1 i2=1/p3=1/2.82 采用 1 中相同方法，查表得 SZ=84，故 i1=42:42 i2=22:62 且 Zmm=2217，S Z=84100120 最大和次大齒輪差為 62-42=204 故滿足要求。 3）第二擴大組 i1=2/1=2 i2=1/4 采用 1 中相同方法查得 SZ=105 小齒輪數(shù)分別為 35 和 21，故 i1=70/35=2 i2=21/84，且 Zmax=2117 SZ=105100120 最大和次大齒輪齒數(shù)差為 84- 70=14 4，故滿足要求。 3、確定許用接觸應(yīng)力T i 齒輪選用 40Cr，熱處理方法選用高頻淬火，根據(jù)4表中的 514-79 =1343MPQ 4、確定齒寬系數(shù) m=610 m=8 5、計算各變速組的模數(shù) 一半