组合铣床设计说明书

1、机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 减速箱体工艺及装备设计 学生姓名： xxx 学 号： xxx 专业班级： xxx 指导教师： xxx 2011年 5 月 27 日目次1设计任务书31.1毕业设计的主要内容31.2毕业设计的目的31.3组合机床的发展32设计分析52.1待加工零件的分析52.2减速箱体零件图的技术要求53减速箱体加工工艺路线的拟定63.1组合机床总体方案的确定63.2定位基准和夹压部位的设计73.3绘制加工示意图83.4刀具的合理选用93.5切削用量的确定93.6 确定工件余量103.7 机床运动的确定103.8 机床总体布局103.9中间底座轮廓尺寸的确定11 4组合机床

2、生产率的计算115铣削力、扭矩和铣削功率的计算135.1切削力的计算135.2切削功率的计算135.3估算电动机功率136组合机床夹具的设计146.1夹具体的设计146.2夹紧元件的设计146.3绘制夹具装配图156.4夹紧力的计算166.5定位误差分析177铣削头的结构设计197.1主轴与传动装置输出轴的链接197.2主轴抗振性207.3 抵抗受迫振动的能力207.4 抵抗切削自激振动的能力217.5主轴温升和热变形217.6 耐磨性227.7 主轴组件的布局227.8铣削头主轴直径大小确定258传动系统的设计和计算269主轴的调位机构2810主轴的夹紧机构2911主轴与铣刀的连接2912设

3、计总结30致谢32参考文献331设计任务书1.1毕业设计的主要内容本次毕业设计是进行减速器箱体加工工艺文件的设计；铣四侧面工序的组合机床的总体方案设计及铣削头和本工序夹具结构设计。具体内容包括：了解现有的工艺和装备情况，完成减速箱体的工艺路线安排和工艺卡设计一份，铣四侧面工序的组合机床的总体方案设计（零号图1张）；铣削头结构设计（零号图1张）；铣四侧面工序的夹具结构设计（零号图1张）及零件图设计（零号图1张）；完成设计说明书的编写。1.2毕业设计的目的提高减速箱体加工精度和生产效率；降低工人的劳动强度；提供了真正的工程设计训练。通过设计使学生在结构方案，结构设计和装配，制造工艺及零件设计计算，

4、机械制图和编写技术文件等方面得到综合训练，并对已经学过的基本知识，理论和技能进行综合运用，培养结构分析和结构设计的初步能力。1.3组合机床的发展组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具

5、与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达it76级，孔距精度可达o.03o.02微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合

6、机床。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。2设计分析2

7、.1待加工零件的分析本次要设计的是减速箱体工艺及工装设计。减速箱体（如图2.1-1所示）属于箱体类零件，它是机器及其部件的基础件。箱体类零件将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定的平面度和表面粗糙度要求。图2.1-1减速箱体通过对箱体类零件的分析，了解到如若采用通用机床或者其他专用机床，那么在工厂需要大量的立钻、镗床、铣床等，占用了很大的厂

8、房面积和很多的工人，而采用组合机床，由于采用多轴多面加工，就能大大缩小占地面积，几十倍的提高劳动生产率。同时组合机床比通用机床的生产效率高，产品质量稳定、工作可靠，劳动强度低。因此对于减速箱体的加工选择组合机床。2.2减速箱体零件图的技术要求1基准面，其表面粗糙度为ra6.3，粗铣加工即可。2基准面六孔9，六孔都是螺栓固定用通孔，加工精度要求是一般精度。3基准面两锥孔8，为定位孔，表面粗糙度为ra1.6，加工精度较高，要精加工。4箱体四侧面的精度要求较高，表面粗糙度均为ra3.2，需要精铣。5箱体四侧面孔的加工精度较高，表面粗糙度ra1.6，孔的垂直度为0.05，需要精镗。3减速箱体加工工艺路

9、线的拟定工艺路线的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺路线在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术分析后拟定出先进、合理的工艺路线。根据粗精加工分开原则和工序集中原则初步拟定的工艺路线如下 ：10 以两面孔定位粗铣基准面20 以两面孔定位钻基准面孔930 以基准面及基准面孔定位粗铣四侧面凸台6030 以基准面及基准面孔定位镗纵，横向孔4040 以两面孔定位精铣基准面50 以基准面及基准面孔定位精铣四侧面凸台6050 以基准面及基准面孔定位精镗纵，横向孔4060 以基准面及基准面孔定

10、位钻左，右面孔70 以基准面及基准面孔定位进行左，右螺孔攻丝3.1组合机床总体方案的确定工艺方案制定得正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。为了使工艺方案制定得合理、先进，必须从认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求，定位、加紧方式，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求等，分析其优缺点，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，以求理论紧密联系生产实际，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法，结构形式、数量及切削用量。本次设计任务是进行铣

11、减速箱体四侧面工序组合机床设计。要根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度，技术要求及生产效率；又要考虑机床操作，维护，修理是否方便，排屑情况是否良好；还要注意被加工零件的生产批量，以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。3.2定位基准和夹压部位的设计铣减速箱体的四侧面，对于箱体类零件，其定位通常选用“一面两孔”，而且将被加工的减速箱体正好符合这些特征要素。“一面两孔”的定位方法很简便的消除工件的六个自由度，使工件获得稳定的固定位置。这种定位方法使夹紧方便，夹紧结构简单。容易使夹紧力对准支承，消除夹紧力引起工件变形对加工精度的影响，同时这也使整

12、个工艺过程实现基准统一。减速箱体的夹紧，其夹紧方式采用在基准面上端面用压板夹紧。这样有利于刀具的通过和在有足够的夹紧力下工件产生的变形小。如图（3.2-1）图3.2-1减速箱体零件的夹紧3.3绘制加工示意图 零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置情况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。具体内容包括：（1）应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、尺寸。（3）决定主

13、轴类型、规格及外伸长度。（4）选择标准或设计专用的接杆、导向装置、刀具托架等，并决定它们的结构、参数及尺寸。（5）标明主轴、接杆、夹具与工件之间的联系尺寸、配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。（7）决定机床动力部件的工作行程及工作循环。 如图(3.3-1)所示：图3.3-1加工示意图3.4刀具的合理选用刀具的耐用度问题也是生产中的重要问题。刀具耐用度提高，不仅可以节约辅助工作时间，又可降低刀具费用，而合理选择刀具，合理利用刀具是提高刀具耐用度的关键。本次要加工的是铣四侧面凸台60，所以选用刀盘直径为100的面铣刀。3.5切削用量的确定根据g

14、b9493-88查得ht200的硬度在hb173-182之间，用硬质合金端铣刀的铣削用量如下表：表3.5-1硬质合金端铣刀的铣削用量加工材料工序铣削深度（毫米）铣削速度v（米/分）每齿走刀量s（毫米/齿） 铸铁粗加工2-550-800.2-0.4精加工0.5-180-1300.05-0.2根据组合机床设计简明手册第132133页，选择铣削切削用量。铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削45mm的余量达到r=1.6m的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为0.02

15、0.03mm。根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16得：a=0.20.4mm/z,v=5080m/min,取a=0.3mm/z。最终根据刀具直径和工件材料，由表（1）选取铣削深度为3毫米/分，v=80米/分，每齿走刀量0.3毫米/齿。3.6 确定工件余量减速箱体，零件材料为ht200，硬度190210hb，生产类型为中批量，铸造毛坯。查机械制造工艺设计简明手册表2.22.5,取加工余量为3mm(此为双边加工)。3.7 机床运动的确定确定机床运动，指确定机床运动的数目，运动类型以及运动的执行件。本次毕业设计的组合机床的工艺方法是，用两个面铣刀直接进行加工

16、。相应的表面成形运动为：单主轴的回转运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：主轴轴向调整运动。3.8 机床总体布局机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。合理的总体布局的基本要求有：(1)保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系；(2)保证机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性；(3)便于操纵、调整、维修，便于输送、装卸工件和排屑等；(4)节省材料，占地面积小，即经济效果好；(5)造型美观。根据减速箱体四侧面的加工要求，机床总体布局图如图（3.8-1）所示：图3.8-1机床总体尺寸布局图减速箱体安装在工作台上，铣削动力头带动铣刀作旋转主运动，工作台作纵向进给运动

17、，完成对工件的切削加工。此方案的优点是各部件均是针对减荷阀体设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产率高，加工质量稳定。3.9中间底座轮廓尺寸的确定 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图中所要求的距离。所以选用中间底座尺寸长宽高=760500450mm。4组合机床生产率的计算 机床理想生产率是指机床百分百负荷时，每小时的生产能力。这里仅考虑加工一个工件所需的机动时间（t机）和辅助时间（t辅）。辅助时间

18、是指机床空行程和工件的装卸、定位、夹紧、和清除切屑所需的时间。机床理想生产率q可按下列公式计算：q=(件/小时)t单= t机+ t辅（分）式中t单单件工时。t机和t辅可按下列公式确定：t机=t辅=t快+t移+t装卸=式中：l1，l2分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的行程长度；s分1，s分2分别为动力头第一工作进给和第二工作进给的每分钟进给量；t1当加工沉孔时动力头在死挡铁上停留时间，也就是考虑刀具在终点无进给状态下旋转510转所需的时间；l快进，l快退动力头快进和快退行程长度；v快动力头快速行程长度，一般在4.710米/分范围；t移工作台的回转或移动时间；t装卸工件装卸、定位、夹紧以及清除

19、定位基面切屑的时间。但必须指出，由于组合机床工作过程中偶然事故以及操作人员的自然需要等所需时间，机床实际可能生产率q1（要求的机床生产率）要低于机床理想生产率q。也就是：负=q1=（件/小时）式中负机床负荷率。下面计算机床理想生产率q：对于双面单工位组合机床，t单应取大者。（1）加工左面凸台：l1=60，l2=0，s分1=5000.22mm/min=110mm/mins分2=0，t1=0.124mint快=0.035min,t移=0，t装卸=0.5min（小工件）t机=0.303min t辅=2mint单左= t机+t辅=2.303min（2）加工右面凸台：l1=60，l2=0，s分1=500

20、0.22mm/min=110mm/mins分2=0，t1=0.0124mint快=0.035min,t移=0，t装卸=0.5min（小工件）t机=0.303min t辅=2mint单左= t机+t辅=2.303min综上可知t单=2.303min,那么q=26.1件/小时若按两班制（12小时）来计算机床实际生产率，那么全年工时有4000小时，实际生产率q1=（件/小时）=0.5件/小时；机床负荷率 负=0.019即要求的机床生产率为0.019，这是极低的。而机床的理论年生产能力为 400026.1=104400件。5铣削力、扭矩和铣削功率的计算51切削力的计算由前面已知，本次设计的组合机床的最

21、高转速为n=315r/min，则此时的切削速度为： v=108.8m/min200m/min由此可见，切削速度满足要求。计算铣削工件时的切削力f=9.1854.5aaazd式中：a铣削宽度，a=90mma铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a=2.5mm。a每齿进给量，a=0.2mm/rz转数级数，取z=4则铣削力的大小为： f=9.1854.5900.22.54110=1213.1n5.2切削功率的计算根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，可得切削功率公式为：p=2.2kw5.3估算电动机功率根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，有p=2.8kw 式

22、中：主传动系统的机械效率，回转运动的机床=0.70.85。查机械设计课程设计手册，选用电动机型号为：y100l2-4。 y100l2-4电动机的参数：额定功率p =4kw，满载转速 n =1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数p=4，质量m=43kg。6组合机床夹具的设计6.1夹具体的设计对于单件小批或新产品试制均使用焊接结构，而通用夹具更趋于装配结构，本次设计的组合机床夹具则是专用夹具，用于批量生产，夹具体一般使用hht200进行铸造。本夹具选用ht200进行铸造。6.2夹紧元件的设计在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题

23、：（1）安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。（2）手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。（3）夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。(4) 手动夹紧机构应操作灵活、方便。根据以上条件，设计的夹紧机构如下图(6.2-1)：图6.2-1夹紧元件6.3绘制夹具装配图把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工表面，无关表面可以省略。画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺

24、寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。其中还要在定位，导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构的强度、刚度验算。（1）总装配图应按国家标准尽可能1：1地绘制，这样图样有良好的直观性。主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结构。 （2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面夹紧面和加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置 （3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。 （4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。 （5）标注必要的尺寸、配合、公差

25、等 夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。 夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、国定尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、铣床夹具的对定装置等。 夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。 夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。 各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。 （6）标注技术条件。 定位元件的定位面间相互位置精度。 定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。 定位表面与导向元件间的位置精度。 导向元件工作面间的位置精度。 （7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。 每一个零

26、件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。6.4夹紧力的计算假设不让菱形销承受挤压，则从工件力矩的平衡得到：k3f（8）48+f（8）11=q（f1+f2）rr为摩擦合力作用点距圆销中心线中点的距离。因为支承板宽b=32，那么r=，已知k=1.872，求得q=5768.3nk3f（8.4）107.13+f（4.9）43.05= l1为左边夹紧力作用点距右支承板右棱

27、边的距离；l2为右边夹紧力作用点距右支承板右棱边的距离。其中l1=124- ，l2= 。求得q=10135.45n。综上可知：保证工件所需的夹紧力最大为q=10135.45n。6.5定位误差分析夹具用一面两孔定位，定位基面是精加工面。本设计在铣四侧面时的孔定位选用定位销（限制两个自由度）和菱形销（限制一个自由度）配合使用。一批工件分别在夹具中定位时，各个工件所占据的位置并不完全一致，由于工件在夹具中的定位不准确所引起的加工误差，称为定位误差，用表示，定位误差产生的原因有：（1）基准不重合误差 由于工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不

28、重合误差，用表示， 式中 工件外圆的直径误差（2）基准位移误差 由于定位副的制造公差及最小配合间隙的影响，会引起定位基准在加工尺寸方向上有位置变动量，其最大位置变动量称为基准位移误差，用表示， 式中 s为定位孔与定位销间最小配合间隙。 s= dmin-dmax（dmin定位孔的最小直径，dmax定位销的最大直径）。查参考文献4p46表3.4知8定位销的定位尺寸其上偏差es=-0.016mm，查p41表3.2：it7=0.018mm。定位销的定位尺寸为mm。同样查得定位孔的定位尺寸为mm。那么td=td=0.018mm，s=11-（11-0.016）=0.016mm最后 db=0.018+0.0

29、18+0.016=0.052mm本设计中，定位圆柱销与孔8的配合为，菱形销与孔8的配合为，两孔中心线间的距离为183.5mm。由于设计工序的定位基准与工序基准重合，所以基准不重合误差为 =0由于工序尺寸的方向，与两定位销之间存在一定的夹角，所以基准位移误差为圆柱销与定位孔之间的最大间隙再乘以，本次设计的夹具中=29.3，故基准位移误差因此其定位误差为由计算结果可知，加工尺寸的定位误差小于其加工误差的，所以能满足加工要求。查参考文献3p220确定检验精度：a） 夹具体上平面对其基面的平行度公差为 0.016mmb） 支承板上平面对夹具体基面的平行度公差为 0.016mmc） 导向孔轴线对夹具体基

30、面的平行度公差为0.02mm（仅检验总装检验精度用的2个导向孔）d） 导向孔轴线至支承板上平面距离公差为0.05mme） 导向孔轴线与定位销轴线的距离公差为0.05m7铣削头的结构设计在组合机床上已越来越广泛的用铣削的方法进行平面加工或铣槽等，由于被加工零件的形状和工艺要求不同，铣削部件的结构也是多种多样的。在完成一些大平面的铣削工艺时，除采用通用铣头外，根据工艺要求，在通用铣头不能适应时，也常设计各种专用的铣头。铣削主轴结构是刚性主轴的一种，可以按一般刚性主轴设计的方式进行，但是，由于铣削工艺的特殊要求，它的结构上也具有一定的特点。7.1主轴与传动装置输出轴的链接联轴器是用来联接不同机构中的

31、两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。联轴器种类繁多，一般有刚性联轴器和弹性联轴器。凸缘式联轴器特点：构造简单，成本低，可传递较大转矩。不允许两轴有相对位移，无缓冲，用途：在转速低，无冲击，轴的刚性大，对中性较好的场合应用较广，属于刚性联轴器。弹性套柱销联轴器，该联轴器具有一定补偿两轴线相对偏移和减振缓冲能力，适用于安装底座刚性好，冲击载荷不大的中、小功率轴系传动。因此，两轴的链接选择弹性套柱销联轴器。如下图（7

32、.1-1）所示图（7.1-1）弹性套柱销联轴器7.2主轴抗振性主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。在切削过程中，主轴组件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷和交变载荷的作用，使主轴产生振动。如果主轴组件的抗振性差，工作时容易产生振动，从而影响工件的表面质量，降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声影响工作环境。随着机床向高精度、高效率方向发展，对抗振性要求越来越高评价主轴组件的抗振性，主要考虑其抵抗受迫振动和自激振动能力的大小。7.3 抵抗受迫振动的能力主轴组件受迫振动的干扰力，主要包括由于主轴上旋转零件（主轴、传动件和所装的工件或刀具等）的偏心质量而产生的

33、离心力，传动件运动速度不均匀而产生的惯性力，以及断续切削产生的周期性变化的切削力。由于这些干扰力，引起主轴并带着刀具或工件一起振动，而在加工表面上留下振纹，使工件表面粗糙度提高。根据所设计的机床加工表面粗糙度的要求，确定主轴前端的允许振幅，然后计算或测定主轴组件在各种动态干扰力的作用下，其前端的振幅，并同允许值比较，评价是否满足要求。在单独分析主轴组件时，只能求得主轴前端在切削部位的绝对振幅，它只能部分地反映刀具和工件之间的相对振幅。两者关系与激振频率有关，目前主要由试验来确定。此外，主轴组件的低阶固有频率与振型也是其抗振性的评价指标。一般来说，低阶固有频率应高些，并远离激振频率；主轴振型的节

34、点应靠近切削部位。7.4 抵抗切削自激振动的能力金属切削加工时，虽然没有外界动态干扰力的作用，但由于机床工件刀具弹性系统振动对切削过程的反馈作用，刀具与工件之间发生了周期性的强烈的相对振动，称为切削自激振动，简称为颤振。颤振将使加工表面质量恶化，甚至使切削过程无法继续下去，从而不得不降低切削用量来避免之，所以机床的切削用量极限往往不是由机床的功率来决定，而是由加工时发生颤振的条件来决定。机床切削时，从没有颤振到颤振的产生之间存在着明显的界限，这个界限即是稳定性的极限，或称为机床稳定性的条件。对现有机床的试验表明，切削自振频率往往接近于主轴组件弯曲振动的低阶固有频率。即主轴组件是颤振的主振部分，

35、它的低阶弯曲振动模态是决定机床抵抗切削自振能力的主要模态。因此，在单独分析主轴组件时，可以认为主轴前端在切削部位激振点动柔度（在主振方向）的最大负实部，反映了主轴组件抵抗切削自振的能力。对于粗加工机床，切削宽度大，切削自振的可能性大，但加工表面质量要求不高，可主要考虑不产生颤振的条件。对于精密机床，切削用量小，切削自振的可能性小，但允许的振幅小，可主要考虑抵抗受迫振动的能力。对于高速机床，因为激振力的频率和幅值均随着转速提高而剧增，受迫振动和自激振动都比较突出。因此，在设计和评价高速机床时，自激和受迫振动均应考虑。7.5主轴温升和热变形主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了

36、温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。主轴组件温升和热变形，使机床各部件间相对位置精度遭到破坏，影响工件加工精度，高精度机床尤为严重；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态变坏；热变形还使主轴和轴承，轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承正常工作，间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损，严重时甚至会发生轴承抱轴现象。影响主轴组件温升、热变形的主要因素有：轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件等。目前，对各种类型机床连续运转下的允许温升都有一定的规定。7.6 耐磨性主轴组件的耐

37、磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主轴组件各个滑动表面，包括主轴端部定位面、锥孔，与滑动轴承配合的轴颈表面，移动式主轴套筒外圆表面等，都必须具有很高的硬度，以保证其耐磨性。为了提高主轴组件的耐磨性，应该正确地选用主轴和滑动轴承的材料及热处理方法、润滑方式，合理调整轴承间隙，良好的润滑和可靠的密封。7.7 主轴组件的布局主轴组件的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴组件的布局。机床主轴有前、后两个支承和前、中、后三个支承两种，以前者较多见。两支承主轴轴承的配置型式，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度

38、等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况，加以确定。本次铣削头主轴的设计采用前后两个支撑。7.71适应刚度和承载能力的要求主轴轴承选型应满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时，可选用滚子轴承；较小时，可选用球轴承。双列滚动轴承的径向刚度和承载能力，比单列的大。同一支承中采用多个轴承的支承刚度和承载能力，比采用单个轴承的大。一般来说，前支承的刚度，应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。表（7.7.1-1）所示为滚动轴承和滑动轴承的比较：表（7.7.1-1） 滚动轴承和滑动轴承的比较基本要求滚动轴承滑 动 轴 承动压轴承静压轴承旋转精度精度一般或较差。可在无

39、隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难单油楔轴承一般，多油楔轴承较高可以很高刚 度仅与轴承型号有关，与转速、载荷无关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高而增大与节流形式有关，与载荷转速无关承载能力一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制随转速增加而增加，高速时受温升限制与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关抗振性能不好，阻尼系数d=0.029较好，阻尼系数d=0.055很好，阻尼系数d=0.4速度性能高速受疲劳强度和离心力限制，低中速性能较好中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力适应于各种转速摩擦功耗一般较小，润滑调整不当时则较大f=0.0020.008较小f=0.0010.0

40、08本身功耗小，但有相当大的泵功耗f=0.00050.001噪 声较大无噪声本身无噪声，泵有噪声寿 命受疲劳强度限制在不频繁启动时，寿命较长本身寿命无限，但供油系统的寿命有限通过表（7.7.1-1）的比较，本次设计选用的轴承为滚动轴承。7.7.2 主轴结构的初步拟定主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位的方法，同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性，一般在机床主轴上装有较多的零件，为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从前轴颈起向后依次递减。主轴是空心的或者是实心的，主要取决于机床的类型。此次设计的

41、主轴，也设计成阶梯形，同时，在满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便通过刀具拉杆。主轴端部系指主轴前端。它的形状决定于机床的类型、安装夹具或刀具的形式，并应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确，装卸方便和能传递一定的扭矩。查金属切削机床设计第135页中通用机床主轴端部的形状图，选短圆锥法兰盘式主轴端部结构形式。其特点是：主轴端面上有四个螺孔，用来固定和传递扭矩给刀具。主轴是空心的，前端有锥度为7:24的锥孔，结构如下图（7.7.2-1）所示： 图(7.7.2-1) 短圆锥法兰盘式主轴端部结构7.8铣削头主轴直径大小确定根据扭转刚度初定主轴及传动轴直径，计算公式为：d(厘米)则通常，主轴允许最大扭

42、转角b为0.62，传动轴的最大允许扭转角为0.47。计算结果为：主轴直径d10mm，传动轴直径d9mm。因此，主轴直径d=20,满足设计要求。7.8.1主轴结构图根据以上的分析计算，可初步得出主轴的结构如图(7.8.1-1)所示：图(7.8.1-1)铣削头主轴7.8.2主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组

43、件的弹性变形计算包括：主轴端部挠度和主轴倾角的计算。主轴端部挠度直接影响加工精度和表面粗糙度，因此必须加以限制，一般计算主轴端部最大挠度。查材料力学i第188页的表6.1，对主轴作更进一步的分析，根据最大挠度公式：=-故可计算出，主轴端部的最大挠度：=-1.8710 mm主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。根据图2-10，可得此时的最大倾角=-故可计算出，主轴倾角为：=-2.310 rad查组合机床设计第一册中机械部分的第670页，可知：当x0.0002l mm0.00

44、1 rad时，刚性主轴的刚度满足要求。此处的x，即为最大挠度和最大倾角，l为主轴支承跨距。将已知数据和代入，即可得：初步设计的主轴满足刚度要求。8传动系统的设计和计算传动系统的设计是主轴箱、特别是大型标准主轴箱设计中最关键的一环，所谓传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去，同时，满足主轴箱其他结构和传动的要求。一般来说，同一个主轴箱的传动系统，可以设计出几种方案来，因此，设计时，必须对各种传动方案进行分析比较，从中选出最佳方案，因为，传动系统设计的好与不好，将直接影响主轴箱的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小，以及其成本的高低等等各齿轮模数的确

45、定初选模数可由下式确定： 因此模数定为m=2各级传动比： =2.4 =1.6 =1.6根据总传动比，可以大概确定各传动轴齿轮的分度圆大小 由m=2可以计算出各齿轮的的齿数：=23=57=30=50=29=519主轴的调位机构被加工零件改变或铣刀刃磨后，需要前后调整一下铣刀的位置，要求主轴套筒能够前后移动，常用的主轴调位机构有两种，一种是沿着轴向方向放置手柄的结构，另一种是为了结构需要和操作方便而使用垂直轴向放置的手柄结构，通过锥齿轮传动实现调位，由于齿轮传动的精度高，并能够达到铣头的精度要求，传动平稳，振动较小，因此，采用垂直轴向放置的手柄结构如下图（9-1）所示。图（9-1）主轴调节结构10

46、主轴的夹紧机构在主轴移动调位后，主轴套必须夹紧，有两种方式可以实现夹紧，一种是楔块夹紧机构，另一种是弹性涨套夹紧，通过拧紧螺栓，使螺栓向右移动，带动压在弹性涨套上的压盖向右移动，夹紧力通过与螺栓成布置的过渡压点均匀的传到弹性涨套上，弹簧涨套外壁向外变形，与箱体顶紧，内壁向内收缩，将主轴抱紧，这种夹紧机构夹紧刚度好，对中性好，操纵简单，夹紧可靠，因此，主轴的夹紧机构采用弹性涨套夹紧方式，如下图（10-1）所示图（10-1）弹性涨套11主轴与铣刀的连接专用铣头通常可以采用标准铣刀盘或专用铣刀盘，为了使铣头能装标准铣刀，设计铣头时应当使主轴前端的法兰和止口能适应装标准铣刀的需要。应用最广泛的有两种主

47、轴和刀盘的连接结构。一种是用于装置较大的刀盘的结构，采用圆柱和端面定位，另一种是用于装小直径的刀盘的结构，铣刀盘通过锥柄固定在铣头主轴上，由于本次设计的零件尺寸较小，因此选用装小直径刀盘的结构。12设计总结做到这里，意味着本次课程设计就要完成了，往回看才发现，自己还有好多东西没有学会或者是没有熟练掌握，仔细想想才发现，自己的不足依然那么多。首先，对于一些基本的公式掌握的不够熟练，理解的不够透彻，很多公式使用起来都是按部就班，生搬硬套，不能熟练应用。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高，通过这次毕业设计，使我熟练掌握了cad等绘图软件，也能够熟练的操作word、e

48、xcel等办公软件，同时由于我设计的题目是组合机床的设计，在做毕业设计之前，我们毕业实习时也去洛阳一拖看过相类似的机床，为这次毕业设计有了实践上的准备，对组合机床有一个立体感，对毕业设计有很大的帮助，同时，我知道了汽车，拖拉机等上面的减速箱的作用和操作原理，以及通过小组讨论而最终定下来的符合实际情况的，经济又效率的减速箱箱的工艺过程，在设计过程中，涉及到了夹具的设计，铣削头的设计，这次是一个综合性的设计，需要考虑的方面增多了，这使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学的东西还太多，例如，在钻基准面六孔的多轴箱的设计中，在设计传动轴的布置以及如何带动主轴传动时，由于我的主轴数较多，传动轴的布置

49、有许多种方案。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低，通过这次毕业设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断地学习，努力提高自己的知识和综合素质。毕业设计在我们的大学生涯中是一门比较重要的课程，它是一项综合性设计，这一点我在做毕业设计的过程中已经深深的体会到了，例如，我所做的这一项毕业设计综合了机械设计，机械制造技术基础，机械制造工艺学，机械制图等学科的知识，做毕业设计是一个运用知识的过程，通过做毕业设计，我渐渐发现我之前所学的知识还有许多的不足之处，例如，我的夹具设计这一部分在校核定位误差和夹紧力的时候，不能够熟练的掌握一些基本的方法，还有就是钻基准面六孔的多轴箱的设计这一部分，虽然，毕业设计是一项大的设计，但在设计过程中的一些细节问题，都已经在以前做过的课程设计中遇到并解决过，与以往不同的是，