CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计

1、CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计摘 要数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。本次毕业设计课题是CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计。本设计是为了解决实际生产过程中的生产力低，提高生产率的问题。通过这次毕业设计，培养了自己理论联系实际的设计思想,综合运用了已修课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力。巩固、深化和扩展了自己对普通机械独立设计的能力。通过对通用机械零件、常用机械传动

2、和简单机械的设计，使我掌握了一般机械设计程序和方法，树立了正确的工程设计思想，培养了独立、全面、科学的工程设计能力。关键词： 1、数控机床 2、开放式数控系统 3、电动机目 录一、前言1二、总体方案2（一）CK6140的现状和发展2（二）CK6140数控车床及控制系统的总体方案2三、机械部分设计计算说明3（一）主运动部分计算3（二）横向进给运动设计21四、控制系统设计28（一）数控系统硬件电路设计内容28（二）存储器扩展电路设计29（三）I/O接口电路及辅助电路设计33五、结论39致谢40参考文献41一、前言本次毕业设计课题是CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计。本设计是为了解决实际生产

3、过程中的生产力低，提高生产率的问题。本次设计是学完所有大学期间本专业课程相关知识以后所进行的，是我们大学阶段最重要的教学环节，是对我三年半来所学知识的一次大检验。使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了我对理论知识的理解，强化了实际生产中的感性认识。二、总体方案（一）CK6140的现状和发展 数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围复盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术：(6)软件技术等。计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工

4、业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地。数控技术的发展趋势：1、智能化；2、网络化；3、集成化；4、微机电控制系统；5、数字化。 我国数控产业发展的思考：1、注重系统配套；2、注重产品的可靠性；3、提倡创新，加强服务。（二）CK6140数控车床及控制系统的总体方案由于该设计给出的已知条件是18级变速，对于主轴箱的设计采用双联齿轮、三联齿轮、拨叉、电磁离合器实现主轴的变速、正转、反转。进给部分用数控系统控制纵横两方向的步进电机，实现X、Y两方向的进给运动；刀架采用电动刀架；参考的普通机床拆除其中的丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；在主轴后端加一主轴

5、编码器，以便加工螺纹。三、机械部分设计计算说明（一）主运动部分计算1、参数的确定通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）最大的工件回转直径D是410mm；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于220mm；主轴通孔直径d要大于或等于52mm；主轴锥度：莫氏6#；最大工件长度L是5001000mm；主轴转速范围是：202000r/min；级数范围是：18；纵向

6、进给量0.032mm/r；主电机功率是5.5kw（1）参数确定的步骤和方法极限切削速度umaxumin 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类 工艺要求 刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书。然而，根据本次设计的需要选取的值如下由已知条件可知:umax=200m/min, umin=610m/min。可取umin=9m/min主轴的极限转速 计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验公式dmax=0.50.6D,dmin=0.20.25dmax；这里取dmax=0.5D，dmin=0.25dmax由于D=410mm，则主轴极限转速应为： 3.1

7、=1242r/min 3.2 =13.9r/min，取 ； 由于转速范围 Rn= = =88.7 3.3中型通用机床，常用的公比为1.26或1.41，本例考虑到适当减少相对速度损失，选定=1.26 3.4 取Z = 18级 各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以=1.06的从110000的数值，因=1.26=，从表中找到nmax=1600r/min，就可以每隔3个数值取一个数，得： 14，18，22.4，28，35.5，45，56，71，90，112，140，150，224，280，355，450，560，710。主轴转速级数z和公比 已知 =Rn Rn=且： z= 3.5

8、因机床的电动机转速往往比主轴的大多数转速高，变速系统以降速传动居多，因此，传动系统中若按传动顺序在前面的各轴转速较高，根据转矩公式（单位N.m） T=，当传递功率一定时，转速较高的轴所传递的扭矩就较小，在其他条件相同时，传动件（如轴、齿轮）的尺寸就较小，因此，常把传动副数较多的变速组安排在前面的高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此选择结构式如下： 18= 3.6主电机功率动力参数的确定 合理地确定电机功率N，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是

9、一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量： 根据设计书表中推荐的数值：取 P=5.5kw 3.72、传动设计（1）确定变速组的数目和各变速组中传动副的数目.该机床的变速范围比较大,必须经过较长的传动链减速才能把电动机的转速降到主轴所需的转速,通常采用P=2或3,因此,18=3×3×2,共需三个变速组.（2）确定不同传动副数的各变速组的排列次序,根据“前多后少” 的原则,选择18=3×3×2的方案.（3）确定变速组的扩大顺序,根据“前密后疏”的原则,选择8=31×33×

10、29的结构式.（4）验算变速组的变速范围,最后扩大组的范围.r=(kj-1)xj =(2-1)×9 =8,在允许的变速范围之内.（5）确定是否需要增加降速的定比传动副该车床的主运动系统的总降速比为期不远16/1440 =1/90,三个变速组的最小降速比都为1/4.5.这样是无需增加降速的定比传动副,为使中间的二个变速组降速缓慢，以减少结构的径向尺寸，在电动机轴到主传动系统前端的轴增加一对28/64的降速传动齿轮副,这样,也有利于变型机床的设计,改变降速传动齿轮副的传动比，就可以将主轴18级转速一起提高或降低。3、拟定转速图本例主传动系统需4根轴,再加上电动机轴:18级转速,画出转速图

11、的格线如图2-6。决定轴-的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些,能起到飞轮的作用,所以最后一个变速组的最小降速传动比取极限值1/4,公比=1.26,1.266 =4,因此从轴E点向上六格,在轴找到D点,连结DE线即为-轴的最小传动比.决定其余变速组的最小传动比根据“前缓后急”的原则，轴-间取umin=1/5,即从D点向上五格，在轴上取C点，同理，轴-间取umin=1/5即从C点向上五格，在轴上找出B点，分别连结AB线、BC线、CD线，如图2-6所示。画出各变速组的传动比连线按基本组的级比指数X0=1，第一扩大组的级比指数X1=3，第二扩大组的级比指数X2=9，画出各变速组的传动比连线如2-7

12、所示，画出全部传动比连线，如2-8所示。按2-8绘主传动系统图,此传动系统是CK6140型数控车床的主传动系统，如3-9： 图1：CK6140车床主运动转速图 图2：CK6140车床传动系统图4、带轮直径和齿轮齿数的确定（1）齿轮齿数的确定由转速图可以看出: Ua1 = 1/5 = 1/3.17 Ua2 = 1/4 = 1/2.52 Ua3 = 1/3 = 1/2 3.8令 Ua1 = Z1/Z1´ Ua2 = Z2/Z2´ Ua3 = Z3/Z3´最小齿轮必然是在降速比最大的传动副Ua1中，即Z1 = Zmin 若取 Z1 = 18，则Z1´ =Z1/

13、Ua1=18×3.17=57.06 取Z1´=57齿数和SZ=Z1+Z1´=18+57=75根据公式:Zj=UjSZ/1+Uj， Zj´=SZ/1+Uj 得： Z2=Ua2SZ/1+Ua2=75*1/2.52/(1+1/2.52)=21 Z2´=SZ-Z2=75-21=54 3.9 Z3=Ua3SZ/1+Ua3=75*1/2/(1+1/2)=25 Z3´=SZ-Z3=75-25=50 同理,由转速图可知:Ub1 = 1/5 = 1/3.17 Ub2 = 1/2 = 1/1.58 Ub3 = = 1.26令 Ub1 = Z4/Z4

14、80; Ub2 = Z5/Z5´ Ub3 = Z6/Z6´最小齿轮必然是在降速比最大的传动副Ub1中，即Z4 = Zmin 若取 Z4 = 22，则Z4´ =Z4/Ub1=22×3.17=69.74 取Z4´=70齿数和SZ=Z4+Z4´=22+70=92根据公式:Zj=UjSZ/1+Uj， Zj´=SZ/1+Uj 得： Z5=Ub2SZ/1+Ub2 =92*1/1.58/(1+1/1.58)=36 Z5´=SZ-Z5=92-36=56 Z6=Ub3SZ/1+Ub3=92*1/1.26/(1+1/1.26)=41

15、Z6´=SZ-Z6=92-41=51由转速图可以看出: Uc1 = 1/6 = 1/4 Ua2 =3= 2 Ua3 = 1/3 = 1/2令 Uc1 = Z7/Z7´ Uc2 = Z8/Z8´最小齿轮必然是在降速比最大的传动副Uc1中，即Z7 = Zmin 若取 Z7 = 17，则 Z7´ =Z7/Uc1=17*4=68 齿数和SZ=Z7+Z7´=17+68=85根据公式:Zj=UjSZ/1+Uj， Zj´=SZ/1+Uj 得： Z8=Uc2SZ/1+Uc2 =85*2/(1+2)=57 Z8´=SZ-Z2=85-57=28

16、主轴转速误差的计算: 取n = 630r/min,它经过传动齿轮18/57以后no变为: no = n×18/57 = 630 × 18/57 =198.9 3.10主轴的转速误差 = 1 - 198.9/200 = 1 - 0.9945= 0.0055 = 0.55%（2）带轮的设计 选择普通V带型号由表示9-5查得KA = 1.1, 由式(9-10)得: PC = KAP = 1.1×5.5KW = 6.05KW 3.11由图9-7选用A型V带确定带轮基准直径d1和d2由表9-2取d1 = 125,由式(9-6)得: d2 = n1d1(1-)/n2 = id

17、1(1-) = 2.3×125×(1-0.01) = 284.6 3.12由表9-2取d2 = 300,(虽使n2略有减少,但其误差小于5%,故允许). 验证带速由式(9-12)得: V = n1d1/1000×60 = 9.42m/s 介于525m/s范围内,合适. 确定带长和中心距a由式(9-13)得: 0.7(d1d2)ao2(d1d2) 0.7(125300)ao2(125300) 3.13所以有297.5ao850初定中心距 ao = 680,由式(9-14)得带长 Lo = 2ao + (d1d2)/2 (d2d1)2/4ao =2 ×680

18、 (125300)/2 (300125)2/4×680 =2038.5 3.14由表9-3选用 Ld = 2000,由式(9-15)得实际中心距: a = ao (LdLo)/2 = 680 (20002038.5)/2 =660.75 3.15验算小带轮上的包角a1 由式(916)得: a1 = 1800 (d2d1)×57.3/a 3.16 =1800 (300125)×57.3/660.75 =164.80 > 1200 ，合适确定带的根数由式(916)得: Z = PC/(POPO)KLKa 3.17由表94查得：PO = 1.92kw;由表96查得

19、: PO = 0.17kw; 由表96查得: Ka = 0.97; 由表93查得：KL = 1.01, 所以有: Z = 6.05/(1.920.17)0.97×1.01 = 2.95取3根计算轴上的压力由表91查得：q = 0.1/m,故由式(918)得:初拉力为 FO = 500PC(2.5/Ka1)/ZV qV2 2.18 = 500×6.05(2.5/0.971)/9.42×3 0.1×9.422 =178 N由式(919)得作用在轴上的压力 FQ =2ZFosin(a1/2) = 2×178×3sin(164.8/2) =

20、1058.6 N 3.19(7) 通过前面计算得知小带轮直径为125,大带轮直径为了实现360,故小带轮结构采用实心式,大带轮结构采用腹板式,示意图如下:5、传动件的估算和验算（1）主轴直径的选择:这里按机床主参数来确定主轴前轴颈直径D1表一：普通车床主轴前轴颈直径D1和主参数Dmax的关系()Dmax2002503154005006301000D10.27Dmax±100.25Dmax±150.22Dmax±150.2Dmax±15所以: D1 = 0.25Dmax15 = 0.25×41015 = 87.5车床后轴颈D2根据经验公式D2 =

21、 (0.70.8)D1得: D2 = (0.70.8)D1 = 0.7D1 = 0.7×87.5 = 61.25（2）主轴孔径:自动半自动车床,d/D = 0.60.65, D = (D1 D2)/2 = 74.375 所以: d = 0.65D = 0.65×74.375 = 48.3取d = 49 （3）主轴部件的弯曲刚度计算:A对一般受弯矩作用的主轴,需进行弯曲刚度验算,主要验算轴端的位移Y和前轴承处的转角A;如果切削力F和传动力不在同一个平面内,应将其分解在相互垂直的两个平面内分别求出数值,再按向量进行合成,即:式中: YH, H水平平面内的位移和转角 Yv, y垂

22、直平内的位移和转角.由于CK6140数控车床在进行零件加工进无扭转变形的产生,所以无需计算主轴部件的扭转刚度.6、离合器、制动器的选择离合器选用多圆式摩擦离合器与牙嵌式离合器相比,摩擦离合器的优点是:两轴可在有较大转速差的情况下接合和分离:接合过程平稳、冲击、振动较小;改变摩擦面间的压力,从动轴的加速时间可调,过载时将发生打滑,以保护重要零件不致损坏.其缺点是:外廓尺寸较大,在接合和分离过程中要产生滑动摩擦,故发热量较大,磨损也较快. 为了散热和减轻摩损,可以把摩擦离合器浸入油中工作,摩擦离合器适用范围经常起动,制动中经常改变转速方向的场合.制动器则选用带式的,因为这种制动器主要由制动轮,制动

23、钢带和操纵系统组成,当杠杆上作用外力F后,闸带收紧且抱住制动轮,靠带与轮间的摩擦力实现制动.而且结构简单、紧凑,常用于中、小型起重运输机械和手动操纵的场合.7、润滑和密封的设计（1）润滑设计 齿轮采用润滑油飞溅润滑,轴承采用润滑脂人工加油润滑. 在减速器箱体内有一定量的润滑油(查GB/T5903-1995润滑油选用68号润滑油),齿轮一部分浸入油中,当其旋转时,润滑油被溅起,散落到其他零件上进行润滑. 在进行减速器组装时,在轴承端盖凹槽内装入一定量润滑脂(查GB/T492-1989润滑脂选用3号润滑脂),当轴承旋转时,产生热量使润滑脂锥入度变大,使润滑脂进入到轴承滚球进行润滑.（2）密封设计

24、因减速器箱体采用分体式箱体,从轴水平面中心面处分为上、下箱体两部分,为防止灰尘进行箱体及防止箱体内润滑油被高速旋转甩出,在组装减速器时应在上、下箱体间涂上一层水玻璃或密封胶进行密封.在下箱体下部的放油螺栓及油标处应垫上橡胶圈,防止润滑油泄漏.通气孔及小盖处应垫上质垫片,起到一定密封作用,防止灰尘进入.由于在伸出轴与端盖之间有间隙,必须安装毛毡密封圈,以防止漏油和污物进入体内.8、展开图设计（1）结构设计的内容，技术要求和方法设计的内容 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联接件的结构设计与布置，用一长展开图表示。

25、技术要求 主轴变速箱是机床的主要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题（这是本次设计的中型车床的数据）。1）精度 车床主轴部件要求比较高的精度。如： 主轴的径向跳动 0.01mm ； 主轴的横向窜动 0.01mm ；2）刚度和抗振性 综合刚度（主轴与刀架之间的作用力与相对变形之比）：D最大回转直径 mm 。在主轴与刀架之间的相对振幅的要求：等 级 振幅（0.001mm） 1 2 33)传动效率要求等 级 效 率 0.85 0.8 0.754）主轴前轴承处温度和温升应控制在以下范围：条 件 温 度 温 升 用 滚 动 轴 承 70 40 用 滑 动 轴 承 60

26、30噪声要控制在以下范围等 级 dB 78 80 835）结构应尽可能简单、紧凑，加工和装备工艺性好，便于维修和调整。6）操作方便，安全可靠。7）遵循标准化和通用化的原则。设计方法 主轴变速箱结构设计是整个机床设计的重点。由于结构比较复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式图之前，最好能先画草图。目的是：1）布置传动件及选择方案。2）检验传动设计的结果中有无相互干涉、碰撞或其它不合理的情况，以便及时改正。3）确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 为达到上述的目的，草图的主要轮廓尺寸和零件之间的相对位

27、置尺寸一定要画得准确，细部结构可不必画出。 各部分结构经反复推敲修改，经过必要的验算，确定了结构方案以后，才能开始画正式装备图。 在本次设计中，我先用A0的图纸，手工绘制出了整张完图，经颜教授的四次修改之后才开始正式的用软件画图。然而，在绘图的过程中遇到了很多的困难和不懂的地方，在教授的指点下进行了反复的修改才得以完成初图。（2）展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴延其轴线剖开，并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。因此，展开图是传动设计的结构化，是表达主轴变速箱内传动关系以及各传动轴（包括传动部件）的结构的。结构设计时，可能要修改传动设计。同一传动方案可能有不同的

28、布置和结构设计。车床主轴变速箱中的一些设计范例可为我们提供参考。离合器结构与轴上的传动齿轮 轴上装的换向离合器和变速齿轮，有两种布置方案。一种是两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，否则齿轮无法加工。这样轴间距离加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴和轴上。左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到是三级的正向转动。这种结构的齿轮直径小，但轴向尺寸较大。此外，这种结构就不能采用通过空心的轴中拉杆来操纵离合器的结构。本次设计中由于离合器和齿轮的原因只能采用后一种结构方案。具体的结构可见装备图中的分布。反向机构 利用机械传动

29、实现主轴反转需要一个惰轮，也有两中方案，一种是增加专门用来转惰轮的短轴。这种短轴常是悬臂的，刚性差，齿轮接触不好，容易引起振动和噪声。另一种结构是将惰轮装在有两个支承的传动轴上，轴的刚性好，有利于降低噪声。本次设计中选择的是后者，因为无论从哪个角度去选择都是后者好于前者。 反向转速一般大于、至少等于正转转速，低于正转的反转转速是不合理的，设计的时候一定要考虑的问题。本次设计中，反向的转速大于正转的转速。变速方案与传动件的布置变速方案有很多中选择，滑移齿轮结构紧凑，也最常用，本次设计中自然选用了。在轴上还采用了电磁摩擦离合器来变速，因为本次设计的机床是数控自动化机床，要求不停车进行变速。变速方案

30、不同，布置也不同。 总体布置的时候需要考虑制动器的位置，本次设计时因为在轴上放了两个电磁离合器，为了减少轴的负荷，所以制动器是不能放在此轴上了。只要把制动器放在其他的轴上，具体的装备见图。 每一种布置方案的实现，都必须具备某些条件。设计时，应根据条件尽可能选择轴向尺寸较小的方案。本次设计中装备图上的布置就是最优的方案。（3）轴（输入轴）的设计轴的特点：将运动传入变速箱的带轮，一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴不受带的拉力（带轮卸荷）。若轴上安装正反用的离合器和制动器，由于组成离合器的零件很多，在箱内装备很不方便，一般都希望在箱外将轴组装好后再整体装入箱内（最好是连皮带

31、也组装在上面）。卸荷装置： 带轮将动力传到轴有两种方式：一类是带轮直接装在轴上。除传递扭矩外，带的拉力也作用在轴上。另一类是带轮装在轴承上，轴承套装在套筒（法兰盘）上，传给轴的只是扭矩，径向力有固定在箱体上的套筒承受。这种结构称为卸荷装置。本次设计中用的就是后者，卸荷装置。具体的结构和装备见图。换向装置： 车床上的反转主要用于加工螺纹时退刀。车短螺纹时，换向频率比较高。实现正反转的变换有很多种方案。可本次设计中所采用的是电磁离合器。正反向离合器：正反向的转换，希望在不停车的状态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱体内，都采用湿式。在确定轴向尺寸时，摩擦片在不压紧时，应留有0.20.4 mm

32、的间隙，间隙应能调整。常用的间隙调整结构是：调整螺母的端部圆周方向铣有若个缺口，止动销在弹簧的压紧下，其头部插入缺口中，调整时按下止动销，旋转调整螺母至合适位置，止动销又插入另一个缺口。电磁离合器不需调整间隙。离合器的操纵方式：离合器的操纵有：机械式、电磁式和液压式。本次设计中采用的操纵是电磁式，电磁离合器的摩擦片的压紧是由电磁铁的吸力来达到，他的机械结构比较简单。（4）空套齿轮的结构 轴上装有正反向转换用的片式离合器时，两端的齿轮是空套在轴上的，当离合器接通时，才与轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴的回转方向是相反的，而者相对转速很高（约为轴转速的两倍左右）。 齿轮与轴之间的轴承，可以用滚

33、动轴承，也有用滑动轴承的。本次设计中采用的是滚动轴承。 因为滑动轴承在一些性能和维修上均不如滚动轴承，但它的径向尺寸小，也常被采用，可在本次设计中没有采用。 空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。具体的情况可见设计图纸。（5）齿轮块的设计 齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪声，常成为变速箱的主要噪声源，并不影响主轴回转均匀性。在齿轮快设计时，应充分考虑到这些问题。 齿轮块的结构形式很多，取决下列有关因素：1）是固定齿轮还是滑移齿轮；2）移动滑移齿轮的方法；3）齿轮

34、精度和加工方法。变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度的选择决定于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度较高，振动和噪声越大，根据实验结果得知，圆周速度增加一倍，噪声约增大6dB。表二：直齿齿轮的精度选择推荐如下 齿 轮 圆 周 速 度 精 度 等 级 U 8 m/s 8-7-7Dc； U=8 15 m/s 7-6-6Dc； U 15 m/s 6-5-5Dc； 工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差更大，所以这两项精度应选高一级。 为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度。大都是7-6-6，圆周速度很低的，才选8-7-7。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选6-5-5。在本次

35、设计中，精度的选择就是以上所说的情况。主传动齿轮选用的是： 7-6-6。（6）结构与加工方法的关系 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机就可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的7级齿轮一般滚（插）后要剃齿，是精度高于7级，或者淬火后在珩齿。6级精度齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。多联齿轮块一般形式见图 ：各部分的尺寸推荐如下：1）空刀槽bk插齿时： 模数12 mm bk5 mm； 模数2.54 mm b

36、k6 mm。为了布置与作图的方便，本次设计中所选的空刀槽 bk=10 mm2）齿宽b齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿的制造误差和轴的变形，可能接触不均，反而容易引起振动和噪声。一般b取（610）m。式中m-模数。齿轮模数m小，装在轴的中部或者是单片齿轮，去大值。齿轮模数m大，装在靠近支承处或者是多联齿轮，去小值。由于本次设计中m分别为2mm，2.5mm，3mm，3.25mm，3.5mm五个不同的数值。虽然不同但是它们相差不是很大。同样为了布置几制造的方便，所有的齿宽在满足公式的前提下选b为： b=20 mm3）其他问题 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸，如图：圆齿和倒角的性

37、质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。 部分用于安装拨动齿轮的滑块，一般取： 2.20本次设计中选用的是：选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。（7）组合齿轮齿轮磨齿时，要求较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。但在本次设计中用到的是：键连接用平键拼装，轴向定位用弹簧挡圈。具体的绘图方案，可参考曹金榜主编的机床主轴变速箱设计指导。（8）齿轮的轴向定位 要保证正确的啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮的轴向位置由操纵机构的定位槽、

38、定位孔或其他方式保证，一般在装配后最后调整确定，本次设计所采用的轴向定位结构如下：1）弹簧卡圈定位说明及特点：结构简单、装配方便，但不能承受轴向力。2）隔套定位说明及特点： 用隔套将各传动件在轴向固定、装配方便，有利于轴的刚度。（9）传动轴设计特点 机床主轴，广泛采用滚动轴承作支承，轴上要安装齿轮、离合器、和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。首先，传动轴应有足够的强度、刚度。如桡度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大，两中心线误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。轴的结构 传动轴可以是光轴也可以是花键轴，这些在

39、轴加工中并无困难，所以装移齿轮的轴采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也采用花键轴。 花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。轴的部分长度上的花键，在终端上有一段不是全高，不能和花键孔配合。这是加工的过渡部分。具体的作图可参考曹金榜主编的机床主轴变速箱设计指导。 一般的尺寸花键的滚刀直径D刀为6585 mm。轴承的选择 机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升空载功率和噪声等方面，球轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求比较高。因此，球轴承用得更多。但滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以，在没有轴向力时，也常采用这种轴承。这种轴承的形式和尺寸的选择，

40、取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件。 同一轴心线的箱体支承直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔工艺。 本次设计中，由于是支承跨距长的箱体，要从两边同时进行加工，具体的参考图见参考书曹金榜主编的机床主轴变速箱设计指导。 既要满足承载能力要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求。 两孔间的最小间隙壁厚，不得小于510 mm，以免加工时孔变形。 花键轴两端装轴承的轴径尺寸至少有一个应小于花键的内径。 一般传动轴上轴承选用G级精度。 滚

41、动轴承是外购标准件，可以简化画法，但类型必要表示清楚与其它零件的相关尺寸如：外径、内径和宽度必须按实际尺寸画。轴的轴向定位传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置的确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有周向定位。对受轴向力的轴其轴向定位就更加重要。回转轴的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意：1.轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。2.轴承的间隙是否需要调整。3.整个轴的轴向定位是否需要调整。4.在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。5.加工和装配的工艺性等。回转轴的轴向定位本次设计采用的是：两端均用轴承盖、调节螺钉定位。

42、两端均有调节螺钉，除能方便地调节轴承预紧力外，还可调节轴系的轴向位置，以便使啮合齿轮对齐。（10）主轴组件设计 主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具的主轴参与切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面来考虑。各部分尺寸的选择主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。1）内孔直径 车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。我国已有标准可循。 通孔直径=36

43、 mm。2）轴径直径前支承的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺寸，结构确定后再进行核算。由于P=5.5 kw，所以前轴径 70105 mm3）前锥孔尺寸前锥孔用来装顶尖或其它工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。莫氏号的选择：车床最大回转直径D 320 400莫 氏 锥 度 号 4或5号 5或6号本次设计中，由于车床最大回转直径D=400 mm，所以选用莫氏锥度号5号。标准莫氏锥度尺寸： 简 图莫 氏 号大端直径D锥度（D-d）/L 长 度 5 44.399 1：19.022 1304）支承跨距及悬伸长度为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度a，选择适当的支承跨距L。一

44、般推荐取：L/a =35。跨距L小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，L/a应选大值，轴刚性差时，则取小值。跨距L的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。本次设计中就取： L/a =5。则由 L=130 mm得 mm。5）头部尺寸的选择考虑与主轴前径直径相匹配，本次设计采用B型结构。具体见图。主轴轴承1）.轴承类型的选择主轴前轴承的轴承类型选择：内孔有1：12的锥度 选用的轴承类型是：GB/T285-64 双列向心圆柱滚子轴承3192114/1具体作图可见机械设计手册。2）.轴承的位置机床主轴采用两个支承，结构简单，制造方便。在配置

45、轴承时，应注意以下几点：两个支承点都要能承受径向力。两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支承件承受。3）轴承的精度和配合 主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。 普通精度级机床的主轴，前轴承选C或D，后轴承选D或E级。 选择轴承精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。提高了精度，轴承的价格随精度显著提高。 轴承与轴和轴承与箱体之间，一般都采用过渡配合，采用比一般轴要松一些的配合，可用j5，js5，j6，js6。另外，轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔的形状误差都会反

46、映到轴承道上去。所以，轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。 主轴上轴承配见图。4）轴承间隙调整： 轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确的控制，但调整的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于有1：12的内锥孔，内圈将胀大消除间隙。调整间隙的结构式及其方法见参考书。主轴和齿轮的连接 采用平键连接，采用两个，相隔180º布置，两个键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够问题。润滑与密封 主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难，防漏的措施：堵-加密封

47、装置阻止油外流。因主轴转速高，采用非接触式的密封装置，在轴承盖的孔内开一个沟槽。其它问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。采用凸缘的尺寸推荐为（见图）：D-d=3hH=（2.5 3）b 主轴的直径主要决定于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢既可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用40Cr或其它合金钢。 主轴头部需要淬火，硬度为 RC5055。其他部分经调质处理后硬度为HB 220250。（11）制动器设计对制动器的要求是：制动迅速、平稳、结构简单、紧凑。维修、调整方便。制动方式有两类：

48、电机制动和机械制动本次设计采用的是机械制动。具体的选择类型见图。9、截面图设计截面图是主轴箱装备图的重要组成部分，它与展开图和其他视图联系起来，完整得表达了整个主轴箱的结构。截面图设计是否合理，将影响机床的性能、效果和外观。（1）截面图内容和涉及的问题1.截面图内容 截面图，又称剖视图，主要用来表明主轴箱各轴间的空间位置，并和展开图配合，把操纵机构、制动器以及润滑等有关机构、箱体结构和各连接关系等的具体结构完整地表示出来。（本次设计中对作图不作要求）2.设计截面图要考虑的四个方面的问题1）.各轴的位置安排：包括主轴、轴和中间轴的合理安排和确定。2）.箱体结构和外形：变速箱体结构、与床身连接定位

49、方式、外观造型等。3）.操纵机构设计和选择。4）.润滑系统的设计和润滑元件的选择。（2）轴的空间布置轴系布置的一般程序是：先确定主轴在变速箱中的位置，在确定传动主轴的轴以及与主轴上的齿轮有啮合关系的轴，第三步确定电动机轴或运动输入轴（轴）的位置，最后确定其他各传动轴的位置。1.车床主轴1）.垂直方向（高度）H=1/2 D-由车床主参数D决定。2）.水平方向 ab-主轴中心在尾架导轨中间，也有稍偏向前导轨的，也有稍偏向后导轨的。 由于篇幅和时间的限制，后面的说明就省了，具体的参考内容可以阅读有关的参考书，例如：曹金榜主编的机床主轴变速箱设计指导等。（二）横向进给运动设计1、滚珠丝杆副的选择（1）脉冲当量和传动比的确定机械系统的主要技术参数