滑台铣头及减速箱设计

济南大学毕业设计PAGEIV-摘要滑台铣削头由主轴部件和传动装置两个部件组成。主轴部件按主轴前端轴承结构不同分A和B型两种。A型主轴前端采用3182xxx型双列向心短圆柱滚子轴承及推力球轴承，主要用于精加工；B型主轴采用两个圆锥滚子轴承结构主要用于粗加工。移动夹紧机构采用双面锲块对中夹紧结构，操纵方便，夹紧可靠。本铣削头具有功率大、刚性好、精度高、传动平稳、调整使用方便等特点。可组成各种类型的铣削组合机床，用以完成平面铣削、铣槽、铣扁等工序。本文主要介绍了国内滑台铣头及减速箱设计的发展，研究现状，减速箱的工作原理及特点，对滑台铣头的动力装置部分作出了详细的设计说明。由于减速箱是滑台铣削头最为核心的部分，其设计的好坏直接影响了整个机器加工精度的优劣，因此在设计过程中重点研究了其结构、功能和工艺过程，并根据型材的特性，充分考虑各种因素对铣削加工质量的影响，设计出滑台铣削头的动力装置，从而保证该设备预期的加工功能能够得以实现。关键词：滑台铣削头；减速箱；轴；齿轮；轴承。ABSTRACTSlidingtablemillingheadreasonspindleunitandthetransmissiondevicetwopartscompose.ThespindleunittheendbearingstructuredividesAandtheBtwokindsdifferentlybeforethemainaxle.Frontendamainaxleuses3182xxxdoublerowcentripetalshortcylindricalrollerbearingandthethrustforceballbearing,mainlyusesintheprecisionwork;theBmainaxleusestwocircularconerollerbearingsstructuremainlytouseintheroughmachining.Themotionclamporganizationusestwo-sidedcarvestheblocktoclampthestructureto,operatesconveniently,clampreliable.Thismillinghasthepowertobebig,therigidityisgood,theprecisionishigh,thetransmissionissteady,characteristicsandsoonadjustmenteasytooperate.Maycomposeeachtypethemillingaggregatemachine-tool,withcompletestheplanemilling,themilling,themillflatlyandsoonworkingprocedures.Thisarticlemainlyintroducedthedomesticslidingtablecutterheadandthedeceleratordesign'sdevelopment,theresearchpresentsituation,decelerator'sprincipleofworkandthecharacteristic,havemadethedetaileddesignnotestotheslidingtablecutterhead'spowerunitpart.Becausethedeceleratoristheslidingtablemillingmostcorepart,itsdesignqualityimmediateinfluenceentiremachineprecisionfitandunfitquality,thereforehasstudieditsstructure,thefunctionandthetechnologicalprocesswithemphasisinthedesignprocess,andaccordingtothemoldingcharacteristic,consideredfullyeachkindoffactortothemillingprocessingquality'sinfluence,designstheslidingtablemillinghead'spowerunit,thusguaranteedthatthisequipmentanticipatedprocessingfunctioncanbeabletorealize.Keywords：Slidingtablemillinghead;Decelerator;Axis;Gear;Bearing.目录摘要 IABSTRACT II1前言 11.1引言 11.2滑台铣削头概述 11.3减速器概述 22总体方案确定 32.1选题背景与意义 32.1.1选题背景 32.1.2选题目的与意义 32.2课题研究的主要内容 42.3动力装置方案确定 42.3.1总体结构分析 42.3.2铣头主传动系统选择 42.3.3铣头主轴选择 53减速器典型结构设计 63.1电动机的选择计算 63.1.1电动机的输出功率 63.1.2确定电动机转速： 63.1.3确定电动机型号 73.2传动装置运动、动力参数计算 73.2.1传动比的确定及分配各级传动比 73.2.2计算各轴转速 73.2.3计算各轴的功率 73.2.4计算各轴转矩 83.2.5传动装置运动、动力参数汇总表 83.3.选择齿轮材料并确定许应应力 83.4.典型齿轮的强度校核 93.4.1确定计算参数 93.4.2初算中心距 93.4.3确定齿数和模数, 93.4.4确定中心距和齿宽 103.4.5验证齿轮弯曲强度 103.4.6齿轮的基本尺寸设计 103.4.7确定齿轮制造精度 103.5中间轴轴2的设计计算 103.5.1按扭转强度初算轴径 103.5.2轴的结构设计 113.5.3按弯矩复合强度计算 123.5.4轴承的校核 143.5.5键连接的选择及校核计算 143.5.6润滑与密封 144滑台铣头结构设计 154.1主轴的设计计算 154.1.1主轴的基本要求 154.1.2主轴的布局 164.1.3主轴结构的初步拟定 184.1.4主轴的校核 184.1.5主轴前后支承轴承的选择 204.1.6主轴内孔直径 204.1.7进给传动系统设计 215润滑系统的设计 225.1润滑部位的选择 225.2润滑剂的选择 226结论 23参考文献 24致谢 25济南大学毕业设计PAGE1-1前言1.1引言目前,国内组合机床行业滑台铣削动力头（ITX系列铣削动力头）主轴支承结构的形式大部分有采用了类似车床或者类似车床加工中心的主轴的结构,即滑台铣削头的前端选用双列向心圆柱滚子3182系列和双向推力角接触2268系列轴承组合支承,主轴头的后端采用3182系列或2000系列的轴承。经过多次的实践证明,次种设计的结构既能保证使主轴在工作过程中有良好的回转精度,又可能保证使主轴头有较好的动刚性,这是目前机床主轴设计普遍采用的结构。对于铣削动力头而言,由于铣削加工与一般的金切机床的切削加工条件不同,它大多为常为多刃断续切削,切销力较大,这样使主轴轴承所承受负荷为摆动冲击负荷,所以，合理设计主轴支承相关零件的结构形式,对实现精密铣削加工起着至关重要的作用。1.2滑台铣削头概述滑台系列铣削动力头的主轴结构如图所示,对其做如下解析：主轴1支承在轴承4、5、8上,轴承4、5的轴向定位通过主轴1上的3个螺钉2（周向均布）及密封环3、隔套9、螺母6、7来合成完成。如此可得主轴系统的精度直接取决于主轴，相关零件的加工精度、轴承的图精度等级、主轴装配质量三大要素。在图中主轴轴承3182的内锥孔与主轴1：12外锥面配合的好坏将直接影响主轴的工作精度,一般要求其配合接触面积大于75%,为了达到这一要求,通常在设计时,对其相关零件如圆螺母6,隔套9的端面对主轴轴线的跳动要求较高,一般要求圆螺母在0.02mm以内,隔套在0.008mm以内,而螺母6的结构为键块锁紧,这种圆螺母对一般工厂加工是很难保证其作用端面与主轴中心线的跳动在0.02mm。二以内的,经常导致主轴精度在装配时超差,最终不得不反复调整圆螺母的松紧,时有免强达到要求,但其精度稳定性差,往往轴承偏紧,且安装位置不精确,游隙不均,造成工作时温升较高,在高速传动时尤为明显,导致主轴前伸,据测试最高值达0.09mm,这时铣削尺寸精度要求较高的零件极为不利]再者轴承与主轴配合的好坏直接影响铣削加工的表面形状误差,为解决这一问题,生产上常采用下列措施(1)提高轴承精度等级(2)尽可能地提高圆螺母的加工精度,在主轴加工工艺,主轴螺纹以螺母配车加工(3)主轴内锥孔的精磨以主轴前轴承外径定心(轴承与主轴做工艺装配)以尽量保证主轴回转轴线与定位基准统一。具有较好的动刚性和精度,工作切削时不会因负载的变化.4χΓ影响轴承的配合,因而精度稳定性较好。既可适用于精密铣削加工,也可适用于粗铣削加工的要求。图1.1铣削头1.3减速器概述减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基本结构有三大部分。箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。减速器附件，为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计发展趋势1、高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。2、积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。3、变型设计多，型式多样化，摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。促使减速器水平提高的主要因素有：①理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。②采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。③加工精度提高到ISO5－6级。④结构设计更合理。⑤润滑油质量提高。⑥轴承质量和寿命提高。2总体方案确定设计机床的第一步，是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。2.1选题背景与意义2.1.1选题背景铣床最早是由美国人E.惠特尼于1818年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人J.R.布朗于1862年创制了第一台万能铣床，是为升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。在我国，滑台铣头发展已有几十年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。滑台铣头1TX系列。国内外主要产品有1TX系列交换齿轮动力头，SB40、1TX系列手柄变速动力头、1TA系列镗削头、HJ系列机械滑台、HY系列液压滑台、ZHX、ZH1X系列单(双)面立(卧)式组合铣床、立式铣床、转盘铣床。以及各类专用机床和自动线。产品主要服务于国内柴油机、拖拉机、汽车、工程机械、纺机、模具、摩托车、飞机制造、机床等行业2.1.2选题目的与意义滑台铣削头结构布局合理，刚性好，满足高效强力切削。适用于钢件等金属材料上的平面铣削。广泛的应用于机械制造业，特别适合于模具行业的各种塑料件，铸件等金属材料上的端面铣削，加工范围大，专业生产系列铣削动力头、，为广大生产龙门铣床、端面铣床、自动生产线以及龙门刨改龙门铣床的各大厂家所采用。本铣削头符合JB-75组合机床通用部件的部颁标准，可采用立、卧形式按装。本铣削头刚性好、切削平稳、选用20CrmnTai做为齿轮材料，齿轮可经过磨齿加工，最大程度上降低了铣头的噪音，还可使用进口TTO油封和轴承经过严格的装配程序组装而成，适合于批量工件的大规模生产和加工。由于我国与发达国家有一定的差距，因此在装备开发设计方面必须采取跨越式思维模式。该题目综合性较强，可以巩固和加强所学的各科知识，提高本人综合运用知识和解决实际问题的能力。2.2课题研究的主要内容通过设计研究，要求设备符合下面的要求：（1）设计齿条加工机床的主传动系统，主轴用齿轮传动变速，电机功率取2.2KW；采用齿轮传动降速，交换齿轮改变主轴转速；（2）合理选用该机构应用的标准件、外构件并按照相公要求正确标注；进给运动手动，可微调及夹紧。（3）设计箱体、主轴及部分有代表性的零件，要求结构合理，技术要求正确；（4）要求设计方案合理，结构紧凑、工作可靠、质量达到行业标准。2.3动力装置方案确定2.3.1总体结构分析滑台铣削头由滑台铣头，减速器，电机构成。电动机输出动力经过减速器，通过四级的逐次减速及变速，在传递到滑台铣削头。结构如下：图2.11-电机2-滑台铣头3-减速器减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基本结构有三大部分，齿轮、轴及轴承组合，箱体，减速器附件滑台铣削头的动力头设计采用了类似车床或者类似车床加工中心的主轴的结构,即滑台铣削头的前端选用双列向心圆柱滚子3182系列和双向推力角接触2268系列轴承组合支承,主轴头的后端采用3182系列或2000系列的轴承，机床进给传动系统主要由工作台、滚珠丝杠、联轴器和滚动导轨等部件组成，主要是为了完成工作台（本设计中指铣刀架）的进给运动的实现，从而使工作台运动到指定的位置，完成工件的加工过程，本设计中进给部分我们选用了手摇轮驱动滚珠丝杠。2.3.2铣头主传动系统选择主传动系统多采用由电机驱动减速器的方式。这种主传动方式是由电动机的主轴，直接输出到减速器的输入轴，使驱动电机与主轴箱分离，这就须再次中间连接减速器。减速器选择四级齿轮传动，扩大了调速的范围，提高了调速稳定性，减化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。2.3.3铣头主轴选择主轴是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具旋转，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴的工作性能直接影响到机床的加工质量和生产率，因此它是机床中的一个关键组件。主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、扭矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工件条件，但主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动，因此对主轴有较高的要求。主轴的设计，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。3减速器典型结构设计图3.11，2，3，4，5，6，7，8为齿轮3.1电动机的选择计算因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的鼠笼型三相交流异步电动机。工作机所需功率=2.2KW。3.1.1电动机的输出功率传动装置的效率选择为=1\*GB3①滚动轴承（深沟球轴承、稀油润滑）；=2\*GB3②圆柱齿轮传动（8级精度的一般齿轮传动，稀油润滑）的效率为：；则减速箱传动总效率为：所以电动机的输出功率为：3.1.2确定电动机转速：按《机械课程设计上机与设计》，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围=2~5，则总传动比范围为=16~625。根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，取同步转速n=3000r/min,则选额定转速n=3000r/min比较适合.3.1.3确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，由《机械设计课程上机与设计》可查出符合要求的电动机为封闭式Y（IP44）系列的鼠笼型三相交流异步电动机，型号为：Y90L-2。其主要性能：额定功率：2.2KW，满载转速2840r/min，额定转矩2.2。3.2传动装置运动、动力参数计算3.2.1传动比的确定及分配各级传动比查阅资料可知多级减速器中各级传动比i=1～5合理，按各级齿轮齿面接触强度相等，并获得较小的外形尺寸和重量的原则。故取传动比最好控制在i=1～3之间。由于本减速器为四级传动，取一三级接近，二四级接近。取.3.2.2计算各轴转速电动机轴：,轴1：,轴2：,轴3：,输出轴：.3.2.3计算各轴的功率：电动机轴：轴1：轴2：轴3：输出轴：3.2.4计算各轴转矩电动机轴：轴1：轴2：轴3：输出轴：3.2.5传动装置运动、动力参数汇总表表3.1传动装置运动、动力参数计算轴号参数电动机轴轴1轴2轴3输出轴转速nr/min28402029812477159输入功率P/kw2.592.5122.4132．3172．225输入转矩T/N·m0.087×1050.118×1050.284×1060.464×1061.336×1063.3.选择齿轮材料并确定许应应力由于本题对减速器没有特殊要求，可采用软齿面闭式齿轮传动。在齿轮副的配合中，可采用小齿轮材料用40Cr锻钢，调质处理，齿面硬度HB1=217～286HBS,大齿轮材料用45号锻钢，调质处理，齿面硬度HB2=197～286HBS。表3.240Cr,45比较材料牌号热处理方式硬度HBS接触疲劳极限弯曲疲劳极限45调质197～286550～620410～48040Cr调质217～286650～750560～620由《机械设计基础》，可查得；；查得。需用接触应力：；。许用弯曲应力：；。3.4.典型齿轮的强度校核对与输出轴配合的齿轮副按齿面接触强度设计计算根据软齿面闭式齿轮传动准则，应首先按齿面接触强度设计公式进行设计计算，然后再按软齿面弯曲强度验算公式进行验算。由《机械设计基础》，可知设计计算公式为：3.4.1确定计算参数计算小齿轮上转矩为：；；；按《机械设计基础》，选取载荷系数K，，取；选取齿宽系数，（0.8～1.4）取。因代入公式计算。3.4.2初算中心距，，，取此段3.4.3确定齿数和模数齿数：,模数：按《机械设计基础》，取标准模数。3.4.4确定中心距和齿宽中心距：齿宽：。圆取整数3.4.5验证齿轮弯曲强度由《机械设计基础》，可知轮齿弯曲强度的验算公式为：。查的齿形系数，得。应力修正系数，分别验算两轮的齿根弯曲强度：验算结果：齿轮弯曲强度满足要求。3.4.6齿轮的基本尺寸设计确定齿轮的主要几何尺寸：分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：3.4.7确定齿轮制造精度由《机械设计基础》确定齿轮第II公差组为9级精度，适用于低速传动。3.5中间轴轴2的设计计算3.5.1按扭转强度初算轴径对于只传递转矩的圆截面轴，由《机械设计基础》其强度条件：由《机械设计基础》知轴的设计公式：由轴2：,，查机械设计手册：取：；考虑有键槽，将直径增大5%，则，∴取。3.5.2轴的结构设计图3.2中间轴轴2=1\*GB3①轴上零件的定位，固定和装配四级减速器中轴2如上所示，此轴安装两轴承，两齿轮。可将齿轮安排在轴如图两键槽的轴段上。齿轮1左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，齿轮2左面由轴肩定位，右面用螺母轴向固定，联接以平键作过渡配合固定。左轴承分别以端盖和轴肩定位，采用过渡配合固定。右轴承分别以两套筒定位，采用过渡配合固定。=2\*GB3②确定轴各段直径和长度Ⅵ段：，该段上为大齿轮；Ⅴ段:，该段上为套筒,轴承盖；Ⅳ段:，该段上为右轴承和套筒，轴承型号初选为6005型深沟球轴承，其内径为25mm,外径47mm，宽度为12mm；Ⅲ段:，该段上为小齿轮；Ⅱ段:，该段为定位轴肩；Ⅰ段：该段上为左轴承，与右轴承型号相同；=3\*GB3③确定轴各段长度取套筒长为，Ⅰ段：该段上为左轴承，轴承型号初选为6005型深沟球轴承，其内径为25mm,外径47mm，宽度为12mm；Ⅱ段:该段通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，得：Ⅲ段：该段为小齿轮，根据《机械设计基础》：；Ⅳ段：该段上为右轴承和套筒1，轴承型号初选为6005型深沟球轴承，其内径为25mm,外径47mm，宽度为12mm；得：；Ⅴ段:该段为轴肩，根据《机械设计基础》：Ⅵ段：由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=100mm3.5.3按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知d2=48mm求转矩：已知T2=28400N·mm求圆周力Ft:Ft=2T2/d2=2*28400/48=1183.3N求径向力Fr:Fr=Ft·tanα=1183.3×tan=430.7NLA=78mm,LB=21mm图3.3轴2受力矩弯矩=1\*GB3①绘制轴受力简图（如图a）=2\*GB3②绘制垂直面弯矩图（如图b）轴承支反力：截面C在垂直面弯矩为=3\*GB3③绘制水平面弯矩图（图c）截面C在水平面上弯矩为：=4\*GB3④绘制合弯矩图（图d）=5\*GB3⑤绘制扭矩图（如图e）转矩：T=9.55×（P2/n2）×106=48N·m=6\*GB3⑥绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取α=1，截面C处的当量弯矩：Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[19.578+(1×48)2]1/2=57.59N·m=7\*GB3⑦校核危险截面C的强度由式σe=Mec/0.1d33=99.6/0.1×413=14.5MPa<[σ-1]b=60MPa∴该轴强度足够。3.5.4轴承的校核由《机械设计课程上机与设计》中表得：6005深沟球轴承额定静载荷。基本当量动载荷；由《机械设计基础》取预期寿命，；取X=1，Y=0，；由《机械设计基础》得当量动载计算轴承寿命：由《机械设计基础》，因轴承为常温工作，取，球轴承；所以选择轴承6005合适3.5.5键连接的选择及校核计算代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（N·m）极限应力（MPa）键18×7×18（单头）26103.030.021.1键26×6×10（单头）2163.541.028.2表3.3键连接的选择及校核计算选择图3.5.6润滑与密封=1\*GB3①齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。=2\*GB3②滚动轴承的润滑由于承受周向速度，所以宜开设油沟、飞溅润滑。=3\*GB3③润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，宜选用L-AN15润滑油。=4\*GB3④密封方法的选取选用凸缘式端盖可易于调整，采用闷盖安装骨架式得旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为FZ/T92I10-91。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。4滑台铣头结构设计图4.1滑台铣头4.1主轴的设计计算4.1.1主轴的基本要求=1\*GB3①旋转精度图4.2主轴的旋转误差主轴所有的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，在主轴的前端定位面的三个跳动：径向跳动△r、端面跳动△a，轴向窜动值△o。如图所示：图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。主轴组件的旋转精度取决于部件中各主要件（如主轴、轴承及支承座孔等）的制造精度和装配、调整精度；运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。=2\*GB3②刚度图4.3主轴组件静刚度主轴组件的刚度K指其承受外载荷时抵抗变形的能力，如图2-2所示，即K=F/y（单位为N/mm），刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承，支承座的刚度的综合反映，它可直接影响它的主轴组件的旋转精度。主轴组件的刚度越高，主轴受力后的变形就越小，如有若刚度不足，在加工精度方面，主轴的前端弹性变形将直接影响着工件的精度；在传动的质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将可使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。主轴组件的刚度是综合刚度，影响主轴组件刚度的因素很多，主要有：主轴的结构尺寸、轴承的类型，其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。=3\*GB3③抗振性主轴组件的抗振性是指在其抵抗受迫振动和自激振动侯而保持平稳运转的能力。在切削过程中，主轴组件不仅载荷的作用，也受冲击载荷和交变载荷，使主轴产生振动。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。=4\*GB3④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；热变主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态变坏。 影响主轴组件温升、热变形因素有：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。=5\*GB3⑤耐磨性主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，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，保证其耐磨性。为了提高主轴组件的耐磨性，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。4.1.2主轴的布局主轴的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴的布局。机床主轴有前、后支承和前、中、后三个支承两种，以前多见。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，主要根据所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况，加以确定。在选择时，具体有以下要求：=1\*GB3①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。径向载荷大时，可用滚子轴承；小时，可选球轴承。双列滚动轴承的径向刚度，承载能力，比单列大。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。=2\*GB3②适应转速要求由于结构，制造方面的原因，不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。轴承规格越大，精度越低，允许最高转速越低。在受径向载荷当中，圆柱滚子轴承的极限转速，比圆锥滚子轴承的高。在承受轴向载荷的轴承当中，向心推力轴承的极限转速最高；推力球轴承的次之；圆锥滚子轴承的最低，但承载能力与上述次序相反。因此，应可综合考虑转速和承载能力两方面要求来选择轴承型式。=3\*GB3③适应精度的要求起止推作用的轴承布置有三方式：前端定位—止推轴承集中布置在前；后端定位—集中布置在后；两端定位—分别布置在前、后支承。采用前端定位，主轴热变形向后延伸，不影响轴向定位，但前支承结构复杂，调整轴承间隙较不便，前支承处发热量大；后端定位的特点与前述相反；两端定位，主轴受热伸长，轴承轴向间隙改变大，止推轴承布置径向轴承内侧，主轴可能因热膨胀而弯曲。=4\*GB3④适应结构的要求当要求主轴在性能上有较高的刚度和一定的承载能力，而在结构上径向尺寸要紧凑时，则可在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承。对于轴间距很小的多主轴机床，由于结构限制，宜采用滚针轴承来承受径向载荷，用推力球轴承来承受轴向载荷，并使两轴承错开排列。=5\*GB3⑤适应经济性要求确定主轴轴承配置型式，除应考虑满足性能和结构方面要求外，还应作经济性分析，使经济效果好。=6\*GB3⑥主轴的材料、热处理和技术要求本设计的主轴材料采用40，热处理方法是调质处理，在轴颈的前端安装刀具处应进行高频表面淬火，表面硬度为HRC22～28。主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度；主轴与轴承、齿轮等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度。因此，设计时对主轴提出了一定的技术要求，它主要包括主轴各配合表面的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和表面硬度等内容，并应在主轴零件图上准确、合理的进行标注，以满足设计要求、工艺要求、检测要求。4.1.3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，同时还考虑主轴加工，装配的工艺性。主轴是空心的，主要取决于机床的类型。此次设计的主轴，满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便过刀具拉杆。主轴端部系指主轴前端。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》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。主轴是空心的，前端有锥度为7:24的锥孔，结构如下所示：图4.4框架式铣床主轴简图轴上零件定位：零件的轴向定位：轴上零件的轴向定位以轴肩、套筒、圆螺母保证。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩，轴肩处产生应力集中，而且轴肩过多不利于装配，因此，轴肩定位多用轴向力大的场合，套筒定位因为不影响轴的疲劳强度，一般用轴上两个零件之定位。若两零件的间距大或转速高时，不宜采用套筒的定位。圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，故一般用于固定轴端的零件，当轴上零件间距离较大不宜使用套筒定位时，也常采用圆螺母定位。4.1.4主轴的校核=1\*GB3①．主轴按扭转强度校核这种方法只是按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果轴还受到不大的弯矩时，则用降低需用扭转切应力的办法予以考虑。轴的扭转强度条件为：式中：—扭转切应力，单位为；T—轴所受的扭矩，单位为；—轴的抗扭截面系数，单位为；n—轴的转速，单位为；P—轴传递的功率，单位为kW；d—计算截面处轴的直径，单位为mm；—需用扭转切应力，单位为。因为=2.225，n=195r/min，D=40mm，查表得40的值为：35—55，则≤成立，所以此主轴满足扭转强度要求。=2\*GB3②．主轴的扭转刚度校核。轴的扭转变形用每米长的扭转角表示。阶梯轴的扭转角[单位为（）/m]的计算公式为：式中，—轴所受的扭矩，单位为；—轴的材料的剪切弹性模量，单位为，对于钢材，G=8.1；—轴截面的极惯性矩，单位为；L—阶梯轴受扭矩作用的长度，单位为mm；z—阶梯轴受扭矩作用的轴段数。对圆轴：=轴的扭转刚度的条件为：的取值为0.51（）/m计算得阶梯轴的扭转角为：0.04则轴满足扭转刚度要求。4.1.5主轴前后支承轴承的选择=1\*GB3①主轴前支承轴承的选择根据轴承的选择原则，查《金属切削机床设计简明手册》,选取主轴前支承的双列向心短圆柱滚子轴承型号为3182110。其中，d=50，D=80，B=23，r=1。具体结构参数如图所示：图4.5再查《金属切削机床设计简明手册》，选取主轴前支承的推力球轴轴承型号为8209。其中，d=45，D=73，H=20,r=1。具体结构参数如图所示：图4.6=2\*GB3②主轴后支承轴承的选择查《金属切削机床设计简明手册》，选取主轴后支承的圆柱滚子轴承型号为2208。其中：d=40，D=80，H=18,r=1.5。具体结构参数如图2-6所示：图4.74.1.6主轴内孔直径该机床用于铣削加工，其主轴需有一通过铣刀拉杆的孔，该主轴内孔直径应取在一定范围内，才不致影响主轴刚度。一般，主轴内孔直径受到主轴后轴颈的直径所限制。由材料力学可知，刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径之间有下列关系：根据此式可得：当<0.3时，空心与实心截面主轴的刚度很接近；当=0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%，对刚度影响不大；≥0.7时，则主轴刚度急剧下降，故一般应使<0.7，即d<0.7D。考虑到此机床主轴为铣削主轴，铣刀拉杆的直径比较小，故可将取小些，即取=0.4，即：d<0.4D=0.4×40=16.4.1.7进给传动系统设计本设计中进给部分我们选择了手摇柄驱动滚珠丝杠，为此比较其他的结构，手摇柄驱动滚珠丝杠具有以下的优点[18]：1.摩擦损失小，传动效率；2.运动平稳，灵敏度高，低速时无爬行；3.轴向刚度高，反向定位精度高；4.磨损小，寿命长，维护简单；5.同步性好；6.有专业的厂家生产。基于以上的各种优点，我们选择了手摇柄驱动滚珠丝杠配有螺母副作为进给运动的动力。根据丝杠的安装特点，对于丝杠的安装我们选用了一端固定一段自由安装的形式[16]，如图所示。这种支撑形式简单，丝杠轴向刚度比两端低，丝杠的压杆稳定性和临界转速比较低。为了提高铣头进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，比须降低铣头进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，在行程不太长的直线运动机构常用手摇柄丝杠螺母副。它的作用是将旋转运动转变为直线运动，使铣头实现轴向位移运动。特点传动效率高，摩擦力小，寿命长，经预紧后可消除轴向间隙，无反向空行程。手摇柄丝杠副作为铣头的直线驱动执行单元，在铣床行业得到广泛运用，极大的推动了铣床行业的普及化发展。手摇柄丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。手摇柄丝杠副发热率低，温升小以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预紧消除轴向间隙等措施，使丝杠具有高的定位精度和重复定位精度，使用方便，操作灵敏。图4.81-涡轮2-锁紧螺母3-手摇柄4-丝杠5-轴承6-螺母5润滑系统的设计润滑目的就是，为了减少工作表面的摩擦，由此造成的震动，运动过程不稳定，能量损失严重等问题。润滑很好的减少工作表面发热和磨损，保证机器的工作精度，运动精度，提高机器工作效率等。润滑是左右设备性能重要问题，润滑剂或润滑方式的合适与否将大大影响其寿命。5.1润滑部位的选择主要润滑部位是：1.螺母与手摇柄驱动丝杠配合部位2.主轴表部；3.轴承部分；主要讨论角接触球轴承的润滑问题。5.2润滑剂的选择凡是能降低摩擦阻力作用的介质都可以作为润滑剂。目前各类设备中常用的润滑剂类型为稀油和干油两大类。稀油润滑一般用于下列情况：(1)除完成润滑外，还需带走摩擦表面间产生的热量；(2)能够保证滑动平面间为液体摩擦：液体摩擦轴承、高速移动滑动平面间、止推滑动轴承；(3)能用简易手段向啮合传动机构本身及其轴承提供一种润滑剂的情况；(4)除润滑外，还需要清洗摩擦平面并保持清洁状态者；(5)相同情况下，易于对轴承进行密封并能很好防止润滑油外溢者。干油润滑一般用于下列情况：(1)粘性很好，能附着在摩擦平面上，不流失及飞溅，多用做往复转动，短期工作制的重载荷低转速的滑动轴承上；(2)密封性好，且给油方便；(3)很适用于低速的滚动轴承润滑，可长时间不用加油，维护方便；(4)防护性能好，能保护裸露的摩擦表面免受机械杂质及水等的污染。通过以上分析，选择干油润滑，为了可确保润滑效果，通过增加油封，保证润滑油的不流失。6结论本次设计的题目是滑