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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。加工中心主传动系统的机械结构设计-8图书分类号：密级：毕业设计(论文)加工中心主传动系统的机械结构设计MECHANICALDESIGNANDPROCESSINGCENTEROFTHEMAINTRANSMISSIONSYSTEM-学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的
2、法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要本次毕业设计的题目是加工中心主传动系统的机械结构设计。加工中心机械运动系统是保证加工中心加工精度的基础，尤其是主传动系统的机械结构的
3、精度。因此，主传动的机械结构设计是否合理、精度是否能够满足要求对于加工中心的加工精度有着极其重要的意义。本次毕业设计，首先通过对主传动系统主要类型的分析，及其电主轴所融合的技术，拟定传动原理图，确定工艺路线。其次分析加工中心主传动系统的特点，拟订加工中心主传动系统机械结构方案，计算各传动件的动力参数。然后通过对主轴所要满足要求分析，如：旋转精度、静刚度、抗振性升温和热变形等，确定主轴主要参数，再从主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法等，确定主轴结构。通过对轴承类型的对比，分析各自的特点，确定满足要求的轴承，然后根据疲劳计算方法，计算其寿命。考虑箱体内零件
4、的布置及与箱体外部零件的关系，确定箱体的形状和尺寸，从而确定箱体结构。对拉刀装置的工作原理的解析，从其所需要求，确定本结构的拉刀装置。最后绘制加工中心主传动系统机械结构装配图及主要零件图。关键词加工中心；主轴；主传动系统；控制系统AbstractThetopicofthisgraduationdesignisthemechanicalstructuredesignofmaintransmissionsystemofmachiningcenter.Themechanicalmotionsystemofmachiningcenteristhefoundationtoensurethemachini
5、ngaccuracyofthemachiningcenter,especiallythemechanicalstructureofthemaintransmissionsystemoftheprecision.Therefore,themechanicalstructuredesignofthemaintransmissionisreasonable,whethercanmeettherequirementsofprecisionmachiningprecisionofthemachiningcenterisveryimportant.Thisgraduationdesign,firstly,
6、throughtheanalysisofthemaintypesofmaintransmissionsystem,andtheelectricspindlefusiontechnology,thedevelopmentoftransmissiondiagram,determinetheroute.Secondly,analysisofthecharacteristicsofthemaindrivesystemofmachiningcenter,systemmechanicalstructureofmaindriveformachiningcenter,dynamiccalculationpar
7、ametersofthetransmissionparts.Thenthroughthemainshafttomeettherequirementsofanalysis,suchas:rotationaccuracy,staticstiffness,vibrationresistanceofheatingandthermaldeformation,determinethemainparametersofspindle,tool,fixture,transmissionparts,bearingsandotherpartsfromthespindlemountedonthetype,number
8、,locationandinstallationpositioningmethod,determinationspindlestructure.Throughthecomparisonofbearingtypes,analysisoftheircharacteristics,determinedtomeettherequirementsofthebearing,andthenaccordingtothecalculationmethodoffatiguelifecalculation,the.Considertheboxbodypartsofthelayoutandtherelationshi
9、pwiththeoutsideoftheboxpart,determinetheshapeandsizeofthebox,soastodeterminetheboxstructure.Analysisoftheworkingprincipleofbroachdevice,requirementsfromitsneeds,determinethestructureofthebroachdevice.Finallydrawthemachiningcenterofmaintransmissionsystemofmechanicalstructureassemblyandthemainpartsoft
10、hemap.KeywordsMachiningCenterSpindleMainDriveSystemControlSystem目录摘要IAbstractII1绪论11.1加工中心的组成11.2加工中心的特点22确定主传动系统设计方案，拟定传动原理图32.1确定设计方案32.1.1加工中心主传动系统简介32.1.2对加工中心主传动系统的要求32.2拟定传动原理图42.2.1主传动系统主要类型42.2.2拟定传动原理图53运动设计和动力设计73.1运动设计73.1.1传动方案设计73.1.2转速调速范围73.1.3根据计算得出三个档次速度变化组73.1.4结构式采用73.1.5绘制转速图73.1
11、.6确定变速组齿轮齿数83.1.7传动系统图83.1.8带轮设计83.1.9计算带的张紧力F0作用在轴上的压轴力FQ103.2动力设计113.2.1传动件的计算转速113.2.2计算各传动轴的输出功率123.2.3计算各传动轴的扭矩123.2.4轴径设计及键的选取123.2.5计算齿轮模数133.2.6齿轮校核154主轴和轴的结构设计、精度设计和刚度设计174.1主轴的要求174.1.1旋转精度174.1.2静刚度174.1.3抗振性174.1.4升温和热变形174.1.5耐磨性184.1.6材料和热处理184.1.7主轴的结构184.2主要参数的确定194.2.1主轴前轴颈直径D1的选取19
12、4.2.2主轴内孔直径d的确定194.2.3主轴前端悬伸量a的确定194.2.4主轴主要支承间跨距L的确定204.3主轴的构造224.4轴上零件的定位224.4.1零件的轴向定位224.4.2零件的周向定位234.5主轴的校核234.5.1主轴按扭转强度校核234.5.2主轴的扭转刚度校核244.6主轴的主轴组件的刚度验算245轴承选用与寿命计算285.1滚动轴承的主要类型、性能与特点285.1.1向心轴承285.1.2推力轴承285.1.3滚子动轴承285.2轴承的选取315.3寿命计算325.3.1基本额定寿命和基本额定动载荷325.3.2滚动轴承疲劳寿命计算的基本公式326主轴箱体结构设
13、计和精度设计356.1箱体基本知识356.1.1箱体的主要功能356.1.2箱体的分类356.2设计的主要问题和设计要求356.2.1满足强度和刚度要求356.2.2散热性能和热变形问题366.2.3结构设计合理366.2.4工艺性好366.3主轴箱体结构设计366.3.1箱体的毛坯、材料及热处理366.3.2箱体结构参数的选择377刀具夹紧装置设计407.1刀具自动夹紧机构407.2刀具夹紧装置的工作原理408绘制主传动系统装配图和零件图41结论43致谢44参考文献451绪论1.1加工中心的组成如今加工中心有很多种形状结构，因此它的类型也比较多。类型不同但是都具备这几个主要部份：（1）基础部
14、件床身、立柱、工作台等大件是加工中心的基础部件也是底子部件。有铸铁件与焊接的钢结构件的基础部件要有较高的静动刚度，因为它要承受机床的静载荷以及切削时的切削负载。因此基础部件是质地体积比较大的。（2）主轴部件主轴部分以主轴箱、主轴电机、主轴以及主轴轴承等等零件构成。数控系统控制主轴的开动、休止以及转速。用作切削刀具安装在主轴上。在切削加工里，主轴部件是机床的关键部件以及功率输出部件，影响加工中心性能较大的是主轴部件的结构的好坏。（3）控制系统CNC、可编程序控制器、伺服驱动、电机等组成加工中心的数控系统进行顺序控制和加工进程控制的焦点就是数控部份。（4） 伺服系统加工中心移动部件的移动是由数控系
15、统的信号转换而来的。这种转换工作就是伺服系统的作用。加工中心的加工精度和表面质量以及加工效率都是由伺服系统的性能决定的。加工中心广泛选用半闭环、闭环以及混合环的控制式样。（5）自动换刀装置把零件自动多道工序加工以及自动换刀装置，都是加工中心和一般数控机床的最大不同。它主要是以刀库，机械手、驱动机构等等部分构成。（6）辅助系统它包括润滑，冷却，切割，保护，液压和随机检测系统等。对加工效能和加工精度以及可靠性起保护功用的辅助系统是不能去掉的，即使它不直接的参加切削加工。（7）自动托盘更换系统当前有些机床，有能在工作台上进行加工和能在工作台外进行装卸的二个工件托盘，而且这二个托盘还能实现自动交换。这
16、二个托盘有减小辅助时间和加大加工效率的作用。是因为工件一个托盘加工后和新的零件加工之前，进行主动互换托盘。1.2加工中心的特点(1)加工精度高机床在加工时指令是以数字方式给出的。通常0.0001毫米是数控装置的脉冲当量，数控装置主要补偿反向间隔（进给传动链产生）和螺距误差（丝杠产生），所以加工精度高和质量稳定性好是加工中心的特点。(2)表面质量好机床无级调速的是主轴转速和各轴进给量。更有甚者，工件材质和刀具以及刀具参数的变化进行调整到最佳的切削参数的自适应控制功能的加工中心也是有的，这种机床各加工表面的质量得到很好地提高。(3)生产效率高机动时间与辅助时间组成零件的加工时间。通常加工中心的生产
17、率远远高于普通机床，也是它能把机动时间和辅助时间尽可能减小的原因。(4)自动化程度高加工中心自动完成预编程。此外，操作面板的处理部分，关键过程测量和观察中间机器操作，在机器的其他行动之前的加工是自动的，连续的。在加工时，劳动强度和紧张程度可以尽可能的减小，因为琐碎沉重重复的手工操作已经不需要了，工作条件得到提高很大。(5)有利于生产管理的现代化加工中心既可以管理工件夹具和半成品，又可以简化检验。对于加工工时加工中心也可以精准的计算。这些特点有利于生产管理的现代化。2确定主传动系统设计方案，拟定传动原理图2.1确定设计方案。5轴承选用与寿命计算5.1滚动轴承的主要类型、性能与特点依据滚动体的形状
18、，滚动轴承有球轴承和滚子轴承二种分类。依据接触角的大小以及所能承受载荷的方向，轴承可分为：向心轴承和推力轴承。5.1.1向心轴承：向心轴承的公称接触角的范围是：045，向心轴承又可细分为：径向接触轴承和向心角接触轴承。（1）径向接触轴承是指公称接触角0的向心轴承。它只可以承受径向载荷，例如圆柱滚子轴承。但是公称接触角0的球轴承，既主要能承受径向载荷，又能承受较小的轴向载荷。（2）向心角接触轴承是指公称接触角045的向心轴承。它可以同时承受径向载荷与单向的轴向载荷，例如角接触球轴承和圆锥滚子轴承。5.1.2推力轴承：推力轴承公称接触角范围是：4590，推力轴承可以再分为：轴向接触轴承、推力角接触
19、轴承。（1）轴向接触轴承是公称接触角90的推力轴承。它只能承受轴向载荷；(2）推力角接触轴承是公称接触角的范围是45到90。它主要承受较大的轴向载荷，并且也承受不大的径向载荷。依据自动调心的性能，轴承又可分为：自动调心轴承、非自动调心轴承。滚子轴承类型一般有很多种，通常最常用的几种滚动轴承的性能以及特点，可以参见下表。5.1.3滚子动轴承较大的径向载荷与较大的单向的轴向载荷对于滚子轴承来说都能承受，并且极限转速很低。主要适合用于转速不高和轴刚性较好的地方。一般都是成对使用并且对称安装的。因滚子轴承的内外圈可以分离，所以它的游隙可以在安装时进行调整。表5-1轴承类型结构简图以及承载方向类型代号尺
20、寸系列代号组合代号其特性双列角接触球轴承(0)(0)32333233能承受径向载荷以及双向的轴向载荷、比角接触球轴承有较大的承载能力。调心球轴承1(1)1(1)(0)222(0)32312221323一般主要承受径向载荷，但是也可以同时承受少量的双向轴向载荷。外圈滚道为球面，因此具有自动调心性能。内外圈轴线相对偏斜的角度范围是23，其主要适用于多支轴，弯曲刚度小的轴和难于精确对中的支承。调心滚子轴承222222221322233031324041213222223230231232240241常用在承受径向载荷，它的承载能力比调心球轴承约大一倍，也能承受少量的双向轴向载荷。外圈滚道为球面，因此
21、具有调心性能，内外圈轴线相对偏斜允许0.52，其适用在多支点轴、弯曲刚度小的轴，和难于精确对中的支承。推力调心滚子轴承222929394292293294能承受轴向载荷和径向载荷较大。滚子为鼓形，外圈滚道为球面，能自动调心，轴线偏斜范围是23，转速可比推力球轴承高，常用于水轮机轴和起重机转盘等圆锥滚子轴承333333333302031320222329303132302303313320322323329330331332承受较大径向载荷和单向轴向载荷且极限转速较低。内外圈能分离，因此轴承游隙可在安装时调整，一般成对使用并且对称安装。在转速不高、轴刚性较好地方使用。续表5-1双列深沟球轴承44
22、(2)2(2)34243主要承受径向载荷，也能承双向载荷，比深沟球轴承承载能力大。推力球轴承单向555511121314511512513514推力球轴承的套圈和滚动体大多是能分离的。单向推力球轴承只能承受单向轴向载荷，它的两个圈的内孔不一样大，内径较小的是紧圈与轴配合，内孔较大的是松圈，与机座固定在一起。极限转速较低，在轴向力大并且转速较低的场合使用。双向555222324522523524双向推力轴承能承受双向轴向载荷，中间圈为紧圈与轴配合在一起，另外二个为松圈。高速时，离心力大，球和保持架之间摩擦而发热严重，所以寿命低。一般轴向载荷大、转速不高处的场合使用。深沟球轴承6666166666
23、17371819(0)0(1)0(0)2(0)3(0)461763761861916060626364主要承受径向载荷，亦可同时承受少量双向轴向载荷，工作时内外圈轴线偏斜范围是816。摩擦阻力小、极限转速高、结构简单、价格便宜等优点，应用最广泛。但承受冲击负荷能力较差。适用在高速场合，在高速状况下，能代替推力球轴承。角接触球轴承777719(1)0(0)2(0)3(0)471970727374能同时承受径向载荷和单向的轴向载荷，其公称接触角为15、25、40三种。当越大，轴向承载能力也越大。通常成对使用以及对称安装。极限转速较高。主要用于转速较高、同时承受径向和轴向载荷的场合。推力圆柱滚子轴承
24、881112811812只能承受单向轴向载荷较大。它要远远大于推力球轴承承载能力。套圈有紧圈、松圈二种。它有较低的极限转速，主要在低速重载的场合上使用。续表5-1圆柱滚子轴承外圈无挡力圆柱滚子轴承NNNNNN10(0)222(0)323(0)4N10N2N22N3N23N4只能承受径向载荷。承受载荷能力要大于比同尺寸的球轴承。它的特点是承受冲击载荷能力大，且极限转速较高。双列圆柱滚子轴承NN30NN30对轴的偏斜敏感度高，允许外圈与内圈的偏斜度较小（24)，因此只能在刚性较大的轴上上使用，并且支承座孔很好地对中。双列圆柱滚子轴承承受载荷的能力要高于单列轴承。滚针轴承NANANA484969NA
25、48NA49NA69该轴承选用数量较多的滚针作滚动体，通常情况下没有保持架。其径向结构紧凑且径向承受载荷能力大，价格低廉。不能承受轴向负荷，滚针间有摩擦，旋转精度及极限转速低，工作时不允许内、外圈轴线有偏斜等等缺点。在转速较低而径向尺寸受限制的场合使用。四点接触球轴承QJQJ(0)2(0)3QJ2QJ3它是双半内圈单列向心推力球轴承，能承受径向载荷及任一方向的轴向载荷。球与滚道通过四点接触，当径向游隙相同时轴向游隙比其他球轴承要小很多。5.2轴承的选取A.带轮的选择：因为带轮不承受轴向力，因此采用深沟球轴承。B.一轴的选取：一轴不会承受轴向力，且一轴的前后端与箱体外壁配合，配合处传动轴的轴径为
26、30毫米，因此采用深沟球轴承。C.二轴的选取：和一轴类似，然而因为工作中传动可能右误差，二轴会承受轴向力，所以二轴和外壁配合的地方选用圆锥滚子轴承。D.主轴的选取：传动系统最重要的就是主轴，所以该合理选取轴承。主轴末端至前端依次选取，前轴承选取30218型且后轴承选取为30216型。5.3寿命计算5.3.1基本额定寿命和基本额定动载荷轴承寿命是指单个滚动轴承其中一个套圈或滚动体材料第一次产生疲劳点蚀以前，一套圈相对另外一套圈能运转的转数。同一批轴承，在结构、尺寸、材料、热处理和加工等方面完全相同，在这种条件下班进行寿命实验，滚动轴承是相对离散的疲劳寿命，因此轴承标准选取基本额定寿命作为标准。基
27、本额定寿命（）指在相同条件下运转的一批相同的轴承，此中百分之九十的轴承产生疲劳点蚀前能够运转的总转数(单位：转)，或者在一定转速的条件下运转的总工作小时数。基本额定动载荷（C）是指轴承的基本额定寿命是转的状态下轴承承受的载荷值。对向心轴承来说基本额定动载荷就是指纯径向载荷，也叫做径向基本额定动载荷，以来表示。推力轴承就是指纯轴向载荷，也叫轴向基本额定动载荷，以来表示。角接触球轴承或圆锥滚子轴承是指使套圈之间只发生纯径向位移的载荷的径向分量。基本额定动载荷值因轴承的不同型号而不同，基本额定动载荷值表示不同型号轴承承载能力的大小。5.3.2滚动轴承疲劳寿命计算的基本公式图5-2轴承的载荷-寿命曲线
28、轴承的载荷-寿命曲线表示载荷P和基本额定寿命的关系。图5-2为轴承的载荷-寿命曲线图。图中曲线使用公式表达式：(转)式(5.1)式中：P为当量动载荷(N)；为寿命指数，对于球轴承3；对于滚子轴承10/3。L额定寿命，单位是转但是在现实中计算的时候，一般用小时数来表达轴承寿命：(h)式（5.2）式中：n-轴承的转速(r/min)。一般温度的变化会引起轴承硬度降低以及承载能力下降等轴承元件材料的变化。因此引入温度系数ft，请看表5-3，寿命计算公式可以修改为：(转)式（5.3）(h)式（5.4）表5-3温度系数ft轴承工作温度()1201251501752002252503003501.000.9
29、50.900.850.800.750.700.60.5疲劳寿命的校核计算的前提条件是式中：-为轴承预期计算寿命，具体参考表5-4。若当量动载荷P与转速n都已经知道，且预期计算寿命也被选取确定了，那么公式可计算出轴承理应具有的基本额定动载荷值，所以依据值选择需要轴承的型号：N表5-4推荐的轴承预期计算寿命机器类型预期计算寿命（h）不常用仪器或设备，例如闸门开闭装置等3003000短期或间断用的机械，中断使用后不会产生严重后果，例如手动机械等30008000间断使用的机械，若中断使用会使后果严重，例如发动机辅助设计、流水作业线自动传送装置、长降机、车间吊车等不常使用的机床等800012000每日8
30、小时工作利用率较高的机械，例如通常的齿轮传动、某些固定电动机等1200020000像金属切削机床、连续使用的起重机、木材加工机械、印刷机械等。每日8小时工作利用率不高的机械，2000030000像矿山升降机、纺织机械、泵、电机等。24小时持续作业的机械，4000060000像纤维生产或造纸设备、发电站主电机、矿井水泵、船舶浆轴等。24时持续作业的机械，如果中断使用后果严重。100000200000依据表5-4，选取一轴、二轴和主轴上轴承预期寿命是12000到20000小时。6主轴箱体结构设计和精度设计6.1箱体基本知识6.1.1箱体的主要功能(1)支承、包容以及润滑各种传动零件。像齿轮、轴、轴
31、承等运动关系与运动精度的正常运作。因此箱体可以储存润滑剂来完成各类运动零件的润滑。(2)安全保护和密封作用。保护机器操作者人生安全和箱体的零件不受外界环境的影响，还有隔振、隔热、隔音的优点。(3)机器各部分分别由独立的箱体构成，可以各成单元，加工、装配、调整和修理均是很方便的。(4)改进机器外形和协调机器占各部分比重，令整个机床造型好看。6.1.2箱体的分类根据制造方法箱体可分为：铸造箱体、焊接箱体以及其他箱体。A.铸造箱体。有时采用铸钢、铸铝合金以及铸铜等，但是一般选用铸铁。铸铁箱体的结构形状较复杂，有较好的吸振性和机加工性能等优点，因此一般在成批生产的中小型箱体中使用。B.焊接箱体。钢板、
32、型钢或铸钢件焊接形成，有结构要求较简单和生产周期较短等特点。单件小批量生产中使用，特别是焊接件可大大降低大件箱体的成本。C.其它箱体。例如冲压和注塑箱体，主要用在大批量生产的小型、轻载以及结构形状简单的箱体。6.2设计的主要问题和设计要求箱体的设计，最初要理考箱体内零件的布置和箱体外部零件间的联系，例如车床按两顶尖要求等高来选择箱体形状与尺寸，另外还需思考下列问题。6.2.1满足强度和刚度要求。满足受力较大的箱体零件的强度是很重要的问题。但是刚度才是大多数箱体评定性能的主要指标，箱体的刚度不但对传动零件的正常运作有影响，对部件的工作精度也会有影响。6.2.2散热性能和热变形问题。箱体内零件的摩
33、擦发热会影响其润滑性能使润滑油粘度发生变化，箱体产生热变形主要是温度升高的原因，对箱体的精度和强度影响最大的是不均匀分布温度产生的热变形以及热应力。6.2.3结构设计合理。支点的布置、筋的安放、开孔位置以及连接结构的设计等都对箱体的强度和刚度提高有帮助。6.2.4工艺性好。包含毛坯制造、零件的加工和热处理、装配与调整、安装和固定、运输、维护修理等等方面的工艺性。6.3主轴箱体结构设计箱体内部零件及和内部零件间的相互关系决定了箱体的形状与尺寸，这种决定箱体构造尺寸与表面造型的方法叫做结构包容法。此外还需思考外部相关零件对箱体形状和尺寸的要求条件。类比法是箱体壁厚设计通常选用的方式，即参照设计者的
34、经验或设计手册等资料提供的经验数据把同类型的产品进行比较，来选定壁厚、筋板与凸台等的安放与结构参数。方法一：借助计算机的有限元法。方法二：模型与实物进行应力或应变的测定，直接用获得的数据作为计算结果的校核方法。可以通过方法一或方法二计算重要箱体的刚度与强度。6.3.1箱体的毛坯、材料及热处理(1)箱体的毛坯：依据具体的条件进行全面分析，最后决定采用铸造毛坯或焊接毛坯。铸造很容易铸造出结构复杂的箱体毛坯，但是想要实现薄壁与大平面却较困难。焊接箱体就可以做成有薄壁和大平面的箱体。通常焊接箱体要轻于铸造箱体，但是铸造箱体具有热影响变形小、吸振能力较强、易得到较好结构刚度的优点。(2)箱体的材料：1铸
35、铁。铸铁具有流动性好和收缩较小的特点，可以做成复杂的形状与结构，因此通常大多数箱体的材料为铸铁。另一方面铸铁性动态刚性与机加工性能好，阻尼作用也强，价格也适中，如果加入合金元素可以提高铸铁的耐磨性。2铸造铝合金。它用在质量要求小并且载荷不大的箱体。一般经过热处理工艺可以得到足够的强度与较好的塑性。3钢材。有一定的强度的铸钢，它的塑性和韧性、导热性和焊接性以及机加工性能均较好。但铸造时，铸钢容易氧化和热裂。因此箱体也可以采用低碳钢板与型钢焊接而成的方法做成。(3)箱体的热处理：箱体引起变形的原因主要是铸造或是毛坯里的剩余应力造成的。为了减小箱体的变形，用热处理方法消除箱体的毛坯或粗加工后产生的残
36、余应力。常用的热处理措施有以下三类：A.热时效。在500600C状态下，铸件进行退火，就以快速降低或消除铸造件的剩余应力。B.热冲击时效。快速加热铸件，借助铸件本身产生的热应力与铸造产生的剩余应力进行叠加，原有剩余应力得以松弛。C.自然时效。为使铸件的松弛刚性获得提高和尺寸精度得以稳定，可以通过自然时效与振动时效来完成。6.3.2箱体结构参数的选择(1)壁厚表6-1铸造箱体的壁厚铸铁、铸钢以及其它材料的箱体壁厚，依据表6-1选择，上面表格N用下式计算：N=（2L+B+H）/3000（mm）式（6.1）式中：L-铸件长度（mm），L、B、H三者里，L为最大值；B-铸件宽度（mm）；H-铸件高度（
37、mm）；(2)加强筋一般在箱壁上安装加强筋，可以是箱体的刚度得到改善，尤其是它壁厚的刚度。中间短轴或中间支承在箱体中时，可以装横向筋板。筋板高度H不能超过壁厚t的（3-4）倍，如果比此值大对提高刚度无明显效果。表6-2加强筋的尺寸表(3)孔和凸台机加工要求的角度上，对于位于箱体同一轴线上内壁和外壁上的孔。当生产单件小批量时，应使孔的质量尽可能的相等；当生产大量成批时，为了刀具进入与退出的方便，外壁上孔应比内壁上孔的孔径大。大量实验及其数据证明，刚度的降低程度和孔面积成正比，即箱体壁上开的孔越大，箱体的刚度就会越小。为了增加箱体局部刚度和减少加工面，在箱壁上和孔中心线垂直的端面处增加凸台。当凸台
38、直径D与孔径d的比值D/d2同时凸台高度h与壁厚t的比值t/h2时，箱体的刚度增加较大；当比值大于2时，效果几乎看不出来。根据自己的需要，当凸台高度增大的状态下，为了使凸台的局部刚度得到改善，可以增设局部加强筋在合适的位置。(4)连接和固定结合面的接触变形，连接螺钉的变形与连接部位的局部变形等这类结合面的变形和位移主要就是箱体连接处的刚度。连接刚度获得保障，下面的问题是重点注意的：1重要的结合面的表面粗糙度Ra不应该超过3.2um，要想接触刚度越好，接触表面的粗糙度值就得越小。2联结螺钉的直径和数量的合理选择是结合面的预紧力的保障。既要使螺钉直径不能过大，并且结合面间的压强在合理范围，因此结合
39、面的实际接触面积在合理的范围里应该越小越好。3在设计联结部位结构时，联结部位结构、特点、应用。参考表6-3。表6-3联结部位的结构、特点以及应用7刀具夹紧装置设计7.1刀具自动夹紧机构在数控铣床上多采用气压或液压装夹刀具，常见的刀具自动夹紧机构主要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、气缸等组成。夹紧状态时，蝶形弹簧通过拉杆及夹头，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合；松刀时，通过气缸活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使夹头松开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，气缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。需注意的是，不同的机床，其刀具自动夹紧机构结构不同，
40、与之适应的刀柄及拉钉规格亦不同。为实现刀具在主轴上的自动装卸，主轴上必须带有刀具的自动卡紧机构，通常刀杆都是采用7：24的大锥柄和主轴锥孔配合定心，从而保证刀具回转中心每次装卡后与主轴回转中心都同轴，而且大锥度的锥柄不仅有利于定心，也为松卡带来方便。另外，主轴端面有一键块，通过它既可传递主轴的扭矩，又可用于刀具的周向定位。实现自动拉马的具体机构是由一组碟形弹簧配以一液压装置组成的。使用碟簧拉紧刀具，而用气压缸放松刀具，从而保证在工作中，即使突然断电，刀杆也不会自行松脱。7.2刀具夹紧装置的工作原理图7-1是拉刀装置的工作原理图。当刀具由人工送到7：24主轴锥孔后，刀柄后部的拉钉便被送入到主轴中
41、心的拉杆的前端，当增压气缸接收到刀具已被放入主轴锥孔的信号时，增压气缸活塞推杆便向上运动，拉杆在碟形弹簧(在松刀时已被压缩处于储能状态)能量释放反作用力下，也跟着向上运动，拉杆前端的卡爪(卡爪在圆周方向等分割成6片)由于受到卡爪弹簧的紧箍力作用，而与拉杆紧紧相连，因此弹簧卡爪也跟着向上运动，卡爪末端从35mm开放的圆柱孔经过锥孔进入27mm的主轴圆柱孔，6片卡爪在27mm的主轴圆柱孔中缩小了直径，从而抱住拉钉，同时把拉钉向上拉。由于碟形弹簧力一直作用在拉杆上，所以拉钉一直被紧紧拉住(该拉力大约2万N左右)。当增压气缸接到准备取走主轴锥孔内的刀具信号时，增压气缸活塞推杆便向下运动，克服碟形弹簧反
42、作用力，把拉杆向下推，卡爪末端从27mm圆柱孔经过内锥孔进入开放的35mm圆柱孔内，此时6片卡爪由于弹簧的作用向外扩张，就能把刀具从主轴上取走。因此我们可设计两个控制按钮来实现。图7-1主轴自动松刀装配图图7-28绘制主传动系统装配图和零件图图8-1机床结构简图图8-2装配图结论电动机功率的确定主要由主运动决定：借助估算公式P=，主电机功率选取7kw，则主电机转速为1500r/min到4500r/min.加工中心主传动的设计：1）选定公比、变速组、传动副数目以及传动顺序方案和扩大顺序方案，采用三级传动的结构方案，以及转速图的拟定。2）基本变速组、第一扩大组的模数相等，用计算法选择齿轮的齿数。第
43、二扩大组的模数不相等，但是可以依据各齿轮副的中心距相等来确定它的齿数。3）主传动布局整体流线型结构；变速方式是齿轮孔盘变速；开停装置采用直接控制电机开停装置；制动装置选用电磁离合器制动；换向装置选用电机的正反转；轴与齿轮的计算转速的确定：齿轮的设计：确定=36,=50所需要的模数，m=2.5/3.5验算齿根弯曲强度，经计算满足强度要求；主轴组件的计算：1主轴组件结构参数的选定。包含主轴直径D、内径d、悬伸量a以及支承跨距L等。=90mm，d=35mm,a=80mm,=227mm,=250mm。2主轴结构以及组件的放置。一般刚度要求满足的主轴也必然强度要求也满足，因此主轴的验算主要是刚度的验算。
44、通过验算主轴组件的刚度，满足强度要求。弯曲刚度和扭转刚度是刚度的两种类型。我们把直径相差不多而且计算精度要求也不高的轴当做等径轴，采用平均直径法即各个直径的和除以直径数计算。因此可以把轴简化为简支梁，且此简支梁在载荷集中的情况下。致谢主要参考文献1杨叔子.机械加工工艺师手册M.北京：机械工业出版社，20022成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002.3汪恺.机械设计标准应用手册M.北京:机械工业出版社,1997.4杨汝清.现代机械设计系统与结构M.上海:上海科学技术文献出版社,2000.5杨黎明等主编.机械零件设计手册M.北京：国防工业出版社，1987.6浦炎主编.机械传动装置设计手册M:上册.北京：机械工业出版社，1999.7成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002.8邢邦生计算机绘图M.高等教育出版社，20109何铭新机械制图M.高等教育出版社，200310朱文坚.黄平，吴昌林.机械设计M.北京：高等教育出版社，2005.11徐新才.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，1992.12邱宣怀.机械设计,第四版.北京：高等教育出版社，201113陈秀宁、施高义.机械设计课程设计,第四版.北京：高等教育出版社，200714孙恒.机械原理,第七版.北京：高等教育出版社，2006.515裘建新.机械