立式数控铣床主轴部件设计毕业设计论文.docx

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1、下载原文可修改文字和底色颜色查看原文南通纺织职业技术学院毕业设计XK100立式数控铳床主轴部件设计班级专业教学系指导老师学生毕业设计（论文）选题表所在系姓名专业选题类型规定题目自拟题目是题目XKlOO立式数控铳床主轴部件设计本设计（论文）产生背景及相关目标要点2007年2月，我进入南通迪蒙斯巴克精密机械制造有限公司实习，在公司主要是设计电火花和线切割机床的设计；在实习期间还改造了一台铳床，对原有铳床的主轴部件重新设计，用原有的主轴箱，铳床的型号为XK100,主轴达到的技术要求：转速40rmin4000rmin,换刀时间为0.6s。根据设计要求，确定电机的类型；选择合适的传动比，满足主轴的转速要

2、求；对一些常用的铳床选择BT50刀柄和拉抓;主轴的变速通过离合器的得电和失电控制齿轮的啮合,当离合器得电时，与其相连的齿轮处于非工作状态，当离合器失电时，与其相连的齿轮处于工作状态。己有的准备工作：岗位实践三个月；企业技术资料；学校图书管资料；企业导师提供资料。参考资料:1孔凌嘉、王晓力主编.机械设计.北京理工大学出版社，20002文杯兴主编.数控铳床设计.化学工业出版社，20063王爱玲主编.现代数控机床.国防工业出版社，20034王文斌主编.机械设计手册新版第2卷及第三卷.机械工业出版社，20055陈心昭主编.现代适用机床设计手册.机械出版社,2006指导教师意见：签名年月日年月日学生姓名

3、专业数控技术应用班级联系方式指导教IJ巾职称工作单位联系方式：电话及E-mail设计（论文）题目：XKlOO立式数控铳床主轴部件设计任务、目的与要求：了解公司原来数控铳床的结构，在原有的基础上对主轴部件进行重新设计。主轴要达到的性能：转速为40rmin-4000rmin,换刀时间为0.6s；根据典型的切削工艺求得主轴需要的切削功率，根据切削功率p,与主运动传动链的总效率n确定机床传动的功率P=5.4KW,然后，根据机床传递的功率P来选择电机的类型。为了满足主轴的转速要求，选择合适的传动比和轴承。参考资料：1孔凌嘉、王晓力主编.机械设计.北京理工大学出版社，2文杯兴主编.数控铳床设计.化学工业出

4、版社，20063王爱玲主编.现代数控机床.国防工业出版社，20034王文斌主编.机械设计手册新版第2卷及第三卷.机械工业出版社，5陈心昭主编.现代适用机床设计手册.机械出版社，2006进度安排：自*年2月28日起至*年6月1日止，共计13周。具体安排如下：1、调研、搜集资料，论文提纲或设计方案确定2月283月20日2、完成论文初稿或初步设计，通过第二次检查3月21日5月10日3、修改并完善毕业设计（论文），通过第三次检查，定稿、装订5月31日4、通过毕业设计（论文）审核，准备答辩6月2日教研室审核教学系审核毕业设计（论文）过程检查情况记录表学生姓名：学号所在系：班级：.题目：XKloo立式数控

5、铳床主轴部件设计指导老师：检查指导顺序检查指导内容检查指导意见指导教师签名检查指导日期第一次（开题检查）检查学生的设计开题方案或论文提纲，并对是否同意开题提出意见第二次（初稿检查）审阅学生论文初稿或初步设计，提出修改意见第三次（论文设计完善）审阅学生完成的设计（论文）对：稿提出修改、完善意见第四次（正稿核定）审核学生的设计（论文）正稿，提出定稿意见毕业论文开题报告书20*20*学年机电系.专业学号姓名专业企业导师学校导师开题日期填表日期20*年3月9日毕业论文题目XKlOO立式数控铳床主轴部件设计毕业设计（论文）的内容和要求数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通讯

6、技术于一体，是典型的机电一体化产品，他的发展和运用，开创了制造业的新时代，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，他实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。数控铳床主轴部件是传动系统中最重要的结构。本文根据公司生产加工需要改装一台铳床，并对主轴部件进行重新设计，要求主轴达到的技术要求：转速范围40r/min4000rmin,自动换刀时间0.6s,根据典型的切削工艺可以求得主轴所传递的功率为5.4KWoXKlOO铳床采用无级加有级的变速，为了能够满足主轴的转速要求选择合适的传动比和交流调频电机。主轴的变速靠离合器的得电和失电选择齿轮的啮合，实现增速传动或

7、减速传动，最终使得主轴能够获得最高转速4000rmino内容包括：1、电机的选择2、轴类零件的设计3、齿轮传动设计与计算4、轴承的设计与计算5、圆弧齿同步带的设计6、碟形弹簧的设计7、拉杆的设计8、拉抓和打刀缸的选择论文包括设计图纸、设计说明书、电子文档各一份课题的研究思路和方法、工作方案通过对数控铳床的拆装和测绘，熟悉了数控铳床传动系统的基本结构。查阅相关资料，了解铳床主轴部件的设计方法，对主轴、轴承、齿轮、带轮弹簧等部件进行了设计。对设计内容进行归纳、整理，完成图纸、毕业设计说明书及相关文档。毕业设计（论文）进度计划起讫日期工作内容备注20*.2.27-20*.3.520*.3.6-20*

8、.3.920*.3.10-20*.3.1320*.3.14-20*.3.2520*.3.2-20*.4.1020*.4.11-20*.4.2520*.4.26-20*.5.220*.5.3-20*.5.2220*.5.23-20*.5.27搜集资料，确定论文的题目确定题目：XKIOo立式数控铳床主轴部件的设计完成开题报告拆装和测绘铳床主轴部件，熟悉铳床传动部件的基本结构完成电机的选择和轴类零件的设计，并画出轴的零件图.完成齿轮、带轮和蝶形弹簧的设计，并画出齿轮的零件图。完成打刀缸、拉抓的选择和传动系统的润滑方式，同时完成装配图。完成论文的初稿对论文的初稿进行修改，完善零件的设计方案，最终定稿。

9、完善毕业论文，准备答辩其它参考文献1孔凌嘉、王晓力主编.机械设计.北京理工大学出版社，2文杯兴主编.数控铳床设计.化学工业出版社，20063王爱玲主编.现代数控机床.国防工业出版社，20034王文斌主编.机械设计手册新版第2卷及第三卷.机械工业出版社,5陈心昭主编.现代适用机床设计手册.机械出版社，2006第一章数控铳床的介绍41.1 数控铳床的主要功能41.2 数控铳床的主要特点5第二章总体设计方案7第三章电机的选择73.1 确定主轴传动功率73.2 电机的选择83.3 主轴的变速过程9第四章轴类零件的设计104.1 轴的设计概述104.2 主轴主要结构参数的确定104.3 轴的结构设计13

10、4.4 主轴刚度的计算15第五章齿轮传动设计与计算175.1 主要参数的选择175.2 齿轮的设计与计算17第六章轴承的设计与计算206.1 轴承当量动载荷的计算206.2 验算两轴承的寿命22第七章圆弧齿同步带的设计227.1 确定圆弧齿同步带的基本参数227.2 确定带的中心距237.3 选择带的类型24第八章碟形弹簧的设计258.1 碟形弹簧的结构尺寸25268. 2弹簧的许用应力和疲劳极限8 .3碟形弹簧的设计与计算279 .4碟形弹簧的校核28第九章拉杆的设计309.1 确定拉杆的直径309.2 确定拉杆的长度30第十章拉抓和打刀缸的选择3110.1 拉抓的选择3110.2 打刀缸的

11、选择31小结32参考文献33摘要本文根据公司生产加工需要改装一台铳床，主要用于铳削平面和钻孔,对主轴部件进行重新设计，但仍要用原来的主轴箱，要求主轴的转速范围为40r/min4000rmin,查机械设计手册确定典型的切削工艺可以求得主轴的切削功率为4.3KW,根据切削功率p,与主运动传动链的总效率n确定机床传动的功率P=5.4KW,然后，根据机床传递的功率P来选择电机的类型。为了满足主轴的转速要求，选择合适的传动比和轴承。关键词铳床主轴设计校核第一章数控铳床的介绍数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通讯技术于一体，是典型的机电一体化产品，他的发展和运用，开创了制造

12、业的新时代，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，他实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。数控铳床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铳床、数控像床的基础上产生的，两者都离不开铳削方式。由于数控铳削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软16P,1000vn160D160Sz7n10120010-20.90.74)tSzHBZn190o2090.74190190P切4.30.8Iinndtax,fRdPfRdPNbniniD23-/)/64d4(r)/64DK空

13、/K实K实dvc*maxLO1.Oa1.OmaxP6 5.44D7DsZ)DxD.oDd+42+/ddn5015.5+7221.2+7538+78209+8036+9225+9528.3373nminVminIooOX603.1410040100060尸切。325.7x10396237330(J4-4)30(78.64-324)仇以十%)d25.7l()3966d621050.05x(78.64-324)d0008aCYHIimI2CTWIim22Cyfe2bFE2aYYlnYYlnOO2cos621500.9744mJD2.5(1.78+1)ZlZZZWZ+ZJ2.5x(42+75)2a21

14、50im21Z1 42fZl42COS30.9753Z275COS30.9753匕匕2ysslN2jLhNNj99NMy.V.YnzSFYnOFlimOF-F匕 6im 086x640SF 14VN2bwm088x620HlZ2.5x42COs0.975HlZ2.5x75CoS00.975babxZ?2llb，IimlCF/im2SHNN2ZNlZn2Zn。.086x850SHBZMhmO.88x85Ob2s1.2Za1.4x3.438x1()4I786+1)V38107.721.786Ch(ThV-d3.14x107.7x4000Mi60100060x10003.14x192.3x4000“

15、a260100060x1000P_VrDn1000603.1410012001000 60P皂 7 628Fh中一邛S2aLFW373L96F1Fri0.222Y2x1,421,4S2FS2F凡239Fh6221y1HfpX1FhFfllFa239FnL08f也fCe1。61x6110/31.lohl60P160x12005.2也/C.K)61X17510/31.,o260hp26012001.62PdPdkAPkAkAPdkAPPbPdzZ m inzZ2ZlZ1 ph 23x8da dd2da2d2-2d11乃x58.57x150060x1000601000&diLo Clo 2 di以一

16、公24 41.pza1.pJ1d2aM2-32(62-J1)2129652-32(117.14-58.57)2bedd6aZi117.14-58.576159.37P。P。PdkLk：p.kLkLZkzZmk.15iiqV0.8xlx2.5b.bfDDoD-d酒dHo鼠fHothoHo鼠o鼠鼠oF.F2Cj omO OM6H。凡F1鼠H0鼠(JuCuiD1007MrFco5o542.061056322ci-0.34686oo2zn2.2F2343001i6FCl47105鼠QC=17.7,取i=18片0.48对合碟簧组的总自由高度为H=iHO=I8X8.2=147.6mm承受载荷3.5吨时的高

17、度H.=Hz-zl=147.6180.48=138.96mm8.4碟形弹簧的校核1、由F尸2求、f2根据上面的计算知：7c=1.47lQsN闺N_._2000nm厂/厂34300n“因此FJFr=0.03FJFr=7=0.231.47101.471Q按照包=0.4,查图5-1得到f/九=f=0.22由此f=0.03鼠=0032.2=0.066mmf,=0.22鼠=0.22X2.2=0.48mm3、疲劳破坏的关键部位由亿良=O.64和C=1.96,查图83得，疲劳强度破坏的关键部位在二点lor4 TK 或 /IOTC=DZd图83碟簧疲劳破坏的关键部位4、计算应力b并检验碟簧寿命当/=0.066

18、mm时，由下式得：=-4x206x06X1.6XX(1.61.21111-0.30-686100622O12(-)-1.362Mpa=55.34Mpa626当了,=0.22时，由下式得:二言品KTKK当W)KJ=-4x206x0X6X1.6X1.6X1.2111X1030-686X100622O22(-)-1.362Mpa=200.7Mpa62x6碟簧的计算应力幅为zy=zy-C=200.655.34=145.26MpaaLZmaxLZmin1由图52b查得：当C.=55.34Mpa,寿命2X1()6时的=720Mpa厂min工rmax工即疲劳强度应力幅为z-r=rrr=72055.34=66

19、4.66MpaVxrayVmaXrmn1即bb,7能够满足无限寿命的要求。至此碟型弹簧的设计与校核已全部完成，选用A型，、支承面、共18片对合组合的碟型弹簧。第九章拉杆的设计在铳床主轴内有松卡刀装置，结构从主轴前端到末端分别是拉抓，拉杆，一组碟形弹簧，锁紧螺母，打刀缸。其中拉杆，一组碟形弹簧，锁紧螺母组合在一起，然后与拉抓通过螺纹连接。抓刀时，打刀缸不工作，靠施加在叠簧上的力拉紧刀具；松刀时，打刀缸工作推动拉杆向前运动，推动拉抓，拉抓从主轴孔前端向前运动松开，实现换刀动作。9.1 确定拉杆的直径拉杆前端与拉抓通过螺纹连接，BT50拉抓前端是M25X1.5的外螺纹，因此拉抓必须是M22X1.5的

20、内螺纹，如图2-1所示，取1处的直径QI=28mm,图91拉杆结构图2处的直径根据碟形弹簧的型号确定，因为碟形弹簧所承受的力和大，为了满足刚性要求取2处的直径。产51mm,碟形弹簧选择651的内径。3处主要是装锁紧螺母和压板，通过锁紧螺母预紧弹簧，为了安装方便，3处的直径比2处小23mm,故取3处的外螺纹为M48X1.5,4处是当打刀缸工作时，打杆的接触面，没有什么特殊的要求，只须外径比打杆稍大一些，此处取JJ4=26mm9.2 确定拉杆的长度2处装碟形弹簧，有弹簧的设计与计算只，碟簧总自由高度为111.6mm,碟簧要用锁紧螺母预紧，因此取2处长度Lz=Iio即可；3初的长度因锁紧螺母的宽度2

21、0mm+压板的宽度Iomm,故取3处长度L3=38mm;4处的长度没有特别的要求，取L=6mm;1处的长度根据主轴箱的结构要求而定，主轴箱上下两个面的距离为550,同时拉杆前端还与BT50拉抓连接装入主轴中，因此根据主轴部件的装配关系取L=37Omm至此拉杆的主要尺寸已经确定完，见零件图XKlOO-10-207第十章拉抓和打刀缸的选择本文设计的铳床是针对公司的生产加工需要，主要是用于铳削平面和钻孔，所以在设计的时候应该参照一般数控铳床的设计要求，选择合适的外购件，不仅可以节省费用，同时还减低了设计的要求，使得设计更简单。10.1 拉抓的选择一般的刀柄有BT30、BT40、BT50、ER50等，

22、在众多的刀柄中，最常用的是BT50的刀。，铳床主轴的结构已经形成了一个设计库，设计者可以根据自己的需要选择合适的结构，通常一般的铳床内孔采用7：24的锥度，便于刀具的定位和换刀，用BT50刀柄和7：24的锥度配合使用，操作方便，同时也好购买刀具。铳床在工作状态下拉抓拉紧刀柄，与BT50刀柄配合使用的是BT50拉抓，BT50拉抓带有M22X1.5的外螺纹与拉杆连接，拉紧刀柄，通常需要3.5t的力将刀柄拉紧。10.2 打刀缸的选择打刀缸其实就是一种增压缸，将压缩空气的压力能转化高的推力输出。打刀缸的系列很多，我们公司使用的是“上海健椿机械有限公司”生产的KTL系列打刀缸，也称KTL系列增压缸。KT

23、L系列增压缸为一中气液转换增压缸。具有增压比大，动作时间短，动力来源取得方便，无油压系统温升困扰等优点，主要用于数控铳床、加工中心机床的松刀系统。对于BT50主轴，通常选用KTL450A/KTL600型增压缸，对于BT50拉抓需要3.5t的力就可以拉紧，因此选择KTL450A型增压缸即可，可以将5公斤的力转换成3815N的力。对与一般的铳床选择BT50刀柄拉抓和适合于BT50的KTL450A型的打刀缸，这样不仅满足了要求，同时在维护、购买、操作上都非常的方便小结本文主要设计XKlOO立式数控铳床主轴部件，对在本设计过程中的种种因素，方案均作了适当的考虑，同时采取了相应的措施,XKlOO数控铳床

24、具有很多优点，解决了很多普通铳床不能加工的零件问题，为公司节省了很多成本，但由于自己所学知识不全面，本文所设计的铳床还存在缺点，在以后的设计中需要改进，使得产品的性能够得到进一步的提高，主要缺点有以下几方面：1 .碟型弹簧在主轴箱外面，转速一高，动平衡就不好2 .主轴的轴承选择不太好，在以后的设计中要注意。3 .主轴获得的变速范围较小，影响加工范围4 .XKlOO立式数控铳床多用于加工铝件、一些钢件在以后的设计中要重新考虑一些参数，是的铳床的加工范围更广、性能更好。经过几个月的实习，毕业论文终于可以画上一个句号了，回想实习的这几个月，有苦也有甜,但是在实习的几个月里，学到了很多知识，同时也发自

25、己知识面不够广,在以后的工作中要进一步的学习。刚开始选题的时候，对铳床的结构一点都不了解，也曾想过放弃。在实习的几个月里，我到图书管、网上查阅资料，以及公司里的资料，经过自己努力，师傅的帮助，终于将论文完成了。由于自己还有很多知识不懂，设计过程中考虑不全面，论文中还存在很多问题，但在XX老师的帮助和指导下，主轴部件的总体结构和论得到了进一步的完善。毕业设计是对自己大学三年所学知识的一个检验，这次论文的完成多亏企业指导老师和XX老师的指导和帮助，在此衷心的感谢你们的帮助。参考文献:孔凌嘉、王晓力主编.机械设计.北京理工大学出版社，2000文杯兴主编.数控铳床设计.化学工业出版社，2006王爱玲主编.现代数控机床.国防工业出版社，2003王文斌主编.机械设计手册新版第2卷及第3卷.机械工业出版社，2005陈心昭主编.现代实用机床设计手册.机械出版社,2006陈立得主编.机械设计基础.高等教育出版社.2000附件图纸魅麻，融JHRl5打刀缸连接板iUG-ULUUPINm1,尬5X45ZAf法兰盖我术麻LI2652三0.5X45拉杆轴承套IOJn-POl)W主轴503一。LQmxx4-M121M加1.tf2.WM主轴电机连接板小套筒大套筒而聊嚼评评惮胛叫隼聊师胃节评聊卿/IIUMMi航砥装配图