1、 12 级车床主轴箱设计 1.总论 1.1 机床概述 金属切削机床 ( Meal cutting machine tools ) 是用切削的方法将金属毛坏加工成机床零件的机器，它是制造机器的机器，所以又成“工作机”或“母机”，习惯上简称机床。 在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造，锻造，焊接，切削加工和各种加工等。切削加工是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状，尺寸和较高表面质量零件的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造 工作的 40% 60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 机
2、床的 ” 母机“属性决定了它在国民经济中的重要地位，机床工业为各 种类 型 地机 械制 造厂 提 供先 进地 制 造技 术与 优质 高 效地 机床 设备，促进机械制造工业地生产能力和工艺水平地提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备地任务，即为工业，农业，交通运输业，科研和国防等部门提各种机器，仪器，和工具为适应现代化建设地需要，必须大力发展机械制造工业，机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础。机床工业则是机械制造工业的基础。一个国家机床 工业水平，在很大程度上标准着这个国家的工业生产能 力和科学水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。 金属切削机床
3、是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的。最原始的机床是依靠双手的往复运动，在工件上钻孔。最初的加工对象是木料。为加工回转体，出现了依靠人力使工件往复回转的原始车床，在原始加工阶段，人既是提供机床的动力，又是操纵者。当加工对象由木料逐步过渡到金属时，车圆 .钻孔等要求增大动力。于是就是逐渐出现了水力，风力和畜力等驱动的机床。随着生产发展的需要， 15 16 世纪出现了铣床和磨床。本次重点设计车床。 1.2 车床种类及功用 车床的种类很多，按其结构和用途，主要分为以下几类：卧式车床和落地车床立式车床转塔车床单轴和多轴自动和半自动车床仿型车床和多刀车床数控车床和车
4、削中心各种专门化车床。 卧式车床地工艺范围很广，能进行多种表面地加工：各种轴类 .套类和盘类零件上地回转表面，如车削内外圆柱面，圆锥面 .环槽及成形回转面；车削螺纹还可以进行钻孔 .扩孔 .铰孔和滚花等工作。 1.3 车床的传动系统 中型车床的传动动系统较为复杂，传动原理可通 过传动框图进一步具体化。电动机经主换向机构、主变速机构拖动主轴。主换向机构主要用于切削螺纹：一刀切削结束，换向机构使主轴连同刀架一起换向，回到切削起点处，再切削第二刀。主变速机构用于变速，也是本次设计的题目，电动机经过卸荷带轮、齿轮传动至主轴。 电动机 主换向机构 主变速机构进给换向机构进给箱挂轮架图 1-1 卧式车床传
5、动框图 2.机床的初步设计 2.1 机床初步设计的主要内容 机床的初步设计主要包括：机床工艺方案的拟定；机床运动方案；机床技术参数的确定；机床总体布局的确定及方案对比； 该设计主要完成机床运动方案的拟定和技术参数的确定等工作。 2.2 机床技术参数 机床技术参数 包括主参 数和基本 参数，基本 参数指机 床的尺寸 参数，运动参数及动力参数。 2.2.1 机床尺寸参数 一般指机床的主要结构尺寸大小。机床的主要尺寸参数可查阅机床参数标准，一般尺寸可根据使用要求，参考同类型同规格机床，加以确定，设计机床的尺寸参数如下表 表 2-1 中型卧式 车床尺寸参数 2.2.2 机床运动参数 一般指成形运动和主
6、要辅助运动的参数 主轴最高转速 (r/min) maxn =1800；主轴最低转速 (r/min) minn =40 转速级数 Z=12 (1)转速范围 R 45401 8 0 0m inm ax nnR 工 件 最 大 回 转 直径 D(mm) 刀架最大工件回转直径 D1 主 轴 通孔d 最大工件长度 320 160 40 500 1000 (2)公比确定： 考虑到设计的结构复杂，程序要适中，故采用常规的扩大传动，回转级数 Z=12 由公式 R = 1z ，得 45 = 112 ，得 =1.41 查标准公比数列，取公比为 1.41 (3)主轴各级转速 各级转速数列可直接从标准数列表中查出，标
7、准数列给出了以 =1.06 的从 1 10000 的数值，因此 =1.41= 606.1 从标准数列表中找到 minn =40r/min,就可每隔 5 个数值取出一个数。 查标准数列表，可得到各级转速分别为： 40， 56， 80， 112， 160， 224， 315， 450， 630， 900， 1250， 1800 共12 个 2.2.3 机床动力参数 动力参数指动力源得大小，主要是选择电动功率和转速 目前，确定机床电动机功率的常用方法有： 类比法：对同类型机床使用的功率实际情况进行调查，进行分析对比。 估算法：按机床典型加工条件 (工艺种类，加工材料，刀具，切削用量 )进行估算。 试
8、验测定法：根据、典型的起决定作用的加工条件，在同类 (或相 似 )机床上进行切削试验，直接测定电机功率。 一般采用估算类比法相结合方法确定通用机床电机功率 (1)功率估算计算公式： 主 (垂直 )切削力 : NapfFZ 75.01900 切削功率： kwFP Z61200切电机功率： kwPPP8.0切总切 中型车床的切削参数值推荐数据如下表： 表 2-2 中型卧式车床切削参数 背吃刀量 )(mmap 进给量 )( rmmf 切削速度 )min(mV 3 0.25 75 代入数据可得： 主切削力： Na p fF Z 2 0 1 625.031 9 0 01 9 0 0 75.075.0 切
9、削功率： kwFP Z 5.26 1 2 0 0752 0 1 66 1 2 0 0 切电机功率： kwPP 2.30 .82 .5 总切参考济南一机床 C616 选择电机功率为 4kw,转速为 1500r/min，型号为：Y112M-4。 3.机床传动设计 3.1 带轮直径选择 (1)小带轮直径得确定 确定设计功率： CP PKP AC （工况系数 AK =1.3 (查设计手册 ) CP =1.3 4=5.2kw 确定带轮直径： 由 CP 和转速 n=1500/min,查普通 V 带选型图， 可知： 小d =80 100 取带轮标准直径 小d =100 (2)确定大带轮直径 大d 要求在 1
10、20的条 件下，传动比可取 371 i ,对于中型机床i =1 2.5 为宜，取 i=1.5, 设弹性滑动率： =2% 故 1 4 7)02.01(5.11 0 0)1( idd 小大 查设计手册，大带轮直径 大d =170 ，带轮比 7.1100170 i 3.2 传动方案设计 机床主传动链的设计任务是：根据选定的运动参数 .动力参数 .和传动方案，设计出经济 合理，性能先进的传动链，其设计内容是 : 拟 定结构式合结构网，拟定转速图。 3.2.1 拟定结构式 (1)拟定结构式合结构网的步骤： 确定变速组的数目合传动副数，采用滑移齿轮变速组，通常传动副数为 2 个或 3 个； 确定传动顺序方
11、案，一般应考虑传动副“前多后少”的原则； 确定扩大顺序方案，一般考虑传动路线“前密后疏”的原则； 检验最后扩大组的变速范围； 绘制结构网。 此次设计要求 12 级转速。主轴最高转速围 1800r/min.最低转速为40r/min,以此拟定结构式。 (2)确定变速组的数目和传动副数： 由于转速 12 级，传动组可以为两组，也可以为三组，有以下几种方案： 12=4 3 12=3 4 12=3 2 2 12=2 3 2 12=2 2 3 在上述 5 种方案中，第一行的优点是可省掉一根轴，缺点是采用四对变速齿轮，如用一个四联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁，结构复杂，故不采用 ,第二行的三个方案，可根据下
12、述原则选择一个最优点。在三个方案所用的电机功率相同的前提下，当转速高时，扭矩就小， 零件尺寸可以小一些。由于电动机的转速要比主轴大部分转速高，从电动机到主轴一般为降速传动，因此传动副较多的传 动变速组放在前面，小尺寸的零件多些，就可以节省材料了。所以三个方案以“ 12=3 2 2” 的传动方案为最优。 (3)确定扩大顺序： 采用 12=3 2 2 顺序，由于基本组与扩大的顺序不同，共有 6 种结构式： 631 22312 612 22312 162 22312 361 22312 214 22312 124 22312 现比较选择几种较为合理的结构式并绘制相应的结构网，由于主传动任一变速组 的最大变 速范围 108naxR 在检查变速组的 变速范 围时，只需检查最后一个扩大组。 即 m ax)1( RR nn pxn 其中： nx ：级比指数， pn：传动组的传动副数 对于方案： 081641.1 m a x)13(42 RR ， 故方案 不合理 ; 对于方案： 108841.1 m a x)12(62 RR ， 所以方案较合理。 (4)绘制结构网： 结构式： 631 22312 结构式： 612 22312 结构网： 结构网 : 结构式： 162 22312 结构式： 361 22312 结构网： 结构网： 3.2.2 绘制转速图
