1、 本科毕业设计 题目 鱼尾板铣床动力头 设计 学院 工业制造学院 专业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 2015年 5 月 11 日成都学院学士学位论文（设计） 鱼尾板铣床动力头 设计 专业：机械设计制造及其自动化学号： 摘 要 :铣削主轴箱的特点是采用通用动力头和标准主轴箱，而在主轴箱的前面组装 上根据被加工零件的工艺要求设计的专用铣削部件。 铣削头属于动力部件。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有铣削动力头、动力箱、切削头、镗刀头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 本次
2、设计的题目是鱼尾板铣床动力头设计。首先针对所要加工的零件 即鱼尾板 入手， 确定加工参数和加工要求，对 动力头总体结 构进行设计，从而确定动力头的总体布局，随后，对主轴 及主轴组件进行设计。在设 计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等要求下，完成其他 所有零件的设计。 关键词： 动力； 主轴；轴承； 轴向调节机构 ； 锁紧机构 。 成都学院学士学位论文（设计） The Design of Fishplates Milling Power Head Specialty： Machine Design When design the spindle components, the spin
3、dle is clues, and if when the rigidity, accuracy and other requirements have been met , all other parts of the design will be completed. Keywords: dynamic; spindle; bearing; axial adjusting mechanism; locking mechanism. 成都学院学士学位论文（设计） I 目 录 绪论 . 1 1 组合机床 . 2 1.1 组合机床加工方式 . 2 1.2 组合机床的发展史 . 2 1.3 组合机
4、床部件分类 . 3 1.4 组合机床的发展 . 3 1.5 组合机床在生产中的应用 . 3 2 机床总体设计 . 4 2.1 机床总体方案设计的依据 . 4 2.2 各类参数设定、计算 . 4 2.3 铣削功率和铣削力的计算 . 4 2.4 电机的选用 . 5 2.4.1 效率 . 5 2.4.2 传动比分配 . 6 2.4.3 电机参数 . 6 2.5 轴的运动参数确定 . 6 3 轴组件要求与设计计算 . 7 3.1 主轴的基本要求 . 7 3.1.1 旋转精度 . 7 3.1.2 刚度 . 8 3.1.3 抗振性 . 8 3.1.4 温升和热变形 . 9 3.1.5 耐磨性 . 9 3.
5、2 主轴组件的布局 . 9 3.2.1 适应刚度和承载能力的要求 . 10 3.2.2 适应转速要求 . 11 成都学院学士学位论文（设计） II 3.2.3 适应精度的要求 . 11 3.2.4 适应结构的要求 . 11 3.2.5 适应经济性要求 . 11 3.3 主轴结构的初步拟定 . 12 3.4 主轴的材料与热处理 . 13 3.5 主轴的技术要求 . 14 3.6 主轴直径的选择 . 14 3.7 主轴前支承轴承的选择 . 15 3.8 主轴前端悬伸量 . 15 3.9 主轴支承跨距 . 16 3.10 主轴结构图 . 17 3.11 主轴组件的验算 . 17 3.12 各轴的设计
6、计算 . 18 4 主轴组件相关部件 . 23 4.1 主轴轴承的润滑 . 23 4.2 主轴组件的密封 . 23 4.2.1 主轴组件密封装置的类型 . 23 4.2.2 主轴组件密封装置的选择 . 23 4.4 挡圈 . 24 4.5 前、后支承的轴承盖 . 24 4.6 主轴用套筒及其锁紧部分 . 25 4.7 主轴组件轴向调节机构 . 26 4.8 锥齿轮设计计算 . 26 4.9 V 带传动及带轮选择计算 . 27 3.10 直齿轮设计计算 . 28 结论 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 35 成都学院学士学位论文（设计） 1 绪论 机械制造 行 业在国民经济中占有重要的地位
7、，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等 各个 部门提供各种 生活、 生产设备、仪器仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造设备。机械制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。 机械制造业的生产能力和制造水平，主要 取决于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削机床， 精密零件的加工，主要依赖切削加工 精密性的提高来达到 所需要的精度。金属切削机床所担负的工作量约占机器制造总工作量的 40%60%，金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质
8、量和劳动生产率。显然，金属切削机床 及生产水平能力 在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。 纵观几十年来的历史，机械制造业从早期 通过不断降低成本来在同行中进行市场 竞争，经过 20 世纪 70 年代、 80 年代发展到 20 世纪 90 年代乃至 21 世纪初的 通过生产新型产品 的竞争。目前，我国 已经加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来， 同时 我国机械制造业面临严峻的挑战，也面临着新的形势：知识 技术 产品 这一链条 的更新周期越来越短，产品的批量越来越小，产品的性能和质量要求越来越高， 更多的是对产品需求的实用性与经济性，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强，因而以快速 制造
9、 产品 为代表的先进制造技术是制造业 对市场快速进行响应 、不断 通过设计和优化 推出新产品、赢得竞争、 在行业中 求得生存和发展的主要手段。 金属切削机床中的组合机床， 是根据工件的加工需求，通过大量通用部件为基础，配以少量专用部件组装而 成的一种高 效专用机床。它具有：生产率高 ，快速生产市场所需产品 ；加工精度稳定；研究周期短，便于设计、制造和使用维护，同时也降低了极大的成本，给公司更大的空间研究发展；配置灵活强，很多都能够采用通用的部件，只需要组装 。 也 正是由于这些特点的存在，决定了组合机床在当今新形势下仍能 在 汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车灯轻工行业和机床、
10、机车、工程机械等 行业和 制造业 充分得到应用 。 成都学院学士学位论文（设计） 2 1 组合机床 1.1 组合机床加工方式 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式， 极大的提高了生产效率，行业的竞争极大部分就是取决于厂家生产效率， 生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能 极大的 缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有 成本低和效率高 的优点，在 大量、大批 生产 活动 中 能够 得到广泛应用，并可用以组成 自动生产线，极大的降低了人力物力成本。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。 加工过程中，工件一般不做旋转
11、运动，而通常是由主轴的旋转运动带动刀具的旋转运动，以及通过主轴来实现刀具和工件的相对进给运动，以此 来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗 孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等 各种工艺流程 。 当然也有组合机床采用的是用车削头夹持工件让其做旋转运动，而刀具作进给运动，也可以实现对一些具有回转体加工类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆以及断面加工。 1.2 组合机床的发展史 二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达 0.05mm1000mm，表面粗糙度可低达 2.50.63mm；镗孔精
12、度可达 IT76 级，孔距精度可达 0.030.02mm。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因为重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工 生产 汽车零 部件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准 。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修， 1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则， 增加了用户和厂家的交互性， 即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 从最近的仅是市场动态来看，汽车用户可以直接从公司购 买零部
13、件对车进行维护，也充分表明成都学院学士学位论文（设计） 3 了这点。 1.3 组合机床部件分类 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类 。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装
14、置等。 1.4 组合机床的发展 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组 生产 技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工， 通过同时加工几个工件相同部位，或者不同工件相似工位 以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产 节奏 ；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系 统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。 1.5 组合机床在生产中的应用 此次设计的是鱼尾板铣削动力头。首先对机床进行总体设计，确定总体方案后得到机床总体布局图；再着重进行主轴
15、组件的设计，其中包括主轴的设计、 轴承 的选取、主轴轴向移动机构和主轴锁紧机构等的设计。 能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 成都学院学士学位论文（设计） 4 2 机床总体设计 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 要通过 全面的、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。 2.1 机床总体方案设计的依据 工件 工件时机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和加工要求。本次毕业设计要求设计一台组合机床，用于加工鱼尾板的两侧面 ，工件材料为低碳钢， 生产批量为大批量，铸
16、造毛坯。 2.2 各类参数设定、计算 铣削深度： t=3.5mm. 铣削宽度： B=50150mm. 刀具选用 选用直角套式面铣刀，规格如下 D=（ 1.11.6） B 125mm. (2-1) 取铣刀参数： L=40mm d=40mm L1=34mm D1=115mm =10 r=15 an=12 Z=10 工件为低碳钢，刀具选取硬质合金钢铣刀。 铣削速度 Vc=60150m/min n=1000VD = 1000（ 60150）125 =150380r/min (2-2) 取 500r/min 2.3 铣削功率和铣削力的计算 Kp= ( b75)0.3 = ( 5275 )0.3 = 0.
17、89595(2-3) 成都学院学士学位论文（设计） 5 式中 Kp 铣削功率修正系数； b 许用应力 e= 0.5d0 = 0.5125= 62.5mm.(2-4) 式中 e 切削宽度 f = 0.1mm/z p = 3.5mm Z = 10 n=200r/min 式 中 f 背吃 刀量 ； p 切削深度； Z 齿数 铣削功率 Pm = 42.410-5Kpd 0-0.3ef0.75p1.1Zn00.8（ 2-5） Pm = 42.410-50.89595125-0.3500.10.753.51.1102000.8 Pm = 2.333kw 式中 d0 刀具直径 2.4 电机的选用 变频电机一
18、般选择 4级 电机，基频工作点设计在 50Hz。 低频： 050Hz； 转速： 01480r/min.恒转矩运行。 高频： 50100Hz； 转速： 14802800r/min.恒功率运行。 调速范围为 02800r/min 选择频率： 2575Hz段，则调速范围为 7502250r/min。 2.4.1 效率 V带传动效率：带 = 0.96 滚动轴承效率：轴承 = 0.98 齿 轮传动效率：齿 =0.96 则总效率： = 2 带 2 轴承 齿轮 = 0.8497 P 电 = Pm= 2.3330.8497 =2.74567 kw. 取 P 电 = 3 kw 因为 选择一个一级 带轮 传动和一级齿轮传动 ，所以 应选取一个可以承受扭矩的电机 。
