1、安徽工程大学 毕业设计（论文） - 1 - C6163 普通车床主轴箱的设计 摘 要 ： 车类机床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成型回转表面和回转体的端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于多数机器零件具有回转表面、车床的通用性又较广，因此在机器制造厂中，车床的应用机器广泛，在金属切削机床中所占比重较大，约占机床总台数的 20%-35%。作为主要的车削加工机床， C6163 车床也广泛应用于机械加工行业中，适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其他旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作，车身宽于一般车床，具有较高 的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐
2、用。机床主轴孔径大、操作灵便集中、溜板设有滑移机构。机床结构刚度和传动刚度均比较高，功率利用率也比较高，适于强力高速切削。卧式机床的加工对象主要是轴类零件和直径不太大的盘累零件，故采用卧式布局。其主要部件有：主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱以及床身。本设计主要针对 C6163 机床的主轴箱设计，机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。设计内容主要包括确定机床的主要参数，拟定传动方案和传动系统图，计算和校核了主要零部件，并且利用了专业制图软件进行了零件的设计和处理 。 关键词： C6163车床 主轴箱 零件 传动 王玉保： C6163 普通车床主轴箱设计 - 2 - C6163 lathe spi
3、ndle box design Abstract: The lathe class machine tool mainly was used in to process each kind of rotation surface,like inside and outside periphery,the circular cone surface,take shape the rotation surface and the gyre end surface and so on,some lathe also can process whorl.Because the most machine
4、 part has the rotation surfce,lathe versatility broader,therefore in machine shop, lathe application extremely aidespread,accounts for the proportion in the metal cutting bed to be biggest,approximately composes the machine tool main station number 20%-35%.As the main turning processing machinetool,
5、the C6163 machine tool was widespread used in the machine-finishing procession,it is used in turning inside and outside the turning the round cylinder,taper and gyre,turning each kind of metric system,the British system,the modulus and the diameter festival thread,and can carry on the drill hole and
6、 pulls work and so on fuel tank.The lathe bed width to the common lathe,has a higher rigidity,the facade of the lead after middle frequency quenching,so it will be durable.The machine tool main axle aperture is big,the opration agile centralism,the apron is equipped with quickly moves the organizati
7、on.machine tool structure rigidity and transmission rigidity quite high,the power use factor quite is also high,is suitable for the force high-speed cutting.The horizontal-type machine tool processing object,mainly is the axis class components and the diameter not too big plate class components,ther
8、efore uses the horizontal-type layout.Its major component includes:headstock,toolslide,tailstock,feedbox,apron and bed.This design mainly aims at the headstock of the C6163 machine tool.The headsyock of machine tool is a quite complex transmission part.The design content mainly includes determines t
9、he machine tool s main parameter.Draws up the transmission plan and the transmission 安徽工程大学 毕业设计（论文） - 3 - scheme,Calculated and examined the main spare,And used specialized charting software to carry on the components design and processing. Keywords: C6163 lathe Headstock Parts Transmission 王玉保： C6
10、163 普通车床主轴箱设计 - 4 - 一、 概 述 1.1 金属切削机床在国民经济中的地位 作为主要的车削加工机床，普通车床是车床中应用最广泛的一种，广泛的应用于机械加工行业中，约占车床类总数的 65%，对普通车床主轴箱的设计符合我国国情，即适合我国目前的经济水平、教育水平和生产水平，又是国内许多企业提高生产设备自动化水平和精密程度的主要途径，在我国有着广阔的市场。 机床是装备工业的基本生产手段，机床工业是关系国计民生、国防建设的基础工业和战略性产业，在世界范围内备受各方密切关注。我国机床工业在国家正确方针政策指引下，经历经济恢复时期及 “ 十五 ” 计划阶段，特别是改革开放 20 年来的艰
11、巨努力，建立起较大的规模、较完整的体系，奠定了有利的技术基础，具备相当的竞争实力。整体上说，我国机床工业已跨入世界行列的第一方阵。 2004 年在重组素有 “ 中国金牌出口基地 ” 之称的云南 CY集团有限公司后，成功并购了具有 150 多年重型机床制造历史的德国希斯公司，标志公司已经开始步入国际化经营轨道。 2005 年控股交大昆机，公司未来的发展格局是形成 沈阳、昆明、欧洲三大产业集群，发展目标是打造世界知名品牌，创建世界知名公司。 总量供给能力不凡，近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防 建设的必要强化，国家装备制造业对机床这种基础性、战略性生产制造手段，提出了大量急迫的需求。特别是 2
12、002 年，我国机床市场消费金额上升到 59亿美元，跃居世界第一位。面对这一巨大需求，我国机床工业奋力迎战， 2002 年市场自我满足率达到 48；（世界机床工业发达国家和地区同年相应的本国、本地区市场自我满足率分别是：日本 86。意大利 67、德国 59。中国 48、西班牙 44、瑞士 42、韩国 35、法国 33、中国台湾省32、美国 30、加拿大 19、英国 11。）一定程度体现出我国机床工业在总量供给方面的能 力凡。回顾我国机械制造业的基础装备供应的历史情况，根据全国工业普查资料 ,50 年来经过更新后的机床拥有量约 378 万台，其中金切机床 294 万台，锻压机床 84万台，拥有量
13、中我国自供装备占绝大部分；包括重型超重型金属切削机床与锻压设备、高精度精密机床与数控机床、上千条自动半自动生产线。以装备重大工程项目为例，当年在遭受禁运与封锁的环境下，为了装备一个年产 10 万辆载重汽车（包括军用）的工程项目，机床工业全力以赴 ,提供了按台数计占 96（按投资金额计占 80）的各种装备：包括专机及 30 条自动生产线共 7664 台（套、线） ，受到小平同志的赞许，称为 ”聚宝盆 ” 。 我国机床工业正在与海外公司进行生产、技术合作，引进技术及人才、融资合资，以及接受独资办厂等方面陆续开展工作，见诸成效的超过百项，对适应市场 需求、提升产品性能水平产生了良好效果，应当进一步加
14、大步伐。经营模式为我所用，从而有效地吸收先进的企业经营方式、方法，提升产品适应世界市场的性能，带动出口。这是我国 “ 人世 ” 后加人世界经济大循环中值得积极而慎重采取的一种措施。 我国机床工业从整体上说，已跨入世界行列的第一方阵，但摆在我们面前的将是更为激烈的竞争。任重道远，时 不我待，必须奋力前进，迎接更大的挑战。 1.2 机床课程设计的目的 大学四年的学习生活即将结束，大学学习生活中的最后一个环节也是最重要一个环节 毕业设计，是对所学知识和技能的综合运用和检验。毕业设计作为我在大学校园里的最后一堂课、最后一项测试，它既是一次锻炼，也是一次检验 ，机械系统设计课程安徽工程大学 毕业设计（论
15、文） - 5 - 设计是专业课最后一个实践性教学环节，是机械零件课程设计的延伸，是机械系统设计的一次全面训练，其目的是： （ 1） 联系生产实际，运用所学过的知识，培养独立的分析问题、解决问题的能力。 （ 2） 利用 “ 机械设计 ”“ 机械 原理 ” 等前序课的知识，学会并掌握机械系统设计的特点及方法，学会并掌握机械系统设计中 “ 参数设计 ” 、 “ 方案设计 ” 及 “ 结构设计 ” 的方法。 （ 3） 加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力，加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力，加强机械绘图的能力。 （ 4） 巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。 该
16、设计既有机床结构方面内容，又有机加工方面内容，有利于将大学所学的知识进行综合运用。通过该设计可以拓宽我的知识面，增强实践能力，对普通机床和数控机床都能有进一步的了解。 1.3 车床的 规格系列和用处 按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和 落地车床 、 立式车床 、 转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式 车床加工尺寸公差等级可达 IT8 IT7，表面粗糙度 Ra值可达 1.6m 。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了 数控车床 、车削加工中心等
17、机电一体化的产品。 1.普通车床：加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数 和径节螺纹。该机床刚性好、功率大、操作方便。 2.转塔车床和回转车床：具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。 3.自动车床：按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。 4.多刀半自动车床：有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式
18、与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高 3 5 倍。 5.仿形车床：能仿照样板或样件 的形状尺寸，自动完成工件的加工循环 (见 仿形机床 )，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高 10 15 倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。 6.立式车床：主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，分单柱和双柱两大类。 7.铲齿车床：在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于 铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的
19、小砂轮铲磨齿面。 8.专门化车床：加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。 9.联合车床：主要用于车削加工 ,但附加一些特殊部件和附件后还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有 “一机多能 “的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。 王玉保： C6163 普通车床主轴箱设计 - 6 - 10.数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪 的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在中国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。数控车床是
20、数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。 11.马鞍车床：马鞍车床在车头箱处的左端床身为下沉状，能够容纳直径大的零件。车床的外形为两头高，中间低，形似马鞍，所以称为马鞍车床。马鞍车床适合加工径向尺寸大，轴向尺寸小的零件，适于车削工件外圆、内孔、端面、切槽和公制、英制、模数 、经节螺纹，还可进行钻孔、镗孔、铰孔等工艺，特别适于单件、成批生产企业使用。马鞍车床在马鞍槽内可加工较大直径工件。机床导轨经淬硬并精磨，操作方便可靠。车床具有功率大、转速高，刚性强、精度高、 噪音 低等特点。 C
21、6163 床身上最大回转直径 630mm 横拖板上最大回转直径 360mm 中心距 750 1000 1500 2000 3000 4000 5000 6000 8000 1000 12000mm 马鞍上最大回转直径 ， 800 mm 花盘前马鞍有效长度 300mm 床身宽度 490mm 主轴孔径 70mm 主轴端部尺寸 C-8 or D-8 主轴锥孔 C-8 or D-8 主 轴 转速 范 围 (级数 )16-800(18 STEPS) 公 制螺 纹 范围 (种数 )1-240mm(54kinds)英制螺纹范围 (种数 )28-1inch(37Kinds)模数螺纹范围 (种数 )0.5-60
22、 OP(45Kinds)径节螺纹范围 (种数 )30-1t.p.i.(27Kinds)纵向螺纹范围 (种数 )0.05-1.42mm/r(72Kinds)横向螺纹范围 (种数 )0.015-0.48mm/r(72Kinds)快速进给 :纵向 /横向 6/2m/min 1.4 操作性能要求 普通车床是能对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的 65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。 普通车床 主要组成部件有：主轴箱、交换
23、齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。 主轴 箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。 进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。 丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线 运动。丝杠
24、是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。 溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。 刀架：有两层滑板 (中、小滑板 )、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。 尾架：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行 孔加工。 安徽工程大学 毕业设计（论文） - 7 - 床身：是车床京都要求很高的带有导轨 (
25、山形导轨和平导轨 )的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。 冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。 王玉保： C6163 普通车床主轴箱设计 - 8 - 二、参数的拟定 2.1 基本参数和转速范围的确定 1、 基本参数 主参数 D 床身上最大加工直径（ mm） 刀架上最大工件回转直径 831.0326.1 Dd (D800mm 时 ) 或 Dd 21 =360mm 通过主轴孔最大奉料直径 Dd 101 =70mm 床身宽度 82.04
26、1.2 DB =500mm 通用机床主轴短部结构形状 序号 简 图 结 构 特 点 应用范围 1 前端短锥面定位，定心精度高； 法兰上的螺孔用于紧固卡盘，并有一沉孔，以安装 端而键传递转矩。内孔为莫氏内锥孔，用以安装顶尖、心轴等； 头部悬伸较短，刚性好； 装卸卡盘方便 大多数车床、六角车床、多刀车床的主轴 2 a,b 为定位面，与卡盘配合有间隙，定位面易磨损，定心精度低； 螺纹用于锁紧卡盘，内锥孔用于安装顶尖、心轴和弹簧夹头等； 轴端悬伸长，刚性差； 装拆卡盘较方便 车床、仪表机床（在新设计的机床上已逐渐淘汰） 3 长锥为定位面，定心精度高； 与卡盘连接时用套在主轴上的螺母拉紧，长锥上的键用以
27、传递扭矩； 轴端悬伸较长，刚性较差； 装拆卡盘较方便 车床 4 7： 24锥孔作定位面，供安装铣刀或铣刀心轴的尾椎，再用拉杆从主轴后端拉紧，四个螺孔供安装端铣刀用，两个长槽供安装端面键以传递扭矩 铣床 5 模氏锥孔作定位面并传递一定的转矩，锥孔内部的退锥槽，借助楔铁使刀具安装可靠，尾部的退锥槽便于拆卸刀具，并与刀具 扁尾一起传递扭矩。 钻床、镗床 2、 尺寸参数 安徽工程大学 毕业设计（论文） - 9 - 机床主轴端部结构形状： 主轴中心孔前段锥度， MT#80。 为装配方便，车床主轴直径通常是从前向后逐段递减。一般车、铣床主轴后轴颈的直径dd )9.07.0(2 ， 1d 为前轴颈尺寸。 主
28、轴前轴颈尺寸应按所传递的功率确定，初选时可参照下表初定。 主轴前轴径的直径 mm 功率 KW Di 机床 1.47-2.5 2.6-3.6 3.7-5.5 5.6-7.3 7.4-11 11-14.7 14.8-18.4 18.5-22 22-29.5 卧式车床 60-80 70-90 70-105 95-130 110-145 140-165 150-190 220 230 铣床 50-90 60-90 60-95 75-100 90-105 100-115 - - - 外圆磨床 - 50-90 55-70 70-80 75-90 75-100 90-100 105 105 主轴前端面到前支
29、撑径向支反力作用点之间的距离为主轴悬伸量，减小悬伸量对提高主轴组件的刚度与抗振性有明显效果。主轴悬伸量的选择，可参照下表确定。 主轴悬申量与前轴颈直径之比 机床和主轴的类型 /D 通用和精密车床，自动车床和 短主轴端铣床，用滚动轴承支承，适用于高精度和普通精度要求 0.6-1.25 中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬申不太长（不是细长）的精密镗床和内圆磨床，用滚动轴承和滑动轴承支撑，适用于绝大部普通生产的要求。 1.25-2.5 孔加工机床，专用加工细长深孔的机床，由加工技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较重而不适用于有高精度要求的机床。 2.5 主轴最佳跨距可据下列经验公式初
30、定 aL )53(0 式中 L0 最佳跨距 a 悬伸量 （悬伸量大的机床 )21(0 aL 若实际跨距 L 实 与最佳跨距 L0不能相等时，可取合理跨距 0)5.175.0( LL 合 。 若 L 实 L0时，应适当加强主轴刚度；反之， L 实 L0时，应适当加强轴承刚度。 其他传动轴的径向尺寸，可按该轴所传递的扭矩初定，轴向尺寸必须保证各轴间齿轮不相干涉。滑移齿轮在一对齿轮彻底脱开后，下一对才能进行啮合，并且留有 1-2mm间隙的实际需要的基础上，据结构要求确定。 3、 运动参数 可通过类比、试验和计算等 方法综合确定，课程设计中可参照下列经验公式及数据初定。 王玉保： C6163 普通车床
31、主轴箱设计 - 10 - maxminmin 1000d vn ， maxn =minmax1000dv 式中， vmin、 vmax 、 dmax、 dmin为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。 nmin 、nmax 机床的最低、最高转速 其中常用经济加工切削速度。硬质合金刀具精车中碳钢 m in/220200 mv ;或min/150mv 。高速钢刀具粗车铸铁端面， min/15mv 。高速钢刀具精车丝杠min/5.1 mv 。 经济合理的工件或刀具直径可按照以下几种经验公式估定。 1普通车床 dmax=（ 0.5- 0.7） D dmin=(0.08-0.12)D 式中 D 主
32、参数（床身上最大加工直径） 或取 Rd=dmin/dmax=4-6 2普 通车床 dmax=0.5D Rd = dmax/dmin=0.2-0.5 3车螺纹可取 0.1D 根据工况，确定主轴最高转速有采用 YT15 硬质合金刀车削碳钢工件获得， 主轴最低转速有采用 W16Cr4V 高速钢刀车削铸铁件获得。 nmax= min1000 maxd v = 13.22r/min nmin= maxmin1000dv =770.79r/min 标准转速可参照机床与数控 P15 表 1-4 标准转速系列选取。可 选择机床的最高转速为 800r/min，最低转速为 16r/min。公比 取 1.26，转速
33、级数 Z=18。 2.2 主电机选择 电机功率可按下式估算 P=PC/ 总 （ KW） PC 消耗于切削的功率 总 总效率 对于主运动为回转运动的机床 总 =0.7-0.85 主运动为直线运动的机床 总 =0.6-0.7 车、镗、磨等工序的切削功率 Pc=FZV/60000 (kw) 钻、扩等工序的切削功率 Pc=Tn/9550 (kw) FZ 切削力的切向分力（ N） (查切削用量手册 ) V 切削速度（ m/min） T 主轴最大扭矩（ Nm ） n 主轴计算转速（ r/min） 或据下列公式及数据估算电机功率 P（数据较陈旧） FZ=fts （公斤力） f 单位切削面积上的切削力 硬质合金刀具加工中碳钢 f= 200（公斤力 /mm2） 硬质合金刀具加工铸铁 f= 180（公斤力 /mm2）
