1、第1页绪论设计的过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动。在此过程中需不断的对设计方案进行评论，根据评价的结果进行修改，在设计的过程中不断地发现问题和解决问题。金属切削机床是机械制造业的基础设备，随着社会不断发展和科学不断进步对机床设计要求越来越高，计算机辅助设计和计算机辅助工程应用。使得机床的设计理论和方法由人工绘图向计算机绘图，由定性设计向定量设计。由表态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向最佳设计过度。金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必需运动和动力。机床基本工作原理是通过刀具与工件之间相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形
2、状、尺寸，并达到其精度要求。X6132万能升降台铣床是一个十分典型的普通车床，广泛的应用在生产中。主轴箱的设计不仅要满足机床总体布局变速箱的形状和尺寸的限制、达到18级转速，还要便于装配、调整、润滑和维修。根据指导教师的推荐、重点选用金属切削机床以及辅助类书刊包括材料力学、机械制造装备设计、机械制图、机械设计等图书。其中，金属切削机床设计无疑是系统化介绍和设计车床的资料。它从机床设计的步骤，机床的标准化，机床的总体布局到主要参数的确定。在主要的传动设计中，参考齿轮齿数和齿轮直径的确定，是主轴箱的尺寸，轴的轴径，以及传动精度等一系列布局。在结构式，结构网确定之后，要对传动件的结构、材料、构造等进
3、行计算和设计及齿轮模数确定等。传动件包括齿轮、传动轴、离合器、制动装置等。其中齿轮的构造中三联滑移齿轮，对齿轮的拼装，齿轮太窄或太宽时的处理，齿轮在轴上的定位问题都有比较全面的论述。传动轴在反复弯曲载荷和扭曲载荷下不发生疲劳破坏。在刚度方面，轴的弯曲和扭曲载荷下不致产生过大的变形。高速旋转的轴还应计算器临界转速，以免发生共振，传动轴首先要估算直径，然后再进行刚度验算。提高刚度时可以采用加大轴的直径缩短轴的长度，使轴上的主动和被动传动件尽可能的靠近，使传动件靠近轴。文献资料室一个设计者必备的工具，选择全面的实用的工具是设计者必备的素质。其实，整个设计的过程就是将大学四年学习的知识融会贯通的过程，
4、很多当时不会用的感觉泛泛的东西通过设计将变得更具体，可行，学会应用资料，为我所用，能将那些规格化的鼓励的零件经过计算，设计成一台可以实现运转的机械，就是我们设计的根本意图所在了。我们设计还是比较初级模型，在实践中，只有不断的改进，才能达到高的生产效率，然而，基础的知识和原理是设计的源头，就我个人而言，我希望能通过这次专业毕业设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作、学习打下良好的基础。由于能力所限、设计中难免有许多不妥之处，恳请老师多多指教。第2页目录一、概述411金属切削机床在国民经济中的地位412机床毕业设计的目的413车床的规格系列和
5、用处414操作性能要求5二、传动设计521主传动方案拟定522传动结构式、结构网的选择5221确定传动组及各传动组中传动副的数目5222确定传动顺序6223确定扩大顺序6224确定变速组中的极限传动比及变速范围6225确定最小传动比7三、传动件的估算931带轮设计932齿轮齿数的确定和计算转速的计算11321齿轮齿数的确定11322齿轮计算转速的计算1433轴及传动轴的计算转速1634齿数模数的确定错误未定义书签。35传动轴直径的确定1736主轴轴径的确定18四、验算主要零件错误未定义书签。41齿轮模数验算错误未定义书签。42传动轴刚度验算2043轴承寿命验算22五、结构设计及说明22451结
6、构设计的内容、技术要求和方案224六、总结24七、参考文献24第3页一、概述11金属切削机床在国民经济中的地位金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。在现代机械制造工业中，金属切学机床是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量的4060。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。12机床毕业设计的目的专业毕业设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设
7、计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。13车床的规格系列和用处规格系列表1X6132万能升降台铣床的主参数（规格尺寸）和基本参数最低转速NMINMINR最低转速NMAXMINR主电机转速MINR主电机功率N（KW）公比转速级数Z3015001450751261826150301500171MINMAX所以ZNNNR14操作性能要求用处该机床用于铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等。工作台可绕垂直轴在第4页水平面45范围整，如采用分度头附件，还可加工螺旋表面。
8、二、传动设计21主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是众多，比如传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变
9、速箱。22传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。221确定传动组及各传动组中传动副的数目一定变速组组数的变速系统可由不同数目的变速组组成。变速传动装置总变速级数应等于各变速组变速级数的连乘积，即RQZP，式中Z主轴总变速级数；P、Q、R各组变速机构的变速级数（即为每组传动副数）。减少变速组的数目可以缩短传动链，但在总变速级数不一定的情况下，势必会增加各变速组内传动副数目P，并且降速过快，会导致齿轮的径向尺寸增大。18级转速的变速系统，其变速级和传动副数的组合方案为29189218361
10、86318332183231823318首先应该确定，预使主轴得到18级转速需要几个变速组，以及他们各需要几个传动副。方案变速组数目为3个，传动轴数最少为4根，但齿轮对数目为8233，结构简单、紧凑，同时由于机床结构原因，通常采用双联或三联齿轮进行变速。第5页方案虽然变速组数目为2个，传轴轴数最少为3根，但齿轮对数目为369、9211，比方案中多。同时使变速箱的轴向尺寸增加，使操纵机构变得复杂，难以实现。综上所述，主轴为18级转速的变速系统，应采用由3个变速组所组成的方案，即应选择方案。222确定传动顺序在一般情况下，变速系统为降速的，电动机转速往往比主轴变速范围内大多数转速高，现对上述方案进
11、行分析。方案变速组A有3对传动副，在靠近主轴处为低速的变速组B为2对，变速组C也为2对。根据扭矩公式可知，当传动件传递的功率一定，转速高时所传递的扭矩小，则轴、齿轮等传动件尺寸相应的可小一些。因此，从传动顺序来说，应尽量使前面的传动件多些，可节省材料，减轻重量，故第一方案为最佳方案。223确定扩大顺序当传动顺序确定后，由于基本组、扩大组的排列顺序不同，可得出不同的排列方案，其结构式为126162316913361931233182331823318233182331823318射线开口大势必造成低转速较低，其结果是使传动件的尺寸较大。因此，在网上表现为前后传动组的射线间开口笑，后面传动组的射线
12、间开口大，这时各变速组的变速范围是逐渐增大的，故方案为最佳方案。224确定变速组中的极限传动比及变速范围在主传动系统中，对于降速，为了防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常应限制最小传动比41UMIN。对于升速，为了防止产生过大的振动和噪声，常应限制最大传动比52U2UMAXMAX斜齿轮；直齿轮。由于齿轮副的极限传动比有了限制，则变速组的最大变速范围相应地也应有一定的限制。在主运动中104152R8412RMINMAXMAXMINMAXMAX斜齿直齿UUUU第6页因此，一般只要最后扩大组的变速范围不超过限制范围，则其余的变速组也不会超过。通常，最后扩大组的传动副数为2，可以减少最后扩大组的
13、变速范围，以利于不超过限制范围。因此，设计传动系统时，RN值的扩大，由于受到MAXR值的限制，就不能通过无限增加变速组的数目来实现。验算方案93123318，其最后扩大组的变速范围8261R91912JJPX，合格。225确定最小传动比在设计传动系统时，电动机与主轴的转速已经确定。当降速时，分配传动比应使各个中间传动轴的最低转速适当地高些。因为N高后，在传递一定功率下，传递的扭矩就小，相应的使传动件的尺寸也小。未来使更多的传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，除了在传动顺序上前多后少，扩大顺序上前密后疏，对于降速运动最小传动比应采取前缓后急的原则，即在传动顺序上，越靠前最小传动比越小，
14、最后变速组的最小传动比常取1/4。据上所述，主运动转速图为第7页传动系统图为第8页三、传动件的估算31带轮设计1、确定计算功率PCA查表86知21KAPCAKWPKA957212、选择带型根据计算功率PCA和小带轮转速N1由图89知选择V带B型。3、确定带轮的基准直径DD1和DD2第9页初选小带轮的基准直径DD1根据机械设计811图，取主动轮基准直径DD1150MM根据式（815）从动轮基准直径DD2DD2IDD11933112290MM根据表88取DD2290MM按式（813）验算带的速度SMSMSMVNDD/25/3911/100060141011210006011带的速度合适4确定A型V
15、带的基准长度和传动中心距根据27021021DDADDDDDD初步确定中心距初定中心距MMA4500根据式（822）计算带所需的基准长度MMDDDADDDDALDD160241222022101由表82选带的基本长度LD1600MM按式（821）计算实际中心距A451216001602250210DLDALA5、验算主动轮上的包角1由（86）得120162180180357251112200557121ADDDD主动轮的包角合适第10页6、计算V型带的根数Z由式（822）KKPPPLCAZ00由MRN/14501MMDD15019331I查表84A和表84B得KWP2230KWP400查表85
16、得950K查表82得920KL根3920950623900KKPPPLCAZ7、计算预紧力F0由式827知QVKVPFZCA20152500查表83得Q018KG/M故NF222383911180195052399500208、计算作用在轴上的压轴力式（828）FPFP2ZNF7214112162SIN22238322SIN1032齿轮齿数以及计算转速的确定当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和ZS及小齿轮的齿数可以从表36（机械制造装备设计）中选取。一
17、般在主传动中，最小齿数应大于1820。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。321齿轮齿数的确定第11页第一组齿轮传动比5221261112126111581126111U443332221UU，查机械制造装备设计表17可得相应的齿数和ZS的值可取60，78,我们可取ZS的值为60，则各齿轮相对应的齿数为372343ZZ402065ZZ431787ZZ检查主轴各级转速误差检验式为110N）（理实理NN式中公比值主轴实际转速主轴理论转速实理NN第一对齿轮026001850475216466475N216466
18、3723750理实理实NNN符合要求第二对齿轮02600375375375N3754020750理实理实NNN符合要求第三对齿轮02600116030096512300N3754317750理实理实NNN符合要求第二组齿轮传动比522112611158143221UUU，查机械制造装备设计表17可得相应的齿数和ZS第12页的值可取70,77,我们可取ZS的值为70，则各齿轮相对应的齿数为2743109ZZ39311211ZZ50201413ZZ检查主轴各级转速误差检验式为110N）（理实理NN式中公比值主轴实际转速主轴理论转速实理NN第一对齿轮02600086075048756507N4875
19、62743475理实理实NNN符合要求第二对齿轮02600068037556377375N563773931475理实理实NNN符合要求第三对齿轮02600190190190N1905020475理实理实NNN符合要求第三组齿轮传动比41126231UUUU，查机械制造装备设计表17可得相应的齿数和ZS的值可取85,89,90,95,我们可取ZS的值为89，则各齿轮相对应的齿数为30591615ZZ71181817ZZ检查主轴各级转速误差检验式为110N）（理实理NN第13页式中公比值主轴实际转速主轴理论转速实理NN第一对齿轮02600160150047515001N14753059750理实
20、理实NNN符合要求第二对齿轮026000074019014190190N141907118750理实理实NNN符合要求322齿轮计算转速的确定齿轮15Z的计算转速。齿轮15Z装在轴上，从转速图可以看出，15Z共有118R/MIN750R/MIN共9级转速，经齿轮15Z/16Z传动主轴得到235R/MIN1500R/MIN这9级转速能传递全部功率，故齿轮15Z的这9级转速也能传递全部功率，其中最低转速118R/MIN正好为齿轮15Z的计算转速。齿轮16Z的计算转速。齿轮16Z装在轴（主轴）上，有235R/MIN1500R/MIN共9级转速，都能传递全部功率，其最低转速235R/MIN即为齿轮16
21、Z的计算转速。齿轮17Z的计算转速。齿轮17Z装在轴上，有118R/MIN750R/MIN共9级转速。其中375R/MIN750R/MIN的4级转速能传递全部功率，而118R/MIN300R/MIN的5级转速不能传递全部功率。因此，齿轮17Z的计算转速即为375R/MIN。其余依次类推，各齿轮的计算转速如下。齿轮序号1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z计算转速1450695695475695375695300300齿轮10Z11Z12Z13Z14Z15Z16Z17Z18Z第14页序号计算转速47530023530011811823537595齿轮的具体值见表齿轮尺寸表齿轮齿数Z模数M分度圆D齿
22、顶圆AD齿根圆FD齿顶高AH齿根高FH3234921008245437414815613845520480887045640416016815045717468765845843417217216245943417217216245102741081169845113141241241144512394156156146451320480887045145042002081904515593177183169533751630390968253375第15页1718472806245187142842922744533轴及传动轴的计算转速主轴的计算转速。由械制造装备设计中表18可查出MIN/9
23、565MIN1318MINRNNNNJ传动轴的计算转速。从转速图上可以看出，轴共有9级转速118R/MIN1500R/MIN之间的所有转速都传递全部功率。此时，轴若经齿轮副17Z/18Z传动主轴，它只有在375R/MIN750R/MIN的那4级转速时才能传递全部功率；若经过齿轮副15Z/16Z传动主轴。则118R/MIN750R/MIN的9级转速能传递全部功率，因此，其中的最低转速118R/MIN即为轴的计算转速。其余，依次类推。各轴的计算转速如下轴序号计算转速14507503001189534齿数模数的确定一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式计算32
24、21116338DJMJJINMMMZIN式中JM按疲劳接触强度计算的齿轮模数MMDN驱动电机功率KWJN计算齿轮的计算转速RPMI大齿轮齿数和小齿轮齿数之比1I1Z小齿轮齿数M齿宽系数，MBM（B为齿宽，M为模数），610MJ许用接触应力MPA第16页传动组1模数2327501370174317105711743163383221M传动组2模数7323001370205020105712050163383222M传动组3模数85311813701871118105711871163383223M故选取标准模数4,3,4M321MM35传动轴直径的计算传动轴的直径可按下列扭转刚度公式进行计算7
25、5076419144取或MMNDMMNNDJJ26141075027919144NND取MMD35130750300776914D取MMD45由机械设计手册319317表知取花键轴尺寸为10364263377503003746914D取MMD45第17页由机械设计手册表173193取花键轴尺寸为124248652750756914VD取MMDV50由机械设计手册表319317取花键轴尺寸为1658656将计算结果列成表格形式，如轴号INJN初D取D花键轴尺寸备注7214102635平键677750301456423610花键637430373456484212花键67552506555014花
26、键36主轴轴颈的确定根据功率N75KW在5575之间知主轴轴颈选75100取D75MM四、验算主要零件41齿轮模数验算一般按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度验算，选取某轴上承受载荷最大的齿轮和同材料同模数齿轮中齿轮最少齿宽最小的齿轮进行验算。验算对象主轴前轴的小齿轮即第IV轴第18页（1）、按接触疲劳强度验算NKKKKKNMIINNCJCJJJ21010001012由258页5484材料弹性系数1EK由表5485齿轮材料性能系数215CJK4187112ZZV10MBMMIN/375RNJ61SJK0JN由表5480查得KWNJ970411K12K1啮合角影响系数非变位齿轮1611041121511
27、00037510101442974100010122210CJCJJJJKKKKKNMINN1484（2）按弯曲疲劳强度验算（防止齿根折断）NKKKKKNMNNCJCJCJWW21010001010MRNJ/375YK齿形系数非变位外啮合直齿轮圆柱齿轮YK1CWK129SWK085259页表5485查得1K1042K1SWK0850WN306577168501041129110003751010653010001021CJCJCJWWKKKKKNMNN所以NNW所以合格第19页42传动轴刚度验算（轴）（1）计算轴的平均直径，画出计算简图。花键轴MMDDD45242482/内外平（2）计算该周传
28、递的扭矩WTJJNNNT410955JN6374KWJN375R/MINJJNNNT410955162324533MM3、求作用在齿轮处B点的力切向力NMZTDTPNNBX3971764446533162324222径向力NPPBXBY2882504、求作用在齿轮处C点的力切向力NDTPNCX01450941853316232422径向力NPPCXCY52254505、计算挠度应用552页表58公式EILBPAXBB322E21510N/MMI81844MM2校BBXMM03270616818441012310716841764522第20页BBY05BBX00164MMBCXMMBALEIL
29、PAB041406222BCY05BCX00207MMCCXMMEILBAP0563033622CCY05CCX00316MM6、计算倾角，应用【1】552页表5816公式AXBQ000570672236EILBABPARADYBQ05XBQ000028RADXCQ0006906236503650EILBBPRADYCQ05XCQ000034RADDXBQ000410636236EILBABPARADYBQ05XBQ000021RADXCQ000690641003650EILBBPRADYCQ05XCQ000034RADBXBBXBCX00741BYBBYBCY00043CXBCXCCX010
30、15CYBCYCCY0012XAQXBQXCQ000126RAD第21页YAQYBQYCQ000006RADXDQXBQXCQ000101RADYDQYBQYCQ000009RADAQ00126022YAXAQQRADDQ00101022YDXDQQRAD由551页表5814查得【Y】（0000300005）L01032MM故【Q】00025RAD所以合格43、轴承寿命的验算轴承的寿命应满足TLHHL额定寿命0HT工作期限H；通常取T10000H额定寿命的计算公式HLTPCN266010式中N轴承（即轴）的计算转速；寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3C额定动负荷（N）P当量动负荷前C4783
31、106212型后C715310PXARYFFRF径向负荷（由支反力解出）AF轴向负荷（该系统的轴向负荷为0）由机械设计手册584页表5918查得X1Y0第22页所以APRF1APDPRF2BP0107168616616CXBXAXPPP0107488616CXBXAXPPP01071450941764488616AXPNPAX4220660107616168616CXBXXDPPP010761601450916841764616XDPNPDX9942060AYP0DYPNPA422066994206DPA端6212型轴承1000032723781422066108473756010236HLD
32、端6216型轴承100006812837996206105713756010236HL校核合格五、结构设计及说明51结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、第23页主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设
33、计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。六、总结在毕业设计当中，我也遇到了一些问题。设计过程也是培养我们认真细心的态度。在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步的巩固，这对以后的学习和工作都有积极的意义。总之，这次的毕业设计让我学到了很多东西。七、参考文献1顾熙棠，迟建山，胡宝珍金属切削机床（下册）上海上海科学技术出版社2机床设计手册编写组编机床设计手册第二册（上）北京机械工出版社，197943哈尔滨工业大学、哈尔滨市教育局专用机床设计与制造编写组专用机床设计与制造哈尔滨黑龙江人民出版社，19794沈阳市机电工业学校吴国华金
34、属切削机床北京机械工业出版社5扬州工学院黄鹤汀金属切削机床设计北京机械工业出版社6大连理工大学戴曙金属切削机床北京机械工业出版社7福建机电学校吴林禅金属切削原理与刀具北京机械工业出版社8邱宣怀机械设计（第四版）高等教育出版社9刘鸿文材料力学（第4版）北京高等教育出版社11孙恒陈作模主编机械原理高等教育出版社北京200110冯辛安主编机械制造装备设计机械工业出版社北京19991212曹玉榜易锡麟机床主轴箱设计指导机械工业出版社北京1987513濮良贵纪名刚主编机械设计高等教育出版社北京200114黄鹤汀主编金属切削机床设计北京机械工业出版社，200515刘兴国，姜莉莉，燕启贵，刘昌祺X52K铣床数控改造及设计西北业学院学报1996年4卷第01期91416李培江普通机床的数控改造研究机械管理开发20022第1期6162第24页17佟玲用微机数控系统对X52K立铣床的改装设计机械与电子1995第0418张俊生主编金属切削机床与数控机床北京机械工业出版社，2001119陈艳红X52K铣床数控化改造机电一体化2002第06期8384期394020卢秉恒主编机械制造技术基础机械工业出版社北京2001
