铣削组合机床及其主轴组件设计（4张cad图纸+设计说明书）

组合机床外观图

目录

摘要1
ABSTRACT 2
前言Ⅰ
第1章机床总体设计1
1.1机床总体方案设计的依据1
1.1.1工件1
1.1.2刀具1
1.2工艺分析1
1.2.1工艺方法的确定1
1.2.2机床总体布局2
1.2.3机床运动的确定2
1.3机床主要技术参数的确定3
1.3.1确定工件余量3
1.3.2选择切削用量3
1.3.3运动参数3
1.3.3.1主轴最高，最低转速3
1.3.3.2主轴转速的合理排列4
1.3.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定4
1.3.4.1切削力的计算5
1.3.4.2切削功率的计算5
1.3.4.3估算电动机功率5
1.3.4.4选择主电机5
1.4进给驱动电动机功率的确定5
第2章主轴组件设计6
2.1主轴的基本要求6
2.1.1旋转精度6
2.1.2刚度6
2.1.3抗振性7
2.1.3.1抵抗受迫振动的能力8
2.1.3.2抵抗切削自激振动的能力8
2.1.4温升和热变形8
2.1.5耐磨性9
2.1.6其他9
2.2主轴组件的布局9
2.2.1适应刚度和承载能力的要求10
2.2.2适应转速要求11
2.2.3适应精度的要求11
2.2.4适应结构的要求11
2.2.5适应经济性要求11
2.3主轴结构的初步拟定12
2.4主轴的材料与热处理13
2.5主轴的技术要求13
2.5.1轴颈13
2.5.2内锥孔14
2.6主轴组件的计算14
2.6.1主轴直径的选择14
2.6.2主轴前后支承轴承的选择15
2.6.2.1主轴前支承轴承的选择15
2.6.2.2主轴后支承轴承的选择16
2.6.3主轴内孔直径16
2.6.4主轴前端悬伸量17
2.6.5主轴支承跨距18
2.7主轴结构图18
2.8主轴组件的验算18
2.8.1主轴端部挠度19
2.8.1.1支承的简化19
2.8.1.2主轴的挠度20
2.8.1.3主轴倾角20
2.9主轴组件的润滑和密封21
2.9.1主轴轴承的润滑21
2.9.2主轴组件的密封21
2.9.2.1主轴组件密封装置的功用22
2.9.2.2对主轴组件密封装置的要求22
2.9.2.3主轴组件密封装置的类型22
2.9.2.4主轴组件密封装置的选择22
2.10主轴组件中相关部件23
2.10.1轴肩挡圈23
2.10.2挡圈23
2.10.3圆螺母23
2.10.4套筒24
2.10.5前、后支承的轴承盖25
2.10.6主轴用套筒及其锁紧部分26
2.10.7主轴尾部的内花键27
2.11主轴组件轴向调节机构28
2.11.1丝杠螺纹28
2.11.2丝杠轴承的选择28
2.11.3丝杠螺母29
2.11.4丝杠中段螺纹29
2.11.5丝杠上的内隔套29
2.11.6丝杠上调节用锥齿轮30
2.12箱体设计30
第3章结论31
参考文献32
致谢33
本次设计的组合机床的工艺方法是，用一把端铣刀直接进行加工。相应的表面成形运动为：单主轴的回转运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：主轴轴向调整运动。
1.3机床主要技术参数的确定
机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。
1.3.1确定工件余量
VF-6/7型空压机减荷阀体，零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2～2.5,取加工余量为2.5mm(此为双边加工)。
1.3.2选择切削用量
由于被加工零件的铣削宽度为175mm,需进行二次走刀，故一次走刀为90mm(宽度)，二次走刀为175-90=85mm，即：a =90mm。
根据《组合机床设计简明手册》第132～133页，选择铣削切削用量。
铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削4～5mm的余量达到R =1.6μm的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为0.02～0.03mm。
根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16得：
a =0.2～0.4mm/z,V=50～80m/min,取a =0.2mm/z。
1.3.3运动参数
机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。
1.3.3.1主轴最高，最低转速
按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速n 、最低转速n 。计算公式如下：
n = ， n =
式中：n 、n主轴最高、最低转速(r/min)
V 、V最高、最低切削速度(m/min)
d 、d最大、最小计算直径(mm)
根据《机械制造工艺金属切削机床设计指导》第69～70页，可查出以下数据：
查表2.2-3取最大，最小切削速度：
V =200～300m/min，取V =250m/min
V =15～20m/min,取V =20m/min
铣床的d 、d可取使用的刀具最大、最小直径，即：
d =110mm, d =75mm
则主轴最高转速为
n = = =1061.6r/min
取标准数列值：
n =1000r/min
最低转速为：
n = = =57.9r/min
取标准数列值：
n =56r/min
1.3.3.2主轴转速的合理排列
最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比Φ，转速级数Z，则转速数列为：
n = n =56r/min, n = n Φ, n = n Φ , n = n Φ
查标准数列，取公比Φ=1.78 (1＜Φ≤2)
转速范围： R = = =17.8
转速级数： Z= 1=5.99取Z=6
由于本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求，故取Z=4。即：
n =56， n =100, n =180, n =315 (r/min)
1.3.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定
1.3.4.1切削力的计算
由前面已知，本次设计的组合机床的最高转速为n =315r/min，则此时的切削速度为：
V= = =108.8m/min<200m/min
由此可见，切削速度满足要求。
计算铣削工件时的切削力
F =9.18×54.5a ×a ×a ×Z×d
式中：a铣削宽度，a =90mm
a铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a =2.5mm。
a每齿进给量，a =0.2mm/r
Z转数级数，取Z=4
则铣削力的大小为：
F =9.18×54.5×90 ×0.2 ×2.5 ×4×110 =1213.1N
1.3.4.2切削功率的计算
根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，可得切削功率公式为：
P = = =2.2KW
1.3.4.3估算电动机功率
根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，有
P = = =3.14KW
式中：η主传动系统的机械效率，回转运动的机床η=0.7～0.85。
1.3.4.4选择主电机
查《机械设计课程设计手册》第155页表12-1，选Y112-4电机，主要参数有：
额定功率P =4KW，满载转速n =1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=43kg。
1.4进给驱动电动机功率的确定
查《金属切削机床设计》第41页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即：
N =
式中：N进给驱动电动机功率(KW)
Q进给抗力(N)
V进给速度(m/min)
η进给传动系统的总机械效率(一般取0.15～0.2)
粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。
对于铣床： N =0.2×N=0.2×4=0.8KW
查《机械设计课程设计手册》第155页表12-1，选Y90S-4电机，主要参数有：
额定功率P =1.1KW，满载转速n =1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=22kg。
第二章主轴组件设计
主轴组件是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具旋转，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响到机床的加工质量和生产率，因此它是机床中的一个关键组件。
主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、扭矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工件条件，但主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动，因此对主轴有较高的要求。
2.1主轴的基本要求
2.1.1旋转精度
主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动△r、端面跳动△a和轴向窜动值△o。如图2-1所示：图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。
主轴组件的旋转精度取决于部件中各主要件（如主轴、轴承及支承座孔等）的制造精度和装配、调整精度；运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。各类通用机床主轴部件的旋转精度已在机床精度标准中作了规定，专用机床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。
2.1.2刚度
主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，如图2-2所示，即K=F/y（单位为N/ m），刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承和支承座的刚度的综合反映，它直接影响主轴组件的旋转精度。显然，主轴组件的刚度越高，主

图2-1主轴的旋转误差
轴受力后的变形就越小，如若刚度不足，在加工精度方面，主轴前端弹性变形直接影响着工件的精度；在传动质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。

2.9.2.1主轴组件密封装置的功用
密封装置的功用是：防止润滑剂从主轴组件及传动部件中泄漏，从而避免浪费，保护工作环境，防止冷却液及杂物（如灰尘、脏物、水气和切屑等）从外面进入部件内，以减少机床零件的腐蚀及磨损，延长其使用寿命。
2.9.2.2对主轴组件密封装置的要求
对主轴组件密封装置的要求是：在一定的压力、温度范围内具有良好的密封性能；由密封装置所形成的摩擦力应尽量小，摩擦系数应尽量稳定；耐腐蚀、磨损孝工作寿命长，磨损后，在一定程度上能自动补偿；结构简单、装卸方便。对具体的主轴组件及传动部件，应根据实际情况选择有效而又经济密封装置。
2.9.2.3主轴组件密封装置的类型
主轴组件密封装置的类型，主要有以下几种：具有弹性元件的接触式密封装置；皮碗（油封）式密封装置；具有金属和石墨元件的接触式密封装置；挡油圈式和螺旋沟式密封装置；圈形间隙式、油沟式和迷宫式密封装置；立式主轴的密封装置等。
2.9.2.4主轴组件密封装置的选择
选用密封装置时，应考虑到主轴组件的下列具体工作条件：密封处主轴颈的线速度；所用润滑剂的种类及其物理化学性质；主轴组件的工作温度；周围介质的情况；主轴组件的结构特点；密封装置的主要用途等。
综合考虑上述因素，主轴前支承处，为了更好地防止外界的灰尘屑末等杂物进入，故考虑选用迷宫式密封，形成一条长而曲曲折折的通道，径向尺寸不超过0.3mm，中填润滑脂，轴向尺寸不超过1.5mm。

主轴组件装配图

主轴零件图

主轴套筒零件图