组合机床及其主轴箱设计

摘要

组合机床，是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。其特点有：结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。

本次设计的题目是铣削组合机床及主轴组件。首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。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，完成其它（如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等）所有零件的设计。

设计机械加工工艺规程遵循如下原则：

1）保证零件图样上所有技术要求的实现。

2）必须能满足生产纲领的要求。

3）在满足技术要求和生产纲领要求的前提下，要求工艺成本最低，低耗节能。4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全。维护环境卫生。

本产品是按用户要求而设计的，用户讨论合格后，投入生产，希望指导、鉴定。

关键词：组合机床，主轴组件，主轴，轴承，轴向调节机构

Abstract

Modular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivity.

The design is the subject of combined milling machine spindle components. First of all, for the processing of parts to start with a general program of machine design, machine tool and then determine the overall layout, then the design of the main components. Components in the design of the spindle to spindle for clues, to meet the stiffness and precision required to complete the other (such as bearings, axial adjustment agencies, locking, etc.) the design of all parts.

Design mechanical processing order to follow the following principles

1) To ensure that all parts drawings on the realization of the technical requirements.

2) Program must be able to meet production requirements.

3) To meet the technical requirements and requirements of the production program, under the premise of the minimum requirements of cost, low energy.

4) Minimize the labor intensity of workers, protection of production safety.

This product is based on user requirements and design, the user discussion after passing the production, hope the guide, identified.

Keywords:Modular Machine, spindle components, spindle, bearings, axial adjustment

目录

绪论 (1)

第1章机床总体设计 (1)

1.1 机床总体方案设计的依据 (1)

1.2工艺分析 (1)

1.3机床主要技术参数的确定 (3)

1.4进给驱动电动机功率的确定 (5)

第2章主轴组件要求与设计计算 (6)

2.1主轴的基本要求 (6)

2.2主轴组件的布局 (9)

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)

2.6主轴直径的选择 (14)

2.7主轴前后支承轴承的选择 (15)

2.8主轴内孔直径 (16)

2.9主轴前端悬伸量 (17)

2.10主轴支承跨距 (18)

2.11主轴结构图 (18)

2.12主轴组件的验算 (18)

第3章主轴组件相关部件 (23)

3.1主轴轴承的润滑 (21)

3.2主轴组件的密封 (21)

3.3轴肩挡圈 (23)

3.4挡圈 (23)

3.5圆螺母 (23)

3.6套筒 (24)

3.7前、后支承的轴承盖 (25)

3.8主轴用套筒及其锁紧部分 (26)

3.9主轴尾部的内花键 (27)

3.10主轴组件轴向调节机构 (28)

3.11箱体设计 (30)

第4章结论 (31)

参考文献 (32)

致谢 (33)

1 绪论

机械制造业在国民经济中占有重要的地位，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、科研和国防等部门提供各种生产设备、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装备。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量和劳动生产率。换言之，一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削机床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，机械制造业从早期降低成本的竞争，经过20世纪70年代、80年代发展到20世纪90年代乃至21世纪初的新的产品的竞争。目前，我国已加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来，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，产品的性能和质量的要求越来越高，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强，因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要、不断推出新产品、赢得竞争、求得生存和发展的主要手段。

金属切削机床中的组合机床，是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，

配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。它具有：生产率高；加工精度稳定；研制周期短，便于设计、制造和使用維護，成本低；配置灵活等。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被广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车等轻工行业和机床、机车、工程机械等制造业中。

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，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，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，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。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

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0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达O.03～O.02微米。

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，用于加工汽车零件。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，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

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。

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，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、缩短生产节拍；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

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，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，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，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。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

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，用于加工汽车零件。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，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

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。

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，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、缩短生产节拍；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。

此次设计的是铣削组合机床及主轴组件。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；再着重进行主轴组件的设计，其中包括主轴的设计、支承的选取、主轴轴向移动机构和主轴锁紧机构等的设计。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

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，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。

1.1机床总体方案设计的依据

1.1.1 工件

工件是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VF-6/7型空压机减荷阀体的两侧面，工件材料为HT200，硬度为190～210HB,生产批量为大批量，铸造毛坯。加工部位的加工要求如下：

(1)被加工表面的粗糙度均为R a 10；

(2)被加工表面的相互位置精度为：

平面1～2之间的距离为225mm ；

平面1～2与φ95中心线的垂直度要求为0.03mm 。

1.1.2刀具 图1-1 减荷阀体简图

硬质合金端铣刀，刀齿材料为YG6，铣刀盘直径为φ75～110，刀具齿数Z=4。

1.2工艺分析

1.2.1 工艺方法的确定

机床的工艺方法是多种多样的，工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。

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