銑床主軸箱參數(shù)設(shè)計(jì)

李培培 孫傲 汪小文 倪偉強(qiáng) 朱亮

摘 要：銑床作為傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)最基礎(chǔ)的加工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域中，而主軸變速箱是銑床中最為重要的部分，是保證各種產(chǎn)品精確加工的主要組成，它為主軸的不同轉(zhuǎn)速切削提供了有效的保障文章針對(duì)X6132銑床主軸箱進(jìn)行剖析研究，詳盡的計(jì)算了銑床主軸箱標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，通過參考傳統(tǒng)主軸箱參數(shù)設(shè)計(jì)傳動(dòng)零部件，得出了配套齒輪參數(shù)表，達(dá)到可直接應(yīng)用于生產(chǎn)工業(yè)零部件并符合強(qiáng)度等要求的目的，對(duì)其他機(jī)械加工設(shè)備及參數(shù)選擇有參考意義。

關(guān)鍵詞：X6132銑床;主軸變速箱;參數(shù)計(jì)算

Abstract： Milling machine is the most basic processing equipment in the traditional machinery industry， it is widely used in various fields， and the spindle box is the most important part of the milling machine， it is the main component to ensure accurate machining of products， it provides a guarantee for cutting the spindle at different speeds.This paper studies the spindle box of milling machine and calculates its parameter standard， the drive parts are designed by referring to the parameters of the traditional headstock， the matching gear parameter table is calculated， achieve the purpose of direct application in the production industry and meet the strength requirements， it is useful for other machining equipment and parameter selection.

1 緒論

1.1 國(guó)內(nèi)外機(jī)床的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

機(jī)床作為現(xiàn)代制造業(yè)的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于零部件加工生產(chǎn)中。從1978年的改革開放至今，我們國(guó)家的機(jī)床制造行業(yè)經(jīng)歷了數(shù)個(gè)高速發(fā)展的階段。80年代的初的資本、技術(shù)引進(jìn)點(diǎn)燃了工業(yè)發(fā)展進(jìn)步之火，90年代的自主研發(fā)，真的的動(dòng)手制作起屬于我們自己的技術(shù)和設(shè)備并逐具規(guī)模，一點(diǎn)點(diǎn)的打造起自動(dòng)化機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈還有制造工廠。但相較于其他國(guó)家的高度自動(dòng)化工廠比起來，我們還差了很多，而且損壞率普遍較高，維修更換零部件不配套的狀況時(shí)有發(fā)生，造成較大的損失。

為解決齒輪等主要傳動(dòng)部件更換不配套的問題，本次設(shè)計(jì)的機(jī)床要足以滿足當(dāng)前日常生產(chǎn)使用過程中的要求，對(duì)主軸箱的尺寸、材料、強(qiáng)度等進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過參考《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械制圖》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》等書對(duì)銑床的設(shè)計(jì)過程和強(qiáng)度校核等計(jì)算步驟公式，最終完成齒輪參數(shù)表，達(dá)到完善一套齒輪參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的目的。

2 傳統(tǒng)X6132型銑床參數(shù)介紹

2.1 X6132型銑床概述

通過觀察X6132萬能銑床，銑刀與相應(yīng)工作主軸，工件或銑刀通過不斷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的加工方法完成傳動(dòng)軸的移動(dòng)以及使用銑刀主軸表中的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制電路通過進(jìn)給馬達(dá)控制基板4反饋給裝配固定在基座14并與主軸驅(qū)動(dòng)器上部水平的一或兩個(gè)拐角引導(dǎo)件。保持器是主軸箱的重要組成部分，它的一端支撐著葉片，而另一端則連接到主軸之上。安裝在機(jī)床和提升電梯的前面的垂直軌可向上和向下移動(dòng)，溜板10安裝在升降平臺(tái)上，它可以通過平行運(yùn)動(dòng)至軸線的水平軌道。工作臺(tái)8通過自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以沿著導(dǎo)軌移動(dòng)機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)部分9向滑動(dòng)板的可旋轉(zhuǎn)部分垂直于心軸軸線移動(dòng)。由于可旋轉(zhuǎn)部分通常以±45度角繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)溜板10，故使其能夠在垂直、平行、傾斜于軸線的防線上移動(dòng)。電源主軸箱是機(jī)床能夠零部件完成螺旋加工的重要組成部分，并且其上安裝了機(jī)床的主軸和包括傳動(dòng)部件等其他相關(guān)結(jié)構(gòu)。主軸箱是整個(gè)機(jī)床中最重要的傳動(dòng)系統(tǒng)原件，其主軸組也是本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)。反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要功用就是保證主軸的起始、終止、換擋和逆主軸功能的一組齒輪，通過制動(dòng)器終止機(jī)床的旋轉(zhuǎn)加工，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)其主要功能是保持主軸的旋轉(zhuǎn)。由于機(jī)床的加工過程中每個(gè)齒都在周期性的重復(fù)切削操作，切割厚度也會(huì)隨著加工要精度要求而改變，因此銑刀所受加工部件的切割力和沖擊會(huì)縮短其壽命，切削加工部件的過程中整個(gè)機(jī)床的震動(dòng)也會(huì)嚴(yán)重干擾到機(jī)床所設(shè)定的切割軌跡，最終影響到整體的切割精度，所以制成整個(gè)機(jī)器的材料必須具有高剛性和抗沖擊性。銑床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

2.2 常規(guī)X6132型銑床主要技術(shù)參數(shù)

常規(guī)X6132萬能銑床主要技術(shù)參數(shù)如表所示，銑床實(shí)物圖如圖2所示：

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)常規(guī)X6132萬能銑床的技術(shù)參數(shù)，設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)床電機(jī)的輸入功率為7KW，轉(zhuǎn)速設(shè)為為1440r/min，故所設(shè)銑床主軸的傳動(dòng)過程如下圖3所示：

一般我們當(dāng)前加工作業(yè)中所用的傳統(tǒng)X6132型銑床，為保證主軸箱的變速運(yùn)動(dòng)，使用一個(gè)二聯(lián)的和兩個(gè)三聯(lián)的滑動(dòng)齒輪作為保障，并根據(jù)所設(shè)計(jì)要求設(shè)置為18種轉(zhuǎn)速，最高檔轉(zhuǎn)速可達(dá)到1500r/min，而最低檔的轉(zhuǎn)速為30r/min。為了保證更高精度的生產(chǎn)要求，部分機(jī)床設(shè)置了更多的轉(zhuǎn)速等級(jí)來保證加工的穩(wěn)定性。如圖4所示。

本次所設(shè)計(jì)銑床的主軸變速箱傳動(dòng)比與其對(duì)應(yīng)齒數(shù)的關(guān)系如下表2所示：

2.4 齒輪設(shè)計(jì)

對(duì)所設(shè)計(jì)銑床主軸變速箱的各個(gè)齒輪模數(shù)及其齒寬進(jìn)行計(jì)算，選擇工件（7GB10095-88）。材料確認(rèn)為40Cr（硬化），經(jīng)查詢硬度為280HBS。另一齒輪選擇材料為45鋼材（硬化），查詢硬度為240HBS。柔性彎曲強(qiáng)度mn計(jì)算公式如（1）所示：

經(jīng)計(jì)算，兩齒輪的彎曲疲勞極限分別確認(rèn)為380MPa與500MPa。

通過對(duì)彎曲摩擦應(yīng)力的計(jì)算可以得到其彎曲疲勞系數(shù)，計(jì)算結(jié)果S=1.4：

3 總結(jié)

本次完成對(duì)銑床主軸箱的設(shè)計(jì)，主要關(guān)注的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于各模塊間的相互配合每部分間的精度與強(qiáng)度計(jì)算，一旦出現(xiàn)差錯(cuò)就有可能導(dǎo)致之后的功夫全篇浪費(fèi)，損失大量的精力和時(shí)間，而且如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)也有可能導(dǎo)致之后的制作過程中出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)和挽回的失誤。所以說要精細(xì)的計(jì)算設(shè)計(jì)每一個(gè)數(shù)據(jù)，保證他的真實(shí)準(zhǔn)確。

本次設(shè)計(jì)制作的過程中運(yùn)用了很多機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)：齒輪的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，包括模數(shù)、齒數(shù)等;強(qiáng)度校核的計(jì)算方法;材料選擇的前置條件等，只有考慮到細(xì)微的要素才能保證使用過程中盡可能減少意外的發(fā)生，降低損失，尤其是用于加工生產(chǎn)的高精度機(jī)器而言。

通過計(jì)算設(shè)計(jì)完成一組配套的銑床主軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其齒輪的參數(shù)表，可直接用于參考選取使用，對(duì)其他設(shè)計(jì)過程具有參考意義，感謝公司在工程中給予我的幫助。

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