毕业设计是高等工业院校毕业生毕业前进行的全面综合训练、是培养学生综合运用所学理论知识与技能解决实际问题能力的一个综合性、实践性教学环节，是使学生在学校获得工程师基本训练的最后机会，同时，也是对学生在校期间整个教学环节中能力培养的检验其目的在于：

（1）培养学生综合运用、巩固和扩大已学知识，提高理论联系实际进行设计与计算的综合能力。

（2）通过学生自行收集、阅读、整理、分析和运用各种信息，培养和提高分析问题、解决问题的能力。

（3）使学生初步掌握机械设计专业的全过程，设计方法和步骤，提高结构设计与编制技术文件的能力。

（4）通过毕业设计，提高机械设计的基本技能，进一步熟悉、运用和全面贯彻国家技术标准，提高贯彻国家技术标准的自觉性。

（5）通过毕业设计，可较全面的考核学生理论知识与解决实际问题的能力。

为达到上述目的，要求学生在设计中必须根据设计指导书的要求，在指导教师的指导下，认真的完成规定的设计任务。

第1章 设计题目及内容

1. 1设计题目

数控机床（加工中心）镗铣头主传动系统设计。

1.2 设计内容

设计30～4000r/min的镗铣头、主轴箱、采用齿轮传动，且采用交流调频电机，其功率,.

（1） 主轴双速齿轮变速箱镗铣头结构图，（展开图、剖面图、外观图及操纵机构）

（2） 数控镗铣在几种机床上的应用联系图。

（3） 设计说明书1份。

1.3设计任务

（1） 主传动双速齿轮变速齿轮变速箱式镗铣头结构图共零号图纸四张。

（2） 译文1份

（3） 设计及使用说明书1份

（4） 数控镗铣在几种数控机床上应用的联系尺寸图。

第2章 数控机床简介

据统计，我国装备工业现有机械设备的役龄超过30年的达32％，这些设备大多数为50、60年代的水平。而工程机械制造企业也不例外，这样的传统装备和制造技术，与国外相比有很大的差距。正是由于设计手段落后，又受制造设备、制造工艺的制约，即便是我国科研人员花工夫、倾全力，经科研开发出来的工程机械新产品，从设计、制造、试验、检测到鉴定投产、推广使用其周期必定较长。我们知道，科技发展日新月异，产品市场又瞬息万变，谁及时抓住机遇，谁就能取得主动权。由于周期长往往使有些国产工程机械从一面世起就已是过时、落后，产品缺乏竞争力而惨遭淘汰。因此，提高工程机械制造业的技术装备和工艺水平，对于科研成果的推广、新产品的应用，无疑是一个极为重要的保证。

数字控制机床是新型的自动化机床，数控系统的主要特点是：可以进行高精度加工和多样化加工，完全可以取代其他的加工方法。由于数控机床是按照预定的程序自动加工，加工过程不需要人工干预，加工精度还可以通过软件进行校正及补偿，因此可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。特别对于多品种、少批量的零件更是如此可靠性要求高：因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁，他对解决复杂型和提高精度零件的加工，对单位小批量生产自动化等，都具有重要意义。由于产品多样化和产品更新快，且当前机械制造也的特点因而多品种、小批量生产愈来愈占优势，在机械加工中，加工批量在50件以下的，占很大优势比例，这就要求加工设备具有很大的灵活性；而新型产业，如航空、宇航、造船、电子等工业所需要的零件的精度越来越高，形状也相当复杂，这就要求加工设备应具有很高效率和加工精度。随着近代计算机技术和自动控制，精密测量等科学技术的发展，出现了适应发展要求的机电一体化新型自动化机床—数控机床，它具有广泛的通用性而又具有很高自动化程度的全新型机床。另外采用数控机床可以提高生产率，一般可以提高生产效率2～3倍，对于某些复杂零件的加工精度，生产率可提高10几倍，甚至更高。一些数控机床，具有多工序、自动换刀装置，因此可以实现一机多用，不但提高了生产效率，也能节省厂房面积。因此，数控机床对品种改型频繁、新产品试制来说、其优越性非常突出。近10年来，我国数控系统产业，根据用户特殊的要求开发了百余种以上的专用系统，如等离子切割机、火焰切割机、激光切割机、弯板机、弯管机、绕簧机、各种类型的激光淬火机、活塞裙部椭圆车床、变螺距变底径异形螺杆铣床、花健铣床、梯形环车床、管螺纹车床、螺纹磨床、丝锥磨床、各类成型磨床、轧辊磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床等专用的数控系统。配“华中数控”专用系统的汽车工业专用扇形齿插齿机的售价只有国外的1/8。用“航天数控”系统的瓦楞辊专用磨床造价只有德国进口机床的1/10，加工效率还提高了一倍。此外，还为纺织、轮胎、医疗、钢铁等部门开发了一系列专用系统。现在在我国市场使用较多的FANUC 0系列数控系统就是一种高精度、全功能的数控系统。它具有较好的柔性，非常适合机械零件的加工。数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。

(1) 提高通用部件的水平

衡量通用部件技术水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。

目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台，以及适应中、小批生产的快调、速换动力部件和支承部件。

机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频宽调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力。

动力部件采用镶钢导轨、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、齿形皮带等新结构。支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度小。

(2) 发展适应中、小批生产的组合机床

在机械制造工业中，中、小批生产占80%。在某些中批生产的企业中，如机床、阀门行业等，其关键工序采用组合机床。其中机床厂用组合机床加工主轴变速箱孔系，产品质量稳定，生产率高，技术经济效果显著。发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。转塔主轴箱式组合机床，可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可用于中、小批生产。但这类机床结构复杂，成本较高。对于现代制造业，数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件。而一般的普通机床根本无法满足这个要求。就连仿形机床和组合机床也解决不了高精度与小批量这个矛盾。因此数控加工非常适合航空、航天、电力、交通和电子等制造业的零件加工技术。

带转塔式主轴箱的组合机床，由于转塔不能制造的太大，安装的主轴箱数量有限，因此只适应工序不多，形状不太复杂的零件加工。

(3) 采用新刀具

近年来出现了多种新刀具，如具有镀层的硬质合金刀片、立方氮化硼刀具、各种可转位的密齿铣刀、喷吸钻头、镶有可转位刀片的“短钻头”等。一般情况下，采用先进刀具的工时为原工时的。由于提高了刀具的耐用度，大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间，提高了组合机床的经济效益。

(4) 发展自动检测技术

组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。自动检测包括对毛胚尺寸和工件硬度的检查。主动检查是将不合格的工件剔出，使之不往下个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件时停机信号。目前主动检查应用的日趋广泛。由于电子元件迅速发展，集成控制器、微处理机的应用，使自动检测技术更加可靠。自动检测工位要进行数据处理，统计计算以及打印出有关数据或做数字显示。还可以把加工后的工件按公差带进行分组，以便按分组的公差带装配，实际表明，采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提高设备精度更为经济。

（5）数控机床的特点

数控车床是高度自动化机床，数控车床主传动系统的特点是：

1）机床有足够高的转速和大的功率，以适应高效率加工的需要；

2）主轴转速的变换迅速可靠，一般能自动变速；

3）主轴应有足够高的刚度和回转精度；

4）主轴转速范围应很广，如对铝合金材料的高速切削，几乎没有上限的，主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速)，而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定。

通过对数控铣床工作时状态的观察以及设计方案构想的出台以及最终实施，就充分考虑到其可操作性必须符合操作者的工作习惯、便利。当然全自动控制吸尘器的方式不必操心了。而半自动及强制不吸尘的工作方式，由于要人工干预，在实际设计中尽量采用与数控铣床设备上较为一致的操作方式方法。其安装的物理位置绝对不可远离操作面板，否则设计再怎么完善而不利于操作，可以说应是一败笔。基于这一基本原则，我们利用操作面板上第三号轴的控制位置（指合资生产的数控铣床为2轴加工方式，但操作面板上有三个轴的控制位置），装入二级三状态控制开关，这样操作者在操作上十分方便可靠，同时开关的工作状态有附加的醒目的指示灯来显示，采用了普遍符合人们视觉及习惯效果的颜色及提示。在信号线的撮及所用电源电压均采用机器内部提供的电源电压，无附加电源。从安全角度上考虑均采用低电压小电流，所以绝对不会对设备造成任何危害。尽管吸尘器功率较大，但由于采用功率隔离启动方式，因此到吸尘器上的控制信号对设备上的信号不会产生任何不良影响。组合机床除完成切削加工等工序外，还在逐步设计制造用于焊接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床。

第3章  概  论

3.1模块化

    模块化是通用化的发展

模块化的应用，是使各个部件，并有几种方案可供选择。

模块化的进一步发展是生产的社会化。各模块（称为功能部件或单元）由专门的工厂制造，作为商品向社会供应。机床制造厂可根据要求的功能来采购。有各功能部件或单元来集中加工生产，质量易于保证。因此，模块化社会生产近年得到迅速发展。

在功能部件社会话生产的基础上，可以很快的设计制造。

3.2铣削头

3.2.1铣削头的用途

    铣削头与相应规格1HJ系列滑台配套，或与1XG系列铣削工作台配套，可组成各种型式组合铣床，用以完成对铸铁以及有色金属件的平面铣削。沟槽铣和成型铣等工艺。铣削操作：使用具有一个或一个以上之切刃并绕著某一固定轴旋转的刀具来进行切削的操作，切削时刀具固定而工件进给以完成加工。由切削所产生的切屑形状可以更进一步区别出此切削操作与其他金属切削操作不同的地方，铣削所产生的切屑一般都是短而不连续的碎片，在此强调的是，铣削时会产生不连续切屑是由于刀具的几何形状所造成的；而不是如车削加工一样不连续切屑是由于切屑的破裂所产生的。对于大多数的铣削操作而言，未变形的切屑厚度由切屑的一端到另外一端都一直在改变，最大切屑厚度可能发生在切屑的任一端或者是在靠近切屑的位置，但这完全视切削过程而定。铣削时由于切屑成规则性的不连续变化，使得切削力与切削温度也呈周期性的变化，而并非稳定状态。当刀具切入工件时，刀尖会受到强烈的冲击陡震，接著是切削负载一直在改变。当刀具切入工件时，刀具表面是冷的，但是在切屑形成过程中逐渐受到加热，当切屑形成以后又开始受到冷却，直到下一个切入动作产生。刀具切入时的陡震现象对刀具本身的寿命很不利，而冷却周期则是有帮助的，除非所使用的材料对于热陡震很敏感。

切削过程中，由于切削负载是呈周期性的变化，此提供了引起工具机任一部份之振动的自然模态所需的能量，此种振动会使得表面粗度很差，而且将使刀具寿命降低。铣削加工操作的最大优点之一就是小而轻的刀具很容易在高速率下旋转，以便在尺寸及形状变化很大的工件上製造出平坦或弯曲的表面。

 1TX系列铣削头可配六种传动装置。图3.1为齿行带传动装置，适用于高速铣削，主要用于有色金属粗精加工和铸铁件的精加工。

图3.1带传动装置

图3.2配以顶置式交换齿轮变速的传动装置要用于铸铁和钢件中低速粗、精铣削。适用于大批大量生产卧式组合机床。

图3.2顶置式齿轮传动装置

图3.3配以顶尾置式交换齿轮变速的传动装置加工性与配量顶置式交换齿轮变速传动装置的铣削头相同，易于配置立式机床。

图3.3尾置式齿轮传动装置

图3.4配以手柄变速传动装置，是中低速传动，其加工性与配置顶置式交换齿轮变速传动的铣削头相同，但宜用于中小批量的组合机床。

图3.4手柄变速传动装置

    图3.5是数控的皮带传动装置，由交流变频电机或直流电机无级调速，适用于高速铣削。

图3.5数控带传动装置

图3.6是数控的手柄变速传动装置，适用于高速铣削。

图3.6数控手柄变速传动装置

3.2.2 铣削头的结构

铣削头控制精度为准可分为普通级、精密级高精度级三种。其结构完全相同。主要是零件和轴承的精度不同。可分为两种形式：I型号能手动的夹紧滑套，用于对刀调整；II型号能液压传移动和夹紧滑套，用于精铣自动让刀。

3.2.3 各种铣削头所组成机床的类型

（1） 铣削头与其它部件可组成单面铣，它又分为卧铣和立铣。如图3.7为卧铣（铣削头进给）。如图3.8为卧铣（工件进给）。图3.9为立铣。

图3.7卧铣（铣削头进给）

图3.8卧洗（工件进给）

图3.9立铣

   （2） 铣削头与其他部件可组成双面铣，同时加工两个表面，如图3.10为双面铣。

图3.10 双面铣

（3）  铣削头与其它部件组成的机床还可以加工特殊表面。如图3.11为加工斜面的铣床。

   （4）  铣削头与其部件组成龙门钻床，可加工大型工件，并加工几个表面，如图3.12为龙门铣。

   （5）  铣削头与其它部件组成数控铣床，其加工精度较高。如图3.13为数控铣床。

图3.11加工斜面的铣床

图3.12龙门铣床

图3.13数控铣床

（6）铣削头各种类型概述

Ⅰ型：数控铣床应用铣头，用于高速铣削、速度高、应用广，又可分为带传动和齿轮传动。采用角接触球轴承。分别参考图五、图六和图十三。

Ⅱ型：高速铣削应用铣头，用于高速铣削，速度大约为1500～1800r/min可加工铝合金铣头。采用皮带传动，用双列圆柱滚子轴承和60度推力角接触球轴承。如图一所示。

Ⅲ型：加工铸铁和钢件的铣头，采用挂轮传动，如图二所示，采用圆锥滚子轴承，机械调整滑套和机械锁紧滑套。

Ⅳ型：加工铸铁和钢件的铣头，与III型一样，但是采用液压锁紧。

Ⅴ型：加工硬质钢，用于低速铣削，机械调整及机械锁紧。

Ⅵ型：加工一般钢铁工件和铸铁件的铣头。采用滑移齿轮变速，如图四所示，用于龙门铣两面或三面铣。

Ⅶ型：加工硬质钢、耐磨铸铁，采用液压调整和液压锁紧。

第4章  主轴组件

主轴组件是机床的一个重要组成部分。主轴组件主要由主轴、轴承、传动件和固定件组成。机床在工作，由主轴夹紧带动刀具直接参加表面成型运动。

4.1主轴轴承的选择。

    机床主轴所采用的轴承，有滚动轴承和滑动轴承。从旋转精度方面看，两类均可满足这方面的性能要求。但在一般情况下最好采用前者。

本次设计主轴为数控机床主轴，转速较高，所以可采用角接触球轴承。为了提高刚度和轴承能力，前后支承可采用同向组合，只能承受一个方向的轴向载荷。承载能力大，轴向刚度较高。后支承采用背对背组合，可承受双向轴向载荷主轴的4级机械变速是用油缸推动滑移齿轮来实现的。在变速时，主电机低速转动。齿轮啮合后压上行程开关。同时发令，使电机停止摇摆，并启动主轴运动。当改变主电机旋转方向时，可以得到相同的主轴正、反转。螺纹切削是通过与主轴1∶1传动的主轴脉冲发生器发出同步脉冲讯号来实现的。

。

4.2主轴

4.2.1主轴的构造、材料和热处理

    主轴头部采用7：24的锥度，有刀库，可自动换刀。为了方便于装配，主轴常制成阶梯形的。主轴及空心的，中心孔中有拉杆，通过液压装置带动拉杆实现自动换刀。

主轴的材料为45钢，调制到220～250HBS左右，在主轴头部的锥孔，定心轴径等定位。高频淬硬至50～55HRC。

4.2.2主轴直径的确定

    主轴直径的值由表10—6可取为90mm，后颈为前颈的（0.70～0.85）倍，所以后轴径取为72mm。

4.3润滑和密封

    润滑的作用是降低摩擦，降低温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的侵入和防止腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负载。如果选择得合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用期限。

4.3.1主轴滚动轴承的润滑

    滚动轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。在速度较低时，用润滑脂比油温升低；速度较高时，用润滑油较好。

由于本次设计是采用齿轮传动系统，故均选用油润滑较好。经手工刮研的滑动面配有摩擦系数低的自动润滑材料使磨损达最小

    滚动轴承需要的油量很少，约每分钟1～5滴。常用油的粘度为12～30（即cst）。高速轴承发热较多。为控制其温升，希望润滑时兼起冷却的作用。办法是用油润滑，用空气冷却。常用的办法有油雾和油气润滑。

一套轴承的供油量可按下式计算：

Q=

油气润滑的油量是可调的，可调至温升最小。油未雾化，用过可回收，不污染环境。压缩空气使轴承附近的气压略高于外界，可阻止外物进入。它是一种很有前途的润滑方式。零件加工面临的一个主要问题是产品的高精度、多样性和批量小的矛盾。这就要求从机床到数控都需要柔性。CNC数控系统由于采用软件控制，具有了很大的柔性。

4.3.2密封

    主轴组件密封的作用，对于油润滑的主轴组件，主要是防止油外漏和灰尘屑末和冷却液进入。其密封可参见下图。

锯齿槽可有2～3条。油被甩入空腔后可能有少量溅回。前面的槽还可以再甩。回油孔直径应尽量大些，使会油畅通。

图4.1油润滑时的防漏

第5章  传动装置

    数控机床和重型机床，广泛地采用无级变速。由本次设计给定的条件可知：主轴转速最高为4000r/min,最低为30r/min,计算转速为150r/min，最大切削功率为5.5kw。采用交流调频主轴电动机，额定转速为1500r/min,最高转速为4500r/min. 轴的运动交流电机经齿形皮带来驱动循环滚珠丝杠，从而产生各轴运动，其刚度和精度通过驱动丝杠的双向载荷螺母和带有线性感应传感器的电子测量系统来确保。轴的位置通过电机和测量系统得到连续保持，并通过数控系统来进行检查。可保持运动的液压系统为垂直轴提供一平衡力，每根轴均装有一电磁制动器。需要时由程序使制动器动作以保证钻铣精度。主轴头为使运动合理化，并且保证系统的生产效率和可靠性，主轴头在立柱前面运行，并配有主轴套的横向运动。

5.1主轴要求的恒功率调速范围：

  电动机的恒功率调速范围：

  主轴要求的恒功率调速范围大于电动机所能提供的恒功率调速范围，故必须配以分级变速箱。但为了简化变速箱及其操纵机构。希望用双速变速箱。现取Z=2。

  转速图和传动系统如下：

                             5.1转速图

5.2传动系统图

齿轮的设计。确定模数。计算出的齿轮模数有时比标准数值略微大一点。可采用调整齿宽系数，使计算值小于标准值。另外，在一个传动组中，按工作负载最重的齿轮确定齿轮模数。从等强度的观点出发，可减薄其它齿轮的宽度，使各齿轮基本上处于在相近的接触力或弯曲应力状态下工作。这样可以缩短该传动组的轴向尺寸。

在齿轮模数确定后，计算齿轮的尺寸时，应注意检查小齿轮必须能套装在轴上，至少应保证花键轴外径与齿根间半径方向的距离，等于齿轮基圆上的齿厚。

5.2操纵机构

机床的操纵机构用于控制机床各执行件运动的启动、停止、制动、变速、换向等。操纵机构不直接参予机床的成形运动，对机床的精度和刚度无直接影响。因此对操纵机构的要求：轻便省力，操纵方便，便于记忆，安全可靠。

因此，操作件选用行程开关。传动装置选用油缸；执行件选用拨块。故由行程开关来控制油缸的活塞杆来带动拨块，以达到操纵滑移齿轮的作用。基本结构加工中心的主结构由钢底座支撑。底座将垂直件和纵向移动件连在一起，带立轴套筒的主轴头在立柱上运转，立柱通过螺栓和定位销与底座相连。

第6章  电机的选择

由于本次设计是数控机床电机所以是无级调速的是因为加工中心机床使用多种刀具进行连续的不同种类（铣、钻、镗和攻丝等）的切削加工，所以主轴的转速是经常变化的，而且必须由加工程序的S指令自动实现，自动换刀时还必须进行主轴定向，所以必须采用带有定向功能的自动无级调速方式。因此可选择交流变频电机。变频调速电机系统随着电力电子技术的发展而快速发展，其应用领域不断扩展。国际上已形成一定规模的应用产业，我国也正在把它作为中小型电机行业新的生长点，目前其发展趋势主要向两方面发展：一种是挖掘传统电机的潜力，使之与电力电子变频器形成最优组合，一种是研究新的交流电机结构和运行方式，而开发出高性能的交流变频调速系统。高效系列的变频调速电动机，占领国内市场，并出口国外，将对我国经济建设的发展具有十分重要的意义，国家已在“九五”期间将交直交，交交变频调速电机列为机械工业重点发展产品，“十五”期间进一步将变频调速电机及其系统列为国家重大节能项目之一。

本次设计给定的电动机功率为5.5KW，调速范围为30～4000r/min,根据功率和转速的要求可选择S系列的电动机，它的额定功率为5.5KW，电源为200/220/230V，额定转速为750r/min；最大转速为600r/min,输出力矩为47.1或480，惯性矩为0.11，重量为80kg。

S系列主轴电机采用定子绕组直接冷却系统。在相同的输出功率时，电机的体积和直径最小。交流主轴驱动系统采用最新的微处理机及功率器件。使输出特性光滑、稳定、震动和噪声小。在制动时实现电能再生，对主轴实行定位控制等措施，得到了广泛的应用随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的不断发展，高性能的异步电动机调速系统，是高性能数控机床的最佳驱动装置。目前应用于电机传动系统的电动机主要是异步电机、同步电机、永磁电机和直流电机，显然，异步电机是产量和用量最大的电动机。变频调速电机主要指的是异步电机。

性能特点：

（1）S系列标准电机传动比分级精细，包括几个等级，能满足各类数控机床主轴驱动的需要。

（2）S系列电机是全封闭，高效冷却系统，承载能力强，温升低，使用寿命长。

（3）S系列电机的转子进行精密动态平衡，即使在高速下也只有叫小的振动，低噪声，运转平稳。

（4）S系列电机最具有高的力矩惯性比。并采用电能再生系统，使电机具有快速的加速及减速特点。

（5）采用高级滚珠轴承系统，是在模块组合体系的基础上设计的，可与不同的传动附件组合，满足不同的传动结构方案。

（6）设计精巧，结构紧凑，体积小，安装简便

（7）因为电机可以通过变频器调压调频增大起动转矩，减小起动电流，所以起动性能通过系统的控制就能满足。

第7章 箱体的选择

7.1  箱体的主要功能

(1)支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 (2)安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 (3)使机器各部分分别由的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。 (4)改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。

7.2  箱体的分类

按箱体的功能可分为：

(1)传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。见图7.1

                          图7.1箱体捏合

(2)泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外，还要求能承受箱体内液体的压力。 

    (3)支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。

7.3  箱体选则

首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为"结构包容法"，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题： 

（1）满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 

    （2）散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。 

    （3）结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。 

    （4）工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 

    （5）造型好、质量小。

7.4箱体的确定

本次设计共有两个箱体：一个是起支承作用的箱体（以下箱体称主箱体），一个是对传动装置起保护作用的箱体（以下箱体称防护作用箱体）。

箱体的变形主要是弯曲和扭转与截面惯性矩有关。从表11—2截面积近似为1000的八种不同的截面形状的抗弯和抗扭惯性矩的比较可以看出。

本次设计的箱体所承受的主要多为弯矩，所以截面形状为矩形。由于有调整机构，前后表面也不能封闭，只有下表面可以封闭。

箱体的材料主要为铸铁和钢。本次设计选用HT150。在铸造或焊接中的残余应力，将使支承件产生加工蠕变。因此，必须进行时效处理。时效在粗加工后进行。铸铁在450以上在内应力的作用下开始变形，超过550则硬度降低。因此热变时效处理在530～550的范围内进行。这即可以消除内应力，又不能降低硬度。由于普通精度的机床进行一次时效处理就可以满足要求了。

防护箱体主要是对传动装置起保护作用，即不承受弯矩，也不承受扭矩的作用，因此它的结构只要符合它的作用就可以了。不用对它进行特殊要求。材料选为HT150。在粗加工后也应进行时效处理，热时效处理也在530～550的范围之内的。

第8章 主轴内的刀杆自动控紧机构和切屑清除装置

刀杆的自动控紧机构有液压缸活塞拉杆，碟形弹簧和头部的4个钢球等组成，标准刀杆安装在主轴的锥孔中，当需要松开刀杆时，液压缸的上腔进油，活塞向下移动，拉杆向下移动。此时弹簧被压缩。钢球随拉杆向下移动，移至主轴孔径最大位置处时，便松开刀杆，刀具连同刀杆一起被机械手拔下。新刀装上后，液压缸的上腔回油，活塞向上移动，钢球被收拢，卡紧在刀杆顶部拉钉的环槽中，把拉杆拉紧。

刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压缸放松，可保证工作中突然停电时，刀杆不会自行松脱。各种运动用的感应淬火钢导轨通过螺栓和定位销与底座相配。可动部件用锥形锻条与导轨相配，可达到很高的几何精度。

活塞杆孔的上端接有压缩空气。机械手把刀具从主轴中拔出后，压缩空气通过活塞杆和拉杆的中孔，把主轴锥孔中吹净。这个系统的特点是刚性极好，负载分配合理，故能充分利用最新的排屑技术。两行程开关用于发出刀杆以松脱和刀杆以夹紧的信号。

第9章 主轴定位机构

    主轴与刀杆，靠7：24锥面定心，两个端面键传递转距。端键固定在主轴前端面上，嵌入刀杆的两个缸口内，自动换刀时，必须保证端键对准缺口。主轴周向定位机构的原理见图十五（a）.（b）

塔轮1上安装一个厚垫片4，上装一个体积很小的永磁块3。在主轴箱体的准停位子上，装一个磁传感器2。统发出主轴停转信号后，主轴减速，从很低的转速慢转。至永磁块对准传感起2发出准停信号，电机制动。主轴停止的角位子精度。

第10章 传动过程及换刀过程

开动电动机后，电机旋转齿轮传动，可实现二联滑移齿轮传动。机床的操纵机构用于控制机床各执行件运动的启动、停止、制动、变速、换向等。操纵机构不直接参予机床的成形运动，对机床的精度和刚度无直接影响。因此对操纵机构的要求：轻便省力，操纵方便，便于记忆，安全可靠。

因此，操作件选用行程开关。传动装置选用油缸；执行件选用拨块。故由行程开关来控制油缸的活塞杆来带动拨块，以达到操纵滑移齿轮的作用。基本结构加工中心的主结构由钢底座支撑。底座将垂直件和纵向移动件连在一起，带立轴套筒的主轴头在立柱上运转，立柱通过螺栓和定位销与底座相连。换刀过程为液压缸上腔进油，推动活塞移动，从而通过弹簧夹紧拉杆，带动拉杆移动，移到主轴较大处时，钢球向四周运动，此时便松开了倒柄，刀具便连同刀杆一起被机械手拔下。

图10.1 机构简图

总   结

    此次设计是在校期间的最后一次设计，是在校获得工成师基本训练的最后机会。也是对大学四年来所学知识的检验和考核。因此，我对本次设计很重视，努力完成。

    此次设计使我对所学的知识有了综合运用的能力，巩固了已学知识，并且提高了理论联系实际和计算的能力。通过自行收集、阅读、整理、分析和运用各种资料、书籍，培养和提高了自己发现问题，分析问题解决问题的能力。使我掌握了专业机械设计的全过程的设计方法和步骤，提高了机械设计的基本技能。进一步熟悉并运用了国家技术标准，提高了贯彻国家技术标准的自觉性，为今后工作岗位打下了坚实的基础。

    由于本人所学知识有限，在设计过程中难免会出现错误，希望老师们能给予批评、指正。

    再这里我衷心的感谢在设计中给予我大量帮助的老师们。

致   谢

在整个毕业设计中受到我们的指导老师马世强老师无微不至的关心和帮助，从开始设计计算一直到图纸的绘制的完成，再到说明书的编写，老师时刻在我们的左右对我们进行指导和督促，对我们极耐心又严厉，对待工作，他一丝不苟，严格要求我们的同时又时刻不忘记给我们鼓励，我们的设计的顺利完成，是我们努力的结果更是马老师心血的结晶.我们相信马老师的品格会伴我们的一生。借此机会，我们要向马老师表示诚挚的敬意。

在这段时间里，也得到了同学们的帮助，特别是我们组的一些同学，为我提了很多好的建议，也教给了我很多东西，在我困惑的时候给我信心和支持。十分感谢他们对我的帮助。

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