XK714型数控铣床主轴箱的设计与主轴加工工艺说明书

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1、. . . . 学号：毕业设计说明书XK714型数控铣床主轴箱的设计与主轴加工工艺XK714 CNC Milling Machine Spindle Headstock Design And Processing Technology学院 机电工程学院专业 机械设计与制造 班级 机制07-1 学生 谭华庭指导教师（职称） 旭强（实验师） 完成时间 2010 年 04 月 19 日至 2010 年 06 月 10 日35 / 43茂 名 学 院系主任批准日期毕业设计（论文）任务书机电工程 学院 机械设计与制造 专业 机制专07-1班 学生 谭华庭 一、毕业设计(论文)课题XK714型数控铣床主轴

2、箱的设计与主轴加工工艺二、毕业设计(论文)工作自2010年4月19日起至2010年6月10日止三、毕业设计(论文)进行地点主教9楼 单片机与测试技术实验室 四、毕业设计(论文)的容要求(一) 设计之原始数据： 原始资料：XK712A数控铣床样机一台 。 主要参数 ： 1、主轴转速（rpm）：504500 ； 2、Y轴行程400mm； 3、主轴跳动：轴向/径向（）0.01/0.01； 4、主轴孔锥度：BT40# ； (二) 设计计算与说明部分容： 1.计算容与方案确定： （1）确定数控铣床主轴箱的传动方案；（2）画出主轴传动链简图； （3）电机的选择、主轴轴承的选择； （4）主轴组件的设计，同步

3、带轮的设计； （5）密封和润滑的设计； （6）主轴箱体的设计； （7）各主要部件的强度与刚度的校核计算； 2. 设计容： （1）Pro/E环境下进行产品的设计； （2）主轴箱装配工程图一以上； （3）各组成零件的零件图48（1#、2#或3#计算机图）； （4）制定主轴的加工工艺，并制作加工工艺卡和进行仿真加工； （5）编写设计（论文）说明书（不少于10000字，word文档输出）； (三) 主要参考资料 1、机床设计手册，机械工业 2、机械师设计手册，机械工业 3、机械零件设计手册，冶金工业 4、工程力学 5、金属切削机床科学技术 6、材料力学，高等教育。 7、互换性与技术测量中国计量 8、金

4、属切削机床概论机械工业 9、机械原理 (四)附属专题 1、专题外文翻译 检索与阅读与设计题目相关的外文资料，并书面翻译23篇（20003000字（附原文）外文资料。 指导教师接受设计论文任务开始执行日期2010年4月19日学生签名摘要高速加工是近年来发展起来的先进制造技术,电主轴是实现机床高速化的核心部件。通过对国外数控机床主轴箱与电主轴技术的研究,对XK714数控铣床主轴箱与主轴进行设计时，用电主轴替代传统的机械传动结构。通过过盈配合将异步电机的转子直接与机床主轴相连,省去了中间传动环节,在额定转速围实现了无级调速,主轴定位精确,运行更平稳,进一步提高了动态精度和动态稳定性,延长了主轴轴承的

5、寿命。改造后进给系统具有机械效率较高、结构紧凑、低噪声、振动小和高精度等特点。设计过程中， 通过三维软件建立了XK714数控铣床主轴箱与主轴的三维模型, 并进行了主轴的静态刚强度计算校核。关键词:电主轴 主轴箱 三维建模 静力分析AbstractIn recent years,high-speed cutting is an advanced machining technology that has developed rapidly.Electronic spindle is the key components that makes the machine tools high-spee

6、d.By the CNC machine tool spindle headstock and technology research, on XK714 CNC Milling spindle headstock and for design-time, spindle instead of a traditional mechanical structure.By interference fit to the rotor induction motor is connected directly with the spindle, eliminating the intermediate

7、 transmission link, the rated speed range to achieve a variable speed, spindle positioning accuracy, smoother operation，Further improve the dynamic accuracy and dynamic stability, extend the life of the spindle bearings.Backward transformation to the system has a higher mechanical efficiency, compac

8、t structure, low noise, vibration and high precision and so on.The design process, through the three-dimensional software to build a XK714 CNC milling spindle spindle box and three-dimensional model, and the axis of the static strength calculation just checking.Key words: spindle spindle box three-d

9、imensional modeling static analysi目录摘要IAbstractII目录1第1章引言1第2章传动方案的拟定和与说明22.1 概述22.2 主传动系统结构特点22.3 主传动系统变速方式22.4 分析传动方案3第3章电动机的选择53.1 电动机的选择53.2 电动机的输出特性53.3 电动机的优缺点6第4章主轴的设计74.1 选材74.2 主轴主要结构参数的确定74.3 电主轴的强度与刚度校核计算9第5章轴承的设计125.1 主轴的支承设计125.2 轴承的选用135.3 轴承的校核13第6章零件图的设计176.1 零件图的作用176.2 零件图的容与绘制17第7章

10、装配图设计207.1 装配图的作用207.2 主轴箱装配图的绘制20第8章主轴的加工工艺设计258.1 主轴加工工艺的主要容258.2 对电主轴进行工艺分析258.3 电主轴的工艺路线设计268.4 电主轴加工工序设计268.5 制定加工工艺卡27总结29致30参考文献31附录32第1章 引言毕业设计是学生在离校之前最重要的，也是最全面的一次设计，是高等院校为培养工程人员而进行的一次大型综合训练，通过这次设计，全面检查了学生综合运用所学的专业课程的知识，分析和解决问题的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。通过设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握设计的一般规律，培养

11、分析问题和解决问题的能力。通过这次设计，进行了各种设计计算、绘图技能以与技术标准、规。学会怎样查找应用设计手册和有关资料，进行全面的基本技能的综合性大型练习。本课题是XK714型数控铣床主轴箱的设计与主轴加工工艺。通过对XK712A样机的研究，了解了数控铣床主轴箱的结构与主轴零件。对实验室其它数控机床主轴箱进行深入了解，初步确定主轴采用空气压缩换刀方式。另外，还检索、阅读了国外关于主轴箱设计的书籍、报刊和研究成果。了解到目前国外数控机床的发展趋势，国数控机床的差距，以与国外采用装电动机式主轴设计的先进方法，并最得了很大的成果。国现在也流行这种设计，并取得一定成果。装电动机式主轴是把电动机的转子

12、装在主轴上，定子装在主轴箱上，借助于电源的变频技术，可在主轴轴承允许的最高转速围，实现无级变速，直接驱动主轴进行工作。简称电主轴。电主轴与传统的主轴相比：减小了传动的中间装置，使主轴箱的体积减小，降低了主轴箱的重量；减小了振动和噪声；提高了电动机的传动功率和效率。但是主轴转速的变化与转矩的输出和电动机的输出特性完全一致，电动机的发热对主轴的精度影响大，因而使用受到限制。目前，国电主轴作为商品供应市场的最高转速达150 000r/min，最大输出功率可达150kW，最大输出转矩可达1 000N·m。其主要类型涵盖磨、铣、车、钻、木工、离心、旋辗和试验机用电主轴等八大类。但是与国外相比，

13、还有一定的差距。国外已将电主轴技术应用于加工中心、数控铣床等高档数控机床。目前,电主轴的功率和品质不断得到提高,最大转速可达200 000r/min,直径围33 -300mm,功率围0.125-80kW,扭矩围0.02-300N·m。国外电主轴的技术比国的好，如轴承普遍采用外环上开进油孔道的瓷球组合轴承，润滑系统选用油气润滑，冷却系统选用恒温水箱或恒温油箱，拉刀机构普遍应用HSK刀柄与松拉刀机构，中空通道普遍采用水、气两路共用一条通道的方案。第2章 传动方案的拟定和与说明2.1 概述主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速围，以便采用不同材料、

14、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。数控铣床主传动系统包括电动机、传动系统和主轴部件，与普通铣床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速机构用以扩大电动机无级调速的围。2.2 主传动系统结构特点数控铣床的主传动系统一般采用直流或交流主轴电动机，通过带传动和主轴箱的变速齿轮带动主轴旋转，由于这种电动机调速围广，又可以无级调速，使得主轴箱的结构大为简化，也保证了加工时能选用合理的切削用量。主轴电动机在额定转速时输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率和转矩都

15、发生变化。在调压围为恒转矩，功率随转速成正比下降。在调速围为恒功率，转矩随转速升高成正比例减小。这种变化规律是符合正常加工要求的，即低速切削所需转炬大，高速切削所需功率大。同时也可以看出电动机的有效转速围并不一定能满足主轴的工作需要。所以主轴箱仍需要设置几档变速（2-4档）。机械变速一般不采用液压缸推动滑移齿轮实现，这种方法结构简单，性能可靠，一次变速只需1S。有些小型的或调速围不需要太大的数控机床，也常用由电动机直接带动主轴或用带转动使主轴旋转。2.3 主传动系统变速方式为了适应不同的加工要求，目前主传动系统分为三种变速方式：（1）、二级以上齿轮变速系统；（2）、一级带传动方式；（3）、调速

16、电动机直接驱动方式。如下图所示：图 2.3.1 主轴传动链2.4 分析传动方案（1）、二级以上齿轮变速系统变速装置多采用齿轮变速结构。通常使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统。滑移齿轮的移位大都采用液压驱动。因为数控铣床使用可调无机变速交流、直流电动机，所以经齿轮变速后，实现分段无级变速，调速围增加。其优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大围调速的能力。但由于结构复杂，需要增加润滑与温度控制装置，成本较高。此外，制造和维修也比较难。 （2）、一级带传动方式目前多采用带传动方式传动装置，带传动的优点是结构简单，安装方便，且在一定条件下能满足转速和转矩的输出要求。但系统的调速围受电动机调速

17、围的约束。这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声，适用于低转矩特性要求的主轴。（3）、调速电动机直接驱动方式其优点是结构紧凑，占用空间小，转换频率高，但是主轴转速的变化与转矩的输出和电动机的输出特性完全一致，电动机的发热对主轴的精度影响大，因而使用受到限制。综上所述，xk714数控铣床主轴箱采用交流调速电动机直接驱动方式，即主轴为装电动机式主轴（电主轴）,见图.2.4。此传动方案的特点：结构紧凑、效率高、使用寿命长。电机不会与箱体发生干涉。图 2.4.1 xk714型主轴箱三维图第3章 电动机的选择3.1 电动机的选择因为XK714数控铣床采用电主轴，选用一般的电动机达不到要求，所以对

18、电动机进行改造设计。设计要求主轴连续工作输出功率为11kW，30min过载工作时，最大输出功率为15kW。主轴转速为45-4500r/min。所以主轴电动机初步采用交流变频调速电动机。本方案采用的交流变频调速电动机是由YR180L-4型电动机改造而来的。电动机的转子设计在主轴上，定子设计在主轴箱，采用变频器进行无级调速。这样的电动机改造方案基本满足XK714数控铣床主轴电动机的要求。另外，由于电动机运转时产生的热量易使主轴发生热变形，所以在定子上设计冷却管进行控制电动机的温度。使主轴以高速运转时，都能处于热平衡。3.2 电动机的输出特性通常情况下，无级调速电动机的计算转速为=1500r/min

19、,为恒功率区，为恒转矩区。如图 3.2所示：图 3.2电动机输出特性电动机的最大输出扭矩为： 过载时： （1）= 连续工作时： 由于主轴就是电动机转子的铁芯，所以主轴的转速和输出扭矩都与电动机的一样。即30min过载时，主轴最大输出扭矩为95.50N.m。连续工作时，主轴最大输出扭矩为70.03N.m。3.3 电动机的优缺点电动机的转子直接安装在主轴上，减小了中间转动装置部件，进而减小了主轴箱的占用空间，提高了转换频率和传动效率。主轴转速的变化与转矩的输出特性和电动机的完全一致，电动机的发热对主轴的精度影响大。2第4章 主轴的设计4.1 选材XK714数控铣床主轴采用电主轴。在高速、高温条件下

20、工作，必须具有良好的高温力学性能，常用40CrNi、38CrMoALA等合金结构钢。4所以电主轴初选40CrNi合金调质钢。40CrNi合金调质钢的力学参数为：强度极限 =980Mpa，屈服极限=785MPa，弯曲疲劳极限=500Mpa，扭切应力=80Mpa,材料和承载常数C=100。4.2 主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈和，主轴径直径d,主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间的跨距L。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。4.2.1 主轴前轴颈的选取一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径（见表4.2.1）选取。铣床的直径（0.7-0.85）。表 4.2.1Xk7

21、14型数控铣床的无级调速电动机的最大输出功率为15kW,初选轴承的传动效率为0.98.故主轴的输出功率为： （2）所以查上表得=100mm,=0.85=0.85100=85mm,但由于主轴孔太大，对主轴刚度有影响，故=95mm。4.2.2 主轴径孔直径d的确定很多机床的主轴是空心的，径与其用途有关。而XK714数控铣床主轴孔用于拉杆来拉紧刀杆。为了不过多地削弱主轴的刚度，主轴孔径可比刀具拉杆直径大5-10mm。主轴孔直径在一定围对主轴刚度影响很小，若超出此围侧能使主轴刚度急剧下降。由材料力学可知，刚度K正比于截面惯性距I，它与直径之间有下列关系，即 （3）若取0.36，所以由上式得：即 d=3

22、6mm式中 ，空心主轴的刚度和截面惯性矩； K，I实心主轴的刚度和截面惯性矩。一般，对刚度影响不大；若0.7，将刚度急剧下降。4.2.3 主轴前段悬伸量a的确定主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴颈向支反力作用中点的距离。它主要取决于主轴端部的结构、前支承轴配置和密封装置的形式和尺寸，由结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性的影响大，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量宿短该悬伸量。在本设计中，主轴前端悬伸量a由套杯的壁厚，主轴盖的壁厚e以与悬伸部分构成。由设计好的轴承套杯得壁厚=20mm,主轴的壁厚e=20mm,初选25mm。所以 a =+ e + （4）=20+20+25

23、=65mm4.2.4 主轴主要支承跨距L的确定合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大刚度的重要条件之一。支承跨距过小，主轴的弯矩变形固然较小，但因支承变形引起主轴端的位移量增大，反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯矩变形和支承变形引起主轴端较大的位移。一般最（23.5）a (5)但由于结构上的原因，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于最佳跨距。 在本设计中，主轴主要支承的跨距L由无级变频调速电动机的转子的中心高h,定位环的长度所确定。由已设计好的电动机可知h=210mm,=25mm。 所以 L = h + 2 (6)=210+2×25=2

24、60mm综上所述，主轴总长由前主轴前段悬伸量a, 后主轴前段悬伸量a1,轴套，前轴承宽度B，后轴承宽度B1，主轴主要支承跨距L构成。即 = a + a1 + + 3B + 2B1 + L (7) = 65+65+40+3×24+2×24+260 =520mm总体尺寸见图4.2.4图 4.2.4 主轴总体尺寸4.3 电主轴的强度与刚度校核计算(1)强度校核计算 （7）=49.96Mpa=48.66Mpa=73.40Mpa切应力，与小于许用切应力，说明轴的扭转强度符合要求。（2）刚度校核计算= （8）=9665×=6446×= （9）=4.89×r

25、ad=1.76×rad =1.76×rad由此得轴的总扭矩角为=+ （10）=4.89×+1.76×=6.65×radAB段的扭转角变化率为BC段的扭矩角变化率为AC段总的扭转角变化率为由此可见，该轴的扭转刚度符合要求。第5章 轴承的设计5.1 主轴的支承设计目前，数控铣床主轴轴承配置的主要形式有3种。 前、后支承采用不同的轴承。如（a）图所示为数控机床前支承采用双列短圆滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承，后支承采用成对向心推力轴承。此种结构普遍应用于各种数控机床，其综合刚度高，可以满足强力切削的要求。 前支承采用多个高精度向心

26、推力球轴承。图（b）所示为前支承采用多个高精度向心推力球轴承，这种配置具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，适用于高速轻载和精密数控机床。 前、后支承采用单列和双列圆锥滚子轴承。如图（c）所示为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承，其径向和轴向刚度很高，能承受重载荷。但是这种结构限制了主轴最高转速，因此适用于中等精度、低速、重载数控机床。图 5.1.1 数控铣床主轴轴承的装配形式5.2 轴承的选用对于本设计，XK714数控铣床主轴轴承配置选用前支承采用多个高精度向心推力轴承，后支承采用深沟球轴承的形式。由已设计的前、后轴颈可知，前、后轴承的径分别是=100mm，=95mm。因

27、为设计要求主轴的径向切削力为=10000N，轴向切削力为=7000N, 使用寿命为=5000h。所以初选轴承径精度都是5级。前轴承7020C一组（3个），后轴承6019一组（2个）。前、后轴承度采用脂润滑，其极限转速为4800r/min。5.3 轴承的校核（1）计算前、后轴承径向载荷、和轴向载荷、由 3= (11)3+2= (12)得3×328× =435×10000解得=4421N=1631N因为前轴承是角接触向心球轴承，后轴承是深沟球轴承，所以前轴承承受轴向载荷相对较多，若=2500N，则=1000N。（2）后轴承的校核计算当量动载荷因为该向心轴承承受和的作用

28、，必须求出当量动载荷，计算时用到径向系数X、轴向系数Y要根据值查取，而是轴承的径向额定静载荷。所以 =0.02 (13)查表16-11 1得：X =0.56，Y=1.99 所以得：=X+Y (14)=0.56×1631+1.99×1000=2903N即轴承在=1631N和=1000N作用下的使用寿命，相当于在纯径向载荷为2903N作用下的使用寿命。计算所需的径向基本额定动载荷值由式 = (15)上式中=1.3（查表16-9）；=1（查表16-8），1 所以得：=35179N因为所选的6019轴承，其=57800N35179N；=50000N，故6019轴承符合使用要求。（3

29、）后轴承的校核先计算轴承的轴向力由表16-12查得轴承的部轴向力为：=0.68 (16)=0.68×4421=3006N 即 =+ (17)=3006+2500=5506N计算轴承的当量动载荷 由表16-11查得e=0.68，而 =1.250.68查表得X=0.41，Y=0.81。故当量动载荷为：=X+Y=0.41×4421+0.81×5506=6272N计算所需的径向基本额定动载荷 由式= （18）因受中等冲击载荷，查表16-9得=1.3；查表16-8得=1。1所以得：=76005N因为所选7020C轴承，其=79200N76005N，=78500N，故7020

30、C符合使用要求。选用的轴承如下图所示，图5.3.1为前轴承，图5.3.2为后轴承。图 5.3.1 前轴承图 5.3.2 后轴承第6章 零件图的设计6.1 零件图的作用1、 反映设计者的意图，是设计生产部门组织设计、生产的重要技术文件。2、表达机器（或部件）对零件的要求，同时还要考虑到结构和制造的可能性与合理性，是制造、检验和制定技术规程的依据。6.2 零件图的容与绘制1、用一组视图，完整、准确、清楚地表示出零件各部分的结构形状：主轴、拉杆采用主视图和剖视图。主视图按轴线水平布置，再在键槽处的剖面视图。主要运用PRO/E软件的零件功能与绘图功能进行初步的三维和二维绘制。主轴、拉杆的三维图见图6.

31、2.1与图6.2.2图6.2.1 主轴图 6.2.2 拉杆2、正确、完整、清晰、合理地标注零件结构形状与相对位置尺寸：主轴、拉杆径向尺寸以轴线为基准标注，有配合处径向尺寸应标尺寸偏差；轴向尺寸以轴孔配合端面与轴端面为基准，反映加工要求，不允许出现封闭尺寸链。主要运用AutoCAD软件进行修改，标注等。3、用一些规定的符号、数字、字母、和文字注解，简明准确的给出零件在使用、制造安装和检验时应达到的某些技术要求：如表面粗糙度、尺寸公差、形状和位置公差，表面热处理与材料热处理等方面的要求。主轴、拉杆的零件图见图.6.2.3和图.6.2.4图 6.2.3 主轴零件图图 6.2.4 拉杆零件图4、画出标

32、题栏。第7章 装配图设计7.1 装配图的作用装配图表明XK714数控铣床主轴箱各零件的结构与其装配关系，表明主轴箱整体结构，所有零件的形状和尺寸，相关零件间的联接性质与主轴的工作原理，是主轴箱装配、调试、维护等的技术依据，表明主轴箱各零件的装配和拆卸的可能性、次序与主轴箱的调整和使用方法。7.2 主轴箱装配图的绘制7.2.1 装备图的总体规划：（1）、视图布局：、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达主轴箱外形，将主轴箱的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。布置视图时应注意：a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技

33、术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。（2）、尺寸的标注：、特性尺寸：用于表明主轴箱的性能、规格和特征。如传动零件的中心距与其极限偏差等。、配合尺寸：主轴箱中有配合要求的零件应标注配合尺寸。如：轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质与精度等级。、外形尺寸：主轴箱的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。（3）、标题栏、序号和明细表：、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以与设计者等容。、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。（4）、技

34、术特性表和技术要求：、技术特性表说明主轴箱的主要性能参数、精度等级、表的格式，布置在装配图右下方空白处。、技术要求包括主轴箱装配前、滚动轴承游隙、箱体与箱盖接合、主轴箱的润滑、试验、包装运输要求。7.2.2 绘制过程：（1）、画三视图：运用PRO/E软件的零件功能与绘图功能进行初步的三维和二维绘制。再转到AUTOCAD软件进行修改。XK714数控铣床主轴箱的三维图见图.7.2.1图 7.2.1 XK714数控铣床主轴箱的三维图（2）、润滑与密封 1、润滑：轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的采用稠度较小润滑脂，导轨采用油润滑。、密封：防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的

35、漏失。（3）、主轴的箱体和附件：、箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑逸出。、附件：包括轴承定位套、密封圈、通气器、轴承盖、锁紧螺母等。7.2.3 完成装配图：（1）、标注尺寸：标注尺寸包括的特性尺寸、配合尺寸、安装尺寸、外形尺寸、其他重要尺寸；（2）、零件编号（序号）：装配图中所有零部件，按顺时针方向依次编号，并对齐；（3）、技术要求；（4）、审图；（5）、加深。装配图见图.7.2.2(a)、（b）、（c）分别为主视图、俯视图、左视图：图 7.2.2 (a) xk714数控铣床主轴箱主视图图 7.2.2(b)、(c) xk714数控铣床主轴

36、箱俯视图、左视图第8章 主轴的加工工艺设计工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，因为只有工艺方案确定以后，编程才有依据。若工艺方面考虑不周是造成数控加工差错的主要原因之一。工艺设计不好，往往要成倍增加工作量，有时甚至要推倒重来。所以，一定注意先把工艺设计好，不要先考虑编程。8.1 主轴加工工艺的主要容根据数控加工适应性，选择并决定XK714立式数控铣床主轴的加工表面。由下图.8-1-1可以看出主轴需要加工的表面：图 8.1.1 主轴加工尺寸主要的加工表面有外圆表面和孔表面的阶梯轴。8.2 对电主轴进行工艺分析由于此电主轴为空心的阶梯轴，所以选用的毛坯是外

37、直径为115mm，孔直径为30mm的棒柱材料。另外，由于孔加工比较困难，只通过数控车床难以达到加工要求。所以初步决定加工工艺为：1、用拉床对直径36mm的通孔进行加工；2、用钻床加工直径为72mm,深度为200mm的孔；3、用车床直径分别为40mm、44mm孔，锥度为BT-40#的锥孔以与外圆表面。8.3 电主轴的工艺路线设计8.3.1、工序的划分一般的工序划分有以下几种方式：按零件装夹定位方式划分工序；按粗、精加工划分工序；按所用刀具划分工序。6XK714数控铣床的电主轴工序初步按粗、精加工划分。8.3.2、工步划分 由于电主轴的加工表面是圆柱面体，没有平面或曲面。所以可以按粗加工、半精加工

38、、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。8.4 电主轴加工工序设计加工工序设计的主要任务是拟定本工序的具体加工容、切削用量、定义夹紧方式与刀具运动轨迹，选择刀具、夹具、量具等工艺装备，为编制加工程序做好充分准备。6下面主要以数控车床G-CNC6135A加工电主轴的工序。零件是半成品，即孔以加工完成，主要加工外圆表面。1、 走道路线的确定走道路线以电主轴的外轮廓为主，这样就可以使加工路线最短。但是，由于电主轴的外轮廓是550mm,避免加工过程中，使电主轴产生形变，所以应采用分几步走刀加工到最后尺寸。另外，由于电主轴有两段是与轴承直接装配，所以加工路线要保证这两段的精度和表面粗糙度

39、。2、 定位基准与夹紧方案的确定 在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几个问题：1）电主轴的基准在设计、工艺与编程计算时都应该统一；2）电主轴应以直径为110mm为装夹面，这样就能做到在一次定位装夹后就能加工出全部代加工的表面；3）避免采用占机人工调整式方案。3、确定切削用量数控车床切削用量主要包括背吃刀量、主轴转速与进给速度。如果背吃刀量过大会使电主轴形变，背吃刀量过小就影响加工效率。进给速度过大，侧会影响电主轴的粗糙度与精度。所以要合理的设置切削参数。8.5 制定加工工艺卡XK714数控铣床主轴加工工艺卡见下一页。总结XK714型数控铣床主轴箱的设计与主轴加工工艺的毕业设计使我真正理论联系

40、实际、深入了解设计概念和设计过程的实际锻炼。通过一个多月的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识。为以后的工作打下了坚实的基础。1、 机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD技术、PROE/E技术、工程材料等于一体。2、 毕业设计培养了理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。3、 在设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械的设计,一方面,逐步提高了

41、理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。4、 由于时间紧迫，设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。致这次的毕业设计是在我的指导老师旭强老师悉心指导下完成的。从毕业设计选题到设计完成时，遇到困难时，老师都给予我耐心指导与细心关怀，有了老师耐心指导与细心关怀我才不会在设计的过程中迷失方向，失去前进动力。老师有严肃的科学态度，严谨的治学精神和精益求精的工作作风，在工作中兢兢业业，辅导学生时循循善诱、极其认真耐心，让我深刻地体会到

42、为人师表的风。感老师耐心指导我的毕业设计，并给予了我这样一个学习机会。！参考文献1 宋宝玉.简明机床设计手册M.：工业大学，2008 2 文怀兴.数宋宝玉控铣床设计M.：化学工业,20053 单辉祖、传锋.工程力学M.：高等教育,20044 至丰.机械工程材料与成形工艺基础M.：机械工业,2007 5 黄镇昌.互换性与测量技术M.：华南理工大学,2001 6 熊光华数控机床M：机械工业，20017澄，等机械制图M.：高等教育，20038 可桢，等机械设计基础M：高等教育，20069 建民.机电一体化系统设计M.：高等教育，200710 周四新.PRO/ENGINEER Wildfire 2.0

43、M.：电子工业，200611 肖云山.最新数控机床设计与优化技术手册M.：中国知识，200912 王正中.材料力学M. ：中国农业大学，200213 成大先.机械设计手册M. ：化学，200214 吴宗泽.机械设计师手册M.：机械工业，200515 黎明.机械零件设计手册M.：国防工业，1996附录译文： 空气驱动轴的设计介绍中心轴的精密加工工具,如钻石车削/研磨机械,是一个重要的组成部分,决定了其加工精度。因此,改善主轴性能是一个关键的设计,改形机床,为了达到进一步提高加工精度。此外,制造与精密零件小是另一个重要的要求。因此,一个小的主轴与改善性能是需要满足要求的精密加工。为了发展规模小、精

44、密主轴,主轴驱动的水流,水驱主轴,已经提出了与文献1,3。水驱特征的性能进行了评价的主轴的理论和实验研究。水开主轴采用水流动驾驶、支持和冷却的主轴转子。少量的流动通道的专门设计主轴转子使水流能量通过这个渠道可以转化为转矩,使主轴旋转运动。这个简单的结构工程作为汽车,因此它被命名为“水驱动电机。水流被用作润滑剂流动的水的静压轴承等。水是液体以与石油。此外,粘度较小,水是如此的水、油静压轴承被认为是适合精密机床。结合水驱动电机和水的水压轴承,是实现设计的体积小、高性能的主轴的精密加工。事实上,这个尺寸的水驱主轴是22毫米直径的长度和112.5毫米。此外,水驱主轴刚度是374 N / m,也是如此。

45、轴承刚度和旋转精度,一般来说,最重要的是在设计主轴为精密机床。在某些应用场合,然而,高速主轴旋转成为最重要的要求,甚至轴承刚度退化或主轴的规模将会很大。在这种情况下,空气压力轴承仍然是合适的选择主轴。摘要介绍了一个新设计的空气驱动轴。空气驱动主轴采用类似的驱动原理对水驱动的主轴,比如,它使用一些流体通道产生的力矩旋转子。然而,整合功能,附加的主轴已经使水或空气驱动主轴转动方向为旋转。在接下来的段落里,这个结构和工作原理,给出了空气驱动主轴。数学模型,设计了空气驱动主轴做了详细介绍,并对主轴性能进行了仿真。空气主轴驱动开发利用试验研究。空气驱动轴一个基本结构的空气驱动主轴被描绘在图1。空气驱动主

46、轴采用空气流动带动和支持主轴转子。转子轴支撑气压轴承的轴向和径向方向。自从空气主轴驱动设计原型,止推轴承空气压力位于两个表面的主轴转子的设计和制造。空气主轴驱动设计基本上左右对称,除了退出渠道为后来所描述的。当水驱动电机,空气驱动电机是由一个小数目的流动通道的主轴转子。提供的航空首次进入转子通过通道,通道的入口,在光线方向。入口通道外转子表面之间的主要通道,形成的中心轴方向的转子的。主要的渠道,引导气流通过向外转子出口通道的渠道。如图1(b)和(c),出口通道形成bend-shaped渠道。空气流动方向的变化很大的出口通道。因此,扭矩用来旋转转子产生巨大的变化,角动量空气流动。退出渠道的方向的

47、确定方向产生的力矩。为了培养出扭矩相反的方向,另一对夫妇的空气驱动电机的结构设计是另一侧的转子,如图1。空气驱动电机结构一样,除了前进的方向,在出口通道无花果。1(b)和(c)。空气驱动主轴设计理论数学模型,设计了空气驱动主轴与它用来确定主要主轴参数,如间隙套筒和转子与喷嘴出口处频道的大小。这个驱动力矩所产生的空气驱动可以表达为主轴在n的许多弯曲通道的间隙,每个空气驱动电机、期刊与推力轴承、respectively.问是流量通过每一个弯曲河道退出渠道、是空气的密度,的是粘性阻力系数的空气。Cdis投影面积的Aex系数和对转子表面形成的一部分。在Eq。(1),第一学期所产生的力矩代表了空气驱动电

48、机。第二个和第三个条件是消极的扭矩由于空气粘度之间的间隙的转子和套筒和轴承,以与止推轴承。最后期限代表了空气阻力作用于小的部分放在转子表面形成退出渠道,如图1。如果在荷载作用下的negligibly主轴转小,之间的关系,并提供空气流动和角速度的空气驱动可以表达为主轴此,一定角速度可以通过如果轻微的压力损失可以忽略不计,控制压力,是由pcsizes退出渠道,以与流量,问,通过喷嘴。因此,通过控制压力哪里是这一地区的喷嘴和c的流量系数。之间的间隙的袖子,rotorand套管和套筒之间都有重要参数的控制泄漏流的间隙和消极的扭矩,由于其粘度的空气间隙。泄漏流动的间隙可写的因此,通过流量重要的主轴参数的

49、确定方程,推导出用在表1 . 之前的空气驱动开发设计的主轴,性能进行了仿真。主轴给出了计算功率在图2。主轴转速无负荷的情况同样显示在图3。由于气压局限性的压缩机为空气流量的主轴,驾驶气压、电脑计算。如图4,证明该气压驱动轴可提供商业空气压缩机。空气驱动轴的设计空气主轴驱动开发如图5。维转子芯20毫米直径的长度和165毫米。空气压力轴承使用多孔介质中使用的主轴。轴承刚度的供应压力是挂名的36.0 0.4兆帕的N / m的轴承与17.7 N / m的推力轴承等。喷嘴直径的退出渠道被设计为140毫米。然而,实际的8个喷嘴直径从1.458多样,1.501毫米。自从喷嘴直径是一种主要设计参数的影响,主轴

50、性能、出口通道被设计成可自由兑换。因此,优化喷嘴直径将以满足应用要求的主轴。此外,方向的卸货港的退出渠道可以被改变,使所有的放电港口设置在同一个方向。这个设置完成高速旋转。原文： DESIGN OF AIR DRIVE SPINDLE，Mechanical Engineering, Kanagawa University; PENTAX Corporation，Yohichi Nakao, Tomohiro Mizoi, Yuzo Minowa，会议记录，2009DESIGN OF AIR DRIVE SPINDLEINTRODUCTION A spindle of the ultra-pre

51、cision machine tools, such as diamond turning/grinding machines, is an important component that determines the machining accuracy. Therefore, improvement of the spindle performance is a critical issue in designing the machine tools in order to accomplish further improvement of the machining accuracy

52、. In addition, producing small and precise parts is another important requirement. Thus, a small spindle with improved performance is needed to meet the requirements in the precision machining. In order to develop small in size and precise spindle, a spindle driven by water flow, named the water dri

53、ve spindle, has been proposed and 1-3developed. The performance of the water drive spindle has been evaluated in the theoretical and experimental studies. The water drive spindle uses water flow for driving, supporting and cooling the spindle rotor. A small number of flow channels are specially designed inside the spindle rotor so that the water flow energy through the channels can be transformed into torque that makes the spindle rotational motion. This simple structure works as a mot