【正文】 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 1 第 1 章 緒論 隨著技術(shù)的發(fā)展，機床主軸箱的設(shè)計會向較高的速度精度，而且要求連續(xù)輸出的高轉(zhuǎn)矩能力和非常寬的恒功率運行范圍。另外還會改善機床的動平衡，避免震動 、 污染和噪音等。 本設(shè)計為 CA6140 機床的主軸箱。 作為主要的車削加工機床， CA6140 機床廣泛的應(yīng)用于機械加工行業(yè)中。 CA6140 機床主軸箱的作用就是把運動源的恒定轉(zhuǎn)速改變?yōu)橹鬟\動執(zhí)行件（主軸、工作臺、滑枕等）所需的各種速度；傳遞機床工作時所需的功率和扭矩；實現(xiàn)主運動的起動、停止、換向和制動。 主軸箱通常主要由下列裝置和機構(gòu)組成：齒輪 變速裝置；定比傳動副；換向裝置；起動停止裝置；制動裝置；操縱裝置；密封裝置；主軸部件和箱體。根據(jù)機床的用途和性能不同，有的機床主軸箱可以只包括其中的部分裝置和部件。 主軸箱是支承主軸并安裝主軸的傳動變速裝置，使主軸獲得各種不同轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)主切削運動。該機床主軸箱剛性好、功率大、操作方便。 CA6140 機床可進行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。主軸三支撐均采用滾動軸承；進給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機構(gòu)；縱向與橫向進給由十字手柄操縱，并附有快速電機。該機床剛性好、功率大、操作方便。 及發(fā)展趨勢 機床設(shè)計和制造的發(fā)展速度是很快的。由原先的只為滿足加工成形而要求刀具與工件間的某些相對運動關(guān)系和零件的一定強度和剛度，發(fā)展至今日的高度科學技術(shù)成果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代機床的設(shè)計，也包括計算機輔助設(shè)計（ CAD）的應(yīng)用。但目前機床主軸變速箱的設(shè)計還是以經(jīng)驗或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)（經(jīng)驗）設(shè)計方法。因此，探索科學理論的應(yīng)用，科學地分析的處理經(jīng)驗，數(shù)據(jù)和資料，既能提高機床設(shè)計和制造水平，也將促進設(shè)計方法的現(xiàn)代化。 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了 越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，還能改善 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 2 工人的勞動條件。為此，許多企采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產(chǎn)線。但是，采用這種自動、高效的設(shè)備，需要很大的初期投資以及較長的生產(chǎn)準備周期，只有在大批量的生產(chǎn)條件（如汽車、拖拉機、家用電器等工業(yè)主要零件的生產(chǎn)）下、才會有顯著的經(jīng)濟效益。 在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機械、加工的 70%～ 80%。科學技術(shù)的進步和機械產(chǎn)品市場競爭的日益激烈，致使機械產(chǎn)品不改型 、更新?lián)Q代、批量相對減少，質(zhì)量要求越來越高。采用專用的自動化機床加工這類零件就顯得橫不合理，而且調(diào)整或改裝專用的“剛性”自動化生產(chǎn)線投資大、周期長，有時從技術(shù)上甚至是不可能實現(xiàn)的。采用各類仿型機床，雖然可以部分地解決小批量復(fù)雜的加工，但在更新零件時需制造靠模和調(diào)整機床，生產(chǎn)準備周期長，而且由于靠模誤差的影響，加工零件的精度很難達到較高的要求。 為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化“柔性”自動化機床。隨著計算機科學 技術(shù)的發(fā)展， 1952 年，美國帕森斯公司（ Parsons）和麻省理工學院（ MIT）合作，研制成功里世界上第一臺以數(shù)字計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字控制（ numerical control，簡稱 NC） 3坐標直線插補銑床，從而機械制造業(yè)進入了一個新階段 同時，在設(shè)計中處處實際出發(fā)，分析和處理問題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實際是指在進行機床工藝可能性的分析。參數(shù)擬定和方案確定中，既要了解當今的先進生產(chǎn)水平和可能趨勢。更應(yīng)了解我國實際生產(chǎn)水平，使設(shè)計的機床，機器在四化建設(shè)中發(fā)揮最佳的效蓋。從小處講，指對設(shè)計的機床零部件的制造， 裝配和維修要進行認真的，切實的考慮和分析，綜合思考的設(shè)計方法。 通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。 意義 ： 通過分析研究現(xiàn)有的 CA6140 車床主軸箱規(guī)格和用途、主要參數(shù)、采用功能原理設(shè)計法進行設(shè)計。使所設(shè)計的產(chǎn)品盡量達到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、操作方便、成本低廉的要 求。 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 3 介紹車床的演變發(fā)展過程、 CA6140 車床的功能用途、優(yōu)越性和發(fā)展趨勢。完成了運動方案的確定和機構(gòu)化設(shè)計，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，機構(gòu)的零件圖 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 4 第 2 章 機床的規(guī)格和用途以及主要參數(shù)的確定 CA6140 型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。 主 軸 三 支撐均采用滾動軸承；進給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機構(gòu)；縱向與橫向進給由十 字手柄操縱，并附有快速電機。該機床剛性好，功率大，操作方便。 CA6140 機床廣泛的應(yīng)用于機械加工行業(yè)中， CA6140 機床主軸箱的作用就是把運動源的恒定轉(zhuǎn)速改變?yōu)橹鬟\動執(zhí)行件（主軸、工作臺、滑枕等）所需的各種速度；傳遞機床工作時所需的功率和扭矩；實現(xiàn)主運動的起動、停止、換向和制動。 CA6140 車床可進行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。 工件參數(shù) 工件的最大回轉(zhuǎn)直徑 在床面上 ????????????????????????? 400 毫米 在床鞍上 ????????????????????????? 210 毫米 工件最大長度 (四種規(guī)格 )????? ???? 750、 1000、 1500、 2020 毫米 主軸參數(shù) 主軸轉(zhuǎn)速范圍 正傳（ 24 級） ???????????????????? 101400 轉(zhuǎn) /分 反轉(zhuǎn)（ 24 級） ???????????????????? 141580 轉(zhuǎn) /分 主軸其他參數(shù) 主軸孔徑 ????????????????????????? .48 毫米 主軸前段孔錐度 ?????????????????????? 400 毫米 加工螺紋范圍 公制（ 44 種） ?????????????????????? 1192 毫米 英制（ 20 種 ） ????????????????????? 224 牙 /英寸 模數(shù)（ 39 種） ????????????????????? 毫米 徑節(jié)（ 37 種） .?????????????????????? 196 徑節(jié) 進給量范圍 細化 毫米 /轉(zhuǎn) 縱向（ 64 種） ??????????????? 正常 毫米 /轉(zhuǎn) 加大 毫米 /轉(zhuǎn) 細化 毫米 /轉(zhuǎn) 橫向（ 64 種） ??????????????? 正常 毫米 /轉(zhuǎn) 加大 毫米 /轉(zhuǎn) 刀具快速移動速度 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 5 縱向 ??????????????????????????? 4米 /分 橫向 ???????????????????? ??????? 4米 /分 電機冷卻泵參數(shù) 主電機 功率 ??????????????????????????? 千瓦 轉(zhuǎn)速 ????????????????????????? 1450 轉(zhuǎn) /分 快速電機 功率 ??????????????????????????? 370 瓦 轉(zhuǎn)速 ????????????????????????? 2600 轉(zhuǎn) /分 冷卻泵 功率 ??????????????????????????? 90瓦 流量 ????????????????????????? 25 升 /分 重量及外形尺寸 工件最大長度為 1000 毫米的機床 外形尺寸（長寬高） ?????????? 2668 1000 1190 毫米 重量約 2020 公斤 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 6 第 3 章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定 確定極限轉(zhuǎn)速 已知主軸最低轉(zhuǎn)速 minn 為 10mm/s,最高轉(zhuǎn)速 maxn 為 1400mm/s，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 nR = maxn / minn =14 確定公比 選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為φ＝ 求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z 由圖 12及系統(tǒng)傳動路線可以看出，當主軸正轉(zhuǎn)時，由第一條傳動路線（Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅵ軸）使主軸獲得 2 3=6 級正轉(zhuǎn)，由第二條路線（Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ軸）又使主軸獲得 2 3 2 2=24 級正轉(zhuǎn)，這樣可獲得 30級正轉(zhuǎn)。當主軸反轉(zhuǎn)時，可獲得 3+3 2 2=15 級反轉(zhuǎn)。但由于軸Ⅲ Ⅴ間的 四種傳動比為 : 1 50 51 150 50U ? ? ? 2 50 20 150 80 4U ? ? ? 3 20 51 180 50 4U ??? 4 20 20 180 80 16U ? ? ? 其中 2U 和 3U 基本相等，所以實際上主軸只能獲得 2 3（ 2 2－ 1） =18 級正轉(zhuǎn)，這樣主軸實際獲得 6+18=24 級正轉(zhuǎn)。同理主軸只有 3+3（ 2 2－ 1） =12級反轉(zhuǎn)。 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 由公式 Z= aP （ 1X ） bP （ 2X ） cP （ 3X ）? （ 41） 其中 Z 為主軸轉(zhuǎn)速級， iP 為按傳動順序的各變速組傳動副數(shù)， iX 為各變速組的級比指數(shù)。 故結(jié)構(gòu)式 24=2 3 2 2 繪制轉(zhuǎn)速圖 選 定 電動 機 一般金屬切削機床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用 Y系列封閉自扇冷式籠型三相異步電動機。 Y系列電動機結(jié)構(gòu)簡單、起動性能好、工作可靠、價格低廉、維護方便、 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 7 高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。 因主電機功率要求為 千瓦轉(zhuǎn)速 1400r/min，故選擇 Y132M4，其同步轉(zhuǎn)速為1440r/min。 分配總降速傳動比 總降速傳動比為 uⅡ = minn / dn =10/1440≈ 10－ 3, minn 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標準或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速 組中的最小傳動比。 確定傳動軸的軸數(shù) 傳動軸數(shù)＝變速組數(shù) +定比傳動副數(shù) +1=6 繪制轉(zhuǎn)速圖 先按傳動軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距 lgφ畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動機轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動間畫上 u(k→k+1)，從而確定了各傳動副的傳動比。 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 8 圖 41 轉(zhuǎn)速圖 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 9 圖 42 CA6140傳動系統(tǒng)圖 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計 1