（图纸+论文）XK5040数控立式铣床主运动系统及进给系统及控制系统设计（全套完整）

但由于公用齿轮的采用，使两个传动组间的传动比互相牵制，不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸，因此，径向尺寸般较大，此外，公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。

这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。

查机床设计手册确定个齿轮齿数如下轴间变速齿轮齿数的确定由于公比.，传动比为设传动组中最小齿轮齿数，查机床设计手册表.可查得.，.，.齿数和为公用齿轮选为轴间变速组齿轮齿数的确定传动比为根据，主动轮齿数为，从表.可查得.，.，.齿数和为轴间变速组齿轮齿数的确定由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化，受力差别较大，为了得到合理的结构尺寸，可采用不同模数的齿轮副。

轴间的两对齿轮，其传动比为，分别取，则取按传动比将齿数分配如下，轴及间齿数确定，由于这两个传动组只是改变传动方向，不起便速度作用，只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。

，取轴间锥材料齿轮齿数为，轴间齿轮齿数为。

主轴转速系列的验算主轴转速在使用上并要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响，但标牌上标准数列的数值般也不允许与实际转速相差太大。

由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过即主轴的各级实际转速分别为.，.，，，.，.，.，.而.故符合条件同理经验算，其他各级转速也满足要求。

传动系统图的绘制转速图和齿轮齿数确定后，变速箱的结构复杂程度也基本确定了如齿轮个数，轴数，支承轴，为使变速箱的结构紧凑，合理布置齿轮是个重要的问题，因为它直接影响变速箱的尺寸，变速操作的方便性和结构实现的可行性问题，在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，般应尽可能减少变速箱尺寸。

这里为使变速操作的方便，提高效率采用电磁离合器操纵方式。

根据计算结果，绘制出传动系统图，如图.所示图.主传动系统图主运动传动链的传动路线表达式如下电动机主轴.传动件的估算与验算传动轴的估算和验算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。

强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。

般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩和额定动扭矩满足工作要求。

额定静扭矩式中离合器的额定静力矩安全系数运转时的最大负载力矩对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭矩设计，查机械设计手册表，取取.则.额定动扭矩式中，加速扭矩所有被离合器带动的零件折算到离合器轴上的当量飞轮矩安装轴转速为及轴上零件的非轮矩之和分别为离合器带动的其他各轴转速为，上零件的飞轮矩之和加速时间，中型车床取，位行用空转扭矩。

湿式多片式离合器般为的，油量小，精度高，水平安装是取小值通过计算，这里选用铣床专用离合器，型号为。

.截面图设计截面图设计主要考虑以下四个方面的问题，个轴的位置安排包括主轴，轴和中间各传动轴的合理安排和确定，箱体结构和外形变整箱体结构，与床身的连接方式，外观造型等，操纵机构的设计和选择，润滑系统的设计和润滑元件的选择.轴的空间布置轴系布置般程序是先确定主轴在变速箱体中的位置，再确定传动主轴的轴及与主轴轴齿轮有啮合关系的轴.第三部确定电动机轴或运动输入轴轴的位置.最后确定其他各传动轴的位置.主轴和传动主轴的轴立式铣床的主轴是垂直布置的，的主轴可上下移动，装在套筒内，传动主轴的轴与主轴之间用对的齿轮出动，该轴也是垂直分布的。

轴入轴的装置轴上装有电磁离合器制动，该部件的位置安排应便于调整电磁离合器，需要考虑便于冷却和润滑，离主轴部件部件要远些，以减少摩擦发热对主轴热变形的影响。

综上所述，铣床轴般安排在变速箱后避处中间各传动轴主轴和各传动轴位置确定后，中间各传动轴位置即可按转动顺序进行安排，应考虑满足以下要求装有离合器的轴要便于装调维修和润滑装有制动器装置的轴要便于装调维修，该轴应布置在靠近箱盖或箱壁处，同时考虑与起停装置的互锁。

装有润滑油泵的轴要有足够的空间安装润滑油泵，其高度要便于油泵吸油和排油，并便于装卸和调整油泵，装有溅油轮或溅油齿轮的轴应注意圆周速度和侵入油面的深度。

其他使箱体截面尺寸紧凑，比例协调，各操纵机构安排得当等等操纵机构操纵机构是用来移动滑齿轮以达到变换运动速度的要求，它可以控制运动的启停换向和其他辅助运动，它的选择和设计对机床的结构和性能的发挥有着直接影响。

润滑主轴变速箱常用的润滑方式有飞润滑和压力循环润滑，飞润滑适用于润滑点比较集中，要求不很高的变速箱，这里我们采用压力循环润滑，压力循环润滑分箱内循环润滑和箱外循环润滑，前者结构简单，布置紧凑，后者冷却润滑效果好。

压力循环润滑系统的计算润滑油量油量油量粗算式中额定功率机床效率也可用如下公式计算各润滑部位的需油量式中允许循环油温升，通常为油池容量升升油池容积应超过的，即为升油管的选择与计算油管的内径计算式中流量管内油的流速取主轴管内油的流速为支油管，外径壁厚为.回油管，外径壁厚为。

柱塞泵的油量计算结构和规格尺寸供油量式中柱塞直径柱塞每分钟往复次数，次分以次分为宜，次分为佳。

柱塞行程。

效率，。

箱体设计的确有关问题箱体材料以中等强度的灰铸铁和用得最广泛。

需时效处理。

砂型铸造时，箱体铸件的最小壁厚尺寸长宽高壁厚大于约箱体壁孔对刚度的影响和补偿箱体轴承孔面积点总侧壁面积左右时候，与未开孔的箱体比较，扭转刚度下降，弯曲刚度下降更大，为弥补因开孔而削弱的刚度，常用凸缘和加工筋。

加强筋厚度为.，筋高。

进给系统设计.总体方案设计对进给伺服系统的基本要求带有数字调节的进给驱动系统都属于伺服系统，进给伺服系统不仅是数控机床的个重要组成部分，也是数控机床区别于般机床的个特殊部分。

数控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为定位精度要高跟踪指令信号响应要快系统的稳定性要好。

圈相对外圈可以移动，当内圈向大端移动时，由于的内锥孔.内圈将胀大消除间隙。

主轴端部的结构型式主轴端部的型式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的型式.主轴端部的结构，应保证夹具顶尖或刀具可靠，定位准确，高的联结刚度以传递足够的扭矩，并尽量缩短主轴悬伸长度，以及装卸方便等.通用铣床主轴端部结构型式如下图.图.主轴端部结构锥孔作定位面，供安装铣刀或铣刀心轴的尾锥，再用拉杆从主轴后端拉紧四个螺孔供安装铣刀用，两个长槽供安装端面键以传递扭矩.主轴主要参数的确定主轴的主要参数是指主轴平均直径主轴前轴颈直径主轴内孔直径，主轴悬伸量和主轴支承跨距。

这些参数直接影响主轴的工作性能.但为简化问题，主要从静刚度条件出发来确定这些参数.即选择，使主轴获得最大的静刚度，也就是使主轴轴端位移最小，同时兼顾其他的要求，如高速性，抗振性能等。

主轴轴颈直径的确定主轴轴颈直径对主轴部件刚度影响最大.加大直径，可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形所引起的轴端位移，从而提高主轴部件刚度.但加大直径受到轴承值的限制，同时造成相配零件尺寸加大，制造困难，结构庞大和重量增加等.因此在满足刚度要求下应取小值。

查机床设计手册取，后轴颈平均轴颈取.主轴内孔直径的确定主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆，冷却管等，大型，重型机床的空心主轴还可以减轻重量.确定孔径的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量去大些。

由材料力学知，轴刚度与抗弯截面惯性矩成正比，与直径之间有下列关系由上式可知，当时，空心主轴的刚度与实心主轴的刚度相差甚小，即内孔对主轴刚度降低的影响很小，当时，刚度降低约.因此，为了不至于过分地削弱主轴刚度，般应使另外，还应考虑主轴的颈外壁厚是否足够.推荐铣床，拉杆直径.根据铣床的主参数，取.则。

满足要求.主轴悬伸量的确定主轴悬伸量是指主轴前端大炮前支承径向反力作用中点般为前径向支承中点的距离，它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸大多都有轴端标准，前支承的轴承配置和密封装置等.有的还与机床其它结构参数有关，如工作台的行程等.因此主要由结构设计确定。

参考同类机床和金属切削设计机床，取则悬伸量。

，主轴跨距的确定根据金属切削设计机床，计算前支承刚度.计算综合变量此处取弹性横量.钢的主轴的截面惯性距则由主轴跨距计算线图，得，所以.合理跨距范围为，为提高刚度，应尽量缩短主轴外延伸长度，选择适当的跨距，般推荐取。

跨距小时，轴承变形对轴端变形影响大，所以轴承刚度小时，取大值，轴承刚性差时，则取小值。

这里取.主轴的材料，热处理及技术要求.主轴的材料及热处理.主要为提高强度和韧性，可选用和，进行调质处理.或调质后局部淬硬处理.主要为得到很高的表面硬度，增加耐磨性，可选用渗碳后淬硬若他要求也较高时.可选用调质后表淬硬处理.精密机床主轴，要求精度保持性好，应选用热处理后残余应力小的材料，如进行调质后局部淬硬处理.由于数控立式铣床主轴支承为滚动轴承，轻，中载荷，低转速，精度要求较高，可选用调质，轴颈部分表面淬硬.主轴的技术要求主轴部件的密封主轴部件密封装置的作用是防止润滑剂从部件流出，和防止冷却液，湿气，灰尘，切削液及杂质侵入部件内，导致主轴，轴承和传动件等腐蚀及磨损过快，影响主轴部件的工作性能.对主轴部件密封装置的要求适应转速要求，在定的压力和温度范围内具有良好的密封性能.在密封部位引起的摩擦力尽量小，摩擦系数尽量稳定.适应工作环境的要求，密封性好，耐腐蚀性，磨损小，工作寿命长.磨损后，在定程度上能自动补偿.结构尽可能紧凑，特别是主轴前支承处的密封装置，轴向尺寸应尽量小，以减小主轴前端部分悬伸量，提高主轴部件刚度.同时力求结构简单，装卸方便.主轴部件密封装置类型的确定根据主轴转速，主轴轴承的润滑方式，工作温度，工作状况和轴端结构特点来选择密封装置的型式立式铣床的主轴是垂直安装的.属立式主轴，可选用曲路密封迷宫式密封，这装置密封，垫圈和曲路相结合的密封.垫圈甩开油液使其集中于端盖中引回，曲路密封还可以防止外界杂质侵入制动器设计对制动器的要求是制动迅速，平稳，结构简单，紧凑，维修调整方便等.制动方式有两类电机制动和机械制动。

在数控铣床上，通常根据刀具与工艺要求需进行主轴转速的变换及制动，这制动装置常用离合器来实现，而电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件。

由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选择，因而它已成为自动装置中常用的元件。

这里我们采用机械制动，采用电磁离合器制动。

按照要求，根据电磁离合器所能传递的静扭矩和动扭矩选择各类电磁离合器的规格，型号，从而确定其尺寸。

按扭矩选择需要剃齿或珩图.齿，需齿面淬火，所以，取。

齿宽齿宽影响齿的强度。

但如果太宽，由于齿轮误差和轴的变形，可能接触不均匀，反而容易引起振动和噪音。

般取齿轮模数小，装在轴的中部或单片齿轮，取大值齿轮模数大，装在靠近支承处或多联齿轮，取小值。

薄的大齿轮容易产生板振动，成为噪音发射体，因此，齿轮基体不宜太薄，