銑床主軸箱參數設計

李培培 孫傲 汪小文 倪偉強 朱亮

摘 要：銑床作為傳統機械行業最基礎的加工設備，廣泛應用于各種領域中，而主軸變速箱是銑床中最為重要的部分，是保證各種產品精確加工的主要組成，它為主軸的不同轉速切削提供了有效的保障文章針對X6132銑床主軸箱進行剖析研究，詳盡的計算了銑床主軸箱標準參數，通過參考傳統主軸箱參數設計傳動零部件，得出了配套齒輪參數表，達到可直接應用于生產工業零部件并符合強度等要求的目的，對其他機械加工設備及參數選擇有參考意義。

關鍵詞：X6132銑床;主軸變速箱;參數計算

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 國內外機床的發展歷史與現狀

機床作為現代制造業的主要設備，廣泛應用于零部件加工生產中。從1978年的改革開放至今，我們國家的機床制造行業經歷了數個高速發展的階段。80年代的初的資本、技術引進點燃了工業發展進步之火，90年代的自主研發，真的的動手制作起屬于我們自己的技術和設備并逐具規模，一點點的打造起自動化機床產業鏈還有制造工廠。但相較于其他國家的高度自動化工廠比起來，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有發生，造成較大的損失。

為解決齒輪等主要傳動部件更換不配套的問題，本次設計的機床要足以滿足當前日常生產使用過程中的要求，對主軸箱的尺寸、材料、強度等進行設計。通過參考《機械制造技術基礎》、《材料力學》、《機械制圖》、《機械設計》等書對銑床的設計過程和強度校核等計算步驟公式，最終完成齒輪參數表，達到完善一套齒輪參數標準的目的。

2 傳統X6132型銑床參數介紹

2.1 X6132型銑床概述

通過觀察X6132萬能銑床，銑刀與相應工作主軸，工件或銑刀通過不斷旋轉運動的加工方法完成傳動軸的移動以及使用銑刀主軸表中的電動機旋轉軸。旋轉電機的控制電路通過進給馬達控制基板4反饋給裝配固定在基座14并與主軸驅動器上部水平的一或兩個拐角引導件。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。安裝在機床和提升電梯的前面的垂直軌可向上和向下移動，溜板10安裝在升降平臺上，它可以通過平行運動至軸線的水平軌道。工作臺8通過自身結構的設計可以沿著導軌移動機床的轉動部分9向滑動板的可旋轉部分垂直于心軸軸線移動。由于可旋轉部分通常以±45度角繞垂直軸轉動溜板10，故使其能夠在垂直、平行、傾斜于軸線的防線上移動。電源主軸箱是機床能夠零部件完成螺旋加工的重要組成部分，并且其上安裝了機床的主軸和包括傳動部件等其他相關結構。主軸箱是整個機床中最重要的傳動系統原件，其主軸組也是本次設計重點。反轉機構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，通過制動器終止機床的旋轉加工，通過驅動機構其主要功能是保持主軸的旋轉。由于機床的加工過程中每個齒都在周期性的重復切削操作，切割厚度也會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縮短其壽命，切削加工部件的過程中整個機床的震動也會嚴重干擾到機床所設定的切割軌跡，最終影響到整體的切割精度，所以制成整個機器的材料必須具有高剛性和抗沖擊性。銑床基礎結構圖如圖1所示：

2.2 常規X6132型銑床主要技術參數

常規X6132萬能銑床主要技術參數如表所示，銑床實物圖如圖2所示：

2.3 傳動系統設計

根據常規X6132萬能銑床的技術參數，設傳動系統中機床電機的輸入功率為7KW，轉速設為為1440r/min，故所設銑床主軸的傳動過程如下圖3所示：

一般我們當前加工作業中所用的傳統X6132型銑床，為保證主軸箱的變速運動，使用一個二聯的和兩個三聯的滑動齒輪作為保障，并根據所設計要求設置為18種轉速，最高檔轉速可達到1500r/min，而最低檔的轉速為30r/min。為了保證更高精度的生產要求，部分機床設置了更多的轉速等級來保證加工的穩定性。如圖4所示。

本次所設計銑床的主軸變速箱傳動比與其對應齒數的關系如下表2所示：

2.4 齒輪設計

對所設計銑床主軸變速箱的各個齒輪模數及其齒寬進行計算，選擇工件（7GB10095-88）。材料確認為40Cr（硬化），經查詢硬度為280HBS。另一齒輪選擇材料為45鋼材（硬化），查詢硬度為240HBS。柔性彎曲強度mn計算公式如（1）所示：

經計算，兩齒輪的彎曲疲勞極限分別確認為380MPa與500MPa。

通過對彎曲摩擦應力的計算可以得到其彎曲疲勞系數，計算結果S=1.4：

3 總結

本次完成對銑床主軸箱的設計，主要關注的設計要點在于各模塊間的相互配合每部分間的精度與強度計算，一旦出現差錯就有可能導致之后的功夫全篇浪費，損失大量的精力和時間，而且如果沒有及時發現也有可能導致之后的制作過程中出現不可逆轉和挽回的失誤。所以說要精細的計算設計每一個數據，保證他的真實準確。

本次設計制作的過程中運用了很多機械設計知識：齒輪的基本設計參數，包括模數、齒數等;強度校核的計算方法;材料選擇的前置條件等，只有考慮到細微的要素才能保證使用過程中盡可能減少意外的發生，降低損失，尤其是用于加工生產的高精度機器而言。

通過計算設計完成一組配套的銑床主軸箱傳動機構及其齒輪的參數表，可直接用于參考選取使用，對其他設計過程具有參考意義，感謝公司在工程中給予我的幫助。

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