铣床主轴箱参数设计

李培培 孙傲 汪小文 倪伟强 朱亮

摘 要：铣床作为传统机械行业最基础的加工设备，广泛应用于各种领域中，而主轴变速箱是铣床中最为重要的部分，是保证各种产品精确加工的主要组成，它为主轴的不同转速切削提供了有效的保障文章针对X6132铣床主轴箱进行剖析研究，详尽的计算了铣床主轴箱标准参数，通过参考传统主轴箱参数设计传动零部件，得出了配套齿轮参数表，达到可直接应用于生产工业零部件并符合强度等要求的目的，对其他机械加工设备及参数选择有参考意义。

关键词：X6132铣床;主轴变速箱;参数计算

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 緒论

1.1 国内外机床的发展历史与现状

机床作为现代制造业的主要设备，广泛应用于零部件加工生产中。从1978年的改革开放至今，我们国家的机床制造行业经历了数个高速发展的阶段。80年代的初的资本、技术引进点燃了工业发展进步之火，90年代的自主研发，真的的动手制作起属于我们自己的技术和设备并逐具规模，一点点的打造起自动化机床产业链还有制造工厂。但相较于其他国家的高度自动化工厂比起来，我们还差了很多，而且损坏率普遍较高，维修更换零部件不配套的状况时有发生，造成较大的损失。

为解决齿轮等主要传动部件更换不配套的问题，本次设计的机床要足以满足当前日常生产使用过程中的要求，对主轴箱的尺寸、材料、强度等进行设计。通过参考《机械制造技术基础》、《材料力学》、《机械制图》、《机械设计》等书对铣床的设计过程和强度校核等计算步骤公式，最终完成齿轮参数表，达到完善一套齿轮参数标准的目的。

2 传统X6132型铣床参数介绍

2.1 X6132型铣床概述

通过观察X6132万能铣床，铣刀与相应工作主轴，工件或铣刀通过不断旋转运动的加工方法完成传动轴的移动以及使用铣刀主轴表中的电动机旋转轴。旋转电机的控制电路通过进给马达控制基板4反馈给装配固定在基座14并与主轴驱动器上部水平的一或两个拐角引导件。保持器是主轴箱的重要组成部分，它的一端支撑着叶片，而另一端则连接到主轴之上。安装在机床和提升电梯的前面的垂直轨可向上和向下移动，溜板10安装在升降平台上，它可以通过平行运动至轴线的水平轨道。工作台8通过自身结构的设计可以沿着导轨移动机床的转动部分9向滑动板的可旋转部分垂直于心轴轴线移动。由于可旋转部分通常以±45度角绕垂直轴转动溜板10，故使其能够在垂直、平行、倾斜于轴线的防线上移动。电源主轴箱是机床能够零部件完成螺旋加工的重要组成部分，并且其上安装了机床的主轴和包括传动部件等其他相关结构。主轴箱是整个机床中最重要的传动系统原件，其主轴组也是本次设计重点。反转机构的主要功用就是保证主轴的起始、终止、换挡和逆主轴功能的一组齿轮，通过制动器终止机床的旋转加工，通过驱动机构其主要功能是保持主轴的旋转。由于机床的加工过程中每个齿都在周期性的重复切削操作，切割厚度也会随着加工要精度要求而改变，因此铣刀所受加工部件的切割力和冲击会缩短其寿命，切削加工部件的过程中整个机床的震动也会严重干扰到机床所设定的切割轨迹，最终影响到整体的切割精度，所以制成整个机器的材料必须具有高刚性和抗冲击性。铣床基础结构图如图1所示：

2.2 常规X6132型铣床主要技术参数

常规X6132万能铣床主要技术参数如表所示，铣床实物图如图2所示：

2.3 传动系统设计

根据常规X6132万能铣床的技术参数，设传动系统中机床电机的输入功率为7KW，转速设为为1440r/min，故所设铣床主轴的传动过程如下图3所示：

一般我们当前加工作业中所用的传统X6132型铣床，为保证主轴箱的变速运动，使用一个二联的和两个三联的滑动齿轮作为保障，并根据所设计要求设置为18种转速，最高档转速可达到1500r/min，而最低档的转速为30r/min。为了保证更高精度的生产要求，部分机床设置了更多的转速等级来保证加工的稳定性。如图4所示。

本次所设计铣床的主轴变速箱传动比与其对应齿数的关系如下表2所示：

2.4 齿轮设计

对所设计铣床主轴变速箱的各个齿轮模数及其齿宽进行计算，选择工件（7GB10095-88）。材料确认为40Cr（硬化），经查询硬度为280HBS。另一齿轮选择材料为45钢材（硬化），查询硬度为240HBS。柔性弯曲强度mn计算公式如（1）所示：

经计算，两齿轮的弯曲疲劳极限分别确认为380MPa与500MPa。

通过对弯曲摩擦应力的计算可以得到其弯曲疲劳系数，计算结果S=1.4：

3 总结

本次完成对铣床主轴箱的设计，主要关注的设计要点在于各模块间的相互配合每部分间的精度与强度计算，一旦出现差错就有可能导致之后的功夫全篇浪费，损失大量的精力和时间，而且如果没有及时发现也有可能导致之后的制作过程中出现不可逆转和挽回的失误。所以说要精细的计算设计每一个数据，保证他的真实准确。

本次设计制作的过程中运用了很多机械设计知识：齿轮的基本设计参数，包括模数、齿数等;強度校核的计算方法;材料选择的前置条件等，只有考虑到细微的要素才能保证使用过程中尽可能减少意外的发生，降低损失，尤其是用于加工生产的高精度机器而言。

通过计算设计完成一组配套的铣床主轴箱传动机构及其齿轮的参数表，可直接用于参考选取使用，对其他设计过程具有参考意义，感谢公司在工程中给予我的帮助。

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