加工中心主传动系统的机械结构设计
MECHANICAL DESIGN AND PROCESSING
CENTER OF THE MAIN TRANSMISSION
SYSTEM
学 生 姓 名
班 级
学 院 名 称
专 业 名 称
指 导 教 师
年
月
日
图书分类号：
密 级：
I
摘 要
本毕设的主题是加工中心和主传动系统的机械设计计划。加工中间的机械
动作控制是提高加工中间加工精度，特别是主传动系统机械布局加工精度的环
节基础。因此，主传动系统的机械布置方案是否合理，加工精度是否满足方案
要求，都对工艺的加工精度起着承上启下的作用。本项目计划开始时，通过对
各种主传动系统的系统分析，以及配备电主轴的优良工艺技术，确定传动系统
真值图，并设定工艺技术路径。第二分析中周速系统的特点，制定中周速系统
的机械布置方案；并关注各传动部分的能量参数。接下来，分析主轴的要求，
确定主轴的相关参数，如：扭转精度、静刚度等。从而从刀具、轴承、夹具号、
传动部件以及放置在主轴上的其余部件等方面进行分析。体验相对轴承的例子，
我们分析了每个轴承的特性，得出所需轴承满足要求的结论。考虑盒子中的部
件和盒子的外部部分，并确定盒子的样式和大小，以确定盒子的布局。分析了
组件的工作原理，并从需求出发。得出了这种总成的布局。最后绘制了中间主
传动系统的机械布置图和装配图。
关键词 传动系统；加工中心；机械设计；方案设计；布置
II
Abstract
The theme of this project is the mechanical design plan of the machining center
and the main transmission system.The mechanical action control in the machining
middle is the basis of improving the machining intermediate machining accuracy,
especially the mechanical layout machining accuracy of the main transmission
system.Therefore, whether the mechanical layout scheme of the main transmission
system is reasonable, whether the processing accuracy meets the requirements of the
scheme, all play a connecting role in the processing accuracy of the process.At the
beginning of the project, determine the true value map of the transmission system
and set the process and technical path.Analysis of the characteristics of the speed
system, develop the mechanical arrangement of the system; and pay attention to the
energy parameters of each transmission part.Next, the requirements of the spindle are
analyzed to determine the relevant parameters of the spindle, such as: torsion
accuracy, static stiffness, etc.Thus from the tool, bearings, clamp number,
transmission components and the rest of the components placed on the spindle
analysis.Experience the example of relative bearings, we analyze the characteristics
of each bearing and conclude that the required bearings meet the
requirements.Consider the parts in the box and the outer parts of the box, and
determine the style and size to determine the layout of the box.The working principle
of the components are analyzed and started from the requirements.The layout of this
assembly is obtained.Finally, the mechanical layout and assembly diagram of the
intermediate main transmission system are drawn.
Key words drive system; machining center; mechanical design; scheme design;
layout
目 录
摘要................................................................I
Abstract ..........................................................II
1 绪论..............................................................1
1.1 加工中心的组成 ..............................................1
1.2 加工中心的特点 ..............................................2
2 确定主传动系统设计方案，拟定传动原理图 ...........................3
2.1 确定设计方案 ................................................3
2.1.1 加工中心主传动系统简介..................................3
2.1.2 对加工中心主传动系统的要求..............................3
2.2 拟定传动原理图...............................................4
2.2.1 主传动系统主要类型......................................4
2.2.2 拟定传动原理图..........................................5
3 运动设计和动力设计 ...............................................7
3.1 运动设计 ....................................................7
3.1.1 传动方案设计 ...........................................7
3.1.2 转速调速范围............................................7
3.1.3 根据计算得出三个档次速度变化组..........................7
3.1.4 结构式采用 .............................................7
3.1.5 绘制转速图 .............................................7
3.1.6 确定变速组齿轮齿数 .....................................8
3.1.7 传动系统图 ............................................8
3.1.8 带轮设计 ...............................................8
3.1.9 计算带的张紧力 F0 作用在轴上的压轴力 FQ .................10
3.2 动力设计 ..................................................11
3.2.1 传动件的计算转速 ......................................11
3.2.2 计算各传动轴的输出功率 ................................11
3.2.3 计算各传动轴的扭矩 ....................................12
3.2.4 轴径设计及键的选取 ....................................12
3.2.5 计算齿轮模数 ..........................................13
3.2.6 齿轮校核 ..............................................14
4 主轴和轴的结构设计、精度设计和刚度设计...........................17
4.1 主轴的要求 .................................................17
4.1.1 旋转精度 ..............................................17
4.1.2 静刚度 ................................................17
4.1.3 抗振性 ................................................17
4.1.4 升温和热变形 ..........................................17
4.1.5 耐磨性 ................................................18
4.1.6 材料和热处理 ..........................................18
4.1.7 主轴的结构 ............................................18
4.2 主要参数的确定 .............................................19
4.2.1 主轴前轴颈直径 D1 的选取.................................19
4.2.2 主轴内孔直径 d 的确定 ..................................19
4.2.3 主轴前端悬伸量 a 的确定.................................19
4.2.4 主轴主要支承间跨距 L 的确定 ............................20
4.3 主轴的构造 ................................................22
4.4 轴上零件的定位 ............................................22
4.4.1 零件的轴向定位.........................................22
4.4.2 零件的周向定位.........................................23
4.5 主轴的校核 ................................................23
4.5.1 主轴按扭转强度校核.....................................23
4.5.2 主轴的扭转刚度校核.....................................23
4.6 主轴的主轴组件的刚度验算 ..................................24
5 轴承选用与寿命计算 ..............................................28
5.1 滚动轴承的主要类型、性能与特点 .............................28
5.1.1 向心轴承...............................................28
5.1.2 推力轴承...............................................28
5.1.3 滚子动轴承 ............................................28
5.2 轴承的选取 .................................................29
5.3 寿命计算 ...................................................29
5.3.1 基本额定寿命和基本额定动载荷 ..........................29
5.3.2 滚动轴承疲劳寿命计算的基本公式 ........................30
6 主轴箱体结构设计和精度设计.......................................33
6.1 箱体基本知识 ...............................................33
6.1.1 箱体的主要功能.........................................33
6.1.2 箱体的分类................................................33
6.2 设计的主要问题和设计要求 ...................................33
6.2.1 满足强度和刚度要求.....................................33
6.2.2 散热性能和热变形问题...................................34
6.2.3 结构设计合理...........................................34
6.2.4 工艺性好...............................................34
6.3 主轴箱体结构设计 ..........................................34
6.3.1 箱体的毛坯、材料及热处理...............................34
6.3.2 箱体结构参数的选择.....................................35
7 刀具夹紧装置设计.................................................38
7.1 刀具自动夹紧机构 ...........................................38
7.2 刀具夹紧装置的工作原理 .....................................38
8 绘制主传动系统装配图和零件图.....................................39
结论 ..............................................................41
致谢 ..............................................................42
参考文献 ..........................................................43
