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1、铣削主轴的自动松拉刀机构设计摘 要：本文根据要求设计出铣削主轴的自动松拉刀机构，介绍了自动松拉刀系统的一些基本情况和国内外的发展趋势，简述了铣削主轴的自动松拉刀系统的工作原理,也概述了铣削主轴的自动松拉刀机构的设计方案。铣削主轴的自动松拉刀系统由液压系统、碟形弹簧、拉杆、四瓣拉爪、主轴以及安装在主轴上的零件组成。本文介绍了以立式铣床X5032为基础的铣削主轴的自动松拉刀机构的设计过程，该主轴是靠齿轮进行传动的。齿轮传动的效率高，结构紧凑，并且工作可靠，寿命长，传动比准确。本文中介绍了铣削主轴的自动松拉刀机构的设计方案的选择和确定，碟形弹簧、拉杆、主轴以及轴承的设计与计算，以及各个主要零件的校核
2、。关键词：立式铣床；铣削主轴；自动松拉刀系统. The mechanism design of automatic releasing and tensioning tool for milling spindleAbstract：According to the demand, the text design the mechanism of automatic releasing and tensioning tool for milling spindle, it introduces some basic situations and developing trends at home
3、 and abroad of the system, describes the working principle of the system on milling spindle, and also outlines the design scheme of the mechanism on milling spindle. The system consisted of the hydraulic system, disc springs, rod, four-valve, the spindle and the part installed on the spindle. This p
4、aper introduces the process of the mechanism design with the vertical milling machine X5032-based, the spindle is moved by gear drive. The characteristics of gear drive are high efficiency, compact structure, and reliable, long life, precise transmission ratio. This article introduces the selection
5、and determination of the mechanism design scheme, the design and calculation of disc springs, rod, spindle and the bearing, and the check of all major parts.Keywords: Vertical milling machine; Milling spindle; The system of automatic releasing and tensioning toolI目 录1 前言11.1 电主轴的介绍11.2 数控机床的发展状况和趋势2
6、1.3 自动松拉刀系统的发展状况和发展趋向21.3.1 自动松拉刀系统的发展状况21.3.2 现代机床自动松拉刀系统的发展趋向31.4 本次毕业设计研究的内容31.5 本章小结42 铣削主轴的自动松拉刀机构的设计方案52.1 自动松拉刀系统总体运动方案的分析52.2 自动松拉刀系统的结构设计和工作原理52.2.1 自动松拉刀系统的结构设计方案52.2.2 自动松拉刀系统的工作原理82.3 本章小结93 主要零部件的设计计算与校核103.1 蝶形弹簧103.1.1 碟形弹簧的基本介绍103.1.2 碟形弹簧的材料及其许用应力113.1.3 碟形弹簧的设计计算133.1.4 碟形弹簧的校核143.
7、2 拉杆163.2.1 拉杆的作用163.2.2 确定拉杆的各段的直径163.2.3 确定拉杆的各段的长度173.2.4 校核拉杆的强度183.3 主轴183.3.1 轴的基本介绍183.3.2 选择主轴的材料以及热处理的方法193.3.3 轴的结构设计193.3.4 主轴的设计计算213.4 轴承263.4.1 轴承的介绍263.4.2 轴承的设计计算与校核263.5 本章小结294 机构的装配图及其分析和说明304.1 机构的装配图304.2 装配图的分析和说明315 结论33参考文献34致谢351 前言 1.1 电主轴的介绍高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一。高速数控机床的
8、工作性能，主要取决于高速主轴的性能。数控机床的高速电主轴主要影响加工系统的精度、稳定性和应用范围，它的动力性能和稳定性对高速加工起着非常关键的作用。高速电主轴是高速机床的核心部件，它将机床的主轴与电机轴合二为一，即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部，也被称之为内装式电主轴，其中间不再使用皮带或齿轮传动副，从而实现机床主轴系统的“零传动”，并且具有结构紧凑、重量轻、惯性小和动态性能好等优点，也改善了机床的动平衡，从而避免了机床的振动和噪音，在高速机床中得到了非常广泛的应用。按应用于不同机床中可以把它分为：加工中心电主轴、铣削电主轴和磨床用电主轴等。随着高速加工技术的迅速发展和广泛的应用
9、，各个需要机械加工的行业对高速电主轴数控机床的需求与日俱增。这也迫切的需要更加优质的高速电主轴被研发出来。 图1.1 铣削电主轴1.2 数控机床的发展状况和趋势 自从数控技术出现以来，数控机床给机械加工以及机械制造业带来了翻天覆地的变化。数控加工有很多优点，比如加工柔性好，生产效率很高，加工精度也很高，并且大大的改善了操作者的劳动条件，也有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的机械产品，适用于加工多品种小批生产的零件，也适用于加工结构较为复杂并且加工精度要求很高的零件。数控机床的广泛应用使其成为了国民经济和国家建设的重要的机械设备。进入本世纪以来，我国的经济与国
10、际已经全面的接轨，也进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业正在面临着因机械制造业的需求的大大提高而引起的机床设备更新换代的好时机，同时也面临着在国际市场中彼此竞争的压力。加速推进数控机床的研究和发展是解决当前机床制造工业是否能长久发展的关键所在。伴随着机械制造业对数控机床的大量需求，以及现代计算机技术和现代自动化技术的不断提高，数控机床的应用范围也在不断地扩大，并且在不断地发展以适应现代生产加工的需求。 数控机床以它的高效的柔性的自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起了世人的瞩目。它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，也成为了现代机械加工业中一个核心的技术。近年来，数控系统技
11、术得到了非常迅速的发展，这也为数控机床技术的有效发展提供了有利的条件。1.3 自动松拉刀系统的发展状况和发展趋向1.3.1 自动松拉刀系统的发展状况国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于手动换刀的刀具夹紧形式，一般在具有中等生产能力的工厂里，才拥有自动松拉刀系统；另一方面，在多品种生产的企业中，机床的更新换代的速度很快。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床刀具夹紧形式提出了如下新的要求： (1)能迅速而方便
12、地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； (2)能适用于精密加工的高精度机床刀具夹紧形式；(3)能适用于各种现代化制造技术的新型机床刀具夹紧形式；(4)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； (5)提高机床刀具夹紧形式的标准化程度。1.3.2 现代机床自动松拉刀系统的发展趋向现代机床自动松拉刀系统的发展方向主要表现为标准化、精密化和高效化等三个方面。 (1)标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有自动松拉刀机构零件及部件的国家标准，机床自动松拉刀机构零件及部件的标准化，有利于自动松拉刀机构零件及部件的商品化生产，有利于
13、缩短生产准备周期，降低生产总成本。 (2)精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对自动松拉刀机构的精度要求。精密化的自动松拉刀机构结构类型很多，例如四瓣拉爪型的，钢珠拉紧机构型的。(3)高效化自动松拉刀系统主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化自动松拉刀系统有自动化自动松拉刀机构、高速化自动松拉刀机构等。例如，在铣床主轴上使用自动松拉刀机构，还有加工中心主轴上的自动松拉刀机构。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化刀具夹紧机构外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹刀具的机构以及自动更换刀具的装置，充分发
14、挥了数控机床的效率。1.4 本次毕业设计研究的内容 本次毕业设计主要是对铣削主轴的自动松拉刀系统和机构的设计研究。通过对铣削主轴的自动松拉刀机构的结构方案设计，然后进行铣削主轴的自动松拉刀系统中的液压系统与碟形弹簧、拉爪和轴承等零部件的类型的选择和确定，而后通过设计和计算选择出满足条件的主要零部件；最后，根据碟形弹簧、拉杆和轴承等主要零部件以及其他零件与主轴的配合关系画出完整的装配图。1.5 本章小结 本章主要是对数控铣床的国内外发展的状况以及发展趋势的介绍，也对自动松拉刀系统的国内外发展的状况以及发展趋势的介绍。通过本章让我对数控铣床以及自动松拉刀系统和机构有了更多的认识，并且认识到了自动松
15、拉刀系统对机床加工性能的提高。总之，自动松拉刀机构将会在以后的机械工业发展中起到很大的作用。2 铣削主轴的自动松拉刀机构的设计方案2.1 自动松拉刀系统总体运动方案的分析 铣削主轴的自动松拉刀机构的设计主要是为了在更换铣床主轴刀具时实现刀具夹头的自动松开和夹紧，而实现这些动作过程就是靠自动松拉刀的系统完成的。图2.1 自动松拉刀系统的运动分析图 (1)自动松拉刀系统可以分为两个运动和两个状态。两个运动即为松开刀具的运动和拉紧刀具的运动；而两个状态即为松开刀具状态和拉紧刀具状态。如图1 所示 (2)自动松拉刀系统的两个运动要求能够实现轴向的往返运动，以实现刀具的松开和拉紧。 (3)自动松拉刀系统的两个状态要求系统机构能在两个位置固定不动，以实现刀具的松开和锁紧状态，并且能够在出现停电等的意外情况时，刀具的夹头不会自动松脱，从而保证了系统的安全性，以实现安全地进行切削工作。
