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X6132萬能銑床主軸變速箱三維設(shè)計與仿真
摘要：銑床主軸變速箱作為銑床的重要組成部分，為主軸的不同轉(zhuǎn)速進行切削提供了可能。
通過了解X6132萬能銑床主軸變速箱相關(guān)參數(shù)，確定合理的傳動方案，并對各級齒輪的強度和疲勞強度進行校核。然后利用CAD繪制軸和齒輪各零件的二維工程圖。最后利用Solid Works三維建模并且進行運動仿真。并編寫設(shè)計說明書。
關(guān)鍵詞：X6132銑床；主軸變速箱；CAD；Solid Works；運動仿真
X6132 milling machine spindle box 3D design and simulation
Abstract: Milling spindle gearbox as an important part of the milling machine for different spindle speed cutting possible.
???? By understanding X6132 milling spindle gearbox parameters, determine a reasonable transmission scheme, and the strength and fatigue strength of the gear at all levels will be checked. Then use the CAD drawing shafts and gears of the parts of the two-dimensional drawing. Finally, three-dimensional modeling Solid Works and motion simulation. And the preparation of design specifications.
Keywords: X6132 milling machine；Main shaft transmission ；
CAD；Solid Works；Motion simulation
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目錄 Ⅲ
1. 概述 1
1.1國內(nèi)外機床的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 X6132萬能銑床 1
1.3 X6132萬能銑床主要技術(shù)參數(shù) 2
2. X6132萬能銑床主軸變速箱設(shè)計 4
2.1 X6132萬能銑床傳動系統(tǒng)設(shè)計 4
2.2 X6132萬能銑床齒輪設(shè)計 8
2.3 X6132萬能銑床各齒輪參數(shù)表 12
3. X6132萬能銑床主軸變速箱 CAD繪圖 13
3.1 CAD軟件簡介 13
3.2 X6132萬能銑床主軸變速箱圖紙繪制 13
3.3 X6132萬能銑床主軸變速箱CAD圖紙 16
4. X6132萬能銑床主軸變速箱三維建模 18
4.1 Solid Works軟件介紹 18
4.2 Solid Works繪制傳動軸三維建模 18
4.3 Solid Works繪制齒輪三維建模 22
4.4 Solid Works裝配圖三維建模 26
4.5 Solid Works X6132萬能銑床主軸變速箱總圖三維建模 30
5. X6132主軸變速箱運動仿真 32
6. 總結(jié) 37
參 考 文 獻 38
致 謝 40
IV
1. 概述
1.1 國內(nèi)外機床的發(fā)展現(xiàn)狀
從上世紀80 年代起銑床制造業(yè)進入了高速的發(fā)展時期，90年代中期，我國開始研發(fā)自動銑床，并新建了自動化銑床產(chǎn)業(yè)基地。所生產(chǎn)的主要是一些中低端的自動銑床。在國內(nèi)由于價格優(yōu)勢，很快的到了普遍使用，為后來的進軍中高端數(shù)控自動銑床鋪平了道路。目前國產(chǎn)的一些中高端自動銑床和國外的一些先進的產(chǎn)品還是有較大的差距。[2]我國大部分數(shù)控機床產(chǎn)品依據(jù)在緊跟國際的步伐。
1.2 X6132萬能銑床
X6132萬能銑床主要構(gòu)造由床身、工作臺，X軸電機，Y軸電機，Z軸電機。減速箱等基本分組成。其外形結(jié)構(gòu)如下圖所示。
銑床結(jié)構(gòu)圖
1.3 X6132萬能銑床主要技術(shù)參數(shù)
X6132萬能銑床主要技術(shù)參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)
?
X6132
工作臺面尺寸
mm
320X1325
工作臺最大縱（橫）向行程（手動|機動）
mm
700/680、255/240
工作臺最大垂向行程（手動|機動）
mm
320/300
工作臺最大回轉(zhuǎn)角度
?
±45°
主軸中心線至工作臺面距離
mm
30/350
主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)
?
18 steps
主軸轉(zhuǎn)速范圍
?
30~1500
工作臺進給量級數(shù)
?
18 steps
主電機功率
kw
7.5
進給電機功率
kw
1.5
機床外形尺寸
mm
2294X1770X1610
機床重量（凈重）
kg
2650/2950
工作臺縱（橫）向進給速度
mm/min
10-1000（21級）
工作臺垂向進給速度
mm/min
33-333（21級）
工作臺縱（橫）向快速進給速度
mm/min
2300
工作臺垂向快速進給速度
mm/min
766.6
圖1-8 銑床實物圖
2. X6132萬能銑床主軸變速箱設(shè)計
2.1 X6132萬能銑床傳動系統(tǒng)設(shè)計
X6132萬能銑床電動機輸入功率為7KW，轉(zhuǎn)速為1440r/min。X6132萬能銑床主軸傳動流程如下圖所示：
X6132萬能銑床主軸變速箱內(nèi)有兩個三聯(lián)和一個二聯(lián)的滑動齒輪，共有3*3*2=18種轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,最低轉(zhuǎn)速為30r/min。運動轉(zhuǎn)速如下圖所示：
X6132萬能銑床主軸變速箱傳動比對應(yīng)的齒輪數(shù)關(guān)系。如下圖所示：
傳動比
Z1
Z2
傳動比
Z1
Z2
26/54
26
54
16/39
16
39
19/36
19
36
22/33
22
33
39/26
39
26
28/37
28
37
18/47
18
47
82/38
82
38
19/71
19
71
X6132萬能銑床主軸變速箱在不同傳動比下齒輪傳遞的扭矩計算：
1.1440-(26/54)
2.1440-26/54-(16/39,19/36,22/33)
3.1440-26/54-16/39-(39/26,28/37,18/47)
3.1440-26/54-19/36-(39/26,28/37,18/47)
4.1440-26/54-22/-(39/26,28/37,18/47)
5.1440-26/54-16/39-39/26-（82/38,19/71)
6.1440-26/54-16/39-28/37-（82/38,19/71)
7.1440-26/54-16/39-18/47-（82/38,19/71)
8.1440-26/54-19/36-39/26(82/38,19/71)
9.1440-26/54-19/36-28/37(82/38,19/71)
10.1440-26/54-19/36-18/47(82/38,19/71)
11.1440-26/54-22/33-39/26(82/38,19/71)
12.1440-26/54-22/33-28/37(82/38,19/71)
13.1440-26/54-22/33-18/47(82/38,19/71)
2.2 X6132萬能銑床齒輪設(shè)計
X6132萬能銑床主軸變速箱各齒輪模數(shù)和齒寬計算，選用直齒圓柱齒輪，故選用7級精度(GB10095-88)，材料選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。兩者材料硬度差40HBS。
按齒根彎曲強度設(shè)計:
小齒輪的彎曲疲勞強度極限為；大齒輪的彎曲疲勞強度極限為:
計算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得:
計算大、小齒輪的，并加以比較:
1.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z1=26，模數(shù)M=3，齒寬B=40mm。
Z2=54，模數(shù)M=3，齒寬B=35mm。
2.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z3=16，模數(shù)M=5，齒寬B=50mm。
Z4=39，模數(shù)M=5，齒寬B=45mm。
3.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬
所以：Z5=19，模數(shù)M=5，齒寬B=50mm。
Z6=36，模數(shù)M=5，齒寬B=45mm。
4.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z7=22，模數(shù)M=5，齒寬B=50mm。
Z8=33，模數(shù)M=5，齒寬B=45mm。
5.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z9=39，模數(shù)M=5，齒寬B=65mm。
Z10=26，模數(shù)M=5，齒寬B=60mm。
6.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z11=28，模數(shù)M=5，齒寬B=70mm。
Z12=37，模數(shù)M=5，齒寬B=65mm。
7.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z13=18，模數(shù)M=5，齒寬B=50mm。
Z14=47，模數(shù)M=5，齒寬B=45mm。
8.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z15=82，模數(shù)M=6，齒寬B=115mm。
Z16=38，模數(shù)M=6，齒寬B=120mm。
9.
取模數(shù)，
計算齒輪齒寬:
所以：Z17=19，模數(shù)M=8，齒寬B=80mm。
Z18=71，模數(shù)M=8，齒寬B=75mm。
2.3 X6132萬能銑床各齒輪參數(shù)表
X6132萬能銑床各齒輪參數(shù)表
Z
Z
M
B
Z1
26
3
40
Z2
54
3
35
Z3
16
5
50
Z4
39
5
45
Z5
19
5
50
Z6
36
5
45
Z7
22
5
50
Z8
33
5
45
Z9
39
5
65
Z10
26
5
60
Z11
28
5
70
Z12
37
5
65
Z13
18
5
50
Z14
47
5
45
Z15
82
6
115
Z16
38
6
120
Z17
19
8
80
Z18
71
8
75
3. X6132萬能銑床主軸變速箱 CAD繪圖
3.1 CAD軟件簡介
CAD(Computer Aided Drafting)誕生于60年代，目前cad制圖軟件是計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域最流行的二維繪圖軟件。此軟件功能強大、使用方便，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于機械、建筑等行業(yè)。[7]
3.2 X6132萬能銑床主軸變速箱圖紙繪制
第一步：設(shè)置繪圖圖層，圖層相當于圖紙繪圖中使用的重疊圖紙，通常情況下，我們會將圖紙中的，粗實線，細實線，點畫線，剖面線等等。將不同的線段進行分圖層放置。具體操作如下圖所示:
第二步：圖層設(shè)置完成后就可以繪制總圖了。使用CAD的繪圖工具欄，進行圖紙的繪制。繪圖工具欄如下圖所示:
第三步：為圖紙標注尺寸，打開CAD標注樣式管理器設(shè)置標注樣式。點擊修改按鈕，就會打開樣式編輯的界面，可以對標注的線，符號和箭頭，標注文字，標注單位，公差等參數(shù)進行設(shè)置。如下圖所示:
第四步：標注行為公差，形位公差。行為公差的標注樣式如下圖所示，為了保證零件的加工精度必不可少的一部分。
形位公差對話框。
第五步：為圖紙標注表面粗糙度。
第六步：為圖紙繪制技術(shù)參數(shù)表格。
第七步：為圖紙?zhí)砑蛹夹g(shù)要求。
第八步：標注序列號，使用CAD中繪圖工具欄里面的序列號標注命令對圖紙進行序列號標注。具體操作如下圖所示：
3.3 X6132萬能銑床主軸變速箱CAD圖紙
（1）X6132萬能銑床主軸變速箱三聯(lián)齒輪
（2）X6132萬能銑床主軸變速箱輸出軸
（3）X6132萬能銑床主軸變速箱傳動總圖
4. X6132萬能銑床主軸變速箱三維建模
4.1 Solid Works軟件介紹
Solid Works是Solid Works公司開發(fā)的三維應(yīng)用軟件，可進行三維建模、裝配校驗、運動仿真、有限元分析等功能。[12]
4.2 Solid Works繪制傳動軸三維建模
X6132萬能銑床主軸變速箱由一個輸入軸和一個輸出軸，三個中間軸組成。傳動軸的三維模型繪制主要有兩種辦法一種是從右往左通過拉伸命令一段一段進行創(chuàng)建。另一種是通過旋轉(zhuǎn)命令，先將的軸的截面整體繪制出來，通過一個選轉(zhuǎn)命令一次就可以繪制完成。兩種繪制方法無優(yōu)劣之分，繪制時依據(jù)個人習慣即可。下面我們是用第一種方法進行繪制X6132萬能銑床主軸變速箱的輸入軸。
（1）對輸入軸進行分析。從下圖可以看出輸入軸從左到右按照直徑的不同，可以分為八部分，可通過八次拉伸命令來創(chuàng)建。軸與齒輪通過平鍵連接，平鍵凹槽需要通過拉伸切除命令穿件。軸的最右側(cè)與制動輪相連。缺口部分也需要同過拉伸切除命令穿件。
（2）通過拉伸命令首先創(chuàng)建軸最左側(cè)的輸入部分，直徑為39mm，長度60mm。
（2.1）單擊拉伸命令，選擇草繪平面，進行草圖繪制，繪制一個圓，直徑為39mm。
（2.2）單擊完成草圖繪制，Solid Work進去拉伸命令操作界面，輸入拉伸長度為60mm。然后點擊對勾，完成軸的第一段繪制。
（3）重復使用拉伸命令，對軸的不同直徑部分，從左到右依次進行繪制，直至到達軸的最右端。
通過八次拉伸命令創(chuàng)建完成后的軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
（4）軸的主體繪制完成后，同過拉伸切除命令進行鍵槽和尾部切口的創(chuàng)建。
（4.1）單擊拉伸切除命令，選擇草繪平面，進行鍵槽的草圖繪制。
（4.2）單擊完成草圖繪制，Solid Works進去拉伸切除命令操作界面，輸入拉伸切除長度為15mm。然后點擊對勾，完成軸的鍵槽繪制。
同樣使用拉伸切除命令多軸的尾部開口進行創(chuàng)建，完成后的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
輸入軸繪制完成后的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：
4.3 Solid Works繪制齒輪三維建模
Solid Works中齒輪的畫法主要有兩種，一種是是用漸開線準確的繪制齒輪，這種方法繪制的齒輪精準，主要用于齒輪的數(shù)控機廠加工。繪制漸開線齒輪，方法復雜要求繪制水平較高。另一種是使用Tool box插件進行齒輪繪制，這種方法簡單快捷，常常用于運動模擬分析，不需要以齒輪三維圖進行加工的場所。下面使用Tool box插件的方法進行齒輪繪制。
（1）以高速輸入軸第一個齒輪為例說明使用Tool box插件繪制齒輪的步驟。
（2）添加Tool box插件，單擊添加Tool box插件按鈕，會出現(xiàn)下圖中的插件添加界面。選擇Tool box插件，在它的前面和后面打上對勾即可。
Tool box插件添加成功后，會在右邊的操作面板處出現(xiàn)下圖中的Tool box插件標志。
（3）依次展開Tool box插件，選擇GB動力傳動-齒輪-正齒輪，選中正齒輪，然后單擊鼠標右鍵，選擇生成零件。
（4）Solid Works會進入Tool box繪制齒輪的截面，在左側(cè)會要求輸入齒輪的一些關(guān)鍵參數(shù)。我們這里的齒輪參數(shù)為：齒數(shù)z=26，模數(shù)M=3，齒寬 B=40mm，中間軸直徑為40mm。將所有參數(shù)填寫完畢后，單擊對勾。
（5）通過拉伸切除命令為齒輪創(chuàng)建鍵槽。鍵槽的深度可已選擇拉伸中的完全貫穿命令，也可以輸入一個大于齒輪厚度的一個數(shù)值。
4.4 Solid Works裝配圖三維建模
當X6132萬能銑床主軸變速箱的所有單個零件繪制完成以后，就需要繪制整體裝配圖了。繪制裝配圖的目的是將整個零件組裝起來，方便進行干涉檢查，運行仿真，受力分析。在這里以第二個軸為例子說明Solid Works創(chuàng)建裝配圖的步驟。第二軸的裝配結(jié)構(gòu)形式如下圖所示:
（1）新建一個裝配體。
（2）將軸二需要裝配的軸，齒輪，軸承，端蓋，添加到裝配體來。單擊添加零件按鈕，然后點擊預覽，找到需要添加的零件。具體操作如下圖所示：
將部件一一放到裝配體中，Solid Works默認第一個零件是固定的，其余為浮動的。如下圖所示：
（3）為零部件添加配合。首先添加同心配合。由于軸，齒輪，軸承，端蓋他們都是同心放置的。所以將它們一一添加同心的約束。
同心約束添加完成后，樣子如下圖所示：軸，齒輪，軸承，端蓋會處于同心的狀態(tài)，它們位于同一條直線上。這時若使用Solid Works拖動功能是可以將它們進行左右拖動的，但零件始終處于同心的狀態(tài)。
（4）為了防止齒輪的左右移動，將零件固定到軸上某一位置，這時就需要繼續(xù)給齒輪添加約束。下面將齒輪與軸的齒輪軸間相貼合。
首先單擊添加約束按鈕，選中齒輪的一個面，如下圖所示，齒輪斷面被選中以后，顏色會變?yōu)樗{色。
然后選擇與齒輪斷面相貼合的軸肩面，這是齒輪端面會自動與軸肩面進行貼合。最后單擊對勾即可。這時若使用Solid Works拖動功時，齒輪就會緊緊與軸肩貼合，不會左右移動了。
（5）重復上述命令，將剩余的約束添加完畢。裝配完成后的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：
4.5 Solid Works X6132萬能銑床主軸變速箱總圖三維建模
X6132萬能銑床主軸變速箱三維模型進行裝配完成以后的樣的如下圖所示：
裝配體之總圖-三維建模
裝配體之總圖-CAD
5. X6132主軸變速箱運動仿真
（1）打開Solid Works裝配體，使用Solid Work進行運動仿真首先新建一個Solid Work運動算例。位置在軟件的左下角。如下圖所示：
（2）打開Solid Work運動算例，操作面板在軟件的下方，打開操作面板，如下圖所示：
（3）為旋轉(zhuǎn)軸添加電機，電機操作面板的電機圖標。如下圖所示：
（4）馬達的操作面板如下圖所示，可選擇馬達旋轉(zhuǎn)方向，可輸入馬達旋轉(zhuǎn)速度。
（5）馬達的操作面板如下圖所示，馬達添加完成后，在下方的控制面板會有相應(yīng)的顯示，也可以添加多個馬達。
（6）單擊運算按鈕，添加馬達的旋轉(zhuǎn)軸，就會按照我們設(shè)定的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向進行旋轉(zhuǎn)。
可以通過操作面板的時間指針來控制運動仿真的時間。
（7）單擊保存按鈕，可以將仿真的動畫，保存為視頻。如下圖所示：
6. 總結(jié)
光陰似箭，日月如梭。 轉(zhuǎn)眼之間，大學4年精彩的生活就要結(jié)束了?；厥状笠?，那個時候我們什么都不懂，對什么都充滿著好奇?？傆X得大學很輕松，不像高中那個時候整天埋頭苦干一直學習。其實不然，在大學里我們要學習的也有很多。我們不僅要學習知識，還要學習如何在這個社會上生活。大學就是個小型社會，如果我們在大學里都處處碰壁如何在社會上立足呢？所以我們到了大學要更加努力學習。學習各種各樣的知識來充實自己。使得自己在這四年的大學生活不會白白浪費。
畢業(yè)設(shè)計中的這3個月馬上就要結(jié)束了。在這幾個月的時間中，完成了從開題報告到設(shè)計計算及圖紙繪制的任務(wù)。以前在課堂上所接受的主要是理論知識，實際操作機會少，對知識的理解受到限制。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我實現(xiàn)了理論和實踐的結(jié)合。畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲了，經(jīng)過這么長的時間我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒接觸畢業(yè)設(shè)計之前我單純的以為就是把之前四年的知識總結(jié)一遍就能完成?？上俏蚁氲奶唵瘟恕．厴I(yè)設(shè)計不僅是對以前知識的總結(jié)，還是對現(xiàn)在能力的提升。通過這次畢業(yè)設(shè)計我明白了許多，我要學習的東西還有很多。學無止境我應(yīng)該更加的努力。而且通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我和同學的關(guān)系更近了。在這個過程中他們給了我很多幫助，我非常感謝他們。并且我也懂得了在以后的生活里，應(yīng)該多聽一下別人的意見集思廣益，這樣才能做得更完美。
參 考 文 獻
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計是我們學生道路上最后一段學習旅程，它要求我們對所學知識進行綜合應(yīng)用并實踐了解，這是一種全方面的學習和提高的旅程。這對每一位學生的學習水平和思考能力及工作能力也是一種考驗與培養(yǎng)，并且畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計水平也映射出大學教育的水準，所以學校非常重視這環(huán)節(jié)，為此還強化了臨近畢業(yè)的學生對畢業(yè)設(shè)計工作的指導和動員。在這大學4年的最后一段道路上只剩下了畢業(yè)設(shè)計這最后也是最重要的環(huán)節(jié)，在我看來畢業(yè)設(shè)計是我們步入社會參與實際工作的展示自我和發(fā)揮自我的一次機會，是對我們解決生活中難題的考驗。所以在完成畢業(yè)設(shè)計的同時，我盡可能多的的把畢業(yè)設(shè)計和實際工作相結(jié)合，這樣更有利于自己能力的提高。
經(jīng)歷了將近三個月的時間我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計，在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中遇到了許多的困難，都在吳淑芳老師和同學的幫助下完成了我的畢業(yè)設(shè)計。在這里我非常感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導老師—吳淑芳老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助我進行論文的修改和改進。并且感謝我的畢業(yè)設(shè)計中所涉及到的各位學者。
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