【正文】 向的直線成形運(yùn)動即可滿足加工要求（回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動不包括在內(nèi)）。加工工件所需的運(yùn)動僅僅是相對運(yùn)動，因此，對部件的運(yùn)動分配可以有多種方案。銑削加工時，進(jìn)給運(yùn)動可以由工件運(yùn)動也可以由刀具運(yùn)動來完成，或者部分由工件運(yùn)動，部分由刀具運(yùn)動完成，這樣就影響到了部件的配置和總體關(guān)系。圖2（a）是加工件較輕的升降臺銑床，一般由工件完成三個方向的進(jìn)給運(yùn)動，分別由工作臺、滑鞍和升降臺來實現(xiàn)；當(dāng)加工工件較重或者尺寸較大時，則不宜由升降臺帶著工件作垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動，而是改由銑頭帶著刀具來完成垂直進(jìn)給運(yùn)動，如圖2（b）所示；圖2　數(shù)控銑床總體布局示意圖2（c）所示的龍門數(shù)控銑床，其工作臺載著工件作一個方向的進(jìn)給運(yùn)動，其它兩個方向的進(jìn)給運(yùn)動由多個刀架在立柱與橫梁上移動來完成，這樣的布局不僅適用于較重的工件加工，而且由于增多了銑頭，使銑床生產(chǎn)效率得到很大提高；當(dāng)加工更大更重的工件時，由工件作進(jìn)給運(yùn)動在結(jié)構(gòu)上就很難實現(xiàn)了，這種情況全部進(jìn)給運(yùn)動均由銑頭運(yùn)動來完成，如圖2（d）所示，這種布局形式可以減小銑床的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。本次設(shè)計的是中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床，加工時零件尺寸和質(zhì)量可能都較大，但任務(wù)書未對生產(chǎn)效率提出特別的要求。因此綜合考慮，采用由銑頭帶著刀具完成垂直進(jìn)給運(yùn)動，立柱帶著主軸箱完成橫向進(jìn)給，工件只作縱向進(jìn)給的運(yùn)動分配方案。機(jī)床總體布局應(yīng)能同時保證機(jī)床具有良好的精度、剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)性能。如圖3所示，為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結(jié)構(gòu)。在前面的運(yùn)動分配中，已選擇采用由銑頭帶著刀具完成垂直進(jìn)給運(yùn)動，立柱帶著主軸箱完成橫向進(jìn)給，工件只作縱向進(jìn)給的運(yùn)動分配方案，此即為立柱移動式結(jié)構(gòu)。此時若機(jī)床布局選擇圖3（c）和圖3（d）方案，當(dāng)工作臺帶著數(shù)控轉(zhuǎn)臺在橫向（即X向）做距離移動和下滑板做Z向進(jìn)給時，Z向床身的一條導(dǎo)軌將會承受很大的偏載。而在圖3（a）和圖3（b）方案中，立柱通過床身直接與地面接觸，就沒有這一問題了。圖3　幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局因此機(jī)床總體布局選擇圖3（a）或圖3（b）方案，T形床身設(shè)計。為簡化設(shè)計，最終選擇圖3（b）方案，單立柱式側(cè)掛主軸箱T形床身設(shè)計。機(jī)床布局示意圖如下圖所示。圖4　臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床布局方案圖3主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，以使變速機(jī)構(gòu)適應(yīng)自動操作的要求。其常見的主傳動系統(tǒng)有下面三種方式：（a）變速齒輪 （b）帶傳動 （c）內(nèi)裝電動機(jī)主軸傳動結(jié)構(gòu)圖5　數(shù)控機(jī)床主傳動的配置方式其中：（a）是帶有變速齒輪的主傳動，它通過兩級或三級齒輪降速，使之成為分段無級變速，確保低速運(yùn)行時滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。這種配置方式主要用于大、中型數(shù)控機(jī)床。（b）是通過帶傳動的主傳動，它主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。（c）是電主軸設(shè)計，這種變速方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效提高了主軸部件剛度，但由于電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸即為機(jī)床主軸，受電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性限制，主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，并且電動機(jī)發(fā)熱對主軸精度影響較大。結(jié)合我的畢業(yè)設(shè)計分析：銑削過程是斷續(xù)切削，同時工作的齒數(shù)較多，每個刀齒切削的厚度也是變化的，因此銑刀刀刃處于間歇切削狀態(tài)，散熱條件較好，有利于采用高速銑削，以提高生產(chǎn)率。但與銑削相比，鏜削加工多用于半精和精加工，對加工質(zhì)量的要求比生產(chǎn)效率放在更重要的位置，并且鏜削的適用切削速度也比銑削低得多。這就要求該機(jī)床主傳動應(yīng)具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時銑削和鏜削能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量；也對主軸低速時的輸出轉(zhuǎn)矩提出了一定要求。并且，在畢業(yè)設(shè)計過程中，指導(dǎo)老師建議我按中型數(shù)控機(jī)床規(guī)格進(jìn)行設(shè)計。因此，本次設(shè)計的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動，以滿足加工對機(jī)床變速范圍的要求和鏜削時對主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求。正如上面的分析，該機(jī)床的主傳動系統(tǒng)采用分段無級變速系統(tǒng)。齒輪變速級數(shù)初步定為兩級，高速級和低速級。當(dāng)機(jī)床用于銑削加工時，其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大，一般都處在電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi)，此時可由高速級輸出；而當(dāng)機(jī)床用于鏜削加工時，其主軸輸出轉(zhuǎn)速一般都較小，為了保證此時主軸輸出轉(zhuǎn)矩滿足加工要求，轉(zhuǎn)速由變速系統(tǒng)低速級輸出。考慮到設(shè)計中鏜桿的可伸縮結(jié)構(gòu)，為使傳動件結(jié)構(gòu)和設(shè)計計算盡量簡單，將滑移齒輪布置在Ⅱ軸上，并且齒輪傳動的高速級和低速級傳動比分別為1：1和1：2；Ⅱ軸和Ⅲ軸間采用定比傳動，傳動比為1：。本次設(shè)計的主傳動系統(tǒng)示意圖如下：圖6　傳動系統(tǒng)示意圖4主傳動系統(tǒng)主要傳動件計算在進(jìn)行機(jī)床設(shè)計過程中，主軸電機(jī)功率的正確選擇是很重要的。功率選得過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動機(jī)將長期處于滿載甚至過載狀態(tài)而過早損壞。而功率選得過大，電動機(jī)價格高，且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動機(jī)效率和功率因數(shù)都很低，造成很大的浪費(fèi)。因此，機(jī)床的主傳動功率是選擇主軸電機(jī)功率和型號的重要依據(jù)。機(jī)床主傳動的功率可根據(jù)切削功率與主運(yùn)動傳動鏈的總效率來確定其中，為機(jī)床傳動總效率，—。而切削功率應(yīng)是三個切削分力消耗功率的總和，但背向力消耗的功率為零，進(jìn)給力消耗的功率很小，一般可忽略不計。因此，切削功率可用下式計算： 式中：——切削速度，；——切削力，單位。生產(chǎn)中，常用切削層單位面積切削力來估算切削力的大小。因為是切削力與切削層公稱橫截面積之比，所以 式中：——切削層單位面積切削力，（即）； ——切削層公稱寬度，； ——切削層公稱厚度。因為銑削時，同時工作的齒數(shù)較多，加工余量也比鏜削大得多，因此切削功率應(yīng)以硬質(zhì)合金刀具銑削碳鋼為標(biāo)準(zhǔn)來計算。查《金屬工藝學(xué)》（下冊）表12《幾種常用材料的值》，考慮到在日后生產(chǎn)過程中，可能會遇到一些難加工材料，因此，取值稍偏大，為；切削層公稱寬度在銑削中表現(xiàn)為切削深度，而在加工過程中，為了使刀尖避開鑄、鍛工件毛坯表面硬化層，第一次的背吃刀量要盡可能大，??；切削層公稱厚度在銑削中與每齒進(jìn)給量有關(guān)，故取。則切削力大小為：切削功率用式 計算。其中，切削速度 上式中：——切削速度（）——主軸轉(zhuǎn)速（）——工件或刀具直徑（）估取主軸轉(zhuǎn)速，銑刀直徑，則對應(yīng)切削速度為參考《切削手冊》表84《銑削速度推薦范圍》，取代入計算，得 則機(jī)床主傳動所需功率為： 本次設(shè)計使用的主軸電機(jī)從指導(dǎo)老師提供的《1PH6風(fēng)冷式交流主軸電機(jī)產(chǎn)品系列》中選取。從產(chǎn)品系列中可以看到，滿足機(jī)床主傳動功率要求的電機(jī)型號為1PH6 1354NF0，其主要參數(shù)如下：額定功率：額定轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速：最低轉(zhuǎn)速：額定扭矩：約 重：外形尺寸詳細(xì)參數(shù)如圖7所示：圖7　1PH6 1354NF0主軸電機(jī)外形及安裝尺寸圖零件設(shè)計的主要依據(jù)是所承受的載荷大小，而載荷取決于所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，外載一定時，轉(zhuǎn)速越高，所傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小。因此，對于轉(zhuǎn)速可調(diào)的傳動系統(tǒng)，必須確定一個經(jīng)濟(jì)合理的計算轉(zhuǎn)速，作為強(qiáng)度計算和校核的依據(jù)。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計》表22《各類通用機(jī)床主軸的計算轉(zhuǎn)速》可以知道，中型臥式鏜銑床無級傳動時的主軸計算轉(zhuǎn)速公式：其中：由此可得主軸（Ⅲ軸）計算轉(zhuǎn)速：則Ⅰ、Ⅱ軸計算轉(zhuǎn)速分別為：傳動系統(tǒng)中，有相對運(yùn)動的物體間總是伴隨著摩擦和磨損，并且嚙合齒輪間也會因為制造和安裝誤差使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動和噪聲，這些都不可避免地存在功率損失。因此當(dāng)電動機(jī)輸出為額定功率時，具體傳遞到某一級軸上的功率就不再是額定功率了，而必須考慮聯(lián)軸器、軸承、齒輪等的傳動效率?！稒C(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》表22《機(jī)械傳動和軸承等效率的概略值》收錄了常用機(jī)械傳動（包括齒輪傳動、鏈傳動、V帶傳動、聯(lián)軸器等）和軸承等的效率的概略值，參照前面方案設(shè)計中的傳動系統(tǒng)示意圖，可初估各軸輸入功率如下：在轉(zhuǎn)軸設(shè)計中，其特點是不能首先通過精確計算確定軸的截面尺寸。因為轉(zhuǎn)軸工作時，受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用，而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件相互位置有關(guān)，所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩。因此，轉(zhuǎn)軸設(shè)計時，開始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗公式估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗算。查《機(jī)械設(shè)計手冊》（中冊）表8347《按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度計算軸徑的公式》或以得到按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算的估算軸徑為：實心軸：空心軸：其中：—軸端直徑；—根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計手冊》（中冊）表8348選??；—軸的輸入功率；—軸的計算轉(zhuǎn)速；—空心軸的內(nèi)徑和外徑之比，計算系數(shù)的值見《機(jī)械設(shè)計手