【正文】 臥式鏜銑數(shù)控機床設計方案1緒論臥式鏜銑床是一種加工范圍極廣、自由度很大的通用機床，主要用來加工中、小型箱體零件，并多用于孔加工，鏜孔精度可達IT7；除擴大工件上已鑄出或已加工的孔外，還能銑削平面、鉆削、加工端面和凸緣的外圓，以及切螺紋等。臥式鏜銑床在發(fā)展早期，主軸多采用經(jīng)典的鏜軸與銑軸組成的雙層主軸結構，為保證剛性與高精度加工，主軸前端由雙列圓柱滾子軸承與推力球軸承支承。近年來，隨著電子技術、新材料和新工藝的廣泛應用，以及零件加工對機床提出的更高的要求，臥式鏜銑床發(fā)展呈現(xiàn)出新的特點，在提高進給速度和快速移動的同時，又出現(xiàn)了提高加速度這一概念，使得臥式鏜銑床采用電主軸設計成為新的追求。但是，電主軸的結構單一，僅能提高加工速度與效率，而不適合重切削，更不能替代臥式主軸鏜桿伸縮移動，進行深孔加工，其加工能力受到了限制，可謂顧此失彼。針對這個問題，德國Dorries Scharmann公司生產(chǎn)的ALPHA系列臥式加工中心對此給出了完美的解決方案。ALPHA系列臥式加工中心立柱采用斜面概念的設計，剛性極高，具有臥式主軸和電主軸可交換使用的功能，具有“一機兩用”之功效，大大提高了機床的工藝性能，也降低了制造成本，這一創(chuàng)新引領著臥式鏜銑床的發(fā)展方向。該機的最大特點是高效、高精，快速移動最高達，最大加速度達，位置精度。武重的TR6513型臥式柔性加工單元，是目前國內(nèi)同類產(chǎn)品中規(guī)格最大的產(chǎn)品，處國內(nèi)領先水平。主軸直徑，最高轉(zhuǎn)速，三軸移動速度。配有2個交換工作臺和1個回轉(zhuǎn)工作臺，交換工作臺的定位精度在以內(nèi)。刀庫安裝在立柱的側(cè)面，隨立柱移動，還可配備直角銑頭、萬能角銑頭、兩座標數(shù)控銑頭、平旋盤等各種附件，一次裝夾完成孔、面、曲面的加工。與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)廠家的產(chǎn)品主要還是設計上的差距，國外已經(jīng)全部采用模塊化設計，強化設計的“柔性化”，產(chǎn)品結構形式多樣；其次，國內(nèi)產(chǎn)品從機床性能和制造水平上講，產(chǎn)品運行速度、進給速度與國外產(chǎn)品相比也還有很大差距。通過此次畢業(yè)設計，主要了解當前臥式鏜銑數(shù)控機床的國內(nèi)外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢，弄清楚臥式鏜銑數(shù)控機床的總體布局、主傳動系統(tǒng)方案和進給系統(tǒng)方案，學習鏜軸和銑軸雙層主軸結構設計的實現(xiàn)方法，明白作為一名機械工程師在機械系統(tǒng)結構和傳動系統(tǒng)設計中所承擔的主要任務，掌握機床傳動系統(tǒng)設計的一般方法以及機床其它基礎件設計的要求并進一步提高應用計算機繪圖的能力；此外，還應通過此次畢業(yè)設計加深對專業(yè)基本知識的理解，培養(yǎng)收集資料和調(diào)查研究的能力，為以后的學習、生活打下良好的基礎。按照設計任務書要求，在本文中要完成一臺中型臥式鏜銑數(shù)控機床的總體設計、主傳動系統(tǒng)及主軸進給系統(tǒng)設計：機床必須具有鏜和銑的功能，立柱應能根據(jù)工件的大小移動而實現(xiàn)其粗定位；為在一次裝夾中完成盡可能多的表面的加工，工件應能在回轉(zhuǎn)工作臺上實現(xiàn)精密分度；機床要求能實現(xiàn)四軸三聯(lián)動。要完成的主要任務：1）繪制鏜銑數(shù)控機床總裝配圖1張；2）繪制主軸箱及主軸傳動系統(tǒng)總成部件裝配圖1張；3）繪制典型零件的零件圖若干張（總繪圖工作量：折合0圖紙不少于3張）；4）編制開題報告1份；5）翻譯有關外文資料1份（5000漢字）；6）編寫設計計算說明書1份（10000字以上）。2機床總體方案設計零件的加工表面是由機床刀具和工件之間的相對運動形成的，因此不同的工件表面，往往需要采用不同類型的刀具與工件一起做不同的表面成形運動，就產(chǎn)生了不同類型的機床。因為臥式鏜銑床主要用來加工中、小型箱體零件，用來擴大工件上已鑄出或已加工的孔，以及銑削平面、鉆削、加工端面和凸緣的外圓，以及切螺紋等，而不需要加工曲面或圓弧面。歸納起來，臥式鏜銑床的加工可分為平面和孔加工兩大類。如圖1所示，平面的加工可由銑刀頭與三個方向的成形運動合成得到；而孔加工由鏜刀與鏜桿在軸向的進給（即方向的成形運動）即可合成得到?！　　　　　D1　平面和孔加工時的成形運動分析因此，臥式鏜銑床加工工件時只需要三個方向的直線成形運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)）。加工工件所需的運動僅僅是相對運動，因此，對部件的運動分配可以有多種方案。銑削加工時，進給運動可以由工件運動也可以由刀具運動來完成，或者部分由工件運動，部分由刀具運動完成，這樣就影響到了部件的配置和總體關系。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給運動，分別由工作臺、滑鞍和升降臺來實現(xiàn)；當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給運動，而是改由銑頭帶著刀具來完成垂直進給運動，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給運動，其它兩個方向的進給運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；當加工更大更重的工件時，由工件作進給運動在結構上就很難實現(xiàn)了，這種情況全部進給運動均由銑頭運動來完成，如圖2（d）所示，這種布局形式可以減小銑床的結構尺寸和質(zhì)量。本次設計的是中型臥式鏜銑數(shù)控機床，加工時零件尺寸和質(zhì)量可能都較大，但任務書未對生產(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給運動，立柱帶著主軸箱完成橫向進給，工件只作縱向進給的運動分配方案。機床總體布局應能同時保證機床具有良好的精度、剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性等結構性能。如圖3所示，為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結構。在前面的運動分配中，已選擇采用由銑頭帶著刀具完成垂直進給運動，立柱帶著主軸箱完成橫向進給，工件只作縱向進給的運動分配方案，此即為立柱移動式結構。此時若機床布局選擇圖3（c）和圖3（d）方案，當工作臺帶著數(shù)控轉(zhuǎn)臺在橫向（即X向）做距離移動和下滑板做Z向進給時，Z向床身的一條導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床總體布局選擇圖3（a）或圖3（b）方案，T形床身設計。為簡化設計，最終選擇圖3（b）方案，單立柱式側(cè)掛主軸箱T形床身設計。機床布局示意圖如下圖所示。圖4　臥式鏜銑數(shù)控機床布局方案圖3主傳動系統(tǒng)方案設計數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此大多數(shù)數(shù)控機床采用無級變速系統(tǒng)，以使變速機構適應自動操作的要求。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)裝電動機主軸傳動結構圖5　數(shù)控機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)控機床。（b）是通過帶傳動的主傳動，它主要應用在小型數(shù)控機床上，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）是電主軸設計，這種變速方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效提高了主軸部件剛度，但由于電動機轉(zhuǎn)子軸即為機床主軸，受電機輸出轉(zhuǎn)矩特性限制，主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，并且電動機發(fā)熱對主軸精度影響較大。結合我的畢業(yè)設計分析：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。這就要求該機床主傳動應具有一定的調(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)設計過程中，指導老師建議我按中型數(shù)控機床規(guī)格進行設計。因此，本次設計的臥式鏜銑數(shù)控機床主傳動