【正文】 根據(jù)主軸箱傳動系統(tǒng)簡圖上主要零件的布置圖和軸的初步估算軸徑，進行軸的結構設計。如果將這部分材料旋轉在離圓心比較遠的地方，可明顯地增大截面的極慣性矩，這樣就自然提高了軸的承載能力。因為轉軸工作時，受彎矩和轉矩聯(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，所以當軸的結構尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩。因此，對于轉速可調的傳動系統(tǒng)，必須確定一個經濟合理的計算轉速，作為強度計算和校核的依據(jù)。查《金屬工藝學》（下冊）表12《幾種常用材料的值》，考慮到在日后生產過程中，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，?。磺邢鲗庸Q厚度在銑削中與每齒進給量有關，故取。因此，切削功率可用下式計算： 式中：——切削速度，；——切削力，單位。而功率選得過大，電動機價格高，且經常不在滿載下運行，電動機效率和功率因數(shù)都很低，造成很大的浪費。當機床用于銑削加工時，其主軸輸出轉速較大，一般都處在電動機的恒轉矩變速范圍內，此時可由高速級輸出；而當機床用于鏜削加工時，其主軸輸出轉速一般都較小，為了保證此時主軸輸出轉矩滿足加工要求，轉速由變速系統(tǒng)低速級輸出。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。（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，但由于電動機轉子軸即為機床主軸，受電機輸出轉矩特性限制，主軸輸出轉矩小，并且電動機發(fā)熱對主軸精度影響較大。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。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。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。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。歸納起來，臥式鏜銑床的加工可分為平面和孔加工兩大類。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。配有2個交換工作臺和1個回轉工作臺，交換工作臺的定位精度在以內。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。臥式鏜銑床在發(fā)展早期，主軸多采用經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。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。刀庫安裝在立柱的側面，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。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）。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。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量。如圖3所示，為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結構。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。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矩特性的要求。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，以提高生產率。因此，本次設計的臥式鏜銑數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動，以滿足加工對機床變速范圍的要求和鏜削時對主軸輸出轉矩的要求?？紤]到設計中鏜桿的可伸縮結構，為使傳動件結構和設計計算盡量簡單，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：。因此，機床的主傳動功率是選擇主軸電機功率和型號的重要依據(jù)。生產中，常用切削層單位面積切削力來估算切削力的大小。則切削力大小為：切削功率用式 計算。查《機械制造裝備設計》表22《各類通用機床主軸的計算轉速》可以知道，中型臥式鏜銑床無級傳動時的主軸計算轉速公式：其中：由此可得主軸（Ⅲ軸）計算轉速：則Ⅰ、Ⅱ軸計算轉速分別為：傳動系統(tǒng)中，有相對運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轉過程中產生振動和噪聲，這些都不可避免地存在功率損失。因此，轉軸設計時，開始只能按扭轉強度或經驗公式估算軸的直徑，然后進行軸的結構設計，最后進行軸的強度驗算。當然，并不是說所有的軸都要做成空心的，對一些直徑較小的軸，如果加工成空心軸，反而會因加工工序增加或加工困難而增加成本、造成浪費?？紤]到主軸的伸縮式結構，并且完成主軸箱設計后要與床身立柱相配合，此處結構設計主要確定的是軸上各段軸頸的大小，長度方向尺寸在主軸結構設計完成后再考慮。查《機械設計課程設計》表135《彈性柱銷聯(lián)軸器》，選擇LT7型即可滿足要求。另外，如Ⅰ軸結構設計圖，考慮到主軸箱內各處軸承和齒輪嚙合處的潤滑，在Ⅰ軸上設置一個凸輪，用來推動潤滑油泵工作，將主軸箱底部潤滑油泵送至各潤滑點。因此，主軸的結構設計是本次主傳動系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)。另外聯(lián)想到的類似結構還有變速箱中的滑移齒輪：滑移齒輪通過輪齒嚙合傳遞轉矩，當需要變速時則可在花鍵的導向作用下進行滑移，以實現(xiàn)齒輪在旋轉的同時也可以滑動的功能。另外，花鍵的齒槽較淺而齒數(shù)卻相對較多，這種設計對軸與輪轂的強度削弱較少，應力集中小，配合的對中性和導向性能好等優(yōu)點。其工作原理如圖14所示。因此，本次設計中主軸的支承借鑒CA6140的設計，前端采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力軸承的支承形式，后端采用單列圓