【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(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如果將這部分材料旋轉(zhuǎn)在離圓心比較遠(yuǎn)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(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，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《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，取；切削層公稱厚度在銑削中與每齒進(jìn)給量有關(guān)，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(jī)價格高，且經(jīng)常不在滿載下運行，電動機(jī)效率和功率因數(shù)都很低，造成很大的浪費。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。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。（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。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。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(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。銑削加工時，進(jìn)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(guān)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(shè)計任務(wù)書要求，在本文中要完成一臺中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計、主傳動系統(tǒng)及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計：機(jī)床必須具有鏜和銑的功能，立柱應(yīng)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(yīng)能在回轉(zhuǎn)工作臺上實現(xiàn)精密分度；機(jī)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(zhuǎn)工作臺，交換工作臺的定位精度在以內(nèi)。ALPHA系列臥式加工中心立柱采用斜面概念的設(shè)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(jī)兩用”之功效，大大提高了機(jī)床的工藝性能，也降低了制造成本，這一創(chuàng)新引領(lǐng)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(jīng)典的鏜軸與銑軸組成的雙層主軸結(jié)構(gòu)，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(shù)、新材料和新工藝的廣泛應(yīng)用，以及零件加工對機(jī)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(jìn)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(shè)計成為新的追求。該機(jī)的最大特點是高效、高精，快速移動最高達(dá)，最大加速度達(dá)，位置精度。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(biāo)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(wù)：1）繪制鏜銑數(shù)控機(jī)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(guān)外文資料1份（5000漢字）；6）編寫設(shè)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(jìn)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(jìn)給運動，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)給運動，而是改由銑頭帶著刀具來完成垂直進(jìn)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(jìn)給運動，其它兩個方向的進(jìn)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(dāng)加工更大更重的工件時，由工件作進(jìn)給運動在結(jié)構(gòu)上就很難實現(xiàn)了，這種情況全部進(jìn)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(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。如圖3所示，為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結(jié)構(gòu)。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。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，確保低速運行時滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。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。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?？紤]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：。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)。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。則切削力大小為：切削功率用式 計算。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(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，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。當(dāng)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(jié)構(gòu)，并且完成主軸箱設(shè)計后要與床身立柱相配合，此處結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計完成后再考慮。查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計圖，考慮到主軸箱內(nèi)各處軸承和齒輪嚙合處的潤滑，在Ⅰ軸上設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計是本次主傳動系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。另外聯(lián)想到的類似結(jié)構(gòu)還有變速箱中的滑移齒輪：滑移齒輪通過輪齒嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩，當(dāng)需要變速時則可在花鍵的導(dǎo)向作用下進(jìn)行滑移，以實現(xiàn)齒輪在旋轉(zhuǎn)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(shè)計對軸與輪轂的強(qiáng)度削弱較少，應(yīng)力集中小，配合的對中性和導(dǎo)向性能好等優(yōu)點。其工作原理如圖14所示。因此，本次設(shè)計中主軸的支承借鑒CA6140的設(shè)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