【正文】 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。通過此次畢業(yè)設(shè)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(xué)習(xí)鏜軸和銑軸雙層主軸結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)設(shè)計中所承擔的主要任務(wù)，掌握機床傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般方法以及機床其它基礎(chǔ)件設(shè)計的要求并進一步提高應(yīng)用計算機繪圖的能力；此外，還應(yīng)通過此次畢業(yè)設(shè)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(xué)習(xí)、生活打下良好的基礎(chǔ)。主軸直徑，最高轉(zhuǎn)速，三軸移動速度。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。 Feed System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。盡管傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)，具有鏜深孔及大功率切削的特點，但近幾年來，隨著為高速運行作技術(shù)支撐的傳動元件電主軸、直線電機、線性導(dǎo)軌等得到廣泛應(yīng)用，主軸系統(tǒng)設(shè)計也由傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)逐步向現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式單一，產(chǎn)品運行速度、進給速度等性能與國外產(chǎn)品還有很大差距。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。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(lǐng)著臥式鏜銑床的發(fā)展方向。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)。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)控機床的總體設(shè)計、主傳動系統(tǒng)及主軸進給系統(tǒng)設(shè)計：機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；機床要求能實現(xiàn)四軸三聯(lián)動。歸納起來，臥式鏜銑床的加工可分為平面和孔加工兩大類。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(guān)系。機床總體布局應(yīng)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(jié)構(gòu)性能。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(shè)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(gòu)適應(yīng)自動操作的要求。（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。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)控機床規(guī)格進行設(shè)計。當機床用于銑削加工時，其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大，一般都處在電動機的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi)，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(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。而功率選得過大，電動機價格高，且經(jīng)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。因此，切削功率可用下式計算： 式中：——切削速度，；——切削力，單位。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給量有關(guān)，故取。因此，對于轉(zhuǎn)速可調(diào)的傳動系統(tǒng)，必須確定一個經(jīng)濟合理的計算轉(zhuǎn)速，作為強度計算和校核的依據(jù)。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)，所以當軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩。如果將這部分材料旋轉(zhuǎn)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。查《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8348《幾種常用材料的及值》，得45鋼值為，計算中取，則另由傳動系統(tǒng)示意圖可知，Ⅰ軸聯(lián)軸器端應(yīng)有一個鍵槽，因此Ⅰ軸的最小軸徑應(yīng)在的基礎(chǔ)上增大5%，即：取主軸內(nèi)徑和外徑之比為，查《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8361《空心軸系數(shù)表》得計算系數(shù)，則滿足強度要求的主軸最小直徑為：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(jié)構(gòu)設(shè)計。由圖7知，主軸電機輸出軸直徑為。齒輪左端和右端分別采用光軸軸肩和軸用擋圈定位，均能滿足定位精度要求。圖12?、蜉S軸頸尺寸分布圖該臥式鏜銑數(shù)控機床與普通機床相比，最大的特點是：立柱的水平移動在加工中只用作粗定位時的移動，而切削進給由主軸的伸縮實現(xiàn)。從原理上看，其主軸功能與本次設(shè)計的臥式鏜銑數(shù)控機床主軸也很像。如圖13示，雖然設(shè)計方案與滑移齒輪類似，但是值得注意的是，滑移齒輪在花鍵上滑移的時間與它的轉(zhuǎn)動相比，滑移所占時間的比例很小，因此花鍵聯(lián)結(jié)主要還是用來傳遞扭矩的。導(dǎo)鍵又叫導(dǎo)向平鍵，是一種較長的平鍵，用螺釘固定在軸上的鍵槽中，軸上零件能沿鍵作軸向滑移。主軸組件的滾動軸承一般既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。圖15　主軸前端支承結(jié)構(gòu)分析到這里只是勾勒出了雙層主軸前端的草圖，要確定前端一系列支承的徑向尺寸，必須先確定主軸后端的尺寸結(jié)構(gòu)（主軸做成前大后小，方便安裝和加工）。拉刀桿內(nèi)部要設(shè)計成空心結(jié)構(gòu)，以便在換刀時由氣缸吹入高壓空氣，將刀具刀柄和主軸安裝孔上的鐵屑等雜物吹凈，以保護主軸安裝孔和刀具刀柄不被劃傷，并保證刀具的安裝精度。而本次設(shè)計中主軸輸入功率為，查《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》表36《通用機床主軸前軸頸尺寸》得，主軸驅(qū)動功率在時，銑床主軸前軸頸推薦尺寸范圍為。為使設(shè)計簡單，主軸箱內(nèi)不設(shè)置隔板，外層主軸前后兩端軸承均安裝在主軸箱外壁上。考慮到主軸箱要在立導(dǎo)軌上作豎直方向成形運動，因此主軸箱寬度按立導(dǎo)軌的寬度選擇。如圖19所示，為本次設(shè)計中主軸的結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系。從前面?zhèn)鲃虞S和主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程可以看到，各軸結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，軸上端蓋或法蘭的外形尺寸也就基本確定了。因此，在機床的傳動系統(tǒng)中，一般會用到2到3種模數(shù)，并沿高速級向低速級模數(shù)逐漸增大，以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩增大的需要的傳動順序，模數(shù)逐漸增大，以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩增大或是滿足結(jié)構(gòu)要求的需要。a)確定齒輪材料和極限應(yīng)力傳動系統(tǒng)設(shè)計時，在滿足傳動要求的前提下，應(yīng)盡可能降低成本，故變速齒輪選用45鋼表面淬火，硬度。同理校核Ⅱ、Ⅲ軸上嚙合齒輪的模數(shù)：因為，故Ⅱ、Ⅲ軸上齒輪所選模數(shù)也符合要求。Ⅱ軸與Ⅰ軸和Ⅲ軸都有齒輪相嚙合，根據(jù)材料力學(xué)的知識，先分別單獨分析Ⅱ軸與Ⅰ、Ⅲ兩軸相嚙合時的軸承支反力，再求它們的合力在軸上的彎矩分布。轉(zhuǎn)矩　　　　　　　　　　　　　　圓周力　　　　　徑向力　　　　　軸向力　　　　　、的方向如圖22所示。已經(jīng)，查《機械設(shè)計》表122得45鋼調(diào)質(zhì)處理后的許用彎曲應(yīng)力，則所以，Ⅱ軸強度滿足使用要求。則因為，故齒面的接觸疲勞強度足夠。軸承的使用壽命與其當量動載荷間存在下面的關(guān)系：其中：—軸承壽命；　　　—軸承的轉(zhuǎn)速，取電動機工作在額定狀態(tài)下，并且變速齒輪輸出高速轉(zhuǎn)速進行計算，即??；　　　—基本額定動載荷，查《機械設(shè)計手冊》得31311型軸承；　　　—壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承；　　　—溫度系數(shù)，查《機械設(shè)計》表158得；　　　—當量動載荷，對向心和角接觸軸承，在不變的徑向和軸向載荷作用下，其徑向當量動載荷為。圖24　Ⅱ軸支承力學(xué)模型由軸承受力平衡可以得到下列方程：則在這里，并等于軸承預(yù)緊力的大小。圖25　銑削和鏜削加工示意圖鏜削加工通用性較強，但因為加工時刀桿懸伸布置，為保證鏜桿剛度和切削質(zhì)量，切削速度一般都較低，背吃刀量也較小，因此生產(chǎn)效率較低，多用于半精和精加工。則切削力大小為：由加工經(jīng)驗知道，切削力是總切削力其中一個分力，大約占總切削力的；而進給力（即軸向力）只占總切削力的，因此可據(jù)此估算出主軸鏜削時所受軸向力的大?。褐鬏S的進給伸縮是由伺服電機驅(qū)動絲杠