【正文】 主軸傳動(dòng)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(bào)告1份；5）翻譯有關(guān)外文資料1份（5000漢字）；6）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)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(gè)方向的成形運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)）即可合成得到。圖2（a）是加工件較輕的升降臺(tái)銑床，一般由工件完成三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，分別由工作臺(tái)、滑鞍和升降臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)加工工件較重或者尺寸較大時(shí)，則不宜由升降臺(tái)帶著工件作垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而是改由銑頭帶著刀具來(lái)完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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(tái)載著工件作一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其它兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由多個(gè)刀架在立柱與橫梁上移動(dòng)來(lái)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(shí)，由工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在結(jié)構(gòu)上就很難實(shí)現(xiàn)了，這種情況全部進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由銑頭運(yùn)動(dòng)來(lái)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(jì)。其常見的主傳動(dòng)系統(tǒng)有下面三種方式：（a）變速齒輪 （b）帶傳動(dòng) （c）內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖5　數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的配置方式其中：（a）是帶有變速齒輪的主傳動(dòng)，它通過兩級(jí)或三級(jí)齒輪降速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速，確保低速運(yùn)行時(shí)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(jì)分析：銑削過程是斷續(xù)切削，同時(shí)工作的齒數(shù)較多，每個(gè)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(jì)的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動(dòng)，以滿足加工對(duì)機(jī)床變速范圍的要求和鏜削時(shí)對(duì)主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到設(shè)計(jì)中鏜桿的可伸縮結(jié)構(gòu)，為使傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)計(jì)算盡量簡(jiǎn)單，將滑移齒輪布置在Ⅱ軸上，并且齒輪傳動(dòng)的高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)比分別為1：1和1：2；Ⅱ軸和Ⅲ軸間采用定比傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1：。因此，機(jī)床的主傳動(dòng)功率是選擇主軸電機(jī)功率和型號(hào)的重要依據(jù)。生產(chǎn)中，常用切削層單位面積切削力來(lái)估算切削力的大小。則切削力大小為：切削功率用式 計(jì)算。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表22《各類通用機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速》可以知道，中型臥式鏜銑床無(wú)級(jí)傳動(dòng)時(shí)的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速公式：其中：由此可得主軸（Ⅲ軸）計(jì)算轉(zhuǎn)速：則Ⅰ、Ⅱ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為：傳動(dòng)系統(tǒng)中，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間總是伴隨著摩擦和磨損，并且嚙合齒輪間也會(huì)因?yàn)橹圃旌桶惭b誤差使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動(dòng)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(jì)時(shí)，開始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗(yàn)公式估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗(yàn)算。當(dāng)然，并不是說(shuō)所有的軸都要做成空心的，對(duì)一些直徑較小的軸，如果加工成空心軸，反而會(huì)因加工工序增加或加工困難而增加成本、造成浪費(fèi)?？紤]到主軸的伸縮式結(jié)構(gòu)，并且完成主軸箱設(shè)計(jì)后要與床身立柱相配合，此處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要確定的是軸上各段軸頸的大小，長(zhǎng)度方向尺寸在主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后再考慮。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》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(jì)圖，考慮到主軸箱內(nèi)各處軸承和齒輪嚙合處的潤(rùn)滑，在Ⅰ軸上設(shè)置一個(gè)凸輪，用來(lái)推動(dòng)潤(rùn)滑油泵工作，將主軸箱底部潤(rùn)滑油泵送至各潤(rùn)滑點(diǎn)。因此，主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本次主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)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(shí)則可在花鍵的導(dǎo)向作用下進(jìn)行滑移，以實(shí)現(xiàn)齒輪在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也可以滑動(dòng)的功能。另外，花鍵的齒槽較淺而齒數(shù)卻相對(duì)較多，這種設(shè)計(jì)對(duì)軸與輪轂的強(qiáng)度削弱較少，應(yīng)力集中小，配合的對(duì)中性和導(dǎo)向性能好等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如圖14所示。因此，本次設(shè)計(jì)中主軸的支承借鑒CA6140的設(shè)計(jì)，前端采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力軸承的支承形式，后端采用單列圓柱滾子軸承支承。內(nèi)層主軸的伸縮運(yùn)動(dòng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，進(jìn)而由絲杠螺母帶動(dòng)其向前伸出或退回的。按照機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由內(nèi)至外的原則，先確定拉刀桿的尺寸，再選擇合適的碟形彈簧，確定出內(nèi)層主軸最大孔徑，然后根據(jù)強(qiáng)度需要給主軸選擇合適的壁厚以確定內(nèi)層主軸的最小外徑尺寸，并依此完成主軸末端螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖16所示。因此，螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本滿足各方面尺寸要求。因此，外層主軸的軸向尺寸在保證軸上各零件正常安裝的前提下，與主軸箱寬度有關(guān)。該臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的立柱部分，是另外一位同學(xué)設(shè)計(jì)的，他設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌安裝寬度為，則箱體外側(cè)寬度可按如圖18所示裝配關(guān)系確定。圖19　主軸主要軸向尺寸前面?zhèn)鲃?dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)楫?dāng)時(shí)箱體寬度無(wú)法確定，因此只對(duì)Ⅰ、Ⅱ軸各段軸頸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。因此，軸上齒輪正確嚙合時(shí)應(yīng)保證兩傳動(dòng)軸和主軸的端蓋、法蘭蓋之間不會(huì)產(chǎn)生干涉。本次設(shè)計(jì)選用的主軸電機(jī)功率為，主軸箱內(nèi)高速端是一級(jí)變速組、低速端是一級(jí)定比傳動(dòng)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖532c查得45鋼表面淬火后齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖533c查得45鋼表面淬火后接觸疲勞極限應(yīng)力。在前面軸的設(shè)計(jì)中，只是用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算了軸的最小直徑，進(jìn)而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖22所示，先作出Ⅱ軸與Ⅰ軸嚙合時(shí)的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型），取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點(diǎn)。圖22?、蜉S的強(qiáng)度計(jì)算b)求軸承的支反力水平面上支反力：垂直面上支反力：c)畫彎矩圖截面C處的彎矩為：水平面上的彎矩：垂直面上的彎矩：合成彎矩：同上可得，截面D處的彎矩為：水平面上的彎矩：垂直面上的彎矩：合成彎矩：Ⅱ軸上只有兩個(gè)齒輪的作用力，沒有其它外力作用。本次設(shè)計(jì)中的齒輪均為硬齒面，在前面的設(shè)計(jì)中按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，故還應(yīng)校核其齒面的接觸疲勞強(qiáng)度。一般工作條件下的回轉(zhuǎn)滾動(dòng)軸承，經(jīng)常發(fā)生點(diǎn)蝕，因此要對(duì)其進(jìn)行壽命計(jì)算，防止軸承在預(yù)期工作時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕破壞。Ⅱ軸的支承結(jié)構(gòu)如圖23所示，從圖上可以看出，圓錐滾子軸承寬度為，因此與軸的長(zhǎng)度相比，載荷作用中心與軸承寬度中點(diǎn)的距離偏移在計(jì)算中可以忽略。A、B兩軸承處徑向載荷的大小可參考校核Ⅱ軸強(qiáng)度時(shí)求解得到的A、B兩處軸承支反力的大小，因此：又因?yàn)棰蜉S上外加軸向力大小為0，則等于軸承預(yù)緊力的大小，此處計(jì)算中取。與前面計(jì)算主軸電機(jī)功率時(shí)的原理相同，在這里我們先求出鏜削時(shí)的切削力。因此主軸軸向抗力要折算成絲杠所承受的轉(zhuǎn)矩。在前面估算伺服電機(jī)所需輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，已從產(chǎn)品目錄中初選基本直徑的絲杠。最大計(jì)算靜載荷為：式中：—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，查查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表414《動(dòng)載荷系數(shù)》，取；—硬度影響系數(shù)，查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表415《硬度影響系數(shù)、》，??；—最大工作載荷，在這里—滾珠絲杠螺母副的額定靜負(fù)荷。實(shí)踐證明，絲杠的軸承組合及軸承座以及其它零件的連接剛性不足，將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度和剛度。它直接影響著箱體的外形尺寸、傳動(dòng)系統(tǒng)精度和箱體內(nèi)的空間利用率。而方案一，雖然三根軸的相對(duì)位置沒有一那么緊湊，但這種設(shè)計(jì)的高度方向尺寸更大，因此在立柱上滑動(dòng)時(shí)其導(dǎo)向長(zhǎng)度也長(zhǎng)，導(dǎo)向精度更高；并且，它還大大減小了主軸箱的寬度方向尺寸，這樣能使得裝配后主軸箱的重心距立柱導(dǎo)軌的距離大大減小，移動(dòng)也更平穩(wěn)；另外，雖然看上去方案一中三軸的相對(duì)位置較為分散，但卻更能減小運(yùn)轉(zhuǎn)過程中Ⅰ、Ⅱ軸上零件的震動(dòng)、發(fā)熱對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度影響。在Ⅰ軸上設(shè)計(jì)一個(gè)凸輪，當(dāng)主軸電機(jī)啟動(dòng)后，Ⅰ軸通過鍵連接帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，以推動(dòng)潤(rùn)滑油泵活塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將箱底滑潤(rùn)油吸起并泵送至各滑潤(rùn)點(diǎn)的功能，同時(shí)還可以起到給運(yùn)動(dòng)部件降溫的作用。但是，為了改善主軸的輸出轉(zhuǎn)矩特性，使主軸在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍能滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求，設(shè)計(jì)中采用在無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)中串聯(lián)機(jī)械變速環(huán)節(jié)的方法，將主軸電機(jī)的變速范圍分割成高、低兩段，實(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)變速，以匹配主軸與負(fù)載的轉(zhuǎn)特性。9換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床，銑刀頭和鏜桿安裝完畢后，都是通過內(nèi)層主軸的碟形彈簧將其拉緊的。換刀時(shí)用到的油缸結(jié)構(gòu)如圖32所示。如果時(shí)間允許，接下來(lái)，還應(yīng)對(duì)機(jī)床的液壓系統(tǒng)進(jìn)行完整設(shè)計(jì)，并完成機(jī)床的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng)，為保證畢業(yè)設(shè)計(jì)保持保量完成打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也深深地感染和激勵(lì)著我。最后，我還要感謝我的家人和與我四年相依相伴的同學(xué)們，他們的支持與情感，是我永遠(yuǎn)