【正文】 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不論在方案擬定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算還是工程圖繪制各方面，沈老師都給我提出了很多意見(jiàn)和建議，他扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景和豐富的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給我的設(shè)計(jì)提供了很大幫助。圖32　換刀機(jī)械液壓油缸結(jié)構(gòu)10結(jié)論經(jīng)過(guò)近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算和工程圖繪制，到此，臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)已全部完成。為實(shí)現(xiàn)變速的自動(dòng)控制，變速系統(tǒng)采用如圖31所示液壓機(jī)構(gòu)。綜上所述，選擇方案一中的主軸箱空間布局。為了提高軸向剛度，本次設(shè)計(jì)軸承的組合采用單推—單推式，如圖27所示，推力球軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預(yù)緊力。接下來(lái)，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。 式中：—切削層單位面積切削力，（即）； —切削層公稱(chēng)寬度，； —切削層公稱(chēng)厚度。圖23?、蜉S的支承結(jié)構(gòu)圖而由前面軸的強(qiáng)度校核計(jì)算可知，即Ⅱ軸上沒(méi)有外力作用的軸向力作用，只有預(yù)緊軸承時(shí)產(chǎn)生的軸向力。這里?、蜉S上的固定齒輪（即齒輪3）進(jìn)行校核。a)計(jì)算齒輪上作用力的大?、?、Ⅱ軸的傳動(dòng)齒輪有兩個(gè)嚙合位置，但考慮到Ⅱ軸傳遞的轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速成反比，即當(dāng)Ⅰ、Ⅱ軸的傳動(dòng)齒輪為減速齒輪嚙合時(shí)，Ⅱ軸所受轉(zhuǎn)矩更大。b)計(jì)算許用彎曲應(yīng)力按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式526計(jì)算許用彎曲應(yīng)力：式中：—試驗(yàn)齒輪齒根的彎曲疲勞極限，；—試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，；—彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，取10年計(jì)算則；—彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，一般傳動(dòng)?。恢匾獋鲃?dòng)取，本設(shè)計(jì)中取則c)計(jì)算載荷系數(shù)按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式525計(jì)算載荷系數(shù)：式中：—使用系數(shù)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，銑削加工時(shí)有輕微沖擊，故?。弧?jiǎng)虞d系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)可取，齒輪精度低、速度高時(shí)取大值，反之取小值，這里?。弧X向載荷分布系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)兩輪均為硬齒面時(shí)，取，這里??；—齒間載荷分配系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，取，這里取。由前面的分析可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸上端蓋或法蘭蓋外徑處尺寸分別為、。圖18　主軸箱與立柱導(dǎo)軌裝配關(guān)系圖分析圖18可得主軸箱外側(cè)寬度為。其軸向尺寸則由軸承、圓螺母等的尺寸決定。因此，主軸后端有與絲杠螺母相連接的螺母座，它與主軸的連接方式應(yīng)保證它能對(duì)主軸施加沿軸向的兩個(gè)方向的力。圖14　導(dǎo)鍵工作原理圖另外，內(nèi)層主軸的外徑和外層主軸的內(nèi)徑間也設(shè)計(jì)配合關(guān)系，這樣，當(dāng)內(nèi)層主軸作伸縮時(shí)，外層主軸和導(dǎo)鍵就能同時(shí)為其導(dǎo)向，導(dǎo)鍵還起到傳遞扭矩的作用。分析以上兩種移動(dòng)旋轉(zhuǎn)件的方法，臺(tái)式鉆床的主軸結(jié)構(gòu)在此前金工實(shí)習(xí)中進(jìn)行過(guò)拆裝訓(xùn)練，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)本身對(duì)其主軸結(jié)構(gòu)不是很明白，而且時(shí)間也比較久了，不能完整回憶出當(dāng)時(shí)的主軸結(jié)構(gòu)。Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與Ⅰ軸類(lèi)似，而且Ⅱ軸是通過(guò)齒輪與Ⅰ軸進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)的，不需要聯(lián)軸器，因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比Ⅰ軸更簡(jiǎn)單，在這里就不再贅述其過(guò)程了。首先對(duì)Ⅰ軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8347《按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度計(jì)算軸徑的公式》或以得到按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的估算軸徑為：實(shí)心軸：空心軸：其中：—軸端直徑；—根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8348選取；—軸的輸入功率；—軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；—空心軸的內(nèi)徑和外徑之比，計(jì)算系數(shù)的值見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8361。其中，切削速度 上式中：——切削速度（）——主軸轉(zhuǎn)速（）——工件或刀具直徑（）估取主軸轉(zhuǎn)速，銑刀直徑，則對(duì)應(yīng)切削速度為參考《切削手冊(cè)》表84《銑削速度推薦范圍》，取代入計(jì)算，得 則機(jī)床主傳動(dòng)所需功率為： 本次設(shè)計(jì)使用的主軸電機(jī)從指導(dǎo)老師提供的《1PH6風(fēng)冷式交流主軸電機(jī)產(chǎn)品系列》中選取。機(jī)床主傳動(dòng)的功率可根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率來(lái)確定其中，為機(jī)床傳動(dòng)總效率，—。正如上面的分析，該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)采用分段無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)。這種配置方式主要用于大、中型數(shù)控機(jī)床。在前面的運(yùn)動(dòng)分配中，已選擇采用由銑頭帶著刀具完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，立柱帶著主軸箱完成橫向進(jìn)給，工件只作縱向進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)分配方案，此即為立柱移動(dòng)式結(jié)構(gòu)?！　　　　　D1　平面和孔加工時(shí)的成形運(yùn)動(dòng)分析因此，臥式鏜銑床加工工件時(shí)只需要三個(gè)方向的直線(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)即可滿(mǎn)足加工要求（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)不包括在內(nèi)）。與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家的產(chǎn)品主要還是設(shè)計(jì)上的差距，國(guó)外已經(jīng)全部采用模塊化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化設(shè)計(jì)的“柔性化”，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式多樣；其次，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品從機(jī)床性能和制造水平上講，產(chǎn)品運(yùn)行速度、進(jìn)給速度與國(guó)外產(chǎn)品相比也還有很大差距。但是，電主軸的結(jié)構(gòu)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(dòng)，進(jìn)行深孔加工，其加工能力受到了限制，可謂顧此失彼。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，德國(guó)Dorries Scharmann公司生產(chǎn)的ALPHA系列臥式加工中心對(duì)此給出了完美的解決方案。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要了解當(dāng)前臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì)，弄清楚臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體布局、主傳動(dòng)系統(tǒng)方案和進(jìn)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(jì)的實(shí)現(xiàn)方法，明白作為一名機(jī)械工程師在機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所承擔(dān)的主要任務(wù)，掌握機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法以及機(jī)床其它基礎(chǔ)件設(shè)計(jì)的要求并進(jìn)一步提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力；此外，還應(yīng)通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)加深對(duì)專(zhuān)業(yè)基本知識(shí)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)。加工工件所需的運(yùn)動(dòng)僅僅是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，對(duì)部件的運(yùn)動(dòng)分配可以有多種方案。此時(shí)若機(jī)床布局選擇圖3（c）和圖3（d）方案，當(dāng)工作臺(tái)帶著數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在橫向（即X向）做距離移動(dòng)和下滑板做Z向進(jìn)給時(shí)，Z向床身的一條導(dǎo)軌將會(huì)承受很大的偏載。（b）是通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)，它主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但它只能適用于低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。齒輪變速級(jí)數(shù)初步定為兩級(jí)，高速級(jí)和低速級(jí)。而切削功率應(yīng)是三個(gè)切削分力消耗功率的總和，但背向力消耗的功率為零，進(jìn)給力消耗的功率很小，一般可忽略不計(jì)。從產(chǎn)品系列中可以看到，滿(mǎn)足機(jī)床主傳動(dòng)功率要求的電機(jī)型號(hào)為1PH6 1354NF0，其主要參數(shù)如下：額定功率：額定轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速：最低轉(zhuǎn)速：額定扭矩：約 重：外形尺寸詳細(xì)參數(shù)如圖7所示：圖7　1PH6 1354NF0主軸電機(jī)外形及安裝尺寸圖零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是所承受的載荷大小，而載荷取決于所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，外載一定時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，所傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小。如圖8所示，由《材料力學(xué)》的知識(shí)可知，剪應(yīng)力在橫截面上是線(xiàn)性分布的，圓心處為零，當(dāng)圓周上有最大應(yīng)力值時(shí)，中心部分的應(yīng)力仍較小，材料并沒(méi)有充分發(fā)揮作用。Ⅰ軸最小軸徑為，并且它要與主軸電機(jī)輸出端通過(guò)聯(lián)軸器相連。最終得到的Ⅱ軸各段軸頸大小如圖12所示。而滑移齒輪的結(jié)構(gòu)，在上學(xué)期專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)《CA6140主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中已經(jīng)有過(guò)接觸，因此決定選擇類(lèi)似滑移齒輪的設(shè)計(jì)方案。下面再就主軸的支承形式展開(kāi)討論。而為了保證刀具安裝牢固可靠，主軸內(nèi)部應(yīng)設(shè)計(jì)拉刀機(jī)構(gòu)，當(dāng)需要換刀時(shí)由位于主軸后部的油缸將拉桿頂出，釋放刀具，平時(shí)則依靠碟形彈簧自然拉緊。圖17　主軸前端支承結(jié)構(gòu)尺寸圖根據(jù)確定出的內(nèi)層主軸軸頸尺寸并選擇合理的壁厚以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，再逐步向外擴(kuò)展，依據(jù)軸承內(nèi)徑尺寸和所需定位軸肩高度，逐步確定出外層主軸的各段軸頸尺寸，并得到如圖17所示主軸前端各軸頸尺寸。到此，主軸（包括內(nèi)層主軸和外層主軸）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的重要尺寸都已經(jīng)確定下來(lái)了。則Ⅰ、Ⅱ軸和Ⅱ、Ⅲ軸的中心距應(yīng)分別滿(mǎn)足下面的關(guān)系：在機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中，在傳遞功率一定的前提下，齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越高，傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小，所需齒輪模數(shù)也就越??；而低速級(jí)齒輪，因其運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，則需要選用稍大模數(shù)齒輪，以防止輪齒折斷；或是像