【正文】 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。換刀時(shí)用到的油缸結(jié)構(gòu)如圖32所示。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)中采用在無級變速系統(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)分段無級變速，以匹配主軸與負(fù)載的轉(zhuǎn)特性。而方案一，雖然三根軸的相對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，因此在立柱上滑動時(shí)其導(dǎo)向長度也長，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，移動也更平穩(wěn)；另外，雖然看上去方案一中三軸的相對位置較為分散，但卻更能減小運(yùn)轉(zhuǎn)過程中Ⅰ、Ⅱ軸上零件的震動、發(fā)熱對主軸旋轉(zhuǎn)精度影響。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精度和剛度。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。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。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。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。如圖22所示，先作出Ⅱ軸與Ⅰ軸嚙合時(shí)的受力計(jì)算簡圖（即力學(xué)模型），取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點(diǎn)。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。因此，軸上齒輪正確嚙合時(shí)應(yīng)保證兩傳動軸和主軸的端蓋、法蘭蓋之間不會產(chǎn)生干涉。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。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。內(nèi)層主軸的伸縮運(yùn)動是由伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠，進(jìn)而由絲杠螺母帶動其向前伸出或退回的。其工作原理如圖14所示。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)也可以滑動的功能。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滑，在Ⅰ軸上設(shè)置一個(gè)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(diǎn)?？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，長度方向尺寸在主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后再考慮。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。則切削力大小為：切削功率用式 計(jì)算。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)。因此，本次設(shè)計(jì)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(shí)對主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求。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(yùn)行時(shí)滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。如圖3所示，為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結(jié)構(gòu)。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）即可合成得到。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。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(diǎn)，在提高進(jìn)給速度和快速移動的同時(shí)，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(jì)成為新的追求。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)——側(cè)重機(jī)床總體、主傳動及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 1Abstract 21緒論 3 3 3 42機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) 5 5 5 63主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 8 8 94主傳動系統(tǒng)主要傳動件計(jì)算 10 10 10 11 12 12 13 13 13 15 17 21 22 22 22 23 24 24 28 295主傳動進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 31 33 33 34 346主軸箱空間布局 357主軸箱潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 368變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 379換刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3810結(jié)論 39參考文獻(xiàn) 40致 謝 41摘 要臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床是一種加工范圍極廣、自由度很大的機(jī)床，主要用來加工形狀復(fù)雜、要求精度較高的箱體類零件，銑削平面、鉆削、鏜孔和加工端面等。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，進(jìn)行深孔加工，其加工能力受到了限制，可謂顧此失彼。與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)廠家的產(chǎn)品主要還是設(shè)計(jì)上的差距，國外已經(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)給速度與國外產(chǎn)品相比也還有很大差距?！　　　　　D1　平面和孔加工時(shí)的成形運(yùn)動分析因此，臥式鏜銑床加工工件時(shí)只需要三個(gè)方向的直線成形運(yùn)動即可滿足加工要求（回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動不包括在內(nèi)）。在前面的運(yùn)動分配中，已選擇采用由銑頭帶著刀具完成垂直進(jìn)給運(yùn)動，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)動分配方案，此即為立柱移動式結(jié)構(gòu)。這種配置方式主要用于大、中型數(shù)控機(jī)床。正如上面的分析，該機(jī)床的主傳動系統(tǒng)采用分段無級變速系統(tǒng)。機(jī)床主傳動的功率可根據(jù)切削功率與主運(yùn)動傳動鏈的總效率來確定其中，為機(jī)床傳動總效率，—。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，則對應(yīng)切削速度為參考《切削手冊》表84《銑削速度推薦范圍》，取代入計(jì)算，得 則機(jī)床主傳動所需功率為： 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。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（中冊）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》（中冊）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《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（中冊）表8361。首先對Ⅰ軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與Ⅰ軸類似，而且Ⅱ軸是通過齒輪與Ⅰ軸進(jìn)行動力傳動的，不需要聯(lián)軸器，因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比Ⅰ軸更簡單，在這里就不再贅述其過程了。分析以上兩種移動旋轉(zhuǎn)件的方法，臺式鉆床的主軸結(jié)構(gòu)在此前金工實(shí)習(xí)中進(jìn)行過拆裝訓(xùn)練，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)本身對其主軸結(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)。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。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)保證它能對主軸施加沿軸向的兩個(gè)方向的力。其軸向尺寸則由軸承、圓螺母等的尺寸決定。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。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、。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)，一般傳動取；重要傳動取，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)，原動機(jī)為電動機(jī)，銑削加工時(shí)有輕微沖擊，故??；—?jiǎng)虞d系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)直齒圓柱齒輪傳動可取，齒輪精度低、速度高時(shí)取大值，反之取小值，這里??；—齒向載荷分布系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)兩輪均為硬齒面時(shí)，取，這里取；—齒間載荷分配系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)對于直齒圓柱齒輪傳動，取，這里取。a)計(jì)算齒輪上作用力的大?、?、Ⅱ軸的傳動齒輪有兩個(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軸的傳動齒輪為減速齒輪嚙