【正文】 老師所供的伺服電機(jī)產(chǎn)品目錄，確定所選電機(jī)型號(hào)為1FT6 1058AC7，其主要參數(shù)和安裝尺寸如下：額定扭矩：靜態(tài)扭矩：額定轉(zhuǎn)速：圖26　1FT6 1058AC7伺服電機(jī)安裝尺寸圖滾珠絲杠的選擇包括其精度選擇、尺寸規(guī)格（包括導(dǎo)程與公稱直徑）、支承方式等幾個(gè)方面的內(nèi)容。則本次設(shè)計(jì)中主軸進(jìn)給伺服電機(jī)的功率，應(yīng)根據(jù)鏜削時(shí)所受軸向抗力的大小來(lái)確定。軸承的基本額定壽命與所受載荷的大小有關(guān)，作用載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，因而發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)也就越少，即軸承的壽命越短。d)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度截面C處當(dāng)量彎矩最大，故截面C為可能危險(xiǎn)截面。本次設(shè)計(jì)中，選擇Ⅱ軸進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。則Ⅰ、Ⅱ軸和Ⅱ、Ⅲ軸上嚙合齒輪的齒數(shù)和分別為：將上面求得的齒數(shù)和對(duì)照《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表23《各種常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)》，得且時(shí)的適用齒數(shù)為或；且時(shí)的適用齒數(shù)為。圖20　Ⅰ軸主要軸向尺寸圖21?、蜉S主要軸向尺寸為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，在這里先根據(jù)由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到的數(shù)據(jù)估算出各軸中心距、齒輪模數(shù)和齒數(shù)，然后對(duì)估取的模數(shù)進(jìn)行校核（該過(guò)程實(shí)際上是校核輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度），最后再在強(qiáng)度校核時(shí)校核各輪齒的齒面接觸強(qiáng)度就行了。最后折中選擇主軸行程為。②與外層主軸配合的外徑大小為，也就是說(shuō)內(nèi)層主軸前軸頸應(yīng)不小于。根據(jù)以上分析，最后確定如圖15所示主軸的支承形式。圖13　花鍵截面示意圖為了同時(shí)滿足傳遞扭矩和主軸伸縮時(shí)導(dǎo)向精度的要求，此處的鍵聯(lián)結(jié)應(yīng)該選擇導(dǎo)鍵聯(lián)結(jié)。其中最先聯(lián)想到的是臺(tái)式鉆床的主軸設(shè)計(jì)方案：鉆頭在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)操作人員通過(guò)操縱桿使鉆頭向下伸出，完成鉆削工作。根據(jù)確定的聯(lián)軸器端直徑和該軸上布置的主要零件，確定Ⅰ軸各段軸頸的大小如下：圖11?、褫S軸頸尺寸分布圖Ⅰ軸聯(lián)軸器端直徑為，聯(lián)軸器軸向由軸肩定位；31310圓錐滾子軸承內(nèi)徑大小為，軸承內(nèi)圈用花鍵外徑定位，外圈用軸承端蓋壓緊；Ⅰ軸上花鍵規(guī)格為，31310圓錐滾子軸承內(nèi)圈定位軸肩要求不小于，因此采用花鍵外徑定位軸承內(nèi)圈滿足要求。因此，該傳動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ軸按實(shí)心軸計(jì)算公式估算?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表22《機(jī)械傳動(dòng)和軸承等效率的概略值》收錄了常用機(jī)械傳動(dòng)（包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、聯(lián)軸器等）和軸承等的效率的概略值，參照前面方案設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，可初估各軸輸入功率如下：在轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)中，其特點(diǎn)是不能首先通過(guò)精確計(jì)算確定軸的截面尺寸。因?yàn)殂娤鲿r(shí)，同時(shí)工作的齒數(shù)較多，加工余量也比鏜削大得多，因此切削功率應(yīng)以硬質(zhì)合金刀具銑削碳鋼為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算。功率選得過(guò)小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)將長(zhǎng)期處于滿載甚至過(guò)載狀態(tài)而過(guò)早損壞。這就要求該機(jī)床主傳動(dòng)應(yīng)具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)銑削和鏜削能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量；也對(duì)主軸低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩提出了一定要求。機(jī)床布局示意圖如下圖所示。因此綜合考慮，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。因?yàn)榕P式鏜銑床主要用來(lái)加工中、小型箱體零件，用來(lái)擴(kuò)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。主軸直徑，最高轉(zhuǎn)速，三軸移動(dòng)速度。臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)方案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(jī)床，主要用來(lái)加工中、小型箱體零件，并多用于孔加工，鏜孔精度可達(dá)IT7；除擴(kuò)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。武重的TR6513型臥式柔性加工單元，是目前國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中規(guī)格最大的產(chǎn)品，處國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)零件的加工表面是由機(jī)床刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的，因此不同的工件表面，往往需要采用不同類型的刀具與工件一起做不同的表面成形運(yùn)動(dòng)，就產(chǎn)生了不同類型的機(jī)床。本次設(shè)計(jì)的是中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床，加工時(shí)零件尺寸和質(zhì)量可能都較大，但任務(wù)書未對(duì)生產(chǎn)效率提出特別的要求。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，最終選擇圖3（b）方案，單立柱式側(cè)掛主軸箱T形床身設(shè)計(jì)。但與銑削相比，鏜削加工多用于半精和精加工，對(duì)加工質(zhì)量的要求比生產(chǎn)效率放在更重要的位置，并且鏜削的適用切削速度也比銑削低得多。本次設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如下：圖6　傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖4主傳動(dòng)系統(tǒng)主要傳動(dòng)件計(jì)算在進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，主軸電機(jī)功率的正確選擇是很重要的。因?yàn)槭乔邢髁εc切削層公稱橫截面積之比，所以 式中：——切削層單位面積切削力，（即）； ——切削層公稱寬度，； ——切削層公稱厚度。因此當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出為額定功率時(shí)，具體傳遞到某一級(jí)軸上的功率就不再是額定功率了，而必須考慮聯(lián)軸器、軸承、齒輪等的傳動(dòng)效率?！　　　　　　　D8　受扭轉(zhuǎn)軸橫截面剪應(yīng)力分布圖　　　　　　圖9　銑刀盤安裝示意圖機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳動(dòng)軸的直徑一般不會(huì)太大，因此，多數(shù)情況下傳動(dòng)軸都是實(shí)心的；但主軸因?yàn)槠涑叽鐓?shù)通常由結(jié)構(gòu)需要而定，而主軸前端要安裝刀具，因此，為了拉緊刀具并保證銑刀尖與主軸的同軸度，主軸一般都做成空心的，其內(nèi)部分布著芯軸和拉刀裝置，如圖9所示。LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器安裝尺寸如下圖所示：圖10　LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器安裝尺寸圖因此，Ⅰ軸聯(lián)軸器端（即最小軸徑處）直徑大小為。為了實(shí)現(xiàn)主軸邊旋轉(zhuǎn)邊伸縮的功能，設(shè)計(jì)中我聯(lián)想到了很多類似結(jié)構(gòu)以供參考。但也正是因?yàn)榛ㄦI齒槽深度不會(huì)太大，并且齒數(shù)較多，導(dǎo)致多個(gè)面精密配合時(shí)對(duì)加工的要求和成本都會(huì)增加很多，因此花鍵不適合用于導(dǎo)向精度較高的場(chǎng)合。機(jī)床工作過(guò)程中，內(nèi)層主軸在外層主軸內(nèi)作伸縮運(yùn)動(dòng)，內(nèi)外層主軸間通過(guò)導(dǎo)鍵傳遞扭矩，而通過(guò)內(nèi)外層主軸之間的配合形成支承。圖16　主軸末端螺母座結(jié)構(gòu)尺寸圖從圖16上可知：①內(nèi)層主軸最小外徑為，比按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算得到的最小外徑大，滿足強(qiáng)度要求。而內(nèi)層主軸的長(zhǎng)度，則與其工作行程有著密切關(guān)系，設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，工作行程取得過(guò)大，會(huì)使主軸導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)短，從而影響導(dǎo)向和加工精度；而取得過(guò)小，主軸伸出長(zhǎng)度有限，又不能滿足加工需要，充分發(fā)揮機(jī)床性能。現(xiàn)在箱體寬度和主軸結(jié)構(gòu)都已確定，則Ⅰ、Ⅱ軸最終結(jié)構(gòu)及尺寸確定如圖20和圖21所示，具體尺寸結(jié)構(gòu)見(jiàn)主軸箱裝配圖。初選高速組模數(shù)大小為，低速組模數(shù)為。但因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)，受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用，前面的估算只是簡(jiǎn)化算法，因此在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。故所求得合成彎矩即為當(dāng)量彎矩。在本次設(shè)計(jì)中選擇Ⅱ軸上的軸承進(jìn)行壽命校核。則A、B兩軸承處當(dāng)量動(dòng)載荷分別為：故Ⅱ軸軸承使用壽命按B處軸承計(jì)算，為：5主傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖25所示，銑削的進(jìn)給方向是平行于刀盤、垂直于主軸的方向，因此，銑削時(shí)刀頭所受軸向抗力很小，基本上可以忽略；而鏜刀的進(jìn)給方向是沿鏜桿軸向，因此鏜削時(shí)所受切削抗力主要為軸向力和徑向力。從指導(dǎo)老師提供的滾珠絲杠產(chǎn)品目錄中初選絲杠基本直徑為，螺旋角為，則絲杠所承受轉(zhuǎn)矩大小為：則所選擇伺服電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都必須滿足絲杠所能提供的轉(zhuǎn)矩要求，即要大于。則：查產(chǎn)品目錄得直徑絲杠螺母副的額定靜載荷：即該絲杠螺母副的靜強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。主軸箱設(shè)計(jì)得過(guò)小，箱體內(nèi)各軸和軸系組件相隔太近，不便于安裝，也容易產(chǎn)生干涉；齒輪嚙合時(shí)振動(dòng)、發(fā)熱，如果與主軸隔得太近，也會(huì)影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度從而影響加工質(zhì)量。潤(rùn)滑油泵和分油器結(jié)構(gòu)如圖29和圖30所示。因此換刀時(shí)，必須通過(guò)機(jī)械裝置克服碟形彈簧的拉緊力，將拉刀桿頂出。但值得提出的是，追求電主軸和鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)相結(jié)合、相交換的主軸設(shè)計(jì)方案，并廣泛采用模塊化設(shè)計(jì)和提高柔性化程度，以增加產(chǎn)品多樣性和降低制造成本，已成為當(dāng)前臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。41