【正文】 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(shí)所受軸向力的大小：主軸的進(jìn)給伸縮是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副，再通過螺母座帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的。則因?yàn)?，故齒面的接觸疲勞強(qiáng)度足夠。同理校核Ⅱ、Ⅲ軸上嚙合齒輪的模數(shù)：因?yàn)椋盛?、Ⅲ軸上齒輪所選模數(shù)也符合要求。如圖19所示，為本次設(shè)計(jì)中主軸的結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系。拉刀桿內(nèi)部要設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，以便在換刀時(shí)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(hù)主軸安裝孔和刀具刀柄不被劃傷，并保證刀具的安裝精度。如圖13示，雖然設(shè)計(jì)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(shí)間與它的轉(zhuǎn)動(dòng)相比，滑移所占時(shí)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。由圖7知，主軸電機(jī)輸出軸直徑為。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)速可調(diào)的傳動(dòng)系統(tǒng)，必須確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的計(jì)算轉(zhuǎn)速，作為強(qiáng)度計(jì)算和校核的依據(jù)。當(dāng)機(jī)床用于銑削加工時(shí)，其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大，一般都處在電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi)，此時(shí)可由高速級(jí)輸出；而當(dāng)機(jī)床用于鏜削加工時(shí)，其主軸輸出轉(zhuǎn)速一般都較小，為了保證此時(shí)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(jí)輸出。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。按照設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，在本文中要完成一臺(tái)中型臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)：機(jī)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(dòng)而實(shí)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(tái)上實(shí)現(xiàn)精密分度；機(jī)床要求能實(shí)現(xiàn)四軸三聯(lián)動(dòng)。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(yùn)行速度、進(jìn)給速度等性能與國外產(chǎn)品還有很大差距。主軸直徑，最高轉(zhuǎn)速，三軸移動(dòng)速度。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。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。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)來計(jì)算。因此，該傳動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ軸按實(shí)心軸計(jì)算公式估算。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)操作人員通過操縱桿使鉆頭向下伸出，完成鉆削工作。根據(jù)以上分析，最后確定如圖15所示主軸的支承形式。最后折中選擇主軸行程為。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。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。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確定。細(xì)長絲杠在受壓縮載荷時(shí)，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷：式中：，；—絲杠公稱直徑，；—滾珠絲杠直徑，；—絲杠最大受壓長度，；—絲杠支承方式系數(shù)，本次設(shè)計(jì)中主軸進(jìn)給絲杠采用兩端固定設(shè)計(jì)。圖29　潤滑油泵結(jié)構(gòu)圖圖30　分油器結(jié)構(gòu)圖在各潤滑點(diǎn)，油嘴直接將潤滑油噴到需要潤滑的部件上。因此，研究雙層主軸設(shè)計(jì)的臥式鏜銑床結(jié)構(gòu)，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，是一個(gè)很好的鍛煉學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課題，但倘若作為新的機(jī)床產(chǎn)品來研究，其價(jià)值可能就不是很大了。在本次設(shè)計(jì)中，在參考國內(nèi)外同類機(jī)床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的下，完成了主軸鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，完成了主傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理布置了各軸空間位置；并繪制了完整的臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床的總裝圖，明確了主軸箱、立柱、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等主要部件的裝配和相對(duì)位置關(guān)系。7主軸箱潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)零件之間不可避免地存在摩擦和磨損，因此，為機(jī)械系統(tǒng)選擇合理的潤滑方式不但可以減小零件間的摩擦、磨損，延長零部件的使用壽命，也能減小系統(tǒng)運(yùn)行的不平穩(wěn)性，提高主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，保證加工質(zhì)量。前面的計(jì)算中鏜削進(jìn)給速度為，而所選絲杠基本導(dǎo)程為，因此鏜削加工時(shí)的絲杠轉(zhuǎn)速為：當(dāng)轉(zhuǎn)速時(shí)，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠球面上產(chǎn)生的塑性變形。故可得Ⅱ軸支承力學(xué)模型如圖24所示。故應(yīng)校核此位置的強(qiáng)度。則Ⅰ、Ⅱ軸和Ⅱ、Ⅲ軸的中心距應(yīng)分別滿足下面的關(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?。欢退偌?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；或是像主軸上使用的齒輪，因?yàn)橹鬏S軸頸一般都較大，因此為了解決分度圓尺寸較大而另一方面齒輪齒數(shù)又不能太多的矛盾，也需要選擇較大模數(shù)。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。下面再就主軸的支承形式展開討論。最終得到的Ⅱ軸各段軸頸大小如圖12所示。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，材料并沒有充分發(fā)揮作用。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)。（b）是通過帶傳動(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。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。針對(duì)這個(gè)問題，德國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。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。歸納起來，臥式鏜銑床的加工可分為平面和孔加工兩大類。圖4　臥式鏜銑數(shù)控機(jī)床布局方案圖3主傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級(jí)變速系統(tǒng)，以使變速機(jī)構(gòu)適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。而功率選得過大，電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)都很低，造成很大的浪費(fèi)。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)，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(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩。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。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。而本次設(shè)計(jì)中主軸輸入功率為，查《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》表36《通用機(jī)床主軸前軸頸尺寸》得，主軸驅(qū)動(dòng)功率在時(shí)，銑床主軸前軸頸推薦尺寸范圍為。從前面?zhèn)鲃?dòng)軸和主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程可以看到，各軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，軸上端蓋或法蘭的外形尺寸也就基本確定了。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(shí)，先分別單獨(dú)分析Ⅱ軸與Ⅰ、Ⅲ兩軸相嚙合時(shí)的軸承支反力，再求它們的合力在軸上的彎矩分布。軸承的使用壽命與其當(dāng)量動(dòng)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(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)下，并且變速齒輪輸出高速轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，即取；　　　—基本額定動(dòng)載荷，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得31311型軸承；　　　—壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承；　　　—溫度系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表158得；　　　—當(dāng)量動(dòng)載荷，對(duì)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(dāng)量動(dòng)載荷為。滾珠絲杠副的承載能力用額定動(dòng)載荷或額定靜載荷來表示，而在設(shè)計(jì)中一般按額定動(dòng)載荷來確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格。方案一　　　　　　　　　　　　　　　　方案二圖28　主軸系統(tǒng)空間布局方案分析從圖上可以看出，方案二的布局比起方案一來三軸的位置稍顯緊湊，并且高度方向尺寸較小，但寬度方向尺寸卻比方案一大得多。當(dāng)需要換刀時(shí)，電控系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)為油缸供油，將拉刀桿頂出到某一位置并保持壓力；當(dāng)?shù)毒甙惭b完畢后，油路卸荷，活塞在彈簧作用下回復(fù)到起始位置。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，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和建議，他扎實(shí)的專業(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。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)。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。 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。這里?、蜉S上的固定齒輪（即齒輪3）進(jìn)行校核。b)計(jì)算