【文章內(nèi)容簡介】 ~114針床材料為45碳素鋼，選用銑刀材料為高速鋼。 被加工零件工序圖 加工示意圖 加工示意圖數(shù)據(jù)處理(1).耐用度計算。切削速度V選擇范圍為20~40 m/min 銑刀直徑D=80mm 齒數(shù)Z=90 系數(shù)Cv= 每齒進(jìn)給量Sz= 銑削深度t=~ mm 槽寬B=~ mm根據(jù)切削速度公式V=可推算出耐用度T的大小。當(dāng)t= mm B= mm V=40 m/min時，耐用度應(yīng)為最小：T=1650 min加工零件最長為1000 mm， mm，則所需銑削的槽有約474條。轉(zhuǎn)速n =1000V/πD=80~160 r/min 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f = ZSz = mm每分鐘進(jìn)給量Vf = ZSzn= 54~108 mm/minL=l+l1+l2 L：工作臺的行程長度 l：加工長度 l1：切入長度 l1：超出長度l=114~129 mm（工件參數(shù)） l1= mm l2= mm L=136~151 mm加工一條槽所需時間為ts = L/ Vf = ~ min 則加工一個工件所需時間約為Ts = 474ts = ~ minT=1650 min Ts = min因此，原理上當(dāng)切削速度V=40 m/min時可以滿足所需耐用度要求。(2).銑削力計算銑削力Fz = 銑削力系數(shù)CFZ = t=~ mm Sz= D=80mm B=~ mm Z=90Fz = ~ N FH為沿銑削方向的分力 FV為垂直于銑削方向的分力FH = (~) Fz = ~ N FV = (~) Fz = ~ N (3).銑削功率的計算銑削功率 Pm = Fz V103kw Fz = ~ N V = ~ m/minPm = ~ kw(4).伸出軸扭矩的計算扭矩 Tn = Fz D/2 = ~ Nm(5).其他方面計算若V = 50 m/min 時 耐用度T = 541 minn=1000V/πD=199 r/min Vf = mm/min f = ZSz = mm加工一條槽所需時間為ts = ~ min則加工一個工件所需時間約為Ts = 480~533 minT= 541 min Ts = 533 min因此，原理上當(dāng)切削速度V= 50 m/min時也可以滿足所需耐用度要求，考慮V的兩種選取，我認(rèn)為當(dāng)V = 50 m/min時，更能符合實(shí)際需求。在耐用度達(dá)到要求的同時，盡量使切削速度增大，從而使加工表面精度增加，并且加工一個工件的時間縮短，提高加工效率。銑削功率 Pm = ~ kw 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖（簡）4 床身部件設(shè)計 支承件的設(shè)計 支承件的功用、分類和應(yīng)滿足的要求支承件是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件，如床身、立柱、橫梁，搖臂、底座、箱體、刀架及工作臺等。機(jī)床的各種支承件中有的互相固定連接，有的則在導(dǎo)軌上作相對運(yùn)動。在切削中，刀具與工件間相互作用的力沿著大部分支承件逐個傳遞并使之變形。支承件的變形和振動將直接影響加工精度和粗糙度。因此，支承件是機(jī)床十分重要的構(gòu)件。支承件的重量往往占機(jī)床總重的80%～85%。因此，減輕支承件的重量對節(jié)約金屬特別有效。為此，應(yīng)正確地進(jìn)行支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計并對主要支承件進(jìn)行必要的驗(yàn)算以保證用最少的材料達(dá)到最好的性能。支承件的設(shè)計過程，通常是根據(jù)其使用要求和受力情況，參考同類型機(jī)床，初步?jīng)Q定其形狀和尺寸，然后對比較重要的支承件進(jìn)行驗(yàn)算或模型試驗(yàn)，根據(jù)驗(yàn)算和試驗(yàn)結(jié)果作恰當(dāng)?shù)男薷摹χС屑话憔哂幸韵乱恍┑囊螅?1)．支承件應(yīng)具有足夠的剛度，即支承件在規(guī)定的最大載荷（額定載荷）作用下，變形不得超過一定的數(shù)值，以保證刀具和工件間的相對位移不超過加工精度允差。 (2)．支承件應(yīng)具有足夠的抗振性，包括限制受迫振動的振幅不超過允許值，抵抗自激振動的能力（在給定的切削條件下保證切削的穩(wěn)定性）這兩方面的意義。 (3)．支承件一般應(yīng)具有較小的熱變形和熱應(yīng)力。 (4)．支承件應(yīng)該排屑通暢，吊運(yùn)安全，并具有良好的工藝性以便與制造和裝配。 支承件根據(jù)其形狀，可分為三大類： (1).一個方向的尺寸比另兩個方向大得多的零件。如床身、立柱、橫梁、搖臂及滑枕等。 (2).兩個方向的尺寸比第三個方向大得多的零件。如底座、工作臺及刀架等。這類零件可看作是板件。(3) .三個方向的尺寸都差不多的零件。如箱體及升降臺等。這類零件可看作是箱體件。 機(jī)床和支承件的動態(tài)特性　　設(shè)計支承件時，應(yīng)同時滿足靜態(tài)的要求和動態(tài)的要求。機(jī)床是一個多自由度的振動系統(tǒng)。整臺機(jī)床與基礎(chǔ)之間有彈性聯(lián)系，機(jī)床的各構(gòu)件之間也已有彈性聯(lián)系。因此，可以出現(xiàn)各種形態(tài)的振動?！　C(jī)床的基本振動形態(tài)（簡稱振型）主要取決于主振系統(tǒng)（發(fā)生振動的主要部位和系統(tǒng)）。振型主要有下列各種。（1）整機(jī)搖晃振動 主振系統(tǒng)為整臺機(jī)床，相對位移主要發(fā)生在機(jī)床與基礎(chǔ)之間，頻率較低，一般約為幾十赫茲（2）構(gòu)件兩個方向的彎曲振動主振系統(tǒng)為機(jī)床的支承件如床身、立柱、主軸等。頻率較高。（3）構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)振動主振系統(tǒng)為機(jī)床的支承件、主軸和傳動系統(tǒng)中的各傳動軸，頻率較高。（4）結(jié)合面間的振動主振系統(tǒng)為機(jī)床的一個或幾個部件。振動主要發(fā)生在這些部件和基礎(chǔ)支承件之間。連如車床刀架導(dǎo)軌面間的振動，主要發(fā)生在溜板與床身結(jié)合的導(dǎo)軌面間。可能是平移振動也可能是扭轉(zhuǎn)振動。（5）薄壁振動某些面積較大較薄的壁板，會發(fā)生振動。特別是一些薄鋼板制成的蓋罩等。振動頻率較高。以上這些振動，如果外界激振力的頻率與其固有頻率重合，則將產(chǎn)生激烈的共振。從理論上來說，各個振型都是互相影響的。但實(shí)際上，機(jī)床部件的阻尼比較?。é疲Ｌ岣邫C(jī)床抗振性就是降低其動態(tài)柔度,而動態(tài)柔度取決于靜剛度，頻率比和阻尼比。因此，提高支承件的抗振性應(yīng)從提高靜剛度，減輕重量和加大阻尼三方面著手?！　√岣哽o剛度可提高構(gòu)件的固有頻率，其途徑是合理的設(shè)計構(gòu)件的截面形狀和尺寸，合理的布置隔板和筋,注意構(gòu)件整體剛度、局部剛度和接觸剛度的匹配?！　p輕重量可提高構(gòu)件的固有頻率，鑄件的壁厚應(yīng)在工藝可能的條件下盡量地薄一些，而用正確設(shè)計截面形狀和合理安排隔板和筋條的辦法來保證必要的剛度。在較少影響剛度的條件下可在隔板和筋上開孔以減輕重量。用鋼制焊接結(jié)構(gòu)，由于鋼的彈性模量約為鑄鐵的二倍，因而可用較薄的鋼板而減輕重量。加大阻尼，對于鑄件可用不清除砂芯的方法。焊接件可以灌注混凝土和砂子來加大阻尼，還可用間斷焊接、減振接頭等辦法來加大薄壁振動的摩擦阻尼等。 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）材料支承件的材料，主要為鑄鐵和鋼。對于鑄鐵支承件，如果導(dǎo)軌與支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。如果導(dǎo)軌是鑲裝上去的，或者支承件上沒有導(dǎo)軌，則一般可用HT1533鑄鐵。如果支承件由型鋼和鋼板焊接，則常用A3鋼和A5鋼。本設(shè)計采A3鋼作為支承件的材料。（2） 設(shè)計原則1).提高支承件剛度 提高靜剛度可提高構(gòu)件的固有頻率，其途徑是合理的設(shè)計構(gòu)件的截面形狀和尺寸，合理的布置隔板和筋,注意構(gòu)件整體剛度、局部剛度和接觸剛度的匹配。①．選取有利的截面形狀機(jī)床支承件受載荷的情況是復(fù)雜的，但不外乎拉、壓、彎、扭四種情況及其組合。當(dāng)受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷時，支承件的變形不在于截面面積大小有關(guān)，而且與截面形狀，即與截面慣性距有很大關(guān)系。(a)空心截面的慣性距比實(shí)心的大。在相同截面積的條件下，加大輪廓尺寸，減少壁厚，可以大大提高剛度。因此，設(shè)計支承件時總是使壁厚在工藝可能的前提下盡量薄一些。不用增加壁厚的辦法來提高剛度。 (b)方形截面的抗彎剛度比圓形大，而抗扭剛度比圓形的小。因此如果支承件所承受的彎矩大于扭矩，則截面形狀選擇方形和矩形為佳。矩形截面在其高度方面的抗彎剛度比方形截面的高，但它抗扭剛度則比方形低。因此，以承受一個方向的彎矩為主的支承件，其截面形狀常取為矩形，以其高度方向?yàn)槭軓澐较?。如果彎矩和扭矩都相?dāng)大，則截面形狀常取為接近于正方形。(c)不封閉的截面比封閉的截面剛度顯著下降。因此，在可能條件下，應(yīng)盡量把支承件的截面做成封閉的框形。但是，在實(shí)際上，由于排屑，出砂，安裝電器、液壓件，傳動件等而往往很難做到四面封閉。有時，甚至連三面封閉都很難做到。②．設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋　　設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋是提高剛度的有效辦法。特別是當(dāng)截面無法封閉式。這是必須用隔板把前后壁連起來，以便提高水平方向的抗彎剛度和抗扭剛度。隔板的作用，在于能把支承件的局部載荷，傳遞給其它的壁板。筋的作用與隔板有所不同。如前所述，隔板主要用于提高支承件的自身剛度，而筋則主要用于提高局部剛度。2).壁厚的選擇　　如前所述等號支承件的壁厚應(yīng)根據(jù)工藝上的盡可能選的薄一些。中型機(jī)床的焊接支承件如用薄壁結(jié)構(gòu)，可用厚度為3到6毫米的鋼板?？坎捎梅忾]的截形，正確的布置隔板，筋等來保證剛度和防止薄壁振動。如采用厚壁結(jié)構(gòu)，則可用厚度為10毫米的鋼板。這時焊接支承件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與鑄鐵件差不多。本設(shè)計采用厚壁結(jié)構(gòu)，即厚度為10毫米的鋼板。本次設(shè)計為了提高床身支承件的剛度，使用了大量的隔板和筋板，在床身使用了九塊筋板呈45度首尾相連焊接在床身上，形成一個個三角結(jié)構(gòu)，對提高剛度很有效。另外，采用大量的焊接結(jié)構(gòu)，提高了支承件的固有頻率，使得共振不易發(fā)生。3).提高阻尼在鑄件中保留砂芯，在焊接件中添砂或混凝土，都可以達(dá)到這個目的。保留砂芯的結(jié)構(gòu)雖然固有頻率改變不大，但由于砂芯的吸震作用，阻尼加大了，從而提高了抗振性。 床身接合件 支承件的焊接結(jié)構(gòu) 本機(jī)床的支承件用鋼板和型鋼焊接。 支承件一般有焊接和鑄造兩種結(jié)構(gòu)。鑄造結(jié)構(gòu)在中、小型機(jī)床成批生產(chǎn)時成本比焊接低，手工勞動低。但是大多情況下還是選擇焊接，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)更明顯，其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）不需要制造木模和澆鑄，生產(chǎn)周期短，不易產(chǎn)生廢品。（2）減輕重量。鋼的彈性模量約為鑄鐵的二倍。在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如果要求支承件結(jié)構(gòu)本身的剛度相同，則鋼焊接件的厚度可為鑄鐵的一半；如果要求局部剛度相同，則由于局部剛度與壁厚的三次方成正，壁厚可為鑄鐵件的80%左右。（3）提高固有頻率。無論是剛度相同減輕重量或者重量相同提高剛度，都可以提高固有頻率，使得共振不易發(fā)生。（4）可以采用完全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，不像鑄件那樣要留出砂孔。（5）如發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有缺陷，如剛度不足，可以補(bǔ)救。例如可以加焊隔板和筋板。由于上述優(yōu)點(diǎn)，焊接的支承件在大型及重型機(jī)床，自制設(shè)備等小批、單件生產(chǎn)的領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。我國有的工廠，自制的龍門刨床立柱采用焊接結(jié)構(gòu)，使用已經(jīng)超過20年。有的工廠，自制的多種設(shè)備，包括中、小型設(shè)備，支承件全部采用焊接結(jié)構(gòu)，效果良好。在國外，大型及重型機(jī)床的支承件采用焊接結(jié)構(gòu)的也越來越多。綜上所述，由于本機(jī)床是專用機(jī)床不進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以支承件采用焊接結(jié)構(gòu)。既提高支承件的剛度，又提高了支承件的抗振性。床身托座采用大量的焊接結(jié)構(gòu)，長2450mm，寬1300mm，高150mm。整個機(jī)床，長2650mm，寬1300mm，高810mm。 導(dǎo)軌的設(shè)計 導(dǎo)軌的功用和分類導(dǎo)向支承部件的作用是支承和和限制運(yùn)動部件按給定的運(yùn)動要求和規(guī)定的運(yùn)動方向運(yùn)動，這樣的部件通常被成為導(dǎo)軌副，簡稱導(dǎo)軌。在導(dǎo)軌副（例如工作臺和床身導(dǎo)軌）中，運(yùn)動的一方（如工作臺導(dǎo)軌）叫做動導(dǎo)軌，不動的一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌只能有一個自由度的運(yùn)動，以保證單一方向的導(dǎo)向性。通常動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌只能作直線運(yùn)動或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動。導(dǎo)軌可按下列情況進(jìn)行分類：(1).按運(yùn)動性質(zhì)分：1).主運(yùn)動導(dǎo)軌，即動導(dǎo)軌是做主運(yùn)動的。動導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌間相對運(yùn)動的速度較高。例如立式車床的花盤和底座導(dǎo)軌。2).進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌，即動導(dǎo)軌是作進(jìn)給運(yùn)動，機(jī)床中大多數(shù)導(dǎo)軌屬于進(jìn)給導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌間相對運(yùn)動的速度較低，例如普通車床的溜板和床身導(dǎo)軌。3).移置導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌只用于調(diào)整部件之間的相對位置，在加工時沒有相對運(yùn)動。例如臥式鏜床的后立柱和和床身導(dǎo)軌。(2).按摩擦性質(zhì)分：1).滑動導(dǎo)軌，即兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)是滑動摩擦。按其摩擦狀態(tài)又可分為：液體靜壓導(dǎo)軌，在兩導(dǎo)軌面間具有一層靜壓油膜，屬于純液體摩擦，多用于進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌，在主運(yùn)動導(dǎo)軌中也有應(yīng)用；液體動壓導(dǎo)軌，當(dāng)導(dǎo)軌表面間的相對滑動速度達(dá)到一定值后，在油囊處便出現(xiàn)了油楔，從而形成了具有液體動壓效應(yīng)的液體摩擦，此種導(dǎo)軌僅用做主運(yùn)動導(dǎo)軌；混合摩擦導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌面間有一定的動壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)，但導(dǎo)軌面仍處于直接接觸的狀態(tài)，大多數(shù)導(dǎo)軌都屬于這一類；邊界摩擦導(dǎo)軌，在滑動速度很低時不產(chǎn)生動壓效應(yīng)的情況下工作的進(jìn)給導(dǎo)軌。為防止爬行可在滑動表面涂以精密機(jī)床導(dǎo)軌油，以保證導(dǎo)軌運(yùn)動的平穩(wěn)性，多用于做精密進(jìn)給的導(dǎo)軌。2).滾動導(dǎo)軌，在兩導(dǎo)軌面間裝有滾珠、滾柱和滾針等滾動元件，具有滾動摩擦的性質(zhì)，在進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌中有廣泛的應(yīng)用。(3).開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌在部件自重和外在的條件下，導(dǎo)軌面在導(dǎo)軌全長上可始終貼合的叫做開式導(dǎo)軌。當(dāng)部件上所受的傾覆力矩較大時，必須增加壓板以形成輔助導(dǎo)軌面，才能使二導(dǎo)軌面良好接觸。 幾種主要導(dǎo)軌的特點(diǎn)及應(yīng)用(1).滑動導(dǎo)軌：1).結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便。2).沒有形成完全液體摩擦，低速易爬行。3).摩擦大、壽命低、運(yùn)動精度不穩(wěn)定。 應(yīng)用：普通機(jī)床應(yīng)用普遍。(2).滾動導(dǎo)軌特點(diǎn)1).運(yùn)動靈敏度高、低速運(yùn)動平穩(wěn)性好，定位精度高；2).精度保持性好，磨損少、壽命長、移動輕便；3).剛性和抗震性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，要求良好的防護(hù)。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于各類精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床等，已有專業(yè)廠生產(chǎn)。(3).塑料導(dǎo)軌1).動導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶等與鑄鐵導(dǎo)軌搭配，摩擦系數(shù)小，不易爬行，抗磨損性好；2).貼塑工藝簡單；3).剛度低、耐熱性差，容易蠕變。應(yīng)用