【文章內(nèi)容簡介】 需要兩個運動，機床和刀具結(jié)構(gòu)簡單，裝夾在工件臺上快速，穩(wěn)固，但生產(chǎn)率低，加工精度也達不到工件 機械主要技術(shù)參數(shù)的確定 5 要求；用端銑刀進行銑削加工 時，生產(chǎn)率不僅提高了，也能滿足工件所要求的加工精度，且裝夾快速，方便。 與普通機床相比，組合機床具有生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)定，研制周期短，便于設(shè)計、制造和使用維護、成本低、自動化程度高、勞動強度低，配置靈活等特點，因此，當生產(chǎn)量很大時，用組合機床進行加工更合理。 機床總體布局 機床的總體布局指確定機床的組成部件之間的相對位置及相對運動關(guān)系。 合理的總體布局的基本要求有： (1)保證工藝方法所要求的工件與刀具的相對運動關(guān)系； (2)保證機床具有足夠的加工精度和相適應的剛度和抗振性； (3)便于操縱、調(diào)整、維修，便于輸送、裝卸工件和排屑等； (4)節(jié)省材料，占地面積小，即經(jīng)濟效果好； (5)造型美觀。 根據(jù)減荷閥體的加工要求，機床總體布局圖如圖 11所示： 圖 12 機床總體布局圖 減荷閥體安裝在工作臺上，銑削動力頭帶動銑刀作旋轉(zhuǎn)主運動，工作臺作縱向進給運動，完成對工件的切削加工。此方案的優(yōu)點是各部件均是針對減荷閥體設(shè)計的，因此，結(jié)構(gòu)緊湊， 剛性好，生產(chǎn)率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。 機床運動的確定 確定機床運動，指確定機床運動的數(shù)目，運動類型以及運動的執(zhí)行件。 本次畢業(yè)設(shè)計的組合機床的工藝方法是，用一把端銑刀直接進行加工。相應的表面成形運動為：單主軸的回轉(zhuǎn)運動，工作臺縱向進給運動；輔助運動為：主軸軸向調(diào)整運動。 機床主要技術(shù)參數(shù)的確定 機床主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)，基本參數(shù)又包括尺寸參數(shù)，運動參數(shù)，動力參數(shù)。 確定工件余量 VF6/7 型空壓機減荷閥體，零件材料為 HT200，硬度 190— 210HB，生產(chǎn)類型為大批量，鑄 造毛坯。 查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表 ～ ,取加工余量為 (此為雙邊加 機床主要技術(shù)參數(shù)的確定 6 工 )。 選擇切削用量 由于被加工零件的銑削寬度為 175mm,需進行二次走刀，故一次走刀為 90mm(寬度 )，二次走刀為 17590=85mm，即： ae =90mm。 根據(jù)《組合機床設(shè)計簡明手冊》第 132～ 133 頁，選擇銑削切削用量。 銑削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度值及其生產(chǎn)率有關(guān)系。當銑削表面粗糙度數(shù)值要求較低時，銑削速度應選高一些，每齒走刀量應小些。若生產(chǎn)率 要求不高，可以取很小的每齒走刀量，一次銑削 4～ 5mm 的余量達到 Ra = m 的表面粗糙度。這時每齒的進給量一般為 ～ 。 根據(jù)本次設(shè)計所加工的零件要求，其表面粗糙度數(shù)值較高，加工材料為鑄鐵，查表616 得： af =～ ,V=50～ 80m/min,取 af =。 運動參數(shù) 機械主要技術(shù)參數(shù)的確定 7 動力參數(shù) — 主運動驅(qū)動電 動機功率的確定四川理工學院畢業(yè)設(shè)計 5 切削力的計算 由前面已知，本次設(shè)計的組合機床的最高轉(zhuǎn)速為 n4=315r/min，則此時的切削速度為： V=1000n4 d?=1000 ??=200m/min 由此可見，切削速度滿足要求。 計算銑削工件時的切削力 Fz = Z d ? 式中： ae — 銑削寬度， ae =90mm ap — 銑削深度，由于是一次銑削就能達到設(shè)計尺寸，則銑削深度為工件加工余量，即 ap =。 af— 每齒進給量， af=Z— 轉(zhuǎn)數(shù)級數(shù)，取 Z=4 則銑削力的大小為： Fz = 4 110 ? = 切削功率的計算 根據(jù)《機械制造工藝金屬機床設(shè)計指導》 第 72 頁，可得切削功率公式為： Pm =60000VFz = 60000 ? = 估算電動機功率 根據(jù)《機械制造工藝金屬機床設(shè)計指導》第 72 頁，有 Pe =?mP= = 式中：η — 主傳動系統(tǒng)的機械效率，回轉(zhuǎn)運動的機床η =～ 。 選擇主電機 查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 155 頁表 121，選 Y1124電機，主要參數(shù)有： 額定功率 Pe =4KW，滿載轉(zhuǎn)速 ne =1440r/min，同步轉(zhuǎn)速 n=1500r/min，級數(shù) P=4，質(zhì)量 m=43kg。 進給驅(qū)動電動機功率的確定 查《金屬切削機床設(shè)計》第 41頁，可知：進給驅(qū)動電動機功率取決于進給的有效功率和傳動件的機械效率，即：第二章 主軸組件設(shè)計 6 Ns =ssQV?60000 式中： Ns — 進給驅(qū)動電動機功率 (KW) Q — 進給抗力 (N) Vs— 進給速度 (m/min) η s— 進給傳動系統(tǒng)的總機械效率 (一般取 ～ ) 粗略計算時，可根據(jù)進給傳動與主傳動所需功率之比值來估算進給驅(qū)動電機功率。 對于銑床： Ns = N= 4= 查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第 155 頁表 121，選 Y90S4電機，主要參數(shù)有： 額定功率 Pe =，滿載轉(zhuǎn)速 ne =1440r/min，同步轉(zhuǎn)速 n=1500r/min，級數(shù) P=4，質(zhì)量 m=22kg。 第二章 主軸組件設(shè)計 主軸組件是機床的執(zhí)行件，它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)，完成表面成形運動，同時還起傳遞運動和扭矩、承受切削力和驅(qū)動力等載荷的作用。由于主軸組件的工作性能直接影響到機床 的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此它是機床中的一個關(guān)鍵組件。 主軸和一般傳動軸的相同點是，兩者都傳遞運動、扭矩并承受傳動力，都要保證傳動件和支承的正常工件條件，但主軸直接承受切削力，還要帶動工件或刀具，實現(xiàn)表面成形運動，因此對主軸有較高的要求。 主軸的基本要求 旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在手動或低速、空載時，主軸前端定位面的徑向跳動△ r、端面跳動△ a和軸向竄動值△ o。如圖 21所示：圖中實線表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實際的旋轉(zhuǎn)軸線。當主軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主軸回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運動精度。 主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件（如主軸、軸承及支承座孔等）的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運動精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能和潤滑以及主軸部件的動態(tài)特性。各類通用機床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在機床精度標準中作了規(guī)定，專用機床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度則根據(jù)工件精度要求確定。 剛度 主軸組件的剛度 K是指其在承受外載荷時抵抗變形的能力，如圖 22所示，即 K=F/y（單位為 N/? m），剛度的倒數(shù) y/F 稱為柔度。主軸組件的剛度，是主軸、軸承和支承座四川理工學院畢業(yè)設(shè)計 7 的剛度的 綜合反映，它直接影響主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。顯然，主軸組件的剛度越高，主 △a△o△r 圖 21 主軸的旋轉(zhuǎn)誤差 軸受力后的變形就越小，如若剛度不足，在加工精度方面，主軸前端彈性變形直接影響著工件的精度；在傳動質(zhì)量方面，主軸的彎曲變形將惡化傳動齒輪的嚙合狀況，并使軸承產(chǎn)生側(cè)邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方面，將使主軸在變化的切削力和傳動力等作用下，產(chǎn)生過大的受迫振動，并容易引起切削 自激振動，降低了工件的平穩(wěn)性。 圖 22 主軸組件靜剛度 主軸組件的剛度是綜合剛度，影響主軸組件剛度的因素很多，主要有：主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動件的布置方式、主軸組件的制造與裝配質(zhì)量等。 抗振性 主軸組件的抗振性是指其抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力。在切削過程中，主軸組件不僅受靜載荷的作用，同時也受沖擊載荷和交變載荷的作用，使主軸產(chǎn)生振動。如果主軸組件的抗振性差，工作時容易產(chǎn)生振動， 從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著機床向高精度、高效率方向發(fā)展，對抗振性要求越來越高。 主軸的基本要求 8 評價主軸組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動和自激振動能力的大小。 抵抗受迫振動的能力 主軸組件受迫振動的干擾力，主要包括由于主軸上旋轉(zhuǎn)零件（主軸、傳動件和所裝的工件或刀具等）的偏心質(zhì)量而產(chǎn)生的離心力，傳動件運動速度不均勻而產(chǎn)生的慣性力，以及斷續(xù)切削產(chǎn)生的周期性變化的切削力。由于這些干擾力，引起主軸并帶著刀具或工件一起振動，而在加工表面上留下振紋，使工 件表面粗糙度提高。 根據(jù)所設(shè)計的機床加工表面粗糙度的要求，確定主軸前端的允許振幅，然后計算或測定主軸組件在各種動態(tài)干擾力的作用下，其前端的振幅，并同允許值比較，評價是否滿足要求。在單獨分析主軸組件時，只能求得主軸前端在切削部位的絕對振幅，它只能部分地反映刀具和工件之間的相對振幅。兩者關(guān)系與激振頻率有關(guān)，目前主要由試驗來確定。此外，主軸組件的低階固有頻率與振型也是其抗振性的評價指標。一般來說，低階固有頻率應高些，并遠離激振頻率；主軸振型的節(jié)點應靠近切削部位。 抵抗切削自激振動的能力 金屬切削加 工時，雖然沒有外界動態(tài)干擾力的作用，但由于機床 — 工件 — 刀具彈性系統(tǒng)振動對切削過程的反饋作用，刀具與工件之間發(fā)生了周期性的強烈的相對振動，稱為切削自激振動，簡稱為顫振。 顫振將使加工表面質(zhì)量惡化，甚至使切削過程無法繼續(xù)下去，從而不得不降低切削用量來避免之，所以機床的切削用量極限往往不是由機床的功率來決定，而是由加工時發(fā)生顫振的條件來決定。 機床切削時，從沒有顫振到顫振的產(chǎn)生之間存在著明顯的界限，這個界限即是穩(wěn)定性的極限，或稱為機床穩(wěn)定性的條件。對現(xiàn)有機床的試驗表明，切削自振頻率往往接近于主軸組件彎曲振動的低階 固有頻率。即主軸組件是顫振的主振部分，它的低階彎曲振動模態(tài)是決定機床抵抗切削自振能力的主要模態(tài)。因此，在單獨分析主軸組件時，可以認為主軸前端在切削部位激振點動柔度（在主振方向）的最大負實部，反映了主軸組件抵抗切削自振的能力。 對于粗加工機床，切削寬度大，切削自振的可能性大，但加工表面質(zhì)量要求不高，可主要考慮不產(chǎn)生顫振的條件。對于精密機床，切削用量小，切削自振的可能性小，但允許的振幅小，可主要考慮抵抗受迫振動的能力。對于高速機床，因為激振力的頻率和幅值均隨著轉(zhuǎn)速提高而劇增，受迫振動和自激振動都比較突出。因此， 在設(shè)計和評價高速機床時，自激和受迫振動均應考慮。 溫升和熱變形 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計 9 主軸組件工作時因各種相對運動處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升，溫升使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應以主軸組件運轉(zhuǎn)一定時間后各部分位置的變化來度量。 主軸組件溫升和熱變形，使機床各部件間相對位置精度遭到破壞，影響工件加工精度，高精度機床尤為嚴重；熱變形造成主軸彎曲，使傳動齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使主軸和軸承，軸承與支承座之間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承正常工作，間隙過小將加速齒輪和軸承等零件的 磨損，嚴重時甚至會發(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。 影響主軸組件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式，軸承間隙及預緊力的大小，潤滑方式和散熱條件等。 目前，對各種類型機床連續(xù)運轉(zhuǎn)下的允許溫升都有一定的規(guī)定。 耐磨性 主軸組件的耐磨性是指長期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主軸組件各個滑動表面，包括主軸端部定位面、錐孔，與滑動軸承配合的軸頸表面，移動式主軸套筒外圓表面等，都必須具有很高的硬度，以保證其耐磨性。 為了提高主軸組件的耐磨性，應該正確地選用主軸和滑動軸承