【文章內(nèi)容簡介】 需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床和刀具結(jié)構(gòu)簡單，裝夾在工件臺(tái)上快速，穩(wěn)固，但生產(chǎn)率低，加工精度也達(dá)不到工件 機(jī)械主要技術(shù)參數(shù)的確定 5 要求；用端銑刀進(jìn)行銑削加工 時(shí)，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(jī)床相比，組合機(jī)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(jì)、制造和使用維護(hù)、成本低、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低，配置靈活等特點(diǎn)，因此，當(dāng)生產(chǎn)量很大時(shí)，用組合機(jī)床進(jìn)行加工更合理。 機(jī)床總體布局 機(jī)床的總體布局指確定機(jī)床的組成部件之間的相對(duì)位置及相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系； (2)保證機(jī)床具有足夠的加工精度和相適應(yīng)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(jì)效果好； (5)造型美觀。 根據(jù)減荷閥體的加工要求，機(jī)床總體布局圖如圖 11所示： 圖 12 機(jī)床總體布局圖 減荷閥體安裝在工作臺(tái)上，銑削動(dòng)力頭帶動(dòng)銑刀作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)工件的切削加工。此方案的優(yōu)點(diǎn)是各部件均是針對(duì)減荷閥體設(shè)計(jì)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(jī)床運(yùn)動(dòng)的確定 確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)，指確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，運(yùn)動(dòng)類型以及運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的工藝方法是，用一把端銑刀直接進(jìn)行加工。相應(yīng)的表面成形運(yùn)動(dòng)為：單主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)為：主軸軸向調(diào)整運(yùn)動(dòng)。 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定 機(jī)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(yùn)動(dòng)參數(shù)，動(dòng)力參數(shù)。 確定工件余量 VF6/7 型空壓機(jī)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(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》表 ～ ,取加工余量為 (此為雙邊加 機(jī)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(jìn)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(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》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(dāng)銑削表面粗糙度數(shù)值要求較低時(shí)，銑削速度應(yīng)選高一些，每齒走刀量應(yīng)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(dá)到 Ra = m 的表面粗糙度。這時(shí)每齒的進(jìn)給量一般為 ～ 。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)參數(shù) 機(jī)械主要技術(shù)參數(shù)的確定 7 動(dòng)力參數(shù) — 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)功率的確定四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 切削力的計(jì)算 由前面已知，本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速為 n4=315r/min，則此時(shí)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(jì)算銑削工件時(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)尺寸，則銑削深度為工件加工余量，即 ap =。 af— 每齒進(jìn)給量， af=Z— 轉(zhuǎn)數(shù)級(jí)數(shù)，取 Z=4 則銑削力的大小為： Fz = 4 110 ? = 切削功率的計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械制造工藝金屬機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 第 72 頁，可得切削功率公式為： Pm =60000VFz = 60000 ? = 估算電動(dòng)機(jī)功率 根據(jù)《機(jī)械制造工藝金屬機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》第 72 頁，有 Pe =?mP= = 式中：η — 主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床η =～ 。 選擇主電機(jī) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 155 頁表 121，選 Y1124電機(jī)，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(jí)數(shù) P=4，質(zhì)量 m=43kg。 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定 查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第 41頁，可知：進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率取決于進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械效率，即：第二章 主軸組件設(shè)計(jì) 6 Ns =ssQV?60000 式中： Ns — 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 (KW) Q — 進(jìn)給抗力 (N) Vs— 進(jìn)給速度 (m/min) η s— 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械效率 (一般取 ～ ) 粗略計(jì)算時(shí)，可根據(jù)進(jìn)給傳動(dòng)與主傳動(dòng)所需功率之比值來估算進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。 對(duì)于銑床： Ns = N= 4= 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 155 頁表 121，選 Y90S4電機(jī)，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(jí)數(shù) P=4，質(zhì)量 m=22kg。 第二章 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸組件是機(jī)床的執(zhí)行件，它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)，完成表面成形運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還起傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩、承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷的作用。由于主軸組件的工作性能直接影響到機(jī)床 的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此它是機(jī)床中的一個(gè)關(guān)鍵組件。 主軸和一般傳動(dòng)軸的相同點(diǎn)是，兩者都傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩并承受傳動(dòng)力，都要保證傳動(dòng)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(dòng)工件或刀具，實(shí)現(xiàn)表面成形運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)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(dòng)或低速、空載時(shí)，主軸前端定位面的徑向跳動(dòng)△ r、端面跳動(dòng)△ a和軸向竄動(dòng)值△ o。如圖 21所示：圖中實(shí)線表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實(shí)際的旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)主軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)特性。各類通用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用機(jī)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(shí)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(dòng)質(zhì)量方面，主軸的彎曲變形將惡化傳動(dòng)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(dòng)力等作用下，產(chǎn)生過大的受迫振動(dòng)，并容易引起切削 自激振動(dòng)，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(dòng)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(dòng)和自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)運(yùn)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(shí)也受沖擊載荷和交變載荷的作用，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。如果主軸組件的抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)， 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(huì)產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著機(jī)床向高精度、高效率方向發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來越高。 主軸的基本要求 8 評(píng)價(jià)主軸組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)能力的大小。 抵抗受迫振動(dòng)的能力 主軸組件受迫振動(dòng)的干擾力，主要包括由于主軸上旋轉(zhuǎn)零件（主軸、傳動(dòng)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(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(jì)的機(jī)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(jì)算或測定主軸組件在各種動(dòng)態(tài)干擾力的作用下，其前端的振幅，并同允許值比較，評(píng)價(jià)是否滿足要求。在單獨(dú)分析主軸組件時(shí)，只能求得主軸前端在切削部位的絕對(duì)振幅，它只能部分地反映刀具和工件之間的相對(duì)振幅。兩者關(guān)系與激振頻率有關(guān)，目前主要由試驗(yàn)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(píng)價(jià)指標(biāo)。一般來說，低階固有頻率應(yīng)高些，并遠(yuǎn)離激振頻率；主軸振型的節(jié)點(diǎn)應(yīng)靠近切削部位。 抵抗切削自激振動(dòng)的能力 金屬切削加 工時(shí)，雖然沒有外界動(dòng)態(tài)干擾力的作用，但由于機(jī)床 — 工件 — 刀具彈性系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)切削過程的反饋?zhàn)饔?，刀具與工件之間發(fā)生了周期性的強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，稱為切削自激振動(dòng)，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(jī)床的切削用量極限往往不是由機(jī)床的功率來決定，而是由加工時(shí)發(fā)生顫振的條件來決定。 機(jī)床切削時(shí)，從沒有顫振到顫振的產(chǎn)生之間存在著明顯的界限，這個(gè)界限即是穩(wěn)定性的極限，或稱為機(jī)床穩(wěn)定性的條件。對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的試驗(yàn)表明，切削自振頻率往往接近于主軸組件彎曲振動(dòng)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(dòng)模態(tài)是決定機(jī)床抵抗切削自振能力的主要模態(tài)。因此，在單獨(dú)分析主軸組件時(shí)，可以認(rèn)為主軸前端在切削部位激振點(diǎn)動(dòng)柔度（在主振方向）的最大負(fù)實(shí)部，反映了主軸組件抵抗切削自振的能力。 對(duì)于粗加工機(jī)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(duì)于精密機(jī)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(dòng)的能力。對(duì)于高速機(jī)床，因?yàn)榧ふ窳Φ念l率和幅值均隨著轉(zhuǎn)速提高而劇增，受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)都比較突出。因此， 在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)高速機(jī)床時(shí)，自激和受迫振動(dòng)均應(yīng)考慮。 溫升和熱變形 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 主軸組件工作時(shí)因各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yīng)以主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)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(jī)床各部件間相對(duì)位置精度遭到破壞，影響工件加工精度，高精度機(jī)床尤為嚴(yán)重；熱變形造成主軸彎曲，使傳動(dòng)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(yán)重時(shí)甚至?xí)l(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(yù)緊力的大小，潤滑方式和散熱條件等。 目前，對(duì)各種類型機(jī)床連續(xù)運(yùn)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(gè)滑動(dòng)表面，包括主軸端部定位面、錐孔，與滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面，移動(dòng)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(yīng)該正確地選用主軸和滑動(dòng)軸承