【正文】 在機床的傳動系統(tǒng)中，在傳遞功率一定的前提下，齒輪的運轉(zhuǎn)速度越高，傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小，所需齒輪模數(shù)也就越小；而低速級齒輪，因其運轉(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，因為主軸軸頸一般都較大，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)。因此，軸上齒輪正確嚙合時應(yīng)保證兩傳動軸和主軸的端蓋、法蘭蓋之間不會產(chǎn)生干涉。圖20?、褫S主要軸向尺寸圖21?、蜉S主要軸向尺寸為簡化設(shè)計計算，在這里先根據(jù)由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計得到的數(shù)據(jù)估算出各軸中心距、齒輪模數(shù)和齒數(shù)，然后對估取的模數(shù)進行校核（該過程實際上是校核輪齒的彎曲疲勞強度），最后再在強度校核時校核各輪齒的齒面接觸強度就行了。圖19　主軸主要軸向尺寸前面?zhèn)鲃虞S結(jié)構(gòu)設(shè)計中，因為當時箱體寬度無法確定，因此只對Ⅰ、Ⅱ軸各段軸頸進行了設(shè)計。到此，主軸（包括內(nèi)層主軸和外層主軸）結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的重要尺寸都已經(jīng)確定下來了。該臥式鏜銑數(shù)控機床的立柱部分，是另外一位同學設(shè)計的，他設(shè)計的導(dǎo)軌安裝寬度為，則箱體外側(cè)寬度可按如圖18所示裝配關(guān)系確定。最后折中選擇主軸行程為。因此，外層主軸的軸向尺寸在保證軸上各零件正常安裝的前提下，與主軸箱寬度有關(guān)。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度要求，再逐步向外擴展，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。因此，螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本滿足各方面尺寸要求。②與外層主軸配合的外徑大小為，也就是說內(nèi)層主軸前軸頸應(yīng)不小于。按照機械結(jié)構(gòu)設(shè)計由內(nèi)至外的原則，先確定拉刀桿的尺寸，再選擇合適的碟形彈簧，確定出內(nèi)層主軸最大孔徑，然后根據(jù)強度需要給主軸選擇合適的壁厚以確定內(nèi)層主軸的最小外徑尺寸，并依此完成主軸末端螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖16所示。而為了保證刀具安裝牢固可靠，主軸內(nèi)部應(yīng)設(shè)計拉刀機構(gòu)，當需要換刀時由位于主軸后部的油缸將拉桿頂出，釋放刀具，平時則依靠碟形彈簧自然拉緊。內(nèi)層主軸的伸縮運動是由伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠，進而由絲杠螺母帶動其向前伸出或退回的。根據(jù)以上分析，最后確定如圖15所示主軸的支承形式。因此，本次設(shè)計中主軸的支承借鑒CA6140的設(shè)計，前端采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力軸承的支承形式，后端采用單列圓柱滾子軸承支承。下面再就主軸的支承形式展開討論。其工作原理如圖14所示。圖13　花鍵截面示意圖為了同時滿足傳遞扭矩和主軸伸縮時導(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)。另外，花鍵的齒槽較淺而齒數(shù)卻相對較多，這種設(shè)計對軸與輪轂的強度削弱較少，應(yīng)力集中小，配合的對中性和導(dǎo)向性能好等優(yōu)點。而滑移齒輪的結(jié)構(gòu)，在上學期專業(yè)課程設(shè)計《CA6140主傳動系統(tǒng)設(shè)計》中已經(jīng)有過接觸，因此決定選擇類似滑移齒輪的設(shè)計方案。另外聯(lián)想到的類似結(jié)構(gòu)還有變速箱中的滑移齒輪：滑移齒輪通過輪齒嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩，當需要變速時則可在花鍵的導(dǎo)向作用下進行滑移，以實現(xiàn)齒輪在旋轉(zhuǎn)的同時也可以滑動的功能。其中最先聯(lián)想到的是臺式鉆床的主軸設(shè)計方案：鉆頭在電動機帶動下高速旋轉(zhuǎn)，同時操作人員通過操縱桿使鉆頭向下伸出，完成鉆削工作。因此，主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是本次主傳動系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。最終得到的Ⅱ軸各段軸頸大小如圖12所示。另外，如Ⅰ軸結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，考慮到主軸箱內(nèi)各處軸承和齒輪嚙合處的潤滑，在Ⅰ軸上設(shè)置一個凸輪，用來推動潤滑油泵工作，將主軸箱底部潤滑油泵送至各潤滑點。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。查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表135《彈性柱銷聯(lián)軸器》，選擇LT7型即可滿足要求。Ⅰ軸最小軸徑為，并且它要與主軸電機輸出端通過聯(lián)軸器相連?？紤]到主軸的伸縮式結(jié)構(gòu)，并且完成主軸箱設(shè)計后要與床身立柱相配合，此處結(jié)構(gòu)設(shè)計主要確定的是軸上各段軸頸的大小，長度方向尺寸在主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后再考慮。因此，該傳動系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ軸按實心軸計算公式估算。當然，并不是說所有的軸都要做成空心的，對一些直徑較小的軸，如果加工成空心軸，反而會因加工工序增加或加工困難而增加成本、造成浪費。如圖8所示，由《材料力學》的知識可知，剪應(yīng)力在橫截面上是線性分布的，圓心處為零，當圓周上有最大應(yīng)力值時，中心部分的應(yīng)力仍較小，材料并沒有充分發(fā)揮作用。因此，轉(zhuǎn)軸設(shè)計時，開始只能按扭轉(zhuǎn)強度或經(jīng)驗公式估算軸的直徑，然后進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后進行軸的強度驗算?！稒C械設(shè)計課程設(shè)計》表22《機械傳動和軸承等效率的概略值》收錄了常用機械傳動（包括齒輪傳動、鏈傳動、V帶傳動、聯(lián)軸器等）和軸承等的效率的概略值，參照前面方案設(shè)計中的傳動系統(tǒng)示意圖，可初估各軸輸入功率如下：在轉(zhuǎn)軸設(shè)計中，其特點是不能首先通過精確計算確定軸的截面尺寸。查《機械制造裝備設(shè)計》表22《各類通用機床主軸的計算轉(zhuǎn)速》可以知道，中型臥式鏜銑床無級傳動時的主軸計算轉(zhuǎn)速公式：其中：由此可得主軸（Ⅲ軸）計算轉(zhuǎn)速：則Ⅰ、Ⅱ軸計算轉(zhuǎn)速分別為：傳動系統(tǒng)中，有相對運動的物體間總是伴隨著摩擦和磨損，并且嚙合齒輪間也會因為制造和安裝誤差使其在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動和噪聲，這些都不可避免地存在功率損失。從產(chǎn)品系列中可以看到，滿足機床主傳動功率要求的電機型號為1PH6 1354NF0，其主要參數(shù)如下：額定功率：額定轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速：最低轉(zhuǎn)速：額定扭矩：約 重：外形尺寸詳細參數(shù)如圖7所示：圖7　1PH6 1354NF0主軸電機外形及安裝尺寸圖零件設(shè)計的主要依據(jù)是所承受的載荷大小，而載荷取決于所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，外載一定時，轉(zhuǎn)速越高，所傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小。則切削力大小為：切削功率用式 計算。因為銑削時，同時工作的齒數(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準來計算。生產(chǎn)中，常用切削層單位面積切削力來估算切削力的大小。而切削功率應(yīng)是三個切削分力消耗功率的總和，但背向力消耗的功率為零，進給力消耗的功率很小，一般可忽略不計。因此，機床的主傳動功率是選擇主軸電機功率和型號的重要依據(jù)。功率選得過小，不能保證工作機的正常工作或使電動機將長期處于滿載甚至過載狀態(tài)而過早損壞。考慮到設(shè)計中鏜桿的可伸縮結(jié)構(gòu)，為使傳動件結(jié)構(gòu)和設(shè)計計算盡量簡單，將滑移齒輪布置在Ⅱ軸上，并且齒輪傳動的高速級和低速級傳動比分別為1：1和1：2；Ⅱ軸和Ⅲ軸間采用定比傳動，傳動比為1：。齒輪變速級數(shù)初步定為兩級，高速級和低速級。因此，本次設(shè)計的臥式鏜銑數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動，以滿足加工對機床變速范圍的要求和鏜削時對主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求。這就要求該機床主傳動應(yīng)具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時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；也對主軸低速時的輸出轉(zhuǎn)矩提出了一定要求。結(jié)合我的畢業(yè)設(shè)計分析：銑削過程是斷續(xù)切削，同時工作的齒數(shù)較多，每個刀齒切削的厚度也是變化的，因此銑刀刀刃處于間歇切削狀態(tài)，散熱條件較好，有利于采用高速銑削，以提高生產(chǎn)率。（b）是通過帶傳動的主傳動，它主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。其常見的主傳動系統(tǒng)有下面三種方式：（a）變速齒輪 （b）帶傳動 （c）內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu)圖5　數(shù)控機床主傳動的配置方式其中：（a）是帶有變速齒輪的主傳