【正文】 的前提下，應(yīng)盡可能降低成本，故變速齒輪選用45鋼表面淬火，硬度。初選高速組模數(shù)大小為，低速組模數(shù)為。因此，在機床的傳動系統(tǒng)中，一般會用到2到3種模數(shù)，并沿高速級向低速級模數(shù)逐漸增大，以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩增大的需要的傳動順序，模數(shù)逐漸增大，以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)矩增大或是滿足結(jié)構(gòu)要求的需要。由前面的分析可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸上端蓋或法蘭蓋外徑處尺寸分別為、。從前面?zhèn)鲃虞S和主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程可以看到，各軸結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，軸上端蓋或法蘭的外形尺寸也就基本確定了?，F(xiàn)在箱體寬度和主軸結(jié)構(gòu)都已確定，則Ⅰ、Ⅱ軸最終結(jié)構(gòu)及尺寸確定如圖20和圖21所示，具體尺寸結(jié)構(gòu)見主軸箱裝配圖。如圖19所示，為本次設(shè)計中主軸的結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系。圖18　主軸箱與立柱導(dǎo)軌裝配關(guān)系圖分析圖18可得主軸箱外側(cè)寬度為。考慮到主軸箱要在立導(dǎo)軌上作豎直方向成形運動，因此主軸箱寬度按立導(dǎo)軌的寬度選擇。而內(nèi)層主軸的長度，則與其工作行程有著密切關(guān)系，設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，工作行程取得過大，會使主軸導(dǎo)向長度過短，從而影響導(dǎo)向和加工精度；而取得過小，主軸伸出長度有限，又不能滿足加工需要，充分發(fā)揮機床性能。為使設(shè)計簡單，主軸箱內(nèi)不設(shè)置隔板，外層主軸前后兩端軸承均安裝在主軸箱外壁上。其軸向尺寸則由軸承、圓螺母等的尺寸決定。而本次設(shè)計中主軸輸入功率為，查《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》表36《通用機床主軸前軸頸尺寸》得，主軸驅(qū)動功率在時，銑床主軸前軸頸推薦尺寸范圍為。圖16　主軸末端螺母座結(jié)構(gòu)尺寸圖從圖16上可知：①內(nèi)層主軸最小外徑為，比按照扭轉(zhuǎn)強度估算得到的最小外徑大，滿足強度要求。拉刀桿內(nèi)部要設(shè)計成空心結(jié)構(gòu)，以便在換刀時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，以保護主軸安裝孔和刀具刀柄不被劃傷，并保證刀具的安裝精度。因此，主軸后端有與絲杠螺母相連接的螺母座，它與主軸的連接方式應(yīng)保證它能對主軸施加沿軸向的兩個方向的力。圖15　主軸前端支承結(jié)構(gòu)分析到這里只是勾勒出了雙層主軸前端的草圖，要確定前端一系列支承的徑向尺寸，必須先確定主軸后端的尺寸結(jié)構(gòu)（主軸做成前大后小，方便安裝和加工）。機床工作過程中，內(nèi)層主軸在外層主軸內(nèi)作伸縮運動，內(nèi)外層主軸間通過導(dǎo)鍵傳遞扭矩，而通過內(nèi)外層主軸之間的配合形成支承。主軸組件的滾動軸承一般既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。圖14　導(dǎo)鍵工作原理圖另外，內(nèi)層主軸的外徑和外層主軸的內(nèi)徑間也設(shè)計配合關(guān)系，這樣，當(dāng)內(nèi)層主軸作伸縮時，外層主軸和導(dǎo)鍵就能同時為其導(dǎo)向，導(dǎo)鍵還起到傳遞扭矩的作用。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。但也正是因為花鍵齒槽深度不會太大，并且齒數(shù)較多，導(dǎo)致多個面精密配合時對加工的要求和成本都會增加很多，因此花鍵不適合用于導(dǎo)向精度較高的場合。如圖13示，雖然設(shè)計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間與它的轉(zhuǎn)動相比，滑移所占時間的比例很小，因此花鍵聯(lián)結(jié)主要還是用來傳遞扭矩的。分析以上兩種移動旋轉(zhuǎn)件的方法，臺式鉆床的主軸結(jié)構(gòu)在此前金工實習(xí)中進行過拆裝訓(xùn)練，但因為當(dāng)時本身對其主軸結(jié)構(gòu)不是很明白，而且時間也比較久了，不能完整回憶出當(dāng)時的主軸結(jié)構(gòu)。從原理上看，其主軸功能與本次設(shè)計的臥式鏜銑數(shù)控機床主軸也很像。為了實現(xiàn)主軸邊旋轉(zhuǎn)邊伸縮的功能，設(shè)計中我聯(lián)想到了很多類似結(jié)構(gòu)以供參考。圖12?、蜉S軸頸尺寸分布圖該臥式鏜銑數(shù)控機床與普通機床相比，最大的特點是：立柱的水平移動在加工中只用作粗定位時的移動，而切削進給由主軸的伸縮實現(xiàn)。Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟與Ⅰ軸類似，而且Ⅱ軸是通過齒輪與Ⅰ軸進行動力傳動的，不需要聯(lián)軸器，因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計比Ⅰ軸更簡單，在這里就不再贅述其過程了。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。LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器安裝尺寸如下圖所示：圖10　LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器安裝尺寸圖因此，Ⅰ軸聯(lián)軸器端（即最小軸徑處）直徑大小為。由圖7知，主軸電機輸出軸直徑為。首先對Ⅰ軸進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。查《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8348《幾種常用材料的及值》，得45鋼值為，計算中取，則另由傳動系統(tǒng)示意圖可知，Ⅰ軸聯(lián)軸器端應(yīng)有一個鍵槽，因此Ⅰ軸的最小軸徑應(yīng)在的基礎(chǔ)上增大5%，即：取主軸內(nèi)徑和外徑之比為，查《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8361《空心軸系數(shù)表》得計算系數(shù)，則滿足強度要求的主軸最小直徑為：根據(jù)主軸箱傳動系統(tǒng)簡圖上主要零件的布置圖和軸的初步估算軸徑，進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計?！　　　　　　　D8　受扭轉(zhuǎn)軸橫截面剪應(yīng)力分布圖　　　　　　圖9　銑刀盤安裝示意圖機床的傳動系統(tǒng)中，傳動軸的直徑一般不會太大，因此，多數(shù)情況下傳動軸都是實心的；但主軸因為其尺寸參數(shù)通常由結(jié)構(gòu)需要而定，而主軸前端要安裝刀具，因此，為了拉緊刀具并保證銑刀尖與主軸的同軸度，主軸一般都做成空心的，其內(nèi)部分布著芯軸和拉刀裝置，如圖9所示。如果將這部分材料旋轉(zhuǎn)在離圓心比較遠(yuǎn)的地方，可明顯地增大截面的極慣性矩，這樣就自然提高了軸的承載能力。查《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8347《按扭轉(zhuǎn)強度及剛度計算軸徑的公式》或以得到按扭轉(zhuǎn)強度計算的估算軸徑為：實心軸：空心軸：其中：—軸端直徑；—根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8348選??；—軸的輸入功率；—軸的計算轉(zhuǎn)速；—空心軸的內(nèi)徑和外徑之比，計算系數(shù)的值見《機械設(shè)計手冊》（中冊）表8361。因為轉(zhuǎn)軸工作時，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。因此當(dāng)電動機輸出為額定功率時，具體傳遞到某一級軸上的功率就不再是額定功率了，而必須考慮聯(lián)軸器、軸承、齒輪等的傳動效率。因此，對于轉(zhuǎn)速可調(diào)的傳動系統(tǒng)，必須確定一個經(jīng)濟合理的計算轉(zhuǎn)速，作為強度計算和校核的依據(jù)。其中，切削速度 上式中：——切削速度（）——主軸轉(zhuǎn)速（）——工件或刀具直徑（）估取主軸轉(zhuǎn)速，銑刀直徑，則對應(yīng)切削速度為參考《切削手冊》表84《銑削速度推薦范圍》，取代入計算，得 則機床主傳動所需功率為： 本次設(shè)計使用的主軸電機從指導(dǎo)老師提供的《1PH6風(fēng)冷式交流主軸電機產(chǎn)品系列》中選取。查《金屬工藝學(xué)》（下冊）表12《幾種常用材料的值》，考慮到在日后生產(chǎn)過程中，可能會遇到一些難加工材料，因此，取值稍偏大，為；切削層公稱寬度在銑削中表現(xiàn)為切削深度，而在加工過程中，為了使刀尖避開鑄、鍛工件毛坯表面硬化層，第一次的背吃刀量要盡可能大，取；切削層公稱厚度在銑削中與每齒進給量有關(guān)，故取。因為是切削力與切削層公稱橫截面積之比，所以 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。因此，切削功率可用下式計算： 式中：——切削速度，；——切削力，單位。機床主傳動的功率可根據(jù)切削功率與主運動傳動鏈的總效率來確定其中，為機床傳動總效率，—。而功率選得過大，電動機價格高，且經(jīng)常不在滿載下運行，電動機效率和功率因數(shù)都很低，造成很大的浪費。本次設(shè)計的主傳動系統(tǒng)示意圖如下：圖6　傳動系統(tǒng)示意圖4主傳動系統(tǒng)主要傳動件計算在進行機床設(shè)計過程中，主軸電機功率的正確選擇是很重要的。當(dāng)機床用于銑削加工時，其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大，一般都處在電動機的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi)，此時可由高速級輸出；而當(dāng)機床用于鏜削加工時，其主軸輸出轉(zhuǎn)速一般都較小，為了保證此時主軸輸出轉(zhuǎn)矩滿足加工要求，轉(zhuǎn)速由變速系統(tǒng)低速級輸出。正如上面的分析，該機床的主傳動系統(tǒng)采用分段無級變速系統(tǒng)。并且，在畢業(yè)設(shè)計過程中，指導(dǎo)老師建議我按中型數(shù)控機床規(guī)格進行設(shè)計。但與銑削相比，鏜削加工多用于半精和精加工，對加工質(zhì)量的要求比生產(chǎn)效率放在更重要的位置，并且鏜削的適用切削速度也比銑削低得多。（c）是電主軸設(shè)計，這種變速方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效提高了主軸部件剛度，但由于電動機轉(zhuǎn)子軸即為機床主軸，受電機輸出轉(zhuǎn)矩特性限制，主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，并且電動機發(fā)熱對主軸精度影響較大。這種配置方式主要用于大、中型數(shù)控機床。圖4　臥式鏜銑數(shù)控機床布局方案圖3主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此大多數(shù)數(shù)控機床采用無級變速系統(tǒng)，以使變速機構(gòu)適應(yīng)自動操作的要求。為簡化設(shè)計，最終選擇圖3（b）方案，單立柱式側(cè)掛主軸箱T形床身設(shè)計。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。在前面的運動分配中，已選擇采用由銑頭帶著刀具完成垂直進給運動，立柱帶著主軸箱完成橫向進給，工件只作縱向進給的運動分配方案，此即為立柱移動式結(jié)構(gòu)。機床總體布局應(yīng)能