【正文】 的數(shù)量中，最多的是普通數(shù)控機床，特別是數(shù)控車床，但是發(fā)展最快的則是可以自動換刀具的加工中心，目前國際上研制的數(shù)控設(shè)備則是由加工中心為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)。我國已建立了以中，低檔數(shù)控機床為主的產(chǎn)業(yè)體系，20世紀90年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機床。據(jù)最近有關(guān)資料表明，我國機床總有量380余萬臺，即我國機床數(shù)控化率還不到3%，而一些發(fā)達國家早已達到20%以上，因此，我國機械制造水平與發(fā)達國家相比差距很大，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴重的影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。這對于我國一個機床擁有量極大（其中大部分機床年齡較長），而當(dāng)前經(jīng)濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設(shè)備的先進性和數(shù)控化率，是一個及其有效和實用的途徑。數(shù)控銑床是一種加工功能很強的數(shù)控機床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。 數(shù)控銑床的主要功能數(shù)控銑床可以分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，數(shù)控銑床的應(yīng)用越來越廣泛，主要具有下列功能：點位控制功能 利用這一功能，數(shù)控銑床可以進行只需要作點位控制的磚孔、擴孔、忽孔、鉸孔和鏜孔等加工。對非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構(gòu)成的平面輪廓，在經(jīng)過直線或圓弧逼近后也可以加工。刀具半徑自動補償功能 使用這一功能，在編程時可以很方便地按工件實際輪廓形狀和尺寸進行編程計算，而加工中可以使刀具中心自動偏離工件輪廓一個刀具半徑，加工出符合要求的輪廓表面。刀具長度補償功能 利用該功能可以自動改變切削平面高度，同時可以降低在制造與返修時對刀具長度尺寸的精度要求，還可彌補軸向?qū)Φ墩`差。對于一個軸對稱形狀的工件來說，利用這一功能，只要編出一半形狀的加工程序就可完成全部加工了。對于這種典型化動作，可以專門設(shè)計一段程序（子程序）在需要的時候進行掉用來實現(xiàn)上述加工循環(huán)，特別是在加工許多相同的孔時，應(yīng)用固定循環(huán)功能可以大大簡化程序。所謂“柔性”即靈活、通用和萬能性，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動化機床。數(shù)控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）、攻螺紋等加工。加工精度提高目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每發(fā)出一個脈沖后滑板的移動量）。另外，數(shù)控加工可避免工人的操作誤差，一批加工工件的尺寸同一性比較好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且還可以利用軟件進行精度校正和補償，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)控銑床能夠有效的減少這量部分時間，因而加工生產(chǎn)率比一般銑床高得多。數(shù)控銑床移動部件的快速移動和定位采用了加速和減速措施，因而選用了很高的空行程運動速度，消耗在快進、快退和定位的時間要比一般銑床少的多。因此，有利于選擇最佳切削用量。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件和中間測量及觀察機床運動外，不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，可大大減輕勞動強度。但是，數(shù)控銑床的編程操作比較復(fù)雜，對編程人員的素質(zhì)要求較高。本文根據(jù)公司生產(chǎn)加工需要改裝一臺銑床,主要用于銑削平面和鉆孔，對主軸部件進行重新設(shè)計，但仍要用原來的主軸箱，要求主軸的轉(zhuǎn)速范圍為40r/min—4000r/min，根據(jù)切削功率與主運動傳動鏈的總效率η確定機床傳動的功率Ｐ，然后，根據(jù)機床傳遞的功率Ｐ來選擇電機的類型。第二章 總體設(shè)計方案XK100立式數(shù)控銑床要達到的技術(shù)要求：主軸轉(zhuǎn)速40 r/min～4000r/min，換刀的時間靠打刀缸的性能來保證。主軸采用BT50、的刀柄和拉抓。無級變速采用交流變頻調(diào)速電機，實現(xiàn)兩極變速，變速過程中齒輪的嚙合通過離合器的得電和失電來實現(xiàn)。XK100立式數(shù)控銑床主軸部件的設(shè)計主要有軸以及軸上零件、拉桿的設(shè)計，選擇合適的電機，滿足切削時的功率要求，選擇電機時根據(jù)典型切削工藝求得切削是需要的功率；打刀缸的選擇，首先根據(jù)換刀所要達到的時間，其次，根據(jù)碟形彈簧拉緊刀柄的力，打刀缸動作是所產(chǎn)生的力應(yīng)稍大于彈簧的拉緊力。由于數(shù)控銑床的運動調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機的功率扭矩特性也難于直接與機床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。 確定主軸傳動功率數(shù)控銑床的加工范圍一般都比較大，所傳動的額定功率可以根據(jù)典型切削工藝的情況計算，根據(jù)設(shè)計的銑床主要的加工范圍，查機床設(shè)計手冊確定如下典型加工工藝：用高速剛圓柱平刀銑削灰鑄鐵工件平面，刀具直徑D=100mm，刀齒數(shù)為10，工件材料為HT200，硬度190HBS，切削速度=／min，進給速度為160mm／min，背吃刀量＝5mm，切寬為75mm。B目前，中小型數(shù)控機床中，交流調(diào)頻電機已占優(yōu)勢，有取代直流電機之勢。從額定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)，從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域Ⅱ為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠大于電機的恒功率變速范圍，所以在電機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴大其功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時對電機的輸出功率要求。這時，變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動系統(tǒng)功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。為保證缺口處的輸出功率，電動機的功率應(yīng)相應(yīng)的增大。其中：IAG—系列代號 132—極座號（中心高） M—機座長度代號，有S、M、L三種類型 1500—基本轉(zhuǎn)速（單位：r／min） —額定功率（單位：kw）電機在60—1500r／min內(nèi)，實現(xiàn)恒扭矩輸出，在1500—4500r／min內(nèi)實現(xiàn)恒功率輸出；最高轉(zhuǎn)速可以達到6000r／min，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速達到6000 r／min，扭矩特性不好，因此一般情況下轉(zhuǎn)速只達到4500r／min 主軸的變速過程為了實現(xiàn)數(shù)控銑床的無級變速，采用交流調(diào)頻電機，本文所設(shè)計的銑床所選擇的電機需要實現(xiàn)兩級變速，當(dāng)通電時離合器脫離，小齒輪和大齒輪嚙合，實現(xiàn)增速傳動；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到電機的計算轉(zhuǎn)速時，離合器吸合，大齒輪和小齒輪嚙合，實現(xiàn)增速傳動。主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成，對于銑床主軸部件還有拉桿和拉抓。 軸設(shè)計的特點：在軸系零部件的具體結(jié)構(gòu)未確定之前，軸上力的作用點和支點間的跨距無法精確的確定，故彎距大小和分布情況不能求出，因此在軸的設(shè)計中必須把軸的強度計算和軸系零件結(jié)構(gòu)設(shè)計交錯進行，邊畫圖，邊計算，邊修改。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度?？紤]到軸上裝軸承，有配合要求，應(yīng)將后軸頸的直徑圓整到標準直徑，同時要考慮到選擇軸承的類型，因此選擇后軸頸的直徑=50， 主軸內(nèi)孔直徑d及拉桿直徑的確定主軸內(nèi)孔直徑與機床的類型有關(guān)，主要用來通過棒料、拉桿、鏜桿或頂出頂尖等，銑床主要用于通過拉桿和拉抓，確定孔徑的原則是：為減輕主軸重量在滿足上述工藝要求及不削弱主軸剛度的前提下，盡量取較大值，孔徑d對主軸剛度的影響影響是通過抗彎截面慣性矩而體現(xiàn)的，即主軸本身的剛度正比于抗彎截面慣性矩，其關(guān)系式為Ｉ空/Ｉ實＝＝１－根據(jù)上式可繪制出主軸孔徑對主軸剛度影響曲線，如圖41D—主軸平均直徑，d—主軸平均孔徑，—直徑為Ｄ實心主軸剛度 ，—直徑為Ｄ，孔徑為d的空心軸的剛度。此時Ｉ空＞，即剛度消弱量小于25%，若孔徑再大主軸剛度急劇下降，一般銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5～10mm。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計時應(yīng)盡量縮短該懸伸量。 主軸支承跨距L的確定合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。因此存在一個最佳跨距，在該跨距時，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。 計算主軸傳遞的扭矩根據(jù)電機的扭矩—功率特性圖知，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速為基準轉(zhuǎn)速時所傳遞的扭矩最大，即n=n=1500r/min，則=10=10=10N 選擇軸的材料和熱處理方法選擇軸的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機械性能有設(shè)計手冊查得=700Mpa，=500Mpa，=185Mpa查機械設(shè)計手冊得[]=190Mpa 初選軸承本文所設(shè)計的銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷，還承受不大的軸向載荷，故選擇單列圓錐滾子軸承背對背的組合。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 擬定軸上零件的裝配方案`本文所設(shè)計的主軸要用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)、軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。 確定軸各段的直徑根據(jù)前面的計算知：最小直徑D=45mm，小軸承用鎖緊螺母進行軸向固定，所以取軸段1外螺紋的直徑M=45mm；根據(jù)軸承的型號以及與軸的配合關(guān)系，取軸段2的直徑=50mm。軸段5上有兩個軸套，軸套左側(cè)用于定位小齒輪，中間用來壓緊和定位電磁鐵固定架，考慮到拆卸方便，軸段5要比軸段4大2～3mm，同時要比軸段6小2～3mm因此取軸段5的直徑=78mm，軸段6的直徑=80mm。 軸段8是前軸頸，主軸的直徑因與軸承的內(nèi)徑相等，考慮到軸承的型號以及與主軸的配合關(guān)系，取軸段8的直徑=95mm，軸承的型號為32109。 確定各軸段的長度軸段4和6的長度要比輪轂寬度（38mm）短2～3mm，故這兩處軸段的長度取為36mm。軸段1和3有外螺紋，裝徑向鎖緊螺母，故軸段1和3的長度比鎖緊螺母長2～3mm，軸段3的長度為 軸段7主要與軸承套配合，壓緊軸承，為了保證軸承套與大齒輪之間有一定的間