【正文】 文資料1份（5000漢字）；6）編寫設計計算說明書1份（10000字以上）。因為臥式鏜銑床主要用來加工中、小型箱體零件，用來擴大工件上已鑄出或已加工的孔，以及銑削平面、鉆削、加工端面和凸緣的外圓，以及切螺紋等，而不需要加工曲面或圓弧面。如圖1所示，平面的加工可由銑刀頭與三個方向的成形運動合成得到；而孔加工由鏜刀與鏜桿在軸向的進給（即方向的成形運動）即可合成得到。加工工件所需的運動僅僅是相對運動，因此，對部件的運動分配可以有多種方案。圖2（a）是加工件較輕的升降臺銑床，一般由工件完成三個方向的進給運動，分別由工作臺、滑鞍和升降臺來實現(xiàn)；當加工工件較重或者尺寸較大時，則不宜由升降臺帶著工件作垂直方向的進給運動，而是改由銑頭帶著刀具來完成垂直進給運動，如圖2（b）所示；圖2　數(shù)控銑床總體布局示意圖2（c）所示的龍門數(shù)控銑床，其工作臺載著工件作一個方向的進給運動，其它兩個方向的進給運動由多個刀架在立柱與橫梁上移動來完成，這樣的布局不僅適用于較重的工件加工，而且由于增多了銑頭，使銑床生產(chǎn)效率得到很大提高；當加工更大更重的工件時，由工件作進給運動在結構上就很難實現(xiàn)了，這種情況全部進給運動均由銑頭運動來完成，如圖2（d）所示，這種布局形式可以減小銑床的結構尺寸和質(zhì)量。因此綜合考慮，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。如圖3所示，為幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局結構。此時若機床布局選擇圖3（c）和圖3（d）方案，當工作臺帶著數(shù)控轉臺在橫向（即X向）做距離移動和下滑板做Z向進給時，Z向床身的一條導軌將會承受很大的偏載。圖3　幾種常見的數(shù)控臥式銑床布局因此機床總體布局選擇圖3（a）或圖3（b）方案，T形床身設計。機床布局示意圖如下圖所示。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構圖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動，它通過兩級或三級齒輪降速，使之成為分段無級變速，確保低速運行時滿足主軸輸出轉矩特性的要求。（b）是通過帶傳動的主傳動，它主要應用在小型數(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矩特性要求的主軸。結合我的畢業(yè)設計分析：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。這就要求該機床主傳動應具有一定的調(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矩提出了一定要求。因此，本次設計的臥式鏜銑數(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矩的要求。齒輪變速級數(shù)初步定為兩級，高速級和低速級。考慮到設計中鏜桿的可伸縮結構，為使傳動件結構和設計計算盡量簡單，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：。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。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)。而切削功率應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。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。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，因此切削功率應以硬質(zhì)合金刀具銑削碳鋼為標準來計算。則切削力大小為：切削功率用式 計算。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：額定轉速：最高轉速：最低轉速：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速，外載一定時，轉速越高，所傳遞的轉矩就越小。查《機械制造裝備設計》表22《各類通用機床主軸的計算轉速》可以知道，中型臥式鏜銑床無級傳動時的主軸計算轉速公式：其中：由此可得主軸（Ⅲ軸）計算轉速：則Ⅰ、Ⅱ軸計算轉速分別為：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?！稒C械設計課程設計》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，參照前面方案設計中的傳動系統(tǒng)示意圖，可初估各軸輸入功率如下：在轉軸設計中，其特點是不能首先通過精確計算確定軸的截面尺寸。因此，轉軸設計時，開始只能按扭轉強度或經(jīng)驗公式估算軸的直徑，然后進行軸的結構設計，最后進行軸的強度驗算。如圖8所示，由《材料力學》的知識可知，剪應力在橫截面上是線性分布的，圓心處為零，當圓周上有最大應力值時，中心部分的應力仍較小，材料并沒有充分發(fā)揮作用。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。因此，該傳動系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ軸按實心軸計算公式估算。考慮到主軸的伸縮式結構，并且完成主軸箱設計后要與床身立柱相配合，此處結構設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構設計完成后再考慮。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。查《機械設計課程設計》表135《彈性柱銷聯(lián)軸器》，選擇LT7型即可滿足要求。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。另外，如Ⅰ軸結構設計圖，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。最終得到的Ⅱ軸各段軸頸大小如圖12所示。因此，主軸的結構設計是本次主傳動系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)。其中最先聯(lián)想到的是臺式鉆床的主軸設計方案：鉆頭在電動機帶動下高速旋轉，同時操作人員通過操縱桿使鉆頭向下伸出，完成鉆削工作。另外聯(lián)想到的類似結構還有變速箱中的滑移齒輪：滑移齒輪通過輪齒嚙合傳遞轉矩，當需要變速時則可在花鍵的導向作用下進行滑移，以實現(xiàn)齒輪在旋轉的同時也可以滑動的功能。而滑移齒輪的結構，在上學期專業(yè)課程設計《CA6140主傳動系統(tǒng)設計》中已經(jīng)有過接觸，因此決定選擇類似滑移齒輪的設計方案。另外，花鍵的齒槽較淺而齒數(shù)卻相對較多，這種設計對軸與輪轂的強度削弱較少，應力集中小，配合的對中性和導向性能好等優(yōu)點。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向精度的要求，此處的鍵聯(lián)結應該選擇導鍵聯(lián)結。其工作原理如圖14所示。下面再就主軸的支承形式展開討論。因此，本次設計中主軸的支承借鑒CA6140的設計，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。根據(jù)以上分析，最后確定如圖15所示主軸的支承形式。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。而為了保證刀具安裝牢固可靠，主軸內(nèi)部應設計拉刀機構，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。按照機械結構設計由內(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構設計如圖16所示。②與外層主軸配合的外徑大小為，也就是說內(nèi)層主軸前軸頸應不小于。因此，螺母座的結構設計基本滿足各方面尺寸要求。圖17　主軸前端支承結構尺寸圖根據(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，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。最后折中選擇主軸行程為。該臥式鏜銑數(shù)控機床的立柱部分，是另外一位同學設計的，他設計的導軌安裝寬度為，則箱體外側寬度可按如圖18所示裝配關系確定。到此，主軸（包括內(nèi)層主軸和外層主軸）結構設計所需的重