萬向節(jié)滑動(dòng)叉φ39 孔兩端面粗銑組合機(jī)床總體及主軸箱設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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This design, first in response to the processing of parts, the paper machine for the overall program design, which will determine the overall layout of the machine. Subsequently, the spindle components of the design. Spindle components in the design, a spindle for clues to meet stiffness and precision requirements, the completion of the other (eg, bearings, Axial adjustment, locking, etc.) all parts of the design. Keywords: universal joint cross ；modular machine； stiffness； bearings； 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 前 言 1 1 總體方案論證 4 1.1 工藝方案設(shè)計(jì) 4 1.2 加工設(shè)備方案選擇 5 1.3 確定總體布局 5 2 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定 8 2.1 確定工件余量 8 2.2 切削用量的選擇 8 2.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 9 2.4 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 10 3 組合機(jī)床通用部件的選擇 13 3．1 進(jìn)給動(dòng)力部件選擇 13 3．2 主運(yùn)動(dòng)動(dòng)力部件選擇 15 3.2.1 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置 15 3.2.2 通用主軸部件選擇 16 4組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 18 4.1 被加工零件工序 18 4.2 加工方案 19 4.3 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖 20 4.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算 21 5 組合機(jī)床主軸設(shè)計(jì) 24 5.1主軸的基本要求 24 5.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 24 5.1.2 剛度 25 5.1.3 耐磨性 25 5.1.4 主軸的其他要求 26 5.2 主軸組件的布局 26 5.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 28 5.4 主軸組件的計(jì)算 28 5.3 主軸結(jié)構(gòu)圖 30 6 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì) 31 6.1主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù) 31 6.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定 31 6．2．1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配 31 6．2．2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù) 31 6．2．3 齒輪模數(shù)的估算及其叫校核 32 6．2．4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核 36 6.3 主軸箱的坐標(biāo)計(jì)算 48 結(jié) 論 50 致 謝 51 參考文獻(xiàn) 52 52 前 言 機(jī)械制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，是生產(chǎn)力的重要組成部分。機(jī)械制造業(yè)不僅為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、科研和國(guó)防等部門提供各種生產(chǎn)設(shè)備、儀器儀表和工具，而且為制造業(yè)包括機(jī)械制造業(yè)本身提供機(jī)械制造裝備。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的科學(xué)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力。 機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平，主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。機(jī)械制造裝備的核心是金屬切削機(jī)床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達(dá)到所需要的精度。金屬切削機(jī)床所擔(dān)負(fù)的工作量約占機(jī)器制造總工作量的40%～60%，金屬切削機(jī)床的技術(shù)水平直接影響到機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。換言之，一個(gè)國(guó)家的機(jī)床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個(gè)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。 然而，組合機(jī)床是根據(jù)工件加工要求，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，有以下兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。其二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床就不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計(jì)成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡(jiǎn)單的夾具及刀具，即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工要求，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，有以下兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。其二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床就不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計(jì)成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡(jiǎn)單的夾具及刀具，即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。 組合機(jī)床是一種專用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是組合機(jī)床和自動(dòng)線。因此，組合機(jī)床的應(yīng)用在很大程度上決定了這些部門的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，也很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。特別是近20年來，隨著組合機(jī)床的發(fā)展，作為組合機(jī)床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化，起產(chǎn)品市場(chǎng)壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素同時(shí)也有力地推動(dòng)和激勵(lì)了組合機(jī)床的不斷發(fā)展。組合機(jī)床的發(fā)展主要有以下2點(diǎn):(1) 組合機(jī)床品種的發(fā)展；(2) 組合機(jī)床柔性化的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步及社會(huì)生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為工藝裝備。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大于采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，更新的專用夾具占用比例很大，面夾具的實(shí)際磨損量?jī)H占有小部分。特別是近年來，，加工中心（MC），數(shù)控機(jī)床（NC），柔性制造系統(tǒng)（FMS），成組技術(shù)（GT）等新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了新的要求： a.能迅速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，降低了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少了生產(chǎn)成本。 b.能裝夾一類具有相似性特征的工件。 c.能應(yīng)用高精密加工的高精度機(jī)床夾具。 d.能應(yīng)用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型組合機(jī)床夾具。 e.采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 f.提高機(jī)床夾的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： a.精密化 b.高效化 c.柔性化 d.標(biāo)準(zhǔn)化 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是萬向節(jié)滑動(dòng)叉φ39 孔兩端面粗銑組合機(jī)床總體及主軸箱設(shè)計(jì)。根據(jù)萬向節(jié)滑動(dòng)叉兩側(cè)面的位置、加工精度等主要的設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理和工作上可靠的雙面粗銑的組合機(jī)床。本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床夾具主要對(duì)萬向節(jié)滑動(dòng)叉兩端面的粗銑。 本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床能同時(shí)粗銑萬向節(jié)滑動(dòng)叉兩端面，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，從而降低了零件的加工成本。 1 總體方案論證 設(shè)計(jì)機(jī)床的第一步，是確定總體方案。總體方案是機(jī)床部件和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須全面地、周密地考慮，使所定方案技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計(jì)的機(jī)床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能選用通用件、以降低成本。 1.1 工藝方案設(shè)計(jì) 工藝方案的擬訂是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)要注重工件及其加工的工藝分析，只有制定出先進(jìn)合理的工藝方案,才能設(shè)計(jì)出先進(jìn)合理的組合機(jī)床。根據(jù)指定的加工要求,提出若干個(gè)工藝方案,擇其佳者。工藝方案確定了,組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、布局等一系列問題也就解決了。所以，工藝方案設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。而且工藝方案在很大程度上決定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，必須認(rèn)真分析被加工零件圖紙,深入了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求及生產(chǎn)率要求等一些因素。 擬定組合機(jī)床工藝方案的一般步驟如下: a.分析,研究加工要求和現(xiàn)場(chǎng)工藝，在制訂組合機(jī)床工藝方案時(shí)，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位及其精度、表面粗糙度、技術(shù)要求及生產(chǎn)綱領(lǐng)；其次深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析零件的加工工藝方法、定位夾緊方式、所采用的設(shè)備、刀具及切用量、生產(chǎn)率情況等。 b.定位基準(zhǔn)和夾壓部位的選擇組合機(jī)床一般為工序集中的多刀加工,不但切削負(fù)荷大，而且工件受力方面變化。因此，正確選擇定位基準(zhǔn)和夾壓部位是保證加工精度的重要條件。 本道工序主要是加工毛坯,因此,還要對(duì)毛坯基準(zhǔn)選擇考慮有關(guān)工序加工余量的均勻性。定位夾緊裝置的選擇應(yīng)在有足夠的夾緊力下工件產(chǎn)生的變形最小，并且夾具易于設(shè)置導(dǎo)向和能過刀具。 本道工序:萬向節(jié)滑動(dòng)叉兩端面的銑削。 1.2 加工設(shè)備方案選擇 在機(jī)械制造業(yè)中，金屬切削機(jī)床占機(jī)械設(shè)備總臺(tái)數(shù)的50%～70%，它負(fù)擔(dān)的工作量約占一半左右，其中有30%～50%的工作量是由組合機(jī)床來完成的，同時(shí)，機(jī)械加工方法是機(jī)電產(chǎn)品及零部件生產(chǎn)的主要方法，且機(jī)械加工質(zhì)量又是提高整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，組合機(jī)床的開發(fā)、設(shè)計(jì)，是機(jī)械制造行業(yè)一項(xiàng)非常重要的工作。組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床，具有如下特點(diǎn)： a.生產(chǎn)率高； b.加工精度穩(wěn)定； c.研制周期快，便于使用、維護(hù)和設(shè)計(jì)、制造； d.自動(dòng)化程度變高，勞動(dòng)強(qiáng)度降低； e.配置靈活，可按工件或工序要求靈活變換組成機(jī)床自動(dòng)線，易于改裝，加工過程和產(chǎn)品變化時(shí)，通用部件還具有重復(fù)利用價(jià)值； f.使用性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)床消耗費(fèi)用低。 由于被加工零件已定型，生產(chǎn)產(chǎn)品較大，加工精度要求較高，所以必須采用組合機(jī)床來進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)，又是針對(duì)雙面加工。因此，采用組合機(jī)床來進(jìn)行加工是較適宜、理想的生產(chǎn)方案。 1.3 確定總體布局 根據(jù)上述確定的加工工藝方案，按照工序集中程度和生產(chǎn)批量大小，機(jī)床總體布局主要有如下配制型式： a.多工位組合機(jī)床 多工位組合機(jī)床：主要用于中、小零件加工。生產(chǎn)占地面積大，但生產(chǎn)率高。這種方式若配合工作臺(tái)的移動(dòng)和精確定位，可以組成組合機(jī)床自動(dòng)線，則自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率均很高。 b.單工位組合機(jī)床 各種型式的單工位組合機(jī)床，通常可安裝一個(gè)工件，特別適宜于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動(dòng)力部件的型式和數(shù)量，這類機(jī)床可分為單面、多面及復(fù)合式。這種方式組成靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于單工位加工，其機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間不能重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。 根據(jù)以上所述, 柴油機(jī)氣缸體的結(jié)構(gòu)是比較規(guī)則的長(zhǎng)方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，采用臥式組合機(jī)床加平面，有利于排屑，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。且柴油機(jī)氣缸體屬于中型加工零件，在本次設(shè)計(jì)中，銑平面工序是主要工序內(nèi)容。因此為了保證銑平面的加工精度和結(jié)合被加工零件加工特點(diǎn)，臥式單工位組合機(jī)床是較好的選擇。 臥式單工位組合機(jī)床又可分為臥式單面組合機(jī)床，臥式多面組合機(jī)床等。若采用臥式單面組合機(jī)床，加工兩端面需經(jīng)過兩次裝夾，增加輔助時(shí)間，成本高，生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，采用臥式雙面組合機(jī)床是合理的選擇。其特點(diǎn)：工件安裝在夾具里，工件和夾具裝在銑削工作臺(tái)上，刀具相對(duì)固定，銑削工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。生產(chǎn)占地面積小，加工精度高。 機(jī)床總體布局圖如圖1-1所示： 圖1-2 機(jī)床總體布局圖 1.機(jī)座 2.動(dòng)力滑臺(tái) 3.工件 4.端銑刀 5.電動(dòng)機(jī) 6.變速箱 7.主軸箱 2 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)。 2.1 確定工件余量 VF-6/7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(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2～2.5,取加工余量為2.5mm(此為雙邊加工)。 2.2 切削用量的選擇 在組合機(jī)床工藝方案確定過程中，工藝方法和切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度，機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式及工作可靠性均有較大的影響。 A.組合機(jī)床切削用量的選擇特點(diǎn): a.在大多情況下，組合機(jī)床為多軸、多刀、多面同時(shí)切削，因此，切削用量比一般萬能機(jī)床單刀加工低30%左右。 b.組合機(jī)床通常用動(dòng)力滑臺(tái)來帶動(dòng)刀具進(jìn)給，由于多軸箱上同時(shí)工作的刀具種類不同且直徑大小不同，其切削用量也各有特點(diǎn)。因此，一般先按各刀具選擇較合理的切削速度v(m/min) 和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f(mm/r),再根據(jù)其中工作時(shí)間最長(zhǎng)，負(fù)荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速，通常用試湊法來滿足每分鐘進(jìn)給量相同的要求。參照[1] 即 c.在選擇切削用量時(shí)要注意既要保證生產(chǎn)批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。 d.選擇切削用量時(shí)，還須考慮可選動(dòng)力滑臺(tái)的性能。 B.組合機(jī)床切削用量選擇方法 從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量。本次設(shè)計(jì)中，采用查表法選擇加工柴油機(jī)氣缸體孔的切削用量。 由參考文獻(xiàn)[1]表6-18,查得， 每齒進(jìn)給量fz=0.2mm/z 切削速度vc=75m/min n===47r/min 進(jìn)給速vf=fn=fzzn =0.2×34×47=320mm/min 2.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 根據(jù)選擇的切削用量，確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動(dòng)件的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電機(jī)功率。 切削功率選擇: 由vc=75m/min，工件材料:鑄鐵HBS250，ap=4mm，fz=0.2mm/z，vf=320mm/min，由參考文獻(xiàn)[4]表3.24，得pc=15.9KW 電動(dòng)機(jī)選擇： 由pc=15.9KW，由參考文獻(xiàn)[9]表20-3得，電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y180L-6同步轉(zhuǎn)速：1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速：975r/min，P電機(jī)=18.5KW 銑削切削力的計(jì)算 由參考文獻(xiàn)[10]表1-2-9, P=490×t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z （3-3） 式中 P-銑削力(N)； t-銑削削的深度(mm)； Sz-每齒的進(jìn)給量(mm/z)； D-銑刀的直徑(mm)； B-銑削的寬度(mm)； z-銑刀的齒數(shù)。 由前面計(jì)算的切削用量得， t=4mm； Sz=0.2mm/z； D=512mm； B=425mm； z=34。 將上述數(shù)值代入式（3-3）得 P=490× t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z =490× 41.0×0.20.74×512-1.0×4250.90×34 =9398.1(N) 2.4 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給量范圍、進(jìn)給量數(shù)列以及空行程速度等。此次設(shè)計(jì)主要確定主運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 (1)主軸最高，最低轉(zhuǎn)速 按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑、計(jì)算主軸最高轉(zhuǎn)速n、最低轉(zhuǎn)速n。計(jì)算公式如下： n= ， n= 式中：n、n—主軸最高、最低轉(zhuǎn)速(r/min) V、V—最高、最低切削速度(m/min) d、d—最大、最小計(jì)算直徑(mm) 根據(jù)《機(jī)械制造工藝金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》第69～70頁，可查出以下數(shù)據(jù)： 查表2.2-3 取最大，最小切削速度： V=200～300m/min， 取V=250m/min V=15～20m/min, 取V=20m/min 銑床的d、d可取使用的刀具最大、最小直徑，即： d=110mm, d=75mm 則主軸最高轉(zhuǎn)速為 n== =1061.6r/min 取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列值： n=1000r/min 最低轉(zhuǎn)速為： n== =57.9r/min 取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列值： n=56r/min (2)主軸轉(zhuǎn)速的合理排列 最高、最低轉(zhuǎn)速確定后，還需確定中間轉(zhuǎn)速，選擇公比Φ，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z，則轉(zhuǎn)速數(shù)列為： n= n=56r/min, n= nΦ, n= nΦ, n= nΦ 查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，取公比Φ=1.78 (1＜Φ≤2) 轉(zhuǎn)速范圍： R===17.8 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)： Z=+1=5.99 取Z=6 由于本次設(shè)計(jì)的要求，主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)只需設(shè)計(jì)四級(jí)就能滿足要求，故取Z=4。即： n=56， n=100, n=180, n=315 (r/min) 3 組合機(jī)床通用部件的選擇 通用部件是按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計(jì)制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件。我國(guó)通用部件不僅具有完整的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并已貫徹了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，許多標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等效。 通用部件按其尺寸大小，可分為大型和小型通用部件；按驅(qū)動(dòng)和控制方式的不同，可分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或數(shù)控通用部件；按單機(jī)和自動(dòng)線的不同，可分為組合機(jī)床和組合機(jī)床自動(dòng)線通用部件；按其功能不同，可分為動(dòng)力部件、支承部件、控制部件、輔助部件。 3．1 進(jìn)給動(dòng)力部件選擇 進(jìn)給動(dòng)力部件主要為刀具或工件提供進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。最新動(dòng)力部件共有液壓滑臺(tái)、機(jī)械滑臺(tái)、數(shù)控滑臺(tái)、長(zhǎng)臺(tái)面液壓滑臺(tái)、十字滑臺(tái)、銑削工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)盤等九個(gè)品種。 對(duì)于組合銑床來說，進(jìn)給動(dòng)力部件主要是銑削工作臺(tái)，其上通常安裝夾具或工件。銑削工作臺(tái)與1TX系列銑削頭，1XS系列床身組成銑削組合機(jī)床，可用于大走刀強(qiáng)力銑削和高效高精度銑削。 由于待加工的工件的外形尺寸，由參考文獻(xiàn)[2]表7.9選取1XG63Ⅰ型銑削工作臺(tái)，銑削工作臺(tái)的聯(lián)系尺寸如下表4-1: 表4-1 銑削工作臺(tái)聯(lián)系尺寸 型號(hào) B A（臺(tái)長(zhǎng)） C（行程） L L1 B1 L2 1XG63Ⅰ型 630 1600 1600 3180 584 808 888 由表7.8查得，1XG63Ⅰ型銑削工作臺(tái)與傳動(dòng)裝置配套及其性能如下表： 表4-2 1XG63Ⅰ型銑削工作臺(tái)與傳動(dòng)裝置配套及其性能 型號(hào) 傳動(dòng)裝置 快進(jìn)功率(kW) 快進(jìn)速度(m/min) 工進(jìn)功率(kW) 工進(jìn)速度(mm/min) 許用切削功率(kW) 1XG63 F41 4 9.2 3 200-2500 37 1XG銑削工作臺(tái)還具有以下特點(diǎn)： a.剛性好 導(dǎo)軌與底座鑄成一體，底座采用封閉式的箱體結(jié)構(gòu)，采用“米”字形斜肋等，大大提高其結(jié)構(gòu)剛性。 采用一個(gè)V形導(dǎo)軌和一個(gè)平導(dǎo)軌導(dǎo)向，通常銑削力壓向?qū)к壝?。這種導(dǎo)軌可以提高導(dǎo)向精度和導(dǎo)向剛度，從而保證機(jī)床加工精度，提高機(jī)床的切削抗振性。例如1XG63銑削工作臺(tái)，大走刀強(qiáng)力銑削功率達(dá)到40KW，仍能保證切削平穩(wěn)。 b.精度高 由于結(jié)構(gòu)剛性好，可以使導(dǎo)軌達(dá)到較高的加工精度，并且工作臺(tái)臺(tái)面較長(zhǎng)，以是V形導(dǎo)軌導(dǎo)向，從而保證機(jī)床的加工粗度，接近平面磨床的水平。 c.生產(chǎn)率高 從性能表可以看出，最大的進(jìn)給速度為2500mm/min。實(shí)踐證明：當(dāng)進(jìn)給速度為2080mm/min時(shí)，進(jìn)行大走刀強(qiáng)力銑削和高效高精度銑削，切削性能良好。 傳動(dòng)效率高 采用雙螺母可調(diào)隙的滾珠絲杠，傳動(dòng)效率比滑動(dòng)絲杠高一倍，節(jié)能效果顯著。另外由于間隙可調(diào)，可保證切削平穩(wěn)。 3．2 主運(yùn)動(dòng)動(dòng)力部件選擇 主運(yùn)動(dòng)部件用來實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)—切削運(yùn)動(dòng)。它安在滑臺(tái)或其他進(jìn)給部件的結(jié)合面上，通常主軸部件（或多軸箱專用部件）和主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置組成的。 3.2.1 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置主要有兩大類：一類是與通用主軸部件配套使用的主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置；另一類是與多軸箱(專用部件)相配的動(dòng)力箱。 由于1NG系列主運(yùn)動(dòng)裝置具有通用化程度高,選配靈活,便于生產(chǎn)管理等優(yōu)點(diǎn).因此本組合機(jī)床采用的是：1NG系列主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置。它的聯(lián)系尺寸符合JB3557-83標(biāo)準(zhǔn)。 1NG系列主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置主要有1Nga、1NGb、1NGc、1NGd等四種,特點(diǎn)與用途如下： a．1Nga型帶傳動(dòng)裝置 它采用聚氨脂同步齒形帶傳動(dòng)及交換帶輪方式變速，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、傳動(dòng)準(zhǔn)確及傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。適用于轉(zhuǎn)速要求高的場(chǎng)合，如與鏜銷頭配套,適宜對(duì)各種工件的半精鏜和精鏜。 b．1NGb型頂置式齒輪傳動(dòng)裝置 它適用于中，低速加工場(chǎng)合，如臥式配置時(shí)的粗、精鏜孔。一般適用于臥式配置。 c．1NGc型尾置式齒輪傳動(dòng)裝置 它適用于中、低速加工，不經(jīng)常變速的場(chǎng)合，一般配置成立式機(jī)床。 d．1NGd型手柄變速傳動(dòng)裝置 它采用手柄操縱滑移齒輪變速，適用于經(jīng)常變速場(chǎng)合，一般組成臥式配置的給合機(jī)床，加工小批量生產(chǎn)，多品種零件，如粗、精鏜孔。 由于本組合銑床采用臥式配置形式，因此選用第二種類型—1NGb型頂置式齒輪傳動(dòng)裝置。 1NGb型頂置式齒輪傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)大體為:通用主軸部件的主軸尾部伸入到傳動(dòng)裝置的空心軸V內(nèi)，以花鍵連接。傳動(dòng)裝置以軸V左端法蘭的外圓與主軸部件殼體尾端的內(nèi)止口配合定位，用四個(gè)螺釘緊固.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)軸1經(jīng)聯(lián)軸器，軸2、3、4、5及其上的齒輪傳動(dòng)主軸。根據(jù)2、3軸間的齒輪傳動(dòng)比的不同配置，1NGb型傳動(dòng)裝置分為A(低速級(jí))和B型(高速級(jí))，每組又可通過3、4軸間齒輪的不同，得到8級(jí)轉(zhuǎn)速。潤(rùn)滑泵由軸2通過一對(duì)齒輪傳動(dòng)，對(duì)傳動(dòng)裝置中的傳動(dòng)件及軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。 3.2.2 通用主軸部件選擇 主軸部件又稱單軸頭或工藝切削頭，其端部安裝刀，尾部連接傳動(dòng)裝置就可進(jìn)行切削，如進(jìn)行銑削，鏜削，鉆削及攻螺紋等加工工序。每種主軸部件均采用剛性主軸結(jié)構(gòu)。在加工時(shí)，刀桿（或刀具）一般不需要導(dǎo)向裝置，加工精度主要由主軸部件本身以及滑臺(tái)（或工作臺(tái)）的精度來保證。 主軸部件與相應(yīng)規(guī)格的主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置（跨系列）配套使用。主軸部件配上傳動(dòng)裝置安裝在動(dòng)力滑臺(tái)上，可以組成立式或臥式組合機(jī)床。這類機(jī)床不設(shè)導(dǎo)向裝置，夾具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，機(jī)床配置靈活。 主軸部件種類較多，對(duì)于組合銑床來說，主要采用1TX系列銑削頭。1TX系列銑削頭與1XG系列銑削工作臺(tái)等進(jìn)給動(dòng)力部件配套，可組成各種類型的銑削組合機(jī)床。 由切削功率pc=15.9KW，由參考文獻(xiàn)[1]表5-13，選型號(hào)1TX50。 1TX50銑削頭主軸端部尺寸如下表： 表4-4 1TX50銑削頭主軸端部尺寸 型號(hào) d(h5) d1 d2 d3 d4 D±0.3 b(h5) l1 l2 1TX50 φ221.44 φ107.95 M24 M30 M20 φ117.8 25.4 119 45 1TX50銑削頭主要性能及參數(shù)如下表： 表4-5 1TX50銑削頭主要性能及參數(shù) 型號(hào) b1 L1 d L2 b2 d1 h 功率(kw) 1TX50 500 800 φ221.44 200 450 M16 250 15; 18.5; 22 由于所設(shè)計(jì)的組合銑床選用頂置式齒輪傳動(dòng),所以銑削頭聯(lián)系尺寸如下表： 表4-6 銑削頭聯(lián)系尺寸 型號(hào) B B1 B2 L L1 L2 L3 1TX50 500 450 470 800 200 275 126 型號(hào) L4 L5 H H1 H2 H3 1TX50 665 94 250 468 911 500 4組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì),通常是針對(duì)具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件設(shè)計(jì)。并且在選取定加工方法和機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上繪制組合機(jī)床“三圖一卡”。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和進(jìn)行機(jī)床生產(chǎn)率的計(jì)算。 繪制給合機(jī)床三圖一卡，就是針對(duì)具體零件，在先定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行總體方案圖樣文件設(shè)計(jì).其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖﹑加工示意圖﹑機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)效率計(jì)算等。 4.1 被加工零件工序 本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床主要對(duì)柴油機(jī)氣缸體兩端面的粗銑。在實(shí)踐中，在大多數(shù)情況下，工件的一個(gè)平面，在夾具中不是支承在三個(gè)點(diǎn)上，而是支承在四個(gè)或者更多一些的支承點(diǎn)上，有時(shí)放在兩條長(zhǎng)的支承板上，這樣可以提高“機(jī)床-夾具-刀具-工件”系統(tǒng)的剛性，避免夾壓力和切削力超出支承點(diǎn)，引起工件的彈性變形，這種變形不僅影響加工精度，還會(huì)引起振動(dòng),嚴(yán)重時(shí)造成刀具的折斷。 A.由于本次的加工的工序是要加工好柴萬向節(jié)滑動(dòng)叉底面的情況下進(jìn)行的，因此被加工零件的頂,底面是較光滑的，因此采用萬向節(jié)滑動(dòng)叉的下底面作為定位基準(zhǔn)。 a.被加工零件圖是在用戶提供的產(chǎn)品圖樣的基礎(chǔ)上，選定的工藝方案，定本機(jī)床的加工內(nèi)容，加上必要的說明而繪制的，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造﹑使用﹑檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。它的要求如下： b.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及與本機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)開頭及尺寸。 c.加工用定位基準(zhǔn)﹑夾壓部位及夾壓方向，以便依次進(jìn)行夾具定位支承﹑夾緊﹑導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)。 d.本道工序加工部位的尺寸﹑精度﹑表面粗糙度﹑形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆? e.要有必要的文字說明。 設(shè)計(jì)有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)如下： a.定位方法： b.零件材料：HT250； c.硬度：187—255HBS； d.方框內(nèi)尺寸及相應(yīng)粗糙度為本機(jī)床所保證，其余尺寸及相應(yīng)光潔度為前序保證； e.單邊加工余量：4mm。 4.2 加工方案 零件的加工方案要通過加工示意圖反映出來，加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過程﹑工件﹑夾具﹑刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系。因此，加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖樣之一。在總體設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。其主要內(nèi)容為： a.反映機(jī)床的加工方法,切削用量及工作循環(huán)。 b.決定刀具類型﹑數(shù)量﹑結(jié)構(gòu)﹑尺寸。 c.決定主軸的結(jié)構(gòu)類型，規(guī)格尺寸及外伸長(zhǎng)度。 d.選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)專用的接桿，導(dǎo)向裝置，刀桿托架等。 e.標(biāo)明主軸﹑接桿﹑夾具與工件之間的聯(lián)系尺寸,配合及精度。 加工示意圖的畫法如下： a.加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細(xì)實(shí)線繪出工作加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖。加工表面用粗實(shí)線畫。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，相同加工部位的加工示意圖只需表示其中之一，亦即同一多軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可只畫一根。 b.一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實(shí)距離繪制。 c.主軸應(yīng)從多軸箱端面畫起。刀具應(yīng)處于加工終了位置。標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號(hào)。 4.3 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可用以檢驗(yàn)：機(jī)床各部件相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進(jìn)一步開展多軸箱，夾具等專用部件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。總聯(lián)系尺寸圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。 A.繪制總聯(lián)系尺寸圖的要求： a.以適當(dāng)數(shù)量的視圖按同一比例畫出機(jī)床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機(jī)床的配置型式及總體布局，主視圖應(yīng)與機(jī)床實(shí)際加工狀態(tài)一致。 b.圖上應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯(lián)系尺寸，專用部件的主要輪廓尺寸，運(yùn)動(dòng)部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全，至于各部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不必畫出，留在具體設(shè)計(jì)部件時(shí)完成。 c.為便于開展部件設(shè)計(jì),聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標(biāo)注通用部件的規(guī)格代號(hào)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)，功率及轉(zhuǎn)速，并注明機(jī)床部件的分組情況及總行程。 確定機(jī)床的裝料高度H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離?？紤]剛度，結(jié)構(gòu)要功能和使用要求等因素，新頒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裝料高度為1060mm，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO一致。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)常在850~1060之間選取。 由于銑削工作臺(tái)高度為700mm，夾具體高度為220mm，支承板高度為47.5mm，則裝料高度為 H=700mm+220mm+47.5mm=967.5mm。 確定側(cè)床身 側(cè)床身為XS10B型號(hào)，其高度H=950mm，寬度B=470mm，長(zhǎng)度L=930mm。 圖 5-3 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖 4.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計(jì)算出機(jī)床生產(chǎn)率度編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡是按一定格式要求編制的，反映零件在機(jī)床上的加工過程，工作時(shí)間,機(jī)床生產(chǎn)率，機(jī)床負(fù)荷率的簡(jiǎn)明表格。它是用戶驗(yàn)收機(jī)床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。 a.理想生產(chǎn)率Q 理想生產(chǎn)率Q（單件為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)tk有關(guān)，一般情況下，單班制取2350h,兩班制取4600h,則 Q= （5-1） 有已知條件知，A=65000件，tk=4600h 則 由式（5-1）得 Q==14.13（件） b.實(shí)際生產(chǎn)率Q1 實(shí)際生產(chǎn)率（單位為件/h）是指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。則 Q1 = （5-2） 式中，T單—生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min），可按下式計(jì)算： T單=t切+t輔=(++t停)+（+ t移+t裝卸）（5-3） 式中 L1﹑L2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進(jìn)給長(zhǎng)度，單位為mm； vf1﹑vf2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進(jìn)給量，單位為mm/min； t停—當(dāng)加工沉孔﹑止口﹑锪窩﹑倒角﹑光整表面時(shí)，滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5~10轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，單位為min； L快進(jìn)﹑L快退—分別為動(dòng)力部件快進(jìn)，快退行程長(zhǎng)度，單位為mm； vfk—?jiǎng)恿Σ考煨谐趟俣?。用機(jī)械動(dòng)力部件時(shí)取5~6m/min；用液壓動(dòng)力部件時(shí)取3~10m/min； t移—直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般取0。1min； t裝卸—工件裝﹑卸（包括定位或撤消定位﹑夾緊或松開﹑清理基面或切屑及吊運(yùn)工件等）時(shí)間。它取決于裝卸自動(dòng)化程度﹑工件重量大小﹑裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5~1.5min。 由已知條件知， L1=320mm+250mm=570mm； vf1=320mm/min； t停=0； L快進(jìn)=300mm； t移=0.1min； L快退=320mm+822mm=1122mm； vfk=9.2m/min=9200mm/min； t移=0.1min； t裝卸=1.5min。 所以，由式（5-3）得， T單=++0.1+1.5=3.53（min） 則，由式（5-2）得， Q1===17（件/h） 由于Q1>Q，即機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率滿足理想生產(chǎn)率，則所選擇的切削用量符合機(jī)床設(shè)計(jì)。 c.機(jī)床負(fù)荷率?負(fù) I當(dāng)Q1>Q，機(jī)床負(fù)荷率為二者之比。即 ?負(fù)===0.83 5 組合機(jī)床主軸設(shè)計(jì) 主軸組件是機(jī)床的執(zhí)行件，它的功用是支承和帶動(dòng)工件或者刀具的旋轉(zhuǎn)，完成表面的加工成形運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還起傳遞動(dòng)力加工和扭矩、承受一定的切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷的效果。由于主軸工件的工作性能直接對(duì)機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響，因此主軸是機(jī)床中的一個(gè)關(guān)鍵的組件。 主軸和一般傳動(dòng)軸的相同點(diǎn)有兩點(diǎn)，兩者都傳遞動(dòng)力加工性、承受并扭矩傳動(dòng)力，并且保證傳動(dòng)件和支承的正常的工件條件。 5.1主軸的基本要求 5.1.1 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。如圖所示： 主軸的旋轉(zhuǎn)誤差 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(rùn)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。 5.1.2 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，如圖所示， 主軸組件靜剛度 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。 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。 5.1.3 耐磨性 主軸組件耐磨性是指長(zhǎng)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)精度，包括錐孔、主軸端部定位面，與移動(dòng)式主軸套筒外圓表面、滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面等，都必須具有很好的的硬度，以保證其耐磨的性能。 為了提高主軸的耐磨性能，應(yīng)該正確地選用滑動(dòng)軸承的材料和主軸及熱處理的方法、潤(rùn)滑的種類，和調(diào)整軸承間的間隙，可靠密封和良好潤(rùn)滑。 5.1.4 主軸的其他要求 主軸組件除應(yīng)保證上述基本要求外，還應(yīng)滿足下列要求： （1）主軸的定位可靠。主軸在切削力和傳動(dòng)力的作用下，應(yīng)有可靠的徑向和軸向定位，使主軸在工作時(shí)受到的切削力和傳動(dòng)力通過軸承可靠地傳至箱體等基礎(chǔ)零件上。 （2）主軸前端結(jié)構(gòu)應(yīng)保證工件或刀具裝卡可靠，并有足夠的定位精度。 （3）結(jié)構(gòu)工藝好。在保證好用的基礎(chǔ)上，盡可能地做到好造、好裝、好拆及好修，并盡可能降低主軸組件的成本。 5.2 主軸組件的布局 主軸組件的設(shè)計(jì)，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)，考慮主軸組件的布局。 機(jī)床主軸有前、中、后三個(gè)支承兩種和前、后兩個(gè)支承，以前者較多見。兩支承主軸軸承配置的型式，包括主軸軸承的布置、組合以及選型，主要根據(jù)對(duì)所設(shè)計(jì)主軸組件在承載能力、剛度、轉(zhuǎn)速以及精度等方面要求，并考慮軸承的經(jīng)濟(jì)性、供應(yīng)等具體情況，加以確定。在選擇時(shí)，具體有以下要求：當(dāng)承載能力和適應(yīng)剛度的要求時(shí)； 主軸軸承選型應(yīng)滿足所要求的承載能力和剛度。徑向載荷比較大時(shí)，可選用滾子型號(hào)軸承；較小時(shí)，可選用球型軸承。雙列滾動(dòng)軸承的承載能力和徑向剛度，比單列大。同一支承中采用多個(gè)軸承的承載能力和支承剛度，比采用單個(gè)軸承大。一般來說，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。因?yàn)榍爸С袆偠葘?duì)主軸組件剛度的影響要比后支承的大。如圖所示為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承： 滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較 基本要求 滾動(dòng)軸承 滑 動(dòng) 軸 承 動(dòng)壓軸承 靜壓軸承 旋轉(zhuǎn)精度 精度一般或較差。可在無隙或預(yù)加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難 單油楔軸承一般，多油楔軸承較高 可以很高 剛 度 僅與軸承型號(hào)有關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載荷無關(guān)，預(yù)緊后可提高一些 隨轉(zhuǎn)速和載荷升高而增大 與節(jié)流形式有關(guān)，與載荷轉(zhuǎn)速無關(guān) 承載能力 一般為恒定值，高速時(shí)受材料疲勞強(qiáng)度限制 隨轉(zhuǎn)速增加而增加，高速時(shí)受溫升限制 與油腔相對(duì)壓差有關(guān)，不計(jì)動(dòng)壓效應(yīng)時(shí)與速度無關(guān) 抗振性能 不好，阻尼系數(shù)D=0.029 較好，阻尼系數(shù)D=0.055 很好，阻尼系數(shù)D=0.4 速度性能 高速受疲勞強(qiáng)度和離心力限制，低中速性能較好 中高速性能較好。低速時(shí)形不成油漠，無承載能力 適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速 摩擦功耗 一般較小，潤(rùn)滑調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較大f=0.002～0.008 較小 f=0.001～0.008 本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=0.0005～0.001 噪 聲 較大 無噪聲 本身無噪聲，泵有噪聲 壽 命 受疲勞強(qiáng)度限制 在不頻繁啟動(dòng)時(shí)，壽命較長(zhǎng) 本身壽命無限，但供油系統(tǒng)的壽命有限 5.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 主軸的結(jié)構(gòu)主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承和密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時(shí)還要考慮主軸加工和裝配的工藝性，一般在機(jī)床主軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把主軸設(shè)計(jì)成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。主軸是空心的或者是實(shí)心的，主要取決于機(jī)床的類型。此次設(shè)計(jì)的主軸，也設(shè)計(jì)成階梯形，同時(shí)，在滿足剛度要求的前提下，設(shè)計(jì)成空心軸，以便通過刀具拉桿。 5.4 主軸組件的計(jì)算 主軸組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：主軸的平均直徑D（初選時(shí)常用主軸前軸頸的直徑D來表示）；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸前端部的懸伸量a；以及主軸支承跨距L等。一般般步驟是：首先根據(jù)機(jī)床主電機(jī)功率或機(jī)床的主參數(shù)來選取D，在滿足主軸本身剛度的前提下，按照工藝要求來確定d，根據(jù)主軸前端部結(jié)構(gòu)形狀和前支承的結(jié)構(gòu)型式來確定a,最后根據(jù)D、a和主軸前支承的支承剛度來確定L。 主軸軸承的配置型式，對(duì)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定很有關(guān)系，故在設(shè)計(jì)過程中常需交叉進(jìn)行，最終以主軸組件剛度等性能來衡量其設(shè)計(jì)的合理性。 主軸直徑對(duì)主軸組件剛度的影響很大，直徑越大，主軸本身的變形和軸承變形引起的主軸前端位移越小，即主軸組件的剛度越高。 但主軸前端軸頸直徑D越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要達(dá)到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時(shí)，加大直徑還受到軸承所允許的極限轉(zhuǎn)速的限制，甚至為機(jī)床結(jié)構(gòu)所不允許。 通常，主軸前軸頸直徑D可根據(jù)傳遞功率，并參考現(xiàn)有同類機(jī)床的主軸軸頸尺寸確定。查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第157頁表5-12中，幾種常見的通用機(jī)床鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D，可供參考，如下表2-3所示： 已知主電機(jī)功率P=4KW，機(jī)床類型是銑床，查上表中對(duì)應(yīng)項(xiàng)， 機(jī)床 機(jī) 床 功 率 （千瓦） 1.47～2.5 2.6～3.6 3.7～5.5 5.6～7.3 7.4～11 11～14.7 車床 60～80 70～90 70～105 95～130 110～145 140～165 銑床 50～90 60～90 60～95 75～100 90～105 100～115 外圓磨床 — 50～90 55～70 70～80 75～90 75～100 初取D=80。 主軸后軸頸直徑D和前軸頸直徑D的關(guān)系，可根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式來定： D=（0.7～0.85）D 因此，有 D=（0.7～0.85）D=（0.7～0.85）×80=56～68，取D=65。 表2-3 主軸前軸頸直徑D的選擇 5.3 主軸結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)上的分析計(jì)算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖所示： 主軸結(jié)構(gòu)圖 6 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì) 6.1主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù) 主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖,是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來的,其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件 在編輯此圖時(shí)從三圖一卡中一已之 1） 主軸箱輪廓尺寸500500mm。 2） 工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。 3） 工件與主軸箱位置尺寸。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。 6.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定 6．2．1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配 本機(jī)床主軸箱采用三級(jí)傳動(dòng)： 傳動(dòng)比為3.765 根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對(duì)齒輪齒輪數(shù)及傳動(dòng)比： 第一對(duì)：=22 =32 其傳動(dòng)比 ：i=1.45 第二對(duì)： =26 =38 其傳動(dòng)比 ：i=1.46 第三對(duì)： =32 =57 其傳動(dòng)比 ：i=1.78 按任務(wù)書的要求，本機(jī)床要同時(shí)粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達(dá)到的各級(jí)參數(shù)都完全相同，故設(shè)計(jì)成相互對(duì)稱的傳動(dòng)系統(tǒng)。 6．2．2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù) （1） 推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 1． 各軸的轉(zhuǎn)速： 2． 各軸輸入功率分別為齒輪傳動(dòng)效率 3． 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 6．2．3 齒輪模數(shù)的估算及其叫校核 （1） 估算 齒輪彎曲疲勞的估算 齒面點(diǎn)蝕的估算 其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A為齒輪的中心距，由中心距A 及齒數(shù)Z1、Z2求其摸數(shù) 根據(jù)估算所得和中較大的值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)摸數(shù)對(duì)于第一對(duì)齒輪： 第二對(duì)齒輪： mm =2.76mm 取摸數(shù)m為3 第二對(duì)齒輪： =2.4mm mm 取摸數(shù)m為3 第三對(duì)齒輪： 取摸數(shù)m 為3 （2） 齒輪模數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核 1．選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù) 1） 按照所示的傳動(dòng)方案選用直齒圓拄齒輪傳動(dòng) 2） 組合機(jī)床為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度 3） 材料選擇：選用小齒輪材料40，硬度為280HBS，大齒輪材料為45號(hào)鋼硬度為240HBS，二者材料硬度為40HBS 4） 選小齒輪齒數(shù)Z1=22 大齒輪齒數(shù)Z2=32 2． 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式機(jī)械設(shè)計(jì)第七版進(jìn)行試算，所涉及的公式到《機(jī)械設(shè)計(jì)》的第七版得。 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1） 試選擇載荷系數(shù) 2 ）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3 ）由表中可得選取齒寬系數(shù)為1 4）由表中可查材料彈性系數(shù) 5）由圖可知 按齒輪面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7）由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 8）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取失效概率為1% 安全系數(shù)S=1 則有： [ [ （3） 計(jì)算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的 dt1=58.26mm 由于大于等于58.286毫米，故取為66毫米。 （2） 計(jì)算摸數(shù) （4） 按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： 1． 由圖則有小齒輪的彎曲強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2． 由表上則有彎曲的疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 3． 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由書中的公式有： 4． 計(jì)算載荷系數(shù)K K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 5． 查取齒形系數(shù) 6． 查取應(yīng)力系數(shù) 7． 計(jì)算大，小齒輪的并加以比較： 大齒輪的計(jì)算值大。 （2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，取，則有： 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞又滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 此時(shí)關(guān)于幾何計(jì)算 1 計(jì)算分度圓的直徑： 2 計(jì)算中心距： 3 計(jì)算齒輪寬度：通過查閱《組合機(jī)床手冊(cè)》得 （3） 第二對(duì)齒輪的計(jì)算，經(jīng)