板材坡口機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),板材,坡口機(jī),總體,整體,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 編號(hào)： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題 目： 板材坡口機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 楊素杰 學(xué) 號(hào)： 0953100117 指導(dǎo)教師單位： 桂林電子科技大學(xué) 姓 名： 桂慧 職 稱： 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 ¨工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā) ¨應(yīng)用研究 2013年 6 月 15 日 43 摘 要 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求,本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)針對(duì)坡口機(jī)機(jī)床的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。要內(nèi)容包括坡口機(jī)機(jī)床工藝方案的制定、坡口機(jī)機(jī)床配置型式的選擇、機(jī)床總體設(shè)計(jì)以及軸箱設(shè)計(jì)。 全文要包括坡口機(jī)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和主軸箱設(shè)計(jì)兩部分。機(jī)床總體設(shè)計(jì)要是在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上繪出軸箱原始依據(jù)圖，重點(diǎn)分析傳動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。此外，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證加工質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：坡口機(jī)；坡口機(jī)機(jī)床；主軸箱，傳動(dòng)系統(tǒng) Abstract According to the design requirements of the task, the design of the machine tool groove machine the design specification is described. Content includes the aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, machine tool system design as well as the box design. The overall design and spindle box comprises a machine tool groove machine design two parts. The overall design of machine tools in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme. In this case primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality. Keywords:beveling machine; machine, beveling machine; spindle box, transmission system 目 錄 摘 要 II Abstract 1 1 緒論 1 1.1 課題研究意義 1 1.2坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備應(yīng)用 1 1.3 坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備 2 1.3.1多軸頭 2 1.3.2 主軸箱 2 1.3.3 自動(dòng)更換軸箱機(jī)床 3 1.4 坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備趨勢(shì) 4 1.5 坡口機(jī)機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4 1.5.1 坡口機(jī)機(jī)床的概述 4 1.5.2 坡口機(jī)機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 5 2 坡口機(jī)機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 8 2.1 坡口機(jī)機(jī)床方案的制定 8 2.1.1制定工藝方案 8 2.1.2確定坡口機(jī)機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 8 2.2 確定切削用量及選擇刀具 9 2.2.1確定工序間余量 9 2.2.2選擇切削用量 9 2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 10 3 坡口機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 12 3 主軸箱的設(shè)計(jì) 17 3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 3.1.1 參數(shù)的擬定： 17 3.1.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 17 3.1.3、轉(zhuǎn)速圖擬定 19 3.1.4、齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 22 3.2 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算 25 3.2.1、傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 25 3.2.2、齒輪模數(shù)的估算與驗(yàn)算 28 第4章 插削機(jī)構(gòu)部分設(shè)計(jì) 33 4.1 對(duì)主軸部件的基本要求 33 結(jié) 論 41 致 謝 42 參考文獻(xiàn) 43 1 緒論 1.1 課題研究意義 市場(chǎng)的開(kāi)放性和全球化使產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。而決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會(huì)更多的追求較低的價(jià)格和較短的交貨周期。美國(guó)制造業(yè)在20世紀(jì)50至40年代要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素，而在70年代競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場(chǎng)響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過(guò)提高自身的科技含量，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。 制造業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國(guó)家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國(guó)是世界上產(chǎn)量最多的國(guó)家.根據(jù)德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)(VD W )2000年統(tǒng)計(jì)資料，在要的生產(chǎn)國(guó)家中，中國(guó)排名為世界第五位。但是在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平:即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì):一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類(lèi)產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)滯銷(xiāo)積壓，國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。 1.2坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備應(yīng)用 據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車(chē)間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過(guò)全部工作時(shí)間的15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測(cè)量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購(gòu)置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備是一種通過(guò)少量投資來(lái)提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個(gè)ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單坡口機(jī)與锪沉頭孔就要842.5小時(shí)，另外還要?jiǎng)澗€工時(shí)151.1小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時(shí)，劃線也簡(jiǎn)單，只要1.9小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對(duì)準(zhǔn)加工位置，結(jié)合坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來(lái)不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個(gè)坡口機(jī)操作中，有40%可以在自動(dòng)更換軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時(shí)間。1975年法國(guó)巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備的使用愈來(lái)愈多這一趨勢(shì)。 1.3 坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備 坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工倒角。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡(jiǎn)化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸坡口機(jī)機(jī)床心及自動(dòng)更換軸箱機(jī)床。甚至可以通過(guò)二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的軸或主軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)介。 1.3.1多軸頭 從傳動(dòng)方式來(lái)說(shuō)要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動(dòng)，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它要裝在有萬(wàn)向.二種。（1）萬(wàn)向軸式也有二種:具有對(duì)準(zhǔn)裝置的軸。軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動(dòng)，并能在對(duì)準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形軸套。軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備方法，由于坡口機(jī)效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。 1.3.2 主軸箱 也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國(guó)Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、主軸箱等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式主軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達(dá)60根，動(dòng)力達(dá)22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)主軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動(dòng)到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通主軸箱更小的孔距。 根據(jù)成組加工原理使用主軸箱或多軸頭的坡口機(jī)機(jī)床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡(jiǎn)單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時(shí)不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時(shí)間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。 1.3.3 自動(dòng)更換軸箱機(jī)床 為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動(dòng)更換軸箱坡口機(jī)機(jī)床。 (1) 自動(dòng)更換軸機(jī)床 自動(dòng)更換軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式軸箱庫(kù)，掛有多個(gè)不可調(diào)軸箱。縱橫配線盤(pán)予先編好工作程序，使相應(yīng)的軸箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動(dòng)力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到軸箱下面，向上移動(dòng)進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)，只要調(diào)換懸掛的軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。 (2)多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床 轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動(dòng)轉(zhuǎn)位，并對(duì)夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。通過(guò)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個(gè)面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過(guò)大，故它的工位數(shù)一般不超過(guò)4—6個(gè)。且軸箱也不宜過(guò)大。當(dāng)加工對(duì)象的工序較多、尺寸較大時(shí)，就不如自動(dòng)更換軸箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 (3)自動(dòng)更換軸箱坡口機(jī)機(jī)床 它由自動(dòng)線或坡口機(jī)機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)主軸箱與動(dòng)力箱按置在水平底座上，軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給動(dòng)作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換軸箱時(shí)間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以便加工工件的各個(gè)面。好果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動(dòng)化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。 (4) 數(shù)控八軸落地鉆床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá)15000個(gè)，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動(dòng)定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時(shí)間，以8軸數(shù)控落地加工。 1.4 坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備趨勢(shì) 坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，坡口機(jī)專(zhuān)用設(shè)備的范圍一定會(huì)愈來(lái)愈廣，加工效率也會(huì)不斷提高。 1.5 坡口機(jī)機(jī)床總體設(shè)計(jì) 1.5.1 坡口機(jī)機(jī)床的概述 坡口機(jī)機(jī)床是以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專(zhuān)用部件對(duì)一種或多種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行切削加工的機(jī)床。兼有萬(wàn)能機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。通用零部件通常占整個(gè)機(jī)床零部件的70％～90％，只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專(zhuān)用部件就可以部分或全部進(jìn)行改裝，從而組成適應(yīng)新的加工要求的設(shè)備。由于在坡口機(jī)機(jī)床上可以同時(shí)從幾上方向采用多把刀具對(duì)一個(gè)或數(shù)個(gè)工件進(jìn)行加工，所以可減少物料的搬運(yùn)和占地面積，實(shí)現(xiàn)工序集中，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率和降低成本。將多臺(tái)坡口機(jī)機(jī)床聯(lián)在一起，就成為自動(dòng)生產(chǎn)線。坡口機(jī)機(jī)床廣泛應(yīng)用于需大批量生產(chǎn)的零部件，如汽車(chē)等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產(chǎn)中也可應(yīng)用成組技術(shù)將結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在坡口機(jī)機(jī)床上進(jìn)行加工。 坡口機(jī)機(jī)床一般可完成的工藝范圍有：銑平面、刮平面、車(chē)端面、車(chē)錐面、坡口機(jī)、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、倒角、切槽、以及加工螺紋、滾壓、拉削、磨削、拋光工序。 坡口機(jī)機(jī)床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，坡口機(jī)機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。 坡口機(jī)機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)坡口機(jī)、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的坡口機(jī)機(jī)床采用車(chē)削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件(如飛輪、汽車(chē)后橋半軸等)的外圓和端面加工。 坡口機(jī)機(jī)床的通用部件按功能分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件5類(lèi)。動(dòng)力部件為機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要有動(dòng)力箱（將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸箱）、切削頭（裝在各個(gè)主軸上，用于各單一工序的加工）、動(dòng)力滑臺(tái)（用于安裝動(dòng)力箱或切削頭，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）；支承部件用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等；輸運(yùn)部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等；控制部件用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等；輔助部件包括潤(rùn)滑、冷卻和排屑裝置等。根據(jù)配置型式，坡口機(jī)機(jī)床可分為單工位和多工位兩大類(lèi)。其中單工位坡口機(jī)機(jī)床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面4種，通常只能對(duì)各個(gè)加工部位同時(shí)進(jìn)行一次加工；多工位坡口機(jī)機(jī)床則有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、往復(fù)工作臺(tái)式、中長(zhǎng)立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式4種，能對(duì)加工部位進(jìn)行多次加工。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類(lèi)。 1.5.2 坡口機(jī)機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 最早的坡口機(jī)機(jī)床于1911年在美國(guó)制成，用于加工汽車(chē)零件。1953年，美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了坡口機(jī)機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則。1973年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）公布了第一批坡口機(jī)機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)。1975年，中國(guó)第一機(jī)械工業(yè)部頒布了中國(guó)的第一批坡口機(jī)機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)。坡口機(jī)機(jī)床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： a、坡口機(jī)機(jī)床品種的發(fā)展重點(diǎn)。在坡口機(jī)機(jī)床這類(lèi)專(zhuān)用機(jī)床中，回轉(zhuǎn)式多工位坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線占有很重要的地位。因?yàn)檫@兩類(lèi)機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工位上，并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工，此外，還可以通過(guò)轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上)或通過(guò)轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動(dòng)線上)實(shí)現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，被汽車(chē)、摩托車(chē)和壓縮機(jī)等工業(yè)部門(mén)所采用。 b、自動(dòng)線節(jié)拍時(shí)間進(jìn)一步縮短。目前，以大批量生產(chǎn)為特征的轎車(chē)和輕型載貨車(chē)，其發(fā)動(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量通常為60萬(wàn)臺(tái)左右，實(shí)現(xiàn)這樣大的批量生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)式多工位坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線在三班運(yùn)行的情況下，其節(jié)拍時(shí)間一般為20～30秒，當(dāng)零件生產(chǎn)批量更大時(shí)，機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間還要更短些。自動(dòng)線的短節(jié)拍，主要是通過(guò)縮短基本時(shí)間和輔助時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？s短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過(guò)提高切削速度和進(jìn)給速度來(lái)縮短基本時(shí)間?？s短輔助時(shí)間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件所花的時(shí)間。為縮短這部分空行程時(shí)間，普遍采用提高工件(工件直接輸送)或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動(dòng)速度。目前，隨行夾具的輸送速度可達(dá)60m/min或更高些，加工模塊快速移動(dòng)速度達(dá)40m/min。 c、坡口機(jī)機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速。十多年來(lái)，作為坡口機(jī)機(jī)床重要用戶的汽車(chē)工業(yè)，為迎合人們個(gè)性化需求，汽車(chē)變型品種日益增多，以多品種展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)之一，這使坡口機(jī)機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線必須提高其柔性。坡口機(jī)機(jī)床的柔性化主要是通過(guò)采用數(shù)控技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。開(kāi)發(fā)柔性坡口機(jī)機(jī)床和柔性自動(dòng)線的重要前提是開(kāi)發(fā)數(shù)控加工模塊，而有著較長(zhǎng)發(fā)展歷史的加工中心技術(shù)為開(kāi)發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)。由數(shù)控加工模塊組成的柔性坡口機(jī)機(jī)床和柔性自動(dòng)線，可通過(guò)應(yīng)用和改變數(shù)控程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換多軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應(yīng)變型品種的加工。 坡口機(jī)機(jī)床自動(dòng)線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時(shí)間的日益縮短，充分顯示了CNC技術(shù)和刀具技術(shù)給坡口機(jī)機(jī)床自動(dòng)線帶來(lái)的巨大技術(shù)進(jìn)步，使柔性自動(dòng)線在多品種、大批量生產(chǎn)中成為重要的技術(shù)裝備。但在這里必須指出，在坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線實(shí)現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時(shí)，加工中心高速化發(fā)展異常迅速。加工中心與坡口機(jī)機(jī)床的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。 d、加工精度日益提高。特別自80年代中期以來(lái)，汽車(chē)制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力，不斷地加嚴(yán)其發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵件的制造公差，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量和分析方法，以及通過(guò)設(shè)備能力檢驗(yàn)來(lái)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。這無(wú)疑是對(duì)坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線提出了更高的要求。坡口機(jī)機(jī)床制造廠為了滿足用戶對(duì)工件加工精度的高要求，除了進(jìn)一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度，采用新的專(zhuān)用刀具，優(yōu)化切削工藝過(guò)程，采用刀具尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)和控制機(jī)床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄(HSK)和過(guò)程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(SPC)的應(yīng)用已成為自動(dòng)線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段。 e、綜合自動(dòng)化程度日益提高。近十年來(lái)，為進(jìn)一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過(guò)程中的中間儲(chǔ)存、搬運(yùn)以及縮短生產(chǎn)流程時(shí)間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測(cè)量、裝配和試漏等)集成到自動(dòng)線或自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)工件加工、表面處理、測(cè)量和裝配等工序的綜合自動(dòng)化。 f、其它技術(shù)的應(yīng)用動(dòng)向。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的坡口機(jī)機(jī)床行業(yè)中，下列技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。坡口機(jī)機(jī)床設(shè)計(jì)普及CAD技術(shù)在國(guó)外許多公司中，坡口機(jī)機(jī)床設(shè)計(jì)已普遍采用CAD工作站，在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見(jiàn)到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應(yīng)用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析(有限元方法)、坡口機(jī)機(jī)床及自動(dòng)線設(shè)計(jì)方案比較和選擇，以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用，從而顯著地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了設(shè)計(jì)周期。加之國(guó)外許多公司在坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達(dá)90%以上)，使坡口機(jī)機(jī)床和自動(dòng)線的交貨期進(jìn)一步縮短。 2 坡口機(jī)機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 2.1 坡口機(jī)機(jī)床方案的制定 工件是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，設(shè)計(jì)者必須明確工件的特點(diǎn)和加工要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺(tái)矩形型材端面坡口銑削機(jī)，用于矩形型材斷面軋制或是焊接成型的型材，與底板焊接或是兩型材對(duì)接時(shí)，焊接工藝要求斷面到坡口，工件材料為熱軋45號(hào)鋼，板材200200～400400，硬度為207～241HBS,生產(chǎn)批量為中小批量。加工部位的加工要求如下： (1) 被加工表面的粗糙度均為R10； (2) 銑削角度（5～20）×450 。 機(jī)床設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單實(shí)用，考慮到切削材質(zhì)單一，切削參數(shù)變化范圍十分有限， 因此銑削轉(zhuǎn)速不分檔，銑削高速鋼角銑刀[1]，刀齒材料為YG6，=450，d=80，B=22,D=27,Z=22。 2.1.1制定工藝方案 機(jī)床的工藝方法是多種多樣的，按工種可分為車(chē)、銑、刨、鉆、鏜、磨、研磨、電加工、振動(dòng)加工、激光加工等；每一種還可再分，如車(chē)削加工有車(chē)外圓、車(chē)端面、車(chē)槽、車(chē)球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分為粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分為單刀、多刀、單工件、多工件、單工位、多工位等；按作業(yè)形式可分平行作業(yè)、順序作業(yè)、平行-順序作業(yè)等。 工藝方法對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能的影響很大，工藝方法的改變常導(dǎo)致機(jī)床的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、布局、結(jié)構(gòu)、性能以及經(jīng)濟(jì)效果等方面的一系列變化。 加工斷面坡口的方法有很多，比如說(shuō)，銑削，刨削。對(duì)于對(duì)于矩形型材斷面，用刨床進(jìn)行刨削加工時(shí)，機(jī)床需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床和刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝夾在工件臺(tái)上快速，穩(wěn)固，但生產(chǎn)率低，加工精度也達(dá)不到工件要求；用角銑刀進(jìn)行銑削加工時(shí)，生產(chǎn)率不僅提高了，也能滿足工件所要求的加工精度，且裝夾快速，方便。與其它機(jī)床相比，矩形型材斷面銑削機(jī)具有生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)定，研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)、成本低、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低，配置靈活等特點(diǎn)，因此，當(dāng)生產(chǎn)量很大時(shí)，用矩形型材斷面銑削機(jī)進(jìn)行加工更合理[2]。 2.1.2確定坡口機(jī)機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 機(jī)床的總體布局指確定機(jī)床的組成部件之間的相對(duì)位置及相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 合理的總體布局的基本要求有： (1)保證工藝方法所要求的工件與刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系； (2)保證機(jī)床具有足夠的加工精度和相適應(yīng)的剛度和抗振性； (3)便于操縱、調(diào)整、維修，便于輸送、裝卸工件和排屑等； (4)節(jié)省材料，占地面積小，即經(jīng)濟(jì)效果好； (5)造型美觀。 考慮到工件較大，為簡(jiǎn)化進(jìn)給機(jī)構(gòu)，采用工件固定在裝夾臺(tái)上不動(dòng)，而讓刀具相對(duì)于工 件運(yùn)動(dòng)的加工模式。矩形型材安裝在工作臺(tái)上，銑刀動(dòng)力頭帶動(dòng)銑刀作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，上下運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，且動(dòng)力頭的主軸可以伸縮，這樣可以完成進(jìn)刀和退刀的要求?？紤]到節(jié)能問(wèn)題，在機(jī)床上安裝了鏈輪和重錘，使重錘平衡掉一部分動(dòng)力頭的重量和滑臺(tái)的重量，這樣使得進(jìn)給動(dòng)力變小，選擇較小的進(jìn)給電機(jī)即可，如臺(tái)灣永坤YK立式減速電機(jī)。此方案的有點(diǎn)是各部件均是針對(duì)矩形型材設(shè)計(jì)的，因此，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。 由于本設(shè)備的制造數(shù)量較少，設(shè)計(jì)本專(zhuān)用機(jī)床的出發(fā)點(diǎn)，主要考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證其適用性及安全性，除一些較大部件或遠(yuǎn)動(dòng)部件如支座，滑臺(tái)采用HT200，其余部件均就地取材。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1確定工序間余量 為使加工過(guò)程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的坡口機(jī)機(jī)床對(duì)孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ25mm的孔在坡口機(jī)時(shí)，直徑上工序間余量均為0.2mm。 2.2.2選擇切削用量 確定了在坡口機(jī)機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的坡口機(jī)機(jī)床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右．多軸軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一軸箱上的刀具軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1 式中： … ——各軸轉(zhuǎn)速（r/min） ——各軸進(jìn)給量（mm/r） ——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min） 由于被加工零件的銑削寬度為20mm,需進(jìn)行一次走刀，即：a=20mm。 根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第132～133頁(yè)，選擇銑削切削用量。 銑削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度值及其生產(chǎn)率有關(guān)系。當(dāng)銑削表面粗糙度數(shù)值要求較低時(shí)，銑削速度應(yīng)選高一些，每齒走刀量應(yīng)小些。若生產(chǎn)率要求不高，可以取很小的每齒走刀量，一次銑削4～5mm的余量達(dá)到R=1.6μm的表面粗糙度。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)所加工的零件要求，其表面粗糙度數(shù)值較低，加工材料為熱軋鋼，查《切削用量手冊(cè)》表4得： a=0.03～0.05mm/z,V=15～35m/min,取a=0.04mm/z。 2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 有工作條件等查《切削用量手冊(cè)》表22得： F= （2-1） 其中：CF,=45，xF=1.0，yf=0.72，nf=0.88，qf=0，f=0.86，為有關(guān)系數(shù)和指數(shù) KF為切削條件改變是，切削力的修正系數(shù) a—銑削寬度，a=20mm a—銑削深度，由于是一次銑削就能達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸，則銑削深度為工件加工余量，即a=20mm。 af—進(jìn)給量，a=0.04mm/z Z—齒數(shù)，取Z=22 則切削力大小為: F=5197.1N 取 F=5300N 根據(jù)《機(jī)械制造工藝金屬機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》第72頁(yè)，可得切削功率公式為： P===2.15KW2.2KW （2-2） 由常州市高翔組合機(jī)床制造有限公司提供的TX40銑削動(dòng)力頭功率為7.5Kw，主軸滑套軸向調(diào)整70mm，動(dòng)力頭燕尾導(dǎo)軌軸向位移100mm。使用兩個(gè)這樣的動(dòng)力頭在兩側(cè)面同時(shí)銑削坡口，而型材的規(guī)格為200200～400400，單邊軸向位移量最大為100mm，而常州市高翔組合機(jī)床制造有限公司提供的TX40銑削動(dòng)力頭即可滿足此要求。 查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第41頁(yè)，可知：進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率取決于進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械效率[9]， N= （2-3） 式中：N—進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率(KW) V—進(jìn)給速度(m/min) Q —進(jìn)給抗力(N)，Q=(0.3～0.5)F （2-4） η—進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械效率(一般取0.15～0.2) 粗略計(jì)算時(shí)，可根據(jù)進(jìn)給傳動(dòng)與主傳動(dòng)所需功率之比值來(lái)估算進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。 銑床的進(jìn)給功率P’=0.5P=0.5KW 采用臺(tái)灣永坤YK立式減速機(jī)，采取全封閉全壽命機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，硬齒面斜齒傳動(dòng)，低噪聲、高效率。整體結(jié)構(gòu)、重量輕，適應(yīng)性強(qiáng)，可附加電磁制動(dòng)器，輸出轉(zhuǎn)速：69～260r/min，輸出轉(zhuǎn)矩：高至1500Nm。電機(jī)功率：0.12～4Kw。安裝形式：安裝法蘭方式安裝，電機(jī)型號(hào)為CV 25-750-25-C。 3 坡口機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1.1絲杠選取和設(shè)計(jì) 根據(jù)本設(shè)計(jì)中對(duì)銑削速度及加工精度的要求，減速電機(jī)的輸出最高轉(zhuǎn)速n設(shè)為200 r/min。減速電機(jī)通過(guò)連軸器與絲杠直接連接，即i=1，動(dòng)力頭快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到v=1m/min。進(jìn)給速度為v=200mm/min,減速電機(jī)的輸出最高轉(zhuǎn)速為200 r/min，則絲杠的最高轉(zhuǎn)速也為200 r/min?；窘z杠導(dǎo)程 P= ==5(mm) （3-1） 絲杠中徑d2==30mm （3-2） Pp=7.5—13MPa低速潤(rùn)滑良好，材料為鋼， 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》[19]表5-13得： d=48mm,p=5mm,d2=D2=44.752mm,D4=42.587,d3=29,D1=42.587 螺目工作高度H=d2=(1.2～1.5)44.752=53～67mm圓整為60mm。 螺紋的工作高度h=0.5p=3mm 螺牙根部的寬度b=0.65p=3.9mm 絲杠所受的軸向力為Q=(0.3～0.5)F=1560取Q=1600N 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T=T1+T2+T3 （3-3） T2,T3—軸承摩擦力矩 T1—螺紋力矩 T1=F24.5N·M （3-4） T2+T3=0.5 N·M T=25 N·M,減速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為26 N·M，符合要求。 3.1.2絲杠的校核計(jì)算 由絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算可得：P=6mm， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表18-10得： 選擇滑動(dòng)螺旋副材料：螺桿螺母材料均為鋼，摩擦系數(shù)f=0.11～0.17(定期潤(rùn)滑)，8到10級(jí)精度，需用壓強(qiáng)[P]=7.5～13MPa，取10MPa 選擇30o梯形螺紋,整體螺母=1.2～1.5，取1.5 計(jì)算螺旋副壓強(qiáng)p= （3-5） 由公式可得：p==1.95MPa （3-7） p [p]螺旋副強(qiáng)度符合要求。 旋合圈數(shù)n=H/P=45/6=7.510～12 驗(yàn)算自鎖=arctan通常 （3-8） =3.30自鎖性好。 驗(yàn)算螺牙強(qiáng)度： 螺桿和螺母的材料相同，只需校核螺桿的螺牙強(qiáng)度。 螺桿剪切強(qiáng)度 （3-9） 螺桿彎曲強(qiáng)度 （3-10） 所以螺牙的強(qiáng)度符合要求。 螺桿的穩(wěn)定性校核：臨界載荷 先計(jì)算 （3-11） ——長(zhǎng)度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表17-7得 =0.6 ——螺桿最大工作長(zhǎng)度，1000mm ——螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑 mm ==29/4=7.25 （3-12） ==8285 所以=10927N （3-13） 穩(wěn)定條件是2.5～4 （3-14） =4.374所以螺桿的穩(wěn)定性良好。 螺桿的剛度校核： 軸向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的彈性變形 （3-15） =11.3 轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的彈性變形== （3-16） ==5.4 （3-17） 導(dǎo)程的總彈性變形量=+=16.7 （3-18） 每米螺紋距離上的彈性變形量/S=20.9/m 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表17-9得7級(jí)精度的=30 所以/S=30螺桿的剛度滿足要求。 綜上校核可得,絲杠符合要求。 3.2軸承的選取 根據(jù)載荷的方向選擇軸承的類(lèi)型，絲杠安裝在滾動(dòng)軸承上，由于軸承需要承受2500N的軸向力，受到較大的軸向載荷，選擇圓錐滾子軸承。根據(jù)絲杠的公稱直徑和安裝條件查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-7得：選取型號(hào)為圓錐滾子軸承30000型23系列和雙列圓錐滾子軸承20系列。對(duì)于實(shí)際工作的圓錐滾子軸承，為了保證它的可靠地工作，應(yīng)使它至少下半圈的滾動(dòng)體全部受載。因此，在安裝這類(lèi)軸承時(shí)，不能有較大的軸向竄動(dòng)量[10]。 3.3聯(lián)軸器的選取 由工作條件和受力情況，選擇GYH2型凸緣聯(lián)軸器[10]，凸緣聯(lián)軸器的材料是用灰鑄鐵或碳鋼，這種聯(lián)軸器需要兩軸的對(duì)中性要求很高，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故坡口銑削機(jī)所用的聯(lián)軸器選用凸緣聯(lián)軸器。由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表4-2灰鑄鐵的牌號(hào)和力學(xué)性能得，選取HT250，公稱轉(zhuǎn)矩63N·m,許用轉(zhuǎn)速10000r/min,軸孔直徑25mm，軸孔長(zhǎng)度62mm。如圖所示： 圖1 GHY2型聯(lián)軸器 3.4導(dǎo)軌的選取 銑床上的直線運(yùn)動(dòng)部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁等支承件上的導(dǎo)軌進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，導(dǎo)軌的作用概括地說(shuō)是對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起導(dǎo)向和支承作用，導(dǎo)軌的制造精度及精度保持性對(duì)機(jī)床加工精度有著重要的影響。 本設(shè)計(jì)中一是對(duì)精度的要求不高，二是要控制加工成本，綜上考慮，決定用矩形導(dǎo)軌，動(dòng)力頭上下運(yùn)動(dòng)完成了銑削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，為了使銑削表面具有較好的粗糙度選擇矩形導(dǎo)軌，而且動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)使導(dǎo)軌受到一定的顛覆力矩，由常州市斯德利精工機(jī)械有限公司提供的直線導(dǎo)軌滑塊系列中的BRH45BL型號(hào)的導(dǎo)軌，此導(dǎo)軌的基本負(fù)荷,動(dòng)額定載荷8330kgf，靜額定載荷14950kgf，容許靜力矩MX=267kgfm,MY=210kgfm,MZ=210kgfm.滑塊重量2.8kg滑軌重量12.3kg。 3.5 T型槽選取 圖2 T型槽尺寸 根據(jù)GB/T158-1996，A=18mm，B=32mm，C=12～14mm取C=14mm，H=30～36mm取H=36,P=32～100取P=100mm。EMAX=1.6mm,FMAX=1mm。 與此T型槽配套使用的螺栓是M16,SMAX=28mm,KMAX=10mm。 3 主軸箱的設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 參數(shù)的擬定： 選定公比，確定各級(jí)傳送機(jī)床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對(duì)速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運(yùn)動(dòng)部分Z=18級(jí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級(jí)轉(zhuǎn)速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）. 3.1.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 1，確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)傳動(dòng)副組成，各傳動(dòng)組分別有. .`````````個(gè)傳動(dòng)副，即Z=```````。傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：Z=x 因此，這里18=3x3x2，共需三個(gè)變速組。 2，傳動(dòng)組傳動(dòng)順序的安排 18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。 選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。I軸如果安置制動(dòng)的電磁離和器時(shí)，為減少軸向尺寸。第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)不能多，以2為宜，有時(shí)甚至用一個(gè)定比傳動(dòng)副；主軸對(duì)加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2 ，或一個(gè)定比傳動(dòng)副。 這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。 3，傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排 對(duì)于18=3x3x2的傳動(dòng)，有3！=6種可能安排，亦即有6種機(jī)構(gòu)副和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動(dòng)方案中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式18=xx的傳動(dòng)中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)，而，18=xx的傳動(dòng)順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結(jié)構(gòu)式。 4驗(yàn)算變速組的變速范圍 齒輪的最小傳動(dòng)1/4，最大傳動(dòng)比2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍=/ 因此，可按下表，確定傳動(dòng)方案： 根據(jù)傳動(dòng)比及指數(shù) x, 的值 公比 極限值傳動(dòng)比指數(shù) 1.26 x值: =1/=1/4 6 值: ==2 3 （x+）值：==8 9 因此，可選擇18=xx的傳動(dòng)方案。 5、最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇： 正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)式為： Z=* 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的變速范圍為： r== 按原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為： 2 3 1.26 Z=18 R=50 Z=12 R=12.7 因此，傳動(dòng)方案18=3*3*2符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖2.1： 圖1.1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 3.1.3、轉(zhuǎn)速圖擬定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)的型號(hào)，分配個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。 1，主電機(jī)的選擇 中型機(jī)床上，一般都采用交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，可在下列中選用，在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)注意： （1）電機(jī)的N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電機(jī)產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 （2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)P =60f/p=60x50/p ( r/min) 機(jī)床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過(guò)大或過(guò)小的降速傳動(dòng)。 2、分配最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖 （1）軸的轉(zhuǎn)速： 軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時(shí)，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高，軸轉(zhuǎn)速一般取700~1000r/min左右較合適。 因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機(jī)軸I到主傳動(dòng)系統(tǒng)前端軸增加一對(duì)26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，就可以將主軸18級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。 （2）中間軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些： d, m從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大： =1/(3.5+cn)KW 式中：C——系數(shù)，兩支承滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承C=8.5，三支承滾動(dòng)軸承C=10； ——所有中間軸軸徑的平均值； ——主軸前后軸徑的平均值 ——中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和 n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min） =20lg-K 式中：（——所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm; ——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm; q——傳到主軸上所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì)數(shù) ——主軸齒輪螺旋角 ,K——系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類(lèi)型及制造水平選取，我國(guó)中型車(chē)床，銑床=3.5，銑床K=50.5 從上述經(jīng)驗(yàn)公式可知，主軸n和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和 對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的修正。 a，對(duì)高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度v<8m/s(可用７級(jí)齒輪精度)，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 （3），齒輪傳動(dòng)比的限制 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比： a, 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比 2 ，過(guò)大，容易引起振動(dòng)的噪音。 b, 降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比 1/4。過(guò)小，則主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 （4）分配最小傳動(dòng)比 a,決定軸V-VI和VI-的傳動(dòng)比，根據(jù)臺(tái)式銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及對(duì)同類(lèi)車(chē)床的比較，為使傳動(dòng)平穩(wěn)取其傳動(dòng)比為1， b,決定各變速組的傳動(dòng)比； 由前面2軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析，及齒輪傳動(dòng)比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/ （5）擬定轉(zhuǎn)速圖： 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動(dòng)比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖，如下圖2.2所示： 圖1.2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3.1.4、齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 1，齒輪齒數(shù)的確定的要求： 可用計(jì)算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)便，根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和初步定出的傳動(dòng)副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)： 選擇是應(yīng)考慮： a,傳動(dòng)組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即： 推薦： 對(duì)軸齒輪=12，特殊情況下=11， 對(duì)套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14， 對(duì)套裝在滾動(dòng)軸承上的空套齒輪，=20； 當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時(shí)（壓力角a=20的直齒標(biāo)準(zhǔn)，=17），一般需對(duì)齒輪進(jìn)行正變位修正。 b,保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖2.3所示。 c、同一傳動(dòng)組的個(gè)齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和亦相等， 但由于傳動(dòng)比要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求， 機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過(guò)3~4個(gè)齒。 2，變速傳動(dòng)組中齒輪齒數(shù)的確定 為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個(gè)傳動(dòng)組間的傳動(dòng)比互相牽制，不能獨(dú)立地按照最緊湊的原則決定傳動(dòng)件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時(shí)嚙合會(huì)影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來(lái)確定齒輪的齒數(shù)。查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定個(gè)齒輪齒數(shù)如下： 軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定： 由于公比=1.26，傳動(dòng)比為=1/=，=1/=，=1/ 設(shè)：傳動(dòng)組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7.3-14 可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%） 齒數(shù)和為=55 公用齒輪選為=39 軸III-IV間變速組齒輪齒數(shù)的確定： 傳動(dòng)比為=1/ =1/ = 根據(jù)=，主動(dòng)輪齒數(shù)為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%） 齒數(shù)和為：=65 軸IV-V間變速組齒輪齒數(shù)的確定： 由于變數(shù)組齒輪傳動(dòng)比和各傳動(dòng)副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。 軸IV-V間的兩對(duì)齒輪，其傳動(dòng)比為=1/4, =2分別取＝４，＝３則 ／＝／＝3／4 ?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120 按傳動(dòng)比將齒數(shù)分配如下： =1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數(shù)確定，由于這兩個(gè)傳動(dòng)組只是改變傳動(dòng)方向，不起便速度作用，只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動(dòng)和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為29，ＶI-VII軸間齒輪齒數(shù)為67。 3、主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算： 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無(wú)太大影響，但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符，需要驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過(guò)即 % 主軸的各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min ==2% 而%=2.6%故符合條件 同理：經(jīng)驗(yàn)算，其他各級(jí)轉(zhuǎn)速也滿足要求。 4、傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)確定后，變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也基本確定了（如齒輪個(gè)數(shù)，軸數(shù)，支承軸，為使變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊，合理布置齒輪是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樗苯佑绊懽兯傧涞某叽纾兯俨僮鞯姆奖阈院徒Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可行性問(wèn)題，在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下： 電動(dòng)機(jī)I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸） 3.2 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算 3.2.1、傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求高，不允許有較大的變形因此，疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾，除載荷很大的情況下，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過(guò)大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。若剛度不足，軸上的零件如齒輪，軸承等將由于軸的變形過(guò)大而不能正常工作，或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，發(fā)熱，過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度?？梢韵扰まD(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫(huà)出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。 1，傳動(dòng)軸直徑的估算 傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑： d=91mm 式中：N——該傳動(dòng)軸的輸入功率 N= KW ——電機(jī)額定功率 ——從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積（不計(jì)該軸軸承上的效率）。 ——該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速； 計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車(chē)，銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為： （主）= ——每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）;可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。 對(duì)傳動(dòng)軸剛度要求 允許扭轉(zhuǎn)角 主軸 一般傳動(dòng)軸 較低的軸 （deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 估算時(shí)應(yīng)注意： （1）值為每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度往往不足1m，因此，在計(jì)算時(shí)應(yīng)按軸的實(shí)際長(zhǎng)度計(jì)算和修正，如軸為500mm，取=1deg/m則 d=91 mm （2）效率y對(duì)估算軸徑d影響不大，可以忽略 （3）如使用花鍵是可根據(jù)估算的軸徑 d選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的規(guī)格，主軸總軸徑可參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定； 1.5-2.8 2.8-4 4.5-7.5 5.5-7.5 7.5-11 車(chē)床 60-80 70-90 70-105 95-130 110-145 升降臺(tái)銑床 50-90 60-90 60-95 75-100 90-105 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： =95 r/min =118 m/min =300 r/min =750 r./min =1450 r/min 軸徑的估算： =91x=24.4 =91x=28.78 =91x=36.18 =91x =45.69 =91x=48.24 2、傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算 （1）軸的彎曲變形的條件和允許值 機(jī)床的主傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承出的撓度y和傾角。各類(lèi)軸的撓度y，裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值和，即 軸的彎曲變形的允許值： 軸的類(lèi)型