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立式銑床立銑頭設(shè)計(jì)
摘 要
隨著制造業(yè)的發(fā)展，高速度、高效率、高精度和高剛度已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的主要方向。為了滿足當(dāng)前機(jī)床市場的需要，銑床已經(jīng)成為了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，特別是在工業(yè)制造，加工過程中有著舉足輕重的地位。在各式各樣的機(jī)床中，立式銑床有著獨(dú)特的加工對象。主要是對大型的平面、溝槽等進(jìn)行銑削。在對銑床的研究中達(dá)到了一定的水平，從而銑床的主要配件立銑頭的研究在一定程度上也達(dá)到了空前的規(guī)模。通過以往的加工經(jīng)驗(yàn)可以對立銑頭的研究在一定程度上有所改進(jìn)，銑床主軸是靠齒輪進(jìn)行傳動(dòng)的。銑床銑頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方式有多種多樣，每種機(jī)床銑頭的形式都不盡相同。立銑頭的傳動(dòng)方式也是多種多樣，立銑頭主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、壽命長，傳動(dòng)比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力?，F(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展對銑削有了更加苛刻的要求，高精度、高速度、高效率、復(fù)合型、智能型等是今后發(fā)展的主要趨勢。
關(guān)鍵詞：銑床；齒輪傳動(dòng)；傳動(dòng)系統(tǒng)圖；立銑頭
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Vertical Milling Machine Legislation Xitou
Abstract
With the development of the manufacturing sector, high-speed, high efficiency, high precision and high rigidity of the current machine has become the main direction. In order to meet the needs of the market at present machine, milling machine has become today's machinery industry an important development trend, especially in the industrial manufacturing, processing is a pivotal position. In all kinds of machine tools, vertical milling machine has the unique objects. The main is milling , such as the plane and groove act. Milling spindles is on the gear transmission. Milling head turns way each are not identical , The main axis milling machine is relying on the power transmission gear. Spindle drive system using gear transmission, transmission using centralized form of transmission, multi-spindle transmission system of sliding gear transmission. Gear transmission with high efficiency, compact, reliable, long life and accurate transmission than the advantages of modern machinery is gearing the application of the most extensive transmission mechanism for the transfer of space or any multi-axis between the two axes of movement and Momentum.
Key Words : Milling machine ; gear transmission ; vertical milling head ; Transmission systems
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1課題研究的目的及意義 1
1.2國內(nèi)外機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3機(jī)床的發(fā)展趨勢 3
1.4 目前銑床方面存在的一些問題 4
1.5立式升降臺銑床其主要組成部分 5
1.5.1 銑頭 5
1.5.2 主軸 5
1.5.3 工作臺 5
1.5.4 床鞍 5
1.5.5 升降臺 6
1.6 立銑頭結(jié)構(gòu) 6
2 總體設(shè)計(jì) 7
2.1 立銑頭的功能分析 7
2.2 方案的提出 7
2.3詳細(xì)的設(shè)計(jì) 10
2.3.1分析擬定傳動(dòng)方案 10
2.3.2選擇電動(dòng)機(jī) 11
2.4進(jìn)給轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì) 12
2.4.1設(shè)計(jì)步驟 12
2.4.2確定極限轉(zhuǎn)速 13
2.4.3確定公比 13
2.4.4求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 13
2.4.5繪制轉(zhuǎn)速圖 13
2.4.6應(yīng)該注意的問題 14
2.5銑削三要素與計(jì)算 14
2.5.1銑削三要素 14
2.5.2進(jìn)給量 14
2.5.3 背吃刀量和側(cè)吃刀量 14
2.5.4切削深度 14
2.5.5 切削層寬度 15
2.5.6切削層面積 15
2.6銑削用量的選擇 15
2.6.1銑削用量的選擇原則 15
2.6.2 銑削吃刀量的選擇 16
2．7 切削液 16
2.7.1 切削液的作用 16
2.7.2切削液的加注方法 17
2.8銑床加工誤差、故障分析及排除方法 17
2.9銑床及其刀具的介紹 18
2.9.1 銑床的介紹 18
2.9.2 銑刀的名稱與用途 21
3 主軸的設(shè)計(jì) 23
3.1 主軸的基本要求 23
3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 23
3.1.2 剛度 23
3.1.3 抗振性 24
3.2 主軸組件的布局 26
3.2.1適應(yīng)剛度和承載能力的要求 26
3.2.2 適應(yīng)精度的要求 27
3.2.3 適應(yīng)結(jié)構(gòu)要求 27
3.2.4 適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求 27
3.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 27
3.4 主軸的材料與熱處理 28
3.5 主軸的技術(shù)要求 29
3.5.1軸頸 29
3.5.2 內(nèi)錐孔 29
3.6 主軸結(jié)構(gòu)圖 29
3.7 主軸組件的潤滑和密封 29
3.7.1主軸組件的潤滑 29
3.7.2 主軸組件的密封 30
4 銑床附件及夾具 31
4.1銑床常用附件 31
4.1.1平口鉗 31
4.1.2回轉(zhuǎn)工作臺 31
4.1.3立銑頭 32
4.1.4萬能分度頭 32
4.2分度頭的結(jié)構(gòu) 32
4.2.1.主軸 33
4.2.2.本體 33
4.2.3支座 33
4.2.4端蓋 33
4.2.5分度盤 33
4.2.6蝸輪副間隙調(diào)整及蝸桿脫落機(jī)構(gòu) 33
4.2.7主軸鎖緊機(jī)構(gòu) 34
4.3分度頭的傳動(dòng)系統(tǒng) 34
4.3.1.分度頭的分度方法 34
5.傳動(dòng)件的選型及校核 38
5.1軸 38
5.1.1軸的擬定 38
5.1.2計(jì)算軸的功率、轉(zhuǎn)速及軸頸 38
5.1.3軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 40
5.2齒輪 42
5.2.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 42
5.2.2計(jì)算齒輪參數(shù) 42
5.2.3驗(yàn)算齒輪的彎曲強(qiáng)度 43
5.2.4計(jì)算主要幾何參數(shù) 43
5.2.5潤滑 43
5.3滾動(dòng)軸承 44
5.4鍵的驗(yàn)算 44
5.5軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 45
5.5.1傳動(dòng)軸校核計(jì)算 45
5.5.2主軸校核 46
6 結(jié)論 47
參考文獻(xiàn) 47
致 謝 48
主 要 符 號 表
銑刀直徑
銑刀每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)
電機(jī)功率
切削功率
空載功率
載荷附加功率
切削力的切向分力
效率
傳動(dòng)比
彎矩
轉(zhuǎn)矩
47
1 緒論
1 緒論
1.1課題研究的目的及意義
在我國的各個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門，科研單位和國防部門中，使用著大量各式各樣的機(jī)器，儀器和工具。這些機(jī)器，儀器和工具大部分是由一定形狀和尺寸的金屬零件所組成，生產(chǎn)這些零件并將它們裝配成機(jī)器，儀器和工具的工業(yè)，稱為機(jī)械制造工業(yè)。機(jī)械制造工業(yè)的任務(wù)，就是為國民經(jīng)濟(jì)各部門，科研單位和國防部門提供現(xiàn)代化的技術(shù)裝備。如果我們沒有強(qiáng)大而完整的現(xiàn)代化機(jī)械制造工業(yè)，就無法用現(xiàn)代化的裝備來武裝各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)部門，科研單位和國防部門，就不能獨(dú)立而迅速地發(fā)展我們國家的制造水平，這樣會(huì)被國外的先進(jìn)技術(shù)所替代，我們的國家就會(huì)落后，進(jìn)而陷入沒有自主產(chǎn)權(quán)的地步。銑床主要是利用刀具的旋轉(zhuǎn)將工件表面多余的部分一層一層的切削而除去，從而形成具有一定尺寸，形狀和精度的工件。在一般的生產(chǎn)體系中，銑床的加工范圍占整個(gè)機(jī)器生產(chǎn)的重要部分，一個(gè)高效而精確的銑頭是銑床切削毛坯必不可少的配置。銑床立銑頭可繞水平軸在垂直平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)調(diào)整，因而可銑削斜面；機(jī)床采用分度頭和圓形工作臺時(shí)，可銑削齒輪﹑鉸刀和鉆頭的螺旋面，以及凸輪和圓弧槽等；由于是多到斷續(xù)切削，因而銑床的切削效率高。它的這種高效率和特殊的加工方法使得我們不斷的研究和探索有關(guān)它的各種相關(guān)的配置及各式各樣的機(jī)床。
1.2國內(nèi)外機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個(gè)年頭。
數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專用機(jī)床，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10～20萬臺，產(chǎn)值上百億美元。 世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機(jī)床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動(dòng)，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機(jī)床行業(yè)從2000年至今已接受3個(gè)月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。
我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟(jì)由計(jì)劃性經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時(shí)期，那時(shí)生產(chǎn)能力降到50％，庫存超過4個(gè)月。從1995年“九五”以后國家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動(dòng)機(jī)床市場，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民
西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)和2001年4月北京國際機(jī)床展覽會(huì)上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：
（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，相互靠壓價(jià)促銷；
（2） 高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口；
（3） 配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口；
（4） 應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；
（5） 自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。
當(dāng)今世界工業(yè)國家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)能力和國防實(shí)力。目前我國是全世界機(jī)床擁有量最多的國家（近300萬臺），但我們的機(jī)床數(shù)控化率僅達(dá)到1.9％左右，這與西方工業(yè)國家一般能達(dá)到20％的差距太大。日本不到80萬臺的機(jī)床卻有近10倍于我國的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機(jī)床利用率、開動(dòng)率低，這是發(fā)展我國21世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問題。每年我們國產(chǎn)全功能數(shù)控機(jī)床3000～4000臺，日本1年產(chǎn)5萬多臺數(shù)控機(jī)床，每年我們花十幾億美元進(jìn)口7000～9000臺數(shù)控機(jī)床，即使這樣我國制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會(huì)也曾做過調(diào)研。當(dāng)時(shí)提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達(dá)8～10萬臺，需投入80～100億資金，但得到的經(jīng)濟(jì)效益將是投入的5～10倍以上。因此，這兩年來承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國公司加入?！笆濉眲倓傞_始，國防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入6.8億元，用于對1.2～1.8萬臺機(jī)床的數(shù)控化改造。
數(shù)控技術(shù)經(jīng)過50年的2個(gè)階段和6代的發(fā)展： 第1階段：硬件數(shù)控（NC） 第1代：1952年的電子管 第2代：1959年晶體管分離元件 第3代：1965年的小規(guī)模集成電路。第2階段：軟件數(shù)控（CNC） 第4代：1970年的小型計(jì)算機(jī) 第5代：1974年的微處理器 第6代：1990年基于個(gè)人PC機(jī)（PC－BASEO） 第6代的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要有：
(1) 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達(dá)到５萬小時(shí)以上；
(2) 基于PC平臺，技術(shù)進(jìn)步快，升級換代容易；
(3) 提供了開放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴(kuò)展到很寬的領(lǐng)域（如CAD、CAM、CAPP，連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、攝影機(jī)等）；
(4) 對數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來說，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡化了硬件。 目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，1年生產(chǎn)5萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40％左右，其次是德國的西門子公司約占15％以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲亞，法國的NUM，日本的三菱、安川。
國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數(shù)控、南京新方達(dá)、成都廣泰等，國產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，年產(chǎn)都還沒有超過300～400套。
近10年數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)發(fā)展，在以下幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。
(1) 高速化 由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由3000～4000r/min提高到8000～10000r/min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上快速移動(dòng)速度由過去的10～20m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同時(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)的加速度，其已由過去一般機(jī)床的0.5G（重力加速度）提高到1.5～2G，最高可達(dá)15G，直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。
(2) 高精度化 數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008mm左右，亞微米級機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右，納米級機(jī)床達(dá)到0.005～0.01μｍ，最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已有產(chǎn)品。 數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)出的圓弧都可以達(dá)到1um的圓度，插補(bǔ)前多程序段預(yù)讀，大大提高插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動(dòng)拐角處理等。
(3) 復(fù)合加工、新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn) 如5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動(dòng)加工各類異形零件。也派生出各新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)鉸鏈機(jī)床等。采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。
(4) 使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”。如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時(shí)大大提高效率。加工鋼件切削速度能達(dá)1000m/min，加工鋁件能達(dá)5000m/min。
(5) 數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動(dòng)率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計(jì)算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。
1.3機(jī)床的發(fā)展趨勢
制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，機(jī)械制造是制造業(yè)的核心?，F(xiàn)代的制造技術(shù)的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，它對國民生計(jì)起著越來與重要的作用。對于現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展趨勢，有一下幾點(diǎn)總結(jié)。
(1) 追求具有更高加工效率的機(jī)床。因?yàn)樘岣邫C(jī)床的效率就等于縮短零件的加工周期，縮短加工周期有兩條途徑，一條途徑是提高切削速度，即提高主軸轉(zhuǎn)速。目前車床和車削中心的主軸轉(zhuǎn)速都在8000r/min以上，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般都在15000～20000r/min，還有40000r/min和60000r/min的。同樣，送給速度也有大幅度提高，可達(dá)20m/min，甚至60m/min。隨著切削速度的增加，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性和動(dòng)態(tài)特性都有明顯提高，高速主軸和刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)也獲得相應(yīng)提高；另一條途徑是減少非加工時(shí)間。因?yàn)樵诹慵庸み^程中有大量的無用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，因此，復(fù)合機(jī)床的研發(fā)近期發(fā)展很快，其核心是在一臺機(jī)床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種操作工序。車床技術(shù)發(fā)展的主要趨勢是多功能機(jī)床，目前的多功能復(fù)合機(jī)床實(shí)際上就是一臺具有車削功能的加工中心。在磨削方面，目前的技術(shù)重點(diǎn)是開發(fā)基于PC的磨削控制系統(tǒng)，一臺磨床能進(jìn)行內(nèi)圓、外圓和臺階軸磨削，或給機(jī)床以不同的循環(huán)來加快生產(chǎn)進(jìn)程，既磨得快又能保證尺寸精度和表面粗糙度。?
(2) 追求更加安全可靠和符合環(huán)保要求的機(jī)床。由于機(jī)床的運(yùn)行速度的提高，操作者的安全和健康也被提到優(yōu)先考慮的位置。目前美國研制的高檔機(jī)床在可能傷害人的地方幾乎都加有安全警示裝置。干切削和微量潤滑劑切削方法因其可大大減少潤滑劑的揮發(fā)而得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且，幾乎整個(gè)機(jī)床都是被封閉起來的，有些機(jī)床甚至看不到切屑，這樣，即使有過量的油霧和煙霧也容易收集。同時(shí)，機(jī)床操作者在工作時(shí)的環(huán)境、位置會(huì)被考慮得非常舒適。此外，無污染的清潔加工技術(shù)也受到極大重視。?
(3) 機(jī)床配套部件產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。機(jī)床配套件發(fā)展很快，品種齊全。主要產(chǎn)品有滾珠絲杠副、精密軸承、各種轉(zhuǎn)臺、換刀裝置、各種氣動(dòng)、液壓裝置、直線導(dǎo)軌及主軸部件等等。這些配套件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有力地推動(dòng)了機(jī)床主機(jī)的發(fā)展，不但有助于提高機(jī)床的速度和性能，而且可以大大縮短主機(jī)的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。?
(4) 追求更加完善的控制系統(tǒng)。更高速的處理器和更精確的控制設(shè)備使機(jī)床的功能和性能完善而強(qiáng)大。技術(shù)密集已進(jìn)入超速發(fā)展階段，而集成的關(guān)鍵是開放式結(jié)構(gòu)。PCC技術(shù)的應(yīng)用，開始改變了機(jī)床的工作方式，把CNC推向了控制中心而不局限于機(jī)床控制器的范圍?？刂栖浖l(fā)展更快，一年甚至改進(jìn)幾次。CNC制造商已提供一些開放式結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)。目前機(jī)械制造廠里開放式結(jié)構(gòu)的CNC控制器占到10%～20%。
零件程序可以離線開發(fā)，然后傳送到生產(chǎn)車間的編程系統(tǒng)，在CNC控制器上運(yùn)行，操作者可以觀察、檢測刀具運(yùn)行情況和加工過程，還可以對加工過程進(jìn)行必要的修正。美國GEFANUC公司銷售的控制器中，有30%是開放式的，實(shí)現(xiàn)了真正的CAM/CNC集成，并趨于智能化控制，還可上網(wǎng)。虛擬制造和無紙化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，借助信息技術(shù)，此類軟件的應(yīng)用將以更快速度發(fā)展。?
(5) 追求更高的機(jī)床外觀質(zhì)量。目前，機(jī)床制造商更加注重機(jī)床造型的美觀和色調(diào)的協(xié)調(diào)柔和，機(jī)床精品更向工藝品方向發(fā)展。
1.4 目前銑床方面存在的一些問題
立式銑床立銑頭是立式銑床上一個(gè)不可或缺的附件，對銑床的工作有著舉足輕重的影響。例如對一些工件的表面的加工，使得我們要在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)工件，這樣對工件的夾緊及其定位產(chǎn)生了一定的影響。因此，從相對運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，我們可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床的銑頭來加工工件。這樣可以避免因工件定位而產(chǎn)生的誤差。因此，研究銑頭是個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對我國工業(yè)的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。如何在工件不動(dòng)的情況下能對工件上的斜面進(jìn)行加工，這個(gè)問題的解決是要對傳統(tǒng)的銑床的銑頭進(jìn)行改造，使得它在一定的范圍之內(nèi)能進(jìn)行加工零件，從而達(dá)到工件加工范圍的要求。使得工業(yè)生產(chǎn)效率的大幅度提高。解決了國內(nèi)機(jī)床界的一些問題。
圖1.1
圖1所示為立式升降臺銑床。立式升降臺銑床，它是銑床中應(yīng)用最多的一種。這類銑床與臥式升降臺銑床的主要區(qū)別，在于他的主軸是垂直安置的，可用各種端銑刀或立銑刀加工平面、斜面、溝槽、臺階、齒輪、凸輪以及封閉輪廓表面等。圖1為立式升降臺銑床中常見的一種。其工作臺3、床鞍4、及升降臺5的結(jié)構(gòu)與臥式升降臺銑床相同。立銑頭1可以根據(jù)加工要求在垂直平面內(nèi)調(diào)整角度，主軸2并可沿軸線方向進(jìn)行調(diào)整或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
綜上所述，升降臺式銑床的優(yōu)點(diǎn)是工藝范圍較廣泛，工作時(shí)切削加工的高低位置不變，有利于操作者的觀察加工情況，且機(jī)床的操縱手柄較集中，便于調(diào)整及操縱。其缺點(diǎn)是工作臺支承在成懸臂狀態(tài)的升降臺上，且層次多，因而剛性較差，不適合進(jìn)行重型切削及加工大型工件。
1.5立式升降臺銑床其主要組成部分
1.5.1 銑頭
立銑頭安裝于臥式銑床主軸端，由銑床主軸以傳動(dòng)比i=1驅(qū)動(dòng)立銑頭主軸回轉(zhuǎn)，使臥式銑床起立式銑床的功用，從而擴(kuò)大了臥式銑床的工藝范圍。立銑頭主軸在垂直平面內(nèi)最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±45°，其轉(zhuǎn)速與銑床主軸轉(zhuǎn)速相同。
1.5.2 主軸
它是一根空心的階梯軸，前端內(nèi)部有錐度為7：24的錐孔，用來安裝銑刀刀桿。
1.5.3 工作臺
它可沿轉(zhuǎn)臺上面的燕尾導(dǎo)軌移動(dòng)，帶動(dòng)安裝在工作臺上的工件縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
1.5.4 床鞍
它用來固定和支撐銑床上所有部件。其內(nèi)部安裝主軸、主軸變速箱、電器設(shè)備及潤滑油泵等部件。
1.5.5 升降臺
它可沿床身的垂直導(dǎo)軌移動(dòng)，以調(diào)解工作臺臺面到主軸之間的距離，或者作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在升降臺的內(nèi)部裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)。
1.6 立銑頭結(jié)構(gòu)
立式銑床在工業(yè)發(fā)展中有著非常重要的地位，特別是在銑削大型平面時(shí)，就顯現(xiàn)出這種機(jī)床的重要性。立銑頭主要由本體、主軸組件、主軸套筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸套筒鎖緊機(jī)構(gòu)、立銑頭回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成，其中最主要的是主軸組件。
（1）主軸安裝在主軸套筒中，前支持采用雙列圓柱滾子軸承，承受徑向力后支承采用一對角接觸球軸承，面對面安裝，承受徑向力和兩個(gè)方向餓軸向力，并使主軸軸向定位。
（2）主軸的軸向移動(dòng)
主軸套筒裝在立銑頭本體的大孔中，套筒能帶著主軸一起作軸向移動(dòng)，它由立銑頭旁邊的手輪操作，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，經(jīng)過一對圓錐齒輪，使絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過固定在套筒上的螺母及托架帶動(dòng)套筒軸向移動(dòng)。當(dāng)加工精度要求較高時(shí)，還可以在螺母托架上安裝千分表，以便觀察和檢查。
（3）主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)
帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪不是直接裝在主軸上，而是裝在套筒上，軸套通過一對角接觸球軸承支承在本體上。這樣，齒輪傳動(dòng)的徑向力就不作用在主軸上，而是通過軸套和軸承作用到本體上。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也便于主軸上下移動(dòng)。
（4）主軸套筒的夾緊
主軸工作時(shí)，應(yīng)把套筒夾緊，以免軸向竄動(dòng)和減少振動(dòng)。主軸套筒使利用差動(dòng)螺紋機(jī)構(gòu)夾緊
（5）潤滑與密封
由于是立式主軸，且隨套筒軸向移動(dòng)，如用油潤滑，很難解決漏油問題，故前后軸承均采用鋰基潤滑脂，每六個(gè)月壓注一次。
主軸下端采用迷宮式非接觸密封。密封盤固定在主軸上，而密封蓋固定在主軸套筒上，兩件之間形成一條窄長而曲折的間隙，其間隙很小，且充填有潤滑脂。這樣，既能阻擋油脂漏出，又能防止外界的灰塵和冷卻液等進(jìn)入。
主軸兩個(gè)后軸承用密封套密封，主要防止上端的潤滑油進(jìn)入，使油脂稀釋。
2 總體設(shè)計(jì)
2 總體設(shè)計(jì)
2.1 立銑頭的功能分析
立式銑床通常用于切削平面和溝槽；銑床立銑頭可繞水平軸在垂直平面內(nèi)作90°回轉(zhuǎn)調(diào)整，因而可切削斜面；若機(jī)床上采用分度頭或圓形工作臺，可又切削齒輪、鉸刀和鉆頭的螺旋面，以及凸輪和圓弧槽等，在特殊的情況下還可換上鉆頭當(dāng)作鉆床使用。因而大大的提高了機(jī)床的通用性，對資源的節(jié)約有著至關(guān)重要的作用。
2.2 方案的提出
立式銑床與臥式銑床的主要區(qū)別是主軸是豎直安裝的，也就是用立銑頭代替臥式銑床的水平主軸、懸梁、刀桿及其支撐部分。立銑頭的作用是關(guān)系到機(jī)床本身性能的重要環(huán)節(jié)。由于整個(gè)切削環(huán)節(jié)在于立銑頭，所以產(chǎn)生切削力也是靠整個(gè)立銑頭，電機(jī)帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，銑刀同時(shí)也跟著運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到切削工件的目的。
研究方案：
方案一：如圖下圖2.1所示，是銑床傳動(dòng)系統(tǒng)的總體布局。傳動(dòng)系統(tǒng)通過齒輪來進(jìn)行傳遞，中間環(huán)節(jié)有兩個(gè)傘齒輪進(jìn)行傳遞，它不僅可以傳遞力而且還可以對機(jī)床立銑頭進(jìn)行定位控制。
圖2.1
西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
又如下圖2.2所示：是對立銑頭進(jìn)行的簡單剖析。軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)它的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且中間有軸承來配合軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸的前端是向心短圓柱滾子軸承，承受徑向載荷，后支撐采用一對向心推力球軸承，承受徑向和軸向載荷，使主軸軸向定位。
西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
圖2.2
齒輪傳遞的運(yùn)動(dòng)由齒輪經(jīng)雙鍵，套筒等帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)主軸部件裝在長套筒中，可以跳動(dòng)手輪使絲杠帶動(dòng)套筒作軸向調(diào)整，調(diào)整主軸。整個(gè)主軸的潤滑是一個(gè)密封裝置的潤滑系統(tǒng)。
方案二：在這個(gè)系統(tǒng)中是將主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)傘齒輪放在傳動(dòng)軸軸的頂端， 如下圖2.3所示：
圖2.3
在這個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳動(dòng)件的放置方式導(dǎo)致了傳動(dòng)鏈尺寸的增大，加大了傳動(dòng)誤差，使工件的制造尺寸的不能準(zhǔn)確的保證。同時(shí)也使立銑頭的總體尺寸加大，違反了機(jī)床設(shè)計(jì)原則。
方案三：此方案的傳動(dòng)采用帶傳動(dòng)，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高，速度高，結(jié)構(gòu)簡單，并且?guī)Я慵字圃欤Q性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，這種傳動(dòng)存在很大方面的缺陷，一
圖2.4
個(gè)很重要的方面就是在一定的范圍內(nèi)，它不能實(shí)現(xiàn)90°的旋轉(zhuǎn)不能加工斜面等一些特殊要求的表面。另外，帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是很明顯的在傳動(dòng)件的功過過程中，如果遇到很大的沖擊，因它傳動(dòng)的速度很高，因此不能立即降下來滿足不了對工件起到保護(hù)作用。又因它滿足不了傳遞高扭矩，在切削工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。綜上所述，方案三不是最優(yōu)方案。
對上面提出的三個(gè)方案綜合分析比較，既要實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高扭矩，又要機(jī)床美觀實(shí)用，并且尺寸小，易維修等。參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊綜合比對，方案一較合理。原因是由于切削工件時(shí)產(chǎn)生的切削力非常的大。因此采用齒輪傳遞切削力是一種有效的措施。其次，方案一各個(gè)零件之間的位置配置合理，各個(gè)零件的位置是傳遞切削力重要的環(huán)節(jié)，如果能夠按照相應(yīng)的依據(jù)取合理配置各個(gè)零件之間的位置，從而可使機(jī)床能夠高速、高精度切削工件。另外，機(jī)床的動(dòng)力源是靠電機(jī)帶動(dòng)，之間要經(jīng)過齒輪減速環(huán)節(jié)，并且還要配離合器，以便在緊急關(guān)頭是齒輪空轉(zhuǎn)，從而達(dá)到對減速裝置或者是傳動(dòng)裝置的保護(hù)作用。
2.3詳細(xì)的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)包括分析擬定傳動(dòng)方案，選擇電動(dòng)機(jī)型號，合理分配傳動(dòng)比及計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)等內(nèi)容。它為各級傳動(dòng)件設(shè)計(jì)和裝配圖繪制提供依據(jù)。
2.3.1分析擬定傳動(dòng)方案
機(jī)器常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置及工作部分組成。合理的傳動(dòng)方案不僅滿足工作部分的要求，而且還要工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、加工簡單、成本低、傳動(dòng)效率高以及使用和維護(hù)方便。 因此， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先保證重點(diǎn)，并統(tǒng)籌兼顧其他條件。
分析和選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型及組合，合理布置傳動(dòng)順序，是擬定傳動(dòng)方案的重要一環(huán)，通?？紤]以下幾點(diǎn)：
（1） 帶傳動(dòng) 由于其承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)， 結(jié)構(gòu)尺寸較其它傳動(dòng)形式較大，但傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振緩沖，因此用于傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級。
（2） 鏈傳動(dòng) 運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，且有沖擊，以布置在傳動(dòng)的低速級。
（3） 蝸桿傳動(dòng) 傳動(dòng)比較大，承載能力較齒輪傳動(dòng)低，故一般放在高速級，獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸和較高的齒面相對滑動(dòng)速度，以便于形成液體動(dòng)壓潤滑膜，提高承載能力和傳動(dòng)效率。
（4） 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 因斜齒圓柱齒輪加工較困難，相對可用于高速級，并限制傳動(dòng)比。
（5） 開式齒輪傳動(dòng) 其工作環(huán)境一般較差，潤滑條件不好， 故壽命較短，宜布置在傳動(dòng)裝置的低速級。
故立式銑床立銑頭采用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。
傳動(dòng)系統(tǒng)一般由動(dòng)力源、變速機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)分配機(jī)構(gòu)、過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換元件和執(zhí)行元件等組成。
換向機(jī)構(gòu) 一種是進(jìn)給電動(dòng)機(jī)換向，換向方便，但換向次數(shù)不能太頻繁。另一種是用齒輪換向（圓柱齒輪或錐齒輪），這種換向機(jī)構(gòu)可靠，廣泛用于各種機(jī)床中。本課題采用圓錐齒輪換向比較適宜。
過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu) 其作用是在過載是自動(dòng)斷開進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，過載排除后自動(dòng)接通。常用的是牙嵌式離合器、片式離合器。
牙嵌式離合器利用兩半離合器端面上的牙互相嵌合或脫開以達(dá)到主、從動(dòng)軸的離合、牙有矩形、梯形、三角形、鋸齒形和螺旋形等幾種形式。由于同時(shí)參與嵌合的牙數(shù)多，故承載較高，適用范圍廣泛. 外形尺寸小，傳遞轉(zhuǎn)矩大，接合后主從動(dòng)軸無相對滑動(dòng)，傳動(dòng)比不變。但接合時(shí)有沖擊，適合于靜止接合，或轉(zhuǎn)速差較小時(shí)接合(對矩形牙轉(zhuǎn)速差≤10r/min，對其余牙形≤300r/min)，主要用于低速機(jī)械的傳動(dòng)軸系。
電磁片式離合器由內(nèi)摩擦片、外摩擦片、止推片、壓塊和空套齒輪組成。離合器左右兩部門結(jié)構(gòu)是相同的。左離合器傳動(dòng)軸正轉(zhuǎn)，用于切削加工。需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，片數(shù)較多。右離合器用來傳動(dòng)軸反轉(zhuǎn)，主要用于退回，片數(shù)較少。這種離合器的工作原理是，內(nèi)摩擦片的花鍵孔裝在軸的花鍵上，隨軸旋轉(zhuǎn)。外摩擦片的孔為圓孔，直徑略大于花鍵外徑。外圓上有4個(gè)凸起，嵌在空套齒輪的缺口之中。內(nèi)外摩擦片相間安裝。用桿通過銷向左推動(dòng)壓塊時(shí)，將內(nèi)片與外片相互壓緊。軸的轉(zhuǎn)矩便通過摩擦片間的摩擦力矩傳遞給齒輪，使主軸正傳。同理，當(dāng)壓塊向右時(shí)，使主軸反轉(zhuǎn)。壓塊處于中間位置時(shí)，左、右離合器都脫開，該軸以后的各軸停轉(zhuǎn)，過載排除后通過電氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)互鎖。故本課題選擇使用片式離合器。
2.3.2選擇電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)類型根據(jù)電源種類（直流、交流）、工作要求（轉(zhuǎn)速特性、和過載情況等）工作環(huán)境（塵土、油、水、爆炸氣體等）、載荷大小和性質(zhì)安裝要求等條件來選擇。工業(yè)上廣泛應(yīng)用我國新設(shè)計(jì)的、國際市場通用的統(tǒng)一系列－Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。Y系列電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低。振動(dòng)小、可靠性高、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
已知機(jī)床的進(jìn)給功率7.5KW 轉(zhuǎn)速為1450r/min,根據(jù)選定的電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速，可由簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊第一篇有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中查出電動(dòng)機(jī)型號，并記錄其型號、性能參數(shù)和主要參數(shù)。
表2.1
額定功率
滿載時(shí)
Y90L-4
7.5KW
轉(zhuǎn)速
功率因數(shù)
1450
0.79
同步轉(zhuǎn)速=1500r/min
2.4進(jìn)給轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)
2.4.1設(shè)計(jì)步驟
設(shè)計(jì)的已知條件為機(jī)床的類型和主軸的最高轉(zhuǎn)速及最低轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)的目標(biāo)為擬定傳動(dòng)系統(tǒng)圖。
一般步驟如下：
1、根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn)，選定公比=1.26，計(jì)算轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=18，并選擇各級轉(zhuǎn)速。
實(shí)際進(jìn)給量級數(shù)為 = 18
2、根據(jù)“前多后少”，“前密后疏”的原則，擬定結(jié)構(gòu)式。
3、根據(jù)“升早降晚”的原則，擬定轉(zhuǎn)速圖。
4、根據(jù)轉(zhuǎn)速圖擬定傳動(dòng)系統(tǒng)圖
擬定轉(zhuǎn)速圖
機(jī)器常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置及工作部分組成。合理的傳動(dòng)方案不僅滿足工作部分的要求，而且還要工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、加工簡單、成本低、傳動(dòng)效率高以及使用和維護(hù)方便。 因此， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先保證重點(diǎn)，并統(tǒng)籌兼顧其他條件。
分析和選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型及組合，合理布置傳動(dòng)順序，是擬定傳動(dòng)方案的重要一環(huán)，通常考慮以下幾點(diǎn)：
（6） 帶傳動(dòng) 由于其承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)， 結(jié)構(gòu)尺寸較其它傳動(dòng)形式較大，但傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振緩沖，因此用于傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級。
（7） 鏈傳動(dòng) 運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，且有沖擊，以布置在傳動(dòng)的低速級。
（8） 蝸桿傳動(dòng) 傳動(dòng)比較大，承載能力較齒輪傳動(dòng)低，故一般放在高速級，獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸和較高的齒面相對滑動(dòng)速度，以便于形成液體動(dòng)壓潤滑膜，提高承載能力和傳動(dòng)效率。
（9） 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) 因斜齒圓柱齒輪加工較困難，相對可用于高速級，并限制傳動(dòng)比。
（10） 開式齒輪傳動(dòng) 其工作環(huán)境一般較差，潤滑條件不好， 故壽命較短，宜布置在傳動(dòng)裝置的低速級。
故主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。
主軸變速系統(tǒng)一般由動(dòng)力源、變速機(jī)構(gòu)。
過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu) 其作用是在過載是自動(dòng)斷開進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，過載排除后自動(dòng)接通。常用的是牙嵌式離合器、片式離合器。
牙嵌式離合器利用兩半離合器端面上的牙互相嵌合或脫開以達(dá)到主、從動(dòng)軸的離合、牙有矩形、梯形、三角形、鋸齒形和螺旋形等幾種形式。由于同時(shí)參與嵌合的牙數(shù)多，故承載較高，適用范圍廣泛. 外形尺寸小，傳遞轉(zhuǎn)矩大，接合后主從動(dòng)軸無相對滑動(dòng)，傳動(dòng)比不變。但接合時(shí)有沖擊，適合于靜止接合，或轉(zhuǎn)速差較小時(shí)接合(對矩形牙轉(zhuǎn)速差≤10r/min，對其余牙形≤300r/min)，主要用于低速機(jī)械的傳動(dòng)軸系。
電磁片式離合器由內(nèi)摩擦片、外摩擦片、止推片、壓塊和空套齒輪組成。離合器左右兩部門結(jié)構(gòu)是相同的。左離合器傳動(dòng)軸正轉(zhuǎn)，用于切削加工。需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，片數(shù)較多。右離合器用來傳動(dòng)軸反轉(zhuǎn)，主要用于退回，片數(shù)較少。這種離合器的工作原理是，內(nèi)摩擦片的花鍵孔裝在軸的花鍵上，隨軸旋轉(zhuǎn)。外摩擦片的孔為圓孔，直徑略大于花鍵外徑。外圓上有4個(gè)凸起，嵌在空套齒輪的缺口之中。內(nèi)外摩擦片相間安裝。用桿通過銷向左推動(dòng)壓塊時(shí)，將內(nèi)片與外片相互壓緊。軸的轉(zhuǎn)矩便通過摩擦片間的摩擦力矩傳遞給齒輪，使主軸正傳。同理，當(dāng)壓塊向右時(shí)，使主軸反轉(zhuǎn)。壓塊處于中間位置時(shí)，左、右離合器都脫開，該軸以后的各軸停轉(zhuǎn)，過載排除后通過電氣開關(guān)實(shí)現(xiàn)互鎖。故本課題選擇使用片式離合器。
2.4.2確定極限轉(zhuǎn)速
查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊：，。
2.4.3確定公比
查表得，轉(zhuǎn)速數(shù)列為：30、37.5、47.5、60、75、95、118、150、190、235、300、375、475、600、750、950、1180、1500。
2.4.4求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)
， (2.1)
2.4.5繪制轉(zhuǎn)速圖
圖2.5
2.4.6應(yīng)該注意的問題
（1）主軸高速轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)比排列，可采用先降速后升速的傳動(dòng)。
（2）主軸高速傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)縮短傳動(dòng)鏈，以減少傳動(dòng)副數(shù)。
（3）不采用噪聲大的錐齒輪傳動(dòng)副。
（4）前邊的變速組中的降速傳動(dòng)比不宜采用極限值，以避免增加經(jīng)向尺寸。
2.5銑削三要素與計(jì)算
2.5.1銑削三要素
銑削速度V：銑削速度即為銑刀最大直徑處的線速度，可用下式表示：
(m/s) (2.2)
式中，為銑刀直徑（mm）；為銑刀每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）。
2.5.2進(jìn)給量
銑削進(jìn)給量有三種表示方式：
（1）每齒進(jìn)給量（mm/齒數(shù)） 指銑刀每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，工件沿進(jìn)給方向所移動(dòng)的距離。
（2）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f（mm/r） 指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件沿進(jìn)給方向所移動(dòng)的距離。
（3）進(jìn)給速度（mm/min） 銑刀每轉(zhuǎn)一分鐘，工件沿進(jìn)給方向所移動(dòng)的距離。
這三種進(jìn)給量相互關(guān)聯(lián)，但用途有所不同；每齒進(jìn)給量是進(jìn)給量選擇的依據(jù)；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量反映了進(jìn)給量與銑刀轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系；而進(jìn)給速度則是調(diào)整機(jī)床的使用數(shù)據(jù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，按每分鐘進(jìn)給量來調(diào)整機(jī)床進(jìn)給量的大小。上述三種進(jìn)給量的關(guān)系如下：
= (2.3)
式中，n—銑刀每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）；
z—銑刀齒數(shù)。
2.5.3 背吃刀量和側(cè)吃刀量
銑刀背吃刀量是指沿刀軸方向工件被切削的尺寸（mm）
側(cè)吃刀量是垂直于刀軸方向和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向所在平面的方向上，工件被切削層的尺寸（mm）。
背吃刀量、進(jìn)給量以及切削速度稱為切削用量三要素。
2.5.4切削深度
機(jī)床主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為: (2.4)
式中 -消耗于切削的功率（)
-空載功率（))
-載荷附加功率（)
式中 -切削力的切向分力
–切削速度
與當(dāng)量切削厚度的關(guān)系有如下的經(jīng)驗(yàn)公式：
=28agc(N/mm) (2.5)
取 agc=0.05mm
則 =2.7N/mm
為了簡化,省去計(jì)算和,可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:
= 對于主運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)的機(jī)床,=0.70～0.85
為機(jī)床總機(jī)械效率 取=0.75經(jīng)計(jì)算得：
2.5.5 切削層寬度
切削層寬度是指銑刀每一刀齒的主切削刃參加切削的長度（mm）。
2.5.6切削層面積
切削層面積是指銑刀各刀齒切削層面積之和。,由于在切削過程中是變化的，所以，銑刀的切削力是變化的。
(2.6)
由于銑削的過程中同時(shí)參加工作的刀齒數(shù)是變化的。因此，也是變化的。同時(shí)參加工作的齒數(shù)越少，變化就越大。為計(jì)算方便常計(jì)算的平均值。 (2.7)
式中——在單位時(shí)間內(nèi)，所切除金屬的體積
2.6銑削用量的選擇
2.6.1銑削用量的選擇原則
銑削時(shí)選用切削用量，應(yīng)在保證工件的加工精度和銑刀耐用度的前提下，以獲得最高的生產(chǎn)率。一般情況下應(yīng)盡量在銑削中將加工表面的寬度一次銑出，避免接刀留下刀痕。在工藝系統(tǒng)剛度允許的條件下，首先選用較大的背吃刀量（或），再選用較大的進(jìn)給量，最后根據(jù)合理的耐用度來確定適宜的切削速度。
2.6.2 銑削吃刀量的選擇
表2.2
加工要求
的粗糙度
切 削 吃 刀 量（mm）
一般可通過一次銑削達(dá)到所加工的要求。但當(dāng)工藝系統(tǒng)較差或加工余量太大時(shí)可分兩次或多次銑削。第一次銑削的吃刀量盡可能大些，以便使刀尖避開工件表面的硬皮。粗銑鑄鋼、鑄鐵時(shí)取5～7mm；粗銑不帶硬皮的鋼料取3～5mm；龍門銑，銑鋼料為12mm，銑鑄鐵取14～16mm
可分粗銑、半精銑兩次加工，粗銑中留0.5～1mm余量給半精銑
應(yīng)分粗銑、半精銑、精銑三次。精銑=0.5；半精銑=1.5~2mm
2．7 切削液
2.7.1 切削液的作用
表2.3
作用類型
作用效果與說明
潤滑作用
銑削過程中，切削液的作用是抑制切屑在銑刀表面黏結(jié)，減輕切屑與前刀面以及后刀面與工件加工表面之間的機(jī)械摩擦，延緩刀具的磨損，并獲得良好的表面加工質(zhì)量
冷卻作用
在銑削中使用切削液，通過熱量傳導(dǎo)，對流、擴(kuò)散以及蒸發(fā)等方式，將切削區(qū)的熱量迅速帶走，使切削溫度下降，以減緩刀具的熱磨損。其冷卻性能主要決定于切削熱的導(dǎo)熱系數(shù)、熱比、氣化熱、溫度、流量、流速以及冷卻方式等
清洗作用
在銑削過程中，使用切削液能將黏附在工件、刀具或沉積在機(jī)床導(dǎo)軌表面上的切屑沖洗掉，以免切屑堵塞或劃傷已加工表面及機(jī)床導(dǎo)軌。切削液的清洗作用與切削液的滲透性能、流動(dòng)性和使用的壓力與流量有關(guān)
防銹作用
在切削液中加入了防銹添加劑，它是極性很強(qiáng)的化合物，它能在金屬材料表面形成保護(hù)膜或鈍化膜，借以防止金屬與腐蝕介質(zhì)接觸而起到防銹作用，從而起到保護(hù)機(jī)床、刀具、工件不生銹
2.7.2切削液的加注方法
為了使切削液的性能得到充分發(fā)揮，必須根據(jù)工件材料，使用的刀具和加工方法，采用相應(yīng)的加工方法。常用的加注方法為循環(huán)泵供液法，通過噴嘴將切削液直接加注到切削區(qū)。其次是噴霧供液法，是將切削液的微粒通過空氣鼓入切削區(qū)，以汽化熱的形式將熱量帶走，冷卻效果好。適用于加工鑄鐵、鋁合金與難加工材料等。在數(shù)控銑床、加工中心、組合機(jī)床上使用較多。
2.8銑床加工誤差、故障分析及排除方法
表2.4
故障原因分析
故障排除方法
1 加工表面接刀處不平
①主軸中心線與床身導(dǎo)軌面不平行，各部相對位置精度差
②導(dǎo)軌研傷造成工作臺爬行及進(jìn)給保險(xiǎn)失靈
③主軸徑向間隔大
④離合器爪嚴(yán)重磨損咬不住
⑤工作臺鑲條過松
①檢查和調(diào)整升降及縱、橫向的鑲條間隙，對準(zhǔn)立銑頭刻度盤0位，如果還不能達(dá)到幾何精度，就進(jìn)行中，小修，使之達(dá)到要求
②修復(fù)導(dǎo)軌，并適當(dāng)加大保險(xiǎn)彈簧壓力
③調(diào)整主軸間隙
④修理或更換離合器
⑤調(diào)整鑲條間隙
2 加工工件尺寸精度超差
①主軸中心與工作臺面不垂直
②工件裝夾不合理，沒有及時(shí)清理切屑等
③導(dǎo)軌間隙過大
④工作臺面不平
①調(diào)整鑲條間隙或修復(fù)工作臺面
②正確夾緊工件，保持結(jié)合面清潔
③調(diào)整導(dǎo)軌間隙
④修理工作臺面至符合技術(shù)要求
3 加工工件不垂直或平行面不平行
①立銑頭轉(zhuǎn)盤刻度不對0位
②機(jī)床幾何精度差
③主軸軸向竄動(dòng)大
④工作臺面不平
①校正刻度對準(zhǔn)0位，使之銑頭軸中心線與工作臺面垂直
②檢查機(jī)床各部件，調(diào)整或修復(fù)，使之恢復(fù)原來的幾何精度
③調(diào)整主軸上的螺母，使之竄動(dòng)在0.02mm之內(nèi)
④修復(fù)工作臺面的平面度
4 工件加工時(shí)振動(dòng)很大
①主軸的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)量太大
②主軸太鑲條太松
③主軸套筒未夾緊
① 調(diào)整主軸軸承的間隙，調(diào)整前，先測出主軸的徑向跳動(dòng)量和軸向竄動(dòng)量，以確定修整環(huán)的修磨量
主軸徑向間隙的調(diào)整使先修磨兩個(gè)半圓調(diào)整環(huán)，并擰緊后軸承上面的螺母從而調(diào)整前后軸承的間隙
主軸軸向間隙的調(diào)整，是靠修磨兩個(gè)后軸承的外隔套來實(shí)現(xiàn)的
② 調(diào)整鑲條的送進(jìn)程度
③ 夾緊主軸套筒
5 加工工件角度精度超差
① 立銑頭轉(zhuǎn)盤刻度不準(zhǔn)
② 轉(zhuǎn)盤緊固螺母未上緊，產(chǎn)生振動(dòng)
① 旋轉(zhuǎn)刻度時(shí)要對準(zhǔn)基線，如有誤差，進(jìn)行檢修
② 緊固螺母
6 主軸溫升較高或在運(yùn)轉(zhuǎn)中有噪音
① 潤滑不良
② 主軸箱內(nèi)軸承磨損或齒輪嚙合不良
① 注意油路暢通，保證充分潤滑
② 檢修或更換軸承、齒輪
2.9銑床及其刀具的介紹
2.9.1 銑床的介紹
銑床的類型很多，主要以布局形式和適用范圍加以區(qū)分。銑床的主要類型有：臥式升降 臺銑床、立式升降臺銑床、龍門銑床、工具銑床、圓臺銑床、仿形銑床和各種專門化銑床。
1.臥式銑床
臥式銑床的主軸是水平安裝的。臥式升降臺銑床、萬能升降臺銑床和萬能回轉(zhuǎn)頭銑床 都屬于臥式銑床。臥式升降臺銑床主要用于銑平面、溝槽和多齒零件等。萬能升降臺銑床由于比臥式升降臺銑床多一個(gè)在水平面內(nèi)可調(diào)整±45°范圍內(nèi)角度的轉(zhuǎn)盤，因此，它除完成與 臥式升降臺銑床同樣的工作外，還可以讓工作臺斜向進(jìn)給加工螺旋槽。萬能回旋頭銑床除具 備一個(gè)水平主軸外，還有一個(gè)可在一定空間內(nèi)進(jìn)行任意調(diào)整的主軸，其工作臺和升降臺分別 可在三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而且還可以在兩個(gè)互相垂直的平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，故有更廣泛的工藝范圍，但機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛性較差。
2.立式銑床
立式銑床的主軸是垂直安裝的。立銑頭取代了臥銑的主軸懸梁、刀桿及其支承部分，
且可在垂直面內(nèi)調(diào)整角度。立式銑床適用于單件及成批生產(chǎn)中的平面、溝槽、臺階等表面的 加工；還可加工斜面；若與分度頭、圓形工作臺等配合，還可加工齒輪、凸輪及鉸刀、鉆頭 等的螺旋面，在模具加工中，立式銑床最適合加工模具型腔和凸模成形表面。立式升降臺銑 床的外形如圖所示。
圖2.6立式升降臺銑床
1—銑頭；2—主軸；3—工作臺；4—床鞍；5—升降臺
3.龍門銑床
龍門銑床是一種大型高效能的銑床。如圖所示。它是龍門式結(jié)構(gòu)布局，具有較高的剛度及抗震性。在龍門銑床的橫梁及立柱上均安裝有銑削頭，每個(gè)銑削頭都是一個(gè)獨(dú)立部件，其中包括單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)及主軸部件等。在龍門銑床上可利用多把銑刀同時(shí)加工幾個(gè)表面，生產(chǎn)率很高。所以，龍門銑床廣泛應(yīng)用于成批、大量生產(chǎn)中大中型工件的平面、溝槽加工。
圖2.7 龍門銑床
1— 工作臺；2、9—水平銑頭；3—橫梁；
4、8—垂直銑頭；5、7—立柱；6—頂梁；10—床身
4.萬能工具銑床
萬能工具銑床常配備有可傾斜工作臺、回轉(zhuǎn)工作臺、平口鉗、分度頭、 立銑頭、插削頭等附件，所以，萬能工具銑床除能完成臥式與立式銑床的加工內(nèi)容外，還有 更多的萬能性，故適用于工具、刀具及各種模具加工，也可用于儀器、儀表等行業(yè)加工形狀復(fù)雜的零件。
圖2.8
5.圓臺銑床
圓臺銑床的圓工作臺可裝夾多個(gè)工件作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，使工件的切削時(shí)間與裝卸等輔助 時(shí)間重合，獲得較高的生產(chǎn)率。圓臺銑床又可分為單軸和雙軸兩種型式，圖 3-18 所示為雙 軸圓臺銑床。它的兩個(gè)主軸可分別安裝粗銑和半精銑的端銑刀，同時(shí)進(jìn)行粗銑和半精銑，使 生產(chǎn)率更高。圓臺銑床適用于加工成批大量生產(chǎn)中小零件的平面。
圖2.9 圓臺銑床
1—床身；2—滑座；3—主軸箱
6.順銑機(jī)構(gòu)
在銑床上加工工件，常會(huì)采用逆銑和順銑兩種方式。逆銑時(shí)，主運(yùn)動(dòng)v的方向與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相反，如圖2.6a所示。當(dāng)工作臺向右進(jìn)給時(shí)，因銑刀作用于工件上的水平切削分力與進(jìn)給方向相反，左側(cè)始終與螺母螺紋右側(cè)接觸，故切削過程穩(wěn)定。順銑時(shí)，主運(yùn)動(dòng)v進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)方向f方向相同，如圖2.6b所示。當(dāng)工作臺向右進(jìn)給時(shí)，銑刀作用于工件上的水平切 削分力F 與進(jìn)給方向相同，使絲桿螺紋右側(cè)與螺母螺紋左側(cè)仍有間隙， 通過工作臺帶動(dòng)絲桿向右竄動(dòng)，加工中Ff是變化的，切削過程很不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)打刀現(xiàn)象。加入中若采用順銑方式，機(jī)床中就應(yīng)設(shè)順銑機(jī)構(gòu)。
圖2.10 順銑與逆銑
XA6132 型萬能升降臺銑床所采用的順銑機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2.6 所示。順銑機(jī)構(gòu)實(shí)為一個(gè)雙 螺母機(jī)構(gòu)，其工作原理為：絲桿 3 右旋螺紋，齒條 5 在彈簧作用下向右移(A-A截面)，推動(dòng)冠狀齒輪4 沿圖中箭頭方向回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)左、右螺母 1、2 沿相反方向回轉(zhuǎn)，使螺母 1 螺紋左側(cè)緊靠絲桿螺紋右側(cè)，螺母2 螺紋右側(cè)緊靠絲桿螺紋左側(cè)，機(jī)床工作時(shí)，工作臺向右的作用力通過絲桿由螺母 1 承受；向左的作用力由螺母 2 承受。逆銑時(shí)(工作臺向右為側(cè))，螺母2 承受軸向力，由于螺母2 與絲桿螺紋間摩擦力較大，螺母2 有隨絲桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，通過齒輪4 傳動(dòng)螺母 1，使螺母 1 有與絲桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，因而使螺母 1 螺紋左側(cè)與絲桿螺紋右側(cè)間產(chǎn)生間隙，以減少絲桿磨損。順銑時(shí)，由螺母 1 承受軸向力。因螺母 1 與絲桿間摩擦力較大，螺母 1 有隨絲桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，通過齒輪4 傳動(dòng)螺母2，使螺母有與絲桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，使螺母2 螺紋右側(cè)緊靠絲桿螺紋左側(cè)，自動(dòng)消除絲桿螺母間隙。隨水平力及傳動(dòng)件阻力的增減，順銑機(jī)構(gòu)能自動(dòng)調(diào)節(jié)螺母與絲桿間隙，并使兩者壓緊力為一定值。
圖2.11 順銑機(jī)構(gòu)
1、2—螺母；3—絲杠；4—冠狀齒輪；5—齒條；6—彈簧7—螺母；8—調(diào)節(jié)螺栓；9、10—鎖緊螺母
2.9.2 銑刀的名稱與用途
表2.5
銑刀名稱
用途
圓柱形銑刀
粗齒
1.粗銑平面3～8
2.半精銑已粗加工后的平面1～2
3半精銑未加工平面3～4
細(xì)齒
1. 半精銑平面1～2
2. 半精銑未經(jīng)粗加工的平面3～4
3. 粗銑不穩(wěn)定零件的平面3～5
組合齒
在剛性好的專用機(jī)床上，一次行程粗銑組合表面5～12，～20