單工位雙面臥式車方機(jī)床的主軸箱設(shè)計
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河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師： 焦 鋒 職稱：
所在系部（單位）： 機(jī)械與動力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 機(jī)制教研室
題 目
單工位雙面臥式車方機(jī)床的主軸箱設(shè)計
學(xué)生姓名
李向峰
專業(yè)班級
機(jī)設(shè)02-2班
學(xué)號
02080041
一、選題質(zhì)量
該生此次所選擇的題目為單工位雙面臥式車方機(jī)床的主軸箱設(shè)計，符合專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)，
能夠體現(xiàn)綜合訓(xùn)練的要求。題目難度中上，工作量大，所選課題與生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)，社會等結(jié)合
緊密。選題質(zhì)量較高。
二、開題報告完成情況
開題報告已經(jīng)完成。設(shè)計方案已經(jīng)確定，設(shè)計分工也也已明確,正在按照制定的計劃進(jìn)行，有取得了一定的成果。
三、階段性成果
該生對所選課題已經(jīng)有了比較深刻的認(rèn)識，按照規(guī)定計劃進(jìn)行中，設(shè)計論文草稿已經(jīng)基本
成型，并完成部分零件圖。
四、存在主要問題
因為資料有限，遇到一些困難，比如某些部件具體尺寸的確定以及更加合理的設(shè)計過程。還
需要尋找更多的資料。
五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)展等方面的評語
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目名稱
單工位雙面臥式車方機(jī)床的主軸箱設(shè)計
學(xué)生姓名
李向峰
專業(yè)班級
機(jī)制02-2班
學(xué)號
02080041
一、選題的目的和意義
我國加入WTO 以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對策略。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國加入WTO后與世界機(jī)床行業(yè)進(jìn)一步接軌，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機(jī)床則有下降趨勢。車方機(jī)床就是組合機(jī)床中的一種，一般用來專門加工一種零件或大批生產(chǎn)一批零件，現(xiàn)在大型的汽車、拖拉機(jī)配件廠常使用車方組合機(jī)床，以提高加工效率和生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的競爭能力，所以選擇這個題目具有很重要的現(xiàn)實意義。
二、國內(nèi)外研究綜述
由于組合機(jī)床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。目前國內(nèi)外組合機(jī)床裝備已達(dá)到較高的技術(shù)水平，但隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高，高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機(jī)床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)，因此組合機(jī)床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機(jī)床加工精度、組合機(jī)床柔性、組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面，加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，提高組合機(jī)床產(chǎn)品數(shù)控化率；另一方面，進(jìn)一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標(biāo)部件，使其模塊化、柔性化，適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。
三、畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的方法
1．通過圖書館查閱相關(guān)的手冊及書籍；
2．通過工業(yè)期刊閱覽室參閱相關(guān)期刊；
3．通過互聯(lián)網(wǎng)了解模具方面的最新動態(tài)；
4．向老師請教一些難點、疑點；
5．設(shè)計過程中與同學(xué)討論各類問題。
四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況
[1] 任嘉卉 主編 公差與配合手冊 第二版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2000（9）
[2] 《組合機(jī)床設(shè)計》 大連組合機(jī)床研究所編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1975
[3] 馮新安 主編 機(jī)械制造裝備設(shè)計 北京：機(jī)械工業(yè)出版社1998
[4] 大連工學(xué)院 戴曙 主編 金屬切削機(jī)床設(shè)計 北京：機(jī)械工業(yè)出版社1978
[5] 吳相憲 王正為 黃玉堂 主編 實用機(jī)械手冊 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2001（9）
[5] 劉傳紹 孔慶華 主編 極限配合與測量技術(shù) 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 1983
[7] 上海市金屬切削協(xié)會編 金屬切削手冊 第三版 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社2003
以上參考文獻(xiàn)與資料的獲得途徑：
（1） 從學(xué)校圖書館借閱；
（2） 指導(dǎo)老師提供的參考資料；
（3） 到工廠進(jìn)行實地觀察和測量；
（4） 通過網(wǎng)絡(luò)搜集資料。
五、指導(dǎo)教師審批意見
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
所用文獻(xiàn):<<行星傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計>> 饒振鋼 國防工業(yè)出版社
<<機(jī)械加工工藝手冊>> 電子版
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 車方機(jī)床的設(shè)計
摘 要
在普通機(jī)床上加工方頭軸類零件，工作效率低、勞動強度大。當(dāng)其零件有一定的批量要求時，其生產(chǎn)就顯得力不從心了，為此設(shè)計了專用設(shè)備。車方機(jī)床用曲率半徑很大的橢圓短半軸曲線代替直線切削方形工件。生產(chǎn)率高,刀具成本低。選取適當(dāng)?shù)能囶^行星輪的分度圓直徑,可以有效地控制車方原理的直線 度誤差。對實際工件進(jìn)行了原理誤差的分析計算和行星輪系的設(shè)計計算。
本組合機(jī)床是針對單面雙工位臥式車削的組合機(jī)床，我主要完成主軸箱的設(shè)計。在設(shè)計過程中借鑒了國內(nèi)一些現(xiàn)有組合機(jī)床的設(shè)計資料，結(jié)合被加工零件的結(jié)構(gòu)特征，在指導(dǎo)老師的幫助下設(shè)計而成。進(jìn)給部分采用液壓滑臺形式，主要是因為液壓系統(tǒng)具有工作比較平穩(wěn)，反應(yīng)快、沖擊小，能高速啟動、制動和換向；能在運動過程中實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速方便，而且調(diào)速性能好；控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便，易于實現(xiàn)自動化，如與電氣控制相配合，可方便地實現(xiàn)復(fù)雜的程序動作和遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞:車方；方形；行星輪系；橢圓；直線度。
49
注：
Abstract
Process the square shaft parts on the common machine tool, inefficient and labor-intensive. When a certain amount for their parts, their production becomes unable, for the design of specialized equipment.It illustrates a ellipse’s short semi - axial curved line with great cured radius , that can replace the straight line for cutting square work - pieces on the machine tool. The productivity of this rebuilt machine tool is higher and the cost of cutter is lower. The principle straightness error of cutting square in work - pieces can be controlled by choosing a suitable pitch diameter of the planetary gear in the machine tools. Analytic calculations of the error and design of this train have been given for a real work -piece.
This combination machine tools against unilateral double spaces horizontal turning combination machine tools, I mainly design the headstock. In the design process for some of the existing portfolio of domestic machine tool design data, the structural characteristics of the processed parts, with the help of teachers in guiding the design by. To the use of hydraulic slide into some form of Sliding workstations, mainly because of a hydraulic system work more stable, responsive, small shocks can speed up, brake and invert; And it can achieve infinitely variable speed control during the movement, speed control convenient, and the speed control performance is good; Controlling and regulating simpler, more convenient to manipulate, easy to automate, if compatible with the electrical control can easily achieve complex procedures, such as remote-control movements and strengths.
Key word : Square Cutting ; Square ; Planetary Gear Train ; Ellipse ; Straightness.
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄
目 錄
前 言 1
1 總體方案設(shè)計 3
1.1 設(shè)計任務(wù) 3
1.2 機(jī)床總體設(shè)計 3
1.2.1 概述 3
1.2.2 機(jī)床的總體布局 4
1.2.3 工件及工藝分析 5
1.3工件加工原理分析 6
1.4行星輪計算及原理誤差分析 10
2 機(jī)床配置形式的選擇 13
2.1機(jī)床配置形式概述 13
2.2機(jī)床支撐形式的選擇 19
2.3 車方主軸頭的結(jié)構(gòu)方案 20
3 基本運動參數(shù)確定 22
3.1 切削力的計算及刀具的選擇 22
3.2 電動機(jī)的選擇 24
4 主軸箱及傳動件的設(shè)計 27
4.1 主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求 27
4.2 動力部件的選擇 27
4.3行星輪系齒輪設(shè)計 28
4.3.1 行星輪系傳動比計算 28
4.3.2 行星輪系的機(jī)構(gòu)運動分析 29
4.4 齒輪和設(shè)計計算及校核 30
4.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 36
5 旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 43
6 刀具的安裝和調(diào)整 44
結(jié)束語 45
致 謝 46
參考文獻(xiàn) 47
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 臥式單工位雙面車方機(jī)床
前 言
大學(xué)生活是令人難忘的，不僅僅是因為大學(xué)活動的豐富多彩，更是由于大學(xué)那博愛、自由的人文精神。在大學(xué)里我們不僅學(xué)到了各種專業(yè)知識，更可貴的是我們學(xué)會了怎么去做人，懂得了去做一個什么樣的人。大學(xué)四年轉(zhuǎn)眼即逝！但是她卻化成我們一生最美好的記憶留在我們的內(nèi)心深處。在即將結(jié)束大學(xué)生活時，還有一項重要任務(wù)就是畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是工科專業(yè)學(xué)校教學(xué)計劃的一個重要組成部分，是教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)深化和檢驗，是對大學(xué)生四年來所學(xué)的知識系統(tǒng)的總結(jié)和綜合應(yīng)用，其實踐性和綜合性是其它教學(xué)環(huán)節(jié)所不能代替的。通過畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生獲得綜合訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力，鞏固和提高所學(xué)知識，全面提高畢業(yè)生的素質(zhì)，使之能較快的適合工程實踐，對培養(yǎng)學(xué)生的實際工作能力具有十分重要的作用。
通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，提高了以下能力：
1、 綜合運用所學(xué)知識和技能，獨立分析和解決實際問題的能力；
2、 綜合運用基本技能，包括繪圖、計算機(jī)應(yīng)用、翻譯、查閱及閱讀文獻(xiàn)等等的能力；
3、 調(diào)動實驗研究的積極性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和組織協(xié)作工作的能力，學(xué)習(xí)撰寫科技論文和技術(shù)報告，正確運用國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)語言闡述理論和技術(shù)問題的能力；
4、 學(xué)會收集加工各種信息的能力，以及獲取新知識的能力；
5、 培養(yǎng)創(chuàng)新意識和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)。
我們的設(shè)計題目是：臥式單工位雙面車方組合機(jī)床。我們知道，組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計的專用部件組成的專用機(jī)床。它專門用于加工一種工件或一種工件的一定工序，機(jī)床的輔助部件部分地實現(xiàn)了自動化，大大的提高了生產(chǎn)率。而車方機(jī)床，就是用曲率半徑很大的橢圓短半軸曲線代替直線切削方形工件。在機(jī)床中間底座上裝有固定夾具,用于安裝工件。機(jī)床工作時,裝兩把車刀的車頭主軸由單獨電機(jī)驅(qū)動作回轉(zhuǎn)主運動,同時車頭由側(cè)底座上的液壓滑臺帶動作進(jìn)給運動。一次裝夾,一個工步完成了4 個平面的切削。與一般銑削相比，減少了工件的二次裝夾和調(diào)整分度的時間，提高了生產(chǎn)率，減輕了勞動強度，降低了生產(chǎn)成本。
車方機(jī)床只是眾多機(jī)床類型中的一種，其設(shè)計也應(yīng)符合一般機(jī)床的設(shè)計準(zhǔn)則，即：
（1）工藝可行性。指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)的需要。大致包括以下內(nèi)容：機(jī)床可完成的工序種類，加工零件的類型、材料和尺寸范圍，毛坯的種類等。
（2）加工精度和表面粗糙度。
（3）生產(chǎn)率。
（4）自動化程度。
(5）操作安全方便和工作可靠。
（6）效率，使用期限和成本等等。
設(shè)計時還應(yīng)該注意使機(jī)床體積小，重量輕，占地面積小，外形美觀以及注意防止環(huán)境污染，如減少噪音，防止漏油等等。
我們可以緊緊抓住這個機(jī)會認(rèn)真學(xué)習(xí)并搞好畢業(yè)設(shè)計，眾所周知，它對我們即將走上工作崗位或者更進(jìn)一步深造有非常重要的意義。它將把我們過去的理論學(xué)習(xí)引向一個更高的層次，也就是參加工作，可以說我們在做一次過渡性的嘗試。
在設(shè)計過程中，遇到了很多困難和問題，一方面我們自己不斷查閱相關(guān)資料盡力去解決，同時，還得到了許多老師的大力支持，他們有問必答，講解耐心詳細(xì)，誨人不倦，在此表示衷心的感謝。
1 總體方案設(shè)計
1.1 設(shè)計任務(wù)
設(shè)計任務(wù)：臥式單工位雙面車方組合機(jī)車
工件名稱：小型拖拉機(jī)操縱軸
生產(chǎn)批量：中批生產(chǎn)
材料：45鋼
產(chǎn)品圖如下
1.2 機(jī)床總體設(shè)計
1.2.1 概述
機(jī)床設(shè)計，是設(shè)計人員根據(jù)使用部門的要求和制造部門的可能，運用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識，所進(jìn)行的創(chuàng)造性勞動。而機(jī)床設(shè)計的第一步，就是整體方案的確定。即在調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，提出所設(shè)計機(jī)床的工藝方法、運動和布局、傳動和控制、結(jié)構(gòu)和性能等的初步方案。
總體方案是部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個機(jī)床設(shè)計的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須綜合地考慮，使所定方案技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效果好。確定機(jī)床的總體方案，包括下列內(nèi)容：
（1）調(diào)查研究 包括調(diào)查和分析工件、了解使用要求和制造條件、調(diào)查研究現(xiàn)有同類型機(jī)床等。
（2）工藝分析 包括確定機(jī)床上的工藝方法、運動等。
（3）機(jī)床總體布局 一般包括：分配運動、選擇傳動形式和支承形式、安排手柄等操作件的位置、擬定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施等。最后，繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達(dá)所采用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要技術(shù)參數(shù)。
另外，當(dāng)機(jī)床的傳動和控制較復(fù)雜時，須擬定機(jī)床傳動系統(tǒng)的草圖。對于不同類型的機(jī)床，擬定總體方案的側(cè)重點也是不同的。通用機(jī)床的工藝比較定型，一般是側(cè)重于機(jī)床的系列化工作、對現(xiàn)有同類型機(jī)床的調(diào)查分析以及新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
1.2.2 機(jī)床的總體布局
機(jī)床的總體布局是指確定機(jī)床的組成部件，以及各個部件和操縱、控制機(jī)構(gòu)在整臺機(jī)床中的配置。
合理的總體布局的基本要求是：
（1）保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運動。
（2）保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗振性。
（3）便于操作、調(diào)整、修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件、排除切屑。
（4）經(jīng)濟(jì)效果好，如節(jié)省材料、減少機(jī)床占地面積等。
（5）造型美觀。
機(jī)床總體布局設(shè)計的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析分配機(jī)床部件的運動，選擇傳動形式和支承形式；然后安排操作部位，并擬定在布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。上述步驟之間有著密切聯(lián)系，必要時可互相穿插或并進(jìn)。
此次畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的機(jī)床為一臺專用組合機(jī)床，組合機(jī)床是針對被加工零件的特點及工藝要求，按高度集中工序原則設(shè)計的一種高效率專用機(jī)床。設(shè)計組合機(jī)床前，首先應(yīng)根據(jù)組合機(jī)床完成工藝的一些限制及組合機(jī)床各種工藝方法能達(dá)到的加工精度，表面粗糙度及技術(shù)要求、解決零件是否可以利用組合機(jī)床加工以及采用組合機(jī)床加工是否合理的問題。如果確定零件可以利用組合機(jī)床加工，那么，為使加工過程順利進(jìn)行并達(dá)到要求的生產(chǎn)率，必須在掌握大量的零件加工工藝資料基礎(chǔ)上，全面考慮影響制定零件丁藝方案、機(jī)床配置型式、結(jié)構(gòu)方案的各種因素反應(yīng)注意的問題。經(jīng)過分析比較，以確定零件在組合機(jī)床上合理可行的加工方法(包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基難及夾壓方案等)、確定工序(或工步)間加工余量、選擇合適的切削用量、相應(yīng)的刀具結(jié)構(gòu)、確定機(jī)床配置型式等等，這些便是組合機(jī)床方案制定的主要內(nèi)容。
1.2.3 工件及工藝分析
工件是機(jī)床的工作對象，是機(jī)床總體方案設(shè)計的依據(jù)。因此，必須明確工件的特點和加工要求，諸如：被加工面的尺寸精度、相互位置精度、表面光潔度以及對生產(chǎn)率的要求等。
選擇典型工件進(jìn)行分析：如圖1-1
圖1-1
加工拖拉機(jī)操縱軸方頭(見圖1-1) ，原工序為在已加工了外圓后,用銑床銑削方頭,由于需要分度轉(zhuǎn)位,輔助工時較長。改為專用臥式組合機(jī)床車削方頭,在機(jī)床中間底座上裝有固定夾具,用于安裝工件。機(jī)床工作時,裝兩把車刀的車頭主軸由單獨電機(jī)驅(qū)動作回轉(zhuǎn)主運動,同時車頭由側(cè)底座上的液壓滑臺帶動作進(jìn)給運動。一次裝夾,一個工步完成了4 個平面的切削,提高了生產(chǎn)效率。
① 零件材料為45號鋼，零件工作中受力不很大，可以在車削之后做淬火處理，以提高起剛度強度，延長使用壽命。
② 此生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，應(yīng)盡量提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，采用專用機(jī)床生產(chǎn)比較合理。
1.3工件加工原理分析
通過理論上的定性分析，決定采用特殊機(jī)構(gòu)的車床來實現(xiàn)，而且形成了兩套方案：
（1） 通過帶有凸輪機(jī)構(gòu)的夾具和作圓周運動的刀具配合加工實現(xiàn)。
（2） 通過固定夾具和作行星運動的刀具配合加工實現(xiàn)。
下面我們從理論上定性地分析一下此兩種方案：
方案（1）原理：在車刀進(jìn)行圓周運動的同時，工件由凸輪帶動向上運動，這兩種運動在空間內(nèi)合成既可以形成一段近似的直線，同理可以連續(xù)加工出其他三條邊。
通過分析知道，做出需要的凸輪形狀，并設(shè)計幾處特殊的機(jī)構(gòu)，是完全可行的。這種方案雖然使主軸箱的設(shè)計非常簡單，但卻使夾具的設(shè)計變得很困難，而且這種方案的最大弊端是通用性很差，如果工件的尺寸或形狀之一發(fā)生變化，將不得不重新去設(shè)計軸箱，這樣就使主軸箱的設(shè)計更加困難。于是就有了第2種方案。
方案（2）原理：見圖1-2
圖1-2 方案（2）原理圖
圖1-3車方機(jī)床車方原理圖
車方原理見圖1-3 ,齒輪與的傳動比為1∶2 ,當(dāng)?shù)都獍惭b在比齒輪 的分度圓小的圓周上時,則刀尖的運動軌跡為橢圓。車頭的傳動和結(jié)構(gòu)保證車刀刀尖的運動軌跡是扁橢圓（長軸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于短軸）。利用扁橢圓上近似于直線的一段曲線，形成被加工表面。車方機(jī)床由車頭行星輪系機(jī)構(gòu)產(chǎn)生刀尖的橢圓曲線軌跡。
刀尖的運動軌跡呈橢圓的證明如下：
1）行星輪圓心點O的運動軌跡
由于行星輪的圓心點O同樣也是系桿上的點，因此無需證明，O點的運動軌跡是以中心輪的圓心點P為圓心，以PO線段為半徑所畫的圓。
2）行星輪節(jié)圓上各點的運動軌跡
當(dāng)行星在固定的內(nèi)齒中心輪上作嚙合滾動時，相當(dāng)于輪的節(jié)圓在輪的節(jié)圓上作內(nèi)切純滾動。所以行星輪節(jié)圓周上任一點的軌跡，應(yīng)是典型的內(nèi)擺線，其參數(shù)方程為
式中，r為輪節(jié)圓半徑，R為輪節(jié)圓半徑,θ為系桿帶著行星輪公轉(zhuǎn)的角度，代入后，得
顯然，當(dāng)系桿H轉(zhuǎn)一周時，行星輪節(jié)圓周上各點的運動軌跡是過該點的一條內(nèi)齒中心輪節(jié)徑的往復(fù)路程。
3）行星輪上其余各點的運動軌跡
設(shè)齒輪 的分度圓半徑為OA =R , O點為齒輪的分度圓中心,刀尖在分度圓內(nèi)定點a處,且Oa/ OA = λ 。當(dāng)?shù)姆侄葓A在上作純滾動時,圓心O點運動到O′,齒輪上a點運動至a′點( 坐標(biāo)為x,y) ,而Oa = O′a′,由圖1-2 可知:
x = Pb + ca′= PO′cosθ+ O′a′cosθ = Rcosθ+Oa cosθ
= Rcosθ+λRcosθ = R (1 +λ) cosθ （1)
y = O′b - O′c = PO′sinθ- O′a′sinθ = Rsinθ- Oasinθ
=Rsinθ- λRsinθ = R (1 - λ) sinθ (2)
由式(1) 得
=
由式(2) 得
=
則/ (1 +λ) 2 +/(1 - λ) 2 = + = 1 (3) 式(3) 為橢圓方程,所以a 點的運動軌跡為一長軸為,短軸為值的橢圓。同理可以證明,和a 點對稱于中心O 點的另一刀尖的運動軌跡也是一個橢圓。同理可證，與a點對稱于輪中心點O的另一點b的運動軌跡，是與a點軌跡橢圓的長、短軸數(shù)值相等，但x軸與y軸數(shù)值對調(diào)、相互垂直的另一橢圓（見圖1-3中虛線部分）。
這就是說，當(dāng)系桿H轉(zhuǎn)一周時，行星輪上除去圓心O和圓周上各點外所有點的運動軌跡，都是橢圓，所不同的是隨著描述橢圓軌跡的點a位置由行星輪圓心趨于圓周（即λ值由），輪上各點之軌跡橢圓的長、短半軸數(shù)值之差亦是。
當(dāng)λ接近于1時，橢圓的短半軸比長半軸小得多，所以橢圓短半軸處的曲率半徑很大，接近于直線。這樣，用曲率半徑很大的橢圓曲線代替直線，誤差很小，可以滿足精度要求。
此車床最大的優(yōu)點是通用性很強，當(dāng)對稱于O點裝兩把車刀可車四方頭，裝三把車刀可車六方車頭，裝四把車頭可以車八方，其余依次類推。
1.4行星輪計算及原理誤差分析
車方機(jī)床的車頭行星輪系如圖1-4 所示。
圖1-4
1.行星輪分度圓直徑D3 的設(shè)計計算
圖1.2 所示的E 點與F 點的y 坐標(biāo)值之差為計算直線度誤差的初始值。根據(jù)工件精度要求,給出初始直線度公差0.09mm。由零件簡圖1 的方頭邊長 = 26.91 ±0.09和初始線度公差值,我們可以計算出圖2 中E點和F點的坐標(biāo)在E點，零件的直線度誤差大到最大值則：
=2 6.91 2=13.455
在F點，零件的直線度誤差達(dá)到最小值，則：
=26.91 2-0.09=03.365
所以 E 點坐標(biāo)為 (0 ,13.455) ,
F 點坐標(biāo)為(13144 ,13144) ,顯然刀尖在E 點時,θ( ∠O′PO) = 90°。但必須注意的是,在F 點時,夾角θ不等于45°。
將E 點θ = 90°和y = 13.455代入式(2) 中,得
R (1 - λ) = 13.455 (4)
將F 點坐標(biāo)代入式(1) 和(2) 中,得
R (1 +λ) cosθ = 13.365 (5)
R (1 - λ) sinθ = 13.365 (6)
聯(lián)立式(4) 、(5) 和(6) 解得R =64.59997mm ,圓整取R =65mm。
分度圓直徑 = 130mm。
將R = 65mm 代入式(4) 中得λ = 0.791 718 2
2.曲線近似直線的車方原理直線度誤差的分析計算
由于工件上有的圓角,橢圓曲線近似直線段的長度小于GF ,近似直線段的車方原理直線度誤差值小于計算給出的初始值。
一個橢圓曲線與圓有4 個交點,相鄰兩點在x 方向上的距離為近似直線段的長度。交點I 的y 值與中點E 的y值之差即為原理直線度誤差。
橢圓方程： +=1
圓的方程： + =
聯(lián)立解之得4 個交點,其中第一象限的交點I 的坐標(biāo)值為
= （7）
= (8)
由變換為,工件倒圓直徑的基本尺寸d = 29.65mm ,半徑基本尺寸r = 14.825mm ,將R =65mm ,
λ = 0.791 718 2 , r = 14.825mm代入式(7) 和(8) 得
= 13.405mm, = 6.269mm
近似直線段的長度L′= 2= 2 ×6.104 = 12.538mm。
令PE = h ,按圖1 計算的直線段長度為
L = 2 = 2 = 12.448mm
兩者之差ΔL = L′- L = 12.538 – 12.448 = 0.09mm ,符合零件圖紙的要求。
近似直線段的車方原理的直線度誤差計算值Δ=h-= 13.455– 13.405 = 0.05mm ,即直線段的車方原理直線度誤差是0.05mm ,比初始值小的多,完全可以滿足一般方頭的精度要求。
2、機(jī)床配置形式的選擇
2.1機(jī)床配置形式概述
機(jī)床的配置形式通常根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點，加工要求，生產(chǎn)率和工藝過程方案等就可以確定。但在在基本形式的基礎(chǔ)上，由于工藝的組織，動力頭的不同配置方法，零件安裝數(shù)目和工位數(shù)多少等具體安排不同，而具有多種配置方案。他們對機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，通用化程度，結(jié)構(gòu)工藝性能，重新調(diào)整的可能性以及經(jīng)濟(jì)效果，還有維修操作是否方便等，都具有不同的影響。另外，還必須看到，就是在有些情況下，多工藝過程方案不大的更改或重新安排，往往會使機(jī)車簡單，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，更符合實際生產(chǎn)的要求。因此，在最后決定機(jī)床配置形式結(jié)構(gòu)方案時，必須注意下面一些問題。
1）組合機(jī)床的配置型式
組合機(jī)床有大型和小型兩種，大、小型組合機(jī)床雖有其共性，但又都有其特殊性。無論是適用范圍，配置型式，通用部件和驅(qū)動方式都各有特點。
這里主要介紹一下大型組合機(jī)床的基本型式，大型組合機(jī)床的配置型式，主要有單工位組合機(jī)床和多工位組合機(jī)床兩類。
a． 單工位組合機(jī)床：
這類組合機(jī)床上的夾具和工件，在整個工作循環(huán)中始終固定不動，因此亦稱具有固定
具的單工位組合機(jī)床。單工位組合機(jī)床通常用于加工一個或兩個工件，每安裝一次，每個加工表面只能進(jìn)行一次加工。這種配置型式的機(jī)床結(jié)構(gòu)比較簡單，加工精度較高。當(dāng)加工工序單一而集中并可用很多刀具同時進(jìn)行加工時，生產(chǎn)效率很高，故特別適合于大型箱體零件的加工。這類組合機(jī)床的主要配置型式如下：
（1） 臥式單面組合機(jī)床：如加工汽車曲軸箱的臥式單面組合機(jī)床。
（2） 立式單面組合機(jī)床：如加工拖拉機(jī)氣缸體缸孔的立式組合機(jī)床。
（3） 臥式雙面組合機(jī)床：如同時對工件兩面進(jìn)行加工的臥式雙面鏜孔車端面組合機(jī)床。用于對轉(zhuǎn)向節(jié)殼、轉(zhuǎn)向節(jié)球形支承進(jìn)行精鏜孔和車端面。
（4） 復(fù)合式雙面組合機(jī)床：如加工氣缸體頂面和側(cè)面的復(fù)合式雙面組合機(jī)床。
（5） 臥式三面組合機(jī)床：如從三面加工拖拉機(jī)變速箱的臥式三面組合機(jī)床。
（6） 復(fù)合式三面組合機(jī)床：如對拖拉機(jī)后橋殼頂面及左右兩側(cè)同時鉆螺紋底孔的復(fù)合式三面組合機(jī)床。
（7） 臥式四面組合機(jī)床：這種機(jī)床主要用于某些需從四面同時加工以便保證加工精度的工件，例如從四面加工小型拖拉機(jī)主變速箱體的組合機(jī)床。
（8） 復(fù)合式四面組合機(jī)床：
b． 多工位組合機(jī)床
這類組合機(jī)床上的夾具和工件，在加工過程中可按預(yù)定的工作循環(huán)周期地移動或轉(zhuǎn)動以便用配置在不同工位上的動力頭對工件進(jìn)行順序加工，因此亦稱具有移動夾具的多工位組合機(jī)床。工件的變位有手動和機(jī)動等方式。這類組合機(jī)床的工序集中程度高，輔助時間可與機(jī)動時間重合，適用于大批、大量生產(chǎn)中需要多部位加工的中、小零件。但這類組合機(jī)床的加工精度較單工位組合機(jī)床低。它的主要配置型式如下：
（1）固定式多工位夾具組合機(jī)床：這類機(jī)床工件的變位是手動進(jìn)行的，可分為單面雙工位組合機(jī)床、雙面雙工位組合機(jī)床、臥式三面雙工位組合機(jī)床、復(fù)合式四面雙工位組合機(jī)床等四種型式。
（2）移動工作臺式組合機(jī)床：這類組合機(jī)床通常有2～3個工位，可分為臥式單面雙工位移動工作臺組合機(jī)床、立式單面雙工位移動工作臺組合機(jī)床、臥式雙面雙工位移動工作臺組合機(jī)床、復(fù)合式雙工位移動工作臺組合機(jī)床等四種。
（3）回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床：這類組合機(jī)床的特點是一般設(shè)有專門的裝卸工位，機(jī)床輔助時間與機(jī)動時間重合，能減輕裝卸工件的緊張程度，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。可分為臥式單面回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床、立式回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床、臥式多面回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床、復(fù)合式多工位回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床等四種型式。
（4）回轉(zhuǎn)鼓輪組合機(jī)床：這種機(jī)床一般以臥式工序為主，可以同時從相對兩個方面進(jìn)行加工。但也可以采取徑向輻射動力頭來加工第三方向的工序?；剞D(zhuǎn)鼓輪機(jī)床的工序集中程度高，生產(chǎn)效率高，較立式回轉(zhuǎn)工作臺及中央；立柱式機(jī)床又具有結(jié)構(gòu)比較簡單、重量較輕等優(yōu)點，因此獲得廣泛使用?；剞D(zhuǎn)鼓輪機(jī)床目前有分散和集中配置兩種型式?；剞D(zhuǎn)鼓輪機(jī)床有3、4、5、6、8等工位，需要時亦可增加到12個工位?；剞D(zhuǎn)鼓輪機(jī)床一般都設(shè)有專門的裝卸工位，從而機(jī)床的輔助時間和機(jī)動時間重合。
2）各種配置型式組合機(jī)床的加工精度
組合機(jī)床配置型式對加工工件的精度有一定的影響，也就是說，在選擇某臺組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)時，首先必須注意到加工精度能否確切保證，而且這里所指的是穩(wěn)定的加工精度。固定式夾具組合機(jī)床能達(dá)到的加工精度最高，帶移動式加具機(jī)床精度相對較差。
為了弄清所選組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案能否可靠保證要求的加工精度，就必須確定各種配置型式組合機(jī)床的最大加工誤差。在組合機(jī)床上影響加工精度的因素很多，一般分與切削負(fù)荷無關(guān)的誤差（如機(jī)床原始誤差，工件安裝誤差，夾具與刀具的誤差，其它偶然誤差等）和與切削負(fù)荷有關(guān)的誤差（如夾壓變形、熱變形、刀具磨損所引起的誤差和其它偶然性誤差）。組合機(jī)床加工精度通常是靠夾具保證的，我們也可以把影響加工精度的因素分為加工誤差和夾具誤差兩大類。那么現(xiàn)在的問題在于確定夾具誤差和加工誤差之間應(yīng)構(gòu)成怎樣的比例，夾具公差應(yīng)取被加工工件公差的百分之幾，各種不同結(jié)構(gòu)的夾具又能達(dá)到怎樣的加工精度。
要解決這個問題，想從理論上進(jìn)行計算，不僅計算復(fù)雜，勞動量很大，也沒有什么實際價值。通常是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來進(jìn)行機(jī)床配置型式的選擇。下面就介紹一下各種配置型式機(jī)床的加工精度的情況。
a．固定式夾具組合機(jī)床的加工精度
這類機(jī)床可達(dá)到的加工精度最高。對于精加工機(jī)床的夾具，其公差一般取被加工零件公差的1/3。但對粗加工機(jī)床，由于其他因素的影響，精度要求也不能很低。這種機(jī)床加工時能達(dá)到的精度：
（1）鉆孔位置精度：采用固定導(dǎo)向一般能達(dá)mm。當(dāng)嚴(yán)格要求主軸與導(dǎo)向的不同軸度，減少鉆頭與導(dǎo)套之間的間隙、導(dǎo)向靠近工件等，可達(dá)mm。當(dāng)采用與夾具以定位銷定位的活動鉆模板時，鉆孔位置精度為mm。
（2）鏜、鉸孔位置精度：采用固定精度導(dǎo)向時，孔間距離和孔的軸線與基面的位置精度可達(dá)mm。
（3）鏜孔不同軸度及軸線間不平行度：若由一面鏜孔，鏜桿采用前后或多層精密導(dǎo)向，不同軸度可達(dá)0.015～0.03mm。若由兩面鏜孔而且是單軸，便于調(diào)整主軸位置精度時，不同軸度也可達(dá)0.015～0.03mm。但從二面多軸加工時，孔的不同軸度一般為0.05mm。鏜孔軸線間的不平行度，可保持在軸線間距離公差數(shù)值范圍之內(nèi)，在調(diào)整精確時，也可達(dá)0.02～0.05/800～1000。
b．帶移動式夾具組合機(jī)床的加工精度
在多工位機(jī)床上，由于回轉(zhuǎn)工作臺或回轉(zhuǎn)鼓輪轉(zhuǎn)位時有誤差，而影響加工精度。立式多工位機(jī)床，夾具固定于同一臺面上，用一個大活動鉆模板，加工時與夾具定位，其工作臺轉(zhuǎn)位誤差，增大主軸相對導(dǎo)向的軸心偏移和相鄰工位加工孔的位置誤差。鼓輪機(jī)床經(jīng)常是導(dǎo)向套設(shè)在兩側(cè)支架上，由于鼓輪分度誤差、軸承振擺、各工位夾具與支架上導(dǎo)向不同心等原因，加工精度較低。
（1） 鉆孔位置精度：在立式多工位機(jī)床上，采用統(tǒng)一活動鉆模板能達(dá)到mm。在鼓輪機(jī)床上，當(dāng)導(dǎo)向設(shè)在支架上時，鉆孔位置精度能達(dá)到。
（2） 精加工孔的位置精度：當(dāng)在一個工位上同時進(jìn)行孔的精加工時，其位置精度可達(dá)到。在不同工位上分別進(jìn)行孔的精加工時，立式回轉(zhuǎn)工作臺機(jī)床可達(dá)到；回轉(zhuǎn)鼓輪機(jī)床只能達(dá)到以上。
在立式回轉(zhuǎn)工作臺機(jī)床上，為了達(dá)到更高精度，在精加工工位上采取獨自的鉆模板，并和夾具很好的定位，有條件時和工件前道工序精加工的孔定位，則更為有利。
在鼓輪機(jī)床上使導(dǎo)向設(shè)在鼓輪夾具上也能獲得較高的加工精度?；蛘甙捶稚⑴渲眯褪皆O(shè)計制造鼓輪機(jī)床，在每個工位上采用各自的小動力頭，帶導(dǎo)向或不帶導(dǎo)向按剛性主軸進(jìn)行加工，這樣可以分別精確調(diào)整各動力頭的位置，從而可以達(dá)到高的精度。如按這種方法設(shè)計制造的加工縫紉機(jī)軸曲柄的8工位鼓輪機(jī)床，經(jīng)過鉆、擴(kuò)、鉸、兩孔距17.4mm的位置精度達(dá)到。
3）中小批生產(chǎn)用組合機(jī)床的特點
實踐證明，組合機(jī)床在大批大量生產(chǎn)中，是提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量最有效的設(shè)備。隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要，發(fā)展了多種組合機(jī)床配置型式。但是在研究用于中小批生產(chǎn)的組合機(jī)床時，把適用于大批生產(chǎn)的組合機(jī)床配置型式，直接用于中小批生產(chǎn)，常常由于設(shè)備投資很大，而生產(chǎn)批量不大，使機(jī)床負(fù)荷不高，不能充分發(fā)揮組合機(jī)床的作用，因而不符合多快好省的原則。所以必須根據(jù)中小批生產(chǎn)中生產(chǎn)中生產(chǎn)批量不大的特點，研究最適合的組合機(jī)床的品種及其配置型式。
目前在擬定中小批生產(chǎn)用組合機(jī)床方案時，通常采用下列兩種方法來提高組合機(jī)床的利用率，使得在這些企業(yè)中采用組合機(jī)床能取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。
（1） 增加批量 采取多品種加工方法，人為地增加批量，使之接近于大批生產(chǎn)，降低加工成本。同時機(jī)床具有較大的靈活性與可調(diào)性，能比較方便的實現(xiàn)多品種加工。
（2） 盡可能在一臺機(jī)床上集中完成更多的工序 在滿足生產(chǎn)率要求的前提下，延長單件工時，這樣就可以提高機(jī)床的利用率，減少機(jī)床臺數(shù)和設(shè)備投資。
4)組合機(jī)床不同方案分析比較的主要指標(biāo)
對于同樣的工件，為了完成同樣的工藝內(nèi)容，可以有各種不同的機(jī)床配置方案。在最后決定采取那種機(jī)床方案時，應(yīng)堅持土洋并舉，反對貪大求全，正確處理先進(jìn)性和可靠性的關(guān)系，選擇符合多快好省的機(jī)床方案。通?？梢园凑障旅嬷笜?biāo)來比較：
（1） 機(jī)床生產(chǎn)率：各種方案雖然都能滿足生產(chǎn)率的要求，但機(jī)床的負(fù)荷率是不同的，例如有的偏高，在95％以上；有的偏低，在30%左右。應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況，采取負(fù)荷率適宜的機(jī)床方案。機(jī)床負(fù)荷率一般以在70%～90％為好。
（2） 加工的精度：在滿足工件加工精度要求的條件下，有的機(jī)床方案能持久保證精度，有的則差些。因此，要根據(jù)加工精度要求的高低具體選用合適的方案。
（3） 機(jī)床使用方便性和自動化程度：不應(yīng)過分追求機(jī)床的自動化程度，應(yīng)當(dāng)使機(jī)床自動化程度與機(jī)床生產(chǎn)率相適應(yīng)，并且考慮到經(jīng)濟(jì)效果和設(shè)計制造周期。
（4） 排除切屑的方便性：由于切屑排除不便，有時會影響機(jī)床加工精度及工作可靠性。這也是選擇方案應(yīng)給予足夠重視的因素。
（5） 機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和通用化程度：機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，通用化程度高，可以降低機(jī)床制造成本，提高機(jī)床工作可靠性。
（6） 刀具的復(fù)雜程度，刃磨、調(diào)整和更換的方便性。
（7） 機(jī)床的外形尺寸：應(yīng)選擇體積小、重量輕的方案。
在對機(jī)床方案進(jìn)行上述分析比較的基礎(chǔ)上，還應(yīng)進(jìn)行機(jī)床不同方案經(jīng)濟(jì)效果的分析，這主要包括：所需操作工人數(shù)，機(jī)床所需廠房面積，工藝設(shè)備總投資，單件工序成本以及采用組合機(jī)床后增加的投資的回收期等。
最后應(yīng)當(dāng)說及的，就是在有的情況下，例如為了解決關(guān)鍵工序穩(wěn)定的加工精度，雖然由于工件產(chǎn)量不大，經(jīng)濟(jì)效果并不很好，仍然有采用組合機(jī)床的必要。
總之，根據(jù)以上原則，通過對加工零件結(jié)構(gòu)特點，加工要求的分析，知此為單工位加工，又因為零件的對稱性可采用雙面組合機(jī)床加工以進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。故選用單工位雙面組合機(jī)床配置方式。
機(jī)床的側(cè)底座和中間底座及液壓滑臺可選用通用部件。
2.2機(jī)床支撐形式的選擇
機(jī)床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁、橫臂、刀架及工作臺等。這些支承件，或單獨使用，或組合使用。
支承件應(yīng)滿足的基本要求：
1.應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度——質(zhì)量比。
2.應(yīng)具有較好的動態(tài)特性，包括較大的位移阻抗和阻尼，整機(jī)的低階頻較高，若階頻不致引起結(jié)構(gòu)共振，不會因薄壁振動而產(chǎn)生噪聲。
3.熱穩(wěn)定性好，熱變形對機(jī)床加工精度的影響較小。
排屑暢通，吊運安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
機(jī)床支承形式可歸納為下列5種：
（1）一字形（“一”形）支承 支承件是床身，或床身與底座的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為臥式機(jī)床。
（2）柱形（“┃”形）支承 支承件是立柱，或立柱與底座的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為立式機(jī)床。
（3）倒丁字形（“”形）支承 支承件是床身和立柱的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為復(fù)合式機(jī)床。
（4）槽形（“”形）支承 支承件是床身（或底座）、立柱、橫臂三者的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為單臂式機(jī)床。
（5）框形（“ ”形）支承 機(jī)床的支承件由床身、橫梁及雙立柱組合而成，形成封閉的框形結(jié)構(gòu)。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為龍門式機(jī)床。
由于支承件的結(jié)構(gòu)形狀十分復(fù)雜，受力條件也很復(fù)雜，所以對支承件主要是進(jìn)行近似的工程技術(shù)計算，用近似的技術(shù)計算結(jié)果，來和已有的經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類型支承件的計算結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)而評價所設(shè)計的支承件。
由工件的形狀及加工原理知，宜采用臥式形式（帶一固定式夾具）。
2.3 車方主軸頭的結(jié)構(gòu)方案
機(jī)床上實現(xiàn)車方的主軸頭結(jié)構(gòu)，如圖1-5所示：
圖1-5車方機(jī)床車頭結(jié)構(gòu)圖
徑向?qū)ΨQ安裝兩把車刀1的刀桿軸2、法蘭盤3和主軸4，由銷和螺釘固聯(lián)在一起，經(jīng)滾動軸承安裝在裝配式曲軸（即系桿）7上。軸7接動力源為主動軸，帶動刀桿軸2作公轉(zhuǎn)。因與刀桿軸2固聯(lián)之主軸4上的齒輪Z3（行星輪6）和固定在箱體上的內(nèi)齒輪Z4（中心輪5）嚙合，所以刀桿軸2在隨著系桿公轉(zhuǎn)的同時，還與齒輪Z3一起作自轉(zhuǎn)，這就保證了形成空間的行星運動，并使刀尖點描繪出滿足工件尺寸要求的橢圓曲線。當(dāng)工件被固定在夾具中，并調(diào)整到與系桿回轉(zhuǎn)軸線同軸后靜止不動，而車刀在回轉(zhuǎn)的同時，又由滑臺帶著主軸頭作直線進(jìn)給，便完成了車方的工作。
3 基本運動參數(shù)確定
3.1 切削力的計算及刀具的選擇
1. 刀具與工藝方案的關(guān)系
專用機(jī)床刀具，是專用機(jī)床主要組成部分之一。刀具的選用、設(shè)計、制造正確與否，對機(jī)床的加工精度和效率有著重要影響。在專用機(jī)床上常采用多刀，復(fù)合刀具及特種刀具，從而使工序集中，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
2. 刀具的選擇原則
（1）如果條件允許，應(yīng)該首先選取標(biāo)準(zhǔn)刀具；
（2）為提高工序集中程度，或達(dá)到更高的精度，可采用復(fù)合刀具。但在確定復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡可能采用組裝式復(fù)合刀具。
3. 切削用量的確定
(1) 車方機(jī)床的主軸上對稱安裝了兩把車刀,但由圖2 可知,兩把刀不會同時切削,切削深度從F 點= 0 逐漸增大至E 點 == 1.5mm ,再逐漸減小至G 點= 0 。其它3個面的切削深度也依次作同樣改變。所以最大切深度 = 1.5mm .
(2)根據(jù)零件表面粗糙度的要求,選f =0.3mm/ r。
(3) 刀具材料選用YT15（適合加工鋼料及斷續(xù)切削） 。為了保證一定的刀具耐用度,選v = 90m/ min = 1.5m/ s。
4. 零件材料45 鋼,加工時的材料硬度為187HB ,查《機(jī)械加工工藝手冊》,得:單位切削力p = 1 962N/ mm2 ;切削力Fz = p f = 1 962 ×1.5 ×0.3 = 883N ;切削功率P = v ×= 883×1.5×=1.3245kW;取機(jī)床總效率η= 0.75 ,則電機(jī)功率= P/η = 1.3245/ 0.75 = 1.766kW。
附表1 硬質(zhì)合金外圓車刀切削常用金屬材料時的單位切削力與單位切削功率
工件材料
單位切削力P
單位切削功率
實驗條件
類別
名稱
牌
號
制造、熱處理
硬度
刀具幾何參數(shù)
切削用量范圍
鋼
易切鋼
Y40Mn
熱軋
202
1668
碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼
熱軋或正火
134～137
1884
45
187
1962
40Cr
212
40MnB
207～212
38CrMoAlA
241～269
45
調(diào)質(zhì)（淬火及回火
229
2305
40Cr
285
38CrSi
292
2197
45
淬硬
44
2649
工
具鋼
60Si2Mn
熱軋
269～277
1962
T10A
退
火
189
2060
9CrSi
223～228
Cr12
223～228
Cr12MoV
262
3.2 電動機(jī)的選擇
1.電動機(jī)選擇時要考慮的問題：
（1）由于一般生產(chǎn)單位多采用三相交流電源，故無特殊要求時均應(yīng)選用三相交流電動機(jī)。其中以三相異步帶能動機(jī)應(yīng)用最多，常用為Y系列三相異步電動機(jī)。
（2）電動機(jī)的功率選擇是否合適，對電動機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選的過小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動機(jī)因超載而過早損壞；功率選的過大則電動機(jī)的價格高，能力又得不到充分的發(fā)揮，而且由于電動機(jī)經(jīng)常不在滿載下運轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費
（3）電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價格愈低。但是電動機(jī)轉(zhuǎn)速相對于工作機(jī)轉(zhuǎn)速過高勢必使總傳動比加大，致使傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外廓尺寸增加，制造成本提高。而選用較低轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，其優(yōu)缺點剛好相反。因此，在確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)進(jìn)行分析比較，權(quán)衡利弊，按最佳方案選擇。
2.電動機(jī)功率的選擇
考慮到減速器的降速比不宜過大，所以初步選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
再根據(jù)所須電動機(jī)功率為。
查簡明機(jī)械設(shè)計手冊 續(xù)表
但是，考慮到機(jī)床可能調(diào)整加工其它尺寸、材料的方頭或六方頭工件,取電機(jī)功率為2.2kW。選用封閉式三相異步電動機(jī)，型號為Y132S-8，其輸出功率P=2.2kw。其主要性能參數(shù)如表3-1所示。
表3-1 電動機(jī)主要性能參數(shù)
電動機(jī)的功率P
2.2 kw
額定電流
5.5A
額定轉(zhuǎn)距
2.0
電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n
710 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 / 額定轉(zhuǎn)矩
2.0
電動機(jī)的效率
0.81
電動機(jī)的重量
63kg
3.電動機(jī)的安裝型式
選用基本結(jié)構(gòu)型式，機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣。安裝結(jié)構(gòu)型式為
制造范圍（機(jī)座號）為80-315。其示意圖如圖3-1所示：
圖3-1 電動機(jī)的安裝示意圖
表3-2 電動機(jī)主要安裝尺寸
電動機(jī)軸伸直徑D
48mm
電動機(jī)軸伸長度E
110mm
軸伸上鍵槽的尺寸
14mm9mm
電動機(jī)法蘭外徑尺寸
350mm
電動機(jī)法蘭內(nèi)徑尺寸
250mm`
電動機(jī)法蘭螺栓孔均不圓直徑
300mm
法蘭螺栓孔的數(shù)量和直徑
419
電動機(jī)的總高度L
710mm
河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 臥式單工位雙面車方組合機(jī)床
4 主軸箱及傳動件的設(shè)計
4.1 主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求
1.在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求是傳動軸和輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合要求時，可采用齒輪變位的方法來湊中心距；
當(dāng) 時，采用正常齒輪；
時，采用修正齒輪。
式中：A——實際中心矩；
M——為模數(shù)；
、——分別為兩嚙合齒輪齒數(shù)。
2.在保證有足夠強度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種；
3.通常應(yīng)避免通過主動主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負(fù)荷；
4.最佳傳動比為11.5，但允許采用到3～3.5；
5.盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一、二級，以減少功率損失。
4.2 動力部件的選擇
動力部件是用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運動（動力頭）只用于進(jìn)給運動（動力滑臺），是組合機(jī)床最主要的通用部件。選用何種動力部件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工工藝，機(jī)床型式，使用條件，生產(chǎn)條件來確定。例如：對于一般的多軸鉆床和鏜孔機(jī)床，可用機(jī)械或液壓動力頭，對于銑削、鏜端面孔機(jī)床、精鏜等機(jī)床，應(yīng)用動力滑臺配以相應(yīng)的銑頭，鏜孔，車端面頭，精鏜等；立式機(jī)床宜采用動力滑臺或機(jī)械動力頭等。總之，選用合適的動力部件，使機(jī)床具有先進(jìn)的工藝水平和技術(shù)水平，以及良好的工藝效果。
4.3行星輪系齒輪設(shè)計
由的分度圓直徑= 130mm ,并考慮齒數(shù)不宜過多,選取行星齒輪和固定齒輪的模數(shù)m =3mm,=130÷3 = 43.33 。選=45由∶= 1∶2 ,得 = 90。
選取齒輪材料40Cr ,硬齒面,齒寬B = 35mm。類比其它機(jī)床,本機(jī)床的齒輪模數(shù)和分度圓直徑較大,而切削力、切削功率較小,可以推斷齒輪的抗彎強度、接觸疲勞強度有很大的安全裕度,所以校核從略。
4.3.1 行星輪系傳動比計算
若將研究行星輪系的著眼點一改傳統(tǒng)的自由度和傳動比而為行星輪上各點的運動軌跡時，可發(fā)現(xiàn)行星機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域! 取一中心輪（齒數(shù)為）固定，且行星輪齒數(shù)
這種具有特定尺寸關(guān)系的行星輪系，如圖所示!
當(dāng)系桿H, 主動輸入,，可由經(jīng)典的行星輪系傳動比計算公式，求得，說明在該輪系中，系桿帶著行星輪繞軸線作公轉(zhuǎn)一周的同時，行星輪也與公轉(zhuǎn)方向相反，自轉(zhuǎn)
一周!
4.3.2 行星輪系的機(jī)構(gòu)運動分析
該行星機(jī)構(gòu)的運動分析可以當(dāng)成簡單的平面剛體運動，運用平面運動分析的知識，假設(shè)系桿H的角速度為，行星輪的角速度為，應(yīng)用速度瞬心法，很明顯行星輪和固定的交點是速度瞬心，即上圖中A點，這樣就很容易算出刀具E點的線速度，用速度瞬心法算出刀尖速度的一般式：
對上式求導(dǎo)數(shù)，然后令的導(dǎo)數(shù)為零，得到v的的極值，當(dāng)是速度最小，為
當(dāng)是速度最大為
所以可以很明顯的看出：在E點時的刀尖速度最大，
有根據(jù)刀尖在E 點的速度和電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以算出 和 的傳動比，前面我們選用的刀具材料用YT15 。為了保證一定的刀具耐用度,選v = 90 m/ min = 1.5 m/ s。
令刀具的最大速度即刀尖在E點的速度 =1.5m/s=1500mm/s 我們可以得到
系桿的角速度
rad/s
根據(jù)轉(zhuǎn)速的公式：
所以系桿的轉(zhuǎn)速 r/min
傳動結(jié)合我們已經(jīng)選定的電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以算出 和
710/123.057=5.7697
4.4 齒輪和設(shè)計計算及校核
1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1） 按照工件的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動
2） 車方機(jī)床為一般的工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）
3） 材料選用。由《機(jī)械設(shè)計第七版》表10-1選擇小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)） 硬度為280HBS，大齒輪的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者的硬度差為40HBS。
附表3 常用齒輪材料及其力學(xué)特性
4）選小齒輪的齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)為=5.769 25=144.225
2.按齒面接觸強度計算
有《機(jī)械設(shè)計第七版》設(shè)計計算公式
1） 選用載荷系數(shù) =1.3
2） 計算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩
T= N.mm
3) 有《機(jī)械設(shè)計第七版》表10-7選用齒寬系數(shù)
4）有表10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)
5） 由圖10-21d 按照齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度
=600 MPa ;大齒輪的接觸疲勞強度極限為 =550 MPa
6）由公式 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60 1 8 300 15=1.53
7）由圖10-19查接觸疲勞壽命系數(shù)
=0.90 =0.90
8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1由《機(jī)械設(shè)計第七版》式（10-12）得：
2 .計算
1)試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值
=54.824 mm
2)計算圓周速度 v
mm
3) 齒寬b==0.554.824=27.41 mm
4) 齒寬與齒高之比 b/n
模數(shù) mm
齒高 h=2.25=2.252.19296=4.93416 mm
b/h=27.41/4.93416=5.56
5）計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=2.037 m/s 7級精度 由〈〈機(jī)械設(shè)計第七版〉〉圖10-8查得動載荷系數(shù) ，直齒輪，假設(shè) N/m
由表10-3查得
由表10-2查得 使用系數(shù) =1.25
有表10-4查得7級精度小齒輪相對支承非對稱布置時
1.493
由b/h=5.56 查圖10-13
所以載荷系數(shù) =
6）按實際的載荷校正所得分度圓直徑
=61.27 mm
7） 計算模數(shù)
mm
3.按齒根彎曲強度計算
有彎曲強度設(shè)計公式
1） 確定公式中各個計算數(shù)值
（1） 由《機(jī)械設(shè)計第七版》圖10-2c查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎曲疲勞強度極限
（2）由圖10-19 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
（3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取安全疲勞安全系數(shù) S=1.4
由《機(jī)械設(shè)計第七版》式（10-12）得：
（4）計算載荷系數(shù)
（5）查取齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計第七版》表10－5可查得：
； ；
； 。
（6）計算大小齒輪的 ，并加以比較。
大齒輪數(shù)值較大
mm
對于計算結(jié)果，由于齒面接觸強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強度算得的模數(shù)1.779并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.0 mm，按接觸強度算得的分度圓直徑=61.27 mm，算出小齒輪的齒數(shù)
取
7）驗算圓周力
合適；
8）按照彎曲疲勞強度校核
故：按彎曲強度校核兩齒輪符合要求。
4. 大小齒輪的幾何尺寸計算
1.分度圓直徑：
2.齒頂高：
3.齒根高：
4.全齒高：
5.齒頂圓直徑：
6.齒根圓直徑：
7.齒寬 b=0.5 62=31
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