電動機(jī)外殼加工專用機(jī)床的設(shè)計論文

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南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 1 概述 1 1.1 本課題研究的目的 1 1.2 本設(shè)計國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀 1 1.3 目前存在的主要問題 4 2機(jī)床設(shè)計總體方案 5 2.1 機(jī)床總體方案的設(shè)計依據(jù) 5 2.2 機(jī)床設(shè)計方案的確定 6 2.2.1 擬定工藝方案的對比 6 2.2.2 設(shè)計方案的確定 7 2.3 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定 7 8溜板箱的設(shè)計 31 8.1 傳動方案的設(shè)計 31 8.2 電機(jī)的選擇 31 參考文獻(xiàn) 42 謝 辭 44 附 錄 45 1 The Original English 45 THE KEY TECHNOLOGY OF DESIGN HOB FOR 45 HOBBING SCREW COMPRESSOR ROTORS 45 4 REFERENCES 49 2 中文翻譯 49 設(shè)計加工螺桿式壓縮機(jī)的內(nèi)擺線—弧輪廓 49 所用滾刀的關(guān)鍵技術(shù) 49 (1) 概述 49 (2) 存在的問題 50 (3) 準(zhǔn)確的計算出中間曲線的最好方法 51  1 概述 1.1 本課題研究的目的 電動機(jī)外殼加工專用機(jī)床的設(shè)計主要用于加工鋁合金材料的壓鑄件電動機(jī)外殼的毛坯，通常是在普通機(jī)床上進(jìn)行加工，裝夾和測量麻煩，不但加工時間廠，效率低，而且制造誤差大，生產(chǎn)成本高，本設(shè)計的目的是使機(jī)床的結(jié)構(gòu)盡可能簡化，降低機(jī)床購買成本，提高生產(chǎn)效率，從而降低零件的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。 1.2 本設(shè)計國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀 專用機(jī)床是集機(jī)電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的主用機(jī)床及組合機(jī)床自動線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。專用機(jī)床的分類繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床———柔性專用機(jī)床越來越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的專用機(jī)床。 由于專用機(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)。我國專用機(jī)床及專用機(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)所需的一些高水平專用機(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。 現(xiàn)僅就近幾年大連組合機(jī)床研究所研制的組合機(jī)床及其自動線對目前我國組合機(jī)床及其自動線裝備技術(shù)的基本情況進(jìn)行說明： 圖1.1 　壓縮機(jī)外支撐八工位回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床 (1)為某冰箱壓縮機(jī)廠提供的ZHS - 1283 冰箱壓縮機(jī)外支撐八工位回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床,見圖1。鏜孔精度< 9.097 mm 0.004 mm , 表面粗糙度Ra 0. 8μm ,節(jié)拍時間26 s (2 件) ,采用交流伺服滑臺,HSK 接桿,主軸帶中孔冷卻液通道,全封閉防護(hù)。 (2) ZHS - XU86 凸輪軸軸承蓋加工自動線是為某汽車公司研制的用于30 萬輛轎車生產(chǎn)的高精度、高生產(chǎn)率、多品種數(shù)控自動線,見圖1.2 。該線采用多種先進(jìn)技術(shù):可控扭矩夾緊扳手、氣浮輸送、電液比例閥、高精度空心錐柄接桿、高密度材料鏜桿、數(shù)控精密十字滑臺、分布式控制系統(tǒng)與監(jiān)測系統(tǒng)、故障診斷及顯示系統(tǒng)、大流量冷卻排屑和全封閉防護(hù)系統(tǒng),節(jié)拍38 s。 圖1.2 　ZHS - XU86 凸輪軸軸承蓋加工自動線 (3) UD80 型換刀換箱柔性加工單元,見圖1.3 。該單元是一種高效、高精度與高柔性的數(shù)控機(jī)床,機(jī)床有5 個坐標(biāo),交換托板尺寸為800 mm 800 mm ,刀庫容量60 ,120 ,180 任選,箱庫容量12 個,能在一次裝夾下成銑、鉆、鉸、攻絲、鏜孔、鏜車等工序的單軸加工和多軸加工,適合中大批量生產(chǎn)規(guī)模的箱體零件和成組雜件的加工,也適用于中小批量多品種零件的生產(chǎn)。 圖1.3 　UD80 型換刀換箱柔性加工單元 上述專用機(jī)床代表了目前我國專用機(jī)床裝備較高的技術(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)控專用機(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),因此專用機(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(qiáng)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。 1.3 目前存在的主要問題 在加工通孔、止口以及兩側(cè)表面的零件時，尤其批量生產(chǎn)中，傳統(tǒng)車削加工效率方法是應(yīng)用車鏜削專機(jī)一次將孔和側(cè)端面加工完；翻過來二次裝夾加工另側(cè)表面。工件在實際加工中二次裝夾導(dǎo)致加工精度低，效率低下。 2機(jī)床設(shè)計總體方案 隨著社會的進(jìn)步，市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種產(chǎn)品內(nèi)部及產(chǎn)品之間的競爭日益加強(qiáng)，這使得產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家都設(shè)法降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。在這種情況下，針對要求設(shè)計一套電動機(jī)外殼內(nèi)孔、止口及端面加工的專用機(jī)床，所以本設(shè)計主要是為了通過盡量簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)和減少機(jī)床附件來減少機(jī)床的制造成本，從而達(dá)到降低電機(jī)外殼生產(chǎn)成本的目的。 2.1 機(jī)床總體方案的設(shè)計依據(jù) 2.1.1 被加工零件工藝方案的擬定 工件材料為鑄鋁合金，牌號為ZL102，硬度為HBS50，加工部位是：內(nèi)孔表面1、止口表面2、3，以及外殼表面4、5。工件覺得簡易零件圖如圖2.1所示。其具體加工要求如下 ： (1) 需要加工的5個表面均不在同一個加工平面，而設(shè)計要求在一次裝夾的 情況下完成工件的加工過程，因此，需要采用多工位刀具加工，使左端面和止口以及內(nèi)孔通過一次走刀過程完成加工，然后再使右邊的止口和端面同時完成加工。 (2) 被加工表面的粗糙度均為Ra3.2。 (3) 被加工表面的尺寸及位置精度為： 1） 兩端面4、5的最小距離為mm； 2） 兩止口2、3的最小尺寸要求為mm； 3） 內(nèi)孔1的尺寸要求為mm；其內(nèi)表面相對于兩止口軸線的圓跳度為0.075mm。 (4) 小批量生產(chǎn)。 圖2.1 加工零件簡易圖 2.2 機(jī)床設(shè)計方案的確定 2.2.1 擬定工藝方案的對比 在開始本設(shè)計之前擬定了三套設(shè)計方案，其具體內(nèi)容如下： （1）在加工通孔、止口以及兩側(cè)表面的零件時，尤其批量生產(chǎn)中，傳統(tǒng)車削加工效率方法是應(yīng)用車鏜削專機(jī)一次將孔和側(cè)端面加工完；翻過來二次裝夾加工另側(cè)表面。工件在實際加工中二次裝夾導(dǎo)致加工精度低，效率低下。 （2）采用雙動力頭車床，通過兩床頭機(jī)座的軸向進(jìn)給來完成切削進(jìn)給，這樣使得機(jī)床必須具備兩個能在導(dǎo)軌上實現(xiàn)軸向運動的主軸箱，一方面，這樣的結(jié)構(gòu)為保證電機(jī)外殼止口的同軸度要求，將會對導(dǎo)軌的平行度直線度等形位誤差提出更高的要求；另一方面，還要給兩個主軸箱提供軸向運動的動力裝置。這種方案的優(yōu)點是加工效率高，缺點是采用雙動力頭，使加工精度難以得到保證，且采用雙動力頭使得機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)費用高。 （3）采用參照6140車床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造而成的簡易車床進(jìn)行加工，整個加工過程都是由裝夾工件的拖把的進(jìn)給來完成，機(jī)床的切削主軸分為前鏜頭和后鏜頭兩部分組成，兩鏜頭以及鏜桿上的鏜刀都需要比較高的安裝精度，直接通過安裝精度來保證零件的加工精度。其加工過程為：首先工件向左進(jìn)給，通過前鏜頭上的內(nèi)孔鏜刀、止口鏜刀和端面鏜刀來完成內(nèi)孔、左止口和左端面的加工，加工完成后停機(jī)，在前后鏜頭之間加上傳動桿使動力傳遞給后鏜頭，然后使工件向右進(jìn)給來完成右端止口和右端面的加工。這種方案的優(yōu)點是使機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，降低了制造費用，保證了較高的加工效率，不足之處是機(jī)床在安裝時對安裝的技術(shù)要求較高。 2.2.2 設(shè)計方案的確定 由上述方案各優(yōu)缺點的對照，綜合本設(shè)計的設(shè)計要求：1、為降低零件的加工成本，應(yīng)使機(jī)床的制造成本盡可能低；2、為提高生產(chǎn)效益，應(yīng)使零件的生產(chǎn)效率盡可能的提高；3、為適應(yīng)一系列零的加工要求，應(yīng)使機(jī)床各部分能做適量的調(diào)整。綜合各方面的設(shè)計要求，最后確定采用第三套方案進(jìn)行設(shè)計。 2.3 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定 2.3.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定 本設(shè)計為專用機(jī)床的設(shè)計，為了適應(yīng)同一系列尺寸產(chǎn)品的加工和工藝上的靈活，針對零件的加工要求，采用了主軸兩級變速。 本專用機(jī)床是用來加工材料為鑄鋁合金的電機(jī)外殼，根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計簡明手冊》查得滿足設(shè)計要求加工精度的切削速度為200~400m/min，此設(shè)計選擇的切削速度為300m/min。 根據(jù)公式： 由于該專用機(jī)床需加工同一系列的電機(jī)外殼，所以需要幾個轉(zhuǎn)速來完成表面的加工。 由于轉(zhuǎn)速對零件加工精度的影響并不是很大，所以我采用平均速度來設(shè)計此專用機(jī)床： 取整數(shù)，則; ; ; 取整數(shù)，則。 2.3.2 進(jìn)給量的確定 專用機(jī)床的切削進(jìn)給量是由所加工材料的性能和加工精度所決定的，根據(jù)《切削用量手冊》查得加工鑄鋁類零件的進(jìn)給量為0.15—0.30mm/r,本設(shè)計中取進(jìn)給量為0.20mm/r。 2.3.3 主運動電動機(jī)功率的確定 (1) 切削力的計算: 車削過程中主切削力的計算公式為： 式中：——切削力的切向分力（主切削力）KgN； ——切削條件系數(shù); ——背吃刀量mm； ——背吃刀量指數(shù)； ——切削進(jìn)給量mm/r； ——進(jìn)給量指數(shù)； ——切削速度m/min； ——總修正系數(shù)。 (2) 切削功率的計算: 切削功率的計算公式為： 由《切削用量手冊》查得利用高速鋼刀具對鑄鋁合金零件進(jìn)行鏜孔加工時，其式中各參數(shù)分別取值為：=390，=1.0，=0.75，=1.0。 根據(jù)加工要求取背吃刀量為1mm，將數(shù)據(jù)代入公式計算得：主切削力=107.8N，切削功率=0.54KW。 (3) 主傳動系統(tǒng)的傳動效率: 由主傳動系統(tǒng)示意圖（圖2.1）可知：主傳動系統(tǒng)包括兩級齒輪傳動和一級帶輪傳動以及三對滾動軸承，設(shè)、、分別為齒輪傳動、滾動軸承、帶輪傳動的效率。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》查得=0.98、=0.98、=0.95，則主傳動系統(tǒng)的總傳動效率為： (4) 電動機(jī)的選擇: 由于在切削過程中存在三把刀同時工作進(jìn)給的情況，以及考慮切削過程中的不穩(wěn)定因素，需要對電機(jī)的功率加上一安全系數(shù)，取安全系數(shù)S=1.5，計算得總功率為： 查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》，根據(jù)Y系列三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)（IP44）（摘自JB/T9616—1999），取電動機(jī)的額定功率為4KW；選取電動機(jī)型號為Y112M—4；其主要參數(shù)為；滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min。 3 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 3.1 主傳動系統(tǒng)的組成及要求 實現(xiàn)機(jī)床主運動的傳動系統(tǒng)，稱為機(jī)床的主傳動系統(tǒng)，它和機(jī)床的傳動方案和總體布局有關(guān)，對機(jī)床的使用性能、結(jié)構(gòu)都有明顯的影響。 圖3.1是機(jī)床主傳動系統(tǒng)的傳動簡圖。根據(jù)設(shè)計要求，在滿足設(shè)計要求的條件下，本設(shè)計從節(jié)省成本的角度考慮，使主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)盡量的簡化，從而得到如圖所示的傳動系統(tǒng)簡圖。為滿足工作性能要求，主傳動系統(tǒng)應(yīng)包括如下幾個組成部分： 圖3.1 主傳動系統(tǒng)簡圖 (1) 固定傳動比結(jié)構(gòu) 在電動機(jī)和第I軸之間采用V帶連接；在第I軸和第二軸之間采用齒輪傳動，并且通過這對齒輪實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)向的改變。 (2) 變速機(jī)構(gòu) 根據(jù)本設(shè)計的設(shè)計要求，該機(jī)床主軸只需要有兩種不同的轉(zhuǎn)速，故本設(shè)計只需要通過第II軸上的一對滑移齒輪來實現(xiàn)變速即可。 (3) 主軸部件 該機(jī)床的主軸部件包括主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件例如齒輪和鍵等零件。 (4) 開停裝置 機(jī)床主運動需要經(jīng)常啟動和停止，大多數(shù)采用離合器的方式，有時用開停電動機(jī)的方法來實現(xiàn)。 (5) 操作機(jī)構(gòu) 機(jī)床的起停、變速都需要通過相應(yīng)的操縱機(jī)構(gòu)，才能達(dá)到應(yīng)有的功能。方便實用的操作裝置可以提高生產(chǎn)效率，減少工人的工作量。 (6) 潤滑與密封裝置 為保證上述各種傳動元件和機(jī)構(gòu)的正常工作，應(yīng)設(shè)有良好的潤滑與密封裝置，防止出現(xiàn)三漏現(xiàn)象。 (7) 箱體 各機(jī)構(gòu)和傳動件的支撐均裝入箱體中，并保證它們相互位置的準(zhǔn)確性。 在設(shè)計機(jī)床的主傳動系統(tǒng)時，必須滿足以下基本要求： 1) 機(jī)床的主軸應(yīng)有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和變速級數(shù)； 2) 機(jī)床的動力源和傳動機(jī)構(gòu)都需要保證傳遞足夠功率和扭矩，并且要求傳動效率較高； 3) 機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)，特別是主軸都需保證足夠的精度、剛度、抗振性能，并且要求溫升較低和熱變形較??； 4) 機(jī)床的操作和控制需要靈活、輕便和安全可靠，機(jī)床的調(diào)整維修要求簡單方便，機(jī)床噪音小，以保證工人生產(chǎn)的正常條件； 5) 機(jī)床的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單、緊湊、制造方便、成本低； 6) 機(jī)床的自動化程度和生產(chǎn)率方面的要求，應(yīng)該合理的滿足。 3.2 主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計 3.2.1 傳動比的分配 主軸的兩級轉(zhuǎn)速分別為500r/min和850r/min，而電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min，由于輸入輸出轉(zhuǎn)速比較小，因此主軸的變速采用一級滑移齒輪變速，而另一級齒輪則作為換向齒輪等速傳動，而且?guī)л唫鲃油瑯硬捎玫人賯鲃印? 則滑移齒輪兩部分的傳動比分別為： 3.2.2 帶傳動的設(shè)計 在同樣的張緊力下，V帶傳動所產(chǎn)生的摩擦力大于平帶傳動所產(chǎn)生的摩擦力，且摩擦力大，帶傳動所傳遞的功率就大，故V帶傳遞的功率比平帶大得多，或者說，在同樣的功率下，V帶傳動結(jié)構(gòu)緊湊。同時V帶傳動具有較大的摩擦因數(shù)，可以減小彈性滑動和打滑現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)率。 V帶型號的選擇是根據(jù)電動機(jī)的輸入輸出轉(zhuǎn)速和傳遞功率等方面因素并參考普通V帶選型圖選擇普通V帶的帶型為A型，傳動基準(zhǔn)長度取為1800mm。為保證帶的穩(wěn)定性，根據(jù)單根V帶的基本額定功率和所需傳遞的總功率確定V帶的根數(shù)為Z=3根。 3.2.3 齒輪齒數(shù)的確定 在確定傳動系統(tǒng)中各傳動副的齒輪齒數(shù)時應(yīng)注意下列幾點： (1) 齒輪的齒數(shù)和不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機(jī)床結(jié)構(gòu)增大。一般推薦齒數(shù)和≤100—120，常用在100之內(nèi)； (2) 同一變速組中的幾對齒輪，其中心距必須保證相等； (3) 最小的齒輪齒數(shù)Zmin應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，最小Zmin≥17; (4) 應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強(qiáng)度。 為使選用的齒輪標(biāo)準(zhǔn)化，在計算齒數(shù)的過程中對傳動比進(jìn)行了修正，其修正后的傳動比為：；同時因為個齒輪副的速度變化不大，受力情況相差不大，故允許采用同一模數(shù)，且各對齒輪的齒數(shù)和也也相等。 選擇兩齒輪副的齒數(shù)和=100，則兩對齒輪副的齒數(shù)分別為： 修正后主軸得到的實際轉(zhuǎn)速為: 3.3 主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.3.1 主傳動系統(tǒng)的布局及變速機(jī)構(gòu)類型 (1) 布局 主傳動系統(tǒng)的布局形式取決于機(jī)床的用途、類型和尺寸等因素。布局的形式大致有兩種：一是集中傳動式布局，變速系統(tǒng)的全部變速機(jī)構(gòu)和主軸部件都安放在同一變速箱內(nèi)；另一種是分離傳動式布局，主要變速機(jī)構(gòu)和主軸部件分別裝在變速箱和主軸箱兩個箱體內(nèi)，中間用皮帶、鏈條或其他方式傳動。 本設(shè)計中，由于滿足設(shè)計要求的傳動裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，所以采用的是集中傳動式布局。這種布局的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，主軸和全部傳動元件都安裝在一個箱體內(nèi)，便于集中操縱；箱體數(shù)目少，便于調(diào)整維修。但是變速機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)中的振動和發(fā)熱會直接影響主軸的工作精度。 (2) 變速機(jī)構(gòu)的類型 變速機(jī)構(gòu)的類型選擇，主要取決于機(jī)床的性能和使用條件。 常用有級變速機(jī)構(gòu)有： 1) 交換齒輪變速機(jī)構(gòu) 常用的交換齒輪變速方式,多半是更換中心距離不變的兩軸之間一對齒輪，多用于不經(jīng)常變速的專用機(jī)床、自動和半自動機(jī)床以及齒輪加工機(jī)床等。這種變速機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。 2) 滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) 這種變速方式廣泛應(yīng)用于一般通用機(jī)床中，其優(yōu)點是變速范圍較大，變速級數(shù)也較多，不論速度高低，所傳遞的功率和扭矩多較大，而變速機(jī)構(gòu)的徑向尺寸較小，不工作的齒輪不嚙合，所以空載功率消耗小，變速方便、省時。其缺點是變速箱的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，軸向尺寸較大，不能在運轉(zhuǎn)中變速。為使滑移齒輪進(jìn)入嚙合，必須用直齒圓柱齒輪傳動，傳動平穩(wěn)性不如斜齒輪傳動。 3) 皮帶塔輪變速機(jī)構(gòu) 多半是用于中心距不變的兩軸之間，以皮帶聯(lián)接兩個可以反向安裝的塔輪所組成，在磨床上使用較多，臺式鉆床也常用這種機(jī)構(gòu)。 4) 離合器變速機(jī)構(gòu) 離合器可以是牙嵌式、齒輪式和摩擦式離合器。 在本設(shè)計中，機(jī)床主軸只需要兩種輸出轉(zhuǎn)速，因此，在變速機(jī)構(gòu)中采用滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，從而使主軸箱的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，操作方便。主軸箱的結(jié)構(gòu)模型如圖3.2所示。 圖3.2主軸箱結(jié)構(gòu)的三維模型 3.3.2 主傳動系統(tǒng)中開停裝置的設(shè)計 開停裝置用以控制主要執(zhí)行件（如主軸）的啟動和停止。其基本要求是方便省力，操作安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單并能傳遞足夠的扭矩。 對功率較小，不經(jīng)常啟動和停止的機(jī)床，為了結(jié)構(gòu)簡單那，可直接使用電動機(jī)來實現(xiàn)機(jī)床的啟動和停止。當(dāng)電動機(jī)功率較大時，由于啟動電流很大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，同時由于轉(zhuǎn)動慣量較大，傳動件不易迅速停止，這時可在傳動鏈中設(shè)置離合器來實現(xiàn)機(jī)床運動的啟停，且離合器可以在電動機(jī)運轉(zhuǎn)的情況下實現(xiàn)對主運動的啟動或停止，從而減少電動機(jī)的開停次數(shù)。 在本設(shè)計中采用的是電動機(jī)和離合器相結(jié)合的開停裝置。電動機(jī)開停主要用于每個工段之間人員休息和機(jī)器修整時切斷主電源；離合器開停裝置主要用于兩種主軸轉(zhuǎn)速之間的切換，同時本設(shè)計中采用電磁離合器。 電磁離合器是里喲激磁線圈電流產(chǎn)生的電磁力來操縱接合元件，使離合器接合或脫開，其特點為：1）起動力矩大，動作反應(yīng)快，離合迅速； 2）結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便，使用壽命長； 3）可實現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)距離操縱，控制簡單，功率小。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》第3卷，選擇離合器的型號為：DLM10(EKE)系列有滑環(huán)濕式多片電磁離合器，規(guī)格為6A/6AG的離合器。 3.3.3 軸承的選擇和組合設(shè)計 軸承的選定是在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本確定之后進(jìn)行的。因此，軸承類型的初步選擇是根據(jù)軸頸尺寸和安裝空間確定的。一般來說，軸頸尺寸較小時，選用各種球軸承；軸頸尺寸較大時，選用各種滾子軸承。然后在根據(jù)設(shè)計所要求的軸承的承載能力、速度特性、運轉(zhuǎn)精度等方面的因素最終確定軸承的具體型號。 傳動系統(tǒng)的軸I和軸II主要承受的是軸自身的重力、外力作用下的彎曲應(yīng)力和不平衡作用力等徑向作用力，而且軸I和軸II不需要很精確的軸向定位，工作溫度也不高，在這種工作條件下，軸的最賤支撐是采用雙支點的單向固定支承。 根據(jù)軸的強(qiáng)度估算，兩軸的軸頸處直徑取為50mm和70mm，所以兩端選用的軸承分別為30305和30210的圓錐滾子軸承。為滿足低噪聲要求，除保證內(nèi)外圈具有較高的形狀精度和尺寸精度外，還應(yīng)選擇合適的游隙組值，以使軸承在工作中接近零游隙狀態(tài)。 傳動系統(tǒng)的軸Ⅲ是機(jī)床的主軸，承受的主要是載荷除自身的重力、彎曲應(yīng)力和不平衡作用力外，還有來自切削運動時所產(chǎn)生的軸向力。在加工零件時，零件對軸向的加工尺寸的加工要求不是很高，故同樣還是采用雙支點的單向固定支承。 根據(jù)主軸的剛度和刀具安裝尺寸等設(shè)計要求的要求，取軸的軸頸70mm，另一端為85mm，為承受軸向進(jìn)給切削力的作用，兩端軸承型號選為32214和32217的圓錐滾子軸承。 3.3.4 潤滑系統(tǒng) 潤滑的基本作用是：降低摩擦阻力，提高機(jī)床傳動效率；減小磨損，使機(jī)床保持原有的工作精度；帶走熱量，冷卻摩擦表面保持正常的工作溫度；防止生銹等。潤滑時保證機(jī)床正常工作不可缺少的條件。 3.3.4.1 潤滑劑的選擇 機(jī)床上常用的潤滑劑有兩種：潤滑脂和潤滑油。 常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂和鈉基潤滑脂兩種。在機(jī)床上主要應(yīng)用鈣基潤滑脂，其特點是粘度較大，有耐水的性能，不易流失，密封簡單，而且不必經(jīng)常加換潤滑脂，使用方便；但是其流動性差，導(dǎo)熱系數(shù)小，不能做循環(huán)潤滑劑，摩擦阻力大，機(jī)械效率低。所以潤滑脂主要用于中、低速傳動件，外露的齒輪及不易密封的立式主軸等。 潤滑油與潤滑脂相比，潤滑油的粘度小，摩擦系數(shù)低，冷卻效果好，適用于高速傳動的摩擦表面和集中自動潤滑系統(tǒng)中。潤滑油多用于機(jī)床部件和零件的相對速度較快的條件下，不同的速度和所承受的壓力可以選擇不同粘度的潤滑油。 3.3.4.2 潤滑方式的選擇 常用的潤滑方式有：（1）飛濺潤滑；（2）循環(huán)潤滑；（3）滴油潤滑；（4）油霧潤滑；（5）噴射（注射）潤滑。 普通機(jī)床上廣泛采用的潤滑方式是飛濺潤滑。飛濺潤滑是在箱體底部裝有潤滑油，利用最低位置的傳動軸上的齒輪或濺油盤浸入油內(nèi)一定深度，當(dāng)機(jī)床工作時，旋轉(zhuǎn)的齒輪或濺油盤將潤滑油向各方向濺出，直接落到潤滑件的表面上或落到特制的油盤或油槽中，油液沿著油管或油槽流至需要潤滑的表面上。當(dāng)濺油齒輪或濺油圓盤的圓周速度適宜時，還能形成油霧，油霧中的細(xì)小油珠會落到各摩擦面的間隙中進(jìn)行潤滑。 4 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)校核計算 4.1 危險軸截面的校核計算 4.1.1 危險截面所在軸的確定 （1）各軸轉(zhuǎn)速n(r/min) 由電動機(jī)型號可以確定電動機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)速為1440r/min，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)確定主傳動系統(tǒng)中的帶輪傳動和第一級齒輪傳動均為等速傳動，則軸Ⅰ和軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速均為1440r/min。而在第二級齒輪傳動中具有兩個的齒輪變速擋位，在主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中均已求得，最后得出各級轉(zhuǎn)速如下： （2）各軸功率P(KW) 電動機(jī)的輸入功率為P=4KW，設(shè)、、分別為齒輪傳動、滾動軸承、帶輪傳動的效率。根據(jù)機(jī)械傳動效率的概略值取得=0.98、=0.98、=0.95，則根據(jù)傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對各軸功率的計算如下： （3）各軸轉(zhuǎn)矩 根據(jù)轉(zhuǎn)矩和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，對各軸的轉(zhuǎn)矩計算如下： 各軸的軸徑和動力參數(shù)如下表4.1。 表4.1 軸徑和運動參數(shù) 軸號 轉(zhuǎn)速n r/min 最小軸徑 mm 功率P kw 轉(zhuǎn)矩T Nm Ⅰ 1440 20 3.80 25.20 Ⅱ 1440 20 3.65 24.21 Ⅲ 510 70 3.51 65.73 857 39.11 由上述表中的幾組數(shù)據(jù)大致確定主傳動系統(tǒng)的危險軸截面存在于軸Ⅲ上，下面以軸Ⅲ為模型校核軸的剛度。 4.1.2危險面所在軸的校核 （1）受力分析 軸Ⅲ（主軸）和鏜桿組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖及相關(guān)尺寸如下圖所示： 圖4.1主軸結(jié)構(gòu)尺寸圖 齒輪在有較大的傳動比時，齒輪所承受的轉(zhuǎn)矩則會相應(yīng)的增大，即齒輪對軸有較大的力的作用，則由表4.1可知，軸Ⅲ所傳遞的功率和轉(zhuǎn)矩分別為P=3.51kw，T=65.37Nm，該齒輪的分度圓直徑為144mm。 此時齒輪受到的圓周力為： 齒輪的徑向力為： 鏜桿端部所受到的切削力由前面第三部分功率計算時可知主切削力=107.8N，徑向切削力為。 圖4.2 主軸及鏜桿結(jié)構(gòu)受力圖 （2）求支反力 水平方向受力分析如圖4.3所示。 由得 解得 由得 圖4.3 主軸及鏜桿結(jié)構(gòu)水平平面受力圖 垂直面內(nèi)的受力分析如圖4.4所示。 由得 解得 由得 圖4.4 主軸及鏜桿結(jié)構(gòu)垂直面受力圖 根據(jù)軸的受力情況作水平面和垂直面中的彎矩M圖，如圖4.5所示。 圖4.5 主軸及鏜桿結(jié)構(gòu)水平和垂直面彎矩圖 （3）軸Ⅲ上危險截面的判斷與校核 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的、、的值列于下表： 表4.2 截面C處的相關(guān)參數(shù)值 載荷 水平面x 垂直面y 支反力 彎矩 總彎矩 扭矩T 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度： 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭切應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計算力： 由以選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得。 因此，故安全。 5 主軸部件 5.1 對主軸部件的基本要求 5.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度是指機(jī)床在裝配后，在主軸前端等部位的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。 主軸的旋轉(zhuǎn)精度直接受軸承精度和間隙的影響，同時也和其他零件（箱體、主軸本身等）的精度有關(guān)。而軸承的精度包括：滾道的徑向跳動，軸承內(nèi)孔決定主軸軸承徑的幾何軸心位置；各滾動體直徑不一致和形狀誤差，將會引起主軸旋轉(zhuǎn)軸線的徑向跳動，使加工表面產(chǎn)生形狀誤差；滾道的端面跳動將引起主軸的軸向竄動；軸承滾道與滾動體間的間隙，使主軸在受到變化的外力時產(chǎn)生位移，從而使主軸的旋轉(zhuǎn)軸線作復(fù)雜的周期運動，間隙越小，則旋轉(zhuǎn)軸線變動越小。 5.1.2 剛度 主軸部件的剛度是指在外加載荷下抵抗變形的能力。影響主軸部件剛度的因素較多，有主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承類型和配置方式、軸承間隙的大小、傳動件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等，如果主軸部件的剛度不足，將使主軸產(chǎn)生較大的彈性變形，容易引起振動。這樣不僅會降低加工精度，增加表面粗糙度，也會使齒輪等傳動件和軸承等因不能均勻受力而惡化工作條件。 5.1.3 抗振性 主軸部件的抗振性是指機(jī)床進(jìn)行切削時，其抵抗振動、保持平穩(wěn)工作能力。 抗振性包括兩個方面：抵抗強(qiáng)迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。 主軸部件的振動會影響工件的表面質(zhì)量、刀具耐用度和主軸軸承的壽命，還會發(fā)生噪聲。影響主軸部件振動的主要因素是主軸部件的阻尼、剛度和固有頻率。因此，提高抗振性必須提高主軸部件的靜剛度，采用較大阻尼比的前軸承，必須時安裝阻尼器。并且希望在主軸有盡可能高的固有頻率，使它大于激振力。 提高主軸組件抗振性應(yīng)采取的措施主要有：減少產(chǎn)生強(qiáng)迫振動的能源，對高速旋轉(zhuǎn)高速旋轉(zhuǎn)的零件要作靜、動平衡，選用傳動平穩(wěn)、抗振性好的傳動件，提高齒輪、軸承和主軸等的制造精度，以免在傳動中產(chǎn)生周期性沖擊，應(yīng)用消振裝置，考慮主軸系統(tǒng)的固有頻率，避免共振，應(yīng)使主軸的臨界轉(zhuǎn)速比實際應(yīng)用的主軸轉(zhuǎn)速高出或低于25～30%，增加主軸箱體剛度（加大壁厚或設(shè)置加強(qiáng)筋）等。 5.2 主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸部件的結(jié)構(gòu)模型如圖5.1所示： 圖5.1 主軸組合三維圖 從上圖可以看出，主軸的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，主要由兩個圓錐滾子軸承、兩個齒輪、軸套、圓螺母以及主軸鏜桿組成。主軸上變速用的兩個齒輪布置在主軸的后部，可以補(bǔ)償主軸鏜桿的懸臂結(jié)構(gòu)引起的撓度變形。 6 加工裝置的設(shè)計 6.1加工裝置的組成 加工裝置的外型如下： 圖6.1加工裝置的三維造型 電機(jī)外殼加工裝置分為三個部分，如下圖所示： 圖6.2 加工裝置 1—后鏜桿 2—傳動桿 3—前鏜桿 6.1.1 前鏜頭 前鏜頭通過螺釘安裝在車床主軸上，并且將用來車削殼體左端面的鏜刀通過螺釘鎖在其上。 6.1.2 鏜桿 鏜桿安裝在之后的莫式錐孔內(nèi)并于前鏜頭一起組成了上圖的前鏜桿，并用拉桿拉緊。在鏜桿上安裝有四把刀，前面兩把分別是粗鏜刀和半精鏜刀，第三把是用來車削端面的，第四把(即安裝在前鏜頭的)是用來車削止口的。一、二兩把刀其軸向位置由鏜刀本身尺寸保證，徑向位置由鏜床對刀工具保證；三、四刀的徑向位置由鏜床對刀工具確定。在鏜桿階梯軸打一彎形槽，且通過傳動桿把其旋轉(zhuǎn)主運動傳給后鏜桿。 6.1.3 傳動桿 當(dāng)用后鏜頭鏜削外殼右端各面時，把傳動桿放入前鏜桿于后鏜桿之間，卡在彎槽內(nèi)，把前鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動通過傳動桿傳給后鏜桿。當(dāng)工件加工完畢，工件移向前鏜桿方向，取出傳動桿，再把工件移向原傳動桿處（傳動桿長度比工件約長5mm），可以非常方便地進(jìn)行工件的裝卸。 6.1.4 后鏜桿 為保證加工精度，把后鏜桿和尾座里的軸做成整體，裝在一對正向布置的圓錐滾子軸承內(nèi)，并用端蓋密封。后鏜桿上安裝兩把鏜刀，分別用來加工外殼右端的止口和右端面。安裝后鏜桿時，注意保證后鏜桿軸線于前鏜桿軸線的同軸度不大于0.015。 6.1.5 尾座 尾座中裝有一對正向安裝的圓錐滾子軸承，并把軸承裝在尾座的孔中。 6.2 對刀工具 圖6.3 對刀工具 1.螺釘　2.支架　3.鏜桿　4.螺釘　5.刀頭　6.V形架　7.深度千分尺 如上圖所示的鏜床對刀工具，可使鏜頭方便而精確地定位。使用方法是：將V形架6放在鏜桿3上，使用使用螺釘1將支架2、V形架6固定在鏜桿上，鏜刀頭5的尺寸路超過所需尺寸，然后用深度千分尺7和刀頭5，迫使刀尖縮至所需要的尺寸位置，用螺釘4鎖緊。 7 夾具的設(shè)計 夾具的具體結(jié)構(gòu)依據(jù)不同的電機(jī)外殼結(jié)構(gòu)而設(shè)計，本設(shè)計是針對臥式機(jī)座而設(shè)計的夾具。其外形如下圖所示： 圖7.1夾具三維圖 7.1 組合定位及定位誤差的分析與計算 工件在裝夾的過程中采用一面兩孔組合定位，即一個大平面及與該平面相垂直的兩個圓孔組合定位，夾具上與之相適應(yīng)的定位元件是一面兩銷。工件采用一面兩孔定位能使工件在各道工序上的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，可以減少基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差，使各工序所使用的夾具定位部分的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，有利于自動化生產(chǎn)。 如圖7.2（a）所示，當(dāng)工件采用一面兩銷定位時，由于兩孔、兩銷的直徑、中心距都存在制造誤差，極易出現(xiàn)因過定位而引起定位銷不能裝入工件孔。為解決這一問題，一般有兩種方法：一是減少定位銷2的直徑[圖7.2（b）]；另一種方法是將定位銷2做成菱形銷[圖7.2（d）]。 （1）工件以一面兩孔定位時的誤差分析 設(shè)、為工件圓孔1、2定位直徑的最小值，、為工件圓孔1、2的定位直徑的最大值；、為夾具圓柱銷1、2定位直徑的最大值，、為夾具圓柱銷1、2定位直徑的最小值；為定位副1之間的最小間隙， 為定位副2之間的最小間隙，為兩孔同時定位時，在極限情況下定位孔2和定位銷2之間的最小間隙。為工件兩定位孔之間的中心距尺寸和偏差，為夾具兩定位銷之間的中心距尺寸和偏差。 （a） （d） （b） （e） （c） （f） 圖7.2工件用一面兩銷定位的誤差分析圖 一面兩銷定位的基準(zhǔn)位移誤差，是由定位孔1和定位銷1之間的配合間隙決定的，在工件圖示平面內(nèi)的任何方向上的基準(zhǔn)位移誤差： 轉(zhuǎn)角誤差為，對于上述圖7.2（a）、（b）兩種方法，轉(zhuǎn)角誤差各不相同： ① 對于方法一 由于減小了，從而增大了轉(zhuǎn)角誤差：如圖3.3（c） ② 對于方法二 為保證一批工件都能裝入定位銷，不是通過減小定位銷2的直徑，而是通過將定位銷2削邊后增大S值來實現(xiàn)的。 如圖7.3（e）所示，由圖中得； 再由圖中得： 將上兩式綜合得： 展開上式，并略去等高階無窮小量，得： 此處的S相當(dāng)于方法一中的，其值為 ，所以 由此可見，在相同中心距補(bǔ)償量（）下，采用第二種方法（即用削邊銷代替圓柱銷）使第二定位副間的最小間隙僅為原來的。第一種方法是用縮小圓柱銷直徑，增大間隙的方法來補(bǔ)償中心距偏差，而第二種方法是通過調(diào)整S值來達(dá)到同樣的目的，其卻只有原來值的 ，因而減小了轉(zhuǎn)角誤差[圖7.2（f）]。 7.2 工件以一面兩孔定位時的設(shè)計步驟 ①確定夾具兩定位銷之間的中心距及尺寸偏差 夾具兩定位銷之間的中心距與工件兩定位孔之間的中心距的基本尺寸相同，其基本尺寸相同，其公差一般取工件兩定位孔之間的中心距公差的（1/3～1/5），即=(1/5~1/3) ②確定圓柱銷的尺寸和公差 取相應(yīng)圓柱孔的最小直徑為圓柱銷直徑的基本尺寸，其公差一般取g6或f7 。 ③確定菱形銷的寬度、直徑和公差 菱形銷的寬度b可查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（參見表6.1），然后按下式： 計算出菱形銷與其所配合的孔的最小間隙； 再計算出菱形銷直徑的基本尺寸:; 最后按h6或h7選取菱形銷直徑的公差。 表7.1 菱形銷尺寸 d ＞3~6 ＞6~8 ＞8~20 ＞20~25 ＞25~32 ＞32~40 ＞40~50 B d-0.5 d-1 d-2 d-3 d-4 d-5 d-5 b 1 2 3 3 3 4 5 ④計算定位誤差 首先計算基準(zhǔn)位移誤差： 再算轉(zhuǎn)角誤差： 8溜板箱的設(shè)計 圖8.1溜板箱三維圖 溜板箱的主要作用是將進(jìn)給運動或快速移動通過進(jìn)給箱或快進(jìn)電機(jī)傳給拖板或刀架，從而實現(xiàn)縱、橫向及正反向機(jī)動進(jìn)給或快速移動。上圖為本設(shè)計的傳動系統(tǒng)立體圖。 8.1 傳動方案的設(shè)計 傳動方案設(shè)計是否合理，對整個機(jī)械的工作性能、尺寸、重量、和成本等影響很大，因此，傳動方案設(shè)計是整個溜板箱設(shè)計中的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。 本設(shè)計中主要用到齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動。 8.2 電機(jī)的選擇 普同車床上進(jìn)給=(0.1~0.6) ，所以取。則工作機(jī)所需的有效功率為： 由溜板箱三維圖（圖8.1）可知：傳動鏈包括兩級齒輪傳動和一個聯(lián)軸器以及三對滾動軸承，設(shè)、、分別為齒輪傳動、滾動軸承、聯(lián)軸器傳動的效率。根據(jù)機(jī)械傳動效率的概率值取得=0.98、=0.99、=0.98，則傳動鏈的總效率為： 電動機(jī)的功率為： 根據(jù)Y系列三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)取電動機(jī)的額定功率為0.75kw；選取電動機(jī)型號為Y90S-6。其主要參數(shù)為：滿載轉(zhuǎn)速為910r/min。 傳動比為：，，所以最后取得。 其后的算法和前面主傳動系統(tǒng)的算法及其步驟相同。 9 導(dǎo)軌及機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9.1 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9.1.1 導(dǎo)軌的功用、分類和要求 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。有用于保證主運動或進(jìn)給運動軌跡，也有用于調(diào)整部件之間的相對位置的，后者加工時沒有相對運動。 按結(jié)合面的摩擦性質(zhì)，導(dǎo)軌又分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩類。按導(dǎo)軌的截面形狀分為矩形、三角形、燕尾形和圓柱形導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌是用來保證運動部件的運動方向的，因而要求有較高的導(dǎo)向精度；導(dǎo)軌受力后的變形會影響運動部件與固定件的相對位置，因而要求有較高的剛度；相配合的導(dǎo)軌面因相對運動易造成導(dǎo)軌的磨損，影響加工精度，因而要求導(dǎo)軌有較高的耐磨性；運動部件低速時易產(chǎn)生爬行，因而還需要導(dǎo)軌能保持低速均勻性。 導(dǎo)向精度主要是指運動部件沿導(dǎo)軌運動時的直線性（對直線運動導(dǎo)軌）或真圓性（對圓周運動導(dǎo)軌）。耐磨性直接影響機(jī)床的精度保持性，是導(dǎo)軌設(shè)計的關(guān)鍵，也是衡量機(jī)床質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志。導(dǎo)軌受力后變形會影響部件之間的相對位置和導(dǎo)向精度，因此要求導(dǎo)軌有足夠高的剛度。 9.1.2 導(dǎo)軌材料的選擇 在本設(shè)計中，機(jī)床的床身為型材的焊接結(jié)構(gòu)，因此將導(dǎo)軌的設(shè)計和床身的設(shè)計分開來，通過機(jī)械加工的方法來制造。 為保證導(dǎo)軌在機(jī)械加工過程中的加工性能以及機(jī)床設(shè)計對導(dǎo)軌剛度的要求，根據(jù)機(jī)床設(shè)計手冊第1冊選擇導(dǎo)軌的材料是T10A，導(dǎo)軌的耐磨性在導(dǎo)軌的加工過程中需進(jìn)行淬火處理來提高導(dǎo)軌的表面硬度。 9.1.3 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）導(dǎo)軌截面形狀的選擇 直線滑動導(dǎo)軌按截面形狀可分為：矩形導(dǎo)軌、三角形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌、圓柱形導(dǎo)軌。圓周運動導(dǎo)軌可分為：平面圓環(huán)導(dǎo)軌、錐形圓環(huán)導(dǎo)軌、V形圓環(huán)導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌的組合有：雙三角形組合、雙矩形組合、三角形-平導(dǎo)軌組合、三角形-矩形組合、平-平-三角形組合、三角形-三角形-平形組合。 根據(jù)加工零件的精度要求，選擇導(dǎo)軌的組合形狀為雙三角形組合，因為這種導(dǎo)軌有較高的導(dǎo)向精度，同時還能起支承、導(dǎo)向作用，磨損后相對位置不變，能自行補(bǔ)償垂直方向及水平方向的磨損。截面形狀如圖8.1。 圖9.1 導(dǎo)軌截面圖 由圖中可以看出本設(shè)計中的導(dǎo)軌采用的是組合式導(dǎo)軌，這樣設(shè)計的目的是綜合零件加工的可行性考慮得出的。在裝配過程中，采用就地加工的方法，在導(dǎo)軌與床身裝配完成后進(jìn)行磨削來保證導(dǎo)軌的精度要求。 （2）導(dǎo)軌尺寸的確定 參考6140車床的導(dǎo)軌截面尺寸設(shè)計本機(jī)床的尺寸如圖9.2： 圖9.2 導(dǎo)軌截面尺寸圖 9.2 機(jī)架的設(shè)計 9.2.1 機(jī)架的設(shè)計要求 機(jī)架的設(shè)計主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 1）在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低； 2）抗振性好。把受迫振動振幅限制在允許范圍內(nèi)； 3）噪聲??； 4）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工； 5）結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件； 6）有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好； 7）造型好。使之既適用經(jīng)濟(jì)，又美觀大方。 正確合理的床身結(jié)構(gòu)對提高機(jī)床-刀具-夾具-工件這一彈性系統(tǒng)的剛性和長久保持機(jī)床工作精度有重要的意義。 剛度可解釋為彈性體抵抗變形的能力，同等條件下，變形越小，剛度就越大。床身的剛度包括靜剛度和動剛度，靜剛度主要是指機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度，動剛度不僅與靜剛度有關(guān)，而且還與材料的阻尼、固有頻率有關(guān)，由共振條件下的動剛度公式可以看出： 式中：——靜剛度； ——阻尼比； ——衰減常數(shù)； ——固有頻率； 熱變形對精度的影響也是機(jī)床床身設(shè)計中應(yīng)當(dāng)重點考慮的問題，盡管熱變形的量通常都比較小，但是對于加工精度要求比較高的機(jī)床，熱變形將會嚴(yán)重影響零件的加工質(zhì)量。在設(shè)計過程中通常用控制發(fā)熱或使熱量均勻分布等措施來減小熱變形的影響。 機(jī)床的床身在鑄造、焊接和粗加工的過程中，材料內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使床身或者導(dǎo)軌變形，從而引起零件的系統(tǒng)誤差，在實際的生產(chǎn)過程中通常采用實效的辦法解決。 9.2.3 機(jī)架結(jié)構(gòu)類型的選擇 由于所設(shè)計的專用機(jī)床的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)，因而在床身的生產(chǎn)制造中不宜采用制造成本高的鑄造方式生產(chǎn)，為降低成本，本設(shè)計中的床身是通過型材焊接的方法來制造的。焊接的制造方法具有如下幾個優(yōu)點：(1) 滿足結(jié)構(gòu)使用性要求 焊接接頭的強(qiáng)度一般可達(dá)到與母材等強(qiáng)，能夠承受基本金屬所能承受的各種載荷的作用。焊接是一種金屬原子間的連接，剛度大，整體性好。(2) 可節(jié)約金屬材料 焊接結(jié)構(gòu)的零件或部件可以直接通過焊接的方法進(jìn)行連接，不需要附加連接件（如鉚接時常用的連接角鋼等）。與鉚接相比，相同結(jié)構(gòu)的重量可減輕10%~20%。(3) 工藝靈活性大 根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，可以將幾何尺寸大，形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解，對分解后的零件或部件分別進(jìn)行加工，然后，通過總體裝配焊接整體結(jié)構(gòu)。(4) 對金屬材料的適應(yīng)性強(qiáng) 通過焊接可將多種不同形狀與厚度的鋼材（或其他金屬材料）連接起來，也可將不同種類金屬材料（鑄鋼件，鍛壓件等）連接起來，從而使焊接結(jié)構(gòu)的材料分布，性能的匹配更加合理。(5) 投資少，見效快 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)一般不需要大型的，貴重的設(shè)備，而且對產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模適應(yīng)性強(qiáng)，更換產(chǎn)品型號和品種都比較方便。焊接結(jié)構(gòu)較之鑄造結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度和剛度高、重量輕、生產(chǎn)周期短以及施工簡便等優(yōu)點。而且單件小批生產(chǎn)的重型機(jī)床、專用機(jī)床以及組合機(jī)床的床身、立柱等零件，宜選用焊接結(jié)構(gòu)。所以本設(shè)計采用焊接結(jié)構(gòu)。 9.2.4 機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為保證床身的剛度和強(qiáng)度，在選擇型材的過程中綜合了機(jī)架外觀設(shè)計的考慮，根據(jù)GB707-1988選擇牌號為的熱軋普通槽鋼。其截面形狀及尺寸如圖9.3所示。 圖9.3 機(jī)架材料截面圖 機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9.4所示： 圖9.4 機(jī)架三維圖 10 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計 10.1 操縱機(jī)構(gòu)的功用和要求 機(jī)床操縱機(jī)構(gòu)的功用是控制機(jī)床各工作運動的啟動、停止、變速、換向以及控制各種輔助運動等。操縱機(jī)構(gòu)雖不直接參與機(jī)床的工作運動，與機(jī)床的精度、剛度、壽命等無直接關(guān)系，但對機(jī)床使用性能、生產(chǎn)率等都有直接的影響。對操縱機(jī)構(gòu)基本要求如下： 1） 操縱要靈活省力，以減輕工人的勞動強(qiáng)度。 2） 操縱要方便。常用操縱件應(yīng)布置在便于操縱的區(qū)域，不應(yīng)過高、過低或過遠(yuǎn)。 3） 操縱機(jī)構(gòu)工作要安全可靠。每個操縱件周圍必須留有充分的操作空間，以免碰撞。 10.2 操縱機(jī)構(gòu)的組成 一般操縱機(jī)構(gòu)由操縱件、傳動裝置、控制元件與執(zhí)行件四部分組成。操縱件如手輪、按鈕等，大部分以標(biāo)準(zhǔn)，可選用標(biāo)準(zhǔn)件。傳動裝置有機(jī)械的、電氣的、氣動的、液體的。傳動裝置常用機(jī)械的，如杠桿、凸輪、齒輪、齒條、絲桿螺母等機(jī)構(gòu)?？刂圃锌妆P、公用凸輪、液壓預(yù)選閥等。執(zhí)行件有撥叉、滑塊等。 10.3 操縱系統(tǒng)的分類 （1）按一個操縱件所控制的被操縱件數(shù)目可分為單獨操縱機(jī)構(gòu)和集中操縱機(jī)構(gòu)。 一個操縱件只控制一個被操縱件的機(jī)構(gòu)稱為單獨操縱機(jī)構(gòu)。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、廣泛用于被操縱件少、操縱不太頻繁的機(jī)床上。缺點是當(dāng)被操縱件較多時，操縱手柄也相應(yīng)增多，使用不便，操縱時間長。 一個操縱件控制兩個以上的被操縱件的機(jī)構(gòu)被稱為集中操縱機(jī)構(gòu)。這種操縱機(jī)構(gòu)使用方便，操作輔助時間短，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。集中變速操縱機(jī)構(gòu)有順序變速操縱機(jī)構(gòu)（如凸輪式）、選擇變速操縱機(jī)構(gòu)（如孔盤式）、預(yù)選變速操縱機(jī)構(gòu)（如液壓式）三種。 （2）按執(zhí)行件撥動被操縱件的方式可分為移動式操縱機(jī)構(gòu)和擺動式操縱機(jī)構(gòu) 移動式操縱機(jī)構(gòu)是通過帶導(dǎo)向桿或帶導(dǎo)向孔的撥叉、軸心拉桿撥銷來撥動被操縱件的，這種機(jī)構(gòu)用于操縱行程較大的滑移齒輪。 擺動式操縱機(jī)構(gòu)是通過擺桿、滑塊撥動被操縱件的。 10．4 操縱機(jī)構(gòu)的選擇 根據(jù)上述操縱機(jī)構(gòu)的介紹，由于本設(shè)計的操縱件只控制一個被操縱件（即滑移齒輪），而且操縱行程較小，所以本設(shè)計采用擺動式偏側(cè)作用的單獨操縱機(jī)構(gòu)。該操縱機(jī)構(gòu)簡圖如10.1所示。 圖10.1操縱機(jī)構(gòu)簡圖 設(shè)計此操縱機(jī)構(gòu)時，為減少滑塊的偏移量，擺桿軸布置在滑移齒輪的行程中點的垂直面內(nèi)。手柄位置如圖10.2所示。 圖10.2 手柄位置示意圖 如圖10.2所示的換檔手柄兩個位置的狀態(tài)分別為：在位置1時，擺桿軸上的滑塊撥動花鍵軸上的滑移齒輪向右邊運動使主軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)榈退贆n；在位置3時擺桿軸上的滑塊撥動花鍵軸上的滑移齒輪向左邊運動，使主軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)楦咚贆n。 參考文獻(xiàn) [1]金屬切削機(jī)床設(shè)計編寫組.金屬切削機(jī)床[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1985.5 [2]機(jī)床設(shè)計手冊編寫組.機(jī)床設(shè)計手冊（第三冊）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.12 [3]浦林祥主編.金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.6 [4]曹桄、高學(xué)滿主編.金屬切削機(jī)床掛圖[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2006.10 [5]寇尊權(quán),王多主編.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.10 [6]濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(第八版)[M].北京：高等教育出版社，2006.5 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