铣削组合机床及其主轴组件设计

铣削组合机床及其主轴组件设计组合机床，是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。

其特点有：结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。

本次设计的题目是铣削组合机床及主轴组件。

首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。

在设计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等要求下，完成其它（如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等）所有零件的设计。

机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。

机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。

机械制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。

机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。

机械制造装备的核心是金属切削机床，精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需要的精度。

金属切削机床所担负的工作量约占机器制造总工作量的40%～60%，金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。

换言之，一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。

显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。

纵观几十年来的历史，机械制造业从早期降低成本的竞争，经过20世纪70年代、80年代发展到20世纪90年代乃至21世纪初的新的产品的竞争。

目前，我国已加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来，我国机械制造业面临严峻的挑战，也面临着新的形势：知识——技术——产品的更新周期越来越短，产品的批量越来越小，产品的性能和质量的要求越来越高，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强，因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要、不断推出新产品、赢得竞争、求得生存和发展的主要手段。

金属切削机床中的组合机床，是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。

它具有：生产率高；加工精度稳定；研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低；配置灵活等。

正是由于这些特点的存在，决定了组合机床在当今新形势下仍能被广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车等轻工行业和机床、机车、工程机械等制造业中。

此次设计的是铣削组合机床及主轴组件。

首先，对机床进行总体设计，确定总体方案后得到机床总体布局图；再着重进行主轴组件的设计，其中包括主轴的设计、支承的选取、主轴轴向移动机构和主轴锁紧机构等的设计。

第一章机床总体设计设计机床的第一步，是确定总体方案。

总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。

因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。

1.1机床总体方案设计的依据1.1.1 工件工件是机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和加工要求。

本次毕业设计要求设计一台组合机床，用于加工VF-6/7型空压机减荷阀体的两侧面，工件材料为HT200，硬度为190～210HB,生产批量为大批量，铸造毛坯。

加工部位10；(1)被加工表面的粗糙度均为Ra(2)被加工表面的相互位置精度为：平面1～2之间的距离为225mm；平面1～2与φ95中心线的垂直度要求为0.03mm。

1.1.2刀具硬质合金端铣刀，刀齿材料为YG6，铣刀盘直径为φ75～110，刀具齿数Z=4。

1.2工艺分析1.2.1 工艺方法的确定机床的工艺方法是多种多样的，按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、振动加工、激光加工等；每一种还可再分，如车削加工有车外圆、车端面、车槽、车球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等；按作业形式可分平行作业、顺序作业、平行-顺序作业等。

工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。

加工平面的方法有很多，比如说车削，铣削，刨削。

对于VF-6/7型空压机减荷阀体，用车床进行车削加工时，由于减荷阀体外形复杂，且为壳类零件，不宜装夹在车床主轴上进行加工，装夹稳定性也不高；用刨床进行刨削加工时，机床需要两个运动，机床和刀具结构简单，装夹在工件台上快速，稳固，但生产率低，加工精度也达不到工件要求；用端铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。

与普通机床相比，组合机床具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计、制造和使用维护、成本低、自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点，因此，当生产量很大时，用组合机床进行加工更合理。

1.2.2 机床总体布局机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。

合理的总体布局的基本要求有：(1)保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系；(2)保证机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性；(3)便于操纵、调整、维修，便于输送、装卸工件和排屑等；(4)节省材料，占地面积小，即经济效果好；(5)造型美观。

根据减荷阀体的加工要求，机床总体布局图如图1-1所示：图1-2 机床总体布局图1.机座2.动力滑台3.工件4.端铣刀5.电动机6.变速箱7.主轴箱减荷阀体安装在工作台上，铣削动力头带动铣刀作旋转主运动，工作台作纵向进给运动，完成对工件的切削加工。

此方案的优点是各部件均是针对减荷阀体设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产率高，加工质量稳定。

1.2.3 机床运动的确定确定机床运动，指确定机床运动的数目，运动类型以及运动的执行件。

本次毕业设计的组合机床的工艺方法是，用一把端铣刀直接进行加工。

相应的表面成形运动为：单主轴的回转运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：主轴轴向调整运动。

1.3机床主要技术参数的确定机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。

1.3.1 确定工件余量VF-6/7型空压机减荷阀体，零件材料为HT200，硬度190—210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。

查《机械制造工艺设计简明手册》表 2.2～2.5,取加工余量为 2.5mm(此为双边加工)。

1.3.2 选择切削用量由于被加工零件的铣削宽度为175mm,需进行二次走刀，故一次走刀为90mm(宽度)，二次走刀为175-90=85mm，即：ae=90mm。

根据《组合机床设计简明手册》第132～133页，选择铣削切削用量。

铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。

当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。

若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削4～5mm的余量达到Ra=1.6μm的表面粗糙度。

这时每齿的进给量一般为0.02～0.03mm。

根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16得：af =0.2～0.4mm/z,V=50～80m/min,取af=0.2mm/z。

1.3.3 运动参数机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。

此次设计主要确定主运动的运动参数。

1.3.3.1 主轴最高，最低转速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速n m ax 、最低转速n m in 。

计算公式如下：n m ax =m inm ax 1000d V π ， n m in =m ax m in 1000d V π式中：n m ax 、n m in —主轴最高、最低转速(r/min)V m ax 、V m in —最高、最低切削速度(m/min)d m ax 、d m in —最大、最小计算直径(mm)根据《机械制造工艺金属切削机床设计指导》第69～70页，可查出以下数据： 查表2.2-3 取最大，最小切削速度：V m ax =200～300m/min ， 取V m ax =250m/minV m in =15～20m/min, 取V m in =20m/min铣床的d m ax 、d m in 可取使用的刀具最大、最小直径，即：d m ax =110mm, d m in =75mm则主轴最高转速为n m ax =m in m ax 1000d V π= 100025075π⨯⨯=1061.6r/min 取标准数列值：n m ax =1000r/min最低转速为：n m in =m ax m in 1000d V π= 110201000π⨯=57.9r/min 取标准数列值：n m in =56r/min1.3.3.2 主轴转速的合理排列最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比Φ，转速级数Z ，则转速数列为：n 1= n m in =56r/min, n 2= n m in Φ, n 3= n m in Φ2, n z = n m in Φ1-z查标准数列，取公比Φ=1.78 (1＜Φ≤2)转速范围： R n =m in m ax n n =561000=17.8 转速级数： Z=Φlog R log n +1=5.99 取Z=6 由于本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求，故取Z=4。

即：n 1=56， n 2=100, n 3=180, n 4=315 (r/min)1.3.4动力参数—主运动驱动电动机功率的确定1.3.4.1 切削力的计算由前面已知，本次设计的组合机床的最高转速为n 4=315r/min ，则此时的切削速度为： V=1000n 4d π=100011014.3315⨯⨯=108.8m/min<200m/min 由此可见，切削速度满足要求。

计算铣削工件时的切削力F z =9.18×54.5a 00.1e ×a 74.0f ×a 9.0p×Z ×d 0.10- 式中：a e —铣削宽度，a e =90mma p —铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a p =2.5mm 。

a f —每齿进给量，a f =0.2mm/rZ —转数级数，取Z=4则铣削力的大小为：F z =9.18×54.5×9000.1×0.274.0×2.59.0×4×1100.1-=1213.1N1.3.4.2 切削功率的计算根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，可得切削功率公式为：P m =60000V F z =600008.1081.1213⨯=2.2KW 1.3.4.3 估算电动机功率根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，有P e =ηmP =7.02.2=3.14KW 式中：η—主传动系统的机械效率，回转运动的机床η=0.7～0.85。