雙端面銑床的改進(jìn)設(shè)計[雙面臥式銑床]【11張CAD圖紙】

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銑床主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主運(yùn)動，工件和銑刀的移動為進(jìn)給運(yùn)動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。銑床是一種用途廣泛的機(jī)床，在銑床上可以加工平面（水平面、垂直面）、溝槽（鍵槽、T形槽、燕尾槽等）、分齒零件（齒輪、花鍵軸、鏈輪、螺旋形表面（螺紋、螺旋槽）及各種曲面1。此外，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進(jìn)行切斷工作等。銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，輔以工作臺或銑頭的進(jìn)給運(yùn)動，工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刀斷續(xù)切削，因而銑床的生產(chǎn)率較高。 簡單來說，銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床最早由美國人E.惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床。為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國人J.R.布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床，是為升降臺銑床的雛形。1884年前后出現(xiàn)了龍門銑床20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進(jìn)給-快速”或“快速-進(jìn)給”的自動轉(zhuǎn)換。1950年后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動化程度。尤其是70年代后微處理機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應(yīng)用，擴(kuò)大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率2。隨著機(jī)械化進(jìn)程不斷加劇，數(shù)控編程開始廣泛應(yīng)用與于機(jī)床類操作，極大的釋放了勞動力。數(shù)控編程銑床將逐步取代現(xiàn)在的人工操作。對員工要求也會越來越高，當(dāng)然帶來的效率也會越來越高。一、按布局形式和適用范圍加以區(qū)分；升降臺銑床：有萬能式、臥式和立式等，主要用于加工中小型零件，應(yīng)用最廣。龍門銑床：包括龍門銑鏜床、龍門銑刨床和雙柱銑床，均用于加工大型零件。單柱銑床和單臂銑床：前者的水平銑頭可沿立柱導(dǎo)軌移動，工作臺作縱向進(jìn)給；后者的立銑頭可沿懸臂導(dǎo)軌水平移動，懸臂也可沿立柱導(dǎo)軌調(diào)整高度。兩者均用于加工大型零件。工作臺不升降銑床：有矩形工作臺式和圓工作臺式兩種，是介于升降臺銑床和龍門銑床之間的一種中等規(guī)格的銑床。其垂直方向的運(yùn)動由銑頭在立柱上升降來完成。儀表銑床：一種小型的升降臺銑床，用于加工儀器儀表和其他小型零件。工具銑床：用于模具和工具制造，配有立銑頭、萬能角度工作臺和插頭等多種附件，還可進(jìn)行鉆削、鏜削和插削等加工。其他銑床：如鍵槽銑床、凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸銑床和方鋼錠銑床等，是為加工相應(yīng)的工件而制造的專用銑床。按控制方式，銑床又分為仿形銑床（見仿形機(jī)床）、程序控制銑床和數(shù)字控制銑床（見數(shù)字控制機(jī)床) 3。二、按結(jié)構(gòu)分；銑床又分為；臺式銑床：小型的用于銑削儀器、儀表等小型零件的銑床。懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通?？裳卮采硪粋?cè)立柱導(dǎo)軌作垂直移動，銑頭沿懸臂導(dǎo)軌移動?；硎姐姶玻褐鬏S裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導(dǎo)軌作橫向移動，滑鞍可沿立柱導(dǎo)軌作垂直移動。龍門式銑床：床身水平布置，其兩側(cè)的立柱和連接梁構(gòu)成門架的銑床。銑頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導(dǎo)軌移動。通常橫梁可沿立柱導(dǎo)軌垂向移動，工作臺可沿床身導(dǎo)軌縱向移動，用于大件加工。平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺沿床身導(dǎo)軌縱向移動，主軸可軸向移動。它結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高。仿形銑床：對工件進(jìn)行仿形加工的銑床4。一般用于加工復(fù)雜形狀工件。升降臺銑床：具有可沿床身導(dǎo)軌垂直移動的升降臺的銑床，通常安裝在升降臺上的工作臺和滑鞍可分別作縱向、橫向移動。搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)和移動，銑頭能在搖臂的端面上回轉(zhuǎn)一定角度的銑床。床身式銑床：工作臺不能升降，可沿床身導(dǎo)軌作縱向移動，銑頭或立柱可作垂直移動的銑床。專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工形狀復(fù)雜。三、按控制方式分 ；銑床又可分為仿形銑床、程序控制銑床和數(shù)控銑床等。銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美。在我國7080年代大多數(shù)銑床中，大多數(shù)的開關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制，也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此，繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨。1.2 銑床的主要結(jié)構(gòu) 由于銑床的加工范圍較廣，運(yùn)動形式較多，其結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。床身固定于底座上，用于安裝和支承銑床的各部件，在床身內(nèi)還裝有主軸部件、主傳動裝置及其變速操縱機(jī)構(gòu)等。床身頂部的導(dǎo)軌上裝有懸梁，懸梁上裝有刀桿支架。銑刀則裝在刀桿上，刀桿的一端裝在主軸上，另一端裝在刀桿支架上。刀桿支架可以在懸梁上水平移動，懸梁又可以在床身頂部的水平導(dǎo)軌上水平移動，因此可以適應(yīng)各種不同長度的刀桿。床身的前部有垂直導(dǎo)軌，升降臺可以沿導(dǎo)軌上下移動，升降臺內(nèi)裝有進(jìn)給運(yùn)動和快速移動的傳動裝置及其操縱機(jī)構(gòu)等。在升降臺的水平導(dǎo)軌上裝有滑座，可以沿導(dǎo)軌作平行于主軸軸線方向的橫向移動；工作臺又經(jīng)過回轉(zhuǎn)盤裝在滑座的水平導(dǎo)軌上，可以沿導(dǎo)軌作垂直于主軸軸線方向的縱向移動。這樣，緊固在工作臺上的工件，通過工作臺、回轉(zhuǎn)盤、滑座和升降臺，可以在相互垂直的三個方向上實(shí)現(xiàn)進(jìn)給或調(diào)整運(yùn)動。在工作臺與滑座之間的回轉(zhuǎn)盤還可以使工作臺左右轉(zhuǎn)動45o角，因此工作臺在水平面上除了可以作橫向和縱向進(jìn)給外，還可以實(shí)現(xiàn)在不同角度的各個方向上的進(jìn)給，用以銑削螺旋槽。1.3 銑床的電力拖動形式和控制要求 銑床的主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動各由一臺電動機(jī)拖動，這樣銑床的電力拖動系統(tǒng)一般由三臺電動機(jī)所組成：主軸電動機(jī)、進(jìn)給電動機(jī)和冷卻泵電動機(jī)。主軸電動機(jī)通過主軸變速箱驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，并由齒輪變速箱變速，以適應(yīng)銑削工藝對轉(zhuǎn)速的要求，電動機(jī)則不需要調(diào)速。由于銑削分為順銑和逆銑兩種加工方式，分別使用順銑刀和逆銑刀，所以要求主軸電動機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)，但只要求預(yù)先選定主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，在加工過程中則不需要主軸反轉(zhuǎn)6。又由于銑削是多刃不連續(xù)的切削，負(fù)載不穩(wěn)定，所以主軸上裝有飛輪，以提高主軸旋轉(zhuǎn)的均勻性，消除銑削加工時產(chǎn)生的振動，這樣主軸傳動系統(tǒng)的慣性較大，因此還要求主軸電動機(jī)在停機(jī)時有電氣制動。進(jìn)給電動機(jī)作為工作臺進(jìn)給運(yùn)動及快速移動的動力，也要求能夠正反轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)三個方向的正反向進(jìn)給運(yùn)動；通過進(jìn)給變速箱，可獲得不同的進(jìn)給速度。為了使主軸和進(jìn)給傳動系統(tǒng)在變速時齒輪能夠順利地嚙合，要求主軸電動機(jī)和進(jìn)給電動機(jī)在變速時能夠稍微轉(zhuǎn)動一下（稱為變速沖動）。三臺電動機(jī)之間還要求有聯(lián)鎖控制，即在主軸電動機(jī)起動之后另兩臺電動機(jī)才能起動運(yùn)行。由此，銑床對電力拖動及其控制有以下要求： 銑床的主運(yùn)動由一臺籠型異步電動機(jī)拖動，直接起動，能夠正反轉(zhuǎn)，并設(shè)有電氣制動環(huán)節(jié)，能進(jìn)行變速沖動。 工作臺的進(jìn)給運(yùn)動和快速移動均由同一臺籠型異步電動機(jī)拖動，直接起動，能夠正反轉(zhuǎn)，也要求有變速沖動環(huán)節(jié)。 冷卻泵電動機(jī)只要求單向旋轉(zhuǎn)。 三臺電動機(jī)之間有聯(lián)鎖控制，即主軸電動機(jī)起動之后，才能對其余兩臺電動機(jī)進(jìn)行控制。第 40 頁 2臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)與要求2.1 一般臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動形式 X62W型臥式銑床的外形結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它主要由床身、主軸、刀桿、懸梁、工作臺、回轉(zhuǎn)盤、橫溜板、升降臺、底座等幾部分組成。在床身的前面有垂直導(dǎo)軌，升降臺可沿著它上下移動。在升降臺上面的水平導(dǎo)軌上，裝有可在平行主軸軸線方向移動（前后移動）的溜板。溜板上部有可轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)盤，工作臺就在溜板上部回轉(zhuǎn)盤上的導(dǎo)軌上作垂直于主軸軸線方向移動（左右移動）。工作臺上有T形槽用來固定工件。這樣，安裝在工作臺上的工件可以在三個坐標(biāo)上的六個方向調(diào)整位置或進(jìn)給。 銑床主軸帶動銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是主運(yùn)動；銑床工作臺的前后（橫向）、左右（縱向）和上下（垂直）6個方向的運(yùn)動是進(jìn)給運(yùn)動；銑床其他的運(yùn)動，如工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、在各個方向的快速移動則屬于輔助運(yùn)動。1床身（立柱） 2主軸 3刀桿 4懸梁 5支架 6工作臺7回轉(zhuǎn)盤 8橫溜板 9升降臺 10底座圖2-1 銑床外部結(jié)構(gòu)圖2.2 臥式銑床的主傳動系統(tǒng)組成及要求機(jī)床的主傳動系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動的，它與機(jī)床的傳動方案和總體布局有關(guān)，對于機(jī)床的使用性能、結(jié)構(gòu)和制造成本都有明顯的影響。因此在設(shè)計機(jī)床的過程中必須給予充分的重視，以便制定出既滿足使用要求有經(jīng)濟(jì)合理的方案。銑床的主傳動裝置和零件全部裝在床身中，是整體式的結(jié)構(gòu)，為了滿足工作性能的要求，從電動機(jī)起，至機(jī)床工作的執(zhí)行部件（主軸），主傳動系統(tǒng)通常包括下列幾個組成部分：1.定比傳動機(jī)構(gòu) 即具有固定傳動比的傳動機(jī)構(gòu)，常采用齒輪、皮帶及鏈傳動等 2.變速裝置機(jī)床的變速裝置有齒輪變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械無級變速機(jī)構(gòu)以及液壓無極變速裝置等，其中最常見的是齒輪變速機(jī)構(gòu)。3.主軸組件機(jī)床的主軸組件有主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動件等。4.開停裝置用來控制機(jī)床主運(yùn)動執(zhí)行部件（主軸）的啟動和停止，通常采用離合器或直接開停電動機(jī)。5.制動裝置用來使機(jī)床主運(yùn)動執(zhí)行部件（主軸）盡快地停止運(yùn)動，通?？梢圆捎脵C(jī)械的、液壓的或電動機(jī)的制動方式。6.換向裝置用來改變機(jī)床主運(yùn)動的方向，對于需要換向的機(jī)床，在設(shè)計主傳動系統(tǒng)時，都應(yīng)設(shè)有換向裝置。他們可以是機(jī)械的、液壓的，用來直接改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。7.操縱機(jī)構(gòu)機(jī)床的開停、變速、制動及換向等，都需要通過操縱機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計機(jī)床時，一般是將主傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案與操縱機(jī)構(gòu)同時加以考慮。8.潤滑與密封裝置為了保證主傳動系統(tǒng)的正常工作，必須要良好的潤滑與密封裝置，防止出現(xiàn)漏油、漏水和漏氣現(xiàn)象。9.箱體各機(jī)構(gòu)和傳動件的支承均裝入箱體中，并保證他們相互位置的準(zhǔn)確性。機(jī)床主傳動系統(tǒng)與整臺機(jī)床技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有密切的聯(lián)系。例如機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)及電動機(jī)功率將直接影響這臺機(jī)床的使用范圍，主軸組件的精度、剛度、抗震性及溫升對加工質(zhì)量有重要的影響?？傊?，設(shè)計主傳動系統(tǒng)時，一般應(yīng)滿足下面的幾項(xiàng)要求：（1）機(jī)床的主軸須有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)（對于主傳動系統(tǒng)為直線運(yùn)動的機(jī)床則為直線速度的變速范圍和變速級數(shù)），以滿足實(shí)際使用要求。（2）主電動機(jī)和全部機(jī)構(gòu)要能傳遞足夠的功率和扭矩，并具有較高的傳動效率。（3）執(zhí)行部件（如主軸組件）需有足夠的精度、剛度、抗震性以及小于許可限度的熱變形。（4）操縱要輕便靈活、迅速、安全可靠，并便于調(diào)整和維修。（5）結(jié)構(gòu)簡單、潤滑與密封良好，便于加工和裝配，成本低。3 主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計是運(yùn)用轉(zhuǎn)速圖的基本原理，以擬定滿足給定的轉(zhuǎn)速數(shù)列的經(jīng)濟(jì)合理的傳動系統(tǒng)方案，其主要內(nèi)容包括選擇變速組數(shù)及傳動副數(shù)，確定各變速組中的傳動比，以及計算齒輪齒數(shù)和皮帶輪直徑等。如運(yùn)動參數(shù)的確定，運(yùn)動參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺、刀架）的運(yùn)動速度。 1主軸轉(zhuǎn)速的確定主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n 由切削速度v 和工件或刀具的直徑 d 來確定： （2.3）2. 主軸最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定對于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確定： （2.4） (2.5)式中 主軸的最高、最低轉(zhuǎn)； 最高、最低的切削速度（）； 相應(yīng)最大、最小計算轉(zhuǎn)徑(mm)；3主軸的變速范圍主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱為主軸的變速范圍，用表示,即： 即 4.電機(jī)的選擇電動機(jī)型號額定功率/kW滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量/kg額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y132M-47.514402.22.3813.1 轉(zhuǎn)速圖分析研究傳動系統(tǒng)，僅有機(jī)床的傳動系統(tǒng)圖是不夠的，因?yàn)樗荒苤庇^的表明主軸每一種轉(zhuǎn)速是通過哪些齒輪傳動的，以及各對齒輪的傳動比之間的內(nèi)在聯(lián)系，只有算出機(jī)床的每一種轉(zhuǎn)速，按轉(zhuǎn)速大小排成次序，畫出傳動路線的轉(zhuǎn)速圖，才能將其表示清楚。1.轉(zhuǎn)速圖的概念圖3-1是主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖。主軸轉(zhuǎn)速范圍為50500轉(zhuǎn)/分，公比圖3-1 主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=6，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n0的1440轉(zhuǎn)/分，從轉(zhuǎn)速圖上可以看出：（1）距離相等的一組豎直線代表主傳動系統(tǒng)（或變速箱）中各傳動軸，從左向右依次標(biāo)注I、II、III、IV與傳動系統(tǒng)圖上各傳動軸相對應(yīng)，其中IV軸即主軸。通常，電動機(jī)軸是以最左面一條豎直線表示，應(yīng)該指出在轉(zhuǎn)速圖上的豎直線間的距離相等并不表示各軸的中心距相等，其目的是在于圖畫清晰。（2）距離相等的一組水平線與豎直線（即傳動軸）相交，得相應(yīng)的黑點(diǎn)，代表各軸所具有的轉(zhuǎn)速。在主軸上具有6種轉(zhuǎn)速：50、80、500轉(zhuǎn)/分。由于該銑床轉(zhuǎn)速是以公比的等比系列，因此，兩相鄰轉(zhuǎn)速之間具有下列關(guān)系：，兩邊取對數(shù)，得： 因此，若將轉(zhuǎn)速圖上的豎直線坐標(biāo)取為對數(shù)坐標(biāo)時，則任意相鄰兩轉(zhuǎn)速相距為一格，即一個。因此代表各級轉(zhuǎn)速的水平線的間距相等。為了方便使用，習(xí)慣上在轉(zhuǎn)速圖上不寫對數(shù)符號，而直接寫出所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，還應(yīng)指出，相鄰兩轉(zhuǎn)速如n2和n1相差一格，即，表示他們之間相差倍。（3）轉(zhuǎn)速圖上相鄰兩軸間對應(yīng)轉(zhuǎn)速的連線，表示一對傳動副（如皮帶、齒輪等）的傳動比。傳動比的大小以代表該傳動副的連線傾斜方向和傾斜程度來表示。連線向右下方傾斜為降速傳動；向右上方傾斜為升速傳動；水平線則為等速傳動。此方案中，電動機(jī)軸（I軸）與II軸間采用V帶傳動，是用軸上的1440轉(zhuǎn)/分與II軸上的800轉(zhuǎn)/分兩點(diǎn)連線來表示，由圖可見，連線是向下斜2格，即為降速傳動，其傳動比；II-III軸間有三對齒輪傳動，在轉(zhuǎn)速圖上是用三條向下斜的連線來表示，即，故連線向下斜1格；，故連線向下斜2格；，故連線向下斜3格；III-IV軸間有一對齒輪傳動，即,向下斜三格；,水平。應(yīng)該指出由于通過齒輪傳動，故在轉(zhuǎn)速圖上是用三條向下斜三格、且互相平行的連線來表示這對齒輪傳動，即這對齒輪在變速中使用了三次，由此可知，在轉(zhuǎn)速圖上兩軸之間相互平行的連線是代表同一傳動副。綜上所述，轉(zhuǎn)速圖可以清楚的表示主軸的各級轉(zhuǎn)速的傳動路線、主軸得到這些轉(zhuǎn)速所需要的變速組數(shù)及每個變速組中的傳動副數(shù)目、各個傳動比的數(shù)值和傳動軸的數(shù)目，傳動順序及各軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)與大小。因此，在設(shè)計機(jī)床時，通常把轉(zhuǎn)速圖作為分析和設(shè)計機(jī)床分級變速系統(tǒng)的重要工具。2.轉(zhuǎn)速圖的基本原理由圖3-1可以看出，銑床主軸的6級轉(zhuǎn)速是通過兩個變速組傳動得到的。各變速組的傳動副數(shù)分別為3、2，即主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)為Z=32=6。其中II-III軸間的一對齒輪傳動起降速作用，使III軸得到一種固定的轉(zhuǎn)速，稱為定比傳動；III軸到IV軸（主軸）之間由有一個變速組并聯(lián)所組成的變速機(jī)構(gòu)，通過不同嚙合位置的齒輪傳動以改變各傳動軸間的轉(zhuǎn)速，使主軸得到6種連續(xù)的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速。下面分析一下各變速組的傳動比與使主軸得到等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速之間的內(nèi)在聯(lián)系，為了便于分析，將傳動系統(tǒng)中的兩個變速組按傳遞的順序分別為變速組a、b。（1）第一變速組（a）有三對齒輪傳動副，其傳動比為 則： 由此可見，在變速組a中的三個傳動比連線之間相差均為一格，即相鄰轉(zhuǎn)速相差倍的關(guān)系，就是說通過三個傳動比使III軸得到三種轉(zhuǎn)速，也是以為公比的等比數(shù)列，這說明變速組a是基本組。通常將變速組的相鄰傳動比之比稱為級比，而組內(nèi)相鄰兩傳動比相距的格數(shù)稱為級比指數(shù)，用x來表示，則變速組a的相鄰傳動比關(guān)系為： ；式中的，稱為變速組的級比指數(shù)為1。（2）第二變速組（變速組b）有兩對齒輪傳動副，其傳動比為 這說明該變速組兩個傳動比之間相距為3格，即相差為倍，因此通過它變速后，在IV軸(主軸)上可以得到32=6種連續(xù)的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速，即從III軸上的3種轉(zhuǎn)速，再擴(kuò)大為IV軸上的6種轉(zhuǎn)速。這個在基本組和第一擴(kuò)大組基礎(chǔ)上，進(jìn)步擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍的變速組稱為第二擴(kuò)大組，同樣，從轉(zhuǎn)速圖上可以看出：在第一擴(kuò)大組(變速組b)中最上與最下兩個傳動比連線相距為3格，若進(jìn)一步擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍，使IV軸得到6種連續(xù)的等比級數(shù)的轉(zhuǎn)速，則第二擴(kuò)大組(變速組c)的兩個傳動比必須拉開3格，即相差倍，綜上所述，可以得出下面結(jié)論：機(jī)床的傳動系統(tǒng)，通常是由幾個變速組串聯(lián)所組成的，其中以基本組為基礎(chǔ)，然后通過第一、第二、擴(kuò)大組把各軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)和變速范圍逐步擴(kuò)大，若各變速組中相鄰傳動比之間遵守該基本原理，則機(jī)床主軸得到的轉(zhuǎn)速數(shù)列是連續(xù)而不重復(fù)的等比數(shù)列，這樣的傳動系統(tǒng)一般稱為常規(guī)傳動系統(tǒng)。3.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式可以用來分析和比較機(jī)床傳動系統(tǒng)的方案。結(jié)構(gòu)網(wǎng)與轉(zhuǎn)速圖的主要差別是，結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動比的相對關(guān)系，而不表示傳動比和轉(zhuǎn)速的絕對值，而且結(jié)構(gòu)網(wǎng)上代表傳動比的射線呈對稱分布。結(jié)構(gòu)網(wǎng)也可寫成結(jié)構(gòu)式來表示： ，式中，6表示變速級數(shù)；3、2分別表示各變速組的傳動副數(shù)；腳標(biāo)中1、3則分別表示各變速組中相鄰傳動比的比值關(guān)系，即變速組級比指數(shù)。顯然，變速組內(nèi)的相鄰傳動比關(guān)系可以表述于結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)上。一個結(jié)構(gòu)式對應(yīng)一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)，一個結(jié)構(gòu)式可以畫出不同的轉(zhuǎn)速圖(如改變中間軸的轉(zhuǎn)速)，但一個轉(zhuǎn)速圖只能表示出一個結(jié)構(gòu)式。從上述的結(jié)構(gòu)式可以表示出：傳動系統(tǒng)的組成情況，即主軸得到Z=32=6種公比為的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速，各變速組的傳動副數(shù)，即p0=3，p1=2，可見結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式與轉(zhuǎn)速圖具有一致的變速特性。3.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定1擬定轉(zhuǎn)速圖的一般原則 通過對銑床主傳動系統(tǒng)的分析可知，擬定轉(zhuǎn)速圖是設(shè)計傳動系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它對整個機(jī)床設(shè)計質(zhì)量有較大影響。(1)變速組及其傳動副數(shù)的確定 實(shí)現(xiàn)一定的主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)的傳動系統(tǒng)，可由不同的變速組來組成。例如，主軸為6級轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)有下列兩種可能實(shí)現(xiàn)的方案；1)6=32 2)6=23首先應(yīng)該確定，若使主軸得到6級轉(zhuǎn)速需要選擇幾個變速組，以及各變速組中的傳動副數(shù)，由于機(jī)床的傳動系統(tǒng)通常是采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪進(jìn)行變速，所以每個變速組的傳動副數(shù)最好取為或3，這樣可使總的傳動副數(shù)量最少，根據(jù)機(jī)床性能的要求，一般主軸的最低轉(zhuǎn)速，要比電動機(jī)的轉(zhuǎn)速低得多，須進(jìn)行降速，才能滿足主軸最低轉(zhuǎn)速的要求。如果采用或3時，達(dá)到同樣的變速級數(shù)，變速組的數(shù)量相應(yīng)增加，這樣，可利用變速組的傳動副起降速作用，以減少專門用于降速的定比傳動副。綜上所述，主軸為6級轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)，應(yīng)采用由兩個變速組所組成的方案，即選擇上述第l)2)種方案。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速一般比主軸大部分的轉(zhuǎn)速高，從電動機(jī)到主軸之間，總的趨勢是降速傳動。也就是說，從電動機(jī)軸起愈靠近主軸的軸的最低轉(zhuǎn)速就愈低(見圖3-1)。根據(jù)扭矩公式：式中：M傳動件傳遞的功率(千瓦)； N傳動件的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)分)。當(dāng)傳遞功率為一定時，轉(zhuǎn)速n較高的軸所傳遞的扭矩M較小，在其他條件相同的情況下，傳動件(齒輪、軸)的尺寸就可以小一些，這對于節(jié)省材料、減小機(jī)床重量及尺寸都是有利的。因此，在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，應(yīng)使較多的傳動件在高轉(zhuǎn)速下進(jìn)行工作，應(yīng)盡可能地使靠近電動機(jī)的變速組中的傳動副數(shù)多一些，而靠近主軸的變速組中傳動副數(shù)少一些即所謂“前多后少”的原則，故要求 。按此原則，上述實(shí)例中兩種方案應(yīng)選用第1)種，即選用6=32的方案。(2)基本組和擴(kuò)大組的確定 根據(jù)上述原則，傳動系統(tǒng)的變速組及傳動副數(shù)雖已確定，但基本組和擴(kuò)大組的排列次序不同，還可有許多方案，例如6=32，就可以得下列多種不同擴(kuò)大順序方案，其結(jié)構(gòu)式分別為：一般情況下，各變速組的排列應(yīng)盡可能設(shè)計成基本組在前，第一擴(kuò)大組次之，最后擴(kuò)大組的順序，也就是說，各變速組的擴(kuò)大順序應(yīng)盡可能與運(yùn)動的傳遞順序相一致。只要擴(kuò)大順序與傳動順序一致，就能使中間傳動軸的變速范圍縮小。這時，中間傳動軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速的差值也就較小，這樣，便可縮小該軸上的傳動件的尺寸。因此，各變速組的變速范圍應(yīng)逐漸增大，在轉(zhuǎn)速圖或結(jié)構(gòu)網(wǎng)中表現(xiàn)出前面變速組傳動比的連線的分布較緊密，而后面變速組傳動比連線的分布則較琉松，即所謂“前密后疏“原則。(3)變速組中的極限傳動比及變速范圍 設(shè)計機(jī)床主傳動系統(tǒng)時要考慮兩種情況：降速傳動應(yīng)避免從動齒輪尺寸過大而增加變速箱的徑向尺寸，一般限制降速傳動比的最小值；升速傳動應(yīng)避免擴(kuò)大傳動誤差和減少振動，一般限制直齒輪升速傳動比的最大值；斜齒輪傳動比較平穩(wěn)，可取。所以，主傳動各變速組的最大變速范圍為：。一般在設(shè)計機(jī)床傳動系統(tǒng)時，任何一個變速組的變速范圍都應(yīng)盡量滿足上述要求，當(dāng)然在條件許可或處理得當(dāng)時，也可以超出這個范圍。初步方案定出后，應(yīng)檢查變速范圍是否超出允許值。由于最后擴(kuò)大組的變速范圍最大，一般只要檢查最后擴(kuò)大組的變速范圍合乎要求，其他變速組也就不會超出上述允許值?，F(xiàn)以Z=6, =1.58為例，進(jìn)行驗(yàn)算：1)，其最后擴(kuò)大組的變速范圍：上述分析說明，為了使最后擴(kuò)大組的變速范圍不致超出允許值，大多數(shù)機(jī)床最后擴(kuò)大組的傳動副數(shù)取為2，采用混合公比時可以打破常規(guī)。(2)合理分配傳動比的數(shù)值 確定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式方案后，擬定轉(zhuǎn)速圖，合理地分配各傳動副的傳動比，一般應(yīng)盡量注意以下幾點(diǎn)：1)各傳動副的傳動比應(yīng)盡可能不超出極限傳動比和。2)各中間傳動軸應(yīng)有適當(dāng)高的轉(zhuǎn)速，因?yàn)橹虚g傳動軸的轉(zhuǎn)速愈高，在一定的功率條件下，傳遞的扭矩也愈小，相應(yīng)也減少了傳動件的尺寸，在傳動順序上各變速組的最小傳動比，應(yīng)采取逐漸降速的原則，即要求 這樣可使中間傳動軸的最低轉(zhuǎn)速提高，即所謂“先慢后快”的原則。3)為了便于設(shè)計及使用，傳動比值最好取標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)冪次，即，其中E為整數(shù)。這樣，中間軸的轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖中直接讀出來，不必分別進(jìn)行計算，并可直接查表，確定齒輪齒數(shù)。設(shè)計機(jī)床傳動系統(tǒng)時，一般應(yīng)盡可能遵循上述原則。本次設(shè)計的銑床基本上是符合以上各項(xiàng)原則的，例如CA6140車床主傳動系統(tǒng)中采用了摩擦離合器，要求結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸不致過長，就不便于安置傳動副較多的變速組，一般是安排兩對滑移齒輪較好，這樣就違反了所謂“前多后少”的原則；又如主傳動采用多速電動機(jī)或雙公用齒輪傳動，也不符合前緊后松的要求。因此，從局部來看雖然不夠合理，但是，從整體來看卻是合理的，所以，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用。2.擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟下面具體說明轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計步驟。大多數(shù)機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和操縱方便的要求，通常都采用雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪，因此，6級轉(zhuǎn)速需要兩個變速組。(1)臥式銑床的主軸轉(zhuǎn)速范圍為50500轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=6，公比，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1440轉(zhuǎn)/分。大致的步驟如下：根據(jù)往往是，確定，取，則：寫出基型的結(jié)構(gòu)式(2)定公比轉(zhuǎn)速數(shù)列為：50、80、125、200、315、500。(3)確定基本組和擴(kuò)大組。該銑床主傳動系統(tǒng)應(yīng)有兩個變速組，第一變速組為基本組，其級比指數(shù) (即基本組的傳動比在轉(zhuǎn)速圖上相距一格)；第二變速組為第一擴(kuò)大組，其級比指數(shù)（即第一擴(kuò)大組傳動比在轉(zhuǎn)速圖上相距三格)。(4)確定是否增加降速傳動 該銑床的總降速比，若每一個變速組的最小降速比取，故需增加降速傳動。但是，為使中間兩個變速組做到降速緩慢，以利于減少變速箱的徑向尺寸，故在I-II軸間增加一對降速傳動齒輪，因?yàn)橹灰淖冞@對降速齒輪傳動比，在其他兩個變速組不變的情況下，就可以將主軸的6種轉(zhuǎn)速同時提高或降低，以滿足用戶的不同需要。(5)分配降速比 前面已確定，6=32共需兩個變速組，并在I-II軸間增加一對降速傳動齒輪，因此，轉(zhuǎn)速圖上有四根傳動軸，如圖3-2所示。畫四根距離相等的豎直線(I、II、III、IV)代表四根軸；畫6根距離相等的水平線代表6級轉(zhuǎn)速，這樣便形成了轉(zhuǎn)速圖格線。1)在主軸上標(biāo)出6級轉(zhuǎn)速：50500轉(zhuǎn)/分，在第I軸上用A點(diǎn)代表電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分；最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A、E兩點(diǎn)聯(lián)線相距約6格，即代表總降速傳功比。2)決定III、IV軸之間的最小降速傳動比：一般銑床的工作特點(diǎn)是間斷切削，為了提高主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，主軸上齒輪應(yīng)大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個變速組的降速傳動比取，按公比，查表可知，即從E點(diǎn)向上數(shù)三格()，在III軸上找出D點(diǎn)，DE線邱為III-IV軸間變速組(第二擴(kuò)大組)的降速傳動比。(6)畫出各變速組其他傳動線(圖3-1) I-II軸間只有一對齒輪傳動。轉(zhuǎn)速圖上為一條AB連線。II-III軸間為基本組有三對齒輪傳動，級比，故三條傳動線在轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，從C點(diǎn)向上每隔一格取C1、C2點(diǎn)，連線BCl和BC2得基本組三條傳動線，它們的傳動比分別為，。III-IV軸間為第一擴(kuò)大組也有三對齒輪傳動，級比，三條傳動線在轉(zhuǎn)速圖上各相距三格，即CD,CD1和CD2，它們的傳動比分別為，。(7)畫出全部轉(zhuǎn)速線 即該銑床的主傳動轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖兩軸間的平行線代表同一對齒輪傳動，所以畫II-III軸間的傳動線時，應(yīng)從C1、C2兩點(diǎn)分別畫CD、CD1、CD2的平行線，使III軸得到3種轉(zhuǎn)速。同理，畫III-IV軸間的傳動線時，應(yīng)畫2條與DE1的平行線，2條與DE1的平行線，使主軸得到6種轉(zhuǎn)速。3.4 帶輪及V帶設(shè)計帶傳動是機(jī)械傳動學(xué)科的一個重要分支，主要用于傳遞動力和運(yùn)動，它是機(jī)械傳動中重要的傳動形式，也是機(jī)電設(shè)備的核心聯(lián)接部件，種類異常繁多，用途極為廣泛。其最大特點(diǎn)是可以自由變速、遠(yuǎn)近傳動、結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。傳動原理為：摩擦型主要是平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動等；嚙合型的為同步帶傳動。帶傳動廣泛用于汽車、機(jī)械、紡織、家電、輕工、農(nóng)機(jī)等領(lǐng)域。由于機(jī)械設(shè)備不斷向高精度、大功率、長壽命、低噪音、低成本和緊湊化發(fā)展，使近年來的帶傳動產(chǎn)品在保證一定強(qiáng)度的條件下向輕薄方向發(fā)展，普通V帶出現(xiàn)下降趨勢，同步帶傳動、多楔帶傳動、窄V帶傳動和復(fù)合平帶傳動的應(yīng)用持續(xù)增長。同步帶的工作面主要有梯形齒和弧形齒，本次設(shè)計選擇梯形齒。梯形齒同步帶的承載層為玻璃纖維繩芯、鋼絲繩等的環(huán)形帶，基體有氯丁膠和聚氨酯（只有小帶型）兩種； 由于用途不同又有一般工業(yè)用和汽車用之分?？繃Ш蟼鲃?，承載層保證帶齒齒距不變， 傳動比準(zhǔn)確，軸壓力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油、耐磨性較好，但安裝制造要求高。在V50m/s、P300kw、I10時，要求同步的傳動， 也可用于低速傳動；載荷大應(yīng)選用橡膠同步帶，載荷小或有耐油要求時， 選用聚氨酯同步帶。已知電機(jī)額定功率P=7.5kw，轉(zhuǎn)速n=1440轉(zhuǎn)/分，傳動比，機(jī)床按每天工作12小時計。1確定計算功率選取V帶類型查機(jī)械設(shè)計手冊，得工作情況系數(shù)KA=1.2則有： 根據(jù)，n=1440r/min，選擇B型普通V帶。2確定帶輪基準(zhǔn)直徑由機(jī)械設(shè)計手冊及上述已知條件，查得主動輪最小直徑，根據(jù)帶輪基準(zhǔn)直徑系列，取。則從動輪基準(zhǔn)直徑，根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列取。3驗(yàn)算帶的速度速度在之間，所以速度合適。4確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距由，初步確定中心距：，計算帶的初選長度：由基準(zhǔn)長度選： 則實(shí)際中心距： 則： 即中心距的可調(diào)整范圍為： 5驗(yàn)算主動輪上的包角所以，主動輪上包角大于120o，合適。6計算V帶根數(shù)z由B型普通V帶，n=1440 r/min，通過查機(jī)械設(shè)計手冊可得；由查出；由，查出。則：取： 根7計算拉力F0由已知數(shù)據(jù)查得：所以有： 8計算作用在軸上的壓力FQ3.5 齒輪齒數(shù)的確定擬定轉(zhuǎn)速圖后，可根據(jù)各傳動副的傳動比確定齒輪齒數(shù)。 1確定齒輪齒數(shù)時應(yīng)注意(1)齒輪的齒數(shù)和SZ不應(yīng)過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大。一般推薦齒數(shù)和SZ100120。(2)齒數(shù)和盡可能要小，但應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1)最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象。機(jī)床變速箱中，對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)和2)受結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)的各齒輪(尤其是最小齒輪)，應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚a2m(m為模數(shù))，以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。由圖3-9可知，對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，其最小齒根圓直徑，代入上式可得：式中：齒輪的最小齒數(shù)； m齒輪的模數(shù)； T鍵槽至齒輪軸線的高度圖3-4 齒輪的壁厚3)兩軸上最小中心距應(yīng)取得適當(dāng)。若齒數(shù)和SZ太小，則中心距過小，將導(dǎo)致兩軸上軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過近或相碰，另外，確定齒輪齒數(shù)時，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求。實(shí)際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比)之間允許有誤差，但不能過大。分配齒數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過。2變速組內(nèi)模數(shù)相同時齒輪齒數(shù)的確定確定齒輪齒數(shù)時，初步須定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模救。后者只有在一些特殊情況下，如最后擴(kuò)大組或背輪傳動中，因各齒輪副的速度變化大，受力情況相差也較大，在同一變速組內(nèi)才采用不同模數(shù)。為了便于設(shè)計和制造。主傳動系統(tǒng)中所采用齒輪模數(shù)的種類盡可能少一些，在同變速組內(nèi)一般都取相同的模數(shù)，因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不大，受力情況相差也不大，故允許采用同一個模數(shù)。下面以計算法為例介紹齒輪齒數(shù)的確定。在同一變速組內(nèi)，各對齒輪的齒數(shù)之比，必須滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確定的傳動比；當(dāng)各對齒輪的模數(shù)相同，且不采用變位齒輪時，則各對齒輪的齒數(shù)和也必然相等。可列出： （3-1） （3-2）式中：、分別為任一齒輪副的主動與被動齒輪的齒數(shù)；任意齒輪副的傳動比； 各齒輪副的齒數(shù)和。由式3-1和3-2可得： (3-3)因此，選定了齒數(shù)和，便可按式3-3計算各齒輪的齒數(shù)；或者由上式確定出齒輪副的任一齒輪的齒數(shù)后，用式3-2算出另一齒輪的齒數(shù)。由前述已知，確定變速組的齒數(shù)和時，應(yīng)使其盡可能地小，一般地說主要是受最小齒輪的限制。顯然最小齒輪是在變速組內(nèi)降速比或升速比最大一對齒輪中，因此可先假定該小齒輪的齒數(shù)，根據(jù)傳動比求出齒數(shù)和，然后按各齒輪副的傳動比，再分配其他齒輪副的齒數(shù)；若傳動比誤差較大，應(yīng)重新調(diào)整齒數(shù)和，再按傳動比分配齒數(shù)。（1）第一變速組內(nèi)的三對齒輪其傳動比為：； ； 最小齒輪一定在最大降速比的這對齒輪副中，即，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)情況取，則，齒數(shù)和。然后，由式3-2確定其他兩對齒輪副的齒數(shù)。傳動比為的齒輪副：；傳動比為的齒輪副：；（2）第二變速組內(nèi)的一對齒輪其傳動比為：； 最小齒輪一定在最大降速比的這對齒輪副中，即，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)情況取，則，齒數(shù)和。然后，由式3-2確定另一對齒輪副的齒數(shù)。傳動比為的齒輪副：；齒輪齒數(shù)的確定，往往須反復(fù)多次計算才能確定，合理與否還要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中進(jìn)一步檢驗(yàn)，必要時還會改變。比如因中心距過小，兩軸上的零件相碰或因齒輪(尤其應(yīng)注意滑移齒輪)與其他件相碰時，就須改變齒數(shù)和，個別情況下只有改變有關(guān)齒輪副的傳動比才能解決問題。如果根據(jù)傳動比要求，按上述計算所得到的齒教和過大以及傳動比誤差過大時，還可采用變位齒輪的方法來取中心距，以獲得要求的傳動比值，這時齒數(shù)的計算比較靈活。3變速組內(nèi)模數(shù)不同時齒輪齒數(shù)的確定設(shè)一個變速組內(nèi)有兩對齒輪副和，分別采用兩種不同模數(shù)m1和m2，其齒數(shù)和為和，如果不采用變位齒輪，因各齒輪副的中心距A必須相等，可寫出：所以： (3-4)由式3-4可得： (3-5)設(shè) 可得： (3-6)式中： 、無公因數(shù)的整致；整數(shù)。按式3-6計算不同模數(shù)的齒輪齒數(shù)，往往需要幾次試算才能確定。首先定出變速組不同的模數(shù)值和；根據(jù)式3-5計算出、；選擇值，由式3-6計算各齒輪副的齒數(shù)和和(應(yīng)考慮齒數(shù)和不致過大或過小)；按各齒輪副的傳動比分配齒數(shù)。如果不能滿足轉(zhuǎn)速圖上的傳動比要求，須調(diào)整齒數(shù)和重新分配齒數(shù)，因此經(jīng)常采用變位齒輪的方法，改變兩對齒輪副的齒數(shù)和，以獲得所要求的傳動比。4三聯(lián)滑移齒輪之間的齒數(shù)若變速組采用三聯(lián)滑移齒輪變速時，在確定其齒數(shù)之后，還應(yīng)檢查相鄰齒輪的齒數(shù)關(guān)系，以確保其左右移動時能順利通過。如圖3-5所示，當(dāng)三聯(lián)滑移齒輪從中間位置向左移動時，齒輪要從固定齒輪上面越過，為避免與齒項(xiàng)相碰，須使與兩齒輪的齒項(xiàng)圓半徑之和小于中心距A。當(dāng)向右移動時也有同樣的要求，若齒輪的齒數(shù)，只要使和不相碰，則必能順利通過。若齒輪齒數(shù)，且采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪必須保證：因?yàn)?代入上式可得：即三聯(lián)滑移齒輪中，最大和次大齒輪之間齒數(shù)差應(yīng)大于4，如果齒數(shù)差正好等于4時，可將或的齒頂圓直徑略減小一些仍可使用。3.6 齒輪各項(xiàng)參數(shù)的確定由上述條件可知個齒輪齒數(shù)如下：，1齒輪參數(shù)計算Z1：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：； Z2：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；Z3：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：； Z4：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；Z5：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；Z6：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；Z7：分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： Z8和Z7各參數(shù)相同 Z9：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；Z10：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：； 齒根圓直徑： 2兩齒輪相互嚙合是中心距（軸間距）的計算由同一變速組內(nèi)兩相互嚙合的齒輪的中心距相等，可知在同一個變速組內(nèi)任意兩個相互嚙合齒輪的中心距即為該變速組兩軸的軸間距。所以有以下計算：II-III軸之間： III-IV軸之間： 4 主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 主傳動系統(tǒng)的布局及變速機(jī)構(gòu)的類型1主傳動系統(tǒng)的布局主傳動系統(tǒng)的布局形式取決于機(jī)床的用途、類型和尺寸等因素。通常，傳動系統(tǒng)的全部變速機(jī)構(gòu)和主軸組件裝在同一個箱體內(nèi)，稱為集中傳動式布局；傳動系統(tǒng)的主要變速機(jī)構(gòu)和主軸組件分別裝在變速箱和主軸箱兩個箱體內(nèi)，中間用皮帶，鏈條等方式傳動，稱為分離傳動式布局。(1)集中傳動式 大多數(shù)機(jī)床(CA6140普通車床、Z3040搖臂鉆床，X62W銑床等)都是采用集中傳動的變速箱。這種布局形式的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操縱，也便于調(diào)整與維修，另外箱體數(shù)目少，便于加工與裝配，又降低了制造成本。缺點(diǎn)是：傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動和發(fā)熱會直接影響主軸的工作精度。集中傳動方式，一般適用于主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的普通精度的中、大型機(jī)床。(2)分離傳動式 有些高速、精加工機(jī)床，為了避免變速箱的振動和熱變形對機(jī)床主軸的影響，常把變速箱與主軸分開，如C616普通車床和CM6132精密普通車床。分離傳功的優(yōu)點(diǎn)是：變速箱中所產(chǎn)生的振動和熱量不致于傳給主軸，從而減少了主軸的振動和熱交形；高速時由皮帶直接傳動主軸，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加工光潔度較高，適應(yīng)精密加工的要求；當(dāng)采用背輪機(jī)構(gòu)時，高速傳動鏈短，傳動效率較高，轉(zhuǎn)動慣置小，便于啟動和制動；低速時經(jīng)背輪機(jī)構(gòu)傳動，扭矩大適應(yīng)粗加工的要求。其缺點(diǎn)是：有兩個箱體，箱體加工成本較高；低速時皮帶負(fù)荷大，皮帶根數(shù)多，容易打滑；當(dāng)皮帶安裝在主軸中段時，調(diào)整、檢修都不方便。這種布局方式適用于中、小型高速精密機(jī)床。有些單軸自動車床，為了便于在主軸組件上安置自動進(jìn)夾料機(jī)構(gòu)，其主傳動也有采用分離傳動方式的。2變速機(jī)構(gòu)的類型大多數(shù)機(jī)床的主傳動系統(tǒng)都需要進(jìn)行變速，變速方式可以是有級的，也可以是無級的。目前應(yīng)用較廣的還是有級變速機(jī)構(gòu)，按工件的工藝和生產(chǎn)批量的要求，常用的有級變速機(jī)構(gòu)，有下劉幾種類型：(1)交換齒輪變速機(jī)構(gòu) 這種變速機(jī)構(gòu)的構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，主要用于大批量生產(chǎn)中的自動或半自動機(jī)床、專用機(jī)床及組合機(jī)床等。(2)滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) 目前廣泛用于一般通用機(jī)床中，其優(yōu)點(diǎn)是：變速范圍大，變速級數(shù)也較多；變速方便又節(jié)省時間；在較大的變速范圍內(nèi)可傳遞較大的功率和扭矩；不工作的齒輪不嚙合，因而空載功率損失較小等。其缺點(diǎn)是：變速箱的構(gòu)造較復(fù)雜；不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速；為使滑移齒輪容易進(jìn)入嚙合，多用直齒圓柱齒輪傳動，傳動平穩(wěn)性不如斜齒輪傳動等。(3)離合器變速機(jī)構(gòu) 在離合器變速機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用較多的有牙嵌式離合器、齒輪式離合器以及摩擦片式離合器。當(dāng)變速機(jī)構(gòu)為斜齒或人字齒圓柱齒輪時，不能或不便用滑移齒輪變速，則需用牙嵌式或齒輪式離臺器變速。這種變速機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：軸向尺寸小，可傳遞較大的扭矩，傳動比準(zhǔn)確，變速時齒輪不須移動，可采用斜齒或人字齒輪傳功，使傳動平穩(wěn)，對于重型機(jī)床變速時比移動滑移齒輪輕便，操縱省力。其缺點(diǎn)是：不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，各對齒輪經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，磨損較大，傳動效率低。(4)各種變速機(jī)構(gòu)的組合 根據(jù)機(jī)床的不同工作特點(diǎn)，通常，機(jī)床的變速機(jī)構(gòu)往往是上述幾種變速機(jī)構(gòu)的組合。4.2 齒輪的布置初步確定了轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)之后，合理地布置齒輪排列方式，是一個比較重要的問題。它將直接影響到變速箱的尺寸、變速操縱的方便性以及結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性等。1滑移齒輪的軸向布置變速組中的滑移齒輪最好布置在主動軸上，因其轉(zhuǎn)速一般比被動軸的轉(zhuǎn)速高，因此，可使滑移齒輪的尺寸小，重量輕，操縱省力；但由于具體結(jié)構(gòu)要求，有時則須將滑移齒輪放在被動軸上。為了變速操縱方便，還可以將兩個相鄰變速組的滑移齒輪放在同一根軸上。在一個變速組內(nèi)，須注意當(dāng)一對齒輪完全脫開嚙合之后，另一對齒輪才能開始進(jìn)入嚙合，就是說兩個固定齒輪的間距，應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，如圖4-1所示，其間隙為14毫米(通常為12毫米)。 圖4-1 滑移齒輪軸向布置 圖4-2 雙聯(lián)滑移齒輪軸向排列圖4-3 三聯(lián)滑移齒輪軸向排列2一個變速組內(nèi)齒輪軸向位置的排列齒輪在軸向位置的排列，如沒有特殊情況，應(yīng)盡量縮短軸向長度?；讫X輪的結(jié)構(gòu)通常有窄式和寬式兩種，一般窄式排列(即滑移齒輪軸向尺寸窄小)所占用的軸向長度較小。圖4-2左圖所示的兩級變速組占用的軸向長度L4b。其中L為齒輪變速組在軸上所占有的空間長度；b為一個齒輪的齒部寬度。圖4-3左上圖所示的三級變速組占用的軸向長度L7b。如按圖4-2右圖和圖4-3右上圖所示的寬式排列，則占用的軸向長度較大，以致在相同的負(fù)荷條件下，軸徑須加粗，從而使軸上小齒輪的齒數(shù)增加，相應(yīng)使齒數(shù)和及徑向尺寸加大，因此，一般不希望采用寬式排列。三聯(lián)滑移齒輪的兩種排列方式，必須保證同軸上相鄰兩齒輪的齒數(shù)差大于4，才能使滑移齒輪在越過某個固定齒輪時避免齒頂相碰。若相鄰齒數(shù)差小于4，除了采用增加齒數(shù)和的方法(使相鄰兩齒輪的齒數(shù)差增加，此時徑向尺寸也加大)、或者采用變位齒輪的方法予以解決外，還可采用如圖4-3中圖所示的排列方案，讓滑移齒輪中的最小齒輪越過同定的小齒輪，即最大齒輪與最小齒輪的齒數(shù)差大于4，而其他兩個齒輪的齒數(shù)差允許小些，但這種排列方法的軸向尺寸較大。3縮小徑向足寸為了減小變速箱的尺寸，既要縮短軸向尺寸，又要縮小徑向尺寸，它們之問往往是相互聯(lián)系的。(1)縮小軸間距離 在強(qiáng)度允許的條件下，盡量選用較小的齒數(shù)和，并使齒輪的降速傳動比大于1/4，以避免采用過大的齒輪。這樣，既縮小了本變速組的軸間距離，又不致妨礙其他變速組軸間距離的減小。(2)采用軸線相互重合 在相鄰變速組的軸間距離相等的情況下，可將其中兩根軸布置在同一軸線上，則徑向尺寸可縮小很多，而且減少了箱體上孔的排數(shù)，箱體孔的加工工藝性也得到攻善。(3)合理安排變速箱內(nèi)各軸的位置 在不發(fā)生干涉的條件下，盡可能要緊湊一些。5滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式機(jī)床主傳動系統(tǒng)中常見的滑移齒輪結(jié)構(gòu)形式有：整體式及裝配式，設(shè)計滑移齒輪結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)考慮齒輪的工藝方法。為了保證齒輪的導(dǎo)向性良好，滑移齒輪的輪轂長度不應(yīng)小于(1.21.5)d，d為軸的直徑。如圖4-4所示。圖4-4 滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式4.3 軸的空間布置軸系布置的一般是先確定主軸在變速箱中的位置，再確定傳動主軸的軸以及與主軸上的齒輪有嚙合關(guān)系的軸，再確定電動機(jī)軸或輸入軸的位置，最后確定其他各傳動軸的位置。1.主軸 1）垂直方向（高度） 圖4-5 主軸的空間位置 2)水平方向 -主軸中心在尾架導(dǎo)軌中間，也有稍偏向前導(dǎo)軌的，也有偏向后導(dǎo)軌的，為了降低床身導(dǎo)軌的變形，切削力的方向盡可能在前，后導(dǎo)軌之間，主軸中心越往后越好，但從便于裝卸工件，減輕勞動強(qiáng)度角度來講，主軸中心越往前越好。一般中型車床取在尾架導(dǎo)軌中央或稍偏后，這樣，即便于操作，又可使切削力均勻地作用于刀架的兩導(dǎo)軌面上，如圖4-5所示。2.I軸的位置I軸的軸端裝有皮帶輪，而主軸尾架端外伸，布置I軸位置時，必須保證兩者不會相互碰撞。綜合上述，臥式銑床I軸一般多安排在變速箱后壁靠近箱蓋處。3中間各傳動軸的位置1) 裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)，維修和潤滑。2）裝有制動裝置的軸：布置在靠近箱蓋或 箱壁處。3）與相關(guān)部件有聯(lián)系的軸：銑床主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動間的聯(lián)系是通過變速箱內(nèi)的進(jìn)給運(yùn)動輸出軸聯(lián)系，它應(yīng)布置在主軸前下方靠近進(jìn)給箱處。4.4 計算轉(zhuǎn)速為了使傳動件工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，對傳動件進(jìn)行動力計算。主傳動系統(tǒng)中主軸及傳動件的尺寸，主要是根據(jù)它所傳遞的扭矩大小來決定，扭矩大，結(jié)構(gòu)尺寸就大；扭矩小，則結(jié)構(gòu)尺寸就可縮小。傳動件傳遞扭矩大小與它所傳遞的功率N和轉(zhuǎn)速n兩個因素有關(guān)。按傳遞全部功率時的轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速進(jìn)行計算，即可得出該傳動件需要傳遞的最大扭矩。傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，則稱為該傳動間的計算轉(zhuǎn)速。1主軸計算轉(zhuǎn)速的確定主軸計算轉(zhuǎn)速是主軸傳遞全功率(此時電動機(jī)為滿載)時的最低轉(zhuǎn)速，從這一轉(zhuǎn)速起至主軸最高轉(zhuǎn)速間所有轉(zhuǎn)速都能夠傳遞全部功率，而扭矩則隨轉(zhuǎn)速的增加而減少，此為恒功率工作范圍；低于主軸計算轉(zhuǎn)速的各級轉(zhuǎn)速所能傳遞的扭矩與計算轉(zhuǎn)速下的扭矩相等，它是該機(jī)床的最大傳遞扭矩(功率則隨轉(zhuǎn)速的降低而減少)，此為恒扭矩工作范圍(圖4-5)。圖4-5 主傳動功率和扭矩變化圖本銑床的主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=6，其轉(zhuǎn)速圖見圖3-1，則主軸的計算轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)/分。在轉(zhuǎn)速圖上以黑點(diǎn)表示。2傳動軸計算轉(zhuǎn)速的確定主軸從計算轉(zhuǎn)速起至最高轉(zhuǎn)速間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全部功率，因此，實(shí)現(xiàn)上述主軸轉(zhuǎn)速的傳動件的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速也傳遞全功率，傳動軸的計算轉(zhuǎn)速就是其傳遞全功率時的最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)主軸的計算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上確定傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。確定的順序通常是由后往前，即先定出位于傳動鏈后面(靠近主軸)的傳動軸的計算轉(zhuǎn)速，再順次由后往前定出傳動鏈前面的傳動件的計算轉(zhuǎn)速。一般可先找出該傳動軸共有幾級實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，再找出其中能夠傳遞全功率時的那幾級轉(zhuǎn)速，最后確定能夠傳遞全功率時的最低轉(zhuǎn)速，即為該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。1) III軸的計算轉(zhuǎn)速：從轉(zhuǎn)速圖上可以看出，III軸共有三級轉(zhuǎn)速為200，315，500、轉(zhuǎn)/分。主軸在200轉(zhuǎn)/分(計算轉(zhuǎn)速)至500轉(zhuǎn)/分(最高轉(zhuǎn)速)之間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全功率，此時，IV軸若經(jīng)齒輪副傳動主軸，它只有在50500轉(zhuǎn)/分3級轉(zhuǎn)速時才能傳遞全功率；若經(jīng)齒輪副傳動主軸，1601250轉(zhuǎn)/分的2級轉(zhuǎn)速都傳遞全功率，因此，其最低轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分即為IV軸的計算轉(zhuǎn)速。2) II軸的計算轉(zhuǎn)速：同理，II軸上共有3級轉(zhuǎn)速為315，400，500。此時，經(jīng)齒輪副(、)傳動IV軸，所得到3級轉(zhuǎn)速都能夠傳遞全功率。因此，III軸上S的這3級轉(zhuǎn)速也都能傳遞全功率，其最低轉(zhuǎn)速315轉(zhuǎn)/分即為III軸的計算轉(zhuǎn)速。3傳動軸軸徑設(shè)計通過查機(jī)械設(shè)計手冊，可知帶的平均傳動效率為，齒輪的平均傳動效率為，由各軸的計算轉(zhuǎn)速，根據(jù)軸的抗扭強(qiáng)度公式： ；設(shè)軸的材質(zhì)為45鋼，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊：取A=110?？傻茫?4.5 主軸軸徑設(shè)計1主要參數(shù)的確定（1）主軸前軸頸直徑的選取 一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，由參數(shù)表選取。銑床當(dāng)功率為7.5KW時，主軸前軸頸直徑約為90105mm，選為90mm。主軸后軸頸直徑=0.9=81mm，取=81mm。（2）主軸內(nèi)孔直徑d的確定 很多機(jī)床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其用途有關(guān)。銑床主軸內(nèi)孔可通過拉桿來拉緊刀桿。為不過多的削弱主軸的剛度，銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大510mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知：d=(50%60%)=(3542)mm,此處取d=35mm, =0.4. 當(dāng)小于0.3時，空心主軸的剛度幾乎等于實(shí)心主軸的剛度，等于0.4時，空心主軸的剛度為實(shí)心主軸的90%，小于0.7時，空心主軸的剛度急劇下降，所以d=35mm是合適的。（3）主軸前端懸伸量a的確定 主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向反力作用中點(diǎn)（或前徑向支承中點(diǎn)）的距