曲轴铣端面专用机床设计.doc

曲轴铣端面专用机床设计 52摘 要本文主要是设计一台曲轴铣端面专用机床，此次设计主要是为了让学生进一步熟悉机械制造技术和机电一体化系统设计的相关知识，建立正确的设计思想，进一步掌握综合运用所学知识解决本专业工程技术问题的方法和手段，能对以前自身所学的本专业知识有进一步的掌握和提高。本次设计主要是通过查阅相关的工程手册、图表等技术资料，选用合理的参数来设计机床的机械结构和其控制部分。使用CAD软件进行计算机辅助设计和工程图的绘制。本文主要从零件分析工艺规程的制定、机床机械结构的设计和机床控制部分的设计三方面进行阐述。在对零件分析时作了工艺路线的拟定；对于机床的机械结构设计，首先确定了切削用量，从而选择了适合的动力头，对动力滑台和专用夹具进行了设计；并对机床进行PLC接口电路设计及机床总体电气原理设计。关键词：曲轴端面，专用机床，设计，PLC控制AbstractThis paper is to design of a crankshaft end milling special machine, the design mainly to make the students become more familiar with the mechanical manufacturing technology and mechatronics system design knowledge, to establish the correct design idea, and further grasp the comprehensive use of the knowledge of professional engineering and technology to solve this problem ways and means to their own previous studies of this expertise to further understand and improve. The design is mainly related to the project through access to manuals, diagrams and other technical information, a reasonable choice of parameters to design the machine mechanical structure and its control section. Use CAD software to computer-aided design and engineering mapping. In this paper, a point of order from the parts of the development process, machine design and mechanical structure design of machine control section described the three aspects. Analysis of parts made in the course of the development process; for the machine tool mechanical structure design, first determine the cutting parameters to select the appropriate power head, on the power sliding table and special fixture was designed; and design the PLC interface circuit and the electric circuit theory of the machine center.Keywords: crankshaft end, special machine, design, PLC control目录1 绪论-11.1 专用机床特点-11.2 专用机床的工艺分析-12 课题综述-42.1 完成课题的方案及主要措施-42.2 铣床介绍-52.3 铣床布局分类-52.4 双端面铣床介绍及特点-63 零件分析及工艺规程的制定-83.1零件的分析-83.2工艺规程的制定-94 选择切削用量-124.1主要切削用量的确定-134.2 动力头的选择-145 导轨的设计-185.1导轨设计的主要内容-205.2导轨的结构设计-205.3滚动直线导轨副的结构及特点-225.4滚动导轨的选择-255.5校核计算-256.滚珠丝杠的设计-276.1机械传动部件及其功能要求-276.2滚珠丝杠-276.3滚珠丝杠副支承方式的选择-296.4校核计算-307.专用夹具设计-367.1夹具定位支承系统-377.2夹紧机构-387.3铣床夹具设计要点-417.4对刀装置工作原理-418 控制部分设计-428.1滑台定位元件的选择-428.2 PLC型号的选择-438.3 PLC程序的编写-46结论与展望-50参考文献-51致谢-521 绪论曲轴在轴类零件分类中属于异形轴，是发动机上的一个重要零件，承受由活塞通过连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作时所承受的是很大的扭转力矩以及大小和方向都变化的弯曲力。目前，发动机的需求量越来越大，相对的发动机上的重要零件曲轴的需求量也在日益增加。所以我们需要对于曲轴端面铣削的专用机床以提高生产效率以及质量要求。目前国内机床的加工水平与世界领先国家的差距还较大，几乎所有高档机床仍依赖于进口设备。1.1 专用机床特点专用机床是专为加工某种零件的一个或几个固定工序服务的，通常多用于成批，大批，大量生产。专用机床的特点：（1）加工对象专一，加工工序特定，工艺范围单一。（2）自动化程度和生产率较高。（3）可根据特定的加工条件和工艺分析，直接确定机床的运动参数和动力参数，主传动系统比通用机床简单得多。（4）在选择切削用量时，刀具寿命往往会成为限制因素，所以必须进行刀具寿命核算。通常应保证换刀间隔时间不低于8h（1个班换一次刀）或至少不低于4h（半个班换一次刀），但此时应作多方案比较和成本计算，按经济分析结果作出选择。（5）在大批大量生产中，专用机床应力求便于自动上下料及纳入自动线。1.2 专用机床的工艺分析专用机床是专门为加工某种零件的一个或几个固定工序服务的，因此它的加工对象单一，工艺分析具体，比通用机床简单，但为了使机床的方案制定得合理先进，必须充分调查研究，总结生产经验，全面了解加工零件的加工情况和影响加工精度和机床方案制定的各种因素。（1）专用机床切削用量选择的注意点：1）专用机床很多是多刀加工，有的专用机床采用复合刀具，价格贵。为了减少刀具磨损、消耗和换刀时间，必须适当降低切削用量，通常专用机床的切削用量比单刀加工的通用机床要低30%左右。在核算刀具寿命时，一般应保证换刀时间在8h（一个班）以上。2）多刀同时加工的专用机床（如组合钻床），它们的合理切削用量各不相同，为使多种刀具都有比较合适的切削用量，同时不致对机床结构要求过分复杂，又能使刀具各自发挥其效能，可在各种刀具的切削用量中折中处理，如对钻铰复合刀具的进给量按钻头选择，切削速度按铰刀选择。对于整体复合刀具，由于其强度较低，切削用量应选得小些。（2）不同工艺方案对专用机床的影响在工艺分析时必须充分考虑不同工艺方案对机床的影响，认真研究下列问题：1）加工工序和加工精度的要求：被加工工件在专用机床上完成的工序及加工精度是制定专用机床工艺方案的主要依据。制定工艺方案时，首先要全面分析工件的加工精度及技术要求，了解现场加工工艺及保证精度和技术要求的措施。例如加工级精度的孔，不仅工步数要多，而且加工不同的孔径时应采用不同的加工方法，在同一轴线上几个同轴度要求高的孔应从一面加工。2）被加工工件的特点：工件的材料、硬度、刚度、工艺基面等对专用机床都有重要的影响。例如：工件的刚度不足，加工时工序不能太集中，以免同时加工时因工件受力变形、发热变形以及振动影响加工精度。必须重视专用机床加工前已完成工序以及毛坯质量的影响，例如当毛坯余量很大，铸造质量较差时常采用粗加工工序。3）工件的生产方式：被加工工件的生产批量的大小，对专用机床的工艺方案制定也有影响。大批量生产中，必须从提高生产率和自动化程度、稳定地保证加工精度的角度来确定工艺方案。在中小批量的生产中，完成同样的工艺内容则力求减少机床台数，集中加工工序，以提高专用机床的利用率。 专用机床常用于大批或成批生产中，在确定其工艺方案后，确定其切削用量及其他数据，应进行单件生产率计算和方案比较，有条件时还应进行成本计算和方案比较以及必要的工艺试验，以确定经济的、可靠的和先进的工艺方案、最佳的合理的运动参数和动力参数。（3）专用机床工艺分析的步骤：1）加工工件加工内容及其相关问题的了解，如工件材料，尺寸，加工精度等，这是工艺分析的第一步。2）加工工件工艺基准的分析。选择工艺基准和夹压部位是制定工艺方案中极其重要的问题，工艺基准选择正确与否是保证加工精度的重要条件。例如箱体类零件常用的典型定位方法有一面二孔定位和三面定位，没有良好的定位基面的箱体可以人为地创造其稳定的工艺基面。在选择工艺基准时应当尽量选择设计基面作为机床加工时的工艺基面，即做到基准统一，这样能减少累积误差，有利于保证加工精度。同时所选基准面应能保证工件稳定定位，定位的支承面应该大一些，力求采用已加工面作为定位面，在加工精度高时尤为必要。选择基面时还应保证装夹工件方便，夹具结构简单。在选择工艺基面的同时相应地决定夹压位置，夹压位置应保证夹压后工件定位稳定，减少夹压引起的工件变形而影响加工精度。3）决定工艺方案。由于工件精度要求和加工部位的特点、工件材料等的不同，因此同一工件表面的加工可以采用不同的工艺方案，即要正确地选择加工方法。工序间余量和切削用量等。2 课题综述这次设计的曲轴铣端面专用机床是主要用于铣削发动机曲轴前后两端面。曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对于曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证。则可能严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。然而，这次所设计的曲轴铣端面专用机床可以提高曲轴端面加工过程的生产效率和精度要求。2.1 完成课题的方案及主要措施2.1.1 预计达到的目标熟悉曲轴铣端面专用机床的工作原理及其组成部分的结构，掌握曲轴铣端面专用机床的整机的设计计算。充分应用和巩固在大学里学的各类知识如（机械设计液压传动材料力学微机控制电子学等），把在学校里学到的知识灵活应用。这次所设计的曲轴铣端面专用机床可以一次性铣削曲轴两端面，以达到提高生产效率以及质量的要求。本课题给出的零件是苏南某柴油机厂生产的曲轴零件。其材料为球墨铸铁（QT60-2），零件为铸件。汽车、拖拉机用的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式模锻件，而重型和低速发动机的曲轴常用组合式的模锻件。整体式曲轴具有强度高、刚性好、结构紧凑等优点，但是组合式曲轴毛坯制造和机械加工比整体式的简单。2.1.2 技术方案专用机床是按具体加工对象专门设计，可以按最合理的工艺过程进行加工，也可以同时以几个方面采用多把刀具对工件进行加工，是提高生产率的有效设备。本课题“曲轴铣端面专用机床设计”是针对曲轴左右两个端面进行设计的，工艺要求在工序20铣端面中完成铣削端面工作。该工序采用双面铣的方法同时对两个端面进行加工。该零件总体轮廓尺寸较小，属于小型零件加工，零件的定位夹紧元件也不会太大，设计时考虑到诸多因素后，决定选用卧式双面铣削方案。2.1.3 要解决的主要问题（1）在双面铣削时零件曲轴的定位问题，定位精度首先要达到要求。这就需要用专用夹具。在本课题中要设计一个专用夹具，用于实现曲轴的准确定位、夹紧、刀具的导向以及装卸工件时的限位作用。曲轴虽然属于异形轴，但是它的定位与一般轴类零件基本相同，即：圆柱面定位。本道工序是加工曲轴两个端面。根据零件的结构特点和加工部位确定其定位方案为：采用两个V形块分别在两主轴颈处定位，限制四个自由度；为防止加工过程中工件的轴向移动，用一个定位销在扇形面处定位，限制一个自由度；工件沿轴向转动不影响加工的准确性，此处自由度可不限制。至此，工件的五个自由度全部被限制住了，可保证工件加工的准确性。（2）在同时铣削两个端面时对于尺寸精度的控制。这就需要在对于控制系统设计的同时加入反馈装置（传感器），可以保证所加工零件的尺寸要求。2.2 铣床介绍铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽（键槽、燕尾槽、T型槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、棘轮、链轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。2.3 铣床布局分类影响铣床类机床布局的主要因素：（1）工件的大小、重量和形式如铣削小型工件一般可采用升降台式布局；铣削中型工件一般可采用工作台不升降式布局；铣削大型工件一般可采用龙门式、定梁龙门式、龙门（或横梁）移动式（地坑式）布局形式。由于工件大小及3个坐标方向的行程要求不同，工作台不升降式布局，又分为十字工作台与立柱（或滑枕）移动式两种布局形式。需铣削两平行面的工件的高度较大时，可采用无顶梁的定（横）梁双柱式铣床的布局；需铣削复杂成形表面工件时，可采用各种仿形铣床和数控铣床的布局形式。（2）机床的万能性要求为扩大机床的铣削范围和提高机床的万能性，可将机床设计成悬梁在床身顶部回转、悬梁前后移动及装在悬梁上的铣头作各方向回转等布局形式，以使一台铣床同时承担卧铣与立铣工作，可减少工件的装卸次数。（3）机床的刚度和抗振性要求铣削是一种断续切削，因切削力变动而产生的震动较大，因而机床要有足够的刚度。一般框架式布局如龙门铣床比悬梁式如单臂式铣床刚度高；工作台不升降式布局比升降台式布局刚度高。（4）机床的生产率要求为提高生产率可采用多铣头或连续作业布局形式，如多头圆工作台铣床布局形式。（5）机床的“三化”要求布局应力求提高机床部件的通用化程度，以便于从基型产品生产出多种变形产品。2.4 双端面铣床介绍及特点双端面铣床是具有两动力头用滚珠丝杠进给调节，工作台采用自动进给，可根据不同的切削用具选择进给方式，采用动力头形式，稳定性好，刚度高，从而提高切削能力。铣床主轴锥孔均采用标准莫氏，纵向进给采用优质的直线滚珠导轨，共有精度高，操作灵活方便，耐磨等优点，动力头采用配对轴承，噪音低，精度高，寿命长，转速高。双端面铣床结构特点：（1）工作台工作台采用优质耐磨铸铁铸造而成，精加工后，采用手工铲刮与导轨面配产而成。工作台的进给采用变频器，实现无级变速。或采用变速箱齿轮变速。（2）床身床身分为双矩形导轨和一矩一V形组合导轨两种。床身导轨面都经过超音频淬火处理，深度为，硬度为。耐磨性能好，使用寿命长。（3）主轴拥有独立进给系统，进给速度由变频器控制，可根据工件不同材质，调节铣削速度。图2-1 双端面铣床本课题所设计的专用机床是曲轴两端面同时铣削专用机床。本次毕业设计的任务是曲轴铣端面专用机床的设计。设计内容包括：动力滑台设计，工作台及夹具设计，控制系统设计。3 零件分析及工艺规程的制定3.1零件的分析3.1.1曲轴的结构特点轴类零件的功用为支承传动零件、传递扭矩和承受载荷以及保证装在轴上的工件（刀具）具有一定的回转精度。曲轴在轴类零件分类中属于异形轴，是发动机上的一个重要零件，承受由活塞通过连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作时所承受的是很大的扭转力矩以及大小和方向都变化的弯曲力。本次设计给出的零件时苏南某柴油机厂生产的曲轴零件。其材料为球墨铸铁（QT62-2），零件为铸件。汽车、拖拉机用的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式模锻件，而重型和低速发动机的曲轴常用组合式的模锻件。整体式曲轴具有强度高、刚性好、结构紧凑等优点，但是组合式曲轴毛坯制造和机械加工比整体式的简单。S195-05006型曲轴有左、右二个主轴颈和一个连杆轴颈，其外形结构式曲轴类零件中比较简单的一种。它的工作过程是：在外力作用下使曲轴旋转，通过连杆轴颈上的连杆将运动传递到缸筒内的活塞，从而压缩缸内的高压油并将油点燃，燃烧的高压油将自身的内能转换为动能推动活塞运动，运动又传到连杆再通过连杆带动连杆轴颈，这样曲轴继续旋转。3.1.2零件的技术要求（1）铸件应该经正火处理，硬度为，显微组织按部标JB1802，石墨数不低于5级，球化体大于75%，允许有少于5%的碳化铁+磷共晶，但磷共晶为。（2）未注圆角半径为3mm。（3）加工面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理清洁。（4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在磨光表面上不该有深痕和黑点。（5）锥形规涂色检查锥面密合面应不少于70%。（6）清除油道及其他部分的金属屑、污染物及其他杂物，并清洗吸干。（7）中心孔必须保持完好。（8）精加工后，应经磁力探伤并退磁。（9）允许在R96表面上钻孔调整不平衡力矩，孔径15mm，孔边应不少于10mm，深度不大于30mm，不平衡重心应在曲轴对称平面内允许偏差。（10）、三处轴颈淬硬，淬深。轴颈圆角处允许不淬火，但在距离轴颈端面内均匀过渡。3.2工艺规程的制定零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体情况的不同，对同一零件的加工工序可能有很多的方案。应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案。工艺规程选择要考虑的基本因素如下。（1）生产规模是决定生产类型的主要因素，即设备、用具、机械化、自动化程度等。（2）制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。（3）零件材料性质。（4）零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。（5）零件表面粗糙度。（6）特殊限制条件，如：工厂设备和用具条件。（7）编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效果。3.2.1曲轴材料（S195-05006）及毛坯S195-05006型曲轴材料为球墨铸铁（QT60-2）。该材料强度高、耐磨，并有一定的韧性，用于制作部分机床的主轴，空压机、冷冻机的曲轴、缸体，小水轮发电机主轴，中小型柴油机、汽油机曲轴，部分轻型柴油机、汽油机的凸轮轴、汽缸套，农业机械小负荷齿轮等。毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯车间的具体生产条件相关。铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能差。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。本零件选用的造型方法为砂型机器造型。3.2.2生产类型及工艺特征零件的生产纲领： （3-1）式中：零件的生产纲领，件/年； 产品的年产量，台/年； 每台产品中包含该零件的数量； 该零件备件的百分率，%； 该零件废品的百分率，%。划分生产类型时，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因素。值得一提的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要的作用。由于本零件是大批量生产，零件的生产纲领N为15000件/年，他的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该曲轴在工艺设计上采用了组合机床流水线加工的方式。3.2.3定位基准的选择工件在机床上用夹具进行夹紧工件时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面成为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准。曲轴和一般轴类零件的主要区别是：一般轴件的全部轴颈都位于同一轴线上，而曲轴的主轴颈虽然也位于同一轴线上，但是其连杆轴颈不与主轴颈同轴，而是离开一定距离而彼此平衡。为保证各轴颈的同轴度要求，在基准选择时采用基准统一的原则，即粗、精加工各主轴颈时都采用顶尖孔作为定位基准。对于连杆轴颈的加工，为保证连杆轴颈轴线与主轴颈的轴线之间的平行，在基准选择时应采用定位基准和装配基准重合的原则，即粗、精加工连杆轴颈时都采用两个主轴颈作为定位基准。若有两个或两个以上连杆轴颈，还要多选一个基准作为加工连杆轴颈的角度定位面，通常是在曲柄上铣出两个小平面作为辅助基准。根据本曲轴的特点，连杆轴颈只有一个，因此不存在与主轴颈的角度问题。在加工连杆轴颈时选择主轴颈定位，加工主轴颈时则选择顶尖孔定位。3.2.4工艺路线的拟定拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，根据工序的集中和分散程度划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、专用机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，减少安装的次数来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降，根据以上原则，拟定的工艺路线如下。10 铸造15 正火20 铣端面25 打中心孔30 粗车扇形面外圆及侧面40 粗车长轴端外圆及侧面45 粗车锥面1：1050 粗车短轴端外圆及侧面60 精车长轴端外圆及侧面70 精车短轴端外圆及侧面80 铣扇形侧面90 铣连杆轴颈100 钻孔，扩孔，攻螺纹110 钻斜油孔115 钻连杆轴颈斜孔120 检验125 淬火130 修整中心孔140 粗磨主轴颈150 铣键槽160 磨锥面1：10165 粗磨连杆轴颈170 精磨主轴颈175 精磨连杆轴颈180 车退刀槽190 车螺纹M42200 抛光主轴颈及连杆轴颈210 检验，探伤，退磁，清理油孔4 选择切削用量1.铣削用量、进给运动参数1）背吃刀量 在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。立铣和端铣时，为切削层深度；圆柱铣削时，为被加工表面的宽度。2）侧吃刀量 在平行于工作平面并垂直于切削刃基点的进给运动方向上测量的吃刀量。立铣和端铣时，为被加工表面的宽度；圆柱铣削时，为切削层深度。3）每齿进给量 指铣刀每转过一齿相对工件在进给运动方向上的位移量，单位为。4）每转进给量 指铣刀每转一转相对工件在进给运动方向上的位移量，单位为。5）进给速度 指铣刀切削刃基点相对于工件的进给运动的瞬时速度，单位为。6）铣刀齿数7）铣刀直径 单位为。8）铣刀转速 单位为。2.铣削力的分析与计算铣削加工时，每个铣刀齿所受切削力的大小和方向都在不断变化，为了便于分析，可假定各刀齿上的总切削力作用在某一个刀齿上，并根据需要，将力分解为三个互相垂直的分力：1）主切削力 总切削力在铣刀主运动方向上的分力，即沿铣刀外圆切线方向上的分力，是主要消耗功率的力。2）垂直切削力 在工作平面内，总切削力在垂直于主运动方向上的分力，即沿铣刀半径方向的力，它使刀杆产生弯曲。3）背向力 总切削力在垂直于工作平面上的分力，即沿铣刀轴线方向的力。在设计机床与夹具时，为了方便测量，通常将作用在工件上的总切削力（与大小相等，方向相反），沿机床工作台的运动方向分解为三个力：1）进给力 总切削力在纵向进给方向上的分力。2）横向进给力 总切削力在横向进给方向上的分力。3）垂直进给力 总切削力在垂直进给方向上的分力。铣削时，各进给力和切削力具有一定的比例关系，如表4-1所示，如果求出了，便可计算出、和三个分力。铣刀总切削力的大小为： （4-1）表4-1 各铣削力之间比值铣削条件比值对称铣削不对称铣削逆铣顺铣端铣削0.3-0.40.6-0.90.15-0.300.85-0.950.45-0.700.9-1.000.50-0.550.50-0.550.5-0.553.铣削功率的分析与计算铣削过程中消耗的功率主要按圆周切削力和铣削速度进行计算： （4-2）进给运动也消耗一些功率，一般情况下，所以总的铣削功率，由此可估算铣床主电动机的功率： （4-3）式中，铣床传动效率，一般取。4.1主要切削用量的确定（1）主轴转速计算查现代实用机床设计手册得硬质合金端铣刀的铣削用量，如表4-2所示。表4-2 硬质合金端铣刀的铣削用量加工材料工序背吃刀量铣削速度每齿进给量铸铁粗铣精铣注：铣削切削用量的选择与要求的加工表面粗糙度及效率有关，当要求较小的铣削表面粗糙度时，则铣削速度应高一些，每齿进给量应小一些。初选：铣削深度：铣削速度：每齿进给量：齿计算主轴转速：本式中，主轴转速，单位为； 切削速度，单位为； 工件（或刀具）直径，单位为。根据实际标准，主轴转速选取为，故实际切削速度为：所以，铣削速度：。（2）切削力的计算 （4-4）式中，主切削力，单位为。4.2 动力头的选择TX系列动力头简介：TX铣削动力头与相应规格的HJ系列滑台配套，或与XG系列铣削工作台配套，可组成各种形式组合铣床，用以完成对铸铁、钢及有色金属件的平面铣削、沟槽铣和平面铣等工序。TX系列铣削头可选配四种传动装置。配以齿形带传动装置，适用于高速铣削，主要用于有色金属的粗精加工及钢和铸铁件的精加工；配以顶置式交换齿轮变速的传动装置，主要用于对铸铁和钢件中低速粗、精铣削，较适用于大批大量生产卧式组合机床；配以尾置式交换齿轮变速的传动装置和配以手柄变速传动装置（属于中低速传动），加工性能均与配置的铣削头相同，仅宜于配置立式机床，宜配置为中小批多品种加工的组合机床。TX系列铣削头结构：TX系列铣削头按精度分为普通级、精密级和高精度级三种，其结构完全相同。仅主要零件和轴承的精度不同。根据主轴滑套移动方式不同，又分两种方式：型只能手动移动和夹紧滑套，用于对刀调整；型能液压自动移动和夹紧滑套，用于精铣自动让刀或凹入面加工进退刀。图4-1所示为TX系列滑套式铣削头结构。铣削头由主轴及轴承、滑套移动机构、滑套夹紧机构和液压让刀机构四部分组成。主轴通过两个双列向心短圆柱滚子轴承支承在滑套3内。在前支承还装有接触角的双向推力球轴承，用于承受左右两个方向的轴向力。这种主轴结构不仅刚性好、轴承间隙容易调整、易于保持精度，而且因推力轴承较接近主轴前端面，后轴承可轴向游动，故当主轴以推力轴承为支点向前和向后热伸长时，对铣削精度影响小。图4-1 TX系列铣削头结构1-法兰盘 2-液压缸 3-滑套 4-挡铁 5-螺杆 6-挡铁 7-螺母 8-螺母套 9-圆螺母 10-楔块 11-夹紧液压缸 12-楔块 13-夹紧螺杆 14-滑套传动装置的用途及配置形式NG系列传动装置是通用主轴部件必不可少的配套部件，它是使刀具作旋转运动的驱动装置。NG系列传动装置是根据“跨系列通用”原则设计的“跨系列传动装置”，即每一种传动装置均可与同规格的五个系列的六种主轴部件（是指铣削头、镗削头与镗孔车端面头、钻削头、攻螺纹头和可调钻孔与攻螺纹头等六种）配套使用。TX系列铣削头分别配置四种传动装置如图4-2所示，由此可见，NG系列主传动装置具有通用化程度高、选配灵活、便于生产管理等优点。图4-2 1TX系列铣削头分别配置四种传动装置a) 齿形皮带 b) 顶置式 c) 尾置式 d) 手柄变速4.2.1 校验机床功率本次设计选用的动力头为TX25型铣削头，其技术性能主要有：电机额定功率：3kw。主运动消耗的切削功率为：式中：切削功率，； 切削力，N； 切削速度，。进给运动也消耗一些功率，一般情况下，所以总的铣削功率，由此可估算铣床主电动机的功率：由于电机实际功率小于电机额定功率（），所以该切削用量的选择符合实际生产要求。5 导轨的设计1.导轨的概述导轨是两个相对运动部件接合面组成的滑动副，一般由机床的支承部件（床身、立柱、横梁）和执行部件（主轴箱、溜板箱、刀架）匹配而成。在支承部件上的导轨称支承导轨或固定导轨，简称下导轨；在执行部件上的导轨称为运动导轨，简称上导轨。导轨是机床的重要部件之一，它在很大程度上决定机床的刚度、精度与精度的保持性。2.导轨的功用和分类导轨的功用：对支承部件起承载作用；对执行部件起引导作用，见表5-1。表5-1导轨的功用功能简要说明支承作用 车床导轨的本体变形，其弯曲变形占床身变形的25%以上；导轨面的接触变形，对于卧式镗床，主轴箱体与立柱导轨面的接触变形，将占镗床各大件总变形的。所以，通过减小导轨本体的刚性变形，是提高导轨工作精度的一个重要方面。因此要把导轨与机床整体设计联系起来。 导轨的接触刚度设计，主要通过控制导轨面的压强和卸荷装置来解决的。导向作用 从运动学原则出发，导向作用要导轨副设置5个自由度的约束，只允许上导轨有一个确定的自由度，即直线度或圆度。从机床整体功能出发，导轨的导向精度，包括导轨几何精度、接触精度及精度保持性；运动和定位的准确性、平稳性、灵活性等要求。导轨副按下列性质可以分为：表5-2导轨副的分类运动轨迹 直线运动导轨和圆周运动导轨。摩擦性质 滑动导轨和滚动导轨。工作性质 主运动导轨、进给运动导轨、移置导轨和卸荷导轨。3.导轨应满足的基本要求（1）导向精度：主要指导轨运动轨迹的精确度。影响导向精度的主要因素有：导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨及其支承件的刚度和热变形，静（动）压导轨副之间的油膜厚度及其刚度等；（2）精度保持性：主要由导轨的耐磨性决定，耐磨性与导轨材料、导轨副的摩擦性质、导轨上的压强及其分布规律等因素有关；（3）刚度：包括导轨自身刚度和接触刚度。主要取决于导轨的形状、尺寸和支承件的连接方式及受力状况等因素；（4）低速运动平稳性：动导轨作低速运动或微量位移时易产生摩擦自激振动，即爬行现象。爬行会降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值。4.导轨的主要失效形式（1）磨损：可分为磨粒磨损和胶合磨损；（2）疲劳和压溃：表面疲劳是因为表层受接触应力而产生弹性变形，脱离接触时则弹性恢复，这种过程达到一定循环次数后，表层形成龟裂而产生剥落片。压溃是由于接触应力过大而使表层产生塑性变形而形成坑。5.导轨的材料及特点随着高效自动化、数控机床、高精度精密机床和重型机床的发展，促使机床导轨材料的构成比发生了显著的变化。总体趋势可概括为：与采用铸铁合金化强化导轨相比，采用表面热处理强化的导轨有增多的趋势，其中镶钢导轨的增加尤为明显；与滑动导轨相比，滚动导轨所占比例增加，与金属导轨相比，塑料导轨的增加特别明显。（1）铸铁-铸铁：动导轨常用灰铸铁。支承导轨采用孕育铸铁，高磷铸铁和合金铸铁，其耐磨性比普通铸铁高2-4倍；（2）铸铁-淬硬铸铁：动导轨常用普通灰铸铁，并经乱配加工。支承导轨常用HT200铸铁并进行表面淬火提高共硬度及耐磨性；（3）铸铁-淬硬钢板：动导轨常用铸铁。支承导轨为淬硬钢导轨，分段镶装在铸铁床身上，所用材料是碳素钢（T108A，T8A等）合金钢（40Cr，等）；（4）塑料-铸铁：在动导轨上粘贴聚四氟乙烯塑料软带。它与铸铁导轨组成摩擦副时，摩擦系数仅为0.02-0.03，是铸铁-铸铁副的左右；（5）有色金属-铸铁：在动导轨基体上镶装有色金属板，主要有，等。当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支承和导向的作用，即支承运动件和保证运动件在外力（载荷及运动件本身的重量）的作用下，沿给定的方向进行直线运动。对导轨的要求如下：（1）一定的导向精度。导向精度是指运动件沿导轨移动的直线性，以及它与有关基面间的互相位置的准确性。（2）运动轻便平稳。工作时，应轻便省力，速度均匀，低速时无爬行现象。（3）良好的耐磨性。导轨的耐磨性是指导轨长期使用后，能保持一定的使用精度。导轨在使用过程中要磨损，应使磨损量小，且磨损后能自动补偿或便于调整。（4）足够的刚度。运动件所受的外力，是由导轨面承受的，故导轨应有足够的接触刚度。为此，常用加大导轨面宽度，以降低导轨面比压。（5）温度变化影响小。应保证导轨在工作温度变化的条件下，能正常工作。（6）结构工艺性好。在保证导轨其它要求的前提下，应使导轨结构简单，便于加工、测量、装配和调整，降低成本。不同设备的导轨，必须做具体分析，对其提出相应的设计要求。必须指出，上述六点要求是互相影响的。5.1导轨设计的主要内容（1）设计导轨应包括下列几个方面内容：1）根据工作条件，选择适合的导轨类型。2）选择导轨的截面形状，以保证导向精度。3）选择适当的导轨结构及尺寸，使其在给定的载荷及工作温度范围内，有足够的刚度，良好的耐磨性，以及运动轻便和平稳。4）选择导轨的补偿及调整装置，经长期使用后，通过调整能保持需要的导向精度。5）选择合理的润滑方法和防护装置，使导轨有良好的工作条件，以减少摩擦和磨损。6）制定保证导轨所必须的技术条件，如选择适当的材料，以及热处理、精加工和测量方法等。5.2导轨的结构设计（1）滑动导轨表5-3 滑动导轨的种类滑动导轨的种类特点三角形导轨该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向精度要求而定，一般为。为增加承载面积，减小比压，在导轨高度不变的条件小，采用较大的顶角（）；为提高导向性，采用较小的顶角（）。如果导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。续表5-3滑动导轨的种类特点矩形导轨优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需要重新调整。燕尾形导轨燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但