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外語文獻翻譯
系 別 機電工程系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
Machine design theory
The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.
對金屬基復合材料的高速車削實驗
L. Iuliano a, L. Settineri a and A. Gatto b ,*
a. Politecnico di Torino, Dipartimento di Sistemi di Produzione ed Economia dell’Azienda, C. so Duca degli Abruzzi, 24-10129 Torino, Italy
b. Universita` di Ancona—Dipartimento di Meccanica, Via Brecce Bianche-60131 Ancona, Italy (Received 1 October 1997; 12 May 1998)
摘 要
在機加工操作中，由機械特性增加了的金屬基復合材料（MMC）組成的硬磨料陶瓷元件，會引起快速磨損和刀具過早失效。本文的目的就是將高前角的硬質(zhì)合金刀具和有金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具，在對Al2O3 Al 6061金屬基復合材料（MMC）高速加工時的特性，進行比較。關(guān)于刀具磨損和表面光潔度對切削參數(shù)的影響，尤其是切削進給量和切削速度，進行了研究。另外，涂層的高耐磨性，會使刀具壽命和切削成形機理得到提高。（1998年，由Elsevier科學有限公司出版并保留所有權(quán)利。）
關(guān)鍵詞：金屬基復合材料（MMC）；高速切削；刀具磨損
簡介
使用復合材料的益處以及越來越多采用它們的原因是尋找，具有獲取很多增益優(yōu)勢的，特性組合體。其中包括：增加強度，減少重量，更高的服務(wù)溫度，耐磨性的提高及較高的彈性模量。
復合材料的主要優(yōu)勢：在于它們的機械性能和物理性能可以根據(jù)特定的設(shè)計標準進行調(diào)整。
近年來，一種被稱為新一代金屬基復合材料（MMC）1,2的材料已被開發(fā)出來，用以滿足高強度和高韌性材料的需求，且能在惡劣的條件下有效地工作。
這些材料的發(fā)展，始于20世紀60年代硼、石墨和芳族聚酰胺纖維復合材料的引入。對在金屬基復合材料的研究中，也引出了一些硼/鋁復合材料的零部件。然而，20世紀70年代早期隨著聚合物基復合材料逐漸占據(jù)主導地位，有關(guān)金屬基復合材料的收益便減少了。到上世紀80年代末，新的纖維增強材料的引進，再一次促進了金屬基復合材料的發(fā)展。
這些材料通常是由一種，可由任何合適的金屬（鋁，鎂，鈦的形成和一些高溫合金應(yīng)用最多）組成的，基質(zhì)形成；且由構(gòu)成陶瓷材料的連續(xù)或非連續(xù)的纖維、晶須或顆粒組成的SiC和Al2O3來增強的。
這些先進的復合材料被認為是用于高溫應(yīng)用的良好選擇。大多數(shù)的金屬基復合材料含有約三分之一的鋼，它們的比強度和剛度相當高3。因為具有重量可減少量高達25%的潛力，所以這些屬性在汽車和航空航天方面的應(yīng)用非常重要。此外，其高溫強度保留率也是一個重要的特征，使它們適于用作汽車和飛機發(fā)動機的材料。
然而，在嘗試對其進行切削時，這些吸引工程設(shè)計人員的金屬基復合材料（MMCs）的性能，卻由于它們的高脆硬性而呈現(xiàn)出一個巨大的挑戰(zhàn)。
例如，由于高磨損率4-7，用常規(guī)方法如車削、鉆、銑、鋸等，對硬氧化鋁顆粒的氧化鋁／鋁合金MMC材料加工是非常困難的。鑒于此，氧化鋁被作為許多刀具的基礎(chǔ)材料，也就不奇怪了。因此，使用這些傳統(tǒng)的方法加工MMCs時，往往涉及頻繁及昂貴的刀具變化和因此而增多的刀補次數(shù)。所以，在車削、銑削和鉆削MMCs時，需要使用硬質(zhì)合金、金剛石或硬質(zhì)氮化物涂層刀具。即使加工次數(shù)往往是那些未增強的基體材料8-10的兩到四倍，但由于刀具磨損的增加和MMCs的脆性要求而需要良好的表面光潔度，就有必要減少進給速率了。
圖一 Al2O3顆粒分布平行（a）和（b）垂直于擠壓方向
表1 6061鋁基表的化學成分
表2 切削條件
如果這些材料有更廣泛的用途，那么金屬基復合材料的加工困難就必須最小化。因此，金屬基復合材料的加工，目前被認為是制造科學迫切需要關(guān)注中最有意思的領(lǐng)域之一。由于復合材料是相對較新的材料，所以已經(jīng)建立了綜合切削數(shù)據(jù)庫，并引起了人們的研究興趣5,6,8-13。
在本文中的一些調(diào)查結(jié)果的概述，包括一個用傳統(tǒng)的車削進行高速加工的10%顆粒的Al2O3／6061 T6的鋁基復合材料。幾何形狀相同的硬質(zhì)合金刀具和有金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具被用于測試和測量刀具的磨損和表面光潔度，試驗執(zhí)行時，切削速度和進給速率都在一定范圍內(nèi)。
該芯片的掃描電鏡觀察，以及磨損結(jié)果的評估是在不同切削速度和進給量的切屑機理下形成的。
此前，作者已報道過13（Ti，Al）N涂層提高刀具壽命的調(diào)查結(jié)果。然而，這些結(jié)果表明：由于要實現(xiàn)刀具壽命上這點優(yōu)勢會耗費更多成本，所以在經(jīng)濟上涂層是不可行的。
實驗裝置
車削試驗是在一臺，堅固、有剛性、由特定的滾子軸承所組成的主軸及主軸轉(zhuǎn)速可達5000轉(zhuǎn)的，數(shù)控立式車床上進行的。其主軸由一臺額定功率為80千瓦、峰值功率為120千瓦的直流電機連續(xù)提供動力。
商用的未涂層刀具和CVD金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具是以三角可轉(zhuǎn)位刀片的形式使用的，這些刀片典型的幾何形狀可用于鋁合金的加工。聚晶金剛石刀具沒有被測試，是因為與未涂層硬質(zhì)合金刀具相比其成本高。一般情況下，刀具的前角，傾角。
對10%顆粒的Al2O3／6061 T6鋁基合金進行連續(xù)切削測試，其組成見表1。圖1顯示的是分布均勻的正在增強的Al2O3顆粒，平行、垂直于擠壓方向。
經(jīng)過初步試驗，為避免災(zāi)難性的失敗，對切削條件進行了選擇。選定的切削條件見表2?？偟膩碚f，對于每一個工具都要進行12次的測試
加工完150* 103 立方毫米的物體后，根據(jù)ANSI / ASME B94 55M標準測得的殘余磨損量VB ，所檢驗的刀具磨損模式都是一致的。對硬質(zhì)合金刀具切削刃的磨損區(qū)域的SEM（掃描電鏡觀察）照片顯示，圖2中所示的后刀面磨損的模式是統(tǒng)一的。
表面粗糙度Ra是用霍梅爾T1000針式儀器在被加工表面測得的。測量是在四個圍繞工件的空間位置間隔獲得的中值及其分布。
用制備金相和使用二次電子顯微鏡檢查（SE）和背散射電子（BSE）的掃描電鏡對切屑和刀具進行分析，有時也會用能譜半定量分析。
圖二 掃描電鏡對磨損未涂層硬質(zhì)合金刀具切削刃區(qū)圖片，
結(jié)果與討論
對使用未涂層刀具和金剛石涂層刀具所獲得的每組VT–F參數(shù)，使用多元線性回歸統(tǒng)計分析刀具磨損的VB和平均表面粗糙度Ra值。獨立的變量包括進給量、切削速度和它們所選定的第二階項。該模型，解釋了一部分總的變異，擬合了所觀察到的反應(yīng)的主要因素和第二項。就該模型的意義和參數(shù)進行方差分析檢驗；所得的模型變異的百分比大于80%。
分析標準不允許我們排除一些變量的影響，因為他們只是指出，這些與結(jié)果的聯(lián)系性很強。應(yīng)該強調(diào)的是，為了預測的目的，該模型的有效性不超過由測試的獨立變量的組合定義相關(guān)的樣本空間。注意，實驗數(shù)據(jù)排除了刀具的持續(xù)時間與切削速度符合泰勒定律的特性的初步分析。統(tǒng)計分析表明，數(shù)據(jù)擬合了一個二階多項式模型。
刀具的磨損
圖3和圖4所示的是未涂層刀具和金剛石涂層刀具的磨損特性。根據(jù)以下模型，主要影響因素有：進給量、方進、方進的切削速度以及切削速度的多次進給。
對無涂層的刀具，和
對金剛石涂層刀具。
圖三 以未涂層硬質(zhì)合金刀具的切削速度和進給量為變量的后刀面磨損VB（MM）的計算模型，星號顯示實驗結(jié)果已對模型進行過計算。
使用的模型：
統(tǒng)計參數(shù)：
圖四 以金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的切削速度和進給量為變量的后刀面磨損VB（MM）的計算模型，星號顯示實驗結(jié)果已對模型進行過計算。
使用的模型：
統(tǒng)計參數(shù)：
事實上，可以觀察到，對于一個給定的材料去除量，最小的后刀面磨損是由一個特定的組合切削速度低和相對高的進給量獲得的。另一方面，低速進給和高切削速度的組合不可取。從這兩張圖片的對比中可以看到，正如預期的那樣，金剛石涂層工具顯示了更高的耐磨性和最小的后刀面磨損是為了達到更高的切削進給和速度。圖5所示的灰色部分，代表的參數(shù)的組合區(qū)域，僅可以安全的使用金剛石涂層刀具。
圖五 灰色區(qū)域只能安全適用在金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具
涂層刀具更高的耐磨性是由于與硬質(zhì)合金有關(guān)的高耐磨金剛石涂層。
表面光潔度
表面粗糙度Ra值分析清楚地表明，粗糙度不依賴于位置角的?，這是由于基體上均勻分布的Al2O3加固所致。
通過將測量各加工實驗得到的RA值與未涂層刀具進行加工以獲得平均值Ram進行統(tǒng)計分析，得到以下模型：
圖6所示的是未涂層刀具的表面粗糙度特性。切削速度-進給量兩項和他們的產(chǎn)品沒有明顯的影響，因此，起主導作用的是切削速度和進給量。
圖六 以切削速度和進給量為變量的，未涂層硬質(zhì)合金刀具的平均表面粗糙 Ram (μm)的計算模型。星號顯示實驗結(jié)果已對模型進行過計算。
使用的模型：
統(tǒng)計參數(shù)：
然而，用金剛石涂層刀具所加工零件時并沒有顯示出切削參數(shù)與表面粗糙度之間的相關(guān)性。
切屑的形成
采用SE和BSE處理的刀具加工后，用掃描電鏡觀察切屑和工件表面。
時，由切屑的圖像分析可觀察到，基體和增強顆粒發(fā)生了脫離。這一現(xiàn)象，獨立于切削刀具的材料，隨著切削速度的增加變得更為明顯（圖7）。
進給率更大時，對切削速度的影響卻不是很強。時，對切屑的下表面進行掃描電鏡觀察。卻注意到當、時，二者之間并無差異（圖8）。
圖七 金剛石涂層刀具加工時，產(chǎn)生發(fā)的切屑下表面上顆粒清晰可見：
圖八 金剛石涂層刀具加工時，產(chǎn)生的切屑下表面上，可以看到堆放的粒子：
切削速度為630米/分鐘時，已注意到一些零碎的平行流速度，隨著切削速度和進給率的增加而變得更加明顯。在最后的廢料中，?？梢栽诨w上觀察到部分增強的顆粒。簡單的解釋可能是增強顆粒粘在了刀具前角和刻在切屑上的劃痕，直到消失，至少部分地在切屑基體上遠離刀具的前角。為了驗證這一點，切屑的縱向部分被切斷（圖9）。
圖九 使用未涂層刀具加工產(chǎn)生的切屑的縱向斷面（放大50倍）：
很明顯（圖10）如pijspanen模型所示，由其截面圖像可觀察到：增強粒子傾向于在基體沿剪切平面上下沉、堆集。有足夠多的粒子堆積起來以阻止另一粒子的下沉，最后一個則伸出了基體一部分。高速切削下產(chǎn)生的切屑，其效果更加明顯。切削速度更高時產(chǎn)生的高溫，使粒子更易于沿剪切面運輸。此外，剪切面越來越不規(guī)則，下表面上可見的劃痕和脊數(shù)變多。
圖十 增強粒子沿剪切面的擴散模型
同樣的特性是由切削速度增加而誘使的：剪切面之間的距離增大（如圖11–13）。
圖十一 時，金剛石涂層刀具加工時產(chǎn)生的切屑縱斷面
（放大50倍）
；
能夠清楚地觀察到粒子的堆積
圖十二 金剛石涂層刀具切削時，切屑的上表面的剪切面：
圖十三 未涂層刀具切削時，切屑的上表面的剪切面：
至于對涂層的影響，可以說，加工參數(shù)不變時，用金剛石涂層刀具產(chǎn)生的剪切平面之間的距離是高于使用硬質(zhì)合金刀具的。當用硬質(zhì)合金刀具加工時，切屑的下表面更均勻且規(guī)則。這可能是由于涂層14-16的摩擦系數(shù)低。
磨損的切削刀具
金剛石涂層的熱導率約為的硬質(zhì)合金的10–20倍（1000–2000 W / mK和100 W / mK）。然而，測得沿生長方向的值卻是垂直于生長方向值的兩倍。這使得涂層和基板的借口處產(chǎn)生了高溫梯度以及切屑16上較低的溫度：Al2O3硬度增強值和軟基之間有一個很大的區(qū)別，所以當硬質(zhì)金剛石刀具的刃口切入硬質(zhì)顆粒時，這些便開始移動；而參考9對PCD刀具的描述亦有同樣的效果。所觀察到的切屑形成機理并不是參考13中作者對于一個非常不同的（Ti，Al）N涂層刀具的描述，但由于切屑的溫度較低，在此處就需要更大的局部力來移動基體上的粒子。機加工完成后，可以在金剛石涂層刀具上觀察到這些局部力和熱負載的影響（圖14）。在刀具后刀面上的一個大的材料黏附區(qū)域（白色區(qū)域）很醒目；隨著切削速度的增大，該區(qū)域便會延伸；隨著進給率的增加，黏附區(qū)域面積開始減小。很快，下方粘著帶的深色線條會變得明顯，且在刀具涂層被去除部位的平行于切削刃。涂層已消失的另一面，則可以在靠近切削刃的刀具前刀面看到。必須考慮到，金剛石涂層與基體之間的附著力仍然是關(guān)鍵的因素，特別是在硬質(zhì)合金襯底17的情況下。
圖十四 機加工完成后的金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具：
結(jié)語
可以從試驗結(jié)果中得出以下結(jié)論：
（1）在形成切屑的過程中，增強的粒子沿被分割成層的變形的，切屑的剪切面堆積。因為溫度升高使氧化鋁粒子的移動更自由，所以隨著切削速度和進給量的增加，這種現(xiàn)象更加明顯。
（2）至于涂層對切屑形成的影響：較低的摩擦系數(shù)使得剪切面之間的距離變大 ，切屑下表面變得更均勻、規(guī)則。
（3）局部應(yīng)力和熱負載的影響使得涂層，沿著切削刃的平行位置，被去除。
（4）后刀面磨損的統(tǒng)計模型顯示：當切削速度高達一定值時，后刀面的磨損會隨著進給率的增大而降低。正如在此所陳述的，刀具上的高耐磨金剛石涂層，極大地提高了耐磨性，使其成為加工耐磨材料時的優(yōu)良選擇。
（5）由于所展示的金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具的磨損有限，所以還需要更多的研究，以探討其在更嚴酷情況下加工復合材料時的行為，尤其在材料的去除量上。
致謝
在此，本文的作者們希望向，在準備這份手稿時為他們提供有見地的建議和意見的，Ancona大學的Liliana Felloni 教授和都靈理工大學的R. Ippolito教授致謝。
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14
畢業(yè)（設(shè)計）論文
題 目 專用鏜床的主軸箱設(shè)計
系 別 機電工程系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
畢業(yè)任務(wù)書
一、題目：
專用鏜床主軸箱設(shè)計
二、指導思想和目的要求：
畢業(yè)設(shè)計是學生在校期間進行最后一次理論結(jié)合實際的較全面和基本的訓練，是對幾年來所學知識的系統(tǒng)運用和檢驗，也是走向工作崗位之前的最后一次的過渡性練兵。
通過這次畢業(yè)設(shè)計要求達到以下基本目的：
1）鞏固、加強、擴大和提高以往所學的有關(guān)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識。
2）培養(yǎng)學生綜合運用所學的知識以解決實際工程問題的獨立工作能力，并初步掌握機械裝備或部件設(shè)計的思想、設(shè)計程序、設(shè)計原則、步驟和方法。
3）培養(yǎng)學生使用有關(guān)設(shè)計規(guī)范、手冊、參考文獻以及分析計算、繪圖和編寫設(shè)計說明書等項能力的基本技能訓練。
對本次畢業(yè)設(shè)計的基本要求是：
1）設(shè)計者應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)圓滿完成要求的設(shè)計內(nèi)容。設(shè)計成果包括：設(shè)計說明書一份（按規(guī)范格式，不少于1.5萬字），設(shè)計圖紙一套（文本版+電子版，不少于2張A0，鼓勵用三維軟件建模和裝配并生成二維圖紙）；另外還應(yīng)翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字數(shù)不少于5000字。
2）設(shè)計者必須充分重視和熟悉原始資料，明確設(shè)計任務(wù)，在學習和參考他人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，發(fā)揮獨立思考能力，創(chuàng)造性地完成設(shè)計任務(wù)；合理利用標準零件和標準部件，非標準件應(yīng)滿足工藝性好、操作方便、使用安全等要求，降低成本提高效益；繪制圖紙應(yīng)符合國家標準，各項技術(shù)要求和尺寸標注應(yīng)符合規(guī)范，說明書論述要充分，層次清楚，文字簡潔，計算步驟正確。
三、主要技術(shù)指標
設(shè)計一專用鏜床的主傳動裝置及箱體。機床的工藝要求為：
1）工件材料為鑄鐵，零件孔直徑為50-150mm，尺寸精度最高為7級，可加工通孔、沉孔、倒角。表面粗糙度數(shù)值最小為Ra1.6（加工零件圖略）。要求主軸能正反轉(zhuǎn) 。
2）機床技術(shù)參數(shù)：主軸具備5級轉(zhuǎn)速：100、160、220、300、360r/m。
四、進度和要求：
1. 熟悉題目背景、查閱相關(guān)資料、復習有關(guān)知識；查找與課題相關(guān)的英文資料并翻譯成中文；完成開題報告。 寒假
2.總體方案設(shè)計：根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速確定傳動方案、繪制傳動系統(tǒng)圖； 第1-2 周
3.確定主要技術(shù)參數(shù)：進行運動和動力參數(shù)計算，確定原動機型號；
第 3-4 周
4.擬定主軸布局、選擇主軸軸承、計算主軸跨距、驗算主軸剛度，繪制主軸部件裝配圖（鼓勵用三維軟件）； 第 5-7 周
5.繪制主軸箱裝配總圖； 第 8 周
6.繪制非標準件零件圖（鼓勵用三維軟件）； 第9-11周
7.撰寫說明書初稿； 第12-13周
8.修改說明書，準備答辯。 第14 周
五、主要參考書及參考資料
機械設(shè)計手冊（重點是傳動部分）、機床設(shè)計手冊、機床圖庫、機械原理、機械設(shè)計、三維軟件應(yīng)用、機械制圖、互換性技術(shù)、機械制造等，以及與題目背景相關(guān)的其他資料。
II
摘 要
鏜床是一種在工件上加工孔為主的機床，通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔。本文主要針對臥式專用鏜床的主軸箱進行設(shè)計，以便達到提高生產(chǎn)效率，降低成本等功效。臥式鏜床是應(yīng)用最多、性能最廣的一種鏜床，適用于單件小批生產(chǎn)，而專用鏜床更是針對特定的零件而進行設(shè)計的機床，它有利于減少成本、提高生產(chǎn)效率。
本文設(shè)計的專用鏜床主軸箱一共擁有五級轉(zhuǎn)速，采用滑移齒輪組實現(xiàn)變速。利用撥桿來推動滑移齒輪進行變速，從而使輸入軸的轉(zhuǎn)速能夠進行合理變速滿足輸出軸要求的轉(zhuǎn)速。本文主要進行了主軸箱的傳動方案設(shè)計，其次進行了齒輪參數(shù)的計算以及軸類的參數(shù)設(shè)計。并完成裝配圖以清楚表示鏜床主軸箱的參數(shù)以及零件布局。
此次所設(shè)計的簡易鏜床，具有結(jié)構(gòu)簡單、變速可靠、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，它適用于加工孔距誤差較小的孔系。
關(guān)鍵詞：鏜床，五級變速滑移齒輪，主軸箱。
Abstract
Boring a hole in a workpiece based on machine tools, machining is typically used in larger size, high precision holes. This paper mainly for horizontal boring machine headstock design, so as to improve production efficiency, reduce costs and other effects. Horizontal boring machine is the most widely used, the performance of the most widely used as a boring machine is suitable for single and small batch production, but boring is dedicated for a specific machine parts and design, it helps to reduce costs and improve productivity.
This design is dedicated boring headstock has a total of five speed gear set achieved using slip speed. Sliding lever to promote the use of shift gears so that the rotational speed of the input shaft speed can be reasonably satisfy the requirements of the output shaft speed. This paper conducted a transmission design headstock, followed by the design parameters were calculated and the gear shaft of the parameters. And complete the assembly drawings to clearly represent the parameters of boring headstock and parts layout.
The simple design of the boring, simple structure, reliable speed, high production efficiency, it is suitable for machining small holes in the pitch error.
Keywords: boring, five-speed sliding gear, the headstock.
第一章 緒論 1
1.1鏜床概述 1
1.1.1. 鏜床的概念 1
1.1.2. 鏜削加工的特點 1
1.1.3. 鏜床的分類 2
1.2主軸箱的概念 2
1.3專用鏜床 2
1.3.1專用鏜床的概念 2
1.3.2專用機床的基本要求 3
第二章 鏜床傳動方案的確定 5
第三章 主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 7
3.1電動機的選擇 7
3.2機械傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算 10
3.2.1. 各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率及扭矩 10
3.2.2. 齒輪的設(shè)計 11
第四章 軸的設(shè)計 23
4.1從動軸的設(shè)計計算 23
4.2主軸的設(shè)計計算 27
4.3鍵連接的選擇與計算 29
第五章 全文總結(jié) 31
致謝 32
畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 33
附錄 35
V
第1章 緒論
1.1鏜床概述
1.1.1. 鏜床的概念
鏜床是用來加工尺寸較大、精度要求較高的孔的機床，特別適用于加工分布在零件不同位置上的相互位置精度要求較高的孔系，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件還可以進行鉆削、銑削，并且鏜床的加工精度和加工表面質(zhì)量均高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設(shè)備。
由于制造武器的需要，在15世紀就已經(jīng)出現(xiàn)了水力驅(qū)動的炮筒鏜床。1769年J.瓦特取得實用蒸汽機專利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽機的關(guān)鍵問題。1774年英國人J.威爾金森發(fā)明炮筒鏜床，次年用于為瓦特蒸汽機加工汽缸體。1776年他又制造了一臺較為精確的汽缸鏜床。1880年前后，在德國開始生產(chǎn)帶前后立柱和工作臺的臥式鏜床。為適應(yīng)特大、特重工件的加工，20世紀30年代發(fā)展了落地鏜床。隨著銑削工作量的增加，50年代出現(xiàn)了落地鏜銑床。20世紀初，由于鐘表儀器制造業(yè)的發(fā)展，需要加工孔距誤差較小的設(shè)備，在瑞士出現(xiàn)了坐標鏜床。為了提高鏜床的定位精度，已廣泛采用光學讀數(shù)頭或數(shù)字顯示裝置。有些鏜床還采用數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)坐標定位和加工過程自動化。
1.1.2. 鏜削加工的特點
1) 鏜孔是對已鑄、鍛、鉆的孔進行加工，以擴大孔徑、提高精度、降低表面粗糙度以及孔位置的糾偏；
2) 鏜削加工的主運動是鏜刀的旋轉(zhuǎn)涌動，進給運動可以是主軸的軸向或徑向移動，也可以是工作臺的縱向或橫向移動。
3) 鏜削刀具結(jié)構(gòu)簡單、種類多樣，具有較好的通用性，但鏜削加工（特別是單刃鏜刀加工）生產(chǎn)效率較低；
4) 鏜削加工主要適用于批量生產(chǎn)的零件加工及位置精度要求較高的孔的加工。
1.1.3. 鏜床的分類
鏜床分為臥式鏜床、落地鏜銑床、金剛鏜床和坐標鏜床等類型。
1） 臥式鏜床：應(yīng)用最多、性能最廣的一種鏜床，適用于單件小批生產(chǎn)和修理車間。
2） 落地鏜床和落地鏜銑床：特點是工件固定在落地平臺上，適宜于加工尺寸和重量較大的工件,用于重型機械制造廠。
3） 金剛鏜床:使用金剛石或硬質(zhì)合金刀具，以很小的進給量和很高的切削速度鏜削精度較高、表面粗糙度較小的孔，主要用于大批量生產(chǎn)中。
4） 坐標鏜床：具有精密的坐標定位裝置，適于加工形狀、尺寸和孔距精度要求都很高的孔，還可用以進行劃線、坐標測量和刻度等工作，用于工具車間和中小批量生產(chǎn)中。
5） 其他類型的鏜床還有立式轉(zhuǎn)塔鏜銑床、深孔鏜床和汽車、拖拉機修理用鏜床等。
本文中設(shè)計的鏜床主軸箱為臥式鏜床主軸箱。
1.2 主軸箱的概念
主軸箱是機床的重要的部件，是用于布置機床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)的。主軸箱采用多級齒輪傳動，通過一定的傳動系統(tǒng)，經(jīng)主軸箱內(nèi)各個位置上的傳動齒輪和傳動軸，最后把運動傳到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機床的性能。
1.3 專用鏜床
1.3.1專用鏜床的概念
專用鏜床是根據(jù)需要加工零件的特性進行設(shè)計的一類專用機床，主要用于對較復雜零件的批量生產(chǎn)。
1.3.2專用機床的基本要求
評論專用機床的性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)下述的技術(shù)、經(jīng)濟指標來判定，目的是希望設(shè)計（或者改進設(shè)計）和制造出質(zhì)量好、效益好、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的專機。
1） 工藝范圍
機床的工藝范圍是指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。對于專用機床只能完成一個或者幾個工件的特定工序加工。一般來說，工藝范圍窄，則專用機床結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率也高；工藝范圍太寬，則會使專用機床的結(jié)構(gòu)趨于復雜，不能充分發(fā)揮各部件的性能，甚至會影響專用機床的主要性能的提高、增加專用機床的成本。
2） 加工精度
專用機床應(yīng)該保證被加工工件達到規(guī)定的精度（包括尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度等），并能在專用機床長期使用中保持其精度。
3） 生產(chǎn)率和自動化程度
生產(chǎn)率通常是指在單位時間所能加工出的工件數(shù)量。要提高專用機床的生產(chǎn)率，必須縮短單個工件加工過程的總時間，包括切削加工時間、裝卸工件等輔助時間以及分攤到每個工件上的準備和終了時間。
為了提高勞動生產(chǎn)率、減輕工人的勞動強度以及更好的保證加工精度和精度的穩(wěn)定性，各種專用機床應(yīng)當盡量提高自動化程度。設(shè)計專用機床時應(yīng)根據(jù)實際情況確定其自動化程度和實現(xiàn)自動化所采用的手段。
4） 可靠性
機床的可靠性是指機床整個使用壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。對于專用機床來說，它也是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標。要求專用機床不輕易發(fā)生或盡可能少發(fā)生故障。所謂故障是指專用機床或其零件失去所規(guī)定功能的事件。從可靠性考慮，不僅要求專用機床在使用過程中不易發(fā)生故障，而且要求其發(fā)生故障后容易維修。
5） 操作方便、工作安全
操作系統(tǒng)要簡便可靠，以減輕操作人員的勞動強度。要有各種保險裝置以消除由于誤操作而引起的危險，以避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。
6） 造型美觀、減少污染
要求所設(shè)計的專用機床不僅使用性能好、尺寸小、價格低廉而且外形美觀，富于時代特點，并且盡可能降低噪聲，減輕對環(huán)境的污染。
上述各項基本要求之間既相互聯(lián)系又相互制約，在設(shè)計時應(yīng)加以綜合考慮。
1.4 文章的主要內(nèi)容
本篇論文的主要內(nèi)容是專用鏜床的主軸箱設(shè)計，其中涉及了鏜床傳動方案的確定，主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計以及軸的設(shè)計三部分。根據(jù)對于傳動方案的確定，通過對電動機的選擇，齒輪參數(shù)的計算，從動軸及主軸參數(shù)的計算從而確定主軸箱的設(shè)計。其中最重要的是對于傳動方案的選擇以及傳動方案的設(shè)計。
第2章 鏜床傳動方案的確定
1. 常見的傳動方案
（1） 蝸桿傳動：
蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分。蝸桿傳動，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過兩個齒。
（2） 塔輪傳動：
通常兩個塔輪配套使用。動力和運動由主動軸輸入，通過帶和塔輪裝置由從動軸輸出。當帶所處的主動輪和從動輪直徑相等時，實現(xiàn)等速傳動。改變帶的位置，當帶處于主動輪直徑小于從動輪直徑位置時，實現(xiàn)減速傳動；處于主動輪直徑大于從動輪直徑位置時，實現(xiàn)增速傳動。塔輪傳動可用于需要有級變速而功率較小的地方。由于塔輪傳動裝置尺寸較大，雖然結(jié)構(gòu)簡單，在機械傳動中已很少采用。
（3） 齒輪傳動：
齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。在所有的機械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。
2.傳動方案的確定
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求的簡易鏜床主軸具備5級轉(zhuǎn)速，并且主軸能夠正反轉(zhuǎn)，刀具隨主軸上作旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)速分別為分別為100、160、220、300、360r/min。工作臺隨絲杠上作直線進給運動。根據(jù)鏜床的運動特點，刀具在切削加工過程中需要多種轉(zhuǎn)速（如鏜孔、車削內(nèi)外螺紋、攻絲、銑削端面或者平面等）。鏜床最大的特色是設(shè)計考慮到設(shè)計的簡易性、操作可行性，經(jīng)過諸多方面的考慮，而采用滑移齒輪最適合。認為利用滑移齒輪結(jié)構(gòu)能夠簡便的將電動機轉(zhuǎn)速降為多種轉(zhuǎn)速從而滿足設(shè)計要求。故本設(shè)計中的主運動為：電動機經(jīng)過滑移齒輪進行傳動，再通過主軸使刀具做旋轉(zhuǎn)運動，以實現(xiàn)刀具的切削運動。
3. 主軸箱內(nèi)轉(zhuǎn)速圖及零件分布
主軸箱轉(zhuǎn)速圖如圖所示：
主軸箱內(nèi)布局如圖所示：
第3章 主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計
3.1. 電動機的選擇
1. 選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)
按工作要求，由于三相異步電動機構(gòu)造簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠，重量較輕，成本較低，固選用Y系列三相異步電動機為臥式結(jié)構(gòu)。。結(jié)構(gòu)形式：基本安裝B3型，機座帶底角，端蓋無凸緣，
2. 電動機的容量選擇
電動機輸出功率按式（1）為
P0 ………………………………………………(1)
由式（2）
PW ==kw ……………………………………(2)
因此
Pw =
P0 －電動機的工作功率kw
PW －工作機（主軸）所需功率kw
T －主軸的扭矩
n －主軸的轉(zhuǎn)速
機械傳動裝置的總效率按式（3）為
= …………………………………………（3）
－機械傳動裝置的總效率（由電動機至工作機的輸入端）
式中－ 輸入軸上軸承傳動效率
－ 第一級圓柱齒輪傳動效率
－ 第二級圓柱齒輪傳動效率
－ 中間軸上軸承傳動效率
－ 輸出軸上軸承傳動效率
查表得=0.98，=0.99，=0.99，=0.98，=0.98。
則= =
根據(jù)《實用機床設(shè)計手冊》可得公式（1），（2）
……………………………………（1）
－主切削力，單位為N。
－最大加工直徑，單位為mm。
由畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書可得
因此=1378 N
T=……………………………………（2）
－主切削力，單位為N。
T－主軸的扭矩，單位
由畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書可得S=
因此T=
則 P0 ==
3.確定電動機轉(zhuǎn)速
由于主軸的工作轉(zhuǎn)速為100、160、220、300、360此次設(shè)計采用的是滑移齒輪傳動機構(gòu)。對于長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，載荷變化較小，且在常溫下工作的電動機，選擇電動機時，只需要使電動機的額定功率Pm 等于或略大于電動機所需要的輸出功率P0，電動機便不會過熱。
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速以及前文轉(zhuǎn)速圖可以得出。，由《機械設(shè)計課程設(shè)計》查出有三種使用的電動機型號，因此有三種傳動方案，如圖表：
方案
電動機型號
額定功率Pm
Kw
電動機轉(zhuǎn)速
r/min
1
Y132-2
5.5
2900
2
Y132-6
5.5
960
3
Y132S-4
5.5
1440
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸和齒輪傳動比，可見第三方案比較適合。因此選定電動機型號為Y132-2。
4. 計算傳動裝置的總傳動比并分配傳動比
由于該傳動裝置共有五級轉(zhuǎn)速，分別為：100、160、220、300、360。
故傳動比由=，
式中－高速軸傳動比
－低速軸傳動比
得出在五種轉(zhuǎn)速時得到的不同傳動比分別如下表：
100
160
220
300
360
29
18
13.2
9.6
8
5.8
4.5
4.4
3.2
3
5
4
3
3
2.7
3.2. 機械傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算
3.2.1. 各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率及扭矩
該傳動裝置從電動機到工作機共有三軸，依次為I軸、II軸、III軸，且該傳動裝置共有五級轉(zhuǎn)速，分別為：100、160、220、300、360
當轉(zhuǎn)速為100時：
1） 各軸的轉(zhuǎn)速：
軸I：
軸II：
軸III：
2） 各軸的輸入功率
軸I：
軸II:
軸III:
3） 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機的輸出轉(zhuǎn)矩
軸I：
軸II：
軸III:
固可得高速軸（輸入軸）軸I、中間軸軸II、低速軸（輸出軸）軸III的動力參數(shù)如下表所示：
不同轉(zhuǎn)速時各軸參數(shù)
100r/min
160r/min
220r/min
300r/min
360r/min
軸I轉(zhuǎn)速
2900
2900
2900
2900
2900
軸II轉(zhuǎn)速
500
644
659
900
966.67
軸III轉(zhuǎn)速
100
160
220
300
358
軸I輸入功率
4.2
4.2
4.2
4.2
4.2
軸II輸入功率
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
軸III輸入功率
3.9
3.9
3.9
3.9
3.9
軸I轉(zhuǎn)矩
13.6
13.6
13.6
13.6
13.6
軸II轉(zhuǎn)矩
75.76
58.78
57.47
41.8
39.18
軸III轉(zhuǎn)矩
371.24
230.43
168.98
122.89
103.68
3.2.2. 齒輪的設(shè)計
由于本次設(shè)計需要進行100、160、220、300、360五級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換，并要求主軸能夠正反轉(zhuǎn)，固需要進行多組齒輪的設(shè)計。
1.當轉(zhuǎn)速為100時的齒輪設(shè)計：
1）中間軸與輸出軸選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1）按簡圖所示的傳動方案，選用直齒輪圓柱齒輪傳動
（2）本次設(shè)計專用鏜床需要一定精度，固選用7級精度齒輪
（3）材料選擇。由《機械設(shè)計》表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)
（5）按軟齒而齒輪非對稱安裝，查《機械設(shè)計》表10-7可得齒寬系數(shù)
2）初步設(shè)計齒輪主要尺寸
（1） 設(shè)計準則：先由齒面接觸疲勞強度計算，再按齒根彎曲疲勞強度計算。兩者比較校核。
（2）按齒面接觸疲勞強度計算
由《機械設(shè)計》課本可得公式（1）
……………………（1）
1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)；。
2)計算小齒輪傳遞的扭矩
3) 由《機械設(shè)計》表10-7查得齒寬系數(shù)。
4) 由《機械設(shè)計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。
5) 由《機械設(shè)計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。
6) 由《機械設(shè)計》可得公式（2）
……………………………………（2）
式中 N－應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
n－齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
j－為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；
－為齒輪的工作壽命，單位為h。
由式（2）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
可得
7）由《機械設(shè)計》課本圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；
8）計算接觸疲勞需用應(yīng)力。
由《機械設(shè)計》課本得公式（3）
………………………………………（3）
式中 S－疲勞強度安全系數(shù)；
－壽命系數(shù)；
－齒輪的疲勞極限。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
固
2. 計算
1） 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
2） 計算圓周速度v。
3） 計算齒寬b。
4）計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)：
齒高：
5） 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級精度，由《機械設(shè)計》課本圖10-8查得動載系數(shù)；
直齒輪，;
由《機械設(shè)計》課本表10-2查得使用系數(shù)
由《機械設(shè)計》課本表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。
由，查《機械設(shè)計》課本圖10-13得；
固載荷系數(shù)
6） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機械設(shè)計》課本可以得公式（4）
……………………………………（4）
固
7） 計算模數(shù)m。
③按齒根彎曲強度設(shè)計
由《機械設(shè)計》課本可得公式（5）
…………………………（5）
1. 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）由《機械設(shè)計》課本圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；
2）由《機械設(shè)計》課本圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，
3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機械設(shè)計》課本可得公式（6）
…………………………（6）
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（6）得
4） 計算載荷系數(shù)K。
5）查取齒形系數(shù)。
由《機械設(shè)計》課本表10-5查得,
6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機械設(shè)計》課本表10-5差得，
7） 計算大小齒輪的并加以比較
可得大齒輪的數(shù)值較大
2. 設(shè)計計算
由公式（5）可得
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)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，而齒面接觸疲勞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)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.39并就近圓整為標準值m=2mm，按接觸強度算得分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)：
這樣設(shè)計出的齒輪，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
④幾何尺寸計算
1. 計算分度圓直徑
2. 計算中心距
3. 計算齒輪寬度
固取大齒輪，小齒輪。
1）中間軸與輸出軸選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1）按簡圖所示的傳動方案，選用直齒輪圓柱齒輪傳動
（2）本次設(shè)計專用鏜床需要一定精度，固選用7級精度齒輪
（3）材料選擇。由《機械設(shè)計》表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)
（5）按軟齒而齒輪非對稱安裝，查《機械設(shè)計》表10-7可得齒寬系數(shù)
2）初步設(shè)計齒輪主要尺寸
（1） 設(shè)計準則：先由齒面接觸疲勞強度計算，再按齒根彎曲疲勞強度計算。兩者比較校核。
（2）按齒面接觸疲勞強度計算
由《機械設(shè)計》課本可得公式（1）
……………………（1）
1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)；。
2)計算小齒輪傳遞的扭矩
7) 由《機械設(shè)計》表10-7查得齒寬系數(shù)。
8) 由《機械設(shè)計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。
9) 由《機械設(shè)計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。
10) 由《機械設(shè)計》可得公式（2）
……………………………………（2）
式中 N－應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
n－齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
j－為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；
－為齒輪的工作壽命，單位為h。
由式（2）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
可得
7）由《機械設(shè)計》課本圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；
8）計算接觸疲勞需用應(yīng)力。
由《機械設(shè)計》課本得公式（3）
………………………………………（3）
式中 S－疲勞強度安全系數(shù)；
－壽命系數(shù)；
－齒輪的疲勞極限。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
固
3. 計算
1） 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
2） 計算圓周速度v。
4） 計算齒寬b。
4）計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)：
齒高：
6） 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級精度，由《機械設(shè)計》課本圖10-8查得動載系數(shù)；
直齒輪，;
由《機械設(shè)計》課本表10-2查得使用系數(shù)
由《機械設(shè)計》課本表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。
由，查《機械設(shè)計》課本圖10-13得；
固載荷系數(shù)
7） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機械設(shè)計》課本可以得公式（4）
……………………………………（4）
固
8） 計算模數(shù)m。
③按齒根彎曲強度設(shè)計
由《機械設(shè)計》課本可得公式（5）
…………………………（5）
2. 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）由《機械設(shè)計》課本圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；
2）由《機械設(shè)計》課本圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，
3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機械設(shè)計》課本可得公式（6）
…………………………（6）
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（6）得
5） 計算載荷系數(shù)K。
5）查取齒形系數(shù)。
由《機械設(shè)計》課本表10-5查得,
7） 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機械設(shè)計》課本表10-5差得，
8） 計算大小齒輪的并加以比較
可得大齒輪的數(shù)值較大
3. 設(shè)計計算
由公式（5）可得
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)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，而齒面接觸疲勞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)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.45并就近圓整為標準值m=3mm，按接觸強度算得分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)：
這樣設(shè)計出的齒輪，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
④幾何尺寸計算
4. 計算分度圓直徑
5. 計算中心距
6. 計算齒輪寬度
固取大齒輪，小齒輪。
2. 設(shè)計其余轉(zhuǎn)速時的齒輪參數(shù)
由于本次設(shè)計的專用機床共擁有五級轉(zhuǎn)速，分別為：100、160、220、300、360。固根據(jù)100時計算出的齒數(shù)可求出在其它轉(zhuǎn)速時，齒輪所需要的齒數(shù)。并根據(jù)齒輪在該轉(zhuǎn)速時的參數(shù)，來選定齒輪的材料。
又由前文計算可得輸入軸I到中間軸II的總齒數(shù)，中心距，中間軸II到輸出軸III的總齒數(shù)，中心距。由前文中計算同理可以得出其余齒輪參數(shù)，具體如下表：
齒輪參數(shù)
齒數(shù)
分度圓直徑
齒輪寬度
模數(shù)
高速軸上齒輪1
30
60
40
2
高速軸上齒輪2
55
110
2
中間軸上齒輪3
174
348
50
2
中間軸上齒輪4
149
298
2
中間軸上齒輪5
30
90
3
中間軸上齒輪6
41
123
3
中間軸上齒輪7
75
225
3
低速軸上齒輪8
150
450
3
低速軸上齒輪9
139
417
3
低速軸上齒輪10
105
315
3
3. 主軸箱內(nèi)齒輪分布
根據(jù)前文中對于主軸箱內(nèi)的布局，并經(jīng)過對于齒輪參數(shù)的計算，又由于本次設(shè)計的專用鏜床主軸箱需要五級速度，分別為100、160、220、300、360r/min。因為該滑移齒輪組共擁有六級變速，而由于任務(wù)書要求，故只采用前五級主軸轉(zhuǎn)速。故主軸箱內(nèi)齒輪分布位置如下圖所示：
第4章 軸的設(shè)計
4.1. 從動軸的設(shè)計計算
1. 軸的選材
1）由《機械設(shè)計》課本表15-1，選軸的材料為45號鋼（調(diào)質(zhì)）
2）由《機械設(shè)計》課本表15-1，查得抗拉強度極限，許用彎
曲應(yīng)力。
3）由《機械設(shè)計》課本表15-3，由于材料為45號鋼，查得，
。
2. 高速軸I(輸入軸)的設(shè)計
1) 初步確定軸的最小直徑
高速軸I（輸入軸）與電機直接相連，軸上齒輪，選擇固定裝配。其裝配圖如下圖所示：
由《機械設(shè)計》課本可得公式（1）
………………………………………（1）
式中：P－軸傳遞的功率，單位為Kw
n－軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min
由公式(1)可得
考慮到高速軸I與電機直接用聯(lián)軸器相連，并且軸上需要以平鍵與二聯(lián)齒輪進行連接。由《機械設(shè)計》課本可知對于直徑的軸時，有一個鍵槽時，軸的直徑增大；有兩個鍵槽時，軸的直徑應(yīng)增大。然后將軸的直徑圓柱為標準直徑。固取。
由于高速軸I選擇LX1型聯(lián)軸器，固取，半聯(lián)軸器長度，
半聯(lián)軸器與軸配合的?？组L度.
2) 高速軸I的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1) 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II軸段右端需要軸肩，固取II-III段的直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。半聯(lián)軸器與軸配合的?？组L度.，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，固I-II段的長度應(yīng)比略短一點，固取。
(2) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到軸向力和徑向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30325，其尺寸為，固?。欢?。
右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查到30325型軸承的定位軸肩高度，因此，取。
(3) 取安裝齒輪段的軸段IV-V的直徑；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。由于已知齒輪齒寬，而又由于采用雙聯(lián)齒輪，固為了使套筒面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于齒輪寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
(4) 軸承端蓋的總寬度為10mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面得間距，固取。
(5) 由箱體內(nèi)實際裝配情況考慮，得，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
具體參數(shù)如下圖所示：
3. 中間軸II的設(shè)計
1）初步確定軸的最小直徑
中間軸II并不與輸入輸出端直接相連，軸上齒輪，，，，選擇滑移齒輪裝配。其裝配圖如下圖所示：
由《機械設(shè)計》課本可得公式（1）
………………………………………（1）
式中：P－軸傳遞的功率，單位為Kw
n－軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min
由公式(1)可得
考慮到中間軸II不用與聯(lián)軸器相連，但是軸上需要以花鍵與齒輪進行連接。由《機械設(shè)計》課本可知對于直徑的軸時，有一個鍵槽時，軸的直徑增大；有兩個鍵槽時，軸的直徑應(yīng)增大。然后將軸的直徑圓柱為標準直徑。固取。
2）中間軸II的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1) 初步選擇滾動軸承。由于中間軸II左端不用于聯(lián)軸器相連，固選擇與軸承相連接。因軸承同時受到軸向力和徑向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30325，其尺寸為，因此，故取I-II段直徑，。
(2) 取安裝齒輪的軸段2的直徑。由于為滑移齒輪，固無須進行軸向固定，而由于已知齒輪齒寬，固。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
由于中間軸II并不與輸入或輸出端直接相連，固其他段軸的算法如上相同，具體參數(shù)如圖所示。
4.2主軸的設(shè)計計算
主軸與鏜刀直接相連，軸上齒輪，，選擇固定裝配。其裝配圖如下圖所示：
由《機械設(shè)計》課本可得公式（1）
………………………………………（1）
式中：P－軸傳遞的功率，單位為Kw
n－軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min
由公式(1)可得
考慮到低速軸III（輸出軸）需要以鍵與齒輪進行連接。由《機械設(shè)計》課本可知對于直徑的軸時，有一個鍵槽時，軸的直徑增大；有兩個鍵槽時，軸的直徑應(yīng)增大。然后將軸的直徑圓柱為標準直徑。固取。
由于低速軸III（輸出軸）與高速軸I（輸入軸）所需計算相同，故詳細參數(shù)如圖所示。
4.3鍵連接的選擇與計算
1.高速軸I（輸入軸）上的鍵選擇
由《機械設(shè)計》課本表6-1查表知當時，故高速軸（輸入軸）與齒輪連接的鍵選擇，鍵長，材料為鋼。
由《機械設(shè)計》課本表6-1查表知時，故高速軸（輸入軸）與齒輪連接的鍵選擇，鍵長，材料為鋼。
2. 中間軸II上的鍵選擇
由于中間軸II不需與聯(lián)軸器相連接，所以不用選擇與聯(lián)軸器相連的鍵，僅需選擇與齒輪相連的鍵。且中間軸II上共有5個齒輪且均為滑移齒輪，固選擇花鍵連接方式?；ㄦI采用矩形花鍵連接。由《機械設(shè)計》課本可得公式（1）
…………………………………（1）
式中：—載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取，齒
數(shù)多時取偏小值；
z—花鍵的齒數(shù)；
l—齒的工作長度；
h—花鍵齒側(cè)面的工作高度；
—花鍵的平均直徑。
由公式（1）計算得。
經(jīng)校核，中間軸的鍵強度符合要求。
3.低速軸（輸出軸）III上的鍵選擇
由《機械設(shè)計》課本表6-1查表知時，故高速軸（輸入軸）
與齒輪連接的鍵選擇，鍵長，材料為鋼。
第5章 全文總結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計使理論與實際更加接近，不僅加深了對所學知識的理解，而且為將來繼續(xù)學習深造打下了堅實的基礎(chǔ)。這次設(shè)計主要內(nèi)容是鏜床主軸箱的設(shè)計。其中包括了鏜床的用途和相關(guān)技術(shù)要求，根據(jù)所要求加工零件設(shè)計專用鏜床的主軸箱傳動部分。在齒輪和軸的參數(shù)計算還涉及到了許多機械專業(yè)方面的基礎(chǔ)知識，并且了解到如何進行多級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)變，并掌握了如何針對齒輪與軸、軸與軸承之間的連接關(guān)系與連接方式，能很好的進行連接方式的選擇。
在本次設(shè)計全部完成之后，具備了系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)的設(shè)計知識，掌握了軸類和齒輪在主軸箱內(nèi)如何進行選擇的知識，，對常用的機械材料能夠合理選用；可以良好的設(shè)計一條傳動線路，并且能夠及時針對不同轉(zhuǎn)速做出不同的設(shè)計，提出改進方案。
本次設(shè)計，讓我將大學四年的所學所用可以更好的學以致用并且可以更好的將理論與實際相結(jié)合。
致謝
歷時半年的畢業(yè)設(shè)計在忙碌中即將結(jié)束，我已經(jīng)全部完成了我的課題任務(wù)。此時，大學四年的學習生活也即將結(jié)束。這次畢業(yè)論文和設(shè)計得到了很多老師、同學的幫助。其中我的導師李文燕老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，她為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在閑聊中她總是能像知心朋友一樣鼓勵我，感謝她在整個畢業(yè)設(shè)計過程中給予我方方面面幫助。在長達一學期的畢業(yè)設(shè)計中我收獲頗多。尤其是加強了綜合運用知識的能力，提高了機械設(shè)計的能力和水平。這次專用鏜床的主軸箱設(shè)計使我對主軸箱內(nèi)的傳動系統(tǒng)有了一個比較清晰的認識，對機械制造領(lǐng)域知識也有了整體的概念。十分感謝文燕老師在整個設(shè)計過程中給予的悉心指導和諸多幫助。
最后，我向辛勤培育了我四年的西北工業(yè)大學明德學院機電工程系的全體老師致以崇高的敬意及衷心的感謝。
畢業(yè)設(shè)計小結(jié)
隨著畢業(yè)日子的到來，我的畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲。經(jīng)過幾個月的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)，更得注重對理論的學習。
機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)涵蓋面非常廣，它涉及到機械設(shè)計、機械制造和自動化控制三大方面，我這次選擇的的是機械設(shè)計、制造類型的課題—專用鏜床的主軸箱設(shè)計，主要是計算主軸箱內(nèi)參數(shù)并作圖，它要求學生能結(jié)合對課本的學習，綜合運用所學的基礎(chǔ)和技術(shù)知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際和機器的集體工作條件，去設(shè)計和利用所用到的零部件及簡單的機械，起到從基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程承前啟后的橋梁作用，有對機械設(shè)計工作者進行基礎(chǔ)素質(zhì)培養(yǎng)的啟蒙作用。
此刻，我要感謝機電工程系的全體老師幾年來對我的指導和幫助，他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我得到的不僅是知識，還有他們對知識孜孜不倦追求的精神及做人的品質(zhì)。感謝我的指導老師李郁對我悉心的指導和幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。
總之，整個畢業(yè)設(shè)計的過程讓我受益匪淺。再次感謝我的指導老師給予我的幫助，同時也感謝我的同學們給我的意見和建議。
附錄
1.參考文獻和書目
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2.零件圖 3張
3.主軸箱裝配圖 1張
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