劉力源

摘 要：在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展下，機(jī)床是一個(gè)必不可少的設(shè)備，它的優(yōu)勢(shì)在于高精度、高效率，但是對(duì)于機(jī)床的類型來(lái)說(shuō)，有很多種，它們的作用也不同，加工范圍也不同，在機(jī)床的整個(gè)結(jié)構(gòu)上，機(jī)床的箱體是非常重要的，它的作用擔(dān)負(fù)著整個(gè)機(jī)床的加工，整個(gè)機(jī)床的傳動(dòng)和轉(zhuǎn)速分配，都是需要在它這里實(shí)現(xiàn)，而機(jī)床箱體的設(shè)計(jì)也是有要求的，需要遵循一些設(shè)計(jì)定律，不能通過設(shè)計(jì)者自己的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)床樣冊(cè)，從已有的機(jī)床中進(jìn)行更新?lián)Q代，通過在對(duì)箱體設(shè)計(jì)完成之后，整個(gè)機(jī)床的重要零件——車床的傳動(dòng)零件，它的精度和強(qiáng)度都是需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到整個(gè)機(jī)床的要求。

關(guān)鍵詞：機(jī)床類型；箱體設(shè)計(jì)；傳動(dòng)零件

中圖分類號(hào)：TG502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）29-0115-02

1 機(jī)床類型

在全球機(jī)床的生產(chǎn)上，我國(guó)占有21%的比重，這是一個(gè)非常巨大的數(shù)字，而對(duì)于我們國(guó)家，機(jī)床的產(chǎn)值非常巨大。但是一些高精密、高要求的設(shè)備還是處于發(fā)展中的狀態(tài)，相對(duì)于設(shè)計(jì)上，我國(guó)機(jī)床的發(fā)展處于中低端行業(yè)，對(duì)于這種形式，國(guó)家在2009年專項(xiàng)投入高檔數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)裝備科技的研發(fā)。

機(jī)床的特征在于集成性和單一性，集成性在于對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)候，加工工藝、夾具、切屑、冷卻液等處于一體，而單一性就是機(jī)床加工范圍有些單一，對(duì)于普通機(jī)床，加工范圍非常有限、軸類零件、回轉(zhuǎn)類零件等等、對(duì)于一些異形體不能做到加工。

在對(duì)機(jī)床類型進(jìn)行選擇時(shí)候，通過兩個(gè)方面進(jìn)行選擇，一個(gè)是被加工零件，另一個(gè)是機(jī)床本身的組成，舉例說(shuō)明，如圖1。

通過加工零件來(lái)選擇機(jī)床，例如圖1零件，零件上下為端面，這樣容易零件定位，而零件左右端面有加工孔，不容易定位，這樣對(duì)這個(gè)零件加工時(shí)候，可以采用普通機(jī)床中的立式機(jī)床，也可以采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

另一種機(jī)床的選擇方法就是根據(jù)機(jī)床本身的組成部分進(jìn)行選擇，如果機(jī)床的總體機(jī)構(gòu)是臥式的，那它的加工范圍就是采用臥式機(jī)床加工的零件，但是所有的機(jī)床都由箱體、工作臺(tái)、立柱、電氣部分等組成，只是它們組裝完成后的形態(tài)不同。

2 箱體設(shè)計(jì)

箱體設(shè)計(jì)上首先是要考慮整個(gè)箱體內(nèi)零件的布局，再就是考慮箱體內(nèi)與外部零件的關(guān)系，例如對(duì)于車床的主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)候，要保證兩頂尖的中心高度一致，同時(shí)還要考慮一下幾個(gè)問題：

（1）要滿足主軸箱體的整體強(qiáng)度和剛度的要求，對(duì)于一般的箱體強(qiáng)度滿足很容易，而剛度的滿足需要考慮箱體的零件孔和裝配孔的布置。

（2）在機(jī)床運(yùn)行時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生熱量，這樣就要使箱體具有一定的散熱能力，同時(shí)還需要有抵抗熱變形的能力，同時(shí)箱體溫度升高也會(huì)在箱體局部產(chǎn)生熱應(yīng)力，破壞箱體精度。

（3）結(jié)構(gòu)上要設(shè)計(jì)合理，螺栓的扳手空間、筋的布局，箱體的支撐點(diǎn)選擇。

（4）工藝性好。

（5）整體結(jié)構(gòu)要好、質(zhì)量要小。

機(jī)床箱體設(shè)計(jì)上，首先是設(shè)計(jì)箱體的毛坯，毛坯的選擇上，需要考慮以后的機(jī)械加工，對(duì)于一些特殊零件，可以以箱體一起鑄造出來(lái)，確定毛坯時(shí)候，要考慮經(jīng)濟(jì)性，降低成本，提高整體材料的利用率。

機(jī)床箱體毛坯需要熱處理，在毛坯熱處理上，考慮一般箱體的材料為灰口鑄鐵，最常用的為HT20-40、HT25-47，當(dāng)毛坯生產(chǎn)完成、熱處理完成之后，需要在機(jī)械加工之前進(jìn)行人工時(shí)效處理，將毛坯的內(nèi)應(yīng)力消除掉。

除此之外，還需要考慮箱體的整體高度，在箱體零件中，為了避免機(jī)床主軸箱在運(yùn)動(dòng)時(shí)候，將箱體底部沉積的沉積物攪起，需要留有一定的空間，要求大齒輪的齒頂距離底部的距離在30mm-50mm。

根據(jù)以上的要求就可以初步設(shè)計(jì)出機(jī)床主軸箱，如圖2。

3 傳動(dòng)零件

機(jī)床主軸箱體內(nèi)的傳動(dòng)零件主要就兩類，一類是齒輪、另一類是主軸，這兩個(gè)零件是最重要的，只有保證它們的精度和一般要求，就能保證主軸箱的精度，對(duì)于箱體傳動(dòng)零件齒輪的設(shè)計(jì)時(shí)候，首先是選擇齒輪的精度等級(jí)，對(duì)于一般的普通機(jī)床，齒輪的精度等級(jí)選擇7級(jí)，而齒輪的材料一般選擇45#鋼，制造成本低，加工方便，同時(shí)還要伴隨調(diào)質(zhì)處理，提高齒輪的力學(xué)性能，根據(jù)機(jī)床的要求，將齒輪的各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)后，需要對(duì)齒輪進(jìn)行校核。

齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式如下：

式中：Kt-初選載荷系數(shù)，試選載荷系數(shù)為1.3；T0-小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩；？準(zhǔn)？著α-齒寬系數(shù)；ZH-區(qū)域系數(shù)；ZE-材料的彈性影響系數(shù)；？滓H-接觸疲勞強(qiáng)度極限。

對(duì)于箱體零件軸類零件設(shè)計(jì)時(shí)候，需要考慮從軸的最小直徑開始計(jì)算，最小位置滿足使用要求，其他位置強(qiáng)度也會(huì)滿足，同樣選取軸的材料為45#鋼，考慮在軸上需要加工鍵槽，所以在設(shè)計(jì)完尺寸后，在最小直徑的基礎(chǔ)上增加10%-15%，這樣就會(huì)將鍵槽對(duì)零件強(qiáng)度的影響消除掉。

機(jī)床主軸箱內(nèi)軸類零件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

軸上大部分零件是齒輪，所以軸的結(jié)構(gòu)一般為階梯狀，這樣可以對(duì)齒輪起到支撐和定位作用，軸的各階段外徑的確定，如果該段與齒輪配合，那么該段的外徑就是齒輪的內(nèi)徑，其他位置可以根據(jù)最小直徑和軸套的尺寸進(jìn)行計(jì)算，在大齒輪與軸的周向固定上采用平鍵進(jìn)行固定，而為了保證齒輪與軸的配合良好，選取的配合尺寸為H7/n6。

軸類零件設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)軸進(jìn)行校核，首先是將軸的受力情況畫出，通過軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，確定軸承的支點(diǎn)位置，以及簡(jiǎn)支梁的軸段距離，軸的強(qiáng)度校核，如果是單向的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸通常是轉(zhuǎn)矩按照脈沖循環(huán)處理，如果只受扭轉(zhuǎn)作用：

t=■

式中：t-扭轉(zhuǎn)力；T-所受扭轉(zhuǎn)力；WT-抗扭截面系數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)床的設(shè)計(jì)上不要減少步驟，要一步一步的進(jìn)行計(jì)算，不要設(shè)計(jì)完成后，直接編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，需要對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行核算、校對(duì)，將機(jī)床的主軸箱進(jìn)行試運(yùn)行，避免內(nèi)部領(lǐng)零件出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)箱體內(nèi)部零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，達(dá)到機(jī)床使用壽命。中國(guó)的機(jī)床行業(yè)很發(fā)達(dá)，擁有不同類型的機(jī)床，對(duì)不同零件都能實(shí)現(xiàn)加工，從一軸到五軸聯(lián)動(dòng)，可以說(shuō)中國(guó)的機(jī)床在世界上的占有率非常高，這樣就會(huì)出現(xiàn)更新?lián)Q代困難的現(xiàn)象，所以需要我們現(xiàn)代設(shè)計(jì)者不斷去努力將中國(guó)機(jī)床水平更上一層樓。

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