bl系列台式车床进给结构毕业设计论文

'BL系列台式车床进给结构毕业设计论文摘要本文介绍了BL台式车床的进给结构的设计过程，主要为机械元件的设计。因BL台式车床为小型车床，故在各个部分和零件的计算和选用过程中在满足设计要求的前提下（刚度、强度等），尽量选用尺寸较小的部件和零件。BL台式车床的进给结构的设计包括了五部分的设计。第一部分，BL台式车床总体方案设计；第二部分，进给箱的设计；第三部分，丝杠、光杠的设计；第四部分，溜板箱的设计；第五部分，刀架的选用。进给箱是台式车床的主要部件之一，其作用是实现进给量的变换和各种螺纹螺距的变换。丝杠与光杠用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。它的功能是装夹刀具，使刀具作纵向、横向或斜向进给运动。关键词：BL台式车床进给箱丝杠与光杠溜板箱进给结够III AbstractThisarticleintroducesthedesignprocessoffeedingstructureofBLbench-typelathe,mainlyforthedesignofmechanicalcomponents.BecauseBLbench-typelatheissmalllathe,sounderthepremiseofeachpartandpartsofcomputationandselectionprocessmeetthedesignrequirements(stiffness,strength,etc),wetrytochoosesmallerpartsandcomponents.ThestructuredesignofBLbench-typelatheincludesfivepartsdesign.Thefirstpart,thegeneralschemedesign.Thesecondpart,feedboxdesign.Thethirdpart,screw,lightpolesdesign.Thefourthpart,slipboardboxdesign.Thefifthpart,theselectionofcutter.Feedboxisoneofthemainpartsofbench-typelathe,itsroleistorealizethefederateandvariousthreadpitchtransformation.Screwandlightpolesaretoconnectfeedboxandslipboardbox,andpassonthemovementandpoweroffeedboxtoslipboardbox,tomakeslipboardboxgetlongitudinalstraight-linemove.Slipboardbox:isthemanipulationoffeedingmovementlathebox,equippedwithlightpolesandscrewrotationmovementintocutterlinearmotioninstitution.Throughthelightpolestransmissionrealizethelongitudinalcutterfeedingmovement,traversemovementandmovefast,throughthescrewdrivetomakecuttergetIII longitudinallinearmotion,inordertocutscrewthread.Itsfunctionisclampingtool,makecutterforvertical,horizontalorinclinedfeedmovement.Keywords:BLbench-typelatheFeedboxScrewandlightpolesSlipboardboxFeedstructureIII 目录1财务总监制度及财务总监界定21.1财务总监制度的定义21.2财务总监制度的性质21.2.1对经营者的监督21.2.2实质上代表所有者利益32财务总监制度****42.1财务总监制度****4致谢5参考文献6附录：7外文资料与中文翻译7i 1　绪论机床是使用切削方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。它是制造机器的机器,称为“工作母机”习惯上称为机床。机床的母机属性决定了它在国民经济中的重要地位,机床的技术水平直接影响机械制造工业产品质量和劳动生产率,标志着一个国家的工业生产能力和科学技术水平[1]。在当前的制造业中，生产效率低、成本高是一种普遍现象。在机械设备的设计及制造中，因为不同的用户对设备有不同的要求，使得设备有多种型号即使同种型号也有不同规格。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。在我国香港等地也有人叫旋床。　古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。　　脚踏车床1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。　　为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床。　　1848年，美国又出现回轮车床　　1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床72 　　20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。　　第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。　　普通车床　主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。　主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。　进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。　丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。　溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架：有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。尾架：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。床身：是车床京都要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。72 数控车床的概念　　机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。普通机床经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控制方面来，另一方面，若没有学好有关数学、电工学、公差与化合及机械制造等深内容，要学好数控原理和程序编制等，也会感到十分困难。熟悉零件工艺要求，正确处理工艺问题。由于数控机床加工的特殊性，要求数控机床加工工人既是操作者，又是程序员，同时具备初级技术人员的某些素质，因此，操作者必须熟悉被加工零件的各项工艺（技术）要求，如加工路线，刀具及其几何参数，切削用量，尺寸及形状位置公差。只有熟悉了各项工艺要求，并对出现的问题正确进行处理后，才能减少工作盲目性，保证整个加工工作圆满完成。1.1、我国机床行业的研究现状72 改革开放以来，我国机床行业取得了突飞猛进的发展，但是跟国外同行业相比，我过机床事业还是有很大的不足，国产机床的发展仍然难以支撑国民经济和国防军工的需要。与世界先进水平相比差距仍然十分明显。具体表现在以下几个方面。(1)产量总体规模已居世界前列。2005年金切机床产量45万台，为“十五”初的2.4倍；锻压机床产量63万吨，是“十五”初的2.4倍。2005年机床工具全行业工业总产值1260亿元，是“十五”初期的2.5倍，平均年增长约26%，其中金属加工机床产值达到了51亿美元，总体经济规模已超过意大利，跃居世界第三位。其中，数控机床产值从“九五”末的4.9亿美元增加到“十五”末的21.8亿美元，年平均增长34.8%。数控金切机床的产量从“九五”末的1.4万台增加到“十五”末的6.0万台，年均增长达到33.5%。数控机床产量占全部机床的比重同时由7.3%增长到2005年的13.3%。(2)产品技术水平明显提高在常规数控机床领域，如数控车床、立式加工中心、数控铣床、数控镗床、数控齿轮机床、数控磨床、电加工机床、数控重型机床和数控成形机床等一大批产品，我国已经拥有自主知识产权，具有较强的市场竞争力，基本满足国内需求。在高档数控机床研发方面取得了新的突破，代表产品有五轴联动横梁移动式高速龙门铣床、五轴联动龙门加工中心、五轴联动车铣中心、五轴联动立式叶片加工中心。(3)72 产业组织结构初步优化随着近年来机床行业的快速发展，其产业组织结构也得到了明显优化。2005年，数控机床年产量达到1000台的企业已有11家。数控机床年产量前10名企业的产量集中度达到45.9%。沈阳机床集团公司年产数控金切机床达到10008台，占全国总产量16.8%，大连机床集团公司年产数控金切机床4734台，占全国总产量的7.9%，双双进入世界数控金切机床生产大企业行列。截至2006年6月，共有大连机床、沈阳机床、秦川机床、上海电气机床集团、哈尔滨量具刃具集团公司、北京第一机床厂、杭州机床集团公司等7家国内企业，并购了10家国外知名的机床工具企业，在国际化经营中迈出了可喜的一步，提高了中国机床工业在国际上的知名度，为行业引进技术、发展成套和扩大出口创造了条件。　　目前，我国是机床生产大国，但不是机床制造强国，国产机床的发展仍然难以支撑国民经济和国防军工的需要。与世界先进水平相比差距仍然十分明显。一是国产高档数控机床在品种、水平和数量上远远满足不了国内发展需求。尽管近几年国产机床市场销售量不断提高，至2005年进口机床在国内市场占有率仍高达60%，其中汽车、航空、航天、兵器、造船、通用机械等行业是主要进口大户。2002～2005年，我国已经连续四年成为世界最大的机床进口国，以2004年进口为例，从日本、台湾、德国进口分别占国内市场19.7%、12.1%和8.6%。二是国产功能部件和数控系统发展滞后，成为数控机床产业发展的瓶颈，尤其是为高档数控机床配套的关键功能部件和数控系统。三是机床制造企业技术装备水平不高，行业制造能力、综合管理和服务能力等方面不能满足市场快节奏的要求。1.2我国机床行业的发展前景21世纪,我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入WTO后激烈的市场竞争的压力。从技术层面上来讲,加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升。72 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。(1)高速度、高精度化速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。(2)多功能化动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。(3)智能化72 控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。(4)数控编程自动化算机应用技术的发展，目前CAD／CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD／CAPP／CAM集成的全自动编程方式，它与CAD／CAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。(5)可靠性最大化床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。(6)控制系统小型化72 数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。1.3BL系列台式车床BL系列台式车床是一种小型车床，在制造业中主要用于中小型零件的加工，不同的用户对其有不同的要求，从而使得BL系列台车有多种形式，因此该台式车床有着个性化的设计特点。针对这种情况，我们对台式车床的不同规格、不同用户的设计要求进行总结，以获得其产品配置知识，并利用CAD计算机辅助设计软件，对台车的各个组成部件进行参数化设计。本设计主要是对进给结构进行相关设计，说明书分为五大部分。第一部分；BL台式车床总体方案设计；第二部分，进给箱的设计；第三部分，丝杠、光杠的设计；第四部分，溜板箱的设计；第五部分，刀架的选用。在第一部分BL台式车床总体的设计方案中，首先说明了机床设计的基本要求，即保证有较高的加工精度和被加工表面较小的表面粗糙度，尽可能提高其生产力和自动化程度以及较高的可靠性和较长的寿命。在满足上述要求的前提下，根据BL台车的主要参数，提出了台车组件的设计要求。同时规定了该台车的总体布局，即将主轴箱固定在床身的左端，进给箱固定在床身的左侧前端，溜板箱与刀架的最下层——纵向溜板相连，尾座安装在床身右端的尾座导轨上，床身固定在左右床腿上。72 进给箱是台式车床的主要部件之一，其作用是实现进给量的变换和各种螺纹螺距的变换。一般机床的进给箱主要分为三跨：左边一跨内螺纹种类的移换机构；中间一跨内为基本组；右边一跨内为扩大组。由于本设计的台车尺寸较小，其进给箱虽然也分为三跨，但我们将左跨内螺纹种类的移换机构放在主轴箱中，在其内布置了变速机构。在BL台车进给箱的设计过程中，首先介绍了进给箱的组成和应满足的要求。接着进行了BL台车进给箱设计方案的选择。由于该台式车床是一种小型化的车床，因此选择了两轴滑移式结构。在变速机构中选择三联滑移齿轮来进行啮合传动。对进给箱内的传动轴提出了强度和刚度方面的具体要求。在丝杠和光杠的运动转换机构中选择了啮合式离合器来实现这种运动转换。另外对操纵机构的设计也提出了相关的要求。其次，我们对涉及到的齿轮、轴以及轴承等零件进行了设计和校核。接着，我们对箱体内各元件进行了布置。箱体内轴线的布置，即与相同的形状有关，也与操纵机构的设计有关。齿轮在轴上的布置和排列方面，我们将固定齿轮安装在一根轴上。并且满足在一个变速传动组内，当变换转速时，使一个处于啮合的齿轮完全脱开后，另一个齿轮才进入啮合。传动轴安装时，选用单列向心球轴承安装在转动轴两端，且每根传动轴的轴承成对使用。我们将传动轴通过轴承在箱体内的轴向固定选为两端固定的方式。在确定齿轮的宽度时将大小齿轮的宽度设计为相同。丝杠、光杆、溜板箱、刀架是进给结构的重要组成部分。主要计算确定丝杠光杠的型号，刚度和强度是否满足要求以及溜板箱内部齿轮的确定和其之间的配合。最后正确的选用刀架。72 2.BL台式车床的总体方案设计2.1BL台车的主要参数型号主要参数BL-1220BL-1230BL-1340加工能力床身上最大回转直径304mm304mm330mm横滑板上最大回转直径170mm170mm204mm中心距500mm750mm1000mm主轴主轴孔径40mm主轴内孔锥度MorseNO.5主轴转速范围（9）级60-2000(9steps)进给公制/英制螺纹范围0.25-9mm(20kinds)/4-72Inch(33kinds)模数制/径节制螺纹范围0.25-3.5mm(12kinds)/8-144D.P(kinds)尾架尾架套筒直径10mm尾架套筒行程115mm主电机1.1/1.5kw72 表12.2机床设计的基本要求（1）保证有较高的加工精度和被加工表面较小的表面粗糙度；（2）尽可能的提高生产力和自动化程度;（3）机床应有较高的可靠性和较长的寿命。2.3机床组建的设计要求（1）主轴部件是机床的重要部件之一，其通常有主轴，主轴轴承和安装在主轴上的传动件等组成。在机床工作时，有主轴带动工件或刀具直接参加表面成形运动，因此对主轴有以下较高要求：应有较高的旋转精度和刚度，刚度不足，将使主轴在切削力和传动力的作用下，产生较大的弹性变形，并且还容易引起振动这样不仅会降低加工精度和表面光洁度，也还好使齿轮等传动件和轴承等因不能均匀受力而恶化工作条件。主轴还必须有较高的抗振性和足够的耐磨性，以便能长期的保持精度。BL系列台式车床的主轴箱有主传动系统和进给换向机构两部分组成，主传动系统采用了分支传动链，高速时传动链很短；同时由主轴部件进行了精度的平衡，机床噪音低，热变形小。（2）进给箱满足体积小，重量轻、结构简单、使用方便、效率高及质量好的要求。在使用要求方面，首先应满足机床的运动特性的要求和具有较高的传动效率，还应便于操纵，确保安全，便于观察、调整和维修。进给箱内的传动件应能传递一定的功率和扭矩，具有较高的刚度、强度、耐磨和抗振性等方面的性能，并应运转平稳和噪音小。72 （3）床身应具有足够的刚度，在许用最大载荷作用下，其变形量不得超过许用值，以保证机床的加工精度。另外，床身还应有良好的抗振性和较小的热变形，以保证工件的加工表面质量和加工精度。在BL台式车床中我们选用了卧式车身。由于床身允许的最大回转直径只有330mm，故我们将其固定在床腿上。（4）导轨是连接主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座、床脚和防护板等部件的载体，它的功用是导向和承载，即引导运动部件沿一定轨迹准确的运动，并承受运动部件及其上安装的重量和切削力。导轨是机床的关键部件之一，其性能的好坏，将直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。因此，它满足以下的基本要求：要有足够高的导向精度，这是保证机床加工精度的前提，因而它是对导轨的最基本要求。同时他还有较高的耐磨性、足够的刚度和低速运动的平稳性。此外，导轨还要结构简单，工艺性好，便于间隙调整，具有良好的润滑和防护等。在本设计中我们用的是导轨的组合形式，为双三角形导轨组合。该种组合形式导向精度高，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性较好；但加工、检修困难，要求四个表面都接触良好，且其工艺性差。（5）对于刀架的选择，要根据车床的具体用途、加工的零件种类以及用户的要求等方面进行考虑。BL系列台式车床是一种小型的车床，它只要达到普通车床的用途即可，即：能车削内外圆柱面，内内外圆锥面、环槽及成形回转表面；车削端面及加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹；能够进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等操作。鉴于此，在设计BL系列台式车床的刀架和拖板时选择普通的方刀架，大、中、小拖板均可。这种刀架可以同时装夹四把车刀或四组刀具，方刀架体可以转到四个位置（间隔90度），从而使四把刀轮流进行车削。2.4BL台车的总体布局（1）主轴箱固定在床身的左端，工件通过卡盘等夹具装夹在主轴前端。主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，以实现运动。72 （2）进给箱固定在床身的左侧前端。进给箱内装有进给运动的变换机构，用于改变机动进给的进给量或所加工螺纹的导程。（3）溜板箱与刀架的最下层——纵向溜板箱相连，与刀架一起作纵向运动，功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向和横向进给或快速移动或车螺纹。溜板箱上装有各种操纵手柄和按钮。（4）刀架可沿床身上的刀架导轨作纵向移动，刀架部件有几层组成，它的功用是装夹车刀，实现纵向、横向、斜向运动。(5)尾座安装在床身右端的尾座导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。它的功用是用后顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。（6）床身固定在左右床腿上。在床身上安装着车床的各个主要部件，使它们在工作时保持准确的相对位置或运动轨迹。其整体结构去下图所示。72 72 3BL台车进给箱的设计3.1进给箱的组成和要求一般来说，机床的进给箱有以下几部分组成：变换螺纹导程和进给量的变换机构，变换螺纹种类的移换机构、丝杠和光杠转换机构、以及操纵机构等。进给箱的功用是变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种机动进给量。加工不同种类的螺纹由调整进给箱中的移换机构和挂轮架上的挂轮来实现。BL系列台式车床进给箱的组成部分与普通机床相似，也有以上几部分组成。进给箱首先应满足运动方面的要求，如变速范围、变速级数、转速或进给量数列等。此外，还要具有较高的传动效率，保证传动件具有足够的强度或刚度，降低噪声，提供抗振性和耐磨性，操纵方面，并具有良好的工艺性，便于检修，成本较低，防尘、防漏等。BL台式车床进给箱又叫走刀箱，它固定在床身左前面，内装有进给变速机构，用来变换进给量和各种螺纹的导程，进给运动链使刀架实现纵向或横向的进给运动及变速换向。如图1-1所示：进给链从主轴起经换向机构、挂轮、进给箱，再经光杠或丝杠，溜板箱最后至纵溜板或横溜板。电动机主换向机构主轴刀架车纵挂轮进给换向机构丝杠螺母72 进给箱变速机构转换机构光杠转换机构图1-1BL台式车床传动原理图BL台式车床的特有功能是车削一定范围内的各种螺纹，要求进给传动链的变速机构能严格准确地按照标准螺距数列来变化。所以普通车床进给传动链的变速机构（包括挂轮和进给箱的变速机构）主要是依据各种螺纹的标准螺距数列的有要求，同时兼顾到以便车削的进给量范围来设计的。传动链中的螺纹进给传动链是主轴一转，刀架移动T毫米（导程T=kt,其中k为实数，t为螺距）。13ic×ia×iu×t1=T-------------------------------------------------(1.2-1)其中ic,ia,iu分别为传动链中固定传动比，挂轮传动比。进给箱传动m机构传动比，t1为纵向丝杠的螺距。3.1.1进给箱切螺纹机构设计方法BL台式车床具有切削公制螺纹、英制螺纹、模数螺纹和径节螺纹的功能，机床的纵向丝杠螺纹用公制，螺距t1=12mm代入式(1.2-1)得主轴每转一下，刀架移动量为T毫米，这即为车削螺纹的导程值。对于单头螺纹是螺距值，因此当螺纹的基本参数不是用螺距表示时必须将其加以换算，然后代入式（1.2-1）。具体方法如下：72 公制螺纹：其基本参数为螺距t(mm),因而T=tmm；英制螺纹：基本参数l为每一英寸长度内包含的牙数a即a（牙/英寸）因而，英制螺纹的螺距为Ta=24.5/a毫米；模数螺纹：公制螺杆上的螺纹称模数螺纹，它的基本参数是以螺杆相啮合的蜗轮模数m（mm）来表示，因而，模数螺纹的螺距Tm应等于蜗杆的周节长度，即Tm=πm；径节螺纹：英制蜗杆上的螺纹称为径节螺纹，它的基本参数是以与螺杆相啮合的蜗轮参数径节DP来表示，径节的DP=Z/D（牙/英寸）其中Z和D分别为蜗轮的齿数和分度圆直径（英寸），即蜗轮或齿轮折算到每英寸分度圆直径上的齿数。因而径节螺纹的导程为：TDP=π/DP（in）≈25.4π/DP。于是根据式（1.2-1）可得车削4种螺纹的运动平衡式分别为：1×ic×ia×iu×t1=T=t(mm)--------------------------------------（1.3-1）1×ic×ia×iu×t1=Ta=25.4/a(mm)------------------------------（1.3-2）1×ic×ia×iu×t1=πm(mm)-------------------------------------（1.3-3）1×ic×ia×iu×t1=25.4π/DP(mm)-----------------------------（1.3-4）从上各式中可知，为了车削一定范围的螺纹就必须根据各种螺纹的标准数列变换传动链中的可变换传动比。一、米制螺纹将常用的米制螺纹标准数据t72 的数列1、1.25、1.5、1.75、2、2.5、3、3.5、4、5、5.5、6、7、8、9、10、11、12排列成下表1.3-1所示：表1.3-1标准米制螺纹导程——1——1.25——1.51.7522.252.5——33.544.555.56789101112由表中可以看出各横行的螺距数列是等差数列，而纵列是等比数列即1、2、4、8的公比数是2，根据这些特点，在进给箱中可用一个变速组来变换得到某一横行的等差数列，这个变速组的传动比应是等差数列，通常称为基本组。以此为基础，再串联一个扩大组，把基本组得到的螺距按1：2：4：8关系增大或缩小，而得到全部螺距数列，此扩大组通常称“增倍组”。根据进给传动降速机构在后的原则，取ib=1、1/2、1/4、1/8。机床所能加工的其他三种螺纹中，径节螺纹较少用，这三种螺纹的公称参数列在表1.3-2中。表1.3-2各种螺纹的公称参数及螺距螺纹种类螺纹公称参数螺纹种类参数代号单位螺距S（mm）公制螺纹螺距PMmT=kP英制螺纹每英寸牙数a牙/英寸Ta=kPa=25.4R/a模数螺纹模数mmmTm=kPm=km径节螺纹径节DP英寸TDP=kPDP=25.4kπ/DP由表1-2可以看出，常用的四种螺纹的螺距值之间有如下关系：72 公制和英制螺纹及模数和径节螺纹之间的倒数关系和特殊因子为25.4；公制和模数螺纹及英寸和径节螺纹之间特殊因子为π。上述倒数关系和特殊因子25.4及π的关系都要在设计切螺纹系统时给予解决。现将车床上这四种螺纹所能加工的螺距T及其和公制螺纹的关系列于表1.3-3和表1.3-4。表1.3-3BL台式车床加工螺纹基本参数的排列规律倍比关系公制及模数螺纹（T及m）1/32——0.25————————1/16——0.5————0.75——1/8——1——1.251.5——1/41.752[2.25]2.53[2.75]1/23.544.5565.517891012[11]注：[]内数值为模数螺纹所独有。表1.3-4BL台式车床加工英制及径节螺纹的基本参数排列倍比数英制及径节螺纹8(56)(64)(72)——(80)(88)(96)——4283236——404448——214161819202224——1789——101112——72 1/2——44.5——5——6——1/4——2————2.5——33.5注：（）内数值为径节螺纹独有。从表中可以看出这四种螺纹的基本参数有一个共同的变化特点，即在横行上是等差数列，而在纵行上按2倍的关系扩大或缩小，我们可以考虑到用车公制螺纹的基本组和扩大组来加工另外三种螺纹。二、模数螺纹我们只需改变公制螺纹传动链中的某个传动比，使平衡式左边产生一个特殊因子π，以便在运动中与螺距Tm=πm的因子π消去，从而变换基本组和增倍组的传动比，就可以像公制螺纹那样，得到分段等差数列的模数系列。三、英制螺纹它和公制螺纹螺距数列有两点区别：a、英制螺纹每英寸牙数a换算成螺距Ta=25.4/a(mm)后，a在分母上如果将上述公制螺纹的基本组的主动与从动关系颠倒过来，即基本组的传动比变为1/ij，那么就可以利用具有等差数列的传动比ij来得到参数a的等差数列；b、英制螺纹的螺距数值中有一个数字因子25.4，因需要改变其中的某些传动比，使平衡式左边能产生一个因子25.4，以便与英制平衡式25.4相抵消。此外，当英制螺纹要车制a分别为3.25和19时，公制螺纹的基本组少两个传动比，故在表1.3-3上加上19和3.25两个模数，它们仅仅为了与英寸与径节螺纹统一而列入的。故表1.3-3变为如下表1.3-5所示：72 表1.3-5扩充螺纹参数的排列规律倍比关系公制及模数螺纹2n-5__0.5____________2n-4__1____1.25__1.5__2n-31.752[2.25]__2.5[2.75]3{[3.25]}2n-23.544.5__55.56__2n-1789__101112__2n______{19}________四、径节螺纹径节螺纹的螺距TDP=25.4π/DP（mm），其中DP也是在分母上螺距中也有一个数字银子25.4，这些和英制螺纹相似，故可采用英制螺纹的传动路线。另外，还有一个因子π，可以和模数螺纹一样用挂轮来解决。3.1.2切螺纹系统及齿数比的确定普通车床中的切螺纹系统有双轴滑移齿轮结构、摆移塔齿轮结构和三轴滑移齿轮结构。我们选用双轴滑移齿轮结构，并且让基本组和扩大组的传动中心距相等，这样有利于减小进给箱的尺寸。其简图如图1.4-1由此可看出，在这类螺纹系统中，一般应包括下列组成部分：基本螺纹机构：用来实现表1.3-3中横行所代表的等差数列；增倍机构：用来实现表1.3-3，表1.3-4中各纵行之间的2n关系即ud通常取2、1、1/2、1/4、1/8；扩大螺距机构：传动比为ue，用来进一步扩大螺距，ue72 通常取4、8、16、32等；定比传动副：传动比uf；左右螺纹换向机构：传动比ur；交换齿轮装置：传动比为u；螺纹种类变换机构：传动比uk；移换机构：传动比为ui，用来实现倒数关系及特殊因子。上述各组成部分传统的分布顺序如下：扩大螺距结构一般放在主传动变速系统内，具体情况在CA6140主轴箱内由扩大螺纹导程结构的传动齿轮是主运动的传动齿轮。只有在主轴上的离合器M2合上，主轴处于离速状态时才用扩大螺纹导程。它的扩大倍数分别是1、4、16。定比传动一般放在主轴或扩大螺距换向结构之前在主轴箱中换向结构ur在交换齿轮之前也在床头箱中，交换齿轮设置在床头箱与进给箱之间的交换齿轮上，移换结构一般放在基本螺距结构前后二处。基本螺距结构一般放在第一个移换结构之后，变换结构既可放在基本螺距结构之前，也可放在基本螺距结构之后。增倍结构的传统布局是放在基本螺距之后。现在，从表1-3排定的螺纹表中，取公制螺纹数列中的6.5、7、8、9、9.5、10、11、12为基准数列则：ubj=Sj/G=Sjmin,Sj2,Sj3,……Sjmax/G。由6.5、7、8、9、9.5、10、11、12这个要求滑移齿轮能实现的基本螺纹参数查的机构方案编号411，为了使轴向尺寸较小选中心距为63mm，同时，由双轴滑移齿轮结构推荐方案表查的G=7（由机床设计手册P1402查得）。所以ub=6.5/7、7/7、8/7、9/7、10/7、11/7、12/7，由此拟定传动系统草图如（图1-2）附后。72 3.2BL台车进给箱设计方案选择进给箱按其轴的布置形式分，一般又塔轮结构式、两轴滑移式和三轴滑移式。塔轮结构由于操纵比较复杂，功率消耗大，在当前机床进给箱中几乎都不再使用。普通车床如CA614型卧式车床的进给箱一般采用三轴滑移式结构。BL系列台式车床是一种小型车床，它的进给箱的内部空间较小，所用的齿轮数也比普通车床要少，操纵比较简单，传递的功率也不大，因此选用两轴滑移比较合适。由于BL台式进给箱的尺寸较小，两轴传动的轴线在空间的距离不大，且要求传动比较准确，所以我们在进给箱内选用齿轮传动。又根据要求设计两轴线平行，所以我们使用的齿轮为圆柱齿轮。根据经验和传动要求，我们选取齿轮的材料为45钢。根据设计条件可知进给箱的丝杠和光杠各有9级转速。进给箱中传动轴转速的改变主要是通过不同齿数的齿轮啮合来实现的。有9级转速，也就意味着有9种不同的传动路线。如果我们选用二联齿轮，当使用3只时只有8（2×2×2）级转速，使用4只时，有16﹙2×2×2×2﹚级转速。都不能满足设计要求。故不宜采用二联齿轮。但是如果我们采用三联齿轮（3×3），则刚好满足9级转速这一要求。故在进给量变换中我们选用两只三联齿轮。另外，我们采用固定螺钉来进行固定螺钉来进行齿轮的轴向固定。进给箱的传动轴应满足强度和刚度方面的要求。强度方面的要求是，保证轴在反复弯曲载荷和扭转载荷下不发生疲劳破坏。刚度方面的要求是，轴在弯曲和扭转载荷下不致产生过大的变形。如果刚度不足，则装在轴中部的齿轮会因轴的，扰度过大而破坏它们的正常啮合关系，并产生振动；装在齿轮两端的齿轮和轴承，会因倾角过大而压强分布不均，产生不均匀的磨损和过大的噪音。如果扭转刚度不足，则产生扭振。72 在进给箱的丝杠和光杠转换机构中，我们需要使用离合器来实现丝杠和光杠运动的转换，也即是走刀和螺纹的转换。离合器按其结合部分的特点，分为啮合式和摩擦式两大类，根据设计要求，我们选择啮合式离合器，因为该式离合器与摩擦式相比，有如下几个优点：（1）在相同尺寸条件下，啮合式离合器能传递的扭矩大于摩擦式；（2）啮合式离合器为刚性传动，无打滑现象，传动比准确；（3）啮合式离合器在结合过程中的磨损和发热均较小。离合器应满足下列要求：离、合要迅速、可靠，结合要平稳，断开要彻底；操纵轻松省力。另外，离合器应尽量放在高速轴上，以使传递的扭矩小些，则离合器的尺寸也就可以减小些。该台车进给箱中的操纵机构用来控制变速、丝杠和光杠的转换。它虽不直接参与机床的工作运动，与机床的精度和刚度等也无直接影响，但它影响机床工作性能的发挥和工人的劳动强度。因此在机床进给箱的设计过程中，我们应该重视操纵机构的设计。操纵机构应达到轻松省力、操纵方便和便于记忆、安全可靠等几方面的要求。在该进给箱中，根据设计情况，我们选用了单独操纵机构，共使用三个手柄操纵三只滑移齿轮。操纵机构主要由操纵件（手柄）、传动装置（摇杆、两啮合的扇形齿轮）、执行件（拨叉、销子）这三个部分组成。参考相关设计资料，根据工程技术人员的经验，我觉得下列这种转速图与该台车的实际情况比较符合，故不妨认定其为该台车的转速图，以便于我们能更好的进行设计。我们基本可以确定BL系列台车的运动简图如下图所示。72 3.3齿轮的设计计算选取BL30213和BL30202这两个相啮合的齿轮进行计算，BL30213齿轮布置在进给箱输入轴上。根据主轴箱的设计计算，选取进给箱输入轴转速n=345r/min，传动比i=2，齿轮对称布置，使用寿命8年，每年以300工作日计，两班制，中等冲击齿轮单向回转。由于主电机的功率为1.5kw，根据经验我们取进给箱输入轴的功率p0=0.5KW。则齿轮传递功率为：P=P0=0.495KW(其中：P0代表输入轴的功率，1代表轴承的传动效率)解：（1）齿轮的材料、精度和齿数选择因传递功率不大、转速不高、材料按表7-1选取，都选取45钢，铸造毛坯，大齿轮正火处理，小齿轮调质，均为软齿面。小齿轮硬度为240HBS，大齿轮硬度为200HBS。齿轮精度用7级，齿轮表面粗糙度为Ra3.2。软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，Z1=20，则Z2=iZ1=2×20=40(2)设计计算72 1、设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。2、齿面接触疲劳强度设计由式（7-9）【10】得由《机械设计》P100，查图7-6选取材料的接触疲劳强度极限应力为：σH1lim=580MpaσH2him=560Mpa由《机械设计》P101，查图7-7选取材料的弯曲疲劳极限应力为：σF1lim=230MpaσF2him=210Mpa应力循环次数N由式（7-3）【10】计算得：N1=60n1at=60×345×﹙16×300×8﹚=7.95×108由《机械设计》P102，查图7-8，得接触疲劳寿命系数为：ZN1=1ZN2=1.02由《机械设计》P103，查图7-9，得弯曲疲劳寿命系数为：YN1=1YN2=1由《机械设计》P102，查表7-2，得接触疲劳安全系数为SHmin=1，弯曲疲劳安全系数SFmin=1.4，YST=2.0，KT=1.3由式（7-1﹚【10】和﹙7-2﹚【10】求许用接触应力和许用弯曲应力：72 由式7-9【10】得Z1V1/100=0.617×20／100=0.1234m/s由《机械设计》P104，查图7-10，得KV=1.09,查表得KA=1.25由表7-4得=1.05取Ka=1，则3计算几何尺寸72 （3）校核齿根弯曲疲劳强度由《机械设计》P111，查图7-18得：YFS1=4.2YFS2=4.0=0.7由式7-12[10]得综上可知齿轮合格。3.4轴的设计计算选取BL30214轴来进行设计计算。该轴为进给箱的输入轴，根据设计情况可知轴的转速n=345r/min，输入功率p=0.5kw，圆柱齿轮分度圆直径为40mm，轮毂宽度为7mm，载荷平稳，单向传动。解：（1）选取轴的材料和热处理由于进给箱传递的功率不大，对其尺寸和重量也无特殊要求，故故选用常用材料45钢，调质处理。（2）初估轴的直径，由《机械设计》P184，查表10-2，得C=106~107，考虑到轴端受扭矩作用，取C=106，则72 （3）结构设计轴的结构形式如图所示（a）各轴段直径的确定初估轴径后，就可按轴上零件的安装顺序，从dmin处开始逐段确定直径。本例中dmin就是轴段1的直径。考虑到轴段2上装有轴套，根据轴套的选取轴段2的直径为15mm。轴段3上安装轴承，其直径应既满足轴承安装，又符合轴承内径系列，即轴段3的直径应与轴承型号的选择同时进行。现暂取轴承型号为6103，即17×35×10，其内径d=17mm,故轴段3的直径d3=17mm。轴段4上安装齿轮，根据齿轮尺寸和具体情况，取d4=20mm。齿轮用小螺钉固定在轴上。通常同一根轴上的两个轴承取相同型号，为便于安装，取该轴承的尺寸为15×28×7，故取轴段5的直径d5=15mm.（b）各轴段长度的确定轴段2的长度取得比轴套的长度稍短些，取为l272 =20mm。轴段3上的轴承端面与轴肩紧靠，轴段3的长度应取的与轴承套的宽度之和相等，轴承宽为10mm，轴承套宽为29mm，故取l3=39mm。轴段5的长度应与轴承的宽度相等，故取l5=7mm。以上各轴段长度主要是根据轴上零件的毂长或轴上零件配合部分的长度确定。而另一些轴段长度，如l1、l4，除与轴上零件有关外，还与箱体及其它零件有关。根据以往的经验和具体的设计情况，我们取l1=16mml4=64mm。于是，可得轴的支点和轴上受力点的跨距为：L1=39.5mm，L2=33mm。（a）轴上零件的周向固定为保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合K7/g6，与轴承内圈配合的轴颈选用js6。齿轮及轴套均采用A型普通平键连接，分别为键4×14GB1096-79、键5×25GB1096-79、键5×20GB1096-79。（b）轴上倒角及圆角为保证6103轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册推荐，取轴肩圆角半径为1mm，为方便加工，其它轴肩圆角半径均取1mm。根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为1×45°。上述确定尺寸和结构的过程，与画草图同时进行，结构设计草图如下图所示。72 （4）轴的受力分析及其校核画轴的受力见上图：由题意得，齿轮传递的扭矩为：则用Ft=2T1/d1【10】，其中d1=40mm,得到则齿轮对轴的径向力为根据受力简图，利用所有的力对A点取矩，由平衡知识得，该轴的危险截面在安装齿轮处，即B点处，根据题意有：72 则该处轴的弯曲应力为查机械设计手册，可知该轴的许用弯曲应力为[σ]=215mp，则σB＜[σ],故该轴符合要求。3.5轴承的设计计算选取进给箱输入轴上安装的轴承进行设计计算举例。已知轴承转速n=345r/min，轴所受径向载荷FR=730N,轴向载荷FA=360N,机械运动时由轻微冲击、工作温度100℃，预期寿命Lh1=5000h。解：（1）初步计算当量动载荷由《机械设计》P232，查表11-7，深沟球轴承的最大e值为0.44，故＞e由此得X=0.56，Y值需要在已知型号后，根据FA/Cor的值查表11-7才能得到，现咱选一近似的值Y=1.5查表得fp=1.2则（2）计算轴承应有的基本额定动负荷CR’由《机械设计》P231，查表11-6得fr=1，又ε=3则由式得（3）初选轴承型号72 查机械设计手册选择Cr=5350＞Cr‘的6103轴承，其基本额定静载负荷Cor=3100N1验算并确定轴承的型号按《机械设计》P232，查表11-7，知e值在0.27~0.31之间，轴向载荷系数Y应在1.6~1.4之间，用线性插值法求Y值。2计算当量动载荷，由式11-10【10】，得故轴承满足要求。3.6进给箱内各元件的布置3.6.1箱体内轴线的位置箱体内各轴线的布置与箱体的形状有关，而箱体的形状又决定于箱体在机床上安装位置。因为该台式车床的进给箱安装在床身的前壁上，由于要与丝杠、光杠等相连接，所以设计成径向尺寸小，轴向尺寸长的扁平的箱体。由于箱体内空间不是很大，我们将轴线布置在一个水平平面内。为了减少传动轴的长度，根据经验我们可在箱体内加两道隔墙，形成三跨。左边一跨和中间一跨均为进给量的变换机构；右边一跨为丝杠和光杠转换机构。另外，操纵机构的设计也会影响到轴线的布置。我们将箱体内各轴布置在离操纵机构较近的位置，这样设计变速操纵机构可以方便的多。72 在满足上述要求的前提下，将进给箱设计的结构紧凑些，尺寸尽可能小些。也即尽可能缩小径向和横向尺寸。为缩小径向尺寸，可使箱体内某些轴线重合。对此，我们在设计传动系统图时就应可虑到。为减少两轴间的距离，在可能的条件下不采用过大的齿轮。在一个传动组内，当传动组的变速范围一定时，如能取最大的传动比恰好等于最小传动比的倒数，这时，传动件所占的空间将是最小的。3.6．2齿轮在轴上的布置和排列传动组内的滑移齿轮有的放在主动轴上，也有的放在从动轴上。在可能的情况下，最好放在主动轴上。因为机床传动链多是降速传动，主动轴的转速一般比从动轴的转速高，因此，滑移齿轮的尺寸小、重量轻、滑移省力。在一个变速传动组中，在变换转速时，必须使一个处于啮合的齿轮完全脱开会，另一个齿轮才能进入啮合。在三联滑移齿轮的排列中，如果把三联滑移齿轮一分为二，则能使轴向长度缩短，但是使得操作机构复杂了：两个滑移齿轮的操纵机构之间要用互锁机构，以防止同时有两个齿轮啮合。因此在该台车的进给箱里，我们仍然使用不分开的三联滑移齿轮。另外，我们还可以对两个转动组作统一的安排。除了一般的排列顺序外，我们可将固定齿轮放在一根轴上，而滑移齿轮放在另一根轴上。3.6.3传动轴安装方式的确定进给箱内的传动轴上都装有滚动轴承。由于单列向心轴承价格便宜：圆锥滚子轴承安装方便，且承载能力较大，还可承受轴向力。因此，这两种轴承在进给箱的传动轴上，应用最广。但我们设计的是小型台式车床，我们在传动轴上只考虑单列向心球轴承，根据经验和要求，我们还可以使用少量的推力球轴承，来承受轴向力。72 传动轴通过轴承在箱体内的轴向固定，可分为一端固定和两端固定两类。轴上装单列向心球轴承时可以一端固定也可以两端固定。一端固定方式的优点是轴受热后可以向一端自由延伸，而不至使轴受热后因无处延伸而变形，产生热应力，因此宜用于长轴。两端固定不宜用于长轴，因为受热膨胀后将引起过大的热应力。由于我们的进给箱尺寸不是很大，因此传动轴也不是很长，所以我们考虑对传动轴使用两端固定。另外，我们在设计轴时必须注意轴向定位问题：每一根轴轴向双向都必须定位。决不能有一个方向为未定位而使轴有可能轴向窜动。但是，也不能超定位—一个方向有两个定位。否则是会发生干涉的。弹性挡圈只能由于没有轴向力的轴向定位，有轴向力时不能用。另外，传动轴的轴承必须成对（指类型相同而不是指尺寸相同）使用，即两端都用向心球轴承或推力球轴承。其基本情况如下图所示3.6.4相啮合齿轮宽度的确定在一般情况下，一对相啮合的齿轮，宽度应该是相同的。但是考虑到操纵机构的定位不可能很准确，拨叉也存在着误差和磨损，使用时往往会发生错位。这时只有部分齿轮参加工作，会使齿轮寿命降低。为此，在轴向要求不是很紧凑的情况下，可以使小齿轮比大齿轮宽1~2毫米。这样带来的缺点是轴向尺寸将有所增加。综合考虑进给箱的整体情况，为了避免这样的缺点，我们在设计齿轮时，将相啮合齿轮的宽度设计成相同。72 4丝杠和光杠的设计丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。4.1设计参数加工最大长度1000mm主轴孔径40mm机床定位精度+0.03mm最大回转直径300mm使用寿命(h)=14400h传动精度要求=+0.02mm或=-0.02mm溜板及刀架重力（纵向）800N,（横向）600N丝杠长（纵向）1.4m，（横向）0.3m=2000r/min4.2　计算切削力4.2.1　横切端面主切削力可取纵切的1/2，为2680N.此时走刀抗力为,吃刀抗力为.72 4.2.2　纵车外圆主切削力按切削力各分比例4.3　丝杠4.3.1　计算进给牵引力纵向进给为综合性导轨　=式中　K—考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15　—滑动导轨摩擦系数：0.150.18　G—溜板及刀架重力X：G=1000N　(3-1)4.3.2　计算最大动负载CL=(3-2)72 n=(3-3)式中—滚珠丝杠导程，初选—6mm　　—最大切削力下的进给速度，可取最大进给速度的（），此处=0.6m/minT—使用寿命，按1500h；—运转系数，按一般运转而=1.21.5；L—寿命，以转为1单位n===50r/mL=s=6645.64.3.3　滚珠丝杠螺母副型号的选择可采用L400b外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，例2.5圈，其额定动负载为16400N，精度等级差表选为3级（大至相当于老标准E级）[8]4.3.4　传动效率计算72 (3-4)式中—螺旋升角，—摩擦角取，滚动摩擦系数0.0030.004=4.3.5　刚度验算最大牵引力为2530(N)，支承间距L=1000mm丝杠螺母轴承均预紧，预紧为最大轴向负荷的。(1)丝杠的拉伸或压缩变形量d根据=2530（N），，查出d=1.2，可算出：由于两端均采用的推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，鼓起拉压刚度可以提高4陪。其实际变形量为：(2)滚珠与螺纹滚道间接触变形查表按系列1列圈滚珠和螺纹滚道接触变形量：因此进行了预紧，(3)支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8107型推力球轴承，，滚动体直径72 ，滚动体数量z=18，注意，此公式中单位应为因施加预紧力，故=á定位精度〉4.4光杠光杠和丝杠受力情况基本相同，故其计算过程基本与丝杠相同，其直径同丝杠一样也为：D=40mm。72 5溜板箱的设计溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。5.1车床的重要组成部分车床中主轴箱，进给箱，交换齿轮箱，溜板箱是车床的最重要的组成部分。主轴箱；支撑主轴并带动工件做旋转运动。进给箱；进给传动系统的变速机构。交换齿轮箱；将主轴箱的运动传递给进给箱。溜板箱；接受光杠或丝杠传递的运动，以驱动床鞍和中滑板及刀架实现车刀的纵向，横向的运动。72 溜板箱分为床鞍，中滑板，小滑板三种。床鞍，小滑板做纵向移动，中滑板做横向移动。（如图1）5.2溜板箱的各部分功能与作用溜板箱是将丝杠和光杠传来的旋转运动转变为溜板箱的直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向。当机床过载时，能使刀架自动停止；还可以手动操纵刀架移动或实现快速运动等。固定在鞍座上，并悬挂在床身的前面。它包括齿轮、离合器及手动和自动进给床鞍用的手柄。溜板箱上有一个小齿轮。而小齿轮又与床身前下面的齿条相啮合，可用手转动溜扳箱手轮，可使床鞍纵向移动。溜板箱包括自动进给用的摩擦离合器和开合螺母,开合螺母停靠在丝杠螺纹的上方，仅在车螺纹时使用。普通车床,溜板箱是作为一个传动中介,由光杆或丝杆传动,里面可以实现对自动走刀,开合螺母的操作,大拖板主要实现纵向移动,中拖板作横向移动,小拖板作微量移动,如果转动磨盘角度可以车削短圆锥。72 溜板箱主要功用实现纵向、横向进给运动和快速移动。溜板箱主要由以下几总分组成：双向牙嵌式离合器M8和M9以及纵向、横向要动进给和快速移动操纵机构、开合螺母及其操给机构、互锁机构、超越离合器和安全离合器。1、纵向、横向机动进给及快速移动是由一个手柄集中操纵图1，当需要纵向移动刀架时，向相应方向（向左或向右）扳动手柄1.而操纵手柄1只能绕销1摆动，手柄1下部开口槽就拨动轴3轴向移动。轴3杠杆及7及扒杆8使鼓形凸轮9转动，凸轮9曲线槽迫使拨叉10移动，操纵轴ⅩⅩⅡ上牙嵌式双向离合器M8向相应方向啮合。这时如光杠轴号ⅩⅩⅡ转动，运动传给轴ⅩⅩ,使刀架作纵向机动进给；如按下手柄1上端快速移动按钮s快速电动机起动，刀架就可向相应方向快速移动，直到松开快速移动按钮时为止。如向前或向后扳动操纵手柄1，可轴14使鼓形凸轮13转动，凸轮13上曲线槽迫使杠杆12摆动，杠杆12又拔叉11拨动轴ⅩⅩⅡ上牙嵌式双向离合器M9向相应向方啮合。这时，如接通光杠或快速电动机就可使横刀架实现向前或向后横向机动进给或快速移动.操给手柄1处于中间位置时，离合器M8和M9脱开，这时机动进给及快速移动均被断开机床停止运动。72 5.3溜板箱的组成部分溜板箱由开合螺母结构.互锁结构.安全离合器.纵向.横向机动进给及快速移动的操作机构组成。（1）．开合螺母机构台式车床BL1430车削螺纹时，进给箱将运动传递给丝杠。合上开合螺母，就可带动溜板箱和刀架。开合螺母机构如图?—72 ?所示，由下半开合螺母1和上半开合螺母2组成，它们都可以沿溜板箱中竖直的燕尾形导轨上下移动。每个半螺母上装有一个圆柱销3，它们分别插进槽盘4的两条曲线槽8中。车削螺纹时，转动手柄5，使槽盘4转动，两个圆柱销带动上、下开合螺母互相靠拢，于是开合螺母就与丝杠啮合，槽盘4上的偏心圆弧槽8接近盘中心部分的倾斜角比较小，使开合螺母闭合后能自锁。限位螺钉7用以调节丝杠和螺母的间隙。1、2——下上开合螺母；3——圆柱销；4——槽盘；5——手柄；6——轴；7——螺钉（2）．纵向、横向机动进给及快速移动的操纵机构台式车床bl1340纵向、横向机动进给及快速移动的操纵机构，由手柄1集中操纵。当需要纵向移动刀架时，向相应方向(向左或向右)扳动操纵手柄l。由于轴14用台阶卡环轴向固定在箱体上，操纵手柄1便绕销3摆动，于是手柄1下部的开口槽就拨动轴4轴向移动。轴4通过杠杆7及推杆8使凸轮9转动，凸轮9的曲线槽使拨叉10移动，于是便操纵轴Ⅲ72 上的牙嵌离合器M。，向相应方向啮合，这时如光杠转动，就可使刀架作纵向机动进给运动，如按下手柄1上端的快速移动按钮，快速电动机启动，刀架就可向相应方向快速移动，直到松开快速按钮时为止。如向前或向后扳动手柄1，手柄1通过轴14使凸轮13转动，凸轮13上的曲线槽便使杠杆12摆动，杠杆12又使拨叉11移动，于是拨叉便拨动牙嵌离合器M，，向相应方向啮合，这时如接通光杠或快速电动机，就可使横刀架实现向前或向后的横向机动进给或快速移动。手柄1处于中间位置时，离合器M‘及M，脱开，断开机动进给及快速移动。盖2上开有十字形槽，使操纵手柄不能同时接合纵向和横向运动。（3）．互锁机构台式车床bl1430为了避免损坏机床，在接通机动进给或快速移动时，对开螺母不应合上，反之，合上对开螺母时，就不允许接通机动进给和快速移动。是进给及快速操纵手柄处于中间位置时的情况。这时机动进给(或快速移动)未接通，对开螺母也处于对开状态，所以这时可任意地接合对开螺母操纵手柄或进给操纵手柄。合上对开螺母时的情况。这时由于手柄轴5转过了一个角度，它的凸肩旋人到轴6的槽中，将轴6卡住，使它不能转动，同时凸肩又将销3压入到轴l的孔中，由于销3的另一半尚留在固定套4中，所以就将轴1卡住，使它不能轴向移动。由此可见，如合上对开螺母，进给及快移的操纵手柄就被锁住，不能扳动，因此能避免同时接通机动进给或快速移动。向左扳动进给及快速操纵手柄时的情况(接通向左的纵向进给或快速移动)。这时轴1向右移动，轴l上的圆孔也随之移开，销3被轴1的表面顶住，不能向下移动，于是它的上端就卡在手柄轴5的V形槽中，将手柄轴5锁住，使对开螺母操纵手柄轴5不能转动，也就是使对开螺母不能闭合。进给及快移操纵手柄向前扳动时的情况(接通向前的横向进给或快速移动)。这时，由于轴6转动，其上的长槽也随之转开，于是手柄轴5上的凸肩被轴6顶住而不能转动，所以这时对开螺母也不能闭合。台式车床bl1430快速电动机使刀架纵横快速移动，其启动按钮位于手柄的顶部。在蜗杆轴盟n的左端与齿轮之间装有超越离合器，以避免光杠和快速电动机同时传动轴删。72 机动进给时，由光杠传来的低速进给运动使齿轮1(即超越离合器的外环)按图示逆时针方向转动。三个圆柱滚子3在弹簧5的弹力和摩擦力的作用下，楔紧在齿轮1和星形体2之间，齿轮1就可经滚子3带动星形体2一起转动，进给运动再经超越离合器右边的安全离合器6和7传至轴删。按下快移按钮，快速电动机经齿轮副13／29传动轴删，经安全离合器使星形体2得到一个与齿轮1转向相同但转速高得多的转动。这时，摩擦力使滚子3经销4压缩弹簧5向楔形槽的宽端滚动，脱开了齿轮1与星形体2之间的联系。因此，快移时可以不用脱开进给链。（4）．安全离合器台式车床bl1430机动进给时，如进给力过大或刀架移动受阻，则有可能损坏机件。为此，在进给链中设有安全离合器，来自动地停止进给。安全离合器的结构如图7超越离合器的星形体2空套在轴删上。安全离合器的左半部6用键固定在星形体2上。安全离合器的右半部7经花键与轴删相连。运动经星形体2及安全离合器左、右半部6和7传给轴删溜板箱在车床上充当着关重要的作用。既然它如此重要那么它要是出现任何故障将会有什么结果呢？5.4横向进给丝杠1　计算进给牵引力横向进给为燕尾形贴塑导轨。2　计算载荷Fc(N)有已知条件查得,,，72 则3　计算额定动载荷计算值初选L0=5mm(3-5)代入数值4　确定丝杠型号以及有关数据由于Ca>=Ca’,查表选FYC1D2505-2.5型,Ca=9610N由表得丝杠副的有关数据[7]公称直径D0=25mm,导程P=5mm，螺旋角,直径do=3.175mm按表中尺寸公式计算[7]：半径偏心距为:丝杠内径72 3.5.5　稳定性验算(采用F-S)（1)　由于一端轴向固定的长丝杠在工作是可能发生失稳，所以设计是应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]，丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷(N)。式中，E为丝杠材料的弹性模量，E=206GPa；ｌ为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（m2）；为长度系数，依题意(3-6)取=2/3时，安全系数S=Fcr/Fm=2.01×105/1100.7=182.68[S]＝1.53.3.（2）　高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速——临界转速,需求丝杠的最大转速<，查表取fc=3.927，=2/3时，(3-7)72 所以丝杠工作时不会发生共振，丝杠副工作稳定。6　效率验算丝杠副的传动效率为(3-8)η要求在90%~95%之间，所以该丝杠合格。经上所述计算验证,滚珠丝杠副支撑形式为一端固定一端游动，满足条件。因此滚珠丝杠副支撑形式选两端固定也满足条件，即FYC1D—2505—2.5各项性能均符合题目要求，可选用。3.5.7　刚度验算丝杠在工作负载F(N)和转矩T共同作用下引起每个导程的变形量为(3-9)其中A为丝杠截面积,为丝杠极惯性矩，,G为丝杠切变模量，对钢G=83.3Gpa,T72 ,(3-10)为摩擦角，其正切值为摩擦系数，为平均工作负载，取摩擦系数为，则按最不利的情况(F=Fm)时(3-11)　则丝杠在工作长度上的弹性变形引起的导程误差为通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2。即所以其刚度可满足要求。5.6轴承的选择和验算轴承选择成对安装角接触球轴承，46300型，其额定动载荷Cr=6800N。取1/3,ε=3。（角接触球轴承）72 (3-29)代入数值，寿命h=L×106/60nv=4.63×106/60×30=65814(h)所以选46300型GB292-83的轴承满足条件。72 6刀架的选用刀架：刀架部件由几层刀架组成，它的功能是装夹刀具，使刀具作纵向、横向或斜向进给运动。要根据车床的具体用途、加工的零件种类以及用户的要求等方面进行考虑。BL系列台式车床是一种小型的车床，它只要达到普通车床的用途即可，即：能车削内外圆柱面，内内外圆锥面、环槽及成形回转表面；车削端面及加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹；能够进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等操作。鉴于此，在设计BL系列台式车床的刀架和拖板时选择普通的方刀架，大、中、小拖板均可。这种刀架可以同时装夹四把车刀或四组刀具，方刀架体可以转到四个位置（间隔90度），从而使四把刀轮流进行车削。72 7总　结进给结构的设计是机床设计中比较复杂也比较重要的一部分，我们将其分为三大方面的内容，一是机床总体的设计方案，二是进给箱设计方案的选定，三是丝杠和光杠的选定，四是溜板箱设计方案选定，五是刀架的选用。在进给箱选定时，针对BL系列台车的独特特点，我们选择了最适合的其结构特点的设计方案——两轴滑移式结构。经过这次毕业设计,我体会到任何一向设计都是不容易的。要经过严格的计算、选择，重要的是要与实际相结合，才能设计出经济、实用的产品，这也是设计的主要目的之一。同时我也意识到自己还有许多不足之处，知识掌握得不够牢固，今后需要不断的努力来弥补自己的不足。通过分析设计题目和要求之后，特别是机械部分的计算，有时不只一次计算，还要进行多次反复的计算和校核，可能才能符合要求。同时还必须不断翻阅多本参考书目，查找所需的相关信息。所以通过这次毕业设计我又重新学习了很多知识，对我以后的发展已到了非常重要的作用。72 致谢首先，我要感谢河南理工大学，感谢机械系对我四年的培养，让我学到了许许多多的知识，感谢各位老师在这四年里对我的关怀与照顾，在此致以我深深的谢意。本论文从选题到最后定稿成文，本校张燕老师一直给予了悉心指导，张老师那种严谨求实的作风，广博深邃的洞察力，孜孜不倦的开拓精神和敬业精神令我深受启迪和教益，谨向我的指导老师王建华老师致以深深的谢意。回首半年的论文设计工作，组里融洽的工作环境、浓厚的学习氛围将使我终生难忘。同时感谢我周围的同学，感谢他们给与我的无私帮助，祝愿他们在今后的学习和生活中一帆风顺！但是，由于笔者水平有限，在理论的描述、资料的运用等方面难免有不当、不深，不周之处，有些观点也尚欠成熟，敬请各位老师批评指正。最后，我还要向所有曾经帮助过我的同学和朋友们致敬。你们的鼓励和帮助永远是我前进的动力。72 参考文献[1]戴曙.金属切削机床[M].北京：机械工业出版社，1992，10.[2]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科技出版社，1995，25-26.[3]刘传绍.机械制造技术基础[M].中国电力出版社[4]贾亚洲.金属切削机床概论[M].机械工业出版社，2004：58-61.[5]纪明刚.机械设计[M].高等教育出版社，2002：22-29.[6].戴曙.金属切削机床设计[M].北京：机械工业出版社[7]郑堤，唐可洪.机电一体化设计基础[M].机械工业出版社，2004：21-28.[8]卜云峰．机械工业及自动化简明设计手册上下册[M]．北京：机械工业出社，1999，32.[9]孙恒,陈作模.机械原理.高等教育出版社[M].1997：78.[10]刘鸿文.材料力学.[M].第三版.高等教育出版社[11]邹慧君.机械系统概念设计[M].北京:机械工业出版社，2003：61-63.[12]DivasShetty.MechatronicsSystemDesign[M].London：Thomson,2006.[13]彭玉才.传动链-对数功率谱比较法诊断齿轮箱的噪声源[J].哈尔滨工业大学学报，1989，9（3）：1-2.72 附录：外文资料与中文翻译外文资料：1LatheLathesaremachinetoolsdesignedprimarilytodoturning,facingandboring,Verylittleturningisdoneonothertypesofmachinetools,andnonecandoitwithequalfacility.Becauselathesalsocandodrillingandreaming,theirversatilitypermitsseveraloperationstobedonewithasinglesetupoftheworkpiece.Consequently,morelathesofvarioustypesareusedinmanufacturingthananyothermachinetool.Theessentialcomponentsofalathearethebed,headstockassembly,tailstockassembly,andtheleadscrewandfeedrod.Thebedisthebackboneofalathe.Itusuallyismadeofwellnormalizedoragedgrayornodularcastironandprovidessheavy,rigidframeonwhichalltheotherbasiccomponentsaremounted.Twosetsofparallel,longitudinalways,innerandouter,arecontainedonthebed,usuallyontheupperside.SomemakersuseaninvertedV-shapeforallfourways,whereasothersutilizeoneinvertedVandoneflatwayinoneorbothsets,theyareprecision-machinedtoassureaccuracyofalignment.Onmostmodernlathesthewayaresurface-hardenedtoresistwearandabrasion,butprecautionshouldbetakeninoperatingalathetoassurethatthewaysarenotdamaged.Anyinaccuracyinthemusuallymeansthattheaccuracyoftheentirelatheisdestroyed.Theheadstockismountedinafoxedpositionontheinnerways,usuallyattheleftendofthebed.Itprovidesapoweredmeans72 ofrotatingthewordatvariousspeeds.Essentially,itconsistsofahollowspindle,mountedinaccuratebearings,andasetoftransmissiongears-similartoatrucktransmission—throughwhichthespindlecanberotatedatanumberofspeeds.Mostlathesprovidefrom8to18speeds,usuallyinageometricratio,andonmodernlathesallthespeedscanbeobtainedmerelybymovingfromtwotofourlevers.Anincreasingtrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedrangethroughelectricalormechanicaldrives.Becausetheaccuracyofalatheisgreatlydependentonthespindle,itisofheavyconstructionandmountedinheavybearings,usuallypreloadedtaperedrollerorballtypes.Thespindlehasaholeextendingthroughitslength,throughwhichlongbarstockcanbefed.Thesizeofmaximumsizeofbarstockthatcanbemachinedwhenthematerialmustbefedthroughspindle.Thetailstockassemblyconsists,essentially,ofthreeparts.Alowercastingfitsontheinnerwaysofthebedandcanslidelongitudinallythereon,withameansforclampingtheentireassemblyinanydesiredlocation;Anuppercastingfitsontheloweroneandcanbemovedtransverselyuponit,onsometypeofkeyedways,topermitaligningtheassemblyisthetailstockquill.Thisisahollowsteelcylinder,usuallyabout51to76mm(2to3inches)indiameter,thatcanbemovedseveralincheslongitudinallyinandoutoftheuppercastingbymeansofahandwheelandscrew.Thesizeofalatheisdesignatedbytwodimensions.Thefirstisknownastheswing.Thisisthemaximumdiameterofworkthatcanberotatedonalathe.Itisapproximatelytwicethedistancebetweenthelineconnectingthelathecentersandthenearestpointontheways,Thesecondsizedimensionisthemaximumdistance72 betweencenters.Theswingthusindicatesthemaximumworkpiecediameterthatcanbeturnedinthelathe,whilethedistancebetweencentersindicatesthemaximumlengthofworkpiecethatcanbemountedbetweencenters.Enginelathesarethetypemostfrequentlyusedinmanufacturing.Theyareheavy-dutymachinetoolswithallthecomponentsdescribedpreviouslyandhavepowerdriveforalltoolmovementsexceptonthecompoundrest.Theycommonlyrangeinsizefrom305to610mm(12to24inches)swingandfrom610to1219mm(24to48inches)centerdistances,butswingsupto1270mm(50inches)andcenterdistancesupto3658mm(12feet)arenotuncommon.Mosthavechippansandabuilt-incoolantcirculatingsystem.Smallerenginelathes-withswingsusuallynotover330mm(13inches)–alsoareavailableinbenchtype,designedforthebedtobemountedonabenchonabenchorcabinet.Althoughenginelathesareversatileandveryuseful,becauseofthetimerequiredforchangingandsettingtoolsandformakingmeasurementsontheworkpiece,thyarenotsuitableforquantityproduction.Oftentheactualchip-productiontineislessthan30%ofthetotalcycletime.Inaddition,askilledmachinistisrequiredforalltheoperations,andsuchpersonsarecostlyandofteninshortsupply.However,muchoftheoperator’stimeisconsumedbysimple,repetitiousadjustmentsandinwatchingchipsbeingmade.Consequently,toreduceoreliminatetheamountofskilledlaborthatisrequired;turretlathes,screwmachines,andothertypesofsemiautomaticandautomaticlatheshavebeenhighlydevelopedandarewidelyusedinmanufacturing.2NumericalControlOneofthemostfundamentalconceptsintheareaofadvancedmanufacturingtechnologiesisnumericalcontrol(NC).Priortothe72 adventofNC,allmachinetoolseremanuallyoperatedandcontrolled.Amongthemanylimitationsassociatedwithmanualcontrolmachinetools,perhapsnoneismoreprominentthanthelimitationofoperatorskills.Withmanualcontrol,thequalityoftheproductisdirectlyrelatedtoandlimitedtotheskillsoftheoperator.Numericalcontrolrepresentsthefirstmajorstepawayfromhumancontrolofmachinetools.Numericalcontrolmeansthecontrolofmachinetoolsandothermanufacturingsystemsthroughtheuseofprerecorded,writtensymbolicinstructions.Ratherthanoperatingamachinetool,anNCtechnicianwritesaprogramthatissuesoperationalinstructionstothemachinetool.Foramachinetooltobenumericallycontrolled,itmustbeinterfacedwithadeviceforacceptinganddecodingtheprogrammedinstructions,knownasareader.Numericalcontrolwasdevelopedtoovercomethelimitationofhumanoperators,andithasdoneso.Numericalcontrolmachinesaremoreaccuratethanmanuallyoperatedmachines,theycanproducepartsmoreuniformly,theyarefaster,andthelong-runtoolingcostsarelower.ThedevelopmentofNCledtothedevelopmentofseveralotherinnovationsinmanufacturingtechnology:Electricaldischargemachining,Lasercutting,Electronbeamwelding.Numericalcontrolhasalsomademachinetoolsmoreversatilethantheirmanuallyoperatedpredecessors.AnNCmachinetoolcanautomaticallyproduceawideofparts,eachinvolvinganassortmentofwidelyvariedandcomplexmachiningprocesses.Numericalcontrolhasallowedmanufacturerstoundertaketheproductionofproductsthatwouldnothavebeenfeasiblefroman72 economicperspectiveusingmanuallycontrolledmachinetollsandprocesses.Likesomanyadvancedtechnologies,NCwasborninthelaboratoriesoftheMassachusettsInstituteofTechnology.TheconceptofNCwasdevelopedintheearly1950swithfundingprovidedbytheU.S.AirForce.Initsearlieststages,NCmachineswereabletomadestraightcutsefficientlyandeffectively.However,curvedpathswereaproblembecausethemachinetoolhadtobeprogrammedtoundertakeaseriesofhorizontalandverticalstepstoproduceacurve.Theshorterthestraightlinesmakingupthesteps,thesmootheristhecurve,eachlinesegmentinthestepshadtobecalculated.Thisproblemledtothedevelopmentin1959oftheAutomaticallyProgrammedTools(APT)language.ThisisaspecialprogramminglanguageforNCthatusesstatementssimilartoEnglishlanguagetodefinethepartgeometry,describethecuttingtoolconfiguration,andspecifythenecessarymotions.ThedevelopmentoftheAPTlanguagewasamajorstepforwardinthefurtheredevelopmentfromthoseusedtoday.Themachineshadhardwiredlogiccircuits.Theinstructionalprogramswerewrittenonpunchedpaper,whichwaslatertobereplacedbymagneticplastictape.Atapereaderwasusedtointerprettheinstructionswrittenonthetapeforthemachine.Together,allofthisrepresentedagiantstepforwardinthecontrolofmachinetools.However,therewereanumberofproblemswithNCatthispointinitsdevelopment.Amajorproblemwasthefragilityofthepunchedpapertapemedium.Itwascommonforthepapertapecontainingtheprogrammedinstructionstobreakortearduringamachiningprocess.Thisproblemwasexacerbatedbythefactthateachsuccessivetimea72 partwasproducedonamachinetool;thepapertapecarryingtheprogrammedinstructionshadtobererunthroughthereader.Ifitwasnecessarytoproduce100copiesofagivenpart,itwasalsonecessarytorunthepapertapethroughthereader100separatetines.Fragilepapertapessimplycouldnotwithstandtherigorsofashopfloorenvironmentandthiskindofrepeateduse.Thisledtothedevelopmentofaspecialmagneticplastictape.Whereasthepapercarriedtheprogrammedinstructionsasaseriesofholespunchedinthetape,theplastictapecarriedtheinstructionsasaseriesofmagneticdots.Theplastictapewasmuchstrongerthanthepapertape,whichsolvedtheproblemoffrequenttearingandbreakage.However,itstilllefttwootherproblems.Themostimportantofthesewasthatitwasdifficultorimpossibletochangetheinstructionsenteredonthetape.Tomadeeventhemostminoradjustmentsinaprogramofinstructions,itwasnecessarytointerruptmachiningoperationsandmakeanewtape.Itwasalsostillnecessarytorunthetapethroughthereaderasmanytimesastherewerepartstobeproduced.Fortunately,computertechnologybecamearealityandsoonsolvedtheproblemsofNCassociatedwithpunchedpaperandplastictape.Thedevelopmentofaconceptknownasdirectnumericalcontrol(DNC)solvedthepaperandplastictapeproblemsassociatedwithnumericalcontrolbysimplyeliminatingtapeasthemediumforcarryingtheprogrammedinstructions.Indirectnumericalcontrol,machinetoolsaretied,viaadatatransmissionlink,toahostcomputer.Programsforoperatingthemachinetoolsarestoredinthehostcomputerandfedtothemachinetoolanneededviathedatatransmissionlinkage.Directnumericalcontrolrepresentedamajorstepforwardoverpunchedtapeandplastictape.However,72 itissubjecttothesamelimitationsasalltechnologiesthatdependonahostcomputer.Whenthehostcomputergoesdown,themachinetoolsalsoexperiencedowntime.Thisproblemledtothedevelopmentofcomputernumericalcontrol.3TurningTheenginelathe,oneoftheoldestmetalremovalmachines,hasanumberofusefulandhighlydesirableattributes.Todaytheselathesareusedprimarilyinsmallshopswheresmallerquantitiesratherthanlargeproductionrunsareencountered.Theenginelathehasbeenreplacedintoday’sproductionshopsbyawidevarietyofautomaticlathessuchasautomaticofsingle-pointtoolingformaximummetalremoval,andtheuseofformtoolsforfinishonaparwiththefastestprocessingequipmentonthescenetoday.Tolerancesfortheenginelathedependprimarilyontheskilloftheoperator.Thedesignengineermustbecarefulinusingtolerancesofanexperimentalpartthathasbeenproducedontheenginelathebyaskilledoperator.Inredesigninganexperimentalpartforproduction,economicaltolerancesshouldbeused.TurretLathesProductionmachiningequipmentmustbeevaluatednow,morethaneverbefore,thiscriterionforestablishingtheproductionqualificationofaspecificmethod,theturretlathemeritsahighrating.Indesigningforlowquantitiessuchas100or200parts,itismosteconomicaltousetheturretlathe.Inachievingtheoptimumtolerancespossibleontheturretslathe,thedesignershouldstriveforaminimumofoperations.72 AutomaticScrewMachinesGenerally,automaticscrewmachinesfallintoseveralcategories;single-spindleautomatics,multiple-spindleautomaticsandautomaticchuckingmachines.Originallydesignedforrapid,automaticproductionofscrewsandsimilarthreadedparts,theautomaticscrewmachinehaslongsinceexceededtheconfinesofthisnarrowfield,andtodayplaysavitalroleinthemassproductionofavarietyofprecisionparts.Quantitiesplayanimportantpartintheeconomyofthepartsmachinedontheautomaticscrewmachine.Quantitieslessthanontheautomaticscrewmachine.Thecostofthepartsmachinedcanbereducediftheminimumeconomicallotsizeiscalculatedandthepropermachineisselectedforthesequantities.AutomaticTracerLathesSincesurfaceroughnessdependsgreatlyonmaterialturned,tooling,andfeedsandspeedsemployed,minimumtolerancesthatcanbeheldonautomatictracerlathesarenotnecessarilythemosteconomicaltolerances.Insomecases,tolerancesof0.05mmareheldincontinuousproductionusingbutonecut.Groovewidthcanbeheldto0.125mmonsomeparts.Boresandsingle-pointfinishescanbeheldto0.0125mm.Onhigh-productionrunswheremaximumoutputisdesirable,aminimumtoleranceof0.125mmiseconomicalonbothdiameterandlengthofturn.72 中文翻译：1.车床车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行，而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此，在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。车床的基本部件有：床身、主轴箱组件、尾座组件、溜板组件、丝杠和光杠。床身是车床的基础件。它能常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铁制成。它是一个坚固的刚性框架，所有其他基本部件都安装在床身上。通常在床身上有内外两组平行的导轨。有些制造厂对全部四条导轨都采用导轨尖朝上的三角形导轨（即山形导轨），而有的制造厂则在一组中或者两组中都采用一个三角形导轨和一个矩形导轨。导轨要经过精密加工以保证其直线度精度。为了抵抗磨损和擦伤，大多数现代机床的导轨是经过表面淬硬的，但是在操作时还应该小心，以避免损伤导轨。导轨上的任何误差，常常意味着整个机床的精度遭到破坏。72 主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上，一般在床身的左端。它提供动力，并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮(类似于卡车变速箱)所组成。通过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有8~12种转速，一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动2~4个手柄，就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。由于机床的精度在很大程度上取决于主轴，因此，主轴的结构尺寸较大，通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因此当工件必须通过主轴孔供料时，它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。尾座组件主要由三部分组成。底板与床身的内侧导轨配合，并可以在导轨上作纵向移动。底板上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座体安装在底板上，可以沿某种类型的键槽在底板上横向移动，使尾座能与主轴箱中的主轴对正。尾座的第三个组成部分是尾座套筒。它是一个直径通常大约在51~76mm（2~3英寸）之间的钢制空心圆柱体。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几个英寸。车床的规格用两个尺寸表示。第一个称为车床的床面上最大加工直径。这是在车床上能够旋转的工件的最大直径。它大约是两顶尖连线与导轨上最近点之间距离的两倍。第二个规格尺寸是两顶尖之间的最大距离。车床床面上最大加工直径表示在车床上能够车削的最大工件直径，而两顶尖之间的最大距离则表示在两个顶尖之间能够安装的工件的最大长度。72 普通车床是生产中最经常使用的车床种类。它们是具有前面所叙的所有那些部件的重载机床，并且除了小刀架之外，全部刀具的运动都有机动进给。它们的规格通常是：车床床面上最大加工直径为305~610mm（12~24英寸）；但是，床面上最大加工直径达到1270mm（50英寸）和两顶尖之间距离达到3658mm的车床也并不少见。这些车床大部分都有切屑盘和一个安装在内部的冷却液循环系统。小型的普通车床—车床床面最大加工直径一般不超过330mm（13英寸）--被设计成台式车床，其床身安装在工作台或柜子上。虽然普通车床有很多用途，是很有用的机床，但是更换和调整刀具以及测量工件花费很多时间，所以它们不适合在大量生产中应用。通常，它们的实际加工时间少于其总加工时间的30%。此外，需要技术熟练的工人来操作普通车床，这种工人的工资高而且很难雇到。然而，操作工人的大部分时间却花费在简单的重复调整和观察切屑过程上。因此，为了减少或者完全不雇用这类熟练工人，六角车床、螺纹加工车床和其他类型的半自动和自动车床已经很好地研制出来，并已经在生产中得到广泛应用。2.数字控制先进制造技术中的一个基本的概念是数字控制（NC）。在数控技术出现之前，所有的机床都是由人工操纵和控制的。在与人工控制的机床有关的很多局限性中，操作者的技能大概是最突出的问题。采用人工控制是，产品的质量直接与操作者的技能有关。数字控制代表了从人工控制机床走出来的第一步。72 数字控制意味着采用预先录制的、存储的符号指令来控制机床和其他制造系统。一个数控技师的工作不是去操纵机床，而是编写能够发出机床操纵指令的程序。对于一台数控机床，其上必须安有一个被称为阅读机的界面装置，用来接受和解译出编程指令。发展数控技术是为了克服人类操作者的局限性，而且它确实完成了这项工作。数字控制的机器比人工操纵的机器精度更高、生产出零件的一致性更好、生产速度更快、而且长期的工艺装备成本更低。数控技术的发展导致了制造工艺中其他几项新发明的产生：电火花加工技术、激光切割、电子束焊接数字控制还使得机床比它们采用有人工操的前辈们的用途更为广泛。一台数控机床可以自动生产很多类的零件，每一个零件都可以有不同的和复杂的加工过程。数控可以使生产厂家承担那些对于采用人工控制的机床和工艺来说，在经济上是不划算的产品生产任务。同许多先进技术一样，数控诞生于麻省理工学院的实验室中。数控这个概念是50年代初在美国空军的资助下提出来的。在其最初的价段，数控机床可以经济和有效地进行直线切割。然而，曲线轨迹成为机床加工的一个问题，在编程时应该采用一系列的水平与竖直的台阶来生成曲线。构成台阶的每一个线段越短，曲线就越光滑。台阶中的每一个线段都必须经过计算。72 在这个问题促使下，于1959年诞生了自动编程工具（APT）语言。这是一个专门适用于数控的编程语言，使用类似于英语的语句来定义零件的几何形状，描述切削刀具的形状和规定必要的运动。APT语言的研究和发展是在数控技术进一步发展过程中的一大进步。最初的数控系统下今天应用的数控系统是有很大差别的。在那时的机床中，只有硬线逻辑电路。指令程序写在穿孔纸带上（它后来被塑料带所取代），采用带阅读机将写在纸带或磁带上的指令给机器翻译出来。所有这些共同构成了机床数字控制方面的巨大进步。然而，在数控发展的这个阶段中还存在着许多问题。一个主要问题是穿孔纸带的易损坏性。在机械加工过程中，载有编程指令信息的纸带断裂和被撕坏是常见的事情。在机床上每加工一个零件，都需要将载有编程指令的纸带放入阅读机中重新运行一次。因此，这个问题变得很严重。如果需要制造100个某种零件，则应该将纸带分别通过阅读机100次。易损坏的纸带显然不能承受严配的车间环境和这种重复使用。这就导致了一种专门的塑料磁带的研制。在纸带上通过采用一系列的小孔来载有编程指令，而在塑料带上通过采用一系列的磁点眯载有编程指令。塑料带的强度比纸带的强度要高很多，这就可以解决常见的撕坏和断裂问题。然而，它仍然存在着两个问题。其中最重要的一个问题是，对输入到带中指令进行修改是非常困难的，或者是根本不可能的。即使对指令程序进行最微小的调整，也必须中断加工，制作一条新带。而且带通过阅读机的次数还必须与需要加工的零件的个数相同。幸运的是，计算机技术的实际应用很快解决了数控技术中与穿孔纸带和塑料带有关的问题。72 在形成了直接数字控制（DNC）这个概念之后，可以不再采用纸带或塑料带作为编程指令的载体，这样就解决了与之有关的问题。在直接数字控制中，几台机床通过数据传输线路联接到一台主计算机上。操纵这些机床所需要的程序都存储在这台主计算机中。当需要时，通过数据传输线路提供给每台机床。直接数字控制是在穿孔纸带和塑料带基础上的一大进步。然而，它敢有着同其他信赖于主计算机技术一样的局限性。当主计算机出现故障时，由其控制的所有机床都将停止工作。这个问题促使了计算机数字控制技术的产生。微处理器的发展为可编程逻辑控制器和微型计算机的发展做好了准备。这两种技术为计算机数控（CNC）的发打下了基础。采用CNC技术后，每台机床上都有一个可编程逻辑控制器或者微机对其进行数字控制。这可以使得程序被输入和存储在每台机床内部。它还可以在机床以外编制程序，并将其下载到每台机床中。计算机数控解决了主计算机发生故障所带来的问题，但是它产生了另一个被称为数据管理的问题。同一个程序可能要分别装入十个相互之间没有通讯联系的微机中。这个问题目前正在解决之中，它是通过采用局部区域网络将各个微机联接起来，以得于更好地进行数据管理。3.车削加工普通车床作为最早的金属切削机床的一种，目前仍然有许多有用的和为人要的特性和为人们所需的特性。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大批量的和产。在现代的生产车间中，普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代，诸如自动仿形车床，六角车床和自动螺丝车床。现在，设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量，然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。72 普通车床的加偏差主要信赖于操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验件的公差。在把试验伯重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。六角车床对生产加工设备来说，目前比过去更注重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来评价具体的加工方法，六角车床可以获得较高的质量评定。在为小批量的零件（100~200件）设计加工方法时，采用六角车床是最经济的。为了在六角车床上获得尽可能小的公差值，设计人员应该尽量将加工工序的数目减至最少。自动螺丝车床自动螺丝车床通被分为以下几种类型：单轴自动、多轴自动和自动夹紧车床。自动螺丝车床最初是被用来对螺钉和类似的带有螺纹的零件进行自动化和快速加工的。但是，这种车床的用途早就超过了这个狭窄的范围。现在，它在许多种类的精密零件的大批量生产中起着重要的作用。工件的数量对采用自动螺丝车床所加工的零件的经济性有较大的影响。如果工件的数量少于1000件，在六角车床上进行加工比在自动螺丝车床上加工要经济得多。如果计算出最小经济批量，并且针对工件批量正确地选择机床，就会降低零件的加工成本。自动仿形车床因为零件的表面粗糙度在很大程度上取决于工件材料、刀具、进给量和切削速度，采用自动仿形车床加工所得到的最小公差一定是最经济的公差。72 在某些情况下，在连续生产过程中，只进行一次切削加工时的公差可以达到0.05mm。对于某些零件，槽宽的公差可以达到0.125mm。镗孔和休用单刃刀具进行精加工时，公差可达到0.0125mm。在希望获得最大主量的大批量生产中，进行直径和长度的车削时的最小公差值为0.125mm是经济的。72'