立式铣床立铣头设计摘 要随着制造业的发展，高速度、高效率、高精度和高刚度已经成为当今机床发展的主要方向为了满足当前机床市场的需要，铣床已经成为了当今机械行业一个重要的发展趋势，特别是在工业制造，加工过程中有着举足轻重的地位在各式各样的机床中，立式铣床有着独特的加工对象主要是对大型的平面、沟槽等进行铣削在对铣床的研究中达到了一定的水平，从而铣床的主要配件立铣头的研究在一定程度上也达到了空前的规模通过以往的加工经验可以对立铣头的研究在一定程度上有所改进，铣床主轴是靠齿轮进行传动的铣床铣头的转动方式有多种多样，每种机床铣头的形式都不尽相同立铣头的传动方式也是多种多样，立铣头主轴传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确等优点，齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力现在的工业发展对铣削有了更加苛刻的要求，高精度、高速度、高效率、复合型、智能型等是今后发展的主要趋势关键词：铣床；齿轮传动；传动系统图；立铣头 Vertical Milling Machine Legislation XitouAbstractWith the development of the manufacturing sector, high-speed, high efficiency, high precision and high rigidity of the current machine has become the main direction. In order to meet the needs of the market at present machine, milling machine has become today's machinery industry an important development trend, especially in the industrial manufacturing, processing is a pivotal position. In all kinds of machine tools, vertical milling machine has the unique objects. The main is milling , such as the plane and groove act. Milling spindles is on the gear transmission. Milling head turns way each are not identical , The main axis milling machine is relying on the power transmission gear. Spindle drive system using gear transmission, transmission using centralized form of transmission, multi-spindle transmission system of sliding gear transmission. Gear transmission with high efficiency, compact, reliable, long life and accurate transmission than the advantages of modern machinery is gearing the application of the most extensive transmission mechanism for the transfer of space or any multi-axis between the two axes of movement and Momentum.Key Words : Milling machine ; gear transmission ; vertical milling head ; Transmission systems目 录摘 要 IAbstract II1 绪论 11.1课题研究的目的及意义 11.2国内外机床的发展现状 11.3机床的发展趋势 31.4 目前铣床方面存在的一些问题 41.5立式升降台铣床其主要组成部分 51.5.1 铣头 51.5.2 主轴 51.5.3 工作台 51.5.4 床鞍 51.5.5 升降台 61.6 立铣头结构 62 总体设计 72.1 立铣头的功能分析 72.2 方案的提出 72.3详细的设计 102.3.1分析拟定传动方案 102.3.2选择电动机 112.4进给转速图和传动系统图的设计 122.4.1设计步骤 122.4.2确定极限转速 132.4.3确定公比 132.4.4求出主轴转速级数 132.4.5绘制转速图 132.4.6应该注意的问题 142.5铣削三要素与计算 142.5.1铣削三要素 142.5.2进给量 142.5.3 背吃刀量和侧吃刀量 142.5.4切削深度 142.5.5 切削层宽度 152.5.6切削层面积 152.6铣削用量的选择 152.6.1铣削用量的选择原则 152.6.2 铣削吃刀量的选择 162．7 切削液 162.7.1 切削液的作用 162.7.2切削液的加注方法 172.8铣床加工误差、故障分析及排除方法 172.9铣床及其刀具的介绍 182.9.1 铣床的介绍 182.9.2 铣刀的名称与用途 213 主轴的设计 233.1 主轴的基本要求 233.1.1 旋转精度 233.1.2 刚度 233.1.3 抗振性 243.2 主轴组件的布局 263.2.1适应刚度和承载能力的要求 263.2.2 适应精度的要求 273.2.3 适应结构要求 273.2.4 适应经济性要求 273.3 主轴结构的初步拟定 273.4 主轴的材料与热处理 283.5 主轴的技术要求 293.5.1轴颈 293.5.2 内锥孔 293.6 主轴结构图 293.7 主轴组件的润滑和密封 293.7.1主轴组件的润滑 293.7.2 主轴组件的密封 304 铣床附件及夹具 314.1铣床常用附件 314.1.1平口钳 314.1.2回转工作台 314.1.3立铣头 324.1.4万能分度头 324.2分度头的结构 324.2.1.主轴 334.2.2.本体 334.2.3支座 334.2.4端盖 334.2.5分度盘 334.2.6蜗轮副间隙调整及蜗杆脱落机构 334.2.7主轴锁紧机构 344.3分度头的传动系统 344.3.1.分度头的分度方法 345.传动件的选型及校核 385.1轴 385.1.1轴的拟定 385.1.2计算轴的功率、转速及轴颈 385.1.3轴的强度校核计算 405.2齿轮 425.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 425.2.2计算齿轮参数 425.2.3验算齿轮的弯曲强度 435.2.4计算主要几何参数 435.2.5润滑 435.3滚动轴承 445.4键的验算 445.5轴的强度校核计算 455.5.1传动轴校核计算 455.5.2主轴校核 466 结论 47参考文献 47致 谢 48毕业设计（论文）知识产权声明 48毕业设计（论文）独创性声明 49主 要 符 号 表铣刀直径铣刀每分钟转数电机功率切削功率空载功率载荷附加功率切削力的切向分力效率传动比弯矩转矩1 绪论1.1课题研究的目的及意义在我国的各个工农业生产部门，科研单位和国防部门中，使用着大量各式各样的机器，仪器和工具。
这些机器，仪器和工具大部分是由一定形状和尺寸的金属零件所组成，生产这些零件并将它们装配成机器，仪器和工具的工业，称为机械制造工业机械制造工业的任务，就是为国民经济各部门，科研单位和国防部门提供现代化的技术装备如果我们没有强大而完整的现代化机械制造工业，就无法用现代化的装备来武装各个国民经济部门，科研单位和国防部门，就不能独立而迅速地发展我们国家的制造水平，这样会被国外的先进技术所替代，我们的国家就会落后，进而陷入没有自主产权的地步铣床主要是利用刀具的旋转将工件表面多余的部分一层一层的切削而除去，从而形成具有一定尺寸，形状和精度的工件在一般的生产体系中，铣床的加工范围占整个机器生产的重要部分，一个高效而精确的铣头是铣床切削毛坯必不可少的配置铣床立铣头可绕水平轴在垂直平面内作回转调整，因而可铣削斜面；机床采用分度头和圆形工作台时，可铣削齿轮﹑铰刀和钻头的螺旋面，以及凸轮和圆弧槽等；由于是多到断续切削，因而铣床的切削效率高它的这种高效率和特殊的加工方法使得我们不断的研究和探索有关它的各种相关的配置及各式各样的机床1.2国内外机床的发展现状20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。
自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头 数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专用机床，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满 我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50％，库存超过4个月从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。
从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象但也反映了下列问题： （1）低技术水平的产品竞争激烈，相互靠压价促销； （2） 高技术水平、全功能产品主要靠进口； （3） 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口； （4） 应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用； （5） 自行开发能力较差，相对有较高技术水平产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9％左右，这与西方工业国家一般能达到20％的差距太大日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题每年我们国产全功能数控机床3000～4000台，日本1年产5万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口7000～9000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。
当时提出数控化改造的设备可达8～10万台，需投入80～100亿资金，但得到的经济效益将是投入的5～10倍以上因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6.8亿元，用于对1.2～1.8万台机床的数控化改造 数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展： 第1阶段：硬件数控（NC） 第1代：1952年的电子管 第2代：1959年晶体管分离元件 第3代：1965年的小规模集成电路第2阶段：软件数控（CNC） 第4代：1970年的小型计算机 第5代：1974年的微处理器 第6代：1990年基于个人PC机（PC－BASEO） 第6代的系统优点主要有： (1) 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到５万小时以上； (2) 基于PC平台，技术进步快，升级换代容易； (3) 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； (4) 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的NUM，日本的三菱、安川。
国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300～400套 近10年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步 (1) 高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3000～4000r/min提高到8000～10000r/min，铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5～2G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机2) 高精度化 数控机床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008mm左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.005～0.01μｍ，最小分辨率为1nm（0.mm）的数控系统和机床已有产品。
数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1um的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等 (3) 复合加工、新结构机床大量出现 如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件也派生出各新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求 (4) 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率加工钢件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min5) 数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流1.3机床的发展趋势制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造是制造业的核心现代的制造技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，它对国民生计起着越来与重要的作用。
对于现代机床的发展趋势，有一下几点总结1) 追求具有更高加工效率的机床因为提高机床的效率就等于缩短零件的加工周期，缩短加工周期有两条途径，一条途径是提高切削速度，即提高主轴转速目前车床和车削中心的主轴转速都在8000r/min以上，加工中心的主轴转速一般都在15000～20000r/min，还有40000r/min和60000r/min的同样，送给速度也有大幅度提高，可达20m/min，甚至60m/min随着切削速度的增加，机床的结构刚性和动态特性都有明显提高，高速主轴和刀具系统的动平衡设计也获得相应提高；另一条途径是减少非加工时间因为在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，因此，复合机床的研发近期发展很快，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序车床技术发展的主要趋势是多功能机床，目前的多功能复合机床实际上就是一台具有车削功能的加工中心在磨削方面，目前的技术重点是开发基于PC的磨削控制系统，一台磨床能进行内圆、外圆和台阶轴磨削，或给机床以不同的循环来加快生产进程，既磨得快又能保证尺寸精度和表面粗糙度 (2) 追求更加安全可靠和符合环保要求的机床。
由于机床的运行速度的提高，操作者的安全和健康也被提到优先考虑的位置目前美国研制的高档机床在可能伤害人的地方几乎都加有安全警示装置干切削和微量润滑剂切削方法因其可大大减少润滑剂的挥发而得到越来越广泛的应用，并且，几乎整个机床都是被封闭起来的，有些机床甚至看不到切屑，这样，即使有过量的油雾和烟雾也容易收集同时，机床操作者在工作时的环境、位置会被考虑得非常舒适此外，无污染的清洁加工技术也受到极大重视 (3) 机床配套部件产业迅速发展机床配套件发展很快，品种齐全主要产品有滚珠丝杠副、精密轴承、各种转台、换刀装置、各种气动、液压装置、直线导轨及主轴部件等等这些配套件产业的发展有力地推动了机床主机的发展，不但有助于提高机床的速度和性能，而且可以大大缩短主机的生产周期，降低生产成本 (4) 追求更加完善的控制系统更高速的处理器和更精确的控制设备使机床的功能和性能完善而强大技术密集已进入超速发展阶段，而集成的关键是开放式结构PCC技术的应用，开始改变了机床的工作方式，把CNC推向了控制中心而不局限于机床控制器的范围控制软件发展更快，一年甚至改进几次CNC制造商已提供一些开放式结构的CNC系统目前机械制造厂里开放式结构的CNC控制器占到10%～20%。
零件程序可以离线开发，然后传送到生产车间的编程系统，在CNC控制器上运行，操作者可以观察、检测刀具运行情况和加工过程，还可以对加工过程进行必要的修正美国GEFANUC公司销售的控制器中，有30%是开放式的，实现了真正的CAM/CNC集成，并趋于智能化控制，还可上网虚拟制造和无纸化生产的技术基础已经具备，借助信息技术，此类软件的应用将以更快速度发展 (5) 追求更高的机床外观质量目前，机床制造商更加注重机床造型的美观和色调的协调柔和，机床精品更向工艺品方向发展1.4 目前铣床方面存在的一些问题立式铣床立铣头是立式铣床上一个不可或缺的附件，对铣床的工作有着举足轻重的影响例如对一些工件的表面的加工，使得我们要在一定范围内转动工件，这样对工件的夹紧及其定位产生了一定的影响因此，从相对运动的观点，我们可转动机床的铣头来加工工件这样可以避免因工件定位而产生的误差因此，研究铣头是个重要的环节，对我国工业的发展有一定的促进作用如何在工件不动的情况下能对工件上的斜面进行加工，这个问题的解决是要对传统的铣床的铣头进行改造，使得它在一定的范围之内能进行加工零件，从而达到工件加工范围的要求使得工业生产效率的大幅度提高。
解决了国内机床界的一些问题图1.1图1所示为立式升降台铣床立式升降台铣床，它是铣床中应用最多的一种这类铣床与卧式升降台铣床的主要区别，在于他的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭轮廓表面等图1为立式升降台铣床中常见的一种其工作台3、床鞍4、及升降台5的结构与卧式升降台铣床相同立铣头1可以根据加工要求在垂直平面内调整角度，主轴2并可沿轴线方向进行调整或作进给运动综上所述，升降台式铣床的优点是工艺范围较广泛，工作时切削加工的高低位置不变，有利于操作者的观察加工情况，且机床的操纵手柄较集中，便于调整及操纵其缺点是工作台支承在成悬臂状态的升降台上，且层次多，因而刚性较差，不适合进行重型切削及加工大型工件1.5立式升降台铣床其主要组成部分1.5.1 铣头立铣头安装于卧式铣床主轴端，由铣床主轴以传动比i=1驱动立铣头主轴回转，使卧式铣床起立式铣床的功用，从而扩大了卧式铣床的工艺范围立铣头主轴在垂直平面内最大转动角度为±45°，其转速与铣床主轴转速相同1.5.2 主轴它是一根空心的阶梯轴，前端内部有锥度为7：24的锥孔，用来安装铣刀刀杆1.5.3 工作台它可沿转台上面的燕尾导轨移动，带动安装在工作台上的工件纵向进给运动。
1.5.4 床鞍它用来固定和支撑铣床上所有部件其内部安装主轴、主轴变速箱、电器设备及润滑油泵等部件1.5.5 升降台它可沿床身的垂直导轨移动，以调解工作台台面到主轴之间的距离，或者作垂直进给运动在升降台的内部装有进给运动电动机和进给变速机构1.6 立铣头结构立式铣床在工业发展中有着非常重要的地位，特别是在铣削大型平面时，就显现出这种机床的重要性立铣头主要由本体、主轴组件、主轴套筒移动机构、主轴套筒锁紧机构、立铣头回转机构等组成，其中最主要的是主轴组件1）主轴安装在主轴套筒中，前支持采用双列圆柱滚子轴承，承受径向力后支承采用一对角接触球轴承，面对面安装，承受径向力和两个方向饿轴向力，并使主轴轴向定位2）主轴的轴向移动主轴套筒装在立铣头本体的大孔中，套筒能带着主轴一起作轴向移动，它由立铣头旁边的手轮操作，转动手轮，经过一对圆锥齿轮，使丝杠转动，通过固定在套筒上的螺母及托架带动套筒轴向移动当加工精度要求较高时，还可以在螺母托架上安装千分表，以便观察和检查3）主轴的转动带动主轴转动的齿轮不是直接装在主轴上，而是装在套筒上，轴套通过一对角接触球轴承支承在本体上这样，齿轮传动的径向力就不作用在主轴上，而是通过轴套和轴承作用到本体上。
同时，这种结构也便于主轴上下移动4）主轴套筒的夹紧主轴工作时，应把套筒夹紧，以免轴向窜动和减少振动主轴套筒使利用差动螺纹机构夹紧（5）润滑与密封由于是立式主轴，且随套筒轴向移动，如用油润滑，很难解决漏油问题，故前后轴承均采用锂基润滑脂，每六个月压注一次主轴下端采用迷宫式非接触密封密封盘固定在主轴上，而密封盖固定在主轴套筒上，两件之间形成一条窄长而曲折的间隙，其间隙很小，且充填有润滑脂这样，既能阻挡油脂漏出，又能防止外界的灰尘和冷却液等进入主轴两个后轴承用密封套密封，主要防止上端的润滑油进入，使油脂稀释2 总体设计2.1 立铣头的功能分析立式铣床通常用于切削平面和沟槽；铣床立铣头可绕水平轴在垂直平面内作90°回转调整，因而可切削斜面；若机床上采用分度头或圆形工作台，可又切削齿轮、铰刀和钻头的螺旋面，以及凸轮和圆弧槽等，在特殊的情况下还可换上钻头当作钻床使用因而大大的提高了机床的通用性，对资源的节约有着至关重要的作用2.2 方案的提出立式铣床与卧式铣床的主要区别是主轴是竖直安装的，也就是用立铣头代替卧式铣床的水平主轴、悬梁、刀杆及其支撑部分立铣头的作用是关系到机床本身性能的重要环节由于整个切削环节在于立铣头，所以产生切削力也是靠整个立铣头，电机带动主轴运转，铣刀同时也跟着运动，从而达到切削工件的目的。
研究方案：方案一：如图下图2.1所示，是铣床传动系统的总体布局传动系统通过齿轮来进行传递，中间环节有两个伞齿轮进行传递，它不仅可以传递力而且还可以对机床立铣头进行定位控制图2.1又如下图2.2所示：是对立铣头进行的简单剖析轴的转动时通过齿轮的转动来带动它的转动，而且中间有轴承来配合轴的转动主轴的前端是向心短圆柱滚子轴承，承受径向载荷，后支撑采用一对向心推力球轴承，承受径向和轴向载荷，使主轴轴向定位图2.2齿轮传递的运动由齿轮经双键，套筒等带动主轴运转，整个主轴部件装在长套筒中，可以跳动手轮使丝杠带动套筒作轴向调整，调整主轴整个主轴的润滑是一个密封装置的润滑系统方案二：在这个系统中是将主轴的传动系统的两个伞齿轮放在传动轴轴的顶端， 如下图2.3所示：图2.3在这个传动系统中，传动件的放置方式导致了传动链尺寸的增大，加大了传动误差，使工件的制造尺寸的不能准确的保证同时也使立铣头的总体尺寸加大，违反了机床设计原则方案三：此方案的传动采用带传动，带传动的传动效率高，速度高，结构简单，并且带零件易制造，互换性强等优点但是，这种传动存在很大方面的缺陷，一图2.4个很重要的方面就是在一定的范围内，它不能实现90°的旋转不能加工斜面等一些特殊要求的表面。
另外，带传动的缺点是很明显的在传动件的功过过程中，如果遇到很大的冲击，因它传动的速度很高，因此不能立即降下来满足不了对工件起到保护作用又因它满足不了传递高扭矩，在切削工件时会产生打滑现象综上所述，方案三不是最优方案对上面提出的三个方案综合分析比较，既要实现机床的高扭矩，又要机床美观实用，并且尺寸小，易维修等参考机床设计手册综合比对，方案一较合理原因是由于切削工件时产生的切削力非常的大因此采用齿轮传递切削力是一种有效的措施其次，方案一各个零件之间的位置配置合理，各个零件的位置是传递切削力重要的环节，如果能够按照相应的依据取合理配置各个零件之间的位置，从而可使机床能够高速、高精度切削工件另外，机床的动力源是靠电机带动，之间要经过齿轮减速环节，并且还要配离合器，以便在紧急关头是齿轮空转，从而达到对减速装置或者是传动装置的保护作用2.3详细的设计传动装置的设计，机械传动装置的总体设计包括分析拟定传动方案，选择电动机型号，合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数等内容它为各级传动件设计和装配图绘制提供依据2.3.1分析拟定传动方案机器常由原动机、传动装置及工作部分组成合理的传动方案不仅满足工作部分的要求，而且还要工作可靠、结构简单紧凑、加工简单、成本低、传动效率高以及使用和维护方便。
因此， 设计时应先保证重点，并统筹兼顾其他条件分析和选择传动机构的类型及组合，合理布置传动顺序，是拟定传动方案的重要一环，通常考虑以下几点：（1） 带传动 由于其承载能力较低，在传递相同转矩时， 结构尺寸较其它传动形式较大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此用于传动系统的高速级2） 链传动 运转不平稳，且有冲击，以布置在传动的低速级3） 蜗杆传动 传动比较大，承载能力较齿轮传动低，故一般放在高速级，获得较小的结构尺寸和较高的齿面相对滑动速度，以便于形成液体动压润滑膜，提高承载能力和传动效率 （4） 斜齿圆柱齿轮传动 因斜齿圆柱齿轮加工较困难，相对可用于高速级，并限制传动比5） 开式齿轮传动 其工作环境一般较差，润滑条件不好， 故寿命较短，宜布置在传动装置的低速级故立式铣床立铣头采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，传动系统采用多联滑移齿轮变速传动系统一般由动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险机构运动转换元件和执行元件等组成换向机构 一种是进给电动机换向，换向方便，但换向次数不能太频繁另一种是用齿轮换向（圆柱齿轮或锥齿轮），这种换向机构可靠，广泛用于各种机床中本课题采用圆锥齿轮换向比较适宜。
过载保险机构 其作用是在过载是自动断开进给运动，过载排除后自动接通常用的是牙嵌式离合器、片式离合器牙嵌式离合器利用两半离合器端面上的牙互相嵌合或脱开以达到主、从动轴的离合、牙有矩形、梯形、三角形、锯齿形和螺旋形等几种形式由于同时参与嵌合的牙数多，故承载较高，适用范围广泛. 外形尺寸小，传递转矩大，接合后主从动轴无相对滑动，传动比不变但接合时有冲击，适合于静止接合，或转速差较小时接合(对矩形牙转速差≤10r/min，对其余牙形≤300r/min)，主要用于低速机械的传动轴系电磁片式离合器由内摩擦片、外摩擦片、止推片、压块和空套齿轮组成离合器左右两部门结构是相同的左离合器传动轴正转，用于切削加工需要传递的转矩较大，片数较多右离合器用来传动轴反转，主要用于退回，片数较少这种离合器的工作原理是，内摩擦片的花键孔装在轴的花键上，随轴旋转外摩擦片的孔为圆孔，直径略大于花键外径外圆上有4个凸起，嵌在空套齿轮的缺口之中内外摩擦片相间安装用杆通过销向左推动压块时，将内片与外片相互压紧轴的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传递给齿轮，使主轴正传同理，当压块向右时，使主轴反转压块处于中间位置时，左、右离合器都脱开，该轴以后的各轴停转，过载排除后通过电气开关实现互锁。
故本课题选择使用片式离合器 2.3.2选择电动机电动机类型根据电源种类（直流、交流）、工作要求（转速特性、和过载情况等）工作环境（尘土、油、水、爆炸气体等）、载荷大小和性质安装要求等条件来选择工业上广泛应用我国新设计的、国际市场通用的统一系列－Y系列三相异步电动机Y系列电动机具有高效、节能、启动转矩大、噪声低振动小、可靠性高、使用维护方便等优点已知机床的进给功率7.5KW 转速为1450r/min,根据选定的电动机类型、结构、容量和转速，可由简明机械零件设计手册第一篇有关技术数据标准中查出电动机型号，并记录其型号、性能参数和主要参数表2.1 额定功率满载时Y90L-47.5KW转速功率因数 14500.79同步转速=1500r/min2.4进给转速图和传动系统图的设计2.4.1设计步骤设计的已知条件为机床的类型和主轴的最高转速及最低转速设计的目标为拟定传动系统图一般步骤如下：1、根据机床的特点，选定公比=1.26，计算转速级数Z=18，并选择各级转速实际进给量级数为 = 182、根据“前多后少”，“前密后疏”的原则，拟定结构式。
3、根据“升早降晚”的原则，拟定转速图4、根据转速图拟定传动系统图拟定转速图机器常由原动机、传动装置及工作部分组成合理的传动方案不仅满足工作部分的要求，而且还要工作可靠、结构简单紧凑、加工简单、成本低、传动效率高以及使用和维护方便 因此， 设计时应先保证重点，并统筹兼顾其他条件分析和选择传动机构的类型及组合，合理布置传动顺序，是拟定传动方案的重要一环，通常考虑以下几点：（6） 带传动 由于其承载能力较低，在传递相同转矩时， 结构尺寸较其它传动形式较大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此用于传动系统的高速级7） 链传动 运转不平稳，且有冲击，以布置在传动的低速级8） 蜗杆传动 传动比较大，承载能力较齿轮传动低，故一般放在高速级，获得较小的结构尺寸和较高的齿面相对滑动速度，以便于形成液体动压润滑膜，提高承载能力和传动效率 （9） 斜齿圆柱齿轮传动 因斜齿圆柱齿轮加工较困难，相对可用于高速级，并限制传动比10） 开式齿轮传动 其工作环境一般较差，润滑条件不好， 故寿命较短，宜布置在传动装置的低速级故主轴箱传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速主轴变速系统一般由动力源、变速机构。
过载保险机构 其作用是在过载是自动断开进给运动，过载排除后自动接通常用的是牙嵌式离合器、片式离合器牙嵌式离合器利用两半离合器端面上的牙互相嵌合或脱开以达到主、从动轴的离合、牙有矩形、梯形、三角形、锯齿形和螺旋形等几种形式由于同时参与嵌合的牙数多，故承载较高，适用范围广泛. 外形尺寸小，传递转矩大，接合后主从动轴无相对滑动，传动比不变但接合时有冲击，适合于静止接合，或转速差较小时接合(对矩形牙转速差≤10r/min，对其余牙形≤300r/min)，主要用于低速机械的传动轴系电磁片式离合器由内摩擦片、外摩擦片、止推片、压块和空套齿轮组成离合器左右两部门结构是相同的左离合器传动轴正转，用于切削加工需要传递的转矩较大，片数较多右离合器用来传动轴反转，主要用于退回，片数较少这种离合器的工作原理是，内摩擦片的花键孔装在轴的花键上，随轴旋转外摩擦片的孔为圆孔，直径略大于花键外径外圆上有4个凸起，嵌在空套齿轮的缺口之中内外摩擦片相间安装用杆通过销向左推动压块时，将内片与外片相互压紧轴的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传递给齿轮，使主轴正传同理，当压块向右时，使主轴反转压块处于中间位置时，左、右离合器都脱开，该轴以后的各轴停转，过载排除后通过电气开关实现互锁。
故本课题选择使用片式离合器2.4.2确定极限转速查机床设计手册：，2.4.3确定公比查表得，转速数列为：30、37.5、47.5、60、75、95、118、150、190、235、300、375、475、600、750、950、1180、15002.4.4求出主轴转速级数， (2.1)2.4.5绘制转速图 图2.52.4.6应该注意的问题（1）主轴高速转速范围的转动比排列，可采用先降速后升速的传动2）主轴高速传动时，应缩短传动链，以减少传动副数3）不采用噪声大的锥齿轮传动副 （4）前边的变速组中的降速传动比不宜采用极限值，以避免增加经向尺寸 2.5铣削三要素与计算2.5.1铣削三要素铣削速度V：铣削速度即为铣刀最大直径处的线速度，可用下式表示：(m/s) (2.2)式中，为铣刀直径（mm）；为铣刀每分钟的转数（r/min）2.5.2进给量铣削进给量有三种表示方式：（1）每齿进给量（mm/齿数） 指铣刀每转过一个齿，工件沿进给方向所移动的距离2）每转进给量f（mm/r） 指铣刀每转一转，工件沿进给方向所移动的距离。
3）进给速度（mm/min） 铣刀每转一分钟，工件沿进给方向所移动的距离这三种进给量相互关联，但用途有所不同；每齿进给量是进给量选择的依据；每转进给量反映了进给量与铣刀转速之间的对应关系；而进给速度则是调整机床的使用数据在实际生产中，按每分钟进给量来调整机床进给量的大小上述三种进给量的关系如下：= (2.3)式中，n—铣刀每分钟转数（r/min）；z—铣刀齿数2.5.3 背吃刀量和侧吃刀量铣刀背吃刀量是指沿刀轴方向工件被切削的尺寸（mm）侧吃刀量是垂直于刀轴方向和进给运动方向所在平面的方向上，工件被切削层的尺寸（mm）背吃刀量、进给量以及切削速度称为切削用量三要素2.5.4切削深度机床主运动驱动电机功率为: (2.4)式中 -消耗于切削的功率（) -空载功率（)) -载荷附加功率（) 式中 -切削力的切向分力 –切削速度与当量切削厚度的关系有如下的经验公式：=28agc(N/mm) (2.5)取 agc=0.05mm则 =2.7N/mm为了简化,省去计算和,可用下列经验公式计算:= 对于主运动回转的机床,=0.70～0.85为机床总机械效率 取=0.75经计算得：2.5.5 切削层宽度 切削层宽度是指铣刀每一刀齿的主切削刃参加切削的长度（mm）。
2.5.6切削层面积 切削层面积是指铣刀各刀齿切削层面积之和由于在切削过程中是变化的，所以，铣刀的切削力是变化的 (2.6)由于铣削的过程中同时参加工作的刀齿数是变化的因此，也是变化的同时参加工作的齿数越少，变化就越大为计算方便常计算的平均值 (2.7)式中——在单位时间内，所切除金属的体积2.6铣削用量的选择2.6.1铣削用量的选择原则 铣削时选用切削用量，应在保证工件的加工精度和铣刀耐用度的前提下，以获得最高的生产率一般情况下应尽量在铣削中将加工表面的宽度一次铣出，避免接刀留下刀痕在工艺系统刚度允许的条件下，首先选用较大的背吃刀量（或），再选用较大的进给量，最后根据合理的耐用度来确定适宜的切削速度2.6.2 铣削吃刀量的选择表2.2加工要求的粗糙度切 削 吃 刀 量（mm）一般可通过一次铣削达到所加工的要求但当工艺系统较差或加工余量太大时可分两次或多次铣削第一次铣削的吃刀量尽可能大些，以便使刀尖避开工件表面的硬皮粗铣铸钢、铸铁时取5～7mm；粗铣不带硬皮的钢料取3～5mm；龙门铣，铣钢料为12mm，铣铸铁取14～16mm 可分粗铣、半精铣两次加工，粗铣中留0.5～1mm余量给半精铣 应分粗铣、半精铣、精铣三次。
精铣=0.5；半精铣=1.5~2mm2．7 切削液2.7.1 切削液的作用表2.3作用类型作用效果与说明润滑作用 铣削过程中，切削液的作用是抑制切屑在铣刀表面黏结，减轻切屑与前刀面以及后刀面与工件加工表面之间的机械摩擦，延缓刀具的磨损，并获得良好的表面加工质量冷却作用在铣削中使用切削液，通过热量传导，对流、扩散以及蒸发等方式，将切削区的热量迅速带走，使切削温度下降，以减缓刀具的热磨损其冷却性能主要决定于切削热的导热系数、热比、气化热、温度、流量、流速以及冷却方式等清洗作用在铣削过程中，使用切削液能将黏附在工件、刀具或沉积在机床导轨表面上的切屑冲洗掉，以免切屑堵塞或划伤已加工表面及机床导轨切削液的清洗作用与切削液的渗透性能、流动性和使用的压力与流量有关防锈作用 在切削液中加入了防锈添加剂，它是极性很强的化合物，它能在金属材料表面形成保护膜或钝化膜，借以防止金属与腐蚀介质接触而起到防锈作用，从而起到保护机床、刀具、工件不生锈2.7.2切削液的加注方法 为了使切削液的性能得到充分发挥，必须根据工件材料，使用的刀具和加工方法，采用相应的加工方法常用的加注方法为循环泵供液法，通过喷嘴将切削液直接加注到切削区。
其次是喷雾供液法，是将切削液的微粒通过空气鼓入切削区，以汽化热的形式将热量带走，冷却效果好适用于加工铸铁、铝合金与难加工材料等在数控铣床、加工中心、组合机床上使用较多2.8铣床加工误差、故障分析及排除方法表2.4故障原因分析故障排除方法1 加工表面接刀处不平①主轴中心线与床身导轨面不平行，各部相对位置精度差②导轨研伤造成工作台爬行及进给保险失灵③主轴径向间隔大④离合器爪严重磨损咬不住⑤工作台镶条过松①检查和调整升降及纵、横向的镶条间隙，对准立铣头刻度盘0位，如果还不能达到几何精度，就进行中，小修，使之达到要求②修复导轨，并适当加大保险弹簧压力③调整主轴间隙④修理或更换离合器⑤调整镶条间隙2 加工工件尺寸精度超差①主轴中心与工作台面不垂直②工件装夹不合理，没有及时清理切屑等③导轨间隙过大④工作台面不平①调整镶条间隙或修复工作台面②正确夹紧工件，保持结合面清洁③调整导轨间隙④修理工作台面至符合技术要求3 加工工件不垂直或平行面不平行①立铣头转盘刻度不对0位②机床几何精度差③主轴轴向窜动大④工作台面不平①校正刻度对准0位，使之铣头轴中心线与工作台面垂直②检查机床各部件，调整或修复，使之恢复原来的几何精度③调整主轴上的螺母，使之窜动在0.02mm之内④修复工作台面的平面度4 工件加工时振动很大①主轴的径向跳动和轴向窜动量太大②主轴太镶条太松③主轴套筒未夹紧① 调整主轴轴承的间隙，调整前，先测出主轴的径向跳动量和轴向窜动量，以确定修整环的修磨量主轴径向间隙的调整使先修磨两个半圆调整环，并拧紧后轴承上面的螺母从而调整前后轴承的间隙主轴轴向间隙的调整，是靠修磨两个后轴承的外隔套来实现的② 调整镶条的送进程度③ 夹紧主轴套筒5 加工工件角度精度超差① 立铣头转盘刻度不准② 转盘紧固螺母未上紧，产生振动① 旋转刻度时要对准基线，如有误差，进行检修② 紧固螺母6 主轴温升较高或在运转中有噪音① 润滑不良② 主轴箱内轴承磨损或齿轮啮合不良① 注意油路畅通，保证充分润滑② 检修或更换轴承、齿轮2.9铣床及其刀具的介绍 2.9.1 铣床的介绍 铣床的类型很多，主要以布局形式和适用范围加以区分。
铣床的主要类型有：卧式升降 台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床、圆台铣床、仿形铣床和各种专门化铣床 1.卧式铣床 卧式铣床的主轴是水平安装的卧式升降台铣床、万能升降台铣床和万能回转头铣床 都属于卧式铣床卧式升降台铣床主要用于铣平面、沟槽和多齿零件等万能升降台铣床由于比卧式升降台铣床多一个在水平面内可调整±45°范围内角度的转盘，因此，它除完成与 卧式升降台铣床同样的工作外，还可以让工作台斜向进给加工螺旋槽万能回旋头铣床除具 备一个水平主轴外，还有一个可在一定空间内进行任意调整的主轴，其工作台和升降台分别 可在三个方向运动，而且还可以在两个互相垂直的平面内回转，故有更广泛的工艺范围，但机床结构复杂，刚性较差 2.立式铣床 立式铣床的主轴是垂直安装的立铣头取代了卧铣的主轴悬梁、刀杆及其支承部分， 且可在垂直面内调整角度立式铣床适用于单件及成批生产中的平面、沟槽、台阶等表面的 加工；还可加工斜面；若与分度头、圆形工作台等配合，还可加工齿轮、凸轮及铰刀、钻头 等的螺旋面，在模具加工中，立式铣床最适合加工模具型腔和凸模成形表面立式升降台铣 床的外形如图所示图2.6立式升降台铣床1—铣头；2—主轴；3—工作台；4—床鞍；5—升降台3.龙门铣床 龙门铣床是一种大型高效能的铣床。
如图所示它是龙门式结构布局，具有较高的刚度及抗震性在龙门铣床的横梁及立柱上均安装有铣削头，每个铣削头都是一个独立部件，其中包括单独的驱动电机、变速机构、传动机构、操纵机构及主轴部件等在龙门铣床上可利用多把铣刀同时加工几个表面，生产率很高所以，龙门铣床广泛应用于成批、大量生产中大中型工件的平面、沟槽加工 图2.7 龙门铣床1— 工作台；2、9—水平铣头；3—横梁；4、8—垂直铣头；5、7—立柱；6—顶梁；10—床身4.万能工具铣床 万能工具铣床常配备有可倾斜工作台、回转工作台、平口钳、分度头、 立铣头、插削头等附件，所以，万能工具铣床除能完成卧式与立式铣床的加工内容外，还有 更多的万能性，故适用于工具、刀具及各种模具加工，也可用于仪器、仪表等行业加工形状复杂的零件 图2.8 5.圆台铣床 圆台铣床的圆工作台可装夹多个工件作连续的旋转，使工件的切削时间与装卸等辅助 时间重合，获得较高的生产率圆台铣床又可分为单轴和双轴两种型式，图 3-18 所示为双 轴圆台铣床。
它的两个主轴可分别安装粗铣和半精铣的端铣刀，同时进行粗铣和半精铣，使 生产率更高圆台铣床适用于加工成批大量生产中小零件的平面图2.9 圆台铣床1—床身；2—滑座；3—主轴箱6.顺铣机构 在铣床上加工工件，常会采用逆铣和顺铣两种方式逆铣时，主运动v的方向与进给运动方向相反，如图2.6a所示当工作台向右进给时，因铣刀作用于工件上的水平切削分力与进给方向相反，左侧始终与螺母螺纹右侧接触，故切削过程稳定顺铣时，主运动v进 给运动方向f方向相同，如图2.6b所示当工作台向右进给时，铣刀作用于工件上的水平切 削分力F 与进给方向相同，使丝杆螺纹右侧与螺母螺纹左侧仍有间隙， 通过工作台带动丝杆向右窜动，加工中Ff是变化的，切削过程很不稳定，甚至出现打刀现象加入中若采用顺铣方式，机床中就应设顺铣机构 图2.10 顺铣与逆铣XA6132 型万能升降台铣床所采用的顺铣机构结构如图2.6 所示顺铣机构实为一个双 螺母机构，其工作原理为：丝杆 3 右旋螺纹，齿条 5 在弹簧作用下向右移(A-A截面)，推动冠状齿轮4 沿图中箭头方向回转，带动左、右螺母 1、2 沿相反方向回转，使螺母 1 螺纹左侧紧靠丝杆螺纹右侧，螺母2 螺纹右侧紧靠丝杆螺纹左侧，机床工作时，工作台向右的作用力通过丝杆由螺母 1 承受；向左的作用力由螺母 2 承受。
逆铣时(工作台向右为侧)，螺母2 承受轴向力，由于螺母2 与丝杆螺纹间摩擦力较大，螺母2 有随丝杆一起转动的趋势，通过齿轮4 传动螺母 1，使螺母 1 有与丝杆反向转动的趋势，因而使螺母 1 螺纹左侧与丝杆螺纹右侧间产生间隙，以减少丝杆磨损顺铣时，由螺母 1 承受轴向力因螺母 1 与丝杆间摩擦力较大，螺母 1 有随丝杆一起转动的趋势，通过齿轮4 传动螺母2，使螺母有与丝杆反向转动的趋势，使螺母2 螺纹右侧紧靠丝杆螺纹左侧，自动消除丝杆螺母间隙随水平力及传动件阻力的增减，顺铣机构能自动调节螺母与丝杆间隙，并使两者压紧力为一定值图2.11 顺铣机构1、2—螺母；3—丝杠；4—冠状齿轮；5—齿条；6—弹簧7—螺母；8—调节螺栓；9、10—锁紧螺母2.9.2 铣刀的名称与用途表2.5铣刀名称用途圆柱形铣刀粗齿1.粗铣平面3～82.半精铣已粗加工后的平面1～23半精铣未加工平面3～4细齿1. 半精铣平面1～22. 半精铣未经粗加工的平面3～43. 粗铣不稳定零件的平面3～5组合齿在刚性好的专用机床上，一次行程粗铣组合表面5～12，～200的平面立铣刀1． 铣削沟槽与工件上各种形状的孔2． 铣削台阶面、凸台平面、侧面与工件上局部下凹。