毕业论文-齿条加工机床分度机构设计论文.doc

济南大学毕业设计

毕业设计

题 目 齿条加工机床分度机构设计
学 院 机械工程学院
专 业 工业工程
班 级 工程0701
学 生 黄贤彬
学 号 20070407023
指导教师 侯志坚

二〇一一年五月二十六日

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济南大学毕业设计
摘 要
机床床身是机床的主要支撑件，其结构的合理性和性能的好坏直接影响着机床的成本，也影响着机床各部件之间的相对位置精度和机床在工作过程中各部件相对运动轨迹的准确性，同时也影响着工件的加工质量以及机床的耐用度。
本次设计通过拟定工艺方案，典型零件的设计及校核，总体尺寸的规划来进行对机床的分度机构进行设计。首先，拟定工艺方案，选取合适粗、精基准，选取合理的工序方案，进而确定最佳的工艺路线；其次，设计床身结构，包括对床身的截面、形状和材料进行设计；再次，对丝杠结构进行设计，通过对丝杠螺母的设计，确定丝杠的尺寸，然后对其进行校核，完成对传动结构的设计；另外，还对机床整体尺寸和外形进行设计，确定设计合理的机床设计方案。通过上述设计方法，完成了对机床床身结构的设计。
关键词：机床床身；工艺方案；传动；制造技术

ABSTRACT
Machine bed is the main support machine parts, the structure of the rationality and the performance directly affect the machine costs, also affect machine the relative position between the various components in working process accuracy and machine components of relative motion orbit of accuracy, but also affects the workpiece machining quality and of machine durability.
This design through process scheme, typical parts worked the design and check the planning, overall size of machine tool to design the indexing institutions. First, prepare select appropriate process scheme, rough and fine benchmark, select the reasonable process scheme, then determine the optimal processing route; Secondly, the design of bed lathe bed structure, including the section, shape and materials for design; Again, to screw structure design, through the design of screw nut, determine the size of a ball screw, then carries on the road-line; on the transmission structure design; Furthermore, the overall size and shape of machine design, make sure to design the reasonable machine design. Through the above design method, completion of the machine bed structure design.
Key words：Machine bed；Process scheme；transmission；Manufacturing technology

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 前言 1
1.1 选题背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本论文的主要内容 2
2 工艺方案的拟定 3
2.1 床身零件的工艺技术分析 3
2.1.1 面 3
2.1.2 孔 3
2.1.3 螺纹孔 3
2.1.4 位置度 3
2.1.5 技术要求 3
2.2 定位分析、基准选取及制定工艺路线 4
2.2.1 粗基准选取 4
2.2.2 精基准选取 4
2.2.3 工序的合理组合 5
2.2.4 工艺路线 6
3 床身设计 7
3.1 床身的基本要求 7
3.1.1 床身要有足够的静刚度以及较高的固有频率 7
3.1.2 床身要有良好的动态特性 7
3.1.3 床身的材料要求 7
3.2 床身的结构设计 8
3.2.1 床身的截面结构设计 8
3.2.2 床身的断面形状的选择 9
3.3 床身导轨结构的设计 9
3.4 选择合理的隔板和加强筋 10
3.4.1 床身隔板的选择 10
3.4.2 床身壁厚的选择 11
4 丝杠结构的设计 12
4.1 丝杠螺母的传动设计 12
4.2 丝杠的设计 12
4.2.1 丝杠的计算 12
4.2.2 丝杠的校核 13
4.3 丝杠安装轴承的选用及校核 13
5 总体方案的拟定 15
5.1 被加工零件的工序图 16
5.1.1 被加工零件工序图的作用及内容 16
5.1.2 联轴器及支架形状的设计 16
5.2 床身上的垫台的设计 17
6 机床尺寸联系图 19
6.1 尺寸联系图的作用及内容 19
6.2 动力部件的选取 20
7 结 论 21
参 考 文 献 22
致 谢 23

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1 前言
1.1 选题背景与意义
机床是集机械、电气、液压、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，它是机械制造设备中拥有有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。机床的技术水平高低与在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家经济发展与工业制造水平的重要标志之一。
床身作为机床的主要支撑件，它不仅支撑着车床的床头箱，床鞍，刀架，尾座等部件，而且还起承受切削力，重力，摩擦力等静态力和动态力的作用。其结构的合理性和性能的好坏将直接影响着车床的成本；影响着车床各部件间的相对位置精度以及车床在工作中各运动部件的相对运动轨迹的准确性，进而影响着工件的加工质量；另外，它还影响着车床所用刀具的耐用度，同时它也影响着机床的工作效率与寿命等。所以，床身特别是数控车床的床身应具有足够的静态刚度和较高的刚度和质量比，良好的动态性能，较小的热变形和内应力，并且易于加工制造，装配，这样才能满足车床对床身的要求。
1.2 国内外研究现状
我国齿条加工机床无论从产品种类、技术水平、质量以及产量上都取得了较大的发展，在一些关键技术也取得了重大的突破。目前，我国的可供市场的齿条加工机床有很多种，并且在整个金属切削机床以及锻压机械中占到了较大的比重，这就标志着国内齿条加工机床已进入快速发展时期。发达国家的机床厂大多生产数控机床，普通机床已甩给第三世界国家去进行生产。在数控机床的生产过程中，生产最多的依然是普通数控机床，特别是数控车床，其中发展最快的是可以自动换刀的加工中心。
“十二五”期间，国内机床产业的发展将会出现重大的趋势性变化。国内消费需求量的不断增长，为机床制造业打开了一个广阔的市场，提供了发展机遇，同时也提出了较大的挑战。目前，我国机床产业技术水平还不高，“十二五”规划要求机床产业必须要进行高端发展，以科技创新为手段，向着现代化以及高端化方向前进。所以，“走低碳环保之路”将成为机床产业发展规划重点，兼并优化重组，成为机床企业提高核心竞争力的手段。
我国机床行业总体的技术开发能力以及技术基础薄弱，信息化应用程度也不高。机床行业现有信息化的技术来源主要依靠引进国外高端技术，且国外在许多高新产品的核心技术上拥有掌控地位，我们对国外技术的依存度比较高，对引进的高端技术的吸收与消化仍停留在已有技术上，没有上升到形成产品自主开发能力以及技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能以及多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还要依赖进口。
和国外产品相比，我国的差距主要在机床的高速、高效化以及精密化上。对高速加工技术，国外进行了很多年的研究，对高速加工的机理、机床刚度、机床结构以及精度的影响都有了较为系统的研究，并开发了各种高速铣削中心、高速加工中心，并广泛应用于航空铝合金零件以及模具加工上。
为了进一步促进我国机床的发展，要把企业作为发展的主体，把高校、科研单位作为依托，政府在宏观政策上应予以指导和扶持，社会中介力量需提供较高质量的服务，这样才能把机床产业逐步做优做强。
1.3 本论文的主要内容
本次设计主要是对齿条加工机床床身进行设计，包括机床床身截面的结构设计，车床床身的局部结构设计，导轨结构以及材料的设计。在设计床身结构时，应考虑下列几个主要方面：选择适当的断面形状及尺寸，这样可以使构件在相同重量的条件下，具有较高的抗弯度以及抗扭刚度；适当安排筋板位置及筋条位置、形状和数量，用来增加床身的刚度，减小断面形状的变变；导轨与床身的连接形式也要适当，减小床身受力后发生较大局部变形；提高连接面的刚度，用来减小床身的接触变形。此外，应设计合理的箱体，依据箱体的受力情况，选取适当的形状和材料，进而确定最佳的加工工艺路线。依据需要，选择合理的轴承、轴承座、丝杠以及螺钉等结构，通过计算，完成对这些零件的合理选择，保证最佳的装配结构。
另外，还需要合理布置隔板和加强筋，设置隔板和加强筋是提高刚度的比较有效办法，特别是当截面无法封闭时显得更为重要。

2 工艺方案的拟定
2.1 床身零件的工艺技术分析
床身零件图2.1：

图2.1 床身零件图
主要技术参数如下：
2.1.1 面：
（1）上下两平面的光洁度
（2）两侧面、两端面和结合面的光洁度
2.1.2 孔：
（1）光洁度：轴向中心孔、横向孔
（2）平行度：
（2）同轴度：
（2）垂直度：
2.1.3 螺纹孔：6-M6-6H M10-6H M12-6H
2.1.4 位置度：一般公差为0.5即可
2.1.5 技术要求：（1）时效处理 （2）涂防锈漆
通过对上图众多标准及要求分析，可找到此工件上重要的加工表面及孔，这样在分析选取时就要以保证这些部位的技术要求为前提。
2.2 定位分析、基准选取及制定工艺路线
2.2.1 粗基准选取
依据生产纲领，该零件属于大批量生产零件，所以选用砂型铸造的方法来进行毛坯生产。此零件的各个表面均为毛坯面，为加工的需要，加工基准面以及后备工序做好准备。依据需要，应选择合理的粗基准和精基准。
在选择粗基准的时候，重点考虑的是应该如何保证各个加工表面要有充足的余量，确保加工表面和非加工表面之间的尺寸、位移符合图纸的要求。粗基准的选择应满足下列要求：
（1）粗基准的选择须以加工表面来作为粗基准。其目的是为了保证加工面和非加工面之间的相对位置关系精度，假设工件表面上有很多不需要加工的表面，则应选择其中和加工表面的相对位置精度要求比较高的表面作为粗基准，来保证壁厚均匀、外形对称。
（2）要选择加工余量要求比较均匀的表面作为粗基准。就像机床床身导轨面那样用来当做粗基准，所以，在加工时选择导轨面来作为粗基准，加工床身的底面，然后以底面作为精基准来加工导轨面。如此以来，就能够保证均匀的去掉较小的余量，使表层保留细致的组织，用来增加耐磨性。
（3）要选取加工余量较小的表面作为粗基准，这样就可以保证该面有足够的加工余量。
（4）要尽量选择平整、光滑以及面积足够大的表面作为粗基准。这样就可以保证定位准确，加工方便，安装可靠。在有冒口、浇口、飞边、毛刺的表面不适合选择作为粗基准，必要时需进行初加工。
（5）要避免重复使用粗基准，由于粗基准的表面大多数是粗糙不规则的，因此重复使用粗基准难以保证加工精度。
总之，要保证孔和孔、孔和平面、平面和平面之间的位置，来保证加工的整个过程做到统一和规范的基准定位。
2.2.2 精基准选取
（1）坚持基准重合原则。要尽可能的选取设计基准作为定位基准，这样就可以避免设计基准与定位基准不重合引起的误差。
（2）坚持基准统一原则。要尽可能的选择统一的定位基准，统一的基准有助于保证各表面间的位置精度，降低基准转换所带来的误差 ，各工序采用统一的基准，减小夹具设计和工具制造。比如轴类零件一般用顶针孔来作为定位基准，车削、磨削也一般采用顶针孔作为定位基准，这样不仅在一次加工中可以加工大多数表面，而且还可以保证各外圆表面的同轴度以及端面和轴心线的垂直度。
（3）坚持互为基准原则。在选择精基准时，两个被加工面可以互为基准进行反复加工。比如：淬火后的齿轮磨损一般以齿面为基准磨内孔，然后再以孔为基准进行磨齿面，从而保证齿面余量均匀。另外，有些情况下，还需坚持自为精准原则，在一些精加工或光整加工工序要求余量小和均匀的情况下，应选择加工表面本身为基准。在磨削机床导轨面时，应以导轨面作为精基准的。
另外，应尽可能的选择工件上精度高、尺寸较大的面作为精基准，来保证定位可靠。总之，在选择精基准时，要保证工件的加工精度。
2.2.3 工序的合理组合
在大批量生产过程中，粗精加工应分开进行，这样工件能得到较好的冷却，减少热应变及内应力变形的影响，有利于保证加工精度。同时可以避免粗加工产生振动等不利因素，也有利于精加工机床精度的保持。
确定加工方案后，要按照生产类型以及零件的结构特点、技术要求等生产条件，来确定合理的工艺过程，工序过程要根据以下原则：
（1）坚持工序分散原则。工序内容越简单，越容易选择最合理的切削用量。简单的机床生产工作量小，产品容易更换，对工人的技术水平要求也不高，但是它需要的设备和工人较多，并且生产线较大，工艺路线复杂，生产管理复杂。
（2）坚持工序集中原则。工序量小，工件装备简单，缩短了工艺路线，减少了工人数，同时也简化了生产管理。在一次装夹过程中同时加工多个表面，有利于保证这些表面间的相互位置精度。对设备简单，大量生产的工序，采用高效率的专用机床，以提高生产率。如果采用复杂的专用设备与工艺路线，那么成本会增高，调整维修也很费事，生产工作量准备也要求高。
一般情况下，在单件小批量生产中，为了简化生产管理，应将工序适当集中。但是由于不采用专用设备，工序集中程序将会受到限制，加工工序完成以后，要将工件清洗干净，保证零件内部的杂质、铁屑、毛刺、沙粒的残余量较低。在制定工艺路线的过程中，要考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是两个截然不同的原则。所谓工序集中就是用较少的工序来完成零件的加工，反之，称之为工序分散。
工序分散的特点是工序数目多，工件安装次数大，工艺路线复，但工序内容简单。工序集中和工序分散各具有其特点，根据生产类型，加工要求以及技术要求进行综合分析，确定采用哪个工序原则。因为近代计算机控制机床以及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即便在单间小批量生产中仍可采用工序集中，进而取得良好的经济效益。
零件的加工质量要求比较高时，应分阶段进行加工。在进行粗加工时，要注意粗加工的目的是切除绝大部分多余的材料，为后面的精加工提供良好的基础。如果在粗加工中发现问题，应及时解决，避免浪费。粗加工一般采用功率大、精度低、刚性好的机床，进而提高加工效率。另外，在粗加工过程中，切削力较大，相应的产生的热量也较多，易使工件发生变形和内应力的改变，因此，在错加工过程中，应选择粗糙度较大，加工精度较低的机床。
粗加工完成后，要进行半精加工，半精加工阶段是进行完一部分次要面的加工，与此同时为精加工做好准备的阶段，来保证适当的加工余量。之后，进行加工的关键阶段，也就是精加工阶段，在此阶段，主要是切除较小的加工余量以保证零件的加工质量和精度，并且要求保证有较小的表面粗糙度、较高的尺寸精确度以及较高位置精度。该阶段也可以安排在加工的最后阶段，这样可以减少精加工表面的损伤，采用高精度的机床进行加工，使工序变形小，提高加工精度。最后，进行光整加工阶段，对那些精度要求较高的零件进行光整，改善表面质量。
2.2.4 工艺路线
基于以上分析，工艺路线制定如下：
（1）铸造
（2）时效处理
（3）漆底漆
（4）划线
（5）粗铣箱体底面
（6）粗、精铣箱体结合面
（7）粗、精铣箱盖结合面
（8）钻光孔，攻制螺纹孔
（9）粗、精铣两侧面
（10）粗、精铣两端面
（11）粗、半精、精镗孔
（12）清洗去毛刺
（13）检验
（14）涂防锈漆
注：（1）钻孔和攻制螺纹孔的工序建议采用组合机床，可以大大提高加工效率。
（2）镗孔工序采用多工位镗刀，一次完成加工。

3 床身设计
3.1 床身的基本要求
3.1.1 床身要有足够的静刚度以及较高的固有频率
床身的静刚度包括接触刚度、整体刚度以及局部刚度。床身的整体刚度又称为自身刚度，和材料、截面形状以及尺寸等这些影响惯性矩的参数有关。局部刚度指的是载荷集中的局部机构处抵抗外形的能力，就像本设计中的床身和平行夹具下盖连接的地方以及底座安装部位的刚度。接触刚度指的是床身的结合面在外部载荷的作用下抵抗接触变形的能力，接触刚度用结合面的平均压强和变形量之比来表示，因结合面在加工过程中存在平面度误差以及表面精度误差，当接触压强比较小的时候，接触面只有几个高点接触，实际接触面比较小，但接触变形较大，接触刚度也比较低；当接触压强比较大的时候，接触面上的高点就会产生变形，随着接触面积的扩大，变形量的增长比率小于接触压强的增长，所以接触刚度较高，也就是接触刚度为压强的函数，并且随着接触压强的增大而增加。另外，接触刚度还和结合面的结合形式有关，活动接触的接触刚度低于等接触面积固定接触的接触刚度。由此可见，接触刚度取决于结合面的平面度和表面粗糙度，结合面的大小、材料硬度以及接触面的压强等因素。
床身的固有频率指的是刚度和质量比的平方；当激振力的频率接近固有频率时，床身将会产生共振。设计时要使固有频率高于激振频率30%。因激振力大多为低频，所以床身要有较高的固有频率，在满足刚度的前提下，尽量减小支架的质量。
3.1.2 床身要有良好的动态特性
床身要有比较高的静刚度、固有频率，使整机的各阶段的固有频率远离激振频率，在切削的过程中不产生共振；床身支架还应有较大的阻尼，来抑制振动的振幅，进而避免薄壁的振动。
3.1.3 床身的材料要求
根据本设计的要求我们选用铸铁来作为床身所选用的材料。本支架选用灰口铸铁材料制成，在铸铁中加入了少量合金元素如铬、硅、稀土元素等可提高机床耐磨性的材料。铸铁铸造导致在冷却在冷却过程中产生铸造应力，因此铸造后必须进行时效处理，应尽量采用自然时效。自然时效是将铸铁放在露天，任其日晒雨淋，少则一年多则三至五年。
梁类支撑件像床身、横梁、立柱等，可以利用共振原理进行振动时效，消除材料内应力。在振动时效时，支撑件放在弹性支承上，激振器安装在支承件的中央位置；激振器的频率为一次横向弯曲的振动的共振频率。激振器可以看作为质量偏心的，偏心距是可调的、无级变速电机，本支架的材料选用HT200。
3.2 床身的结构设计
床身简图如下：

图3.1 床身简图

3.2.1 床身的截面结构设计
为了提高机床的刚度，减小床身的变形，现对床身的结构结构设计。在进行床身的结构设计时，必须考虑床身的工作性能及工艺性。应在满足机床工作性能的条件下，减轻床身的重量，节省材料 ，提高床身的静刚度以及动态性能，减少床身铸造及加工工作量。床身的合理结构，意味着在较小重量的条件下，具有较大的静刚度，所以，静刚度的提高及重量的减轻，同时都可能提高床身的固有频率，在大多数情况下，提高固有频率，这样就可以改变床身的动态特征。
在设计床身结构时，应考虑下面几个主要方面：选择适当的断面形状及尺寸，这样可以使构件在同样重量的条件下，具有较高的抗弯强度及抗扭刚度；适当安排筋板位置以及筋条的位置、形状和数量，以增加床身的刚度，减小断面形状的变形；导轨和床身的连接形式要适当，以减小床身受力后发生的局部变形；提高连接面的刚度，这样就可以减小床身的接触变形。
床身在弯曲和扭转载荷的作用下，床身的变形和床身截面的抗弯惯性矩以及抗扭惯性矩有关。材料、截面均相同，但形状不同的床身，截面惯性矩相差较大。截面积相同的时候，采用空形截面，加大外轮廓尺寸，在工艺允许的情况下，要尽可能减小壁厚，这样就可以大大提高截面的抗弯刚度和抗扭刚度；矩形截面的抗弯刚度高于圆形截面，但圆形截面的抗扭刚度较高；封闭截面的刚度要显著高于不封闭截面的刚度。为此，我们在设计床身截面时，应该综合考虑以上因素，在满足使用、工艺的情况下，采用空心截面，加大轮廓，减小壁厚，采用全封闭的类似矩形的床身截面形式，如图3-1。
3.2.2 床身的断面形状的选择
机床支撑件受力情况是复杂的，但主要是受扭矩和弯矩作用，因而产生扭转和弯曲变形，由材料力学可知，当支撑件受弯矩作用而其他条件相同时，其变形程度取决于截面的抗弯与抗扭的惯性矩，而惯性矩又与截面的形状有关，同一种材料，截面面积相等而形状不同时，截面惯性矩相差很大，经计算比较可知：
（1）空心截面的惯性矩比实心的大，在相同截面面积的条件下，加大轮廓尺寸，减少壁厚，可以大大提高刚度，因此，设计支撑件时总是使壁厚在工艺可能的前提下尽量薄一些，不用增加壁厚的办法来提高刚度。
（2）方形截面的抗弯刚度比圆型的大，而抗扭刚度比圆形的小，因此，若支撑件所承受的弯矩大于扭矩，则截面形状以选择方形或矩形截面为佳。矩形截面在其高度方向的抗弯刚度比方形截面的高，但抗扭刚度比方形的低。因此，以承受一个方向的弯矩为主要的支撑件，其截面形状常取矩形，以其高度方向为受弯方向;若弯矩和扭矩都相当大,则截面形状取正方形。
（3）不封闭的截面刚度比封闭的截面刚度有明显下降,因此,在可能条件下,应尽量把支撑件的截面做成封闭矩形。但是实际上由于排屑、出砂、安装电器、液压件、传动件等的需要往往很难做成四面封闭的，有时甚至连三面封闭的都难以做到。综上所述，据此机床的工作特性，应选择截面形状为矩形。如下图：

图3.2 床身断面图

3.3 床身导轨结构的设计
导轨是金属或其他材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减小其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用来引导、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承受一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线移动。
导轨的设计应满足导向精度、精度的保持性、低速运动平稳性、结构简单、工艺性好的要求。导轨材料需满足耐磨性好、工艺好、成本底的要求。直线移动导轨截面的基本形式主要有三角形、燕尾形、矩形和圆柱形。在此横臂导轨的设计过程中根据横臂和摆动块的结构特点以及导轨的设计要求，巧妙的用横臂的下矩形底面为动导轨，以摆动快两侧开的矩形槽为支撑导轨，运用摩擦滑动导轨的形式，构成矩形导轨。导轨材料的就使用摆动块的材料和横臂的材料，也就是支撑导轨采用铸铁，横臂采用淬火钢。这样不仅满足导向精度，而且又使运动平稳，工艺简单，制造方便，调整和维修方便，成本低廉。
导轨通过过渡壁和床身连接为一体，连接处的构造对局部刚度影响很大。这个连接部分的结构必须设计得合理，否则常成为机床的薄弱环节，而在工作时出现严重局部变形。导轨部分的刚度主要取决于床身及过渡壁的刚度，最好不用增加壁厚而用加筋的方法来提高刚度。
机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度、工作能力和使用寿命。导轨应满足导向精度，精度保持性，低速运动平稳性和结构的工艺性的要求。由于矩形导轨制造简单，刚度高，承载能力大，具有两个相互垂直的导轨面。且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。对于床身的材料主要有铸铁和钢，一般支承件用灰铸铁制成，我们在这里也把床身材料设计为铸铁，且取材料为HT20~40，砂型铸造。灰口铸铁的优点是：良好的铸铁性能，优良的耐磨性能和消振性，良好的自润滑作用计贮油结构。基于以上优点，消振耐磨，故选用床身材料为HT20~40。为了保证机床精度，稳定床身尺寸，应消除铸造冷却收缩造成的内应力，所以应当进行人工实效处理，同时对于导轨表面还要进行淬火处理，使其耐磨性提高，变形小，机械性能最佳，所以应当选择高频率淬火，其硬度HRC48~55。
3.4 选择合理的隔板和加强筋
3.4.1 床身隔板的选择
在两壁之间起连接作用的内壁称为隔板。为了便于排屑，上下都不能封闭，这时必须用隔板把前后壁连接起来，以便于提高水平方向的抗弯刚度和抗扭刚度。隔板的功用在于把作用于支撑件局部地区的载荷传递给其他壁板，从而使整个支撑件各壁板都能比较均匀的承受载荷。例如车床车身，切削力经过三角形导轨作用于前壁，前壁的弯曲转化为整个床身的弯曲，即转化为前壁的拉伸和后壁的压缩，大幅度的提高了抗弯刚度，这是因为有了隔板的缘故，其实薄壁板的抗弯刚度是很低的，因为有了隔板可把载荷传递到后壁，从而提高支撑件的自身刚度。设计图形如下：
图3.3 床身隔板设计图

3.4.2 床身壁厚的选择
床身壁厚应在刚度要求和铸造工艺允许条件下，尽量采用较小值，来节约材料，减轻重量，降低制造成本，根据实践经验，铸造床身壁厚可以根据大件外形的最大尺寸或床身外形空间尺寸来选定。

4 丝杠结构的设计
4.1 丝杠螺母的传动设计
丝杠螺母机构也称螺旋传动机构。当丝杠作为主动体时，螺母会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化为直线运动，被动工件可通过螺母座与螺母连接，进而实现对应的直线运动。丝杠螺母结构最大的特点是利用斜面原理，把斜面卷曲变形，进而形成螺纹，把转动变成平动。丝杠转一圈，螺母移动一个螺距。
丝杠的主要作用是将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的，也有传递运动为主的，还有调整零件之间相对位置的螺旋传动机构。
丝杠螺母结构包括滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。滑动丝杠螺母结构比较简单，加工方便，制造成本低，同时还有自锁功能，但其摩擦阻力大，传递效率底。滚珠丝杠螺母虽然结构复杂，制造成本高，不能自锁，但它的最大优点是摩擦阻力小，传递效率高，精度高，系统刚度好，而且运动还具有可逆性，使用寿命长，因此，在机电一体化系统中得到广泛的应用。
4.2 丝杠的设计
4.2.1 丝杠的计算
假如这个移动的横臂加上变速箱，回摆部件，主轴箱等部件总体的质量为8吨，那么轴向驱动力 F=mgu=8*1000*0.05=4000（N）
丝杠的轴向位移是 L=1536mm，这里假设丝杠的转速为 n=125r/min，螺纹线升角为 λ=20°那么丝杠的轴向移动速度为
V=tanλ= tan 20°=100 mm／s
丝杠和螺母的材料都选用45钢，那么螺纹传动之间的当量摩擦系数为 f′=0.15，那么当量摩擦角
′= f′= 0.15=8.5°
丝杠和螺母传动的螺纹摩擦力矩为
M= F tan（λ+′）=0.5584000tan（20°+8.5°）=63 （N／m）
丝杠驱动功率的计算
P===0.82 （kw）
丝杠上不仅要设计螺纹，丝杠也是轴类零件，也要按轴的结构进行设计。因为丝杠上还需要安装传动机构，所以需要设计键槽结构。丝杠的加工一般选用车削，因此丝杠上需设计退刀槽结构，丝杠的安装还需要设计轴承安装结构。
4.2.2 丝杠的校核
该螺纹的轴向载荷为F=4000N，需用比压为【】=7.5 N／，应用整体式螺母，因此=1.2
′==0.8=16.8mm

故其耐磨性足以满足要求。
（1）对丝杠强度进行校核
45钢的许用应力为 []=220Mpa,外螺纹小径为 =55mm
当量应力为 ==172Mpa<[]=220Mpa
因此，强度也足以满足要求。
（2）对螺纹强度进行校核
该螺纹牙根部的宽度为 b=0.5p=2mm，45钢的【】=598Mpa ，
【】=353Mpa ， []=220Mpa ， []=180Mpa 。
剪切强度 == =92.6Mpa< []=180Mpa
弯曲强度 ===278Mpa<【】=598Mpa
因此，螺纹强度也满足要求。
根据上述校核可知，该丝杠各项系数均满足要求。
4.3 丝杠安装轴承的选用及校核
丝杠驱动横臂左右移动，依据力的作用原理，丝杠同时也受到横臂对丝杠的轴向反作用力，因为丝杠受到径向力，但径向力不是太大。安装丝杠的轴承主要承受轴向载荷，因此选用推力滚动轴承。结合丝杠的设计情况，适宜选用圆锥滚子轴承，安装方式为面对面安装，其寿命为4000h，简图如下：

图4.1 轴承简图
轴承校核：
轴承所受到的径向力约为 Fr=1000N ，所受到的轴向力为 Fa=4000N ，
==4>e=0.37
因此当量动载荷 P=0.4F+1.6Fa=6800N
另外，轴承的工作温度要低于120℃，取=1，圆锥滚子轴承 e=
Cr′====13 KN< Cr=63 KN
故轴承寿命也满足要求。

5 总体方案的拟定
机床的总体设计就是要设计出机床的装配图，包括各个零件图的绘制，在选定的工艺和结构方案的基础上，对机床进行设计。其主要内容包括：绘制零件图，加工示意图，以及总体装配图。装配简图如下：

图5.1 装配简图
该机床采用电机驱动工作，通过联轴器装置带动丝杠的运动，完成整个机床的工作内容。同时设计的床身结构用于支撑整个工作台，保证机床的正常工作。零件的加工工艺方案直接影响着机床的加工质量、生产效率、总体布局以及夹具结构等。因此，在设计工艺方案时，要仔细的分析被加工的零件图，并深入仔细的了解零件的大小、形状、刚度、硬度以及加工部位的结构特点。如果条件允许的话，还应广泛收集国内外各种相关的文献，并制定出最佳的工艺方案，工艺方案的制定要按照下面的原则：
（1）要选择合适的工艺方案
（2）坚持工序集中原则
（3）粗、精加工要合理分配
（4）要选择合理的定位基准
在确定工艺方案的同时，基本上也就确定了机床的配置形式以及结构方案，我们还需考虑加工精度以及结构的影响。
5.1 被加工零件的工序图
5.1.1 被加工零件工序图的作用及内容
被加工零件的工序图是在被加工零件图的基础上，突出该机床的主要加工内容，做出必要的说明进行绘制零件图。主要包括如下内容：
（1） 被加工零件的大体形状、主要轮廓以及其他结构的尺寸和形状。
（2） 该工序所选的定位基准、加紧部位和方向。
（3） 该工序加工表面的尺寸、精度、形位公差、表面粗糙度等技术要求以及工序的技术要求。
（4） 注明加工的零件名称、编号、硬度、材料以及加工余量。
该机床床身工序图要参照图5.2：

图5.2 床身主视图
5.1.2 联轴器及支架形状的设计
联轴器支架的设计要根据联轴器的尺寸进行设计，根据与丝杠的尺寸和连接情况，确定支架的尺寸及外形，联轴器是是机械传动中常用的部件，它的主要用途是用来连接轴和轴，传递运动和转矩，有时候也可以用作安全装置。根据其工作特性，它们可以分为以下4类：
（1）联轴器用来把两轴连接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有机器在停车并将连接拆开后，两轴才能分离。
（2）离合器在机器运转过程中，可使两轴随时结合或的一种装置。它用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速和换向等。
（3）安全联轴器及安全离合器在机器工作时，如果转矩超过规定值，这种联轴器及离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中的主要零件不致因过载而损坏。
（4）特殊功用的联轴器用于某些特殊要求外处，例如在一定的回转方向或达到一定的转速时，联轴器即可自动结合。
由于机器的工况各异，因而对联轴器提出了各种不同的要求，如传动扭矩的大小、转速的高低、扭矩刚度的变化情况、体积大小、缓冲吸振能力等等，为了适应这些各种不同的要求，联轴器的支架也要符合要求，保证工件的精度和工作能力，其支架图设计如下：

图5.3 支架简图
这样的设计情况，不仅保证支架能和联轴器能够较好的配合，为整个传动系统的正常运转提供坚定的基础。
5.2 床身上的垫台的设计
在床身的上面需设计一个小垫台来支承机床的整个传动结构，其形状和外形需满足特定的技术要求，这个小垫台的材料选取灰铸铁HT200，只有刚性高的材料才能保证这个支撑件提供较安全的作用。另外，该零件由于结构较小，因此，设计时需谨慎设计其各个部分的尺寸以及配合状况，同时，工人在设计的时候也应该严格按照技术要求进行制造，不得有半点毛虎，否则，制造的零件将会存在严重的安全性问题。
该零件的粗糙度要求并不是太高，因为与其作用有着极大的关系，它的主要作用是支撑作用，如果对粗糙度的要求过高将会增加工艺的复杂程度，增加劳动力，进而增加费用。
该零件的简图如下：

图5.4 垫台简图
该零件的主要优点是它不仅结构简单，费用低，而且也加工也很方便，同时也能够很好的满足其规格性能要求。

6 机床尺寸联系图
机床尺寸联系图如下:

图6.1 垫台简图
6.1 尺寸联系图的作用及内容
一般来说，机床是由标准的通用部件如动力滑台、动力箱、立柱以及立柱底座等重要部件组成。尺寸联系图是用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系的，进而来检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，同时也可以用来检验通用部件的选取是否合适，为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供坚实的基础依据。另外，尺寸联系图亦可以看作是简化的机床总图，它表示了机床的总体配置型式以及总体布局状况。
如图6.1所示，机床尺寸联系图的主要内容包括机床的总图布局型式，通用部件的型号、规格、动力部件的总体传动尺寸以及所选电机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸以及专用部件的整体轮廓尺寸。
6.2 动力部件的选取
（1）滑台的设计如下图

图6.2 滑台简图
一般来说，根据滑台的驱动方式、所需的进给力、进给速度、最大行程以及加工精度等各种影响因素来选择设计滑台。
（2）电机的选用
本设计根据需要，选用1.5kw的电动机，为整个传动机构提供驱动力。

7 结 论
本次毕业设计主要是对机床的分度结构进行设计，包括对床身、滑台等各种零件的设计。在设计过程中，针对各种问题都进行了攻关，在设计该机床时，采取了各种措施来对机床进行的设计，保证了加工工序的合理性和加工精度的准确度。主要完成了以下工作：
（1）对工序方案的拟定，粗基准和精基准的选取，设计工艺路线，保证了加工的合理性和规范性，同时也提高了加工的准确性。
（1）对床