普通車床箱體的設計與傳動系統

劉力源

摘 要：在現代工業的發展下，機床是一個必不可少的設備，它的優勢在于高精度、高效率，但是對于機床的類型來說，有很多種，它們的作用也不同，加工范圍也不同，在機床的整個結構上，機床的箱體是非常重要的，它的作用擔負著整個機床的加工，整個機床的傳動和轉速分配，都是需要在它這里實現，而機床箱體的設計也是有要求的，需要遵循一些設計定律，不能通過設計者自己的理念進行設計，根據機床樣冊，從已有的機床中進行更新換代，通過在對箱體設計完成之后，整個機床的重要零件——車床的傳動零件，它的精度和強度都是需要進行設計，來達到整個機床的要求。

關鍵詞：機床類型；箱體設計；傳動零件

中圖分類號：TG502 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0115-02

1 機床類型

在全球機床的生產上，我國占有21%的比重，這是一個非常巨大的數字，而對于我們國家，機床的產值非常巨大。但是一些高精密、高要求的設備還是處于發展中的狀態，相對于設計上，我國機床的發展處于中低端行業，對于這種形式，國家在2009年專項投入高檔數控機床和基礎裝備科技的研發。

機床的特征在于集成性和單一性，集成性在于對零件進行加工時候，加工工藝、夾具、切屑、冷卻液等處于一體，而單一性就是機床加工范圍有些單一，對于普通機床，加工范圍非常有限、軸類零件、回轉類零件等等、對于一些異形體不能做到加工。

在對機床類型進行選擇時候，通過兩個方面進行選擇，一個是被加工零件，另一個是機床本身的組成，舉例說明，如圖1。

通過加工零件來選擇機床，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，這樣對這個零件加工時候，可以采用普通機床中的立式機床，也可以采用數控機床進行加工。

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

2 箱體設計

箱體設計上首先是要考慮整個箱體內零件的布局，再就是考慮箱體內與外部零件的關系，例如對于車床的主軸箱設計時候，要保證兩頂尖的中心高度一致，同時還要考慮一下幾個問題：

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

（2）在機床運行時候，會產生熱量，這樣就要使箱體具有一定的散熱能力，同時還需要有抵抗熱變形的能力，同時箱體溫度升高也會在箱體局部產生熱應力，破壞箱體精度。

（3）結構上要設計合理，螺栓的扳手空間、筋的布局，箱體的支撐點選擇。

（4）工藝性好。

（5）整體結構要好、質量要小。

機床箱體設計上，首先是設計箱體的毛坯，毛坯的選擇上，需要考慮以后的機械加工，對于一些特殊零件，可以以箱體一起鑄造出來，確定毛坯時候，要考慮經濟性，降低成本，提高整體材料的利用率。

機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，當毛坯生產完成、熱處理完成之后，需要在機械加工之前進行人工時效處理，將毛坯的內應力消除掉。

除此之外，還需要考慮箱體的整體高度，在箱體零件中，為了避免機床主軸箱在運動時候，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。

根據以上的要求就可以初步設計出機床主軸箱，如圖2。

3 傳動零件

機床主軸箱體內的傳動零件主要就兩類，一類是齒輪、另一類是主軸，這兩個零件是最重要的，只有保證它們的精度和一般要求，就能保證主軸箱的精度，對于箱體傳動零件齒輪的設計時候，首先是選擇齒輪的精度等級，對于一般的普通機床，齒輪的精度等級選擇7級，而齒輪的材料一般選擇45#鋼，制造成本低，加工方便，同時還要伴隨調質處理，提高齒輪的力學性能，根據機床的要求，將齒輪的各項數據計算出來后，需要對齒輪進行校核。

齒面接觸疲勞強度設計公式如下：

式中：Kt-初選載荷系數，試選載荷系數為1.3；T0-小齒輪傳遞轉矩；？準？著α-齒寬系數；ZH-區域系數；ZE-材料的彈性影響系數；？滓H-接觸疲勞強度極限。

對于箱體零件軸類零件設計時候，需要考慮從軸的最小直徑開始計算，最小位置滿足使用要求，其他位置強度也會滿足，同樣選取軸的材料為45#鋼，考慮在軸上需要加工鍵槽，所以在設計完尺寸后，在最小直徑的基礎上增加10%-15%，這樣就會將鍵槽對零件強度的影響消除掉。

機床主軸箱內軸類零件的結構示意圖如圖3。

軸上大部分零件是齒輪，所以軸的結構一般為階梯狀，這樣可以對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徑，其他位置可以根據最小直徑和軸套的尺寸進行計算，在大齒輪與軸的周向固定上采用平鍵進行固定，而為了保證齒輪與軸的配合良好，選取的配合尺寸為H7/n6。

軸類零件設計完成后，需要對軸進行校核，首先是將軸的受力情況畫出，通過軸的結構簡圖，確定軸承的支點位置，以及簡支梁的軸段距離，軸的強度校核，如果是單向的轉動轉軸通常是轉矩按照脈沖循環處理，如果只受扭轉作用：

t=■

式中：t-扭轉力；T-所受扭轉力；WT-抗扭截面系數。

4 結束語

在機床的設計上不要減少步驟，要一步一步的進行計算，不要設計完成后，直接編寫設計說明書，需要對每個環節進行核算、校對，將機床的主軸箱進行試運行，避免內部領零件出現干涉現象，同時對箱體內部零件進行強度校核，達到機床使用壽命。中國的機床行業很發達，擁有不同類型的機床，對不同零件都能實現加工，從一軸到五軸聯動，可以說中國的機床在世界上的占有率非常高，這樣就會出現更新換代困難的現象，所以需要我們現代設計者不斷去努力將中國機床水平更上一層樓。

參考文獻：

[1]曹金榜.機床主軸/變速箱設計指導[M].北京：機械工業出版社.

[2]曹玉榜，易錫麟.機床主軸箱設計指導[M].北京：機械工業出版社，1987.

[3]成大先.機械設計手冊（第五版）[M].北京：化學工業出版社，2010.

[4]黃鶴汀.金屬切削機床[M].北京：機械工業出版社，2005.