汽車剎車片專用銑床設計含8張CAD圖

汽車剎車片專用銑床設計含8張CAD圖,汽車,剎車片,專用,銑床,設計,cad 摘要 隨著制造業(yè)的發(fā)展穩(wěn)步向前，汽車進入到了千千萬萬戶家庭之中，方便了人們出行。由于汽車的產(chǎn)量越來越多，汽車配件的生產(chǎn)廠家也如雨后春筍般涌現(xiàn)，在現(xiàn)有的汽車剎車片加工中所用設備大多為盤片式多功能組合磨床，其價格高昂。為了滿足小微企業(yè)的生產(chǎn)需求，設計一臺汽車剎車片的專用銑床。 首先，本文研究了目前對于汽車剎車片的市場需求，并通過生產(chǎn)需要確定了銑床設計的總體要求，并對銑床的部分部件進行了相應設計和計算，選定了合適的部件型號。最后所設計的銑床能夠滿足汽車剎車片的生產(chǎn)加工的要求。 關鍵詞：專用機床；傳動系統(tǒng)；汽車剎車片 ABSTRACT With the steady development of manufacturing industry, cars have been introduced into thousands of families and made it convenient for people to travel. As more and more cars are produced, manufacturers of auto parts are springing up, Most of the equipment used in the existing brake pad processing is disc type multi-functional combination grinder, which has a high price. In order to meet the production needs of small and micro enterprises, a special milling machine for automobile brake pads is designed. First of all, this paper studied the current market demand for automotive brake pad, and through the production needs to determine the overall requirements of the milling machine design, and some parts of the milling machine corresponding design and calculation, selected the appropriate part model. Key words: special machine tools; transmission system; automotive brake pads 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1 課題研究背景 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 1 第二章 銑床的總體結構設計 4 2.1 銑床的主要結構 4 2.2 工藝流程 4 2.2.1 加工工件的技術參數(shù) 5 2.3 銑床設計的總體方案 6 2.3.1 銑床設計的要求 6 2.3.2 確定銑床的總體布局 6 2.3.3 執(zhí)行機構的運動方案 9 2.4 本章小結 9 第三章 銑床關鍵部件的設計 11 3.1 電機的選擇 11 3.1.1 銑削力的計算 11 3.1.2 電機的選擇 12 3.2 主傳動系的設計 13 3.2.1 主傳動系確定的基本原則 13 3.2.2 主傳動系的選擇與計算 13 3.2.3 鍵的選擇與校核 20 3.2.4 主軸的設計與選擇 20 3.3 進給系統(tǒng)的確定 21 3.3.1 導軌的選擇 21 3.3.2 滾珠絲杠的選擇 22 3.3.3 進給系統(tǒng)電機的選擇 23 結論 24 致謝 25 參考文獻 26 31 第一章 緒論 1.1 課題研究背景 在21世紀，我們國家的經(jīng)濟和國際接軌，到了一個飛速發(fā)展的全新時期。各行各業(yè)遭遇了加入WTO后帶來的國際市場的競爭壓力的同時也帶來了許多發(fā)展的機會。例如在機械制造工業(yè)方面，發(fā)達國家有許多值得我們學習借鑒的地方。機床是制造機器的機器，隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，以及技術的提高，機床技術也有了不小的進步。 專用機床是用于特定工件的特定表面特定尺寸和特定工序加工的機床，是根據(jù)特定的工藝要求專門設計和制造的，生產(chǎn)率和自動化程度均高，結構比通用機床簡單，多用于成批和大量生產(chǎn)[1]。以上優(yōu)點非常契合批量生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)所需。 剎車片是汽車制動系統(tǒng)中不可或缺的部分，剎車片質(zhì)量的好壞關系到車上人員的生命安全，在遇到突發(fā)事件時，質(zhì)量合格的剎車片能夠保證較短的剎車距離。目前我國的汽車工業(yè)日新月異，國產(chǎn)汽車品牌也如雨后春筍般越來越多，雖然較于國外高端車型相比還略有不足，但在平民市場卻也是廣受歡迎，使得更多的家庭能夠買得起汽車。大街上跑的車多了，那么與之相對應的各種各樣的汽車修理廠，改裝廠也如雨后春筍般在街頭巷尾冒了出來。而其中剎車片作為制動系統(tǒng)中重要的一部分，且是一個相對來說磨損較快的部件，在一輛汽車漫長的生命中需要多次的更換，使得剎車片的市場相當巨大。如此龐大的市場催生了許多大大小小的剎車片生產(chǎn)廠家。剎車片生產(chǎn)過程中，摩擦塊的粗磨、精磨、開槽、倒角等加工工藝可以通過一臺盤片式多功能組合磨床完成。相對與大型工廠，小工廠的資金不是那么充裕，會選擇價格相對較低的專用機床來進行剎車片的加工。針對小企業(yè)的需求，設計一臺專用的汽車剎車片銑床，給剎車片進行開槽。 本項目在于滿足小企業(yè)的生產(chǎn)需求，提供一臺結構簡單，生產(chǎn)能力強，生產(chǎn)效率高的同時能降低操作者的勞動強度和安全隱患的專用銑床。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 在美國，汽車工業(yè)發(fā)展的比較早也十分的迅速，在1911年為了滿足當時龐大的汽車市場，需要一臺生產(chǎn)效率高而且不浪費機床性能的機床，自此專用機床應運而生，不久后其各項優(yōu)點便被大批量生產(chǎn)的機械行業(yè)所應用。我們國家的專用機床起步較晚但也已經(jīng)有了30余年的發(fā)展，有了一定的生產(chǎn)的能力和科研能力，給各行各業(yè)的發(fā)展提供了不少的支持，也是制造業(yè)不可缺少的設備。 在2010年，由千千萬萬勤勞的中國勞動人民不斷地努力下中國制造業(yè)的產(chǎn)出占到了全球的19.8%，超過了多年位居榜首的美國，成為了世界第一，至今美國也沒超越。雖然產(chǎn)量很高，但是技術水平較于發(fā)達國家還是有著不少的差距，低端和中端的機床能夠自給自足甚至出口海外，但是高端機床還是比較依賴于技術水平先進的國家的進口。機床的數(shù)控系統(tǒng)是現(xiàn)代先進機床不可缺少的部分，但是目前我們國家機床的數(shù)控系統(tǒng)還不是十分完善，其中的主傳動系統(tǒng)，進給傳動系統(tǒng)，控制傳動系統(tǒng)等，與西方先進國家的機床的性能有著較大的差距，而且系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性較西方先進國家的機床的數(shù)控系統(tǒng)都有著很大的不足，有關的技術水平和專業(yè)人才也都參差不齊，較于西方先進國家有很大的學習空間，軟件的開發(fā)使用還有許多的缺陷和不足，且目前國外現(xiàn)成的系統(tǒng)比我國的完善，不少企業(yè)選擇使用國外的系統(tǒng)，我國自產(chǎn)的系統(tǒng)缺少市場，設計和開發(fā)軟件的工作也就缺少積極性，導致目前我們國家數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展較為緩慢[2]。 隨著目前制造業(yè)的生產(chǎn)模式從以前大部分靠工人手動加工到現(xiàn)在使用數(shù)控機床和機械臂的全自動加工方式轉變，所以對機械制造的裝備也提出了更高的要求，為了滿足其生產(chǎn)的要求，目前機床的發(fā)展趨勢有以下幾點： Ⅰ、向著更高的效率，更快的速度，更高精度方向發(fā)展 加工制造的技術是服務人類科技進步的基礎，其發(fā)展水平也能代表人類科技的水平，就像奧林匹克的格言所說：更快，更高，更強。機床也向著更快的加工速度和更高加工效率發(fā)展，其加工精度也在不斷提升。隨著主電動機技術水平的發(fā)展、軸承技術水平的提高、刀具的技術水平的快速進步，主軸的轉速越來越高，例如德國的瓦爾特公司生產(chǎn)的直徑為25mm的銑刀其主軸最快轉速可達40000r/min，極大的提高了加工效率。近年來，加工精度的提升有著顯著的進步，普通數(shù)控機床和精密級別的機床的加工精度較之前提升了兩倍之多，目前也已經(jīng)有了可以進行nm級別加工的超精密機床。 Ⅱ、向綠色化制造發(fā)展，貫徹落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 制造業(yè)給人們的生活帶來了自然界所沒有的各種便利，但同時其原材料確是取之于自然，各種金屬礦石的開采，石油、天然氣等能源的挖掘，這些都對自然環(huán)境造成了十分嚴重的破壞。就如習近平總書記所說：綠水青山就是金山銀山。所以在制造業(yè)的發(fā)展過程中要更加的重視對自然環(huán)境的保護。對于廢舊的機床進行重新改造并投入使用，對一些實在無法使用的，可從中拆解有用的部件，進一步減少資源的浪費[15]。對于新機床的設計，使用先進的設計理念，減少使用過程中能源的消耗以及噪聲的產(chǎn)生。 Ⅲ、向著智能化發(fā)展 智能機床能夠在制造過程中根據(jù)各種條件因素的變化（例如：加工過程中刀具的熱變形，機床的振動等）對加工方式做出改變，以更好地完成產(chǎn)品的加工，智能化的發(fā)展能夠極大的解放勞動力，由于其智能化的特點，所加工出來的工件質(zhì)量更好，精度也更高。由于減少了人工的調(diào)試，也極大的提升了生產(chǎn)的效率，減輕工人的負擔。  第二章 銑床的總體結構設計 2.1 銑床的主要結構 銑床的主要結構包括以下幾個部分： Ⅰ、銑床的主傳動系統(tǒng) 由三相異步電動機、傳動機構、主軸等構成。其作用是把電機的動力傳遞給銑刀，完成機床的銑削運動。 Ⅱ、銑床的進給傳動系統(tǒng) 它的作用是把電機的旋轉運動和動力通過滾珠絲桿和螺母傳遞給工作臺，完成銑床工作臺的進給運動。 Ⅲ、銑床的控制系統(tǒng) 不同的銑床，其控制系統(tǒng)也各不相同。主要為各種按鈕和電氣控制開關組成，其中數(shù)控銑床還包括有數(shù)控裝置進行控制。 Ⅳ、銑床的基礎支承件 支承件是銑床的最基礎也是較為重要的構件，它保證了在加工過程中的機床的穩(wěn)定性，使工件的加工精度得到了保障，在本次設計中包括有機床底座、固定電動機的立柱、裝有電機和主軸的箱體、銑刀刀桿、十字工作臺、等大重量，大尺寸的零部件。 Ⅴ、銑床的輔助裝置 顧名思義，銑床的輔助裝置的作用就是在機床工作時給予輔助。例如潤滑系統(tǒng)可以延長銑床和刀具的使用壽命，也能提高工件的質(zhì)量。照明系統(tǒng)可以方便工人的操作，減少錯誤的發(fā)生，提高了產(chǎn)量。冷卻系統(tǒng)可以減少機床部件的熱變形，進而提升加工精度。 2.2 工藝流程 汽車剎車片作為汽車制動系統(tǒng)中不可缺少的部分其產(chǎn)品質(zhì)量需要得到保證。近年來剎車片的制造工藝也已經(jīng)相當完善。 其主要工序及其工序流程如下圖所示: 圖 2.21工序流程圖 本文所要完成的是對其中切槽這一工序所用到的汽車剎車片專用銑床的研究與設計。 2.2.1 加工工件的技術參數(shù) 機床的設計的主要依據(jù)是工件的加工工藝。汽車的剎車片的開槽主要是為了減緩剎車片的熱衰減，同時也有利于水，污垢，灰塵等會影響剎車片性能的雜物從剎車片表面排走。以下是一些常見汽車剎車片的樣式： 圖 2.22 剎車片 以下是一些常見汽車剎車片的尺寸： 表 2.21汽車剎車片尺寸表 序號 尺寸（長*寬*高）mm 1 131.4*58.5*17.3 2 116.89*59.53*17 3 127.6*52.8*13.8 4 123.5*54.7*17.5 5 140.2*55*15.5 2.3 銑床設計的總體方案 2.3.1 銑床設計的要求 本次設計需要滿足以下幾點基本要求： Ⅰ、滿足加工所需要的精度，加工內(nèi)容為簡單的開槽，故此加工精度不需要太高，可節(jié)約機床制造成本； Ⅱ、應具有足夠的強度、剛度和抗振動性，能夠保證大批量生產(chǎn)時的穩(wěn)定性； Ⅲ、盡量使用通用部件，結構簡單，維修方便，減少制造成本； Ⅳ、操作簡單，生產(chǎn)效率高，能大批量生產(chǎn)汽車剎車片； Ⅴ、保證工人加工時的安全，并能夠減少工人的勞動強度。 2.3.2 確定銑床的總體布局 根據(jù)所加工內(nèi)容為汽車剎車片的開槽，為了滿足加工所需，需要確定銑床的總體布局，確定該銑床的主要零部件在銑床中位置、布局和它們之間相對運動的關系。這也是銑床設計的主要步驟，確定了設計的方向。 不同的銑床適應不同的工件形狀、尺寸及質(zhì)量。根據(jù)被加工工件的尺寸較小，加工內(nèi)容為剎車片的開槽，所需要的加工精度不高以及加工方式簡單，所加工材料硬度不高等特點，確定銑床類型為輕型臥式銑床。 根據(jù)所加工的內(nèi)容為汽車剎車片的開槽，其槽寬較窄，一般槽寬為3mm，故此決定選用的刀具為鋸片銑刀。 根據(jù)生產(chǎn)需求，銑床的結構布局部分借鑒XWQ20的設計。 XWQ20輕型銑床的結構布局如下： 圖 2.31 XWQ20輕型銑床 XWQ20銑床的主要規(guī)格參數(shù)如下： 表 2.31 XWQ20輕型銑床參數(shù) 主要技術參數(shù) XWQ20 工作臺面積（mm） 650*200 工作臺最大縱向行程（mm） 250 工作臺最大橫向行程（mm） 240 主軸中心線至工作臺面最大距離（mm） 400 臥銑主軸孔 莫氏4# 主軸轉速級數(shù) 12級 主軸轉速范圍（rpm） 114-1548 主傳動電機功率（kw） 0.75 機床外形尺寸（長*寬*高）（mm） 1110*900*950 在臥式銑床中，工作臺的橫向的進給運動在Z軸上，工作臺的縱向進給運動在X軸上，主軸箱的升降則在Y軸上。 因為加工的為汽車剎車片中間的槽，在Z軸上無需過多的調(diào)整，橫向只需要能夠到達可以加工的位置即可，故此橫向上無需安裝電機來驅動橫向工作臺進行進給運動，采用手動結構即可，簡化了銑床的結構，節(jié)約成本。為了滿足大批量的生產(chǎn)，就必須得提高生產(chǎn)效率，為此設計一個專門的夾具，可一次裝夾多個工件，減少主軸因為每一次裝夾一個工件而重復的升降，節(jié)約時間，提高了生產(chǎn)效率。同時因為剎車片厚度比較統(tǒng)一，雖然略有不同但也都相差不大，所以主軸箱導軌的長度也可盡量縮短，減輕機床重量，節(jié)約成本。 其中，工作臺的X軸方向上的運動為主要的進給運動，使用電機驅動滾珠絲杠螺母副中絲杠的旋轉，轉化為滾珠絲桿螺母座的直線運動，由于滾珠絲杠螺母座和工作臺的連接進而使工作臺在X軸上進行進給運動的辦法用來提高生產(chǎn)效率，減少工人的勞動強度。 為了工人操作時的方便，將縱向工作臺的電機通過電機支座固定在工作臺右側，按鈕等控制開關安裝在銑床右側，既能方便操作，也能避免在操作過程中出現(xiàn)過多不必要的走動。其它輔助加工的部件如照明燈等安裝在合適的位置。 在確定銑床的基本參數(shù)時，不僅需要滿足銑床的性能上的要求，也需要滿足一定的加工效率。同時也需要在滿足上述條件的情況下盡可能的減少銑床的成本。結合本文中的設計要求，對基本參數(shù)的設計如下所示： 表 2.32基本參數(shù)表 工作臺尺寸（mm） 750*210 升降行程（mm） 240 工作臺縱向行程（mm） 340 工作臺橫向行程（mm） 100 機床外形尺寸（mm） 1200*900*900 2.3.3 執(zhí)行機構的運動方案 確定機床的運動方案，應綜合考慮所加工的工件的原材料的材質(zhì)特性、工件加工的尺寸以及加工的位置、工件的重量等各方面的因素[4]。 此次設計的汽車剎車片專用銑床的主運動為固定在主軸上的刀具的旋轉運動，進給運動為在X軸方向上的工作臺的縱向運動。在Z軸上則通過工作臺的橫向運動來到達加工所需要的位置。在豎直方向上，為了加工不同厚度的汽車剎車片，可以通過調(diào)節(jié)主軸箱的高度來實現(xiàn)。汽車剎車片種類繁多，中間的槽的種類也各有不同，有些不在正中為偏心槽，有的是斜的，為了滿足加工所需，則可通過所設計的專用夾具來實現(xiàn)加工。 結合以上的方案，簡述機床各個部件在汽車剎車片的加工中的運動過程如下： Ⅰ、安裝工件 將工作臺停在合適的位置，裝夾工件。調(diào)整工作臺位置，使其到達機床定位工件的位置附近，方便進行下一步的操作。 Ⅱ、加工工件 工件完成裝夾后，先調(diào)節(jié)主軸箱在Y軸方向上的位置以及工作臺在Z軸方向上的位置使它們到達合適加工的位置。啟動銑床，主軸開始轉動，當主軸箱的位置在Y軸方向上到達汽車剎車片開槽所需深度時，停止主軸的升降，同時工作臺在X軸方向上上啟動電機驅動工作臺縱向運動實現(xiàn)進給運動，進行汽車剎車片中間的槽的銑削。 Ⅲ、加工完成，取下工件 汽車剎車片完成槽的銑削后，主軸箱開始上升，工作臺分別在橫向和縱向上向著進給運動的反方向運動，退回到初始位置時停止。松開夾具，取下工件。 2.4 本章小結 本章節(jié)對汽車剎車片專用銑床作了整體方案的設計，主要內(nèi)容如下： Ⅰ、講述了銑床的主要結構組成和加工汽車剎車片時所需要的加工工序。 Ⅱ、根據(jù)剎車片的加工流程，確定了本次設計專用銑床的主要結構布局，該專用銑床所用刀具的選擇以及確定了該專用銑床的執(zhí)行機構的運動方案。 Ⅲ、機床的部分結構借鑒XWQ20輕型銑床的設計，根據(jù)總體的設計要求，確定了本文接下來主要的設計方向為電機的選擇，主傳動系的設計，進給系統(tǒng)的設計等。 第三章 銑床關鍵部件的設計 在銑床的設計中，各個部件的參數(shù)是由其動力參數(shù)確定的，如銑刀工作時的功率。動力參數(shù)合理的計算以及選擇在銑床的設計過程中起到了至關重要的作用。其中，如果動力參數(shù)選擇過大，則導致其對應的部件過于臃腫，進而使銑床整體體型過于龐大，不便運輸，安裝，且浪費材料。如果動力參數(shù)選擇的過小，雖能減小體積，但會導致銑床的工作性能不達標，導致電機超負荷的運轉，或有損壞電機和電器元件的風險，無法按要求完成加工，加工質(zhì)量也不合格。故此，動力參數(shù)的計算以及選擇需小心謹慎，在滿足加工所需的情況下，盡可能的減小體積[1]。 3.1 電機的選擇 3.1.1 銑削力的計算 目前汽車的制動系統(tǒng)中的剎車片主要使用半金屬摩擦材料、無石棉有機摩擦材料、陶瓷剎車片等。 根據(jù)以上幾點汽車剎車片的材料特性，決定使用的鋸片銑刀的材料為高速鋼。根據(jù)所開的汽車剎車片的槽寬度為3mm深度為10mm的特點，選用的鋸片銑刀的尺寸如下： 銑刀直徑 60mm、齒寬 3mm、齒數(shù) 30、銑刀內(nèi)徑16mm。 根據(jù)所加工材料為合成材料且硬度不高，在40-60HB之間，查表HSS鋸片銑刀參數(shù)表可得銑削速度可為60m/min到150m/min之間，每齒進給量為0.04mm到0.08mm之間。因為為大批量的生產(chǎn)，且加工質(zhì)量所需要求不是太高，最終確定銑削速度V選擇150m/min，每齒進給量fz選擇0.08mm。既保證了加工速度也能保證加工質(zhì)量。鋸片銑刀轉速和銑削速度的關系式為： n=1000×Vπd#3. 式中：V=150m/min,銑刀直徑d=60mm，p取3.14. 將各數(shù)值代入公式（3.1）中，算得在此工作條件下鋸片銑刀的轉速n=796r/min，為方便計算確定轉速為800r/min。 鋸片銑刀的銑削功率的經(jīng)驗公式為： pc=1.54×10-5×kp×d0.14×ae1×fz×ap0.86×z×n#3. 式中：修正系數(shù)kp 取1，銑刀直徑d=60mm，側吃刀量ae=3mm，每齒進給量fz=0.08mm，切深ap=10mm，齒數(shù)z=30，轉速n=800r/min。 將各數(shù)值代入公式（3.2）中，得鋸片銑刀的工作功率pc=1.14KW。 鋸片銑刀銑削力的公式為： Ft=60×103×pcV#3. 式中：銑削功率pc=1.14KW,V=150m/min 最后計算得到鋸片銑刀銑削力Ft=456N。 3.1.2 電機的選擇 本次所設計的為專用銑床，加工時的功率較為固定，不像通用機床加工內(nèi)容繁多功率需要盡可能大一點來滿足不同加工的需要，所以在電機的選擇上較為簡單無需考慮過多的情況只需達到剎車片的加工所需的功率即可。 轉矩 T 與主銑削力 Ft 的關系式為： T=Ft×d2 #3. 轉矩T和功率P的關系式為： T=9550Pn#3. 式中：Ft=456N，d=60mm=0.06m，n=800r/min。 將各數(shù)值代入公式（3.4）和公式（3.5）中得功率P=1.146KW，轉矩T=13.68N*m。與上文銑刀銑削功率1.14KW所差不大，計算正確?？紤]到電機在工作過程中由于傳動效率機械效率等損耗，為了保證電機的安全性，保障加工質(zhì)量，故選取電機的功率為1.5KW。 經(jīng)過對市場上各類電機的對比，最終選擇所用電機為1.5KW三相四級異步電動機，其型號為YE3-90L-4，最大功率為1.5KW，最高轉速為1440r/min。該三相異步電動機機身尺寸為345mm*255mm*180mm，機型小巧，便于安裝。 3.2 主傳動系的設計 主傳動系由電動機、傳動機構、變速機構、執(zhí)行運動的部件組成。其中，電動機通過傳動機構給主軸等提供動力，變速機構則負責轉遞運動部件所需要的動力并能夠改變運動的速度，執(zhí)行運動的部件完成機床加工所需要的運動，例如主軸的旋轉運動或者主軸進給的直線運動等。 3.2.1 主傳動系確定的基本原則 各種不同的銑床它們的類型、尺寸規(guī)格、銑床性能等條件都不盡相同，所以他們的主傳動系的設計所需要滿足的內(nèi)容也不一樣。設計時最基本的要求是要以最少的成本完成設計的同時還能符合其工作要求。本次設計需要滿足以下幾個基本要求： Ⅰ、能滿足銑床使用過程中其性能上的要求。能滿足銑床使用時所需要的轉速，本次設計為專用銑床，轉速固定無需變速，達到加工所需轉速即可 Ⅱ、電機功率需要達到加工剎車片所要求的大小，同時還需要有較高的傳動效率，減少能耗，響應綠色化制造的號召。 Ⅲ、簡化結構設計，以節(jié)省材料，降低成本。 Ⅳ、使用過程中難免會出現(xiàn)故障，所以設計時要考慮維修的方便，組成傳動系的各個部件也需要便于加工和裝配。 3.2.2 主傳動系的選擇與計算 主傳動系的傳動方式主要有以下兩種： Ⅰ、分離傳動方式 主傳動系中的主軸通過皮帶的連接，連接到變速箱，由于帶連接具有良好的減振性，而且變速箱離主軸較遠，能減少主軸的振動保證主軸在工作時有著十分良好的穩(wěn)定性，可以提高加工精度。 Ⅱ、集中傳動方式 主傳動系的所有機構都安裝在主軸箱中。其優(yōu)點是整體體積小，可以增加空間利用率，但由于所有機構都安裝在一起，在工作時他們所產(chǎn)生的振動會通過各個連接在一起的齒輪傳遞給主軸，導致主軸的不穩(wěn)定。所以這種集中傳動的方式適用于精度要求不高的普通大中型機床。 本文設計的汽車剎車片專用銑床是一臺專用的銑床，其工藝范圍單一主要為汽車剎車片的開槽，變速范圍較小滿足在800r/min左右即可，使用條件相對于通用機床來說較為簡單。主軸的實際轉速和實際傳遞的功率是比較穩(wěn)定的。所以所選用的三相異步電機和主軸之間不需要過多的變速機構和傳動機構。 根據(jù)以上幾點要求，最終確定的主傳動系的傳動方式為分離傳動方式。傳動采用帶傳動的方式，由三相異步電機連接皮帶輪通過傳動皮帶帶動連接主軸的皮帶輪旋轉轉遞電機的動力進而使得主軸進行旋轉運動。 帶傳動是一種撓性傳動，通過皮帶輪和皮帶之間的摩擦來傳遞運動或者動力，具有結構簡單、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點，由于采用的皮帶是一種柔性帶，所以能夠緩沖吸收徑向和軸向的振動，因此主軸的運動也較為平穩(wěn)。而且?guī)鲃拥脑靸r低廉，相比較于齒輪傳動需要潤滑而且維護困難的缺點，帶傳動不需要潤滑，維護簡單的特點也符合此次設計的汽車剎車片專用銑床結構簡單易于維護的要求[6]。 帶傳動中所使用的皮帶根據(jù)不同的生產(chǎn)需求出現(xiàn)了許多不同的類型，根據(jù)加工需求，選擇V帶傳動。 V帶傳動工作的時候，皮帶放在帶輪相應的槽內(nèi)，靠皮帶和相應的槽的左右兩個槽面的摩擦來實現(xiàn)動力和運動的傳遞。用V帶傳遞動力和運動時，由于皮帶和皮帶輪的接觸狀況好，在張緊力的作用下，槽面的摩擦相對于普通平帶的摩擦可以提供更大的摩擦力，所以皮帶不容易打滑，傳動比相對于普通平帶更穩(wěn)定。V帶傳動能在垂直和傾斜的工作狀態(tài)中保持平穩(wěn)，也能勝任中心距較短的情況。上述特點使得V帶傳動的應用場景十分廣泛，同時十分契合本次汽車剎車片專用銑床的設計要求，本次設計的帶傳動的結構布局如下圖所示： 圖 3.21 帶傳動結構布局圖 其中，帶傳動的傳動比公式為： i=n主n從=D從D主#3. 根據(jù)之前所選用的電機，以及確定的工作轉數(shù)，n主=1440r/min，n從=800/min，代入公式（3.6）計算得傳動比i=1.8。 在工作時出現(xiàn)了打滑的現(xiàn)象和由于長時間的使用出現(xiàn)了損壞就表明該皮帶失效了，所以在設計帶傳動時既要防止在加工過程中皮帶出現(xiàn)打滑，還需要使皮帶能夠長時間的工作不出現(xiàn)破損。為了滿足以上要求，需要根據(jù)已知條件并通過計算來確定選用的V帶的帶型、帶長和帶的根數(shù)等基本參數(shù)。 Ⅰ、確定計算功率 查工作情況系數(shù)表可得工作情況系數(shù)KA=1.1，電動機的額定功率 P=1.5KW,計算功率的公式如下： Pca=KA×P#3. 代入公式（3.7）得Pca=1.65KW。 Ⅱ、選擇V帶的帶型 根據(jù)所求得的Pca=1.65kw，電機轉數(shù)為1440r/min。查閱資料，并根據(jù)設計所需要求，選擇V帶的類型為A型帶。 Ⅲ、確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速 根據(jù)所選的傳動帶為A型帶，參考普通V帶輪的基準直徑系列表確定小帶輪的基準直徑dd為75mm。 根據(jù)公式驗算帶速，公式如下： v=πddn60×1000#3. 式中轉速n=1440r/min，小帶輪基準直徑dd=75mm，p取3.14。 代入公式（3.8）得帶速V=5.65m/s。 根據(jù)經(jīng)驗所得，帶速不應該過高或者過低，一般來說帶速應該在5m/s到25m/s之間。所得帶速在合理范圍之內(nèi)，故小帶輪基準直徑dd所選的75mm符合要求。 Ⅳ、計算大帶輪的基準直徑 根據(jù)式子（3.6）可得大帶輪的基準直徑d=i*dd,并根據(jù)普通V帶輪的基準直徑系列表加以適當圓整。傳動比依據(jù)加工所需要求以求得i=1.8。 根據(jù)上述要求，最后取得大帶輪的基準直徑d=140mm。 Ⅴ、確定中心距a，選擇V帶的基準長度Ld 根據(jù)帶傳動的總體的尺寸的限制或者加工所需的中心距，根據(jù)公式初定中心距a0。 其公式如下： 0.7d+dd≤a0≤2d+dd#3. 求得初定的中心距a0在150.5mm到430mm之間。依據(jù)汽車剎車片專用銑床的結構布局較為緊湊的特點，所以中心距在符合標準的情況下應該盡可能的小一點。因此最后初定的中心距a0選擇151mm。 根據(jù)公式計算帶長，帶長的計算公式為： Ld0≈2a0+π2d+dd+d-dd24a0#3. 已求得d=140mm，dd=75mm，代入公式（3.10） 計算得帶長Ld0=646.7mm。根據(jù)普通V帶的基準長度Ld（mm）及帶長修正系數(shù)KL表取得帶的基準長度Ld=630mm，其對應的帶長修正系數(shù)KL=0.81。 Ⅵ、計算中心距a及其變動的范圍 公式如下： a≈a0+Ld-Ld02#3. 計算得a=142.65mm。 帶輪在制造的過程中由于基準誤差和定位誤差等的影響，造成的皮帶長度的不準確以及由于皮帶自身所具有的彈性的影響，再加上皮帶在長時間的使用過程中彈性變?nèi)?，變得松弛。根?jù)以上幾點影響，需要中心距能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)整，使得皮帶能夠張緊在皮帶輪上。計算公式如下： amin=a-0.015Ld#3. amax=a+0.03Ld#3. 計算得amin=133.2mm，amax=161.55mm。 Ⅶ、驗算小帶輪上的包角α1 一般來說小帶輪的包角α1比大帶輪的包角α2要小。小帶輪的臨界摩擦力的大小小于大帶輪的臨界摩擦力。因為上述原因，所以皮帶輪的打滑一般都發(fā)生在小帶輪上。為了提高帶傳動的工作能力，應該使小帶輪的包角α1大于等于120°，其驗算公式如下： α1≈180°-d-dd57.3°a≥120°#3. 計算得小帶輪的包角α1=153.87°，大于120°，符合加工所需的要求。 Ⅷ、確定帶的根數(shù)z 其確定的公式如下： z=PcaPr=KAPP0+?P0KαKL#3. 查單根普通V帶的基本額定功率P0表可得p0=0.68KW。根據(jù)包角修正系數(shù)表可得Kα=0.93。查表得帶長修正系數(shù)KL=0.81。根據(jù)單根普通V帶額定功率的增量DP0表可知DP0=0.15KW。已經(jīng)求得Pca =1.65KW。 將以上數(shù)值代入公式（3.15）求得z=2.64，確定帶的根數(shù)z=3。符合一般所要求的10根以下。 Ⅸ、確定皮帶的初拉力F0 帶的初拉力的確定在加工過程中有著至關重要的作用，其中如果初拉力F0太小的話，那么皮帶所傳遞的動能就會太小，容易使皮帶打滑。如果初拉力F0太大的話，會導致皮帶的壽命縮短，同時對連接皮帶的軸及其軸承的壓力也會過大，影響加工質(zhì)量。所以在確定初拉力的時候，首先要保證帶的傳動能力，其次還需要考慮帶的壽命，保障其耐久度。單根V帶的初拉力F0的確定公式如下： F0=5002.5-KαPcaKαzv+qv2#3. 其中通過查V帶單位長度的質(zhì)量表，可得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.105kg/m，其余數(shù)值已經(jīng)知曉。 代入公式（3.16）求得單根V帶的初拉力F0=85.5N 。 Ⅹ、帶傳動的壓軸力FP 不考慮帶兩邊的拉力差的情況下，壓軸力可以近似的按照兩邊帶的初拉力的合力來計算，其公式如下： Fp=2zF0sinα12#3. 帶入公式可得FP=497.6N。 經(jīng)過計算與選擇，最終確定的Ｖ帶的參數(shù)如下： 表 3.21 V帶參數(shù)表 V帶的類型 A型帶 中心距a 142.65mm 小帶輪基準直徑dd 75mm 大帶輪基準直徑d 140mm 帶的基準長度Ld 630mm 帶的根數(shù)Z 3 帶的初拉力F0 85.5N 帶的壓軸力 497.6N 帶輪的結構設計如下： V帶輪的種類根據(jù)實際應用所需的不同以及輪輻的不同，分為有實心、腹板、孔板、橢圓輪輻四種樣式。其中，當帶輪的直徑D≤2.5d（d為軸的直徑）時選用實心式，當D＞30cm時，選擇輪輻式，當30cm≥D＞2.5d時選用腹板式，其中輪輻式和腹板式能夠在減少材料的情況下保證帶輪強度。 在本次設計中，根據(jù)所選電機以及主軸的實際情況，其安裝帶輪的軸的直徑均為24mm。根據(jù)以上條件，確定所選小帶輪樣式為實心式、大帶輪樣式為腹板式。帶輪結構示意圖如下： 圖 3.22 帶輪結構示意圖 1、小帶輪的結構設計 已知，軸孔直徑d=24mm，帶輪基準直徑dd75mm。 d1=2d#3. da=dd+2ha#3. B=z-1×e+2×f#3. C=0.25B#3. L=2d#3. 將各數(shù)值代入以上公式，公式中e，f，ha根據(jù)輪槽截面尺寸表可知A型帶槽的e=15mm，f=9mm，ha=2.75mm。 計算可得。d1=48mm；da=80.5mm，B=48mm，C=12mm，L=48mm。 2、大帶輪的結構設計 已知，軸孔直徑d=24mm，帶輪基準直徑dd=140mm。 將各數(shù)值代入上述公式，計算可得。d1=48mm；da=145.5mm，B=48mm，C=12mm，L=48mm。 3.2.3 鍵的選擇與校核 為軸與轂類零件的連接，故選用B型普通平鍵連接，根據(jù)軸的直徑為24mm，查表得b*h=8mm*7mm。根據(jù)鍵長一般等于或者略短于輪轂的寬度的經(jīng)驗，已知輪轂寬為48mm，根據(jù)標準所規(guī)定的長度系列，選擇鍵長為45mm。 帶輪所用材料為鑄鐵，所承受的載荷類型為輕微沖擊，查表可得其許用擠壓應力為60MPa。 鍵工作時的擠壓應力計算公式如下： σp=4000Thld#3. 式中：T=13.68N*m，h=7mm，d=24mm，代入公式可得擠壓應力=7.2MPa＜60MPa，符合使用要求。 3.2.4 主軸的設計與選擇 主軸是銑床的重要的零件之一，主軸的主要的作用為支撐回轉運動的刀具以及給作回轉運動的刀具轉遞運動以及動力，同時需要承受切削力還有驅動力的載荷。一切作回轉運動的刀具如鋸片銑刀、三面刃銑刀、立銑刀等都必須安裝在與主軸相連接的刀桿上才能進行切削運動 軸的結構的設計需要根據(jù)安裝在軸上的各個零件來確定，例如傳動件、刀桿、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和定位安裝的方法，正確合理的確定軸的結構的設計和尺寸的選擇能夠提高軸在工作時的可靠性，合理的尺寸還能減少軸的制造成本，以及方便軸上零件的安裝。 一般主軸的類型為空心的階梯軸，本次設計的汽車剎車片專用銑床部分結構設計借鑒XWQ20輕型臥式銑床，其主軸材料的選用及其結構設計合理可靠，符合本次設計所需，故此本次設計的專用銑床的主軸選用和XWQ20輕型臥式銑床相同的主軸結構，其中與主軸相連接的刀桿為配合所用的鋸片銑刀的內(nèi)徑大小為16mm，選用的刀桿安裝鋸片銑刀的位置的直徑為16mm。 3.3 進給系統(tǒng)的確定 進給系統(tǒng)主要是由各類驅動電機、執(zhí)行運動的機構以及連接兩者的機械傳動機構組成。進給系統(tǒng)是銑床加工過程中不可或缺的部分，其重要性與主軸相同，兩者缺一不可。 3.3.1 導軌的選擇 導軌是床身與工作臺等相對運動部件相接觸的接觸面組成的滑動副，其主要的作用是承受工作臺等運動部件的載荷以及在運動時進行導向。 導軌在選擇時，根據(jù)汽車剎車片專用銑床的工作情況，應該滿足以下要求： Ⅰ、承載能力要適當。 工作臺上進行加工的工件為汽車的剎車片，其重量輕，體積小，加工工藝簡單，所以需要適當?shù)倪x擇的導軌截面形狀以及尺寸以減少材料的使用，在保證導軌剛度的情況下，進一步簡化銑床的結構。 Ⅱ、需要保持一定的精度 主軸箱以及電機與立柱之間的導軌，由于電機以及主軸等配件都安裝在一起，為了保障其加工精度，所以所使用的導軌精度一定要高，有足夠的剛度。橫向工作臺的主要運動為直線運動，用來確定加工位置，精度要求所需不高，故此材料的選擇則可以較電機與立柱之間的導軌相比價格稍微低廉，節(jié)約專用銑床的設計制造的成本。 Ⅲ、結構需要簡單、便于維護 專用銑床相比于通用機床，具有著加工效率高，加工模式單一的特點，常用于大批量的生產(chǎn)。在機械結構中，越是復雜的機械其出現(xiàn)故障的概率就越大，而且也難以維修。為了保障大批量生產(chǎn)的需求，在加工過程中減少故障的發(fā)生，即使發(fā)生故障也能快速維修，所以所使用的導軌的需要結構簡單、便于維修。 根據(jù)上述要求，工作臺橫向進給運動的導軌選擇燕尾型導軌，其獨特的形狀可以保證工作臺在進給到最遠處時不會發(fā)生傾倒，在縱向上可以設置更長的工作行程提升工作效率?？v向進給的運動導軌因為不用承受顛覆力矩，而且所承載的工件剎車片重量較輕，故此選用普通矩形導軌即可。 導軌的材料的選擇關乎著銑床的成本，在選擇時要恰到好處，不能偷工減料也不能鋪張浪費。根據(jù)加工要求所需，工作臺的橫向運動的導軌材料選擇為鑄鐵，鑄鐵有著不錯的抗振性、耐磨性高、工藝性好的特點，價格也較為低廉，符合設計所需要求?？v向導軌是主要的工作導軌，來回次數(shù)多為了保證其耐用，所以導軌的耐磨性需要得到保障，根據(jù)要求選擇的材料為鑲鋼導軌，其耐磨性相較于鑄鐵導軌有著十分大的提升，提高了5~10倍，符合所設計的銑床的工作所需。 3.3.2 滾珠絲杠的選擇 滾珠絲杠是一種能夠將旋轉運動轉換成與其連接的部件的直線運動的運動轉換機構。其樣式以及結構布局如下圖所示： 圖 3.31滾珠絲杠 滾珠絲桿螺母副相較于普通滑動絲杠傳動有以下優(yōu)點： Ⅰ、在工作時，滾珠、螺母、絲杠之間的運動所產(chǎn)生的摩擦為滾動摩擦。滾動摩擦相較于滑動摩擦有著摩擦力小的優(yōu)點，因為摩擦所損失的動力也少，能傳遞更多的動力。 Ⅱ、使用壽命長，由于其使用材料采用優(yōu)質(zhì)的合金鋼，摩擦損耗小，其使用壽命比普通的滑動絲杠高出不少，符合本次設計的專用銑床的大批量生產(chǎn)的要求所需。 根據(jù)以上設計要求，選擇工作臺的絲杠類型為滾珠絲杠螺母副。主軸箱由于處在豎直的位置，而且由于滾珠絲杠螺母副的摩擦系數(shù)小，無法自鎖，所以主軸箱的絲杠選擇為普通的滑動絲杠。且由于主軸箱在豎直方向上的運動并不頻繁，所以選用普通絲杠也能夠符合使用壽命的要求。 3.3.3 進給系統(tǒng)電機的選擇 在本文的設計中，為了滿足批量加工所需工作臺的縱向進給運動需要由電機進行控制以提高加工效率。由于所加工工件工藝單一，進給速度較為固定，無需變速，故選用普通的三相異步電機即可，電機與絲杠的連接選用聯(lián)軸器連接，簡化結構。 根據(jù)設計要求，確定所選電機為：0.25KW的三相異步電動機，其尺寸為238mm*145mm*122mm，最高轉速為1400r/min。  結論 此次在了解了國內(nèi)外專用銑床的技術現(xiàn)狀和發(fā)展的方向的基礎上，結合汽車剎車片的工藝要求，給出了汽車剎車片專用銑床的設計方案。 本次設計主要完成了以下幾個方面內(nèi)容的研究： 1、 根據(jù)汽車剎車片的加工的工藝要求，以及剎車片生產(chǎn)廠家的需求，確定了本次設計的專用銑床類型為臥式銑床，加工所用刀具為鋸片銑刀。 2、 專用銑床的設計一般都是在通用銑床的基礎上進行有針對性的設計改造，本次設計的專用銑床參考的機床為XWQ20輕型臥式銑床，借鑒的部分包括工作臺、進給傳動系統(tǒng)、主軸的選擇等部分。對銑床的主傳動系統(tǒng)、電機的選擇進行了設計和分析計算。 3、 計算得出所選擇的電機為：1.5KW三相四級異步電動機，帶傳動系統(tǒng)選用A型的V帶3根，每根帶長確定為630mm。 4、 粗略的選擇的了專用銑床的進給系統(tǒng)中的導軌類型、傳動絲杠類型以及所用電機。其中工作臺的橫向運動的導軌材料選擇為鑄鐵，縱向運動的導軌選擇為鑲鋼導軌，傳動絲杠選擇為滾珠絲杠螺母副, 主軸箱和電機與立柱之間的導軌選擇的材料為鑄鐵，傳動絲桿選擇為普通滑動絲杠?？v向進給所用電機選擇為0.25KW的三相異步電動機。 本次設計的汽車剎車片專用銑床，降低了中小企業(yè)生產(chǎn)剎車片的成本，也減少了工人的工作量，保障了加工時的安全，同時也能提升企業(yè)生產(chǎn)的效率，增加了企業(yè)的效益，但由于設計經(jīng)驗和能力的不足，還有許多值得改進和完善的地方： 1、 在銑床發(fā)展逐漸數(shù)控化的今天，本次設計的銑床并沒有數(shù)控系統(tǒng)，如果安裝設計了數(shù)控系統(tǒng)，則能使該銑床的加工效率更進一步，進一步的解放勞動力。 2、 目前機床的設計都向著模塊化發(fā)展，只需要更換相應模塊就能加工不同的工件，如果進行了模塊化的設計，則可以在保證專用銑床的特點的情況下，擴大工藝范圍。 3、 隨著機器人工業(yè)的發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)線采用了機器人代替人工來操作，如果運用了機器人自動上下料的方法，可以大幅度提高廠家的生產(chǎn)效率。  致謝 我的論文是在我的指導老師王輝老師的悉心指導和幫助下完成，從論文的選題到完結，都凝聚了王老師的精力和心血，沒有他對我進行的不厭其煩的指導和幫助，無私的為我的論文修正和改進，我的論文就無法完成。王老師在課堂上的幽默詼諧的教學風格深受同學們的喜愛也給我留下了深刻的印象。王老師在學術上學識淵博、治學嚴謹、實事求是，在日常生活中平易近人、代人以寬、心系學生。學習期間，王老師給予了我無私的教導和幫助，在此，我對王老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 此外還要感謝在論文的完成過程中家人們對我的支持以及同學們對我的幫助。 最后，衷心感謝各位老師們能在百忙之中抽出時間來對我的論文進行審閱。 參考文獻 [1] 關慧貞．機械制造裝備設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2014. [2] 高峰．目前我國機床制造企業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].南方農(nóng)機，2018(8):163. [3] 陳海勝．曲軸復合車削機床的結構布局設計[J]．機械工程師，2011(3):28-29. [4] 劉漫．細長軸鍵槽專用銑床的研究與設計[D]．山東大學，2014. [5] 于駿一，鄒青．機械制造技術基礎[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009. [6] 濮良貴，陳國定，吳立言．機械設計[M]．北京：高等教育出版社，2013. [7] 趙為鐸．金屬切削機床設計[M]．北京：中國工業(yè)出版社，1962. [8] 機床設計手冊編寫組．機床設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1979-1986. [9] 陳矛圻．機械制造工藝學[M]．沈陽：遼寧科學技術出版社，1990. [10] 李國林．專用銑床的設計和制造[J]．有色礦冶，2007(03):51-52+55. [11] 梁意良，呂允剛，葉正余．摩托車輪轂專用銑床的設計[J] ．摩托車技術，2011(08):36-38. [12] 張芹，黃葉明．一種汽車剎車片的設計[J] ．內(nèi)燃機與配件，2018(13):21-23. [13] Development and application of an ultra-precision lathe. Kim, Jeong-Du,Kim, Dong-Sik. International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 1997 [14] Jedd Cole. Machine Performs 3+2, Simultaneous Five-Axis Milling[J]. Modern Machine Shop,2018,91(3). [15] Eva Martínez Herrero,Lorena Pereda Pereda,Fernando Huidobro Fernández,Juan Carlos Monje Pardo,Blanca Urquidi Sandoval. An environmental evaluation of a milling machine range: a case study on reconfigurable approach[J]. SN Applied Sciences,2019,1(11). [16] Borivoj Novakovi?,Mi?a ?ur?ev,Ljiljana Radovanovi?,James G. Speight. OPTIMIZATION OF MANUFACTURING PROCESSES USING MODERN AUTOMATED CNC MILLING MACHINES[J]. Applied Engineering Letters,2018,3(4).