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1、目录一、引言21.1、铣床的历史：21.2铣床的基本知识41.3、铣床的发展概况5二、方案设计与比较72.1铣床的技术参数要求72.2动力头的选择72.3动力参数的确定72.4电动机的选择82.5进给机构方案确定82.6升降机构的方案确定92.7、调角机构的方案确定9三、主要零件的设计与计算1331导轨的设计与强度计算133.1.1导轨功用、分类和应满足的要求133.1.2 导轨的选择：133.1.3滑动导轨压强的计算163.1.4导轨间隙的调整：173.2 蜗轮蜗杆的设计与参数确定173.2.1蜗杆的参数计算183.2.2涡轮参数设计203.2.3齿根弯曲疲劳强度校核203.2.4精度等级公
2、差和表面粗糙度的确定213.3丝杆传动设计及计算213.3.1丝杆的特点及应用213.3.2丝杆传动设计及计算223.4蜗杆轴的设计与计算：243.5 齿轮的设计计算253.6蜗杆与减速箱的连接28参考文献29设计总结30附1 外文资料及翻译30附1 外文资料及翻译31High-speed machining and demand for the development31高速切削加工的发展及需求39附2：工程图：44一、引言1.1、铣床的历史：最早的铣床是由美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床，为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；18
3、84年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。 1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。 升降台铣床：升降台铣床有万能式、卧式和立式几种，主要用于加工中小型零件，应用最广；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣
4、刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件；单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。单柱铣床和单臂铣床均用于加工大型零件。 仪表铣床:仪表铣床是一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件；工具铣床主要用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，它们都是为加工相应的工件而制造的专用铣床。切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。 任
5、何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬；不同的刀具结构和切削运动形式，构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。 切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。畜力驱动铣削大铜环 切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时
6、期。在中国，早在商代中期(公元前13世纪)，就已能用研磨的方法加工铜镜；商代晚期(公元前12世纪)，曾用青铜钻头在卜骨上钻孔；西汉时期(公元前206公元23)，就已使用杆钻和管钻，用加砂研磨的方法在“金缕玉衣”的4000多块坚硬的玉片上，钻了18000多个直径12毫米的孔。 17世纪中叶，中国开始利用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工。如公元1668年，曾在畜力驱动的装置上，用多齿刀具铣削天文仪上直径达2丈(古丈)的大铜环，然后再用磨石进行精加工。 18世纪后半期，英国工业革命开始后，由于蒸汽机和近代机床的发明，切削加工开始用蒸汽机作为动力；到19世纪70年代，切削加工中又开始使用电力。 对金属
7、切削原理的研究始于19世纪50年代，对磨削原理的研究始于19世纪80年代，此后各种新的刀具材料相继出现。19世纪末出现的高速钢刀具，使刀具许用的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢刀具提高两倍以上，达到25米/分左右；1923年出现的硬质合金刀具，使切削速度比高速钢刀具又提高两倍左右；30年代以后出现的金属陶瓷和超硬材料(人造金刚石和立方氮化硼)，进一步提高了切削速度和加工精度。 随着机床和刀具的不断发展，切削加工的精度、效率和自动化程度不断提高，应用范围也日益扩大，从而大大促进了现代机械制造业的发展。 金属材料的切削加工有许多分类方法，常见的有按工艺特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三
8、种分类方法。 切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构，以及切削工具与工件的相对运动形式。因此按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。1.2铣床的基本知识（一）铣床加工范围：可加工水平面，台阶面，垂直面，齿轮，齿条，各种沟槽（直槽，T型槽，燕尾槽，V型槽）或成形面等。（二）铣床加工特点：加工范围广，适合批量加工，效率高。铣刀属多齿工具，根据刀具的不同，出现断续切削，刀齿不断切入或切出工件，切削力不断发生变化，产生冲击或振动，影响加工精度和工件表面粗糙度。铣床加工
9、精度为179177。表面粗糙度为Ra6.3-1.6um。（三）铣削加工与铣削工艺：铣削加工 铣削加工是在铣床上利用铣刀旋转对工件进行砌学加工方法。铣刀是旋转的多刃刃具。铣削是多刃加工，且铣刀可使用较大的切削速度，无空回程，故生产效率高。铣削用量 它包括铣削速度，进给量和铣削宽度和深度。a、切削速度Vc： 切削速度即为铣刀最大直径的线速度： Vc=dn/1000 m/minb、 进给量：指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。 有三种方式：（1） 每齿进给量fz mm/z（2） 每圈进给量f mm/r（3） 每分钟进给量 mm/nim 铣床多用于每分钟进给量 f=fn=fzzn mm/nimc、
10、背吃刀量; 也就是切削深度ap,它是沿铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。d、侧吃刀量: 就是切削宽度ae,它是沿垂直与铣刀轴线上的测量的切削层尺寸。选择铣削用量的次序:首先选择较大的铣削宽度、深度，其次是加大进个量。最后才是根据刀具耐用度的要求，选择适宜的铣削速度。（四）铣削方式1、逆铣: 铣刀的旋转方向与工件进给方向相反的铣削形式称为逆铣。2、顺铣: 铣刀旋转方向与工件进给方向相同的铣削方式称顺铣。3、端铣: 端铣的铣削方式有对称和不对称铣削两种。铣削时铣刀的轴线位于工件中心，这种铣削称为对称铣削。铣刀的轴线偏于工件的一侧时的铣削，称为不对称铣削。1.3、铣床的发展概况高速铣削加工（High S
11、peed Milling, HSM）以其巨大的优势，迅速成为现代加工制造领域最重要的加工手段之一，也是衡量一个国家装备制造水平的重要标志。因为高速切削加工技术已广泛应用于航空航天、汽车、船舶等关系到国计民生的重要领域，也代表着现代切削制造技术的发展趋势。近几年来，我国对数控机床需求急剧增加，2000年至2005年，我国数控金切机床产量从14053台跃至59639台，年增长率为33.5。我国金切机床产值数控化率从1996年的11.6提高到2005年的47.3。这表明我国的数控机床行业有了极大的发展。另一方面，我国数控机床进口额连年激增，从2001年的24.1亿美圆增至2005年的64.95亿美圆
12、，国有数控机床的市场占有率却呈现出逐年下滑的趋势，尤其是高速、高精度多轴机床，几乎完全依赖进口。这些数据可以看出我国的机床制造业尤其是高端加工中心落后于发达国家。因此，国家在“十五”、“十一五”规划中都把以数控机床为核心的装备制造作为重大专项，以期在这方面有所突破。数控技术是一门集计算机技术、自动控制技术、机械电子技术以及计算机图形处理技术于一体的综合性技术。其中NC编程是这一技术的灵魂。NC编程成为各种CAM软件的核心。因为NC编程直接影响着数控机床的使用效率和加工质量。所以国内外投入了大量的人力和物力来提高CAD/CAM软件的编程效率，加工效果以及智能化水平。现代高速切削加工发展概况由于目
13、前绝大部分的机械零件必须经过切削加工实现，切削加工在机械制造中占用十分重要的地位。经济全球化使制造国际化，因此竞争也越来越激烈。如何提高效益、降低成本、加快产品开发周期成为每一个面对市场竞争的企业的迫切愿望。高速切削加工所具有的明显优势，近年来得到广泛应用并迅速发展。高速铣削加工（High Speed Milling，简称HSM）的概念源于德国切削物理学家C.J.Salomon博士于1931年所提出的著名切削实验及物理引申，他认为对应一定的工具材料有一个临界切削速度，达到此温度切削温度最高。当超过这一临界切削速度，切削温度反而会降低，而大幅度提高机床的生成效率。高速铣削加工技术作为一门新兴的技
14、术，以其与传统加工相比无可比拟的优点，在加工制造业中得到了越来越广泛的应用，也带来了巨大的经济效益。我国要实现由制造业大国向制造业强国的跨越，必须有强大的制造装备业及相关产业体系作支撑。我国目前的高速数控技术也得到了迅速的发展。但是，我国还缺少高速铣削加工的核心技术，还有许多基础性的研究工作有待开展，这也是我国走向制造业强国的必由之路。二、方案设计与比较2.1铣床的技术参数要求 工作台行程3600mm，运动速度200mm/min； 动力头滑台行程100mm 刀架垂直行程560mm； 铣刀头调节手动，调节角度90度； 铣刀头功率5.5KW。2.2动力头的选择根据加工要求和机床的结构设计，并考虑到
15、经济因素，选择型号为ITX32的动力头，该铣削动力头功率大、刚性好、切削平稳、精度高、操作调整方便。同时此动力头具有普通级、精密级和高精密级三种，能够与四种传动装置即ING皮带传动、1NGb顶置式齿轮传动、INGc尾置式齿轮传动INGd手柄变速齿传动装置配套使用。 该动力头的参数如下：电机功率为5.5KW，电机转速为960r/min，刀盘直径为125-315mm，配套传动装置及主轴转速为ING32 500-1600 r/min，主轴滑套直径为190mm，主轴滑套移动量为80mm，主轴中心高为160mm，主轴前轴承轴径为90mm，选用顶置式，整体重量为305kg。2.3动力参数的确定动力参数一般是指机床的电动机的功率，由于该机床属于专用机床，铣刀头的功率为5.5KW，因此，主运动驱动电动机的功率为5.5KW。确定进给驱动电机的功率，由于进给运动的速度较低，空载时的功率很小，在计算时可以忽略，所以进给驱动电机的功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即式中：-进给驱动电动机功率（KW）； Q-进给
