移动式法兰盘端面铣床的设计

张发厅

摘要： 本文介绍了移动式法兰盘端面铣床的特点，重点对该机床机架的总体设计方案进行了描述，详细介绍了机架设计方案的设计过程，并对支撑装置的设计进行了描述，可为机床的设计提供理论参考。

Abstract： This paper introduces the characteristics of the movable flange end milling machine， focuses on the description of general design scheme of the machine frame， introduces the design process of frame scheme in detail， and describes the design of supporting equipment， which provides references for the design of machine tools.

关键词： 移动式法兰盘端面铣床；机架；支撑装置；设计

Key words： movable flange end milling machine；frame；supporting equipment；design

中图分类号：TG502.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0050-02

0 引言

移动式法兰盘端面铣床又可称为便携式法兰盘端面铣床，是在普通端面铣床和普通车床的基础上，用于解决施工过程中的现场实际问题而演化而成的。相对于普通的铣床来说，移动式法兰盘端面铣床由于主要面对施工现场的辅助性加工，移动式法兰盘端面铣床基本原理等同于普通铣床，但其便携性使其在现场施工领域得以较快发展。本文通过分析移动式法兰盘端面铣床的工作原理和特点，对其设计思路进行探讨，为移动式法兰盘端面铣床的设计提供参考。

1 总体方案设计

1.1 概述 移动式法兰盘端面铣床主要由四大部分构成：支撑装置、驱动装置、进给机构及旋转接头。支撑装置主要由支撑臂和旋转接头组成。驱动装置由液压马达传递扭矩，进给机构由液压缸、移动刀架和导轨等部分组成。

1.2 机架设计

1.2.1 机架设计准则 机架是机器（或仪表）中支撑或容纳零部件的零件的统称。如底座、机体、床身、车架、桥架、壳体等。机架设计的三个准则是应满足刚度、强度以及稳定性的要求。

1.2.2 机架设计的一般要求

①在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低。②抗振性好，将受迫振动振幅限制在允许的范围内，噪声小。③温度场布局合理，热变形对精度影响小。④结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。⑤结构力求便于安装和调整，方便修理和更换零件。⑥有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。⑦造型好，使之既适用经济又美观大方。

1.2.3 机架的总体设计

①主切削力计算。主切削力Fc是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据。取切削速度为120mm/mim，背吃刀量为2mm，进给量为0.5mm/r，查机械设计手册，由计算主切削力的指数公式F■=C■·a■■·f■·v■■·K■，可得主切削力 148.75N。

②扭矩计算。取L=0.8m，由扭矩M=Fc×L，计算得：M=119.00N.M。

③进给力的计算。进给力 Ff 作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。相关参数同主切削力的计算，根据进给力的计算公式，F■=C■·a■■·f■·v■■·K■

可得切削时进给力F■为60.94N。

④机架设计。该移动式法兰盘端面铣床通过支撑臂在工件上进行定位后，动力源经过旋转接头给出需要扭矩分别传递给液压马达的的转动和带动刀具进行圆周进给运动，使整个法兰的环面完成切削。一次切削完成后，通过摇动刀架上面的手柄使刀具向下进给，然后进行下一轮切削。根据机架设计准则、要求及其加工应用特点，移动式法兰盘端面铣床的总体设计方案如图1。

1.3 动力装置的的选取 考虑到便携性和安装的问题，在选择机器动力装置时，以液压马达为主要选择对象。AKS系列摆缸液压马达（内五星马达）壳体强度增加，内部动态原件承载能力增强，具有很高的连续功率范围，机械效率和容积效率高，减少了内部单位负载力，从而减少了热量产生及相关的负面效应，特别适用于提升绞盘、卷筒机械、各种回转机械驱动、履带和轮子行走机构的驱动等传动机械中，设计中选择AKS系列的液压马达。

由M=119.00N.·M，结合机床实际工作情况，通过相关计算取机械效率ηm =91%，计算压强△P=13.92MPa，查机械设计手册，可知AKS05-60五星摆缸液压马达的额定压强为25MPa，符合要求，所以选用AKS05-60五星摆缸液压马达。

2 支撑装置的设计

支撑装置由转盘轴承和支撑架组成。

2.1 转盘轴承的选择及使用 转盘轴承是一种能够同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷的大型特殊结构轴承。

根据支撑架的大小和强度，选择具有较高的动负荷能力的四点接触球转盘轴承，基本型号为010.25.315，外形尺寸D=408mm，d=222mm。单排四点接触球式回转支承由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。

2.2 支撑架的的设计 本次设计中的外圆内径卡盘装置，其是以内径为加工基准而对圆筒状的法兰端面进行加工时所使用的端面铣床的内径卡盘装置，基准轴以相对于主轴定心的状态一体地安装在该主轴的前端部，在设计中使用了8个卡盘爪，它们能以相对于上述基准轴的外周面沿着周向等间距间隔地在径向上顶在入基准轴的内周面上，多个卡盘爪用于卡紧该工件的内周面，从而卡紧该工件的内周面；使用过程中用扳手把爪盘上的螺柱旋转而使爪盘外张，顶紧内壁后，使用扳手旋转防松螺母，固定后调整平面度进行加工。

3 结束语

移动式法兰盘端面铣床由于其便携性使其在现场施工领域得以较快发展。本文通过分析移动式法兰盘端面铣床的工作原理和特点，对其设计思路进行探讨，重点介绍了该机床机架设计方案的设计过程，并对支撑装置的设计进行了描述，为移动式法兰盘端面铣床的设计提供参考。

参考文献：

[1]郑堤，唐可洪.机电一体化设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]周开勤.机械零件手册[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]王爱珍.机械工程材料[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6]黄健求.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2005.endprint

摘要： 本文介绍了移动式法兰盘端面铣床的特点，重点对该机床机架的总体设计方案进行了描述，详细介绍了机架设计方案的设计过程，并对支撑装置的设计进行了描述，可为机床的设计提供理论参考。

Abstract： This paper introduces the characteristics of the movable flange end milling machine， focuses on the description of general design scheme of the machine frame， introduces the design process of frame scheme in detail， and describes the design of supporting equipment， which provides references for the design of machine tools.

关键词： 移动式法兰盘端面铣床；机架；支撑装置；设计

Key words： movable flange end milling machine；frame；supporting equipment；design

中图分类号：TG502.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0050-02

0 引言

移动式法兰盘端面铣床又可称为便携式法兰盘端面铣床，是在普通端面铣床和普通车床的基础上，用于解决施工过程中的现场实际问题而演化而成的。相对于普通的铣床来说，移动式法兰盘端面铣床由于主要面对施工现场的辅助性加工，移动式法兰盘端面铣床基本原理等同于普通铣床，但其便携性使其在现场施工领域得以较快发展。本文通过分析移动式法兰盘端面铣床的工作原理和特点，对其设计思路进行探讨，为移动式法兰盘端面铣床的设计提供参考。

1 总体方案设计

1.1 概述 移动式法兰盘端面铣床主要由四大部分构成：支撑装置、驱动装置、进给机构及旋转接头。支撑装置主要由支撑臂和旋转接头组成。驱动装置由液压马达传递扭矩，进给机构由液压缸、移动刀架和导轨等部分组成。

1.2 机架设计

1.2.1 机架设计准则 机架是机器（或仪表）中支撑或容纳零部件的零件的统称。如底座、机体、床身、车架、桥架、壳体等。机架设计的三个准则是应满足刚度、强度以及稳定性的要求。

1.2.2 机架设计的一般要求

①在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低。②抗振性好，将受迫振动振幅限制在允许的范围内，噪声小。③温度场布局合理，热变形对精度影响小。④结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。⑤结构力求便于安装和调整，方便修理和更换零件。⑥有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。⑦造型好，使之既适用经济又美观大方。

1.2.3 机架的总体设计

①主切削力计算。主切削力Fc是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据。取切削速度为120mm/mim，背吃刀量为2mm，进给量为0.5mm/r，查机械设计手册，由计算主切削力的指数公式F■=C■·a■■·f■·v■■·K■，可得主切削力 148.75N。

②扭矩计算。取L=0.8m，由扭矩M=Fc×L，计算得：M=119.00N.M。

③进给力的计算。进给力 Ff 作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。相关参数同主切削力的计算，根据进给力的计算公式，F■=C■·a■■·f■·v■■·K■

可得切削时进给力F■为60.94N。

④机架设计。该移动式法兰盘端面铣床通过支撑臂在工件上进行定位后，动力源经过旋转接头给出需要扭矩分别传递给液压马达的的转动和带动刀具进行圆周进给运动，使整个法兰的环面完成切削。一次切削完成后，通过摇动刀架上面的手柄使刀具向下进给，然后进行下一轮切削。根据机架设计准则、要求及其加工应用特点，移动式法兰盘端面铣床的总体设计方案如图1。

1.3 动力装置的的选取 考虑到便携性和安装的问题，在选择机器动力装置时，以液压马达为主要选择对象。AKS系列摆缸液压马达（内五星马达）壳体强度增加，内部动态原件承载能力增强，具有很高的连续功率范围，机械效率和容积效率高，减少了内部单位负载力，从而减少了热量产生及相关的负面效应，特别适用于提升绞盘、卷筒机械、各种回转机械驱动、履带和轮子行走机构的驱动等传动机械中，设计中选择AKS系列的液压马达。

由M=119.00N.·M，结合机床实际工作情况，通过相关计算取机械效率ηm =91%，计算压强△P=13.92MPa，查机械设计手册，可知AKS05-60五星摆缸液压马达的额定压强为25MPa，符合要求，所以选用AKS05-60五星摆缸液压马达。

2 支撑装置的设计

支撑装置由转盘轴承和支撑架组成。

2.1 转盘轴承的选择及使用 转盘轴承是一种能够同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷的大型特殊结构轴承。

根据支撑架的大小和强度，选择具有较高的动负荷能力的四点接触球转盘轴承，基本型号为010.25.315，外形尺寸D=408mm，d=222mm。单排四点接触球式回转支承由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。

2.2 支撑架的的设计 本次设计中的外圆内径卡盘装置，其是以内径为加工基准而对圆筒状的法兰端面进行加工时所使用的端面铣床的内径卡盘装置，基准轴以相对于主轴定心的状态一体地安装在该主轴的前端部，在设计中使用了8个卡盘爪，它们能以相对于上述基准轴的外周面沿着周向等间距间隔地在径向上顶在入基准轴的内周面上，多个卡盘爪用于卡紧该工件的内周面，从而卡紧该工件的内周面；使用过程中用扳手把爪盘上的螺柱旋转而使爪盘外张，顶紧内壁后，使用扳手旋转防松螺母，固定后调整平面度进行加工。

3 结束语

移动式法兰盘端面铣床由于其便携性使其在现场施工领域得以较快发展。本文通过分析移动式法兰盘端面铣床的工作原理和特点，对其设计思路进行探讨，重点介绍了该机床机架设计方案的设计过程，并对支撑装置的设计进行了描述，为移动式法兰盘端面铣床的设计提供参考。

参考文献：

[1]郑堤，唐可洪.机电一体化设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]周开勤.机械零件手册[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]王爱珍.机械工程材料[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6]黄健求.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2005.endprint

摘要： 本文介绍了移动式法兰盘端面铣床的特点，重点对该机床机架的总体设计方案进行了描述，详细介绍了机架设计方案的设计过程，并对支撑装置的设计进行了描述，可为机床的设计提供理论参考。

Abstract： This paper introduces the characteristics of the movable flange end milling machine， focuses on the description of general design scheme of the machine frame， introduces the design process of frame scheme in detail， and describes the design of supporting equipment， which provides references for the design of machine tools.

关键词： 移动式法兰盘端面铣床；机架；支撑装置；设计

Key words： movable flange end milling machine；frame；supporting equipment；design

中图分类号：TG502.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0050-02

0 引言

移动式法兰盘端面铣床又可称为便携式法兰盘端面铣床，是在普通端面铣床和普通车床的基础上，用于解决施工过程中的现场实际问题而演化而成的。相对于普通的铣床来说，移动式法兰盘端面铣床由于主要面对施工现场的辅助性加工，移动式法兰盘端面铣床基本原理等同于普通铣床，但其便携性使其在现场施工领域得以较快发展。本文通过分析移动式法兰盘端面铣床的工作原理和特点，对其设计思路进行探讨，为移动式法兰盘端面铣床的设计提供参考。

1 总体方案设计

1.1 概述 移动式法兰盘端面铣床主要由四大部分构成：支撑装置、驱动装置、进给机构及旋转接头。支撑装置主要由支撑臂和旋转接头组成。驱动装置由液压马达传递扭矩，进给机构由液压缸、移动刀架和导轨等部分组成。

1.2 机架设计

1.2.1 机架设计准则 机架是机器（或仪表）中支撑或容纳零部件的零件的统称。如底座、机体、床身、车架、桥架、壳体等。机架设计的三个准则是应满足刚度、强度以及稳定性的要求。

1.2.2 机架设计的一般要求

①在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低。②抗振性好，将受迫振动振幅限制在允许的范围内，噪声小。③温度场布局合理，热变形对精度影响小。④结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。⑤结构力求便于安装和调整，方便修理和更换零件。⑥有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。⑦造型好，使之既适用经济又美观大方。

1.2.3 机架的总体设计

①主切削力计算。主切削力Fc是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据。取切削速度为120mm/mim，背吃刀量为2mm，进给量为0.5mm/r，查机械设计手册，由计算主切削力的指数公式F■=C■·a■■·f■·v■■·K■，可得主切削力 148.75N。

②扭矩计算。取L=0.8m，由扭矩M=Fc×L，计算得：M=119.00N.M。

③进给力的计算。进给力 Ff 作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。相关参数同主切削力的计算，根据进给力的计算公式，F■=C■·a■■·f■·v■■·K■

可得切削时进给力F■为60.94N。

④机架设计。该移动式法兰盘端面铣床通过支撑臂在工件上进行定位后，动力源经过旋转接头给出需要扭矩分别传递给液压马达的的转动和带动刀具进行圆周进给运动，使整个法兰的环面完成切削。一次切削完成后，通过摇动刀架上面的手柄使刀具向下进给，然后进行下一轮切削。根据机架设计准则、要求及其加工应用特点，移动式法兰盘端面铣床的总体设计方案如图1。

1.3 动力装置的的选取 考虑到便携性和安装的问题，在选择机器动力装置时，以液压马达为主要选择对象。AKS系列摆缸液压马达（内五星马达）壳体强度增加，内部动态原件承载能力增强，具有很高的连续功率范围，机械效率和容积效率高，减少了内部单位负载力，从而减少了热量产生及相关的负面效应，特别适用于提升绞盘、卷筒机械、各种回转机械驱动、履带和轮子行走机构的驱动等传动机械中，设计中选择AKS系列的液压马达。

由M=119.00N.·M，结合机床实际工作情况，通过相关计算取机械效率ηm =91%，计算压强△P=13.92MPa，查机械设计手册，可知AKS05-60五星摆缸液压马达的额定压强为25MPa，符合要求，所以选用AKS05-60五星摆缸液压马达。

2 支撑装置的设计

支撑装置由转盘轴承和支撑架组成。

2.1 转盘轴承的选择及使用 转盘轴承是一种能够同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷的大型特殊结构轴承。

根据支撑架的大小和强度，选择具有较高的动负荷能力的四点接触球转盘轴承，基本型号为010.25.315，外形尺寸D=408mm，d=222mm。单排四点接触球式回转支承由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。

2.2 支撑架的的设计 本次设计中的外圆内径卡盘装置，其是以内径为加工基准而对圆筒状的法兰端面进行加工时所使用的端面铣床的内径卡盘装置，基准轴以相对于主轴定心的状态一体地安装在该主轴的前端部，在设计中使用了8个卡盘爪，它们能以相对于上述基准轴的外周面沿着周向等间距间隔地在径向上顶在入基准轴的内周面上，多个卡盘爪用于卡紧该工件的内周面，从而卡紧该工件的内周面；使用过程中用扳手把爪盘上的螺柱旋转而使爪盘外张，顶紧内壁后，使用扳手旋转防松螺母，固定后调整平面度进行加工。

3 结束语

移动式法兰盘端面铣床由于其便携性使其在现场施工领域得以较快发展。本文通过分析移动式法兰盘端面铣床的工作原理和特点，对其设计思路进行探讨，重点介绍了该机床机架设计方案的设计过程，并对支撑装置的设计进行了描述，为移动式法兰盘端面铣床的设计提供参考。

参考文献：

[1]郑堤，唐可洪.机电一体化设计[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]周开勤.机械零件手册[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]王爱珍.机械工程材料[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[6]黄健求.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2005.endprint