加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目： 加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名 學(xué)院 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 職稱 教研室主任 一、基本任務(wù)及要求： 本課題以加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，通過對(duì)其機(jī)械部分、電氣控制 部分的設(shè)計(jì)，使之能 夠適應(yīng)現(xiàn)代制造企業(yè)對(duì)加工設(shè)備的更高要求。通過設(shè)計(jì)使學(xué) 生掌握加工中心數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制部分設(shè)計(jì)的基本方法、步驟、過 程和原理，同時(shí)提高他們分析、解決問題的能力及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。課 題基本任務(wù)及要求： 1.熟悉數(shù)控機(jī)床本身的特點(diǎn)、明確設(shè)計(jì)要求； 2.擬定機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案（機(jī)械部分、控制部分）； 3.進(jìn)行機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4.進(jìn)行主傳動(dòng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 1.明確設(shè)計(jì)任務(wù)、熟悉設(shè)計(jì)課題、搜集有關(guān)資料； 2月 25日前完成 2.在熟悉課題要求的前提下，進(jìn)入課題實(shí)施階段，進(jìn)行有關(guān)方面知識(shí)的準(zhǔn)備、撰 寫開題報(bào)告； 3月 15 日前完成 3.根據(jù)要求提出主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路、擬定其方案； 3月 25日前完成 4.進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（繪制主軸箱部裝圖及 1-2個(gè)零件圖）； 4月 20日前完成 5.進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析（如果時(shí)間緊這一步可省）； 5月 10日前完成 6.進(jìn)行主傳動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（繪制控制系統(tǒng)圖）； 5月 20日前完成 7.編寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書并打?。?5月 28 日前完成 8.程序文件的整理、存儲(chǔ)介質(zhì)的制作、準(zhǔn)備答辯； 5月 31日前完成 9.畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 6月 10 日前完成 目 錄 摘要 .I Abstract.II 第 1章 緒論 .1 1.1 加工中心的組成 .2 1.2 加工中心的特點(diǎn) .2 第 2章 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .3 2.1 概述 .3 2.11主傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求 .3 2.2驅(qū)動(dòng)源的選擇 .4 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 .4 2.4 傳動(dòng)軸的估算 .6 2.5 各傳動(dòng)組齒輪魔術(shù)的確定和校核 .7 2.5.1 齒輪模數(shù)的確定 .8 2.5.2 齒輪魔術(shù)的校核 .8 2.6 V型帶的選擇 .9 第 3章 主軸箱展開圖的設(shè)計(jì) .11 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì) .11 3.1.1 結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容和技術(shù)要求 .11 3.1.2 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 .12 3.2 有關(guān)零件的校核 .15 3.2.1各級(jí)轉(zhuǎn)速的校核 .15 3.2.2 齒輪的校核 .15 3.2.3 主軸的校核 .17 第 4章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .19 4.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .19 4.2 選擇中央處理單元的類型 .20 4.3儲(chǔ)存器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) .20 4.3.1程序儲(chǔ)存器的擴(kuò)展 .20 4.3.2數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器的擴(kuò)展 .21 4.4控制系統(tǒng)的發(fā)展 .21 總結(jié) .23 參考文獻(xiàn) .24 致謝 .25 I 加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 數(shù)字控制是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)化控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法，隨著科學(xué) 技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,數(shù)控機(jī)床已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。加工中心就是裝有程序控制系統(tǒng)的一種數(shù)控機(jī)床。該程序控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序，本設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)也就是通過控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。還有主傳動(dòng)系統(tǒng)也是尤為重要的一個(gè)部分，加工中心就是將加工過程所需的各種步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量都是用數(shù)字化的代碼來表示。 關(guān)鍵詞： 加工中心，主軸，主傳動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng) II Processing center main transmission system structure and control system design Abstract： Digital control is modern developed a kind of automation control technology, digital signal of machine with sports and its processing process control one method, with the rapid development of science and technology, nc machine tools is a national mechanical industry level of important standard. Machining center is equipped with process control system of a kind of numerical control machine. The program control system can logically processing have use number, or other symbols the procedures prescribed by the coded instructions, the design of the drive system is realized by controlling system. And main transmission system is also particularly important a part, machining center is to supply all kinds of processing steps and cutter and the relative displacement between parts are with the digital code to said. Keywords: processing center, spindle, main transmission system, control system 1 第 1 章 緒論 1.1 加工中心的組成 加工中心有各種類型，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但總體來看大體上由以下 幾部分組 成： （ 1）基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成，它們是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些 大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的 切削負(fù)載，因此必須具備更高的靜動(dòng)剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。 （ 2）主軸部件 由主軸箱、主軸電機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng) 作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。主軸部件是切 削加工的功率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的 好壞，對(duì)加工中心的 性能有很大的影響。 （ 3）控制系統(tǒng) 單臺(tái)加工中心的數(shù)控中心由 CNC裝置，可編程序控制器，伺服驅(qū)動(dòng)裝置，以 及電機(jī)等部分組成它們是加工中心執(zhí)行順序控制動(dòng)作和控制加工過程的中心。 （ 4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號(hào)裝換位機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，其性 能是決定機(jī)床的加工精度，表面質(zhì)量和加工效率的主要因素之一，加工中心普遍 采用半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種控制方式。 （ 5）自動(dòng)換刀裝置 加工中心與一般數(shù)控機(jī)床的顯著區(qū)別是具有對(duì)零件 進(jìn)行多道工序加工的能 力，有一套自動(dòng)換刀裝置。它由刀庫，機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成。 （ 6）輔助系統(tǒng) 包括潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓和隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不 能直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作 用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。 （ 7）自動(dòng)托盤更換系統(tǒng) 有的加工中心為進(jìn)一步縮短非切削時(shí)間，配有倆個(gè)自動(dòng)交換工件托盤，一個(gè) 2 安裝在工作臺(tái)上進(jìn)行加工，另一個(gè)則位于工作臺(tái)外進(jìn)行裝卸工件。當(dāng)完成一個(gè)托 盤上的工件加工 后，便自動(dòng)交換托盤，進(jìn)行新零件的加工，這樣可減少輔助時(shí)間， 提高加工工效。 1.2 加工中心的特點(diǎn) (1)加工精度高 加工中心是以數(shù)字形式給出指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量一般 達(dá)到了 0.0001mm，而且進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行 補(bǔ)償，因此，加工中心能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。 (2)表面質(zhì)量好 加工中心主軸轉(zhuǎn)速和各軸進(jìn)給量都是無級(jí)調(diào)速，有的甚至有自適應(yīng)控制功能，能 隨刀具和工件材質(zhì)及刀具參數(shù)的變化，把 切削參數(shù)調(diào)整到最佳數(shù)值，從而提高了各加 工表面的質(zhì)量。 (3)生產(chǎn)效率高 零件加工所需的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間倆部分，加工中心能夠有效的減少 這倆部分時(shí)間，因?yàn)榧庸どa(chǎn)率比一般的機(jī)床高得多。 (4)自動(dòng)化程度高 加工中心對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。操作者除了操作面板、 裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行外，其他的機(jī)床動(dòng)作直至加工完 畢，都是自動(dòng)連續(xù)完成。不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均 可大為減少，勞動(dòng)條 件也得到相應(yīng)的改善。 (5)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用加工中心加工零件，能準(zhǔn)確計(jì)算零件加工工時(shí)，并有效的簡(jiǎn)化檢驗(yàn)和工夾具、 半成品的管理工作。這些特點(diǎn)都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 3 第 2 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.1 概述 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具由一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同的尺寸，不同的要求的工作，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停，變速，換向和制動(dòng)等。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部 件，與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)，用于擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。 2.1.1主傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求 1、數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較具有以下特點(diǎn)： 1）轉(zhuǎn)速高，功率大，它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工 2）主軸轉(zhuǎn)速變換可靠，并能自動(dòng)無級(jí)變速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行 3）為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸，主軸上還必須設(shè)計(jì)有刀具自動(dòng)裝卸，主軸定向停 止 和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置 2、 對(duì)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)要求外，還有如下要求： 1） 具有更大的調(diào)速范圍并實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 2） 具有較高的精度和剛度 3） 良好的抗震性，熱穩(wěn)定性 4 2.2 驅(qū)動(dòng)源的選擇 機(jī)床上常用的無極變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速 nd向上至最高轉(zhuǎn)速 nmax是調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速 nd向下至最低轉(zhuǎn)速 nmin時(shí)調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)時(shí)靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流 調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)作反應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢(shì)，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速 1000r/min 最大切削功率 4KW，選擇 Y112M-4 型三相交流異步電動(dòng)機(jī)，額定功率 4KW，滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min，同步轉(zhuǎn)速 1500r/min. 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rdp=nmax/nd=2.2，而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rnp=1.5，小于交流主軸電動(dòng)機(jī)所提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍 . 涉及變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比f 等于交流主軸電動(dòng)機(jī)的功率調(diào)速范圍 Rdp，即 =Rdp=1.5，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的，并且選用集中傳動(dòng)。變速箱的變速級(jí)數(shù) Z=7.94，取 Z=8，經(jīng)分析，確定的 8級(jí)結(jié)構(gòu)式為 :8=21 22 24. 確定變速組齒輪齒數(shù)： 1、 先計(jì)算第一擴(kuò)大組的齒輪的齒數(shù) 第一擴(kuò)大組的降速比分別為： u1=1/2.,u2=1，故齒數(shù)最小的齒輪在降速比為 u1=1/2之中，查表取 z1=zmin,=22,sz=66,則 z1=44， z2=u2/1=u2， sz=33， z2=33. 2、基本組的加個(gè)速比分別是： u1=1/2.8， u2=1，故齒數(shù)最小的齒輪在降速比為 u1=1/2.8之中，查表有在 z1=zmin=22， sz=84， 則 z1 =62， z2=z2=42. 3、第二擴(kuò)大組的降速比分別是 u1=1/4， u2=1，故齒數(shù)最少的齒輪在 u1=1/4 之中，查表有 z1=zmin=， sz=100， z2=50，則 z1=80， z2=50. 由此擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)圖，轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖 2-1,2-2 5 圖 2-1 電 I第一擴(kuò)大組 II基本組 III第二擴(kuò)大組 IV主軸 圖 2-2 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 6 2.4 傳動(dòng)軸的估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲 勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系數(shù)精度要求較高，不允許有較大的變形，因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾，除了載荷較大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度，剛度要求軸在載荷作用下不至于產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的強(qiáng)度。 計(jì)算轉(zhuǎn)速 nj是傳動(dòng)件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表 2-1所示 表 2-1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸序號(hào) 電 I II III 主 計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/min） 1440 1000 800 177 125 計(jì)算各傳動(dòng)軸的輸出功率： P1=p 額 nb nr=4.0 0.96 0.99=3.8（ KW） P2=p1 ng nr=3.8 0.97 0.99=3.65（ KW） P3=p3 ng nr=3.65 0.97 0.99=3.51（ KW） P 主 =p3 ng nr=3.51 0.97 0.99=3.37（ KW） 計(jì)算各傳動(dòng)軸的扭矩 T1=9550P1/N1j=36290(N.mm) T2=9550P2/N2j=69715(N.mm) T3=9550P3/N3j=189381(N.mm) T 主 =9550P 主 /N 主 j=257468(N.mm) 是每米長(zhǎng)度上玉虛的扭轉(zhuǎn)角（ deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選擇的原則如表 2-2所示 表 2-2 需用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動(dòng)軸 較低的軸 （ deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 把以上確定的各軸的輸入功率 P。計(jì)算轉(zhuǎn)速 nj，允許扭轉(zhuǎn)角 代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公 7 式 )/(91 njNd ,可得傳動(dòng)軸的估算直徑，同時(shí)確定鍵的選擇： I軸： p1=3.8KW， n1j=1000r/min，取 =0.9，代入公式： /91 npd ，有 d=23.2mm，圓整取 d=24mm 選鍵： 6 26 30 6 II軸： p2=3.65KW， n2j=500r/min，取 =0.9，代入公式： /91 npd ，有 d=27.3mm，圓整取 d=30 選鍵： 8 32 36 6 III軸： p3=3.51KW， n3j=177r/min，取 =0.9，代入公式： /91 npd ，有 d=34.7mm，圓整取 d=35 選鍵： 8 36 40 7 主軸：選擇主軸前端直徑 D1=90mm，后端直徑 D2=（ 0.75-0.85D1，去 D2=65mm，則平均直徑 D=77.5mm。 對(duì)于普通車床，主軸內(nèi)控直徑 d=（ 0.55-0.6） D，故本例之中，主軸內(nèi)控直徑取為 d=45mm。 支撐形式選擇倆支撐，初取懸伸量 a=90mm，支撐跨距 L=520mm。 圖 2-3 主軸圖 選擇平鍵連接： b h=22 14， l=100mm。 2.5 各傳動(dòng)組齒輪魔術(shù)的確定和校核 按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗(yàn)用。在畫草圖時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算方法有倆種，一是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算；二是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算。這倆種方法的前提條件是各個(gè)齒輪的齒數(shù)必須已知。 8 2.5.1 齒輪模數(shù)的確定 根據(jù) 45好鋼整體淬火， j=1100MP，按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù) m，查表計(jì)算可得K1=1.04， K2=1.3， K3=1.3，則： 第一傳動(dòng)組： I-II軸 m1=16338 21/321)1( jNjmZPjkkki 取 m=8， Z1=22， i=2， nj=1000， pj=3.8 m1=2.2， 查手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列 m=2.5mm 第二傳動(dòng)組： II-III軸 m2=16338 21/321)1( jNjmZPjkkki 取 m=10， Z1=22， i=2.82， nj=500， pj=3.65 m2=2.35 查手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列 m=2.5 第三傳動(dòng)組： III-主軸 m3=16338 21/321)1( jNjmZPjkkki 取 m=8， Z1=20， i=4.0， nj=500， pj=3.51 m3=2.6 查手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)模 數(shù)系列 m=3mm 2.5.2齒輪模數(shù)的校核 計(jì)算公式 F=2KT1YFaYSa/bm 1.確定各項(xiàng)系數(shù) （ 1） P=4.0kw,n=500r/min T=9.55 105 P/n=0.726 105 （ 2）確定動(dòng)載系數(shù) V= dn/1000 60=3.14 5 17 500/1000 60=2.22m/s 齒輪精度等級(jí)為 7級(jí) 查圖表 KA=1.25， KV=1.1 9 （ 3） B=5 6=30mm （ 4）確定齒間分配系數(shù) Ft=2T/d1=2 0.726 105/（ 5 17） =1.708 103 KAFT/b=1.25 1.708 103/30=0.712 102 查表 KF =1.0 （ 5）確定齒向載荷分配系數(shù) 非堆成 KH =1.12+0.18（ 1+0.6 2d ） 2d +0.23 10-3b =1.15 b/m=30/0.25m=30/11.25=2.67 查表 KF =1.094 （ 6）確定動(dòng)載系數(shù) K=KAKVKF KH =1.25 1.1 1.0 1.094=1.51 (7)查表 YFa1=2.97， YSa1=1.52 YFa2=2.25， YSa2=1.75 (8) 確定許用應(yīng)力 N1=60 35 51 300 8 16=8.18 108 Flim1=420Mp， S=1.4 KN=0.93 F1=0.95 420/1.4=279MPa N2=N1/4=2.045 108， Flim2=350MPa S=1.4 KN=0.95 F2=0.95 350/1.4=237.5MPa F1/YFa1YSa1=279/2.97 1.52=61.80 F2/YFa2YSa2=237.5/2.25 1.75=60.32 61.80 60.32 所以取 60.32 2 校核 KFT/bm=1.51 2.52 103/30 5=25.37 60.32 所以合格 2.6 V型帶的選擇 由于計(jì)算功率 Pj=KP=1.0 4.0KW（其中 P=4.0KW， K 為工作情況系數(shù)，可取工作 8小時(shí)，取 K=1.0）和 N 額 =1440r/min，查表得出 V 帶應(yīng)該選擇 B 型帶，取小帶輪的大小 10 125mm，則大帶輪的大小為 180mm，確定中心距 A和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng) Ld。 由于中心距未給出，但我們可 根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初定長(zhǎng)度中心距 A0=1.5（ D1+D2)=1.5(125+180)=457.5mm,圓整取 458mm，根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需代的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld， Ld =2A0+ (dd1+dd2)/2+(dd1 dd2)/4a0得到 Ld =1396.5，取 Ld=1433. 實(shí)際中心距： A L-L0/2+A0=1433-1396.5/2+458=476.25,圓整取 476mm。 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 1 1=180 -(D2-D1/)A 180/ 180 -（ 180-125） /476 180/ =173 120 確定帶的根數(shù) P0=1.92, C1=0.98 Z=P1/P0C1=4/1.92 0.98=2.12，取三根帶大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖 2-4所示 11 第 3 章 主軸箱展開圖的設(shè)計(jì) 主軸箱展開圖是反應(yīng)各個(gè)零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì) 3.1.1結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容和技術(shù)要求 1.設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸，軸承，齒輪，離合器和制動(dòng)器 等），主軸組件，操縱機(jī)構(gòu)，潤(rùn)滑密封系統(tǒng)，和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示 . 2.技術(shù)要求 主軸變速箱是指機(jī)床的主要部分，設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問題 : (1)精度 加工中心主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動(dòng)，（ 0.01mm；主軸軸向傳動(dòng)） (2)剛度和抗振性 綜合剛度（主軸刀架之間的力與相對(duì)變形之比）： 34003D N/m 主軸與刀架之間的相對(duì)振幅的要求如下表 3-1所示： 表 3-1 相對(duì)振幅表 等級(jí) I II III 振幅（ 0.001mm） 1 2 3 (3)傳動(dòng)效率要求如下表 3-2所示 表 3-2 傳動(dòng)效率表 等級(jí) I II III 效率 0.85 0.8 0.75 (4)主軸總軸承處溫升和溫升控制在以下范圍如下表 3-3所示 12 表 3-3 溫升表 條件 溫度 溫升 用滾動(dòng)軸承 70 40 用滑動(dòng)軸承 60 30 (5)噪聲要控制在以下范圍如下表 3-4所示： 表 3-4 噪聲表 等級(jí) I II III DB 78 80 83 噪音 LP： LP=2010gc1（ mz） a n+4.5 q （ 1-tan（ mz） 主 n 主 -K 式中：（ mz） a 所有中間傳動(dòng)齒輪分度圓直徑的平均值 mm （ mz） 主 主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值 mm q 傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對(duì)數(shù) C1， k 系數(shù)，根據(jù)類型和制造水平選取，我國(guó)中型車床， C1=3.5， k=50.5 (6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整 (7)操作方便，安全可靠 (8)遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則 (6-10） . 3.1.2 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動(dòng)零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其他零件的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而知。 1.傳動(dòng)軸的估算 見前一節(jié) 2.齒輪相關(guān)尺寸的計(jì)算 齒寬影響齒的強(qiáng)度，輪齒齒寬承載能力越高。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動(dòng)和噪聲，一般取齒寬系數(shù) m=（ 6-10） m，這里取齒寬系數(shù) m=10，則齒寬 B= m m=10 3=30mm，各個(gè)齒輪的齒寬確定如下表 3-5所示 13 表 3-5 各齒輪的齒度 軸及齒數(shù) I 22 I 33 II 44 II 33 II 42 II 22 III 42 III 62 III 50 III 20 主軸 50 主軸 80 齒寬 20 20 20 20 25 25 25 25 24 24 24 24 由計(jì)算公式： 齒頂： dd1=（ z1+2） m（ h*=1）； da2=（ z2+2h*） 齒根： df1=（ z1-2h*-2c*） m（ c*=0.25） 得到下列尺寸表，齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸，各主軸部件中各個(gè)齒輪的尺寸計(jì)算如下表 3-6所示： 表 3-6 各齒輪的直徑 軸及齒數(shù) I 22 I 33 II 44 II 33 II 42 II 22 III 42 III 62 III 50 III 20 主軸 50 主軸 80 模數(shù)（ mm） 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 分度圓直徑(mm) 55 82.5 110 82.5 105 55 105 155 150 60 150 240 齒根圓直徑（ mm） 48.75 76.25 103.75 76.25 98.75 48.75 98.75 148.75 142.5 52.5 142.5 232.5 齒頂圓直徑（ mm） 60 87.5 115 87.5 110 60 110 160 156 66 156 246 由表 3-6可以計(jì)算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如下表 3-7所示： 軸 I-II II-III III-主 距離 82.5 105 150 14 3、軸的軸向定位 傳動(dòng)軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確的位置，相對(duì)保證安裝在軸上各傳動(dòng)件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，是否受軸向力，都必須有軸的定位，對(duì)受軸向力的軸，其軸向定位更重要。 回轉(zhuǎn)軸的軸向包括軸承在軸上的定位和在箱體孔中定位，在選擇定位方式時(shí)應(yīng)注意： （ 1） 軸的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度要考慮熱伸長(zhǎng)的問題，宜有一端定位 （ 2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整 （ 3） 整個(gè)軸的軸向位置是否需要調(diào)整 （ 4） 在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈 （ 5） 加工和裝配的 工藝性等 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況， I,II,III,主軸均采用彈簧卡圈定位或壓蓋和軸肩定位。 4，軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受倆個(gè)方向 軸向載荷的推力軸承，軸承類型及型號(hào)選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性，及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。同樣尺寸的軸承，線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低，多個(gè)軸承的承載能力比單個(gè)軸承的承載能力要大，不同軸承承受載荷類型及大小不同，為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承。 同城情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸軸承，或者成對(duì)圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是極限轉(zhuǎn)速較低。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用 25度或者 15度的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時(shí)，選用向心推力軸承。 本設(shè)計(jì)的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時(shí)，剛度和速度這倆各方面必須考慮。因此，鄒城選擇如下： I 軸： I 軸的前后端與箱體外壁配合，配合處傳動(dòng)軸的軸徑是 25mm，同時(shí) I 軸 也不會(huì)承受軸向力故也選用深溝球軸承。型號(hào)： 205 II 軸： II 軸與 I 軸相似，但是由于工作過程之中傳動(dòng)可能有誤差， II 軸會(huì)承受軸向力，因此 II軸與外壁配合處采用圓錐滾子軸承，型號(hào)： 7206 III軸： III軸與外壁配合處采用圓錐滾子軸承 型號(hào)： 7207 主軸：主軸是傳動(dòng)系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選擇軸承。從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號(hào) 7214，推力球軸承： 38215.圓柱滾子軸承： 15 32313 3.2 有關(guān)零件的校核 3.2.1各級(jí)轉(zhuǎn)速的校核 表 3-8 轉(zhuǎn)速表 以上各級(jí)的轉(zhuǎn)速誤差全部滿足。 （實(shí)際轉(zhuǎn)速 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速） /標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 10（ -1） %=10（ 1.41-1） %=4.1% 3.2.2 齒輪的校核 （ 1） I軸到 II軸的小齒輪從表 3-2可知齒數(shù)為 22 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到以下數(shù)據(jù)： Z=22， u=2， m=2.5， B=8 2.5=20， nj=1000r/min， K1=1.04， K2=1.3， K3=1.3， T=TS/P=18000/2=9000 KT=m CTn 0/160 = 3 710/9 0 0 01 0 0 060 =3.78 接觸應(yīng)力： Kn=0.83， KN=0.58， Kq=0.64， KS=KTKnKNKq=1.16 j=2088 1000 u B N jK sNKKKu /321)1( /Zm（ Mpa） N=3.8kw (N為傳遞的額定功率 ) 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 j=1006Mpa 1100Mpa； KT=m CTn 0/160 = 6 6102/9 0 0 01 0 0 060 =2.54 彎曲應(yīng)力： Kn=0.83， KN=0.78， Kq=0.77， KS=KTKnKNKq=1.27； Y=0.395 w=191 105K1K2K3KSN/Zm2BYnj（ Mpa） 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 w=164Mpa 320Mpa。 各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min 44 89 125 177 250 360 500 1000 各級(jí)標(biāo)注轉(zhuǎn)速 r/min 45 90 125 180 250 355 500 1000 誤差 2.2% 1.1% 0% 1.7% 0% 1.4% 0% 0% 16 綜上所述可以得出該齒輪是合格的 （ 2） II軸到 III軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 22 查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到以下數(shù)據(jù)： Z=22， u=2.82， m=2.5， B=10 2.5=2