畢業(yè)設計（論文）CJK60324型數(shù)控車床設計（含全套CAD圖紙）

1、本科學生畢業(yè)設計cjk6032-4型數(shù)控車床設計全套完整版cad圖紙，聯(lián)系 153893706系部名稱： 機電工程學院 專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化08-3班學生姓名： 指導教師： 職 稱： 講師 二一二年六月the graduation design for bachelors degreethe design of cjk6032-4 numerical controlled lathe candidate：specialty：mechanical design and manufacture and automationclass：08-3supervisor：lectorate.

2、heilongjiang institute of technology2012-6harbin摘 要本次畢業(yè)設計課題是cjk6032簡易數(shù)控車床。該數(shù)控車床結(jié)夠簡單，緊湊、體積小，功能齊全，是一個很適用的經(jīng)濟性數(shù)控車床，能夠達到非常滿意的工作效率。cjk6032主要是由傳動系統(tǒng)，進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。對其傳動系統(tǒng)設計時，先進行總體方案的確定，畫出簡易的傳動系統(tǒng)圖。再根據(jù)給定的設計參數(shù)來確定傳動和進給系統(tǒng)。滾珠絲杠由步進電機來驅(qū)動，步進電機由驅(qū)動控制系統(tǒng)來驅(qū)動。從而實現(xiàn)進給系統(tǒng)的進給。通過用途，功能和技術要求等合理定出系統(tǒng)結(jié)構，并通過認真的計算得到的參數(shù)，然后選擇符合規(guī)定的元件和進行系

3、統(tǒng)的結(jié)構設計。cjk6032是無級調(diào)速的，由電動機加變頻器來實現(xiàn)。最后通過技術經(jīng)濟分析，驗證了設計生產(chǎn)該產(chǎn)品是經(jīng)濟合理的。關鍵詞：車床；滾珠絲杠；步進電機；無級調(diào)速；傳動系統(tǒng)abstractthe subject of design is the simple nc cjk6032-lathe. the numerical control lathe simple,compact,small size, fully functional,is a suitable economy of cnc lathes. we can achieve a satisfactory work efficie

4、nt.the simple nc cjk6032-lathe is composed of drive system, feed system and controlsystem. when designing drive system, the diagram of simple drive system are specified.then the drive and feed system are designed according to the given design parameter. thefeed system is working with the assistance

5、of ball screw. the steped motor drove by deivecontrol system is drove by ball screw. through the use of functional and technical requeirements set reasonable structure,and through careful calculation by the parameters,and then select the required components and systems for the structural design.the

6、simple nc cjk6032-lathe has variable speed which is accomplished by motor and frequency converter. in the end, the analysis on economic prove its reasonable to produce to cjk6032-lathe.key words：lathe；ball screw；stepping motor；variable speed；transmission system 第1章 緒 論1.1課題研究的背景目的和意義 數(shù)控車床利用數(shù)字化的信息對車床

7、運動及加工過程進行控制，是一種可編程的通用加工設備，能自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，所以特別適合加工形狀復雜的軸類和盤套類零件。與通用機床和專用機床相比，數(shù)控車床具有加工靈活、通用性強、能適應產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點，能夠滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和多品種、小批量、生 產(chǎn)自動化的要求，是一種柔性的、高性能的自動化車床，代表了現(xiàn)代控制技術的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，廣泛應用于機械制造業(yè)。數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電機、傳動系統(tǒng)與主軸組件，與普通機床相比，變速功能絕大部分由主軸電機的無級調(diào)速來承擔，省去了繁雜的齒輪變速機構，結(jié)構簡單，有些只有兩極或三級齒

8、輪變速機構系統(tǒng)用以擴大電機無級調(diào)速的范圍。自從20世紀中葉數(shù)控技術出現(xiàn)以來，數(shù)控車床得到了長足的發(fā)展。隨著制造業(yè)對數(shù)控車床的大量需求，汽車、國防、航空、航天等行業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應用，數(shù)控車床的發(fā)展總體呈現(xiàn)出高速化、高精度化、多軸化、復合化、網(wǎng)絡化、智能化等趨勢。數(shù)控加工技術的應用是機械制造業(yè)的一次技術革命，使機械制造的發(fā)展進入了一個嶄新的階段。由于數(shù)控車床綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機械結(jié)構等方面的技術成果，具有高柔性、高精度與高度自動化的特點，因此它提高了機械制造的制造水平，解決了機械制造中的常規(guī)加工技術難以解決甚至無法解決的復雜型面零件加工，為社

9、會提供了高質(zhì)量、多品種及高可靠的機械產(chǎn)品已取得了巨大的經(jīng)濟效益。 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：（1）機械制造技術；（2）信息處理、加工、傳輸技術；（3）自動控制技術；（4）伺服驅(qū)動技術；（5）傳感器技術；（6）軟件技術等。數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。數(shù)控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分

10、比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。數(shù)控車床的發(fā)展不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（it、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控車床及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：1. 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可

11、極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會（cirp）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10m提高到5m，精密級加工中心則從35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01m)。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的mtbf值已達6000h以上，伺服系統(tǒng)的mtbf值達到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。2. 5軸聯(lián)動加工和復合

12、加工機床快速發(fā)展采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構復雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)

13、展。3. 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實

14、現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的

15、不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接關系到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展，提高綜合國力和國際地位的重要途徑。數(shù)控機床是典型的機電一體化課題，通過畢業(yè)設計可使所學機械學、力學、電工學知識得到綜合應用。結(jié)構設計及控制系統(tǒng)設計能力都能受到訓練，可有力的提高學生的分析問題、解決問題能力及機電一體化水平。1.2數(shù)控車床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 數(shù)控車床發(fā)展總趨勢近年來，隨著數(shù)控加工技術的不斷發(fā)展，數(shù)控車床也呈現(xiàn)出一些新

16、的發(fā)展趨勢，如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構的復合化、柔性化。（1）高速主軸單元 為了適應數(shù)控加工高速化的發(fā)展，目前越來越多的高速數(shù)控車床采用了電主 軸。電主軸又稱內(nèi)置式電動機主軸單元，就是將高速的主軸電動機置于主軸內(nèi)部， 通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電動機、主軸 的一體化功能；取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn)動慣量， 提高了主軸動態(tài)響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉(zhuǎn)時皮帶和帶輪等 傳動的振動和噪聲問題；可精確實現(xiàn)主軸的定位和軸傳動功能。采用電主軸結(jié)構 可使主軸轉(zhuǎn)速達到 10000r/min 以上，它融合了尖端的高速精密軸承、潤滑技術、冷卻技

17、術、高速變頻驅(qū)動技術，是技術含量很高的機電一體化產(chǎn)品。（2）功能復合化、柔性化 隨著數(shù)控車床對加工對象的適應性的不斷提高，數(shù)控車床的設計發(fā)生了很大變化，并向著功能復合化和系統(tǒng)柔性化的方向發(fā)展。功能復合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復合化，可以擴大車床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車削功能，也可以實現(xiàn)銑削加工。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。數(shù)控車床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數(shù)

18、控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床)、線(fmc、fms、ftl、fml)向面(工段車間獨立制造島、fa)、體(cims、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標，注重加強單元技術的開拓和完善。cnc 單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 cad、cam、capp 及 mts等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展 由

19、此可見，現(xiàn)代數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設計不僅限于只滿足原有的基本要求，還要綜合考慮現(xiàn)代制造對機床的整體要求，如制造控制、 過程控制以及物料傳送，以縮短產(chǎn)品的加工時間、周轉(zhuǎn)時間、制造時間，以最大限度的提高生產(chǎn)率。1.2.2我國數(shù)控車床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國數(shù)控技術起步于1958年，于1958年研制出第一臺數(shù)控機床，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國的基礎條件的限制，數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開

20、放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性進步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達50，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達到了10。在20余年間，數(shù)控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速

21、、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應國內(nèi)市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處於從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控車床的水平差距很大。從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。 在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得

22、上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。1.3設計的主要內(nèi)容cjk6032主要是由傳動系統(tǒng)，進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。本次設計也重點設計這三個部分。首先，對其傳動系統(tǒng)設計時，先進行總體方案的確定，畫出簡易的傳動系統(tǒng)圖。然后，根據(jù)給定的設計參數(shù)來確定傳動和進給系統(tǒng)。滾珠絲杠由步進電機來驅(qū)動，從而實現(xiàn)進給系統(tǒng)的進給。步進電機由控制系統(tǒng)來驅(qū)動?？刂葡到y(tǒng)是由鍵盤，顯示，變頻器，脈沖發(fā)生器和電機驅(qū)動部分組成。cjk6032是無級調(diào)速的，本次設計通過

23、三相異步電動機加變頻器來實現(xiàn)無級調(diào)速。最后通過技術經(jīng)濟分析，可以看出設計生產(chǎn)該產(chǎn)品是經(jīng)濟合理的。 第2章 總體方案設計2.1 設計參數(shù)數(shù)控車床cjk6032，最大加工直徑160mm，變頻調(diào)速（手動三檔），開環(huán)系統(tǒng)，脈沖當量0.005mm。2.2總體方案的確定初步對cjk6032-4型數(shù)控車床的主軸箱設計有兩種設計方案。1、用皮帶輪降速到軸上，再用一個二聯(lián)滑塊實現(xiàn)兩檔變速，最后用一個一比一的定比傳到主軸上，電機用變頻電機。轉(zhuǎn)速圖如圖2.1圖2.1 cjk6032轉(zhuǎn)速圖12、用普通電機帶皮帶輪降速到軸上，再用一個二聯(lián)滑塊實現(xiàn)兩檔變速，最后用一個傳動比為1:2的定比傳動齒輪來傳到主軸上，加變頻器經(jīng)過

24、傳動比為1：1齒輪傳到主軸上。轉(zhuǎn)速圖如圖2.2： 圖2.2 cjk6032轉(zhuǎn)速圖2對于第一種方案雖然要簡單，它不需要變頻器要比第二種方案少一根軸，但是由于它的變頻范圍使它皮帶輪上的傳動比很大，對于帶傳動來說要不合適，且所選電機為變頻電機，耗資較大，我們不采用這種結(jié)構。第二種方案雖然要多一根軸來連接變頻器，但是它由于有定比為1：2的傳動使的皮帶輪的傳動比降低，這個方案比較合理，在帶傳動結(jié)構中這樣的傳動比很常見，而且不是很大可以采用。而且?guī)л啿皇呛艽蟛粫椭鬏S存在干涉現(xiàn)象?？v向和橫向進給是靠絲杠來實現(xiàn)的，絲杠用步進電機來帶動。因為脈沖當量小于0.005。所以在步進電機和絲杠之間，我采用傳動比為1：

25、2的齒輪來降低脈沖當量。大帶輪與帶輪軸連接采用卸荷方式，可以使大帶輪的重量不壓在軸上，減輕了軸的負荷，使傳動更平穩(wěn)。主軸箱內(nèi)有一對滑移齒輪，把它們放在第一根軸上，將第一根軸做成花鍵軸，使整體結(jié)構更緊湊，更合理。主軸與脈沖發(fā)生器連接采用齒輪一比一傳動，這樣方便計算主軸轉(zhuǎn)一圈，絲杠進給多少?？v、橫向進給系統(tǒng)選擇的步進電機步距角都為0.36，縱向進給的最小進給量為0.002mm，橫向進給的最小進給量為0.01mm，所以必須通過減小步距角來實現(xiàn)這個最小進給量。減小步距角一可以通過齒形帶傳動來減小，二是通過齒輪傳動來減小，由于齒形帶傳動精度沒有齒輪傳動精度高，而機床的進給精度要求較高，所以選擇齒輪傳動來

26、減小步距角，采用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法來消除傳動齒輪間隙。2.3 傳動原理1、傳動原理主要滿足設計任務所給出的精度要求。 2、應當在保證精度的情況下盡量使結(jié)構簡單。3、主軸的轉(zhuǎn)速范圍為502000r/min，若采用變頻配合普通電機，則需要采用換擋控制主軸轉(zhuǎn)速。4、脈沖當量為0.0010.003m/min，若采用較高級數(shù)的步進電機，通過齒輪減速來帶動絲杠就可以達到，并且結(jié)構簡單，在該處還沒有傳動誤差，可以使電控部分的結(jié)構及程序編制更為簡單。因此，得到如下傳動原理，如圖2.3。2.4 基本參數(shù)的確定1、通過主軸孔最大棒料直徑 mm （2.1）2、床身寬度 mm （2.2）3、經(jīng)濟合理的工件或刀具直徑

27、按照以下幾種經(jīng)驗公式估定圖2.3 傳動方案總圖mm mm （2.3）4、運動參數(shù)可通過類比實驗和計算等方法綜合確定 （2.4）、為經(jīng)濟加工切削速度和經(jīng)濟合理的工件或刀具直徑。、是機床的最低、最高轉(zhuǎn)速，其中常用經(jīng)濟加工切削速度硬質(zhì)合金刀具精車中碳鋼=200220m/min，取=220m/min，取高速鋼刀具精車絲杠速度=1.5m/min。r/minr/min取501800r/min主軸計算轉(zhuǎn)速 r/min 5、動力參數(shù)據(jù)下列公式及數(shù)據(jù)估算電機功率p?？偳邢髁?（kgn）單位切削面積上的切削力，取硬質(zhì)合金刀加工中碳鋼=200（kgn/mm2）；切削深度； 進給量。切削深度及進給量取半精車中碳鋼，故

28、取1mm；取0.2mm；=190m/s kw （2.5）2.5 本章小結(jié)本章對整個數(shù)控車床的原理做了詳細的介紹，并重點分析和計算了兩種設計方案，通過比較，確定了第二種方案作為本次設計的方案，第二種方案雖然要多一根軸來連接變頻器，但是它由于有定比為1:2的傳動使的皮帶輪的傳動比降低達到2.8，這個方案比較合理，在帶傳動結(jié)構中這樣的傳動比很常見，而且不是很大可以采用。而且?guī)л啿皇呛艽蟛粫椭鬏S存在干涉現(xiàn)象。另外，還確定了機床的一些基本的設計參數(shù)，主要有床身寬度，最大加工棒料直徑，運動參數(shù)，動力參數(shù)等。第3章 傳動設計3.1 設計參數(shù)為了方便計算，現(xiàn)將主要技術參數(shù)列表如下：表3.1 cjk6032

29、主要技術參數(shù)項 目單 位參 數(shù)床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑mm320拖板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑mm160最大工件長度mm750主軸轉(zhuǎn)速范圍rpm351910主軸通孔直徑mm38主軸錐孔-主軸錐孔主軸電機功率kw3刀架刀位數(shù)-4車刀刀桿最大尺寸（寬高）mm2020進給電機扭矩（功率）橫向（x）nm7縱向（z）nm7尾架套筒錐孔-莫氏3號機床外形尺寸（長寬高）mm16807401160機床重量（毛重/凈重）kg4503.2 減速齒輪設計及校核設計齒輪的輸入功率是2.07kw，小齒輪的轉(zhuǎn)速=330r/min，齒數(shù)比 =75/22，工作壽命15年（設每年工作300天），兩班制。1、選齒輪的類型、精度等級、材料及

30、齒數(shù)（1）按傳動方案選用直齒圓柱柱齒輪傳動。（2）速度不是很高，選用7級精度（gb1009588）。（3）材料的選擇。由參考文獻1表101常用齒輪材料及力學特性選小齒輪的材料是40cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280hbs，大齒輪的材料為45鋼 (調(diào)質(zhì))，硬度為240hbs，二者材料硬度差40hbs。（4）選小齒輪的齒數(shù)=22,大齒輪的齒數(shù)=75。2、按齒面接觸強度設計由參考文獻1設計計算公式（109a）進行試算，即2.32 （3.1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)=1.3。（2）計算小齒輪傳遞的扭矩=9550000p/ =95500002.07/330=59904.5nmm由參考文獻1表10

31、7圓柱齒輪的齒寬系數(shù)根據(jù)齒輪相對支撐非對稱布置選取齒寬系數(shù)=1。（3）由參考文獻1表106彈性影響系數(shù)查的材料的彈性影響系數(shù)=189.8。（4）由參考文獻1表1021d齒輪的接觸疲勞強度查按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600mpa，大齒輪的接觸疲勞強度極限=550mpa。（5）由參考文獻1式1013計算應力循環(huán)的次數(shù)=60330(2830015)1=1.426 （3.2）=1.426/3.3=4.32 （6）由參考文獻1圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.92； =0.96（7）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)=1，由參考文獻1式1012得=0.92600=552mp

32、a （3.3）=0.96550=528 mpa （3.4）3、齒輪主要尺寸計算（1）試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值 2.32 =2.32=54.7mm（2）計算圓周速度 m/s （3.6）計算齒寬b mm （3.7）（3）計算齒寬與齒高之比模數(shù) =54.7/22=2.486mm （3.8）齒高 mm （3.9） =54.7/5.59=9.785 （3.10）（4）計算載荷系數(shù)根據(jù)=1.18m/s，7級精度，由圖參考文獻1108查得動載荷系數(shù)=1.03；直齒輪，假設/。由參考文獻1表103查得=1.2;由參考文獻1表102查得使用系數(shù)=1.25，由參考文獻1表104查得7級精度、小齒輪相對

33、支撐非對稱布置時， （3.11）將數(shù)據(jù)代入后得=1.44381 （3.12）由=5.59, =1.44381查參考文獻1圖1013得=1.35故載荷系數(shù)=11.031.21.44381=1.649 （3.13）（5）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由參考文獻1式（1010a）得（6）計算模數(shù) =59.2/22=2.69mm （3.14）4、按齒根彎曲強度設計由參考文獻1式（105）得彎曲強度的設計公式為 （3.15）（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由參考文獻1圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500mpa；小齒輪的彎曲疲勞強度極限=380mpa；（2）由參考文獻1圖1018查得彎曲疲

34、勞壽命系數(shù)=0.83 ,=0.84: （3）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)=1.4由參考文獻1公式（1012）得 mpa （3.16） mpa （3.17）（4）計算載荷系數(shù) 11.031.21.35=1.6686 （3.18）（5）查取齒形系數(shù)由參考文獻1表105查得 2.72，2.22（6）查取應力校正系數(shù) 由參考文獻1表105查得 1.57，1.77（7）計算大、小齒輪的并加以比較 （3.19）大齒輪的數(shù)值大。（8）設計計算mm對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所所決

35、定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.93并就近圓整為標準值=2，按接觸強度算得的分度圓直徑=59.2mm算出小齒輪齒數(shù)取30 （3.20）大齒輪的齒數(shù)=3.330=99這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構緊湊，避免浪費。5、幾何尺寸計算（1）計算分度圓直經(jīng)=302=60mm （3.21）=992=198mm （3.22）（2）計算中心距 =（60+198）/2=129mm （3.23）（3）計算齒輪寬度 根據(jù)經(jīng)驗一般齒寬取模數(shù)的610倍取 =82=16mm3.3 帶輪及帶的計算選用窄v帶傳動，設已知電

36、動機的型號為y100l1-2，額定功率p=2.2kw，轉(zhuǎn)速n1=2800r/min 傳動比i=2.8 一天的運轉(zhuǎn)時間10h。1、確定計算功率pca由參考文獻1表86查得工作情況系數(shù)=1.3，故 kw （3.24）2、選取窄v帶帶型根據(jù)、pca ，n1由參考文獻1圖89確定選用a型。3、確定帶輪基準直徑由表參考文獻1表87，選取主動輪基準直徑dd1=100mm根據(jù)參考文獻1式（815），從動輪基準直徑dd2dd2=idd1=2.8100=280mm （3.25）根據(jù)參考文獻1表87，取dd2=280mm按參考文獻1式（813）驗算帶的速度11.97435 （3.26）帶的速度合適。4、確定窄v帶

37、的基準長度和傳動中心距根據(jù)初步確定中心距=800mm根據(jù)參考文獻1式（820）計算帶所需的基準長度2430mm （3.27）由參考文獻1表82選帶的基準長度2500mm按參考文獻1式（821）計算實際中心距=800+1/2（2500-2430）=835mm （3.28）5、驗算主動輪上的包角由參考文獻1式（86）得 （3.30）主動輪上的包角合適。6、計算窄v帶的根數(shù)由參考文獻1式（822）知 （3.31）由、mm、查參考文獻1表85c和表85d得2.61kw 0.56kw查參考文獻1表88得0.98，查表82得1.00則取2。3.4 軸的初步確定1、第一根軸設其傳動效率為則其功率為kw，r/

38、min，按參考文獻1式（152）初步估算軸的最小直徑，選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)153取于是得：mm （3.31）軸徑取30。2、第二根軸齒輪和軸的傳動效率是則其功率為2.1120.97=2.0486，330，按參考文獻1式（152）初步估算軸的最小直徑，選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)參考文獻1表153取于是得：mm軸徑取30mm。3.5 軸的校核校核床頭箱內(nèi)第一根軸軸上的功率= 2.07kw ， 轉(zhuǎn)速n = 330r/min 轉(zhuǎn)矩 nmm作用在齒輪上的力ft , fr齒輪分度圓直徑 d = 60mmn （3.32）n （3.33）軸上受力情況見圖5.1求軸上的載荷水平面h 故有

39、fnh1 + fnh2 = ft聯(lián)立解得： fnh1 = 1736.7nfnh2 = 300.585n在垂直面v： fnv1 + fnv2 = fr 聯(lián)立解得： fnv1 = 632nfnv2 = 109n 彎矩 = fnv2260 = 109260= 28340nmm= fnv145= 63245= 28440nmmmh = fnh1 45 =1736.745 = 78152.175 nmm總彎矩： nmm nmm扭矩： t = 59904.5nmm作出軸的彎矩圖扭矩圖如圖（3.1）。進行校核時通常只校核軸上承受最大彎矩的截面（即危險截面c）的強度，根據(jù)參考文獻1式（155）及上表中的數(shù)值并

40、取，由參考文獻1表154抗彎矩截面系數(shù)計算公式由軸的形式查得： （3.34）軸的計算應力：mpa （3.35）前已選定軸的材料 為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻1表15-1查得，因此，故安全。圖3.1 軸的載荷分析圖3.6 本章小結(jié) 本章主要設計計算了數(shù)控機床的各個主要部分的尺寸，包括齒輪減速器，主要設計計算了軸1:2配合的二聯(lián)齒輪和三聯(lián)齒輪的大小齒輪的幾何尺寸，并進行了校核；帶傳動的設計，主要有大小帶輪的幾何尺寸及v帶的選取。另外，還初步設計了軸，并校核了主要的受力軸。第4章 進給系統(tǒng)設計4.1縱向進給絲杠設計4.1.1 滾動螺旋傳動工作原理螺桿和螺母的螺紋軌道間放置有滾動體，當螺桿或螺母轉(zhuǎn)動

41、時，滾動體在螺紋滾道里滾動，使螺桿和螺母作相對運動時為滾動摩擦，提高了傳動效率和傳動精度。 多數(shù)滾動螺旋的螺母或螺桿上有滾動體內(nèi)循環(huán)通道，與螺紋軌道形成循環(huán)回路，使得滾動體在螺紋滾道內(nèi)循環(huán)。4.1.2 絲杠設計計算1、最小載荷fmin為機床空載時作用在滾珠絲杠上的軸向載荷。此時 fx = fy = fz = 0 ,cjk6032型數(shù)控機床的拖板加電動四方刀架的重量約為 25+20=45, 查參考文獻2三角形組合導軌摩擦系數(shù)為0.15，fmin = 450.159.8=66n .2、最大載荷fmax為機床承受最大切削力時作用于滾珠絲杠的軸向載荷，fmax等于最大進給力加摩擦力。已知最大進為560

42、n，則fmax=560+66=626n平均載荷 fm =n （4.1）因為 ck61633000絲杠 nmax = 600r/min ck61805000 絲杠 nmax = 500r/min拖板的最低速度為 1mm/min 故絲杠最低轉(zhuǎn)速可為0 ck61633000絲杠的平均轉(zhuǎn)速為300r/min ck61805000 絲杠的平均轉(zhuǎn)速為250r/min類比法 cjk6032絲杠的平均轉(zhuǎn)速nm = 200r/min3、計算絲杠（1）額定載荷fc = kfkhk1fm = 1.211439 = 495.6n （4.2）（2）求必需的額定動載荷lh= 15000hca= n （4.3）（3）選擇滾

43、珠絲杠的型號和主要尺寸根據(jù)查參考文獻11選取內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預緊滾珠絲杠副，ca選取gl4008-3-e2型號滾珠絲杠，ca =9800n ，dm = 40mm，p = 8mm，dw = 4.763mm 材料為crwmn ，d = 39mm，rc = 9800n/m表4.1 絲杠主要參數(shù)表主要尺寸符號計算公式結(jié)果螺 紋 滾 道公稱直徑dm40 mm螺距p8 mm接觸角45鋼球直徑dwdw0.6p4.8 mm螺紋滾道曲率半徑rs,rmrs(rm)（0.510.56）dw2.5 mm偏心距ee=(rs- dw /2)sin或 e=0.707(rs- dw /2)0.0707 mm螺紋升腳

44、=arctan(p/dm)339螺 桿螺桿大徑dd= dm -(0.20.25) dw39 mm螺桿小徑d1d1= dm +2e-2rs35 mm螺桿接觸點直徑dkdk = dm - dw cos37.5 mm螺桿牙頂圓角半徑rara=(0.10.15) dw0.5 mm螺母螺母螺紋大徑dd= dm -2e+2rm45 mm螺母螺紋小徑d1d1= dm +0.5(dm -d)40.5 mm（4）穩(wěn)定性驗算d1因螺桿較長，應驗算螺桿的穩(wěn)定性，臨界載荷為 （4.4）e 螺桿材料的彈性模量 e = 2.06105n/mm2ia 螺桿危險截面的軸慣性矩 mm （4.5） 長度系數(shù) 按一端固定一端鉸支

45、= 0.7l1 絲杠螺紋全長 l1 = lu+2le = 750+224 =798 mmn （4.6）故2.54 合格。 （5）剛度驗算按最不利情況考慮，即在螺距（應為導程）內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為： （4.7）式中： （4.8） = = 442nmm式中磨擦系數(shù)f按0.0025計，當量摩擦角v = 840剪切彈性模量 g = 8.33104 n/mm2則 =0.06122m每米螺桿長度上的螺距的彈性變形m/m （6）計算效率 （4.9） = = 0.95 式中 （5.0）4.2 橫向進給絲杠設計同縱向進給系統(tǒng)設計相類似，根據(jù)查參考文獻

46、11選取內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預緊滾珠絲杠副，ca選取gl4008-3-e2型號滾珠絲杠ca =9800n ，dm = 40mm，p = 8mm，dw = 4.763mm，材料為crwmn ，d = 39mm，rc = 9800n/m 4.3 步進電機的選擇4.3.1步進電機的工作原理1、基本原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進

47、電機來控制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。2、分類感應子式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42byg(byg為感應子式步進電機代號）、57byg、86byg、110byg（國際標準），而像70byg、90byg、130byg等均為國內(nèi)標準。圖4.1 型號說明3、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 使用控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：圖4.2 驅(qū)動控制框圖（1）脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號一般由

48、單片機或cpu產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。 （2）信號分配 感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為ab-bc-cd-da-ab,步距角為1.8度；四相八拍為ab-b-bc-c-cd-d-ab,(步距角為0.9度）。 （3）功率放大 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這

49、就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細分數(shù)等。 sh系列二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下：圖4.3 接線圖現(xiàn)在步進電機的驅(qū)動都已模塊話，這里僅大致介紹。4.3.2 步進電機的選取進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0

50、.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。 2、靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟：圖4.4 步進電機選擇步驟框圖4、力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： p=m=2n/60p=2nm/60 （4.1） 其p為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，m為