數(shù)控車床畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

數(shù)控車床畢業(yè)論文

摘要

數(shù)控車床不僅能夠車外圓還能用于鏜孔、車端面、鉆孔與鉸孔。與其他種類的機(jī)床相比，車床在生產(chǎn)中使用最廣。

本論文首先介紹了我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過(guò)程與現(xiàn)狀,并分析了其存在的問(wèn)題;對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討；并對(duì)JIFCNC-B數(shù)控車床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。

主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度，以滿足加工切削要求。

目前，數(shù)控車床的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)電氣與機(jī)械裝置進(jìn)行無(wú)級(jí)變速。變頻電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和變速齒輪為主軸提供動(dòng)力。通常變頻電機(jī)調(diào)速范圍3—5，難以滿足主軸變速要求；串聯(lián)變速齒輪則擴(kuò)大了齒輪的變速范圍。

本設(shè)計(jì)將原來(lái)的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上,改善了輸入軸的受力情況，。

關(guān)鍵詞：主軸箱，無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)系統(tǒng)

Abstract

NClathecandoboring,facing,drillingandReaminginadditiontoturning.Theuseoflathesintheproductionthantheothertypesofmachinetoolsandmore.Andcomparedtoothertypesofmachinetools,lathesintheproductionisthemostwidelyused.

Inthisdesign，thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.SomecountermeasureswaspresentedforthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofJIFCNC-BNClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.

Atpresent,thedevelopmenttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5,whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed;Thetransmissiongearsistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindle

Inaddition,inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure,transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque,improvedtheforcingstateoftheinputshaft.

Keywords:headstocks,acontinuouslyvariablespeed,transmissionSysterm

目錄

摘要 Ⅰ

Abstract（英文摘要） Ⅱ

目錄 Ⅲ

TOC\o\t"標(biāo)題3,3,標(biāo)題4,4"

第一章緒論 1

1.1數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 1

1.2數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)方式 1

1.3國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 2

1.3.1設(shè)數(shù)控車床發(fā)展總趨勢(shì)2

1.3.2確中國(guó)數(shù)控車床發(fā)展的主要問(wèn)題4

TOC\o"1-4"

第二章變速主傳動(dòng)系統(tǒng)法案的制定 6

2.1主傳動(dòng)技術(shù)指標(biāo)的制定 7

2.1.1動(dòng)力參數(shù)的確定計(jì)的數(shù)7

2.1.2主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定8

2.1.3主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定9

2.2變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10

2.2.1確定傳動(dòng)方案10

2.2.2轉(zhuǎn)速圖的擬定11

2.2.3擬定傳動(dòng)變速系統(tǒng)圖12

第三章傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 15

3.1傳動(dòng)皮帶的設(shè)計(jì)與選定 15

3.1.1V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)15

3.1.2帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)16

3.2齒輪的設(shè)計(jì)與校核 17

3.2.1各傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力計(jì)算17

3.2.2齒輪副32/76齒輪的設(shè)計(jì)與校核19

3.2.3齒輪副30/54齒輪的設(shè)計(jì)與校核23

3.2.4齒輪副54/54齒輪的設(shè)計(jì)與校核26

3.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核 30

3.3.1傳動(dòng)軸I的設(shè)計(jì)與校核30

3.3.2軸II的設(shè)計(jì)與校核33

第四章主軸組件的設(shè)計(jì)與校核 35

4.1主軸的要求 35

4.2主軸軸承選擇 36

4.3主軸的設(shè)計(jì)與校核 36

第五章主軸驅(qū)動(dòng)與控制 39

5.1主軸轉(zhuǎn)速的自動(dòng)變換 39

5.2齒輪有級(jí)變速變擋裝置 40

5.3主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給的同步控制 40

5.3主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進(jìn)給的同步控制 40

第六章總結(jié)與展望 41

參考文獻(xiàn) 43

致謝 45

第一章緒論

數(shù)控車床利用數(shù)字化的信息對(duì)車床運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制，是一種可編程的通用加工設(shè)備，能自動(dòng)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(fù)雜的軸類和盤套類零件。

與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，數(shù)控車床具有加工靈活、通用性強(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點(diǎn)，能夠滿足新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和多品種、小批量、生產(chǎn)自動(dòng)化的要求，是一種柔性的、高性能的自動(dòng)化車床，代表了現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。

數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)與主軸組件，與普通機(jī)床相比，變速功能絕大部分由主軸電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有些只有兩極或三級(jí)齒輪變速機(jī)構(gòu)系統(tǒng)用以擴(kuò)大電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍

1.1數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

數(shù)控機(jī)床作為高自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備，其主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足以下基本要求。

使用性能要求高首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性。如機(jī)床主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，不僅有低速大轉(zhuǎn)矩功能而且還要有較高的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠。

傳遞動(dòng)力要求主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)速，具有較高的傳遞效率。

工作性能要求主傳動(dòng)中所有零部件要有足夠的剛度、精度、和抗振性、熱變形特性穩(wěn)定，才能保證加工零件有較高的質(zhì)量。電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)部件都是熱源，低溫升、小變形是對(duì)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的重要指標(biāo)；主軸要較高的旋轉(zhuǎn)精度與運(yùn)動(dòng)精度；主軸軸頸尺寸、軸承類型及裝配方式，軸承預(yù)緊量大小、主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻及主軸組件的阻尼對(duì)主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響；主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之保持良好的精度；軸承處還要有良好的潤(rùn)滑。

此外，還要求主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)整與維修；工藝性好，便于加工與裝配；防護(hù)性好；使用壽命長(zhǎng)。

1.2數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的方式

機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定范圍能均勻的、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，主要用于普通機(jī)床。無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。數(shù)控車床得主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用無(wú)級(jí)變速。

與普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動(dòng)采用交、直主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可無(wú)級(jí)調(diào)速，使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。為了適應(yīng)不同的加工需求數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種方式。

=1\*GB2

⑴

電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過(guò)聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用直接驅(qū)動(dòng)可大大簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，能有效地提高主軸剛度。這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速的變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。但因主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機(jī)的性能，因而這種變速傳動(dòng)的應(yīng)用受到一定限制。

=2\*GB2

⑵

采用定比傳動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。定比傳動(dòng)可采用帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式在一定程度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩的要求，但其變速范圍仍和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍相同。

目前，交流、直流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍一般只有2-4，而恒轉(zhuǎn)矩范圍則達(dá)100以上；許多大、中型機(jī)床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。很明顯，這種情況下主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸的要求不匹配:調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率范圍遠(yuǎn)小于主軸要求的恒功率變速范圍。所以這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。

=3\*GB2

⑶

采用分檔變速方式采用這種變速方式主要是為了解決主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸功率特性不匹配。變速多采用齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速配合變速機(jī)構(gòu)可確保主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率的調(diào)速范圍。

=4\*GB2

⑷

用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸

上述兩種方式的混合傳動(dòng)，高速時(shí)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸，低速時(shí)另一個(gè)電機(jī)通過(guò)齒輪減速后驅(qū)動(dòng)主軸

1.3國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展

.1.3.1數(shù)控車床發(fā)展總趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)也呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢(shì)，如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構(gòu)的復(fù)合化、柔性化。

=1\*GB2

⑴

高速主軸單元

為了適應(yīng)數(shù)控加工高速化的發(fā)展，目前越來(lái)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(dòng)機(jī)主軸單元，就是將高速的主軸電動(dòng)機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過(guò)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、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(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題；可精確實(shí)現(xiàn)主軸的定位和軸傳動(dòng)功能。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上，它融合了尖端的高速精密軸承、潤(rùn)滑技術(shù)、冷卻技術(shù)、高速變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，是技術(shù)含量很高的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

=2\*GB2

⑵

功能復(fù)合化、柔性化

隨著數(shù)控車床對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性的不斷提高，數(shù)控車床（特別適合主傳動(dòng)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)發(fā)生了很大變化，并向著功能復(fù)合化和系統(tǒng)柔性化的方向發(fā)展。

功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過(guò)功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大車床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的CX25Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有X、Z軸以及C軸和Y軸。通過(guò)C軸和Y軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)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(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開(kāi)拓和完善。CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)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(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展

由此可見(jiàn)，現(xiàn)代數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)機(jī)床的整體要求，如制造控制、過(guò)程控制以及物料傳送，以縮短產(chǎn)品的加工時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、制造時(shí)間，以最大限度的提高生產(chǎn)率。

中國(guó)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展中的主要問(wèn)題

1.3.2中國(guó)發(fā)展數(shù)控車床存在的主要問(wèn)題

中國(guó)於1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段。在1958～1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無(wú)法用於生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)、臺(tái)灣省共11國(guó)(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。

在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處?kù)稄姆轮谱呦蜃孕虚_(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控車床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。

中國(guó)今后要加速發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，既要深入總結(jié)過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，切實(shí)改善存在的問(wèn)題，又要認(rèn)真學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，沿正確的道路前進(jìn)。建議切實(shí)做好以下幾點(diǎn)：

中國(guó)廠多人眾，極需正確的方針、政策對(duì)數(shù)控車床的發(fā)展進(jìn)行有力的指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗(yàn)，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟(jì)實(shí)效，以切實(shí)提高生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場(chǎng)，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口。在步驟措施上，必須使國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過(guò)關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽(yù)，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進(jìn)水平，大步走向世界市場(chǎng)；

必須狠抓根本，堅(jiān)持“以人為本”，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視“培才、選才、用才”，建立學(xué)習(xí)型企業(yè)，樹(shù)立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專題討論會(huì)，甚至聘請(qǐng)外國(guó)專家、顧問(wèn)等，盡力提高數(shù)控。

隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床作為機(jī)床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國(guó)防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。加快發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也是我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。

第二章變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定

2.1主傳動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)的確定

J1FCNC-B是中等規(guī)格的二軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控車床，床身最大回轉(zhuǎn)直徑￠460mm，最大工件長(zhǎng)度1000mm；主軸通孔直徑56mm，主軸錐度莫氏六號(hào)，可以加工直線、錐度、球面、螺紋罩等，功能齊全、精度可靠、操作方便。主傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)有動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。動(dòng)力參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率；運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)變速范圍。根據(jù)數(shù)控車床的加工工藝、加工對(duì)象、所要求的精度、成本及生產(chǎn)周期并結(jié)合國(guó)內(nèi)外機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀確定數(shù)控車床主要技術(shù)指標(biāo)。

2.1.1動(dòng)力參數(shù)的確定

主傳動(dòng)中個(gè)傳動(dòng)件的尺寸要根據(jù)傳動(dòng)功率來(lái)確定。傳動(dòng)功率過(guò)大，使傳動(dòng)件尺寸粗大，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)載下工作，功率因數(shù)小而浪費(fèi)能源；功率過(guò)小將限制車床切削加工能力而降低生產(chǎn)效率。因此需合理確定主傳動(dòng)功率。但由于實(shí)際加工過(guò)程切削用量變化范圍大、傳動(dòng)件之間的摩擦等不確定因素，用理論計(jì)算方法來(lái)確定主傳動(dòng)功率尚有困難，可通過(guò)類比、統(tǒng)計(jì)方法相互比較來(lái)確定。

查機(jī)電一體化手冊(cè)車削功率在8-16kw之間根據(jù)切削功率PC與主傳動(dòng)鏈的總效率η估算,即P=。主傳動(dòng)鏈的功率效率η=0.7—0.85，數(shù)控車床多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短的機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因此取=0.78,則估計(jì)P在10.26kw~20.51kw.之間。

數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率PC可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力

PC=KW

主切削力的切向分力，N；

切削速度N??；

查金屬切削手冊(cè)知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力大約在2500左右，切削速度取90—250r\min，則知道

PC=2500200\60000=8.333kw

P==10.68kw

考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的摩損功耗，傳動(dòng)件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動(dòng)載荷的摩擦損耗等。

J1FCNCI-B機(jī)床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率，此機(jī)床可以選取11kw的電動(dòng)機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動(dòng)機(jī)YVP160-4，標(biāo)稱功率11kw，額定轉(zhuǎn)矩70N?m調(diào)頻電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)矩與

2.1.2主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定

主軸轉(zhuǎn)速由切削速度（r/min）與工件的直徑（mm）來(lái)確定

=（r/min）

計(jì)算該數(shù)控車床

=、=，

則數(shù)控車床變速范圍=

代入公式，選擇，，，要據(jù)車床上幾種典型加工情況考慮，不可能將一切情況考慮進(jìn)去，也不是加工情況的最大值和最小值。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析車床的最高轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具精車鋼料的外圓工藝中，最低轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在高速工具鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠中。由工藝手冊(cè)可知硬質(zhì)合金刀具刀具精車鋼料的絲杠=250r\min；高速車刀粗車圓柱體=30-50r\min（隨被吃刀量與進(jìn)給量的增加而減少）；高速工具鋼低速精車絲杠=1.5r\min，車床主參數(shù)￠460mm，加工絲杠的最大直徑=50mm，則

=0.5D=0.5460mm=230mm

=（0.2-0.25）=（46-58）mm，取=50mm。

max===1591r/min

==41.52r/min

由于現(xiàn)代數(shù)控車床向高速高精度方向發(fā)展，考慮到今后的技術(shù)儲(chǔ)備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速范圍初步選取=20r\min，=2000r\min。

則數(shù)控車床總變速范圍==100

2.1.3主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定

由切削原理知主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)；主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒功率運(yùn)動(dòng)。數(shù)控車床加工工藝范圍廣，變速范圍大。有些典型工藝如：精車絲杠、加工螺紋、等，工件尺寸大，需采用小的被吃刀量、小的進(jìn)給量；低速主軸轉(zhuǎn)速小，不需傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的全部功率。我們把機(jī)床能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，以它為臨界轉(zhuǎn)速，如圖。從至最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域?yàn)楹愎β蕝^(qū)域，任意轉(zhuǎn)速能夠傳遞電動(dòng)機(jī)的全部功率，但主軸轉(zhuǎn)矩隨主軸轉(zhuǎn)速的上升而下降；從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域b為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，任意轉(zhuǎn)速能夠輸出最大轉(zhuǎn)矩，但主軸輸出的功率將隨主軸轉(zhuǎn)速的下降而下降。

數(shù)控車床變速范圍比較廣，計(jì)算轉(zhuǎn)速比普通車床高。目前數(shù)控機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定是參考同類機(jī)床，并結(jié)合該機(jī)床加工工藝要求，使=154r\min.

圖2.2主軸轉(zhuǎn)速曲線

2.2變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1確定傳動(dòng)方案

機(jī)床傳動(dòng)形式分為有極和無(wú)極變速兩種，無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速，這對(duì)與提高機(jī)床生產(chǎn)效率和提高被加工零件的質(zhì)量都有重要意義；同時(shí)采用無(wú)級(jí)變速可使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，縮短傳動(dòng)鏈；因此無(wú)級(jí)變速應(yīng)用日益廣泛。

該數(shù)控機(jī)床總變速范圍是=2000\20=100，變速范圍較大，單靠無(wú)級(jí)變速裝置有難以實(shí)現(xiàn)。而且，無(wú)級(jí)變速裝置的功率扭轉(zhuǎn)特性應(yīng)同傳動(dòng)鏈的工作要求相適應(yīng)，這就要求串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速來(lái)擴(kuò)大變速范圍并選擇合適的無(wú)級(jí)變速器以滿足機(jī)床的功率扭矩特性要求。

該數(shù)控機(jī)床是以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，設(shè)計(jì)主軸由交流變頻電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶論、齒輪傳動(dòng)至主軸。

從圖1與圖2可以看出：調(diào)頻電機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍為4500\1500=3，而主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為2000\250=8，顯然電動(dòng)機(jī)不能滿足主軸所要求的恒功率變速范圍。所以在設(shè)計(jì)師不能依據(jù)總變速范圍來(lái)設(shè)計(jì)主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)，而應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)與主軸的功率匹配。

主軸恒功率調(diào)速范圍Rnp=max\=2000\250=8,

電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍Rdp=max\=4500\1500=3

為了使主軸和電動(dòng)機(jī)的恒功率匹配，現(xiàn)通過(guò)增加變速齒輪來(lái)滿足要求，該變速齒輪組擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速。

2.2.2轉(zhuǎn)速圖的擬定

1．轉(zhuǎn)速圖的擬定

分析和設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)須應(yīng)用一種特殊線圖，稱為轉(zhuǎn)速圖。

轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表達(dá)出：傳動(dòng)軸的數(shù)目，主軸及各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，變速組的個(gè)數(shù)、傳動(dòng)順序及擴(kuò)大順序，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)及其傳動(dòng)比數(shù)值，變速規(guī)律等。

首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍，選擇合適的公比后再確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。

：已知機(jī)床的轉(zhuǎn)速范圍在20r/min~2000r/min，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率P=11kW，確定主軸箱結(jié)構(gòu)．

（1）確定主軸的變速范圍

（2）確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速

由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)速nc=。

（3）確定主軸的恒功率變速范圍

（4）確定電動(dòng)機(jī)所能夠提供的恒功率變速范圍

由于Rnp>>Rdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。

（5）確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)

取，則

對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取Z=2

（6）擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖

2.2.3擬定傳動(dòng)變速系統(tǒng)圖

擬定傳動(dòng)系統(tǒng)的原則是：在保證機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和使用要求的前提下，運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要盡可能的短而簡(jiǎn)單；傳動(dòng)效率高以及操作簡(jiǎn)單方便。首先要考慮某些結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題，考慮結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)：如小齒輪的齒根圓是否大于軸的直徑，大齒輪的頂圓是否會(huì)碰及相鄰軸等；其次因考慮結(jié)構(gòu)是否合理，如布置是否緊湊，操縱是否方便等。

該機(jī)床采用雙聯(lián)滑移齒輪變速組，采用窄式排列結(jié)構(gòu)，使機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊。主軸變速擬采用通過(guò)滑移齒輪的移位來(lái)實(shí)現(xiàn)，需保證當(dāng)齒輪2與齒輪4完全脫開(kāi)嚙合之后，齒輪3和齒輪6才能開(kāi)始進(jìn)入嚙合，所以齒輪5與齒輪6相鄰間的距離b要大于于滑移齒輪的寬度（齒輪2與齒輪寬度之和），一般b++△,△=14mm。綜合考慮個(gè)因素，擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，如圖2.4。

圖2.4主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

第三章傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)

3.1傳動(dòng)皮帶的設(shè)計(jì)和選定

帶傳動(dòng)是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見(jiàn)的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。

普通V帶傳動(dòng)是常見(jiàn)的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40°、相對(duì)高度進(jìn)似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V＜25～30m/s;傳動(dòng)功率P＜700kW;傳動(dòng)比i≤10軸間距小的傳動(dòng)。

一．主要失效形式

1．帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力；

2．帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；

3．帶的工作面磨損。

保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。

3.1.1．V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)功率的確定：

查得工況系數(shù)

(2)選定帶型：

根據(jù)和

確定為B型。

(3)傳動(dòng)比：

根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)比為

(4)確定小帶輪基準(zhǔn)直徑：

參考表取

(5)確定大帶輪直徑：

取標(biāo)準(zhǔn)值

(6)驗(yàn)算帶速：

因?yàn)樵谥g，所以經(jīng)濟(jì)耐用。

(7)初定帶輪軸中心距：

得：

即：

初取

(8)確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度：

選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度

(9)計(jì)算實(shí)際軸間距：

取標(biāo)準(zhǔn)值。

安裝時(shí)所需最小軸間距：

張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距：

(10)驗(yàn)算小帶輪包角：

所以小帶輪包角合適。

(11)單根V帶的基本額定功率：

根據(jù)和查得B型V帶的基本額定功率。

(12)單根V帶的額定功率增量：

考慮到傳動(dòng)比的影響，額定功率的增量由表查得：

(13)計(jì)算帶的根數(shù)：

取根。

(14)單根V帶的預(yù)緊力：

(15)作用在軸上的力：

(16)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：

由表可查得

帶輪的具體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)零件圖

為了減輕傳動(dòng)軸上載荷，采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)，使帶輪上的載荷由軸承支撐進(jìn)而傳給箱體，軸只承受轉(zhuǎn)矩，裝配裝置參見(jiàn)裝配圖。

3.2齒輪的的設(shè)計(jì)與校核

一般同一變速組的齒輪模數(shù)相同,所有齒輪中首先選擇負(fù)荷較重的小齒輪按接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行初算。所以從最小齒輪Z=26開(kāi)始設(shè)計(jì)校核。（注意：為便于閱讀在本節(jié)內(nèi)容中，在相嚙合的每對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)與校核時(shí)，主動(dòng)齒以數(shù)字1為下角標(biāo)，被動(dòng)齒輪以數(shù)字2為下角標(biāo)）

3.2.1各傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力計(jì)算

電動(dòng)機(jī)輸出功率==11kw，額定轉(zhuǎn)速=1500r/min，

輸出轉(zhuǎn)矩=9550=

軸

=1\*ROMAN

I

==110.96=10.56kw為帶傳動(dòng)效率

===750r/min

=9550=

中間軸

=2\*ROMAN

II

==10.560.990.97=10.14kw，分別為軸承、齒輪傳動(dòng)效率。

==937.51.8=521r/min

=9550=9550=

高速檔軸

=3\*ROMAN

III

==10.140.990.97=9.7kw，分別為、軸

=3\*ROMAN

III

上軸承、齒輪傳動(dòng)效率

==5211=521r\min

=9550=9550=

低速檔軸

=3\*ROMAN

III

==9.7kw

==5212.4=217r\min

=9550=9550=

動(dòng)力傳動(dòng)情況表：

軸號(hào)

功率kw

轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)速r\min

傳動(dòng)比

傳動(dòng)效率

輸入

輸出

輸入

輸出

電機(jī)

--

11

--

70

1500

0.96

軸

=1\*ROMAN

I

10.56

10.14

70

107

937.5

1：1.6

0.9603

軸

=2\*ROMAN

II

10.14

9.7

134.46

183

521

1：1.8

0.9603

軸

=3\*ROMAN

III

高速

9.7

9.3

155

183

521

1:1

0.9603

低速

9.7

9.3

155

484

217

1:2.4

0.9603

3.2.2齒輪副(32/76)齒輪的設(shè)計(jì)與校核

因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合的大齒輪用42SiMn合金鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217HB~255HB,平均取為235HB.載荷變化規(guī)律如圖3.2:

圖3.2載荷變化圖

計(jì)算步驟如下：

齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

1）.初步計(jì)算

轉(zhuǎn)矩=9550=9550=.

齒寬系數(shù)=0.4

接觸疲勞強(qiáng)度極限=710MPa,=580MPa,

許用接觸疲勞強(qiáng)度極=0.9=639MPa,

=0.9=522MPa

取值β=查表=82

初步計(jì)算小齒輪直徑===85.2mm

取=90mm

初步計(jì)算齒寬b=36mm,取b=35mm

2).校核計(jì)算

圓周速度vv==2.69m/s.

精度等級(jí)8級(jí)

齒數(shù)Z和模數(shù)m=32,m==2.9,所以取m=3,=96mm

=76,m=3,=763=232mm

使用系數(shù)=1.1

動(dòng)載荷系數(shù)=1.16

齒間載荷分配系數(shù)==3751N

==117.2N\mm>100N\mm

=[1.88-3.2(+)]cosβ

=[1.88-3.2×]=1.86

由此得

齒間載荷分布系數(shù)查表=

=

載荷系數(shù)KK==11.16=3.05

彈性系數(shù)=189.8

節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45

重合度系數(shù)由式得因得故

螺旋角系數(shù)

接觸最小安全系數(shù)=1.05

總工作時(shí)間=1030080.2=4800h

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)<<,則查表指數(shù)m=8.78

=

=6016254800(0.2+0.5+0.2)=3.62

=1.45

接觸壽命系數(shù)查圖=1.2,=1.25

許用接觸應(yīng)力===798MPa

===690MPa

驗(yàn)算=

=189.82.450.73

=640MPa<698MPa滿足要求.

3).確定傳動(dòng)主要尺寸

分度圓直徑由以上運(yùn)算知道=32,=76,模數(shù)=3;

分度圓直徑

==3.0532=96.1mm

=3.0576=231.8mm

中心距a==165mm

齒寬b大齒輪,小齒輪

齒面彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算

齒形系數(shù)

查表得

應(yīng)力重合修正系數(shù)查表得

重合系數(shù)

=

=1.72

=0.25+=0.25+=0.69

螺旋角系數(shù)

>

齒間載荷分配系數(shù)由上面知=1.71

齒間載荷分布系數(shù)b/h=35/(2.253.5)=4.44查相關(guān)圖知=1.175

載荷系數(shù)KK==1..251.11.751.175=2.77

彎曲疲勞極限查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表=600MPa,

=450MPa,

彎曲最小安全系數(shù)有相關(guān)表=1.25

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)<<,則查表指數(shù)m=49.91

==6026254800(0.2+0.5+0.2)=7.24

=6016984800(0.2+0.5+0.2)=4.02

彎曲壽命系數(shù)查彎曲壽命系數(shù)圖=1.01,=1.03

尺寸系數(shù)査尺寸系數(shù)圖=1.0

許用彎曲應(yīng)力=

=

驗(yàn)算=

=277MPa<

<

傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載情況,固不作靜強(qiáng)度校核.

=3\*Arabic

3

.齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

估計(jì)傳動(dòng)軸

=2\*ROMAN

II

的直徑在35mm左右,小齒輪分度圓直徑=96mm,所以沒(méi)必要做成齒輪軸.考慮到該齒輪與Z=54齒輪作滑移齒輪,所以應(yīng)與Z=54齒輪一起進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),見(jiàn)零件圖.

3.2.3齒輪副()齒輪設(shè)計(jì)與校核

因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合的大齒輪用40Cr合金鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB,平均取為260HB.載荷變化規(guī)律如上圖。

計(jì)算步驟如下：

齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

1）.初步計(jì)算

轉(zhuǎn)矩=9550=9550=.

齒寬系數(shù)=0.8

接觸疲勞強(qiáng)度極限=710MPa,=580MPa,

許用接觸疲勞強(qiáng)度極=0.9=639MPa,

=0.9=522MPa

取值β=查表=82

初步計(jì)算小齒輪直徑===83mm

取=90mm

初步計(jì)算齒寬b=70mm,取b=70mm

2).校核計(jì)算

圓周速度vv==4.417m/s.

精度等級(jí)8級(jí)

齒數(shù)Z和模數(shù)m=30,m==3,所以取m=3,=90mm

=54,m=3,=543=165mm

使用系數(shù)=1.25

動(dòng)載荷系數(shù)=1.2

齒間載荷分配系數(shù)==2360N

==117.2N\mm>100N\mm

=[1.88-3.2(+)]cosβ

=[1.88-3.2×]=1.57

由此得

齒間載荷分布系數(shù)查表=

=

載荷系數(shù)KK==1.2=2.95

彈性系數(shù)=189.8

節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45

重合度系數(shù)由式得因得故

螺旋角系數(shù)

接觸最小安全系數(shù)=1.05

總工作時(shí)間=1030080.2=4800h

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)<<,則查表指數(shù)m=8.78

=

=6016254800(0.2+0.5+0.2)=3.62

=1.45

接觸壽命系數(shù)查圖=1.2,=1.25

許用接觸應(yīng)力===798MPa

===690MPa

驗(yàn)算=

=189.82.450.92

=652MPa<698MPa滿足要求.

3).確定傳動(dòng)主要尺寸

分度圓直徑由以上運(yùn)算知道=30,=54,模數(shù)=3;

分度圓直徑

==3.0530=91.5mm

=3.0554=165.2mm

中心距a==127mm

齒寬b大齒輪,小齒輪

齒面彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算

齒形系數(shù)

查表得

應(yīng)力重合修正系數(shù)查表得

重合系數(shù)

=

=1.69

=0.25+=0.25+=0.69

螺旋角系數(shù)

>

齒間載荷分配系數(shù)由上面知=1.6

齒間載荷分布系數(shù)b/h=70/(2.253.5)=8.88查相關(guān)圖知=1..2

載荷系數(shù)KK==1..=2.88

彎曲疲勞極限查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表=600MPa,

=450MPa,

彎曲最小安全系數(shù)有相關(guān)表=1.25

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)<<,則查表指數(shù)m=49.91

==6026254800(0.2+0.5+0.2)=7.24

=6016984800(0.2+0.5+0.2)=4.02

彎曲壽命系數(shù)查彎曲壽命系數(shù)圖=1.01,=1.03

尺寸系數(shù)査尺寸系數(shù)圖=1.0

許用彎曲應(yīng)力=

=

驗(yàn)算=

=220MPa<

<

傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載情況,固不作靜強(qiáng)度校核.

=3\*Arabic

3

.齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為保證滑移齒輪在滑移時(shí)總處于嚙合狀態(tài)，小齒輪因足夠?qū)?，小齒輪寬度最少應(yīng)大于最大滑移距離與Z=54齒輪的寬度值之和。見(jiàn)零件圖

3.2.4齒輪副()各齒輪設(shè)計(jì)與校核

因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合的大齒輪用40Cr合金鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB~286HB,平均取為260HB.載荷變化規(guī)律同上圖。

計(jì)算步驟如下：

齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

1）.初步計(jì)算

轉(zhuǎn)矩=9550=9550=.

齒寬系數(shù)=0.3

接觸疲勞強(qiáng)度極限=710MPa,=580MPa,

許用接觸疲勞強(qiáng)度極=0.9=639MPa,

=0.9=522MPa

取值β=查表=82

初步計(jì)算小齒輪直徑===165mm

取=165mm

初步計(jì)算齒寬b=25mm,取b=25mm

2).校核計(jì)算

圓周速度vv==4.5m/s.

精度等級(jí)8級(jí)

齒數(shù)Z和模數(shù)m=54,m==3.1,所以取m=3,=165mm

=54,m=3,=543=165mm

使用系數(shù)=1.25

動(dòng)載荷系數(shù)=1.2

齒間載荷分配系數(shù)==2208N

==117.2N\mm>100N\mm

=[1.88-3.2(+)]cosβ

=[1.88-3.2×]=1.2

由此得=1.23

齒間載荷分布系數(shù)查表=

=

載荷系數(shù)KK==31.15=2.12

彈性系數(shù)=189.8

節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45

重合度系數(shù)由式得因得故

螺旋角系數(shù)

接觸最小安全系數(shù)=1.05

總工作時(shí)間=1030080.2=4800h

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)<<,則查表指數(shù)m=8.78

=

=6016254800(0.2+0.5+0.2)=3.62

=1.45

接觸壽命系數(shù)查圖=1.2,=1.25

許用接觸應(yīng)力===798MPa

===690MPa

驗(yàn)算=

=189.82.450.91

=632MPa<698MPa滿足要求.

3).確定傳動(dòng)主要尺寸

分度圓直徑由以上運(yùn)算知道=54,=54,模數(shù)=3;

分度圓直徑

==3.0530=165.2mm

=3.0554=165.2mm

中心距a==165mm

齒寬b大齒輪,小齒輪

齒面彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算

齒形系數(shù)

查表得

應(yīng)力重合修正系數(shù)查表得

重合系數(shù)

=

=1.73

=0.25+=0.25+=0.68

螺旋角系數(shù)

>

齒間載荷分配系數(shù)由上面知=1.23

齒間載荷分布系數(shù)b/h=25/(2.253.5)=4查相關(guān)圖知=1.16

載荷系數(shù)KK==1..6=2.12

彎曲疲勞極限查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表=600MPa,

=450MPa,

彎曲最小安全系數(shù)有相關(guān)表=1.25

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)<<,則查表指數(shù)m=49.91

==6026254800(0.2+0.5+0.2)=7.24

=6016984800(0.2+0.5+0.2)=4.02

彎曲壽命系數(shù)查彎曲壽命系數(shù)圖=1.01,=1.03

尺寸系數(shù)査尺寸系數(shù)圖=1.0

許用彎曲應(yīng)力=

=

驗(yàn)算=

=197MPa<

<

傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載情況,固不作靜強(qiáng)度校核.

=3\*Arabic

3

.齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)零件圖。

3.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核

3.3.1傳動(dòng)軸

=1\*ROMAN

I

的設(shè)計(jì)與校核

1）.估算軸頸d

假設(shè)軸材料為45#鋼，則由公式，查表C=118,=25mm，

2)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該軸兼有傳動(dòng)軸和液壓變檔滑移作用，畫(huà)出Z=26的齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸結(jié)構(gòu);根據(jù)軸及軸上零件作用，完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),詳見(jiàn)零件圖.為便于計(jì)算對(duì)軸上受力進(jìn)行簡(jiǎn)化：

在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對(duì)軸進(jìn)行受力分析計(jì)算如下：

a）.計(jì)算齒輪受力=9550=107.37

圓周力==2360N.

徑向力=N，

軸向力

b）.計(jì)算支撐反力

水平面內(nèi)支撐反力=2895N,=360N

垂直面支撐反力,

畫(huà)水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見(jiàn)附圖1.

c).畫(huà)水平面彎矩圖見(jiàn)附圖1.Mxy

畫(huà)垂直面彎矩圖Mxz

畫(huà)合成彎矩圖

d).畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩圖見(jiàn)附圖1.

e)許用應(yīng)力

用查入法查表=102.5MPa,=60MPa

應(yīng)力校正系數(shù)==0.59

f).畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖見(jiàn)附圖1

當(dāng)量彎矩0.59107370N.mm=63346N.mm

齒輪中間截面處當(dāng)量彎矩=160010N.mm

軸頸處當(dāng)量彎矩==180200N.mm

軸頸處當(dāng)量彎矩==161550N.mm

g).校核軸頸

齒輪中間處軸直徑d===27mm<35mm。

在軸頸處d===30mm<35mm，所以該軸設(shè)計(jì)得合理。

附圖1

3.3.2.軸

=2\*ROMAN

II

的設(shè)計(jì)與校核

1）.估算軸頸d

假設(shè)軸材料為45#鋼，則由公式，查表C=118,=25mm，

2)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該軸兼有傳動(dòng)軸和液壓變檔滑移作用，畫(huà)出Z=26的齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸結(jié)構(gòu);根據(jù)軸及軸上零件作用，完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),詳見(jiàn)零件圖.為便于計(jì)算對(duì)軸上受力進(jìn)行簡(jiǎn)化：

在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對(duì)軸進(jìn)行受力分析計(jì)算如下：

a）.計(jì)算齒輪受力=9550=183

圓周力==3751N.

徑向力=N，

軸向力

b）.計(jì)算支撐反力

垂直面內(nèi)支撐反力=580N,=806N

水平面支撐反力,

畫(huà)水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見(jiàn)附圖1.

c).畫(huà)水平面彎矩圖見(jiàn)附圖1.Mxy

畫(huà)垂直面彎矩圖Mxz

畫(huà)合成彎矩圖

d).畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩圖見(jiàn)附圖

e)許用應(yīng)力

用查入法查表=102.5MPa,=60MPa

應(yīng)力校正系數(shù)==0.59

f).畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖見(jiàn)附圖1

當(dāng)量彎矩0.59183000N.mm=108460N.mm

齒輪中間截面處當(dāng)量彎矩=N.mm

g).校核軸頸

齒輪中間處軸直徑d===35.62mm>35mm;考慮載荷較均勻分布，本次校核是在極端情況下進(jìn)行且誤差在5%之內(nèi)，所以合理。

附圖2

第四章主軸組件的設(shè)計(jì)與校核

4.1主軸的要求

1旋轉(zhuǎn)精度

主軸的旋轉(zhuǎn)精度上是指裝配后，在無(wú)載荷，低轉(zhuǎn)速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸，軸承，箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計(jì)和性能，潤(rùn)滑劑及主軸組件的平衡。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。

2靜剛度

主軸組件的靜剛度（簡(jiǎn)稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號(hào)，數(shù)量，配置形式和欲緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動(dòng)件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。各類機(jī)床主軸組件的剛度目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

3抗振性

主軸組件工作時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)會(huì)降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼）主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于激動(dòng)力的頻率，以使它不易發(fā)生共振。

目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

4升溫和熱變形

主軸組件工作時(shí)因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)的處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長(zhǎng)，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度是使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會(huì)導(dǎo)致主軸軸線傾斜。

由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，因此高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題之一。

5耐磨性

主軸組件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持原始精度的能力，即精度保持性。對(duì)精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm.

6材料和熱處理

主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。因此，強(qiáng)度一般不做為選材的依據(jù)。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。

主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來(lái)考慮。數(shù)控機(jī)床的材料通常是45號(hào)或60號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，需調(diào)質(zhì)處理。

7主軸的結(jié)構(gòu)

為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。

主軸中孔用與通過(guò)棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過(guò)更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過(guò)外徑的70%。

4.2主軸軸承選擇

角接觸軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。它常用于高速主軸，接觸角越大軸向剛度越大，徑向剛度和允許轉(zhuǎn)速越低。角接觸軸承為點(diǎn)接觸，為了提高剛度和承載能力采用三聯(lián)組培的方式。主軸前軸承采用三個(gè)接觸角向里；軸承由圓螺母進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊量在軸承制造時(shí)配好。軸承精度等級(jí)選P4級(jí)。

雙列向心短圓柱滾子軸承，內(nèi)圈有錐度為1：12的錐孔與主軸的錐形軸頸相配。通過(guò)軸向移動(dòng)內(nèi)圈，改變其在主軸上的位置來(lái)調(diào)整軸承間隙。這種軸承徑向剛度和承載能力較大，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，徑向結(jié)構(gòu)緊湊。主軸后端安裝雙列向心短圓柱滾子軸承，其徑向間隙也由圓螺母來(lái)調(diào)整。因前軸承鐜主軸組件的精度影響較大，后軸承精度等級(jí)采用P5級(jí)。

這種配置保證了軸承有較高的回轉(zhuǎn)精度，允許較高的轉(zhuǎn)速和剛性，適用于負(fù)載較大的數(shù)控車床。

4.3主軸的設(shè)計(jì)與校核：

主軸的主要參數(shù)是：主軸前端直徑D1，主軸內(nèi)徑d,主軸懸伸量a和主軸支撐跨距L。

1.前端直徑D1，主軸后軸頸的直徑D2

表4.1主軸D1（按電機(jī)功率）mm

功率（kw）

D1mm

1.4～2.5

2～3.6

3～5.5

5～7.3

7.4～11

車床

60～80

70～90

70～105

95～130

110～145

銑床及加工中心

50～90

60～90

60～95

75～100

90～105

外圓磨床

——

50～60

55～70

70～80

75～90

由上表可取D1=110mm

因此可知由式子

后端直徑

圓整后

2．主軸內(nèi)徑

主軸孔徑d取主軸平均直徑的55%--65%，取d=56mm。

3．前錐孔尺寸

前錐孔用來(lái)裝頂尖或其它工具錐柄，要求能夠自鎖，目前采用莫氏錐孔。因車床最大回轉(zhuǎn)直徑D=460mm>400mm，采用莫氏錐度6號(hào)，錐度大端直徑D=63.348mm，錐度=1：19.180，長(zhǎng)度L=181mm，d=53.911mm

4．支撐跨度及懸伸長(zhǎng)度

為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長(zhǎng)度a，選擇適當(dāng)?shù)闹慰缍萀。一般推薦取：L\a=3~5.應(yīng)使L\a盡量大，提高主軸剛度。

機(jī)床支撐跨度很大程度上受其他零件結(jié)構(gòu)的影響，此機(jī)床L=510mm左右，主軸的外伸長(zhǎng)度a=170~102mm范圍即可。

5．頭部尺寸的選擇

目前頭部尺寸廣泛采用短圓錐式的頭部結(jié)構(gòu)，懸伸短，剛度好。采用快速裝卸卡盤結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)結(jié)構(gòu)件零件在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對(duì)軸進(jìn)行受力分析計(jì)算如下：

a）.計(jì)算齒輪受力=9550=441196

圓周力==3803N.

徑向力=N，

軸向力

b）.計(jì)算支撐反力

垂直面內(nèi)支撐反力=488N,=919N

水平面支撐反力,

畫(huà)水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見(jiàn)附圖1.

c).畫(huà)水平面彎矩圖見(jiàn)附圖1.Mxy

畫(huà)垂直面彎矩圖Mxz

畫(huà)合成彎矩圖

d).畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩圖見(jiàn)附圖

e)許用應(yīng)力

用查入法查表=102.5MPa,=60MPa

應(yīng)力校正系數(shù)==0.59

f).畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖見(jiàn)附圖

當(dāng)量彎矩0.59441196N.mm=260305N.mm

齒輪中間截面處當(dāng)量彎矩=477074N.mm

g).校核軸頸

齒輪中間處軸直徑d===45mm<90mm。

所以該軸設(shè)計(jì)得合理

第五章主軸驅(qū)動(dòng)與控制

數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，是集機(jī)床、

計(jì)算機(jī)

、電機(jī)及其拖動(dòng)、自動(dòng)控制、檢測(cè)等技術(shù)為一身的自動(dòng)化設(shè)備。其中主軸運(yùn)動(dòng)是數(shù)控車床的一個(gè)重要內(nèi)容，以完成切削任務(wù)，其動(dòng)力約占整臺(tái)車床的動(dòng)力的70%～80%?；究刂剖侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換檔和無(wú)級(jí)調(diào)速。

為滿足數(shù)控車床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)的要求，必須有以下性能:(1)寬調(diào)速范圍，且速度穩(wěn)定性能要高;(2)在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小;(3)加減速時(shí)間短;(4)過(guò)載能力強(qiáng);(5)噪聲低、震動(dòng)小、壽命長(zhǎng)。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論和大功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。目前，交流驅(qū)動(dòng)的性能已達(dá)到直流驅(qū)動(dòng)的水平。而且，籠型交流變頻電機(jī)不限制六電動(dòng)機(jī)那樣有機(jī)械換向帶來(lái)的麻煩和高速大功率的限制，并且體積小、重量輕、采用全封閉式罩殼、對(duì)灰塵和油有較好的防護(hù)優(yōu)點(diǎn)。在目前數(shù)控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來(lái)控制交流主軸電動(dòng)機(jī)。

主傳動(dòng)采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，主軸的正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)與停止是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主軸電動(dòng)機(jī)調(diào)速與分檔變速機(jī)構(gòu)的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

5.1主軸轉(zhuǎn)速的自動(dòng)變換

主軸電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)轉(zhuǎn)速指令來(lái)轉(zhuǎn)換。

變速過(guò)程如下：讀入控制系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速的代碼，判斷速度對(duì)應(yīng)哪一擋、是否需要換擋。如不須換擋，則在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)按線性插值求出新的轉(zhuǎn)速值，輸出至變頻器驅(qū)動(dòng)裝置，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如需換擋，發(fā)出降速指令，換擋時(shí)使頻率降到最低，經(jīng)延時(shí)速度穩(wěn)定后，發(fā)換擋請(qǐng)求信號(hào)，換擋繼電器動(dòng)作，熱愛(ài)背后檢測(cè)判斷換擋結(jié)束信號(hào)，及等齒輪到位后，在新檔位內(nèi)根據(jù)讀入的轉(zhuǎn)速代碼按插值法求新的轉(zhuǎn)速并輸出至電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)裝置。

參看變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電氣接線圖和主軸正反轉(zhuǎn)及變檔電氣接線圖。

圖中SB5為正轉(zhuǎn)按鈕，SB7為反轉(zhuǎn)按鈕；利用復(fù)合按鈕SB5與SB7就可以直接實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)由正轉(zhuǎn)成反轉(zhuǎn)，中間不需要停車；按鈕SB6與SB8為點(diǎn)動(dòng)按鈕，用于機(jī)床的調(diào)整對(duì)刀等；ST1、ST2、ST3為行程開(kāi)關(guān)，對(duì)齒輪換擋進(jìn)行檢測(cè)，如齒輪不到位，則開(kāi)關(guān)不發(fā)訊主軸無(wú)法啟動(dòng)。

5.2齒輪有級(jí)變速變擋裝置

該機(jī)床齒輪有級(jí)變速采用液壓撥叉來(lái)實(shí)現(xiàn)。齒輪在低速進(jìn)行強(qiáng)力切削時(shí)，應(yīng)使用低速檔；在進(jìn)行精密切削時(shí)使用高速擋；在裝卸工件時(shí)，主軸可以停在空擋上。上述三擋通過(guò)電磁閥改變液壓缸通油方式的不同組合，推動(dòng)變擋齒輪軸來(lái)實(shí)現(xiàn)。參看液壓變檔控制原理圖：高速擋時(shí)電磁閥CT1得電，液壓缸P通油，液壓缸N回油滑移齒輪處于最左端；空擋時(shí)電磁閥CT2、CT3得電液壓缸P、M進(jìn)油，液壓缸N回油，滑移齒輪處于中位；低速檔時(shí)液壓缸P、M回油，液壓缸N進(jìn)油。

5.3主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給的同步控制

在螺紋加工中，為保證切削螺紋的螺距，必須有固定的起刀點(diǎn)與退刀點(diǎn)。螺紋螺距多數(shù)為常數(shù)，但為有規(guī)律的遞增或遞減的變螺距螺紋的使用也越來(lái)越多。加工螺紋時(shí)，應(yīng)是帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的主軸轉(zhuǎn)速與坐標(biāo)軸的進(jìn)給量保持一定的關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一圈，按所要求的螺距沿工件的軸向坐標(biāo)進(jìn)給相應(yīng)的脈沖量。

采用光電脈沖編碼器作為主軸的脈沖發(fā)生器，并將其裝在主軸上，與主軸一起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)主軸的轉(zhuǎn)角、相位、零位等信號(hào)。該機(jī)床光電編碼器通過(guò)1：1的同步齒輪與主軸同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)的每轉(zhuǎn)進(jìn)給和螺紋切削。

主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)編碼器即發(fā)出脈沖，這些脈沖送給數(shù)控裝置作為坐標(biāo)軸進(jìn)給的脈沖源，經(jīng)過(guò)對(duì)節(jié)距計(jì)算后，發(fā)給坐標(biāo)軸位置私服系統(tǒng)，使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)數(shù)保持所要求的比率。通過(guò)改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向可以加工出左螺紋與右螺紋，而主軸方向的判別是通過(guò)脈沖編碼器發(fā)出的正交的兩相脈沖信號(hào)相位的先后順序判別出來(lái)的。脈沖編碼器還輸出一個(gè)零位脈沖信號(hào)，對(duì)應(yīng)主軸旋轉(zhuǎn)的每一轉(zhuǎn)，可以用于主軸絕對(duì)位置的定位。例如在多次循環(huán)切削同一螺紋時(shí)，該令為信號(hào)可以作為刀具的切入點(diǎn)，以確保螺紋不出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象。

5.4主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進(jìn)給的同步控制

數(shù)控車床在切削端面時(shí)為了保證端面的光潔度，就必須是該表面的粗糙度小于或等于某值。由加工工藝知識(shí)可知，要使表面粗糙度為某值，需保證工件與切削刃處接觸點(diǎn)的切削速度為以恒定值。由于在車削端面時(shí)，刀具要不斷的作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而使刀具的切削直徑逐漸減小。由切削速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，如保持切削速度v恒定不變，當(dāng)切削直徑d逐漸減少時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速必須逐漸增大但也不能超過(guò)極限。因此，數(shù)控裝置必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件來(lái)完成主軸的調(diào)整。

第六章總結(jié)與展望

本文在在系統(tǒng)地了解數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)上，考慮對(duì)JIFCNC-B數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行的初步設(shè)計(jì)。

數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)與主軸組件，與普通機(jī)床相比，變速功能絕大部分由主軸電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有些只有兩極或三級(jí)齒輪變速機(jī)構(gòu)系統(tǒng)用以擴(kuò)大電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍

設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題：

1、起初對(duì)于數(shù)控車床傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)沒(méi)有十分明確的概念，未能在最短的時(shí)間內(nèi)初步設(shè)計(jì)出機(jī)器的零部件草圖，耽誤了很多不必要的時(shí)間。

2.運(yùn)用CAD進(jìn)行零件設(shè)計(jì)過(guò)程中的某些命令不能熟練的應(yīng)用，造成了設(shè)計(jì)時(shí)間的大量浪費(fèi)，加長(zhǎng)了設(shè)計(jì)的時(shí)間。

3.對(duì)數(shù)控車床控制部分，變頻器的使用了解不多，查閱了大量資料后才弄明白。耽誤了一些時(shí)間。

設(shè)計(jì)中著重考慮問(wèn)題與解決的問(wèn)題：

1.數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪多級(jí)變速的情況變?yōu)榉謾n無(wú)級(jí)變速，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后，通過(guò)帶輪輸送到輸入軸上，再經(jīng)過(guò)齒輪有級(jí)變速擴(kuò)大變速范圍，滿足變速范圍的要求

2.本設(shè)計(jì)將原來(lái)的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸帶輪處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上改善了輸入軸的受力情況。

參考文獻(xiàn)

[1]金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社2003

[2]李慶余、孟廣耀主編，機(jī)械制造裝備技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7

[3]陳嬋娟參主編，數(shù)控車床設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006，12-45p.

[4]許曉暢編著，專用機(jī)床設(shè)計(jì)，重慶大學(xué)出版社，2003.7

[5]邱宣懷主編，機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版），高等教育出版社，1997.01

[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，共五卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[7]楊世成，陳蕊妍；數(shù)控機(jī)床分級(jí)變速機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的確定，中文期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，廣西輕工業(yè)，2007(6).

[8]李勁松.

\o"論我國(guó)數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)"

論我國(guó)數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展動(dòng)態(tài)與趨勢(shì)

[J].

機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào)

,

HYPERLINK"3/kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=J