CK6163主軸單元設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計說明書

前言機械畢業(yè)設(shè)計是機械工程類專業(yè)學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計劃的最后一個極為重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。其主要目的：培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識。培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，設(shè)計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法。培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。隨著科技發(fā)展的進(jìn)步，各大高校對機械畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容也提出了一定的要求，2004年以前設(shè)計內(nèi)容一般包括：畢業(yè)設(shè)計圖紙+說明書（畢業(yè)論文），2005年以后國家教育部門提出新的要求，結(jié)合工廠需求加入了三維設(shè)計，模擬仿真，及程序分析研究。其中包括：畢業(yè)設(shè)計圖紙（三維“UG，PLO/E，CAM，CAXA，SWOLIDWORD”+CAD二維工程圖）+開題報告+任務(wù)書+實習(xí)報告+說明書正文。上述僅為參考，具體的內(nèi)容還以指導(dǎo)老師要求為準(zhǔn)！本畢業(yè)設(shè)計主要分為兩部分內(nèi)容：一是畢業(yè)設(shè)計的所有圖紙，包括一張裝配圖，若干零件圖。二是畢業(yè)設(shè)計說明書，此為畢業(yè)設(shè)計說明書。說明書主要概括的就是整畢業(yè)設(shè)計的要求流程，設(shè)計內(nèi)容解釋等相關(guān)重要內(nèi)容和信息。為了更好的配合本畢業(yè)設(shè)計而制訂此說明書，以更好的了解這次的畢業(yè)設(shè)計。目錄前言………………1引言………………………31.1研究背景、研究意義……………………31.2主要內(nèi)容、目的及研究方法……………41.2.1主要內(nèi)容…………41.2.2研究方法…………41.3課題設(shè)計關(guān)鍵問題和一般方案…………51.3.1課題設(shè)計的關(guān)鍵問題……………51.3.2執(zhí)行機械傳動方式的確定………51.3.3系統(tǒng)總體方案的擬定……………6機床的規(guī)格和用途………………………72.1機床規(guī)格…………………72.2機床用途…………………7主要技術(shù)參數(shù)和運動學(xué)設(shè)計……………83.1技術(shù)參數(shù)…………………83.1.1尺寸參數(shù)…………83.1.2運動參數(shù)…………83.2機床運動學(xué)設(shè)計………………………103.2.1設(shè)計原則…………103.2.2電機的選擇………………………103.2.3傳動方式…………103.2.4變速形式與速圖的繪制…………11第四章主要設(shè)計零件的設(shè)計和計算……………154.1箱體設(shè)計………………154.2主軸設(shè)計和計算………………………164.2.1計算轉(zhuǎn)速度………………………164.2.2估算主軸直徑……………………164.2.3主軸強度剛度校核………………174.3同步齒形帶的選擇和計算……………194.4軸承選擇和計算………………………224.4.1軸承選擇和配置形式……………224.4.2軸承的相關(guān)計算…………………224.5精度設(shè)計………………244.5.1公差與配合的選用………………244.5.2形狀和位置公差…………………254.5.3表面粗糙度………………………264.6其它設(shè)計………………274.6.1潤滑系統(tǒng)…………274.6.2密封………………27結(jié)論………………………28引言研究背景、研究意義金融危機爆發(fā)以來，國際機床市場不斷下滑，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床市場也受到了相當(dāng)大的影響，產(chǎn)銷量大幅下降。雖然數(shù)據(jù)顯示2009年上半年已經(jīng)止住下滑趨勢，略微回升，但研究應(yīng)對策略依舊是當(dāng)務(wù)之急。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床是國內(nèi)數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展的起步產(chǎn)品，發(fā)展時間比較長，生產(chǎn)企業(yè)對此類機床的技術(shù)掌握情況和生產(chǎn)能力也都比較成熟。

正因為如此，加之其在國內(nèi)擁有大量的市場空間，金融危機爆發(fā)之前的產(chǎn)量較大。但從去年金融危機以后的總體情況來看，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力明顯過剩。最近中國機床工具工業(yè)協(xié)會的調(diào)研結(jié)果中得到的企業(yè)生產(chǎn)狀況顯示，主要生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床的企業(yè)受到的沖擊比較大，尤其是一些產(chǎn)品檔次比較低、產(chǎn)量比較大的企業(yè)受到的沖擊更大，甚至出現(xiàn)部分企業(yè)限產(chǎn)的現(xiàn)象。造成這種情況出現(xiàn)的主要原因還是因為市場需求在減少，加上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床的生產(chǎn)能力比較強，生產(chǎn)企業(yè)比較多，競爭比較激烈，同時經(jīng)濟(jì)型車床、鉆床和銑床的出口量下降比較嚴(yán)重，部分產(chǎn)品出口轉(zhuǎn)內(nèi)銷，進(jìn)一步加劇了國內(nèi)市場競爭。而對于產(chǎn)品檔次比較高的企業(yè)來說，受到的沖擊就不是很明顯，特別是高精尖的高檔機床依舊是供不應(yīng)求。數(shù)控機床代表著機械制造業(yè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。目前，我國數(shù)控機床的發(fā)展不僅從技術(shù)水平上已研制出五坐標(biāo)的數(shù)控銑床加工中心，CNC系統(tǒng)和自動編程系統(tǒng)等。同時，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控機床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都與世界上的先進(jìn)國家有較大差距。要達(dá)到世界先進(jìn)水平，迅速發(fā)展我國數(shù)控機床行業(yè)勢在必行。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床設(shè)計的必然性：數(shù)控機床能較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，也具有適應(yīng)性強、較高的加工精度。但是應(yīng)用數(shù)控機床還受到其它條件的限制。價格昂貴，一次性投資巨大，對于中小企業(yè)心有余而力不足。目前各企業(yè)都有大量的通用機床，完全用數(shù)控機床代替根本不可能，而且替代下來的機床閑置起來，又會造成浪費。在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。通用數(shù)控機床對具體生產(chǎn)有多功能。要較好地解決上述問題，應(yīng)走經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床設(shè)計之路。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床設(shè)計的優(yōu)點：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床設(shè)計一般指對普通機床其某些部位做一定的設(shè)計，配上數(shù)控裝置，從而使機床具有數(shù)控加工能力，其目的有以下幾點：從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備，發(fā)揮機床的原有功能和改造后的新增功能，提高機床的使用價值。1．為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數(shù)控改造。2．為了適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。3．為了使技術(shù)等級較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行的設(shè)計。所有這些目的都圍繞提高機床的性能價格比，用較少的價格，得到較高的機床性能。因此，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床設(shè)計具有以下優(yōu)點：易于對現(xiàn)有機床實現(xiàn)自動化，而且專業(yè)性強，沒有多余功能。減少輔助加工時間，提高機床的生產(chǎn)效率。降低工人技術(shù)等級的要求。費用低，可充分利用原有機床設(shè)備。周期短，可滿足生產(chǎn)急需。由上所述，普通機床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計是提高技術(shù)水平，更新工藝設(shè)備的重要途徑之一，是使企業(yè)更好地完成計劃，滿足市場需求，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。因此這次設(shè)計主要進(jìn)行的是CK6163車床的機械部分（主軸箱、縱向進(jìn)給機構(gòu)和橫向進(jìn)給機構(gòu)）和數(shù)控部分的設(shè)計，其傳動系統(tǒng)利用電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動滾珠絲杠，使拖板作精確的位移。主要內(nèi)容、目的及研究方法一、主要內(nèi)容本設(shè)計內(nèi)容是對CK6163數(shù)控車床的機械部分設(shè)計和利用單片機，對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給進(jìn)行開環(huán)設(shè)計。使其在縱向和橫向具有直線和圓弧插補的功能，驅(qū)動元件采用電液脈沖馬達(dá)，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，使車床進(jìn)行精確動作，能進(jìn)行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的起動，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。CK6163數(shù)控車床設(shè)計的目的針對題目使學(xué)生得到機械原理、機械設(shè)計、控制原理、CAD、微機原理、常規(guī)電氣控制原理、檢測技術(shù)等課程的綜合訓(xùn)練。針對題目使學(xué)生掌握機械裝備工程設(shè)計的一般方法及一般規(guī)律，獲得綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識解決實際問題的方法、工作思路等主要方面的訓(xùn)練。培養(yǎng)學(xué)生獨立調(diào)查研究、科技檢索、方案論證、規(guī)范化科技寫作等方面的能力二、研究方法對現(xiàn)有文獻(xiàn)分析，查閱現(xiàn)有國內(nèi)外有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的參考文獻(xiàn)資料，深刻理解現(xiàn)有數(shù)控車床控制系統(tǒng)的運動原理以及控制方法，設(shè)計過程中充分借鑒現(xiàn)有的優(yōu)良結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計。重視理論分析，認(rèn)真學(xué)習(xí)與數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的理論，對基本數(shù)控系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)有十分的了解。提出兩種以上的設(shè)計方案，并進(jìn)行探討選擇出最優(yōu)方案然后進(jìn)行優(yōu)化。這個階段很重要，要時常與指導(dǎo)教師及其他老師共同探討。在前期充分論證的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，主要對該機構(gòu)中的創(chuàng)新點及相關(guān)附件進(jìn)行設(shè)計，充分利用現(xiàn)有成形的機構(gòu)，不做無用功。設(shè)計時充分使用指導(dǎo)教師以及身邊其他技術(shù)人員的人力資源，不盲目設(shè)計。理論與實際相結(jié)合，力求設(shè)計滿足經(jīng)濟(jì)行和可行性要求，使設(shè)計真正滿足工程化的要求。課題設(shè)計關(guān)鍵問題和一般方案一、課題設(shè)計的關(guān)鍵問題伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)都具有檢測裝置，伺服控制精度都比開環(huán)系統(tǒng)高，但系統(tǒng)造價也高于開環(huán)結(jié)構(gòu)且調(diào)試也不太容易。而開環(huán)系統(tǒng)不帶檢測裝置，指令是單方向傳送的，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單，符合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床的加工精度要求不高的性能。因此，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用電液脈沖馬達(dá)開環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)二、執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用電液脈沖馬達(dá)經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠，確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，應(yīng)盡量減少摩擦力，而采用滾珠絲杠螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的結(jié)構(gòu)來提高傳動剛度，齒輪傳動也要采用清除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 電液脈沖馬達(dá)是指由步進(jìn)電機和液壓伺服機構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。由步進(jìn)電機接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號，把它轉(zhuǎn)換或角位移。經(jīng)液壓隨動閥和油馬達(dá)組成的伺服機構(gòu)做功率放大后，驅(qū)動機床工作臺或刀架，使之進(jìn)行精確定或作進(jìn)給運動。電液脈沖馬達(dá)具有角位移準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整范圍廣等優(yōu)點。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。電液脈沖馬達(dá)廣泛應(yīng)用在自動控制、同步控制和各種數(shù)控機床上。 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制框圖三、系統(tǒng)總體方案的擬定 在點電機的驅(qū)動下，通過變速機構(gòu)，在主軸脈沖發(fā)生器的作用下，通過倆個電液脈沖馬達(dá)各控制橫向和縱向的進(jìn)給機構(gòu)。 系統(tǒng)總體方案框圖機床的規(guī)格和用途一、機床規(guī)格根據(jù)機械工業(yè)部所頒布的“普通車床系列型譜”(JB/Z143—79)規(guī)定,我國普通車床發(fā)展三種系列:普通型系列、萬能型系列和輕型系列,每個系列又有一種基本品種及若干變型品種。普通型車床包括普通車床、卡盤車床、軸車床、程控車床、精密車床、高精度車床。萬能型車床包括萬能車床、馬鞍車床、加高車床、長軸車床、萬能卡盤車床、萬能精密車床。輕型車床包括輕型車床、輕型馬鞍車床。本次設(shè)計的CK6163數(shù)控車床是屬于普通車床型。二、機床用途普通型車床適用于現(xiàn)代化大中型機械制造也可納入生產(chǎn)線。它具有較高的生產(chǎn)率和一定的使用性能,并能車削常用的公制螺紋,同時也比萬能型有較好的剛度和抗振性,能適應(yīng)現(xiàn)代刀具的高速切削和強力切削。機床結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,并可安裝附件或自動化裝置,以實現(xiàn)自動或半自動車削。而其中的CK6163數(shù)控車床適應(yīng)于環(huán)類、盤類、短階梯軸類和圓錐體等零件的批量加工。亦可精、粗切削內(nèi)外圓、端面及溝槽。機床調(diào)整簡便，剛性好，可進(jìn)行強力切削，廣泛用于軸承、電機、齒輪的加工，以及汽車、拖拉機行業(yè)的生產(chǎn)線上。刀架采用鑲剛導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，耐磨性能好，使用壽命長。CK6163數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特征為主運動及進(jìn)給傳動有方便的變速操縱機構(gòu),工作臺在縱向、橫向和垂直方向均有機動進(jìn)給、快速運動和手動調(diào)整,工作臺三個方向的運動可實現(xiàn)不同性能的自動循環(huán),自動夾緊;此外,工作臺在垂直方向具有自動讓刀機構(gòu)以及在縱向有自動消除間隙機構(gòu)等。第三章主要技術(shù)參數(shù)和運動學(xué)設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)一、尺寸參數(shù)床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm刀架上的最大回轉(zhuǎn)直徑：200mm主軸通孔直徑：40mm主軸前錐孔：莫式6號最大加工工件長度：1000mm二、運動參數(shù)主軸極限轉(zhuǎn)速的確定：根據(jù)工況，本設(shè)計小組討論，確定主軸最高轉(zhuǎn)速有采用YT15硬質(zhì)合金刀車削碳鋼工件獲得，主軸最低轉(zhuǎn)速有采用W16Cr4V高速鋼刀車削鑄鐵件獲得。nmax==47r/minnmin==2000r/min根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列數(shù)值表，選擇機床的最高轉(zhuǎn)速為2000/min，最低轉(zhuǎn)速為47/min公比取1.6，轉(zhuǎn)速為無級變速主軸動力參數(shù)的確定：切削力參數(shù)的確定切削力：據(jù)《實用機床設(shè)計手冊》查表2.2-4得：查表2.1-16（據(jù)《金屬切削原理》）粗加工精加工切削深度4～61.0～2.0進(jìn)給量0.8～0.40.2～0.4切削速度80～110120～150估算最大最小的切削力：切削功率：則最大最小的切削功率:主電動機功率：則最大最小總功率：機床動動學(xué)設(shè)計一、設(shè)計原則1)在滿足一定的轉(zhuǎn)速范圍,級數(shù)條件下,傳動鏈盡可能短和簡單。2)傳動平穩(wěn),撓動小,噪聲低,效率高。3)功率和扭矩滿足使用條件。4)適應(yīng)主軸精度和剛度的要求。5)操作方便,輕巧,結(jié)構(gòu)簡單,工藝性能好。6)必須考慮制動裝置7)必須考慮好的潤滑二、電機的選擇變頻調(diào)速目前已經(jīng)成為主流的調(diào)速方案，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無級變速傳動。采用“專用變頻感應(yīng)電動機+變頻器”的交流調(diào)速方式，特別是隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，結(jié)合本次設(shè)計的機床特點，經(jīng)過調(diào)查計算決定選用YVP系列變頻電機，相關(guān)具體參數(shù)可參照附件由上章計算可知CK6163電機要求功率為9KW，故此次設(shè)計選用YVP160L-4交流變頻電動機做主要動力源三、傳動方式根據(jù)設(shè)計原則,考慮數(shù)控車床的加工特點,本機采用分離傳動方式,即把主軸主件與變速傳動部分兩者分開。即一個主軸箱和一個變速箱。有如下優(yōu)點：變速箱工作中產(chǎn)生的振動和熱量不直接傳給主軸。因而減少了主軸的振動和熱變形，提高了加工精度，主軸箱的齒輪可大為減少，故主軸箱的噪聲，主動和熱量都減少了。高速時可由皮帶直接帶動主軸，縮短了傳動鏈，從而運動平穩(wěn)，效率提高；缺點：多增加了箱體，因而提高制造成本。四、變速形式與轉(zhuǎn)速圖的繪制主運動是由交流調(diào)頻電機經(jīng)皮帶輪、齒輪傳動至主軸。鑒于車床的特點，圖1是本機床主軸要求的功率P、轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n主的特性曲線，這個特性是以主軸的計算轉(zhuǎn)速n計為分界的。從n計至最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域a為恒功率區(qū)；從最低轉(zhuǎn)速至n計的區(qū)域b為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。

圖1主軸功率轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)速的特性曲線

在區(qū)域a內(nèi)，任意轉(zhuǎn)速下的主軸都可以輸出額定功率，但主軸輸出的轉(zhuǎn)矩將隨著主軸轉(zhuǎn)速的下降而上升。在區(qū)域b內(nèi)，任意轉(zhuǎn)速下的主軸都可輸出最大的轉(zhuǎn)矩，但主軸可能輸出的最大功率將隨著主軸轉(zhuǎn)速的下降而下降。

本機床采用交流調(diào)頻電動機，型號為YVP160L-4，圖2為該電動機的轉(zhuǎn)矩T、功率P和轉(zhuǎn)速n電的特性曲線。由圖2可見，該電動機的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。從額定轉(zhuǎn)速n到最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域a′為恒功率區(qū)；從最低轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速n的區(qū)域b′為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。

圖2YP160L從圖1、圖2可見：調(diào)頻電動機的恒功率變速范圍為5040/1500=3.56，而主軸要求的恒功率變速范圍為2400/210=11.43，顯然電動機不能滿足主軸所要求恒功率段的變速范圍。所以在設(shè)計時不能依據(jù)總變速范圍(最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比)來設(shè)計主運動系統(tǒng)，而應(yīng)該考慮電動機和主軸性能的匹配。

已知：主軸的最高轉(zhuǎn)速為=2400r/min；主軸的最低轉(zhuǎn)速為=47r/min；計算轉(zhuǎn)速=300r/min；調(diào)頻電動機的=5040r/min(168Hz)；調(diào)頻電動機的額定=1500r/min?，F(xiàn)主軸恒功率調(diào)速范圍為：

K=/=2000/300=7.3

而電動機恒功率調(diào)整范圍為：

K電=(電)/n額(電)=5040/1500=3.36

為了使主軸和電動機的恒功率匹配，現(xiàn)通過增加兩組齒輪變速來滿足。該兩組齒輪即擴大了電動機恒功率調(diào)速。至此可見,因當(dāng)前所用主軸電機的恒功率范圍窄,且輸出轉(zhuǎn)矩較小,有時總變速范圍也不能滿足機床主軸要求,因此必須在電機之后串聯(lián)齒輪有級變速傳動,以達(dá)到主傳動系統(tǒng)與主軸之間的功率、轉(zhuǎn)矩及調(diào)速范圍相匹配?？傻迷诘诙鲃虞S與主軸間，增加兩組齒輪就可使主軸和電動機的恒功率區(qū)得到匹配。從前面的分析已經(jīng)知道,電機與主軸不匹配之處關(guān)鍵在于電機的恒功率調(diào)速范圍電動機功率過小,串聯(lián)齒輪有級變速的一個主要目的就是擴大電機恒功率范圍,因此,可以把電機的恒功率調(diào)速范圍R電P當(dāng)作基本組,再根據(jù)具體情況設(shè)計齒輪有級變速級數(shù)z;這樣主軸恒功率范圍R主P便可看作是以R電P為基本組,串接z級齒輪變速而形成。繪制轉(zhuǎn)速圖：驗算傳動組變速范圍：第二擴大組的變速范圍是,符合設(shè)計原則要求。分配降速比：該車床主軸傳動系統(tǒng)共設(shè)有四個傳動組，其中有一個是帶傳動。根據(jù)降速比分配應(yīng)“前慢后快”的原則，確定各傳動組最小傳動比。U===確定齒輪齒數(shù)：利用查表法求出各傳動組齒輪齒數(shù)如下表：變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和108108108齒輪z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10齒數(shù)42663177426666424545傳動過程中，會采用雙聯(lián)滑移齒輪，為避免齒輪滑移中的干涉，雙聯(lián)滑移齒輪中最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于4。所選齒輪的齒數(shù)符合設(shè)計要求。驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差：主軸各級實際轉(zhuǎn)速值用下式計算：n=nE*(1-ε)u1u2u3式中u1u2u3分別為第一、第二、第三變速組齒輪傳動比。ε取0.05轉(zhuǎn)速誤差用主軸實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值表示：n=||≤10（Φ-1）%其中主軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速誤差表主軸轉(zhuǎn)速n1n2n3n4n5n6標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速4777120190305488實際轉(zhuǎn)速46.575.5119.2190.73305.17488.28轉(zhuǎn)速誤差%3.1251.940.60.380.040.097主軸轉(zhuǎn)速n7n8n9標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速78112502000實際轉(zhuǎn)速781.2512511997.8轉(zhuǎn)速誤差%0.0320.0070.22轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。主要零件的設(shè)計和計算箱體設(shè)計主軸箱中有主軸、變速機構(gòu)，操縱機構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。主軸箱除應(yīng)保證運動參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強度或剛度，噪聲較低，振動要小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。箱體材料以中等強度的灰鑄鐵HT150及HT200為最廣泛,本設(shè)計選用材料為HT20-40.箱體鑄造時的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸(長×寬×高),按下表選取.長×寬×高()壁厚(mm)<500×500×3008-12>500×500×300-800×500×50010-15>800×800×50012-20由于箱體軸承孔的影響將使扭轉(zhuǎn)剛度下降10%-20%，彎曲剛度下降更多，為彌補開口削弱的剛度，常用凸臺和加強筋；并根據(jù)結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取大于25mm左右，后支承壁取大于22mm左右，軸承孔處的凸臺應(yīng)滿足安裝調(diào)整軸承的需求。箱體在主軸箱中起支承和定位的作用。CK6163主軸箱中只有一根主軸，軸的定位要靠箱體上安裝空的位置來保證，因此，箱體上安裝空的位置的確定很重要。參考有關(guān)資料，箱體上軸安裝空的位置確定如下：中心距(a)=1/2（d1+d2）+ym（式中y是中心距變動系數(shù)）但是此處就只一根單獨主軸轉(zhuǎn)動，主軸箱與變速箱體分離，不會產(chǎn)生干涉。所以以上公式并不適合單獨的主軸箱體設(shè)計，故不予采納。箱體在床身上的安裝方式，機床類型不同，其主軸變速箱的定位安裝方式亦不同。有固定式、移動式兩種。車床主軸箱為固定式變速箱，用箱體底部平面與底部突起的兩個小垂直面定位，用螺釘和壓板固定。本主軸箱箱體為一體式鑄造成型，留有安裝結(jié)構(gòu)，并對箱體的底部為安裝進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。箱體的顏色根據(jù)機床的總體設(shè)計確定，并考慮機床實際使用地區(qū)人們心理上對顏色的喜好及風(fēng)俗。箱體中預(yù)留了潤滑油路的安裝空間和安裝螺紋孔及油溝，具體表達(dá)見箱體零件圖。主軸設(shè)計和計算一、計算轉(zhuǎn)速主軸計算轉(zhuǎn)速是第一個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，即=200r/min在數(shù)控車床的計算轉(zhuǎn)速時，可取的大點，故取n=250r/min;二、估算主軸軸直徑首先，選取主軸材料為45鋼[235MPa]再進(jìn)行計算：主軸輸入功與主軸作功即：按扭轉(zhuǎn)剛度初步計算傳動軸直徑：d=式中:d——傳動軸直徑；N——該軸傳遞功率（KW）；——該軸計算轉(zhuǎn)速（r/min）；——該軸傳動效率；[]——該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角這些軸都是一般傳動軸，取[]=10/m。代入以上計算轉(zhuǎn)速的值，計算出主軸的直徑：主軸：d3==40.4mm考慮主軸帶有中心孔（40mm），預(yù)設(shè)主軸最小外尺寸直徑為100mm。根據(jù)抗彎截面計算公式：W=+危險斷面：T=955*104空心軸情況外會有下面計算：式中D和d分別為主軸空心圓截面的外徑和內(nèi)徑，R為外半徑，。最后建立主軸扭轉(zhuǎn)的強度條件。根據(jù)軸的受力情況或由扭矩圖，求出最大扭矩。對等截面桿按算出最大切應(yīng)力限制不起過許用應(yīng)力，便得強度條件為故此預(yù)設(shè)直徑合符要求。主軸剛度強度校核由于主軸在實際工作過程中，主要承受兩方面的變形：扭轉(zhuǎn)和彎曲。所以在考慮主軸校核的時候，可以采用扭轉(zhuǎn)和彎曲組合變形的方式進(jìn)行。首先繪制剪力圖和彎矩圖，參考主軸裝配圖不難發(fā)現(xiàn)，主軸的動力輸入端采用的卸荷的方式，所以說實際主軸的動力輸入端不承受徑向力的作用，只承受扭矩。借此繪與剪力圖和彎矩圖。設(shè)定第一支撐點為A，第二支撐點為B。則有：，，即得到：解出上面兩式可以得到：，。進(jìn)而可以繪制出彎矩圖：由此可以推斷出第二個支撐點的截面為危險截面，即是B面。最大彎矩值為：主軸材料為45鋼，是塑性材料。所以在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和彎曲組合變形校核時應(yīng)該使用第三強度理論：其中，M為彎矩，T為扭矩。最大彎矩值已經(jīng)得出，，由此可以得出：另外，由于是空心主軸，所以：其中，，d=40mm，D=100mm綜合上述可以得到：小于材料的許用應(yīng)力。所以，主軸校核合格。同步齒形帶的選擇和計算傳遞功率P=11KW,傳動比i=1，兩班制，一天運轉(zhuǎn)16.1小時，工作年數(shù)10年。確定計算功率取1.1，則2.選取V帶型根據(jù)和,由圖12.1-14確定為H形，節(jié)距3.小帶輪齒數(shù)根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速,由表12.1-56查得小帶輪的最小齒數(shù)為，此處取4.小帶輪的節(jié)圓直徑由表14.1-60查得其外徑5.大帶輪齒數(shù)6.大帶輪的節(jié)圓直徑7.帶速驗算帶速成其中-小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；-小帶輪直徑，mm；8.確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度設(shè)中心距為,則0.7（）a2（）于是：205a580,初取中心距為570mm9.帶長與齒數(shù)帶長應(yīng)選用帶長代號為507的H型同步帶，其節(jié)線長,節(jié)線長上的齒數(shù)為。10.實際軸間距此結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整11.小帶輪嚙合齒輪12.基本額定功率由表14.1-58查得13.所需帶寬由表14.1-57查得H型帶應(yīng)選帶寬代號為200的H型帶，其=50.8mm14.帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸傳送帶用的同步帶為507H200；小帶輪：大帶輪：軸承選擇和計算一、軸承選擇和配置形式為了使機床加工時能得到更高的精度，故前端采用多組軸承配合安裝，初步選用角接觸球軸承。軸承名稱7936X2軸承新型號71936C舊型號1036936內(nèi)徑d(mm)180外徑D(mm)250厚度B(mm)33RHP型號7936X2類別角接觸球軸承詳細(xì)說明a=15°的角接觸球軸承（70000C型）考慮到CK6163車床加工精度的關(guān)系，在此采用角接觸球軸承(6級精度)成對安裝這樣安裝可以獲得前端加工時更好的加工精度。而且，背靠背安裝比面對面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。三個成一組，兩個同向的軸承受主主要方向的進(jìn)給力，與第三個軸承背靠背安裝。主軸箱后側(cè)采用雙列的圓柱滾子軸承(6級精度)，以更好的穩(wěn)定主軸。二、軸承的相關(guān)計算軸承靜載荷GB/T4662-2003/ISO76:1987標(biāo)準(zhǔn)中定義的基本額定靜載荷為：在載荷最重的滾動體與滾道接觸中心處產(chǎn)生下列計算接觸應(yīng)力相應(yīng)的靜載荷。調(diào)心球軸承為4600MPa所有其它球軸承為4200MPa所有滾子軸承為4000MPa靜太安全系數(shù)定義為：式中＝基本額定載荷，kN＝軸承當(dāng)量載荷，kN＝靜態(tài)安全系數(shù)壽命計算額定壽命方程式與GB/T6391-2003/ISO281:1990/Amd2:2000標(biāo)準(zhǔn)一致速度恒定時，壽命可用來計算式中：為額定壽命（可靠度為100-n%），百萬轉(zhuǎn)為額定壽命（可靠度為100-n%），運行小時數(shù)為基本額定壽命（可靠度為90%），百萬轉(zhuǎn)為壽命可靠性系數(shù)，見下圖b為壽命修正系數(shù)C為基本額定動負(fù)荷，kNP為等效動負(fù)荷，kNN旋轉(zhuǎn)速度，r/minΕ為壽命計算方程式的指數(shù)（3用于球軸承，10/3用于滾子軸承）第五節(jié)精度設(shè)計公差與配合的選用選擇基準(zhǔn)時，應(yīng)從結(jié)構(gòu)、工藝、經(jīng)濟(jì)幾方面綜合考慮，權(quán)衡利弊。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先選用基孔制。因為加工孔比加工軸要困難一些，而且所用的刀、量具尺寸規(guī)格也多些。與標(biāo)準(zhǔn)件配合時，基準(zhǔn)制的選擇通常依標(biāo)準(zhǔn)件而定。3）為了滿足配合特殊需要，允許采用任一孔、軸公差帶組成配合。選擇公差等級，既要滿足設(shè)計要求，又要考慮工藝的可能性和經(jīng)濟(jì)性。也就是說：在滿足使用要求的情況下，盡量擴大公差值，亦即選用較低的公差等級。在我的設(shè)計中，基本選用IT6和IT7級公差。本設(shè)計中，孔軸配合較多，如圖：涉及到三個軸承，兩個套筒與箱體和主軸的配合。由于軸承的存在，所以以軸承為基準(zhǔn)。在軸承與箱體孔配合時，因為軸承均為六級精度，所以設(shè)定箱體孔的公差等級為七級偏差，即IT7。此配合為基軸制，選用國家推薦公差配合，由此可以得出箱體孔的極限尺寸為：，同理可以得到：箱體左邊與雙列圓柱滾子軸承配合處的極限尺寸為：。在軸承與主軸配合時，同樣以軸承為基準(zhǔn)，選用基孔制。選用國家推薦公差配合，由此可以得到主軸與軸承兩處配合的極限尺寸分別為：和。形狀和位置公差首先，形狀和位置誤差（簡稱形位誤差）對零件的使用性能有較大影響，因此，為了滿足零件裝配后的功能要求，保證零件的互換性和經(jīng)濟(jì)性，必須對零件的形位誤差予以限制，即對零件的幾何要素規(guī)定必要的形狀和位置公差（簡稱形位公差）。對于整個設(shè)計都是以主軸箱體為基礎(chǔ)，而主軸箱體又是安裝在機床床上的，所以對于主軸箱體底面的形位公差必須加以限制，如下圖：相對于箱體側(cè)面（同樣要限制形位公差），必須滿足一定的垂直度，才能保證主軸的水平放置。而由于主軸箱體與機床床身的關(guān)系又必須限制其平面度。對于主軸箱體側(cè)面，由于需要安裝端蓋，而端蓋又有起到限制軸承的作用，所以必須限制其形位公差，此處采用的是端面圓跳動，即相當(dāng)于同時保證了平面度和主軸孔軸心的垂直度。對于主軸內(nèi)孔，由于安裝軸承的關(guān)系，所以此處采用徑向全跳動，即同時限制了主軸內(nèi)孔的圓柱度和同軸度。對于主軸與主軸軸承相配合的地方，同樣需要限制其形位公差。為了使主軸在高整旋轉(zhuǎn)時不產(chǎn)生徑向的跳動，所以此處采用徑向全跳動，同時限制主軸的圓柱度與對軸心的同軸度。表面粗糙度零件表面粗糙度參數(shù)值的選擇既要滿足零件表面的功能要求，也要考慮到經(jīng)濟(jì)性。具體選擇時可參照一些經(jīng)過驗證的實例。一般原則如下：在滿足表面功能要求的情況下，盡量選用較大的表面粗糙度參數(shù)值。同一零件上，工作表面的粗糙度參數(shù)值小于非工作表面的粗糙度參數(shù)值。摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小；滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要??；運動速度高，單位壓力大的摩擦表面應(yīng)比運動速度低，單位壓力小的摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小。受循環(huán)載荷的表面及易引起應(yīng)力集中的部分（如圓角、溝槽），表面粗糙度參數(shù)值要小。配合性質(zhì)要求高的結(jié)合表面、配合間隙小的配合表面以及要求連接可靠、受重載的過盈配合表面乖，都應(yīng)取較小的粗糙度參數(shù)值。配合性質(zhì)相同，零件尺寸愈小則表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)愈?。煌还畹燃?，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度參數(shù)值要小。第六節(jié)其它設(shè)計一、潤滑系統(tǒng)（油潤滑）分散潤滑，用于潤滑分散的或個別部件的潤滑點。在分其潤滑中還可分為全損耗(或“一次結(jié)油潤滑”)型和循環(huán)型兩種基本類型，使用便攜式加油工具(油壺、油槍、手刷、氯溶膠噴槍等)對油也、油嘴、油杯、導(dǎo)軌表面等潤滑點手工加油，以及油繩或油墊潤滑、飛濺潤滑、油環(huán)或油鏈潤滑等。主軸潤滑即采用的是分散潤滑方式，對固定的兩處軸承進(jìn)行分別潤滑，為些分別在主軸箱體正上方鉆兩個輸油孔，并使用IIJ30型潤滑油。選用這種簡單擋油環(huán)的作用就是它能更好的潤滑軸承，防止系統(tǒng)以外的雜質(zhì)進(jìn)入主軸箱體內(nèi)。二、密封由于主軸兩端端蓋