普通數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本

普通數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要數(shù)控車床不但可以車外圓還能用于鏜孔、車端面、鉆孔與鉸孔。與其她種類機(jī)床相比，車床在生產(chǎn)中使用最廣。本論文一方面簡介了國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展過程與現(xiàn)狀,并分析了其存在問題;對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討；并對(duì)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空心主軸和一系列變速齒輪構(gòu)成。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范疇內(nèi)任意速度，以滿足加工切削規(guī)定。當(dāng)前，數(shù)控車床發(fā)展趨勢是通過電氣與機(jī)械裝置進(jìn)行無級(jí)變速。變頻電機(jī)通過帶傳動(dòng)和變速齒輪為主軸提供動(dòng)力。普通變頻電機(jī)調(diào)速范疇3—5，難以滿足主軸變速規(guī)定；串聯(lián)變速齒輪則擴(kuò)大了齒輪變速范疇。本設(shè)計(jì)將本來帶輪不卸荷構(gòu)造變?yōu)榱藥л喰逗蓸?gòu)造，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上,改進(jìn)了輸入軸受力狀況，。核心詞：主軸箱，無級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)系統(tǒng)AbstractNClathecandoboring，facing，drillingandReaminginadditiontoturning.Theuseoflathesintheproductionthantheothertypesofmachinetoolsandmore.Andcomparedtoothertypesofmachinetools，lathesintheproductionisthemostwidelyused.Inthisdesign，thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.SomecountermeasureswaspresentedforthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofNClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.Atpresent，thedevelopmenttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5，whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed；Thetransmissiongearsistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindleInaddition，inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure，transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque，improvedtheforcingstateoftheinputshaft.Keywords：headstocks，acontinuouslyvariablespeed，transmissionSysterm目錄摘要 ⅠAbstract（英文摘要） Ⅱ目錄 ⅢTOC\o\t"標(biāo)題3,3,標(biāo)題4,4"第一章緒論 11.1數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)規(guī)定 11.2數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)方式 11.3國內(nèi)外數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展 21.3.1設(shè)數(shù)控車床發(fā)展總趨勢.................................21.3.2確中華人民共和國數(shù)控車床發(fā)展重要問題........................4TOC\o"1-4"第二章變速主傳動(dòng)系統(tǒng)法案制定 62.1主傳動(dòng)技術(shù)指標(biāo)制定 72.1.1動(dòng)力參數(shù)擬定計(jì)數(shù)...................................72.1.2主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范疇擬定.................................82.1.3主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速擬定...................................92.2變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 102.2.1擬定傳動(dòng)方案...........................................102.2.2轉(zhuǎn)速圖擬定........................................112.2.3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) 153.1傳動(dòng)皮帶設(shè)計(jì)與選定 153.1.1V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì).........................................153.1.2帶構(gòu)造設(shè)計(jì).........................................163.2齒輪設(shè)計(jì)與校核 173.2.1各傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力計(jì)算....................................173.2.2齒輪副32/76齒輪設(shè)計(jì)與校核...........................193.2.3齒輪副30/54齒輪設(shè)計(jì)與校核............................233.2.4齒輪副54/54齒輪設(shè)計(jì)與校核............................263.3傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)與校核 303.3.1傳動(dòng)軸I設(shè)計(jì)與校核...................................303.3.2軸II設(shè)計(jì)與校核.....................................33第四章主軸組件設(shè)計(jì)與校核 354.1主軸規(guī)定 354.2主軸軸承選取 364.3主軸設(shè)計(jì)與校核 36第五章主軸驅(qū)動(dòng)與控制 395.1主軸轉(zhuǎn)速自動(dòng)變換 395.2齒輪有級(jí)變速變擋裝置 405.3主軸旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給同步控制 405.3主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進(jìn)給同步控制 40第六章總結(jié)與展望 41參照文獻(xiàn) 43道謝 45第一章緒論數(shù)控車床運(yùn)用數(shù)字化信息對(duì)車床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制，是一種可編程通用加工設(shè)備，能自動(dòng)完畢內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序切削加工，因此特別適合加工形狀復(fù)雜軸類和盤套類零件。與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，數(shù)控車床具備加工靈活、通用性強(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品品種和規(guī)格頻繁變化特點(diǎn)，可以滿足新產(chǎn)品開發(fā)和多品種、小批量、生產(chǎn)自動(dòng)化規(guī)定，是一種柔性、高性能自動(dòng)化車床，代表了當(dāng)代控制技術(shù)發(fā)展方向，是一種典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)涉及主軸電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)與主軸組件，與普通機(jī)床相比，變速功能絕大某些由主軸電機(jī)無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省去了繁雜齒輪變速機(jī)構(gòu)，構(gòu)造簡樸，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)無級(jí)調(diào)速范疇1.1數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)規(guī)定數(shù)控機(jī)床作為高自動(dòng)化機(jī)電一體化設(shè)備，其主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)普通應(yīng)滿足如下基本規(guī)定。使用性能規(guī)定高一方面應(yīng)滿足機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性。如機(jī)床主軸有足夠轉(zhuǎn)速范疇和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，不但有低速大轉(zhuǎn)矩功能并且還要有較高轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，操作以便靈活、迅速、安全可靠。傳遞動(dòng)力規(guī)定主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠功率和轉(zhuǎn)速，具備較高傳遞效率。工作性能規(guī)定主傳動(dòng)中所有零部件要有足夠剛度、精度、和抗振性、熱變形特性穩(wěn)定，才干保證加工零件有較高質(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)重要指標(biāo)；主軸要較高旋轉(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、主軸組件質(zhì)量分布與否均勻及主軸組件阻尼對(duì)主軸組件靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響；主軸組件必要有足夠耐磨性，使之保持良好精度；軸承處還要有良好潤滑。此外，還規(guī)定主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造簡樸，便于調(diào)節(jié)與維修；工藝性好，便于加工與裝配；防護(hù)性好；使用壽命長。1.2數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)方式機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無級(jí)變速傳動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定范疇能均勻、離散地分布著有限級(jí)數(shù)轉(zhuǎn)速，重要用于普通機(jī)床。無級(jí)變速形式可以在一定范疇內(nèi)持續(xù)變化轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工規(guī)定最佳轉(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)普通采用無級(jí)變速。與普通車床相比，數(shù)控車床主傳動(dòng)采用交、直主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范疇大，并可無級(jí)調(diào)速，使主軸構(gòu)造大為簡化。為了適應(yīng)不同加工需求數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)有如下三種方式。=1\*GB2⑴電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過聯(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)可大大簡化主軸箱構(gòu)造，能有效地提高主軸剛度。這種傳動(dòng)特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸特性完全一致。但因主軸功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機(jī)性能，因而這種變速傳動(dòng)應(yīng)用受到一定限制。=2\*GB2⑵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)方式在一定限度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩規(guī)定，但其變速范疇仍和電動(dòng)機(jī)調(diào)速范疇相似。當(dāng)前，交流、直流主軸電動(dòng)機(jī)恒功率轉(zhuǎn)速范疇普通只有2-4，而恒轉(zhuǎn)矩范疇則達(dá)100以上；許多大、中型機(jī)床主軸規(guī)定有更寬恒功率轉(zhuǎn)速范疇。很明顯，這種狀況下主軸電動(dòng)機(jī)功率特性和機(jī)床主軸規(guī)定不匹配:調(diào)速電動(dòng)機(jī)恒功率范疇遠(yuǎn)不大于主軸規(guī)定恒功率變速范疇。因此這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。=3\*GB2⑶采用分檔變速方式采用這種變速方式重要是為理解決主軸電動(dòng)機(jī)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實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速配合變速機(jī)構(gòu)可保證主軸功率、轉(zhuǎn)矩規(guī)定，滿足各種切削運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率調(diào)速范疇。=4\*GB2⑷用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸

上述兩種方式混合傳動(dòng)，高速時(shí)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸，低速時(shí)另一種電機(jī)通過齒輪減速后驅(qū)動(dòng)主軸1.3國內(nèi)外數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展.1.3.1數(shù)控車床發(fā)展總趨勢近年來，隨著數(shù)控加工技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)也呈現(xiàn)出某些新發(fā)展趨勢，如主軸轉(zhuǎn)速高速化、功能構(gòu)造復(fù)合化、柔性化。=1\*GB2⑴高速主軸單元為了適應(yīng)數(shù)控加工高速化發(fā)展，當(dāng)前越來越多高速數(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，就是將高速主軸電動(dòng)機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、主軸一體化功能；取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動(dòng)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)振動(dòng)和噪聲問題；可精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)主軸定位和軸傳動(dòng)功能。采用電主軸構(gòu)造可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上，它融合了尖端高速精密軸承、潤滑技術(shù)、冷卻技術(shù)、高速變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，是技術(shù)含量很高機(jī)電一體化產(chǎn)品。=2\*GB2⑵功能復(fù)合化、柔性化隨著數(shù)控車床對(duì)加工對(duì)象適應(yīng)性不斷提高，數(shù)控車床（特別適合主傳動(dòng)系統(tǒng)）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)柔性化方向發(fā)展。

功能復(fù)合化目是進(jìn)一步提高機(jī)床生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至至少。通過功能復(fù)合化，可以擴(kuò)大車床使用范疇、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CX25Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同步具備X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽加工。該機(jī)床還配備有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸構(gòu)造，通過數(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畢所有加工，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)展趨勢是：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))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)市場需求及產(chǎn)品迅速更新重要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域基本技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目的，注重加強(qiáng)單元技術(shù)開拓和完善。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)能以便地與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)向開放、集成和智能化方向發(fā)展由此可見，當(dāng)代數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但限于只滿足原有基本規(guī)定，還要綜合考慮當(dāng)代制造對(duì)機(jī)床整體規(guī)定，如制造控制、過程控制以及物料傳送，以縮短產(chǎn)品加工時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、制造時(shí)間，以最大限度提高生產(chǎn)率。中華人民共和國數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展中重要問題1.3.2中華人民共和國發(fā)展數(shù)控車床存在重要問題中華人民共和國於1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過程大體可分為兩大階段。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)展條件缺少結(jié)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基本薄弱、配套件但是關(guān)狀況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因體現(xiàn)欠佳，無法用於生產(chǎn)而停頓。重要存在問題是盲目性大，缺少實(shí)事求是科學(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、臺(tái)灣省共11國(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合伙、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐漸向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，重要體當(dāng)前三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)人才；通過合伙生產(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)差距；通過運(yùn)用國外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國內(nèi)市場需求，但對(duì)核心技術(shù)實(shí)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)依托國外技術(shù)支撐，不能獨(dú)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)控車床水平差距很大。存在重要問題涉及：缺少象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣指引；嚴(yán)重缺少各方面專家人才和純熟技術(shù)工人；缺少進(jìn)一步系統(tǒng)科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；公司和專業(yè)間缺少合伙，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。中華人民共和國此后要加速發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，既要進(jìn)一步總結(jié)過往經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，切實(shí)改進(jìn)存在問題，又要認(rèn)真學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，沿對(duì)的道路邁進(jìn)。建議切實(shí)做好如下幾點(diǎn)：中華人民共和國廠多人眾，極需對(duì)的方針、政策對(duì)數(shù)控車床發(fā)展進(jìn)行有力指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗(yàn)，政府高度注重、對(duì)的決策、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。在辦法上，進(jìn)一步顧客，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，一方面解決量大而廣中檔數(shù)控機(jī)床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口。在環(huán)節(jié)辦法上，必要使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基本。近期重在打基本，建立信譽(yù)，擴(kuò)大國產(chǎn)數(shù)控車床國內(nèi)市場份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進(jìn)水平，大步走向世界市場；必要狠抓主線，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，從主線上變化當(dāng)前低效、落后狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗主線，層層都要注重“培才、選才、用才”，建立學(xué)習(xí)型公司，樹立公司文化，加速哺育新人，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)練班和專項(xiàng)討論會(huì)，甚至聘請(qǐng)外國專家、顧問等，竭力提高數(shù)控。隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)發(fā)展，數(shù)控車床作為機(jī)床工業(yè)主流產(chǎn)品，已成為實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)當(dāng)代化核心設(shè)備，是國防軍工裝備發(fā)展戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床擁有量及其性能水平高低，是衡量一種國家綜合實(shí)力重要標(biāo)志。加快發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)裝備制造業(yè)發(fā)呈現(xiàn)實(shí)規(guī)定。第二章變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案制定2.1主傳動(dòng)系統(tǒng)重要技術(shù)指標(biāo)擬定中檔規(guī)格二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床，床身最大回轉(zhuǎn)直徑￠460mm，最大工件長度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、操作以便。主傳動(dòng)系統(tǒng)重要參數(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)功率；運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)變速范疇。依照數(shù)控車床加工工藝、加工對(duì)象、所規(guī)定精度、成本及生產(chǎn)周期并結(jié)合國內(nèi)外機(jī)床發(fā)呈現(xiàn)狀擬定數(shù)控車床重要技術(shù)指標(biāo)。2.1.1動(dòng)力參數(shù)擬定主傳動(dòng)中個(gè)傳動(dòng)件尺寸要依照傳動(dòng)功率來擬定。傳動(dòng)功率過大，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)小而揮霍能源；功率過小將限制車床切削加工能力而減少生產(chǎn)效率。因而需合理擬定主傳動(dòng)功率。但由于實(shí)際加工過程切削用量變化范疇大、傳動(dòng)件之間摩擦等不擬定因素，用理論計(jì)算辦法來擬定主傳動(dòng)功率尚有困難，可通過類比、記錄辦法互相比較來擬定。查機(jī)電一體化手冊(cè)車削功率在8-16kw之間依照切削功率PC與主傳動(dòng)鏈總效率η估算,即P=。主傳動(dòng)鏈功率效率η=0.7—0.85，數(shù)控車床多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因而取=0.78,則預(yù)計(jì)P在10.26kw~20.51kw.之間。數(shù)控車床加工范疇普通都比較大，切削功率PC可依照有代表性加工狀況，由其主切削抗力PC=KW---主切削力切向分力，N；---切削速度N??；查金屬切削手冊(cè)知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金構(gòu)造鋼為例，數(shù)控車床有代表型主切削力切向分力大概在2500左右，切削速度取90—250r\min，則懂得PC=2500200\60000=8.333kwP==10.68kw考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)營時(shí)摩損功耗，傳動(dòng)件攪油和克服空氣阻力功率以及其其他動(dòng)載荷摩擦損耗等。J1FCNCI-B機(jī)床是中檔規(guī)格數(shù)控車床，參照國內(nèi)外同類機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率，此機(jī)床可以選用11kw電動(dòng)機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范疇比較大，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)速范疇擬定主軸轉(zhuǎn)速由切削速度（r/min）與工件直徑（mm）來擬定=（r/min）計(jì)算該數(shù)控車床=、=，則數(shù)控車床變速范疇=代入公式，選取，，，要據(jù)車床上幾種典型加工狀況考慮，不也許將一切狀況考慮進(jìn)去，也不是加工狀況最大值和最小值。經(jīng)記錄分析車床最高轉(zhuǎn)速出當(dāng)前硬質(zhì)合金刀具精車鋼料外圓工藝中，最低轉(zhuǎn)速出當(dāng)前高速工具鋼刀具精車合金鋼工件梯形絲杠中。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)給量增長而減少）；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由于當(dāng)代數(shù)控車床向高速高精度方向發(fā)展，考慮到此后技術(shù)儲(chǔ)備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車床轉(zhuǎn)速范疇初步選用=20r\min，=r\min。則數(shù)控車床總變速范疇==1002.1.3主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速擬定由切削原理知主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)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)機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒功率運(yùn)動(dòng)。數(shù)控車床加工工藝范疇廣，變速范疇大。有些典型工藝如：精車絲杠、加工螺紋、等，工件尺寸大，需采用小被吃刀量、小進(jìn)給量；低速主軸轉(zhuǎn)速小，不需傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)所有功率。咱們把機(jī)床能傳遞所有功率最低轉(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)速區(qū)域?yàn)楹愎β蕝^(qū)域，任意轉(zhuǎn)速可以傳遞電動(dòng)機(jī)所有功率，但主軸轉(zhuǎn)矩隨主軸轉(zhuǎn)速上升而下降；從最低轉(zhuǎn)速至區(qū)域b為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，任意轉(zhuǎn)速可以輸出最大轉(zhuǎn)矩，但主軸輸出功率將隨主軸轉(zhuǎn)速下降而下降。數(shù)控車床變速范疇比較廣，計(jì)算轉(zhuǎn)速比普通車床高。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速擬定尚無統(tǒng)一原則，擬定是參照同類機(jī)床，并結(jié)合該機(jī)床加工工藝規(guī)定，使=154r\min.圖2.2主軸轉(zhuǎn)速曲線2.2變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1擬定傳動(dòng)方案機(jī)床傳動(dòng)形式分為有極和無極變速兩種，無級(jí)變速形式可以在一定范疇內(nèi)持續(xù)變化轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工規(guī)定最佳轉(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質(zhì)量均有重要意義；同步采用無級(jí)變速可使主軸構(gòu)造大為簡化，縮短傳動(dòng)鏈；因而無級(jí)變速應(yīng)用日益廣泛。該數(shù)控機(jī)床總變速范疇是=\20=100，變速范疇較大，單靠無級(jí)變速裝置有難以實(shí)現(xiàn)。并且，無級(jí)變速裝置功率扭轉(zhuǎn)特性應(yīng)同傳動(dòng)鏈工作規(guī)定相適應(yīng)，這就規(guī)定串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速來擴(kuò)大變速范疇并選取適當(dāng)無級(jí)變速器以滿足機(jī)床功率扭矩特性規(guī)定。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)恒功率轉(zhuǎn)速范疇為4500\1500=3，而主軸規(guī)定恒功率調(diào)速范疇為\250=8，顯然電動(dòng)機(jī)不能滿足主軸所規(guī)定恒功率變速范疇。因此在設(shè)計(jì)師不能根據(jù)總變速范疇來設(shè)計(jì)主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)，而應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)與主軸功率匹配。主軸恒功率調(diào)速范疇Rnp=max\=\250=8,電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范疇Rdp=max\=4500\1500=3為了使主軸和電動(dòng)機(jī)恒功率匹配，現(xiàn)通過增長變速齒輪來滿足規(guī)定，該變速齒輪組擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速。2.2.2轉(zhuǎn)速圖擬定1．轉(zhuǎn)速圖擬定分析和設(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)速圖可以清晰表達(dá)出：傳動(dòng)軸數(shù)目，主軸及各傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，變速組個(gè)數(shù)、傳動(dòng)順序及擴(kuò)大順序，各變速組傳動(dòng)副數(shù)及其傳動(dòng)比數(shù)值，變速規(guī)律等。一方面依照最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速擬定變速范疇，選取適當(dāng)公比后再擬定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。：已知機(jī)床轉(zhuǎn)速范疇在20r/min~r/min，電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動(dòng)機(jī)額定功率P=11kW，擬定主軸箱構(gòu)造．（1）擬定主軸變速范疇（2）擬定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速由于數(shù)控機(jī)床主軸變速范疇大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，因此圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)速nc=。（3）擬定主軸恒功率變速范疇（4）擬定電動(dòng)機(jī)所可以提供恒功率變速范疇由于Rnp>>Rdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速規(guī)定，因而需要串聯(lián)一種有級(jí)變速箱，以滿足主軸恒功率調(diào)速范疇。（5）擬定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)取，則對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削規(guī)定，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有某些重復(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)原則是：在保證機(jī)床運(yùn)動(dòng)和使用規(guī)定前提下，運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要盡量短而簡樸；傳動(dòng)效率高以及操作簡樸以便。一方面要考慮某些構(gòu)造方面問題，考慮構(gòu)造能否實(shí)現(xiàn)：如小齒輪齒根圓與否不不大于軸直徑，大齒輪頂圓與否會(huì)碰及相鄰軸等；另一方面因考慮構(gòu)造與否合理，如布置與否緊湊，操縱與否以便等。該機(jī)床采用雙聯(lián)滑移齒輪變速組，采用窄式排列構(gòu)造，使機(jī)床構(gòu)造緊湊。主軸變速擬采用通過滑移齒輪移位來實(shí)現(xiàn)，需保證當(dāng)齒輪2與齒輪4完全脫開嚙合之后，齒輪3和齒輪6才干開始進(jìn)入嚙合，因此齒輪5與齒輪6相鄰間距離b要不不大于于滑移齒輪寬度（齒輪2與齒輪寬度之和），普通b++△，△=14mm。綜合考慮個(gè)因素，擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，如圖。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)皮帶設(shè)計(jì)和選定帶傳動(dòng)是由帶和帶輪構(gòu)成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)。依照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)床重要傳動(dòng)方式之一，常用有平帶傳動(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)是常用帶傳動(dòng)形式，其構(gòu)造為：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，容許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯構(gòu)造帶體較柔軟，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軸間距小傳動(dòng)。一．重要失效形式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、扯破和拉斷；3．帶工作面磨損。保證帶在工作中不打滑前提下能傳遞最大功率，并具備一定疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)重要根據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)其他帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)重要根據(jù)。3.1.1．V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)功率擬定：查得工況系數(shù)(2)選定帶型：依照和擬定為B型。(3)傳動(dòng)比：依照轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)比為(4)擬定小帶輪基準(zhǔn)直徑：參照表取(5)擬定大帶輪直徑：取原則值(6)驗(yàn)算帶速：由于在之間，因此經(jīng)濟(jì)耐用。(7)初定帶輪軸中心距：得：即：初取(8)擬定帶基準(zhǔn)長度： 選用基準(zhǔn)長度(9)計(jì)算實(shí)際軸間距：取原則值。安裝時(shí)所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距：(10)驗(yàn)算小帶輪包角：因此小帶輪包角適當(dāng)。(11)單根V帶基本額定功率：依照和查得B型V帶基本額定功率。(12)單根V帶額定功率增量：考慮到傳動(dòng)比影響，額定功率增量由表查得：(13)計(jì)算帶根數(shù)：取根。(14)單根V帶預(yù)緊力：(15)作用在軸上力：(16)帶輪構(gòu)造和尺寸：由表可查得帶輪詳細(xì)構(gòu)造參見零件圖為了減輕傳動(dòng)軸上載荷，采用卸荷式帶輪構(gòu)造，使帶輪上載荷由軸承支撐進(jìn)而傳給箱體，軸只承受轉(zhuǎn)矩，裝配裝置參見裝配圖。3.2齒輪設(shè)計(jì)與校核普通同一變速組齒輪模數(shù)相似,所有齒輪中一方面選取負(fù)荷較重小齒輪按接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行初算。因此從最小齒輪Z=26開始設(shè)計(jì)校核。（注意：為便于閱讀在本節(jié)內(nèi)容中，在相嚙合每對(duì)齒輪設(shè)計(jì)與校核時(shí)，積極齒以數(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\*ROMANI==110.96=10.56kw為帶傳動(dòng)效率===750r/min=9550=中間軸=2\*ROMANII==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\*ROMANIII==10.140.990.97=9.7kw，分別為、軸=3\*ROMANIII上軸承、齒輪傳動(dòng)效率==5211=521r\min=9550=9550= 低速檔軸=3\*ROMANIII==9.7kw==5212.4=217r\min=9550=9550= 動(dòng)力傳動(dòng)狀況表：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--701500---0.96軸=1\*ROMANI10.5610.1470107937.51：1.60.9603軸=2\*ROMANII10.149.7134.461835211：1.80.9603軸=3\*ROMANIII高速9.79.31551835211:10.9603低速9.79.31554842171:2.40.96033.2.2齒輪副(32/76)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)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合大齒輪用42SiMn合金鋼，調(diào)質(zhì)解決，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)算環(huán)節(jié)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=35mm2).校核計(jì)算圓周速度vv==2.69m/s.精度級(jí)別8級(jí)齒數(shù)Z和模數(shù)m=32,m==2.9,因此取m=3，=96mm=76,m=3，=763=232mm使用系數(shù)=1.1動(dòng)載荷系數(shù)=1.16齒間載荷分派系數(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==1.21.11.711.16=3.05彈性系數(shù)=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45重疊度系數(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)預(yù)計(jì)<<,則查表指數(shù)m=8.78==(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滿足規(guī)定.3).擬定傳動(dòng)重要尺寸分度圓直徑由以上運(yùn)算懂得=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)力重疊修正系數(shù)查表得重疊系數(shù)==1.72=0.25+=0.25+=0.69螺旋角系數(shù)>齒間載荷分派系數(shù)由上面知=1.71齒間載荷分布系數(shù)b/h=35/(2.253.5)=4.44查有關(guān)圖知=1.175載荷系數(shù)KK==1..251.11.751.175=2.77彎曲疲勞極限查實(shí)驗(yàn)齒輪彎曲極限表=600MPa,=450MPa,彎曲最小安全系數(shù)有有關(guān)表=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計(jì)<<,則查表指數(shù)m=49.91==(0.2+0.5+0.2)=7.24=(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)無嚴(yán)重過載狀況,固不作靜強(qiáng)度校核.=3\*Arabic3.齒輪構(gòu)造設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)傳動(dòng)軸=2\*ROMANII直徑在35mm左右,小齒輪分度圓直徑=96mm,因此沒必要做成齒輪軸.考慮到該齒輪與Z=54齒輪作滑移齒輪,因此應(yīng)與Z=54齒輪一起進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì),見零件圖.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)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合大齒輪用40Cr合金鋼，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB.載荷變化規(guī)律如上圖。計(jì)算環(huán)節(jié)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=70mm2).校核計(jì)算圓周速度vv==4.417m/s.精度級(jí)別8級(jí)齒數(shù)Z和模數(shù)m=30,m==3,因此取m=3，=90mm=54,m=3，=543=165mm使用系數(shù)=1.25動(dòng)載荷系數(shù)=1.2齒間載荷分派系數(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==1.251.21.61.2=2.95彈性系數(shù)=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45重疊度系數(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)預(yù)計(jì)<<,則查表指數(shù)m=8.78==(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滿足規(guī)定.3).擬定傳動(dòng)重要尺寸分度圓直徑由以上運(yùn)算懂得=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)力重疊修正系數(shù)查表得重疊系數(shù)==1.69=0.25+=0.25+=0.69螺旋角系數(shù)>齒間載荷分派系數(shù)由上面知=1.6齒間載荷分布系數(shù)b/h=70/(2.253.5)=8.88查有關(guān)圖知=1..2載荷系數(shù)KK==1..251.21.61.2=2.88彎曲疲勞極限查實(shí)驗(yàn)齒輪彎曲極限表=600MPa,=450MPa,彎曲最小安全系數(shù)有有關(guān)表=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計(jì)<<,則查表指數(shù)m=49.91==(0.2+0.5+0.2)=7.24=(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)無嚴(yán)重過載狀況,固不作靜強(qiáng)度校核.=3\*Arabic3.齒輪構(gòu)造設(shè)計(jì)為保證滑移齒輪在滑移時(shí)總處在嚙合狀態(tài)，小齒輪因足夠?qū)?，小齒輪寬度至少應(yīng)不不大于最大滑移距離與Z=54齒輪寬度值之和。見零件圖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)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合大齒輪用40Cr合金鋼，調(diào)質(zhì)解決，硬度241HB~286HB,平均取為260HB.載荷變化規(guī)律同上圖。計(jì)算環(huán)節(jié)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=25mm2).校核計(jì)算圓周速度vv==4.5m/s.精度級(jí)別8級(jí)齒數(shù)Z和模數(shù)m=54,m==3.1,因此取m=3，=165mm=54,m=3，=543=165mm使用系數(shù)=1.25動(dòng)載荷系數(shù)=1.2齒間載荷分派系數(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==1.251.21.231.15=2.12彈性系數(shù)=189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)=2.45重疊度系數(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)預(yù)計(jì)<<,則查表指數(shù)m=8.78==(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滿足規(guī)定.3).擬定傳動(dòng)重要尺寸分度圓直徑由以上運(yùn)算懂得=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)力重疊修正系數(shù)查表得重疊系數(shù)==1.73=0.25+=0.25+=0.68螺旋角系數(shù)>齒間載荷分派系數(shù)由上面知=1.23齒間載荷分布系數(shù)b/h=25/(2.253.5)=4查有關(guān)圖知=1.16載荷系數(shù)KK==1..251.21.231.16=2.12彎曲疲勞極限查實(shí)驗(yàn)齒輪彎曲極限表=600MPa,=450MPa,彎曲最小安全系數(shù)有有關(guān)表=1.25應(yīng)力循環(huán)次數(shù)預(yù)計(jì)<<,則查表指數(shù)m=49.91==(0.2+0.5+0.2)=7.24=(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)無嚴(yán)重過載狀況,固不作靜強(qiáng)度校核.=3\*Arabic3.齒輪構(gòu)造設(shè)計(jì)見零件圖。3.3傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)與校核3.3.1傳動(dòng)軸=1\*ROMANI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)軸構(gòu)造設(shè)計(jì)該軸兼有傳動(dòng)軸和液壓變檔滑移作用，畫出Z=26齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸構(gòu)造;依照軸及軸上零件作用，完畢軸構(gòu)造設(shè)計(jì),詳見零件圖.為便于計(jì)算對(duì)軸上受力進(jìn)行簡化：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，畫水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見附圖1.c).畫水平面彎矩圖見附圖1.Mxy畫垂直面彎矩圖Mxz畫合成彎矩圖d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖見附圖1.e)許用應(yīng)力用查入法查表=102.5MPa,=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)==0.59f).畫出當(dāng)量彎矩圖見附圖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.mmg).校核軸頸齒輪中間處軸直徑d===27mm<35mm。在軸頸處d===30mm<35mm，因此該軸設(shè)計(jì)得合理。附圖13.3.2.軸=2\*ROMANII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)軸構(gòu)造設(shè)計(jì)該軸兼有傳動(dòng)軸和液壓變檔滑移作用，畫出Z=26齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸構(gòu)造;依照軸及軸上零件作用，完畢軸構(gòu)造設(shè)計(jì),詳見零件圖.為便于計(jì)算對(duì)軸上受力進(jìn)行簡化：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，畫水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見附圖1.c).畫水平面彎矩圖見附圖1.Mxy畫垂直面彎矩圖Mxz畫合成彎矩圖d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖見附圖e)許用應(yīng)力用查入法查表=102.5MPa,=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)==0.59f).畫出當(dāng)量彎矩圖見附圖1當(dāng)量彎矩0.59183000N.mm=108460N.mm齒輪中間截面處當(dāng)量彎矩=N.mmg).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，本次校核是在極端狀況下進(jìn)行且誤差在5%之內(nèi)，因此合理。附圖2第四章主軸組件設(shè)計(jì)與校核4.1主軸規(guī)定1旋轉(zhuǎn)精度主軸旋轉(zhuǎn)精度上是指裝配后，在無載荷，低轉(zhuǎn)速條件下，主軸前端工件或刀具部位徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。主軸組件旋轉(zhuǎn)精度重要取決于各重要件，如主軸，軸承，箱體孔制造，裝配和調(diào)節(jié)精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐設(shè)計(jì)和性能，潤滑劑及主軸組件平衡。通用（涉及數(shù)控）機(jī)床旋轉(zhuǎn)精度已有原則規(guī)定可循。2靜剛度主軸組件靜剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形能力。影響主軸組件彎曲剛度因素諸多，如主軸尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承型號(hào)，數(shù)量，配備形式和欲緊，先后支撐距離和主軸前端懸伸量，傳動(dòng)件布置方式，主軸組件制造和裝配質(zhì)量等。各類機(jī)床主軸組件剛度當(dāng)前尚無統(tǒng)一原則。3抗振性主軸組件工作時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)會(huì)減少工件表面質(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)體現(xiàn)為逼迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。影響抗振性因素重要有主軸組件靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐阻尼）主軸固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)不不大于激動(dòng)力頻率，以使它不易發(fā)生共振。當(dāng)前，尚未制定出抗振性指標(biāo)，只有某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供設(shè)計(jì)時(shí)參照。4升溫和熱變形主軸組件工作時(shí)因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度是使?jié)櫥驼扯葴p少，減少了軸承承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離對(duì)的位置。先后軸承溫度不同，還會(huì)導(dǎo)致主軸軸線傾斜。由于受熱膨脹是材料固有性質(zhì)，因而高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形限制。研究如何減少主軸組件發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件研究重要課題之一。5耐磨性主軸組件耐磨性是指長期保持原始精度能力，即精度保持性。對(duì)精度有影響一方面是軸承，另一方面是安頓刀，夾具和工件部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，普通機(jī)床主軸上上述某些應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm.6材料和熱解決主軸承載后容許彈性變形很小，引起應(yīng)力普通遠(yuǎn)遠(yuǎn)不大于鋼強(qiáng)度極限。因而，強(qiáng)度普通不做為選材根據(jù)。主軸形狀，尺寸擬定之后，剛度重要取決于材料彈性模量。各種材料彈性模量幾乎相似，因而剛度也不是選材根據(jù)。主軸材料選取重要依照耐磨性和熱解決變形來考慮。數(shù)控機(jī)床材料普通是45號(hào)或60號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，需調(diào)質(zhì)解決。7主軸構(gòu)造為了提高剛度，主軸直徑應(yīng)當(dāng)大些。前軸承到主軸前端距離（稱懸伸量）應(yīng)盡量小某些。為了便于裝配，主軸普通作成階梯形，主軸構(gòu)造和形狀與主軸上所安裝傳動(dòng)件，軸承等零件類型，數(shù)量，位置和安裝辦法有直接關(guān)系。主軸中孔用與通過棒料，拉桿或其他工具。為了可以通過更大棒料，車床中空但愿大些，但受剛度條件影響和限制，孔徑普通不適當(dāng)超過外徑70%。4.2主軸軸承選取角接觸軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。它慣用于高速主軸，接觸角越大軸向剛度越大，徑向剛度和容許轉(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。軸承精度級(jí)別選P4級(jí)。雙列向心短圓柱滾子軸承，內(nèi)圈有錐度為1：12錐孔與主軸錐形軸頸相配。通過軸向移動(dòng)內(nèi)圈，變化其在主軸上位置來調(diào)節(jié)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，徑向構(gòu)造緊湊。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調(diào)節(jié)。因前軸承鐜主軸組件精度影響較大，后軸承精度級(jí)別采用P5級(jí)。這種配備保證了軸承有較高回轉(zhuǎn)精度，容許較高轉(zhuǎn)速和剛性，合用于負(fù)載較大數(shù)控車床。4.3主軸設(shè)計(jì)與校核：主軸重要參數(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，主軸后軸頸直徑D2表4.1主軸D1（按電機(jī)功率）mm功率（kw）D1mm1.4～2.52～3.63～5.55～7.37.4～11車床60～8070～9070～10595～130110～145銑床及加工中心50～9060～9060～9575～10090～105外圓磨床——50～6055～7070～8075～90由上表可取D1=110mm因而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55%--65%，取d=56mm。3．前錐孔尺寸前錐孔用來裝頂尖或其他工具錐柄，規(guī)定可以自鎖，當(dāng)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，長度L=181mm，d=53.911mm4．支撐跨度及懸伸長度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸外伸長度a，選取恰當(dāng)支撐跨度L。普通推薦?。篖\a=3~5.應(yīng)使L\a盡量大，提高主軸剛度。機(jī)床支撐跨度很大限度上受其她零件構(gòu)造影響，此機(jī)床L=510mm左右，主軸外伸長度a=170~102mm范疇即可。5．頭部尺寸選取當(dāng)前頭部尺寸廣泛采用短圓錐式頭部構(gòu)造，懸伸短，剛度好。采用迅速裝卸卡盤構(gòu)造。詳細(xì)構(gòu)造件零件在水平面內(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，畫水平面內(nèi)xy和垂直面內(nèi)xz受力圖,見附圖1.c).畫水平面彎矩圖見附圖1.Mxy畫垂直面彎矩圖Mxz畫合成彎矩圖d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖見附圖e)許用應(yīng)力用查入法查表=102.5MPa,=60MPa應(yīng)力校正系數(shù)==0.59f).畫出當(dāng)量彎矩圖見附圖當(dāng)量彎矩0.59441196N.mm=260305N.mm齒輪中間截面處當(dāng)量彎矩=477074N.mmg).校核軸頸齒輪中間處軸直徑d===45mm<90mm。因此該軸設(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、檢測等技術(shù)為一身自動(dòng)化設(shè)備。其中主軸運(yùn)動(dòng)是數(shù)控車床一種重要內(nèi)容，以完畢切削任務(wù)，其動(dòng)力約占整臺(tái)車床動(dòng)力70%～80%。基本控制是主軸正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換檔和無級(jí)調(diào)速。為滿足數(shù)控車床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)規(guī)定，必要有如下性能:(1)寬調(diào)速范疇，且速度穩(wěn)定性能要高;(2)在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小;(3)加減速時(shí)間短;(4)過載能力強(qiáng);(5)噪聲低、震動(dòng)小、壽命長。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)發(fā)展，交流變頻技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。當(dāng)前，交流驅(qū)動(dòng)性能已達(dá)到直流驅(qū)動(dòng)水平。并且，籠型交流變頻電機(jī)不限制六電動(dòng)機(jī)那樣有機(jī)械換向帶來麻煩和高速大功率限制，并且體積小、重量輕、采用全封閉式罩殼、對(duì)灰塵和油有較好防護(hù)長處。在當(dāng)前數(shù)控車床中，主軸控制裝置普通是采用交流變頻器來控制交流主軸電動(dòng)機(jī)。主傳動(dòng)采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無級(jí)變速，主軸正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)與停止是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，主軸電動(dòng)機(jī)調(diào)速與分檔變速機(jī)構(gòu)配合來實(shí)現(xiàn)。5.1主軸轉(zhuǎn)速自動(dòng)變換主軸電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路依照轉(zhuǎn)速指令來轉(zhuǎn)換。變速過程如下：讀入控制系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速代碼，判斷速度相應(yīng)哪一擋、與否需要換擋。如不須換擋，則在轉(zhuǎn)速范疇內(nèi)按線性插值求出新轉(zhuǎn)速值，輸出至變頻器驅(qū)動(dòng)裝置，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)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)換擋祈求信號(hào)，換擋繼電器動(dòng)作，熱愛背后檢測判斷換擋結(jié)束信號(hào)，及等齒輪到位后，在新檔位內(nèi)依照讀入轉(zhuǎn)速代碼按插值法求新轉(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)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；運(yùn)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)床調(diào)節(jié)對(duì)刀等；ST1、ST2、ST3為行程開關(guān)，對(duì)齒輪換擋進(jìn)行檢測，如齒輪不到位，則開關(guān)不發(fā)訊主軸無法啟動(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。上述三擋通過電磁閥變化液壓缸通油方式不同組合，推動(dòng)變擋齒輪軸來實(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回油滑移齒輪處在最左端；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，滑移齒輪處在中位；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)給同步控制在螺紋加工中，為保證切削螺紋螺距，必要有固定起刀點(diǎn)與退刀點(diǎn)。螺紋螺距多數(shù)為常數(shù)，但為有規(guī)律遞增或遞減變螺距螺紋使用也越來越多。加工螺紋時(shí)，應(yīng)是帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)速與坐標(biāo)軸進(jìn)給量保持一定關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一圈，按所規(guī)定螺距沿工件軸向坐標(biāo)進(jìn)給相應(yīng)脈沖量。采用光電脈沖編碼器作為主軸脈沖發(fā)生器，并將其裝在主