數(shù)控車床機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 論文研究的目的和意義</p><p>　　隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，產(chǎn)品更新越來越快，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，同時(shí)隨著汽車工業(yè)和輕工業(yè)消費(fèi)品的高速增長(zhǎng)，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，其精度日趨提高，性能不斷改善，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越

2、來越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適應(yīng)這種多樣化、柔性化、高效和高質(zhì)量復(fù)雜零件加工要求。因此具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)控機(jī)床就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。而數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國(guó)的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。

3、因此，研究數(shù)控車床是非常有必要的。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)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(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)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?yàn)檫@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(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展方向主要

4、體現(xiàn)在高速、復(fù)合、精密、智能、環(huán)保等方面。</p><p>　　1.2.1 高精度化 </p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、新材料及新零件的出現(xiàn)，對(duì)精密加工技術(shù)不斷提出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展之一。其精度已從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)。提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度，一般可通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機(jī)床誤

5、差補(bǔ)償技術(shù)來實(shí)現(xiàn)提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。</p><p>　　1.2.2 高速化 </p><p>　　提高生產(chǎn)率是數(shù)控機(jī)床追求的基本目標(biāo)之一。數(shù)控機(jī)床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的適用性。</p><p>　　1.2.3 高柔性化 </p

6、><p>　　采用柔性自動(dòng)化設(shè)備或系統(tǒng)，是提高加工精度和效率，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)市場(chǎng)變化需求和提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。</p><p>　　1.2.4 高自動(dòng)化 </p><p>　　高自動(dòng)化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動(dòng)完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動(dòng)化。</p>

7、<p>　　1.2.5 智能化 </p><p>　　隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透與發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)自動(dòng)化發(fā)展需要，智能化正成為數(shù)控機(jī)床研究和發(fā)展的熱點(diǎn)，它不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控），還貫穿在產(chǎn)品的售后服務(wù)和維修中。</p><p>　　1.2.6 復(fù)合化 </p><p>　　復(fù)合化包含工序復(fù)合化和功能復(fù)

8、合化。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。</p><p>　　1.2.7 高可靠性 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。</p><p>　　1.2.8 網(wǎng)絡(luò)化 </p><p>　　為了適應(yīng)FM

9、C、FMS以及進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，先進(jìn)的CNC系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力，除有RS232串行接口、RS422等接口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。</p><p>　　1.2.9 開放式體系結(jié)構(gòu) </p><p>　　20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快地更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系

10、統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.2.6 結(jié)論</b></p><p>　　綜上所述，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替。隨著我國(guó)機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)世界制造業(yè)加工中心地位形成，數(shù)控

11、機(jī)床將會(huì)起著前所未有的作用。</p><p>　　1.3 本論文的研究工作</p><p>　　為了能夠更好地、直觀地了解和研究數(shù)控車床的機(jī)械系統(tǒng)，本課題以數(shù)控車床CK6141為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)任務(wù)為：</p><p>　　(1)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定；</p><p>　　(2)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)；</p><p>　　

12、(3)主運(yùn)動(dòng)帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定；</p><p>　　(4)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算；</p><p>　　(5)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾珠絲桿副的選擇；</p><p>　　(6)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用。</p><p>　　主要的技術(shù)要求以及技術(shù)參數(shù)參照CK6141的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，本文所有的圖紙利用AUTOCA

13、D或者PROE進(jìn)行繪制，因此，需要學(xué)生掌握以上軟件的熟練使用。</p><p><b>　　1.4小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了數(shù)控車床研究的目的和意義。第一節(jié)描述了數(shù)控車床的地位及應(yīng)用，第二節(jié)就該課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了敘述，第三節(jié)說明了本論文的一個(gè)研究思路。</p><p>　　2 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定</p>

14、<p><b>　　2.1 尺寸參數(shù)</b></p><p>　　床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑 410</p><p>　　刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 224</p><p>　　工件最大長(zhǎng)度 750/1000</p><p>　　主軸通孔直徑

15、 36</p><p>　　主軸頭號(hào) D6/A6</p><p>　　主軸錐孔 莫氏六號(hào)</p><p><b>　　2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)</b></p><p>　　2.2.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定</p&g

16、t;<p>　　主軸轉(zhuǎn)速由切削速度和工件回轉(zhuǎn)直徑來確定</p><p><b>　　2.1</b></p><p><b>　　查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得</b></p><p>　　硬質(zhì)合金刀具半精車鋼件, </p><p>　　D為床身工件最大回轉(zhuǎn)直徑 , </p><p

17、><b>　　2.2</b></p><p>　　高速鋼刀具粗車鑄鐵斷面,，</p><p><b>　　2.3</b></p><p>　　2.2.2轉(zhuǎn)速數(shù)列的確定</p><p><b>　　2.4</b></p><p>　　變速范圍、公比和

18、級(jí)數(shù)的關(guān)系</p><p><b>　　2.5</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)公比轉(zhuǎn)速列表得以下轉(zhuǎn)速數(shù)列：</p><p>　　35.5，50，67，100，140，200，280，400，560，800，1120，1600 </p><p><b>　　2.3 動(dòng)力參數(shù)</b></p

19、><p>　　機(jī)床中各個(gè)傳動(dòng)件的尺寸是根據(jù)其傳動(dòng)功率決定的，如果傳動(dòng)功率定的過大，將是傳動(dòng)件的尺寸粗大而造成浪費(fèi)，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)載下工作，功率因數(shù)很小而造成能源浪費(fèi)。如果定的過小，將限制機(jī)床的切削加工能力而降低生產(chǎn)力。因此，必須準(zhǔn)確合理的確定主傳動(dòng)功率。</p><p>　　2.3.1 主切削力的切向分力</p><p>　　查資料得床身工件最大回轉(zhuǎn)直徑為400的輕型車

20、床數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　背吃刀量是3.5，進(jìn)給量是0.35，切削速度是80 </p><p><b>　　2.6</b></p><p><b>　　2.3.2切削功率</b></p><p><b>　　2.7</b></p><p>

21、　　2.3.3 估算主電機(jī)功率</p><p>　　主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)效率一般可取=0.70~0.85，數(shù)控車床的主運(yùn)動(dòng)多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，因此效率可取較大值：</p><p><b>　　2.8</b></p><p>　　根據(jù)常用電機(jī)資料，選用Y132S-4電機(jī)。額定功率5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1440r/min。&

22、lt;/p><p><b>　　3 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)速圖的擬定</p><p>　　3.1.1 變速組和傳動(dòng)副數(shù)定</p><p>　　Z=12級(jí)的傳動(dòng)系統(tǒng)，可有以下幾種傳動(dòng)方案：</p><p>　　前三個(gè)方案有三個(gè)變速組，后兩個(gè)個(gè)則為兩個(gè)變速組，變速組傳動(dòng)副數(shù)

23、較前三個(gè)要多。當(dāng)變速組的傳動(dòng)副過多時(shí)，使傳動(dòng)軸的軸向尺寸增大，操縱機(jī)構(gòu)笨重、復(fù)雜。因此每一變速組中傳動(dòng)副數(shù)目宜取為2或3。所以采取前三種方案，每一方案均有三個(gè)變速組，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)均為2或3。</p><p>　　根據(jù)前多后少原則，從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速運(yùn)動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)的零件，轉(zhuǎn)速較高從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。因此選用方案較好。</p><p>　　3.1.2 擬定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)

24、</p><p>　　a）當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)的變速組及傳動(dòng)副數(shù)確定后，基本組合擴(kuò)大組的順序不同，可有六種不同方案。</p><p>　　b）傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和變速組的極限變速范圍</p><p>　　在降速時(shí)，為防止齒輪直徑過大而使縱向尺寸過大，常限制最小傳動(dòng)比。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過大的振動(dòng)和噪聲，常限制最小傳動(dòng)比。因此主傳動(dòng)鏈任一變速組的最大變速范圍。

25、 </p><p>　　檢查變速組的變速范圍是否超過極限時(shí)，只需檢查最后擴(kuò)大組。前四個(gè)方案第二擴(kuò)大組的變速范圍：</p><p><b>　　3.1</b></p><p><b>　　合乎要求</b></p><p>　　后兩個(gè)方案第二擴(kuò)大組變速范圍：</p><p&g

26、t;<b>　　3.2</b></p><p>　　不合乎要求 </p><p>　　c)基本組和擴(kuò)大組的排列順序</p><p>　　根據(jù)前密后疏原則，第一個(gè)方案最佳</p><p>　　d)分配傳動(dòng)比</p><p>　

27、　對(duì)于小型數(shù)控車床，中間軸轉(zhuǎn)速不宜過高，否則將引起過大振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。根據(jù)“前慢后快”原則，首先分配最大降速線路圖上各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，再根據(jù)各變速組的級(jí)比、級(jí)比指數(shù)確定其它各傳動(dòng)副傳動(dòng)比。根據(jù)前面的數(shù)據(jù)，畫出主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖3.1。</p><p>　　圖3.1 主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖</p><p>　　3.2 傳動(dòng)圖的擬定</p><p>　　3.2.1 帶輪直徑的確定

28、</p><p>　　a)選擇三角帶型號(hào) </p><p>　　查工況系數(shù)表（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）得工況系數(shù)，則計(jì)算功率為 </p><p><b>　　3.3</b></p><p>　　再根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速選定A型普通V帶。<

29、;/p><p>　　b)確定帶輪的最小直徑 </p><p>　　皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大，為提高帶的使用壽命小帶輪直徑不宜過小，要求大于最小許用帶輪直徑，根據(jù)皮帶型號(hào)，查表（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）可得到：mm 。</p><p><b>　　c)確定大帶輪直徑</b></p><p><b&

30、gt;　　3.4</b></p><p>　　三角帶的滑動(dòng)率，選擇。在保證最小包角大于120度的前提下，傳動(dòng)比可取，因此大帶輪直徑取200mm。</p><p><b>　　d)確定三角帶轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　3.5</b></p><p>　　因?yàn)?m/s<v

31、<25m/s，所以符合要求。</p><p><b>　　e)確定中心距</b></p><p>　　帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床整體布局初步選定</p><p><b>　　3.6</b></p><p>　　中心距過小，將降低帶的壽命；中心距過長(zhǎng)，將會(huì)引起帶的振動(dòng)</p>&l

32、t;p>　　3.7 3.8</p><p><b>　　選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　計(jì)算實(shí)際中心距</b></p><p><b>　　3.9</b></p><p><b>　　f)驗(yàn)算主動(dòng)輪包角</b

33、></p><p><b>　　3.10</b></p><p><b>　　主動(dòng)輪上包角合適。</b></p><p>　　g)計(jì)算三角膠帶的根數(shù)</p><p><b>　　由查表得</b></p><p>　　由主動(dòng)輪包角和基準(zhǔn)長(zhǎng)度查表得，采

34、用化學(xué)纖維線繩材料結(jié)構(gòu)的三角膠帶，K=1.33，則</p><p><b>　　3.11</b></p><p><b>　　取Z=3根。</b></p><p><b>　　h)計(jì)算預(yù)緊力</b></p><p>　　查表q=0.1kg/m</p><p&

35、gt;<b>　　3.12</b></p><p><b>　　i)計(jì)算軸上的壓力</b></p><p><b>　　3.13</b></p><p>　　3.2.2 齒輪齒數(shù)的確定</p><p>　　確定齒輪數(shù)時(shí)，需先初定變速組內(nèi)齒輪副模數(shù)和傳動(dòng)軸直徑，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判

36、斷其齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否合適。主傳動(dòng)齒輪要傳遞足夠動(dòng)力，齒輪模數(shù)一般取，在強(qiáng)度允許的條件下盡可能取較小模數(shù)，可方便加工降低噪聲，為了便于設(shè)計(jì)和制造，主傳動(dòng)所用齒輪模數(shù)的種類應(yīng)盡可能少，在同一個(gè)變速組內(nèi)，通常選用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度和受力情況相差不大的緣故。</p><p>　　齒輪齒數(shù)確定的原則是齒輪結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、主軸轉(zhuǎn)速誤差小。其具體要求是：</p><p>　　(a)齒數(shù)

37、和不應(yīng)過大，推薦齒數(shù)和</p><p>　　(b)齒數(shù)和不應(yīng)過小，但需以下述限制中選擇教大值：</p><p>　　其一：受傳動(dòng)性能限制的最小齒數(shù)，為了保證最小齒輪不產(chǎn)生根切以及主軸傳動(dòng)具有良好的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。一般取最小齒輪數(shù)，主軸上齒輪，高速齒輪取。</p><p>　　其二：受齒輪結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)，齒輪（尤其是最小齒輪）應(yīng)能可靠地安裝到軸上

38、或進(jìn)行套裝，特別要注意齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽處的壁厚不能過小，以防齒輪熱處理時(shí)產(chǎn)生過大的變形或傳動(dòng)中造成斷裂現(xiàn)象。</p><p>　　其三：受兩軸組件結(jié)構(gòu)限制的最小中心距，若齒數(shù)和太小，則過小的中心距將導(dǎo)致兩軸上的軸承或其它元件之間的距離過近或相碰。</p><p><b>　　(c)傳動(dòng)比要求</b></p><p>　　機(jī)床的主傳動(dòng)屬于外

39、聯(lián)系傳動(dòng)鏈，實(shí)際傳動(dòng)比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動(dòng)比之間允許有誤差，一般不超出允許值即：</p><p>　　式中 ---------------主軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差</p><p>　　，------------主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速</p><p>　　，------------主軸轉(zhuǎn)速的實(shí)際傳動(dòng)比，理論傳動(dòng)比</p><p>　　----

40、------------公比</p><p>　　根據(jù)查表法確定齒輪齒數(shù)</p><p>　　a)基本組齒輪齒數(shù)的確定</p><p>　　同一變速組中，模數(shù)相同，齒輪齒數(shù)和就相同</p><p><b>　　1)傳動(dòng)比，， </b></p><p>　　2)確定最小齒輪的齒數(shù)及最小齒數(shù)和。&l

41、t;/p><p>　　最小齒數(shù)和必在的齒輪副中，根據(jù)結(jié)構(gòu)條件查表假設(shè)最小齒數(shù)為22，可得最小齒數(shù)和為66。</p><p>　　3)查表得同時(shí)滿足三個(gè)傳動(dòng)比的齒數(shù)和為：72，84，90，92……</p><p>　　4)在結(jié)構(gòu)允許的條件下選用較小的齒數(shù)為宜，取72。</p><p>　　5)確定各齒輪副齒數(shù):</p><p&g

42、t;　　6)保證三聯(lián)滑移齒輪滑移時(shí)不發(fā)生碰撞</p><p><b>　　所以不發(fā)生碰撞 </b></p><p>　　b)第一擴(kuò)大組齒輪齒數(shù)確定</p><p>　　c)第二擴(kuò)大組齒輪齒數(shù)確定</p><p>　　d)齒輪在軸上的布置要求：</p><p>　　1)兩個(gè)固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移

43、齒輪的寬度。</p><p>　　2)盡量減少變速箱軸向尺寸。</p><p>　　3)相鄰兩齒輪齒差數(shù)大于四。</p><p>　　根據(jù)以上內(nèi)容，可以畫出傳動(dòng)系統(tǒng)圖3.2。</p><p>　　圖3.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖</p><p>　　3.3主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算</p><p>　　3

44、.3.1齒輪的設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　a)變速組a齒輪的設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　按變速組內(nèi)最小齒輪算各齒輪模數(shù)</p><p>　　齒輪選用45Cr，表面淬火，表面硬度HRC48到55，8級(jí)精度</p><p>　　按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：</p><p>　　1)確定上式中各參數(shù)</p>&

45、lt;p><b>　　載荷系數(shù)K=1.3</b></p><p>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)帶傳動(dòng)效率0.96，齒輪傳動(dòng)效率0.97，軸承傳動(dòng)效率0.99</p><p>　　小齒輪傳遞的扭矩為：</p><p><b>　　3.14</b></p><p>　　查表（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）齒寬系數(shù)</

46、p><p><b>　　查表得彈性系數(shù)</b></p><p>　　查圖得大小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為</p><p><b>　　重合度為</b></p><p><b>　　3.15</b></p><p><b>　　3.16</b>

47、;</p><p>　　按預(yù)期壽命15年，一年工作300天，兩班制，每班工作8小時(shí)計(jì)算</p><p><b>　　3.17</b></p><p><b>　　3.18</b></p><p>　　查圖得接觸疲勞壽命系數(shù)：</p><p>　　計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：安全系數(shù)

48、S=1，則</p><p><b>　　3.19</b></p><p><b>　　3.20</b></p><p><b>　　2)計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)計(jì)公式中代入 中的較小值，得：</p><p><b>　　3.21&

49、lt;/b></p><p>　　計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度v：</p><p><b>　　3.22</b></p><p><b>　　計(jì)算齒寬：</b></p><p><b>　　3.23</b></p><p><b>　　計(jì)算齒

50、寬與齒高之比</b></p><p><b>　　3.24</b></p><p><b>　　3.25</b></p><p><b>　　3.26</b></p><p><b>　　計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p&

51、gt;　　由8級(jí)精度，v=1.79m/s，得=1.12</p><p><b>　　查表得（假設(shè)）</b></p><p><b>　　.25</b></p><p><b>　　載荷系數(shù)為</b></p><p><b>　　3.27</b></p

52、><p><b>　　按實(shí)際載荷系數(shù)修正</b></p><p><b>　　3.28</b></p><p><b>　　計(jì)算模數(shù)</b></p><p><b>　　3.29</b></p><p>　　則齒輪模數(shù)取2，這時(shí)需要修正

53、齒數(shù)</p><p><b>　　3.30</b></p><p><b>　　3.31</b></p><p>　　3)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度</p><p><b>　　計(jì)算載荷系數(shù)</b></p><p><b>　　3.32</b&

54、gt;</p><p><b>　　查表得齒形系數(shù)</b></p><p><b>　　得應(yīng)力校正系數(shù)</b></p><p><b>　　計(jì)算重合度系數(shù)</b></p><p><b>　　3.33</b></p><p>　　查

55、圖得大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限</p><p>　　查圖得彎曲疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1.4則</p><p><b>　　3.34</b></p><p><b>　　3.35</b></p><p><b>　　由于

56、</b></p><p>　　所以只需校核小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度</p><p><b>　　3.36</b></p><p><b>　　所以符合要求</b></p><p><b>　　4)幾何尺寸的計(jì)算</b></p><p><b&

57、gt;　　計(jì)算分度圓直徑</b></p><p><b>　　3.37</b></p><p><b>　　3.38</b></p><p><b>　　計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　3.39</b></p>&

58、lt;p><b>　　計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>　　3.40</b></p><p>　　b)變速組B的設(shè)計(jì)與校核</p><p>　　變速組B的設(shè)計(jì)與校核與變速組A相同</p><p><b>　　計(jì)算齒輪齒數(shù)</b></p><

59、p><b>　　3.41</b></p><p><b>　　3.42</b></p><p><b>　　計(jì)算分度圓直徑</b></p><p><b>　　3.43</b></p><p><b>　　3.44</b><

60、;/p><p><b>　　計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　3.45</b></p><p><b>　　計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>　　3.46</b></p><p>　　c)變速組C的設(shè)計(jì)與校核&

61、lt;/p><p>　　變速組B的設(shè)計(jì)與校核與變速組A相同</p><p><b>　　計(jì)算齒輪齒數(shù)</b></p><p><b>　　3.47</b></p><p><b>　　3.48</b></p><p><b>　　計(jì)算分度圓直徑&l

62、t;/b></p><p><b>　　3.49</b></p><p><b>　　3.50</b></p><p><b>　　計(jì)算中心距</b></p><p><b>　　3.51</b></p><p><b&

63、gt;　　計(jì)算齒輪寬度</b></p><p><b>　　3.52</b></p><p>　　3.3.2 軸的估算驗(yàn)算</p><p>　　傳動(dòng)軸除了滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。除了載荷很大的情況下，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。

64、剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。</p><p>　　a)傳動(dòng)軸直徑的估算</p><p>　　傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑&l

65、t;/p><p>　　其中：N——該傳動(dòng)軸的額定功率</p><p>　　——該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，是傳動(dòng)件能傳遞功率的最低轉(zhuǎn)速。</p><p>　　——每米長(zhǎng)度上所允許的扭轉(zhuǎn)角，可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。一般傳動(dòng)軸取1，主軸取0.5。</p><p><b>　?、褫S直徑 </b></p><p>&

66、lt;b>　　3.53</b></p><p><b>　　取30mm</b></p><p><b>　　Ⅱ軸直徑</b></p><p><b>　　3.54</b></p><p><b>　　取36mm</b></p>

67、<p><b>　?、筝S直徑</b></p><p><b>　　3.55</b></p><p><b>　　取40mm</b></p><p><b>　?、糨S直徑</b></p><p><b>　　3.56</b>

68、;</p><p><b>　　取70mm</b></p><p>　　b)傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算</p><p><b>　?、褫S剛度的驗(yàn)算</b></p><p>　　1)軸的彎曲變形計(jì)算公式</p><p>　　計(jì)算軸本身變形產(chǎn)生的撓度和傾角時(shí)，一般將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支

69、梁。當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可以把軸看做等徑軸，采用平均直徑來計(jì)算，計(jì)算花鍵軸的剛度可以采用平均直徑或當(dāng)量直徑。</p><p><b>　　計(jì)算公式為：</b></p><p><b>　　圓軸：平均直徑：</b></p><p><b>　　慣性矩：</b></p>

70、<p>　　矩形花鍵軸：平均直徑：</p><p><b>　　當(dāng)量直徑：</b></p><p><b>　　慣性矩： </b></p><p>　　花鍵軸參數(shù)如表3.1所示</p><p>　　表3.1 花鍵軸參數(shù)</p><p><b>　　2)傳

71、動(dòng)軸驗(yàn)算</b></p><p><b>　　軸強(qiáng)度驗(yàn)算</b></p><p>　　由于機(jī)床主軸箱中各軸的應(yīng)力都比較小，驗(yàn)算時(shí)，通常用復(fù)合應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　　3.57</b></p><p>　　—— 許用應(yīng)力，考慮應(yīng)力集中和載荷循環(huán)特性等因素。</p

72、><p>　　W —— 軸的危險(xiǎn)斷面的抗彎斷面系數(shù)；</p><p>　　花鍵軸的抗彎斷面系數(shù)</p><p>　　W = + 3.58</p><p>　　其中: d—— 花鍵軸內(nèi)徑；</p><p>　　D—— 花鍵軸外徑；</p><p>　　b—— 花鍵軸鍵

73、寬；</p><p>　　z—— 花鍵軸的鍵數(shù)。</p><p>　　T—— 在危險(xiǎn)斷面上的最大扭矩</p><p><b>　　3.59</b></p><p>　　傳動(dòng)軸上的彎曲載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力。</p><p><b>　　齒輪的圓周力</b&

74、gt;</p><p><b>　　3.60</b></p><p><b>　　齒輪的徑向力</b></p><p><b>　　3.61</b></p><p>　　式中：為齒輪的嚙合角，</p><p><b>　　為齒輪的摩擦角，<

75、;/b></p><p><b>　　為齒輪的螺旋角，</b></p><p><b>　　3.62</b></p><p><b>　　3.63</b></p><p>　　花鍵鍵側(cè)工作表面的壓應(yīng)力為</p><p><b>　　3.6

76、4</b></p><p>　　式中：——花鍵傳遞的最大扭矩</p><p>　　D、d——花鍵軸的大徑小徑</p><p><b>　　L——花鍵工作長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　N——花鍵鍵數(shù)</b></p><p>　　K——載荷分布不均勻系數(shù)，

77、K=0.7~0.8</p><p><b>　　3.65</b></p><p><b>　　故此花鍵軸校核合格</b></p><p><b>　　3)軸承選擇設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選用內(nèi)徑為30mm的深溝球軸承，查表選取6006，其動(dòng)載荷C=13.2KN<

78、/p><p>　　機(jī)床采用滾動(dòng)軸承，主要因疲勞破壞失效，故進(jìn)行疲勞驗(yàn)算，額定壽命的計(jì)算公式為</p><p><b>　　3.66</b></p><p><b>　　式中——額定壽命</b></p><p>　　T——滾動(dòng)軸承壽命期限，對(duì)一般機(jī)床取10000~15000h</p><

79、;p>　　C——滾動(dòng)軸承額定動(dòng)負(fù)載</p><p>　　——速度系數(shù)，，為滾動(dòng)軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速</p><p>　　——壽命系數(shù)，，等于軸承的工作期限</p><p>　　——壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3，對(duì)滾子軸承=10/3</p><p>　　——工作情況系數(shù)，對(duì)輕度沖擊和振動(dòng)的機(jī)床，=1.1~1.3</p><p>

80、;<b>　　——功率利用系數(shù)</b></p><p>　　——齒輪輪換工作系數(shù)</p><p>　　P——當(dāng)量動(dòng)載，，徑向載荷，軸向載荷，</p><p>　　經(jīng)計(jì)算 =24382h>[T]=20000h</p><p><b>　　故軸承校核合格</b></p><p&

81、gt;　　Ⅱ、Ⅲ軸跟軸承的驗(yàn)算跟Ⅰ軸一樣，這里就不再多做敘述，經(jīng)檢驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.4 主軸組件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 初選主軸直徑</p><p><b>　　前端直徑D1</b></p><p>　　主軸D1（按電機(jī)功率）如下表3.2(mm)：</p><p&

82、gt;　　表3.2 主軸直徑選取表</p><p>　　由上表可取D1=86mm</p><p>　　因此可知由式子D2=(0.7~0.8)D1</p><p>　　后端直徑D2=86*0.7=60.2mm</p><p><b>　　圓整后取60mm</b></p><p>　　主軸內(nèi)徑d=3

83、6mm</p><p>　　主軸內(nèi)孔徑與機(jī)床類型有關(guān)，主要用來通過棒料，鏜桿，拉桿，或頂尖。確定內(nèi)孔徑原則是為減輕主軸重量，在滿足對(duì)空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求下，應(yīng)取最大值。</p><p>　　主軸的內(nèi)徑是通過刀具夾具裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，主軸部件的相對(duì)重量就越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比，小于0.3時(shí)空心主軸的剛度幾乎

84、與實(shí)心主軸相等；等于0.5時(shí)空心主軸的剛度為時(shí)新主軸的90%；大于0.7時(shí)，空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右，即內(nèi)徑直徑為（35～42.5）mm。</p><p>　　主軸本身剛度K正比于抗彎斷面慣性矩I</p><p><b>　　3.67</b></p><p><b>　　孔徑的最大直徑</b>&

85、lt;/p><p>　　此時(shí)若孔徑再大，剛度急劇下降</p><p>　　根據(jù)推薦值d/D1=0.4~0.5</p><p>　　取d/D1=0.45</p><p><b>　　則d=36mm </b></p><p>　　3.4.2 主軸懸伸量a確定</p><p>　　

86、初選a值可參考下表3.3確定</p><p>　　表3.3 懸伸梁長(zhǎng)度的確定</p><p>　　計(jì)算得懸伸量為80mm</p><p>　　3.4.3 主軸跨距的確定</p><p>　　主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動(dòng)靜剛度的重要影響因素，目的是找出在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距（）。實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近與推

87、得最優(yōu)值，因此設(shè)計(jì)時(shí)盡量達(dá)到最優(yōu)值。</p><p>　　前端角接觸球軸承的剛度（主要為軸向剛度）</p><p><b>　　3.68</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　內(nèi)徑為75mm,查表</p><p>　　查軸承樣本額定動(dòng)載荷<

88、;/p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　代入上式即可</b></p><p>　　計(jì)算得主軸跨距為410mm</p><p>　　3.4.4 主軸的剛度計(jì)算</p><p>　　如果主軸前后軸承頸由數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑</p>

89、<p><b>　　3.69</b></p><p>　　式中分別為各段的直徑和長(zhǎng)度（㎜）</p><p><b>　　——總長(zhǎng)，</b></p><p>　　如果前后軸承頸的直徑相差不大，也可把前后軸承頸直徑的平均值近似地作為當(dāng)量直徑d。</p><p>　　主軸的前懸伸部分較粗，剛度較

90、高，其變形可以忽略不記，后懸伸部分不影響剛度，也可不計(jì)算。如主軸前端作用一外載F如圖3.3</p><p>　　圖3.3 主軸外載圖</p><p><b>　　則撓度：</b></p><p>　　3.70 </p><p>　　式中 F——外載荷（N）；</p><p

91、>　　a——前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支承點(diǎn)間的距離（mm）；</p><p>　　l——跨距，等于前后支承的距離（mm）；</p><p>　　E——彈性模量，鋼的；</p><p>　　I——截面慣性距,;</p><p>　　、——主軸的外徑和孔徑（mm）。</p><p>　　又因?yàn)?.5，孔的影響可以

92、忽略由此可得主軸鋼度滿足要求。</p><p>　　3.4.5 主軸軸承的選擇</p><p><b>　　a) 軸承的選型</b></p><p>　　主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。</p>&l

93、t;p>　　滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定地工作。滾動(dòng)軸承有專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲大，滾動(dòng)體的數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差，但總體來說，數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能的條件下，應(yīng)盡量使用滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主軸。這時(shí)用滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，以避免漏油。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)分

94、為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。</p><p>　　主軸支承分徑向和推力（軸向）支承。角接觸軸承（包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）兼起徑向和推力支承的作用。</p><p>　　推力支撐應(yīng)位于前支撐內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)常設(shè)在主軸的前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點(diǎn)至推力支撐之間的距離。</p><p>　　主軸軸承可以選

95、用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承由于滾子大端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動(dòng)摩擦，發(fā)熱較多，故轉(zhuǎn)速受到限制。</p><p>　　由于滾動(dòng)軸承有許多優(yōu)點(diǎn)，加之加工精度的提高，所以，一般情況下數(shù)控機(jī)床應(yīng)盡量采用滾動(dòng)軸承，只有要求加工表面粗糙度數(shù)值較小時(shí)，且主軸又是水平的機(jī)床時(shí)才用滑動(dòng)軸承，而本設(shè)計(jì)內(nèi)容為車床主軸組件設(shè)計(jì)，所以要選用滾動(dòng)軸承。</p><p>　　主軸軸承主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇，為

96、了提高精度和剛度，主軸軸承間的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度高，但一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低，下面就簡(jiǎn)述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸的軸承及適用范圍：

97、 </p><p><b>　　b)角接觸球軸承</b></p><p>　　這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種： ａ=25°，ａ=15°，其中ａ=25°的編號(hào)為7000AC型（舊代號(hào)為46100型），屬于特輕型；或

98、編號(hào)為7190AC型（舊代號(hào)為46900型），屬于超輕型。ａ=15°的編號(hào)為7000C型（舊代號(hào)為36100型），屬于特輕型；或編號(hào)為7190C型；或編號(hào)為7190C型（舊代號(hào)為1036900型），屬于超輕型。如圖3.4所示。</p><p>　　圖 3.4 角接觸軸承</p><p>　　角接觸球軸承多用于高速主軸，隨接觸角的不同有所區(qū)別，α=25°的軸向剛度較高，

99、但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；α=15°的轉(zhuǎn)速可更高一些，軸向剛度較低，常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、鏜、銑主軸后軸承。這種軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組配的方法。所以本設(shè)計(jì)前支承采用雙聯(lián)組配的方式，代號(hào)為DF；后支承采用也采用雙聯(lián)組配方式，代號(hào)是DF。如圖3.5</p><p>　　圖3.5 角接觸軸承</p&

100、gt;<p><b>　　c)圓柱滾子軸承</b></p><p>　　圖3.6為雙列圓柱滾子軸承（，它的特點(diǎn)是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐行軸徑相配合。軸向移動(dòng)為內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。</p><p>　　圖 3.6 圓柱滾子軸承</p><p>　　d)軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊&l

101、t;/p><p>　　主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和滾道之間有一定的欲變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體和滾道接觸。預(yù)緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，各滾動(dòng)體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽

102、命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方向都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低，故預(yù)緊要適當(dāng)。本設(shè)計(jì)為數(shù)控車床主軸組件設(shè)計(jì)，功率相對(duì)較小，所以取中預(yù)緊。</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算過程，畫出主軸組件圖3.7，主軸零件圖3.8</p><p>　　圖3.7 主軸組件圖</p><p>　　圖3.8 主軸零件圖

103、</p><p>　　3.5 電磁離合器的選擇</p><p>　　摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)的接通或脫開，且具有結(jié)合平穩(wěn)，沒有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。選用時(shí)應(yīng)作必要的計(jì)算。</p><p>　　根據(jù)初步的計(jì)算可從《離合器的選擇與運(yùn)用》一書中選取，所有的作圖和計(jì)算尺寸都見書中的表。</

104、p><p>　　3.5.1 按扭矩選擇</p><p>　　一般應(yīng)使用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩和額定扭矩滿足工作要求，由于普通車床是在空載下啟動(dòng)和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來選。即：</p><p><b>　　3.71</b></p><p>　　對(duì)于需要在負(fù)載下啟動(dòng)和變速，或啟動(dòng)時(shí)間有特殊要求時(shí)，應(yīng)按動(dòng)扭

105、距設(shè)計(jì)離合器。</p><p>　　3.5.2 選擇步驟</p><p>　　a)決定外摩擦片的內(nèi)徑d。</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝式時(shí)，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比安裝軸的軸徑大2～6mm。b)選擇摩擦片尺寸：</p><p>　　可以在參考書中選擇，具體的型號(hào)見圖紙。</p><p>　　c)計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù)z

106、</p><p><b>　　3.72</b></p><p>　　式中：f-摩擦片間的摩擦系數(shù)（有表可選）；</p><p>　　-許用壓強(qiáng)MPa（有表可選）；</p><p>　　D-摩擦片內(nèi)片外徑mm（有表可選）；</p><p>　　d-摩擦片外片內(nèi)徑mm（有表可選）；</p>

107、<p>　　Ku-速度修正系數(shù)（有表可選）；</p><p>　　Kz-結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)（有表可選）；</p><p>　　Km-結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)（有表可選）。</p><p>　　代入數(shù)值得：取Z=9。</p><p>　　4縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)

108、減速驅(qū)動(dòng)絲杠,螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng),其結(jié)構(gòu)示意圖見圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 縱向結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　縱向進(jìn)給系統(tǒng)的基本參數(shù)如下：</p><p>　　從相關(guān)資料上確定一下基本參數(shù)</p><p><b>　　工作臺(tái)重量</b></p><p>&l

109、t;b>　　滾珠絲桿基本導(dǎo)程</b></p><p><b>　　行程</b></p><p><b>　　脈沖當(dāng)量</b></p><p><b>　　快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)</b></p><p>　　下軌道（Z）向采用的是雙排兩列4個(gè)滾動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。

110、</p><p><b>　　4.1傳動(dòng)鏈的確定</b></p><p>　　取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量，則有</p><p><b>　　4.1</b></p><p>　　按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用1級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比i=1.25，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要確定齒輪齒數(shù)Z=3

111、2、40，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。</p><p>　　4.2滾珠絲桿副的計(jì)算選擇</p><p>　　4.2.1切削力的計(jì)算</p><p>　　由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得切削功率</p><p>　　N——主電機(jī)功率，N=5.5KW</p><p>　　——主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為0.6~0.7，取0.65</p&

112、gt;<p>　　K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K=0.96，則</p><p><b>　　4.2</b></p><p><b>　　又因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　取V=100m/min(切削線速度)</p&g

113、t;<p><b>　　主切削力</b></p><p><b>　　4.3</b></p><p>　　從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知一般外圓車削時(shí)車床參數(shù)如下表4.1</p><p>　　表4.1 外圓車削時(shí)車床參數(shù)</p><p><b>　　4.4</b><

114、;/p><p><b>　　4.5</b></p><p>　　4.2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算</p><p>　　導(dǎo)軌受到垂向切削分力，縱向切削分力，工作臺(tái)重力W=800N，查表得鑲條緊固力，取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)，則</p><p><b>　　4.6</b></p><p>　　計(jì)算

115、在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和</p><p><b>　　4.7</b></p><p><b>　　4.8</b></p><p>　　4.2.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　由《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得知</p><p>　　計(jì)算綜合導(dǎo)軌車床絲桿的軸向力</p&

116、gt;<p>　　其中K=1.15，，取0.16。則</p><p><b>　　4.9</b></p><p><b>　　a)強(qiáng)度計(jì)算：</b></p><p>　　當(dāng)車床以線速度，進(jìn)給量，車削D=100mm的外圓時(shí)</p><p><b>　　絲杠轉(zhuǎn)速為： </b

117、></p><p><b>　　4.10</b></p><p>　　壽命值（=20000h）： </p><p><b>　　4.11</b></p><p><b>　　計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載</b></p><p>　　查表得，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)

118、=1.2，</p><p><b>　　4.12</b></p><p>　　據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q值可選擇滾珠絲桿的型號(hào)，滾珠絲桿型號(hào)為。</p><p>　　滾珠絲桿副的幾何參數(shù)如表4.2</p><p>　　表4.2 滾珠絲桿副幾何參數(shù)</p><p><b>　　b)傳動(dòng)效率計(jì)算<

119、;/b></p><p>　　滾動(dòng)絲杠螺紋的傳動(dòng)效率η為：</p><p><b>　　4.13</b></p><p>　　式中：為絲杠螺紋升角,可根據(jù)初選型號(hào)查出，=2.44°；滾動(dòng)摩檫系數(shù)f=0.003-0.004,其摩檫角約等于10?，則。</p><p><b>　　c)剛度的驗(yàn)算&l

120、t;/b></p><p>　　滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用,他將引起導(dǎo)程 發(fā)生變化,因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小,可忽略不計(jì),故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為:</p><p><b>　　4.14</b></p><p>　　式中=6mm，為彈性模量，對(duì)剛</p><p><b>　　滾珠絲

121、桿截面面積</b></p><p><b>　　4.15</b></p><p><b>　　4.16</b></p><p>　　絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程變化總誤差為</p><p><b>　　4.17</b></p>

122、<p>　　查表知E及精度絲杠引起的螺距誤差為，所以剛度足夠了。</p><p><b>　　d)壓桿穩(wěn)定性計(jì)算</b></p><p>　　滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲。即失穩(wěn)，失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為：</p><p><b>　　4.18</b></

123、p><p>　　式中： E為絲杠材料彈性模量,對(duì)鋼，I為截面慣性矩,對(duì)絲杠圓截面I=π /64(mm) (為絲杠外徑)，L為絲杠最大工作長(zhǎng)度(mm); 為絲杠支承方式系數(shù)</p><p>　　I = π (39.5) / 64 = 119437，=2(一端固定一端簡(jiǎn)支)，L=1860mm </p><p>　　= π EI/ (L) = 4.19</p>

124、<p><b>　　穩(wěn)定性足夠。</b></p><p>　　通過以上選擇，縱向進(jìn)給系統(tǒng)使用型號(hào)為的滾珠絲杠副。</p><p><b>　　4.3電動(dòng)機(jī)選擇</b></p><p>　　4.3.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p><b>　　小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b>

125、;</p><p><b>　　4.20</b></p><p><b>　　大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p><b>　　4.21</b></p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　4.22&l

126、t;/b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p><b>　　4.22</b></p><p><b>　　因此總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p><b>　　4.23</b></p><p>　

127、　4.3.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩</p><p>　　已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離L=6mm=0.006m，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i=1.25總效率η=0.65，則有</p><p><b>　　4.24</b></p><p>　　4.3.3計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩</p&g

128、t;<p>　　已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩，則有</p><p><b>　　4.25</b></p><p>　　4.3.4計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為</p><p><b>　　4.26</b></p>

129、<p><b>　　4.27</b></p><p>　　折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算</p><p>　　空載時(shí)（快進(jìn)力矩），為</p><p><b>　　4.28</b></p><p>　　切削時(shí)（工進(jìn)力矩），為</p><p><b>　

130、　4.29</b></p><p>　　4.3.5選定電動(dòng)機(jī)</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表初選130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角，最大靜轉(zhuǎn)矩，，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量，最高空載啟動(dòng)頻率，3000Hz，運(yùn)行頻率，10600Hz。對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為：</p><p>

131、<b>　　4.30</b></p><p><b>　　4.31</b></p><p><b>　　計(jì)算空載啟動(dòng)力矩</b></p><p><b>　　4.32</b></p><p><b>　　確定最大靜轉(zhuǎn)矩：</b><

132、;/p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：</p><p><b>　　4.33</b></p><p><b>　　4.34</b></p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：</p><p>

133、<b>　　4.35</b></p><p>　　取和中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常啟動(dòng)，故滿足要求。</p><p>　　驗(yàn)算慣量匹配，為了使機(jī)械傳動(dòng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足下式：</p><p><b>　　4.36&

134、lt;/b></p><p>　　因?yàn)?，故滿足慣量匹配要求。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與運(yùn)用，是對(duì)以前每門課程設(shè)計(jì)的綜合，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的徹底檢驗(yàn)。剛開始選擇課題的時(shí)候，因?yàn)槲覍?duì)數(shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)數(shù)控

135、車床，我主要對(duì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。開始設(shè)計(jì)之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識(shí)，對(duì)數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識(shí)。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校的一些數(shù)控車床進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)并結(jié)合自己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過查閱資料和相關(guān)圖冊(cè)，設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車床需要的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)

136、是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過程。在近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我更加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計(jì)，自己在查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知識(shí)及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高，對(duì)如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來有了較深刻的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)了原來學(xué)習(xí)中