Φ400mm數(shù)控車床總體設計及主軸箱設計【含4張CAD圖紙】【JC系列】

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，所見即所得，CAD圖紙均為高清圖可自行編輯，文檔WORD都可以自己編輯的哦，有疑問咨詢QQ:1064457796 畢業(yè)設計(論文)設計題目：400mm的數(shù)控車床總體設計及主軸箱進給設計 所在學院專 業(yè)班 級姓 名學 號指導老師 年 月 日V摘 要當前在我國國民經濟的各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，數(shù)控機床已經成為企業(yè)技術改造的首先設備之一。我國的數(shù)控技術發(fā)展很快，呈現(xiàn)出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復合、集成化、智能化、網(wǎng)絡化合環(huán)?；l(fā)展的態(tài)勢。與國外數(shù)控技術的發(fā)展相比，我國數(shù)控技術的發(fā)展仍然存在著較大差距。 通過該課題的研究，努力達到以下目的： 1、加強數(shù)控機床結構設計和模塊化訓練； 2、加強數(shù)控機床功能部件的選型與設計計算的訓練； 3、加強數(shù)控機床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練關鍵詞：車床，數(shù)控，伺服電機，滾珠絲杠AbstractAt present in our country all trades and professions of national economy is playing an increasingly important role, CNC machine has become the first device of the technological transformation of enterprises. Numerical control technology of our country is developing very quickly, showing a high speed, high precision, high reliability, multi axis control, composite technology, integrated, intelligent, network combining environmental protection development. Compared with foreign development of numerical control technology, numerical control technology in China still has a large gap in the development of. Through the research, efforts to achieve the following objectives:1, strengthen structure design of the NC machine tool and the modular training;2, strengthen the functional components of NC machine tool selection and design calculation of the training;3, strengthen the NC machine tool in machine design should grasp the main problems in trainingKeywords: lathe, numerical control, servo motor, the ball screw目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述11.1 數(shù)控機床及其特點11.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別11.1.2 數(shù)控機床的適用范圍21.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度21.3 數(shù)控機床發(fā)展趨勢3第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較42.1總體方案設計的內容42.1.1系統(tǒng)運動方式的確定42.1.2伺服系統(tǒng)的選擇52.1.3執(zhí)行機構傳動方式的確定52.1.4計算機的選擇62.2總體設計方案的確定62.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇62.2.2計算機系統(tǒng)62.2.3機械傳動方式6第3章 確定切削用量及選擇刀具73.1刀具選擇73.2切削用量確定73.3切削三要素83.4加工精度和表面粗糙度83.5刀具材料11第4章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定124.1 確定極限轉速124.2 確定公比124.3 求出主軸轉速級數(shù)Z124.4確定結構網(wǎng)或結構式124.5繪制轉速圖12第5章 主要設計零件的計算和驗算145.1主軸箱的箱體145.2 傳動系統(tǒng)的I軸及軸上零件設計155.2.1普通V帶傳動的計算155.2.2多片式摩擦離合器的計算175.2.3齒輪的驗算195.2.4傳動軸的驗算215.2.5軸承疲勞強度校核235.3.傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計245.3.1齒輪的驗算245.3.2傳動軸的驗算275.3.3軸組件的剛度驗算285.4 傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計305.4.1齒輪的驗算305.4.2 傳動軸的驗算335.4.3 軸組件的剛度驗算355.4傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計375.4.1齒輪的驗算375.4.2傳動軸的驗算405.4.3軸組件的剛度驗算425.5. 傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計445.5.1齒輪的驗算445.5.2傳動軸的驗算485.5.3軸組件的剛度驗算49致 謝53參考文獻54 第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設備的數(shù)控化率已達到85%以上，而我國的機械設備的數(shù)控化率不足20%，隨著我國機制行業(yè)新技術的應用，數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。1.1 數(shù)控機床及其特點1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有以下明顯特點： 1. 適合于復雜異形零件的加工 數(shù)控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應用。 2. 加工精度高 3. 加工穩(wěn)定可靠 實現(xiàn)計算機控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質量穩(wěn)定可靠。 4. 高柔性 加工對象改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應性，可大大節(jié)省生產準備時間。在數(shù)控機床的基礎上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)FMS。 5. 高生產率 數(shù)控機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高，一般為普通機床的 35 倍，對某些復雜零件的加工，生產效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6. 勞動條件好 機床自動化程度高，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現(xiàn)代化 采用數(shù)控機床有利于向計算機控制與管理生產方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產過程自動化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費用高 9. 生產準備工作復雜 由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準備工作較為復雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數(shù)控機床是典型的機電一體化產品，技術含量高，對維修人員的技術要求很高。1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍由于數(shù)控機床的上述特點，適用于數(shù)控加工的零件有： 批量小而又多次重復生產的零件； 幾何形狀復雜的零件； 貴重零件加工； 需要全部檢驗的零件； 試制件。 對以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等回轉體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。1.精度要求高的回轉體零件由于數(shù)控車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉體零件數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。3.輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的回轉體零件由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的回轉體零件。1.3 數(shù)控機床發(fā)展趨勢1. 高速、高效、高精度、高可靠性（1） 高速、高效加工 進入21世紀，機床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質量和精度.上世紀90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。（2）高精度、超精密化加工當前，機械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達到5微米;精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級(0.001微米)，主軸回轉精度要求達到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工特高精度加工)，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(10nm).其應用范圍日趨廣泛（3）高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000小時.當前國外數(shù)控裝置的MIBF值已達60000小時以上，驅動裝置達30000小時以上.2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化(1)模塊化、專門化與個性化為了適應數(shù)控機床多品種、小批量的特點.機床結構模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢.(2)智能化在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內容包括為追求加工效率和加工質量方面的智能化:如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成:為提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算等:簡化編程、簡化操作方面的智能化:智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容等。(3)柔性化和集成化數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化FA)、體(CIMS,分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展.3. 開放性為適應數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢是體系結構的開放性，設計生產開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數(shù)控的計劃等。第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較2.1總體方案設計的內容數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應包括以下內容:系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定、計算機系統(tǒng)的選擇等內容。根據(jù)設計任務要求，有三種方案可供選擇：方案一：將Z軸(縱向)、X軸(橫向)的進給改為微機控制，實現(xiàn)二坐標控制聯(lián)動的開環(huán)控制。方案二:將Z軸(縱向)、X軸(橫向)改為微機控制，實現(xiàn)兩坐標控制，兩坐標軸聯(lián)動的開環(huán)控制2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和點位/直線控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。例如，數(shù)控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點位控制方式。對于點位控制系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。連續(xù)控制系統(tǒng)要求工作臺和刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數(shù)關系，能夠控制刀具沿任意直線或曲線運動，控制每一個軸的位置和速度，使得各個軸同步協(xié)調到達目標點。連續(xù)控制系統(tǒng)不僅控制目標點，而且控制刀具到達這些目標點的整個路徑，使刀具始終接觸工件并制造出希望的形狀，所以具有連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床可以加工各種外形輪廓復雜的零件，故而連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)或仿型系統(tǒng)。在點位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中所具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點位系統(tǒng)的功能。例如，數(shù)控車床、數(shù)控車床等。點位-直線系統(tǒng)，不但要求工作臺運動的終點坐標，還要求工作臺沿坐標軸運動過程中切削工作，進行簡單的銑削和銑削作業(yè)。其控制方法與點位系統(tǒng)十分相似，故有時也將這兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為點位控制系統(tǒng)。例如，數(shù)控鏜車床等。2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)主要由步進電機驅動。開環(huán)伺服系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，容易掌握，調試和維修都比較簡單。目前國內大力發(fā)展的經濟型數(shù)控機床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機或交流伺服電機驅動。但閉環(huán)系統(tǒng)造價高、結構和調試較復雜，多用于精度要求高的場合。半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是檢測元件測出驅動軸的轉角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。2.1.3執(zhí)行機構傳動方式的確定為確定數(shù)控系統(tǒng)傳動精度和工件平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適當?shù)淖枘岜纫?。在設計中應考慮以下幾點：盡量采用低摩擦的傳動和導向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌、貼塑導軌等。盡量消除傳動間隙。例如，采用消隙齒輪等。提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度、減小傳動鏈誤差。也可以用預緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如，采用預加負載的滾動導軌和滾動絲杠副等。2.1.4計算機的選擇微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅動電路、檢測電路等組成。2.2總體設計方案的確定2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經濟型數(shù)控車床應具有定位、直線插補、順圓插補、逆圓插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經濟型數(shù)控機床加工精度不高，為了簡化結構、降低成本容易調試和維護，經濟型數(shù)控車床應選用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.2計算機系統(tǒng)根據(jù)機床要求采用8位微機。由于MCS-51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的80C31單片機擴展系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進電機功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。2.2.3機械傳動方式為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動給絲杠。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，應盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載的結構。齒輪傳動也要采用消除齒側間隙的結構。55第3章 確定切削用量及選擇刀具3.1刀具選擇（一）刀具選擇：銑平面：硬質合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。凸臺、凹槽、箱口面：立銑刀。毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。（二）原則：安裝調整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。（三）排序原則減少刀具數(shù)量；裝夾一次，盡是加工完；即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開；先銑后鉆；精加工，先曲面后二維輪廓；盡可能自動換刀。3.2切削用量確定粗：效率；半精、精：質量、兼顧效率。1、主軸轉速n：根據(jù)線速度v確定：V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min)2、切深t：最好是t等于加工余量。3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。L0.60.9d粗加工：大切深、大進給、低切速。精加工：小切深、小進給、高切速。3.3切削三要素主軸轉速、切削深度、進給速度。少切削，快進給。3.4加工精度和表面粗糙度1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。（1）尺寸精度：公差與配合國家標準（GB18001804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2IT18。新公差等級與舊公差等級的對照及應用新公差等級舊精度等級加工方法應用軸孔IT01IT2無研磨用于量塊、量儀制造IT3IT4研磨用于精密儀表、精密機件的光整加工IT51無研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉用于一般精密配合。IT7IT6在機床和較精密的機器、儀器制造中用得最為普遍IT621IT732磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金IT834IT94銑、鏜、銑、刨、插用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合IT105IT116粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄用于不重要的配合。IT12IT13也用于非配合IT12IT137IT148沖壓、壓鑄用于非配合IT15IT18912鑄、鍛、焊、氣割（2）形狀精度：零件上的線、面要素的實際形狀相對于理想形狀的準確程度。 國家標準（GB11821184-80）規(guī)定了六項形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。（3）位置公差：零件上點、線、面要素的實際位置相對于理想位置的準確程度。 國家標準（GB11821184-80）規(guī)定了八項位置公差：定向：平行度、垂直度、傾斜度。定位：同軸度、對稱度、位置度。跳動：圓跳動、全跳動。2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標準（GB3503-83、GB103183、GB131-83） 輪廓算術平均偏差： Ra 或近似于Ra 微觀不平十點高度： Rz(+) 在常用數(shù)值范圍內（Ra0.256.3m，Rz0.125m），在圖樣上應優(yōu)先選用Ra。表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表表面要求表面特征Ra(m)Rz(m)加工方法舊國際光潔度級別代號第1系列第2系列第1系列第2系列不加工毛坯表面清除毛刺160012501000800630500100400粗加工明顯可見的刀紋80320粗銑粗銑粗刨鉆粗銼16325050200可見刀紋4016023212525100微見刀紋2080316.06312.550半精加工可見加工痕跡1040半精銑精銑精銑精刨粗磨48326.325微見加工痕跡52054163.212.5不見加工痕跡2.5106281.6精加工可辨加工痕跡的方向1.256.3精鉸刮精拉精磨71.0050.84微辨加工痕跡的方向0.633.280.52.50.42.0不辨加工痕跡的方向0.321.690.251.250.21.00精密加工暗光澤面0.160.80精密磨削珩磨研磨超精加工拋光100.1250. 630.10.50亮光澤面0.0800.40110.0630.320.050.25鏡狀光澤面0.0400.20120.0320.160.0250.125霧狀光澤面0.0200.10130.0160.0800.0120.063鏡面0.0100.050鏡面磨削研磨140.0080.0400.0250.0323.5刀具材料碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200-250，V8m/min。合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400，V10m/min。高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600，V30m/min；110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，6004、硬質合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000，V100-300m/min。另外，還有新型硬質合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。第4章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定根據(jù)任務書要求，400mm數(shù)控車床調速范圍：10/1400rmin-14.1 確定極限轉速 已知主軸最低轉速nmin為10mm/s,最高轉速nmax為1400mm/s，轉速調整范圍為 Rn=nmax/nmin=144.2 確定公比 選定主軸轉速數(shù)列的公比為1.264.3 求出主軸轉速級數(shù)Z Z=lgRn/lg+1= lg14/lg1.12+1=244.4確定結構網(wǎng)或結構式 24=23224.5繪制轉速圖（1）選定電動機 一般金屬切削機床的驅動，如無特殊性能要求，多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。Y系列電動機高效、節(jié)能、起動轉矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。根據(jù)機床所需功率選擇Y160M-4，其同步轉速為1500r/min。（2）分配總降速傳動比總降速傳動比為uII=nmin/nd=10/15006.67103,nmin為主軸最低轉速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉速數(shù)列符合標準或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。（3）確定傳動軸的軸數(shù) 傳動軸數(shù)變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=6（4）繪制轉速圖先按傳動軸數(shù)及主軸轉速級數(shù)格距l(xiāng)g畫出網(wǎng)格，用以繪制轉速圖。在轉速圖上，先分配從電動機轉速到主軸最低轉速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動間畫上u(kk+1)min.再按結構式的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。依據(jù)題目要求選級數(shù)Z=8， =1.41=1.065考慮到設計的結構復雜程度要適中，故采用常規(guī)的擴大傳動。各級轉速數(shù)列可直接從標準的數(shù)列表中查出，按標準轉速數(shù)列為：10，12.5，16，20，25，32，40,50,63,80,100,125,160,200,250,320,400,450,500,560,710,900,1120,1400 圖4-1 400mm數(shù)控車床轉速圖 第5章 主要設計零件的計算和驗算5.1主軸箱的箱體 主軸箱中有主軸、變速機構，操縱機構和潤滑系統(tǒng)等。主軸箱除應保證運動參數(shù)外，還應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) 500 500 300-800 500 50010-15 800 800 50012-20 由于箱體軸承孔的影響將使扭轉剛度下降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)結構需要適當增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取25mm左右，后支承壁取22mm左右，軸承孔處的凸臺應滿足安裝調整軸承的需求。 箱體在主軸箱中起支承和定位的作用。400MM主軸箱中共有15根軸，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。本設計中各軸安裝孔的位置的確定主要考慮了齒輪之間的嚙合及相互干涉的問題，根據(jù)各對配合齒輪的中心距及變位系數(shù)，并參考有關資料，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)）中心距-=（56+38）/22.25=105.75mm中心距-=（50+34）/22.25=94.5mm中心距-=（30+34）/22.25=72mm中心距-=（39+41）/22.25=90mm中心距-=（50+50）/22.5=125mm中心距-=（44+44）/22=88mm中心距-=（26+58）/24=168mm中心距-=（58+26）/22=84mm中心距-=（58+58）/22=116mm中心距-=（33+33）/22=66mm中心距-=（25+33）/22=58mm 綜合考慮其它因素后，將箱體上各軸安裝空的位置確定如下圖： 上圖中XIV、XV軸的位置沒有表達清楚具體位置參見零件圖。 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，留有安裝結構，并對箱體的底部為安裝進行了相應的調整。 箱體的顏色根據(jù)機床的總體設計確定，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俗。箱體中預留了潤滑油路的安裝空間和安裝螺紋孔及油溝，具體表達見箱體零件圖。5.2 傳動系統(tǒng)的I軸及軸上零件設計 5.2.1普通V帶傳動的計算普通V帶的選擇應保證帶傳動不打滑的前提下能傳遞最大功率，同時要有足夠的疲勞強度，以滿足一定的使用壽命。設計功率 （kW） 工況系數(shù)，查機床設計指導（任殿閣，張佩勤 主編）表2-5，取1.1； 故小帶輪基準直徑為130mm；帶速 ；大帶輪基準直徑為230 mm；初選中心距1000mm, 由機床總體布局確定。過小，增加帶彎曲次數(shù)；過大，易引起振動。帶基準長度查機床設計指導（任殿閣，張佩勤 主編）表2-7，取2800mm;帶撓曲次數(shù)1000mv/=7.0440；實際中心距 故小帶輪包角單根V帶的基本額定功率,查機床設計指導（任殿閣，張佩勤 主編）表2-8，取2.28kW；單根V帶的基本額定功率增量 彎曲影響系數(shù)，查表2-9，取 傳動比系數(shù)，查表2-10，取1.12 故；帶的根數(shù) 包角修正系數(shù)，查表2-11，取0.93； 帶長修正系數(shù)，查表2-12，取1.01； 故 圓整z取4；單根帶初拉力 q帶每米長質量，查表2-13，取0.10； 故58.23N帶對軸壓力5.2.2多片式摩擦離合器的計算設計多片式摩擦離合器時，首先根據(jù)機床結構確定離合器的尺寸，如為軸裝式時，外摩擦片的內徑d應比花鍵軸大26mm，內摩擦片的外徑D的確定，直接影響離合器的徑向和軸向尺寸，甚至影響主軸箱內部結構布局，故應合理選擇。摩擦片對數(shù)可按下式計算 Z2MnK/fbp式中 Mn摩擦離合器所傳遞的扭矩（Nmm）； Mn955/955110.98/8001.28（Nmm）; Nd電動機的額定功率（kW）； 安裝離合器的傳動軸的計算轉速（r/min）； 從電動機到離合器軸的傳動效率； K安全系數(shù)，一般取1.31.5； f摩擦片間的摩擦系數(shù)，由于磨擦片為淬火鋼，查機床設計指導表2-15，取f=0.08； 摩擦片的平均直徑（mm）; =（D+d）/267mm; b內外摩擦片的接觸寬度（mm）； b=（D-d）/2=23mm； 摩擦片的許用壓強（N/）；1.11.001.000.760.836 基本許用壓強（MPa），查機床設計指導表2-15，取1.1； 速度修正系數(shù) n/6=2.5（m/s） 根據(jù)平均圓周速度查機床設計指導表2-16，取1.00； 接合次數(shù)修正系數(shù)，查機床設計指導表2-17，取1.00； 摩擦結合面數(shù)修正系數(shù)，查機床設計指導表2-18，取0.76。所以 Z2MnK/fbp21.281.4/（3.140.08230.83611 臥式車床反向離合器所傳遞的扭矩可按空載功率損耗確定，一般取0.40.4114.4 最后確定摩擦離合器的軸向壓緊力Q，可按下式計算：Q=b(N)1.13.14231.003.57式中各符號意義同前述。摩擦片的厚度一般取1、1.5、1.75、2（mm），內外層分離時的最大間隙為0.20.4（mm）,摩擦片的材料應具有較高的耐磨性、摩擦系數(shù)大、耐高溫、抗膠合性好等特點，常用10或15鋼，表面滲碳0.30.5（mm）,淬火硬度達HRC5262。5.2.3齒輪的驗算 驗算齒輪強度，應選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應力。接觸應力的驗算公式為（MPa）（3-1）彎曲應力的驗算公式為 （3-2）式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； T-齒輪在機床工作期限（）內的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取=1500020000h，同一變速組內的齒輪總工作時間可近似地認為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)； -齒輪的最低轉速（r/min）;-基準循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見機床設計指導） m疲勞曲線指數(shù)，查表3-1；速度轉化系數(shù)，查表3-2；功率利用系數(shù)，查表3-3；材料強化系數(shù)，查表3-4；的極限值，見表3-5，當時，則取=；當時，取=；工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.21.6；動載荷系數(shù)，查表3-6；齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9；Y標準齒輪齒形系數(shù)，查表3-8；許用接觸應力（MPa）,查表3-9；許用彎曲應力（MPa），查表3-9。如果驗算結果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。I軸上的齒輪采用整淬的方式進行熱處理傳至I軸時的最大轉速為：N=5.625kw在離合器兩齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為502.25，且齒寬為B=12mmu=1.05=1250MP符合強度要求。驗算562.25的齒輪：=1250MP符合強度要求5.2.4傳動軸的驗算對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進行強度校核，只進行剛度驗算。軸的抗彎斷面慣性矩（）花鍵軸 =式中 d花鍵軸的小徑（mm）；i花軸的大徑（mm）；b、N花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得：=式中 N該軸傳遞的最大功率（kw）; 該軸的計算轉速（r/min）。傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力式中 D齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。齒輪的徑向力：式中 為齒輪的嚙合角，20；齒面摩擦角，；齒輪的螺旋角；0故N花鍵軸鍵側擠壓應力的驗算花鍵鍵側工作表面的擠壓應力為：式中 花鍵傳遞的最大轉矩（）； D、d花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L花鍵工作長度； N花鍵鍵數(shù)； K載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.70.8； 故此花鍵軸校核合格5.2.5軸承疲勞強度校核機床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應進行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為： C滾動軸承的額定負載（N）,根據(jù)軸承手冊或機床設計手冊查取，單位用（kgf）應換算成（N）；速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉速（r/mm） 壽命系數(shù)， 壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=；工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機床），；功率利用系數(shù)，查表33；速度轉化系數(shù)，查表32；齒輪輪換工作系數(shù)，查機床設計手冊；P當量動載荷，按機床設計手冊。 故軸承校核合格5.3.傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計5.3.1齒輪的驗算 驗算齒輪強度，應選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應力。 接觸應力的驗算公式為（MPa）（3-1）彎曲應力的驗算公式為 （5-2）式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； -電動機額定功率（KW）； -從電動機到所計算的齒輪的機械效率； -齒輪計算轉速（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）; B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)； u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內嚙合； -壽命系數(shù)：-工作期限系數(shù)：T-齒輪在機床工作期限（）內的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取=1500020000h，同一變速組內的齒輪總工作時間可近似地認為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)； -齒輪的最低轉速（r/min）;-基準循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見機床設計指導） m疲勞曲線指數(shù)，查表3-1；速度轉化系數(shù)，查表3-2；功率利用系數(shù)，查表3-3；材料強化系數(shù)，查表3-4；的極限值，見表3-5，當時，則取=；當時，取=；工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.21.6；動載荷系數(shù)，查表3-6；齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9；Y標準齒輪齒形系數(shù)，查表3-8；許用接觸應力（MPa）,查表3-9；許用彎曲應力（MPa），查表3-9。如果驗算結果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。軸上的雙聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進行熱處理傳至軸時的最大轉速為：m=2.25N=5.77kw在雙聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為382.25，且齒寬為B=14mmu=1.05=1250MP故雙聯(lián)滑移齒輪符合標準驗算392.25的齒輪：392.25齒輪采用整淬N=5.71kw B=14mm u=1 =1250MP故此齒輪合格驗算222.25的齒輪：222.25齒輪采用整淬N=5.1kw B=14mm u=4=1250MP故此齒輪合格驗算302.25齒輪：302.25齒輪采用整淬N=5.1kw B=14mm u=1=1250MP故此齒輪合格5.3.2傳動軸的驗算對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進行強度校核，只進行剛度驗算。軸的抗彎斷面慣性矩（）花鍵軸 =式中 d花鍵軸的小徑（mm）；i花軸的大徑（mm）；b、N花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得：=式中 N該軸傳遞的最大功率（kw）; 該軸的計算轉速（r/min）。傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力：式中 D齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。齒輪的徑向力：式中 為齒輪的嚙合角；齒面摩擦角；齒輪的螺旋角；=27.86mm符合校驗條件花鍵軸鍵側擠壓應力的驗算花鍵鍵側工作表面的擠壓應力為：式中 花鍵傳遞的最大轉矩（）； D、d花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L花鍵工作長度； N花鍵鍵數(shù)； K載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.70.8； 故此花鍵軸校核合格5.3.3軸組件的剛度驗算兩支撐主軸組件的合理跨距 主軸組件的跨距對其剛度的影響很大，在繪制主軸組件的結構草圖后，可以對合理跨距L。進行計算，以便修改草圖，當跨距遠大于L。時，應考慮采用三支撐結構。機床設計的教科書中的主軸組件柔度方程系在主軸端部C點家在時主軸和軸承兩相柔度的迭加，其極值方程為：式中 L。合理跨距； C 主軸懸伸梁； 后前支撐軸承剛度 該一元三次方程求解可得為一實根：機床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應進行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為： C滾動軸承的額定負載（N）,根據(jù)軸承手冊或機床設計手冊查取，單位用（kgf）應換算成（N）；速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉速（r/mm） 壽命系數(shù)， 壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=；工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機床），；功率利用系數(shù)，查表33；速度轉化系數(shù)，查表32；齒輪輪換工作系數(shù)，查機床設計手冊；P當量動載荷，按機床設計手冊。 故軸承校核合格5.4 傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計5.4.1齒輪的驗算 驗算齒輪強度，應選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應力。 接觸應力的驗算公式為（MPa）（3-1）彎曲應力的驗算公式為 （3-2）式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； -電動機額定功率（KW）； -從電動機到所計算的齒輪的機械效率； -齒輪計算轉速（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）; B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)； u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內嚙合； -壽命系數(shù)：-工作期限系數(shù)：T-齒輪在機床工作期限（）內的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取=1500020000h，同一變速組內的齒輪總工作時間可近似地認為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)； -齒輪的最低轉速（r/min）;-基準循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見機床設計指導） m疲勞曲線指數(shù)，查表3-1；速度轉化系數(shù)，查表3-2；功率利用系數(shù)，查表3-3；材料強化系數(shù)，查表3-4；的極限值，見表3-5，當時，則取=；當時，取=；工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.21.6；動載荷系數(shù)，查表3-6；齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9；Y標準齒輪齒形系數(shù)，查表3-8；許用接觸應力（MPa）,查表3-9；許用彎曲應力（MPa），查表3-9。如果驗算結果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。三軸上的三聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進行熱處理傳至三軸時的最大轉速為：N=5.42kw在三聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為412.25，且齒寬為B=12mmu=1.05=1250MP故三聯(lián)滑移齒輪符合標準驗算502.5的齒輪：502.5齒輪采用整淬N=5.1kw B=15mm u=1 =1250MP故此齒輪合格驗算633的齒輪：633齒輪采用整淬N=5.1kw B=10mm u=4=1250MP故此齒輪合格驗算442齒輪：442齒輪采用整淬N=5.1kw B=10mm u=1=1250MP故此齒輪合格5.4.2 傳動軸的驗算對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進行強度校核，只進行剛度驗算。軸的抗彎斷面慣性矩（）花鍵軸 =式中 d花鍵軸的小徑（mm）；i花軸的大徑（mm）；b、N花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得：=式中 N該軸傳遞的最大功率（kw）; 該軸的計算轉速（r/min）。傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力：式中 D齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。齒輪的徑向力：式中 為齒輪的嚙合角；齒面摩擦角；齒輪的螺旋角；=27.86mm符合校驗條件花鍵軸鍵側擠壓應力的驗算花鍵鍵側工作表面的擠壓應力為：式中 花鍵傳遞的最大轉矩（）； D、d花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L花鍵工作長度； N花鍵鍵數(shù)； K載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.70.8； 故此三軸花鍵軸校核合格5.4.3 軸組件的剛度驗算兩支撐主軸組件的合理跨距 主軸組件的跨距對其剛度的影響很大，在繪制主軸組件的結構草圖后，可以對合理跨距L。進行計算，以便修改草圖，當跨距遠大于L。時，應考慮采用三支撐結構。機床設計的教科書中的主軸組件柔度方程系在主軸端部C點家在時主軸和軸承兩相柔度的迭加，其極值方程為：式中 L。合理跨距； C 主軸懸伸梁； 后前支撐軸承剛度 該一元三次方程求解可得為一實根：機床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應進行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為： C滾動軸承的額定負載（N）,根據(jù)軸承手冊或機床設計手冊查取，單位用（kgf）應換算成（N）；速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉速（r/mm） 壽命系數(shù)， 壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=；工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機床），；功率利用系數(shù)，查表33；速度轉化系數(shù)，查表32；齒輪輪換工作系數(shù)，查機床設計手冊；P當量動載荷，按機床設計手冊。 故軸承校核合格5.4傳動系統(tǒng)的軸及軸上零件設計5.4.1齒輪的驗算 驗算齒輪強度，應選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應力。 接觸應力的驗算公式為（MPa）（3-1）彎曲應力的驗算公式為 （