CK6163型數(shù)控機(jī)床設(shè)計【含CAD圖紙+PDF圖】

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）2013年5月25日課題來源受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境和強(qiáng)勁的市場需求拉動，國內(nèi)機(jī)床工具行業(yè)出現(xiàn)了技術(shù)長足發(fā)展、投資熱情高漲的局面。數(shù)控機(jī)床的水平、品種和生產(chǎn)能力直接反映了國家的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合國力。數(shù)控機(jī)床作為國防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要的制造手段，是國防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。數(shù)控機(jī)床一般由輸入介質(zhì)、人機(jī)交互設(shè)備、計算機(jī)數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋裝置和適應(yīng)控制裝置等部分組成。隨著振興裝備制造業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域的高水平新產(chǎn)品的發(fā)展，每個領(lǐng)域都對數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求。CK6163型數(shù)控機(jī)床也被廣泛運(yùn)用。此次進(jìn)行對CK6163型數(shù)控機(jī)床的床頭箱、變速箱以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計。科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等）自20世紀(jì)中期以來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展。自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計算機(jī)的出現(xiàn)，給自動化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制，從而推動了自動化的發(fā)展，讓世界機(jī)床業(yè)進(jìn)入了機(jī)電一體化的時代。數(shù)控機(jī)床機(jī)床是制造業(yè)的加工航母和國名經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，它為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會效應(yīng)。 目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已經(jīng)先后完成數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國是從20世紀(jì)80年代才開始起步，處于發(fā)展階段。長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于抵擋迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。十二五期間我國將持續(xù)投入，且力度加大，力爭通過10-15年的時間，實(shí)現(xiàn)由機(jī)床工具生產(chǎn)大國向機(jī)床工具強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)中高檔數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場占有主導(dǎo)地位等一系列中長期目標(biāo)。研究內(nèi)容本設(shè)計內(nèi)容是對CK6163型數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分設(shè)計和利用MCS-51系列單片機(jī)，對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)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(bǔ)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(jī)床主軸的啟動，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)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、直螺紋和錐螺紋的自動循環(huán)機(jī)能。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析通過對CK6163型數(shù)控機(jī)床的了解，總結(jié)出CK6163型數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)。工作方式與原理。進(jìn)行查閱書籍和圖冊，確定基本設(shè)計參數(shù)，從而進(jìn)行初步的作圖。交由老師檢查，修改。完成后，對圖紙進(jìn)行最終修改及確認(rèn)，編寫設(shè)計說明書。可行性分析：2013-2017年中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展分析報告指出2008年我國年產(chǎn)已達(dá)12.2萬臺；“十一五”期間，隨著一些關(guān)鍵技術(shù)突破和自主生產(chǎn)能力的形成，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量保持著高速增長。2010年我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到23.6萬臺，同比增長62.2%；同時機(jī)床消費(fèi)超達(dá)60億美元，臺數(shù)超過10萬臺。2011年我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量25.71萬臺，比上年增長20.6%，產(chǎn)量首次超過25萬臺，創(chuàng)下歷史新高。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家政策大力支持下，我國數(shù)控機(jī)床業(yè)的旺盛需求仍將保持高速增長。由此可見，該設(shè)計方案切實(shí)可行。研究計劃及預(yù)期成果2012年11月12日-2012年12月2日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。2013年1月11日-2013年3月5日：填寫畢業(yè)實(shí)習(xí)報告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。2013年3月15日-2013年3月21日：學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：數(shù)控機(jī)床床頭箱和變速箱的初步設(shè)計，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，材料的選擇，各部件的參數(shù)設(shè)計；強(qiáng)度計算，分析驗(yàn)證,優(yōu)化設(shè)計。2013年4月12日-2013年4月25日：完成二維圖的繪制。 2013年4月26日-2013年5月25日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。特色或創(chuàng)新之處數(shù)控機(jī)床相對于普通機(jī)床具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有高度柔性；加工精度高；加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；生產(chǎn)效率高；改善勞動條件；利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化；已具備的條件和尚需解決的問題1. 已具備條件： 各類資料比較齊全，查閱方便； CK6163型數(shù)控機(jī)床已有類似產(chǎn)品可供參考；2. 尚需解決的問題： 對一些結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的具體設(shè)計指導(dǎo)，以及制圖軟件的高級運(yùn)用技巧。指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日教研室（學(xué)科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923148 學(xué)生姓名： 肖 宇 指導(dǎo)教師： 尤 麗 華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） CK6163 型 數(shù)控機(jī)床設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的 成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 93 學(xué) 號： 0923148 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境和強(qiáng)勁的市場需求拉動， 國內(nèi)機(jī)床工具行業(yè)出現(xiàn)了技術(shù)長足發(fā)展、投資熱情高漲的局面。數(shù) 控機(jī)床的水平、品種和生產(chǎn)能力直接反映了國家的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合 國力。數(shù)控機(jī)床作為國防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要 的制造手段，是國防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。數(shù)控機(jī)床一般由 輸入介質(zhì)、人機(jī)交互設(shè)備、計算機(jī)數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)、 主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋裝置和適應(yīng)控制裝置等部 分組成。隨著振興裝備制造業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域的高水平新產(chǎn)品的發(fā)展，每 個領(lǐng)域都對數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求。CK6163 型數(shù)控機(jī)床也被 廣泛運(yùn)用。此次進(jìn)行對 CK6163 型數(shù)控機(jī)床的床頭箱、變速箱以及 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： II 1、完成 CK6163 數(shù)控機(jī)床的床頭箱設(shè)計； 2、完成 CK6163 數(shù)控機(jī)床變速箱設(shè)計； 3、完成 CK6163 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計； 4、完成 CK6163 型數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的設(shè)計； 5、完成 CK6163 型數(shù)控機(jī)床的零件設(shè)計； 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 肖 宇 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)，機(jī)械制造業(yè)的競爭，其實(shí)質(zhì)是 數(shù)控技術(shù)的競爭。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看,其主要研究熱點(diǎn)有以 下幾個方面：1功能發(fā)展方向；2結(jié)構(gòu)體系發(fā)展方向；3高速、高效、高精度、高可 靠性發(fā)展方向； CK6163 型數(shù)控機(jī)床是開環(huán)式的數(shù)字程序控制車床。 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(jī)床主軸的啟動、停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn) 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(jī)能。 CK6163 型數(shù)控機(jī)床有床頭箱、變速箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架、控制箱等組成。床頭箱中 由操縱油缸中的活塞桿帶動拔叉來控制雙向內(nèi)齒離合器的接通或放松，使主軸實(shí)現(xiàn)四級 變速。主運(yùn)動采用分離傳動從而使變速箱實(shí)現(xiàn)四級變速。進(jìn)給機(jī)構(gòu)由床鞍縱向進(jìn)給電液 脈沖馬達(dá)、滾珠絲杠副和中間傳動齒輪副組成。 關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；床頭箱；變速箱；進(jìn)給機(jī)構(gòu)；滾珠絲杠； IV Abstract Numerical control technology is the core technology of the advanced manufacturing technology and equipment, machinery manufacturing competition, and its essence is the competition of numerical control technology.From the numerical control technology and equipment development trend, its main research focus has the following several aspects：1 .The direction of function development；2. The direction of structural system development；3. High speed, high efficiency, high precision and high reliability； CK6163 numerical controlled machine tool is the open loop type digital program controlled lathe. To inside and outside the cylinder, cone surface, such as processing arc face, straight thread and taper thread. Start, stop, and variable speed machine tool spindle, longitudinal and transverse feed motion of stroke and speed, transformation and the cooling of a tool, can be controlled automatically. And with a straight line, taper, straight thread and automatic cycle function of taper thread and so on. CK6163 numerical controlled machine tool headstock, transmission, feeding mechanism, tool carriage, control box, etc. Bedside box by manipulating the oil cylinder piston rod to control the bidirectional drive fork of the internal tooth clutch connected or relax, for level 4 speed of spindle. Separation is used in the main movement transmission so that realize four speed gearbox. Feed mechanism by the bed saddle longitudinal feed electric hydraulic pulse motor, ball screw pair and the intermediate transmission gears. Key words: Numerical control technology; Bedside cabinet; Gearbox; Feed mechanism; Ball screw; V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 .1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .2 2 總體方案 .3 2.1 CK6163 的現(xiàn)狀和發(fā)展 .3 2.2 CK6163 臥式車床的總體方案 .3 3 主軸箱的設(shè)計 .4 3.1 主軸箱的運(yùn)動設(shè)計.4 3.1.1 已知條件 .4 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析式 .4 3.1.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 .4 3.1.4 確定轉(zhuǎn)速圖 .5 3.1.5 確定各變速組傳動副齒數(shù) .6 3.2 齒輪傳動設(shè)計.7 3.2.1 漸開線直齒輪設(shè)計 .7 3.2.2 斜齒輪設(shè)計 .8 3.3 主軸傳動設(shè)計.11 3.3.1 確定主軸最小直徑 .11 3.3.2 主軸最佳跨距的確定 .11 3.3.3 主軸剛度的校核 .12 3.4 帶傳動設(shè)計.12 3.5 滾珠螺母絲杠.14 3.5.1 滾珠絲杠副的種類與結(jié)構(gòu) .14 3.5.2 內(nèi)循環(huán)式 .14 3.5.3 外循環(huán)式 .14 3.5.4 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù) .15 3.5.5 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .15 3.5.6 滾珠絲杠副的安裝支撐方式 .15 4 變速箱的設(shè)計 .17 4.1 運(yùn)動部分計算.17 4.1.1 參數(shù)確定的步驟和方法 .17 4.2 傳動設(shè)計.18 4.2.1 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 .18 VI 4.2.2 主傳動順序的安排 .19 4.2.3 傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 .19 4.2.4 傳動組的變速范圍的極限植 .19 4.2.5 最后擴(kuò)大傳動組的選擇 .20 4.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定.20 4.3.1 主電機(jī)的選定 .20 4.3.2 雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 .20 4.3.3 電機(jī)的安裝和外形 .20 4.3.4 常用電機(jī)的資料 .21 4.3.5 齒輪傳動比的限制 .21 4.4 帶輪傳動部分的設(shè)計.21 4.4.1 帶輪直徑確定的方法、步驟 .21 4.4.2 三角帶傳動的計算 .21 4.4.3 選擇三角帶的型號 .21 4.4.4 確定帶輪的計算直徑 D1、D 2 .22 4.5 齒輪傳動部分的設(shè)計.24 4.6 電磁離合器的選擇.28 4.6.1 按扭距選擇 .28 4.6.2 步驟 .28 4.7 軸的設(shè)計計算.29 4.7.1 軸的設(shè)計計算 .29 4.7.2 軸的設(shè)計計算 .29 4.8 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算.34 4.8.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 .34 4.8.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 .34 5 結(jié)論與展望 .40 5.1 結(jié)論.40 5.2 不足之處及未來展望.40 致謝 .41 參 考 文 獻(xiàn).42 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)，機(jī)械傳動及其他輔助系統(tǒng)組成。 數(shù)控機(jī)床相比較于普通機(jī)床有以下特點(diǎn)：（1）加工精度高，擁有穩(wěn)定加工質(zhì)量； （2）擁有多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工較為復(fù)雜的工件；（3）加工時間短；（4）生產(chǎn)效 率高；（5）自動化程度高，減輕勞動強(qiáng)度； 數(shù)控機(jī)床的控制方式有很多種，主要分為開環(huán)控制，閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。開 環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋裝置，系統(tǒng)不會計算誤差，精度不高，但屬于經(jīng)濟(jì)型；閉環(huán)控制 系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)都裝有反饋裝置，他們區(qū)別在于反饋檢測裝置安裝位置不同， 閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋裝置在工作臺上，而半閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋裝置在軸端或者絲桿 上。本次研究的 CK6263 型數(shù)控機(jī)床的控制就屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。 CK6163 型數(shù)控車床，是車床中應(yīng)用最廣泛、最典型的一種數(shù)控車床。該機(jī)床是 開環(huán)式的數(shù)字控制車床。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(jī)床主軸的起動、停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)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)功能。 在該機(jī)床中采用液壓卡盤、液壓尾座、快換刀架和機(jī)床外對刀裝置。該機(jī)床使用于加 工形狀復(fù)雜的中小批量的零件。 數(shù)控機(jī)床的主傳動方式分為集中傳動方式和分離傳動方式。集中傳動是指主傳動 和變速傳動在同一個主軸箱內(nèi)的傳動方式，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操作， 安裝調(diào)整方便，主要用于普通精度的大中型機(jī)床；分離傳動是指主傳動的大部分傳動 和變速傳動安裝于遠(yuǎn)離主軸的單獨(dú)變速箱內(nèi)，通過帶傳動將運(yùn)動傳到主軸箱的傳動方 式，其優(yōu)點(diǎn)在于變速箱內(nèi)各傳動件所產(chǎn)生的的振動和熱能不直接傳給或少傳給主軸， 有利于提高主軸工作精度，主要運(yùn)用于對精度要求高的機(jī)床。 CK6163 型數(shù)控機(jī)床就是采用了分離傳動，來提高工作精度。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。 世界各國信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造 能力和水平，提高對市場的適應(yīng)能力和競爭能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝 備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在高精尖數(shù)控 關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先 進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已經(jīng)先后完成數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國是從 20 世紀(jì) 80 年代才開始起步，處于發(fā)展階段。國內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階 段，在產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了 5-10 年；在 高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了 10-15 年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能 力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐 體系，市 場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知 識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 十二五期間我國將持續(xù)投入，且力度加大，力爭通過 10-15 年的時間，實(shí)現(xiàn)由機(jī)床工 具生產(chǎn)大國向機(jī)床工具強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)中高檔數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場占有主導(dǎo)地位等 一系列中長期目標(biāo)。 在數(shù)控機(jī)床制造方面，德國和日本一直處于領(lǐng)先地位，德國是老牌工業(yè)強(qiáng)國，其鍛 壓機(jī)械種類齊全，基本上每一種鍛壓設(shè)備都有代表世界最先進(jìn)水平的產(chǎn)品，比如通快的 鈑金成形機(jī)床、舒勒的大型覆蓋件壓力機(jī)、多工位壓力機(jī)和沖壓自動生產(chǎn)線、米勒萬家 頓的電動螺旋壓力機(jī)、奧姆科的熱模鍛壓力機(jī)、哈森克勒佛的離合器式螺旋壓力機(jī)、拉 斯科的鍛錘、辛北爾康普的大型液壓機(jī)、瓦格納-班寧的碾環(huán)機(jī)、雷菲爾德的旋壓機(jī)、 FELSS 的旋鍛機(jī)等等的鍛壓機(jī)械。日本的鍛壓機(jī)械和德國一樣，在世界上居于領(lǐng)先地位， 盡管在大型和重型鍛壓設(shè)備方面不如德國，但在數(shù)控鍛壓機(jī)械，尤其在伺服驅(qū)動壓力機(jī) 方面具有很高的技術(shù)水平。而在我國沈陽、大連兩市已基本成為全國數(shù)控車床、加工中 心的中央綜治委開發(fā)基地；在長江三角洲地區(qū)已成為數(shù)控磨床、電加工機(jī)床、板材加工 設(shè)備、等的主要生產(chǎn)基地。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本課題主要研究 CK6163 型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計，主要設(shè)計主軸箱和變速箱，還有涉及到進(jìn) 給機(jī)構(gòu)的設(shè)計，以及一些零部件的設(shè)計。而主要問題是：相關(guān)文獻(xiàn)資料的缺乏，對一些 結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的具體設(shè)計指導(dǎo)，以及制圖軟件的高級運(yùn)用技巧。 圖 1.1 CK6163 型數(shù)控機(jī)床 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 3 2 總體方案 2.1 CK6163 的現(xiàn)狀和發(fā)展 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體 化產(chǎn)品；其技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)； (3)自動控制技術(shù)；(4) 伺服驅(qū)動技術(shù)； (5)傳感器技術(shù)；( 6)軟件技術(shù)等。計算機(jī)對傳統(tǒng)機(jī)械 制造產(chǎn)業(yè)的滲透，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征，而且由于信息技 術(shù)的滲透，使制造業(yè)猶如朝陽產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展天地。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：智能 化 ；網(wǎng)絡(luò)化 ；集成化 ；微機(jī)電控制系統(tǒng) ；數(shù)字化 。 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考： 1、注重系統(tǒng)配套 ； 2、注重產(chǎn)品的可靠性 ；3、提倡 創(chuàng)新，加強(qiáng)服務(wù)。 2.2 CK6163 臥式車床的總體方案 由于該設(shè)計給出的已知條件是 16 級變速，對于主軸箱的設(shè)計采用雙聯(lián)齒輪、撥叉、 電磁離合器實(shí)現(xiàn)主軸的變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。進(jìn)給部分用數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進(jìn) 電機(jī)，實(shí)現(xiàn) X、Y 兩方向的進(jìn)給運(yùn)動；刀架采用四方刀架；參考的普通機(jī)床拆除其中的絲 杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；在主軸后端加一主軸編碼器，以便加 工螺紋。 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79 ，JB/Z143-79） 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D 是 630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 大于或等于 315mm；主 軸通孔直徑 d 要大于或等于 80mm；主軸頭號（JB2521-79 ）是 4.5；最大工件長度 L 是 1500mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：321000r/min；級數(shù)范圍是： 16 級；主軸前端孔錐度是公制 100 號；縱向進(jìn)給量 0.0120.47mm；刀架橫進(jìn)給量范圍(在直徑上) 是 0.0120.47mm； 刀架縱向和橫向進(jìn)給的脈沖當(dāng)量 0.01mm；主電機(jī)功率是 13kw。 本設(shè)計主要著重于主軸箱、變速箱和進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計。CK6163 型數(shù)控機(jī)床主要結(jié)構(gòu) 圖如圖 2.1 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.1 CK6163 型數(shù)控機(jī)床主 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 5 3 主軸箱的設(shè)計 3.1 主軸箱的運(yùn)動設(shè)計 3.1.1 已知條件 低轉(zhuǎn)速 nmin 為 32r/min，高轉(zhuǎn)速 nmax 為 1000r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 Rn=nmax/nmin=31.25 取 Rn=32 確定公比:選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為 1.25；求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z Z=lgRn/lg+1= lg32/lg1.25+1=16.53 取 Z=16 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析式 確定結(jié)構(gòu)式：16=2222 16=224 16=242 根據(jù)擬定轉(zhuǎn)速圖的原則篩選結(jié)構(gòu)式 1.極限傳動比、極限變速范圍原則； 2.確定傳動順序及傳動副數(shù)的原則“前多后少”的原則； 3.確定傳動順序與擴(kuò)大順序相一致的原則“前密后疏” 的原則； 4.確定最小傳動比的原則“前慢后快” （降速） ， “前快后慢” （升速）的原則。 經(jīng)整理得： 16=2 1222428 3.1.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 (1)選定電動機(jī) 一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)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(jī)。Y 系列電動機(jī)高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運(yùn)行安全可 靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇 Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為 1460r/min。 （2）分配總降速傳動比 總降速傳動比為 uII=nmin/nd=32/14600.0213,nmin 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要 增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分 擔(dān)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）確定各級轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 由 nmin= 32r/min;=1.25；z = 16 確定各級轉(zhuǎn)速： 1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80、63、40、32r/min。 本設(shè)計有四種傳動機(jī)構(gòu)，四段無級變速： (1)IV V VI VII VIII (2)IV V VII VIII (3)IV VI VII VIII （下?lián)懿孀螅?(4)IV VI VII VIII （下?lián)懿嬗遥?先來確定 IV 軸的轉(zhuǎn)速 nmax=1450130/18640/3236/36190/304=791；取 nmax=800 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 nmin=145032/4032/40190/304=405；取 nmin=400 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖跟結(jié)構(gòu)式，可確定 IV 軸的轉(zhuǎn)速為 400、500、630、800r/min 確定軸 V 的轉(zhuǎn)速 因?yàn)?IV 軸跟 V 軸是 1：1 傳遞，所以 V 軸的轉(zhuǎn)速等同 IV 軸轉(zhuǎn)速： 400、500、630、800r/min。 確定軸 VI 的轉(zhuǎn)速 由軸 IV 傳遞到軸 VI 可以得到四級轉(zhuǎn)速：400、500、630、800r/min 由軸 V 傳遞到軸 VI 可以得到四級轉(zhuǎn)速：40024/60=160 ；50024/60=200 ；63024/60=252 取 n=250 ；80024/60=320 取 n=315 所以 VI 軸的轉(zhuǎn)速確定為 160、200、250、315、400、500、630、800r/min 確定軸 VII 的轉(zhuǎn)速 由軸 IV 經(jīng)軸 V 直接傳遞到軸 VII 可以得到四級轉(zhuǎn)速：400、500、630、800r/min 由軸 IV 經(jīng)軸 VI 傳遞到軸 VII 可以得到八級轉(zhuǎn)速：80024/60=160 ；63024/60=125；50024/60=100；40024/60=80 (80060/24=2000 3060/24=1575 n=1600 50060/24=1250 40060/24=1000) 由軸 IV 經(jīng)軸 V 傳遞到軸 VI 再傳遞到軸 VII 可以得到四級轉(zhuǎn)速：31524/60=160 25024/60=100 20024/60=80 16024/60=63 確定 VII 軸的轉(zhuǎn)速為： 2000、1600、1250、1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80 、63r/min 3.1.4 確定轉(zhuǎn)速圖 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 7 圖 3.1 CK6163 轉(zhuǎn)速圖 3.1.5 確定各變速組傳動副齒數(shù) 軸 IV-V: 1/ia/2i 時： 64、66、68、70、72、74、76、84i zS 時： 64、66、68、70、72、74、76、84/1i 可取 84,于是可得軸 IV 齒數(shù)為：42；于是 zS 1/ia 可得軸 V 上的齒輪齒數(shù)為：42 軸 V-VI: ，5.2/1ib 時： 69、72、73、76、77、80、81、84、875.2/1ibz 可取 84，于是可得軸 V 上齒輪的齒數(shù)為：24；zS 于是 ，得軸 VI 上齒輪的齒數(shù)為：6060/41i 軸 VI-軸 VII: 5.21ci 時： 72、75、78、81、84、87、89、902zS 可取 84；得軸 VI 齒輪齒數(shù)為 24；zS 由 ； 得 VII 軸齒輪齒數(shù)為 605.1ci VII-軸 VIII： 21di 時： 72、75、78、81、84、87、89、9021dizS 可取 90.得軸 VII 齒輪齒數(shù)為 30；由 得 VIII 軸齒輪齒數(shù)為 6021di 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 3.2 CK6163 床頭箱傳動系統(tǒng)圖 3.2 齒輪傳動設(shè)計 3.2.1 漸開線直齒輪設(shè)計 （1）選擇齒輪材料及精度等級: 因?yàn)槭?1:1 傳遞,所以兩齒輪材料選擇一致:齒輪選用合金鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220250HBs ； 選 8 級精度，要求齒面粗糙度 Ra3.26.3 m （2）模數(shù)的確定： 在 IV 軸 上 42 齒 數(shù) 的 齒 輪 最 容 易 受 損 ， 所 以 應(yīng) 以 42 齒 數(shù) 齒 輪 位 代 表 進(jìn) 行 模 數(shù) 計 算 ， 因 為 ： (3.1) 132.6FSdKmTYz 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.11“載荷系數(shù) K”得： ，因?yàn)椋?.2K (3.2) 619.50pn 式子中 P為主動軸的傳輸功率 n為從動軸的的轉(zhuǎn)數(shù) IV 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 為 ： 140/minnr CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 9 則有 (3.3) 619.50pTn13.4kw6m 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表 11.19 得 1d 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.13“標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形系數(shù) ”得：YF 當(dāng) z=42 時 所對應(yīng)的外齒輪齒形系數(shù) 2.4F 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.14“標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) ”得：S 當(dāng) z=42 時 所對應(yīng)的外齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 1.67S 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)圖 11.24 得： lim20FMPa 查圖 11.25 得： 1NY 查表 11.9 得： 因?yàn)?3FSli/FNFYS 所以 20/6F 經(jīng)整理得： 6321.41760m 取4.27 于是軸 IV 齒輪的直徑為 ；mdb81 因?yàn)槭菨u開線標(biāo)準(zhǔn)直齒輪,所以 V 軸齒輪的模數(shù)也為 m=4. ；mdb168422 （3）校核齒輪 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核: 如果 ，則校核合格。21FFSKTYbmd 確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)： 齒形系數(shù) ； 查表 11.12 得 F2.41FY 應(yīng)力修正系數(shù) ；查表 11.13 得 s 67s 許用彎曲應(yīng)力 F 由圖 11.24 查得 lim210MPa 由表 11.9 查得 .3FS 由圖 11.25 查得 sY 由式 21FFSKTbmd 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 可得2106.3FMPa 故 21.3062.41878FFS FKTYMPabmz 齒根彎曲強(qiáng)度校核合格. 驗(yàn)算齒輪的圓周速度 16403.51/60dnvms 查表可知,選 8 級精度是合適的. 3.2.2 斜齒輪設(shè)計 （1）選擇齒輪材料及精度等級: 按表查得選擇齒輪的材料為 小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220-150HBs； 大齒輪選用 45 鋼正火，硬度為 170-210HBs； 選 8 級精度，要求齒面粗糙度 Ra3.2-6.3um。 （2）確定設(shè)計準(zhǔn)則 由于為閉式齒輪傳動,且兩齒輪均為齒面硬度 HBs 小于等于 350 的軟齒面,齒面點(diǎn)蝕 是最主要的失效形式.應(yīng)選按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計計算,確定齒輪的主要參數(shù)和尺 寸,然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根的彎曲強(qiáng)度 （3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù): 轉(zhuǎn)矩 T1 (3.3) 69.50pn3.kw6190m 荷系數(shù) 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.11“載荷系數(shù) K”得：K=1.1 齒數(shù) ,螺旋角 和齒寬系數(shù)1Zd 小齒輪齒數(shù)取為 30，大齒輪齒數(shù)是 60 初選螺旋角 =15 彈性系數(shù) E 由表 11.11 查得 189.Z 許用接觸應(yīng)力 H CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 11 查 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)由圖 11.23 查得： lim1560HMPali23 由表 11.9 查得 HS (3.4)7160610524.8610hNnjL72/3.9i 查圖 11.26 得 12NZ 由 可得：lim/HHS1li560MPa2li/2N 故 631.931.dm1cos5cos4.920mnZ 由表 11. 3 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為 m=4.5 確定中心距 a 螺旋角 ：0(2)4.5(36)29.64coscos1nam 取中心距 a=210mm 主要尺寸計算： 104.5319.76cosmnZd2.628.5m139db 取 , 。240m1b 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)： a 當(dāng)量齒數(shù)： 1330.28cosVZ26.7vv b 齒形系數(shù) FY 查表得： ；1.54F2.30 c 應(yīng)力修正系數(shù) S 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 查表得： ；1.63SY21.7S d 許用彎曲應(yīng)力 F 由圖查得： lim10FMPali29 由表查得 .3S 由圖查得： 12NY 由式： lim/FFS 可得： li16MPali/4FNF 故： 11.cosKTbz6FSFYPa2S21 21FMaY 齒根彎曲強(qiáng)度校核合格. 驗(yàn)算齒輪的圓周速度 (3.5)3960.45/1/601dnvms 由表得可知,選 8 級精度是合適的. 3.3 主軸傳動設(shè)計 3.3.1 確定主軸最小直徑 （1）選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力 由已知條件可知此主軸箱傳遞的功率屬中小功率,對材料無特殊的要求,故選 45 號鋼 并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,由機(jī)械設(shè)計一書中表 16.1 查得強(qiáng)度極限 =637MPa,再由表 16.3 得許B 用彎曲應(yīng)力 。160bMPa （2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 由式： (3.6)3311d87pCn 考慮到主軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器,會有鍵槽存在.故需要將估算直徑加大.設(shè)計 手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑 10m 3.3.2 主軸最佳跨距的確定 主要參數(shù)工件最大直徑 車床，功率 .求軸承剛度，考慮機(jī)械效率，6313PKW 主軸最大輸出轉(zhuǎn)距： .8590761PTNm CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 13 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 60%,取 50%即 ,315m 切削力： NFC6701. 背向力： P3805. 故總的作用力： FCP2 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半, 故主軸軸端受力為： /379N 先假設(shè)： mlal25,3/ 前后支撐 分別為：BARNlaFlB12605739239 根據(jù)： 9.1.8.0cos)(.izldKarrv39,26AvB8.1.,7,2,30aaBAlmlziz0.90.81.53cos89A N.10. .3.9267BK/.7AB/85edm44640.5.0.62.3910I 1362.5889.75AEKa 。查 線 圖 0/l,與 原 假 設(shè) 相 符 732lm 3.3.3 主軸剛度的校核 前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 ml 68.075.312743 當(dāng)量外徑 mde 56.801435684 444 主軸剛度：由于 .086.5.0/ eid 故根據(jù)式（10-8） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 mNaldkAies /3.149075846.103103 9224244 對于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比 3. 當(dāng) v=50m/min,s=0.1mm/r 時, ,8.6,/mNkcb 取： Db87.6%502.0.maxli KB 34os3.15.28764 計算 ：A mNlaK mLABABA /5.7681.24.075286.3.8414.06. 1.,.3.022max 加 上 懸 伸 量 共 長 mNs /.1/0.75.1 可以看出，該機(jī)床主軸是合格的. 3.4 帶傳動設(shè)計 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 ,傳遞功率 ,傳動比 ，4/minnr3PKW1.6i 1確定計算功率 取 ，則1.AK (3.7).3caAP 2選取 V 帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選 B 型帶。 3確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速 查表小帶輪基準(zhǔn)直徑 ,md190mid3046.19102 驗(yàn)算帶速成 (3.8)6nv 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；1 -小帶輪直徑，mm；d ,合適25/14.06594.3smv 4確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度 設(shè)中心距為 ,則 ：0a1212.()()dad 于是： ,387.29 初取中心距為： 04 帶長： 0 21210 4)()(adaL CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 15 m158340)93()190(24.302 查表取相近的基準(zhǔn)長度 ，dL 。mLd16 帶傳動實(shí)際中心距 ad5.40820 5驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 。12 。合適。2118057.364.0da 6確定帶的根數(shù) (3.9)LckpZ)(0 其中：P 時傳遞功率的增量；1iA -按小輪包角 ，查得的包角系數(shù)； -長度系數(shù)；Lk 為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。490.5)46.019.2(8Z 7計算帶的張緊力 F (3.10)20).2(qvkvZpca 其中： -帶的傳動功率,KW；ca v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 NF 7.19342.70)95.2(4.9850 8計算作用在軸上的壓軸力 (3.11)ZQ 52.16sin.32sin10 3.5 滾珠螺母絲杠 3.5.1 滾珠絲杠副的種類與結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠螺母副：是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系 統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。 工作原理是：當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 3.5.2 內(nèi)循環(huán)式 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。如圖 3。在螺母的側(cè)面 孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導(dǎo)滾珠越過絲杠的螺紋頂部進(jìn)入相鄰 滾道，形成一個循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有 24 個反向器，并沿螺母圓周均勻分 布。 優(yōu)缺點(diǎn)：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小，但制造 精度要求高。 圖 3.3 內(nèi)循環(huán)示意圖 1凸鍵；2、3反向鍵； 3.5.3 外循環(huán)式 外循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)反向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn) 動。如圖 3.4， （a ）為螺旋槽式外循環(huán)（ b）為插管式外循環(huán)。 優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。 圖 3.4 外循環(huán)示意圖 （a ）螺旋槽式：1套筒；2螺母；3滾珠；4擋珠器；5絲杠 （b）插管式：1彎管；2壓板；3絲杠；4滾珠；5滾道 3.5.4 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù) 滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑 D、導(dǎo)程 L 和接觸角 。 公稱直徑 D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能 力直接有關(guān)，常用范圍為 3080 mm，一般大于絲杠長度的 1/351/30。 2）導(dǎo)程 L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機(jī)床加工精度的要求確定，精度高時，導(dǎo)程小一些； CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 17 精度低時，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降； 若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程 數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。 3.5.5 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）摩擦因素小，傳動效率高。滾珠絲杠副的傳動效率可達(dá) 0.920.96，比常規(guī)的絲 杠螺母副提高 34 倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠的 1/41/3。 2）可預(yù)緊消隙。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的間隙，反向運(yùn)動時無死區(qū)，定 位精度高，剛度好。 3）運(yùn)動平穩(wěn)，低速時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 4）運(yùn)動具有可逆性?？梢詮男D(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動，即絲杠和螺母均可以作為主動件。 5）磨損小，使用壽命長。 6）所需傳動轉(zhuǎn)矩小。 7）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高， 故制造成本高。 8）不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于處于重慣性力的作用，常需添加輔助制動 裝置。 3.5.6 滾珠絲杠副的安裝支撐方式 為提高傳動剛度，滾珠絲杠合理的支撐結(jié)構(gòu)及正確的安裝很重要一般采用高剛度的 止推軸承支撐結(jié)構(gòu)，以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。 (a)(b)(c)(d) 圖 3.5 支承方式 （a）一端裝止推軸承（固定-自由式）。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲 杠，如用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控機(jī)床的垂直坐標(biāo)中。 （b）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式）。當(dāng)滾珠絲杠較長時， 一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承 的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源（如液壓馬達(dá)）。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 （c）兩端裝止推軸承 將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動剛度。但這種 安裝方式對熱伸長較為敏感。 （d）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式） 為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉 力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。 4 變速箱的設(shè)計 4.1 運(yùn)動部分計算 4.1.1 參數(shù)確定的步驟和方法 (1)極限切削速度 umaxumin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 工藝要求 刀具和工 件材料等因素。允許的切速極限參考值如機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書 。然而，根 據(jù)本次設(shè)計的需要選取的值如表 4.1。 表 4-1 計參數(shù)選取表 加工條件 umax=300m/min umin=8m/min 硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件 3050 硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150300 螺紋（絲杠等）加工鉸孔 38 (2)主軸的極限轉(zhuǎn)速 計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別取（0.10.2）D 和 （0.450.5）D。由于 D=630mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： nmax= r/min （4.1）max10(.2)u =7581517r/min ，取 =1000r/m； maxn nmin= r/min （4.2）min(0.45.)D CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 19 在 中考慮車螺紋和絞孔時，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況選取 0.1D 和 50min 左右。 所以：nmin= =32r/minmaxin10du 由于轉(zhuǎn)速范圍： R= =in3210 =31.25 ； 因?yàn)榧墧?shù) Z 已知：Z=16 級 。 現(xiàn)以 =1.26 和 =1.41 代入 R= 1z 得 R=32 和 173 ，因此取 =1.26 更為合適。 各級轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以 =1.06 的從 110000 的數(shù)值，因 =1.26= ，從表中找到 nmax=1000r/min，就可以每隔 4 個數(shù)406. 值取一個數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，32 。 (3)主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) z 和公比 已知 =Rn (4.3)maxin Rn= 且： z=-1 ba32 因機(jī)床的電動機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動居多，因此， 傳動系統(tǒng)中若按傳動順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位 N.m）T= ，當(dāng)傳遞功率一定時，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同nP950 時，傳動件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動副數(shù)較多的變速組安排在 前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如 下： 16= 。8121212 (4)主電機(jī)功率動力參數(shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率 N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn) 需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是 一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法， 中型車床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計書表中推薦的數(shù)值?。篜=13kw 4.2 傳動設(shè)計 4.2.1 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計的需要可 以參考一下這個方案。 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有 Z1、Z2、Z3個傳動 副。即 Z=Z1Z2Z3傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 和 3 的因子積為合適，即變速級數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子:Z= ba 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè) 計所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17 個 軸向尺寸 19b 傳動軸數(shù)目 8 根 操縱機(jī)構(gòu) 簡單，兩個雙聯(lián)滑移齒輪 根據(jù)以上分析及計算，擬定變速箱傳動結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 4.1 變速箱傳動結(jié)構(gòu)圖 圖 4.1 中，第軸至第軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4= 12 圖 4.1 中，第軸至第軸，機(jī)床主軸箱傳動系統(tǒng)采用分離傳動，其主要特點(diǎn)是： （1） 在滿足傳動副極限傳動比的條件下，可以得到較大的變速范圍。 （2） 高速由短支傳動，有助于減少高速時機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺 寸可相對小些。 （3） 變速級數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受 2，3 因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法 配合，幾乎可以得到任意的變速級數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。 4.2.2 主傳動順序的安排 16 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動組安排方式時，要考 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 21 慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在軸上如果安裝摩擦離合器時，應(yīng)減 小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以 2 為宜，本次設(shè)計中就是采用的 2，一對是 傳向正傳運(yùn)動的，另一個是傳向反向運(yùn)動的。 主軸對加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組 的傳動副選用 2，或者用一個定比傳動副。 4.2.3 傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對于 16 級的傳動只有一種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這一個方案，可為了使結(jié)構(gòu)和 其他方面不復(fù)雜，同時為了滿足設(shè)計的需要，選擇的設(shè)計方案是： 16=22x 21+ 22x 21+ 22x 21 x 28 傳動方案的擴(kuò)大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計中，擴(kuò)大順序和傳動 順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動。 4.2.4 傳動組的變速范圍的極限植 在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的 直徑過大，齒輪傳動副最小傳動比 umin ，最大傳動比 umax2，決定了一個傳動組的14 最大變速范圍 rmax=umax/nmin8 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。 極限傳動比及指數(shù) x， 值為：, 表 4-2 極限傳動比數(shù)值 極限傳動比指數(shù) 1.26 x：umin= =1x 4 6 值；umax= =2 3 （x+ ）值：umin= =8 x 9 4.2.5 最后擴(kuò)大傳動組的選擇 正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結(jié)構(gòu)式為： Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2 即是：Z=16=22212228 4.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運(yùn)動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上， 選擇電機(jī)型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動逐步具 體化。 4.3.1 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī) 型號時，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 機(jī)功率 N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求 應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值：N=13kw 電機(jī)轉(zhuǎn)速 nd： 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 類比同類機(jī)床 CM6163，在此處選擇的是：nd=1450r/min 這個選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax和軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過 大的升速或過小的降速傳動。 4.3.2 雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī) 4.3.3 電機(jī)的安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā) 蘭式兩種。本次設(shè)計的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查 到。 4.3.4 常用電機(jī)的資料 根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用：Y132M-4 4.3.5 齒輪傳動比的限制 機(jī)床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比： 升速傳動中，最大傳動比 umax2。過大，容易引起震動和噪音。 降速傳動中，最小傳動比 umin1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太 大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 4.4 帶輪傳動部分的設(shè)計 根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動比，就可以確定帶輪直徑。 4.4.1 帶輪直徑確定的方法、步驟 選擇三角型號 一般機(jī)床上的都采用三角帶。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號（詳情見 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo) 4-1 節(jié)） 。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動 帶數(shù)為 35 根為宜。 本次設(shè)計中所選的帶輪型號和帶輪的根數(shù)如下：B 型帶輪：選取 3 根。 確定帶輪的最小直徑 Dmin（D ?。?各種型號膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。 根據(jù)皮帶的型號，從教科書機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)教程 查表可?。篋min=186mm 計算大帶輪直徑 D 大 根據(jù)要求的傳動比 u 和滑功率 確定 D 大。當(dāng)帶輪為降速時： （4.4）1D小大 三角膠帶的滑動率 =2%。 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 23 三角傳動中，在保證最小包角大于 120 度的條件下，傳動比可取 1/7 u3。對中型通用機(jī)床，一般取 12.5 為宜。 因此，137.2mmD 大343mm 經(jīng)查表?。篋 大=304mm 4.4.2 三角帶傳動的計算 三角帶傳動中，軸間距 A 可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因 而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩(wěn)。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸 出軸的定比傳動。 4.4.3 選擇三角帶的型號 根據(jù)計算功率 Nj（kw）和小帶輪 n1（r/min）查圖選擇帶的型號。 計算功率 Nj=KWNd kW 式中 N d電機(jī)的額定功率，K W工作情況系數(shù)。 車床的起動載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時，?。篕 W=1.1 帶的型號是：B 型號 4.4.4 確定帶輪的計算直徑 D1、D 2 1）.小帶輪計算直徑 D1 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 D1不 宜過小，要求大于許用最小帶輪直徑 Dmin，即 D1D min。 各型號帶對應(yīng)的最小帶輪直徑 Dmin可查表得：D 1=186r/min 2）.大帶輪計算直徑 D2 （4.5）min112 =304r/min 式中: n 1-小帶輪轉(zhuǎn)速 r/min; n2-大帶輪轉(zhuǎn)速 r/min; -帶的滑動系數(shù),一般取 0.02. 算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)。 3）.確定三角帶速度 u 具體的計算過程如下： （4.6）smnDu/106 = 48 =10.6m/s 對于 O、A、B、C 型膠帶，5m/su25m/s。 而 u=510m/s 時最為經(jīng)濟(jì)耐用。 此速度完全符合 B 型皮帶的轉(zhuǎn)速。 4）.初定中心距 A0： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選?。?A0=（0.62） （D 1+D2） mm =490（0.62）mm =294mm980mm 取 A 0=760 mm 中心距過小，將降低帶的壽命；中心距過大時，會引起帶振動。中型車床電機(jī)軸至變速 箱帶輪的中心距一般為 750850mm。 5）.確定三角帶的計算長度 L0及內(nèi)周長 LN。 三角帶的計算長度是通過三角帶截面重心的長度。 （4.7）mADAL02121042 = 7683867 =2131.7mm 圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度 L=2132 mm 經(jīng)查表 L N=2000 mm 修正值 Y=33 6）.驗(yàn)算三角帶的擾曲次數(shù) u 40 次/s （則合格）Lmu10 式中：m-帶輪個數(shù)。如 u 超限。可加大 L（加大 A）或降低 u（減少 D2、 D1）來解決。 代入數(shù)據(jù)得 2031u =10.5 次/s 40 次/s 是合格的，不需作出任何修改。 7）.確定實(shí)際中心距 A （4.8）mLA2007.1365.497 = 710.65 mm 8）.驗(yàn)算小帶輪包角 1 1180-（D 2-D1）/A*60120 （4.9） 如果 1過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。 代入數(shù)值如下： CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計 25 （4.10）6018012AD =176.98120 經(jīng)校核合格。 9）.確定三角帶根數(shù) z （4.11）10CNzi 式中：N 0-單根三角帶在 1=180、特定長度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。 （ C1-包角系數(shù)。 ） 參數(shù)的選擇可以根據(jù)書中的表差?。?N0=2.71；C 1=0.99；Kw=1.1 帶入數(shù)值得： 10zi 10NKdw 9.7253 所以，傳動帶根數(shù)選 3 根。 次此公式中所有的參數(shù)沒有作特別說明的都是從機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo) 4.5 齒輪傳動部分的設(shè)計 選擇以機(jī)床變速箱中第軸和第軸間，兩嚙合直齒圓柱齒輪 Z1 和 Z2，對其進(jìn)行齒 輪傳動部分的設(shè)計和驗(yàn)算