CJK6150數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)－主軸箱和尾座部件
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分 類(lèi) 號(hào)
密 級(jí)
寧寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
CJK6150數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)－主軸箱和尾座部件
所在學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
誠(chéng) 信 承 諾
我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫(xiě)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《CJK6150數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)－主軸箱和尾座部件》均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋?zhuān)粲胁粚?shí)，后果由本人承擔(dān)。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來(lái)越高，加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來(lái)越高。在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)過(guò)程主要對(duì)車(chē)床主傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
車(chē)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，即：根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值；通過(guò)分析比較，選擇傳動(dòng)方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類(lèi)型和電動(dòng)機(jī)功率，確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、主軸、齒輪、滾動(dòng)軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后，要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤(rùn)滑與密封、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：車(chē)床；數(shù)控；傳動(dòng)系統(tǒng)
Abstract
With the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe.
CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme "structured", design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design.
Key Words: Lathe; CNC; Transmission System
目 錄
摘 要 3
Abstract 4
目 錄 6
第1章 緒 論 9
1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 9
1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì) 9
1.1.2數(shù)控技術(shù) 10
1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 12
1.1.4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 14
1.2數(shù)控車(chē)床的工藝范圍及加工精度 15
1.2.1工藝范圍 15
1.2.2加工精度 15
1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 16
1.3.1畢業(yè)設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù) 16
1.3.2技術(shù)要求 16
第2章 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 17
2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 17
2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 17
2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 17
2.1.3確定結(jié)構(gòu)式 17
2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 17
2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 18
2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) 19
2.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 20
第3章 傳動(dòng)件的計(jì)算 22
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 22
3.2選擇帶型 23
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 23
3.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角 24
3.5確定帶的根數(shù)z 25
3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 25
3.7確定帶的張緊裝置 25
3.8計(jì)算壓軸力 25
3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 27
3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 28
3.5 主軸合理跨距的計(jì)算 32
第4章 主要零部件的選擇 34
4.1電動(dòng)機(jī)的選擇 34
4.2 軸承的選擇 34
4.3變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 34
4.4 軸的校核 34
4.5 軸承壽命校核 36
第5章 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 38
5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 38
5.2 展開(kāi)圖及其布置 38
第6章 尾座部分的設(shè)計(jì) 39
6.1尾座套筒的設(shè)計(jì) 39
6.2尾座體的設(shè)計(jì) 40
6.3尾座頂尖的設(shè)計(jì) 40
6.4液壓缸的設(shè)計(jì) 40
6.5尾座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 41
6.6尾座孔系設(shè)計(jì) 42
6.6.1配合 42
6.6.2套筒孔的設(shè)計(jì) 42
6.6.3孔和鍵的設(shè)計(jì) 43
6.7撓度、轉(zhuǎn)角、液壓缸內(nèi)徑、鎖緊力的計(jì)算及校核 43
6.7.1撓度的計(jì)算 44
6.7.2轉(zhuǎn)角的計(jì)算 45
6.7.3壓板處螺栓直徑的校核 45
6.7.4液壓缸內(nèi)徑的校核 46
6.7.5尾座鎖緊力的驗(yàn)算 46
第7章 尾座精度的設(shè)計(jì) 48
7.1表面粗糙度的確定 48
7.2尾座與機(jī)床形位公差的確定 48
7.3底面及立導(dǎo)向面形位公差的確定 49
總結(jié) 50
參考文獻(xiàn) 51
致謝 52
第1章 緒 論
第1章 緒 論
1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì)
（1）數(shù)控機(jī)床：1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類(lèi)創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類(lèi)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類(lèi)進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。
6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。
①數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）
早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺(tái)機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。
②計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）
到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件--運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱(chēng)之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱(chēng)為中央處理單元（簡(jiǎn)稱(chēng)CPU）。
到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱(chēng)之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控。
到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿(mǎn)足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。
總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國(guó)外稱(chēng)為PC-BASED）。
還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱(chēng)數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。
1.1.2數(shù)控技術(shù)
隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)控制、精密檢測(cè)及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。近幾年一些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進(jìn)給伺服、超高速切削等技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高等，加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
① 高速高效高精度
高生產(chǎn)率。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進(jìn)，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大大提高，減少了切削時(shí)間和非切削時(shí)間。加工中心的進(jìn)給速度已達(dá)到80m/min～120m/min，進(jìn)給加速度達(dá)9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時(shí)間小于1s。高加工精度。以前汽車(chē)零件精度的數(shù)量級(jí)通常為10 μm，對(duì)精密零件要求為1 μm，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對(duì)精度要求提高到0.1 μm，有些零件甚至已達(dá)到0.01 μm，高精密零件要求提高機(jī)床加工精度，包括采用溫度補(bǔ)償?shù)?。微機(jī)電加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下，表面粗糙度為納米數(shù)量級(jí)，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機(jī)床。
②柔性化
柔性化包括兩個(gè)方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，便于不同用戶(hù)的需求；二是DNC 系統(tǒng)的柔性，同一DNC系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。
③工藝復(fù)合化和多軸化
數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化，是指工件在一臺(tái)機(jī)床上裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機(jī)床，可完成鉆、鏜、銑、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復(fù)合數(shù)控加工中心，以及車(chē)削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動(dòng)控制功能。
④ 實(shí)時(shí)智能化
早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能，則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種智能行為?？茖W(xué)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)與人工智能已實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。
⑤ 結(jié)構(gòu)新型化
20 世紀(jì)90 年代一種完全不同于原來(lái)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床被開(kāi)發(fā)成功。這種新型數(shù)控機(jī)床被稱(chēng)為“6條腿”的加工中心或稱(chēng)虛擬軸機(jī)床(有的還稱(chēng)為并聯(lián)機(jī)床)，它能在沒(méi)有任何導(dǎo)軌和滑臺(tái)的情況下，采用能夠伸縮的“6條腿”(伺服軸)支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺(tái)和安裝工件的下平臺(tái)相連。它可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2～10 倍。這種數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來(lái)重大變革和創(chuàng)新。
⑥ 編程技術(shù)自動(dòng)化
隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備類(lèi)型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復(fù)雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對(duì)加工過(guò)程的直觀檢查。為彌補(bǔ)手工編程和NC 語(yǔ)言編程的不足，近年來(lái)開(kāi)發(fā)出多種自動(dòng)編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動(dòng)編程系統(tǒng)、會(huì)話式自動(dòng)編程系統(tǒng)、語(yǔ)音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動(dòng)編制加工程序，同時(shí)可動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點(diǎn)是速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便，已成為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。
⑦ 集成化
數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運(yùn)行速度，應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質(zhì)量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與CRT 顯示器抗衡的新興顯示器，是21 世紀(jì)顯示器主流。它應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融于一體,通過(guò)提高集成電路密度，減小互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格、改進(jìn)性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。
⑧ 開(kāi)放式閉環(huán)控制模式
采用通用計(jì)算機(jī)組成的總線式、模塊化、開(kāi)放、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁減、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類(lèi)型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是一個(gè)有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量。在加工過(guò)程中采用開(kāi)放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
（1）數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，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)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)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(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。總之，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(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(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(dòng)控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù):(5)傳感器技術(shù):(6)軟件技術(shù)等。
（2）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)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)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。
①高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢(shì)
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)將其確定21世紀(jì)的中心研究方向之一。
在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
目前高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車(chē)廠，包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國(guó)CINCINNAT工公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h;德國(guó)DMG公司的雙主軸車(chē)床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000r/mm
在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由l0um提高到5} m，精密級(jí)加工中心則從3}5um，提高到1一1.5}m，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)。
在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值己達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到
了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
②智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)
21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等;簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
③數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性
數(shù)控設(shè)備是集機(jī)電一體化的產(chǎn)品，由于其自動(dòng)化程度高，所以對(duì)其安全性和可操作性有了更高的要求。
1.1.4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展
近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多
的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。
2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1. 8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28. 5%，機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。
2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界
排名上升到第3位，達(dá)47. 39億美元，僅次于美國(guó)的53. 67億美元，消費(fèi)
額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24. 06億美元，比上年增長(zhǎng)27％。
近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。
1.2數(shù)控車(chē)床的工藝范圍及加工精度
1.2.1工藝范圍
數(shù)控車(chē)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)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(fù)雜的軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過(guò)程序控制自動(dòng)完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。
1.2.2加工精度
由于數(shù)控車(chē)床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車(chē)床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過(guò)程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通車(chē)床要寬得多。
1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控車(chē)床剛性好，制造和對(duì)刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車(chē)代磨。
2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
數(shù)控車(chē)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(lái)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(chē)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(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。
3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控車(chē)床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車(chē)床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。
4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件
普通車(chē)床所能車(chē)削的螺紋類(lèi)型相當(dāng)有限，它只能車(chē)等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺(tái)車(chē)床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車(chē)床不但能車(chē)削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車(chē)變螺距螺紋，還可以車(chē)高精度螺紋。
1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求
1.3.1畢業(yè)設(shè)計(jì)題目和主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)：床身最大回轉(zhuǎn)直徑：500mm，拖板最大回轉(zhuǎn)直徑：≥250mm，最大加工長(zhǎng)度：750mm，主軸轉(zhuǎn)速：90～2000r/min，縱向進(jìn)給最大速度：4m/min，橫向進(jìn)給最大速度：4m/min。主電機(jī)功率5.5Kw。
1.3.2技術(shù)要求
（1）利用電動(dòng)機(jī)完成換向和制動(dòng)。
（2）各滑移齒輪塊采用單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。
（3）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
53
第2章 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
第2章 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定
2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍
根據(jù)【1】公式（3-2）因?yàn)橐阎? ，，=1.41
∴Z=+1=10
根據(jù)【1】表3-5 標(biāo)準(zhǔn)公比。這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41
2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列
轉(zhuǎn)速數(shù)列。因?yàn)?1.41=1.066，根據(jù)【1】表3-6標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速45，再每跳過(guò)5個(gè)數(shù)取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.41的數(shù)列： 90，125，180，250，355，500，710,1000,1400,2000
2.1.3確定結(jié)構(gòu)式
對(duì)于Z=10可以按照Z(yǔ)=12來(lái)定
實(shí)現(xiàn)12級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫(xiě)成多種傳動(dòng)副組合：
12＝3×4 12＝4×3
12＝3×2×2 12＝2×3×2 12＝2×2×3
12=2×3×2。
在上列兩行方案中，第一行的方案有時(shí)可以節(jié)省一根傳動(dòng)軸，缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，則會(huì)增加軸向尺寸；如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪同時(shí)嚙合，所以少用。
根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案12＝3×2×2是可取的。但是，由于主軸換向采用雙向離合器結(jié)構(gòu)，致使Ⅰ軸尺寸加大，此方案也不宜采用，而應(yīng)選用方案12＝2×3×2。
2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)
12=2×3×2的傳動(dòng)副組合，其傳動(dòng)組的擴(kuò)大順序又可以有以下6種形式：
A、12=21×32×26 B、12=21×34×22
C、12 =23×31×26 D、12=26×31×23
E、12=22×34×21 F、12=26×32×21
根據(jù)“前多后少”，“先降后升”，前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則, 選取傳動(dòng)方案 Z=12=23×31×26其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。已知該題設(shè)選用電機(jī)為二級(jí)調(diào)速電機(jī)，其分?jǐn)偭?-1級(jí)的2個(gè)級(jí)別的變速。
圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng)
2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（1）選擇電動(dòng)機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：
轉(zhuǎn)速圖
（3）畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，
畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖2-3,
1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù)
(1)Sz100-130,中型機(jī)床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20
圖2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin≥18—20,齒數(shù)和Sz≤130，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。
表2-2 齒輪齒數(shù)
傳動(dòng)比
基本組
第一擴(kuò)大組
第二擴(kuò)大組
1.41:1
1:2
1.41：1
1：1
1：1.41
2:1
1：2
代號(hào)
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z5
Z
Z6
Z6
Z7
Z7
齒數(shù)
47
34
27
54
41
29
35
35
29
41
87
43
43
87
2.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
實(shí)際傳動(dòng)比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)±10(-1)％,即
〈10(-1)％
對(duì)Nmax=2000r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速Nmax=1440×××=1890r/min
則有:
=0.9％〈4.1％
同理，因此滿(mǎn)足要求。
各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差轉(zhuǎn)速誤差都小于4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。
第3章 傳動(dòng)件的計(jì)算
第3章 傳動(dòng)件的計(jì)算
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸出功率P=5.5kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=500r/min
計(jì)算設(shè)計(jì)功率Pd
表4 工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
ⅰ類(lèi)
ⅱ類(lèi)
一天工作時(shí)間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動(dòng)小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動(dòng)較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4，
取KA＝1.1。即
3.2選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計(jì)》P297圖13－11選取。
根據(jù)算出的Pd＝6.05kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1=100mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=250mm
① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿(mǎn)足5m/s300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
3.7確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
3.8計(jì)算壓軸力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝130.59N，上面已得到=153.36o，z=6，則
對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱(chēng)為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見(jiàn)表7-3。裝在軸上的筒形部分稱(chēng)為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱(chēng)為輪幅（腹板），用來(lái)聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
?
符號(hào)
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時(shí))，如圖7 -6a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時(shí))，如圖7-6b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時(shí))，如圖7 -6c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時(shí))，如圖7-6d。
（a） （b） （c） （d）
圖7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類(lèi)型
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）
3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算
（1）.主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
由表3-2中的公式
＝90 ＝200.64r/min
結(jié)合變速數(shù)據(jù) 取主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min
(2). 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
在轉(zhuǎn)速圖上，軸Ⅲ在最低轉(zhuǎn)速90r/min時(shí)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)組傳動(dòng)副，。這個(gè)轉(zhuǎn)速高于主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，在恒功率區(qū)間內(nèi)，因此軸Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速即nⅢj=355/min,軸Ⅰ計(jì)算轉(zhuǎn)速為=500 r/min
（2）確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
由機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)可知，一對(duì)嚙合齒輪只需要校核危險(xiǎn)的小齒輪，因此只需求出危險(xiǎn)小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速這轉(zhuǎn)速都在恒功率區(qū)間內(nèi)，即都要求傳遞最大功率所以齒輪Z38的計(jì)算轉(zhuǎn)速為這3轉(zhuǎn)速的最小值即=355r/min
各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表3-1。
表3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速
軸 號(hào)
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min
500
250
355
（3） 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在主軸其中只有180r/min傳遞全功率，故Zj=180r/min。依次可以得出其余齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，如表3-2。
表3-2 齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速
序號(hào)
Z
Z
Z
Z
n
500
500
250
355
3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算
模數(shù)計(jì)算，一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即mj=16338可得各組的模數(shù)，如表3-3所示。
45號(hào)鋼整體淬火，
按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)m
1軸由公式mj=16338可得mj=2.34mm，取m=3mm
2軸由公式mj=16338可得mj=2.31mm，取m=3mm
3軸由公式mj=16338可得mj=3.21mm，取m=3.5mm
由于一般同一變速組內(nèi)的齒輪盡量取同一模數(shù)，所以為了統(tǒng)一和方便如下?。?
表3-3 模數(shù)
組號(hào)
基本組
第一擴(kuò)大組
第二擴(kuò)大組
模數(shù) mm
3
3
3.5
（2）基本組齒輪計(jì)算。
基本組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表
齒輪
Z1
Z1`
Z2
Z2`
齒數(shù)
47
34
27
54
分度圓直徑
141
102
81
162
齒頂圓直徑
147
108
87
168
齒根圓直徑
133.5
94.5
73.5
154.5
齒寬
24
24
24
24
按基本組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。計(jì)算如下：
① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：
式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動(dòng)機(jī)功率，N=4kW;
-----計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）. =160（r/min）;
m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）;
B----齒寬（mm）;B=24（mm）;
z----小齒輪齒數(shù)；z=27;
u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=1.78;
-----壽命系數(shù)；
=
----工作期限系數(shù)；
T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.;
-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min）
----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取=
m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6;
----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60
----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78
-----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2上， =0.60
-----工作狀況系數(shù)，取=1.1
-----動(dòng)載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1
------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1
Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386；
----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；
---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；
根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：
=635 Mpa
=78 Mpa
（3）第一擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。
第一擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表
齒輪
Z3
Z3`
Z4
Z4`
Z5
Z5`
齒數(shù)
41
29
35
35
29
41
分度圓直徑
123
87
105
105
87
123
齒頂圓直徑
129
93
111
111
93
129
齒根圓直徑
115
79.5
97.5
97.5
79.5
115
齒寬
24
24
24
24
24
24
按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。
同理根據(jù)基本組的計(jì)算，
查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，
=1，=1，m=3，=355；
可求得：
=619 Mpa
=135Mpa
（3）第二擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。
第二擴(kuò)大組齒輪幾何尺寸見(jiàn)下表
齒輪
Z6
Z6`
Z7
Z7`
齒數(shù)
87
43
43
87
分度圓直徑
304.5
150.5
150.5
304.5
齒頂圓直徑
311.5
157.5
157.5
311.5
齒根圓直徑
297.75
141.75
141.75
297.75
齒寬
28
28
28
28
按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。
同理根據(jù)基本組的計(jì)算，
查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，
=1，=1，m=3，=355；
可求得：
=619 Mpa
=135Mpa
3.5 主軸合理跨距的計(jì)算
主軸：選擇主軸前端直徑，后端直徑
對(duì)于普通車(chē)床，主軸內(nèi)孔直徑,故本例之中，主軸內(nèi)孔直徑取為
支承形式選擇兩支撐，初取懸伸量，支撐跨距。
選擇平鍵連接，
由于電動(dòng)機(jī)功率P=4KW，根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。
軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550=9550×=424.44N.m
假設(shè)該機(jī)床為車(chē)床的最大加工直徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟(jì)加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m；
切削力（沿y軸） Fc==4716N
背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N
總作用力 F==5272.65N
此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。
先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為
RA=F×=5272.65×=7908.97N
RB=F×=5272.65×=2636.325N
根據(jù) 文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；==2.15
主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為
I==113.8×10-8m4
η===0.14
查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm
合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。
根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實(shí)際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施
增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承
采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對(duì)背安裝的角接觸球軸承。
第4章 主要零部件的選擇
第4章 主要零部件的選擇
4.1電動(dòng)機(jī)的選擇
轉(zhuǎn)速n＝1440r/min，功率P＝5.5kW
選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
4.2 軸承的選擇
I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7007C 另一安裝深溝球軸承6012
II軸：對(duì)稱(chēng)布置深溝球軸承6009
III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7015C
另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7010C
中間布置角接觸球軸承代號(hào)7012C
4.3變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇
選用左右擺動(dòng)的操縱桿使其通過(guò)桿的推力來(lái)控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。
4.4 軸的校核
（a） 主軸的前端部撓度
（b） 主軸在前軸承處的傾角
（c） 在安裝齒輪處的傾角
E取為，
，
由于小齒輪的傳動(dòng)力大，這里以小齒輪來(lái)進(jìn)行計(jì)算
將其分解為垂直分力和水平分力
由公式
可得
主軸載荷圖如下所示：
由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm
計(jì)算（在垂直平面）
,,
，，
，，
計(jì)算（在水平面）
,,
，，
，，
合成：
4.5 軸承壽命校核
由П軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。
對(duì)Ⅱ軸受力分析
得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。
由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h
L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h
軸承壽命滿(mǎn)足要求。
第5章 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明
5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案
設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。畢業(yè)設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一0般只畫(huà)展開(kāi)圖。
主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。
精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。
主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是：
1 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。
2 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正。
3 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位置，以確
定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。
5.2 展開(kāi)圖及其布置
展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿
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