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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目：Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
學(xué) 生
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)Φ320MM數(shù)控車床的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。而我主要是針對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
數(shù)控設(shè)計(jì)主要傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本。通過控制橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證設(shè)計(jì)后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的傳動(dòng)效率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器再傳動(dòng)絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。
關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控設(shè)計(jì)， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠
Abstract
This design is about the common Lathe Φ320MM transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.
NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed.
Keywords: lathe, NC Transformation , Coupling ,Ball Screw
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1
1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 1
1.2 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 2
1.2 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 2
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 3
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 4
2.1 總體方案比較與確定 4
2.1主軸系統(tǒng)的方案確定 5
2.2安裝電動(dòng)卡盤 5
2.3換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 5
2.4螺紋編碼器的安裝方案 5
2.5進(jìn)給系統(tǒng)的與設(shè)計(jì)方案 6
2.6 尾座與設(shè)計(jì)方案 6
第3章 確定切削用量及選擇刀具 6
3.1科學(xué)選擇數(shù)控刀具 6
3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則 6
3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具 7
3.2 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn) 7
3.3 確定切削用量 7
3.3.1確定主軸轉(zhuǎn)速 7
3.3.2確定進(jìn)給速度 8
3.3.3 確定背吃刀量 8
第4章 Φ320mm的傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)計(jì)算 8
4.1.主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 8
4.2 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
4.2.1 主變速方案擬定 10
4.2.2 變速結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 10
4.3帶輪的設(shè)計(jì) 13
4.4 傳動(dòng)軸的直徑估算 16
4.4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 16
4.4.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 17
4.4.3 鍵的選擇 18
4.5傳動(dòng)軸的校核 18
4.5.1 傳動(dòng)軸的校核 18
4.5.2 鍵的校核 19
4.6 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 19
4.6.1 齒輪模數(shù)的確定 19
4.6.2 齒寬的確定 23
4.6.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
4.7 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.9 齒輪校驗(yàn) 26
4.9.1 校核a變速組齒輪 26
4.9.2 校核b變速組齒輪 28
4.9.3 校核c變速組齒輪 29
4.10 軸承的選用與校核 30
4.10.1 各軸軸承的選用 30
4.10.2 各軸軸承的校核 30
第5章 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 32
5.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 32
5.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件 32
5.3 滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算 33
5.4 同步帶傳動(dòng)計(jì)算 36
5.5 伺服電機(jī)的選擇 39
第6章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 41
6.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 41
6.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 43
結(jié)論 46
參考文獻(xiàn) 47
致謝 49
49
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)
數(shù)字控制機(jī)床（Numerical Control Machine Tools）簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置，經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成：
1）主機(jī)，它是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。
2）數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，相當(dāng)于人的大腦，它包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。
3）驅(qū)動(dòng)裝置，它是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸電機(jī)及伺服電機(jī)等。它在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線以及曲面的加工。
4）輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。
5） 編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。
與數(shù)控機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：
1）加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；
2）可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；
3）加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；
4）機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為數(shù)控機(jī)床的3-5倍）；
5）機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；
6）對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。
1.2 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析
數(shù)控機(jī)床能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切屑加工時(shí)間的比率；
使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)，加工的零件精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,從而有效的提高了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力；
數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性，因此能夠完成很多數(shù)控機(jī)床很難完成或者根本不能加工的、具有復(fù)雜型面、要求高精度的零件的加工；
許多數(shù)控機(jī)床如加工中心具有自動(dòng)換刀功能，使零件一次裝夾之后就能夠完成多個(gè)加工部位的加工，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，大大節(jié)省了設(shè)備和廠房面積；
生產(chǎn)者可以對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行預(yù)算，并對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理的安排，以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的；
應(yīng)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工人工作的環(huán)境質(zhì)量，增加了工人的生產(chǎn)積極性，促進(jìn)了生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。
隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型，數(shù)控機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。
1.2 數(shù)控機(jī)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(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、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動(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。
由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。
1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控車床剛性好，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，甚至可以以銑代磨。
2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)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(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)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)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(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。
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
數(shù)控機(jī)床最早是從美國(guó)開始研制的。1948年，美國(guó)帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末，由于價(jià)格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。
自1952年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。
第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。
第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。
第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。
第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。
第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。
目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。
近年來(lái)，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較
2.1 總體方案比較與確定
總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。
數(shù)控車床后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。
屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。
比較項(xiàng)目
方案一
方案二
確定后的方案
具體原因
主軸箱
分級(jí)變速采用
調(diào)速電機(jī)+
齒輪傳動(dòng)
采用三相異步
電機(jī)+減速器
方案一
變速級(jí)數(shù)比較多
滿足多種加工
需要，也符合
任務(wù)書要求
進(jìn)給機(jī)構(gòu)
滾珠絲杠
+步進(jìn)電機(jī)
滾珠絲杠
+伺服電機(jī)
方案一
脈沖當(dāng)量
步進(jìn)電機(jī)控制
的準(zhǔn)確
刀架
四工位回轉(zhuǎn)
刀架
六工位回轉(zhuǎn)
刀架
都可以
各有各的好處
尾座
液壓尾座
手動(dòng)普通尾座
液壓尾座
可通過數(shù)控系統(tǒng)
調(diào)整方便
數(shù)控系統(tǒng)
8位單片機(jī)
16位單片機(jī)
方案一
基本需求可以滿足
2.1主軸系統(tǒng)的方案確定
若要提高車床的自動(dòng)化程度，需要在加工中自動(dòng)變換轉(zhuǎn)速，可用2~4速的多速電動(dòng)機(jī)代替原有的單速主電動(dòng)機(jī)；當(dāng)多速電動(dòng)機(jī)仍不能滿足要求時(shí)，可用交流變頻器來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時(shí)，若工作頻率低于，原來(lái)的電動(dòng)機(jī)可以不更換，但所選變頻器的功率應(yīng)比電動(dòng)機(jī)大）。
Φ400MM車床時(shí)，若采用有級(jí)變速，可選用浙江超力有限公司生產(chǎn)的YD系列變級(jí)多速三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)檔變速；若采用無(wú)級(jí)變速，應(yīng)加裝交流變頻器，推薦型號(hào)為：F100-G0075T3B,適配電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)廠家為煙臺(tái)惠豐電子有限公司。
2.2安裝電動(dòng)卡盤
為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動(dòng)卡盤，選用呼和浩特附件總廠生產(chǎn)的KD11250型電動(dòng)三爪自定心卡盤。卡盤的夾緊與松開由數(shù)控系。
2.3換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架
為了提高加工精度，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動(dòng)刀架換成自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD4B-CK6140型四工位立式電動(dòng)刀架。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。
2.4螺紋編碼器的安裝方案
螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步。
后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是，Z向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于?？紤]到編碼器的輸出有相位差的A、B相信號(hào)，可用A、B異或后獲得個(gè)脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器的線數(shù)可降到線（A、B信號(hào)）。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時(shí)不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個(gè)的零位脈沖Z。
基于上述要求，選擇螺紋編碼器的型號(hào)為：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出個(gè)A/B脈沖與1個(gè)Z脈沖，信號(hào)為電壓輸出，軸頭直徑，生產(chǎn)廠家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。
螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對(duì)傳動(dòng)比為的同步齒形帶與主軸連接起來(lái)。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無(wú)間隙柔性連接，且車床組、主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速。
2.5進(jìn)給系統(tǒng)的與設(shè)計(jì)方案
在此主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。
在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與同步帶減速箱總成。
在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。
在橫溜板上方安裝四工位立式刀架。
將滑動(dòng)絲桿靠刻度盤一段（長(zhǎng)，見圖一）鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。
將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過法蘭安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。更換絲桿的右支承。
2.6 尾座與設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)成液壓尾座。
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1科學(xué)選擇數(shù)控刀具
3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則
刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定.選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來(lái)選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí) 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化 加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些當(dāng)某工序單位時(shí) 間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支M較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度 來(lái)確定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時(shí)要求安裝調(diào)整 方便，這樣來(lái)滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。
3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具
目前，數(shù)控機(jī)床上大多使用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化刀具，對(duì)可轉(zhuǎn) 位機(jī)夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及系列化型號(hào)對(duì)于加工中心及有自動(dòng)換刀裝置的機(jī)床，刀具的刀柄都已有系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，如錐柄刀 具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為TSG-JT，直柄刀具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為DSG-JZ,此外，對(duì)所選擇的刀具，在使用前都需對(duì)刀具尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量以獲得精確數(shù)據(jù)， 并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。
3.2 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)
刀具究竟從什么位置開始移動(dòng)到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動(dòng)的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對(duì)于工 件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，所以稱程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過對(duì)刀來(lái)確定，所以，該點(diǎn)又稱對(duì)刀點(diǎn)。在編制程序時(shí)，要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置原則 是:便于數(shù)值處理和簡(jiǎn)化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提 高零件的加工精度，對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基誰(shuí)上。實(shí)際操作機(jī)床時(shí)，可通過手工對(duì)刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對(duì)刀點(diǎn)上，即“刀位點(diǎn)”與“對(duì) 刀點(diǎn)”的重合。所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)，車刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn);球頭銑刀是球頭的球心， 鉆頭是鉆尖等。用手動(dòng)對(duì)刀操作，對(duì)刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對(duì)刀鏡、對(duì)刀儀、自動(dòng)對(duì)刀裝置等，以減少對(duì)刀時(shí)間，提高對(duì)刀精度。加工過程中 需要換刀時(shí)，應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”是指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時(shí)不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。
3.3 確定切削用量
數(shù)控編程時(shí)，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對(duì)于不同的加工方法，需要 選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限 度提高生產(chǎn)率，降低成本。
3.3.1確定主軸轉(zhuǎn)速
主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來(lái)選擇。其計(jì)算公式為:n=1000v/71D式中:v—切削速度，單位為m/m動(dòng)，由刀具的耐用度決定;n一一主軸轉(zhuǎn)速，單 位為r/min,D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計(jì)算的主軸轉(zhuǎn)速n，最后要選取機(jī)床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。
3.3.2確定進(jìn)給速度
進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的 性能限制。確定進(jìn)給速度的原則:當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選取; 在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20一50mm/min范圍內(nèi)選取;當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選 小些，一般在20--50mm/min范圍內(nèi)選取;刀具空行程時(shí)，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以設(shè)定該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度。
3.3.3 確定背吃刀量
背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來(lái)決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保 證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、相關(guān)的手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比方法確定。同時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。
切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對(duì)加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指 充分利用刀具切削性能和機(jī)床動(dòng)力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。
第4章 Φ320mm的傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定
因?yàn)橐阎? ，
∴ Z=+1
∴===1.4129
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公比。這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41.
因?yàn)?1.41=1.06，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速20，再每跳過5個(gè)數(shù)（1.26～1.06）取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.41的數(shù)列：20，35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800
合理的確定電機(jī)功率P，使機(jī)床既能充分發(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。
現(xiàn)在以常見的中碳鋼為工件材料，取45號(hào)鋼，正火處理，車削外圓，表面粗糙度=3.2mm。采用車刀具，可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀桿尺寸：16mm25mm。刀具幾何參數(shù)：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm。
現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計(jì)：
① 確定背吃刀量和進(jìn)給量f，根據(jù)【2】表8-50，取4mm，f取0.6。
② 確定切削速度，參【2】表8-57，取V=1.7。
③ 機(jī)床功率的計(jì)算，
主切削力的計(jì)算 根據(jù)【2】-表8-59和表8-60，主切削力的計(jì)算公式及有關(guān)參數(shù)：
F=9.81
=9.8127040.920.95
=3242（N）
切削功率的計(jì)算
==32421.7=5.5（kW）
依照一般情況，取機(jī)床變速效率=0.8.
==6.86(kW)
根據(jù)【3】表12-1 Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù),Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動(dòng)機(jī)，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)，B級(jí)絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+40℃，相對(duì)濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無(wú)特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床，泵，風(fēng)機(jī)，攪拌機(jī)，運(yùn)輸機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。
根據(jù)以上要求，我們選取Y132M-4型可調(diào)速電動(dòng)機(jī)，額定功率7.5kW,滿載轉(zhuǎn)速1440，額定轉(zhuǎn)矩2.2，質(zhì)量81kg。
4.2 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.2.1 主變速方案擬定
擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的變速型式、變速類型。
變速方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。
變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分離變速；擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型式；變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。
顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計(jì)中，我們采用集中變速型式的主軸變速箱。
4.2.2 變速結(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(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的變速不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的變速并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效。
數(shù)為Z的變速系統(tǒng)由若干個(gè)順序的變速組組成，各變速組分別有、……個(gè)變速副。即
變速副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： ，可以有三種方案：
12級(jí)轉(zhuǎn)速變速系統(tǒng)的變速組，選擇變速組安排方式時(shí)，考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。
在Ⅰ軸如果安置換向摩擦離合器時(shí)，為減少軸向尺寸，第一變速組的變速副數(shù)不能多，以2為宜。
主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個(gè)變速組的變速副數(shù)常選用2。
綜上所述，變速式為12=2×3×2。
對(duì)于12=2×3×2傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為：
， ， ，
由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床I軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑。初選的方案。
從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速變速，若使變速副較多的變速組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足變速副前多后少的原則，因此取12=2×3×2方案為好。
設(shè)計(jì)車床主變速傳動(dòng)系時(shí)，為避免從動(dòng)齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，在降速變速中，一般限制限制最小變速比 ；為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少震動(dòng)噪聲，在升速時(shí)一般限制最大轉(zhuǎn)速比。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)較平穩(wěn)，可取。因此在主變速鏈任一變速組的最大變速范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間變速軸的變速范圍最小。
根據(jù)中間變速軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下：
主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動(dòng)系中各個(gè)變速組變速范圍的乘積，即：
檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會(huì)超過極限值。
其中，，
∴，符合要求。
繪制轉(zhuǎn)速圖
⑴、選擇Y132M-4型Y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。
⑵、分配總降速變速比
總降速變速比
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比變速副。
⑶、確定變速軸軸數(shù)
變速軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比變速副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。
⑷、確定各級(jí)轉(zhuǎn)速
由、、z = 12確定各級(jí)轉(zhuǎn)速： 800、560、400、280、200、140、100、71、50、35.5、20r/min。
⑸、繪制轉(zhuǎn)速圖
在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主軸）。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速：
① 先來(lái)確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速
變速組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，
Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能：
100、140、200、280、400、560r/min。
② 確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速
變速組b的級(jí)比指數(shù)為2，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致變速比太小，可取
，，
軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：400、560r/min。
③確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
對(duì)于軸Ⅰ，其級(jí)比指數(shù)為1,可取
，
確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為800r/min。
由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定變速比。下面畫出轉(zhuǎn)速圖（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。
齒輪齒數(shù)的確定，當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從【1】表3-9中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。
根據(jù)【1】,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù)。
⑴、變速組a:
∵，；
時(shí)：……57、60、63、66、69、72、75、78……
時(shí)：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……
可取84,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：28、35。
于是，，
可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：56、49。
⑵、變速組b:
根據(jù)【1】,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù),
∵，,
時(shí)：……87、89、90、91、92……
時(shí)：……87、89、90、91……
時(shí)：……86、88、90、91……
可取 90，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：18、30、45。
于是 ，，，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：72，60、45。
⑶、變速組c:
根據(jù)【1】,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù),
,
時(shí)：……、85、89、90、94、95、108……
時(shí)： ……84、87、89、90、108……
可取 108.
為降速變速，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為22；
為升速變速，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為36。
于是得,
得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為22，72；
得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為86，36。
4.3帶輪的設(shè)計(jì)
三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=7.5kW,傳動(dòng)比i=1.8，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。
(1)、選擇三角帶的型號(hào)
由【4】表8-7工作情況系數(shù)查的共況系數(shù)=1.2。
故根據(jù)【4】公式（8-21）
式中P--電動(dòng)機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù)
因此根據(jù)、由【4】 圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。
(2)、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，
帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查【4】表8-8、圖8-11和表8-6取主動(dòng)小帶輪基準(zhǔn)直徑=125。
由【4】公式(8-15a)
式中：
-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.02。
∴ ，由【4】表8-8取圓整為224mm。
(3)、驗(yàn)算帶速度V，
按【4】式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
∵，故帶速合適。
(4)、初定中心距
帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選取： 根據(jù)【4】經(jīng)驗(yàn)公式（8-20）
取，取=600mm.
(5)、三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由【4】公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由【4】表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度
(6)、驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù)
，符合要求。
(7)、確定實(shí)際中心距
按【4】公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距
(8)、驗(yàn)算小帶輪包角
根據(jù)【4】公式（8-25）
，故主動(dòng)輪上包角合適。
(9)、確定三角帶根數(shù)
根據(jù)【4】式（8-26）得
查表【4】表8-4d由 i=1.8和得= 0.15KW,
查表【4】表8-5，=0.98；查表【4】表8-2，長(zhǎng)度系數(shù)=1.01
∴取 根
(10)、計(jì)算預(yù)緊力
查【4】表8-3，q=0.1kg/m
由【4】式（8-27）
其中： -帶的變速功率,KW；
v-帶速,m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。
v = 1440r/min = 9.42m/s。
⑾、計(jì)算作用在軸上的壓軸力
傳動(dòng)比
查表【4】表8-4a由和得= 1.92KW
4.4 傳動(dòng)軸的直徑估算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(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。因此疲勞強(qiáng)度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。
4.4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴、確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。
根據(jù)【1】表3-10，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
⑵、各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：
①軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從主軸71r/min按72/18的變速副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
100r/min；
②軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為400r/min；
③軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為800r/min。
⑶、各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
① 變速組c中，22/86只需計(jì)算z = 22 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為280r/min；
② 變速組b計(jì)算z = 18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為400r/min；
③ 變速組a應(yīng)計(jì)算z = 28的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為800r/min。
⑷、核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
4.4.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
根據(jù)【5】公式（7-1），，并查【5】表7-13得到取1.
①Ⅰ軸的直徑：取
②Ⅱ軸的直徑：取
③Ⅲ軸的直徑：取
其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；
-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積；
-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）；
-傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。
當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
④各軸間的中心距的確定：
；
；
；
4.4.3 鍵的選擇
查【4】表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長(zhǎng)度L取22。主軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長(zhǎng)度L取100。
4.5傳動(dòng)軸的校核
需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
4.5.1 傳動(dòng)軸的校核
①Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
②Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。
4.5.2 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
4.6 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核
4.6.1 齒輪模數(shù)的確定
齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時(shí)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按【5】表7-17進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡(jiǎn)化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過2～3種模數(shù)。
先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng)，查【4】表10-8齒輪精度選用7級(jí)精度，再由【4】表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS：
根據(jù)【5】表7-17；有公式：
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
⑴、a變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)28的齒輪。
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； = 2；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取;
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為4mm 。
② 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查??；
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。
∵所以
于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 4mm，b = 32mm。
軸Ⅰ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：
。
軸Ⅱ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑵、b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)18的齒輪。
① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； =4；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9227.5=6.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取;
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為5mm 。
② 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.9227.5=6.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查取；
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。
∵所以
于是變速組b的齒輪模數(shù)取m = 5mm，b = 40mm。
軸Ⅱ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：
軸Ⅲ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑶、c變速組：
為了使傳動(dòng)平穩(wěn)，所以使用斜齒輪，取，螺旋角。
計(jì)算中心距a，
∴圓整為280mm。
修正螺旋角，
因值改變不多，所以參數(shù)，，等值不必修正。
所以軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)主動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
軸Ⅳ上兩從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑷、標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)：
從【7】表5-1查得以下公式
齒頂圓直徑 ；
齒根圓直徑；
分度圓直徑 ；
齒頂高 ；
齒根高 ；
齒輪的具體值見表
表5.1齒輪尺寸表 （單位：mm）
齒輪
齒數(shù)
z
模數(shù)
分度圓直徑d
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂高
齒根高
⒈
28
4
112
120
102
4
5
⒉
35
4
140
148
130
4
5
⒊
56
4
224
232
214
4
5
⒋
49
4
196
204
186
4
5
⒌
18
5
90
100
77.5
5
6.25
⒍
30
5
150
160
137.5
5
6.25
⒎
45
5
225
235
212.5
5
6.25
⒏
72
5
360
370
347.5
5
6.25
⒐
60
5
200
210
187.5
5
6.25
⒑
45
5
225
235
212.5
5
6.25
⒒
22
5
114.12
124.5
101.16
5.19
4.68
⒓
72
5
373.44
383.82
360.48
5.19
4.68
⒔
36
5
184.92
197.1
173.76
5.19
4.68
⒕
86
5
446.06
454.64
433.1
5.19
4.68
4.6.2 齒寬的確定
由公式得：
①Ⅰ軸主動(dòng)輪齒輪；
②Ⅱ軸主動(dòng)輪齒輪；
③Ⅲ軸主動(dòng)輪齒輪；
一般一對(duì)嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)主動(dòng)輪比從動(dòng)輪齒寬大（5～10mm）。
所以：， ，
，，
，。
4.6.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
通過齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。當(dāng)齒頂圓直徑時(shí)，可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)時(shí)，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問題，現(xiàn)決定把齒輪8、12和14做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。根據(jù)【4】圖10-39（a）
齒輪10、12和13結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算如下：
①齒輪8結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，
；
；
；；
；
，C取12cm。
②齒輪12結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算;
；
；
；；
；
，C取12cm。
③齒輪14結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算
，
；
；
；
，C取14cm。
4.7 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
⑴、帶輪的材料
常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時(shí)采用鑄鋁或塑料。
⑵、帶輪結(jié)構(gòu)形式
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式（【4】圖8-14a）、腹板式（【4】圖8-14b）、孔板式（【4】圖8-14c）、橢圓輪輻式（【4】圖8-14d）。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)?？梢圆捎脤?shí)心式，當(dāng)可以采用腹板式，時(shí)可以采用孔板式，當(dāng)時(shí)，可以采用輪輻式。
帶輪寬度：。
分度圓直徑： 。
D=90mm是深溝球軸承6210軸承外徑，其他尺寸見帶輪零件圖。
⑶、V帶輪的論槽
V帶輪的輪槽與所選的V帶型號(hào)向?qū)?yīng)，見【4】表8-10. mm
槽型
與相對(duì)應(yīng)得
A
11.0
2.75
8.7
9
—
—
V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。
V帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。
輪槽工作表面的粗糙度為。
⑷、V帶輪的技術(shù)要求
鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有傻眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對(duì)輪緣、凸臺(tái)、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動(dòng)平衡。其他條件參見中的規(guī)定。
4.9 齒輪校驗(yàn)
在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪1，齒輪5，齒輪11這三個(gè)齒輪。
齒輪強(qiáng)度校核：計(jì)算公式：①?gòu)澢趶?qiáng)度;
②接觸疲勞強(qiáng)度
4.9.1 校核a變速組齒輪
①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為28的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、 ,n=800r/min,
⑵、確定動(dòng)載系數(shù)
∵
齒輪精度為7級(jí)，由【4】圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由【4】使用系數(shù)。
⑶、。
⑷、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查【4】表10-4，得非對(duì)稱齒向載荷分配系數(shù)；
,
查【4】圖10-13得
⑸、確定齒間載荷分配系數(shù):
由【4】表10-2查的使用，
由【4】表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹、確定載荷系數(shù):
⑺、 查【4】表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
；
⑻、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由【4】圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
【4】圖10-18查得 壽命系數(shù),取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強(qiáng)度
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查【4】表10-6得
⑶、查【4】圖10-21（d）得，
故齒輪1合適。
4.9.2 校核b變速組齒輪
①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為18的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、,n=400r/min,