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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系 部： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 設(shè)計(jì)(論文)題目： CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 20*年 3月 9日 ~ 6月 14日 設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn): 指 導(dǎo) 教 師: 專業(yè)負(fù)責(zé)人: 發(fā)任務(wù)書日期: 20* 年 2 月 26 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生初步掌握機(jī)床設(shè)計(jì)和機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般方法，學(xué)會(huì)查閱 技術(shù)文獻(xiàn)。掌握技術(shù)文件編寫的格式。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、 工作要求等）： 1、課題任務(wù)的內(nèi)容：進(jìn)行CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì)。 2、課題任務(wù)的要求： 該主軸箱設(shè)計(jì)完成以后能夠?qū)崿F(xiàn)主軸 12 檔轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速 70 rpm、最高轉(zhuǎn)速 1400rpm，半自動(dòng)換檔變速。機(jī)床主軸中心高為250mm。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 3．對本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí) 物樣品等〕： 一、圖紙量要求： 總圖紙量大于3張0#圖 二、說明書要求 說明書條理清楚，說明正確，字?jǐn)?shù)大于1.2萬字 4．主要參考文獻(xiàn)： [1] 文懷興. 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008. [2] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計(jì)/現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)叢書[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出 版社,2006. [3] 徐灝. 新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1995. [4] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(上冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版 社,2001. [5] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(下冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版 社,2001. [6] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社，2004. [7] 成大先編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002. [8] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [9] 王伯平. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [10] 袁國定，朱洪海. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社，2000. [11] 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心．?dāng)?shù)控機(jī)床[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002. [12] 林宋. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002. [13] 張俊生．金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [14] 彭曉南．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [15] 余仲裕．?dāng)?shù)控機(jī)床維修[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2009 年 3月 9日 ~ 3月 15日 3月 16日 ~ 3月 22日 3月 23日 ~ 4月 5日 4月 6日 ~ 4月 19日 4月 20日 ~ 4月 30日 5月 1日 ~5月 17日 5月 17日 ~ 5月 30日 6月 1日 ~ 6月 7日 6月 8日 ~ 6月 14日 熟悉課題，調(diào)研，確定設(shè)計(jì)方案，完成開題報(bào)告。 完成外文翻譯。 總體設(shè)計(jì)，方案論證。 完成部件設(shè)計(jì)初稿。 部件設(shè)計(jì)定稿。 完成零件設(shè)計(jì)初稿。 零件設(shè)計(jì)定稿。 完成說明書初稿 畢業(yè)設(shè)計(jì)定稿，論文答辯 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 20**年 月 日 系部意見： 系部主任： 20**年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 設(shè)計(jì)(論文)題目： CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 本文主要介紹了數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)、組成、分類、應(yīng)用范圍及其對 ck6150 數(shù)控車 床主軸箱進(jìn)行的研究分析，論述了我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀，對數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 趨勢進(jìn)行了探討, 提出了我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的對策。 關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 主軸箱 發(fā)展 對策 1 數(shù)控車床 數(shù)控是數(shù)字控制的簡稱，是利用數(shù)字化信息來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的方法。數(shù)控機(jī)床是指 采用數(shù)字化信息控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅用于機(jī)床的控制，還可用于控制其他設(shè)備。 下面我們先來介紹一下數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)、組成、分類及其應(yīng)用范圍。 1.1 特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床是新型的自動(dòng)化機(jī)床，它具有良好的通用性和較高的自動(dòng)化程度，數(shù)控機(jī) 床是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的重要裝置之一，是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床在以下的零件 加工中更能顯示出它的優(yōu)越性。它們是：a、批量小而又多次生產(chǎn)的零件；b、幾何形狀 復(fù)雜的零件；c、在加工過程中具有多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)功能；d、切削余量大的零件；e、公差帶 范圍小的零件；f、工藝設(shè)計(jì)變化的零件；g、加工過程中的錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重 零件；h、需全部檢測的零件等。概括起來，數(shù)控機(jī)床具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：(1)提 高加工精度，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；(2)提高生產(chǎn)效率；(3)提高了加工零件的適應(yīng)性、靈活性； (4)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；(5)提高生產(chǎn)管理水平 ［1］ 。 1.2 組成及分類 數(shù)控機(jī)床一般由4個(gè)部分組成：控制介質(zhì)、控制裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床主體組成。各 組成部分各有其作用和特點(diǎn)。 目前，數(shù)控機(jī)床品種齊全，規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有400多種規(guī)格。為了研究數(shù) 控機(jī)床，可以按照多種原則來進(jìn)行分類。歸納起來，通常按下面5種原則來分類： （1）按工藝用途分類：a、普通數(shù)控機(jī)床；b、數(shù)控加工中心機(jī)床；c、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。 （2）按控制系統(tǒng)對運(yùn)動(dòng)軌跡的控制方式分類：a、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床；b、點(diǎn)位直線控制 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 數(shù)控機(jī)床；c、輪廓控制數(shù)控機(jī)床。 （3）按伺服系統(tǒng)的控制方式分類：a、開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；b、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；c、 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床；d、開環(huán)補(bǔ)償型數(shù)控機(jī)床。 （4）按數(shù)控裝置分類:a、硬線數(shù)控；b、軟線數(shù)控。 （5）按功能水平分類：a、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床；b、中檔型數(shù)控機(jī)床；c、高檔型數(shù)控機(jī)床 ［2］ 。 1.3 應(yīng)用范圍: 主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件,如軸類、盤類、套類,以及高精度的各種規(guī)格 的內(nèi)外螺紋,可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工 ［3］ 。 2 主軸箱的研究分析 機(jī)床是機(jī)械制造行業(yè)中最基本的設(shè)備, 隨著制造業(yè)高效率、高精度、高柔性發(fā)展的 需要, 人們對機(jī)床提出了越來越高的要求, 主軸箱又是機(jī)床很重要的一個(gè)部件, 因此, 很有必要對它的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。主軸箱結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性主要包括振動(dòng)固有頻率、阻 尼比和振型 ［4］ 。 隨著機(jī)床向高速化、高精度發(fā)展, 人們對主軸箱提出了越來越高的要求, 通過對主 軸箱動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析研究, 準(zhǔn)確得到其動(dòng)態(tài)參數(shù), 是滿足機(jī)床現(xiàn)代發(fā)展需求的有效途 徑。對于主軸箱的固有動(dòng)態(tài)特性, 已有學(xué)者做過分析研究, 但這些分析都存在不全面的 問題 ［5］ 。如對主軸箱進(jìn)行了振動(dòng)測試分析,缺少理論分析結(jié)果;對整機(jī)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析, 從整機(jī)角度去分析主軸箱的動(dòng)態(tài)特性, 沒針對性的對主軸箱本身固有動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析 研究 ［6］ 。因此, 為了全面分析主軸箱動(dòng)態(tài)特性, 掌握準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)參數(shù), 本文建立主軸箱 有限元模型, 采用Lanczos法有限元模態(tài)分析對CK6150型數(shù)控車床主軸箱進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性 研究, 并用模態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有限元模態(tài)分析的正確性, 說明有限元模態(tài)分析得到的動(dòng)態(tài) 參數(shù)是準(zhǔn)確的, 為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了理論依據(jù) ［7］ 。 3 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀及未來 3.1 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀 我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直受到國家經(jīng)濟(jì)狀況、數(shù)控技術(shù)發(fā)展水平與國家扶持政 策的制定等三大因素的影響 ［8］ , 自年1958年以來, 中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展劃分為三個(gè)階 段：(1)初始階段。中國的數(shù)控機(jī)床發(fā)展起步于1958年, 經(jīng)歷了20余年的初始階段。(2) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 穩(wěn)步發(fā)展階段一引進(jìn)、消化吸收、國產(chǎn)化與自行開發(fā)階段。自從1980年以來, 中國執(zhí)行 了“六五” 、“七五” 、“八五” , 三個(gè)五年計(jì)劃。在這個(gè)期間, 在改革開發(fā)的政策 指導(dǎo)下, 國家大力支持機(jī)床行業(yè), 通過引進(jìn)技術(shù)發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)。(3)曲折發(fā)展階段。 1994年至1998年由于東南亞金融危機(jī),我國經(jīng)濟(jì)軟著陸及國內(nèi)消費(fèi)市場疲軟等綜合因素 的影響, 事實(shí)上, 國內(nèi)機(jī)床市場容量呈下降趨勢, 而且國產(chǎn)機(jī)床的市場占有早有所下 降, 機(jī)床工具行業(yè)連續(xù)五年負(fù)增長 ［9］ 。1999年3月份, 全行業(yè)開始恢復(fù)性增長, 1999年 至6月份開始出現(xiàn)兩位數(shù)增長, 其中數(shù)控產(chǎn)品增長占主導(dǎo)地位到2000年一年全行業(yè)總產(chǎn) 值將已經(jīng)到320億元。 3.2 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的未來 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快的更新?lián)Q代“世界上許多數(shù)控 系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)”開放式 體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性, 并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方 向大大發(fā) ［10］ 。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng), 如美國科學(xué)制造中心（NCMS）與 空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)NGC ［11］ 。歐共體的自動(dòng)化系統(tǒng)中 開放式體系結(jié)構(gòu)OOSACA, 日本的OSEC計(jì)劃等 ［12］ 。開發(fā)研究成果已得到應(yīng)用。如 Cincinnati-Milacron公司從1995年開始在其生產(chǎn)的加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等產(chǎn) 品中采用了開放式體系結(jié)構(gòu)的A2100系統(tǒng)。 新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高, 促進(jìn)了數(shù) 控機(jī)床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展 ［13］ 。 4 對我國數(shù)控機(jī)床提出的一些對策 (1)繼續(xù)強(qiáng)化企業(yè)體制和機(jī)制的創(chuàng)新,培育一批市場競爭力強(qiáng)的新型企業(yè) ［14］ 。(2)加 大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度,大力發(fā)展功能部件產(chǎn)業(yè)。我國歷來只重視主機(jī),而忽視“中場” 產(chǎn)業(yè),造成我國數(shù)控機(jī)床的功能部件,要么質(zhì)差、性能不及國外名牌。為此,我國應(yīng)大力發(fā) 展功能部件產(chǎn)業(yè),凡是屬于精密機(jī)械部件性質(zhì)的功能部件要在短期內(nèi)爭取在質(zhì)量和性能 上趕上和超過國外名牌。我國在這方面還是很有潛力的，關(guān)鍵是要轉(zhuǎn)變觀念 ［15］ 。此外, 還要把技術(shù)發(fā)展上遠(yuǎn)比機(jī)床落后的數(shù)控刀具產(chǎn)業(yè)搞上去,(3)推行“官、產(chǎn)、學(xué)、研、用 ” 相結(jié)合的國家下一代數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)攻關(guān)計(jì)劃, 攻克下一代數(shù)控機(jī)床的一系列技術(shù)難題。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 參 考 文 獻(xiàn) [1] 文懷興. 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008. [2] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計(jì)/現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)叢書[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出 版社,2006. [3] 徐灝. 新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1995. [4] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(上冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版 社,2001. [5] 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(下冊) [M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版 社,2001. [6] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社，2004. [7] 成大先編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002. [8] 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [9] 王伯平. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [10] 袁國定，朱洪海. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社，2000. [11] 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心．?dāng)?shù)控機(jī)床[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002. [12] 林宋. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社出版，2002. [13] 張俊生．金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [14] 彭曉南．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [15] 余仲裕．?dāng)?shù)控機(jī)床維修[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題要研究或解決的問題: 某企業(yè)需要購置一批具有較好剛性的CK6150系列數(shù)控車床以滿足生產(chǎn)需求。該 數(shù)控車床主軸最低轉(zhuǎn)速為70rpm，最高轉(zhuǎn)速為1400rpm，半自動(dòng)換檔變速，主軸轉(zhuǎn)速 級數(shù)為12級。 研究手段: 1.熟悉圖紙了解加工要求； 2.了解鋁合金箱體的最基本的加工方法； 3.了解箱體類零件機(jī)加工工藝路線； 4.根據(jù)不同的生產(chǎn)綱領(lǐng)了解不同的加工方法 5.編制出與相應(yīng)的生產(chǎn)綱領(lǐng)的機(jī)加工工序卡及夾具的設(shè)計(jì)； 6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書； 7.通過對機(jī)加工工序卡熟悉工藝設(shè)計(jì)的全過程； 8.通過設(shè)計(jì)把所學(xué)基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識運(yùn)用到實(shí)踐中去； 9.通過設(shè)計(jì)提高自己分析問題和解決問題的能力； 10.能為今后的工作打下一個(gè)好的基礎(chǔ)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語： 閱讀了大量關(guān)于數(shù)控機(jī)床方面的書籍，對數(shù)控車床的特點(diǎn)、組成及分類、應(yīng)用 范圍、數(shù)控車床主軸箱的研究分析、我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過去、現(xiàn)狀及未來、對我 國數(shù)控機(jī)床提出的一些對策等有了初步的認(rèn)識，為數(shù)控車床的設(shè)計(jì)做了一些基礎(chǔ)工 作。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測： 通過對本課題的研究使學(xué)生的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識、技術(shù)水平以及實(shí)際應(yīng)用能 力和文字、語言表達(dá)能力得到鍛煉，是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論技能知識與生產(chǎn)實(shí)踐 相結(jié)合的重要階段，是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)。 通過本課題的研究使學(xué)生對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的認(rèn)識，學(xué)會(huì)如何查找 文獻(xiàn)、如何進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)、校核、定稿等等。綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝、公差、 機(jī)械制圖CAD等知識進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床部件的設(shè)計(jì)。完成3 張0號圖紙，1.2萬 字的條理清楚的說明書。 指導(dǎo)教師： 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 錄 1 引言 ................................................................ 1 2 數(shù)控機(jī)床概況 ........................................................ 2 2.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 .............................................. 2 2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 ................................................ 2 3 數(shù)控車床的簡介 ...................................................... 3 3.1 數(shù)控車床的組成及工作原理 .......................................... 3 3.2 數(shù)控車床的特點(diǎn) .................................................... 4 3.3 數(shù)控車床的適用范圍 ................................................ 4 4 數(shù)控車床的設(shè)計(jì) ...................................................... 6 4.1 數(shù)控車床的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn) .......................................... 6 4.2 數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 ................................................ 6 5 CK6150數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì)............................................ 8 5.1 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 .......................................... 8 5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .............................................. 8 5.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................... 10 5.4 動(dòng)力設(shè)計(jì) ......................................................... 11 5.5 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) ....................................................... 14 6 主軸組件的性能要求 ................................................. 18 7 主軸結(jié)構(gòu)及熱處理要求 ............................................... 19 結(jié)束語 ................................................................ 20 致謝 .................................................................. 21 參考文獻(xiàn) .............................................................. 22 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁 共 22 頁 1 引言 機(jī)床設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展速度是很快的。由原先的只為滿足加工成形而要求刀具與 工件間的某些相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系和零件的一定強(qiáng)度和剛度，發(fā)展至今日的高度科學(xué)技術(shù)成 果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代機(jī)床的設(shè)計(jì)，也包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的應(yīng)用。但目前機(jī)床 主軸變速箱的設(shè)計(jì)還是以經(jīng)驗(yàn)或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)（經(jīng)驗(yàn)）設(shè)計(jì)方法。因此，探索科 學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分析的處理經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)和資料，既能提高機(jī)床設(shè)計(jì)和制造水平， 也將促進(jìn)設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)代 機(jī)床設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床傳動(dòng)部 件（主軸變速箱）設(shè)計(jì)進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。我們畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是 CK6150 數(shù)控車床的主 軸箱設(shè)計(jì)。 在本設(shè)計(jì)中首先進(jìn)行參數(shù)擬定，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)，軸和軸承 的驗(yàn)算，主軸箱裝配設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書等內(nèi)容。 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，離合器和制動(dòng)器等）， 主軸組件，操縱機(jī)構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展 開圖和若干張橫截面圖表示。 課程設(shè)計(jì)限于時(shí)間， 一般只畫展開圖及一或兩個(gè)截面圖。 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和 一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求 的工件，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停，變速，換向和制動(dòng)等。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主 傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無 級調(diào)速來承擔(dān)，剩去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以 擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速的范圍。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁 共 22 頁 2 數(shù)控機(jī)床概況 2.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 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。 特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。 加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣?dòng)化機(jī)床已不 能適應(yīng)這些要求。為了解決上述問題，一種新型的機(jī)床——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。 2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度（定位精度：微米級、納米級）、高速度（主軸轉(zhuǎn) 速10000r/min，快速進(jìn)給24m/min，換刀時(shí)間 2～3s）、高柔性（多主軸、多工位、多 刀庫）、多功能（立臥并用、復(fù)合加工）和高自動(dòng)化（自動(dòng)上下料、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng) 測量和通信功能）是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢 ［1］ 。對單臺主機(jī)不僅要求提高其柔性和 自動(dòng)化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng) 能力。 在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU， 德國的 SIEMENS 和美國的 AB 公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向 發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件 模塊結(jié)構(gòu)， 內(nèi)存容量擴(kuò)大到1MB以上， 機(jī)床分辨率可達(dá)0.1um， 高速進(jìn)給可達(dá)100m/min， 控制軸數(shù)可達(dá)16個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝 ［2］ 。 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā) 展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所 取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 22 頁 3 數(shù)控車床的簡介 3.1 數(shù)控車床的組成及工作原理 數(shù)控車床由:程序編制及程序載體、輸入裝置 、 數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)、位置檢測 裝置、輔助控制裝置、車床本體等幾部分組成。如圖3.1所示： 圖 3.1 伺服系統(tǒng)總體方案框圖 在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，加工零件時(shí)操作者根據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀 具的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。 數(shù)控車床的加工其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用了“微分”原理。 其工作原理與過程可簡述如下： (1) 數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按車床對應(yīng)的坐標(biāo)軸，以最 小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量）進(jìn)行微分，并計(jì)算出各軸需要移動(dòng)的脈沖數(shù)。 (2) 通過數(shù)控裝置的插補(bǔ)軟件或插補(bǔ)運(yùn)算器，把要求的軌跡用最小移動(dòng)單位的等 效折線進(jìn)行擬合，并找出最接近理論軌跡的擬合折線。 (3) 數(shù)控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡，給相應(yīng)的坐標(biāo)軸連續(xù)不斷地分配進(jìn)給脈沖， 并通過伺服驅(qū)動(dòng)使車床坐標(biāo)軸按分配的脈沖運(yùn)動(dòng)。 由上可見： (a) 只要數(shù)控車床的最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量）足夠小，所用的擬合折線就完全可 以等效代替理論曲線； (b) 只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 共 22 頁 變加工軌跡的目的； (c) 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸（刀具）的運(yùn)動(dòng)速度。這樣就實(shí) 現(xiàn)了數(shù)控車床控制刀具移動(dòng)軌跡的根本目的。 3.2 數(shù)控車床的特點(diǎn) (1) 加工對象改型的適應(yīng)性強(qiáng) 由于在數(shù)控車床上改變加工零件時(shí)，只需要重新 編制程序就能實(shí)現(xiàn)對零件的加工，它不同于傳統(tǒng)的車床，不需要制造、更換許多工具、 夾具和檢具，更不需要重新調(diào)整車床。 (2）加工精度高 數(shù)控車床是以數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控 裝置的脈沖當(dāng)量（即每輸出一個(gè)脈沖后數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件相應(yīng)的移動(dòng)量）一般達(dá)到了 0.001mm，而且進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償， 因此，數(shù)控車床能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。 ［3］ (3）生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控 車床能夠有效地減少這兩部分時(shí)間，因而加工生產(chǎn)率比一般車床高得多。數(shù)控車床主 軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍比普通車床的范圍大，每一道工序都能選用最有利的切削用 量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控車床進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí) 間。 (4）自動(dòng)化程度高 數(shù)控車床對零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操 作者除了操作面板、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，其他 的機(jī)床動(dòng)作直至加工完畢，都是自動(dòng)連續(xù)完成，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作， 勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均大為減小，勞動(dòng)條件也得到相應(yīng)的改善。 (5）良好的經(jīng)濟(jì)效益 使用數(shù)控車床加工零件時(shí)，分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用 是比較昂貴的。但在單件、小批量生產(chǎn)情況下，可以節(jié)省工藝裝備費(fèi)用、輔助生產(chǎn)工 時(shí)、生產(chǎn)管理費(fèi)用及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 (6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用數(shù)控車床加工零件，能準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工 工時(shí)，并有效地簡化了檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些都有利于使生產(chǎn)管理 現(xiàn)代化。 3.3 數(shù)控車床的適用范圍 數(shù)控車床與臥式車床一樣，也是用來加工軸類或盤類的回轉(zhuǎn)體零件。但是由于數(shù) 控車床是自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，所 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 共 22 頁 以數(shù)控車床特別適合加工形狀復(fù)雜的軸類或盤類零件。 數(shù)控車床確實(shí)存在一般車床所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，但是這些優(yōu)點(diǎn)都是以一定條件 為前提的。 數(shù)控車床的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大， 但它并不能完全代替其他類型的機(jī)床， 也還不能以最經(jīng)濟(jì)的方式解決機(jī)械加工中的所有問題。數(shù)控車床通常最適合加工具有 以下特點(diǎn)的零件。 多品種小批量生產(chǎn)的零件 通常采用數(shù)控車床加工的合理生產(chǎn)批量在 10~200 件 之間。目前有向中批量發(fā)展的趨勢。 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件 通常數(shù)控車床適宜于加工結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在非數(shù)控車床上 加工時(shí)需要有昂貴的工藝裝備的零件。 需要頻繁改型的零件 它節(jié)省了大量的工藝裝備費(fèi)用，使綜合費(fèi)用下降。 價(jià)格昂貴、不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件。 需要最短生產(chǎn)周期的急需零件。數(shù)控車床的初始投資相對較大，由于系統(tǒng)的復(fù)雜 性，又增加了維修費(fèi)用。如果缺少完善的售后服務(wù)，往往不能及時(shí)排除設(shè)備故障，將 會(huì)在一定程度上影響機(jī)床的利用率，這些因素都會(huì)增加綜合生產(chǎn)費(fèi)用。 考慮到以上所述的種種原因，在決定選用數(shù)控車床加工時(shí)，需要進(jìn)行反復(fù)對比和 細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析，使數(shù)控車床發(fā)揮它的最佳經(jīng)濟(jì)效益。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁 共 22 頁 4 數(shù)控車床的設(shè)計(jì) 4.1 數(shù)控車床的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn) （1）數(shù)控車床的設(shè)計(jì)方法 在過去的機(jī)床設(shè)計(jì)中多采用類比法，以古典力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的簡單公式或經(jīng)驗(yàn) 數(shù)據(jù)進(jìn)行手工計(jì)算和手工設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)效率低、質(zhì)量差、周期長。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 和社會(huì)需求的變化，數(shù)控車床的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)也在不斷地發(fā)展。特別是近年來計(jì)算 方法、控制理論、系統(tǒng)工程、創(chuàng)造工程、價(jià)值工程等學(xué)科的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù) 的廣泛應(yīng)用，為機(jī)床設(shè)計(jì)方法的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。 車床的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)其設(shè)計(jì)類型而定。普通車床采用系列化設(shè)計(jì)方法。系列中 基型產(chǎn)品屬創(chuàng)新設(shè)計(jì)類型，其他屬變型設(shè)計(jì)類型。 在創(chuàng)新設(shè)計(jì)類型中，車床總體方案的產(chǎn)生方法可采用分析式設(shè)計(jì)或創(chuàng)成式設(shè)計(jì)。 前者是用類比分析、推理方法產(chǎn)生方案，是目前創(chuàng)新設(shè)計(jì)一般采用的方法。后者則用 創(chuàng)成解析的方法生成方案，創(chuàng)新能力強(qiáng)，這種方法尚在研究發(fā)展之中。 （2）設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn) 數(shù)控車床設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代科技發(fā)展相適應(yīng)，具有明顯的特點(diǎn)。 (a) 設(shè)計(jì)手段計(jì)算機(jī)化 (b) 設(shè)計(jì)方法綜合化 (c) 設(shè)計(jì)對象系統(tǒng)化 (d) 設(shè)計(jì)目標(biāo)最優(yōu)化 (e) 設(shè)計(jì)問題模型化 (f) 設(shè)計(jì)過程程式化與并行化 4.2 數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 數(shù)控車床的設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟大致可概括為以下幾方面。 (1) 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)是后續(xù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)。設(shè)計(jì)任務(wù)的來源不同，如工廠的規(guī) 劃產(chǎn)品，或根據(jù)車床系列型譜進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，或用戶定貨等，雖具體的要求不同， 但所要進(jìn)行的內(nèi)容大致相同。主要有以下技術(shù)指標(biāo)。 (a) 用途 指數(shù)控車床的工藝范圍，包括加工對象的材料、質(zhì)量、形狀及尺寸等。 (b) 生產(chǎn)率 包括加工對象的種類、批量及所要求的生產(chǎn)率。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 共 22 頁 (c) 性能指標(biāo) 包括加工對象所要求的精度或數(shù)控車床的精度、剛度、熱變形、 噪聲等性能指標(biāo)。 (d) 主要參數(shù) 即確定數(shù)控車床的加工空間和主要參數(shù)。 (e) 驅(qū)動(dòng)方式 數(shù)控車床電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)方式的確定不僅與機(jī)床的成本有關(guān)，還將直接影響傳動(dòng)方式的確定。 (f) 成本及生產(chǎn)周期 無論是定貨還是工廠規(guī)劃的產(chǎn)品，都應(yīng)確定成本及生產(chǎn)周 期方面的指標(biāo)。 (2) 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)包括以下幾方面設(shè)計(jì)。 (a) 運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì) 包括確定數(shù)控車床所需運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式（直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)）功能（主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、其他運(yùn)動(dòng)）及排列順序，最后畫出數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng) 功能圖。 (b) 基本參數(shù)設(shè)計(jì) 包括尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)。 (c) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括傳動(dòng)方式、傳動(dòng)原理圖及傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。 (d) 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 包括運(yùn)動(dòng)功能分配、總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案 圖設(shè)計(jì)。 (e) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括控制方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。 (3) 總體方案綜合評價(jià)與選擇 在總體方案設(shè)計(jì)階段，對其各種方案進(jìn)行綜合評 價(jià)，從中選擇較好的方案。 (4) 總體方案的設(shè)計(jì)修改或優(yōu)化 對所選擇的方案進(jìn)行進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，確 定最終方案。上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中要交叉進(jìn)行。 (5) 詳細(xì)設(shè)計(jì) (6) 技術(shù)設(shè)計(jì) 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設(shè)計(jì)、分析計(jì)算或優(yōu)化。 施工設(shè)計(jì) 包括零件圖設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文檔等。 上述步驟可反復(fù)進(jìn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)果滿意為止。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)與評價(jià)反復(fù) 進(jìn)行，可以提高一次設(shè)計(jì)成功率。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 共 22 頁 5 CK6150 數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì) 5.1 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 近年來，隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)也呈現(xiàn)出一些新 的發(fā)展趨勢，如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構(gòu)的復(fù)合化、柔性化。 高速主軸單元為適應(yīng)數(shù)控加工高速化的發(fā)展，目前越來越多的高速數(shù)控車床采用 了電主軸。電主軸又稱內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)主軸單元，就是將高速電動(dòng)機(jī)置于機(jī)床主軸部件 內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、主 軸的一體化功能。與傳統(tǒng)主傳動(dòng)系統(tǒng)相比，電主軸的主要特點(diǎn)有： (1) 結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)械效率高、噪聲低、振動(dòng)小、精度高； (2) 電主軸可在額定轉(zhuǎn)速范圍實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速； (3) 可實(shí)現(xiàn)精確的主軸定位及軸傳動(dòng)功能； (4) 電主軸更易實(shí)現(xiàn)高速化，其動(dòng)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性更好； (5) 主軸運(yùn)行更平穩(wěn)，使主軸軸承的壽命得到延長。 高速電主軸所融合的技術(shù)主要包括以下幾方面。 (1) 高速精密軸承 (2) 潤滑技術(shù) (3) 冷卻技術(shù) (4) 高速變頻驅(qū)動(dòng) 復(fù)合化和柔性化 隨著數(shù)控車床對加工對象適應(yīng)性的不斷提高，數(shù)控車床的 設(shè)計(jì)發(fā)生了很大變化，并向著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。 數(shù)控車床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工的工序概念，車削中心又把車、銑、鏜、 鉆等工序集中到同一臺機(jī)床上來完成，完全打破了傳統(tǒng)工藝規(guī)程規(guī)定，由機(jī)床單一化 走向多元化、復(fù)合化。 由此可見，現(xiàn)代數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不限于只滿足原有的基本要求，還要 綜合考慮現(xiàn)代制造對機(jī)床的整體要求，如制造控制、過程控制以及物料傳輸，以縮短 產(chǎn)品的加工時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、制造周期，最大限度地提高生產(chǎn)率 ［4］ 。 5.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 現(xiàn)代切削加工正朝著高速、高效和高精度的方向發(fā)展，要求機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有 更高的轉(zhuǎn)速和更大的無級調(diào)速范圍； 在切削加工中能自動(dòng)變換速度， 機(jī)床結(jié)構(gòu)要簡單， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 22 頁 噪聲要小，動(dòng)態(tài)性能要好，可靠性要高。數(shù)控車床作為高度自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備， 其主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足如下基本要求。如圖5.1所示： 圖 5.1 特征設(shè)計(jì)樹 (1) 使用性能要求 首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，如機(jī)床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范 圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠。 (2) 傳遞動(dòng)力要求 主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有 較高的傳動(dòng)效率。 (3) 工作性能要求 主傳動(dòng)中所有零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變 形特性穩(wěn)定。 此外，還要求主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整和維修；工藝性好，便于加工和裝 配；防護(hù)性能好；使用壽命長。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式： 傳動(dòng)方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個(gè)零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為 此，常對傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動(dòng)器、 帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置 與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必 要時(shí)作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗(yàn)算，直到滿足要求，最后才能畫正式裝備圖。 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為分級變速傳動(dòng)和無級變速傳動(dòng)。分級變速傳動(dòng)是在一定的 變速范圍內(nèi)均勻地、離散地分布著有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級數(shù)一般不超過20~30級。 這種傳動(dòng)方式主要用于普通機(jī)床，一些普通機(jī)床經(jīng)數(shù)控化改造后也保留了原分級變速 傳動(dòng)方式。無級變速傳動(dòng)可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工 要求的最佳速度，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用 無級變速傳動(dòng)。 與普通機(jī)床相比，數(shù)控車床的主傳動(dòng)采用交、直流主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速 范圍大，并可無級調(diào)速，使主軸箱結(jié)構(gòu)大為簡化。為了適應(yīng)不同的加工需要，數(shù)控車 床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種傳動(dòng)方式： (1) 由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 共 22 頁 主軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。 (2) 采用定比傳動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)傳遞給主軸。定比傳動(dòng)可采用帶傳動(dòng) 或齒輪傳動(dòng)。 (3) 采用分擋變速傳動(dòng) 采用分擋變速傳動(dòng)主要是為了解決主軸電動(dòng)機(jī)的功率 特性與機(jī)床主軸功率特性的匹配。變速機(jī)構(gòu)一般仍用齒輪副來實(shí)現(xiàn)。 5.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.3.1 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 已知條件： (1) 確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速 nmin =70r/min 主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax =1400r/min. (2) 齒輪換檔轉(zhuǎn)速級數(shù):z=6： 5.3.2 結(jié)構(gòu)分析式 6＝2×3 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速傳動(dòng)，若使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)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，也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原 則 ［5］ 。在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比 4 1 min 3 i ； 在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比 2 max ￡ i 。 在主傳動(dòng)鏈任一傳 動(dòng)組的最大變速范圍 ( ) 10 ~ 8 min max max ￡ = i i R 。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速 范圍最小 ［6］ 。 5.3.3 確定轉(zhuǎn)速 (1) 選擇電動(dòng)機(jī) 一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)原則條件選 擇功率為7.5KW的雙速電機(jī)，轉(zhuǎn)速為1440 r/min和960 r/min籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。 (2) 分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比 i=n /n =76/1400=0.054 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 min / 1440r n d = 不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比傳動(dòng)副 ［7］ 。 (3) 確定傳動(dòng)軸軸數(shù) 傳動(dòng)軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動(dòng)副 =3 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 22 頁 (4) 確定各級轉(zhuǎn)速并確定轉(zhuǎn)速 由 n=76r/min &1=1.83 &2=1.80 &3=1.35 &4=1.35 &5=2.05 &6=2.03 確定各級 轉(zhuǎn)速： 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí)， 主軸轉(zhuǎn)速依次為:1400、 682、 427、 374、 208、 114r/min 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速依次為:933、455、285、249、139、76r/min 在四根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余三軸按傳動(dòng)順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。Ⅰ與Ⅱ、 Ⅱ與Ⅲ?，F(xiàn)由Ⅲ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速： 先來確定Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速 Ⅱ軸轉(zhuǎn)速可能有： n=1440r/min時(shí) 1375、670、367 n=960r/min時(shí) 917、447、245 確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速 n=1440r/min時(shí)：1037、690r/min 由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定傳動(dòng)比 71 / 144 710 / 140 = = i 。（電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近） ［8］ 。 (5) 確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù) 軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：42、雙聯(lián)齒輪61、28。 軸Ⅱ上的齒輪齒數(shù)分別為：雙聯(lián)齒輪65、46、79、57、23。 軸Ⅲ上的齒輪齒數(shù)分別為：57、74。 5.4 動(dòng)力設(shè)計(jì) 5.4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 (1) 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 N=70r/min (2) 各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸Ⅱ可從主軸70r/min按74/23的傳動(dòng)副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速 245r/min；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為690r/min。 主軸箱共設(shè)置四套變速操縱機(jī)構(gòu)。共設(shè)有4個(gè)電磁離合器，不同的離合器的工作 與斷開組合可實(shí)現(xiàn)6種轉(zhuǎn)速，主電機(jī)選雙速電機(jī)，我們設(shè)計(jì)的機(jī)床一共有12種轉(zhuǎn)速。 (a) 離合器Ⅰ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅱ斷開，離合器Ⅳ斷開，滑動(dòng)齒輪56 處于左位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速 n＝1440，n=960 大帶輪 D=215,小帶輪 d＝158，效率系數(shù)＝ 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 22 頁 0.98，Z1=65,Z2=42,Z3=56,Z4=57） ［9］ 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí) n計(jì)算=1440×158/215×0.98×42/65×57/56=682r/min n標(biāo) =680r/min n誤差 =（682-680）/680= 3‰<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí) n計(jì)算=960×158/215×0.98×42/65×57/56=455r/min n標(biāo)=460r/min n誤差 =（460-455）/455= 1%<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) (b) 離合器Ⅰ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅱ斷開，離合器Ⅳ斷開，滑動(dòng)齒輪56 處于右位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速 n＝1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d＝158，效率系數(shù)＝ 0.98，Z1=65,Z2=42,Z3=74,Z4=23） ［10］ 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí) n計(jì)算=1440×158/215×0.98×42/65×23/74=210r/min n標(biāo)=210r/min n誤差n =（210-208）/210= 1%<5% 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí) n計(jì)算=960×158/215×0.98×42/65×23/74=139r/min n標(biāo)=140r/min n誤差 =（140-139）/140= 7‰<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) (c) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅳ斷開，滑動(dòng)齒輪56 處于左位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速 n＝1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d＝158，效率系數(shù)＝ 0.98，Z1=46,Z2=61,Z3=56,Z4=57） ［11］ 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí) n計(jì)算=1440×158/215×0.98×61/46×57/56=1410r/min n標(biāo)=1400r/min n誤差=0<5% 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 22 頁 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí) n計(jì)算=960×158/215×0.98×61/46×57/56=933r/min n標(biāo)=930r/min n誤差=（933-930）/930= 3‰<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) (d) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ合上，離合器Ⅳ斷開，滑動(dòng)齒輪56 處于右位。（機(jī)床轉(zhuǎn)速n＝1440， n=960,大帶輪D=215,小帶輪d＝158， 效率系數(shù)＝0.98， Z1=46,Z2=61,Z3=74,Z4=27） 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí) n計(jì)算=1440×158/215×0.98×61/46×27/74=427r/min n標(biāo)=430r/min n誤差=（430-427）/430= 7‰<5% 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí) n計(jì)算=960×158/215×0.98×61/46×27/74=335r/min n標(biāo)=290r/min n誤差=（290-285）/290= 1.7%<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) ［12］ (e) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ斷開，離合器Ⅳ合上，滑動(dòng)齒輪56 處于左位。（主電機(jī)轉(zhuǎn)速 n＝1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d＝158，效率系數(shù)＝ 0.98，Z1=28,Z2=79,Z3=56,Z4=57） 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí) n計(jì)算=1440×158/215×0.98×28/79×57/56=377r/min n標(biāo)=370r/min n誤差=（374-370）/374= 1%<5% 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí) n計(jì)算=960×158/215×0.98×28/79×57/56=249r/min n標(biāo)=250r/min n誤差=（250-2490）/250=4‰<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) (f) 離合器Ⅰ斷開，離合器Ⅱ合上，離合器Ⅲ斷開，離合器Ⅳ合上，滑動(dòng)齒輪56 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁 共 22 頁 處于右位 ［13］ 。 （主電機(jī) 轉(zhuǎn)速 n＝1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d＝158，效率系 數(shù)＝0.98，Z1=79,Z2=28,Z3=74,Z=23） 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min時(shí) n計(jì)算=1440×158/215×0.98×28/79×23/74=115r/min n標(biāo)=110r/min n誤差=(114-110)/114= 3.6%<5 主電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min時(shí) n計(jì)算=960×158/215×0.98×28/79×23/74=76r/min n標(biāo)=75r/min n誤差=(76-75)/76= 1.3%<5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標(biāo)準(zhǔn) 由上得機(jī)床轉(zhuǎn)速最高1400r/min,最低70r/min. 5.5 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=7.5KW,傳動(dòng)比i=1.36，兩班制， 一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時(shí)，工作年數(shù)10年。 (1) 確定計(jì)算功率 取 = A K 1.1，則P ca =K A P=1.1′7.5=8.25KW (2) 選取V帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)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d =158mm,d =158×i=158×1.36=215 驗(yàn)算帶速成n = 1000 60 1 1 ′ n dp 其中 1 n -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min； 1 d -小帶輪直徑，mm； V=3.14 9 . 1 100 60 / 140 158 = ′ ′ ′ m/s (4) 確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長度 設(shè)中心距為 0 a ,則 0．55（ 2 1 d d + ）￡a￡2（ 2 1 d d + ） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 22 頁 于是 205.15￡a￡746,初取中心距為 = 0 a 400mm。 帶長 0 L 0 2a = + 2 p 0 2 1 2 2 1 4 ) ( ) ( a d d d d - + + =2 6 . 1378 400 4 / ) 158 215 ( ) 215 158 ( 2 / 14 . 3 400 = ′ - + + ′ + ′ 查表取相近的基準(zhǔn)長度 d L ，L =1390mm. 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距a = 0 a + 2 0 L L d - =397.5mm (5) 驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 o 120 。 1 a a 1 2 180 d d - - ? o o 3 . 57 ′ =161.4 o ≈120°合適。 (6) 確定帶的根數(shù) Z= L ca k k p p p a ) ( 0 0 D + 其中： 0 p D - 1 1 i 時(shí)傳遞功率的增量； a k -按小輪包角a ，查得的包角系數(shù)； L k -長度系數(shù)； 為避免V型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10 ［14］ 。 Z= 90 . 0 95 . 0 ) 46 . 0 19 . 2 ( 25 . 8 ′ ′ + =4 (7) 計(jì)算帶的張緊力 0 FF 0 =500 vz p ca ( a a k k - 5 . 2 )+q 2 v 其中： ca p -帶的傳動(dòng)功率,KW； v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 11.9/s。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 22 頁 F 0 =500 4 42 . 9 25 . 8 ′ ′ 95 . 0 9 . 0 5 . 2( - ′ )+0.17 2 42 . 9 ′ =193.7N (8) 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 F Q 0 2ZF ? sin 2 1 a 2 4 . 161 sin 7 . 193 4 2 o ′ ′ ′ ? =1530N 我們設(shè)計(jì)的 CK6150 數(shù)控車床的主軸是一個(gè)空心的階梯軸，其內(nèi)孔可用來通過棒 料或卸頂尖時(shí)穿入所用的鐵棒，也可用于通過氣功、電動(dòng)或液壓夾緊裝置的機(jī)構(gòu)。主 軸前端的錐孔為莫氏6號錐度，用來安裝頂尖套及前頂尖；有時(shí)，也可以安裝心軸， 利用錐面配合的摩擦力直接帶動(dòng)心軸和工作轉(zhuǎn)動(dòng)。 主軸前端采用短錐法蘭式結(jié)構(gòu)。它的作用是安裝卡盤和撥盤，它以短錐和軸肩端 面作定位面?？ūP、撥盤等夾具通過卡盤座，用四個(gè)螺栓固定在主軸上。安裝卡盤時(shí) 只需將預(yù)先擰緊在卡盤上的螺栓連同螺母一起，從主軸軸肩和鎖緊盤上的孔中穿過， 然后將鎖緊盤轉(zhuǎn)過一個(gè)角度， 使螺栓進(jìn)入鎖緊盤上寬度較窄的圓弧槽內(nèi)， 把螺母卡住， 然后再把螺母擰緊，就可把卡盤等夾具緊固在主軸上。這種主軸軸端結(jié)構(gòu)的定心精度 高，連接剛度好，卡盤懸伸長度短，裝卸卡盤也比較方便，因此，在新型車床上應(yīng)用 很普通。 主軸安裝在兩支承上，前支承為 P5 級精度的雙列圓柱滾珠軸承，用于承受徑向 力。軸承內(nèi)環(huán)和主軸之間有1：12錐度相配合。當(dāng)內(nèi)環(huán)與主軸在軸向相對移動(dòng)時(shí)，內(nèi) 環(huán)可產(chǎn)生彈性膨脹或收縮，以調(diào)整軸承的徑向間隙大小，調(diào)整后用圓形螺母鎖緊。前 支承處裝有阻尼套筒，內(nèi)套裝在主軸上，外套裝在前支承座孔內(nèi)。內(nèi)外套徑向之間有 0.2mm的間隙，其中充滿了潤滑油，能有效地抑制振動(dòng)，提高主軸的動(dòng)態(tài)性能。 后軸承由一個(gè)推力球軸承和角接觸球軸承組成，分別用以承受軸向力（左、右） 和徑向力。同理，軸承的間隙和預(yù)緊可以用主軸尾端的螺母調(diào)整。 主軸前后支承的潤滑，都是由潤滑油泵供油。潤滑油通過進(jìn)油孔對軸承進(jìn)行充分 的潤滑，并帶走軸承運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，前后支承采用了油溝式密封。 主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，油液就沿著斜面（朝箱內(nèi)方向）被甩到軸承端蓋的 接油槽內(nèi)，由孔流向主軸箱。 主軸上裝有三個(gè)齒輪，右端的斜齒圓柱齒輪 Z（74，m＝3.5mm，螺旋角 8°47′ 51″，左旋）空套在主軸上。采用斜齒齒輪可以使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)比較平衡，傳動(dòng)時(shí)此齒輪 作用在主軸上的軸向力與進(jìn)給力 F1 的方向相反，因此，可以減少主軸前支承所承受 的軸向力。中間的齒輪Z56可以在主軸的花鍵上滑移。這時(shí)可用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，以便于 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第