摘 要數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡稱 NC）機床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床。它是由主機，CNC，驅(qū)動裝置，數(shù)控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設(shè)備所組成。本次設(shè)計課題是 CK6140 數(shù)控臥室車床，CK 是數(shù)控車床，61 是臥式車床，40 是床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 400mm。此次設(shè)計包括機床的總體布局設(shè)計，縱向進給設(shè)計，其中還包括齒輪模數(shù)計算及校核，主軸剛度的校核等。控制系統(tǒng)部分包括步進電機的選用及硬件電路設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計，說明了芯片的擴展，鍵盤顯示接口的設(shè)計等等。車床適用于車削內(nèi)外圓柱面，圓錐面及其他基準面，車削各種公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋，并能進行鉆孔，鉸孔和拉油槽等工作。設(shè)計主抽箱主要是從主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計、主運動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和箱體這三方面進行設(shè)計。主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計有:確定極限轉(zhuǎn)速、確定公比、確定轉(zhuǎn)速級數(shù)、確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和擬定傳動系統(tǒng)圖。主運動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計有：帶傳動的設(shè)計、確定各種計算轉(zhuǎn)速、確定齒輪模數(shù)、確定各軸最小直徑和設(shè)計部分主軸主件。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；開放式數(shù)控系統(tǒng)；電動機；縱向進給設(shè)計1目 錄摘 要 1ABSTRACT2目 錄 3序言 4第一章 總體方案 51.1 CK6140 的現(xiàn)狀和發(fā)展 51.2 CK6140 數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定 51.2.1 CK6140 數(shù)控臥式車床的擬定 5第二章 主軸箱部分設(shè)計計算說明 72.1 主運動部分計算 72.1.1 參數(shù)的確定 72.1.2 傳動設(shè)計 82.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 .102.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 .14第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計 363.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .363.2 選擇中央處理單元（CPU）的類型 373.4 I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計 .39小 結(jié) .43參 考 文 獻 442序言數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： 1. 適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動強度，改善勞動條件； 5. 良好的經(jīng)濟效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 可以預(yù)料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設(shè)計實例具有典型性和實用性。第一章 總體方案1.1 CK6140 的現(xiàn)狀和發(fā)展自第一臺數(shù)控機床在美國問世至今的半個世紀內(nèi)，機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個階段的發(fā)展過程。其中，第一個階段為 NC 階段；第二個階段為 CNC階段，從 1974 年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近 20 多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從 20 世紀 90 年代開始，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，PC 微機的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進展日新月異，計算機所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強，而成本卻越來越低，原來在大，中型機上才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機上就可以實現(xiàn)。在美國首先推出了基于 PC 微機的數(shù)控系統(tǒng)，即 PCNC 系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面討論機床。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：1.性能方面的發(fā)展趨勢（1）.高速高精度高效3（2）.柔性化（3）.工藝復(fù)合和軸化（4）.實時智能化2.功能發(fā)展方面（1）.用戶界面圖形化（2）.科學(xué)計算可視化（3）.插補和補償方式多樣化（4）.內(nèi)置高性能 PLC（5）.多媒體技術(shù)應(yīng)用3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展（1）.集成化（2）.模塊化（3）.網(wǎng)絡(luò)化（4）.開放式閉環(huán)控制模式1.2 CK6140 數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定1.2.1 CK6140 數(shù)控臥式車床的擬定1.CK6140 數(shù)控臥式車床具有定位，縱向和橫向的直線插補功能，還能要求暫停，進行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。2.CK6140 數(shù)控臥式車床屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。3.根據(jù)設(shè)計所給出的條件，主運動部分 z=18 級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉(zhuǎn)速是 2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是 40r/min， 。1.26??4.根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機控制系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器，I/O 接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。5.縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應(yīng)滿足機床所要求的。6.為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小，傳動效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。7.采用滾動導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。（附注：伺服系統(tǒng)總體方案框圖 1.1）4圖 1.1 伺服系統(tǒng)總體方案框圖第二章 主軸箱部分設(shè)計計算說明2.1 主運動部分計算2.1.1 參數(shù)的確定一. 了解車床的基本情況和特點---車床的規(guī)格系列和類型1. 通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。2.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（mm）是 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1大于或等于 200；主軸通孔直徑 d 要大于或等于 36；主軸頭號（JB2521-79）是 6；最大工件長度 L 是 750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級數(shù)范圍是：18；縱向進給量 mm/r0.03～2.5；主電機功率（kw）是 5.5～10。二. 參數(shù)確定的步驟和方法1. 極限切削速度 umax﹑umin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下：取 umax=300m/min；umin=30m/min。52. 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)驗分別?。?.1～0.2）D 和（0.45～0.5）D。由于 D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為：nmax= r/min ……………………………… max10(.~2)u?2.1=2000r/min ； nmin= r/min …………………………… min10(.45~.)uD?2.2=40r/min ； 3.主電機功率 —動力參數(shù)的確定合理地確定電機功率 N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。目前，確定機床電機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： 取 P=5.5kw2.1.2 傳動設(shè)計一.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，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，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=Z1 Z2 Z3 ……………………………… 2.4傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為合適，即變速級數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子:6Z= ……………………………… 2.523abx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（3+3+2）+2x2+1=21 個軸向尺寸 19b傳動軸數(shù)目 6 根圖 2.1 總的傳動系統(tǒng)二.組傳動順序的安排18 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或 3x2x3選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上摩擦離合器時，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動的，另一個是傳向反向運動的。7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。三.傳動系統(tǒng)的擴大順序的安排對于 18 級的傳動可以有三種方案，準確的說應(yīng)該不只有這三個方案，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：18=3［1］3［3］2［9］傳動方案的擴大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計中，擴大順序和傳動順序就是一致的。這種擴大順序和傳動順序一致，稱為順序擴大傳動。四.傳動組的變速范圍的極限植齒輪傳動副最小傳動比 umin≥ ，最大傳動比 umax≤2，決定了一個傳動組的最14大變速范圍 rmax=umax/nmin≤8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：,極限傳動比指數(shù) 1.26x：umin= =1x￠ 46值；umax= =2x’ x’￠ 3（x+ ）值：umin= =8’ x?’￠ 92.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)圖，使主運動逐步具體化。一. 主電機的選定中型機床上，一般都采用三相交流異步電機為動力源，可以在系列中選用。在8選擇電機型號時，應(yīng)按以下步驟進行：1. 電機功率 N：根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率。但電機產(chǎn)品的功率已經(jīng)標準化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標準值。N=5.5kw2.電機轉(zhuǎn)速 nd異步電機的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 在此處選擇的是：nd=1500r/min 這個選擇是根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax 和Ⅰ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。3.雙速和多速電機的應(yīng)用根據(jù)本次設(shè)計機床的需要，所選用的是：雙速電機4.電機的安裝和外形根據(jù)電機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。5.常用電機的資料根據(jù)常用電機所提供的資料，選用：Y132S-4圖 2.2 電動機Ⅰ軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)化成主軸各級轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動件在高速運轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)速下降得太低。9但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。Ⅰ軸裝有離合器的一些機床的電機、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取 700～1000r/min。另外，也要注意到電機與Ⅰ軸間的傳動方式，如用帶傳動時，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計選用：n1=960r/min三.中間傳動軸的轉(zhuǎn)速對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動等性能要求之間的矛盾。中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時（如采用先升后降的傳動） ，中間轉(zhuǎn)動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：d∝ 、 m∝ ，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊4M3湊。但是，這將引起空載功率 N 空和噪音 Lp（一般機床容許噪音應(yīng)小于 85dB）加大：N 空 = ) KW ………………………… 2.6nCda??主5.3(106式中：C---系數(shù)，兩支承滾動或滑動軸承 C=8.5，三支承滾動軸承 C=10；da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm） ；d 主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm） ；∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min） ?！?2.7??????KnmzBqnmzCLap ???? 主主ta15.4log201（mz）a—所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值 mm；（mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值 mm；q----傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)；β----主軸齒輪螺旋角；C1、K---系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床 C1=3.5。車床 K=54，銑床 K=50.5。從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉(zhuǎn)速 n 主和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和∑n 對機床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正：1.功率教大的重切削機床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。2.速輕載或精密車床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。3.控制齒輪圓周速度 u∠8m/s（可用 7 級精度齒輪） 。在此條件下，可適當(dāng)選用10較高的中間軸轉(zhuǎn)速。四.齒輪傳動比的限制機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：1. 升速傳動中，最大傳動比 umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。2.降速傳動中，最小傳動比 umin≥1/4。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。11圖 2.3 主運動的轉(zhuǎn)速圖122.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動比，就可以確定帶輪直徑和齒輪的齒數(shù)。一. 帶輪直徑確定的方法、步驟1.選擇三角型號一般機床上的都采用三角帶。根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號（詳情見〈〈機床主軸變速箱設(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 3～5 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2.確定帶輪的最小直徑 Dmin（D ?。└鞣N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〈〈機械設(shè)計基礎(chǔ)教程〉 〉查表可?。篋min=140mm3.計算大帶輪直徑 D 大根據(jù)要求的傳動比 u 和滑功率 ε 確定 D 大。當(dāng)帶輪為降速時：??????1u小大三角膠帶的滑動率 ε=2%。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≤u≤3。對中型通用機床，一般取 1～2.5 為宜。因此，137.2mm≤D 大≤343mm經(jīng)查表?。篋 大=212mm二.確定齒輪齒數(shù)用計算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡單。根據(jù)要求的傳動比 u 和初步定出的傳動齒輪副齒數(shù)和 Sz，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。在本次設(shè)計中采用的就是常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪）表就見教科書〈〈機床簡明設(shè)計手冊〉 〉 。不過在表中選取的時候應(yīng)注意以下幾個問題：1. 不產(chǎn)生根切。一般去 Zmin≥18～20。2. 保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 δ≥2mm，一般取δ5mm 則 zmin≥6.5+ ，具體的尺mT2寸可參考圖。133. 同一傳動組的各對齒輪副的中心距應(yīng)該相等。若莫數(shù)相同時，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但由于傳動比的要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足比了上述要求。機床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過 3～4 個齒。4. 防止各種碰撞和干涉三聯(lián)滑移齒輪的相鄰的齒數(shù)差應(yīng)大于 4。應(yīng)避免齒輪和軸之間相撞，出現(xiàn)以上的情況可以采用相應(yīng)的措施來補救。5. 在同時滿足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個齒輪齒數(shù)可以見傳動圖上所標寫的。6. 確定軸間距：軸間距是由齒輪齒數(shù)和后面計算并且經(jīng)驗算而確定的模數(shù) m 而確定的，具體的計算值如下（模數(shù)和齒輪的齒數(shù)而確定的軸間距必須滿足以上的幾個條件）：Ⅰ軸與Ⅱ軸之間的距離：取 m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定 85.021?z……………………… 2.812.75.601dmzz??齒輪 1 與 2 之間的中心距：……………………… 2.9 127.5038.dam??Ⅱ軸與Ⅲ軸之間的距離：取 m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動比見圖， 4290.573.6ii?342.589.120dmzz???………………………… 2.10齒輪 3 與 4 之間的中心距：……………………………… 2.11 347a?14Ⅲ軸與Ⅳ軸之間的距離：取 m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動比 541.6320.9.84ii?……………………… 2.12 103.5.9dmzz???齒輪 9 與 10 之間的中心距：…………………………… 2.1391032854dam??Ⅳ軸Ⅴ軸之間的中心距離：取 m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動比20.6781.93i?…………………… 2.141516.2073.582dmzz??……………………… 2.1515647032.dam??主軸到脈沖軸的中心距：取 m=3.5mm，傳動比 1i?15………………………… 2.1619203.5.15dmzz???……………………… 2.1792015.dam??Ⅰ軸到反轉(zhuǎn)軸Ⅵ軸的中心距：取 m=2.5mm，傳動比 1.47i?…………………………… 2.18 2122.50.3485dzmz???…………………………… 2.1921605dam??由齒頂高 …………………………… 2.20 ??**10.25,afahc??而 取 可 知 ：齒頂高和齒跟高只與所取的模數(shù) m 有關(guān)。可知取 m=2.5mm 時，????*10253.125afhcm??????取 m=3.5mm 時：??*314.7afmhc?16三.主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。但標牌上標準數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉(zhuǎn)速相差太大。由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符合，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過正負 10（ψ-1）%。即％或??10??????理 論 理 論實 際 n按公式：Δn=-2%～+6% ………………………………… 2.21如果超差，要根據(jù)誤差的正負以及引起誤差的主要環(huán)節(jié)，重新調(diào)整齒數(shù)，使轉(zhuǎn)速數(shù)列得到改善。主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下： ??主 軸Ⅴ—Ⅳ——ⅢⅡⅥ反 轉(zhuǎn)正 轉(zhuǎn) —Ⅰ—電 動 機 ?????????????? ????????????? ?????????3656325 53283440651240min/140.5rKW圖 2.4 主傳動路線所有主軸的詳細的校核如下：………………………2.39min/4.39187.0min/3.86523 rrn????………………………………………2.40％％ 21409???校核后，合格。一. 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，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。1. 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。17計算功率 Nj=KWNd kW式中 N d—電機的額定功率，KW—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2. 確定帶輪的計算直徑 D1、D 21）.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，要求大雨許用最小帶輪直徑 Dmin，即 D1≥D min。 各型號帶對應(yīng)的最小帶直徑 Dmin可查表。D1=140r/min2）.大帶輪計算直徑 D2…………………………………… 2.59 ????min????112=212r/min式中: n 1--小帶輪轉(zhuǎn)速 r/min;n2--大帶輪轉(zhuǎn)速 r/min;ε--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：smnD/106???= ………………………………… 2.60/4=10.6m/s對于 O、A、B、C 型膠帶，5m/s≤u≤25m/s。而 u=5～10m/s 時最為經(jīng)濟耐用。此速度完全符合 B 型皮帶的轉(zhuǎn)速。4）.初定中心距 A0：帶輪的中心距，通常根據(jù)機床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選?。篈0=（0.6～2） （D 1+D2） mm ……………………… 2.61=352（0.6～2）mm=211.2mm～704mm18取 A 0=704 mm距過小，將降低帶的壽命；中心距過大時，會引起帶振動。中型車床電機軸至變速箱帶輪的中心距一般為 750～850mm。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?！?2.62????mADAL02121042????= ??7047???=1960.67mm圓整到標準的計算長度 L=2033 mm經(jīng)查表 L N=2000 mm修正值 Y=336）.驗算三角帶的擾曲次數(shù) u≤40 次/s （則合格） ………………………………… 2.63Lmu10?式中：m--帶輪個數(shù)。如 u 超限?？杉哟?L（加大 A）或降低 u（減少 D2、 D1）來解決。 代入數(shù)據(jù)得…………………………………………………… 2.642036.1??u=10.5 次/s ≤40 次/s是合格的，不需作出任何修改。7）.確定實際中心距 A………………………… 2.65mL200???m267.190374.0= 740 mm8）.驗算小帶輪包角 а 1……………… 2.66210857.320DA????????如果 а 1過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。代入數(shù)值如下：19?????3.5718012AD?=180°-5.6°=174.4°≥120°經(jīng)校核合格。9）.確定三角帶根數(shù) z ……………………………… 2.6710CNzi?式中：N 0--單根三角帶在 а 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?。篘0=2.69C1=0.98Kw=1.1帶入數(shù)值得： 10zi?10CNKdw98.625??所以，傳動帶根數(shù)選 3 根。此公式中所有的參數(shù)沒有作特別說明的都是從〈〈機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)〉 〉二.傳動軸的估算和驗算傳動軸除了應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此，疲勞強度不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。1.傳動軸直徑的估算20傳動軸直徑按扭矩剛度用下列公式估算傳動軸直徑：……………………………………2.68??mnNdj491??其中：N—該傳動軸的輸入功率N=Ndη kw …………………………………………2.69Nd—電機額定功率；η—從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積（不計該軸軸承上的效率） 。nf—該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 r/min。計算轉(zhuǎn)速 nf是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系而確定，而中型車床主軸的計算轉(zhuǎn)速為：……………………… 2.70??13???znimj主[ψ]—每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m） ，可根據(jù)傳動軸的要求選取。根據(jù)參考書中所給出的公式和本次設(shè)計所必須滿足的條件，在傳動過程中所有軸的直徑的估算如下：nj（主）=n minψ z/3-1 ……………………… 2.71=125 r/minⅤ主軸 n j=n6=125 r/min ；Ⅳ 軸 n j=n7=160 r/min ；Ⅲ 軸 n j=n11=400 r/min ；Ⅱ 軸 n j=n14=800 r/min ；Ⅰ 軸 n j=960 r/min ；由 ： ………………………2.72??mNdj491??則計算主軸Ⅴ和中間軸的直徑 d 如下：Ⅴ主軸 d 5=64 mm ；Ⅳ 軸 d 4=40 mm ；Ⅲ 軸 d 3=40 mm ；Ⅱ 軸 d 2=40 mm ；Ⅰ 軸 d 1=30 mm ；3. 傳動軸剛度的驗算：1）.軸的彎曲變形的條件和允許值21機床主傳動的彎曲剛度驗算，主要驗算軸上裝齒輪和軸承處的橈度 y 和傾角θ。各類軸的橈度 y 和裝齒輪和軸承處傾角 θ，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值[Y]和[θ]值，即：y≤[Y]； ………………… 2.73 θ≤[θ] ………………… 2.74由于書寫量比較大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。2）.軸的彎曲變形計算公式計算軸本身變形產(chǎn)生的橈度 y 和傾角 θ 時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，按參考書中的表中的有關(guān)公式進行計算。當(dāng)軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑來進行計算。計算花鍵軸的剛度時可采用直徑或當(dāng)量直徑。由于本次設(shè)計的說明書的篇幅和時間的關(guān)系就不在此詳細的列出了。但一般的計算公式為：………………………………………………… 2.75id??1圓 軸 ： 平 均 直 徑……………………………………………… 2.76641I?慣 性 距矩形花鍵軸：平均直徑 ……………………………… 2.7721dD??當(dāng)量直徑 …………………………………………… 2.784?l慣性距 ………………………… 2.79??624dZdI????：本次設(shè)計機床中長采用矩形花鍵軸的 ：的 數(shù) 值和、 I21`花 鍵 軸 尺寸bdDZ??（GB1144-74）平均直徑 md1 當(dāng)量直徑d2極慣性距 nI4m慣性距nI4m226230?? 28 27.84 58976 29488103546??37.5 37.78200058 1000296861.5 61.76 1428706 714353根據(jù)本次設(shè)計的情況，主軸的剛度要求必須進行校核，具體的剛度校核結(jié)果如下：a）.首先，把主軸上的軸承所能承受的載荷在《機械設(shè)計手冊 3》中查出，見下：深溝球軸承 2105???BDd其基本額定載荷為： KNCr.43推力球軸承 69其基本額定載荷為： a5.7?雙列圓錐滾子軸承 其基本額定載荷為： KWCr0.1b）.計算軸上的載荷圖 2.5 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖主軸上齒輪在高速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的載荷：齒輪 1：…………2.79NFdTmz6.120tan54.tan541632.151??????????齒輪 2：23……………2.80NFdTmz01.720tan7.9tan2.9316.73785.2??????????c）.校核傾角和橈度經(jīng)查表得：安裝圓錐滾子軸承處 ??rad025.??安裝深溝球軸承處??rad05.??安裝推力球軸承處 r.計算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩：…………2.811562870862.77.idm????…………………………… 2.8241643.72.80.1.dIm????………………………… 2.8362.EMPa?傾角：對 1NF???216676.548.5.420138.310AFblEI???????……2.8424……2.85???115815726.0.8.0.4.2.0CFablEI?????????……………… 2.86??21221481476550.9.02.BxFblEI?????……2.87???11 1472645.3.0.520.590.CxFablEI???????對 2NF…2.88???23 1576.015.87502.CFblEI????????……2.89???321576.018.28.7.0.5AFablEI?????????222147619.804.3BxFblEI?????…………………2.90??57.6Cal??………2.91在點 C 處的傾角25………………… 2.9212774.0.CyCy??????777.310.250461. Cxradr??????……………… 2.932CYx???在點 B 處的傾角 ?……… 2.94radrB05.123.134877?????在點 A 處的傾角 ?……………2.95radrA05.172.8477??橈度：對 1NF…………… 2.96??mlEIbFx9167 6622321ma02 103858350.9????????……………… 2.97??mlEIbFy916716232231max04.20.5.45.??????………………………… 2.98yxaN92ax21.???26對 2NF……………2.99??mlEIbFx9167 6622321ma025.4. 1038835750.9????????……………… 2.100??mlEIbFy916716232231max04.25344.?????……………… 2.101yxaN92max216.???………… 2.102y9908. 106.?????根據(jù)表選用………………………… 2.103??myLN08542.??由此可得在主軸上的剛度是完全合格的。三.齒輪模數(shù)的估算和計算按接觸疲勞和彎曲強度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪個參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。齒輪彎曲疲勞的計算：…………………………… 2.10432jNmzn??齒面點蝕的估算：27…………………………………… 2.1053jnNA?其中 nj為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A 為齒輪中心距。由中心距 A 及齒數(shù) z1、z 2求出模數(shù)：…………………………… 2.106 mzAj21??根據(jù)估算所得 mj的值，由標準的模數(shù)表查取相近的標準模數(shù)。計算（驗算）：結(jié)構(gòu)確定后，齒輪的工作條件、空間安排、材料和精度等級等都已確定，才可能核驗齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：……… 2.107??1233160sj mjiKNzn????????根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：……………… 2.108??12375smjzYn??式中：N---計算齒輪傳遞的額定功率 ；dNkW??:---計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速 r/min；jn---齒寬系數(shù) =b/m， 常取 6～10；m?m?---計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù)；1zi---大齒輪和小齒輪餓齒數(shù)比， “+”用于外嚙合， “-”用于內(nèi)嚙21;zi??合；---壽命系數(shù)， ；aKarnNqkK---工作期限系數(shù)， ；T mTC06?齒輪等傳動件在接觸和彎曲腳變載荷下的疲勞曲線指數(shù) m 和基準循環(huán)次數(shù)C0；n---齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min；T---預(yù)定的齒輪工作期限，中型機床推薦：T=15，000～20，000h；28Kn---轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；KN---功率利用系數(shù)；Kq---材料強化系數(shù)。幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強化，起著阻止疲勞細縫擴展的作用；Ks（壽命系數(shù)）的及值 Ksmax，K smin當(dāng) 時，則取min? ；時 ， 取當(dāng) nsmis Ks??in,max?K1---工作情況系數(shù)。中等沖擊的主運動：K 1=1.2～1.6；K2---動載荷系數(shù)；K3---齒向載荷分布系數(shù)；Y---齒形系數(shù)；---許用彎曲、接觸應(yīng)力 Mpa。??j??、本次設(shè)計中的模數(shù)計算與選取如下：1.Ⅰ軸傳到Ⅱ軸的模數(shù)：齒輪接觸疲勞的計算：…………………… 2.1093325.801.64fNmn????齒輪彎曲疲勞的計算：………………………… 2.110mnNAj35.708.370??取 A=72mm…………………………… 2.111mzAj3.1605721???計算（驗算）核驗齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。29根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：經(jīng)查表?。?hTCmKKKqNn20,1,3 76.0,58.,90.,152.7031?? ?…………2.112125. 76.0589.031963730???nNqs取 N=5.5KW， ，代入公式得：??MPajm,8??………2.113??123360sj mjiKNzn???????m52.108.6139605.5.123????根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：查表取 76.,.,9.0,12,680 ???qNnKKCm代入公式得：……2.114586.076.089.12039608????qNnmTsC………………2.115??12375smjKNzYn?????