床身上最大回轉(zhuǎn)直徑320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及主軸箱設(shè)計(jì)[版本1]【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】
床身上最大回轉(zhuǎn)直徑320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及主軸箱設(shè)計(jì)[版本1]【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】,版本1,含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),床身,最大,回轉(zhuǎn),直徑,mm,妹妹,數(shù)控車床,總體,整體,設(shè)計(jì),主軸,版本,cad,圖紙,以及,說(shuō)明書(shū),仿單
Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及主軸箱設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目：Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及主軸箱設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
全面闡述了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。
數(shù)控車床主軸箱設(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：車床，主軸箱、變速系統(tǒng)、主軸組件
Abstract
Comprehensively elaborated numerical control lathe structure principle, design feature, introduced in detail the structure of NC lathe design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters.
CNC lathe headstock design, mainly includes three aspects of design, namely: according to the design theme of the given machine uses, specifications, spindle speed limit speed ratio, sequence or series, identify other related movement parameters selected levels, spindle speed value; through analysis and comparison, selection of transmission scheme; drawing structures or structural network, protocol speed diagram; determine the number of gear teeth and belt wheel diameter; drawing drive system diagram. Secondly, according to the type of machine and electric motor power, determining the spindle and the transmission of the calculation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, confirm the transmission belt type and number, size and number of friction plate; Assembly Sketches after checking transmission ( transmission shaft, shaft, gear, rolling bearing stiffness, ) intensity or life. Finally, complete the kinematic design and dynamic design of the main drive system, " structured ", the design of the spindle gear box assembly drawing and parts drawing, focusing on transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the slip gear parts design.
Key words: lathe, spindle box, transmission system, spindle assembly
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 10
1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 10
1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 10
1.3 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 11
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 12
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 15
2.1 總體方案比較 15
2.2 數(shù)控車床方案確定 15
第3章 確定切削用量及選擇刀具 16
3.1刀具選擇 16
3.2切削用量確定 17
3.3切削三要素 17
3.4加工精度和表面粗糙度 17
3.5刀具材料 21
第4章 Φ320mm的數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.1.主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 21
4.2 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22
4.2.1 主變速方案擬定 22
4.2.2 變速結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 23
4.3帶輪的設(shè)計(jì) 27
4.4 傳動(dòng)軸的直徑估算 29
4.4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 29
4.4.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 30
4.4.3 鍵的選擇 31
4.5傳動(dòng)軸的校核 31
4.5.1 傳動(dòng)軸的校核 32
4.5.2 鍵的校核 32
4.6 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 33
4.6.1 齒輪模數(shù)的確定 33
4.6.2 齒寬的確定 37
4.6.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 38
4.7 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39
4.8 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 40
4.9 齒輪校驗(yàn) 42
4.9.1 校核a變速組齒輪 42
4.9.2 校核b變速組齒輪 44
4.9.3 校核c變速組齒輪 45
4.10 軸承的選用與校核 46
4.10.1 各軸軸承的選用 46
4.10.2 各軸軸承的校核 46
4.11 主軸組件設(shè)計(jì) 48
4.12 主軸的基本尺寸確定 48
4.12.1 外徑尺寸D 48
4.12.2 主軸孔徑d 49
4.12.3 主軸懸伸量a 50
4.12.4 支撐跨距L 50
4.12.5 主軸最佳跨距的確定 51
4.13 主軸剛度驗(yàn)算 53
4.13.1 主軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 54
4.13.2 主軸前端位移的驗(yàn)算 55
致 謝 59
參考文獻(xiàn) 60
第1章 緒論
1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：
數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、支承部件、分度臺(tái)等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把運(yùn)動(dòng)和力由動(dòng)力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過(guò)程中有良好的動(dòng)態(tài)特性。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動(dòng)系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而影響機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床切削速度的提高和自動(dòng)化方向的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來(lái)越簡(jiǎn)單，但對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來(lái)越高，從而使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這樣，各種設(shè)計(jì)理論的研究和使用就得到了迅猛的發(fā)展。
數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過(guò)程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過(guò)數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過(guò)程中無(wú)法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)。
1.2數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度
隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過(guò)提高效率，自動(dòng)化程度,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從90年代開(kāi)始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù)。
工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多；自動(dòng)化程度基本上還是“一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國(guó)同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重。
數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向六個(gè)方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國(guó)和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來(lái)，德國(guó)的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國(guó)的機(jī)床業(yè)一般。中國(guó)大陸、韓國(guó)。臺(tái)灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前4名。
數(shù)控系統(tǒng) 由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)、和各種開(kāi)關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國(guó)西門子、日本三菱；其余還有法國(guó)扭姆、西班牙凡高等。國(guó)內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯(cuò)，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國(guó)內(nèi)一些大廠還沒(méi)有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)也不錯(cuò)。 我們國(guó)家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。
機(jī)床精度 1.機(jī)械加工機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。 2.機(jī)床精度體系：目前我們國(guó)家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)GB，國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3.看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。
1.3 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析
目前世界著名機(jī)床廠商在我國(guó)的投資情況 1. 2000年，世界最大的專業(yè)機(jī)床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯(cuò)，目前效益良好，年產(chǎn)600臺(tái)，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺(tái)。 2. 2003年，德國(guó)著名的機(jī)床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心120臺(tái)左右。 3. 2002年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺(tái)，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。 4.韓國(guó)大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。 5.臺(tái)灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺(tái)。
民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況 1.浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺(tái)。 2．2004年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開(kāi)始，起點(diǎn)比較高。 3．2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)老板是中國(guó)人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當(dāng)不錯(cuò)。
軍工企業(yè)技情況 軍工企業(yè)得到國(guó)家撥款開(kāi)始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來(lái)臺(tái)灣阿扁上臺(tái)后，大規(guī)模技開(kāi)始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技高峰，我們很多軍工企業(yè)開(kāi)始停止購(gòu)買普通設(shè)備。尤其是近3年來(lái)，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國(guó)內(nèi)機(jī)床廠哪里采購(gòu)了大批普通數(shù)控機(jī)床，國(guó)內(nèi)機(jī)床廠商為了迎接這次大技，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取軍工企業(yè)的高端訂單。 聽(tīng)在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂”三年，我們的整體水平會(huì)上一個(gè)臺(tái)階。 其實(shí)，胡錦濤總書(shū)記掌權(quán)以來(lái)，已經(jīng)把國(guó)防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說(shuō)，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國(guó)防能力，相信再過(guò)10年，隨著我國(guó)國(guó)防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國(guó)家會(huì)誕生世界水平的機(jī)床制造商，也將會(huì)超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)。
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向
數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的強(qiáng)弱。
隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床信息化正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。
高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，我國(guó)生產(chǎn)的第六代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時(shí)，新一代數(shù)控機(jī)床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。
智能化?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的智能化發(fā)展將通過(guò)對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過(guò)程處于最佳狀態(tài)。
基于CAD和CAM的數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD/CAM圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床零部件加工程序，以實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的全自動(dòng)編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲得，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。
一、是高速加工技術(shù)發(fā)展迅速
??? 高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用新的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
高性能功能部件，移動(dòng)部件輕量化，減少運(yùn)動(dòng)慣性。在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機(jī)床加工全面高速化，如數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿浊мD(zhuǎn)發(fā)展到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)、幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)；快速移動(dòng)速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過(guò)百米；換刀時(shí)間從十幾秒下降到10秒、3秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應(yīng)用高速加工技術(shù)達(dá)到縮短切削時(shí)間和輔助時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。
二、是精密加工技術(shù)有所突破
??? 通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動(dòng)誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機(jī)床加工的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，從1950年至2000年50年內(nèi)提升100倍。目前，精密數(shù)控機(jī)床的重復(fù)定位精度可以達(dá)到1μm，進(jìn)入亞微米超精加工時(shí)代。
三、是技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢(shì)明顯
技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機(jī)床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢(shì)之一，如工序復(fù)合型——車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，跨加工類別技術(shù)復(fù)合——金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等，目前已由機(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過(guò)程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類機(jī)床——復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。
四、是數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入了智能化的新階段
數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段:數(shù)字化控制技術(shù)對(duì)機(jī)床單機(jī)控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制；生產(chǎn)過(guò)程遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過(guò)程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動(dòng)編程等。加工過(guò)程智能監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)工件裝卡定位自動(dòng)找正，刀具直徑和長(zhǎng)度誤差測(cè)量，加工過(guò)程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償、調(diào)整、自動(dòng)更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動(dòng)診斷、報(bào)警、故障顯示等，直至停機(jī)處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專家智能系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。人工智能自動(dòng)編程系統(tǒng)能按機(jī)床加工要求對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)加工。在線服務(wù)可以根據(jù)用戶要求隨時(shí)接通INTERNET接受遠(yuǎn)程服務(wù)。采用智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與管理信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。
五、是極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域
極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點(diǎn)研究微納機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機(jī)床研制，如微型、高精度、遠(yuǎn)程控制手術(shù)機(jī)器人的制造技術(shù)和應(yīng)用；應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機(jī)床的研制；IT產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展需要超精細(xì)加工和微納米級(jí)加工技術(shù)，研制適應(yīng)微小尺寸的微納米級(jí)加工新一代微型數(shù)控機(jī)床和特種加工機(jī)床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機(jī)床的研制等。
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
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(kāi)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(shū)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(guò)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
2.2 數(shù)控車床方案確定
(1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了保證主軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動(dòng)的定位檢測(cè)裝置。采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，利用磁力傳感器檢測(cè)定位。只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)，主軸就可以準(zhǔn)確的定位。這種磁力傳感器的工作原理是，在主軸上裝上永磁鐵和主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離磁鐵l-2mm的旋轉(zhuǎn)軌跡外，固定一個(gè)磁傳感器，當(dāng)傳感器發(fā)出信號(hào)后經(jīng)過(guò)放大，由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動(dòng)采用變頻交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。低檔轉(zhuǎn)速為270-1500r/min，高檔轉(zhuǎn)速為1500-4500r/min，在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。與原立式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比比較簡(jiǎn)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(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，主傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)它的調(diào)速。
(2) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
進(jìn)給采用滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙；功率大；便于操作和維修。，其定位精度為±0.01mm，重復(fù)定位精度為±0．005mm。
(3) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
采用AT89C58單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)方案，從總體上分為人機(jī)界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及基于89C58單片機(jī)的主控模塊。利用變頻調(diào)速的原理，設(shè)計(jì)主軸的無(wú)級(jí)變頻調(diào)速系統(tǒng)；通過(guò)插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位以便達(dá)到工件的精確度；通過(guò)鍵盤和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)程序的編輯和顯示；通過(guò)其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的完善化。
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1刀具選擇
（一）刀具選擇：
銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。
凸臺(tái)、凹槽、箱口面：立銑刀。
毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。
立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。
（二）原則：
安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。
（三）排序原則
減少刀具數(shù)量；
裝夾一次，盡是加工完；
即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開(kāi)；
先銑后鉆；
精加工，先曲面后二維輪廓；
盡可能自動(dòng)換刀。
3.2切削用量確定
粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。
1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π
V=
2、切深t：最好是t等于加工余量。
3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。
L＝0.6－0.9d
粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。
精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。
3.3切削三要素
主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。
3.4加工精度和表面粗糙度
1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。
（1）尺寸精度：公差與配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。
新公差等級(jí)與舊公差等級(jí)的對(duì)照及應(yīng)用
新公差等級(jí)
舊精度等級(jí)
加工方法
應(yīng)用
軸
孔
IT01－IT2
無(wú)
研磨
用于量塊、量?jī)x制造
IT3－IT4
研磨
用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工
IT5
1
無(wú)
研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉
用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍
IT6
2
1
IT7
3
2
磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金
IT8
3－4
IT9
4
銑、鏜、銑、刨、插
用于一般要求。主要用于長(zhǎng)度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合
IT10
5
IT11
6
粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄
用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合
IT12－IT13
7
IT14
8
沖壓、壓鑄
用于非配合
IT15－IT18
9－12
鑄、鍛、焊、氣割
?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對(duì)于理想形狀的準(zhǔn)確程度。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項(xiàng)形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
?。?）位置公差：零件上點(diǎn)、線、面要素的實(shí)際位置相對(duì)于理想位置的準(zhǔn)確程度。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項(xiàng)位置公差：
定向：平行度、垂直度、傾斜度。
定位：同軸度、對(duì)稱度、位置度。
跳動(dòng)：圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)。
2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83）
輪廓算術(shù)平均偏差：
Ra＝ 或近似于Ra＝
微觀不平十點(diǎn)高度：
Rz＝(+)
在常用數(shù)值范圍內(nèi)（Ra＝0.25－4.5μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應(yīng)優(yōu)先選用Ra。
表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表
表面要求
表面特征
Ra(μm)
Rz(μm)
加工方法
舊國(guó)際光潔度級(jí)別代號(hào)
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
不
加
工
毛坯表面清除毛刺
1600
∽
1250
1000
800
630
500
100
400
粗
加
工
明顯可見(jiàn)的刀紋
80
320
粗銑
粗銑
粗刨
鉆
粗銼
▽1
63
250
50
200
可見(jiàn)刀紋
40
160
▽2
32
125
25
100
微見(jiàn)刀紋
20
80
▽3
16.0
63
12.5
50
半
精
加
工
可見(jiàn)加工痕跡
10
40
半精銑
精銑
精銑
精刨
粗磨
▽4
8
32
4.5
25
微見(jiàn)加工痕跡
5
20
▽5
4
16
3.2
12.5
不見(jiàn)加工痕跡
2.5
10
▽6
2
8
1.6
精
加
工
可辨加工痕跡的方向
1.25
4.5
精鉸
刮
精拉
精磨
▽7
1.00
5
0.8
4
微辨加工痕跡的方向
0.63
3.2
▽8
0.5
2.5
0.4
2.0
不辨加工痕跡的方向
0.32
1.6
▽9
0.25
1.25
0.2
1.00
精
密
加
工
暗光澤面
0.16
0.80
精密磨削
珩磨
研磨
超精加工
拋光
▽10
0.125
0. 63
0.1
0.50
亮光澤面
0.080
0.40
▽11
0.063
0.32
0.05
0.25
鏡狀光澤面
0.040
0.20
▽12
0.032
0.16
0.025
0.125
霧狀光澤面
0.020
0.10
▽13
0.016
0.080
0.012
0.063
鏡面
0.010
0.050
鏡面磨削
研磨
▽14
0.008
0.040
0.025
0.032
3.5刀具材料
碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200 -250℃，V＜8m/min。
合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。
高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min；
110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃
4、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。
另外，還有新型硬質(zhì)合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。
第4章 Φ320mm的數(shù)控車床主軸箱設(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(guò)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(jiàn)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(guò)+40℃，相對(duì)濕度不超過(guò)95%，海拔高度不超過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)極限值，其他變速組就不會(huì)超過(guò)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(kāi)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(huà)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(guò)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?。?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(guò)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(jiàn)【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(jiàn)【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(guò)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(jiàn)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(guò)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?。?
-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(jiàn)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
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5.19
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36
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5.
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