《畢業(yè)設計（論文）-CM6150機床總體設計-普通精密機床【17張CAD圖紙】（含全套CAD圖紙）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《畢業(yè)設計（論文）-CM6150機床總體設計-普通精密機床【17張CAD圖紙】（含全套CAD圖紙）（56頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要 實際應用中，車床主要進行車外圓、車端面和鏜孔等工作。車削很少在其他種類的機床上進行，而且任何一種其它機床都不像車床那樣方便的進行車削加工。由于車床還可以用來鉆孔和鉸孔，車床的多功能性可以使工件一次安裝中進行幾種加工。因此，在生產(chǎn)中使用的各種車床比任何其它種類的機床都多。 現(xiàn)代機床正在向高速度化、高精度化、高柔性化、高自動化、高可靠性等方向發(fā)展。CM6150型車床是一種中型精密普通機床， 它具有操作方便，輕巧，結構簡單，工藝性好，振動、噪聲小，加工精度高，生產(chǎn)率高等優(yōu)點。因此它被廣泛的應用在各種車間。本設計以CM6150機床為基礎，進行了車床中若干部件的設計。本設計的主要

2、內容包括以下三部分： 主軸箱的設計，這部分主要包括：總體的設計與布局、各傳動軸的設計及驗算、主軸的設計及驗算、各齒輪的設計及驗算、主軸箱CAD圖的繪制。 變速箱的設計，這部分主要包括：主要參數(shù)的選擇原則，確定個檔變速齒輪的模數(shù)、齒數(shù)等齒輪參數(shù)。 齒輪計算和軸的計算，對齒輪的接觸強度和彎曲強度進行計算，進行軸的設計。介紹了軸的結構，軸徑的選擇方法，計算個檔位的彎矩，扭矩，并找出軸的危險截面進行強度校核。 關鍵字：主軸箱；變速箱；傳動 Abstract Lathes are machine tools designed primari

3、ly to do turning, facing, and boring. Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the workpiece. Consequently, more

4、 lathes of various type are used in manufacturing than any other machine tool. The development of the machine tool has the following tendencies: high velocity, high precision, high automation and high reliability etc. However, The CM6150 is a medium-sized lathe with high precision. It has following

5、 advantages such as convenient operating, simple structure, good crafting, low noise and vibration, high manufacturing accuracy, high productivity and so on. So it is widely used in kinds of workshops. The design is based on CM6150 machine, a lathe in the design of a number of components.This design

6、 includes three parts below: Design of the main shaft box，What is involved in this part are: the total layout and design, the design and calculating of each transferring shaft, the design of spindle, design of each gear and the CAD drawing of the spindle box. Design of the transmission box ，What

7、is involved in this part are: I explained the choosing principle of the main parameters I determined some parameters about gears, for example, the helical angle, the tooth width, the tooth number etc. Gears ’s calculated and shaft ’s calculated ，I calculated the rigidity and strength about the mai

8、n gears. I designed shaft and introduced their structure, the choosing method of their radius, I found their hazardous section ,then calculated the rigidity and strength. Keywords: the main shaft box; the transmission box; transmission 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 引 言 1 車床簡介

9、及發(fā)展概況 1 本課題的目的和意義.................................................................................................2 2 機床總體設計.........................................................................................................................3 參數(shù)擬定 3 主要參數(shù) 3 確定轉數(shù)公比值、轉數(shù)數(shù)列、調速范圍 3 總體布局 3

10、 影響本機床總體布局的基本因素 3 布局簡圖 5 　　　 　2.2.3機床設計應滿足的基本要求............................................................................5 3 主傳動系統(tǒng)設計 6 ..........................................................................................................6 ...................................

11、.................................................................6 ....................................................................................................6 ....................................................................................6 3.2傳動方案確定 10 3.2.1集中傳動方

12、式 10 3.2.2分離傳動方式 10 3.3論證并確定合理的結構式和轉速圖 11 3.3.1主變速系統(tǒng)傳動系設計的一般原則 11 3.3.2確定轉速圖 11 3.3.3幾點補充說明 12 3.4齒數(shù)的確定 14 3.4.1在確定齒數(shù)時應注意的幾個問題 14 3.4.2齒數(shù)的最終確定 14 3.5擬定主傳動系統(tǒng)圖 15 3.6確定帶輪直徑 16 3.7計算主軸轉速誤差 17 3.8原理簡單敘述 18 4 傳動件估算 19 主軸及各傳動軸、各傳動齒輪的計算轉速 19 主軸的計算轉速 19 各傳動軸的計算轉速 19 各齒輪計算轉速

13、19 主軸支承軸頸尺寸和內孔徑尺寸的確定 20 主軸前軸直徑的確定 20 主軸后軸直徑的確定 20 主軸內孔徑的確定 20 傳動軸直徑初定 20 傳動齒輪模數(shù)的初步計算 21 5 結構設計 24 帶輪設計 24 制動機構設計 24 主軸的支承形式設計 24 軸的軸向固定 25 齒輪塊設計 25 其它傳動軸軸承的選擇 26 主軸端部的結構形式 26 主軸的潤滑與密封 26 操縱機構設計 27 6 主要零件核算 29 主軸強度校核 29 求切削力Fc和背向力錯誤！未找到引用源。 29 求該軸齒輪受力 30 作出受力圖、

14、彎矩圖、扭矩圖 30 校核軸的強度 31 花鍵聯(lián)接強度校核 32 齒輪的強度計算 33 滾動軸承的校核 35 7 結 論 37 致 謝.........................................................................................................................................38 參考文獻 39 附錄A英文原文 40 附錄B漢語翻譯......................................................

15、.................................................................47 1 引言 1.1 車床簡介及發(fā)展概況 車床本身有其技術和結構特點，能加工回轉體的平面、內外圓、螺紋、螺孔、凸臺、凹槽、曲面等，傳動比較簡單，制造比磨床容易，所用刀具也相對簡單。車床的品種、規(guī)格繁多，為各類機床之冠。在現(xiàn)今各國生產(chǎn)和使用中，手動、機動、數(shù)顯、程控和數(shù)控并存。 目前國外數(shù)車床的技術水平有高性能、高精度、高效率、高自動化、模塊化設計等特點。高性能指依靠改進工藝、布局、結構、驅動和控制等方面來提高精度、效率、自動化，如工藝上車、銑、

16、磨結合；高精度指加工精度普遍提高，精密車床代替了普通精度數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)的分辨率也越來越高，如加工精度從過去的IT6-IT7提高到IT5-IT6；高效率指通過高速化、復合化不斷提高加工效率，高速化方面，主軸轉速、快速進給、傳動功率都大大提高，復合化方面，出現(xiàn)多種切削方式合成的復合加工機和多軸加工；高自動化指采用現(xiàn)場交互式編程和自動對刀，并與CAD/CAM等軟件相結合，監(jiān)控和自診斷能力日益增強，能自動測量和進行誤差補償；模塊化設計指利用基本模塊和各種功能部件靈活配置來加速發(fā)展系列產(chǎn)品、縮短設計周期、降低成本。 在我國，車床制造業(yè)是金屬切削制造業(yè)中最大的一個產(chǎn)業(yè)。按機床工具行業(yè)統(tǒng)計資料

17、匯編，2005年全國車床產(chǎn)量為237464臺，占全國金屬切削機床產(chǎn)量的61.2％。但是，在車床產(chǎn)量中，數(shù)控車床的產(chǎn)量很低，僅占車床產(chǎn)量的13.5％左右。所以，我國目前仍是一個以普通車床生產(chǎn)為主的生產(chǎn)國家。在為數(shù)不多的數(shù)控車床生產(chǎn)中，僅有12％為中、高檔數(shù)控車床。在數(shù)控車床消費中，中、高檔數(shù)控車床主要依靠進口。近幾年數(shù)控車床的進口量和進口額明顯增加，市場份額基本上被進口產(chǎn)品占領。在車床產(chǎn)品中，數(shù)控車床的消費量增長很快，消費量已愈4萬臺，普通車床的消費量超過10萬臺。近年來，我國數(shù)控車床的技術水平提高較快，在設計、制造、使用上有較大進步。但與國外發(fā)達國家的主要差距為：精度、效率、自動化等水平較低；

18、主機設計缺乏創(chuàng)新，模塊化設計少；重要基礎元件、部件、數(shù)控系統(tǒng)等主要依賴進口；缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，設計、試驗手段比較落后。 在發(fā)達國家，由于大批量生產(chǎn)自動化的實現(xiàn)，高效自動化車床的數(shù)量多，數(shù)控車床的發(fā)展快中、高檔車床比例大，總體技術水平高，生產(chǎn)率高。而在發(fā)展中國家，低檔手動普通車床多，所以生產(chǎn)率相對也低。目前國外的數(shù)控車床占整個車床生產(chǎn)的比重較大。它是隨著微電子、計算機技術的進步而迅速發(fā)展的，是傳統(tǒng)機床技術與信息技術相結合的產(chǎn)物，也是今后的發(fā)展方向。 選擇CM6150精密普通車床進行傳統(tǒng)設計目的就是熟悉機床設計過程，為今后的創(chuàng)新打下基礎。 本課題的目的和意義 本課題是通過對

19、CM6150精密普通車床的設計，初步了解金屬切削機床的總體設計思想和步驟，在設計過程中實現(xiàn)一定的創(chuàng)新，并對車床有一個更直觀、更理性的認識。在設計過程中，不僅對計算機制圖等一些基本的能力有一個比較系統(tǒng)的訓練，還能鍛煉和加強解決實際工程問題的能力。 2 機床總體設計 2.1 參數(shù)擬定 2 主要參數(shù) １、主軸轉速范圍 正轉（21級）10～1600r/min 反轉（12級）20～800r/min ２、工件最大長度 L=1000mm ３、進給量范圍：縱向 0.028～/r 橫向

20、0.011～/r 2確定轉數(shù)公比值、轉數(shù)數(shù)列、調速范圍 １、正轉 ， 變速范圍 ， ，得 ２、反轉 ， 變速范圍 ， ，得 綜上，正、反轉公比值皆非標準公比，故采用與正轉公比較接近的標準公比＝1.26作為本機床的公比值，經(jīng)查表得公比為1.26的數(shù)列如下：10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600共23級，比要求多2級，待運動設計時調整。 2.2 總體布局 2 影響本機床總體布局的基本因素 1、機床運動分配對機床總體

21、布局的影響 （1）移動部件的重量應盡量輕（刀具、刀架、尾座等）； （2）應利于提高加工精度（根據(jù)需要選擇主運動和進給運動方式），本機床主運動方式為主軸回轉，進給運動可分為橫向進給和縱向進給； （3）應利于提高機床剛度，縮小占地面積[1]。 2、機床性能要求對機床總體布局的影響 機床的振動、噪聲、熱變形等性能要求對機床的布局影響較大。為提高這些性能指標，可采取如下措施： （1）減小機床振動的布局措施 隔離強迫振動源

22、[1]。本機床是精密車床，故采取分離傳動的布局形式，將主變速裝置裝在單獨的變速箱內，與主軸箱分開。這樣主變速裝置所產(chǎn)生的振動和熱變形被帶傳動吸收或減弱，利于提高機床的工作精度。 （2）降低機床噪聲的布局措施 機床上的電動機、變速箱、進給箱等都是噪聲源，合理布置這些部件是降低機床噪聲的措施之一[1]。本機床采用變速箱、主軸箱分離傳動，且將變速箱和電動機直接相連固于床腿內，不僅縮小了機床的占地面積，而且更有效地降低了噪聲。 （3）減少機床熱變形的布局措施 a. 隔離熱源[1]。熱源外置可使其產(chǎn)生的熱不傳或少傳給機床的執(zhí)行件和支承件，提高加工精度。本機床的電機、變速箱等熱源與主軸

23、箱分離也出于這一原因。 b. 機床切削部分沿熱變形較小的方向布置。通過測量某些普通車床的熱變形可知主軸在垂直方向的熱位移高達，在水平方向上的熱位移不過左右[1]。因此本精密車床的刀架以水平布置為好。 2、提高機床剛度和抗振性的布局措施 將機床基礎件做成整體式，減少接合面數(shù)目[1]。 3、機床操縱方便性要求對機床總體布局的影響 機床布局必須充分考慮到操縱機床的人，處理好人機關系。充分發(fā)揮人和機床各自特點，使人機綜合效能達到最佳。必須便于操作和觀察加工的情形。本機床由于刀架、刀具較小，為便于操作，刀架一般布置在工件前面。操作、調整部位和手柄的安排，應考慮人在站立和坐下時的

24、基本尺寸和四肢活動范圍，常用操縱機構應集中便于操作的區(qū)域。床身底部結構可容納腳伸入，使操作者能貼近機床而便于操作。 2布局簡圖 該機床屬于精密機床，能完成普通車床的各種車削工作，加工零件尺寸精度可達5級，表面粗糙度達。考慮到機床系列化，除主軸箱和變速箱外，其它各部件和C6150型普通車床通用。經(jīng)上面分析論述，進行總體布局如圖2－1： 圖2－1 總體設計示意圖 結構形式：中小型。 運動分配：主軸回轉，刀架在溜板上橫向移動，溜板在床身上縱向移動。 布局特點：萬能性較大，裝夾工件及手動操作較方便，接近刀架容易，結構工藝性較好，較好地降低了噪聲、熱變形、振動對機床的影響，提

25、高了機床的加工精度。 2.2. 3 機床設計應滿足的基本要求 １、工藝范圍 　　機床工藝范圍是指機床適應不同生產(chǎn)要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。一般包括可加工的工件類型、加工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸范圍、毛坯類型等。 　　機床的工藝范圍主要取決于其使用于什么生產(chǎn)模式。如使用于大批量生產(chǎn)模式，工序分散，一臺機床僅需對一種工件完成一道或幾道工序的加工，工藝范圍窄，但需求加工效率高，自動化程度高，應采用專用機床。如使用于單件小批量生產(chǎn)模式，工序集中，需求機床具有較寬的加工范圍，對加工效率和自動化程度的要求相對低一些，應采用普通機床或通用機床。在多品種小批量生產(chǎn)

26、模式，要求機床能適應多品種工件的加工，具有一定的工藝范圍，較高的加工效率和自動化程度，應采用專門化機床。 機床的工藝范圍直接影響到機床結構的復雜程度、設計制造成本、加工效率和自動化程度。對于生產(chǎn)率，就機床本身而言，工藝范圍增加，可能會使加工效率下降，但就工件的制造全過程而言，機床工藝范圍的增加，將會減少工件的裝卸次數(shù)，減少安裝、搬運等輔助時間，有可能使總的生產(chǎn)率提高。數(shù)控機床的出現(xiàn)較好地解決了上述矛盾。萬能數(shù)控機床是能進行自動化加工的通用機床，其工藝范圍往往比普通通用機床還寬，專用數(shù)控機床的生產(chǎn)率和自動化程度卻比普通專用機床還高，因此數(shù)控機床不僅可使用于多品種小批量生產(chǎn)模式，現(xiàn)已逐步推廣應用

27、與大批量生產(chǎn)模式。 　　2、柔性 機床的柔性是指其適應加工對象變化的能力。隨著市場經(jīng)濟的反站，對機床及其組成的的生產(chǎn)線的柔性要求越來越高。傳統(tǒng)的剛性自動生產(chǎn)線盡管生產(chǎn)效率高，但無法適應產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快的要求。機床的柔性包括空間上的柔性和時間上的柔性。所謂空間柔性是指一臺機床的工藝范圍相當于多臺機床的工藝范圍，即機床的運動功能和刀具數(shù)目較多，工藝范圍較廣，機床能夠在同意時期內完成多品種加工的能力。所謂時間上的柔性也就是結構柔性，指的是在不同時期，機床各部件經(jīng)過重新組合，即通過機床重構，改變其功能，形成ＦＭＳ作業(yè)線上，可通過識別裝置對待加工的工件進行識別，并根據(jù)其加工要求，在較短的時間

28、內自動地對機床功能進行重構。要重構在較短的時間內完成，要求機床的功能部件具有快速分離與組合的功能。 　?。?、與物流系統(tǒng)的可接近性 可接近性是指機床與物流系統(tǒng)之間進行物料流動的方便程度。對于普通機床，是由人工進行物料流動的，要求機床的使用、操作、清理和維護方便和安全。對于自動化制造系統(tǒng)，是采用工件傳送帶、自動換刀系統(tǒng)和自動排屑系統(tǒng)等裝置自動進行物料流動的，要求機床的結構便于物料的自動流動，可靠性好。 　　４、剛度 機床的剛度是指加工過程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相對于工件在影響加工精度方向變形的能力。剛度包括靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、熱態(tài)剛度。機床的剛度直接影響機床的加工精度和生產(chǎn)率，因此

29、機床應有足夠的剛度。 　?。怠⒕? 　　要保證能加工出一定精度的工件，作為工件母機的機床必須具有更高的精度要求。機床精度分為機床本身的精度，即空載條件下的精度和工作精度。 　?。丁⒃肼? 噪聲損壞人的聽覺器官和生理功能，是一種環(huán)境污染。設計和制造過程中要設法降低噪聲。 　?。?、生產(chǎn)率 機床的生產(chǎn)率通常是指單位時間內機床所能加工的工件數(shù)量。機床的切削效率越高，輔助時間越短，則它的生產(chǎn)率越高。它是衡量生產(chǎn)技術的先進性、生產(chǎn)組織的合理性和工人勞動積極性的重要指標之一。對用戶而言，使用高效率的機床，可以降低工件的加工成品本。 ８、自動化 自動化機床可在無人工干預的情況下，按規(guī)定的動作要求

30、，通過機械、電子或計算機的控制，自動完成全部或部分的加工。機床的自動化程度越高，加工精度的穩(wěn)定性越好，還可以有效地降低工人的勞動強度，便于一個工人看管多臺機床，大大地提供勞動生產(chǎn)率。 ９、成本 成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期內，包括設計、制造、包裝、運輸、使用維護、再利用和報廢處理等費用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標，應盡可能在保證機床性能要求的前提下，提高其性能價格比。 １０、生產(chǎn)周期 生產(chǎn)周期是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標，為了快速響應時常需求變化，應盡可能縮短機床的生產(chǎn)周期。這就要求盡可能采用現(xiàn)代設計方法，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期；盡可能采用現(xiàn)代制造和管理技術，縮短制造周期。

31、１１、可靠性 應保證機床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時間內，完成規(guī)定的加工功能時，無故障運行的概念要高。 １２、造型與色彩 機床的外觀造型與色彩，要求簡潔明快、美觀大方、宜人性好。應根據(jù)機床功能、結構、工藝及操作控制等特點，按照人機工程學的要求進行設計。 隨著科學技術的進步和社會需求的變化，機床的設計理論和技術也在不斷地發(fā)展。計算機技術和分析技術的飛速進步，為機床設計方法的發(fā)展提供了有力的技術支撐。計算機輔助設計（CAD）已在機床設計的各個階段得到了應用改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法，使機床設計由傳統(tǒng)的人工設計向計算機輔助設計、由定性設計向定量設計、由靜態(tài)和線性分析向動態(tài)和非線性分析、由可行

32、性設計向最佳設計過渡。 　　　 　　 3 主傳動系統(tǒng)設計 3.1 主傳動系統(tǒng)概述 主傳動的功用 機床主傳動是實現(xiàn)機床主運動的傳動，屬于外聯(lián)系傳動鏈，其功用是：1）將一定的動力由動力源傳遞給執(zhí)行件（如主軸或工作臺）；2）保證執(zhí)行件具有一定的轉速和足夠的轉速范圍；3）能夠實現(xiàn)運動的開停，變速，換向和制動。 主傳動的組成 主傳動一般由動力源，變速裝置及執(zhí)行件以及開停，換向和制動機構等部分組成。動力源給執(zhí)行件提供動力，并使其得到一定的運動速度和方向；變速裝置傳遞動力以及變換運動速度；執(zhí)行件執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉或直線運動。開停機構用來實現(xiàn)

33、機床主軸的啟動和停止；換向機構用來變換機床主軸旋轉方向；制動機構用來·控制機床主軸迅速停轉以減少輔助時間。 主傳動系統(tǒng)的設計要求 設計機床主傳動系時最基本的原則就是以最經(jīng)濟，合理的方式滿足既定的要求。一般滿足下述基本要求： 1、滿足機床使用性能要求。首先應滿足機床的運動特性，如機床的主軸有足夠的轉速范圍和轉速級數(shù)，傳動系設計合理，操縱方便靈活，迅速，安全可靠等。 （1）滿足機床傳遞動力要求。住電動機和傳動機構能一共和傳遞足夠的功率和扭矩，具有較高的傳遞效率。 （2）滿足機床工作性能的要求。主傳動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。

34、 （3）滿足產(chǎn)品設計經(jīng)濟性要求。傳動鏈盡可能減短，零件數(shù)目要少，一邊節(jié)省材料，降低成本。 （4）調整維修方便，結構簡單合理，便于加工和裝配。防護性能好，使用壽命長。 2、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除了應滿足普通機床的主傳動要求外，還應滿足以下要求： （1）具有更大的調速范圍，并實現(xiàn)無級調速。數(shù)控機床為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質量，必須具有最高的轉速和更大的調速范圍 。 （2）具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)噪聲低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關。為此，應提高傳動件的制造精度及剛

35、度，齒輪齒面進行高頻感應加熱淬火增加耐磨性。 （3）良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床上一般既要驚醒粗加工又要進行精加工。加工時可能由于斷續(xù)切削，加工余量不均勻，運動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此在主傳動系統(tǒng)中各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有一定的抑制各種干擾引起振動的能力——抗振性。 （4）機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低

36、傳動效率，影響到生產(chǎn)率，為此要求主軸部件具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 3.2 傳動方案確定 主傳動系的傳動方式主要有兩種：集中傳動方式和分離傳動方式。 集中傳動方式 此種方式將主傳動系的全部傳動和變速機構集中裝在同一個主軸箱內。特點是結構緊湊，便于實現(xiàn)集中操縱，安裝調整方便。缺點是這些高速運轉的傳動件在運轉過程中產(chǎn)生的振動將直接影響主軸運轉平穩(wěn)性；傳動件所產(chǎn)生的熱量會使主軸產(chǎn)生熱變形，使主軸回轉軸線偏離正確位置而直接影響加工精度[2]。 分離傳動方式 此種方式將主傳動系中大部分的傳動和變速機構裝在遠離主軸的單獨的變速箱

37、中，然后通過帶傳動將運動傳到主軸箱。其特點是變速箱各傳動件產(chǎn)生的振動和熱量不能直接傳給或少傳給主軸，從而減少主軸的振動和熱變形，有利于提高機床的工作精度[2]。 綜上對比，本機床屬于精密機床，對加工精度有較高要求，故采用分離傳動方式。 3.3 論證并確定合理的結構式和轉速圖 主變速系統(tǒng)傳動系設計的一般原則 1、盡量縮短傳動鏈； 2、傳動組的變速級數(shù)（或傳動副數(shù)）盡量“前多后少”； 3、傳動組的變速范圍盡量“前緊后松”； 4、降速比分配盡量“前慢后快” [1]。 確定轉速圖 前面已選擇公比,由（正轉）和（反轉），故單純依靠常規(guī)變

38、速系統(tǒng)滿足不了設計要求，因此應在常規(guī)設計方案的基礎上逐步加以改進、調整。 常規(guī)變速系統(tǒng)中最接近21級變速的是18級變速，查表12～18級常規(guī)變速系統(tǒng)結構網(wǎng)推薦方案[1]，有兩種可供選擇：①;②由于變速范圍不滿足要求，故采用雙公比來增加變速范圍。在通用基礎使用中，每級轉速使用的機會不太相同。經(jīng)常使用的是轉速范圍的中段，轉速范圍的高、低段使用較少。雙公比傳動系統(tǒng)就是針對這一情況設計的。主軸的轉速序列有兩個公比，轉速范圍經(jīng)常使用的中段采用小公比，不經(jīng)常使用的高、低段用大公比。但雙公比不能遵循傳動組變速范圍盡量“前緊后松”的原則，故應采用②。 又由于級數(shù)不夠21級，故采用雙速電機作為增加級

39、數(shù)的方法，而且可簡化齒輪變速箱的結構，縮小尺寸，還可在傳動中變速。缺點是在電動機低速級時輸出功率較小，使機床性能在部分轉速下不能充分發(fā)揮。同時電動機的尺寸和重量較大，價格較貴。由于本機床工藝范圍較寬，故成本可提高些，采用特制精密雙速電機。由于中間有一級帶傳動，故需5根傳動軸。 此方案第一降速組的最大被動齒輪較大，增大了變速箱的徑向尺寸。且此機床有正、反轉要求。若考慮反轉，則Ⅰ軸上有多個齒輪傳動副和一個雙向摩擦片離合器，增大了軸向尺寸。 調整：（1）原定Ⅰ、Ⅱ軸之間再加一根傳動軸，使Ⅰ軸功能僅限于換向，減小軸向尺寸；（2）改變第一降速組，使其存在增速傳動，使最大被動齒輪的徑向尺寸減少。這樣一

40、來，處在最后位置的變速組不能有增速。而且直接降速必然會超過降速極限格數(shù)，所以還需增加背輪機構。 調整后基本的結構式為：，最終轉速圖如圖3－1、圖3－2。 幾點補充說明 1、齒輪傳動升速時傳動比受到振動和噪聲的限制，降速時傳動比受到徑向尺寸不能過大的限制，因此機床中齒輪傳動副傳動比不能超過下列范圍：主傳動采用直齒輪時，，（傳動組變速范圍）[2]。 圖3－1 正轉轉速圖 2、本傳動鏈具有雙速異步電動機，其同步轉速為750/1500r/min（8/4極），電動機變速范圍為2，此時傳動鏈公比應是2的整數(shù)次方根，電傳動組可看成第一擴大組，基本組傳動副數(shù)應為3[3]。

41、 3、為減少齒輪數(shù)目達到減小變速箱尺寸的目的，在Ⅲ軸采用了兩個公用齒輪。公用齒輪既是前一個傳動組的被動輪，又是后一傳動組的主動輪，但兩個傳動組的模數(shù)必須相同。由于齒輪公用，使兩個傳動組間傳動比互相牽制，不能獨立地按照最緊湊原則確定傳動件尺寸，因此徑向尺寸一般較大。此外，公用齒輪的兩齒側面同時嚙合，要注意其磨損和壽命問題[2]。 圖3－2 反轉轉速圖 4、增加背輪機構的作用：在主軸高速運轉時，運動由傳動帶經(jīng)齒輪離合器直接傳動，主軸傳動鏈短，使主軸在高速運轉時比較平穩(wěn)，空載損失??；當主軸作低速運轉時，運動則由背輪經(jīng)背輪機構的兩對降速齒輪傳動，顯著降低轉速，達到擴大變速范圍的

42、目的[2]。 3.4 齒數(shù)的確定 在確定齒數(shù)時應注意的幾個問題 （1）減小變速箱的徑向尺寸，齒數(shù)和應小于120，對中小型機床一般取左右。 （2）確定齒數(shù)和時，應考慮到兩軸的中心距不致過小，以避免兩軸的軸承或傳動件與其他零件在空間相碰。 （3）為保證齒輪傳動的平穩(wěn)和不發(fā)生根切現(xiàn)象，一般。 （4）為保證齒輪輪轂有足夠的強度，在確定下齒輪齒數(shù)時，還要考慮從小齒輪根圓到鍵槽頂部的距離，至少大于該齒輪摸數(shù)的兩倍，最小齒數(shù)應滿足下式： (3.1) （5） 為保證三聯(lián)齒輪能在軸上順利地滑移，則相鄰兩齒輪的齒數(shù)差[2]。 （6） 齒數(shù)選

43、定后，由于實際傳動比將會造成主軸轉速誤差，其數(shù)值一般不應超過，即 (3.2) 上式中是機床主軸轉速數(shù)列的公比。 3.4.2齒數(shù)的最終確定 經(jīng)查表和多次調整，得出各齒輪齒數(shù)如表3－1。 變速箱內Ⅱ軸存在三聯(lián)滑移齒輪，其最大和次大齒輪齒數(shù)差應大于或等于4，以保證滑移時齒輪外圓不相碰。其最大齒輪齒數(shù)為39，次大齒輪齒數(shù)為28，故齒數(shù)差為11，滿足條件[8]。 表3－1 各個變速組中齒輪的齒數(shù) 變速組 Ⅰ－Ⅱ Ⅰ－Ⅲ Ⅱ－Ⅲ Ⅲ－Ⅳ Ⅴ－Ⅶ Ⅴ－Ⅵ Ⅶ－Ⅵ 主動輪齒數(shù)

44、 從動輪齒數(shù) 3.5 擬定主傳動系統(tǒng)圖 1、經(jīng)多次調整，繪出主傳動路線圖如圖3－2、圖3－3： Ⅰ－－Ⅱ－－Ⅲ－－Ⅳ－－Ⅴ－ 圖3－2 正轉主傳動路線圖 Ⅰ－－Ⅲ－－Ⅳ－－Ⅴ－ 圖3－3 反轉主傳動路線圖 2、主傳動系統(tǒng)圖如圖3－4： 圖3－4 主傳動系統(tǒng)圖 3.6 確定帶輪直徑 根據(jù)電機功率及及傳動比需要，選小帶輪直徑為=140mm，大帶輪直徑為=210mm。 3.7 計算主軸轉速誤差 轉速誤差用主軸實際轉速與標準轉速相對誤差的絕對值表示：

45、 計算結果如表3-5、表3－6： 表3－5正轉轉速誤差 標準轉速 10 16 20 25 40 50 63 80 100 125 實際轉速 轉速誤差 ％ ％ ％ ％ ％ ％ 3.34％ ％ ％ ％ ％ 標準轉速 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1600 實際轉速 轉速誤差 1.83% ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ 表3－6反轉轉速誤差

46、標準轉速 20 40 50 63 100 160 250 315 400 500 800 實際轉速 轉速誤差 1.15% 1.68% 1.83% 2.66% 2.35% 3.33% 1.14% 0.90% 0.26% 2.67% 1.58% 3.33% 少數(shù)不是常用轉速的轉速誤差稍微偏大，不影響機床正常工作。 3.8 原理簡單敘述 該機床是精密機床，為減少振動采用特制的精密電動機，它直接安裝在變速箱上，并安放于前床腿中。電動機與Ⅰ軸通過滾針相連。在Ⅰ軸上裝有雙向摩擦片式離合器

47、，使主軸實現(xiàn)正轉、反轉及停車。Ⅱ軸上的三聯(lián)滑移齒輪由一手柄操縱；Ⅳ軸上有一個帶內齒輪的雙聯(lián)滑移齒輪，由另一手柄操縱，可實現(xiàn)3級變速。當雙向摩擦片式離合器右側結合時，運動經(jīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ軸，使帶輪獲得9級速度輸出，用于主軸正轉；左側結合時，運動由Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ軸傳至帶輪獲得3級速度輸出，實現(xiàn)主軸反轉[9]。 運動由變速箱經(jīng)帶輪傳入主軸箱。若使內齒輪左移和外齒輪嚙合，這樣帶輪可直接傳動主軸獲得高速回轉；若將內齒輪和外齒輪脫開，同時合上背輪機構傳動齒輪，則運動通過齒輪而傳動主軸獲得低速轉速回轉。上述變換由手柄操縱。 帶輪內側裝有電磁制動器，銜鐵固定在帶輪上，磁軛和軸承座有鍵連接。變速箱中摩擦片式離合

48、器松開時，主軸運動被切斷，同時電磁制動器線圈通電，是磁軛迅速壓向銜鐵實現(xiàn)制動，主軸立即停轉。隨后電磁制動器線圈斷電（由電氣線路保證），磁軛復位。 主軸前支承是由一個C3182120雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個C8120推力球軸承組成，后支承為D3182116雙列向心短圓柱滾子軸承。裝配時，修磨調整墊片厚度，使C3182120精密軸承的徑向間隙在合適的范圍內，保證主軸具有較好的工作性能[4]。 4 傳動件估算 主軸及各傳動軸、各傳動齒輪的計算轉速 主軸的計算轉速 1、主軸或各傳動件傳遞全部功率的最低轉速為計算轉速。 2、主軸計算

49、轉速：查表得計算公式并代入數(shù)值。 正轉，取 反轉，取 各傳動軸的計算轉速 各傳動軸計算轉速如表4－1： 表4－1 各軸計算轉速（r/min） 軸號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅶ 正轉 730 292 119 79 反轉 730 584 237 158 79 各齒輪計算轉速 各變速組內一般只計算最小的，也是強度最薄弱的齒輪，因此只需確定最小齒輪的計算轉速。結果如表4－2： 表4－2 各齒輪計算轉速（r/min） 正轉 反轉 齒數(shù) 17 18 26 33（外） 17 26 33（外） 36 轉

50、速 160 292 119 314 79 237 158 584 主軸支承軸頸尺寸和內孔徑尺寸的確定 主軸前軸頸直徑的確定 查表[1]按照車床主參數(shù)中的最大加工直徑與主軸前軸頸直徑的關系確定如下： 綜合考慮結構上的需要，選取主軸前軸頸直徑＝100mm。 主軸后軸頸直徑的確定 ＝（～），考慮結構需要后確定主軸后軸頸直徑＝80mm。 主軸內孔徑的確定 按照＝～，確定＝52mm。 傳動軸直徑初定 傳動軸直徑按照扭轉剛度用公式進行概算[5]： （4.1） 式中：d—傳動軸直徑

51、，單位為mm； N—該軸傳遞的額定功率，單位為kw； —該軸的計算轉速，單位為r/min； —該軸每米長度允許扭轉角，單位為deg/m，一般傳動軸?。?.5°～1°。 Ⅰ軸： Ⅱ軸： Ⅲ軸： Ⅳ軸： Ⅴ軸： Ⅵ軸： 綜上計算結果如表4－3： 表4－3 初算軸徑（mm） 計算公式 軸號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅶ 計算軸徑 綜合考慮各種因素選擇各軸受扭矩作用軸段的最小直徑分別為：Ⅰ軸40mm，Ⅱ軸30mm，Ⅲ軸35m

52、m，Ⅳ軸35mm，Ⅴ軸60mm，Ⅶ軸40mm。依軸徑選擇花鍵依次為Ⅰ軸6×35×40×10，Ⅱ軸6×26×30×8，Ⅲ軸、Ⅳ軸6×30×35×10，Ⅶ軸左端6×42×46×8、右端6×35×40×7。 傳動齒輪模數(shù)的初步計算 初步計算齒輪模數(shù)時，按簡化的接觸疲勞強度公式進行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負荷最重的小齒輪進行計算。從等強度的觀點出發(fā)，可見效其它齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相近的接觸應力或彎曲應力狀態(tài)下工作。這樣一來，還可以縮短該傳動組的軸向尺寸。 按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算[5]： （4.2） 式中：—按接觸

53、疲勞強度計算的齒輪模數(shù)，單位為mm； —驅動電動機功率，單位為kw； —計算齒輪的計算轉速，單位為r/min； u—大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比u≥1，外嚙合取“＋”號，內嚙合取“－”號； —小齒輪齒數(shù)； —齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），＝6～10； —許用接觸應力，單位為MPa，如下表4－4： 表4－4： 許用接觸應力 材料 熱處理 強度限 屈服限 硬度 接觸應力 彎曲應力 20Cr 滲碳淬硬 800 600 1650

54、 297 以齒輪＝17為例進行計算如下： 由此選取標準模數(shù)m＝。 以此類推確定其它齒輪模數(shù)如表4－5： 表4－5 各齒輪模數(shù) 齒數(shù) 模數(shù) 齒數(shù) 模數(shù) 3 3 3 ? 5 結構設計 帶輪設計 帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運動和動力的傳動。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動是機床主要傳動方式之一，常見的有平帶傳動和V帶傳動；捏合傳動只有同

55、步帶一種。 根據(jù)V帶計算考慮其它方面因素選用4根C型V帶。靠近變速箱的帶輪安裝在軸端法蘭盤凸緣上，以短圓柱和法蘭盤端部定位，用圓柱銷和螺釘固定。適用于軸向尺寸受限、不允許帶輪有較長輪轂的場合，屬于非卸荷式帶輪的結構形式；靠近主軸箱的帶輪與電磁制動器相連通過軸承座將負載卸荷在箱體上，屬于卸荷式帶輪的結構形式[10]。 保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設計的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動的其它帶傳動設計的主要依據(jù) 制動機構設計 主軸箱Ⅴ軸左端裝有帶卸荷裝置的帶輪，其內側裝有電磁制動器，銜鐵固定在帶輪上，磁軛與軸承座相連。當變速箱中離合器松開時

56、主軸運動被切斷，同時電磁制動器線圈通電，使磁軛迅速壓向銜鐵實現(xiàn)制動，主軸立即停轉。 主軸的支承形式設計 本機床主軸采用如圖5－1所示的支承形式。圖5－1表示兩個推力支承裝在前支承的后側。 圖5－1 主軸的支承形式 這種結構減少了主軸的懸伸，并使主軸的熱膨脹向后[3]，優(yōu)點較顯著。主軸前支承是由一個C3182120雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個C8120推力軸承組成，承受徑向力和較大的軸向力；后支承為D3182116雙列向心短圓柱滾子軸承，承受徑向力和較小的軸向力。 軸的軸向固定 在數(shù)控機床上的主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。由于滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維

57、護方便，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，而且它在旋精度、剛度、承載能力、轉速、發(fā)熱等主要性能上能滿足大多數(shù)主軸部件的要求，特別是它具有能在轉速和載荷變動幅度很大的條件下穩(wěn)定工作的優(yōu)點，因此在設計主軸部件時，應盡量選用滾動軸承。 不論傳動軸上是否承受軸向力，它都必須軸向固定。根據(jù)軸的結構及軸承型號可以采用一端固定或兩端固定。 1、一端固定 傳動軸一端固定，周的另一端為自由端，只需將軸承內環(huán)固定在軸上即可，軸受熱變形時可向自由端延伸，適用于較長的軸。 21、兩端固定 當軸的兩端支撐用圓錐滾子軸承或向心推力球軸承時，則必須用兩端固定法，

58、一般適用于較短的軸。 齒輪塊設計 本機床變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機構， 有二聯(lián)滑移齒輪和三聯(lián)滑移齒輪和滑移齒輪。所有滑移齒輪均采用手動操做來實現(xiàn)位置確定。 1、結構特點 （1）單鍵、花鍵傳遞轉矩； （2） 彈性擋圈周向固定，銷起軸向固定作用； （3）該結構簡單，工藝性好； （4）裝拆方便。 所有滑移齒輪與傳動軸間均采用花鍵聯(lián)接。 2、齒輪結構設計應注意齒輪與軸的配合長度要滿足 L=（～）d（固定齒輪） L=（～）d（滑移齒輪） 滑移齒輪的軸向位置由操縱機構中的定位槽、定位孔、擋圈或其他方式保證。 從工藝角度考慮，其它固定齒輪（主軸上的齒輪除外）也采

59、用花鍵聯(lián)接，由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)接[11]。 3、防止干涉和碰撞 采用三聯(lián)滑移齒輪時，應檢查齒輪之間的齒數(shù)關系：三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應大于或等于4以保證滑移時，齒輪外圓不相碰。 其它傳動軸軸承的選擇 Ⅶ軸軸向尺寸較長，故采用3個支承，因為不受軸向力，所以都選擇單列向心球軸承306、308型；Ⅳ軸與帶輪連接，比較特殊，靠近帶輪的一端由單列向心短圓柱滾子軸承2207和單列向心球軸承307共同承受徑向載荷，另一端則用單列向心球軸承305；其它各傳動軸軸向尺寸較小，采用兩端支承承受徑向載荷，具體型號見裝配圖。 主軸端部的結構形式

60、主軸端部的形式取決于機床的類型和安裝夾具或刀具的類型。主軸端部的結構應保證夾具、頂尖或刀具安裝可靠，定位準確每高的聯(lián)結剛度以傳遞足夠的扭矩，并盡量縮短主軸懸伸長度，以及裝卸方便等。 主軸端部選擇C型主軸頭，主軸前端用6號莫氏錐度的孔，用以插入頂尖或心軸。 連接在卡盤上的特種緊固螺栓，從軸端穿入法蘭盤孔和轉墊孔后，將轉墊轉動一定角度再擰緊螺栓，就可將卡盤夾牢。其優(yōu)點是軸端懸伸較小，剛性較好；更換卡盤等附件迅速；無螺孔，工藝性好[12]。 結構形式如圖5－2。 主軸的潤滑與密封 主軸組件潤滑采用油潤滑。密封為的是防止油外漏和灰塵屑末切屑液等進入。潤滑油的防漏，主要靠疏導。潤滑油經(jīng)前軸承

61、后，向右經(jīng)螺母外流。螺母的外圓有鋸齒形環(huán)槽。主軸旋轉時將油甩向端蓋內的空腔，然后經(jīng)回油孔流回主軸箱。鋸齒的方向應逆著油流的方向。環(huán)槽應有2～3條。因油被甩到空腔后，可能有少量被濺回，前面的環(huán)槽還可以再甩。回油孔直徑應盡量大些，以保證回油暢通[3]。具體結構見裝配圖。 齒輪在工作時，齒面見產(chǎn)生摩擦和磨損，造成動力損耗。因此潤滑是齒輪傳動設計和制造中的一個重要方面。潤滑的功能是：減摩，提高傳動效率，減緩和防止齒面失效以及散熱和防銹等。對于開式齒輪傳動，一般圓周速度較低，常采用定期人工加油或定期壓力加油的潤滑方式。對于閉式齒輪傳動，常采用浸油潤滑或噴油潤滑的潤滑方式。 操縱機構設計 機床的操

62、縱機構是用來移動滑移齒輪以達到變換運動速度的要求，它也可以控制運動的啟停、換向和其他輔助運動。 1、擺動式 通過擺桿—滑塊撥動被操縱件。結構簡單，應用廣泛。但滑塊軸心運動軌跡為軸心線，當偏離量過大則操縱費力，并失去正常的操縱能力，故適用于被操縱件移動距離較小的場合[13]。 圖5－2 主軸端部的結構形式 2、移動式 通過撥叉、撥動被操縱件，無相對滑動。結構較復雜，適用于被操縱件移動距離較大的場合。 因此，CM6150機床采用以下的操縱機構： a.Ⅶ 軸采用的是擺動式機構； b.Ⅱ、Ⅳ軸采用的是移動式結構。 6 主要零件核算 主

63、軸強度校核 通過主軸的結構設計，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。對于傳動軸除重載軸外,一般無需進行強度驗算,只進行剛度驗算.軸在載荷的作用下會產(chǎn)生彎曲和扭轉變形,當這些變形超過某個允許值時,會使機器零部件工作狀況惡化,甚至使機器無法正常工作,所以對精密機器的傳動和對剛度要求高的軸,要驚醒剛度校核,以保證軸的正常工作.軸的剛度分為扭轉剛度和彎曲剛度兩種,前者是用扭轉角來度量,后者以撓度和偏角來度量.在前面計算時轉動軸軸徑是用扭轉剛度公式進行估算的,所以軸驗算時只需用彎曲剛度校驗.軸在受載的情

64、況下會產(chǎn)生彎曲變形,過大的彎曲變形也會影響軸上零件的正常工作,對于機床上安裝齒輪的軸會因軸的變形而影響齒輪的嚙合狀態(tài)及工作平穩(wěn)性;軸的偏角會使?jié)L動軸承的內外圈傾斜,如偏轉角超過滾動軸承的允許轉角就會顯著降低滾動軸承的壽命;軸的變形還會使高速軸回轉時產(chǎn)生振動和噪音影響機器的正常工作。 因此對軸需要校核彎曲變形是所產(chǎn)生的撓度和偏轉角，即驗算軸的最大撓度及齒輪 處和軸承處的傾角是否在允許的范圍只內。

65、 以主軸轉速為1000轉時所受的力進行強度校核。已知 求切削力和背向力 （6.1） （6.2） 式中：、—取決于被加工材料和切削條件的切削力系數(shù)； 、、、、、—分別為兩個分力公式中，背吃刀量、進給量f和切削速度的指數(shù)； 、—修正系數(shù)。 求該軸

66、齒輪受力 （6.3） （6.4） （6.5） （6.6） 式中：T—小齒輪傳遞的轉矩，單位為； d—小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑，單位為mm； —嚙合角，對標準齒輪，。 以上分析的是主動輪輪齒上的力，從動輪輪齒上的各力分別與其大小相等、方向相反。 作出受力圖、彎矩圖、扭矩圖 如圖6－1作出軸的載荷分析圖。 經(jīng)計算，水平方向上：＝，＝，＝， ＝；垂直方向上：＝，＝，＝，＝；合成彎矩：＝，＝；扭矩T＝47750。 校核軸的強度 算出軸的彎矩和扭矩后，可知最危險截面為彎矩為處，針對此處作彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力[14]