《輕型數(shù)控龍門銑床的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《輕型數(shù)控龍門銑床的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】（81頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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I ............................................................................................................... 1 章 緒論 ...................................................................................................... 1 景 ...................................................................................................... 1 控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 ...................................................................... 1 控技術(shù)的發(fā)展趨勢 .................................................................. 2 控機(jī)床的分類 .................................................................................. 2 工藝用途分類 .......................................................................... 3 運(yùn)動方式分類 .......................................................................... 3 控制方式分類 .......................................................................... 3 濟(jì)型 數(shù)控機(jī)床 .................................................................................. 4 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的概念 .............................................................. 4 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的分類 .............................................................. 4 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) .............................................................. 5 控機(jī)床的組成及工作原理 .............................................................. 5 控機(jī)床的組成 .......................................................................... 5 章小節(jié) .............................................................................................. 8 第 2 章 數(shù)控龍門銑床總體方案設(shè)計(jì) ................................................................ 8 床的設(shè)計(jì)要求 .................................................................................. 8 計(jì)方案 .............................................................................................. 8 章小節(jié) ............................................................................................. 11 第 3 章 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) .............................................................................. 12 軸箱的設(shè)計(jì)要求 ............................................................................ 12 ............................................................................. 12 傳動功率 ................................................................................ 12 動源的選擇 ............................................................................ 13 速圖的擬定 ............................................................................ 13 ............................................................................. 15 ......................................................................... 17 摘要 .......................................................................... 18 ...................................................................... 18 關(guān)零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 ................................................. 18 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ......................................................................... 20 軸組件的剛度和剛度損失的計(jì)算 ......................................... 21 零件的校核 ....................................................................................... 23 .............................................................................. 23 章小節(jié) ............................................................................................. 24 第 4 章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................... 26 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 ............................................................. 26 .................................................................. 27 .................................................................................. 27 珠 絲杠副的導(dǎo)程.............................................................. 28 .............................................................................. 30 .................................................................................. 30 珠絲杠副的安全使用 ..................................................................... 31 滑 ............................................................................................. 31 塵 ............................................................................................. 31 .............................................................................................. 32 裝 ............................................................................................. 32 服進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì) ............................................................. 32 章小節(jié) ............................................................................................. 34 第 5 章 床身、橫梁導(dǎo)軌和工作臺 ................................................................... 35 身結(jié)構(gòu) ............................................................................................. 35 床身結(jié)構(gòu)的基本要求 ............................................................. 35 身的結(jié)構(gòu) ................................................................................. 36 軌 ..................................................................................................... 38 軌的潤滑與防護(hù) ..................................................................... 38 軌的安裝調(diào)整 ......................................................................... 39 作臺 ................................................................................................. 39 章小節(jié) ............................................................................................. 39 結(jié)論 ..................................................................................................................... 39 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 40 致謝 .................................................................................................................... 41 附錄 1 ................................................................................................................. 42 附錄 2 ................................................................................................................. 48 附 錄 3 ................................................................................................................. 53 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 景 二十世紀(jì)中期以來，由于航空和航天技術(shù)的快 捷發(fā)展，對于各種飛行器的加工提出更好更快的要求。這些零件形狀大都相當(dāng)復(fù)雜，材料多為難加工的合金，用傳統(tǒng)的機(jī)床和工藝方法進(jìn)行加工，不能保證精度，也很難提高生產(chǎn)效率，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明和發(fā)展，是數(shù)控機(jī)床的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)，且已經(jīng)或即將成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)過程的基本環(huán)節(jié)。 也就是說，結(jié)合現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價(jià)格、提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、提高加工精度、節(jié)約工裝費(fèi)用、降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期、減輕工人的勞動強(qiáng)度，以致使企業(yè)取得最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，在這種總的前 提和要求下，就必須使機(jī)械加工自動化，適應(yīng)于生產(chǎn)對象經(jīng)常改變的情況，并且具有較好的通用性，較大的柔性。因此經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床就這樣被設(shè)計(jì)并被廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)代化生產(chǎn)當(dāng)中。 控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械加工產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對加工質(zhì)量的要求越來越高。由于產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，目前在一般機(jī)械加工中單件、小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品約占 70%為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和降低成本，要求機(jī)床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且加工過程要盡可能實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控技術(shù)就是在這種條件下 發(fā)展起來的，適用于精度高、零件形狀復(fù)雜的單價(jià)及小批量生產(chǎn)，以數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)控制的一門技術(shù)。 控技術(shù)領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn) 控的技術(shù)領(lǐng)域 數(shù)控就是以數(shù)字程序的形式實(shí)現(xiàn)控制的一門技術(shù)，它是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來的，綜合了各技術(shù)領(lǐng)域里的新成就，具有廣泛的通用性，是高自動化程度的工業(yè)自動控制技術(shù)?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)所涉及到的技術(shù)領(lǐng)域?qū)W科很多，范圍較廣，除機(jī)械技術(shù)本體之外，還燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 有以下關(guān)鍵技術(shù)： 數(shù)控技術(shù)首先在機(jī)床行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控加工中心及數(shù)控線切割機(jī)床等。 控技術(shù)中計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)數(shù)控多以通用的小型或微型計(jì)算機(jī)為核心，在增加適當(dāng)?shù)慕涌陔娐芳巴鈬O(shè)備，來代替數(shù)控柜中的專用計(jì)算裝置。 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)有以下特點(diǎn) 復(fù)雜程度的控 制 控技術(shù)的發(fā)展趨勢 從數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展來看，數(shù)控機(jī)床已發(fā)展了五代在實(shí)際應(yīng)用中，除了機(jī)床行業(yè)之外，數(shù)控技術(shù)還應(yīng)用在其他部門，產(chǎn)生了各種數(shù)控設(shè)備。例如：數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控繞線機(jī)、數(shù)控測量機(jī)等。隨著數(shù)控技術(shù)向其他行業(yè)的推廣，計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)及系統(tǒng)等技術(shù)在各工業(yè)部門的應(yīng)用，推動了機(jī)械工業(yè)從傳統(tǒng)的概念和方法中解脫出來，向著綜合自動化的方向變革。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ 術(shù)，可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，發(fā)現(xiàn)和修正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。在加工制造方面，采 用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（ 使計(jì)算機(jī)參與從零件材料選擇到加工和裝配檢驗(yàn)直至成品出庫的整個(gè)過程。 控機(jī)床的分類 第 1 章 緒論 3 工藝用途分類 （ 1）一般數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床品種一樣，其工藝可能性和通用機(jī)床相似，且能加工復(fù)雜形狀零件。 （ 2）數(shù)控加工中心機(jī)床 它是在一般數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的一種帶自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。其主要來加工箱體零件。 （ 3）多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 其特點(diǎn)是數(shù)控裝置的軸數(shù)較多，機(jī)床結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。 （ 4）計(jì)算機(jī)群控 它也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，是一臺大型 通用計(jì)算機(jī)直接控制一群數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)。 運(yùn)動方式分類 （ 1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床的數(shù)控裝置只能控制機(jī)床移動部件從一個(gè)位置（點(diǎn)）精確的移動到另一個(gè)位置（點(diǎn)），在移動過程中不進(jìn)行任何切削加工。 （ 2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床工作時(shí)，不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的位置，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動速度和路線。 （ 3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 這種機(jī)床的控制裝置能夠同時(shí)對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制。加工時(shí)不僅要控制起點(diǎn)和終點(diǎn)，還要控制整個(gè)過程中每點(diǎn)的速度和位置。 控制方式分類 （ 1） 在開環(huán)控制中，機(jī)床沒有檢測反饋裝置，如圖 1控裝置發(fā)出信號的流程是單向的，所以不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，故機(jī)床加工精度不高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 1意圖 這種機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試方便，維修簡單，其控制精度受到限制。它適用于一般要求的中、小型數(shù)控機(jī)床。 （ 2） 這種控制方式對工作臺的實(shí)際位置不進(jìn)行檢查測量。這種控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)試比閉環(huán)方便。 （ 3） 這類機(jī)床的 優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但是調(diào)試和維修比較復(fù)雜。 （ 4） 它集中了上述三種控制方式的特點(diǎn)。 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的概念 所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指價(jià)格低廉，操作使用方便，適合我國國情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機(jī)床。 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的分類 以驅(qū)動和定位方式劃分，經(jīng)濟(jì)數(shù)控系統(tǒng)可分為以下三類： （ 1） 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，不采用其他措施進(jìn)行補(bǔ)償位置誤差。其力矩不太大，所以機(jī)床行程速度較低?？杉庸ゅF面、螺紋、簡單外形的曲面等，十分靈活。 由于性能價(jià)格比合適，所以被廣泛采用。 第 1 章 緒論 5 （ 2） 它采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制。它可提高精度。但只能加工柱面，且成本高，其性能價(jià)格比下降。 （ 3） 它采用了高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動，扭矩大，速度高，承載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削，但造價(jià)太高不經(jīng)濟(jì)，不適用于中小企業(yè)。 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有以下特點(diǎn)： 1．價(jià)格便宜，其性能價(jià)格比適中。 2．適用于多品種，中小批量產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，對產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)。 3．提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品損失。 4．能解決復(fù)雜零 件的加工精度控制問題。 5．節(jié)約大量工裝費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。 6．減輕工人的勞動強(qiáng)度。 7．提高工人素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。 8．增強(qiáng)了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競爭能了創(chuàng)造了條件。 控機(jī)床的組成及工作原理 控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機(jī)床主機(jī)組成，如圖 1 1．控制介質(zhì) 控制介質(zhì)是存貯數(shù)控加工所需要的全部動作和刀具相對于工作位置信息的媒介物，它記載著加工零件的加工程序。常用的有穿孔帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 12．?dāng)?shù)控裝置 它是數(shù)控機(jī)床的核心。先導(dǎo)數(shù)控機(jī)床都采用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，既置。他能完成信息輸入、存儲、變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 3．伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)世界手術(shù)控裝置的指令，驅(qū)動機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的驅(qū)動部件。包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給驅(qū)動單元、主軸電機(jī)和進(jìn)給電機(jī)等。 4．測量反饋裝置 該裝置由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋出來，構(gòu)成閉環(huán)控制。 5．機(jī)床主機(jī) 主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，包 括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。 當(dāng)機(jī)床進(jìn)行加工零件時(shí)，對加工要求零件尺寸及其參數(shù)，加工步驟等專用代碼化的數(shù)字表示，通過控制介質(zhì)，輸入到控制裝置，經(jīng)微機(jī)處理后， 發(fā)出控制與運(yùn)算的信息，在由伺服系統(tǒng)把脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動部件的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)加工需要。 數(shù)控裝置的基本組成框圖如 圖 1 第 1 章 緒論 7 圖 1 程序編制的一般步驟： 圖 1虛線框圖中即為程序編制的內(nèi)容及步驟。 圖 17位坐標(biāo)軸或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測量裝置，用于對坐標(biāo)軸（或工作臺）實(shí)際位置的測量，并反反饋到控制系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，形成全封閉控制。后者用以對驅(qū)動電機(jī)軸位置檢測并反饋到數(shù)控系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)形成半閉環(huán)控制若不需要檢測裝置到形成開環(huán)控制。 開環(huán)系統(tǒng)簡單，易于控制，但精度差，低速不平穩(wěn)，變速扭矩小，一半用于傾覆在變化不太大或經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。 全閉環(huán)系統(tǒng)適用于具有傳動部件精度高，性能穩(wěn)定，使用過程溫度差變化不大的高精度數(shù)控機(jī)床。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 章小節(jié) 本章主要講述了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢以及數(shù)控機(jī)床的相關(guān)知識，包括數(shù)控機(jī)床的類型，其組成部分和工作原理，著重講解了其控制原理。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2 章 數(shù)控 龍門銑床 總體方案設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案由以下三部分組成： 要尺寸規(guī)格、運(yùn)動參數(shù)（轉(zhuǎn)速和進(jìn)給范圍 )、動力參數(shù)（電機(jī)功率，最大拉力）。 互位置關(guān)系、運(yùn)動分析、運(yùn)動仿真（干涉檢查）、外觀造型。 機(jī)靜剛度、整機(jī)的運(yùn)動性能、整機(jī)的熱特性。 總布局與使用要求： 操作和觀察。 件，裝卸、夾緊方便。 床的設(shè)計(jì)要求 本機(jī)床的設(shè)計(jì)，符合國家機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)。已定設(shè)計(jì)參數(shù)： 工作臺： 3000× 1200作臺最大荷重 2t 高速高效，結(jié)構(gòu)簡單可靠，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，精度較高，可用于銑削板材以及多種工件等。 計(jì)方案 我設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是工作臺移動 數(shù)控龍門銑床。 工作臺 數(shù)控龍門銑床是指 工作臺 作縱向移動的龍門銑床。 工作臺移動 龍門銑床的最大 特 點(diǎn)是：（ 1）造價(jià)便宜 ,容易制造生產(chǎn) 。工作臺移動式龍門銑床，整機(jī)長度必須 兩倍于縱向行程長度，而移動式龍門銑床的整機(jī)長度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可。（ 2）機(jī)床的動態(tài)響應(yīng)好。 工作臺 移動式龍門銑床采用的是固定 龍門架 ,工作臺移動可以銑刀做切削運(yùn)動時(shí)更加穩(wěn)定 ，從而保證了加工精度和機(jī)床的響應(yīng)性能。 1、 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 第 2章 數(shù)控龍門銑床總體方案設(shè)計(jì) 9 整機(jī)分為床身、龍門架、滑臺、主軸箱、三軸進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)機(jī)械部分及相關(guān)數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)闡述如下 ： 床身是本次設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計(jì)影響著對整機(jī)的設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)的合理性直接影響到整機(jī)的剛度。床身的上平面即工作臺面設(shè)計(jì)有 K 條 方便床身工作臺 面和 完全貫通。床身的左、右兩下腳各設(shè)計(jì)有一個(gè)狹長平面，用來安放滾動直線導(dǎo)軌副。 我 把導(dǎo)軌面設(shè)計(jì)在床身的兩下側(cè)，主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。因床身會受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設(shè)計(jì)可使龍門框架的重力直接傳入到機(jī)床的基礎(chǔ)上，而床身只受到工件的重力。 龍門框架采用的是整體龍門架的設(shè)計(jì)概念，即把橫梁與左右立柱設(shè)計(jì)成一體，雖然使鑄造和裝配調(diào)整時(shí)的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主軸箱、滑臺等部件有了裝配基準(zhǔn)。 滑臺的設(shè)計(jì)是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照 主軸的中心盡量貼近橫梁上的導(dǎo)軌面為原則，并把 效地減輕滑臺的重量。 設(shè)計(jì)進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的構(gòu)思如下： X 軸的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動直線導(dǎo)軌副， Y 軸與 X 軸采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動部分貼有工程塑料，避免低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且導(dǎo)軌部分設(shè)計(jì)有斜鑲條可調(diào)裝置。這樣設(shè)計(jì)使機(jī)床的整體進(jìn)給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進(jìn)給速度和進(jìn)給力得到了最佳匹配。 主軸箱的上下垂直運(yùn)動 于本機(jī)床不是高速銑床， 的平行軸定比齒輪箱帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。 Z 軸的安全問題。首先選用帶電磁剎車的伺服電動機(jī)，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起主軸箱機(jī)械式下垂。當(dāng)然，為了保護(hù) 在滑臺上裝有兩個(gè)平衡油缸。 平衡力 5﹪。 主軸箱的左右移動為 了保證 使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動機(jī)與滾珠絲杠直聯(lián)方式。筆者選用的聯(lián)軸器帶有過載保護(hù)裝置，在過載時(shí)聯(lián)軸器會自動脫開。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2、 數(shù)控系統(tǒng)選型 數(shù)控系統(tǒng)采用的是西門子 4為此系統(tǒng)提供了龍門軸的同 步功能。使用此功能，本機(jī)床可以對龍門框架進(jìn)給軸（ 現(xiàn)無機(jī)械偏差的位移。運(yùn)動的實(shí)際值可進(jìn)行連續(xù)比較，即使最小的偏差也可以得到糾正，因此提高了軸的運(yùn)動精度。 圖 1控龍門銑床總裝圖（主視圖 ） 第 2章 數(shù)控龍門銑床總體方案設(shè)計(jì) 11 圖 2視圖） 章小節(jié) 本章主要講解了數(shù)控龍門銑床的總理方案設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容有機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和數(shù)控部分設(shè)計(jì)，根據(jù)所給要求制定出總體設(shè)計(jì)方案。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 軸箱的設(shè)計(jì)要求 1. 具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。 2. 具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3. 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳動功率 機(jī)床主傳動的功率 P 可由下式來確定： ?式中 P －機(jī)床主傳動的功率 切削功率 ? －主傳動鏈的總效率 數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大， 根據(jù)有代表性的加工情況，由下式確定： )(6 5 5 0 0/6 0 0 0 0/ ?? 式中 主切削力的切向力（ N） v －切削速度（ m/ M －切削扭矩 （ N/ n －主軸轉(zhuǎn)速 （ r/ 主傳動的總效率一般可取為 ? ＝ 控機(jī)床的主傳動多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速來實(shí)現(xiàn)，傳動鏈比較短，因此，效率可以取較大值。 第 3章 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 13 主傳動中各傳動件的尺寸都是根據(jù)其傳動的功率確定的，如果傳動效率定的過大，將使傳動件的尺寸笨重而造成浪費(fèi)，電動機(jī)常在低負(fù)荷下工作，功率因數(shù)太小從而浪費(fèi)能源。如果功率定的過小，將限制機(jī)床的 切削加工能力而降低生產(chǎn)率。因此，要較準(zhǔn)確合適的選用傳動功率。 動源的選擇 機(jī)床上常用的無級變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動機(jī)，直流電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速 于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速 于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動機(jī)是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機(jī)占有較大的 優(yōu)勢，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動機(jī)。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速 4500r/大切削功率 擇北京數(shù)控設(shè)備廠的 高轉(zhuǎn)速是 4500 r/ 速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 500/1500=3 （ 3 而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 500/150=30 ,遠(yuǎn)大于交流主軸電動機(jī)所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。 設(shè)計(jì)變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比Ф f 等于交流主軸電動機(jī)的恒功率調(diào)速范圍 Фf=，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的。 變速箱的變速級數(shù) : Z=np/dp== (3取 Z=3 確定各齒輪副的齒數(shù)： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 取 S=114 由 u=2 得 8 =76 由 u=得 8 =46 由 u=得 4 =20 如取總效率η =電動機(jī)功率 P=選用北京數(shù)控設(shè)備廠的 交流主軸電動機(jī)，連續(xù)額定輸出功率為 由此擬定主傳動系統(tǒng)圖、轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖 3 3 3 圖 3傳動系統(tǒng)圖 第 3章 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 15 圖 3 圖 3動軸的估算 傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)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(jī)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(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷比較大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下（彎曲，軸向，扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。如果剛度不夠，軸上的零件如齒輪，軸承等由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音，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)剛度軸 的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上直接得出如表 3 表 3各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各軸功率和扭矩計(jì)算： 已知一級齒輪傳動效率為 括軸承），則： Ⅰ軸： d× W Ⅱ軸： 1× W 2× W Ⅰ軸扭矩： 550P1/9550× 500=軸扭矩： 550P2/9550× 50=550P3/9550× 73=φ ]是每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（ m），可根 據(jù)傳動軸的要求選取，其選取的原則如表 3示 : 表 3許用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動軸 較低的軸 [φ ]（ m） 據(jù)表 2 表 3許用扭轉(zhuǎn)角的確定 軸 Ⅰ Ⅱ φ ]（ m） 1 1 1 把以上確定的各軸的輸入功率 N=算轉(zhuǎn)速 表 2允許扭轉(zhuǎn)角 [φ ]（如表 2入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 40 1 []? (3軸 Ⅰ Ⅱ 算轉(zhuǎn)速（ r/ 1500 750 173 第 3章 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 17 可得各個(gè)傳動軸的估算直徑： Ⅰ軸： 取 0軸： 取 5軸軸徑尺寸的確定： 已知銑床最大加工直徑為 00則： 主軸前軸頸直徑 15=85～ 115 取 5軸后軸頸直徑 1=67～ 81 取 5軸內(nèi)孔直徑 d=10=35～ 55 取 d=40 齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗(yàn)用。在畫草圖時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算有兩種方法，第一種是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算，第二種是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算，而這兩種方法的前提條件是各個(gè)齒輪的齒數(shù)必須已 知，所以必須先給出各個(gè)齒輪的齒數(shù)。 根據(jù)齒輪不產(chǎn)生根切的基本條件：齒輪的齒數(shù)不小于 17，在該設(shè)計(jì)中，即最小齒輪的齒數(shù)不小于 17。而由于 3’ 這對齒輪有最大的傳動比，各個(gè)傳動齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是 。取 =20,S=114，則 4。 從轉(zhuǎn)速圖上直接看出直接可以看出 計(jì)算轉(zhuǎn)速是 750r/ 根據(jù)齒輪彎曲疲勞估算公式 32Nz ? = (3根據(jù)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度估算公式計(jì)算得 : m=于受傳動軸軸徑尺寸大小限 制，選取齒輪模數(shù)為 m =3比上述結(jié)果，可知這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且考慮到兩傳動軸的間距，故取同一變速組中的所有齒輪的模數(shù)都為 m=3將各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下： 表 3齒輪的估算齒數(shù)和模數(shù)列表 齒輪 0’ 1’ 2’ 3’ 齒數(shù) 35 70 38 76 68 46 94 20 模數(shù)（ 3 3 3 3 3 3 3 3 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 軸箱展開圖的設(shè)計(jì) 主軸箱展開圖是反映各個(gè)零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及 尺寸的圖紙。因此設(shè)計(jì)從畫展開圖開始，確定所有零件的位置，結(jié)構(gòu)和尺寸，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。 計(jì)的內(nèi)容和步驟 這一階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容是通過繪圖設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及選出軸承的型號，確定軸的支點(diǎn)距離和軸上零件力的作用點(diǎn)，計(jì)算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。 關(guān)零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其它零件的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而定。所以設(shè)計(jì)時(shí)先畫主要零件，后畫其它零件，先畫傳動零件的中心線和輪廓線，后畫結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 1）傳動軸的估算 這一步在前面已經(jīng)做了計(jì)算 。 2）齒輪相關(guān)尺寸的計(jì)算 為了確定軸的軸向距離，齒輪齒寬的確定是必須的。 而容易引起振動和噪聲，一般取齒寬系數(shù) Φ m =(6m。這里取齒寬系數(shù) Φ m=10, 則齒寬 B=Φ m× m=10× 3= 表 3各齒輪的齒厚 齒輪 1′ 2′ 3′ 齒厚（ 30 30 30 30 30 30 齒輪的直徑?jīng)Q定了各個(gè)軸之間的尺寸，所以在畫展開圖草圖前，各個(gè)齒輪的尺寸必須算出?，F(xiàn)將主軸部件中各個(gè)齒輪的尺寸計(jì)算如表 3 表 3齒輪的直徑 齒輪 1′ 2′ 3′ 分度圓直徑（ 114 228 204 138 282 60 齒頂圓直徑（ 120 234 210 144 288 66 第 3章