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附 錄1
開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、成本低，但缺點是精度不高。反向間隙、絲杠螺距誤差、起停誤差等都會影響定位精度。下面幾種改進(jìn)措施可以使定位精度明顯改善。
1 反向間隙誤差補(bǔ)償
數(shù)控機(jī)床加工刀具與工件的相對運動是依靠驅(qū)動裝置帶動齒輪、絲杠轉(zhuǎn)動，從而推動工作臺面等移動部件產(chǎn)生位移來實現(xiàn)的。作為傳統(tǒng)元件的齒輪、絲杠盡管制造精度很高，但總免不了存在間隙。由于這種間隙存在，當(dāng)運動的方向改變時，開始段時間必然會引起驅(qū)動元件的空走，出現(xiàn)指令脈沖推不動執(zhí)行元件的局面。這就影響了機(jī)床的加工精度，即指令脈沖與實際進(jìn)給步數(shù)不相符合，產(chǎn)生加工誤差 因此，開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般都設(shè)置有反向間隙誤差補(bǔ)償功能，用以補(bǔ)足空走的步數(shù)反向間隙差補(bǔ)償就是首先實測反向進(jìn)給的誤差，把它折算成脈沖當(dāng)量數(shù)，作為間隙補(bǔ)償子程序的輸出量，當(dāng)計算機(jī)判斷出現(xiàn)的指令為反向運動時，隨即調(diào)用間隙補(bǔ)償子程序，通過輸出補(bǔ)償脈沖消除反向間隙后再進(jìn)行正常的插補(bǔ)運行。
2 常值系統(tǒng)性定位誤差補(bǔ)償
類庫以供設(shè)計者調(diào)用。這樣在零件的設(shè)計階段，設(shè)計者只需輸入特征的參數(shù)，系統(tǒng)直接生成特征的實例模型：在數(shù)據(jù)庫中我們必須存儲相關(guān)的特征類的結(jié)構(gòu)信息，數(shù)據(jù)庫表集就是用于存儲這一部分的相關(guān)信息。根據(jù)特征類型定義的需要，我們定義了特征類編碼表、特征類版本信息表表示特征類型；定義了特征類構(gòu)造表表達(dá)特征類的結(jié)構(gòu)；并通過零件特征配置表與零件的特征層信息聯(lián)系起來。特征層數(shù)據(jù)表集是本零件模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心，記錄了特征實例模型的設(shè)計、工藝等信息。特征構(gòu)造表記錄了特征的幾何結(jié)構(gòu)；特征尺寸表、特征形位公差表、特征表面粗糙度表記錄了特征的工程語義引用；尺寸表、形位公差表、表面粗糙度表存儲了所有零件特征的數(shù)據(jù)信息。在特征層，利用特征ID、幾何要素ID、尺寸ID、公差I(lǐng)D、粗糙度ID等主鍵進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。我們將該零件信息模型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于工廠環(huán)境下某型組件的CAD AM 集成系統(tǒng)中，較好地實現(xiàn)了CAD與CAPP的特征信息共享。在該系統(tǒng)中主要使用現(xiàn)成的CAD／CAM 軟件(Unigraphics 1I)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和NC編程，并通過對該軟件進(jìn)行二次開發(fā)獲取零件的尺寸信息；同時利用自行開發(fā)的對話窗體，讓設(shè)計人員交互輸入其它特征信息，實現(xiàn)該軟件與系統(tǒng)的共享數(shù)據(jù)庫的連接。在輔助工藝設(shè)計時，工藝設(shè)計人員通過程序的查詢功能，從共享數(shù)據(jù)庫中查詢所需的零件信息，進(jìn)行交互工藝設(shè)計。從而方便了CAPP的零件信息獲取，提高了工藝設(shè)計的效率。在利用UG進(jìn)行NC編程時，可以從共享數(shù)據(jù)庫中獲取所需的工藝及制造信息，進(jìn)行各工序的刀軌設(shè)計與加工仿真在數(shù)控機(jī)床上建立一個絕對零點，實測出各坐標(biāo)軸相對點的全部定位誤差，做出曲線以便確定補(bǔ)償點。圖l所示是一個實測的定位誤差曲線，把這個曲線的縱坐標(biāo)(誤差)以脈沖當(dāng)量為單位進(jìn)行分割，作出橫線，每個橫線與曲線的交點即為目標(biāo)補(bǔ)償點。圖1中的1到6點處的定位誤差為正，需要作減脈沖補(bǔ)償；而6至9處需要進(jìn)行加脈沖補(bǔ)償圖中陰影部分為補(bǔ)償區(qū)。把這些補(bǔ)償點列成誤差.修正表存入計算機(jī)，當(dāng)工作臺由零點位置移動時，安裝在絕對原點處的微動開關(guān)發(fā)出絕對原點定位信號，以后計算機(jī)將隨時發(fā)出目標(biāo)補(bǔ)償點的補(bǔ)償信號，對機(jī)床進(jìn)行定位誤差補(bǔ)償。
3 反饋補(bǔ)償開環(huán)控制
該系統(tǒng)由開環(huán)控制和感應(yīng)同步器直接位置測量兩個部分組成。這里的位置檢測不用作位置的反饋，而是作為位置誤差的補(bǔ)償反饋。其基本的原理是：由機(jī)床數(shù)控裝置CNC發(fā)出的指令脈沖，一方面供給開環(huán)系統(tǒng)，控制步進(jìn)電機(jī)按指令運轉(zhuǎn)，并直接驅(qū)動機(jī)床工作臺移動，構(gòu)成開環(huán)控制；另一方面該指令脈沖又供給感應(yīng)同步器的測量系統(tǒng)(即數(shù)字式正、余弦發(fā)生器)，作為位置給定信號。工作在鑒幅方式的感應(yīng)同步器此時既是位置檢測器，又是比較器，它把由正、余弦發(fā)生器給定的滑尺激磁信號傳送給步進(jìn)電機(jī)。
4 結(jié) 論
CIMS環(huán)境下基于特征的零件信息建模還是一門不斷發(fā)展的技術(shù)，怎樣提高特征設(shè)計所能完成的零件復(fù)雜度；如何使特征設(shè)計適應(yīng)特征識別、特征語義轉(zhuǎn)換的要求等問題還有待人們?nèi)ソ鉀Q。本文介紹了特征技術(shù)在零件信息建模中的應(yīng)用，重點描述該零件數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)；所建立的零件信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以較好地滿足CIMS系統(tǒng)對性
附錄2
The open system merit of Computer Numerical Control
The open system merit is the system simple, the cost low, but the shortcoming is the precision is low. The reverse gap, the guide screw pitch error, stop inferiorly can affect the pointing accuracy by mistake. Following several kind of improvements measure may cause the pointing accuracy distinct improvement.
1. reverse gap error compensates
The numerical control engine bed processing cutting tool and the work piece relative motion is depends upon the drive impetus gear,the guide screw rotation, thus the impetus work floor and so on moves the part to produce moves realizes. As traditional part gear, guide screw although the manufacture precision is very high, but always unavoidably has the gap. As a result of this kind of gap existence, when movement direction change, starts the section time to be able to cause inevitably actuates the part wasting time, appears the instruction pulse to push the motionless functional element the aspect. This has affected the engine bed processing precision, namely the instruction pulse and actual enters for the step does not tally,has the processing error therefore, the split-ring numerical control system all establishes generally has the reverse gap error compensatory function, with by makes up which wastes time the step reverse gap difference compensates is first actual reverse enters for the error, converts the pulse equivalent number it, compensates the subroutine as the gap the output, when the computer judgment appears when instruction for counter motion, transfers the gap to compensate the subroutine immediately, compensates the pulse after the output to eliminate the reverse gap to carry on again normally inserts makes up the movement.
2. often the value systematic characteristic position error compensates
A kind of storehouse by transfers for the designer. Like this in the components design stage, the designer only must input the characteristic the parameter, the system direct production characteristic example model: We must save the related characteristic class in the database the structure information, the database table collection are use in saving this part of related information. According to the characteristic type definition need, we defined the characteristic class code table, the characteristic class edition information have outstanding shown the characteristic type; Defined the characteristic class structure outstanding to reach the characteristic class the structure; And relates through the components characteristic disposition table and the components characteristic level information. The characteristic level data sheet collection is this components model database design core, has recorded characteristic example information and so on model design, craft. The characteristic structure table has recorded the characteristic geometry structure; The characteristic size table, the characteristic shape position table of limits, the characteristic surface roughness table has recorded the characteristic project semantics quotation; The size table, the shape position table of limits, the surface roughness table saved all components characteristic data message. In the characteristic level, using characteristic ID, geometry principal linkage and so on essential factor ID, size ID, common difference ID, roughness ID carries on the data retrieval. We apply this components information model database under the factory environment some module CAD in the AM integrative system, has realized CAD and the CAPP characteristic information sharing well. Main use ready-made CAD/the CAM software (Unigra phics 1I) carries on the product design and the NC programming in this system, and through carries on two times of developments gains components to this software the size information; At the same time uses the dialogue window which develops voluntarily, lets design the personnel to input other characteristic information alternately, realizes this software and the system sharing database connection. When assistance technological design, the technological design personnel through the procedure inquiry function, inquires the components information from the sharing database which needs, carries on the interactive technological design. Thus has facilitated the CAPP components information acquisition, enhanced the technological design efficiency. When carries on the NC programming using UG, may from the sharing database gain the craft and the manufacture information which needs, carries on various working procedures the knife axle design and the processing simulation establishes an absolute zero spot on the numerical control engine bed, the actual various coordinate axes syzygy completely position error, makes the curve in order to determined compensates the spot. Attempts l to show is an actual position error curve, (error) carries on this curve y-coordinate take the pulse equivalent as the unit the division, makes the horizontal line, each horizontal line and the curve point of intersection namely compensates the spot for the goal. Chart 1 the center 1 to 6 o'clock place position errors for, needs to do reduces the pulse to compensate; But needs to carry on 6 to 9 adds the pulse to compensate in the chart the shadow partially for to compensate the area. Compensates the range of points these to become the error
The calibration corrections stores the computer, when work table by zero displacement in position, installs sends out the absolute zero point localization signal in the absolute zero point micros witch, later computer as necessary will send out the goal to compensate to compensate the signal, will carry on the position error to the engine bed to compensate. The cosine generator assigns slide guage initiation signal a electricity and by step of transmission.
3. feedbacks compensates the open-loop control
Chart 2 has produced this kind of system schematic diagram. This system surveys two parts by the open-loop control and the induction synchromesh direct position to be composed. Here position examination does not serve as the position the feedback, but is compensates the feedback as the position error. Its cardinal principle is: Installs the instruction pulse by the engine bed numerical control which CNC sends out, on the one hand the supplies open system, the control step-by-steps the electrical machinery according to the instruction revolution, and the direct drive platen moves, constitutes the open-loop control; On the other hand this instruction pulse supplies the induction synchromesh the measurement system (namely digitally, cosine generator), as position demand signal a by. The work in the warning way induction synchromesh this time not only is the position sensor, also is the comparator, it by, The cosine generator assigns slide guage initiation signal a electricity and by step of transmission.
4. conclusions
Under the CIMS environment the technology which develops unceasingly based on characteristic components information modeling, how enhances the components order of complexity which the characteristic design can complete; How causes question and so on request which the characteristic design adoption trick recognition, the characteristic semantics transforms also to wait for the people to solve. This article introduced the characteristic technology in the components information modeling application, describes this components data model database realization with emphasis; Establishes the components information database system may satisfy the CIMS system well to the letter.
Reference:
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學(xué)生實習(xí)報告
院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級： 姓名：
一、 實習(xí)的主要內(nèi)容
2007年1月份開始,我在廣東的一個日資企業(yè)技術(shù)部實習(xí),主要從事注塑機(jī)周邊設(shè)備的設(shè)計,主要有除濕干燥機(jī),模溫機(jī),粉碎機(jī)等系列產(chǎn)品,我們實習(xí)的主要內(nèi)容是：
1、參加由公司組織的理論知識的學(xué)習(xí)，由有經(jīng)驗的領(lǐng)導(dǎo)、工程師授課，學(xué)習(xí)公司的文化、以及公司的發(fā)展前景、主要產(chǎn)品的生產(chǎn)流程和必要的技術(shù)要求以及一些改進(jìn)方向、公司必須保留和更新發(fā)展的技術(shù)核心等等。
2、 在公司,實習(xí)期間我主要完成了新款除濕機(jī)NS-25系列的機(jī)箱鈑金件的二維圖繪制和三維繪制,將零件裝配起來,完成一個實體圖,以便校核和模擬,同時繪制了NS-100系列的二維圖,并在設(shè)計過程中制作機(jī)器明細(xì)表等，所需零件全部準(zhǔn)備好之后,再行組裝。在組裝過程中進(jìn)一步了解到哪個零件是否合理,如果不合理怎么樣加以改進(jìn),使以后批量生產(chǎn)中不會出現(xiàn)同樣的錯誤。
3、 熟悉了除濕干燥機(jī)的工作原理,并對新開發(fā)的除濕機(jī)做彩頁說明,包括中英文對照,參數(shù)等的設(shè)定，為銷售作好前期工作。
4、對新機(jī)器制作網(wǎng)頁，因為網(wǎng)絡(luò)是一個最快速且先進(jìn)的交流工具，使客戶能夠第一時間了解我們公司的產(chǎn)品及開發(fā)進(jìn)程。
5、對機(jī)器上的每一個零件攝影，并且用PhotoShop對圖片進(jìn)行處理，完成了公司里面全部零件的處理工作。并且熟悉了PhotoShop軟件的應(yīng)用。
二、實習(xí)取得的經(jīng)驗及收獲：
通過一段時間在公司的實習(xí)，使我受益匪淺。
1、首先讓自己對社會有了一定的了解，對公司的文化、產(chǎn)品有了一定的認(rèn)識，為自己在以后的人生路上做了一個很好的鋪墊，并逐步養(yǎng)成了吃苦耐勞的精神，培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)一致的團(tuán)隊精神。
2、了解了一般公司要想發(fā)展所應(yīng)具備的基本要求，必須具備創(chuàng)新能力開發(fā)出新型的能夠符合市場競爭需要的新產(chǎn)品，才能夠在市場競爭中立于不敗之地。
3、通過這一段時間的實習(xí)，使我對學(xué)校里學(xué)的理論知識有了更深入的了解，并且能夠熟練應(yīng)用CAD，PROE ，PhotoShop等軟件，對辦公軟件也更加熟練。
4、經(jīng)過了這段實習(xí)生活后，加深鞏固了以前學(xué)校里學(xué)的知識，同時也了解到了以前學(xué)校里面學(xué)不到的東西，極大的拓寬了我的視野及知識面，為今后的正式工作生活奠定了一個良好的基礎(chǔ)。
三、 存在的不足及建議
通過實習(xí)我本人感覺到還有很多不足的地方：
a) 我們學(xué)習(xí)了四年的理論知識，初步了解了機(jī)械行業(yè)的基礎(chǔ)知識，但在實際生產(chǎn)中這些還是不夠的，“書到用時方恨少”真實的說明了這個道理。
b) 初到公司缺乏工作經(jīng)驗，很多的工作感到無從下手，沒有一個完整的頭緒，很難單獨去接受一個實際的課題。
通過實習(xí)我想對學(xué)校一點建議：
1 學(xué)校是否考慮注重學(xué)生的實際動手能力，加強(qiáng)學(xué)生的實踐能力的培養(yǎng)，如增加學(xué)生的在校實習(xí)的機(jī)會和延長學(xué)生的實踐活動的時間、更加注重在老師的指導(dǎo)下讓學(xué)生真正的參與到實踐中去。
2 畢業(yè)設(shè)計期間學(xué)校是否能考慮組織學(xué)生到生產(chǎn)現(xiàn)場去參觀實習(xí)，讓學(xué)生接 受最為直接的設(shè)計基本知識，比憑空去設(shè)想更有效果。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
數(shù)控機(jī)床即數(shù)字程序控制機(jī)床，是一種自動化機(jī)床，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床研究的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床借助現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機(jī)床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。
本文主要對XK5040數(shù)控立式銑床及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，首先分析立式銑床的加工特點和加工要求確定其主參數(shù)，包括運動和動力參數(shù)；根據(jù)主參數(shù)和設(shè)計要求進(jìn)行主運動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計。主要進(jìn)行主運動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計及滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)的選型和校核。
關(guān)鍵詞 數(shù)控技術(shù)；立式銑床；結(jié)構(gòu)設(shè)計
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Abstract
The numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement .
This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine , first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination;
Key words Numerical control technology; Vertical milling machine; Design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 總體設(shè)計 1
1.1銑床簡介 1
1.2 XK5040型數(shù)控銑床的總體布局主要技術(shù)參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖 1
1.2.1 XK5040型數(shù)控銑床的總體布局 1
1.2.2 XK5040型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù) 3
1.2.3 總傳動系統(tǒng)圖 4
第2章 主運動系統(tǒng)設(shè)計 6
2.1 傳動系統(tǒng)設(shè)計 6
2.1.1參數(shù)的擬定 6
2.1.2 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 6
2.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 7
2.1.4齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 10
2.2傳動件的估算與驗算 14
2.2.1傳動軸的估算和驗算 14
2.2.2齒輪模數(shù)的估算 17
2.3 展開圖設(shè)計 22
2.3.1結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容及技術(shù)要求 22
2.3.2齒輪塊的設(shè)計 24
2.3.3傳動軸設(shè)計 26
2.3.4主軸組件設(shè)計 29
2.4制動器設(shè)計 35
2.4.1按扭矩選擇 35
2.5截面圖設(shè)計 37
2.5.1軸的空間布置 37
2.5.2操縱機(jī)構(gòu) 38
2.5.3潤滑 38
2.5.4箱體設(shè)計的確有關(guān)問題 39
第3章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 40
3.1總體方案設(shè)計 40
3.1.1對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 40
3.1.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求 40
3.1.3總體方案 40
3.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計 41
3.2.1確定脈沖當(dāng)量計算切削力 41
3.2.2滾珠絲桿螺母副的計算和造型 43
3.2.3齒輪傳動比計算 53
3.2.4步進(jìn)電機(jī)的計算和選型 54
3.2.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 65
結(jié)論 69
致謝 70
參考文獻(xiàn) 71
第1章 總體設(shè)計
1.1銑床簡介
銑床是一種用途廣泛的機(jī)床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、溝槽（鍵槽、T型槽、燕尾槽等）、多齒零件上齒槽（齒輪、鏈輪、棘輪、花鍵軸等）、螺旋形表面（螺紋和螺旋槽）及各種曲面。此外，它還可以用于加工回轉(zhuǎn)體表面及內(nèi)孔，以及進(jìn)行切斷工作等。
由于銑床使用旋轉(zhuǎn)的多齒刀具加工工件，同時有數(shù)個刀齒參加切削，所以生產(chǎn)效率高，但是，由于銑刀每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，且每一個的切削厚度又是變化的，這就使切削力相應(yīng)地發(fā)生變化，容易引起機(jī)床振動，因此，銑床在結(jié)構(gòu)上要求有較高的剛度和抗振性。
銑床的類型很多，主要類型有：臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、龍門銑床、工具銑床和各種專門化銑床等。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控銑床得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它一般分為立式和臥式兩種，一般數(shù)控銑床是指規(guī)格較小的升降臺數(shù)控銑床，其工作臺寬度多在400mm以下，規(guī)格較大的數(shù)控銑床，例如工作臺寬度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，進(jìn)而演變成柔性制造單元。數(shù)控銑床多為三坐標(biāo)、兩軸聯(lián)動的機(jī)床，也稱兩軸半控制，即X、Y、Z三個坐標(biāo)軸中，任意兩個都可以聯(lián)動。一般情況下，在數(shù)控銑床上只能用來加工平面曲線的輪廓。對于有特殊要求的數(shù)控銑床，還可以加進(jìn)一個回轉(zhuǎn)的A坐標(biāo)或C坐標(biāo)，即增加一個數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這是機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)為四坐``標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)，它可用來加工旋轉(zhuǎn)槽、葉片等立體曲面零件。
我們本次設(shè)計過程中要接觸到的為XK5040數(shù)控立式銑床。它的工作臺寬度為400mm。
1.2 XK5040型數(shù)控銑床的總體布局主要技術(shù)參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖
1.2.1 XK5040型數(shù)控銑床的總體布局
圖1.1所示為XK5040型數(shù)控銑床的布局圖，床身6固定在底座1上，用于—安裝與支承機(jī)床各部件。操縱臺10上有CT顯示器、機(jī)床操作按鈕和各種開關(guān)及指示燈?？v向工作臺16、橫向溜板12安裝在升降臺15上，通過縱向進(jìn)給伺服電動機(jī)13、橫向進(jìn)給伺服電動機(jī)14和垂直升降進(jìn)給服電動機(jī)4的驅(qū)動，完成X、Y、Z坐標(biāo)進(jìn)給。強(qiáng)電柜2中裝有機(jī)床電器部分的接觸器、繼電器等。變壓器器箱3安裝在床身立柱的后面。數(shù)控柜7內(nèi)裝有機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。保護(hù)開關(guān)8、11可控制縱向行程硬限位；擋鐵9為縱向參考點設(shè)定擋鐵。主軸變速手柄和按鈕板5用于手動控制主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止及切削液開停等。
圖1-1 XK5040銑床外觀圖
1.2.2 XK5040型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)
機(jī)床設(shè)計的初使，首先需確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動設(shè)計和就億個度微 設(shè)計的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求，因此，參數(shù)擬定是機(jī)床設(shè)計中的重要問題。
機(jī)床參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是最重要的，它直接反映機(jī)床的加工能力、特性、決定和影響其他基本參數(shù)的數(shù)值。如銑床的工作臺寬度等?；緟?shù)是一些與加工工件尺寸、機(jī)床結(jié)構(gòu)、運動和動力特性有關(guān)的參數(shù)。可歸納為：尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。
XK5040型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)如下：
工作臺：
工作臺尺寸（長×寬） 1600×400mm
工作臺最大縱向行程 900mm
工作臺最大橫向行程 375mm
工作臺最大垂直行程 400mm
工作臺T型槽數(shù) 3
工作臺T型槽寬 18mm
工作臺T型間距 100mm
主軸：
主軸錐度 50#（7：24）
主軸孔徑 27mm
刀桿直徑 32mm或50mm
主軸前軸承直徑 90mm
主軸軸向移動距離 70mm
部件間主要尺寸：
立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度 45°
主軸端面到工作臺面的距離 50～400mm
主軸中心線至床身垂直導(dǎo)軌距離 430mm
工作臺側(cè)面至床身垂直導(dǎo)軌距離 30～405mm
機(jī)動性能：
主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 18
主軸轉(zhuǎn)速范圍 30～1500r/min
動力外形：
主電機(jī)功率 7.5KW
主電機(jī)轉(zhuǎn)速 1450r/min
工作臺進(jìn)給量：
縱向 10～1500mm/min
橫向 10～1500mm/min
垂直 10～600mm/min
定位精度ISO標(biāo)準(zhǔn)
X 0.07mm
Y 0.05mm
Z 0.06mm
重復(fù)定位精度ISO標(biāo)準(zhǔn) 0.03mm
工作臺最大承載 200kg
機(jī)床外形尺寸（長×寬×高） 2495mm×2100mm×2170mm
機(jī)床重量 約2700kg
1.2.3 總傳動系統(tǒng)圖
XK5040立式銑床的總的傳動系統(tǒng)圖如圖1-2所示。
圖1-2 XK5040總傳動系統(tǒng)圖
第2章 主運動系統(tǒng)設(shè)計
2.1 傳動系統(tǒng)設(shè)計
2.1.1參數(shù)的擬定
選定公比，確定各級傳送機(jī)床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運動部分Z=18級，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級轉(zhuǎn)速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.
2.1.2 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
1 .確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動副的數(shù)目
該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成，各傳動組分別有. .……個傳動副，即Z=……。傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：Z=x
因此，這里18=3x3x2，共需三個變速組。
2 . 傳動組傳動順序的安排
18級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。
選擇傳動組安排方式時，要考慮到機(jī)床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。I軸如果安置制動的電磁離和器時，為減少軸向尺寸。第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以2為宜，有時甚至用一個定比傳動副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2 ，或一個定比傳動副。
這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。
3 . 傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排
對于18=3x3x2的傳動，有3！=6種可能安排，亦即有6種機(jī)構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動方案中，擴(kuò)大順序與傳動順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式18=xx的傳動中，擴(kuò)大順序與傳動順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動，而，18=xx的傳動順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結(jié)構(gòu)式。
4 . 驗算變速組的變速范圍
齒輪的最小傳動1/4，最大傳動比2，決定了一個傳動組的最大變速范圍=/
根據(jù)傳動比及指數(shù) x, 的值
因此，可選擇18=xx的傳動方案。
5 . 最后擴(kuò)大傳動組的選擇
正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動（串聯(lián)式）的傳動式為：
Z=*
最后擴(kuò)大傳動組的變速范圍為：
r==
按原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為：
因此，傳動方案18=3*3*2符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖2-1：
圖2-1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
2.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定
運動參數(shù)確定后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。
1 主電機(jī)的選擇
中型機(jī)床上，一般都采用交流異步電動機(jī)為動力源，可在下列中選用，在選擇電機(jī)型號時，應(yīng)注意：
（1）電機(jī)的N：
根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電機(jī)產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。
（2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速
異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動機(jī)的極對數(shù)P
=60f/p=60x50/p ( r/min)
機(jī)床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動。
根據(jù)以上要求，我們選擇功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1500r/min的電機(jī)，查表，其型號為Y132M-4，
2 分配最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖
（1）軸的轉(zhuǎn)速：
軸從電機(jī)得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動件在高速運轉(zhuǎn)下功率工作時所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高，軸轉(zhuǎn)速一般取700~1000r/min左右較合適。
因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機(jī)軸I到主傳動系統(tǒng)前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機(jī)床的設(shè)計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸18級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。
（2）中間軸的轉(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)尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸轉(zhuǎn)速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些：
d, m從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大：
=1/(3.5+cn)KW
式中：C——系數(shù)，兩支承滾動軸承和滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10；
——所有中間軸軸徑的平均值；
——主軸前后軸徑的平均值
——中間傳動軸的轉(zhuǎn)速之和
n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
=20lg-K
式中：（——所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm;
——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm;
q——傳到主軸上所經(jīng)過的齒輪對數(shù)
——主軸齒輪螺旋角
,K——系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床=3.5，車床K=54，銑床K=50.5
從上述經(jīng)驗公式可知，主軸n和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和 對機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況做相應(yīng)的修正。
a，對高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些
b,控制齒輪圓周速度v<8m/s(可用７級齒輪精度)，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
（3）齒輪傳動比的限制
機(jī)床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
a, 升速傳動中，最大傳動比 2 ，過大，容易引起振動的噪音。
b, 降速傳動中，最小傳動比 1/4。過小，則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。
（4）分配最小傳動比
a,決定軸V-VI和VI-的傳動比，根據(jù)臺式銑床的結(jié)構(gòu)特點，及對同類車床的比較，為使傳動平穩(wěn)取其傳動比為1，
b,決定各變速組的傳動比；
由前面2軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析，及齒輪傳動比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/
（5）擬定轉(zhuǎn)速圖：
根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖，如下圖2-2所示：
圖2-2 傳動系統(tǒng)圖
2.1.4齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制
1 . 齒輪齒數(shù)的確定的要求
可用計算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動比u和初步定出的傳動副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)：
選擇是應(yīng)考慮：
a,傳動組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即：
推薦：
對軸齒輪=12，特殊情況下=11，
對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，
對套裝在滾動軸承上的空套齒輪，=20；
當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時（壓力角a=20的直齒標(biāo)準(zhǔn)，=17），一般需對齒輪進(jìn)行正變位修正。
b,保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取
圖2-3齒輪
則，如圖2-3所示。
c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時，則齒數(shù)和亦相等，但由于傳動比要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過3~4個齒。
2 . 變速傳動組中齒輪齒數(shù)的確定
為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個傳動組間的傳動比互相牽制，不能獨立地按照最緊湊的原則決定傳動件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時嚙合會影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數(shù)。查《機(jī)床設(shè)計手冊》確定個齒輪齒數(shù)如下：
軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定：
由于公比=1.26，傳動比為=1/=，=1/=，=1/
設(shè)：傳動組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機(jī)床設(shè)計手冊》表7.3-14
可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）
齒數(shù)和為=55
公用齒輪選為=39
軸III-IV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：傳動比為=1/ =1/ =
根據(jù)=，主動輪齒數(shù)為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）
齒數(shù)和為：=65
軸IV-V間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
由于變數(shù)組齒輪傳動比和各傳動副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。
軸IV-V間的兩對齒輪，其傳動比為=1/4, =2分別取＝４，＝３則
／＝／＝３／４
?。耍剑常?，＝３０x3=90, =30x4=120
按傳動比將齒數(shù)分配如下：
=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數(shù)確定，由于這兩個傳動組只是改變傳動方向，不起便速度作用，只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為２９，ＶI-VII軸間齒輪齒數(shù)為67。
3 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算
主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響，但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)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，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過即
%
主軸的各級實際轉(zhuǎn)速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min
==2%
而%=2.6%故符合條件
同理：經(jīng)驗算，其他各級轉(zhuǎn)速也滿足要求。
4 .傳動系統(tǒng)圖的繪制
轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)確定后，變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也基本確定了（如齒輪個數(shù)，軸數(shù)，支承軸，為使變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊，合理布置齒輪是一個重要的問題，因為它直接影響變速箱的尺寸，變速操作的方便性和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的可行性問題，在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據(jù)計算結(jié)果，繪制出傳動系統(tǒng)圖，如圖2-4所示
圖2-4 主傳動系統(tǒng)圖
主運動傳動鏈的傳動路線表達(dá)式如下：
電動機(jī)I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸）
2.2傳動件的估算與驗算
2.2.1傳動軸的估算和驗算
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，除載荷很大的情況下，可以不必驗算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。若剛度不足，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?？梢韵扰まD(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，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，驗算彎曲剛度。
1 . 傳動軸直徑的估算
傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動軸直徑：
d=91mm
式中：N——該傳動軸的輸入功率
N—— KW
——電機(jī)額定功率
——從電機(jī)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）。
——該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速；
計算轉(zhuǎn)速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，銑床主軸的計算轉(zhuǎn)速為：
（主）=
——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。
估算時應(yīng)注意：
（1） 值為每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動軸的長度往往不足1m，因此，在計算時應(yīng)按軸的實際長度計算和修正，如軸為500mm，取=1deg/m則
d=91 mm
（2） 效率y對估算軸徑d影響不大，可以忽略
（3） 如使用花鍵是可根據(jù)估算的軸徑 d選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的規(guī)格，主軸總軸徑可參考統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定；
各軸的計算轉(zhuǎn)速：
=95 r/min
=118 m/min =300 r/min
=750 r./min =1450 r/min
軸徑的估算：
=91x=24.4
=91x=28.78 =91x=36.18
=91x =45.69 =91x=48.24
2 . 傳動軸剛度的驗算
（1）軸的彎曲變形的條件和允許值
機(jī)床的主傳動軸的彎曲剛度驗算，主要驗算軸上裝齒輪和軸承出的撓度y和傾角。各類軸的撓度y，裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值和，即
。
軸的彎曲變形的允許值：
（2）軸的彎曲復(fù)形計算公式：
計算花鍵軸的剛度時可采用平均直徑或當(dāng)量直徑
計算公式：矩形花鍵軸：平均直徑=（D+d）/2
當(dāng)量直徑=
慣性矩：I=
確定矩形花鍵軸的平均直徑d1, 當(dāng)量直徑d 2和慣性In,慣性In查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》35頁表可定： 表2-1
花鍵軸尺寸
（GB1144-74）
平均直徑
mm
當(dāng)量直徑
mm
極慣性矩
慣性矩
軸Ⅱ:
39
39.26
233341
116671
軸Ⅲ:
45
45.3
414840
207420
軸IV:
52.5
52.7
758297
379148
軸V:
52.5
52.7
758297
379148
2.2.2齒輪模數(shù)的估算
1 . 估算
按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計算次論模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知的情況先才能確定，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(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的估算：
mm
齒面點蝕的估算：
A mm
其中 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心矩，由中心矩A及齒數(shù)，求出模數(shù)
=2A/ mm
根據(jù)估算所得和中較大的值，選擇相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，
各齒輪的計算轉(zhuǎn)數(shù)為：
=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min
=300r/min =118r/min
軸I—II間傳動組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：=32=1.87
齒輪點蝕的估算：A=370x =81.76 mm
=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm
所以模數(shù)為m=3.
軸II—III傳動組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：=32=2.759
齒面點蝕估算：A=370x =108.18
=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4
軸III—IV間傳動組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：=32x=3.046
齒面點蝕估算：A=370x =117.3
=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61
所以取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm。
軸V—VI間傳動組齒輪模數(shù)的估算：
齒輪彎曲疲勞計算，
4.46
齒面點蝕估算：Ax=153.4
=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值m=5,軸VI—VII間齒輪模數(shù)的確定：
齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計算，
齒面電蝕估算
Ax =158.7
=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37
取模數(shù)值為m=4。
2 . 計算（驗算）
結(jié)構(gòu)確定后，齒輪的工作條件：空間安排，材料和精度等級都已經(jīng)確定，才可以核驗齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計算齒輪模數(shù)的公式：= mm
根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度計算齒輪模數(shù)，公式= mm
式中：N—計算齒輪傳遞的額定功率N= KW
——計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速r/min
——齒寬系數(shù)=b/m, 常取6-10；
——大齒輪與小齒輪齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù)
i——大齒輪與小齒輪的傳動比， i=/1; “+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合
——壽命系數(shù)，=，
——工作期限系數(shù)，=
齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)
n——齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min
T——預(yù)先的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦：T=15000~20000h;
——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)
——功率利用系數(shù)
——材料強(qiáng)化系數(shù)，幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起阻止疲勞的刃縫擴(kuò)大的作用
——工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，=1.2~1.6；
——動載荷系數(shù)
——齒向載荷分布系數(shù)
——齒形系數(shù)
——許用彎曲，接觸應(yīng)力MPa;
（1） 軸I-II間齒輪模數(shù)的計算(驗算)
a 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù):
N=y=0.987.5=7.35W
=8
查表: 取
則
取
線速度
查表: 取
查表 取
查表取 .
因此:
b 根據(jù)彎曲疲勞計算
查表取 :
而
查表取 .
Y=0.43,
因此: 。
由以上計算結(jié)果知，齒輪模數(shù)合格。
（２）其它齒輪模數(shù)的驗算
其它齒輪的驗算過程與上面相同，將有關(guān)數(shù)值代入上式，經(jīng)計算均滿足要求；
2.3 展開圖設(shè)計
2.3.1結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容及技術(shù)要求
1.設(shè)計內(nèi)容
設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸，軸承，齒輪，離合器和制動器等），主軸組件，操縱機(jī)構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。
2.技術(shù)要求
主軸變速箱是指機(jī)床的主要部分，設(shè)計時除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題：
（1）精度
立式銑床主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動，〈0.01mm；主軸軸向串動〈0.01mm。
（2）剛度和抗振性
綜合剛度（主軸刀架之間的力與相對變形之比）；
綜合剛度〉3400N/m
主軸與刀架之間的相對振幅的要求
表2-2
等級
I
II
III
振幅（0.001mm）
1
2
3
(3)，傳動效率要求
表2-3
等級
I
II
III
效率
0.85
0.8
0.75
（4）主軸總軸承處溫升和溫升應(yīng)控制在以下范圍：
表2-4
條件
溫度
溫升
用滾動軸承
70
40
用滑動軸承
60
30
（５）噪聲要控制在以下范圍：
表2-5
等級
I
II
III
dB
78
80
83
噪音
=20log
式中：——所有中間傳動齒輪分度圓直徑的平均值mm
——主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值mm
——傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)
,k——系數(shù)，根據(jù)個類型及制造水平選取。我國中型車床，銑床=3.5，車床K254，銑床K50.5
（６）結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整
（７）操作方便，安全可靠
（８）遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則
2.3.2齒輪塊的設(shè)計
1.特點
齒輪是變速箱中的重要元件，齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性變化的，也就是說，作用在一個齒上的載荷是變化的。同時由于齒輪制造及安裝誤差，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪音，常常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性，在設(shè)計齒輪時，應(yīng)充分考慮這些問題。
2.精度等級的選擇
變速箱中齒輪用于傳遞動力和運動。它的精度選擇主要取決于周圍速度。采用同一精度時，周圍速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實驗結(jié)果，周圍速度增加一倍，噪音約增加6dB。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪音的影響比運動誤差更大。所以這兩項精度應(yīng)選高一級，為了控制噪音，機(jī)床上主傳動齒輪都選用較高的精度，大都用7-6-6,這里主運動齒輪的精度選為7-6-6。
3.結(jié)構(gòu)與加工方法
不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有不同。
8級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。
7級精度齒輪，用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度下降，因此，需淬火的7級齒輪一般滾（插）后要剃齒，使精度高于7級或淬火和衍齒才能達(dá)到6級。機(jī)床主軸變速箱中齒輪一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式如下圖2.5所示，各部分的尺寸推薦如下：
（1）、空刀槽，
插齒時： 模數(shù) 12mm， 5mm；
模數(shù)2.54mm, 6mm。
剃齒時：
采用公式：=4.5+k(1.1+0.038-0.03)mm及計算。
試中，k為與剃齒刀傾斜角有關(guān)的系數(shù)若齒面要高頻淬火，為避免互相影響，應(yīng)大于8。
由于這里采用的齒輪的精度為7-6-6，需要剃齒或珩齒，需齒面淬火，所以8，取=8?！ ?
（２）齒寬b
齒寬影響齒的強(qiáng)度。但如果太寬，由于齒輪誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反而容易引起振動和噪音。一般取=(6~10)m
齒輪模數(shù)m小，裝在軸的中部或單片齒輪，取大值齒輪模數(shù)m大，裝在靠近支承處或多聯(lián)齒輪，取小值。薄的大齒輪容易產(chǎn)生板振動，成為噪音發(fā)射體，因此，齒輪基體不宜太薄，設(shè)計單片齒輪時要注意
這里均是單片齒輪，取齒寬（m為模數(shù)）。
（3）其他問題
滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸（見圖2.6），圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，
部分（圖（一））用于安裝撥動齒輪的滑塊，一般取=或，這里我們選。
選折齒輪塊的結(jié)構(gòu)時要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機(jī)械加工時的安裝和定位基面，盡可能做到省工，省料又容易保證精度。
4.組合齒輪
齒輪磨齒時，要求有叫大的空刀（砂輪）距離，因此，多聯(lián)齒輪不便作成一整體一般都作成組合的齒輪塊。有時為了縮短軸向尺寸，也采用組合齒輪。
這里軸的三聯(lián)滑移齒輪可做成浮動連接的組合齒輪，其結(jié)構(gòu)如下圖2.7
圖2-7 組合齒輪
說明：齒輪3的左邊挖一圓溝槽，端面上有若干個徑向缺口，齒輪1的右側(cè)有2個銷子2，安裝時將銷子2對證齒輪端面的缺口，把齒輪1和齒輪3拼裝后，相對轉(zhuǎn)過一個角度，一起裝在花鍵軸上。
這種結(jié)構(gòu)，連接后的兩個齒輪成為一體，但連接是浮動的，不影響兩個齒輪在花鍵軸上的定心。
5 齒輪的軸向定位
要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠，空套齒輪和固定在軸上的齒輪的軸向定位可采用隔套定位。
2.3.3傳動軸設(shè)計
1.特點
機(jī)床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支承。軸上要安裝齒輪，離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作
首先，傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，如撓度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動，噪音、空載功率、磨損和發(fā)熱增大。
兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。
2.軸的結(jié)構(gòu)
傳動軸可以是光軸也可以是化鍵軸，成批生產(chǎn)中，有專門加工花鍵軸的洗床和磨床，工藝上并無困難。所以一般都采用化鍵軸，花鍵軸承載能力高，加工如轉(zhuǎn)盤也比但單鍵的光軸方便。
這里I軸與電機(jī)軸相連，I軸上只裝有一個齒輪，可選光軸II、III、IV、V軸采用花鍵軸，VI軸采用光軸。
3.軸承的選擇
機(jī)床傳動軸常用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升?？蛰d功率和噪音等方面，球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支承孔的加工精度要求都比較高，異常球軸承用得更多。但滾錐軸承的內(nèi)外圈可以公開。裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以有時在沒有軸向力時，也常采用這種軸承。選擇軸承的型式和尺寸，首先取決于承載能力，但也要考慮其它結(jié)構(gòu)條件。
即要滿足承載能力要求，又要符合孔的加工工藝，可以用輕、中、或重系列的軸承來達(dá)到支承孔直徑的安排要求
花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑，一般傳動軸上軸承選用G級精度。
（1）滾動軸承的選擇計算
a，壽命計算公式：
滾動軸承的壽命計算公式如下：
L=
試中：L—額定壽命（ x）轉(zhuǎn)
C—額定動載荷（Kgf）
P—當(dāng)量負(fù)載荷（Kgf）
——壽命指數(shù)，對球軸承 =3 對滾子軸承=10/3
在實際計算中，一般采用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命，這時上試可變?yōu)椋?
=
試中：—額定壽命（h）
n—軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/min）
當(dāng)量動載荷P=X+Y
試中：—徑向負(fù)荷（Kgf）
—軸向負(fù)荷（Kgf）
X—徑向系數(shù)
Y—軸向系數(shù)
（2）按照負(fù)載荷選擇軸承
按額定靜負(fù)載選擇軸承的基本公式如下：
=
試中：—當(dāng)量靜負(fù)荷（kgf） 按下列兩式計算，取大值
—額定靜負(fù)荷（kgf）
—安全系數(shù)
（3）軸承的選擇
I軸兩端軸承的選擇，根據(jù)前面估算的直徑及該軸的結(jié)構(gòu)和受力情況，選擇單列向心球軸承（GB276—64）軸承型號為7000308（左軸承）右軸承7000307
II軸兩端軸承的選擇
左軸承：7000307 右軸承：7000306
III軸：左，7000309 右，7000308
IV軸：左，7000310，右7000409
V軸軸承的選擇，由于軸V右端懸伸部分與錐齒輪不相連，承受一定的軸向負(fù)荷及徑向負(fù)荷，因此，可選用圓錐磙子軸承左端型號：27310（GB298—64）
右端：27610
VI軸垂直布置，下端軸承承受到大的軸向力，可選用向心推力球軸承，型號為36107，上端軸承可選用向心球軸承7000309
4.軸的軸向定位
傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確的位置，相對保證安裝在軸上各傳動件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有軸的定位。對受軸向力的軸，其軸向定位更重要。
回轉(zhuǎn)軸的軸向包括軸承在軸上的定位和在箱體孔中定位）在選擇定位方式時應(yīng)注意：1，軸的長度，長度要考慮熱伸長的問題，宜有一端定位。
2，軸承的間隙是否需要調(diào)整。
3，整個軸的軸向位置是否需要調(diào)整
4，在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈
5，加工和裝配的工藝性等
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點和收里情況，I，II，III，IV，V軸均采用彈簧卡圈定位或壓蓋和軸肩定位。
５.傳遞軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（１）、 軸I的結(jié)構(gòu)設(shè)計:
1）,選聯(lián)軸器
軸I與電機(jī)軸用聯(lián)軸器相連,需同時選取連軸器.軸I上的轉(zhuǎn)矩T為:
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 查表取 則,根據(jù)工作需要,選用彈性柱銷連軸器,型號為HL3,聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為: , 聯(lián)軸器的軸孔直徑d=38mm, 半聯(lián)軸器的長度為L=82mm,聯(lián)軸器標(biāo)記為: HL3聯(lián)軸器 3882 GB5014—85.
2）,按軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度.
2.3.4主軸組件設(shè)計
主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)要求高,安裝工件(車床)或者刀具(銑床,鉆床)的主軸參予切削成形運動,因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量(加工精度和表面粗糙度),設(shè)計時主要圍繞著保證精度,剛度和抗振性,減小溫度和熱變形等幾個方面考
慮
１.對主軸部件的基本要求
主軸組件是機(jī)床主要部件之一. 它的性能對整機(jī)性能影響很大. 主軸直接承受切削力,轉(zhuǎn)速范圍又很大,所以對主軸組件的主要性能基本要求如下:
（1） 回轉(zhuǎn)精度. 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度是指主軸的回轉(zhuǎn)精度.造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因是主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度,主軸軸承的選用及剛度等,而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡,在回轉(zhuǎn)時引起的激振力也會造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差.
（2） 剛度. 主軸組件的剛度指受外力作用時,主軸組件抵抗變形的能力. 主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸,支承跨距,所選用的軸承類型及配置形式,軸承間隙的調(diào)整,主軸上傳動元件的位置等有關(guān).
（3） 抗振性: 主軸組件的抗振性是指切削加工時,主軸保持平衡運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力,提高主軸抗振性,必須提高主軸組件的靜剛度,采用較大阻尼比的前軸承,以及在必要時安裝阻尼(消振)器,另外,使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率.
（4） 溫度. 主軸組件在運轉(zhuǎn)時,溫度過高會引起很多不良結(jié)果,數(shù)控機(jī)床在解決溫度問題時,一般采用注溫主軸箱.
（5） 耐磨性, 主軸組件必須有足夠的耐磨性,以便能長期保持精度.
２.主軸部件的傳動方式和布置形式.
（1）傳動方式
主軸旋轉(zhuǎn)運動傳動方式的選擇,決定于主軸轉(zhuǎn)速的高低,所傳遞扭矩的大小,對遠(yuǎn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求及結(jié)構(gòu)緊湊,裝卸維修方便.這里我們選擇齒輪傳動,這樣結(jié)構(gòu)簡單,緊湊和能傳遞較大的扭矩.
（2）傳動件位置的合理布置.
對于傳動件直接裝在主軸上的主軸部件,工作時主要承受傳動力Q.切削力P和支承反力. 合理布置傳動件的軸向位置,可以改善主軸的受力情況,減少主軸的變形,改善傳動件的軸承工作條件,減少軸承的受力,提高主軸部件的抗振性等.
合理布置的原則
①傳動力Q引起的主軸彎曲變形小,且能部分抵消切削力P引起的主軸彎曲變形.
②傳動力Q引起的支承反力能部分抵消切削力引起的支承反力.
③傳動力Q引起的主軸端位移小,并且盡可能部分地抵消切削力引起的端位移,尤其在影響加工精度的敏感方向上.
④結(jié)構(gòu)緊湊,主軸箱尺寸小,裝配維修方便.
綜合所上述原則,選擇傳動件的軸向布置形式
３.主軸部件軸承的選擇
（1） 主軸軸承的選擇
主軸部件上的軸承應(yīng)具有旋轉(zhuǎn)精度高,剛度高,承載能力強(qiáng),抗振性好,極限轉(zhuǎn)速高,適應(yīng)變速范圍大,摩擦功耗小,噪音低,壽命長的性能,同時應(yīng)滿足制造簡單,使用維修方便,成本低,結(jié)構(gòu)尺寸小等要求。滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,并有專門工程批量生產(chǎn),而且它在旋轉(zhuǎn)精度高,剛度,承載能力,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速和載荷變動范圍很大的的條件下穩(wěn)定工作的的優(yōu)點。這里前支承選用-------3182100型,可承受徑向力,反支承選用一對推力球軸承,承受徑向和軸軸向載荷,使主軸軸向定位.
（2） 軸承的配置
大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個支承,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,在配置軸承時,應(yīng)注意以下幾點:
① 沒個支承點都要能承受徑向回力
② 每個方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受
③徑向力和兩個方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上,即負(fù)載都由機(jī)床支承件承受
軸承配置簡圖2-9如下:
圖2-9 軸承配置簡圖
（3）軸承的精度配合
主軸軸承的精度要求比一般傳動高,前軸承的誤差對主軸前端的影響最大,所以前軸承的精度一般比后軸承的選擇要高一級。普通精度級機(jī)床的主軸,前軸承選C或D級,后軸承選D或E級.精密或高精級機(jī)床, 前軸承選B或C級, 后軸承選C或D級。這里前軸承選C精度, 后軸承選D級精度軸承與軸和軸承與箱體孔之間,一般都采用過渡配合,采用比一般軸要松一些.如:j5, js5, j6, js6. 另外,軸承內(nèi)外環(huán)都是薄壁件,軸的孔和形狀誤差都會反映到軸承滾道上去,如果配合精度選得過低,會降低軸承的回轉(zhuǎn)精度,所以, 軸承孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配. 內(nèi)圓選 外圓選
４.主軸支承結(jié)構(gòu)設(shè)計
支承中的軸承應(yīng)定位可靠,精度保證性好.安裝調(diào)整方便. 支承中各零部件的加工和裝配工藝性好,維修更換方便.
1, 軸承(3182118型)內(nèi)圈的軸向定位
雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動,當(dāng)內(nèi)圈向大端移動時,由于1:12的內(nèi)錐孔.內(nèi)圈將脹大消除間隙。
５.主軸端部的結(jié)構(gòu)型式
主軸端部的型式取決于機(jī)床的類型和安裝夾具或刀具的型式. 主軸端部的結(jié)構(gòu),應(yīng)保證夾具頂尖或刀具可靠,定位準(zhǔn)確,高的聯(lián)結(jié)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. 通用銑床主軸端部結(jié)構(gòu)型式如下圖2-10:
圖2-10主軸端部結(jié)構(gòu)
7:24錐孔作定位面,供安裝銑刀或銑刀心軸的尾錐,再用拉桿從主軸后端拉緊四個螺孔供安裝銑刀用,兩個長槽供安裝端面鍵以傳遞扭矩.
６.主軸主要參數(shù)的確定
主軸的主要參數(shù)是指:主軸平均直徑D(主軸前軸頸直徑D1);主軸內(nèi)孔直徑d,;主軸懸伸量a和主軸支承跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能.但為簡化問題,主要從靜剛度條件出發(fā)來確定這些參數(shù). 即選擇D,d,a,L使主軸獲得最大的靜剛度,也就是使主軸軸端位移最小,同時兼顧其他的要求,如高速性,抗振性能等。
（1）主軸軸頸直徑的確定
主軸軸頸直徑對主軸部件剛度影響最大. 加大直徑,可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形所引起的軸端位移,從而提高主軸部件剛度. 但加大直徑受到軸承值的限制,同時造成相配零件尺寸加大,制造困難,結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等. 因此在滿足剛度要求下應(yīng)取小值。查<<機(jī)床設(shè)計手冊>>取=90mm,后軸頸
平均軸頸 取d=27mm.
（2） 主軸內(nèi)孔直徑d的確定
主軸內(nèi)孔主要用于通過棒料夾緊刀具或工件的控桿,冷卻管等,大型,重型機(jī)床的空心主軸還可以減輕重量. 確定孔徑d的原則是在滿足對空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下盡量去大些。由材料力學(xué)知,軸剛度K與抗彎截面慣性矩I成正比,與直徑之間有下列關(guān)系:
由上式可知,當(dāng)時,空心主軸的剛度與實心主軸的剛度相差甚小,即內(nèi)孔對主軸剛度降低的影響很小