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目 錄 1 數(shù)控車床的加工特點(diǎn)分析 1 1.1 數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn) 1 1.2 數(shù)控車床加工特點(diǎn) 1 1.3 適合數(shù)控車床加工的零件 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 主傳動(dòng)的組成部分 4 2.2 機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 5 2.3 機(jī)床參數(shù)的擬定 5 2.4 各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求 8 3 機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10 3.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 10 3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 18 3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 4.1 滾珠絲杠螺母副的選擇計(jì)算 33 4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 37 5.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 40 5.2 選擇中央處理單元（CPU）的類型 41 5.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 41 5.４?I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 42 參考文獻(xiàn) 47 致 謝 48 附 錄 49  1 數(shù)控車床的加工特點(diǎn)分析 1.1 數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)控車床已越來越多的應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)，并發(fā)揮出普通車床無法比擬的優(yōu)勢，數(shù)控車床主要有以下幾優(yōu)點(diǎn)： （1） 傳動(dòng)鏈短，與普通車床相比主軸驅(qū)動(dòng)不再是電機(jī) 皮帶 齒輪副機(jī)構(gòu)變速，而是采用橫向和縱向進(jìn)給分別由兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)完成，不再使用掛輪、離合器等傳統(tǒng)部件，傳動(dòng)鏈大大縮短。 （2） 剛性高，為了與數(shù)控系統(tǒng)的高精度相匹配，數(shù)控車床的剛性高，以便適應(yīng)高精度的加工要求。 （3） 輕拖動(dòng)，刀架（工作臺(tái)）移動(dòng)采用滾珠絲杠副，摩擦小，移動(dòng)輕便。絲杠兩端的支承式專用軸承，其壓力角比普通軸承大，在出廠時(shí)便選配好；數(shù)控車床的潤滑部分采用油霧自動(dòng)潤滑，這些措施都使得數(shù)控車床移動(dòng)輕便。 1.2 數(shù)控車床加工特點(diǎn) （1） 自動(dòng)化程度高，可以減輕操作者的體力勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)控加工過程是按輸入的程序自動(dòng)完成的，操作者只需起始對(duì)刀、裝卸工件、更換刀具，在加工過程中， 主要是觀察和監(jiān)督車床運(yùn)行。但是，由于數(shù)控車床的技術(shù)含量高，操作者的腦力勞動(dòng)相應(yīng)提高。 （2） 加工零件精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控車床的定位精度和重復(fù)定位精度都很高，較容易保證一批零件尺寸的一致性，只要工藝設(shè)計(jì)和程序正確合理，加之精心操作，就可以保證零件獲得較高的加工精度，也便于對(duì)加工過程實(shí)行質(zhì)量控制。 （3） 生產(chǎn)效率高。數(shù)控車床加工是能再一次裝夾中加工多個(gè)加工表面，一般只檢測首件，所以可以省區(qū)普通車床加工時(shí)的不少中間工序，如劃線、尺寸檢測等，減少了輔助時(shí)間，而且由于數(shù)控加工出的零件質(zhì)量穩(wěn)定，為后續(xù)工序帶來方便，其綜合效率明顯提高。 （4） 便于新產(chǎn)品研制和改型。數(shù)控加工一般不需要很多復(fù)雜的工藝裝備，通過編制加工程序就可把形狀復(fù)雜和精度要求較高的零件加工出來，當(dāng)產(chǎn)品改型，更改設(shè)計(jì)時(shí)，只要改變程序，而不需要重新設(shè)計(jì)工裝。所以，數(shù)控加工能大大縮短產(chǎn)品研制周期，為新產(chǎn)品的研制開發(fā)、產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。 （5） 可向更高級(jí)的制造系統(tǒng)發(fā)展。數(shù)控車床及其加工技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)。 （6） 初始投資較大。這是由于數(shù)控車床設(shè)備費(fèi)用高，首次加工準(zhǔn)備周期較長，維修成本高等因素造成。 （7） 維修要求高。數(shù)控車床是技術(shù)密集型的機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，需要維修人員既懂機(jī)械，又要懂微電子維修方面的知識(shí)，同時(shí)還要配備較好的維修裝備。 1.3 適合數(shù)控車床加工的零件 （1） 最適合多品種中小批量零件。隨著數(shù)控車床制造成本的逐步下降，現(xiàn)在不管是國內(nèi)還是國外，加工大批量零件的情況也已經(jīng)出現(xiàn)。加工很小批量和單件生產(chǎn)時(shí)，如能縮短程序的調(diào)試時(shí)間和工裝的準(zhǔn)備時(shí)間也是可以選用的。 （2） 精度要求高的零件。有于數(shù)控車床的剛性好，制造精度高，對(duì)刀精確，能方便的進(jìn)行尺寸補(bǔ)償，所以能加工尺寸精度要求高的零件。 （3） 表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情況下，表面粗糙度取決于切削速度和進(jìn)給速度。。在加工表面粗糙度不同的表面時(shí)，粗糙度小的表面選用小的進(jìn)給速度，粗糙度大的表面選用大些的進(jìn)給速度，可變性很好，這點(diǎn)在普通車床很難做到。 （4） 輪廓形狀復(fù)雜的零件。任意平面曲線都可以用直線或圓弧來逼近，數(shù)控車床具有圓弧插補(bǔ)功能，可以加工各種復(fù)雜輪廓的零件。 2 總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)床工業(yè)是機(jī)器制造業(yè)的重要部門，肩負(fù)著為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國防現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務(wù)，是使現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)具有高生產(chǎn)率和先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的保證。設(shè)計(jì)機(jī)床的目標(biāo)就是選用技術(shù)先進(jìn)。經(jīng)濟(jì)效果顯著的最佳可行方案，以獲得高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 我國是一個(gè)機(jī)床擁有量大、 大部分機(jī)床役齡長、數(shù)控化程度不高的發(fā)展中國家。因此，從事機(jī)床設(shè)計(jì)的人員，應(yīng)不斷地把經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的新理論、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，做到既要技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益好、效率高。要不斷的吸收國外的成功經(jīng)驗(yàn)，做到既要符合我國國情，又要趕超國際水平。要不斷的開拓創(chuàng)新，設(shè)計(jì)和制造出更多的生產(chǎn)率高、靜態(tài)動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維修容易、造型美觀、耗能少、成本低的現(xiàn)代化機(jī)床。設(shè)計(jì)本著以上原則進(jìn)行，盡量向低成本、高效率、簡化操作、符合人機(jī)工程的方向考慮。 圖1 ck6136數(shù)控臥式車床 2.1 主傳動(dòng)的組成部分 主傳動(dòng)由動(dòng)力源、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)等）部分組成。主傳動(dòng)系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。 主傳動(dòng)包括動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）、變速裝置、定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)等十部分組成。 2.1.1 動(dòng)力源 電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，它給執(zhí)行件提供動(dòng)力，并使其獲得一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向。 2.1.2 定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 具有固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)降速、升速或運(yùn)動(dòng)聯(lián)接，本設(shè)計(jì)中采用齒輪和帶傳動(dòng)。 2.1.3 變速裝置 傳遞動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)以及變換運(yùn)動(dòng)速度的裝置，本設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)滑移齒輪變速組和一個(gè)背輪機(jī)構(gòu)使主軸獲得18級(jí)轉(zhuǎn)速。 2.1.4 主軸組件 機(jī)床的執(zhí)行件之一，它由主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等組成， 2.1.5 開停裝置 用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的啟動(dòng)和停止的機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中采用直接開停電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)主軸的啟動(dòng)和停止。 2.1.6 制動(dòng)裝置 用來控制主軸迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以減少輔助時(shí)間。本設(shè)計(jì)中采用電磁式制動(dòng)器。 2.1.7 換向裝置 用來變換機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)方向的裝置。本設(shè)計(jì)中采用電動(dòng)機(jī)直接換向。 2.1.8 操縱機(jī)構(gòu) 控制機(jī)床主軸的開停、換向、變速及制動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中，開停、換向和制動(dòng)采用電控制；變速采用液壓控制。 2.1.9 潤滑與密封 為了保證主傳動(dòng)的正常工作和良好的使用壽命，必須有良好的潤滑裝置和可靠的密封裝置。本設(shè)計(jì)中采用箱外循環(huán)強(qiáng)制潤滑，主軸組件采用迷宮式密封。 2.1.10 箱體 上述個(gè)機(jī)構(gòu)和裝置都裝在箱體中，并應(yīng)保證其相互位置的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)中采用灰鐵鑄造箱體。 2.1.11 刀架 數(shù)控機(jī)床中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的自動(dòng)控制，采用制動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 2.2 機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 2.2.1 主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用分離式主傳動(dòng)系統(tǒng)，包括變速箱、主軸箱兩部分。其中，變速箱與電動(dòng)機(jī)至于機(jī)座內(nèi)，主軸箱與變速箱采用帶傳動(dòng)連接。所有的變速都采用液壓操作。 2.2.2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，因此在X、Y方向上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過齒輪傳遞。齒輪的消隙采用偏心環(huán)調(diào)整。 2.2.3 數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn) 采用單片機(jī)控制，各個(gè)控制按扭均安裝在控制臺(tái)上，而控制臺(tái)擺放在易操作的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。 2.2.4 機(jī)床其它零部件的選擇 考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)床附件如油管、行程開關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。 2.3 機(jī)床參數(shù)的擬定 2.3.1 主參數(shù)的擬定 機(jī)床設(shè)計(jì)的初始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求。 機(jī)床主參數(shù)直接反映機(jī)床的加工能力、特性，決定和影響其它基本參數(shù)的數(shù)值，如車床的最大加工直徑D。 機(jī)床基本參數(shù)是一些與加工工件尺寸、機(jī)床結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有關(guān)的數(shù)， 可歸納為：尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。 在擬定參數(shù)時(shí)，還要考慮機(jī)床發(fā)展趨勢的要求，與國內(nèi)外同類型機(jī)床的對(duì)比 等，使擬定的參數(shù) 能滿足機(jī)床在經(jīng)濟(jì)合理的原則下，最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求。 設(shè)計(jì)題目中已直接給出CK6136數(shù)控車床的主參數(shù)： 最大工件回轉(zhuǎn)直徑D=360㎜ 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1=180㎜ 選取最大工件長度L=1000㎜ 主軸通孔直徑d=36㎜ 主軸頭號(hào)：（JB2521-79）5號(hào) 2.3.2 擬定基本參數(shù)的步驟和方法 （1） 極限切削速度 Vmax、Vmin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類、工藝要求、刀具和工件材料等因素。允許的切削速度極限參考值如下： 表1 極限切削速度參考值 加 工 條 件 Vmax（m/min） Vmin（m/min） 硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件 30~50 硬質(zhì)合金刀具半精加工碳鋼工件 150~300 螺紋（絲杠等）加工和鉸孔 3~8 通過比較最后選?。? Vmax=300　 Vmin=6 　 （2） 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算車床主軸極限轉(zhuǎn)速時(shí)的的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.1~0.2）D和(0.45~0.5)D。則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： =　 = 在nmin中考慮車螺紋和鉸孔時(shí)，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況選取0.1D和50㎜左右。 在最后確定nmax，nmin時(shí)，還應(yīng)與同類型車床進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)切削需要，主軸極限轉(zhuǎn)速確定為： nmax== =2040 nmin== =38 轉(zhuǎn)速范圍 R= = =53.68 考慮到設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度要適中,故采用常規(guī)的擴(kuò)大傳動(dòng), 已知級(jí)數(shù)Z=18。 今以=1.26和1.41代入R=(z-1)式，得R=50.85和344,因此取公比 ＝1.26更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以=1.06的從1~10000的數(shù)值，因＝1.26=1.06，從表中找到nmax=2000，就可每隔3個(gè)數(shù)值取出一個(gè)數(shù)，得： 2000， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500， 400， 315， 250， 200，160， 125，100， 80， 63， 50， 40共18級(jí)轉(zhuǎn)速。 （3） 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z和公比 已知 nmax / nmin=Rn　　　 =(z-1) 且 Z=2a3b （4） 主電機(jī)功率——?jiǎng)恿?shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率N，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。 一般采用估算法類比法相結(jié)合方法確定通用機(jī)床電機(jī)功率。 a 中型普通車床典型重切削條件下的的用量 刀具材料：YT15； 工件材料：45號(hào)鋼； 切削方式：車削外圓。 推薦數(shù)據(jù)： 表2 切削用量推薦表 系列和規(guī)格 切削用量 普通型 輕型 普通型 輕型 切削深度dp（t）㎜ 3．5 3 4 3．5 進(jìn)給量f（s）㎜/r 0．35 0．25 0．4 0．35 切削速度V m/min 90 75 100 80 b 功率估算法用的計(jì)算公式 1）、主切削力： Fz=1900apf 0.75 =1900×3.5×0.350.75 =3026N； 2)、切削功率： N切===4.7kw； 3）、估算主電機(jī)功率： N= = =5.875kw N值必須按我國生產(chǎn)的電機(jī)在Y系列的額定功率選取，計(jì)有2.2 、3.4 、5.5、7.5、 10、 11kw等。 因此選取N=5.5kw。 2.4 各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求 2.4.1 床身 機(jī)床床身采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵，內(nèi)部筋采用U形布局，床身整體剛性高?；瑒?dòng)導(dǎo)軌面采用中頻淬火，淬硬層深。硬度達(dá) HRC52以上，拖板滑動(dòng)面貼塑，使得進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，摩擦阻尼系數(shù)等動(dòng)、靜特性都處于最佳狀態(tài)。 2.4.2 床頭箱結(jié)構(gòu) 機(jī)床主傳動(dòng)采用液壓操縱機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)十八級(jí)轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動(dòng)比穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低。機(jī)床主軸為二支撐結(jié)構(gòu)，前支撐采用C級(jí)高精度軸承，潤滑油潤滑，提高了回轉(zhuǎn)精度，使機(jī)床主軸具有良好的精度和剛性。機(jī)床采用單片式電磁剎車離合器，解決主軸的剎車及離合問題，離合器安裝于床頭箱帶輪側(cè)，使床頭箱內(nèi)結(jié)構(gòu)大為簡化，便于維修。 2.4.3 進(jìn)給系統(tǒng) 機(jī)床兩軸進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的典型傳動(dòng)方式，在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動(dòng)面處貼有TSF導(dǎo)軌板，滑動(dòng)磨擦系數(shù)非常小，有助于提高了機(jī)床的快速響應(yīng)性能及生產(chǎn)效率。在進(jìn)給系統(tǒng)各滑動(dòng)處及兩軸絲杠絲母處都設(shè)置了潤滑點(diǎn)。 2.4.4 刀架 機(jī)床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。 2.4.5 尾座 采用手動(dòng)尾座 2.4.6 冷卻系統(tǒng) 冷卻箱放在后床腿中。 2.4.7 卡盤 機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置為_250手動(dòng)卡盤。 2.4.8 電氣系統(tǒng) 電路的動(dòng)力回路，均有過流、短路保護(hù)，機(jī)床相關(guān)動(dòng)作都有相應(yīng)的互鎖，以保障設(shè)備和人身安全。電氣系統(tǒng)具有自診斷功能，操作及維修人員可根據(jù)指示燈及顯示器等隨時(shí)觀察到機(jī)床各部分的運(yùn)行狀態(tài)。 2.4.9 安全保護(hù) 當(dāng)機(jī)床遇到外部突然斷電或自身故障時(shí)，由控制電路的設(shè)計(jì)，機(jī)床可動(dòng)進(jìn)給軸，冷卻電機(jī)等如已在“啟動(dòng)”狀態(tài)者，將進(jìn)入“停止”狀態(tài)；如已在“停止”狀態(tài)的則不可自行進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，確保了機(jī)床的安全。另外由于機(jī)床計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由電池供電保護(hù)的，所以，意外斷電或故障時(shí)，不會(huì)丟失計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的程序菜單。 機(jī)床具有報(bào)警裝置及緊急停止按鈕，可防止各種突發(fā)故障給機(jī)床造成損壞。由于軟件的合理設(shè)計(jì)，報(bào)警可通過顯示器顯示文字及報(bào)警號(hào)，通過操作面板的指示燈指示；機(jī)床根據(jù)情況將報(bào)警的處理方式分為三類：對(duì)緊急報(bào)警實(shí)行“急?！保粚?duì)一般報(bào)警實(shí)行“進(jìn)給保持”；對(duì)操作錯(cuò)誤只進(jìn)行“提示”。 3 機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機(jī)床參數(shù)中最主要的，它必須滿足以下要求： a、 直接反映出機(jī)床的加工能力和特性； b、 決定其他基本參數(shù)值的大??； c、 作為機(jī)床設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)； d、 作為用戶選用機(jī)床的主要依據(jù)。 對(duì)于通用機(jī)床（包括專門化機(jī)床），主參數(shù)通常都以機(jī)床的最大加工尺寸表示，只有在不適用于用工件最大尺寸表示時(shí)，才采用其他尺寸或物理量。如臥式鏜床的主參數(shù)用主軸直徑，拉床用額定拉力等。為了更完整地表示出機(jī)床的工作能力和加工范圍，有時(shí)在主參數(shù)后面標(biāo)出另一參數(shù)值，稱為第二主參數(shù)。如最大工件長度、最大跨度、主軸數(shù)和最大加工模數(shù)等。 除主參數(shù)外，機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)還包括下列基本參數(shù)： a、 與工件尺寸有關(guān)的參數(shù)； b、 與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù)； c、 與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)； 3.1.1 尺寸參數(shù) 表3 機(jī)床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容 與工件主要尺寸有關(guān)的參數(shù) 最大加工尺寸 最大加工直徑或最大工件直徑，最大加工模數(shù)、螺旋角 主軸通孔直徑 最大加工長度或最大工件長度 最大工件安裝尺寸。如工作臺(tái)尺寸、主軸端面至工作臺(tái)面最大距離、主軸中心線至工作臺(tái)面最大距離或立柱間距等 最小工件加工尺寸。如主軸中心線至工作臺(tái)面距離、最小車削直徑、最小磨削外徑或孔徑等 部件運(yùn)動(dòng)尺寸范圍 刀架、工作臺(tái)、主軸箱、橫梁的最大行程 刀架、工作臺(tái)、砂輪（導(dǎo)輪）箱或搖臂的最大回轉(zhuǎn)角度 與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù) 主軸或尾架套筒的錐孔大小 工件頭架或尾架的頂尖安裝錐度 刀桿斷面尺寸、刀夾最大尺寸、安裝的刀具直徑 工作臺(tái)T型槽的尺寸和數(shù)目 與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù) 床身或搖臂的導(dǎo)軌寬度 花盤或圓工作臺(tái)的直徑 主軸中心線或工作臺(tái)面至地面的高度 尺寸參數(shù)是表示機(jī)床工作范圍的主要尺寸和工、夾、量具的標(biāo)準(zhǔn)化及機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的主要參數(shù)。如普通車床橫刀架上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑，在相同中心高的情況下，這一尺寸參數(shù)既決定加工長工件的最大直徑，又決定刀架的厚度及其剛性。 機(jī)床的主參數(shù)主要決定于工件的尺寸。對(duì)于各類通用機(jī)床，已在調(diào)查研究各種工件的基礎(chǔ)上制定出了機(jī)床的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照?qǐng)?zhí)行。專用機(jī)床的主參數(shù)則基本上可以根據(jù)工件尺寸決定。 主參數(shù)系列采用優(yōu)先數(shù)系，這樣做有如下好處： （1）優(yōu)先數(shù)按等比級(jí)數(shù)分級(jí)，能在較寬的范圍內(nèi)以較少的品種，經(jīng)濟(jì)合理地滿足用戶的需要，即可把產(chǎn)品的品種規(guī)格限制在必需的最少范圍內(nèi)。 （2）優(yōu)先數(shù)系具有各種不同公比的系列，因而可以滿足較密和較疏的分級(jí)要求。 其他尺寸參數(shù)一般根據(jù)主參數(shù)來確定。但由于機(jī)床的使用情況比較復(fù)雜，這些尺寸參數(shù)的確定還有相似分析法和圖解分析法及回歸分析法。由此可以得尺寸參數(shù) 表4 CK6136數(shù)控臥式車床的主要尺寸參數(shù) 參數(shù)項(xiàng)目 單位 數(shù)值 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 360 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 180 主軸通孔直徑 mm 36 主軸錐孔莫氏 Nq 6 尾架頂尖套錐孔莫氏 Nq 5 最大工件長度L mm 750 刀桿截面尺寸 mm 20×20 3.1.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括機(jī)床主運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)）的速度范圍和級(jí)數(shù)，進(jìn)給量范圍和級(jí)數(shù)以及輔助運(yùn)動(dòng)的速度等，它是由加工表面成形運(yùn)動(dòng)的工藝要求所決定的。 主軸極限轉(zhuǎn)速和變速范圍 對(duì)于主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸極限轉(zhuǎn)速為： 式中的或不是該機(jī)床可能加工的的最小或最大直徑，而是認(rèn)為是在機(jī)床全部工藝范圍內(nèi)可以用最大切削速度來加工時(shí)的最小工件直徑和用最小切削速度來加工時(shí)的最大工件直徑，這樣才能得出合理的極限轉(zhuǎn)速值。 （1）極限切削速度Vmax、Vmin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類、工藝要求、刀具和工件材料等因素。 表5 允許的切削速度極限參考值 加工條件 硬質(zhì)合金刀具粗加工 80~120 硬質(zhì)合金刀具半精加工或精加工 150~250 高速鋼刀具低速光刀 <10 安裝磨頭附件進(jìn)行磨削 3.5~7.5 精鉸孔 1.5~4 寬刀加工 1.5~3.5 精車絲杠或蝸輪 1.25~1.5 選擇極限轉(zhuǎn)速的典型條件為： a．最大切削速度按硬質(zhì)合金車刀半精車和精車鋼料來取值．考慮較小規(guī)格車床可普遍采用可轉(zhuǎn)位刀片，切速可適當(dāng)提高，故對(duì)主參數(shù)為Ｄ（最大工件回轉(zhuǎn)直徑）＝250~630mm的車床取250m/min,而大規(guī)格車床換刀費(fèi)時(shí)取切速小些耐用度可以高些，故Ｄ＝800~1000mm的車床取200m/min； b．最小切速可考慮兩種情況，即（a）高速鋼車刀精車絲杠和（b）高速鋼車刀低速光車盤類零件，故分別?。╝）1.5m/min和（b）8m/min； c．最小工件直徑，即使用時(shí)可能遇到的最小工件直徑，一般取0.1Ｄ； d．最大工件直徑，當(dāng)為b中情況（a）時(shí)，即按車削絲杠可能遇到的最大直徑，取0.1Ｄ，為b中情況（b）時(shí)，按刀架滑板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑Ｄ1（對(duì)多數(shù)車床Ｄ1＝0.5Ｄ）． 由上分析得到按典型加工條件選取的數(shù)值如下表所示： 表6 典型加工條件選取的數(shù)值表 主參數(shù)系列 極限切削速度（m/min） 最大和最小工件直徑（mm） 變速范圍 最大工件回轉(zhuǎn)直徑Ｄ（mm） Rv Rn=RvRd （a） ( b ) （a） （b） 250~630 250 1.5 8 （ a ）Rv=166.7 （ b ）Rv=31.25 0.1D 0.1D D1（0.5D） (a) Rn=166.7 (b) Rn=156.2 800~1000 200 （ a ）Rv=133.3 （b） Rv=25 (a) Rn=133.3 (b) Rn=125 3.1.3 主軸轉(zhuǎn)速的確定 （1）主軸最高轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)分析，用硬質(zhì)合金車刀對(duì)小直徑鋼材半精車外圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為最高，按經(jīng)驗(yàn)，并參考切削用量資料，取，k=0.5, Rd=0.2, 則： （2）主軸最低轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)分析，主軸最低轉(zhuǎn)速由以下工序決定： 用高速鋼車刀，對(duì)鑄鐵材料的盤形零件粗車端面。按經(jīng)驗(yàn)，并參切削用量資料，取V=15m/min,則最低轉(zhuǎn)速為： 3.1.4 轉(zhuǎn)速范圍及公比的確定 根據(jù)最高轉(zhuǎn)速與最底轉(zhuǎn)速可初步得出主軸轉(zhuǎn)速范圍 =＝73.7 則公比 由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)值得 =1.26 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公比及初算，查表取=40r/min，則最高轉(zhuǎn)速 =×=40× =2034r/min 則主軸轉(zhuǎn)速范圍 且驗(yàn)算公比得=1.25993く1.26,滿足要求。 3.1.5 結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)的確定 1）結(jié)構(gòu)式的確立 結(jié)構(gòu)式的方案共有如下幾種： 18=3×3×2 18=2×3×3 18=3×2×3 在上述方案中，三個(gè)方案可根據(jù)下述原則比較：從電機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，這樣就節(jié)省省材料，經(jīng)濟(jì)上就占優(yōu)勢，且這也符合“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取18=3×3×2的方案為好，本次設(shè)計(jì)即采用此方案。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定如下結(jié)構(gòu)式： 18 = 3（1）× 3（3）× 2（9） 基本組 擴(kuò)一組 擴(kuò)二組 2）構(gòu)網(wǎng)的擬定 （1）傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比范圍和傳動(dòng)組的極限變速范圍 在降速時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動(dòng)比 ≥1/4。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過大的振動(dòng)和噪聲，常限制最大傳動(dòng)比≤2。 （2）基本組和擴(kuò)大組的排列順序 原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，傳動(dòng)件的尺寸也就小些。 根據(jù)前面求得的公比=1.26,按照以上原則，選擇最佳方案， 作結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖如下圖所示： 圖2 車床結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 3.1.6 轉(zhuǎn)速圖的擬定 電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的，當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)后，就可分配各傳動(dòng)組的傳動(dòng)比，并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng)，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如果轉(zhuǎn)速過高，將會(huì)引起過大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。因此，要注意限制中間軸的轉(zhuǎn)速，不使過高。 本次設(shè)計(jì)所選用的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需5根軸，加上電動(dòng)機(jī)軸共6根軸，故轉(zhuǎn)速圖上需6條豎線；主軸共18種轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸與軸1之間采用定比傳動(dòng)。轉(zhuǎn)速圖如下圖所示： 圖3 車床轉(zhuǎn)速圖 3.1.7 傳動(dòng)比參數(shù)的確定 （1）、電動(dòng)機(jī)與軸1傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)的確定 因?yàn)殂姶膊恍枰崔D(zhuǎn)，為了便于速度的分配，該傳動(dòng)副采用定比傳動(dòng)，其傳動(dòng)比有速度可求得： =1142/1440=1/1.26 為了方便電動(dòng)機(jī)與變速箱在機(jī)座內(nèi)的布置，電動(dòng)機(jī)與變速箱的聯(lián)結(jié)采用帶傳動(dòng)。根據(jù)帶輪的標(biāo)準(zhǔn)，尺寸值定為112mm和140mm。 變速箱與主軸箱之間采用帶傳動(dòng)，為了便于完成轉(zhuǎn)速的要求和速度的分配確定其帶輪的尺寸比為：172：200。 為了減少變速箱的軸向尺寸，減少齒輪數(shù)目，簡化結(jié)構(gòu)，采用一對(duì)公用齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)。因而，兩變速組的傳動(dòng)比互相牽制，可能會(huì)增加徑向尺寸。 （2）、軸1與軸2傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可得，該傳動(dòng)副的傳動(dòng)比=1/1.26、=1、=1.26。查《金屬切削機(jī)床》Page156頁表8-1，并考慮到主軸箱的幾何尺寸，取該傳動(dòng)副中=30，齒數(shù)和=104，則由傳動(dòng)比可求得該傳動(dòng)副齒數(shù)比為： 當(dāng)=1/1.6時(shí) Z/Z=46：58 當(dāng)=1時(shí) Z/Z=52：52 當(dāng)=1.6時(shí) Z/Z=58：46 （3）、軸2與軸3傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可得，該傳動(dòng)副的傳動(dòng)比=，=及＝。查《金屬切削機(jī)床》Page156頁表8-1，并考慮到主軸箱的幾何尺寸，取該傳動(dòng)副=22，齒數(shù)和=108，則由傳動(dòng)比可求得： 該傳動(dòng)副齒數(shù)比為： Z/Z=42：66 Z/Z=54：54 , Z/Z=66：42 軸4與軸5間采用背輪機(jī)構(gòu)，總傳動(dòng)比為，和齒形離合器，傳動(dòng)比為：1。 齒數(shù)為： 第一級(jí)：20*2.5：65*2.5 第二級(jí)：30*3：75*3 3.1.8 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，用規(guī)定的符號(hào)，以適當(dāng)比例在方格紙上繪出轉(zhuǎn)速圖和主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 圖4 CK6136數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 3.2.1 電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算 按在各種加工情況下較經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削速度來計(jì)算，在車床中，切斷工件的切削力大于外圓車削，因而按用硬質(zhì)合金刀具切斷鋼材時(shí)來計(jì)算。即： (1) 式中 ——主切削力的切向分力(N) V——切削速度(m/min ) 具體計(jì)算見下章 由查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得出參數(shù): P=200 B= 6 f=0.3mm/r 則 所以得有效功率為： 取η=0.8， 則由經(jīng)驗(yàn)公式可得電動(dòng)機(jī)總功率為： 3.2.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇 在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須使得P≥P，根據(jù)這個(gè)原則，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取Y112-M-4型電動(dòng)機(jī). 3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且直齒圓柱齒輪傳動(dòng)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以本次設(shè)計(jì)選用漸開線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，它的精度直接與工作的平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計(jì)都選用6-7級(jí)的精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下： 3.3.1 模數(shù)的估算： 按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算公式： mm （式中即為齒輪所傳遞的功率） (2) 齒面點(diǎn)蝕的估算公式： mm （式中即為齒輪所傳遞的功率） (3) 其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。 由中心距及齒數(shù)求出模數(shù)： mm 根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 前面已求得各軸所傳遞的功率，各軸上齒輪模數(shù)估算如下： 第一對(duì)齒輪副 mm mm mm 所以，第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm 同理，對(duì)各對(duì)齒輪的模數(shù)計(jì)算從略，最后計(jì)算得出最高的模數(shù)為2.5 綜上所述，為了降低成本，機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同，所以，本次設(shè)計(jì)中取各個(gè)齒輪模數(shù)均為=2.5mm。 3.3.2 齒輪傳動(dòng)各軸的軸中心矩計(jì)算 根據(jù)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒輪的分度圓直徑為： 1軸與2軸： d=mz/2=2.5*(46+58)/2=130 2軸與3軸： 3.3.3 齒輪寬度B的確定 齒寬影響齒的強(qiáng)度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動(dòng)和噪聲。一般取b=（6~10）m。本次設(shè)計(jì)中，取單片齒輪寬度B=8m=8×3=24mm，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度一致；而取多聯(lián)齒輪的寬度B=6m=6×3=18mm，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度一致。 3.3.4 齒輪其他參數(shù)的計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式幾相關(guān)參數(shù)的規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來，本次設(shè)計(jì)中，這些參數(shù)在此不在一一計(jì)算。 3.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同，7級(jí)精度的齒輪，用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此，需要淬火的7級(jí)齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度高于7級(jí)，或者淬火后再珩齒。6級(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須才能達(dá)到6級(jí)。機(jī)床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊的一般形式如下圖所示，各部分的尺寸確定如下： 圖5 齒輪各部分尺寸的確定 （1）、退刀槽 本次設(shè)計(jì)中多聯(lián)齒輪多采用插齒加工方法，因此取=6mm。 （2）、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，如下圖所示，圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法也不一樣。圖中安裝撥動(dòng)齒輪的滑塊的尺寸在本次設(shè)計(jì)中取b1×h=10×5。 圖6 齒輪滑塊尺寸 3.3.6 齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度）： = 1.25×1.07×1.1×1.43 = 2.1 查表得：=0.88 =2.5 =189.8 = (4) 將數(shù)據(jù)代入得：1100mpa 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足，因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力。其它齒輪也符合要求，故其余齒輪不在驗(yàn)算，在此略去 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 各傳動(dòng)軸軸徑的估算 滾動(dòng)軸承的型號(hào)是據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式進(jìn)行估算。 (5) 對(duì)于空心軸， 則 (6) 式中，——軸傳遞的功率，kW； ——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min； ——其經(jīng)驗(yàn)值見表15-3； 取β的值為0.5。 （1）、計(jì)算各傳動(dòng)軸傳遞的功率P 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇可知，本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)額定功率各傳動(dòng)軸傳遞的功率可按下式計(jì)算： ——電機(jī)到傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)效率； (7) 由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計(jì)中沒有采用聯(lián)軸器，而直接由電動(dòng)機(jī)軸將動(dòng)力傳到軸上，即各個(gè)軸之間均為齒輪傳動(dòng)，所以可得各軸傳遞的功率為： =0.96， =0.93， =0.904 =0.877 所以，各傳動(dòng)軸傳遞的功率分別為： (2) 估算各軸的最小直徑 本次設(shè)計(jì)中，考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟(jì)性，初步選擇主軸的材料為40Cr，其它各軸的材料均選擇45鋼，取A0值為115，各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出， n1j=1000r/min, n2j=400r/min, n3j=125r/min, n4j=125r/min, 所以各軸的最小直徑為： 在以上各軸中都開有花鍵，所以為了使鍵槽不影響軸的強(qiáng)度，應(yīng)將軸的最小直徑增大5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小直徑為： =25, =25, =35。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，需選擇除主軸外的一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，而主軸必須進(jìn)行剛度校核。在此選擇第一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 1)、第一根軸的強(qiáng)度校核 （1）、軸的受力分析及受力簡圖 由主軸箱的展開圖可知，該軸的動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳遞過來，而后通過一個(gè)三聯(lián)齒輪將動(dòng)力傳遞到下一根軸。其兩端通過一對(duì)角接觸球軸承將力轉(zhuǎn)移到箱體上去。由于傳遞的齒輪采用的直齒圓柱齒輪，因此其軸向力可以忽略不計(jì)。所以只要校核其在xz平面及yz平面的受力。軸所受載荷是從軸上零件傳來的，計(jì)算是，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。其受力簡圖如下： 在xz平面內(nèi)： 圖7 xz平面受力簡圖 在yz平面內(nèi)： 圖8 yz平面受力簡圖 （2）、作出軸的彎矩圖 根據(jù)上述簡圖，分別按xz平面及yz平面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出兩個(gè)平面的上的彎矩圖。 在xz平面內(nèi)，根據(jù)力的平衡原理可得： R1xz+R2xz+F2xz=F1xz (8) 將各個(gè)力對(duì)R1取矩可得： F1xz×a=F2xz×（l-b）+R2xz×l (9) 由以上兩式可解出： R1xz=F1xz（l-a）/l-F2xz×b/l (10) R2xz=F1xz×a/l-F2xz+F2xz×b/l (11) 由于有多個(gè)力的存在，彎矩?zé)o法用一個(gè)方程來表示，用x來表示所選截面距R1的距離，則每段的彎矩方程為： 在AB段： M=-R1xz×x （a≥x≥0） (12) 在BC段： M=F1xz-R1xz×（a+x）-F1xz×a （l-b≥x≥a） (13) 在CD段： M=-R2xz（l-x） （l≥x≥l-b） (14) 則該軸在xz平面內(nèi)的彎矩圖為： 圖9 xz平面彎矩圖 同理可得在yz平面內(nèi)的彎矩圖為： 圖10 yz平面彎矩圖 （3）、作出軸的扭矩圖 由受力分析及受力簡圖可知，該軸只在yz平面內(nèi)存在扭矩。其扭矩大小為： T1=Fyz·r1 (15) T2=Fyz·r2 (16) 則扭矩圖為 圖11 軸的扭矩圖 （4）、作出計(jì)算彎矩圖 圖12 軸的計(jì)算彎矩圖 根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，則可由公式Mca=求出計(jì)算彎矩，其中α是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1。應(yīng)本次設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，所以取α≈0.3。 （5）、校核軸的強(qiáng)度 選擇軸的材料為45鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其許用彎曲應(yīng)力為60MP，由計(jì)算彎矩圖可知，該軸的危險(xiǎn)截面在F1的作用點(diǎn)上，由于該作用點(diǎn)上安裝滑移齒輪，開有花鍵，由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得其截面的慣性矩為： W= [πd4+（D-d）（D+d）2zb]/32D 其中z為花鍵的數(shù)目，在本次設(shè)計(jì)中，z=6，D=30mm，d=26mm， b=4mm 所以其截面的慣性矩為W=575.963mm3 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計(jì)算公式可得圓周力與徑向力： Ft=2T1/d1 (17) Fr=Ft×tgα (18) 其中T1為小齒輪傳遞的扭矩，N·mm；α為嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取α=20；而Ft與Fr分別對(duì)應(yīng)與xz平面及yz平面的力。各段軸的長度可從2號(hào)A0圖中得出，則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險(xiǎn)截面的計(jì)算彎矩為：Mca=25014.22N·m，則該軸危險(xiǎn)截面所受的彎曲應(yīng)力為：δca=25014.22/575.963≈43.43MP≤60MP，所以該軸的強(qiáng)度滿足要求。 2）、主軸的剛度校核 （1）、主軸材料的選擇 考慮到主軸的剛度幾強(qiáng)度，選擇主軸的材料為40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理； （2）、主軸結(jié)構(gòu)的確定 主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來確定，主軸的具體結(jié)構(gòu)已在零件圖上表達(dá)清楚，其圖號(hào)為6，在此不在繪出。 （3）、主軸的剛度驗(yàn)算 ①軸的變形和允許值 軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（y和）應(yīng)該小于彎曲變形的許用值 即y 表7軸的變形和允許值 軸的類型 （mm） 變形部位 （rad） 一般傳動(dòng)軸 4.0003~0.0005l 裝向心軸承處 0.0025 剛度的要求較高 -0.0002l 裝齒輪處 0.001 安裝齒輪軸 （0.01~0.00）m 裝單列圓錐滾子軸承 0.006 L表跨距，m表模數(shù) ①軸的變形計(jì)算公式 計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度y及傾角時(shí)，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計(jì)算，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高的時(shí)候，可把軸看作等徑軸，采用平均直d來計(jì)算，計(jì)算花鍵時(shí)同樣選擇用平均直徑 圓軸： (19) 慣性矩： (20) 矩形花鍵軸： (21) (22) 慣性矩： (23) ①軸的分解和變形合成 對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上的分力，應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個(gè)垂直平面的。然后進(jìn)行疊加，在同以平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角 危險(xiǎn)工作面的判斷 驗(yàn)算剛度時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件進(jìn)行，一般時(shí)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低傳動(dòng)齒輪的直徑小，且位于軸的中央時(shí)，軸受力將使總變形劇烈，如對(duì)：二、三種工作條件難以判斷那一種最危險(xiǎn)，就分別進(jìn)行計(jì)算，找到最大彎曲變形值提高軸剛度的一些措施 加大軸的直徑，適當(dāng)減少軸的跨度或增加第三支承，重新安排齒輪在軸上的位置改變軸的布置方位等。 軸的校核計(jì)算 軸的計(jì)算簡圖在xz平面內(nèi)： 圖13 軸在xz平面受力簡圖 同理可得在yz平面內(nèi)的受力圖，在此不在畫出。 主軸的傳動(dòng)功率： P主==3.513KW 主軸轉(zhuǎn)矩： =156900Nmm 支點(diǎn)上的力： 根據(jù)彎矩平衡： 求得： RHE=-84.9 根據(jù)力得平衡： 則彎矩圖為： 圖14 軸在yz平面的彎矩圖 2）垂直平面得彎矩圖： =951.71N =761.4N 根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有： 再根據(jù)力得平衡： R 則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖： 圖15 B、C點(diǎn)彎矩圖 在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，B、C截面得彎矩為： =803403.1N·㎜ =675702.3 N·㎜ 扭矩圖為： 圖16 B、C點(diǎn)扭矩圖 經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。 計(jì)算彎矩 =862517.2 N·㎜ 軸得抗彎截面系數(shù)為： 53.96 故滿足第三強(qiáng)度理論 剛度驗(yàn)算： 在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)： = =-0.02598mm 其中 I==2747500 在單獨(dú)作用下： ==-0.0182mm 在兩力得共同作用下： 在垂直面內(nèi)有 在單獨(dú)作用時(shí) ==-0.0072mm 其中 I==2747500 在單獨(dú)作用下： ==-0.0182mm 在兩力得共同作用下： 故在共同作用下，處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為 而一般的剛度=0.21~0.35mm 故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。 B）下面校核由Ⅴ傳到主軸時(shí)的強(qiáng)度，剛度，校核， 主軸的傳動(dòng)功率： P主==5.9974KW 主軸轉(zhuǎn)矩：T主==143188Nmm 支點(diǎn)上的力： 根據(jù)彎矩平衡： 求得：RHE=-244.9N 根據(jù)力得平衡： 2）垂直平面得彎矩： =868.6N =501.1 N 根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有： 再根據(jù)力得平衡：R 在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為： =110489.6N·㎜ =708402.5 N·㎜ 經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。 計(jì)算彎矩 =942100 N·㎜ 軸得抗彎截面系數(shù)為： =58.94 故滿足第三強(qiáng)度理論 剛度驗(yàn)算：在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)： ==-0.018147mm 其中I==2747500 在單獨(dú)作用下： = =-0.00551mm 在兩力得共同作用下： 在垂直面內(nèi)有 在單獨(dú)作用時(shí) = =-0.0066mm 其中I==2747500 在單獨(dú)作用下： = =-0.001515mm 在兩力得共同作用下： 故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為 而一般的剛度=0.21~0.35mm 故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。 4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 表8 CK6136數(shù)控技術(shù)參數(shù) 最大工作直徑（mm） 最大工作長度（mm） 溜板及刀架重量（N） 刀架快移速度（m/min） 床身上 床鞍上 縱向 橫向 縱向 橫向 360 160 750 800 600 2.4 1.2 最大進(jìn)給速度（m/min） 定位精度（mm） 主電動(dòng)機(jī)功率（Kw） 起動(dòng)加速時(shí)間（ms） 滾珠絲桿導(dǎo)程（mm） 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 0.6