3268 普通數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),普通,數(shù)控車床,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì) I 普通數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要數(shù)控車床不僅能夠車外圓還能用于鏜孔、車端面、鉆孔與鉸孔。與其他種類的機(jī)床相比，車床在生產(chǎn)中使用最廣。本論文首先介紹了我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過程與現(xiàn)狀 ,并分析了其存在的問題 ;對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討；并對(duì)數(shù)控車床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度，以滿足加工切削要求。目前，數(shù)控車床的發(fā)展趨勢(shì)是通過電氣與機(jī)械裝置進(jìn)行無(wú)級(jí)變速。變頻電機(jī)通過帶傳動(dòng)和變速齒輪為主軸提供動(dòng)力。通常變頻電機(jī)調(diào)速范圍 3—5，難以滿足主軸變速要求；串聯(lián)變速齒輪則擴(kuò)大了齒輪的變速范圍 。本設(shè)計(jì)將原來(lái)的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上,改善了輸入軸的受力情況， 。關(guān)鍵詞：主軸箱，無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)系統(tǒng) AbstractII AbstractNC lathe can do boring, facing, drilling and Reaming in addition to turning.The use of lathes in the production than the other types of machine tools and more. And compared to other types of machine tools, lathes in the production is the most widely used.In this design ，the development and current situation of NC machine in China was introduced and a series of problems were presented .The development trend to NC lathe was discussed.Some countermeasures was presented for the development of NC machine in China and then the headstock of NC lathe has been calculatly designed . Headstocks is composed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears. The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the processing requirements of cutting.At present, the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices . Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears. The speed range of Variable Frequency Motor is usually 3-5 , which is difficult to meet the speed range requirements of the spindle speed; The transmission gears is to expand the scope of a variable-speed to meet the speed range of the spindle In addition, in this design the design of the belt drive has been changed from the original unloading structure into the loading structure, transmissed the force to the lathe body so that input shaft is only forced torque, improved the forcing state of the input shaft. Key words: headstocks, a continuously variable speed , transmission Systerm III 目 錄摘 要 .......................................................... ⅠABSTRACT（英文摘要） .......................................... Ⅱ目 錄 .......................................................... Ⅲ第一章 緒論 ..................................................... 11.1 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 ................................... 11.2 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)方式 ..................................... 11.3 國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 .............................. 21.3.1 設(shè)數(shù)控車床發(fā)展總趨勢(shì)................................. 21.3.2 確中國(guó)數(shù)控車床發(fā)展的主要問題 .............. .......... 4第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)法案的制定 ................................. 62.1 主 傳 動(dòng) 技 術(shù) 指 標(biāo) 的 制 定 ................................... 72.1.1 動(dòng)力參數(shù)的確定計(jì)的數(shù)................................... 72.1.2 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定................................. 82.1.3 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定................................... 92.2 變 速 主 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) .................................. 102.2.1 確定傳動(dòng)方案........................................... 102.2.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定........................................ 112.2.3 擬定傳動(dòng)變速系統(tǒng)圖.................................. 12第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) ....................................... 153.1 傳 動(dòng) 皮 帶 的 設(shè) 計(jì) 與 選 定 .................................. 153.1.1 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)......................................... 153.1.2 帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)......................................... 163.2 齒 輪 的 設(shè) 計(jì) 與 校 核 ....................................... 173.2.1 各傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力計(jì)算....................................173.2.2 齒輪副 32/76 齒輪的設(shè)計(jì)與校核........................... 19 IV 3.2.3 齒輪副 30/54 齒輪的設(shè)計(jì)與校核............................233.2.4 齒輪副 54/54 齒輪的設(shè)計(jì)與校核............................263.3 傳 動(dòng) 軸 的 設(shè) 計(jì) 與 校 核 .................................... 303.3.1 傳動(dòng)軸 I 的設(shè)計(jì)與校核................................... 303.3.2 軸 II 的設(shè)計(jì)與校核..................................... 33第四章 主軸組件的設(shè)計(jì)與校核 ..................................... 354.1 主 軸 的 要 求 ............................................. 354.2 主 軸 軸 承 選 擇 .......................................... 364.3 主 軸 的 設(shè) 計(jì) 與 校 核 ...................................... 36第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制 ........................................... 395.1 主 軸 轉(zhuǎn) 速 的 自 動(dòng) 變 換 .................................... 395.2 齒 輪 有 級(jí) 變 速 變 擋 裝 置 ................................. 405.3 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 與 軸 向 進(jìn) 給 的 同 步 控 制 .......................... 405.3 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 與 徑 向 進(jìn) 給 的 同 步 控 制 .......................... 40第六章總結(jié)與展望 ................................................ 41參 考 文 獻(xiàn) ................................................... 43致 謝 ....................................................... 451第一章 緒論數(shù)控車床利用數(shù)字化的信息對(duì)車床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制，是一種可編程的通用加工設(shè)備，能自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，所以特別適合加工形狀復(fù)雜的軸類和盤套類零件。與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，數(shù)控車床具有加工靈活、通用性強(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點(diǎn)，能夠滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和多品種、小批量、生產(chǎn)自動(dòng)化的要求，是一種柔性的、高性能的自動(dòng)化車床，代表了現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)與主軸組件，與普通機(jī)床相比，變速功能絕大部分由主軸電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有些只有兩極或三級(jí)齒輪變速機(jī)構(gòu)系統(tǒng)用以擴(kuò)大電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍1.1 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床作為高自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備，其主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足以下基本要求。使用性能要求高 首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性。如機(jī)床主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，不僅有低速大轉(zhuǎn)矩功能而且還要有較高的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠。傳遞動(dòng)力要求 主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)速，具有較高的傳遞效率。工作性能要求 主傳動(dòng)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，才能保證加工零件有較高的質(zhì)量。電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)部件都是熱源，低溫升、小變形是對(duì)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的重要指標(biāo)；主軸要較高的旋轉(zhuǎn)精度與運(yùn)動(dòng)精度；主軸軸頸尺寸、軸承類型及裝配方式，軸承預(yù)緊量大小、主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻及主軸組件的阻尼對(duì)主軸組件的靜剛度和抗振性都會(huì)產(chǎn)生影響；主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之保持良好的精度；軸承處還要有良好的潤(rùn)滑。此外，還要求主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)整與維修；工藝性好，便于加工與裝配；防護(hù)性好；使用壽命長(zhǎng)。21.2 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的方式機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定范圍能均勻的、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，主要用于普通機(jī)床。無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。數(shù)控車床得主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用無(wú)級(jí)變速。與普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動(dòng)采用交、直主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可無(wú)級(jí)調(diào)速，使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。為了適應(yīng)不同的加工需求數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種方式。⑴電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用直接驅(qū)動(dòng)可大大簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，能有效地提高主軸剛度。這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速的變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。但因主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機(jī)的性能，因而這種變速傳動(dòng)的應(yīng)用受到一定限制。⑵采用定比傳動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。 定比傳動(dòng)可采用帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式在一定程度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩的要求，但其變速范圍仍和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍相同。目前，交流、直流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍一般只有 2-4，而恒轉(zhuǎn)矩范圍則達(dá) 100 以上；許多大、中型機(jī)床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。很明顯，這種情況下主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸的要求不匹配:調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率范圍遠(yuǎn)小于主軸要求的恒功率變速范圍。所以這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。⑶采用分檔變速方式 采用這種變速方式主要是為了解決主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸功率特性不匹配。變速多采用齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速配合變速機(jī)構(gòu)可確保主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率的調(diào)速范圍。⑷用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 上述兩種方式的混合傳動(dòng)，高速時(shí)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸，低速時(shí)另一個(gè)電機(jī)通過齒輪減速后驅(qū)動(dòng)主軸1.3 國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 .1.3.1 數(shù)控車床發(fā)展總趨勢(shì)近年來(lái)，隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)也呈現(xiàn)出3一些新的發(fā)展趨勢(shì)，如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構(gòu)的復(fù)合化、柔性化。⑴高速主軸單元 為了適應(yīng)數(shù)控加工高速化的發(fā)展，目前越來(lái)越多的高速數(shù)控車床采用了電主軸。電主軸又稱內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)主軸單元，就是將高速的主軸電動(dòng)機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、主軸的一體化功能；取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問題；可精確實(shí)現(xiàn)主軸的定位和軸傳動(dòng)功能。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 10000r/min 以上，它融合了尖端的高速精密軸承、潤(rùn)滑技術(shù)、冷卻技術(shù)、高速變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，是技術(shù)含量很高的機(jī)電一體化產(chǎn)品。⑵功能復(fù)合化、柔性化隨著數(shù)控車床對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性的不斷提高，數(shù)控車床（特別適合主傳動(dòng)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)發(fā)生了很大變化，并向著功能復(fù)合化和系統(tǒng)柔性化的方向發(fā)展。功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大車床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工 。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有X、Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。通過 C 軸和 Y 軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。數(shù)控車床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓和完善。CNC 單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD、CAM、CAPP 及 MTS 等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展由此可見，現(xiàn)代數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅限于只滿足原有的基本要求，4還要綜合考慮現(xiàn)代制造對(duì)機(jī)床的整體要求，如制造控制、過程控制以及物料傳送，以縮短產(chǎn)品的加工時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、制造時(shí)間，以最大限度的提高生產(chǎn)率。中國(guó)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展中的主要問題 1.3.2 中國(guó)發(fā)展數(shù)控車床存在的主要問題 中國(guó)於 1958 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958～1979 年間為第一階段，從 1979 年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無(wú)法用於生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)、臺(tái)灣省共 11 國(guó)(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在 20 余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處?kù)稄姆轮谱呦蜃孕虚_發(fā)階段，與日本數(shù)控車床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機(jī)電法” 、 “機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。 中國(guó)今后要加速發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，既要深入總結(jié)過往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，切實(shí)改善存在的問題，又要認(rèn)真學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，沿正確的道路前進(jìn)。建議切實(shí)做好以下幾點(diǎn)： 中國(guó)廠多人眾，極需正確的方針、政策對(duì)數(shù)控車床的發(fā)展進(jìn)行有力的指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗(yàn)，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟(jì)實(shí)效，以切實(shí)提高生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場(chǎng)，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口。在步驟措施上，必5須使國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽(yù)，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進(jìn)水平，大步走向世界市場(chǎng)；必須狠抓根本，堅(jiān)持“ 以人為本 ”，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視“培才、選才、用才 ”，建立學(xué)習(xí)型企業(yè)，樹立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專題討論會(huì)，甚至聘請(qǐng)外國(guó)專家、顧問等，盡力提高數(shù)控。 隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床作為機(jī)床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國(guó)防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。加快發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也是我國(guó)裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定7第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)的確定中等規(guī)格的二軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控車床，床身最大回轉(zhuǎn)直徑￠460mm，最大工件長(zhǎng)度 1000mm；主軸通孔直徑 56mm，主軸錐度莫氏六號(hào)，可以加工直線、錐度、球面、螺紋罩等，功能齊全、精度可靠、操作方便。主傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)有動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。動(dòng)力參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率；運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)變速范圍。根據(jù)數(shù)控車床的加工工藝、加工對(duì)象、所要求的精度、成本及生產(chǎn)周期并結(jié)合國(guó)內(nèi)外機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀確定數(shù)控車床主要技術(shù)指標(biāo)。2.1.1 動(dòng)力參數(shù)的確定主傳動(dòng)中個(gè)傳動(dòng)件的尺寸要根據(jù)傳動(dòng)功率來(lái)確定。傳動(dòng)功率過大，使傳動(dòng)件尺寸粗大，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)載下工作，功率因數(shù)小而浪費(fèi)能源；功率過小將限制車床切削加工能力而降低生產(chǎn)效率。因此需合理確定主傳動(dòng)功率。但由于實(shí)際加工過程切削用量變化范圍大、傳動(dòng)件之間的摩擦等不確定因素，用理論計(jì)算方法來(lái)確定主傳動(dòng)功率尚有困難，可通過類比、統(tǒng)計(jì)方法相互比較來(lái)確定。查機(jī)電一體化手冊(cè)車削功率在 8-16kw 之間根據(jù)切削功率 PC 與主傳動(dòng)鏈的總效率 η 估算,即 P= 。主傳動(dòng)鏈的功率效率 η=0.7—0.85， 數(shù)控車床多采c??用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短的機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因此取 =0.78,則估計(jì) P 在?10.26kw~20.51kw.之間。數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率 PC 可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力 ZFPC= KW60V---主切削力的切向分力，N；Z---切削速度 N?? ；vcm查金屬切削手冊(cè)知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力 大約在 2500 左右，切削速度取 90—250r\min，ZF則知道 PC=2500 200\60000=8.333kw?P= =10.68kwc??第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定8考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的摩損功耗，傳動(dòng)件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動(dòng)載荷的摩擦損耗等。J1FCNCI-B 機(jī)床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率，此機(jī)床可以選取 11kw 的電動(dòng)機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動(dòng)機(jī) YVP160-4，標(biāo)稱功率 11kw，額定轉(zhuǎn)矩 70N?m 調(diào)頻電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)矩與2.1.2 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定 主軸轉(zhuǎn)速 由切削速度 （r/min）與工件的直徑 （mm）來(lái)確定nvd= （r/min）10vd?計(jì)算該數(shù)控車床= 、 = ，mininaxvmaaxin10vd?則數(shù)控車床變速范圍 =Raxin代入公式，選擇 ， ， ， 要據(jù)車床上幾種典型加工情況minVaxmidax考慮，不可能將一切情況考慮進(jìn)去，也不是加工情況的最大值和最小值。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析車床的最高轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具精車鋼料的外圓工藝中，最低轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在高速工具鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠中。由工藝手冊(cè)可知硬質(zhì)合金刀具刀具精車鋼料的絲杠 =250 r\min；高速車刀粗車圓柱體maxV=30-50 r\min（隨被吃刀量與進(jìn)給量的增加而減少） ；高速工具鋼低速精minV車絲杠 =1.5 r\min，車床主參數(shù)￠460mm，加工絲杠的最大直徑 =50mm，i d則=0.5D=0.5 460mm=230mmmaxd?=（ 0.2-0.25） =（46-58）mm，取 =50mm。inmaxddmax = = =1591 r/mininax10v?025?= =41.52 r/minminid320由于現(xiàn)代數(shù)控車床向高速高精度方向發(fā)展，考慮到今后的技術(shù)儲(chǔ)備，類比第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定9行業(yè)中同類數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速范圍初步選取 =20 r\min， =2000 r\min。minVmaxV則數(shù)控車床總變速范圍 = =100nRaxi2.1.3 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定由切削原理知主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)；主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)為恒功率運(yùn)動(dòng)。數(shù)控車床加工工藝范圍廣，變速范圍大。有些典型工藝如：精車絲杠、加工螺紋、等，工件尺寸大，需采用小的被吃刀量、小的進(jìn)給量；低速主軸轉(zhuǎn)速小，不需傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的全部功率。我們把機(jī)床能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速，以它為臨界轉(zhuǎn)速，如圖。從至最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域?yàn)楹愎β蕝^(qū)域，任意轉(zhuǎn)速能夠傳遞電動(dòng)機(jī)的全部功率，但主軸轉(zhuǎn)矩隨主軸轉(zhuǎn)速的上升而下降；從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域 b 為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，任意轉(zhuǎn)速能夠輸出最大轉(zhuǎn)矩，但主軸輸出的功率將隨主軸轉(zhuǎn)速的下降而下降。數(shù)控車床變速范圍比較廣，計(jì)算轉(zhuǎn)速比普通車床高。目前數(shù)控機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定是參考同類機(jī)床，并結(jié)合該機(jī)床加工工藝要求，使 =154 r\min.n計(jì)圖 2.2 主軸轉(zhuǎn)速曲線第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定102.2 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.2.1 確定傳動(dòng)方案機(jī)床傳動(dòng)形式分為有極和無(wú)極變速兩種，無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速，這對(duì)與提高機(jī)床生產(chǎn)效率和提高被加工零件的質(zhì)量都有重要意義；同時(shí)采用無(wú)級(jí)變速可使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，縮短傳動(dòng)鏈；因此無(wú)級(jí)變速應(yīng)用日益廣泛。該數(shù)控機(jī)床總變速范圍是 =2000\20=100，變速范圍較大，單靠無(wú)級(jí)變速nR裝置有難以實(shí)現(xiàn)。而且，無(wú)級(jí)變速裝置的功率扭轉(zhuǎn)特性應(yīng)同傳動(dòng)鏈的工作要求相適應(yīng)，這就要求串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速來(lái)擴(kuò)大變速范圍并選擇合適的無(wú)級(jí)變速器以滿足機(jī)床的功率扭矩特性要求。該數(shù)控機(jī)床是以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，設(shè)計(jì)主軸由交流變頻電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶論、齒輪傳動(dòng)至主軸。從圖 1 與圖 2 可以看出：調(diào)頻電機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍為 4500\1500=3，而主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 2000\250=8，顯然電動(dòng)機(jī)不能滿足主軸所要求的恒功率變速范圍。所以在設(shè)計(jì)師不能依據(jù)總變速范圍來(lái)設(shè)計(jì)主創(chuàng)動(dòng)系統(tǒng)，而應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)與主軸的功率匹配。主軸恒功率調(diào)速范圍 Rnp= max\ =2000\250=8,n計(jì)電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍 Rdp= max\ =4500\1500=3額為了使主軸和電動(dòng)機(jī)的恒功率匹配，現(xiàn)通過增加變速齒輪來(lái)滿足要求，該變速齒輪組擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速。2.2.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定 1．轉(zhuǎn)速圖的擬定分析和設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)須應(yīng)用一種特殊線圖，稱為轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表達(dá)出：傳動(dòng)軸的數(shù)目，主軸及各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，變速組的個(gè)數(shù)、傳動(dòng)順序及擴(kuò)大順序，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)及其傳動(dòng)比數(shù)值，變速規(guī)律等。首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍 ，選擇合適的公比 后再確定轉(zhuǎn)nRf?速級(jí)數(shù) ，繪制轉(zhuǎn)速圖。z：已知機(jī)床的轉(zhuǎn)速范圍在 20r/min~2000r/min，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 4000 r/min，額定轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率 P=11kW，確定主軸箱結(jié)構(gòu)．第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定11（1）確定主軸的變速范圍 nR102minax??R（2）確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 cnmi6.793.03.0in rc?由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)速 nc= 。i17r（3）確定主軸的恒功率變速范圍 npR9.1702max??cnpR（4）確定電動(dòng)機(jī)所能夠提供的恒功率變速范圍 dp41506max??dpn由于 Rnp>>Rdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。（5）確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z取 ，則4?dpf?對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切78.1lg9lfnRZ?削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取 Z=2（6）擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定122.2.3 擬定傳動(dòng)變速系統(tǒng)圖擬定傳動(dòng)系統(tǒng)的原則是：在保證機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和使用要求的前提下，運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要盡可能的短而簡(jiǎn)單；傳動(dòng)效率高以及操作簡(jiǎn)單方便 。首先要考慮某些結(jié)構(gòu)方面的問題，考慮結(jié)構(gòu)能否實(shí)現(xiàn)：如小齒輪的齒根圓是否大于軸的直徑，大齒輪的頂圓是否會(huì)碰及相鄰軸等；其次因考慮結(jié)構(gòu)是否合理，如布置是否緊湊，操縱是否方便等。該機(jī)床采用雙聯(lián)滑移齒輪變速組，采用窄式排列結(jié)構(gòu)，使機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊。主軸變速擬采用通過滑移齒輪的移位來(lái)實(shí)現(xiàn)，需保證當(dāng)齒輪 2 與齒輪 4 完全脫開嚙合之后，齒輪 3 和齒輪 6 才能開始進(jìn)入嚙合，所以齒輪 5 與齒輪 6 相鄰間的距離 b 要大于于滑移齒輪的寬度（齒輪 2 與齒輪寬度 之和） ，一般b3bb + +△, △=1 4 mm。 綜合考慮個(gè)因素，擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，如圖。?32:第二章 變速主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的制定13主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖15第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)3.1 傳動(dòng)皮帶的設(shè)計(jì)和選定帶傳動(dòng)是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見的有平帶傳動(dòng)和 V 帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。普通 V 帶傳動(dòng)是常見的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為 40°、相對(duì)高度進(jìn)似為 0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速 V＜25～30m/s;傳動(dòng)功率 P＜700kW;傳動(dòng)比 i≤10 軸間距小的傳動(dòng)。一．主要失效形式1．帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力；2．帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；3．帶的工作面磨損。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(qiáng)度和使用壽命是 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。3.1.1．V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 　(1)設(shè)計(jì)功率的確定：查得工況系數(shù) 2.1?AKkWPAd .3???(2) 選定帶型：根據(jù) 和kd2.13min150rn確定為 B 型。(3)傳動(dòng)比：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)比為 6.1?u(4)確定小帶輪基準(zhǔn)直徑：參考表取 md125(5)確定大帶輪直徑： ????mndd 20%15.937012 ?????????????16取標(biāo)準(zhǔn)值 md20?(6) 驗(yàn)算帶速： smsnvd 817.916516????因?yàn)?在 之間，所以經(jīng)濟(jì)耐用。s87.9???v2~(7)初定帶輪軸中心距 ：0a得： ????2121.0dd???即： 6056570?ma7.9初取 40?(8)確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ：0dL????0121042adaLd ????m?????????56542m.128選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld120?(9)計(jì)算實(shí)際軸間距 ：a md 78.402.185400 ????????????取標(biāo)準(zhǔn)值 。ma45?安裝時(shí)所需最小軸間距： ??Ld 4311250.4501.0in ?????張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距： mad .873.3.mx??(10)驗(yàn)算小帶輪包角： ???????????? 12063.5401268.5718012d?所以小帶輪包角合適。(11)單根 V 帶的基本額定功率 ：1P根據(jù) 和 查得 B 型 V 帶的基本額定功率md125?in50rn?17。kWP19.2?(12)單根 V 帶的額定功率增量：考慮到傳動(dòng)比的影響，額定功率的增量由表查得： K4.0?(13)計(jì)算帶的根數(shù)： ??????根50.49.804.19.231 ??????ladPz取 根。5(14)單根 V 帶的預(yù)緊力 ：0F201.mvKzvFad??????????N2817.9098.567.35??N924?(15)作用在軸上的力： NzFr 74.2017sin593.24sin10 ????(16)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：由表可查得帶輪的具體結(jié)構(gòu)參見零件圖為了減輕傳動(dòng)軸上載荷，采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)，使帶輪上的載荷由軸承支撐進(jìn)而傳給箱體，軸只承受轉(zhuǎn)矩，裝配裝置參見裝配圖。3.2 齒輪的的設(shè)計(jì)與校核一般同一變速組的齒輪模數(shù)相同,所有齒輪中首先選擇負(fù)荷較重的小齒輪按接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行初算。所以從最小齒輪 Z=26 開始設(shè)計(jì)校核。 （注意：為便于閱讀在本節(jié)內(nèi)容中，在相嚙合的每對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)與校核時(shí)，主動(dòng)齒以數(shù)字1 為下角標(biāo)，被動(dòng)齒輪以數(shù)字 2 為下角標(biāo)）3.2.1 各傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力計(jì)算電動(dòng)機(jī) 輸出功率 = =11kw，額定轉(zhuǎn)速 =1500r/min，0Pd0n18輸出轉(zhuǎn)矩 =9550 =0T0P/n7mN?軸 I = =11 0.96=10.56kw 為帶傳動(dòng)效率1P0??0?= = =750r/minni:5/2ir=9550 =1T1P07.3mN?中間軸 II = =10.56 0.99 0.97=10.14kw， 分別為軸承、齒21?2?1?2輪傳動(dòng)效率。= =937.5 1.8=521 r/min2n1i?=9550 =9550 =T?2P10.4583mN?高速檔軸 III = =10.14 0.99 0.97=9.7kw， 分別為、軸 III32?3?23?上軸承、齒輪傳動(dòng)效率= =521 1=521 r\min3n2?i:=9550 =9550 =3T?3P9.752183mN?低速檔軸 III = =9.7kw32?3= =521 2.4=217 r\minn?i:=9550 =9550 =3T?3P9.72148mN?動(dòng)力傳動(dòng)情況表：功率 kw 轉(zhuǎn)矩 ?軸號(hào)輸入 輸出 輸入 輸出轉(zhuǎn)速r\min傳動(dòng)比傳動(dòng)效率 ?電機(jī) -- 11 -- 70 1500 --- 0.96軸 I 10.56 10.14 70 107 937.5 1：1.60.9603軸 II 10.14 9.7 134.46 183 521 1：1.80.960319高速9.7 9.3 155 183 521 1:1 0.9603軸III低速9.7 9.3 155 484 217 1:2.4 0.96033.2.2 齒輪副(32/76) 齒輪的設(shè)計(jì)與校核因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB~286HB,平均取為 260HB,與之嚙合的大齒輪用 42SiMn 合金鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217HB~255HB,平均取為 235HB.載荷變化規(guī)律如圖 3.2:圖 3.2 載荷變化圖計(jì)算步驟如下：1. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1）.初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩 =9550 =9550 = .1T?2nP10.45283mN?齒寬系數(shù) =0.4b?接觸疲勞強(qiáng)度極限 =710MPa, =580MPa,lim1H?lim2H許用接觸疲勞強(qiáng)度極 =0.9 =639 MPa, ??li1=0.9 =522MPa2Hlim2取 值 β= 查表 =82dA01 dA20初步計(jì)算小齒輪直徑 = = =85.2mm1d??13d2(i)HTA????32180(1).7568??取 =90mm1d初步計(jì)算齒寬 b=36mm,取 b=35mm2).校核計(jì)算圓周速度 v v= =2.69m/s.1d90521606n????精度等級(jí) 8 級(jí)齒數(shù) Z 和模數(shù) m =32,m= =2.9,所以取 m=3 , =96mm1Z31d=76,m=3, =76 3=232mm22d?使用系數(shù) =1.1AK動(dòng)載荷系數(shù) =1.16v齒間載荷分配系數(shù) = =3751NH?1t2dTF?83096= =117.2N\mm>100N\mmtAbK75.=[1.88-3.2 ( + )]cosβ???1Z2=[1.88-3.2× ] =1.86376???????0cos01sin.432tantan1.46dbmz??????????.860.????0tantan2rcrc9osos1t???/bnt?00cs12cs9.7??21由此得 2/cosHFbK?????1.860971.?齒間載荷分布系數(shù) 查表 =HK?H?231dABCb?????????= 23.706.4105.6????載荷系數(shù) K K= =1.2 1.1 1.71 1.16=3.05AKvH??彈性系數(shù) =189.8EZEZaMP節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.45HH重合度系數(shù) 由式得因 得 故? 1??????43Z?? ????10.73.86???螺旋角系數(shù) Z?cos9Z?接觸最小安全系數(shù) =1.05minHSminHS總工作時(shí)間 =10 300 8 0.2=4800hht ht?應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) 0011.982Y??????minY?齒間載荷分配系數(shù) 由上面知 =1.71FK?FK?齒間載荷分布系數(shù) b/h=35/ (2.25 3.5)=4.44 查相關(guān)圖知 =1.175? FK?載荷系數(shù) K K= =1..25 1.1 1.75 1.175=2.77AvF???彎曲疲勞極限 查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表 =600MPa,minF?min1F?=450 MPa,min2F彎曲最小安全系數(shù) 有相關(guān)表 =1.25minSFinS應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) 100N\mmtAbK.5=[1.88-3.2 ( + )]cosβ???1Z2=[1.88-3.2× ] =1.573054???????0cos01sin.83tantan1.42dbmz??????????.57042.????0tantanrcrc9osos1t???26cos/cosbnt???00129.7?由此得 2/csHFbK????.501.6齒間載荷分布系數(shù) 查表 =HK?H?231dABCb?????????= 23.706.8107.2????載荷系數(shù) K K= =1.25 1.2 1.6 1.2=2.95AKvH??彈性系數(shù) =189.8EZEZaMP節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.45HH重合度系數(shù) 由式得因 得 故? 1??????43Z?? ????10.92.57???螺旋角系數(shù) Z?cosZ?接觸最小安全系數(shù) =1.05minHSminHS總工作時(shí)間 =10 300 8 0.2=4800hht ht?應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) 0011.982??????minY?齒間載荷分配系數(shù) 由上面知 =1.6FK?FK?齒間載荷分布系數(shù) b/h=70/ (2.25 3.5)=8.88 查相關(guān)圖知 =1..2? FK?載荷系數(shù) K K= =1..25 1.2 1.6 1.2=2.88AvF???彎曲疲勞極限 查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表 =600MPa,minF?min1F?=450 MPa,min2F彎曲最小安全系數(shù) 有相關(guān)表 =1.25minSFinS應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) 100N\mmtAbK.=[1.88-3.2 ( + )]cosβ???1Z2=[1.88-3.2× ] =1.254???????0cos01sin.354tantan1.276dbmz??????????.2076.????0tantan2rcrc9osos1t???31cos/cosbnt???00129.7?由此得 =1.232/csHFbK????齒間載荷分布系數(shù) 查表 =HK??310dABC?????????= 23.706.125.????載荷系數(shù) K K= =1.25 1.2 1.23 1.15=2.12AKvH??彈性系數(shù) =189.8EZEZaMP節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) =2.45HH重合度系數(shù) 由式得因 得 故? 1??????43Z?? ????10.912???螺旋角系數(shù) Z?cos.Z?接觸最小安全系數(shù) =1.05minHSminHS總工作時(shí)間 =10 300 8 0.2=4800hht ht?應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) 0011.982??????minY?齒間載荷分配系數(shù) 由上面知 =1.23FK?FK?齒間載荷分布系數(shù) b/h=25/ (2.25 3.5)=4 查相關(guān)圖知 =1.16? FK?載荷系數(shù) K K= =1..25 1.2 1.23 1.16=2.12AvF???彎曲疲勞極限 查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表 =600MPa,minF?min1F?=450 MPa,min2F彎曲最小安全系數(shù) 有相關(guān)表 =1.25minSFinS應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) 35mm;考慮載荷??31b0.??360.7?較均勻分布，本次校核是在極端情況下進(jìn)行且誤差在 5%之內(nèi)，所以合理。39附圖 2第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制39第四章 主軸組件的設(shè)計(jì)與校核4.1 主軸的要求1 旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度上是指裝配后，在無(wú)載荷，低轉(zhuǎn)速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸，軸承，箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計(jì)和性能，潤(rùn)滑劑及主軸組件的平衡。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。2 靜剛度 主軸組件的靜剛度（簡(jiǎn)稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號(hào)，數(shù)量，配置形式和欲緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動(dòng)件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。各類機(jī)床主軸組件的剛度目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。3 抗振性主軸組件工作時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)會(huì)降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼）主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于激動(dòng)力的頻率，以使它不易發(fā)生共振。目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。4 升溫和熱變形主軸組件工作時(shí)因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)的處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形） 。主軸組件受熱伸長(zhǎng)，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度是使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會(huì)導(dǎo)致主軸軸線傾斜。由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，因此高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制40度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題之一。5 耐磨性主軸組件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持原始精度的能力，即精度保持性。對(duì)精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至 HRC60 左右，深約1mm.6 材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。因此，強(qiáng)度一般不做為選材的依據(jù)。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來(lái)考慮。數(shù)控機(jī)床的材料通常是 45 號(hào)或 60 號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，需調(diào)質(zhì)處理。7 主軸的結(jié)構(gòu)為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。主軸中孔用與通過棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。4.2 主軸軸承選擇角接觸軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。它常用于高速主軸，接觸角越大軸向剛度越大，徑向剛度和允許轉(zhuǎn)速越低。角接觸軸承為點(diǎn)接觸，為了提高剛度和承載能力采用三聯(lián)組培的方式。主軸前軸承采用三個(gè)接觸角向里；軸承由圓螺母進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊量在軸承制造時(shí)配好。軸承精度等級(jí)選 P4 級(jí)。雙列向心短圓柱滾子軸承，內(nèi)圈有錐度為 1：12 的錐孔與主軸的錐形軸頸相配。通過軸向移動(dòng)內(nèi)圈，改變其在主軸上的位置來(lái)調(diào)整軸承間隙。這種軸承徑向剛度和承載能力較大，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，徑向結(jié)構(gòu)緊湊。主軸后端安裝雙列向心短圓柱滾子軸承，其徑向間隙也由圓螺母來(lái)調(diào)整。因前軸承鐜主軸組件的精第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制41度影響較大，后軸承精度等級(jí)采用 P5 級(jí)。這種配置保證了軸承有較高的回轉(zhuǎn)精度，允許較高的轉(zhuǎn)速和剛性，適用于負(fù)載較大的數(shù)控車床。4.3 主軸的設(shè)計(jì)與校核：主軸的主要參數(shù)是：主軸前端直徑 D1，主軸內(nèi)徑 d,主軸懸伸量 a 和主軸支撐跨距 L。1.前端直徑 D1，主軸后軸頸的直徑 D2表 4.1主軸 D1（按電機(jī)功率）mm功率（kw）D1mm1.4～2.5 2～3.6 3～5.5 5～7.3 7.4～11車床 60～80 70～90 70～105 95～130 110～145銑床及加工中心 50～90 60～90 60～95 75～100 90～105外圓磨床 —— 50～60 55～70 70～80 75～90由上表可取 D1=110mm因此可知由式子 21(0.75~.8)D?后端直徑 1m?圓整后 292．主軸內(nèi)徑 d主軸孔徑 d 取主軸平均直徑的 55%--65%，取 d=56mm。3．前錐孔尺寸前錐孔用來(lái)裝頂尖或其它工具錐柄，要求能夠自鎖，目前采用莫氏錐孔。因車床最大回轉(zhuǎn)直徑 D=460mm>400mm，采用莫氏錐度 6 號(hào)，錐度大端直徑D=63.348mm，錐度 =1：19.180，長(zhǎng)度 L=181mm，d=53.911mmDdL?4．支撐跨度及懸伸長(zhǎng)度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長(zhǎng)度 a，選擇適當(dāng)?shù)闹慰缍?L。一般推薦取：L\a=3~5.應(yīng)使 L\a 盡量大，提高主軸剛度。機(jī)床支撐跨度很大程度上受其他零件結(jié)構(gòu)的影響，此機(jī)床