畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）題目 CK20 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及刀架設(shè)計(jì)作者學(xué)院專業(yè)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書機(jī)電工程學(xué) 院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系（教研室）系（教研室）主任: （簽名） 年 月 日學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： CK20 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及其刀架設(shè)計(jì) 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料：[1] 關(guān)慧貞、馮辛安等編著.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2010[2] 張建民等編著 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社, 2010[3] 文懷心,夏田 . 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.6[4] 易紅. 數(shù)控技術(shù) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.8[5] 潘存云. 機(jī)械原理. 湖南:中南大學(xué)出版社,2011:102-129.[6] 高安邦. 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010,164-170.[7] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),第五卷. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:22-3 - 22-109.[8] 盛伯浩. 數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展, 制造技術(shù)與機(jī)床,2004(1):20~234 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容：1） 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制2） 主傳動(dòng)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖繪制3） 編碼盤的安裝設(shè)計(jì)及液壓卡盤設(shè)計(jì)4） 數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及刀架的總裝圖，典型構(gòu)件設(shè)計(jì)及工程圖繪制5） CK20 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件連接圖）6） 外文資料文獻(xiàn)翻譯7）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書）5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說明與圖紙或論文等）及要求：圖紙總工作量折合 A0 圖紙 3 張以上，畢業(yè)設(shè)計(jì)論文字?jǐn)?shù)不少于 1.5 萬字，參考文獻(xiàn)至少 15 篇以上。6 發(fā)題時(shí)間： 2015 年 1 月 20 日指導(dǎo)教師： （簽名）學(xué) 生： （簽名）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語[主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作態(tài)度，研究內(nèi)容與方法，工作量，文獻(xiàn)應(yīng)用，創(chuàng)新性，實(shí)用性，科學(xué)性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)]指導(dǎo)人： （簽名）年 月 日指導(dǎo)人評(píng)定成績： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語[主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究內(nèi)容與方法，實(shí)用性與科學(xué)性，結(jié)論和存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)]評(píng)閱人： （簽名）年 月 日評(píng)閱人評(píng)定成績： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)下列材料：1 設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語 共 頁畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語：[主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的研究思路，設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）的介紹，回答問題情況等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)]答辯委員會(huì)主任： （簽名）委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名）答辯成績： 總評(píng)成績： 摘要本論文首先介紹了我國數(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)展趨勢進(jìn)行了探討；并對(duì) CK20 數(shù)控車床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)和刀架進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。主軸箱由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。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要包括根據(jù)一些原始數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際條件和情況對(duì)車床一些參數(shù)進(jìn)行擬定，再根據(jù)擬定的參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)方案的擬定。然后計(jì)算各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)，再估算齒輪的模數(shù)和各軸的軸徑。并對(duì)齒輪和軸的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核。除此之外，還要對(duì)箱體內(nèi)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如電磁離合器的選擇，從而完成對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。刀架設(shè)計(jì)主要對(duì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。包括驅(qū)動(dòng)刀架的伺服電機(jī)的選擇計(jì)算，蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算，刀架主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：主軸箱；無級(jí)調(diào)速；傳動(dòng)系統(tǒng)；刀架；CK20 ABSTRACTIn 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 and the knife tool of CK20NC lathe has been calculate designed.Headstocks is composed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears.The knife tools are clamping cutting, therefore its structure directly affects the cutting performance and cutting efficiency of the machine.The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the processing requirements of cutting.With the development of CNC lathes, CNC turret began to rapid change, electro-hydraulic combination of drive and servo drive direction.This design mainly includes according to some of the original data, combined with the actual conditions and some parameters are proposed for lathe, according to the proposed parameter,to formulate transmission scheme, calculating the transmission vice transmission ratio, gear teeth, estimating the modulus of the gear and the diameter of axle shaft,and the strength, stiffness of gear and shaft for checking. In addition, it not only design of main structure of the casing, such as the choice of the electromagnetic clutch, but also complete the overall design of main drive system. The design of knife tools is not the overall structure design, but the design and calculation of main driving part, including the selection of tool carrier of servo motor, worm gear and worm design calculation, structure design and calculation of tool carriage spindle.Key words: headstocks; a continuously variable speed ; transmission System;knife tools;CK20-i-目 錄第一章 緒論…………………………………………………………………………… 11.1 課題背景及目的 ……………………………………………………………… 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ………………………………………………… 11.2.1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ……………………………… 11.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ………………………………………………… 31.3 課題研究內(nèi)容及方法 ………………………………………………………… 4 1.3.1 課題研究的主要參數(shù) ………………………………………………… 41.3.2 課題研究內(nèi)容 ………………………………………………………… 41.3.3 研究方法 ……………………………………………………………… 41.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與論文構(gòu)成 ………………………………………………………… 51.4.1 設(shè)計(jì)主要任務(wù) ………………………………………………………… 51.4.2 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) …………………………………………………… 51.4.3 本論文構(gòu)成如下 ……………………………………………………… 5第 2 章 機(jī)床總體方案的設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 62.1 機(jī)床的總體布局 ……………………………………………………………… 6第 3 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 73.1 總體設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 73.1.1 擬定傳動(dòng)方案 ………………………………………………………… 73.1.2 選擇電機(jī) ……………………………………………………………… 83.1.3 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩…………………………………… 113.1.4 轉(zhuǎn)速圖與傳動(dòng)圖……………………………………………………… 123.2 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 133.2.1 I 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………… 133.2.2 II 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 173.2.3 III(主)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………… 283.2.4 編碼器的選擇與安裝設(shè)計(jì) ………………………………………… 303.2.5 主傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖 ………………………………………………… 32第 4 章 液壓卡盤的設(shè)計(jì)（夾具）……………………………………………… 344.1 卡盤夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………… 34 -i-4.2 液壓卡盤系統(tǒng)總裝圖………………………………………………………… 34 第 5 章 數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………… 35 5.1 數(shù)控車床刀架總體方案設(shè)計(jì)與選擇………………………………………… 355.1.1 刀架的整體方案設(shè)計(jì)………………………………………………… 355.1.2 車床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)……………………………………… 355.1.3 刀架定位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)……………………………………………… 365.2 刀架的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………… 365.2.1 驅(qū)動(dòng)刀架的伺服電機(jī)的選擇計(jì)算…………………………………… 365.2.2 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………… 395.2.3 刀架主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………… 425.3 刀架總裝圖…………………………………………………………………… 44第六章 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 467.1 線路連接……………………………………………………………………… 467.2 安裝調(diào)試……………………………………………………………………… 47第七章 結(jié)論 ………………………………………………………………………… 48參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 49心得體會(huì)及致謝 ……………………………………………………………………… 50- 1 -第一章 緒 論1.1 課題背景及目的近幾年，我國的數(shù)控機(jī)床無論從產(chǎn)品品種，還是技術(shù)水平，或者品質(zhì)和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，并在一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重大突破。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以 PC 平臺(tái)為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在世界前列，讓國人驕傲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國可供市場的數(shù)控機(jī)床就有 1500 種，幾乎籠罩了整個(gè)金屬切削機(jī)床行業(yè)的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。這表明了國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。 而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床則表現(xiàn)出有以下的優(yōu)越性：1、數(shù)控加工工藝的“內(nèi)容十分具體、工藝設(shè)計(jì)工作相當(dāng)嚴(yán)密”。 2、能夠?qū)崿F(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化。3、粗精加工與加工精度的結(jié)合，裝配就比較容易，不需要“修配”。 4、數(shù)控加工的工藝“復(fù)合性”，可完成多道工序的集中。 5、精密設(shè)備與一般設(shè)備的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的無人看管加工。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，既可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也可以節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），還能減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，對(duì)市場需求作出迅速反應(yīng)。對(duì)此，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 由于以上優(yōu)越性，數(shù)控機(jī)床所占的比例正在一步步地增大。從 2005 年的市場生產(chǎn)消費(fèi)內(nèi)容就可以明顯看出,普通機(jī)床的市場份額在下降,數(shù)控機(jī)床的市場份額則大幅度增長，特別是中高檔數(shù)控機(jī)床需求供不應(yīng)求。在這樣一種背景下，我的課題選擇為設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車床—CK20，用于對(duì)回轉(zhuǎn)體零件的圓柱面、圓弧面、圓錐面、端面、切槽、及各種公、英制螺紋等進(jìn)行批量、高效、高精度的自動(dòng)加工。應(yīng)用于飛機(jī)﹑汽車﹑航空航天、軍工、電力等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率 [1]。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1、研究現(xiàn)狀我國數(shù)控車床從 20 世紀(jì) 70 年代初開始進(jìn)入市場，通過各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過采取與國外著名機(jī)床廠家的一系列措施，使得我國的機(jī)床制造水平程度有了很大提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例。目前，國產(chǎn)數(shù)控車床的種類、規(guī)格也比較齊全，質(zhì)量基本趨于穩(wěn)定可靠，已進(jìn)入實(shí)用和全面發(fā)展階段。- 2 -（1）床身按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對(duì)位置來分，床身有圖 1.1 所示的 5 種布局形式。一般來說，斜床身和平床身斜滑板在中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用較多，平床身只有在大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才被采用，立床身一般不被采用。在機(jī)床中一般采用平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了能有效利用空間，大大減小了機(jī)床的平面占地位置，床身寬度也不會(huì)太大，又有利于克服重力有更好的穩(wěn)定性來提高機(jī)床精度，有利于機(jī)床的清掃清潔工作，使得切屑不容易堆積。a)后斜床身-斜滑板 b)直立床身- 直立滑板 c)平床身-平滑板 d)前斜床身- 平滑板 e)平床身-斜滑板 圖 1.1 床身布局型式（2）導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向。它承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件及工件的重力和切削里，運(yùn)動(dòng)部件能夠沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。車床的導(dǎo)軌按照導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。 - 3 -滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，因此摩擦力小，輕動(dòng)方便，運(yùn)動(dòng)靈敏，不易爬行。（3）主軸變速系統(tǒng)一般說來，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的，全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無級(jí)變速。目前，無級(jí)變速系統(tǒng)一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級(jí)調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。（4）刀架系統(tǒng) 小規(guī)格數(shù)控車床一般采用排式刀架，以加工棒料或盤類零件為主。數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架是回轉(zhuǎn)刀架，它通過刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架。排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架都使得刀具的數(shù)目受到一定的限制，當(dāng)需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置。（5）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用的系統(tǒng)，按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但它對(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)較昂貴；而開環(huán)系統(tǒng)定位精度低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉。進(jìn)給伺服系統(tǒng)中在數(shù)控系統(tǒng)常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。進(jìn)給伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。2、發(fā)展趨勢? 高速、高精密化? 高可靠性? CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化? 功能復(fù)合化? 數(shù)控車床設(shè)計(jì)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化。? 提高數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的自主開發(fā)、制造能力。? 以功能部件為基礎(chǔ)，以關(guān)鍵共性技術(shù)為支撐；加快技術(shù)引進(jìn)與國際合作 [1]。1.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1、繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 2、向高速化和高精度化發(fā)展 3、向智能化方向發(fā)展 （1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)向高速化和高精度化發(fā)展 （2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) - 4 -（4）引入動(dòng)裝置智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) [1]1.3 課題研究內(nèi)容及方法 1.3.1 課題研究的主要參數(shù)本課題設(shè)計(jì)的數(shù)控車床的主要參數(shù)如下：工件最大回轉(zhuǎn)直徑： ；最大切削直徑：m40?m280?橫向最大行程(X 軸) ：180mm ；縱向最大行程(Z 軸 )：650mm最大車削長度：500mm；X,Z 軸的最小設(shè)定單位為：0.001mm主軸最大/最小轉(zhuǎn)速：4000/45 r/min快速進(jìn)給速度:縱向：15m/min；橫向；8m/min1.3.2 課題研究的主要內(nèi)容1、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、編碼盤的安裝3、液壓卡盤的設(shè)計(jì)安裝4、數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5、數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.3.3 研究方法第一步，明白并確定設(shè)計(jì)要求，找出研究的重難點(diǎn)。第二步，進(jìn)工廠觀摩，吸取專家的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。第三步，初步確定總體設(shè)計(jì)方案：1、軟件方面 選擇了 SINUMERIK 802D 機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)。2、硬件方面（1）根據(jù)機(jī)床性能要求，確定機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)形式為臥式斜床身結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行總體布局；因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)具有容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化、排屑順暢等優(yōu)點(diǎn)。（2）選擇主電機(jī)。根據(jù)切削力大小及機(jī)床的變速要求，初步確定主電機(jī)型號(hào)；（3）設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)及箱體。由主電機(jī)的變速范圍，確定變速箱的減速級(jí)數(shù)以及傳動(dòng)方式，箱體構(gòu)架。（4）選擇刀架伺服電機(jī)。根據(jù)刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載扭矩和起動(dòng)時(shí)的加速扭矩來確定伺服電機(jī)型號(hào)。（5）設(shè)計(jì)刀架系統(tǒng)。由刀架的蝸輪蝸桿和主軸來確定刀架傳動(dòng)方式。第四步，設(shè)計(jì)中遇到的疑點(diǎn)、難點(diǎn)問題應(yīng)通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料、組內(nèi)同學(xué)相互討論、實(shí)地參觀數(shù)控車床樣機(jī)和實(shí)踐操作等各種途徑解決。- 5 -1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與論文構(gòu)成1.4.1 設(shè)計(jì)主要任務(wù)1、機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制2、主傳動(dòng)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)配圖繪制3、編碼盤的安裝設(shè)計(jì)及液壓卡盤設(shè)計(jì)4、數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及刀架的總裝圖，典型構(gòu)件設(shè)計(jì)及工程圖繪制5、CK20 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件連接圖）6、外文資料文獻(xiàn)翻譯7、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書）1.4.2 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、主傳動(dòng)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖繪制2、數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及刀架的總裝圖，典型構(gòu)件設(shè)計(jì)及工程圖繪制1.4.3 本論文構(gòu)成如下第 1 章 緒論第 2 章 機(jī)床總體方案的設(shè)計(jì)。第三章 詳細(xì)論述主軸系統(tǒng)包括各傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第四章 詳細(xì)介紹液壓卡盤的設(shè)計(jì)選用。第五章 詳細(xì)論述數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第六章 闡述數(shù)控車床液壓回路設(shè)計(jì)第七章 闡述數(shù)控系統(tǒng)的選擇及其設(shè)計(jì)。第八章 總結(jié)本課題設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其有待改進(jìn)之處。論文最后是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心得、致謝和參考文獻(xiàn)。- 6 -第二章 機(jī)床總體方案的設(shè)計(jì)2.1 機(jī)床的總體布局按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對(duì)位置來分，床身有圖 1.1 所示的 5 種布局形式。一般來說，斜床身和平床身斜滑板在中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用較多，平床身只有在大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才被采用，立床身一般不被采用。當(dāng)然平床身工藝性好，易于加工制造。刀架水平放置，對(duì)提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度有好處，不過排屑困難；刀架橫滑板較長，反而加大了機(jī)床的寬度尺寸，影響外觀。在機(jī)床中一般采用平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了能有效利用空間，大大減小了機(jī)床的平面占地位置，床身寬度也不會(huì)太大，又有利于克服重力有更好的穩(wěn)定性來提高機(jī)床精度，有利于機(jī)床的清掃清潔工作，使得切屑不容易堆積。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中之所以被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)檫@種布局形式具有以下特點(diǎn)：(1) 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；(2) 機(jī)床外形整齊、美觀，占地面積小；(3) 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置；(4) 容易排屑和安裝自動(dòng)排屑器； (5) 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度； (6) 宜人性好，便于操作； (7) 便于安裝機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化 [2]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，在此課題中擬采用 45o 傾斜滑板平床身，其總體布局如圖 2.1 所示。- 7 -圖 2.1 機(jī)床總體布局圖 第三章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)3.1.1 擬定傳動(dòng)方案數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、自動(dòng)變速；主軸則必須通過自動(dòng)變速，在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時(shí)，以維持引起切削直徑各種變化的切削速度基本恒定。自動(dòng)變速一般采用無級(jí)變速，有利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，還可以有利于提高切削效率。無級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣一般被無級(jí)變速數(shù)控機(jī)床采用。但是數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機(jī)根本無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性與直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求太難相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)通常在無級(jí)變速電機(jī)之后，還要串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以期滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性 [3]。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率變速范圍，則必須配以分級(jí)變速箱。為簡化主軸箱結(jié)構(gòu)，分級(jí)變速級(jí)數(shù)應(yīng)該少些，分級(jí)變速箱的公比可取等于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍 ，而恒功率的調(diào)速范圍一般比較小，僅能達(dá)到f?dpR2~3。我方案選定的調(diào)速范圍為 =3，故有 ，主軸的轉(zhuǎn)速范圍為：3?dpf?45r/min~4000r/min;根據(jù)以下計(jì)算（以下計(jì)算公式均來自于資料[2]）估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： = = jn3.0minaxi)(?min/174503.r??）（（3.1）主軸要求的恒功率變速范圍為： =4000/173=23.1 npR無級(jí)變速時(shí)： = =23.1 npRZfZf???dp1（3.2） 故變速箱的變速級(jí)數(shù)： 取級(jí)數(shù) Z=285.13lg2l?fnpR故本方案僅采用二級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，故變速箱為三級(jí)變速箱，運(yùn)動(dòng)方案如圖 3.1。- 8 -圖 3.1 主軸傳動(dòng)圖有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。液壓變速機(jī)構(gòu)是通過液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)，變速時(shí)必須主軸停車后才能進(jìn)行，而且必須將數(shù)控裝置送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素 [4]。電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因此它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)時(shí)，能簡化變速機(jī)構(gòu)，操作方便。通過若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式 [4]。3.1.2 選擇電機(jī)1、電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能(如旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等) ，因而，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的?？偟膩碚f，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。表 3.1 簡要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。經(jīng)過對(duì)比分析本設(shè)計(jì)中決定采用 FANU 系列交流主軸電機(jī)。ci?系列是高速、高精、高效的伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速、高精控制，并使機(jī)床更c(diǎn)i?緊湊 [5]。- 9 -表 3.1 理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能2、電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力和起動(dòng)能力三方面因素，但一般情況下電動(dòng)機(jī)容量主要由運(yùn)行發(fā)熱條件而定。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱與其工作情況有關(guān)。但對(duì)于載荷不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)（如本課題中的電動(dòng)機(jī)），只要其所需輸出功率不超過其額定功率，工作時(shí)就不會(huì)過熱，可不進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算，本設(shè)計(jì)中電機(jī)容量按以下步驟確定：（1）確定主軸切削力(如無特殊說明，該小節(jié)計(jì)算方法均出自資料[6])確定主軸材料為 45 號(hào)鋼，淬硬處理（淬火及低溫回火），硬度為 44HRC，單位切削力為 。270/m公 斤切削用量范圍： rmfaivp/8.0~15/9?進(jìn) 給 量 ：背 吃 刀 量 ：切 削 速 度 ：背吃刀量取 ，進(jìn)給量取 ；mp4a?根據(jù)主切削力的指數(shù)公式： )(6484.01NfafaCFpyFcxpc?（3.3）可得： =3664.7（N） 84.01c56??故切削功率：項(xiàng)目 內(nèi)容高性能低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩寬恒功率范圍，并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩高旋轉(zhuǎn)精度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)高加減速，起制動(dòng)能力具有強(qiáng)魯棒性，能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化高效率，低噪聲低價(jià)格 低購買價(jià)格，低維護(hù)價(jià)格,低服務(wù)價(jià)格通用要求 耐用性，可維護(hù)性，安全可靠性- 10 -)(1.6017.364min/)(33c KWPvFc ?????切 削 速 度 ?。?.4） （2）確定電機(jī)輸出動(dòng)率 d?cdP?（3.5） 傳動(dòng)裝置的總效率 231其中， ―圓柱直齒輪傳動(dòng)效率，由資料 [7]，附表 1-1 查得 ＝0.97；1? 1?―Ⅱ軸滾動(dòng)軸承效率，由資料[7]，附表 1-1 查得 =0.99；2 2―Ⅲ軸（主軸）軸承效率，由資料[7]，附表 1-1 查得 =0.99；3 3由此， 。904..90.97.0?????故： ）（ KWPd756.1（3）選擇電動(dòng)機(jī)額定功率 edP如前所述，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 0.8～0.9，所以電動(dòng)機(jī)額定功率選取為 11 。Kw（4）電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇小功率電動(dòng)機(jī)一般選為 380V 電壓。所以本電機(jī)的電壓可選為 380V[5]。 本課題中數(shù)控機(jī)床的主軸的轉(zhuǎn)速范圍要求為 45r/min~4000r/min。由于只有一根中間傳動(dòng)軸，傳動(dòng)鏈較短，因此變速級(jí)數(shù)較少，故對(duì)電動(dòng)機(jī)恒功率變速范圍以及整個(gè)變速范圍要求較高。I 軸上齒輪傳動(dòng)比確定為 ，II 軸上兩對(duì)直齒輪的傳動(dòng)比分別2/31?i為 ， 。所以兩條傳動(dòng)鏈中，高速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比4/32?i3/i，低速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比 。由此可得電機(jī)的891?? 23/431??i轉(zhuǎn)速范圍:， 。min/450/0maxrn? min/90245i r??- 11 -（5）確定電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取 FANUC 交流電機(jī)，型號(hào)為 。作為 α 系列的后續(xù)12/60ci?產(chǎn)品，這種電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)，采用 160,000,000/rev 的超高分辨率位置編碼器，通過線圈切換可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速、高加速控制，具有更先進(jìn)的節(jié)能效果。電機(jī)參數(shù)如下表所示表 3.2 電機(jī)參數(shù)機(jī)座長為 ，電機(jī)軸徑為 35mm，軸伸為 ，中心高 ，其余安裝465m10m132m尺寸及其外形由資料[5]得 [5]。3.1.3 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩1、各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速（本小節(jié)公式除非特別說明，均出自資料[2]）首先估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，由于采用的是無級(jí)調(diào)速，所以采用以下的公式：= = ； ?3nj 3.0minaxi)(?min/173450.r??）（（3.6）然后通過傳動(dòng)比計(jì)算傳動(dòng)軸和電機(jī)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，in/231i/7.230/41732 rrin????m4561 in/096r上式中 、 、 的意義如前所述。i3i2、各軸輸入功率= ＝11KwIPed＝ I21?I Kw5.109.07.???＝ = I32I Kw0.19.7??上式中， 、 、 的意義如前所述。1233、各軸輸入轉(zhuǎn)矩： (N/m) nPT/950??（3.7）型號(hào) 額定功率 連續(xù) 30min 功率 額定轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速 重量 振動(dòng) 冷卻12/60ci?Kw1150/inr45/inr95KgV56W- 12 -?1T)/(2.305.46/950mN??2 673 )/(.1/.將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于表 3.3，供以后計(jì)算選擇，供以后計(jì)算使用：表 3.3 各軸的傳動(dòng)參數(shù)參數(shù)軸I 軸（電機(jī)軸） II 軸（中間傳動(dòng)軸） III 軸（主軸）計(jì)算轉(zhuǎn)速（ ）min/r347 231 173輸入功率（Kw） 11 10.5 10.0轉(zhuǎn)矩（ ）N?303.2 434.66 552.02傳動(dòng)比 2/31?i 4/32?i 3/4?i3.1.4 轉(zhuǎn)速圖與傳動(dòng)圖由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍(包括恒功率變速范圍和恒轉(zhuǎn)矩變速范圍)和各軸傳動(dòng)比,作數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速圖,見圖 3.2。- 13 -圖 3.2 轉(zhuǎn)速圖由轉(zhuǎn)速圖 3.2 可知，電動(dòng)機(jī)經(jīng) 2:3 定比傳動(dòng)降速后，如果經(jīng) 3:4 傳動(dòng)比傳動(dòng)主軸，則當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從 4500r/min 降至 1500r/min（恒功率區(qū)），主軸轉(zhuǎn)速從 4000r/min 降至1333r/min。主軸轉(zhuǎn)速再需下降時(shí)變速箱變速，經(jīng) 3:4 傳動(dòng)比傳動(dòng)主軸，電動(dòng)機(jī)又恢復(fù)從 4500r/min 降至 1500r/min，主軸則從 1333r/min 降至 750r/min。故主軸從 4000r/min降至 750r/min 為恒功率調(diào)速。主軸從 750r/min 降至 45r/min，電動(dòng)機(jī)從 1500r/min 降至90r/min 為電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。（額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速為恒功率；額定轉(zhuǎn)速向下至最低轉(zhuǎn)速為恒轉(zhuǎn)矩；本方案電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min。）初定數(shù)控車床的傳動(dòng)圖,如圖 3.3：圖 3.3 傳動(dòng)圖 3.2 軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 I 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如無特殊說明，本小節(jié)公式均出自資料 [8]）I 軸上的零件主要是齒輪 1。一端用套筒定位，另一端采用單螺釘固定的軸端擋圈定位。1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù).根據(jù)選定的傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。（1）本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類，一般齒輪傳動(dòng)，故選用 8 級(jí)精度。（2）材料選擇。由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì)熱處理),硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì))硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。（3）選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) 。 241?z 3624/2??z2、軸的選材和最小直徑 的確定mind- 14 -軸的材料選擇為：45 號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理）。軸的最小尺寸，由式（15－2）， 3min0PdA?（3.8）式中， 由表 15－3，可取得 110，故 0Amd8.347103min???取 ＝35mm 。由于 取值較計(jì)算值大一些，所以不用再按彎扭合成強(qiáng)度條件mindin計(jì)算和進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校合。 3、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a) 進(jìn)行試算，即21312.()[]tEtdHKTZud?????（3.9） 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù) 3.1?tK（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，由上文可知 mNT/2.301?（3）由表 10-7 選取齒寬系數(shù) （小齒輪做懸臂布置）5.0d?（4）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 2/18.9MPaZE（5）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 大;601limMPaH??齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；PaH502lim??（6）由式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（假定工作壽命 15 年（每年工作 300 天），兩班制）（j=1）則：（3.10）99129h1 105././ 105.38234760?????iNjLn）（（7）由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ； ；2.1HNK5.2HN（8）傳動(dòng)比 u=3/2；（9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力- 15 -取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（10-12）得?? MPaSKlinHN5.2509.a62.][221lim1 ????（3.11） 2）計(jì)算（1）小齒輪分度圓直徑 ，代入[ ]中較小的值1tdH?= mm 2131.()[]tEtdHKTZud???? 9.1285..125.031. ???）（（2）計(jì)算圓周速度 vm/s34.0679.84.16?ndvt?（3.12） （3）計(jì)算齒寬 b45.9.285.01???td?（3.13） （4）計(jì)算齒寬與齒高之比 /bh模數(shù) mm 3.409.128??mzdtt齒高 m675.9.5.ht?675.94?b（5）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) ，8 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù) ；smv/34.2? 15.?vK直齒輪，由表 10-3 查得 1；??HKF由表 10-2 查得使用系數(shù) ；.25A由表 10-4 用插值法查得 8 級(jí)精度，小齒輪懸臂支承時(shí)， 1.310；??HK由 ； ，查圖 10-13 得 1.254；故載荷系數(shù)6./?hb310.?HK??F- 16 -?K???HVA 83.10.15.2??（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得（3.14） m.43.189.31ttd（7）計(jì)算模數(shù) m145.8/24mm=6.075mm ?1/z4、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-5 ）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為132()[]FaSdYKTmz???（3.15）1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 500MPa；大齒輪的彎曲疲?1FE?勞強(qiáng)度極限 380MPa；?2FE?（2）由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， 0.87；85.01FNK2FN（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得???1F?SFEN1 a57.30a4.580MP??（3.16） SKFENF22 aa14.2364.1870（4）計(jì)算載荷系數(shù) K????FVA 803.5..5??（3.17） （5）查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 ； 2.53。65.21a?FY2Fa（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)- 17 -由表 10-5 查得 ； 1.63。58.1a?SY2Sa（7）計(jì)算大小齒輪的 并加以比較[]F?（3.18）??01349.57.38621??FSaY???2FSaY?01672.4.35?大齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算=132()[]FaSdYKTmz??? m97.30162.245.038135???對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算m的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù) 3.97mm，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=4mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 145.8mm，算出小齒輪齒數(shù)?1d3645./8.1???z大齒輪齒數(shù) .2?i這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即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，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。5、幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑 （3.19）mmzd14361???26522）計(jì)算中心距 （3.20）a80/)(/)(1??3）計(jì)算齒輪寬度 （3.21）mdb714.01????取 ， 。B726、平鍵尺寸的確定： ；L=56mm 8h3.2.2 II 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如無特殊說明，本小節(jié)公式均出自資料[8]）1、軸的支承形式- 18 -該軸不受或只受極小的軸向力，而右端所受徑向力矩明顯高于左端，故左端選用深溝球軸承，而右端選用一對(duì)角接觸球軸承背靠背安裝，如圖 3.4 所示：圖 3.4 中間軸的支承形式2、軸上零件的軸向定位II 軸上的主要零件主要有三對(duì)直齒圓柱齒輪及其中兩直齒圓柱齒輪對(duì)應(yīng)的電磁離合器。深溝球軸承的左端靠在端蓋上，右端用軸肩和套筒定位。與電機(jī)軸上齒輪相嚙合的齒輪左端用套筒固定，右端用軸肩定位。另外兩齒輪所對(duì)應(yīng)的電磁離合器位于它們中間，相互緊靠，齒輪用套筒定位，兩齒輪的另兩端用套筒定位。軸右端的軸承左邊利用軸肩定位，右端用一甩油盤（有套筒的作用）和圓螺母進(jìn)行定位。3、軸的選材和最小直徑 得確定mind軸的材料選擇為：45 號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理）。軸的最小尺寸，由式（15－2），3min0PdA?（3.22）式中， 由表 15－3，可取得 110，故 0Amd3.9215.03min???取 ＝40mm 。由于 取值較計(jì)算值大一些，所以不用再按彎扭合成強(qiáng)度條件mindin計(jì)算和進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校合。軸的零件圖如圖 3.5。圖 3.5 中間軸零件圖4、齒輪的設(shè)計(jì)齒輪 1（小齒輪）和 2（大齒輪）的直徑相差較大，對(duì)齒輪 1（小齒輪）在模數(shù)和選材及熱處理方面要求較高，所以首先進(jìn)行該對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)。1）選定齒輪的精度等級(jí)和材料，初選齒數(shù)- 19 -(1)本數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行速度較高，精度等級(jí)選擇 8 級(jí)精度；(2)由表 10－ 1，小齒輪材料選擇為 40 ，調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為 280HBS；大rc齒輪材料選擇為 45 鋼，調(diào)制后表面淬火，硬度為 240HBS。(3)小齒輪齒數(shù)初選為 =18， ＝ ＝1z21z3i24/8??2）按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)按式（10－9 ）試算，a21312.()[]tEtdHKTZud?????（3.23）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值：(1)初選載荷系數(shù) Kt＝1.6；(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，由前文可知小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為 434.66N·m；?2T(3)由表 10－ 7 及其說明，可選定齒寬系數(shù) ＝0.6 ； d?(4)由表 10－ 6，查得材料的彈性影響系數(shù) ＝189.8 ；EZ1/2aMP(5)由圖 10－ 21d，按齒面接觸硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 ＝600MPa ；lim1H?大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 ＝550MPa；li2(6)兩齒輪的設(shè)計(jì)壽命為 72000h，由式 10－13，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（3.24）993129h 1075.3/40./ 10.82160??????iNjLn）（(7)由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ； ；HNK5.2HN(8)傳動(dòng)比 u=4/3；（9）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（10-12）得?? MPaSKlinHN5.2509.a62.][221lim1 ????（3.25） 3）計(jì)算- 20 -（1）小齒輪分度圓直徑 ，代入[ ]中較小的值1tdH?= mm21312.()[]tEtdHKTZud???? 6.1495.28476.0135.3 ???）（（2）計(jì)算圓周速度 vm/s8.103.9.12??ndvt?（3.26） （3）計(jì)算齒寬 b76.89.46.01??td?（4）計(jì)算齒寬與齒高之比 /h模數(shù) mm 3.18.?mztt齒高 m68.1.25.ht??468.179b(5)計(jì)算載荷系數(shù) K根據(jù) ，由圖 10－8，查得動(dòng)載系數(shù) ；1.8m/sv? 12.?VK直齒輪，由表 10-3 查得 1；??HF由表 10-2 查得使用系數(shù) ；.25AK由表 10-4 用插值法查得 8 級(jí)精度，小齒輪非對(duì)稱布置時(shí)， 1.256；??HK由 ； ，查圖 10-13 得 1.19；故載荷系數(shù)8.4/?hb6.1?H??FK?K?HVA 76.125.1.25?（3.27） （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得mKdtt 4.156.7,149331???（3.28） （7）計(jì)算模數(shù) 154.4/18mm=8.58mm m?1/z- 21 -3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10－5）得彎曲疲勞的設(shè)計(jì)公式為132()[]FaSdYKTmz???（3.29） 以下確定式中各參數(shù)的值：（1）由圖 10－20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ＝520MPa；大齒輪的彎 1FE曲疲勞強(qiáng)度極限 ＝42 0MPa；FE?（2）由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 0.9， 0.92；?1FNK2FN（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10-12）得???1F?SFEN1 a3.4a4.5209MP??KFEF22 0.76.（3.30） （4）計(jì)算載荷系數(shù) K????FVA 67.1912.5??（3.31） （5）查取齒形系數(shù)由表 10-5 查得 2.91； 2.65。?1FaY2Fa（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得 1.53； 1.58。1Sa2Sa（7）計(jì)算大小齒輪的 并加以比較[]FY????1FSaY?0132..34592????2FSaY?0157..7685?大齒輪的數(shù)值大。4）設(shè)計(jì)計(jì)算- 22 -=132()[]FaSdYKTmz??? m9.40157.186.0347232???對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算m的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而由齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù) ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 154.4mm，算出小m5? ?1d齒輪齒數(shù)305/4.1?z大齒輪齒數(shù) 32?i這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，即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，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。5、幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算分度圓直徑mmzd15031??? mzd20542???2）計(jì)算中心距 da17/)0(2/)(??（3.32）3）計(jì)算齒輪寬度 bd9156.01????取 ， 。mB926、驗(yàn)算 1/TFt N5.70/.433（3.33），合適。?2tBKA15.8902.57???第二對(duì)齒輪的模數(shù)可取和齒輪 1 相同， ＝5。由于這兩齒輪得中心距與齒輪 34m1 和 2 的中心距相等，故 ， 。四個(gè)齒輪的/7453???z 304/23??iz尺寸參數(shù)如表 3.4 所示。表 3.4 齒輪尺寸參數(shù)- 23 -參數(shù) 齒輪1 2 3 4模數(shù) m（mm） 5 5 5 5齒數(shù) z 30 40 40 30中心距 a（mm） 175分度圓直徑 d（mm） 150 200 200 150齒頂圓直徑 （mm）a160 210 210 160齒根圓直徑 （mm）f 137.5 177.5 177.5 137.5全齒高 h（mm） 11.25 11.25齒寬 b（mm） 95 90 90 95壓力角 ?20?20?20?20?基圓直徑 （mm）bd141 188 188 141傳動(dòng)比 i 3/4 4/3齒輪寬 B（mm） 95 90 90 95齒寬系數(shù) d?0.6 0.36 0.36 0.6輪轂寬（mm） 95 90