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浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文
浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程系
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
課題名稱：CA6140普通車床數(shù)控化改造
專 業(yè)： 機(jī)電一體化
班 級：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2009年4月30日
摘要
普通車床CA6140的數(shù)控化改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對普通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械改造，改造的內(nèi)容主要包括：
(1) 機(jī)床導(dǎo)軌部分的改進(jìn)，
對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。又因?yàn)橘N塑比較實(shí)惠，效果優(yōu)良。為此，本設(shè)計(jì)采用貼塑。
(2) 機(jī)床進(jìn)給部分的改造，
機(jī)床的進(jìn)給部分在加工精度方面起到?jīng)Q定性的作用，原來的進(jìn)給主要是由滾動(dòng)絲杠帶動(dòng)的，但因其功率損失過大，靈敏性不好，所以在數(shù)控化改造過程中必須改成滾珠絲杠。因?yàn)闈L珠絲杠能大部分彌補(bǔ)滾動(dòng)絲杠所帶來的不足。
（3）在電機(jī)與絲杠傳動(dòng)增加齒輪減速箱
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值，為了實(shí)現(xiàn)多脈沖當(dāng)量的任意選擇，我們可在電機(jī)與滾珠絲杠間加一個(gè)減速機(jī)構(gòu)，為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上需要使用的精度等級較高的齒輪，在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。
關(guān)鍵字：普通車床， 數(shù)控改造， 導(dǎo)軌， 進(jìn)給，絲杠，
目錄
摘要………………………………………………………………………2
緒論………………………………………………………………………4
數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇…………………………………………………6
2.1數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇……………………………………………6
機(jī)械部分改造……………………………………………………………7
3.1主軸箱………………………………………………………………7
3.2機(jī)床導(dǎo)軌……………………………………………………………7
3.3機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造………………………………………………7
滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)與選擇………………………………………………9
4.1 縱向滾珠絲桿副的選擇與校核……………………………………9
齒輪減速箱的設(shè)計(jì)………………………………………………………14
5.1齒輪減速箱箱體設(shè)計(jì)………………………………………………14
5.2軸承的選擇…………………………………………………………19
5.3絲杠軸承的選擇與校核……………………………………………20
結(jié)束語……………………………………………………………………24
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………25
1.緒論
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,增加了功能,提高了性能,簡化了結(jié)構(gòu).較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；（2）目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)；（3）在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。
要較好的解決上述問題，應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)。目前，國外已發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控化改造，中小企業(yè)則達(dá)74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國是擁有300多萬臺(tái)機(jī)床的國家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動(dòng)化程度低。要想在近幾年用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的，因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。
機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。
普通車床（如C616，C618，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。
對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。
2．?dāng)?shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式的選取
2.1數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式的的選擇
數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
(1)步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)
系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱該之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。
(2)異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。
(3)交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。
當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求。本設(shè)計(jì)選用上海通用數(shù)控公司KT400-T經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)。
3機(jī)械部分的改造
為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能，保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度，微機(jī)進(jìn)給無爬行，使用壽命長、外型美觀，機(jī)械部分作了如下改動(dòng)
3.1 主軸箱
對于數(shù)控化改造來說，經(jīng)濟(jì)性很重要。因此能不動(dòng)的地方盡量避免。為此主軸箱不予改動(dòng)。
3.2機(jī)床導(dǎo)軌
對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。增加耐磨性的方法有1，增加導(dǎo)軌的表面強(qiáng)度如：淬火；2，貼塑以降低摩擦系數(shù)μ。
因?yàn)橘N塑操作方便，不需要很復(fù)雜的操作，也不需要將導(dǎo)軌拿下，而且價(jià)格便宜，也能達(dá)到我們預(yù)先設(shè)想的效果，所以使用貼塑的方法對機(jī)床導(dǎo)軌改裝。
貼塑的方法：
準(zhǔn)備：粘貼場地需要、清潔無塵，環(huán)境溫度10度以上，40度以下為宜，相對濕度<75%。軟帶采用單面萘鈉處理，深褐色一面為粘貼面，藍(lán)綠色為工作面。
裁剪：軟帶裁剪尺寸可案金屬導(dǎo)軌粘貼面的實(shí)際尺寸適當(dāng)放寬一些余量。
配膠：專用膠必須隨配隨用。
粘貼：軟帶剛粘在金屬導(dǎo)軌時(shí)需要前后挪動(dòng)下，使其全面接觸。
固化：固化在室溫下進(jìn)行，固化時(shí)間為24小時(shí)，固化壓力為0.1mpa左右，加壓必須均勻。
加工：固化后先將工作臺(tái)沿導(dǎo)軌方向推行，然后翻轉(zhuǎn)，清除余膠切去軟帶的工藝余量并倒角。
3.3機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造
數(shù)控車床是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，相比傳統(tǒng)的普通車床有進(jìn)給箱和交換齒輪，結(jié)構(gòu)上大大的簡化了。
傳動(dòng)總體方案的確定（縱向、橫向）
微機(jī)
光電隔離
光電隔離
電機(jī)
電機(jī)
橫向進(jìn)給
縱向進(jìn)給
4．滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇
4.1滾珠絲杠副的計(jì)算及選擇
滾珠絲杠副的特點(diǎn)
滾珠絲杠副具有與滾動(dòng)軸承相似的特征。與滑動(dòng)絲杠副或液壓缸傳動(dòng)相比，有以下主要特點(diǎn)：
（1） 傳動(dòng)效率高 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好 可預(yù)緊
（2） 傳動(dòng)可逆性 與滑動(dòng)絲杠副相比，滾動(dòng)絲杠副突出的特點(diǎn)是具有運(yùn)動(dòng)的可逆性。正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率幾乎可高達(dá)98%。滾珠絲杠副具有運(yùn)動(dòng)的可逆性，但是沒有象滑動(dòng)絲杠副那樣運(yùn)動(dòng)具有自鎖性。因此，在某些機(jī)構(gòu)中，特別是垂直升降機(jī)構(gòu)中使用滾珠絲杠副時(shí)，必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置。
（3） 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可預(yù)緊等特點(diǎn)，所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小，無爬行。并可消除軸向間隙和對絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
（4） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)驅(qū)動(dòng)相同的部件和裝置時(shí)，由于反應(yīng)靈敏，無阻滯，無滑移，其啟動(dòng)的同時(shí)性，運(yùn)行中的速度和位移等，都具有準(zhǔn)確的一致性，這就是所謂同步性好。
縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核
(1)最大工作載荷計(jì)算
滾珠絲杠上的工作載荷Fm (N) 是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。
由于原普通CA6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式3-2計(jì)算工作載荷的大小。
（3-2）
1）車削抗力分析
車削外圓時(shí)的切削抗力有Fx、Fy、Fz，主切削力Fz與切削速度方向一致，垂直向下，是計(jì)算車床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。且深抗力Fy與縱向進(jìn)給方向垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力Fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。
縱切外圓時(shí)，車床的主切削力Fz可以用下式計(jì)算：
（3-3）
=5360(N)
由<<金屬切削原理>>知:
Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-4)
得 Fx=1340(N)
Fy=2144(N)
因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給拖板上的載荷Fl、Fv和Fc與車刀所受到的車削抗力有對應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進(jìn)給拖板上的載荷可以按下式求出：
拖板上的進(jìn)給方向載荷 Fl=Fx=1340(N)
拖板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N)
拖板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N)
因此，最大工作載荷
=1.151340+0.04(5360+909.8)
=1790.68(N)
對于三角形導(dǎo)軌 K=1.15 ，f ′=0.03~0.05,選f ′=0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向、橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.
(2)最大動(dòng)載荷C的計(jì)算
滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷Ca選用，可用式3-5計(jì)算：
C=， (3-5)
L為工作壽命，單位為10r,L=60nt/10;n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n=;v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3;L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得L。=12mm；fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)是有沖擊振動(dòng)，所以取fm=1.5。
V縱向=1.59mm/r 1400r/min=2226mm/min
n縱向=v縱向1/2 /L。=22261/2 /12=92.75r/min
L=60nt/10=6092.7515000 /10=83.5
則 C= =1.51790.68=11740(N)
初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca不得小于最大動(dòng)載荷C:因此有
Ca>C=11740N.
另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另
一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2~3.
初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。考慮到簡易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。
因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為CD63×8-3.5-E型，主要參數(shù)為
Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,λ=2o19′，圈數(shù)列數(shù)3.51
(3) 縱向滾珠絲杠的校核
1)傳動(dòng)效率計(jì)算
滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為
= tgλ/tg(λ+φ)= tg 2o19′/tg(2o19′+10′)=92% (3-6)
2)剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，
滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。
1_絲杠的拉壓變形量δ1
δ1=FmL / EA (3-7)
=1790.682280 / 20.610π(31.5)2
= 0.0064mm
2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2
采用有預(yù)緊的方式，
因此用公式 δ2= 0.0013 (3-8)
=
=0.0028mm
在這里 =1/3Fm=1/31790.68=597N
Z=π dm/Dw=3.1463/4.763=41.53
ZΣ=41.533.51=145.36
絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm
查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。
3)壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算
滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為Fk
=fzπEI/L （3-9）
式中：E為絲杠材料彈性模量，對鋼E=20.610 Mpa; I為截面慣性矩，對絲杠圓截面I=πd1/64（mm）(d1為絲杠的底徑)；L為絲杠的最大工作長度（mm）;fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-1查得。
由=fzπEI/L 且 fz=2.0 ， E=20.610Mpa ， I=πd1/64,
L=2800mm為絲杠的長度
由于 I =πd1/64
=π(63-5.953)/64
=3.1457.047/64=517903mm
=23.1420.610 517903/(2800)
=727959
=727959/1857
=392>>4
所以絲杠很穩(wěn)定。
因橫向滾珠絲桿副的選擇與縱向滾珠絲桿副的選擇相同，所以本設(shè)計(jì)不做重復(fù)演算。
選出縱向滾珠絲桿副的型號(hào)為:CD50×6-3.5-E
其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51
選橫向滾珠絲杠型號(hào)為:CD50×6-3.5-E
其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51
5齒輪減速箱的設(shè)計(jì)
5.1 減速器箱體的設(shè)計(jì)
一般機(jī)床數(shù)控改造后，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值，為了實(shí)現(xiàn)多脈沖當(dāng)量的任意選擇，我們可在電機(jī)與滾珠絲杠間加一個(gè)減速機(jī)構(gòu)，下面即是對減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。
由資料中可知縱向和橫向的脈沖當(dāng)量分別為：
縱向 0.01 0.008 0.005
橫向 0.005 0.004 0.0025
為減少減速機(jī)構(gòu)的體積設(shè)定中心距A=(z1+z2)m/2=67.5
其中m=1.5 z1+z2=90(齒)
則以橫向脈沖計(jì)算為例
i=z1/z2=45/45時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.005mm
i=z1/z2=40/50時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.004mm
i=z1/z2=30/60時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.0025mm
因此縱向與橫向的減速機(jī)構(gòu)可以相同，為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣。
演算過程是取縱向輸入軸。
5.1.1．軸的計(jì)算：（縱向輸入軸）
由公式：
d ≥=A （3-10）
可初選軸的直徑
由于T=5N.m,由于采用的是45號(hào)鋼，正火硬度[]為170-217HBS,扭曲疲勞極限-1=124，軸材料的許用切應(yīng)力為45MPa
則對于縱向輸入軸：
d輸入= （3-11）
=
=8.2mm
在這里，d為軸的直徑(mm),T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm）, []為軸材料的許用切應(yīng)力（MPa）,則縱向輸入軸軸徑取18mm,輸出軸軸徑取25mm
綜上可知：縱向與橫向可用一種減速機(jī)構(gòu)。軸材料為45號(hào)鋼，精度5級。
5.1.2．減速器箱體尺寸
a=67.5mm
下箱體壁厚 =0.025a+3≥8 則=8
上箱蓋壁厚 =0.03a+3≥8 則=8
地角螺釘數(shù)目n 由于a≤250mm n=4
地角螺釘直徑 df=0.036a+12 取df=M8
齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離 2==8mm
5.1.3．減速齒輪
第一對齒n45與n45嚙合
計(jì)算公式為：
=1.6d
=0.5(D2+D1)
L=(1.2~1.5)d
一般取l=b
C=0.2b 但是不小于10
R=0.5l
N=0.5mn mn為模數(shù)
。=（2.5~4）mn 但是不小于8mm
圖3-1 齒輪結(jié)構(gòu)圖
因此輸入軸齒輪d=18mm
=1.6d=28.8mm
=67.5-3-7.5=57mm
=0.5(57+28.8)=42.9mm
=3.75mm
da=67.5mm
d。=0.25（57-28.8）=7.05mm
=1.2d=21.6mm
c=0.221.6=4.32mm
r=0.5=2.16mm
n=0.51.5=0.75
為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因D1=28.8〉d=18的原因會(huì)導(dǎo)致齒輪的剛度下降，采用圖3-2形狀，以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖B結(jié)構(gòu)。
圖3-2 齒輪結(jié)構(gòu)圖
則由上列數(shù)據(jù)可知
=21.6mm
da=67.5mm
d=18mm
ha=mn=1.5mm
hf=1.2mn=1.8mm
輸出軸用圖3-2結(jié)構(gòu)
則由公式得
d=25mm
=1.6d=40mm
=0.5(57+40)=48.5mm
=2.5 1.5=3.75mm
da=67.5mm
d。=0.25(57-40)=4.25mm
=1.225=30mm
c=0.2b30=10mm
r=0.5c=5mm
n=0.51.5=0.75mm
第二對齒n=40與n=50嚙合
則輸出齒輪
d=25mm
=1.5d=40mm
=da-2mn-2。=75-21.5-23.75=64.5
=0.5(D2+D1)=0.5(64.5+40)=52.25
=(2.5-4)=2.51.5=3.75
da=Z=1.550=75
=1.2d=1.225=30
r=0.5c=5
c=0.2b=10(不小于10)
n=0.51.5=0.75
輸入齒輪
d=18
ha=1.5
hf=1.8=1.2d=21.6
da=2=1.540=60
第三對齒n=30與n=60嚙合時(shí)，輸出齒輪
d=25
D1=1.6d=40
Da=Z=601.5=90
D2=Da-1.52-2。=90-3-7.5=79.5
。=2.51.5=3.75
D。=0.5(D2+D1)=0.5(40+79.5)=59.75
d。=0.25(D2-D1)=(79.5-40)0.25=9.875
=1.2d=1.225=30
c=0.2b=0.230=10(不小于10)
r=0.5c=5
n=0.5mn=0.51.5=0.75
輸入齒輪
d=18
ha=1.5
hf=1.8
=1.2d=21.6
da=Z=1.530=45
齒輪精度按：GB10095-88 6級精度 ，其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效率和低噪音，傳動(dòng)效率為99%。
減速器簡圖
圖3-3 減速器簡圖
5.2 軸承的選擇
5.2.1．選型
深溝球軸承GB276-82
圖3-4 深溝球軸承
（1）減速器輸入端的軸承選擇：
d=18mm，則其型號(hào)為：，
深溝球軸承型號(hào)
d
D
B
額定動(dòng)負(fù)荷C
額定靜負(fù)荷C。
極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）
1000803
18
26
5
1700N
1050N
19000r/min
（2）減速器輸出端的軸承選擇：
d=25mm則其型號(hào)為：，
深溝球軸承型號(hào)
d
D
B
額定動(dòng)負(fù)荷C
額定靜負(fù)荷C。
極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）
1000805
25
37
7
2900N
2000N
15000r/min
5.2.2 校核
由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過60度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷Fa很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小。軸承合乎要求。
5.3 絲軸承的選型與校核
5.3.1滾珠絲杠用軸承的選型
選用型號(hào) 7602025TVP的60゜推力角接觸軸承
軸徑 d=25mm
外徑d=52mm
寬度B=15mm
球徑Dw=6.35mm
球數(shù)Z=16
動(dòng)載荷Ca=22000N
靜載荷Coa=44000N
預(yù)加載荷500N
極限轉(zhuǎn)速2600r/min
5.3.2 校核
大部分滾動(dòng)軸承是由于疲勞點(diǎn)蝕而失效的。軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴(kuò)展跡象前院運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命（指的是兩個(gè)套圈間的相對轉(zhuǎn)數(shù)或相對轉(zhuǎn)速）。當(dāng)量載荷對軸承壽命影響頗大。
(1) 當(dāng)量載荷
滾動(dòng)軸承若同時(shí)承受徑向和軸向聯(lián)合載荷，為了計(jì)算軸承壽命時(shí)在相同條件下比較，需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載荷。在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下，軸承壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。
當(dāng)量動(dòng)載荷P的計(jì)算公式是：
P= （3-14）
表3.2 軸承滾動(dòng)當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算的X,Y值
軸承類型
Fa/Cor e
單向軸承
雙列軸承
Fa/Fr≤e
Fa/Fr>e
Fa/Fr≤e
Fa/Fr>e
X Y
X
Y
X
Y
X
Y
角
接
觸
球
軸
承
α=
15°
0.015
0.38
1 0
0.44
1.47
1
1.65
0.72
2.39
0.029
0.4
1.40
1.57
2.28
0.058
0.43
1.30
1.46
2.11
0.087
0.46
1.23
1.38
2
0.12
0.47
1.19
1.34
1.93
0.17
0.50
1.12
1.26
1.82
0.29
0.55
1.02
1.14
1.66
0.44
0.56
1.00
1.12
1.63
0.58
0.56
1.00
1.12
1.63
當(dāng)量動(dòng)載荷式中Fr為徑向載荷，N；Fa為軸向載荷，N；X，Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，可由上表查出。
上表中，e是一個(gè)判斷系數(shù)，它是適用于各種X,Y系數(shù)值的Fa/Fr極限值。試驗(yàn)證明，軸承Fa/Fr≤e或 Fa/Fr>e時(shí)其X,Y值是不同的。單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí)，Y=0,P=Fr,即軸向載荷對當(dāng)量動(dòng)載荷的影響可以不計(jì)。深溝球軸承和角接觸球軸承的e值隨Fa/Cor的增大而增大。Fa/Cor反映軸向載荷的相對大小，它通過接觸角的變化而影響e值。
=0°的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當(dāng)量動(dòng)載荷Pr=Fr;而=90°的推力軸承只能承受軸向力，其當(dāng)量動(dòng)載荷Pa=Fa。
由于機(jī)械工作時(shí)常具有振動(dòng)和沖擊，為此，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算：
P=fd(XFr+Yfa)
沖擊載荷系數(shù)fd由表3.3選取
表3.3：
載荷性質(zhì)
機(jī)器舉例
fd
平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊
電機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī)，汽輪機(jī)
1.0~1.2
中等沖擊
車輛，機(jī)床，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)
1.2~1.8
強(qiáng)大沖擊
破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，振動(dòng)篩，工程機(jī)械，
石油鉆機(jī)
1.8~3.0
由于軸承載荷與縱向載荷之比：==0.25
C’
此軸承合乎要求
另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承，且載荷小于縱向，因此同理可驗(yàn)證其是合理的。
結(jié)束語
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總計(jì)費(fèi)時(shí)一個(gè)多月，剛開始時(shí)不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，終于知道了該怎么做。接下來選出一系列有價(jià)值的資料，向老師請教，終于完成了設(shè)計(jì)。
在做設(shè)計(jì)的過程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來，做到了學(xué)以致用，還學(xué)會(huì)了查資料。
當(dāng)然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識(shí)的不全面，所學(xué)的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。
同時(shí)十分感謝王文深老師，是他多次犧牲假期時(shí)間為我們做畢業(yè)論文指導(dǎo)！使得我的論文可以答辯。
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