摘 要數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡(jiǎn)稱 NC）機(jī)床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動(dòng)裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。本次設(shè)計(jì)課題是 CK6140 數(shù)控臥室車床，CK 是數(shù)控車床，61 是臥式車床，40 是床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 400mm。此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)，其中還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等?？刂葡到y(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的選用及硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，說(shuō)明了芯片的擴(kuò)展，鍵盤(pán)顯示接口的設(shè)計(jì)等等。車床適用于車削內(nèi)外圓柱面，圓錐面及其他基準(zhǔn)面，車削各種公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋，并能進(jìn)行鉆孔，鉸孔和拉油槽等工作。設(shè)計(jì)主抽箱主要是從主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、主運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和箱體這三方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)有:確定極限轉(zhuǎn)速、確定公比、確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和擬定傳動(dòng)系統(tǒng)圖。主運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有：帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、確定各種計(jì)算轉(zhuǎn)速、確定齒輪模數(shù)、確定各軸最小直徑和設(shè)計(jì)部分主軸主件。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；電動(dòng)機(jī)；縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)1目 錄摘 要 1ABSTRACT2目 錄 3序言 4第一章 總體方案 51.1 CK6140 的現(xiàn)狀和發(fā)展 51.2 CK6140 數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定 51.2.1 CK6140 數(shù)控臥式車床的擬定 5第二章 主軸箱部分設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 72.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 72.1.1 參數(shù)的確定 72.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 82.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 .102.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 .14第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 363.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .363.2 選擇中央處理單元（CPU）的類型 373.4 I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) .39小 結(jié) .43參 考 文 獻(xiàn) 442序言數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件； 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 可以預(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。第一章 總體方案1.1 CK6140 的現(xiàn)狀和發(fā)展自第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)問(wèn)世至今的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個(gè)階段的發(fā)展過(guò)程。其中，第一個(gè)階段為 NC 階段；第二個(gè)階段為 CNC階段，從 1974 年微處理器開(kāi)始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近 20 多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實(shí)際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，PC 微機(jī)的發(fā)展尤為突出，無(wú)論是軟硬件還是外器件的進(jìn)展日新月異，計(jì)算機(jī)所采用的芯片集成化越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，而成本卻越來(lái)越低，原來(lái)在大，中型機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)。在美國(guó)首先推出了基于 PC 微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，即 PCNC 系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面討論機(jī)床。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：1.性能方面的發(fā)展趨勢(shì)（1）.高速高精度高效3（2）.柔性化（3）.工藝復(fù)合和軸化（4）.實(shí)時(shí)智能化2.功能發(fā)展方面（1）.用戶界面圖形化（2）.科學(xué)計(jì)算可視化（3）.插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化（4）.內(nèi)置高性能 PLC（5）.多媒體技術(shù)應(yīng)用3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展（1）.集成化（2）.模塊化（3）.網(wǎng)絡(luò)化（4）.開(kāi)放式閉環(huán)控制模式1.2 CK6140 數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定1.2.1 CK6140 數(shù)控臥式車床的擬定1.CK6140 數(shù)控臥式車床具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能，還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。2.CK6140 數(shù)控臥式車床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。3.根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的條件，主運(yùn)動(dòng)部分 z=18 級(jí)，即傳動(dòng)方案的選擇采用有級(jí)變速最高轉(zhuǎn)速是 2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是 40r/min， 。1.26??4.根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O 接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。5.縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。6.為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小，傳動(dòng)效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。7.采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。（附注：伺服系統(tǒng)總體方案框圖 1.1）4圖 1.1 伺服系統(tǒng)總體方案框圖第二章 主軸箱部分設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明2.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算2.1.1 參數(shù)的確定一. 了解車床的基本情況和特點(diǎn)---車床的規(guī)格系列和類型1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）：最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D（mm）是 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1大于或等于 200；主軸通孔直徑 d 要大于或等于 36；主軸頭號(hào)（JB2521-79）是 6；最大工件長(zhǎng)度 L 是 750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級(jí)數(shù)范圍是：18；縱向進(jìn)給量 mm/r0.03～2.5；主電機(jī)功率（kw）是 5.5～10。二. 參數(shù)確定的步驟和方法1. 極限切削速度 umax﹑umin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。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下：取 umax=300m/min；umin=30m/min。52. 主軸的極限轉(zhuǎn)速計(jì)算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.1～0.2）D 和（0.45～0.5）D。由于 D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為：nmax= r/min ……………………………… max10(.~2)u?2.1=2000r/min ； nmin= r/min …………………………… min10(.45~.)uD?2.2=40r/min ； 3.主電機(jī)功率 —?jiǎng)恿?shù)的確定合理地確定電機(jī)功率 N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(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。目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量：根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)表中推薦的數(shù)值： 取 P=5.5kw2.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)一.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目級(jí)數(shù)為 Z 的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有 Z1、Z2、Z3…個(gè)傳動(dòng)副。即Z=Z1 Z2 Z3 ……………………………… 2.4傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為合適，即變速級(jí)數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子:6Z= ……………………………… 2.523abx可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（3+3+2）+2x2+1=21 個(gè)軸向尺寸 19b傳動(dòng)軸數(shù)目 6 根圖 2.1 總的傳動(dòng)系統(tǒng)二.組傳動(dòng)順序的安排18 級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或 3x2x3選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以 2 為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的 2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。7主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用 2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。三.傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排對(duì)于 18 級(jí)的傳動(dòng)可以有三種方案，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該不只有這三個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是：18=3［1］3［3］2［9］傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。四.傳動(dòng)組的變速范圍的極限植齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比 umin≥ ，最大傳動(dòng)比 umax≤2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最14大變速范圍 rmax=umax/nmin≤8因此，要按照參考書(shū)中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過(guò)極限值的所有傳動(dòng)方案。極限傳動(dòng)比及指數(shù) x， 值為：,極限傳動(dòng)比指數(shù) 1.26x：umin= =1x￠ 46值；umax= =2x’ x’￠ 3（x+ ）值：umin= =8’ x?’￠ 92.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具體化。一. 主電機(jī)的選定中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在8選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：1. 電機(jī)功率 N：根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。N=5.5kw2.電機(jī)轉(zhuǎn)速 nd異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 在此處選擇的是：nd=1500r/min 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax 和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過(guò)大的升速或過(guò)小的降速傳動(dòng)。3.雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī)4.電機(jī)的安裝和外形根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊(cè)查到。5.常用電機(jī)的資料根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用：Y132S-4圖 2.2 電動(dòng)機(jī)Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)化成主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。9但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。Ⅰ軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：參考這些數(shù)據(jù)，可見(jiàn)，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取 700～1000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸間的傳動(dòng)方式，如用帶傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計(jì)選用：n1=960r/min三.中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動(dòng)等性能要求之間的矛盾。中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（如采用先升后降的傳動(dòng)） ，中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫(xiě)：d∝ 、 m∝ ，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊4M3湊。但是，這將引起空載功率 N 空和噪音 Lp（一般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于 85dB）加大：N 空 = ) KW ………………………… 2.6nCda??主5.3(106式中：C---系數(shù)，兩支承滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承 C=8.5，三支承滾動(dòng)軸承 C=10；da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm） ；d 主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm） ；∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 。……………… 2.7??????KnmzBqnmzCLap ???? 主主ta15.4log201（mz）a—所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值 mm；（mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值 mm；q----傳到主軸所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì)數(shù)；β----主軸齒輪螺旋角；C1、K---系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取。我國(guó)中型車床、銑床 C1=3.5。車床 K=54，銑床 K=50.5。從上訴經(jīng)驗(yàn)公式可知：主軸轉(zhuǎn)速 n 主和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和∑n 對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正：1.功率教大的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。2.速輕載或精密車床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。3.控制齒輪圓周速度 u∠8m/s（可用 7 級(jí)精度齒輪） 。在此條件下，可適當(dāng)選用10較高的中間軸轉(zhuǎn)速。四.齒輪傳動(dòng)比的限制機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比：1. 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比 umax≤2。過(guò)大，容易引起震動(dòng)和噪音。2.降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比 umin≥1/4。過(guò)小，則使主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。11圖 2.3 主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖122.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動(dòng)比，就可以確定帶輪直徑和齒輪的齒數(shù)。一. 帶輪直徑確定的方法、步驟1.選擇三角型號(hào)一般機(jī)床上的都采用三角帶。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號(hào)（詳情見(jiàn)〈〈機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)〉 〉4-1 節(jié)） 。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動(dòng)帶數(shù)為 3～5 根為宜。本次設(shè)計(jì)中所選的帶輪型號(hào)和帶輪的根數(shù)如下：B 型帶輪選取 3 根2.確定帶輪的最小直徑 Dmin（D 小）各種型號(hào)膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。根據(jù)皮帶的型號(hào)，從教科書(shū)〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程〉 〉查表可取：Dmin=140mm3.計(jì)算大帶輪直徑 D 大根據(jù)要求的傳動(dòng)比 u 和滑功率 ε 確定 D 大。當(dāng)帶輪為降速時(shí)：??????1u小大三角膠帶的滑動(dòng)率 ε=2%。三角傳動(dòng)中，在保證最小包角大于 120 度的條件下，傳動(dòng)比可取 1/7≤u≤3。對(duì)中型通用機(jī)床，一般取 1～2.5 為宜。因此，137.2mm≤D 大≤343mm經(jīng)查表取：D 大=212mm二.確定齒輪齒數(shù)用計(jì)算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)單。根據(jù)要求的傳動(dòng)比 u 和初步定出的傳動(dòng)齒輪副齒數(shù)和 Sz，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中采用的就是常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪）表就見(jiàn)教科書(shū)〈〈機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)〉 〉 。不過(guò)在表中選取的時(shí)候應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1. 不產(chǎn)生根切。一般去 Zmin≥18～20。2. 保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 δ≥2mm，一般取δ5mm 則 zmin≥6.5+ ，具體的尺mT2寸可參考圖。133. 同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)該相等。若莫數(shù)相同時(shí)，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但由于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足比了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過(guò) 3～4 個(gè)齒。4. 防止各種碰撞和干涉三聯(lián)滑移齒輪的相鄰的齒數(shù)差應(yīng)大于 4。應(yīng)避免齒輪和軸之間相撞，出現(xiàn)以上的情況可以采用相應(yīng)的措施來(lái)補(bǔ)救。5. 在同時(shí)滿足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個(gè)齒輪齒數(shù)可以見(jiàn)傳動(dòng)圖上所標(biāo)寫(xiě)的。6. 確定軸間距：軸間距是由齒輪齒數(shù)和后面計(jì)算并且經(jīng)驗(yàn)算而確定的模數(shù) m 而確定的，具體的計(jì)算值如下（模數(shù)和齒輪的齒數(shù)而確定的軸間距必須滿足以上的幾個(gè)條件）：Ⅰ軸與Ⅱ軸之間的距離：取 m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定 85.021?z……………………… 2.812.75.601dmzz??齒輪 1 與 2 之間的中心距：……………………… 2.9 127.5038.dam??Ⅱ軸與Ⅲ軸之間的距離：取 m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比見(jiàn)圖， 4290.573.6ii?342.589.120dmzz???………………………… 2.10齒輪 3 與 4 之間的中心距：……………………………… 2.11 347a?14Ⅲ軸與Ⅳ軸之間的距離：取 m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 541.6320.9.84ii?……………………… 2.12 103.5.9dmzz???齒輪 9 與 10 之間的中心距：…………………………… 2.1391032854dam??Ⅳ軸Ⅴ軸之間的中心距離：取 m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比20.6781.93i?…………………… 2.141516.2073.582dmzz??……………………… 2.1515647032.dam??主軸到脈沖軸的中心距：取 m=3.5mm，傳動(dòng)比 1i?15………………………… 2.1619203.5.15dmzz???……………………… 2.1792015.dam??Ⅰ軸到反轉(zhuǎn)軸Ⅵ軸的中心距：取 m=2.5mm，傳動(dòng)比 1.47i?…………………………… 2.18 2122.50.3485dzmz???…………………………… 2.1921605dam??由齒頂高 …………………………… 2.20 ??**10.25,afahc??而 取 可 知 ：齒頂高和齒跟高只與所取的模數(shù) m 有關(guān)?？芍?m=2.5mm 時(shí)，????*10253.125afhcm??????取 m=3.5mm 時(shí)：??*314.7afmhc?16三.主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無(wú)太大影響。但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符合，需要驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過(guò)正負(fù) 10（ψ-1）%。即％或??10??????理 論 理 論實(shí) 際 n按公式：Δn=-2%～+6% ………………………………… 2.21如果超差，要根據(jù)誤差的正負(fù)以及引起誤差的主要環(huán)節(jié)，重新調(diào)整齒數(shù)，使轉(zhuǎn)速數(shù)列得到改善。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下： ??主 軸Ⅴ—Ⅳ——ⅢⅡⅥ反 轉(zhuǎn)正 轉(zhuǎn) —Ⅰ—電 動(dòng) 機(jī) ?????????????? ????????????? ?????????3656325 53283440651240min/140.5rKW圖 2.4 主傳動(dòng)路線所有主軸的詳細(xì)的校核如下：………………………2.39min/4.39187.0min/3.86523 rrn????………………………………………2.40％％ 21409???校核后，合格。一. 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算三角帶傳動(dòng)中，軸間距 A 可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。1. 選擇三角帶的型號(hào)根據(jù)計(jì)算功率 Nj（kw）和小帶輪 n1（r/min）查圖選擇帶的型號(hào)。17計(jì)算功率 Nj=KWNd kW式中 N d—電機(jī)的額定功率，KW—工作情況系數(shù)。車床的起動(dòng)載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時(shí)，?。篕 W=1.1帶的型號(hào)是： B 型號(hào)2. 確定帶輪的計(jì)算直徑 D1、D 21）.小帶輪計(jì)算直徑 D1皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑D1不宜過(guò)小，要求大雨許用最小帶輪直徑 Dmin，即 D1≥D min。 各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶直徑 Dmin可查表。D1=140r/min2）.大帶輪計(jì)算直徑 D2…………………………………… 2.59 ????min????112=212r/min式中: n 1--小帶輪轉(zhuǎn)速 r/min;n2--大帶輪轉(zhuǎn)速 r/min;ε--帶的滑動(dòng)系數(shù),一般取 0.02.算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)。3）.確定三角帶速度 u具體的計(jì)算過(guò)程如下：smnD/106???= ………………………………… 2.60/4=10.6m/s對(duì)于 O、A、B、C 型膠帶，5m/s≤u≤25m/s。而 u=5～10m/s 時(shí)最為經(jīng)濟(jì)耐用。此速度完全符合 B 型皮帶的轉(zhuǎn)速。4）.初定中心距 A0：帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選?。篈0=（0.6～2） （D 1+D2） mm ……………………… 2.61=352（0.6～2）mm=211.2mm～704mm18取 A 0=704 mm距過(guò)小，將降低帶的壽命；中心距過(guò)大時(shí)，會(huì)引起帶振動(dòng)。中型車床電機(jī)軸至變速箱帶輪的中心距一般為 750～850mm。5）.確定三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度 L0及內(nèi)周長(zhǎng) LN。三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度是通過(guò)三角帶截面重心的長(zhǎng)度。………………………… 2.62????mADAL02121042????= ??7047???=1960.67mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=2033 mm經(jīng)查表 L N=2000 mm修正值 Y=336）.驗(yàn)算三角帶的擾曲次數(shù) u≤40 次/s （則合格） ………………………………… 2.63Lmu10?式中：m--帶輪個(gè)數(shù)。如 u 超限?？杉哟?L（加大 A）或降低 u（減少 D2、 D1）來(lái)解決。 代入數(shù)據(jù)得…………………………………………………… 2.642036.1??u=10.5 次/s ≤40 次/s是合格的，不需作出任何修改。7）.確定實(shí)際中心距 A………………………… 2.65mL200???m267.190374.0= 740 mm8）.驗(yàn)算小帶輪包角 а 1……………… 2.66210857.320DA????????如果 а 1過(guò)小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。代入數(shù)值如下：19?????3.5718012AD?=180°-5.6°=174.4°≥120°經(jīng)校核合格。9）.確定三角帶根數(shù) z ……………………………… 2.6710CNzi?式中：N 0--單根三角帶在 а 1=180°、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。C1---包角系數(shù)。參數(shù)的選擇可以根據(jù)書(shū)中的表差?。篘0=2.69C1=0.98Kw=1.1帶入數(shù)值得： 10zi?10CNKdw98.625??所以，傳動(dòng)帶根數(shù)選 3 根。此公式中所有的參數(shù)沒(méi)有作特別說(shuō)明的都是從〈〈機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)〉 〉二.傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算傳動(dòng)軸除了應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此，疲勞強(qiáng)度不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過(guò)大的變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫(huà)出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。1.傳動(dòng)軸直徑的估算20傳動(dòng)軸直徑按扭矩剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑：……………………………………2.68??mnNdj491??其中：N—該傳動(dòng)軸的輸入功率N=Ndη kw …………………………………………2.69Nd—電機(jī)額定功率；η—從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積（不計(jì)該軸軸承上的效率） 。nf—該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min。計(jì)算轉(zhuǎn)速 nf是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：……………………… 2.70??13???znimj主[ψ]—每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m） ，可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。根據(jù)參考書(shū)中所給出的公式和本次設(shè)計(jì)所必須滿足的條件，在傳動(dòng)過(guò)程中所有軸的直徑的估算如下：nj（主）=n minψ z/3-1 ……………………… 2.71=125 r/minⅤ主軸 n j=n6=125 r/min ；Ⅳ 軸 n j=n7=160 r/min ；Ⅲ 軸 n j=n11=400 r/min ；Ⅱ 軸 n j=n14=800 r/min ；Ⅰ 軸 n j=960 r/min ；由 ： ………………………2.72??mNdj491??則計(jì)算主軸Ⅴ和中間軸的直徑 d 如下：Ⅴ主軸 d 5=64 mm ；Ⅳ 軸 d 4=40 mm ；Ⅲ 軸 d 3=40 mm ；Ⅱ 軸 d 2=40 mm ；Ⅰ 軸 d 1=30 mm ；3. 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算：1）.軸的彎曲變形的條件和允許值21機(jī)床主傳動(dòng)的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的橈度 y 和傾角θ。各類軸的橈度 y 和裝齒輪和軸承處傾角 θ，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值[Y]和[θ]值，即：y≤[Y]； ………………… 2.73 θ≤[θ] ………………… 2.74由于書(shū)寫(xiě)量比較大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。2）.軸的彎曲變形計(jì)算公式計(jì)算軸本身變形產(chǎn)生的橈度 y 和傾角 θ 時(shí)，一般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，按參考書(shū)中的表中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑來(lái)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算花鍵軸的剛度時(shí)可采用直徑或當(dāng)量直徑。由于本次設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū)的篇幅和時(shí)間的關(guān)系就不在此詳細(xì)的列出了。但一般的計(jì)算公式為：………………………………………………… 2.75id??1圓 軸 ： 平 均 直 徑……………………………………………… 2.76641I?慣 性 距矩形花鍵軸：平均直徑 ……………………………… 2.7721dD??當(dāng)量直徑 …………………………………………… 2.784?l慣性距 ………………………… 2.79??624dZdI????：本次設(shè)計(jì)機(jī)床中長(zhǎng)采用矩形花鍵軸的 ：的 數(shù) 值和、 I21`花 鍵 軸 尺寸bdDZ??（GB1144-74）平均直徑 md1 當(dāng)量直徑d2極慣性距 nI4m慣性距nI4m226230?? 28 27.84 58976 29488103546??37.5 37.78200058 1000296861.5 61.76 1428706 714353根據(jù)本次設(shè)計(jì)的情況，主軸的剛度要求必須進(jìn)行校核，具體的剛度校核結(jié)果如下：a）.首先，把主軸上的軸承所能承受的載荷在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3》中查出，見(jiàn)下：深溝球軸承 2105???BDd其基本額定載荷為： KNCr.43推力球軸承 69其基本額定載荷為： a5.7?雙列圓錐滾子軸承 其基本額定載荷為： KWCr0.1b）.計(jì)算軸上的載荷圖 2.5 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖主軸上齒輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的載荷：齒輪 1：…………2.79NFdTmz6.120tan54.tan541632.151??????????齒輪 2：23……………2.80NFdTmz01.720tan7.9tan2.9316.73785.2??????????c）.校核傾角和橈度經(jīng)查表得：安裝圓錐滾子軸承處 ??rad025.??安裝深溝球軸承處??rad05.??安裝推力球軸承處 r.計(jì)算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩：…………2.811562870862.77.idm????…………………………… 2.8241643.72.80.1.dIm????………………………… 2.8362.EMPa?傾角：對(duì) 1NF???216676.548.5.420138.310AFblEI???????……2.8424……2.85???115815726.0.8.0.4.2.0CFablEI?????????……………… 2.86??21221481476550.9.02.BxFblEI?????……2.87???11 1472645.3.0.520.590.CxFablEI???????對(duì) 2NF…2.88???23 1576.015.87502.CFblEI????????……2.89???321576.018.28.7.0.5AFablEI?????????222147619.804.3BxFblEI?????…………………2.90??57.6Cal??………2.91在點(diǎn) C 處的傾角25………………… 2.9212774.0.CyCy??????777.310.250461. Cxradr??????……………… 2.932CYx???在點(diǎn) B 處的傾角 ?……… 2.94radrB05.123.134877?????在點(diǎn) A 處的傾角 ?……………2.95radrA05.172.8477??橈度：對(duì) 1NF…………… 2.96??mlEIbFx9167 6622321ma02 103858350.9????????……………… 2.97??mlEIbFy916716232231max04.20.5.45.??????………………………… 2.98yxaN92ax21.???26對(duì) 2NF……………2.99??mlEIbFx9167 6622321ma025.4. 1038835750.9????????……………… 2.100??mlEIbFy916716232231max04.25344.?????……………… 2.101yxaN92max216.???………… 2.102y9908. 106.?????根據(jù)表選用………………………… 2.103??myLN08542.??由此可得在主軸上的剛度是完全合格的。三.齒輪模數(shù)的估算和計(jì)算按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪個(gè)參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫(huà)完之后校核用。在畫(huà)草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。齒輪彎曲疲勞的計(jì)算：…………………………… 2.10432jNmzn??齒面點(diǎn)蝕的估算：27…………………………………… 2.1053jnNA?其中 nj為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A 為齒輪中心距。由中心距 A 及齒數(shù) z1、z 2求出模數(shù)：…………………………… 2.106 mzAj21??根據(jù)估算所得 mj的值，由標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)表查取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。計(jì)算（驗(yàn)算）：結(jié)構(gòu)確定后，齒輪的工作條件、空間安排、材料和精度等級(jí)等都已確定，才可能核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：……… 2.107??1233160sj mjiKNzn????????根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：……………… 2.108??12375smjzYn??式中：N---計(jì)算齒輪傳遞的額定功率 ；dNkW??:---計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min；jn---齒寬系數(shù) =b/m， 常取 6～10；m?m?---計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù)；1zi---大齒輪和小齒輪餓齒數(shù)比， “+”用于外嚙合， “-”用于內(nèi)嚙21;zi??合；---壽命系數(shù)， ；aKarnNqkK---工作期限系數(shù)， ；T mTC06?齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲腳變載荷下的疲勞曲線指數(shù) m 和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)C0；n---齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min；T---預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦：T=15，000～20，000h；28Kn---轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；KN---功率利用系數(shù)；Kq---材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)展的作用；Ks（壽命系數(shù)）的及值 Ksmax，K smin當(dāng) 時(shí)，則取min? ；時(shí) ， 取當(dāng) nsmis Ks??in,max?K1---工作情況系數(shù)。中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)：K 1=1.2～1.6；K2---動(dòng)載荷系數(shù)；K3---齒向載荷分布系數(shù)；Y---齒形系數(shù)；---許用彎曲、接觸應(yīng)力 Mpa。??j??、本次設(shè)計(jì)中的模數(shù)計(jì)算與選取如下：1.Ⅰ軸傳到Ⅱ軸的模數(shù)：齒輪接觸疲勞的計(jì)算：…………………… 2.1093325.801.64fNmn????齒輪彎曲疲勞的計(jì)算：………………………… 2.110mnNAj35.708.370??取 A=72mm…………………………… 2.111mzAj3.1605721???計(jì)算（驗(yàn)算）核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。29根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：經(jīng)查表取： hTCmKKKqNn20,1,3 76.0,58.,90.,152.7031?? ?…………2.112125. 76.0589.031963730???nNqs取 N=5.5KW， ，代入公式得：??MPajm,8??………2.113??123360sj mjiKNzn???????m52.108.6139605.5.123????根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：查表取 76.,.,9.0,12,680 ???qNnKKCm代入公式得：……2.114586.076.089.12039608????qNnmTsC………………2.115??12375smjKNzYn?????