CK6140數控車床主傳動系統及進給伺服系統設計.doc

_屆畢業(yè)（設計）論文題 目 CK6140數控車床主傳動系統及進給伺服系統設計 專業(yè)班級 學 號 學生姓名 隨筆客 指導教師 指導教師職稱 學院名稱 機電工程學院 完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140數控車床主傳動系統及進給伺服系統設計CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design 學生姓名 指導教師 摘 要本文介紹了CK6140數控車床的組成及工作原理，對數控機床的主要組成部分：機床主軸箱，進給伺服系統及主軸PLC控制進行了總體的設計及其詳細設計。數控機床是現代機電一體化的典型產品，對提高零件的加工質量和加工效率具有較好的作用。在本次設計中，主要完成了以下工作：根據給出的要求，首先確定設計要求給出的已知條件確定電機的型號和功率，傳動系統的布局，變速方式，開停方式，換向方式，制動方式及齒輪的排列與布置。然后根據轉速范圍及級數確定它的轉速圖、各齒輪的齒數和傳動系統簡圖。在根據已確定傳動比來確定帶傳動。通過軸的初步設計，進行齒輪的設計和校核。選取相應的軸承和鍵，進行軸的具體設計和校核，鍵和軸承的設計和校核。最后進行裝配圖和各個零件圖的繪制，完成主軸箱的設計。然后完成伺服系統的設計。在對進給伺服系統進行設計時，要確定進給傳動系統的傳動方式及控制系統的形式。設計中，選擇進給伺服系統為開環(huán)控制系統。通過給定的參數選擇好步進電機的步距角可確定傳動齒輪的傳動比及滾珠絲桿的導程。設計的進給伺服系統能夠滿足設計任務的要求。關鍵詞：數控機床 主軸箱 進給伺服系統 AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design, primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controlling system,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think sticks lead. Design of into give the servo system can satisfy to design the request of the mission. Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism 目 錄摘 要Abstract第一章 臥式數控車床簡介11.1數控車床簡介11.2 CK6140介紹及設計說明21.3設計任務3第二章 CK6140總體設計計算62.1總體設計要求62.2機床的總體布局的確定72.3換向方向的選擇72.4開停方式選擇82.5 制動方式選擇82.6 齒輪布置與排布82.7 變速方式選擇92.8進給系統的組成及選用10第三章 主變速箱總體設計123.1電機的選用123.2傳動方案的擬定153.3確定各級的轉速163.4繪制轉速圖17第四章 主變速箱詳細設計184.1帶傳動的設計254.2 齒輪的設計274.3軸的設計284.4軸承的選擇284.5選擇離合器284.6鍵的選擇29第五章 進給伺服系統的設計305.1進給伺服系統簡介305.2傳動系統的設計及計算35總 結38致 謝39參考文獻40第一章 臥式數控車床簡介1.1數控車床簡介11.1.1數控車床的發(fā)展方向隨著科學技術的飛速發(fā)展和經濟競爭的日趨激烈，產品的更新速度越來越快。多品種、中小批量的生產比重明顯增加。因此傳統的加工設備和制造方法以及難以適應這種多樣化、柔性化與復雜形狀零件的高效、高質量加工要求。數控機床因此而誕生。數控技術是制造業(yè)實現自動化、柔性化、集成化生產的基礎，現代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在數控技術之上的。同時數控技術關系到國家戰(zhàn)略地位，其水平高低是衡量一個國家制造業(yè)現代化程度的核心標志，實現加工機床及生產過程數控化，已經成為當今一個國家制造業(yè)的發(fā)展方向。下面從數控系統的性能、功能和體系結構三方面討論機床。數控技術的發(fā)展趨勢：1.性能方面的發(fā)展趨勢（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工藝復合和軸化（4）.實時智能化2.功能發(fā)展方面（1）.用戶界面圖形化（2）.科學計算可視化（3）.插補和補償方式多樣化（4）.內置高性能PLC（5）.多媒體技術應用3.體系結構的發(fā)展（1）.集成化（2）.模塊化（3）.網絡化（4）.開放式閉環(huán)控制模式1.1.2 數控車床特點 數控車床又稱數字控制（Numbercal control，簡稱NC）機床，它是20世紀50年代初發(fā)展起來的一種自動控制機床，而數控車床四其中的一類使用性很強的機床形式。數控車床是基于數字控制的，它與普通車床不同的是，數控車床的主機結構上具有以下特點：（1）.由于大多數數控車床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統，因此，數控機床的機械傳動結構得到了簡化。（2）.為了適應數控車床連續(xù)地自動化加工，數控車床機械結構，具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。（3）更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副，直線滾動導軌高，CNC裝置這是數控車床的核心，用于實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數據的變換，插補運算以及實現各種控制功能。1.2 CK6140介紹及設計說明1.2.1 CK6140數控機床的簡介 CK6140型數控車床，可進行機械零件的粗加工及精加工，結構可靠，操作方便，經濟使用。控制系統功能齊全，可靠性高。該機床可滿足眾多行業(yè)的需要，如：汽車、拖拉機、軍工、機械等行業(yè)。本機床特別適合軸類、盤類零件的內外圓柱的表面、錐面、螺紋、鉆孔、鉸孔及曲面回轉體等零件進行高效、大批量的車削加工。 1.采用水平床身，導軌采用山形平面結合導軌形式并中頻淬火，淬硬層達3mm，硬度達HRC52。 2.主軸軸承采用國產精密主軸軸承；主軸箱設計時考慮到最小熱變形，采取散熱措施及相應的減少主軸熱變形的措施，經精心裝配，主軸具有溫升低、熱變形小，精度高的特點，使主軸長期工作時能保持主軸軸線的相對穩(wěn)定。 3.橫向進給、縱向進給均采用交流伺服電機與滾珠絲杠用高強度不銹鋼同步軟連接實現低噪音、無間隙直線運動。 4.立式四工位數控電動刀架，每工位所用時間為22.5秒，重復定位精度高達0.003mm內。同時在設計制造中采用高精度大直徑齒盤分度定位，具有剛性好，重切削時變形小等優(yōu)點。 5.本機床卡盤采用手動卡盤，配置手動尾座。 6.導軌和滾珠絲杠采用手動和自動潤滑系統，周期定量供油，方便、可靠，操作方便，用油省。 7.本機床為半封閉防護，排屑方便、流暢。冷卻箱與主機分離，冷卻泵的流量大，揚程高，工件和刀具都得到充分冷卻，保證工件的加工精度，提高刀具的使用壽命。 1.2.2設計的有關說明根據設計要求，機床型號為CK6140.按照金屬切削機床型號編制方法，ck6140含義如下：C：類型號，車床類； K：數控6：組別代號，表式臥式車床； 1：系列代號，代表臥式車床系；40：主參數，最大加工直徑為400mm。功能設計：CK6140臥式數控車床的功能為加工圓柱面，回轉成型面，螺紋及圓柱面1.3設計任務已知參數表1-1 設計參數床身上最大回轉直徑 （mm）400拖板上最大削直徑 （mm）195最大頂尖行程 （mm）750-1000縱向最大行程 （mm）800-1050橫向最大行程 （mm）220主軸通孔直徑 （mm）52主軸孔錐度莫氏6#主軸轉速25-1600r/min卡盤公稱直徑250主軸電機驅動方式交流變頻主電機功率5.5kw進給驅動方式交流伺服X,Z分辨率0.01任務1、 CK6140型數控機床總體設計計算1） 主傳動系統總體設計：總體設計要求；主傳動形式選擇；主軸電機選擇及功率計算。2） 進給伺服系統總體設計：進給伺服系統選擇；各組成部分選擇。2、 機床主軸箱設計（變速系統的傳動和結構設計）1） 傳動設計：擬定主傳動參數、結構網、轉速圖、確定齒輪齒數和帶輪直徑，主傳動的轉向與制動方式，畫出主運動的傳動系統圖。2） 動力計算，其中包括確定齒輪模數，軸的尺寸，軸承的形式和型號，以及其他有關的計算。3） 確定變速系統的零件的徑向布置方案并繪制變速系統的結構圖和零件圖。3、 進給伺服系統設計1）、選取步進電機：按給定的參數，選擇適當的傳動機構和滾珠軸承，選擇步進電機的型號；2）、繪制進給伺服系統的結構圖和零件圖。4、機床主軸運動可編程控制設計根據機床主軸運動的規(guī)律，簡要設計機床主軸運動的PLC控制：包括主軸運動控制梯形圖的繪制。要求設計計算準確，規(guī)范化，圖紙按國家標準繪制。圖紙工作量：1） 機床主軸箱裝配圖：0號2） 零件圖3） 進給伺服系統裝配圖：0號第二章CK6140總體設計計算2.1總體設計要求數控必須滿足使用部門的要求，也要適應制造廠的生產條件。要做到技術上先進，經濟上合理，好用，好造，好修。2.1.1一定的工藝范圍 加工的工序種類：數控加工圓柱面，回轉成型面，螺紋及內圓柱面。 被加工零件的類型，材料及尺寸：車，選擇結構鋼及鑄鋼，最大切削直徑：200mm 刀具的種類及材料：車刀，選擇硬質合金鋼 加工精度及表面光潔度 適應的生產規(guī)模：多品種小批量生產的零件2.1.2 保證加工精度和表面光潔度要求床身必須具備一定的幾何精度，傳動精度及動態(tài)精度，減少機床零件的磨損，在材料的選用及熱處理、零件表面光潔度以及潤滑等方面。2.1.3提高生產率及自動化程度 1）縮短機工時間（單位時間內金屬的切除量要大） 2）縮短輔助時間（提高自動化程度） 生產率 1/（T總）=1/（T切+T輔+T準/n）（件/小時）2.1.4操作維修方面和使用安全標牌及操縱板的指標符號，應采用文獻11中規(guī)定的象形符號，應考慮裝卸，檢修，調整及運輸，確保安全與健康。2.1.5成本低 1）注意品種系列化，部件通用化與零件標準化 2）保證性能的條件下，機床重量與功率之比要下，結構簡單，零部件數目少及占地面積少。2.2機床的總體布局的確定方案一、集中傳動式布局集中傳動式布局將主軸組件和主傳動的全部變速機構集中裝于同一個箱體內。目前，多數機床采取這種布局方式。其優(yōu)點是：結構緊湊，便于實現集中操縱；箱體數少，在機床上安裝、調整方便。其缺點是：傳動件的振動和發(fā)熱會直接影響主軸的工作精度，降低加工質量。因此，集中傳動式布局一般適用于普通精度的中型和大型機床。方案二、分離傳動布局分離傳動布局將主軸組件和主傳動的大部分變速機構分離裝于兩個箱體內。某些高速或精密機床采用這種傳動布局方式。其優(yōu)點是：變速箱中產生的振動和熱量不易傳給主軸，從而減少了主軸的振動和熱變形；當主軸箱采用振回（背輪）傳動時，主軸通過帶傳動直接得到高轉速，故運作平穩(wěn)，加工表面質量高。其缺點是：箱體數多，加工、裝配工作量較大，成本較高；位于傳動鏈后面的帶傳動，在低轉速時傳遞轉矩較大，容易打滑；更換傳動帶不方便等。因此，分離傳動布局適用于中小型高速或精密機床。由于CK6140機床屬于普通精密的中型機床，故選用集中傳動式布局。2.3換向方向的選擇方案一、電動機換向電動機換向的特點與電動機開停類似。但因交流異步電動機的正反轉速相同，主軸不會得到較高的反向轉速。在滿足機床使用性能的前提下，應優(yōu)先考慮此種換向方式。方案二、機械換向在電動機轉向不變的情況下需要主軸換向時，可采用此種方式。經過比較，選用電動機換向方式，換向裝置放在傳動鏈的前面。2.4開停方式選擇方案一、電動機開停電動機開停方式的優(yōu)點是操縱方便省力，可簡化機床的機械結構。其缺點是直接起動電動機，沖擊較大；頻繁起動會造成電動機發(fā)熱甚至燒損；若電動機功率大且經常起動時，因起動電流較大會影響車間電網的正常供電。它適用于功率較小或起動不頻繁的機床。方案二、機械開停在電動機不停止運轉的情況下，可采用機械開停方式使主軸起動或停止。綜合方案一、二，在滿足機床使用性能的前提下，采用電動機開停方式。2.5 制動方式選擇方案一、電動機制動制動時，讓電動機的轉矩方向與其實際轉向相反，使之減速而迅即停轉，多采用反接制動、能耗制動等。電動機制動操縱方便省力，可簡化機械結構。方案二、機械制動在電動機不停轉的情況下需要制動時，可采用此方式。經過比較，在滿足車床使用性能的前提下，采用電動機制動方式。2.6 齒輪布置與排布方案一、滑移齒輪的布置通常，滑移齒輪可選用較小齒輪，如結構需要也可選用較大齒輪。在一個變速組內，滑移齒輪必須具有“空檔”位置，即只有當一對齒輪完全脫開嚙合之后，才允許另一對齒輪開始進入嚙合。方案二、一個變速組內的齒輪軸向排列1）列與寬排列。一般采用滑移齒輪相互靠近的窄排列。2）小齒數差排列。三聯滑移齒輪窄排列時相鄰兩齒輪的齒數差不得小于4。當齒數差小于4時，除采用增加齒數和或變位齒輪等措施外，還可采用增加小齒數差排列，使最大與最小齒輪的齒數差不小于4即可，但軸向尺寸增大。3）分組排列。將三聯或四聯滑移齒輪拆開兩組排列，可縮短軸向尺寸，且對齒數差無要求，但兩組需有聯鎖裝置。4）順序變換排列。若要求轉速按大小順序變換時，可采用此種排列方式，但占有軸向尺寸較大。方案三、兩個變速組的齒輪軸向排列。1）并行排列。2）錯排列。3）公用齒輪排列。齒輪的布置與排列直接影響到變速箱的尺寸大小，結構實現的可能性以及變速操縱的方便性等。故經過比較以上三種方案，選擇用兩個滑移齒輪，布置在主傳動軸上。2.7 變速方式選擇方案一、無級變速無級變速在一定速度（或轉速）范圍內能連續(xù)、任意地變速。它可選用最合理的切削速度，沒有速度損失，生產率得到提高；可在運轉中變速，減少輔助時間；操縱方便；傳動平穩(wěn)等。機床主傳動采用的無級變速裝置主要有兩種：1）無級變速器：它是靠摩擦來傳遞轉矩的，多用鋼球式、寬帶式結構。但它一般機構較復雜，維修較困難，效率低；因為摩擦所需要的正壓力較大，使變速器工作可靠性及壽命受到影響；變速范圍較窄（不超過10），往往需要與有級變速箱串聯使用。它多用于中小型機床。2）液壓、電氣無級變速裝置：機床主傳動所采用的液壓馬達、直流電動機調速，往往因恒功率變速范圍小，恒轉矩變速范圍較大，而不能滿足主傳動的傳動要求，啊、在主軸低轉速時出現功率不足的現象，一般也需要與有級變速箱串聯使用。它多用于精密、大型機床或數控機床。方案二、有級變速有級（或分級）變速在若干固定速度（或轉速）級內不連續(xù)地變速。通常它是由齒輪等變速元件構成的變速箱來實現變速的，傳遞功率大，變速范圍大，傳動比準確，工作可靠。但速度不能連續(xù)變化，且有速度損失，傳動不夠平穩(wěn)。1）滑移齒輪變速機構：其優(yōu)點是變速范圍大，得到的轉速級數多；變速較方便，可傳遞較大功率；非工作齒輪不嚙合，空載功率損失較少。其缺點是變速箱結構復雜；劃移齒輪多采用直齒圓柱齒輪，承載能力不如斜齒圓柱齒輪；傳動不夠平穩(wěn)；不能在運轉中變速。2）交換齒輪變速機構：其優(yōu)點是結構簡單，不需要操縱機構；軸向尺寸小，變速箱結構緊湊；主動齒輪與從動齒輪可以對調使用，齒輪數量少。其缺點是更換齒輪時費力；裝于懸臂軸端，剛性差；備換齒輪容易散失等。因此，它適用于不需要經常變速或變速時間長對生產率影響不大，但要求結構簡單緊湊的機床。3）多速電動機：其優(yōu)點是可簡化變速箱的機械結構；在運轉中變速，使用方便其缺點是多速電動機在高、低速時的輸出功率不同，設計中一般是按低速的小功率選定電動機，而使用高速時的大功率就不能完全發(fā)揮其能力；多速電動機的轉速級數越多，轉速越低，則體積越大，價格也越高；電氣控制也較復雜。4）離合器變速機構：齒輪式離合器和牙嵌式離合器結構簡單，外形尺寸小；傳動比準確，工作中不打滑；能傳遞較大的轉矩；但不能在運轉中變速。片式摩擦離合器可實現運轉中變速，接合平穩(wěn)，沖擊?。坏Y構較復雜，摩擦片間存在相對滑動，發(fā)熱較大，并能引起噪聲。對比以上兩種方案，故選擇直流電動機無級變速串聯齒輪有級變速方式。2.8進給系統的組成及選用縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，他們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應滿足機床要求。為了保證進給伺服系統的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小傳動效率改的滾珠絲桿螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動的剛度和消除間隙。齒輪副也應有消除齒冊間隙的機構采用滾動導軌可減少到貴賤的摩擦阻力，便于工作臺實現精確和微量的移動，切潤滑方便。圖2.1伺服系統總體方案框圖第三章 主變速箱總體設計3.1電機的選用23.1.1車刀的選擇1） 加工材料3表3-1 加工材料及參數加工材料刀具材料加工形式主切削刀（,)結構鋼及鑄鋼高速鋼外圓縱車橫車及鏜孔14331.00.750刀具材料的選擇：選擇W6Mo5Cr4V2，硬度（HRC）65 抗彎強度3800Pa 沖擊韌性 高溫硬度（HRC）47.5 選用理由：雖然此刀具磨削性能稍差，但熱塑性好，適用于制造成形刀具及承受抗沖擊刀具，且在高溫時還有較高硬度。2） 確定刀具的重要參數 (查資料1)表3-2 車削碳剛的切削速度加工材料硬度高速鋼V（米/分）硬質合金剛V（米/分）碳剛175-2752275切深t=3mm，走刀量s=0.3mm/r ，當取So=0.55時，k1=0.70取to=5時，k2=0.91=0.700.9175=47.8m/min 3） 主切削力FZ=cFZ .apxfz . f yfz .vnfz .kFZ 查文獻1 kFZ=11.1510.750.931=0.8 前角為13o，主偏角45o ，刃傾角為0 o ，刀尖圓弧半徑2FZ=143330.450.751=1948.8N 其中FZ所消耗的功率占總切削功率的95%左右，所以只需要計算FZ主切削力產生的功率即可。4）切削功率Pm 3.1.2選擇電機1.考慮到機床的傳動比效率 式中：，一般取0.750.85，大值適用于新機床，小值適用于舊機床。本次設計選用 參考文獻2，這里選用VFG 1600M-750-5.5的交流變頻電動機，額定功率5.5KW，額定電壓380W，恒扭矩輸出范圍為30-750r/min,恒功率輸出范圍為750-2250r/min，基準轉速為750r/min。2. 主軸要求的恒功率調速范圍 電動機的恒功率調速范圍故可知主軸要求的恒功率調速范圍遠大于電動機所能提供的恒功率調速范圍，故必須配以分級變速箱。同時若要簡化變速箱結構，變速級數應該少些，變速箱公比可取大于電動機的恒功率調速范圍，即。故取Z=2，此時，變速箱的公比為：由于，變速箱的每檔內有部分低轉速只能恒轉矩變速，主傳動系統的功率特性圖出現“缺口”，稱為功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內的轉速時，為限制轉矩過大，得不到電動機輸出的全部功率。因此為保證缺口處的輸出功率，電動機的功率應相應增大。計算可知在缺口處的功率僅為：故重新選擇電動機，選擇型號為VFG1600M-750-7.5的交流變頻電動機，其額定功率為7.5kw，恒扭矩輸出范圍為30-750r/min，恒功率輸出范圍為750-2250r/min，基準轉速為750r/min。電動機的相關參數型號額定功率基準轉速恒扭矩輸出恒功率輸出VFG1600M-750-7.57.5kwr/min75030-750750-2250圖3.1 電動機圖3.2傳動方案的擬定傳動方案：電動機的輸出，然后經帶輪的降速，再經過二級齒輪變速進行調速，最后傳給主軸。查文獻4可知V帶傳動比范圍為24，單級圓柱齒輪傳動比范圍i=36。4.1傳動比的計算取帶輪傳動比為，并確定小帶輪與大帶輪標準直徑分別為80mm和160mm、帶型為A型。經帶輪降速后，最高轉速，最低轉速取20以滿足需要，電動機轉速可取160r/min=,則經帶輪后轉速為80r/min。額定轉速。中間取360r/min以滿足機床要求。則降速后轉速為180r/min。則可知要達到機床的要求，可用傳動比為，查2確定標準公比為1.50。同時80/20=查文獻2確定標準公比為3.98。3.3確定各級的轉速3.4繪制轉速圖故計算可知：當電動機轉速為2250 r/min時，輸出軸的轉速為當電動機轉速為750 r/min當電動機轉速為360 r/min當電動機轉速為160 r/min故可知主軸的轉速范圍為20.11687.5 r/min，滿足傳動要求。3.4繪制轉速圖最后，在圖上補足各連線，就可以得到如下的轉速圖。圖3.2 主變速系統轉速圖傳動圖如下：圖3.3 主變速系統傳動圖圖3.4電動機功率圖第四章 主變速箱詳細設計4.1帶傳動的設計4電動機的轉速n= 2250 r/min，傳遞功率5.5kw，電動機軸與I軸之間的降速比為 i=2250/1125，即帶傳動的傳動比為 2 ，兩班制工作，一天運轉16小時，工作年數10年。4.1.1確定計算功率由參考文獻4表8-7查得工作情況系數取=1.3，故：4.1.2選取V帶型根據小帶輪的轉速和計算功率，由文獻4圖8-10，選A帶。4.1.3驗算帶速和確定帶輪直徑1）初選小帶輪的基準直徑參考文獻4表8-6和表8-8，取小帶輪直徑2）驗算帶速其中 小帶輪的轉速r/min 小帶輪直徑 mm因為 ，故帶速適合。3）計算大帶輪的直徑根據參考文獻4式8-15a，計算大帶輪200 mm4.1.4確定帶傳動的中心距和帶的基準長度設中心距為，則：于是，初取中心距帶長：查參考文獻48-2取相近的基準長度。帶傳動的實際中心距：4.1.5驗算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應小于滿足包角4.1.6確定帶的根數1）計算單根V帶的額定功率Pr由查參考文獻4表8-4a得。根據4表8-4b得查參考文獻4表8-4得查表8-2得。于是：其中 時的傳遞功率的增量 按小帶輪包角，查得包角系數 長度系數2）計算V帶根數Z為了避免V型帶工作時各跟帶受力嚴重不均勻，限制根數不大于10，取。4.1.7計算單根V帶初拉力的最小值由參考文獻4表8-3得B型帶的單位長度質量q= 0.1 kg/m，所以：其中 Pca帶傳動的功率，KW V帶速，m/s q _每米帶的質量，kg/m V= 1600 r/min= 11.78 m/s4.1.8計算壓軸力4.1.9帶輪的結構小帶輪采用腹板式結構，具體結構見略。大帶輪采用孔板式，具體結構略。4.2齒輪設計在傳動副a中24/48這一對齒輪受到的轉矩最大，就先設計校核這一對齒輪。1） 選取金屬切削機床的的精度等級為7級精度。2） 材料選擇：由5表10-1選擇小齒輪的材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪為45#鋼（調質），硬度為240HBS，二者的材料差為40HBS。3） 試選取小齒輪的齒數為Z1=20,Z2=80.一年按300天計算，設計工作10年，每天兩班倒。（1） 按齒輪接觸強度計算確定公式內的各計算數值1） 試選載荷系數。2） 計算小齒輪傳遞的轉矩 3） 由5表10-7選取齒寬系數。4） 由表10-6查得材料的彈性影響系數。5） 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪按接觸疲勞極限。6） 由公式10-13計算應力循環(huán)次數 _ 7） 由圖10-19取接觸疲勞的壽命系數，。8） 計算接觸疲勞許用力取失效概率為1%，安全系數，由式（10-12）得：（2）計算1）計算小齒輪分度圓直徑d1t，帶入中比較小的值2） 計算圓周速度V3） 計算齒寬b4）計算齒寬與齒高之比模數 齒高 齒寬與齒高之比 5） 計算載荷系數根據，7級精度由文獻5圖10-8查得動載 荷系數KV=1.14，直齒輪，由表10-2查得使用系數KA=1，由表10-4用插值法差得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時1.423，由，查圖（10-13）得。故載荷系數：6） 按實際的載荷系數校正所算的的分度圓直徑由式（10-10a）得：7） 計算模數m（2） 按齒彎曲疲勞強度計算由5式（10-5）得彎曲得設計公式為確定公式內的各計算數值1） 由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限，。2） 由圖10-18取彎曲疲勞壽命KFN1=0.84，KFN2=0.873） 計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S=1.4，由式（10-12）得 4) 計算載荷系數K5) 查取應力校正系數，由表10-5查得YFa1=2.80，YFa2=2.226) 查取應力校正系數，由表10-5查得YSa1=1.55，YSa2=1.777) 計算大，小齒輪的并加以比較經過比較，大齒輪的數值較大8） 設計計算對此設計結果，由齒接觸疲勞強度計算的模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪的模數m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而出面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取彎曲強度算得的模數2.728mm，就近圓整為標準值m= 2.5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=79.971mm，算出小齒輪的齒數 圓整為Z1=35 （3） 幾何尺寸的計算 1）計算分度圓直徑2） 計算中心距3） 計算齒輪寬度取，同理可得配合齒輪參數取，4.3軸的設計4.3.1軸的初步設計1） 軸的材料選擇（查文獻6表15-1）表4-2 軸的材料及力學性質材料熱處理抗拉強度極限彎曲疲勞極限許用彎曲應力45鋼調制64027560毛坯直徑硬度屈服強度極限剪切疲勞極限217-2553551552） 傳動軸所傳遞的功率 參考文獻7P7取V帶傳動效率=0.95，離合器的效率為=0.99，軸承的效率，齒輪的傳動效率為，電機傳動效率為。3） 計算各軸的最小軸徑公式 查文獻4P370 （15-3）查表15-3取 取 取4） 各軸的傳動轉矩表4-3 軸的主要參數列表軸名計算轉速r/min傳動功率KW傳動轉矩最小直徑mmI軸11255.5346.9440II軸3755.26133.95504.4軸承的選擇6選擇軸承的類型依據：軸承所受負載的大小，方向及性質，軸向固定形式，調心性能要求，剛度要求，轉速環(huán)境等等。4.5.1軸I，軸II軸III的軸承選擇因為軸的徑向載荷大于軸向載荷，故軸向載荷可以忽略不計，且轉速高，查文獻4P145、148表6-1。表4-4 軸I軸承型號dDBdaDaras額功額靜630840902348801.531.222.2主軸因為受軸向力和徑向力，本次設計選用角接觸球軸承。表4-5 軸II軸承型號dDBdaDaras額功額靜7210AC5090205783132.826.84.5選擇離合器1. 離合器的功能離合器是一種可以通過各種操作方式，實現主從部分在同軸上傳遞運動時具有結合或分離的裝置。離合器可以實現相對啟動或停止，以及改變傳動件的工作狀態(tài)，達到改變傳動比。此外，離合器還可以作為啟動或過載時控制轉矩大小的安裝保護裝置。2. 離合器的類型按離合器結合原件傳動的工作原理，可分為嵌合式離合器，按實現離合動作的過程可分為操縱式和自控式；按離合器的操縱方式，則可分為機械式、氣壓式、液壓式、和電磁式。3. 離合器的選取本數控車床系采用矩形牙嵌式離合器；作為結合件。初選圓片摩擦離合器的尺寸如下：（參考文獻8P6-239）表4-6 摩擦離合器尺寸d（mm）D（mm）L（mm）a（mm）b（mm)c(mm）h（mm）4010020070955304.6 軸上鍵的選擇6鍵是用來連接軸及軸上的傳動件，如齒輪，皮帶輪等，起傳遞扭矩的作用。常用的鍵有普通平鍵，半圓鍵和鉤頭楔鍵三種，選用時可根據軸的直徑查鍵的標準，得出它的尺寸。表4-6 各軸上鍵的選擇軸軸的類型規(guī)格連接方式平鍵8*7*56靜連接花鍵6*26*30*6動連接平鍵10*8*25靜連接花鍵8*36*40*7動連接第五章 進給伺服系統的設計5.1進給伺服系統簡介數控機床伺服進給系統是以機械位移為直接控制目標的自動控制系統，簡稱伺服系統。它主要由伺服驅動單元、伺服電動機、機械傳動裝置、執(zhí)行元件和位置檢測反饋單元等部分組成，其中開環(huán)控制伺服系統無位置檢測反饋單元。伺服系統的輸入與數控插補器相聯，接受指令信號的控制，其輸出與機床的機械運動相聯，完成預定的直線或轉角位移。伺服進給系統按照數控加工對軌跡要求可分為點位控制、點位直線控制和輪廓控制；按照有無檢測元件的安裝位置可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制；按照反饋信息和比較方法的不同可分為脈沖比較、相位比較和幅值比較。5.2傳動系統的設計及計算5.2.1 進給傳動系統設計時要考慮的方面1）間隙。間隙是控制系統中的非線性因素，引起一個直接的時間滯后，造成隨機誤差和增加不穩(wěn)定傾向，應盡量減小或消除。2）剛度質量比。傳動鏈的彈性變形會產生時間滯后和超越，產生誤差，但增加結構造成慣性大也會使系統動態(tài)性能下降，調整困難。故應設計剛度質量比大的結構以滿足要求。3）摩擦。摩擦會使加速性能下降，尤其應盡量減小靜摩擦力和動摩擦力之差，防止產生自激振動或爬行。4）阻尼。阻尼會增大誤差，但能減小超調量，有使系統穩(wěn)定的作用，故應在系統內有適當的阻尼。5.2.2 設計步驟1）選擇控制形式精度要求高時，一般采用閉環(huán)控制，但對于大型機床，受傳動鏈剛度和固有頻率限制，應采用半閉環(huán)或開環(huán)控制。要求精度不太高時，通常采用半閉環(huán)控制。根據以上原則，選用開環(huán)控制系統。2）選擇驅動元件主要考慮慣量匹配要求，電機慣量過大時，其加速性能得不到充分發(fā)揮，太小時與負載慣量不匹配，影響整個系統的伺服性能。選取。 本設計方案選用步進電動機來驅動。 已知脈沖當量為0.01，最大進給速度，則電動機的工作頻率選取電動機型號為90BF004表5-1 電機主要技術參數型號外型尺寸質量外徑長度軸徑90BF0049011893表5-2 電機主要技術數據主要技術數據步距角（）最大靜轉矩最高空載啟動頻率運行頻率相數電壓V電流A0.75/1.52.540001600056073） 機械傳動裝置設計 選擇執(zhí)行機構因為移動行程小于4，故采用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠精密、靈敏、傳動效率高，通過預加載荷，能消除絲杠和螺母間的間隙，提高傳動精度。 選擇導軌類型 要考慮盡可能減少摩擦力，故采用滾動導軌。為了滿足系統穩(wěn)定性要求，應適當增加導軌阻尼比，故選取=0.05。 計算降速比查3P116得降速比公式步進電動機與軸直接相連，故由可初步求出絲杠導程則 慣量計算由3P117得工作臺折算到絲杠上的轉動慣量工作臺的質量 則由高速軸向低速軸折算慣量4） 滾珠絲杠副的設計計算滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)方式為螺旋槽式，此方式的特點是：機構簡單，承載能力較高。但回球槽與通孔聯接處曲率半徑小，鋼球的流暢性較差，擋球器端部易磨損。滾珠絲杠副的調隙方式選用墊片式調隙，其特點是：結構簡單，裝卸方便，剛度高；但調整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預緊。支承方式采用兩端固定 滾珠絲杠的選擇根據螺距，選擇滾動螺旋副的尺寸如下表：表5-3 滾動螺旋副的尺寸螺距鋼球直徑圈數列數公稱直徑螺紋升角與承載能力14500 選擇螺紋滾道型面為雙圓弧形式。 滾珠絲杠的設計計算a. 平均載荷因為絲杠控制的是縱向進給，故軸向切削力可忽略不記， b. 平均轉矩c. 壽命計算前面已選定，選取工作壽命，則壽命系數 載荷系數選取硬度影響系數選取短行程系數符合壽命條件d. 靜載荷計算前面已選定選取硬度影響系數符合靜載荷條件e. 螺桿的強度當量應力公式為電機最大輸出轉矩則滿足要求f. 穩(wěn)定性螺桿端部結構為兩端固定，長度系數螺桿的最大工作長度螺桿危險截面的慣性半徑故得臨界載荷則2.54，滿足穩(wěn)定性要求。g. 螺桿系統的剛性軸向載荷使導程產生的變形 轉矩使導程產生的變形 對于鋼，螺桿材料的彈性模量，切變模量已知工作行程，則軸向載荷使鋼球和螺紋滾道產生的軸向變形量根據式，得比較合理的取載荷分布不均系數每圈螺紋內滾動體的數量取整數32。工作螺母的鋼球數量則 螺桿系統各軸向彈性變形量之和螺桿系統的剛性符合。h. 橫向振動臨界轉速 根據螺桿端部結構為兩端固定，取系數已知螺桿兩支承間的最大距離 滿足要求。i. 效率由旋轉運動變?yōu)橹本€運動時 符合。由直線運動變?yōu)樾D運動時 符合。經過以上一系列計算和校核，可以確定所選滾珠絲杠合適。此外，在設計中還應注意以下問題：防止逆轉：滾動螺旋傳動逆效率高，不能自鎖。為了使螺旋副受力后不逆轉，應設置防止逆轉裝置，在傳動系統中設有能夠自鎖的機構。防止螺母脫出：在滾動螺旋傳動中，特別是垂直傳動，容易發(fā)生螺母脫出造成事故，設計時必須考慮防止螺母脫出的安全裝置。防護與密封：塵埃和雜質等污物進入螺紋滾道會妨礙滾動體運轉通暢，加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。因此防護與密封是設計滾動螺旋傳動必須考慮的一環(huán)。潤滑：這是提高滾動螺旋副效率、延長壽命的重要因素之一，對減小起動力矩也有一定作用?？?結歷時3個多月的畢業(yè)設計馬上就要結束了，回想3個月的工作讓我收獲頗多。3月份，在學校的安排下