400mm數(shù)控車床總體主軸箱設(shè)計

1、說明書說明書 題題 目：目：400mm400mm 數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計 專專 業(yè)：業(yè)： 機電一體化機電一體化 學(xué)學(xué) 生：生： 李彥龍李彥龍 學(xué)學(xué) 號：號： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 盧增明、杲立廣盧增明、杲立廣 時時 間：間： 摘摘 要要 CK6150 機床主要部件有：主軸箱、刀架、尾座、進給箱、溜板箱以及床身。 本設(shè)計主要針對 CK6150 機床的主軸箱進行設(shè)計。機床主軸箱是一個比較復(fù)雜的 傳動部件。設(shè)計的內(nèi)容主要包括確定機床的主要參數(shù)，擬定傳動方案和傳動系 統(tǒng)圖，計算和校核了主要零部件，并且利用專業(yè)制圖軟件進行了零件的設(shè)計和 處理。 數(shù)控是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)

2、技術(shù)。數(shù)控加工在現(xiàn)代化生產(chǎn)中顯示出很大的 優(yōu)越性。對于現(xiàn)代制造業(yè)，數(shù)控機床非常適合那些形狀復(fù)雜、精密和批量小的 零件,而一般的普通機床根本無法滿足這個要求?，F(xiàn)代的數(shù)控機床其突出的優(yōu)點 是可以進行高精度加工和多樣化加工，完全可以取代其他的加工方法。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；機械設(shè)計；數(shù)控系統(tǒng)；主軸箱 目錄目錄 緒論.5 1.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 .5 1.1.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀.5 1.2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 .7 1.3 經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點以及主要功能 .8 1.3.1 經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點.8 1.3.2 經(jīng)濟型數(shù)控車床的主要功能.9 1.4 普通機床數(shù)控改造意義 .9

3、 第一章數(shù)控車床的總體設(shè)計.10 1.1CK6140 普通車床介紹 .10 1.2 總體方案的確定 .11 1.3 傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 .12 1.3.2 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖.14 1.3.3 自動轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計.15 1.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 .16 1.4.1 確定 I/O 接口.16 1.4.2 鍵盤接口設(shè)計.16 1.4.3 顯示電路設(shè)計 .17 1.4.4 軟件設(shè)計.17 第二章數(shù)控車床主軸箱設(shè)計.18 2.1 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的發(fā)展.18 2.2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求.19 2.3 主傳動系統(tǒng)的參數(shù).20 2.3.1 運動參數(shù).20 2.3.2 結(jié)構(gòu)分析式 .20 2.3

4、.3 確定轉(zhuǎn)速.21 2.4 動力參數(shù).22 2.4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 .22 2.5 帶傳動的參數(shù) .24 第三章主軸組件的性能要求.27 3.1 主軸組件的性能要求.27 第四章主軸結(jié)構(gòu)及熱處理要求.27 4.1 主軸結(jié)構(gòu)及熱處理要求.27 第五章總結(jié)和體會.28 致謝 .30 參考文獻.31 緒論緒論 1.11.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.11.1.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是高速化、高精度化、多功能和智能化目前， 柔性制造技術(shù)的發(fā)展也相當迅速。柔性制造技術(shù)主要有柔性制造單元、柔性制 造系統(tǒng)、計算機集

5、成制造系統(tǒng)。柔性制造單元可由一臺或多臺數(shù)控設(shè)備組成， 即具有獨立的自動加工的功能又部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能。柔性制 造單元有兩大類：一類是數(shù)控機床配上機器人另一類是加工中心配上工作臺交 換系統(tǒng)若干個柔性制造單元可組成一個柔性制造系統(tǒng)。 柔性制造系統(tǒng)是一個由中央計算機控制的自動化制造系統(tǒng)。他是由一個傳 輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些數(shù)控機床加工中心。傳輸裝置將工件放在托盤或其他連 接設(shè)備上送到加工設(shè)備使加工能夠準確、迅速和自動的進行。 計算機集成制造系統(tǒng)就是利用計算機進行信息集成，從而實現(xiàn)現(xiàn)代化的生 產(chǎn)制造以求的企業(yè)的總體效益。計算機集成制造系統(tǒng)是建立在多項先進技術(shù)基 礎(chǔ)上的高技術(shù)制造系統(tǒng)，他綜合

6、利用了 CAD/CAM、FMS、FMC 及工廠自動化系統(tǒng)， 是面向二十一世紀的生產(chǎn)制造技術(shù)。 (1)國內(nèi)有關(guān)研究的綜述 機械工業(yè)為我國國民經(jīng)濟發(fā)展和建設(shè)做出了積極貢獻，較好地發(fā)揮了支柱產(chǎn) 業(yè)的作用。2009 年，機械產(chǎn)品市場自給率進一步提高到 85%，對全國工業(yè)總產(chǎn) 值、新產(chǎn)品產(chǎn)值、利潤和稅金增長的貢獻率分別為 31.86%、67.58%、57.91%和 24.01%，均居工業(yè)各行業(yè)首位。 2010 年我國機械工業(yè)產(chǎn)銷額再創(chuàng)歷史新高：全年累計完成工業(yè)總產(chǎn)值 14.38 萬億元，銷售產(chǎn)值 14.06 萬億元，同比分別增長 33.93%和 34.26%。自 2010 年 3 月起，機械工業(yè)月度產(chǎn)值

7、連續(xù) 10 個月超過 1.1 萬億元，已經(jīng)進入了月產(chǎn)萬億 元的新時期。 近年來機械工業(yè)產(chǎn)銷高速增長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，得益于國家政策對機械 工業(yè)的大力支持，特別是在中央實施應(yīng)對國際金融危機沖擊的一攬子計劃后， 相關(guān)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃的逐步落實，推動了機械工業(yè)快速企穩(wěn)回升。 國務(wù)院通過的裝備制造業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃 ，提出依托高速鐵路、煤礦與 金屬礦采掘、基礎(chǔ)設(shè)施、科技重大專項等十大領(lǐng)域重點工程，振興裝備制造業(yè)； 抓住九大產(chǎn)業(yè)重點項目，實施裝備自主化；提升四大配套產(chǎn)品制造水平。政策 措施包括加強投資項目的設(shè)備采購管理、鼓勵使用國產(chǎn)首臺（套）裝備、推進 企業(yè)兼并重組等。上述領(lǐng)域涉及了經(jīng)濟建設(shè)中的關(guān)鍵部

8、門，也是我國機械行業(yè) 發(fā)展中亟待突破的領(lǐng)域，尤其是高檔數(shù)控機床和礦用機械長期以來一直是我國 制造領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)，與國外先進水平有明顯的差距。這些產(chǎn)品再次被列入重 點發(fā)展的領(lǐng)域，未來幾年內(nèi)將面臨超常規(guī)發(fā)展的機遇。 中投顧問發(fā)布的2011-2015 年中國機械行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告共二 十章。首先介紹了機械行業(yè)的特性、分類及發(fā)展歷史等，接著分析了國際國內(nèi) 機械行業(yè)的發(fā)展概況，并對國內(nèi)機械子行業(yè)的財務(wù)狀況做了細致分析。然后介 紹了機械租賃、農(nóng)業(yè)機械、工程機械、儀器儀表、電工電器、機床工具、紡織 機械、包裝機械及其他機械產(chǎn)品的發(fā)展情況。隨后，報告對中國機械行業(yè)做了 區(qū)域發(fā)展分析、產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析、

9、進出口分析、行業(yè)競爭分析、重點企業(yè)運 營狀況分析和投資分析，最后分析了機械行業(yè)的發(fā)展趨勢和未來前景。 我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平； 即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內(nèi)市場 對各機床有大量的需求， 而另一方面確有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外機床產(chǎn)品充斥市場。 (2)國外有關(guān)研究的綜述 數(shù)控機床各國數(shù)控機床發(fā)展歷史美、德、日三國是當今世上在數(shù)控 機床科 研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同， 各有特點。 隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化 已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時

10、間的問題。從另 一角度來看，目前流行的 ERP 即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常 的管理部門（人、財、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計、開發(fā)等等上層部分的信息化 是遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或 信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP 就比較“虛”沒 有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭 的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達 到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng) 通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢 通無阻。 由于國

11、外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠程監(jiān) 控、遠程診斷。 1.21.2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 （1）繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更 多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處 理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務(wù)。PC 機所 具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維 修將更加普遍。 （2）向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 （3）向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計

12、算機領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將 不斷提高。 （a）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達到 改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 （b）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工 藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （c）引入故障診斷專家系統(tǒng) （d）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 1.31.3 經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點以及主要功能經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點以及主要功能 經(jīng)濟型數(shù)控機床就是指價格低廉，操作使用方便，比較適合我國國情的， 在普通

13、機床上加裝數(shù)控系統(tǒng)的高級自動化機床。 1.3.11.3.1 經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點 （1）價格便宜，僅數(shù)控系統(tǒng)與國外同類型系統(tǒng)相比，前者只需 1-2 萬元， 而國外系統(tǒng)則需十幾至幾十萬元。應(yīng)此，它特別適合對國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)有普通機床 進行改造。 （2）解決復(fù)雜零件的加工精度控制，提高生產(chǎn)率。對經(jīng)濟型數(shù)控車床，一 般可提高工效 37 倍。對復(fù)雜零件而言，難度越高，提高的工效則越多。 （3）適合于多品種、中小批量產(chǎn)品的自動化加工，對產(chǎn)品的適應(yīng)性強。對 于不同零件的加工，可以通過變換不同的加工程序和更換不同的刀具來實現(xiàn)。 （4）提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率。尤其是加工的產(chǎn)品尺寸一致性好，合格

14、 率高。 （5） 節(jié)約工裝費用，降低成本。經(jīng)濟型數(shù)控機床可以不用工裝或少用工 裝，尤其對于復(fù)雜零件、不用靠模或成型刀具。不僅節(jié)約了費用，而且還可縮 短生產(chǎn)準備周期。 （6）減輕工人的勞動強度。 （7）提高工人素質(zhì)，促進技術(shù)進步和科技成果的普及應(yīng)用。為由“體力型” 向“智能型”轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件。 1.3.21.3.2 經(jīng)濟型數(shù)控車床的主要功能經(jīng)濟型數(shù)控車床的主要功能 （1）能控制刀具的位移方向、位移長度及走刀速度。加工程序的位移長度 以十進制數(shù)輸入。 （2）可控制車削端面、內(nèi)外圓柱面、任意錐面、球面及用圓弧逼近的任意 曲面。 （3）可控制加工右旋或左旋的各種內(nèi)、外圓柱、圓錐螺紋及多頭螺紋。 （4）程

15、序中可給出一定延時。在加工中執(zhí)行到延時程序時，刀具在相應(yīng)時 間內(nèi)停止運動。 （5）有程序暫停功能。當程序執(zhí)行到暫停時，刀具停止運動，再按下啟動 鍵，可繼續(xù)執(zhí)行程序。 （6）接口可發(fā)出和接收多種信號，作為機械手動作，刀架轉(zhuǎn)位、主軸變速 等裝置的控制信號，它與程序的自動循環(huán)功能相結(jié)合，可實現(xiàn)加工的全自動化。 （7）為方便調(diào)試和校對原點，設(shè)有點動功能。 （8）具有自診斷功能。當加工程序編制或操作有誤時，程序停止運行，并 顯示相應(yīng)的出錯信息，以便修改。 （9）加工過程中，為應(yīng)付特殊情況，設(shè)有開關(guān)暫停、鍵急停和鍵回零功能。 （10）具有自動循環(huán)加工功能，并可進行計數(shù)。 （11）為簡化加工程序，設(shè)有局部循

16、環(huán)功能。 （12）為提高加工精度，設(shè)有間隙補償功能。 1.41.4 普通機床數(shù)控改造意義普通機床數(shù)控改造意義 數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的主機,數(shù)控技術(shù)的水平高低和機床的數(shù) 控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前我國機床的數(shù)控化率還 不到 5%,新機床的數(shù)控化率也僅為 6%。無論從數(shù)控技術(shù)水平和機床的數(shù)控化率 都大大落后于西方發(fā)達國家。從 20 世紀后期,我國調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和 生產(chǎn)方式,作為自動化生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備-數(shù)控機床,已遠遠滿足不了工廠逐 年增加的生產(chǎn)需求。對于機械制造企業(yè),單純靠購買新的數(shù)控機床,所需投資大, 周期長,常使許多中小企業(yè)望而怯步。因此,利用原有的部分普

17、通機床進行數(shù)控 化改造,提高機械設(shè)備的數(shù)控化率,無疑是一種有效的途徑。就是在美國、日本 和德國等發(fā)達國家,機床的改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè),也是生意盎然,正處于黃 金時代。在美國、日本、德國,用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場, 已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生業(yè)。 從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche 工程公司、ayton 機床公司、 Devlieg- Bullavd(得寶)服務(wù)集團、US 設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。 在日本,機床改造業(yè)稱為機床改裝業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團、 崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司

18、、濱田工程公司、山本工程公 司等。由于機床以及技術(shù)的不斷進步,機床改造已是個”永恒”的課題。我國的 機床改造業(yè),也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè),具有重要的現(xiàn)實 意義和使用價值: （1）節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新數(shù)控機床相比一般可以節(jié)省 60% 左右的費用,大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新數(shù)控機床購 置費的 1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新數(shù)控機 床 60%的費用,并可以有效地利用現(xiàn)有地基。 （2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期生產(chǎn)的磨合和不斷改進完 善,幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)變力變形而影響精度。 （3）提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即

19、可實現(xiàn)加工的自動化,效率可比 傳統(tǒng)機床提高 3 至 5 倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多,且可以不用 或少用工裝,不僅節(jié)約了費用,而且可以縮短生產(chǎn)準備周期1。 第一章數(shù)控車床的總體設(shè)計第一章數(shù)控車床的總體設(shè)計 1.1CK61401.1CK6140 普通車床介紹普通車床介紹 普通臥式車床。當工件隨主軸回轉(zhuǎn)時,通過刀架的縱向和橫向移動,能加工 出內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等,借助成形刀具,還能加工各種成形回 轉(zhuǎn)表面。 （1）主軸箱是支撐主軸并帶動工件作回轉(zhuǎn)運動。箱內(nèi)裝有齒輪、軸等零件， 組成變速傳動機構(gòu)，變換箱外手柄位置，可使主軸得到多種不同的轉(zhuǎn)速。 （2）進給箱是進給傳動系統(tǒng)的變速

20、機構(gòu)。它把交換齒輪箱傳遞來的運動， 經(jīng)過變速后傳遞給絲桿，以實現(xiàn)各種螺紋的車削或機動進給。 （3）交換齒輪箱是用來將主軸的回轉(zhuǎn)運動傳遞到進給箱。更換箱內(nèi)的齒輪， 配合進給箱變速機構(gòu)，可以得到車削各種螺距的螺紋的進給運動；并滿足車削 時對不同縱、橫向進給量的需求。 （4）溜板箱是接受光桿傳遞的運動，驅(qū)動床鞍和中、小滑板及刀架實現(xiàn)車 刀的縱橫進給運動。溜板箱上裝有一些微手柄和按鈕。可以方便地操縱車床上 來選擇諸如機動、手動、車螺紋及快速移動等到運動方式。 （5）床身是車床的大型基礎(chǔ)部件，精度要求很高，用來支撐和連接車床的 各個部件。床身上面有兩條精確的導(dǎo)軌，床鞍和尾座可沿著導(dǎo)軌移動。 （6）刀架部

21、分由床鞍、兩層滑板和刀架體共同組成用于裝夾車刀并帶動車 刀作縱向、橫向和斜向運動。 （7）尾座安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿著導(dǎo)軌縱向移動，以調(diào)整結(jié)構(gòu)其工作 位置。尾座主要用業(yè)安裝后頂尖，以支撐較長的工件，也可以安裝鉆頭、鉸刀 等切削刀具進行孔加工。 （8）床身前后兩個床腳分別與床身前后兩端下部連為一體，用以支撐床身 及安裝在床身上的各個部件。可以通過調(diào)整墊塊把床身調(diào)整到水平狀態(tài)，并用 其所長地腳螺栓固定在此工作場地上。 （9）冷卻裝置主要通過冷卻泵將切削液加壓后經(jīng)冷卻嘴噴射到切削區(qū)域。 1.21.2 總體方案的確定總體方案的確定 CK6140 型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量

22、較大 的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經(jīng)濟上還是 技術(shù)都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降 低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工 精度，加工效率上都有新的突破?？傮w方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型， 計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。 （1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插 補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控 制系統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提 下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進

23、電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求， 經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用 8 位微機。在 8 位微機中，MCS51 系列單片機具有 集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比， 因此，可選 MCS51 系列單片機擴展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴展程序 存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的 鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電 機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔 助電路。 （5）設(shè)計自動

24、回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲 杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機床所要求的分辨率。 （7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率 高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副 也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案如圖 2.3 所示。 （圖 1.1CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖） 1.31.3 傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計方案傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 （1）進給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案 （a）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同

25、步軸，安裝螺紋編碼器 （b）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與齒輪減速箱總 成。 （c）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠 絲杠的螺母座與螺母座托架。 （d）拆除四方刀架與上溜板的總成，在橫溜板上方安裝四工位立式電動刀 架。 （e）拆除橫溜板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段鋸斷保留， 拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。 （f）將橫向進給步進電動機通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并 與滾珠絲杠的軸頭相連。 （g）拆去三杠（絲杠、光杠與操縱杠） ，更換絲杠的右支承。 （2）主傳動系統(tǒng)的改造方案 對普通車床進行數(shù)

26、控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構(gòu)和變速操縱 機構(gòu)，這樣可減少機械改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、何停止可由數(shù)控系 統(tǒng)來控制。 若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用 24 檔的 多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不能滿足要求時，可用 交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速。 當采用有級變速時，可選用 YD 系列 7.5kW 變速三相異步電動機，實現(xiàn) 24 檔變速；當采用無級變速時，應(yīng)加裝交流變頻器，推薦型號為：F1000- G0075T3B，適配 7.5kW 電動機。 （3) 安裝電動卡盤 為了提高加工效率，工件的夾緊與松動采用電動卡盤，選用 KD11

27、250 型電 動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊和松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。 （4）換裝自動回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架 換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用 LD4B-CK6140 型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換到 需要配備相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。 （5）螺紋編碼器的安裝方案 螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器和圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配 置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn) 動。 改造后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是 24mm/（0.01mm/脈沖）=2400 脈 沖?？紤]到編碼器的輸出有相位差為 90的 A、B 相信號，可用

28、 A、B 異或后獲 得 2400 個脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)） ，這樣編碼器的線數(shù)可降到 1200 線（A、B 信號） 。另 外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個的零位脈 沖 Z。 基于上述要求，選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05V0-15-CT。電源 電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出 1200 個 A/B 脈沖與 1 個 Z 脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直 徑 15mm。 螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是將變 編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但它堵住了主 軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的后端，一般盡量裝在與主軸 同步

29、旋轉(zhuǎn)的輸出軸。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間 隙柔性連接，且車床主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速4-6。 數(shù)控改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖 2.4 所示。 1 電動刀架 2 聯(lián)軸器 3 橫向步進電機 4 縱向步進電機 5 聯(lián)軸器 6 縱向微調(diào)機構(gòu) 7 橫向滾珠絲杠 8 橫向螺母 9 縱向螺母 10 橫向微調(diào)機構(gòu) 11 縱向滾珠絲杠 （圖 1.2 數(shù)控改造后的車床傳動系統(tǒng)） 1.3.21.3.2 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖 齒輪傳動裝置是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、和轉(zhuǎn)向的變換器。在機電一體化進給伺服系 統(tǒng)中，采用齒輪傳動裝置的主要目的有二：一是降速，將伺服電動機的高速、

30、小轉(zhuǎn)矩輸出變成克服負載所需的低速、大轉(zhuǎn)矩；二是使?jié)L珠絲桿和工作臺的轉(zhuǎn) 矩慣量在傳動系統(tǒng)中所占比重減少，以保證傳動精度。 對齒輪傳動裝置的總體要求是傳動精度高、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)速 度快。對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，傳動誤差將直接影響工作精度，因此，要盡可能縮 短傳動鏈的長度，消除傳動間隙，以提高傳動精度和傳動剛度。縱、橫向結(jié)構(gòu) 示意圖如圖 2.6 所示。 1 步進電機 2 齒輪減速裝置 3 支承裝置 4 絲杠 5 托板 圖 2.6 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖 1.3.31.3.3 自動轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計自動轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計 自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計是普通機床數(shù)控化改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬 起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊

31、這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各方面要求高， 但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。 電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可， 但要注意兩點： （1）電動刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進給方向平行。 （2）電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到 車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于： 避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系 統(tǒng)。 下面是數(shù)控改造 CK6140 車床自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖 2.7 所示。 1 刀架 2 固定安裝絲杠 3 安全離合器 4 電機 （圖 1.

32、3 自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖） 1.41.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路概括起來由 CPU、總線、存儲器以及 I/O 接口四部分組 成。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路 協(xié)調(diào)工作。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)。 I/O 接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁。總線則是 CPU 與存儲器、接口以 及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是 CPU 與部分電路進行信息交換和通訊

33、的必由之 路。 1.4.11.4.1 確定確定 I/OI/O 接口接口 8031 只有 P1 口可作為普通 I/O 口用，所以需擴展。鍵盤需要 32 個鍵，采 用矩陣式鍵盤，需 12 個 I/O 口；顯示器采用 6 個 LED，需 6 個 I/O 接口；兩個 三相步進電機，采用軟件環(huán)行分配器，需 6 個；刀架需 4 個；緊急停需 1 個。 采用一片 8279 芯片和一片 8255A 即可。 鍵盤/顯示器接口采用 8279 芯片，因為 8279 芯片是專用的鍵盤/顯示器接 口芯片，還可以編程。8279 芯片具有消顫（去抖動） 、雙鍵同時按下保護功能。 顯示控制亦按掃描方式工作，可以顯示 8 或

34、16 個數(shù)碼（字符） 。LED 的個數(shù)應(yīng) 滿足顯示值的要求和便于顯示。 1.4.21.4.2 鍵盤接口設(shè)計鍵盤接口設(shè)計 首先判斷鍵盤上有無鍵閉合，先送 8255 的 PA 口一個數(shù)據(jù)為 00H，使列線 PA0PA7 的電平均為 0，然后讀 PB 口的 PB0PB2 的狀況；若不全為“1” ，則 有鍵閉合，此時延時 10ms 去掉抖動后再判斷有無鍵閉合。如無則繼續(xù)掃描，如 有則判斷按下的鍵號。 如確定有鍵按下時，便開始計算鍵值。當采用 8 行 4 列的鍵盤時，定義第 一行的鍵為 00H03H，定義第二行鍵的鍵值為 04H07H，依次類推。首先判斷 是哪一行有鍵閉合，若第一行有鍵閉合，設(shè)置初值為

35、00H，若第二行有鍵閉合， 則設(shè)置初值為 04H，依次類推。接著對列線進行掃描以判斷是哪一列閉合。方 法上使 PA0 對應(yīng)的列線輸出低電平，其余均為高電平，判斷一下是否第一列有 鍵閉合，如有則列計數(shù)為 00H，與初值相加則為鍵值，也即是鍵盤的鍵號，如 無則把低電平移到第二列上再判斷，直到四列線全判斷完畢，找出列線為止。 然后計算鍵值，最后可根據(jù)鍵號跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口。 1.4.31.4.3 顯示電路設(shè)計顯示電路設(shè)計 數(shù)碼顯示器是 PLC 應(yīng)用產(chǎn)品中的廉價輸出設(shè)備。它由若干個發(fā)光二極管組 成的。當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的 二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字

36、符。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極 顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。這種筆畫式的七段顯示器，能顯 示的字符數(shù)量較少，但控制簡單，使用方便。 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描） 。對于每一位顯示器來 說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點亮時間 與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。 若顯示的為數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個 8 位并行口（稱 為掃描口） ?？刂聘鱾€顯示器所顯示的字形也需一個公用的 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口） 。 在 8031RAM 中設(shè)置 6 個顯示緩沖單元 79H7EH，分別存放

37、6 位顯示器的顯示 數(shù)據(jù)。8255 的 A 口掃描總是一位為高電平，即 6 位顯示器中僅有一位公共陰極 為低電平，其它為高電平。8255 的 B 口輸出相應(yīng)位（陰極為低）顯示數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)段，使某一位顯示出一個字符，其它位為暗。依次地改變 A 口輸出為高的位， B 口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，6 位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。 1.4.41.4.4 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 車床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計是一個重要方面。實際上，軟 件設(shè)計與硬件設(shè)計工作是不可分割的，二者必須結(jié)合進行。軟件設(shè)計工作，按 其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能；另一類是監(jiān) 控（管理）軟件，它是

38、控制微機系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運轉(zhuǎn)的程序。但執(zhí)行軟 件和監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定的功能劃分。習慣上把鍵盤解釋程序作為 監(jiān)控程序，其它任務(wù)都分散在特定功能的執(zhí)行程序中，并由監(jiān)控程序來調(diào)用必 要的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)。 在進行軟件設(shè)計時，應(yīng)從全局著眼，先將整個系統(tǒng)的任務(wù)按功能分成一個 一個的模塊，并為每一個執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計出每一個具體模塊的程序， 最后組成一個系統(tǒng)。不僅整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性，而且其模 塊內(nèi)部也可以分為小模塊。模塊特性對測試很有利，功能擴充也很方便。要增 加新功能，只要增加新模塊就能實現(xiàn)，像搭積木一樣。因此，這樣的模塊程序 設(shè)計方法，思路清晰，邏輯性強，柔

39、性較大。 第第二二章章數(shù)數(shù)控控車車床床主主軸軸箱箱設(shè)設(shè)計計 2 2. .1 1 數(shù)數(shù)控控車車床床主主傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的發(fā)發(fā)展展 近年來，隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)也呈 現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢，如主軸轉(zhuǎn)速的高速化、功能結(jié)構(gòu)的復(fù)合化、柔 性化。 高速主軸單元為適應(yīng)數(shù)控加工高速化的發(fā)展，目前越來越多的高速數(shù) 控車床采用了電主軸。電主軸又稱內(nèi)置式電動機主軸單元，就是將高速 電動機置于機床主軸部件內(nèi)部，通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所 需的工作速度和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電動機、主軸的一體化功能。與傳統(tǒng)主傳動 系統(tǒng)相比，電主軸的主要特點有： (1) 結(jié)構(gòu)緊湊、機械效率高、噪聲低、振動小、精度

40、高； (2) 電主軸可在額定轉(zhuǎn)速范圍實現(xiàn)無級調(diào)速； (3) 可實現(xiàn)精確的主軸定位及軸傳動功能； (4) 電主軸更易實現(xiàn)高速化，其動態(tài)精度和動態(tài)穩(wěn)定性更好； (5) 主軸運行更平穩(wěn)，使主軸軸承的壽命得到延長。 高速電主軸所融合的技術(shù)主要包括以下幾方面。 (1) 高速精密軸承 (2) 潤滑技術(shù) (3) 冷卻技術(shù) (4) 高速變頻驅(qū)動 復(fù)合化和柔性化 隨著數(shù)控車床對加工對象適應(yīng)性的不斷提高，數(shù) 控車床的設(shè)計發(fā)生了很大變化，并向著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā) 展。 數(shù)控車床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工的工序概念，車削中心又把車、 銑、鏜、鉆等工序集中到同一臺機床上來完成，完全打破了傳統(tǒng)工藝規(guī) 程規(guī)定，由

41、機床單一化走向多元化、復(fù)合化。 由此可見，現(xiàn)代數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計不限于只滿足原有的基本 要求，還要綜合考慮現(xiàn)代制造對機床的整體要求，如制造控制、過程控 制以及物料傳輸，以縮短產(chǎn)品的加工時間、周轉(zhuǎn)時間、制造周期，最大 限度地提高生產(chǎn)率。 2 2. .2 2 主主傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的設(shè)設(shè)計計要要求求 （1） 、主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動 的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。 （2） 、主電機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度， 以滿足機床的動力要求。 （3） 、主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性， 熱變形和噪聲

42、要小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。 （4） 、操作靈活可靠，維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 （5） 、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性要求。 此外，還要求主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整和維修；工藝性好，便 于加工和裝配；防護性能好；使用壽命長。 主傳動系統(tǒng)的傳動方式： 傳動方案確定后，要進行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個零件的實際尺寸和有 關(guān)布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的直徑、齒輪 模數(shù)、離合器、制動器、帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上， 畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進行主 要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度

43、等，必要時作結(jié)構(gòu)和方案 上的修改，重新驗算，直到滿足要求，最后才能畫正式裝備圖。 機床主傳動系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動。分級變速傳動 是在一定的變速范圍內(nèi)均勻地、離散地分布著有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級 數(shù)一般不超過2030 級。這種傳動方式主要用于普通機床，一些普通機 床經(jīng)數(shù)控化改造后也保留了原分級變速傳動方式。無級變速傳動可以在 一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳速度， 能在運轉(zhuǎn)中變速，便于自動變速。數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)通常采用無級 變速傳動。 與普通機床相比，數(shù)控車床的主傳動采用交、直流主軸調(diào)速電動機，電動 機調(diào)速范圍大，并可無級調(diào)速，使主軸箱結(jié)構(gòu)大為簡化。為了

44、適應(yīng)不同的加工 需要，數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)有以下三種傳動方式： (1) 由電動機直接驅(qū)動 主軸電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用 內(nèi)裝式主軸電動機直接驅(qū)動。 (2) 采用定比傳動 主軸電動機經(jīng)定比傳動傳遞給主軸。定比傳動可采用 帶傳動或齒輪傳動。 (3) 采用分擋變速傳動 采用分擋變速傳動主要是為了解決主軸電動機的 功率特性與機床主軸功率特性的匹配。變速機構(gòu)一般仍用齒輪副來實現(xiàn)。 2 2. .3 3 主主傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng) 的的參參數(shù)數(shù) 2 2. .3 3. .1 1 運運動動 參參數(shù)數(shù) 已知條件 ： (1) 確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速nmin =70r/min 主軸最高轉(zhuǎn) 速 nmax =

45、1400r/min. (2) 齒輪換檔轉(zhuǎn)速級數(shù) :z=6： 2 2. .3 3. .2 2 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)分分析析式式 623 從電動機到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接 近電動機處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是 滿足傳動副前多后少的原則 5。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而 使徑向尺寸常限制最小傳動比 4 1 min i ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪 音和震動常限制最大轉(zhuǎn)速比 2 max i 。在主傳動鏈任一傳動組的最大變 速范圍 108 minmaxmax iiR 。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍 最小。 2 2. .3 3. .3 3 確確定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

46、速速 (1) 選擇電動機 一般車床若無特殊要求，多采用Y 系列封閉式三相異步電動機， 根據(jù)原則條件選擇 功率為 7.5KW 的雙速電機，轉(zhuǎn)速為1440 r/min 和 960 r/min 籠式三相異步電動機。 (2) 分配總降速傳動比 總降速傳動比 i=n /n =76/1400=0.054 又電動機轉(zhuǎn)速 min/1440rnd 不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標準，因而增加一 定比傳動副。 (3) 確定傳動軸軸數(shù) 傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副 =3 (4) 確定各級轉(zhuǎn)速并確定轉(zhuǎn)速 由 n=76r/min &1=1.83 &2=1.80 &3=1.35 &4=1.35 &5=2.05 &6=2.03

47、 確定各級轉(zhuǎn)速： 主電機轉(zhuǎn)速為1440r/min 時，主軸轉(zhuǎn)速依次為: 1400、682、427、374、208、114r/min 主電機轉(zhuǎn)速為960r/min 時，主軸轉(zhuǎn)速依次為: 933、455、285、249、139、76r/min 在四根軸中，除去電動機軸，其余三軸按傳動順序依次設(shè)為 、。與、與?，F(xiàn)由 （主軸）開始，確定、軸 的轉(zhuǎn)速： 先來確定 軸的轉(zhuǎn)速 軸轉(zhuǎn)速可能有： n=1440r/min 時 1375、670、367 n=960r/min 時 917、447、245 確定軸 的轉(zhuǎn)速 n=1440r/min 時： 1037、690r/min 由此也可確定加在電動機與主軸之間的定傳動

48、比 71/144710/1440i 。 （電動機轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。 (5) 確定各變速組傳動副齒數(shù) 軸齒輪齒數(shù)分別為： 42、雙聯(lián)齒輪 61、28。 軸上的齒輪齒數(shù)分別為：雙聯(lián)齒輪65、46、79、57、23。 軸上的齒輪齒數(shù)分別為：57、74。 2 2. .4 4 動動力力 參參數(shù)數(shù) 2 2. .4 4. .1 1 確確定定各各軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 (1) 確定主軸計算轉(zhuǎn)速：主軸的計算轉(zhuǎn)速為 N=70r/min (2) 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速： 軸可從主軸 70r/min 按 74/23 的傳動副找上去，軸的計算轉(zhuǎn)速 245r/min；軸 的計算轉(zhuǎn)速為690r/min。 主軸箱共設(shè)置四套變速操縱

49、機構(gòu)。共設(shè)有4 個電磁離合器，不同的 離合器的工作與斷開組合可實現(xiàn)6 種轉(zhuǎn)速，主電機選雙速電機，我們 設(shè)計的機床一共有12 種轉(zhuǎn)速。 (a) 離合器 合上，離合器 合上，離合器 斷開，離合器 斷 開，滑動齒輪56 處于左位。（主電機轉(zhuǎn)速n1440，n=960 大帶輪 D=215,小帶輪 d158，效率系數(shù) 0.98，Z1=65,Z2=42,Z3=56,Z4=57） 主電機轉(zhuǎn)速為1440r/min 時 n 計算 =1440158/2150.9842/6557/56=682r/min n 標 =680r/min n 誤差 =（682-680）/680= 35% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 主電機轉(zhuǎn)速為9

50、60r/min 時 n 計算 =960158/2150.9842/6557/56=455r/min n 標=460r/min n 誤差 =（460-455）/455= 1%5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 (b) 離合器 合上，離合器 合上，離合器 斷開，離合器 斷 開，滑動齒輪56 處于右位。（主電機轉(zhuǎn)速n1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d158，效率系數(shù) 0.98，Z1=65,Z2=42,Z3=74,Z4=23） 主電機轉(zhuǎn)速為1440r/min 時 n 計算 =1440158/2150.9842/6523/74=210r/min n 標=210r/min n 誤差 n =（21

51、0-208）/210= 1%5% 主電機轉(zhuǎn)速為960r/min 時 n 計算 =960158/2150.9842/6523/74=139r/min n 標=140r/min n 誤差 =（140-139）/140= 75% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 (c) 離合器 斷開，離合器 合上，離合器 合上，離合器 斷 開，滑動齒輪56 處于左位。（主電機轉(zhuǎn)速n1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d158，效率系數(shù) 0.98，Z1=46,Z2=61,Z3=56,Z4=57） 主電機轉(zhuǎn)速為1440r/min 時 n 計算 =1440158/2150.9861/4657/56=1410r/min

52、n 標=1400r/min n 誤差 =05% 主電機轉(zhuǎn)速為960r/min 時 n 計算 =960158/2150.9861/4657/56=933r/min n 標=930r/min n 誤差 =（933-930）/930= 35% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 (d) 離合器 斷開，離合器 合上，離合器 合上，離合器 斷 開，滑動齒輪56 處于右位。（機床轉(zhuǎn)速 n1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d158，效率系數(shù) 0.98，Z1=46,Z2=61,Z3=74,Z4=27） 主電機轉(zhuǎn)速為1440r/min 時 n 計算 =1440158/2150.9861/4627/74=427

53、r/min n 標=430r/min n 誤差 =（430-427）/430= 75% 主電機轉(zhuǎn)速為960r/min 時 n 計算 =960158/2150.9861/4627/74=335r/min n 標=290r/min n 誤差 =（290-285）/290= 1.7%5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 (e) 離合器 斷開，離合器 合上，離合器 斷開，離合器 合 上，滑動齒輪56 處于左位。（主電機轉(zhuǎn)速n1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d158，效率系數(shù) 0.98，Z1=28,Z2=79,Z3=56,Z4=57） 主電機轉(zhuǎn)速為1440r/min 時 n 計算 =144015

54、8/2150.9828/7957/56=377r/min n 標=370r/min n 誤差 =（374-370）/374= 1%5% 主電機轉(zhuǎn)速為960r/min 時 n 計算 =960158/2150.9828/7957/56=249r/min n 標=250r/min n 誤差 =（250-2490）/250=45% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 (f) 離合器 斷開，離合器 合上，離合器 斷開，離合器 合 上，滑動齒輪56 處于右位 。 （主電機 轉(zhuǎn)速 n1440，n=960,大帶輪 D=215,小帶輪 d158，效率系數(shù) 0.98，Z1=79,Z2=28,Z3=74,Z=23） 主電機轉(zhuǎn)速為

55、1440r/min 時 n 計算 =1440158/2150.9828/7923/74=115r/min n 標=110r/min n 誤差 =(114-110)/114= 3.6%5 主電機轉(zhuǎn)速為960r/min 時 n 計算 =960158/2150.9828/7923/74=76r/min n 標=75r/min n 誤差 =(76-75)/76= 1.3%5% 符合國家轉(zhuǎn)速誤差標準 由上得機床轉(zhuǎn)速最高1400r/min,最低 70r/min. 2 2. .5 5 帶帶傳傳動動 的的參參數(shù)數(shù) 電動機轉(zhuǎn)速 n=1440r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=1.36，兩班制， 一

56、天運轉(zhuǎn) 16.1 小時，工作年數(shù) 10 年。 (1) 確定計算功率 取 A K 1.1，則 P ca =KAP=1.17.5=8.25KW (2) 選取 V 帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選 B 型帶。 (3) 確定帶輪直徑和驗算帶速 查表小帶輪基準直徑 d =158mm,d =158i=1581.36=215 驗算帶速成= 100060 11 nd 其中 1 n -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min； 1 d -小帶輪直徑，mm； V=3.14 9 . 11100060/1440158 m/s (4) 確定帶傳動的中心距和帶的基準長度 設(shè)中心距為 0 a ,則 055（ 21 dd ）a2（ 21

57、dd ） 于是 205.15a746,初取中心距為 0 a 400mm。 帶長 0 L 0 2a +2 0 2 12 21 4 )( )( a dd dd =2 6 . 13784004/ )158215()215158(2/14 . 3 400 查表取相近的基準長度 d L ，L =1390mm. 帶傳動實際中心距= + 2 0 LLd =397.5mm (5) 驗算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 120 。 1 12 180 dd 3 . 57 =161.4 120合適。 (6) 確定帶的根數(shù) Z= L ca kkpp p )( 00 其中： 0 p - 1i 時傳遞功率的增量；

58、k -按小輪包角，查得的包角系數(shù)； L k -長度系數(shù)； 為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。 Z= 90 . 0 95 . 0 )46 . 0 19 . 2 ( 25 . 8 =4 (7) 計算帶的張緊力 0 F F0=500 vz pca ( a a k k5 . 2 )+q 2 v 其中： ca p -帶的傳動功率,KW； v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 11.9/s。 F0=500 442 . 9 25 . 8 95 . 0 9 . 05 . 2 ( )+0.17 2 42 . 9

59、 =193.7N (8) 計算作用在軸上的壓軸力 F Q 0 2ZF sin2 1 a 2 4 . 161 sin 7 . 19342 =1530N 我們設(shè)計的 CK6140 數(shù)控車床的主軸是一個空心的階梯軸，其內(nèi)孔可用來通 過棒料或卸頂尖時穿入所用的鐵棒，也可用于通過氣功、電動或液壓夾緊裝置 的機構(gòu)。主軸前端的錐孔為莫氏 6 號錐度，用來安裝頂尖套及前頂尖；有時， 也可以安裝心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工作轉(zhuǎn)動。 主軸前端采用短錐法蘭式結(jié)構(gòu)。它的作用是安裝卡盤和撥盤，它以短錐和 軸肩端面作定位面?？ūP、撥盤等夾具通過卡盤座，用四個螺栓固定在主軸上。 安裝卡盤時只需將預(yù)先擰緊在卡盤

60、上的螺栓連同螺母一起，從主軸軸肩和鎖緊 盤上的孔中穿過，然后將鎖緊盤轉(zhuǎn)過一個角度，使螺栓進入鎖緊盤上寬度較窄 的圓弧槽內(nèi)，把螺母卡住，然后再把螺母擰緊，就可把卡盤等夾具緊固在主軸 上。這種主軸軸端結(jié)構(gòu)的定心精度高，連接剛度好，卡盤懸伸長度短，裝卸卡 盤也比較方便，因此，在新型車床上應(yīng)用很普通。 主軸安裝在兩支承上，前支承為 P5 級精度的雙列圓柱滾珠軸承，用于承受 徑向力。軸承內(nèi)環(huán)和主軸之間有 1：12 錐度相配合。當內(nèi)環(huán)與主軸在軸向相對 移動時，內(nèi)環(huán)可產(chǎn)生彈性膨脹或收縮，以調(diào)整軸承的徑向間隙大小，調(diào)整后用 圓形螺母鎖緊。前支承處裝有阻尼套筒，內(nèi)套裝在主軸上，外套裝在前支承座 孔內(nèi)。內(nèi)外套徑向