CK6140數(shù)控臥式車床設(shè)計(jì)說明書

1、湖南工業(yè)大學(xué)目 錄1 總體方案01.1 ck6140的現(xiàn)狀和發(fā)展11.2 ck6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定21.2.1 數(shù)控車床21.2.2 ck6140數(shù)控臥式車床的擬定22 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說明42.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算42.1.1 參數(shù)的確定42.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)52.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定82.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定112.1.5 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算192.1.6 展開圖設(shè)計(jì)362.2縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)532.2.1 滾珠絲桿副的選擇532.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用583 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)623.1繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖623.2.選擇中央處理單元（cpu）的類型623.3存儲(chǔ)器

2、擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)633. i/o接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)64參 考 文 獻(xiàn)70致 謝72lathes771 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)床在美國問世至今的半個(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，無論是軟硬件還是外器件的進(jìn)展日新月異，

3、計(jì)算機(jī)所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強(qiáng)，而成本卻越來越低，原來在大，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：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(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）.開放式閉環(huán)控制模

4、式1.2 ck6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定1.2.1 數(shù)控車床 數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（numbercal control，簡稱nc）機(jī)床，它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制機(jī)床，而數(shù)控車床四其中的一類使用性很強(qiáng)的機(jī)床形式。數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同的是，數(shù)控車床的主機(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：（1）.由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡化。（2）.為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)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(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌高，c

5、nc裝置這是數(shù)控車床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。1.2.2 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，。4.根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制

6、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，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)，且潤滑方法簡單。（附注：伺服系

7、統(tǒng)總體方案框圖1.1）圖1.1伺服系統(tǒng)總體方案框圖2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說明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)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說明了。 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)（jb25

8、21-79）是6；最大工件長度l是7502000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：321600；級(jí)數(shù)范圍是：18；縱向進(jìn)給量mm/r0.032.5；主電機(jī)功率（kw）是5.510。二. 參數(shù)確定的步驟和方法1. 極限切削速度umaxumin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。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。2. 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?。?.10.2）d和（0.450.5）d。由于d=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速

9、應(yīng)為： nmax=r/min 2.1=2000r/min ； nmin=r/min 2.2 =40r/min ； 由于轉(zhuǎn)速范圍 r = = 2.3 = 50 ；因?yàn)榧?jí)數(shù)z已知： z=18級(jí) ?，F(xiàn)以=1.26和=1.41代入r=得r=50和355 ，因此取=1.26更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以=1.06的從110000的數(shù)值，因=1.26=，從表中找到nmax=2000r/min，就可以每隔3個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得：2000，1600，1250，1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40。3

10、. 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)z和公比已知 : =rn rn=且： z=18=4. 主電機(jī)功率動(dòng)力參數(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

11、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:z= 2.5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根操縱機(jī)構(gòu) 簡單，兩個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，一個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪圖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

12、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。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=313329傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可

13、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umax2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍rmax=umax/nmin8 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過極限值的所有傳動(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) 1.26 x：umin= 6 值；umax=2 3（x+）值：umin=8 9五. 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： z=z11z2z1z3z1z2即是： z=18=3133292.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定

14、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和軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜

15、，以免采用過大的升速或過小的降速傳動(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)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)所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。但如果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

16、突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速不宜太高。軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床軸轉(zhuǎn)速一般取7001000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與軸間的傳動(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：d 、 m，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。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

17、于85db）加大： n空=) kw 2.6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（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)過的齒輪對(duì)數(shù)；-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

18、：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u8m/s（可用7級(jí)精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(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umax2。過大，容易引起震動(dòng)和噪音。2.降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比umin1/4。過小，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。 圖2.3 主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖2.1.4 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

19、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35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?。└鞣N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)，從教科書機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程查表可?。?dmin=140mm3.計(jì)算大帶輪直徑d大根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和滑功率確定d大。當(dāng)帶輪為降速時(shí)： 三角膠帶的滑動(dòng)率=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1/7u3。對(duì)中型通用機(jī)床，一般取

20、12.5為宜。因此，137.2mmd大343mm經(jīng)查表?。篸大=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）表就見教科書機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊。不過在表中選取的時(shí)候應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：1. 不產(chǎn)生根切。一般去zmin1820。2. 保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚2mm，一般取>5mm則zmin6.5+，具體的尺寸可參考圖。3. 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

21、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34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)可以見傳動(dòng)圖上所標(biāo)寫的。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）：軸與軸之間的距離：取m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定 2.8齒輪1

22、與2之間的中心距： 2.9 軸與軸之間的距離：取m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比見圖， 2.10齒輪3與4之間的中心距： 2.11 軸與軸之間的距離：取m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 2.12 齒輪9與10之間的中心距： 2.13軸軸之間的中心距離：取m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 2.14 2.15主軸到脈沖軸的中心距：取m=3.5mm，傳動(dòng)比 2.16 2.17軸到反轉(zhuǎn)軸軸的中心距：取m=2.5mm，傳動(dòng)比 2.18 2.19 由齒頂高 2.20 齒頂高和齒跟高只與所取的模數(shù)m有關(guān)?？芍=2.5mm時(shí)， 取m=3.5mm時(shí)： 三. 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速在使用

23、上并不要十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。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，最大誤差不得超過正負(fù)10（-1）%。即 或按公式： n=-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：圖2.4 主傳動(dòng)路線所有主軸的詳細(xì)的校核如下：輸入到軸的轉(zhuǎn)速 2.22 1. 2.23 2.242.2.25 2.263. 2.27 2.284. 2.29 2.305. 2.31 2.326. 2.33 2.347.

24、2.35 2.368. 2.37 2.389. 2.39 2.4010. 2.41 2.4211. 2.43 2.4412. 2.45 2.4613. 2.47 2.4814. 2.49 2.5015. 2.51 2.5216. 2.53 2.5417. 2.55 2.5618. 2.57 2.58在主軸上的18級(jí)轉(zhuǎn)速分別校核后，都合格。四. 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制計(jì)算結(jié)果，用規(guī)定符號(hào)，以是適當(dāng)比例方格紙上繪制出轉(zhuǎn)速圖和主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。2.1.5 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算傳動(dòng)方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個(gè)零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制

25、動(dòng)器、帶輪的根數(shù)和型號(hào)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(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗(yàn)算，直到滿足要求，最后才能畫正式裝備圖。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以先用手工畫出草圖，經(jīng)自己和指導(dǎo)老師的多次修改后，再用計(jì)算機(jī)繪出。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)

26、。計(jì)算功率nj=kwnd kw式中 nd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)，?。簁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、d2 1）.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不宜過小，要求大雨許用最小帶輪直徑dmin，即d1dmin。各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶輪直徑dmin可查表。d1=140r/min2）.大帶輪計(jì)算直徑d2 2.59 =212r/min式中: n1-小帶輪轉(zhuǎn)速r/min; n2-大帶輪轉(zhuǎn)速r/min; -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

27、定三角帶速度u具體的計(jì)算過程如下： = 2.60 =10.6m/s對(duì)于o、a、b、c型膠帶，5m/su25m/s。而u=510m/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?。?a0=（0.62）（d1+d2） mm 2.61=352（0.62）mm=211.2mm704mm取 a0=704 mm 距過小，將降低帶的壽命；中心距過大時(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750850mm。5）.確定三角帶的計(jì)算長度l0及內(nèi)周長ln。 三角帶的計(jì)算長度是通過三角帶截面重心的長度。 2.

28、62= =1960.67mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長度 l=2033 mm 經(jīng)查表 ln=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） 2.63 式中：m-帶輪個(gè)數(shù)。如u超限。可加大l（加大a）或降低u（減少d2、d1）來解決。 代入數(shù)據(jù)得 2.64 =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 2.65= 740 mm8）.驗(yàn)算小帶輪包角1 2.66 如果1過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。 代入數(shù)值如下： =180°-5.6° =174.4°120°經(jīng)校核合格。9）.確定三角帶根

29、數(shù)z 2.67 式中：n0-單根三角帶在 1=180°、特定長度、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)書中的表差?。簄0=2.69c1=0.98kw=1.1 帶入數(shù)值得： 所以，傳動(dòng)帶根數(shù)選3根。此公式中所有的參數(shù)沒有作特別說明的都是從機(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)生過大的變形。如果剛度不足，軸上

30、的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。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其中：n該傳動(dòng)軸的輸入功率n=nd kw 2.69nd電機(jī)額定功率；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

31、主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為： 2.70每米長度上允許的扭轉(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)過程中所有軸的直徑的估算如下： nj（主）=nminz/3-1 2.71 =125 r/min主軸 nj=n6=125 r/min ； 軸 nj=n7=160 r/min ； 軸 nj=n11=400 r/min ； 軸 nj=n14=800 r/min ； 軸 nj=960 r/min ；由 ： 2.72則計(jì)算主軸和中間軸的直徑d如下：主軸 d5=64 mm ； 軸 d4=40 mm ； 軸 d3=40 mm ； 軸 d2=40 mm ； 軸 d

32、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。各類軸的橈度y和裝齒輪和軸承處傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值y和值，即： yy； 2.73 2.74由于書寫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和傾角時(shí)，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，按參考書中的表中的有關(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)的說明書的篇幅和時(shí)間的關(guān)系就不在此詳細(xì)的

33、列出了。但一般的計(jì)算公式為： 2.75 2.76矩形花鍵軸：平均直徑 2.77 當(dāng)量直徑 2.78慣性距 2.79本次設(shè)計(jì)機(jī)床中長采用矩形花鍵軸的：花 鍵 軸 尺寸 （gb1144-74） 平均直徑 當(dāng)量直徑 極慣性距 慣性距 28 27.8458976 29488 37.5 37.78 200058 100029 61.5 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3中查出，見下：深溝球軸承 其基本額定載荷為：推力球軸承 其基本額定載荷為：雙列圓錐滾子軸承 其基本額定載

34、荷為：b）.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1：2.79齒輪2： 2.80c）.校核傾角和橈度經(jīng)查表得：安裝圓錐滾子軸承處 安裝深溝球軸承處安裝推力球軸承處計(jì)算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩： 2.81 2.82 2.83傾角：對(duì) 2.84 2.85 2.86 2.87對(duì) 2.88 2.89 2.90 2.91在點(diǎn)c處的傾角 2.92 2.93在點(diǎn)b處的傾角 2.94在點(diǎn)a處的傾角 2.95橈度：對(duì) 2.96 2.97 2.98對(duì) 2.99 2.100 2.101 2.102根據(jù)表選用 2.103由此可得在主軸上的剛度是完全合格的。三.齒輪模數(shù)

35、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，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，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： 2.104齒面點(diǎn)蝕的估算： 2.105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、z2求出模數(shù)： 2.106 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根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： 2.10

36、8式中：n-計(jì)算齒輪傳遞的額定功率； -計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min； -齒寬系數(shù)=b/m，常取610； -計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù)； i-大齒輪和小齒輪餓齒數(shù)比，“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合；-壽命系數(shù)，；-工作期限系數(shù)，；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=15，00020，000h；kn-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，ks

37、min當(dāng)時(shí)，則取k1-工作情況系數(shù)。中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)：k1=1.21.6；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。本次設(shè)計(jì)中的模數(shù)計(jì)算與選取如下：1.軸傳到軸的模數(shù)：齒輪接觸疲勞的計(jì)算： 2.109齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 2.110取a=72mm 2.111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。根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：經(jīng)查表?。?2.112取n=5.5kw，代入公式得： 2.113 根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：查表取代入公式得： 2.114 2.115 經(jīng)校核和查表取m=2.5mm。2.軸傳到軸的模數(shù)：齒輪接觸疲勞的計(jì)

38、算： 2.116經(jīng)校核取m=2.5mm。齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 2.117取a=90mm 2.118經(jīng)校核和查表?。喝j=2.5mm3.軸傳到軸的模數(shù)：齒輪接觸疲勞的計(jì)算： 2.119齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 2.120取a=122mm 2.121經(jīng)校核和查表?。喝j=3.5mm4.軸傳到軸的模數(shù)：齒輪接觸疲勞的計(jì)算： 2.122齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 2.123取a=192mm 2.124經(jīng)校核和查表取：取m=3.5mm以上所有的模數(shù)的選取都是根據(jù)參考書機(jī)械原理所提供的模數(shù)表中選取的標(biāo)準(zhǔn)值。四.電磁離合器的選擇摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)的接通或脫開，且具有

39、結(jié)合平穩(wěn)，沒有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。選用時(shí)應(yīng)作必要的計(jì)算。根據(jù)初步的計(jì)算可從離合器的選擇與運(yùn)用一書中選取，所有的作圖和計(jì)算尺寸都見書中的表。1.按扭距選擇一般應(yīng)使用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭距mj和額定扭距md滿足工作要求，由于普通車床是在空載下啟動(dòng)和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來選。即： 2.125對(duì)于需要在負(fù)載下啟動(dòng)和變速，或啟動(dòng)時(shí)間有特殊要求時(shí)，應(yīng)按動(dòng)扭距設(shè)計(jì)離合器。2.步驟：1）.決定外摩擦片的內(nèi)徑d。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝式時(shí)，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比安裝軸的軸徑大26mm。2）.選擇摩擦片尺寸： 可以在參考書中選擇，具體的型號(hào)見圖紙。3）.

40、計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù)z 2.126式中：f-摩擦片間的摩擦系數(shù)（有表可選）； -許用壓強(qiáng)mpa（有表可選）； d-摩擦片內(nèi)片外徑mm（有表可選）； d-摩擦片外片內(nèi)徑mm（有表可選）； ku-速度修正系數(shù)（有表可選）； kz-結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)（有表可選）； km-結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)（有表可選）。代入數(shù)值得：取z=9。2.1.6 展開圖設(shè)計(jì)一. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，技術(shù)要求和方法1.設(shè)計(jì)的內(nèi)容 設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等）主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一長展開圖表示。2.技術(shù)要求主軸變速箱是機(jī)床的主要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般

41、機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問題（這是本次設(shè)計(jì)的中型車床的數(shù)據(jù)）。1）.精度車床主軸部件要求比較高的精度。如： 主軸的徑向跳動(dòng) 0.01mm ； 主軸的橫向竄動(dòng) 0.01mm ；2）.剛度和抗振性 綜合剛度（主軸與刀架之間的作用力與相對(duì)變形之比）： 2.127d最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 。在主軸與刀架之間的相對(duì)振幅的要求：等 級(jí) 振幅（0.001mm） 1 2 33). 傳動(dòng)效率要求等 級(jí) 效 率 0.85 0.8 0.754）.主軸前軸承處溫度和溫升應(yīng)控制在以下范圍：條 件 溫 度 溫 升 用 滾 動(dòng) 軸 承 70 40 用 滑 動(dòng) 軸 承 60 30噪聲要控制在以下范圍等 級(jí) d

42、b 78 80 835）.結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單、緊湊，加工和裝備工藝性好，便于維修和調(diào)整。6）.操作方便，安全可靠。7）.遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。3.設(shè)計(jì)方法主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式圖之前，最好能先畫草圖。目的是：1）.布置傳動(dòng)件及選擇方案。2）.檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無相互干涉、碰撞或其它不合理的情況，以便及時(shí)改正。3）.確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位置，以確定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。為達(dá)到上述的目的，草圖的主要輪廓尺寸和零件之間的相對(duì)位置尺寸一定要畫得準(zhǔn)確，細(xì)部結(jié)構(gòu)可不必畫出。部分結(jié)構(gòu)經(jīng)反復(fù)推