【正文】 7124經(jīng)濟數(shù)控銑床對于精度及轉(zhuǎn)速的要求不高所以可以選擇：前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承為單列圓錐滾子軸承這種配置。主軸的材料可根據(jù)強度、剛度、耐磨性、載荷特點和熱處理變形大小等因素來選擇。主軸剛度與材質(zhì)的彈性模量E有關(guān)。無論是普通鋼還是合金鋼其E值基本相同。因此對于一般要求的機床其主軸可用價格便宜的中碳鋼、45鋼，進行調(diào)質(zhì)處理后硬度為22~28HRC；當載荷較大或存在較大的沖擊時，或者精密機床的主軸為減少熱處理后變形，或者需要作軸向移動的主軸為了減少它的磨損時，則可選用合金鋼。常用的合金鋼有40Cr~50HRC，或者用20Cr進行滲碳淬硬使硬度達到56~62HRC。某些高精度機床的主軸材料則選用38CrMoAl進行氮化處理，使硬度達到850~1000HV。 主軸的潤滑與冷卻主軸軸承潤滑和冷卻是保證主軸正常工作的必要手段。為了盡可能減少主軸部件溫升引起的熱變形對機床工作進度的影響通常利用潤滑油循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱件保持恒定的溫度，在某些數(shù)控機床上，采用專業(yè)的冷卻裝置，控制主軸箱溫升。有些主軸軸承用高級油潤滑，每加一次油脂可以使用710年。對于某些主軸采用油氣潤滑、噴注潤滑和突入滾道潤滑等措施，以保持在高速時正常冷卻潤滑效果。 主軸箱的設(shè)計：為了提高主軸的剛度和便于安裝，將主軸設(shè)計成階梯圓柱形，前端外徑大，后端外徑小，為實現(xiàn)更換刀具時能自動夾緊，主軸內(nèi)部設(shè)計成空心。其前端有7：24錐孔，用于裝錐柄刀具，并有自動定心作用，通過摩擦將刀柄夾緊于主軸的端部，大錐度既利于定心，也便于松夾。主軸端面裝有定向鍵，既可傳遞切削的轉(zhuǎn)矩，又可用于刀具的周向定位。主軸外圓柱面上有前后支承軸承的配合面。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。（1）主軸直徑 主軸直徑越大，其剛度越強，但使得軸承和軸上的其他零件的尺寸相應(yīng)增大。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。根據(jù)實際情況確定主軸的直徑為F80mm。（2）主軸內(nèi)孔直徑 主軸內(nèi)徑是用來通過刀具夾緊裝置固定刀具的。主軸孔徑越大，機床是使用范圍越廣，同時主軸部件的重量也越輕。但是孔徑的大小受主軸剛度的制約。，則主軸內(nèi)孔直徑為80*=24mm。主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。主軸材料選用38CrMoAIA。傳動帶 傳動帶是以帶作為中間撓性件，靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運動和動力。如圖31所示，帶呈環(huán)形，以一定的拉力（張緊力）F0套在一對帶輪上，使帶和帶輪相互壓緊。帶傳動不工作時，帶兩邊的拉力相等，均為F0；工作時主動帶1轉(zhuǎn)動，帶與帶輪面間的摩擦力使其一邊拉力加大到F1稱為緊邊拉力，另一邊拉力減小到F2，稱為松邊拉力。兩者之差F=F1F2即為帶的有效拉力，它等于沿帶輪的接觸弧上摩擦力的總合。這樣，就帶動從動輪2旋轉(zhuǎn)了，但一定條件下，摩擦力有一定的限度，若工作阻力超過極限值、帶就在輪面上打滑，傳動不能正常工作。傳動帶的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，主、從動輪的中心距離較大，工作穩(wěn)定，無噪聲，過載時帶打滑能防止其他零件損壞。缺點是：外部尺寸大，作用在軸和軸承上的力也較大，此外V帶和平帶傳動還有彈性滑動，不能保持恒定的傳動比。圖32V帶 V帶是截面為等腰梯形（或近似等腰梯形）的傳動帶。176。它的結(jié)構(gòu)有簾布結(jié)構(gòu)與線繩結(jié)構(gòu)兩種。一般采用簾布結(jié)構(gòu)，在載荷不大、小直徑或轉(zhuǎn)速較高時采用線繩結(jié)構(gòu)。它們的結(jié)構(gòu)如圖32所示，伸張層與壓縮層采用彈性好的膠料，易于產(chǎn)生彎曲變形。包布層耐磨，起保護作用。強力層承受帶的拉力。V帶根據(jù)截面尺寸由小到大的順序排列，共有Y、Z、A、B、C、D、E七種。應(yīng)用最多的是A、B、C三種。一般V帶型號的截面尺寸和其所能傳遞的功率大小有關(guān)，傳遞的功率越大，選用的截面尺寸也越大。圖33傳動比本次設(shè)計的傳動方式選用通過傳送帶傳動的主傳動，由圖31可知aa2兩角度相同。傳動帶接觸圓的長度為：傳動比 即：或D1:D2我們設(shè)計的傳動比為：低速區(qū)為28733r/min，高速區(qū)為7333150r/min,低速時傳動比為1：；高速時傳動比為1：。機床主傳動的變速方式可分為無級變速和有級變速兩種。無級變速：指在一定速度(或轉(zhuǎn)速)范圍內(nèi)能連續(xù)、任意地變速。優(yōu)點：可選用最合理的切削速度，沒有速度損失，生產(chǎn)率高；可在運轉(zhuǎn)中變速，減少了輔助時間；操縱方便；傳動平穩(wěn)。缺點：機械式和液壓式無級變速結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；電氣式成本較高。有級變速：指在若干固定速度(或轉(zhuǎn)速)級內(nèi)不連續(xù)地變速。優(yōu)點：傳遞功率大，變速范圍大，傳動比準確，工作可靠。缺點：速度不能連續(xù)變化，有速度損失，傳動不夠平穩(wěn)。 方案選擇：根據(jù)所改造成數(shù)控機床的使用要求和結(jié)構(gòu)特點，本方案選擇電氣無級變速。第4章 自動拉刀裝置的設(shè)計 刀具自動夾緊機構(gòu)在數(shù)控銑床上多采用氣壓或液壓裝夾刀具，常見的刀具自動夾緊機構(gòu)主要由拉桿、 拉桿端部的夾頭、蝶形彈簧、活塞、氣缸等組成 。夾緊狀態(tài)時，蝶形彈簧通過拉桿及夾頭，拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合；松刀時，通過氣缸活塞推動拉桿，壓縮蝶形彈簧，使夾頭松開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，即可拔出刀具，進行新、舊刀具的交換，新刀裝入后，氣缸活塞后移，新刀具又被蝶形彈簧拉緊。 需注意的是，不同的機床，其刀具自動夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)不同，與之適應(yīng)的刀柄及拉釘規(guī)格亦不同。為實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，主軸上必須帶有刀具的自動卡緊機構(gòu)，通常刀桿都是采用7：24的大錐柄和主軸錐孔配合定心，從而保證刀具回轉(zhuǎn)中心每次裝卡后與主軸回轉(zhuǎn)中心都同軸，而且大錐度的錐柄不僅有利于定心，也為松卡帶來方便。另外，主軸端面有一鍵塊，通過它既可傳遞主軸的扭矩，又可用于刀具的周向定位。實現(xiàn)自動拉馬的具體機構(gòu)是由一組碟形彈簧配以一液壓裝置組成的。使用碟簧拉緊刀具，而用氣壓缸放松刀具，從而保證在工作中，即使突然斷電，刀桿也不會自行松脫。 拉刀裝置的工作原理該拉刀裝置的工作原理如圖1所示，當?shù)毒哂扇斯に偷?：24主軸錐孔后，刀柄后部的拉釘便被送入到主軸中心的拉桿的前端，當增壓氣缸接收到刀具已被放入主軸錐孔的信號時，增壓氣缸活塞推桿便向上運動，拉桿在碟形彈簧(在松刀時已被壓縮處于儲能狀態(tài))能量釋放反作用力下，也跟著向上運動，拉桿前端的卡爪(卡爪在圓周方向等分割成6片)由于受到卡爪彈簧的緊箍力作用，而與拉桿緊緊相連，因此彈簧卡爪也跟著向上運動，卡爪末端從~35mm開放的圓柱孔經(jīng)過錐孔進入~27mm的主軸圓柱孔，6片卡爪在~27mm的主軸圓柱孔中縮小了直徑，從而抱住拉釘，同時把拉釘向上拉。由于碟形彈簧力一直作用在拉桿上，所以拉釘一直被緊緊拉住(該拉力大約2萬N左右)。當增壓氣缸接到準備取走主軸錐孔內(nèi)的刀具信號時，增壓氣缸活塞推桿便向下運動，克服碟形彈簧反作用力，把拉桿向下推，卡爪末端從~27mm圓柱孔經(jīng)過內(nèi)錐孔進入開放的~35mm圓柱孔內(nèi)，此時6片卡爪由于彈簧的作用向外擴張，就能把刀具從主軸上取走。因此我們可設(shè)計兩個控制按鈕來實現(xiàn)。圖41 主軸自動松刀裝配圖 圖42此次設(shè)計的拉刀裝置的動力系統(tǒng)采用液壓回路提供動力設(shè)計的液壓回路圖為下圖43：圖43增壓回路第5章 電氣部分設(shè)計本機床采用德國SIEMENS的SINUMERK 802D數(shù)控系統(tǒng)。802D是在機床行業(yè)廣泛采用的現(xiàn)代標準控制系統(tǒng)，它與SINUMERIK_611數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)和SIMATIC S7300可編程控制器一起，構(gòu)成全數(shù)字控制系統(tǒng)，它適于各種復(fù)雜加工任務(wù)的控制，具有優(yōu)于其它系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)和控制精度。由于齒輪機床的特殊性，還擴充了若干功能。例如:刀具和工件的同步傳動，即所謂的電子齒輪箱(ELG),這樣優(yōu)化了機械的傳動結(jié)構(gòu)，提高了機床的精度，大大方便了用戶的操作。機床進給伺服機構(gòu)由NC系統(tǒng)控制，它包括電源模塊、NCU模塊、驅(qū)動模塊及伺服電機。．交流異步伺服系統(tǒng)交流異步伺服電機通過在三相異步電動機的定子繞組中產(chǎn)生幅值、頻率可變的正弦電流，該正弦電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與電動機轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)電動機的旋轉(zhuǎn)。其中，正弦電流的幅值可分解為給定或可調(diào)的勵磁電流與等效轉(zhuǎn)子力矩電流的矢量和；正弦電流的頻率可分解為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差之和，以實現(xiàn)矢量化控制。交流異步伺服電機通常有模擬式、數(shù)字式兩種方式。與模擬式相比，數(shù)字式伺服加速特性近似直線，時間短，且可提高主軸定位控制時系統(tǒng)的剛性和精度，操作方便，是機床主軸驅(qū)動采用的主要形式。然而交流異步伺服存在兩個主要問題：一是轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低，轉(zhuǎn)矩密度較小，體積較大；二是功率因數(shù)較低，因此，要獲得較寬的恒功率調(diào)速范圍，要求較大的逆變器容量。功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削轉(zhuǎn)速來計算,設(shè)即最大切削速度為500()，最大切削力 = 及 =PηK式中 P——電動機功率； ——切削功率； η——主傳動系統(tǒng)總效率，查機床說明書,～,η=。 ——=（N） ——切削速度=500()k——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k=. ==5000205。60/60000KW=5KW P= Pc/ηK=5/( )KW =主軸電機的主參數(shù)計算： （1）最大切削力負載轉(zhuǎn)矩 T=i 式中 ——絲杠上的最大軸向負載N ——絲杠導(dǎo)程m。 ——滾珠絲杠的機械效率。預(yù)加 ——因滾珠絲杠螺母預(yù)加再載荷引起的附加摩擦轉(zhuǎn)矩N. m ——滾珠絲杠軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩N. m i ——傳動比 計算得 T = (2) 慣量匹配 電動機軸慣量 J =m= 滾珠絲杠的慣量 J==聯(lián)軸節(jié)的慣量（查表得） J= 負載慣量 J= J+ J+ J= 所以電動機的慣量 J應(yīng) J J 4 J 20 J 90所以我根據(jù)上面計算的結(jié)果我決定主電機采用西門子 a c6/8000i電機其電機參數(shù)。 額定電壓 220V 轉(zhuǎn)速 12000rpm 額定轉(zhuǎn)矩 48NM 功率 極數(shù) 1. 極數(shù)反映出電動機的同步轉(zhuǎn)速，2極同步轉(zhuǎn)速是3000r/min，4極同步轉(zhuǎn)速是1500r/min，6極同步轉(zhuǎn)速是1000r/min,8極同步轉(zhuǎn)速是750r/min。　　繞組的一來一去才能組成回路，也就是磁極對數(shù)，是成對出現(xiàn)的，極就是磁極的意思，這些繞組當通過電流時會產(chǎn)生磁場，相應(yīng)的就會有磁極?！　∪嘟涣麟姍C每組線圈都會產(chǎn)生N、S磁極，每個電機每相含有的磁極個數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是成對出現(xiàn)的，所以電機有8……極之分。　　2. 若三相交流電的頻率為50Hz,則合成磁場的同步轉(zhuǎn)速為50r/s,即3000r/,進一步分析還可以得到同步轉(zhuǎn)速n與磁場磁極對數(shù)p的關(guān)系:n=60f/,；ns與所接交流電的頻率 (f)、電機的磁極對數(shù)(P)之間有嚴格的關(guān)系，ns＝f/P在中國，電源頻率為50赫，所以二極電機的同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，四極電機的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，余類推。異步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于或高于其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，異步之名由此而來。異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在10％以內(nèi)。由此可知，交