【正文】 A=；由104用插值法查的7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時KHβ=由，KHβ==；故載荷系數(shù)K=KAKVKHαKHβ==(17) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（1010a）得(18) 計算模數(shù)按齒根彎曲強度設(shè)計(1) 由式（105）得彎曲強度的設(shè)計公式為(2) 由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE2=380MPa；(3) 由圖1018取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=，KFN2=；(4) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=，由式（1012）得[σF]1=[σF]2=(5) 計算載荷系數(shù)K故載荷系數(shù)K=KAKVKFαKFβ==(6) 查齒形系數(shù)由表105查得YFa1=；YFa2=(7) 查取齒形系數(shù)由表105查得YSa1=；Ysa2=(8) 計算大小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大。(7) 由表106查的材料的彈性影響系數(shù)。該軸上有滑移齒輪，有二個鍵槽，所以軸的最小直徑dmin：dmin=（）=取dmin=30mm。應(yīng)該注意這樣求得直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。選擇軸承的代號為6307；經(jīng)過軸承壽命的演算，該軸承滿足設(shè)計要求。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該軸不受軸向力，所以選擇深溝球軸承。圓柱齒輪的實用齒寬，在按照b=φdd1計算后再做適當圓整，而且常將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上，減小510mm，即得到大齒輪的齒寬，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度。為不過多地削弱主軸的剛度，銑庫主軸孔徑d比刀具拉桿直徑大5～10，選26mm。因此最佳跨距k為使因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小的距離。l 主軸部件的機械結(jié)構(gòu)數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要是主軸部件的結(jié)構(gòu)，主。為減少設(shè)計量，此部分原機床主軸箱體的結(jié)構(gòu)決定。主軸主要支承跨距L的確定圖24 主軸合理確定主軸主要支承問的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。根據(jù)功率12KW，選Dl范圍為5090mm，初選Dl為55mm。齒輪間距取l=80mm。選擇軸承的代號為6307；經(jīng)過軸承壽命的演算，該軸承滿足設(shè)計要求。圓柱齒輪的實用齒寬，在按照b=φdd1計算后再做適當圓整，而且常將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上，減小510mm，即得到大齒輪的齒寬，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，該軸不受軸向力，所以選擇深溝球軸承。應(yīng)該注意這樣求得直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。(9) 設(shè)計計算對比計算結(jié)果，又齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，=2mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=，由公式可知分度圓的直徑d=227=54mm由于d=54mmd1=；所以選取模數(shù)：m=3，則d=327=81mm 所以無極電動機上的齒輪的模數(shù)為m=3；(7) 各軸參數(shù)的確定1) 軸I參數(shù)的確定由以上所述，軸I上所受到得扭矩T1軸I的計算轉(zhuǎn)速為n1=；選擇軸的材料為45鋼，由機械設(shè)計（第八版）表153可知，其[τT]=2545MPa軸的扭轉(zhuǎn)強度條件：τT=由上式可得軸I的直徑應(yīng)當指出，當軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)該增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱，對于直徑d100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%，有兩個鍵槽時，應(yīng)增大7%，對于直徑小于d100mm時，有一個鍵槽時，軸徑增加5%7%，有兩個鍵槽時，應(yīng)增大10%15%，然后將軸徑圓整為標準直徑。(5) 由表107選取吃寬系數(shù)φd=1。(6) 由表1021d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa。由表106查的材料的彈性影響系數(shù)。最小齒輪齒數(shù)發(fā)生在ib1中，取K=9； 又因為所以 圖21 無極傳動系統(tǒng)圖無極電動機到軸I的傳動比為，考慮到各軸之間的距離和齒輪直徑的大小，選擇無極電動機軸上的齒輪齒數(shù)為27，與之相配合的齒輪齒數(shù)為45；該無極變速系統(tǒng)的傳動圖如圖21所示；(6) 齒輪模數(shù)的確定（一）第一變速組的齒輪模數(shù)的確定按齒面接觸強度設(shè)計小齒輪齒數(shù)z1=24；大齒輪齒數(shù)z2=60。設(shè)Sz=kS0，k為整數(shù)系數(shù)。(5) 齒輪齒數(shù)的確定在一個變速組中，主動齒輪的齒數(shù)用Zj表示，從動齒輪的齒數(shù)用Zj39。區(qū)域II為恒功率變速范圍，有四段部分重合的無極轉(zhuǎn)速，分別是209~250r/min，572~655r/min，1500~1717r/min。即串聯(lián)的分機傳動系統(tǒng)的公比等于電動機恒功率變速范圍時，輸出的無極變速范圍最大。查《簡明銑工手冊》表313取d0=27mm；ae=4mm；z=4；ap=30mmfz= mm，n取r/min，其中xF=；yF=；uF=；WF=0；qF=；加工碳鋼時，σb=673MPa修正系數(shù)由《簡明銑工手冊》314得：則利用圓柱銑刀進行逆銑時，工作臺的工作載荷：工作臺縱向進給方向載荷：Fl=(1～)Fz工作臺垂向進給方向載荷：Fv=(～)Fz工作臺橫向進給方向載荷：Fc=(～)Fz各系數(shù)分別取中間值，則：Fl===4803NFv===1092NFC===1637N由此可以算出周向銑削力:(2) 初選交流調(diào)速主軸電動機的功率nd為主軸傳遞全部功率時的最低切削速度，即電動機的額定轉(zhuǎn)數(shù),為1500r/min。其功率轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2．15所示。直流電動機結(jié)構(gòu)復雜，價格高。2) 調(diào)速電機直接驅(qū)動方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，但是主軸轉(zhuǎn)數(shù)的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機的輸出特性完全一致，電動機的發(fā)熱對主軸的精度影響大，因而也不適于本改造。常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶、高速帶以及各種非線性傳動部件等。為此在設(shè)計中，常提出無間隙，低摩擦．低慣量，高剛度，高諧振頻率，適當?shù)淖枘岜纫蟆２逖a程序根據(jù)零件輪廓要求向各個坐標軸分配脈沖，提供位置指令。在方向指令的作用下，脈沖分配器將輸入CP脈沖信號按一定順序分配，然后送到驅(qū)動器進行功率放大，驅(qū)動步進電機使其轉(zhuǎn)子按順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動。步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成圖25 步進電機控制系統(tǒng)構(gòu)成及原理圖如圖25是步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及原理框圖，它由脈沖信號源、脈沖分配器、功率放大器、步進電機組成。(2) 步進電機的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個數(shù)嚴格的成正比例，控制輸入步進電機的脈沖個數(shù)就能控制位移量。 步進電機的開環(huán)控制步進電機是典型的開環(huán)驅(qū)動裝置，與所選定的WA21M數(shù)控系統(tǒng)相匹配，是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的電磁機械裝置。(3) 半閉環(huán)控制形式半閉環(huán)控制沒有直接檢測工作臺的位移量，原因是檢測元件安裝在電機的端頭或絲杠的端頭，閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠螺母副工作，所以可獲得較穩(wěn)定的控制特性。改變進給脈沖數(shù)目和頻率，可以控制工作臺的移動量和速度。 數(shù)控機床控制方式選擇 位置控制方式分類伺服系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，是數(shù)控裝置與機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，位置控制按其結(jié)構(gòu)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。 數(shù)控機床的工作原理在使用數(shù)控機床進行數(shù)控加工時，把零件的加工信息(如零件尺寸、形狀和技術(shù)條件)編出工件加工程序，將加工工件時刀具相對于工件的位置和機床全部動作順序，按規(guī)定格式和代碼記錄在信息載體上；把信息載體(控制介質(zhì))即工件加工程序輸入計算機數(shù)控裝置；控裝置接收由穿孔帶、閱讀機、磁盤、鍵盤等送入的代碼信息，經(jīng)過識別與譯碼之后送到指定存儲區(qū)，作為控制與運算的原始數(shù)據(jù)；伺服驅(qū)動系統(tǒng)把來自數(shù)控裝置的運動指令轉(zhuǎn)變成機床移動部件的運動，使工作臺按規(guī)定軌跡移動或定位，加工出符合圖樣要求的工件；輔助裝置把計算機送來的輔助控制指令，經(jīng)機床接口電路轉(zhuǎn)換成強電信號，用來控制機床主軸電機的啟動停車，主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整，冷卻泵啟停以及轉(zhuǎn)位換刀；反饋系統(tǒng)將機床移動的實際位置，速度參數(shù)檢測出來?？刂平橘|(zhì)可以是穿孔紙帶，磁帶、磁盤或其他可存儲物質(zhì)。 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床通常由程序載體(控制介質(zhì))、輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)和機床本體組成，如圖21所示。1—雙聯(lián)齒輪 2—雙聯(lián)齒輪 3—齒輪軸 4—主軸電機 5—齒輪 6—主軸齒輪 7—主軸齒輪 8—縱向滾珠絲杠 9—薄片齒輪 10—縱向步進電機 11—橫向步進電機12—薄片齒輪 13—橫向滾珠絲杠 14—垂直步進電機 15—薄片齒輪16—圓錐齒輪 17—垂直進給絲杠 X5032銑床傳動示意圖 改造后的數(shù)控銑床功能分析 根據(jù)設(shè)計要求，改造后的數(shù)控銑床應(yīng)具有以下功能：以實現(xiàn)程序的存儲和編輯功能；以實現(xiàn)主傳動系統(tǒng)電機正、反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速分為兩檔，并在各檔內(nèi)可以實現(xiàn)無級調(diào)速；可以在平面或空間范圍內(nèi)按設(shè)定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運行；以實現(xiàn)數(shù)值的任意設(shè)定并顯示；以實現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報警；以實現(xiàn)與上位機的通訊。X、Y電機能夠拖動工作臺以63200r／min的切削進給速度進行x向、Y向運動，Z向電機能使主軸箱獲得31600r／min的進給速度。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使改造后的機床的機械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。將主傳動改為采用變頻交流電動機無級調(diào)速。為了保證主軸在運動時有準確的定位，安裝主傳動的定位檢測裝置。變頻調(diào)速。一般的機械加工只要能具有以下功能即可滿足需要：直線、圓弧插補。輸入、檢索、修改盡量一體化。 X5032數(shù)控銑床改造設(shè)計總體要求和內(nèi)容 數(shù)控銑床改造設(shè)計總體要求數(shù)控銑床改造設(shè)計主要考慮以下四方面因素：(1) 經(jīng)濟性既然是用于普通銑床的數(shù)控化改造，因此，必須充分考慮系統(tǒng)的成本，這是保證達到系統(tǒng)設(shè)計目的關(guān)鍵。如果購置新機床全部去取代舊機床，顯然義會導致舊機床的閑置和巨大浪費，也不現(xiàn)實：況且購買一臺數(shù)控機床動輒十幾萬、幾十萬，甚至上百萬，在我國一些企業(yè)是很難承受的。(4) 可以采用雖新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成具有當今水平的機床。特別是大型、特殊機床尤其明顯。如車削中心、車銑中心、磨削中心等。(5) 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床問的頻繁搬運。(4) 加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要“修配”。出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備 機床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 機床數(shù)控化改造的技術(shù)優(yōu)越性(1) 數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)中計算機的作用。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢。高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠。上世紀90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。數(shù)控機床是機械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，我國的數(shù)控機床在機床產(chǎn)品中的比例總體水平低。(3) 經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下3個特征：(1) 高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。在日本機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。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)控改造的新的行業(yè)。較著名的控制系統(tǒng)有：日本FANUC系列、Mitsubishi系列、OKUMA系列、SoDICK系列、日立系列、德國SIEMENS系列、DECKEL系列、Heidenhain系列、HELLER系列、美國ALLEN．BRADLEYfAB)系列、CINClNNANTI系列、法國Num系列、意大利FIDIA系列、西班牙FACK)R系列、瑞士的AG系列、國產(chǎn)系列等。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年，如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1．9％，而日本在1994年己達20．8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。其本質(zhì)是采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機械工業(yè))進行技術(shù)改造。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。普通機床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力仍然處于較低的水平。1 緒 論 引 言 數(shù)控機床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點，并且機床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門化。銑床是普通機床中比較常見的一種，而數(shù)控銑床則是數(shù)控機床中應(yīng)用比較廣泛的一種。為此我們應(yīng)該在普通機床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設(shè)備閑置浪費。它的發(fā)展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。它在總體布局、傳動系統(tǒng)、刀具裝置以及操作輔助機構(gòu)等方面發(fā)生了很大變化，最基本的表現(xiàn)是改進了普通機床傳動鏈長、傳動結(jié)構(gòu)剛度不足、抗振性能差、滑動面的摩擦阻力大以及傳動元件的間隙大等缺點，經(jīng)濟型數(shù)