【正文】 變速多采用齒輪副來實現(xiàn)，電動機的無級變速配合變速機構(gòu)可確保主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時的轉(zhuǎn)矩和擴大恒功率的調(diào)速范圍。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達到 10000r/min 以上，它融合了尖端的高速精密軸承、潤滑技術(shù)、冷卻技術(shù)、高速變頻驅(qū)動技術(shù)，是技術(shù)含量很高的機電一體化產(chǎn)品。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機床同時具有X、Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。CNC 單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。在1958～1979 年間為第一階段，從 1979 年至今為第二階段。 在 20 余年間，數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設(shè)計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。建議切實做好以下幾點： 中國廠多人眾，極需正確的方針、政策對數(shù)控車床的發(fā)展進行有力的指引。在步驟措施上，必須使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標志。動力參數(shù)是指主運動驅(qū)動電動機的功率；運動參數(shù)是指主運動變速范圍。因此需合理確定主傳動功率。數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率 PC 可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力 ZFPC= KW60V主切削力的切向分力，N；Z切削速度 N?? ；vcm查金屬切削手冊知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力 大約在 2500 左右，切削速度取 90—250r\min，ZF則知道 PC=2500 200\60000=?P= =c??考慮到空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動件在空轉(zhuǎn)運行時的摩損功耗，傳動件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動載荷的摩擦損耗等。inmaxddmax = = =1591 r/mininax10v?025?= = r/minminaxi10dv?032?由于現(xiàn)代數(shù)控車床向高速高精度方向發(fā)展，考慮到今后的技術(shù)儲備，類比行業(yè)中同類數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速范圍初步選取 =20 r\min， =2022 r\min。我們把機床能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為主軸計算轉(zhuǎn)速，以它為臨界轉(zhuǎn)速，如圖。該數(shù)控機床總變速范圍是 =2022\20=100，變速范圍較大，單靠無級變速nR裝置有難以實現(xiàn)。所以在設(shè)計師不能依據(jù)總變速范圍來設(shè)計主創(chuàng)動系統(tǒng)，而應(yīng)考慮電動機與主軸的功率匹配。　　首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍 ，選擇合適的公比 后再確定轉(zhuǎn)nRf?速級數(shù) ，繪制轉(zhuǎn)速圖。首先要考慮某些結(jié)構(gòu)方面的問題，考慮結(jié)構(gòu)能否實現(xiàn)：如小齒輪的齒根圓是否大于軸的直徑，大齒輪的頂圓是否會碰及相鄰軸等；其次因考慮結(jié)構(gòu)是否合理，如布置是否緊湊，操縱是否方便等。圖 主傳動系統(tǒng)示意圖第三章 傳動系統(tǒng)零部件設(shè)計 傳動皮帶的設(shè)計和選定 帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運動和動力的傳動。、相對高度進似為 、梯形截面環(huán)行帶。傳動功率 P＜700kW。．V 帶傳動設(shè)計 　(1)設(shè)計功率的確定：查得工況系數(shù) ?AKkWPAd .3???(2) 選定帶型：根據(jù) 確定為 B 型。(11)單根 V 帶的基本額定功率 ：1P根據(jù) 和 查得 B 型 V 帶的基本額定功率md125?in50rn?。所以從最小齒輪 Z=26 開始設(shè)計校核。計算步驟如下：3. 齒面接觸疲勞強度計算1）.初步計算 轉(zhuǎn)矩 =9550 =9550 = .1T?? 齒寬系數(shù) =?接觸疲勞強度極限 =710MPa, =580MPa,lim1H?lim2H許用接觸疲勞強度極 = =639 MPa, ??li1= =522MPa??2H?lim2 取 值 β = 查表 =82dA01 dA初步計算小齒輪直徑 = = =83mm1d??13d2(i)HT????321076(1).548??取 =90mm1d初步計算齒寬 b=70mm,取 b=70mm2).校核計算圓周速度 v v= =????精度等級 8 級齒數(shù) Z 和模數(shù) m =30,m= =3,所以取 m=3 , =90mm1Z31d =54,m=3, =54 3=165mm22d?使用系數(shù) =動載荷系數(shù) =齒間載荷分配系數(shù) = =2360NH?1t2dTF?07369 = =\mm100N\ =[ ( + )]cosβ???1Z2=[ ] =????????????????? .57042.???? 0tantanrcrc9osos1t??? cos/cosbnt??? ? 由此得 2/csHFbK???? .齒間載荷分布系數(shù) 查表 =HK?H?231dABCb????????? = ????載荷系數(shù) K K= = =?? 彈性系數(shù) = 節(jié)點區(qū)域系數(shù) = 重合度系數(shù) 由式得因 得 故? 1???? ??43Z?? ???? ??? 螺旋角系數(shù) Z?cosZ? 接觸最小安全系數(shù) = 總工作時間 =10 300 8 =4800hht ht? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計 ,則查表指數(shù) m= =1Lmniihi1ax6tT????????? =60 1 625 4800 ( +??+ )==?710接觸壽命系數(shù) 查圖 =, =許用接觸應(yīng)力 = = =798MPa??H???1Hlim1HS??= = =驗算 = H?E?21(i+)bdKT= ? (.8+)9=652MPa 698MPa 滿足要求.3).確定傳動主要尺寸 分度圓直徑 由以上運算知道 =30, =54,模數(shù) =3。1Z2nm /costnm??03/?分度圓直徑 = = 30=? = 54=? 中心距 a = =165mm12)m(za?3(54+)齒寬 b 大齒輪 ,小齒輪2b?12bm?6. 齒面彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù) FaY 1330??? 2330. 查表得 ?應(yīng)力重合修正系數(shù) 查表得 ?重合系數(shù) ? ?? ????????????????? = 01. . ==+ =+ =??.13螺旋角系數(shù) Y? ??????minY?齒間載荷分配系數(shù) 由上面知 =?FK?齒間載荷分布系數(shù) b/h=25/ ( )=4 查相關(guān)圖知 =? FK?載荷系數(shù) K K= =1..25 =???彎曲疲勞極限 查試驗齒輪的彎曲極限表 =600MPa,minF?min1F?=450 MPa,min2F彎曲最小安全系數(shù) 有相關(guān)表 =應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計 ,則查表指數(shù) m== =60 2 625 4800 (mni1hi6axtT???????????+ + )=.?=60 1 698 4800 ( + ?. .95?+ )=. 71彎曲壽命系數(shù) 查彎曲壽命系數(shù)圖 =, =尺寸系數(shù) 査尺寸系數(shù)圖 = xYxY許用彎曲應(yīng)力 =??F??? MPS????= aFY驗算 = 111aSnKTbd?? ????=197MPa??1F? 221FaSFY?.357919aMP???2F????傳動無嚴重過載情況,固不作靜強度校核. 見零件圖。()MT???軸頸處當(dāng)量彎矩 = =39。31b.?附圖 1 II 的設(shè)計與校核1）.估算軸頸 d假設(shè)軸材料為 45鋼，則由公式 ，查表 C=118, 3pdCn??=25mm，??2)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計該軸兼有傳動軸和液壓變檔滑移作用，畫出 Z=26 的齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。()MT???g).校核軸頸齒輪中間處軸直徑 d= = =35mm。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。各類機床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標準。目前，尚未制定出抗振性的指標，只有一些實驗數(shù)據(jù)可供設(shè)計時參考。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。5 耐磨性主軸組件的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。7 主軸的結(jié)構(gòu)為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。主軸前軸承采用三個接觸角向里；軸承由圓螺母進行預(yù)緊，預(yù)緊量在軸承制造時配好。這種軸承徑向剛度和承載能力較大，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，徑向結(jié)構(gòu)緊湊。 主軸的設(shè)計與校核：主軸的主要參數(shù)是：主軸前端直徑 D1，主軸內(nèi)徑 d,主軸懸伸量 a 和主軸支撐跨距 L。一般推薦取：L\a=3~ L\a 盡量大，提高主軸剛度。詳細結(jié)構(gòu)件零件在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對軸進行受力分析計算如下： a）.計算齒輪受力 =9550 =4411961T?3PnmN? 圓周力 = = 徑向力 = N，r0tan38tan2147coscos????? 軸向力 aF0tt69b）.計算支撐反力 垂直面內(nèi)支撐反力 =488N, =919N15476r??51496270rF?? 水平面支撐反力 , 39。??31b0.???所以該軸設(shè)計得合理 第五章 主軸驅(qū)動與控制數(shù)控車床是機電一體化的典型產(chǎn)品，是集機床、計算機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術(shù)為一身的自動化設(shè)備。(2) 在斷續(xù)負載下，電機的轉(zhuǎn)速波動要小。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論和大功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)進入實用階段。 主傳動采用調(diào)速電動機進行無級變速，主軸的正反轉(zhuǎn)、啟動與停止是直接驅(qū)動電動機來實現(xiàn)的，主軸電動機調(diào)速與分檔變速機構(gòu)的配合來實現(xiàn)的。如需換擋，發(fā)出降速指令，換擋時使頻率降到最低，經(jīng)延時速度穩(wěn)定后，發(fā)換擋請求信號，換擋繼電器動作，熱愛背后檢測判斷換擋結(jié)束信號，及等齒輪到位后，在新檔位內(nèi)根據(jù)讀入的轉(zhuǎn)速代碼按插值法求新的轉(zhuǎn)速并輸出至電動機變頻驅(qū)動裝置。齒輪在低速進行強力切削時，應(yīng)使用低速檔；在進行精密切削時使用高速擋；在裝卸工件時，主軸可以停在空擋上。螺紋螺距多數(shù)為常數(shù)，但為有規(guī)律的遞增或遞減的變螺距螺紋的使用也越來越多。 主軸旋轉(zhuǎn)時編碼器即發(fā)出脈沖，這些脈沖送給數(shù)控裝置作為坐標軸進給的脈沖源，經(jīng)過對節(jié)距計算后，發(fā)給坐標軸位置私服系統(tǒng)，使進給量與主軸轉(zhuǎn)數(shù)保持所要求的比率。 主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進給的同步控制數(shù)控車床在切削端面時為了保證端面的光潔度，就必須是該表面的粗糙度小于或等于某值。因此，數(shù)控裝置