【正文】 a continuously variable speed , transmission Systerm目錄摘要 IABSTRACT. II第一章 前言 1 1 1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 5 課題研究內(nèi)容 5 研究方法 5 論文構(gòu)成 5第二章 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 6 6 擬定傳動(dòng)方案 6 選擇電機(jī) 7 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定 9 轉(zhuǎn)速圖 11第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) 12 12．V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 12 14 I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 II軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 21第四章 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 對(duì)主軸組件的性能要求 23 軸承配置型式 24 主要參數(shù)的確定 24 主軸頭的選用 25 編碼器的選擇與安裝 25第五章 結(jié)論 27參 考 文 獻(xiàn) 28致謝 29第一章 前言我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3％?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場需求作出快速反應(yīng)。從2005年的市場消費(fèi)內(nèi)容也可可看出,普通機(jī)床的市場份額在下降,數(shù)控機(jī)床則大幅度增長，尤其是中高檔數(shù)控機(jī)床供不應(yīng)求。此外，力求完成課題之余，熟悉國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),增強(qiáng)對(duì)如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識(shí)。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究現(xiàn)狀我國數(shù)控車床從20世紀(jì)70年代初進(jìn)入市場，至今通過各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過采取與國外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例。平床身工藝性好，易于加工制造。 2)導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)。無級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。 ⑴電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。⑵采用定比傳動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。所以這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。5）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)，按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。 2）高可靠性 3）數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化 采用CAD技術(shù)以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。 課題研究內(nèi)容本課題設(shè)計(jì)的數(shù)控車床的主要參數(shù)如下：床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：；溜板箱上直徑： 最大車削長度：；主軸錐度：莫氏6主軸轉(zhuǎn)速：25~2500rpm（有級(jí)或無極變頻調(diào)速）；主軸功率：4Kw課題研究的主要內(nèi)容包括主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編碼盤的安裝及離合器的使用。選擇了SINUMERIK 802D機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)。 論文構(gòu)成本論文構(gòu)成如下：第一章闡述課題的研究背景及內(nèi)容。第五章提供了在本機(jī)床加工一典型零件的程序。具有較高的精度和剛度、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大（），單靠調(diào)速電機(jī)無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。通過若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，～。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素[11]。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。（4）電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇由資料[10],表22－1－9，小功率電動(dòng)機(jī)一般選為380V電壓。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。V帶輪傳動(dòng)比確定為，I軸上齒輪傳動(dòng)比確定為，II軸上兩對(duì)直齒輪的傳動(dòng)比分別為，所以兩條傳動(dòng)鏈中，高速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比4，低速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比，由此可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍：（5）確定電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取VFNC系列變頻主軸電機(jī)型號(hào)VFNC 。取，則對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取Z=2故前面?zhèn)鲃?dòng)比分配可取。 普通V帶傳動(dòng)是常見的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40176。其應(yīng)用于：帶速V≤25～30m/s。 保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。=i?=125=300mm根據(jù)表88圓整為=315mm確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度Ld 1初定帶輪距得： 即: 初取 2計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度：由表82選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1800mm3計(jì)算實(shí)際中心距：安裝時(shí)所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距：(5)驗(yàn)算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。取 根。,精度等級(jí),材料及齒數(shù).根據(jù)選定的傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng).（1）本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類,一般齒輪傳動(dòng),故選用6級(jí)精度.（2）(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.（3）選小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(109a)進(jìn)行試算,即： ()確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由上文可知為121N/m（3）由表107選取齒寬系數(shù)（4）由表106查得材料的彈性影響系數(shù)（5）由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。（7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較： ()大齒輪的數(shù)值大。 II軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如無特殊說明，本小節(jié)公式均出自資料[14]）該軸不受或只受極小的軸向力，而右端所受徑向力矩明顯高于左端，故左端選用深溝球軸承，而右端選用一對(duì)角接觸球軸承背靠背安裝，如圖所示： 中間軸的支承形式II軸上的主要零件主要有三對(duì)直齒圓柱齒輪及其中兩直齒圓柱齒輪對(duì)應(yīng)的電磁離合器。（1）軸的選材和最小直徑得確定軸的材料選擇為：45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理）。，初選齒數(shù)①本數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行速度較高，精度等級(jí)選擇6級(jí)精度；②由表10－1，小齒輪材料選擇為40，調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度為280HBS；大齒輪材料選擇為45鋼，調(diào)制后表面淬火，硬度為240HBS。由式（10－12），==650/1＝585MPa ==600/1=570MPa 將以上參數(shù)代入公式進(jìn)行計(jì)算 ① 算小齒輪分度圓直徑d1t，代入[H]中較小的值：②計(jì)算圓周速度v： ③計(jì)算齒寬： ④計(jì)算齒寬與齒高之比： 齒輪模數(shù) 齒高 ⑤計(jì)算載荷系數(shù)K由圖10－8，查得動(dòng)載系數(shù)；由表10－3，查得。⑦計(jì)算大、小齒輪的并加以比較： 大齒輪數(shù)值大，將用于以下計(jì)算。由于這兩齒輪得中心距與齒輪1和2的中心距相等，故,。第四章 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)主軸組件的性能要求主軸組件是機(jī)床主要部件之一，它的性能對(duì)整機(jī)性能由很大的影響。實(shí)際上，由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每一瞬間都是變化的，這些瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置成為理想回轉(zhuǎn)中心線。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是所有的情況下都表示為被加工工件所得到的加工形狀。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直坐標(biāo)系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。出廠時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測量法測量，當(dāng)L＝。主軸組件的剛度越大，主軸受力變形就越小。主軸組件抗振興差，工作時(shí)容易產(chǎn)生，不僅降低加工質(zhì)量，而且限制了機(jī)床生產(chǎn)率的提高，使刀具耐用度下降。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬或氮化處理。這就要具體問題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求[6]。如下圖所示： 主軸支承型式 主要參數(shù)的確定主軸的主要參數(shù)是指：主軸平均直徑D（或主軸前軸頸直徑）；主軸內(nèi)孔直徑；主軸懸伸量a和主軸支承跨距。但加大直徑受到軸承dn值的限制，同時(shí)造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。（3）主軸懸伸量的確定主軸懸伸量是指主軸前端面到支承徑向反力作用中點(diǎn)的距離，它對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大。③合理設(shè)計(jì)前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封裝置形式。本課題中主軸前端的一對(duì)向心推力軸承正是采用這種安裝形式。當(dāng)時(shí)，主軸部件具有最大剛度，即為主軸部件的最佳跨距。當(dāng)需要遠(yuǎn)大于時(shí)，可采用三支承結(jié)構(gòu)[6]。即主軸脈沖發(fā)生器。其技術(shù)參數(shù)如下表:編碼器的安裝通常采用兩種方式:同軸安裝和異軸安裝。本課題采用異軸安裝方式，利用同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)[17]。，變頻器的使用了解不多，查閱了大量資料后才弄明白。(一)[EB/OL].:// ,20040813.[5] 師鴻飛馮老師平時(shí)工作繁忙，但仍抽出時(shí)間來指導(dǎo)我的設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我的同學(xué)也給與了我很多的幫助，尤其是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分和繪圖等細(xì)節(jié)部分，同學(xué)熱心的給我講