【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 便。 結(jié)合這三種方案，由于本淪為設(shè)計(jì)的機(jī)床主要是為打?qū)W生展示機(jī)床的各個(gè)機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)過程，所以對(duì)于加工精度要求不高，并且此機(jī)床的控制，機(jī)械部分要適合大眾學(xué)生，不能僅僅讓一些學(xué)習(xí)好的學(xué)生能看懂，操作編程要簡(jiǎn)單明了，所以最終選擇方案二。 傳動(dòng)方案分析及確定 方案一： 先將伺服電機(jī)與 聯(lián)軸器相連，在通過齒輪減速降比傳動(dòng)移動(dòng)部件驅(qū)動(dòng) 圖 21進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 優(yōu)點(diǎn)：可以通過齒輪放大電機(jī)的扭矩，使得可以采用小功率電機(jī)，降低成本 缺點(diǎn)：齒輪間存在間隙，使得傳動(dòng)精度差 方案二： 采用伺服電機(jī)通 過聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的移動(dòng)驅(qū)動(dòng) 圖 22進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 優(yōu)點(diǎn)： 精度有保證 缺點(diǎn)：需要功率大的電機(jī)，提供大扭矩，成本高 結(jié)合這兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為了保證機(jī)床必要的精度要求，所以最后采用方案二作為最終方案。 銑 削主軸系統(tǒng)方案分析及確定 方案一： 使用帶有 C軸功能的主軸電機(jī)帶動(dòng)，通過一級(jí)皮帶輪降速后驅(qū)動(dòng)主軸 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 方案特點(diǎn)：成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度能達(dá)到要求 方案二： 采用步進(jìn)電機(jī)作為主動(dòng)力源，通過二級(jí)齒輪變速箱控制速度，在主軸上在加一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn) C軸的動(dòng)力源 —— 伺服電機(jī) 方案特點(diǎn)：加裝的伺服分 度系統(tǒng)能保證 C 軸功能，成本較低，但是采用了齒輪傳動(dòng)，存在誤差，并且這樣做使得系統(tǒng)太復(fù)雜，體積大，成本升高 方案三： 直接使用帶有 C 軸功能的電主軸做動(dòng)力源 方案特點(diǎn)：精度非常高，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但是成本相當(dāng)高 方案確定：由于本論文機(jī)床對(duì)精度要求一般，所以如果采用方案三顯得浪費(fèi)，而方案二太復(fù)雜，使得最后體積大，成本高，所以最終采用方案一 車削主軸系統(tǒng)方案分析及確定 方案一： 采用銑削用電主軸 方案特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度高，可控性強(qiáng)，成本高，不過能帶有銑刀換刀功能 方案二： 采用普通銑床主軸銑頭 方案特點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)成本低，有標(biāo)準(zhǔn)件可供購買，但是體積大，可控性差 方案確定：所選銑削主軸銑頭不宜過大，重量不宜過重，所以最終選擇方案一 車銑一體整體三維結(jié)構(gòu)布局示意圖 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 23 整體示意圖 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第三章 車削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主軸電機(jī)的選擇 主軸電機(jī)初選 表 31主軸電機(jī)參數(shù) 圖 31主軸電機(jī)性能曲線 主軸電機(jī)功率的校核 中小型普通機(jī)床類型中等切削條件下的用量參數(shù) 刀具材料：高速鋼 切削方式：外圓縱車 查 《 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 》 表 39 得知， 切深 ap=3mm 進(jìn)給量 f(s)=單位切削力 Kc=2649 ? 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 （ 1）求切削力 . . .2649 3 ( )C C D C pCCK A K a fN??? ? ??FFF (31’) （ 2） 求切削功率 Pc 切削功率指的是消耗在切削工程中的功率，用 Pc 表示，單位為 KW，因?yàn)楸诚蛄?Fp的位移量很小，可近似認(rèn)為背向力不做功。因此，切削功率 Pc 的總值就等于切削力 Fc和進(jìn)給力 Ff 做功之和。 即 3f( ) 1 01000 wc V C F N fp F V ?? ? ? (31) 式中 Fc切削力（ N） 。 Vc切削速度（ m/s） 。 Ff進(jìn)給力（ N） 。 Nw工件轉(zhuǎn)速（ r/s） 。 f 進(jìn)給量（ mm/r） 。 大多數(shù)情況下，進(jìn)給力 Ff 所消耗的功率極小，約占總功率的 1%—— %，因此上式可簡(jiǎn)化 為： 310c V cp F V ??? （ 32） Pc= * * Pc= 根據(jù)切削功率選擇機(jī)床電動(dòng)機(jī)時(shí)，還需要考慮到車床的傳動(dòng)效率 m? ，取 m? =80%，則機(jī)床電動(dòng)機(jī)的 率 Pe 應(yīng)為： m80%CeeePPPP KW???? 故選擇 CTB45P58XX154XX 型號(hào)電機(jī)，伺服主軸電機(jī) 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （ 1） 求輸出軸上的功率 P2，轉(zhuǎn)速 n2 和轉(zhuǎn)矩 T2 已經(jīng)電動(dòng)機(jī)功率為 ，轉(zhuǎn)速 n2=1500r/min 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 若取大帶輪傳動(dòng)效率（包括軸承效率在內(nèi)） ? = 則 21223 222. * 51500100 0 / m in955 0 *10 . 694 5 .p p K WninnrpT N m mn??? ? ?????? （ 2） 求作用在大帶輪上的力 圓周力 222 2 * 6 9 4 7 6 . 2 5 2 2 0 5 . 663t TFNd? ? ? （ 33） （ 3） 初步確定軸的最小直徑 先按式 （ 34） 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 (153)，取 A0=103 ，于是得 2 33m in 027 . 2 7 5* 1 0 3 * 1 41000pd A m mn? ? ? （ 34） 輸出軸的最小直徑顯然是 d??? 位置， d??? =14mm , l??? =25mm （ 4） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ① 為了滿足三爪卡盤的軸向定位要求，Ⅰ Ⅱ軸段左端需制出軸肩， 故取 Ⅱ Ⅲ段的直徑 DⅡ Ⅲ =16mm,取 lⅡ Ⅲ =10mm ② 初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承受有橫向縱向二個(gè)方 向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參考工作需求并據(jù)悉 DⅡ Ⅲ =16mm，由軸承大全手冊(cè)中初步選取 0 基本游戲組，規(guī)則精密度的圓錐滾子軸承30103，其基本尺寸 d *D*T=17*28*10mm 故 DⅢ Ⅳ =17mm ， lⅢ Ⅳ =45mm ,lⅦ Ⅷ =10mm ,DⅦ Ⅷ =17mm ③ 取安裝大帶輪處的軸段 Ⅳ Ⅴ 的直徑為 DⅣ Ⅴ =19mm ， 大帶輪的一端與軸承之間使用套筒定位，已經(jīng)大帶輪輪轂的寬度為 15mm,為了使套筒端面牢靠的壓緊大帶輪，此軸段必須要小于輪轂寬度，故取 lⅣ Ⅴ =14mm ,大帶輪的左邊 采用一凸起軸肩定位，則軸環(huán)處的直徑 DⅤ Ⅵ =21mm ,軸環(huán)的寬度 ,取 lⅤ Ⅵ =5mm 依據(jù)實(shí)際需求，取 DⅥ Ⅶ =20mm ,lⅥ Ⅶ =28mm 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 軸的校核 (a) 1HF 4tF 2HF Z 軸 1VF 4rF 2VF X 軸 (b) 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 32 軸的結(jié)構(gòu)與受力分析 （ 1） 畫軸的受力簡(jiǎn)圖 軸的受力簡(jiǎn)圖如圖 32(b)所示 （ 2） 計(jì)算支撐反力 ① 在水平面上 12124 1 5 0* 5 0 * 5 075rF H F H F NF H F HF H F H N? ? ???? （ 35） ② 在垂直面上 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 12221214 22 054 * 50 *1 00 011 02 .5220511 02 .5ttF V F V F NF F VF V NF V F VF V N? ? ??????? （ 36） ③ 軸承 1 的總支撐反力為 221 1 12211110 2 751105F F V F HFFN????? （ 37） ④ 軸承 2 的總支撐反力為 211105F F N?? （ 3） 畫彎矩圖 彎矩圖如圖 32 (c),(d),(e)所示 在水平面上，帶輪左側(cè)為 1139。2239。*75 * 50 3750 .*75 * 50 3750 .aaaaM H F H lM H N m mM H F H lM H N m m?????? （ 38） 在垂直面上，帶輪左側(cè)為 11*1 1 0 2 .5 * 5 05 5 1 2 5 .M a V F V lM a VM a V N m m??? （ 39） 合成彎矩，帶輪左側(cè)為 22223 7 5 0 5 5 1 2 55 5 2 5 2 .a H a VM a M MMaM a N m m????? （ 310） （ 4） 畫出轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩圖如圖 32(f)所示 T2=694776N。 mm （ 5） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危 險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度，根據(jù)式及上述中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 α =，軸的計(jì)算應(yīng)力 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 ? ?? ?22223552 52 * 694 76 *14acacacaMTWM Pa????????? （ 311） 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 151 差得 ? ?1?? =60MPa，因此 ? ?1ca???? ，故安全。 天津工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第四章 銑削主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 銑削功率及銑削力計(jì)算 工作臺(tái)受力最大的情況是用盤狀銑刀加工零件，所使用的最大盤銑刀是 YT15 硬質(zhì)合金端銑刀，其直徑是 100mm，齒數(shù) 5 個(gè) 表 41 YT15硬質(zhì)合金端銑刀銑削的銑削速度及功率 T/ min 0d /z pa / mm fa / (mm/z) 銑削深度 pa /mm 3 5 9 12 V/ (m/ min) mP / kw V/ (m/ min) mP / kw V/ (m/ min) mP / kw V/ (m/ min) mP / kw