【正文】 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指 令信號(hào)響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。 ２ .５ .４ 箱體設(shè)計(jì)的確有關(guān)問題 １ 箱體材料 以中等強(qiáng)度的灰鑄鐵 HT1533 和 HT2040 用得最廣泛。1 壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的計(jì)算 （ 1）潤滑油量 油量 1 2 1 25 . 7 4 . 5 ( 1 )Q Q Q N N ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 油量粗算： (1 )QN??? /minl 式中： N???? 額定功率 ????? 機(jī)床效率 也可用如下公式計(jì)算各潤滑部位的需油量； 3 5 (1 ) /Q N t?? ? ? 式中： t?????允許循環(huán)油溫升，通常為 45500C 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁 共 71 頁 1 . 6 5 ( 1 ) 1 . 6 5 7 . 5 ( 1 0 . 8 5 ) 1 . 8 6 / m inQ N l?? ? ? ? ? ? ? （ 2）油池容量： (3 7)VQ? ?? ? （升） ( 3 7 ) 1 . 8 6 5 . 5 8 1 3 . 0 2V ? ? ? ? ? ? ? （升） 油池容積應(yīng)超過 V的 30%，即為： （升） （ 3）油管的選擇與計(jì)算 油管的內(nèi)徑計(jì)算： Qd mmV? 式中： Q 流量 （ l/min） V 管內(nèi)油的流速 取主軸管內(nèi)油的流速為 4 / min,Vl?主 支油管： V支 =1 l/min,外徑 x 壁厚為： ；回油管： / minVl?回 ，外徑 x 壁厚為： 12x1。 （ 3）綜上所述，銑床 I 軸一般安排在變速箱后避處； 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 39 頁 共 71 頁 3 中間各傳動(dòng)軸 主軸和各傳動(dòng)軸位置確定后，中間各傳動(dòng)軸位置即可按轉(zhuǎn)動(dòng)順序進(jìn)行安排，應(yīng)考慮滿足以下要求： （ 1）裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)、維修和潤滑 （ 2）裝有制動(dòng)器裝置的軸：要便于裝調(diào)、維修，該軸應(yīng)布置在靠近箱蓋或箱壁處，同時(shí)考慮與起、停裝置的互鎖。 2, 箱體結(jié)構(gòu)和外形 :變整箱體結(jié)構(gòu) ,與床身的連接方式 ,外觀造型等 。 ???at 加速時(shí)間 ,中型車床取 13s,位行用 —； ???0M 空轉(zhuǎn)扭矩。 ２ .４ .１ 按扭矩選擇 一般應(yīng)使選用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩 jM 和額定動(dòng)扭矩 dM 滿足工作要求。 在數(shù)控銑床上，通常根據(jù)刀具與工藝要求需進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速的變換及制動(dòng)，這制動(dòng)裝置常用離合器來實(shí)現(xiàn)，而電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件。 4, 主軸跨距 l 的確定 根據(jù) 金屬切削設(shè)計(jì)機(jī)床 , 計(jì)算前支承剛度1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 /AK D N m m? ? ? ? ? ?. 計(jì)算綜合變量 ? =3AEIKa 此處取彈性橫量 52 10E MPa?? . (鋼的 52 10E MPa?? ) 主軸的截面慣性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 .1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m??? ? ? ? ? ? 則 ： 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3? ? ? ????? 由主軸跨距計(jì)算線圖 ,得 : 0 / ? ， 所以 0 ? . 合理跨距范圍為 : (0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6ll? ? ? ? ? ?0合 理 之 間， 為提高剛度 ,應(yīng)盡量縮短主軸外延伸長度 a,選擇適當(dāng)?shù)目缇?l ,一般推薦 取 l/a=35。 查 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 取 1D =90mm,后軸頸 mmD 852 ? 平均軸頸 . 21 mmDDD ??? 取 d=27mm. （ 2） 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)孔主要用于通過棒料夾緊刀具或工件的控桿 ,冷卻管等 ,大型 ,重型機(jī)床的空心主軸還可以減輕重量 . 確定孔徑 d 的原則是在滿足對(duì)空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下盡量去大些 。主軸內(nèi)孔直徑 d,。 這里前支承選用 3182100 型 ,可承受徑向力 ,反支承選用一對(duì)推力球軸承 ,承受徑向和軸軸向載荷 ,使主軸軸向定位 . （ 2） 軸承的配置 大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個(gè)支承 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,制造方便 ,在配置軸承時(shí) ,應(yīng)注意以下幾點(diǎn) : ① 沒個(gè)支承點(diǎn)都要能承受徑向回力 ② 每個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受 ③ 徑向力和兩個(gè)方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上 ,即負(fù)載都由機(jī)床支承件承受 軸承配置簡(jiǎn)圖 如下 : 圖 軸承配置簡(jiǎn)圖 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 共 71 頁 （ 3） 軸承的精度配合 主軸軸承的精度要求比一般傳動(dòng)高 ,前軸承的誤差對(duì)主軸前端的影響最大 ,所以前軸承的精度一般比后軸承的選擇要高一級(jí) 。 2，軸承的間隙是否需要調(diào)整。 即要滿足承載能力要求，又要符合孔 的加工工藝，可以用輕、中、或重系列的軸承來達(dá)到支承孔直徑的安排要求 花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個(gè) 應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑，一般傳動(dòng)軸上軸承選用 G 級(jí)精度。但滾錐軸承的內(nèi)外圈可以公開。 3 軸承的選擇 機(jī)床傳動(dòng)軸常用的滾動(dòng)軸承有球軸承和滾錐軸承。 兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會(huì)引起上述問題。 5 齒輪的軸向定位 要保證正確嚙合，齒 輪在軸上的位置應(yīng)該可靠，空套齒輪和固定在軸上的齒輪的軸向定位可采用隔套定位。 4 組合齒輪 齒輪磨齒時(shí)，要求有叫大的空刀（砂輪）距離，因此，多聯(lián)齒輪不便作成 一整體一般都作成組合的齒輪塊。一般取 =(6~10)m 齒輪模數(shù) m小，裝在軸的中部或單片齒輪，取大值齒輪模數(shù) m大，裝在靠近支承處或多聯(lián)齒輪，取小值。 若齒面要高頻淬火 ，為避免互相影響， kb 應(yīng)大于 8。 多聯(lián)齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式如下圖 所示，各部分的尺寸推薦如下： （ 1）、空刀槽 kb ， 插齒時(shí)： 模數(shù) 1 2mm， kb ?5mm。 8 級(jí)精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。采用同一精度時(shí)，周圍速度越高，振動(dòng)和 噪聲越大，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，周圍速度增加一倍，噪音約增加 6dB。我國中型車床，銑床1c =，車床 K254，銑床 （ ６ ）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整 （ ７ ）操作方便，安全可靠 （ ８ ）遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 71 頁 ２ .３ .２ 齒輪塊的設(shè)計(jì) 1 特點(diǎn) 齒輪是變速箱中的重要元件，齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)是周期性變化的，也就是說，作用在一個(gè)齒上的載荷是變化的。 由以上計(jì)算結(jié)果知，齒輪模數(shù)合格。 根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)的公式： jm = ? ?1 2 33 221( 1) smji k k k k NZ i n??? mm 根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)，公式 wm = ? ?1 2 331sm j wk k k k NZ Y n?? mm 式中： N— 計(jì)算齒輪傳遞的額定功率 N=? dN KW jn —— 計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 71 頁 m? —— 齒寬系數(shù) m? =b/m, m? 常取 610； 1Z —— 大齒輪與小齒輪齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù) i—— 大齒輪與小齒輪的傳動(dòng)比， i= 2Z / 1Z ? 1。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)?？筛鶕?jù)傳動(dòng)軸的要求選取。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn) 載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符，需要驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過 10 1 %???（ ） 即 nnn n??? 理 論實(shí) 際理 論? 10 1??（ ） % 主軸的各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為： ， ， ， 58， ， ， 115， 148， 187， ， ， 468， 602， 760， 927， ， r/min nnn n??? 理 論實(shí) 際理 論= 3030?=2% 而 10 1??（ ） %=%故符合條件 同理：經(jīng)驗(yàn)算，其他各級(jí)轉(zhuǎn)速也滿足要求。1Z =39 軸 IIIIV 間變速組齒輪齒數(shù)的確定 ：傳動(dòng)比為 1U =1/ 4? 2U =1/ 3? 3U = 2? 根據(jù) 3U = ，主動(dòng)輪齒數(shù)為 39，從表 可查得： 1U =18/47 （ %），南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 71 頁 2U =28/37 （ %）， 3 U =39/26 （ %） 齒數(shù) 和為： zS =65 軸 IVV間變速組齒輪齒數(shù)的確定： 由于變數(shù)組齒輪傳動(dòng)比和各傳動(dòng)副上受力差別較大 齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。 2 變速傳動(dòng)組中齒輪齒數(shù)的確定 為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。 （ 4）分配最小傳動(dòng)比 a,決定軸 VVI 和 VI V? 的傳動(dòng)比，根據(jù)臺(tái)式銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及對(duì)同類車床的比較，為使傳動(dòng)平穩(wěn)取其傳動(dòng)比為 1， b,決定各變速組的傳動(dòng)比； 由前面 2 軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析，及齒輪傳動(dòng)比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸 IVV的最小降速比為極限值的 1/4， ? =， =4，軸 IIIIV和軸 IIIII 均取 minU =1/ 4? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 71 頁 （ 5）擬定轉(zhuǎn)速圖： 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動(dòng)比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖 ，如下圖 所示 ： 圖 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 1 齒輪齒數(shù)的確定的要求 可用計(jì)算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后 者更為簡(jiǎn)便，根據(jù)要求的傳動(dòng)比 u 和初步定出的傳動(dòng)副齒數(shù)和 ZS ，查表即可求出小齒輪齒數(shù)： 選擇是應(yīng)考慮： a,傳動(dòng)組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即： ? ?min minZZ? 推薦： 對(duì)軸齒輪 ? ?minZ =12，特殊情況下 ? ?minZ =11， 對(duì)套裝在軸上的齒輪， ? ?minZ =16，特殊情況下 ? ?minZ =14， 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 71 頁 對(duì)套裝在滾動(dòng)軸承上的空套齒輪， ? ?minZ =20； 當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時(shí)（壓力角a=20 的直齒標(biāo)準(zhǔn)， minZ =17），一般需對(duì)齒輪進(jìn)行正變位修正。 a，對(duì)高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度 v8m/s(可用７級(jí)齒輪精度 )，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些： d? 4M , m? 3M 從而可使 結(jié)構(gòu)緊湊。弱軸上裝有離合器等零件時(shí)，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此， ? 軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高， ? 軸轉(zhuǎn)速一般取 700~1000r/min 左右較合適。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)的型號(hào)，分配個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。x? =2 3 （ x+ 39。 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排 對(duì)于 18=3x3x2 的傳動(dòng)，有 3！ =6種可能安排，亦即有 6 種機(jī)構(gòu)副和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動(dòng) 方案中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致， ， 結(jié)構(gòu) 式 18=13 x3 x92 的南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 71 頁 傳動(dòng)中， 擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)，而， 18=3 x13 x92 的傳動(dòng)順序不一致，根據(jù)“前密后疏 ”的原則，選擇 18=13 x3 x92 的結(jié)構(gòu)式。 選擇傳動(dòng) 組 安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速率的 具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 71 頁 圖 XK5040總傳動(dòng)系統(tǒng)圖 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 71 頁 第二章 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 參數(shù)的擬定 選定公 比 ，確定各級(jí)傳送機(jī)床常用的公比 為 或 ，考慮適當(dāng)減少相對(duì)速度損失，這里取公比為 =， 根據(jù)給出的條件：主運(yùn)動(dòng)部分 Z=