【正文】 53 參考文獻(xiàn) 55 致 謝 56 第 56 頁 共 56 頁 第 56 頁 共 56 頁 第一章 緒 言 當(dāng)前的世界已進(jìn)入信息時代，科技進(jìn)步日新月異?，F(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機(jī)械加工總量的 80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復(fù)雜化，這是擺在機(jī)床工業(yè)面前的一個突出問題。 此次設(shè)計是數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括機(jī)床的主運動設(shè)計，縱向進(jìn)給運動設(shè)計，還包 括齒輪模數(shù)計算及校核，主軸剛度的校核等。 2． 為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。 CNC 裝置是數(shù)控車床的核心，用于實現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲 ，數(shù)據(jù)的變換，插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 2． 縱向進(jìn)給是一套獨立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 主傳動系統(tǒng)總體方案圖及傳動原理 第 56 頁 共 56 頁 1. 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)圖 數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)見圖 。 圖 總的傳動系統(tǒng)圖 2. 傳動原理 主軸部件是機(jī)床實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行件，結(jié)構(gòu)如圖 所示，其工作原理如下： 第 56 頁 共 56 頁 交流主軸電動機(jī)通過帶輪 15 把運動傳給主軸 7。前支承由一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 11 和一對角接觸球軸承 10組成，軸承 11用來承 受徑向載荷，兩個角接觸球軸承一個大口向外（朝向主軸前端），另一個大口向里（朝向主軸后端），用來承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。螺釘 12用來防止螺母 8回松。螺釘 17 和 13 是防止螺母 1和 6 回松的。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜低速大載荷的需要。脈沖編碼器用螺釘 5固定在主軸箱體 9上。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。 （規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（ GB158279， JB/Z14379）： 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D（ mm）是 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 大于或等于 200；主軸通孔直徑 d 要大于或等于 36；主軸頭號（ JB252179）是 6；最大工件長度 L是 750～ 2021；主軸轉(zhuǎn)速范圍是： 32～ 1600；級數(shù)范圍是： 18；縱向進(jìn)給量 mm/～ ；主電機(jī)功率（ kw）是 ～ 10。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書》。 2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別?。?～ ） D 和（ ～ ） D。 現(xiàn)以Φ = 和Φ = 代入 R= 1z?Ф 得 R=50 和 355 ，因此取Φ = 更為合適。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ= 的從 1～ 10000 的數(shù)值，因Φ == ，從表中找到 nmax=2021r/min，就可以每隔 3 個數(shù)值取一個數(shù)，得： 2021， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500，400， 315， 250， 200， 160， 125， 100， 80， 63， 50， 40。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目： 級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有 Z ZZ3?個傳動副。在Ⅰ軸上摩擦離合器時 ，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以 2為宜，本次設(shè)計中就是采用的 2，一對是傳向正傳運動的，另一個是傳向反向運動的。 三 . 傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對于 18 級的傳動可以有三種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這三個方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時為了滿足設(shè)計的需要，選擇的設(shè)計方案是： 18=3［ 1］ 3［ 3］ 2［ 9］ 傳動方案的擴(kuò)大順序與傳動順序可以一致也可以 不一致，在此設(shè)計中，擴(kuò)大順序和傳動順序就是一致的。 四 . 傳動組的變速范圍的極限植 齒輪傳動副最小傳動比 umin≥ 14 ，最大傳動比 umax≤ 2，決定了一個傳動組的最大變速范圍 rmax=umax/nmin≤ 8。 極限傳動比及指數(shù) x， ,x 值為： 極限傳動比指數(shù) x： umin= 1x￠=14 6 x’ 值； umax= x’￠ =2 3 第 56 頁 共 56 頁 （ x+x’ ）值： umin= xx?’￠ =8 9 五 . 最后擴(kuò)大傳動組的選擇 正常 連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1［ 1］ Z2［ Z1］ Z3［ Z1Z2］ 即是： Z=18=3［ 1］ 3［ 3］ 2［ 9］ 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。 一 . 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動力源，可以在系列中選用。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 3. 雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī) 第 56 頁 共 56 頁 4. 電機(jī)的 安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。具體的安裝圖可由手冊查到。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。 但 如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。另外，也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸間的傳動方式，如用帶傳動時，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時（如采用先升后降的傳動），中間轉(zhuǎn)動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫： d∝ 4M 、 m∝ 3M ，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。 ? ? ? ?? ?? ? KnmzBqnmzCL ap ???? ? og20 1 ?????? （ mz） a— 所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值 mm； （ mz） 主 — 主軸上齒輪的分度圓的平均值 mm； q傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)； β 主軸齒輪螺旋角； C K系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平 選取。車床 K=54，銑床 K=。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正： ，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。 u＜ 8m/s（可用 7 級精度齒輪）。 三 . 齒輪傳動比的限制 第 56 頁 共 56 頁 機(jī)床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比： ，最大傳動比 umax≤ 2。 ，最小傳動比 umin≥ 1/4。 第 56 頁 共 56 頁 圖 主運動的轉(zhuǎn)速圖 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 第 56 頁 共 56 頁 根據(jù)擬定的 轉(zhuǎn)速圖上的各傳動比，就可以確定帶輪直徑和齒輪的齒數(shù)。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號（詳情見〈〈機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)〉〉 41 節(jié)）。 本次設(shè)計中所選的帶輪型號和帶輪的根數(shù)如下： B型帶輪 選取 3根 Dmin（ D ?。? 各種型號膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。當(dāng)帶輪為降速時： ? ?????? 11uDD小大 三角膠帶的滑動率ε =2%。對中型通用機(jī)床，一般取 1～ 為宜。根據(jù)要求的傳動比 u和初步定出的傳動齒輪副齒數(shù)和 Sz，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。 不過在表中選取的時候應(yīng)注意以下幾個問題： 1. 不產(chǎn)生根切。 2. 保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚δ≥ 2mm，一般取δ 5mm 則 zmin≥ +mT2 ，具體的尺寸可參考圖。若莫數(shù)相同時，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。 4. 防止各種碰撞和干涉 : 三聯(lián)滑移齒輪的相鄰的齒數(shù)差應(yīng)大于 4。 5. 在同時滿足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個齒輪齒數(shù)可以見傳動圖上所標(biāo)寫的。 可知取 m= 時， ? ? ? ?***1 1 5aafah h m mm mmh h c m mm mm? ? ? ?? ? ? ? ? ? 取 m= 時： ? ? ? ?***1 1 5aafah h m mm mmh h c m mm mm? ? ? ?? ? ? ? ? ? 三 . 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符合，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過正負(fù) 10（ψ 1） %。 主運動傳動鏈的傳動路線表達(dá)式如下： 第 56 頁 共 56 頁 ? ?主軸Ⅴ————Ⅳ————Ⅲ————Ⅱ————Ⅵ————反轉(zhuǎn)————————————正轉(zhuǎn)——Ⅰ————電動機(jī)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????78203365493963253454572953334838283434506051212140m i n/1440rKW 圖 主傳動路線 所有主軸的詳細(xì)的校核如下： 輸入到Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速 m i n/ i n/1440 rrn ???? ??? 1. m i n/ i n/ rrn ?????? ??????? ％％ ?????? n ????????????? 2. m i n/ i n/ rrn ?????? ???????? ％％ ????? n ??????????????? 3. m i n/ i n/ rrn ?????? ???????? ％％ ?????? n ????????????? 4. m i n/ i n/ rrn ?????? ????????? ％％ ????? n ???????????????? 5. m i n/ i n/ rrn ?????? ???????? 第 56 頁 共 56 頁 ％％ 1000 ?????? n ?????????????? 6. m i n/ i n/782049394838 rrn ?????????????? ％％ 125 ????? n ??????????????? 7. m i n/ i n/336534545333 rrn ?????? ???????? ％％ 1600 ????? n ??????????????? 8. m i n/ i n/782034545333 rrn ?????? ???????? ％％ ????? n ??????????????? 9. m i n/ i n/ rrn ?????? ????????? ％％ ?????? n ??????????????? 10. m i n/ i n/ rrn ?????? ???????? ％％ ????? n ??????????