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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
XK6125數(shù)控銑床總體及
橫向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專業(yè)
班級(jí)
姓名
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
本論文是對XK6125數(shù)控銑床總體及橫向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括：進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型、銑床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題等。對普通銑床進(jìn)行數(shù)控改造符合我國國情，即適合我國目前的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，又是國內(nèi)許多企業(yè)提高生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化水平和精密程度的主要途徑，在我國有著廣闊的市場。從另一個(gè)角度來說，該設(shè)計(jì)既有機(jī)床結(jié)構(gòu)方面內(nèi)容，又有機(jī)加工方面內(nèi)容，還有數(shù)控技術(shù)方面的內(nèi)容，有利于將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用。雖然設(shè)計(jì)者未曾系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過機(jī)床設(shè)計(jì)的課程，但通過該設(shè)計(jì)拓寬了知識(shí)面，增強(qiáng)了實(shí)踐能力，對普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床都有了進(jìn)一步的了解。
關(guān)鍵詞：橫向進(jìn)給系統(tǒng)，數(shù)控化改造，機(jī)床改造，銑床
55
Abstract
The present paper is to XK6125 for feed system of NC transformation, its contents include: feed servo system of mechanical part design and calculation, and the calculation of the stepper motor selection, Miller structure characteristics, installation and adjustment should pay attention to the problem. On the common milling machine numerical control transformation in line with China's national conditions, that is suitable for China's current economic level, educational level and the level of production, but also many domestic enterprises to improve the level of automated production equipment and precision degree of the main way, has the broad market in our country. From another perspective, the design is a machine tool structure in terms of content, but also organic processing aspects, CNC technical content, the university knowledge to make comprehensive use of. Although the designers have not studied the machine design course, but through the design to broaden the knowledge, enhances the ability of practice, the general machine tools and CNC machine tools have a further understanding.
KeyWords: horizontal feed system, NC transformation, transformation of machine tools, milling machine
目錄
摘 要 I
Abstract II
目錄 III
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1
1.1數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1
1.2數(shù)控機(jī)床的組成及分類 1
1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成 1
1.2.2數(shù)控機(jī)床的分類 3
1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 4
1.3.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 4
1.3.2數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 4
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 5
2.1課題要求 5
2.1.1題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求 5
2.1.2課題內(nèi)容及工作量 5
2.2設(shè)計(jì)原則 5
2.3總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.3.1數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 6
2.3.2提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度 6
2.3.3提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度 7
第3章 確定切削用量及選擇刀具 8
3.1刀具選擇 8
3.2切削用量確定 8
3.3切削三要素 9
3.4加工精度和表面粗糙度 9
3.5刀具材料 12
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13
4.1.1 參數(shù)的擬定 13
4.1.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 13
4.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 15
4.1.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 18
4.2 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算 22
4.2.1 傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 22
4.2.2 齒輪模數(shù)的估算與驗(yàn)算 24
4.3 展開圖設(shè)計(jì) 29
4.3.1 結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求 29
4.3.2 齒輪塊的設(shè)計(jì) 31
4.3.3 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 33
4.3.4 主軸組件設(shè)計(jì) 36
4.4 制動(dòng)器設(shè)計(jì) 41
4.5 截面圖設(shè)計(jì) 42
4.5.1 軸的空間布置 42
4.5.2 潤滑 43
4.5.3 箱體設(shè)計(jì)的有關(guān)問題 44
第5章 橫向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖零件圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 45
5.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 45
5.1.1 對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 45
5.1.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 45
5.1.3進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 46
5.2 橫向進(jìn)給滾珠絲杠副設(shè)計(jì) 46
5.2.1 導(dǎo)程確定 46
5.2.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 46
5.2.3 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 47
5.2.4 確定絲桿的等效負(fù)載 47
5.2.5 確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 47
5.2.6 精度的選擇 48
5.2.7 選擇滾珠絲桿型號(hào) 49
5.3 校核 49
5.3.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 49
5.3.2 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 50
5.3.3 絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 51
5.4 電機(jī)的選擇 51
5.4.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 52
5.4.2 電機(jī)扭矩計(jì)算 52
總結(jié)與展望 54
參考文獻(xiàn) 55
致 謝 56
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
1.1數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型。特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些需求。為了滿足上述要求，一種新型的機(jī)床——數(shù)字程序控制機(jī)床（簡稱數(shù)控機(jī)床）應(yīng)運(yùn)而生。
最早進(jìn)行數(shù)控機(jī)床研制的是美國人。1952年，美國麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的數(shù)控機(jī)床。但這臺(tái)數(shù)控機(jī)床僅是一臺(tái)試驗(yàn)性的機(jī)床，當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管。直到1954年11月，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床才生產(chǎn)出來。
從此以后，世界上其他一些工業(yè)國家也多開始開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。我國數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年起步的。1965年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點(diǎn)加工等領(lǐng)域，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。80年代，我國從日本及美國、德國引進(jìn)一些新技術(shù)。這使我國的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。1985年，我國數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。
早期的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)采用電子管，體積大、功耗高，只在軍事部門應(yīng)用。只有在微處理機(jī)用于數(shù)控機(jī)床后，才真正使數(shù)控機(jī)床得到了普及。目前數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：實(shí)現(xiàn)高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)，向著增強(qiáng)功能、降低造價(jià)、方便使用的目標(biāo)進(jìn)展；積極應(yīng)用計(jì)算技術(shù)、系統(tǒng)工程理論和控制技術(shù)的最新成果，像這綜合自動(dòng)化方向變革。
1.2數(shù)控機(jī)床的組成及分類
1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床的種類繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體絲大部分以及輔助設(shè)備組成。
（1）控制介質(zhì)
控制介質(zhì)是指零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類型不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其他計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。
（2）數(shù)控裝備
數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心。它由輸入裝置、控制裝置和輸出裝置等組成。如圖（2）所示，劃線框內(nèi)位數(shù)控裝置。
輸入裝置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過識(shí)別與譯碼之后，送到控制運(yùn)算器。這些信息將作為控制與運(yùn)算的原始依據(jù)。
控制運(yùn)算器根據(jù)輸入裝置送來的信息進(jìn)行運(yùn)算，并將控制命令輸送往輸出裝置。
輸出裝置將控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。
（3）伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)，亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)，是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度或力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移叫脈沖當(dāng)量(常用的脈沖當(dāng)量為0.001mm～0.01mm)。
從自動(dòng)控制理論的角度來分析，無論多么復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，都是有一些功能元件組成的。
目前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)，后兩者都帶有光電編碼器等位置測量元件。
（4）機(jī)床本體
機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，它是在原有的普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的，具有以下特點(diǎn)：
1)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化，傳動(dòng)鏈較短。
2)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。
3)更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。
除了上述四個(gè)主要部分外，數(shù)控機(jī)床還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電器，液壓，氣動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等裝置以及編程機(jī)、對刀塊等。
1.2.2數(shù)控機(jī)床的分類
（1）按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類
1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，即控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對它們運(yùn)動(dòng)過程中的軌跡沒有嚴(yán)格的要求，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。
2)線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩點(diǎn)鍵的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡。
3)廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有插補(bǔ)功能。
4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式分類
①開環(huán)控制系統(tǒng)它是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。
②閉環(huán)控制系統(tǒng)它是指在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位移測量裝置，將加工中測量到的實(shí)際位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入值的指令相比較，用比較的差值控制移動(dòng)部件，直到差值為零，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確定位。
③半閉環(huán)控制系統(tǒng)它是在開環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠上或進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的軸上裝有角位移檢測裝置。
(2)按工藝要求
①金屬切削類數(shù)控機(jī)床
②金屬成型類數(shù)控機(jī)床
③數(shù)控特種加工機(jī)床
④其它類的數(shù)控機(jī)床
(3)按數(shù)控機(jī)床的性能分類
①檔數(shù)控機(jī)床
②中檔數(shù)控機(jī)床
③高檔數(shù)控機(jī)床
1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
1.3.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。特點(diǎn)如下：
（1）工精度高
（2）工生產(chǎn)率高
（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件
（4）良好的經(jīng)濟(jì)效益
（5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化
1.3.2數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍
從最經(jīng)濟(jì)的方面出發(fā)，數(shù)控機(jī)床適用于加工：
（1）多品種小批量零件；（2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高的零件；（3）需要頻繁改型的零件；（4）價(jià)格昂貴，不容許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；（5）需要小生產(chǎn)周期的急需零件。
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較
2.1課題要求
2.1.1題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求
1、主軸轉(zhuǎn)速：25-1450轉(zhuǎn)/分
2、工作臺(tái)尺寸(長×寬)： 1100mm×250mm
3、工作臺(tái)最大行程： 縱向 700mm 橫向 280mm 垂直 360mm
4、快速移動(dòng)速度： 10m/min
5、工作臺(tái)定位精度 x、y、z ±0.03mm；
工作臺(tái)重復(fù)定位精度 x、y、z ±0.02mm；
6、縱向、橫向及垂直進(jìn)給為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)，脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。
7、實(shí)現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。
8、操作要求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止
2.1.2課題內(nèi)容及工作量
(1) 機(jī)床尺寸聯(lián)系圖A0一張
(2) 機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖A0一張
(3) 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝配圖A0一張
(4)計(jì)說明書一份1萬字以上
注：全部圖紙用計(jì)算機(jī)繪制，說明書由計(jì)算機(jī)輸出。
2.2設(shè)計(jì)原則
根據(jù)設(shè)計(jì)要求和銑床的具體情況，課題的基本設(shè)計(jì)方案如下：
（1）機(jī)床采用連續(xù)控制系統(tǒng)，定位方式采用增量坐標(biāo)控制。
（2）考慮到機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
（3）進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床必須有精確的進(jìn)給傳動(dòng)系，才會(huì)有高的精度和表面質(zhì)量?？紤]到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選用，為達(dá)到分辨率0.01mm的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)，利用電子控制系統(tǒng)消除誤差。
（4）為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求機(jī)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。
（5）傳動(dòng)系統(tǒng)要加上脈動(dòng)裝置。
以上為基本的設(shè)計(jì)方案，除了這些，課題應(yīng)注意機(jī)床的幾何精度的修正，數(shù)控指令的顯示和使用等。
2.3總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.3.1數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求主要有以下方面:
（1）有良好的抗振性能和很大的額定切削功率、高的靜、動(dòng)態(tài)剛度；
（2）有較高的熱穩(wěn)定性和較高的幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度；
（3）有數(shù)控系統(tǒng)及其介質(zhì)。
下面我們詳述數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求
2.3.2提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度
機(jī)床的剛度是指切削力和其它力作用下,抵抗變形的能力。機(jī)床在切削過程當(dāng)中，要承受各種外力的作用，承受的靜態(tài)力有運(yùn)動(dòng)部件和被加工零件的自重；承受的動(dòng)態(tài)力有：切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這種力作用下將產(chǎn)生變形。如固定連接表面或嚙合運(yùn)動(dòng)表面的接觸變形；各支撐零件不得彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支撐件的局部變形等，這些變形都會(huì)直接或間接的引起刀具和工件之間的相對位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響機(jī)床切削過程的特性。
(1)選擇及布置隔板和筋條
床身的靜剛度是直接影響機(jī)床的加工精度和其生產(chǎn)率的主要因素之一。而靜剛度及固有頻率，是影響動(dòng)剛度的重要因素。支承件的隔板和筋條的合理性，可提高構(gòu)件的靜、動(dòng)剛度。
(2)結(jié)構(gòu)剛度
與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。機(jī)床的導(dǎo)軌和支承件往往是局部剛度最弱的部分，在本次設(shè)計(jì)中，采用雙臂聯(lián)接形式，X、Y軸導(dǎo)軌較窄。
(3)采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件
采用鋼板和型鋼而不采用鑄件的原因：
1）鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍，因此采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)床身有利于提高固有頻率。在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件與鑄件的剛度相同，則焊接件的臂厚只需鑄件的一半。
2）如果要求局部剛度相同，因局部剛度與臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需鑄件的80%左右。
3）鋼可以提高構(gòu)件的諧振頻率使共振不易發(fā)生。
4）鋼板焊接能將構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，提高剛度。焊接結(jié)構(gòu)床身的突出優(yōu)點(diǎn)是制造周期短，一般比鑄鐵快1.7-3.5倍。省去了制作木模和鑄造工序，不易出廢品。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，便于產(chǎn)品更新、改進(jìn)結(jié)構(gòu)。焊接件能達(dá)到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高抗彎截面慣性矩，減少質(zhì)量。
合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度，機(jī)床的工作頭部分由于重力作用將會(huì)使機(jī)床立柱產(chǎn)生彎曲變形，切削力將使立柱產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。這些變形將影響到加工精度。故本次設(shè)計(jì)中將采取通過在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力的方法，來減少立柱的變形，提高機(jī)床的剛度。
2.3.3提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度
數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度極大的影響零件的加工精度。在開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)精度取決于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)，特別是機(jī)械傳動(dòng)部件的精度；在閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，位置監(jiān)測裝置的分辨率對運(yùn)動(dòng)精度有決定性的影響，但是機(jī)械傳動(dòng)部件的特性對運(yùn)動(dòng)精度也有一定的影響。通常在開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量為0.01mm時(shí)，實(shí)際的定位精度最好的情況也只能達(dá)到0.025。在閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量（或稱最小設(shè)定單位）一般為0.001mm，實(shí)際上定位精度只能達(dá)到0.003mm，當(dāng)指令進(jìn)給系統(tǒng)做單步進(jìn)給（即每次移動(dòng)0.001mm）時(shí)，開始一兩個(gè)單步指令，進(jìn)給部件并不動(dòng)作，到第三個(gè)單步指令時(shí)才突跳一段距離，以后又如此重復(fù)。這些現(xiàn)象都是因?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象引起的，而低速爬行現(xiàn)象又決定于機(jī)械傳動(dòng)部件的特性。
本設(shè)計(jì)采取的方案有：（1）減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差（2）提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1刀具選擇
（一）刀具選擇：
銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。
凸臺(tái)、凹槽、箱口面：立銑刀。
毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。
立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。
（二）原則：
安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。
（三）排序原則
減少刀具數(shù)量；
裝夾一次，盡是加工完；
即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開；
先銑后鉆；
精加工，先曲面后二維輪廓；
盡可能自動(dòng)換刀。
3.2切削用量確定
粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。
1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π
V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min)
2、切深t：最好是t等于加工余量。
3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。
L＝0.6－0.9d
粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。
精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。
3.3切削三要素
主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。
3.4加工精度和表面粗糙度
1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。
（1）尺寸精度：公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。
新公差等級(jí)與舊公差等級(jí)的對照及應(yīng)用
新公差等級(jí)
舊精度等級(jí)
加工方法
應(yīng)用
軸
孔
IT01－IT2
無
研磨
用于量塊、量儀制造
IT3－IT4
研磨
用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工
IT5
1
無
研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉
用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍
IT6
2
1
IT7
3
2
磨削、拉削、鉸孔、精車、精鏜、精銑、粉末冶金
IT8
3－4
IT9
4
車、鏜、銑、刨、插
用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合
IT10
5
IT11
6
粗車、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄
用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合
IT12－IT13
7
IT14
8
沖壓、壓鑄
用于非配合
IT15－IT18
9－12
鑄、鍛、焊、氣割
?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對于理想形狀的準(zhǔn)確程度。
國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項(xiàng)形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
?。?）位置公差：零件上點(diǎn)、線、面要素的實(shí)際位置相對于理想位置的準(zhǔn)確程度。
國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項(xiàng)位置公差：
定向：平行度、垂直度、傾斜度。
定位：同軸度、對稱度、位置度。
跳動(dòng)：圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)。
2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83）
輪廓算術(shù)平均偏差：
Ra＝ 或近似于Ra＝
微觀不平十點(diǎn)高度：
Rz＝(+)
在常用數(shù)值范圍內(nèi)（Ra＝0.25－6.3μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應(yīng)優(yōu)先選用Ra。
表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表
表面要求
表面特征
Ra(μm)
Rz(μm)
加工方法
舊國際光潔度級(jí)別代號(hào)
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
不
加
工
毛坯表面清除毛刺
1600
∽
1250
1000
800
630
500
100
400
粗
加
工
明顯可見的刀紋
80
320
粗車
粗銑
粗刨
鉆
粗銼
▽1
63
250
50
200
可見刀紋
40
160
▽2
32
125
25
100
微見刀紋
20
80
▽3
16.0
63
12.5
50
半
精
加
工
可見加工痕跡
10
40
半精車
精車
精銑
精刨
粗磨
▽4
8
32
6.3
25
微見加工痕跡
5
20
▽5
4
16
3.2
12.5
不見加工痕跡
2.5
10
▽6
2
8
1.6
精
加
工
可辨加工痕跡的方向
1.25
6.3
精鉸
刮
精拉
精磨
▽7
1.00
5
0.8
4
微辨加工痕跡的方向
0.63
3.2
▽8
0.5
2.5
0.4
2.0
不辨加工痕跡的方向
0.32
1.6
▽9
0.25
1.25
0.2
1.00
精
密
加
工
暗光澤面
0.16
0.80
精密磨削
珩磨
研磨
超精加工
拋光
▽10
0.125
0. 63
0.1
0.50
亮光澤面
0.080
0.40
▽11
0.063
0.32
0.05
0.25
鏡狀光澤面
0.040
0.20
▽12
0.032
0.16
0.025
0.125
霧狀光澤面
0.020
0.10
▽13
0.016
0.080
0.012
0.063
鏡面
0.010
0.050
鏡面磨削
研磨
▽14
0.008
0.040
0.025
0.032
3.5刀具材料
碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200 -250℃，V＜8m/min。
合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。
高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min；
110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃
4、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。
另外，還有新型硬質(zhì)合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1.1 參數(shù)的擬定
已知課題要求的主軸轉(zhuǎn)速：25-1450轉(zhuǎn)/分，而根據(jù)機(jī)床主軸變速標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的要求，無1450這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所以擬采用30-1500轉(zhuǎn)/分，這樣這個(gè)轉(zhuǎn)速范圍正好可以包含25-1450轉(zhuǎn)/分，而又可以滿足主傳動(dòng)變速要求
選定公比，確定各級(jí)傳送機(jī)床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運(yùn)動(dòng)部分Z=18級(jí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級(jí)轉(zhuǎn)速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.
4.1.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
1，確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動(dòng)副的數(shù)目
該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動(dòng)鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)傳動(dòng)副組成，各傳動(dòng)組分別有. .`````````個(gè)傳動(dòng)副，即Z=```````。傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：Z=x
因此，這里18=3x3x2，共需三個(gè)變速組。
2，傳動(dòng)組傳動(dòng)順序的安排
18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。
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。I軸如果安置制動(dòng)的電磁離和器時(shí)，為減少軸向尺寸。第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)不能多，以2為宜，有時(shí)甚至用一個(gè)定比傳動(dòng)副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2 ，或一個(gè)定比傳動(dòng)副。
這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。
3，傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排
對于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=xx的傳動(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=xx的傳動(dòng)順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結(jié)構(gòu)式。
4驗(yàn)算變速組的變速范圍
齒輪的最小傳動(dòng)1/4，最大傳動(dòng)比2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍=/
因此，可按下表，確定傳動(dòng)方案：
根據(jù)傳動(dòng)比及指數(shù) x, 的值
公比
極限值傳動(dòng)比指數(shù)
1.26
x值: =1/=1/4
6
值: ==2
3
（x+）值：==8
9
因此，可選擇18=xx的傳動(dòng)方案。
5、最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇：
正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)式為：
Z=*
最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的變速范圍為：
r==
按原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為：
2
3
1.26
Z=18
R=50
Z=12
R=12.7
因此，傳動(dòng)方案18=3*3*2符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖4.1：
圖4.1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
4.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定
運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機(jī)功率。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。
1，主電機(jī)的選擇
中型機(jī)床上，一般都采用交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，可在下列中選用，在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)注意：
（1）電機(jī)的N：
根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電機(jī)產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。
（2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)P
=60f/p=60x50/p ( r/min)
機(jī)床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動(dòng)。
根據(jù)以上要求，我們選擇功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1500r/min的電機(jī)，查表，其型號(hào)為Y132M-4，其主要性能如下表
電機(jī)型號(hào)
額定功率KW
荷載轉(zhuǎn)速r/min
同步轉(zhuǎn)速r/min
Y132M-4
7.5KW
1440
1500
2、分配最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖
（1）軸的轉(zhuǎn)速：
軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下功率工作時(shí)所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。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。
因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機(jī)軸I到主傳動(dòng)系統(tǒng)前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，就可以將主軸18級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。
（2）中間軸的轉(zhuǎn)速
對于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動(dòng)等性能要求之間的矛盾。
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, m從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大：
=1/(3.5+cn)KW
式中：C——系數(shù)，兩支承滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承C=8.5，三支承滾動(dòng)軸承C=10；
——所有中間軸軸徑的平均值；
——主軸前后軸徑的平均值
——中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和
n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
=20lg-K
式中：（——所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm;
——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm;
q——傳到主軸上所經(jīng)過的齒輪對數(shù)
——主軸齒輪螺旋角
,K——系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床=3.5，銑床K=50.5
從上述經(jīng)驗(yàn)公式可知，主軸n和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和 對機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的修正。
a，對高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些
b,控制齒輪圓周速度v<8m/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。
（3），齒輪傳動(dòng)比的限制
機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比：
a, 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比 2 ，過大，容易引起振動(dòng)的噪音。
b, 降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比 1/4。過小，則主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
（4）分配最小傳動(dòng)比
a,決定軸V-VI和VI-的傳動(dòng)比，根據(jù)臺(tái)式銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及對同類車床的比較，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IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/
（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4.2所示：
圖4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖
4.1.4 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，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：
推薦：
對軸齒輪=12，特殊情況下=11，
對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，
對套裝在滾動(dòng)軸承上的空套齒輪，=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)，=17），一般需對齒輪進(jìn)行正變位修正。
b,保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖4.3所示。
c、同一傳動(dòng)組的個(gè)齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和亦相等，
但由于傳動(dòng)比要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，
機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過3~4個(gè)齒。
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。但由于公用齒輪的采用，使兩個(gè)傳動(dòng)組間的傳動(dòng)比互相牽制，不能獨(dú)立地按照最緊湊的原則決定傳動(dòng)件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時(shí)嚙合會(huì)影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數(shù)。查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》確定個(gè)齒輪齒數(shù)如下：
軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定：
由于公比=1.26，傳動(dòng)比為=1/=，=1/=，=1/
設(shè)：傳動(dòng)組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》表7.3-14
可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）
齒數(shù)和為=55
公用齒輪選為=39
軸III-IV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
傳動(dòng)比為=1/ =1/ =
根據(jù)=，主動(dòng)輪齒數(shù)為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）
齒數(shù)和為：=65
軸IV-V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。
軸IV-V間的兩對齒輪，其傳動(dòng)比為=1/4, =2分別?。剑?，＝３則
／＝／＝3／4
?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120
按傳動(dòng)比將齒數(shù)分配如下：
=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數(shù)確定，由于這兩個(gè)傳動(dòng)組只是改變傳動(dòng)方向，不起便速度作用，只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動(dòng)和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為29，ＶI-VII軸間齒輪齒數(shù)為67。
3、主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算：
主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響，但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。
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，最大誤差不得超過即
%
主軸的各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min
==2%
而%=2.6%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。
4、傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制
轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)確定后，變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也基本確定了（如齒輪個(gè)數(shù)，軸數(shù)，支承軸，為使變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊，合理布置齒輪是一個(gè)重要的問題，因?yàn)樗苯佑绊懽兯傧涞某叽?，變速操作的方便性和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可行性問題，在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制出傳動(dòng)系統(tǒng)圖，如圖2.4所示
圖1.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下：
電動(dòng)機(jī)I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸）
4.2 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算
4.2.1 傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。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。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求高，不允許有較大的變形因此，疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾，除載荷很大的情況下，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。若剛度不足，軸上的零件如齒輪，軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。可以先扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。
1，傳動(dòng)軸直徑的估算
傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑：
d=91mm
式中：N——該傳動(dòng)軸的輸入功率
N= KW
——電機(jī)額定功率
——從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積（不計(jì)該軸軸承上的效率）。
——該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；
計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車，銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：
（主）=
——每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）;可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。
對傳動(dòng)軸剛度要求
允許扭轉(zhuǎn)角
主軸
一般傳動(dòng)軸
較低的軸
（deg/m）
0.5-1
1-1.5
1.5-2
估算時(shí)應(yīng)注意：
（1）值為每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動(dòng)軸的長度往往不足1m，因此，在計(jì)算時(shí)應(yīng)按軸的實(shí)際長度計(jì)算和修正，如軸為500mm，取=1deg/m則
d=91 mm
（2）效率y對估算軸徑d影響不大，可以忽略
（3）如使用花鍵是可根據(jù)估算的軸徑 d選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的規(guī)格，主軸總軸徑可參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定；
1.5-2.8
2.8-4
4.5-7.5
5.5-7.5
7.5-11
車床
60-80
70-90
70-105
95-130
110-145
升降臺(tái)銑床
50-90
60-90
60-95
75-100
90-105
各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：
=95 r/min
=118 m/min =300 r/min
=750 r./min =1450 r/min
軸徑的估算：
=91x=24.4
=91x=28.78 =91x=36.18
=91x =45.69 =91x=48.24
2、傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算
（1）軸的彎曲變形的條件和允許值
機(jī)床的主傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承出的撓度y和傾角。各類軸的撓度y，裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值和，即
軸的彎曲變形的允許值：
軸的類型
允許撓度
變形部位
允許傾角
一般傳動(dòng)軸
（0.0003~0.0005）
裝軸承處，裝齒輪處
0.0025 0.0001
剛度要求較高的軸
0.00021
裝單列圓錐磙子軸承
0.0006
安裝齒輪的軸
（0.01~0.03）
裝滑動(dòng)軸承處
0.001
安裝蝸輪的軸
（0.02~0.05）
裝單列徑向圓錐磙子軸承處
0.001
（2）軸的彎曲復(fù)形計(jì)算公式：
計(jì)算花鍵軸的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑
計(jì)算公式：矩形花鍵軸：平均直徑=（D+d）/2
當(dāng)量直徑 =
慣性矩： I=
4.2.2 齒輪模數(shù)的估算與驗(yàn)算
1、 估算：
按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計(jì)算次論模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知的情況先才能確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的估算：
mm
齒面點(diǎn)蝕的估算：
A mm
其中 為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心矩，由中心矩A及齒數(shù)，求出模數(shù)
=2A/ mm
根據(jù)估算所得和中較大的值，選擇相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，
各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)為：
=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min
=300r/min =118r/min
軸I—II間傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：
=32=1.87
齒輪點(diǎn)蝕的估算：
A=370x =81.76 mm
=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm
所以模數(shù)為m=3.
軸II—III傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：
=32=2.759
齒面點(diǎn)蝕估算：
A=370x =108.18
=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4
軸III—IV間傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：
=32x=3.046
齒面點(diǎn)蝕估算：
A=370x =117.3
=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61
所以取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm。
軸V—VI間傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的估算：
齒輪彎曲疲勞計(jì)算，
4.46
齒面點(diǎn)蝕估算：
Ax=153.4
=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值m=5,軸VI—VII間齒輪模數(shù)的確定：
齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
齒面點(diǎn)蝕估算：
Ax =158.7
=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37
取模數(shù)值為m=4。
2、計(jì)算（驗(yàn)算）
結(jié)構(gòu)確定后，齒輪的工作條件：空間安排，材料和精度等級(jí)都已經(jīng)確定，才可以核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)的公式：
= mm
根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)，公式：
= mm
式中：N——計(jì)算齒輪傳遞的額定功率N= KW
——計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min
——齒寬系數(shù)=b/m, 常取6-10；
——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=/1; “+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合
——壽命系數(shù)，=，
——工作期限系數(shù)，=
齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲交變載荷下的指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)
n——齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min
T——預(yù)先的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦：T=15000~20000h;
——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)
——功率利用系數(shù)
——材料強(qiáng)化系數(shù)，幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起阻止疲勞的刃縫擴(kuò)大的作用
——工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，=1.2~1.6；
——?jiǎng)虞d荷系數(shù)
——齒向載荷分布系數(shù)
——齒形系數(shù)
——許用彎曲，接觸應(yīng)力MPa;
1、軸I-II間齒輪模數(shù)的計(jì)算(驗(yàn)算)
(1)按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù):
N=y=0.987.5=7.35W
=8
查表: 取
則
取
線速度
查表: 取
查表 取
查表取 .
因此:
(2) 根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算
查表取 :
而
查表取 .
Y=0.43,
因此: 。
由以上計(jì)算結(jié)果知，齒輪模數(shù)合格。
2、其它齒輪模數(shù)的驗(yàn)算
其它齒輪的驗(yàn)算過程與上面相同，將有關(guān)數(shù)值代入上式，經(jīng)計(jì)算均滿足要求；
4.3 展開圖設(shè)計(jì)
4.3.1 結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求
1．設(shè)計(jì)內(nèi)容：
設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸，軸承，齒輪，離合器和制動(dòng)器等），主軸組件，操縱機(jī)構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。
2．技術(shù)要求
主軸變速箱是指機(jī)床的主要部分，設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問題：
（1）精度
立式銑床主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動(dòng)，〈0.01mm；主軸軸向串動(dòng)〈0.01mm。
（2）剛度和抗振性
綜合剛度（主軸刀架之間的力與相對變形之比）；
綜合〉3400N/m
主軸與刀架之間的相對振幅的要求
等級(jí)
I
II
III
振幅（0.001mm）
1
2
3
(3)，傳動(dòng)效率要求
等級(jí)
I
II
III
效率
0.85
0.8
0.75
（4）主軸總軸承處溫升和溫升應(yīng)控制在以下范圍：
條件
溫度
溫升
用滾動(dòng)軸承
70
40
用滑動(dòng)軸承
60
30
噪聲要控制在以下范圍：
等級(jí)
I
II
III
dB
78
80
83
噪音
=20log
式中：——所有中間傳動(dòng)齒輪分度圓直徑的平均值mm
——主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值mm
——傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)
,k——系數(shù)，根據(jù)個(gè)類型及制造水平選取。我國中型車床，銑床=3.5，銑床K50.5
（5）結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整
（6）操作方便，安全可靠
（7）遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則
4.3.2 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。同時(shí)由于齒輪制造及安裝誤差，不可避免要產(chǎn)生動(dòng)載荷而引起振動(dòng)和噪音，常常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性，在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，應(yīng)充分考慮這些問題。
2，精度等級(jí)的選擇
變速箱中齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。它的精度選擇主要取決于周圍速度。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。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動(dòng)和噪音的影響比運(yùn)動(dòng)誤差更大。所以這兩項(xiàng)精度應(yīng)選高一級(jí)，為了控制噪音，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度，大都用7-6-6,這里主運(yùn)動(dòng)齒輪的精度選為7-6-6。
3、結(jié)構(gòu)與加工方法
不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有不同。
8級(jí)精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。
7級(jí)精度齒輪，用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度下降，因此，需淬火的7級(jí)齒輪一般滾（插）后要剃齒，使精度高于7級(jí)或淬火和衍齒才能達(dá)到6級(jí)。機(jī)床主軸變速箱中齒輪一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式如下圖2.5所示，各部分的尺寸推薦如下：
（1）、空刀槽，
插齒時(shí)： 模數(shù) 12mm， 5mm;
模數(shù)2.54mm, 6mm。
剃齒時(shí)：
采用公式：
=4.5+k(1.1+0.038-0.03)mm及計(jì)算。
圖4.5
式中，k——為與剃齒刀傾斜角有關(guān)的系數(shù)。
若齒面要高頻淬火，為避免互相影響，應(yīng)大于8。由于這里采用的齒輪的精度為7-6-6，需要剃齒或珩齒，需齒面淬火，所以8，取=8?！ ?
（2）、齒寬b 圖4.5
齒寬影響齒的強(qiáng)度。但如果太寬，由于齒輪誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反而容易引起振動(dòng)和噪音。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