畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目 斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 摘 要斜床身臥式數(shù)控車(chē)床在機(jī)床產(chǎn)品中是比較實(shí)用機(jī)床。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便，保證工件質(zhì)量的同時(shí)提高了加工效率。目前，斜床身臥式數(shù)控車(chē)床在我們國(guó)家普遍使用。斜床身數(shù)控機(jī)床在我們國(guó)家普遍適應(yīng)，更多的是用于汽車(chē)、軍工等精密加工中。該機(jī)床型主要適用在加工高精度的零部件。比如軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、套類(lèi)，以及各種類(lèi)型各種型號(hào)的內(nèi)外螺紋，在加工外形和內(nèi)孔過(guò)程中間不必?fù)Q裝。該機(jī)床適用于多類(lèi)型、批量不是很大的工件的加工，對(duì)于一些加工困難、要求高的零部件上能夠充分顯示出它的特點(diǎn)。以滿足不同用戶的加工需要，可以根據(jù)不同的需求，加工不同品種的工件，可以配置不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工方式。在本文中進(jìn)行了對(duì)斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)床的床身、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、尾座等，著重對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸相連的伺服電機(jī)用皮帶把運(yùn)動(dòng)傳到主軸上，帶輪及同步齒形帶與主軸用鍵聯(lián)接。而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即車(chē)床上 X、Z 向的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)，絲杠都通過(guò)兩端固定的方式固定，一端都通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；伺服電機(jī)；臥式；數(shù)控車(chē)床；斜床身IABSTRACTSlant bed horizontal series CNC lathe is an economic and practical processing machine tools,mature product structure,quality stable and reliable performance. it sets the versatility and the characteristics of the special lathe, using inclined bed ball linear guide. The most widely coverage of a CNC machine tool, widely used in automobile, petroleum, military industry and many kinds of mechanical processing industry.This series of machine varieties complete specifications, are mainly used for machining high precision of rotors type parts such as shaft, plate, set of classes, all kinds of internal and external thread and high precision. it can be finished once clamping appearance and inner hole machining.In order to meet the processing needs of different users;According to the needs of users, optional different numerical control system and accessories.In this article has carried on the design of slant bed horizontal CNC lathe, including the machine tool bed, transmission system, tool post system, tailstock. Of the transmission system of main drive system and feed drive system design.The main servo motor through a belt drive the movement to the spindle, the spindle on the pulley and the synchronous cog belt wheel and spindle by linkage.And feed movement, namely lathe on X, Z to exercise by screw, screw fixed with both ends fixed way, end are connected to the servo motor through the coupling.Key words：ball screw；servo motor；horizontal type；Distributed Numerical Control（DNC）；Slant bedII目 錄摘要…………………………………………………….….…………….IABSTRACT…………….………………………………….II1 前言……….…………………………………………….………………11.1 斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的設(shè)計(jì)背景.…… …….………….………11.2 斜床身數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外背景………. …….………….………11.3 斜床身數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)的目的.11.4 斜床身數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)的內(nèi)容.22 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)……….………………………….…….………….33 機(jī)床各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)….…….………43.1 床身………………………… ………………………………………43.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………….……… ……….………………53.2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………….… ……………………….53.2.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………….… ……………………….63.3 主軸的要求及結(jié)構(gòu)……………………….……… ……….………………83.4 刀架系統(tǒng).… ……………….93.5 刀架系統(tǒng) 94 機(jī)床各系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 104.1 切削力計(jì)算…………………….……………….………………….104.2 滾珠絲杠螺和選型………………………….…………….………………….104.2.1 縱車(chē)外圓的計(jì)算…………………………….… ……………………….104.2.2 橫向進(jìn)給的計(jì)算…………………………….… ……………………134.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算…………………….…………….………………….154.3.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度….… ………….154.3.2 軸上零件的周向定位….… ………….164.3.3 確定軸上圓角和倒角尺寸….… ………….164.3.4 帶立式座外深溝球軸承的校核….… ………….174.3.5 鍵的校核….… ………….204.3.6 軸的校核….… ………….214.3.7 校核軸的強(qiáng)度….… ………….214.4 伺服電機(jī)的選型和計(jì)算……………….…………….………………….214.4.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)的計(jì)算….… ………….214.4.2 電機(jī)力矩計(jì)算….… ………….22III5 結(jié)論……….………….……………………….…….…….……….25參考文獻(xiàn)…………….…………………….………………….………….26致謝………………….………………………….………….…………….2701 前言1.1 斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的設(shè)計(jì)背景現(xiàn)在一些精密的零件都會(huì)用機(jī)床來(lái)進(jìn)行加工，在工件的制造加工中，機(jī)床給我們的工作帶來(lái)很大方便。機(jī)床行業(yè)的發(fā)展方向很明確，越來(lái)越精密，越來(lái)越自動(dòng)智能 [1]。我們國(guó)家與一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家比較而言，我們國(guó)家相對(duì)于他們還相差很多很多。我們國(guó)家機(jī)床發(fā)展起步晚，發(fā)展的速度慢，以及科技含量比較低，導(dǎo)致了與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。在制造加工中，零件的尺寸變得很細(xì)致，一些精密程度變得很苛刻，迫使對(duì)加工工具進(jìn)行深入改革、創(chuàng)新。在工件加工中，尤其是對(duì)一些復(fù)雜精密的零件加工中，斜床身數(shù)控機(jī)床表現(xiàn)出了它的優(yōu)點(diǎn)，并得到了大家的認(rèn)可，在機(jī)床行業(yè)中普遍認(rèn)同，受到了各國(guó)加工行業(yè)的普遍認(rèn)可，在此基礎(chǔ)上它發(fā)展的很快，很好。1.2 斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的國(guó)內(nèi)外狀況我們國(guó)家機(jī)床發(fā)展起步晚，發(fā)展的速度慢，以及科技含量比較低，導(dǎo)致了與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。這種機(jī)床在我們國(guó)家比較低端，發(fā)展的不夠成熟，不夠完善。所以,我們國(guó)家應(yīng)極力著眼于這類(lèi)機(jī)床的發(fā)展，從而帶動(dòng)其他類(lèi)型機(jī)床的發(fā)展。從我們國(guó)家目前機(jī)床行業(yè)發(fā)展來(lái)看，機(jī)床的造價(jià)太高，研究比較表面，沒(méi)有高科技的含量，沒(méi)有我們自己的東西。機(jī)床在出現(xiàn)一些小毛病的時(shí)候，整個(gè)機(jī)床都會(huì)停止工作，影響到工件的加工效率。這種情況使得我國(guó)數(shù)控車(chē)床在國(guó)際市場(chǎng),和多樣化的今天是很難占據(jù)了重要的地位,因此拉大與發(fā)達(dá)國(guó)家的科研設(shè)計(jì)制造的差距。我們要正確面對(duì)我們國(guó)家目前所處的困境與問(wèn)題，從主要問(wèn)題出發(fā)，攻堅(jiān)克難，逢山開(kāi)路，遇河架橋，發(fā)揮不怕困難的精神，打造我們自主產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn) [2]。將我們打國(guó)產(chǎn)機(jī)床在世界機(jī)床行業(yè)中打造成優(yōu)等產(chǎn)品，占據(jù)一席之地，敢于先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)床產(chǎn)品相媲美，相抗衡。1.3 斜床身數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)的目的首先這是一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，只有在這次設(shè)計(jì)過(guò)程，認(rèn)真學(xué)習(xí)，積極查閱資料。對(duì)自己的設(shè)計(jì)課題進(jìn)行深入的研究，并有自己的構(gòu)思，自己的想法，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)以及參考文獻(xiàn)的幫助下完成自己的這次設(shè)計(jì)才能夠順利的畢業(yè)。其次，我們?cè)诖髮W(xué)四年的時(shí)間里，對(duì)我們的專業(yè)課有了很好地熟悉與學(xué)習(xí)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們可以查缺補(bǔ)漏，對(duì)我們所學(xué)的只是進(jìn)一步鞏固，更好運(yùn)用在今后的工作與生活中。1.4 斜床身數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)的內(nèi)容1其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括車(chē)床箱體、傳動(dòng)零部件部分、主軸、工作臺(tái)、刀架系統(tǒng)、尾架等部分的設(shè)計(jì)工作。在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要是對(duì)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)選型，安裝方式以及在傳動(dòng)系統(tǒng)中的作用于安置。22 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)的任務(wù)是斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體方案采用 45 度（常見(jiàn)的傾斜角度有 45°、60° 、 75°等）后置斜床身布置，這樣的設(shè)計(jì)方便工人師傅在加工過(guò)程裝夾零部件，當(dāng)然更有利于對(duì)加工屑進(jìn)行排除。在機(jī)床中都會(huì)包含以下幾部分，主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、刀架、尾座等，結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示：圖 2.1 斜床身臥式數(shù)控車(chē)床結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)要求和參數(shù)的擬定如表 2.1 所示：表 2.1 機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù)機(jī)床名稱 斜床身臥式數(shù)控車(chē)床最大工件回轉(zhuǎn)直徑/mm 400最大工件長(zhǎng)度/mm 1000最大切削長(zhǎng)度/mm 930最大切削直徑/mm 400床身滑板上最大回轉(zhuǎn)直徑/mm 210X 軸坐標(biāo)進(jìn)給速度 /（mm/min） 3600進(jìn)給Y 軸坐標(biāo)進(jìn)給進(jìn)度 /（mm/min） 4500主電機(jī)功率/kw 7.5主軸最高轉(zhuǎn)速/（r/min） 1400主軸機(jī)床最小設(shè)定單位/mm 0.01刀架形式 電動(dòng)多工位立式刀架刀架重復(fù)定位精度/mm ≤0.01尾架 最大行程/mm 150定位精度（X/Z）/mm 0.045/0.05精度重復(fù)定位精度（X/Z）/mm 0.010/0.0153加工工件精度 IT6～I(xiàn)T73 機(jī)床各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 床身在機(jī)床種最主要的也是最基礎(chǔ)的就是床身，是最基本的部分。在床身上將會(huì)放置機(jī)床中的各個(gè)組件以及組裝各個(gè)零部件。在構(gòu)思床身的結(jié)構(gòu)時(shí)候主要從兩方面考慮：一是機(jī)床各個(gè)零部件在床身上的安放位置以及方式，二是其本身的制造材料。床身的結(jié)構(gòu)一般由放置其上面的組件位置來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)思的。在機(jī)床行業(yè)中，一般把車(chē)床劃分兩大類(lèi)型--臥式的和立式的。在車(chē)床中臥式的又可由導(dǎo)軌的安置方向分為兩大類(lèi)型:傾斜導(dǎo)軌的和水平導(dǎo)軌的 [3]。在一些加工行業(yè)中大都采用的是傾斜導(dǎo)軌的機(jī)床，使用其的主要有以下原因：一是便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；二是便于很好的排屑，并且便于自動(dòng)排屑器的安裝；三是從工件上切下來(lái)的熾熱切屑很方便的排到了排屑箱里，不會(huì)積留在導(dǎo)軌上，保證了導(dǎo)軌的精度；四是人機(jī)設(shè)計(jì)好，工人方便操作等。床身的材料在選擇上一般采用普通鑄鐵。圖 3.1 斜床身結(jié)構(gòu)側(cè)視圖另外，車(chē)床的導(dǎo)軌具有很多優(yōu)點(diǎn)，如接觸剛度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便。我們之前采用的普通導(dǎo)軌有很多不足的地方：摩擦阻力較大，容易磨損。在追求高質(zhì)量，更好的表現(xiàn)，更高的加工效率，更好的加工表現(xiàn)，在條件許可的范圍內(nèi)，我們選用表現(xiàn)更好的滑動(dòng)導(dǎo)軌，比傳統(tǒng)的導(dǎo)軌更優(yōu)秀 [4]。選材上，因淬硬合金鋼耐磨性較高，所以制造導(dǎo)軌的材料使用淬硬合金鋼材料。綜合以上因素，將 GCR15 軸承鋼淬硬到HRC65-62 加工導(dǎo)軌，再利用外在的約束把導(dǎo)軌安裝在它所在的位置，更好地增加其硬度。43.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在機(jī)床中傳動(dòng)系統(tǒng)都有很大的共同之處，無(wú)論是斜床身臥式數(shù)控車(chē)床還是普通的車(chē)床，都可以分為進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)。3.2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在目前的機(jī)床行業(yè)中大都采用較先進(jìn)的無(wú)極變速系統(tǒng)。無(wú)級(jí)變速自研發(fā)出來(lái)使用到現(xiàn)在，在使用的過(guò)程中不斷改進(jìn)，不端增加科技含量，如今技術(shù)已經(jīng)比較成熟。車(chē)床中的主軸電機(jī)一般采用伺服電機(jī)，這樣與編碼器相配合，更能來(lái)控制主軸的轉(zhuǎn)速，達(dá)到加工要求。伺服電機(jī)與主軸之間才有帶傳動(dòng)，提高傳動(dòng)效率 [5]。如圖3.2（a）所示，或者通過(guò)帶傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，如圖 3.2（b）所示。因?yàn)橹鬏S電機(jī)采用的是伺服電機(jī)，所以速度很容易被控制和調(diào)節(jié)，這樣就會(huì)使主軸的速度以及主軸箱的結(jié)構(gòu)變得很簡(jiǎn)單。斜床身臥式數(shù)控機(jī)床在加工零件的過(guò)程中，速度是很不固定，經(jīng)常會(huì)改變其主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)加工不同的表面以及結(jié)構(gòu)，這樣才會(huì)發(fā)揮其加工復(fù)雜精度高的優(yōu)點(diǎn)以及特點(diǎn)。在加工零件之前都會(huì)先把加工程序編制好，輸入數(shù)控機(jī)床的微電腦中，來(lái)控制電機(jī)以及刀具來(lái)對(duì)材料進(jìn)行加工。在加工過(guò)程中就會(huì)按照程序來(lái)按部就班的進(jìn)行，所以無(wú)級(jí)變速更能適合此處的要求，發(fā)揮無(wú)級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)。如圖 3.2（c）所示：（a） 變速齒輪 （b） 帶傳動(dòng) （c） 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)圖 3.2 電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)的方式采用皮帶將主軸伺服電機(jī)和主軸連接起來(lái)進(jìn)行傳遞動(dòng)力，這種傳動(dòng)方式與其他傳動(dòng)方式相比，這樣就會(huì)很大的提高了軸部件的剛度，是主軸轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)，更能達(dá)到比較好的加工效果。根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)任務(wù)，可以把主軸電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選擇出來(lái)。 據(jù)要求電動(dòng)機(jī)的功率是 7.5kw,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》附表選,額定功率 7.5kw,額定轉(zhuǎn)速 1500r／min，額定轉(zhuǎn)矩 5.0N/m。2CE6-10MB75D53.2.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在進(jìn)給傳動(dòng)的構(gòu)思以及方案制定時(shí)一定要充分照顧到本機(jī)器所要面對(duì)的工件尺寸以及運(yùn)動(dòng)范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)事前的調(diào)查以及分析計(jì)算合理地規(guī)劃和設(shè)計(jì)本部分。在對(duì)工件進(jìn)行車(chē)削的過(guò)程中，進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)其所采用的方式以及車(chē)削的效果起著舉足輕重地作用 [6]。所以這一部分一定要嚴(yán)格要用設(shè)計(jì)思想去規(guī)劃和設(shè)計(jì)。在加工過(guò)程中，刀架不但要延 X 向運(yùn)動(dòng)，還要延 Z 向運(yùn)動(dòng)，所以刀架的設(shè)計(jì)要考慮它的運(yùn)動(dòng)方向以及幅度。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式以及運(yùn)動(dòng)方式也是設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的，因?yàn)樵诩庸さ倪^(guò)程中，它也要延 X 向和 Z 向不時(shí)的移動(dòng)來(lái)帶動(dòng)刀架來(lái)回運(yùn)動(dòng)從而對(duì)零部件進(jìn)行車(chē)削加工。所以我在這兩個(gè)方向的進(jìn)給上采用的是滾珠絲杠，利用滾珠絲杠可以保證進(jìn)給的準(zhǔn)確性以及平穩(wěn)性。這樣才能夠使工件被加工的更好，得到令人滿意的效果 [7]。利用滾珠絲杠來(lái)帶動(dòng)這兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)就會(huì)變得更輕松，更靈活。在滾珠絲杠的安裝時(shí)可以對(duì)其先預(yù)緊，通過(guò)這種方式消除自重產(chǎn)生的變形。如下圖 3.3（a）（b）和圖 3.4 所示：（a） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)（b） 縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖 3.3 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)1 2 3 4 5 6 7 8 961-絲杠 2-套筒聯(lián)軸器 3、7-錐銷(xiāo) 4-螺母 5-墊圈 6-支架 8-支架套 9-進(jìn)步電機(jī)圖 3.4 伺服電機(jī)與絲杠的聯(lián)接滾珠絲杠在進(jìn)給系統(tǒng)中廣泛的運(yùn)用，是因?yàn)樗芨淖冞M(jìn)給的運(yùn)動(dòng)方向，獲得多方向的進(jìn)給。滾珠、螺桿和螺母是滾珠絲杠的三大組成部分 [8]。利用滾珠絲杠可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，更好地運(yùn)用到機(jī)床結(jié)構(gòu)中，滾珠絲杠設(shè)計(jì)與運(yùn)用的重要意義是把軸承從滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成了滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在滾珠絲杠在很多的精密設(shè)備中被應(yīng)用，是因?yàn)樗哂心Σ磷枇κ中〉奶攸c(diǎn)。在一些精度要求高的機(jī)械中大都都會(huì)采用滾珠絲杠，因?yàn)樗鼤?huì)滿足精度要求。除此之外，它還會(huì)改變進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)方向，獲得多方面的進(jìn)給，來(lái)滿足加工要求。1）與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3在傳動(dòng)系統(tǒng)中如果采用了滾珠絲杠，驅(qū)動(dòng)力就會(huì)是其他傳動(dòng)方式的三分之一，因?yàn)樗袧L珠在滾動(dòng)。相當(dāng)于是用了滑動(dòng)絲杠副 1/3 的力矩達(dá)到了相同的效果 [9]。2）高精度的保證滾珠絲杠副在制造加工過(guò)程中，無(wú)論是在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還是在加工條件上都采用和執(zhí)行的是世界上最先進(jìn)最嚴(yán)格的技術(shù)要求。正是因?yàn)樵谶@嚴(yán)格的條件下，使用目前最先進(jìn)的加工設(shè)備，才加工制造出了現(xiàn)在這種具有高精度的滾珠絲杠副。3）微進(jìn)給正是由于在滾珠在滾珠絲杠副中滾動(dòng),才使得滾珠絲杠在加工過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)精密的微進(jìn)給,避免了爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)。4）無(wú)側(cè)隙、剛性高在滾珠絲杠副上加上預(yù)緊壓力,就可以大大的降低軸向間隙，從而變得無(wú)間隙無(wú)側(cè)隙,因而滾珠絲杠就可獲得很好的剛性。3.3 主軸的要求及結(jié)構(gòu)（1）主軸的要求1）旋轉(zhuǎn)精度在傳動(dòng)系統(tǒng)中，主軸的旋轉(zhuǎn)精度要求很高，這就要求在主軸裝配完成后，對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行檢測(cè)，保證無(wú)載荷的情況下的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。2）靜剛度在對(duì)工件進(jìn)行車(chē)削的過(guò)程中為了保證工件所被車(chē)削的精度，從而對(duì)主軸上地靜剛度規(guī)定很?chē)?yán)格苛刻 [10]。在主軸組件中很多原因可在運(yùn)轉(zhuǎn)中影響主軸的剛度，原因有很多，在眾多的原因中最主要的還是主軸的結(jié)構(gòu)尺寸，滾動(dòng)軸承的型號(hào)、數(shù)量、配置形式。3）抗振性7在加工過(guò)程中如果出現(xiàn)了震動(dòng)的現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生很多對(duì)工件不利的影響。然而主軸的這種不良現(xiàn)象受到很多原因影響。比如其靜剛度、零部件的分布等一些因素。4）溫升和熱變形大家在學(xué)習(xí)物理知識(shí)是就學(xué)到了物體的形狀和尺寸受溫度的改變而改變。在加工過(guò)程中，在刀具與工件的摩擦中以及主軸的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)使部件的溫度上升，受熱膨脹，從而使得組件變形，偏離原本的位置，偏離加工軌跡，對(duì)零件的精度產(chǎn)生誤差，甚至加工的零件作廢。所以一定要考慮到這一點(diǎn)，保證材料在受熱的情況下變形最小，從而保證零部件的加工精度 [11]。達(dá)到更好的加工效果。5）耐磨性機(jī)床在加工過(guò)程中很多時(shí)候是長(zhǎng)時(shí)間的，不間斷的，所以這就要求其耐磨性一定要好。精度受很多因素影響，首先就是軸承對(duì)其產(chǎn)生很大的影響 [12]。除此之外還有夾具對(duì)其產(chǎn)生的影響。為了避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生，要將主軸上的一些部位淬硬至HRC60左右，這樣才能有效地提高其耐磨性。6）材料和熱處理主軸在選材時(shí)一般不把強(qiáng)度作為依據(jù)。主軸上的尺寸以及主軸的直徑取決于零部件在其上安裝位置以及軸肩的位置、尺寸。當(dāng)這些尺寸都定下來(lái)以后，主軸的尺寸也就定了下來(lái) [13]。因此，在選擇材料是主要考慮到主軸的材料能夠在溫度影響下產(chǎn)生的形變最小，一定要滿足這個(gè)要求，才能使主軸在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中更穩(wěn)，達(dá)到更好的加工效果。目前，在主軸地加工制造中，常常采用45號(hào)或60號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼作為主軸上加工型號(hào)。然后材料在加工完畢之前，則應(yīng)該對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和淬火。（2）主軸的結(jié)構(gòu)在其材料確定后，其次就要要對(duì)它的主要的尺寸來(lái)構(gòu)思，來(lái)制定方案，來(lái)決定它的加工方式及方法。主軸通常制造成階梯形，還有軸肩，這樣更方便裝配。主軸上一些零部件根據(jù)主軸上的軸肩位置進(jìn)行裝配，再加上軸套以及定距環(huán)使得其他零部件在主軸的位置是固定的。在主軸加工時(shí)，通常是把主軸加工成中空的，這樣會(huì)通過(guò)頂錐或者是棒料。在車(chē)床的主軸中中空比其他的機(jī)床大一些，但由于剛度條件的影響和限制，在加工時(shí)孔徑應(yīng)該保持在外徑的70%以內(nèi) [14]。3.4 刀架系統(tǒng)刀具是放置在刀架結(jié)構(gòu)上的，而不是單獨(dú)裝夾在床身上的。因此，刀架的設(shè)計(jì)也要考慮到刀具的進(jìn)給活動(dòng)所必須的要求。在某種程度上，一個(gè)車(chē)床的刀架設(shè)計(jì)的水平和先進(jìn)科技性可使機(jī)床的性能得到很好的提升。在車(chē)床加工過(guò)程中，刀架是直接對(duì)工件進(jìn)行車(chē)削加工的，正是因?yàn)樗c工件進(jìn)行直接接觸，所以在加工過(guò)程中受到很大的切削抗力。因此，剛度和強(qiáng)度在設(shè)計(jì)和構(gòu)思前要充分的分析和研究 [15]。因8為刀具直接與工件接觸，直接對(duì)工件進(jìn)行去材料加工，所以對(duì)刀具位置的要求很?chē)?yán)格。不僅要做到這些，還要在刀架的設(shè)計(jì)過(guò)程過(guò)程中做到以下幾點(diǎn)：不僅要考慮到刀架的材料與刀具的位置，還要考慮到安全性問(wèn)題，在換刀的過(guò)程一定要保證刀具的轉(zhuǎn)換安全，不可對(duì)工人的安全造成威脅。3.5 尾座目前的機(jī)床的設(shè)計(jì)和使用中上一般都使用的是液壓型尾座。把尾座安裝在導(dǎo)軌上，通過(guò)導(dǎo)軌的滑動(dòng)作用，在上面往返滑動(dòng)，滑動(dòng)的位置由工件的長(zhǎng)度以及位置來(lái)確定。大家都知道，車(chē)床上尾座是用來(lái)裝夾住頂尖，從而能夠來(lái)頂住尺寸較長(zhǎng)的工件。還有在工件要求鉆孔、攻絲的時(shí)候，也可以把鉆頭裝夾在尾座上，來(lái)進(jìn)行加工[16]。尾座的材料要用 1 級(jí)鑄鐵，并要經(jīng)過(guò)時(shí)效處理。94 機(jī)床各系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 切削力計(jì)算縱車(chē)外圓時(shí)：= =5360(N) 5.1max670DFz?1.540×（4.1）——車(chē)床床身最大加工半徑，單位 mm。maxD求出主切削力后，由 = 1 : 0.25 : 0.4yxzF:可求出：走刀方向的切削力 = 1340 Nx垂直走刀方向的切削力 = 2144 Ny橫切端面時(shí)：主切削力： 可以取縱切時(shí) 的 1/2。所以 =1/2 = 2680 NF?zF?zFz同理 = 1 : 0.25 : 0.4 ?y：： xz可得：走刀方向的切削力 = 670 N x垂直走刀方向的切削力 = 1072 N,yF4.2 滾珠絲杠螺母副選型在設(shè)計(jì)滾珠絲杠螺母副的的時(shí)候應(yīng)該著重對(duì)一下幾方面進(jìn)行一下構(gòu)思：首先是滾珠循環(huán)的方式，其次再是其預(yù)緊方式。除此之外的要求就是考慮到：外徑、導(dǎo)程和精度等級(jí)等。4.2.1 縱車(chē)外圓的計(jì)算10(1)計(jì)算進(jìn)給率引力 mF燕尾型導(dǎo)軌：(4.2))2(, GFfKyzx??式中 ——切削力yxzF:G——移動(dòng)部件的重量 （N ）K——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，此處 K=1.4——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，此處 = 0.2,f ,f帶人數(shù)據(jù)得 = 1.4 × 1340 + 0.2 × (5360 + 2 × 2144 + 800 ) =2272 N mF(2)計(jì)算最大動(dòng)載荷最大動(dòng)載荷：(4.3)mwFfLC3?式中 ——工作壽命，單位 106r，L610nT——絲杠轉(zhuǎn)速，n01Lvns——最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），此處取 =0.6sv sv——絲杠導(dǎo)程，（mm）， =6mm0L0——使用壽命，（h），對(duì)數(shù)控車(chē)床取 =15000hTT——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，此處為一般運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 6-2-34 可知一般wF運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 取 1.3。帶入數(shù)據(jù)可得:絲杠轉(zhuǎn)速 =50r/min05.61Ln??工作壽命 =45605??L最大動(dòng)載荷 =10505.6N 273.143C根據(jù)求出的條件查表可得：采用外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母滾珠11絲杠副 ,其額定動(dòng)載荷為 16400N,螺 距 為 40mm,精度等級(jí)為 3 級(jí)。4061LW0D(3)傳動(dòng)效率計(jì)算傳動(dòng)效率：(4.4))tan(?????式中 ——絲杠螺旋長(zhǎng)升角， 型滾珠絲杠副 為 2°44′ 。?4061LW?——摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) =0.003-0.004，其摩擦角約等于?f10′。代入數(shù)據(jù)可得)tan(?????= )1042(t??=0.94(4)剛度校驗(yàn)①絲杠的拉伸或壓縮變形量 1?查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 6-3-23，據(jù) =2272N， =40mm，知: =1.2×10-5(mm)mF0D0L?則=1.2×10-5×1000=1.2×10-2(mm) （4.5)L??01?由于兩端用角接觸軸承和深溝球軸承，對(duì)絲杠螺母進(jìn)行了拉伸，剛度可提高四倍，則變形量縮小為： =0.3×10-2。1,4②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2?查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 5-3-55 知，W 系列 2.5 圈 1 列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量： =6.4 ,由于預(yù)緊, =3.2 。QC?um4.62??QCum③撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3?用 7304C 角接觸軸承， =35mm ,滾動(dòng)體直徑 =5.35mm,滾動(dòng)體得數(shù)量1d0d12Z=18,所以=0.0077(mm) (4.6)32320 185.74.4. ????zdFmc?由于預(yù)緊的存在， = 0.00386 mm.13c?綜上可得，變形量 = 0.003 + 0.0032 + 0.00386 = 0.01006 mm故選用 型滾珠絲杠副符合要求。4061LW(5)穩(wěn)定性校驗(yàn)滾珠絲杠在安裝的時(shí)候采用的是推力軸承，在其轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程很穩(wěn)，所以不用進(jìn)行穩(wěn)定性的校驗(yàn)。4.2.2 橫向進(jìn)給的計(jì)算(1) 計(jì)算牽引力之 ,mF=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)=2022.8(N))2(4.1,,, GfFyzxm??(4.7)(2) 計(jì)算最大負(fù)荷 C絲杠轉(zhuǎn)速：=30(r/min) (4.8)5.0310??Lvns工作壽命：=27 (4.9)6610T最大負(fù)載：=3×1.2×2022.8=7282.08(N) (4.10)WFfLC,3?根據(jù)求出的條件查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 6-7-58 可得：采用外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副 型 1 列 2.5 圈，其額定動(dòng)載荷201L為 8800N,螺距 為 40mm,精度等級(jí)為 3 級(jí)。0D(3) 傳動(dòng)效率計(jì)算傳動(dòng)效率: )tan(?????13型滾珠絲杠副絲杠螺旋長(zhǎng)升角 為 4°33′，摩擦角 為 10′。2051LW??故 =0.965 )103(tan?????(4) 剛度校驗(yàn)由橫向進(jìn)給的支撐方式，如圖 4.1 所示:圖 4.1 橫向進(jìn)給支撐方式由最大牽引力為 2022.8N,支撐間距為 450mm，絲杠長(zhǎng)度較 長(zhǎng)，需母及軸承預(yù)緊，①絲杠的拉伸或壓縮變形量 1?查表，據(jù) =2202.8N， =20mm，知： =4.2×10-5 則,mF0D0L?=4.2×10-5×450=1.9×10-2(mm) ??01（4.11）②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量查表知，W 系列 2.5 圈 1 列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量: =6.4μmQC?由于預(yù)緊， =3.2μm。4.622??QC?③撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3?用 7319C 角接觸軸承， =l5mm ,滾動(dòng)體直徑 =4.74 mm ,滾動(dòng)體得數(shù)量1d0dZ=12,所以：=0.0094（mm）（4.12）32320, 174.80.4. ????zdFmc?由于預(yù)緊的存在：=0.0047（mm） （4.13）09.13c?綜上可得，變形量 =0.019+0.0032+0.0047=0.0269mm定位精度?14變形量： δ= 0.019+0.0032+0.0047=0.0083mm定位精度41由此可知，將滾珠絲杠進(jìn)行拉伸之后，使用 型 1 列 2.5 圈絲杠副符合要201LW求。（5）穩(wěn)定性校驗(yàn)首先計(jì)算產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載用下列公式：（4.14）2??EIfFzk?式中:E——絲杠材料彈性模量，鋼材量 N/cm264/1dII——截面慣性矩（單位：cm 4），絲杠截面慣性矩 ,(d1 為絲杠螺紋64/1I??的底徑)——絲杠兩支撐端距離，(cm)??z——絲杠的長(zhǎng)度支撐系數(shù)，如表 4.1 所示：表 4.1 絲杠長(zhǎng)度支撐系數(shù)方式 一端固定一段自由 兩端簡(jiǎn)支 一端固定一段簡(jiǎn)支 兩端固定zf0.25 1.00 2.00 4.00本設(shè)計(jì)，絲杠采用兩端固定，故 取 4.00。zf則：截面慣性矩：=0.3899(cm4) （4.15）6478.1???I臨界負(fù)載：=6429.8(N) （4.16）2628139.0.kF臨界負(fù)載 與最大負(fù)載 之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) ，如果 ，kFmKn][KmkKnF??則絲杠不致失穩(wěn)， 為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取 2.5~4。則根據(jù)以求得數(shù)據(jù)，][Kn=2.83 ，故橫向進(jìn)278.649?Kn?給絲杠選用 W1L2005 型絲杠不會(huì)產(chǎn)生失15穩(wěn)。4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1）為了滿足從動(dòng)端半聯(lián)軸器的軸向定位要求，A 軸段上端需制出一軸肩，又因?yàn)樵?B 段上需要安裝軸承及軸承座，故取初步取 B 段的直徑 =40 mm；下端用軸Bd端擋圈定位，參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 891-1986，按軸端直徑取擋圈直徑 D=45mm。標(biāo)記為：GB/T 892 B45 從動(dòng)端半聯(lián)軸器孔長(zhǎng)度 =50mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在2L軸的端面上，故 A 段長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些，現(xiàn)取 =58mm。AL2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)承受較大的徑向力和較小的軸向力的作用，故選用深溝球軸承。同時(shí)考慮實(shí)際工作情況及安裝的方便性，選擇帶座外球面球軸承。參照 B 段直徑、支架套筒內(nèi)徑及帶立式座外球面球軸承標(biāo)準(zhǔn) GB/T 7810-1995（表 7-2-101），初步選取型號(hào)為 UCP208 的帶座軸承。參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 7810-1995（表 7-2-101）知，該帶座軸承總寬 B=49.2 mm，為了安裝方便，取 B 段長(zhǎng)度 =60 mm。BL3）由于支架套筒需要從立軸上方裝入，故支架套筒下方需要軸肩定位。又因支架套筒內(nèi)徑為 d=50 mm，且主要承受徑向力，故取 =70 mm， =15 mm。CdCL4）已知支架套筒內(nèi)徑為 d=50 mm，高度為 150 mm，為了便于安裝上軸承座，取 =50 mm， =155 mm。DDL5）由于 E 段軸上只安裝帶座軸承，故 E 段軸尺寸同 B 段軸，即 =40 mm，Ed=60 mm。EL4.3.2 軸上零件的周向定位1）從動(dòng)端半聯(lián)軸器與軸的周向定位。由于工作時(shí)需承受一定的沖擊及變載荷，而且在軸端處，所以采用單圓頭普通平鍵連接。按 =35 mm、 =58mm，參照標(biāo)AdAL準(zhǔn) GB/T 1095-2003（表 5-3-18），選擇鍵的截面尺寸為：寬度 b=10mm，高度h=8mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，由 長(zhǎng)度并參考鍵的長(zhǎng)度系列（表 5-3-19），取AL16鍵長(zhǎng)為 L=56 mm（比 長(zhǎng)度小些）。從動(dòng)端半聯(lián)軸器與軸的配合為 。AL 67kH2）支架套筒與軸的周向定位。同樣由于工作時(shí)需承受一定的沖擊及變載荷，所以采用圓頭普通平鍵連接。根據(jù)立軸連接支架套筒處尺寸 d=98 mm，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1095-2003（表 5-3-18），選擇鍵的截面尺寸為：寬度 b=14mm，高度 h=9 mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，由支架寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列（表 5-3-19），取鍵長(zhǎng)L=140 mm（比支架套筒高度小些）。支架套筒與軸的配合為 。67hH3）滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。4.3.3 確定軸上圓角和倒角尺寸參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6403.1-2008（表 1-5-10），取軸端倒角為 1.6 45°，各軸肩處?圓角半徑參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6403.4-2008（表 1-5-12）選取。4.3.4 帶立式座外深溝球軸承的校核參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 276-1994（表 7-2-66）知，對(duì)于深溝球軸承 6208，基本額定動(dòng)載荷 =29500N，基本額定靜載荷 =18000 N（參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 7810-1995（表 7-rCrC02-101），對(duì)于軸承 UCP208，基本額定動(dòng)載荷 =22800N，基本額定靜載荷r=8200 N），球數(shù) z=9，球徑 =12 mm。r0 WD（1）受力分析列平面任意力系的平衡方程，即=0， =0?xFBAxF?=0， =0y 21Py?=0， =0 )(MA 120830??B（4.17）求解以上方程，得= 550+700=1250（N）21PFAy??=-5565.22（N）230178530182 ??????B=5565.22（N）Ax為負(fù)值，說(shuō)明他的方向與假設(shè)的方向相反，即應(yīng)指向左。BF17則軸承所受徑向載荷 =5565.22 NrF軸向載荷 =1250 Na（2）校核動(dòng)載荷按照手冊(cè)公式 7-2-1 計(jì)算：（4.18）PfCTndmh?式中： ——壽命因數(shù)，軸承預(yù)期壽命 =5000 h，查表 7-2-23，取 =2.71hf hLhf——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小，取 =1.5m mf——沖擊載荷因數(shù)，中等沖擊，查表 7-2-25，取 =1.2df df——速度因數(shù)，轉(zhuǎn)速取 15 r/min，查表 7-2-24，取 =1.305n n——溫度因數(shù)，查表 7-2-26，取 =1Tf TfP——當(dāng)量動(dòng)載荷，按式 7-2-2 計(jì)算計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P。（4.19）arYFX??式中： ——徑向載荷，由受力分析知 =5565.22 NrFr——軸向載荷，由受力分析知 =1250 Na aX——徑向動(dòng)載荷系數(shù)，查表 7-2-65，按下面計(jì)算取值Y——軸向動(dòng)載荷系數(shù)，查表 7-2-65，按下面計(jì)算取值1）計(jì)算 2WaizDF= =0.965 （4.20）WaizDF21950?2）取 e 的值查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 7-2-65，根據(jù) =0.965，取 e=0.282Waiz183）計(jì)算 raF=0.225 （4.21）2.5610?raF4）取 X、Y 的值查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 7-2-65，單列軸承，且 0.225e=0.28， =0.965ra2WaizDF故取 X 1 Y 05）求當(dāng)量動(dòng)載荷 ParYFXP??=1 5565.22+0 1250?=5565.22 (N)因此動(dòng)載荷為： PfCTndmh?= 5565.221305.2.7?=20802（N）因 C =29500N（對(duì)于 UCP208，同樣 C =22800N）r r故，合適。（3）校核靜載荷按照手冊(cè)公式 7-2-6 計(jì)算：（4.22）0PSC?式中： ——安全因數(shù)，旋轉(zhuǎn)軸承，查表 7-2-31，取 =1.50S 0S——當(dāng)量靜載荷，計(jì)算公式見(jiàn)表 7-2-29P計(jì)算當(dāng)量靜載荷 0查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 7-2-29，對(duì)于向心球軸承，計(jì)算徑向當(dāng)量靜載荷（4.23）arrFYXP00??，取二式中的較大者，其中：rFP?019——徑向載荷，由受力分析知 =5565.22NrFrF——軸向載荷，由受力分析知 =1250 Na a——徑向靜載荷系數(shù)，查表 7-2-650X——軸向靜載荷系數(shù)，查表 7-2-65Y1）計(jì)算 arrFYP00??查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 7-2-65， arrFP5.06.0??=0.6 5565.22+0.5 1250?=3964.132（N）2）計(jì)算 rF?0=5565.22（N）rP故，取 =3964.132 NrP0因此：靜載荷為： 0PSC?=1.5 5565.22?=8347.835（N）因 =18000 N（對(duì)于 UCP208，同樣 =18200N）。rC0? rC?故，合適。綜上校核結(jié)果，選擇帶立式座外球面球軸承，型號(hào)為 UCP208。標(biāo)記為：UCP208 GB/T 7810-19954.3.5 鍵的校核（1）從皮帶輪與軸連接處的鍵由于鍵、立軸、皮帶輪的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 5-3-17 查得許用擠壓應(yīng)力[ ]=100 120 ，取其平均值，[ ]=110 。鍵的工作長(zhǎng)度 l=L-b=90-aMPaMP10=80（ mm），鍵與支架鍵槽的接觸高度 k=0.4h=0.4 28=11.2（mm）。由表 5-3-16?中查得：20=13.76（ ） [ ]=11035802.1923???kldTp?aMP?aP故，合適。標(biāo)記為：鍵 GB/T 1095-200368B（2）同步齒形帶輪與軸的連接處的鍵由于鍵、立軸、同步齒形帶輪的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 5-3-17 查得許用擠壓應(yīng)力[ ]=100 120 ，取其平均值， [ ]=110 。鍵的工作長(zhǎng)度aMPaMPl=L-b=20-4=16（mm），鍵與支架鍵槽的接觸高度 k=0.4h=0.4 16=6.4（mm）。由?《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 5-3-16 中查得：=6.75（ ） [ ]=110 35164.09203???kldTp?aP?aP故，合適。標(biāo)記為：鍵 GB/T 1095-200320B4.3.6 軸的校核——按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮軸的主要尺寸，以及軸上零件的位置，以及外載荷。當(dāng)支反力的作用位置確定后，軸上的載荷就可以通過(guò)計(jì)算求出來(lái)，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表 4.2 所示。表 4.2 載荷計(jì)算結(jié)果載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F=-5565.22N1NF=5565.22N2H=1250N1NF=-1250N2V彎矩 M=-139.13Nm1=139.13Nm2=31.25NmM總彎矩=-135.58Nm2215.31.9??M=142.6Nm2?扭矩 T T=190Nm214.3.7 校核軸的強(qiáng)度從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和轉(zhuǎn)矩圖中可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面，所以只校核危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度。按手冊(cè)上表 6-1-22 中公式及上表中數(shù)據(jù)，以及軸的材料為 45鋼，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 =0.6， =45，則的計(jì)算直徑為：?p1??（4.24）3122)(68.21PTMd????= 32245)906.( ?=84（mm）計(jì)算直徑 84 mm 小于選擇直徑 98 mm，故安全。4.4 伺服電機(jī)的選型和計(jì)算4.4.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電機(jī)的計(jì)算根據(jù)計(jì)算，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (kg?cm2),可由下式計(jì)算：zJ(4.25)])2()[()021?? LGWZJsM???式中 ——伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg ?cm2)MJ——齒輪 Z1、Z 2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (kg cm2),由于進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電機(jī)直接和21、絲杠聯(lián)接，則=12Z——滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (kg cm2)sJ?參考同類(lèi)型機(jī)床，初選反應(yīng)式伺服電機(jī) 150BF，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為10kg cm2。?=0.78×10-3×44×150=29.952(kg cm2） (4.26)sJ?帶入上式： ])2()[()021?? LGWJZJsM???22])26.0(895.2[10???=40.7(kg cm2)?考慮伺服電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量相匹配的問(wèn)題：=0.2467.401?JM基本滿足慣量匹配要求。4.4.2 電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工作狀況下，所需要的轉(zhuǎn)矩不同，一下分別按各階段計(jì)算?？焖倏諉?dòng)階段 ：起M0max f??起2maxmax106?????tnJ而 3axbpvn?將前面以求得的數(shù)據(jù)代入，= =450(r/min) (4.27)360maxbpvn???36075.1.24啟動(dòng)加速時(shí)間： =30msat= =571.1(N)2maxax106???tnJM?? 2103.6453.???(4.28)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 :f= =94（ ）120,0)(2ZLGFfiLMzf ?????25.1860)3(6.???cmN?(4.29)還有附加摩擦力矩：23= = =19.1（ ）)1(2200????iLFMP )1(32020????ZLFm )9.01(8.3652???cmN?(4.30)綜上所述：=571.1+94+19.1=684.2（ ） (4.31)0max Mf??起 cmN?快速移動(dòng)階段所需力矩 快=94+19.1=113.1（ ） (4.32)c?最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切=273.1（ ）8.026134.9200 ??????? ???iLFMMxftf切 cmN?(4.33)由上面的計(jì)算可看出，在從 三種情況下，其中快速啟動(dòng)階段所切快起 、、需要的力矩最大，以此作為選擇電機(jī)的依據(jù)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 4-5-22，伺服 電機(jī)0Mf??快=0.951maxjq?最大靜力矩：=719.45（ ） (4.34)951.02684max??qjMcmN?按此力矩查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 4-9-30，SM130-077-30LFB 型電機(jī)允許最大靜力矩為 931 ,最高空載啟動(dòng)頻率為 3000Hz,運(yùn)行頻率為 16000Hz，當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)cN?和切削進(jìn)給時(shí)，電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可滿足要求。同理，經(jīng)過(guò)計(jì)算橫向進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)選擇 SM110-020-20LFB,其允許最大靜力矩為 784 最高空載啟動(dòng)頻率為 1500Hz,運(yùn)行頻率為 7000Hz。cm?245 結(jié) 論（1）斜床身臥式數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體方案采用 45 度（常見(jiàn)的傾斜角度有 45°、60°、75°等）后置斜床身布置，這樣的設(shè)計(jì)方便工人師傅在加工過(guò)程裝夾零部件，當(dāng)然更有利于對(duì)加工屑進(jìn)行排除。（2）我們選用表現(xiàn)更好的滑動(dòng)導(dǎo)軌，比傳統(tǒng)的導(dǎo)軌更優(yōu)秀。（3）在傳動(dòng)系統(tǒng)中采用無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，這樣更有利于速度的調(diào)節(jié)，更好的對(duì)工件進(jìn)行加工。（4）主軸通常制造成階梯形，還有軸肩，這樣更方便裝配。主軸上一些零部件根據(jù)主軸上的軸肩位置進(jìn)行裝配，再加上軸套以及定距環(huán)使得其他零部件在主軸的位置是固定的。