畢業(yè)論文定稿-CJK6150數(shù)控車床設(shè)計－主軸箱和尾座部件設(shè)計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細(xì)圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )CJK6150 數(shù)控車床設(shè)計－主軸箱和尾座部件所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日誠 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設(shè)計（論文） 《CJK6150 數(shù)控車床設(shè)計－主軸箱和尾座部件》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。承諾人（簽名）： 年 月 日原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細(xì)圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763摘 要隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對精密程度的要求越來越高，加工設(shè)備的機械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來越高。在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對機床自動化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統(tǒng)的設(shè)計。整個過程主要對車床主傳動進(jìn)行設(shè)計。車床主傳動設(shè)計，主要包括三方面的設(shè)計，即：根據(jù)設(shè)計題目所給定的機床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級數(shù)，確定其他有關(guān)運動參數(shù)，選定主軸各級轉(zhuǎn)速值；通過分析比較，選擇傳動方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機床類型和電動機功率，確定主軸及各傳動件的計算轉(zhuǎn)速，初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗算傳動件（傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承）的剛度、強度或壽命。最后，完成運動設(shè)計和動力設(shè)計后，要將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化” ，設(shè)計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動軸組件、主軸組件、變速機構(gòu)、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：車床；數(shù)控；傳動系統(tǒng)AbstractWith the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe.CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme “structured“, design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design.Key Words: Lathe; CNC; Transmission System目 錄摘 要.3Abstract.4目 錄.6第 1 章 緒 論.91.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 91.1.1 數(shù)控機床與發(fā)展趨勢 91.1.2 數(shù)控技術(shù) 101.1.3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 121.1.4 數(shù)控技術(shù)在機械工業(yè)中的進(jìn)展 141.2 數(shù)控車床的工藝范圍及加工精度 .151.2.1 工藝范圍 151.2.2 加工精度 151.3 畢業(yè)設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 161.3.1 畢業(yè)設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) 161.3.2 技術(shù)要求 16第 2 章 主軸箱傳動系統(tǒng)參數(shù)計算.172.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 .172.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 .172.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 .172.1.3 確定結(jié)構(gòu)式 172.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 172.1.5 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 182.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 192.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 20第 3 章 傳動件的計算.223.1 帶傳動設(shè)計 223.2 選擇帶型 .233.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速 .233.4 確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長度并驗算小輪包角 .243.5 確定帶的根數(shù) z253.6 確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 .253.7 確定帶的張緊裝置 .253.8 計算壓軸力 .253.2 計算轉(zhuǎn)速的計算 273.3 齒輪模數(shù)計算及驗算 283.5 主軸合理跨距的計算 32第 4 章 主要零部件的選擇.344.1 電動機的選擇 .344.2 軸承的選擇 344.3 變速操縱機構(gòu)的選擇 .344.4 軸的校核 344.5 軸承壽命校核 36第 5 章 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明.385.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 385.2 展開圖及其布置 38第 6 章 尾座部分的設(shè)計.396.1 尾座套筒的設(shè)計 .396.2 尾座體的設(shè)計 .406.3 尾座頂尖的設(shè)計 .406.4 液壓缸的設(shè)計 .406.5 尾座導(dǎo)軌的設(shè)計 .416.6 尾座孔系設(shè)計 .426.6.1 配合 426.6.2 套筒孔的設(shè)計 426.6.3 孔和鍵的設(shè)計 436.7 撓度、轉(zhuǎn)角、液壓缸內(nèi)徑、鎖緊力的計算及校核 .436.7.1 撓度的計算 446.7.2 轉(zhuǎn)角的計算 456.7.3 壓板處螺栓直徑的校核 456.7.4 液壓缸內(nèi)徑的校核 466.7.5 尾座鎖緊力的驗算 46第 7 章 尾座精度的設(shè)計.487.1 表面粗糙度的確定 .487.2 尾座與機床形位公差的確定 .487.3 底面及立導(dǎo)向面形位公差的確定 .49總結(jié).50參考文獻(xiàn).51致謝.52第 1 章 緒 論9第 1 章 緒 論1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展1.1.1 數(shù)控機床與發(fā)展趨勢（1）數(shù)控機床：1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6 年后，即在 1952 年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。①數(shù)控（NC）階段（1952～1970 年）早期計算機的運算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭“ 成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC） ，簡稱為數(shù)控（NC ） 。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即 1952 年的第一代--電子管；1959 年的第二代--晶體管；1965 年的第三代-- 小規(guī)模集成電路。②計算機數(shù)控（CNC ）階段（ 1970 年～現(xiàn)在） 到 1970 年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機數(shù)控（CNC）階段（把計算機前面應(yīng)有的“ 通用“兩個字省略了） 。到 1971 年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件-- 運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR） ，又可稱為中央處理單元（簡稱 CPU） 。到 1974 年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機床，稱之為群控） ，不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當(dāng)時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。 到了 1990 年，PC 機（個人計算機，國內(nèi)習(xí)慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段?？傊嬎銠C數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970 年的第四代--小型計算機；1974 年的第五代--微處理器和 1990 年的第六代-- 基于 PC（國外稱為 PC-BASED） 。還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即 CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC ） 。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控“ ，實質(zhì)上已是指“計算機數(shù)控“ 了。1.1.2 數(shù)控技術(shù)隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術(shù)的高速發(fā)展，機床數(shù)控技術(shù)有了長足的進(jìn)步。近幾年一些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進(jìn)給伺服、超高速切削等技術(shù)的發(fā)展，以及對機械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高等，加速了數(shù)控機床的發(fā)展。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。① 高速高效高精度高生產(chǎn)率。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進(jìn)，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大大提高，減少了切削時間和非切削時間。加工中心的進(jìn)給速度已達(dá)到 80m/min～120m/min，進(jìn)給加速度達(dá) 9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時間小于 1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數(shù)量級通常為 10 μm，對精密零件要求為 1 μm，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對精度要求提高到 0.1 μm，有些零件甚至已達(dá)到 0.01 μm，高精密零件要求提高機床加工精度，包括采用溫度補償?shù)?。微機電加工，其加工零件尺寸大小一般在 1mm 以下，表面粗糙度為納米數(shù)量級，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機床。②柔性化柔性化包括兩個方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是 DNC 系統(tǒng)的柔性，同一 DNC 系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮 DNC 系統(tǒng)的效能。③工藝復(fù)合化和多軸化數(shù)控機床的工藝復(fù)合化，是指工件在一臺機床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機床，可完成鉆、鏜、銑、擴孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的第 1 章 緒 論11復(fù)合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。④ 實時智能化早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能，則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)與人工智能已實現(xiàn)相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。⑤ 結(jié)構(gòu)新型化20 世紀(jì) 90 年代一種完全不同于原來數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控機床被稱為“6 條腿”的加工中心或稱虛擬軸機床(有的還稱為并聯(lián)機床)，它能在沒有任何導(dǎo)軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮的“6 條腿”(伺服軸)支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高 2～10 倍。這種數(shù)控機床的出現(xiàn)將給數(shù)控機床技術(shù)帶來重大變革和創(chuàng)新。⑥ 編程技術(shù)自動化隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復(fù)雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補手工編程和 NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內(nèi)外先進(jìn)的 CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）形交互式軟件有 Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA 、Solid Works、CATIA等。⑦ 集成化數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運行速度，應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質(zhì)量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與 CRT 顯示器抗衡的新興顯示器，是 21 世紀(jì)顯示器主流。它應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格、改進(jìn)性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。⑧ 開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁減、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM 、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。1.1.3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢（1）數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)” 。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自第 1 章 緒 論13己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1) 機械制造技術(shù);(2) 信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3) 自動控制技術(shù) ;(4)伺服驅(qū)動技術(shù):(5)傳感器技術(shù):(6)軟件技術(shù)等。（2）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT 、汽車、輕工、醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。①高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP) 將其確定 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/min，甚至更高，空運行速度可達(dá) 100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國 CINCINNAT 工公司的 HyperMach 機床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/min，快速為 100m/min，加速度達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）銑床加工需 8h;德國 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12000r/mm在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 l0um 提高到 5} m，精密級加工中心則從 3}5um，提高到 1 一 1.5}m，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值己達(dá) 6000h 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達(dá)到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴大。②智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等; 簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。③數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性數(shù)控設(shè)備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。1.1.4 數(shù)控技術(shù)在機械工業(yè)中的進(jìn)展近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達(dá) 1. 8 萬臺，比上年增長 28. 5%，機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2000 年的 17. 4%提高到 2001 年的 22. 7%。2001 年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第 5 名，機床消費額在世界排名上升到第 3 位，達(dá) 47. 39 億美元，僅次于美國的 53. 67 億美元，消費額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001 年進(jìn)口機床躍升至世界第 2 位，達(dá) 24. 06 億美元，比上年增長 27％。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機第 1 章 緒 論15床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。1.2 數(shù)控車床的工藝范圍及加工精度1.2.1 工藝范圍數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。1.2.2 加工精度由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件普通車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1.3 畢業(yè)設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求1.3.1 畢業(yè)設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)：床身最大回轉(zhuǎn)直徑：500mm，拖板最大回轉(zhuǎn)直徑：≥250mm，最大加工長度：750mm，主軸轉(zhuǎn)速：90～2000r/min，縱向進(jìn)給最大速度：4m/min，橫向進(jìn)給最大速度：4m/min。主電機功率5.5Kw。1.3.2 技術(shù)要求（1）利用電動機完成換向和制動。（2）各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構(gòu)。（3）進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。第 2 章 主軸箱傳動系統(tǒng)參數(shù)計算17第 2 章 主軸箱傳動系統(tǒng)參數(shù)計算2.1 運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍根據(jù)【1】 公式（3-2）因為已知 ， ， =1.4178P 2.90minax??R??znR?∴Z= +1=10 ?lgnR根據(jù)【1】 表 3-5 標(biāo)準(zhǔn)公比 。這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列 =1.417P??2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列轉(zhuǎn)速數(shù)列。因為 =1.41=1.066，根據(jù)【1】 表 3-6 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極7P限轉(zhuǎn)速 45，再每跳過 5 個數(shù)取一個轉(zhuǎn)速，即可得到公比為 1.41 的數(shù)列： 90，125，180，250，355，500，710,1000,1400,20002.1.3 確定結(jié)構(gòu)式對于 Z=10 可以按照 Z=12 來定實現(xiàn) 12 級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副組合：12＝3×4 12＝4×312＝3×2×2 12＝2×3×2 12＝2×2×312=2×3×2。在上列兩行方案中，第一行的方案有時可以節(jié)省一根傳動軸，缺點是有一個傳動組內(nèi)有四個傳動副。如用一個四聯(lián)滑移齒輪，則會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，操縱機構(gòu)必須互鎖以防止兩個雙聯(lián)滑移齒輪同時嚙合，所以少用。根據(jù)傳動副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案 12＝3×2×2 是可取的。但是，由于主軸換向采用雙向離合器結(jié)構(gòu)，致使Ⅰ軸尺寸加大，此方案也不宜采用，而應(yīng)選用方案 12＝2×3×2。2.1.4 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)12=2×3×2 的傳動副組合，其傳動組的擴大順序又可以有以下 6 種形式：寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）A、12=2 1×32×26 B、12=2 1×34×22C、12 =2 3×31×26 D、12=2 6×31×23E、12=2 2×34×21 F、12=2 6×32×21根據(jù)“前多后少” ， “先降后升” ，前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則, 選取傳動方案 Z=12=23×31×26 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖 2-1。已知該題設(shè)選用電機為二級調(diào)速電機，其分?jǐn)偭?0-1 級的 2 個級別的變速。圖 2-1 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 2.1.5 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）選擇電動機：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：第 2 章 主軸箱傳動系統(tǒng)參數(shù)計算19轉(zhuǎn)速圖（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 2-3,1-2 軸最小中心距：A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin(Zmax+2+D/m)2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)(1)Sz 100-130,中型機床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20?寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）圖 2-3 主傳動系統(tǒng)圖（7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計要求 Zmin≥18—20,齒數(shù)和 Sz≤130，由表 4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表 2-2。表 2-2 齒輪齒數(shù)基本組 第一擴大組 第二擴大組傳動比1.41:1 1:2 1.41：1 1：1 1：1.41 2:1 1：2代號 Z1Z 'Z 2Z 'Z3Z 'Z4Z 'Z5 Z '5Z6 Z6 Z7 Z7齒數(shù) 47 34 27 54 41 29 35 35 29 41 87 43 43 872.3 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過±10( -1)％,即?第 2 章 主軸箱傳動系統(tǒng)參數(shù)計算21〈10( -1)％n標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速標(biāo) 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 速實 際 轉(zhuǎn) 速 ??對 Nmax=2000r/min，實際轉(zhuǎn)速 Nmax=1440× × × =1890r/min 20948762則有:=0.9％〈4.1％20189?同理，因此滿足要求。各級轉(zhuǎn)速誤差轉(zhuǎn)速誤差都小于 4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第 3 章 傳動件的計算3.1 帶傳動設(shè)計輸出功率 P=5.5kW,轉(zhuǎn)速 n1=1440r/min,n2=500r/min計算設(shè)計功率 Pd edAdPK?表 4 工作情況系數(shù) AK原動機ⅰ類 ⅱ類一天工作時間 /h工作機 10?10~16 16?0?10~16 16?載荷平穩(wěn)液體攪拌機；離心式水泵；通風(fēng)機和鼓風(fēng)機（） ；離心式壓縮機；7.5kW?輕型運輸機1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動小帶式運輸機（運送砂石、谷物） ，通風(fēng)機（ ） ；發(fā)電機；旋7.5k?轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動較大螺旋式運輸機；斗式上料機；往復(fù)式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6載荷變動很大破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等） ；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8第 3 章 傳動件的計算23根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時） ，查《機械設(shè)計》P 296表 4，取 KA＝1.1。即 1.56.05kWdAedPK???3.2 選擇帶型普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率 Pd 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 按《機械設(shè)計》P297 圖13－11 選取。根據(jù)算出的 Pd＝6.05kW 及小帶輪轉(zhuǎn)速 n1＝1440r/min ，查圖得：d d=80～100 可知應(yīng)選取 A 型 V 帶。3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速由《機械設(shè)計》P 298表 13－7 查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為 80～100mm則取 dd1=100mm ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得）表 3 V 帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 mind槽型 Y Z A B C D Emind20 50 75 125 200 355 50021 240=.8,=90.85.25dd??所 以 寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）由《機械設(shè)計》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準(zhǔn)直徑” ，得 =250mm2d① 誤差驗算傳動比： （ 為彈性滑動率）2150=.83()9(12%)di?????誤 ?誤差 符合要求1.830%.i???誤 ＜② 帶速 19140v=7./66dnms??滿足 5m/s300mm，所以宜選用 E 型輪輻式帶輪?？傊?，小帶輪選 H 型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇 E 型輪輻式結(jié)構(gòu)。帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。3.7 確定帶的張緊裝置選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。3.8 計算壓軸力由《機械設(shè)計》P303 表 13－12 查得，A 型帶的初拉力 F0＝130.59N，上面已得到 =153.36o，z=6，則1a1a153.72sin=60.9sinN=26ooFz???對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進(jìn)行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通 V 帶兩側(cè)面間的夾角是 40°，為了適應(yīng) V 帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通 V 帶輪槽角 為 32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定） ，輪槽尺寸見表 7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板） ，用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。表 普通 V 帶輪的輪槽尺寸（摘自 GB/T13575.1-92） 槽型 項目 符號 Y Z A B C D E 基準(zhǔn)寬度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基準(zhǔn)線上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準(zhǔn)線下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽間距 e 8 ± 0.3 12 ± 0.3 15 ± 0.3 19 ± 0.4 25.5 ± 0.5 37 ± 0.6 44.5 ± 0.7 第一槽對稱面至端面的距離 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小輪緣厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 第 3 章 傳動件的計算27帶輪寬 B B =( z -1) e + 2 f z —輪槽數(shù) 外徑 d a 32° ≤ 60 - - - - - - 34° - ≤ 80 ≤ 118 ≤ 190 ≤ 315 - - 36° 60 - - - - ≤ 475 ≤ 600 38° 對應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d - ＞ 80 ＞ 118 ＞ 190 ＞ 315 ＞ 475 ＞ 600 輪 槽 角 極限偏差 ± 1 ± 0.5 V 帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式： （1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d 時)，如圖 7 -6a。  （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖 7-6b。 （3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖 7 -6c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖 7-6d。（a） （b） （c） （d）圖 7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類型根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）3.2 計算轉(zhuǎn)速的計算（1）.主軸的計算轉(zhuǎn)速 由表3-2中的公式 ＝90 ＝200.64r/min )130(4.?結(jié)合變速數(shù)據(jù) 取主軸的計算轉(zhuǎn)速為 180r/min?jn(2). 傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 在轉(zhuǎn)速圖上，軸Ⅲ在最低轉(zhuǎn)速90r/min時經(jīng)過傳動組傳動副，。這個轉(zhuǎn)速高于主軸寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）計算轉(zhuǎn)速，在恒功率區(qū)間內(nèi)，因此軸Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速為該軸的計算轉(zhuǎn)速即nⅢj=355/min,軸Ⅰ計算轉(zhuǎn)速為 =500 r/min（2）確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速由機械設(shè)計知識可知，一對嚙合齒輪只需要校核危險的小齒輪，因此只需求出危險小齒輪的計算轉(zhuǎn)速這轉(zhuǎn)速都在恒功率區(qū)間內(nèi)，即都要求傳遞最大功率所以齒輪Z38的計算轉(zhuǎn)速為這3轉(zhuǎn)速的最小值即 =355r/min38jzn各計算轉(zhuǎn)速入表 3-1。表 3-1 各軸計算轉(zhuǎn)速（3） 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在主軸其中只有 180r/min 傳遞全功率，故 Zj=180r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表 3-2。'4表 3-2 齒輪副計算轉(zhuǎn)速序號 Z1Z 2Z3Z `4n j500 500 250 3553.3 齒輪模數(shù)計算及驗算模數(shù)計算，一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進(jìn)行計算，即 mj=16338 可得各組的模數(shù)，如表 3-3321][)(jjmnuzP???所示。45 號鋼整體淬火， []10jMP??按接觸疲勞計算齒輪模數(shù) m 1 軸由公式 mj=16338 可得 mj=2.34mm，取 m=3mm321][)(jjnuz??2 軸由公式 mj=16338 可得 mj=2.31mm，取 m=3mm321][)(jjmP?軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸計算轉(zhuǎn)速 r/min 500 250 355第 3 章 傳動件的計算293 軸由公式 mj=16338 可得 mj=3.21mm，取 m=3.5mm321][)(jjmnuzP???由于一般同一變速組內(nèi)的齒輪盡量取同一模數(shù)，所以為了統(tǒng)一和方便如下取：表 3-3 模數(shù)（2）基本組齒輪計算。基本組齒輪幾何尺寸見下表齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2`齒數(shù) 47 34 27 54分度圓直徑 141 102 81 162齒頂圓直徑 147 108 87 168齒根圓直徑 133.5 94.5 73.5 154.5齒寬 24 24 24 24按基本組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 229HB～286HB ，平均取 240HB。計算如下：① 齒面接觸疲勞強度計算：接觸應(yīng)力驗算公式為??jfsj MPauBnNKzm??????)()1(02832彎曲應(yīng)力驗算公式為：??wswPaBYnz?????)(109235組號 基本組 第一擴大組 第二擴大組模數(shù) mm 3 3 3.5寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）式中 N----傳遞的額定功率（kW） ，這里取 N 為電動機功率，N=4kW;-----計算轉(zhuǎn)速（ r/min）. =160（r/min）;jnjnm-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）;B----齒寬（mm）;B=24（mm）;z----小齒輪齒數(shù)；z=27;u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=1.78;-----壽命系數(shù)；sK=sTnNKq----工作期限系數(shù)；TmTC016?T------齒輪工作期限，這里取 T=15000h.;-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min）1n1n----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取 = ，彎曲載荷取 =0C0C70C612?m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取 m=3；彎曲載荷取 m=6;----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2 上，取 =0.60nKnK----功率利用系數(shù)，查 【5】2 上，取 =0.78N N-----材料強化系數(shù)，查【5】2 上， =0.60q q-----工作狀況系數(shù)，取 =1.13K3K-----動載荷系數(shù)，查【5】2 上，取 =12------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2 上， =1 1 1KY------齒形系數(shù)，查 【5】2 上，Y=0.386；