XK5036數(shù)控立式銑床總體及垂直進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙和說(shuō)明書】

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Z軸原進(jìn)給系統(tǒng)。將滑動(dòng)絲杠副更換為滾珠絲杠副，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進(jìn)電機(jī)。采用步進(jìn)電機(jī)減速齒輪帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。首先進(jìn)行切削力的計(jì)算，然后根據(jù)切削力的大小計(jì)算絲杠的強(qiáng)度、剛度，再結(jié)合效率計(jì)算校核所選絲杠。選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。之后進(jìn)行齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)所選步進(jìn)電機(jī)的步距角、脈沖當(dāng)量，結(jié)合公式計(jì)算出減速比，選擇合適的齒輪，根據(jù)所選齒輪的參數(shù)計(jì)算出齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣，再結(jié)合絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，算出總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。最后進(jìn)行轉(zhuǎn)距的計(jì)算，計(jì)算負(fù)載和空載時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩選擇匹配的步進(jìn)電機(jī)。關(guān)鍵詞：銑床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠目 錄摘 要II目 錄III第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述11.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀11.2 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)21.2.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別21.2.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍31.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度31.4 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)4第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較62.1總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容62.2 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)總體要求72.3 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)內(nèi)容72.4 改造后的數(shù)控銑床功能分析9第3章 確定切削用量及選擇刀具103.1刀具選擇103.2切削用量確定103.3切削三要素113.4加工精度和表面粗糙度113.5刀具材料14第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)154.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)154.1.1 參數(shù)的擬定154.1.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇154.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定174.1.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制204.2 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算244.2.1 傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算244.2.2 齒輪模數(shù)的估算與驗(yàn)算274.3 展開(kāi)圖設(shè)計(jì)324.3.1 結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求324.3.2 齒輪塊的設(shè)計(jì)334.3.3 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)354.3.4 主軸組件設(shè)計(jì)384.4 制動(dòng)器設(shè)計(jì)434.5 截面圖設(shè)計(jì)444.5.1 軸的空間布置444.5.2 潤(rùn)滑454.5.3 箱體設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題46第5章 主要部裝圖（垂直進(jìn)給系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)與計(jì)算475.1設(shè)計(jì)方案的確定475.2 垂直(Z向)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)485.3 升降臺(tái)自動(dòng)平衡裝置50第6章硬件電路圖的設(shè)計(jì)526.1微機(jī)控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)526.1.1微機(jī)控制系統(tǒng)的組成526.1.2微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)526.2微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備介紹536.2.1主控制器CPU的選擇536.2.2存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展546.2.3 I/O口電路的擴(kuò)展556.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路556.2.5其它輔助電路設(shè)計(jì)566.3程序部分57致 謝62參考文獻(xiàn)63 第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。1.高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)2.軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展3.智能化、開(kāi)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(shì)4.重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立其中包括：a.關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)規(guī)范b. 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)規(guī)范，加強(qiáng)數(shù)控銑床的整機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)該把握的主要問(wèn)題的訓(xùn)練。1.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)機(jī)床“工作母機(jī)”一直保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)。2003年的產(chǎn)值達(dá)到260億元，產(chǎn)量居世界第四。我國(guó)的機(jī)床消費(fèi)超過(guò)59億美元，首次躍居世界第一，產(chǎn)值水平260億元，消費(fèi)超出220多億元。其差額自然只有靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)進(jìn)口機(jī)床產(chǎn)品金切機(jī)床及鍛壓設(shè)備各約31.5億美元，又是一個(gè)“世界第一”而全行業(yè)出口僅為3.1億美元。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。機(jī)床業(yè)現(xiàn)狀可以用“三大一小”一一消費(fèi)大國(guó)、生產(chǎn)大國(guó)、進(jìn)口大國(guó)和出口小國(guó)來(lái)概括。“母機(jī)”水平看“數(shù)控”。1992年我國(guó)年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床僅4200多臺(tái)。到2003年這一數(shù)字已為2.48萬(wàn)多臺(tái).比上年增長(zhǎng)了41.6%。 10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量翻了兩番多.數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品開(kāi)發(fā)加快，一批反映當(dāng)前世界數(shù)控機(jī)床發(fā)展潮流的高檔次數(shù)控機(jī)床問(wèn)世，如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)加工中心、五軸車銑復(fù)合中心、五軸龍門加工中心等。建立了以中、低檔次數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系和高檔次數(shù)控機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)體系，可以說(shuō)，我國(guó)機(jī)床業(yè)整體素質(zhì)有了明顯提高。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%;消費(fèi)值數(shù)控化率還不到50%,而發(fā)達(dá)國(guó)家大多在76%左右。高檔次的數(shù)控機(jī)床及配套部件只能靠進(jìn)口.我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)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(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。這些數(shù)控機(jī)床，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài).1.2 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)1.2.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過(guò)程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的。它是一種高效能自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，與普通機(jī)床相比，具有以下明顯特點(diǎn)： 1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 2. 加工精度高 3. 加工穩(wěn)定可靠 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 4. 高柔性 加工對(duì)象改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)FMS。 5. 高生產(chǎn)率 數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機(jī)床的 35 倍，對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6. 勞動(dòng)條件好 機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現(xiàn)代化 采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費(fèi)用高 9. 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜 由于整個(gè)加工過(guò)程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求很高。1.2.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍由于數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，適用于數(shù)控加工的零件有： 批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件； 幾何形狀復(fù)雜的零件； 貴重零件加工； 需要全部檢驗(yàn)的零件； 試制件。 對(duì)以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度數(shù)控銑床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)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(guò)程序控制自動(dòng)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(kuò)孔、鉸孔等加工。由于數(shù)控銑床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控銑床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過(guò)程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通銑床要寬得多。1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控銑床剛性好，制造和對(duì)刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控銑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(lái)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)控銑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)控銑床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分銑床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)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。1.4 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)1. 高速、高效、高精度、高可靠性（1） 高速、高效加工 進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度.上世紀(jì)90年代以來(lái)歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。（2）高精度、超精密化加工當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達(dá)到5微米;精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)(0.001微米)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工特高精度加工)，是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(10nm).其應(yīng)用范圍日趨廣泛（3）高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間MTBF 就必須大于3000小時(shí).當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的MIBF值已達(dá)60000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上.2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化(1)模塊化、專門化與個(gè)性化為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn).機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。個(gè)性化是近幾午來(lái)特別明顯的發(fā)展趨勢(shì).(2)智能化在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內(nèi)容包括為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化:如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成:為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算等:簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化:智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容等。(3)柔性化和集成化數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、工廠自動(dòng)化FA)、體(CIMS,分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展.3. 開(kāi)放性為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國(guó)的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開(kāi)觸式數(shù)控的計(jì)劃等。第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較2.1總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容針對(duì)XK5036銑床的特點(diǎn)，在滿足生產(chǎn)的前提下，對(duì)原銑床做盡可能少的改動(dòng)，利用數(shù)控系統(tǒng)控制銑床運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)X、Y、z軸的三坐標(biāo)控制及任意三軸的聯(lián)動(dòng)控制，提高銑床的加工精度和自動(dòng)化水平，完成銑床的數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容:系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。將一臺(tái)XK5036普通升降臺(tái)立式銑床，改造成三坐標(biāo)控制，三軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控銑床，用以實(shí)現(xiàn)平面、凸輪、溝槽、圓弧槽等復(fù)雜零件的自動(dòng)銑削加工。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，有三種方案可供選擇：方案一：將工作臺(tái)升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進(jìn)給改為微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)控制,三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制。方案二:將主軸升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進(jìn)給改為微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)控制，任意兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制。方案三:僅將工作臺(tái)X、Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)改為微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)控制，兩坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制對(duì)上述三個(gè)改造方案綜合考慮，結(jié)合銑床升降臺(tái)需要修理等實(shí)際情況.在符合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造一般原則的前提下選擇確定第一方案，其具體方案如下:(1)拆除機(jī)床工作臺(tái)X、 Y、 Z軸原進(jìn)給系統(tǒng)。將滑動(dòng)絲杠副更換為滾珠絲杠副，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進(jìn)電機(jī)。對(duì)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。完成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)選擇等，垂向工作臺(tái)傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)在更換滾珠絲杠后會(huì)因失去自鎖而自動(dòng)下滑.必須增加平衡裝置和制動(dòng)裝置。(2)選擇經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)X、Y、Z軸3/3數(shù)控。主軸的部分?jǐn)?shù)控功能要求X、Y、Z向步進(jìn)精度為O.OO5/0.005/0.O1mm/setp;軸向定位精度0.015 mm;重復(fù)定位精度0.008 mm。2.2 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)總體要求數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)主要考慮以下四方面因素：(1) 經(jīng)濟(jì)性既然是用于普通銑床的數(shù)控化改造，因此，必須充分考慮系統(tǒng)的成本，這是保證達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的關(guān)鍵。這里的成本包括數(shù)控系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等。(2) 方便性數(shù)控系統(tǒng)的方便性主要反映在系統(tǒng)的人機(jī)界面。人機(jī)界面應(yīng)當(dāng)對(duì)用戶友好，對(duì)此系統(tǒng)應(yīng)從以下幾個(gè)途徑來(lái)體現(xiàn)： 漢化按鍵，方便各種層次的操作者使用。輸入、檢索、修改盡量一體化。即輸入時(shí)可以檢索、修改，檢索時(shí)可以修改、輸入，并且自動(dòng)顯示程序段號(hào)?？焖贆z索，即能對(duì)程序進(jìn)行上下翻頁(yè)顯示。(3) 實(shí)用性經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不應(yīng)追求功能的大而全，應(yīng)以實(shí)用為原則。一般的機(jī)械加工只要能具有以下功能即可滿足需要：直線、圓弧插補(bǔ)。插補(bǔ)速度要充分考慮被改造機(jī)床本身的內(nèi)在素質(zhì)，如剛性、抗震性、耐磨性等，不宜過(guò)高。速度銜接技術(shù)，即速度升/降速控制。速度銜接技術(shù)可以保證系統(tǒng)在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)2段程序問(wèn)的速度平滑連接，從而避免造成加工刀痕，保證精度。變頻調(diào)速。加工程序的掉電保護(hù)能力。(4) 可靠性由于數(shù)控系統(tǒng)工作環(huán)境十分惡劣，必須有足夠的可靠性才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。2.3 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)拆除機(jī)床主軸，重新設(shè)計(jì)主軸。為了保證主軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)有準(zhǔn)確的定位，安裝主傳動(dòng)的定位檢測(cè)裝置。采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，利用磁力傳感器檢測(cè)定位。只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)，主軸就可以準(zhǔn)確的定位。這種磁力傳感器的工作原理是，在主軸上裝上永磁鐵和主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離磁鐵l-2mm的旋轉(zhuǎn)軌跡外，固定一個(gè)磁傳感器，當(dāng)傳感器發(fā)出信號(hào)后經(jīng)過(guò)放大，由定向電路使電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確的停止在規(guī)定的周向位置上。將主傳動(dòng)改為采用變頻交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。低檔轉(zhuǎn)速為270-1500r/min，高檔轉(zhuǎn)速為1500-4500r/min，在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。與原立式銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，主傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)它的調(diào)速。(2) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)縱向、橫向、垂向進(jìn)給箱齒輪全部拆除，拆除縱向、橫向、垂向進(jìn)給手柄，在該處將手輪軸通過(guò)一對(duì)減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進(jìn)電機(jī)相連。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，使改造后的機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙；功率大；便于操作和維修。改造后的XK5036銑床傳動(dòng)示意圖如圖1.1所示，其定位精度為0.01mm，重復(fù)定位精度為0005mm。X、Y電機(jī)能夠拖動(dòng)工作臺(tái)以6-3200rmin的切削進(jìn)給速度進(jìn)行x向、Y向運(yùn)動(dòng)，Z向電機(jī)能使主軸箱獲得3-1600rmin的進(jìn)給速度。(3) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用AT89C58單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)方案，從總體上分為人機(jī)界面模塊、坐標(biāo)進(jìn)給模塊、變頻調(diào)速控制模塊、串行通信模塊、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及基于89C58單片機(jī)的主控模塊。利用變頻調(diào)速的原理，設(shè)計(jì)主軸的無(wú)級(jí)變頻調(diào)速系統(tǒng)；通過(guò)插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定位以便達(dá)到工件的精確度；通過(guò)鍵盤和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)程序的編輯和顯示；通過(guò)其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的完善化。1雙聯(lián)齒輪 2雙聯(lián)齒輪 3齒輪軸 4主軸電機(jī) 5齒輪 6主軸齒輪 7主軸齒輪 8縱向滾珠絲杠 9薄片齒輪 10縱向步進(jìn)電機(jī) 11橫向步進(jìn)電機(jī)12薄片齒輪 13橫向滾珠絲杠 14垂直步進(jìn)電機(jī) 15薄片齒輪16圓錐齒輪 17垂直進(jìn)給絲杠圖1.1 XK5036銑床傳動(dòng)示意圖2.4 改造后的數(shù)控銑床功能分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，改造后的數(shù)控銑床應(yīng)具有以下功能：以實(shí)現(xiàn)程序的存儲(chǔ)和編輯功能；以實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速分為兩檔，并在各檔內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；可以在平面或空間范圍內(nèi)按設(shè)定曲線(直線、圓弧等)恒速或變速運(yùn)行；以實(shí)現(xiàn)數(shù)值的任意設(shè)定并顯示；以實(shí)現(xiàn)輔助控制系統(tǒng)的任意起停和故障報(bào)警；以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。63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(kāi)；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：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。L0.60.9d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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB18001804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。新公差等級(jí)與舊公差等級(jí)的對(duì)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IT01IT2無(wú)研磨用于量塊、量?jī)x制造IT3IT4研磨用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工IT51無(wú)研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉用于一般精密配合。IT7IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍IT621IT732磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金IT834IT94銑、鏜、銑、刨、插用于一般要求。主要用于長(zhǎng)度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合IT105IT116粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄用于不重要的配合。IT12IT13也用于非配合IT12IT137IT148沖壓、壓鑄用于非配合IT15IT18912鑄、鍛、焊、氣割（2）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對(duì)于理想形狀的準(zhǔn)確程度。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB11821184-80）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。（3）位置公差：零件上點(diǎn)、線、面要素的實(shí)際位置相對(duì)于理想位置的準(zhǔn)確程度。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB11821184-80）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(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB103183、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)（Ra0.256.3m，Rz0.125m），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(m)Rz(m)加工方法舊國(guó)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160012501000800630500100400粗加工明顯可見(jiàn)的刀紋80320粗銑粗銑粗刨鉆粗銼16325050200可見(jiàn)刀紋4016023212525100微見(jiàn)刀紋2080316.06312.550半精加工可見(jiàn)加工痕跡1040半精銑精銑精銑精刨粗磨48326.325微見(jiàn)加工痕跡52054163.212.5不見(jiàn)加工痕跡2.5106281.6精加工可辨加工痕跡的方向1.256.3精鉸刮精拉精磨71.0050.84微辨加工痕跡的方向0.633.280.52.50.42.0不辨加工痕跡的方向0.321.690.251.250.21.00精密加工暗光澤面0.160.80精密磨削珩磨研磨超精加工拋光100.1250. 630.10.50亮光澤面0.0800.40110.0630.320.050.25鏡狀光澤面0.0400.20120.0320.160.0250.125霧狀光澤面0.0200.10130.0160.0800.0120.063鏡面0.0100.050鏡面磨削研磨140.0080.0400.0250.0323.5刀具材料碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200-250，V8m/min。合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400，V10m/min。高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600，V30m/min；110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，6004、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000，V100-300m/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)圖設(shè)計(jì)4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)XK5036數(shù)控立式銑床設(shè)計(jì)參數(shù)1、主軸轉(zhuǎn)速：30-1500轉(zhuǎn)/分 2、工作臺(tái)尺寸(長(zhǎng)寬)： 1250mm360mm 3、工作臺(tái)最大行程： 縱向 600mm 橫向 320mm 垂直 360mm 4、快速移動(dòng)速度： 15m/min工作臺(tái)定位精度 x、y、z 0.03mm；5、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4.1.1 參數(shù)的擬定XK5036數(shù)控立式銑床選定公比，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(duì)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(guò)較長(zhǎng)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(duì)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(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=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)1.26x值: =1/=1/46值: =23（x+）值：=89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： 231.26Z=18R=50Z=12R=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XK5036數(shù)控立式銑床運(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(duì)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(guò)大或過(guò)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/minY132M-47.5KW144015002、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(lái)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7001000r/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(duì)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(duì)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(guò)的齒輪對(duì)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(guó)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(duì)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(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(guò)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(guò)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(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(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，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(duì)軸齒輪=12，特殊情況下=11，對(duì)套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)34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(lái)確定齒輪的齒數(shù)。查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)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(cè)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(duì)齒輪，其傳動(dòng)比為=1/4, =2分別取，則34取30，30x3=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，I-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(wú)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(guò)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(wèn)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(wèn)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)IIIIIIIV=VVIVIII（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(guò)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(guò)大而不能正常工作，或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，發(fā)熱，過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度?？梢韵扰まD(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(zhǎng)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(duì)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）0.5-11-1.51.5-2估算時(shí)應(yīng)注意：（1）值為每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度往往不足1m，因此，在計(jì)算時(shí)應(yīng)按軸的實(shí)際長(zhǎng)度計(jì)算和修正，如軸為500mm，取=1deg/m則d=91 mm（2）效率y對(duì)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；1.5-2.82.8-44.5-7.55.5-7.57.5-11車床60-8070-9070-10595-130110-145升降臺(tái)銑床50-9060-9060-9575-10090-105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=48.242、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（0.00030.0005）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（0.010.03）裝滑動(dòng)軸承處0.001安裝蝸輪的軸（0.020.05）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III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IIIII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IIIIV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VVI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VIVII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/minT預(yù)先的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦：T=1500020000h;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)，=1.21.6；動(dòng)載荷系數(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(guò)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(kāi)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(rùn)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(kāi)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(wèn)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(duì)變形之比）；綜合3400N/m主軸與刀架之間的相對(duì)振幅的要求等級(jí)IIIIII振幅（0.001mm）123(3)，傳動(dòng)效率要求等級(jí)IIIIII效率0.850.80.75（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7040用滑動(dòng)軸承6030 噪聲要控制在以下范圍：等級(jí)IIIIIIdB788083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(guò)的齒輪對(duì)數(shù),k系數(shù)，根據(jù)個(gè)類型及制造水平選取。我國(guó)中型車床，銑床=3.5，銑床K50.5（5）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（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(shuō)，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(wèn)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(duì)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(duì)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