數(shù)控機床的機械傳動裝置設計畢業(yè)設計

1、 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計（論計（論 文）文） 設計設計(論文論文)題目：題目： 數(shù)控機床的機械傳動裝置設計 目 錄 摘要.ii abstract.iii 1.引言.1 2.主傳動方案的擬定 .6 2.1 初定傳動方案 .6 2.2 方案的選擇 .6 3.動力計算 .12 3.1 齒輪的計算(計算過程參考文獻 2 第八章) .12 3.2 電磁離合器的選擇和使用 .20 4.軸的設計和驗算 .22 4.1 軸的結構設計 .22 4.2 軸的強度校核(以軸為例) .22 4.3 軸的剛度校核(以軸為例) .26 5主軸變速箱的裝配設計 .29 5.1 箱體內結構設計的特點 .29 5.2 設計的方法

2、 .29 6.滾動導軌的結構 .32 6.1 導軌結構的設計 .32 7plc 概述.37 7.1 plc 的發(fā)展歷程.37 7.2 plc 的發(fā)展趨勢.38 7.3 plc 的應用.39 7.4 plc 的硬件結構.40 7.5 plc 的工作原理.41 8. plc 控制系統(tǒng)設計.43 8.1 確定 io 的點數(shù).43 8.2 選擇適用的 plc 機型 .43 8.3 輸入輸出點的分配 .43 8.4 plc 接線圖.44 8.5 plc 控制程序梯形圖設計.44 8.6 改造中必須注意的幾個問題 .44 結論 .45 參考文獻 .46 致謝.47 數(shù)控機床的機械傳動裝置的設計 摘摘 要要

3、 本文研究的主要是數(shù)控機床的機械傳動裝置的設計，傳動裝置在各外界因素和自身 因素的影響下傳動精度會大大降低，例如幾何精度與變形產(chǎn)生的誤差、機床的熱變形以 及運動間的摩擦和傳動間隙等因素。這些都是影響數(shù)控機床傳動精度的重要因素，我也 是從這入手，從各個方面著手提高數(shù)控機床的傳動精度。 我完成的設計主要包括一些原始數(shù)據(jù)的擬定，再根據(jù)擬定的參數(shù)，進行傳動方案的 比較，確定傳動方案。然后計算各傳動副的傳動比及齒輪齒數(shù)，再估算齒輪的模數(shù)和各 軸的軸徑，并對齒輪和軸的強度、剛度進行校核。除此之外，還要對箱體內的主要結構 進行設計，一些零件的選型，從而完成對整個機械傳動系統(tǒng)的設計。 關鍵詞關鍵詞：數(shù)控機床

4、傳動系統(tǒng) 精度 設計 cnc machine tools, mechanical transmission design abstract this study mainly cnc machine tools mechanical transmission design, mechanical transmission gear under the influence of external factors and the factors driving accuracy will greatly reduce the accuracy, such as geometric accuracy

5、 and deformation of the thermal deformation of machine tools, as well as the movement between the friction and the transmission gap. these are the transmission accuracy of cnc machine tools, i am also from this start begin to improve the transmission accuracy of cnc machine tools, from all aspects.i

6、 completed the design include the formulation of some of the raw data, according to the parameters of the proposed transmission scheme compared to determine the transmission scheme. then calculate the transmission ratio of the pair and gear of the transmission, and then estimate the modulus of the g

7、ear and the axis of the shaft, and gear and shaft strength and stiffness of the check. in addition, we must design the main structure of cabinets, some parts of the selection, thus completing the design of the mechanical drive system as a whole.keywords: accuracy of cnc machine tool drive system des

8、ign keywordskeywords：nc machine tool; driving system; accuracy；design 1.1.引言引言 1.11.1 數(shù)控機床的發(fā)展及現(xiàn)狀數(shù)控機床的發(fā)展及現(xiàn)狀 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（computer numerical control machine tools）的簡稱， 是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其 他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作數(shù)控折彎機并加工零件。數(shù)控機 床有如下特點：對加工對象的適應性強 ，適應模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點，為模具的 制造提供了合適的加工方法；加工精度高

9、，具有穩(wěn)定的加工質量；可進行多坐標的聯(lián) 動，能加工形狀復雜的零件；加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生 產(chǎn)準備時間；機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般 為普通機床的 35倍） ；機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn) 代化 數(shù)控機床使用數(shù)字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為 計算機輔助設計、制造及管理一體化奠定了基礎；對操作人員的素質要求較高，對維 修人員的技術要求更高；可靠性高。 數(shù)控機床是由美國發(fā)明家 約翰帕森斯上個世紀發(fā)明的。隨著電子信息技術的發(fā) 展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中

10、數(shù)控機床 就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機床是制造業(yè)的加工母機和國民經(jīng)濟的重要基礎。它為國民 經(jīng)濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟與社會效應。目前，歐、美、日 等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從20世紀80年代開始起步， 仍處于發(fā)展階段。 美國政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床 的發(fā)展方向、科研任務，并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率” 和“創(chuàng)新” ，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創(chuàng)新，如 1952年研制出世界第一 臺數(shù)控機床、 1958年創(chuàng)制出加工中心、 70年代初研制成 fms、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控 系統(tǒng)等。由于美

11、國首先結合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所 需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數(shù)控機床的主機設計、制 造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也 一直領先。當今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機床，其存在的教訓是，偏重于基 礎科研，忽視應用技術，且在上世紀 80代政府一度放松了引導，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增 加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從 90年代起，糾正過去偏向， 數(shù)控機床技術上轉向實用，產(chǎn)量又逐漸上升。 德國政府同樣重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。 ，于1956年研 制出第一臺數(shù)控機床后，德國特

12、別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應 用技術科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行 深入的研究，在質量上精益求精。德國的數(shù)控機床質量及性能良好、先進實用、貨真 價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主 機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能 部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相 采用。 至于日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展重視的程度我們也可想而知，他們通過規(guī)劃、法 規(guī)(如“機振法” 、 “機電法” 、 “機信法”等)引導發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套 上

13、學習德國，在質量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自 1958年研制出第一臺數(shù)控機床后， 1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今 產(chǎn)量、出口量一直居世界首位 (2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略 上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上 世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本fanuc 公司戰(zhàn)略正 確，仿創(chuàng)結合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術上領先，在產(chǎn) 量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工 3,674人，科研人員超過 600人，月產(chǎn)能力 7,000套， 銷

14、售額在世界市場上占 50%，在國內約占 70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了 重大促進作用。 隨著各國數(shù)控機床的發(fā)轉，我國的數(shù)控行業(yè)從 20世紀80年代開始起步，仍處于 發(fā)展階段。 “十五”期間，中國數(shù)控機床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為 17521臺，2002年24803臺，2003年36813臺，2004年51861臺，2004年產(chǎn)量是2000年 的3.7倍，平均年增長 39%；2005年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量 59639臺，接近6萬臺大關，是 “九五”末期的4.24倍。 “十五”期間，中國機床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需 求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機械制造行業(yè)發(fā)展迅猛

15、、外商投資企業(yè)增長速 度加快所致。 2006年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達到 85756臺，同比增長 32.8%，增幅 高于金切機床產(chǎn)量增幅 18.4個百分點，進而使金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率達到 37.8%，同 比增加2.3個百分點。此外，數(shù)控機床在外貿出口方面亦業(yè)績驕人，全年實現(xiàn)出口額 3.34億美元，同比增長 63.14%，高于全部金屬加工機床出口額增幅 18.58個百分點。 2007年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達 123,257臺，數(shù)控金屬成形機床產(chǎn)量達 3,011臺； 國產(chǎn)數(shù)控機床擁有量約 50萬臺，進口約 20萬臺。2008年10月，中國數(shù)控機床產(chǎn)量達 105,780臺，比2007年同比增長 2

16、.96%。長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨 脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主 要依靠進口，技術受制于人。究其原因，國內本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型” 階段，在產(chǎn)品設計水平、質量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10 年；在高、精、尖技術方面的差距則達到了 10-15年。同時中國在應用技術及技術集 成方面的能力也還比較低，相關的技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控 機床還沒有形成品牌效應。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、 服務網(wǎng)絡等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自 主創(chuàng)新能力，

17、完全擁有自主知 識產(chǎn)權的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng) 銷量中的80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上 取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較 完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設計、開發(fā)和成套生產(chǎn)能力， 創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術水平。 “十一五”期間，中 國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機遇， 根據(jù)中國數(shù)控 車床1996-2005年消費數(shù)量，通過模型擬合，預計 2009年數(shù)控車床銷售 數(shù)量將達8.9萬臺，年均增長

18、率為 16.5%。根據(jù)中國加工中心 1996-2005年消費增長模 型，預計2009年加工中心消費數(shù)量將達 2.8萬臺，較2005年年均增長率為 17.8%。 1 1. .2 2 數(shù)數(shù)控控機機床床的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢 1、數(shù)控金切機床的構成比逐漸趨于合理。數(shù)控機床工序集中的加工特點，將使具有 復合功能的高效數(shù)控機床的需求增長，這將導致數(shù)控機床擁有量和市場消費量中各類數(shù) 控機床的構成比不同于傳統(tǒng)的機床構成比。數(shù)控機床的應用由單機向單元（系統(tǒng)）方向 發(fā)展。目前歐、美、日等國應用 dnc 已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機床銷售量的30% 以上。而我國 fmc、fms 和 fml 的擁有量不足50套，

19、相當于日本80年代的水平，占數(shù)控機 床消費額不到5%。出口前景良好。1998年及前幾年我國機床工具的出口額徘徊在5億美元 左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟復蘇和我國出口多極化市場的形成和 鞏固，以及我國加入 wto，今后幾年我國機床出口將實現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預計到2005年 出口創(chuàng)匯可達到12億美元。 2、加入 wto 后，外資對我國機械工業(yè)的結構性沖擊也大大加強主要表現(xiàn)在：1） 、部 分行業(yè)發(fā)展主導權有可能受到?jīng)_擊。在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更為突出：一是在國內處于市 場成長期、外方掌握專有技術并處于壟斷地位的技術密集型行業(yè)，如燃氣輪機、直流輸 電關鍵設備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機

20、、機電一體化的汽車發(fā)動機附配件等；二是單靠 有限市場難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球市場支撐的行業(yè)，如高壓開關、大型變 壓器高檔科學儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等；三是國內外制造成本相差 較大、外方享有明顯的品牌優(yōu)勢、在華設廠可以在世界市場獲取豐厚利潤的勞動密集型 或易于流通的裝配型產(chǎn)品行業(yè)，如照相機、復印機、部分工業(yè)和民用儀表、高品質低壓 電器等。2） 、工程成套行業(yè)將面臨更嚴峻的競爭。隨著服務貿易領域對外開放，實力雄 厚的國外公司可能更積極地到國內舉辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務的工程公司， 以其母公司產(chǎn)品為后盾，以熟悉國內情況的中方雇員為業(yè)務骨干，與我內資企業(yè)展開激 烈的

21、競爭。3） 、我國機械工業(yè)自主技術創(chuàng)新的積極性有可能被抑制。由于外資在華機械 企業(yè)主要承擔制造車間的角色，技術來源主要依靠其母公司，而原本就實力有限的內資 企業(yè)在完全開放的市場競爭中堅持自行研制開發(fā)將冒很大風險，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn) 品的形象，多數(shù)內資企業(yè)將盡可能與外方合作，采用國際同行的技術進行生產(chǎn)。4)、處 于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長環(huán) 境趨于嚴峻。由于國外企業(yè)將更加不愿轉讓技術，更愿意通過在華舉辦由他們控制的企 業(yè)來與內資機械企業(yè)爭奪中國用戶的訂單，國內用戶也有了更多的便利采購外資產(chǎn)品， 從而部分處于成長初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。 3、高速、精密、復合、智能和綠色是數(shù)控機床

22、技術發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在 實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在 :1) 機床復合技術進一步擴展 隨著數(shù)控機床技術進步，復合加工技術日趨成熟，包括銑-車復合、車銑復合、車 - 鏜-鉆-齒輪加工等復合，車磨復合，成形復合加工、特種復合加工等，復合加工的精 度和效率大大提高?！耙慌_機床就是一個加工廠 ” 、 “一次裝卡，完全加工 ”等理念正 在被更多人接受，復合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。2)數(shù)控機床的智能化 技術有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調整干涉防碰撞功 能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、 高精度加工零件智能化參

23、數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用 化階段，智能化提升了機床的功能和品質。 3)機器人使柔性化組合效率更高機器人 與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線 進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、 工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形 式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應用。 4)精密加工技術有了新進展數(shù)控金切機 床的加工精度已從原來的絲級（ 0.01mm）提升到目前的微米級（ 0.001mm） ，有些品 種已達到0.05m 左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可

24、穩(wěn)定達到 0.05m 左右，形狀精度可達 0.01m 左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精 度可達到納米級（ 0.001m） 。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精 密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術，提高機床加工 的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。 5） 功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā) 展，并取得成熟的應用。全數(shù)字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力 矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應用， 極大的提高數(shù)控機床的技術水平。 4、

25、體現(xiàn)在新技術的廣泛應用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機床行業(yè)的消費主流是 數(shù)控機床。從國內外市場對數(shù)控機床的需求來看，以后數(shù)控機床市場具有以下特征： 一是經(jīng)濟型數(shù)控機床是以后的主流產(chǎn)品。二采用新技術，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性 是企業(yè)生存的關鍵。 隨著數(shù)控技術的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點，才對機床 的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。 1.31.3 設計目的設計目的 數(shù)控機床是高度自動化機床,其生產(chǎn)效率和加工精度也越來越高，但是由于機械結構 （如機床床身、導軌、工作臺、刀架和主軸箱等）的幾何誤差、加工過程機床的熱變形、 運動間的摩擦、傳動間隙等因素的影響，數(shù)控機床的加工精度和加工效率還

26、有一定的提 升空間，本次設計的目的就是最大程度的提高數(shù)控機床的加工精度。 2.2.主傳動方案的擬定主傳動方案的擬定 2.12.1 初定傳動方案初定傳動方案 傳動機構是將機器原動機的運動和動力傳遞給機器執(zhí)行機構的中間環(huán)節(jié),傳動機構中 各傳動件因設計、制造和裝配不準確及運行中產(chǎn)生的磨損、受外力、溫度變化引起的變 形等因素會影響傳動機構的精度,所以對傳動機構的設計要求較高。 常見的變速方式有三種：通過齒輪結構變速、通過帶傳動變速、有調速電機直接驅 動。這三種傳動各有優(yōu)缺點。 1.齒輪結構變速 齒輪調速機構可以通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭 矩特性的要求。以獲得強力切屑時所需

27、要的扭矩。而且齒輪傳動的經(jīng)度較高，但是這種 結構幾何尺寸較大，而且對制造精度、安裝精度要求高。 2.通過皮帶傳動的主傳動 帶傳動可以緩和沖擊和振動，而且?guī)鲃又行木嗖皇芟拗?，只要陪以合適的緊鏈結 構，理論上中心距可以達到很大。當設備承受載荷過大時可以通過打滑，提高設備的防 過載能力。但帶傳動傳遞效率較低，易出現(xiàn)皮帶打滑造成皮帶磨損劇烈，而且傳動比也 不明確。所以帶傳動一般和齒輪傳動一起進行傳動。 3.由調速電機直接驅動的主傳動 電機的旋轉速度之所以能夠自由改變，是因為感應式交流電機（以后簡稱為電機） 的旋轉速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是 固定不變的。由于該極

28、數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2，4，6） ，所以一般不適和通過改變該值來調整電機的速度。另外，頻率能夠在電 機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。這種 主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度。改變頻 率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法 但如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會 使電機出于過電壓（過勵磁） ，導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同 時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最 高只能是等于電機的額定電壓。因此電機產(chǎn)生的轉矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停?而減小，難以保證低速時主

29、軸的轉矩。 綜合上述所有問題的考慮，本次設計采用齒輪傳動和帶傳動相結合的傳動方式。這種 傳動方式不但能夠保證低速時的轉矩，還能使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量在系統(tǒng)中專 有較小的比重，更容易控制傳動的精度。 2.22.2 方案的選擇方案的選擇 參照數(shù)控機床的發(fā)展趨勢以及對一些典型機床的分析，可初定步將此數(shù)控機床的主 軸轉速分為高低兩檔,共有 12 級轉速：其中高低兩檔各有 6 級轉速，低速檔時 =340r/=45r/min;高速檔時=1800 r/min，=235 r/min； max n min n max n min n 電機的轉速和功率分別為 1500 r/min，5.5kw。 已知主軸的轉

30、速分為 12 級，參考文獻 1，可將機床的轉速分為高低兩檔，其中高檔 最大轉速為 1800r/min，最小轉速為 235 max n min n r/min；r1=/=1800/235=7.66,r= 1max n min n1z 當機床處于低速檔時,轉速范圍= min max n n = 45 340 =7.556。=，即 n r n r 1z =1.499，取=1.449,已知=45,查標準數(shù)列表(見參考文獻 1 1z n r 5 566 . 7 7 06 . 1 min n 第 6 頁).從表中找到=45,就可每隔六個數(shù)取得一個數(shù),得低速檔的 6 級轉速分別為 min n 45,67,1

31、03,154,230,340 r/min; 當機床處于高速檔時, 主軸共有 6 級，轉速范圍=7.659。=，即 n r 235 1800 n r 1z =1.50,取=1.50,已知=1800 ,查標準數(shù)列表(見參考文獻 1 1z n r 5 659 . 7 7 06 . 1 max n 第 6 頁). 從表中找到=1800, 就可每隔六個數(shù)取得一個數(shù),得高速檔的 6 級轉速分別為 max n 236,354,543,815,1200,1800 r/min。 基本參數(shù)確定后，就可以根據(jù)需要確定具體的傳動方式了，首現(xiàn)確定數(shù)控機床的主 傳動方式。數(shù)控機床的主傳動要求傳遞給一定的功率，要求主軸轉速

32、可以按加工要求在 一定的轉速范圍內作有級機速，并且要求轉速的轉換要迅速可靠，并能滿足壽命要求。 2.2.12.2.1 齒輪變速機構的設計 由于整個裝置為級變速，傳動副數(shù)由于結構的限制以 2 或 3 為合適，即變速級數(shù) z 應為 2 和 3 的因子 z=3?？梢杂袃煞N方案： a 2 方案一 12=232 圖 2-1 主軸箱傳動方案 1 傳動齒輪數(shù)目 2（2+3+2）=14。 傳動軸數(shù)目為 4 根。 操縱機構較為簡單：兩個滑移齒輪和一個三聯(lián)滑移齒輪，可單獨也可集中操縱。 方案二 12=34 圖 2-2 主軸箱傳動方案 2 傳動齒輪數(shù)目 14 個。 傳動軸數(shù)目為 3 根。 兩方案結構非常相似，運用的

33、齒輪數(shù)量相當?shù)桨付?，中間軸上齒輪較多，所承 擔負載較大，對軸的剛度要求過高，負載時軸的變形過大影響機床加工的精度。相對來 說方案一軸的數(shù)目較多，但結構還是比較清晰，沒根軸上的載荷分配比較均勻，受載時 變形較少，有利于提高傳動精度。綜合各方面因素選用方案一較為合適。 2.2.22.2.2 各級傳動比的計算各級傳動比的計算 假設結構如圖： 圖 2-3 傳動比分配圖 由于已經(jīng)設計了各軸之間的相對位置關系，由傳動系統(tǒng)草圖知共有六個傳動比。 分別設齒輪 1 和齒輪 4 之間的傳動比為,齒輪 2 和齒輪 5 之間的傳動比為,齒輪 8 和 14 i 25 i 齒輪 9 之間的傳動比為 ,齒輪 3 和齒輪

34、 6 之間的傳動比為,齒輪 7 和齒輪 10 之間的 89 i 36 i 傳動比為,帶輪傳動比為。 710 i 輪帶 i 設其中。當處于低檔時，手動操作使得齒輪 12 和齒輪 14 嚙合。 25 i 14 i 36 i 當中間的電磁離合器得電，齒輪 2 和齒輪 5 之間嚙合，當時的主軸轉速最小，為 45 或 67 r/min。 可得 1500=45r/min 25 i 89 i 輪帶 i 1113 i 1500=67 r/min 25 i 89 i 輪帶 i 1214 i 當左側的電磁離合器得電，齒輪 3 和齒輪 6 之間嚙合，當時的主軸轉速最大，為 226 或 340 r/min。 可得 1

35、500=230 r/min 36 i 89 i 輪帶 i 1113 i 1500=340 r/min 36 i 89 i 輪帶 i 1214 i 當右側的電磁離合器得電，齒輪 1 和齒輪 4 之間嚙合，當時的主軸轉速為 100 或 150 可得 1500=100 r/min 14 i 89 i 輪帶 i 1113 i 1500=150 r/min 14 i 89 i 輪帶 i 1214 i 當處于高檔時，手動操作使得齒輪 7 和齒輪 10 嚙合 236 或 354 可得 1500=235 r/min 25 i 710 i 輪帶 i 1113 i 1500=354 r/min 25 i 710

36、i 輪帶 i 1214 i 當左側的電磁離合器得電，齒輪 3 和齒輪 6 之間嚙合，當時的主軸轉速最大，為 1200 或 1800 可得 1500=1200 r/min 36 i 710 i 輪帶 i 1113 i 1500=1800 r/min 36 i 710 i 輪帶 i 1214 i 當右側的電磁離合器得電，齒輪 1 和齒輪 4 之間嚙合，當時的主軸轉速為 543 或 816 可得 1500=543 r/min 14 i 710 i 輪帶 i 1113 i 1500=815 r/min 14 i 710 i 輪帶 i 1214 i 由這 6 各方程聯(lián)列可解得 0.3226 0.7447

37、 1.6452 25 i 14 i 36 i 0.2576 1.3659 0.534 89 i 710 i 輪帶 i 1.532 0.326 1214 i 1113 i 傳動比的選用時，應注意的幾個問題，充分使用齒輪副的極限傳動比=1/4， min u =2， max u 這個傳動方案采用了帶輪變速和齒輪變速相結合的方式，不但保證了低速時的傳動 力矩，而且減少了傳動件數(shù)，進而減少了傳動過程中產(chǎn)生的誤差。在實踐中，若傳動比 過大，特別是中間軸的傳動，會導致齒輪和箱體尺寸過大，齒輪線速度增大，容易產(chǎn)生 振動和噪音，不利于提高加工精度。這組齒輪傳動中傳動比合適，零件尺寸適中，既有 利于減少震動和噪音

38、，又有利于提高傳動的精度。 2.2.32.2.3 各軸轉速的確定方法各軸轉速的確定方法 由傳動比和電機的轉速，可以計算出各軸的轉速； 1.軸的轉速 軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉化成各級轉速。電機轉速轉速和主軸最高轉速 應相接近。顯然，從傳動件在高速運轉下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，軸不宜 將電機轉速降得太低。但如果軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā) 熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉速也不宜太高機床的軸轉速一般取 7001000 r/min 左右比較合適。另外也要注意到電機與軸的傳動方式，如用帶輪傳動時，降速比 不宜太大，和主軸尾部可能干涉。 2. 中間傳動軸的轉速 對于中間傳

39、動軸的轉速的考慮原則是：妥善解決結構尺寸大小與噪音、振動等性能 要求之間的矛盾。中間傳動軸的轉速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸 徑和齒輪模數(shù)小些，從而可以使結構緊湊。但是，這將引起空載功率和噪音加大。從經(jīng) 驗知：主軸轉速和中間傳動軸的轉速時，應結合實際情況作相應修正：1、對于功率較大 的重切削機床，一般主軸轉速較低，中間軸的轉速適當取高一些對減小結構尺寸的效果 較明顯。2、對高速輕載或精密機床，中間軸轉速宜取低一些。3、控制齒輪圓周速度 ，在此條件下，可適當選用較高的中間軸轉速。smv/8 2.2.42.2.4 轉轉速圖的確定速圖的確定 運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉速就已經(jīng)知道了

40、，而且根據(jù)設計出來的各級齒輪的 傳動比，這樣就可以擬定主運動的轉速圖，使主運動逐漸具體化。 電動機軸 軸主軸 45 103 154 230 340 236 354 543 815 1200 1800 1500 1000 0.534：1 53：31 20：62 35：47 54：41 17：66 此機床集中傳動:公比為,級數(shù) z=12,變速范圍 r=1800/45=40。41. 1 3.3.動力計算動力計算 3.13.1 齒輪的計算齒輪的計算( (計算過程參考文獻計算過程參考文獻 2 2 第八章第八章) ) 3.1.13.1.1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)（查表法）確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)（查表法） 可以用計

41、算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便。根據(jù)上面計算的傳動比和初 步定出的小齒輪齒數(shù)，查表即可求出齒輪副齒數(shù)之和，再減得大齒輪的齒數(shù)。 用查表法求軸和軸上的齒輪的齒數(shù)和模數(shù) 1. 常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪） 選取時應注意：不產(chǎn)生根切。一般取 zmin1820； 保證強度和防止熱變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 2m,一般取 5mm 則 zmin6.5+2t/m。 同一傳動組的各對齒輪副的中心距應當相等。若模數(shù)相同，則齒數(shù)和亦應相等。但 由于傳動比的要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求。機床 上可用修正齒輪，在一定范圍內調整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差

42、不能超過 34 個齒。 為了防止各種碰撞和干涉，三聯(lián)滑移齒輪的相鄰兩齒輪的齒數(shù)差應大于 4。 所以，可以假設其中最小的齒輪 2 齒數(shù)為 20，而且由上可知，齒輪 2 和齒輪 5 之間 的傳動比為 3.1，查常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪）表，可找到最接近的傳動比為 3.15，當時的齒數(shù)之和為 82?？傻么簖X輪齒數(shù)為 62。 2. 齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞和彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)比較復雜,而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù) 都已經(jīng)知道后方可確定,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 標準齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算： 32mm m3 znj n 其中 n 計算齒輪傳遞的額定功率

43、 n=nd 齒輪點蝕的估算：a370mm3 nj n 其中為大齒輪的計算轉速,a 為齒輪中心距。nj 由中心距 a 及齒數(shù) z1、z2 求出模數(shù)： 21 2 zz a mj 根據(jù)估算所得和中較大得值,選取相近的標準模數(shù) mmj 以齒輪 2 和齒輪 5 為例 =n=15000.534=801 r/minnj 輪帶 i n=5.50.95=5.225kw 321.509 m 3 534 . 0 150062 225 . 5 a37069.133mm 3 534 . 0 1500 225 . 5 1.686 6220 133.692 mj 所以,根據(jù)選取,為了保證模數(shù)一定滿足要求,假設齒輪 2 和齒

44、輪 5 的模數(shù)為 3mj 由此可知,輸入軸 1 和傳動軸 2 之間的中心距為 a=123mm 2 )52(zzm 2 )6220(3 同理且根據(jù) 1 軸和 2 軸之間的距離始終為 123mm,可得出 1 軸和 2 軸之間其余的齒輪 的齒數(shù)和模數(shù) 分別為 z1=35 m1=3 z4=47 m4=3 z3=51 m3=3 z6=31 m6=3 3.1.23.1.2 確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)（計算法）并校核確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)（計算法）并校核 以齒輪 8 和 9 為例 設計時采用最高轉速，即齒輪 10 的轉速為 1800r/min,已知該組齒輪傳遞的功率為 5.5kw,已知傳動比為0.2576,假設齒輪

45、對稱布置,使用壽命為 8 年,每年以 300 工作日 89 i 計,兩班制,中等沖擊,齒輪單向回轉。 1、齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇 因傳遞功率不大、轉速不高、材料按表 7-1 選取，都采用 55 鋼，鍛造毛坯，大齒輪 正火處理，小齒輪調質，均用軟齒面。 齒輪精度用 6 級，軟齒表面粗糙度為1.6。 a r 軟齒面閉式傳動，失效形式為點蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，取齒輪 8 的齒數(shù)為 17，則齒 輪 9 為 17/0.2576=66 2、設計計算 （1） 、設計準則按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 （2） 、按齒面接觸疲勞強度設計 3 1 1 ) 1(2 u uktzzz d dh

46、eh t =9.55 1 t mmnmmn n p .113290. 171800 665 . 51055 . 9 10 6 6 由圖 7-6 選取材料的接觸疲勞極限應力為: , ah mp580 lim2 ah mp560 min2 由圖 7-7 選取材料的彎曲疲勞極限應力為: , af mp230 lim1 af mp210 lim2 應力循環(huán)次數(shù) n 由式(7-3)計算 =83001617180060 1 n 9 1007 . 1 2 n u n1 8 9 1076 . 2 66 171007 . 1 由圖 7-8 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù),1.021 1n z 2n z 由圖 7-9

47、查得彎曲疲勞壽命系數(shù),1,1 1 n y 2n y 由表 7-2 查得接觸疲勞安全系數(shù)1,彎曲疲勞安全系數(shù)1.4,又=2.0, minh s minf s st y 試選1.3 t k 由前面的式子求得許用接觸應力和許用彎曲應力 an h h m mpz s 580 1 lim lim1 an h linh h mpz s 571 2 lim 1 2 an f stf f mpy s y 3281 4 . 1 2230 1 lim lim1 1 an f stf f mpy s y 300 2 lim lim2 2 將有關值代入式子 得 =59.17 3 1 1 ) 1(2 u uktzzz

48、d dh eh t 3 2 66 831132903 . 12 571 90 . 0 8 . 1895 . 2 則1.44 100060 11 1 nd v t sm/ 查圖 7-10 得; 由表 7-3 查得;由表 7-4 查得;取;則09 . 1 v k25 . 1 a k05 . 1 k1 k 431 . 1 105 . 1 09 . 1 25 . 1 k kkkk vah 修正mmdd t 95.6003 . 1 17.59 3 . 1 431 . 1 3 11 mmzdm58 . 3 17/95.60/ 11 由表 7-6 取標準模數(shù) 5 . 3m 3校核齒根彎曲疲勞強度 由圖 7-

49、18 查得 2 . 4 1 fs y0 . 4 2 fs y 取7 . 0 y 由式（7-12）校核大小齒輪的彎曲強度 1 2 1 3 2 1 1 87.767 . 02 . 4 53 . 3 171 11329043 . 1 22 fafs d f mpyy mz kti 20.73 2 . 4 0 . 4 87.76 2 1 2 12fa fs fs ff mp y y 所以，初選的齒輪齒數(shù)和計算出的模數(shù)符合要求。 求得齒輪 8 和 9 的齒數(shù)和模數(shù)分別為 z8=17 m8=3.5 z9=66 m9=3.5 其中齒輪8的齒數(shù)為17，有可能會發(fā)生根切現(xiàn)象，所以要修正齒輪，齒輪修正的方法如下

50、正變位齒輪傳動 - 根切現(xiàn)象 當用范成法加工齒數(shù)較少的齒輪，會出現(xiàn)輪齒根部的漸開線齒廓被部分切除的現(xiàn)象 。這種現(xiàn)象稱為根切。嚴重的根切，不僅削弱輪齒的彎曲強度，也將減小齒輪傳動的重 合度，應設法避免。為避免根切，應使所設計直齒輪的齒數(shù)大于17，在輪齒彎曲強度足 夠的條件下，允許齒根部分有輕微根切時，最少齒數(shù)可取為14。 正變位齒輪傳動 - 變位齒輪 1、標準齒輪傳動的缺點 1）結構不夠緊湊：齒輪的結構尺寸取決于模數(shù)和齒數(shù)，而模數(shù)是由強度條件決定的。 所以齒輪的結構尺寸就取決于齒數(shù)，齒數(shù)越少結構越緊湊，但標準齒輪的齒數(shù)不可小于1 7，否則輪齒要產(chǎn)生根切。這就限制了齒輪的結構尺寸不能太小。 2）難

51、以配湊中心距：標準齒輪傳動不適用于實際中心距不等于標準中心距的場合。當 實際中心距大于標準中心距時，采用標準齒輪傳動雖仍然保持定傳動比，但會出現(xiàn)過大 的齒側間隙，反向轉動時，有較大的振動沖擊，同時重合度也減小。當實際中心距小于 標準中心距時，則無法安裝。 3）承載能力較低：一對相互嚙合的標準齒輪，小齒輪齒根厚度小于大齒輪的齒根厚度 ，兩者抗彎能力有差別，使大齒輪的抗彎能力不能充分發(fā)揮出來，達不到等強度要求。 為了彌補標準齒輪的缺點，滿足生產(chǎn)不斷發(fā)展的需要，人們提出了對齒輪進行變位修正 的加工方法。 變位齒輪 （1）變位修正法：將齒條刀具相對輪坯移動一段距離 xm 切制齒輪的方法。其中 xm 稱

52、為 變位量，x 稱為變位系數(shù)。 刀具向遠離輪坯的方向移動，稱為正變位；向靠近輪坯的方向移動，則稱為負變位。用 變位修正法切制的齒輪稱為變位齒輪。因為齒條刀具中與分度線平行的任一直線上的齒 距，模數(shù)和壓力角都相等，又 dbm*z*cos，所以如采用變位修正，變位齒輪的齒距、 模數(shù)、壓力角及基圓參數(shù)不變。由變位切齒原理可知，切制變位齒輪與切制標準齒輪相 比較，只是刀具位置的變動，并沒有改變切齒機床的相對運動關系，所以無需重新設計 齒輪加工機床與刀具，這為變位齒輪的制造提供了極大的方便，使變位齒輪傳動得以廣 泛應用。 用變位修正法求得齒輪的變位系數(shù)如下。 編號模數(shù)齒數(shù)齒形角變位系數(shù) 1335 20

53、+0.5 2320 20 +0.8 3351 20 0 4347 20 -0.5 5362 20 0 6331 20 0 7356 20 0 8 35 17 20 +0.218 9 35 66 20 0 10341 20 +0.169 11380 200 12325 200 13344 200 143106 200 齒輪材料為 55 鋼,熱處理為齒部 g580.2,深 0.5 3.1.33.1.3 齒輪的精度設計齒輪的精度設計 齒輪精度設計的方法及步驟：1、確定齒輪的精度等級； 2、齒輪誤差檢驗組的選擇及其公差值的確定； 3、計算齒輪副側隙和確定齒厚極限偏差代號； 4、確定齒坯公差和表面粗糙度

54、； 5、公法線平均長度極限偏差的換算； 6、繪制齒輪零件圖。 以齒輪 9 為例：齒數(shù)為 66，模數(shù)為 3.5,變位系數(shù)為 0。 1.確定齒輪的精度等級 由于該齒輪是主軸箱內的齒輪，對傳動精度和穩(wěn)定性的要求都比較高，主要要求 的是傳動平穩(wěn)性精度等級。據(jù)圓周速度 100060 dn v sm/11 . 4 60000 340665 . 3 對于如此要求高的齒輪，并參考文獻 1 的表 10-8，采用 6 級精度。 2.齒輪誤差檢驗組的選擇及其公差值的確定 該齒輪屬中等精度，且為批量生產(chǎn)查表 12-3 選定、 i f w f i f f 組成檢驗方案。根據(jù)及mmmzd231665 . 3 11 mmb

55、27 1 查表 12-13、表 12-14、表 12-15 可得公差值： 第公差組 36 r f25 f45 p f 第公差組 9 f f11 pt f10 pb f 第公差組 9 f 3.計算齒輪副側隙和確定齒厚極限偏差代號代號 計算齒輪副的最小極限側隙 由文獻 1 表 12-10 按油池潤滑和查得 minn j smv/11 . 4 035 . 0 5 . 301 . 0 01 . 0 1 nn mj sin)(2 22112tn taj 根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為 c /10 5 . 11 6 1 c /105 .10 6 2 傳遞的中心距 mm

56、zzm a25.145 2 )1766(5 . 3 2 )21( 所以，mmjn038 . 0 031 . 0 120 25.145 2 確定齒厚極限偏差代號 齒厚上偏差 由文獻 1 式（12-15） n bb nnna ss fffjjf e cos2 104 . 2 tan 2 2 2 1 2 21 式中前面已查得 f9 fm 由文獻 1 表 12-14 按 6 級精度查得 pb f mfpb11 1 mfpb9 2 由文獻 1 表 12-17 按 145.5，6 級精度查得 ，mfa20 所以，代入數(shù)據(jù)得，me ss 56 因為 11 pt f 11 56 pt ss f e 由文獻 1

57、 圖 12-29 或者 12-9 查得齒厚的上偏差代號為 g，因此 666 ptss fe 齒厚下偏差 可知 6 22 tan2 rrn sbft 查表文獻 112-13，6 級精度齒輪，查表 12-11，mfr36 ，所以mmitbr917226 . 1 826 . 1 mt s 24.71913620tan2 22 mmtee ssssi 1377166 5 . 12 11 137 pt si f e 由文獻 1 圖 12-29 或表 12-9 查得齒厚下偏差代號為 k，因此 mesi1321112 至此，小齒輪的精度為：6gk gb10095-88 4.確定齒坯公差、表面粗糙度 齒輪內孔

58、是加工、檢驗及安裝的定位基準，對 6 級精度的齒輪，由表 12-18 查得： 內孔尺寸公差為 it7，內孔直徑為 85mm,偏差按基準孔 h 選取，即齒輪內孔的下偏差為 0，上偏差為+0.022。內孔的形狀公差按 6 級決定或遵守包容原則。 定位端面的端面圓跳動公差由表 12-19 查得為 0.014mm。 齒頂圓只作為切齒加工的找正基準，不作為檢驗基準，故其公差選用 it11，齒頂圓 直徑，偏差按基準軸 h 選取,即下偏差為-0.290，上偏差為 0。mmmhdd aa 2382 11 齒輪的表面粗糙度按 7 級查表 12-20，各表面粗糙度分別為：齒面=1.6,內孔 a r a r =1.

59、6,基準端面=3.2,齒頂圓=6.3。 a r a r a r 5.公法線平均長度極限偏差的換算 公法線的公稱長度 w 及其跨齒數(shù) k,可從機械設計有關手冊中查得或按式 12-7 和式 12-8 求得 跨齒數(shù)85 . 09/665 . 09/ zk 724.8066014 . 0 ) 116(476. 1 5 . 3014 . 0 ) 12(476. 1 zkmw 該齒輪為中模數(shù)齒輪，控制側隙的指標宜采用公法線平均長度極限偏差，按換 wiwse e 算式 12-20、式 12-21、式 12-22 得 mfee nrnsswms 9 . 7020sin3672 . 0 20cos66sin72

60、 . 0 cos mfee nrnsiwsi 2 . 11520sin3672 . 0 20cos132sin72 . 0 cos 6.齒輪工作圖 下圖為本例齒輪零件圖。 公差組 ff 0.025 0.036 0.045 0.009 0.011 0.010 0.009 fpb f fpt fr fp fw 80.724-0.071 -0.115wk 跨k齒公法線 平均長度偏差 精度等級 齒輪副中心距 及其極限偏差 配對齒輪 afa 檢驗項目代號 齒數(shù) 圖號 17 公差值 138 6gkgb10095-88 145.50.020 法向模數(shù) 齒數(shù) 齒形角 徑向變化系數(shù) 跨齒數(shù) 齒頂高系數(shù) ha*