數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及尾架設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II第一章前言 11.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 11.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向 11.3數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 1第二章主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 22.1主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 22.2擬定轉(zhuǎn)速圖 52.3擬定傳動(dòng)方案 6第三章軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 83．1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及齒輪尺寸參數(shù) 83.2電磁摩擦離合器的計(jì)算和選擇 163.3軸承的選擇 21第四章主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 224.1主軸組件的性能要求 224.2編碼器的選擇與安裝 244.3聯(lián)軸器的選擇及帶輪參數(shù) 25第五章尾架的設(shè)計(jì) 275.1尾架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 275.2尾架的工作原理 27結(jié)束語(yǔ) 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30親，由于某些原因，沒有上傳完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)（完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、相關(guān)圖紙CAD/PROE、中英文文獻(xiàn)及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要的朋友，請(qǐng)聯(lián)系我的Q&Q:2215891151，數(shù)萬篇現(xiàn)成設(shè)計(jì)及另有的高端團(tuán)隊(duì)絕對(duì)可滿足您的需要。摘要裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點(diǎn)，才對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。本課題主要研究的是數(shù)控機(jī)床的主體機(jī)構(gòu)。并將研究重點(diǎn)放在以下兩個(gè)方面：1）由于采用了高性能的無級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的極限傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈也大大縮短。2）為適應(yīng)連續(xù)的自動(dòng)化加工和提高加工生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形小。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床，主軸，無級(jí)變速AbstractTheengineeringlevelofequipmentindustryandmodernizedintensityaredeterminingthelevelofthewholenationaleconomyandmodernizedintensity,numericalcontroltechnologyandequip,developnewdevelopingnewhigh-techindustryandmostadvancedindustryTocanmaketechnologyandbasicequipmentmost(nationaldefenseindustryindustries,suchasinformationtechnologyandtheirindustry,biotechnology,industry,aviation,spaceflight,etc.).Withthedevelopmentoftechnologyofnumericalcontrol,consideritscontrolmethodandusecharacteristic,havejustputforwardhigherrequirementfortheproductivity,machiningaccuracyandlifespanofthemachinetool.Thatoriginallydesignedmainresearchisthesubjectorganizationofthenumericalcontrolmachinetool.Andwillstudyandplaceontwofollowingrespectsespecially:1)Becauseofadoptingthehigh-performanceinfinitelyvariablespeedsspindleandservotransmission,theterminaltransmissionstructureofthenumericalcontrolmachinetoolisgreatlysimplified,thedrivechainisshortenedgreatlytoo.2)Formeetcontinuousautomationprocessandimproveproductivityofprocessing,numericalcontrollathemechanicalstructurehavehighquiet,dynamicrigidityanddampingprecision,andhigherwearability,andhotandoutofshapeandsmall.Keyword:Numericalcontrolmachinetool,spindle,infinitelyvariablespeeds第一章前言1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上就代表這個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。近年來，黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視包括數(shù)控機(jī)床在內(nèi)的裝備制造業(yè)發(fā)展，相繼出臺(tái)的一系列政策措施，進(jìn)一步確立了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位，為行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。我國(guó)機(jī)床行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，形成了具有一定生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系，具備了快速提升的基礎(chǔ)，尤其是“十五”以來，面對(duì)持續(xù)高漲的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求和良好的政策環(huán)境，我國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅速，在質(zhì)和量上都取得了飛躍。我國(guó)現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要自身裝備水平的提升。另外，“十五”期間技術(shù)改造的不斷投入，極大地提高了機(jī)床行業(yè)的自身裝備水平。齊一、齊二、沈陽(yáng)機(jī)床、大連機(jī)床等主機(jī)企業(yè)，在國(guó)家的支持下已投入了一批技術(shù)改造項(xiàng)目，哈量、哈一工、華中數(shù)控、南京工藝等數(shù)控機(jī)床配套基礎(chǔ)制造企業(yè)也提升了自身裝備水平，北京第一機(jī)床、武漢重型機(jī)床等通過搬遷改造也將很快奠定快速發(fā)展的基礎(chǔ)。1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向1)高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。2)

多功能化。配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)（刀庫(kù)容量可達(dá)１００把以上）的各類加工中心，能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用了多主軸、多面體切削，即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多ＣＰＵ結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式，即可在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的“前臺(tái)加工，后臺(tái)編輯”。3)

機(jī)床的智能化。加工設(shè)備不僅提供“體力”，也有“頭腦”，能夠在線監(jiān)測(cè)工況、獨(dú)立自主地管理自己，并與企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)通信。4)數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前ＣＡＤ／ＣＡＭ圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)5）可靠性最大化。數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。6）控制系統(tǒng)小型化。數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。1.3數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速(速度)和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。第二章主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇2.1.1(1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。(2)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8～0.9。(3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。(5)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素[11]。2.1.2由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能(旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的?？偟膩碚f，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷[9]。表1簡(jiǎn)要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。表1.1理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能項(xiàng)目?jī)?nèi)容高性能低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩寬恒功率范圍,并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩高旋轉(zhuǎn)精度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)高加減速,起制動(dòng)能力具有強(qiáng)魯棒性,能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化高效率,低噪聲低價(jià)格低購(gòu)買價(jià)格,低維護(hù)價(jià)格,低服務(wù)價(jià)格通用要求耐用性,可維護(hù)性,安全可靠性感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零點(diǎn)幾個(gè)kW到上百kW，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。

經(jīng)過對(duì)比分析本設(shè)計(jì)中決定采用FANUSKIPIF1<0系列交流主軸電機(jī)。SKIPIF1<0系列是高速、高精、高效的伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速、高精控制，并使機(jī)床更緊湊。2.1.3選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力和起動(dòng)能力三方面因素，但一般情況下電動(dòng)機(jī)容量主要由運(yùn)行發(fā)熱條件而定。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱與其工作情況有關(guān)。但對(duì)于載荷不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)（如本課題中的電動(dòng)機(jī)），只要其所需輸出功率不超過其額定功率，工作時(shí)就不會(huì)過熱，可不進(jìn)行發(fā)熱計(jì)算[9]，本設(shè)計(jì)中電機(jī)容量按以下步驟確定：（1）確定主軸切削力(如無特殊說明，該小節(jié)計(jì)算方法均出自資料7)確定主軸材料為45號(hào)鋼，淬硬處理（淬火及低溫回火），硬度為44HRC，單位切削力為SKIPIF1<0(SKIPIF1<0).切削用量范圍：SKIPIF1<0主切削力SKIPIF1<0：SKIPIF1<0(2.1)取SKIPIF1<0切深SKIPIF1<0取SKIPIF1<0，進(jìn)給量取SKIPIF1<0。切削功率：SKIPIF1<0（2）確定電機(jī)輸出動(dòng)率PdSKIPIF1<0傳動(dòng)裝置的總效率SKIPIF1<0(2.2)其中，SKIPIF1<0―圓柱直齒輪傳動(dòng)效率，由資料[12]，表2－4查得SKIPIF1<0＝0.98；；SKIPIF1<0―Ⅱ軸軸承效率，由資料[12]，表2－4查得SKIPIF1<0＝0.99×0.99＝0.98；SKIPIF1<0―Ⅲ軸（主軸）軸承效率，由資料[7]，表2－4查得SKIPIF1<0＝0.99×0.99＝0.98。由此，SKIPIF1<0＝0.98×0.98×0.98×0.98SKIPIF1<00.922。故，SKIPIF1<0（3）選擇電動(dòng)機(jī)額定功率SKIPIF1<0如前所述，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8～0.9，所以電動(dòng)機(jī)額定功率選取為11SKIPIF1<0。（4）電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇由資料[10],表22－1－9，小功率電動(dòng)機(jī)一般選為380V電壓。所以本電機(jī)的電壓可選為380V。同一類型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。一般而言，轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小，價(jià)格較低，但會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。要綜合考慮電機(jī)性能、價(jià)格、車床性能要求等因素來選擇。[10]本課題中數(shù)控機(jī)床的主軸的轉(zhuǎn)速范圍要求為SKIPIF1<0。由于只有一根中間傳動(dòng)軸，傳動(dòng)鏈較短，因此變速級(jí)數(shù)較少，故對(duì)電動(dòng)機(jī)恒功率變速范圍以及整個(gè)變速范圍要求較高。=1\*ROMANI軸上齒輪傳動(dòng)比確定為SKIPIF1<0，=2\*ROMANII軸上兩對(duì)直齒輪的傳動(dòng)比分別為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。所以兩條傳動(dòng)鏈中，高速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比SKIPIF1<0，低速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比SKIPIF1<0。由此可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍:SKIPIF1<0（5）確定電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取FANUC交流電機(jī)，型號(hào)為SKIPIF1<0。這種電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)，采用160,000,000/rev的超高分辨率位置編碼器，通過線圈切換可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速、高加速控制，作為α系列的后續(xù)產(chǎn)品，具有更先進(jìn)的節(jié)能效果。電機(jī)參數(shù)如下表所示：表2.2電機(jī)參數(shù)型號(hào)額定功率連續(xù)30min功率最低轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速重量振動(dòng)冷卻SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0機(jī)座長(zhǎng)為SKIPIF1<0，電機(jī)軸徑為SKIPIF1<0，軸伸為SKIPIF1<0，中心高SKIPIF1<0，其余安裝尺寸及其外形由資料[8]得[8]。2.1.41、各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速（本小節(jié)公式除非特別說明，均出自資料[12]）首先估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，由于采用的是無級(jí)調(diào)速，所以采用以下的公式：SKIPIF1<0；(2.3)然后通過傳動(dòng)比計(jì)算傳動(dòng)軸和電機(jī)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，SKIPIF1<0SKIPIF1<0上式中SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的意義如前所述。2、各軸輸入功率SKIPIF1<0=SKIPIF1<0＝11KwSKIPIF1<0＝SKIPIF1<0SKIPIF1<0(2.4)SKIPIF1<0＝SKIPIF1<0上式中，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的意義如前所述。3、各軸輸入轉(zhuǎn)矩SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0將以上計(jì)算結(jié)果整理后列于表2.2，供以后計(jì)算選擇，供以后計(jì)算使用：表2.3各軸的傳動(dòng)參數(shù)參數(shù)軸I軸（電機(jī)軸）II軸（中間傳動(dòng)軸）III軸（主軸）計(jì)算轉(zhuǎn)速（SKIPIF1<0）746373145輸入功率（Kw）1110.610.2轉(zhuǎn)矩（SKIPIF1<0）140.82271.39671.79傳動(dòng)比SKIPIF1<0SKIPIF1<0，SKIPIF1<02.2擬定轉(zhuǎn)速圖由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動(dòng)比,作數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速圖,見圖2-2.SKIPIF1<0圖2.2轉(zhuǎn)速圖2.3擬定傳動(dòng)方案數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、自動(dòng)變速；且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時(shí)，需要切削直徑的變化,主軸必須通過自動(dòng)變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無級(jí)變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大（SKIPIF1<0），單靠調(diào)速電機(jī)無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。為簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如圖2.1：有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。液壓變速機(jī)構(gòu)是通過液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但變速時(shí)必須主軸停車后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素。圖2.1主軸傳動(dòng)圖電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)時(shí)，能簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，操作方便。通過若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式[6]。本方案決定采用牙嵌式離合器。2.3.1初定數(shù)控車床的傳動(dòng)圖,如圖1-3.圖1.3傳動(dòng)圖第三章軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3．1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及齒輪尺寸參數(shù)3．1.1I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及齒輪尺寸參數(shù)（如無特殊說明，本小節(jié)公式均出自資料[14]）I軸上的零件主要是齒輪1。一端用凸臺(tái)定位,另一端用緊定螺釘定位。1.選定齒輪類型,精度等級(jí),材料及齒數(shù).根據(jù)選定的傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng).（1）本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類,一般齒輪傳動(dòng),故選用6級(jí)精度.（2）材料選擇.由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.（3）選小齒輪齒數(shù)SKIPIF1<0大齒輪齒數(shù)SKIPIF1<02.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a)進(jìn)行試算,即SKIPIF1<0(2.5)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)SKIPIF1<0（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由上文可知為SKIPIF1<0（3）由表10-7選取齒寬系數(shù)SKIPIF1<0（4）由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)SKIPIF1<0（5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限SKIPIF1<0大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限SKIPIF1<0;（6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)此處省略

NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字表2.7軸承尺寸參數(shù)參數(shù)軸承型號(hào)內(nèi)徑SKIPIF1<0外徑SKIPIF1<0軸承寬SKIPIF1<0安裝尺寸SKIPIF1<0安裝尺寸SKIPIF1<0軸兩端的支撐軸承10735621441577307C7307AC3580214471與齒輪配合的軸承7308C7308AC4090234981第四章主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1主軸組件的性能要求主軸組件是機(jī)床主要部件之一，它的性能對(duì)整機(jī)性能由很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對(duì)主軸組件的主要性能特提出如下要求：①回轉(zhuǎn)精度主軸組件的回轉(zhuǎn)精度，是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的回轉(zhuǎn)中心線?；剞D(zhuǎn)中心線的空間位置，在理想的情況下應(yīng)是固定不變。實(shí)際上，由于主軸組件中各種因素的影響，回轉(zhuǎn)中心線的空間位置每一瞬間都是變化的，這些瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置成為理想回轉(zhuǎn)中心線。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間的位置距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑向誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨(dú)存在。當(dāng)徑向誤差和角度誤差同時(shí)存在時(shí)，構(gòu)成徑向跳動(dòng)，而軸向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成端面跳動(dòng)。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是所有的情況下都表示為被加工工件所得到的加工形狀。主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量，一般分為三種：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我國(guó)在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法，用一個(gè)精密的測(cè)量棒插入主軸錐孔中，使千分表觸頭觸及檢測(cè)棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量。千分表最大和最小的讀數(shù)差即認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直坐標(biāo)系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用以標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上，與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在工作態(tài)上安裝兩個(gè)互成90o角的非接觸傳感器，通過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測(cè)量是用小的切削量加工有色金屬試件，然后在圓度儀上的測(cè)量試件的圓度來評(píng)價(jià)。出廠時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)量，當(dāng)L＝300mm時(shí)允許誤差應(yīng)小于0.02mm。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡，在回轉(zhuǎn)時(shí)引起的激振力，也會(huì)造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量一般要控制在0.4mm/s以下。②剛度主軸部件的剛度是指受外力作用時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支承跨距、軸承類型及配置型式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)。③抗振性主軸組件的抗振興是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)地運(yùn)行而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件抗振興差，工作時(shí)容易產(chǎn)生，不僅降低加工質(zhì)量，而且限制了機(jī)床生產(chǎn)率的提高，使刀具耐用度下降。提高主軸抗振興必須提高主軸組件的靜剛度，采用較大阻尼比的前軸承，以及在必要時(shí)安裝阻尼器。另外，使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率。④溫升主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過高會(huì)引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱彭漲而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其它組件的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。數(shù)控機(jī)床一般采用恒溫主軸箱來解決恒溫問題。⑤耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性，以能長(zhǎng)期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬或氮化處理。主軸軸承也需有良好的潤(rùn)滑，以提高耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度和高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這就要具體問題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求[6]。軸承配置型式本課題中數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速較高，卻要求徑向剛度好，所以軸承的配置型式選擇為剛度速度型[13]。前軸承采用雙列角接觸球軸承，接觸角為SKIPIF1<0，它們通過套筒背靠背配置，以減少主軸懸伸量。后軸承采用雙列短圓柱滾子軸承，以承受較大的傳動(dòng)力。如下圖所示：圖2.6主軸支承型式3.主要參數(shù)的確定主軸的主要參數(shù)是指：主軸平均直徑D（或主軸前軸頸直徑SKIPIF1<0）；主軸內(nèi)孔直徑SKIPIF1<0；主軸懸伸量a和主軸支承跨距SKIPIF1<0。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能，但為簡(jiǎn)化問題，主要是由靜剛度條件來確定這些參數(shù)，即選擇D、d、a、l使主軸獲得最大靜剛度，同時(shí)兼顧其它要求，如高速性、抗振性等。（1）主軸前軸頸直徑SKIPIF1<0的確定主軸平均直徑對(duì)主軸部件剛度影響較大。加大直徑SKIPIF1<0，可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，從而提高主軸部件剛度。但加大直徑受到軸承dn值的限制，同時(shí)造成相配零件尺寸加大、制造困難、結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等，因此在滿足剛度要求下應(yīng)取較小值。按車床主電動(dòng)機(jī)功率來確定，由資料[16]圖6.1－83可取SKIPIF1<0。（2）主軸內(nèi)孔直徑d的確定確定孔徑的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對(duì)空心主軸孔頸要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)取較大值。對(duì)于數(shù)控機(jī)床，SKIPIF1<0，本課題中車床主軸尾端需要安裝皮帶輪，軸徑較小，故取SKIPIF1<0[16]，即SKIPIF1<0。（3）主軸懸伸量SKIPIF1<0的確定主軸懸伸量SKIPIF1<0是指主軸前端面到支承徑向反力作用中點(diǎn)的距離，它對(duì)主軸部件的剛度和抗振性影響很大。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值。減小SKIPIF1<0的常見措施有：①盡量采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)。②推力軸承配置在前支承時(shí)，應(yīng)安裝在徑向軸承的內(nèi)側(cè)而不是外側(cè)。③合理設(shè)計(jì)前支承的調(diào)整結(jié)構(gòu)和密封裝置形式。盡量采用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構(gòu)成密封裝置。④采用向心推力軸承來代替向心軸承。成對(duì)安裝的圓錐滾子軸承，應(yīng)采取滾錐小端相對(duì)的形式；成對(duì)安裝的向心推力軸承應(yīng)采取背對(duì)背或面朝外的同方向排列形式。本課題中主軸前端的一對(duì)向心推力軸承正是采用這種安裝形式。⑤改變軸端工夾具的結(jié)構(gòu)形式來減小a值[16]。（4）支承跨距SKIPIF1<0的確定支承跨距SKIPIF1<0是指相鄰兩支承的支承反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定SKIPIF1<0是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，主軸部件具有最大剛度，SKIPIF1<0即為主軸部件的最佳跨距。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，往往由于結(jié)構(gòu)上的限制而使SKIPIF1<0，這就造成主軸部件的剛度損失。合理跨距SKIPIF1<0,通常取SKIPIF1<0。因?yàn)镈、a一定時(shí)，SKIPIF1<0越大，軸承的徑向跳動(dòng)對(duì)主軸前端的徑向跳動(dòng)影響越小，且加大SKIPIF1<0可較小振動(dòng)。當(dāng)需要SKIPIF1<0遠(yuǎn)大于SKIPIF1<0時(shí)，可采用三支承結(jié)構(gòu)[6]。4.主軸頭的選用如前文所述，采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)有利于減小主軸懸伸量SKIPIF1<0。本課題選用B型法蘭式主軸端部，代號(hào)為6，其基本尺寸由資料[16]表6.1－31可獲得。5.軸承型號(hào)的選擇考慮到主軸上部件的安裝需要利用軸肩來進(jìn)行軸向定位，初步確定好安裝軸承部位軸徑后，選擇軸承型號(hào)及其尺寸如表2-8所示：表2.8主軸軸承尺寸參數(shù)參數(shù)軸承型號(hào)內(nèi)徑SKIPIF1<0外徑SKIPIF1<0軸承寬SKIPIF1<0安裝尺寸SKIPIF1<0安裝尺寸SKIPIF1<0安裝尺寸SKIPIF1<0安裝尺寸SKIPIF1<0前軸承362189016030103147－－后軸承3182114701103080－1031024.2編碼器的選擇與安裝在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時(shí)，進(jìn)刀速度應(yīng)與車床主軸轉(zhuǎn)速之間保持一個(gè)恒定的比例關(guān)系，為此要在車床主軸上安裝一個(gè)主軸位置信號(hào)的反饋元件。即主軸脈沖發(fā)生器。在選用簡(jiǎn)易數(shù)控裝置時(shí)，應(yīng)選用含有螺紋加工功能的系統(tǒng)軟件和相應(yīng)的主軸脈沖發(fā)生器。光電編碼器由于是數(shù)字信號(hào)，所以噪聲容限大，容易實(shí)現(xiàn)高分辨率，檢測(cè)精度高，且體積小、重量輕、易安裝，在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中得到了廣泛地應(yīng)用。本課題選用LF1024型光電編碼器。光電編碼器的安裝通常采用兩種方式:同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件;異軸安裝較同軸安裝麻煩，需配一對(duì)同步平帶輪及同步平帶。在加工螺紋時(shí)，將其裝上，不使用時(shí)將其斷開，避免磨損和信號(hào)干擾，延長(zhǎng)主軸脈沖發(fā)生器的使用壽命。本課題采用異軸安裝方式，利用同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)軸SKIPIF1<0轉(zhuǎn)動(dòng)，軸SKIPIF1<0通過聯(lián)軸器與光電編碼器相聯(lián)，帶動(dòng)光電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)[17]。4.3聯(lián)軸器的選擇及帶輪參數(shù)（1）聯(lián)軸器的選擇本課題中聯(lián)軸器選用柱銷聯(lián)軸器，由資料[15],表4－290可知，它應(yīng)用于正反轉(zhuǎn)多，啟動(dòng)頻繁的高、低速傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)，能緩沖減振，符合要求。由于軸SKIPIF1<0所傳動(dòng)的力矩不大，故聯(lián)軸器的尺寸由LF1024型光電編碼器的軸徑（28mm）決定。由資料[15],表4－319可選取型號(hào)為L(zhǎng)X2的彈性柱銷聯(lián)軸器，其尺寸和性能參數(shù)可由該表查取。（2）同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)(以下公式均出自參考資料[14])齒形帶傳遞的計(jì)算功率SKIPIF1<0SKIPIF1<0(2.51)帶輪傳遞的功率很小，模數(shù)不需太大，取SKIPIF1<0。確定兩輪傳動(dòng)比SKIPIF1<0取兩帶輪齒數(shù)SKIPIF1<0，SKIPIF1<0計(jì)算兩輪節(jié)圓直徑SKIPIF1<0，SKIPIF1<0初定中心距SKIPIF1<0初定膠帶長(zhǎng)度SKIPIF1<0(2.52)初定齒數(shù)SKIPIF1<0計(jì)算中心距SKIPIF1<0(2.53)帶寬b取為SKIPIF1<0，選用同步齒形帶規(guī)格為SKIPIF1<0。帶輪幾何尺寸的計(jì)算如表2-9所示.表2.9帶輪幾何尺寸帶輪參數(shù)小帶輪大帶輪SKIPIF1<03060齒形角SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0節(jié)距SKIPIF1<04.714.71節(jié)圓直徑SKIPIF1<04590頂圓直徑SKIPIF1<044.2589.25頂圓齒距SKIPIF1<04.634.67齒側(cè)間隙SKIPIF1<00.400.40徑向間隙SKIPIF1<00.550.55頂圓齒槽寬SKIPIF1<02.562.56齒槽深SKIPIF1<01.451.45根圓直徑SKIPIF1<041.3586.35根圓齒槽寬SKIPIF1<01.51.5齒根圓角直徑SKIPIF1<00.150.15齒頂圓角直徑SKIPIF1<0SKIPIF1<00.2250.225帶輪齒寬SKIPIF1<02525第五章尾架的設(shè)計(jì)5.1尾架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下圖為設(shè)計(jì)的尾架結(jié)構(gòu)圖。它有一套筒，一個(gè)液壓系統(tǒng)，頂尖，頂尖錐孔位莫式4#。尾座體與連接滑板連接，由滑板帶動(dòng)整個(gè)尾座體的運(yùn)動(dòng)，其套筒和頂尖的運(yùn)動(dòng)由液壓驅(qū)動(dòng)SKIPIF1<01——開關(guān)；2——擋鐵；3、6、9、12——羅螺母；4、19——螺柱；5——壓板；7——錐套；10——套筒內(nèi)軸；14——套筒；15、16——油孔；17——銷軸；18——楔塊圖4.1尾架結(jié)構(gòu)圖5.2尾架的工作原理當(dāng)手動(dòng)移動(dòng)尾架到所需位置后先用螺釘19進(jìn)行預(yù)定位。緊螺釘19時(shí)，使楔塊上的斜面頂出軸17，使得尾架緊貼在矩形導(dǎo)軌的兩內(nèi)側(cè)面上，然后用螺母3螺栓4和壓板5，將尾架緊固。這種結(jié)構(gòu)?？梢员ＷC尾架的定位精度。尾架套筒內(nèi)軸10上裝有頂尖，因軸10能在尾架套筒內(nèi)的軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)，故頂尖是活頂尖。為了使頂尖保證高的回轉(zhuǎn)精度，前軸承選用短圓柱滾子軸承，軸承間隙用螺母6和9來調(diào)整，后軸承為3個(gè)角接觸球軸承，由防松螺母12來固定。尾架套筒和尾架孔的配合間隙，用內(nèi)外錐套7來微量調(diào)整。當(dāng)向內(nèi)壓外錐套時(shí)，使得內(nèi)錐套7內(nèi)孔縮小，即可使配合間隙減??；反之變大，押緊力用端蓋來調(diào)整。尾架套筒用壓力油驅(qū)動(dòng)。若在孔16內(nèi)通入壓力油，則尾架套筒14向前運(yùn)動(dòng)，若在孔15內(nèi)通入壓力油，尾架套筒就向后運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)的最大行程為90mm，預(yù)緊力的大小用液壓系統(tǒng)的壓力來調(diào)整。尾架套筒行程大小可以用安裝在套筒14上的擋鐵2來通過行程開關(guān)1來控制。尾架套筒的進(jìn)退由操作面板上的按鈕來操縱。在電路上尾架套筒的動(dòng)作與主軸互鎖，即在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，按動(dòng)尾架套筒退出按鈕，套筒并不動(dòng)作，只有在主軸停止?fàn)顟B(tài)下，尾架套筒才能推出，以保證安全。在主軸達(dá)到4000高速度時(shí)，尾架不能用最大預(yù)緊力[6]。結(jié)束語(yǔ)本課題主要設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，考慮到電機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍與主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍不匹配問題，在電機(jī)與主軸間增加了一根中間傳動(dòng)軸。機(jī)械有級(jí)變速系統(tǒng)舍棄液壓變速，而采用電磁離合器變速，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。由于數(shù)控機(jī)床的故障更多發(fā)生在電氣系統(tǒng)，所以本課題采用了西門子公司專門為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床開發(fā)的性價(jià)比較高的SINUMERIK802D微機(jī)控制系統(tǒng)，以提高數(shù)控車床的可靠性。但是，由于齒輪傳動(dòng)噪聲很大，精確