CNC二維工作平臺(tái)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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It is convenient to resolve to the resultant into an axial force N acting normal to the cross section and passing through the centriod of the cross section , a shear force V acting parallel to the cross section , and a bending moment M acting in the plane of the beam. The axial force , shear force , and bending moment acting at a cross section of a beam are known as stress resultants. For a statically determinate beam, the stress resultants can be determined from equations of equilibrium. Thus , for the cantilever beam pictured in Fig.1.5, we may writer three equations of stactics for the free-body diagram shown in the second part of the figure. From summations of forces in the horizontal and vertical directions we find, respectively, N=Pcosβ V=Psinβ and ,from a summation of moments about an axis through the centroid of cross section mn, we obtain M=Pxsinβ where x is the distance from the free end to section mn. Thus ,through the use of a free-body diagram and equations of static equilibrium, we are able to calculate the stress resultants without difficulty. The stress in the beam due to the axial force N acting alone have been discussed in the text of Unit.2; Now we will see how to obtain the stresses associated with bending moment M and the shear force V. The stress resultants N, V and M will be assumed to be positive when the they act in the directions shown in Fig.1.5(b). This sign convention is only useful, however , when we are discussing the equilibrium of the left-hand part of the beam is considered, we will find that the stress resultants have the same magnitudes but opposite directions[see Fig.1.5(c)]. Therefore , we must recognize that the algebraic sign of a stress resultant does not depend upon its direction in space , such as to the left or to the right, but rather it depends upon its direction with respect to the material against , which it acts. To illustrate this fact, the sign conventions for N, V and M are repeated in Fig.1.6, where the stress resultants are shown acting on an element of the beam. We see that a positive axial force is directed away from the surface upon which is acts(tension), a positive shear force acts clockwise about the surface upon which it acts , and a positive bending moment is one that compresses the upper part of the beam. Example A simple beam AB carries two loads , a concentrated force P and a couple Mo, acting as shown in Fig.1.7(a). Find the shear force and bending moment in the beam at cross sections located as follows: (a) a small distance to the left of the middle of the beam and (b) a small distance to the right of the middle of the beam . Solution The first step in the analysis of this beam is to find the reactions RA and RB. Taking moments about ends A and B gives two equations of equilibrium, from which we find RA=3P/4 – Mo/L RB=P/4+mo/L Next, the beam is cut at a cross section just to the left of the middle, and a free-body diagram is drawn of either half of the beam. In this example we choose the left-hand half of the bean, and the corresponding diagram is shown in Fig.1.7(b). The force p and the reaction RA appear in this diagram, as also do the unknown shear force V and bending moment M, both of which are shown in their positive directions. The couple Mo does not appear in the figure because the beam is cut to the left of the point where Mo is applied. A summation of forces in the vertical direction gives V=R – P= -P/4-M0/L Which shown that the shear force is negative; hence, it acts in the opposite direction to that assumed in Fig.1.7(b). Taking moments about an axis through the cross section where the beam is cut [Fig.1.7(b)] gives M = RAL/2-PL/4=PL/8-Mo/2 Depending upon the relative magnitudes of the terms in this equation, we see that the bending moment M may be either positive or negative . To obtain the stress resultants at a cross section just to the right of the middle, we cut the beam at that section and again draw an appropriate free-body diagram [Fig.1.7(c)]. The only difference between this diagram and the former one is that the couple Mo now acts on the part of the beam to the left of the cut section. Again summing force in the vertical direction, and also taking moments about an axis through the cut section , we obtain V= - P/4- Mo/L M=PL/8+Mo/2 We see from these results that the shear force does not change when the section is shifted from left to right of the couple Mo, but the bending moment increases algebraically by an amount equal to Mo . ( Selected from: Stephen P.Timosheko and James M. Gere,Mechanics of materials, Van Nostrand reinhold Company Ltd.,1978.) 平衡梁的剪力和彎矩 讓我們來共同探討像圖1.5(a)所示懸梁自由端在傾斜拉力P的作用下的問題。如果將平衡梁在截面mn處截?cái)嗲覍⑵渥筮叢糠肿鳛楦綦x體（圖1.5（b）?？梢钥闯龈綦x體截面（右邊）的作用國(guó)必須和左邊的作用力平衡，截面mn處應(yīng)力的分布情況我們現(xiàn)階段是不知道的，但我們知道這些應(yīng)力的合力必須和拉力P平衡。按常規(guī)可將合力分解成為通過質(zhì)點(diǎn)作用于橫截面的軸向應(yīng)力N、平行于截面的剪切力V和作用在平衡梁平面中的彎矩M。 作用在截面上的軸向應(yīng)力、剪切力和彎曲應(yīng)力就是應(yīng)力的合成力。比如靜止的固定梁合成力可由平衡方程得出，如圖1.5所示懸臂梁結(jié)構(gòu)。這樣就可以得到圖形另一部分中的圖示自由部分的三個(gè)平衡方程式。由水平合力和垂直合力的方向，可得： N=Pcosβ如果將平衡梁在截面mn處截?cái)嗲覍⑵渥筮叢糠肿鳛楦綦x體（圖1.5（b）。可以看出隔離體截面（右邊）的作用國(guó)必須和左邊的作用力平衡，截面mn處應(yīng)力的分布情況我們現(xiàn)階段是不知道的，但我們知道這些應(yīng)力的合力必須和拉力P平衡。按常規(guī)可將合力分解成為通過質(zhì)點(diǎn)作用于橫截面的軸向應(yīng)力N、平行于截面的剪切力V和作用在平衡梁平面中的彎矩M。 作用在截面上的軸向應(yīng)力、剪切力和彎曲應(yīng)力就是應(yīng)力的合成力。比如靜止的固定梁合成力可由平衡方程得出，如圖1.5所示懸臂梁結(jié)構(gòu)。這樣就可以得到圖形另一部分中的圖示自由部分的三個(gè)平衡方程式。由水平合力和垂直合力的方向，可得： N=Pcosβ V=Psinβ 如果將平衡梁在截面mn處截?cái)嗲覍⑵渥筮叢糠肿鳛楦綦x體（圖1.5（b）?？梢钥闯龈綦x體截面（右邊）的作用國(guó)必須和左邊的作用力平衡，截面mn處應(yīng)力的分布情況我們現(xiàn)階段是不知道的，但我們知道這些應(yīng)力的合力必須和拉力P平衡。按常規(guī)可將合力分解成為通過質(zhì)點(diǎn)作用于橫截面的軸向應(yīng)力N、平行于截面的剪切力V和作用在平衡梁平面中的彎矩M。 作用在截面上的軸向應(yīng)力、剪切力和彎曲應(yīng)力就是應(yīng)力的合成力。比如靜止的固定梁合成力可由平衡方程得出，如圖1.5所示懸臂梁結(jié)構(gòu)。這樣就可以得到圖形另一部分中的圖示自由部分的三個(gè)平衡方程式。由水平合力和垂直合力的方向，可得： N=Pcosβ V=Psin β 由通過截面mn質(zhì)心的軸向總彎矩，可得 M=Pxsinβ 其中力是自由端到截面mn的距離。因此，通過隔離體圖解和靜態(tài)平衡方程，可簡(jiǎn)單地計(jì)算出各合成力。屬于單獨(dú)作用的軸向應(yīng)力N的應(yīng)力已經(jīng)在第二單元討論過了，在這里我們將討論怎樣解出與這些應(yīng)力有關(guān)的彎矩M和剪切力V。 假設(shè)如圖1.5(b)所示合成力N、V和彎矩M的作用方向?yàn)檎?dāng)我們?cè)谟懻摿鹤蟀氩糠质芰ζ胶鈺r(shí)，符號(hào)很重要的。如果考慮到右半部分時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)合成力大小相等且方向相反，如圖1.5(c)，然而，我們必須意識(shí)到應(yīng)力的代數(shù)符號(hào)不是取決于應(yīng)力的空間方向，如左、右之類而更取決于與其作用的材料有關(guān)的方向。為了說明事實(shí)，應(yīng)力N、V和彎矩M的規(guī)定方向在圖1.6平衡梁微元中反復(fù)使用。 大家知道軸向應(yīng)力：以彎矩壓縮梁的上部為正，從它作用的面指向外為正（拉伸）剪切力是其作用面內(nèi)順時(shí)鐘作用為正。 例題 剪支梁AB受集中應(yīng)力P和彎矩M0的作用。如圖1.7（a）所示，在下面條件下在梁截面中求剪切力和彎曲應(yīng)力， (a)距中心左側(cè)微小距離 (b) 距中心點(diǎn)右側(cè)微小距離 解：首先分析平衡梁，求出支反力RA 和RB。由AB兩點(diǎn)的彎矩得兩平衡方程。 由下式求得 RA=3P/4 - M0/L RB=P/4+M0/L 梁中點(diǎn)截面左側(cè)，梁兩側(cè)自由體圖解已給出，此外我們選擇梁的左側(cè)詳細(xì)圖如圖1.7(b)所示。此圖中應(yīng)力P、支反力RA，還有未知剪力V和彎矩M，這兩個(gè)力是反方向的，彎矩M0 沒有標(biāo)出，因?yàn)槠胶饬簞偤帽粡腗0作用點(diǎn)截開。垂直方向的總力為 V=R - P= -P/4-M0/L 這個(gè)方向表明剪力V是反方向的，因此，它的作用方向如圖1.7(b)所假設(shè)。由切割處的軸向彎矩可得： M = RAL/2-PL/4=PL/8-Mo/2 由方程中兩項(xiàng)的大小關(guān)系可以看出彎矩M子可能是負(fù)的。為了得到截面右側(cè)的應(yīng)力合力，將平衡梁用如上方法切開，其隔離體如圖1.7(c)所示，此圖和前者的維一不同之處是彎矩M0作用在這物體左側(cè)截面處，再由垂直方向的合力和截面處的軸向彎矩得： V= - P/4- Mo/L M=PL/8+Mo/2 綜上所述，剪彩應(yīng)力不會(huì)隨著截面從左側(cè)到有M0 作用的右側(cè)的改變而改變，但是彎矩代數(shù)值增加到了與M0相等。 （從中選出來：史蒂芬蓋爾，P. Timosheko 和詹姆士M.材料力學(xué)，reinhold Nostrand 廂式客貨兩用車有限公司，1978 。） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 在本次設(shè)計(jì)中，我采用常規(guī)分離式主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，機(jī)床主傳動(dòng)采用液壓操縱機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)十八級(jí)轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動(dòng)比穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低。機(jī)床主軸為二支撐結(jié)構(gòu)，前支撐采用C級(jí)高精度軸承，潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，提高了回轉(zhuǎn)精度，使機(jī)床主軸具有良好的精度和剛性。 機(jī)床采用單片式電磁剎車離合器，解決主軸的剎車及離合問題，離合器安裝于主軸箱帶輪處，使床頭箱內(nèi)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，便于維修。機(jī)床兩軸進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的典型傳動(dòng)方式，在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動(dòng)面處貼有TSF導(dǎo)軌板，滑動(dòng)磨擦系數(shù)非常小，有助于提高了機(jī)床的快速響應(yīng)性能及生產(chǎn)效率。機(jī)床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。 進(jìn)給方面，采用開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，即步進(jìn)電機(jī)數(shù)控進(jìn)給方式。采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)已基本能滿足進(jìn)給精度的要求。主傳動(dòng)由于采用了分離傳動(dòng)發(fā)案，可較好的隔離電機(jī)及變速箱的震動(dòng)，解決了熱變形對(duì)主軸的影響，提高機(jī)床的加工精度。再者，數(shù)控系統(tǒng)采用單片機(jī)技術(shù)，可靠性高，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。在總體性能上可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)精密數(shù)控機(jī)床之列，達(dá)到較好的性價(jià)比。 該機(jī)床可以加工各種軸類、盤類零件，可以車削各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面。作為通用型機(jī)床，特別適合汽車工業(yè)、摩托車行業(yè)、電子工業(yè)、航天、軍工等行業(yè)，對(duì)旋轉(zhuǎn)體類零件進(jìn)行高效、大批量、高精度加工時(shí)采用。 機(jī)床采用機(jī)、電、液一體化結(jié)構(gòu)，整體布局緊湊合理，便于維修和保養(yǎng)，外形符合人機(jī)工程學(xué)的原理，宜人性好，便于操作。 關(guān)鍵詞： CNC CJ6132 分離傳動(dòng) 步進(jìn)電機(jī) ABSTRACT In this design, I adopt the normal regulations to separate the type the lord to spread to move the design, Lathes the lord spread to move to adopt the liquid to press to manipulate the organization, and can realize 18 classes turn soon. Lathes principal axis box the spreading of inside move the wheel gear to all was wheted by quench the gear to handle, spread to move the ratio stability, and revolve the noise low. Lathes principal axis is two prop up the construction, and before prop up to adopt the high accuracy bearings of C class, grease, and increase the turn-over accuracy, and make the Lathes the principal axis have the good accuracy with rigid. Lathes adoption brake for type electromagnetism brake clutch, solution principal axis of single slice and leave to match the problem, clutch to install to take the round in the principal axis box, and make first inside construction is big for the simplification, convenient for maintain. Lathes two stalks enter the system to adopt the step the glide for typical model for entering the electrical engineering drive recirculating-ball screw spreading moving the way, among the skateboard and bed saddle and bed saddle and bed body to stick to have the TSF driver track the plank, glide coefficient of friction very small, is beneficial toed to increase the Lathes of quickly respond to the function and produce the efficiency. Four knifes, the knife's of types of adoption on edge of Lathes cloth knife convenience, rigid good. Enter to give the aspect, and adopt to open wreath Numerical control the system, namely step enter electrical engineering Numerical control enter to the way. Adoption step request for entering the electrical engineering opening wreath Numerical control the system already basic satisfy into to the accuracy. The lord spreads to move because of adopting the separation to spread to move the hair case, can good insulation electrical engineering and become soon the box's vibration, solve hot transform to influence principal axis, increase the processing of Lathes of accuracy. Furthermore, Numerical control system adoption the machine technique of single slice, dependable is high, and the cost is low, and the economic is good. Can attain the row of the bed of economic and precise Numerical control machine on the total function, and attain the ratio of good sex price. Can cut many kinds of screw thread, round, taper and rotor. The Lathes can process the every kind of stalk, dish spare parts, Be used as the bed of in general use type machine, special in keeping with car the industry, motorcycle the profession, electronics the industry, spaceflight, soldier the work the etc. the profession, right revolve the spare parts proceeds efficiently, large quantity measure, the high accuracy process the hour the adoption. Lathes adoption machine, electricity, liquid incorporate. integrative construction, the whole layout tightly packed reasonable, convenient for maintain with maintain, and the shape match the person machine the engineering the principle, pleasant that learn good, convenient for operation. Key phrase: Numerical control CJK6132 Apart driver Walking electromotor 目 錄 一、總體方案設(shè)計(jì) 5 （一）、主傳動(dòng)的組成部分 6 （二）、機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 7 （三）、機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù) 8 （四）、各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求 8 二、機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10 （一）、主要技術(shù)參數(shù)的確定 11 1．尺寸參數(shù) 11 2．運(yùn)動(dòng)參數(shù) 13 3、主軸轉(zhuǎn)速的確定 15 4、轉(zhuǎn)速范圍及公比的確定 15 5、結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)的確定 16 6、轉(zhuǎn)速圖的擬定 17 7、傳動(dòng)比參數(shù)的確定 18 （二）、傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 19 （三）、電動(dòng)機(jī)的選擇 21 （四）、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 （五）、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 三、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 （一）、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 1、 切削力計(jì)算 40 2、滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 41 （二）、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 46 1、滾珠絲杠螺母副的選擇計(jì)算 46 3、步進(jìn)電機(jī)的選擇 50 四、 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53 （一）、單片機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的基本要求 53 （二）、數(shù)字控制系統(tǒng)框圖 53 （三）、數(shù)控系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)： 54 （四）、控制系統(tǒng)圖及芯片的選擇 54 （五）、存儲(chǔ)器及系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)。 59 1、基本知識(shí) 59 2.程序器的擴(kuò)展 61 3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 61 4、存儲(chǔ)器地址空間的分配 62 5、I/O接口的擴(kuò)展 62 （六）、鍵盤及鍵盤接口設(shè)計(jì) 64 （七）、顯示器接口設(shè)計(jì) 65 （八）、步進(jìn)電機(jī)控制電路 67 (九)、部分控制程序： 73 1. 直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 73 2直線插補(bǔ)程序 73 3.圓弧插補(bǔ)程序得設(shè)計(jì) 74 4、LED動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)： 78 5、串行擴(kuò)展口的鍵盤、顯示器接口電路軟件設(shè)計(jì)： 80 6、步進(jìn)電機(jī)控制 83 7、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制 87 參考文獻(xiàn) 96 結(jié)束語 97 一、總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)床工業(yè)是機(jī)器制造業(yè)的重要部門，肩負(fù)著為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務(wù)，是使現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)具有高生產(chǎn)率和先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的保證。設(shè)計(jì)機(jī)床的目標(biāo)就是選用技術(shù)先進(jìn)。經(jīng)濟(jì)效果顯著的最佳可行方案，以獲得高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 因此，從事機(jī)床設(shè)計(jì)的人員，應(yīng)不斷地把經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的新理論、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，做到既要技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益好、效率高。要不斷的吸收國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，做到既要符合我國(guó)國(guó)情，又要趕超國(guó)際水平。要不斷的開拓創(chuàng)新，設(shè)計(jì)和制造出更多的生產(chǎn)率高、靜態(tài)動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、維修容易、造型美觀、耗能少、成本低的現(xiàn)代化機(jī)床。設(shè)計(jì)本著以上原則進(jìn)行，盡量向低成本、高效率、簡(jiǎn)化操作、符合人機(jī)工程的方向考慮。 （一）、主傳動(dòng)的組成部分 主傳動(dòng)由動(dòng)力源、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)等）部分組成。主傳動(dòng)系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。 主傳動(dòng)包括動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）、變速裝置、定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)等十部分組成。 1、動(dòng)力源 電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，它給執(zhí)行件提供動(dòng)力，并使其獲得一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向。 2、 定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 具有固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)降速、升速或運(yùn)動(dòng)聯(lián)接，本設(shè)計(jì)中采用齒輪和帶傳動(dòng)。 3、 變速裝置 傳遞動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)以及變換運(yùn)動(dòng)速度的裝置，本設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)滑移齒輪變速組和一個(gè)背輪機(jī)構(gòu)使主軸獲得18級(jí)轉(zhuǎn)速。 4、 主軸組件 機(jī)床的執(zhí)行件之一，它由主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等組成， 5、 開停裝置 用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的啟動(dòng)和停止的機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中采用直接開停電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)主軸的啟動(dòng)和停止。 6、 制動(dòng)裝置 用來控制主軸迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以減少輔助時(shí)間。本設(shè)計(jì)中采用電磁式制動(dòng)器。 7、 換向裝置 用來變換機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)方向的裝置。本設(shè)計(jì)中采用電動(dòng)機(jī)直接換向。 8、 操縱機(jī)構(gòu) 控制機(jī)床主軸的開停、換向、變速及制動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中，開停、換向和制動(dòng)采用電控制；變速采用液壓控制。 9、 潤(rùn)滑與密封 為了保證主傳動(dòng)的正常工作和良好的使用壽命，必須有良好的潤(rùn)滑裝置和可靠的密封裝置。本設(shè)計(jì)中采用箱外循環(huán)強(qiáng)制潤(rùn)滑，主軸組件采用迷宮式密封。 10、 箱體 上述個(gè)機(jī)構(gòu)和裝置都裝在箱體中，并應(yīng)保證其相互位置的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)中采用灰鐵鑄造箱體。 11、 刀架 數(shù)控機(jī)床中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的自動(dòng)控制，采用制動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 （二）、機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用分離式主傳動(dòng)系統(tǒng)，包括變速箱、主軸箱兩部分。其中，變速箱與電動(dòng)機(jī)至于機(jī)座內(nèi)，主軸箱與變速箱采用帶傳動(dòng)連接。所有的變速都采用液壓操作。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，因此在X、Y方向上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過齒輪傳遞。齒輪的消隙采用偏心環(huán)調(diào)整。 數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn) 采用單片機(jī)控制，各個(gè)控制按扭均安裝在控制臺(tái)上，而控制臺(tái)擺放在易操作的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。 機(jī)床其它零部件的選擇 考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)床附件如油管、行程開關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購(gòu)形式。 （三）、機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù) 由設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，現(xiàn)將CJK6132經(jīng)濟(jì)型CNC的主要技術(shù)參數(shù)及加工范圍技術(shù)參數(shù)列于下： 項(xiàng)目 單位 規(guī)格 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 320 最大工件長(zhǎng)度 mm 750 最大切削直徑 mm 320 最大切削長(zhǎng)度 mm 750 床鞍（滑板）上最大切削直徑 mm 250 主軸前端錐孔 莫氏6號(hào)錐度 主軸孔徑 mm 350 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 40~1800 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 18級(jí) 主軸電機(jī)輸出功率 （普通） kW 5 中心高 距床身 mm 250 距地面 mm 1130 尾座套筒直徑 mm 65 尾座套筒行程 mm 150 尾座套筒錐孔錐度 莫氏5號(hào) （四）、各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求 1．床身 機(jī)床床身采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵，內(nèi)部筋采用U形布局，床身整體剛性高?；瑒?dòng)導(dǎo)軌面采用中頻淬火，淬硬層深。硬度達(dá) HRC52以上，拖板滑動(dòng)面貼塑，使得進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，摩擦阻尼系數(shù)等動(dòng)、靜特性都處于最佳狀態(tài)。 2. 床頭箱結(jié)構(gòu) 機(jī)床主傳動(dòng)采用液壓操縱機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)十八級(jí)轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動(dòng)比穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低。機(jī)床主軸為二支撐結(jié)構(gòu)，前支撐采用C級(jí)高精度軸承，潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，提高了回轉(zhuǎn)精度，使機(jī)床主軸具有良好的精度和剛性。機(jī)床采用單片式電磁剎車離合器，解決主軸的剎車及離合問題，離合器安裝于床頭箱帶輪側(cè)，使床頭箱內(nèi)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，便于維修。 3.進(jìn)給系統(tǒng) 機(jī)床兩軸進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的典型傳動(dòng)方式，在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動(dòng)面處貼有TSF導(dǎo)軌板，滑動(dòng)磨擦系數(shù)非常小，有助于提高了機(jī)床的快速響應(yīng)性能及生產(chǎn)效率。在進(jìn)給系統(tǒng)各滑動(dòng)處及兩軸絲杠絲母處都設(shè)置了潤(rùn)滑點(diǎn)。 4. 刀架 機(jī)床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。 5. 尾座采用手動(dòng)尾座 6. 冷卻系統(tǒng) 冷卻箱放在后床腿中。 7.卡盤 機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置為_250手動(dòng)卡盤， 8.電氣系統(tǒng) 電路的動(dòng)力回路，均有過流、短路保護(hù)，機(jī)床相關(guān)動(dòng)作都有相應(yīng)的互鎖，以保障設(shè)備和人身安全。 電氣系統(tǒng)具有自診斷功能，操作及維修人員可根據(jù)指示燈及顯示器等隨時(shí)觀察到機(jī)床各部分的運(yùn)行狀態(tài)。 9.安全保護(hù) 當(dāng)機(jī)床遇到外部突然斷電或自身故障時(shí)，由控制電路的設(shè)計(jì)，機(jī)床可動(dòng)進(jìn)給軸，冷卻電機(jī)等如已在“啟動(dòng)”狀態(tài)者，將進(jìn)入“停止”狀態(tài)；如已在“停止”狀態(tài)的則不可自行進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，確保了機(jī)床的安全。另外由于機(jī)床計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由電池供電保護(hù)的，所以，意外斷電或故障時(shí)，不會(huì)丟失計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的程序菜單。 機(jī)床具有報(bào)警裝置及緊急停止按鈕，可防止各種突發(fā)故障給機(jī)床造成損壞。由于軟件的合理設(shè)計(jì)，報(bào)警可通過顯示器顯示文字及報(bào)警號(hào)，通過操作面板的指示燈指示；機(jī)床根據(jù)情況將報(bào)警的處理方式分為三類：對(duì)緊急報(bào)警實(shí)行“急?！?；對(duì)一般報(bào)警實(shí)行“進(jìn)給保持”；對(duì)操作錯(cuò)誤只進(jìn)行“提示”。 二、機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì) （一）、主要技術(shù)參數(shù)的確定 機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機(jī)床參數(shù)中最主要的，它必須滿足以下要求： a、 直接反映出機(jī)床的加工能力和特性； b、 決定其他基本參數(shù)值的大?。? c、 作為機(jī)床設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)； d、 作為用戶選用機(jī)床的主要依據(jù)。 對(duì)于通用機(jī)床（包括專門化機(jī)床），主參數(shù)通常都以機(jī)床的最大加工尺寸表示，只有在不適用于用工件最大尺寸表示時(shí)，才采用其他尺寸或物理量。如臥式鏜床的主參數(shù)用主軸直徑，拉床用額定拉力等。為了更完整地表示出機(jī)床的工作能力和加工范圍，有時(shí)在主參數(shù)后面標(biāo)出另一參數(shù)值，稱為第二主參數(shù)。如最大工件長(zhǎng)度、最大跨度、主軸數(shù)和最大加工模數(shù)等。 除主參數(shù)外，機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)還包括下列基本參數(shù)： a、 與工件尺寸有關(guān)的參數(shù)； b、 與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù)； c、 與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)； d、 與機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù)。 這些基本參數(shù)可以歸納為尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)三種。 1．尺寸參數(shù) 尺寸參數(shù)是表示機(jī)床工作范圍的主要尺寸和工、夾、量具的標(biāo)準(zhǔn)化及機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的主要參數(shù)。如普通車床橫刀架上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑，在相同中心高的情況下，這一尺寸參數(shù)既決定加工長(zhǎng)工件的最大直徑，又決定刀架的厚度及其剛性。機(jī)床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容見下表（ ）。 與工件主要尺寸有關(guān)的參數(shù) 最大加工尺寸 最大加工直徑或最大工件直徑，最大加工模數(shù)、螺旋角 主軸通孔直徑 最大加工長(zhǎng)度或最大工件長(zhǎng)度 最大工件安裝尺寸。如工作臺(tái)尺寸、主軸端面至工作臺(tái)面最大距離、主軸中心線至工作臺(tái)面最大距離或立柱間距等 最小工件加工尺寸。如主軸中心線至工作臺(tái)面距離、最小車削直徑、最小磨削外徑或孔徑等 部件運(yùn)動(dòng)尺寸范圍 刀架、工作臺(tái)、主軸箱、橫梁的最大行程 刀架、工作臺(tái)、砂輪（導(dǎo)輪）箱或搖臂的最大回轉(zhuǎn)角度 與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù) 主軸或尾架套筒的錐孔大小 工件頭架或尾架的頂尖安裝錐度 刀桿斷面尺寸、刀夾最大尺寸、安裝的刀具直徑 工作臺(tái)T型槽的尺寸和數(shù)目 與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù) 床身或搖臂的導(dǎo)軌寬度 花盤或圓工作臺(tái)的直徑 主軸中心線或工作臺(tái)面至地面的高度 機(jī)床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容 機(jī)床的主參數(shù)主要決定于工件的尺寸。對(duì)于各類通用機(jī)床，已在調(diào)查研究各種工件的基礎(chǔ)上制定出了機(jī)床的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照?qǐng)?zhí)行。專用機(jī)床的主參數(shù)則基本上可以根據(jù)工件尺寸決定。 主參數(shù)系列采用優(yōu)先數(shù)系，這樣做有如下好處： （1）優(yōu)先數(shù)按等比級(jí)數(shù)分級(jí)，能在較寬的范圍內(nèi)以較少的品種，經(jīng)濟(jì)合理地滿足用戶的需要，即可把產(chǎn)品的品種規(guī)格限制在必需的最少范圍內(nèi)。 （2）優(yōu)先數(shù)系具有各種不同公比的系列，因而可以滿足較密和較疏的分級(jí)要求。隨著形勢(shì)的發(fā)展，可以通過插入中間值使較疏的系列變成較密的系列，而原來的項(xiàng)值保留不變。在參數(shù)范圍很寬時(shí)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和需要量等不同的條件，還可以分段選用最合適的基本系列（即選用不同的公比），以復(fù)合系列的形式組成最佳系列。 （3）優(yōu)先數(shù)系是國(guó)際上統(tǒng)一的數(shù)值制度，有利于國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)化。 其他尺寸參數(shù)一般根據(jù)主參數(shù)來確定。但由于機(jī)床的使用情況比較復(fù)雜，這些尺寸參數(shù)的確定還有相似分析法和圖解分析法及回歸分析法。 由此可以得到CK6140CNC的尺寸參數(shù)如下表所示 ： 參數(shù)項(xiàng)目 單位 數(shù)值 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 320 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 160 主軸通孔直徑 mm 35 主軸錐孔莫氏 Nq 6 尾架頂尖套錐孔莫氏 Nq 5 最大工件長(zhǎng)度L mm 750 刀桿截面尺寸 mm 20×20 2．運(yùn)動(dòng)參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括機(jī)床主運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)）的速度范圍和級(jí)數(shù)，進(jìn)給量范圍和級(jí)數(shù)以及輔助運(yùn)動(dòng)的速度等，它是由加工表面成形運(yùn)動(dòng)的工藝要求所決定的。 主軸極限轉(zhuǎn)速和變速范圍 對(duì)于主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸極限轉(zhuǎn)速為： 式中的或不是該機(jī)床可能加工的的最小或最大直徑，而是認(rèn)為是在機(jī)床全部工藝范圍內(nèi)可以用最大切削速度來加工時(shí)的最小工件直徑和用最小切削速度來加工時(shí)的最大工件直徑，這樣才能得出合理的極限轉(zhuǎn)速值。 （1）極限切削速度Vmax、Vmin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類、工藝要求、刀具和工件材料等因素。允許的切削速度極限參考值如下表所示： 加工條件 硬質(zhì)合金刀具粗加工 80~120 硬質(zhì)合金刀具半精加工或精加工 150~250 高速鋼刀具低速光刀 <10 安裝磨頭附件進(jìn)行磨削 3.5~7.5 精鉸孔 1.5~4 寬刀加工 1.5~3.5 精車絲杠或蝸輪 1.25~1.5 選擇極限轉(zhuǎn)速的典型條件為： a．最大切削速度按硬質(zhì)合金車刀半精車和精車鋼料來取值．考慮較小規(guī)格車床可普遍采用可轉(zhuǎn)位刀片，切速可適當(dāng)提高，故對(duì)主參數(shù)為Ｄ（最大工件回轉(zhuǎn)直徑）＝250~630mm的車床取250m/min,而大規(guī)格車床換刀費(fèi)時(shí)取切速小些耐用度可以高些，故Ｄ＝800~1000mm的車床取200m/min； b．最小切速可考慮兩種情況，即（a）高速鋼車刀精車絲杠和（b）高速鋼車刀低速光車盤類零件，故分別?。╝）1.5m/min和（b）8m/min； c．最小工件直徑，即使用時(shí)可能遇到的最小工件直徑，一般取0.1Ｄ； d．最大工件直徑，當(dāng)為b中情況（a）時(shí)，即按車削絲杠可能遇到的最大直徑，取0.1Ｄ，為b中情況（b）時(shí)，按刀架滑板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑Ｄ1（對(duì)多數(shù)車床Ｄ1＝0.5Ｄ）． 由上分析得到按典型加工條件選取的數(shù)值如下表（ ）所示： 主參數(shù)系列 極限切削速度（m/min） 最大和最小工件直徑（mm） 變速范圍 最大工件回轉(zhuǎn)直徑Ｄ（mm） Rv Rn=RvRd （a） （b） （a） （b） 250~630 250 1.5 8 （a）Rv=166.7 （b）Rv=31.25 0.1D 0.1D D1（0.5D） （a）Rn=166.7 （b）Rn=156.2 800~1000 200 （a）Rv=133.3 （b）Rv=25 （a）Rn=133.3 （b）Rn=125 3、主軸轉(zhuǎn)速的確定 （1）、 主軸最高轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)分析，用硬質(zhì)合金車刀對(duì)小直徑鋼材半精車外圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為最高，按經(jīng)驗(yàn)，并參考切削用量資料，取，k=0.5, Rd=0.2, 則： （2）、主軸最低轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)分析，主軸最低轉(zhuǎn)速由以下工序決定： 用高速鋼車刀，對(duì)鑄鐵材料的盤形零件粗車端面。按經(jīng)驗(yàn)，并參切削用量資料，取V=15m/min,則最低轉(zhuǎn)速為： 4、轉(zhuǎn)速范圍及公比的確定 根據(jù)最高轉(zhuǎn)速與最底轉(zhuǎn)速可初步得出主軸轉(zhuǎn)速范圍 =＝66.33 則公比 由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)值得 =1.26 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公比及初算，查表取=40r/min，則最高轉(zhuǎn)速 =×=40× =2034r/min 則主軸轉(zhuǎn)速范圍 且驗(yàn)算公比得=1.25993く1.26,滿足要求。 5、結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)的確定 （1）結(jié)構(gòu)式的確立 結(jié)構(gòu)式的方案共有如下幾種： 18=3×3×2 18=2×3×3 18=3×2×3 在上述方案中，三個(gè)方案可根據(jù)下述原則比較：從電機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，這樣就節(jié)省省材料，經(jīng)濟(jì)上就占優(yōu)勢(shì)，且這也符合“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取18=3×3×2的方案為好，本次設(shè)計(jì)即采用此方案。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定如下結(jié)構(gòu)式： 18= 3（1）× 3（3）× 2（9） 基本組 擴(kuò)一組 擴(kuò)二組 （2）構(gòu)網(wǎng)的擬定 1）傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比范圍和傳動(dòng)組的極限變速范圍 在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動(dòng)比≥1/4。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過大的振動(dòng)和噪聲，常限制最大傳動(dòng)比≤2。 2）基本組和擴(kuò)大組的排列順序 原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，傳動(dòng)件的尺寸也就小些。 根據(jù)前面求得的公比=1.26,按照以上原則，選擇最佳方案，本次設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示： 6、轉(zhuǎn)速圖的擬定 電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的，當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)后，就可分配各傳動(dòng)組的傳動(dòng)比，并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng)，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如果轉(zhuǎn)速過高，將會(huì)引起過大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。因此，要注意限制中間軸的轉(zhuǎn)速，不使過高。 本次設(shè)計(jì)所選用的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需5根軸，加上電動(dòng)機(jī)軸共6根軸，故轉(zhuǎn)速圖上需6條豎線；主軸共18種轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸與軸1之間采用定比傳動(dòng)。轉(zhuǎn)速圖如下圖所示： 7、傳動(dòng)比參數(shù)的確定 （1）、電動(dòng)機(jī)與軸1傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)的確定 因?yàn)殂姶膊恍枰崔D(zhuǎn)，為了便于速度的分配，該傳動(dòng)副采用定比傳動(dòng)，其傳動(dòng)比有速度可求得： =1142/1440=1/1.26 為了方便電動(dòng)機(jī)與變速箱在機(jī)座內(nèi)的布置，電動(dòng)機(jī)與變速箱的聯(lián)結(jié)采用帶傳動(dòng)。根據(jù)帶輪的標(biāo)準(zhǔn)，尺寸值定為112mm和140mm。 a、 變速箱與主軸箱之間采用帶傳動(dòng)，為了便于完成轉(zhuǎn)速的要求和速度的分配，確定其帶輪的尺寸比為：172：200。 b、 為了減少變速箱的軸向尺寸，減少齒輪數(shù)目，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，采用一對(duì)公用齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)。因而，兩變速組的傳動(dòng)比互相牽制，可能會(huì)增加徑向尺寸。為了實(shí)現(xiàn)齒輪公用，傳動(dòng)比與齒數(shù)的搭配較為繁瑣，在此不進(jìn)行具體的說明，只把最后的結(jié)果列入下： c、 軸1與軸2傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可得，該傳動(dòng)副的傳動(dòng)比=1/1.26、=1、=1.26。查《金屬切削機(jī)床》Page136頁表8-1，并考慮到主軸箱的幾何尺寸，取該傳動(dòng)副中=30，齒數(shù)和=68，則由傳動(dòng)比可求得該傳動(dòng)副齒數(shù)比為： 當(dāng)=1/1.6時(shí) Z/Z=30：38 當(dāng)=1時(shí) Z/Z=34：34 當(dāng)=1.6時(shí) Z/Z=38：30 軸2與軸3傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可得，該傳動(dòng)副的傳動(dòng)比=，=及＝。查《金屬切削機(jī)床》Page136頁表8-1，并考慮到主軸箱的幾何尺寸，取該傳動(dòng)副=22，齒數(shù)和=77，則由傳動(dòng)比可求得 該傳動(dòng)副齒數(shù)比為： Z/Z=47/30 , Z/Z=22/55 , Z/Z=34/43 軸5與軸7間采用背輪機(jī)構(gòu)，總傳動(dòng)比為，和齒形離合器，傳動(dòng)比為：1。 齒數(shù)為：第一級(jí)：27*2.5：69*2.5 第二級(jí)：19*3：61*3 （二）、傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定如下傳動(dòng)系統(tǒng)圖： （三）、電動(dòng)機(jī)的選擇 1、 電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算 按在各種加工情況下較經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削速度來計(jì)算，在車床中，切斷工件的切削力大于外圓車削，因而按用硬質(zhì)合金刀具切斷鋼材時(shí)來計(jì)算。即： 式中 ——主切削力的切向分力(N) V——切削速度(m/min ) 具體計(jì)算見下章 由查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得出參數(shù): P=200 B= 6 f=0.3mm/r 則 所以得有效功率為： 取η=0.8，則由經(jīng)驗(yàn)公式可得電動(dòng)機(jī)總功率為： 2、 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇 在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須使得P≥P，根據(jù)這個(gè)原則，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取Y112-M-4型電動(dòng)機(jī). （四）、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且直齒圓柱齒輪傳動(dòng)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以本次設(shè)計(jì)選用漸開線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，它的精度直接與工作的平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計(jì)都選用6-7級(jí)的精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下： 1、模數(shù)的估算： 按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(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(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算公式： mm （式中即為齒輪所傳遞的功率） 齒面點(diǎn)蝕的估算公式： mm （式中即為齒輪所傳遞的功率） 其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。 由中心距及齒數(shù)求出模數(shù)： mm 根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 前面已求得各軸所傳遞的功率，各軸上齒輪模數(shù)估算如下： 第一對(duì)齒輪副 mm mm mm 所以，第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm 同理，對(duì)各對(duì)齒輪的模數(shù)計(jì)算從略，最后計(jì)算得出最高的模數(shù)為2.5 綜上所述，為了降低成本，機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同，所以，本次設(shè)計(jì)中取各個(gè)齒輪模數(shù)均為=2.5mm。 2、齒輪傳動(dòng)各軸的軸中心矩計(jì)算 根據(jù)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒輪的分度圓直徑為： 1軸與2軸：d=mz/2=2.5*(30+38)/2=85 2軸與3軸： 3、齒輪寬度B的確定 齒寬影響齒的強(qiáng)度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動(dòng)和噪聲。一般取b=（6~10）m。本次設(shè)計(jì)中，取單片齒輪寬度B=8m=8×3=24mm，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度一致；而取多聯(lián)齒輪的寬度B=6m=6×3=18mm，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度一致。 4、齒輪其他參數(shù)的計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式幾相關(guān)參數(shù)的規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來，本次設(shè)計(jì)中，這些參數(shù)在此不在一一計(jì)算。 5、齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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)的要求也不同，7級(jí)精度的齒輪，用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此，需要淬火的7級(jí)齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度高于7級(jí)，或者淬火后再珩齒。6級(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須才能達(dá)到6級(jí)。機(jī)床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊的一般形式如下圖所示，各部分的尺寸確定如下： （1）、退刀槽 本次設(shè)計(jì)中多聯(lián)齒輪多采用插齒加工方法，因此取=6mm。 （2）、其他問題 滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸，如下圖所示，圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法也不一樣。圖中安裝撥動(dòng)齒輪的滑塊的尺寸在本次設(shè)計(jì)中取b1×h=10×5。 6、齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度）： =1.25×1.07×1.1×1.43=2.1 查表得：=0.88 =2.5 =189.8 = 將數(shù)據(jù)代入得：1100mpa 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足，因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力。其它齒輪也符合要求，故其余齒輪不在驗(yàn)算，在此略去。 （五）、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、各傳動(dòng)軸軸徑的估算 滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式進(jìn)行估算。 對(duì)于空心軸，則 式中，——軸傳遞的功率，kW； ——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min； ——其經(jīng)驗(yàn)值見表15-3； 取β的值為0.5。 （1）、計(jì)算各傳動(dòng)軸傳遞的功率P 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇可知，本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)額定功率各傳動(dòng)軸傳遞的功率可按下式計(jì)算： ——電機(jī)到傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)效率； 由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計(jì)中沒有采用聯(lián)軸器，而直接由電動(dòng)機(jī)軸將動(dòng)力傳到軸上，即各個(gè)軸之間均為齒輪傳動(dòng)，所以可得各軸傳遞的功率為： =0.96， =0.93， =0.904 =0.877 所以，各傳動(dòng)軸傳遞的功率分別為： (2) 估算各軸的最小直徑 本次設(shè)計(jì)中，考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟(jì)性，初步選擇主軸的材料為40Cr，其它各軸的材料均選擇45鋼，取A0值為115，各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出， n1j=1000r/min, n2j=400r/min, n3j=125r/min, n4j=125r/min, 所以各軸的最小直徑為： 在以上各軸中都開有花鍵，所以為了使鍵槽不影響軸的強(qiáng)度，應(yīng)將軸的最小直徑增大5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小直徑為： =25, =25, =35。 2、各軸段長(zhǎng)度值的確定 各軸段的長(zhǎng)度值，應(yīng)根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定，且必須滿足以下的原則： （1）、應(yīng)滿足軸承及齒輪的定位要求； （2）、應(yīng)滿足滑移齒輪安全滑移的要求； 3、軸的剛度與強(qiáng)度校核 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，需選擇除主軸外的一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，而主軸必須進(jìn)行剛度校核。在此選擇第一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （1）、第一根軸的強(qiáng)度校核 1)、軸的受力分析及受力簡(jiǎn)圖 由主軸箱的展開圖可知，該軸的動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳遞過來，而后通過一個(gè)三聯(lián)齒輪將動(dòng)力傳遞到下一根軸。其兩端通過一對(duì)角接觸球軸承將力轉(zhuǎn)移到箱體上去。由于傳遞的齒輪采用的直齒圓柱齒輪，因此其軸向力可以忽略不計(jì)。所以只要校核其在xz平面及yz平面的受力。軸所受載荷是從軸上零件傳來的，計(jì)算是，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。其受力簡(jiǎn)圖如下： 在xz平面內(nèi)： 在yz平面內(nèi)： 2）、作出軸的彎矩圖 根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按xz平面及yz平面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出兩個(gè)平面的上的彎矩圖。 在xz平面內(nèi)，根據(jù)力的平衡原理可得： R1xz+R2xz+F2xz=F1xz 將各個(gè)力對(duì)R1取矩可得： F1xz×a=F2xz×（l-b）+R2xz×l 由以上兩式可解出： R1xz=F1xz（l-a）/l-F2xz×b/l R2xz=F1xz×a/l-F2xz+F2xz×b/l 由于有多個(gè)力的存在，彎矩?zé)o法用一個(gè)方程來表示，用x來表示所選截面距R1的距離，則每段的彎矩方程為： 在AB段： M=-R1xz×x （a≥x≥0） 在BC段： M=F1xz-R1xz×（a+x）-F1xz×a （l-b≥x≥a） 在CD段： M=-R2xz（l-x） （l≥x≥l-b） 則該軸在xz平面內(nèi)的彎矩圖為： 同理可得在yz平面內(nèi)的彎矩圖為： 3)、作出軸的扭矩圖 由受力分析及受力簡(jiǎn)圖可知，該軸只在yz平面內(nèi)存在扭矩。其扭矩大小為： T1=Fyz·r1 T2=Fyz·r2 則扭矩圖為： 4）、作出總的彎矩圖 由以上求得的在xz、yz平面的彎矩圖，根據(jù)M=可得總的彎矩圖為： 5）、作出計(jì)算彎矩圖 根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，則可由公式Mca=求出計(jì)算彎矩，其中α是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1。應(yīng)本次設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，所以取α≈0.3，則計(jì)算彎矩圖為： 6）、校核軸的強(qiáng)度 選擇軸的材料為45鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其許用彎曲應(yīng)力為60MP，由計(jì)算彎矩圖可知，該軸的危險(xiǎn)截面在F1的作用點(diǎn)上，由于該作用點(diǎn)上安裝滑移齒輪，開有花鍵，由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得其截面的慣性矩為： W= [πd4+（D-d）（D+d）2zb]/32D 其中z為花鍵的數(shù)目，在本次設(shè)計(jì)中，z=6，D=30mm，d=26mm， b=4mm 所以其截面的慣性矩為W=575.963mm3 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計(jì)算公式可得圓周力與徑向力： Ft=2T1/d1 Fr=Ft×tgα 其中T1為小齒輪傳遞的扭矩，N·mm；α為嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取α=20；而Ft與Fr分別對(duì)應(yīng)與xz平面及yz平面的力。各段軸的長(zhǎng)度可從2號(hào)A0圖中得出，則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險(xiǎn)截面的計(jì)算彎矩為：Mca=25014.22N·m，則該軸危險(xiǎn)截面所受的彎曲應(yīng)力為：δca=25014.22/575.963≈43.43MP≤60MP，所以該軸的強(qiáng)度滿足要求。 （2）、主軸的剛度校核 1）、主軸材料的選擇 考慮到主軸的剛度幾強(qiáng)度，選擇主軸的材料為40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理； 2）、主軸結(jié)構(gòu)的確定 主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來確定，主軸的具體結(jié)構(gòu)已在零件圖上表達(dá)清楚，其圖號(hào)為6，在此不在繪出。 3）、主軸的剛度驗(yàn)算 ①軸的變形和允許值 軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（y和）應(yīng)該小于彎曲變形的許用值 即y 軸的類型 （mm） 變形部位 （rad） 一般傳動(dòng)軸 4.0003~0.0005l 裝向心軸承處 0.0025 剛度的要求較高 -0.0002l 裝齒輪處 0.001 安裝齒輪軸 （0.01~0.00）m 裝單列圓錐滾子軸承 0.006 L表跨距，m表模數(shù) ①軸的變形計(jì)算公式 計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度y及傾角時(shí)，一般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計(jì)算，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高的時(shí)候，可把軸看作等徑軸，采用平均直d來計(jì)算，計(jì)算花鍵時(shí)同樣選擇用平均直徑 圓軸： 慣性矩： 矩形花鍵軸： 慣性矩： ①軸的分解和變形合成 對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上的分力，應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個(gè)垂直平面的。然后進(jìn)行疊加，在同以平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角 危險(xiǎn)工作面的判斷 驗(yàn)算剛度時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件進(jìn)行，一般時(shí)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低傳動(dòng)齒輪的直徑小，且位于軸的中央時(shí)，軸受力將使總變形劇烈，如對(duì)：二、三種工作條件難以判斷那一種最危險(xiǎn)，就分別進(jìn)行計(jì)算，找到最大彎曲變形值 提高軸剛度的一些措施 加大軸的直徑，適當(dāng)減少軸的跨度或增加第三支承，重新安排齒輪在軸上的位置改變軸的布置方位等。 軸的校核計(jì)算 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖在xz平面內(nèi)： 同理可得在yz平面內(nèi)的受力圖，在此不在畫出。 主軸的傳動(dòng)功率： P主==3.513KW 主軸轉(zhuǎn)矩：=156900Nmm 支點(diǎn)上的力： 根據(jù)彎矩平衡： 求得：RHE=-84.9 根據(jù)力得平衡： 則彎矩圖為： 2）垂直平面得彎矩圖： =951.71N =761.4N 根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有： 再根據(jù)力得平衡： R 則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖： 在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為： =803403.1N·㎜ =675702.3 N·㎜ 扭矩圖為： 經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。 計(jì)算彎矩 =862517.2 N·㎜ 軸得抗彎截面系數(shù)為： 53.96 故滿足第三強(qiáng)度理論 剛度驗(yàn)算： 在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)： = =-0.02598mm 其中I==2747500 在單獨(dú)作用下： = =-0.0182mm 在兩力得共同作用下： 在垂直面內(nèi)有 在單獨(dú)作用時(shí) = =-0.0072mm 其中I==2747500 在單獨(dú)作用下： = =-0.0182mm 在兩力得共同作用下： 故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為 而一般的剛度 =0.21~0.35mm 故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。 B）下面校核由Ⅴ傳到主軸時(shí)的強(qiáng)度，剛度，校核， 主軸的傳動(dòng)功率： P主==5.9974KW 主軸轉(zhuǎn)矩：T主==143188Nmm 支點(diǎn)上的力： 根據(jù)彎矩平衡： 求得：RHE=-244.9N 根據(jù)力得平衡： 2）垂直平面得彎矩： =868.6N =501.1 N 根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有： 再根據(jù)力得平衡： R 則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖： 在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為： =110489.6N·㎜ =708402.5 N·㎜ 扭矩圖為： 經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。 計(jì)算彎矩 =942100 N·㎜ 軸得抗彎截面系數(shù)為： =58.94 故滿足第三強(qiáng)度理論 剛度驗(yàn)算： 在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)： = =-0.018147mm 其中I==2747500 在單獨(dú)作用下： = =-0.00551mm 在兩力得共同作用下： 在垂直面內(nèi)有 在單獨(dú)作用時(shí) = =-0.0066mm 其中I==2747500 在單獨(dú)作用下： = =-0.001515mm 在兩力得共同作用下： 故在共同作用下，x