數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動裝置設(shè)計說明

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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計〔論 文〕 設(shè)計<論文>題目：數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動裝置設(shè)計 學(xué)生： 指導(dǎo) 二級學(xué)院： 龍蟠學(xué)院專　　業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班　　級： M11機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)　　號：1121407058 提交日期： 年 月 日 答辯日期： 年 月 日 47 / 57 目錄 摘要.........................................................II Abstract...............................

2、......................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(xiàn)2 第八章> 12 3.2 電磁離合器的選擇和使用 20 4.軸的設(shè)計和驗算 22 4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 4.2 軸的強(qiáng)度校核<以Ⅰ軸為例> 22 4.3 軸的剛度校核<以Ⅰ軸為例> 26 5．主軸變速箱的裝配設(shè)計 29 5.1 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 29

3、5.2 設(shè)計的方法 29 6.滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) 32 6.1導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計 32 7．PLC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(yīng)用 39 7.4 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 40 7.5 PLC的工作原理41 8. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 43 8.1 確定I／O的點數(shù).......................................43 8.2 選擇適用的PLC機(jī)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(shè)計 44 8.6 改造中必須注意的幾個

4、問題 44 結(jié)論 45 參考文獻(xiàn) 46 致..................................................................................................................47 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動裝置的設(shè)計 摘 要 本文研究的主要是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動裝置的設(shè)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(jī)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(jī)床傳動精度的重要因素,我也是從這

5、入手,從各個方面著手提高數(shù)控機(jī)床的傳動精度。 我完成的設(shè)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(jìn)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(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核。除此之外,還要對箱體的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,一些零件的選型,從而完成對整個機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 傳動系統(tǒng) 精度 設(shè)計 CNC machine tools, mechanical transmission design Abstract T

6、his 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 and deformation of the thermal deformation of machine tools, as well a

7、s 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 completed the design include the formulation of some of the raw data,

8、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 gear and the axis of the shaft, and gear and shaft strength and stiffnes

9、s 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 design Keywords：NC machine tool; driving system; Accuracy；design

10、 1.引言 1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)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(jī)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(jī)床動作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。數(shù)控機(jī)床有如下特點：對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng),適應(yīng)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,具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動,能加工形狀復(fù)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(zhǔn)備時間；機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選

11、擇有利的加工用量,生產(chǎn)率高〔一般為普通機(jī)床的3~5倍〕；機(jī)床自動化程度高,可以減輕勞動強(qiáng)度；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息,使用了計算機(jī)控制方法,為計算機(jī)輔助設(shè)計、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)；對操作人員的素質(zhì)要求較高,對維修人員的技術(shù)要求更高；可靠性高。 數(shù)控機(jī)床是由美國發(fā)明家約翰·帕森斯上個世紀(jì)發(fā)明的。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時代,其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供裝備和手段,具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會效應(yīng)。目前,歐、美、日等工業(yè)化國家

12、已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,而中國從20世紀(jì)80年代開始起步,仍處于發(fā)展階段。 　　美國政府重視機(jī)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(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),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(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新,如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機(jī)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。由于美國首先結(jié)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(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先,因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實,且一貫重視科研和創(chuàng)新,故其高性

13、能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床,其存在的教訓(xùn)是,偏重于基礎(chǔ)科研,忽視應(yīng)用技術(shù),且在上世紀(jì)80代政府一度放松了引導(dǎo),致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢,于1982年被后進(jìn)的日本超過,并大量進(jìn)口。從90年代起,糾正過去偏向,數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?產(chǎn)量又逐漸上升。 　　德國政府同樣重視機(jī)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(jī)床后,德國特別注重科學(xué)試驗,理論與實際相結(jié)合,基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作,對數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究,在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實用、貨真

14、價實,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實用,其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件,在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng),均為世界聞名,競相采用。 　　至于日本政府對機(jī)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(jī)振法"、"機(jī)電法"、"機(jī)信法"等>引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國,在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國,甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)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<20XX產(chǎn)量46,

15、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(jī)床,大量出口,占去世界廣大市場。在上世紀(jì)80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研,向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確,仿創(chuàng)結(jié)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(shù)上領(lǐng)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,銷售額在世界市場上占50%,在國約占70%,對加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。 　　隨著各國數(shù)控機(jī)床的發(fā)轉(zhuǎn),我國的數(shù)控行業(yè)從20世紀(jì)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(jī)床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2

16、0XX為17521臺,20XX24803臺,20XX36813臺,20XX51861臺,20XX產(chǎn)量是20XX的3.7倍,平均年增長39%；20XX國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺,接近6萬臺大關(guān),是"九五"末期的4.24倍。"十五"期間,中國機(jī)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(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快所致。20XX,中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺,同比增長32.8%,增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅18.4個百分點,進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到37.8%,同比增加2.3個百分點。此外,數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人,全年實現(xiàn)出口額3.34億

17、美元,同比增長63.14%,高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅18.58個百分點。20XX,中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)123,257臺,數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá)3,011臺；國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約50萬臺,進(jìn)口約20萬臺。20XX10月,中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)105,780臺,比20XX同比增長2.96%。長期以來,國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹,中檔進(jìn)展緩慢,高檔依靠進(jìn)口的局面,特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口,技術(shù)受制于人。究其原因,國本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于"粗放型"階段,在產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15

18、年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低,相關(guān)的技術(shù)規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后,國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時,中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)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,完全擁有自主知 識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少,制約了數(shù)控機(jī)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(shè)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,

19、提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。"十一五"期間,中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期,中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機(jī)遇,根據(jù)中國數(shù)控車床1996-20XX消費數(shù)量,通過模型擬合,預(yù)計20XX數(shù)控車床銷售數(shù)量將達(dá)8.9萬臺,年均增長率為16.5%。根據(jù)中國加工中心1996-20XX消費增長模型,預(yù)計20XX加工中心消費數(shù)量將達(dá)2.8萬臺,較20XX年均增長率為17.8%。1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 1、數(shù)控金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理。數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點,將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求增長,這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場消費量中各類數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)

20、成比。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元〔系統(tǒng)〕方向發(fā)展。目前歐、美、日等國應(yīng)用DNC已很普遍,柔性制造單元已占數(shù)控機(jī)床銷售量的30%以上。而我國FMC、FMS和FML的擁有量不足50套,相當(dāng)于日本80年代的水平,占數(shù)控機(jī)床消費額不到5%。出口前景良好。1998年及前幾年我國機(jī)床工具的出口額徘徊在5億美元左右,20XX上升到7.85億美元,隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)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(jī)床出口將實現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預(yù)計到20XX出口創(chuàng)匯可達(dá)到12億美元。 2、加入WTO后,外資對我國機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊也大大加強(qiáng)主要表現(xiàn)在：1〕、部分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受

21、到?jīng)_擊。在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更為突出：一是在國處于市場成長期、外方掌握專有技術(shù)并處于壟斷地位的技術(shù)密集型行業(yè),如燃?xì)廨啓C(jī)、直流輸電關(guān)鍵設(shè)備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機(jī)、機(jī)電一體化的汽車發(fā)動機(jī)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(guān)、大型變壓器高檔科學(xué)儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等；三是國外制造成本相差較大、外方享有明顯的品牌優(yōu)勢、在華設(shè)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(jī)、復(fù)印機(jī)、部分工業(yè)和民用儀表、高品質(zhì)低壓電器等。2〕、工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競爭。隨著服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域?qū)ν忾_放,實力雄厚的國外公司可能更

22、積極地到國舉辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務(wù)的工程公司,以其母公司產(chǎn)品為后盾,以熟悉國情況的中方雇員為業(yè)務(wù)骨干,與我資企業(yè)展開激烈的競爭。3〕、我國機(jī)械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制。由于外資在華機(jī)械企業(yè)主要承擔(dān)制造車間的角色,技術(shù)來源主要依靠其母公司,而原本就實力有限的資企業(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(fēng)險,為了節(jié)省投入,提高產(chǎn)品的形象,多數(shù)資企業(yè)將盡可能與外方合作,采用國際同行的技術(shù)進(jìn)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(yán)峻。由于國外企業(yè)將更加不愿轉(zhuǎn)讓技術(shù),更愿意通過在華舉辦由他們控制的企業(yè)來與資機(jī)械企業(yè)爭奪中國用戶的訂單,國用戶也有了更多的便利采

23、購?fù)赓Y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(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)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(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步,復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟,包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復(fù)合,車磨復(fù)合,成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等,復(fù)合加工的精度和效率大大提高。"一臺機(jī)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(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。2>．?dāng)?shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)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(diào)整干涉防碰撞功

24、能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測和自動補(bǔ)償學(xué)習(xí)功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機(jī)床震動等功能進(jìn)入了實用化階段,智能化提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。3>．機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用,使得柔性線更加靈活、功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī)床、水切割機(jī)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(yīng)用。4>．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切機(jī)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〕

25、,有些品種已達(dá)到0.05μm左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工,精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm左右,形狀精度可達(dá)0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級〔0.001μm〕。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、機(jī)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(bǔ)償技術(shù),提高機(jī)床加工的幾何精度,降低形位誤差、表面粗糙度等,從而進(jìn)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(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動裝置,高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機(jī)、直線電機(jī),高性能的直線滾動組件,高精度主軸單元

26、等功能部件推廣應(yīng)用,極大的提高數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。 　　4、體現(xiàn)在新技術(shù)的廣泛應(yīng)用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機(jī)床行業(yè)的消費主流是數(shù)控機(jī)床。從國外市場對數(shù)控機(jī)床的需求來看,以后數(shù)控機(jī)床市場具有以下特征：一是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是以后的主流產(chǎn)品。二采用新技術(shù),降低成本,提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是企業(yè)生存的關(guān)鍵。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,才對機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。 1.3 設(shè)計目的 數(shù)控機(jī)床是高度自動化機(jī)床,其生產(chǎn)效率和加工精度也越來越高,但是由于機(jī)械結(jié)構(gòu)〔如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等〕的幾何誤差、加工過程機(jī)床的熱變形、運動間的摩擦、傳動間隙等因素

27、的影響,數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工效率還有一定的提升空間,本次設(shè)計的目的就是最大程度的提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。 2.主傳動方案的擬定 2.1 初定傳動方案 傳動機(jī)構(gòu)是將機(jī)器原動機(jī)的運動和動力傳遞給機(jī)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間環(huán)節(jié),傳動機(jī)構(gòu)中各傳動件因設(shè)計、制造和裝配不準(zhǔn)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(jī)構(gòu)的精度,所以對傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求較高。 常見的變速方式有三種：通過齒輪結(jié)構(gòu)變速、通過帶傳動變速、有調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動。這三種傳動各有優(yōu)缺點。 1.齒輪結(jié)構(gòu)變速 齒輪調(diào)

28、速機(jī)構(gòu)可以通過少數(shù)幾對齒輪減速,擴(kuò)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(qiáng)力切屑時所需要的扭矩。而且齒輪傳動的經(jīng)度較高,但是這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),理論上中心距可以達(dá)到很大。當(dāng)設(shè)備承受載荷過大時可以通過打滑,提高設(shè)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(jìn)行傳動。 3.由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動的主傳動 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度之所以能夠自由改變

29、,是因為感應(yīng)式交流電機(jī)〔以后簡稱為電機(jī)〕的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(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(diào)整電機(jī)的速度。另外,頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī),這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu),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(jī)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(jī)出于過電壓〔過勵磁〕,導(dǎo)致電機(jī)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

30、以繼續(xù)增加,最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。因此電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小〔速度降低〕而減小,難以保證低速時主軸的轉(zhuǎn)矩。 綜合上述所有問題的考慮,本次設(shè)計采用齒輪傳動和帶傳動相結(jié)合的傳動方式。這種傳動方式不但能夠保證低速時的轉(zhuǎn)矩,還能使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)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。 2.2 方案的選擇 參照數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢以及對一些典型機(jī)床的分析,可初定步將此數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速分為高低兩檔,共有12級轉(zhuǎn)速：其中高低兩檔各有6級轉(zhuǎn)速,低速檔時 =340r/=45r/min;高速檔時=1800 r/min,=235 r/min； 電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率分

31、別為1500 r/min,5.5KW。 已知主軸的轉(zhuǎn)速分為12級,參考文獻(xiàn)1,可將機(jī)床的轉(zhuǎn)速分為高低兩檔,其中高檔最大轉(zhuǎn)速為1800r/min,最小轉(zhuǎn)速為235 r/min；R1=/=1800/235=7.66,R=[1] 當(dāng)機(jī)床處于低速檔時,轉(zhuǎn)速圍== =7.556。=,即===1.499,取=1.449≈,已知=45,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表<見參考文獻(xiàn)1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(zhuǎn)速分別為45,67,103,154,230,340 r/min; 當(dāng)機(jī)床處于高速檔時, 主軸共有6級,轉(zhuǎn)速圍==7.659。=,即 ===1.50,取=1.

32、50≈,已知=1800 ,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表<見參考文獻(xiàn)1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(zhuǎn)速分別為 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(jī)床的主傳動方式。數(shù)控機(jī)床的主傳動要求傳遞給一定的功率,要求主軸轉(zhuǎn)速可以按加工要求在一定的轉(zhuǎn)速圍作有級機(jī)速,并且要求轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換要迅速可靠,并能滿足壽命要求。 2.2.1齒輪變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計 由于整個裝置為級變速,傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適,即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子 Z=×3?？梢杂袃煞N方案： 方案一12=

33、2×3×2 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(jī)構(gòu)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=3×4 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(jié)構(gòu)非常相似,運用的齒輪數(shù)量相當(dāng)?shù)桨付?中間軸上齒輪較多,所承擔(dān)負(fù)載較大,對軸的剛度要求過高,負(fù)載時軸的變形過大影響機(jī)床加工的精度。相對來說方案一軸的數(shù)目較多,但結(jié)構(gòu)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.

34、2 各級傳動比的計算 假設(shè)結(jié)構(gòu)如圖： 圖2-3 傳動比分配圖 由于已經(jīng)設(shè)計了各軸之間的相對位置關(guān)系,由傳動系統(tǒng)草圖知共有六個傳動比。 分別設(shè)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和齒輪9之間的傳動比為 ,齒輪3和齒輪6之間的傳動比為,齒輪7和齒輪10之間的傳動比為,帶輪傳動比為。 設(shè)其中<<。當(dāng)處于低檔時,手動操作使得齒輪12和齒輪14嚙合。 當(dāng)中間的電磁離合器得電,齒輪2和齒輪5之間嚙合,當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最小,為45或67 r/min。 可得××××1500=45r/min ××××1500=67 r/min 當(dāng)左側(cè)的電磁離合器得電

35、,齒輪3和齒輪6之間嚙合,當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最大,為226或340 r/min。 可得××××1500=230 r/min ××××1500=340 r/min 當(dāng)右側(cè)的電磁離合器得電,齒輪1和齒輪4之間嚙合,當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速為100或150 可得××××1500=100 r/min ××××1500=150 r/min 當(dāng)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 ××××1500=354 r/min 當(dāng)左側(cè)的電磁離合器得電,齒輪3和齒輪6之間嚙合,當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最大,為1200或1800 可得××××1500

36、=1200 r/min ××××1500=1800 r/min 當(dāng)右側(cè)的電磁離合器得電,齒輪1和齒輪4之間嚙合,當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速為543或816 可得××××1500=543 r/min ××××1500=815 r/min 由這6各方程聯(lián)列可解得 ≈0.3226 ≈0.7447 ≈1.6452 ≈0.2576 ≈1.3659 ≈0.534 ≈ 1.532 ≈0.326 傳動比的選用時,應(yīng)注意的幾個問題,充分使用齒輪副的極限傳動比=1/4,=2, 這個傳動方案采用了帶輪變速和齒輪變速相結(jié)合的方式

37、,不但保證了低速時的傳動力矩,而且減少了傳動件數(shù),進(jìn)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(dǎo)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,又有利于提高傳動的精度。 2.2.3 各軸轉(zhuǎn)速的確定方法 由傳動比和電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可以計算出各軸的轉(zhuǎn)速； 1.Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸從電機(jī)得到運動,經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成各級轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然,從傳動件在高速運轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮,Ⅰ軸不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部

38、件時,高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾,因此,Ⅰ軸轉(zhuǎn)速也不宜太高機(jī)床的Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000 r/min左右比較合適。另外也要注意到電機(jī)與Ⅰ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(zhuǎn)速 對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時,應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正：1、對于功率較大的重切削機(jī)床,一般主軸轉(zhuǎn)速較低,中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)

39、取高一些對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。2、對高速輕載或精密機(jī)床,中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。3、控制齒輪圓周速度,在此條件下,可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 2.2.4 轉(zhuǎn)速圖的確定 運動參數(shù)確定以后,主軸各級轉(zhuǎn)速就已經(jīng)知道了,而且根據(jù)設(shè)計出來的各級齒輪的傳動比,這樣就可以擬定主運動的轉(zhuǎn)速圖,使主運動逐漸具體化。 此機(jī)床集中傳動:公比為,級數(shù)Z=12,變速圍R=1800/45=40。 3.動力計算 3.1 齒輪的計算<計算過程參考文獻(xiàn)2 第八章> 3.1.1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)〔查表法〕 可以用計算法或查表法確定齒輪

40、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Ⅰ軸和Ⅱ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(yīng)注意：不產(chǎn)生根切。一般取Zmin≥18～20； 保證強(qiáng)度和防止熱變形過大,齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚δ≥2m,一般取δ＞5mm則 Zmin≥6.5+2T/m。 同一傳動組的各對齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相同,則齒數(shù)和亦應(yīng)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(jī)床上可用修正齒輪,在一定圍調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大,一般齒數(shù)差不能超過3～

41、4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(yīng)大于4。 所以,可以假設(shè)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(dāng)時的齒數(shù)之和為82。可得大齒輪齒數(shù)為62。 2. 齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度計算齒輪模數(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(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算： ≥32mm 其中N計算齒輪傳遞的額定功率N=η×N 齒輪點蝕的估算：A≥370mm

42、 其中為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速,A為齒輪中心距。 由中心距A及齒數(shù)z1、z2求出模數(shù)： 根據(jù)估算所得和中較大得值,選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 以齒輪2和齒輪5為例 =×n=1500×0.534=801 r/min N=5.5×0.95=5.225kw ≥32≈1.509 A≥370≈69.133mm ≈1.686 所以,根據(jù)選取,為了保證模數(shù)一定滿足要求,假設(shè)齒輪2和齒輪5的模數(shù)為3 由此可知,輸入軸1和傳動軸2之間的中心距為 A===123mm 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

43、 m1=3 z4=47 m4=3 z3=51 m3=3 z6=31 m6=3 3.1.2 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(shè)計時采用最高轉(zhuǎn)速,即齒輪10的轉(zhuǎn)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(shè)齒輪對稱布置,使用壽命為8年,每年以300工作日計,兩班制,中等沖擊,齒輪單向回轉(zhuǎn)。 1、 齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇 因傳遞功率不大、轉(zhuǎn)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(diào)質(zhì),均用軟齒面。 齒輪精度用6級,軟齒表面粗糙度為1.6。 軟齒面閉式傳動,失效形式

44、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(shè)計計算 〔1〕、設(shè)計準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計,再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 〔2〕、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 =9.55 由圖7-6選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為: , 由圖7-7選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為: , 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式<7-3>計算 = 由圖7-8查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù),1.02 由圖7-9查得彎曲疲勞壽命系數(shù),1, 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,試選1.3 由前面的式子求得許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力

45、 將有關(guān)值代入式子 得 ==59.17 則1.44 查圖7-10得;由表7-3查得;由表7-4查得;取;則 修正 由表7-6取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 3．校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 由圖7-18查得 取 由式〔7-12〕校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度 [ 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 正變位齒輪傳

46、動 - 根切現(xiàn)象 當(dāng)用成法加工齒數(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(yán)重的根切,不僅削弱輪齒的彎曲強(qiáng)度,也將減小齒輪傳動的重合度,應(yīng)設(shè)法避免。為避免根切,應(yīng)使所設(shè)計直齒輪的齒數(shù)大于17,在輪齒彎曲強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動的缺點 1〕結(jié)構(gòu)不夠緊湊：齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸取決于模數(shù)和齒數(shù),而模數(shù)是由強(qiáng)度條件決定的。所以齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸就取決于齒數(shù),齒數(shù)越少結(jié)構(gòu)越緊湊,但標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)不可小于17,否則輪齒要產(chǎn)生根切。這就限制了齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸不能太小。 2〕

47、難以配湊中心距：標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動不適用于實際中心距不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距的場合。當(dāng)實際中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距時,采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動雖仍然保持定傳動比,但會出現(xiàn)過大的齒側(cè)間隙,反向轉(zhuǎn)動時,有較大的振動沖擊,同時重合度也減小。當(dāng)實際中心距小于標(biāo)準(zhǔn)中心距時,則無法安裝。 3〕承載能力較低：一對相互嚙合的標(biāo)準(zhǔn)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(dá)不到等強(qiáng)度要求。為了彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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稱為變位量

48、,x稱為變位系數(shù)。 刀具向遠(yuǎn)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(fù)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db＝m*z*cosα,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(biāo)準(zhǔn)齒輪相比較,只是刀具位置的變動,并沒有改變切齒機(jī)床的相對運動關(guān)系,所以無需重新設(shè)計齒輪加工機(jī)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(yīng)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) 1 3

49、 35 +0.5 2 3 20 +0.8 3 3 51 0 4 3 47 -0.5 5 3 62 0 6 3 31 0 7 3 56 0 8 3．5 17 +0.218 9 3．5 66 0 10 3 41 +0.169 11 3 80 20 0 12 3 25 20 0 13 3 44 20 0 14 3 106 20 0 齒輪材料為55鋼,熱處理為齒部G58±0.2,深0.5 3.1.3 齒輪的精度設(shè)計 齒輪精度設(shè)計的方法及

50、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(cè)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； 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的齒輪,對傳動精度和

51、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 對于如此要求高的齒輪,并參考文獻(xiàn)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、、、 組成檢驗方案。根據(jù)及 查表12-13、表12-14、表12-15可得公差值： 第Ⅰ公差組 第Ⅱ公差組 ± 第Ⅲ公差組 3.計算齒輪副側(cè)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(cè)隙 由文獻(xiàn)1表12-10按油池潤滑和查得 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

52、為 傳遞的中心距 所以, 確定齒厚極限偏差代號 齒厚上偏差 由文獻(xiàn)1式〔12-15〕 式中前面已查得 由文獻(xiàn)1表12-14按6級精度查得 由文獻(xiàn)1表12-17按145.5,6級精度查得 , 所以,代入數(shù)據(jù)得, 因為 ± 由文獻(xiàn)1圖12-29或者12-9查得齒厚的上偏差代號為G,因此 齒厚下偏差 可知[6] 查表文獻(xiàn)112-13,6級精度齒輪,查表12-11,,所以 由文獻(xiàn)1圖12-29或表12-9查得齒厚下偏差代號為K,因此 至此,小齒輪的精度為：6GK GB10095-88 4.確定齒坯公差、表面粗糙度 齒輪孔是加工、檢驗及

53、安裝的定位基準(zhǔn),對6級精度的齒輪,由表12-18查得：孔尺寸公差為IT7,孔直徑為85mm,偏差按基準(zhǔn)孔H選取,即齒輪孔的下偏差為0,上偏差為+0.022。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(zhǔn),不作為檢驗基準(zhǔn),故其公差選用IT11,齒頂圓直徑,偏差按基準(zhǔn)軸h選取,即下偏差為-0.290,上偏差為0。 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,孔=1.6,基準(zhǔn)端面=3.2,齒頂圓=6.3。 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(jī)

54、械設(shè)計有關(guān)手冊中查得或按式12-7和式12-8求得 跨齒數(shù) 該齒輪為中模數(shù)齒輪,控制側(cè)隙的指標(biāo)宜采用公法線平均長度極限偏差,按換算式12-20、式12-21、式12-22得 6.齒輪工作圖 下圖為本例齒輪零件圖。 3.2 電磁離合器的選擇和使用 隨著機(jī)床設(shè)備向自動化趨勢發(fā)展,電磁離合器和制動器的應(yīng)用越來越廣泛,本設(shè)計為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,采用手動和電動相結(jié)合的方式,其中的電控就是用電磁離合器來實現(xiàn)的,電磁離合器是自動化控制的主要元件之一,它具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動控制等特點,同時能滿足簡化機(jī)床結(jié)構(gòu),提高齒輪箱的傳動剛度和加工精度,實

55、現(xiàn)機(jī)床高響應(yīng)性、高頻率動作等方面的要求。 我設(shè)計的主軸箱采用了3個電磁離合器,大大簡化了主軸箱結(jié)構(gòu)。離合器的類型很多,有通電工作的,也有失電工作的。按其傳遞扭矩形式可分為摩擦式離合器、牙嵌式離合器,磁粉式離合器以及轉(zhuǎn)差式離合器；按其工作條件可分為濕式離合器和干式離合器；按其電流饋入的方式可分為有滑環(huán)離合器和無滑環(huán)離合器。 選擇離合器的型號規(guī)格之前,必須充分了解各種離合器的動作特性及其優(yōu)缺點。在選擇離合器過程中最重要的因素是扭矩,扭矩表示所傳遞的動力,假如摩擦片數(shù)一定,則所傳遞扭矩大小和離合器有效半徑相對應(yīng)。但在實際上,速度、溫度、摩擦片的磨損情況,污染情況都影響工作扭矩。 在設(shè)計過程中,

56、計算扭矩是工作載荷的慣性和運動載荷的慣性之和,用T表示計算扭矩可用下式求出： 式中 -----旋轉(zhuǎn)組件的重量 K-------旋轉(zhuǎn)組件的回轉(zhuǎn)半徑 N----回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 S----工作安全系數(shù) ---直線運動組件的重量 V-----線性速度 R-----變旋轉(zhuǎn)運動為直線運動皮帶輪的半徑 g-----9.8 t-----機(jī)器啟動所需時間 ----電磁離合器吸合時間 但在實際工作中,很多設(shè)備的精確載荷難以計算。一般是根據(jù)輸入動力確定所需扭矩。 式中P---輸入功率 S---工作安全系數(shù) N---輸入轉(zhuǎn)數(shù) 從上式中看出,對扭矩影響

57、最大的是安裝離合器軸的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)。因此。一定動力下,較高的轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)低的扭矩,因此,在設(shè)計中盡可能將離合器裝在傳動鏈中轉(zhuǎn)速較高的位置,這通常要求離合器和電機(jī)同軸。 本設(shè)計中的主軸箱采用的是油潤滑,所以選用的電磁式離合器是濕式的。 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系,而且Ⅰ軸的扭矩小于Ⅱ軸的扭矩,分析后,選擇在Ⅰ軸上的兩個離合器均為DLM5系列離合器,其型號為DLM5-10；Ⅱ軸上的扭矩大于Ⅰ軸,其型號可選為DLM5-25。 4.軸的設(shè)計和驗算 4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)床傳動軸,廣泛采用滾動軸承作支承。軸上要安裝齒輪、離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作。 傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)

58、度、剛度。如撓度和傾角過大,將使齒輪嚙合不良,軸承工作條件惡化,使振動、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大。 兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。 所以,在設(shè)計軸時要充分考慮軸的強(qiáng)度剛度等因素。在選擇材料和估算直徑都要滿足條件,估算完以后還要對軸的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是使軸的各部分具有合理的結(jié)構(gòu)和尺寸。 影響軸的結(jié)構(gòu)的因素很多,因此軸的結(jié)構(gòu)沒有標(biāo)準(zhǔn)形式。設(shè)計時,必須針對軸的具體情況作具體分析,全面考慮解決。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要： 〔1〕裝在軸上的零件有確定的位置。且布置合理； 〔2〕軸受力合理,能可靠地傳遞力和轉(zhuǎn)矩,有利于提高強(qiáng)度和剛

59、度； 〔3〕具有良好的工藝性； 〔4〕便于安裝和調(diào)整； 〔5〕節(jié)省材料,減輕質(zhì)量。 Ⅰ軸〔輸入軸〕的設(shè)計 Ⅰ軸的特點:1．將運動傳入變速箱的齒輪,一般都安裝在軸端,軸變形較大,結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意加強(qiáng)軸的剛度或使軸不受帶的拉力〔帶輪卸荷〕;2．若Ⅰ軸上安裝正反向的離合器,由于組成離合器的零件很多,在箱裝配很不方便,一般都希望在箱外將Ⅰ軸組裝好后在整體裝入箱〔最好連皮帶輪也組裝在上面〕。 卸荷裝置:帶輪將動力傳到Ⅰ軸有兩類方式：一類是帶輪直接裝在Ⅰ軸上。除了傳遞扭矩外,帶的拉力也作用在軸上。另一類是帶輪裝在軸承上,軸承裝在套筒〔法蘭盤〕上,傳給軸的只是扭矩,徑向力由固定在箱體上的套筒承受。這

60、種結(jié)構(gòu)稱為卸荷裝置。 4.2 軸的強(qiáng)度校核<以Ⅰ軸為例> 4.2.1選擇軸的材料 由于這個車頭箱傳動的功率不大,分別為4和5.5KW,對其重量和尺寸也無特殊要求,故此輸入軸采用45鋼。 4.2.2初估軸徑 按扭矩初估軸的直徑,查表10-2<見參考書2>得C=106～117,考慮到安裝帶輪的軸段僅受扭矩作用,取C=106,則 4.2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計 〔1〕各軸段直徑的確定 初估直徑后就可按照軸上零件的安裝順序,從處開始逐段確定直徑?？紤]到軸段1上安裝帶輪,上面將安裝有軸承為了符合軸承徑系列,即軸段的直徑應(yīng)與軸承型號的選擇同時進(jìn)行,取軸承代號為6306的深溝球軸承,其孔直徑

61、為30,同理可取其他各段軸的徑； 〔2〕各軸長度的選擇 軸段一處上要安裝有帶輪、軸承、密封圈等,根據(jù)這些部件的尺寸,可以得出各段軸段的長度。各個軸段尺寸的確定主要是根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定。而另一些軸段的長度除與軸上零件有關(guān)外,還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。通常從齒輪端面開始,為避免轉(zhuǎn)動零件與不動零件干涉,取齒輪端面與箱體壁的距離H=15mm,考慮箱體的鑄造誤差,軸承端面應(yīng)距箱體壁一段距離,取,考慮上下軸承座的聯(lián)接,取軸襯座寬度為45mm。 〔3〕軸上倒角及圓角為了保證軸承圈端面緊靠定位軸肩的端面,根據(jù)軸承手冊推薦,取軸肩圓角半徑為1mm。為方便加工,其他軸肩圓角半

62、徑均取為1mm,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),軸的左右端倒角均為。 上述確定尺寸和結(jié)構(gòu)的過程,與畫草圖同時進(jìn)行,結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖如下 4.2.4軸的受力分析 <1>畫軸的受力簡圖<見上圖-b>,因為齒輪為直齒圓柱齒輪,所以,齒輪上不存在軸向力。 <2>計算支承反力 在水平面上 在垂直面上 <3>畫彎矩圖〔見上圖-c d e〕 在水平面上 ,a-a剖面左側(cè) a-a剖面右側(cè) 在垂直面上 合成彎矩 a剖面左側(cè)和右側(cè)的彎矩相同 <4>畫彎矩圖〔見上圖-f〕 轉(zhuǎn)矩 T= <5>判

63、斷危險截面 顯然,a-a面處無論是彎矩還是扭矩都為最大,a-a面為危險截面 <6>軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 由表10-1查得, 在a-a截面左側(cè) [2] 合適。 <7>軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 由表10-1查得,,；,。 在a-a截面左側(cè) 由附表10-1查得,；由附表10-4查得絕對尺寸系數(shù),；軸經(jīng)磨削加工,由附表10-5查得表面質(zhì)量系數(shù)。則 彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù) 查文獻(xiàn)4表10-6得許用安全系數(shù),顯然,故a-a截面安全,即整個軸都是安全的,其彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均是足夠的。

64、4.3 軸的剛度校核<以Ⅰ軸為例> 軸受載后要發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形,如果變形過大,會影響軸上零件正常工作。 傳動軸除應(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)載荷和扭荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床機(jī)械傳動系統(tǒng)精度要求較高,不允許有較大變形。剛度要求保證軸在〔彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)〕不致產(chǎn)生過大的變形〔彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角〕。如果剛度不足,軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作,或者產(chǎn)生振動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此,必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常,先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑,畫出草圖之后,再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸,驗算彎曲剛度。 Ⅰ軸的直徑按扭轉(zhuǎn)剛度估

65、算,上文已完成,估算出的直徑為40mm. 機(jī)床傳動軸的彎曲剛度驗算,主要驗算軸上裝齒輪和軸承處的撓度y和傾角θ。各類軸的撓度y和傾角θ,應(yīng)小于彎曲剛度的許用值[Y]和[θ]值,即： y≤[Y]；θ≤[θ]值,即： 軸的彎曲變形的允許值： 安裝齒輪的軸允許的撓度為〔0.01～0.03〕m 計算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的撓度y和傾角θ時,一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁,當(dāng)軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時,可把軸看作等徑軸,采用平均直徑〔>來計算。計算公式為：圓軸： 平均直徑 慣性矩 Ⅰ軸為圓軸,其平均直徑 慣性矩 計算撓度: a

66、 段: 其中P----力載荷 I----截面慣性矩 M---彎矩載荷 θ----傾角 y----撓度 x----所求之點距離 E-----軸材料的彈性模量,鋼材E= b段: c段: 由圖分析得, a 段撓度 x的值為0和97.1之間由求導(dǎo)得x的值為97.1時,撓度最大,其撓度值為0.0025081,而軸的撓度的允許值為<0.01～0.03>m,其中m為齒輪模數(shù), 所以,[y]=0.03～0.09mm 可知a 段撓度<[y] b段撓度 = 對式子求導(dǎo),得到撓度為最大時, 求得 其撓度值也<[y] 再由公式計算得到幾個受力端點處的撓度,由計算可得同樣<[y] 所以,撓度符合要求 傾角的校核 由分析可知,最大傾角出現(xiàn)在左支承點處 其傾角為弧度 左支承處裝有深溝球軸承,其許用傾角為[θ]=0.0025rad 可得最大傾角<許用傾角[θ] 所以軸的剛度符合要求. 5．主軸變速箱的裝配設(shè)計 箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計:設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件〔傳動軸、軸承、帶輪