CW61100E型臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【主軸箱設(shè)計(jì)】帶CAD圖紙和說(shuō)明書
CW61100E型臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【主軸箱設(shè)計(jì)】帶CAD圖紙和說(shuō)明書,主軸箱設(shè)計(jì),cw61100e,臥式,車床,傳動(dòng)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主軸,設(shè)計(jì),cad,圖紙,以及,說(shuō)明書,仿單
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
題目：臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
1.設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r
本設(shè)計(jì)已經(jīng)完成以下內(nèi)容：
（1）對(duì)于在開(kāi)題答辯中，老師對(duì)我的主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)，開(kāi)題報(bào)告中提出的相關(guān)問(wèn)題，我修改了部分設(shè)計(jì)，并通過(guò)了指導(dǎo)老師的檢查；完善了開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容和格式。
（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)布置的相關(guān)規(guī)定、規(guī)范和原則，確定該主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)，完成了總體設(shè)計(jì)。
（3）完成了傳動(dòng)部分的計(jì)算。
1.1機(jī)床的主參數(shù)如表1所示：
床身最大回轉(zhuǎn)直徑
1000mm
最小加工工件直徑
100mm
頂尖間最大工件長(zhǎng)度
1500-16000mm
刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑
630mm
頂尖間最大工件重量
6000kg
表1
1.2主運(yùn)動(dòng)參數(shù):
據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)典型加工條件，當(dāng)工件直徑為800～1000mm時(shí)，極限切削速度 取100m/s。
最小切削速度 按典型加工的兩種情況取不同的數(shù)值:
① 高速鋼車刀精車絲杠=1.5m/s;
② 高速鋼車刀低速車削盤類零件，=8m/s 。
主軸轉(zhuǎn)速確定:
由以上典型加工條件, 確定本機(jī)床主要加工直徑范圍為100～600mm。主軸轉(zhuǎn)速與切削速度的關(guān)系:
, v 為切削速度
式中的 或，不是該機(jī)床可能加工的最小或最大直徑，而是機(jī)床全部工藝范圍內(nèi)可以用最大切削速度來(lái)加工時(shí)的最小工件直徑和用最小切削速度來(lái)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。
取
主軸最低轉(zhuǎn)速：
①
② 取
變速范圍，符合普通車床Rn 為40～200 的變速范圍, 且Rn 值較大, 表明本機(jī)床有良好的加工工藝性能。
1.3切削力的計(jì)算
由于切削過(guò)程的復(fù)雜性，并且影響它的因素又多，因此目前尚未導(dǎo)出簡(jiǎn)便計(jì)算進(jìn)給力、徑向力、切削力 的理論公式，一般都是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，由測(cè)力儀得到切削力后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立經(jīng)驗(yàn)公式。在建立經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，大多數(shù)都是將背吃刀量、進(jìn)給量及切削速度這三個(gè)主要因素作為可變因素，而其它影響因素則用修正系數(shù)間接計(jì)算，從而得出、、 三個(gè)分力的計(jì)算公式:
=Pαafkfvr·kvFz·krFz·kaFz·kvbFz·khFz·kuFz·kbr1Fz
=PαfkfFy·kvFy·krFy·kaFy·kvbFy·khFy·kuFy·kbr1Fy
=PαfkfFx·kvFx·krFx·kaFx·kvbFx·khFx·kuFx·kbr1Fx
式中及下列各參數(shù)均是以實(shí)驗(yàn)條件得出, 切削深度、進(jìn)給量、切削速度以實(shí)驗(yàn)條件中最大值計(jì)算, 而不是本機(jī)床實(shí)際所加工最大允許量, 詳見(jiàn)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》:
P——單位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2;
——切削深度, 1～5mm, 取 αp=5mm;
F——進(jìn)給量, 0.1～0.5mm/r, 取 f=0.5mm/r;
v——切削速度, 90～105m/min, 取 v=105m/min。
以上取值及各修正系數(shù)源于《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
經(jīng)計(jì)算：=586.3kgf
據(jù)手冊(cè)，=0.35～0.5，取=0.43
=0.35～0.5，取=0.43
則=252kgf; =252kgf
總切削F=++=1090.5kgf=10697.8N
機(jī)床切削總功率: V/1000=10697.8×105 /(60×1000)=18.7kW
按上面所列式求得切削功率后, 還需考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率, 機(jī)床的電機(jī)功率為
≥Pc/ηm, 式中ηm 為機(jī)床的傳動(dòng)效率, 一般取為0.75～0.85, 取0.85 計(jì)算, 計(jì)算得≥=22kW。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P178可得，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y200L2-6，滿載時(shí)，其轉(zhuǎn)速為970r/min。
2.存在問(wèn)題及解決措施
存在的問(wèn)題：在選擇變速組中方案，擬定轉(zhuǎn)速圖中還有所欠缺，在本設(shè)計(jì)里選用了一部分非標(biāo)準(zhǔn)件，在綜合考慮結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)等方面還是有所欠缺。我會(huì)認(rèn)真的參考資料積極地和同學(xué)討論，向老師請(qǐng)教。還有就是繪圖時(shí)不能完全按照設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果畫出相一致的圖。
解決措施：繼續(xù)完善設(shè)計(jì)方案，從圖中改進(jìn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，以求更加精確。
3.后期工作安排
對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，改進(jìn)中期設(shè)計(jì)中存在的缺點(diǎn)，如合理地分配各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，采用合理的齒輪塊結(jié)構(gòu)。
第6-7周：初步完成傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外文翻譯；準(zhǔn)備中期檢查報(bào)告，并進(jìn)行中期答辯；
第8-15周：完成主傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，完成裝配圖及零件圖；
第16-18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
院（系） 專業(yè) 班 姓名 學(xué)號(hào)
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.題目背景和意義：
現(xiàn)代臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要滿足動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求，還要盡量設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動(dòng)系統(tǒng)。天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CW61100E型臥式車床是國(guó)內(nèi)該系列的代表性產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)和功能都已經(jīng)比較完善。但是隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,產(chǎn)品在某些功能方面已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。
3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：
（1）針對(duì)CW61100E型臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設(shè)計(jì)其主傳動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和分析； （2）繪制該傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖。
4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）：
（1）1—3周：調(diào)研并收集資料；（2）3—6周：確定該主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)；（3）7—11周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；（4）12—15周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖（5）16-18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯。
5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇，不少于10000字；
① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 2周
② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 機(jī)構(gòu)裝配圖，A0圖紙（折合）2張；
③ 其他要求： 外文翻譯不少于1000字，參考文獻(xiàn)不少于15篇。
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
學(xué)生簽名： 年 月 日
系（教研室）主任審批： 年 月 日
說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入附件冊(cè)，一份教師自留。
畢I-2
2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。
外文翻譯
新工具使新機(jī)器設(shè)計(jì)最優(yōu)
當(dāng)加工鋁時(shí)，我們主要關(guān)心的是：鋁粘住加工切削邊緣的傾向；保證有好的碎片排屑形成切削邊緣；和保證工具有足夠的中心強(qiáng)度來(lái)承受切削力而不被破壞。
技術(shù)發(fā)展，比如：Makino MAG系列，已經(jīng)使工具商重新考慮任何工藝水平的機(jī)器技術(shù)。用正確的加工和編程思路是很重要的。
材料，涂料和幾何形狀是與減小我們所關(guān)注問(wèn)題相關(guān)系的工具設(shè)計(jì)的三個(gè)因素。如果這些因素不能一起很好的配合，成功的調(diào)整磨削是不可能的。為了成功進(jìn)行高速鋁加工，理解這三個(gè)因素是很必要的。
使組合邊緣最小化
當(dāng)加工鋁時(shí)，一個(gè)失敗的切削工具模式是，被加工的材料粘住工具切削邊緣。這種情況會(huì)很快削弱工具的切削能力。由粘著的鋁形成的組合邊緣會(huì)導(dǎo)致工具變鈍，以至不能切削材料。工具材料選擇和工具涂料選擇是被工具設(shè)計(jì)者用來(lái)減小組合邊緣出現(xiàn)的主要工藝。
亞微米微粒碳化物材料要求很高的鈷濃度來(lái)獲得良好的微粒結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度屬性。隨著溫度的升高，鈷與鋁發(fā)生反應(yīng)，鈷使鋁與暴露的工具材料碳化物相粘合。一旦鋁開(kāi)始粘住工具，鋁會(huì)在快速的在工具上形成組合邊緣，使工具不可用。
在切削的進(jìn)程中，減小鋁粘合著的工具的暴露碳化物的秘訣就是找到正確的碳化物的平衡來(lái)提供足夠的材料強(qiáng)度。在加工鋁時(shí)，為了減小粘附，使用能提供足夠硬度的紋理粗糙的碳化物來(lái)獲得平衡，來(lái)使變鈍變慢。
工具涂料
當(dāng)嘗試減小組合邊緣時(shí)，第二個(gè)應(yīng)該考慮的工具設(shè)計(jì)因素是工具涂料。工具涂料的選擇包括：TiN, TiAIN, AITiN，鉻氮化物，鋯氮化物，鉆石和鉆石般的涂料（DLC）。擁有這么多的選擇，航空航天磨削商店需要知道在鋁的高速加工應(yīng)用中哪一種工作最有效。TiN, TiCN, TiAIN, 和 AITiN工具的PVD涂裝應(yīng)用進(jìn)程使這些選項(xiàng)不合適鋁的應(yīng)用。PVD涂裝進(jìn)程建立了兩個(gè)使鋁粘住工具的模式---表面的粗糙程度和鋁與工具涂料之間的化學(xué)反應(yīng)。PVD進(jìn)程形成了一個(gè)表面，這表面是比底層材料更粗糙的。由這個(gè)進(jìn)程形成的表面“凹凸”使工具中的鋁在凹處快速集結(jié)。由于涂料有金屬晶體和鐵晶體特征，PVD涂料是可以和鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的。一種TiAIN涂料通常是包含鋁的，這鋁很容易和相同材料的切削表面粘合。表面粗糙度和化學(xué)反應(yīng)特性將會(huì)導(dǎo)致工具和工作片體粘在一起，以致形成組合表面。
OSG Tap and Die主導(dǎo)的試驗(yàn)中，人們發(fā)現(xiàn)在高速加工鋁時(shí)，一個(gè)沒(méi)有涂染過(guò)紋理粗糙的碳化物的工具的表面優(yōu)于用TiN, Ticn, TiAIN, 或者ALTiN涂染過(guò)的工具。這個(gè)試驗(yàn)不意味著所有工具涂料將減小工具的表現(xiàn)。鉆石和DLC涂料可生成一個(gè)非常光滑的化學(xué)惰性的表面。在切削鋁材料時(shí)，這些涂料很認(rèn)為是能非常有效的提高工具的壽命。
鉆石涂料被認(rèn)為是表現(xiàn)最佳的涂料，但這種涂料要一個(gè)很可觀的成本。對(duì)于表現(xiàn)價(jià)值，DLC涂料提供最佳成本，增加大約20%-25%的總工具成本，而壽命相對(duì)于未涂染過(guò)紋理粗糙的碳化物的工具來(lái)是，是增長(zhǎng)得很明顯的。
幾何形狀
高速鋁加工工具設(shè)計(jì)的拇指定律就是使微粒排屑空間最大化。這是因?yàn)殇X是一種非常柔軟的材料。Federate通常是可以增長(zhǎng)的，它生成更多更大的微粒。
Makino MAG-Series航空航天磨削機(jī)器，比如MAG4,要求額外關(guān)注工具幾何休和工具強(qiáng)度。擁有強(qiáng)大的80-hp的心軸的 MAG-Series機(jī)器將折斷工具如果他們不是用足夠的中心強(qiáng)度設(shè)計(jì)的。
總的來(lái)說(shuō)，鋒利的切削邊緣一直都可以用來(lái)避免鋁的延伸。一個(gè)鋒利的切削邊緣將形成高剪切和高表面清潔，形成一個(gè)更好的表面和使表面振動(dòng)最小化。結(jié)果是用優(yōu)良的紋理碳化物材料比紋理粗糙的碳化物材料更有可能獲得一個(gè)鋒利的切削邊緣。但由于鋁能粘住紋理好的材料，長(zhǎng)久保持這各邊緣是不太可能的。
粗略的折衷方案
紋理粗糙的材料是最好的折衷。那是一種很強(qiáng)大的材料，它能擁有一個(gè)可觀的切削邊緣。試驗(yàn)結(jié)果表明；在獲得長(zhǎng)的工具壽命的同時(shí)擁有好的表面的可以的。通過(guò)工具來(lái)進(jìn)行油霧冷卻是可以改進(jìn)切削邊緣的保持的。霧化逐漸使工具冷卻，消除溫度急增的問(wèn)題。
螺旋角度是一個(gè)額外的工具幾何考慮因素。傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，當(dāng)加工鋁時(shí)，帶有高螺旋角度的工具已經(jīng)被運(yùn)用。高螺旋角度可以使微粒更快地從部分脫離，但卻增加力和熱，這是由切削運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的。一個(gè)高螺旋角被用在工具上，并且很大數(shù)量的凹槽可以使微粒排泄。
當(dāng)以非常高的速度加工鋁時(shí)，由增加的力形成的熱量可能會(huì)引起微粒與工具焊接在一起。此外，一個(gè)有很高螺旋角的切削表面將比低角度的更快產(chǎn)生微粒。僅僅利用兩個(gè)凹槽工具設(shè)計(jì)使低螺旋角和足夠微粒排泄區(qū)域成為可能。由OSG主導(dǎo)的延伸性試驗(yàn)中，當(dāng)發(fā)展新工具流水線時(shí)，這被證明是最成功的方法。
New tools maximize new machine designs
The primary tooling concerns when machining aluminum are: minimizing the tendency of aluminum to stick to the tool cutting edges; ensuring there is good chip evacuation form the cutting edge; and ensuring the core strength of the tools is sufficient to withstand the cutting forces without breaking.
Technological developments such as the Makino MAG-Series machines have made tooling vendors rethink the any state-of-the-art machine technology. It is vital to apply the right tooling and programming concepts.
Materials coatings and geometry are the three elements in tool design that interrelate to minimize these concerns. If these three elements do not work together, successful high-speed milling is not possible. It is imperative to understand all three of these elements in order to be successful in the high-speed machining of aluminum.
Minimize Built-Up Edge
When machining aluminum, one of the major failure modes of cutting tools the material being machined adheres to the tool cutting edge. This condition rapidly degrades the cutting ability of the tool. The built-up edge that is generated by the adhering aluminum dulls the tool so it can no longer cut through the material. Tool material selection and tool coating selection are the two primary techniques used by tool designers to reduce occurrence of the built-up edge.
The sub-micron grain carbide material requires a high cobalt concentration to achieve the fine grain structure and the material’s strength properties. Cobalt reacts with aluminum at elevated temperatures, which causes the aluminum to chemically bond to the exposed cobalt of the tool material. Once the aluminum starts to adhere to the tool, it quickly forms a built-up edge on the tool rendering it ineffective.
The secret is to find the right balance of cobalt to provide adequate material strength, while minimizing the exposed cobalt in the tools for aluminum adherence during the cutting process. This balance is achieved using coarse-grained carbide that provides a tool of sufficient hardness so as to not dull quickly when machining aluminum while minimizing adherence.
Tool coatings
The second tool design element that must be considered when trying to minimize the built-up edge is the tool coating. Tool coating choices include TiN, TiAIN, AITiN, chrome nitrides, zirconium nitrides, diamond, and diamond-like coatings(DLC). With so many choices, aerospace milling shops need to know which one works best in an aluminum high-speed machining application.
The Physical Vapor Deposition (PVD) coating application process on TiN, TiCN, TiAIN, and AITiN tools makes them unsuitable for an aluminum application. The PVD coating process creates two modes for aluminum to bond to the tools――the surface roughness and the chemical reactivity between the aluminum and the tool coating.
The PVD process results in surface that is rougher that the substrate material to which it is applied. The surface”peaks and valleys” created by this process causes aluminum to rapidly collect in the valleys on the tool. In addition, the PVD coating is chemically reactive to the aluminum due to its metallic crystal and ionic crystal features. A TiAIN coating actually contains aluminum, which easily bonds with a cutting surface of the same material. The surface roughness and chemical reactivity attributes will cause the tool and work piece to stick together, thus creating the built-up edge.
In testing performed by OSG Tap and Die, it was discovered that when machining aluminum at very high speeds, the performance of an uncoated coarse-grained carbide tool was superior to that of one coated with TiN, Ticn, TiAIN, or ALTiN. This testing does not mean that all tool coatings will reduce the tool performance. The diamond and DLC coatings result in a very smooth chemically inert surface. These coatings have been found to significantly improve tool life when cutting aluminum materials.
The diamond coatings were found to be the best performing coatings, but there is a considerable cost related to this type of coating. The DLC coatings provide the best cost for performance value, adding about 20%-25%to the total tool cost. But, this coating extends the tool life significantly as compared to an uncoated coarse-grained carbide tool.
Geometry
The rule of thumb for high-speed aluminum machining tooling designs is to maximize space for chip evacuation. This is because aluminum is a very soft material, and the federate is usually increased which creates more and bigger chips.
The Makino MAG-Series aerospace milling machines, such as the MAG4, require an additional consideration for tool geometry-tool strength. The MAG-Series machines with their powerful 80-hp spindles will snap the tools if they are not designed with sufficient core strength.
In general, sharp cutting edges should always be used to avoid aluminum elongation. A sharp cutting edge will create high shearing and also high surface clearance, creating a better surface finish and finish and minimizing chatter or surface vibration. The issue is that it is possible to achieve a sharper cutting edge with the fine-grained carbide material than the coarse grained material. But due to aluminum adherence to the fine-grained material, it is not possible to maintain that edge for very long.
Coarse compromise
The coarse grained material appears to be the best compromise. It is a strong material that can have a reasonable cutting edge. Test results show it is able to achieve a very long tool life with good surface finish. The maintenance of the cutting edge is improved using an oil mist coolant through the tool. Misting gradually cools down the tools, eliminating thermal shock problems.
The helix angle is an additional tool geometry consideration. Traditionally when machining aluminum a fool with a high helix angle has been used. A high helix angle lifts the chip away from the part more quickly, but increases the friction and heat generated as result of the cutting action. A high helix angle is typically used on a tool with a higher number of flutes to quickly evacuate the chip from the part.
When machining aluminum at very high speeds the heat created by the increased friction may cause the chips to weld to the tool. In addition, a cutting surface with a high helix angle will chip more rapidly that a tool with a low helix angle. A tool design that utilizes only two flutes enables both a low helix angle and sufficient chip evacuation area. This is the approach that has proven to be the most successful in extensive testing performed by OSG when developing the new tooling line, the MAX AL.
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題目：臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
- 7 -
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景、研究意義
現(xiàn)代臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要滿足動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求，還要盡量設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動(dòng)系統(tǒng)。天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CW61100E型臥式車床是國(guó)內(nèi)該系列的代表性產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)和功能都已經(jīng)比較完善。但是隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品在某些功能方面已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。[1]
1.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況
1.2.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀：
近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。[2]
與國(guó)外的數(shù)控機(jī)床相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)床還存在以下幾方面的問(wèn)題：
產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性及服務(wù)等能力不強(qiáng)。國(guó)產(chǎn)機(jī)床在質(zhì)量、交貨期和服務(wù)等方面與國(guó)外著名品牌相比存在較大的差距。在質(zhì)量方面，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)MTBF與國(guó)際先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)相差較大。國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心的MTBF與國(guó)際上先進(jìn)水平也有較大差距。
自主創(chuàng)新能力不足。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)機(jī)床制造業(yè)的基礎(chǔ)、共性技術(shù)研究工作主要在行業(yè)性的研究院所進(jìn)行。能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新投入不足，引進(jìn)消化吸收能力差，低水平生產(chǎn)能力過(guò)剩，自主創(chuàng)新能力不高，缺乏優(yōu)秀技術(shù)人才。雖然國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購(gòu)重組以及國(guó)外采購(gòu)等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對(duì)基礎(chǔ)共性技術(shù)的研究，忽視了自主開(kāi)發(fā)能力的培育，企業(yè)的市場(chǎng)響應(yīng)速度慢。
功能部件發(fā)展滯后。機(jī)床是由各種功能部件（主軸單元及主軸頭、滾珠絲杠副、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控伺服系統(tǒng)等）在床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架上集裝而成的，功能部件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)與數(shù)控機(jī)床功能部件的發(fā)展是相互依賴、共同發(fā)展的，所以功能部件的創(chuàng)新也深深地影響著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。我國(guó)數(shù)控機(jī)床功能部件已有一定規(guī)模，電主軸、主軸單元、數(shù)控系統(tǒng)等也有專門的制造廠家，其中個(gè)別產(chǎn)品的制造水平接近國(guó)際先進(jìn)水平。但整體上，我國(guó)機(jī)床功能部件發(fā)展緩慢、品種少、產(chǎn)業(yè)化程度低，精度指標(biāo)和性能指標(biāo)的綜合情況還不過(guò)硬。目前，滾珠絲杠、數(shù)控刀架、電主軸等功能部件僅能滿足中低檔數(shù)控機(jī)床的配套需要。衡量數(shù)控機(jī)床水平的高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速精密電主軸、高速滾動(dòng)功能部件等還依賴進(jìn)口。[3]
1.2.2數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)：
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(shì)。[4]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；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(shì)。
2.智能化技術(shù)有新突破數(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)。
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。
4.精密加工技術(shù)已從原來(lái)的絲級(jí)（0.01mm）提升到目前的微米級(jí)（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右；從這些事實(shí)技術(shù)可以看出整個(gè)機(jī)加工進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)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。[5]
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1本課題研究的主要內(nèi)容
（1）針對(duì)CW61100E型臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設(shè)計(jì)其主傳動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和分析；
（2）繪制該傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖。
2.2研究方案
機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，在機(jī)床傳動(dòng)中實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)變速的方法有電氣傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)的變速運(yùn)動(dòng)，還有機(jī)械變速等多種形式。
機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛，主要是指利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞。圖1所示為機(jī)械傳動(dòng)形式。
圖 1 機(jī)械傳動(dòng)形式
1-交流電動(dòng)機(jī)；2-變速機(jī)構(gòu)；3-主軸
機(jī)械傳動(dòng)主要由以下幾部分組成:
(l)定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu):具有固定傳動(dòng)比或固定傳動(dòng)關(guān)系的傳功機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、螺桿傳動(dòng)。
(2)變速機(jī)構(gòu)：改變機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。如滑動(dòng)齒輪變速機(jī)構(gòu)、離合器式齒輪變速機(jī)構(gòu)等。
(3)換向機(jī)構(gòu)：變換機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)構(gòu)。為了滿足加工的不同需要(例如車螺紋時(shí)刀具的進(jìn)給和返回，車右旋螺紋和左旋螺紋等)。機(jī)床的主傳動(dòng)部件和進(jìn)給傳動(dòng)部件往往需要正、反向的運(yùn)動(dòng)?？梢灾苯永秒妱?dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機(jī)構(gòu)等。
(4)操縱機(jī)構(gòu)：用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件變速、換向、啟動(dòng)、停止、制動(dòng)及調(diào)整的機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的操縱機(jī)構(gòu)包括乎柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。
(5)箱體及其他裝置箱體用以支承和連接各機(jī)構(gòu)，并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常工作，還要設(shè)有開(kāi)停裝置、制動(dòng)裝置、潤(rùn)滑與密封裝置等。
液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式，它通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置（液壓泵），將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，然后通過(guò)封閉管道、控制元件等，由另一能量裝置（液壓缸、液壓馬達(dá)）將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2所示為液壓傳動(dòng)形式。
圖 2 液壓傳動(dòng)形式
1-交流電動(dòng)機(jī)；2-油泵；3-油箱；4-液壓控制裝置；5-液動(dòng)機(jī)；6-主軸
液壓傳動(dòng)主要由以下幾部分組成:
(1)動(dòng)力元件—油泵。其作用是將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，是能量轉(zhuǎn)換裝置(能源)。
(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—油缸或油馬達(dá)。其作用是把油泵輸人的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑考臋C(jī)械能.它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置(液動(dòng)機(jī))。
(3)控制元件—各種閥。其作用是控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量(速度)及流動(dòng)方向。
(4)輔助裝置—油箱、油管、濾油器、壓力表等。其作用是創(chuàng)造必要的條件，以保證液壓系統(tǒng)正常工作。
(5)工作介質(zhì)—礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。
機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)相比較，其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
(l)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，適用于定比傳動(dòng);
(2)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。能傳遞較大的扭矩;
(3)故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。
因此，機(jī)械傳動(dòng)主要用于速度不太高的有級(jí)變速傳動(dòng)中。根據(jù)CW61100E臥式機(jī)床的要求，選擇機(jī)械傳動(dòng)方式。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3所示。
圖 3 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
1-交流電動(dòng)機(jī)；2-帶傳動(dòng)；3-齒輪變速機(jī)構(gòu)；
I、II、III-傳動(dòng)軸；IV-主軸
機(jī)床的動(dòng)力由交流電動(dòng)機(jī)提供，經(jīng)過(guò)V帶傳動(dòng)至變速箱內(nèi)，箱內(nèi)變速機(jī)構(gòu)由多根傳動(dòng)軸及多組齒輪副組成，動(dòng)力經(jīng)過(guò)變速機(jī)構(gòu)傳遞至主軸輸出。
2.3研究方法與措施
1.參數(shù)擬定：根據(jù)機(jī)床類型，規(guī)格和其他特點(diǎn)，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合世界條件和情況，并與同類機(jī)床對(duì)比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速和，公比（或級(jí)數(shù)Z），主傳動(dòng)電機(jī)功率N。
2.傳動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)擬定的參數(shù)，通過(guò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖的分析，確定轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)方案和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)圖，計(jì)算各轉(zhuǎn)動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。
3.動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)：估算齒輸模數(shù)m和直徑d，選擇和計(jì)算反向離合器，制動(dòng)器。將各傳動(dòng)件及其它零件在展開(kāi)圖和剖面圖上做初步的安排，布置和設(shè)計(jì)。
4.軸和軸承的驗(yàn)算：在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對(duì)一根傳動(dòng)軸的剛度和該軸系的軸承的壽命進(jìn)行驗(yàn)算。
5.主軸變速箱裝配設(shè)計(jì)：主軸變速箱裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進(jìn)行設(shè)計(jì)和會(huì)制的。圖上各零件要表達(dá)清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。
3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作。
3.1的難點(diǎn)與重點(diǎn)
在進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)各主要技術(shù)參數(shù)和特性參數(shù)較高、低檔減速比、主軸額定轉(zhuǎn)速、功率損失等進(jìn)行計(jì)算, 對(duì)這些參數(shù)的相互關(guān)系和相互影響以及對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)行分析。我們自己資料比較少，因?yàn)橐ㄟ^(guò)互聯(lián)網(wǎng)和圖書館來(lái)查找相關(guān)資料。
主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)通常是根據(jù)機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)和要求，擬定主軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖，可能會(huì)遇到齒輪的布置不合理，滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式不當(dāng)?shù)?，因此，要從幾分設(shè)計(jì)方案中選出最佳方案，然后計(jì)算齒輪的齒數(shù)及皮帶輪直徑等，最后繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。
3.2前期已展開(kāi)工作
通過(guò)查找資料，已經(jīng)了解CW61100E臥式機(jī)床主要參數(shù)和規(guī)格，確定傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)，為下一步的設(shè)計(jì)計(jì)算以及繪制裝配圖做好準(zhǔn)備。
4.本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）
（1）1—3周：調(diào)研并收集資料；
（2）4—6周：確定該主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)；
（3）7—11周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
（4）12—15周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖；
（5）16-18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）：
指導(dǎo)教師： 年 月 日
所在系審查意見(jiàn)：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
[1] 王宏 張永生 李采芝 安波. CW61100E 數(shù)控改造中的主傳動(dòng)設(shè)計(jì)[J].
蘭州理工大學(xué)材料學(xué)院, 2007,36(1):28-75
[2] 許郁生.中國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)需求[J]. 中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì),2005.45(1).12-13
[3] 盛伯浩.我國(guó)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展策略.現(xiàn)代金屬加工,2005(6):38-45
[4] 魯方霞 鄧朝暉. 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)[J].2006.40(3):44-48
[5] 高文章. 數(shù)控機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J]. 北京數(shù)控技術(shù)開(kāi)發(fā)中心. 1995.23(2).45-46
[6] 陳鐵鳴 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.8 :38-49
[7] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1982.(5):12-45
[8] 王愛(ài)玲 主編 《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》，國(guó)防工業(yè)出版社，2003.(4):43-69
[9] 禹宏云. 數(shù)控車床主傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)[ J] . 機(jī)械傳動(dòng), 2001,( 2) : 41- 43.
[10] 文懷興, 夏田. 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M] . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006. 7:23-25
[11] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計(jì)[M] .北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.10:12-13
[12] 孫靖民.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1985.12:78-79
[13] 湯文成,車床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的研究.機(jī)床,1990,(4):44-47
[14] 吳玉厚著.數(shù)控機(jī)床電主軸單元技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2.3-5
[15] 李秀英,滕弘飛.機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989.6.5-7
[16] M.Weck,M.Schmidt,A new method for determining geometric accuracy in the axis of movement of machine tools,Precision Engineering 8(2)(1986) 97–103.
[17] G.X.Zhang,R.Quyang,B.Lu,et al.,A displacement method for machine geometry calibration,Annals of the CIRP 37(1)(1988)515–518.
[18] G.Q.Chen,J.X.Yuan,J.Ni,A displacement measurement approach for machine geometric error assessment,International Journal of Machine Tools& Manufacture 41(2001)149–161.
收藏