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編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923148 學(xué)生姓名： 肖 宇 指導(dǎo)教師： 尤 麗 華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書(shū) 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CK6163 型 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的 成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、 集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923148 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú) 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書(shū) 一、題目及專(zhuān)題： 1、題目 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 2、專(zhuān)題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 受益于國(guó)家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境和強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求拉動(dòng)， 國(guó)內(nèi)機(jī)床工具行業(yè)出現(xiàn)了技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展、投資熱情高漲的局面。數(shù) 控機(jī)床的水平、品種和生產(chǎn)能力直接反映了國(guó)家的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合 國(guó)力。數(shù)控機(jī)床作為國(guó)防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要 的制造手段，是國(guó)防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。數(shù)控機(jī)床一般由 輸入介質(zhì)、人機(jī)交互設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、 主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋裝置和適應(yīng)控制裝置等部 分組成。隨著振興裝備制造業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域的高水平新產(chǎn)品的發(fā)展，每 個(gè)領(lǐng)域都對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求。CK6163 型數(shù)控機(jī)床也被 廣泛運(yùn)用。此次進(jìn)行對(duì) CK6163 型數(shù)控機(jī)床的床頭箱、變速箱以及 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： II 1、完成 CK6163 數(shù)控機(jī)床的床頭箱設(shè)計(jì)； 2、完成 CK6163 數(shù)控機(jī)床變速箱設(shè)計(jì)； 3、完成 CK6163 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4、完成 CK6163 型數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的設(shè)計(jì)； 5、完成 CK6163 型數(shù)控機(jī)床的零件設(shè)計(jì)； 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 肖 宇 五、開(kāi)始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)，機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是 數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看,其主要研究熱點(diǎn)有以 下幾個(gè)方面：1．功能發(fā)展方向；2．結(jié)構(gòu)體系發(fā)展方向；3．高速、高效、高精度、高可 靠性發(fā)展方向； CK6163 型數(shù)控機(jī)床是開(kāi)環(huán)式的數(shù)字程序控制車(chē)床。 能進(jìn)行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓 弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機(jī)床主軸的啟動(dòng)、停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動(dòng)控制。并具有直線、錐度、直螺紋和 錐螺紋等自動(dòng)循環(huán)機(jī)能。 CK6163 型數(shù)控機(jī)床有床頭箱、變速箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架、控制箱等組成。床頭箱中 由操縱油缸中的活塞桿帶動(dòng)拔叉來(lái)控制雙向內(nèi)齒離合器的接通或放松，使主軸實(shí)現(xiàn)四級(jí) 變速。主運(yùn)動(dòng)采用分離傳動(dòng)從而使變速箱實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速。進(jìn)給機(jī)構(gòu)由床鞍縱向進(jìn)給電液 脈沖馬達(dá)、滾珠絲杠副和中間傳動(dòng)齒輪副組成。 關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；床頭箱；變速箱；進(jìn)給機(jī)構(gòu)；滾珠絲杠； IV Abstract Numerical control technology is the core technology of the advanced manufacturing technology and equipment, machinery manufacturing competition, and its essence is the competition of numerical control technology.From the numerical control technology and equipment development trend, its main research focus has the following several aspects：1 .The direction of function development；2. The direction of structural system development；3. High speed, high efficiency, high precision and high reliability； CK6163 numerical controlled machine tool is the open loop type digital program controlled lathe. To inside and outside the cylinder, cone surface, such as processing arc face, straight thread and taper thread. Start, stop, and variable speed machine tool spindle, longitudinal and transverse feed motion of stroke and speed, transformation and the cooling of a tool, can be controlled automatically. And with a straight line, taper, straight thread and automatic cycle function of taper thread and so on. CK6163 numerical controlled machine tool headstock, transmission, feeding mechanism, tool carriage, control box, etc. Bedside box by manipulating the oil cylinder piston rod to control the bidirectional drive fork of the internal tooth clutch connected or relax, for level 4 speed of spindle. Separation is used in the main movement transmission so that realize four speed gearbox. Feed mechanism by the bed saddle longitudinal feed electric hydraulic pulse motor, ball screw pair and the intermediate transmission gears. Key words: Numerical control technology; Bedside cabinet; Gearbox; Feed mechanism; Ball screw; V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2 2 總體方案 3 2.1 CK6163 的現(xiàn)狀和發(fā)展 3 2.2 CK6163 臥式車(chē)床的總體方案 3 3 主軸箱的設(shè)計(jì) 4 3.1 主軸箱的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)4 3.1.1 已知條件 .4 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析式 .4 3.1.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 .4 3.1.4 確定轉(zhuǎn)速圖 .5 3.1.5 確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù) .6 3.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)7 3.2.1 漸開(kāi)線直齒輪設(shè)計(jì) .7 3.2.2 斜齒輪設(shè)計(jì) .8 3.3 主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì)11 3.3.1 確定主軸最小直徑 .11 3.3.2 主軸最佳跨距的確定 .11 3.3.3 主軸剛度的校核 .12 3.4 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)12 3.5 滾珠螺母絲杠14 3.5.1 滾珠絲杠副的種類(lèi)與結(jié)構(gòu) .14 3.5.2 內(nèi)循環(huán)式 .14 3.5.3 外循環(huán)式 .14 3.5.4 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù) .15 3.5.5 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .15 3.5.6 滾珠絲杠副的安裝支撐方式 .15 4 變速箱的設(shè)計(jì) 17 4.1 運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算17 4.1.1 參數(shù)確定的步驟和方法 .17 4.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)18 4.2.1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 .18 VI 4.2.2 主傳動(dòng)順序的安排 .19 4.2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 .19 4.2.4 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植 19 4.2.5 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇 .20 4.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定20 4.3.1 主電機(jī)的選定 .20 4.3.2 雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 20 4.3.3 電機(jī)的安裝和外形 20 4.3.4 常用電機(jī)的資料 21 4.3.5 齒輪傳動(dòng)比的限制 21 4.4 帶輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)21 4.4.1 帶輪直徑確定的方法、步驟 21 4.4.2 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 21 4.4.3 選擇三角帶的型號(hào) 21 4.4.4 確定帶輪的計(jì)算直徑 D1、D 2 22 4.5 齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)24 4.6 電磁離合器的選擇28 4.6.1 按扭距選擇 28 4.6.2 步驟 28 4.7 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算29 4.7.1 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 4.7.2 軸Ⅶ的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 4.8 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算34 4.8.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 4.8.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 34 5 結(jié)論與展望 .40 5.1 結(jié)論40 5.2 不足之處及未來(lái)展望40 致謝 .41 參 考 文 獻(xiàn).42 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 數(shù)控機(jī)床通常由控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)及其他輔助系統(tǒng)組成。 數(shù)控機(jī)床相比較于普通機(jī)床有以下特點(diǎn)：（1）加工精度高，擁有穩(wěn)定加工質(zhì)量； （2）擁有多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工較為復(fù)雜的工件；（3）加工時(shí)間短；（4）生產(chǎn)效 率高；（5）自動(dòng)化程度高，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 數(shù)控機(jī)床的控制方式有很多種，主要分為開(kāi)環(huán)控制，閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。開(kāi) 環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有反饋裝置，系統(tǒng)不會(huì)計(jì)算誤差，精度不高，但屬于經(jīng)濟(jì)型；閉環(huán)控制 系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)都裝有反饋裝置，他們區(qū)別在于反饋檢測(cè)裝置安裝位置不同， 閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋裝置在工作臺(tái)上，而半閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋裝置在軸端或者絲桿 上。本次研究的 CK6263 型數(shù)控機(jī)床的控制就屬于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 CK6163 型數(shù)控車(chē)床，是車(chē)床中應(yīng)用最廣泛、最典型的一種數(shù)控車(chē)床。該機(jī)床是 開(kāi)環(huán)式的數(shù)字控制車(chē)床。能進(jìn)行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋 等加工。機(jī)床主軸的起動(dòng)、停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程和速度，刀具的 變換和冷卻，都可以自動(dòng)控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動(dòng)循環(huán)功能。 在該機(jī)床中采用液壓卡盤(pán)、液壓尾座、快換刀架和機(jī)床外對(duì)刀裝置。該機(jī)床使用于加 工形狀復(fù)雜的中小批量的零件。 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)方式分為集中傳動(dòng)方式和分離傳動(dòng)方式。集中傳動(dòng)是指主傳動(dòng) 和變速傳動(dòng)在同一個(gè)主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)方式，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操作， 安裝調(diào)整方便，主要用于普通精度的大中型機(jī)床；分離傳動(dòng)是指主傳動(dòng)的大部分傳動(dòng) 和變速傳動(dòng)安裝于遠(yuǎn)離主軸的單獨(dú)變速箱內(nèi)，通過(guò)帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳到主軸箱的傳動(dòng)方 式，其優(yōu)點(diǎn)在于變速箱內(nèi)各傳動(dòng)件所產(chǎn)生的的振動(dòng)和熱能不直接傳給或少傳給主軸， 有利于提高主軸工作精度，主要運(yùn)用于對(duì)精度要求高的機(jī)床。 CK6163 型數(shù)控機(jī)床就是采用了分離傳動(dòng)，來(lái)提高工作精度。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 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)的使能技術(shù)和最基本的裝備。 世界各國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造 能力和水平，提高對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝 備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖“數(shù)控 關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先 進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。 目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已經(jīng)先后完成數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國(guó)是從 20 世紀(jì) 80 年代才開(kāi)始起步，處于發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)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(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)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 年。同時(shí)中國(guó)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)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)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(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)能力和經(jīng)營(yíng)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(shí)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。 十二五期間我國(guó)將持續(xù)投入，且力度加大，力爭(zhēng)通過(guò) 10-15 年的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)由機(jī)床工 具生產(chǎn)大國(guó)向機(jī)床工具強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有主導(dǎo)地位等 一系列中長(zhǎng)期目標(biāo)。 在數(shù)控機(jī)床制造方面，德國(guó)和日本一直處于領(lǐng)先地位，德國(guó)是老牌工業(yè)強(qiáng)國(guó)，其鍛 壓機(jī)械種類(lèi)齊全，基本上每一種鍛壓設(shè)備都有代表世界最先進(jìn)水平的產(chǎn)品，比如通快的 鈑金成形機(jī)床、舒勒的大型覆蓋件壓力機(jī)、多工位壓力機(jī)和沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線、米勒萬(wàn)家 頓的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、奧姆科的熱模鍛壓力機(jī)、哈森克勒佛的離合器式螺旋壓力機(jī)、拉 斯科的鍛錘、辛北爾康普的大型液壓機(jī)、瓦格納-班寧的碾環(huán)機(jī)、雷菲爾德的旋壓機(jī)、 FELSS 的旋鍛機(jī)等等的鍛壓機(jī)械。日本的鍛壓機(jī)械和德國(guó)一樣，在世界上居于領(lǐng)先地位， 盡管在大型和重型鍛壓設(shè)備方面不如德國(guó)，但在數(shù)控鍛壓機(jī)械，尤其在伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī) 方面具有很高的技術(shù)水平。而在我國(guó)沈陽(yáng)、大連兩市已基本成為全國(guó)數(shù)控車(chē)床、加工中 心的中央綜治委開(kāi)發(fā)基地；在長(zhǎng)江三角洲地區(qū)已成為數(shù)控磨床、電加工機(jī)床、板材加工 設(shè)備、等的主要生產(chǎn)基地。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本課題主要研究 CK6163 型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)主軸箱和變速箱，還有涉及到進(jìn) 給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及一些零部件的設(shè)計(jì)。而主要問(wèn)題是：相關(guān)文獻(xiàn)資料的缺乏，對(duì)一些 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的具體設(shè)計(jì)指導(dǎo)，以及制圖軟件的高級(jí)運(yùn)用技巧。 圖 1.1 CK6163 型數(shù)控機(jī)床 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 3 2 總體方案 2.1 CK6163 的現(xiàn)狀和發(fā)展 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體 化產(chǎn)品；其技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)； (3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4) 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)； (5)傳感器技術(shù)；( 6)軟件技術(shù)等。計(jì)算機(jī)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械 制造產(chǎn)業(yè)的滲透，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征，而且由于信息技 術(shù)的滲透，使制造業(yè)猶如朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展天地。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：①智能 化 ；②網(wǎng)絡(luò)化 ；③集成化 ；④微機(jī)電控制系統(tǒng) ；⑤數(shù)字化 。 我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考： 1、注重系統(tǒng)配套 ； 2、注重產(chǎn)品的可靠性 ；3、提倡 創(chuàng)新，加強(qiáng)服務(wù)。 2.2 CK6163 臥式車(chē)床的總體方案 由于該設(shè)計(jì)給出的已知條件是 16 級(jí)變速，對(duì)于主軸箱的設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)齒輪、撥叉、 電磁離合器實(shí)現(xiàn)主軸的變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。進(jìn)給部分用數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進(jìn) 電機(jī)，實(shí)現(xiàn) X、Y 兩方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀架采用四方刀架；參考的普通機(jī)床拆除其中的絲 杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；在主軸后端加一主軸編碼器，以便加 工螺紋。 車(chē)床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79 ，JB/Z143-79） 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D 是 630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 大于或等于 315mm；主 軸通孔直徑 d 要大于或等于 80mm；主軸頭號(hào)（JB2521-79 ）是 4.5；最大工件長(zhǎng)度 L 是 1500mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1000r/min；級(jí)數(shù)范圍是： 16 級(jí)；主軸前端孔錐度是公制 100 號(hào)；縱向進(jìn)給量 0.01～20.47mm；刀架橫進(jìn)給量范圍(在直徑上) 是 0.01~20.47mm； 刀架縱向和橫向進(jìn)給的脈沖當(dāng)量 0.01mm；主電機(jī)功率是 13kw。 本設(shè)計(jì)主要著重于主軸箱、變速箱和進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。CK6163 型數(shù)控機(jī)床主要結(jié)構(gòu) 圖如圖 2.1 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.1 CK6163 型數(shù)控機(jī)床主 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 5 3 主軸箱的設(shè)計(jì) 3.1 主軸箱的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1.1 已知條件 低轉(zhuǎn)速 nmin 為 32r/min，高轉(zhuǎn)速 nmax 為 1000r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 Rn=nmax/nmin=31.25 取 Rn=32 確定公比:選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為 φ＝1.25；求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z Z=lgRn/lgφ+1= lg32/lg1.25+1=16.53 取 Z=16 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析式 確定結(jié)構(gòu)式：16=2×2×2×2 16=2×2×4 16=2×4×2 根據(jù)擬定轉(zhuǎn)速圖的原則篩選結(jié)構(gòu)式 1.極限傳動(dòng)比、極限變速范圍原則； 2.確定傳動(dòng)順序及傳動(dòng)副數(shù)的原則——“前多后少”的原則； 3.確定傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則——“前密后疏” 的原則； 4.確定最小傳動(dòng)比的原則——“前慢后快” （降速） ， “前快后慢” （升速）的原則。 經(jīng)整理得： 16=2 1×22×24×28 3.1.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 (1)選定電動(dòng)機(jī) 一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，如無(wú)特殊性能要求，多采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型 三相異步電動(dòng)機(jī)。Y 系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可 靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇 Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為 1460r/min。 （2）分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比為 uII=nmin/nd=32/1460≈0.0213,nmin 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要 增加定比傳動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分 擔(dān)總降速傳動(dòng)比。然后，將總降速傳動(dòng)比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變 速組中的最小傳動(dòng)比。 （3）確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 由 nmin= 32r/min;φ=1.25；z = 16 確定各級(jí)轉(zhuǎn)速： 1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80、63、40、32r/min。 本設(shè)計(jì)有四種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，四段無(wú)級(jí)變速： (1)IV V VI VII VIII (2)IV V VII VIII (3)IV VI VII VIII （下?lián)懿孀螅?(4)IV VI VII VIII （下?lián)懿嬗遥?① 先來(lái)確定 IV 軸的轉(zhuǎn)速 nmax=1450×130/186×40/32×36/36×190/304=791；取 nmax=800 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 nmin=1450×32/40×32/40×190/304=405；取 nmin=400 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖跟結(jié)構(gòu)式，可確定 IV 軸的轉(zhuǎn)速為 400、500、630、800r/min ② 確定軸 V 的轉(zhuǎn)速 因?yàn)?IV 軸跟 V 軸是 1：1 傳遞，所以 V 軸的轉(zhuǎn)速等同 IV 軸轉(zhuǎn)速： 400、500、630、800r/min。 ③確定軸 VI 的轉(zhuǎn)速 由軸 IV 傳遞到軸 VI 可以得到四級(jí)轉(zhuǎn)速：400、500、630、800r/min 由軸 V 傳遞到軸 VI 可以得到四級(jí)轉(zhuǎn)速：400×24/60=160 ；500×24/60=200 ；630×24/60=252 取 n=250 ；800×24/60=320 取 n=315 所以 VI 軸的轉(zhuǎn)速確定為 160、200、250、315、400、500、630、800r/min ④確定軸 VII 的轉(zhuǎn)速 由軸 IV 經(jīng)軸 V 直接傳遞到軸 VII 可以得到四級(jí)轉(zhuǎn)速：400、500、630、800r/min 由軸 IV 經(jīng)軸 VI 傳遞到軸 VII 可以得到八級(jí)轉(zhuǎn)速：800×24/60=160 ；630×24/60=125；500×24/60=100；400×24/60=80 (800×60/24=2000 30×60/24=1575 n=1600 500×60/24=1250 400×60/24=1000) 由軸 IV 經(jīng)軸 V 傳遞到軸 VI 再傳遞到軸 VII 可以得到四級(jí)轉(zhuǎn)速：315×24/60=160 250×24/60=100 200×24/60=80 160×24/60=63 確定 VII 軸的轉(zhuǎn)速為： 2000、1600、1250、1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80 、63r/min 3.1.4 確定轉(zhuǎn)速圖 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 7 圖 3.1 CK6163 轉(zhuǎn)速圖 3.1.5 確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù) ①軸 IV-V: 1/?ia/2i 時(shí)： ……64、66、68、70、72、74、76、84……i zS 時(shí)： ……64、66、68、70、72、74、76、84……/1i 可取 84,于是可得軸 IV 齒數(shù)為：42；于是 zS 1/?ia 可得軸 V 上的齒輪齒數(shù)為：42 ②軸 V-VI: ，5.2/1?ib 時(shí)： ……69、72、73、76、77、80、81、84、87……5.2/1?ibz 可取 84，于是可得軸 V 上齒輪的齒數(shù)為：24；zS 于是 ，得軸 VI 上齒輪的齒數(shù)為：6060/41i ③軸 VI-軸 VII: 5.21?ci 時(shí)： ……72、75、78、81、84、87、89、90……2zS 可取 84；得軸 VI 齒輪齒數(shù)為 24；zS 由 ； 得 VII 軸齒輪齒數(shù)為 605.1?ci ④VII-軸 VIII： 21?di 時(shí)： ……72、75、78、81、84、87、89、90……21dizS 可取 90.得軸 VII 齒輪齒數(shù)為 30；由 得 VIII 軸齒輪齒數(shù)為 6021?di 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 3.2 CK6163 床頭箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.2.1 漸開(kāi)線直齒輪設(shè)計(jì) （1）選擇齒輪材料及精度等級(jí): 因?yàn)槭?1:1 傳遞,所以兩齒輪材料選擇一致:齒輪選用合金鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220～250HBs ； 選 8 級(jí)精度，要求齒面粗糙度 Ra≤3.2～6.3 m? （2）模數(shù)的確定： 在 IV 軸 上 42 齒 數(shù) 的 齒 輪 最 容 易 受 損 ， 所 以 應(yīng) 以 42 齒 數(shù) 齒 輪 位 代 表 進(jìn) 行 模 數(shù) 計(jì) 算 ， 因 為 ： (3.1) 132.6[]FSdKmTYz??? 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 10.11“載荷系數(shù) K”得： ，因?yàn)椋?.2K? (3.2) 619.50pn?? 式子中 P——為主動(dòng)軸的傳輸功率 n——為從動(dòng)軸的的轉(zhuǎn)數(shù) IV 軸 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 為 ： 140/minnr? CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 9 則有 (3.3) 619.50pTn??13.4kw6m?? 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 11.19 得 1d?? 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 10.13“標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形系數(shù) ”得：YF 當(dāng) z=42 時(shí) 所對(duì)應(yīng)的外齒輪齒形系數(shù) 2.4F 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 10.14“標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) ”得：S 當(dāng) z=42 時(shí) 所對(duì)應(yīng)的外齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 1.67S? 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖 11.24 得： lim20FMPa? 查圖 11.25 得： 1NY? 查表 11.9 得： 因?yàn)?3FS??li/FNFYS 所以 ??20/6F?? 經(jīng)整理得： 632141760m?? 取4.27?? 于是軸 IV 齒輪的直徑為 ；mdb81? 因?yàn)槭菨u開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒輪,所以 V 軸齒輪的模數(shù)也為 m=4. ；mdb168422?? （3）校核齒輪 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核: 如果 ，則校核合格。??21FFSKTYbmd?????? 確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)： ①齒形系數(shù) ； 查表 11.12 得 F2.41FY? ②應(yīng)力修正系數(shù) ；查表 11.13 得 s 67s ③許用彎曲應(yīng)力 ??F? 由圖 11.24 查得 lim210MPa? 由表 11.9 查得 .3FS 由圖 11.25 查得 sY 由式 ??21FFSKTbmd?????? 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 可得??2106.3FMPa??? 故 ??21.3062.41878FFS FKTYMPabmz ???????? 齒根彎曲強(qiáng)度校核合格. ④驗(yàn)算齒輪的圓周速度 16403.51//60dnvms????? 查表可知,選 8 級(jí)精度是合適的. 3.2.2 斜齒輪設(shè)計(jì) （1）選擇齒輪材料及精度等級(jí): 按表查得選擇齒輪的材料為 小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220-150HBs； 大齒輪選用 45 鋼正火，硬度為 170-210HBs； 選 8 級(jí)精度，要求齒面粗糙度 Ra≦3.2-6.3um。 （2）確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于為閉式齒輪傳動(dòng),且兩齒輪均為齒面硬度 HBs 小于等于 350 的軟齒面,齒面點(diǎn)蝕 是最主要的失效形式.應(yīng)選按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,確定齒輪的主要參數(shù)和尺 寸,然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根的彎曲強(qiáng)度 （3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù): ①轉(zhuǎn)矩 T1 (3.3) 69.50pn??3.kw6190m?? ②荷系數(shù) 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 10.11“載荷系數(shù) K”得：K=1.1 ③齒數(shù) ,螺旋角 和齒寬系數(shù)1Z??d 小齒輪齒數(shù)取為 30，大齒輪齒數(shù)是 60 初選螺旋角 =15° ④彈性系數(shù) E 由表 11.11 查得 189.Z? ⑤許用接觸應(yīng)力[ ]H? CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 11 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》由圖 11.23 查得： lim1560HMPa??li23 由表 11.9 查得 HS (3.4)7160610524.8610hNnjL???72/3.9i? 查圖 11.26 得 12NZ? 由 可得：??lim/HHS?1li560MPa2li/2N 故 631.931.dm???1cos5cos4.920mnZ??? 由表 11. 3 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為 m=4.5 ⑥確定中心距 a 螺旋角 ：?0(2)4.5(36)29.64coscos1nam??????? 取中心距 a=210mm ⑦主要尺寸計(jì)算： 104.5319.76cosmnZd????2.628.5m139db?? 取 , 。240m?1b? ⑧按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)： a 當(dāng)量齒數(shù)： 1330.28cosVZ???26.7vv b 齒形系數(shù) FY 查表得： ；1.54F?2.30 c 應(yīng)力修正系數(shù) S 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 查表得： ；1.63SY?21.7S d 許用彎曲應(yīng)力 ??F? 由圖查得： lim10FMPa?li29? 由表查得 .3S 由圖查得： 12NY 由式： ??lim/FFS? 可得： li16MPa?li/4FNF 故： 11.cosKTbz????6FSFYPa?????2S21 21FMaY??? 齒根彎曲強(qiáng)度校核合格. ⑨驗(yàn)算齒輪的圓周速度 (3.5)3960.45/1/601dnvms????? 由表得可知,選 8 級(jí)精度是合適的. 3.3 主軸傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.3.1 確定主軸最小直徑 （1）選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力 由已知條件可知此主軸箱傳遞的功率屬中小功率,對(duì)材料無(wú)特殊的要求,故選 45 號(hào)鋼 并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書(shū)中表 16.1 查得強(qiáng)度極限 =637MPa,再由表 16.3 得許B? 用彎曲應(yīng)力 。??160bMPa??? （2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 由式： (3.6)3311d87pCn?? 考慮到主軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器,會(huì)有鍵槽存在.故需要將估算直徑加大.設(shè)計(jì) 手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑 10m? 3.3.2 主軸最佳跨距的確定 主要參數(shù)工件最大直徑 車(chē)床，功率 .求軸承剛度，考慮機(jī)械效率，6313PKW? 主軸最大輸出轉(zhuǎn)距： .8590761PTNm? CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 13 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 60%,取 50%即 ,315m 切削力： NFC6701.? 背向力： P3805.? 故總的作用力： FCP2? 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半, 故主軸軸端受力為： /379N? 先假設(shè)： mlal25,3/? 前后支撐 分別為：BARNlaFlB12605739239????? 根據(jù)： ??9.1.8.0cos)(.izldKarrv39,26AvB8.1.,7,2,30aaBAlmlziz?????0.9081.53cos89A N???10. .3.9267BK/.7AB???/85edm?44640.5.0.62.3910I ??????? 1362.5889.75AEKa??? 。查 線 圖 0/l,與 原 假 設(shè) 相 符 732lm? 3.3.3 主軸剛度的校核 前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 ml 68.075.312743???? 當(dāng)量外徑 mde 56.801435684 444 ????? 主軸剛度：由于 .086.5.0// ??eid 故根據(jù)式（10-8） 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 ????mNaldkAies ?/3.149075846.103103 9224244 ?????????? ? 對(duì)于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比 3.? 當(dāng) v=50m/min,s=0.1mm/r 時(shí), ,?8.6,/???mNkcb ?。?Db87.6%502.0.maxli ?????KB 34os3.15.28764?? 計(jì)算 ：A mNlaK mLABABA ?/5.7681.24.075286.3.8414.06. 1.,.3.022max ??????????????????????????????加 上 懸 伸 量 共 長(zhǎng) mNs ?/.1/0.75.1?? 可以看出，該機(jī)床主軸是合格的. 3.4 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ,傳遞功率 ,傳動(dòng)比 ，4/minnr?3PKW?1.6i? [1]確定計(jì)算功率 取 ，則1.AK (3.7).3caAP? [2]選取 V 帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，選 B 型帶。 [3]確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速 查表小帶輪基準(zhǔn)直徑 ,md190?mid3046.19102?? 驗(yàn)算帶速成 (3.8)6?nv? 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；1 -小帶輪直徑，mm；d ,合適]25[/14.06594.3????smv [4]確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 設(shè)中心距為 ,則 ：0a1212.()()dad??? 于是： ,387.29? 初取中心距為： 04? 帶長(zhǎng)： 0 21210 4)()(adaL??? CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 15 m158340)93()190(24.302??????? 查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ，dL 。mLd16 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距 ad5.40820???? [5]驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 。?12 。合適。2118057.364.0da????????? [6]確定帶的根數(shù) (3.9)LckpZ?)(0??? 其中：P 時(shí)傳遞功率的增量；1i??A -按小輪包角 ，查得的包角系數(shù)；? -長(zhǎng)度系數(shù)；Lk 為避免 V 型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。490.5)46.019.2(8????Z [7]計(jì)算帶的張緊力 F (3.10)20).2(qvkvZpca??? 其中： -帶的傳動(dòng)功率,KW；ca v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 NF 7.19342.70)95.2(4.9850 ?????? [8]計(jì)算作用在軸上的壓軸力 (3.11)ZQ 52.16sin.32sin10??? 3.5 滾珠螺母絲杠 3.5.1 滾珠絲杠副的種類(lèi)與結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠螺母副：是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系 統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來(lái)改善摩擦特性。 工作原理是：當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 3.5.2 內(nèi)循環(huán)式 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸。如圖 3。在螺母的側(cè)面 孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導(dǎo)滾珠越過(guò)絲杠的螺紋頂部進(jìn)入相鄰 滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有 2—4 個(gè)反向器，并沿螺母圓周均勻分 布。 優(yōu)缺點(diǎn)：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小，但制造 精度要求高。 圖 3.3 內(nèi)循環(huán)示意圖 1—凸鍵；2、3—反向鍵； 3.5.3 外循環(huán)式 外循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開(kāi)絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn) 動(dòng)。如圖 3.4， （a ）為螺旋槽式外循環(huán)（ b）為插管式外循環(huán)。 優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。 圖 3.4 外循環(huán)示意圖 （a ）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滾珠；4—擋珠器；5—絲杠 （b）插管式：1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾珠；5—滾道 3.5.4 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù) 滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑 D、導(dǎo)程 L 和接觸角 β。 公稱直徑 D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能 力直接有關(guān)，常用范圍為 30—80 mm，一般大于絲杠長(zhǎng)度的 1/35—1/30。 2）導(dǎo)程 L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機(jī)床加工精度的要求確定，精度高時(shí)，導(dǎo)程小一些； CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 17 精度低時(shí)，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降； 若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動(dòng)效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程 數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。 3.5.5 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）摩擦因素小，傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率可達(dá) 0.92—0.96，比常規(guī)的絲 杠螺母副提高 3—4 倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠的 1/4—1/3。 2）可預(yù)緊消隙。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的間隙，反向運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)死區(qū)，定 位精度高，剛度好。 3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性?？梢詮男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母均可以作為主動(dòng)件。 5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 6）所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。 7）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高， 故制造成本高。 8）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于處于重慣性力的作用，常需添加輔助制動(dòng) 裝置。 3.5.6 滾珠絲杠副的安裝支撐方式 為提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠合理的支撐結(jié)構(gòu)及正確的安裝很重要一般采用高剛度的 止推軸承支撐結(jié)構(gòu)，以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。 (a)(b)(c)(d) 圖 3.5 支承方式 （a）一端裝止推軸承（固定-自由式）。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲 杠，如用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控機(jī)床的垂直坐標(biāo)中。 （b）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式）。當(dāng)滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)， 一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承 的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源（如液壓馬達(dá)）。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 （c）兩端裝止推軸承 將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。但這種 安裝方式對(duì)熱伸長(zhǎng)較為敏感。 （d）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式） 為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉 力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。 4 變速箱的設(shè)計(jì) 4.1 運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 4.1.1 參數(shù)確定的步驟和方法 (1)極限切削速度 umax﹑umin 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(lèi) ﹑工藝要求 刀具和工 件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 。然而，根 據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如表 4.1。 表 4-1 計(jì)參數(shù)選取表 加工條件 umax=300m/min umin=8m/min 硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件 30～50 硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150～300 螺紋（絲杠等）加工鉸孔 3～8 (2)主軸的極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算車(chē)床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別取（0.1～0.2）D 和 （0.45～0.5）D。由于 D=630mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： nmax= r/min （4.1）max10(.~2)u? =758～1517r/min ，取 =1000r/m； maxn nmin= r/min （4.2）min(0.45.)D CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 19 在 中考慮車(chē)螺紋和絞孔時(shí)，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況選取 0.1D 和 50min 左右。 所以：nmin= =32r/minmaxin10du? 由于轉(zhuǎn)速范圍： R= =in3210 =31.25 ； 因?yàn)榧?jí)數(shù) Z 已知：Z=16 級(jí) 。 現(xiàn)以 Φ=1.26 和 Φ=1.41 代入 R= 1z?Ф 得 R=32 和 173 ，因此取 Φ=1.26 更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以 Φ=1.06 的從 1～10000 的數(shù)值，因 Φ=1.26= ，從表中找到 nmax=1000r/min，就可以每隔 4 個(gè)數(shù)406. 值取一個(gè)數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，32 。 (3)主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) z 和公比 ￠ 已知 =Rn (4.3)maxin Rn= 且： z=-1Ф ba32? 因機(jī)床的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動(dòng)居多，因此， 傳動(dòng)系統(tǒng)中若按傳動(dòng)順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位 N.m）T= ，當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同nP950 時(shí)，傳動(dòng)件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在 前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如 下： 16= 。8121212 ??? (4)主電機(jī)功率—?jiǎng)恿?shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率 N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn) 需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是 一種按典型加工條件（工藝種類(lèi)、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法， 中型車(chē)床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)表中推薦的數(shù)值?。篜=13kw 4.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4.2.1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可 以參考一下這個(gè)方案。 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 級(jí)數(shù)為 Z 的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有 Z1、Z2、Z3…個(gè)傳動(dòng) 副。即 Z=Z1Z2Z3…傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 和 3 的因子積為合適，即變速級(jí)數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子:Z= ba? 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè) 計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17 個(gè) 軸向尺寸 19b 傳動(dòng)軸數(shù)目 8 根 操縱機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單，兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪 根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 4.1 變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 圖 4.1 中，第Ⅰ軸至第Ⅲ軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4= 12? 圖 4.1 中，第Ⅳ軸至第Ⅷ軸，機(jī)床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)采用分離傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是： （1） 在滿足傳動(dòng)副極限傳動(dòng)比的條件下，可以得到較大的變速范圍。 （2） 高速由短支傳動(dòng)，有助于減少高速時(shí)機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺 寸可相對(duì)小些。 （3） 變速級(jí)數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受 2，3 因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法 配合，幾乎可以得到任意的變速級(jí)數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。 4.2.2 主傳動(dòng)順序的安排 16 級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 21 慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上如果安裝摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減 小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以 2 為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的 2，一對(duì)是 傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組 的傳動(dòng)副選用 2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。 4.2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對(duì)于 16 級(jí)的傳動(dòng)只有一種方案，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該不只有這一個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和 其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是： 16=2［2］x 2［1］+ 2［2］x 2[1]+ 2[2］x 2[1] x 2[8] 傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng) 順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。 4.2.4 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植 在主傳動(dòng)系統(tǒng)的降速傳動(dòng)中，主動(dòng)齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動(dòng)齒輪的 直徑過(guò)大，齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比 umin≥ ，最大傳動(dòng)比 umax≤2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的14 最大變速范圍 rmax=umax/nmin≤8 因此，要按照參考書(shū)中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過(guò)極限值的所有傳動(dòng)方案。 極限傳動(dòng)比及指數(shù) x， 值為：, 表 4-2 極限傳動(dòng)比數(shù)值 極限傳動(dòng)比指數(shù) 1.26 x：umin= =1x￠ 4 6 值；umax= =2’ ’￠ 3 （x+ ）值：umin= =8’ x? ’￠ 9 4.2.5 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇 正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］ 即是：Z=16=2［2］2［1］2［2］2[8] 4.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上， 選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具 體化。 4.3.1 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī) 型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行： 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 ① 機(jī)功率 N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求 應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值：N=13kw ②電機(jī)轉(zhuǎn)速 nd： 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 類(lèi)比同類(lèi)機(jī)床 CM6163，在此處選擇的是：nd=1450r/min 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過(guò) 大的升速或過(guò)小的降速傳動(dòng)。 4.3.2 雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī) 4.3.3 電機(jī)的安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā) 蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊(cè)查 到。 4.3.4 常用電機(jī)的資料 根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用：Y132M-4 4.3.5 齒輪傳動(dòng)比的限制 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比： ①升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比 umax≤2。過(guò)大，容易引起震動(dòng)和噪音。 ②降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比 umin≥1/4。過(guò)小，則使主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太 大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 4.4 帶輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動(dòng)比，就可以確定帶輪直徑。 4.4.1 帶輪直徑確定的方法、步驟 ①選擇三角型號(hào) 一般機(jī)床上的都采用三角帶。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號(hào)（詳情見(jiàn) 〈〈機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)〉 〉4-1 節(jié)） 。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動(dòng) 帶數(shù)為 3～5 根為宜。 本次設(shè)計(jì)中所選的帶輪型號(hào)和帶輪的根數(shù)如下：B 型帶輪：選取 3 根。 ②確定帶輪的最小直徑 Dmin（D ?。?各種型號(hào)膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。 根據(jù)皮帶的型號(hào)，從教科書(shū)〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程〉 〉 查表可?。篋min=186mm ③計(jì)算大帶輪直徑 D 大 根據(jù)要求的傳動(dòng)比 u 和滑功率 ε 確定 D 大。當(dāng)帶輪為降速時(shí)： （4.4）??????1D小大 三角膠帶的滑動(dòng)率 ε=2%。 CK6163 型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 23 三角傳動(dòng)中，在保證最小包角大于 120 度的條件下，傳動(dòng)比可取 1/7 ≤u≤3。對(duì)中型通用機(jī)床，一般取 1～2.5 為宜。 因此，137.2mm≤D 大≤343mm 經(jīng)查表?。篋 大=304mm 4.4.2 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 三角帶傳動(dòng)中，軸間距 A 可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因 而緩和沖擊及隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸 出軸的定比傳動(dòng)。 4.4.3 選擇三角帶的型號(hào) 根據(jù)計(jì)算功率 Nj（kw）和小帶輪 n1（r/min）查圖選擇帶的型號(hào)。 計(jì)算功率 Nj=KWNd kW 式中 N d—電機(jī)的額定功率，K W—工作情況系數(shù)。 車(chē)床的起動(dòng)載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時(shí)，?。篕 W=1.1 帶的型號(hào)是：B 型號(hào) 4.4.4 確定帶輪的計(jì)算直徑 D1、D 2 1）.小帶輪計(jì)算直徑 D1 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑 D1不 宜過(guò)小，要求大于許用最小帶輪直徑 Dmin，即 D1≥D min。 各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶輪直徑 Dmin可查表得：D 1=186r/min 2）.大帶輪計(jì)算直徑 D2 （4.5）????min????112 =304r/min 式中: n 1--小帶輪轉(zhuǎn)速 r/min; n2--大帶輪轉(zhuǎn)速 r/min; ε--帶的滑動(dòng)系數(shù),一般取 0.02. 算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)。 3）.確定三角帶速度 u 具體的計(jì)算過(guò)程如下： （4.6）smnDu/106??? = 48 =10.6m/s 對(duì)于 O、A、B、C 型膠帶，5m/s≤u≤25m/s。 而 u=5～10m/s 時(shí)最為經(jīng)濟(jì)耐用。 此速度完全符合 B 型皮帶的轉(zhuǎn)速。 4）.初定中心距