718 CK6136數(shù)控臥式車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
718 CK6136數(shù)控臥式車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),718,CK6136數(shù)控臥式車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),ck6136,數(shù)控,臥式,車床,機(jī)械,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄
1 數(shù)控車床的加工特點(diǎn)分析 1
1.1 數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn) 1
1.2 數(shù)控車床加工特點(diǎn) 1
1.3 適合數(shù)控車床加工的零件 2
2 總體方案設(shè)計(jì) 3
2.1 主傳動的組成部分 4
2.2 機(jī)床主要部件及其運(yùn)動方式的選定 5
2.3 機(jī)床參數(shù)的擬定 5
2.4 各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求 8
3 機(jī)床主傳動設(shè)計(jì) 10
3.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 10
3.2 電動機(jī)的選擇 18
3.3 齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 33
4.1 滾珠絲杠螺母副的選擇計(jì)算 33
4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 37
5.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 40
5.2 選擇中央處理單元(CPU)的類型 41
5.3 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 41
5.4?I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 42
參考文獻(xiàn) 47
致 謝 48
附 錄 49
1 數(shù)控車床的加工特點(diǎn)分析
1.1 數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn)
數(shù)控車床已越來越多的應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè),并發(fā)揮出普通車床無法比擬的優(yōu)勢,數(shù)控車床主要有以下幾優(yōu)點(diǎn):
(1) 傳動鏈短,與普通車床相比主軸驅(qū)動不再是電機(jī) 皮帶 齒輪副機(jī)構(gòu)變速,而是采用橫向和縱向進(jìn)給分別由兩臺伺服電機(jī)驅(qū)動運(yùn)動完成,不再使用掛輪、離合器等傳統(tǒng)部件,傳動鏈大大縮短。
(2) 剛性高,為了與數(shù)控系統(tǒng)的高精度相匹配,數(shù)控車床的剛性高,以便適應(yīng)高精度的加工要求。
(3) 輕拖動,刀架(工作臺)移動采用滾珠絲杠副,摩擦小,移動輕便。絲杠兩端的支承式專用軸承,其壓力角比普通軸承大,在出廠時(shí)便選配好;數(shù)控車床的潤滑部分采用油霧自動潤滑,這些措施都使得數(shù)控車床移動輕便。
1.2 數(shù)控車床加工特點(diǎn)
(1) 自動化程度高,可以減輕操作者的體力勞動強(qiáng)度。數(shù)控加工過程是按輸入的程序自動完成的,操作者只需起始對刀、裝卸工件、更換刀具,在加工過程中, 主要是觀察和監(jiān)督車床運(yùn)行。但是,由于數(shù)控車床的技術(shù)含量高,操作者的腦力勞動相應(yīng)提高。
(2) 加工零件精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控車床的定位精度和重復(fù)定位精度都很高,較容易保證一批零件尺寸的一致性,只要工藝設(shè)計(jì)和程序正確合理,加之精心操作,就可以保證零件獲得較高的加工精度,也便于對加工過程實(shí)行質(zhì)量控制。
(3) 生產(chǎn)效率高。數(shù)控車床加工是能再一次裝夾中加工多個(gè)加工表面,一般只檢測首件,所以可以省區(qū)普通車床加工時(shí)的不少中間工序,如劃線、尺寸檢測等,減少了輔助時(shí)間,而且由于數(shù)控加工出的零件質(zhì)量穩(wěn)定,為后續(xù)工序帶來方便,其綜合效率明顯提高。
(4) 便于新產(chǎn)品研制和改型。數(shù)控加工一般不需要很多復(fù)雜的工藝裝備,通過編制加工程序就可把形狀復(fù)雜和精度要求較高的零件加工出來,當(dāng)產(chǎn)品改型,更改設(shè)計(jì)時(shí),只要改變程序,而不需要重新設(shè)計(jì)工裝。所以,數(shù)控加工能大大縮短產(chǎn)品研制周期,為新產(chǎn)品的研制開發(fā)、產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。
(5) 可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。數(shù)控車床及其加工技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)。
(6) 初始投資較大。這是由于數(shù)控車床設(shè)備費(fèi)用高,首次加工準(zhǔn)備周期較長,維修成本高等因素造成。
(7) 維修要求高。數(shù)控車床是技術(shù)密集型的機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品,需要維修人員既懂機(jī)械,又要懂微電子維修方面的知識,同時(shí)還要配備較好的維修裝備。
1.3 適合數(shù)控車床加工的零件
(1) 最適合多品種中小批量零件。隨著數(shù)控車床制造成本的逐步下降,現(xiàn)在不管是國內(nèi)還是國外,加工大批量零件的情況也已經(jīng)出現(xiàn)。加工很小批量和單件生產(chǎn)時(shí),如能縮短程序的調(diào)試時(shí)間和工裝的準(zhǔn)備時(shí)間也是可以選用的。
(2) 精度要求高的零件。有于數(shù)控車床的剛性好,制造精度高,對刀精確,能方便的進(jìn)行尺寸補(bǔ)償,所以能加工尺寸精度要求高的零件。
(3) 表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情況下,表面粗糙度取決于切削速度和進(jìn)給速度。。在加工表面粗糙度不同的表面時(shí),粗糙度小的表面選用小的進(jìn)給速度,粗糙度大的表面選用大些的進(jìn)給速度,可變性很好,這點(diǎn)在普通車床很難做到。
(4) 輪廓形狀復(fù)雜的零件。任意平面曲線都可以用直線或圓弧來逼近,數(shù)控車床具有圓弧插補(bǔ)功能,可以加工各種復(fù)雜輪廓的零件。
2 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)效益和社會效益。
我國是一個(gè)機(jī)床擁有量大、 大部分機(jī)床役齡長、數(shù)控化程度不高的發(fā)展中國家。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。要不斷的吸收國外的成功經(jīng)驗(yàn),做到既要符合我國國情,又要趕超國際水平。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)動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡單、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、簡化操作、符合人機(jī)工程的方向考慮。
圖1 ck6136數(shù)控臥式車床
2.1 主傳動的組成部分
主傳動由動力源、變速裝置及執(zhí)行元件(如主軸、刀架、工作臺等)部分組成。主傳動系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳動鏈。
主傳動包括動力源(電動機(jī))、變速裝置、定比傳動機(jī)構(gòu)、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)等十部分組成。
2.1.1 動力源
電動機(jī)或液壓馬達(dá),它給執(zhí)行件提供動力,并使其獲得一定的運(yùn)動速度和方向。
2.1.2 定比傳動機(jī)構(gòu)
具有固定傳動比的傳動機(jī)構(gòu),用來實(shí)現(xiàn)降速、升速或運(yùn)動聯(lián)接,本設(shè)計(jì)中采用齒輪和帶傳動。
2.1.3 變速裝置
傳遞動力、運(yùn)動以及變換運(yùn)動速度的裝置,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級轉(zhuǎn)速。
2.1.4 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件等組成,
2.1.5 開停裝置
用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的啟動和停止的機(jī)構(gòu),本設(shè)計(jì)中采用直接開停電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)主軸的啟動和停止。
2.1.6 制動裝置
用來控制主軸迅速停止轉(zhuǎn)動的裝置,以減少輔助時(shí)間。本設(shè)計(jì)中采用電磁式制動器。
2.1.7 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)中采用電動機(jī)直接換向。
2.1.8 操縱機(jī)構(gòu)
控制機(jī)床主軸的開停、換向、變速及制動的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中,開停、換向和制動采用電控制;變速采用液壓控制。
2.1.9 潤滑與密封
為了保證主傳動的正常工作和良好的使用壽命,必須有良好的潤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)制潤滑,主軸組件采用迷宮式密封。
2.1.10 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。
2.1.11 刀架
數(shù)控機(jī)床中為了實(shí)現(xiàn)對刀架的自動控制,采用制動轉(zhuǎn)位刀架。
2.2 機(jī)床主要部件及其運(yùn)動方式的選定
2.2.1 主運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本設(shè)計(jì)采用分離式主傳動系統(tǒng),包括變速箱、主軸箱兩部分。其中,變速箱與電動機(jī)至于機(jī)座內(nèi),主軸箱與變速箱采用帶傳動連接。所有的變速都采用液壓操作。
2.2.2 進(jìn)給運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)
本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制,因此在X、Y方向上,進(jìn)給運(yùn)動均采用滾珠絲杠螺母副,其動力由步進(jìn)電機(jī)通過齒輪傳遞。齒輪的消隙采用偏心環(huán)調(diào)整。
2.2.3 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上,而控制臺擺放在易操作的位置,這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。
2.2.4 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、軸承等均選擇外購形式。
2.3 機(jī)床參數(shù)的擬定
2.3.1 主參數(shù)的擬定
機(jī)床設(shè)計(jì)的初始,首先需要確定有關(guān)參數(shù),它們是傳動設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的
依據(jù),影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求。
機(jī)床主參數(shù)直接反映機(jī)床的加工能力、特性,決定和影響其它基本參數(shù)的數(shù)值,如車床的最大加工直徑D。
機(jī)床基本參數(shù)是一些與加工工件尺寸、機(jī)床結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和動力特性有關(guān)的數(shù),
可歸納為:尺寸參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)。
在擬定參數(shù)時(shí),還要考慮機(jī)床發(fā)展趨勢的要求,與國內(nèi)外同類型機(jī)床的對比
等,使擬定的參數(shù) 能滿足機(jī)床在經(jīng)濟(jì)合理的原則下,最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求。
設(shè)計(jì)題目中已直接給出CK6136數(shù)控車床的主參數(shù):
最大工件回轉(zhuǎn)直徑D=360㎜
刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1=180㎜
選取最大工件長度L=1000㎜
主軸通孔直徑d=36㎜
主軸頭號:(JB2521-79)5號
2.3.2 擬定基本參數(shù)的步驟和方法
(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1 極限切削速度參考值
加 工 條 件
Vmax(m/min)
Vmin(m/min)
硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件
30~50
硬質(zhì)合金刀具半精加工碳鋼工件
150~300
螺紋(絲杠等)加工和鉸孔
3~8
通過比較最后選?。? Vmax=300
Vmin=6
(2) 主軸的極限轉(zhuǎn)速
計(jì)算車床主軸極限轉(zhuǎn)速時(shí)的的加工直徑,按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.1~0.2)D和(0.45~0.5)D。則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為:
=
=
在nmin中考慮車螺紋和鉸孔時(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50㎜左右。
在最后確定nmax,nmin時(shí),還應(yīng)與同類型車床進(jìn)行對比。根據(jù)切削需要,主軸極限轉(zhuǎn)速確定為:
nmax== =2040
nmin== =38
轉(zhuǎn)速范圍 R= = =53.68
考慮到設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度要適中,故采用常規(guī)的擴(kuò)大傳動, 已知級數(shù)Z=18。
今以=1.26和1.41代入R=(z-1)式,得R=50.85和344,因此取公比 =1.26更為合適。
各級轉(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=1.06的從1~10000的數(shù)值,因=1.26=1.06,從表中找到nmax=2000,就可每隔3個(gè)數(shù)值取出一個(gè)數(shù),得:
2000, 1600, 1250, 1000, 800, 630, 500, 400, 315, 250, 200,160, 125,100, 80, 63, 50, 40共18級轉(zhuǎn)速。
(3) 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z和公比
已知 nmax / nmin=Rn =(z-1) 且 Z=2a3b
(4) 主電機(jī)功率——動力參數(shù)的確定
合理地確定電機(jī)功率N,使機(jī)床既能充分發(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。
一般采用估算法類比法相結(jié)合方法確定通用機(jī)床電機(jī)功率。
a 中型普通車床典型重切削條件下的的用量
刀具材料:YT15; 工件材料:45號鋼; 切削方式:車削外圓。
推薦數(shù)據(jù):
表2 切削用量推薦表
系列和規(guī)格
切削用量
普通型
輕型
普通型
輕型
切削深度dp(t)㎜
3.5
3
4
3.5
進(jìn)給量f(s)㎜/r
0.35
0.25
0.4
0.35
切削速度V m/min
90
75
100
80
b 功率估算法用的計(jì)算公式
1)、主切削力: Fz=1900apf 0.75 =1900×3.5×0.350.75 =3026N;
2)、切削功率: N切===4.7kw;
3)、估算主電機(jī)功率:
N= = =5.875kw
N值必須按我國生產(chǎn)的電機(jī)在Y系列的額定功率選取,計(jì)有2.2 、3.4 、5.5、7.5、 10、 11kw等。
因此選取N=5.5kw。
2.4 各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求
2.4.1 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。滑動導(dǎo)軌面采用中頻淬火,淬硬層深。硬度達(dá) HRC52以上,拖板滑動面貼塑,使得進(jìn)給系統(tǒng)的剛度,摩擦阻尼系數(shù)等動、靜特性都處于最佳狀態(tài)。
2.4.2 床頭箱結(jié)構(gòu)
機(jī)床主傳動采用液壓操縱機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)十八級轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理,傳動比穩(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級高精度軸承,潤滑油潤滑,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)大為簡化,便于維修。
2.4.3 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)動滾珠絲杠的典型傳動方式,在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動面處貼有TSF導(dǎo)軌板,滑動磨擦系數(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)各滑動處及兩軸絲杠絲母處都設(shè)置了潤滑點(diǎn)。
2.4.4 刀架
機(jī)床采用立式四工位刀架,該刀架布刀方便,剛性好。
2.4.5 尾座
采用手動尾座
2.4.6 冷卻系統(tǒng)
冷卻箱放在后床腿中。
2.4.7 卡盤
機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置為_250手動卡盤。
2.4.8 電氣系統(tǒng)
電路的動力回路,均有過流、短路保護(hù),機(jī)床相關(guān)動作都有相應(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)。
2.4.9 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)床可動進(jìn)給軸,冷卻電機(jī)等如已在“啟動”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),不會丟失計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲的程序菜單。
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,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:對緊急報(bào)警實(shí)行“急停”;對一般報(bào)警實(shí)行“進(jìn)給保持”;對操作錯(cuò)誤只進(jìn)行“提示”。
3 機(jī)床主傳動設(shè)計(jì)
3.1 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);
3.1.1 尺寸參數(shù)
表3 機(jī)床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容
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
最大加工長度或最大工件長度
最大工件安裝尺寸。如工作臺尺寸、主軸端面至工作臺面最大距離、主軸中心線至工作臺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面距離、最小車削直徑、最小磨削外徑或孔徑等
部件運(yùn)動尺寸范圍
刀架、工作臺、主軸箱、橫梁的最大行程
刀架、工作臺、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
花盤或圓工作臺的直徑
主軸中心線或工作臺面至地面的高度
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)既決定加工長工件的最大直徑,又決定刀架的厚度及其剛性。
機(jī)床的主參數(shù)主要決定于工件的尺寸。對于各類通用機(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)該遵照執(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)按等比級數(shù)分級,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要求。
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。由此可以得尺寸參數(shù)
表4 CK6136數(shù)控臥式車床的主要尺寸參數(shù)
參數(shù)項(xiàng)目
單位
數(shù)值
床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑
mm
360
刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑
mm
180
主軸通孔直徑
mm
36
主軸錐孔莫氏
Nq
6
尾架頂尖套錐孔莫氏
Nq
5
最大工件長度L
mm
750
刀桿截面尺寸
mm
20×20
3.1.2 運(yùn)動參數(shù)
運(yùn)動參數(shù)包括機(jī)床主運(yùn)動(切削運(yùn)動)的速度范圍和級數(shù),進(jìn)給量范圍和級數(shù)以及輔助運(yùn)動的速度等,它是由加工表面成形運(yùn)動的工藝要求所決定的。
主軸極限轉(zhuǎn)速和變速范圍
對于主運(yùn)動為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(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。
表5 允許的切削速度極限參考值
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:
表6 典型加工條件選取的數(shù)值表
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
3.1.3 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:
3.1.4 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
==73.7
則公比
由設(shè)計(jì)手冊取標(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。
3.1.5 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。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。如使傳動副較多的傳動組放在接近電機(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,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)傳動副的極限傳動比范圍和傳動組的極限變速范圍
在降速時(shí),為防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大,常限制最小傳動比
≥1/4。在升速時(shí),為防止產(chǎn)生過大的振動和噪聲,常限制最大傳動比≤2。
(2)基本組和擴(kuò)大組的排列順序
原則是選擇中間傳動軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿杺鲃虞S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,
作結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖如下圖所示:
圖2 車床結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
3.1.6 轉(zhuǎn)速圖的擬定
電動機(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,就可分配各傳動組的傳動比,并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動,就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些,傳動件的尺寸也就可以小一些。但是,中間軸如果轉(zhuǎn)速過高,將會引起過大的振動、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)傳動組,變速機(jī)構(gòu)共需5根軸,加上電動機(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,電動機(jī)軸與軸1之間采用定比傳動。轉(zhuǎn)速圖如下圖所示:
圖3 車床轉(zhuǎn)速圖
3.1.7 傳動比參數(shù)的確定
(1)、電動機(jī)與軸1傳動副齒輪齒數(shù)的確定
因?yàn)殂姶膊恍枰崔D(zhuǎn),為了便于速度的分配,該傳動副采用定比傳動,其傳動比有速度可求得:
=1142/1440=1/1.26
為了方便電動機(jī)與變速箱在機(jī)座內(nèi)的布置,電動機(jī)與變速箱的聯(lián)結(jié)采用帶傳動。根據(jù)帶輪的標(biāo)準(zhǔn),尺寸值定為112mm和140mm。
變速箱與主軸箱之間采用帶傳動,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。
為了減少變速箱的軸向尺寸,減少齒輪數(shù)目,簡化結(jié)構(gòu),采用一對公用齒輪的傳動系統(tǒng)。因而,兩變速組的傳動比互相牽制,可能會增加徑向尺寸。 (2)、軸1與軸2傳動副齒輪齒數(shù)的確定
根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可得,該傳動副的傳動比=1/1.26、=1、=1.26。查《金屬切削機(jī)床》Page156頁表8-1,并考慮到主軸箱的幾何尺寸,取該傳動副中=30,齒數(shù)和=104,則由傳動比可求得該傳動副齒數(shù)比為:
當(dāng)=1/1.6時(shí) Z/Z=46:58
當(dāng)=1時(shí) Z/Z=52:52
當(dāng)=1.6時(shí) Z/Z=58:46
(3)、軸2與軸3傳動副齒輪齒數(shù)的確定
根據(jù)轉(zhuǎn)速圖可得,該傳動副的傳動比=,=及=。查《金屬切削機(jī)床》Page156頁表8-1,并考慮到主軸箱的幾何尺寸,取該傳動副=22,齒數(shù)和=108,則由傳動比可求得:
該傳動副齒數(shù)比為:
Z/Z=42:66
Z/Z=54:54 ,
Z/Z=66:42
軸4與軸5間采用背輪機(jī)構(gòu),總傳動比為,和齒形離合器,傳動比為:1。
齒數(shù)為: 第一級:20*2.5:65*2.5
第二級:30*3:75*3 3.1.8 傳動系統(tǒng)圖的繪制
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,用規(guī)定的符號,以適當(dāng)比例在方格紙上繪出轉(zhuǎn)速圖和主傳動系統(tǒng)圖。
圖4 CK6136數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)圖
3.2 電動機(jī)的選擇
3.2.1 電動機(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:
(1)
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》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)公式可得電動機(jī)總功率為:
3.2.2 電動機(jī)參數(shù)的選擇
在選擇電動機(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》選取Y112-M-4型電動機(jī).
3.3 齒輪傳動的設(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;主軸箱中的齒輪用于傳遞動力和運(yùn)動,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級的精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下:
3.3.1 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) (2)
齒面點(diǎn)蝕的估算公式:
mm (式中即為齒輪所傳遞的功率) (3)
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:
第一對齒輪副 mm
mm mm
所以,第一對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm
同理,對各對齒輪的模數(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。
3.3.2 齒輪傳動各軸的軸中心矩計(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)傳動副中齒輪的分度圓直徑為:
1軸與2軸: d=mz/2=2.5*(46+58)/2=130
2軸與3軸:
3.3.3 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,則與其嚙合的從動齒輪的寬度一致。
3.3.4 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。
3.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
不同精度等級的齒輪,要采用不同的加工方法,對結(jié)構(gòu)的要求也不同,7級精度的齒輪,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級齒輪一般滾或插后要剃齒,使精度高于7級,或者淬火后再珩齒。6級精度的齒輪,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。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:
圖5 齒輪各部分尺寸的確定
(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。圖中安裝撥動齒輪的滑塊的尺寸在本次設(shè)計(jì)中取b1×h=10×5。
圖6 齒輪滑塊尺寸
3.3.6 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
= (4)
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
3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.4.1 各傳動軸軸徑的估算
滾動軸承的型號是據(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。
(5)
對于空心軸, 則 (6)
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)算各傳動軸傳遞的功率P
根據(jù)電動機(jī)的計(jì)算選擇可知,本次設(shè)計(jì)所選用的電動機(jī)額定功率各傳動軸傳遞的功率可按下式計(jì)算:
——電機(jī)到傳動軸之間傳動效率; (7)
由傳動系統(tǒng)圖可以看出,本次設(shè)計(jì)中沒有采用聯(lián)軸器,而直接由電動機(jī)軸將動力傳到軸上,即各個(gè)軸之間均為齒輪傳動,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。
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圖
由主軸箱的展開圖可知,該軸的動力源由電動機(jī)通過齒輪傳遞過來,而后通過一個(gè)三聯(lián)齒輪將動力傳遞到下一根軸。其兩端通過一對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)。其受力簡圖如下:
在xz平面內(nèi):
圖7 xz平面受力簡圖
在yz平面內(nèi):
圖8 yz平面受力簡圖
(2)、作出軸的彎矩圖
根據(jù)上述簡圖,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 (8)
將各個(gè)力對R1取矩可得:
F1xz×a=F2xz×(l-b)+R2xz×l (9)
由以上兩式可解出:
R1xz=F1xz(l-a)/l-F2xz×b/l (10)
R2xz=F1xz×a/l-F2xz+F2xz×b/l (11)
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) (12)
在BC段: M=F1xz-R1xz×(a+x)-F1xz×a (l-b≥x≥a) (13)
在CD段: M=-R2xz(l-x) (l≥x≥l-b) (14)
則該軸在xz平面內(nèi)的彎矩圖為:
圖9 xz平面彎矩圖
同理可得在yz平面內(nèi)的彎矩圖為:
圖10 yz平面彎矩圖
(3)、作出軸的扭矩圖
由受力分析及受力簡圖可知,該軸只在yz平面內(nèi)存在扭矩。其扭矩大小為:
T1=Fyz·r1 (15)
T2=Fyz·r2 (16)
則扭矩圖為
圖11 軸的扭矩圖
(4)、作出計(jì)算彎矩圖
圖12 軸的計(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)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時(shí),取α≈0.6;若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也為對稱循環(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。
(5)、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 (17)
Fr=Ft×tgα (18)
其中T1為小齒輪傳遞的扭矩,N·mm;α為嚙合角,對標(biāo)準(zhǔn)齒輪,取α=20;而Ft與Fr分別對應(yīng)與xz平面及yz平面的力。各段軸的長度可從2號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
表7軸的變形和允許值
軸的類型
(mm)
變形部位
(rad)
一般傳動軸
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),一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁。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: (19)
慣性矩: (20)
矩形花鍵軸: (21)
(22)
慣性矩: (23)
①軸的分解和變形合成
對于復(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: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)算簡圖在xz平面內(nèi):
圖13 軸在xz平面受力簡圖
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:
圖14 軸在yz平面的彎矩圖
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:
圖15 B、C點(diǎn)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,B、C截面得彎矩為:
=803403.1N·㎜
=675702.3 N·㎜
扭矩圖為:
圖16 B、C點(diǎn)扭矩圖
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,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
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·㎜
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。
4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
表8 CK6136數(shù)控技術(shù)參數(shù)
最大工作直徑(mm)
最大工作長度(mm)
溜板及刀架重量(N)
刀架快移速度(m/min)
床身上
床鞍上
縱向
橫向
縱向
橫向
360
160
750
800
600
2.4
1.2
最大進(jìn)給速度(m/min)
定位精度(mm)
主電動機(jī)功率(Kw)
起動加速時(shí)間(ms)
滾珠絲桿導(dǎo)程(mm)
縱向
橫向
縱向
橫向
縱向
橫向
0.6
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大?。?span id="jbhhzhp" class="font-tahoma">1.58MB
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CK6136數(shù)控臥式車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
ck6136
數(shù)控
臥式
車床
機(jī)械
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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718 CK6136數(shù)控臥式車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),718,CK6136數(shù)控臥式車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),ck6136,數(shù)控,臥式,車床,機(jī)械,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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