遼 寧 省 高 等 教 育 自 學 考 試 數(shù)控技術(shù) 專業(yè)（本科段）畢業(yè)設計（論文）開題報告設計題目： 數(shù)控刀架工藝設計助學單位 大連電子信息應用教育中心 姓 名 指導教師 單正林 2013 年 12 月 28 日一、課題背景、目的與意義(1) 背景：數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行 業(yè)（ IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。(2) 目的：研究高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢，五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展，智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立。(3) 意義：數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的典型代表，在制造業(yè)的各個領(lǐng)域，如航空航天、汽車、摩托車、精密機械、家用電器等有著日益廣泛的應用，已成為不可缺少的加工手段。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。伴隨著全球制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢，對數(shù)控加工的需求必將呈現(xiàn)高速、持續(xù)的增長。數(shù)控加工的基礎(chǔ)是數(shù)控機床。隨著社會的進步，人們對各類產(chǎn)品的生產(chǎn)要求越來越高，類似汽車這樣大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，也要求其個性化，因此就不能采用傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線，要考慮到適當?shù)娜嵝浴Ｒ恍┬∨可a(chǎn)的產(chǎn)品，其復雜度要求和精度要求也使普通機床難以勝任。相比之下，數(shù)控機床恰恰滿足了這些要求。1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀最近五年我國機床行業(yè)迅速發(fā)展。我國從 2002 年起已連續(xù) 3 年成為世界第一大機床消費國。2004 年我國金屬加工機床市場消費額為 94.6 億美元。機床工具行業(yè)是為制造業(yè)提供裝備的行業(yè)。從“十五“情況看，機床工具市場和發(fā)展速度受制于三大因素：即固定資產(chǎn)投資增長速度、汽車等主要用戶行業(yè)和機械制造業(yè)的發(fā)展 速度、外商投資增長速度等。2001 年我國固定資產(chǎn)的投資增速為 12.1%，2002 年是 16.1%，2003 年達 26.7%，受宏觀調(diào)控影響，2004 年下降到 25.8%。機床行業(yè)主要用戶的汽車行業(yè)和機械制造業(yè)等“十五“期間也迅猛發(fā)展，再加上外商投資的逐年增長，使我國的機床消費逐年提高，市場需求持續(xù)旺盛。 “十五”期間，機床工具行業(yè)的國有企業(yè)基本上實現(xiàn)了公司制改造。民營企業(yè)和三資企業(yè)在行業(yè)中的比重不斷擴大。2004 年民營企業(yè)和三資企業(yè)的個數(shù)達到行業(yè)企業(yè)數(shù)的52.6%，產(chǎn)品銷售收入占行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 38.2%，實現(xiàn)利潤為行業(yè)利潤的 52.9%。 產(chǎn)業(yè)集中度進一步提高。大連機床、沈陽機床一批企業(yè)通過兼并重組等方式，積極打造機床航母。2004 年金切機床產(chǎn)品銷售收入前十名企業(yè)的銷售收入之和已占全行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 42.1%，比上年提高 10.9 個百分點。在數(shù)控機床的科技攻關(guān)中，他們采取了“產(chǎn)、學、研、用”結(jié)合的方式，不僅攻克了一些關(guān)鍵技術(shù)，而且保證了所研發(fā)的產(chǎn)品能滿足生產(chǎn)需要。此外，自主開發(fā)與引進國外技術(shù)相結(jié)合，不僅技術(shù)起點高，而且開發(fā)周期大大縮短。“十五”期間，國產(chǎn)數(shù)控機床實現(xiàn)了快速發(fā)展，其中金切數(shù)控機床年產(chǎn)量由“九五”時期的幾千臺，迅速增加到 2001 年的 17521 臺、2002 年的 24803 臺、2003 年的 36813 臺。2004 年，我國數(shù)控金切機床年產(chǎn)量首次突破 50000 臺，達到 51861 臺，同比增長 49.8%。年產(chǎn)數(shù)控金切機床超千臺的企業(yè)已達 14 家。 “十五”期間，我國機床工具行業(yè)出口快速增長。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，2004 年機床加上工具產(chǎn)品出口 22.52 億美元，其中機床出口同比增長33.52%。 “十五”期間，我國機床產(chǎn)品的出口檔次不斷提高。例如 2004 年我國金屬加工機床出口數(shù)量同比增長-0.64%，但金額卻增長了 42.4%。這說明， 高附加值機床出口增加，低附加值機床出口下降。令人欣喜的是，我國數(shù)控機床的出口在 2004 年首次突破 1 億美元，達到了 1.2 億美元，占當年金屬加工機床 出口額的 22.6%。2004 年，在機床工具出口交貨值前五名的企業(yè)中，三資企業(yè)就占三名。這說明，三資企業(yè)已成為拉動機床工具出口的重要力量。在機床行業(yè)迅速發(fā)展的同時，也存在相當大的問題。首先，國產(chǎn)數(shù)控機床在國內(nèi)市場占有率低，企業(yè)競爭力不足。中檔數(shù)控機床我們可以生產(chǎn)，但生產(chǎn)出來的東西，從質(zhì)量、交貨期到售后服務都缺少競爭力。以中檔數(shù)控機床中普通立式加工中心為例，2004 年內(nèi)地大約消耗了一萬臺，但大陸所有企業(yè)共計生產(chǎn)兩千臺左右，而只有八九個生產(chǎn)加工中心工廠的臺灣向大陸出口了三千三百臺。這說明我們的競爭力差，產(chǎn)業(yè)化水平低。我國機床工具行業(yè)存在的另一個大問題是進出口逆差太大。2004 年我國機床工具產(chǎn)品進口 89.3 億美 元，同比增長 45%，其中金屬加工機床（金切機床和成形機床）進口59.16 億美元，同比增長 43.2%。2004 年我國機床工具產(chǎn)品出口 22.52 億美 元，同比增長33.5%，其中金屬加工機床出口 5.4 億美元，同比增長 42.4%。也就是說，機床工具產(chǎn)品去年進口總值是出口的 4 倍，進出口逆差高達 66.8 億美元。有關(guān)專家認為，機床企業(yè)要千方百計滿足用戶需要，確保國產(chǎn)機床的交貨期和可靠性等以盡量減少進口。此外，還要進一步采取措施擴大出口，以盡量減少逆差。二、設計應用的原理和理論依據(jù)本次設計所涉及的電動刀架是 NLD100 四工位電動刀架，本刀架適用于數(shù)控車床，可以裝卡各種車削刀具，內(nèi)孔鏜刀等。本刀架工位數(shù)為 4，刀尖中心高為 100 mm，最大主切削力矩為 1650N?M,重復定位精度為±1.5“，分度精度為±4“，電機扭矩為 1N?M2。此 四 工 位 的 數(shù) 控 刀 架 有 如 下 幾 個 特 點 ：1． 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 蝸 輪 蝸 桿 傳 動 比 較 大 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 體 積 小 。2． 定 位 精 度 較 高 ， 有 利 于 提 高 控 制 精 度 ， 從 而 提 高 了 加 工 的 形 位 精 度 。3． 操 作 方 便 ， 工 位 變 化 自 動 進 行 ， 節(jié) 省 了 換 刀 時 間 ， 提 高 了 工 作 效 率 。三 、 設 計 方 案 論 證 分 析刀 架 蓋 ——保 護 刀 架 的 控 制 部 分 ， 防 止 灰 塵 、 鐵 屑 等 雜 物 進 入 刀 架 。連 接 盤 ——連 接 盤 與 刀 臺 由 8 個 M8×20 螺 釘 連 接 固 定 ， 可 以 帶 動 刀 臺 一 起旋 轉(zhuǎn) 。 其 上 的 控 制 元 件 可 以 控 制 連 接 套 和 動 齒 盤 及 定 位 銷 的 上 升 位 置 以 及 刀 臺 的旋 轉(zhuǎn) 位 置 。方 刀 臺 ——其 上 有 12 個 M16×80 螺 釘 ， 可 同 時 固 定 四 把 車 刀 。定 位 銷 ——與 初 定 位 盤 和 定 位 盤 相 配 合 實 現(xiàn) 刀 臺 始 末 位 置 的 確 定 。蝸 輪 套 軸 ——蝸 輪 安 裝 在 上 面 ， 與 蝸 輪 一 起 轉(zhuǎn) 動 ， 傳 遞 運 動 和 扭 距 。初 定 位 盤 ——與 定 位 銷 配 合 確 定 刀 臺 的 初 始 位 置 并 確 定 刀 臺 旋 轉(zhuǎn) 的 末 位 置 ，其 下 部 有 6 個 緩 沖 塊 ， 防 止 電 機 反 轉(zhuǎn) 時 產(chǎn) 生 沖 擊 。蝸 桿 ——蝸 桿 與 電 機 相 連 ， 是 刀 架 傳 遞 動 力 的 主 要 部 件 ?？?制 部 分 ——由 編 碼 器 ， 微 動 開 關(guān) 等 組 成 ， 控 制 動 齒 盤 、 連 接 套 及 定 位 銷 的上 升 位 置 和 電 動 機 的 正 反 轉(zhuǎn) 。 還 控 制 方 刀 臺 的 旋 轉(zhuǎn) 位 置 。固 定 盤 ——傳 遞 部 分 動 力 ， 改 善 蝸 輪 套 軸 的 受 力 情 況 。定 位 盤 ——與 定 位 銷 配 合 確 定 刀 架 的 初 末 位 置 。 定 位 盤 的 下 部 開 有 兩 個 槽 和一 個 凹 下 去 切 除 出 來 的 平 面 。動 齒 盤 ——與 上 下 齒 盤 嚙 合 限 制 刀 架 的 位 置 ， 其 上 安 裝 有 定 位 銷 等 元 件 。上 齒 盤 ——與 刀 臺 相 固 定 ， 和 動 齒 盤 相 嚙 合 ， 實 現(xiàn) 定 位 。下 齒 盤 ——與 底 座 相 固 定 ， 和 動 齒 盤 嚙 合 ， 實 現(xiàn) 定 位 。蝸 輪 ——與 蝸 桿 相 嚙 合 ， 傳 遞 動 力 。底座——底座是刀架上零件的基礎(chǔ)，支撐安裝其上的所有零件，蝸輪和蝸桿在這里嚙合。其下端與機床體相固定，中間有防震的材料。此電動轉(zhuǎn)塔刀架基本結(jié)構(gòu)如圖 2-1圖 2-1 刀架基本結(jié)構(gòu)1.2 實現(xiàn)功能數(shù)控刀架工藝設計1.3 關(guān)鍵技術(shù)及難點主要傳動部件設計2. 開發(fā)環(huán)境及系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：a. 硬件配置：，處理器：Core-i3；內(nèi)存：4G；硬盤： 500G；b. 操作系統(tǒng)：中文 Windows 7；c. 開發(fā)工具：AutoCAD；d. 輔助軟件：Microsoft Office ； e. 開發(fā)地點：；四、預期成果軟件：該系統(tǒng) windows 環(huán)境下的 CAD 設計圖。文檔：開題報告，中期報告，需求分析，詳細的設計文檔，測試文檔，畢業(yè)論文五、工作進度計劃1、第 1-2 周，實習調(diào)研、收集相關(guān)的資料完成開始報告2、第 3 周， 確定目標和制定總體設計方案3、第 4-8 周，根據(jù)設計方案進行機構(gòu)設計及計算，畫出機構(gòu)裝配圖4 第 9-11 周，建立程序原型，調(diào)試系統(tǒng)程序5、第 12 周，撰寫畢業(yè)設計說明書六、參考文獻 [1] 李善術(shù)，數(shù)控機床及應用. 北京：機械工業(yè)出版社，2004[2] 張新義，等. 經(jīng)濟型數(shù)控設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2004[3] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機床. 北京：浙江大學出版社，2004[4] 陳秀寧，施高義編. 機械設計課程設計. 第二版. 杭州：浙江大學出版社，2004[5] 邱宣懷主編. 機械設計. 北京：高等教育出版社，1997[6] 孫訓方，方孝淑，關(guān)來泰編. 材料力學. 北京：高等教育出版社，2002[7] 成大先主編. 機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2002[8] 謝進，萬朝燕，杜立杰主編. 機械原理. 北京：高等教育出版社，2004[9] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊單行本帶傳動和鏈傳動 . 北京：機械工業(yè)出版社，2007[10] 吳宗澤主編. 機械設計師手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2002[11] 侯紅偉. 大型帶式輸送機制動與張緊裝置的最優(yōu)設置. 煤礦機電，2007 年第 6 期[12] 卜炎主編. 機械傳動裝置設計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1999[13] 運輸機械設計選用設計手冊委員會. 運輸機械設計選用設計手冊.北京：化學工業(yè)出版 1999繼 續(xù) 教 育 學 院畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）題 目 數(shù)控刀架工藝設計 學 習 中 心 專 業(yè) 層 次 學 生 班 號 學 號 指 導 教 師 答 辯 日 期 哈爾濱工業(yè)大學遠程教育畢業(yè)設計（論文）評語姓名： 班號： 學號： 專業(yè)： 層次： 學習中心： 畢業(yè)設計（論文）題目： 工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起 ______ 年____ 月____ 日止指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況、完成質(zhì)量的評價意見：指導教師簽字： 指導教師職稱： 評閱人評閱意見：評閱教師簽字： 評閱教師職稱： 答辯委員會評語：根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語：答辯委員會主 任（簽字）： 職 稱： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委 員（簽字）： 年 月 日哈爾濱工業(yè)大學遠程教育畢業(yè)設計（論文）任務書姓 名： 學習中心：班 號： 層 次：學 號： 專 業(yè)： 任務起止日期： 年 月 日至 年 月 日畢業(yè)設計（論文）題目： 數(shù)控刀架工藝設計 立題的目的和意義：制造業(yè)信息化已成為全球化的發(fā)展趨勢。機床數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它推動了制造業(yè)向信息化、集成化和智能化方向發(fā)展。電動數(shù)控刀架數(shù)控車床重要的功能部件之一，結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、定位精度高。本設計主要針對在數(shù)控車床中廣泛應用的四工位電動刀架進行設計。本文首先介紹了數(shù)控機床和電動數(shù)控刀架的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析研究了四工位電動刀架的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，分別對主要零件如底座、刀臺、上齒盤、下齒盤、初定位盤、動齒盤進行了分析介紹。從刀架實際工作條件出發(fā)，根據(jù)渦輪齒面接觸強度對由渦輪傳動機構(gòu)進行了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計算。然后對主要零部件進行了結(jié)構(gòu)設計。技術(shù)要求與主要內(nèi)容：隨著 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控編程在數(shù)控加工中應用廣泛。本文以電動數(shù)控刀架主要零件下齒盤為例，應用 MasterCAM軟件進行其三維建模，對其部分加工工藝進行數(shù)控程序的自動生成，主要介紹了 MasterCAM Mill 的參數(shù)設置方法。另外刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，通過資料搜集總結(jié)，本文中進行了專題介紹。進度安排：同組設計者及分工：指導教師簽字：___________________年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字：___________________年 月 日哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）I摘 要制造業(yè)信息化已成為全球化的發(fā)展趨勢。機床數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它推動了制造業(yè)向信息化、集成化和智能化方向發(fā)展。電動數(shù)控刀架數(shù)控車床重要的功能部件之一，結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、定位精度高。本設計主要針對在數(shù)控車床中廣泛應用的四工位電動刀架進行設計。本文首先介紹了數(shù)控機床和電動數(shù)控刀架的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析研究了四工位電動刀架的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，分別對主要零件如底座、刀臺、上齒盤、下齒盤、初定位盤、動齒盤進行了分析介紹。從刀架實際工作條件出發(fā)，根據(jù)渦輪齒面接觸強度對由渦輪傳動機構(gòu)進行了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計算。然后對主要零部件進行了結(jié)構(gòu)設計。隨著 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控編程在數(shù)控加工中應用廣泛。本文以電動數(shù)控刀架主要零件下齒盤為例，應用 MasterCAM 軟件進行其三維建模，對其部分加工工藝進行數(shù)控程序的自動生成，主要介紹了 MasterCAM Mill 的參數(shù)設置方法。另外刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，通過資料搜集總結(jié)，本文中進行了專題介紹。關(guān)鍵詞 數(shù)控技術(shù)；電動數(shù)控刀架；結(jié)構(gòu)設計；數(shù)控編程哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）II目 錄1 緒 論 11.1 數(shù)控機床簡述 11.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 31.1.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 .31.1.2 五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 .41.1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 .51.1.4 重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立 .61.3 數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展分析 62 數(shù)控刀架 92.1 數(shù)控刀架介紹 92.2 幾種典型轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)分析 92.2.1 液壓式 .92.2.2 液壓機械式 .102.2.3 電動式 .112.3 我國數(shù)控刀架行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 143 NLD100 電動刀架設計 183.1 NLD100 電動刀架介紹 .183.2 NLD100 電動刀架結(jié)構(gòu) .183.2.1NLD100 基本結(jié)構(gòu)介紹 .183.2.2NLD100 主要部件介紹 .193.3 主要傳動部件設計 204 計算機輔助數(shù)控編程 254.1 CAM 軟件介紹 254.1.1 下面介紹幾個在國內(nèi)外應用較多的軟件 .254.1.2 本設計使用的 MasterCAM 軟件 .264.2 應用 MASTERCAM 對數(shù)控刀架下齒盤建模 284.2.1 下齒盤結(jié)構(gòu)介紹 .28哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）III4.2.2 用 Mastercam 建立三維模型 294.3 應用 MASTERCAM 生成部分下齒盤數(shù)控加工程序 324.3.1 工作設定（Job Set） 324.3.2 外型銑削加工 .334.3.3 鉆孔加工 .374.3.4 生成數(shù)控程序 .395 經(jīng)濟環(huán)保性分析 41參考文獻 43致 謝 44哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）11 緒 論1.1 數(shù)控機床簡述數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的典型代表，在制造業(yè)的各個領(lǐng)域，如航空航天、汽車、摩托車、精密機械、家用電器等有著日益廣泛的應用，已成為不可缺少的加工手段。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。伴隨著全球制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢，對數(shù)控加工的需求必將呈現(xiàn)高速、持續(xù)的增長。數(shù)控加工的基礎(chǔ)是數(shù)控機床。隨著社會的進步，人們對各類產(chǎn)品的生產(chǎn)要求越來越高，類似汽車這樣大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，也要求其個性化，因此就不能采用傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線，要考慮到適當?shù)娜嵝?。一些小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其復雜度要求和精度要求也使普通機床難以勝任。相比之下，數(shù)控機床恰恰滿足了這些要求。數(shù)控機床最早產(chǎn)生于美國，是軍備競賽的產(chǎn)物，是為解決航空與航天技術(shù)方面的大型和復雜零件的單件、小批量生產(chǎn)而發(fā)展起來的。1952 年，美國PARSON 公司與麻省理工學院(MIT) 合作，研制出世界上第一臺數(shù)控機床。從此機床行業(yè)，乃至整個制造業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)進入了一個新的發(fā)展階段。在機床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機床為數(shù)控機床所代替，這就極大地促進了機床行業(yè)的技術(shù)進步和行業(yè)發(fā)展。對于整個制造業(yè)，由于大量引用數(shù)控機床，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，新產(chǎn)品開發(fā)周期明顯縮短，滿足了廣大消費者求新和追求個性化的要求，從而形成了制造業(yè)與市場相互促進的發(fā)展趨勢。目前數(shù)控機床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機車車輛、機床、建筑、通用機械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。一段時期內(nèi)機床行業(yè)在技術(shù)發(fā)展上曾被視為“夕陽工業(yè)” ，如今再度受到全世界的高度重視。在這一歷史性轉(zhuǎn)變中，數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展功不可沒。此外，數(shù)控機床的發(fā)展，還帶動了眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，數(shù)控機床的控制部分已經(jīng)從硬件為主的數(shù)控裝置，發(fā)展成硬件軟件相結(jié)合的計算機數(shù)控(computer numerical control，CNC)系統(tǒng)，造就了一批數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)。由于數(shù)控機床是根據(jù)事先編好的程序進行自動加工的，因此其發(fā)展與自動控制技術(shù)(包括伺服驅(qū)動與控制)密切相關(guān)。應該說，數(shù)控機床的發(fā)展將自動控制理論與技術(shù)的發(fā)展推到了更高的水平。數(shù)控機床的哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）2發(fā)展，還帶動了精密測量技術(shù)和精密機械結(jié)構(gòu)設計制造技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了一大批檢測裝置、精密機構(gòu)單元的生產(chǎn)經(jīng)銷企業(yè)。數(shù)控機床具有以下特點：（1）適應范圍廣數(shù)控機床是通過執(zhí)行已經(jīng)編制好的數(shù)控程序來控制機床執(zhí)行機構(gòu)，從而進行自動加工的。改變加工對象時，只需重新編制一個數(shù)控程序，因此可以適應多種不同零件的加工。（2）生產(chǎn)準備周期短在數(shù)控機床上加工新的零件，大部分準備工作是針對零件工藝編制數(shù)控程序，而不是去準備靠模、鉆鏜模、專用夾具等工藝裝備，而且編程工作可以離線進行，這樣大大縮短了生產(chǎn)準備時間，因此應用數(shù)控機床，十分有利于企業(yè)產(chǎn)品的升級換代和新產(chǎn)品的開發(fā)。（3）工序高度集中為了體現(xiàn)自動、柔性的特點，數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)和功能的設計上，充分考慮了工序的集中，使機床租加工時有足夠的剛度，精加工時又有可靠的精度。在數(shù)控機床上加工，特別是在帶有自動換刀系統(tǒng)的數(shù)控機床上加工，往往是一次裝夾后，完成盡可能多的加工內(nèi)容。這樣就可以減少機床、夾具的數(shù)量和因重復裝夾定位造成的誤差，同時還能夠縮短轉(zhuǎn)序、等待和裝夾等輔助時間。（4）生產(chǎn)效率和加工精度高由于數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)設計上采用了有針對性的設計，因此加工時可以采用較大的切削用量。特別是一些重切數(shù)控機床，其切削用量可以是普通金屬切削機床常用量的十幾倍。加上自動換刀等輔助動作的自動化．使得救控機床的生產(chǎn)效率非常高。與此同時，數(shù)控機床還具有相當高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這也是由數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設計采用了必要的措施，以及機電結(jié)合的特點決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機構(gòu)、各種消除間隙結(jié)構(gòu)等，使機械傳動的誤差盡可能小，其次是采用了軟件精度補償技術(shù)，使機械誤差進一步減小；第三是用程序控制加工，減少了人為因素對加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時還保持了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。（5）復雜型面的加工數(shù)控系統(tǒng)不僅可以控制多個鈾的運動、而且能夠驅(qū)動多個軸聯(lián)動，使刀具在三維空間中能實現(xiàn)任意軌跡。這就是使得許多采用普通加工方法無法完成的復雜型面的加工成為可能。哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）3（6）多種工藝復合工藝復合化是指工件一次裝夾后，通過自動換刀等措施來完成多工序和多表面的加工。這不僅可以提高工件的形位精度，縮短裝夾時間工件的整個制造周期還可減少加工設備的臺數(shù)和節(jié)省占地面積，以獲得良好的經(jīng)濟效益。加工中心、車削中心和車銑中心是工藝復合化的典型代表。（7）高度的可靠性、安全性以及完善的監(jiān)控和自診斷功能要使機床的加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、工作過程安全可靠、須有完善的監(jiān)控功能和有效的安全措施。（8）具有開放的控制系統(tǒng)由于機床向著靈活、多功能、復雜化發(fā)展，控制系統(tǒng)也必須適應這一要求。未來的控制器應能夠重新配置、修改、擴充和改裝,有時是重新生成。因此,系統(tǒng)應是開放式的。每個開發(fā)者可以按照事先組建的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)自己的產(chǎn)品，各種產(chǎn)品成分都能在這個結(jié)構(gòu)中找到自己合適的位置。（9）易于集成且有一定的智能數(shù)控機床不僅有良好的單機自動化使用的功能，而且有易于集成為系統(tǒng)的特點，因而其信息流的接口應采用統(tǒng)一的標準。此外，它還應有一定的智能，以代替人的部分腦力勞動，從而提高整個生產(chǎn)過程的效率。數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，其組成部分大多屬于高技術(shù)范疇。因此對使用者和維護人員都有很高的要求。1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行 業(yè)（IT 、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面［1～4］ 。1.1.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為 21 世紀的中心研究方向之一。哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）4在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁 和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制 造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精 和高柔性的要求。從 EMO2001 展會情況來看，高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我 國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為100m/min，加速度達 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達 60 000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加工需8h；德國 DMG 公司的雙主軸車床的主 軸速度及加速度分別達 12*!000r/mm和 1g。在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm 提高到5μm，精密級加工中心則從 3～5μm ，提高到 1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領(lǐng)域進一步擴大。1.1.2 五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1 臺 5 軸聯(lián)動機床的效率可以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、 主機結(jié)構(gòu)復雜等原因，其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）5合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含 5 面加工機床）的發(fā)展。在 EMO2001 展會上，新日本工機的 5 面加工機床采用復合主軸頭，可實現(xiàn) 4 個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機床上 實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加工，可由CNC 系統(tǒng)控制 或 CAD/CAM 直接或間接控制。1.1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應控 制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化 操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的 ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶， 通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能） ，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù) 控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等 是當前研究的核心。網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模 式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在 EMO2001 展中， 日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 CPC)；日本大隈（Okuma ）機床公司展出哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）6“IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱 IT 廣場)；德國西門子 (Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱 OME）等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡化方向發(fā)展的趨勢。1.1.4 重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立（1）關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 (OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時 期的來臨。我國在 2000 年也開始進行中國的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。（2）關(guān)于數(shù)控標準數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 ISO6983 標準，即采用 G，M 代碼描述如何（how）加工，其本 質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標準 ISO14649 （STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域 產(chǎn)品信息的標準化。STEP-NC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP-NC 提出一種嶄新的制造理 念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC 加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約 75％） 、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約 50％） 。目前，歐美國家非常重視 STEP-NC 的研究，歐洲發(fā)起了 STEP-NC 的 IMS 計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來自 歐洲和日本的 20 個CAD/CAM/CAPP/CNC 用戶、廠商和學術(shù)機構(gòu)。美國的 STEP Tools 公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 SIEMENS、FIDIA 以及歐洲 OSACA-NC 數(shù)控哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）7系 統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。1.3 數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展分析最近五年我國機床行業(yè)迅速發(fā)展。我國從 2002 年起已連續(xù) 3 年成為世界第一大機床消費國。2004 年我國金屬加工機床市場消費額為 94.6 億美元。機床工具行業(yè)是為制造業(yè)提供裝備的行業(yè)。從“十五 “情況看，機床工具市場和發(fā)展速度受制于三大因素：即固定資產(chǎn)投資增長速度、汽車等主要用戶行業(yè)和機械制造業(yè)的發(fā)展 速度、外商投資增長速度等。2001 年我國固定資產(chǎn)的投資增速為 12.1%， 2002 年是 16.1%，2003 年達 26.7%，受宏觀調(diào)控影響，2004 年下降到 25.8%。機床行業(yè)主要用戶的汽車行業(yè)和機械制造業(yè)等“十五“ 期間也迅猛發(fā)展，再加上外商投資的逐年增長，使我國的機床消費逐年提高，市場需求持續(xù)旺盛。 “十五”期間，機床工具行業(yè)的國有企業(yè)基本上實現(xiàn)了公司制改造。民營企業(yè)和三資企業(yè)在行業(yè)中的比重不斷擴大。2004 年民營企業(yè)和三資企業(yè)的個數(shù)達到行業(yè)企業(yè)數(shù)的 52.6%，產(chǎn)品銷售收入占行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 38.2%，實現(xiàn)利潤為行業(yè)利潤的 52.9%。 產(chǎn)業(yè)集中度進一步提高。大連機床、沈陽機床一批企業(yè)通過兼并重組等方式，積極打造機床航母。2004 年金切機床產(chǎn)品銷售收入前十名企業(yè)的銷售收入之和已占全行業(yè)產(chǎn)品銷售收入的 42.1%，比上年提高 10.9 個百分點。在數(shù)控機床的科技攻關(guān)中，他們采取了“產(chǎn)、學、研、用”結(jié)合的方式，不僅攻克了一些關(guān)鍵技術(shù)，而且保證了所研發(fā)的產(chǎn)品能滿足生產(chǎn)需要。此外，自主開發(fā)與引進國外技術(shù)相結(jié)合，不僅技術(shù)起點高，而且開發(fā)周期大大縮短?！笆濉逼陂g，國產(chǎn)數(shù)控機床實現(xiàn)了快速發(fā)展，其中金切數(shù)控機床年產(chǎn)量由“九五”時期的幾千臺，迅速增加到 2001 年的 17521 臺、2002 年的 24803臺、2003 年的 36813 臺。2004 年，我國數(shù)控金切機床年產(chǎn)量首次突破 50000臺，達到 51861 臺，同比增長 49.8%。 年產(chǎn)數(shù)控金切機床超千臺的企業(yè)已達14 家。 “十五”期間，我國機床工具行業(yè)出口快速增長。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，2004 年機床加上工具產(chǎn)品出口 22.52 億美元，其中機床出口同比增長 33.52%。 “十五”期間，我國機床產(chǎn)品的出口檔次不斷提高。例如 2004 年我國金屬加工機床出口數(shù)量同比增長-0.64%，但金額卻增長了 42.4%。這說明， 高附加值機床出口增加，低附加值機床出口下降。令人欣喜的是，我國數(shù)控機床的出口在2004 年首次突破 1 億美元，達到了 1.2 億美元，占當年金屬加工機床 出口額的 22.6%。2004 年，在機床工具出口交貨值前五名的企業(yè)中，三資企業(yè)就占三哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）8名。這說明，三資企業(yè)已成為拉動機床工具出口的重要力量。在機床行業(yè)迅速發(fā)展的同時，也存在相當大的問題。首先，國產(chǎn)數(shù)控機床在國內(nèi)市場占有率低，企業(yè)競爭力不足。中檔數(shù)控機床我們可以生產(chǎn)，但生產(chǎn)出來的東西，從質(zhì)量、交貨期到售后服務都缺少競爭力。以中檔數(shù)控機床中普通立式加工中心為例，2004 年內(nèi)地大約消耗了一萬臺，但大陸所有企業(yè)共計生產(chǎn)兩千臺左右，而只有八九個生產(chǎn)加工中心工廠的臺灣向大陸出口了三千三百臺。這說明我們的競爭力差，產(chǎn)業(yè)化水平低。我國機床工具行業(yè)存在的另一個大問題是進出口逆差太大。2004 年我國機床工具產(chǎn)品進口 89.3 億美 元，同比增長 45%，其中金屬加工機床（金切機床和成形機床）進口 59.16 億美元，同比增長 43.2%。2004 年我國機床工具產(chǎn)品出口 22.52 億美 元，同比增長 33.5%，其中金屬加工機床出口 5.4 億美元，同比增長 42.4%。也就是說，機床工具產(chǎn)品去年進口總值是出口的 4 倍，進出口逆差高達 66.8 億美元。有關(guān)專家認為，機床企業(yè)要千方百計滿足用戶需要，確保國產(chǎn)機床的交貨期和可靠性等以盡量減少進口。此外，還要進一步采取措施擴大出口，以盡量減少逆差。哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）92 數(shù)控刀架2.1 數(shù)控刀架介紹數(shù)控刀架是數(shù)控車床重要的功能部件。目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展，其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個重要組成部分是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量直接影響到數(shù)控機床尤其加工中心的質(zhì)量。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量主要表現(xiàn)在換到時間和故障率。加工中心的故障率有 50%以上一自動換刀裝置有關(guān)，自動換刀的投資常常占整臺機床的 30~50%，為了相應降低整機的價格，應在滿足使用條件的前提下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的自動換刀裝置。數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架是國際機床業(yè)發(fā)展中一項主流產(chǎn)品?，F(xiàn)已廣泛被國內(nèi)外立、臥式車床采用。刀架系統(tǒng)是一個由機械、電氣控制、軟件程序幾個部分組成，是一個典型的機電一體化裝置。普通車床的刀架機構(gòu)由人工完成換刀工作，而數(shù)控車床的刀架是自動換刀的刀架。數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)按換刀形式的不同可分為帶刀庫的自動換刀裝置和轉(zhuǎn)塔式刀架。前者主要用于加工中心（主要由刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等組成） ，后者可以稱為是一種簡單的自動換刀裝置，根據(jù)不同的加工對象它可以設計成四工位、六工位、八工位等多種形式刀架，經(jīng)濟型數(shù)控車床配置的基本上是四工位臥式自動轉(zhuǎn)位刀架，在全功能數(shù)控車床上。大多裝有多工位轉(zhuǎn)塔刀架。這種轉(zhuǎn)塔式刀架定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便，是數(shù)控車床和數(shù)控車削加工中心的必備附件。2.2 幾種典型轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)分析數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是以回轉(zhuǎn)分度實現(xiàn)刀具自動交換及回轉(zhuǎn)動力刀具的傳動。因此技術(shù)含量高，已趨向?qū)I(yè)開發(fā)生產(chǎn)。所以對數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的研究開發(fā)及應用已引起數(shù)控機床行業(yè)重視。以下是幾種轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)：2.2.1 液壓式這類刀架用液壓缸實現(xiàn)刀盤鎖緊，低速大扭矩液壓馬達驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動，典型結(jié)構(gòu)如圖 2-1。液壓缸可獲得很大的鎖緊力，故刀架剛性好。該機構(gòu)適用于重負荷切削，且易雙向轉(zhuǎn)位就近換刀，大型數(shù)控車床應用較多。近年已開發(fā)出將液壓馬達和滾珠式預分度機構(gòu)合為一體的液壓分度馬達。可使刀架結(jié)構(gòu)簡化，哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）10重復定位精度可達±0.1° ，刀盤加速時間僅為 0.1 秒，有較好的應用前景。2.2.2 液壓機械式這類刀架用液壓缸鎖緊刀盤，轉(zhuǎn)位于預分度則用電機經(jīng)機械傳動裝置實現(xiàn)，如槽輪機構(gòu)。目前趨向采用動態(tài)性能較好的間歇凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)（見圖 2-2 平行分度凸輪的應用） 。圖 2-1 液壓機械式平行分度凸輪示意簡圖1.刀盤主軸；2.滾輪架傳動齒輪；3.轉(zhuǎn)位傳動齒輪；4 平行分度凸輪；5.電機；6 傳動軸哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）112.2.3 電動式這類刀架以電機為動力源，使用方便，應用最多。主要有以下幾種形式：（1）單面凸爪緊鎖式 結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示，是我國自行開發(fā)的小型產(chǎn)品。刀盤主軸上固聯(lián)有單向凸爪離合器的右半。電機經(jīng)蝸輪傳動使主動凸爪（離合器左半）正向旋轉(zhuǎn)時，兩半離合器結(jié)合，兩定位多齒盤脫開嚙合，刀盤轉(zhuǎn)位。到位后反向旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)動被預分度機構(gòu)的定位銷阻止，由于凸爪斜面作用使離合器左右兩半分離，使刀盤右移實現(xiàn)定位緊鎖。此形式結(jié)構(gòu)緊湊，但緊鎖力靠構(gòu)件的彈性變形產(chǎn)生，調(diào)整較難，主軸剛度不宜過大，適用于低速低載，如儀表機床上使用。圖 2-2 液壓數(shù)控轉(zhuǎn)塔示意圖1.多齒盤；2.液壓缸；3.液壓馬達；4 電磁閥；5.接近開關(guān)；6 活塞；7.刀盤哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）12（2）雙插銷反靠式 圖 2-4 為其示意圖，這類刀架以 T 型絲杠螺母機構(gòu)產(chǎn)生緊鎖力。電機正轉(zhuǎn)時絲杠移動使兩多齒盤分離，再由反靠盤及插銷帶動刀盤轉(zhuǎn)動到位，檢測裝置發(fā)訊使電機反轉(zhuǎn)，插銷向預分度槽反靠實現(xiàn)預分度。由于另一端插銷斜面作用，反靠盤與之分離，電機繼續(xù)反轉(zhuǎn)使絲杠連同反向位移到多齒盤嚙合緊鎖。該刀架轉(zhuǎn)位周期約 1～2 秒，不能雙向轉(zhuǎn)位。因只用一個傳動鏈實現(xiàn)全部動作循環(huán)，各動作轉(zhuǎn)換協(xié)調(diào)由一特殊雙插銷機構(gòu)實現(xiàn)，故結(jié)構(gòu)緊湊，緊鎖可靠，成為國內(nèi)中低檔數(shù)控車床采用的主要機型。圖 2-3 單面凸爪緊鎖式結(jié)構(gòu)簡圖1.電機；2.機械傳動；3.預分度機構(gòu)；4 刀盤；5.多齒盤定位機構(gòu)；6 凸爪緊鎖機構(gòu)；7.調(diào)整螺母；8.檢測裝置圖 2-4 雙插銷反靠式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架簡圖1.電機；2.傳動裝置；3 絲杠螺母機構(gòu)；4 雙插銷機構(gòu)；5.多齒盤；6 刀盤；7.預分度槽盤；8. 反靠盤；9.檢測裝置哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）13（3）雙向滾子端面凸輪僅鎖式這類刀架采用正反方向均可實現(xiàn)轉(zhuǎn)位緊鎖的滾子端面凸輪結(jié)構(gòu)，能就近換刀。圖 2-5 為原理圖，圖中滾輪架只能相對主軸轉(zhuǎn)動而不能移動；端面凸輪只能相對主軸移動，不能轉(zhuǎn)動。滾輪架正向或反向回轉(zhuǎn)時，若滾子位于端面凸輪凸起部，則凸輪在彈簧的推動下右移使多齒盤退出嚙合。定位機構(gòu)由定齒盤，轉(zhuǎn)動齒盤和移動齒盤構(gòu)成所謂三齒盤結(jié)構(gòu)。因嚙合動作由移動齒盤在箱體內(nèi)部完成，與轉(zhuǎn)動齒盤固聯(lián)的刀盤相對箱體無軸向抬起，密封性好。此類刀架有以下兩種較好的傳動結(jié)構(gòu)：一是緊鎖與轉(zhuǎn)位共用一個外嚙合行星齒輪傳動，如意大利 BARULFADI 公司的 TOE 系列，其傳動原理如圖 2-6。當交替地固定中心輪 1 或 2 時，電機通過轉(zhuǎn)臂驅(qū)動另一個中心輪轉(zhuǎn)動，分別實現(xiàn)刀盤松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊動作。此形式國際上較流行。另一種是使用定軸輪系，轉(zhuǎn)位及預分度用外接式平行分度凸輪間隙轉(zhuǎn)位機構(gòu)，它是由兩片平行的共軛平面凸輪組成，如印度 PRA-GATI 廠的 BTP 系列。圖 2 是其傳動原理圖。此形式傳動平穩(wěn)，無需另設預分度盤。圖 2-5 雙向凸輪鎖緊式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架簡圖1.轉(zhuǎn)動齒盤；2.定齒盤；3 移動齒盤和端面凸輪；4 磙子；5.滾輪架；6 滾輪架傳動齒輪；7.轉(zhuǎn)位傳動齒輪；8. 碟形彈簧；9.刀盤主軸；10.彈簧哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）142.3 我國數(shù)控刀架行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢數(shù)控刀架是數(shù)控機床主要的功能部件。數(shù)控機床技術(shù)向高效、復合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。主機技術(shù)水平的不斷提高，要求數(shù)控機床功能部件必須與之相應迅速提高，以保證機床的速度和精度。解決數(shù)控機床功能部件的生產(chǎn)、配套及供應鏈問題，是解決數(shù)控機床發(fā)展的瓶頸的關(guān)鍵。我國數(shù)控機床功能部件最初是通過兩個途徑進行發(fā)展的。一是專業(yè)化附件生產(chǎn)廠家向數(shù)控附件生產(chǎn)發(fā)展，典型的產(chǎn)品有數(shù)控轉(zhuǎn)臺、動力卡盤、滾珠絲杠等。二是主機生產(chǎn)廠家自我研發(fā)配套功能性部件，典型的產(chǎn)品有數(shù)控刀架，國內(nèi)大多數(shù)車床廠都經(jīng)歷了這個過程。目前，我國的功能部件生產(chǎn)發(fā)展緩慢，品種少，產(chǎn)業(yè)化程度低，不能滿足市場 要求，不得不依賴進口。由于功能部件進口價格昂貴，造成數(shù)控機床整機價格不斷上升，我國生產(chǎn)的數(shù)控機床幾乎失去了競爭優(yōu)勢。市場顯示，同等水平的數(shù)控機 床，韓國的價格幾乎與我國的價格持平，出現(xiàn)這一現(xiàn)象與我們主機生產(chǎn)廠大量從國外采購數(shù)控機床所需的功能部件有很大關(guān)系。我國機床工具行業(yè)的專家、學者、企業(yè)家都已看到了功能部件產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展前景。許多企業(yè)也已瞄準了這個市場，通過引進技術(shù)、合作生產(chǎn)或自主開發(fā)，初步形成了一批功能部件專業(yè)生產(chǎn)廠家。目前為加工中心配套的刀庫和為車削中心配套的高水平的動力刀架還主要依賴進口。但可喜的是國內(nèi)已經(jīng)有廠家能夠生產(chǎn)高水平的刀庫和動力刀架。北圖 2-6 行星齒輪傳動的應用示意圖1.滾輪架傳動齒輪；2.轉(zhuǎn)位傳動齒輪；3 轉(zhuǎn)臂齒輪；4 行星輪；5.電機；6.刀盤主軸哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）15一數(shù)控機床公司采用日立精機和大隈技術(shù)生產(chǎn)的臥式和立式加工中心刀庫；煙臺機床附件廠、沈陽第一機床廠引進意大利 Baruffaldi 公司技術(shù)生產(chǎn)的動力刀架。但這些產(chǎn)品都沒有形成向社會配套的能力，所以當前應認真研究如何把這些產(chǎn)品從能夠生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)，向市場提供商品。從技術(shù)發(fā)展上看，數(shù)控機床技術(shù)向高速、復合、智能和環(huán)保方向發(fā)展，對數(shù)控刀架、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、數(shù)控分度頭提出同樣的 要求。在數(shù)控附件的高速化方面，煙臺環(huán)球機床附件集團公司開發(fā)了 AK36 系列伺服電機驅(qū)動刀架，主要特點是采用伺服電動驅(qū)動，液壓或氣壓松開夾緊，轉(zhuǎn)位時 間可調(diào)，最快換一把刀時間為 0.15s，達到國外同類產(chǎn)品水平；TK13250M 高速數(shù)控轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速達到30r/min；復合化 AK33 系列動力刀架，采用 模塊化設計，動力刀具由伺服電機驅(qū)動，銑削動力刀具轉(zhuǎn)速最高可達到 3000r/min；TK14 系列數(shù)控可傾轉(zhuǎn)臺，由兩個伺服電機驅(qū)動達到兩軸聯(lián)動，配套 于五軸聯(lián)動加工中心。綜上所述，高速化、復合化數(shù)控附件產(chǎn)品代表了國內(nèi)最高水平，填補了國內(nèi)空白，為主機的發(fā)展提供了保障。獨立設計開發(fā)的 AK3380L×8 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架，在保持原有引進技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了動力輸出功能。該刀架可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀，實現(xiàn)了加工程序的自動化、高效化。 這種刀架采用端齒盤作為分度定位元件，分度工作由二進制絕對值編碼器識別。刀架定位與鎖緊由接近開關(guān)發(fā)出信號，接近開關(guān)與編碼器均可直接與可編程控制器聯(lián)機。該刀架結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，配合主機可完成車、銑、鉆、鏜等工序，是加工中心、數(shù)控車床必備的機床附件。從國內(nèi)市場來看，目前數(shù)控機床銷售都以中低檔產(chǎn)品為主，對數(shù)控附件來說，高端產(chǎn)品市場在沒有形成批量銷售之前，主要還是以中低檔產(chǎn)品為主。目前主機對數(shù)控附件可靠性提出了更高的要求，國內(nèi)公司在這方面也做了大量工作。以 AK31 系列全功能數(shù)控刀架為例，其故障點 80%來自于氣配套件。通過采取措施，提高配套件質(zhì)量，以及對主機電氣設計提出一些具體要求，從而降低了故障，提高了刀架可靠性。數(shù)控機床功能部件的產(chǎn)品水平與 10 年前相比，應該說有了很大的提高。以前研發(fā)此類產(chǎn)品，主要是參照國外產(chǎn)品，也有部分產(chǎn)品是靠引進技術(shù)生產(chǎn)的。經(jīng)過近 20 年的發(fā)展，數(shù)控分度頭、數(shù)控刀架產(chǎn)品的品種不斷完善，主要性能和可靠性有較大提高。數(shù)控刀架、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、數(shù)控分 度頭已能滿足中低檔數(shù)控機床的配套需求。但為高檔數(shù)控機床配套的數(shù)控附件產(chǎn)品，與國外產(chǎn)品比較還有一定差距。主要差距在于整個行業(yè)的裝備制造能力和協(xié)作配 套能力不足。數(shù)控機床的功能部件制約主機技術(shù)水平和性能的哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）16發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：---速度。隨著數(shù)控機床的高速化發(fā)展，對數(shù)控機床附件產(chǎn)品也提出了相應要求。就數(shù)控刀架而言，AK36 系列高速伺服刀架，其水平已接近國外同類產(chǎn) 品；數(shù)控轉(zhuǎn)臺類雖然煙臺機床附件廠已研制出 30r/min 的高速轉(zhuǎn)臺，但與國外發(fā)達先進公司相比還有較大差距，主要差別在于蝸輪副材料的選用方面。---可靠性。近幾年，數(shù)控刀架故障主要集中在電氣配套件上，約占刀架故障率的 80%以上；另外，由于伺服刀架高速、高可靠性等特點，受到主機廠歡迎。問題是國內(nèi)無此類伺服電機和驅(qū)動單元，只能依靠進口，因而刀架的成本和價格都接近國外的同類產(chǎn)品，很難形成產(chǎn)業(yè)化。---精度。國內(nèi)數(shù)控產(chǎn)品的精度及穩(wěn)定性能應該說還是比較好的，基本上能滿足主機配套要求。與日本、德國等工業(yè)發(fā)達國家的產(chǎn)品還有一定差距，但不大，與臺灣地區(qū)的產(chǎn)品相當。---產(chǎn)業(yè)化。在整個數(shù)控機床附件發(fā)展過程中，產(chǎn)品的交貨期是一個尤為突出的問題，已制約了主機快速響應市場的能力。只有具備了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?套能力的企業(yè)，方可適應激烈的市場競爭并顯現(xiàn)優(yōu)勢。廠商應該建設新的數(shù)控產(chǎn)品車間，并采購關(guān)鍵設備，從硬件設施上保證交貨期。我國的功能部件生產(chǎn)企業(yè)一般規(guī)模較小，布局分散；有些至今還依附在主機廠或研究所，還沒有推向市場，因此形不成龍頭企業(yè)。有些品種還沒有商品供應；有些功能部件性能上與國際著名廠家的產(chǎn)品還有一些差距。能夠生產(chǎn)功能部件的企業(yè)，如果不把體制理順，不把市場做大，不把目前的產(chǎn)品水平提高并盡快追上國際先進水平，將很難長久生存。一種產(chǎn)品從研制成功到少量生產(chǎn)，如果不盡快形成規(guī)模，就降不下成本，就占領(lǐng)不了市場，就創(chuàng)不出品牌。沒有高水平功能部件生產(chǎn)能力的大幅提高，將嚴重影響我國機床行業(yè)的快速發(fā)展。國內(nèi)專門從事數(shù)控刀架生產(chǎn)的企業(yè)主要有煙臺環(huán)球機床附件集團有限公司 、沈陽精誠數(shù)控附件廠、溫嶺航輪數(shù)控刀架廠等。煙臺環(huán)球機床附件廠是全國機床附件行業(yè)和煙臺市機械行業(yè)歷史最久、規(guī)模最大的國有企業(yè)之一。于1949 年建廠，1953 年開始專業(yè)生產(chǎn)機床附件產(chǎn)品，是一個擁有從鑄鍛毛坯制作到機械加工再到裝配調(diào)試綜合生產(chǎn)能力的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，其設計和制造能力在全國機床附件行業(yè)中處于領(lǐng)先地位?，F(xiàn)有主要生產(chǎn)設備及關(guān)鍵檢測儀器500 余臺（套） 。主要產(chǎn)品為“環(huán)球”牌數(shù)控刀架、數(shù)控分度頭、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、機械分度頭、機械轉(zhuǎn)臺等 100 余個規(guī)格品種的機床附件及多種規(guī)格的數(shù)控專用機床，年產(chǎn)量超過 2 萬余臺，是全國數(shù)控分度類機床附件品種規(guī)格最齊全，哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）17生產(chǎn)規(guī)模最大的生產(chǎn)企業(yè)。數(shù)控刀架產(chǎn)品包括：AK21 系列刀架、液壓數(shù)控系列刀架、AK27 系列刀架、AK30 系列刀架、 AK31 系列刀架、AK33 系列刀架、PK14 系列刀架等系列產(chǎn)品，其中引進意大利巴拉法蒂 公司技術(shù)生產(chǎn)的全功能AK31 系列、適用于經(jīng)濟型數(shù)控車床的 AK21、AK30 系列。全部刀架采用精密端齒盤定 位，定位精度高、剎緊剛性強。沈陽精誠機床附件廠是沈陽機床股份有限公司下屬的專業(yè)化數(shù)控刀架生產(chǎn)企業(yè)。企業(yè)技術(shù)力量雄厚，應用先進的計算機輔助設計，采用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡數(shù)字技術(shù)配置，擁有現(xiàn)代化的辦公設施，生產(chǎn)設計數(shù)控刀架能力處于國內(nèi)領(lǐng)先位置。自行研發(fā)了 NLD 立式數(shù)控刀架、SYD 液壓數(shù)控刀架、 SD 臥式雙選數(shù)控電動刀架、WD 臥式單選數(shù)控電動刀架等。同時企業(yè)引進了意大利巴拉法蒂公司的生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)生產(chǎn)的 TS160、TSM160 系列刀架享有該公司的商標注冊權(quán)和專利使用權(quán)。哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）183 NLD100 電動刀架設計3.1 NLD100 電動刀架介紹本次設計所涉及的電動刀架是 NLD100 四工位電動刀架，本刀架適用于數(shù)控車床，可以裝卡各種車削刀具，內(nèi)孔鏜刀等。本刀架工位數(shù)為 4，刀尖中心高為 100 mm，最大主切削力矩為 1650N?M,重復定位精度為 ±1.5“，分度精度為±4“，電機扭矩為 1N?M2。此 四 工 位 的 數(shù) 控 刀 架 有 如 下 幾 個 特 點 ：1． 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 蝸 輪 蝸 桿 傳 動 比 較 大 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 體 積 小 。2． 定 位 精 度 較 高 ， 有 利 于 提 高 控 制 精 度 ， 從 而 提 高 了 加 工 的 形 位精 度 。3． 操 作 方 便 ， 工 位 變 化 自 動 進 行 ， 節(jié) 省 了 換 刀 時 間 ， 提 高 了 工 作效 率 。3.2 NLD100 電動刀架結(jié)構(gòu)3.2.1NLD100 基本結(jié)構(gòu)介紹此電動轉(zhuǎn)塔刀架基本結(jié)構(gòu)如圖 3-1哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）193.2.2NLD100 主要部件介紹刀架蓋——保護刀架的控制部分，防止灰塵、鐵屑等雜物進入刀架。連接盤——連接盤與刀臺由 8 個 M8×20 螺釘連接固定，可以帶動刀臺一起旋轉(zhuǎn)。其上的控制元件可以控制連接套和動齒盤及定位銷的上升位置以及刀臺的旋轉(zhuǎn)位置。方刀臺——其上有 12 個 M16×80 螺釘，可同時固定四把車刀。定位銷——與初定位盤和定位盤相配合實現(xiàn)刀臺始末位置的確定。蝸輪套軸——蝸輪安裝在上面，與蝸輪一起轉(zhuǎn)動，傳遞運動和扭距。初定位盤——與定位銷配合確定刀臺的初始位置并確定刀臺旋轉(zhuǎn)的末位置，其下部有 6 個緩沖塊，防止電機反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生沖擊。蝸桿——蝸桿與電機相連，是刀架傳遞動力的主要部件?？刂撇糠帧删幋a器，微動開關(guān)等組成，控制動齒盤、連接套及定位銷圖 3-1 刀架基本結(jié)構(gòu)哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）20的上升位置和電動機的正反轉(zhuǎn)。還控制方刀臺的旋轉(zhuǎn)位置。固定盤——傳遞部分動力，改善蝸輪套軸的受力情況。定位盤——與定位銷配合確定刀架的初末位置。定位盤的下部開有兩個槽和一個凹下去切除出來的平面。動齒盤——與上下齒盤嚙合限制刀架的位置，其上安裝有定位銷等元件。上齒盤——與刀臺相固定，和動齒盤相嚙合，實現(xiàn)定位。下齒盤——與底座相固定，和動齒盤嚙合，實現(xiàn)定位。蝸輪——與蝸桿相嚙合，傳遞動力。底座——底座是刀架上零件的基礎(chǔ)，支撐安裝其上的所有零件，蝸輪和蝸桿在這里嚙合。其下端與機床體相固定，中間有防震的材料。3.3 主要傳動部件設計（1）蝸輪蝸桿的概述：蝸桿傳動是用來傳遞空間相互垂直且不相交的兩軸間運動的。由于傳動比大結(jié)構(gòu)尺寸緊湊穩(wěn)定等特點，所以在各類機床、冶金、礦山及起重設備等傳動系統(tǒng)中得到廣泛的應用。（2）蝸輪蝸桿的性能本數(shù)控刀架選用閉式圓柱蝸桿傳動采用精度等級 8 級，屬于一般動力傳動，蝸輪的圓周速度（m/s≤3） ，其切齒法：蝸桿是車削加工。蝸輪是用滾刀銑切或飛刀加工并加載跑和，其蝸輪，蝸桿齒面粗糙度 Ra（um）≤3.2。（ 3） 蝸 輪 蝸 桿 的 選 擇蝸桿用 45 鋼，考慮到提高效率、加強耐磨性蝸桿螺旋表面進行表面淬火，硬度 45-55HRC。蝸輪用鑄錫青銅 ZCuSn10Pb1。（4）蝸輪蝸桿的設計計算（引用圖表參考[3]）由表 6-3，按 i= 51，取 Z1 =1 ，Z 2=51由于轉(zhuǎn)一個工位的時間為 2.2s，故= =2.856rad/s n2 = 27.3n/minN?2t?估算：n1=1392n/min 73.0881??把刀臺近似為圓住 R=150mm，H=175mm =7.9g/cm3 ?故 m=98.23 Kg 轉(zhuǎn)位時：哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）21=1.106N.m (3-1)21JmR?(3-2)TdJ????????=1.106x =0.91N.mt?1.42375類似空轉(zhuǎn)，應按上升和 縮緊時額定轉(zhuǎn)據(jù)計算：經(jīng)反復驗證，取 T1=2.35N.m取 T1= =2.35 2.35x73.088=95W=0.095KW9.4NP?按蝸輪齒面接觸疲勞強度進行設計計算：①確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 T2 =9550 =9550 =9550 =26991Nm2pn1i?30.95.76410?②確定載荷系數(shù) K 由表 6-6 中選取使用系數(shù) =1.0；取載荷分布系數(shù)AK=1.0；由于蝸輪轉(zhuǎn)速 r/min,蝸輪的圓周速度較?。╩/s≤3） ，故選取K?2.?動載荷系數(shù)=1.05，于是 K= =1.0x1.0x1.05=1.05 (3-3)?A??③確定許用接觸應力 ，由于表 6-7 中查得 =268N/mm2；應力循??H???H??環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=60x2.0x23.5x8x300x10=31392000=3.4x107 取每天工作 8 小時，壽命 10 年,則 = = 268x =230N/mm2 ??H??710N78103.4x④確定模數(shù) m 及蝸桿分度圓直徑 d1 ,青銅蝸輪與蝸桿配對時，.得216/EZ?(3-4)??2212496HdKTZ????????=1.05x26991x =50.72530?由表 6-2，取 m=1.6，d 1 =20（m 2d1=51.2）哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）22⑤驗算蝸輪的圓周速度 2?= = = =0.102 3m/s 2?2601dn??0mz1.6523.0???故 =1.05 合適K?分度圓直徑 d1﹑d 2 及中心距 a。蝸輪分度圓直徑：d 1=20mm蝸桿分度圓直徑：d 2=mz2=1.6x51=81.6mm中心距a= = =50.8mm12?08.6取中心距 a=50 mm，則 mm。50.8.516???⑥校核蝸輪齒根彎曲強度由表 6-8 按 查得 ，由表 6-9 查得 =56N/mm221ZFaY??H??則許用彎曲應力為= (3-5)??H??690N=56x =48.9N/mm269713.4?蝸桿分度圓導程角 .082tgr?43'6??蝸輪齒根彎曲疲勞強度(3-6)221.5cosaFFKTYdm???= .3069.8.3.??=39.57 N/mm2 48.9 N/mm2?蝸輪齒根彎曲疲勞強度滿足強度要求。（5）蝸桿蝸輪各部分尺寸計算（按表 6-4，6-5）①蝸桿尺寸 哈爾濱工業(yè)大學遠程教育本科畢業(yè)設計（論文）23齒頂高 = m=1x1.6=1.6mm1ah?齒根高 =（ + ） m=（1+0.2）x1.6=1.92 mmfach?齒高 =1.6+1.92=3.52 mm11f??分度圓直徑 mm20d齒頂圓直徑 20+2x1.6=23.2mm11aah?齒根圓直徑 20-2x1.92=16.16 mmff?蝸桿軸向齒距 px= =5.03 mmm?蝸桿尺寬 b1=(8+0.06Z2)m+20=38 mm②蝸輪尺寸齒頂高 = m+m =0.8 mm2ah??齒根高 =m（ + + ）=2.72 mmfaC?齒高 =0.8+2.72=3.52 mm22f??分度圓直徑 mm1.658.dmZ??喉圓直徑 mm2203.2aah?齒根圓直徑 mm.761ff??咽喉母圓直徑 mm2285.aadr??蝸桿尺寬 mm 取 mm0.7.3.4b??2b尺寬角 =2116arcsinarcsin0bd??????????????8'?頂圓直徑 mm2834em??（6）熱平衡計算滑動速度m/s (3-7)20.12.9sini43'6??????當量摩擦角 由表 6-10 按 =2.91m/s 查得 =?s???137'?傳動效率