PAGEiv武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書論文題目ck6140主傳動設(shè)計及其伺服系統(tǒng)設(shè)計武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-PAGE62-武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-PAGEI-目錄TOC\o"1-2"\h\u18224目錄 I30755摘要 III17462Abstract IV4773第一章臥式數(shù)控車床簡介 1248471.1數(shù)控車床簡介 150231.2CK6140介紹及設(shè)計說明 24381.3設(shè)計任務(wù) 318575第二章CK6140總體設(shè)計計算 564882.1總體設(shè)計要求 5278882.2機床的總體布局的確定 6160012.3換向方向的選擇 6189922.4開停方式選擇 6137462.5制動方式選擇 7226362.6齒輪布置與排布 7281932.7變速方式選擇 77342.8進給系統(tǒng)的組成及選用 815909第三章主變速箱總體設(shè)計 10194643.1電機的選用 1078463.2確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 12162933.3確定各級的轉(zhuǎn)速 12105103.4繪制轉(zhuǎn)速圖 137253.5帶輪直徑確定的方法，步驟 144923.6確定齒輪齒數(shù) 1513327第四章主變速箱詳細(xì)設(shè)計 17208314.1帶傳動的設(shè)計 17226464.2主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算 19306074.3齒輪的設(shè)計 22186464.4軸的設(shè)計 3397864.5軸承的選擇 35173014.6選擇離合器 3639354.7軸承的校核 36130824.8軸的校核 4267984.9鍵的選擇與校核 4729814第五章進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計 50239085.1進給伺服系統(tǒng)簡介 5021345.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計及計算 5014652第六章數(shù)控機床可編程控制系統(tǒng)設(shè)計 56103766.1可編程控制器簡介 56202566.2數(shù)控機床中PLC的功能 56201156.3CK6140數(shù)控車床控制主軸運動的局部梯形圖 57175286.4工作原理 5723610總結(jié) 5926131致謝 6023772參考文獻 61摘要本文介紹了CK6140數(shù)控車床的組成及工作原理，對數(shù)控機床的主要組成部分：機床主軸箱，進給伺服系統(tǒng)及主軸PLC控制進行了總體的設(shè)計及其詳細(xì)設(shè)計。數(shù)控機床是現(xiàn)代機電一體化的典型產(chǎn)品，對提高零件的加工質(zhì)量和加工效率具有較好的作用。在本次設(shè)計中，主要完成了以下工作：根據(jù)給出的要求，首先確定設(shè)計要求給出的已知條件確定電機的型號和功率，傳動系統(tǒng)的布局，變速方式，開停方式，換向方式，制動方式及齒輪的排列與布置。然后根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍及級數(shù)確定它的轉(zhuǎn)速圖、各齒輪的齒數(shù)和傳動系統(tǒng)簡圖。在根據(jù)已確定傳動比來確定帶傳動。通過軸的初步設(shè)計，進行齒輪的設(shè)計和校核。選取相應(yīng)的軸承和鍵，進行軸的具體設(shè)計和校核，鍵和軸承的設(shè)計和校核。最后進行裝配圖和各個零件圖的繪制，完成主軸箱的設(shè)計。然后完成伺服系統(tǒng)的設(shè)計。在對進給伺服系統(tǒng)進行設(shè)計時，要確定進給傳動系統(tǒng)的傳動方式及控制系統(tǒng)的形式。設(shè)計中，選擇進給伺服系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)。通過給定的參數(shù)選擇好步進電機的步距角可確定傳動齒輪的傳動比及滾珠絲桿的導(dǎo)程。設(shè)計的進給伺服系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計任務(wù)的要求。最后完成機床主軸的PLC控制設(shè)計。由于設(shè)計時間限制，只能完成PLC控制的原理和結(jié)構(gòu)的分析，以及繪制主軸控制的局部梯形圖。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床主軸箱進給伺服系統(tǒng)PLC控制AbstractThisthesisintroducedtheconstitutionandworkingprincipleofCK6140machinetool，theprimarilypartsofNCmachinetooldesigned：includingproceedsthetotaldesignanddetaileddesign.NCmachinetoolisamodernmachinetogiveorgetanelectricshocktheintegralwholethetypicalmodeloftechniquetheprocessingofproduct,rightexaltationsparepartsthequantitywithprocesstheefficiencytohavethegoodfunction.Inthisdesign,primarilycompletedfollowingwork.Accordingtothetimetabletodesign.Firstidentifieddesignrequirementsgiventheknownconditionsdeterminethetypeandelectricalpower,drivetrainsystemlayout,speedchange,stopthewayforthewaybrakingandgearconfigurationandthewaylayout.Basedonrotationalspeedandscopeoftheclasstodetermineitsrotationalspeedmaps,thevariousgearanddrivetrainsystemChishusketch.Inaccordancewithestablishedtransmissionbelttransmissionthantodetermine.Throughaxleofthepreliminarydesign,geardesignandverification.Thebearingsandgetusedtoaspecificaxledesignandverification,designandverificationkeysandbearings.Finalassemblyofthevariouspartsandmapping.Completedthedesignofheadstock.Thencompletingthedesignoftheservomechanismsystem.Indesigningofservosystem,wecandeterminedrivingmodeofdrivingsystemandcontrollingmodeofcontrollingsystem,choosingtheservosystemforopeningwreathcontrolthesystem.Passingtheparametertosettlethechoicethegoodstepthestepfortheelectricalengineeringthedistancecapecanmakesuretospreadtomovethespreadingofwheelgeartomovetheradiotherollthebeadsilkthethinkstick'slead.Designofintogivetheservosystemcansatisfytodesigntherequestofthemission.Theendcompletingthemachinebedtheprincipalaxis'sPLCcontrolthedesign.Becauseofthedesigntimeconstraints,onlytheprincipleofcompletePLCcontrolandstructureanalysis,anddrawingthelocalladderspindlecontrol.Keywords：NCMachineTool；AxisHousing；Servomechanism；PLCControl-PAGE1-第一章臥式數(shù)控車床簡介1.1數(shù)控車床簡介1.1.1數(shù)控車床的發(fā)展方向自第一臺數(shù)控機床在美國問世至今的半個世紀(jì)內(nèi)，機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個階段的發(fā)展過程。其中，第一個階段為NC階段；第二個階段為CNC階段，從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從20世紀(jì)90年代開始，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，PC微機的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進展日新月異，計算機所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強，而成本卻越來越低，原來在大，中型機上才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機上就可以實現(xiàn)。在美國首先推出了基于PC微機的數(shù)控系統(tǒng)，即PCNC系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面討論機床。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：1.性能方面的發(fā)展趨勢（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工藝復(fù)合和軸化（4）.實時智能化2.功能發(fā)展方面（1）.用戶界面圖形化（2）.科學(xué)計算可視化（3）.插補和補償方式多樣化（4）.內(nèi)置高性能PLC（5）.多媒體技術(shù)應(yīng)用3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展（1）.集成化（2）.模塊化（3）.網(wǎng)絡(luò)化（4）.開放式閉環(huán)控制模式1.1.2數(shù)控車床特點數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercalcontrol，簡稱NC）機床，它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種自動控制機床，而數(shù)控車床四其中的一類使用性很強的機床形式。數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同的是，數(shù)控車床的主機結(jié)構(gòu)上具有以下特點：（1）.由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此，數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化。（2）.為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。（3）更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副，直線滾動導(dǎo)軌高，CNC裝置這是數(shù)控車床的核心，用于實現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數(shù)據(jù)的變換，插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。1.2CK6140介紹及設(shè)計說明1.2.1CK6140數(shù)控機床的簡介CK6140型數(shù)控車床，可進行機械零件的粗加工及精加工，結(jié)構(gòu)可靠，操作方便，經(jīng)濟使用?？刂葡到y(tǒng)功能齊全，可靠性高。該機床可滿足眾多行業(yè)的需要，如：汽車、拖拉機、軍工、機械等行業(yè)。本機床特別適合軸類、盤類零件的內(nèi)外圓柱的表面、錐面、螺紋、鉆孔、鉸孔及曲面回轉(zhuǎn)體等零件進行高效、大批量的車削加工。1.采用水平床身，導(dǎo)軌采用山形－平面結(jié)合導(dǎo)軌形式并中頻淬火，淬硬層達3mm，硬度達HRC52。2.主軸軸承采用國產(chǎn)精密主軸軸承；主軸箱設(shè)計時考慮到最小熱變形，采取散熱措施及相應(yīng)的減少主軸熱變形的措施，經(jīng)精心裝配，主軸具有溫升低、熱變形小，精度高的特點，使主軸長期工作時能保持主軸軸線的相對穩(wěn)定。3.橫向進給、縱向進給均采用交流伺服電機與滾珠絲杠用高強度不銹鋼同步軟連接實現(xiàn)低噪音、無間隙直線運動。4.立式四工位數(shù)控電動刀架，每工位所用時間為2～2.5秒，重復(fù)定位精度高達0.003mm內(nèi)。同時在設(shè)計制造中采用高精度大直徑齒盤分度定位，具有剛性好，重切削時變形小等優(yōu)點。5.本機床卡盤采用手動卡盤，配置手動尾座。6.導(dǎo)軌和滾珠絲杠采用手動和自動潤滑系統(tǒng)，周期定量供油，方便、可靠，操作方便，用油省。7.本機床為半封閉防護，排屑方便、流暢。冷卻箱與主機分離，冷卻泵的流量大，揚程高，工件和刀具都得到充分冷卻，保證工件的加工精度，提高刀具的使用壽命。1.2.2設(shè)計的有關(guān)說明①根據(jù)設(shè)計要求，機床型號為CK6140.按照<GB15375-94>金屬切削機床型號編制方法，ck6140含義如下：C：類型號，車床類；K：數(shù)控6：組別代號，表式臥式車床；1：系列代號，代表臥式車床系；40：主參數(shù)，最大加工直徑為400mm。②功能設(shè)計：CK6140臥式數(shù)控車床的功能為加工圓柱面，回轉(zhuǎn)成型面，螺紋及圓柱面1.3設(shè)計任務(wù)①已知參數(shù)表1-1設(shè)計參數(shù)床身上最大回轉(zhuǎn)直徑（mm）400拖板上最大削直徑（mm）195最大頂尖行程（mm）750-1000縱向最大行程（mm）800-1050橫向最大行程（mm）220主軸通孔直徑（mm）52主軸孔錐度莫氏6#主軸轉(zhuǎn)速32-1600r/min卡盤公稱直徑250主軸電機驅(qū)動方式交流變頻主電機功率5.5kw進給驅(qū)動方式交流伺服X,Z分辨率0.01②任務(wù)CK6140型數(shù)控機床總體設(shè)計計算主傳動系統(tǒng)總體設(shè)計：總體設(shè)計要求；主傳動形式選擇；主軸電機選擇及功率計算。進給伺服系統(tǒng)總體設(shè)計：進給伺服系統(tǒng)選擇；各組成部分選擇。機床主軸箱設(shè)計（變速系統(tǒng)的傳動和結(jié)構(gòu)設(shè)計）傳動設(shè)計：擬定主傳動參數(shù)、結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，主傳動的轉(zhuǎn)向與制動方式，畫出主運動的傳動系統(tǒng)圖。動力計算，其中包括確定齒輪模數(shù)，軸的尺寸，軸承的形式和型號，以及其他有關(guān)的計算。確定變速系統(tǒng)的零件的徑向布置方案并繪制變速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和零件圖。進給伺服系統(tǒng)設(shè)計1）、選取步進電機：按給定的參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)膫鲃訖C構(gòu)和滾珠軸承，選擇步進電機的型號；2）、繪制進給伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和零件圖。4、機床主軸運動可編程控制設(shè)計根據(jù)機床主軸運動的規(guī)律，簡要設(shè)計機床主軸運動的PLC控制：包括主軸運動控制梯形圖的繪制。要求設(shè)計計算準(zhǔn)確，規(guī)范化，圖紙按國家標(biāo)準(zhǔn)繪制。圖紙工作量：機床主軸箱裝配圖：0號零件圖進給伺服系統(tǒng)裝配圖：0號第二章CK6140總體設(shè)計計算2.1總體設(shè)計要求數(shù)控必須滿足使用部門的要求，也要適應(yīng)制造廠的生產(chǎn)條件。要做到技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，好用，好造，好修。2.1.1一定的工藝范圍加工的工序種類：數(shù)控加工圓柱面，回轉(zhuǎn)成型面，螺紋及內(nèi)圓柱面。被加工零件的類型，材料及尺寸：車，選擇結(jié)構(gòu)鋼及鑄鋼，最大切削直徑：200mm刀具的種類及材料：車刀，選擇硬質(zhì)合金鋼加工精度及表面光潔度適應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)模：多品種小批量生產(chǎn)的零件2.1.2保證加工精度和表面光潔度要求床身必須具備一定的幾何精度，傳動精度及動態(tài)精度，減少機床零件的磨損，在材料的選用及熱處理、零件表面光潔度以及潤滑等方面。2.1.3提高生產(chǎn)率及自動化程度1）縮短機工時間（單位時間內(nèi)金屬的切除量要大）2）縮短輔助時間（提高自動化程度）生產(chǎn)率Ｑ＝1/（T總）=1/（T切+T輔+T準(zhǔn)/n）（件/小時）2.1.4操作維修方面和使用安全標(biāo)牌及操縱板的指標(biāo)符號，應(yīng)采用文獻[11]中規(guī)定的象形符號，應(yīng)考慮裝卸，檢修，調(diào)整及運輸，確保安全與健康。2.1.5成本低1）注意品種系列化，部件通用化與零件標(biāo)準(zhǔn)化2）保證性能的條件下，機床重量與功率之比要下，結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)目少及占地面積少。2.2機床的總體布局的確定方案一、集中傳動式布局集中傳動式布局將主軸組件和主傳動的全部變速機構(gòu)集中裝于同一個箱體內(nèi)。目前，多數(shù)機床采取這種布局方式。其優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)集中操縱；箱體數(shù)少，在機床上安裝、調(diào)整方便。其缺點是：傳動件的振動和發(fā)熱會直接影響主軸的工作精度，降低加工質(zhì)量。因此，集中傳動式布局一般適用于普通精度的中型和大型機床。方案二、分離傳動布局分離傳動布局將主軸組件和主傳動的大部分變速機構(gòu)分離裝于兩個箱體內(nèi)。某些高速或精密機床采用這種傳動布局方式。其優(yōu)點是：變速箱中產(chǎn)生的振動和熱量不易傳給主軸，從而減少了主軸的振動和熱變形；當(dāng)主軸箱采用振回（背輪）傳動時，主軸通過帶傳動直接得到高轉(zhuǎn)速，故運作平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量高。其缺點是：箱體數(shù)多，加工、裝配工作量較大，成本較高；位于傳動鏈后面的帶傳動，在低轉(zhuǎn)速時傳遞轉(zhuǎn)矩較大，容易打滑；更換傳動帶不方便等。因此，分離傳動布局適用于中小型高速或精密機床。由于CK6140機床屬于普通精密的中型機床，故選用集中傳動式布局。2.3換向方向的選擇方案一、電動機換向電動機換向的特點與電動機開停類似。但因交流異步電動機的正反轉(zhuǎn)速相同，主軸不會得到較高的反向轉(zhuǎn)速。在滿足機床使用性能的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮此種換向方式。方案二、機械換向在電動機轉(zhuǎn)向不變的情況下需要主軸換向時，可采用此種方式。經(jīng)過比較，選用電動機換向方式，換向裝置放在傳動鏈的前面。2.4開停方式選擇方案一、電動機開停電動機開停方式的優(yōu)點是操縱方便省力，可簡化機床的機械結(jié)構(gòu)。其缺點是直接起動電動機，沖擊較大；頻繁起動會造成電動機發(fā)熱甚至燒損；若電動機功率大且經(jīng)常起動時，因起動電流較大會影響車間電網(wǎng)的正常供電。它適用于功率較小或起動不頻繁的機床。方案二、機械開停在電動機不停止運轉(zhuǎn)的情況下，可采用機械開停方式使主軸起動或停止。綜合方案一、二，在滿足機床使用性能的前提下，采用電動機開停方式。2.5制動方式選擇方案一、電動機制動制動時，讓電動機的轉(zhuǎn)矩方向與其實際轉(zhuǎn)向相反，使之減速而迅即停轉(zhuǎn)，多采用反接制動、能耗制動等。電動機制動操縱方便省力，可簡化機械結(jié)構(gòu)。方案二、機械制動在電動機不停轉(zhuǎn)的情況下需要制動時，可采用此方式。經(jīng)過比較，在滿足車床使用性能的前提下，采用電動機制動方式。2.6齒輪布置與排布方案一、滑移齒輪的布置通常，滑移齒輪可選用較小齒輪，如結(jié)構(gòu)需要也可選用較大齒輪。在一個變速組內(nèi)，滑移齒輪必須具有“空檔”位置，即只有當(dāng)一對齒輪完全脫開嚙合之后，才允許另一對齒輪開始進入嚙合。方案二、一個變速組內(nèi)的齒輪軸向排列1）列與寬排列。一般采用滑移齒輪相互靠近的窄排列。2）小齒數(shù)差排列。三聯(lián)滑移齒輪窄排列時相鄰兩齒輪的齒數(shù)差不得小于4。當(dāng)齒數(shù)差小于4時，除采用增加齒數(shù)和或變位齒輪等措施外，還可采用增加小齒數(shù)差排列，使最大與最小齒輪的齒數(shù)差不小于4即可，但軸向尺寸增大。3）分組排列。將三聯(lián)或四聯(lián)滑移齒輪拆開兩組排列，可縮短軸向尺寸，且對齒數(shù)差無要求，但兩組需有聯(lián)鎖裝置。4）順序變換排列。若要求轉(zhuǎn)速按大小順序變換時，可采用此種排列方式，但占有軸向尺寸較大。方案三、兩個變速組的齒輪軸向排列。1）并行排列。2）錯排列。3）公用齒輪排列。齒輪的布置與排列直接影響到變速箱的尺寸大小，結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的可能性以及變速操縱的方便性等。故經(jīng)過比較以上三種方案，選擇用兩個滑移齒輪，布置在主傳動軸上。2.7變速方式選擇方案一、無級變速無級變速在一定速度（或轉(zhuǎn)速）范圍內(nèi)能連續(xù)、任意地變速。它可選用最合理的切削速度，沒有速度損失，生產(chǎn)率得到提高；可在運轉(zhuǎn)中變速，減少輔助時間；操縱方便；傳動平穩(wěn)等。機床主傳動采用的無級變速裝置主要有兩種：1）無級變速器：它是靠摩擦來傳遞轉(zhuǎn)矩的，多用鋼球式、寬帶式結(jié)構(gòu)。但它一般機構(gòu)較復(fù)雜，維修較困難，效率低；因為摩擦所需要的正壓力較大，使變速器工作可靠性及壽命受到影響；變速范圍較窄（不超過10），往往需要與有級變速箱串聯(lián)使用。它多用于中小型機床。2）液壓、電氣無級變速裝置：機床主傳動所采用的液壓馬達、直流電動機調(diào)速，往往因恒功率變速范圍小，恒轉(zhuǎn)矩變速范圍較大，而不能滿足主傳動的傳動要求，啊、在主軸低轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)功率不足的現(xiàn)象，一般也需要與有級變速箱串聯(lián)使用。它多用于精密、大型機床或數(shù)控機床。方案二、有級變速有級（或分級）變速在若干固定速度（或轉(zhuǎn)速）級內(nèi)不連續(xù)地變速。通常它是由齒輪等變速元件構(gòu)成的變速箱來實現(xiàn)變速的，傳遞功率大，變速范圍大，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠。但速度不能連續(xù)變化，且有速度損失，傳動不夠平穩(wěn)。1）滑移齒輪變速機構(gòu)：其優(yōu)點是變速范圍大，得到的轉(zhuǎn)速級數(shù)多；變速較方便，可傳遞較大功率；非工作齒輪不嚙合，空載功率損失較少。其缺點是變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜；劃移齒輪多采用直齒圓柱齒輪，承載能力不如斜齒圓柱齒輪；傳動不夠平穩(wěn)；不能在運轉(zhuǎn)中變速。2）交換齒輪變速機構(gòu)：其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，不需要操縱機構(gòu)；軸向尺寸小，變速箱結(jié)構(gòu)緊湊；主動齒輪與從動齒輪可以對調(diào)使用，齒輪數(shù)量少。其缺點是更換齒輪時費力；裝于懸臂軸端，剛性差；備換齒輪容易散失等。因此，它適用于不需要經(jīng)常變速或變速時間長對生產(chǎn)率影響不大，但要求結(jié)構(gòu)簡單緊湊的機床。3）多速電動機：其優(yōu)點是可簡化變速箱的機械結(jié)構(gòu)；在運轉(zhuǎn)中變速，使用方便其缺點是多速電動機在高、低速時的輸出功率不同，設(shè)計中一般是按低速的小功率選定電動機，而使用高速時的大功率就不能完全發(fā)揮其能力；多速電動機的轉(zhuǎn)速級數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，則體積越大，價格也越高；電氣控制也較復(fù)雜。4）離合器變速機構(gòu)：齒輪式離合器和牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小；傳動比準(zhǔn)確，工作中不打滑；能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩；但不能在運轉(zhuǎn)中變速。片式摩擦離合器可實現(xiàn)運轉(zhuǎn)中變速，接合平穩(wěn)，沖擊小；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，摩擦片間存在相對滑動，發(fā)熱較大，并能引起噪聲。對比以上兩種方案，故選擇直流電動機無級變速串聯(lián)齒輪有級變速方式。2.8進給系統(tǒng)的組成及選用縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，他們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應(yīng)滿足機床要求。為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小傳動效率改的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動的剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒冊間隙的機構(gòu)采用滾動導(dǎo)軌可減少到貴賤的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量的移動，切潤滑方便。圖2.1伺服系統(tǒng)總體方案框圖第三章主變速箱總體設(shè)計3.1電機的選用3.1.1車刀的選擇加工材料表3-1加工材料及參數(shù)加工材料刀具材料加工形式主切削刀（,)結(jié)構(gòu)鋼及鑄鋼高速鋼外圓縱車橫車及鏜孔17661.00.750刀具材料的選擇：選擇W6Mo5Cr4V2，硬度（HRC）65抗彎強度3800Pa沖擊韌性高溫硬度（HRC）47.5選用理由：雖然此刀具磨削性能稍差，但熱塑性好，適用于制造成形刀具及承受抗沖擊刀具，且在高溫時還有較高硬度。確定刀具的重要參數(shù)(查資料[1])表3-2車削碳剛的切削速度加工材料硬度高速鋼V（米/分）硬質(zhì)合金剛V（米/分）碳剛175-2752275切深t=3mm，走刀量s=0.3mm/r，當(dāng)取So=0.55時，k1=0.70取to=5時，k2=0.91=0.700.9175=47.8m/min3）主切削力FZ=cFZ.apxfz.fyfz.vnfz.kFZ查文獻[1]kFZ=11.1510.750.931=0.8前角為13o，主偏角45o，刃傾角為0o，刀尖圓弧半徑2FZ=177650.550.7510.8=4537N其中FZ所消耗的功率占總切削功率的95%左右，所以只需要計算FZ主切削力產(chǎn)生的功率即可。4）切削功率Pm3.1.2選擇電機考慮到機床的傳動比效率式中：，一般取0.75~0.85，大值適用于新機床，小值適用于舊機床。本次設(shè)計選用參考文獻[2]，這里選用Y132S-4，額定功率5.5KW，額定電壓380W，最高轉(zhuǎn)速1440r/min，同步轉(zhuǎn)速1500r/min.圖3.1電動機圖此機床為了減少相對速度的損失，所以公比這里我們選用主軸的標(biāo)準(zhǔn)公比為1.26這里選用18級傳動3.2確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式3.2.1傳動組和傳動副的確定18=3x618=6x318=3x3x218=3x2x318=2x3x3在以上兩行方案中，第一行的方案雖然可以省掉一根軸，缺點是有一個傳動組內(nèi)由6個傳動副，如果做一個六聯(lián)滑移齒輪，會增加軸向尺寸，所以不采用。第二行的三個方案的比較可以根據(jù)以下原則，從電動機到主軸，一般為降速傳動，接近電機處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也較小。如果是傳動副較多的傳動組放在接近電機處，則可使小尺寸零件多些，這就是‘前多后少’原則，從這角度出發(fā)。取18=3X3X2的方案較好。3.2.2結(jié)構(gòu)式的各種方案的選擇在18=3X3X2中，又因基本組和擴大組不同而又不同的方案，可能有的方案有：18=31X33X2918=31X36X2318=33X31X2918=36X31X2318=36X32X2118=32X36X21在降速傳動中，防止輪齒直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比，在升速時防止產(chǎn)生過大噪音和震動限制最大轉(zhuǎn)速比，因此，主傳動鏈任一傳動組最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小。在檢查傳動組的變速范圍時，只需檢查最后一個擴大組，因為其它傳動組的變速范圍都比其它小即：經(jīng)驗證，只有18=31X33X29與18=33X31X29這里選用變速組的擴大順序與傳動順序一致，即18=31X33X29。3.3確定各級的轉(zhuǎn)速各級轉(zhuǎn)速可以直接從[3]P77表3-6查得：31.5,40,50,63,80,100,125,160,200，250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600.3.4繪制轉(zhuǎn)速圖3.4.1確定傳動軸的軸數(shù)傳動軸數(shù)=變速組數(shù)+空比傳動副+1=43.4.2繪制轉(zhuǎn)速圖先按傳動軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)數(shù)級格距畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個傳動組，變速機構(gòu)共需4軸。加上電動機軸共5軸，故船速需5條豎線，主軸一共18級。電動機軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需18條橫線。注明各級轉(zhuǎn)速，電動機軸上注明?，F(xiàn)在從后向前推各根軸的轉(zhuǎn)速由此可知傳動副c：即軸Ⅲ六種轉(zhuǎn)速只有一種可能：125,160,200,250,315,400,500,630,800r/min然后決定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速。傳動軸b的級比指數(shù)為3，在傳動比極限范圍內(nèi)，為了避免升速，又不使傳動比太小，可取軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為500,630,800r/min。同理，對于軸Ⅰ可取這樣就確定了軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為1000r/min，電動機軸與軸Ⅰ之間為帶傳動，傳動比接近。最后，在圖上補足各連線，就可以得到如下的轉(zhuǎn)速圖。圖3.2主變速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖傳動圖如下：圖3.3主變速系統(tǒng)傳動圖3.5帶輪直徑確定的方法，步驟3.5.1選擇三角皮帶輪型號一般機床上的都采用三角帶。根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號（詳情見文獻[4]4-1節(jié)）。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動帶數(shù)為3～5根為宜。本次設(shè)計中所選的帶輪型號和帶輪的根數(shù)如下：B型帶輪選取3根3.5.2確定帶輪的最小直徑Dmin（D?。└鞣N型號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，參照文獻[5]查表可取：Dmin=140mm3.5.3計算大帶輪直徑D大根據(jù)要求的傳動比u和滑功率ε確定D大。當(dāng)帶輪為降速時：三角膠帶的滑動率ε=2%。三角傳動中，在保證最小包角大于120度的條件下，傳動比可取1/7≤u≤3。對中型通用機床，一般取1～2.5為宜。因此：137.2mm≤D大≤343mm經(jīng)查表取：D大=200mm3.6確定齒輪齒數(shù)3.6.1傳動組a如轉(zhuǎn)速圖所示傳動組a，，，。查文獻[3]P94表3-9，取為1.26,1.262,1.263的三行，結(jié)果如下：=1.26=1.262=1.263從以上各種可挑出是共同適用的，可取，從表中查出小齒輪分別為32,28,24。即，，，可得軸上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為36,44,48。3.6.2傳動組b如轉(zhuǎn)速圖所示傳動組b，，，。查文獻[3]P94表3-9，取為1,1.263,1.266的三行，結(jié)果如下：=1=1.262=1.263從以上各種可取，從表中查出小齒輪分別為42,28,17。即，，，可得軸上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為42,56,67。3.6.3傳動組c如轉(zhuǎn)速圖所示傳動組c，，。查文獻[3]P94表3-9，取為4,2的三行，結(jié)果如下：=4=2從以上各種可取，從表中查出小齒輪分別為18,60。即，，可得軸上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為72,30。第四章主變速箱詳細(xì)設(shè)計4.1帶傳動的設(shè)計電動機的轉(zhuǎn)速n=1440r/min，傳遞功率5.5kw，電動機軸與I軸之間的降速比為1440/1000=1.44，即帶傳動的傳動比為1.44，兩班制工作，一天運轉(zhuǎn)16小時，工作年數(shù)10年。4.1.1確定計算功率由參考文獻[5]表8-7查得工作情況系數(shù)取=1.3，故：4.1.2選取V帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，由文獻[5]圖8-10，選B帶。4.1.3驗算帶速和確定帶輪直徑1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑參考文獻[5]表8-6和表8-8，取小帶輪直徑2）驗算帶速其中———小帶輪的轉(zhuǎn)速r/min———小帶輪直徑mm因為，故帶速適合。3）計算大帶輪的直徑根據(jù)參考文獻[5]式8-15a，計算大帶輪4.1.4確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度設(shè)中心距為，則：于是，初取中心距帶長：查參考文獻[5]8-2取相近的基準(zhǔn)長度。帶傳動的實際中心距：4.1.5驗算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應(yīng)小于滿足包角4.1.6確定帶的根數(shù)1）計算單根V帶的額定功率Pr由查參考文獻[5]表8-40得。根據(jù)[5]表8-5得查參考文獻[5]表8-5得查表8-2得。于是：其中————時的傳遞功率的增量—————按小帶輪包角，查得包角系數(shù)—————長度系數(shù)2）計算V帶根數(shù)Z為了避免V型帶工作時各跟帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10，取。4.1.7計算單根V帶初拉力的最小值由參考文獻[5]表8-3得B型帶的單位長度質(zhì)量q=0.18kg/m，所以：其中Pca————帶傳動的功率，KWV—————帶速，m/sq__________每米帶的質(zhì)量，kg/mV=1440r/min=10.55m/s4.1.8計算壓軸力4.1.9帶輪的結(jié)構(gòu)小帶輪采用腹板式結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見略。大帶輪采用孔板式，具體結(jié)構(gòu)略。4.2主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉(zhuǎn)速相差太大。由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符合，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過正負(fù)10（ψ-1）%。即％或按公式：Δn=-2%～+6%如果超差，要根據(jù)誤差的正負(fù)以及引起誤差的主要環(huán)節(jié)，重新調(diào)整齒數(shù)，使轉(zhuǎn)速數(shù)列得到改善。主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下：主傳動路線所有主軸的詳細(xì)的校核如下：輸入I軸的轉(zhuǎn)速在主軸上的18級轉(zhuǎn)速分別校核后，都合格。4.3齒輪的設(shè)計（本節(jié)設(shè)計參數(shù)和過程均參照文獻[5]第十章）在車床主軸箱中的齒輪模數(shù)同一傳動副一般都相同，在設(shè)計計算中，應(yīng)以負(fù)載最大而齒數(shù)最小出論來設(shè)計和校核。本設(shè)計為中小型機床，采用直齒齒輪即可。4.3.1傳動副a在傳動副a中24/48這一對齒輪受到的轉(zhuǎn)矩最大，就先設(shè)計校核這一對齒輪。選取金屬切削機床的的精度等級為7級精度。材料選擇：由[5]表10-1選擇小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45#鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者的材料差為40HBS。試選取小齒輪的齒數(shù)為Z1=24,Z2=48.一年按300天計算，設(shè)計工作10年，每天兩班倒。按齒輪接觸強度計算確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)。計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由[5]表10-7選取齒寬系數(shù)。由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪按接觸疲勞極限。由公式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由圖10-19取接觸疲勞的壽命系數(shù)，。計算接觸疲勞許用力取失效概率為1%，安全系數(shù)，由式（10-12）得：（2）計算1）計算小齒輪分度圓直徑d1t，帶入中比較小的值計算圓周速度V計算齒寬b4）計算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高齒寬與齒高之比計算載荷系數(shù)根據(jù)，7級精度由文獻[5]圖10-8查得動載荷系數(shù)KV=1.1，直齒輪，由表10-2查得使用系數(shù)KA=1，由表10-4用插值法差得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時1.158，由，查圖（10-13）得。故載荷系數(shù)：按實際的載荷系數(shù)校正所算的的分度圓直徑由式（10-10a）得：計算模數(shù)m按齒彎曲疲勞強度計算由[5]式（10-5）得彎曲得設(shè)計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限，。由圖10-18取彎曲疲勞壽命KFN1=0.84，KFN2=0.87計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得計算載荷系數(shù)K查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YFa1=2.65，YFa2=2.33查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YSa1=1.58，YSa2=1.69計算大，小齒輪的并加以比較經(jīng)過比較，大齒輪的數(shù)值較大設(shè)計計算對此設(shè)計結(jié)果，由齒接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而出面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)1.89mm，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.0mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=67.8mm，算出小齒輪的齒數(shù)圓整為Z1=35幾何尺寸的計算1）計算分度圓直徑計算中心距計算齒輪寬度取，同理可得配合齒輪參數(shù)取，同理可得配合齒輪參數(shù)取，4.3.2傳動副b在傳動副b中17/67這一對齒輪受到的轉(zhuǎn)矩最大，就先設(shè)計校核這一對齒輪。1）選取金屬切削機床的的精度等級為7級精度。2）材料選擇：由[5]表10-1選擇小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45#鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者的材料差為40HBS。3）試選取小齒輪的齒數(shù)為Z1=17,Z2=67.一年按300天計算，設(shè)計工作10年，每天兩班倒。（1）按齒輪接觸強度計算確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)。計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由[5]表10-7選取齒寬系數(shù)。由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪按接觸疲勞極限。由公式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由圖10-19取接觸疲勞的壽命系數(shù)，。計算接觸疲勞許用力計算接觸疲勞許用力取失效概率為1%，安全系數(shù)，由式（10-12）得：（2）計算1）計算小齒輪分度圓直徑d1t，帶入中比較小的值計算圓周速度V計算齒寬b4）計算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高齒寬與齒高之比計算載荷系數(shù)根據(jù)，7級精度由文獻[5]圖10-8查得動載荷系數(shù)KV=1.08，直齒輪，由表10-2查得使用系數(shù)KA=1，由表10-4用插值法差得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時1.156，由，查圖（10-13）得。故載荷系數(shù)：按實際的載荷系數(shù)校正所算的的分度圓直徑由式（10-10a）得：計算模數(shù)m按齒彎曲疲勞強度計算由文獻[5]式（10-5）得彎曲得設(shè)計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限，。由圖10-18取彎曲疲勞壽命KFN1=0.85，KFN2=0.872計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得計算載荷系數(shù)K查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YFa1=2.97，YFa2=2.23查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YSa1=1.52，YSa2=1.76計算大，小齒輪的并加以比較經(jīng)過比較，大齒輪的數(shù)值較大設(shè)計計算對此設(shè)計結(jié)果，由齒接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而出面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)2.94mm，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3.5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=83.32mm，算出小齒輪的齒數(shù)圓整為Z1=24幾何尺寸的計算1）計算分度圓直徑計算中心距3）計算齒輪寬度取，同理可得配合齒輪參數(shù)取，同理可得配合齒輪參數(shù)取，4.3.3傳動副c在傳動副c中18/72這一對齒輪受到的轉(zhuǎn)矩最大，就先設(shè)計校核這一對齒輪。選取金屬切削機床的的精度等級為7級精度。材料選擇：由文獻[5]P3-27續(xù)表中選擇小齒輪的材料為50Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為286HBS，大齒輪為40Cr鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為260HBS，二者的材料差為26HBS。試選取小齒輪的齒數(shù)為Z1=18,Z2=72.一年按300天計算，設(shè)計工作10年，每天兩班倒。按齒輪接觸強度計算確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選載荷系數(shù)。計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由文獻[5]表10-7選取齒寬系數(shù)。由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪按接觸疲勞極限。由公式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由圖10-19取接觸疲勞的壽命系數(shù)，。計算接觸疲勞許用力取失效概率為1%，安全系數(shù)，由式（10-12）得：（2）計算1）計算小齒輪分度圓直徑d1t，帶入中比較小的值計算圓周速度V計算齒寬b4）計算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高齒寬與齒高之比計算載荷系數(shù)根據(jù)，7級精度由文獻[5]圖10-8查得動載荷系數(shù)KV=1.05，直齒輪，由表10-2差得使用系數(shù)KA=1，由表10-4用插值法差得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時1.164，由，查圖（10-13）得。故載荷系數(shù)：按實際的載荷系數(shù)校正所算的的分度圓直徑由式（10-10a）得：計算模數(shù)m（3）按齒彎曲疲勞強度計算由文獻[5]式（10-5）得彎曲得設(shè)計公式為確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限，。由圖10-18取彎曲疲勞壽命KFN1=0.857，KFN2=0.88計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得計算載荷系數(shù)K查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YFa1=2.91，YFa2=2.23查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YSa1=1.53，YSa2=1.757計算大，小齒輪的并加以比較經(jīng)過比較，小齒輪的數(shù)值較大設(shè)計計算對此設(shè)計結(jié)果，由齒接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而出面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)4.2mm，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=99.7mm，算出小齒輪的齒數(shù)圓整為Z1=18mm（4） 幾何尺寸的計算1）計算分度圓直徑計算中心距計算齒輪寬度取，同理可得配合齒輪參數(shù)取，4.3.4齒輪參數(shù)列表表4-1齒輪參數(shù)模數(shù)傳動副傳動比直徑中心距齒寬齒高2a35:697013810435304.540:6480128403546:589211645403.5b24:968433521040357.8840:80140280656060:6021021090855c18:7190355222.5454011.2559:3029515065604.4軸的設(shè)計4.4.1軸的初步設(shè)計軸的材料選擇（查文獻[6]表15-1）表4-2軸的材料及力學(xué)性質(zhì)材料熱處理抗拉強度極限彎曲疲勞極限許用彎曲應(yīng)力45鋼調(diào)制64027560毛坯直徑硬度屈服強度極限剪切疲勞極限—217-255355155—傳動軸所傳遞的功率參考文獻[7]P7取V帶傳動效率=0.95，離合器的效率為=0.99，軸承的效率，齒輪的傳動效率為，電機傳動效率為。計算各軸的最小軸徑公式查文獻[5]P370（15-2）查表15-3取取取取主軸IV是空心軸，其計算公式：取各軸的傳動轉(zhuǎn)矩表4-3軸的主要參數(shù)列表軸名計算轉(zhuǎn)速r/min傳動功率KW傳動轉(zhuǎn)矩最小直徑mmI軸10004.0638.7825II軸5003.8673.7330III軸1253.67280.3450IV軸102.343.49325.67854.5軸承的選擇選擇軸承的類型依據(jù)：軸承所受負(fù)載的大小，方向及性質(zhì)，軸向固定形式，調(diào)心性能要求，剛度要求，轉(zhuǎn)速環(huán)境等等。4.5.1軸I，軸II軸III的軸承選擇因為軸的徑向載荷大于軸向載荷，故軸向載荷可以忽略不計，且轉(zhuǎn)速高，查文獻[9]P64表6-1。表4-4軸I軸承型號dDBdaDaras額功額靜6306307219376512715.2表4-5軸II軸承型號dDBdaDaras額功額靜6306307219376512715.2表4-6軸III軸承型號dDBdaDaras額功額靜6310501102760100261.838主軸因為受軸向力和徑向力，本次設(shè)計選用角接觸球軸承。表4-7軸IV軸承型號dDBdaDaras額功額靜7217AC851502895140294.881.54.6選擇離合器離合器的功能離合器是一種可以通過各種操作方式，實現(xiàn)主從部分在同軸上傳遞運動時具有結(jié)合或分離的裝置。離合器可以實現(xiàn)相對啟動或停止，以及改變傳動件的工作狀態(tài)，達到改變傳動比。此外，離合器還可以作為啟動或過載時控制轉(zhuǎn)矩大小的安裝保護裝置。離合器的類型按離合器結(jié)合原件傳動的工作原理，可分為嵌合式離合器，按實現(xiàn)離合動作的過程可分為操縱式和自控式；按離合器的操縱方式，則可分為機械式、氣壓式、液壓式、和電磁式。離合器的選取本數(shù)控車床系采用矩形牙嵌式離合器；作為結(jié)合件。初選圓片摩擦離合器的尺寸如下：（參考文獻[8]P6-239）表4-8摩擦離合器尺寸d（mm）D（mm）L（mm）a（mm）b（mm)c(mm）h（mm）4010020070955304.7軸承的校核4.7.1軸I1）受力分析圖4.1軸I受力分析圖皮帶輪預(yù)緊力齒輪受力分析：；分度圓直徑；圓周力徑向力垂直平面V內(nèi)由力平衡方程得：帶入數(shù)據(jù)可得由得出H水平面內(nèi)，由力平衡方程：由帶入數(shù)據(jù)得，故軸承的反支持力：，故應(yīng)校核左軸承。對左軸承進行校核：1）求軸承當(dāng)量動載荷P12）驗算軸承壽命（查閱文獻[5]式13-5）軸承的基本額定壽命而初步預(yù)定該軸承的大修期為五年，兩班制。則：∴Lh＞Lh′，因此滿足預(yù)定的時間要求，所以選用合適。4.7.2軸II1）受力分析軸II受力分析圖：圖4.2軸II受力分析圖齒輪受力分析：；分度圓直徑；圓周力徑向力垂直平面V內(nèi)由力平衡方程得帶入數(shù)據(jù)可得由得出H水平面內(nèi)，由力平衡方程：得由帶入數(shù)據(jù)得，故軸承的反支持力：，故應(yīng)校核左軸承。1）求軸承當(dāng)量動載荷P12）驗算軸承壽命（查閱文獻[5]式13-5）軸承的基本額定壽命而初步預(yù)定該軸承的大修期為五年，兩班制。則：∴Lh＞Lh′，因此滿足預(yù)定的時間要求，所以選用合適。4.7.3軸III1）受力分析軸III受力分析圖：圖4.3軸III受力分析圖齒輪受力分析：，；分度圓直徑；圓周力徑向力垂直平面V內(nèi)由力平衡方程得：帶入數(shù)據(jù)可得由得出H水平面內(nèi)，由力平衡方程：得由帶入數(shù)據(jù)得，故軸承的反支持力：，故應(yīng)校核左軸承。1)求軸承當(dāng)量動載荷P12）驗算軸承壽命（查閱文獻[5]式13-5）軸承的基本額定壽命而初步預(yù)定該軸承的大修期為五年，兩班制。則：∴Lh＞Lh′，因此滿足預(yù)定的時間要求，所以選用合適。4.7.4軸IV1）受力分析軸IV受力分析圖：圖4.4軸IV受力分析圖齒輪受力分析：；分度圓直徑；圓周力徑向力垂直平面V內(nèi)由力平衡方程得：帶入數(shù)據(jù)可得由得出H水平面內(nèi)，由力平衡方程：得由帶入數(shù)據(jù)得，故軸承的反支持力：，故應(yīng)校核左軸承。1）求軸承當(dāng)量動載荷P12）驗算軸承壽命（查閱文獻[5]式13-5）軸承的基本額定壽命而初步預(yù)定該軸承的大修期為五年，兩班制。則：∴Lh＞Lh′，因此滿足預(yù)定的時間要求，所以選用合適。4.8軸的校核4.8.1軸I軸的彎扭矩圖：圖4.5軸I的彎扭矩圖已知數(shù)據(jù)：，，，，，，，。作彎矩圖V面H面合成彎矩由此可知：C截面為危險截面。進行校核。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取a=0.6，危險截面設(shè)計直徑為d=30mm，根據(jù)文獻[5]P373式：而軸的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），查文獻[5]P362頁表15-1得出當(dāng)毛坯直徑為30mm（調(diào)質(zhì)，）時，許用彎曲應(yīng)力，所以，即軸I的強度適合，安全可靠。4.8.2軸II軸的彎扭矩圖：圖4.6軸II的彎扭矩圖已知數(shù)據(jù)：，，，，，，，，。作彎矩圖V面H面合成彎矩由此可知：B截面為危險截面。進行校核。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取a=0.6，危險設(shè)計直徑d=40mm，根據(jù)文獻[5]P373式：而軸的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），查文獻[5]P362頁表15-1得出當(dāng)毛坯直徑為40mm（調(diào)質(zhì)，）時，許用彎曲應(yīng)力，所以，即軸II的強度適合，安全可靠。4.8.3軸III軸的彎扭矩圖：圖4.7軸III的彎扭矩圖已知數(shù)據(jù)：，，，，，，，，。作彎矩圖V面H面合成彎矩由此可知：C截面為危險截面。進行校核。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取a=0.6，危險截面設(shè)計直徑d=65mm，根據(jù)文獻[5]P373式：而軸的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），查文獻[5]P362頁表15-1得出當(dāng)毛坯直徑為65mm（調(diào)質(zhì)，）時，許用彎曲應(yīng)力，所以，即軸III的強度適合，安全可靠。4.8.4軸IV軸的彎扭矩圖：圖4.8軸IV的彎扭矩圖已知數(shù)據(jù)：，，，，，，。作彎矩圖V面H面合成彎矩由此可知：B截面為危險截面。進行校核。當(dāng)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取a=0.6，根據(jù)文獻[5]P373式：（其中）而軸的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），查文獻[5]P362頁表15-1得出當(dāng)毛坯直徑為85mm（調(diào)質(zhì)，）時，許用彎曲應(yīng)力，所以，即軸I的強度適合，安全可靠。4.9鍵的選擇與校核4.9.1第II軸上花鍵的選擇及校核II軸三聯(lián)齒輪在軸上實現(xiàn)軸向移動，因此要在軸上加工花鍵，矩形花鍵有多齒工作承載能力高，對中性好，齒根較淺，應(yīng)力集中小，軸的剛強度削弱小，加工方便，能用磨削的方法獲得較高的精度等優(yōu)點，故選用矩形花鍵?；ㄦI的公稱尺寸：；c=0.3；；花鍵的校核：花鍵的聯(lián)系方式為不在載荷作用下的移動的動連接，中等使用和制造情況，且齒面經(jīng)過熱處理，查[5]P111表6-3得許用擠壓應(yīng)力為;由[5]P110式6-6得：取載荷分配不均勻系數(shù)；花鍵的齒數(shù)N=8；齒的工作長度為l=230mm；花鍵的齒側(cè)面的工作高度；花鍵的平均直徑，；所以：故花鍵安全合適。4.9.2第III軸花鍵的選擇及校核同樣也選用花鍵。左邊軸的花鍵公稱尺寸如下：；c=0.4；；2.花鍵的校核：花鍵的聯(lián)系方式為不在載荷作用下的移動的動連接，中等使用和制造情況，且齒面經(jīng)過熱處理，查文獻[5]P111表6-3得許用擠壓應(yīng)力為;由文獻[5]P110式6-6得：取載荷分配不均勻系數(shù)；花鍵的齒數(shù)N=8；齒的工作長度為l=187.5mm；花鍵的齒側(cè)面的工作高度；花鍵的平均直徑，；所以：故該花鍵安全合適。3.右邊軸的花鍵公稱尺寸如下：；c=0.4；；4.花鍵的校核：花鍵的聯(lián)系方式為不在載荷作用下的移動的動連接，中等使用和制造情況，且齒面經(jīng)過熱處理，查文獻[5]P111表6-3得許用擠壓應(yīng)力為;由文獻[5]P110式6-6得：取載荷分配不均勻系數(shù)；花鍵的齒數(shù)N=8；齒的工作長度為l=375mm；花鍵的齒側(cè)面的工作高度；花鍵的平均直徑，；所以：故該花鍵安全合適。4.9.3I軸上的平鍵的選擇及校核軸I平鍵表4-9平鍵的參數(shù)零件鍵的參數(shù)鍵長鍵的材料連接方式帶輪32靜連接齒輪136齒輪228齒輪332校核經(jīng)比較知，I軸上所有傳動件中，齒輪2最危險，所以只需校核此平鍵。由文獻[5]P106式6-1的，=4mm，l=28mm，d=40mm，查文獻[5]表6-2得=100-120MPa；所以：<故該鍵安全合適。4.9.4軸II平鍵的選擇及校核表4-10軸II平鍵參數(shù)零件鍵的參數(shù)鍵長鍵的材料連接方式齒輪180靜連接齒輪232齒輪356軸II傳遞的扭矩，由文獻[5]P106式6-1的，=4.5mm，l=32mm，d=45mm，查文獻[5]表6-2得=100-120MPa；所以：<故該鍵安全合適。4.9.5軸IV平鍵的選擇及校核表4-11軸IV平鍵的參數(shù)零件鍵的參數(shù)鍵長鍵的材料連接方式齒輪132靜連接齒輪250軸IV傳遞的扭矩，由文獻[5]P106式6-1的，=6mm，l=32mm，d=85mm，查文獻[5]表6-2得=100-120MPa；所以：<故該鍵安全合適。第五章進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計5.1進給伺服系統(tǒng)簡介數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)是以機械位移為直接控制目標(biāo)的自動控制系統(tǒng)，簡稱伺服系統(tǒng)。它主要由伺服驅(qū)動單元、伺服電動機、機械傳動裝置、執(zhí)行元件和位置檢測反饋單元等部分組成，其中開環(huán)控制伺服系統(tǒng)無位置檢測反饋單元。伺服系統(tǒng)的輸入與數(shù)控插補器相聯(lián)，接受指令信號的控制，其輸出與機床的機械運動相聯(lián)，完成預(yù)定的直線或轉(zhuǎn)角位移。伺服進給系統(tǒng)按照數(shù)控加工對軌跡要求可分為點位控制、點位直線控制和輪廓控制；按照有無檢測元件的安裝位置可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制；按照反饋信息和比較方法的不同可分為脈沖比較、相位比較和幅值比較。5.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計及計算5.2.1進給傳動系統(tǒng)設(shè)計時要考慮的方面1）間隙。間隙是控制系統(tǒng)中的非線性因素，引起一個直接的時間滯后，造成隨機誤差和增加不穩(wěn)定傾向，應(yīng)盡量減小或消除。2）剛度質(zhì)量比。傳動鏈的彈性變形會產(chǎn)生時間滯后和超越，產(chǎn)生誤差，但增加結(jié)構(gòu)造成慣性大也會使系統(tǒng)動態(tài)性能下降，調(diào)整困難。故應(yīng)設(shè)計剛度質(zhì)量比大的結(jié)構(gòu)以滿足要求。3）摩擦。摩擦?xí)辜铀傩阅芟陆?，尤其?yīng)盡量減小靜摩擦力和動摩擦力之差，防止產(chǎn)生自激振動或爬行。4）阻尼。阻尼會增大誤差，但能減小超調(diào)量，有使系統(tǒng)穩(wěn)定的作用，故應(yīng)在系統(tǒng)內(nèi)有適當(dāng)?shù)淖枘帷?.2.2設(shè)計步驟1）選擇控制形式精度要求高時，一般采用閉環(huán)控制，但對于大型機床，受傳動鏈剛度和固有頻率限制，應(yīng)采用半閉環(huán)或開環(huán)控制。要求精度不太高時，通常采用半閉環(huán)控制。根據(jù)以上原則，選用開環(huán)控制系統(tǒng)。2）選擇驅(qū)動元件主要考慮慣量匹配要求，電機慣量過大時，其加速性能得不到充分發(fā)揮，太小時與負(fù)載慣量不匹配，影響整個系統(tǒng)的伺服性能。選取。本設(shè)計方案選用步進電動機來驅(qū)動。已知脈沖當(dāng)量為0.01，最大進給速度，則電動機的工作頻率選取電動機型號為90BF004表5-1電機主要技術(shù)參數(shù)型號外型尺寸質(zhì)量外徑長度軸徑90BF0049011893表5-2電機主要技術(shù)數(shù)據(jù)主要技術(shù)數(shù)據(jù)步距角（）最大靜轉(zhuǎn)矩最高空載啟動頻率運行頻率相數(shù)電壓V電流A0.75/1.52.540001600056073）機械傳動裝置設(shè)計①選擇執(zhí)行機構(gòu)因為移動行程小于4，故采用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠精密、靈敏、傳動效率高，通過預(yù)加載荷，能消除絲杠和螺母間的間隙，提高傳動精度。②選擇導(dǎo)軌類型要考慮盡可能減少摩擦力，故采用滾動導(dǎo)軌。為了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，應(yīng)適當(dāng)增加導(dǎo)軌阻尼比，故選取=0.05。③計算降速比查[3]P116得降速比公式步進電動機與軸直接相連，故由可初步求出絲杠導(dǎo)程則④慣量計算由[3]P117得工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量工作臺的質(zhì)量則由高速軸向低速軸折算慣量4）滾珠絲杠副的設(shè)計計算滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)方式為螺旋槽式，此方式的特點是：機構(gòu)簡單，承載能力較高。但回球槽與通孔聯(lián)接處曲率半徑小，鋼球的流暢性較差，擋球器端部易磨損。滾珠絲杠副的調(diào)隙方式選用墊片式調(diào)隙，其特點是：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛度高；但調(diào)整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預(yù)緊。支承方式采用兩端固定①滾珠絲杠的選擇根據(jù)螺距，選擇滾動螺旋副的尺寸如下表：表5-3滾動螺旋副的尺寸螺距鋼球直徑圈數(shù)列數(shù)公稱直徑螺紋升角與承載能力14500選擇螺紋滾道型面為雙圓弧形式。滾珠絲杠的設(shè)計計算a.平均載荷因為絲杠控制的是縱向進給，故軸向切削力可忽略不記，b.平均轉(zhuǎn)矩c.壽命計算前面已選定，選取工作壽命，則壽命系數(shù)載荷系數(shù)選取硬度影響系數(shù)選取短行程系數(shù)符合壽命條件d.靜載荷計算前面已選定選取硬度影響系數(shù)符合靜載荷條件e.螺桿的強度當(dāng)量應(yīng)力公式為電機最大輸出轉(zhuǎn)矩則滿足要求f.穩(wěn)定性螺桿端部結(jié)構(gòu)為兩端固定，長度系數(shù)螺桿的最大工作長度螺桿危險截面的慣性半徑故得臨界載荷則2.5～4，滿足穩(wěn)定性要求。g.螺桿系統(tǒng)的剛性軸向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形對于鋼，螺桿材料的彈性模量，切變模量已知工作行程，則軸向載荷使鋼球和螺紋滾道產(chǎn)生的軸向變形量根據(jù)式，得比較合理的取載荷分布不均系數(shù)每圈螺紋內(nèi)滾動體的數(shù)量取整數(shù)32。工作螺母的鋼球數(shù)量則螺桿系統(tǒng)各軸向彈性變形量之和螺桿系統(tǒng)的剛性符合。h.橫向振動臨界轉(zhuǎn)速根據(jù)螺桿端部結(jié)構(gòu)為兩端固定，取系數(shù)已知螺桿兩支承間的最大距離滿足要求。i.效率由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動時符合。由直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動時符合。經(jīng)過以上一系列計算和校核，可以確定所選滾珠絲杠合適。此外，在設(shè)計中還應(yīng)注意以下問題：防止逆轉(zhuǎn)：滾動螺旋傳動逆效率高，不能自鎖。為了使螺旋副受力后不逆轉(zhuǎn)，應(yīng)設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)裝置，在傳動系統(tǒng)中設(shè)有能夠自鎖的機構(gòu)。防止螺母脫出：在滾動螺旋傳動中，特別是垂直傳動，容易發(fā)生螺母脫出造成事故，設(shè)計時必須考慮防止螺母脫出的安全裝置。防護與密封：塵埃和雜質(zhì)等污物進入螺紋滾道會妨礙滾動體運轉(zhuǎn)通暢，加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。因此防護與密封是設(shè)計滾動螺旋傳動必須考慮的一環(huán)。潤滑：這是提高滾動螺旋副效率、延長壽命的重要因素之一，對減小起動力矩也有一定作用。第六章數(shù)控機床可編程控制系統(tǒng)設(shè)計6.1可編程控制器簡介6.1.1概述可編程控制器PLC（ProgrammableLogicController）是一種以微處理為核心、用作數(shù)字控制的專業(yè)計算機，專為工業(yè)環(huán)境下運行而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用于存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等特定功能的用戶指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。其結(jié)構(gòu)包括硬件和軟件兩大部分。6.1.2結(jié)構(gòu)PLC主要由中央處理器單元CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）模塊以及供電電源組成，各個部分通過總線連接起來。圖6.1PLC控制結(jié)構(gòu)圖6.2數(shù)控機床中PLC的功能PLC在數(shù)控機床中主要實現(xiàn)M、S、T等輔助功能。主軸轉(zhuǎn)速S功能用四位代碼指定。CNC裝置送出S代碼進入PC，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換（獨立型PC）、譯碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、限位控制和D/A轉(zhuǎn)換，最后輸給主軸電機伺服系統(tǒng)。PLC完成的M功能是很廣泛的，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正反轉(zhuǎn)及停止、主軸齒輪箱的變速、冷卻液的開關(guān)、卡盤的夾緊和松開等運動。6.3CK6140數(shù)控車床控制主軸運動的局部梯形圖圖6.2主軸運動的局部梯形圖6.4工作原理由梯形圖可知，當(dāng)控制面板上按下BS.M按鈕時，電動機啟動，常開觸點HAND1閉合，起自鎖作用。圖中包括主軸旋轉(zhuǎn)方向控制（順時針旋轉(zhuǎn)或逆時針旋轉(zhuǎn)）和主軸齒輪換檔控制（低速檔或高速檔）。控制方式分手動和自動兩種工作方式。當(dāng)機床操作面板上的工作方式開關(guān)選在手動時，HS.M信號為1。此時，自動工作方式信號AUTO為0（梯級1的AUTO常閉軟觸點為“1”）。由于HS.M為1，軟繼電器HAND線圈接通，使梯級1中的HAND常開軟接點閉合，線路自保，從而處于手動工作方式。在“主軸順時針旋轉(zhuǎn)”梯級中，HAND=“1”，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)方向旋鈕置于主軸順時針旋轉(zhuǎn)位置時，CW.M（順時針開關(guān)信號）=“1”，又由于主軸停止旋鈕開關(guān)OFF.W沒接通，SPOFF常閉接點為“1”使主軸手動控制順時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)逆時針旋鈕開關(guān)置于接通狀態(tài)時，和順時針旋轉(zhuǎn)分析方法相同，使主軸逆時針旋轉(zhuǎn)。由于主軸順轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)繼電器的常閉觸點SPCW和SPCCW互相接在對方的自保線路中，再加上各自的常開觸點接通，使之自保并互鎖。同時CW.M和CCW.M是一個旋鈕的兩個位置，也起互鎖作用。在“主軸停”梯級中，如果把主軸停止旋鈕開關(guān)接通（即OFF.M=“1”），使主軸停軟繼電器通電，它的常閉軟觸點（分別接在主軸順轉(zhuǎn)和主軸逆轉(zhuǎn)梯級中）斷開，從而停止主軸轉(zhuǎn)動（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）。工作方式開關(guān)選在自動位置時，此時AS.M=“1”，使系統(tǒng)處于自動方式（分析方法同手動方式）。由于手動、自動方式梯級中軟繼電器的常閉觸點互相接在對方線路中，使手動、自動工作方式互鎖。在自動方式下，通過程序給出主軸順時針旋轉(zhuǎn)指令M03，或逆時針旋轉(zhuǎn)指令M04，或主軸停止旋轉(zhuǎn)指令M05，分別控制主軸的旋轉(zhuǎn)方向和停止。圖中DEC為譯碼功能指令。當(dāng)零件加工程序中有M03指令，在輸入執(zhí)行時經(jīng)過一段時間延時（約幾十毫秒），MF=“1”，開始執(zhí)行DEC指令，譯碼確認(rèn)為M03指令后，M03軟繼電器接通，其接在“主軸順轉(zhuǎn)”梯級中的M03軟常開觸點閉合，使繼電器SPCW接通（即為“1”），主軸順時針（在自動控制方式下）旋轉(zhuǎn)。若程序上有M04指令或M05指令，控制過程與M03指令時類似。在機床運行的順序程序中，需執(zhí)行主軸齒輪換檔時，零件加工程序上應(yīng)給出換檔指令。M41代碼為主軸齒輪低速檔指令，M42代碼為主軸齒輪高速檔指令。以變低速檔齒輪為例，說明自動換檔控制過程。帶有M41代碼的程序輸入執(zhí)行，經(jīng)過延時，MF=1，DEC譯碼功能指令執(zhí)行，譯出M41后，使M41軟繼電器接通，其接在“變低速檔齒輪”梯級中的軟常開觸點M41閉合，從而使繼電器SPL接通，齒輪箱齒輪換在低速檔。SPL的常開觸點接在延時梯級中，此時閉合，定時器TMR開始工作。經(jīng)過定時器設(shè)定的延時時間后，如果能發(fā)出齒輪換檔到位開關(guān)信號，即SPLGEAR=1，說明換檔成功。使換檔成功軟繼電器GEAROK接通（即為1），SPERR為“0”即SPERR軟繼電器斷開，沒有主軸換檔錯誤。當(dāng)主軸齒輪換檔不順利或出現(xiàn)卡住現(xiàn)象時，SPLGEAR為“0”，則GEAROK為“0”，經(jīng)過TMR延時后，延時常開觸點閉合，使“主軸出錯”繼電器接通，通常常開觸點閉合保持，發(fā)出錯誤信號。表示主軸換檔出錯。處于手動工作方式時，也可