CK6140型數(shù)控車床主軸箱及進給系統(tǒng)設(shè)計

1、CK6140型數(shù)控車床主軸箱及進給系統(tǒng)設(shè)計摘 要數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡稱NC）機床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床。它是由主機，CNC，驅(qū)動裝置，數(shù)控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設(shè)備所組成。本次畢業(yè)設(shè)計課題是CK6140型數(shù)控車床主軸箱及進給系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計是為了解決實際生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)力低，提高生產(chǎn)率的問題。通過這次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)了自己理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想,綜合運用了已修課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合生產(chǎn)實際進行分析和解決工程實際問題的能力。鞏固、深化和擴展了自己對普通機械獨立設(shè)計的能力。通過對通用機械零件、常用機械傳動

2、和簡單機械的設(shè)計，使我掌握了一般機械設(shè)計程序和方法，樹立了正確的工程設(shè)計思想，培養(yǎng)了獨立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計能力。關(guān)鍵詞： 1、數(shù)控機床 2、開放式數(shù)控系統(tǒng) 3、電動機目 錄一、前言1二、總體方案2（一）CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展2（二）CK6140數(shù)控車床及控制系統(tǒng)的總體方案2三、機械部分設(shè)計計算說明3（一）主運動部分計算3（二）橫向進給運動設(shè)計21四、控制系統(tǒng)設(shè)計28（一）數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計內(nèi)容28（二）存儲器擴展電路設(shè)計29（三）I/O接口電路及輔助電路設(shè)計33五、結(jié)論39致謝40參考文獻41一、前言本次畢業(yè)設(shè)計課題是CK6140型數(shù)控車床主軸箱及進給系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計是為了解決實際生產(chǎn)

3、過程中的生產(chǎn)力低，提高生產(chǎn)率的問題。本次設(shè)計是學(xué)完所有大學(xué)期間本專業(yè)課程相關(guān)知識以后所進行的，是我們大學(xué)階段最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是對我三年半來所學(xué)知識的一次大檢驗。使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識。二、總體方案（一）CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展 數(shù)控機床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)機械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品；其技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)：(3)自動控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)：(6)軟件技術(shù)等。計算機對傳統(tǒng)機械制造產(chǎn)業(yè)的滲透，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工

4、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：1、智能化；2、網(wǎng)絡(luò)化；3、集成化；4、微機電控制系統(tǒng)；5、數(shù)字化。 我國數(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，加強服務(wù)。（二）CK6140數(shù)控車床及控制系統(tǒng)的總體方案由于該設(shè)計給出的已知條件是18級變速，對于主軸箱的設(shè)計采用雙聯(lián)齒輪、三聯(lián)齒輪、撥叉、電磁離合器實現(xiàn)主軸的變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。進給部分用數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進電機，實現(xiàn)X、Y兩方向的進給運動；刀架采用電動刀架；參考的普通機床拆除其中的絲杠、光杠進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；在主軸后端加一主軸

5、編碼器，以便加工螺紋。三、機械部分設(shè)計計算說明（一）主運動部分計算1、參數(shù)的確定通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。車床的主參數(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410mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于220mm；主軸通孔直徑d要大于或等于52mm；主軸錐度：莫氏6#；最大工件長度L是5001000mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：202000r/min；級數(shù)范圍是：18；縱向

6、進給量0.032mm/r；主電機功率是5.5kw（1）參數(shù)確定的步驟和方法極限切削速度umaxumin 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。允許的切速極限參考值如機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書。然而，根據(jù)本次設(shè)計的需要選取的值如下由已知條件可知:umax=200m/min, umin=610m/min?？扇min=9m/min主軸的極限轉(zhuǎn)速 計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗公式dmax=0.50.6D,dmin=0.20.25dmax；這里取dmax=0.5D，dmin=0.25dmax由于D=410mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： 3.1

7、=1242r/min 3.2 =13.9r/min，取 ； 由于轉(zhuǎn)速范圍 Rn= = =88.7 3.3中型通用機床，常用的公比為1.26或1.41，本例考慮到適當(dāng)減少相對速度損失，選定=1.26 3.4 取Z = 18級 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110000的數(shù)值，因=1.26=，從表中找到nmax=1600r/min，就可以每隔3個數(shù)值取一個數(shù)，得： 14，18，22.4，28，35.5，45，56，71，90，112，140，150，224，280，355，450，560，710。主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)z和公比 已知 =Rn Rn=且： z= 3.5

8、因機床的電動機轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動居多，因此，傳動系統(tǒng)中若按傳動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，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時，傳動件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動副數(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，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如下： 18= 3.6主電機功率動力參數(shù)的確定 合理地確定電機功率N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機床電機功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是

9、一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計書表中推薦的數(shù)值：取 P=5.5kw 3.72、傳動設(shè)計（1）確定變速組的數(shù)目和各變速組中傳動副的數(shù)目.該機床的變速范圍比較大,必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電動機的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速,通常采用P=2或3,因此,18=3×3×2,共需三個變速組.（2）確定不同傳動副數(shù)的各變速組的排列次序,根據(jù)“前多后少” 的原則,選擇18=3×3×2的方案.（3）確定變速組的擴大順序,根據(jù)“前密后疏”的原則,選擇8=31×33×

10、29的結(jié)構(gòu)式.（4）驗算變速組的變速范圍,最后擴大組的范圍.r=(kj-1)xj =(2-1)×9 =8,在允許的變速范圍之內(nèi).（5）確定是否需要增加降速的定比傳動副該車床的主運動系統(tǒng)的總降速比為期不遠16/1440 =1/90,三個變速組的最小降速比都為1/4.5.這樣是無需增加降速的定比傳動副,為使中間的二個變速組降速緩慢，以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電動機軸到主傳動系統(tǒng)前端的軸增加一對28/64的降速傳動齒輪副,這樣,也有利于變型機床的設(shè)計,改變降速傳動齒輪副的傳動比，就可以將主軸18級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。3、擬定轉(zhuǎn)速圖本例主傳動系統(tǒng)需4根軸,再加上電動機軸:18級轉(zhuǎn)速,畫出轉(zhuǎn)速圖

11、的格線如圖2-6。決定軸-的最小降速傳動比主軸上的齒輪希望大一些,能起到飛輪的作用,所以最后一個變速組的最小降速傳動比取極限值1/4,公比=1.26,1.266 =4,因此從軸E點向上六格,在軸找到D點,連結(jié)DE線即為-軸的最小傳動比.決定其余變速組的最小傳動比根據(jù)“前緩后急”的原則，軸-間取umin=1/5,即從D點向上五格，在軸上取C點，同理，軸-間取umin=1/5即從C點向上五格，在軸上找出B點，分別連結(jié)AB線、BC線、CD線，如圖2-6所示。畫出各變速組的傳動比連線按基本組的級比指數(shù)X0=1，第一擴大組的級比指數(shù)X1=3，第二擴大組的級比指數(shù)X2=9，畫出各變速組的傳動比連線如2-7

12、所示，畫出全部傳動比連線，如2-8所示。按2-8繪主傳動系統(tǒng)圖,此傳動系統(tǒng)是CK6140型數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)，如3-9： 圖1：CK6140車床主運動轉(zhuǎn)速圖 圖2：CK6140車床傳動系統(tǒng)圖4、帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定（1）齒輪齒數(shù)的確定由轉(zhuǎn)速圖可以看出: Ua1 = 1/5 = 1/3.17 Ua2 = 1/4 = 1/2.52 Ua3 = 1/3 = 1/2 3.8令 Ua1 = Z1/Z1´ Ua2 = Z2/Z2´ Ua3 = Z3/Z3´最小齒輪必然是在降速比最大的傳動副Ua1中，即Z1 = Zmin 若取 Z1 = 18，則Z1´ =Z1/

13、Ua1=18×3.17=57.06 取Z1´=57齒數(shù)和SZ=Z1+Z1´=18+57=75根據(jù)公式:Zj=UjSZ/1+Uj， Zj´=SZ/1+Uj 得： Z2=Ua2SZ/1+Ua2=75*1/2.52/(1+1/2.52)=21 Z2´=SZ-Z2=75-21=54 3.9 Z3=Ua3SZ/1+Ua3=75*1/2/(1+1/2)=25 Z3´=SZ-Z3=75-25=50 同理,由轉(zhuǎn)速圖可知:Ub1 = 1/5 = 1/3.17 Ub2 = 1/2 = 1/1.58 Ub3 = = 1.26令 Ub1 = Z4/Z4

14、80; Ub2 = Z5/Z5´ Ub3 = Z6/Z6´最小齒輪必然是在降速比最大的傳動副Ub1中，即Z4 = Zmin 若取 Z4 = 22，則Z4´ =Z4/Ub1=22×3.17=69.74 取Z4´=70齒數(shù)和SZ=Z4+Z4´=22+70=92根據(jù)公式:Zj=UjSZ/1+Uj， Zj´=SZ/1+Uj 得： Z5=Ub2SZ/1+Ub2 =92*1/1.58/(1+1/1.58)=36 Z5´=SZ-Z5=92-36=56 Z6=Ub3SZ/1+Ub3=92*1/1.26/(1+1/1.26)=41

15、Z6´=SZ-Z6=92-41=51由轉(zhuǎn)速圖可以看出: Uc1 = 1/6 = 1/4 Ua2 =3= 2 Ua3 = 1/3 = 1/2令 Uc1 = Z7/Z7´ Uc2 = Z8/Z8´最小齒輪必然是在降速比最大的傳動副Uc1中，即Z7 = Zmin 若取 Z7 = 17，則 Z7´ =Z7/Uc1=17*4=68 齒數(shù)和SZ=Z7+Z7´=17+68=85根據(jù)公式:Zj=UjSZ/1+Uj， Zj´=SZ/1+Uj 得： Z8=Uc2SZ/1+Uc2 =85*2/(1+2)=57 Z8´=SZ-Z2=85-57=28

16、主軸轉(zhuǎn)速誤差的計算: 取n = 630r/min,它經(jīng)過傳動齒輪18/57以后no變?yōu)? no = n×18/57 = 630 × 18/57 =198.9 3.10主軸的轉(zhuǎn)速誤差 = 1 - 198.9/200 = 1 - 0.9945= 0.0055 = 0.55%（2）帶輪的設(shè)計 選擇普通V帶型號由表示9-5查得KA = 1.1, 由式(9-10)得: PC = KAP = 1.1×5.5KW = 6.05KW 3.11由圖9-7選用A型V帶確定帶輪基準(zhǔn)直徑d1和d2由表9-2取d1 = 125,由式(9-6)得: d2 = n1d1(1-)/n2 = id

17、1(1-) = 2.3×125×(1-0.01) = 284.6 3.12由表9-2取d2 = 300,(雖使n2略有減少,但其誤差小于5%,故允許). 驗證帶速由式(9-12)得: V = n1d1/1000×60 = 9.42m/s 介于525m/s范圍內(nèi),合適. 確定帶長和中心距a由式(9-13)得: 0.7(d1d2)ao2(d1d2) 0.7(125300)ao2(125300) 3.13所以有297.5ao850初定中心距 ao = 680,由式(9-14)得帶長 Lo = 2ao + (d1d2)/2 (d2d1)2/4ao =2 ×680

18、 (125300)/2 (300125)2/4×680 =2038.5 3.14由表9-3選用 Ld = 2000,由式(9-15)得實際中心距: a = ao (LdLo)/2 = 680 (20002038.5)/2 =660.75 3.15驗算小帶輪上的包角a1 由式(916)得: a1 = 1800 (d2d1)×57.3/a 3.16 =1800 (300125)×57.3/660.75 =164.80 > 1200 ，合適確定帶的根數(shù)由式(916)得: Z = PC/(POPO)KLKa 3.17由表94查得：PO = 1.92kw;由表96查得

19、: PO = 0.17kw; 由表96查得: Ka = 0.97; 由表93查得：KL = 1.01, 所以有: Z = 6.05/(1.920.17)0.97×1.01 = 2.95取3根計算軸上的壓力由表91查得：q = 0.1/m,故由式(918)得:初拉力為 FO = 500PC(2.5/Ka1)/ZV qV2 2.18 = 500×6.05(2.5/0.971)/9.42×3 0.1×9.422 =178 N由式(919)得作用在軸上的壓力 FQ =2ZFosin(a1/2) = 2×178×3sin(164.8/2) =

20、1058.6 N 3.19(7) 通過前面計算得知小帶輪直徑為125,大帶輪直徑為了實現(xiàn)360,故小帶輪結(jié)構(gòu)采用實心式,大帶輪結(jié)構(gòu)采用腹板式,示意圖如下:5、傳動件的估算和驗算（1）主軸直徑的選擇:這里按機床主參數(shù)來確定主軸前軸頸直徑D1表一：普通車床主軸前軸頸直徑D1和主參數(shù)Dmax的關(guān)系()Dmax2002503154005006301000D10.27Dmax±100.25Dmax±150.22Dmax±150.2Dmax±15所以: D1 = 0.25Dmax15 = 0.25×41015 = 87.5車床后軸頸D2根據(jù)經(jīng)驗公式D2 =

21、 (0.70.8)D1得: D2 = (0.70.8)D1 = 0.7D1 = 0.7×87.5 = 61.25（2）主軸孔徑:自動半自動車床,d/D = 0.60.65, D = (D1 D2)/2 = 74.375 所以: d = 0.65D = 0.65×74.375 = 48.3取d = 49 （3）主軸部件的彎曲剛度計算:A對一般受彎矩作用的主軸,需進行彎曲剛度驗算,主要驗算軸端的位移Y和前軸承處的轉(zhuǎn)角A;如果切削力F和傳動力不在同一個平面內(nèi),應(yīng)將其分解在相互垂直的兩個平面內(nèi)分別求出數(shù)值,再按向量進行合成,即:式中: YH, H水平平面內(nèi)的位移和轉(zhuǎn)角 Yv, y垂

22、直平內(nèi)的位移和轉(zhuǎn)角.由于CK6140數(shù)控車床在進行零件加工進無扭轉(zhuǎn)變形的產(chǎn)生,所以無需計算主軸部件的扭轉(zhuǎn)剛度.6、離合器、制動器的選擇離合器選用多圓式摩擦離合器與牙嵌式離合器相比,摩擦離合器的優(yōu)點是:兩軸可在有較大轉(zhuǎn)速差的情況下接合和分離:接合過程平穩(wěn)、沖擊、振動較小;改變摩擦面間的壓力,從動軸的加速時間可調(diào),過載時將發(fā)生打滑,以保護重要零件不致?lián)p壞.其缺點是:外廓尺寸較大,在接合和分離過程中要產(chǎn)生滑動摩擦,故發(fā)熱量較大,磨損也較快. 為了散熱和減輕摩損,可以把摩擦離合器浸入油中工作,摩擦離合器適用范圍經(jīng)常起動,制動中經(jīng)常改變轉(zhuǎn)速方向的場合.制動器則選用帶式的,因為這種制動器主要由制動輪,制動

23、鋼帶和操縱系統(tǒng)組成,當(dāng)杠桿上作用外力F后,閘帶收緊且抱住制動輪,靠帶與輪間的摩擦力實現(xiàn)制動.而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,常用于中、小型起重運輸機械和手動操縱的場合.7、潤滑和密封的設(shè)計（1）潤滑設(shè)計 齒輪采用潤滑油飛濺潤滑,軸承采用潤滑脂人工加油潤滑. 在減速器箱體內(nèi)有一定量的潤滑油(查GB/T5903-1995潤滑油選用68號潤滑油),齒輪一部分浸入油中,當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時,潤滑油被濺起,散落到其他零件上進行潤滑. 在進行減速器組裝時,在軸承端蓋凹槽內(nèi)裝入一定量潤滑脂(查GB/T492-1989潤滑脂選用3號潤滑脂),當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時,產(chǎn)生熱量使?jié)櫥F入度變大,使?jié)櫥M入到軸承滾球進行潤滑.（2）密封設(shè)計

24、因減速器箱體采用分體式箱體,從軸水平面中心面處分為上、下箱體兩部分,為防止灰塵進行箱體及防止箱體內(nèi)潤滑油被高速旋轉(zhuǎn)甩出,在組裝減速器時應(yīng)在上、下箱體間涂上一層水玻璃或密封膠進行密封.在下箱體下部的放油螺栓及油標(biāo)處應(yīng)墊上橡膠圈,防止?jié)櫥托孤?通氣孔及小蓋處應(yīng)墊上質(zhì)墊片,起到一定密封作用,防止灰塵進入.由于在伸出軸與端蓋之間有間隙,必須安裝毛氈密封圈,以防止漏油和污物進入體內(nèi).8、展開圖設(shè)計（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容，技術(shù)要求和方法設(shè)計的內(nèi)容 設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）主軸組件、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一長展開圖表示。

25、技術(shù)要求 主軸變速箱是機床的主要部件。設(shè)計時除考慮一般機械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題（這是本次設(shè)計的中型車床的數(shù)據(jù)）。1）精度 車床主軸部件要求比較高的精度。如： 主軸的徑向跳動 0.01mm ； 主軸的橫向竄動 0.01mm ；2）剛度和抗振性 綜合剛度（主軸與刀架之間的作用力與相對變形之比）：D最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 。在主軸與刀架之間的相對振幅的要求：等 級 振幅（0.001mm） 1 2 33)傳動效率要求等 級 效 率 0.85 0.8 0.754）主軸前軸承處溫度和溫升應(yīng)控制在以下范圍：條 件 溫 度 溫 升 用 滾 動 軸 承 70 40 用 滑 動 軸 承 60

26、30噪聲要控制在以下范圍等 級 dB 78 80 835）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單、緊湊，加工和裝備工藝性好，便于維修和調(diào)整。6）操作方便，安全可靠。7）遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。設(shè)計方法 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個機床設(shè)計的重點。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式圖之前，最好能先畫草圖。目的是：1）布置傳動件及選擇方案。2）檢驗傳動設(shè)計的結(jié)果中有無相互干涉、碰撞或其它不合理的情況，以便及時改正。3）確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。 為達到上述的目的，草圖的主要輪廓尺寸和零件之間的相對位

27、置尺寸一定要畫得準(zhǔn)確，細部結(jié)構(gòu)可不必畫出。 各部分結(jié)構(gòu)經(jīng)反復(fù)推敲修改，經(jīng)過必要的驗算，確定了結(jié)構(gòu)方案以后，才能開始畫正式裝備圖。 在本次設(shè)計中，我先用A0的圖紙，手工繪制出了整張完圖，經(jīng)顏教授的四次修改之后才開始正式的用軟件畫圖。然而，在繪圖的過程中遇到了很多的困難和不懂的地方，在教授的指點下進行了反復(fù)的修改才得以完成初圖。（2）展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸延其軸線剖開，并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。因此，展開圖是傳動設(shè)計的結(jié)構(gòu)化，是表達主軸變速箱內(nèi)傳動關(guān)系以及各傳動軸（包括傳動部件）的結(jié)構(gòu)的。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可能要修改傳動設(shè)計。同一傳動方案可能有不同的

28、布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計。車床主軸變速箱中的一些設(shè)計范例可為我們提供參考。離合器結(jié)構(gòu)與軸上的傳動齒輪 軸上裝的換向離合器和變速齒輪，有兩種布置方案。一種是兩級變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，否則齒輪無法加工。這樣軸間距離加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸和軸上。左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到是三級的正向轉(zhuǎn)動。這種結(jié)構(gòu)的齒輪直徑小，但軸向尺寸較大。此外，這種結(jié)構(gòu)就不能采用通過空心的軸中拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計中由于離合器和齒輪的原因只能采用后一種結(jié)構(gòu)方案。具體的結(jié)構(gòu)可見裝備圖中的分布。反向機構(gòu) 利用機械傳動

29、實現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)需要一個惰輪，也有兩中方案，一種是增加專門用來轉(zhuǎn)惰輪的短軸。這種短軸常是懸臂的，剛性差，齒輪接觸不好，容易引起振動和噪聲。另一種結(jié)構(gòu)是將惰輪裝在有兩個支承的傳動軸上，軸的剛性好，有利于降低噪聲。本次設(shè)計中選擇的是后者，因為無論從哪個角度去選擇都是后者好于前者。 反向轉(zhuǎn)速一般大于、至少等于正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，低于正轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是不合理的，設(shè)計的時候一定要考慮的問題。本次設(shè)計中，反向的轉(zhuǎn)速大于正轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。變速方案與傳動件的布置變速方案有很多中選擇，滑移齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，也最常用，本次設(shè)計中自然選用了。在軸上還采用了電磁摩擦離合器來變速，因為本次設(shè)計的機床是數(shù)控自動化機床，要求不停車進行變速。變速方案

30、不同，布置也不同。 總體布置的時候需要考慮制動器的位置，本次設(shè)計時因為在軸上放了兩個電磁離合器，為了減少軸的負荷，所以制動器是不能放在此軸上了。只要把制動器放在其他的軸上，具體的裝備見圖。 每一種布置方案的實現(xiàn)，都必須具備某些條件。設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)條件盡可能選擇軸向尺寸較小的方案。本次設(shè)計中裝備圖上的布置就是最優(yōu)的方案。（3）軸（輸入軸）的設(shè)計軸的特點：將運動傳入變速箱的帶輪，一般都安裝在軸端，軸變形較大，結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意加強軸的剛度或使軸不受帶的拉力（帶輪卸荷）。若軸上安裝正反用的離合器和制動器，由于組成離合器的零件很多，在箱內(nèi)裝備很不方便，一般都希望在箱外將軸組裝好后再整體裝入箱內(nèi)（最好是連皮帶

31、也組裝在上面）。卸荷裝置： 帶輪將動力傳到軸有兩種方式：一類是帶輪直接裝在軸上。除傳遞扭矩外，帶的拉力也作用在軸上。另一類是帶輪裝在軸承上，軸承套裝在套筒（法蘭盤）上，傳給軸的只是扭矩，徑向力有固定在箱體上的套筒承受。這種結(jié)構(gòu)稱為卸荷裝置。本次設(shè)計中用的就是后者，卸荷裝置。具體的結(jié)構(gòu)和裝備見圖。換向裝置： 車床上的反轉(zhuǎn)主要用于加工螺紋時退刀。車短螺紋時，換向頻率比較高。實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的變換有很多種方案。可本次設(shè)計中所采用的是電磁離合器。正反向離合器：正反向的轉(zhuǎn)換，希望在不停車的狀態(tài)下進行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱體內(nèi)，都采用濕式。在確定軸向尺寸時，摩擦片在不壓緊時，應(yīng)留有0.20.4 mm

32、的間隙，間隙應(yīng)能調(diào)整。常用的間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)是：調(diào)整螺母的端部圓周方向銑有若個缺口，止動銷在彈簧的壓緊下，其頭部插入缺口中，調(diào)整時按下止動銷，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母至合適位置，止動銷又插入另一個缺口。電磁離合器不需調(diào)整間隙。離合器的操縱方式：離合器的操縱有：機械式、電磁式和液壓式。本次設(shè)計中采用的操縱是電磁式，電磁離合器的摩擦片的壓緊是由電磁鐵的吸力來達到，他的機械結(jié)構(gòu)比較簡單。（4）空套齒輪的結(jié)構(gòu) 軸上裝有正反向轉(zhuǎn)換用的片式離合器時，兩端的齒輪是空套在軸上的，當(dāng)離合器接通時，才與軸一起轉(zhuǎn)動。但脫開的另一端齒輪，與軸的回轉(zhuǎn)方向是相反的，而者相對轉(zhuǎn)速很高（約為軸轉(zhuǎn)速的兩倍左右）。 齒輪與軸之間的軸承，可以用滾

33、動軸承，也有用滑動軸承的。本次設(shè)計中采用的是滾動軸承。 因為滑動軸承在一些性能和維修上均不如滾動軸承，但它的徑向尺寸小，也常被采用，可在本次設(shè)計中沒有采用。 空套齒輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。具體的情況可見設(shè)計圖紙。（5）齒輪塊的設(shè)計 齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說，作用在一個齒輪上的載荷是變化的。同時由于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪聲，常成為變速箱的主要噪聲源，并不影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在齒輪快設(shè)計時，應(yīng)充分考慮到這些問題。 齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多，取決下列有關(guān)因素：1）是固定齒輪還是滑移齒輪；2）移動滑移齒輪的方法；3）齒輪

34、精度和加工方法。變速箱中齒輪用于傳遞動力和運動。它的精度的選擇決定于圓周速度。采用同一精度時，圓周速度較高，振動和噪聲越大，根據(jù)實驗結(jié)果得知，圓周速度增加一倍，噪聲約增大6dB。表二：直齒齒輪的精度選擇推薦如下 齒 輪 圓 周 速 度 精 度 等 級 U 8 m/s 8-7-7Dc； U=8 15 m/s 7-6-6Dc； U 15 m/s 6-5-5Dc； 工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪聲的影響比運動誤差更大，所以這兩項精度應(yīng)選高一級。 為了控制噪聲，機床上主傳動齒輪都選用較高的精度。大都是7-6-6，圓周速度很低的，才選8-7-7。如果噪聲要求很嚴，或一些關(guān)鍵齒輪，就應(yīng)選6-5-5。在本次

35、設(shè)計中，精度的選擇就是以上所說的情況。主傳動齒輪選用的是： 7-6-6。（6）結(jié)構(gòu)與加工方法的關(guān)系 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有所不同。8級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達到。7級精度齒輪，用較高精度滾齒機或插齒機就可以達到。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（插）后要剃齒，是精度高于7級，或者淬火后在珩齒。6級精度齒輪，用精密滾齒機可以達到。淬火齒輪，必須磨齒才能達到6級。機床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊一般形式見圖 ：各部分的尺寸推薦如下：1）空刀槽bk插齒時： 模數(shù)12 mm bk5 mm； 模數(shù)2.54 mm b

36、k6 mm。為了布置與作圖的方便，本次設(shè)計中所選的空刀槽 bk=10 mm2）齒寬b齒寬影響齒的強度。但如果太寬，由于齒的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動和噪聲。一般b?。?10）m。式中m-模數(shù)。齒輪模數(shù)m小，裝在軸的中部或者是單片齒輪，去大值。齒輪模數(shù)m大，裝在靠近支承處或者是多聯(lián)齒輪，去小值。由于本次設(shè)計中m分別為2mm，2.5mm，3mm，3.25mm，3.5mm五個不同的數(shù)值。雖然不同但是它們相差不是很大。同樣為了布置幾制造的方便，所有的齒寬在滿足公式的前提下選b為： b=20 mm3）其他問題 滑移齒輪進出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸，如圖：圓齒和倒角的性

37、質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，應(yīng)予注意。 部分用于安裝撥動齒輪的滑塊，一般取： 2.20本次設(shè)計中選用的是：選擇齒輪塊的結(jié)構(gòu)要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機械加工時的安裝和定位基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度。（7）組合齒輪齒輪磨齒時，要求較大的空刀（砂輪）距離，因此多聯(lián)齒輪不便于做成整體的，一般都做成組合的齒輪塊。有時為了縮短軸向尺寸，也有用組合齒輪的。但在本次設(shè)計中用到的是：鍵連接用平鍵拼裝，軸向定位用彈簧擋圈。具體的繪圖方案，可參考曹金榜主編的機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)。（8）齒輪的軸向定位 要保證正確的嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠?；讫X輪的軸向位置由操縱機構(gòu)的定位槽、

38、定位孔或其他方式保證，一般在裝配后最后調(diào)整確定，本次設(shè)計所采用的軸向定位結(jié)構(gòu)如下：1）彈簧卡圈定位說明及特點：結(jié)構(gòu)簡單、裝配方便，但不能承受軸向力。2）隔套定位說明及特點： 用隔套將各傳動件在軸向固定、裝配方便，有利于軸的剛度。（9）傳動軸設(shè)計特點 機床主軸，廣泛采用滾動軸承作支承，軸上要安裝齒輪、離合器、和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機構(gòu)能正常工作。首先，傳動軸應(yīng)有足夠的強度、剛度。如橈度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大，兩中心線誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。軸的結(jié)構(gòu) 傳動軸可以是光軸也可以是花鍵軸，這些在

39、軸加工中并無困難，所以裝移齒輪的軸采用花鍵軸，不裝滑移齒輪的軸也采用花鍵軸。 花鍵軸承載能力高，加工和裝配也比帶單鍵的光軸方便。軸的部分長度上的花鍵，在終端上有一段不是全高，不能和花鍵孔配合。這是加工的過渡部分。具體的作圖可參考曹金榜主編的機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)。 一般的尺寸花鍵的滾刀直徑D刀為6585 mm。軸承的選擇 機床傳動軸常用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升空載功率和噪聲等方面，球軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支承孔的加工精度要求比較高。因此，球軸承用得更多。但滾錐軸承內(nèi)外圈可以分開，裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以，在沒有軸向力時，也常采用這種軸承。這種軸承的形式和尺寸的選擇，

40、取決于承載能力，但也要考慮其它結(jié)構(gòu)條件。 同一軸心線的箱體支承直徑安排要充分考慮鏜孔工藝。成批生產(chǎn)中，廣泛采用定徑鏜刀和可調(diào)鏜刀頭。在箱外調(diào)整好鏜刀尺寸，可以提高生產(chǎn)率和加工精度。還常采用同一鏜刀桿安裝多刀同時加工幾個同心孔工藝。 本次設(shè)計中，由于是支承跨距長的箱體，要從兩邊同時進行加工，具體的參考圖見參考書曹金榜主編的機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)。 既要滿足承載能力要求，又要符合孔加工工藝，可以用輕、中或重系列的軸承來達到支承孔直徑的安排要求。 兩孔間的最小間隙壁厚，不得小于510 mm，以免加工時孔變形。 花鍵軸兩端裝軸承的軸徑尺寸至少有一個應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。 一般傳動軸上軸承選用G級精度。 滾

41、動軸承是外購標(biāo)準(zhǔn)件，可以簡化畫法，但類型必要表示清楚與其它零件的相關(guān)尺寸如：外徑、內(nèi)徑和寬度必須按實際尺寸畫。軸的軸向定位傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置，才能保證裝在軸上各傳動件的位置的確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有周向定位。對受軸向力的軸其軸向定位就更加重要?；剞D(zhuǎn)軸的軸向定位（包括軸承在軸上定位和在箱體孔中定位）在選擇定位方式時應(yīng)注意：1.軸的長度。長軸要考慮熱伸長的問題，宜由一端定位。2.軸承的間隙是否需要調(diào)整。3.整個軸的軸向定位是否需要調(diào)整。4.在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈。5.加工和裝配的工藝性等?；剞D(zhuǎn)軸的軸向定位本次設(shè)計采用的是：兩端均用軸承蓋、調(diào)節(jié)螺釘定位。

42、兩端均有調(diào)節(jié)螺釘，除能方便地調(diào)節(jié)軸承預(yù)緊力外，還可調(diào)節(jié)軸系的軸向位置，以便使嚙合齒輪對齊。（10）主軸組件設(shè)計 主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高。安裝工件（車床）或者刀具的主軸參與切削成形運動，因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量（加工精度和表面粗糙度），設(shè)計時主要圍繞著保證精度、剛度和抗振性，減少溫升和熱變形等幾個方面來考慮。各部分尺寸的選擇主軸形狀與各部分尺寸不僅和強度、剛度有關(guān)，而且涉及多方面的因素。1）內(nèi)孔直徑 車床主軸由于要通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。為了擴大使用范圍，加大可加工棒料直徑，車床主軸內(nèi)孔直徑有增大的趨勢。我國已有標(biāo)準(zhǔn)可循。 通孔直徑=36

43、 mm。2）軸徑直徑前支承的直徑是主軸上一主要的尺寸，設(shè)計時，一般先估算或擬定一個尺寸，結(jié)構(gòu)確定后再進行核算。由于P=5.5 kw，所以前軸徑 70105 mm3）前錐孔尺寸前錐孔用來裝頂尖或其它工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔。莫氏號的選擇：車床最大回轉(zhuǎn)直徑D 320 400莫 氏 錐 度 號 4或5號 5或6號本次設(shè)計中，由于車床最大回轉(zhuǎn)直徑D=400 mm，所以選用莫氏錐度號5號。標(biāo)準(zhǔn)莫氏錐度尺寸： 簡 圖莫 氏 號大端直徑D錐度（D-d）/L 長 度 5 44.399 1：19.022 1304）支承跨距及懸伸長度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長度a，選擇適當(dāng)?shù)闹С锌缇郘。一

44、般推薦?。篖/a =35?？缇郘小時，軸承變形對軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時，L/a應(yīng)選大值，軸剛性差時，則取小值?？缇郘的大小，很大程度上受其他結(jié)構(gòu)的限制，常常不能滿足以上要求。安排結(jié)構(gòu)時力求接近上述要求。本次設(shè)計中就取： L/a =5。則由 L=130 mm得 mm。5）頭部尺寸的選擇考慮與主軸前徑直徑相匹配，本次設(shè)計采用B型結(jié)構(gòu)。具體見圖。主軸軸承1）.軸承類型的選擇主軸前軸承的軸承類型選擇：內(nèi)孔有1：12的錐度 選用的軸承類型是：GB/T285-64 雙列向心圓柱滾子軸承3192114/1具體作圖可見機械設(shè)計手冊。2）.軸承的位置機床主軸采用兩個支承，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。在配置

45、軸承時，應(yīng)注意以下幾點：兩個支承點都要能承受徑向力。兩個方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。徑向力和兩個方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上，即負荷都由機床支承件承受。3）軸承的精度和配合 主軸軸承精度要求比一般傳動軸高。前軸承的誤差對主軸前端的影響最大，所以前軸承的精度一般比后軸承選擇高一級。 普通精度級機床的主軸，前軸承選C或D，后軸承選D或E級。 選擇軸承精度時，既要考慮機床精度要求，也要考慮經(jīng)濟性。提高了精度，軸承的價格隨精度顯著提高。 軸承與軸和軸承與箱體之間，一般都采用過渡配合，采用比一般軸要松一些的配合，可用j5，js5，j6，js6。另外，軸承的內(nèi)外環(huán)都是薄壁件，軸和孔的形狀誤差都會反

46、映到軸承道上去。所以，軸和孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配。 主軸上軸承配見圖。4）軸承間隙調(diào)整： 軸承間隙的調(diào)整量，應(yīng)該能方便而且能準(zhǔn)確的控制，但調(diào)整的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動，當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移動時，由于有1：12的內(nèi)錐孔，內(nèi)圈將脹大消除間隙。調(diào)整間隙的結(jié)構(gòu)式及其方法見參考書。主軸和齒輪的連接 采用平鍵連接，采用兩個，相隔180º布置，兩個鍵不但平衡較好，而且平鍵高度較低，避免因齒輪鍵槽太深導(dǎo)致小齒輪輪轂厚度不夠問題。潤滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨的油管引到軸承處。 主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難，防漏的措施：堵-加密封

47、裝置阻止油外流。因主軸轉(zhuǎn)速高，采用非接觸式的密封裝置，在軸承蓋的孔內(nèi)開一個溝槽。其它問題主軸上齒輪應(yīng)盡可能靠近前軸承，大齒輪更應(yīng)靠前，這樣可以減小主軸的扭轉(zhuǎn)變形。采用凸緣的尺寸推薦為（見圖）：D-d=3hH=（2.5 3）b 主軸的直徑主要決定于主軸需要的剛度、結(jié)構(gòu)等。各種牌號的彈性模量基本一樣，對剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼既可。精度較高的機床主軸考慮到熱處理變形的影響，可以選用40Cr或其它合金鋼。 主軸頭部需要淬火，硬度為 RC5055。其他部分經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB 220250。（11）制動器設(shè)計對制動器的要求是：制動迅速、平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。維修、調(diào)整方便。制動方式有兩類：

48、電機制動和機械制動本次設(shè)計采用的是機械制動。具體的選擇類型見圖。9、截面圖設(shè)計截面圖是主軸箱裝備圖的重要組成部分，它與展開圖和其他視圖聯(lián)系起來，完整得表達了整個主軸箱的結(jié)構(gòu)。截面圖設(shè)計是否合理，將影響機床的性能、效果和外觀。（1）截面圖內(nèi)容和涉及的問題1.截面圖內(nèi)容 截面圖，又稱剖視圖，主要用來表明主軸箱各軸間的空間位置，并和展開圖配合，把操縱機構(gòu)、制動器以及潤滑等有關(guān)機構(gòu)、箱體結(jié)構(gòu)和各連接關(guān)系等的具體結(jié)構(gòu)完整地表示出來。（本次設(shè)計中對作圖不作要求）2.設(shè)計截面圖要考慮的四個方面的問題1）.各軸的位置安排：包括主軸、軸和中間軸的合理安排和確定。2）.箱體結(jié)構(gòu)和外形：變速箱體結(jié)構(gòu)、與床身連接定位

49、方式、外觀造型等。3）.操縱機構(gòu)設(shè)計和選擇。4）.潤滑系統(tǒng)的設(shè)計和潤滑元件的選擇。（2）軸的空間布置軸系布置的一般程序是：先確定主軸在變速箱中的位置，在確定傳動主軸的軸以及與主軸上的齒輪有嚙合關(guān)系的軸，第三步確定電動機軸或運動輸入軸（軸）的位置，最后確定其他各傳動軸的位置。1.車床主軸1）.垂直方向（高度）H=1/2 D-由車床主參數(shù)D決定。2）.水平方向 ab-主軸中心在尾架導(dǎo)軌中間，也有稍偏向前導(dǎo)軌的，也有稍偏向后導(dǎo)軌的。 由于篇幅和時間的限制，后面的說明就省了，具體的參考內(nèi)容可以閱讀有關(guān)的參考書，例如：曹金榜主編的機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)等。（二）橫向進給運動設(shè)計1、滾珠絲桿副的選擇（1）脈沖當(dāng)量和傳動比的確定機械系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)