小軸承套圈專用車床主傳動系統(tǒng)設計論文

小軸承套圈專用車床主傳動系統(tǒng)設計摘要作為主要的車削加工車床，軸承套圈車床是適合大批量生產(chǎn)，大功率，高效率的半自動化車床它主要用于軸承套圈的車削加工，也可用于加工盤類、套類等零件，在該機床上采用多把刀具同時加工零件，也采用仿型刀架加工各種成型表面。本設計主要針對軸承套圈車床床頭箱進行設計。床頭箱的功用是支撐主軸和傳動其旋轉(zhuǎn)并使其實現(xiàn)起動、停止、變速等。床頭箱中的傳動機構(gòu)包括定比機構(gòu)和變速機構(gòu)兩部分，前者僅用于傳遞運動和動力，或進行升速、降速，采用齒輪傳動副；后者用來使主軸變速，采用塔輪和滑移齒輪變速機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳動效率高。設計的內(nèi)容主要有機床主要參數(shù)的確定，傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定，對主要零件進行計算和驗算，利用CAD繪圖軟件進行零件的設計和處理，最終完成對本課題的設計，并使其能夠滿足設計要求。關鍵詞：數(shù)控機床，床頭箱，軸承套圈BEARINGDESINGCNCLATHEABSTRACTAsamajorturninglathe,Bearingferrulelathearesuitableformassproduction,highpower,highefficiencyismainlyusedforsemi-automaticlatheturningbearingringcanalsobeusedinprocessingplates,shortaxistype,covertypeandotherpartsinthemachinetoolbed,whiletheprocessingofmulti-component,alsousedavarietyofmoldingprocessingprofilingtoolcarriersurface.Thisdesignismainlyforbearingferrulelathebedbox.Headstockspindlefunctionistosupportanddrivetherotationandmakeitstart,stop,speedandsoon.Headstockinfixedratiotransmissionmechanismincludingthetwoinstitutionsandthespeedchangemechanism,whichisusedonlyforthetransfermovementandpower,oracceleration,deceleration,withgeartransmission;thelatterusedtomakethespindlespeed,slidinggearspeedchangemechanism,itssimpleandcompact,hightransmissionefficiency.Designedmainlytodeterminethemainparametersofamachine,transmissiondrivesystemdiagramofthedevelopmentprogramand,onthemainpartsofthecalculationandcheckingfrictionplate,usingCADdrawingsoftwaretodesignpartsandprocessing,thefinalcompletionofthedesignofthisissueandmakeitsabilitytomeetthedesignrequirements.KEYWORDS:Bearingferrulelathe,bedbox,bearingring目錄前言 1第1章概述 21.1設計目的 21.2機床用途 21.3滾動軸承套圈制造技術 21.4滾動軸承滾動體制造技術 5第2章機床運動分析 92.1極限轉(zhuǎn)速的確定 92.2轉(zhuǎn)速系數(shù)公比的確定 102.3主電機功率的確定 102.4主傳動系統(tǒng)的擬定 11第3章主要零件的設計計算 173.1三角膠帶傳動的計算 173.2傳動軸的計算 193.3Ⅱ軸的計算 203.4Ⅱ軸上軸承壽命驗算 283.5主軸的計算 313.6齒輪的計算 39第4章主軸箱的結(jié)構(gòu)設計 44第5章維修與保養(yǎng) 455.1潤滑與密封 455.2其它問題 45結(jié)論 46謝辭 47參考文獻 48外文資料翻譯 49前言數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型普通車床的特點于一身，是國內(nèi)使用量最大、覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，占數(shù)控機床總數(shù)的25%左右（不包括技術改造而成的車床）。隨著機床下游行業(yè)固定資產(chǎn)投資連續(xù)多年快速增長，國內(nèi)機電產(chǎn)品市場需求年均增長30％，帶動了機床市場需求30％以上的增長。從2002年開始，我國就成為世界第一機床消費大國。2004年國產(chǎn)金屬切削機床年產(chǎn)量達到38.94萬臺、數(shù)控機床產(chǎn)量5.19萬臺；2005年前三季度，我國金屬切削機床和數(shù)控機床產(chǎn)量分別達到34.08萬臺和4.33萬臺。我國的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且多數(shù)是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響到企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。由于近幾年國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的高速發(fā)展，使原來進口的高檔數(shù)控系統(tǒng)已不再滿足日新月異的產(chǎn)品需求，迫切需要更換最新的數(shù)控系統(tǒng)及軟件。我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。在這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設備、有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。本設計是針對數(shù)控車床而進行的設計。這次設計是設計數(shù)控車床的床頭箱，由于級數(shù)少且是專用車床，所以采用塔輪與齒輪傳動實現(xiàn)變速。本設計是四級傳動，塔輪實現(xiàn)兩級，齒輪實現(xiàn)兩級。最后，為了使主軸傳動平穩(wěn)，采用斜齒輪。第1章概述1.1設計目的畢業(yè)設計是在學完大學四年所有課程之后的一個重要實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的在于通過此次設計回顧和總結(jié)以前學過的基本知識、基本理論和基本技能，并加以綜合運用。本設計所選的題目為軸承套圈車床主軸箱設計，通過機床主傳動變速箱設計，使我們在擬定傳動結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)設計和裝配，制造工藝以及在零件設計計算，機械制圖和編寫技術文件等方面得到綜合訓練；從而培養(yǎng)我們具有結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設計的初步能力；可以使我們樹立正確的設計思想，理論聯(lián)系實際和實事求是的工作作風。1.2機床用途軸承套圈車床是適合大批量生產(chǎn)的大功率、高效率的半自動車床。它主要用于軸承環(huán)的車削加工，也可用于加工盤類、短軸類、套類等零件。在該機床上可以采用多把刀具同時加工零件，也可采用仿形刀架加工各種成型表面。該機床由電器、電磁聯(lián)合控制，實現(xiàn)自動工作循環(huán)。因此，可以較容易地聯(lián)入自動線中。1.3滾動軸承套圈制造技術1.3.1鍛造加工軸承生產(chǎn)中，套圈毛坯質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)率的高低，都將對軸承產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、壽命以及企業(yè)的經(jīng)濟效益產(chǎn)生重要影響。毛坯留量的大?。ò鞯某尚头绞剑Q定軸承材料利用率，而毛坯尺寸分散度和幾何形狀精度差則是造成廢品率高、不能自動化生產(chǎn)的主要原因。套圈毛坯有鍛件、冷擠壓、溫擠壓、棒料和管料等，鍛件約占毛坯總數(shù)的85%左右，套圈毛坯鍛造的勞動量約占軸承加工總勞動量的10%-15%。目前中小型套圈用鍛件來加工的比重有加大趨勢。目前，國內(nèi)套圈鍛造以熱鍛為主，以壓力機鍛造-輾擴成型生產(chǎn)線為主。鍛造加熱采用煤、油和電加熱。加熱火耗損失為1%-3%，表面脫碳層深度為0.3-0.4mm，材料利用率為40%-50%。20世紀八十年代，有些軸承企業(yè)在小型軸承套圈上推廣了冷擠壓工藝，對外徑80-130mm的套圈采用溫擠壓工藝，外徑小于80mm的套圈采用冷輾工藝（目前行業(yè)上以擴大到150mm一下），材料利用率達到60%以上。我國相繼引進了16條高速鐓段機生產(chǎn)線，推動了軸承行業(yè)鍛造水平的技術進步，加快了毛坯專業(yè)化生產(chǎn)過程。高速鐓鍛工藝目前已成為國際上軸承套圈鍛造的主要工藝，其采用感應加熱至始鍛溫度，在高速頓鍛機上完成切料、鐓餅、成形和分離等工序，使用于大批量生產(chǎn)。高速鐓鍛工藝生產(chǎn)效率高，鍛件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，能降低留量，提高材料利用率。綜上所述，我國軸承鍛造毛坯發(fā)展方向應為：進行專業(yè)化經(jīng)濟規(guī)模生產(chǎn)，便于采用國際先進技術，如高速鐓鍛工藝、精密冷輾擴工藝、控制氣氛等球化退火工藝等，采用先進工藝可以將目前軸承行業(yè)40%的材料利用率提高至54%-60%，經(jīng)濟效益可觀。車削加工車削加工是金屬切削加工的重要組成部分之一，在機械制造業(yè)中應用最為廣泛，占有十分突出的地位。目前，我國中、小型軸承套圈大多采用多刀半自動、全自動車床對鍛件進行車削加工。加工方式有機群分散工序和集中工序。

在國外，目前套圈車削加工采用的有集中工序，也有分散工序法。集中工序法多用于結(jié)構(gòu)形狀復雜的零件，采用數(shù)控車床一次裝夾定位，機床配備有刀具庫，加工中，各工序通過精確地程序設計完成，產(chǎn)品精度受人為因素影響較小。分散工序法多用于大批量單品種的加工，采用自動化連線的方式加工。廣泛使用的刀具是硬質(zhì)合金涂層機夾刀片，其切削速度達到140-250m/min，生產(chǎn)效率明顯高于國內(nèi)。采用了先進的毛坯加工技術，因此國外毛坯留量小，尺寸分散度小，車削加工一般為單循環(huán)完成，有效地縮短了加工周期。因此，發(fā)展能實現(xiàn)強力切削、剛性好的套圈車削專用車床，發(fā)展加工質(zhì)量好、效率高的微機控制和自動控制車床，以及適合大批量單品種生產(chǎn)的自動化車削生產(chǎn)線，是車加工的發(fā)展方向。此外，發(fā)展硬質(zhì)合金機夾可轉(zhuǎn)位刀具、表面涂層刀具、金屬陶瓷刀具等高效刀具，以及實現(xiàn)自動更換刀片、自帶斷屑裝置等刀具監(jiān)控系統(tǒng)，也是車加工研究的一個方向。1.3.3磨削、超精加工軸承生產(chǎn)中，磨削加工勞動量約占總勞動量的60%，所用磨床數(shù)量也占全部金屬切削機床數(shù)量的60%左右。磨削加工成本占整個軸承生產(chǎn)成本的15%以上，因此，磨削加工是軸承生產(chǎn)的關鍵工序。目前國內(nèi)軸承行業(yè)的一般磨削、超精工藝過稱為：外圈：平面磨削-外徑磨削-溝（滾）道磨削-溝（滾）道超精內(nèi)圈：平面磨削-內(nèi)外徑磨削-內(nèi)徑磨削-溝（滾）道磨削-溝（滾）道超精在實際生產(chǎn)中，視產(chǎn)品精度要求在以上過程中增加附加回火工序，或?qū)Ω鞅砻孢M行二、三次循環(huán)加工。磨削過程多采用單機加工，較好的企業(yè)建有自動化生產(chǎn)線。改革開放以來，我國軸承行業(yè)有了較快發(fā)展，特別是磨超生產(chǎn)工藝有了較大改進，如溝道切入磨代替了擺頭磨，雙端面磨、寬無心外圓磨削、溝（滾）道超精工藝及支溝磨溝工藝已普遍應用，告訴磨削也開始應用。但是相對國外軸承磨超加工，我們還存在較大差距，在國外先進的軸承制造企業(yè)，端面、外徑磨削采用CNC數(shù)控自動送料，在線自動測量、自動補償，磨削速度達45m/s。溝道、內(nèi)徑磨削已全部采用CNC數(shù)控機床，生產(chǎn)過程實現(xiàn)全線自動化，全部工序由計算機集中控制，所有工藝參數(shù)和生產(chǎn)節(jié)拍嚴格按照圖紙設計控制，砂輪線速度達到60m/s。SKF磨加工工序的內(nèi)溝磨削速度已達到120m/s。特別是使用性能優(yōu)良的CBN砂輪，使生產(chǎn)效率明顯提高。軸承套圈磨削的發(fā)展趨勢，集中體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）對軸承磨床，進一步實現(xiàn)單機自動化，確保實現(xiàn)高速磨削、自動測量，使其能直接進入自動線并可靠工作。（2）磨加工生產(chǎn)要有步驟、有組織地發(fā)展自動化生產(chǎn)線。目前，世界主要軸承公司磨加工自動化程度很高，大批量產(chǎn)品均采用自動線組織生產(chǎn)，而采用自動化生產(chǎn)線，投資少、見效快，易于穩(wěn)定生產(chǎn)。（3）發(fā)展相關技術。如各種新型家具、高速砂輪、超精油石、冷卻液及潤滑油、數(shù)控元器件等，不斷提高工藝裝備的自動化水平。（4）發(fā)展檢測儀器。檢測水平在一定程度上反映了行業(yè)水平，在軸承行業(yè)應發(fā)展高效、精密適合于自動線使用的主動測量和線外專項自動檢測儀器。（5）開展復合磨削研究工作。復合磨削具有合并加工工序減少裝夾次數(shù)、提高加工精度的優(yōu)點，因此，國外不少磨床都具有合并加工工序的功能，為趕上國際水平，必須開展這方面研制工作。1.4滾動軸承滾動體制造技術鋼球加工鋼球在球軸承中是承受載荷并與軸承的動態(tài)性能直接相關的零件。鋼球的加工工藝應首先滿足其成品標準要求，還應使鋼球成品在在軸承元件中具有盡可能高的壽命、低的噪聲、小的摩擦力和高的可靠性。鋼球的加工工藝相對成熟。目前國內(nèi)鋼球制造工藝的原理和方法差異不大，工藝流程大體都是：原材料檢查-鋼球毛坯制造（冷、熱鐓，冷熱軋制）-光球-熱處理-硬磨-強化處理-初研-精研-清洗-檢查-涂油包裝。歸于毛坯制造過程，一般直徑在1英寸（25.4mm）以下的鋼球采用冷鐓工藝，直徑在1英寸以上2英寸工藝過程中，較明顯的變化時采用光球工藝取代銼削、軟磨工藝，雖然目前鋼球的制造工藝過程與國外先進企業(yè)相似或相近，先進工藝也在逐步應用，但是整個行業(yè)發(fā)展很不均衡，特別是成形工序在生產(chǎn)效率、成型誤差、產(chǎn)品總留量上都與先進水平有著較大差距，熱處理和精研工序也有一定的差距。鋼球加工工藝的發(fā)展趨勢主要集中在軋制工藝、樹脂砂輪磨削工藝、鋼球表面強化處理、熱處理自動線加工和新型水劑研磨液的應用。1英寸以上鋼球可采用軋制工藝。采用軋制工藝鋼球尺寸精度高（一般可達）且無環(huán)帶，材料利用率高（比冷鐓可提高20%），生產(chǎn)效率高（能達到熱鐓的5倍），具有較高的強度和良好的尺寸穩(wěn)定性，軋制球坯具有金屬流線分布均勻，壽命長等眾多優(yōu)點，但軋輥設計制造比較復雜，軋輥材料成本較高。樹脂砂輪磨研工藝，以磨代研對鋼球進行終加工，能較穩(wěn)定地提高鋼球精度及表面質(zhì)量，改善鋼球的動態(tài)性能，特別是對降低振動值起到關鍵作用，同時對軸承合套異常聲也有明顯改善。用此技術加滾子加工理論上，滾子與滾道的接觸是線接觸，所以滾子承受的載荷較大，實際使用和試驗均表明滾子是滾子軸承中最薄弱的零件，滾子的制造質(zhì)量對軸承的工作性能（如旋轉(zhuǎn)精度、振動、噪聲和靈活性等）均有很大影響，是影響軸承使用壽命的主要因素。我國滾子生產(chǎn)在滾子設計、工裝設計、工藝編制和檢測規(guī)程等各方面受傳統(tǒng)模式的束縛，在設計思想和設計理念上存在差距，缺乏創(chuàng)新求變的意識，缺乏細致的研究和系統(tǒng)的綜合分析。設備、工裝、原材料、管理水平、工序質(zhì)量控制能力受傳統(tǒng)習慣的制約，導致滾子生產(chǎn)工藝路線長、加工留量大、加工遍數(shù)多、上下料次數(shù)多。生產(chǎn)設備陳舊、工裝工具多年沒有改進，生產(chǎn)工藝落后，原材料浪費，生產(chǎn)成本增加，工藝合理性差，滾子、滾針裝備與工藝水平是軸承行業(yè)內(nèi)較落后的。直徑Φ24mm以下的圓柱滾子、圓錐滾子和調(diào)心滾子的毛坯成形基本上采用Z31-25、Z31-13冷鐓機，采用盤料或直條料的開式切料，一次成形的形位公差和尺寸散差大，綜合材料利用率低。后工序加工（硬磨）國內(nèi)普遍使用M1080、XF004一般滾子專用磨床，就圓錐滾子而言，其產(chǎn)品加工精度一般達到JB/T10235規(guī)定的Ⅲ級精度質(zhì)量水平。國外先進的加工方法多為成行工序使用高速雙擊冷鐓機成形，封閉切料，成形公差小，留量小，綜合材料利用率高。例如直徑小于32mm的滾子成形誤差≤0.1mm，生產(chǎn)效率60-200次/min，Φ32mm以上時，采用車削成形加工。后工序加工（硬磨）采用高速高精度全自動磨床，產(chǎn)品質(zhì)量水平在圓度誤差、批直徑變動量、圓錐角變動量的精度上與國內(nèi)相比均提高1倍，表面粗糙度水平提高4倍以上，圓錐滾子綜合精度穩(wěn)定達到JB/T10235的Ⅰ級精度水平，SKF滾子已達到規(guī)定的0級水平。對于圓柱滾子外徑磨削，國產(chǎn)設備基本達到產(chǎn)品要求，但端面終磨和精研設備精度難于滿足加工Ⅰ級滾子的要求，特別是端面跳動和表面粗糙度的要求距世界先進企業(yè)仍有較大差距。按軸承行業(yè)“十五”規(guī)劃目標，經(jīng)新一輪的技術改造后，要求精密滾子到達Ⅰ級，穩(wěn)定批量達到Ⅱ級，實現(xiàn)滾子設備標準化、工藝標準化、以及工裝標準化。專業(yè)滾子生產(chǎn)覆蓋率達50%，凸度化率達70%，外徑超精普及化率達50%，球基面無磁磨削普及化率60%，圓錐滾子Ⅱ級精度以上達到60%，圓柱滾子Ⅱ級精度以上達到75%.當前國滾子生產(chǎn)還不能完全達到這個要求，為了提高滾子質(zhì)量，應盡快組織專業(yè)化結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展一批具有一定規(guī)模的專業(yè)化滾子生產(chǎn)骨干企業(yè)。推廣新技術、新工藝、新裝備、新的管理方法，完善和推廣滾子聯(lián)線加工工藝、對數(shù)曲線工藝、弧端面工藝、光飾工藝、噴丸加工工藝、可控氣氛熱處理工藝、表面強化工藝等，進一步擴大新型模具材料、磨削液、滾子清洗、退磁、干燥、涂油聯(lián)線設備，滾子表面光飾機，滾子表面強化機及滾子高效噴丸處理機床的開發(fā)。國外先進的加工方法多為成行工序使用高速雙擊冷鐓機成形，封閉切料，成形公差小，留量小，綜合材料利用率高。例如直徑小于32mm的滾子成形誤差≤0.1mm，生產(chǎn)效率60-200次/min，Φ32mm以上時，采用車削成形加工。后工序加工（硬磨）采用高速高精度全自動磨床，產(chǎn)品質(zhì)量水平在圓度誤差、批直徑變動量、圓錐角變動量的精度上與國內(nèi)相比均提高1倍，表面粗糙度水平提高4倍以上，圓錐滾子綜合精度穩(wěn)定達到JB/T10235的Ⅰ級精度水平，SKF滾子已達到規(guī)定的0級水平。對于圓柱滾子外徑磨削，國產(chǎn)設備基本達到產(chǎn)品要求，但端面終磨和精研設備精度難于滿足加工Ⅰ級滾子的要求，特別是端面跳動和表面粗糙度的要求距世界先進企業(yè)仍有較大差距。第2章機床運動分析2.1極限轉(zhuǎn)速的確定該機床主要是針對軸承環(huán)車削加工而設計軸承材料：GCr15刀具材料：YT15最大車削直徑：65mm軸承環(huán)生產(chǎn)類型：大批量生產(chǎn)該機床生產(chǎn)類型：成批生產(chǎn)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況,考慮到刀具材料的發(fā)展，切削速度的提高，確定切削速度范圍：=130=85確定經(jīng)濟加工直徑范圍：極限轉(zhuǎn)速n=2-1==828.02r/min取850n=2-2==416.5r/min取4252.2轉(zhuǎn)速系數(shù)公比的確定考慮機床為大批量生產(chǎn)的通用機床，應使機床的轉(zhuǎn)速損失盡量小，以提高生產(chǎn)率。所以值應小一些。通過上述同類機床參數(shù)比較選定：＝1.26轉(zhuǎn)速級數(shù)Z＝＋12-3=+1=+1=4級主軸各級轉(zhuǎn)速如下表2-1：表2-1主軸各級轉(zhuǎn)速（r/min）4255306708502.3主電機功率的確定根據(jù)設計要求參數(shù)，我們選擇切削參數(shù)：主偏角，前角（前刀面帶卷屑槽），刃傾角，切削深度，進給速度，切削速度v=130m/min。用單位切削力計算主軸切削力：2-4式中：Kfp—進給量對單位切削力的修正系數(shù)；KvFz—切削速度改變對切削力的修正系數(shù)；Fy/Fz、Fy/Fz—主偏角不同時，F(xiàn)y、Fx與Fz的比值；——刀具幾何參數(shù)不同時對切削力的修正系數(shù)；查得單位切削力P=2107N/mm2，Kfz=1.0，KvFz=0.98，KVBFz=1.12，KrFz、KbrFz、KkFz、KrFz、KλFz均取1，則Fz=P?ap?f?KfFz?KvFz?KrFz?KbrFz?KkFz?KνFz?KλFz?KVBFz=210720.31.00.981.01.01.01.01.01.12=1239(N)切削功率：P＝F102-5＝＝2.68(Kw)考慮切削時機床的總效率＝0.8，主電機功率N：N＝＝3.35（Kw）2-6根據(jù)計算和現(xiàn)場調(diào)查取N＝4kW查三相異步電動機，確定電機為：2-7型號：Y112M-4功率：5Kw額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。2.4主傳動系統(tǒng)的擬定由于該機床用于大批量生產(chǎn)，在加工過程中，機床不經(jīng)常變速，故采用交換齒輪變速。這樣可使主軸箱結(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)尺寸小，齒輪數(shù)量少，傳動鏈短，傳動精度較高。電動機一般與主軸的最高轉(zhuǎn)速接近為好。在不使大帶輪過大的情況下，應盡量選用較高的轉(zhuǎn)速，這樣可使電動機體積小，重量輕，價格便宜，故額定轉(zhuǎn)速選取1440r/min。4級轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)式可為：4＝224＝22從機床設計理論的角度來選，就要根據(jù)“前多后少”和“前密后疏”原則，故選4＝22，但從機床的實際使用情況來看，由于機床是專門的大批量生產(chǎn)的，有時加工同一零件需要兩種很相近的速度，而4＝22結(jié)構(gòu)式中如要使用相鄰兩種轉(zhuǎn)速就必須更換齒輪，這樣就給實際工作中帶來了很多的麻煩和困難，甚至使生產(chǎn)無法進行，而結(jié)構(gòu)式4＝22就能很好的解決了這個問題，進一步說，理論上的兩個原則本來就不是絕對的，可以根據(jù)特殊的要求做出與以上兩原則相反的原則。最后根據(jù)多方面的考慮，決定選用：4＝22最后擴大組的變速范圍：r==1.41=1.26=2<42-8結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖2-1：皮輪直徑的計算N＝K·N＝1.24=4.8(Kw)膠帶型號：A初選中心距A=250mm選擇速比i=1的帶輪直徑DD=圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng)確定膠帶計算長度L=2A+D=2250+141=942.74mm取L=1000mm修正中心距AA=計算時的小帶輪直徑DD=計算時的小帶輪直徑DD=取計算時的小帶輪直徑DD=計算時的小帶輪直徑DD=取擬定轉(zhuǎn)速圖：考慮降速要“前慢后快”以減小結(jié)構(gòu)尺寸；傳動軸轉(zhuǎn)速不能過高，以減小噪音和空載功率損失，轉(zhuǎn)速圖如2-2：圖2-2轉(zhuǎn)速圖采用查表法確定齒輪齒數(shù)。各級轉(zhuǎn)速實際值：n=14400.98=416r/min;n=14400.98=522.67r/min;n=14400.98=658.94r/min;n=14400.98=828.9r/min.轉(zhuǎn)速誤差：n=100%=-2.1%n=100%=-1.38%n=100%=-1.71%n=100%=-2.48%許用轉(zhuǎn)速誤差范圍：[n]=10(-1)%=10(1.26-1)%=2.6%上述誤差都在2.6%范圍內(nèi)，即可用。軸的計算轉(zhuǎn)速如表2-2：表2-2軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）軸號ⅠⅡⅢ計算轉(zhuǎn)速800530425齒輪的計算轉(zhuǎn)速如表2-3：表2-3齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）齒數(shù)304526494040計算轉(zhuǎn)速800530800425425425床頭箱傳動系統(tǒng)如圖2-3：圖2-3床頭箱傳動系統(tǒng)圖第3章主要零件的設計計算3.1三角膠帶傳動的計算計算功率N=4.8(Kw)膠帶型號A型三角膠帶小帶輪計算直徑D＝100mmD=132mm大帶輪計算直徑D=180mmD＝150mm帶速===7.56m/s===9.95m/s、在5～30m/s范圍內(nèi),膠帶經(jīng)濟耐用.中心距中心距過大膠帶容易引起振動，傳動能力下降；中心距過小撓曲次數(shù)增加，降低了膠帶的壽命。=278.63mm膠帶的長度L=1000膠帶的撓曲次數(shù)===15.12(s)<40s3-1===19.9(s)<40s3-2實際中心距安裝時所需的最小中心距：A＝A－（h+0.01L）=278.63－(8+0.011000)=260.63mm張緊或補償時所需要的最大中心距：A＝A＋0.02L=278.63+0.021000=298.63mm小帶輪包角=180-57=180－57.3=175.42>120=180-57=180－57.3=178.96>120三角膠帶的根數(shù)Z===2.953-3Z===2.853-4N0——C型膠帶單根所能傳遞的功率C——小包角系數(shù)取Z＝3Z＝3作用在軸上的力q=1.010kg/m=(－1)+qv=(－1)+1.0107.56=164.19N=2zF·sin=23164.19sin=975.85N=(－1)+q==(－1)+1.0109.93=124.8N=2·sin=23124.8sin=748.8N取=975.85N為作用在軸上的力。3.2傳動軸的計算傳動軸的直徑估算根據(jù)傳動軸的功率，按扭轉(zhuǎn)剛度公式進行估算：（1）I軸的傳遞的功率N=N·=4.80.960.995=4.56(Kw)I軸的直徑：D110=110=30.22mm根據(jù)用戶調(diào)查并考慮I軸的結(jié)構(gòu)取D＝50mm（2）Ⅱ軸傳遞的功率N=N·＝4.80.960.995=4.52(Kw)Ⅱ軸的軸徑：D110=110=33.43mm考慮到軸上有鍵槽、花鍵，取d=50mm，以上各軸徑均為軸承外的軸徑。3.3Ⅱ軸的計算3.3.1主軸的受力分析如圖3-1F為Ⅱ軸上齒輪Z上所受的切向力與徑向力的合力，F(xiàn)為Ⅱ軸上斜齒輪Z上所受的切向力與徑向力的合力，為Ⅱ軸上斜齒輪Z上所受的軸向力，各傳動力角度關系如圖3-2圖3-1Ⅱ軸的受力上圖中只反映各傳動力和切削力的軸向位置，而不反映其空間位置。作用在齒輪Z45和Z40上的力Ⅱ軸傳遞的功率＝4.52(Kw)Ⅱ軸的計算轉(zhuǎn)速n=530軸所受的扭距T＝9.5510=9.5510=8.1410(N·mm)F=＝＝1033.65N為齒數(shù)Z的分度圓直徑F=F=1033.65=376.22NF=＝＝1017.5N為齒數(shù)Z的分度圓直徑F=F=1017.5=370.34N為壓力角20，為斜齒輪螺旋角15F＝F·tg=1017.5tg15=272.64(N)F===1100(N)F===1052.91(N)由引起的彎矩：=·=272.64=2.18N·mm圖3-2Ⅱ軸上各力角度關系Ⅱ軸中點處的撓度及左右支承的轉(zhuǎn)角如圖3-3圖3-3Ⅱ軸中點處的撓度及左右支承的轉(zhuǎn)角鋼的彈性模量E=2.110MPaⅡ軸的當量彎曲截面模量===0.005mm===5.8010(rad)===3.8010(rad)Ⅱ軸中點處的撓度及左右支承的轉(zhuǎn)角，如圖3-4圖3-4Ⅱ軸中點處的撓度及左右支承的轉(zhuǎn)角===0.0087mm===1.1110(rad)===3.0610(rad)Ⅱ軸中點處的撓度及左右支承的轉(zhuǎn)角，如圖3-5圖3-5Ⅱ軸中點處的撓度及左右支承的轉(zhuǎn)角===0.00038(mm)===9.5710(rad)===4.8710(rad)將、、、按向量合成，如圖3-6Y=cos85+cos50-sin30=0.005cos85+0.0087cos50-0.00038sin30=0.0058(mm)Y=-sin85-sin50-cos30=-0.005sin85-0.0087sin50+0.00038cos30=-0.011(mm)圖3-6Ⅱ軸、、按向量合成圖∴Ⅱ軸中點處的撓度：Y===0.0124(mm)主軸前端允許撓度：[Y]=0.0002352=0.0704(mm)可見Y<[Y]∴合格。將左支承處轉(zhuǎn)角、、按向量合成，如圖3-7。角度向量的方向按右手定則而成。＝－sin85－sin50-cos30＝－5.8010sin85-1.1110sin50-9.5710cos30＝-1.5110（rad）＝－cos85－cos50+sin30＝－5.8010cos85-1.1110cos50+9.5710sin30＝-6.6810（rad） 圖3-7Ⅱ軸、、向量圖∴前支撐處的轉(zhuǎn)角：===1.6510（rad）前支撐處的允許轉(zhuǎn)角：[]=0.001（rad）可見<[]∴合格。將左支承處轉(zhuǎn)角、、按向量合成，如圖3-8。角度向量的方向按右手定則而成。＝sin85+sin50-cos30＝3.8010sin85+3.0610sin50-4.8710cos30＝6.0910（rad）＝cos85+cos50+sin30＝3.8010cos85+3.0610cos50+4.8710sin30＝2.3210（rad） 圖3-8Ⅱ軸、、向量圖∴前支撐處的轉(zhuǎn)角：===6.5210（rad）前支撐處的允許轉(zhuǎn)角：[]=0.001（rad）可見<[]∴合格。傳動軸裝向心軸承處的允許轉(zhuǎn)角位：[]=0.0025（rad）可見、都小于[]∴合格。3.4Ⅱ軸上軸承壽命驗算軸承的徑向反力如圖3-3軸承的徑向反力，如圖3-4軸承的徑向反力，如圖3-5將左支承處轉(zhuǎn)角、、按向量合成，如圖3-9。圖3-9Ⅱ軸、、向量圖＝sin85+sin50+cos30＝893.75sin85+461.77sin50+61.93cos30＝1297.72（N）＝-cos85-cos50+sin30＝-893.75cos85-461.77cos50+61.93sin30＝-343.75（N）∴左支承處的徑向反力為：===1342.48（N）將左支承處轉(zhuǎn)角、、按向量合成，如圖3-10。圖3-10Ⅱ軸、、向量圖＝-cos85-cos50-sin30＝-200.93cos85-920.14cos50-61.93sin30＝-639.93（N）＝sin85+sin50-cos30＝200.93sin85+920.14sin50-61.93cos30＝851.4（N）∴右支承處的徑向反力為：===1065.08（N）軸承的壽命計算30210軸承的性能參數(shù)：C=72.2KN；e=0.37；Y=1.6；Y=0.9左端為放松端。軸向力：軸向力與徑向力之比：當量動載荷計算：=1Y=0；=0.4=1.6=1.2（11345.48+0420.64）=1614.58（N）=1.2（0.41065.08+1.6693.28）=1842.34（N）式中為載荷系數(shù)。軸承壽命：∴合格。，故左軸承不必驗算。可見軸承壽命均大于10000小時。3.5主軸的計算主軸軸頸及合理跨距參照同類機床主軸尺寸定：主軸前軸頸：D＝134mm主軸孔徑：d=34mm主軸合理跨距：L＝350mm主軸彎曲剛度驗算（1）主軸的受力分析，如圖3-11圖3-11主軸的受力上圖中只反映各傳動力和切削力的軸向位置，而不反映其空間位置。F為主軸上斜齒輪Z上所受的切向力與徑向力的合力。F==1052.91N方向與相反。F為主軸上斜齒輪Z上所受的軸向力。F==272.64N方向與相反。P為主切削力F與徑向切削力F的合力。F為軸向切削力。為簡化計算，只考慮上刀架。機床經(jīng)濟加工直徑：d=60mm軸傳遞的功率N＝4.520.995=4.47(Kw)主軸的計算轉(zhuǎn)速n=425軸所受的扭矩T＝9.5510=9.5510=1.0010(N·mm)F=＝＝3333.33NF=F=3333.33=621.85N為壓力角20，為斜齒輪螺旋角15F＝F·tg=3333.33tg15=893.16(N)F===3390.84(N)（2）切削力的計算主切削力：F===3333.33(N)徑向切削力：F＝0.4F＝0.43333.33＝1333.33（N）軸向切削力：F＝0.4F＝0.43333.33＝1333.33（N）所以P＝＝＝3590.11（N）由F引起的彎矩；M＝F·＝1333.33＝4.0010(N·mm)各力角關系如圖4-12（3）主軸前端撓度及支撐的轉(zhuǎn)角主軸截面慣性矩：I=(D-d)=(90-34) =3.1510(mm)圖3-12主軸上各力角度關系D為平均外徑；d為平均內(nèi)徑。如圖3-13圖3-13主軸前端撓度及支撐的轉(zhuǎn)角===0.019mm===1.1510(rad)主軸前端撓度及支撐的轉(zhuǎn)角。如圖3-14圖3-14主軸前端撓度及支撐的轉(zhuǎn)角軸向力F引起的彎矩：M=F·＝272.64＝2.1810(N·mm)＝＝＝7.910（mm）===3.9310(rad)主軸前端撓度及轉(zhuǎn)角。如圖3-15圖3-15主軸前端撓度及轉(zhuǎn)角===0.0026(mm)==＝7.110(rad)主軸前端撓度及轉(zhuǎn)角。如圖3-16圖3-16主軸前端撓度及轉(zhuǎn)角===0.04mm===1.2710(rad)將、、、按向量合成，如圖3-17Y=cos51-sin30-sin22+=0.019cos51-7.910sin30-0.04sin22+0.0026=-0.00047(mm)Y=-sin51-cos30+cos22=-0.019sin51-7.910cos30+0.04cos22=0.00015(mm)圖3-17主軸前端、、、按向量合成圖∴主軸前端的撓度：Y===0.00049(mm)主軸前端允許撓度：[Y]=0.0002532=0.1064(mm)可見Y<[Y]∴合格。＝－sin51－cos30＋cos22＝－1.1510sin51-3.9310cos30+7.110cos22＝-2.710（rad）＝－cos51＋sin30＋sin22－＝－1.1510cos51＋3.9310sin30＋7.110sin22－1.2710＝-2.0510（rad） 將、、、按向量合成，如圖3-18∴前支撐處的轉(zhuǎn)角：===2.0710（rad）前支撐處的允許轉(zhuǎn)角：[]=0.001（rad）可見<[]∴合格。圖3-18主軸前端、、、按向量合成圖3.6齒輪的計算齒輪模數(shù)估算（1）變速組功率：N＝4.80.960.9950.98=4.47(Kw)M32=32=3.12mm取m＝3.5mmZ為負荷最大的小齒輪齒數(shù)；n為其計算速度。（2）斜齒輪傳動：N＝N0.9950.98＝4.470.9950.98=4.34KWM32=32=3.2mm取m＝4mm齒輪模數(shù)驗算（1）變速組直齒輪模數(shù)驗算：因為同一變速組內(nèi)只需驗算載荷最大，齒數(shù)最少的齒輪即可，故只驗算Z，其線速度為===5.95m/s故采用7級精度齒輪小齒輪：45鋼淬火HRC50大齒輪：Z=49大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比：=齒寬系數(shù)：計算齒輪的額定功率：N=16.8KW計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速：=670r/min齒輪的工作期限：T=15000h計算齒輪的最低轉(zhuǎn)速：=670r/min基本循環(huán)次數(shù)：C=10次C=2次疲勞曲線指數(shù)：m=3m=6功率利用系數(shù)：K=0.7K=10轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：K=0.82K=0.93材料強化系數(shù)：K=0.83K=0.85齒向載荷系數(shù)：K=1.08工作情況系數(shù)：K=1.4動載荷系數(shù)：K=1.3齒形系數(shù)：Y=0.488許用接觸應以：=1370MPa工作期限系數(shù)：k===3.92K===2.59壽命系數(shù)：K==4.10.70.820.83=1.95K==2.61.00.930.85=2.1壽命系數(shù)極限值：取，按接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)：=16338=16338=3.41（mm）<m=3.5(mm)∴合格按彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)：=267=267=2.71(mm)<m=3.5(mm)∴合格（2）斜齒輪模數(shù)的驗算Z＝40當量齒數(shù)Z＝＝＝44===6.91(m/s)∴采用8級精度齒輪；不磨齒.大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比：===1齒寬系數(shù)：===10計算齒輪的額定功率：N=16.3Kw;計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速：n=425r/min齒輪的工作期限：T=1500h;計算齒輪的最低轉(zhuǎn)速：n=425r/min基本循環(huán)次數(shù)：C=10;C=210疲勞曲線指數(shù)：m=3;m=6功率利用系數(shù)：K=0.7;K=1轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：K=0.83;K=0.93材料強化系數(shù)：K=0.8;K=0.81齒向載荷系數(shù)：===0.23工作情況系數(shù)：K=1.04;動載荷系數(shù)：K=1.4動載荷系數(shù)：K=1.4;齒形系數(shù)：Y=0.444許用接觸應以：[]=1370MPa;[]=283MPa工作期限系數(shù)：K===3.38K===2.4壽命系數(shù)：K=K·K·K·K=2.820.830.70.8=1.31K=K·K·K·K=2.10.931.00.81=1.58壽命系數(shù)極限值：K=1.9K=0.27K=0.85；K=0.6∴K=1.31，K=0.85按接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)：m=16338·=16338·=2.92（mm）<m=4(m)∴合格按彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)：m=267=267=2.53(mm)<m=4(mm)∴合格第4章主軸箱的結(jié)構(gòu)設計該機床的結(jié)構(gòu)設計是在C7632和Cw6163的基礎上進行的，采用了其合理的結(jié)構(gòu)，對其不合理的結(jié)構(gòu)進行了改進。下面就幾部分的結(jié)構(gòu)分析如下：1.Ⅰ軸上的塔輪結(jié)構(gòu)能有效減小主軸箱尺寸，縮短傳動鏈，提高了傳動精度。2.至主軸的傳動采用斜齒輪傳動，傳動平穩(wěn)，減少了傳動沖擊對主軸運動的影響，從而提高了機床加工精度和工作平穩(wěn)性。主軸上的斜齒輪為左旋，使其軸向力與軸向切削力方向相反，相互抵消從而減小了主軸前軸承所受的軸向載荷，前軸承發(fā)熱減小，壽命增長。主軸上大的斜齒輪還起到飛輪作用，使主軸工作平穩(wěn)。3.主軸前端固定的形式，簡化了主軸支撐的結(jié)構(gòu)，充分利用了圓錐滾子軸承的性能。主軸受熱伸長方向向后，不影響加工精度。4.主軸前支撐采用兩個單列圓錐滾子軸承。為了減小主軸前端的懸伸量以提高加工精度，軸承孔與軸頸具有不同的配合，前軸承孔與軸頸為過渡配合，后軸承孔與軸頸為間隙配合，這樣前一軸承為主支撐，從而減小了懸伸量。第5章維修與保養(yǎng)5.1潤滑與密封主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，因此用單獨的油管將油引導到軸承處。主軸右端采用迷宮密封，間隙中充填潤滑脂，軸的軸向竄動量應限制在迷宮軸向間隙數(shù)值的允許范圍內(nèi)。有的軸端采用端蓋密封，必要時可加密封墊片。5.2其它問題箱體材料采用中等強度的HT20-40灰鑄鐵，并進行時效處理。箱體砂型鑄造時箱體的最小壁厚參考資料選為14mm。箱體和床身的固定采用前后左右螺釘直接緊固在床身上。定位剛度好，結(jié)構(gòu)也比較簡單。首次使用機床200小時后，應更換主軸箱的油，以后每使用500小時應更換主軸箱內(nèi)的油。油箱內(nèi)的液壓油應始終保持清潔，防止灰塵進入。主軸箱中德存油不應低于油標下限，以確定主軸箱油足夠的潤滑油。刀架在每班工作前應進行潤滑，以后根據(jù)需要要每天至少潤滑兩次。經(jīng)常注意各運動刀位密封件的磨損情況，如有損壞，應及時更換。定期檢查，調(diào)整三角帶松緊程度。結(jié)論此次的畢業(yè)設計目的是為了設計出適合大批量生產(chǎn)的大功率，高效的半自動車床，主要用于軸承環(huán)的加工，也可用于加工盤類，短軸類，套類零件。在該機床上采用多把刀具同時加工零件，也可采用仿型刀架加工各種成型表面，該機床由液壓、電器聯(lián)合控制，可以實現(xiàn)自動化工作循環(huán)。使批量生產(chǎn)縮短工時，節(jié)省資源。經(jīng)過這次磨練，使我堅定了一個信念：世上無難事，只怕有心人。只要自己盡心去做，盡力去奮斗，沒有什么困難不能被克服。本設計主要對以下幾個方面做了考慮并提出相應要求：1.齒輪傳動方面，由于實際生產(chǎn)中不經(jīng)常變速，故采用塔輪實現(xiàn)兩級傳動，使裝配等工藝要求和傳動系統(tǒng)的復雜性趨于簡單；箱體內(nèi)采用雙聯(lián)滑移齒輪，簡化了操作機構(gòu)。2.車床類發(fā)展的主要方向是與數(shù)控刀架的結(jié)合以及傳動系統(tǒng)的優(yōu)化，所以本設計的下一步設想是結(jié)合數(shù)控刀架，進行工作，直接實現(xiàn)各種情況的切削。本設計是理論性、應用性、實踐性的設計，總體設計方案及圖紙符合要求。由于實踐經(jīng)驗不足，設計能力有限，設計中錯誤難免，敬請批評、指正。謝辭歷時兩個多月的畢業(yè)設計終于接近完成，也預告著我的大學生活以及十幾年的學生時代即將拉上結(jié)束大幕?；厥走@兩個多月的歷程，有初遇難題時候的糾結(jié)和焦急，有完成一項計算的滿足和幸福。我要鄭重的感謝我的指導老師308老師。是您的不厭其煩的諄諄教誨，事無巨細的設計要求，以及面面俱到的設計構(gòu)思，都讓我受益匪淺。我的根基不好，許多知識都不夠系統(tǒng)不夠嚴謹。兩個多月前的迷茫和一籌莫展，到現(xiàn)在對設計有了深一步的認識，我才明白王老師哪怕是對一條輪廓線都嚴格要求的苦心?，F(xiàn)在忽視一條輪廓線，也許就會在將來造成不可估量的損失。細心，認真，不厭其煩，這是我們做設計人的應該銘記的東西。即將到來的不只是答辯，還有離別。我和我可愛的同學們只相聚了短短的兩年。短短的兩年不會成為我們成為相知相伴的好兄弟好姐妹。此刻心里充滿了不舍，可是，既然選擇了遠方，便只顧風雨兼程。我會衷心的祝愿我的好朋友們一切安好。爸爸媽媽，是多么令人動容的稱謂，是他們用自己的努力來保證我們的求學，我們不斷的汲取著營養(yǎng)，壯大著自己，他們卻一天天的佝僂下身子，任憑皺紋爬上額頭。我只想對我的爸爸媽媽說我愛，我記得，我感恩。設計結(jié)束了，我們的人生精彩歷程才剛剛開始，我也會用做設計時候的嚴謹，嚴肅，努力來加油走我的人生道路。在此，謹祝愿我的爸爸媽媽，給予我巨大幫助的王老師，以及朝夕相處的同學們最深的祝福。請你們一定要健康快樂的生活。參考文獻【1】電大理工編輯部編，《畢業(yè)設計指導書》，遼寧科學技術出版社，1983年【2】《機床課程設計指導書》東北工學院，1983年【3】《機床設計手冊3》北京：機械工業(yè)出版社，1986年【4】金屬切削機床設計編寫組編《金屬切削機床設計》（修訂本）上?？茖W技術出版社2003年【5】濮良貴,紀名剛主編《機械設計》（第七版）北京：高等教育出版社，2001年【6】張俊生主編《金屬切削原理與刀具》北京：機械工業(yè)出版社，1995年【7】王蘭美主編《機械制圖》北京：高等教育出版社2004年【8】王振華主編《實用軸承手冊》上海：上?？茖W技術出版社1991年【9】甘永立主編《幾何量公差與檢測》上海：上?？茖W技術出版社2005年【10】濮良貴主編《機械零件》（第三版）北京：人民教育出版社1982年【11】章日晉主編《機械零件的結(jié)構(gòu)設計》北京：機械工業(yè)出版社1987年【12】朱龍根主編《機械系統(tǒng)設計》北京：機械工業(yè)出版社2001年【13】孫桓,陳作摸主編《機械原理》（第七版）北京：高等教育出版社2006年【14】北京有色冶金設計研究總院《機械設計手冊》(第三版)北京：化學工業(yè)出版社1993年【15】吳宗澤主編《機械結(jié)構(gòu)設計》北京：機械工業(yè)出版社1988年【16】趙雪松趙曉芬主編《機械制造技術基礎》華中科技大學出版社2006年外文資料基于微機的在線循環(huán)檢測系統(tǒng)研究哈爾濱工業(yè)大學劉曉勝周爽馬玉林文摘：在一個短暫評論檢測普通系統(tǒng)的方法之后,這篇論文著重描述了一種計算機和數(shù)控加工中心之間通訊的方法?；谶@些，這篇論文注重說明在線循環(huán)測量為加工精度的方法，提供一種改進機械加工工序的方法以達到按照加工過程來隨即控制改變參數(shù)，并且探討執(zhí)行進程中相應的誤差補償給在線循環(huán)檢測的技術。實驗的結(jié)果顯示這種構(gòu)架設計是成功的，操作是可行的。今天這種系統(tǒng)非常流行。主題詞：檢測檢測器補償在線循環(huán)檢測在線質(zhì)量控制加工過程1引言在許多先進的加工系統(tǒng)中，加工過程的在線質(zhì)量控制被認為是必要的，例如，柔性加工系統(tǒng)（FMS），計算機綜合加工系統(tǒng)（CIMS），敏捷加工系統(tǒng)（AMS）等等。并且在不久的將來這些都將依賴整體加工系統(tǒng)的技術基礎。為了能進行在線質(zhì)量控制，在過去的幾十年里人們?yōu)闄C械加工過程發(fā)展了許多檢測系統(tǒng)和進行了一些補償?shù)脑O計，其中一些達到了工業(yè)產(chǎn)品的要求。當然，僅僅是在實驗室中得到的，可許多都實現(xiàn)了坐標誤差補償。像一些新的先進的技術的出現(xiàn)，比如網(wǎng)絡技術，模糊控制，混亂理論，微波理論等等，一些新型的檢測系統(tǒng)蘊含了那些在實際加工過程中發(fā)展和表現(xiàn)作用較好的技術，這些系統(tǒng)通常是由探測子系統(tǒng)，檢測子系統(tǒng)和錯誤診斷子系統(tǒng)組成。在這篇論文中，由探測子系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)，補償系統(tǒng)所完整構(gòu)成的框架在磨削/鉆床加工中心中引導程序，我們稱之為基于微機的智能檢測補償系統(tǒng)（IIMCSBM），并且其中詳細的工具都已給出。正像這個系統(tǒng)的一部分，在線循環(huán)檢測子系統(tǒng)是極其重要的子系統(tǒng)，并且基于高精度測頭和線性光柵傳感器的在線循環(huán)檢測子系統(tǒng)是在現(xiàn)在技術條件下對加工過程一種行之有效的方法。在這篇論文中，我們著重描述在線循環(huán)檢測裝置對質(zhì)量控制的作用。首先，給出檢測計算機和加工中心之間的一種通訊方式，這是以后工作的硬件基礎。在這些基礎之上，我們著重注意實施坐標誤差補償?shù)奶囟ㄗ饔煤透倪M隨即控制參數(shù)的操作條件，比如主軸轉(zhuǎn)速（切削速度），進給速度和切削深度，這些都與刀具磨損有密切關系以及對零件表面質(zhì)量和坐標精度都有很大的影響。這些系統(tǒng)的基本框架如圖1所示。2微機與加工中心的通訊在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，網(wǎng)絡通訊是一項重要的綜合技術。計算機之問的通訊技術相對來說是比較成熟的，而實現(xiàn)計算機與加工中心(或數(shù)控機床)的通訊卻并不容易，這主要因為絕大部分加工中心并不是為網(wǎng)絡通訊而設計的。盡管大部分加工中心都有一個與計算機數(shù)字控制器(ComputerNumericalController)相連的串行日(RS一232C)，但此接日只能用于傳輸加工程序代碼，絕大多數(shù)情況下不能傳輸控制指令。因此，為實現(xiàn)計算機與加工中心通訊，必須開發(fā)專用的通訊接日單元。我們的實驗是在HurboCNCBMC20L加工中心上完成的，其原理如圖2所示。針對這臺加工中心開發(fā)的專用通訊接日單元(SCIC)由以下兩部分組成。高性能、多功能數(shù)據(jù)采集卡(研華，PCL818HG型，100kHz的A/D轉(zhuǎn)換頻率，16路單端輸入或8路差分輸入，32路數(shù)字UO通道)：這單它卞要用來傳輸32位數(shù)字量輸入/輸出信號，并能接收觸發(fā)測頭的中斷信號，完成計算機與專用通訊接日的信息傳遞。當然，該卡同時還用作收集整個加工過程中加工中心運行狀態(tài)的各種傳感器信號，以進一步實現(xiàn)加工中心狀態(tài)監(jiān)控。專用通訊接口單元:這是我們自己開發(fā)的通訊接口單元，它能實現(xiàn)諸如信號隔離、信號傳遞、信號變換等功能，完成計算機與機床的信號通訊。微機通過專用通訊接口單元和加工中心的串行口(RS232一C)，可以實現(xiàn)如下功能：仿真加工中心控制臺；加載工件加工程序；啟動和停止加工中心運行；動態(tài)設置加工控制參數(shù)；驅(qū)動測頭運行，實現(xiàn)循環(huán)檢測；驅(qū)動刀具切削實施坐標誤差補償。一般地，基于加工中心控制臺的控制碼是可以轉(zhuǎn)換成計算機能識別的碼，同時可以仿效機械操作臺，并且程序可以控制加工步驟。雖然機床通常不能讓計算機的而專用通訊接口單元所徹底控制，但是其中絕大多數(shù)重要的操作均是由計算機管理的。3在線循環(huán)測量和補償系統(tǒng)測量是產(chǎn)品加工過程中質(zhì)量控制的關鍵一環(huán)。雖然在自動系統(tǒng)中，許多方法均達到了在線或隨時檢測，但是一些缺陷通常在這些系統(tǒng)中存在。例如，在應用有一個觸頭觸發(fā)的坐標測量儀探測坐標檢查中限制了部分部件要用硬質(zhì)材料制成，比如鋼，然而在在線檢測是很難令人滿意的，因為檢測部件必須固定在加工刀具上。間接測量法意味著基于綜合激光或者負載連接裝置，這在實際的加工條件下，通常是不適應的和困難的。雖然先進的加工中心都裝備了接觸性測量系統(tǒng)，但是這在連接計算機的加工中心中不容易把刀具轉(zhuǎn)換成零件的長度信息。3.1驅(qū)動測頭或刀具運行為了能使計算機去管理驅(qū)動測頭或刀具運行，我們設計出一個專門通訊接口卡（SDCPT），其基礎是執(zhí)行在線循環(huán)檢測和隨時隨即補償坐標誤差，它包括以下幾個方面：為測頭或刀具選擇改變x/y/z坐標。驅(qū)動測頭或刀具以先前設定的坐標系的方向快速移動。驅(qū)動測頭或刀具在先前設定的坐標系方向上以最小的脈沖信號緩慢進給。獲得到換向信號后，改變測頭運行的方向，并且在相反的方向上運行一小段距離，以防止測頭遠離檢測部件而損壞。改變主軸轉(zhuǎn)速以提高加工條件。改變進給速度以達到上步驟的效果。專門通訊接口卡的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。3.2長度檢測循環(huán)測量(In一CycleMeasurement,ICM)是指當工件裝夾于工作臺上后，數(shù)控機床在完成某項加工工序后，自動進行相關尺寸測量，并將測量結(jié)果反饋給控制器rz。基于微機的循環(huán)測量則是當一關鍵尺寸加工完畢后，在微機控制下實現(xiàn)自動尺寸測量，并將測量結(jié)果反饋控制給計算機。這種自動測量可以實現(xiàn)包括自動工件安裝定位，刀具安裝和刀具狀態(tài)監(jiān)控等功能。此外，基于微機的循環(huán)測量還可以通過工件的首件試切加工，調(diào)整加工控制參數(shù)，例如切削速度、進給速度和切削深度，從而對產(chǎn)品質(zhì)量實現(xiàn)預測控制?；谖C的循環(huán)測量系統(tǒng)(In一CycleMeasurementBasedMicrocomputerICMBM)由以下幾個部分組成：a．接觸測頭傳感器:當它與工件接觸時，發(fā)出一開關信號；b．X/Y方向直線位移光柵傳感器及相關一次儀表(GA一A型中國科學院制):用于記錄X/Y方向坐標值，并以BCD碼形式傳遞給計算機；c．光柵傳感器并行接日(研華，PCL733,32路BCD碼接日板)：用于將來自光柵的尺寸信息傳輸給控制計算機；d．專用通訊接日((SCIC)(自動設計與開發(fā))：根據(jù)控制計算機的指令，驅(qū)動測頭運動，完成計算機與加工中心之問的信號傳遞；e．微機及相關測量用軟件:用來模擬加工中心控制臺并控制加工中心運行。它是基下微機的智能檢測監(jiān)控系統(tǒng)的核心。整個循環(huán)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。從圖4我們可以很容易看出，當產(chǎn)品的一關鍵工序加工完畢后，計算機自動調(diào)用測量程序，驅(qū)動測頭進行測量。當測頭移動過程中遇到工件時，測頭就會發(fā)出一個觸發(fā)信號給測頭接日電路，該電路通過RS主從觸發(fā)器濾掉機械抖動噪聲信號，并將信號傳遞給專用通訊接日卡((SDCP)。通過該接日，計算機收到測頭觸發(fā)信號，并立即從光柵傳感器接日讀取此刻坐標(產(chǎn)品尺寸)信息。同時，專用通訊接日卡自動驅(qū)動測頭反向運動一微小距離，使測頭與工件分離，避免移動測頭時劃傷測頭。在驅(qū)動測頭移動時，通過該卡，計算機可以指定測頭運動路徑，并能根據(jù)測頭當前位置和工件位置之問的距離動態(tài)確定測頭移動速度。因此通過該系統(tǒng)，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的兩坐標尺寸自動測量、公差偏離檢查、精加工進給量的決定等。3.3長度補償在當前的技術條件下，實施隨時隨即的長度誤差補償是很困難的，是因為運行中數(shù)控機床是很難準確檢測到長度誤差和更改加工程序的。當發(fā)現(xiàn)長度誤差超出了在線循環(huán)檢測菜單所規(guī)定的限度，我們必須決定是否去除。如果先前去除的材料太大，長度誤差不能被任何操作所補償，因此我們只能拋棄這個零件以減少浪費的時間。假如不是這種情況，系統(tǒng)會依據(jù)檢測的結(jié)果和零件的幾何形狀，自動地建立加工參數(shù)和生成長度誤差補償程序。之后，系統(tǒng)重新執(zhí)行補償程序。當我們仿制合適的夾具，并且評定夾具的可行性，則對夾具的即時補償也會得到合適的補償。當然，補償?shù)姆绞絻H僅是在某些程序起作用。4在線檢測系統(tǒng)加工過程中，總體加工過程中的每一步都有許多因素影響零件的最終質(zhì)量。在進行無數(shù)次的產(chǎn)品質(zhì)量的實驗研究之后，我們發(fā)現(xiàn)刀具磨損，噪音和工件溫度對零件的表面粗糙度和長度誤差有很大的影響。因此，繼續(xù)深入評估刀具磨損，鑒定噪音和檢測工具溫度是一項重要的大工程。在線檢測系統(tǒng)如圖5所示。它們是建立在長度誤差補償和改變控制參數(shù)的基礎之上。4.1多重信號的綜合一方面，電流傳感器可以很容易地挑選出主軸驅(qū)動電流信號和進給驅(qū)動電流信號。通常這些信號都與刀具磨損和工件振動有聯(lián)系，并且