C6150普通車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控改造設(shè)計(jì)

摘要隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，尤其適應(yīng)我國(guó)機(jī)床擁有數(shù)量大，生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。本文對(duì)C6150普通車床數(shù)控化改造進(jìn)行了深入研究，包括對(duì)機(jī)床關(guān)鍵部件參數(shù)的計(jì)算、對(duì)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、對(duì)機(jī)床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)，以及在改造中應(yīng)注意的事項(xiàng)等進(jìn)行了詳細(xì)的論述。經(jīng)過改造后的機(jī)床已達(dá)到預(yù)期的功能和精度，完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率。降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：普通車床，數(shù)控技術(shù)，數(shù)控化改造AbstractWiththerapiddevlopmentofscienceandtechnology,CNCisbecominganimportantsymboltomeasureacountry，smachinerymanufaucturinglevel.UsingeconomicnumericalcontrolsystemtotransformGeneralmachinetools,adaptstoourcountrywhichhaslargenumberGeneralmachinetoolsandissmallscaleproduction.ThepaperstudiedthoroughlytheretrofittingtechnologyonC6150universallathe,includingthecomutatingofparametersofkeycomponents,thedesignoflathestructure,optimizationoftheretrofittingscheme,aswellasmattersneedingattentionofreformindetail,etc.Theresultshowsthatthemachinetoolsachieveedexpectedfunctionandprecisionafterretrofitting,themachinecansufficienflyexecuteautomaticcontrolonoutsidediametertaperscrewendsetc,itimportanttheproductionrateofthemachineanddecreasesthelaborstressfromtheoperator.Keywords:UnversalLatheNumericalTechnologyNumericalControlTransformation目錄TOC\o"1-5"\h\z緒論1概述11.1.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r11.1.2國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床改造的狀況21.1.3機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)3機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和可能性4本課題的目的和意義52CA6150普通車床主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控化改造6C6150車床簡(jiǎn)介62.1.1原機(jī)床功能62.1.2原機(jī)床精度62.1.3原機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)72.1.4原機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)82.1.5普通車床的數(shù)控化改造82.2總體方案的確定92.3數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)92.3.1概述9與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn):102.3.3數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式102.3.4主傳動(dòng)系統(tǒng)可按不同的特征來分類12數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求132.5無極變速傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)13主運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算132.5.2主軸最大切削功率及電動(dòng)機(jī)的確定14主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)162.5.4確定各級(jí)傳動(dòng)副齒輪的齒數(shù)182.5.5軸及齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定202.5.6各齒輪副模數(shù)計(jì)算212.5.7各軸間中心距的計(jì)算232.5.8確定各軸最小直徑232.5.9齒輪參數(shù)的計(jì)算243主軸組件的設(shè)計(jì)263.1主軸組件的基本要求263.2主軸283.2.1主軸的構(gòu)造283.2.2主軸的材料和熱處理28主軸的技術(shù)要求293.3主軸部件軸承的配置303.4主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定36主軸組件校核373.6主軸脈沖編碼器的加裝424刀架及導(dǎo)軌部分的改造設(shè)計(jì)44刀架改造設(shè)計(jì)44電動(dòng)刀架的選擇444.1.2電動(dòng)刀架的工作原理及控制44電動(dòng)刀架的安裝464.2機(jī)床尾座的改造設(shè)計(jì)464.3機(jī)床導(dǎo)軌部分的改造設(shè)計(jì)474.3.1聚四氟乙烯基軟帶的主要性能474.3.2聚四氟乙烯基軟帶的粘接工藝484.4伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇494.5數(shù)控改造的控制方式選擇504.5.1步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)方式50交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控方式51異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)控制方式51結(jié)束語(yǔ)53致謝54參考文獻(xiàn)551緒論1.1概述國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)誕生，1952年世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床也在美國(guó)誕生，用于三軸鏜銑床的加工，自此，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展緊隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，近60年來，數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六個(gè)時(shí)代的發(fā)展過程。第一階段叫邏輯數(shù)字控制階段，其經(jīng)歷了電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路三個(gè)時(shí)代；第二階段計(jì)算機(jī)數(shù)字邏輯控制階段，其經(jīng)歷了小型計(jì)算機(jī)、微處理器和PC機(jī)三個(gè)時(shí)代。目前世界上數(shù)控機(jī)床每隔2-3年就發(fā)展一代，日本、美國(guó)、德國(guó)、西班牙等國(guó)家在數(shù)控機(jī)床的研制、開發(fā)方面走在世界的前列，其中德國(guó)SIEMENS系列、日本FANUC系列、西班牙FAGOR系列、美國(guó)CINCINNATI系列以其高的的可靠性和卓越的性能在世界各地贏得了用戶的青睞。進(jìn)入八十年代以來，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代極為迅速，規(guī)模生產(chǎn)效益顯著，而且隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)以及輕工業(yè)生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，復(fù)雜型面零件越來越多，對(duì)精度要求越來越高，這就迫切要求加工這些零件的機(jī)床向高度柔性的數(shù)控機(jī)床方向發(fā)展，其在加工設(shè)備中所占比例越來越高，其擁有量是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的標(biāo)準(zhǔn)。因此，世界其他各國(guó)也在大力開發(fā)機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)。我國(guó)從1958年開始數(shù)控機(jī)床的研制，其主要工作是剖析國(guó)外數(shù)控機(jī)床。70年代中期，由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性和可靠性未從根本上得到解決。另外售價(jià)也貴，未能及時(shí)推廣。我國(guó)數(shù)控機(jī)床從八十年代重新開始起步發(fā)展，到1993年產(chǎn)量已增長(zhǎng)1828倍，產(chǎn)值數(shù)控化率從1%增到12%。數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)逐漸形成批量，開始出現(xiàn)了一批以北京研究所為龍頭的機(jī)床廠。主要生產(chǎn)BF7、BF3、MTC-1等數(shù)控系統(tǒng)，后來又組建了許多經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，如武漢華中數(shù)控有限公司、南京大方股份有限公司等等。數(shù)控機(jī)床一方面向大型多功能方向發(fā)展；一方面向經(jīng)濟(jì)型方向發(fā)展。所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉，操作使用方便，適合我國(guó)國(guó)情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。由此可見，我國(guó)在作為機(jī)械制造自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，無論是在品種上、質(zhì)量上，還是在使用上，同世界先進(jìn)水平比均有很大差距，這也是制約我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的重要因素。國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床改造的狀況數(shù)控機(jī)床的逐漸普及，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格不斷降低，使得舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)更明顯，促使越來越多的機(jī)械加工廠選擇舊機(jī)床數(shù)控改造作為設(shè)備更新的途徑。世界各國(guó)，包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼成立了機(jī)床修復(fù)公司，翻新公司或改造公司，承擔(dān)舊機(jī)床數(shù)控改造的任務(wù)，并成功地改造了一些大型和重型機(jī)床。德國(guó)的Schiess公司在1981年吧一臺(tái)加工直徑為19m的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床是1929年生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)曾是世界上最大的機(jī)床，其改造內(nèi)容有：工作臺(tái)導(dǎo)軌改裝成靜壓導(dǎo)軌，承載能力增加了50%；主傳動(dòng)采用半導(dǎo)體可控硅控制，取代老式機(jī)組的傳動(dòng)刀架的滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌；增加測(cè)量顯示裝置，配置數(shù)控系統(tǒng)等。該機(jī)床的全部改造費(fèi)用僅為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格1200萬(wàn)馬克的28.9%，其中大修費(fèi)用占7.9%數(shù)控改造費(fèi)占20.8%。該公司還改造了一臺(tái)最大直徑為14m的超重型立式車床，全部改造費(fèi)用為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格800萬(wàn)馬克的19.1%。我國(guó)常柴股份公司曾改造一臺(tái)仿形銑床，改造費(fèi)用40萬(wàn)，節(jié)約投資近250萬(wàn)元，用其加工N485柴油機(jī)鑄造用模具，每套外協(xié)加工費(fèi)用270萬(wàn)元，不到三個(gè)月時(shí)間，此臺(tái)仿形銃床完成了兩套N485模具和20套空調(diào)模具的加工。根據(jù)常柴股份公司對(duì)已完成數(shù)控化改造的11臺(tái)加工中心和1臺(tái)仿形銑床投入運(yùn)行后統(tǒng)計(jì)，新增產(chǎn)值達(dá)到3000多萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)從八十年代初期開始進(jìn)行數(shù)控化改造技術(shù)研究和推廣，到現(xiàn)在已有三十多年的歷史。這中間取得了不少經(jīng)驗(yàn)，但失敗的教訓(xùn)也不少。由于機(jī)床數(shù)控化改造工藝不完善，使得改造目前大都局限在中小型車銑床的數(shù)控改造上，這和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平尚有很大差距。1.1.3機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)工藝、先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造有以下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)床改造針對(duì)性強(qiáng)，容易適宜生產(chǎn)的要求。因?yàn)闄C(jī)床的改造方案是根據(jù)原機(jī)床中存在的問題提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能與生產(chǎn)緊密結(jié)合，可以直接將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。機(jī)床改造可以充分利用原機(jī)床的絕大部分，大大節(jié)約原材料和資金，同時(shí)見效快，改造周期短，與新機(jī)床制造相比只需要其1/10-1/15的時(shí)間，工期大大縮減，從而節(jié)約了成本，解決了生產(chǎn)急需。改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，機(jī)床應(yīng)用范圍的到擴(kuò)大，適應(yīng)多品種、小批量的零件生產(chǎn)。這是因?yàn)闄C(jī)床的大型結(jié)構(gòu)件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久則時(shí)效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐累大型構(gòu)件，只需修復(fù)或更換若干中小部件就可獲得與新機(jī)床類似效果。改造后的機(jī)床功能有較好的提高，除了保留原有功能外，還可以滿足各種復(fù)雜型面累零件加工，極大地?cái)U(kuò)大了機(jī)床的應(yīng)用范圍。經(jīng)過數(shù)控改造，可以有效提高工件加工精度和聲產(chǎn)效率。因?yàn)楦脑鞎r(shí)可根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，及時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次。如某單位①3.4m的立式車床改造后，加工球體軸承座零件，其2m直徑偏差僅為0.035mm,滿足了設(shè)計(jì)要求，并且機(jī)床改造后的工作效率提高了5-6倍?？沙浞职l(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動(dòng)技術(shù)人員的積極性；同時(shí)降低對(duì)工人技術(shù)水平的要求。機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和可能性數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械加工中起著舉足輕重的作用，機(jī)床數(shù)控化率已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑：一是購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床，即更新設(shè)備；二是改造舊機(jī)床，配置數(shù)控系統(tǒng)，把舊機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床。所謂機(jī)床的數(shù)控化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代的數(shù)控成熟技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件、新裝置、新附件，提高現(xiàn)有機(jī)床的技術(shù)性指標(biāo)，是之全部或部分達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平。機(jī)床數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：其一恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。其二NC化，在普通機(jī)床上加上數(shù)控顯示裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床。其三翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度。其四技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能和檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床大約五百多萬(wàn)臺(tái)，其中約43%以上是車床，多數(shù)役齡都很長(zhǎng)，尤其是大型和重型機(jī)床的役齡更長(zhǎng)，這些機(jī)床結(jié)構(gòu)一般陳舊，操作部分復(fù)雜，測(cè)量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)落后。把這些性能落后、生產(chǎn)率低的機(jī)床全部閑置或淘汰，用新的機(jī)床去取代是不現(xiàn)實(shí)的。重型機(jī)床特別是現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床價(jià)格都非常昂貴，因此把舊的機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的意義非常大。對(duì)普通機(jī)床和舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造是可行的。首先我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式正在由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，集約型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式就是以經(jīng)濟(jì)效益為中心，主要依靠科技進(jìn)步和提高勞動(dòng)者素質(zhì)，重點(diǎn)放在現(xiàn)有企業(yè)的挖潛改造、充實(shí)和提高上，也就是運(yùn)用高技術(shù)對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造，以大幅度體改產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的；二是技術(shù)上的保障，近年來，微電子技術(shù)的發(fā)展、電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用、傳感技術(shù)、粘接技術(shù)等新工藝、新產(chǎn)品的出現(xiàn)都為機(jī)床的數(shù)控化改造提供了充足的后備力量；三是在經(jīng)濟(jì)方面，機(jī)床數(shù)控化改造針對(duì)性強(qiáng)、投資少、資金利用率高，許多基礎(chǔ)部件仍可利用，可以縮短改造周期并降低生產(chǎn)成本。另外籌集資金相對(duì)容易一些。購(gòu)買一臺(tái)的數(shù)控機(jī)床一般需要幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)，改造一臺(tái)只需幾萬(wàn)到十幾萬(wàn)即可。本課題的目的和意義在設(shè)計(jì)中通過運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識(shí)生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識(shí)，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)的目的。通過設(shè)計(jì)分析比較機(jī)床的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫技術(shù)文件，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力的目的。通過設(shè)計(jì)獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。

2CA6150普通車床主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控化改造2.1C6150車床簡(jiǎn)介2.1.1原機(jī)床功能所選C6150舊車床是一臺(tái)普通臥式車床，它的功能性較大，適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成形回轉(zhuǎn)表面；車削端面及各種常用螺紋；在其上還能作鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、滾花等工作。2.1.2原機(jī)床精度C6150舊車床在數(shù)控化改造前進(jìn)行了整體修復(fù)，修復(fù)后對(duì)機(jī)床原始精度和加工精度檢測(cè)結(jié)果如下：床身導(dǎo)軌調(diào)平縱向：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度0.004mm/250mm橫向：導(dǎo)軌應(yīng)在同一平面內(nèi)的平面度0.4mm/1000mm機(jī)床主軸0.01mm主軸軸肩支承面的跳動(dòng)0.015mm主軸定心軸頸的徑向跳動(dòng)0.008mm主軸軸線的徑向跳動(dòng)0.015mm/300mm主軸頂尖的徑向跳動(dòng)0.01mm主軸軸線的平行度0.015mm/300mm主軸軸向串動(dòng)0.01mm主軸軸肩支承面的跳動(dòng)0.015mm主軸定心軸頸的徑向跳動(dòng)0.008mm主軸軸線的徑向跳動(dòng)0.015mm/300mm主軸頂尖的徑向跳動(dòng)0.01mm主軸軸線的平行度0.015mm/300mm加工精度精車外圓的圓度0.01mm精車外圓的圓柱度0.01mm/100mm精車端面的平面度0.02mm/300mm精車的表面粗糙度Ra=1.252.5“m床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑500mm最大工件長(zhǎng)度1500mm最大車削長(zhǎng)度900mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑300mm主軸內(nèi)孔直徑52mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)24級(jí)10?1400r/min反轉(zhuǎn)12級(jí)14?1580r/min主電機(jī)型號(hào)Y132M-4-B3左主電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速5.5KW,1450r/min潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)潤(rùn)滑葉片泵型號(hào)R12-1潤(rùn)滑葉片泵流量5L/min冷卻泵型號(hào)AOB-25冷卻泵流量25L/min2.1.3原機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)機(jī)床輪廓尺寸（長(zhǎng)X寬X高）

3168x1037x1312mm2290Kg機(jī)床凈重2290Kg2.1.4原機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)原機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一是主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，它的功能是把動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。二是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，它用來實(shí)現(xiàn)刀架的縱向和橫向移動(dòng)及車螺紋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)主軸箱、主軸、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、溜板傳至刀架。<4i-|i3宀.￡P(guān)l?■Q□打鈾2￡)QEAlLi￡LT.HT—a匚1516電動(dòng)機(jī)經(jīng)主軸箱、主軸、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、溜板傳至刀架。<4i-|i3宀.￡P(guān)l?■Q□打鈾2￡)QEAlLi￡LT.HT—a匚1516-T7圖2-1CA6150臥式車床傳動(dòng)系統(tǒng)圖-BIT]2.1.5普通車床的數(shù)控化改造對(duì)現(xiàn)有的普通車床進(jìn)行改造，主要應(yīng)解決的問題是：如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位進(jìn)給改造成由數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給的自動(dòng)加工機(jī)床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主要靠?jī)蓚€(gè)方面來保證和提高被加工零件的精度：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比，應(yīng)具有更好的精度，以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。2.2總體方案的確定對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控改造的首要問題是總體方案的確定，也是改造成功的關(guān)鍵問題。研究普通車床的結(jié)構(gòu)原理，將普通車床的傳動(dòng)原理與數(shù)控機(jī)床的普通車床傳動(dòng)原理相對(duì)比、研究，從而得出改造的總體方案，是行之有效的方法。在具體設(shè)計(jì)改造方案時(shí)，應(yīng)在滿足要求的前提下，對(duì)機(jī)床盡可能減小改動(dòng)量，以降低成本。改造方案為：（1）臥式車床是普通精度的，安裝經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)較合理、經(jīng)濟(jì)。（2）拆除進(jìn)給箱、溜板箱、光桿，加裝縱、橫向步進(jìn)電機(jī)，分別帶動(dòng)縱、橫向絲桿旋轉(zhuǎn)。（3）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈減少，主軸加裝脈沖編碼器供加工螺紋用。（4）數(shù)控車床的加工過程是自動(dòng)控制的，原手動(dòng)換刀刀架須更換為自動(dòng)換刀刀架。（5）為了確保數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，將原機(jī)床的絲杠改為滾珠絲杠。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)2.3.1概述主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的零件，并能方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和制動(dòng)等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn):轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Rn>100,以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。主軸變速迅速可靠。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無級(jí)變速，又減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤(rùn)滑。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照編制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機(jī)

床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式。帶有變速齒輪的主傳動(dòng)大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。如圖2-2(a)所示，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，具有大的輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級(jí)變速。滑移齒輪的移位大都采用液壓缸加拔叉，或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)如圖2-2(b)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是v帶和同步齒形帶。用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸如圖2-2(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。,七畝rHl.卜-捋,七畝rHl.卜-捋i.+山1P.—X—~|沁—d21聲十71勸機(jī)：小1鬆功(d?內(nèi)轉(zhuǎn)u.a?沖If-袖他-的站構(gòu)主傳動(dòng)系統(tǒng)可按不同的特征來分類按動(dòng)力源的類型可分為交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中又可分為單速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有多速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻凋速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式的選擇主要根據(jù)變速形式和運(yùn)動(dòng)特性要求來確定。按傳動(dòng)裝置類型可分為機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置、電氣傳動(dòng)裝置以及它們的組合。按變速的連續(xù)性可以分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無級(jí)變速傳動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定的變速范圍內(nèi)均勻、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級(jí)數(shù)一般不超過20-30級(jí)。分級(jí)變速傳動(dòng)方式有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器(如摩擦片式、牙嵌式、齒輪式離合器)變速。除摩擦片式離合器外，其他變速方式具有傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是有速度損失，不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行變速。摩擦片式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，操縱方式可以是機(jī)械的、電磁的或液壓的，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，發(fā)熱量大。無級(jí)變速傳動(dòng)可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于車削大端面。無級(jí)變速器分為三類：機(jī)械摩擦無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠，常用在中小型車床、銑床等主傳動(dòng)中；液壓無級(jí)變速器傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動(dòng)中；電氣無級(jí)變速器有直流電動(dòng)機(jī)或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)兩種，由于可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，應(yīng)用越來越廣泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上，目前幾乎都采用電氣變速。數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副，如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力；選用最佳的降速比，為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng)位移盡可能地快速達(dá)到跟蹤指令；盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差，如采用消除間隙的聯(lián)軸器和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等；盡量滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小，傳動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，效率高以及傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動(dòng)元件。無極變速傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)廣泛采用無極變速，這不僅能使其在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速。無極調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用有直流或交流調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無極調(diào)速。機(jī)床上常用的變速電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流變頻電動(dòng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為2-3；額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)速范圍很大，變速范圍可達(dá)30甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機(jī)床的使用要求。為了擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，在變速電動(dòng)機(jī)和主軸之間串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱。變速電動(dòng)機(jī)廣泛用于數(shù)控機(jī)床、大型機(jī)床中。2.5.1主運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算主軸最高轉(zhuǎn)速n和最低轉(zhuǎn)速n的確定maxmin1000VTOC\o"1-5"\h\zn—maxmax兀dmin(2-1)1000Vn—minmin兀dmax(2-2)式中，V,v.是機(jī)床最大切削速度和最小切削速度。d,d并maxminmaxmin不是車床上可能加工的最大和最小直徑，而是指實(shí)際使用情況下，采用v，v時(shí)常用的經(jīng)濟(jì)加工直徑。maxmind=KD,d=Rdmaxmindmax式中D機(jī)床加工的最大直徑，mmK——系數(shù)，臥式車床K=0.5Rd——計(jì)算直徑范圍，通常Rd=0.2--0.25d=0.5X500=250mm,d=0.2X250=50mmmaxmin查得機(jī)床切削用量手冊(cè)得v=585m/minv=22m/minmaxmin1000V1000X250cw/?n—ma^—沁3726r/mmmax兀d3.14x50min1000v1000x22n—mi^—沁28r/minminnd3.14x250max綜合實(shí)際情況，最后確定n—4000r/minn—30r/minmaxmin主軸最大切削功率及電動(dòng)機(jī)的確定設(shè)計(jì)車床時(shí)要根據(jù)機(jī)床的性能要求合理地確定機(jī)床的最大切削功率，并以此確定機(jī)床主電機(jī)的功率，機(jī)床最大切削功率的計(jì)算公式如下：

FvFvz60000(2-3)式中，P——用于機(jī)床切削的有效功率(kw)切F——切削力的切向分力(N/mm2)zV——切削速度(m/min)(v是與所選擇的切削力所對(duì)應(yīng)的切削速度)切削力公式：F二pfaz(2-4)式中，P——單位切削力f――進(jìn)給量a——背吃刀量根據(jù)機(jī)床的設(shè)計(jì)目標(biāo)和性能，查得機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得p=417kgf/mm2a=4mmf=0.5mm/r貝UF=pfa=417x4x0.5=776Nz查得切削用量手冊(cè)v=425m/min把F和v代入式(2-3)得z=5.5KWFv_776x425=5.5KW6000060000當(dāng)機(jī)床結(jié)構(gòu)尚未確定時(shí)，可以用下式粗略估算主電動(dòng)機(jī)的功率P—^切—沁7.3KW電耳0.75由此可知電動(dòng)機(jī)可選P=7.5KW的YVP系列變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如表2-1所示：表2-1表2-1電動(dòng)機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)最高轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定功率(KW)額定電流(A)額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kg?m2額定轉(zhuǎn)矩YVP132M-4450015007.515.5491.250.0296重量/kg972.5.3主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由數(shù)控車床參數(shù)以及電動(dòng)機(jī)參數(shù)可知：主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)n=4000r/min，最低轉(zhuǎn)速n=30r/min，計(jì)算轉(zhuǎn)速n=150r/min;調(diào)頻電maxminj動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min,最高轉(zhuǎn)速n=4500r/min。edmax電機(jī)床的變速范圍：R=nmax=?133nn30min機(jī)床主軸的恒功率調(diào)速范圍：R=nmax=U26.7npn150TOC\o"1-5"\h\zn4500電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍：R—max電==3dpn1500ed在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)時(shí)，必須要考慮電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范R遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范np圍R，所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其恒功dp率變速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率要求。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)考慮到傳動(dòng)的平穩(wěn)性，取變速箱的公比申f等于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍R，如變速箱的變速級(jí)數(shù)為Z，則主軸的恒功率變dp速范圍R等于np圖圖aR=pz-iR=pznpfdpf(2—5)變速箱的變速級(jí)數(shù)Z可由下式算出lgRlgpnplg26.7lg3=2.99取Z=3?傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)和轉(zhuǎn)矩圖見圖2-3(a)和(b)IIIIIII45003E./7?15Di]31U133-D22/W314522/W314544-D圖b2?5?4確定各級(jí)傳動(dòng)副齒輪的齒數(shù)機(jī)床轉(zhuǎn)速圖確定后，則各變速組的傳動(dòng)比也就確定了。即可進(jìn)一步確定各變速組中傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時(shí)要注意下列幾點(diǎn)：1）齒輪的齒數(shù)和s；不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機(jī)床結(jié)構(gòu)z增大。一般推薦齒數(shù)和，S100?1302）同一變速組中的各對(duì)齒輪，其中心距必須保持相等。在同一變速組內(nèi)一般采用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說在同一變速組中各對(duì)齒輪的齒數(shù)和相等。3）最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，最小齒數(shù)一般取Z>18?20。min4）應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套簡(jiǎn)上具有足夠的強(qiáng)度、為保證輪齒受力和熱處理之后，齒根部分不致于斷裂，齒根到孔壁或鍵槽的壁厚M應(yīng)有足夠的厚度，一般推薦值a>2m〔m為齒輪的模數(shù)），由此可知，在5）保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。按照IS0229—1973規(guī)定，機(jī)床主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對(duì)于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對(duì)誤差，應(yīng)在±10（9—1）%范圍內(nèi)。4500r/min過高，所以在I-II間加一個(gè)降速傳動(dòng)比（35/77），這樣也有利于設(shè)計(jì)變形機(jī)床，因?yàn)橹灰淖冞@對(duì)降速齒輪傳動(dòng)比，主軸的轉(zhuǎn)速就能提咼或降低。我們可以用計(jì)算尺法確定齒輪的齒數(shù)，因?yàn)檫@種方法比較方便。首先計(jì)算最小齒輪所在的那對(duì)齒輪副/=設(shè)定Z.=22，則可找出：TOC\o"1-5"\h\z14.6mm.1222324252627==,,,,,....14.6102105111115120125相應(yīng)的齒數(shù)和S=124,128,135,140,146,152.....同理，按傳動(dòng)比i,i也可以找出一系列分?jǐn)?shù)，但應(yīng)使其齒數(shù)和盡量與i齒231數(shù)和數(shù)值相等或近似==,,,,1.54854667581相應(yīng)的齒數(shù)和S=80,90,110,124,135....Z1.96455662768286i==,,,,....1232932,394244相應(yīng)的齒數(shù)和S=68,85,94,115,124,130....z找出滿足上述三個(gè)傳動(dòng)比，且有相同齒數(shù)和的數(shù)值，并考慮結(jié)構(gòu)因素確定S=123ZTOC\o"1-5"\h\z224882艮卩i—i—i——11032753412.5.5軸及齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定主傳動(dòng)系統(tǒng)中的主軸和傳動(dòng)件的尺寸大小主要決定于它所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，而轉(zhuǎn)矩大小則和所傳遞的功率及轉(zhuǎn)速兩個(gè)因素有關(guān)。對(duì)于專用機(jī)床，它是按照持定工藝設(shè)計(jì)的，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速是固定不變的，所傳遞的轉(zhuǎn)矩也是一定的。但是，對(duì)于通用機(jī)床和某些專門化機(jī)床，主傳動(dòng)的功率是根據(jù)某些典型加工的切削用量確定的，機(jī)床在實(shí)際使用中，低轉(zhuǎn)速范圍加工時(shí)，不需要使用機(jī)床的全部功率。據(jù)調(diào)查主抽在最低一段的幾級(jí)轉(zhuǎn)速一般用來加工螺紋、鉸孔、精鏜等輕負(fù)荷工作，或者是用于相加工，但切削速度較低，這些工序都不需要使用電動(dòng)機(jī)的全部功率。如果按最低轉(zhuǎn)速計(jì)算，勢(shì)必造成各傳動(dòng)件較粗大，具備過大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，這是不經(jīng)濟(jì)和不必要的。由此可知，通用機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)只是從某轉(zhuǎn)速開始才有可能使用電動(dòng)機(jī)的全部功率。這一傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為該傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。至于中間傳動(dòng)件（包括軸上的傳動(dòng)件）的計(jì)算轉(zhuǎn)速，也是按照上述原則，取主軸傳遞全部功率時(shí)，各中間傳動(dòng)件相應(yīng)轉(zhuǎn)速中最低的一級(jí)轉(zhuǎn)速作為中間傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，即各個(gè)中間傳動(dòng)軸和齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速，同樣應(yīng)是各自傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。（1）各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速n=150r/minj軸I有2045r/min、675r/min、140r/min,最低轉(zhuǎn)速140r/min由雙聯(lián)滑移齒輪傳到主軸得到150r/min，所以要傳遞全部功率，故軸II的計(jì)算轉(zhuǎn)速為140r/min。（2）各軸上齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小的,也是強(qiáng)度最薄弱的齒輪,故也只需確定最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。軸II和軸III之間齒數(shù)最小的是Z=22，經(jīng)過該齒輪傳至主軸，使主軸獲得440r/min、145r/min、30r/min轉(zhuǎn)速，因得到440r/min>n=150r/min，所以z=22齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：695r/min。j2.5.6各齒輪副模數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪的工作條件、空間安排、材料和精度等都已確定，才可能核算齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞值是否滿足要求。按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)：（1±i）KKKKPm=16338i_23_s—j3Z2詢Q]2n/mj（2-6）按彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)：

kkkkpm=275i_23—w3ZY?Q]njmj（2-7）式中K——工作情況系數(shù)1K——?jiǎng)虞d荷系數(shù)2K——齒向載荷分布系數(shù)3K——齒形系數(shù)sn——計(jì)算轉(zhuǎn)矩j?——齒寬系數(shù)mZ——計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取小齒輪的齒數(shù)jP——計(jì)算齒輪傳遞的功率[b]——許用接觸應(yīng)力Y——齒形系數(shù)齒輪采用45號(hào)鋼，整體淬火。對(duì)電機(jī)軸上的齒輪，查知：K=1.2K=1.2K對(duì)電機(jī)軸上的齒輪，查知：K=1.2K=1.2K=1.04123P=7.5?=8mZ=36

j[b]=600MPjn=310r/minYj=0.6s=0.42[b]=220MPw把以上參數(shù)代入式（2—6）得i（1+聖）x1.2x1.3x1.04x0.6x7.5m=16338'j3,80362x80m=16338'j3,80362x80x8x6002x310361.2x1.3x1.04x0.6x7.5代入式（2-7）得m二2753沁2.84w\36x0.42x8x220x310經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)系列得m=3.5II-III間齒輪的模數(shù)按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)：(1土i)KKKKP123s~m=16338’Z2詢Q]2n=16338jVjm(1土i)KKKKP123s~m=16338’Z2詢Q]2n=16338jVjmj'聖+1)x1.2x1.3x1.04x0.6x7.5x0.9822-3.40222x102x8x6002x69522按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)：KKKKP1.2x1.3x1.04x0.6x7.5x0.98m=2751_23s—=2753w3ZY?Q]n322x0.42x8x220x695/mj沁3.42經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)系列得m=3.52.5.7各軸間中心距的計(jì)算模數(shù)確定以后根據(jù)齒輪齒數(shù)就可以確定各軸中心距了I-II間的中心距(Z+Z)m(36+80)x3.512=203mm(Z+Z)(22+101)II-III間的中心距a=33==215.25mm2222.5.8確定各軸最小直徑軸的最小直徑可由公式轉(zhuǎn)速）。求得（其中：n為各軸的計(jì)算jdi=1083晉=1083金'31.15mm經(jīng)圓整后得d=32mm

d二108『7'5%0.98二39.97mmII3140經(jīng)圓整后d=42mmIIdIII沁39.38mmino.'7.5x0.98dIII沁39.38mm1083'-3150經(jīng)圓整后得d=40mmIII2.5.9齒輪參數(shù)的計(jì)算有上可知：Z=36m=3.5d=32mm且h*二1c*=0.2511Iad=mZ=3.5x35=126mm11d=d+2h=m(Z+2h*)=3.5(35+2x1)=133mma1a11ad=d一2h=m(Z一2h*-2c*)=3.5(35一2一0.5)=117.25mmf1f11aD=1.6d=1.6x32=51mm1I選定6o=9mmD=d一26=114一2x9=99.25mmf0D=0.5(D+D)=0.5(51+96)=75.125mm12B=Qxd=0.3x122=37.8mmd1c=0.3B=0.3x37=11.34mm同理對(duì)II軸上齒輪：Z=22m=3.5d=42mmh*=1c*=0.2522IIad=mZ=22x3.5=77mm222TOC\o"1-5"\h\zd=d+2h=m(Z+2h*)=84mma2a22ad=d—2h=m(Z—2h*—c*)=68mmf2f22aD=1.6d=1.6x42=67mmiii查定5o=9mmD=d—25=68一2x9=50mm2f0D=0.5(D+D)=0.5x(67+50)=58mm312B=Qd=0.3x77=23mmd2c二0.3B二0.3x23二7mm3主軸組件的設(shè)計(jì)主軸組件是機(jī)床的重要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行件。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。主軸組件由主軸及其支承和安裝在主軸亡的傳動(dòng)件、密封件等組成。由于數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速高，功率大，并且在加工過程中不進(jìn)行人工調(diào)整，因此要求良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及精度的保持性。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸和夾持，還必須有刀具的自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu)。主軸組件的工作性能對(duì)整機(jī)性能和加工質(zhì)量以及機(jī)床生產(chǎn)率有著直接影響，是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。因此，對(duì)主軸組件有較高的要求。3.1主軸組件的基本要求旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配店，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體7L等的制造、裝配和調(diào)整精度。如主軸支承軸頸的圓度、軸承滾道及滾子的圓度、主軸及隨其回轉(zhuǎn)零件的動(dòng)平衡等因素，均可造成徑向跳動(dòng)，軸承支承端面，主軸軸肩及相關(guān)零件端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)中心線的垂直度誤差，止推軸承的滾道及滾動(dòng)體誤差等將造成主軸軸向跳動(dòng)；主軸主要定心面的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。剛度主軸組件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向上所施加的作用力來定義。主軸組件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動(dòng)軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸組件的剛度。主軸靜剛度不足對(duì)加工精度和機(jī)床性能有直接影響，并會(huì)影響主軸織件中的齒輪、軸承的正常工作，降低工作性能和壽命，影響機(jī)床抗振性，容易引起切削顫振，降低加工質(zhì)量?？拐裥灾鬏S組件的抗振性是指抵抗受迫振動(dòng)和白激振動(dòng)的能力。在切削過程中，主軸組件不僅受靜態(tài)力作用，同時(shí)也受沖擊力和交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加丁余量的變化，主軸組件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及切削過程中的頤振等引起的。主軸組件的振動(dòng)會(huì)直接影響工件的表面加工質(zhì)量和刀具的使用壽命，并產(chǎn)牛噪聲。隨著機(jī)床向高速、高精度發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來越高。影響抗振性的主要因素是主軸組件的靜剛度、質(zhì)量分布以及阻尼。主軸組件的低階固有頻率與振型是其抗振性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。低階固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)高于激振頻率，使其不容易發(fā)生共振。。溫升和熱變形主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因番相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦發(fā)熱，切削區(qū)的切削熱等使主軸組件的溫度升高，形狀尺寸和份量發(fā)生變化，造成主軸部件的所謂熱變形。主軸熱變形可引起軸承間隙變化，潤(rùn)滑油溫度升高后會(huì)使憨度降低，這些變化都會(huì)影響主軸組件的工作性能，降低加工精度。因此，各種類型機(jī)床對(duì)溫升都有一定限制。如高精度機(jī)床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的允許溫升為8?10°C，精密機(jī)床為15?20°C，普通機(jī)床為30?40Co精度保持件主軸組件的精度保持性是指長(zhǎng)期地保持其原始制造精度的能力。主軸組件喪失其原始精度的主要原因是磨損，如主軸軸承、主軸軸頸表面、裝夾工件或刀具的定位表面的磨損。磨損的速度與摩擦的種類有關(guān)，與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表面粗糙度、材料的熱處理方式、潤(rùn)滑、防護(hù)及使用條件等許多因素有關(guān)。所以要長(zhǎng)期保持主軸組件的精度，必須提高其耐磨性。對(duì)耐磨性影響較大的因素有主軸、軸承的材料、熱處理方式、軸承類型及潤(rùn)滑防護(hù)方式等。3.2主軸3.2.1主軸的構(gòu)造主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝定位方法等。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性。主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。主軸的前端形式取決于機(jī)床類型和安裝夾具或刀具的形式。主軸端部用于安裝刀具或夾持工件的夾具，在結(jié)構(gòu)上，應(yīng)能保證定位難確、安裝可靠、聯(lián)接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都己標(biāo)誰(shuí)化。3.2.2主軸的材料和熱處理主軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點(diǎn)、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。主軸的剛度與材料的彈性模量互值有關(guān)，主軸材料首先考慮用鋼料。值得柱意的是，鋼的彈性模量E的數(shù)值和鋼的種類及熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量置基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如45鋼），經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，

在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位進(jìn)行局部高頻淬硬，以提高其耐磨性。只有載荷大和有沖擊，或精密機(jī)床需要減小熱處理后的變形，或有其他特殊要求時(shí)，才考慮選用合金鋼。當(dāng)支承為滑動(dòng)軸承，則軸頸也需淬硬，以提高其耐磨性。機(jī)床主軸常用材料及熱處理要求見表3-1。表3-1主軸常用材料及熱處理要求鋼材45鋼鋼材45鋼40Cr20Cr38CrMoAlA65Mn熱處理調(diào)質(zhì)22~28HRC，局部高頻淬硬50~55HRC淬硬40~50HRC滲碳、淬硬56~62HRC氮化處理850~1000HV淬硬52~58HRC用途一般機(jī)床主軸、傳動(dòng)軸載荷較大或表面要求較硬的主軸中等載荷、轉(zhuǎn)速很高、沖擊較大的主軸精密和高精密機(jī)床主軸高精度機(jī)床主軸對(duì)于高速、高效、高精度機(jī)床的主軸部件，熱變形及振動(dòng)等一直是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)課題，特別是對(duì)高精度、超精度加工機(jī)床的主軸。據(jù)資料介紹，目前出現(xiàn)一種叫玻璃陶瓷材料，又稱微晶玻璃的新材料，其線脹系數(shù)幾乎接近于零，是制作高精度機(jī)床主軸的理想材料。3.2.3主軸的技術(shù)要求主軸的技術(shù)要求應(yīng)滿足豐軸精度及其他件能的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)應(yīng)考慮制造的可能性和經(jīng)濟(jì)性及檢測(cè)的方便性等。為此應(yīng)盡量做到檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)、上藝基準(zhǔn)的一致性。圖3-1為一主軸的形位公差標(biāo)注示意圖。圖中軸頸A和主軸旋轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，其公共軸心線A-B即為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，同時(shí)軸頸A和B公共軸心線又是前錐孔的工藝基準(zhǔn)及各重要表面的檢驗(yàn)基難。為保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度，軸頸的精度和表面粗糙度應(yīng)嚴(yán)格控制。為了檢測(cè)的方便，用A、B表面的徑向跳動(dòng)公差來表示，田徑向跳動(dòng)公差是形值公差的綜合反映，它包含了圓度和同軸度誤差。普通精度機(jī)床主軸軸頸尺寸常取IT5,形狀公差數(shù)值一般為尺寸公差的1/4?1/3。it詢圖3-1某主軸的形位公差標(biāo)注示意圖主軸錐孔應(yīng)保證與軸頸中心線同心，以軸頸為基準(zhǔn)面最后桔磨錐7L。分別在主軸端部和距主軸端部300mm處測(cè)量錐孔中心線對(duì)主釉反轉(zhuǎn)中心線的徑向圓跳動(dòng)，其測(cè)量值應(yīng)符合有關(guān)機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。主軸端短錐面是卡盤定心面，其表面的徑向圓跳動(dòng)，以及法蘭的端面團(tuán)跳動(dòng)，安裝齒輪表面的徑向圓跳動(dòng)等均以公共軸心線A-B為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，其數(shù)值可參見機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其小安裝齒輪表面的徑向囚跳動(dòng)，可取略小于直徑公差的一半。主軸安裝滾動(dòng)軸承處的軸頸表面粗糙度為0.4pm安裝滑動(dòng)軸承的軸頸表面粗糙度0.2pm。3?3主軸部件軸承的配置主軸軸承是主軸部件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。主軸部件上的軸承應(yīng)具有旋轉(zhuǎn)精度高、剛度高、承載能力強(qiáng)、抗振性好、極限轉(zhuǎn)速高、適應(yīng)變速范圍大、磨擦功耗小、噪聲低、壽命長(zhǎng)等性能，同時(shí)應(yīng)滿足制造簡(jiǎn)單，使用維修方便、成本低、結(jié)構(gòu)尺寸小等要求。主軸支承是主軸組件的重要組成部分，主軸支承是指主軸軸承、支承座及其相關(guān)零件的組合體，其中核心元件是軸承。出此，采用滾動(dòng)軸承的支承稱為主軸滾動(dòng)支承；采用滑動(dòng)軸承的支承稱為主軸滑動(dòng)支承。滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)的范圍大；能在零間隙或負(fù)間隙（一定的過盈量）條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較高的旋轉(zhuǎn)精度和剛度；軸承潤(rùn)滑容易，維修、供應(yīng)方便，摩擦因數(shù)小等。其缺點(diǎn)是滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體數(shù)目有限，剛度是變化的，阻尼也較小，容易引起振動(dòng)和噪聲；徑向尺寸也較大?；瑒?dòng)軸承具有抗振性好、運(yùn)轉(zhuǎn)乎穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)精度高及徑向尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，但制造、維修比較困難，并受到使用場(chǎng)合限制。主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個(gè)方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號(hào)選用主要應(yīng)根據(jù)主袖組件的剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、抗振性及結(jié)構(gòu)等要求告理進(jìn)行選定。同樣尺寸的軸承，線接觸的該子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低；多個(gè)軸承比單個(gè)軸承承載能力要大；不同軸承承受載荷類型及大小不同；還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)要求，如中心距特別小的組合機(jī)床主軸，可采用滾針軸承。為提高主軸組件的剛度，通常采用輕系列或特輕系列軸承，徑（即主軸軸頸）較大。通常情況下，可根據(jù)下列條件選用滾動(dòng)軸承。（1）中高速重載雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承（如配推力軸承，則極限轉(zhuǎn)速低）。成對(duì)圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但極限轉(zhuǎn)速較低。空心圓鉸該子軸承的極限轉(zhuǎn)速提高，但成本較高。（2）高速輕載成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25°或15。接觸角。軸向載荷為主精度不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承；精度較高時(shí)，選用向心推力軸承。主軸軸承，主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。線接觸的滾于軸承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，但在一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低。下面簡(jiǎn)述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸鈾承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用范圍。⑴雙列圓柱滾子軸承(Double-rowcylindricalrollerbearing)，圖3-2為雙列圓柱滾子軸承。它的特點(diǎn)是內(nèi)孔為1:12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除間隙或預(yù)緊，這種鈾承只能承受徑向載荷。圖b為另一種雙列圓柱滾子軸承。與圖a的差別是：(1)圖a的滾道擋邊開在內(nèi)圈上，滾動(dòng)體，保持架與內(nèi)圈成為一體，外圍可分離，而圖b則相反；滾道擋邊開在內(nèi)圈上，滾動(dòng)體，保持架與外圈成為一體，內(nèi)圈可分離，可將內(nèi)圈裝上主軸后再精磨滾道，以便進(jìn)一步提高精度。(2)圖a為特輕型，圖b為超輕型。同樣孔徑，圖b的外徑比圖a小些。前者編號(hào)為NN3000k(舊編號(hào)為3182100)系列，后者為NNU4900K(舊編號(hào)4482900)系列。后者只有大型，最小內(nèi)徑100mm。這種軸承多用于載荷較大，剛度要求較高，中等轉(zhuǎn)速的地方。

⑴(b)圖3-2雙列圓柱滾子(2)雙向推力角接觸球軸承(Doubledirectionangularcontactthrustballbearing)這種軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于承受軸向載荷，如圖3-3所示。軸承由左右內(nèi)圈1和5,外圈3，左右兩列滾珠及保持架2和4,隔套6組成。修磨隔套6的厚度就能消除間隙和預(yù)緊。它的公稱外徑與同孔徑的雙列圓柱滾子軸承相同，但外徑公差帶在零線的下方，與殼體之間有間隙，故不承受徑向載荷，專作推力軸承使用。接觸角有60°的，編號(hào)為234400(舊編號(hào)2268100)。瑞典SKF公司還有a=40°的，編號(hào)為246800，形狀與234400相同。S它的內(nèi)、外徑和公差都與23440系列相同，但寬度較窄。接觸角a=40，稱為BTA-B系列。日本的NSK公司還有單向推力角接觸球軸承，形狀與圖1-30相同，但稍窄,外徑公差帶在零線下方。一對(duì)軸承背靠背配套使用。a=30。的為BA10X系列a=40。的為BT10X系列。a越小，允許轉(zhuǎn)速越高，但軸向剛度越低。

55圖3-3雙向推力角接觸球軸承1-左內(nèi)圈；2、4-滾珠；3-外圈；5-右內(nèi)圈；6-隔套（3）角接觸球軸承如圖3-4，這種軸承既可以承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。常用的接觸角有兩種：a二25和a二15。其中，a二25°的編號(hào)為7000AC型（舊代號(hào)為46100型），屬特輕型；或編號(hào)為7190AC型（舊代號(hào)為46900型），屬超輕型。a=15的編號(hào)為7000C型（舊代號(hào)為3610型）.屬特輕型；或編號(hào)為7190C型（舊代號(hào)為1036900型），屬超輕型。如下圖所示。圖3-4角接觸球軸承圖3-5為角接觸球軸承的組配方式，這種球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組配的辦法。如下圖（a）（b）（c）

所示為三種基本組配方式，分別為背靠背，面對(duì)面相同向組配，代號(hào)分別為DB、DF和DT。這三種組配方式兩個(gè)軸承都能共同承受徑向載荷。背靠背和面對(duì)面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對(duì)面相比，支承點(diǎn)（接觸線與軸線的交點(diǎn)）間的距離4B前者比后者大，因而能產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎力矩，即支承剛度較大。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承外圍的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈,徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對(duì)背靠背組配將使過盈減小，于是，可以補(bǔ)償一部分徑向膨脹；面對(duì)于面對(duì)面組配，將使過盈進(jìn)一步增加。基于上述分析，主軸受有彎矩，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。面對(duì)面組配常用于絲杠軸承。圖3-5角接觸球軸承的組配軸承配置采用速度型，其結(jié)構(gòu)如下:主軸前軸徑采用三列角接觸軸承，后軸徑采用單列角接觸軸承。這

樣既可以提高剛度，也可滿足使用要求，主軸軸承等級(jí)選取為P.級(jí)。4主軸前軸承采用7317AC中窄型角接觸軸承;后軸徑軸承采用7313AC中窄型角接觸軸承。主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑D和D，主軸內(nèi)孔直徑12d,軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L,這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度。⑴主軸前軸承軸徑D的選取1車床主軸前徑是按車床的主參數(shù)最大加工直徑D來確定。maxD二0.25xD土151max所以：D=0.25x500土15=125mm或110mm1綜合考慮取D二120mm1⑵主軸后軸承軸徑D:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式2D二(0.7-0.9)D21所以：D=0.75x120=90mm2綜合考慮取主軸后軸承軸徑D二95mm2⑶主軸內(nèi)孔直徑d的確定很多機(jī)床主軸是空心的,內(nèi)孔直徑與與其用途有關(guān)。車床主軸內(nèi)孔用來安裝送加料機(jī)構(gòu),為了不過多削弱主軸的剛度,臥式車床的主軸孔徑d通常不小于主軸平均直徑的55%-60%，取d=52mm⑷主軸前端懸懸伸量的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承懸伸量反里作用中點(diǎn)(或者徑向支撐中點(diǎn))的距離。它主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)、前支撐配置和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度，抗震性的影響很大，因此，設(shè)計(jì)是應(yīng)盡量縮短該懸伸量這里取a=145mm。⑸主軸主要支撐間跨距L的確定合理確定主軸主要支撐間的跨距，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支撐跨距過小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支撐變形引起主軸前軸端的位移量增大，反之，支撐跨距過大，支撐變形引起主軸前軸端的位移量盡管見效了，但主軸的彎曲變形增大，也回引起主軸前端叫大的位移。因此存在一個(gè)最佳跨距，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支撐變形引起主軸前軸的總位移量最小。但是在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)由于結(jié)構(gòu)哂納感的原因，以及支撐剛度因磨損會(huì)不斷降低，主軸主要前支撐間的實(shí)際跨距往往大于上述最佳跨距取L=320mm。3.5主軸組件校核主軸最大扭矩P7.5T二9.55x106一二9.55x106二4.78x105N-mmn150j122F=2T=2x4?78x1°5=7836Ntd122F-F-tan20=7836xtan20=2852Nrtl=275mm,l=50mm,l=250mmABBCCD圖3-6為主軸上受力點(diǎn)的受力分析，求B點(diǎn)支承力，如圖(b),(c)11_F-l圖3-6主軸上受力點(diǎn)的受力分析FrbFL(L-L-LFrb—r_CDADABCD—2L(L-L)2ABADABADAD3-1)廠FL(L—L—L)F二_CDADABCD—tb2L(L—L)2ABADAB(3-2)F—7616Ntb把數(shù)據(jù)代入式(3-1)和式(3-2)得FF—7616Ntb求A點(diǎn)支承力，如圖(d)垂直面內(nèi)FL—FL+FL二0raADrbBDrCDFL—FLF——rb_BDr_CDraLAD(3-3)把數(shù)據(jù)代入式(3-3)得F—235Nrb水平面內(nèi)，圖(c)—FL—FL+FL—0taADtbBDtCD—FL+FLF—tbBDr_CD-taLAD(3-4)把數(shù)據(jù)代入得F——567Nta求D點(diǎn)支承力垂直面內(nèi)—FL—FL+FL—0rdADrACrbABFL—FLF——rb_ABr_ACrdL(3-5)把數(shù)據(jù)代入得F二-259Nrd水平面內(nèi)—FL—FL+FL二0tdADtACtbABFL—FLF=―tb_ABt_ACtdLAD數(shù)據(jù)代入得F=—787Ntd彎矩圖(i)垂直面內(nèi)，圖(e)(f)B點(diǎn)左：M=—FL=—235x275=—64625N-mmraABC點(diǎn)右：M=FL=259x250=64750N-mmrdCD水平面內(nèi)，圖(g)(h)B點(diǎn)左：M'=—FL=—567x275=—155925N-mmtaABC點(diǎn)右：M'=FL=787x250=196750N?mmTOC\o"1-5"\h\ztdCD彎矩圖如下：M=-M2+M'2="47502+1967502=207000C22M=fM2+M'2=<646252+1559252=167000B11T=4.78x105N-mmW=空321-(D)=42574MPa42574M=、1670002+(0?6x4?78x心2=398.75MP<400MP42574主軸的剛度計(jì)算跨度L=320mm前端徑向跳動(dòng)[5]二0.0012.95二0.0117mm軸端撓度y<[y]=*[5]=0.0039mm0.00021二0.0002x575二0.115mm懸伸量145mmP=JP2+P2二<110002+55002二12298NRTy=PIbcLcdLdE(LBD+Lnc)=12298x50x250x180x350=0.0036<[y]6EILBD6x6x106x2.5x105x300前軸承處傾斜角0[0]《0.OOlrad0=PLbcLc(2lbc+lcD)=12298x50x250x350=0.00002《[0]6EILBD6x6x106x2.5x105x300齒輪處傾斜角齒向交角9=0.940+0.340TR[9]〈--C^=5x12298=0.0005b2105352x1055切向交角0=PtLbcLcd(LCd—LBc)=11000x50x250x200-=0.00002T3EI(Kcd+lBC)3x6x106x2.5x105x300徑向交角0=PrLbcLCd(LCd一Lbc)=5500x50x250x200=0.00001R3EI(Kcd+lBC)3x6x106x2.5x105x300法向齒向交角9=0.940+0.340=0.000019<[9]TR經(jīng)校核，該主軸的強(qiáng)度和剛度均符合要求。

3?6主軸脈沖編碼器的加裝主軸經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠，需要配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送到數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理，從而控制機(jī)床縱向或橫向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的。在使用主軸脈沖發(fā)生器時(shí)，受到步進(jìn)電機(jī)頻率的限制。如采用1000Hz工作頻率，加工3mm螺距的螺紋時(shí)，步進(jìn)電機(jī)頻率為300Hz,，而主軸脈沖發(fā)生器頻率為：lOOOx60Hz二60000Hz，所以車床主軸轉(zhuǎn)速為n==200r/min。即車床主軸的轉(zhuǎn)速不得超過200r/min，如果300主軸脈沖發(fā)生器的頻率提高到2000Hz，轉(zhuǎn)速也僅達(dá)到400r/min。由此可知，當(dāng)螺距月越大時(shí)，允許的車床主軸轉(zhuǎn)速也就越低。主軸脈沖發(fā)生器的安裝，通常采用同軸安裝和異軸安裝兩種方式，其連接方式如圖3-6所示。圖3-6主軸脈沖發(fā)生器的連接圖主軸脈沖發(fā)生器屬光學(xué)元件，安裝擺放時(shí)應(yīng)小心輕放，不能有較大的沖

擊和振動(dòng)，以防損壞玻璃光柵，造成報(bào)廢。注意脈沖發(fā)生器的最高允許

轉(zhuǎn)速，車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于次轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖發(fā)生器。4刀架及導(dǎo)軌部分的改造設(shè)計(jì)4.1刀架改造設(shè)計(jì)4.1.1電動(dòng)刀架的選擇刀架是車床的一個(gè)重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和效率。臥式車床改造應(yīng)拆除原手動(dòng)刀架和小托板，安裝有數(shù)控系統(tǒng)控制的絲工位電動(dòng)刀架，效率好，工藝性能可靠。根據(jù)車床型號(hào)及主軸中心高度，選用LD4-I系列四工位自動(dòng)刀架。其外形尺寸及安裝尺寸見圖4-1及表4-1。圖4-1外形尺寸及安裝尺寸圖表4-1外形尺寸及安裝尺寸圖中字母對(duì)應(yīng)的數(shù)值（mm）HIH2H3AEE1DDJBI-'C0L1L2L3L401119040192卻20J52)5219212□37524216223004.1.2電動(dòng)刀架的工作原理及控制LD4-I型電動(dòng)刀架采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤嚙合，蝸桿夾緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大優(yōu)點(diǎn)。發(fā)信轉(zhuǎn)位采用霍爾元件，使用壽命長(zhǎng)。其工作原理為：當(dāng)微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)后，刀架控制器中繼電器動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正傳驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，蝸桿升降機(jī)構(gòu)使上刀體上升。當(dāng)上刀體上升到一定高度時(shí)，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng)上圖圖4-2刀架換到流程圖刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端上的發(fā)信盤中對(duì)應(yīng)每個(gè)刀位都安裝一個(gè)霍爾元件，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，該刀架的霍爾元件向數(shù)控系統(tǒng)輸出低電平,而其他刀位霍爾元件輸出高電平。在刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號(hào)。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號(hào)與指令信號(hào)相比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷反靠在反靠盤上初定位。在活動(dòng)銷反靠作用下，螺桿帶動(dòng)刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號(hào)，切斷電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，完成選刀過程。利用系統(tǒng)內(nèi)軟件控制換刀過程，其PLC邏輯已固化在系統(tǒng)控制程序內(nèi)，可控制4個(gè)工位電動(dòng)刀架換刀，其過程如圖4-2所示。根據(jù)刀補(bǔ)值改變關(guān)刀黑正蓮]開刀架反轉(zhuǎn)延時(shí)If竽[退出J4.1.3電動(dòng)刀架的安裝電動(dòng)刀架安裝時(shí)，去掉車床的小托板，置刀架與中托板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，或轉(zhuǎn)動(dòng)軸承蓋處之內(nèi)六角螺孔，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到450左右時(shí)，裝上螺釘，然后固定刀架即可。電動(dòng)刀架安裝方便安裝時(shí)必須注意以下兩點(diǎn)：（1）電動(dòng)刀架的兩側(cè)面與原車縱、橫向的進(jìn)給方向平行。（2）電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切削、冷夜及其他雜物磕碰電動(dòng)刀架連線。故電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線可沿橫向工作臺(tái)左側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床導(dǎo)軌下方拉出一鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。機(jī)床尾座的改造設(shè)計(jì)尾座體的移動(dòng)由滑板帶動(dòng)，尾座體移動(dòng)后，由手動(dòng)控制的液壓缸將其鎖緊在床身上。在調(diào)整機(jī)床時(shí)，可以手動(dòng)控制尾座套筒移動(dòng)。頂尖1與尾座套筒2用錐孔連接，尾座套筒帶動(dòng)頂尖一起移動(dòng)。在機(jī)床上自動(dòng)工作循環(huán)中，可通過加工程序由數(shù)控系統(tǒng)控制尾座套筒的移動(dòng)。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出尾座套筒伸出的指令后，液壓電磁閥動(dòng)作，壓力油通過活塞桿4的內(nèi)孔進(jìn)入套筒液壓缸的左腔，推動(dòng)尾座套筒伸出。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)指令其退回時(shí)，壓力油進(jìn)入套筒液壓缸的右腔，從而使尾座套筒退回。尾座套筒移動(dòng)的行程，靠調(diào)整套筒外部連接的行程桿10上面的移動(dòng)擋塊6來完成。下圖所示為移動(dòng)擋塊的位置在右端極限位置時(shí)，尾座套筒的行程最長(zhǎng)。當(dāng)尾座套筒伸出到位時(shí)，行程桿上的擋塊6壓下確認(rèn)開關(guān)9,向控制系統(tǒng)發(fā)出尾座套筒到位信號(hào)。當(dāng)尾座套筒退回時(shí)，行程桿上的固定擋塊7壓下確認(rèn)開向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出尾座套筒退回的確認(rèn)信號(hào)。數(shù)垢弔床尾座幣構(gòu)簡(jiǎn)圖1一.北工：2—加應(yīng)套制：1電駁虞：4一疙共*::5旨諏6.7-rJi：R.—計(jì)是|0_訂理懺4?3機(jī)床導(dǎo)軌部分的改造設(shè)計(jì)所選車床用的時(shí)間久，導(dǎo)軌表面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，容易產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的失動(dòng)，數(shù)控機(jī)床一般采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用較少，為了恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌的精度，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振功能，選用聚四氟乙烯基軟帶改造機(jī)床導(dǎo)軌。4.3.1聚四氟乙烯基軟帶的主要性能聚四氟乙烯基軟帶是塑料導(dǎo)軌中最成功、性能最好的一種。它是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等充填劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀，厚度為0.1?2.5mm。其主要性能特點(diǎn)是：摩擦特性好。鑄鐵一淬火鋼導(dǎo)軌副的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)相差很大,而金屬一聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)基本不變。良好的摩擦特性使聚四氟乙烯塑料導(dǎo)軌能防止低速爬行，使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位精度高，并運(yùn)動(dòng)靈敏。（2）耐磨性好。除摩擦系數(shù)低外，聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材料中含有青銅、二硫化鉬和石墨，因此本身即具有自潤(rùn)滑作用，對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求不高，采用間隙式供油即可。此外，塑料質(zhì)地軟帶，即便嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不致?lián)p傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長(zhǎng)導(dǎo)軌副壽命。（3）減振性好。塑料的阻尼性能好，具有吸收振動(dòng)的能力，減少振動(dòng)和降低噪聲，對(duì)提高摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有利。（4）工藝性好?？山档蛯?duì)粘貼塑料軟帶的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量的要求，而且塑料易于加工（銑、刨、磨、刮研），使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。（5）化學(xué)穩(wěn)定性好。在室溫下與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及大多數(shù)有機(jī)溶劑均不起反應(yīng)。（6）剛度比滾動(dòng)導(dǎo)軌好。導(dǎo)軌接觸為面接觸，接觸面積大，剛度好。（7）主要缺點(diǎn)為硬度過低、質(zhì)脆，只宜以薄帶形式進(jìn)行粘貼，因其粘接性能很差，要進(jìn)行活化處理，用專門的粘接劑。4.3.2聚四氟乙烯基軟帶的粘接工藝聚四氟乙烯基軟帶的粘貼工藝如下：（1）清洗導(dǎo)軌，把導(dǎo)軌面上的油污、雜物等清理干掙；（2）用油石磨去導(dǎo)軌面上、導(dǎo)軌面四周毛刺、研傷或劃傷的突起部分，并清理干凈；（3）用丙酮溶液清洗導(dǎo)軌（包括其上的油槽）三遍，并用脫脂綿擦干，直至不見油潰為止。（4）用電吹風(fēng)（功率500W以上）吹烤導(dǎo)軌面，使?jié)B入導(dǎo)軌里面的油溢出，用脫脂綿擦干，直至不見油漬為止。根據(jù)導(dǎo)軌粘接部分寬度、長(zhǎng)度、厚度，把塑料面裁成所需要的長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度略長(zhǎng)一些；再次用電吹風(fēng)預(yù)熱導(dǎo)軌面；把已調(diào)好的CJ—q1粘接劑均勻涂抹在聚四氟乙烯基軟帶貼面上，然后將其放置于導(dǎo)軌面上，輕壓使其平整，位置準(zhǔn)確。水平放置在相配的導(dǎo)軌上，加壓。加壓24小時(shí)后，輕敲粘接面，根據(jù)聲音判斷有無脫殼現(xiàn)象，若脫殼或部分脫殼，應(yīng)去掉重新粘接；修整，去除毛邊，配刮合格后，在原油槽位置開出油槽。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行原件。它的機(jī)械位移與輸入的數(shù)字脈沖有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，數(shù)字脈沖輸入越多，位移越大；輸入脈沖的頻率越高，機(jī)械位移速度就越快。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的性能除了與電動(dòng)機(jī)本身的性能有關(guān)外，在很大程度上取決于使用的驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方式。在該機(jī)床的改造中我們選用恒總電流調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)。其特點(diǎn)是加到逆變橋上的直流電壓不是固定的，隨輸入脈沖頻率而變化，升頻時(shí)