CK6140數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 __屆畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 題 目 CK6140數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 隨筆客 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師職稱

2、 學(xué)院名稱 機(jī)電工程學(xué)院 完成日期： 2014 年 5 月 25日 CK6140數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師

3、 摘 要 本文介紹了CK6140數(shù)控車床的組成及工作原理，對(duì)數(shù)控機(jī)床的主要組成部分：機(jī)床主軸箱，進(jìn)給伺服系統(tǒng)及主軸PLC控制進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì)及其詳細(xì)設(shè)計(jì)。 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，對(duì)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(jì)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(jì)要求給出的已知條件確定電機(jī)的型號(hào)和功率，傳動(dòng)系統(tǒng)的布局，變速方式，開停方式，換向方式，制動(dòng)方式及齒輪的排列與布置。然后根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍及級(jí)數(shù)確定它的轉(zhuǎn)速圖、各齒輪的齒數(shù)和傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖。在根據(jù)已確定傳動(dòng)比來確定帶傳動(dòng)。通過軸的初步設(shè)

4、計(jì)，進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)和校核。選取相應(yīng)的軸承和鍵，進(jìn)行軸的具體設(shè)計(jì)和校核，鍵和軸承的設(shè)計(jì)和校核。最后進(jìn)行裝配圖和各個(gè)零件圖的繪制，完成主軸箱的設(shè)計(jì)。 然后完成伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要確定進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式及控制系統(tǒng)的形式。設(shè)計(jì)中，選擇進(jìn)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(jìn)電機(jī)的步距角可確定傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比及滾珠絲桿的導(dǎo)程。設(shè)計(jì)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 主軸箱 進(jìn)給伺服系統(tǒng) Abstract This thesis introduced the constit

5、ution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product

6、, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design, primarily completed following work. According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drive

7、train system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission be

8、lt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock

9、. Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controlling system,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good ste

10、p the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think sticks lead. Design of into give the servo system can satisfy to design the request of the mission. Keywords：NC Machine

11、 Tool；Axis Housing；Servomechanism 目 錄 摘 要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第一章 臥式數(shù)控車床簡介 1 1.1數(shù)控車床簡介 1 1.2 CK6140介紹及設(shè)計(jì)說明 2 1.3設(shè)計(jì)任務(wù) 3 第二章 CK6140總體設(shè)計(jì)計(jì)算 6 2.1總體設(shè)計(jì)要求 6 2.2機(jī)床的總體布局的確定 7 2.3換向方向的選擇 7 2.4開停方式選擇 8 2.5 制動(dòng)方式選擇 8 2.6 齒輪布置與排布 8 2.7 變速方式選擇 9 2.8進(jìn)給系統(tǒng)的組成及選用 10 第三章 主變速箱總體設(shè)計(jì) 12 3.1電機(jī)的選用 12

12、 3.2傳動(dòng)方案的擬定 15 3.3確定各級(jí)的轉(zhuǎn)速 16 3.4繪制轉(zhuǎn)速圖 17 第四章 主變速箱詳細(xì)設(shè)計(jì) 18 4.1帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 25 4.2 齒輪的設(shè)計(jì) 27 4.3軸的設(shè)計(jì) 28 4.4軸承的選擇 28 4.5選擇離合器 28 4.6鍵的選擇 29 第五章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 5.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡介 30 5.2傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 35 總 結(jié) 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 第一章 臥式數(shù)控車床簡介 1.1數(shù)控車床簡介[1] 1.1.1數(shù)控車床的發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競爭的日趨激烈，產(chǎn)品的

13、更新速度越來越快。多品種、中小批量的生產(chǎn)比重明顯增加。因此傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法以及難以適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效、高質(zhì)量加工要求。數(shù)控機(jī)床因此而誕生。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。同時(shí)數(shù)控技術(shù)關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位，其水平高低是衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今一個(gè)國家制造業(yè)的發(fā)展方向。 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(jī)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

14、藝復(fù)合和軸化（4）.實(shí)時(shí)智能化 2.功能發(fā)展方面 （1）.用戶界面圖形化（2）.科學(xué)計(jì)算可視化（3）.插補(bǔ)和補(bǔ)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(diǎn) 數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡稱NC）機(jī)床，它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制機(jī)床，而數(shù)控車床四其中的一類使用性很強(qiáng)的機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)： （1）.由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主

15、軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)化加工，數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)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(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌高，CNC裝置這是數(shù)控車床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 1.2 CK6140介紹及設(shè)計(jì)說明 1.2.1 CK6140數(shù)控機(jī)床的簡介 CK6140型數(shù)控車床，可進(jìn)行機(jī)械零件的粗加工及精加工，結(jié)構(gòu)可靠，操作方便，經(jīng)濟(jì)使用。控制系統(tǒng)功能齊全，可靠性高。該機(jī)床可滿足眾多行業(yè)的需要，如：汽車、拖

16、拉機(jī)、軍工、機(jī)械等行業(yè)。本機(jī)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(jìn)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(dá)3mm，硬度達(dá)HRC52。 2.主軸軸承采用國產(chǎn)精密主軸軸承；主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)，使主軸長期工作時(shí)能保持主軸軸線的相對(duì)穩(wěn)定。 3.橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給均采用交流伺服電機(jī)與滾珠絲杠用高強(qiáng)度不銹鋼同步軟連接實(shí)現(xiàn)低噪音、無間隙直線運(yùn)動(dòng)。 4.立式四工位數(shù)控電動(dòng)刀架，每工位所用時(shí)間

17、為2～2.5秒，重復(fù)定位精度高達(dá)0.003mm內(nèi)。同時(shí)在設(shè)計(jì)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(shí)變形小等優(yōu)點(diǎn)。 5.本機(jī)床卡盤采用手動(dòng)卡盤，配置手動(dòng)尾座。 6.導(dǎo)軌和滾珠絲杠采用手動(dòng)和自動(dòng)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(jī)床為半封閉防護(hù)，排屑方便、流暢。冷卻箱與主機(jī)分離，冷卻泵的流量大，揚(yáng)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(jì)的有關(guān)說明 ①根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)床型號(hào)為CK6140. 按照金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法，ck6140含義如下： C：類型號(hào)，車

18、床類； K：數(shù)控 6：組別代號(hào)，表式臥式車床； 1：系列代號(hào)，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(jì)：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(jì)任務(wù) ①已知參數(shù) 表1-1 設(shè)計(jì)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 25-1600r/min 卡盤公稱直徑

19、 250 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式 交流變頻 主電機(jī)功率 5.5kw 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)方式 交流伺服 X,Z分辨率 0.01 ②任務(wù) 1、 CK6140型數(shù)控機(jī)床總體設(shè)計(jì)計(jì)算 1） 主傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：總體設(shè)計(jì)要求；主傳動(dòng)形式選擇；主軸電機(jī)選擇及功率計(jì)算。 2） 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：進(jìn)給伺服系統(tǒng)選擇；各組成部分選擇。 2、 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)（變速系統(tǒng)的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)） 1） 傳動(dòng)設(shè)計(jì)：擬定主傳動(dòng)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(dòng)的轉(zhuǎn)向與制動(dòng)方式，畫出主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 2） 動(dòng)力計(jì)算，其中包括確定齒輪模數(shù)，軸的尺寸，軸承的形式和型號(hào)，以及其他有關(guān)的計(jì)算。

20、 3） 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。 3、 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1）、選取步進(jìn)電機(jī)：按給定的參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和滾珠軸承，選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)； 2）、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和零件圖。 4、機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)可編程控制設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，簡要設(shè)計(jì)機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)的PLC控制：包括主軸運(yùn)動(dòng)控制梯形圖的繪制。 要求設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確，規(guī)范化，圖紙按國家標(biāo)準(zhǔn)繪制。 圖紙工作量： 1） 機(jī)床主軸箱裝配圖：0號(hào) 2） 零件圖 3） 進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝配圖：0號(hào)

21、 第二章CK6140總體設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1總體設(shè)計(jì)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(jìn)，經(jīng)濟(jì)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

22、具備一定的幾何精度，傳動(dòng)精度及動(dòng)態(tài)精度，減少機(jī)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(dòng)化程度 1）縮短機(jī)工時(shí)間（單位時(shí)間內(nèi)金屬的切除量要大） 2）縮短輔助時(shí)間（提高自動(dòng)化程度） 生產(chǎn)率 Ｑ＝1/（T總）=1/（T切+T輔+T準(zhǔn)/n）（件/小時(shí)） 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(hào)，應(yīng)采用文獻(xiàn)[11]中規(guī)定的象形符號(hào)，應(yīng)考慮裝卸，檢修，調(diào)整及運(yùn)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(jī)床重量與功率之比要下

23、，結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)目少及占地面積少。 2.2機(jī)床的總體布局的確定 方案一、集中傳動(dòng)式布局 集中傳動(dòng)式布局將主軸組件和主傳動(dòng)的全部變速機(jī)構(gòu)集中裝于同一個(gè)箱體內(nèi)。目前，多數(shù)機(jī)床采取這種布局方式。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操縱；箱體數(shù)少，在機(jī)床上安裝、調(diào)整方便。其缺點(diǎn)是：傳動(dòng)件的振動(dòng)和發(fā)熱會(huì)直接影響主軸的工作精度，降低加工質(zhì)量。因此，集中傳動(dòng)式布局一般適用于普通精度的中型和大型機(jī)床。 方案二、分離傳動(dòng)布局 分離傳動(dòng)布局將主軸組件和主傳動(dòng)的大部分變速機(jī)構(gòu)分離裝于兩個(gè)箱體內(nèi)。某些高速或精密機(jī)床采用這種傳動(dòng)布局方式。其優(yōu)點(diǎn)是：變速箱中產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量不易傳給主軸，從而減少了主軸的振動(dòng)和熱

24、變形；當(dāng)主軸箱采用振回（背輪）傳動(dòng)時(shí)，主軸通過帶傳動(dòng)直接得到高轉(zhuǎn)速，故運(yùn)作平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量高。其缺點(diǎn)是：箱體數(shù)多，加工、裝配工作量較大，成本較高；位于傳動(dòng)鏈后面的帶傳動(dòng)，在低轉(zhuǎn)速時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩較大，容易打滑；更換傳動(dòng)帶不方便等。因此，分離傳動(dòng)布局適用于中小型高速或精密機(jī)床。 由于CK6140機(jī)床屬于普通精密的中型機(jī)床，故選用集中傳動(dòng)式布局。 2.3換向方向的選擇 方案一、電動(dòng)機(jī)換向 電動(dòng)機(jī)換向的特點(diǎn)與電動(dòng)機(jī)開停類似。但因交流異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)速相同，主軸不會(huì)得到較高的反向轉(zhuǎn)速。在滿足機(jī)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(jī)械換向 在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變的情況下需要主軸換向

25、時(shí)，可采用此種方式。 經(jīng)過比較，選用電動(dòng)機(jī)換向方式，換向裝置放在傳動(dòng)鏈的前面。 2.4開停方式選擇 方案一、電動(dòng)機(jī)開停 電動(dòng)機(jī)開停方式的優(yōu)點(diǎn)是操縱方便省力，可簡化機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，沖擊較大；頻繁起動(dòng)會(huì)造成電動(dòng)機(jī)發(fā)熱甚至燒損；若電動(dòng)機(jī)功率大且經(jīng)常起動(dòng)時(shí)，因起動(dòng)電流較大會(huì)影響車間電網(wǎng)的正常供電。它適用于功率較小或起動(dòng)不頻繁的機(jī)床。 方案二、機(jī)械開停 在電動(dòng)機(jī)不停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，可采用機(jī)械開停方式使主軸起動(dòng)或停止。 綜合方案一、二，在滿足機(jī)床使用性能的前提下，采用電動(dòng)機(jī)開停方式。 2.5 制動(dòng)方式選擇 方案一、電動(dòng)機(jī)制動(dòng) 制動(dòng)時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與其實(shí)際轉(zhuǎn)

26、向相反，使之減速而迅即停轉(zhuǎn)，多采用反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)等。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)操縱方便省力，可簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)。 方案二、機(jī)械制動(dòng) 在電動(dòng)機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下需要制動(dòng)時(shí)，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(dòng)機(jī)制動(dòng)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(gè)變速組內(nèi)，滑移齒輪必須具有“空檔”位置，即只有當(dāng)一對(duì)齒輪完全脫開嚙合之后，才允許另一對(duì)齒輪開始進(jìn)入嚙合。 方案二、一個(gè)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(shí)相鄰兩齒輪的

27、齒數(shù)差不得小于4。當(dāng)齒數(shù)差小于4時(shí)，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(duì)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(shí)，可采用此種排列方式，但占有軸向尺寸較大。 方案三、兩個(gè)變速組的齒輪軸向排列。 1）并行排列。 2）錯(cuò)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(shí)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(gè)滑移齒輪，布置在主傳動(dòng)軸上。 2.

28、7 變速方式選擇 方案一、無級(jí)變速 無級(jí)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(yùn)轉(zhuǎn)中變速，減少輔助時(shí)間；操縱方便；傳動(dòng)平穩(wěn)等。機(jī)床主傳動(dòng)采用的無級(jí)變速裝置主要有兩種： 1）無級(jí)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(jī)構(gòu)較復(fù)雜，維修較困難，效率低；因?yàn)槟Σ了枰恼龎毫^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(jí)變速箱串聯(lián)使用。它多用于中小型機(jī)床。 2）液壓、電氣無級(jí)變速裝置：機(jī)床主傳動(dòng)所采用的液壓馬達(dá)、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，往往因恒功率變速范圍小，恒轉(zhuǎn)矩

29、變速范圍較大，而不能滿足主傳動(dòng)的傳動(dòng)要求，啊、在主軸低轉(zhuǎn)速時(shí)出現(xiàn)功率不足的現(xiàn)象，一般也需要與有級(jí)變速箱串聯(lián)使用。它多用于精密、大型機(jī)床或數(shù)控機(jī)床。 方案二、有級(jí)變速 有級(jí)（或分級(jí)）變速在若干固定速度（或轉(zhuǎn)速）級(jí)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(shí)現(xiàn)變速的，傳遞功率大，變速范圍大，傳動(dòng)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(dòng)不夠平穩(wěn)。 1）滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)：其優(yōu)點(diǎn)是變速范圍大，得到的轉(zhuǎn)速級(jí)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(diǎn)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(dòng)不夠平穩(wěn)；不能在

30、運(yùn)轉(zhuǎn)中變速。 2）交換齒輪變速機(jī)構(gòu)：其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，不需要操縱機(jī)構(gòu)；軸向尺寸小，變速箱結(jié)構(gòu)緊湊；主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪可以對(duì)調(diào)使用，齒輪數(shù)量少。其缺點(diǎn)是更換齒輪時(shí)費(fèi)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(shí)間長對(duì)生產(chǎn)率影響不大，但要求結(jié)構(gòu)簡單緊湊的機(jī)床。 3）多速電動(dòng)機(jī)：其優(yōu)點(diǎn)是可簡化變速箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)；在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，使用方便其缺點(diǎn)是多速電動(dòng)機(jī)在高、低速時(shí)的輸出功率不同，設(shè)計(jì)中一般是按低速的小功率選定電動(dòng)機(jī)，而使用高速時(shí)的大功率就不能完全發(fā)揮其能力；多速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，則體積越大，價(jià)格也越高；電氣控制也較復(fù)雜。 4）離合器變速機(jī)構(gòu)：齒輪

31、式離合器和牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸??；傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作中不打滑；能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩；但不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速。片式摩擦離合器可實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，接合平穩(wěn)，沖擊??；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，摩擦片間存在相對(duì)滑動(dòng)，發(fā)熱較大，并能引起噪聲。 對(duì)比以上兩種方案，故選擇直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速串聯(lián)齒輪有級(jí)變速方式。 2.8進(jìn)給系統(tǒng)的組成及選用 縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，他們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床要求。為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小傳動(dòng)效率改的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)的剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒冊(cè)間隙的機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減少到貴賤的摩

32、擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量的移動(dòng)，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(jì) 3.1電機(jī)的選用[2] 3.1.1車刀的選擇 1） 加工材料[3] 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 1433 1.0 0.75 0 刀具材料的選擇：選擇W6Mo5Cr4V2，硬度（HRC）65 抗彎強(qiáng)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

33、成形刀具及承受抗沖擊刀具，且在高溫時(shí)還有較高硬度。 2） 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 175-275 22 75 切深t=3mm，走刀量s=0.3mm/r ， 當(dāng)取So=0.55時(shí)，k1=0.70 取to=5時(shí)，k2=0.91 =0.700.9175=47.8m/min 3） 主切削力 FZ=cFZ .apxfz . f yfz .vnfz .kFZ 查文獻(xiàn)[1] kFZ

34、=11.1510.750.931=0.8 前角為13o，主偏角45o ，刃傾角為0 o ，刀尖圓弧半徑2 FZ=143330.450.751=1948.8N 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(jì)算FZ主切削力產(chǎn)生的功率即可。 4）切削功率Pm 3.1.2選擇電機(jī) 1.考慮到機(jī)床的傳動(dòng)比效率

35、 式中：，一般取0.75~0.85，大值適用于新機(jī)床，小值適用于舊機(jī)床。 本次設(shè)計(jì)選用 參考文獻(xiàn)[2]，這里選用VFG 1600M-750-5.5的交流變頻電動(dòng)機(jī)，額定功率5.5KW，額定電壓380W，恒扭矩輸出范圍為30-750r/min,恒功率輸出范圍為750-2250r/min，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為750r/min。 2. 主軸要求的恒功率調(diào)速范圍 電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍 故可知主軸要求的恒功率調(diào)速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒

36、功率調(diào)速范圍，故必須配以分級(jí)變速箱。同時(shí)若要簡化變速箱結(jié)構(gòu)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)該少些，變速箱公比可取大于電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍，即>。 故取Z=2，此時(shí)，變速箱的公比為： 由于>，變速箱的每檔內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率特性圖出現(xiàn)“缺口”，稱為功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制轉(zhuǎn)矩過大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的全部功率。因此為保證缺口處的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)增大。 計(jì)算可知在缺口處的功率僅為： 故重新選擇電動(dòng)機(jī)，選擇型號(hào)為VFG1600M-750-7.5的交流變頻電動(dòng)機(jī)，其額定功率為7.5kw，恒扭矩輸出范圍為30-750r/min，恒功率輸出范圍為75

37、0-2250r/min，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為750r/min。 電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù) 型號(hào) 額定功率 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 恒扭矩輸出 恒功率輸出 VFG1600M-750-7.5 7.5kw r/min 750 30-750 750-2250 圖3.1 電動(dòng)機(jī)圖 3.2傳動(dòng)方案的擬定 傳動(dòng)方案：電動(dòng)機(jī)的輸出，然后經(jīng)帶輪的降速，再經(jīng)過二級(jí)齒輪變速進(jìn)行調(diào)速，最后傳給主軸。查文獻(xiàn)[4]可知V帶傳動(dòng)比范圍為2~4，單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍i=3~6。 4.1傳動(dòng)比的計(jì)算 取帶輪傳動(dòng)比為，并確定小帶輪與大帶輪標(biāo)準(zhǔn)直徑分別為80mm和160mm、帶型為A型。 經(jīng)帶輪降速后，最高轉(zhuǎn)速，最低

38、轉(zhuǎn)速取20以滿足需要，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可取160r/min=,則經(jīng)帶輪后轉(zhuǎn)速為80r/min。 額定轉(zhuǎn)速。中間取360r/min以滿足機(jī)床要求。則降速后轉(zhuǎn)速為180r/min。 則可知要達(dá)到機(jī)床的要求，可用傳動(dòng)比為，查[2]確定標(biāo)準(zhǔn)公比為1.50。 同時(shí)80/20=查文獻(xiàn)[2]確定標(biāo)準(zhǔn)公比為3.98。 3.3確定各級(jí)的轉(zhuǎn)速 3.4繪制轉(zhuǎn)速圖 故計(jì)算可知： 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2250 r/min時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)速為 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為750 r/min 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為360 r/min 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為160 r/min 故可知主軸的轉(zhuǎn)速范圍為20.1~1687.5 r/mi

39、n，滿足傳動(dòng)要求。 3.4繪制轉(zhuǎn)速圖 最后，在圖上補(bǔ)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(dòng)圖如下： 圖3.3 主變速系統(tǒng)傳動(dòng)圖 圖3.4電動(dòng)機(jī)功率圖 第四章 主變速箱詳細(xì)設(shè)計(jì) 4.1帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)[4] 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n= 2250 r/min，傳遞功率5.5kw，電動(dòng)機(jī)軸與I軸之間的降速比為 i=2250/1125，即帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 2 ，兩班制工作，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。 4.1.1確定計(jì)算功率 由參考文獻(xiàn)[4]表8-7查得工作情況系數(shù)取=1.3，故： 4.1.2選取V帶型

40、根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，由文獻(xiàn)[4]圖8-10，選A帶。 4.1.3驗(yàn)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(xiàn)[4]表8-6和表8-8，取小帶輪直徑 2）驗(yàn)算帶速 其中 ———小帶輪的轉(zhuǎn)速r/min ———小帶輪直徑 mm 因?yàn)? ，故帶速適合。 3）計(jì)算大帶輪的直徑 根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]式8-15a，計(jì)算大帶輪 200 mm 4.1.4確定帶傳動(dòng)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(xiàn)[4]8-2取相近的基準(zhǔn)長度。 帶傳動(dòng)的實(shí)際中心距：

41、 4.1.5驗(yàn)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(jì)算單根V帶的額定功率Pr 由查參考文獻(xiàn)[4]表8-4a得。 根據(jù)[4]表8-4b得查參考文獻(xiàn)[4]表8-4得查表8-2得。于是： 其中 ————時(shí)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(jì)算V帶根數(shù)Z 為了避免V型帶工作時(shí)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(jì)算單根V帶初拉力的最小值 由參考文獻(xiàn)[4]表8-3得B型帶的單位長度質(zhì)量q= 0.1 kg/m，所以： 其

42、中 Pca————帶傳動(dòng)的功率，KW V—————帶速，m/s q __________每米帶的質(zhì)量，kg/m V= 1600 r/min= 11.78 m/s 4.1.8計(jì)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齒輪設(shè)計(jì) 在傳動(dòng)副a中24/48這一對(duì)齒輪受到的轉(zhuǎn)矩最大，就先設(shè)計(jì)校核這一對(duì)齒輪。 1） 選取金屬切削機(jī)床的的精度等級(jí)為7級(jí)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)

43、），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=20,Z2=80.一年按300天計(jì)算，設(shè)計(jì)工作10年，每天兩班倒。 （1） 按齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1） 試選載荷系數(shù)。 2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3） 由[5]表10-7選取齒寬系數(shù)。 4） 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。 5） 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪按接觸疲勞極限。 6） 由公式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) _ 7） 由圖10-19取接

44、觸疲勞的壽命系數(shù)，。 8） 計(jì)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(jì)算 1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t，帶入中比較小的值 2） 計(jì)算圓周速度V 3） 計(jì)算齒寬b 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 齒寬與齒高之比 5） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)，7級(jí)精度由文獻(xiàn)[5]圖10-8查得動(dòng)載 荷系數(shù)KV=1.14，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(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)1.423，由，查圖（10-13）

45、得。 故載荷系數(shù)： 6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的的分度圓直徑由式（10-10a）得： 7） 計(jì)算模數(shù)m （2） 按齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 由[5]式（10-5）得彎曲得設(shè)計(jì)公式為 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1） 由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限，。 2） 由圖10-18取彎曲疲勞壽命KFN1=0.84，KFN2=0.87 3） 計(jì)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 4) 計(jì)算載荷系數(shù)K 5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得YFa1=2.80，YFa2=2.22 6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10

46、-5查得YSa1=1.55，YSa2=1.77 7) 計(jì)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 8） 設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)此設(shè)計(jì)結(jié)果，由齒接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度所決定的承載能力，而出面接觸疲勞強(qiáng)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(qiáng)度算得的模數(shù)2.728mm，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m= 2.5mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=79.971mm，算出小齒輪的齒數(shù) 圓整為Z1=35 （3） 幾何尺寸的計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 2） 計(jì)算中心距

47、 3） 計(jì)算齒輪寬度 取， 同理可得配合齒輪參數(shù) 取，4.3軸的設(shè)計(jì) 4.3.1軸的初步設(shè)計(jì) 1） 軸的材料選擇（查文獻(xiàn)[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(qiáng)度極限 彎曲疲勞極限 許用彎曲應(yīng)力 45鋼 調(diào)制 640 275 60 毛坯直徑 硬度 屈服強(qiáng)度極限 剪切疲勞極限 — 217-255 355 155 — 2） 傳動(dòng)軸所傳遞的功率 參考文獻(xiàn)[7]P7取V帶傳動(dòng)效率=0.95，離合器的效率為=0.99，軸承的效率，齒輪的傳動(dòng)效率為，電機(jī)傳動(dòng)效率為。

48、 3） 計(jì)算各軸的最小軸徑 公式 查文獻(xiàn)[4]P370 （15-3）查表15-3取 取 取 4） 各軸的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩 表4-3 軸的主要參數(shù)列表 軸名 計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min 傳動(dòng)功率KW 傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩 最小直徑mm I軸 1125 5.53 46.94 40 II軸 375 5.26 133.95 50 4.4軸承的選擇[

49、6] 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?yàn)檩S的徑向載荷大于軸向載荷，故軸向載荷可以忽略不計(jì)，且轉(zhuǎn)速高，查文獻(xiàn)[4]P145、148表6-1。 表4-4 軸I 軸承型號(hào) d D B da Da ras 額功 額靜 6308 40 90 23 48 80 1.5 31.2 22.2 主軸因?yàn)槭茌S向力和徑向力，本次設(shè)計(jì)選用角接觸球軸承。 表4-5 軸II 軸承型號(hào) d D B da Da ras 額功 額靜 721

50、0AC 50 90 20 57 83 1 32.8 26.8 4.5選擇離合器 1. 離合器的功能 離合器是一種可以通過各種操作方式，實(shí)現(xiàn)主從部分在同軸上傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)具有結(jié)合或分離的裝置。離合器可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)啟動(dòng)或停止，以及改變傳動(dòng)件的工作狀態(tài)，達(dá)到改變傳動(dòng)比。此外，離合器還可以作為啟動(dòng)或過載時(shí)控制轉(zhuǎn)矩大小的安裝保護(hù)裝置。 2. 離合器的類型 按離合器結(jié)合原件傳動(dòng)的工作原理，可分為嵌合式離合器，按實(shí)現(xiàn)離合動(dòng)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(jī)械式、氣壓式、液壓式、和電磁式。 3. 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。

51、 初選圓片摩擦離合器的尺寸如下：（參考文獻(xiàn)[8]P6-239） 表4-6 摩擦離合器尺寸 d（mm） D（mm） L（mm） a（mm） b（mm) c(mm） h（mm） 40 100 200 70 95 5 30 4.6 軸上鍵的選擇[6] 鍵是用來連接軸及軸上的傳動(dòng)件，如齒輪，皮帶輪等，起傳遞扭矩的作用。常用的鍵有普通平鍵，半圓鍵和鉤頭楔鍵三種，選用時(shí)可根據(jù)軸的直徑查鍵的標(biāo)準(zhǔn)，得出它的尺寸。 表4-6 各軸上鍵的選擇 軸 軸的類型 規(guī)格 連接方式 Ⅰ 平鍵 8*7*56 靜連接 花鍵 6*26*30*6 動(dòng)連接

52、 Ⅱ 平鍵 10*8*25 靜連接 花鍵 8*36*40*7 動(dòng)連接 第五章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡介 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)是以機(jī)械位移為直接控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡稱伺服系統(tǒng)。它主要由伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)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(bǔ)器相聯(lián)，接受指令信號(hào)的控制，其輸出與機(jī)床的機(jī)械運(yùn)動(dòng)相聯(lián)，完成預(yù)定的直線或轉(zhuǎn)角位移。 伺服進(jìn)給系統(tǒng)按照數(shù)控加工對(duì)軌跡要求可分為點(diǎn)位控制、點(diǎn)位直線控制和輪廓控制；按照有無檢測元件

53、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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 5.2.1 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)直接的時(shí)間滯后，造成隨機(jī)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(dòng)鏈的彈性變形會(huì)產(chǎn)生時(shí)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(huì)使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能下降，調(diào)整困難。故應(yīng)設(shè)計(jì)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(dòng)摩擦力之差，防止產(chǎn)生自激振動(dòng)或爬行。 4）阻尼。阻尼會(huì)增大誤差，但能減小

54、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? 5.2.2 設(shè)計(jì)步驟 1）選擇控制形式 精度要求高時(shí)，一般采用閉環(huán)控制，但對(duì)于大型機(jī)床，受傳動(dòng)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(shí)，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(dòng)元件主要考慮慣量匹配要求，電機(jī)慣量過大時(shí)，其加速性能得不到充分發(fā)揮，太小時(shí)與負(fù)載慣量不匹配，影響整個(gè)系統(tǒng)的伺服性能。選取。 ① 本設(shè)計(jì)方案選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。 ② 已知脈沖當(dāng)量為0.01，最大進(jìn)給速度， 則電動(dòng)機(jī)的工作頻率 選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BF004 表5-1 電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 型號(hào)

55、 外型尺寸 質(zhì)量 外徑 長度 軸徑 90BF004 90 118 9 3 表5-2 電機(jī)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(dòng)頻率 運(yùn)行頻率 相數(shù) 電壓 V 電流 A 0.75/1.5 2.5 4000 16000 5 60 7 3） 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ① 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu) 因?yàn)橐苿?dòng)行程小于4，故采用滾珠絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠精密、靈敏、傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌。為了滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，應(yīng)適

56、當(dāng)增加導(dǎo)軌阻尼比，故選取=0.05。 ③ 計(jì)算降速比 查[3]P116得降速比公式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與軸直接相連，故由可初步求出絲杠導(dǎo)程 則 ④ 慣量計(jì)算 由[3]P117得工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 工作臺(tái)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(jì)計(jì)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(diǎn)是：機(jī)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

57、，其特點(diǎn)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(shí)，不能隨時(shí)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(dòng)螺旋副的尺寸如下表： 表5-3 滾動(dòng)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。 ② 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 a. 平均載荷 因?yàn)榻z杠控制的是縱向進(jìn)給，故軸向切削力可忽略不記， b. 平均轉(zhuǎn)矩 c. 壽命計(jì)算 前面已選定，選取工作壽命， 則壽命系數(shù)

58、 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(jì)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(qiáng)度 當(dāng)量應(yīng)力公式 為電機(jī)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(xiǎn)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

59、 對(duì)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(dòng)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(dòng) 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.

60、 效率 由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)時(shí) 符合。 由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí) 符合。 經(jīng)過以上一系列計(jì)算和校核，可以確定所選滾珠絲杠合適。 此外，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意以下問題： 防止逆轉(zhuǎn)：滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有能夠自鎖的機(jī)構(gòu)。 防止螺母脫出：在滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)中，特別是垂直傳動(dòng)，容易發(fā)生螺母脫出造成事故，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防止螺母脫出的安全裝置。 防護(hù)與密封：塵埃和雜質(zhì)等污物進(jìn)入螺紋滾道會(huì)妨礙滾動(dòng)體運(yùn)轉(zhuǎn)通暢，加速滾動(dòng)體與滾道的磨損，使?jié)L動(dòng)螺旋副喪失精度。因此防護(hù)與密封是設(shè)計(jì)滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)必須考慮的一環(huán)。

61、潤滑：這是提高滾動(dòng)螺旋副效率、延長壽命的重要因素之一，對(duì)減小起動(dòng)力矩也有一定作用。 總 結(jié) 歷時(shí)3個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，回想3個(gè)月的工作讓我收獲頗多。 3月份，在學(xué)校的安排下老師把CK6140主傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)分配給了我，剛拿到題目的時(shí)候，一時(shí)不知道從何下手。是羅老師指導(dǎo)我去實(shí)習(xí)，去查閱各種資料，讓我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目有了深入的了解。這個(gè)月的工作也為我后面的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 4月份，我開始了我的主傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，雖然大二的時(shí)候我也做過關(guān)于變速箱的課程設(shè)計(jì)，但是那個(gè)時(shí)候做的并不詳細(xì)，許多在在課程設(shè)計(jì)中是已知數(shù)據(jù)的內(nèi)容

62、，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中卻是未知數(shù)據(jù)，需要自己去查閱資料，然后根據(jù)自己的設(shè)計(jì)思路去選擇。所以在總體設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到了不少的問題，如電機(jī)的選擇，傳動(dòng)方案的選擇等等。但是經(jīng)過去網(wǎng)上和圖書館查閱資料，與羅老師細(xì)心的解答，遇到的問題也就一一的解決了。這個(gè)過程的設(shè)計(jì)，對(duì)我后面的設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用。 5月份，可以說是工作量最大的一個(gè)月，在這個(gè)月里，我開始了我的主傳動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和裝配圖，零件圖的繪制，及其電子檔的整理。主傳動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，我完成了齒輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)，軸和軸承設(shè)計(jì)和選用。尤其是在后期的校核中，發(fā)現(xiàn)在原來設(shè)計(jì)方案的參數(shù)不是過大就是過小，只有反過頭來重新計(jì)算。雖然這個(gè)階段的

63、工作很繁瑣，但是讓我認(rèn)識(shí)到，設(shè)計(jì)工作就是不斷的發(fā)現(xiàn)問題，然后去解決問題。在零件圖繪制的時(shí)候，我也發(fā)現(xiàn)并不是將齒輪隨便裝在箱體內(nèi)，而要考慮箱體內(nèi)零件的緊湊性，及盡量考慮減小箱體的總體尺寸。通過這個(gè)過程讓我知道，做任何事情都要有條理性。 馬上就要畢業(yè)答辯了，再看看自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可能在有些設(shè)計(jì)位置還不夠詳細(xì)，或還考慮不夠完善，但基本完成了老師交給我的設(shè)計(jì)要求。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)得到了進(jìn)一步的鞏固，讓我對(duì)設(shè)計(jì)工作有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 致 謝 CK6140數(shù)控車床畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的我，必須經(jīng)歷的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是對(duì)我四年大學(xué)生活的一個(gè)總結(jié)

64、，在本次設(shè)計(jì)中，從選題到設(shè)計(jì)過程直到最后完成設(shè)計(jì)，都是在羅老師的悉心指導(dǎo)下完成的。羅老師在繁忙的教學(xué)中，經(jīng)常擠出時(shí)間來詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，并為我講解許多設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)，細(xì)心指導(dǎo)，并提供了大量的設(shè)計(jì)資料。在畢業(yè)設(shè)計(jì)正式開始時(shí)，羅老師帶我們?nèi)ノ錆h重型機(jī)床集團(tuán)參觀實(shí)習(xí)，對(duì)我后來的設(shè)計(jì)起到了很大的幫助。 羅老師對(duì)教學(xué)一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神令我敬佩不已。雖歷時(shí)三個(gè)月，卻使我終生受益，羅老師的教導(dǎo)讓我為四年的大學(xué)生活畫上了一個(gè)圓滿的句號(hào)。對(duì)羅老師的感激之情是無法用幾句簡單的言語來表達(dá)的。 同時(shí)，感激我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家鄉(xiāng)來到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此

65、之間的純真友誼，維持著寢室那份家的融洽。還有學(xué)習(xí)上面給予我種種的幫助。 在設(shè)計(jì)即將完成之際，我的心情久久無法平靜。從開始選擇課題到設(shè)計(jì)的順利完成，有多少可敬的老師、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意。 大學(xué)生活四年，我非常感謝我的母校，她給我提供了良好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，讓我渡過了絢麗而充實(shí)的四年。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 林宋 主編. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [2] 黃健求 主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社 2012 [3] 張宏 主編.機(jī)械切削工藝速查手冊(cè).化學(xué)

66、工業(yè)出版社2010 [4] 濮良貴，紀(jì)名剛 主編.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社，2006 [5] 劉朝儒 吳志軍 高政一 主編.機(jī)械制圖.高等教育出版社，2006 [6] 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn) 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).高等教育出版社，1996 [7] 文懷興 復(fù)田 主編.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [8] 陳作模 主編.機(jī)械原理.高等教育出版社，2006 [9] 關(guān)慧貞 馮辛安 主編.機(jī)械制造裝備技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社 2013 [10] 范欽珊 主編.材料力學(xué).高等教育出版社，2002 [11] 成大先 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）3.化學(xué)工業(yè)出版社，1993 [12] 成大先 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）4.化學(xué)工業(yè)出版社，1993 [13] 王伯平 主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [14] 成大先 主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）2.化學(xué)工業(yè)出版社，1993 41