CK6150數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計

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1、 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 CK6150數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟各部門的發(fā)展，也影響到國計民生和國防力量的加強。而機床在機械制造業(yè)中扮演著舉足輕重的角色，今天，普通機床已經(jīng)滿足不了加工的需求，從而出現(xiàn)了數(shù)控機床。本設(shè)計的題目是設(shè)計CK6150主傳動系統(tǒng)。其主要對機床技術(shù)參數(shù)進行擬定，齒輪模數(shù)進行估算和驗算，帶輪尺寸和v帶根數(shù)進行設(shè)計，根據(jù)需要選取適當(dāng)?shù)碾姍C和軸承，并對軸承進行使用壽命驗算，對傳動軸進行剛度校核。CK6150采用電動機的無級變速和機械齒輪的分級變速相結(jié)合的方式進行變速，可以在不停車的情況下得到轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)

2、的任意轉(zhuǎn)速，減少了速度損失和輔助加工時間，從而提高生產(chǎn)率。設(shè)計過程中盡量使用標(biāo)準件，使制造和裝配更加方便。設(shè)計過程中考慮了各零部件的空間尺寸和拆卸順序，以保證結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的合理性。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控機床；主傳動系統(tǒng)；無級變速；機械制造業(yè) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 CK6150 CNC lathes Main Transmission System ABSTRACT Machinery manufacturing industry is the basic industry of the national economy, and its development

3、directly affects the development of various sectors of the national economy, but also affects the strengthening of the national economy and national defense forces. The machine plays a pivotal role in the machinery manufacturing industry, today, general machine tools has failed to meet processing de

4、mands, which appeared in CNC machine tools. The design of the subject is to design CK6150 main drive system. The main technical parameters of the machine preparation, gear modulus estimate and checking, v belt pulley size and the number of the design, according to the need to select a suitable motor

5、 and bearings, and bearing life checking, carried on the shaft stiffness check. CK6150 uses the electric motor and a continuously variable mechanical gear shift grading combination of variable speed, you can get any speed within the speed range without stopping, reducing the speed loss and auxiliary

6、 processing time, thus increasing productivity. The design process to make use of standard parts, the manufacturing and assembly easier. The design process to consider the spatial dimensions of the various components and disassembly sequence in order to ensure the reasonableness of the structure siz

7、e design. Key word： CNC machine tools; main drive system; CVT; machinery manufacturing 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 1 緒論 1 1.1數(shù)控機床的特點 1 1.2國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 3 1.3.1智能、高速、高精化 3 1.3.2設(shè)計、制造綠色化 3 1.3.3復(fù)合化于系統(tǒng)化 3 2 機床技術(shù)參數(shù)的擬定 4 2.1 確定極限轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍 4 2.1.1 計算主軸最高轉(zhuǎn)速 4 2.1.2 計算主軸最小轉(zhuǎn)速 5 2.2 確定

8、動力參數(shù) 5 2.2.1計算切削力 5 2.2.2計算切削功率 6 2.2.3估算電動機功率 6 3 傳動部分設(shè)計 8 3.1 畫機床轉(zhuǎn)速圖 8 3.2 計算各軸輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩 10 3.3 帶輪的設(shè)計 10 3.3.1確定計算功率 10 3.3.2選擇帶帶型 11 3.3.3 確定帶輪基準直徑并驗算帶速 11 3.3.4確定帶中心距和基準長度 12 3.3.5驗算小帶輪上的包角 12 3.3.6計算帶的根數(shù) 13 3.4 齒輪設(shè)計 14 3.4.1 確定各齒輪齒數(shù) 14 3.4.2 估算齒輪模數(shù) 14 3.4.3 驗算齒輪模數(shù) 18 4 軸的校核 28

9、 4.1 Ⅰ軸的受力分析 28 4.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸強度 30 4.3 軸的剛度校核 31 4.4軸載荷點的撓度計算 32 4.5軸的支撐點的傾角校核 33 4.5.1水平面傾角校核 33 4.5.2垂直面傾角校核 34 5 滾動軸承的驗算 36 結(jié) 論 38 致 謝 39 參考文獻 40 第 39 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 1.1數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床通常由伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。伺服系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)的指令來驅(qū)動機床，使刀具和零件按數(shù)控代碼所規(guī)定的運動路線運功；控制系統(tǒng)用于數(shù)控機床

10、的運算、管理和控制，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行解釋和運算并對機床產(chǎn)生作用；機床傳動系統(tǒng)是由進給伺服驅(qū)動元件至機床執(zhí)行件之間的機械進給傳動裝置；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機床執(zhí)行件(工作臺、轉(zhuǎn)臺等)的角度、位移和速度的變化量，并將檢測的結(jié)果反饋到輸入端，同輸入的指令進行對比，根據(jù)其不同的地方來重新調(diào)整機床的運動；輔助系統(tǒng)種類很多，如:固定循環(huán)系統(tǒng)(能進行多次重復(fù)加工)、自動換刀系統(tǒng)(可交換指定刀具)等等。 數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在數(shù)控機床的控制單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦[1]。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點: 1、加工精度很高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；2、可進行多軸聯(lián)動，能加工表面形狀

11、復(fù)雜度較高的零件；3、加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，不需要過多的改動，從而節(jié)省輔助時間，提高生產(chǎn)率；4、機床本身的精度 較高、剛性大，可選擇更加利于快速切削的加工用量，生產(chǎn)率高(一般為普通機床的3-5倍)；5、機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；6、對操作人員的技術(shù)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高；7、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；8、有自我診斷和監(jiān)控能力。 1.2國產(chǎn)數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控機床是當(dāng)代機械制造業(yè)的主要裝備，在國內(nèi)，國產(chǎn)的數(shù)控機床經(jīng)歷了30多年的起起落落，已經(jīng)進入了比較成熟的時期，可提供市場1500多中的數(shù)控機床，其中包括超重型機床、高精度機床、鍛壓設(shè)備、特種加工機

12、床、和前沿的高技術(shù)機床等[2]。在五軸聯(lián)動數(shù)控機床、立臥式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控超重機床和數(shù)控齒輪加工機床領(lǐng)域的部分的技術(shù)已經(jīng)達到了使勁的先進水平[3]。其中，五軸聯(lián)動機床是數(shù)控機床技術(shù)的標(biāo)志之一。他是集高性能伺服驅(qū)動機構(gòu)、精密加工技術(shù)和計算機控制于一體的應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高精密、高密、自動化加工，是船舶、發(fā)電、航空航天、高精密儀器,和模具等民工和,軍工部門迫，切需要的關(guān)鍵性加工設(shè)備。五軸聯(lián)動機床的應(yīng)用，使其加工效率大大提高，大約是三軸機床的兩倍。甚至還可以省略某些大型自動化生產(chǎn)線的投資，大大的節(jié)約了成本和占地空間，同時也可以減少零件的輔助加工時間，從而提高生產(chǎn)率。 從技術(shù)發(fā)展水,平來看，隨

13、著“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造,裝備重大專項”任務(wù)的陸續(xù)完成，國產(chǎn)機床的數(shù)控化由以前的35.5%提,高到現(xiàn)在的51.9%。我國在數(shù)控系統(tǒng)方面已經(jīng)開發(fā)出多，軸多軌道、總線式高檔數(shù)控裝置產(chǎn)品。武漢華中數(shù)控有限公司、沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司等單位已經(jīng)完成50多，套開放式全數(shù)字的高檔數(shù)控裝置的生產(chǎn)。 從市場的需求情況來看，我國是目前世界上最大的數(shù)控機床的進口國和消費國，2010年，中國機床消費同比增長43%，達到284.8億美元，進口約為94億美元，成為世界上第一大機床消費大國。雖然“十一五”期間機床行業(yè)，實現(xiàn)了快速發(fā)展，但是高檔的數(shù)控機床產(chǎn)值僅僅占行業(yè)總產(chǎn)值的10～15%，面對這國內(nèi)的巨大消費市場，國

14、內(nèi)的機床企業(yè)無法滿足國內(nèi)的市場需求，大多數(shù)的高檔數(shù)控，機床還是需要從國外進口。 由于國內(nèi)的技術(shù)水平和工業(yè)，基礎(chǔ)還是比較落后的，數(shù)控機床的性能、水平和可靠性于發(fā)達國家相比，還是有很大的差距，特別是在數(shù)控系統(tǒng)的控制可靠性上，數(shù)控產(chǎn)業(yè)還沒有真正的形成。因此，加快進行數(shù)控系統(tǒng)的工程化、和商品化攻關(guān)的速度，盡快建設(shè)成完善的數(shù)控機床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。目前還存在這許多的問題：1、嚴重缺乏核心技術(shù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，機床的核心技術(shù)90%需要進口，幾乎所有的核心技術(shù)多掌握在外方手中，國內(nèi)能做的中、高端的數(shù)控機床更多的處于組裝和制造的環(huán)節(jié)。國產(chǎn)的數(shù)控機床的關(guān)鍵,零部件和主要的技術(shù)，大多是依,賴進口，國內(nèi)

15、真正,強大的企業(yè)并不多。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)才剛剛開始產(chǎn)業(yè)化，但水平質(zhì)量一般，華中數(shù)控這幾年的發(fā)展比較迅速，軟件水平相當(dāng)不錯，但在電器硬件,上,還有待提高。目前國內(nèi)的大企,業(yè)基本上還沒有用華中數(shù)控的系統(tǒng)。 數(shù)控功能部件這一方面，國內(nèi)的技術(shù)也是比較欠缺的，從某種意義上講，功能部件將構(gòu)筑現(xiàn)代機床。數(shù)控機床的性能和價格都取決于功能部件的性能和價格。功能部件是數(shù)控機床的核心代表 ，是影響國產(chǎn)數(shù)控機,床使用的主要因素。從國產(chǎn)數(shù)控機床的開發(fā)和使用上來看，功能部件急需快,速改進，尤其是在數(shù)控刀具滯后現(xiàn)象上的反映巨大。國產(chǎn)機床在刀具的可靠性和使用壽命上也好似比國外羅遜一籌。總之，在某些方面上，國產(chǎn)數(shù)控機床還是與發(fā)

16、達國家有相當(dāng)大的差距，需要盡快趕上。 1.3國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 1.3.1智能、高速、高精化 新一代的數(shù)控機床，為了提高生產(chǎn)率，向超高速方向發(fā)展，采用新型的功能部件，使主軸的轉(zhuǎn)速高達15000r/min以上，計算機和軟件控制技術(shù)在機床產(chǎn)品技術(shù)上扮演著越來越重要的角色，應(yīng)用軟件和計算機系統(tǒng)的完善，使機床系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)得到簡化，其智能化也越來越高。機床的重復(fù)定位精度達到0.005mm以下，就是超高精機床，隨著電腦輔助制造系統(tǒng)的發(fā)展，精密度已經(jīng)達到微米級別。數(shù)控機床向著智能化、高速化和高精化發(fā)展。 1.3.2設(shè)計、制造綠色化 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)保的話題越來越受到重視，在各行各業(yè)，都興起了環(huán)

17、保的主題，數(shù)控機床行業(yè)也不例外，提出了設(shè)計制造的綠色化理念。綠色設(shè)計是一種綜合考慮了產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用和回收等整個生命周期的環(huán)境特性和資源效率的先進設(shè)計理念和方法[4]。它是在不影響產(chǎn)品性能的前提下，考慮產(chǎn)品的開發(fā)、制造及其使用對環(huán)境造成的影響，從而使得產(chǎn)品在整個生命周期中對環(huán)境額影響最小化，資源利用率的最大化。在進行綠色設(shè)計時要考慮：綠色材料設(shè)計、可拆卸性設(shè)計、節(jié)能性設(shè)計、可回收設(shè)計等等。機床行業(yè)作為裝備制造業(yè)的核心，綠色設(shè)計與制造的程度將影響著經(jīng)濟發(fā)展。 1.3.3復(fù)合化與系統(tǒng)化 零件的一次裝夾，如果可以進行，多道工序的加工，可大大減少輔助加工時間，從而大大的提高生產(chǎn)，效率和加工精度

18、，是數(shù)控機床，所追求的。由于產(chǎn)品開發(fā)周，期越開越短，對制造速度的要求，也就越來越高，數(shù)控機床也朝，著高效能的方向發(fā)展?，F(xiàn)在，可以用一臺電腦對，一臺機床甚至是，一條數(shù)控生產(chǎn)線進行控制，數(shù)控機床已經(jīng)逐漸成為系統(tǒng)化產(chǎn)品。人們的審美觀念越來越高，對產(chǎn)品的外形設(shè)計要求也越來越高，其產(chǎn)品外形的復(fù)雜程度就越高，機床加工的復(fù)合化是不可避免的發(fā)展趨勢。 2 機床技術(shù)參數(shù)的擬定 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書上給定的主參數(shù)為 500 mm。 車床的工藝范圍：出車、精車、半精車外圓、車螺紋、車端面等。加工用的刀具的材料為：硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具。加工材料一般為：鋼和鑄鐵。加工范圍:0~500mm。 2.1

19、確定極限轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》可知： (2-1a) (2-1b) 式中 、——典型工藝選取的最大、最小切削速度 m/min； 、——典型工藝選取的最大、最小直徑 mm； ； K——系數(shù)； D——可能加工的最大直徑 mm，通常取D為主參數(shù)； mm； ——計算直徑范圍。 2.1.1 計算主軸最高轉(zhuǎn)速 在

20、采用硬質(zhì)合金刀具精車或者半精車碳鋼時，切削速度最高，查機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.2-3可知：=150~250 m/min, 這里取=250m/min。 的范圍是=0.2~0.25 這里取0.2。則： 2.1.2 計算主軸最小轉(zhuǎn)速 （1）當(dāng)采用高速鋼刀具切削盤類零件時： 這里取，則： （2）當(dāng)采用高速鋼刀具切削絲杠或蝸桿時： 這里取，則： 查閱資料得知：高速鋼刀具很少用于低速的切削條件，所以，低速切削的條件為高速鋼切削鑄鐵盤類零件的時候，故取。因此，機床的

21、轉(zhuǎn)速范圍為：。但是參考現(xiàn)代數(shù)控機床和類比同型號機床的參數(shù)，定為機床的轉(zhuǎn)速范圍為。 2.2 確定動力參數(shù) 要確定主電機的功率，首先要確定主切削力的大小，所以先估算主切削力。 2.2.1計算切削力 中型臥式車床的重切削條件為，刀具材料：45鋼；切削方式：車外圓。主切削力 （N) （2-2） 式中 ——切深 mm； ——進給量 mm。 查《金屬制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.2-5可知： 則： 2.2.2計算切削功率

22、 （2-3） 式中 ——切削速度 m/min。 查《金屬制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.2-5可知：。 則： 2.2.3估算電動機功率 （kw） （2-4） 式中 ——主傳動系統(tǒng)總機械效率。 回轉(zhuǎn)運動的機床 。參考《金屬制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.2-6和表2.2-7中國內(nèi)外機床的參數(shù)，這里選取 。則： 數(shù)控機

23、床主軸的變速方法主要有三種，第一種是電機的無級變速，第二種是齒輪機構(gòu)的分級變速，第三種就是電機的無級變速和齒輪機構(gòu)的相結(jié)合。在這里，采用的是第三種變速方式。因為它可以達到不停車變速，這樣就減少了輔助加工時間，提高加工效率。在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以達到任意的轉(zhuǎn)速，減少了機床的速度損失。電機的無級變速和齒輪機構(gòu)的結(jié)合，不僅可以得到轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的任意轉(zhuǎn)速，還可以傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。所以這里選擇電機的無級變速和齒輪機構(gòu)的結(jié)合方式。變頻調(diào)速電機的效率較高，而且調(diào)速的過程中沒有附加的損耗，節(jié)能效果顯著。所以這里選擇變頻調(diào)速三相異步電動機。根據(jù)估算的電動機的功率，查《機電系統(tǒng)設(shè)計》表1-77，選取電機的型號為YVP13

24、2M-4，該電機的恒轉(zhuǎn)矩的運行區(qū)是5~50Hz,恒功率運行區(qū)是50~100Hz。電機參數(shù)如表2.1。 電機型號 額定功率/kw 額定轉(zhuǎn)矩/Nm 額定電流/A 額定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量/kg 質(zhì)量 /kg 同步轉(zhuǎn)速 r/min YVP132M-4 7.5 49 15.5 1.25 0.0296 97 1500 表2.1 電動機參數(shù)表 3 傳動部分設(shè)計 3.1 畫機床轉(zhuǎn)速圖 （1）確定電機轉(zhuǎn)速范圍 （3-1） 式中 ——電機的頻率 ； ——電機

25、極對數(shù)。 根據(jù)表2.1可知：電機的變頻范圍為。則： 電機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍； 電機的恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速范圍； 電機的轉(zhuǎn)速范圍為。 電機的計算轉(zhuǎn)速為： 機床恒功率轉(zhuǎn)速范圍 機床恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速范圍 則： 先假設(shè)機械部分的轉(zhuǎn)速級數(shù)，則： 傳動比 結(jié)構(gòu)式為 驗算傳動比 ，則傳動比合理，所以假設(shè)成立，機械部分的轉(zhuǎn)速級數(shù)，結(jié)構(gòu)式：。 （2）畫出轉(zhuǎn)速圖3.1。 圖3.1 機床轉(zhuǎn)速圖 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，計算出各軸的計算轉(zhuǎn)速和各齒輪的計算轉(zhuǎn)速，整理如表2-2和表2-3。 表

26、3-1 各軸的計算轉(zhuǎn)速 軸 號 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 計算轉(zhuǎn)速（r/min） 747 315 133 表3-2 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速 齒輪編號 計算轉(zhuǎn)速（r/min） 747 315 747 315 315 747 315 133 3.2 計算各軸輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩 電機軸： 1軸： 2軸： 3軸： 整理各軸的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩如表3-3。 表3-3 各軸的輸出轉(zhuǎn)矩和功率 軸號 電機軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 輸出轉(zhuǎn)矩/ 45.75 92.05 207.37 4

27、62.42 輸出功率/ 7.5 7.2 6.84 6.44 3.3 帶輪的設(shè)計 3.3.1確定計算功率 (kw) 式中 ——工作情況系數(shù)； ——電動機功率 kw。 查《機械設(shè)計》表8-7查得工作情況系數(shù)，則： 3.3.2選擇帶帶型 根據(jù)計算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，查《機械設(shè)計》圖8-11的得：選用型帶。 3.3.3 確定帶輪基準直徑并驗算帶速 （1）初選小帶輪的基準直徑 查《機械設(shè)計》表8-6和表8-8，初選小帶輪的基準直徑。 （2）驗算帶速 按《機械設(shè)計》式（8-13）驗算帶的速度

28、 （3-2） 因為，所以，所選的小帶輪的基準直徑合格。 （3）計算大帶輪基準直徑 按《機械設(shè)計》式（8-15a）計算大帶輪基準直徑 （mm） （3-3） 式中 ——帶輪的轉(zhuǎn)動比。 由第2章可知 ，故： 根據(jù)表8-8，圓整為。 3.3.4確定帶中心距和基準長度 （1）初選中心距 根據(jù)《機械設(shè)計》式（8-20）初選中心距得： （3

29、-4） 則：初選中心距。 （2）計算帶輪基準長度 根據(jù)《機械設(shè)計》式（8-22）計算帶所需的基準長度 （3-5） 根據(jù)表8-2，選取中心距的基準長度。 （3） 計算實際中心距 按《機械設(shè)計》式（8-23）計算實際中心距 （3-6） 3.3.5驗算小帶輪上的包角 根據(jù)《機械設(shè)計》式（8-25）驗算小帶輪的包角

30、 （3-7） 因為，小帶輪上的包角，所以中心距合格。 3.3.6計算帶的根數(shù) （1）計算單根帶的額定功率 由和，查《機械設(shè)計》表8-4a得 根據(jù) 和型帶，查《機械設(shè)計》表8-4b得 查《機械設(shè)計》表8-2得帶長修正系數(shù)，查《機械設(shè)計》表8-5得包角修正系數(shù)。于是： （2）計算帶的根數(shù) 根據(jù)《機械設(shè)計》式

31、（8-26）計算帶的根數(shù) 整理帶輪的參數(shù)如表3-4。 表3-4 帶輪參數(shù) 小帶輪基準直徑/mm 大帶輪基準直徑/mm 中 心 距 /mm 小帶輪包角/ 傳 動 比 帶的根數(shù) /根 90 224 373 159.42 2.37 4 3.4 齒輪設(shè)計 3.4.1 確定各齒輪齒數(shù) 根據(jù)第2章所求出的傳動比和圖2-1，查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.3-3得各齒輪齒數(shù)如表4.1。 表4.1 各齒輪齒數(shù) 齒輪序號 齒數(shù) 44 43 26 61 88 37 37 88 3.4.2 估算

32、齒輪模數(shù) 我們從兩個方面估算齒輪的模數(shù)，一方面是按齒面接觸疲勞強度，另一方面是按輪齒彎曲疲勞強度。 按齒面接觸疲勞強度估算公式為： (3-8) 按輪齒彎曲疲勞強度估算公式為： (3-9) 1）估算第一傳動組齒輪模數(shù) （1） 確定齒數(shù)比和齒寬系數(shù) 根據(jù)第2章可知。齒寬系數(shù)的范圍，這里取。 （2） 確定齒輪傳遞名義功率和載荷系數(shù) 齒輪傳遞的名義功率： 式中 ——電動機額定功率 kw； ——電動機到該齒輪的傳動效率。 根據(jù)表2.1可知電動機額定功率，電動

33、機到高齒輪之間有一級帶傳動,查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表17-9可得帶傳動的效率。則： 載荷系數(shù)，根據(jù)《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知載荷系數(shù)常取,這里取 (3) 確定系數(shù)和 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知：當(dāng)分度圓柱螺旋角時，，。當(dāng)分度圓柱螺旋角時， 。這里都是直齒輪，所以分度圓柱螺旋角，所以系數(shù) ，。 （4） 確定復(fù)合形系數(shù) 這里采用的齒輪加工方法為滾齒，查圖2.4-10，得。 （5） 確定許用接觸用力 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知，許用接觸用力，查圖2.4-8得，故： （6

34、） 確定需用齒根應(yīng)力 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知，當(dāng)齒輪單向受力時：,當(dāng)齒輪雙向受力時：。根據(jù)結(jié)構(gòu)可知，該齒輪為單向受力，故： 查圖2.4-13，得，故： （7） 估算齒輪輪模數(shù) 按齒面接觸疲勞強度估算齒輪模數(shù)為： 按輪齒彎曲疲勞強度估算齒輪模數(shù)為：

35、 綜上所述，選取第一傳動組齒輪模數(shù)為。 2)估算第一傳動組齒輪模數(shù) （1）確定齒數(shù)比和齒寬系數(shù) 根據(jù)第2章可知。齒寬系數(shù)的范圍，這里取 （2）確定齒輪傳遞的名義功率和載荷系數(shù) 齒輪傳遞的名義功率： 式中 ——電動機額定功率 kw； ——電動機到該齒輪的傳動效率。 根據(jù)表2.1可知電動機額定功率，電動機到高齒輪之間有一級帶傳動、一級齒輪傳動 和兩個滾動軸承，查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表17-9可得帶傳動的效率，滾動軸承效率，齒輪傳動效率則： 載荷系數(shù)，根據(jù)《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知載荷系數(shù)常取,這里取。 （3）確定系數(shù)

36、和 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知：當(dāng)分度圓柱螺旋角時，，。當(dāng)分度圓柱螺旋角時， 。這里都是直齒輪，所以分度圓柱螺旋角，所以系數(shù) 。 （4）確定復(fù)合形系數(shù) 這里采用的齒輪加工方法為滾齒，查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》圖2.4-10，得。 （5）確定許用接觸用力 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知，許用接觸用力，查圖2.4-8得，故： （6）確定需用齒根應(yīng)力 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17可知，當(dāng)齒輪單向受力時：,當(dāng)齒輪雙向受力時：。根據(jù)結(jié)構(gòu)可知，該齒輪為單向受力，故：

37、 查圖2.4-13，得，故： （7）估算齒輪輪模數(shù) 按齒面接觸疲勞強度估算齒輪模數(shù)為： 按輪齒彎曲疲勞強度估算齒輪模數(shù)為： 綜上所述，第二傳動組齒輪模數(shù)為。 3.4.3 驗算齒輪模數(shù) 我們從兩個方面驗算齒輪模數(shù)，一方面是按齒面接觸疲勞強度驗算齒輪模數(shù)，另一方面是從輪齒彎曲疲勞強度驗算齒輪模

38、數(shù)。 按齒面接觸疲勞強度驗算齒輪模數(shù)公式為： (3-10) 按輪齒彎曲疲勞強度驗算齒輪模式公式為： (3-11) 1)驗算第一傳動組齒輪模數(shù) （1） 確定使用系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-19得，該機床的使用系數(shù)。 （2） 確定變動工作用量系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18得，確定變動工作用量系數(shù) 公式為： 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-24可得極限值為()，當(dāng)()，取()；當(dāng)()，取()；當(dāng)( )，取()。 查表2.4

39、-20，得功率利用系數(shù),。查表2.4-21，得轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，。查表2.4-18，得工作期限系數(shù)的公式為： 查表2.4-22和表2.4-23，得知 ，故： 則：

40、 因，所以取,,所以取。 （3） 確定動載系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，可知動載系數(shù)： 查表2.4-25，得。 查《機械設(shè)計》得切向力： 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，得分度圓圓周速度： 則，動載系數(shù)： （4） 確定齒向載荷分布系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-18，得齒向載荷分布系數(shù)： 查圖2.4-2和圖2

41、.4-3，得，。故： （5） 確定齒向載荷分配系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-26，得。 （6） 確定彈性系數(shù)和節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-18，得彈性系數(shù)。查圖2.4-4，得。 （7） 確定重合度螺旋角系數(shù) 查《機械設(shè)計》可知： 則： （8） 確定許用接觸用力 查

42、《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，得需用接觸應(yīng)力： 查圖2.4-8，得，查圖2.4-9，得。故: （9）確定重合度及螺旋角細數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床》圖2.4-12得。 （10） 確定許用齒根應(yīng)力 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-18，得： 查圖2.4-13，得。故： （11）驗算齒輪模數(shù) 按齒面接觸強度驗算 mm 因，故按齒面接觸疲勞強度驗算合格。 按輪齒彎曲疲勞強度驗算

43、 mm 因為，故按輪齒彎曲疲勞強度驗算合格。 2)驗算第2傳動組齒輪模數(shù) （1）確定使用系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-19得，該機床的使用系數(shù)。 （2）確定變動工作用量系數(shù) 查表2.4-18得，確定變動工作用量系數(shù)公式為： 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-24可得極限值為()，當(dāng)()，取()；當(dāng)()，取()；當(dāng)( )，取()。 查表2.4-20，得功率利用系數(shù),。查表2.4-21，得轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，。查表2.4-18，得工作期限系數(shù)的公式為：

44、 查表2.4-22和表2.4-23，得知 ，故： 則： 因，所以取,,所以取。 （3）確定

45、動載系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，可知動載系數(shù)： 查表2.4-25，得。 查《機械設(shè)計》得切向力： 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，得分度圓圓周速度： 則，動載系數(shù)： （4）確定齒向載荷分布系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，得齒向載荷分布系數(shù)： 查圖2.4-2和圖2.4-3，得，。故： （5）確定齒

46、向載荷分配系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-26，得。 （6）確定彈性系數(shù)和節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查表2.4-18，得彈性系數(shù)。查圖2.4-4，得。 （7）確定重合度螺旋角系數(shù) 查《機械設(shè)計》可知： 則： （8）確定許用接觸用力 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，得需用接觸應(yīng)力： 查圖2.4-8，得，查圖2.4-9，得。故: （9）確定重合度及螺旋角細數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)

47、計指導(dǎo)》圖2.4-12得。 （10）確定許用齒根應(yīng)力 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-18，得： 查圖2.4-13，得。故： （11）驗算齒輪模數(shù) 按齒面接觸強度驗算 mm 因，故按齒面接觸疲勞強度驗算合格。 按輪齒彎曲疲勞強度驗算 因為，故按輪齒彎曲疲勞強度驗算合格。

48、 4 軸的校核 4.1 Ⅰ軸的受力分析 （1）畫出軸的受力圖 做軸的結(jié)構(gòu)圖如圖4.1。 圖4.1 軸的結(jié)構(gòu)圖 畫出軸的空間受力圖如圖4.2a. （2） 求出軸所受軸向力和切向力 查《機械設(shè)計》可知： （3） 做出彎矩圖 水平面上的支承反力： （4-1） 水平面上彎矩: 做水平面上的彎矩圖如圖4.1b。 垂直面上的支

49、承反力： 垂直面上彎矩： 做垂直面上的彎矩圖如圖4.1c。 根據(jù)《機械設(shè)計》可知，彎矩： （4-2） 這里,故： 做彎矩圖圖如圖4.1d。 （4） 做出扭矩圖 根據(jù)表2.4，。做扭矩圖如圖5.1e。 整理D截面彎矩值如表4-1。 表4-1 D截面彎矩值 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 圖4.1

50、 軸的載荷分布圖 4.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面D）的強度。根據(jù)《機械設(shè)計》式（15-5）及表4.1中的數(shù)據(jù)，以及軸雙向旋轉(zhuǎn)，彎曲切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，取，則軸的計算應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，查《機械設(shè)計》表15-1查得。因此，故安全。 4.3 軸的剛度校核 （1） 花鍵鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計算 （4-3） 式中：——計算擠壓應(yīng)力 ； ——許用擠壓引力 ； ——花鍵軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩 ；

51、——花鍵的齒數(shù)； ——載荷分布不均勻系數(shù)，； ——兩支撐點之間的長度； ——花鍵軸的小徑、大徑 mm。 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-16，許用擠壓應(yīng)力為，這里取。取載荷分布系數(shù)為。由圖5.1可知，，根據(jù)第2章可知花鍵軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為。故計算擠壓應(yīng)力 因為，，故鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計算合格。 4.4軸載荷點的撓度計算 做軸的受力簡圖如圖4.2 軸的載荷點撓度的計算公式

52、 （4-4） 式中 ——作用力(N)； ——彎矩（）； ——長度（mm）； ——材料彈性模量 MPa，鋼材; ——軸的抗彎斷面慣性矩 mm4。 圖4.2軸的受力簡圖 （1） 軸水平方向撓度計算 （2） 軸垂直方向撓度計算 （3） 軸的撓度

53、 因此，，故撓度校核合格。 4.5軸的支撐點的傾角校核 查《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》表2.4-14 左支撐點傾角校核公式： （4-5） 右支撐點傾角校核公式： （4-6） 式中 ——軸的抗彎端面的慣性矩 。 這為實心軸，則： （4-7） 4.5.1水平面傾

54、角校核 左支撐點傾角校核 右支撐點傾角校核 4.5.2垂直面傾角校核 左支撐點傾角校核 右支撐點傾角校核 左支撐點傾角校核

55、 右支撐點傾角校核 因此，,,所以兩支撐點的傾角校核合格。 5 滾動軸承的驗算 機床一般傳動軸滾動軸承的失效形式，主要是疲勞破壞，故進行疲勞壽命驗算。 查《機械制造工藝金屬切削機床》式（2.4-3），軸承壽命的驗算公式： (5-1) 式中 ——額定壽命 h； ——滾動軸承許用壽命 h； ——滾動軸承的額定動負荷KN； ——速度系數(shù)；

56、 ——軸承的計算轉(zhuǎn)速 ； ——壽命系數(shù)； ——使用系數(shù)； ——功率利用系數(shù)； ——速度轉(zhuǎn)化系數(shù)； ——齒輪輪換工作系數(shù)； ——當(dāng)量動負荷 N。 （1）確定軸承的許用壽命和動載荷 根據(jù)結(jié)構(gòu)，軸承選取的是型號為6207的深溝球軸承。查《機械制造工藝金屬切削機床》，取。查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表21-1，確定。 （2） 確定速度系數(shù) 壽命系數(shù)對球軸承，，對滾子軸承，；這里是深溝球軸承，故。則： （3） 確定使用系數(shù)和功率利用系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-19和表2.4-20，可知。

57、 （4） 確定轉(zhuǎn)速變化系數(shù)和齒輪輪換工作系數(shù) 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-21和表2.4-27，可知。 （5） 確定當(dāng)量動負荷 查《機械制造工藝金屬切削機床》表2.4-28，可知深溝球軸承的當(dāng)量動負荷 (6) 額定壽命計算 因此，，故所選軸承合格。 結(jié) 論 為期三個月的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，在對CK6140數(shù)控機床的設(shè)計當(dāng)中，我對數(shù)控機床的工作原理有了進一步的了解，對其結(jié)構(gòu)的了解也更加深刻了。對CK6140的設(shè)計主要是主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，是電機無級變速串聯(lián)齒輪傳動。由于采

58、用了電機的無級變速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)的到簡化，尺寸大大減小。由于串聯(lián)的齒輪傳動，使得傳遞較大轉(zhuǎn)矩的同時，電機的體積和質(zhì)量大大減小。相對于普通機床來講，數(shù)控機床的無級變速體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢，可以在變速的范圍內(nèi)，得到任意的轉(zhuǎn)速，減小了速度損失。而且還可以實現(xiàn)不停車變速，可以大大的節(jié)省零件的輔助加工時間，從而提高生產(chǎn)率。 畢業(yè)設(shè)計中，我進行了軸的設(shè)計、軸承的設(shè)計、齒輪的設(shè)計和帶輪的設(shè)計等等，這些設(shè)計包含了大學(xué)這四年的大部分專業(yè)知識，使我對之前學(xué)的理論知識得到了鞏固和實踐，對知識的掌握更加牢固。對以后的生活和工作很有幫助。 致 謝 本設(shè)計說明書在編寫過程中，承蒙張文潔老師的評閱、指正。前期，張文

59、潔老師向我們提出了畢業(yè)設(shè)計的要求，并對我們不明白的地方進行了詳細的解答。在畢業(yè)設(shè)計期間，張老師定期的檢查我們的工作進度，并對我們提出的問題認真細致的解答。最后對我們的說明書和圖紙認真的查閱，指出錯誤。在張老師悉心指導(dǎo)下，經(jīng)過幾個月的努力，使本人對數(shù)控機床的相關(guān)知識進一步得到了了解和深化。明白了數(shù)控機床的設(shè)計理念和方法步驟，更了解了其結(jié)構(gòu)，在使用中會更加的得心應(yīng)手。 在金屬切削機床方向的學(xué)術(shù)研究上這些老師都有很深的造詣。給予我許多理論方面的指導(dǎo)。在此表示由衷的感謝。同時也對在設(shè)計中對我有幫助的同學(xué)表示由衷的感謝。 本設(shè)計引用了一些教材和相關(guān)的設(shè)計手冊的數(shù)據(jù)和公式，在此謹向有關(guān)作者、編者、譯者

60、表示深切的謝意。 由于本人水平所限,難免存在不少缺點和錯誤,希望老師批評指正。 最后對參與評閱和答辯的老師表示由衷的感謝﹗ 參考文獻 [1] [2] [3] [4]尹少華，張霞.企業(yè)生產(chǎn)過程中的環(huán)境保護問題探討.求索.2014年11期. [5]鞍山鋼鐵學(xué)院.機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo). [6]秦大同，謝里陽.機電系統(tǒng)設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2013. [7]濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計.第八版.北京：高等教育出版社2003. [8]鞏云鵬，田萬祿，張偉華，黃秋波，機械設(shè)計課程設(shè)計，北京：科學(xué)教育出版社.2008. [9]《金屬切削機床設(shè)計》編寫組.金屬切削機床設(shè)計.上海.科學(xué)技術(shù)出版社.1984. [10]吳圣莊.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社.1979. [11]關(guān)慧珍，馮新安.機械制造裝備設(shè)計.第三版.北京：機械工業(yè)出版社.2009. [12]李柱，徐振高，蔣向前.互換性與測量技術(shù).北京：高等教育出版社.2004.