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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第39頁(yè) 共39頁(yè)
1 緒論
1.1 論文研究的目的和意義
隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，產(chǎn)品更新越來(lái)越快，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，同時(shí)隨著汽車(chē)工業(yè)和輕工業(yè)消費(fèi)品的高速增長(zhǎng)，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，其精度日趨提高，性能不斷改善，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來(lái)越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適應(yīng)這種多樣化、柔性化、高效和高質(zhì)量復(fù)雜零件加工要求。因此具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)控機(jī)床就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。而數(shù)控車(chē)床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，幾十年來(lái)一直受到世界各國(guó)的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。因此，研究數(shù)控車(chē)床是非常有必要的。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展方向主要體現(xiàn)在高速、復(fù)合、精密、智能、環(huán)保等方面。
1.2.1 高精度化
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、新材料及新零件的出現(xiàn)，對(duì)精密加工技術(shù)不斷提出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展之一。其精度已從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)。提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度，一般可通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。
1.2.2 高速化
提高生產(chǎn)率是數(shù)控機(jī)床追求的基本目標(biāo)之一。數(shù)控機(jī)床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的適用性。
1.2.3 高柔性化
采用柔性自動(dòng)化設(shè)備或系統(tǒng)，是提高加工精度和效率，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)市場(chǎng)變化需求和提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。
1.2.4 高自動(dòng)化
高自動(dòng)化是指在全部加工過(guò)程中盡量減少人的介入而自動(dòng)完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動(dòng)化。
1.2.5 智能化
隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透與發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)自動(dòng)化發(fā)展需要，智能化正成為數(shù)控機(jī)床研究和發(fā)展的熱點(diǎn)，它不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過(guò)程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫(kù)、智能監(jiān)控），還貫穿在產(chǎn)品的售后服務(wù)和維修中。
1.2.6 復(fù)合化
復(fù)合化包含工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。
1.2.7 高可靠性
數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶(hù)最關(guān)心的。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模或超大規(guī)模的專(zhuān)用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。
1.2.8 網(wǎng)絡(luò)化
為了適應(yīng)FMC、FMS以及進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，先進(jìn)的CNC系統(tǒng)為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力，除有RS232串行接口、RS422等接口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。
1.2.9 開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快地更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源開(kāi)發(fā)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。
1.2.6 結(jié)論
綜上所述，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替。隨著我國(guó)機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)世界制造業(yè)加工中心地位形成，數(shù)控機(jī)床將會(huì)起著前所未有的作用。
1.3 本論文的研究工作
為了能夠更好地、直觀地了解和研究數(shù)控車(chē)床的機(jī)械系統(tǒng)，本課題以數(shù)控車(chē)床CK6141為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)任務(wù)為：
(1)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定；
(2)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)；
(3)主運(yùn)動(dòng)帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定；
(4)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算；
(5)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾珠絲桿副的選擇；
(6)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用。
主要的技術(shù)要求以及技術(shù)參數(shù)參照CK6141的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，本文所有的圖紙利用AUTOCAD或者PROE進(jìn)行繪制，因此，需要學(xué)生掌握以上軟件的熟練使用。
1.4小結(jié)
本章主要介紹了數(shù)控車(chē)床研究的目的和意義。第一節(jié)描述了數(shù)控車(chē)床的地位及應(yīng)用，第二節(jié)就該課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了敘述，第三節(jié)說(shuō)明了本論文的一個(gè)研究思路。
2 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定
2.1 尺寸參數(shù)
床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑 410
刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 224
工件最大長(zhǎng)度 750/1000
主軸通孔直徑 36
主軸頭號(hào) D6/A6
主軸錐孔 莫氏六號(hào)
2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)
2.2.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定
主軸轉(zhuǎn)速由切削速度和工件回轉(zhuǎn)直徑來(lái)確定
2.1
查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得
硬質(zhì)合金刀具半精車(chē)鋼件,
D為床身工件最大回轉(zhuǎn)直徑 ,
2.2
高速鋼刀具粗車(chē)鑄鐵斷面,，
2.3
2.2.2轉(zhuǎn)速數(shù)列的確定
2.4
變速范圍、公比和級(jí)數(shù)的關(guān)系
2.5
查標(biāo)準(zhǔn)公比轉(zhuǎn)速列表得以下轉(zhuǎn)速數(shù)列：
35.5，50，67，100，140，200，280，400，560，800，1120，1600
2.3 動(dòng)力參數(shù)
機(jī)床中各個(gè)傳動(dòng)件的尺寸是根據(jù)其傳動(dòng)功率決定的，如果傳動(dòng)功率定的過(guò)大，將是傳動(dòng)件的尺寸粗大而造成浪費(fèi)，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)載下工作，功率因數(shù)很小而造成能源浪費(fèi)。如果定的過(guò)小，將限制機(jī)床的切削加工能力而降低生產(chǎn)力。因此，必須準(zhǔn)確合理的確定主傳動(dòng)功率。
2.3.1 主切削力的切向分力
查資料得床身工件最大回轉(zhuǎn)直徑為400的輕型車(chē)床數(shù)據(jù)如下：
背吃刀量是3.5，進(jìn)給量是0.35，切削速度是80
2.6
2.3.2切削功率
2.7
2.3.3 估算主電機(jī)功率
主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)效率一般可取=0.70~0.85，數(shù)控車(chē)床的主運(yùn)動(dòng)多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，因此效率可取較大值：
2.8
根據(jù)常用電機(jī)資料，選用Y132S-4電機(jī)。額定功率5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1440r/min。
3 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 轉(zhuǎn)速圖的擬定
3.1.1 變速組和傳動(dòng)副數(shù)定
Z=12級(jí)的傳動(dòng)系統(tǒng)，可有以下幾種傳動(dòng)方案：
前三個(gè)方案有三個(gè)變速組，后兩個(gè)個(gè)則為兩個(gè)變速組，變速組傳動(dòng)副數(shù)較前三個(gè)要多。當(dāng)變速組的傳動(dòng)副過(guò)多時(shí)，使傳動(dòng)軸的軸向尺寸增大，操縱機(jī)構(gòu)笨重、復(fù)雜。因此每一變速組中傳動(dòng)副數(shù)目宜取為2或3。所以采取前三種方案，每一方案均有三個(gè)變速組，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)均為2或3。
根據(jù)前多后少原則，從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速運(yùn)動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)的零件，轉(zhuǎn)速較高從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。因此選用方案較好。
3.1.2 擬定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)
a）當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)的變速組及傳動(dòng)副數(shù)確定后，基本組合擴(kuò)大組的順序不同，可有六種不同方案。
b）傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和變速組的極限變速范圍
在降速時(shí)，為防止齒輪直徑過(guò)大而使縱向尺寸過(guò)大，常限制最小傳動(dòng)比。在升速時(shí)，為防止產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和噪聲，常限制最小傳動(dòng)比。因此主傳動(dòng)鏈任一變速組的最大變速范圍。
檢查變速組的變速范圍是否超過(guò)極限時(shí)，只需檢查最后擴(kuò)大組。前四個(gè)方案第二擴(kuò)大組的變速范圍：
3.1
合乎要求
后兩個(gè)方案第二擴(kuò)大組變速范圍：
3.2
不合乎要求
c)基本組和擴(kuò)大組的排列順序
根據(jù)前密后疏原則，第一個(gè)方案最佳
d)分配傳動(dòng)比
對(duì)于小型數(shù)控車(chē)床，中間軸轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高，否則將引起過(guò)大振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。根據(jù)“前慢后快”原則，首先分配最大降速線路圖上各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，再根據(jù)各變速組的級(jí)比、級(jí)比指數(shù)確定其它各傳動(dòng)副傳動(dòng)比。根據(jù)前面的數(shù)據(jù)，畫(huà)出主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖3.1。
圖3.1 主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖
3.2 傳動(dòng)圖的擬定
3.2.1 帶輪直徑的確定
a)選擇三角帶型號(hào)
查工況系數(shù)表（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）得工況系數(shù)，則計(jì)算功率為
3.3
再根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速選定A型普通V帶。
b)確定帶輪的最小直徑
皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大，為提高帶的使用壽命小帶輪直徑不宜過(guò)小，要求大于最小許用帶輪直徑，根據(jù)皮帶型號(hào)，查表（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）可得到：mm 。
c)確定大帶輪直徑
3.4
三角帶的滑動(dòng)率，選擇。在保證最小包角大于120度的前提下，傳動(dòng)比可取，因此大帶輪直徑取200mm。
d)確定三角帶轉(zhuǎn)速
3.5
因?yàn)?m/s
[T]=20000h
故軸承校核合格
Ⅱ、Ⅲ軸跟軸承的驗(yàn)算跟Ⅰ軸一樣，這里就不再多做敘述，經(jīng)檢驗(yàn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.4 主軸組件設(shè)計(jì)
3.4.1 初選主軸直徑
前端直徑D1
主軸D1（按電機(jī)功率）如下表3.2(mm)：
表3.2 主軸直徑選取表
功率（kw）
D1
機(jī)床
1.4～2.5
2～3.6
3～5.5
5～7.3
7.4～11
車(chē)床
40～80
50～90
55～95
65～100
70～120
銑床及加工中心
50～90
60～90
60～95
75～100
90～105
外圓磨床
——
50～60
55～70
70～80
75～90
由上表可取D1=86mm
因此可知由式子D2=(0.7~0.8)D1
后端直徑D2=86*0.7=60.2mm
圓整后取60mm
主軸內(nèi)徑d=36mm
主軸內(nèi)孔徑與機(jī)床類(lèi)型有關(guān)，主要用來(lái)通過(guò)棒料，鏜桿，拉桿，或頂尖。確定內(nèi)孔徑原則是為減輕主軸重量，在滿(mǎn)足對(duì)空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求下，應(yīng)取最大值。
主軸的內(nèi)徑是通過(guò)刀具夾具裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤(pán)等。主軸孔徑越大，主軸部件的相對(duì)重量就越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比，小于0.3時(shí)空心主軸的剛度幾乎與實(shí)心主軸相等；等于0.5時(shí)空心主軸的剛度為時(shí)新主軸的90%；大于0.7時(shí)，空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右，即內(nèi)徑直徑為（35～42.5）mm。
主軸本身剛度K正比于抗彎斷面慣性矩I
3.67
孔徑的最大直徑
此時(shí)若孔徑再大，剛度急劇下降
根據(jù)推薦值d/D1=0.4~0.5
取d/D1=0.45
則d=36mm
3.4.2 主軸懸伸量a確定
初選a值可參考下表3.3確定
表3.3 懸伸梁長(zhǎng)度的確定
車(chē)床和主軸類(lèi)型
精密車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床用滾動(dòng)軸承支承，適用高精度和普通精度要求
0.6—1.5
中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車(chē)床和銑床，懸伸不太長(zhǎng)（不是細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承支承適用于絕大部分普通生產(chǎn)要求
1.25—2.5
計(jì)算得懸伸量為80mm
3.4.3 主軸跨距的確定
主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動(dòng)靜剛度的重要影響因素，目的是找出在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小的跨距稱(chēng)為最優(yōu)跨距（）。實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近與推得最優(yōu)值，因此設(shè)計(jì)時(shí)盡量達(dá)到最優(yōu)值。
前端角接觸球軸承的剛度（主要為軸向剛度）
3.68
其中
內(nèi)徑為75mm,查表
查軸承樣本額定動(dòng)載荷
取
代入上式即可
計(jì)算得主軸跨距為410mm
3.4.4 主軸的剛度計(jì)算
如果主軸前后軸承頸由數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑
3.69
式中分別為各段的直徑和長(zhǎng)度（㎜）
——總長(zhǎng)，
如果前后軸承頸的直徑相差不大，也可把前后軸承頸直徑的平均值近似地作為當(dāng)量直徑d。
主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不記，后懸伸部分不影響剛度，也可不計(jì)算。如主軸前端作用一外載F如圖3.3
圖3.3 主軸外載圖
則撓度：
3.70
式中 F——外載荷（N）；
a——前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支承點(diǎn)間的距離（mm）；
l——跨距，等于前后支承的距離（mm）；
E——彈性模量，鋼的 ；
I——截面慣性距,;
、——主軸的外徑和孔徑（mm）。
又因?yàn)?.5，孔的影響可以忽略由此可得主軸鋼度滿(mǎn)足要求。
3.4.5 主軸軸承的選擇
a) 軸承的選型
主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。
滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定地工作。滾動(dòng)軸承有專(zhuān)業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購(gòu)維修方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲大，滾動(dòng)體的數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差，但總體來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能的條件下，應(yīng)盡量使用滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主軸。這時(shí)用滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，以避免漏油。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類(lèi)。
主軸支承分徑向和推力（軸向）支承。角接觸軸承（包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）兼起徑向和推力支承的作用。
推力支撐應(yīng)位于前支撐內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)常設(shè)在主軸的前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點(diǎn)至推力支撐之間的距離。
主軸軸承可以選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承由于滾子大端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動(dòng)摩擦，發(fā)熱較多，故轉(zhuǎn)速受到限制。
由于滾動(dòng)軸承有許多優(yōu)點(diǎn)，加之加工精度的提高，所以，一般情況下數(shù)控機(jī)床應(yīng)盡量采用滾動(dòng)軸承，只有要求加工表面粗糙度數(shù)值較小時(shí)，且主軸又是水平的機(jī)床時(shí)才用滑動(dòng)軸承，而本設(shè)計(jì)內(nèi)容為車(chē)床主軸組件設(shè)計(jì)，所以要選用滾動(dòng)軸承。
主軸軸承主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來(lái)選擇，為了提高精度和剛度，主軸軸承間的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度高，但一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低，下面就簡(jiǎn)述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸的軸承及適用范圍：
b)角接觸球軸承
這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種： ａ=25°，ａ=15°，其中ａ=25°的編號(hào)為7000AC型（舊代號(hào)為46100型），屬于特輕型；或編號(hào)為7190AC型（舊代號(hào)為46900型），屬于超輕型。ａ=15°的編號(hào)為7000C型（舊代號(hào)為36100型），屬于特輕型；或編號(hào)為7190C型；或編號(hào)為7190C型（舊代號(hào)為1036900型），屬于超輕型。如圖3.4所示。
圖 3.4 角接觸軸承
角接觸球軸承多用于高速主軸，隨接觸角的不同有所區(qū)別，α=25°的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低，多用于車(chē)、鏜、銑加工中心等主軸；α=15°的轉(zhuǎn)速可更高一些，軸向剛度較低，常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車(chē)、鏜、銑主軸后軸承。這種軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組配的方法。所以本設(shè)計(jì)前支承采用雙聯(lián)組配的方式，代號(hào)為DF；后支承采用也采用雙聯(lián)組配方式，代號(hào)是DF。如圖3.5
圖3.5 角接觸軸承
c)圓柱滾子軸承
圖3.6為雙列圓柱滾子軸承（，它的特點(diǎn)是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐行軸徑相配合。軸向移動(dòng)為內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。
圖 3.6 圓柱滾子軸承
d)軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊
主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過(guò)盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和滾道之間有一定的欲變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體和滾道接觸。預(yù)緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，各滾動(dòng)體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方向都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低，故預(yù)緊要適當(dāng)。本設(shè)計(jì)為數(shù)控車(chē)床主軸組件設(shè)計(jì)，功率相對(duì)較小，所以取中預(yù)緊。
根據(jù)以上計(jì)算過(guò)程，畫(huà)出主軸組件圖3.7，主軸零件圖3.8
圖3.7 主軸組件圖
圖3.8 主軸零件圖
3.5 電磁離合器的選擇
摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)的接通或脫開(kāi)，且具有結(jié)合平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。選用時(shí)應(yīng)作必要的計(jì)算。
根據(jù)初步的計(jì)算可從《離合器的選擇與運(yùn)用》一書(shū)中選取，所有的作圖和計(jì)算尺寸都見(jiàn)書(shū)中的表。
3.5.1 按扭矩選擇
一般應(yīng)使用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩和額定扭矩滿(mǎn)足工作要求，由于普通車(chē)床是在空載下啟動(dòng)和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來(lái)選。即：
3.71
對(duì)于需要在負(fù)載下啟動(dòng)和變速，或啟動(dòng)時(shí)間有特殊要求時(shí)，應(yīng)按動(dòng)扭距設(shè)計(jì)離合器。
3.5.2 選擇步驟
a)決定外摩擦片的內(nèi)徑d。
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝式時(shí)，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比安裝軸的軸徑大2～6mm。b)選擇摩擦片尺寸：
可以在參考書(shū)中選擇，具體的型號(hào)見(jiàn)圖紙。
c)計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù)z
3.72
式中：f-摩擦片間的摩擦系數(shù)（有表可選）；
-許用壓強(qiáng)MPa（有表可選）；
D-摩擦片內(nèi)片外徑mm（有表可選）；
d-摩擦片外片內(nèi)徑mm（有表可選）；
Ku-速度修正系數(shù)（有表可選）；
Kz-結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)（有表可選）；
Km-結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)（有表可選）。
代入數(shù)值得：取Z=9。
4縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠,螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng),其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4.1所示。
圖4.1 縱向結(jié)構(gòu)示意圖
縱向進(jìn)給系統(tǒng)的基本參數(shù)如下：
從相關(guān)資料上確定一下基本參數(shù)
工作臺(tái)重量
滾珠絲桿基本導(dǎo)程
行程
脈沖當(dāng)量
快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
下軌道（Z）向采用的是雙排兩列4個(gè)滾動(dòng)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。
4.1傳動(dòng)鏈的確定
取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量，則有
4.1
按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用1級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比i=1.25，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要確定齒輪齒數(shù)Z=32、40，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。
4.2滾珠絲桿副的計(jì)算選擇
4.2.1切削力的計(jì)算
由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得切削功率
N——主電機(jī)功率，N=5.5KW
——主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為0.6~0.7，取0.65
K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K=0.96，則
4.2
又因?yàn)?
所以
取V=100m/min(切削線速度)
主切削力
4.3
從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知一般外圓車(chē)削時(shí)車(chē)床參數(shù)如下表4.1
表4.1 外圓車(chē)削時(shí)車(chē)床參數(shù)
2
2
2
2
2
2
0.2
0.3
0.4
0.2
0.3
0.4
1125
1524
1891
1687
2287
2837
4.4
4.5
4.2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算
導(dǎo)軌受到垂向切削分力，縱向切削分力，工作臺(tái)重力W=800N，查表得鑲條緊固力，取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)，則
4.6
計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和
4.7
4.8
4.2.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算
由《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得知
計(jì)算綜合導(dǎo)軌車(chē)床絲桿的軸向力
其中K=1.15，，取0.16。則
4.9
a)強(qiáng)度計(jì)算：
當(dāng)車(chē)床以線速度，進(jìn)給量，車(chē)削D=100mm的外圓時(shí)
絲杠轉(zhuǎn)速為：
4.10
壽命值（=20000h）：
4.11
計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載
查表得，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)=1.2，
4.12
據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q值可選擇滾珠絲桿的型號(hào)，滾珠絲桿型號(hào)為。
滾珠絲桿副的幾何參數(shù)如表4.2
表4.2 滾珠絲桿副幾何參數(shù)
滾珠絲杠副型號(hào)
公稱(chēng)直徑
基本導(dǎo)程
鋼球直徑
絲杠外徑
CDM-4006-5
40
6
3.969
39.5
螺紋底徑
循環(huán)圈數(shù)
額定動(dòng)載荷
額定靜載荷
接觸剛度
35.1
2.5*2
28771
95970
2191
b)傳動(dòng)效率計(jì)算
滾動(dòng)絲杠螺紋的傳動(dòng)效率η為：
4.13
式中：為絲杠螺紋升角,可根據(jù)初選型號(hào)查出，=2.44°；滾動(dòng)摩檫系數(shù)f=0.003-0.004,其摩檫角約等于10?，則。
c)剛度的驗(yàn)算
滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用,他將引起導(dǎo)程 發(fā)生變化,因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小,可忽略不計(jì),故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為:
4.14
式中=6mm，為彈性模量，對(duì)剛
滾珠絲桿截面面積
4.15
4.16
絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程變化總誤差為
4.17
查表知E及精度絲杠引起的螺距誤差為，所以剛度足夠了。
d)壓桿穩(wěn)定性計(jì)算
滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲。即失穩(wěn)，失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為：
4.18
式中： E為絲杠材料彈性模量,對(duì)鋼，I為截面慣性矩,對(duì)絲杠圓截面I=π /64(mm) (為絲杠外徑)，L為絲杠最大工作長(zhǎng)度(mm); 為絲杠支承方式系數(shù)
I = π (39.5) / 64 = 119437，=2(一端固定一端簡(jiǎn)支)，L=1860mm
= π EI/ (L) = 4.19
穩(wěn)定性足夠。
通過(guò)以上選擇，縱向進(jìn)給系統(tǒng)使用型號(hào)為的滾珠絲杠副。
4.3電動(dòng)機(jī)選擇
4.3.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
4.20
大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
4.21
工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
4.22
絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
4.22
因此總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
4.23
4.3.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩
已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離L=6mm=0.006m，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i=1.25總效率η=0.65，則有
4.24
4.3.3計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩
已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩，則有
4.25
4.3.4計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為
4.26
4.27
折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算
空載時(shí)（快進(jìn)力矩），為
4.28
切削時(shí)（工進(jìn)力矩），為
4.29
4.3.5選定電動(dòng)機(jī)
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表初選130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角，最大靜轉(zhuǎn)矩，，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量，最高空載啟動(dòng)頻率，3000Hz，運(yùn)行頻率，10600Hz。對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為：
4.30
4.31
計(jì)算空載啟動(dòng)力矩
4.32
確定最大靜轉(zhuǎn)矩：
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：
4.33
4.34
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：
4.35
取和中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常啟動(dòng)，故滿(mǎn)足要求。
驗(yàn)算慣量匹配，為了使機(jī)械傳動(dòng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿(mǎn)足下式：
4.36
因?yàn)?，故滿(mǎn)足慣量匹配要求。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與運(yùn)用，是對(duì)以前每門(mén)課程設(shè)計(jì)的綜合，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的徹底檢驗(yàn)。剛開(kāi)始選擇課題的時(shí)候，因?yàn)槲覍?duì)數(shù)控車(chē)床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車(chē)床方面的課題。我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)數(shù)控車(chē)床，我主要對(duì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。開(kāi)始設(shè)計(jì)之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車(chē)床方面的知識(shí)，對(duì)數(shù)控車(chē)床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識(shí)。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校的一些數(shù)控車(chē)床進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)并結(jié)合自己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過(guò)查閱資料和相關(guān)圖冊(cè)，設(shè)計(jì)出了滿(mǎn)足數(shù)控車(chē)床需要的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過(guò)程。在近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我更加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己在查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高，對(duì)如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來(lái)有了較深刻的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)了原來(lái)學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識(shí)。
總之，這次設(shè)計(jì)順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會(huì)打下了深厚的基礎(chǔ)。同時(shí)也使我懂得了一個(gè)真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。
致 謝
經(jīng)過(guò)3個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師黃曉華老師。黃老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配圖繪制等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是黃老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩黃老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的師兄對(duì)我無(wú)私的幫助，正因?yàn)橛兴膸椭也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母校——南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位老師，是你們教會(huì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在此，我再說(shuō)一次謝謝！謝謝大家?。?！。
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