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CK6163型数控机床设计【7张图纸-3A0】【优秀】

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CK6163型数控机床设计【7张图纸-3A0】【优秀】.rar

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进给机构装配图A0.dwg---(点击预览)

计划周记进度检查表.xls---(点击预览)

滚珠丝杠零件图A1.dwg---(点击预览)

变速箱装配图A0.dwg---(点击预览)

任务书.doc---(点击预览)

主轴零件图A1.dwg---(点击预览)

主轴箱装配图A0.dwg---(点击预览)

主轴箱侧视图A3.dwg---(点击预览)

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关键词：: ck6163 数控机床设计图纸 a0 优秀优良

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CK6163型数控机床设计

52页 18000字数+说明书+开题报告+任务书+7张CAD图纸

CK6163型数控机床设计开题报告.doc

CK6163型数控机床设计说明书.doc

主轴箱侧视图A3.dwg

主轴箱装配图A0.dwg

主轴零件图A1.dwg

任务书.doc

变速箱装配图A0.dwg

滚珠丝杠零件图A1.dwg

计划周记进度检查表.xls

进给机构装配图A0.dwg

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摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1本课题的研究内容和意义1

1.2国内外的发展概况1

1.3本课题应达到的要求2

2 总体方案3

2.1 CK6163的现状和发展3

2.2 CK6163卧式车床的总体方案3

3 主轴箱的设计4

3.1 主轴箱的运动设计4

3.1.1 已知条件4

3.1.2 结构分析式4

3.1.3 拟定转速图4

3.1.4 确定转速图5

3.1.5 确定各变速组传动副齿数6

3.2 齿轮传动设计7

3.2.1 渐开线直齿轮设计7

3.2.2 斜齿轮设计8

3.3 主轴传动设计11

3.3.1 确定主轴最小直径11

3.3.2 主轴最佳跨距的确定11

3.3.3 主轴刚度的校核12

3.4 带传动设计12

3.5 滚珠螺母丝杠14

3.5.1 滚珠丝杠副的种类与结构14

3.5.2 内循环式14

3.5.3 外循环式14

3.5.4 滚珠丝杠副的结构参数15

3.5.5 滚珠丝杠副的结构特点15

3.5.6 滚珠丝杠副的安装支撑方式15

4 变速箱的设计17

4.1 运动部分计算17

4.1.1 参数确定的步骤和方法17

4.2 传动设计18

4.2.1 传动结构式、结构网的选择18

4.2.2 主传动顺序的安排19

4.2.3 传动系统的扩大顺序的安排19

4.2.4传动组的变速范围的极限植19

4.2.5 最后扩大传动组的选择20

4.3 转速图的拟定20

4.3.1 主电机的选定20

4.3.2 双速和多速电机的应用20

4.3.3 电机的安装和外形20

4.3.4 常用电机的资料21

4.3.5 齿轮传动比的限制21

4.4 带轮传动部分的设计21

4.4.1 带轮直径确定的方法、步骤21

4.4.2 三角带传动的计算21

4.4.3 选择三角带的型号21

4.4.4 确定带轮的计算直径D1、D222

4.5 齿轮传动部分的设计24

4.6 电磁离合器的选择28

4.6.1 按扭距选择28

4.6.2 步骤28

4.7 轴的设计计算29

4.7.1 轴Ⅱ的设计计算29

4.7.2 轴Ⅶ的设计计算29

4.8 纵向进给系统的设计计算34

4.8.1 纵向进给系统的设计34

4.8.2 纵向进给系统的设计计算34

5 结论与展望40

5.1 结论40

5.2 不足之处及未来展望40

致谢41

参考文献42

摘要

　　　数控技术是当今先进制造技术和装备最核心的技术，机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面：1．功能发展方向；2．结构体系发展方向；3．高速、高效、高精度、高可靠性发展方向；

　　　CK6163型数控机床是开环式的数字程序控制车床。能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工。机床主轴的启动、停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和速度，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线、锥度、直螺纹和锥螺纹等自动循环机能。

　　　CK6163型数控机床有床头箱、变速箱、进给机构、刀架、控制箱等组成。床头箱中由操纵油缸中的活塞杆带动拔叉来控制双向内齿离合器的接通或放松，使主轴实现四级变速。主运动采用分离传动从而使变速箱实现四级变速。进给机构由床鞍纵向进给电液脉冲马达、滚珠丝杠副和中间传动齿轮副组成。

　　　关键词：数控技术；床头箱；变速箱；进给机构；滚珠丝杠；

.1本课题的研究内容和意义

　　　数控机床通常由控制系统，伺服系统，检测系统，机械传动及其他辅助系统组成。数控机床相比较于普通机床有以下特点：（1）加工精度高，拥有稳定加工质量；（2）拥有多坐标的联动，能加工较为复杂的工件；（3）加工时间短；（4）生产效率高；（5）自动化程度高，减轻劳动强度；

　　　数控机床的控制方式有很多种，主要分为开环控制，闭环控制和半闭环控制。开环控制系统没有反馈装置，系统不会计算误差，精度不高，但属于经济型；闭环控制系统和半闭环控制系统都装有反馈装置，他们区别在于反馈检测装置安装位置不同，闭环控制系统的反馈装置在工作台上，而半闭环控制系统的反馈装置在轴端或者丝杆上。本次研究的CK6263型数控机床的控制就属于开环控制系统。

　　　CK6163型数控车床，是车床中应用最广泛、最典型的一种数控车床。该机床是开环式的数字控制车床。能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工。机床主轴的起动、停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和速度，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线、锥度、直螺纹和锥螺纹等自动循环功能。在该机床中采用液压卡盘、液压尾座、快换刀架和机床外对刀装置。该机床使用于加工形状复杂的中小批量的零件。

　　　数控机床的主传动方式分为集中传动方式和分离传动方式。集中传动是指主传动和变速传动在同一个主轴箱内的传动方式，其优点在于结构紧凑，便于实现集中操作，安装调整方便，主要用于普通精度的大中型机床；分离传动是指主传动的大部分传动和变速传动安装于远离主轴的单独变速箱内，通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，其优点在于变速箱内各传动件所产生的的振动和热能不直接传给或少传给主轴，有利于提高主轴工作精度，主要运用于对精度要求高的机床。

　　　CK6163型数控机床就是采用了分离传动，来提高工作精度。2.1 CK6163的现状和发展

?? 数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围复盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地。数控技术的发展趋势：①智能化?；②网络化?；③集成化；④微机电控制系统?；⑤数字化。

　　　我国数控产业发展的思考： 1、注重系统配套； 2、注重产品的可靠性；3、提倡创新，加强服务。

2.2 CK6163卧式车床的总体方案

　　　由于该设计给出的已知条件是16级变速，对于主轴箱的设计采用双联齿轮、拨叉、电磁离合器实现主轴的变速、正转、反转。进给部分用数控系统控制纵横两方向的步进电机，实现X、Y两方向的进给运动；刀架采用四方刀架；参考的普通机床拆除其中的丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；在主轴后端加一主轴编码器，以便加工螺纹。

车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）

最大的工件回转直径D是630mm；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于315mm；主轴通孔直径d要大于或等于80mm；主轴头号（JB2521-79）是4.5；最大工件长度L是1500mm；主轴转速范围是：32～1000r/min；级数范围是：16级；主轴前端孔锥度是公制100号；纵向进给量0.01～20.47mm；刀架横进给量范围(在直径上) 是0.01~20.47mm；刀架纵向和横向进给的脉冲当量0.01mm；主电机功率是13kw。

CK6163型数控机床设计.gif

QQ截图20131030162812.gif

QQ截图20131030162829.gif

内容简介：: 编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目： CK6163型数控机床设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923148学生姓名：肖宇指导教师：尤丽华（职称：副教授）（职称：） 2013年5月25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译三、毕业设计（论文）周次进度计划、检查落实表四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： CK6163型数控机床设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923148学生姓名：肖宇指导教师：尤丽华（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日课题来源受益于国家振兴装备制造业的大环境和强劲的市场需求拉动，国内机床工具行业出现了技术长足发展、投资热情高涨的局面。数控机床的水平、品种和生产能力直接反映了国家的技术、经济综合国力。数控机床作为国防军工的战略装备，是各种武器装备最重要的制造手段，是国防军工装备现代化的重要保证。数控机床一般由输入介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助控制装置、反馈装置和适应控制装置等部分组成。随着振兴装备制造业关键领域的高水平新产品的发展，每个领域都对数控机床提出了更高的要求。CK6163型数控机床也被广泛运用。此次进行对CK6163型数控机床的床头箱、变速箱以及进给机构的设计。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）自20世纪中期以来，随着电子技术的发展。自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，从而推动了自动化的发展，让世界机床业进入了机电一体化的时代。数控机床机床是制造业的加工航母和国名经济的重要基础，它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、美、日等工业化国家已经先后完成数控机床产业化进程，而我国是从20世纪80年代才开始起步，处于发展阶段。长期以来，国产数控机床始终处于抵挡迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。十二五期间我国将持续投入，且力度加大，力争通过10-15年的时间，实现由机床工具生产大国向机床工具强国转变，实现国产中高档数控机床在国内市场占有主导地位等一系列中长期目标。研究内容本设计内容是对CK6163型数控机床的机械部分设计和利用MCS-51系列单片机，对纵、横向进给系统给进行开环设计。使其在纵向和横向具有直线和圆弧插补的功能，驱动元件采用电液脉冲马达，传动系统采用滚珠丝杠，使车床进行精确动作，能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工。机床主轴的启动，停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和速度，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线，锥度、直螺纹和锥螺纹的自动循环机能。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析通过对CK6163型数控机床的了解，总结出CK6163型数控机床的基本结构。工作方式与原理。进行查阅书籍和图册，确定基本设计参数，从而进行初步的作图。交由老师检查，修改。完成后，对图纸进行最终修改及确认，编写设计说明书。可行性分析：2013-2017年中国数控机床行业发展分析报告指出2008年我国年产已达12.2万台；“十一五”期间，随着一些关键技术突破和自主生产能力的形成，我国数控机床产量保持着高速增长。2010年我国数控机床产量达到23.6万台，同比增长62.2%；同时机床消费超达60亿美元，台数超过10万台。2011年我国数控机床产量25.71万台，比上年增长20.6%，产量首次超过25万台，创下历史新高。在经济发展、国家政策大力支持下，我国数控机床业的旺盛需求仍将保持高速增长。由此可见，该设计方案切实可行。研究计划及预期成果2012年11月12日-2012年12月2日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：数控机床床头箱和变速箱的初步设计，总体结构的设计，材料的选择，各部件的参数设计；强度计算，分析验证,优化设计。2013年4月12日-2013年4月25日：完成二维图的绘制。 2013年4月26日-2013年5月25日：毕业论文撰写和修改工作。特色或创新之处数控机床相对于普通机床具有以下优点：具有高度柔性；加工精度高；加工质量稳定、可靠；生产效率高；改善劳动条件；利于生产管理现代化；已具备的条件和尚需解决的问题1. 已具备条件：各类资料比较齐全，查阅方便； CK6163型数控机床已有类似产品可供参考；2. 尚需解决的问题：对一些结构设计部分的具体设计指导，以及制图软件的高级运用技巧。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编编号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目： CK6163 型数控机床设计型数控机床设计信机系系机械工程及自动化专专业业学号： 0923148学生姓名：肖宇指导教师：尤丽华（职称：副教授）（职称：）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚信信承承诺诺书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） CK6163 型数控机床设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 93 学号： 0923148 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I无无锡锡太太湖湖学学院院信信机机系系机机械械工工程程及及自自动动化化专专业业毕毕业业设设计计论论文文任任务务书书一、题目及专题：一、题目及专题：1、题目 CK6163 型数控机床设计 2、专题二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据受益于国家振兴装备制造业的大环境和强劲的市场需求拉动，国内机床工具行业出现了技术长足发展、投资热情高涨的局面。数控机床的水平、品种和生产能力直接反映了国家的技术、经济综合国力。数控机床作为国防军工的战略装备，是各种武器装备最重要的制造手段，是国防军工装备现代化的重要保证。数控机床一般由输入介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助控制装置、反馈装置和适应控制装置等部分组成。随着振兴装备制造业关键领域的高水平新产品的发展，每个领域都对数控机床提出了更高的要求。CK6163 型数控机床也被广泛运用。此次进行对 CK6163 型数控机床的床头箱、变速箱以及进给机构的设计。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1、完成 CK6163 数控机床的床头箱设计； II2、完成 CK6163 数控机床变速箱设计； 3、完成 CK6163 数控机床进给机构设计； 4、完成 CK6163 型数控机床滚珠丝杠的设计； 5、完成 CK6163 型数控机床的零件设计；四、接受任务学生：四、接受任务学生：机械 93 班班姓名姓名肖宇五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 2012 年年 11 月月 12 日日至至 2013 年年 5 月月 25 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师签名签名签名签名签名签名教教研研室室主主任任学科组组长研究所学科组组长研究所所长所长签名签名系主任系主任签名签名2012 年年 11 月月 12 日日III摘摘要要数控技术是当今先进制造技术和装备最核心的技术，机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面：1功能发展方向；2结构体系发展方向；3高速、高效、高精度、高可靠性发展方向；CK6163 型数控机床是开环式的数字程序控制车床。能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工。机床主轴的启动、停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和速度，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线、锥度、直螺纹和锥螺纹等自动循环机能。CK6163 型数控机床有床头箱、变速箱、进给机构、刀架、控制箱等组成。床头箱中由操纵油缸中的活塞杆带动拔叉来控制双向内齿离合器的接通或放松，使主轴实现四级变速。主运动采用分离传动从而使变速箱实现四级变速。进给机构由床鞍纵向进给电液脉冲马达、滚珠丝杠副和中间传动齿轮副组成。关键词：关键词：数控技术；床头箱；变速箱；进给机构；滚珠丝杠；IVAbstractNumerical control technology is the core technology of the advanced manufacturing technology and equipment, machinery manufacturing competition, and its essence is the competition of numerical control technology.From the numerical control technology and equipment development trend, its main research focus has the following several aspects：1 .The direction of function development；2. The direction of structural system development；3. High speed, high efficiency, high precision and high reliability；CK6163 numerical controlled machine tool is the open loop type digital program controlled lathe. To inside and outside the cylinder, cone surface, such as processing arc face, straight thread and taper thread. Start, stop, and variable speed machine tool spindle, longitudinal and transverse feed motion of stroke and speed, transformation and the cooling of a tool, can be controlled automatically. And with a straight line, taper, straight thread and automatic cycle function of taper thread and so on.CK6163 numerical controlled machine tool headstock, transmission, feeding mechanism, tool carriage, control box, etc. Bedside box by manipulating the oil cylinder piston rod to control the bidirectional drive fork of the internal tooth clutch connected or relax, for level 4 speed of spindle. Separation is used in the main movement transmission so that realize four speed gearbox. Feed mechanism by the bed saddle longitudinal feed electric hydraulic pulse motor, ball screw pair and the intermediate transmission gears.Key words: Numerical control technology; Bedside cabinet; Gearbox; Feed mechanism; Ball screw;V目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录 .V1 绪论.1 1.1 本课题的研究内容和意义.1 1.2 国内外的发展概况.1 1.3 本课题应达到的要求.22 总体方案.3 2.1 CK6163 的现状和发展.3 2.2 CK6163 卧式车床的总体方案.33 主轴箱的设计.4 3.1 主轴箱的运动设计.4 3.1.1 已知条件 .4 3.1.2 结构分析式 .4 3.1.3 拟定转速图 .4 3.1.4 确定转速图 .5 3.1.5 确定各变速组传动副齿数 .6 3.2 齿轮传动设计.7 3.2.1 渐开线直齿轮设计 .7 3.2.2 斜齿轮设计 .8 3.3 主轴传动设计.11 3.3.1 确定主轴最小直径 .11 3.3.2 主轴最佳跨距的确定 .11 3.3.3 主轴刚度的校核 .12 3.4 带传动设计.12 3.5 滚珠螺母丝杠.14 3.5.1 滚珠丝杠副的种类与结构 .14 3.5.2 内循环式 .14 3.5.3 外循环式 .14 3.5.4 滚珠丝杠副的结构参数 .15 3.5.5 滚珠丝杠副的结构特点 .15 3.5.6 滚珠丝杠副的安装支撑方式 .154 变速箱的设计.17 4.1 运动部分计算.17 4.1.1 参数确定的步骤和方法 .17 4.2 传动设计.18 4.2.1 传动结构式、结构网的选择.18VI 4.2.2 主传动顺序的安排.19 4.2.3 传动系统的扩大顺序的安排.19 4.2.4 传动组的变速范围的极限植.19 4.2.5 最后扩大传动组的选择.20 4.3 转速图的拟定.20 4.3.1 主电机的选定.20 4.3.2 双速和多速电机的应用.20 4.3.3 电机的安装和外形.20 4.3.4 常用电机的资料.21 4.3.5 齿轮传动比的限制.21 4.4 带轮传动部分的设计.21 4.4.1 带轮直径确定的方法、步骤.21 4.4.2 三角带传动的计算.21 4.4.3 选择三角带的型号.21 4.4.4 确定带轮的计算直径 D1、D2.22 4.5 齿轮传动部分的设计.24 4.6 电磁离合器的选择.28 4.6.1 按扭距选择.28 4.6.2 步骤.28 4.7 轴的设计计算.29 4.7.1 轴的设计计算.29 4.7.2 轴的设计计算.29 4.8 纵向进给系统的设计计算.34 4.8.1 纵向进给系统的设计.34 4.8.2 纵向进给系统的设计计算.345 结论与展望.40 5.1 结论.40 5.2 不足之处及未来展望.40致谢.41参考文献.42CK6163 型数控机床设计11 绪论绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义数控机床通常由控制系统，伺服系统，检测系统，机械传动及其他辅助系统组成。数控机床相比较于普通机床有以下特点：（1）加工精度高，拥有稳定加工质量；（2）拥有多坐标的联动，能加工较为复杂的工件；（3）加工时间短；（4）生产效率高；（5）自动化程度高，减轻劳动强度；数控机床的控制方式有很多种，主要分为开环控制，闭环控制和半闭环控制。开环控制系统没有反馈装置，系统不会计算误差，精度不高，但属于经济型；闭环控制系统和半闭环控制系统都装有反馈装置，他们区别在于反馈检测装置安装位置不同，闭环控制系统的反馈装置在工作台上，而半闭环控制系统的反馈装置在轴端或者丝杆上。本次研究的 CK6263 型数控机床的控制就属于开环控制系统。CK6163 型数控车床，是车床中应用最广泛、最典型的一种数控车床。该机床是开环式的数字控制车床。能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工。机床主轴的起动、停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和速度，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线、锥度、直螺纹和锥螺纹等自动循环功能。在该机床中采用液压卡盘、液压尾座、快换刀架和机床外对刀装置。该机床使用于加工形状复杂的中小批量的零件。数控机床的主传动方式分为集中传动方式和分离传动方式。集中传动是指主传动和变速传动在同一个主轴箱内的传动方式，其优点在于结构紧凑，便于实现集中操作，安装调整方便，主要用于普通精度的大中型机床；分离传动是指主传动的大部分传动和变速传动安装于远离主轴的单独变速箱内，通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，其优点在于变速箱内各传动件所产生的的振动和热能不直接传给或少传给主轴，有利于提高主轴工作精度，主要运用于对精度要求高的机床。CK6163 型数控机床就是采用了分离传动，来提高工作精度。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。目前，欧、美、日等工业化国家已经先后完成数控机床产业化进程，而我国是从 20世纪 80 年代才开始起步，处于发展阶段。国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了 5-10 年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了 10-15 年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形无锡太湖学院学士学位论文2成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。十二五期间我国将持续投入，且力度加大，力争通过 10-15 年的时间，实现由机床工具生产大国向机床工具强国转变，实现国产中高档数控机床在国内市场占有主导地位等一系列中长期目标。在数控机床制造方面，德国和日本一直处于领先地位，德国是老牌工业强国，其锻压机械种类齐全，基本上每一种锻压设备都有代表世界最先进水平的产品，比如通快的钣金成形机床、舒勒的大型覆盖件压力机、多工位压力机和冲压自动生产线、米勒万家顿的电动螺旋压力机、奥姆科的热模锻压力机、哈森克勒佛的离合器式螺旋压力机、拉斯科的锻锤、辛北尔康普的大型液压机、瓦格纳-班宁的碾环机、雷菲尔德的旋压机、FELSS 的旋锻机等等的锻压机械。日本的锻压机械和德国一样，在世界上居于领先地位，尽管在大型和重型锻压设备方面不如德国，但在数控锻压机械，尤其在伺服驱动压力机方面具有很高的技术水平。而在我国沈阳、大连两市已基本成为全国数控车床、加工中心的中央综治委开发基地；在长江三角洲地区已成为数控磨床、电加工机床、板材加工设备、等的主要生产基地。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求本课题主要研究CK6163 型数控机床的设计，主要设计主轴箱和变速箱，还有涉及到进给机构的设计，以及一些零部件的设计。而主要问题是：相关文献资料的缺乏，对一些结构设计部分的具体设计指导，以及制图软件的高级运用技巧。图 1.1 CK6163 型数控机床CK6163 型数控机床设计32 总体方案总体方案2.1 CK6163 的现状和发展的现状和发展数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围复盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地。数控技术的发展趋势：智能化；网络化；集成化；微机电控制系统；数字化。我国数控产业发展的思考： 1、注重系统配套； 2、注重产品的可靠性；3、提倡创新，加强服务。2.2 CK6163 卧式车床的总体方案卧式车床的总体方案由于该设计给出的已知条件是 16 级变速，对于主轴箱的设计采用双联齿轮、拨叉、电磁离合器实现主轴的变速、正转、反转。进给部分用数控系统控制纵横两方向的步进电机，实现 X、Y 两方向的进给运动；刀架采用四方刀架；参考的普通机床拆除其中的丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；在主轴后端加一主轴编码器，以便加工螺纹。车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）最大的工件回转直径 D 是 630mm；刀架上最大工件回转直径 D1大于或等于 315mm；主轴通孔直径 d 要大于或等于 80mm；主轴头号（JB2521-79）是 4.5；最大工件长度 L 是1500mm；主轴转速范围是：321000r/min；级数范围是：16 级；主轴前端孔锥度是公制100 号；纵向进给量 0.0120.47mm；刀架横进给量范围(在直径上) 是 0.0120.47mm；刀架纵向和横向进给的脉冲当量 0.01mm；主电机功率是 13kw。本设计主要着重于主轴箱、变速箱和进给机构的设计。CK6163 型数控机床主要结构图如图 2.1无锡太湖学院学士学位论文4图 2.1 CK6163 型数控机床主CK6163 型数控机床设计53 主轴箱的设计主轴箱的设计3.1 主轴箱的主轴箱的运动设计运动设计 3.1.1 已知条件已知条件低转速 nmin 为 32r/min，高转速 nmax 为 1000r/min，转速调整范围为Rn=nmax/nmin=31.25 取 Rn=32确定公比:选定主轴转速数列的公比为 1.25；求出主轴转速级数 ZZ=lgRn/lg+1= lg32/lg1.25+1=16.53 取 Z=16 3.1.2 结构分析式结构分析式确定结构式：16=222216=22416=242根据拟定转速图的原则筛选结构式1.极限传动比、极限变速范围原则；2.确定传动顺序及传动副数的原则“前多后少”的原则；3.确定传动顺序与扩大顺序相一致的原则“前密后疏” 的原则；4.确定最小传动比的原则“前慢后快” （降速）， “前快后慢” （升速）的原则。经整理得： 16=212224283.1.3 拟定转速图拟定转速图(1)选定电动机一般金属切削机床的驱动，如无特殊性能要求，多采用 Y 系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。Y 系列电动机高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。根据机床所需功率选择 Y160M-4，其同步转速为 1460r/min。（2）分配总降速传动比总降速传动比为 uII=nmin/nd=32/14600.0213,nmin 为主轴最低转速，考虑是否需要增加定比传动副，以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮和及径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。（3）确定各级转速并绘制转速图由 nmin= 32r/min;=1.25；z = 16 确定各级转速：1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80、63、40、32r/min。本设计有四种传动机构，四段无级变速： (1)IV V VI VII VIII (2)IV V VII VIII(3)IV VI VII VIII （下拨叉左）(4)IV VI VII VIII （下拨叉右）先来确定 IV 轴的转速nmax=1450130/18640/3236/36190/304=791；取 nmax=800无锡太湖学院学士学位论文6nmin=145032/4032/40190/304=405；取 nmin=400 根据转速图跟结构式，可确定IV 轴的转速为 400、500、630、800r/min 确定轴 V 的转速因为 IV 轴跟 V 轴是 1：1 传递，所以 V 轴的转速等同 IV 轴转速：400、500、630、800r/min。确定轴 VI 的转速由轴 IV 传递到轴 VI 可以得到四级转速：400、500、630、800r/min由轴 V 传递到轴 VI 可以得到四级转速：40024/60=160；50024/60=200 ；63024/60=252 取 n=250 ；80024/60=320 取 n=315所以 VI 轴的转速确定为 160、200、250、315、400、500、630、800r/min确定轴 VII 的转速由轴 IV 经轴 V 直接传递到轴 VII 可以得到四级转速：400、500、630、800r/min由轴 IV 经轴 VI 传递到轴 VII 可以得到八级转速：80024/60=160 ；63024/60=125；50024/60=100；40024/60=80 (80060/24=2000 3060/24=1575 n=1600 50060/24=1250 40060/24=1000)由轴 IV 经轴 V 传递到轴 VI 再传递到轴 VII 可以得到四级转速：31524/60=160 25024/60=100 20024/60=80 16024/60=63确定 VII 轴的转速为：2000、1600、1250、1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80、63r/min3.1.4 确定转速图确定转速图CK6163 型数控机床设计7图 3.1 CK6163 转速图3.1.5 确定各变速组传动副齿数确定各变速组传动副齿数轴 IV-V: 1/11ia1/12ia时：64、66、68、70、72、74、76、841/11iazS时：64、66、68、70、72、74、76、841/11iazS可取84,于是可得轴 IV 齿数为：42；于是 zS1/11ia可得轴 V 上的齿轮齿数为：42轴 V-VI: ，5 . 2/11ib时：69、72、73、76、77、80、81、84、875 . 2/11ibzS可取 84，于是可得轴 V 上齿轮的齿数为：24；zS于是，得轴 VI 上齿轮的齿数为：6060/241ib轴 VI-轴 VII: 5 . 21ci时： 72、75、78、81、84、87、89、905 . 22cizS可取 84；得轴 VI 齿轮齿数为 24；zS由；得 VII 轴齿轮齿数为 605 . 21ciVII-轴 VIII： 21di时：72、75、78、81、84、87、89、9021dizS可取 90.得轴 VII 齿轮齿数为 30；由得 VIII 轴齿轮齿数为 60zS21di根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：无锡太湖学院学士学位论文8图 3.2 CK6163 床头箱传动系统图3.2 齿轮传动设计齿轮传动设计3.2.1 渐开线直齿轮设计渐开线直齿轮设计（1）选择齿轮材料及精度等级:因为是 1:1 传递,所以两齿轮材料选择一致:齿轮选用合金钢调质，硬度为220250HBs；选 8 级精度，要求齿面粗糙度 Ra3.26.3m（2）模数的确定：在 IV 轴上42 齿数的齿轮最容易受损，所以应以42 齿数齿轮位代表进行模数计算，因为： (3.1) 13211.26FSFdKmT Y Yz查机械设计基础表 10.11“载荷系数 K”得：，因为：1.2K (3.2) 619.55 10pTn式子中P为主动轴的传输功率n为从动轴的的转数IV 轴的计算转速为： 1400 /minnrCK6163 型数控机床设计9则有 (3.3) 619.55 10pTn6139.55 10400kw60.3 10 n mm查机械设计基础表 11.19 得1d查机械设计基础表 10.13“标准外齿轮的齿形系数”得：YF当 z=42 时所对应的外齿轮齿形系数2.41FY 查机械设计基础表 10.14“标准外齿轮的应力修正系数”得：YS当 z=42 时所对应的外齿轮的应力修正系数1.67SY 查机械设计基础图 11.24 得：lim210FMPa查图 11.25 得： 1NY 查表 11.9 得：因为1.3FS lim/FNFFYS所以1 210/1.3161F 经整理得：6321.2 0.3 102.41 1.671.2642210m 取4.27m 4m 于是轴 IV 齿轮的直径为；mmdb1684241因为是渐开线标准直齿轮,所以 V 轴齿轮的模数也为 m=4. ；mmdb1684242（3）校核齿轮按齿根弯曲疲劳强度校核:如果，则校核合格。211FFSFKTY Yb m d确定有关系数与参数：齿形系数；查表 11.12 得 FY2.41FY 应力修正系数；查表 11.13 得 sY1.67sY 许用弯曲应力F由图 11.24 查得lim210FMPa由表 11.9 查得 1.3FS 由图 11.25 查得 1sY 由式 211FFSFKTY Yb m d无锡太湖学院学士学位论文10可得21011611.3FMPa 故212 1.2 3 1062.41 1.87281168 4 4 42FFSFKTY YMPab m m z 齿根弯曲强度校核合格.验算齿轮的圆周速度168 4003.51/5/60 100060 1000dnvm sm s查表可知,选 8 级精度是合适的.3.2.2 斜齿轮设计斜齿轮设计（1）选择齿轮材料及精度等级:按表查得选择齿轮的材料为小齿轮选用 45 钢调质，硬度为 220-150HBs；大齿轮选用 45 钢正火，硬度为 170-210HBs；选 8 级精度，要求齿面粗糙度Ra3.2-6.3um。（2）确定设计准则由于为闭式齿轮传动,且两齿轮均为齿面硬度 HBs 小于等于 350 的软齿面,齿面点蚀是最主要的失效形式.应选按齿面接触疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的主要参数和尺寸,然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度（3）按齿面接触疲劳强度设计确定有关参数与系数:转矩T1 (3.3)619.55 10pTn6139.55 1063kw61.9 10 n mm 荷系数查机械设计基础表 10.11“载荷系数 K”得：K=1.1齿数,螺旋角和齿宽系数1Zd小齿轮齿数取为 30，大齿轮齿数是 60 初选螺旋角=15弹性系数EZ由表 11.11 查得 189.8EZ 许用接触应力HCK6163 型数控机床设计11查机械设计基础由图 11.23 查得： lim1560HMPalim2530HMPa由表 11.9 查得 1HS (3.4)716060 63 1 10 52 407.86 10hNnjL 721/3.93 10NNi查图 11.26 得121NNZZ由可得：lim/HNHHZS1lim11/560HNHHZSMPa2lim22/562HNHHZSMPa故 6311.1 1.9 103 1.151532dmm 11cos153 cos154.9230dmnmmmmZ由表 11. 3 取标准模数为 m=4.5确定中心距 a 螺旋角：0( 12)4.5 (3060)209.642cos2 cos15mn ZZammmm取中心距 a=210mm主要尺寸计算：1014.5 30139.76coscos15mnZdmmmm2024.5 60278.52coscos15mnZdmmmm11 139139dbdmm 取, 。2140bmm1135bmm按齿根弯曲疲劳强度校核确定有关参数与系数： a 当量齿数：13313033.28coscosVZZ21266.76vvZZb 齿形系数FY查表得：；12.54FY22.30FYc 应力修正系数SY无锡太湖学院学士学位论文12查表得：；11.63SY21.73SYd 许用弯曲应力F由图查得：lim1210FMPalim2190FMPa由表查得1.3FS 由图查得：121NNYY由式：lim/FNFFYS可得：lim/162FNFFYSMPalim/146FNFFYSMPa故： 111.6cosFKTb m m z1116FSFY YMPaF2S221211Y Y111FFFFSMPaY Y齿根弯曲强度校核合格.验算齿轮的圆周速度 (3.5)139 630.45/10/60 100060 1000dnvm sm s由表得可知,选 8 级精度是合适的.3.3 主轴传动设计主轴传动设计3.3.1 确定主轴最小直径确定主轴最小直径（1）选择轴的材料,确定许用应力由已知条件可知此主轴箱传递的功率属中小功率,对材料无特殊的要求,故选 45 号钢并经调质处理,由机械设计一书中表 16.1 查得强度极限=637MPa,再由表 16.3 得许B用弯曲应力。160bMPa（2）按扭转强度估算轴径由式： (3.6)33113d1188763pCn考虑到主轴的最小直径处要安装联轴器,会有键槽存在.故需要将估算直径加大.设计手册取标准直径1110dmm3.3.2 主轴最佳跨距的确定主轴最佳跨距的确定主要参数工件最大直径车床，功率.求轴承刚度，考虑机械效率，630mm13PKW主轴最大输出转距：0.859550676100PTNmCK6163 型数控机床设计13床身上最大加工直径约为最大回转直径的 60%,取 50%即,315mm切削力：NFC67601 . 0676背向力：NFFCP338067605 . 05 . 0故总的作用力：NFFFCP755822次力作用于顶在顶尖间的工件上主轴尾架各承受一半,故主轴轴端受力为：/23779FN先假设：mmlal225753, 3/前后支撑分别为：BARRNlaFRNlalFRBA1260225753779250392257522537792根据：9 . 19 . 08.01 . 0cos)(39. 3izlFddFKarrrv5039,1260vAvBFN FN8.8,10.8,17,1,2,30aAaBBBAAlmm lziiz0.90.10.81.93.39 50398.82 30cos01809AKN0.90.10.81.93.39 126010.82 17cos01107BKN1809/1.631107ABKK 10070 /285edmm44640.050.0850.0462.39 10Im1163362.1 102.39 100.65818090.07510AEIK a。查线图0/3la ,与原假设相符75 3225lmm 3.3.3 主轴刚度的校核主轴刚度的校核前支承为双列圆柱滚子轴承，后支承为双列圆柱滚子轴承mmml687. 06875 .315 .12374332当量外径mmde56.808878104351007568054722268444444主轴刚度：由于5 . 05586. 056.80/45/eidd故根据式（10-8）无锡太湖学院学士学位论文14mNaladdkAAies/3 .149107588775104556.8010310392124442444对于机床的刚度要求，取阻尼比035. 0当 v=50m/min,s=0.1mm/r 时,8 .68,/46. 2mmNkcb取：mmDb87. 6%5068702. 002. 0maxlimmNKB36.848 .68cos035. 01035. 0287. 646. 2计算：AK mNlalaaaKKmmmmDLABABBA/5 .766877516871 .28114 . 0751 .2816 . 036.84114 . 06 . 01 .281,1 .2063 . 022222222max加上悬伸量共长mNmNKKAs/3 .152/0 .1275 .7666. 166. 1 可以看出，该机床主轴是合格的.3.4 带传动设计带传动设计电动机转速,传递功率,传动比，1450 /minnr13PKW1.6i 1确定计算功率取，则1.1AK (3.7)1.1 1314.3caAPK PKW2选取 V 带型根据小带轮的转速和计算功率，选 B 型带。3确定带轮直径和验算带速查表小带轮基准直径,mmd1901mmid3046 . 11901902验算带速成 (3.8)10006011ndv其中 -小带轮转速，r/min；1n -小带轮直径，mm；1d ,合适25, 5/14.14100060145019014. 3smv4确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为,则：0a12120.55()2()ddadd 于是：,387.2988a初取中心距为：0400amm带长：021221004)()(22addddaLCK6163 型数控机床设计15mm15834004)190304()304190(214. 340022查表取相近的基准长度，dL。mmLd1600带传动实际中心距mmLLaad5 .4082005验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于。120。合适。21118057.3164.7120dda6确定带的根数 (3.9)LcakkpppZ)(00其中：P 时传递功率的增量；01pi A -按小轮包角，查得的包角系数；k -长度系数；Lk 为避免 V 型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于 10。490. 095. 0)46. 019. 2(25. 8Z7计算带的张紧力0F (3.10)20)5 . 2(500qvkkvZpFca其中： -带的传动功率,KW；cap v-带速,m/s； q-每米带的质量，kg/m；取 q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 NF7 .19342. 917. 0)95. 09 . 05 . 2(442. 925. 8500208计算作用在轴上的压轴力 (3.11)NZFFQ153024 .161sin7 .193422sin2103.5 滚珠螺母丝杠滚珠螺母丝杠3.5.1 滚珠丝杠副的种类与结构滚珠丝杠副的种类与结构滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。工作原理是：当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿无锡太湖学院学士学位论文163.5.2 内循环式内循环式内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。如图 3。在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有 24 个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。优缺点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。图 3.3 内循环示意图 1凸键；2、3反向键；3.5.3 外循环式外循环式外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。如图 3.4，（a）为螺旋槽式外循环（b）为插管式外循环。优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。图 3.4 外循环示意图（a）螺旋槽式：1套筒；2螺母；3滚珠；4挡珠器；5丝杠（b）插管式：1弯管；2压板；3丝杠；4滚珠；5滚道3.5.4 滚珠丝杠副的结构参数滚珠丝杠副的结构参数滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径 D、导程 L 和接触角。公称直径 D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。它与承载能力直接有关，常用范围为 3080 mm，一般大于丝杠长度的 1/351/30。 2）导程 L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；CK6163 型数控机床设计17精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。3.5.5 滚珠丝杠副的结构特点滚珠丝杠副的结构特点 1）摩擦因素小，传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率可达 0.920.96，比常规的丝杠螺母副提高 34 倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠的 1/41/3。2）可预紧消隙。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的间隙，反向运动时无死区，定位精度高，刚度好。3）运动平稳，低速时不易出现爬行现象，传动精度高。4）运动具有可逆性。可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母均可以作为主动件。5）磨损小，使用寿命长。6）所需传动转矩小。7）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高，故制造成本高。8）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于处于重惯性力的作用，常需添加辅助制动装置。3.5.6 滚珠丝杠副的安装支撑方式滚珠丝杠副的安装支撑方式为提高传动刚度，滚珠丝杠合理的支撑结构及正确的安装很重要一般采用高刚度的止推轴承支撑结构，以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。 (a)(b)(c)(d)图 3.5 支承方式（a）一端装止推轴承（固定-自由式）。其承载能力小，轴向刚度低，仅适用于短丝杠，如用于数控机床的调整环节或升降台式数控机床的垂直坐标中。（b）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）。当滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减小丝杠热变的影响，止推轴承的安装位置应远离热源（如液压马达）。无锡太湖学院学士学位论文18（c）两端装止推轴承将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。（d）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）为了提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构形式，可使丝杠的热变形能转化为止推轴承的预紧力。4 变速箱的设计变速箱的设计4.1 运动部分计算运动部分计算4.1.1 参数确定的步骤和方法参数确定的步骤和方法(1)极限切削速度 umaxumin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类工艺要求刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书。然而，根据本次设计的需要选取的值如表 4.1。表 4-1 计参数选取表加工条件umax=300m/minumin=8m/min硬质合金刀具粗加工铸铁件3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹（丝杠等）加工铰孔38(2)主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.10.2）D 和（0.450.5）D。由于 D=630mm，则主轴极限转速应为： nmax=r/min （4.1）max1000(0.1 0.2)uD =7581517r/min ，取=1000r/m； maxnnmin=r/min （4.2）min1000(0.45 0.5)uDCK6163 型数控机床设计19在中考虑车螺纹和绞孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取 0.1D 和 50minn左右。所以：nmin=32r/minmaxmin1000du由于转速范围： R= =maxminnn321000 =31.25 ；因为级数 Z 已知：Z=16 级。现以 =1.26 和 =1.41 代入 R=1z得 R=32 和 173 ，因此取 =1.26 更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以 =1.06 的从110000 的数值，因 =1.26=，从表中找到 nmax=1000r/min，就可以每隔 4 个数406. 1值取一个数，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，32。(3)主轴转速级数 z 和公比已知 =Rn (4.3)maxminnn Rn=且： z=z-1ba32 因机床的电动机转速往往比主轴的大多数转速高，变速系统以降速传动居多，因此，传动系统中若按传动顺序在前面的各轴转速较高，根据转矩公式（单位 N.m）T=，当传递功率一定时，转速较高的轴所传递的扭矩就较小，在其他条件相同nP9500时，传动件（如轴、齿轮）的尺寸就较小，因此，常把传动副数较多的变速组安排在前面的高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此选择结构式如下： 16=。81212122222222(4)主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率 N，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中推荐的数值取：P=13kw4.2 传动设计传动设计4.2.1 传动结构式、结构网的选择传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分无锡太湖学院学士学位论文20析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为 Z 的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有 Z1、Z2、Z3个传动副。即 Z=Z1Z2Z3传动副数由于结构的限制以 2 和 3 的因子积为合适，即变速级数 Z 应为2 和 3 的因子:Z=ba32 可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17 个轴向尺寸 19b传动轴数目 8 根操纵机构简单，两个双联滑移齿轮根据以上分析及计算，拟定变速箱传动结构图如下：图 4.1 变速箱传动结构图图 4.1 中，第轴至第轴，其结构式为： 4=1222 图 4.1 中，第轴至第轴，机床主轴箱传动系统采用分离传动，其主要特点是：（1）在满足传动副极限传动比的条件下，可以得到较大的变速范围。（2）高速由短支传动，有助于减少高速时机床的空运转功率损失。而且高速分支的尺寸可相对小些。（3）变速级数不像常规变速系统那样受 2，3 因子的限制，如与部分转速重合的方法配合，几乎可以得到任意的变速级数，大大增加了可供选择方案的数目。4.2.2 主传动顺序的安排主传动顺序的安排16 级转速传动系统的传动组，可以安排成：2x2x2x2，选择传动组安排方式时，要考CK6163 型数控机床设计21虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴上如果安装摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以 2 为宜，本次设计中就是采用的 2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用 2，或者用一个定比传动副。4.2.3 传动系统的扩大顺序的安排传动系统的扩大顺序的安排对于 16 级的传动只有一种方案，准确的说应该不只有这一个方案，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是： 16=22x 21+ 22x 21+ 22x 21 x 28传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。4.2.4 传动组的变速范围的极限植传动组的变速范围的极限植在主传动系统的降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制，为了避免被动齿轮的直径过大，齿轮传动副最小传动比 umin，最大传动比 umax2，决定了一个传动组的14最大变速范围 rmax=umax/nmin8因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数 x，值为：,x表 4-2 极限传动比数值极限传动比指数1.26x：umin=1x146值；umax=2xx3（x+）值：umin=8xxx94.2.5 最后扩大传动组的选择最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为：Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2即是：Z=16=222122284.3 转速图的拟定转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转图，使主运动逐步具体化。4.3.1 主电机的选定主电机的选定中型机床上，一般都采用三相交流异步电机为动力源，可以在系列中选用。在选择电机型号时，应按以下步骤进行：无锡太湖学院学士学位论文22 机功率 N：根据机床切削能力的要求确定电机功率。但电机产品的功率已经标准化，因此，按要求应选取相近的标准值：N=13kw电机转速 nd：异步电机的转速有：3000、1500、1000、750r/min 类比同类机床 CM6163，在此处选择的是：nd=1450r/min 这个选择是根据电机的转速与主轴最高转速 nmax和轴的转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。4.3.2 双速和多速电机的应用双速和多速电机的应用根据本次设计机床的需要，所选用的是：双速电机4.3.3 电机的安装和外形电机的安装和外形根据电机不同的安装和使用的需要，有四种不同的外形结构，用的最多的有底座式和发兰式两种。本次设计的机床所需选用的是外行安装尺寸之一。具体的安装图可由手册查到。4.3.4 常用电机的资料常用电机的资料根据常用电机所提供的资料，选用：Y132M-44.3.5 齿轮传动比的限制齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：升速传动中，最大传动比 umax2。过大，容易引起震动和噪音。降速传动中，最小传动比 umin1/4。过小，则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞大。4.4 带轮传动部分的设计带轮传动部分的设计根据拟定的转速图上的各传动比，就可以确定带轮直径。4.4.1 带轮直径确定的方法、步骤带轮直径确定的方法、步骤选择三角型号一般机床上的都采用三角带。根据电机转速和功率查图即可确定型号（详情见机床主轴变速箱设计指导 4-1 节）。但图中的解并非只有一种，应使传动带数为 35 根为宜。本次设计中所选的带轮型号和带轮的根数如下：B 型带轮：选取 3 根。确定带轮的最小直径 Dmin（D小）各种型号胶带推荐了最小带轮直径，直接查表即可确定。根据皮带的型号，从教科书机械设计基础教程查表可取：Dmin=186mm计算大带轮直径 D大根据要求的传动比 u 和滑功率确定 D大。当带轮为降速时：（4.4）11uDD小大三角胶带的滑动率 =2%。CK6163 型数控机床设计23三角传动中，在保证最小包角大于 120 度的条件下，传动比可取 1/7u3。对中型通用机床，一般取 12.5 为宜。因此，137.2mmD大343mm经查表取：D大=304mm4.4.2 三角带传动的计算三角带传动的计算三角带传动中，轴间距 A 可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。4.4.3 选择三角带的型号选择三角带的型号根据计算功率 Nj（kw）和小带轮 n1（r/min）查图选择带的型号。计算功率 Nj=KWNd kW式中 Nd电机的额定功率，KW工作情况系数。车床的起动载荷轻，工作载荷稳定，二班制工作时，取：KW=1.1带的型号是：B 型号4.4.4 确定带轮的计算直径确定带轮的计算直径 D D1 1、D D2 2 1）.小带轮计算直径 D1 皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就越大。为提高带的使用寿命，小带轮直径 D1不宜过小，要求大于许用最小带轮直径 Dmin，即 D1Dmin。各型号带对应的最小带轮直径Dmin可查表得：D1=186r/min2）.大带轮计算直径 D2 （4.5）mmDiDnnD11111212 =304r/min式中: n1-小带轮转速 r/min; n2-大带轮转速 r/min; -带的滑动系数,一般取 0.02.算后应将数字圆整为整数。3）.确定三角带速度 u 具体的计算过程如下：（4.6）smnDu/10006011=sm/1000601440186 =10.6m/s对于 O、A、B、C 型胶带，5m/su25m/s。而 u=510m/s 时最为经济耐用。此速度完全符合 B 型皮带的转速。 4）.初定中心距 A0：无锡太湖学院学士学位论文24 带轮的中心距，通常根据机床总体布局初步选定，一般可以在下列范围内选取： A0=（0.62）（D1+D2） mm =490（0.62）mm =294mm980mm 取 A0=760 mm中心距过小，将降低带的寿命；中心距过大时，会引起带振动。中型车床电机轴至变速箱带轮的中心距一般为 750850mm。5）.确定三角带的计算长度 L0及内周长 LN。三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度。（4.7）mmADDDDAL02122100422 =mm760418630430418627602 =2131.7mm圆整到标准的计算长度 L=2132 mm 经查表 LN=2000 mm 修正值 Y=336）.验算三角带的扰曲次数 u 40 次/s （则合格）Lmuu1000 式中：m-带轮个数。如 u 超限。可加大 L（加大 A）或降低 u（减少 D2、D1）来解决。代入数据得20331021000u =10.5 次/s 40 次/s是合格的，不需作出任何修改。7）.确定实际中心距 A （4.8）mmLLAA200mm27 .21312033760mm35.49760= 710.65 mm8）.验算小带轮包角 1 1180-（D2-D1）/A*60120 （4.9）如果 1过小，应加大中心距或加张紧装置。代入数值如下：CK6163 型数控机床设计25 （4.10）60180121ADD =176.98120经校核合格。9）.确定三角带根数 z （4.11）10CNNzi 式中：N0-单根三角带在 1=180、特定长度、平稳工作情况下传递的功率值。（ C1-包角系数。）参数的选择可以根据书中的表差取： N0=2.71；C1=0.99；Kw=1.1 带入数值得：10CNNzi 10CNNKdw 99. 071. 25 . 71 . 1112. 3所以，传动带根数选 3 根。次此公式中所有的参数没有作特别说明的都是从机床主轴变速箱设计指导 4.5 齿轮传动部分的设计齿轮传动部分的设计选择以机床变速箱中第轴和第轴间，两啮合直齿圆柱齿轮 Z1 和 Z2，对其进行齿轮传动部分的设计和验算。根据总体结构方案，主电机功率 13KW,转速 1450r/min，要求输出轴转速 1000 r/min，齿轮齿数比 U=1.25。具体计算如下：（1)大、小齿轮的材料均为 45 钢，经调质与表面淬火处理，硬度为 4050HRC（2)选小齿轮齿数=28,大齿轮齿数=U=1.2528=35,齿数比 U=1.25121（3)按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即d1t (4.12)mmZuuTKHEdtt232)(132. 21 选取载荷系数 Kt= =1.2 2 计算大齿轮传递的转矩T2 =95.510 P1/n1=95.510 13/1450 N.mm =8.56210 N.mm5543 选取齿宽系数 d =14 查得材料的弹性影响系数 ZE =189.8MPa2/15 按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 =Hlim2 =550 MPa6 计算应力循环次数无锡太湖学院学士学位论文26N2 =60n1jLh=6014501(2836515)=7.6212109N1 =7.621210 1.25=9.526510997 查得接触疲劳寿命系数 KHN1=0.86；KHN2=0.888 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得 =1HMPSKHHN47355086. 01lim1 =2HMPSKHHN48455088. 02lim29 试算小齿轮分度圆直径 d1t,带入中较小的值Hd1t =69.429mm234232)4738 .189(25. 125. 219 . 0 108.5622 . 132. 2)(132. 2HEdttZuuTK10计算圆周速度 (4.13)smsmndt/64. 3/1000601000429.691000601111 计算齿宽 bb=dd1t=169.429 mm=69.429 mm12计算齿宽与齿高之比 b/h模数 mt=d1t/Z1=69.429/28 mm=2.480 mm齿高 h=2.25mt=2.252.480 mm=5.58 mm b/h=69.429/5.58=12.4413计算载荷系数根据=3.64m/s,7 级精度，查得动载荷系数 Kv= =1.14；直齿轮，假设 KAFt/b 100 N/mm。查表得 KH= =KF= =1.2；查表得使用系数 KA= =1；查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，KH= =1.14+0.18（1+0.6d）d+0.2310b223将数据带入后，得KH= =1.14+0.18（1+0.61 ）1 +0.231069.429= =1.444；223由 b/h=10.66，KH= =1.444 查图机械设计10-13 得 KF= =1.32；故载荷系数 K= =KAKvKHKH= =11.141.21.444= =1.97514按实际的载荷系数效正所得的分度圆直径，由式 69.429mmtdd113/tKK81.793 . 1/975. 1315计算模数 m m= =d1/Z1= =79.81/28 mm= =2.85 mm（4）按齿根弯曲强度设计CK6163 型数控机床设计27 (4.14) 32112FSaFadYYzKTm1查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限均为 FE1=710MPa；2查得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.805,KFN2=0.82；3计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式 (4.15) MPMPSKFEFNF25.4084 . 1710805. 0111 MPMPSKFEFNF86.4154 . 171082. 02224计算载荷系数 KK=KAKvKFKF= =11.141.21.32=1.8065查取齿形系数查得 YFa1= =2.61； YFa2= =2.52。6查取应力校正系数查得 YSa1= =1.58；YSa2= =1.625。7计算大、小齿轮的并加以比较 FSaFaYY 01010. 025.40858. 161. 2111FSaFaYY 00985. 086.415625. 152. 2222FSaFaYY小齿轮的数值大。8设计计算 mm=1.53 mm32401010.02819.010562.8806.12m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 1.53 并就近圆整为标准值 m= =3 mm，按接触强度算得的分度圆直径 d1=79.81 mm,算出小齿轮的齿数：，取=32 mm 6 .26381.7911mdZ1(4.16)大齿轮齿数 =U=1.2532=40，取=40。212（5）几何尺寸计算 1计算分度圆直径无锡太湖学院学士学位论文28d1= Z1m= =323 mm=96 mm ；d2= Z2m= =403 mm=120 mm 2计算中心距 a=(d1+d2)/2=108 mm 3计算齿轮宽度b=dd1=196 mm=96 mm因为变速箱中，小齿轮 1 固定安装在第轴上；大齿轮 2 安装在第轴上，且为双联滑移齿轮，两齿轮副传动比取值为 1.25，变速箱做减速传动。考虑整个变速系统的总体结构及其安装，取 B2=108 mm，B1=42 mm。4验算： (4.17)NNdTFt142712010562. 822242100 N/mm,合适。mmNmmNbFKtA/2 .13/108142715结构设计及绘制齿轮零件图如下：图 4.3 滑移双联齿轮、小齿轮结构图机床主轴箱中，第轴和轴间为一对斜齿轮，两齿轮的材料选用 40Cr，经过调质与表面淬火处理，硬度为 4855HRC，许用接触强度疲劳应力，精度等级MPaHP340取 7 级。经校核，齿轮齿面接触强度和齿根弯曲疲劳强度均满足要求。此处，计算和验算过程略。两斜齿轮参数选择具体如下：1齿轮齿数Z1=30 ； Z2=uZ1=230=602中心距：，将中心距圆整为 210mm (4.18)mmmZZan643.20915cos25 . 46030cos2213按圆整后的中心距修正螺旋角：5121535888558.1521025 . 46030arccos2arccos21 amZZn4大、小齿轮的分度圆直径CK6163 型数控机床设计29 (4.19)mmmmmZdn14051215cos5 . 430cos11 mmmmmZdn28051215cos5 . 460cos22 5齿轮宽度mmmmdbd1121408 . 01圆整后取 B2=100 mm，B1=110 mm。6斜齿轮结构如图所示图 4.4 小斜齿轮结构图图 4.5 大斜齿轮结构图4.6 电磁离合器的选择电磁离合器的选择摩擦电磁离合器目前在数控机床中应用十分广泛，因为它可以在运转中自动的接通或脱开，且具有结合平稳，没有冲击、构造紧凑的特点，部分零件已经标准化，多用于机床主传动。选用时应作必要的计算。根据初步的计算可从离合器的选择与运用一书中选取，所有的作图和计算尺寸都见书中的表。4.6.1 按扭距选择按扭距选择一般应使用和设计的离合器的额定静扭距 Mj和额定扭距 Md满足工作要求，由于普通车床是在空载下启动和反向的，故只需按离合器结合后的静负载扭距来选。即： (4.20)mNnNKKMMjnj9550对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭距设计离合器。4.6.2 步骤步骤1）.决定外摩擦片的内径 d。根据结构需要，如为轴装式时，摩擦片的内径 d 应比安装轴的轴径大 26mm。无锡太湖学院学士学位论文302）.选择摩擦片尺寸：可以在参考书中选择，具体的型号见图纸。3）.计算摩擦面对数 z (4.21) mvznKKdDpfKKMZ33120式中：f-摩擦片间的摩擦系数（有表可选）； -许用压强 MPa（有表可选）； p D-摩擦片内片外径 mm（有表可选）； d-摩擦片外片内径 mm（有表可选）； Ku-速度修正系数（有表可选）； Kz-结合面数修正系数（有表可选）； Km-结合次数修正系数（有表可选）。代入数值得：取 Z=9。4.7 轴的设计计算轴的设计计算4.7.1 轴轴的设计计算的设计计算 1轴的材料选用 45 钢，并经调质处理。2轴的结构设计轴的结构如图所示：图 4.6 轴结构图3 由于轴的实质结构没有变化，而且各部分直径也大于等于原轴的最小直径，故轴的强度是可以满足工作要求的，具体的校核计算就略去了。4.7.2 轴轴的设计计算的设计计算 1轴的材料选用 45 号钢，并经过调质处理。2估算周的最小直径查表得常数，1120A (4.22)(9 .253220minmmnpAd3 轴的结构设计（见图如下所示）CK6163 型数控机床设计31图 4.7 轴结构图4 轴的刚度验算轴的变形条件和允许值轴上装齿轮和轴承处的挠度和倾角（y 和）应小于弯曲刚度的许用值Y和，即 yY，。轴的弯曲变形的允许值如表 3.3（L：轴的跨度；m：模数；）表 4.3 轴的弯曲变形允许值表轴的类型Y（mm）变形部位（rad）一般传动轴（0.00030.0005）L装向心轴承处0.0025刚度要求较高（0.0002）L装齿轮处0.001安装齿轮轴（0.010.03）m装单列圆锥滚子轴承0.0006装滑动轴承处0.001安装蜗轮轴（0.020.05）m装单列圆柱滚子轴承处0.001 轴的变形计算公式：计算轴本身弯曲的挠度 y 及倾角时，一般常将一轴简化为集中载荷下的简支架，按材料力学的有关公式计算，当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时，可把轴看做等直径，采用平均直径 d1计算，计算轴时选择用平均直径（d1）或当量直径（d2）。圆轴：平均直径 (4.23)iddi1惯性矩 (4.24)6441dI 矩形花键轴：平均直径： (4.25)21dDd当量直径： (4.26)42642d 惯性矩： (4.27)64)(624dDdDdI 轴的力分解和变形合式对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形的公式求出所求截面的两个垂直平面的 y 和，然后进行叠加，在同一平面内进行代数叠加，在两个垂直面内则按几何合成，求出该截面的总载度和总倾角。危险工作截面的判断：无锡太湖学院学士学位论文32 验算刚度时应选择最危险的工作条件进行，一般是轴的计算转速最低，传动齿轮直径最小且位于周的中央，这时轴的受力将使总的变形剧烈。如果对两三种工作工作条件难以判断哪一种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值 y 和。提高轴的刚度的一些措施加大轴的直径，适当减小轴的跨度或者增加第三支撑，重新安排齿轮在轴上的位置；改变轴的布置方位等。轴的校核计算轴的受力简图：图 4.8 轴受力图轴的传动路线有两条，一条是、由齿轮 9 传动至轴上，再又齿轮 12 至齿轮 13 带动主轴运转；另一条是由齿轮 10 和齿轮 11 传动至轴上，再又齿轮 12 至齿轮 13 带动主轴运转。a ) 先校核由齿轮 10 传入，齿轮 12 传出时轴的强度1)作轴的水平面（H）弯矩图和垂直面（V）弯矩图1计算轴上的功率：KWp504.1097. 01372 轴上的转矩：mmNT.159000063504.1010550. 962齿轮 11 的圆周力NNdTFtB1325024015900002222齿轮 11 的径向力NNtgtgFFtBrB6 .48222013250齿轮 12 的圆周力NNdTFtD2355513515900002232齿轮 12 的径向力NNtgtgFFntDrD96.888851215cos2023550cos 齿轮 12 的轴向力NNtgtgFFtDaD95.64695121523555 2求在水平面内的支反力，由受力图,MA=0 ，ME=0 CK6163 型数控机床设计33NFFFFNHENHEtDtB7 .23468)1304871228()4871228(2281得：列方程NFFFFNHAtDtBNHA3 .133361302494772得：列方程3求在垂直面内的支反力，由受力图,MA=0 ，ME=0 NFdFFFFNVEaDrDNVErB8 .5076233474772283得：列方程NFdFFFFNVAaDrDNVArB7 .820231304772494得：列方程4画轴水平面（H）和垂直面（V）内的受力图、弯矩图如下图 4.9 齿轮水平面和垂直面受力图和弯矩图2）作弯矩和转矩图1 齿轮 11 的作用力在水平面的弯矩图如上：齿轮 11 的作用力在垂直面的弯矩图如上：mNmmNFMNVABV2 .187187196228齿轮 11 在 B 截面作出的最大合成弯矩为mNmmNFMNHABH6 .30404 .3040676228无锡太湖学院学士学位论文34mNmNMMMBVBHB4 .30462 .1876 .304022222 齿轮 12 的作用力在水平面的弯矩图如上：mNmmNFMNHADH0 .4631 .462796347齿轮 12 的作用力在垂直面的弯矩图如上：mNmmNFMNVADV8 .2849 .284782347齿轮 12 在 D 截面作出的最大合成弯矩为mNmNMMMDVDHD6 .5438 .28446322223）作 B、D 两截面最大合成弯矩图和扭矩图图 4.10 齿轮弯矩图和扭矩图4）轴的强度校核，经过分析可知，B 所在的截面为危险截面，按第三强度理论a)计算弯矩mNTMMBBca/5.3142)6.12856.0(4.3046)(2222查机械设计手册第二版第四卷，轴的抗弯截面系数 39 .16138mmW (4.28)MPaMPaWMca6072. 61ca故满足第三强度理论。刚度校核：在水平面（H）内FtB单独作用时mmEIblPbfc03936. 0201187101 . 248)25.126425.4073(25.1261457448)43(52221FtD单独作用时 mmEIblPbfc03418. 0201187101 . 248)25.126425.4073(25.1261457448)43(522222 在和 FtBFtD共同作用下mmfffccc00518. 021CK6163 型数控机床设计35在垂直面（V）内：单独作用时 rBF mmEIblPbfc01433. 0201187101 . 248)25.126425.4073(25.1265 .53048)43(52222单独作用时 rDFmmEIblPbfc01242. 0201187101 . 248)129425.4073(129453248)43(52222在与共同作用下时rBFrDFmmfc00191. 0故在共同作用下，处为危险截面。rDtDrBtBFFFF,2x其最大挠度为mmfc00055200191. 000051822而一般y=（0.00030.0005）l =01221750203625mm.故,符合要求。yfc轴的转角校核就不再验算。b）再校核由齿轮 9 传入，齿轮 12 传出时轴的强度；步骤方法同上，经过校核轴的强度和刚度均满足要求。设计过程中，依 b)组传动方案，此处轴的强度和刚度校核过程省略。4.8 纵向进给系统的设计计算纵向进给系统的设计计算4.8.1 纵向进给系统的设计纵向进给系统的设计根据设计任务，系统应采用连续控制系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。纵向进给系统采用步进电机减速齿轮滚珠丝杆螺母溜板的传动方式，数控工作台为数控回转转台。4.8.2 纵向进给系统的设计计算纵向进给系统的设计计算已知条件：工作台质量： W=100kgf=1000N时间常数： T=25ms滚珠丝杆： Lo=8mm脉冲当量： p=0.01mm/脉冲1、切削力计算由机床设计手册可知，最大切削功率： (4.29)主切PP式中：-主电机功率，=7.5kW主P主P-主传动系统的总效率，一般为 0.70.85，取=0.8则： kWkWP68 . 05 . 7切无锡太湖学院学士学位论文36切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力(或转矩)和最大切削速度(转速)来计算，即： 60103cFP切(4.30)式中：-主切削力(N);cF-最大切削速度(m/min)。按用硬质合金刀具半精车钢件时的速度取值=100m/min; (4.31)NNFc3600100106603在一般外圆车削时，；cfFF)55. 01 . 0(cpFF)65. 015. 0(取；NNFFcf1728360048. 048. 0NNFFcp2088360058. 058. 02、滚珠丝杠副的计算和选型：滚珠丝杠副的设计主要是型号的选择和性能验算。纵向进给为综合型导轨，按式计算丝杠轴向进给切削力。其中 K=1.5，取=0.16，则： f2 .2691)8003600(16. 0172815. 1)(NWFfkFFcfm最大切削力下的进给速度可取最高进给速度量的 1/21/5(取为 1/2)，纵向最大进给sV速度为 0.6m/min,丝杠导程=8mm,则丝杠转速为：0L (4.32)min/5 .3785 . 0min/6 . 0100010000rmmmmLVns丝杠使用寿命时间取为 T=15000h。则丝杠的计算寿命 L 为： (4.33)10(75.331015000min/5 .37601060666rhrnTL根据工作负载、寿命 L，计算滚珠丝杠副承受的最大动载荷，取mFmC，；2 . 1wf1af (4.34)NNfFfLCamwm3 .10436412 .26912 . 175.3333由参照某厂滚珠丝杠副产品样本，可采用 W6008 内循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝mC杠副，1 列 3.5 圈，其额定动负载为 181000N，精度等级选为 3 级。其几何参数如下：公称直径=63mm,导程=8mm，螺纹升角, 滚珠直径=4.763mm,0d0L91200dLarctgwD螺杆内径=60mm。1d按式(5-9)校验丝杆螺母副的传动效率，其中磨擦角01 (4.35)94. 0)01912(912)(tgtgtgtgCK6163 型数控机床设计37纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图所示支承间距。丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的 1/3。丝杠mml1500的变形量计算如下：滚珠丝杠截面面积，按丝杠螺纹的底径确定：2229 .1016984.354mmmmA工作负载引起的导程的变化量可用下式计算：mF0L0L (4.36)mmmmEALFLm440010771. 09 .1016106 .2062 .2691则丝杠拉伸或压缩变形量：1 (4.37)mmmmmmlLL240011092. 11500610771. 0由于两端均采用角接触，且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度可比一端固定的丝杠提高4 倍。其实际变形量为:：mm2111048. 041滚珠与螺纹滚道间接变形量按下式进行计算：2mmmmZFdFym0093. 0969. 3405 . 22088969. 32 .26910013. 00013. 0323202因丝杠加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的 1/3 时，可减少一半，因此实际变形2量为：mmmm2210465. 02/0093. 0支承滚珠丝杆的轴承为 51209 型推力球轴承，几何参数为： =40mm,滚动体直径1d=10mm，滚动体数量=18。轴承的轴向接触变形量可按式(2.37)计算：QdQZ3mmmmZdFQQm0078. 01835. 61 .2690024. 00024. 03223223注意，此公式中单位应为 kg.f。mF因施加预紧力，故实际变形量：mmmm0039. 00078. 02/12/113根据以上计算，总变形量为：mmmmmmmm01335. 00039. 000465. 00048. 0321三级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。mm/15因为滚珠丝杆两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需做稳定性无锡太湖学院学士学位论文38校核。1 ) 减速齿轮设计根据给定的纵向进给脉冲当量 0.01mm，滚珠丝杠导程，及初选的步mmL80进电动机步距角，可计算出传动比75. 0i (4.38)6 . 0875. 001. 0360i选取齿轮齿数为=30、=50，m

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