机械毕业设计-C6180普通车床的数控化改造-主传动、电动刀架.doc

LULIANG UNIVERSITY分类号： 密 级： 毕业设计题 目:C6180普通车床数控改造（主传动、电动刀架）系 别:矿业工程系专业年级:机械设计制造及其自动化2013级姓名:刘 泽学号:20131804416指导教师:贾育秦教授2017年05月10日原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属吕梁学院。本人完全了解吕梁学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权吕梁学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为吕梁学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为吕梁学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 吕梁学院本科毕业论文（设计）摘 要伴随着科学技术的快速发展，数控机床已成为衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。对普通机床进行数控改造，尤其适应我国机床拥有数量大，生产规模小的具体国情。这样不但可以使改造后的机床满足技术发展的需求，提高生产率和产品精度，增大设备适应能力和型面加工范围，还可弥补定购新的数控机床交货周期长的不足。所以用此方法对我国中、小型企业来说是十分理想的选择。 在数控机床的逐渐普及的过程中，数控系统的价格不断降低，使得旧机床进行数控化改造的优点更明显，促使越来越多的机械加工厂选择旧机床数控改造作为设备更新的途径。世界各国，包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司，翻新公司或改造公司，承担旧机床数控改造的任务，并成功地改造了一些大型和重型机床。本文对C6180普通车床进行数控化改造进行了深入研究，主要在主传动系统和电动刀架俩方面进行改造。通过对原有主要技术参数、传动系统、机床关键部件参数的计算，对原机床主传动和刀架系统结构进行数控化改造设计、对机床改造方案的选择以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。最终经过改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能够达到预期效果。提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度，改造后的机床性能更加稳定可靠，可以有效提高工件加工精度和生产效率。关键词：普通车床；数控化改造；主传动系统；自动回转刀架AbstractWith the rapid development of science and technology, CNC machine tools have become an important symbol to measure the level of a countrys machinery manufacturing industry. NC transformation of ordinary machine tools, especially to adapt to Chinas large number of machine tools, small production scale of specific national conditions. It can not only make the machine modified to meet the needs of technology development, improve the productivity and increase the precision, adaptability and surface processing equipment, also can make up the order new NC machine short delivery period. Therefore, this method is very ideal for our medium and small enterprises.The popularity of CNC machine tools CNC system, continue to lower prices, because of the advantages of old CNC machine tools for the transformation of the more obvious, more and more mechanical processing plant selection of NC transformation of the old machine as a way of updating equipment. All over the world, including many developed countries have set up a machine repair, renovation company or transformation of the company, undertake the NC transformation of the old machine, and successfully transformed some large and heavy machine tool.In this paper, the NC transformation of C6180 lathe has been studied deeply, mainly in the main drive system and the electric tool rest. Through the calculation of the original main technical parameters, transmission system, key parts of the machine tool parameters, selection of NC transformation, and the performance of the machine tool after the transformation is more stable and reliable, and the machining accuracy and the production efficiency of the workpiece can be effectively improved. Key words: Centre Lathe; Numerical control transformation; Main drive system; Circular cutter holder 吕梁学院本科毕业设计 目 录第1章 绪 论11.1概述11.1.1国内外数控机床的发展状况11.1.2 国内外数控机床改造的状况21.1.3机床数控化改造的优点31.1.4 机床数控化改造的必要性和可能性31.2 本课题的目的和意义4第2章 C6180普通车床主传动系统的数控化改造52.1 C6180原车床简介52.1.1 原机床的功能52.1.2 原机床的主要结构52.1.3原机床的主要技术参数52.1.4 原机床的传动系统62.1.5 普通车床的数控化改造62.2 总体方案的确定62.3 数控机床主传动系统72.3.1 概述72.3.2 改造后的数控机床主传动系统的特点72.3.3 数控车床主传动系统的配置方式72.4 主运动参数计算92.4.1 主轴最大切削功率及电动机的确定92.4.2 主传动系统的设计102.4.3 确定各级传动副齿轮的齿数122.4.4 轴及齿轮计算转矩的确定132.4.5各齿轮副模数计算142.4.6 各轴间中心距的计算152.4.7 确定各轴的最小直径152.4.8 齿轮参数的计算15第3章 主轴及其组件的设计173.1 主轴组件的基本要求173.2 主轴主要结构参数的确定183.3主轴组件校核19第4章 刀架改造设计234.1 改造后的自动回转刀架的基本要求234.2 电动刀架的结构及选择234.3自动回转刀架工作原理244.4刀架的安装26第5章 总 结27参考文献28致 谢29吕梁学院本科毕业设计第1章 绪 论本文是将普通车床C6180进行数控化改造设计，主要在主传动系统和电动刀架俩方面进行改造。随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。如果将车床设备全部更新换代，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。所以最经济的办法就是将普通车床进行数控化改造。采用数控化改造，不但可以使改造后的车床满足了技术发展的需要，提高了生产率和产品精度，增大了设备适应能力和型面加工范围，最主要的是解放了劳动力，工人的工作强度降低，还可以弥补订购新的数控机床交货周期长、资金投入大、成本高的不足。所以用此方案对中、小型企业说是十分理想的选择。1.1概述1.1.1国内外数控机床的发展状况1946年第一台计算机在美国诞生，1952年世界第一台数控机床也在美国诞生，用于三轴镗铣床的加工，自此，数控机床的发展紧随着微电子技术和计算机技术的发展而发展，近60年来，数控机床经历了两个阶段，六个时代的发展过程。第一阶段叫逻辑数字控制阶段，其经历了电子管、晶体管和小规模集成电路三个时代；第二阶段计算机数字逻辑控制阶段，其经历了小型计算机、微处理器和PC机三个时代。目前世界上数控机床每隔2-3年就发展一代，日本、美国、德国、西班牙等国家在数控机床的研制、开发方面走在世界的前列，其中德国SIEMENS系列、日本FANUC系列、西班牙FAGOR系列、美国CINCINNATI系列以其高的的可靠性和卓越的性能在世界各地赢得了用户的青睐。进入八十年代以来，市场竞争激烈，产品更新换代极为迅速，规模生产效益显著，而且随着航空工业、汽车工业以及轻工业生产的高速增长，复杂型面零件越来越多，对精度要求越来越高，这就迫切要求加工这些零件的机床向高度柔性的数控机床方向发展，其在加工设备中所占比例越来越高，其拥有量是衡量一个国家工业水平的标准。因此，世界其他各国也在大力开发机械制造自动化技术。我国从1958年开始数控机床的研制，其主要工作是剖析国外数控机床。70年代中期，由于电子元器件的质量和制造工艺水平差，致使国产数控机床的稳定性和可靠性未从根本上得到解决。另外售价也贵，未能及时推广。我国数控机床从八十年代重新开始起步发展，到1993年产量已增长1828倍，产值数控化率从1%增到12%。数控机床生产逐渐形成批量，开始出现了一批以北京研究所为龙头的机床厂。主要生产BF7、BF3、MTC-1等数控系统，后来又组建了许多经济型数控系统的生产厂家，如：武汉华中数控有限公司、南京大方股份有限公司等等。数控机床一方面向大型多功能方向发展；一方面向经济型方向发展。所谓经济型数控机床是指价格低廉，操作使用方便，适合我国国情的装有数控系统的自动化机床。由此可见，我国在作为机械制造自动化的数控机床设备，无论是在品种上、质量上，还是在使用上，同世界先进水平比均有很大差距，这也是制约我国机械工业发展的重要因素。1.1.2 国内外数控机床改造的状况 数控机床的逐渐普及，数控系统的价格不断降低，使得旧机床进行数控化改造的优点更明显，促使越来越多的机械加工厂选择旧机床数控改造作为设备更新的途径。世界各国，包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司，翻新公司或改造公司，承担旧机床数控改造的任务，并成功地改造了一些大型和重型机床。德国的Schiess公司在1981年吧一台加工直径为19m的超重型立式车床改装成数控机床。该机床是1929年生产的，当时曾是世界上最大的机床，其改造内容有：工作台导轨改装成静压导轨，承载能力增加了50%；主传动采用半导体可控硅控制，取代老式机组的传动刀架的滑动导轨改为滚动导轨；增加测量显示装置，配置数控系统等。该机床的全部改造费用仅为当时同类规格新机床价格1200万马克的28.9%，其中大修费用占7.9%数控改造费占20.8%。该公司还改造了一台最大直径为14m的超重型立式车床，全部改造费用为当时同类规格新机床价格800万马克的19.1% 。 我国常柴股份公司曾改造一台仿形铣床，改造费用40万，节约投资近250万元，用其加工N485柴油机铸造用模具，每套外协加工费用270万元，不到三个月时间，此台仿形铣床完成了两套N485模具和20套空调模具的加工。根据常柴股份公司对已完成数控化改造的11台加工中心和1台仿形铣床投入运行后统计，新增产值达到3000多万元，取得了良好的经济效益。我国从八十年代初期开始进行数控化改造技术研究和推广，到现在已有三十多年的历史。这中间取得了不少经验，但失败的教训也不少。由于机床数控化改造工艺不完善，使得改造目前大都局限在中小型车铣床的数控改造上，这和工业发达国家的水平尚有很大差距。1.1.3机床数控化改造的优点采用国内外先进工艺、先进技术对旧机床进行改造有以下优点：（1）机床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为机床的改造方案是根据原机床中存在的问题提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能与生产紧密结合，可以直接将科学技术转化为生产力。（2）机床改造可以充分利用原机床的绝大部分，大大节约原材料和资金，同时见效快，改造周期短，与新机床制造相比只需要其1/10-1/15的时间，工期大大缩减，从而节约了成本，解决了生产急需。（3）改造后的机床性能稳定可靠，机床应用范围的到扩大，适应多品种、小批量的零件生产。这是因为机床的大型结构件一般是铸铁制成的，而铸铁件年代越久则时效越充分，精度比新铸件更加稳定。改造不需要改变支撑累大型构件，只需修复或更换若干中小部件就可获得与新机床类似效果。改造后的机床功能有较好的提高，除了保留原有功能外，还可以满足各种复杂型面累零件加工，极大地扩大了机床的应用范围。 （4）经过数控改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。因为改造时可根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次。如某单位3.4m的立式车床改造后，加工球体轴承座零件，其2m直径偏差仅为0.035mm，满足了设计要求，并且机床改造后的工作效率提高了5-6倍。 （5）可充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的积极性；同时降低对工人技术水平的要求。1.1.4 机床数控化改造的必要性和可能性数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作用，机床数控化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数控化率有两个途径：一是购买新的数控机床，即更新设备；二是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验，以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧机床换上新部件、新装置、新附件，提高现有机床的技术性指标，是之全部或部分达到新数控机床的水平。机床数控化改造主要内容有以下几点：(1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。(2) NC化，在普通机床上加上数控显示装置，或加数控系统，改造成 NC机床、CNC机床。(3) 翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度。(4) 技术更新或技术创新，为提高性能和档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有的基础上进行较大规模的技术更新或创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。对普通机床和旧机床进行数控化改造是可行的。首先我国经济增长方式正在由粗放型向集约型转变，集约型经济增长方式就是以经济效益为中心，主要依靠科技进步和提高劳动者素质，重点放在现有企业的挖潜改造、充实和提高上，也就是运用高技术对老设备进行改造，以大幅度体改产品质量，降低成本，达到提高经济效益的目的；二是技术上的保障；三是在经济方面，机床数控化改造针对性强、投资少、资金利用率高，许多基础部件仍可利用，可以缩短改造周期并降低生产成本。另外筹集资金相对容易一些。购买一台的数控机床一般需要几十万到几百万，改造一台只需几万到十几万即可。1.2 本课题的目的和意义通过这次的毕业设计，使我能够熟练使用各种工具，如图书馆借阅教科书、工具书，网路等了解和深刻认识机械产品设计的方法和步骤，最终把所学的专业知识全部应用到具体实例，还可以有效地巩固所学的基础理论知识以及相关绘图软件，真正做到了学有所用，为即将踏入工作岗位的我打下坚实的基础。在设计中通过运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。第2章 C6180普通车床主传动系统的数控化改造2.1 C6180原车床简介2.1.1 原机床的功能 CW6180车床功率大、刚性强、主轴调速范围广，适用于强力或高速切削，可以车削端面、外圆、肉孔以及公制、英制、模数、径节各种螺纹，并可承担钻孔、套料、镗孔等工艺。主轴的制动及正反转变向是液压控制，刹车灵敏可靠，可用按钮不停车变换一级速度。头箱内用压力油制润滑，主轴转速范围具有数种，供用户选择。溜板箱内有安全机构，可防止车床因过载而损坏。上刀架可以机动车削短的锥体，纵向进给与上刀架进给的复合运动可机动车削长的锥体，床身导轨经表面淬火，以提高导轨的寿命。车床的操纵手柄集中，使用方便灵活。、2.1.2 原机床的主要结构C6180普通车床的结构外形如图21所示。图 2-1 C6180普通车床的结构外形图1一进给箱 2一挂轮箱 3主轴变速箱 4一卡盘 5一刀架6一溜板箱 7一尾座 8一丝杠 9一光杆 10一床身2.1.3原机床的主要技术参数床身上最大工件回转直径 800mm最大工件长度 1500mm主轴转速级数 18主轴转速范围 5.4-720 r/min最大车削长度 1000mm刀架上最大工件回转直径 480mm主轴内孔直径 104mm上刀架最大行程 200mm下刀架最大行程 500mm主电机功率 11kw2.1.4 原机床的传动系统原机床的传动系统主要由两大部分组成。一是主运动传动链，它的功能是把动力源(电动机)的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。二是进给运动传动链，它用来实现刀架的纵向和横向移动及车螺纹运动，运动及动力是由电动机经主轴箱、主轴、进给运动传动链、溜板传至刀架。2.1.5 普通车床的数控化改造 对现有的普通车床进行改造，主要应解决的问题是：如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工机床和如何将主运动链减少和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工机床，即经济型数控车床。 普通机床数控化改造主要靠两个方面来保证和提高被加工零件的精度：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧式车床相比，应具有更好的精度，以确保机械传动系统的传动精度和工作平稳性。2.2 总体方案的确定总体方案的确定对普通车床的数控化改造有着绝定性的作用，也是改造成功的关键。研究普通车床的结构原理，将普通车床的传动原理与数控机床的普通车床传动原理相对比、研究，从而得出改造的总体方案，是行之有效的方法。在具体设计改造方案时，应在满足要求的前提下，对机床尽可能减小改动量，以降低成本。改造方案为：改造以后必须满足改造后的车床主运动传动链减少，原主轴箱必须进行数控化改造，拆除进给箱、溜板箱、光杆，加装纵、横向步进电机，分别带动纵、横向丝杆旋转，主轴加装脉冲编码器供加工螺纹用。（1） 数控车床的加工过程是自动控制的，原手动换刀刀架须更换为自动刀架。（2） 卧式车床是普通精度的，安装经济型的数控系统较合理、经济。通过综合分析，这次数控化改造，计划主要在主传动和刀架俩方面进行数控化改造。2.3 数控机床主传动系统2.3.1 概述主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速(速度)和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的零件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。2.3.2 改造后的数控机床主传动系统的特点(1) 转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。(2) 变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般Rn100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 (3) 主轴变速迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速，又减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。(4) 主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑。2.3.3 数控车床主传动系统的配置方式数控机床的调速是按照编制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。(1) 带有变速齿轮的主传动大、中型数控机床采用这种变速方式。如图2-2(a)所示，通过少数几对齿轮降速，具有大的输出转矩，以满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拔叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现。(2) 通过带传动的主传动 如图2-2(b)所示，这种传动主要应用于转速较高、变速范围不大的机床。可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是v带和同步齿形带。图 2-2 主传动系统变速示意图(3) 用两个电动机分别驱动主轴 如图2-2(c)所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转；低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷。 综上所述，改造后的主传动系统具有转速高、功率大、变速范围宽、主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性等优点，最主要的是结构简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省了复杂的齿轮变速机构，使改造后的主传动系统更加实用。2.4 主运动参数计算主轴最高转速nmax和最低转速nmin的确定式中, ,是机床最大切削速度和最小切削速度。，并不是车床上可能加工的最大和最小直径，而是指实际使用情况下，采用，时常用的经济加工直径。= KD ; =式中 D机床加工的最大直径，mm K系数，卧式车床K=0.5 Rd计算直径范围，通常Rd = 0.2-0.30=0.5800=400mm; =0.25400=100mm查得机床切削用量手册1得=600 m/min; =20m/min综合实际情况，最后确定 ; 2.4.1 主轴最大切削功率及电动机的确定设计车床时要根据机床的性能要求合理地确定机床的最大切削功率，并以此确定机床主电机的功率，机床最大切削功率的计算公式如下： 式中， 用于机床切削的有效功率(kw) 切削力的切向分力 () V切削速度 (m/min)（v是与所选择的切削力所对应的切削速度）切削力公式： 式中， p单位切削力 f进给量 a背吃刀量 根据机床的设计目标和性能，查得机床设计手册2得 p=400kgf/mm2 ，a=4mm ， f=0.5mm/r，则 查得金属切削机床用量手册v=430m/min 把和v代入式（2-3）得当机床结构尚未确定时，可以用下式粗略估算主电动机的功率由此可知电动机可选P=7.5KW的YVP系列变频调速异步电动机，电动机的主要参数如表2-1所示：表2-1 电动机参数电动机型号效率（）额定转速（r/min）额定功率(KW)额定电流（A）额定转矩（Nm）转子转动惯量（kg）重量（Kg）YVP132M-48714557.572.30.0296852.4.2 主传动系统的设计由数控车床参数以及电动机参数可知：主轴最高转速可达=2000r/min,最低转速=20r/min,计算转速=120rmin;调频电动机的额定转速=1500r/min,最高转速=4500r/min。选用计算转速:可得：机床的变速范围：机床主轴的恒功率调速范围：电动机恒功率调速范围：在设计数控机床主传动时，必须要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范远大于电动机的恒功率变速范围，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率要求。在设计该系统时考虑到传动的平稳性，取变速箱的公比等于电动机的恒功率变速范围，如变速箱的变速级数为Z，则主轴的恒功率变速范围等于变速箱的变速级数Z可由下式算出取Z=3. 图2-3 传动组转速图 图2-4 传动系统图对C6180普通车床增加的中间变速箱的转速级数Z=3，各级转速分别为20,120,480,1000,2000r/min 设计步骤为：确定有几个传动组，几个传动组的传动副数；拟定转速图。由于Z=3，依据机床主轴、变速箱设计指导书4，画出其转速图2-3和传动系统的传动示意图2-4。2.4.3 确定各级传动副齿轮的齿数机床转速图确定后，则各变速组的传动比也就确定了。即可进一步确定各变速组中传动副的齿轮齿数、带轮的直径等，在确定齿数时要注意下列几点：（1）齿轮的齿数和；不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大。一般推荐齿数和，（2）同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保持相等。在同一变速组内一般采用相同的模数，这是因为各齿轮副的速度变化不大，受力情况差别不大。也就是说在同一变速组中各对齿轮的齿数和相等。（3）最小齿轮的齿数应保证不产生根切。对于标准齿轮，最小齿数一般取。（4）应保证最小齿轮装到轴上或套简上具有足够的强度、为保证轮齿受力和热处理之后，齿根部分不致于断裂，齿根到孔壁或键槽的壁厚M应有足够的厚度，一般推荐值m为齿轮的模数)，由此可知，在确定最小齿轮的齿数时，要先估算传动轴的直径。（5）保证主轴的转速误差在规定范围之内。按照ISO2291973规定，机床主轴5的实际转速或每分钟双行程数对于优先数列的理论值的相对误差，应在范围内。4500r/min过高，所以在I-II间加一个降速传动比（23/69），这样也有利于设计变形机床，因为只要改变这对降速齿轮传动比，主轴的转速就能提高或降低。我们可以用计算尺法确定齿轮的齿数，因为这种方法比较方便。首先计算最小齿轮所在的那对齿轮副设定，则可找出：相应的齿数和：同理，按传动比也可以找出一系列分数，但应使其齿数和尽量与齿数和数值相等或近似。相应的齿数和：相应的齿数和找出满足上述三个传动比，且有相同齿数和的数值，并考虑结构因素确定即 ； ； 2.4.4 轴及齿轮计算转矩的确定主传动系统中的主轴和传动件的尺寸大小主要决定于它所传递的转矩大小，而转矩大小则和所传递的功率及转速两个因素有关。对于专用机床，它是按照持定工艺设计的，传递的功率和转速是固定不变的，所传递的转矩也是一定的。但是，对于通用机床和某些专门化机床，主传动的功率是根据某些典型加工的切削用量确定的，机床在实际使用中，低转速范围加工时，不需要使用机床的全部功率。据调查，主抽在最低一段的几级转速一般用来加工螺纹、铰孔、精镗等轻负荷工作，或者是用于相加工，但切削速度较低，这些工序都不需要使用电动机的全部功率。如果按最低转速计算，势必造成各传动件较粗大，具备过大的强度储备，这是不经济和不必要的。由此可知，通用机床主传动系统只是从某转速开始才有可能使用电动机的全部功率。这一传递全部功率的最低转速称为该传动件的计算转速。至于中间传动件(包括轴上的传动件)的计算转速，也是按照上述原则，取主轴传递全部功率时，各中间传动件相应转速中最低的一级转速作为中间传动件的计算转速，即各个中间传动轴和齿轮副的计算转速，同样应是各自传递全部功率的最低转速。（1）各轴的计算转速主轴的计算转速=120r/min轴I有1500r/min、500r/min、103r/min,最低转速103r/min由双联滑移齿轮传到主轴得到120r/min，所以要传递全部功率，故轴II的计算转速为103r/min。（2）各轴上齿轮的计算转速各变速组内一般只计算组内最小的,也是强度最薄弱的齿轮,故也只需确定最小齿轮的计算转速。轴II和轴III之间齿数最小的是Z=22，经过该齿轮传至主轴，使主轴获得324r/min、108r/min、22r/min转速，因得到324r/min=120r/min，所以z=22齿轮的计算转速为：500r/min。2.4.5各齿轮副模数计算结构确定以后，齿轮的工作条件、空间安排、材料和精度等都已确定，才可能核算齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳值是否满足要求。按接触疲劳计算齿轮模数： 按弯曲疲劳计算齿轮模数：式中： 工作情况系数 动载荷系数 齿向载荷分布系数 齿形系数 计算转矩 齿宽系数 计算齿轮的齿数，一般取小齿轮的齿数 计算齿轮传递的功率 许用接触应力 齿形系数齿轮采用45号钢，整体淬火。对电机轴上的齿轮，查知：=1.2 ；=1.3；=1.04；=0.6；=7.5； =8 ； =23；=600MP；=310r/min；=0.42； =220MP把以上参数代入式（27）得代入式（2-8）得 经查标准系列得 II-III间齿轮的模数按接触疲劳强度计算模数：按弯曲疲劳强度计算模数：经查标准系列得 2.4.6 各轴间中心距的计算模数确定以后根据齿轮齿数就可以确定各轴中心距I-II间的中心距： II-III间的中心距 2.4.7 确定各轴的最小直径轴的最小直径可由公式：求得（其中：为各轴的计算转速）。经整理后得：经整理后得： 经整理后得：2.4.8 齿轮参数的计算标准齿轮：从机械原理 表10-2查得以下公式：齿顶圆 （2-9） 齿根圆 （2-10）分度圆 （2-11）齿顶高 （2-12） 齿根高 （2-13）有上可知：；由公式（2-9）公式（2-13）计算得：齿宽确定 由公式得同理对II轴上齿轮进行校核：；由以上计算结果可知:改造后的主轴箱各项技术指标满足技术要求。第3章 主轴及其组件的设计主轴组件是机床的重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。主轴组件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。由于数控机床的转速高，功率大，并且在加工过程中不进行人工调整，因此要求良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性及精度的保持性。对于自动换刀的数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸和夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置和切屑清除装置等结构。主轴组件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴组件有较高的要求。3.1 主轴组件的基本要求(1)旋转精度，主轴的旋转精度是指装配店，在无载荷、低速转动条件下，主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体7L等的制造、装配和调整精度。如主轴支承轴颈的圆度、轴承滚道及滚子的圆度、主轴及随其回转零件的动平衡等因素，均可造成径向跳动，轴承支承端面，主轴轴肩及相关零件端面对主轴回转中心线的垂直度误差，止推轴承的滚道及滚动体误差等将造成主轴轴向跳动；主轴主要定心面的径向跳动和轴向跳动。(2)刚度，主轴组件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义。主轴组件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴组件的制造和装配质量等都影响主轴组件的刚度。主轴静刚度不足对加工精度和机床性能有直接影响，并会影响主轴织件中的齿轮、轴承的正常工作，降低工作性能和寿命，影响机床抗振性，容易引起切削颤振，降低加工质量。(3)抗振性，主轴组件的抗振性是指抵抗受迫振动和白激振动的能力。在切削过程中，主轴组件不仅受静态力作用，同时也受冲击力和交变力的干扰，使主轴产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、加丁余量的变化，主轴组件不平衡、轴承或齿轮存在缺陷以及切削过程中的颐振等引起的。主轴组件的振动会直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命，并产牛噪声。随着机床向高速、高精度发展，对抗振性要求越来越高。影响抗振性的主要因素是主轴组件的静刚度、质量分布以及阻尼。主轴组件的低阶固有频率与振型是其抗振性的主要评价指标。低阶固有频率应远高于激振频率，使其不容易发生共振。(4)温升和热变形，主轴组件运转时，因番相对运动处的摩擦发热，切削区的切削热等使主轴组件的温度升高，形状尺寸和份量发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。主轴热变形可引起轴承间隙变化，润滑油温度升高后会使憨度降低，这些变化都会影响主轴组件的工作性能，降低加工精度。因此，各种类型机床对温升都有一定限制。如高精度机床，连续运转下的允许温升为810，精密机床为1520，普通机床为3040。(5)精度保持件，主轴组件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力。主轴组件丧失其原始精度的主要原因是磨损，如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。磨损的速度与摩擦的种类有关，与结构特点、表面粗糙度、材料的热处理方式、润滑、防护及使用条件等许多因素有关。所以要长期保持主轴组件的精度，必须提高其耐磨性。对耐磨性影响较大的因素有主轴、轴承的材料、热处理方式、轴承类型及润滑防护方式等。3.2 主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有主轴前、后轴颈直径和，主轴内孔直径d，轴前端悬伸量a和主轴主要支撑间的跨距L，这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。（1）主轴前轴承轴径的选取车床主轴前径是按车床的主参数最大加工直径来确定。所以： 综合考虑取（2）主轴后轴承轴径：根据经验公式所以： 综合考虑取主轴后轴承轴径 （3）主轴内孔直径d的确定很多机床主轴是空心的，内孔直径与与其用途有关。车床主轴内孔用来安装送加料机构，为了不过多削弱主轴的刚度，卧式车床的主轴孔径d通常不小于主轴平均直径的55%-60%，取d=80mm（4）主轴前端悬悬伸量的确定主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴承悬伸量往里作用中点（或者径向支撑中点）的距离。它主要取决于主轴端部的结构、前支撑配置和密封装置的形式和尺寸，由结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度，抗震性的影响很大，因此，设计是应尽量缩短该参考机械装备设计6P121，根据主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸，这里选定C=120mm（5）主轴主要支撑间跨距L的确定合理确定主轴主要支撑间的跨距，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。支撑跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支撑变形引起主轴前轴端的位移量增大，反之，支撑跨距过大，支撑变形引起主轴前轴端的位移量尽管见效了，但主轴的弯曲变形增大，也回引起主轴前端叫大的位移。因此存在一个最佳跨距，一般最佳跨距，在该跨距时，考 虑到结构以及支承刚度因磨损会不断降低，应取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考虑到结构需要，这里取L=600mm。3.3主轴组件校核主轴最大扭矩图3-1为主轴上受力点的受力分析，求B点支承力，如图（b），（c） 图3-1主轴上受力点的受力分析把数据代入式（3-1）和式（3-2）得 ； 求A点支承力，如图（d）垂直面内把数据代入式（3-3）得 水平面内，图（3-1）中的（c）把数据代入式（3-4）得 求D点支承力垂直面内把数据代入式（3-5）得： 水平面内 数据代入式（3-6）得 垂直面内，图（e）（f） B点左：C点右：水平面内，图（g）（h） B点左：C点右：弯矩图如图3-1：主轴的刚度计算：前端径向跳动：轴端挠度：前轴承处倾斜角，0.001rad齿轮处倾斜角：切向交角：径向交角：法向齿向交角 ： 经校核，该主轴的强度和刚度均符合要求。第4章 刀架改造设计 数控车床的加工过程是自动控制的，原手动换刀刀架须更换为自动刀架。卧式车床数控化改造应将原车床的普通手动转位刀架替换成自动转位刀架。自动转位刀架由数控系统控制，效率高，工艺性能可靠。根据所加工零件的工艺要求及车床控制方式确定自动刀架的刀位数和刀架类型。4.1 改造后的自动回转刀架的基本要求 数控车床的刀架是车床的重要组成部分。刀架用于加持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了车床的设计和制造技术水平，所以有如下要求：（1）转位准确可靠，工件平稳安全；（2）按最短路线就近选择，转位时间短；（3）应当满足换刀时间短、数控机床刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求;（4）防水、防屑，密封性能优良；（5）夹紧刚性高，适宜重负荷切削,回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承