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CK6136数控卧式车床机械结构设计【机床类】【5张CAD图纸】

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关键词：: ck6136 数控卧式车床机械结构设计机床 cad图纸

资源描述：

CK6136数控卧式车床机械结构设计

51页 19000字数+说明书+任务书+外文文献+5张CAD图纸【详情如下】

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1 数控车床的加工特点分析1

1.1 数控车床的优点1

1.2 数控车床加工特点1

1.3 适合数控车床加工的零件2

2 总体方案设计3

2.1 主传动的组成部分4

2.2 机床主要部件及其运动方式的选定5

2.3 机床参数的拟定5

2.4 各组成部件的特性与所应达到的要求8

3 机床主传动设计10

3.1 主要技术参数的确定10

3.2 电动机的选择18

3.3 齿轮传动的设计计算19

3.4 轴的设计计算21

4 横向进给系统的设计计算33

4.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算33

4.2 步进电机的选择37

5.1 绘制控制系统结构框图40

5.2 选择中央处理单元（CPU）的类型41

5.3 存储器扩展电路设计41

5.４?I/O接口电路及辅助电路设计42

参考文献47

致谢48

附录49

摘要

CK6136卧式数控车床机械结构设计介绍了数控机床的特点及其在制造中的应用，对数控机床的功能特点作了较为详尽的分析，并在此基础上给出了数控机床系统的体系结构。

本次设计从总体入手，再进行主传动和横向进给传动系统设计，最后设计控制系统。首先分析数控车床的加工特点及其优点，从而知道数控车床在加工中的重要性，确定此次设计的背景。主传动系统设计是机床设计中非常重要的组成部分，其设计主要由机床的级数入手，于结构式、结构网及转速图拟定，再到齿轮和轴的设计，最后进行齿轮和轴的核算。横向进给部分则对滚珠丝杠螺母副进行选择计算，再选择电动机，使之满足对机床的各项需求。控制系统部分的设计是通过各种辅助电路设计达到对数控车床的整体控制。此次设计的成果是出一张总体机构图和一张主轴箱部件展开图及一张横向进给机构部件图。

关键词：数控车床；主传动系统；横向进给机构；控制系统

ABSTRACT

Horizontal CNC Lathe CK6136 mechanical design features of CNC machine tools are introduced and their application in manufacturing of CNC machine features a more detailed analysis made, and on this basis, given the system structure of CNC machine tools.

The design of the overall start, and then the main drive and the cross feed drive system design, final design of the control system.First, the processing characteristics of CNC lathes and advantages of CNC lathes in order to know the importance of processing to determine the background of the design.Machine tool main drive system design is the design of a very important part of its design to start mainly by the series machines, the structure, structure, development of networks and speed chart, to the gear and shaft design, the final accounting of the gear and shaft.Traverse part of the ball screw pair for selection and calculation, and then select the motor, so as to meet the demand for machine tools.Control system part of the design is achieved through a variety of auxiliary circuit design the overall control of the CNC lathe.The results of the design is out of a total organizational chart and a spindle box and a lateral expansion plan component feed mechanism parts drawings.

Keywords: CNC lathe; main drive; horizontal feed mechanism; control system

2.1 主传动的组成部分

主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。

主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十部分组成。

2.1.1 动力源

电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。

2.1.2 定比传动机构

具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。

2.1.3 变速装置

传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得18级转速。

2.1.4 主轴组件

机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，

2.1.5 开停装置

用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。

2.1.6 制动装置

用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式制动器。

2.1.7 换向装置

用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。

2.1.8 操纵机构

控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。

2.1.9 润滑与密封

为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。

2.1.10 箱体

上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中采用灰铁铸造箱体。

设计题目中已直接给出CK6136数控车床的主参数：

最大工件回转直径D=360㎜

刀架上最大工件回转直径D1=180㎜

选取最大工件长度L=1000㎜

主轴通孔直径d=36㎜

主轴头号：（JB2521-79）5号

2.3.2 拟定基本参数的步骤和方法

（1）极限切削速度 Vmax、Vmin

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。允许的切削速度极限参考值如下：

表1 极限切削速度参考值

加工条件Vmax（m/min）Vmin（m/min）

硬质合金刀具粗加工铸铁工件30~50

硬质合金刀具半精加工碳钢工件150~300

螺纹（丝杠等）加工和铰孔3~8

通过比较最后选取： Vmax=300　

Vmin=6 　

（2）主轴的极限转速

计算车床主轴极限转速时的的加工直径，按经验分别取（0.1~0.2）D和(0.45~0.5)D。则主轴极限转速应为：

在nmin中考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D和50㎜左右。

在最后确定nmax，nmin时，还应与同类型车床进行对比。根据切削需要，主轴极限转速确定为：

nmax== =2040

参考文献

[1] 成大先.机械设计图册（第一卷）[M]. 北京：化学工业出版社，2000.

[2] 李洪. 实用机床设计手册[M]. 辽宁科技出版社, 1999

[3] 王小华. 机床设计图册[M]. 机械工业出版社, 1979

[4] 机床主轴变速箱设计指导书[M]. 机械工业出版社,

[5] JCK6136数控车床使用说明书　

[6] 机床数控系统设计院指导书[M]. 中国科技出版社,

[7] 机电综合设计指导书[M]. 中国人民大学出版社,

[8] 郑堤. 数控机床与编程[M]. 化学工业出版社,2008.2

[9] 黄鹤汀. 金属切削机床设计[M]. 机械工业出版社,2004.2

[10] 王大康.机械设计课程设计手册[M]. 第2版. 高等教育出版社，2007.8

[11] 孙桓. 机械原理[M]. 第7版. 高等教育出版，2006.5

[12] 纪名刚. 机械设计[M]. 第8版. 高等教育出版，2006.5

[13] 王大康. 机械设计综合课程设计[M].第2版.机械工业出版社，2009.7

[14] 黄开榜. 金属切削机床[M]. 第2版.哈尔滨工业大学出版社，2006.9

内容简介：: 湖南工学院毕业设计(论文)开题报告题目CK6136数控卧式车床机械结构设计学生姓名班级学号专业机械设计制造及其自动化1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解1.1设计任务及其内容调查分析CK6136车床的加工特点，完成CK6136数控卧式车床总体结构设计。确定新设计的数控车床的主要技术参数并完成以下工作：（1）根据总体设计方案，绘制CK6136数控车床总体图一张（A0）。（2）进行主运动的运动计算，强度计算和动力计算，绘制主轴箱部件展开图一张（A0）。（3）进行进给运动的运动计算和强度计算，绘制出横向进给机构部装图一张（A0）。（4）编写毕业设计说明书一套。1.2拟达到的要求或技术指标技术指标：（1）主运动部分：Z=18级（2）进给运动部分：纵向脉冲当量0.01，横向脉冲当量0.0052. 阅读文献资料进行调研的综述我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6。这些机床中,役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。数控系统种类繁多，按数控系统的性能价格比分为：经济型数控系统、标准型数控系统、全功能型数控系统和特殊型数控系统四档产品。经济型数控系统也称简易数控系统(simple numerical control system)。其特点是价格便宜、精度适中、功能简化，针对性强，适用于老设备技术改造和产品更新。标准型数控系统的特点是功能较全，价格适中，适用于中档的数控机床，应用较广多功能型数控系统的特点是功能齐全，价格较贵。适用于加工复杂零件的大中型机床以及FMS、CIMS中使用的数控机床。特殊型数控系统适用于各类特种加工机床，如电加工机床，超精加工机床等。依据经济实用原则。对中小型车床的改造广泛采用步进电机驱动的开环控制系统。改造后的车床可以自动车削圆柱面、圆锥面、端面、球面、螺纹等。目前，我国的国民经济状态和发达国家有一定的距离，在近期内还没有足够的经济实力全面采用标准型、多功能型的数控机床对生产过程实现全自动化。对普通的有级变速车床进行数控设计，价格便宜、精度适中、功能简化，针对性强，见效快，是机械制造厂挖潜技改的一条成功之路。在此次设计中，用经济型数控机床对保证加工质量、降低劳动强度，提高机床的柔性和自动化程是一条行之有效的方法。3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案3.1课题研究内容：数控车床的主要技术参数如下：最大回转直径（mm）： 360 最大工件长度（mm）： 750、1000、1500主轴通孔直径（mm）： 52 主轴转速（变频调速）（rpm）： 27-2000 主轴孔莫氏锥度： NO.6 最小设定单位（mm）： 0.001 刀架最大行程横向（mm）： 239 顶尖锥孔锥度： NO.5 课题研究的主要内容包括车床总体结构设计、主轴传动系统的设计、横向进给机构设计及其各电动机的选择等。 3.2 研究方法第一步，明确设计要求，找出研究的重难点：普通数控车床最基本的要求是精度达标，稳定可靠，操作、维修、保养方便，寿命较长，此外力求外型美观。第二步，进工厂观摩，大量收集国内外相关资料，吸取专家的设计经验。第三步，初步确定总体设计方案第四步，进行主运动的运动计算，强度计算和动力计算第五步，进行进给运动的运动计算和强度计算及其控制系统设计3.3 设计进度安排 2.283.11 毕业设计调研 3.143.25 学校组织的毕业实习，搜集设计的相关资料 3.286.3 CK6136数控卧式车床整体规划设计，主传动系统和横向进给机构设计，控制系统设计，写设计计算说明书 6.66.10 毕业答辩指导教师批阅意见指导教师(签名)：年月日目录1 数控车床的加工特点分析11.1 数控车床的优点11.2 数控车床加工特点11.3 适合数控车床加工的零件22 总体方案设计32.1 主传动的组成部分42.2 机床主要部件及其运动方式的选定52.3 机床参数的拟定52.4 各组成部件的特性与所应达到的要求83 机床主传动设计103.1 主要技术参数的确定103.2 电动机的选择183.3 齿轮传动的设计计算193.4 轴的设计计算214 横向进给系统的设计计算334.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算334.2 步进电机的选择375.1 绘制控制系统结构框图405.2 选择中央处理单元（CPU）的类型415.3 存储器扩展电路设计415.I/O接口电路及辅助电路设计42参考文献47致谢48附录49摘要CK6136卧式数控车床机械结构设计介绍了数控机床的特点及其在制造中的应用，对数控机床的功能特点作了较为详尽的分析，并在此基础上给出了数控机床系统的体系结构。本次设计从总体入手，再进行主传动和横向进给传动系统设计，最后设计控制系统。首先分析数控车床的加工特点及其优点，从而知道数控车床在加工中的重要性，确定此次设计的背景。主传动系统设计是机床设计中非常重要的组成部分，其设计主要由机床的级数入手，于结构式、结构网及转速图拟定，再到齿轮和轴的设计，最后进行齿轮和轴的核算。横向进给部分则对滚珠丝杠螺母副进行选择计算，再选择电动机，使之满足对机床的各项需求。控制系统部分的设计是通过各种辅助电路设计达到对数控车床的整体控制。此次设计的成果是出一张总体机构图和一张主轴箱部件展开图及一张横向进给机构部件图。关键词：数控车床；主传动系统；横向进给机构；控制系统ABSTRACT Horizontal CNC Lathe CK6136 mechanical design features of CNC machine tools are introduced and their application in manufacturing of CNC machine features a more detailed analysis made, and on this basis, given the system structure of CNC machine tools. The design of the overall start, and then the main drive and the cross feed drive system design, final design of the control system.First, the processing characteristics of CNC lathes and advantages of CNC lathes in order to know the importance of processing to determine the background of the design.Machine tool main drive system design is the design of a very important part of its design to start mainly by the series machines, the structure, structure, development of networks and speed chart, to the gear and shaft design, the final accounting of the gear and shaft.Traverse part of the ball screw pair for selection and calculation, and then select the motor, so as to meet the demand for machine tools.Control system part of the design is achieved through a variety of auxiliary circuit design the overall control of the CNC lathe.The results of the design is out of a total organizational chart and a spindle box and a lateral expansion plan component feed mechanism parts drawings. Keywords: CNC lathe; main drive; horizontal feed mechanism; control system 1 数控车床的加工特点分析1.1 数控车床的优点数控车床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通车床无法比拟的优势，数控车床主要有以下几优点：（1）传动链短，与普通车床相比主轴驱动不再是电机皮带齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。（2）刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控车床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。（3）轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。1.2 数控车床加工特点（1）自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督车床运行。但是，由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。（2）加工零件精度高、质量稳定。数控车床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。（3）生产效率高。数控车床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通车床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。（4）便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。（5）可向更高级的制造系统发展。数控车床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。（6）初始投资较大。这是由于数控车床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。（7）维修要求高。数控车床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。1.3 适合数控车床加工的零件（1）最适合多品种中小批量零件。随着数控车床制造成本的逐步下降，现在不管是国内还是国外，加工大批量零件的情况也已经出现。加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。（2）精度要求高的零件。有于数控车床的刚性好，制造精度高，对刀精确，能方便的进行尺寸补偿，所以能加工尺寸精度要求高的零件。（3）表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下，表面粗糙度取决于切削速度和进给速度。在加工表面粗糙度不同的表面时，粗糙度小的表面选用小的进给速度，粗糙度大的表面选用大些的进给速度，可变性很好，这点在普通车床很难做到。（4）轮廓形状复杂的零件。任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近，数控车床具有圆弧插补功能，可以加工各种复杂轮廓的零件。2 总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。我国是一个机床拥有量大、大部分机床役龄长、数控化程度不高的发展中国家。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。图1 ck6136数控卧式车床2.1 主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十部分组成。2.1.1 动力源电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。2.1.2 定比传动机构具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。2.1.3 变速装置传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得18级转速。2.1.4 主轴组件机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，2.1.5 开停装置用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。2.1.6 制动装置用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式制动器。2.1.7 换向装置用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。2.1.8 操纵机构控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。2.1.9 润滑与密封为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。2.1.10 箱体上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中采用灰铁铸造箱体。2.1.11 刀架数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。2.2 机床主要部件及其运动方式的选定2.2.1 主运动的实现根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。所有的变速都采用液压操作。2.2.2 进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。齿轮的消隙采用偏心环调整。2.2.3 数字控制的实现采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。2.2.4 机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。2.3 机床参数的拟定2.3.1 主参数的拟定机床设计的初始，首先需要确定有关参数，它们是传动设计和结构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求。机床主参数直接反映机床的加工能力、特性，决定和影响其它基本参数的数值，如车床的最大加工直径D。机床基本参数是一些与加工工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的数，可归纳为：尺寸参数、运动参数和动力参数。在拟定参数时，还要考虑机床发展趋势的要求，与国内外同类型机床的对比等，使拟定的参数能满足机床在经济合理的原则下，最大限度地适应各种不同的工艺要求。设计题目中已直接给出CK6136数控车床的主参数：最大工件回转直径D=360 刀架上最大工件回转直径D1=180选取最大工件长度L=1000主轴通孔直径d=36主轴头号：（JB2521-79）5号2.3.2 拟定基本参数的步骤和方法（1）极限切削速度 Vmax、Vmin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。允许的切削速度极限参考值如下：表1 极限切削速度参考值加工条件Vmax（m/min）Vmin（m/min）硬质合金刀具粗加工铸铁工件3050硬质合金刀具半精加工碳钢工件150300螺纹（丝杠等）加工和铰孔38通过比较最后选取： Vmax=300Vmin=6 （2）主轴的极限转速计算车床主轴极限转速时的的加工直径，按经验分别取（0.10.2）D和(0.450.5)D。则主轴极限转速应为： = = 在nmin中考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D和50左右。在最后确定nmax，nmin时，还应与同类型车床进行对比。根据切削需要，主轴极限转速确定为： nmax= =2040 nmin= =38 转速范围 R= = =53.68 考虑到设计的结构复杂程度要适中,故采用常规的扩大传动, 已知级数Z=18。今以=1.26和1.41代入R=(z-1)式，得R=50.85和344,因此取公比 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=1.06，从表中找到nmax=2000，就可每隔3个数值取出一个数，得：2000， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500， 400， 315， 250， 200，160， 125，100， 80， 63， 50， 40共18级转速。（3）主轴转速级数Z和公比已知 nmax / nmin=Rn =(z-1) 且 Z=2a3b（4）主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。一般采用估算法类比法相结合方法确定通用机床电机功率。a 中型普通车床典型重切削条件下的的用量刀具材料：YT15；工件材料：45号钢；切削方式：车削外圆。推荐数据：表2 切削用量推荐表系列和规格切削用量普通型轻型普通型轻型切削深度dp（t）353435进给量f（s）/r03502504035切削速度V m/min907510080b 功率估算法用的计算公式1）、主切削力： Fz=1900apf 0.75 =19003.50.350.75 =3026N； 2)、切削功率： N切=4.7kw； 3）、估算主电机功率： N= = =5.875kwN值必须按我国生产的电机在Y系列的额定功率选取，计有2.2 、3.4 、5.5、7.5、 10、 11kw等。因此选取N=5.5kw。2.4 各组成部件的特性与所应达到的要求2.4.1 床身机床床身采用优质铸铁，内部筋采用U形布局，床身整体刚性高。滑动导轨面采用中频淬火，淬硬层深。硬度达 HRC52以上，拖板滑动面贴塑，使得进给系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都处于最佳状态。2.4.2 床头箱结构机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于床头箱带轮侧，使床头箱内结构大为简化，便于维修。2.4.3 进给系统机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。在进给系统各滑动处及两轴丝杠丝母处都设置了润滑点。2.4.4 刀架机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。 2.4.5 尾座采用手动尾座2.4.6 冷却系统冷却箱放在后床腿中。2.4.7 卡盘机床标准配置为_250手动卡盘。 2.4.8 电气系统电路的动力回路，均有过流、短路保护，机床相关动作都有相应的互锁，以保障设备和人身安全。电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观察到机床各部分的运行状态。2.4.9 安全保护当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给轴，冷却电机等如已在“启动”状态者，将进入“停止”状态；如已在“停止”状态的则不可自行进入启动状态，确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。由于软件的合理设计，报警可通过显示器显示文字及报警号，通过操作面板的指示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行“急停”；对一般报警实行“进给保持”；对操作错误只进行“提示”。3 机床主传动设计3.1 主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的，它必须满足以下要求：a、直接反映出机床的加工能力和特性；b、决定其他基本参数值的大小；c、作为机床设计的出发点；d、作为用户选用机床的主要依据。对于通用机床（包括专门化机床），主参数通常都以机床的最大加工尺寸表示，只有在不适用于用工件最大尺寸表示时，才采用其他尺寸或物理量。如卧式镗床的主参数用主轴直径，拉床用额定拉力等。为了更完整地表示出机床的工作能力和加工范围，有时在主参数后面标出另一参数值，称为第二主参数。如最大工件长度、最大跨度、主轴数和最大加工模数等。除主参数外，机床的主要技术参数还包括下列基本参数：a、与工件尺寸有关的参数；b、与工、夹、量具标准化有关的参数；c、与机床结构有关的参数；3.1.1 尺寸参数表3 机床主要尺寸参数内容与工件主要尺寸有关的参数最大加工尺寸最大加工直径或最大工件直径，最大加工模数、螺旋角主轴通孔直径最大加工长度或最大工件长度最大工件安装尺寸。如工作台尺寸、主轴端面至工作台面最大距离、主轴中心线至工作台面最大距离或立柱间距等最小工件加工尺寸。如主轴中心线至工作台面距离、最小车削直径、最小磨削外径或孔径等部件运动尺寸范围刀架、工作台、主轴箱、横梁的最大行程刀架、工作台、砂轮（导轮）箱或摇臂的最大回转角度与工、夹、量具标准化有关的参数主轴或尾架套筒的锥孔大小工件头架或尾架的顶尖安装锥度刀杆断面尺寸、刀夹最大尺寸、安装的刀具直径工作台T型槽的尺寸和数目与机床结构有关的参数床身或摇臂的导轨宽度花盘或圆工作台的直径主轴中心线或工作台面至地面的高度尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、夹、量具的标准化及机床结构有关的主要参数。如普通车床横刀架上最大工件的回转直径，在相同中心高的情况下，这一尺寸参数既决定加工长工件的最大直径，又决定刀架的厚度及其刚性。机床的主参数主要决定于工件的尺寸。对于各类通用机床，已在调查研究各种工件的基础上制定出了机床的参数标准，设计时应该遵照执行。专用机床的主参数则基本上可以根据工件尺寸决定。主参数系列采用优先数系，这样做有如下好处：（1）优先数按等比级数分级，能在较宽的范围内以较少的品种，经济合理地满足用户的需要，即可把产品的品种规格限制在必需的最少范围内。（2）优先数系具有各种不同公比的系列，因而可以满足较密和较疏的分级要求。其他尺寸参数一般根据主参数来确定。但由于机床的使用情况比较复杂，这些尺寸参数的确定还有相似分析法和图解分析法及回归分析法。由此可以得尺寸参数表4 CK6136数控卧式车床的主要尺寸参数参数项目单位数值床身上最大工件回转直径mm360刀架上最大工件回转直径mm180主轴通孔直径mm36主轴锥孔莫氏Nq6尾架顶尖套锥孔莫氏Nq5最大工件长度Lmm750刀杆截面尺寸mm20203.1.2 运动参数运动参数包括机床主运动（切削运动）的速度范围和级数，进给量范围和级数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动的工艺要求所决定的。主轴极限转速和变速范围对于主运动为回转运动的机床，主轴极限转速为：式中的或不是该机床可能加工的的最小或最大直径，而是认为是在机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最小切削速度来加工时的最大工件直径，这样才能得出合理的极限转速值。（1）极限切削速度Vmax、Vmin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。表5 允许的切削速度极限参考值加工条件硬质合金刀具粗加工80120硬质合金刀具半精加工或精加工150250高速钢刀具低速光刀10安装磨头附件进行磨削3.57.5精铰孔1.54宽刀加工1.53.5精车丝杠或蜗轮1.251.5 选择极限转速的典型条件为：a最大切削速度按硬质合金车刀半精车和精车钢料来取值考虑较小规格车床可普遍采用可转位刀片，切速可适当提高，故对主参数为（最大工件回转直径）250630mm的车床取250m/min,而大规格车床换刀费时取切速小些耐用度可以高些，故8001000mm的车床取200m/min；b最小切速可考虑两种情况，即（a）高速钢车刀精车丝杠和（b）高速钢车刀低速光车盘类零件，故分别取（a）1.5m/min和（b）8m/min；c最小工件直径，即使用时可能遇到的最小工件直径，一般取0.1；d最大工件直径，当为b中情况（a）时，即按车削丝杠可能遇到的最大直径，取0.1，为b中情况（b）时，按刀架滑板上最大工件回转直径1（对多数车床10.5）由上分析得到按典型加工条件选取的数值如下表所示：表6 典型加工条件选取的数值表主参数系列极限切削速度（m/min）最大和最小工件直径（mm）变速范围最大工件回转直径（mm）RvRn=RvRd（a）( b )（a）（b）2506302501.58（ a ）Rv=166.7（ b ）Rv=31.250.1D0.1D D1（0.5D）(a) Rn=166.7(b) Rn=156.28001000200（ a ）Rv=133.3（b） Rv=25(a) Rn=133.3(b) Rn=1253.1.3 主轴转速的确定（1）主轴最高转速的确定根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高，按经验，并参考切削用量资料，取，k=0.5, Rd=0.2, 则：（2）主轴最低转速的确定根据分析，主轴最低转速由以下工序决定：用高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。按经验，并参切削用量资料，取V=15m/min,则最低转速为：3.1.4 转速范围及公比的确定根据最高转速与最底转速可初步得出主轴转速范围 =73.7则公比由设计手册取标准值得 =1.26根据标准公比及初算，查表取=40r/min，则最高转速 =40 =2034r/min则主轴转速范围且验算公比得=1.259931.26,满足要求。3.1.5 结构式与结构网的确定 1）结构式的确立结构式的方案共有如下几种： 18=332 18=233 18=323 在上述方案中，三个方案可根据下述原则比较：从电机到主轴，一般为降速传动。接近电机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较小。如使传动副较多的传动组放在接近电机处，则可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，这样就节省省材料，经济上就占优势，且这也符合“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取18=332的方案为好，本次设计即采用此方案。根据设计要求确定如下结构式：18 = 3（1） 3（3） 2（9）基本组扩一组扩二组 2）构网的拟定（1）传动副的极限传动比范围和传动组的极限变速范围在降速时，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限制最小传动比1/4。在升速时，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比2。（2）基本组和扩大组的排列顺序原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速高，转矩小，传动件的尺寸也就小些。根据前面求得的公比=1.26,按照以上原则，选择最佳方案，作结构网图如下图所示：图2 车床结构网图3.1.6 转速图的拟定电动机和主轴的转速是已定的，当选定了结构式和结构网后，就可分配各传动组的传动比，并确定中间轴的转速。再加上定比传动，就可画出转速图。中间轴的转速如果能高一些，传动件的尺寸也就可以小一些。但是，中间轴如果转速过高，将会引起过大的振动、发热和噪声。因此，要注意限制中间轴的转速，不使过高。本次设计所选用的结构式共有三个传动组，变速机构共需5根轴，加上电动机轴共6根轴，故转速图上需6条竖线；主轴共18种转速，电动机轴与轴1之间采用定比传动。转速图如下图所示：图3 车床转速图3.1.7 传动比参数的确定（1）、电动机与轴1传动副齿轮齿数的确定因为铣床不需要正反转，为了便于速度的分配，该传动副采用定比传动，其传动比有速度可求得：=1142/1440=1/1.26为了方便电动机与变速箱在机座内的布置，电动机与变速箱的联结采用带传动。根据带轮的标准，尺寸值定为112mm和140mm。变速箱与主轴箱之间采用带传动，为了便于完成转速的要求和速度的分配确定其带轮的尺寸比为：172：200。为了减少变速箱的轴向尺寸，减少齿轮数目，简化结构，采用一对公用齿轮的传动系统。因而，两变速组的传动比互相牵制，可能会增加径向尺寸。（2）、轴1与轴2传动副齿轮齿数的确定根据转速图可得，该传动副的传动比=1/1.26、=1、=1.26。查金属切削机床Page156页表8-1，并考虑到主轴箱的几何尺寸，取该传动副中=30，齿数和=104，则由传动比可求得该传动副齿数比为：当=1/1.6时 Z/Z=46：58当=1时 Z/Z=52：52 当=1.6时 Z/Z=58：46（3）、轴2与轴3传动副齿轮齿数的确定根据转速图可得，该传动副的传动比=，=及。查金属切削机床Page156页表8-1，并考虑到主轴箱的几何尺寸，取该传动副=22，齿数和=108，则由传动比可求得：该传动副齿数比为：Z/Z=42：66 Z/Z=54：54 ,Z/Z=66：42轴4与轴5间采用背轮机构，总传动比为，和齿形离合器，传动比为：1。齿数为：第一级：20*2.5：65*2.5 第二级：30*3：75*3 3.1.8 传动系统图的绘制根据计算结果，用规定的符号，以适当比例在方格纸上绘出转速图和主传动系统图。图4 CK6136数控车床主传动系统图3.2 电动机的选择3.2.1 电动机的功率计算按在各种加工情况下较经常遇到的最大切削力和最大切削速度来计算，在车床中，切断工件的切削力大于外圆车削，因而按用硬质合金刀具切断钢材时来计算。即： (1) 式中主切削力的切向分力(N) V切削速度(m/min ) 具体计算见下章由查机床设计手册得出参数: P=200 B= 6 f=0.3mm/r则所以得有效功率为：取=0.8，则由经验公式可得电动机总功率为： 3.2.2 电动机参数的选择在选择电动机时，必须使得PP，根据这个原则，查机械设计手册选取Y112-M-4型电动机. 3.3 齿轮传动的设计计算由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便、生产效率高、生产成本低等优点，而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线直齿圆柱齿轮传动；主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接与工作的平稳性、接触误差及噪声有关。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用6-7级的精度。具体设计步骤如下：3.3.1 模数的估算：按接触疲劳和弯曲疲劳计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳的估算公式：mm （式中即为齿轮所传递的功率） (2) 齿面点蚀的估算公式：mm （式中即为齿轮所传递的功率） (3)其中为大齿轮的计算转速，为齿轮中心距。由中心距及齿数求出模数： mm根据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。前面已求得各轴所传递的功率，各轴上齿轮模数估算如下：第一对齿轮副 mm mm mm所以，第一对齿轮副传动的齿轮模数应为mm同理，对各对齿轮的模数计算从略，最后计算得出最高的模数为2.5 综上所述，为了降低成本，机床中各齿轮模数值应尽可能取相同，所以，本次设计中取各个齿轮模数均为=2.5mm。3.3.2 齿轮传动各轴的轴中心矩计算根据渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆直径计算公式可得各个传动副中齿轮的分度圆直径为： 1轴与2轴： d=mz/2=2.5*(46+58)/2=130 2轴与3轴： 3.3.3 齿轮宽度B的确定齿宽影响齿的强度，但如果太宽，由于齿轮制造误差和轴的变形，可能接触不均匀，反儿容易引起振动和噪声。一般取b=（610）m。本次设计中，取单片齿轮宽度B=8m=83=24mm，则与其啮合的从动齿轮的宽度一致；而取多联齿轮的宽度B=6m=63=18mm，则与其啮合的从动齿轮的宽度一致。3.3.4 齿轮其他参数的计算根据机械原理中关于渐开线圆柱齿轮参数的计算公式几相关参数的规定，齿轮的其它参数都可以由以上计算所得的参数计算出来，本次设计中，这些参数在此不在一一计算。3.3.5 齿轮结构的设计不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构的要求也不同，7级精度的齿轮，用较高精度的滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的7级齿轮一般滚或插后要剃齿，使精度高于7级，或者淬火后再珩齿。6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须才能达到6级。机床主轴箱中的齿轮齿部一般都需要淬火。多联齿轮块的一般形式如下图所示，各部分的尺寸确定如下：图5 齿轮各部分尺寸的确定（1）、退刀槽本次设计中多联齿轮多采用插齿加工方法，因此取=6mm。（2）、其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸，如下图所示，圆齿和倒角性质不同，加工方法也不一样。图中安装拨动齿轮的滑块的尺寸在本次设计中取b1h=105。图6 齿轮滑块尺寸3.3.6 齿轮的校核（接触疲劳强度）： = 1.251.071.11.43 = 2.1查表得：=0.88 =2.5 =189.8= (4)将数据代入得：1100mpa 齿轮接触疲劳强度满足，因此接触的应力小于许用的接触应力。其它齿轮也符合要求，故其余齿轮不在验算，在此略去3.4 轴的设计计算3.4.1 各传动轴轴径的估算滚动轴承的型号是据轴端直径确定的，而且轴的设计是在初步计算轴径的基础上进行的，因此先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法用下列公式进行估算。 (5) 对于空心轴，则 (6)式中，轴传递的功率，kW；轴的计算转速，r/min；其经验值见表15-3；取的值为0.5。（1）、计算各传动轴传递的功率P根据电动机的计算选择可知，本次设计所选用的电动机额定功率各传动轴传递的功率可按下式计算：电机到传动轴之间传动效率； (7)由传动系统图可以看出，本次设计中没有采用联轴器，而直接由电动机轴将动力传到轴上，即各个轴之间均为齿轮传动，所以可得各轴传递的功率为：=0.96， =0.93， =0.904 =0.877 所以，各传动轴传递的功率分别为： (2) 估算各轴的最小直径本次设计中，考虑到主轴的强度与刚度以及制造成本的经济性，初步选择主轴的材料为40Cr，其它各轴的材料均选择45钢，取A0值为115，各轴的计算转速由转速图得出，n1j=1000r/min, n2j=400r/min, n3j=125r/min, n4j=125r/min, 所以各轴的最小直径为：在以上各轴中都开有花键，所以为了使键槽不影响轴的强度，应将轴的最小直径增大5%，将增大后的直径圆整后分别取各轴的最小直径为： =25, =25, =35。根据本次设计的要求，需选择除主轴外的一根轴进行强度校核，而主轴必须进行刚度校核。在此选择第一根轴进行强度校核。 1)、第一根轴的强度校核（1）、轴的受力分析及受力简图由主轴箱的展开图可知，该轴的动力源由电动机通过齿轮传递过来，而后通过一个三联齿轮将动力传递到下一根轴。其两端通过一对角接触球轴承将力转移到箱体上去。由于传递的齿轮采用的直齿圆柱齿轮，因此其轴向力可以忽略不计。所以只要校核其在xz平面及yz平面的受力。轴所受载荷是从轴上零件传来的，计算是，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当作铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。其受力简图如下：在xz平面内：图7 xz平面受力简图在yz平面内：图8 yz平面受力简图（2）、作出轴的弯矩图根据上述简图，分别按xz平面及yz平面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出两个平面的上的弯矩图。在xz平面内，根据力的平衡原理可得： R1xz+R2xz+F2xz=F1xz (8) 将各个力对R1取矩可得：F1xza=F2xz（l-b）+R2xzl (9)由以上两式可解出： R1xz=F1xz（l-a）/l-F2xzb/l (10)R2xz=F1xza/l-F2xz+F2xzb/l (11)由于有多个力的存在，弯矩无法用一个方程来表示，用x来表示所选截面距R1的距离，则每段的弯矩方程为：在AB段： M=-R1xzx （ax0） (12) 在BC段： M=F1xz-R1xz（a+x）-F1xza （l-bxa） (13) 在CD段： M=-R2xz（l-x）（lxl-b） (14)则该轴在xz平面内的弯矩图为：图9 xz平面弯矩图同理可得在yz平面内的弯矩图为：图10 yz平面弯矩图（3）、作出轴的扭矩图由受力分析及受力简图可知，该轴只在yz平面内存在扭矩。其扭矩大小为： T1=Fyzr1 (15) T2=Fyzr2 (16)则扭矩图为图11 轴的扭矩图（4）、作出计算弯矩图图12 轴的计算弯矩图根据已作出的总弯矩图和扭矩图，则可由公式Mca=求出计算弯矩，其中是考虑扭矩和弯矩的加载情况及产生应力的循环特性差异的系数，因通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性差异的影响。即当扭转切应力为静应力时，取0.3；扭转切应力为脉动循环变应力时，取0.6；若扭转切应力也为对称循环变应力时，则取=1。应本次设计中扭转切应力为静应力，所以取0.3。（5）、校核轴的强度选择轴的材料为45钢，并经过调质处理。由机械设计手册查得其许用弯曲应力为60MP，由计算弯矩图可知，该轴的危险截面在F1的作用点上，由于该作用点上安装滑移齿轮，开有花键，由机械设计可查得其截面的惯性矩为：W= d4+（D-d）（D+d）2zb/32D其中z为花键的数目，在本次设计中，z=6，D=30mm，d=26mm， b=4mm所以其截面的惯性矩为W=575.963mm3根据标准直齿圆柱齿轮受力计算公式可得圆周力与径向力： Ft=2T1/d1 (17) Fr=Fttg (18)其中T1为小齿轮传递的扭矩，Nmm；为啮合角，对标准齿轮，取=20；而Ft与Fr分别对应与xz平面及yz平面的力。各段轴的长度可从2号A0图中得出，则根据前面的公式可得出该轴危险截面的计算弯矩为：Mca=25014.22Nm，则该轴危险截面所受的弯曲应力为：ca=25014.22/575.96343.43MP60MP，所以该轴的强度满足要求。2）、主轴的刚度校核（1）、主轴材料的选择考虑到主轴的刚度几强度，选择主轴的材料为40Cr，并经过调质处理；（2）、主轴结构的确定主轴的结构应根据主轴上应安装的组件以及在主轴箱里的具体布置来确定，主轴的具体结构已在零件图上表达清楚，其图号为6，在此不在绘出。（3）、主轴的刚度验算轴的变形和允许值轴上装齿轮和轴承处的绕度和倾角（y和）应该小于弯曲变形的许用值即y 表7轴的变形和允许值轴的类型（mm）变形部位（rad）一般传动轴4.00030.0005l装向心轴承处0.0025刚度的要求较高-0.0002l装齿轮处0.001安装齿轮轴（0.010.00）m装单列圆锥滚子轴承0.006L表跨距，m表模数轴的变形计算公式计算轴本身弯曲变形产生的绕度y及倾角时，一般常将轴简化为集中载荷下的简支梁。按材料力学相关公式计算，主轴的直径相差不大且计算精度要求不高的时候，可把轴看作等径轴，采用平均直d来计算，计算花键时同样选择用平均直径圆轴： (19) 惯性矩： (20)矩形花键轴： (21) (22)惯性矩： (23)轴的分解和变形合成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，应用弯曲变形公式求出所求截面的两个垂直平面的。然后进行叠加，在同以平面内的可进行代数叠加，在两平面内的按几何公式，求出该截面的总绕度和总倾角危险工作面的判断验算刚度时应选择最危险的工作条件进行，一般时轴的计算转速低传动齿轮的直径小，且位于轴的中央时，轴受力将使总变形剧烈，如对：二、三种工作条件难以判断那一种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值提高轴刚度的一些措施加大轴的直径，适当减少轴的跨度或增加第三支承，重新安排齿轮在轴上的位置改变轴的布置方位等。轴的校核计算轴的计算简图在xz平面内：图13 轴在xz平面受力简图同理可得在yz平面内的受力图，在此不在画出。主轴的传动功率： P主=3.513KW主轴转矩： =156900Nmm支点上的力：根据弯矩平衡：求得： RHE=-84.9根据力得平衡：则弯矩图为：图14 轴在yz平面的弯矩图2）垂直平面得弯矩图： =951.71N =761.4N根据平面内得弯矩平衡有：再根据力得平衡： R 则可得B、C点得弯矩图：图15 B、C点弯矩图在B点和C 点为最危险截面，要满足要求，B、C点满足即可，B、C截面得弯矩为：=803403.1N=675702.3 N扭矩图为：图16 B、C点扭矩图经分析可知B所在得位置为最危险截面，只要B满足条件即可，则刚度满足。计算弯矩 =862517.2 N轴得抗弯截面系数为： 53.96 故满足第三强度理论刚度验算：在水平面内，单独作用时： = =-0.02598mm其中 I=2747500在单独作用下：=-0.0182mm在两力得共同作用下：在垂直面内有在单独作用时 =-0.0072mm其中 I=2747500在单独作用下： =-0.0182mm在两力得共同作用下：故在共同作用下，处为危险截面，其最大绕度为而一般的刚度=0.210.35mm故符合刚度要求，其转角就不验算了。B）下面校核由传到主轴时的强度，刚度，校核，主轴的传动功率： P主=5.9974KW主轴转矩：T主=143188Nmm支点上的力：根据弯矩平衡：求得：RHE=-244.9N根据力得平衡：2）垂直平面得弯矩： =868.6N =501.1 N根据平面内得弯矩平衡有：再根据力得平衡：R 在B点和C 点为最危险截面，要满足要求，B、C点满足即可，在B、C截面得弯矩为：=110489.6N=708402.5 N 经分析可知B所在得位置为最危险截面，只要B满足条件即可，则刚度满足。计算弯矩 =942100 N轴得抗弯截面系数为： =58.94故满足第三强度理论刚度验算：在水平面内，单独作用时： =-0.018147mm其中I=2747500在单独作用下：= =-0.00551mm在两力得共同作用下：在垂直面内有在单独作用时= =-0.0066mm其中I=2747500在单独作用下： = =-0.001515mm在两力得共同作用下：故在共同作用下，x处为危险截面，其最大绕度为而一般的刚度=0.210.35mm故符合刚度要求，其转角就不验算了。4 横向进给系统的设计计算表8 CK6136数控技术参数最大工作直径（mm）最大工作长度（mm）溜板及刀架重量（N）刀架快移速度（m/min）床身上床鞍上纵向横向纵向横向3601607508006002.41.2最大进给速度（m/min）定位精度（mm）主电动机功率（Kw）起动加速时间（ms）滚珠丝杆导程（mm）纵向横向纵向横向纵向横向0.60.30.010.00530554.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算4.1.1 最大工作载荷的计算滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在驱动工作台是滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫作进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩檫力。据机床加工的特点，当铣削槽时，工作载荷最大，由于铣削时，工作载荷既包括铣削时沿着丝杠轴的方向的力（即轴向力），也包括工作台及工件的重量（即垂直丝杠轴方向的力），由于铣削时的轴向力不大，所以在此不考虑铣削时产生的轴向力。根据设计手册可得工作载荷为：=+ (+2+) （24）式中、分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷，可由切向铣削力求出，单位为N；G为移动部件的重力，单位为N，本次设计中，G主要包括工作台、工件等的重力，取它们的质量m=200Kg；K和f分别为考虑颠覆力矩影响的实验系数和导轨上的摩檫系数，不同的导轨，其值不同。对于燕尾形导轨，取K=1.4 f=0.2;对于铣床，切向铣削力是沿着铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床主电动机的功率（即铣削功率）最多，因此切向铣削力可按铣削功率（KW）或主电动机的功率（KW）计算出：=103/v （25）其中为机床传动系统的传动效率；为主轴传递全部功率时的最低切削速度，次设计由前面的设计可取=0.085m/s。而的值为： =0.9960.984则切向铣削力的值为： =40.87103/0.085=409.41（N）则切削时各个方向的载荷为：=0.8=327.53（N） =0.75=307.6（N）=0.35=143.29（N）则最大工作载荷的值为： =1.4327.53+0.2（307.6+2143.29+196 =969.27（N）4.1.2 最大动载荷的计算首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力，计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命值计算出丝杠副应能承受的最大动载荷。= （26）式中运转状态系数，一般运转取1.21.5，有冲击的运转取1.52.5；滚珠丝杠工作载荷（N）；精度系数，当丝杠精度为13级时，f a=1，为4、5、7级时，f a=0.9；工作寿命，单位为10r，可按下式计算 = （27）式中滚珠丝杠的转速（r/min）；使用寿命时间（h），数控机床取20123024h。其中为最大切削力条件下的进给速度（），可取最高进给速度的；为丝杠基本导程（），计算时，可初选一数值，等刚度验算后再确定；则 0.6625 22.5万转根据工作负载、寿命，计算出滚珠丝杠副承受的最大动负载，因本次所设计的情况无冲击，所以取1.2，1，所以得：=20213N 根据滚珠丝杠所承受的最大动载荷必须小于其额定动载荷的原则，查机床设计手册，可选择丝杠的型号。本次设计选择滚珠丝杠的直径为40mm，其导程为5mm，螺旋升角为217，型号为CDM6308-2.5-P3,其额定动载荷是14100N，强度足够用。4.1.3 传动效率的计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为（28）式中丝杠的螺旋升角，本次设计所选丝杠的为217；摩擦角，其值约等于10。则 0.92284.1.4 刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用而发生变形，它将引起导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向变形的影响更小，可忽略不计。螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计。丝杠轴承的轴向接触变形计算方法可参考机械设计手册，只要滚珠丝杠支撑的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此也可以不必考虑。因此，在进行滚珠丝杠的刚度验算时，只需要考虑轴向力的作用。（29）式中弹性模数，对钢，；滚珠丝杠截面积（）（按丝杠内径确定，）25.62 “”用于拉伸时，“”用于压缩时。则丝杠1m长度上导程变形总误差3级精度丝杠允许的螺距误差为15，故刚度足够。4.1.5 压杆稳定的校核滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力工作负荷过大，将使丝杆失去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。失稳时的临界载荷为 = 2 EI/L2(N) （30）式中： E为丝杆的弹性模量，对于钢，E=20.6104，I为截面惯性矩，I=d14/64，(d1为丝杆底径),L为丝杆最大工作长度，为丝杆支承方式系数.所以 I=（40-3.175）4/64=87266.24对于两端简支的情况 =1.0因此 =220.610410687266.24/5902 = 47.221010临界载荷与丝杆工作载荷之比称为稳定性安全系数，如果大于许用稳定性安全系数，则该滚珠丝杆不会失稳。一般取=2.5-4,考虑到丝杆自重对水平滚珠丝杆的影响可取4;所以 =47.221010/2208.48134因此压杆稳定。2、齿轮传动比的确定根据已知系统的脉冲当量=0.01mm，初步选则步进电机的步距角则 4.2 步进电机的选择4.2.1 负载转动惯量估算折算到步进电机轴上的转动惯量可按下式估算（31）式中折算到电机轴上的转动惯量（）；分别为齿轮的转动惯量（）；丝杠的转动惯量（）。对材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算：（32）式中圆柱零件的直径（）; 零件轴向长度（）。所以总惯量 4.2.2 转矩计算及最大静矩选择根据能量守恒原理，电机等效负载转矩 2208.4813510-3/20.92282.=0.48N若不考虑起动时运动部件惯性的影响，则起动转矩= /0.3-0.48取安全系数为0.3，则 =0.48/0.3=1.55对于工作方式为三相六拍的步进电机=/0.886=1.76因数控机床对动态性能要求较高，确定电机最大转矩时应满足快速空载起动时所需转矩的要求（33）式中 -快速空载起动时产生最大加速度所需的转矩() -克服摩擦所需的转矩()由于丝杆预紧所引起，折算到电机轴上的附加转矩()当工作台快速移动时，电机的转速 20004.2/5=1680r/min由动力学知（34）式中角加速度，=n/30T =8.6873.14168010-4/300.025=6.110 8000.16510-3/20.93190.982 =0.021 （35）式中 0-丝杆未加预紧时的效率，0 =0.9228 F0预加载荷，一般为最大轴向载荷的1/3，即/3 =494.25510-3/(1-0.93282)/20.92280.982=0.0096.110+0.027+0.009=6.1464.2.3 步进电机的最高频率10001.8/600.005=6326.58Hz根据以上计算，综合考虑，查表选用Y132-4型电机。其所选外形，安装尺寸及外形图如下图表：表9 系列三相异步电动机（所选）电动机型号同步转速额定功率满载转速Y132S-415005.5kw1440表10 电机Y132S-4的外形及安装尺寸安装尺寸外形尺寸ABCDEFGHKbh216140893880103313212280210135315475 图17 电机Y132S-4的外形5 控制系统设计5.1 绘制控制系统结构框图根据总体方案及机械结构的控制要求，CK6136数控卧式车床控制系统选用MCS-51系列单片机组成，纵向、横向及垂直方向均采用步进电机控制，三个坐标均采用硬件环形分配器，控制系统的功能包括、X向、Y向、Z给伺服运动；、键盘显示；、面板管理、行程控制、其他功能、例如光隔离电路、功率放大电路、红绿灯显示硬件电路主要由以下几部分组成：、主控制器，即中央处理单元（CPU）;、总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；、存储器，包括RAM和ROM；、接口，即I/O输入输出接口电路；、外部设备，如键盘，显示器及光电输入等。控制系统结构框图如图4.1所示图18 控制系统结构框图5.2 选择中央处理单元（CPU）的类型在微机控制系统中CPU的选择主要考虑以下因素：(1)、时钟频率和字长，这个指标将控制数据处理的速度；(2)、可扩展存储器的容量；(3)、指令系统功能，影响编程的灵活性；(4)、I/O口扩展能力，即对外部设备控制的能力；(5)、开发手段，包括支持开发的软件和硬件；此外，还应考虑到系统的应用场合，控制对象对各种参数的要求，以及经济价格比等经济性的要求。综合考虑以上因素，这里我们选用8031芯片作为CPU5.3 存储器扩展电路设计由于8031芯片内部无程序存储器，需要扩展外部程序存储器支持，同时8031内部只有128B的数据存储器供用户使用，也不能满足控制系统的要求，故需要扩展程序存储器和数据存储器。5.3.1 程序存储器的扩展8031的程序存储器的寻址空间为64字节，8031片内不带ROM，用作程序存储器的器件是EPROM。根据控制系的要求，这里，我们扩展2片2764程序存储器。1 地址锁存器由于8031芯片的口是分时传送低8位地址线和数据线的，故8031扩展系统中一定要有地址锁存器，常用的地址锁存器芯片是742S373，742S373是带三态缓冲输出的8D触发器，其引脚与8031芯片的连接。2 译码电路设计由于这里扩展的容量较大，扩展多个外围芯片。因此，这里使用译码法来进行编址。译码电路可使用现有的译码芯片，这里我们选用3-8译码器（74LS138）这种芯片，输入端占用3根最高位地址线，剩余的13根低位地址线可作为片内地址线，74LS138译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。38031与2764芯片的连接(1)、地址线的连接 8031芯片的和用来传送地址和数据。口传送高8位地址，口传送低8位地址和数据，因此采用74LS373锁存器，锁存低8位地址，以实现口地址和数据的分时传送ALE作为74LS373的选用信号，当ALE为高电平时，锁存器的输入和输出透明，此时不需锁存。当ALE从高电平变为低电平，出现下降沿时，低8位地址锁存入地址锁存器中，74LS373的输出不再随输入变化，这样口就用来传送数据，6031芯片的口和74LS373的送出口工组成16位地址线，2764是8KB需要13根地址线，低8位接74LS373的芯片的输出，接8031芯片的。系统采用全地址译码，两片2764芯片的片选信号分别接74LS373译码器的和，系统复位后程序从0000H开始执行。（2）、数据线的连接 2764芯片的8位数据线与8031口直接连接单片机规定指令码火热数据都是由口读入，数位对应即可。(3)、控制线的连接 8031芯片的（外部程序存储器的读选通信号）与2764芯片的端相连，8031芯片的ALE（地址锁存允许信号）接地址锁存器74LS373的G引脚。5.3.2 数据存储器的扩展由于8031芯片内部RAM只有128字节供用户使用，远不能满足系统需要，因此需要扩展片外的数据存储器（RAM）。常用的数据存储器有6116(2Kx8)，6264(8Kx8)等，这里我们选用6264(8Kx8)，扩展片6264，8031与6264的连接方式与6031和2764的连接大致相同，不同的是，RAM读输信号与8031芯片的引脚连接，RAM写输信号与8031的相连。由于程序存储器与数据存储器独立编址，地址可以重复使用，因此，片6264的片选信号也分别接74LS373译码器的和5.I/O接口电路及辅助电路设计5.4.1 I/O接口电路设计8031单片机共有四个位并行I/O，但可供用户使用的只有口和部分口，不能满足输入输出口的需要，因此系统必须扩展输入输出接口电路。这里根据系统功能及需要,扩展一片8155和一片8255可编程接I/O口芯片.8155的片选信号接74LS138的端,8255芯片的片选信号接74LS138的。 74LS138三八译码器有三个输入A、

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