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CJK6032-4型数控车床设计说明书.doc

CJK6032-4型数控车床设计【11张CAD图纸+毕业答辩论文】

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CJK6032主轴箱体.dwg

CJK6032总图及纵向进给图.dwg

CJK6032横向进给系统.dwg

主轴箱装配图.dwg

套筒.dwg

总合图.dwg

皮带轮.dwg

轴.dwg

进给小箱体.dwg

零件图集合.dwg

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关键词：: cjk6032 数控车床设计全套 cad 图纸毕业答辩论文

资源描述：

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1课题研究的背景目的和意义3

1.2数控车床的现状及发展趋势3

1.2.1数控车床发展总趋势3

1.2.2我国数控车床的现状及发展趋势4

1.3设计的主要内容5

第2章总体方案设计6

2.1 设计参数6

2.2总体方案的确定6

2.3 传动原理7

2.4 基本参数的确定7

2.5 本章小结9

第3章传动设计10

3.1 设计参数10

3.2 减速齿轮设计及校核10

3.3 带轮及带的计算14

3.4 轴的初步确定16

3.5 轴的校核16

3.6 本章小结19

第4章进给系统设计20

4.1 纵向进给丝杠设计20

4.1.1 滚动螺旋传动工作原理20

4.1.2 丝杠设计计算20

4.2 横向进给丝杠设计22

4.3 步进电机的选择23

4.3.1步进电机的工作原理23

4.3.2 步进电机的选取25

4.4 本章小结27

第5章经济技术分析28

结论31

参考文献32

致谢33

摘要

本次毕业设计课题是CJK6032简易数控车床。该数控车床结够简单，紧凑、体积小，功能齐全，是一个很适用的经济性数控车床，能够达到非常满意的工作效率。

CJK6032主要是由传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。对其传动系统设计时，先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图。再根据给定的设计参数来确定传动和进给系统。滚珠丝杠由步进电机来驱动，步进电机由驱动控制系统来驱动。从而实现进给系统的进给。通过用途，功能和技术要求等合理定出系统结构，并通过认真的计算得到的参数，然后选择符合规定的元件和进行系统的结构设计。CJK6032是无级调速的，由电动机加变频器来实现。最后通过技术经济分析，验证了设计生产该产品是经济合理的。

关键词：车床；滚珠丝杠；步进电机；无级调速；传动系统

ABSTRACT

The subject of design is the simple NC CJK6032-lathe. The numerical control lathe simple,compact,small size, fully functional,is a suitable economy of CNC lathes. we can achieve a satisfactory work efficient.

The simple NC CJK6032-lathe is composed of drive system, feed system and controlsystem. When designing drive system, the diagram of simple drive system are specified.Then the drive and feed system are designed according to the given design parameter. Thefeed system is working with the assistance of ball screw. The steped motor drove by deivecontrol system is drove by ball screw. through the use of functional and technical requeirements set reasonable structure,and through careful calculation by the parameters,and then select the required components and systems for the structural design.The simple NC CJK6032-lathe has variable speed which is accomplished by motor and frequency converter. In the end, the analysis on economic prove its reasonable to produce to CJK6032-lathe.

Key words：Lathe；Ball Screw；Stepping motor；Variable Speed；Transmission system

第1章绪论

1.1课题研究的背景目的和意义

数控车床利用数字化的信息对车床运动及加工过程进行控制，是一种可编程的通用加工设备，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以特别适合加工形状复杂的轴类和盘套类零件。与通用机床和专用机床相比，数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，是一种柔性的、高性能的自动化车床，代表了现代控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，广泛应用于机械制造业。数控车床的主传动系统包括主轴电机、传动系统与主轴组件，与普通机床相比，变速功能绝大部分由主轴电机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级调速的范围。

自从20世纪中叶数控技术出现以来，数控车床得到了长足的发展。随着制造业对数控车床的大量需求，汽车、国防、航空、航天等行业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，数控车床的发展总体呈现出高速化、高精度化、多轴化、复合化、网络化、智能化等趋势。数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个崭新的阶段。由于数控车床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此它提高了机械制造的制造水平，解决了机械制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的复杂型面零件加工，为社会提供了高质量、多品种及高可靠的机械产品已取得了巨大的经济效益。

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A0-CJK6032总图及纵向进给图.jpg

A0-CJK6032横向进给系统.jpg

A0-CJK6032主轴箱体.jpg

小图【1.5A0】【共6张】.jpg

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内容简介：: 本科学生毕业设计 CJK6032-4 型数控车床设计系部名称：机电工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化 08-3 班学生姓名：指导教师：职称：黑龙江工程学院二一二年六月 nts nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 目录摘要 . II Abstract . III 第 1 章绪论 . 1 1.1课题研究的背景目的和意义 . 3 1.2数控车床的现状及发展趋势 . 3 1.2.1数控车床发展总趋势 . 3 1.2.2我国数控车床的现状及发展趋势 . 4 1.3设计的主要内容 . 5 第 2 章总体方案设计 . 6 2.1 设计参数 . 6 2.2总体方案的确定 . 6 2.3 传动原理 . 7 2.4 基本参数的确定 . 7 2.5 本章小结 . 9 第 3 章传动设计 . 10 3.1 设计参数 . 10 3.2 减速齿轮设计及校核 . 10 3.3 带轮及带的计算 . 14 3.4 轴的初步确定 . 16 3.5 轴的校核 . 16 3.6 本章小结 . 19 第 4 章进给系统设计 . 20 4.1 纵向进给丝杠设计 . 20 4.1.1 滚动螺旋传动工作原理 . 20 4.1.2 丝杠设计计算 . 20 4.2 横向进给丝杠设计 . 22 4.3 步进电机的选择 . 23 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 II 4.3.1步进电机的工作原理 . 23 4.3.2 步进电机的选取 . 25 4.4 本章小结 . 27 第 5 章经济技术分析 . 28 结论 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 摘要本次毕业设计课题是 CJK6032 简易数控车床。该数控车床结够简单，紧凑、体积小，功能齐全，是一个很适用的经济性数控车床，能够达到非常满意的工作效率。 CJK6032 主要是由传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。对其传动系统设计时，先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图。再根据给定的设计参数来确定传动和进给系统。滚珠丝杠由步进电机来驱动，步进电机由驱动控制系统来驱动。从而实现进给系统的进给。通过用途，功能和技术要求等合理定出系统结构，并通过认真的计算得到的参数，然后选择符合规定的元件和进行系统的结构设计。 CJK6032是无级调速的，由电动机加变频器来实现。最后通过技术经济分析，验证了设计生产该产品是经济合理的。关键词：车床；滚珠丝杠；步进电机；无级调速；传动系统 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 III ABSTRACT The subject of design is the simple NC CJK6032-lathe. The numerical control lathe simple,compact,small size, fully functional,is a suitable economy of CNC lathes. we can achieve a satisfactory work efficient. The simple NC CJK6032-lathe is composed of drive system, feed system and controlsystem. When designing drive system, the diagram of simple drive system are specified.Then the drive and feed system are designed according to the given design parameter. Thefeed system is working with the assistance of ball screw. The steped motor drove by deivecontrol system is drove by ball screw. through the use of functional and technical requeirements set reasonable structure,and through careful calculation by the parameters,and then select the required components and systems for the structural design.The simple NC CJK6032-lathe has variable speed which is accomplished by motor and frequency converter. In the end, the analysis on economic prove its reasonable to produce to CJK6032-lathe. Key words： Lathe； Ball Screw； Stepping motor； Variable Speed； Transmission system nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章绪论 1.1 课题研究的背景目的和意义数控车床利用数字化的信息对车床运动及加工过程进行控制，是一种可编程的通用加工设备，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以特别适合加工形状复杂的轴类和盘套类零件。与通用机床和专用机床相比，数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，是一种柔性的、高性能的自动化车床，代表了现代控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，广泛应用于机械制造业。数控车床的主传动系统包括主轴电机、传动系统与主轴组件，与普通机床相比，变速功能绝大部分由主轴电机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级调速的范围。自从 20世纪中叶数控技术出现以来，数控车床得到了长足的发展。随着制造业对数控车床的大量需求，汽车、国防、航空、航天等行业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，数控车床的发展总体呈现出高速化、高精度化、多轴化、复合化、网络化、智能化等趋势。数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个崭新的阶段。由于数控车床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此它提高了机械制造的制造水平，解决了机械制造中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的复杂型面零件加工，为社会提供了高质量、多品种及高可靠的机械产品已取得了巨大的经济效益。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（ 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。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。数控车床的发展不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控车床的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（ IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控车床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. 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（ CIRP）将其确定为 21世纪的中心研究方向之一。在加工精度方面，近 10年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m ，精密级加工中心则从 3 5m ，提高到 1 1.5m ，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (0.01m) 。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 2. 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。 3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各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，不仅采取重大措施来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。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接关系到一个国家的经济发展和综合国力。总之，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，提高综合国力和国际地位的重要途径。数控机床是典型的机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。结构设计及控制系统设计能力都能受到训练，可有力的提高学生的分析问题、解决问题能力及机电一体化水平。 1.2 数控车床的现状及发展趋势 1.2.1 数控车床发展总趋势近年来，随着数控加工技术的不断发展，数控车床也呈现出一些新的发展趋势，如主轴转速的高速化、功能结构的复合化、柔性化。（ 1）高速主轴单元为了适应数控加工高速化的发展，目前越来越多的高速数控车床采用了电主轴。电主轴又称内置式电动机主轴单元，就是将高速的主轴电动机置于主轴内部，通过交流变频控制系统，使主轴获得所需的工作转速和转矩，实现电动机、主轴的一体化功能；取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题；可精确实现主轴的定位和轴传动功能。采用电主轴结构可使主轴转速达到 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 10000r/min 以上，它融合了尖端的高速精密轴承、润滑技术、冷却技术、高速变频驱动技术，是技术含量很高的机电一体化产品。（ 2）功能复合化、柔性化随着数控车床对加工对象的适应性的不断提高，数控车床的设计发生了很大变化，并向着功能复合化和系统柔性化的方向发展。功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大车床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。数控车床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点 (数控单机、加工中心和数控复合加工机床 )、线 (FMC、 FMS、 FTL、 FML)向面 (工段车间独立制造岛、 FA)、体 (CIMS、分布式网络集成制造系统 )的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。 CNC 单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与 CAD、 CAM、 CAPP 及 MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展由此可见，现代数控车床主传动系统设计不仅限于只满足原有的基本要求，还要综合考虑现代制造对机床的整体要求，如制造控制、过程控制以及物料传送，以缩短产品的加工时间、周转时间、制造时间，以最大限度的提高生产率。 1.2.2 我国数控车床的现状及发展趋势我国数控技术起步于 1958 年，于 1958年研制出第一台数控机床，近 50 年的发展历程大致可分为 3 个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的 “六五 ”、 “七五 ”期间以及 “八五 ”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的 “八五 ”的后期和 “九五 ”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在 “九五 ”末期，国产数控机床的国内市场占有率达 50，配国产数控系统（普及型）也达到了 10。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 在 20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控车床的水平差距很大。从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以 “ 做得出、用得上、卖得掉 ” 为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。 1.3 设计的主要内容 CJK6032 主要是由传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。本次设计也重点设计这三个部分。首先，对其传动系统设计时，先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图。然后，根据给定的设计参数来确定传动和进给系统。滚珠丝杠由步进电机来驱动，从而实现进给系统的进给。步进电机由控制系统来驱动。控制系统是由键盘，显示，变频器，脉冲发生器和电机驱动部分组成。 CJK6032 是无级调速的，本次设计通过三相异步电动机加变频器来实现无级调速。最后通过技术经济分析，可以看出设计生产该产品是经济合理的。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 第 2 章总体方案设计 2.1 设计参数数控车床 CJK6032，最大加工直径 160mm，变频调速（手动三档），开环系统，脉冲当量 0.005mm。 2.2 总体方案的确定初步对 CJK6032-4 型数控车床的主轴箱设计有两种设计方案。 1、用皮带轮降速到轴上，再用一个二联滑块实现两档变速，最后用一个一比一的定比传到主轴上，电机用变频电机。转速图如图 2.1 图 2.1 CJK6032 转速图 1 2、用普通电机带皮带轮降速到轴上，再用一个二联滑块实现两档变速，最后用一个传动比为 1:2的定比传动齿轮来传到主轴上，加变频器经过传动比为 1： 1 齿轮传到主轴上。转速图如图 2.2：图 2.2 CJK6032 转速图 2 对于第一种方案虽然要简单，它不需要变频器要比第二种方案少一根轴，但是由于它的变频范围使它皮带轮上的传动比很大，对于带传动来说要不合适，且所选电机nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 为变频电机，耗资较大，我们不采用这种结构。第二种方案虽然要多一根轴来连接变频器，但是它由于有定比为 1： 2 的传动使的皮带轮的传动比降低，这个方案比较合理，在带传动结构中这样的传动比很常见，而且不是很大可以采用。而且带轮不是很大不会和主轴存在干涉现象。纵向和横向进给是靠丝杠来实现的，丝杠用步进电机来带动。因为脉冲当量小于0.005。所以在步进电机和丝杠之间，我采用传动比为 1： 2的齿轮来降低脉冲当量。大带轮与带轮轴连接采用卸荷方式，可以使大带轮的重量不压在轴上，减轻了轴的负荷，使传动更平稳。主轴箱内有一对滑移齿轮，把它们放在第一根轴上，将第一根轴做成花键轴，使整体结构更紧凑，更合理。主轴与脉冲发生器连接采用齿轮一比一传动，这样方便计算主轴转一圈，丝杠进给多少。纵、横向进给系统选择的步进电机步距角都为 0.36，纵向进给的最小进给量为0.002mm，横向进给的最小进给量为 0.01mm，所以必须通过减小步距角来实现这个最小进给量。减小步距角一可以通过齿形带传动来减小，二是通过齿轮传动来减小，由于齿形带传动精度没有齿轮传动精度高，而机床的进给精度要求较高，所以选择齿轮传动来减小步距角，采用双片薄齿轮错齿调整法来消除传动齿轮间隙。 2.3 传动原理 1、传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。 2、应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。 3、主轴的转速范围为 502000r/min，若采用变频配合普通电机，则需要采用换挡控制主轴转速。 4、脉冲当量为 0.0010.003m/min，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单。因此，得到如下传动原理，如图 2.3。 2.4 基本参数的确定 1、通过主轴孔最大棒料直径 32320101101 Ddmm （ 2.1） 2、床身宽度 2 7314.2 82.0 DB mm （ 2.2） 3、经济合理的工件或刀具直径按照以下几种经验公式估定 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 图 2.3 传动方案总图 m a x ( 0 . 5 0 . 7 ) 0 . 6 1 9 2d D D mm m i n ( 0 . 8 0 . 1 2 ) 0 . 1 3 2d D D mm （ 2.3） 4、运动参数可通过类比实验和计算等方法综合确定 m inm inm a x1000 vn d m a xm a x m i n1000 vn d （ 2.4） minv 、 maxv 、 maxd 、 maxd 为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。 minn 、maxn 是机床的最低、最高转速，其中常用经济加工切削速度硬质合金刀具精车中碳钢v =200 220m/min，取 maxv =220m/min， minv 取高速钢刀具精车丝杠速度 v =1.5m/min。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 49.219214.3 5.11000m in n r/min m a x 1 0 0 0 2 2 0 21893 . 1 4 3 2n r/min 取 n 501800r/min 主轴计算转速 147)501 8 0 0(50)( 3.03.0m i nm a xm i n nnnn jr/min 5、动力参数据下列公式及数据估算电机功率 P。总切削力 ZF f t s （ kgN） f 单位切削面积上的切削力，取硬质合金刀加工中碳钢 f =200（ kgN/mm2）； t 切削深度； s 进给量。切削深度及进给量取半精车中碳钢，故 t 取 1mm； s 取 0.2mm； v =190m/s 24.16120 1902.012006120 vstfP ckw （ 2.5） 2.5 本章小结本章对整个数控车床的原理做了详细的介绍，并重点分析和计算了两种设计方案，通过比较，确定了第二种方案作为本次设计的方案，第二种方案虽然要多一根轴来连接变频器，但是它由于有定比为 1:2 的传动使的皮带轮的传动比降低达到 2.8，这个方案比较合理，在带传动结构中这样的传动比很常见，而且不是很大可以采用。而且带轮不是很大不会和主轴存在干涉现象。另外，还确定了机床的一些基本的设计参数，主要有床身宽度，最大加工棒料直径，运动参数，动力参数等。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 第 3 章传动设计 3.1 设计参数为了方便计算，现将主要技术参数列表如下：表 3.1 CJK6032 主要技术参数项目单位参数床身上最大工件回转直径 mm 320 拖板上最大工件回转直径 mm 160 最大工件长度 mm 750 主轴转速范围 rpm 35 1910 主轴通孔直径 mm 38 主轴锥孔 - 主轴锥孔主轴电机功率 kW 3 刀架刀位数 - 4 车刀刀杆最大尺寸（宽高） mm 2020 进给电机扭矩（功率）横向（ X） Nm 7 纵向（ Z） Nm 7 尾架套筒锥孔 - 莫氏 3 号机床外形尺寸（长宽高） mm 16807401160 机床重量（毛重 /净重） kg 450 3.2 减速齿轮设计及校核设计齿轮的输入功率是 2.07kw，小齿轮的转速1n=330r/min，齿数比 u =75/22，工作寿命 15 年（设每年工作 300 天），两班制。 1、选齿轮的类型、精度等级、材料及齿数（ 1）按传动方案选用直齿圆柱柱齿轮传动。（ 2）速度不是很高，选用 7 级精度（ GB1009588 ）。（ 3）材料的选择。由参考文献 1表 101 常用齿轮材料及力学特性选小齿轮的材料是 40Cr(调质 )，硬度为 280HBS，大齿轮的材料为 45 钢 (调质 )，硬度为 240HBS，二者材料硬度差 40HBS。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 （ 4）选小齿轮的齿数1z=22,大齿轮的齿数2z=75。 2、按齿面接触强度设计由参考文献 1设计计算公式（ 109a ）进行试算，即 1td 2.32 213 1t EdHKT Zuu （ 3.1）确定公式内的各计算数值（ 1）试选载荷系数tK=1.3。（ 2）计算小齿轮传递的扭矩 1T=9550000p/1n=95500002.07/330=59904.5Nmm 由参考文献 1表 10 7 圆柱齿轮的齿宽系数d根据齿轮相对支撑非对称布置选取齿宽系数d=1。（ 3）由参考文献 1表 10 6 弹性影响系数查的材料 EZ 的弹性影响系数EZ=189.8 12MP 。（ 4）由参考文献 1表 10 21d 齿轮的接触疲劳强度 limH 查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限lim1H=600Mpa，大齿轮的接触疲劳强度极限lim2H=550Mpa。（ 5）由参考文献 1式 10 13 计算应力循环的次数 1160 hN n jL=60330(2830015)1=1.426910 （ 3.2） 2N=1.426910 /3.3=4.32810 （ 6）由参考文献 1图 10 19 查得接触疲劳寿命系数1HNK=0.92； 2HNK=0.96 （ 7）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S =1，由参考文献 1式 10 12 得 SK HHNH 1lim11 =0.92600=552MPa （ 3.3） nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 SK HHNH 2lim22 =0.96550=528 MPa （ 3.4） 3、齿轮主要尺寸计算（ 1）试算小齿轮分度圆直径1td,代入 H中较小的值 1td 2.32 213 1t EdHKT Zuu =2.32 23 1 . 3 1 1 7 4 9 3 . 9 3 . 3 1 1 8 9 . 8()1 3 . 3 5 2 8=54.7mm （ 2）计算圆周速度 v 18.11 0 0 060 3307.541 0 0 060 11 ndv tm/s （ 3.6）计算齿宽 b 1 1 5 4 . 7 5 4 . 7dtbd mm （ 3.7）（ 3）计算齿宽与齿高之比 /bh 模数 11/ttm d z=54.7/22=2.486mm （ 3.8）齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 2 . 4 8 6 5 . 5 9thm mm （ 3.9） /bh=54.7/5.59=9.785 （ 3.10）（ 4）计算载荷系数根据 v =1.18m/s， 7 级精度，由图参考文献 110 8 查得动载荷系数VK=1.03；直齿轮，假设 / 1 0 0AtK F b N/。由参考文献 1表 10 3 查得HK=FK=1.2;由参考文献1表 102 查得使用系数AK=1.25，由参考文献 1表 10 4 查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 2 2 31 . 0 3 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0H d dKb （ 3.11）将数据代入后得 2 2 3 1 1 . 0 3 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0H d d =1.44381 （ 3.12）由 /bh=5.59, HK=1.44381 查参考文献 1图 10 13 得FK=1.35 故载荷系数 HHVA KKKKK =11.031.21.44381=1.649 （ 3.13）（ 5）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由参考文献 1式（ 10 10a）得（ 6）计算模数 11/m d z=59.2/22=2.69mm （ 3.14） nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 4、按齿根弯曲强度设计由参考文献 1式（ 10 5）得弯曲强度的设计公式为 3 2112 F SaFad YYzKTm （ 3.15）（ 1）确定公式内的各计算数值由参考文献 1图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1FN=500MPa；小齿轮的弯曲疲劳强度极限2FN=380MPa；（ 2）由参考文献 1图 10 18 查得弯曲疲劳寿命系数FNIK=0.83 ,2FNK=0.84: （ 3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S =1.4 由参考文献 1公式（ 10 12）得 43.2964.1 50083.0111 SK FNFNF MPa （ 3.16） 2284.1 38084.0222 SK FNFNF MPa （ 3.17）（ 4）计算载荷系数 K A V F FK K K K K11.031.21.35=1.6686 （ 3.18）（ 5）查取齿形系数由参考文献 1表 10 5 查得 1FY 2.72， 2FY 2.22 （ 6）查取应力校正系数由参考文献 1表 10 5 查得 1SY 1.57， 2SY 1.77 （ 7）计算大、小齿轮的FSFYY并加以比较 0 1 4 4.043.2 9 6 57.172.21 11 F SF YY 0 1 7 2 3.02 2 8 57.122.22 22 F SF YY （ 3.19）大齿轮的数值大。（ 8）设计计算 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 3 22 1 . 6 6 8 6 5 9 9 0 4 . 5 0 . 0 1 7 2 3 1 . 9 31 2 2m mm 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所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所所决定的承载能力，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 1.93 并就近圆整为标准值 m =2 ，按接触强度算得的分度圆直径1d=59.2mm 算出小齿轮齿数 11 5 9 . 2 2 9 . 62dz m 取 30 （ 3.20）大齿轮的齿数2z=3.330=99 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 5、几何尺寸计算（ 1）计算分度圆直经 11d z m=302=60mm （ 3.21） 22d z m=992=198mm （ 3.22）（ 2）计算中心距 12/2a d d =（ 60+198） /2=129mm （ 3.23）（ 3）计算齿轮宽度根据经验一般齿宽取模数的 6 10 倍取 8bm =82=16mm 3.3 带轮及带的计算选用窄 V 带传动，设已知电动机的型号为 Y100L1-2，额定功率 P=2.2kw，转速n1=2800r/min 传动比 i=2.8 一天的运转时间 10h。 1、确定计算功率 Pca 由参考文献 1表 8 6 查得工作情况系数 =1.3，故 86.22.23.1 PKPAcakw （ 3.24） 2、选取窄 V 带带型根据、 Pca ， n1 由参考文献 1图 8 9 确定选用 A 型。 3、确定带轮基准直径 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 由表参考文献 1表 8 7，选取主动轮基准直径 dd1=100mm 根据参考文献 1式（ 8 15），从动轮基准直径 dd2 dd2=i dd1=2.8100=280mm （ 3.25）根据参考文献 1表 8 7，取 dd2=280mm 按参考文献 1式（ 8 13）验算带的速度 11 8 0 2 8 0 06 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0ddnv 11.974 /ms 35 /ms （ 3.26）带的速度合适。 4、确定窄 V 带的基准长度和传动中心距根据1 2 0 1 20 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d 初步确定中心距 0a =800mm 根据参考文献 1式（ 8 20）计算带所需的基准长度 0212210 4212 a ddddaL ddddd 2430mm （ 3.27）由参考文献 1表 8 2 选带的基准长度dL2500mm 按参考文献 1式（ 8 21）计算实际中心距 a 0 1 ()2 dda a L L =800+1/2（ 2500-2430） =835mm （ 3.28） 5、验算主动轮上的包角1由参考文献 1式（ 8 6）得 0 0 0 0211 1 8 0 5 7 . 5 1 5 6 . 2 4 1 2 0dddda （ 3.30）主动轮上的包角合适。 6、计算窄 V 带的根数由参考文献 1式（ 8 22）知 Lca KKPP Pz 00 （ 3.31）由1 2 8 0 0 / m i nnr、 1001 ddmm、 2.8i 查参考文献 1表 8 5c 和表 8 5d得 0P2.61kw 0P0.56kw 查参考文献 1表 8 8得 K0.98，查表 8 2得LK1.00则 2 . 8 6 0 . 9 2( 2 . 6 1 0 . 5 6 ) 0 . 9 8 1z nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 取 z 2。 3.4 轴的初步确定 1、第一根轴设其传动效率为 96.0 则其功率为 112.296.02.21 P kw， 330jr/min，按参考文献 1式（ 15 2）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为 45钢，调质处理，根据 15 3取 1120 A于是得： 79.20330112.2112 33 10m i n jnPAd mm （ 3.31）轴径取 30。 2、第二根轴齿轮和轴的传动效率是 0.97 则其功率为 2P 2.1120.97=2.0486 kW ，jn 330 /minr ，按参考文献 1式（ 15 2）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为45钢，调质处理，根据参考文献 1表 15 3取0 112A 于是得： 2 33m i n 0 2 . 0 4 8 61 1 2 2 0 . 5 8330jPdAn mm 轴径取 30mm。 3.5 轴的校核校核床头箱内第一根轴轴上的功率 P = 2.07kw ，转速 n = 330r/min 转矩 5.5 9 9 04330 07.29 5 5 00 0 09 5 5 00 0 0 nPTNmm 作用在齿轮上的力 Ft , Fr 齿轮分度圆直径 d = 60mm 2 2 5 9 9 0 4 . 5 2 0 3 7 . 360t TF d N （ 3.32） 5.74120t an3.2 0 3 7t an tr FF N （ 3.33）轴上受力情况见图 5.1 求轴上的载荷水平面 H 0BM 故有 FNH1 + FNH2 = Ft 2 0t B C N H B DF l F l联立解得： FNH1 = 1736.7N FNH2 = 300.585N nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 在垂直面 V： FNV1 + FNV2 = Fr 2 0r B C

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