新型5m立式车床回转工作台和横梁设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321中文摘要山东理工大学 毕业设计（论文）题 目： 新型5m立式车床回转工作台和横梁设计中文摘要一、总体方案的拟定本项研究的对象CK5250立式数控车床, 是一种性能优良，工艺范围广泛，生产效率高的先进设备，它是一种集机、电一体化的精密设备。立式数控车床利用数字化的信息对机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、端面等工序的切削加工，所以特别适合加工形状复杂的盘套类零件。其工作台和底座、立柱等采用消失模整体铸造、热对称工艺，主轴轴承采用进口高精度双列短圆柱滚子轴承，确保机床的加工精度和各项技术指标的稳定性；立柱采用龙门框架封闭结构，通过科学的力学分析计算，使结构尺寸与受力状态达到最佳；垂直刀架圆柱导轨采用液体润滑，各项均采用伺服电机驱动，滚珠丝杠传动。机床的主传动由直流调速电机驱动，经两档变速机构，实现工作台的变速范围。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，因此被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1.1数控车床主传动系统的要求数控机床作为高自动化的机电一体化设备，其主传动系统的设计一般应满足以下基本要求。1、使用性能要求高 首先应满足机床的运动特性。如机床主轴有足够的转速范围和转速级数，不仅有低速大转矩功能而且还要有较高的转速。传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠。2、传递动力要求 主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转速，具有较高的传递效率。3、工作性能要求 主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性、热变形特性稳定，才能保证加工零件有较高的质量。电动机、主轴及传动部件都是热源，低温升、小变形是对主轴传动系统的重要指标；主轴要较高的旋转精度与运动精度；主轴轴颈尺寸、轴承类型及装配方式，轴承预紧量大小、主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响；主轴组件必须有足够的耐磨性，使之保持良好的精度；轴承处还要有良好的润滑。1.2数控车床主传动系统的方式CK5250立式数控机床主传动系统采用无级变速形式。无级变速形式可以在一定范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳转速，能在运转中变速，便于自动变速。数控车床的主传动采用交、直主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴结构大为简化。主轴电动机与主轴采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴结构，能有效地提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、输出转矩与主轴的特性完全一致。二、主要设计技术指标与参数： 1最大切削直径 5000mm2工件高度 2500mm3工件重量63T4最大切削力 左刀架8000kg 右刀架6300kg5工作台直径 4500mm6工作台转速范围 2-31rmin7工作台最大扭矩 125kn*m 8垂直刀架最大移动距离 1600mm9刀架最大回转角度 -15+3010刀杆最大尺寸 60*60mm11. 横梁最大行程 2310mm12主电机功率55kw 380v13横梁升降电机 7.5kw14两边立柱导轨 520*3115. 横导轨 620*19关键词：立式数控车床 回转工作台 齿轮传动 蜗杆传动 刀架English AbstractAbstract一、The formulation of overall program.The overall concept draws up in this research the object CK5250 vertical numerical control lathe, Mainly as steam turbine, turbine, heavy electrical motor, shipbuilding, mining, metallurgy, heavy machinery and nuclear power etc equipment manufacturing industry heavy-duty processing equipment. the numerical control lathe head of a bed part design with the ambulacrum, the main axle module design. Regarding must act according to in the design handbook with the ambulacrum design to carry on the design with the ambulacrum design calculation, but the main axle module is one of engine bed major components, because the main axle module direct withstanding cutting force, the rotational speed scope is very big, thus the numerical control lathe processing quality very great degree must depend on it to guarantee, the main axle module performance requirement includes the precision, the static rigidity, the vibration-proof, thermostability, wear resistant and so on. The main axle is the main axle module important constituent, thus the main axle design is very important, the main axle design must from the main axle material and the heat treatment, the main axle structure shape, the main axle main precision target carries on, the main axle structure shape mainly is decided the components which installs on the axis, the bearing, passes on the moving parts jig and so on the type, the number, the position, the installment locate mode and so on, also considers its technological request. 1.1 CNC lathe main drive system requirementsCNC machine tools as a high-automation equipment, electromechanical integration, the main drive system design should generally meet the following basic requirements.1.Should first be used to meet high performance requirements of the motion characteristics of machine tools. If there is enough spindle speed range and speed of progression, not only have low speed high torque features but also have a higher speed. Transmission system design, easy to operate flexible, fast, safe and reliable. 2.Transmission power of main motor and drive mechanism required to provide and deliver adequate power and speed, with high transfer efficiency3. Performance requirements of the main transmission in all parts sufficient rigidity, precision, and vibration resistance, thermal stability and deformation characteristics, to ensure a higher quality of machining parts. Motor, spindle and drive components are heat, temperature rise, small deformation is an important indicator of the spindle drive system; spindle rotation to high precision and accuracy of movement; spindle journal dimensions, bearing types and assembly, bearing preloading size, spindle components are uniform mass distribution and damping components of the spindle axis component of static stiffness and vibration of an impact; spindle components must have sufficient wear resistance, so that good accuracy; bearings Department also has a good lubrication.1.2 CNC lathe main drive wayCK5250 vertical CNC machine tool main drive with continuously variable form. Continuously variable form of a continuous change in speed within a certain range in order to get the best speed to meet the processing requirements, can operate in speed, ease of automatic transmission. CNC lathe main drive AC, direct speed spindle motor, motor speed range, and can be variable speed, so that spindle structure simplified. Spindle motor and spindle motor drive with built-in spindle. Greatly simplify the use of direct-drive spindle structure, can improve spindle rigidity.二、The main design specifications and parameters:1.Maximum cutting diameter 5000mm2 .Work piece height 2500mm3 .Work piece weight 63T4. Maximum cutting force Left Knife 8000kg Right Knife 6300kg5 .Table Diameter 4500mm6. Table speed range 2-31rmin7 .Maximum torque table 125kn*m8 .Vertical tool maximum moving distance 1600mm9 .Maximum rotation angle knife -15+3010 .Arbor maximum size 60 * 60mm11. Beam maximum stroke 2310mm12 .Main motor power 55 kw 380v13 .Beam lift motor 7.5kw14 .Both sides of the column guide520 * 3115. Cross rail 620 * 19Key words: Vertical CNC lathe rotary table Gear drive worm drive knife目录目 录中文摘要IAbstractIII目 录V第一章 引 言11.1 课题的背景和意义11.2 数控车床国内外发展状况11.2.1 国内数控车床现状11.2.2 国外数控车床现状21.3 数控车床的发展前景3第二章 立式数控车床简介52.1 立式数控车床的用途52.2 立式数控车床的组成52.3 立式数控车床的运动52.4 立式数控车床的分类52.5 立式数控车床的工作原理7第三章 主传动的设计及轴承的校核83.1齿轮的传动83.1.1 选择齿轮材料83.1.2 齿轮的设计与校核83.2 主轴的设计133.2.1 主轴的要求133.2.2 主轴的设计与校核143.3轴承的选用和配合163.3.1 X轴轴承163.3.2 Z轴轴承193.4键的校核20第四章 丝杠的设计及校核214.1 丝杠的选用214.2 丝杠的材料214.3 X轴外循环滚珠丝杠的设计214.4 Z轴外循环滚珠丝杠的设计25总 结30致谢及声明31参考文献32- VI -第一章 引言第一章 引言1.1 课题的背景和意义数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。本次设计课题是CK5250立式数控车床，CK是数控车床，52是立式车床，50是床身上最大工件回转直径为5000mm。CK5250立式数控车床由底座、回转工作台、立柱、横梁和刀架五大部分组成。本机床不仅具有普通立式车床的粗车、精车工件外圆、内孔及端面等加工功能，还具有加大圆锥体，任意圆弧面等功能。机床具有X轴（刀架水平移动）、Z轴（横梁上下移动）两坐标联动进给功能。回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚动轴承及双列圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。回转工作台主轴上下装有双列圆柱滚子轴承，其内圈带有锥度，可以调整径向间隙以保证主轴在低转速高精度下平稳工作，使工作台运行的可靠性大大提高，确保机床在轻载或重载63T时都能平稳的工作，精度不变。此次设计对立式数控车床的部分结构进行了创新：首先是对刀架位置结构的创新，由原来的双柱立式结构的一个垂直刀架变为水平刀架，水平刀架可以切削工件的外圆，这样能够避免因悬臂刀架太长而损坏，同时扩大了机床所能加工零件的范围；刀架的移动采用圆横梁结构，刀架灵活性、切削的稳定性得到提高；刀架的旋转采用T 型螺纹，方便刀架的转动，也使机床的精密性大大提高；在工作台上加入了肋板和加强筋，大大增强了机床的牢固性；另外对于机床的立柱也进行了少许创新；回转工作台采用推力轴承支撑，刚度得到提高，从而提高传动效率和加工精度。1.2数控车床国内外发展状况1.2.1 国内数控车床现状目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱贫向致富转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求。据毕马威会计事务所分析，中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场，2005年市场销售额将达到70亿美元。数控机床已成为机床消费的主流。我国未来数控机床市场巨大，预计2010年数控机床消费仍将超过60亿美元，台数将超过10万台。专家指出，中高档数控机床的比例会大幅增加，经济型数控机床的比例不会有太大变化，而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少。我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产XNZD 2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，且外方在许多高新产品的核心技术上具有掌控地位，我们对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精度、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能实用数控机床基本上还得依赖进口。与国外产品相比，我国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上。对高速加工技术，国外已进行了多年的研究，对高速加工的机理、机床结构、机床刚度和精度的影响等都有了系统的研究，并开发生产了各种高速铣削中心、高速加工中心，广泛应用于航空器铝合金零件和模具加工上。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在800010000 r/min以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRP和电子商务。1.2.2 国外数控车床现状1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。 随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车以FANVC和西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。 1.3 数控车床的发展前景我国机床工业历来受到中央重视与关怀，通过全行业60年来艰巨努力，卓越奋战，特别是改革开放的30年和进入21世纪这10年来，己建立起较大规模和较完整体系，奠定了有利的技术基础，产品具备相当的市场竞争和供应实力。数控机床是当代机械制造业的主流装备，是市场热门商品，部分高档数控机床仍然被当成战略物资在国际市场上受到禁运与限制。我国数控机床的发展经历了30年的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期。2008年年产已达125000台，某些门类的高档部分，进口曾占较高比重的局面正在改变。金融危机爆发以来，国际机床市场不断下滑，国内经济型数控机床市场也受到了相当大的影响，产销量大幅下降。 2009年上半年已经止住下滑趋势，略微回升，但研究应对策略依旧是当务之急。经济型数控机床是国内数控机床行业发展的起步产品，发展时间比较长，生产企业对此类机床的技术掌握情况和生产能力也都比较成熟。作为比较基础的产品，很多企业都能生产，而且产品的品种也比较多，其中以经济型的数控车床、钻床和铣床为主，部分加工中心也可以归属到其中。正因为如此，加之其在国内拥有大量的市场空间，金融危机爆发之前的产量较大。但从金融危机以后的总体情况来看，国内经济型数控机床生产企业的生产能力明显过剩。主要生产经济型数控机床的企业受到的冲击比较大，尤其是一些产品档次比较低、产量比较大的企业受到的冲击更大，甚至出现部分企业限产的现象。造成这种情况出现的主要原因还是因为市场需求在减少，加上经济型数控机床的生产能力比较强，生产企业比较多，竞争比较激烈，同时经济型车床、钻床和铣床的出口量下降比较严重，部分产品出口转内销，进一步加剧了国内市场竞争。而对于产品档次比较高的企业来说，受到的冲击就不是很明显，特别是高精尖的高档机床依旧是供不应求。2008年我国机床工具行业受到国际金融危机的严重冲击，尤其是第三季度以来，对行业冲击凸显，表现出增速明显回落、中低档产品市场急剧萎缩、进口持续增长、效益增幅锐减、流动资金不足等特点。2009年年初，国家发布并实施装备制造业调整振兴规划，这给机床工具行业的调整振兴指明了方向。为我国机床工具工业的战略调整和产业升级提供了难得的历史机遇。为贯彻落实振兴规划，机床工具行业提出了三年振兴目标。2009-2011年机床工具全行业销售产值平均年增长率达到15%，以适应装备制造业调整振兴规划和国民经济GDP三年增长目标的要求。国产机床市场占有率提高到70%以上，其中数控机床占有率提高到40%以上。行业骨干企业基本形成数控机床的产业化制造体系，产业布局进一步合理化。形成3-5家在国际上具有较强竞争力的大型数控机床制造集团和一批“精、特、专”小巨人企业。为国家十大行业振兴和十大装备自主化工程服务能力进一步提高，高档数控机床和自动化生产线的重要品种有所突破。航空航天、船舶、汽车、发电设备等行业国产高档数控机床的市场占有比例从不足5%提高到20%以上。以提高国产数控机床的配套率为目标，加快中高档数控机床配套的数控系统和功能部件的开发和产业化，力争中档以上数控系统和功能部件的自配率从目前不到20%，提高到40%以上。全行业出口额从2007年的52亿美元，提高到2011年的100亿美元以上，其中金属加工机床出口达到40亿元，数控机床出口额占机床出口总额的50%以上。重点工作放在产业升级，要达到以上目标，行业今后三年的重点工作应当放在大力提升自主创新能力，提高产业化水平，加快机床产业升级上。- 4 -第二章 立式数控车床简介第二章 立式数控车床简介2.1立式数控车床的用途立式数控车床集中了卧式车床，转塔车床，多刀车床，仿形车床，自动和半自动车床的功能，主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面，圆锥表面，成形回转表面和回转体的端面等，由于多数机器零件都具有回转表面，而且数控车床通用性好，因此立式数控车床是数控机床中产量最大的品种之一。2.2 立式数控车床的组成立式数控车床由底座、回转工作台、立柱、横梁和刀架五大部分组成。不仅具有普通立式车床的粗车、精车工件外圆、内孔及端面等加工功能，还具有加大圆锥体，任意圆弧面等功能。回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚动轴承及双列圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。回转工作台主轴上下装有双列圆柱滚子轴承，其内圈带有锥度，可以调整径向间隙以保证主轴在低转速高精度下平稳工作，使工作台运行的可靠性大大提高，确保机床在轻载或重载63T时都能平稳的工作，精度不变。2.3 立式数控车床的运动为了加工出所要求的工作表面，必须使刀具和工件实现一系列运动。1 表面成形运动（1）工件的旋转运动 这是立式数控车床的主运动，其转速较高，消耗机床功率的主要部分。（2）刀具的移动 这是立式数控车床的进给运动。刀具可作平行于工件旋转轴线的纵向进给运动（车圆柱表面）或作垂直于工件旋转轴线的横向进给运动（车端面），也可作与工件旋转轴线倾斜一定角度的斜向运动（车圆锥表面）或作曲线运动（车成形回转表面）。车削螺纹时，只有一个复合的主运动：螺旋运动。它可以被分解为两部分：主轴的旋转和刀具的移动。2 辅助运动为了将工件加工到所需要的尺寸，还应该有切入运动，有的还有刀架纵，横向的机动快移。2.4立式数控车床的分类数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。 立式数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、回转工作台，刀架、进给系统，液压系统、冷却和润滑系统等部分组成。但是立式数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而立式数控车床是直接用伺服电机通过对滚珠丝杠的驱动和刀架的移动实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。 按车床主轴位置分类（1）立式数控车床 立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。（2）卧式数控车床 卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。按加工零件的基本类型分类。按刀架数量分类 （1）单刀架数控车床 数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。 （2）双刀架数控车床 这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。 按功能分类 （1）经济型数控车床 采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。 （2）普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。 （3）车削加工中心 在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。其它分类方法 按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可以分很多种类，如直线控制数控车床，两主轴控制数控车床等;按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。2.5 立式数控车床的工作原理在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据图样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹、运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。立式数控车床的加工，其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可简述如下。（1）数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹，将轨迹按车床对应的坐标轴，以最小移动量（脉冲当量）进行微分，并计算出各轴需要移动的脉冲数。（2）通过数控装置的插补软件或插补运算器，把要求的轨迹用最小移动单位的等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。（3）数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲，并通过伺服驱动使车床坐标轴按分配的脉冲运动。由上可见：（1）只要数控车床的最小位移量（脉冲当量）足够小，所用的拟合折线就安全可以等效代替理论曲线。（2）只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的。（3）只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。以上根据给定的数学函数，在理想轨迹（轮廓）的已知之间，通过数据点的密化，确定一些中间点的方法，称为插补。能同时参与插补的坐标轴数。显然，当数控机床的联动轴越多，机床加工轮廓的性能就越强。因此，联动轴的数量是衡量数控机床性能的重要技术指标之一。- 7 -第三章 主传动的设计及轴承的校核第三章 主传动的设计及轴承的校核回转工作台一般由电动机、传动装置和工作台组成，传动装置在电动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式，可以与其他伺服进给轴联动。主要技术参数（1）工作台直径 4500mm（2）工作台转速范围 2-31r/min（3）最大切削直径 5000mm（4）工作台最大扭矩 125kn*m（5）工件重量 63T（6）工件高度 2500mm3.1 齿轮的传动根据GB/T100851988的推荐，采用直齿轮传动的形式。3.1.1 选择齿轮材料 考虑到齿轮传动效率不大，速度只是低速，故齿轮用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为32-38HRC。机床的主传动采用交流电机驱动，经主轴2级变速机构实现工作台转速范围。3.1.2 齿轮的设计与校核主电机选用KCT315M开关磁阻电机，转速范围：50-1000 r/min;工作台转速范围2-23 r/min；总传动比i=6；电动机 输出功率=75kw，额定转速=1500 r/min，输出转矩T=125000000nm1. 齿面接触疲劳强度计算1）.初步计算齿宽系数 =0.6接触疲劳强度极限 =710MPa, =580MPa,许用接触疲劳强度极 =0.9=1143 MPa, =0.9=1035MPa取 值= 15 查表=82初步计算小齿轮直径 = = =531.5mm取=540mm初步计算齿宽 b=324mm,取b=325mm2).校核计算圆周速度v v= =5.259m/s.齿数Z和模数m =21, 所以取m=25 , =540mm =126使用系数=1.0动载荷系数=1.12齿间载荷分配系数 =462963N =1428.9Nmm100Nmm =1.88-3.2 (+)cos=1.88-3.2=1.707 由此得 齿间载荷分布系数 查表= =载荷系数K K=1.01.121.7961.195=2.4弹性系数 =189.8节点区域系数 =2.42重合度系数 由式得因得故 螺旋角系数 接触最小安全系数 =1.3总工作时间 =125258=12000h应力循环次数 估计,则查表指数m=8.78= =6013112000=2.232=1.339接触寿命系数 查图=0.98. =1.11许用接触应力 = = =862MPa=883.7MPa验算 = = 189.82.420.7654 =957.8MPa 齿间载荷分配系数 由上面知=1.7959齿间载荷分布系数 b/h=324/ (2.2516)=9 查相关图知=1.14载荷系数K K=1.01.121.7961.14=2.293弯曲疲劳极限 查试验齿轮的弯曲极限表=740MPa,=710MPa,弯曲最小安全系数 有相关表=1.6应力循环次数 估计,则查表指数m=49.91=60262512000=1.34=2.232弯曲寿命系数 查弯曲寿命系数图=0.93, =0.98尺寸系数 査尺寸系数图 =0.89 许用弯曲应力 =验算 = =367.744Mpa 传动无严重过载情况,固不作静强度校核。3.2 主轴的设计3.2.1 主轴的要求1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴，轴承，箱体孔的的制造，装配和调整精度。还取决于主轴转速，支撑的设计和性能，润滑剂及主轴组件的平衡。通用（包括数控）机床的旋转精度已有标准规定可循。2 静刚度 主轴组件的静刚度（简称刚度）反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，配置形式和欲紧，前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。3 抗振性主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度，缩短主轴轴承寿命，还会产生噪声影响环境。振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。影响抗振性的因素主要有主轴组件的静刚度，质量分布和阻尼（特别是主轴前支撑的阻尼）主轴的固有频率应远大于激动力的频率，以使它不易发生共振。目前，尚未制定出抗振性的指标，只有一些实验数据可供设计时参考。4 升温和热变形主轴组件工作时因各相对运动的处的摩擦和搅油等而发热，产生温升，从而使主轴组件的形状和位置发生变化（热变形）。主轴组件受热伸长，使轴承间隙发生变化。温度是使润滑油粘度降低，降低了轴承的承载能力。主轴箱因温升而变形，使主轴偏离正确位置。前后轴承的温度不同，还会导致主轴轴线倾斜。由于受热膨胀是材料固有的性质，因此高精度机床要进一步提高加工精度，往往受热变形的限制。研究如何减少主轴组件的发热，如何控制温度，是高精度机床主轴组件的研究的主要课题之一。5 耐磨性主轴组件的耐磨性是指长期保持原始精度的能力，即精度保持性。对精度有影响的首先是轴承，其次是安置刀，夹具和工件的部位，如锥孔，定心轴径等。为了提高耐磨性，一般机床主轴上的上述部分应淬硬至HRC60左右，深约1mm.6 材料和热处理主轴承载后允许的弹性变形很小，引起的应力通常远远小于钢的强度极限。因此，强度一般不做为选材的依据。主轴的形状，尺寸确定之后，刚度主要取决于材料的弹性模量。各种材料的弹性模量几乎相同，因此刚度也不是选材的依据。主轴材料的选择主要根据耐磨性和热处理变形来考虑。数控机床的材料通常是45号，需调质处理。7 主轴的结构为了提高刚度，主轴的直径应该大些。前轴承到主轴前端的距离（称悬伸量）应尽可能小一些。为了便于装配，主轴通常作成阶梯形的，主轴的结构和形状与主轴上所安装的传动件，轴承等零件的类型，数量，位置和安装方法有直接的关系。3.2.2 主轴的设计与校核1).估算轴颈d轴材料为45#钢，则由公式，查表C=118, =25mm，2).轴结构设计该轴兼有传动轴和液压变档滑移作用，画出Z=25的齿轮轮廓,齿轮分度圆直径较大,不需要采用齿轮轴结构;根据轴及轴上零件作用，完成轴的结构设计,详见零件图.为便于计算对轴上受力进行简化： 在水平面内与竖直平面内对轴进行受力分析计算如下：a）.计算齿轮受力 =9550=1070.37 圆周力 =2360N. 径向力 =N， 轴向力 b）.计算支撑反力 水平面支撑反力 =2895N, =360N 垂直面支撑反力 , 水平面内xy和垂直面内xz受力图, 如图3-1所示c) . 水平面弯矩图 如图3-1所示Mxy 垂直面弯矩图 Mxz 合成弯矩图 d) . 轴转矩图 如图3-1所示e) . 许用应力 用查入法查表=102.5MPa,=60MPa 应力校正系数=0.59f) .当量弯矩图 如图3-1所示当量弯矩0.59107370N.mm=63346 N.mm齿轮中间截面处当量弯矩=160010N.mm轴颈处当量弯矩