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绪论1.1 数控机床控制系统的组成1 数控机床的组成数控机床 （NC Numerical Control ， 简称数控）：是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 数控机床由 : 机械，电气，液压，润滑,排屑,等部分组成. 机械包括转塔，丝杠，主轴，尾台，中心架，床体，护罩,刀库，刀塔。 电气包括 :控制系统控制柜，控制柜内有伺服驱动器，变压器,继电器，接触器，输入输出等，显示屏幕，电机，行程开关。 液压包括:液压站，液压泵，各种阀液压表，润滑，润滑泵，润滑管路。 数控机床的加工特点是：精确，快速，适合批量生产,与操作者经验无关,生产效率高，可以加工形状复杂、精度要求高的零件，还有一些普通机床不能或不便加工的零件，装夹定为后能加工多道工序， 加工质量稳定，减轻者的操作劳动强度。数控机床一般由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、检测反馈系统以及机床本体组成的。数控机床的工作原理和特点主轴运动和普通车床一样，主轴运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70%-80%。基本控制功能是主轴的正反转和停止，可以自动换挡和无级调速；对加工中心和有些数控机床，还要求主轴进行高精度准停和分度功能。进给运动进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方，用电器驱动代替了机械驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服系统完成的。进给伺服系统由进给伺服驱动装置、伺服电动机、进给传动链及位置检测反馈装置组成。一般来说，数控机床功能的强弱主要是取决于计算机数控系统装置，而数控机床性能的优劣，如运动速度与精度主要取决于进给伺服驱动系统。为了保证进给运动的位置精度，我们采取了一些有效的措施。对机械传动链进行预紧和反向间隙调整：采用高精度的位置检测装置；采用高性能的伺服驱动装置和伺服电动机，来提高数控系统的运算速度。输入/输出（I/O）接口数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行准确的控制外，还需要对机床主轴启/停、换向、刀具更换、工件夹紧 /松开以及液压、冷却、润滑、分度工作台转位等辅助动作进行控制。例如，通过对加工程序中的 M 代码指令、机床操作面板上的控制开关及分布在机床各部位的行程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控系统内的可编程控制器（PLC）进行逻辑运算，输出控制信号驱动中间继电器、接触器、电磁阀及电磁制动器等输出元件，对冷却泵、润滑泵、液压系统和气动系统进行控制数控机床的分类数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：1。按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC 等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。2按控制功能分类（1）点位控制数控系统 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动； 对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。（2）轮廓控制数控系统 轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动( 坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。 适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。3按联动轴数分， 2 轴联动（平面曲线） 3 轴联动（空间曲面，球头刀） 4 轴联动（空间曲面） 5 轴联动及 6 轴联动（空间曲面）联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。4。按进给伺服系统的类型分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。（1）开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置 进给系统） ，故系统稳定性好 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。（2）半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代 CNC 机床中得到了广泛应用。（3）全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等数控机床的发展趋势从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。1 高速度与超精度化速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量。高速度、超精度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。特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，这两项技术指标又是相互制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。 目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到 50008000m/min 以上；主轴转数在 30000 转/分(有的高达 10 转/分)以上；工作台的移动速度( 进给速度)：在分辨率为 l 微米时，在 100m/min (有的到200m/min)以上，在分辨率为 0.1um 时，在 24m/min 以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到 12m/min。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 10um 提高到 5um，精密级加工中心则从 35um，提高到 115um,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(001um)。2 高可靠性随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 l6 小时内连续正常工作，无故障率在 P(t)99以上，则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必须大于3000 小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10：1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的 MTBF 就要大于 333333 小时，而其中的数控置、主轴及驱动等的 MTBF 就必须大于 l0 万小时。当前国外数控装置的 MTBF 值已达6000 小时以上，驱动装置达 30000 小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。3 多功能化在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此数控机床实现了一机多能，以最大限度地提高设备利用率。另外前台加工、后台编辑的前后台功能，充分提高其工作效率和机床利用率。数控机床还具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC 功能外，还具有网络功能。4 多轴化随着 5 轴联动数控系统和编程软件的普及，5 轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5 轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削 3 维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面粗糙度和大幅度提高加工效率，而在 3 轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，因此，5 轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。5 网络化数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓 Internet/Intranet 技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM 的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化” 。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERG 等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。6 柔性化、智能化 数控机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、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、MTS 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。智能化是 21 世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。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的智能化，如自适应控制，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、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。 7 绿色化21 世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术 )不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑(MQL) 的准干切削。对于面向多种加工方法/ 工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中，采用干切削最多的是滚齿机。 结束语总之，数控(NC)机床技术已成为制造技术的发展基础。数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。为了满足制造技术不断发展的需要，NC 机床将朝着智能化、网络化、集成化、数字化的方向发展。今后，随着计算技术、测试技术、微电子技术、计算机技术、材料和机械结构等方面的研究和科技的进步，也必将面临着新的挑战。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用 制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。第 1 页 共 37 页1dvc250-nt 数控双柱立式车床设计摘 要：主轴的传动系统是立式车床设计的一个非常重要的部分，从结构式，到结构网拟定，再到齿轮副和轴传动的设计，再选择各种主传动配合件，对轴与齿轮及配合件进行校核，主驱动程序“结构化”设计主轴变速箱装配图和零件图，重点开展传动轴总成，主轴总成，传动机构，橱柜，润滑和密封，传动轴和滑齿轮零件设计，完成了设计任务。这突出了结构设计要求，保证了机器的机械设计原则下的基本要求，开发机构的体制性，结构性网络精简机，努力降低生产成本;主轴与齿轮设计，以满足工作所需要的强度，材料的选择是采用尽量便宜的原则，避免造成材料浪费。关键词：车床、主轴箱装配图、转速图、转速范围、传动系统图第 2 页 共 37 页2目 录第一章 绪论-4第二章 总体设计-51、 机床整机加工特点-52、 转速参数设计-53、 电机参数选择-6第三章 主轴设计-81、 主轴设计-82、 主轴转速级数设计-83、 结构设计-84、 齿轮参数设计-9第四章 传动件参数设计-121、 第一轴转速设计-122、 第二轴转速设计-123、 主轴转速的设计-134、 其他传动件计算转速设计-13第五章 皮带轮设计-141、 皮带传动设计-142、 皮带轮参数设计-15第 3 页 共 37 页3第六章 零件的计算和校核-161、 各轴输出功率和扭矩计算-162、 传动轴的参数设计-163、 主轴轴颈的确定-174、 齿轮模数的计算-175、 各级转速的校核-186、 齿轮传动的校核-187、 主轴的校核-218、 轴承的计算与选取-24第七章 润滑系统设计-251、 传动系统润滑要求-252、 润滑剂的选择-253、 润滑方式-26第八章 小结-28第九章 参考文献-29第 4 页 共 37 页4第一章 绪论数控机床的组成数控机床（NC 数控，数控简称）：短期数字控制机床，是一台机器配有自动的过程控制系统。该控制系统可以在逻辑处理程序具有控制码或其他符号指令，解码，以使机器操作和加工零件。数控机床提出：机械，电气，液压，润滑，芯片和其他组件包括机械炮塔，螺丝，主轴，尾单位，中心架，床上，封面，杂志，炮塔。电器包括：控制系统柜，控制柜伺服驱动器，互感器，继电器，接触器，输入和输出，显示屏，电机，限位开关。液压包括：液压站，液压油泵，油压表各种阀，润滑，润滑泵，润滑线。数控机床加工的特点是：准确，快速，适合大量生产，而不管操作者的经验，生产效率高的，复杂的加工形状，零件精度高，也有一些普通机器不能或不便加工的零件，夹紧它可以加工作为多道工序，稳定加工质量后，降低了操作人员的劳动强度。在一般的 CNC 机床的加工程序，输入装置，数控系统，伺服系统和辅助控制装置，用于检测所述反馈系统和机床体组成。数控机床的工作原理及特点主轴运动像普通车床主轴运动主要完成切割整机电源其功率约占 70-80的任务。基本的控制功能是倒车和停止主轴，自动换档和变速;一些加工中心和数控机床，也需要高精密主轴准停和索引功能。进给运动进给运动是从普通机床数控机床主要场所，电气传动代替机械传动，数控机床的进给运动由进给伺服系统来完成不同。由馈送伺服驱动器，伺服电机，进给传动链和位置检测反馈装置馈送伺服系统。在一般情况下，数控机床功能的强度主要取决于计算机数控系统装置上，和数控机床性能意愿，如速度和准确度取决于进给伺服驱动系统上。为了保证第 5 页 共 37 页5位置的进给运动的准确性，我们已经采取了一些有效的措施。机械传动链预紧和反弹调整：采用高精度位置检测装置;采用高性能伺服驱动器和伺服电机，数控系统，以提高处理速度。输入/输出（I / O）接口数控系统控制信号处理程序处理，除了输出到喂食精确轨迹控制，我们还需要主轴启动/停止，改变方向，换刀，工件夹紧/释放和液压，冷却，润滑，分度工作台分度等辅助操作控制。例如，通过加工程序的 M 代码指令，机器操作员面板上的控制开关和分布在机限位开关，接近检测器开关，压力开关和其他输入元件数控系统内由可编程控制器的各个部分（PLC ）逻辑运算，输出控制信号以驱动继电器，接触器，电磁阀和电磁制动器等输出设备，冷却泵，润滑泵，液压系统和气动控制系统。数控机床分类许多类型的数控机床，检查它们从不同的角度，有不同的分类方法，有几种通常不同的分类方法：1.根据工艺用途分类切割类：数控铣床，数控车床，磨床，加工中心，数控齿轮加工机床，FMC 等。形成类：数控折弯机，数控折弯机。特别加工类：数控线切割机，电火花机，激光加工机。其他类型：数控机床装配，数控测量机，机器人。2按控制功能分类（1）点控制数控系统 只能实现工具相对于从一个点工件到另一个精确定位运动的; 无轨迹控制要求; 锻炼，没有任何加工过程中。 范围：数控钻床，数控镗床，数控冲床和数控测量机。（2）轮廓控制数控系统 轮廓控制（连续控制）系统，包括：控制多个轴同时协调运动（坐标联动），相对于轨道和根据运动过程中规定的连续切削的数控系统的程序的工具的移动第 6 页 共 37 页6速度的工件。 范围：数控车床，铣床，加工中心加工曲线和曲面。这个数值的系统基本上是一个现代化的数控机床和设备。3.轴数划分，2 轴（平面曲线）3 轴（空间曲面，球头铣刀）4 轴（空间曲面）5 轴和 6 轴（空间表面）轴的数量越多更复杂的控制算法的数控系统。由进给伺服系统 4.分类根据数控进给伺服子系统的位置测量装置是否可分为开环和闭环数控系统数控系统，闭环数控系统按照所述位置测量装置的安装位置可以被分为两个半 - 封闭环和闭环。（1）开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置给料系统），这是一个很好的系统稳定性 没有位置反馈，闭环系统而言的相对精度不高，其精度取决于伺服驱动系统和机械传动的性能和精度。 一般动力步进电机作为伺服驱动元件。 这种系统具有结构简单，性能稳定，易于调试，维护简单，成本低廉等优点，在准确度和速度方面要求不高，驱动转矩是不已被广泛使用的场合。一般用于经济型数控机床。（2）半闭环数控系统如图所示，用于检测的实际位置不直接检测从驱动装置（通常伺服电机）的可动部件或螺杆提取，样品旋转半闭环数控系统位置。它不包括或仅有少量 半闭环内机械传输链路，因此实现稳定的控制性能和系统的稳定性，虽然不是作为开环系统中，但比闭环更好。由于运动误差 螺距误差和齿隙造成难以消除。因此，与用闭环精度差，第 7 页 共 37 页7比开环更好。然而，这种类型的错误可以得到补偿，因此，仍然可以得到良好的精度。半封闭数控系统是简单，调试方便，精度高，并且因此已被广泛用于现代数控机床。（3）闭环数控系统 采样点作为对运动部件的实际位置示出由虚线直接闭环数控系统位置被检测。 从理论上讲，它可以消除整个驱动器和传输链路错误，清除和失去了动力。位置控制精度高。 由于位置环，刚性和间隙内的许多机械传输链路的摩擦性能是非线性的，所以很容易导致系统不稳定，闭环系统的设计，安装和调试是相当困难的。该系统主要用于高精密铣床，超精密车床，超细粉碎机，以及较大的数控机床数控机床的发展趋势20 世纪以来，数控车，数控机床机械制造行业的出现带来了革命性的变化。 NC 具有以下特点的处理灵活性，高精度，高效率，劳动强度降低，以及现代化的经济效益的生产和管理，改善工作条件，有助于改善。少量品种的较高的机电一体化产品数控机床，结构比较复杂，零件加工是一种高精密零件，组件是必要的经常变化，需要价格的精确副本一部分缩短一些没有生产周期是必要的一个关键组成部分昂贵的废铁，让需要的迫切需要和部件检验 100。特点和数控机床的应用，将是国民经济和国防建设作为发展的重要手段。在 21 世纪，经济和国际的中国已经融入全面活跃发展的新时代。机械制造此外，为了加快在国际市场上的竞争压力，遇到了数控机床的发展是一个解决方案，加入 WTO 后，提升装备制造业水平，为机械制造商的需求面临的机会，以诱发的持续发展，在生产后的一个关键。不仅制造数控机床的需求，由于大量的迅速发展和计算机技术技术现代化的设计，数控机床的应用扩大，它已经演变为更好地满足生产加工的需要。1 超精密第 8 页 共 37 页8速度和精度，直接关系到处理效率和产品的质量，是两个的数控机床的重要指标。快速，超精密加工技术是显著提高的质量和增强的效率的产品性能，生产周期可以缩短，它可以提高市场竞争力。日本五大现代制造技术之一，承载技术研究协会，国际社会工作的生产，以确认它作为 21 世纪研究（CIRP）的中心。尤其是，在超高速切割机在超精密加工技术的安装轴高移动速度和精度要求，也这两个规范，为了提高定位精度，需要更多的移动速度的限制相互，是比较困难的。目前，超高速加工，车削和铣削的切削速度已达到 5000-8000 米/分钟以上。 3（高达约 10 转/分）的人转/分或更主轴速度;移动速度计（进给速率）：LM 分辨率 100 米/分（区间 200 米/分）以上，0.1m 的解析度 24 米/分钟以上。高速小于一第二自动换刀。插补进给速度可达 12 米/小零件分钟。输入开始有11.5um，以及高达超精密加工精度的加工精度，在过去的 10 年中，精密数控机床加工的整体水平，已经从 5um 的和 3 10um 的精密加工中心提高5um 的纳米级（0.01um）。2 高可靠性在网络应用，数控机床的发展，已成为数控机床与数控高可靠性的控制系统制造商和数控机床制造商的目标。如果移位 P 中 16 个小时的连续工作，不需要 99（ T）的一天两个工作完全失败率是植物，数控机床的平均运行时间MTBF 是，要大于 3000 小时你不能这样。我们的数控机床，故障率和 NC 装置 10作为主机的比率 1：1（主机不是数字的 NC 可靠）。数控系统，33,333.3 小时的 MTBF 超过驱动的设定等在数控主轴此时必须大于 10 万小时的平均故障间隔时间，它是必需的。 MTBF 国外数控装置的电流值， 30000 小时以上驾驶时间，就已经达到了 6000 多的时候，你可以从理想的目标，你还有很大的差距看。3 多功能运输，搬运，安装，调试，许多的工件在更换工具和主轴增加的停滞时间这样的零件，以最大限度地减少死区时间，人们希望集成的机器上的不同的处理功能，缓那里将数控机床，可以实现能够以相同的顺序最大化利用率设备的机器。此外，前景，编辑前景和背景的功能，从而提高了工作效率和设备的利用率。数控机床中，除了通信端口，现代数控机床 DNC 功能，还具有网络功能，第 9 页 共 37 页9它具有更高的通信。4 多轴而且，五轴联动数控系统和编程软件，到 5 轴加工中心和数控铣床流行的免费面因，已成为热点的发展，球磨数控 5 轴控制加工程序比较简单，它可以被研磨以改善显著表面粗糙，以保持合理的切口，而不是一个三维表面处理的圆头端铣刀，以便改善非常处理效率，以避免在 3 轴控制机械剪切速率的附近是，它不能在 2010 年底参与球磨机切，这种方式的不可替代的 5 轴机床性能的优势，已成为机械制造商，积极发展的一大重点，是冲突的。5 网络化网络的数控机床，主要经由网络连接，另一个控制系统，配备有一个外部或主计算机是指至数控机床。数控机床一般均产，称为内部局域网和 Internet / Intranet 技术的提示，通过互联网，它是企业以外的第一个网站。与一个成熟的和网络技术的发展，该行业最近，已经提出了数字化制造的概念。数字化制造是，以提供机床先进的国际制造商在今天的标准配置模式，是现代机械制造企业的一个标志。通过广泛利用信息技术，越来越多的国内用户，数控机床，是进口的，需要电信服务等功能。机器的基础上对数控加工设备通用的 CAD / CAM 的基础上越来越广泛的应用厂商。 NC 应用软件， “人道，”我有一个日益丰富的虚拟设计，虚拟制造等高端技术越来越多地寻求工程师和技术人员。相反，对于一些智能硬件和软件，它正在成为现代机床的发展的重要趋势。通过流程再造和信息技术，ERG 和先进的企业管理软件数量的转换目标数字化制造，为公司创造更高的经济效益，就已经出现。6 灵活，智能的柔性自动化系统的发展趋势数控机床发展：表面上从点（数控单，加工中心和数控机床），线（FMC，FMS，FTL，FML）（车间独立制造岛的一部分， FA），体（CIMS，分布式网络集成制造系统的取向），在应用经济的方向的焦点之一。更改为柔性制造自动化技术以适应市场需求，产品快速更新的主要手段，它是制造国家的一大趋势，使其成为先进的技术和制造基地。切合实际的重点假定的目标，提高了系统的可靠性，与网络轻松集成。 ，我们将专注于开拓完美电池技术的加强。精密数控单的发展，速度和灵活性的方向。数控机床，第 10 页 共 37 页10并且它容易制造的系统，CAD，CAM，CAPP，和 MTS 链路信息集成方向可灵活配置。网络系统，以一个开放的集成和智能化方向发展。智能化是发展的制造技术是 21 世纪的大方向。基于神经网络，模糊控制智能过程控制，数字网络技术和处理原则，使人类干预的问题，为了解决许多过程的不确定性，智力活动的模拟人的专业有必要来处理。数控系统，什么是包含在智能内容的所有方面：加工追求效率和质量的情报，如自适应控制，工艺参数，如自动生成。电机参数，自动识别负载选择模型，如自我调节，比如，提高易于使用的智能驱动的性能和连接性的这样的前馈控制自适应计算。智能化的自动编程，简化操作的智能化，如智能化的人机界面，简化编程。智能诊断，智能控制，简单的诊断和维护系统。许多研究正在进行中的智能裁剪系统，智能数控设备，而不是世界的智能处理解决方案的研究发掘日本。7 绿色化金属切削机床 21 世纪，以实现绿色处理，必须是环境友好的能源有重要的地位。这主要是在此刻，以提高只有资源和能源消耗，污染环境，使用绿色技术不是重点切削液危害没有流体切割工人的健康。尽管干切削通常是在大气中，一个特殊的气体气氛（氮，冷或干燥的静电冷却技术）包括不使用切削切削液的。然而，不使用流体和干式加工困难的实际切削，用于处理工作的一些组合，将非常用少量润滑显示在（MQL）半干切割。处理方法/加工中心等机床，准干切削的各种工作的组合主要用于有通常，通过混合物和压缩空气工具空心锭切割追踪排出油路的切割区域。在各类金属切削机床，最干燥，切滚齿机。第 11 页 共 37 页11第二章 总体设计1、机床的工艺特性 工艺范围精车、半精车外圆、车螺纹、车端面刀具材料硬质合金、高速钢加工材料钢合金结构钢、灰口铸铁、铝及铝合金尺寸范围0250mm 切削用量ap=26mm f=0.30.6mm/r 2、转速参数设计确定主轴极限转速 nmax、 nmin 并求出转速调整范围 Rn。确定主轴最高、最低转速按照典型工序的切削速度和刀具直径，计算主轴的最高、最低转速。计算公式如下：minaxaxd10vmaxinid10v式中：n max、n min分别为主轴的最高、最低转速（转/分）vmax、v min分别为最高、最低切削速度（米/分）第 12 页 共 37 页12dmax、d min分别为最大、最小计算直径（毫米）应当指出，通常用机床的 dmax 和 dmin 并不是指机床上可能加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径。对于通用机床，一般取：DKdmax dmaxinR式中： K 系数，根据现有同类机床使用情况的调查确定（卧式车床 K=0.5）D可能加工的最大直径（本次设计中 D=250mm）Rd计算直径范围。(R d=0.200.25)计算 nmax根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材精车外圆时，主轴转速为最高。参考切屑用量手册及车削加工的切削速度手册参考，取vmax=50m/min K=0.5 Rd=0.2 则 125m0.DkdmaxRaxin637r/in1inax计算 nmin用高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。参考切削用量手册，取 vmin=5m/min,则12.7r/min50dnmaxini103电机参数选择第 13 页 共 37 页13本次设计采用估算法来确定机床电机功率，并结合模拟法适用。功率估算法用的计算公式：主（垂直）切削力 231N0.319Nf190af 7575.pz切削功率： 4.KW62vz主估算电机参数选择： ,取主电机的功率50.8主为 N=5.5KW以上公式均摘自机床主轴变速箱设计指导一书。所取 Y 系列电动机技术数据如下：堵截转矩 最大转矩电动机型号 额定功率/KW满载转速/（r/min）额定转矩 额定转矩质量/kg同步转速 750r/min,8 级Y160M2-8 5.5 710 2.0 2.0 119摘自机械设计课程设计课程设计手册一书 第三章 主轴设计第 14 页 共 37 页141、主轴设计1-1 选择传动形式选择带传动：优点是传动平稳，效率较好，可以有效减少震动引起的误差1-2 选择分级变速形式变速箱展开图1-3 确定公比根据选用标准公比的一般原则和经验资料故对于通用机床，为使转速损失不大，机床几个又不过于复杂，一般取中等的标准公比。即 =1.41 或者 =1.26，本次设计中，根据有关计算资料取=1.41。根据 值，可以确定出其派生的转速数列如下： 12.5, 18, 25, 35.5, 50, 71, 100, 140, 200, 280, 400, 560，第 15 页 共 37 页151-4 工作台工作装配2、主轴转速级数设计：由 Z=(Rn) ( )+1=1.71 0.15+1=12.8 取整 123、结构设计：根据转速级数 Z，按照级比指数规律求拟定结构式为： 6312其转速图如下：第 16 页 共 37 页16使用混合公比传输模式这个设计已经考虑过，但由于小的速度系列的 Z 值，以及从该混合网络公比结构可以看出分散主轴的速度过大，而且不常见的中间速度，双方跳跃跨度，鉴于通用机床特点和传输的要求，因此，要求这样的设计参数，拒绝使用共同的比例混合传输模式。通过阅读有关数据（普通机床系列型谱）确定一下参数：最大工件长度 L（mm） 350750刀架滑板上最大工件直径（mm） 125主轴通孔直径 d2(mm) 25尾座顶尖套筒锥孔号 莫氏 3 号刀架截面尺寸 h*b(mm) 164、齿轮参数设计4-1 确定齿数注意事项：（1）的牙齿和 SZ 的数量应较小，从而不会增加轴之间的中心距离，使机器结构大齿与一般建议 Sz100120（2），以避免最小齿轮侧蚀现象机齿轮箱，标准齿轮，并且通常最小齿数 Zmin1820壁厚（3）肺泡齿轮与孔壁或键槽 a2m（米模），以确保有足够的强度，以避免破裂。（4）三重滑动齿轮，您应检查齿轮的齿数之间的关系溜：之间的最第 17 页 共 37 页17大和第二大的齿数齿轮三联滑动齿轮应大于 4，所不同的，以保证当滑，没有圆柱齿轮相碰。4-2 齿轮参数设计在同一变速组内的齿轮齿数取相同模数，使用查表法，来确定齿轮的齿数（1） 对于 a 变速组有： Ua1=1/ Ua1=36/36Ua2=1/ 2 Ua2=24/48Ua3=1/ 3 Ua3=30/42(2) 对于 b 变速组有： Ub1= Ub1=42/42Ub2=1/ 2 Ub2=22/62(3) 对于 c 变速组有： Uc1= 2 Uc1=60/30Uc2=1/ 4 Uc2=18/72从转速图可知，传动系统图如下：第 18 页 共 37 页18第 19 页 共 37 页19第四章 传动件参数设计1、I 轴的转速I 轴从电机得到运动，改造后纳入各级转速主轴驱动系统，电机转速和主轴转速应接近，是从驱动构件清楚旋转以恒定功率时遭受最小的代价高扭矩，我不应该是电机轴旋转速度降得太低。与此同时，如果我有一类的高速低摩擦损耗，发热摩擦离合器部件轴，将成为一个突出的矛盾。因此，我不应该太高轴转速，对于配备了一些离合器电机的 I 轴机床以下数据，主轴，I 轴转速的数据：车床型号 电机转速r/min主轴最高转速r/minI 轴转速 r/minC618K-1 1450 1200 660CA6140 1450 1400 750CW6143 1440 2000 960CM6132 1430 2000 785C6163 1440 800 960C336 1440 1160 755从上表可以看出 I 轴转速一般取 7001000r/min 左右比较合适，如果电动机与 I 轴的传动方式为带传动，应使 I 轴的带轮不太大，以避免与主轴尾端发生干涉。2、第二轴转速设计对于原则的第二轴转速的设计考虑是：妥善解决冲突的结构尺第 20 页 共 37 页20寸和噪音，振动和高速中间轴之间的其他性能要求，小中间轴和齿轮承受的扭矩，轴颈与齿轮模数小，从而使紧凑。3、主轴转速的设计对于中型通用机床，主轴计算转速的计算公式为： min/r6.3541.7213zminj 4、其他传动件计算转速设计根据金属切削机床设计实现主轴转速的其他传动件的实际工作转速也传递全部功率，就是其传递全部功率时的最低转速。据此，可以确定各轴的计算转速如下：轴序号 主轴计算转速(r/min)280 140 50 35最小齿轮的计算转速如下：轴序号及最小齿轮齿数1（24） 2（22） 3（18） 主轴计算转速（r/min）280 140 140 35第 21 页 共 37 页21第五章 传动件的设计1、皮带传动设计由于带是靠摩擦传递动力，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。本设计用电机输出轴的定比传动。1-1 确定计算功率根据计算功率 Nj(KW)和小带轮的转速 n1(r/min)查有关图表，选择带的型号。计算功率 Nj=KwNd(KW)式中：Nd电机额定功率Kw工作情况系数因车床的启动载荷轻，工作很稳定，两班制工作时，取 Kw =1.1；Nj=1.1 5.5=6.05KW1-2 选择三角带的型号：N j 和 n1 查图 5.2-7 选 B 型1-3 确定带轮的计算直径 D1、D 2 小带轮计算直径 D1因为皮带轮的直径越小，带的弯曲也就越大，为提高带的使用寿命，小带轮的直径不应过小，按照推荐值 B 型带时 D1=140 大带轮计算直径 D2 D2=n 1 D1/n2=355 取整为 D2=350mm 确定胶带速度第 22 页 共 37 页22V=（ D1 n 1）/60 100=5.2(m/s)13m/s 故合适 初定中心距 A0=（0.62 ）（D 1+ D2）=606mm 确定胶带计算长度及 LNL0=2A0+ + =2000mm21204故 L=Y+LN=2000+33=2033mm 胶带的曲挠次数U=1000mv/L=5.140 次 确定实际中心距A = A0+ =622.5mm2L 验算表带轮的包角 160.75A2180 三角带根数 ZZ= 根 故 Z=3 根.4265CN10j 作用在轴上的力 QQ =2S0ZSin( 1/2)=97.61kgf查表机械设计，带轮的材料为铸铁，常用的牌号为HT150，又直径大于等于 300 时，采用轮辐式。第 23 页 共 37 页23第六章 零件的计算和校核1-1 计算各传动轴的输出功率P1= =4.0 0.96 0.99=3.80KWrbnp主P2= =3.80 0.97 0.99=3.65KWP3= =3.65 0.97 0.99=3.51KWrP 主 = =3.51 0.97 0.99=3.37KWb1-2 计算各传动轴的扭矩T1=9550p1/n1j=36290(N.mm)T1=9550p2/n2j=69715(N.mm)T1=9550p3/n3j=189381(N.mm)T1=9550p4/n4j=257468(N.mm)2 传动轴的参数设计传动轴直径按钮转刚度用下式进行概算：d=91 )4(j/Nn式中 d传动轴直径（mm）N该传动轴的功率（KW）Nj该轴的计算转速（r/min）（ ） 该轴每米长度允许扭转角（deg/m）一般取传动轴（ ）= 0.50-10.对空心轴上式计算值再乘以系数K，通过上式计算可得机床的各轴轴颈和花键如下表：第 24 页 共 37 页24轴序号 D1 D2 D3轴颈 30mm 35mm 40mm花键 8 32 3668 36 4078 42 468支撑形式选择两支撑，初选悬伸量 a=90mm,支撑跨距 L=520mm选择平键连接，b h=22 14, L=100mm3 主轴轴颈的确定对于通用机床的主轴尺寸参数，多由结构上的需要确定，故主轴前轴颈 D1 尺寸按金属切削设计床设计一书，查表 5-7 依电动机功率参数而定的主轴颈 D1 的尺寸统计确定，又结合其它参考机床设计手册，取 D1=60mm,后轴颈 D2 的直径，按D2=（0.70.85 ）D 1 确定 D2=45mm。4 齿轮模数的计算在同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮， mj=16300 3j213)inzpki主查阅金属切削机床设计一书表 4-7，考虑到机床所传递的功率取齿轮材料为 40Cr，热处理方式为整淬（C48）；接触应力=125MPa按接触疲劳计算齿轮模数 m，查表计算可得k1=1.04、 k2=1.3、k 3=1.3第 25 页 共 37 页251-2 轴 取 m=8, Z1=22，i=2，n j=280, pj=3.80 则由上面的公式得 mj=2.2, m=2.5mm2-3 取 m=10, Z1=22，i=2.82，n j=140, pj=3.65 则由上面的公式得mj=2.35, m=2.5mm3-主轴 取 m=8, Z1=18，i=4 ，n j=100, pj=3.51 则由上面的公式得mj=2.6, m=3mm5 各级转速的校核实际转速12.48 17.60 35 49.35 69.58 98.11 138.34195.06275.03387.79546.79标准转速12.5 18 35.5 50 71 100 140 200 280 400 560误差0.16%2.22%1.41%1.30%0.59%1.89%1.19%2.47%1.78%3.05%2.36%以上各级的转速误差全部满足10（ -1）%=10（1.41-1）%=4.1%标 准 转 速标 准 转 速实 际 转 速 6 齿轮传动的校核轴 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 主 主第 26 页 共 37 页26及齿 数36 24 30 36 48 42 42 22 42 62 60 18 30 72模数2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3分度圆直径90 60 75 90 120 105 105 55 105 155 180 54 90 216齿根圆直径83.75 53.75 68.75 83.75 113.7598.75 98.75 48.75 98.75 148.75 172.5 46.5 82.5 208.5齿顶圆直径95 65 80 95 125 110 110 60 110 160 186 60 96 222（1） 一轴到二轴的小齿轮从上表可知齿数为 24查设计手册可得以下数据：Z=24，U=2，m=2.5,B=10x2.5=25,n j=280r/min, k1=1.04、 k2=1.3、k 3=1.3、T=T S/P=18000/2=9000接触应力为：K T= =2.47m01C6NKn=0.83, kN=0.58, kq=0.64, ks= kT Kn kN kq=0.76第 27 页 共 37 页27（MPa）nuBNks)(1028j32mz1j N 为传递的额定功率（kw）N=3.80 将以上数据代入公式可得=496.84Mpa1100Mpaj弯曲应力：K T= =2.05m01C6Kn=0.83, kN=0.78, kq=0.77, ks= kTKnkNkq=1.27，Y=0.395(MPa)nBYz519jm231w将以上数据代入公式可得 =182Mpa320Mpaw(2)二轴到三轴的小齿轮从上表可知齿数为 22查设计手册可得到以下数据：Z=22，U=2.82，m=2.5,B=10 2.5=25,nj=140r/min, k1=1.04、 k2=1.3、k 3=1.3、T=T S/P=18000/2=9000接触应力为：K T= =3m01C6NKn=0.85, kN=0.58, kq=0.60, ks= kT Kn kN kq=0.89（MPa）uB)(z208j321mjN 为传递的额定功率（KW） N=3.65 将以上数据代入公式可得 =946Mpa1100Mpaj第 28 页 共 37 页28弯曲应力：K T= =2.26m01C6NKn=0.83, kN=0.78, kq=0.75, ks= kT Kn kN kq=1.27，Y=1.12(MPa)nBYz59jm231w将以上数据代入公式可得 =197Mpa320Mpaw（3）三轴到主轴的小齿轮从上表可知齿数为 18查设计手册可到以下数据：Z=18，U=4，m=3,B=10 3=30,nj=100r/min, k1=1.04、 k2=1.3、k 3=1.3、T=T S/P=18000/2=9000接触应力为：K T= =1.75m01C6NKn=0.95, kN=0.58, kq=0.60, ks= kT Kn kN kq=0.99（MPa）uB)(z208j321mjN 为传递的额定功率（KW）N=3.51 将以上数据代入公式可得 =697Mpa1100Mpaj弯曲应力：K T= =2.26m01C6Kn=0.95, kN=0.78, kq=0.75, ks= kT Kn kN kq=1.27，Y=1.26(MPa)nBYz59jm231w第 29 页 共 37 页29将以上数据代入公式可得 =177Mpa320Mpaw7 主轴的校核（a ） 主轴的前端部挠度 ys y=0.0002 525=0.105（b） 主轴在前轴承处的倾角 容许值【 】轴承 0.001rad（c） 在安装齿轮处的倾角 容许值【 】齿 0.001radD 平均 =1.07 = 67mm总Lli47025068151640取 E=2.1 105Mpa, I= 4m39dN18.5n9.0p192F34z主主Fy=0.4 FZ =142.07N Fx=0.25 FZ =88.80N由于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算 2860nzmp19524Q主主将其分解为垂直分力和水平分力由公式 QnoyFtaFnYZta可得 N2105QZ647YN8.35108.3LM主FYZ主第 30 页 共 37 页30N94721608.32LF2MXZ主主轴载荷图如下所示：（a） 垂直平面内（b） 水平面内由上图可知如下数据：a=310mm, b=160mm, l=470mm, c=67mm,EIl6abcFQZ1y EIl3c2FyZ32M017.21szIlabQZ1主I6cl主E3c主第 31 页 共 37 页315321z 109.6主主主主EIl6abFQZ主 EIclFz2主 I3lMz主5321z .主主主计算（在水平面内）EIl6abcFQy1EIlc2y32xM3IlabFQy1主I6clFy主E3cx3主 521y 108.主主主主Il6abFQ主EI3clFy2主EI3lMxy主.21z主主主合成： 105.8.y2szs .z主主主
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