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CK6150数控车床X向驱动装置设计（国产航天数控系统）【5张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: ck6150 数控车床驱动装置设计国产航天数控系统 cad图纸毕业论文 X向 X向驱动装置 CK6150数控车床 CK6150数控车床X向驱动装置

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CK6150数控车床X向驱动装置设计（国产航天数控系统）

30页 11000字数+论文说明书+任务书+开题报告+外文翻译+5张CAD图纸【详情如下】

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1 绪论………………………………………………………………………………………1

1.1 数控机床的发展趋势 ……………………………………………………………………… 1

1.2 课题的意义和目的 …………………………………………………………………………2

2 总体方案设计 ……………………………………………………………… 3

2.1 设计参数 ………………………………………………………………………………………3

2.2 传动原理 ……………………………………………………………………………………4

2.3 基本参数的确定 …………………………………………………………………………4

3 传动设计 ……………………………………………………………………………………6

3.1 减速齿轮设计及校核 ………………………………………………………………………6

4 滚动轴承寿命计算……………………………………………………………………………11

4.1滚动轴承失效形式和设计准则 ………………………………………………11

4.2 滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷…………………………………12

4.3 滚动轴承寿命计算………………………………………………………………13

4.4 滚动轴承的当量动载荷…………………………………………………………14

4.5 滚动轴承的静载荷计算…………………………………………………………………16

5 进给系统设计 …………………………………………………………………………………19

5．1 横向进给丝杠设计 ………………………………………………………………………19

5．2 纵向进给丝杠设计 ……………………………………………………………………21

5．3 步进电机选择 ………………………………………………………………………………21

6 技术经济分析 …………………………………………………………………… …………22

结束语 …………………………………………………………………………………26

致谢 ……………………………………………………………………………………27

参考文献………………………………………………………………………………28

附录A 主要符号表 …………………………………………………………………………… 30

CK6150型数控机床，主运动系统采用1.26和1.58两种公比的混合公比传动系统，并用双速电机驱动，结构简单转速范围广。合理地确定有关结构参数及动力参数，并对传动轴、齿轮、键等进行粗算及检验计算。粗选步进电机及滚珠丝杠，构成开环控制系统。

数控机床以其卓越的柔性的自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用，促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。

关键词数控机床开放式数控系统分离传动步进电动机

Title The Number Controls Lather X To Drive A Device Design

Abstract

The CK6150 number controls tool machine, lord sport the system adopt 1.26 with 1.58 two kinds of Mr. ratio of hybrid Mr. compare spread to move system, counteract a double soon electrical engineering to drive, the structure in brief turns soon scope widely.Reasonably certain relevant structure parameter and motive parameter, and to spread to move stalk, wheel gear, key...etc. to carry on thick calculate and examination calculation.Thick choose a step to enter electrical engineering and roll bead silk Gang, the composing opens a wreath control system.The number controls tool machine with its function, excellent but stable accuracy of outstanding gentle automation, work properly Jie but diverse of the function cause people of this world to focus attention.It founded a machine product to turn development first toward the machine electricity integral whole river, so number control a technique to become a forerunner to become a core technique that the forerunner makes a technique.The development passed to keep on research and technically and deeply turn to the information application, promote number control tool machine function and further promote of the quality, make number control tool machine to become national economy and national defense's constucting a development of important manufacturing.

Keywords numerical control tool Open-architecture Apart driver Walking electromot.

2 总体方案设计

2.1 设计参数

方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以及基本的运动动力参数。

设计任务给出各项指标如下：

床身上最大加工直径：500mm，主轴转速范围：40～1800r/min，手动六档，双速电机驱动，进给系统的脉冲当量需≤0.005mm。

主要特点：CK6150数控车床的导轨经超音频淬火并精磨，耐磨性好，精度高，主轴采用变频无级调速控制，可自动完成对零件的内外柱面、端面、任意锥面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序连续加工。由于此次设计的CK6150只用于精加工和半精加工，所以一些参数会比以上的参数小些。

初步确定主轴箱部分为六级变速（手动），用一个三联齿轮和二联齿轮来实现六级变速，而后用一对一比一的齿轮来带动脉冲发生器，采用双速电机，双速电机的同步转速为1500/1000，其实际转速为1430/960，使得车床有2×（3×2）＝12级变速。而此时车床的混合公比为：

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内容简介：: 毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计 (论文 )题目：控车床 X 向驱动装置设计（国产航天数控系统）指导教师 : 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述摘要本文主要叙述了国内外数控系统的发展概况，现状，特点等。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。关键词数控技术柔性自动化集成化智能化 1 数控系统发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工 1 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过自动编程系统进行编制。间没有反馈控制环节，整个制造过程中是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正的设定量，因而影响工作效率和产品加工质量。由此可见，传统统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行 3。 2 国内数控机床现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。年，我国机床工业产值已进入世界第名，机床消费额在世界排名上升到第位，达亿美元，仅次于美国的亿美元，消费额比上一年增长。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，年进口机床跃升至世界第位，达亿美元，比上年增长。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主 3 国内数控机床的特点新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位例如：全长公里的上海磁悬浮快速列车线，是“十五”期间国家重点建设项目，其中组成列车线的根轨道梁是整个工程的最关键部分，对加工轨道梁的精度提出了相当高的要求。去年年初，沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊厂以工期个月、标的万元在磁悬浮轨道专用数控机床项目公开招标中折桂，并于月底将一次性验收合格的台数控镗铣床组成的轨道梁生产线一次试车成功，目前这套铣镗加工中心已加工出轨道梁根，确保了轨道梁的加工精度和速度，为实现今年年底试车打下了良好的基础 6。数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高年国内数控金切机床产量已达万台，比上年增长。金切机床行业产值数控化率从年的提高到年的 7。数控机床发展的关键配套产品有了突破近年来通过政府的支持，数控机床套餐开始摆上“餐桌”。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台；烟台第二机床附件厂开发了为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置；济南第二机床集团公司的数控龙门镗铣床、数控落地镗铣床及数控锻压设备等多个系列多个品种的数控套餐，吸引了人们广泛关注 8。 4 国外数控机床现状国际机床市场的消费主流是数控机床如 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 9。国外数控机床的网络化随着计算机技术、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谓的比较“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、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。以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 10。 5 专家分析预测数控机床推广应用逐步由经济型为主向普及型为主转变据预测分析，到 2005 年我国机床的数控化率为到 2010 在 2001 2010 年，经济型所占比重继续减少，普及型所占比重继续增长，高级型的需求缓慢增长 11。数控金切机床的构成比逐渐趋于合理数控机床工序集中的加工特点，将使具有复合功能的高效数控机床的需求增长，这将导致数控机床拥有量和市场消费量中各类数控机床的构成比不同于传统的机床构成比 12。数控机床的应用由单机向单元 (系统 )方向发展目前欧、美、日等国应用很普遍，柔性制造单元已占数控机床销售量的 30%以上。而我国拥有量不足 50 套，相当于日本 80 年代的水平，占数控机床消费额不到 5% 13。出口前景良好 1998 年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在 5 亿美元左右， 2000 年上升到着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固，以及我国加入后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长。预计到 2005 年出口创汇可达到 12 亿美元 14。 6 结束语数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流 , 是衡量机械制造工艺水平的重要指标 , 在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用 , 因此 , 如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题 , 只有掌握正确的使用方法 , 才能保证数控机床的优越性得以实现 15。参考文献 1 中国机床工具工业协会行业发展部礼 J 市场 , 2001(3)： 18 2 中国机床工具工业协会数控系统分会礼 J 备市场 , 2001(5)： 133 周德俭 . 使用开放式计算机数控系统发展方向 J 1997(7). 4 梁训 ,王宣 ,周延佑 . 机床技术发展的新动向 J 2001(3)： 21 5 杨学桐，李冬茹，何文立等 M 国家机械工业局， 2000. 6 黄金秋 . 基于开放式结构的高性能数控系统的研制 M998(8). 7 张俊生金属切削机床与数控机床 M北京：机械工业出版社， 2005. 8 夏风芳 . 数控机床，数控技术应用专业领域 M. 高等教育出版社， 20059 李善术主编 . 数控机床及其应用 M. 北京：机械工业出版社， 2001， 316. 10 张超英 . 数控车床 M. 北京：化学工业出版社， 200311 王爱玲主编 . 现代数控编程技术及应用 M. 北京：国防工业出版社， 2002， 363. 12 全国数控培训网络天津分中心编 . 数控编程 J. 北京：机械工业出版社，1997， 197. 13 潘滨 ,韩松 . 如何正确理解与选定组合机床的柔性 J . 组合机床与自动化工技术 ,1999,(12) :1 - 4 . 14 李秀敏 . 组合机床行业现状与发展思考 J . 航空制造技术 , 2003 , (4) :4 1- 43. 15 付书明 ,李明 . 柔性组合机床及其生产线的发展探讨 J.成组技术与生代化 2006 年第 23 卷第 1 期： 45 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要求在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及横向进给系统的详细设计。 1 本课题要研究或解决的问题：横向进给系统由步进电机减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电动机安装在大拖板后端，用法兰盘将步进电动机与大拖板连接起来，以保证其同轴度和提高传动精度。（ 1）尽量采用低摩擦的传动，以减少摩擦力；（ 2）采用预紧的办法提高传动系统的刚度；（ 3）采用消隙装置以消除传动间隙，减少反向死区误差。 2 拟采用的研究手段（途径）（ 1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告；（ 2）改造任务及功能需求分析；（ 3）总体改造方案的确定；（ 4）横向进给系统机械部分和控制部分的详细设计；（ 5）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语：阅读了大量关于数控机床方面的书籍，对数控机床的数控系统发展概况、国内数控机床现状、国内数控机床的特点、国外数控机床现状、专家分析预测等有了初步的认识，为数控车床的设计做了一些基础工作。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：通过对本课题的研究使学生的基础理论与专业知识、技术水平以及实际应用能力和文字、语言表达能力得到锻炼，是学生综合运用所学理论技能知识与生产实践相结合的重要阶段，是培养和提高学生综合应用能力的重要环节。通过本课题的研究使学生对数控机床的设计有一个初步的认识，学会如何查找文献、如何进行方案的设计、校核、定稿等等。综合应用机械设计、工艺、公差、机械制图知识进行经济型的数控机床部件的设计。完成 3 张 0 号图纸，字的条理清楚的说明书。指导教师：所在专业审查意见：负责人：年月日本科毕业设计说明书（论文）第 32 页共 32 页1 绪论1.1 数控机床的发展趋势我国数控机床产量持续高速增长，根据市场需求和技术发展趋势，应重点推进高效、精密为核心的数控机床“”级工程，加强民展性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，镄的民展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性的自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用，促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。近6年来，我国数控金切机床（简称数控机床）产量一直以年均增长超过30速度发展。据初步统计，2004年数控机床的产量为51860台，事比增长40.8，数控机床的消费量约74000台，事比增长32。数控机床需求的旺盛也促进了2004年内建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。与此同时，甸进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床的消费额的增长趋势更快。2004年数控机床的进口数量同比年增长30，而进口消费额的增长却达52，从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30。之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效、精密和高性能大型、重型数控机床需求增长，需要靠进口解决。振兴我国数控机床市场占有率应着重于剖析数控机床及由其组成的制造系统（生产线）的技术现况及民展趋势，探讨使其能适应变批量，多品种、高质量、低成本以及具有快速响应的柔性和符合环保的未来生产模式的解决方案。数控机床产业面临的挑战16。数控技术的发展趋势：(1) 性能方面的发展趋势(a) 高速高精度高效(b) 柔性化(c) 工艺复合和轴化(d) 实时智能化(2) 功能发展方面(a) 用户界面图形化(b) 科学计算可视化(c) 插补和补偿方式多样化(d) 内置高性能PLC(e) 多媒体技术应用(3) 体系结构的发展(a) 集成化(b) 模块化(c) 网络化(d) 开放式闭环控制模式7.1.2 课题的意义和目的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8。2 总体方案设计2.1 设计参数方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以及基本的运动动力参数。设计任务给出各项指标如下：床身上最大加工直径：500mm，主轴转速范围：401800r/min，手动六档，双速电机驱动，进给系统的脉冲当量需0.005mm。主要特点：CK6150数控车床的导轨经超音频淬火并精磨，耐磨性好，精度高，主轴采用变频无级调速控制，可自动完成对零件的内外柱面、端面、任意锥面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序连续加工。由于此次设计的CK6150只用于精加工和半精加工，所以一些参数会比以上的参数小些。初步确定主轴箱部分为六级变速（手动），用一个三联齿轮和二联齿轮来实现六级变速，而后用一对一比一的齿轮来带动脉冲发生器，采用双速电机，双速电机的同步转速为1500/1000，其实际转速为1430/960，使得车床有2（32）12级变速。而此时车床的混合公比为：而对其的选择方案有两种，如下所述：方案一：采用：的结构式。其，故合适。方案二：采用结构式：，其，远大于8，故不合适。对方案一和方案二进行比较，方案一远优于方案二（因为方案二不合理）故选用方案一。再根据方案二画出其转速图。皮带轮的降速比为：，由此可知皮带的降速比也合适，故此方案可行。再就是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们用传动比为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。主轴箱内有两对滑移齿轮，把它们都放在第二根轴上，将第二根轴做成花键轴，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，纵向进给的最小进给量为0.01mm，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911。2.2 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) 就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401800RPM，采用双速电机传动，然后采用手动六级调速，从而实现401800RPM的转速范围。(4) 脉冲当量为，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12.2.3 基本参数的确定通过主轴也最大棒料直径：d=0.1D=0.1500=50mm床身宽度：经济合理的工件或刀具直径按照以下几种经验公式估定运动参数：可通过类比实验和计算等方法综合确定：为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。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=200220m/min取Vmax=220m/min，Vmin取高速钢刀具精车丝杠V1.5m/min。取n=401800r/min计算转速：动力参数：据下列公式及数据估算电机功率P。f单位切削面积上的切削力，取硬质合金刀加工中碳钢f=200t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=297m/s13163 传动设计表1 设计参数表1 CK6150主要技术参数17项目单位参数床身上最大工件回转直径mm500拖板上最大工件回转直径mm200最大工件长度mm750主轴转速范围rpm401800(手动6级)主轴通孔直径mm50轴锥主轴锥孔主轴电机功率kW3刀架刀位数4车刀刀杆最大尺寸（宽高）mm2020进给电机扭矩（功率）横向（X）纵向（Z）N.mN.m77架套筒锥孔莫氏3号机床外形尺寸（长宽高）20008401420机床重量（毛重/净重）Kg8003.1 减速齿轮设计及校核设计齿轮的输入功率是2.88kW小齿轮的转速齿数比u=1.63工作寿命15年（设每年工作300天），两班制。3.1.1 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。查机械设计常用齿轮材料可知齿轮材料及其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。(4) 选小齿轮的齿数，大齿轮的齿数。取563.1.2 选齿面接触强度设计查由机械设计设计计算公式进行试算，即(1) 确定公式内的各计算数值(a) 试选载荷系数Kt=1.3(b) 计算小齿轮传递的扭矩：(c) 查机械设计可知圆柱齿轮的齿宽系数选取齿宽系数(d) 查机械设计可知弹性影响系数查的材料的弹性影响系数 (e) 查机械设计可知渗氮和渗碳共渗钢齿轮的接触疲劳强度极限查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限；(f)查机械设计计算应力循环的次数可知计算应力循环的次(g) 查机械设计接触疲劳寿命系数查得接触疲劳寿命系数(h) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，由机械设计计算公式得(2) 计算(a)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 (b) 计算圆周速度V (c) 计算齿宽b (d) 计算齿宽与齿高之比b/h模数：齿高：(e) 计算载荷系数根据v1.32m/s，7级精度，查机械设计动载系数值得动载荷系数1.05；直齿轮，假设。查机械设计齿间载荷分配系数查得；查机械设计使用系数查得使用系数1.25；查机械设计接触疲劳强度计算用齿向载荷分布系数的简化计算公式查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，将数据代入后得由b/h10.66，1.421查机械设计弯曲强度计算的齿向载荷分布系数得1.35故载荷系数：(f) 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径，查机械设计得 (g) 计算模数： 3.1.3 按齿跟弯曲强度设计查机械设计得弯曲强度的设计公式为(1) 确定公式内的各计算数值(a) 查机械设计可知调质处理钢的齿轮的弯曲疲劳强度极限查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限500Mpa；小齿轮的弯曲疲劳强度极限；(b) 查机械设计可知弯曲疲劳寿命系数查得弯曲疲劳寿命数；(c) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.4查机械设计得(d) 计算载荷K (e) 查取齿形系数查机械设计齿形系数及应力校正系数查得(f) 查取应力校正系数查机械设计查得(g) 计算大、小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。(2) 设计计算对比计算结果，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1.81并就近圆整为标准值m=2mm，因车床齿轮齿数和要小于等于120，故取m=2；按接触强度算得的分度圆直径算出小齿轮齿数：；取=31大齿轮的齿数；取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。3.1.4 几何尺寸计算(1) 计算分度圆直: ，(2) 计算中心距：(3) 计算齿轮宽度根据经验一般齿宽取模数的610倍,所以:b=6m=62.5=15mm3.1.5 验算而根据公式故：,所以合适1823。4 滚动轴承寿命计算滚动轴承的寿命计算是对已选定具体型号的轴承，求在给定载荷下不发生点蚀的使用期限，即寿命计算。而滚动轴承的使用寿命与滚动轴承的受力情况和失效形式有关。4.1 滚动轴承失效形式和设计准则滚动轴承失效形式有以下几种：(1) 疲劳点蚀承受轴向载荷的轴承，可认为轴向载荷由所有滚动体均匀承担。但不论哪种类型的轴承，在承受径向载荷作用时，各滚动体所受载荷都是不均匀的。图1所示的向心轴承，在径向载荷作用下，滚动轴承上半部分滚动体不承担载荷，下半部分各滚动体所受到的载荷的大小随接触点的位置不同而不同。轴承工作时，滚动体和转动套滚道表面的接触应力是典型的脉动循环变化的接触应力。滚动轴承各元件在脉动循环变化的接触应力作用下，当应力和循环次数达到一定数值时，轴承工作表面产生微小的裂纹并逐步扩展蔓延，使金属表层会出现麻点状的金属表面剥落现象，形成疲劳点蚀。疲劳点蚀使滚动轴承产生振动、噪音和发热现象，旋转精度下降，最后导致轴承失效而不能正常工作。疲劳点蚀是一般滚动轴承的主要失效形式。（2) 塑性变形图1 向心滚动轴承受力情况当轴承不回转、缓慢摆动或低速转动时，一般不会产生疲劳点蚀。但过大的静载荷或冲击载荷会使套圈滚道与滚动体接触处产生较大的局部应力，当局部应力超过材料的屈服极限时，将产生较大的塑性变形，从而导致轴承失效。(3) 磨损轴承在工作时，由于密封、润滑不良，杂质和灰尘的侵入，或安装、维护、保养不当，都会造成轴承严重磨损，使轴承游隙加大，产生噪音、振动，丧失旋转精度而失效。滚动轴承的磨损和其他失效形式(如套圈断裂、滚动体破碎、保持架磨损、锈蚀压凹、烧伤、断裂等)，只要滚动轴承类型选择得当，安装、润滑、密封、维护正常，是可以防止的。实际主要以疲劳点蚀和塑性变形两类失效形式进行计算。滚动轴承的正常失效形式是点蚀破坏。对于一般转速的轴承，轴承的设计准则就是以防止疲劳点蚀失效进行疲劳强度计算，称为轴承寿命计算。对于不转动、摆动或转速低的轴承，为防止塑性变形，以静强度计算为依据，称为轴承的静强度计算。4.2 滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷(1) 寿命滚动轴承的寿命是指轴承中任何一个滚动体或内、外圈滚道上出现疲劳点蚀前，轴承转过的总圈数(以106转为单位)，或在一定转速下总的工作小时数。(2) 基本额定寿命一批类型、尺寸相同的轴承，材料、加工精度、热处理与装配质量不可能完全相同。因此，轴承的寿命是在一定可靠度(能正常工作而不失效的概率)下的寿命。可靠度要求高时，其寿命较短；可靠度要求低时，其寿命较长。在国标中规定以基本额定寿命作为计算依据。基本额定寿命是指一批相同的轴承，在同样工作条件下，其中10的轴承产生疲劳点蚀时转过的总圈数，或在一定转速下总的工作小时数。也就是说，以轴承的基本额定寿命为计算依据时，轴承的失效概率为lO，而可靠度为90。(3) 额定动载荷基本额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷，称为额定动载荷，以“”表示。基本额定动载荷代表了不同型号轴承的承载特性，通过大量的试验和理论分析得到其值。在轴承样本中，对各种类型和不同尺寸轴承都给出了基本额定动载荷，在使用时可以直接查取。(4) 额定静载荷轴承工作时，受载最大的滚动体与内、外圈滚道接触处的接触应力达到一定静载荷值，称为额定静载荷，用“”表示，其值可查设计手册。 (5) 当量栽荷额定动、静载荷是向心轴承只承受径向载荷、推力轴承只承受轴向载荷的条件下，根据试验确定的。实际上，轴承承受的载荷往往与上述条件不同，因此，必须将实际载荷等效为一假想载荷，这个假想载荷称为当量动、静载荷，以“P”表示。4.3 滚动轴承寿命计算在实际应用中，额定寿命常用给定滚动轴承转速n时，滚动轴承运转的小时数厶表示。考虑到机器振动和冲击的影响，引入载荷因数(表2)；考虑到工作温度的影响，引入温度因数厂T(表3)。实用的寿命计算公式为。=()=式中滚动轴承额定寿命(h)； n滚动轴承转速(rmin)；滚动轴承额定动载荷(N)，由滚动轴承类型和尺寸查设计手册得到； P滚动轴承当量动载荷(N)；寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=103；机械设备的预定寿命，由机器的工作时间计算得出。当ke时，要考虑轴向载荷的影响，x、y的选取可由表4查取或由轴承尺寸查手册得到。表4 单列向心轴承的径向载荷系数X和轴向载荷系数y轴承类型eXYXY深沟球轴承（60000型）0.0140.190.562.30100.0280.221.990.0560.261.710.0840.281.550.110.301.450.170.341.310.280.381.150.420.421.040.560.441.00角接触球轴承（7类）70000C()7000AC型()0.0150.380.441.47100.0290.401.400.0580.431.300.0870.461.230.120.471.190.170.501.120.290.551.020.440.561.000.580.561.00_0.680.410.87107000B型()_1.140.350.5710圆锥滚子轴承（3类）_由尺寸查轴承手册0.40由尺寸查轴承手册10滚动轴承的当量载荷为P=X+Y4.4.3 径向载荷的计算滚动轴承承受的径向载荷，是把轴视作一简支梁后，轴承(梁的铰链)处受到的约束反力的合力。如果求出水平面约束反力吒和垂直面约束反力，则径向载荷为 Fr=4.4.4 轴向载荷的计算在轴设计中，当旋转零件受到的力平移到轴上时，使轴受到沿轴线方向的轴向力的作用。深沟球轴承(60000型)支承的轴，在受到这个轴向力作用时，滚动轴承一端被。压紧”，一端被。放松”。压紧的轴承承受轴向载荷，=；放松的轴承不承受轴向力，=0。4.5 滚动轴承的静载荷计算在实际工作时，不旋转、低速旋转或缓慢摆动的轴承，其轴承主要失效形式是滚动体接触表面上接触应力过大而产生的塑性变形。这种塑性变形随载荷的增大而增大。这就需要按照轴承静强度来选择轴承尺寸。实验表明，轴承滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力不超过一定值时，不会影响轴承的正常工作。因此，把轴承产生上述接触应力的静载荷称为基本额定静载荷，用表示，具体数值可以查阅手册。按静载荷选择轴承的公式为 =式中轴承静载荷强度安全系数，可以由手册查到;当量静载荷， =+ 其中、当量静载荷的径向载荷系数和轴向载荷系数。当量静载荷P。的计算为：(a) 向心轴承只承受径向载荷时，=(b) 向心轴承和角接触轴承，既承受径向载荷，还承受轴向载荷时， = + 和=，两者取较大值、可以由手册查到。(c) 推力轴承只承受轴向载荷时，=.设车床转速n=6000 rrain，轴颈直径d=30，轴的两端受径向载荷=1 810 N，轴向载荷=740 N，预期寿命瓦=5 000 h，车床工作时有轻微冲击，轴承正常工作温度低于100。C。试选择轴承型号并校核轴承寿命。(1) 滚动轴承类型及尺寸选择。车床主要承受径向载荷()，转速较高，所以选深沟球轴承(6类)；因车床承受的是中等载荷，选0类宽度系列和3类直径系列(不是唯一的选择)；根据轴颈直径d=30mm，选用61906轴承，车床属一般通用机械，对轴承的精度等无特殊要求。(2) 滚动轴承的当量载荷计算。滚动轴承的支承结构：轴的两端用一对61906型号的轴承支承，d=30 mm，设轴承1，2为固定端。两端承受轴向载荷，即=按61906轴承，由附表1查得=33 200 N，=19200 N，则=74019 200=00385。根据此值，由表4插值得：界限值e =0231。因=7401 810=0409e，根据/=0.038 5，插值得=056=187， =+=056x1 810+187x740=2 397 N。由于轴承1只承受径向载荷，所以= =1 810 N。取角与P2两者中较大的，P=2 397 N。(3) 滚动轴承寿命验算按已知条件查表2和3，得=1.1，=1，球轴承s=3，由寿命公得 =(=11473=5000h 轴承合格2425。5 进给系统设计51 横向进给丝杠设计(1) 最小载荷：为机床空载时作用在滚珠丝杠上的轴向载荷。此时，CK6150型数控机床的拖板加电动四方刀架的重量约为50+20=70kg，查经济型数控机床三角形组合导轨摩擦系数为0.15，.(2) 最大载荷：为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷，等于最大进给力加摩擦力。已知最大进为520N，则=520+103=623N 因为CK61503000丝杠CK61505000丝杠拖板的最低速度为1mm/min故丝杠最低转速可为0CK61503000丝杠的平均转速为300r/minCK61505000丝杠的平均转速为250r/min类比法CK6150丝杠的平均转速(3) 计算丝杠(a) (b) 求必须的额定动载荷(c) 选择滚珠丝杠的型号和主要尺寸根据查机床设计手册选取内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，选取型号滚珠丝杠，材料为CrWMn 循环圈数：3.151。螺旋导程角：(d) 稳定性验算因螺杆较长，应演算螺杆的稳定性，临界载荷为E螺杆材料的弹性模量 Ia螺杆危险截面的轴惯性距长度系数按一端固定一端铰支丝杠螺纹全长故通过。(e) 刚度验算按最不利情况考虑，即在螺距（应为导程）内受轴向力引起的弹性变形与转距引起弹性变形方向一致，此时变形量为最大，计算公式为：式中：（式中摩擦系数f按0。0025计，当量摩擦角）剪切弹性模量则每米螺杆长度上的螺距的弹性变形(f) 计算效率（式中）52 纵向进给丝杠设计同横向进给系统设计相同，纵向进给丝杠也用以上相同类型的丝杠。53 步进电机选择纵向与横向进给步进电机根据同型号机床纵向保持静转距为,横向保持静转距为，采用类比法选择，以下为所选电机2628。表5 步进电机主要参数型号相数相电流外伸轴直径步距角保持转距转距惯量重量 A mm 度 N.m Kg.cm2 Kg110BYG5200B 5 5 20 0.36/0.72 7 6.8 5.76 技术经济分析随着技术的进步，数控车床正在迅速普及和发展，并已形成了一个纵深而广阔的市场。数控车床是具有高技术附加值的高技术产品，其市场占有能力远远高于传统的普通车床。因此企业可以通过产品的规模化而扩大市场占有率，从中获得巨大的技术经济效益。市场竞争规律要求产品不仅应具有高性能，而且要有底价格，从而给数控车床的设计提出了越来越高的要求，此外，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，也给数控车床的设计提供了众多的可选方案，使设计工作具有很大灵活性，如何充分利用这些条件，设计出满足时常需求的数控产品。提高技术经济价值可以从以下四个方面着手：（1）进一步改善和简化设计，减少零件数目，提高标准化、通用化程度；（2）采用廉价材料；（3）改善毛坯、零件加工、装配等工艺性，合理选择精度、公差和配合以及其他的技术条件；（4）改善生产、经营管理制度。技术和经济在人类进行物质生产，交换活动中始终并存，是不可分割的两个方面。两者互相促进有相互制约。技术具有强烈的应用性和明显的经济目的性，没有应用价值和经济效益的技术是没有生命力的。而经济的发展必须以来于一定的技术手段，世界上不存在没有技术基础的经济发展。技术与经济的这种特性使得它们之间有着密切而不可分割的的联系，所以有必要对设计方案进行经济技术分析。对工程技术进行经济性评价，其核心内容是经济效果的评价。为了确保经济决策的正确性和科学性，研究经济效果评价的指标和方法是十分必要的。经济效果评价的指标和方法是多种多样的，它们从不同程度反映工程技术方案的经济性，这些指标主要可以分为三大类：第一类是以时间作为计量单位的时间型指标，如投资回收期，贷款偿还期等；第二类是以货币单位计量的价值型指标，如净限值，费用值等；第三类是反映资源利用效率型指标，如投资利润率，内部收益率等。本篇设计的CK6150型数控机床机身净重800kg,本机床的3/4为铸铁，1/4为普通钢材，以下为成本核算：综述下表原材料总成本大约为。表6 原材料成本序号名称单价每台所用量每台成本1 40Cr 3500（元/吨） 1（kg） 3.5(元)2 普通碳素结构刚 3200（元/吨） 200（kg） 640（元）3 铸铁HT200 2500（元/吨） 600（kg） 1500（元）4 铁皮 5（元/平方米） 3（平方米） 15（元）5 不锈钢 14000（元/吨） 80（kg） 1120（元）外构件的成本：在数控车床上我们要用3台电机，每台的单价为1500元，所以电机要用4500元，V带要用2根，每根的价格大约为10元，所以费用是20元。轴承平均为15元一个，我们大约要用30个，所以费用是450元，在控制部分要的业经显示器和单片机单价均为3000元，所以要用的费用是6000元。在进给的时间要用2根丝杠，市场单价为1500元，费用为3000元。螺栓组单价为0。8元/个，大约买100个，所以其费用是80元。键为2元一个，买11个，共用22元。变频器单价为1500元，数量为1，所以其费用为1500元。脉冲发生器单价为1500元，所以起费用为1500元。外购件的总成本为17072元。由表6可得工时总费用大约为元。表7 工时成本序号工种工时费（元/时）工时（时）每台成本（元）1 车 20 250 50002 铣 30 3 903 磨 50 2 1004 镗 80 2 1605 铸造 80 100 80006 拉花键 100 1 100生产一台车床所用的电费和水费大约为元，所有设计师和管理人员的工资和运输费用大约为。增值税为17%，成本=材料的费用+工时费+设计管理等费用+外购件的费用P=3278.5+17072+13450+3500+20000=57300.5元。因为材料和外购件已经交了增值税，所以成本为：P=P(1+17%)-(材料的费用和外购的费用)1.1717%.P=57300.5(1+17%)-2342.25+17072)1.1717%=64085元。CK6150数控车床每台的价格大约为9万元，利润为90000-64085=25915元企业要上交的企业所得税率为33%，则要上交的企业所得税为2591533%=8551.95元，净利润为25915-8551.95=17363元，预计企业的生产能力为每台生产50台数控车床，则企业的年利润1736350=868150元。利润可达到25%，而且该机床的生产属于批量生产，成本会相应降低，所以该机床的生产是有利润的。数控车床总体设计是一项比较复杂的系统工程。它涉及到多种学科技术知识，要求设计者充分掌握有关市场、技术、经济、设计、制造和使用等多方面资料。一个理智的总体设计方案，需要经过性能指标分析、功能分析、可行方案选择、功能及性能指标分配、总体优化决策等多个设计环节才能获得，而且设计过程中始终贯穿着各种技术经济问题的提出，分析和解决。一个理想的数控车床总体设计方案，实际上就是一个综合采用各种先进技术所设计出来的，机与电紧密结合的，能够带来最大经济效益的方案。数控车床总体设计是应用系统总体技术。从整体目标出发，统一分析产品的性能要求及个机、电组成单元组方案，实现机电一体化产品整体设计的过程。因此，这一过程也是始终贯穿着技术经济分析与决策过程2930。结束语所设计CK6150型数控车床，住运动系统采用双速电机和混合公比控制系统，结构简单，调速范围宽，纵横向进给以步进电机为动力源，通过滚珠丝杠推动工作台运动，实现开环控制。这种传动及结构方案，对简易数控车床设计及机床数控改造有参考意义。设计过程中对齿轮、轴承、进给丝杠等进行了校验计算。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，大大提高了分析问题、解决问题能力。致谢本次毕业设计是对大学期间学习的一次综合应用和检测，也是我们步入工作岗位前的一次实践。本次设计课题是一个全新的课题，在现有资料的基础上为了收集更多的关于数控车削中心的资料，我们经常出入图书馆和电子阅览室，大量阅读各种技术资料，认真探讨该领域内的各种基本问题。虽然很辛苦，但是功夫不负有心人，通过自己的努力找到了大量有价值的资料，

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