关于卧式加工中心的齿轮传动结构设计.doc

题目： 关于卧式加工中心的齿轮传动结构设计系（部） 机电工程系 专 业 数控 设备应用与维护 班 级 10 级 数控（2 ） 班学 生 张 学号 100247103 指导教师 李华伟 职称 单 位 泉州信息学院 设计提交日期 2013 年 4 月 30 日 设计答辩日期 2013 年 5 月 27 日 答辩委员会主席 设计评阅人 毕业设计说明书摘要随着现代机械制造行业的迅速发展，新技术、新工艺的充分应用，装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先 进制造技术和装备最核心的技术密卧式加工中心作为一类重要的数控机床产品卧式加工中心在各种场合的使用越来越普遍，技术也越来越成熟。本课题的目的是进行卧式加工中心主轴组件的结构设计，并满足相关的技术指标要求。 本次毕业设计对卧式加工中心的齿轮传动进行了分析，对齿轮的材料，分类，特点进行分析。并且对卧式加工中心的总体结构进行了解。下面我会举一个TH6340卧式加工中心的例子向大家进行介绍。关键词：卧式加工中心，齿轮传动,总体结构 目录前 言5第一章 概述51.1课题背景51.2课题意义61.3课题内容6第二章 数控综述62.1 数控技术62.2数控设备的分类72.3 机床精度72.4 我国数控发展状况72.5 数控系统的发展82.6国外数控的发展状况82.6.1 美国的数控发展史82.6.2 德国的数控发展史92.6.3 日本的数控发展史92.7 加工中心简介92.8 数控加工中心操作岗位112.9 数控加工中心的分类112.10 数控加工中心编程特点132.11现代加工中心特点132.12加工中心选用注意事项15第三章. TH6340卧式加工中心介绍153.1TH6340卧式加工中心总体结构简介153.2总体布局和主要部件的结构特点15第四章 齿轮传动184.1 齿轮传动简介 18 184.2齿轮传动特点184.3齿轮传动的分类184.4齿轮材料选择的要求204.5齿轮的失效形式294.6设计准则304.7精度等级30第五章.齿轮参数的选择及计算305.1、小齿轮齿数Z1选择315.2、齿宽系数d的选择：315.3、模数的选择315.4、许用应力315.5、设计步骤315.6、应熟记的公式：325.7、设计计算案例33第六章 齿轮及轴的工艺设计426.1、选择定位基准426.2、拟定工艺过程426.3.确定各工序切削用量436.4加工工序综合卡436.5 轴的工艺设计446.6. 轴的结构设计496.7 轴的设计步骤50第七章机械制图537.1制图537.2尺寸标注57小结59致 谢60参考文献61前 言卧式加工中心是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。因此在社会机械制造行业飞速发展的今天，卧式加工中心在各种场合使用的越来越普遍，技术也越来越成熟。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术则是当今先 进制造技术和装备最核心的技术密卧式加工中心作为一类重要的数控机床产品，是我国汽车、航空航天、精密模具等行业领域急需的关键设备，但目前国内开发的卧式加工中心产品与国外同类产品比较，在设计技术、制造技术和产品性能方面都还存在较大的差距，在基础理论和关键技术的深入系统地研究方面更显缺乏。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。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、提高综合国力和国家地位的重要途径。本课题设计的目的是为了大家能了解卧式加工中心的结构，特别是在齿轮传动方面，比如它的分类、特点、材料、选用的原则等使我们在选购卧式加工中心时能有更多的选择 第一章 概述1.1课题背景随着现代工业的迅速发展，新技术、新工艺的充分应用，社会生产力又跃上了一个新水平，中国成为世界制造大国，加工中心在各种加工场合使用的越来越普遍，技术也越来越成熟。由于生产的实际以及市场竞争的需要，对加工中心的技术要求也越来越高。1.2课题意义齿轮是加工中心的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。齿轮传动系统的设计，以及齿轮的加工工艺直接影响机床的性能。没有性能良好、工作正常、结构合理的齿轮传动，任何机床和加工中心都不能确保其加工精度，从而加工出令人满意的产品。随着时代的发展和科技的进步，旧一代机床的技术及精度已经无法满足各行各业的使用要求，由于加工中心高精度、高效率的工作特点，开始逐渐代替传统机床，并普遍运用在机械、工业、造船等行业。1.3课题内容本次毕业设计的课题为卧式加工中心齿轮传动设计，课题核心在于齿轮传动设计。事实上，齿轮传动的主要技术参数很大程度是就决定了卧式加工中心的技术参数和加工范围及精度。设计内容主要有：齿轮的材料，分类，特点等。并且对卧式加工中心的总体结构进行了解。最后撰写了毕业设计论文（说明书）。 第二章 数控综述2.1 数控技术数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划。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，他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。2.2数控设备的分类（1）按加工工艺方法分类 a)金属切削类数控机床b)特种加工类数控机床c)板材加工类数控机床（2）按控制运动轨迹分类 a)点位控制数控机床b)直线控制数控机床c)轮廓控制数控机床（3）按驱动装置的特点分类 a)开环控制数控机床b)闭环控制数控机床c)半闭环控制数控机床d)混合控制数控机床 2.3 机床精度 机床精度分为机床加工精度和机床静态精度；机床加工精度是指被加工零件达到的尺寸精度、形态精度和位置精度；机床静态精度是指机床的几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等在空载条件下检测的精度。 2.4 我国数控发展状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。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只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CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只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CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 2.5 数控系统的发展 数控系统及相关的自动化产品主要是为数控机床配套。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的机床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。 数值控制(简称“数控”或“NC”)的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动 机床刀具的运动而加工出零件。而在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量 的零件，加工效率低、精度差。 1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。控制装置由 2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。伺服机构采用一台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。其插补装置采用脉冲乘法器。这台NC 机床的研制成功标志着NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。 现代CNC系统的功能、性能大大提高，故障率已降至 0.01次/(月台)。以FANUC公司为例，1991年开发成功的FS15系统与1971年开发的FS220系统相比，体积只有后者的十分之一，而加 工精度提高了10倍，加工速度提高了20倍，可靠性提高了30倍以上。现在，NC技术已成为先进制造技术的基础和关键技术。2.6国外数控的发展状况2.6.1 美国的数控发展史美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。2.6.2 德国的数控发展史德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。 2.6.3 日本的数控发展史日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年*始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。2.7 加工中心简介加工中心,简称CNC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝、切槽等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。加工中心可根据不同参数进行分类，其中可按主轴与工作台相对位置分类可分为一下三类：第一类为卧式加工中心：卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面，也可作多坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面；第二类为立式加工中心：立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工，主要适用于加工板类、盘类、模具及小 型壳体类复杂零件。第三类为万能加工中心(又称多轴联动型加工中心)：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。2.8 数控加工中心操作岗位 数控加工中心作为一种高效自动化加工设备，必须严格按照加工要求操作。如果不按操作流程操作，将会有生命危险。加工中心操作规程：（1）使用本机床的操作，维修人员应经过培训，具备相应资格，应详细阅读机床使用说明书，按规定安全操作。（2）操作机床应穿工作服，安全鞋，长发要放在帽子里，不准带手套。（3）工作前检查切削液，液压油和润滑油的液量，发现不足及时添加。（4）气动系统压力应保持在0.5-0.6MPa。（5）检查一切无误后，合上机床总电源开关，启动数控系统，检查各项预备信号是否正常，如发生危险情况，立即按下急停按钮。（6）检查电机，主轴和其他部件，确保没有不正常的噪音，振动，发热现象。（7）按机床润滑图规定提供适量的润滑油，确保润滑系统工作正常。（8）确定工作台面洁净后将加工件放在工作台上找正，并固定。（9）用对刀棒对工件进行零位确定。（10）将零位数值输入系统内进行确认。（11）检查所用刀具应安装牢固，并在运行范围内无障碍。（12）根据工件确定数控系统操作方式，输入程序，先在微机上进行模拟加工无误后，再进行加工。（13）加工，检测完工件符合要求后，再卸下工件。（14）要在主轴停止状态下调整冷却液的喷嘴。（15）当机床出现报警应立即处理，接触报警原因，按下RESET键，是报警复位。（16）机床运转时不准手动变速，不得将身体靠近机床运动部件，加工过程中不要打开机床门。（17）不许用湿手或带手套操作机床面板按钮。（18）应按机床使用说明书要求进行常规和定期的检查，调整和维修。（19）当电池能量不足，显示屏上出现报警提示时，应尽快更换电池。应将加工程序，刀具数据，参数等数据存储在外部设备中。（20）如用易燃材料或切削油，应事先备好防火器具。（21）有雷电时请中断机器运转。（22）加工完停机后，应将机床个部件返回初始位置。（23）工作完停机后清理切屑，擦净门，盖，窗，工作台面，脚踏板应保持洁净干燥。（24）检查冷却液，液压油，润滑油应洁净，否则应及时更换，并清洗过滤器及油箱。（25）作业结束离开前，先切断CNC电源开关，再切断主电源开关。2.9 数控加工中心的分类加工中心的种类很多，一般按照机床形态及主轴布局形式分类，或按照其换刀形式进行分类。1、按照机床形态及主轴布局形式分类（1）立式加工中心：是指主轴轴线呈铅垂状态布置的加工中心，不设分度回转功能，适合于盘类零件的加上。（2）卧式加工中心：是指主轴轴线呈水平状态布置的加工中心。卧式加厂中心通常都带有可进行分度的正方形分度工作台，适合于箱体类零件的加工。（3）龙门式加工中心：龙门式加工中心形状与龙门铣床类似，主轴多为铅垂布置，带有自动换刀装置，井有可更换的主轴头附件。数控装冒的软件功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于大型或形状复杂的工件，如航天工业及大型水轮机、大型建工机械上的某些零件的加工。（4）复合加工中心：复合加工中心又称万能加上中心，是指兼具立式和卧式加工中心功能的一种加工中心。工件安装后能完成除安装面外的所有侧面及顶面等5个表面的加工，因此也有称之为五面加工中心的。常见复合加工中心有两种形式，一种是主轴可以旋转90，既可以像立式加工中心一样工作，也可以像卧式加工中心那样工作：另一种是主轴不改变方向，而工作台可以带着工件旋转90完成对工件5个表面的加工。 2、按加工中心的换刀形式分类（1）带刀库、机械手的加工中心：加工中心的自动换刀装置(Automatic Tool Changer，ATC)由刀库和机械手组成，换刀机械手完成换刀工作。这是加工中心采用最普遍的形式。 （2）无机械手的加工中心：这种加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成的。一般是把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以达到的位置。刀库中刀具的存放位胃与主轴装刀方向一致。换刀时，主轴运动到刀位上的换刀位胃，由主轴直接取走或放回刀库。（3）一般在小型加工中心上采用转塔刀库形式，主要以孔加工为主。2.10 数控加工中心编程特点（1）进行合理的工艺分析，安排加工工序。（2）根据批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。（3）自动换刀要留出足够的换刀空间。（4）为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。（5）对于编好的程序，应认真检查，并于加工前安排好试运行。（6）尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中，或按工序顺序添加程序段号标记。（7）尽可能地利用机床数控系统本身所提供的镜像、旋转、固定循环和宏指令编程处理的功能，以简化程序量。（8）合理的编写换刀程序。注意第1把刀的编程处理。2.11现代加工中心特点 现代加工中心具有如下鲜明的特点鲜明： （1）、工序集中加工中心备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工，使得工件在一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，以及其他辅助功能，现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中这是加工中心最突出的特点。（2）、 对加工对象的适应性强加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上而且可以快速实现批量生产，提高市场竞争能力。（3）、 加工精度高加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而且加工中心由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为千扰，故加工精度更高，加工质量更加稳定。（4）、 加工生产率高零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。加工中心带有刀库和自动换刀装置，在一台机床上能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率（切削时间和开动时间之比）高于普通机床34倍，达80以上。（5） 操作者的劳动强度减轻加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。（6） 经济效益高使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的，但在单件、小批生产的情况下，可以节省许多其他方面的费用，因此能获得良好的经济效益。例如，在加工之前节省了划线工时，在零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间，减少了直接生产费用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具，省去了许多工艺装备，减少了硬件投资还由于加工中心的加工稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。（7） 有利于生产管理的现代化用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于使生产管理现代化。当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。当今社会，加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备。它加工范围广，使用量大，近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展，品种繁多：有新型的立、卧五轴联动加工中心，可用于航空、航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维CAD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批量零件加工的高速加工中心，生产效率高且具备柔性化。在性能方面，普遍采用了万转以上的电主轴，最高可达610万转；直线电机的应用使机床加速度达到了3-5g；执行ISO/VDI检测标准，促使制造商提高加工中心的双向定位精度。功能：糅合了激光加工的复合功能，结构上适合于组成模块式制造单元(FMC)和柔性生产线(FMS)，并具有机电、通讯一体化功能。2.12加工中心选用注意事项1、规格其中包括加工空间的尺寸大小，主轴转速范围，进给速度范围，规范刀具的大小和范围，数控装置的能力和任选附件种类的多少等。 2、性能其中包括静态精度、加工精度、移动精度、定位精度、热变形状况和抗振动性能等。 3、其它其中包括与系统的适应性，维修保养是否方便，技术支持体制和安全性等。 第三章. TH6340卧式加工中心介绍3.1TH6340卧式加工中心总体结构简介 TH6340卧式加工中心是我厂在批量生产加工中心的基础上吸收消化国内外先进技术自行研制的一种全功能型卧式加工中心,其最大特点是刀库容量大、换刀速度快、主轴转速高、三轴快速移动快,从而实现了快速切削,提高了加工效率。具有高速钻削、铣削、镗削、刚性攻丝功能。适合于航天航空、汽车机车、仪器仪表、轻工轻纺、电子电器、小型模具等各种机械制造业, 可用于中小批量、多品种生产,更适合于连机组成加工制造线进行大批量生产。3.2总体布局和主要部件的结构特点（1）机电一体化布局, 结构紧凑,造型美观 ,操作方便 ,采用先进的电子技术与机械装置实现最佳匹配,可靠性高,使用维修方便。使用进口数控回转工作台，工件可在一次装夹后完成多个侧面、多工序的加工；（2）采用柱动式结构,三坐标运动集中在机床后部的立柱上,对前部工作台的限制要求很小,适合连机组成加工制造线；（3）机床由底座、立柱、滑座、回转工作台、主轴箱体、主轴部件、刀库部件、主传动系统、进给传动系统、润滑系统、液压系统、气动系统、冷却系统和排屑系统等组成；（4）机床的基础件底座、立柱、滑座、均为优质铸铁件,高刚度结构,抗震性能良好。（5）三个坐标方向导轨均采用高刚度滚动导轨,三轴进给传动均采用精密滚珠丝杠螺母副,摩擦阻尼小,定位精度高、精度保持性、稳定性好、各部件运动灵敏,机床整机动静态特性优良。（6）进给驱动采用进口高性能交流(AC)伺服电机, 通过无隙联轴器与丝杠连接，减少了传动误差和反向间隙，由于对滚珠丝杠副进行了预拉伸，并选用支撑滚珠丝杠的专用轴承，使传动精度高，刚性高、定位精度高；（7）主轴传动系统采用进口交流伺服主轴电机驱动,主轴功率为11/15KW，主轴转速高,转速范围达60-6000rpm/min，无级变速范围大,低速扭矩大,恒功率区宽,用S功能直接设定主轴转速,其转速增量达1转/分。因而可按刀具和工件材质选择最佳切削条件。（8）采用进口台湾主轴，轴承排列合理，前、后轴承均采用SKF滚柱轴承支撑，提高了主轴刚性和稳定性，可以进行大扭矩强力切削；采用高性能油脂密封润滑，温升低，噪声小。主轴前端有气幕防护装置，以防止主轴轴承的污染；主轴精度高，距主轴端300mm处偏摆在0.008mm以内；（9）夹持刀柄采用四瓣爪方式，利用蝶形簧夹紧刀柄，夹刀可靠；采用进口的气压增压缸进行松刀，增压缸具有打刀吹气连动功能，可以在打刀到顶点时再做吹气，在松刀的同时清洁主轴锥孔和刀柄；（10）选用台湾进口刀库，容量为30把刀的圆盘式刀库，由凸轮机构控制，通过机械手和立柱的移动实现换刀，换刀迅速、准确，动作稳定、可靠，换刀时间小于秒,达到目前国际先进水平；（11）回转工作台选用进口台湾亘阳国际精机股份有限公司生产的400400的CNC电脑数控齿式分割台，采用交流伺服电机控制，可以任意分度，最小分割度数为1或5，可以加工零件的多个侧面。（12）回转台采用高精密齿式定位，定位精度和重复定位精度高，定位精度为5秒、重复定位精度为1秒；油压式锁紧，夹紧可靠，耐重切削；紧密的结构，结合精密轴承可以确保回转台的刚性及长久使用；三片不同之齿式连接器，当回转工作台分度时，台面不会浮起；（13）气动系统用于换刀时为增压缸打刀时提供的气源，同时为主轴锥孔吹气。用户需提供干燥、清洁的压缩空气，气压不低于0.5Mpa；（14）液压系统用于CNC电脑数控齿式分割台的锁紧；（15）冷却系统采用高扬程大流量水泵，大容量冷却箱，多个冷却及冲洗喷嘴, 保证在高速高效切削下有充分的冷却；（16）国产的三轴导轨及丝杠采用国产名牌自动润滑装置，保证机床运动平稳无阻滞；（17）整机设全密封防护罩，防止冷却液和切屑飞溅，环境整洁、操作安全；操作者通过透明窗口观察加工状况，改善了操作环境和劳动条件；（18）机床底座、立柱、滑座、工作台、刀库体和主轴箱、主轴等基础件和关键件均在精密加工中心上加工,其中: 导轨基准面、连接面及重要孔系等均为一次装卡完成加工，保证切削加工质量优良。机床重要配套件如主轴部件、刀库、滚动导轨、滚珠丝杠螺母副可选自国外著名厂家或国内名牌产品。部件的组装和总装调试均在空调车间内进行，检测严格，重要精度项目如定位精度、重复定位精度等采用进口HP激光干涉仪进行检验, 确保产品出厂质量。（19）机床联锁保护功能完善, 除CNC系统提供大量保护、报警、自诊断功能外,机床各轴极限位置设有电气(行程开关)、极限(行程撞块)、软件(行程极限数据输入)三重保护, 防止意外事故，提高了可靠性, 确保安全。（20）数控系统：该机床配置日本FANUC-Oi MC数控系统及伺服主轴电机、伺服轴电机、驱动装置，FANUC-Oi MC是具有最佳的控制功能和高可靠性，先进的CNC技术、高性能的内置PMC、最新的数字伺服技术，并有丰富的先进功能，适合全功能型并要求长期可靠工作的数控机床使用。主要特点为：对机床提供非常有效的软件功能包、最大控制轴为4轴、最多主轴数为2个。它具有提前预控制、刚性攻螺纹、坐标系旋转、自动拐角速度倍率控制、比例缩放、坐标系旋转、刀具寿命管理、复合加工循环、直接尺寸编程、用户宏程序/宏执行器、圆柱插补、极坐标插补、记忆型螺距误差补偿。伺服接口为FANUC的串行伺服总线FSSB，采用光缆进行通信。不同的显示单元选择：9单色CRT、7.2单色LCD、8.4彩色LCD、显示单元带PC功能等。操作简便容易，易于操作 、图形显示、帮助功能、报警履历/操作履历；该系统具有很强的DNC功能，系统提供串行RS232C传输接口，使PC和机床之间的数据传输能够可靠完成，从而实现高速度的DNC操作。FAUNC-OiMC系统又增加“多段程序预读控制功能”和“HRV（高响应矢量）”控制，又具有“HSSB（高速串性总线）控制功能”，使执行程序的速度和精度大大提高；FAUNC- Oi MC提供了丰富的维修报警和诊断功能。FAUNC维修手册为用户提供了大量的报警信息，便于用户对故障进行维修。（21）根据用户的需求选择：数控系统可配置FAUNC- Oi；西门子系统； 数控分割台可选用进口四等份分割台。 - 第四章 齿轮传动4.1 齿轮传动简介 齿轮传动的传递动力大，效率高，寿命长，工作平稳，可靠性高，能保证恒定的传动比。在所有的机械传动中，齿轮传动的应用最广泛。随着科学技术的不断进步，现代化生产的不断发展，齿轮的理论和制造工艺设计的发展将是进一步研究轮齿损伤的机理，这是建立可靠的强度计算方法的依据，是提高齿轮承载能力，延长齿轮寿命的理论基础。在进行齿轮传动设计时，首先要析齿轮传动的工作条件，确定是开式传动还是闭式传动。开式齿轮传动的齿轮是外露的，不能保证良好的润滑，而且灰尘、杂质易进入啮合部位，使齿面较快磨损，因而只宜用于低速传动。闭式传动的齿轮封闭在刚性箱体内，可以保证良好的润滑、密封和工作条件。重要的齿轮传动都采用闭式传动。4.2齿轮传动特点 齿轮传动是应用最广泛的一种机械传动方式，用于传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传动功率和速度的适用范围广、传动比精准、传动效率较高、工作时间可靠、使用寿命长、结构紧凑等优点。但它也存在制造成本较高，需用专门的机床、刀具和测量仪器等，不宜用于轴间距很大的传动，精度低时噪声大等缺点。4.3齿轮传动的分类 齿轮传动常用的分类方法如下。按照两轴线相对位置和齿向的不同，齿轮传动可分为两轴线平行的平面齿轮传动和两轴线不平行的空间齿轮传动两大类。常用齿轮传动的类型为 外齿合 直齿轮圆柱齿轮 内齿合 齿轮齿条齿合 平面齿轮传动 外齿合 斜齿圆柱齿轮 内齿合 齿轮齿条齿合 人字齿轮 齿轮传动 直齿圆锥齿轮 两轴相交 斜齿圆锥齿轮 曲齿圆锥齿轮 空间齿轮传动 交错轴斜齿轮 两轴交错 蜗杆传动 准双曲面齿轮按照工作条件的不同，齿轮传动可分为闭式传动和开式传动两种类型。闭式传动是将齿轮安装在密封良好的刚性齿轮箱内，并得到良好润滑的齿轮传动，如汽车、机床的变速箱及常用的齿轮减速器等。开式传动没有箱体，齿轮外露，且不能保证良好润滑，齿面易磨损，这种传动多用于某些农业机械、建筑机械及其他简单的机械。按照齿面硬度的不同，齿轮传动可分为软齿面（350HBS）齿轮和硬齿面（350HBS）齿轮按照齿廓曲线形状的不同，齿轮传动可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动等。由于渐开线齿轮的制造和安装均较方便，故应用最为广泛。4.4齿轮材料选择的要求 齿轮材料对齿轮的承载能力和结构尺寸影响很大，合理选择齿轮材料是设计重要内容之一。选择齿轮材料应考虑如下要求：齿面应有足够的硬度，保证齿面抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应有足够的强度和韧性，保证齿根抗弯曲能力；此外，还应具有良好的机械加工和热处理工艺性；以及经济性等要求。常用齿轮材料及热处理 制造齿轮材料以锻钢（包括轧制钢材）为主，其次是铸钢、铸铁，还有有色金属和非金属材料等。 1. 锻钢 制造齿轮的锻钢中以合金钢最为常用，不重要的齿轮采用碳钢。锻钢按热处理方法可分为两类。 （1）调质齿轮用钢 常用材料有40Cr、42SiMn、35CrMo、40CrNiMo、30CrNi3及45号碳钢等。一般经调质或正火处理后切齿，齿轮精度一般为8级，高精度切齿可达7级，齿面硬度350HBS，称为软齿面齿轮。一对软齿面齿轮啮合，由于小齿轮啮合次数比大齿轮多，小齿轮易磨损，为了使大、小齿轮寿命接近相等，应使小齿轮的齿面硬度比大齿轮高3050HBS。软齿面齿轮用于齿轮尺寸紧凑性和精度要求不高，载荷不大的中低速场合。2.表面硬化齿轮用钢 齿面硬度350HBS的齿轮称为硬齿面齿轮。轮坯切齿后经表面硬化热处理，形成硬齿面，再经磨齿后精度可达6级以上。与软齿面齿轮相比，硬齿面齿轮大大提高齿轮的承载能力，结构尺寸和重量明显减小，综合经济效益显著提高。我国齿轮制造业已普遍采用合金钢及硬齿面、磨齿、高精度、轮齿修形等工艺方法，生产硬齿面齿轮。常用表面硬化热处理主要有：表面淬火，渗碳淬火，渗氮（氮化），正火，调质。 （1） 表面淬火：一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可打达4855HRC。由于接触强度高，而磨性好，而齿心部有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷（2） 渗碳淬火：将碳的质量分数为0.15%0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20钢，20Cr等，进行渗碳淬火后，齿面硬度可达5662HRC，齿面接触强度高，而磨性好，而齿心部仍保持较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后而磨齿。（3） 正火：正火热处理能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火热处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。（4） 渗氮：渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其它热处理，齿面硬度可达6062HRC，应渗氮处理温度低，齿的变形小，故适用于难于磨齿的场合，例如内齿轮。（5）调质：调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢，40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度一般为217255HBS。对于机械强度要求较高而齿面硬度不要求很高的齿轮，可采用调质处理。因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形。 3.铸钢 铸钢的力学性能稍低于锻钢。当齿轮尺寸较大而轮坯难以锻造时，可用铸钢，切齿前须经退火、正火及调质处理。 4 .铸铁 弯及耐冲击能力都很差，但它易铸造、易切削，具有良好的耐磨性和消震性，成本低廉。可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。球墨铸铁的强度比灰铸铁高得很多，具有良好的韧性和塑性。在冲击不大的情况下，代替钢制齿轮。 5 有色金属和非金属材料 有色金属（如铜合金、铝合金）用于有特殊要求的齿轮传动。 非金属材料的使用日益增多，常用有夹布胶木和尼龙等工程塑料，用于低速、轻载、要求低噪声而对精度要求不高的场合。由于非金属材料的导热性差，故需与金属齿轮配对使用，以利于散热。 下表9-4为齿轮常用材料及其力学性能齿轮常用材料及其力学性能材料牌号热处理种类截面尺寸力学性能硬度直径D，mm壁厚S，mmb，N/mm2s，N/mm2HBHRC调质钢45正火1005058829416921710130051150569284162217301500151250549275162217501800251400530265156217调 质1005064737322928610130051150628343217255301500151250608314197255表面淬火405035SiMn调 质10