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1、數(shù)控管螺紋車床主軸箱傳動設(shè)計摘要 QKA1219數(shù)控管螺紋車床是安陽鑫盛機床廠設(shè)計研發(fā)并生產(chǎn)的。該機床主要為油田管螺紋的車削而開發(fā)，而且還適合各類管螺紋的車削，同時還可以作為普通車床使用，適合加工形狀復雜的軸、套、盤類零件。 由于該機床屬于半閉環(huán)控制的數(shù)控車床，比起普通車床省去了進給箱和溜板箱等機械結(jié)構(gòu)，主軸箱和刀架之間的內(nèi)聯(lián)系傳動鏈由數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)代替。所以，主軸箱的功用不僅僅是支承主軸并把動力經(jīng)變速傳動機構(gòu)場傳遞給主軸，還要考慮車床的數(shù)控化等要求，這就使得主軸箱的設(shè)計顯得極為主要。 本論文的課題是QKA1219數(shù)控管螺紋車床的主軸箱傳動設(shè)計。主要從傳動方案的論證和選擇，結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇和轉(zhuǎn)
2、速圖的擬定等方面來闡述這個課題。關(guān)鍵詞：數(shù)控 機床 主軸箱 校核 管螺紋 Design of headstock of QkA1219 numerical control lathe which machining pipe threadAbstract QKA1219 pipe thread machining numerical control lathe is designed and produced by AnYang XinSheng cooperation. This kind of lathe is mainly developed for oil fields to mach
3、ining pipe thread. Besides, it also can machine other kind of parts as a normal lathe.Being a semi-loop controlled NC lathe, this lathe have no feedbox and apron compared with normal lathe, the drive chain between headstock and tool slide is replaced by CN and servo system, so, the purpose of the he
4、adstock is not as it in a normal one, and we also should consider of other aspects, hence, the design of headstock becoming very important.This paper is mainly about this lathes headstock drive design. And I show my point mainly from the choose of speed diagram, choose and testimony of the design ma
5、nner and so on. Key words NC Machine tools Spindle box Check pipe thread.目錄第一章 緒論11.1 課題的背景及意義11.2 數(shù)控機床國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.3 本論文主要研究內(nèi)容4第二章 主軸箱參數(shù)的確定52.1車床的參數(shù)和規(guī)格52.2公比和最大相對轉(zhuǎn)速損失率52.3動力參數(shù)的確定和電機的選擇5第三章 傳動方案的設(shè)計73.1傳動順序組的安排73.2 傳動結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇11 3.3轉(zhuǎn)速網(wǎng)的擬訂12第四章 傳動件的估計和確定144.1 帶輪傳動的確定144.2 齒輪齒數(shù)的確定184.3 傳動軸的估算184.4 齒輪模數(shù)的估
6、算20第五章 傳動結(jié)構(gòu)簡圖的設(shè)計235.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求235.2 結(jié)構(gòu)細節(jié)的內(nèi)容245.3主軸箱傳動結(jié)構(gòu)簡圖26結(jié)論27致謝28參考文獻29第一章 緒論1.1課題背景及意義1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機技術(shù)應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)
7、值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。
8、由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個永恒的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程
9、公司、山本工程公司等。企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。數(shù)控機床在機械加工行業(yè)中的應用越來越廣泛。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通
10、常用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅(qū)動元件，無檢測反饋機構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達0.01至0.02mm，已能滿足CW6140車床改造后加工零件的精度要求。1.2 數(shù)控機床國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自從1952年美國第臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10-20萬臺，產(chǎn)值上百億美元。世界制造業(yè)在20世紀末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90年
11、代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。 我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到50%，庫存超過4個月。從1995年“九五”以后國家從擴大內(nèi)需啟動機床市場，加強限制進口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民
12、用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機床展覽會和2001年4月北京國際機床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價促銷；（2）高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進口；（3）配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；（4）應用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；（5）自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、合資生產(chǎn)或進口件組裝。 當今世界工業(yè)國家數(shù)控機床的擁有量反映了這個國家的經(jīng)濟能力和國防實力。目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近300萬臺），但我們的機床數(shù)控
13、化率僅達到1.9左右，這與西方工業(yè)國家一般能達到20%的差距太大。日本不到80萬臺的機床卻有近10倍于我國的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機床利用率、開動率低，這是發(fā)展我國21世紀制造業(yè)必須首先解決的最主要問題。每年我們國產(chǎn)全功能數(shù)控機床30004000臺，日本年產(chǎn)萬多臺數(shù)控機床，每年我們花十幾億美元進口70009000臺數(shù)控機床，即使這樣我國制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國家計委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會也曾做過調(diào)研。當時提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達810萬臺，需投入80100億資金，但得到的經(jīng)濟效益將是投入的510倍以上。因此，
14、這兩年來承擔數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國公司加入?！笆濉眲倓傞_始，國防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入6.8億元，用于對1.21.8萬臺機床的數(shù)控化改造。 數(shù)控技術(shù)經(jīng)過50年的5個階段和6代的發(fā)展：第1階段：硬件數(shù)控（NC）第1代：1952年的電子管第2代：1959年晶體管分離元件第3代：1965年的小規(guī)模集成電路第2階段：軟件數(shù)控（CNC）第4代：1970年的小型計算機第5代：1974年的微處理器第6代：1990年基于個人PC機（PCBASEO）第6代的系統(tǒng)優(yōu)點主要有：（1）元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達到5萬小時以上；（2）基于PC平臺，技術(shù)進步快，升級換
15、代容易；（3）提供了開放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴展到很寬的領(lǐng)域（如CAD、CAM、CAPP，連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機、攝影機等）；（4）對數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來說，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡化了硬件。目前，國際上最大的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠是日本FANUC公司，1年生產(chǎn)5萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40%左右，其次是德國的西門子公司約占15%以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲地亞，法國的NUM，日本的三菱、安川。 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)廠家主要有華中數(shù)控、北京航天機床數(shù)控集團、北京凱恩帝、北京凱奇、沈陽藝天、廣州數(shù)控、南京新方達、成都廣泰等，國產(chǎn)數(shù)控生產(chǎn)廠家規(guī)模都較小，年產(chǎn)都還沒有超過30
16、0400套。 近10年數(shù)控機床為適應加工技術(shù)發(fā)展，在以下幾個技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進步。 (1)高速化由于高速加工技術(shù)普及，機床普遍提高各方面速度，車床主軸轉(zhuǎn)速由30004000r/mi n提高到800010000r/min，銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由40008000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上；快速移動速度由過去的1020m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，其已由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.52G，最高可達15G，直線電機在機床上開始使用
17、，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機。 (2)高精度化數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.010.02mm提高到左右，亞微米級機床達到0.0005mm左右，納米級機床達到0.0050.01，最小分辨率為1（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已有產(chǎn)品。數(shù)控中兩軸以上插補技術(shù)大大提高，納米級插補使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達到1的圓度，插補前多程序段預讀，大大提高插補質(zhì)量，并可進行自動拐角處理等。 （3）復合加工、新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)如5軸5面體復合加工機床，軸聯(lián)動加工各類異形零件。也派生出各新穎的機床結(jié)構(gòu)，包括軸虛擬軸機床，串并聯(lián)鉸鏈機床等。采用特殊機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。 （4）使用各
18、種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼”。如內(nèi)冷鉆頭由于使高壓冷卻液直接冷卻鉆頭切削刃和排除切屑，在鉆深孔時大大提高效率。加工鋼件切削速度能達1000m/min，加工鋁件能達5000m/min。 （5）數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理，已是使用數(shù)控機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、異行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流1.3 本論文主要研究內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是QKA1219數(shù)控管螺紋車床的主軸箱傳動部分。 該機
19、床主要為油田管螺紋的車削而開發(fā)，且適合于各類管螺紋的車削，還可作普通數(shù)控車床使用。該機床屬于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的簡式數(shù)控管螺紋車床，可以加工以各種曲線為母線的連續(xù)的回轉(zhuǎn)體，加工分辨為0.001mm。可加工圓柱、錐面螺紋，以及圓柱與錐面連續(xù)連接螺紋、端面螺紋。具有刀具自動補償功能，具有坯料循環(huán)、加工螺紋循環(huán)、切槽循環(huán)?？扇我庠O(shè)定絕對零點。適合多品種、中小批量的輪番加工，工藝適應性強、效率高，成品一致性好。編程容易，操作簡單，是理想中的中型機械加工設(shè)設(shè)備。QKA1219數(shù)控管螺紋車床是將CW系列車床進行數(shù)控改造而成的，引進了液壓系統(tǒng)從而可以實現(xiàn)8級轉(zhuǎn)速中的4級變速的自動化，由于引進了伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)
20、，實現(xiàn)了機床的數(shù)控化，與普通機床相比省了進給箱和溜板箱，不僅提高了機床的加工精度，而且大大減少了機械設(shè)計的繁雜。它與普通機床的具體不同之處在于：主軸箱的運動不再傳遞給進給箱，而是直接傳遞給一個脈沖發(fā)生器，從而省略了機械內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖被送到脈沖處理器，并經(jīng)過由數(shù)控系統(tǒng)傳來的數(shù)控編程指令相應的處理，最后到達控制縱向和橫向運動的伺服電動機，這樣就可以加工出各種復雜形狀的軸類零件；但要加工螺紋，還要在加工過程中不亂扣，引進一個脈沖相位處理器就可以實現(xiàn)這個功能。本課題的主要任務(wù)就是利用引進的液動系統(tǒng)來實現(xiàn)主軸箱的4級自動換擋，改進機床的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)整個機床的數(shù)控化，從而使機床獲得較
21、高的生產(chǎn)效率和加工表面質(zhì)量。第二章 主軸箱參數(shù)的確定2.1車床的參數(shù)和規(guī)格表2.1主要規(guī)格加工最大管子直徑主軸通孔直徑床身上最大回轉(zhuǎn)直徑刀架最大回轉(zhuǎn)直徑兩頂尖距離最大車削長度190mm200mm770mm480mm750/1000/1500mm550/800/1300mm 表2.2輪廓尺寸要求規(guī)格長度寬度高度凈重7500 1000 15002912 3227 3612171517453.7 3.9 4.22.2 公比和最大相對轉(zhuǎn)速損失率 由已知主軸的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速分別為450r/min 和90r/min ，那么可以知道主軸箱的轉(zhuǎn)速比: (2-1) 又因為主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)z=8，那么由： （2
22、-2） 得 最大相對轉(zhuǎn)速損失率為： % （2-3）2.3動力參數(shù)的確定和電機的選擇機床主運動的功率，包括切削功率 空轉(zhuǎn)功率損失和附加機械摩擦損失三部分。進行切削加工時，要消耗切削功率。QKA數(shù)控管螺紋車床是專用車床，但也可以當作普通車床使用，所以切削功率與車床的刀具材料、工件材料和切削用量的大小有關(guān)。本車床所用的刀具材料為中低碳鋼，由公式： （2-4） 式中 n-轉(zhuǎn)速（r/min） v-切削速度（m/min） d-工件（或刀具）的回轉(zhuǎn)直徑（mm）可以得到最大切削速度： 在硬質(zhì)合金鋼允許的切削速度范圍內(nèi)。 又已知，允許的最大切削力，允許最大縱向進給力，允許最大橫向進給力。那么： （2-5） =
23、機床運動空轉(zhuǎn)時，要消耗電動機的一部分功率，這部分消耗稱為空轉(zhuǎn)功率損失，用表示。中型機床傳動鏈的空轉(zhuǎn)功率損失可以用下列的公式進行計算： （2-6） 式中 為主運動鏈中除主軸外所以傳動軸軸徑的平均直徑。如果主運動鏈的結(jié)構(gòu)尺寸未定，初步選定如下表：表2.3 傳動軸的平均直徑1.5P2.8kW2.5P7.5kW7.5P14kW=30mm=35mm=40mm 由上表可知=40mm。 為主軸前后軸頸的平均值（mm）； 為傳動鏈內(nèi)除主軸外各傳動軸的轉(zhuǎn)速之和； =（450+800+100+800+800）r/min=3400r/min 為主軸轉(zhuǎn)速（r/min）；=450r/min 為潤滑油粘度影響的修正系數(shù)。
24、用N46號機械油，=1； 系數(shù)。主軸用兩支承的滾動軸承，=8.5.=1.32kW機床切削時，齒輪、軸承等零件上也有功率的損耗，比多出來的部分稱為附加機械損耗功率。切削功率越大，這部分損耗月大。綜上所述，主電動機功率（kW）為： （2-7） 為主運動鏈中各傳動副機械效率之積。 由機械系統(tǒng)圖可以算出=0.92，那么：=。 暫時選用電動機的功率為11kW,轉(zhuǎn)速為1460r/min，查表得主電動機的型號為Y160M-4-83.第三章 傳動方案的設(shè)計3.1傳動順序組的安排 傳動組和傳動副可能的方案有： 其中方案8=42由于第一傳動組的傳動副有4個,必然會使傳動組的徑向尺寸增大,下一級傳動副的徑向尺寸勢必
25、會更大;這種方案會造成結(jié)構(gòu)的臃腫,空間尺寸的增大,不僅不利于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,而且還會造成材料和動力的巨大浪費,所以,不考慮分析此方案.方案8=24排除其他細節(jié)的不同,只考慮第二傳動組的4個傳動副的安排,大致有如下圖兩種選擇: ab圖3.1 8=24的兩種方案其中a方案選用了一個四聯(lián)滑移齒輪，分別與軸和軸上的四個齒輪嚙合，這種結(jié)構(gòu)雖然簡單，但由于引用了一個四聯(lián)滑移齒輪，不僅使徑向尺寸過大，而且還會增加零件加工工藝的難度，成本會升高。所以，這種方案不是最佳方案。方案b比起8=222的結(jié)構(gòu)，可能會省掉一根軸；而且，由于二級傳動副4個傳動副用2個聯(lián)滑移齒輪的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，比起方案a，在一定程度上減小了徑向尺寸
26、；但是，為了避免兩個滑移同時和下一級齒輪嚙合，從而造成齒根被掰斷等危險的可能性，必須考慮設(shè)計一個互鎖機構(gòu)。這樣，設(shè)計生產(chǎn)的工作量就會很大，所以，一般不考慮這種方案。方案8=222有以下幾種可能的方案： c d e f圖3.2 8=222方案的改進 方案c最簡單，有4根軸3組滑移齒輪副組成，但是主軸齒輪也和滑移齒輪嚙合，這樣，當齒輪換擋的時候就會給主軸很大的沖擊，主軸的精度保證不了，此方案不可行。方案d比起方案c多了一根軸，避免了主軸齒輪和滑移齒輪的直接接觸而帶來的沖擊，但是，軸上有兩個雙聯(lián)滑移齒輪，不僅結(jié)構(gòu)重復臃腫，而且還極容易發(fā)生干涉，還有待改進。方案e在方案d的基礎(chǔ)上引入一個摩擦離合器，代
27、替了一個雙聯(lián)滑移齒輪，克服了c方案的不足，但結(jié)構(gòu)還是過于簡單，達不到公比的要求。在方案e的基礎(chǔ)上，方案f多了一根軸，多了兩個傳動副，這樣就不至于使公比過大而影響傳動的精度。綜上所述，方案f為最佳方案。3.2 傳動結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 在中，又因為基本組和擴大組的不同而有不同的方案?？赡苡兴姆N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式如下: 1) 2) 3) 4) 圖3.3幾種傳動結(jié)構(gòu)網(wǎng) 根據(jù)下列選擇原則:(1) 傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍 在降速傳動時，為防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動比。在升速時，為防止過大的振動和噪音，常限制最大傳動比。如果用斜齒齒輪傳動，則。因此，主傳動
28、鏈任意一個傳動組的最大變速范圍一般為。對于進給傳動鏈，由于轉(zhuǎn)速通常比較低，零件尺寸也比較小，上述范圍可以放寬一些。故。在檢查傳動組的變速范圍時，只需要檢查最后一個擴大組。因為其他傳動組的變速范圍都比它小。根據(jù)公式： （3-1） 圖（2.1）中，方案1）、2）、3）、4）的第二擴大組，則（為公比，暫取1.26），則，都是可行的。 （2） 基本組和擴大組的排列順序 在這四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)（式）方案中，進行比較選擇最佳方案。盡量使中間傳動軸的變速范圍小一些。因為各個方案同號轉(zhuǎn)動軸的最高轉(zhuǎn)速度相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速教高，轉(zhuǎn)矩比較小，傳動件的尺寸也可以小一些。比較這四種方案，方案3）中的傳動軸變速范圍最
29、小，所以方案3）最佳。即如果沒有別的要求，應該盡量使擴大順序與傳動順序一致。 3.3 轉(zhuǎn)速網(wǎng)的擬訂本機床選定的結(jié)構(gòu)式中共有三個傳動組,變速機構(gòu)總共需要6根軸.加上電動機軸共7根軸.所以轉(zhuǎn)速圖需要7條豎線.主軸8級轉(zhuǎn)速,而電動機軸轉(zhuǎn)速與主軸最低轉(zhuǎn)速差6個公比,所以需要14條橫線.由已知, ,那么第三級傳動組的變速范圍為.這樣就確定了軸的8種轉(zhuǎn)速只能有一種可能,即為180,224,280,255,455,560,710,900r/min.同樣的道理,對于軸,可取 ,可得軸的轉(zhuǎn)速為710,900r/min.這樣可以畫出如下的轉(zhuǎn)速圖：圖3.4 轉(zhuǎn)速網(wǎng)方案1也可以選擇電動機轉(zhuǎn)速為2960r/min的方案
30、，主軸箱部分與以上的方案相同，但是，帶輪的傳動比為，這個方案較之的優(yōu)點是電動機的體積減小，可以節(jié)省設(shè)計生產(chǎn)成本，更加經(jīng)濟便宜。缺點是隨著傳動比的變化，帶輪也要相應做調(diào)整，這樣減小皮帶傳動副的包角，減小電動機的傳動效率，其轉(zhuǎn)速圖如下：圖3.5 轉(zhuǎn)速網(wǎng)方案2如果選用下圖的方案。皮帶傳動副的傳動比為，傳動組的改動不大。這個方案避免了第一級傳動組的被動齒輪的尺寸增大。但是被動帶輪的直徑增大，帶輪包角減小，傳動效率較底。圖3.6 轉(zhuǎn)速網(wǎng)方案3如果選用皮帶輪的傳動比為，其轉(zhuǎn)速圖如下：圖3.7 轉(zhuǎn)速網(wǎng)方案4雖然對帶輪傳動效率沒有太大的影響，但是第一級的被動齒輪的尺寸可能增大，這樣就帶動了以后兩級的傳動組齒輪
31、的尺寸增大，從而不僅設(shè)計空間增大，而且會造成材料和動力資源的巨大浪費，不是最佳方案。綜上所述，選擇方案（1）為備用方案。第四章 傳動件的估算和確定4.1 帶輪傳動的確定 QKA數(shù)控管螺紋車床第一級用v帶輪傳動。已知電動機的功率，轉(zhuǎn)速，傳動比，每天工作個小時.確定計算功率故 （4-1）12.1kW 2.選擇v帶的帶型根據(jù)，由圖(4.1)選用A型帶輪.圖4.1 普通v帶選型圖 .確定帶輪基準直徑并驗算帶速v 初選小帶輪的基準直徑，由表5.1和表5.2，取小帶輪的基準直徑160mm。表 4.1 v帶輪的最小直徑槽型YZABCDE（mm）205075125200355500帶型基準直徑Y(jié)20,22.4
32、,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,125Z50,56,63,71,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,A75,80,85,90,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200B125,132,140,150,160,170,180,200,224,250,280315,355200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450355,375,400,425,450,475,500,600
33、,710,750,800,900,1000500,530,560,600,570,710,800,900,1000,1120,1250,1400 表4.2 普通v帶的基準直徑系列 驗算帶速v (4-2) 因為，故帶速合適。計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)公式（4-3），計算大帶輪的直徑： = （4-3）=（1.41.5）160=224240mm 根據(jù)表(4-2),圓整=225mm。 4. 確定v帶的中心距a和基準長度 1）根據(jù)公式 0.72 （4-4）269.5770初步定=350。 2）由公式（4-5）計算帶輪所需要的基準長度： （4-5） 查表選基準長度=1250mm。） 按公式（4-6）計算實
34、際中心距a： （4-6）計算得中心距的變化范圍為341.5359.94mm。 5.驗算小帶輪的包角： （4-7） 所以小帶輪的包角符合使用要求。 6.計算帶的根數(shù) 1）計算單根v帶的額定功率。 由=160mm和=1460r/min，查表得=3.21kw，=0.35kw。 查表5.3：表4.3 包角修正系數(shù)小帶輪得=0.98。 查表得，于是： （4-8） 。 2）計算v帶的根數(shù)z： （4-9） 取4根。 計算單根v帶的初拉力的最小值表4.4 v帶單位長度的質(zhì)量帶型 查表得型v帶的單位長度質(zhì)量，所以： （4-10） 應該使帶輪的實際初拉力 8.計算壓軸力（驗算出齒輪時會用到）。 壓軸力的最小值 （
35、4-11） 4.2 齒輪齒數(shù)的確定 因為傳動比i為公比的整數(shù)次方，齒數(shù)及以及小齒輪的齒數(shù)可以從金屬切削機床參考書中查得。，。查i為1，1.26兩行。有數(shù)字的即為可能的方案。結(jié)果如下； =92，94，96，98，100，104，108，116 =92，93，95，97，99，100，102，104 從以上兩行可以挑出，=116，=104是共有的。如果取=104，則從表中查出小齒輪齒數(shù)分別為46，52，58。即，。 同理由，查表可得小齒輪的齒數(shù)為42，45。依次求出：軸與軸嚙合處的齒數(shù)為23，37。 軸與軸嚙合處的齒數(shù)為34，44。 軸與軸嚙合處的齒數(shù)為36，75.4.3 傳動軸的估算 A 研究軸
36、 已知：軸所傳遞的最大功率為11kw，轉(zhuǎn)速為960r/min，試選用軸的材料為45鋼，選許用扭轉(zhuǎn)切應力，那么由： （4-12）得。因為，軸上有一個液動摩擦離合器，需要開花鍵槽，并且軸內(nèi)還要鉆液動油路，那么軸頸增大5%7%。 即 （4-13） =29.52mm圓整為標準值，那么=30mm B 研究軸 已知：軸傳遞的功率為11kw，轉(zhuǎn)速為800r/min，640r/min；試選用材料為軸的材料為45號鋼，選用許用扭轉(zhuǎn)切應力=25mpa，那么 圓整為標準直徑=35mm。 C 研究軸 已知：軸所傳遞的最大功率為11kw，轉(zhuǎn)速為1000r/min，800 r/min試選用軸的材料為45鋼，選許用扭轉(zhuǎn)切應
37、力，那么： 圓整為標準直徑=45mm。 D 研究軸 已知：軸所傳遞的最大功率為11kw，最低轉(zhuǎn)速為360r/min，試選用軸的材料為45鋼，選許用扭轉(zhuǎn)切應力，那么： 圓整為標準直徑=40mm。 E研究軸 已知：軸所傳遞的最大功率為11kw，最低轉(zhuǎn)速為180r/min，試選用軸的材料為45鋼，選許用扭轉(zhuǎn)切應力，那么： 圓整為標準直徑=50mm。4.4 齒輪模數(shù)的估算 估算第一傳動組的模數(shù)：已知條件有輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，齒數(shù)比為，。工作壽命10年（設(shè)沒年工作300天），兩班制。 1 選定齒輪類型，精度和材料 1）選用直齒圓柱齒輪傳動。 2）樹控機床的精度要求較高，選用6級精度（GB-10095-
38、88）。 3）材料選擇。小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者材料的硬度差為40HBS。 2 按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行計算，即： （4-14）1） 確定公式內(nèi)各計算值。 試選載荷系數(shù)。 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 （4-15） 選取齒寬系數(shù)=1。 查得小齒輪接觸疲勞強度極限；大齒輪接觸疲勞強度極限。 查得材料的彈性影響系數(shù)。 計算應力循環(huán)次數(shù) （4-16） （4-17） 取接觸疲勞壽命系數(shù)，。 計算接觸疲許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)，由公式： （4-18） 2） 計算 試計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
39、計算圓周速度v。 （4-19） 計算齒寬b。 （4-20） 計算齒寬與齒高之比。 模數(shù) （4-21） 齒高 （4-22） 計算載荷系數(shù)。 根據(jù)v=3.55m/s，6級精度，查得動載系數(shù)。直齒輪，；使用系數(shù)；6級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，。由=19.09，查表得 ，故載荷系數(shù) 按實際的載荷系數(shù)校核所算得的分度圓直徑： 計算模數(shù)m： （4-23） 按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度的設(shè)計公式： （4-24）查表確定公式內(nèi)的計算數(shù)值： 載荷系數(shù) k=1.512 那么 。 模數(shù)就近圓整 。同理可以計算出二、三級的齒輪模數(shù)分別為；由于第一根軸要開鍵槽，還要鉆液動回路，軸徑要遠遠大于估算的值，又因為齒數(shù)
40、已經(jīng)確定，所以一級齒輪齒數(shù)可能還要增大。第五章 傳動結(jié)構(gòu)簡圖的設(shè)計5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求主軸組件的結(jié)構(gòu) 主軸頭已經(jīng)標準化，詳見機床設(shè)計手冊。正確選擇主軸的軸承類型及其組合、精度和調(diào)整軸承間隙的方法。計算主軸組件的合理跨度。合理選擇潤滑與密封的方式。主軸組件的拆裝設(shè)計。對于機床主軸的要求，有與一般傳動軸共同的地方：都要在一定的轉(zhuǎn)速下傳遞一定的轉(zhuǎn)矩；保證軸上的傳動件和軸承的正常工作條件。但是，主軸又是直接帶動工件或刀具進行切削的。機床的加工質(zhì)量，在很大程度上要靠主軸組件的保障。主軸直接承受切削力，而車床的轉(zhuǎn)速變化范圍往往變化很大。因此，對于主軸組件又有很多特殊的要求：旋轉(zhuǎn)精度、靜剛度、溫升和熱變形
41、、耐磨性等等。所以主軸組件的設(shè)計與選擇很重要。傳動軸組件的結(jié)構(gòu) 根據(jù)軸承的類型，正確選擇在的軸向定位（或固定）的方法。軸上所安裝的的零件的拆裝與固定。齒輪的結(jié)構(gòu) 正確選用齒輪的精度并考慮相應的加工齒型的方法。對于雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪，加工方法決定了相鄰齒輪的間距，為縮短軸向尺寸可采用鑲裝的結(jié)構(gòu)。輪轂的長度按導向的要求確定，通常為直徑的1.5倍左右。5.2 結(jié)構(gòu)細節(jié)的內(nèi)容卸荷帶輪電動機經(jīng)v帶將運動傳至軸帶輪，v帶上的拉力可能使軸產(chǎn)生彎曲變形，所以要采用卸荷帶輪的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖5.1 卸荷帶輪的結(jié)構(gòu)簡圖帶輪與輸入軸鍵連接在一起，支承在法蘭盤的兩個向心球軸承上。法蘭盤固定在主軸箱箱體上。這樣，帶
42、輪可以通過鍵帶動輸入軸旋轉(zhuǎn)，而膠帶的拉力則可以通過軸承和法蘭盤傳至箱體。液動摩擦離合器在軸上有一個離合器，是為了實現(xiàn)兩級的傳動比和暫時的主軸停轉(zhuǎn)。采用液壓驅(qū)動實現(xiàn)自動換擋。其結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖5.2 液動摩擦離合器結(jié)構(gòu)簡圖當左邊的離合器摩擦片被液動系統(tǒng)壓緊之后，運動傳到齒輪1并由其傳遞下去；當液動系統(tǒng)油路改變，左邊高油壓，右邊的離合器摩擦片被壓緊，運動由齒輪2傳遞下去；當液動系統(tǒng)復位時，左右兩邊的摩擦離合器都是放松的，運動傳遞吧下去，主軸停止轉(zhuǎn)動。主軸間隙的調(diào)整 如圖所示：圖5.3 主軸組件簡圖螺母（1）用來對兩個推力球軸承軸向間隙的調(diào)整，螺母（2）用來對雙列圓柱滾子軸承徑向間隙的調(diào)整，螺母（
43、3）用來對主軸后支點上的雙列圓柱滾子軸承的徑向間隙的調(diào)整，螺母（4）向雙列圓柱滾子軸承擰緊后，可以使由螺母（2）調(diào)整好的精度予以保持下去，若因擰緊螺母（4）而使精度改變了，則應重新調(diào)整螺母（2），直至二個螺母均擰緊后，主軸精度合格為止，螺母（4）還起承擔軸向負荷的傳遞作用，以及卸下或松動軸承的功能。螺母（5）用來緊固齒輪上回轉(zhuǎn)槽內(nèi)的平衡塊。所有機床在出廠前均已經(jīng)過平衡校正并檢驗合格，用戶不要隨意拆動平衡塊，否則將引起主軸振動和機床精度下降。5.3主軸箱結(jié)構(gòu)簡圖 圖5.4 主軸箱傳動系統(tǒng)簡圖其傳動鏈的傳動路線表達式： (主軸)。結(jié)論這次課題設(shè)計總計費時一個多月，剛開始時不知從何下手，在老師的指導
44、下到圖書館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控機床上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關(guān)設(shè)計資料，終于知道了該怎么做。接下來塞選出一系列有價值的資料，與同組同學不斷的討論、向老師請教，終于完成了設(shè)計。在做設(shè)計的過程中，不但復習了所學過的知識點，還學到了新的知識，同時將所學到的知識充分的運用起來，做到了學以致用，還學會了查資料，除此之外，我還懂得了團結(jié)合作的重要性，知道了集體的力量！當然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識的不全面，所學的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課。同時，做設(shè)計也是磨練決心與毅力的過程，面對復雜冗長的數(shù)據(jù)，打印長篇的論文，我也想過放棄，但想到它的意義我就又堅持了下
45、來。做完了后，有一種豁然開朗的感覺，內(nèi)心激動無比，經(jīng)過了這次設(shè)計以后，我有信心，我也堅信只要努力、堅持，我們就能走好人生的每一步。致 謝 感謝學校領(lǐng)導安排我們這次畢業(yè)實習，也感謝安陽鑫盛機床廠提供實習的條件和機會，還有帶班師傅的耐心指導。也感謝老師和同學們對我的幫助，特別是我的指導老師師老師，向我介紹了有幫助的參考資料，對我所做作論文做了細致入微的指正。參考文獻：1 葉偉昌主編.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(上冊).北京：機械工業(yè)出版社，20012 葉偉昌主編.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(下冊).北京：機械工業(yè)出版社，20013 胡家秀主編.機械零件設(shè)計實用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，199
46、94 李益民主編.機械制造工藝設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，19955 艾興等主編.金屬切削用量手冊.北京：機械工業(yè)出版社，19966 范云漲等主編.金屬切削機床設(shè)計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，19937 孟憲椅等主編.機床夾具圖冊.北京：機械工業(yè)出版社，19918 韓敬禮等主編.機械電氣設(shè)計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994.9 謝家瀛主編. 組合機床設(shè)計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，199210 楊培元等主編.液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，199511 大連組合機床研究所編.組合機床設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,199512 大連組合機床研究所編.組合機床設(shè)計參考圖冊.北京：機械工業(yè)出版社，198613 徐錦康主編.機械設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，200114 陳秀寧、施高義機械設(shè)計課程設(shè)計.杭州：浙江大學出版社，1995 15 姚永明主編.非標準設(shè)備設(shè)計.上海：上海交通大學出版社，199931
QKA1219數(shù)控管螺紋車床主軸箱傳動設(shè)計論文說明書
