《φ400mm數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《φ400mm數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計（29頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

說明書題 目：φ400mm 數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計專 業(yè)： 機(jī)電一體化 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 時 間： 2摘 要CK6150 機(jī)床主要部件有：主軸箱、刀架、尾座、進(jìn)給箱、溜板箱以及床身。本設(shè)計主要針對 CK6150 機(jī)床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計。機(jī)床主軸箱是一個比較復(fù)雜的傳動部件。設(shè)計的內(nèi)容主要包括確定機(jī)床的主要參數(shù)，擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，計算和校核了主要零部件，并且利用專業(yè)制圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計和處理。數(shù)控是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)控加工在現(xiàn)代化生產(chǎn)中顯示出很大的優(yōu)越性。對于現(xiàn)代制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床非常適合那些形狀復(fù)雜、精密和批量小的零件,而一般的普通機(jī)床根本無法滿足這個要求?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床其突出的優(yōu)點是可以進(jìn)行高精度加工和多樣化加工，完全可以取代其他的加工方法。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；機(jī)械設(shè)計；數(shù)控系統(tǒng)；主軸箱目錄緒論 51.1 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 51.1.1 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 .51.2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢 71.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點以及主要功能 81.3.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點 .81.3.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的主要功能 .91.4 普通機(jī)床數(shù)控改造意義 9第一章數(shù)控車床的總體設(shè)計 .101.1CK6140 普通車床介紹 .101.2 總體方案的確定 .111.3 傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 .121.3.2 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖 141.3.3 自動轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計 151.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 .1631.4.1 確定 I/O 接口 161.4.2 鍵盤接口設(shè)計 161.4.3 顯示電路設(shè)計 .171.4.4 軟件設(shè)計 17第 二 章 數(shù) 控 車 床 主 軸 箱 設(shè) 計 .182.1 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 .182.2 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 要 求 .192.3 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 參 數(shù) 202.3.1 運 動 參 數(shù) .202.3.2 結(jié) 構(gòu) 分 析 式 .202.3.3 確 定 轉(zhuǎn) 速 .212.4 動 力 參 數(shù) .222.4.1 確 定 各 軸 轉(zhuǎn) 速 .222.5 帶 傳 動 的 參 數(shù) .24第 三 章 主 軸 組 件 的 性 能 要 求 .273.1 主 軸 組 件 的 性 能 要 求 27第 四 章 主 軸 結(jié) 構(gòu) 及 熱 處 理 要 求 274.1 主 軸 結(jié) 構(gòu) 及 熱 處 理 要 求 .27第 五 章 總 結(jié) 和 體 會 28致 謝 30參 考 文 獻(xiàn) .31緒論1.1 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是高速化、高精度化、多功能和智能化目前，柔性制造技術(shù)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。柔性制造技術(shù)主要有柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。柔性制造單元可由一臺或多臺數(shù)控設(shè)備組成，即具有獨立的自動加工的功能又部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能。柔性制造單元有兩大類：一類是數(shù)控機(jī)床配上機(jī)器人另一類是加工中心配上工作臺交換系統(tǒng)若干個柔性制造單元可組成一個柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是一個由中央計算機(jī)控制的自動化制造系統(tǒng)。他是由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些數(shù)控機(jī)床加工中心。傳輸裝置將工件放在托盤或其他連接設(shè)備上送到加工設(shè)備使加工能夠準(zhǔn)確、迅速和自動的進(jìn)行。4計算機(jī)集成制造系統(tǒng)就是利用計算機(jī)進(jìn)行信息集成，從而實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造以求的企業(yè)的總體效益。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)是建立在多項先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上的高技術(shù)制造系統(tǒng)，他綜合利用了 CAD/CAM、FMS、FMC 及工廠自動化系統(tǒng)，是面向二十一世紀(jì)的生產(chǎn)制造技術(shù)。(1)國內(nèi)有關(guān)研究的綜述機(jī)械工業(yè)為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)，較好地發(fā)揮了支柱產(chǎn)業(yè)的作用。2009 年，機(jī)械產(chǎn)品市場自給率進(jìn)一步提高到 85%，對全國工業(yè)總產(chǎn)值、新產(chǎn)品產(chǎn)值、利潤和稅金增長的貢獻(xiàn)率分別為 31.86%、67.58%、57.91%和24.01%，均居工業(yè)各行業(yè)首位。2010 年我國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)銷額再創(chuàng)歷史新高：全年累計完成工業(yè)總產(chǎn)值 14.38萬億元，銷售產(chǎn)值 14.06 萬億元，同比分別增長 33.93%和 34.26%。自 2010 年3 月起，機(jī)械工業(yè)月度產(chǎn)值連續(xù) 10 個月超過 1.1 萬億元，已經(jīng)進(jìn)入了月產(chǎn)萬億元的新時期。近年來機(jī)械工業(yè)產(chǎn)銷高速增長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，得益于國家政策對機(jī)械工業(yè)的大力支持，特別是在中央實施應(yīng)對國際金融危機(jī)沖擊的一攬子計劃后，相關(guān)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃的逐步落實，推動了機(jī)械工業(yè)快速企穩(wěn)回升。國務(wù)院通過的《裝備制造業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃》 ，提出依托高速鐵路、煤礦與金屬礦采掘、基礎(chǔ)設(shè)施、科技重大專項等十大領(lǐng)域重點工程，振興裝備制造業(yè)；抓住九大產(chǎn)業(yè)重點項目，實施裝備自主化；提升四大配套產(chǎn)品制造水平。政策措施包括加強投資項目的設(shè)備采購管理、鼓勵使用國產(chǎn)首臺（套）裝備、推進(jìn)企業(yè)兼并重組等。上述領(lǐng)域涉及了經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的關(guān)鍵部門，也是我國機(jī)械行業(yè)發(fā)展中亟待突破的領(lǐng)域，尤其是高檔數(shù)控機(jī)床和礦用機(jī)械長期以來一直是我國制造領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)，與國外先進(jìn)水平有明顯的差距。這些產(chǎn)品再次被列入重點發(fā)展的領(lǐng)域，未來幾年內(nèi)將面臨超常規(guī)發(fā)展的機(jī)遇。中投顧問發(fā)布的《2011-2015 年中國機(jī)械行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告》共二十章。首先介紹了機(jī)械行業(yè)的特性、分類及發(fā)展歷史等，接著分析了國際國內(nèi)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展概況，并對國內(nèi)機(jī)械子行業(yè)的財務(wù)狀況做了細(xì)致分析。然后介紹了機(jī)械租賃、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、儀器儀表、電工電器、機(jī)床工具、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械及其他機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展情況。隨后，報告對中國機(jī)械行業(yè)做了區(qū)域發(fā)展分析、產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析、進(jìn)出口分析、行業(yè)競爭分析、重點企業(yè)運營狀況分析和投資分析，最后分析了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢和未來前景。5我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢，一方面國內(nèi)市場 對各機(jī)床有大量的需求，而另一方面確有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。(2)國外有關(guān)研究的綜述數(shù)控機(jī)床各國數(shù)控機(jī)床發(fā)展歷史美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控 機(jī)床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。 隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的 ERP 即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門（人、財、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP 就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。 由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。 1.2 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢（1）繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。（2）向高速化和高精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。（3）向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將6不斷提高。（a）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。（b）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（c）引入故障診斷專家系統(tǒng)（d）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。1.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點以及主要功能經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指價格低廉，操作使用方便，比較適合我國國情的，在普通機(jī)床上加裝數(shù)控系統(tǒng)的高級自動化機(jī)床。1.3.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的特點（1）價格便宜，僅數(shù)控系統(tǒng)與國外同類型系統(tǒng)相比，前者只需 1-2 萬元，而國外系統(tǒng)則需十幾至幾十萬元。應(yīng)此，它特別適合對國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)有普通機(jī)床進(jìn)行改造。（2）解決復(fù)雜零件的加工精度控制，提高生產(chǎn)率。對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，一般可提高工效 3~7 倍。對復(fù)雜零件而言，難度越高，提高的工效則越多。（3）適合于多品種、中小批量產(chǎn)品的自動化加工，對產(chǎn)品的適應(yīng)性強。對于不同零件的加工，可以通過變換不同的加工程序和更換不同的刀具來實現(xiàn)。（4）提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率。尤其是加工的產(chǎn)品尺寸一致性好，合格率高。（5） 節(jié)約工裝費用，降低成本。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床可以不用工裝或少用工裝，尤其對于復(fù)雜零件、不用靠?；虺尚偷毒摺２粌H節(jié)約了費用，而且還可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。（6）減輕工人的勞動強度。（7）提高工人素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和科技成果的普及應(yīng)用。為由“體力型”向“智能型”轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件。1.3.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的主要功能（1）能控制刀具的位移方向、位移長度及走刀速度。加工程序的位移長度7以十進(jìn)制數(shù)輸入。（2）可控制車削端面、內(nèi)外圓柱面、任意錐面、球面及用圓弧逼近的任意曲面。（3）可控制加工右旋或左旋的各種內(nèi)、外圓柱、圓錐螺紋及多頭螺紋。（4）程序中可給出一定延時。在加工中執(zhí)行到延時程序時，刀具在相應(yīng)時間內(nèi)停止運動。（5）有程序暫停功能。當(dāng)程序執(zhí)行到暫停時，刀具停止運動，再按下啟動鍵，可繼續(xù)執(zhí)行程序。（6）接口可發(fā)出和接收多種信號，作為機(jī)械手動作，刀架轉(zhuǎn)位、主軸變速等裝置的控制信號，它與程序的自動循環(huán)功能相結(jié)合，可實現(xiàn)加工的全自動化。（7）為方便調(diào)試和校對原點，設(shè)有點動功能。（8）具有自診斷功能。當(dāng)加工程序編制或操作有誤時，程序停止運行，并顯示相應(yīng)的出錯信息，以便修改。（9）加工過程中，為應(yīng)付特殊情況，設(shè)有開關(guān)暫停、鍵急停和鍵回零功能。（10）具有自動循環(huán)加工功能，并可進(jìn)行計數(shù)。（11）為簡化加工程序，設(shè)有局部循環(huán)功能。（12）為提高加工精度，設(shè)有間隙補償功能。1.4 普通機(jī)床數(shù)控改造意義數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的主機(jī),數(shù)控技術(shù)的水平高低和機(jī)床的數(shù)控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。目前我國機(jī)床的數(shù)控化率還不到 5%,新機(jī)床的數(shù)控化率也僅為 6%。無論從數(shù)控技術(shù)水平和機(jī)床的數(shù)控化率都大大落后于西方發(fā)達(dá)國家。從 20 世紀(jì)后期,我國調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式,作為自動化生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備------數(shù)控機(jī)床,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工廠逐年增加的生產(chǎn)需求。對于機(jī)械制造企業(yè),單純靠購買新的數(shù)控機(jī)床,所需投資大,周期長,常使許多中小企業(yè)望而怯步。因此,利用原有的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率,無疑是一種有效的途徑。就是在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家,機(jī)床的改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè),也是生意盎然,正處于黃金時代。在美國、日本、德國,用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場,8已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。在美國,機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche 工程公司、ayton 機(jī)床公司、 Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、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(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)床改造已是個”永恒”的課題。我國的機(jī)床改造業(yè),也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè),具有重要的現(xiàn)實意義和使用價值: （1）節(jié)省資金。機(jī)床的數(shù)控改造同購置新數(shù)控機(jī)床相比一般可以節(jié)省 60%左右的費用,大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新數(shù)控機(jī)床購置費的 1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級也只需花費購買新數(shù)控機(jī)床 60%的費用,并可以有效地利用現(xiàn)有地基。（2）性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期生產(chǎn)的磨合和不斷改進(jìn)完善,幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)變力變形而影響精度。（3）提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化,效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 至 5 倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多,且可以不用或少用工裝,不僅節(jié)約了費用,而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 [1]。第一章數(shù)控車床的總體設(shè)計1.1CK6140 普通車床介紹普通臥式車床。當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時,通過刀架的縱向和橫向移動,能加工出內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等,借助成形刀具,還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。（1）主軸箱是支撐主軸并帶動工件作回轉(zhuǎn)運動。箱內(nèi)裝有齒輪、軸等零件，組成變速傳動機(jī)構(gòu)，變換箱外手柄位置，可使主軸得到多種不同的轉(zhuǎn)速。（2）進(jìn)給箱是進(jìn)給傳動系統(tǒng)的變速機(jī)構(gòu)。它把交換齒輪箱傳遞來的運動，經(jīng)過變速后傳遞給絲桿，以實現(xiàn)各種螺紋的車削或機(jī)動進(jìn)給。（3）交換齒輪箱是用來將主軸的回轉(zhuǎn)運動傳遞到進(jìn)給箱。更換箱內(nèi)的齒輪，配合進(jìn)給箱變速機(jī)構(gòu)，可以得到車削各種螺距的螺紋的進(jìn)給運動；并滿足車削9時對不同縱、橫向進(jìn)給量的需求。（4）溜板箱是接受光桿傳遞的運動，驅(qū)動床鞍和中、小滑板及刀架實現(xiàn)車刀的縱橫進(jìn)給運動。溜板箱上裝有一些微手柄和按鈕?？梢苑奖愕夭倏v車床上來選擇諸如機(jī)動、手動、車螺紋及快速移動等到運動方式。（5）床身是車床的大型基礎(chǔ)部件，精度要求很高，用來支撐和連接車床的各個部件。床身上面有兩條精確的導(dǎo)軌，床鞍和尾座可沿著導(dǎo)軌移動。（6）刀架部分由床鞍、兩層滑板和刀架體共同組成用于裝夾車刀并帶動車刀作縱向、橫向和斜向運動。（7）尾座安裝在床身導(dǎo)軌上，并可沿著導(dǎo)軌縱向移動，以調(diào)整結(jié)構(gòu)其工作位置。尾座主要用業(yè)安裝后頂尖，以支撐較長的工件，也可以安裝鉆頭、鉸刀等切削刀具進(jìn)行孔加工。（8）床身前后兩個床腳分別與床身前后兩端下部連為一體，用以支撐床身及安裝在床身上的各個部件。可以通過調(diào)整墊塊把床身調(diào)整到水平狀態(tài)，并用其所長地腳螺栓固定在此工作場地上。（9）冷卻裝置主要通過冷卻泵將切削液加壓后經(jīng)冷卻嘴噴射到切削區(qū)域。1.2 總體方案的確定CK6140 型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破?？傮w方案設(shè)計應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機(jī)的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。（1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中，MCS—51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，10因此，可選 MCS—51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。（7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。（8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案如圖 2.3 所示。（圖 1.1CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖）1.3 傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計方案11（1）進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案（a）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器（b）拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動機(jī)與齒輪減速箱總成。（c）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。（d）拆除四方刀架與上溜板的總成，在橫溜板上方安裝四工位立式電動刀架。（e）拆除橫溜板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。（f）將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動機(jī)通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相連。（g）拆去三杠（絲杠、光杠與操縱杠） ，更換絲杠的右支承。（2）主傳動系統(tǒng)的改造方案 對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣可減少機(jī)械改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、何停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用 2～4 檔的多速電動機(jī)代替原有的單速主電動機(jī)；當(dāng)多速電動機(jī)仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機(jī)，以實現(xiàn)無級變速。當(dāng)采用有級變速時，可選用 YD 系列 7.5kW 變速三相異步電動機(jī)，實現(xiàn)2～4 檔變速；當(dāng)采用無級變速時，應(yīng)加裝交流變頻器，推薦型號為：F1000-G0075T3B，適配 7.5kW 電動機(jī)。（3) 安裝電動卡盤為了提高加工效率，工件的夾緊與松動采用電動卡盤，選用 KD11250 型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊和松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。（4）換裝自動回轉(zhuǎn)刀架為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用 LD4B-CK6140 型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換到需要配備相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。（5）螺紋編碼器的安裝方案12螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器和圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動。改造后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是 24mm/（0.01mm/脈沖）=2400 脈沖。考慮到編碼器的輸出有相位差為 90°的 A、B 相信號，可用 A、B 異或后獲得 2400 個脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)） ，這樣編碼器的線數(shù)可降到 1200 線（A、B 信號） 。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個的零位脈沖 Z。基于上述要求，選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05V0-15-CT。電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出 1200 個 A/B 脈沖與 1 個 Z 脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑 15mm。螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是將變編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速 [4-6]。數(shù)控改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖 2.4 所示。1 電動刀架 2 聯(lián)軸器 3 橫向步進(jìn)電機(jī) 4 縱向步進(jìn)電機(jī) 5 聯(lián)軸器6 縱向微調(diào)機(jī)構(gòu) 7 橫向滾珠絲杠 8 橫向螺母 9 縱向螺母 10 橫向微調(diào)機(jī)構(gòu) 11 縱向滾珠絲杠（圖 1.2 數(shù)控改造后的車床傳動系統(tǒng)）1.3.2 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖13齒輪傳動裝置是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、和轉(zhuǎn)向的變換器。在機(jī)電一體化進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，采用齒輪傳動裝置的主要目的有二：一是降速，將伺服電動機(jī)的高速、小轉(zhuǎn)矩輸出變成克服負(fù)載所需的低速、大轉(zhuǎn)矩；二是使?jié)L珠絲桿和工作臺的轉(zhuǎn)矩慣量在傳動系統(tǒng)中所占比重減少，以保證傳動精度。對齒輪傳動裝置的總體要求是傳動精度高、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快。對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，傳動誤差將直接影響工作精度，因此，要盡可能縮短傳動鏈的長度，消除傳動間隙，以提高傳動精度和傳動剛度?？v、橫向結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.6 所示。1 步進(jìn)電機(jī) 2 齒輪減速裝置 3 支承裝置 4 絲杠 5 托板圖 2.6 縱、橫向結(jié)構(gòu)示意圖1.3.3 自動轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計是普通機(jī)床數(shù)控化改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可，但要注意兩點：（1）電動刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行。（2）電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。下面是數(shù)控改造 CK6140 車床自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖 2.7 所示。141 刀架 2 固定安裝絲杠 3 安全離合器 4 電機(jī)（圖 1.3 自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖）1.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路概括起來由 CPU、總線、存儲器以及 I/O 接口四部分組成。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。總線則是 CPU 與存儲器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是 CPU 與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。1.4.1 確定 I/O 接口8031 只有 P1 口可作為普通 I/O 口用，所以需擴(kuò)展。鍵盤需要 32 個鍵，采用矩陣式鍵盤，需 12 個 I/O 口；顯示器采用 6 個 LED，需 6 個 I/O 接口；兩個三相步進(jìn)電機(jī)，采用軟件環(huán)行分配器，需 6 個；刀架需 4 個；緊急停需 1 個。采用一片 8279 芯片和一片 8255A 即可。鍵盤/顯示器接口采用 8279 芯片，因為 8279 芯片是專用的鍵盤/顯示器接口芯片，還可以編程。8279 芯片具有消顫（去抖動） 、雙鍵同時按下保護(hù)功能。顯示控制亦按掃描方式工作，可以顯示 8 或 16 個數(shù)碼（字符） 。LED 的個數(shù)應(yīng)滿足顯示值的要求和便于顯示。1.4.2 鍵盤接口設(shè)計15首先判斷鍵盤上有無鍵閉合，先送 8255 的 PA 口一個數(shù)據(jù)為 00H，使列線PA0～PA7 的電平均為 0，然后讀 PB 口的 PB0～PB2 的狀況；若不全為“1” ，則有鍵閉合，此時延時 10ms 去掉抖動后再判斷有無鍵閉合。如無則繼續(xù)掃描，如有則判斷按下的鍵號。如確定有鍵按下時，便開始計算鍵值。當(dāng)采用 8 行 4 列的鍵盤時，定義第一行的鍵為 00H～03H，定義第二行鍵的鍵值為 04H～07H，依次類推。首先判斷是哪一行有鍵閉合，若第一行有鍵閉合，設(shè)置初值為 00H，若第二行有鍵閉合，則設(shè)置初值為 04H，依次類推。接著對列線進(jìn)行掃描以判斷是哪一列閉合。方法上使 PA0 對應(yīng)的列線輸出低電平，其余均為高電平，判斷一下是否第一列有鍵閉合，如有則列計數(shù)為 00H，與初值相加則為鍵值，也即是鍵盤的鍵號，如無則把低電平移到第二列上再判斷，直到四列線全判斷完畢，找出列線為止。然后計算鍵值，最后可根據(jù)鍵號跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口。1.4.3 顯示電路設(shè)計數(shù)碼顯示器是 PLC 應(yīng)用產(chǎn)品中的廉價輸出設(shè)備。它由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。這種筆畫式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡單，使用方便。動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描） 。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的為數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個 8 位并行口（稱為掃描口） ?？刂聘鱾€顯示器所顯示的字形也需一個公用的 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口）。在 8031RAM 中設(shè)置 6 個顯示緩沖單元 79H～7EH，分別存放 6 位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255 的 A 口掃描總是一位為高電平，即 6 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它為高電平。8255 的 B 口輸出相應(yīng)位（陰極為低）顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，使某一位顯示出一個字符，其它位為暗。依次地改變 A 口輸出為高的位，B 口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，6 位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。1.4.4 軟件設(shè)計車床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計是一個重要方面。實際上，軟16件設(shè)計與硬件設(shè)計工作是不可分割的，二者必須結(jié)合進(jìn)行。軟件設(shè)計工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能；另一類是監(jiān)控（管理）軟件，它是控制微機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運轉(zhuǎn)的程序。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定的功能劃分。習(xí)慣上把鍵盤解釋程序作為監(jiān)控程序，其它任務(wù)都分散在特定功能的執(zhí)行程序中，并由監(jiān)控程序來調(diào)用必要的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)。在進(jìn)行軟件設(shè)計時，應(yīng)從全局著眼，先將整個系統(tǒng)的任務(wù)按功能分成一個一個的模塊，并為每一個執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計出每一個具體模塊的程序，最后組成一個系統(tǒng)。不僅整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性，而且其模塊內(nèi)部也可以分為小模塊。模塊特性對測試很有利，功能擴(kuò)充也很方便。要增加新功能，只要增加新模塊就能實現(xiàn)，像搭積木一樣。因此，這樣的模塊程序設(shè)計方法，思路清晰，邏輯性強，柔性較大。第 二 章 數(shù) 控 車 床 主 軸 箱 設(shè) 計2.1 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展近 年 來 ， 隨 著 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 車 床 的 主 傳 動 系 統(tǒng) 也 呈現(xiàn) 出 一 些 新 的 發(fā) 展 趨 勢 ， 如 主 軸 轉(zhuǎn) 速 的 高 速 化 、 功 能 結(jié) 構(gòu) 的 復(fù) 合 化 、 柔性 化 。高 速 主 軸 單 元 為 適 應(yīng) 數(shù) 控 加 工 高 速 化 的 發(fā) 展 ， 目 前 越 來 越 多 的 高 速 數(shù)控 車 床 采 用 了 電 主 軸 。 電 主 軸 又 稱 內(nèi) 置 式 電 動 機(jī) 主 軸 單 元 ， 就 是 將 高 速電 動 機(jī) 置 于 機(jī) 床 主 軸 部 件 內(nèi) 部 ， 通 過 交 流 變 頻 控 制 系 統(tǒng) ， 使 主 軸 獲 得 所需 的 工 作 速 度 和 轉(zhuǎn) 矩 ， 實 現(xiàn) 電 動 機(jī) 、 主 軸 的 一 體 化 功 能 。 與 傳 統(tǒng) 主 傳 動系 統(tǒng) 相 比 ， 電 主 軸 的 主 要 特 點 有 ：(1) 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 機(jī) 械 效 率 高 、 噪 聲 低 、 振 動 小 、 精 度 高 ；(2) 電 主 軸 可 在 額 定 轉(zhuǎn) 速 范 圍 實 現(xiàn) 無 級 調(diào) 速 ；(3) 可 實 現(xiàn) 精 確 的 主 軸 定 位 及 軸 傳 動 功 能 ；(4) 電 主 軸 更 易 實 現(xiàn) 高 速 化 ， 其 動 態(tài) 精 度 和 動 態(tài) 穩(wěn) 定 性 更 好 ；(5) 主 軸 運 行 更 平 穩(wěn) ， 使 主 軸 軸 承 的 壽 命 得 到 延 長 。高 速 電 主 軸 所 融 合 的 技 術(shù) 主 要 包 括 以 下 幾 方 面 。(1) 高 速 精 密 軸 承(2) 潤 滑 技 術(shù)(3) 冷 卻 技 術(shù)17(4) 高 速 變 頻 驅(qū) 動復(fù) 合 化 和 柔 性 化 隨 著 數(shù) 控 車 床 對 加 工 對 象 適 應(yīng) 性 的 不 斷 提 高 ， 數(shù)控 車 床 的 設(shè) 計 發(fā) 生 了 很 大 變 化 ， 并 向 著 單 元 柔 性 化 和 系 統(tǒng) 柔 性 化 方 向 發(fā)展 。數(shù) 控 車 床 的 發(fā) 展 已 經(jīng) 模 糊 了 粗 、 精 加 工 的 工 序 概 念 ， 車 削 中 心 又 把 車 、銑 、 鏜 、 鉆 等 工 序 集 中 到 同 一 臺 機(jī) 床 上 來 完 成 ， 完 全 打 破 了 傳 統(tǒng) 工 藝 規(guī)程 規(guī) 定 ， 由 機(jī) 床 單 一 化 走 向 多 元 化 、 復(fù) 合 化 。由 此 可 見 ， 現(xiàn) 代 數(shù) 控 車 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 不 限 于 只 滿 足 原 有 的 基 本要 求 ， 還 要 綜 合 考 慮 現(xiàn) 代 制 造 對 機(jī) 床 的 整 體 要 求 ， 如 制 造 控 制 、 過 程 控制 以 及 物 料 傳 輸 ， 以 縮 短 產(chǎn) 品 的 加 工 時 間 、 周 轉(zhuǎn) 時 間 、 制 造 周 期 ， 最 大限 度 地 提 高 生 產(chǎn) 率 。2.2 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 要 求（1） 、主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機(jī)床的運動要求。（2） 、主電機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機(jī)床的動力要求。（3） 、主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲要小，傳動效率高，以滿足機(jī)床的工作性能要求。（4） 、操作靈活可靠，維修方便，潤滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。（5） 、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。此 外 ， 還 要 求 主 傳 動 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 便 于 調(diào) 整 和 維 修 ； 工 藝 性 好 ， 便于 加 工 和 裝 配 ； 防 護(hù) 性 能 好 ； 使 用 壽 命 長 。主 傳 動 系 統(tǒng) 的 傳 動 方 式 ：傳 動 方 案 確 定 后 ， 要 進(jìn) 行 方 案 的 結(jié) 構(gòu) 化 ， 確 定 個 零 件 的 實 際 尺 寸 和 有關(guān) 布 置 。 為 此 ， 常 對 傳 動 件 的 尺 寸 先 進(jìn) 行 估 算 ， 如 傳 動 軸 的 直 徑 、 齒 輪模 數(shù) 、 離 合 器 、 制 動 器 、 帶 輪 的 根 數(shù) 和 型 號 等 。 在 這 些 尺 寸 的 基 礎(chǔ) 上 ，畫 出 草 圖 ， 得 出 初 步 結(jié) 構(gòu) 化 的 有 關(guān) 布 置 與 尺 寸 ； 然 后 按 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 進(jìn) 行 主要 零 件 的 驗 算 ， 如 軸 的 剛 度 、 齒 輪 的 疲 勞 強 度 等 ， 必 要 時 作 結(jié) 構(gòu) 和 方 案上 的 修 改 ， 重 新 驗 算 ， 直 到 滿 足 要 求 ， 最 后 才 能 畫 正 式 裝 備 圖 。18機(jī) 床 主 傳 動 系 統(tǒng) 可 分 為 分 級 變 速 傳 動 和 無 級 變 速 傳 動 。 分 級 變 速 傳 動是 在 一 定 的 變 速 范 圍 內(nèi) 均 勻 地 、 離 散 地 分 布 著 有 限 級 數(shù) 的 轉(zhuǎn) 速 ， 變 速 級數(shù) 一 般 不 超 過 20~30 級 。 這 種 傳 動 方 式 主 要 用 于 普 通 機(jī) 床 ， 一 些 普 通 機(jī)床 經(jīng) 數(shù) 控 化 改 造 后 也 保 留 了 原 分 級 變 速 傳 動 方 式 。 無 級 變 速 傳 動 可 以 在一 定 的 變 速 范 圍 內(nèi) 連 續(xù) 改 變 轉(zhuǎn) 速 ， 以 便 得 到 滿 足 加 工 要 求 的 最 佳 速 度 ，能 在 運 轉(zhuǎn) 中 變 速 ， 便 于 自 動 變 速 。 數(shù) 控 車 床 的 主 傳 動 系 統(tǒng) 通 常 采 用 無 級變 速 傳 動 。與普通機(jī)床相比，數(shù)控車床的主傳動采用交、直流主軸調(diào)速電動機(jī)，電動機(jī)調(diào)速范圍大，并可無級調(diào)速，使主軸箱結(jié)構(gòu)大為簡化。為了適應(yīng)不同的加工需要，數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)有以下三種傳動方式：(1) 由電動機(jī)直接驅(qū)動 主軸電動機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動機(jī)直接驅(qū)動。(2) 采用定比傳動 主軸電動機(jī)經(jīng)定比傳動傳遞給主軸。定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動。(3) 采用分擋變速傳動 采用分擋變速傳動主要是為了解決主軸電動機(jī)的功率特性與機(jī)床主軸功率特性的匹配。變速機(jī)構(gòu)一般仍用齒輪副來實現(xiàn)。2.3 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 參 數(shù)2.3.1 運 動 參 數(shù)已 知 條 件 ：(1) 確 定 轉(zhuǎn) 速 范 圍 ： 主 軸 最 小 轉(zhuǎn) 速 nmin =70r/min 主 軸 最 高 轉(zhuǎn)速 nmax =1400r/min. (2) 齒 輪 換 檔 轉(zhuǎn) 速 級 數(shù) :z=6：2.3.2 結(jié) 構(gòu) 分 析 式6＝ 2×3從 電 動 機(jī) 到 主 軸 主 要 為 降 速 傳 動 ， 若 使 傳 動 副 較 多 的 傳 動 組 放 在 較 接近 電 動 機(jī) 處 可 使 小 尺 寸 零 件 多 些 ， 大 尺 寸 零 件 少 些 ， 節(jié) 省 材 料 ， 也 就 是滿 足 傳 動 副 前 多 后 少 的 原 則 ［ 5］ 。 在 降 速 傳 動 中 ， 防 止 齒 輪 直 徑 過 大 而使 徑 向 尺 寸 常 限 制 最 小 傳 動 比 41min?； 在 升 速 時 為 防 止 產(chǎn) 生 過 大 的 噪19音 和 震 動 常 限 制 最 大 轉(zhuǎn) 速 比 2max?i。 在 主 傳 動 鏈 任 一 傳 動 組 的 最 大 變速 范 圍 ??10~8minaxa?R。 在 設(shè) 計 時 必 須 保 證 中 間 傳 動 軸 的 變 速 范圍 最 小 。2.3.3 確 定 轉(zhuǎn) 速(1) 選 擇 電 動 機(jī)一 般 車 床 若 無 特 殊 要 求 ， 多 采 用 Y 系 列 封 閉 式 三 相 異 步 電 動 機(jī) ，根 據(jù) 原 則 條 件 選 擇 功 率 為 7.5KW 的 雙 速 電 機(jī) ， 轉(zhuǎn) 速 為 1440 r/min和 960 r/min 籠 式 三 相 異 步 電 動 機(jī) 。(2) 分 配 總 降 速 傳 動 比總 降 速 傳 動 比 i=n /n =76/1400=0.054又 電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 mi14rd?不 符 合 轉(zhuǎn) 速 數(shù) 列 標(biāo) 準(zhǔn) ， 因 而 增 加 一定 比 傳 動 副 。(3) 確 定 傳 動 軸 軸 數(shù)傳 動 軸 軸 數(shù) = 變 速 組 數(shù) + 定 比 傳 動 副 =3(4) 確 定 各 級 轉(zhuǎn) 速 并 確 定 轉(zhuǎn) 速由 n=76r/min &1=1.83 &2=1.80 &3=1.35 &4=1.35 &5=2.05 &6=2.03 確 定 各 級 轉(zhuǎn) 速 ：主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時 ， 主 軸 轉(zhuǎn) 速 依 次 為 :1400、 682、 427、 374、 208、 114r/min主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時 ， 主 軸 轉(zhuǎn) 速 依 次 為 :933、 455、 285、 249、 139、 76r/min在 四 根 軸 中 ， 除 去 電 動 機(jī) 軸 ， 其 余 三 軸 按 傳 動 順 序 依 次 設(shè) 為Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 。 Ⅰ 與 Ⅱ 、 Ⅱ 與 Ⅲ 。 現(xiàn) 由 Ⅲ （ 主 軸 ） 開 始 ， 確 定 Ⅰ 、 Ⅱ 軸的 轉(zhuǎn) 速 ：先 來 確 定 Ⅱ 軸 的 轉(zhuǎn) 速Ⅱ 軸 轉(zhuǎn) 速 可 能 有 ：n=1440r/min 時 1375、 670、 367n=960r/min 時 917、 447、 245確 定 軸 Ⅰ 的 轉(zhuǎn) 速n=1440r/min 時 ： 1037、 690r/min由 此 也 可 確 定 加 在 電 動 機(jī) 與 主 軸 之 間 的 定 傳 動 比2071/40/1?i 。 （ 電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 主 軸 最 高 轉(zhuǎn) 速 相 近 ） 。(5) 確 定 各 變 速 組 傳 動 副 齒 數(shù)軸 Ⅰ 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 42、 雙 聯(lián) 齒 輪 61、 28。軸 Ⅱ 上 的 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 雙 聯(lián) 齒 輪 65、 46、 79、 57、 23。軸 Ⅲ 上 的 齒 輪 齒 數(shù) 分 別 為 ： 57、 74。2.4 動 力 參 數(shù)2.4.1 確 定 各 軸 轉(zhuǎn) 速(1) 確 定 主 軸 計 算 轉(zhuǎn) 速 ： 主 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 為N=70r/min(2) 各 傳 動 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 ： 軸 Ⅱ 可 從 主 軸 70r/min 按 74/23 的 傳 動 副 找 上 去 ， 軸 Ⅲ 的 計 算 轉(zhuǎn) 速245r/min； 軸 Ⅱ 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 為 690r/min。主 軸 箱 共 設(shè) 置 四 套 變 速 操 縱 機(jī) 構(gòu) 。 共 設(shè) 有 4 個 電 磁 離 合 器 ， 不 同 的離 合 器 的 工 作 與 斷 開 組 合 可 實 現(xiàn) 6 種 轉(zhuǎn) 速 ， 主 電 機(jī) 選 雙 速 電 機(jī) ， 我 們設(shè) 計 的 機(jī) 床 一 共 有 12 種 轉(zhuǎn) 速 。 (a) 離 合 器 Ⅰ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅱ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 左 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960 大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=65,Z2=42,Z3=56,Z4=57）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×42/65×57/56=682r/min n 標(biāo) =680r/minn 誤 差 =（ 682-680） /680= 3‰5%符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×42/65×57/56=455r/min n 標(biāo) =460r/minn 誤 差 =（ 460-455） /455= 1%5%符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(b) 離 合 器 Ⅰ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅱ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪21D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=65,Z2=42,Z3=74,Z4=23）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×42/65×23/74=210r/min n 標(biāo) =210r/minn 誤 差 n =（ 210-208） /210= 1%5%主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×42/65×23/74=139r/min n 標(biāo) =140r/minn 誤 差 =（ 140-139） /140= 7‰5%符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(c) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 左 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=46,Z2=61,Z3=56,Z4=57）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×61/46×57/56=1410r/min n 標(biāo) =1400r/min n 誤 差 =05%主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×61/46×57/56=933r/min n 標(biāo) =930r/min n 誤 差 =（ 933-930） /930= 3‰5%符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(d) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 合 上 ， 離 合 器 Ⅳ 斷開 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 機(jī) 床 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=46,Z2=61,Z3=74,Z4=27）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×61/46×27/74=427r/min n 標(biāo) =430r/min 22n 誤 差 =（ 430-427） /430= 7‰5%主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×61/46×27/74=335r/min n 標(biāo) =290r/minn 誤 差 =（ 290-285） /290= 1.7%5%符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(e) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 合上 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 左 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=28,Z2=79,Z3=56,Z4=57）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×28/79×57/56=377r/min n 標(biāo) =370r/minn 誤 差 =（ 374-370） /374= 1%5%主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×28/79×57/56=249r/min n 標(biāo) =250r/min n 誤 差 =（ 250-2490） /250=4‰5%符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)(f) 離 合 器 Ⅰ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅱ 合 上 ， 離 合 器 Ⅲ 斷 開 ， 離 合 器 Ⅳ 合上 ， 滑 動 齒 輪 56 處 于 右 位 。 （ 主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n＝ 1440， n=960,大 帶 輪D=215,小 帶 輪 d＝ 158， 效 率 系 數(shù)＝ 0.98， Z1=79,Z2=28,Z3=74,Z=23）主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 1440r/min 時n 計 算 =1440×158/215×0.98×28/79×23/74=115r/min n 標(biāo) =110r/minn 誤 差 =(114-110)/114= 3.6%5主 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 為 960r/min 時n 計 算 =960×158/215×0.98×28/79×23/74=76r/minn 標(biāo) =75r/min n 誤 差 =(76-75)/76= 1.3%5%23符 合 國 家 轉(zhuǎn) 速 誤 差 標(biāo) 準(zhǔn)由 上 得 機(jī) 床 轉(zhuǎn) 速 最 高 1400r/min,最 低 70r/min.2.5 帶 傳 動 的 參 數(shù)電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1440r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=1.36，兩班制，一天運轉(zhuǎn) 16.1 小時，工作年數(shù) 10 年。(1) 確定計算功率 取 ?AK1.1，則 Pca=K AP=1.1?7.5=8.25KW(2) 選取 V 帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選 B 型帶。(3) 確定帶輪直徑和驗算帶速查表小帶輪基準(zhǔn)直徑 d =158mm,d =158×i=158×1.36=215驗算帶速成 ?= 1061?n?其中 1-小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；d-小帶輪直徑， mm；V=3.14 9.106/458??m/s(4) 確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度設(shè)中心距為 0a,則0．55（ 21d?） ?a 2（ 21d?）于是 205.15 a 746,初取中心距為 ?0a400mm。帶長 0L?+?014)()(?=2 6.13784/5858/4.3???查表取相近的基準(zhǔn)長度 dL，L =1390mm.帶傳動實際中心距 ?= ?+ 20d=397.5mm(5) 驗算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 ?1。1?1280d????3.57?=161.4 ≈120°合適。(6) 確定帶的根數(shù)Z= Lcakp?)(0??其中： - 1?i時傳遞功率的增量；-按小輪包角 ?，查得的包角系數(shù)；Lk-長度系數(shù)；為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。24Z= 90.5)46.019.2(8??=4(7) 計算帶的張緊力 FF0=500 vzpca(ak?)+q 2v其中： c-帶的傳動功率 ,KW；v-帶速,m/s；q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.17kg/m。v = 1440r/min = 11.9/s。F0=500 42.958?9.0(?)+0.17 24.9?=193.7N(8) 計算作用在軸上的壓軸力FQ0Z?sin1a16sin7.3??=1530N我們設(shè)計的 CK6140 數(shù)控車床的主軸是一個空心的階梯軸，其內(nèi)孔可用來通過棒料或卸頂尖時穿入所用的鐵棒，也可用于通過氣功、電動或液壓夾緊裝置的機(jī)構(gòu)。主軸前端的錐孔為莫氏 6 號錐度，用來安裝頂尖套及前頂尖；有時，也可以安裝心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工作轉(zhuǎn)動。主軸前端采用短錐法蘭式結(jié)構(gòu)。它的作用是安裝卡盤和撥盤，它以短錐和軸肩端面作定位面?？ūP、撥盤等夾具通過卡盤座，用四個螺栓固定在主軸上。安裝卡盤時只需將預(yù)先擰緊在卡盤上的螺栓連同螺母一起，從主軸軸肩和鎖緊盤上的孔中穿過，然后將鎖緊盤轉(zhuǎn)過一個角度，使螺栓進(jìn)入鎖緊盤上寬度較窄的圓弧槽內(nèi)，把螺母卡住，然后再把螺母擰緊，就可把卡盤等夾具緊固在主軸上。這種主軸軸端結(jié)構(gòu)的定心精度高，連接剛度好，卡盤懸伸長度短，裝卸卡盤也比較方便，因此，在新型車床上應(yīng)用很普通。主軸安裝在兩支承上，前支承為 P5 級精度的雙列圓柱滾珠軸承，用于承受徑向力。軸承內(nèi)環(huán)和主軸之間有 1：12 錐度相配合。當(dāng)內(nèi)環(huán)與主軸在軸向相對移動時，內(nèi)環(huán)可產(chǎn)生彈性膨脹或收縮，以調(diào)整軸承的徑向間隙大小，調(diào)整后用圓形螺母鎖緊。前支承處裝有阻尼套筒，內(nèi)套裝在主軸上，外套裝在前支承座孔內(nèi)。內(nèi)外套徑向之間有 0.2mm 的間隙，其中充滿了潤滑油，能有效地抑制振動，提高主軸的動態(tài)性能。后軸承由一個推力球軸承和角接觸球軸承組成，分別用以承受軸向力（左、右）和徑向力。同理，軸承的間隙和預(yù)緊可以用主軸尾端的螺母調(diào)整。主軸前后支承的潤滑，都是由潤滑油泵供油。潤滑油通過進(jìn)油孔對軸承進(jìn)行充分的潤滑，并帶走軸承運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，前后支承采用25了油溝式密封。主軸旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，油液就沿著斜面（朝箱內(nèi)方向）被甩到軸承端蓋的接油槽內(nèi)，由孔流向主軸箱。主軸上裝有三個齒輪，右端的斜齒圓柱齒輪 Z（74，m＝3.5mm，螺旋角 8°47′51″，左旋）空套在主軸上。采用斜齒齒輪可以使主軸運轉(zhuǎn)比較平衡，傳動時此齒輪作用在主軸上的軸向力與進(jìn)給力 F1 的方向相反，因此，可以減少主軸前支承所承受的軸向力。中間的齒輪 Z56 可以在主軸的花鍵上滑移。這時可用手轉(zhuǎn)動主軸，以便于測量主軸回轉(zhuǎn)精度及裝夾時正等工作。左端的齒輪 Z58固定在主軸上，用于將主軸旋轉(zhuǎn)信號傳給編碼器，以實現(xiàn)螺紋加工。第 三 章 主 軸 組 件 的 性 能 要 求3.1 主 軸 組 件 的 性 能 要 求主 軸 組 件 是 機(jī) 床 主 要 部 件 之 一 。 由 于 主 軸 組 件 直 接 承 受 切 削 力 ， 轉(zhuǎn) 速范 圍 又 很 大 ， 因 而 數(shù) 控 機(jī) 床 的 加 工 質(zhì) 量 很 大 程 度 上 要 靠 它 保 證 。 據(jù) 統(tǒng) 計 ，相 對 于 機(jī) 床 的 其 他 部 件 ， 主 軸 組 件 對 加 工 綜 合 誤 差 的 影 響 在 通 常 情 況 下要 占 30%～ 40%， 嚴(yán) 重 時 可 達(dá) 60%～ 80%。 因 此