齒輪磨棱倒角機主軸箱設(shè)計設(shè)計說明

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1、畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目：齒輪磨棱倒角機 （主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計） 系 別： 機械系 專業(yè)班級： 數(shù)控082班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 二〇一二年三月二十八日 中文摘要 齒輪倒角機采用雙刀分離結(jié)構(gòu),刀具進給，一齒切削完畢,刀軸讓刀、工件分度并開始下一次的切削。從開始切削起,工件轉(zhuǎn)一周即可完成一個零件的倒角加工。進給方式一般采用刀具進給也可根據(jù)需要采用工件進給方式。 　　齒輪倒角機總體結(jié)構(gòu)為臥式布局, 采用模塊化設(shè)計,具有調(diào)整操作方便,穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

2、齒輪倒角機采用用硬質(zhì)合金機夾刀(刀具形式根據(jù)加工件選定)。此機床具有高效、加工質(zhì)量好,操作簡便等特點,因此它即能滿足小批量新產(chǎn)品的試制加工,又能適合于大批量規(guī)?；a(chǎn)的需要，是汽車齒輪加工的理想設(shè)備。 關(guān)鍵詞: 齒輪倒角機; 倒角加工; 硬質(zhì)合金機夾刀; 理想設(shè)備 Abstract Gear chamfering machine adopts double knife isolated structure, feed, a tooth cutting is finished, let the knife, knife shaft workpiece indexing and start

3、the next cutting. From the beginning of cutting, a workpiece rotating a week to complete a part for processing chamfering. Feeding methods generally use the tool can also be used in accordance with the needs of the workpiece feeding way. Gear chamfering machine structure for the horizontal layout,

4、the use of modular design, has convenient operation, good stability and so on. Gear chamfering machine with hard alloy machine clamp ( tool form according to the selected processing element ). This machine has the advantages of high efficiency, good processing quality, simple operation, so it can me

5、et the small batch trial of new products processing, and can be suitable for large scale production needs, is the ideal equipment for processing of automobile gear. Key words: gear chamfering machine; chamfering; carbide knife-folder; ideal equipment 目錄 中文摘要1 Abstract2 目錄3 前言5 第二章總體方案的設(shè)計要求16

6、 2.1總體方案16 2.2工作原理16 2.3設(shè)計的技術(shù)要求18 第三章 主軸箱的設(shè)計20 3.1主軸箱的箱體20 3.2.傳動系統(tǒng)設(shè)計21 3.2.1傳動軸I的設(shè)計計算21 3.2.2傳動軸I的計算22 3.2.3齒輪的驗算23 3.3傳動軸Ⅱ及軸上零件設(shè)計計算25 3.3.1傳動軸的驗算25 3.3.2齒輪的驗算26 3.4 傳動軸Ⅲ及軸上零件的設(shè)計計算29 3.4.1 傳動軸的驗算29 3.4.2齒輪的驗算29 3.5電機的設(shè)計31 3.5.1驅(qū)動力計算31 3.5.2電機的選擇33 第四章 砂輪調(diào)節(jié)架的設(shè)計34 4.1升降螺桿的設(shè)計34 4.

7、1.1確定螺紋直徑34 4.1.2螺桿的強度校核35 4.1.3自鎖性驗算35 4.1.4螺桿結(jié)構(gòu)35 4.1.5穩(wěn)定性計算36 4.2升降螺母的設(shè)計計算37 4.2.1確定螺紋旋合圈數(shù)z37 4.2.2校核螺母的螺牙強度37 4.2.3螺母其它結(jié)構(gòu)尺寸38 4.2.4螺母外徑和凸緣強度的計算及螺母懸置部分拉——扭組合校核 38 4．3縱向螺柱的設(shè)計與校核39 第五章 除塵機的設(shè)計41 5．1概述41 5．2 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)41 5．3機組結(jié)構(gòu)及工作原理41 5．4性能參數(shù) 41 6.使用、維護、保養(yǎng) 42 第六章結(jié)

8、束語44 致謝45 參考文獻:46 第一章 前言 一般地說，大多數(shù)機械零件完工前的最后一道手續(xù)是倒角，那么為什么要倒角呢？ 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和使用要求的提高，齒輪正朝著高精度，搞強度，高承載，低噪音，輕量化及長壽命方向發(fā)展。對齒輪輪齒進行倒棱是控制齒輪噪音等方面一個十分重要的工藝措施，已引起國內(nèi)外齒輪加工制造行業(yè)普遍的關(guān)注和重視。 對美國產(chǎn)齒輪的研究發(fā)現(xiàn)，美國無論是通用公司，還是博格華納，GE.BUCYRUS,ALLISON，TEREX,CAT,等公司，生產(chǎn)的無論是閉式或開式的齒輪，均對其經(jīng)行倒棱，雖然美國尚沒有統(tǒng)一的齒輪倒棱國家標(biāo)準(zhǔn)，但是各公司對齒輪倒棱有著相同的共識

9、——必須倒棱，并按各自公司的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行實施。國外對這一技術(shù)的應(yīng)用十分重視，足以表明齒輪倒棱的重要性和必要性。 倒棱的實質(zhì)和種類 倒棱實質(zhì)上就是小倒角，也就是在齒輪的齒形加工后對所有裸露的尖角在倒一個小倒角，為了與齒輪兩端的大倒角相區(qū)別，故稱為倒棱。倒棱又分為齒頂?shù)估夂妄X廓倒棱。如圖1. 倒角的主要原因有以下幾個： 1、防止凸起，沒有倒角過的棱邊一旦遭到碰撞就會“腫起”，不要小看一點“腫起”，如果是平面，一點凸起就會使工件放不平，安裝不到位，我們知道機械零件的許多尺寸公差是以百分之幾毫米計的，一點凸出就會使工件的尺寸公差、形位公差超差造成次品，嚴(yán)重的造成機械故障甚至人生事故。 2

10、、防止鋒口傷人，沒有倒過角的棱邊都是很鋒利的，工人在搬動零件時難免會碰到，一不小心就會傷人，這是很危險的。所以除了刀具和模具外，機械零件都是需要倒角的。 3、為了連接時順暢，齒輪時機械零件它具有一般機械零件的共性，同時它又有它的特性，齒輪在許多時候是需要改變連接的，比如：汽車上的換擋，就是改變變速箱里的齒輪的連接位置，還有車床要改變主軸的轉(zhuǎn)速，就要改變主軸箱里的相關(guān)齒輪的對搭，倒過角的齒輪改變對搭時會很順暢，如果沒有倒過角就會出現(xiàn)撘不進去的情況。 倒棱的作用 （1） 降低齒輪嚙合時的噪聲。 倒棱是沿輪齒端面的倒角，是防止由于小的磕碰造成齒面凸起而產(chǎn)生噪音和損傷嚙合齒面

11、的一項重要措施。 （2） 提高嚙合精度，減少嚙合沖擊。 一對齒輪在嚙合的過程中，一開始進入嚙合時，由于加工和輪齒的變形，極易引起嚙合沖擊，所以使振動增大。 （3）減少扒齒，延長齒輪使用壽命。 大小齒輪在運轉(zhuǎn)時，如果不采用齒頂?shù)估?，則往往會出現(xiàn)小齒輪齒頂扒大齒輪齒根的現(xiàn)象。這是因為大，小齒輪齒頂?shù)耐鈭A一般比齒根要硬，而且此處的滑動速度較大，再加上安裝時調(diào)整不當(dāng)，所以在運轉(zhuǎn)后往往出現(xiàn)大，小齒輪的齒頂互相扒對方輪齒齒根的現(xiàn)象，極易劃出溝痕（類似于膠合）。有時將小齒輪的齒頂面也劃出同樣的溝痕，對齒輪的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。 （

12、4） 減少熱處理時的應(yīng)力集中 倒棱后消除齒頂及齒廓的尖角有以下的優(yōu)點。 a 對硬齒面齒輪，滲碳錢做適度的熱前倒角，在熱處理滲碳過程中可防止輪齒尖角處氧化脫碳。 b 減少淬火時的應(yīng)力集中和消除熱處理過程引起的淬火裂紋或開裂，這對于預(yù)防淬火開裂具有重要的作用。 （5）減少打齒的危險性 因為倒棱是沿著整個齒形裸露部分的尖角進行的，所以可避免疲勞的微裂紋源并減少應(yīng)力集中，從而減少打齒的危險性。 （6）輪齒倒棱后不僅外形美觀，而且比較安全，在齒輪的裝配與調(diào)試中不易手被劃傷。 在機械廠，對機械零件的

13、倒角重不重視，有時候是區(qū)別高手和低手的重要標(biāo)志，不信你可以注意一下，一個水平高超的高手肯定很重視倒角的，反過來不重視零件倒角的往往是低手。 雙磨頭半自動弧齒錐齒輪（俗稱螺旋傘齒輪）齒端磨棱倒角設(shè)備。也可滿足其它齒形的錐齒輪和各類圓柱齒輪、內(nèi)齒圈、非圓齒輪、鏈輪等齒形零件的齒端倒角加工，尤其在硬齒面上倒角最為適宜。 本機床不設(shè)置復(fù)雜的分度機構(gòu)、齒形靠板或?qū)Φ稑影?，也不用專用刀具? 只是利用工件的轉(zhuǎn)動，平行砂輪的旋轉(zhuǎn)，以及重力與切削反力巧妙地結(jié)合，達(dá)到一種動態(tài)平衡，使磨頭具有自適應(yīng)能力。砂輪沿齒形進行磨削，磨出的倒棱寬0.3~1.2mm，倒角15°-55°，可按工件要求調(diào)節(jié)。 機床操作簡便

14、，除裝卸工件外，自動完成工作循環(huán)，維修簡單、生產(chǎn)效率高、特別適合汽車、拖拉機橋齒生產(chǎn)廠家，和各類齒輪生產(chǎn)的專業(yè)廠家大批量生產(chǎn)中使用。本機床不受齒數(shù)、模數(shù)的過多限制，使用范圍廣，調(diào)整簡單省時，用于多品種小批量生產(chǎn)中也不失為理想的設(shè)備 本機床不設(shè)置復(fù)雜的分度機構(gòu)、齒形靠板或?qū)Φ稑影澹膊挥脤Ｓ玫毒?，只是利用工件的轉(zhuǎn)動，平行砂輪的旋轉(zhuǎn)，以及重力與切削反力巧妙地結(jié)合，達(dá)到一種動態(tài)平衡，使磨頭具有自適應(yīng)能力。砂輪沿齒形進行磨削，磨出的倒棱寬0.3~1.2mm，倒角15°-55°，可按工件要求調(diào)節(jié)。 機床操作簡便，除裝卸工件外，自動完成工作循環(huán)，維修簡單、生產(chǎn)效率高、特別適合汽車、拖拉機橋齒生產(chǎn)廠家，

15、和各類齒輪生產(chǎn)的專業(yè)廠家大批量生產(chǎn)中使用。本機床不受齒數(shù)、模數(shù)的過多限制，使用范圍廣，調(diào)整簡單省時，用于多品種小批量生產(chǎn)中也不失為理想的設(shè)備。 從20世紀(jì)中葉倒角機床技術(shù)出現(xiàn)以來，倒角機床機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。倒角機床加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。倒角機床機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。倒角機床機床的

16、特點及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 ? ? 進入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進倒角機床機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對倒角機床機床的大量需求以及計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進步，倒角機床機床的應(yīng)用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡要分析了倒角機床機床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢，并提出了我國倒角機床機床發(fā)展中存在

17、的一些問題。 倒角機床機床的發(fā)展趨勢 ? ?1 高速化 ? ? 隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對倒角機床機床加工的高速化要求越來越高。 ? ? （1）主軸轉(zhuǎn)速：機床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min； ? ? （2）進給率：在分辨率為0.01μm時，最大進給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工； ? ? （3）運算速度：微處理器的迅速發(fā)展為倒角機床系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的倒角機床系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率

18、為0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達(dá)24～240m/min的進給速度； ? ? （4）換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。 ? ? 2 高精度化 ? ? 倒角機床機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。 ? ? （1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有106

19、脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達(dá)到0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法； ? ? （2）采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%～80%； ? ? （3）采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。 ? ? 3 功能復(fù)合化 ? ? 復(fù)合機床的含義是指在一臺

20、機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。 ? ? 加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國Index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成

21、車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動倒角機床機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。 ? ? 在2005年中國國際機床展覽會（CIMT2005）上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括雙主軸、雙刀架、9軸控制等）以及可實現(xiàn)4～5軸聯(lián)動的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動高速銑削中心等。 ? ? 4 控制智能化 ? ? 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，倒角機床機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： ? ? （1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程

22、中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性； ? ? （2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的； ? ? （3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的

23、故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位； ? ? （4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對倒角機床機床發(fā)生的各種錯誤和事故進行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗； ? ? （5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行； ? ? （6）智能4M倒角機床系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（Me

24、asurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、機器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。 ? ? 5 體系開放化 ? ? （1）向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期； ? ? （2）向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求； ? ? （3）倒角機床標(biāo)準(zhǔn)

25、的建立：國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗。 ? ? 6 驅(qū)動并聯(lián)化 ? ? 并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸（一般為動平臺）與機座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度

26、的運動，可實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動倒角機床加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。 ? ? 并聯(lián)機床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機床技術(shù)的一個重要研究方向，受到了國際機床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明倒角機床技術(shù)以來在機床行業(yè)中最有意義的進步”和“21世紀(jì)新一代倒角機床加工設(shè)備”。 7 極端化（大型化和微型化） ? ? 國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的倒角機床機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，

27、所以微型機床包括微切削加工（車、銑、磨）機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。 ? ? 8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化 ? ? 對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使倒角機床機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實現(xiàn)倒角機床機床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實現(xiàn)倒角機床裝備的數(shù)字化服務(wù)（倒角機床機床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護等）。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔（e-Tower）的外部設(shè)備，包括計算機、 、機外和機內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障

28、報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。 ? ? 9 新型功能部件 ? ? 為了提高倒角機床機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括： ? ? （1）高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型倒角機床機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用； ? ? （2）直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1F

29、N1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機； ? ? （3）電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化倒角機床機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。 ? ? 10 高可靠性 ? ? 倒角機床機床與傳統(tǒng)機床相比，增加了倒角機床系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機電裝置，易于導(dǎo)致出現(xiàn)失效的概率增大；工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對倒角機床機床的可靠性極為不利，而倒角機床機床加工的零件型面較為復(fù)雜，

30、加工周期長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證倒角機床機床有高的可靠性，就要精心設(shè)計系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外倒角機床系統(tǒng)平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產(chǎn)倒角機床系統(tǒng)平均無故障時間僅為10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達(dá)800小時以上，而國內(nèi)最高只有300小時。 ? ? 11 加工過程綠色化 ? ? 隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束，制造加工的綠色化越來越重要，而中國的資源、環(huán)境問題尤為突出。因此，近年來不用或少用冷卻液、實現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機床不斷出現(xiàn)，并在不斷發(fā)展當(dāng)中。在21世紀(jì)，綠色制造的大趨勢將使各種

31、節(jié)能環(huán)保機床加速發(fā)展，占領(lǐng)更多的世界市場。 ? ? 12 多媒體技術(shù)的應(yīng)用 ? ? 多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對用戶界面提出了圖形化的要求。合理的人性化的用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。除此以外，在倒角機床技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，應(yīng)用于實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等，因此有著重大的應(yīng)用價值。 ?

32、 ? 3．我國倒角機床機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 ? ? 我國倒角機床技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進倒角機床技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國倒角機床技術(shù)和倒角機床產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國倒角機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)倒角機床機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達(dá)94.6億美元，但進出口逆差嚴(yán)重，國產(chǎn)機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占2

33、7.7%。1999年機床進口額為8.78億美元（7624臺），2003年達(dá)27.1億美元（23320臺），相當(dāng)于同年國內(nèi)倒角機床機床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)倒角機床機床制造企業(yè)在中高檔與大型倒角機床機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)倒角機床機床特別是中高檔倒角機床機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)倒角機床機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、倒角機床系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及倒角機床人才缺乏等。 ? ? 我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)倒角機床機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力

34、度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。 ? ? （1）不斷加強技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)倒角機床機床水平的關(guān)鍵 ? ? 國產(chǎn)倒角機床機床缺乏核心技術(shù)，從高性能倒角機床系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)倒角機床機床制造商通過技術(shù)引進、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進倒角機床技術(shù)，但缺乏對機床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)倒角機床機床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可。 ? ? （2）制造水平與管理手

35、段依然落后 ? ? 一些國產(chǎn)倒角機床機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)倒角機床機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進技術(shù)的同時應(yīng)注意加強自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。 ? ? （3）服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)倒角機床機床占有率的一個重要因素 ? ? 由于倒角機床機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠(yuǎn)利益，對提高

36、自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的倒角機床機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好倒角機床機床，更不能指導(dǎo)用戶使用好機床；有的對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進行設(shè)備選型，推薦先進工藝與工輔具，配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同，提高國產(chǎn)倒角機床機床的市場占有率。 ? ? （4）加大倒角機床專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 ?

37、? 從我國倒角機床機床的發(fā)展形式來看需要三種層次的倒角機床技術(shù)人才：第一種是熟悉倒角機床機床的操作及加工工藝、懂得簡單的機床維護、能夠進行手工或自動編程的車間技術(shù)操作人員；第二種是熟悉倒角機床機床機械結(jié)構(gòu)及倒角機床系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才，要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計和制造知識，能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD/CAM軟件，同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗；第三種是精通倒角機床機床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及倒角機床系統(tǒng)電氣設(shè)計、能夠進行倒角機床機床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的倒角機床技術(shù)高級人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的倒角機床機床產(chǎn)業(yè)提供強大的技術(shù)人才支撐。 目

38、前，倒角機床機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為倒角機床機床發(fā)展的趨勢和方向。 ? ? 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的倒角機床產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)倒角機床機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變。 第二章 總體方案的設(shè)

39、計要求 2.1總體方案 機床主要由多維調(diào)節(jié)砂輪支架、多維調(diào)節(jié)主軸箱、床身、全封閉上罩以 及配電、配氣系統(tǒng)組成。并配備有除塵裝置。加工產(chǎn)品時的機床調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)主軸箱和砂輪支架，以求得到工作的最佳狀態(tài)。 (圖一) 2.2工作原理 本機床的切削運動是由主軸帶動工件的轉(zhuǎn)動、砂輪的旋轉(zhuǎn)、磨頭的重力P2、以及砂輪磨削工件的切削反力等幾個力的結(jié)合。在磨削過程中，當(dāng)砂輪從齒頂走向齒根時，在重力P2的作用下，砂輪始終貼緊工件，在等高和下滑狀態(tài)下磨削。在從齒根經(jīng)漸開線齒形上升到齒頂這區(qū)間時，需要一個向上的推力，這個力是兩方面獲得的。砂輪切削時的切削反力PQ會有一個向上的分力P3，當(dāng)P3 >P2時，砂

40、輪就會被推向上方。另一方面砂輪是從偏置于工件中心位置切入工件的，在保證下滑磨削的一側(cè)的齒形完成倒角的前提下，可以加大砂輪對工件中心的偏置量，也就是使砂輪在磨削到漸開線齒形時向上爬 行的坡度減緩，加上工件的轉(zhuǎn)動，這個變緩的坡度也會給砂輪一個向上的分 力。由此可知：切削反力和工件推動砂輪的力使砂輪被斥向上，重力和工件的轉(zhuǎn)動仍使砂輪緊貼工件磨削到上一個點。這一切都是在瞬間完成的，直觀看到的只是砂輪從齒根沿漸開線齒形向齒頂平穩(wěn)地進行磨削。 在實際操作中，P1除了磨頭后部的重力外還包含進氣管帶來的力，P2則是包括磨頭前部、砂輪的重力，以及彈力加力器的附加力。調(diào)整彈力加力器作用在磨頭上的附加力，即可

41、得到P2>P1。 （圖五）工作原理 工件的工作角度也 就是在機床上的安裝 角度。如圖六所示， 在三維空間里偏轉(zhuǎn)了 兩個角度，在XOZ平 面抬起一個r角，r>θ （工件齒根角）。在 xoy平面旋轉(zhuǎn)一個ψ角 ψ≤βm（工件中點螺 旋角）。 旋轉(zhuǎn)r角和ψ角的 目的在于磨削時避免傷 及齒面。工件是安裝在 主軸箱主軸上的，調(diào)整 主軸箱很容易獲得所需 （圖六）工件安裝角度 的工作角度。 2.3設(shè)計的技術(shù)要求 1．加工范圍： 齒輪直徑 Φ35mm-Φ500mm 齒輪模數(shù) 圓柱齒輪

42、 1.25-10 弧齒錐齒輪 3-14 最大螺旋角 55° 工件最大重量 40kg 2．磨頭轉(zhuǎn)速 12700r/min 2．氣源 分離壓縮空氣 壓力0.4-0.6MPa 耗氣量0.32m3/min×2 4．選用砂輪 高強低耗平行砂輪 外徑Φ35-Φ125、內(nèi)徑Φ10、Φ16、Φ22 厚度1-4mm 5．外形尺寸（長×寬×高） 1350×1100×1530 第三章 主軸箱的設(shè)計 3

43、.1主軸箱的箱體 主軸箱中有主軸、變速機構(gòu)，操縱機構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。主軸箱除應(yīng)保證運動參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強度或剛度，噪聲較低，振動要小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。 箱體材料以中等強度的灰鑄鐵HT150及HT200為最廣泛,本設(shè)計選用材料為HT20-40.箱體鑄造時的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸(長×寬×高),按下表選取. 長×寬×高() 壁厚(mm) < 500 × 500 × 300 8-12 > 500 × 500 × 300-800 × 500 × 500 10-15 > 800 × 800 ×

44、500 12-20 由于箱體軸承孔的影響將使扭轉(zhuǎn)剛度下降10%-20%，彎曲剛度下降更多，為彌補開口削弱的剛度，常用凸臺和加強筋；并根據(jù)結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取25mm左右，后支承壁取22mm左右，軸承孔處的凸臺應(yīng)滿足安裝調(diào)整軸承的需求。 箱體在主軸箱中起支承和定位的作用。主軸箱中共有3根軸，軸的定位要靠箱體上安裝空的位置來保證，因此，箱體上安裝空的位置的確定很重要。本設(shè)計中各軸安裝孔的位置的確定主要考慮了齒輪之間的嚙合及相互干涉的問題，根據(jù)各對配合齒輪的中心距及變位系數(shù)，并參考有關(guān)資料，箱體上軸安裝空的位置確定如下： 中心距(a)=1/2（d1+d2）+y

45、m （式中y是中心距變動系數(shù)） 中心距Ⅰ-Ⅱ=（56+38）/2×2.25=105.75mm 中心距Ⅰ-Ⅶ=（50+34）/2×2.25=94.5mm 中心距Ⅱ-Ⅶ=（30+34）/2×2.25=72mm 中心距Ⅱ-Ⅲ=（39+41）/2×2.25=90mm 3.2.傳動系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1傳動軸I的設(shè)計計算 主軸箱由減速電機驅(qū)動，電機的輸出軸以53∶49的齒數(shù)傳動比驅(qū)動主軸箱（切勿倒置）。主軸的工作轉(zhuǎn)速，也就是本設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍，是由變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)輸出頻率實現(xiàn)的。為了盡可能的方便簡化操作，避免因不正確操作造成故障，本設(shè)備配置的變頻器，采用外部操作模式，并且出廠設(shè)定了

46、：15s/r、20s/r、25s/r、35s/r、45s/r、55s/r、65s/r、75s/r、90s/r、110s/r、140s/r、180s/r十二種轉(zhuǎn)速（秒/轉(zhuǎn)）。操作者只需按照面板上表格中所列的對應(yīng)碼號改變編碼器的碼號，即可得到所需的轉(zhuǎn)速。 箱體是安裝在3#、8#左右支架上。松開7#徑向鎖緊手柄和2#軸向鎖緊手柄，箱體可沿B-B軸線回轉(zhuǎn)0°-90°。松開鎖緊手柄5#，主軸箱可以沿A-A軸線旋轉(zhuǎn)±45°。主軸箱在墊板6#上，前后左右可以隨意移動，同時可 以在0°、90°、180°、270°四個不同方向在墊板T型槽內(nèi)安裝主軸箱。 由此，主軸可以在一個半球面的空間調(diào)節(jié)到任一個點位。

47、 在調(diào)節(jié)箱體沿B-B軸線回轉(zhuǎn)傾斜時，為了防止因重量失衡滑落，在左回 轉(zhuǎn)支架3#上設(shè) 置有防滑滾輪、 方頭調(diào)節(jié)螺釘 （見圖一21#） 是調(diào)節(jié)防滑滾 輪摩擦力的， 應(yīng)調(diào)節(jié)到軸向 和徑向鎖緊手 柄都松開時， 不致因重力而 滑落，而且保 證調(diào)整角度時 轉(zhuǎn)動靈活。摩 擦力調(diào)至上述 要求后，用裝 在調(diào)節(jié)螺釘上的鎖緊螺母鎖緊固定。 主軸頭部設(shè)置有：內(nèi)孔Φ72、M95×3螺紋，端面設(shè)有3-M6螺孔。（詳見附件“主軸”圖紙）。對以外徑定位的軸類齒輪，配備有快速夾緊軟爪夾頭。這些供用戶設(shè)計夾具時選用。 3.2.2傳動軸I的計算 對于傳動軸，除重載軸外，一般

48、無須進行強度校核，只進行剛度驗算。 軸的抗彎斷面慣性矩（） 花鍵軸 = 式中 d—花鍵軸的小徑（mm）； i—花軸的大徑（mm）； b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)； 傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得： = 式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）; —該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。 傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪圓周力 式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。 齒輪的徑向力： 式中 α—為齒輪的嚙合角，α＝20o； ρ—齒面摩擦角，； β—齒輪的螺旋角；β＝0 故N 3.2.3齒輪的驗算 驗算齒輪強

49、度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應(yīng)力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗算公式為 （MPa）≤[]（3-1） 彎曲應(yīng)力的驗算公式為 （3-2） 式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； T-齒輪在機床工作期限（）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)； -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）; -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以

50、下均參見《機床設(shè)計指導(dǎo)》） m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2； —功率利用系數(shù)，查表3-3； —材料強化系數(shù)，查表3-4； —的極限值，見表3-5，當(dāng)≥時，則取=；當(dāng)＜時，取=； —工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.2~1.6； —動載荷系數(shù)，查表3-6； —齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9； Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8； []—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9； []—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。 如果驗算結(jié)果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施

51、。 I軸上的齒輪采用整淬的方式進行熱處理 傳至I軸時的最大轉(zhuǎn)速為： N==5.625kw 在離合器兩齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為50×2.25，且齒寬為B=12mm u=1.05 =≤[]=1250MP 符合強度要求。 驗算56×2.25的齒輪： =≤[]=1250MP 符合強度要求 3.2.4軸承疲勞強度校核 機床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為： C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊》或《機床設(shè)計手冊》查取，單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）； —速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/mm）

52、 —壽命系數(shù)， —壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=； 工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機床），； —功率利用系數(shù)，查表3—3； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3—2； —齒輪輪換工作系數(shù)，查《機床設(shè)計手冊》； P—當(dāng)量動載荷，按《機床設(shè)計手冊》。 故軸承校核合格 3.3傳動軸Ⅱ及軸上零件設(shè)計計算 3.3.1傳動軸的驗算 對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進行強度校核，只進行剛度驗算。 軸的抗彎斷面慣性矩（） 花鍵軸 = 式中 d—花鍵軸的小徑（mm）； i—花軸的大徑（mm）； b、N

53、—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)； 傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得： = 式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）; —該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。 傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力： 式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。 齒輪的徑向力： 式中 α—為齒輪的嚙合角； ρ—齒面摩擦角； β—齒輪的螺旋角； =27.86mm 符合校驗條件 3.3.2齒輪的驗算 驗算齒輪強度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根

54、彎曲應(yīng)力。 對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗算公式為 （MPa）≤[]（3-1） 彎曲應(yīng)力的驗算公式為 （3-2） 式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； -電動機額定功率（KW）； -從電動機到所計算的齒輪的機械效率； -齒輪計算轉(zhuǎn)速（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）; B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)； u-大齒輪與

55、小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合； -壽命系數(shù)： -工作期限系數(shù)： T-齒輪在機床工作期限（）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)； -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）; -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見《機床設(shè)計指導(dǎo)》） m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2； —功率利用系數(shù)，查表3-3； —材料強化系數(shù)，查表3-4； —的極限值，見表3-5，當(dāng)≥時，則取=；當(dāng)＜時，取=； —工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運

56、動，取=1.2~1.6； —動載荷系數(shù)，查表3-6； —齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9； Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8； []—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9； []—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。 如果驗算結(jié)果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。 驗算39×2.25的齒輪： 39×2.25齒輪采用整淬 N==5.71kw B=14mm u=1 =≤[]=1250MP 故此齒輪合格 驗算22×2.25的齒輪： 22×2.25齒輪采用整淬 N==5.1kw B=14mm u

57、=4 =≤[]=1250MP 故此齒輪合格 3.4 傳動軸Ⅲ及軸上零件的設(shè)計計算 3.4.1 傳動軸的驗算 對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進行強度校核，只進行剛度驗算。 軸的抗彎斷面慣性矩（） 傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得： = 式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）; —該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。 傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力： 式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。 齒輪的徑向力： 式中 α—為齒輪的嚙合角； ρ—齒面摩擦角； β—齒輪的螺旋角； =27.86mm 符

58、合校驗條件 3.4.2齒輪的驗算 驗算齒輪強度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應(yīng)力。 對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗算公式為 （MPa）≤[]（3-1） 彎曲應(yīng)力的驗算公式為 （3-2） 式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； -電動機額定功率（KW）； -從電動機到所計算的齒輪的機械效率； -齒輪計算轉(zhuǎn)速（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）;

59、 B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)； u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合； -壽命系數(shù)： -工作期限系數(shù)： T-齒輪在機床工作期限（）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)； -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）; -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見《機床設(shè)計指導(dǎo)》） m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2； —功率利用系數(shù)，查表3-3； —材料強化系數(shù)，查表3-4； —的極限值，見

60、表3-5，當(dāng)≥時，則取=；當(dāng)＜時，取=； —工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.2~1.6； —動載荷系數(shù)，查表3-6； —齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9； Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8； []—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9； []—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。 如果驗算結(jié)果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。 3.5電機的設(shè)計 電機是受脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，以防止電源串

61、路。 3.5.1驅(qū)動力計算 根據(jù)負(fù)載力矩來選擇電機。也就是說機床在任何狀態(tài)下工作，電機都應(yīng)有足夠的力矩來驅(qū)動負(fù)載。為此應(yīng)滿足兩點要求，一是進給傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的最大負(fù)載力矩應(yīng)小于或等于電機的額定力矩，對于這一點，數(shù)控機床與普通機床選擇電機的思路是一致的；二是進給傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的最大加速力矩應(yīng)小于或等于電機的瞬時最大轉(zhuǎn)矩 因為在某些應(yīng)用場合，比如用于模具加工或輪廓加工的數(shù)控機床，不僅需要伺服電機要有足夠的力矩來驅(qū)動坐標(biāo)軸運動，而且還需要機各個坐標(biāo)具有非常高的加速性能，這時只考慮電機的力矩是不夠的。電機與負(fù)載的慣量是否匹配，將直接影響該坐標(biāo)軸的加速性能。如果電機的慣量過小，盡管

62、電機的力矩已經(jīng)滿足設(shè)計要求，但機床坐標(biāo)軸的加速度可能滿足不了要求。如果電機與負(fù)載的慣量不能做到匹配，機床坐標(biāo)軸的快速性就得不到保證，對于模具加工或輪廓加工的數(shù)控機床，就可能影響工件加工的尺寸精度和表面粗糙度。所以，在數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)設(shè)計中，往往把折算到電機軸上的負(fù)載慣量Jd與電機的轉(zhuǎn)動慣量Jm之比值控制在下式所規(guī)定的范圍內(nèi)。即： （1—1） 3計算折算到電機軸上的最大負(fù)載力矩和加速力矩 電機軸上的負(fù)載力矩一般由三部分組成，其一是由切削分力產(chǎn)生的切削負(fù)載力矩；其二是由導(dǎo)軌摩擦力產(chǎn)生的摩擦負(fù)載力矩；其三是由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。

63、每種負(fù)載力矩的計算方法不同。 （1）切削負(fù)載力矩Tc的計算 Nm （2—1） 式中：Fa為在切削狀態(tài)下，滾珠絲杠的軸向負(fù)載力，N；L為電機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，m；η為進給傳動系統(tǒng)的總效率，取η=0.90。 （2）摩擦負(fù)載力矩Tu的計算 Nm （2—2） 式中：Fa0為在不切削狀態(tài)下，滾珠絲杠的軸向負(fù)載力（即為空載時的導(dǎo)軌摩擦力），N； （3）由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩Tf的計算 Nm

64、 （2—3） 式中：Fp為滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力，N；L0為絲杠螺母副的基本導(dǎo)程，m；η0為絲杠螺母副的效率，取η=0.98。 （4）折算到電機軸上的最大負(fù)載力矩T的計算 因為機床在空載進給（快進）和切削進給（工進）時的負(fù)載情況不同，所以最大負(fù)載力矩T應(yīng)分兩種情況來計算。 空載進給（快進）時 Nm （2—4a） 切削進給（工進）時 Nm （2—4b） 負(fù)載慣量由兩部分組成，一部分是作回轉(zhuǎn)運動的傳動件的轉(zhuǎn)動慣量折算到電機軸上的負(fù)載慣量JR，另一部分是做直線運動的移動部件折算到電機軸上的

65、負(fù)載慣量JL。 （1）單個回轉(zhuǎn)體零件轉(zhuǎn)動慣量Jr的計算 kgcm2 （2—9） 式中ρ為材料密度，對于鋼 kg/cm3；D為回轉(zhuǎn)體零件的直徑，cm；L為回轉(zhuǎn)體零件的長度，cm；j為零件序號，j =1，2，…，n。 （2）折算到電機軸上的回轉(zhuǎn)體零件轉(zhuǎn)動慣量JR的計算 （j =1，2，…，n） kgcm2 （2—10） 式中：i為傳動鏈的降速比。 （3）折算到電機軸上的移動部件轉(zhuǎn)動慣量J的計算 kgcm2

66、 （2—11） 式中：m為機床執(zhí)行部件的總質(zhì)量，kg；L為電機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，cm。 （3）加在電機軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量Jd的計算 kgcm2 （2—12） 3.5.2電機的選擇 根據(jù)以上計算，選擇FANUCα12/3000i型交流伺服電機作為驅(qū)動電機。該電機的主要技術(shù)參數(shù)：額定功率3kW；最高轉(zhuǎn)速3000 r/min；額定力矩12 Nm；轉(zhuǎn)動慣量62 kgcm2；重量18kg。 由于該電機的額定力矩為12 Nm，大于本坐標(biāo)軸切削進給（工進）時所需的驅(qū)動力矩TGJ＝5.73 Nm，故電機滿足坐標(biāo)軸對驅(qū)動力矩的要求。 永磁式交流伺服電機的瞬時加速力矩一般為額定力矩的2～3倍，若按3倍計算，電機的瞬時加速力矩為36Nm，均大于本坐標(biāo)軸所需的最大空載啟動加速力矩Taq＝33.96 Nm和切削速度突變至最高進給速度時所需的加速力矩Tac＝34.87 Nm，故電機滿足坐標(biāo)軸對加速力矩的要求。 電機的轉(zhuǎn)動慣量為62 kgcm2，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量為56