毕业设计（论文）-Φ550mm数控车床总体设计及横向进给设计

PAGE65-毕业设计(论文)Φ550mm的数控车床总体设计及横向进给设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日摘要现代数控机床是未来工厂自动化的基础。数控化设计范围大、潜力大、投资少、见效快，促进制造业技术进步的重要手段。因此，数控系统设计车床的研究具有重要意义。本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过机床设计的总体思想，提出了数控化设计的技术方案和新数控系统的选型配置方案;提高了传动的精度，重新设计机床的控制逻辑，通过对伺服系统的分析，完成了机床各主要参数的优化和匹配。关键词：Φ550mm，数控车床，机床，设计，数控系统。AbstractModernCNCmachinetoolsisthebasisforthefutureoffactoryautomation.CNCdesignrange,potentialisgreat,lessinvestment,quickeffect,promotemanufacturingindustrytechnologicalprogressisanimportantmeansof.Therefore,thedesignofNCsystemforlathehasimportantsignificancetotheresearchof.ThispaperdescribestheCNCtechnologyhistory,currentsituationanddevelopmentonthebasisofmachinetooldesign,throughtheoverallidea,putforwardthetechnicalschemedesignofNCandCNCsystemselectionscheme;thedrivetoimprovetheaccuracy,todesignmachinetoolcontrollogic,throughtheservosystemofamachinetool,completedthemainparametersoptimizationandmatching.Keywords:Φ550mm,CNClathes,machinetools,design,numericalcontrolsystem.目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 IIAbstract III第1章绪论 11.1数控机床及其特点 11.2数控机床的工艺范围及加工精度 21.3数控机床的经济分析 31.4数控机床的发展趋向 4第2章数控机床总体方案的制订及比较 72.1总体方案设计内容 72.1.1系统运动方式的确定 72.1.2控制方式的选择 72.2总体方案确定 82.2.1系统的运动方式伺服系统的选择 82.2.2数控系统 82.2.3机械传动方式 8第3章确定切削用量及选择刀具 93.1科学选择数控刀具 93.1.1选择数控刀具的原则 93.1.2选择数控车削用刀具 103.2设置刀点和换刀点 103.3确定切削用量 103.3.1确定主轴转速 113.3.2确定进给速度 113.3.3确定背吃刀量 11第4章Φ550mm的主传动设计计算 124.1主运动部分计算 124.1.1参数的确定 124.1.2传动设计 144.1.3转速图的拟定 164.1.4带轮传动部分的设计 194.1.5齿轮传动部分的设计 234.1.6电磁离合器的选择 284.1.7轴的设计计算 29第5章横向进给伺服系统传动计算 365.1确定系统脉冲当量 365.2切削力的确定 365.3计算进给牵引力 375.4计算最大动负载C 375.5传动效率计算 385.6刚度计算 395.7进给伺服系统传动计算 395.7.1确定传动比 395.7.2齿轮参数的计算 405.8步进电机的计算和选用 405.8.1转动惯量的计算 405.8.2电机力矩的计算 415.9步进电机的选择 43第6章微机数控系统的设计 446.1微机数控系统的设计纲要 446.1.1硬件电路设计 446.1.2软件电路设计 456.28031单片机及其扩展 466.2.18031单片机的简介 466.2.28031单片机的系统扩展 476.2.3存储器扩展 496.2.4I/O口的扩展 506.2.5步进电机驱动电路 516.2.6脉冲分配器（环行分配器） 526.2.7光电隔离电路 526.2.8功率放大器 526.2.9其他辅助电路 53结论 55参考文献: 56致谢 57第1章绪论1.1数控机床及其特点随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采用了数控技术，许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。目前数控机床已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床、建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。综上所述，数控机床在促进技术进步和经济发展，提高人类生存质量和创造新的就业机会等方面，起着非常重要的作用。数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点：易于加工异型复杂零件；提高生产率；可以实现一机多用，多机看管；可以大大减少专用工装卡具，并有利于提高刀具使用寿命；提高零件的加工精度，易于保证加工质量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大减少在制品的数量；可以大大减轻工人劳动强度，减少所需工人数量等。数控机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。1.2数控机床的工艺范围及加工精度随着机械制造生产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用拟实制造和快速成形制造技术。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。数控系统由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。机床精度1.机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。2.机床精度体系：目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。3.看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。4.加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。1.3数控机床的经济分析目前世界著名机床厂商在我国的投资情况1.2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（MAZAK）在宁夏银川投资建了名为“宁夏小巨人机床公司”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产600台，目前正在建2期工程，建成后可以年产1200台。2.2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心120台左右。3.2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。4.韩国大宇在山东青岛投资建厂，目前生产能力不知。5.台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂，年生产能力800台。民营企业进入机床行业情况1.浙江日发公司，2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力300台。2．2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。3．2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。军工企业技情况军工企业得到国家拨款开始于当年“大使馆被炸”，后来台湾阿扁上台后，大规模技开始了，军工企业进入新一轮的技高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能“顶”三年，我们的整体水平会上一个台阶。其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过10年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。1.4数控机床的发展趋向数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000~10000转/分以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等信息技术，很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPⅡ和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的CAD普及率达100%，是国家级“CAD示范企业”，企业的MRPⅡ系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。二、产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅3000-5000小时；整机平均无故障工作时间国外达800小时以上，国内最好只有300小时。三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。基于CAD和CAM的数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。一、是高速加工技术发展迅速

高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。二、是精密加工技术有所突破

通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，从1950年至2000年50年内提升100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到1µm，进入亚微米超精加工时代。三、是技术集成和技术复合趋势明显技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型——车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合——金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床——复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。四、是数字化控制技术进入了智能化的新阶段数字化控制技术发展经历了三个阶段:数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。五、是极端制造扩张新的技术领域极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。第2章数控机床总体方案的制订及比较2.1总体方案设计内容接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计。机床数控系统总体方案的拟定包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。2.1.1系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。2.1.2控制方式的选择系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。开环控制系统中，没有检测反馈装置，数控装置发出的信号的流程是单向的，也正是由于信号的单向流程，它对机床移动部件的实际位置不做检测，所以机床加工精度要求不太高，其精度主要取决于伺服系统的性能。开环伺服系统主要由步进电机驱动。这类机床工作比较稳定，反应迅速，调试和维修都比较简单。2.2总体方案确定2.2.1系统的运动方式伺服系统的选择由于改造后的经济型数控机床应具备定位，直线插补，顺、逆圆弧插补，暂停，循环加工，公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑达到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。2.2.2数控系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。2.2.3机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿轮间隙的结构。系统总体方案框图如下：图2-1系统总体方案框图第3章确定切削用量及选择刀具3.1科学选择数控刀具3.1.1选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定.

选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。3.1.2选择数控车削用刀具在数控加工中，车削平面零件内外轮廓及车削平面常用平底立车刀，该刀具有关参数的经验数据如下:一是车刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=(0.8一0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/4-1/6)RD,以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立车刀车削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r,，即直径为d=2Re=2(R-r)，编程时取刀具半径为Re=0.95(Rr)。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形车刀、环形车刀、鼓形车刀、锥形车刀和盘车刀。

目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为TSG-JT，直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ,此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。3.2设置刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立车刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头车刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。3.3确定切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。3.3.1确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n=1000v/71D式中:v—切削速度，单位为m/m动，由刀具的耐用度决定;n一一主轴转速，单位为r/min,D—工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。3.3.2确定进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3.3.3确定背吃刀量背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。第4章Φ550mm的主传动设计计算4.1主运动部分计算4.1.1参数的确定了解车床的基本情况和特点车床的规格系列和类型1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）最大的工件回转直径D是550mm；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于275mm；主轴通孔直径d要大于或等于80mm；主轴头号（JB2521-79）是4.5；最大工件长度L是1500mm；主轴转速范围是：25～1250r/min可无级调速.参数确定的步骤和方法极限切削速度umax﹑umin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类﹑工艺要求刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如《机床主轴变速箱设计指导书》。然而，根据本次设计的需要选取的值如下：取umax=300m/min；umin=8m/min。加工条件硬质合金刀具粗加工铸铁件30～50硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150～300螺纹（丝杠等）加工铰孔3～8主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=550mm，则主轴极限转速应为：nmax=r/min（2.1）=758～1517r/min，取=1000r/m；nmin=r/min（2.2）在中考虑车螺纹和绞孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D和50左右。所以nmin==32r/min由于转速范围R===31.25；因为级数Z已知：Z=16级。现以Φ=1.26和Φ=1.41代入R=得R=32和173，因此取Φ=1.26更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以Φ=1.06的从1～10000的数值，因Φ=1.26=，从表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4个数值取一个数，得：1000，800，550，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。主轴转速级数z和公比￠已知=RnRn=且：z=因机床的电动机转速往往比主轴的大多数转速高，变速系统以降速传动居多，因此，传动系统中若按传动顺序在前面的各轴转速较高，根据转矩公式（单位N.m）T=，当传递功率一定时，转速较高的轴所传递的扭矩就较小，在其他条件相同时，传动件（如轴、齿轮）的尺寸就较小，因此，常把传动副数较多的变速组安排在前面的高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此选择结构式如下：16=。主电机功率—动力参数的确定合理地确定电机功率N，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中推荐的数值：取P=13kw4.1.2传动设计传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有Z1、Z2、Z3…个传动副。即Z=Z1Z2Z3…传动副数由于结构的限制以2和3的因子积为合适，即变速级数Z应为2和3的因子:Z=可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17个轴向尺寸19b传动轴数目8根操纵机构简单，两个双联滑移齿轮根据以上分析及计算，拟定主轴箱、变速箱传动结构图如下：图二中，第Ⅰ轴至第Ⅲ轴，其结构式为：4=图一中，第Ⅳ轴至第Ⅷ轴，机床主轴箱传动系统采用分离传动，其主要特点是：在满足传动副极限传动比的条件下，可以得到较大的变速范围。高速由短支传动，有助于减少高速时机床的空运转功率损失。而且高速分支的尺寸可相对小些。（3）变速级数不像常规变速系统那样受2，3因子的限制，如与部分转速重合的方法配合，几乎可以得到任意的变速级数，大大增加了可供选择方案的数目。主传动顺序的安排16级转速传动系统的传动组，可以安排成：2x2x2x2，选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在Ⅰ轴上如果安装摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以2为宜，本次设计中就是采用的2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2，或者用一个定比传动副。传动系统的扩大顺序的安排对于16级的传动只有一种方案，准确的说应该不只有这一个方案，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是：16=2［2］x2［1］+2［2］x2[1]+2[2］x2[1]x2[8]传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。传动组的变速范围的极限植在主传动系统的降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制，为了避免被动齿轮的直径过大，齿轮传动副最小传动比umin≥，最大传动比umax≤2，决定了一个传动组的最大变速范围rmax=umax/nmin≤8因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数x，值为：极限传动比指数1.26x：umin==6值；umax==23（x+）值：umin==89最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为：Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］即是：Z=16=2［2］2［1］2［2］2[8]4.1.3转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转图，使主运动逐步具体化。主电机的选定中型机床上，一般都采用三相交流异步电机为动力源，可以在系列中选用。在选择电机型号时，应按以下步骤进行：电机功率N：根据机床切削能力的要求确定电机功率。但电机产品的功率已经标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。N=13kw2.电机转速nd异步电机的转速有：3000、1500、1000、750r/min类比同类机床，在此处选择的是：nd=1450r/min这个选择是根据电机的转速与主轴最高转速nmax和Ⅰ轴的转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。3.双速和多速电机的应用根据本次设计机床的需要，所选用的是：双速电机4.电机的安装和外形根据电机不同的安装和使用的需要，有四种不同的外形结构，用的最多的有底座式和发兰式两种。本次设计的机床所需选用的是外行安装尺寸之一。具体的安装图可由手册查到。5.常用电机的资料根据常用电机所提供的资料，选用：Y132M-4Ⅰ轴的转速Ⅰ轴从电机得到运动，经传动系统化成主轴各级转速。电机转速和主轴最高转速应相接近。显然，从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑，Ⅰ轴转速不宜将电机转速下降得太低。但如果Ⅰ轴上装有摩擦离合器一类部件时，高速下摩擦损耗、发热都将成为突出矛盾，因此，Ⅰ轴转速不宜太高。Ⅰ轴装有离合器的一些机床的电机、主轴、Ⅰ轴转速数据：参考这些数据，可见，车床Ⅰ轴转速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到电机与Ⅰ轴间的传动方式，如用带传动时，降速比不宜太大，否则Ⅰ轴上带轮太大，和主轴尾端可能干涉。因此，本次设计选用：n1=1000r/min中间传动轴的转速对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小与噪音、震动等性能要求之间的矛盾。中间传动轴的转速较高时（如采用先升后降的传动），中间转动轴和齿轮承受扭矩小，可以使用轴径和齿轮模数小写：d∝、m∝，从而可以使用结构紧凑。但是，这将引起空载功率N空和噪音Lp（一般机床容许噪音应小于85dB）加大：N空=)KW（2.3）式中：C系数，两支承滚动或滑动轴承C=8.5，三支承滚动轴承C=10；da所有中间轴轴颈的平均直径（mm）；d主—主轴前后轴颈的平均直径（mm）；∑n—主轴转速（r/min）。（2.4）（mz）a—所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm；（mz）主—主轴上齿轮的分度圆的平均值mm；q传到主轴所经过的齿轮对数；β主轴齿轮螺旋角；C1、K系数，根据机床类型及制造水平选取。我国中型车床、铣床C1=3.5。车床K=54，铣床K=50.5。从上诉经验公式可知：主轴转速n主和中间传动轴的转速和∑n对机床噪音和发热的关系。确定中间传动轴的转速时，应结合实际情况作相应修正：1.功率较大的重切削机床，一般主轴转速较低，中间轴的转速适当取高一些，对减小结构尺寸的效果较明显。2.高速轻载或精密车床，中间轴转速宜取低一些。3.控制齿轮圆周速度u〈8m/s（可用7级精度齿轮）。在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：升速传动中，最大传动比umax≤2。过大，容易引起震动和噪音。降速传动中，最小传动比umin≥1/4。过小，则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞大。4.1.4带轮传动部分的设计根据拟定的转速图上的各传动比，就可以确定带轮直径。带轮直径确定的方法、步骤选择三角型号一般机床上的都采用三角带。根据电机转速和功率查图即可确定型号（详情见〈〈机床主轴变速箱设计指导〉〉4-1节）。但图中的解并非只有一种，应使传动带数为3～5根为宜。本次设计中所选的带轮型号和带轮的根数如下：B型带轮选取3根确定带轮的最小直径Dmin（D小）各种型号胶带推荐了最小带轮直径，直接查表即可确定。根据皮带的型号，从教科书〈〈机械设计基础教程〉〉查表可取：Dmin=186mm3.计算大带轮直径D大根据要求的传动比u和滑功率ε确定D大。当带轮为降速时：（2.5）三角胶带的滑动率ε=2%。三角传动中，在保证最小包角大于120度的条件下，传动比可取1/7≤u≤3。对中型通用机床，一般取1～2.5为宜。因此，137.2mm≤D大≤343mm经查表取：D大=304mm三角带传动的计算三角带传动中，轴间距A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。选择三角带的型号根据计算功率Nj（kw）和小带轮n1（r/min）查图选择带的型号。计算功率Nj=KWNdkW式中Nd—电机的额定功率，KW—工作情况系数。车床的起动载荷轻，工作载荷稳定，二班制工作时，取：KW=1.1带的型号是：B型号确定带轮的计算直径D1、D21）.小带轮计算直径D1皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就越大。为提高带的使用寿命，小带轮直径D1不宜过小，要求大于许用最小带轮直径Dmin，即D1≥Dmin。各型号带对应的最小带轮直径Dmin可查表。D1=186r/min2）.大带轮计算直径D2（2.6）=304r/min式中:n1--小带轮转速r/min;n2--大带轮转速r/min;ε--带的滑动系数,一般取0.02.算后应将数字圆整为整数。3）.确定三角带速度u具体的计算过程如下： （2.7） ==10.6m/s对于O、A、B、C型胶带，5m/s≤u≤25m/s。而u=5～10m/s时最为经济耐用。此速度完全符合B型皮带的转速。4）.初定中心距A0：带轮的中心距，通常根据机床总体布局初步选定，一般可以在下列范围内选取：A0=（0.6～2）（D1+D2）mm=490（0.6～2）mm=294mm～取A0=760中心距过小，将降低带的寿命；中心距过大时，会引起带振动。中型车床电机轴至变速箱带轮的中心距一般为750～850mm。5）.确定三角带的计算长度L0及内周长LN。三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度。（2.8）==2131.7圆整到标准的计算长度L=2132mm经查表LN=2000mm修正值Y=336）.验算三角带的扰曲次数u≤40次/s（则合格）式中：m--带轮个数。如u超限。可加大L（加大A）或降低u（减少D2、D1）来解决。代入数据得=10.5次/s≤40次/s是合格的，不需作出任何修改。7）.确定实际中心距A（2.9）=78）.验算小带轮包角а1а1≈180°-（D2-D1）/A*60°≥120°（2.10）如果а1过小，应加大中心距或加张紧装置。代入数值如下：（2.11）=176.98°≥120°经校核合格。9）.确定三角带根数z（2.12）式中：N0--单根三角带在а1=180°、特定长度、平稳工作情况下传递的功率值。C1包角系数。参数的选择可以根据书中的表差取：N0=2.71C1=0.99Kw=1.1带入数值得：所以，传动带根数选3根。次此公式中所有的参数没有作特别说明的都是从〈〈机床主轴变速箱设计指导〉〉4.1.5齿轮传动部分的设计选择以机床变速箱中第Ⅰ轴和第Ⅱ轴间，两啮合直齿圆柱齿轮Z1和Z2，对其进行齿轮传动部分的设计和验算。根据总体结构方案，主电机功率13KW,转速1450r/min，要求输出轴转速1000r/min，齿轮齿数比U=1.25。具体计算如下：（1)大、小齿轮的材料均为45钢，经调质与表面淬火处理，硬度为40～50HRC（2)选小齿轮齿数=28,大齿轮齿数=U=1.2528=35,齿数比U=1.25（3)按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即d1t≥1>选取载荷系数Kt=1.22>计算大齿轮传递的转矩T2=95.510P1/n1=95.51013/1450N.mm=8.56210N.mm3>选取齿宽系数Φd=14>查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa5>按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限δHlim1=δHlim2=550MPa6>计算应力循环次数N2=60n1jLh=6014501(2836515)=7.621210N1=7.6212101.25=9.5265107>查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.86；KHN2=0.888>计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得==9>试算小齿轮分度圆直径d1t,带入中较小的值d1t≥=69.429mm10>计算圆周速度(2.13)11>计算齿宽bb=Φdd1t=169.429mm=69.429mm12>计算齿宽与齿高之比b/h模数mt=d1t/Z1=69.429/28mm=2.480mm齿高h=2.25mt=2.252.480mm=5.58mmb/h=69.429/5.58=12.4413>计算载荷系数根据=3.64m/s,7级精度，查得动载荷系数Kv=1.14；直齿轮，假设KAFt/b＜100N/mm。查表得KHα=KFα=1.2；查表得使用系数KA=1；查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，KHβ=1.14+0.18（1+0.6Φd）Φd+0.2310b将数据带入后，得KHβ=1.14+0.18（1+0.61）1+0.231069.429=1.444；由b/h=10.66，KHβ=1.444查图《机械设计》10-13得KFβ=1.32；故载荷系数K=KAKvKHαKHβ=44=1.97514>按实际的载荷系数效正所得的分度圆直径，由式69.429mm15>计算模数mm=d1/Z1=79.81/28mm=2.85mm（4）按齿根弯曲强度设计(2.14)1>查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限均为δFE1=710MPa；2>查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.805,KFN2=0.82；3>计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式(2.15)4>计算载荷系数KK=KAKvKFαKFβ=2=1.8065>查取齿形系数查得YFa1=2.61；YFa2=2.52。6>查取应力校正系数查得YSa1=1.58；YSa2=1.625。7>计算大、小齿轮的并加以比较小齿轮的数值大。8>设计计算mm=1.53mm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度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度决定的承载能力，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1.53并就近圆整为标准值m=3mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=79.81mm,算出小齿轮的齿数，取=32mm(2.16)大齿轮齿数=U=1.2532=40，取=40。（5）几何尺寸计算1>计算分度圆直径d1=Z1m=323mm=96mm；d2=Z2m=403mm2>计算中心距a=(d1+d2)/2=108mm3>计算齿轮宽度b=Φdd1=196mm=96mm因为变速箱中，小齿轮1固定安装在第Ⅱ轴上；大齿轮2安装在第Ⅰ轴上，且为双联滑移齿轮，两齿轮副传动比取值为1.25，变速箱做减速传动。考虑整个变速系统的总体结构及其安装，取B2=108mm，B1=42mm。4>验算(2.17)＜100N/mm,合适。5>结构设计及绘制齿轮零件图如下：机床主轴箱中，第Ⅶ轴和轴Ⅷ间为一对斜齿轮，两齿轮的材料选用40Cr，经过调质与表面淬火处理，硬度为48～55HRC，许用接触强度疲劳应力，精度等级取7级。经校核，齿轮齿面接触强度和齿根弯曲疲劳强度均满足要求。此处，计算和验算过程略。两斜齿轮参数选择具体如下：1>齿轮齿数Z1=30；Z2=uZ1=230=602>中心距，将中心距圆整为210mm(2.18)3>按圆整后的中心距修正螺旋角：4>大、小齿轮的分度圆直径(2.19)5>齿轮宽度圆整后取B2=100mm，B1=110mm。6>斜齿轮结构如图所示4.1.6电磁离合器的选择摩擦电磁离合器目前在数控机床中应用十分广泛，因为它可以在运转中自动的接通或脱开，且具有结合平稳，没有冲击、构造紧凑的特点，部分零件已经标准化，多用于机床主传动。选用时应作必要的计算。根据初步的计算可从《离合器的选择与运用》一书中选取，所有的作图和计算尺寸都见书中的表。1.按扭距选择一般应使用和设计的离合器的额定静扭距Mj和额定扭距Md满足工作要求，由于普通车床是在空载下启动和反向的，故只需按离合器结合后的静负载扭距来选。即：(2.20)对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭距设计离合器。2.步骤：1）.决定外摩擦片的内径d。根据结构需要，如为轴装式时，摩擦片的内径d应比安装轴的轴径大2～6mm。2）.选择摩擦片尺寸：可以在参考书中选择，具体的型号见图纸。3）.计算摩擦面对数z(2.21)式中：f-摩擦片间的摩擦系数（有表可选）； -许用压强MPa（有表可选）；D-摩擦片内片外径mm（有表可选）；d-摩擦片外片内径mm（有表可选）；Ku-速度修正系数（有表可选）；Kz-结合面数修正系数（有表可选）；Km-结合次数修正系数（有表可选）。代入数值得：取Z=9。4.1.7轴的设计计算（1）轴Ⅱ的设计计算1〉轴的材料选用45钢，并经调质处理。2〉轴的结构设计轴的结构如图所示：3〉由于轴的实质结构没有变化，而且各部分直径也大于等于原Ⅱ轴的最小直径，故Ⅱ轴的强度是可以满足工作要求的，具体的校核计算就略去了。（2）轴Ⅶ的设计计算1〉轴的材料选用45号钢，并经过调质处理。2〉估算周的最小直径查表得常数，(2.22)3〉轴Ⅶ的结构设计（见图如下所示）4〉轴Ⅶ的刚度验算①轴的变形条件和允许值轴上装齿轮和轴承处的挠度和倾角（y和θ）应小于弯曲刚度的许用值[Y]和[θ]，即y≤[Y]，θ≤[θ]。表4-1轴的弯曲变形的允许值轴的类型[Y]（mm）变形部位[θ]（rad）一般传动轴（0.0003～0.0005）L装向心轴承处0.0025刚度要求较高（0.0002）L装齿轮处0.001安装齿轮轴（0.01～0.03）m装单列圆锥滚子轴承0.0006安装蜗轮轴（0.02～0.05）m装滑动轴承处0.001装单列圆柱滚子轴承处0.001L：轴的跨度；m：模数②轴的变形计算公式：计算轴本身弯曲的挠度y及倾角θ时，一般常将一轴简化为集中载荷下的简支架，按材料力学的有关公式计算，当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时，可把轴看做等直径，采用平均直径d1计算，计算轴时选择用平均直径（d1）或当量直径（d2）。圆轴：平均直径(2.23)惯性矩(2.24)矩形花键轴：平均直径(2.25)当量直径(2.26)惯性矩(2.27)③轴的力分解和变形合式对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形的公式求出所求截面的两个垂直平面的y和θ，然后进行叠加，在同一平面内进行代数叠加，在两个垂直面内则按几何合成，求出该截面的总载度和总倾角。④危险工作截面的判断：验算刚度时应选择最危险的工作条件进行，一般是轴的计算转速最低，传动齿轮直径最小且位于周的中央，这时轴的受力将使总的变形剧烈。如果对两三种工作工作条件难以判断哪一种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值y和θ。⑤提高轴的刚度的一些措施加大轴的直径，适当减小轴的跨度或者增加第三支撑，重新安排齿轮在轴上的位置；改变轴的布置方位等。⑥轴的校核计算轴Ⅶ的受力简图：轴的传动路线有两条，一条是、由齿轮9传动至Ⅶ轴上，再又齿轮12至齿轮13带动主轴运转；另一条是由齿轮10和齿轮11传动至Ⅶ轴上，再又齿轮12至齿轮13带动主轴运转。a)先校核由齿轮10传入，齿轮12传出时轴的强度1)作轴Ⅶ的水平面（H）弯矩图和垂直面（V）弯矩图1>计算Ⅶ轴上的功率：Ⅶ轴上的转矩：齿轮11的圆周力齿轮11的径向力齿轮12的圆周力齿轮12的径向力齿轮12的轴向力2>求在水平面内的支反力，由受力图,∑MA=0，∑ME=03>求在垂直面内的支反力，由受力图,∑MA=0，∑ME=04>画轴Ⅶ水平面（H）和垂直面（V）内的受力图、弯矩图如下2）作弯矩和转矩图1>齿轮11的作用力在水平面的弯矩图如上：

齿轮11的作用力在垂直面的弯矩图如上：齿轮11在B截面作出的最大合成弯矩为2>齿轮12的作用力在水平面的弯矩图如上：齿轮12的作用力在垂直面的弯矩图如上：齿轮12在D截面作出的最大合成弯矩为3）作B、D两截面最大合成弯矩图和扭矩图4）轴的强度校核，经过分析可知，B所在的截面为危险截面，按第三强度理论计算弯矩查《机械设计手册》第二版第四卷，轴的抗弯截面系数(2.28)故满足第三强度理论。刚度校核：在水平面（H）内FtB单独作用时FtD单独作用时在和FtBFtD共同作用下在垂直面（V）内：单独作用时单独作用时在与共同作用下时故在共同作用下，处为危险截面。其最大挠度为而一般[y]=（0.0003～0.0005）l=0122175～0203625mm.故,符合要求。轴的转角校核就不再验算。b）再校核由齿轮9传入，齿轮12传出时轴的强度；步骤方法同上，经过校核轴的强度和刚度均满足要求。设计过程中，依b)组传动方案，此处轴Ⅶ的强度和刚度校核过程省略。（3）主轴的设计计算轴的材料选用45号钢，并经过调质处理，结构设计如图。由于主轴的结构基本上采用Φ550MM数控车床的主轴，没有明显的改动，故具体的校核计算过程就略去不作。