数控车床主传动系统及进给伺服系统设计样本

__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指引教师指引教师职称学院名称机电工程学院完毕日期：年5月25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140CNClathemaindrivesystemandfeedservosystemdesign学生姓名指引教师摘要本文简介了CK6140数控车床构成及工作原理，对数控机床重要构成某些：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体设计及其详细设计。数控机床是当代机电一体化典型产品，对提高零件加工质量和加工效率具备较好作用。在本次设计中，重要完毕了如下工作：依照给出规定，一方面拟定设计规定给出已知条件拟定电机型号和功率，传动系统布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮排列与布置。然后依照转速范畴及级数拟定它转速图、各齿轮齿数和传动系统简图。在依照已拟定传动比来拟定带传动。通过轴初步设计，进行齿轮设计和校核。选用相应轴承和键，进行轴详细设计和校核，键和轴承设计和校核。最后进行装配图和各个零件图绘制，完毕主轴箱设计。然后完毕伺服系统设计。在对进给伺服系统进行设计时，要拟定进给传动系统传动方式及控制系统形式。设计中，选取进给伺服系统为开环控制系统。通过给定参数选取好步进电机步距角可拟定传动齿轮传动比及滚珠丝杆导程。设计进给伺服系统可以满足设计任务规定。核心词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThisthesisintroducedtheconstitutionandworkingprincipleofCK6140machinetool，theprimarilypartsofNCmachinetooldesigned：includingproceedsthetotaldesignanddetaileddesign.NCmachinetoolisamodernmachinetogiveorgetanelectricshocktheintegralwholethetypicalmodeloftechniquetheprocessingofproduct，rightexaltationsparepartsthequantitywithprocesstheefficiencytohavethegoodfunction.Inthisdesign，primarilycompletedfollowingwork.Accordingtothetimetabletodesign.Firstidentifieddesignrequirementsgiventheknownconditionsdeterminethetypeandelectricalpower，drivetrainsystemlayout，speedchange，stopthewayforthewaybrakingandgearconfigurationandthewaylayout.Basedonrotationalspeedandscopeoftheclasstodetermineitsrotationalspeedmaps，thevariousgearanddrivetrainsystemChishusketch.Inaccordancewithestablishedtransmissionbelttransmissionthantodetermine.Throughaxleofthepreliminarydesign，geardesignandverification.Thebearingsandgetusedtoaspecificaxledesignandverification，designandverificationkeysandbearings.Finalassemblyofthevariouspartsandmapping.Completedthedesignofheadstock.Thencompletingthedesignoftheservomechanismsystem.Indesigningofservosystem，wecandeterminedrivingmodeofdrivingsystemandcontrollingmodeofcontrollingsystem,choosingtheservosystemforopeningwreathcontrolthesystem.Passingtheparametertosettlethechoicethegoodstepthestepfortheelectricalengineeringthedistancecapecanmakesuretospreadtomovethespreadingofwheelgeartomovetheradiotherollthebeadsilkthethinkstick'slead.Designofintogivetheservosystemcansatisfytodesigntherequestofthemission.Keywords：NCMachineTool；AxisHousing；Servomechanism目录TOC\o"1-2"\h\u30755摘要 Ⅰ17462Abstract Ⅱ4773第一章卧式数控车床简介 1248471.1数控车床简介 150231.2CK6140简介及设计阐明 24381.3设计任务 318575第二章CK6140总体设计计算 664882.1总体设计规定 6278882.2机床总体布局拟定 7160012.3换向方向选取 7189922.4开停方式选取 8137462.5制动方式选取 8226362.6齿轮布置与排布 8281932.7变速方式选取 97342.8进给系统构成及选用 1015909第三章主变速箱总体设计 12194643.1电机选用 1278463.2传动方案拟定 15162933.3拟定各级转速 16105103.4绘制转速图 1713327第四章主变速箱详细设计 18208314.1带传动设计 25306074.2齿轮设计 27186464.3轴设计 2897864.4轴承选取 28173014.5选取离合器 2867984.6键选取 2929814第五章进给伺服系统设计 30239085.1进给伺服系统简介 3021345.2传动系统设计及计算 3523610总结 3826131致谢 3923772参照文献 40 第一章卧式数控车床简介1.1数控车床简介[1]1.1.1数控车床发展方向随着科学技术飞速发展和经济竞争日趋激烈，产品更新速度越来越快。多品种、中小批量生产比重明显增长。因而老式加工设备和制造办法以及难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效、高质量加工规定。数控机床因而而诞生。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产基本，当代CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。同步数控技术关系到国家战略地位，其水平高低是衡量一种国家制造业当代化限度核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今一种国家制造业发展方向。下面从数控系统性能、功能和体系构造三方面讨论机床。数控技术发展趋势：1.性能方面发展趋势（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工艺复合和轴化（4）.实时智能化2.功能发展方面（1）.顾客界面图形化（2）.科学计算可视化（3）.插补和补偿方式多样化（4）.内置高性能PLC（5）.多媒体技术应用3.体系构造发展（1）.集成化（2）.模块化（3）.网络化（4）.开放式闭环控制模式1.1.2数控车床特点数控车床又称数字控制（Numbercalcontrol，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来一种自动控制机床，而数控车床四其中一类使用性很强机床形式。数控车床是基于数字控制，它与普通车床不同是，数控车床主机构造上具备如下特点：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能主轴及伺服传动系统，因而，数控机床机械传动构造得到了简化。（2）.为了适应数控车床持续地自动化加工，数控车床机械构造，具备较高动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。（3）更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC装置这是数控车床核心，用于实现输入数字化零件程序，并完毕输入信息存储，数据变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2CK6140简介及设计阐明1.2.1CK6140数控机床简介CK6140型数控车床，可进行机械零件粗加工及精加工，构造可靠，操作以便，经济使用。控制系统功能齐全，可靠性高。该机床可满足众多行业需要，如：汽车、拖拉机、军工、机械等行业。本机床特别适合轴类、盘类零件内外圆柱表面、锥面、螺纹、钻孔、铰孔及曲面回转体等零件进行高效、大批量车削加工。1.采用水平床身，导轨采用山形－平面结合导轨形式并中频淬火，淬硬层达3mm，硬度达HRC52。2.主轴轴承采用国产精密主轴轴承；主轴箱设计时考虑到最小热变形，采用散热办法及相应减少主轴热变形办法，经精心装配，主轴具备温升低、热变形小，精度高特点，使主轴长期工作时能保持主轴轴线相对稳定。3.横向进给、纵向进给均采用交流伺服电机与滚珠丝杠用高强度不锈钢同步软连接实现低噪音、无间隙直线运动。4.立式四工位数控电动刀架，每工位所用时间为2～2.5秒，重复定位精度高达0.003mm内。同步在设计制造中采用高精度大直径齿盘分度定位，具备刚性好，重切削时变形小等长处。5.本机床卡盘采用手动卡盘，配备手动尾座。6.导轨和滚珠丝杠采用手动和自动润滑系统，周期定量供油，以便、可靠，操作以便，用油省。7.本机床为半封闭防护，排屑以便、流畅。冷却箱与主机分离，冷却泵流量大，扬程高，工件和刀具都得到充分冷却，保证工件加工精度，提高刀具使用寿命。1.2.2设计关于阐明①依照设计规定，机床型号为CK6140.按照<GB15375-94>金属切削机床型号编制办法，ck6140含义如下：C：类型号，车床类；K：数控6：组别代号，表式卧式车床；1：系列代号，代表卧式车床系；40：主参数，最大加工直径为400mm。②功能设计：CK6140卧式数控车床功能为加工圆柱面，回转成型面，螺纹及圆柱面1.3设计任务①已知参数表1-1设计参数床身上最大回转直径（mm）400拖板上最大削直径（mm）195最大顶尖行程（mm）750-1000纵向最大行程（mm）800-1050横向最大行程（mm）220主轴通孔直径（mm）52主轴孔锥度莫氏6#主轴转速25-1600r/min卡盘公称直径250主轴电机驱动方式交流变频主电机功率5.5kw进给驱动方式交流伺服X,Z辨别率0.01②任务CK6140型数控机床总体设计计算主传动系统总体设计：总体设计规定；主传动形式选取；主轴电机选取及功率计算。进给伺服系统总体设计：进给伺服系统选取；各构成某些选取。机床主轴箱设计（变速系统传动和构造设计）传动设计：拟定主传动参数、构造网、转速图、拟定齿轮齿数和带轮直径，主传动转向与制动方式，画出主运动传动系统图。动力计算，其中涉及拟定齿轮模数，轴尺寸，轴承形式和型号，以及其她关于计算。拟定变速系统零件径向布置方案并绘制变速系统构造图和零件图。进给伺服系统设计1）、选用步进电机：按给定参数，选取恰当传动机构和滚珠轴承，选取步进电机型号；2）、绘制进给伺服系统构造图和零件图。4、机床主轴运动可编程控制设计依照机床主轴运动规律，简要设计机床主轴运动PLC控制：涉及主轴运动控制梯形图绘制。规定设计计算精确，规范化，图纸按国标绘制。图纸工作量：机床主轴箱装配图：0号零件图进给伺服系统装配图：0号第二章CK6140总体设计计算2.1总体设计规定数控必要满足使用部门规定，也要适应制造厂生产条件。要做到技术上先进，经济上合理，好用，好造，好修。2.1.1一定工艺范畴加工工序种类：数控加工圆柱面，回转成型面，螺纹及内圆柱面。被加工零件类型，材料及尺寸：车，选取构造钢及铸钢，最大切削直径：200mm刀具种类及材料：车刀，选取硬质合金钢加工精度及表面光洁度适应生产规模：多品种小批量生产零件2.1.2保证加工精度和表面光洁度规定床身必要具备一定几何精度，传动精度及动态精度，减少机床零件磨损，在材料选用及热解决、零件表面光洁度以及润滑等方面。2.1.3提高生产率及自动化限度1）缩短机工时间（单位时间内金属切除量要大）2）缩短辅助时间（提高自动化限度）生产率Ｑ＝1/（T总）=1/（T切+T辅+T准/n）（件/小时）2.1.4操作维修方面和使用安全标牌及操纵板指标符号，应采用文献[11]中规定象形符号，应考虑装卸，检修，调节及运送，保证安全与健康。2.1.5成本低1）注意品种系列化，部件通用化与零件原则化2）保证性能条件下，机床重量与功率之比要下，构造简朴，零部件数目少及占地面积少。2.2机床总体布局拟定方案一、集中传动式布局集中传动式布局将主轴组件和主传动所有变速机构集中装于同一种箱体内。当前，多数机床采用这种布局方式。其长处是：构造紧凑，便于实现集中操纵；箱体数少，在机床上安装、调节以便。其缺陷是：传动件振动和发热会直接影响主轴工作精度，减少加工质量。因而，集中传动式布局普通合用于普通精度中型和大型机床。方案二、分离传动布局分离传动布局将主轴组件和主传动大某些变速机构分离装于两个箱体内。某些高速或精密机床采用这种传动布局方式。其长处是：变速箱中产生振动和热量不易传给主轴，从而减少了主轴振动和热变形；当主轴箱采用振回（背轮）传动时，主轴通过带传动直接得到高转速，故运作平稳，加工表面质量高。其缺陷是：箱体数多，加工、装配工作量较大，成本较高；位于传动链背面带传动，在低转速时传递转矩较大，容易打滑；更换传动带不以便等。因而，分离传动布局合用于中小型高速或精密机床。由于CK6140机床属于普通精密中型机床，故选用集中传动式布局。2.3换向方向选取方案一、电动机换向电动机换向特点与电动机开停类似。但因交流异步电动机正反转速相似，主轴不会得到较高反向转速。在满足机床使用性能前提下，应优先考虑此种换向方式。方案二、机械换向在电动机转向不变状况下需要主轴换向时，可采用此种方式。通过比较，选用电动机换向方式，换向装置放在传动链前面。2.4开停方式选取方案一、电动机开停电动机开停方式长处是操纵以便省力，可简化机床机械构造。其缺陷是直接起动电动机，冲击较大；频繁起动会导致电动机发热甚至烧损；若电动机功率大且经常起动时，因起动电流较大会影响车间电网正常供电。它合用于功率较小或起动不频繁机床。方案二、机械开停在电动机不断止运转状况下，可采用机械开停方式使主轴起动或停止。综合方案一、二，在满足机床使用性能前提下，采用电动机开停方式。2.5制动方式选取方案一、电动机制动制动时，让电动机转矩方向与其实际转向相反，使之减速而迅即停转，多采用反接制动、能耗制动等。电动机制动操纵以便省力，可简化机械构造。方案二、机械制动在电动机不断转状况下需要制动时，可采用此方式。通过比较，在满足车床使用性能前提下，采用电动机制动方式。2.6齿轮布置与排布方案一、滑移齿轮布置普通，滑移齿轮可选用较小齿轮，如构造需要也可选用较大齿轮。在一种变速组内，滑移齿轮必要具备“空档”位置，即只有当一对齿轮完全脱开啮合之后，才容许另一对齿轮开始进入啮合。方案二、一种变速组内齿轮轴向排列1）列与宽排列。普通采用滑移齿轮互相接近窄排列。2）小齿数差排列。三联滑移齿轮窄排列时相邻两齿轮齿数差不得不大于4。当齿数差不大于4时，除采用增长齿数和或变位齿轮等办法外，还可采用增长小齿数差排列，使最大与最小齿轮齿数差不不大于4即可，但轴向尺寸增大。3）分组排列。将三联或四联滑移齿轮拆开两组排列，可缩短轴向尺寸，且对齿数差无规定，但两组需有联锁装置。4）顺序变换排列。若规定转速按大小顺序变换时，可采用此种排列方式，但占有轴向尺寸较大。方案三、两个变速组齿轮轴向排列。1）并行排列。2）错排列。3）公用齿轮排列。齿轮布置与排列直接影响到变速箱尺寸大小，构造实现也许性以及变速操纵以便性等。故通过比较以上三种方案，选取用两个滑移齿轮，布置在主传动轴上。2.7变速方式选取方案一、无级变速无级变速在一定速度（或转速）范畴内能持续、任意地变速。它可选用最合理切削速度，没有速度损失，生产率得到提高；可在运转中变速，减少辅助时间；操纵以便；传动平稳等。机床主传动采用无级变速装置重要有两种：1）无级变速器：它是靠摩擦来传递转矩，多用钢球式、宽带式构造。但它普通机构较复杂，维修较困难，效率低；由于摩擦所需要正压力较大，使变速器工作可靠性及寿命受到影响；变速范畴较窄（不超过10），往往需要与有级变速箱串联使用。它多用于中小型机床。2）液压、电气无级变速装置：机床主传动所采用液压马达、直流电动机调速，往往因恒功率变速范畴小，恒转矩变速范畴较大，而不能满足主传动传动规定，啊、在主轴低转速时浮现功率局限性现象，普通也需要与有级变速箱串联使用。它多用于精密、大型机床或数控机床。方案二、有级变速有级（或分级）变速在若干固定速度（或转速）级内不持续地变速。普通它是由齿轮等变速元件构成变速箱来实现变速，传递功率大，变速范畴大，传动比精确，工作可靠。但速度不能持续变化，且有速度损失，传动不够平稳。1）滑移齿轮变速机构：其长处是变速范畴大，得到转速级数多；变速较以便，可传递较大功率；非工作齿轮不啮合，空载功率损失较少。其缺陷是变速箱构造复杂；划移齿轮多采用直齿圆柱齿轮，承载能力不如斜齿圆柱齿轮；传动不够平稳；不能在运转中变速。2）互换齿轮变速机构：其长处是构造简朴，不需要操纵机构；轴向尺寸小，变速箱构造紧凑；积极齿轮与从动齿轮可以对调使用，齿轮数量少。其缺陷是更换齿轮时费力；装于悬臂轴端，刚性差；备换齿轮容易散失等。因而，它合用于不需要经常变速或变速时间长对生产率影响不大，但规定构造简朴紧凑机床。3）多速电动机：其长处是可简化变速箱机械构造；在运转中变速，使用以便其缺陷是多速电动机在高、低速时输出功率不同，设计中普通是按低速小功率选定电动机，而使用高速时大功率就不能完全发挥其能力；多速电动机转速级数越多，转速越低，则体积越大，价格也越高；电气控制也较复杂。4）离合器变速机构：齿轮式离合器和牙嵌式离合器构造简朴，外形尺寸小；传动比精确，工作中不打滑；能传递较大转矩；但不能在运转中变速。片式摩擦离合器可实现运转中变速，接合平稳，冲击小；但构造较复杂，摩擦片间存在相对滑动，发热较大，并能引起噪声。对比以上两种方案，故选取直流电动机无级变速串联齿轮有级变速方式。2.8进给系统构成及选用纵向和横向进给是两套独立传动链，她们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副构成，它传动比应满足机床规定。为了保证进给伺服系统传动精度和平稳性，选用摩擦小传动效率改滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿册间隙机构采用滚动导轨可减少到贵贱摩擦阻力，便于工作台实现精准和微量移动，切润滑以便。图2.1伺服系统总体方案框图第三章主变速箱总体设计3.1电机选用[2]3.1.1车刀选取加工材料[3]表3-1加工材料及参数加工材料刀具材料加工形式主切削刀（,)构造钢及铸钢高速钢外圆纵车横车及镗孔14331.00.750刀具材料选取：选取W6Mo5Cr4V2，硬度（HRC）65抗弯强度3800Pa冲击韧性高温硬度（HRC）47.5选用理由：虽然此刀具磨削性能稍差，但热塑性好，合用于制导致形刀具及承受抗冲击刀具，且在高温时尚有较高硬度。拟定刀具重要参数(查资料[1])表3-2车削碳刚切削速度加工材料硬度高速钢V（米/分）硬质合金刚V（米/分）碳刚175-2752275切深t=3mm，走刀量s=0.3mm/r，当取So=0.55时，k1=0.70取to=5时，k2=0.91=0.700.9175=47.8m/min3）主切削力FZ=cFZ.apxfz.fyfz.vnfz.kFZ查文献[1]kFZ=11.1510.750.931=0.8前角为13o，主偏角45o，刃倾角为0o，刀尖圆弧半径2FZ=143330.450.751=1948.8N其中FZ所消耗功率占总切削功率95%左右，因此只需要计算FZ主切削力产生功率即可。4）切削功率Pm3.1.2选取电机1.考虑到机床传动比效率式中：，普通取0.75~0.85，大值合用于新机床，小值合用于旧机床。本次设计选用参照文献[2]，这里选用VFG1600M-750-5.5交流变频电动机，额定功率5.5KW，额定电压380W，恒扭矩输出范畴为30-750r/min,恒功率输出范畴为750-2250r/min，基准转速为750r/min。主轴规定恒功率调速范畴电动机恒功率调速范畴故可知主轴规定恒功率调速范畴远不不大于电动机所能提供恒功率调速范畴，故必要配以分级变速箱。同步若要简化变速箱构造，变速级数应当少些，变速箱公比可取不不大于电动机恒功率调速范畴，即>。故取Z=2，此时，变速箱公比为：由于>，变速箱每档内有某些低转速只能恒转矩变速，主传动系统功率特性图浮现“缺口”，称为功率减少区。使用“缺口”范畴内转速时，为限制转矩过大，得不到电动机输出所有功率。因而为保证缺口处输出功率，电动机功率应相应增大。计算可知在缺口处功率仅为：故重新选取电动机，选取型号为VFG1600M-750-7.5交流变频电动机，其额定功率为7.5kw，恒扭矩输出范畴为30-750r/min，恒功率输出范畴为750-2250r/min，基准转速为750r/min。电动机有关参数型号额定功率基准转速恒扭矩输出恒功率输出VFG1600M-750-7.57.5kwr/min75030-750750-2250图3.1电动机图3.2传动方案拟定传动方案：电动机输出，然后经带轮降速，再通过二级齿轮变速进行调速，最后传给主轴。查文献[4]可知V带传动比范畴为2~4，单级圆柱齿轮传动比范畴i=3~6。4.1传动比计算取带轮传动比为，并拟定小带轮与大带轮原则直径分别为80mm和160mm、带型为A型。经带轮降速后，最高转速，最低转速取20以满足需要，电动机转速可取160r/min=,则经带轮后转速为80r/min。额定转速。中间取360r/min以满足机床规定。则降速后转速为180r/min。则可知要达到机床规定，可用传动比为，查[2]拟定原则公比为1.50。同步80/20=查文献[2]拟定原则公比为3.98。162933.3拟定各级转速105103.4绘制转速图故计算可知：当电动机转速为2250r/min时，输出轴转速为当电动机转速为750r/min当电动机转速为360r/min当电动机转速为160r/min故可知主轴转速范畴为20.1~1687.5r/min，满足传动规定。105103.4绘制转速图最后，在图上补足各连线，就可以得到如下转速图。图3.2主变速系统转速图传动图如下：图3.3主变速系统传动图图3.4电动机功率图第四章主变速箱详细设计4.1带传动设计[4]电动机转速n=2250r/min，传递功率5.5kw，电动机轴与I轴之间降速比为i=2250/1125，即带传动传动比为2，两班制工作，一天运转16小时，工作年数。4.1.1拟定计算功率由参照文献[4]表8-7查得工作状况系数取=1.3，故：4.1.2选用V带型依照小带轮转速和计算功率，由文献[4]图8-10，选A带。4.1.3验算带速和拟定带轮直径1）初选小带轮基准直径参照文献[4]表8-6和表8-8，取小带轮直径2）验算带速其中———小带轮转速r/min———小带轮直径mm由于，故带速适合。3）计算大带轮直径依照参照文献[4]式8-15a，计算大带轮200mm4.1.4拟定带传动中心距和带基准长度设中心距为，则：于是，初取中心距带长：查参照文献[4]8-2取相近基准长度。带传动实际中心距：4.1.5验算小带轮包角普通小带轮包角不应不大于满足包角4.1.6拟定带根数1）计算单根V带额定功率Pr由查参照文献[4]表8-4a得。依照[4]表8-4b得查参照文献[4]表8-4得查表8-2得。于是：其中————时传递功率增量—————按小带轮包角，查得包角系数—————长度系数2）计算V带根数Z为了避免V型带工作时各跟带受力严重不均匀，限制根数不不不大于10，取。4.1.7计算单根V带初拉力最小值由参照文献[4]表8-3得B型带单位长度质量q=0.1kg/m，因此：其中Pca————带传动功率，KWV—————带速，m/sq__________每米带质量，kg/mV=1600r/min=11.78m/s4.1.8计算压轴力4.1.9带轮构造小带轮采用腹板式构造，详细构造见略。大带轮采用孔板式，详细构造略。4.2齿轮设计在传动副a中24/48这一对齿轮受到转矩最大，就先设计校核这一对齿轮。选用金属切削机床精度级别为7级精度。材料选取：由[5]表10-1选取小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45#钢（调质），硬度为240HBS，两者材料差为40HBS。试选用小齿轮齿数为Z1=20,Z2=80.一年按300天计算，设计工作，每天两班倒。按齿轮接触强度计算拟定公式内各计算数值试选载荷系数。计算小齿轮传递转矩由[5]表10-7选用齿宽系数。由表10-6查得材料弹性影响系数。由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮按接触疲劳极限。由公式10-13计算应力循环次数_由图10-19取接触疲劳寿命系数，。计算接触疲劳许用力取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得：（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径d1t，带入中比较小值计算圆周速度V计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比模数齿高齿宽与齿高之比计算载荷系数依照，7级精度由文献[5]图10-8查得动载荷系数KV=1.14，直齿轮，由表10-2查得使用系数KA=1，由表10-4用插值法差得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时1.423，由，查图（10-13）得。故载荷系数：按实际载荷系数校正所算分度圆直径由式（10-10a）得：计算模数m按齿弯曲疲劳强度计算由[5]式（10-5）得弯曲得设计公式为拟定公式内各计算数值由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳极限，。由图10-18取弯曲疲劳寿命KFN1=0.84，KFN2=0.87计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得计算载荷系数K查取应力校正系数，由表10-5查得YFa1=2.80，YFa2=2.22查取应力校正系数，由表10-5查得YSa1=1.55，YSa2=1.77计算大，小齿轮并加以比较通过比较，大齿轮数值较大设计计算对此设计成果，由齿接触疲劳强度计算模数不不大于由齿根弯曲疲劳强度计算模数，由于齿轮模数m大小重要取决于弯曲强度所决定承载能力，而出面接触疲劳强度所决定承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数乘积）关于，可取弯曲强度算得模数2.728mm，就近圆整为原则值m=2.5mm，按接触强度算得分度圆直径d1=79.971mm，算出小齿轮齿数圆整为Z1=35几何尺寸计算1）计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度取，同理可得配合齿轮参数取，4.3轴设计4.3.1轴初步设计轴材料选取（查文献[6]表15-1）表4-2轴材料及力学性质材料热解决抗拉强度极限弯曲疲劳极限许用弯曲应力45钢调制64027560毛坯直径硬度屈服强度极限剪切疲劳极限—217-255355155—传动轴所传递功率参照文献[7]P7取V带传动效率=0.95，离合器效率为=0.99，轴承效率，齿轮传动效率为，电机传动效率为。计算各轴最小轴径公式查文献[4]P370（15-3）查表15-3取取取各轴传动转矩表4-3轴重要参数列表轴名计算转速r/min传动功率KW传动转矩最小直径mmI轴11255.5346.9440II轴3755.26133.95504.4轴承选取[6]选取轴承类型根据：轴承所受负载大小，方向及性质，轴向固定形式，调心性能规定，刚度规定，转速环境等等。4.5.1轴I，轴II轴III轴承选取由于轴径向载荷不不大于轴向载荷，故轴向载荷可以忽视不计，且转速高，查文献[4]P145、148表6-1。表4-4轴I轴承型号dDBdaDaras额功额静630840902348801.531.222.2主轴由于受轴向力和径向力，本次设计选用角接触球轴承。表4-5轴II轴承型号dDBdaDaras额功额静7210AC5090205783132.826.84.5选取离合器离合器功能离合器是一种可以通过各种操作方式，实现主从某些在同轴上传递运动时具备结合或分离装置。离合器可以实现相对启动或停止，以及变化传动件工作状态，达到变化传动比。此外，离合器还可以作为启动或过载时控制转矩大小安装保护装置。离合器类型按离合器结合原件传动工作原理，可分为嵌合式离合器，按实现离合动作过程可分为操纵式和自控式；按离合器操纵方式，则可分为机械式、气压式、液压式、和电磁式。离合器选用本数控车床系采用矩形牙嵌式离合器；作为结合件。初选圆片摩擦离合器尺寸如下：（参照文献[8]P6-239）表4-6摩擦离合器尺寸d（mm）D（mm）L（mm）a（mm）b（mm)c(mm）h（mm）4010020070955304.6轴上键选取[6]键是用来连接轴及轴上传动件，如齿轮，皮带轮等，起传递扭矩作用。惯用键有普通平键，半圆键和钩头楔键三种，选用时可依照轴直径查键原则，得出它尺寸。表4-6各轴上键选取轴轴类型规格连接方式Ⅰ平键8*7*56静连接花键6*26*30*6动连接Ⅱ平键10*8*25静连接花键8*36*40*7动连接第五章进给伺服系统设计5.1进给伺服系统简介数控机床伺服进给系统是以机械位移为直接控制目的自动控制系统，简称伺服系统。它重要由伺服驱动单元、伺服电动机、机械传动装置、执行元件和位置检测反馈单元等某些构成，其中开环控制伺服系统无位置检测反馈单元。伺服系统输入与数控插补器相联，接受指令信号控制，其输出与机床机械运动相联，完毕预定直线或转角位移。伺服进给系统按照数控加工对轨迹规定可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制；按照有无检测元件安装位置可分为开环控制、闭环控制和半闭环控制；按照反馈信息和比较办法不同可分为脉冲比较、相位比较和幅值比较。5.2传动系统设计及计算5.2.1进给传动系统设计时要考虑方面1）间隙。间隙是控制系统中非线性因素，引起一种直接时间滞后，导致随机误差和增长不稳定倾向，应尽量减小或消除。2）刚度质量比。传动链弹性变形会产生时间滞后和超越，产生误差，但增长构造导致惯性大也会使系统动态性能下降，调节困难。故应设计刚度质量比大构造以满足规定。3）摩擦。摩擦会使加速性能下降，特别应尽量减小静摩擦力和动摩擦力之差，防止产生自激振动或爬行。4）阻尼。阻尼会增大误差，但能减小超调量，有使系统稳定作用，故应在系统内有恰当阻尼。5.2.2设计环节1）选取控制形式精度规定高时，普通采用闭环控制，但对于大型机床，受传动链刚度和固有频率限制，应采用半闭环或开环控制。规定精度不太高时，普通采用半闭环控制。依照以上原则，选用开环控制系统。2）选取驱动元件重要考虑惯量匹配规定，电机惯量过大时，其加速性能得不到充分发挥，太小时与负载惯量不匹配，影响整个系统伺服性能。选用。本设计方案选用步进电动机来驱动。已知脉冲当量为0.01，最大进给速度，则电动机工作频率选用电动机型号为90BF004表5-1电机重要技术参数型号外型尺寸质量外径长度轴径90BF0049011893表5-2电机重要技术数据重要技术数据步距角（）最大静转矩最高空载启动频率运营频率相数电压V电流A0.75/1.52.540001600056073）机械传动装置设计①选取执行机构由于移动行程不大于4，故采用滚珠丝杠传动。滚珠丝杠精密、敏捷、传动效率高，通过预加载荷，能消除丝杠和螺母间间隙，提高传动精度。②选取导轨类型要考虑尽量减少摩擦力，故采用滚动导轨。为了满足系统稳定性规定，应恰当增长导轨阻尼比，故选用=0.05。③计算降速比查[3]P116得降速比公式步进电动机与轴直接相连，故由可初步求出丝杠导程则④惯量计算由[3]P117得工作台折算到丝杠上转动惯量工作台质量则由高速轴向低速轴折算惯量4）滚珠丝杠副设计计算滚珠丝杠副滚珠循环方式为螺旋槽式，此方式特点是：机构简朴，承载能力较高。但回球槽与通孔联接处曲率半径小，钢球流畅性较差，挡球器端部易磨损。滚珠丝杠副调隙方式选用垫片式调隙，其特点是：构造简朴，装卸以便，刚度高；但调节不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和预紧。支承方式采用两端固定①滚珠丝杠选取依照螺距，选取滚动螺旋副尺寸如下表：表5-3滚动螺旋副尺寸螺距钢球直径圈数列数公称直径螺纹升角与承载能力14500选取螺纹滚道型面为双圆弧形式。滚珠丝杠设计计算a.平均载荷由于丝杠控制是纵向进给，故轴向切削力可忽视不记，b.平均转矩c.寿命计算前面已选定，选用工作寿命，则寿命系数载荷系数选用硬度影响系数选用短行程系数符合寿命条件d.静载荷计算前面已选定选用硬度影响系数符合静载荷条件e.螺杆强度当量应力公式为电机最大输出转矩则满足规定f.稳定性螺杆端部构造为两端固定，长度系数螺杆最大工作长度螺杆危险截面惯性半径故得临界载荷则2.5～4，满足稳定性规定。g.螺杆系统刚性轴向载荷使导程产生变形转矩使导程产生变形对于钢，螺杆材料弹性模量，切变模量已知工作行程，则轴向载荷使钢球和螺纹滚道产生轴向变形量依照式，得比较合理取载荷分布不均系数每圈螺纹内滚动体数量取整数32。工作螺母钢球数量则螺杆系统各轴向弹性变形量之和螺杆系统刚性符合。h.横向振动临界转速依照螺杆端部构造为两端固定，取系数已知螺杆两支承间最大距离满足规定。i.效率由旋转运动变为直线运动时符合。由直线运动变为旋转运动时符合。通过以上一系列计算和校核，可以拟定所选滚珠丝杠适当。此外，在设计中还应注意如下问题：防止逆转：滚动螺旋传动逆效率高，不能自锁。为了使螺旋副受力后不逆转，应设立防止逆转装置，在传动系统中设有可以自锁机构。防止螺母脱出：在滚动螺旋传动中，特别是垂直传动，容易发生螺母脱出导致事故，设计时必要考虑防止螺母脱出安全装