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CLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计摘要电火花线切割加工(wire－EDM)是一种基于电火花性流程加加工技术的适应性流程加工技术，它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模，挤压模，粉末合金的铸模和标准模板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高模床或者昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。由于电火花线切割加工技术是机电一体化技术，是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。我的设计课题是DK7732数控电火花线切割加工机床。DK为数控电加工机床，77为电火花线切割机床。32为机床工作台宽度。此次设计包括机床的总体布局设计，横向进给，纵向进给设计。其中还包括齿轮的强度计算，滚珠丝杆校核，轴承寿命的验算。控制系统包括步进电机控制电路和脉冲电路，这是数控电火花加工机床的重点设计部分，也是难点。步进电机电路设计包括硬件电路设计和软件系统设计。详细说明了芯片的扩展、键盘显示器接口的设计等等。脉冲电源电路采用高低压复式脉冲电源，它是由晶体管及分立元件组成的电路，输出高低压复式脉冲，可以同时供给两个放电间隙加工，提高生产效率。关键词数控电火花切割加工；主轴运动；步进电机；脉冲电源2\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计ABSTRACTWireelectrical-dischargemachining(wire-EDM)IisanadaptationofthebasicEDMprocess,whichcanbeusedforcuttingcomplextwo-andthree-dimensionalshapesthroughelectricallyconductingmaterials.Wire-EDMismostcommonlyusedforthefabricationofpressstampingdies,extrusiondies,powdercompositiondies,profilegages,andtemplates.Complicatedcutoutscanbmadeindifficult-to-machinemetalswithouttheneedforhigh-costgrindingorexpensiveshapedEDMelectrodes.Becausethetechnologyofwireelectrical-dischargemachiningisthetechnologyofmechatronics,anditistheintegrateapplicationofmanysubjectsandprofessionalknowledge,forexamplemechanism,electrician,electron,numericalcontrol,autocontrolandcomputerapplication.MydesignsubjectisDK7732numericalcontrolelectrical-dischargeperforationmoldingmachiningtool.DKmeansnumericalcontrolmachiningtool.77meanswireElectrical-dischargeperforationmoldingmachiningtool.32meansthewidthoftool’sworktable.Thedesigncontainscollectivitydistributiondesign,landscapeorientationfeeddesign,circumgyrateworktabledesign.Itstillincludesintensioncalculationofgearwheel,thecheckingofpartcontainsthecircuitofpulseelectricalsource.Thispartisthemostimportantpartofnumericalcontrolelectrical-dischargemachiningtool,anditisveryhardforme.Thedesignofstep-by-stepelectromotorcontrolincludeshardwarecircuitdesignandsoftwaresystemdesign.ItexplainstheenlargingofCMOSchipandthedesignofkeyboarddisplayinterface.Thecircuitofpulseelectricalsourceuseshighandlowvoltagepulseelectricalsource.Thecircuitiscomposedbytransistorandnuattachedelements,itexportshighandlowvoltagepulse,whichcanapplywhittwoelectrical-dischargeintervalandimproveproductivity.KeywordsNumericalcontrolwireelectrical-dischargemachining；principleaxismotion；step-by-stepelectromotor；pulseelectricalsource2\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计目录1总体方案设计错误！未定义书签。1.1总体方案的拟定错误！未定义书签。1.2主要技术参数的确定错误！未定义书签。2储丝走丝部件结构设计错误！未定义书签。2.1储丝走丝部件运动设计错误！未定义书签。3储丝走丝部件主要零件强度计算错误！未定义书签。3.1齿轮传动比的确定错误！未定义书签。3.2齿轮齿数的确定错误！未定义书签。3.3传动件的估算错误！未定义书签。3.4齿轮模数估算错误！未定义书签。4储丝走丝部件主要零件强度验算错误！未定义书签。4.1齿轮强度的验算错误！未定义书签。4.2主轴的验算错误！未定义书签。5主轴组件结构设计错误！未定义书签。5.1轴承的配置形式错误！未定义书签。5.2主轴组件的调整和预紧错误！未定义书签。6进给传动设计错误！未定义书签。6.1进给传动运动设计错误！未定义书签。6.2滚珠丝杆螺母副的型号选择和滚珠丝杆的选型和校核错误！未定义书签。7步进电机的选用错误！未定义书签。8进给机构支承设计错误！未定义书签。8.1螺杆的支承形式错误！未定义书签。9数控系统硬件的电路设计错误！未定义书签。9.1单片机设计错误！未定义书签。9.2系统扩展错误！未定义书签。9.3显示器接口设计错误！未定义书签。9.4步进电机控制电路设计错误！未定义书签。9.5光电隔离电路设计错误！未定义书签。9.6部分控制程序错误！未定义书签。9.7其他接口电路设计错误！未定义书签。科技译文错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。2\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计1总体方案1.1CLK6140的现状和发展自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。数控技术的发展趋势：1.1.1性能方面的发展趋势（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1.1.2功能发展方面（1）用户界面图形化（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1.1.3体系结构的发展（1）集成化（2）模块化（3）网络化（4）开放式闭环控制模式1.2CK6140数控卧式车床的总体方案论证与拟定1.2.1数控车床53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计数控车床又称数字控制（Numbercalcontrol，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，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装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2.2CK6140数控卧式车床的拟定1.CK6140数控卧式车床具有定位，纵向和横向的直线插补功能，还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。2.CK6140数控卧式车床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。3.根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，=1.264.根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路，包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。5.纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。6.为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率的滚珠丝杆螺母副，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侧间隙的机构。7.采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。（附注：伺服系统总体方案框图1.1）53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计图1.1伺服系统总体方案框图2机械部分设计计算说明2.1主运动部分计算2.1.1参数的确定一.了解车床的基本情况和特点---车床规格系列和类型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(mm)是400;刀架上最大工件回转直径大于或等于200;主轴通孔直径d要大于或等于36;主轴头号(JB2521-79)是6;最大工件长度L是750~2000;主轴转速范围是:32~1600;级数范围是:18;纵向进给量0.03~2.5r/mm;主电机功率是5.5~10KW二.参数确定的步骤和方法1.极限切削速度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:53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计2.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=400mm,则主轴极限转速应为:=2000r/min3主轴转速级数Z和公比机床中常用的公比为1.26和1.41,本例考虑适当减小相对速度损失,选定由于转速范围4.主电机功率--动力参数的确定合理地确定电机功率N,使机床既能充分发挥其使用性能,满足生产需要,又不致使电机经常轻载而降低功率因素.因此,采用估算法确定轻型机床电机功率.1)主(垂直)切削力:2)切削功率:3)估算主电机功率:所以,N值按我国生产的电机在Y系列三相异步电动机中选择，电机型号为Y132S-4，额定功率选取则为5.5KW。电机的外形及安装尺寸见下：53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计图2.1异步电机的外形及安装尺寸2.1.2.传动设计1.级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组成,各传动组分别有个传动副,即:传动副数由于结构限制以2或3为合适,即变速级数Z应为2和3的因子:所以18级转速的结构的传动副只有2,3,3的形式2.由于I轴要安置换向磨擦离合器，为减小轴向尺寸,第一传动组的传动副数不能多,所以2为宜.主轴对加工精度,表面粗糙度的影响最大.因此,主轴上齿轮少些为好.最后一个传动组的传动副常选用2.另外,最后扩大组的传动副数目时的转速范围远比Z=3时大.因此,在机床设计中,因要求的R较大,最后扩大组的传动副数目取2更为合适.所以,考虑在原有传动副基础上增加一个变速组.3.在传动顺序的安排方面,由于I轴装有摩擦离合器,在结构上要求有一齿的齿根圆大于离合器的直径,再加上上面提到的增加一个变速组,因此最后的结构式为其中第三扩大组的级比指数不遵守正常规律,缩减为(12-6)=6,这样会出现6级重复转速.2.1.3转速图拟定1.主电机的确定1)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,按要求选取近似的标准值5.5KW.2)电机转速机床中最常用的是3000r/min和1500r/min两种,在这取1500r/min.3)多速电机的应用53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计多速电机的转速比为2,传动系统的公比应是2的3次方根.这时,多速电机的转速变换起着系统中第一扩大传动组的作用,相应基本的传动级数为2,这样,使传动系统的机床结构化.4)选用的电机由于电机的估算功率为4.95KW,所以最后选用Y132S-4的电机,额定功率为5.5KW,满载转速为1440r/min.2.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.最后,装有离合器的车床的电机,主轴最高转速,I轴转速分别为1440r/min,2000r/min,960r/min.对中间传动轴转速的选取原则是:妥善解决结构尺寸大小与噪音,振动等性能要求之间的矛盾.对高速轻载机床,中间轴转速宜取低些.3.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:1)升速传动中,最大传动比必需小于或等于2.过大,容易引起振动和噪音.2)降速传动中,最小传动比必需大于或等于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.2.1.4带轮直径和齿数的确定1.带轮直径确定的方法,步骤1)选择三角带型号根据计算功率和小带轮转速查图最后选择三角带型号为B型。2)确定小带轮的直径各种型号胶带推荐了最小带轮直径,查表及根据实际确定小带轮直径为180mm。3)计算大带轮直径根据要求的传动比u和滑动率确定大带轮直径。三角胶带的滑动率，三角带传动中，在保证最小包角大于的条件下，传动比可取，在这取u=1.5。当带传动为降速时：2．确定齿轮齿数用查表法，根据要求的传动比u和初步定出的传动齿轮副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数。在选取齿数时，应注意：1）不产生根切。一般取2）保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽壁厚m为齿轮的模数，一般取53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计。1）同一传动组的各对齿轮副的中心距离应当相等，若模数相同时，则齿数和亦应相等。3．拟定转速图根据公比及结构式，分配各变速组的最小传动比，拟定转速图，过程如下：1）决定轴的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以了后一个变速组的最小降速成传动比取极限值1/4，公比，因此从V轴F点向上六格，在IV轴找到E点，连结FE线即为IV—V轴的最小传动比。2）决定其余变速组的最小传动比根据：“前缓后急”的原则，轴III—IV，II—III间变速组取，即从E点向上移四格，在III轴取D点，在从D点向上移四格，在II轴取C点，I轴由于转速为960r/min,所以直接在转速图上量取。最后转速图如下图所示：图2.2传动系统转速图53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计根据转速图及查表得到齿轮齿数，经过合理安排各轴传动，得到最后的传动系统图如下图所示：图2.3传动系统结构图2.1.5传动件的估算和验算：1．三角带传动的计算1）上下节已经确定带型为B型，小带轮直径，大带轮直径2）确定三角带速度3)初定中心距带轮的中心距通常根据机床总体布局初步选定4）确定三角带的计算长度及内周长三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计将算出的的数值圆整到标准的计算长度L，并通过查表得到相应的内周长度为2240，修正值Y=33，所以通过截面中心的计算长度5）验算三角带的挠曲次数u6)确定实际中心距A式中7）验算小带轮包角确定三角带根数Z所以：Z取3根。2．传动轴的估算和验算1）传动轴的估算当轴的长度及跨距未定，支承反力及弯矩无法求得时，可先按扭转刚度或扭转强度对轴的直径进行估算。由于效率（从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积，不计该轴轴承上的效率）对估算轴径影响不大，可以忽略，所以可以认为各传动轴的额定率，然后根据各轴的计算转速计算转矩T，然后根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算各传动轴的轴径。主轴计算转速根据转速图依次可查得各轴的计算转速如下：53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计轴：轴材料的许用切应力，查表取35MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴：轴材料的许用切应力，查表取30MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴：轴材料的许用切应力，查表取32MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴：轴材料的许用切应力，查表取35MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴V：轴材料的许用切应力，查表取32MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。2）传动轴刚度的验算：轴的刚度不足，在工作中将会产生过大的变形而影响轴上零件的工作能力，甚至影响机器的工作性能。所以对有刚度要求的轴，还必须进行刚度验算。轴的刚度分为弯曲刚度和扭转刚度两种。前者以挠度和偏转角来度量，后者以扭转角来度量。轴的刚度计算通常是计算轴受载时的变形量，使其不大于允许值。对一般受弯矩作用的轴，需要进行弯曲刚度验算。主要验算轴轴端的位移和前轴承处的转角。如果切削力F和传动力Q不在同一平面内，应将其分解为要相互垂直的两个平面内分别求出数值，再按向量进行合成。由于本次设计中轴结构较为复杂，因此把它作为为验算的对象。其所受到的力可简化为如下形式的简支梁的形式。粗略计算，可将花键轴近似简化为等直径的轴，采用平均直径来进行计算：D,d分别为花键轴的外径和内径长度。最终的估算外径为53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计扭矩T=N·mm=N·mm弹性模量E=MPaI=受力简图如下图所示：根据材料力学教材上的公式，得轴的转角和最大挠度如下：以上各式中a=185mm，b=430mm，l=615mm将其余已知条件下代入上面各式中得=0.00125=-0.00253\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计=-0.002=0.02=0.039扭转角的绝对值小于一般主轴的规定,轴弯曲变形允许值：轴的类型允许挠度变形部位允许倾角一般传动轴刚度要求较高的轴安装齿轮的轴安装埚轮的轴(0.0003~0.0005)L0．0002l（0.01~0.03缉m(0.02~0.05)m装向心轴承处装齿轮处装单列圆锥滚卐轴承处装滑动轴承处装单列短圆柱滚子轴承处0.00250.0010.00060.0010.001注：L—轴的跨距（mm）,m—齿轮，蜗轮模数（mm）经过验算轴的倾角及挠度均满足工求，其它轴ɿ同理也满足。3．齿轮校数的估算和计算1估算：按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各系数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。按齿轮弯曲疲劳的估算mm按齿面点蚀的估算mm其中为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。由中心距A和齿数和求出模数：53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计1mm根据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。由转速图中的各数据代入上式得：Ⅰ轴传到Ⅱ轴的模数=1.67mm=66mm=1.65mm为了便于后面的设计模数取标准值2.5。Ⅱ轴传到轴III的模数=2.1mm=89mmmm按标准模数取2.5。Ш轴传到IV轴的模数=2.61mm=120mmmm按标准模数取3。IV轴传到V轴的模数53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计=2.62mm=131mmmm按标准模数取3。2)计算：根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：选用I轴上最小齿轮为计算依据−−大齿轮与小齿轮的齿数比，−−工作情况系数，取1.4−−动载荷系数，查表取1.2−−齿向载荷分布系数，查表取1.04−−寿命系数，−−工作期限系数，−−为I轴上齿轮的最低转速：960r/minT−−预定的齿轮工作期限，取T=18000h为疲劳曲线指数取3，为基准循环次数取。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计−−转速变化系数，查表取0.82−−功率利用系数，查表取0.51−−材料强化系数，查表取0.73−−齿宽系数，查表取8−−许用接触应力，查表取45号钢调质时的接触应力为600MPa=1.97mmY−−齿形系数，查表取0.438−−许用弯曲应力，查表取45号钢调质时的弯曲应力为220MPa。所以Ⅰ轴传到Ⅱ轴的模数满足要求，同理可计算出其它齿轮的模数也都满足估处时的模数值。4．片式磨擦离合器的选择和计算一．按扭矩选择一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩和额定动扭矩满足工作要求，静扭矩的计算方法如下：则各轴静扭矩必须满足的条件如下：53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计二．步骤：1．决定外磨擦片的内径根据结构需要，如为轴装式时，磨擦片的内径应比安装轴的轴径大2-6mm。2．选择磨擦片尺寸可选用通用型磨擦片系列尺寸或自行设计。3．计算磨擦面对数Z式中：对湿式离合器，建议Z值不大于16，经过估计计算，最后确定离合器的磨擦面对数Z都取6。4．磨擦片片数磨擦片总数为Z+1=7片，至于是内片多一片还是外片多一片，则由具体结构而定。最后各轴选定的离合器见下：I轴：DLM3-5II轴：DLM3-10III轴：DLM3-10IV轴：DLM3-16V轴：DLM3-252．1．6展开图设计一．结构设计的内容，技术要求和方法1．设计的内容设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联接件的结构设计与布置，用一长展开图表示。2．技术要求主轴变速箱是机床的主要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题（这是本次设计的中型车床的数据）。1）精度53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计车床主轴部件要求比较高的精度。如：主轴的径向跳动0.01mm；主轴的横向窜动0.01mm；2）刚度和抗振性综合刚度（主轴与刀架之间的作用力与相对变形之比）：D—最大回转直径mm。在主轴与刀架之间的相对振幅的要求：等级ⅠⅡⅢ振幅（0.001mm）≤1≤2≤33）传动效率要求等级ⅠⅡⅢ效率≥0.85≥0.80.754）主轴前轴承处温度和温升应控制在以下范围：条件温度温升用滚动轴承≤70℃≤40℃用滑动轴承≤60℃≤30℃噪声要控制在以下范围等级ⅠⅡⅢ53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计dB≤78≤80≤835）结构应尽可能简单、紧凑，加工和装备工艺性好，便于维修和调整。6）操作方便，安全可靠。7）遵循标准化和通用化的原则。3．设计方法主轴变速箱结构设计是整个机床设计的重点。由于结构比较复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式图之前，最好能先画草图。目的是：1）布置传动件及选择方案。2）检验传动设计的结果中有无相互干涉、碰撞或其它不合理的情况，以便及时改正。3）确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。为达到上述的目的，草图的主要轮廓尺寸和零件之间的相对位置尺寸一定要画得准确，细部结构可不必画出。二.展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴延其轴线剖开，并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。因此，展开图是传动设计的结构化，是表达主轴变速箱内传动关系以及各传动轴（包括传动部件）的结构的。结构设计时，可能要修改传动设计。同一传动方案可能有不同的布置和结构设计。车床主轴变速箱中的一些设计范例可为我们提供参考。1.离合器结构与轴上的传动齿轮由于每一对齿轮啮合传动都需要离合器来带动，因此本次设计把齿轮和联轴器做成一体，但这样轴间距离加大。2.反向机构利用机械传动实现主轴反转需要一个惰轮，也有两种方案，一种是增加专门用来转惰轮的短轴。这种短轴常是悬臂的，刚性差，齿轮接触不好，容易引起振动和噪声。另一种结构是将惰轮装在有两个支承的传动轴上，轴的刚性好，有利于降低噪声。本次设计中选择的是后者。反向转速一般大于、至少等于正转转速，低于正转的反转转速是不合理的，设计的时候一定要考虑的问题。本次设计中，反向的转速和正转的转速一样，也有18级转速可以调节。3.变速方案与传动件的布置变速方案有很多种选择，滑移齿轮结构紧凑，也最常用.也可用离合器变速，例如齿式离合器。自动化程度较高的机床，要求不停车进行变速，变速方案不同，布置也不同，故本次设计中采用这种齿式离合器形式。总体布置的时候需要考虑制动器的位置，制动器可以布置在背轮轴上，也有放在其它轴上的。总之制动器不要放在转速太低的轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸增大。所以制动器一般放在转速较高，传递扭矩较小的轴上，因此本次设计时将制动器安装在转速较高的II轴上。齿轮在轴上的布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸。减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。每一种布置方案的实现，都必须具备某些条件。设计时，应根据条件尽可能选择轴向尺寸较小的方案。三.I轴（输入轴）的设计1.I轴的特点1)53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计将运动传入变速箱的带轮，一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴不受带的拉力（带轮卸荷）。2)若Ⅰ轴上安装正反用的离合器，由于组成离合器的零件很多，在箱内装备很不方便，一般都希望在箱外将Ⅰ轴组装好后再整体装入箱内（最好是连皮带也组装在上面）。2.卸荷装置带轮将动力传到Ⅰ轴有两种方式：一类是带轮直接装在Ⅰ轴上。除传递扭矩外，带的拉力也作用在轴上。另一类是带轮装在轴承上，轴承套装在套筒（法兰盘）上，传给轴的只是扭矩，径向力有固定在箱体上的套筒承受。这种结构称为卸荷装置。本次设计中,采用的是后者的形式。3.换向装置车床上的反转主要用于加工螺纹时退刀。车短螺纹时，换向频率比较高。实现正反转的变换有很多种方案。最简单的可直接由电机正反转来实现。这时传动链始终啮合，电机起动电流很大，容易发热，严重时会烧毁电机。所以只适用于换向频率低的场合。利用离合器可以频繁换向，中型车床上目前用得较多。本次设计中采用的是离合器这种装置。4.正反向离合器正反向的转换，希望在不停车的状态下进行，常采用片式磨擦离合器。由于是装在箱内，都采用湿式，本设计使用的是电磁离合器。5.离合器的操纵方式离合器的操纵有：机械式、电磁式和液压式。本次设计中采用的操纵是电磁式，电磁离合器的磨擦片的压紧是由电磁铁的吸引力来达到，它的机械结构比较简单。其中又分为有滑环和无滑环两种多片式电磁离合器。两种结构的主要不同处是装有线圈的磁轭。有滑环的磁轭直接装在轴上，和轴一起旋转。由于线圈是转动的，它必须通过滑环和电刷从电源取得电能。无滑环的磁轭是装在滚动轴承上，线圈不随之转动，因此它不需要滑环和电刷，维也纳护较为方便。两种结构比较，无滑环式增加了一件和磁轭之间有固定气隙的极环，用螺钉与轴套相联，极环中设有隔磁铜环，磁轭的端部有6个均布沟槽，安装时，将与箱体固定的挡铁嵌入槽中，以防磁轭补带动回转。6．空套齿轮的结构I轴上装有正反向转换用的片式离合器时，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时，才与轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴的回转方向是相反的，二者相对转速很高。结构设计时应考虑到这一点。齿轮与轴之间的轴承，可以用滚动轴承，也可以用滑动轴承，在本次设计中采用滚动轴承。四．齿轮块的设计1.特点齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪声，常成为变速箱的主要噪声源，并不影响主轴回转均匀性。在齿轮快设计时，应充分考虑到这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决下列有关因素：1）是固定齿轮还是滑移齿轮；2）移动滑移齿轮的方法；3）齿轮精度和加工方法。2.精度等级的选择变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度的选择决定于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度较高，振动和噪声越大，根据实验结果得知，圆周速度增加一倍，噪声约增大6dB。直齿齿轮的精度选择推荐如下：53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计齿轮圆周速度精度等级U〈8m/s8-7-7Dc；U=8～15m/s7-6-6Dc；U〉15m/s6-5-5Dc；工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差更大，所以这两项精度应选高一级。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度。大都是7-6-6，圆周速度很低的，才选8-7-7。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮就应选6-5-5。在本次设计中，精度的选择就是以上所说的情况。主传动齿轮选用的是：7-6-6。3.结构与加工方法的关系不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机就可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的7级齿轮一般滚（插）后要剃齿，是精度高于7级，或者淬火后在珩齿。6级精度齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。多联齿轮块的结构形式，一般要满足一些条件。各部分的尺寸推荐如下：1）空刀槽bk插齿时：模数1～2mmbk≥5mm；模数2.5～4mmbk≥6mm。为了布置与作图的方便，本次设计中所选的空刀槽bk=8mm2）齿宽b齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿的制造误差和轴的变形，可能接触不均，反而容易引起振动和噪声。一般b取（6～10）m。式中m——模数。齿轮模数m小，装在轴的中部或者是单片齿轮，取大值。齿轮模数m大，装在靠近支承处或者是多联齿轮，取小值。在传动过程中，相互啮合的一对齿轮，小齿轮的齿宽一般要比大齿轮的齿宽大2mm左右，在此取2mm。由于本次设计中m分别为2.5mm或3mm。根据算得的模数，结合强度要求，取齿宽为：b=16mm或18mm3）其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角的性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。本设计中圆齿时，采用的圆齿高度h=5mm。选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。4)齿轮的轴向定位53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计要保证正确的啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮的轴向位置由操纵机构的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配后最后调整确定，本次设计采用了隔套定位和轴肩定位和半圆卡定位以及弹簧卡圈定位。五.传动轴设计1.特点机床主轴，广泛采用滚动轴承作支承，轴上要安装齿轮、离合器、和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。首先，传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大，两中心线误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。2.轴的结构传动轴可以是光轴也可以是花键轴，这些在轴加工中并无困难，所以装移齿轮的轴采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也采用花键轴。花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。轴的部分长度上的花键，在终端上有一段不是全高，不能和花键孔配合。这是加工的过渡部分。具体的作图可参考曹金榜主编的《机床主轴变速箱设计指导》。一般的尺寸花键的滚刀直径为65～85mm。3.轴承的选择机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升空载功率和噪声等方面，球轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求比较高。因此，球轴承用得更多。但滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以，在没有轴向力时，也常采用这种轴承。这种轴承的形式和尺寸的选择，取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件。同一轴心线的箱体支承直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔工艺。既要满足承载能力要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求。两孔间的最小间隙壁厚，不得小于5～10mm，以免加工时孔变形。花键轴两端装轴承的轴径尺寸至少有一个应小于花键的内径。一般传动轴上轴承选用G级精度。滚动轴承是外购标准件，可以简化画法，但类型必要表示清楚与其它零件的相关尺寸如：外径、内径和宽度必须按实际尺寸画。在本次设计过程中，进给箱中的各轴没有承受什么大的轴向力，所以，进给箱中的各个轴承采用了使用最为广泛的深沟球轴承，这种轴承的传动效率较高，且可以承受较轻的轴向力，比较符合实际。在没有承受轴向力的中间传动轴的两端，采用的是圆锥滚子轴承。4.轴的轴向定位传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置的确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴其轴向定位就更加重要。回转轴的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意：1)轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。2)轴承的间隙是否需要调整。3)整个轴的轴向定位是否需要调整。4)在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。5)加工和装配的工艺性等。本次设计采用的是：两端均用轴承盖、调节螺钉（骑缝）定位53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计，两端均用调节螺钉，除能方便地调节轴承预紧力外，还可调节轴系的轴向位置，以便使啮合齿轮对齐。箱体孔台阶和轴承盖，调节螺钉定位，能方便地调节轴承的预紧力，适用于滚锥轴承的轴系定位，但箱体的台阶孔加工稍难。压盖和轴肩定位，结构简单，装配加工也较方便。弹簧卡圈定位，结构简单，装配方便。六.主轴组件设计主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具的主轴参与切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面来考虑。1.各部分尺寸的选择主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。1)内孔直径车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。我国已有标准可循。本次根据实际情况，选用通孔直径φ=50mm。2)轴径直径前支承的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺寸，结构确定后再进行核算。3)前锥孔尺寸前锥孔用来装顶尖或其它工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。莫氏号的选择：车床最大回转直径D320400莫氏锥度号4或5号5或6号本次设计中，由于车床最大回转直径D=400mm，所以选用莫氏锥度号5号。标准莫氏锥度尺寸：简图莫氏号大端直径D锥度（D-d）/L长度53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计544.3991：19.0221304)支承跨距及悬伸长度为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度a，选择适当的支承跨距L。一般推荐取：L/a=3～5。跨距L小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，L/a应选大值，轴刚性差时，则取小值。跨距L的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。5)头部尺寸的选择考虑与主轴前径直径相匹配，本次设计采用B型结构。2.主轴轴承1)轴承类型的选择主轴前轴承的轴承类型选择：在主轴前端，选用的轴承类型是双列短圆柱滚子轴承，这种轴承承载能力比较大，内孔有1：12的锥度，磨擦系数小，温升低，可以用来承受主轴的径向力。然后再用一对推力球轴承来支承轴的轴向力。在主轴的最左端（带轮处），用双列短圆柱滚子轴承，并用孔用弹性挡圈与箱体固定。2）轴承的配置大多数机床主轴采用两个支承，结构简单，制造方便。但为了提高主轴刚度也有用三支承的。三支承结构要求箱体上三支承孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支承为主要支承，第三个为辅助支承。辅助支承轴承(中间支承或后支承)保持比较大的游隙（约0.03-0.07mm），只有在载荷较大，轴产生弯曲变形时，辅助支承轴承才起作用。轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前支承，后支承还是分别布置在前，后两支承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的复杂程度，应根据机床的实际要求确定。在配置轴承时，应注意以下几点：a.两个支承点都要能承受径向力。b.两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。c.径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支承件承受。3）轴承的精度和配合53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。普通精度级机床的主轴，前轴承选C或D，后轴承选D或E级。选择轴承精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。提高了精度，轴承的价格随精度显著提高。轴承与轴和轴承与箱体之间，一般都采用过渡配合，采用比一般轴要松一些的配合，可用j5，js5，j6，js6。另外，轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔的形状误差都会反映到轴承道上去。所以，轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。具体的配合关系见装配图。4）轴承间隙调整：轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确的控制，但调整的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于有1：12的内锥孔，内圈将胀大消除间隙。在这次设计中，采用了螺母来调节主轴各传动件之间的间隙。调整好后，可以用螺母上的锁紧螺钉加以固定，调节较为方便。特别要注意：调整螺母的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两面三刀个端面的平行度都有要有较高要求。否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。3．主轴和齿轮的连接由于主轴所承受的力较大，所以主轴采用花键的形式。具体的花键型号见花键轴的选择。4．润滑与密封主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管引到轴承处。主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难，防漏的措施是加密封装置阻止油外流。本次设计由于机床是在有大量切屑，灰尘和冷却液的环境中工作，因此采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。5．其它问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。装轴承处的箱壁应该加凸缘提高刚度，以免由于箱体局部变形而破坏轴承精度。主轴的直径主要决定于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢既可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用40Cr或其它合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为RC50～55。其他部分经调质处理后硬度为HB220～250。七．制动器设计对制动器的要求是：制动迅速，平稳，结构简单，紧凑，维修调整方便。制动方式有两类：电机制动和机械制动。此次设计当中采用的是机械制动的方式，其中又采用一般机床中采用较多的一种：湿式多片电磁式制动器。2.1.7截面图设计截面图是主轴箱装备图的重要组成部分，它与展开图和其他视图联系起来，完整得表达了整个主轴箱的结构。截面图设计是否合理，将影响机床的性能、效果和外观。一.截面图内容和涉及的问题1.截面图内容截面图，又称剖视图，主要用来表明主轴箱各轴间的空间位置，并和展开图配合，把操纵机构、制动器以及润滑等有关机构、箱体结构和各连接关系等的具体结构完整地表示出来。（本次设计中对作图不作要求）53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计2.设计截面图要考虑的四个方面的问题a.各轴的位置安排：包括主轴、Ⅰ轴和中间轴的合理安排和确定。b.箱体结构和外形：变速箱体结构、与床身连接定位方式、外观造型等。c.操纵机构设计和选择。d.润滑系统的设计和润滑元件的选择。1)轴的空间布置轴系布置的一般程序是：先确定主轴在变速箱中的位置，在确定传动主轴的轴以及与主轴上的齿轮有啮合关系的轴，第三步确定电动机轴或运动输入轴（Ⅰ轴）的位置，最后确定其他各传动轴的位置。1.车床主轴(1）.垂直方向（高度）H=1/2D----由车床主参数D决定。(2）.水平方向a≤b---主轴中心在尾架导轨中间，也有稍偏向前导轨的，也有稍偏向后导轨的。由于篇幅和时间的限制，后面的说明就省了，具体的参考内容可以阅读有关的参考书，例如：曹金榜主编的《机床主轴变速箱设计指导》等。3.传动主轴的轴由于切削力的作用，主轴及其轴承将产生弹性变形。从实验结果分析，中型车床主轴部件的变形及其组成为：主轴本身变形约占45～65%，主轴轴承变形约占30～45%，轴承的支承件（箱体）变形很少。因此，可以认为主轴部件的刚度主要取决于主轴及其轴承。然而，主轴传动齿轮与其相啮合的齿轮之间不同的相对位置，将致使主轴及其主轴轴承承受力有着很大的变化。通过分析两种极限情况，就可以了解一般情况下的主轴部件受力和变形的分析方法，以选择和确定合适的主轴上齿轮传动力的位置和方向。1)主轴轴端变形最小、前轴承受力最大的情况当作用在主轴传动齿轮上的力与作用在主轴头端（工件上）的切削力同方向时，两力使主轴轴端的变形方向相反，因此轴端变形和y为和作用下头端变形。而前轴承所受的力R是和作用下（在支承处）的两反力在同方向的叠加。这时的主轴轴端变形y最小，而前轴承受力R最大，轴承变形在主轴部件变形中的组成比将显著增加。2)主轴轴端变形最大，前轴承承受力最小的情况当作用在主轴传动齿轮上的传动力与轴端的切削力方向相反时，主轴轴端变形y为在两力作用下，轴端变形的、在同方向上叠加，即y=+。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计这时前轴承承受力最小：，因此前轴承变形也最小，但主轴本身在轴端的变形最大：y=+。轴端变形y和前轴承受力R及其相应变形，对精密车床和粗加工车床，对高刚度、高许用载荷和一般刚度、一般许用载荷的前轴承等，考虑的偏重应有所不同。因此，主轴与有关传动轴的空间位置安排上也应不同。4.Ⅰ轴(输入轴)的位置1).Ⅰ轴上往往装有摩擦离合器等结构，这些部件的位置安排应便于调装。2).摩擦离合器或摩擦式制动器，需要考虑便于冷却和润滑，离主轴部件要远一些，以减少由于摩擦发热对主轴部件热变形的影响。3).Ⅰ轴的轴端常装有皮带轮，而主轴尾端外伸，有可能装自动卡盘的操纵气缸或油缸，布置Ⅰ轴位置时，必须保证两者不会相碰，Ⅰ轴上带轮外缘不能高出箱体，以免影响外观。综合上述各点，车床上Ⅰ轴上一般多安排在变速箱后靠近箱盖处。5.中间各传动轴的位置主轴和Ⅰ轴位置既定，中间各传动轴位置即可按传动顺序进行安排，应考虑满足以下要求：1).装有离合器的轴：要便于装调、维修和润滑。2).装有制动装置的轴：要便于装调、维修，该轴应布置在靠近箱盖或箱壁处，同时还应考虑与起、停装置的互锁。3).装有润滑油泵的轴：要有足够的空间安装润滑油泵，其高度要便于油泵吸油和排油，并便于装卸和调整油泵，装有溅油轮或溅油齿轮的轴应注意圆周速度和浸入油面的深度。4).与相关部件有联系的轴：车床主运动与进给运动间的内联系是通过变速箱内的进给运动输出轴联系，它应布置在主轴前下方靠近进给箱处。5).它使箱体截面尺寸紧凑、比例协调，各操纵机构安排得当等等。6.操纵机构机床的操纵机构是用来移动滑移齿轮以达到变换运动速度的要求，它也可以控制运动的启停、换向和其它辅助运动。它的选择和设计对机床的构造和性能的发挥有着直接影响。操纵机构的全部或大部分均应在截面图中表达出来，因此这必须与主轴箱的截面图同时进行构思和设计。由于本次设计采用的是操机构是电磁离合器，没有拨叉，因此在此不作详述。7.润滑1).主轴变速箱常用的润滑方式(1)飞溅润滑53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计适用于润滑点比较集中,要求不很高的变速箱。溅油轮应安装在变速箱内接近油面、转速不变或变化范围较小的轴上，为了获得良好的润滑效果，溅油轮最合适的圆周速度为：v=3～12.5m/s，浸入油面的深度以12～25mm为宜。溅油齿轮浸入油面的深度，不应大于2～3倍齿高。溅油件外缘至池底深度：H≥30～60mm。(2)压力循环润滑机床主轴变速箱常用两种压力循环润滑系统。a.箱内循环润滑特点是结构简单，布置紧凑。b.箱外循环润滑特点是冷却润滑效果好。8.压力循环润滑系统的一些计算1)润滑油量油量:…………2.128油量粗算:L/min………………………………………2.129式中:N——额定功率；——机床效率。应用公式：油量=3.63L/min2)油池的容量（升）…………………………………2.130油箱的容积应超过V值的30%。V=（3～7）×3.63=10.89～25.41（升）3)油管的选择与计算油管内径的计算：mm…………………………………2.131其中：Q——流量（l/min）v——管内油的流速（m/s）推荐数据油管的类别管内油的流速vm/s（Q<50l/min）常用油管尺寸（外径×壁厚）53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计主油管（泵至分油器）3～56×1.8×110×1支油管（分油器至润滑点）1～24×0.56×1回油管0.5～110×1.12×116×1管材为:钢、铜、铝、橡胶、尼龙9.三种润滑油泵的油量计算、结构和规格尺寸1)柱塞泵（由偏心轮驱动）供油量：L/min…………………………2.132式中：d——柱塞直径mm；n——柱塞每分钟往复次数，次/分以300～700次/分为宜，400～500次/分为佳；s——柱塞行程mm；η——效率，η=0.75～0.92)叶片泵供油量:L/min………………………………2.133其中:效率η=0.75～0.853)齿轮泵供油量:L/min……………………………2.134其中:z、m——齿轮齿数、模数；效率η=0.8～0.9由于时间和篇幅关系，润滑油泵的图不刊载，详情见曹金榜主编的《机床主轴变速箱设计指导》书。10.其他1)润滑剂的选择和注意点:根据滚动轴承的速度、载荷和工作条件，选择脂或油。(1)润滑脂机床中常用钙质油脂。润滑脂用于变速、变载、不需冷却或用油不便的场合，特别是中及低速的传动件、外露的齿轮、不易密封的立式主轴等。油和脂不能混合，应该用挡油环来防止变速箱内的润滑油溅入脂润滑的轴承内。在箱外也应有相应的密封装置，防止灰尘或冷却液进入脂内。油脂的填充量不能多，通常为轴承空间的1/3左右。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计(2)润滑油用于一切转速。一般机床的变速箱用20号、30号或40号机械油（HJ—20、HJ—30、HJ—40），低速重载机床用50号机械油，高速（10000r/min以上）应选用高速机械油（如HJ—5）。主轴轴承用角接触轴承时，注意轴承的泵油效应。设计时应将进油口置于轴承小口处。2）油池和放油孔、油塞内循环系统中，变速箱就是油池，因此箱体设计时要保证有足够的储油容积和适当的油面高度，靠近箱底的位置上应设有放油孔，箱面底向放油孔倾斜，以便能放净积油。放油孔所用的油塞为六角螺塞标准件。本次设计中所选项的六角螺塞型号为：螺塞M8×IQ/ZB220-77。3）油标箱体上的油窗是为了便于观察和检查润滑系统的工作情况的，而油标是为了观察油池中储油是否合乎要求。机床上常用圆形油标和油窗。11．外形造型和箱体设计中的其他问题机床造型的目的是使机床具有优美的外观。造型设计的顺序要同整个设计工作的进程相协调。从产品造型的总体布局着手，先确定产品的形体比例及尺度、再到细部造型处理及有关外观件的造型设计，一直到一些辅助装置的外形设计。现结合车床主轴变速箱的造型设计及采用的基本方法与技巧，作一简单介绍。1）.主轴箱的比例设计与分析箱体轮廓比例应当与车床整体轮廓协调适度。常用的轮廓比例有均方根比例、黄金分割比例和黄金率矩形等。均方根比例又称直角比例，是以正方形的边长为一边，以对角线为长边所形成的矩形为基础，逐步得到一系列边长比例系统为1：（1：1.142），1:(1:1.732)，1:(1:2)，1:(1:2.236)……由于均方根矩形的边长之间有着和谐的比例关系，应用较为广泛。本次设计就采用的这种方法。2).操纵板的造型设计操纵手柄面板的设计直接影响造型效果，要求：构图匀称、清晰大方、操作符合逻辑规律，选用外观件风格协调。在布局中，操作件要尽可能集中而又便于操作。本次设计分割原则是斜线或曲线分割，特点是：用斜线或曲线分割区域、布置手柄及其他标志。造型效果是：构图的疏密对比和均衡稳定均好，并可获得生动活泼的视觉效果。3).外观件的造型及结构设计（1）操纵手把的设计断面形状及线型应简单大方。手柄端部可装上带色的塑料手柄，以引人注意，此外还要求手感舒适，色质柔和，不宜过多地镀亮铬。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计（2）外观件结构对造型的影响外观件的结构直接关系产品的造型效果和外观形象。以箱盖为例：本次设计采用的箱盖结构为：箱盖尺寸稍大，箱盖平整。棱边整齐美观，整体性也强。4).箱体设计的其他问题(1)箱体材料经中等强度的灰铸铁HT15—33和HT20—40用得最为广泛。需时效处理。（2）砂型铸造时，箱体铸件的最小壁厚箱体铸件的最小壁厚尺寸(长×宽×高)mm壁厚mm500×500×30012～15800×800×50015～20>800×800×500～25(3)箱体壁孔对刚度的影响和补偿箱体轴承孔面积占总侧壁面积30%左右时,与未开孔的箱体比较,扭转刚度下降20～10%,弯曲刚度下降更大。为弥补因开孔而削弱的刚度，常用凸缘和加强筋。加强筋：厚度为：0.7b，筋高：（4～5）b。（4）箱体在床身上的定位和固2.2纵向进给运动设计：2.2.1滚珠丝杆副的选择一.选择脉冲当量根据机床或工作台进给系统所要求的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须小于定位精度值。例如，普通车床进行数控改造，对机床定位精度的设计要求是，根据该精度要求可确定脉冲当量为0.01mm/脉冲。此处CLK6140车床纵向进给系统的脉冲当量取0.01mm/脉冲。二.计算切削力1.纵车外圆主切削力(N)按经验公式估算：=-------3.1按切削力各分力比例:Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.4-------3.2Fx=(5360*0.25)N=1340NFy=(5360*0.4)N=2144N53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计2.横切端面主切削力(N)可取纵切的1/2此时走刀抗力为Fy′(N),吃刀抗力为Fx′(N).仍按上述比例粗略计算：Fz′：Fx′：Fy′=1：0.25：0.4-------3.3Fy′=(2680*0.25)N=670NFx′=（2680*0.4）N=1072N切削力示意图如图3.1图3.1纵切外圆及横切端面切削力示意图三.滚珠丝杠螺母副的计算和选型1.计算进给牵引力Fm(N)滚珠丝杠上找作载荷是指滚珠丝杠在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削力相关的摩擦力。各导轨分为矩形导轨，燕尾导轨，综合形导轨，其中不同导轨对应的滚珠丝杠上的工作载荷不同。参考〈〈机床设计手册.3〉〉及《综合作业指导书》P22，最后选定纵向进给为综合型导轨,它的进给牵引力计算如下：=[1.15*1340+0.16(5360+1500)]N=2638.6N-------3.4式中：K---考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15；53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计---滑动导轨摩擦系数：0.15～0.18；G---溜板及刀架重力,取1500N。2.计算最大动负载C滚珠丝杠应根据额定动载荷选用，最大动载荷计算原理与滚动轴承相同。滚珠丝杠最大动载荷C可用下式计算：C=fFm-------3.5式中：L。---滚珠丝杠导程，初选6mm；---最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的1/2～1/3，此处为0.5m/min；T---使用寿命，按15000h；f--运转系数，按一般运转取1.2～1.5；L---寿命以10转为1单位。n=1000/L。=r/min=41.67r/minL===37.5C=fFm=N=10598.2N初选滚珠丝杠副的尺寸规格时，相应的额定动载荷不得小于最大动载荷C：。3.滚珠丝杠螺母副的选型1)主要种类滚珠丝杆螺母副由专门工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。滚珠丝杆副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数与圈数、预紧方式,钢珠在丝杆与螺母之间的滚动是一个循环闭路。根据回珠方式可分两类：内循环和外循环。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计本次设计中根据应用的需要选：外循环。钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。外循环滚珠丝杆副的每个螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，种类很多。本次设计中采用的是外循环1列2.5圈。为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，称为预紧。常用的滚珠丝杆副预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。预紧后的刚度可提高到为无预紧时的2倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杆在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷有一定的比例关系。本次设计中的采用的是垫片式预紧，调整方法—调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移。这种方法结构简单，装卸方便，刚度高；但调整不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和预紧，适用于高刚度重载传动。2).参数及代号滚珠丝杆副的主要参数:(1)公称直径dm，公称直径即滚珠丝杆的名义直径，dm越大，承载能力和刚度越大。数控机床常用进给丝杆的公称直径dm为Φ30mm至Φ80mm。本次设计中选用的公称直径为Φ40mm。(2)基本导程（螺距）L0。丝杆相对于螺母旋转2Лrad时，螺母的轴向位移。基本导程也称为螺距。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量的要求有关。本次设计中的导程L0=6mm(3)精度等级。滚珠丝杆副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1，2，3，4，5，7，及10七个精度等级，1级精度最高，其余依次逐级降低，一般选取4级～7级，数控车床及精密机械可选用2级～3级。滚珠丝杆副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杆副的重要质量指标，选用时要予以注意。本次所设计的机床是数控机床，所以选用的精度等级还是很高的，是3级。查阅《综合作业指导书》附录A表A-3，可采用外循环垫片调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N，精度等级按《综合作业指导书》表3-17选为3级（大致相当于老标准E级）。4.传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为：=tan/tan(+)-------3.6式中：---螺旋升角，=2°44′---摩擦角取10′滚动摩擦系数0.003～0.004=tan/tan(+)=tan2°44′/tan(2°44′+10′)=0.945.刚度验算53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性。滚珠丝杆副的轴向变形包括丝杆的拉压变形，丝杠与螺母之间滚道的接触变形，丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向变形的影响更小，可忽略不计。螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计。至于滚珠丝杠轴承的轴向变形，只要滚珠丝杠支承的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此可以不考虑。先画出此向进给滚珠丝杠支承方式草图如图1所示。最大牵引力为2368.6N。支承间距L=1500mm丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。图3.2车床纵向进给系统计算简图1）丝杠的拉伸或压缩变形量查《综合作业指导书》图3-4，根据Fm=2639N,D。=40mm,查出/L=0.810,可算出由于两端均采用推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量′（mm）为:2）滚珠与螺纹滚道间接触变形查《综合作业指导书》图3-5，W系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量：=6.4m因进行了预紧，=1/2=1/26.4m=3.2m3）支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8206型推力球轴承，d1=35mm,滚动体直径dQ=6.35mm,滚动体数量z=18,=0.00052=0.00052mm=0.0078mm注意，此公式中Fm单位应为N。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计因施加预紧力，故=1/2=1/20.0078mm=0.0039mm根据以上计算：=++=（0.003+0.0032+0.0039）mm=0.0101mm<定位精度（0.015mm）6.稳定性校核滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。7.纵向滚珠丝杠副：其几何参数见下表：L4006滚珠丝杠几何参数参数名称符号关系式L4006螺纹滚道公称直径d。40导程L。6接触角2°44′钢球直径d3.969滚道法面半径径RR=0.52d2.064偏心距ee=(R-d/2)sin0.056螺纹升角=arctanL。/d。2°44′螺杆外径dd=d。-(0.2～0.25)d39内径dd=d。+2e-2R35.984接触直径dzDz=d。-dcos36.0355螺母螺纹直径DD=d。-2e+2R44.016内径D1D1=d。+(0.2～0.25)d40.79453\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计四.齿轮传动比计算已确定纵向进给脉冲当量=0.01滚珠丝杠导程L。=6mm,初选步进电机步距角为0.75°。可计算出传动比i：i=360/L。=360*0.01/0.75*6=0.8-------3.8可选定齿轮齿数为：i=Z/Z=32/40或20/25Z=32，Z=40，或Z=20，Z=25在本次设计当中齿轮齿数取Z=32，Z=40。齿轮几何参数见下表：传动齿轮几何参数齿数Z32402025分度圆d=mz64804050齿顶圆dz=d+2m68844454齿根圆d1=d-21.25m59753545齿宽(6～10)m20202020中心距A=(d1+d2)/272452.2.2步进电机的计算和选型步进电机选用主要考虑三个问题：（1）步距角要满足系统脉冲当量的要（2）满足最大静转矩的要求。（3）启动转矩与启动频率，工作运行转矩与运行频率必须满足所选电机的型号相应的启动矩频特性和工作矩频特性。一.初选步进电机1.根据脉冲当量和最大静转距初选电机型号1）.步距角初选电机型号时应合理选择θb及ｉ，并满足：53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计…………………………2.137根据表中所提供的BF反应式步进电动机技术参数表，可以选取本次设计中所需要的型号：选取θb=0.75/1.5较为合理。2）计算步进电机负载转矩Tm=36Fm/2-------3.9=(360..6)/(20.750.980.990.990.94)=223.96N.cm式中——脉冲当量（mm/step）；——进给牵引力（N）——步距角，初选双拍制为0.75°；——电机一丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99和0.94；3）.估算步进电机起动转矩TqTq=/0.3～0.5=223.26/0.3=744.2N·cm4）.计算最大静转矩查《综合作业指导书》表3-22，如取五相10拍，则/0.951=782.5N·cm5）.计算步进电机运行频率f和最高起动频率ff=1000v/60==833.3Hzf=1000v/60==4000Hz式中v——最大切削进给速度（m/min）,此题为0.5m/min；v——最大快速移动速度（m/min）,此题为2.4m/min；——脉冲当量，取0.01mm/step。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计6）.初选步进电机型号根据估算出的最大静转矩在《综合作业指导书》表3-23中查出130BF001最大静转矩为931N·cm>Tjmax可以满足要求。考虑到此经济型数控车床有可能使用较大的切削用量，应该选稍大转矩的步进电机，以留有一定的余量。另一方面，与国内同类型机床类比，决定采用150BF002步进电机。从表中看出，150BF002步进电机最高空载起动频率为2800Hz，不能满足f=4000Hz的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件升降速程序来解决。相应参数见下表：130BF反应式步进电动机技术参数电机型号相数步距角/（。）电机/V相电流/A最大静转距/N·m（㎏f·cm）最高空载启动频率/Hz运行频率/Hz130BF00250.75/1.580/121213.72（140）28008000转子转动惯量10-5㎏·㎡（gf·cm·s2）线圈电阻/Ω+-5％分配方式质量/㎏外形尺寸外径φ长度轴径98（10）0.121五相十拍1415015518具体的作图见纵向进给系统的全图。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计二.校核步进电机转矩前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选之后，应该进行校核计算1)计算简图见《综合作业指导书》图3-17。根据《综合作业指导书》表3-24，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量J（kg·cm）可由下式计算：=J+J+()[J+J+G/g(L。/2)]-------3.10式中J——步进电机转子转动惯量（kg·cm）J、J——齿轮的转动惯量（kg·cm）J——滚珠丝杠转动惯量（kg·cm）参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF，其转子转惯量J=10kg·cmJ=0.7810=(0.78106.42)=2.62kg·cmJ=0.7810=(0.)=6.39kg·cmJ=0.=29.952kg·cmG=1500N代入上式：J=J+J+()[J+J+G(L。/2)/g]={10+2.62+（32/40）[(6.39+29.952)+(0.6/2)]}kg·cm=39.452kg·cm考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。J/=10/39.452=0.253基本满足惯量匹配的要求。2)电机转矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：(1)快速空载起动转矩M在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算公式如下：M=M+M+M。M==53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计n=将前面数据代入，式中各符号意义同前。n==起动加速时间t=30msM===634.5N·cm折算到电机轴上的摩擦转矩MM====104.8N·cm附加摩擦转矩M。：M。=(1-)=(1-)==(83.990.19)N·cm=15.96N·cm上述三项合计：M=M+M+M。=634.5+104.8+15.96=755.26N·cm(2)快速移动时所需转矩M′=M+M。=104.8+15.96=120.76N·cm(3)最大切削负载时所需转矩=M+M。+M=M+M。+==(104.8+15.96+127.96)N·cm=248.72N·cm53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计从上面计算可以看出，M、M′和三种工况下，以快速空载起动所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从《综合作业指导书》表3-22查出，当步进电机为五相十拍时=0.951，则最大静转矩为=(755.26/0.951)=794.2N·cm从《综合作业指导书》表3-23查出150BF002型步进电机最大转矩为13.72N·m,大于所需最大静转矩，可以满足此项要求。(3)校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。前面已经计算出此机床最快移动时需步进电机的最高起动频率f为4000Hz，切削进给时所需步进电机运行频率f为833Hz。从《综合作业指导书》表3-23中查出150BF002型步进电机允许的最高空载起动频率为2800Hz运行频率为8000Hz，再从图3-15、3-16查出1500BF002步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如图3.4所示。看出，当步进电机起动时，f=2500Hz时，M=100N·cm，远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩(755.26N·cm)直接使用将会产生丢步现象，所以必须采取升降速控制（用软件控制），将起动频率降到1000Hz时，起动转矩可增高到588.4N·cm,然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可以将步进电机输出转矩扩大一倍左右。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计图3.4当快速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运行矩频特性图3.4完全可以满足要求。三.步进电机的安装尺寸步进电机的安装比较简单，不带机座，用定位止扣进行安装定位，以保证步进电机安装的同轴度。小尺寸电机的安装面上有螺孔供安装，大尺寸电机的安装面上有通孔供安装。本次设计中用的就是小尺寸，故安装时用的是有螺孔供安装的。具体的安装图见纵向进给全图。步进电机安装尺寸/㎜步进电机型号轴径d1止扣直径d2螺孔，通孔L1L2外径D150BF002181001704—φ12425150长度LB×B155150×1503数控系统设计数字控制系统由单片机及接口软件，硬件，控制软件和控制对象等若干部分组成，在控制系统中，单片机主要承担控制器的作用，在控制软件的管理下，实现对控制对象的状态信息采集分析，根据采用的控制规律发生各种运行命令，以及完成其他各种信息处理和管理工作，软件在单片机控制系统中起着灵魂的作用，它关系整个控制系统的正常运行，而且通过软件增加产品的功能，提高系统的柔性，实现产品的高技术附加值，已成为机电一体化产品开发的一项重要策略。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计接口电路是单片机与外部设备进行信息交换的纽带，使单片机得以完成诸如控制对象的状态检测，执行部件的控制，是提供完善的人机操作界面等工作。3.1绘制控制系统框图3.1.1单片机系统控制设计的基本要求系统应该具有以下功能及特点：（1）、控制机床主轴箱（即刀具），工作台纵横向的速度和位移（2）、控制走刀速度，一般为0、1……9、A……F等16档，并可随时进行换档（3）、单片机机（I/O）接口发送和接受各种信号作为机床运转，各个运动的控制及反馈信号，它程序的自动与循环功能想结合，可实现加工的全自动化功能。（4）、具较高的可靠性和可维修性，为实现高度的可用性，可维修性，应该使系统通过相同电子电路的集装件的替换而得到快速修理，另外，数控系统具有一定的自诊断性能。3.1.2.数字控制系统框图通信接口软件微机步进电机驱动电路步进电机机床开关量控制电路主运动驱动电路主轴电动机车床用于车外圆、端面和镗孔等加工的机床称作车床。车削很少在其他种类的机床上进行，因为其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床除了用于车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次定位安装中完成多种加工。这就是在生产中普遍使用各种车床比其他种类的机床都要多的原因。两千多年前就已经有了车床。现代车床可以追溯到大约1797年，那时亨利•53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计莫德斯利发明了一种具有把主轴和丝杆的车床。这种车床可以控制工具的机械进给。这位聪明的英国人还发明了一种把主轴和丝杆相连接的变速装置，这样就可以切削螺纹。车床的主要部件：床身、主轴箱组件、尾架组件、拖板组、变速齿轮箱、丝杆和光杆。床身是车床的基础件。它通常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铸铁制成，它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。通常在球墨铸铁制成，它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。通常在床身上面有内外两组平行的导轨。一些制造厂生产的四个导轨都采用倒“V”，而另一些制造厂则将倒“V”形导轨和平面导轨结合。由于其他的部件要安装在导轨上并（或）在导轨上移动，导轨要经过精密加工，以保证其装配精度。同样地，在操作中应该小心，以避免损伤导轨。导轨上的任何误差，常常会使整个机床的精度遭到破坏。大多数现代车床的导轨要进行表面淬火处理。以减少磨损和擦伤，具有更大的耐磨性。主轴箱安装在床身一端内导轨的固定位置上。它提供动力。使工件在各种速度下旋转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心轴和一系列变速齿轮---类似于卡车变速箱所组成，通过变速齿轮，主轴可以在许多中转速的旋转。大多数车床有8～18中转速，一般按等比级数排列。在现代车床上只需扳动2～4个手柄，就能得到全部挡位的转速。目前发展的趋势是通过电气的或机械的装置进行无级变速。由于车床的精度在很大程度上取决于主轴，因此主轴的结构尺寸较大，通常安装在紧密配合的重型圆锤滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因为当工件必须通过主轴孔供料时，它确定了能够加工棒料毛坯的最大外径尺寸。主轴的内端从主轴箱中凸出，其上可以安装多种卡盘、花盘和挡筷。而小型的车床长带有螺纹截面供安装卡盘之用。很多大车床使用偏心夹或键动圆锥。这些附件组成了一个大直径的圆锥体，以保证对卡盘进行精确地装配，并且不用旋转这些笨重的附件就可以琐定后松开卡盘或花盘。主轴由电动机经V带或无声链装置提供动力。大多数现代车床有5～15马力的电动机，为硬质合金和金属陶瓷合金刀具提供足够的动力，进行高速切削。尾座组件主要有三部分组成。底座与床身的内侧导轨配合，并可以在导轨上做纵向移动，底座上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座安装在底座上，可以沿键槽在底座横向移动，使尾座与主轴箱中的主轴对中并为切削锥体提供方便。尾座组件的第三部分是尾座套筒，它是一个直径通常在2～3英寸之间的刚制空心圆柱轴。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几英寸。活动套筒的开口一端具有莫氏锥度，可以用于安装顶尖或诸如钻头之类的各种刀具。通常在活动套筒的外表面刻有几英寸的刻度，以控制尾座的前后移动。锁定装置可以使套筒在所需要的位置上夹紧。拖板组件用于安装和移动切削工具。拖板上一个相对平滑的H形铸件，安装在床身外侧导轨上，并可在上面移动。大拖板上有横向导轨，使横向托板可以安装在上面，并通过丝杆使其运动，丝杆由一个小手柄和刻度盘控制。横拖板可以带动刀具垂直于工件的旋转轴线切削。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计大多数车床的刀架安装在复式刀座上，刀座上有底座，底座安装在横拖板上，可绕垂直轴和上刀架转动。上刀架安装在底座上，可用手轮和刻度盘控制一个短丝杆使其前后移动。溜板箱装在大拖板前面，通过溜板箱内的机械装置可以手动和动力驱动大拖板以及动力驱动横拖板。通过转动溜板箱前的手轮，可以手动操作拖板沿床身移动。手轮的另一端与溜板箱背面的小齿轮连接，小齿轮与齿条啮合，齿条倒装在床身前上边缘的下面。利用光杆可以将动力传递给大拖板和横拖板。光杆上有一个几乎贯穿于整个光杆的键槽，光杆通过两个转向相反并用键连接的锤齿轮传递动力。通过溜板箱前的换向手柄可使啮合齿轮与其中的一个锤齿轮啮合，为大拖板提供“向前”或“向后”的动力。适当的离合器或者与齿条小齿轮连接或者与横拖板的螺杆连接，使拖板纵向移动或使横拖板横向移动。对于螺纹加工，丝杆提供了第二种纵向移动的方法。光杆通过摩擦离合器驱动拖板移动，离合器可能会产生打滑现象。而丝杆产生的运动是通过溜板箱与丝杆之间的直接机械连接来实现的，对开螺母紧紧包合丝杆。当对开螺母闭合时，可以沿丝杆直接驱动拖板，而不会出现打滑的可能性。现代车床有一个变速齿轮箱，齿轮箱的输入端由车床主轴通过合适的齿轮传动驱动。齿轮箱的输出端与光杆和丝杆连接。主轴就是这样通过齿轮传动链驱动变速齿轮箱，在带动丝杆和光杆，然后带动拖板，刀具就可以按主轴的转数纵向地或横向地精确移动。一台典型的车床的主轴每转一圈，通过光杆可以获得从0.002到0.118英寸尺寸范围内的48种进给量；而使用丝杆可以车削从1.5到92牙/英寸范围内的48种不同螺纹。一些老式的或廉价的车床为了能够得到所有的进给量和加工出所有螺纹，必须更换主轴和变速齿轮箱之间的齿轮系中的一个或两个齿轮。53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计LATHESThebasicmachinesthataredesignedprimarilytodoturning,facingandboringarecalledlathes.Verylittleturningisdoneonordertypesofmachinestool,andnonecandoitwithequalfacility.Becauselathecandoboring,facing,drilling,and,reaminginadditiontoturning,theirversatilitypermitsseveraloperationstobeperformedwithasinglesetupofthework-piece.Thisaccountsforthefactthatlathesofvarioustypesaremorewidelyusedinmanufacturingthananyothermachinetool.Lathesinvariousformshaveexistedformorethantwothousandyears.Modernlathesdatefromabout1797,whenHenryMaud-sleydevelopedonewithalead-screw.Itprovidedcontrolled,mechanicalfeedofthetool.ThisingeniousEnglishmanalsodevelopedachange-gearsystemthatcouldconnectthespindleandlead-screwandthusenablesthreadtobecut.LatheConstruction.TheessentialcomponentsofalathearedepictedintheblockdiagramofFig.15-1.Thesearethebed,headstockassembly,tailstockassembly,carriageassembly,quick-changegearbox,andthelead-screwandfeedrod.Thebedisthebackboneofalathe.Itisusuallymadeofwell-normalizedoragedgrayornodularcastironandprovidesaheavy,rigidframeonwhichalltheotherbasiccomponentsmounted.Twosetsofparallel,longitudinalways,innerandouter,arecontainedinthebed,usuallyontheupperside.SomemakesuseaninvertedV-shapeforallfourways,whereasothersutilizeoneinvertedVandoneflatwayinoneorbothsets.Becauseseveralotheraccuracyofalignment.Similarly,properprecautionshouldbetakeninoperatingalathetoassurethatthewaysarenotdamaged.Anyinaccuracyinthemusuallymeansthattheaccuracyoftheentirelatheisdestroyed.Thewaysonmostmodernlathesaresurface53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计hardenedtooffergreaterresistancetowearandabrasion.Theheadstockismountedinafixedpositionontheinnerwaysatoneendoflathebed.Itprovidesapoweredmeansofrotatingtheworkatvariousspeeds.Itconsists,essentially,ofahollowspindle,mountedinaccuratebearings,andasetoftransmissiongears-similartoatrucktransmission-throughwhichthespindlecanberotatedatanumberofspeeds.Mostlathesprovidedfromeighttoeighteenspeeds,usuallyinageometricratio,andonmodernlathesallthespeedscanbeobtainedmerelybymovingfromtwotofourlevers.Anincreasingtrendistoprovidedacontinuouslyvariablespeedrangethroughelectricalormechanicaldrives.Becausetheaccuracyofalatheisgreatlydependentonthespindle,itisofheavyconstructionandmountedinheavybearings,usuallypreloadedtaperedrollerorballtypes.Alongitudinalholeisanimportantsizedimensionofalathebecauseitdeterminesthemaximumsizeofbarstockthatcanbemachinedwhenthematerialmustbefedthroughthespindle.Theinnerendofthespindleprotrudesfromthegearboxandcontainsameansformountingvarioustypesofchucks,faceplate,anddogplateonit.Whereassmalllathesoftenemployathreadedsectiontowhichthechucksarescrewed,mostlargelathesutilizeeithercam-lockorkey-drivetapernoses.Theseprovidealarge-diametertaperthatassurestheaccuratealignmentofthechuck,andamechanismthatpermitsthechuckorfaceplatetobelockedorunlockedinpositionwithoutthenecessityofhavingtorotatetheseheavyattachments.PowerissuppliedtothespindlebymeansofanelectricmotorthroughaV-beltorsilent–chaindrive.Mostmodernlatheshavemotorsoffrom5to15horsepowertoprovideadequatepowerforcarbideandceramicandceramictoolsattheirhighcuttingspeeds.Thetailstockassemblyconsists,essentially,ofthreeparts.Alowercastingfitsontheinnerwaysofthebedandcanslidelongitudinallythereon,withameansforclampingtheentireassemblyinanydesiredlocation.Anuppercastingfitontheloweroneandcanbemovedtransverselyuponitonsometypeofkeyedways.Thistransversemotionpermitsaligningthetailstockandheadstockspindlesandprovidesamethodofturningtapes.Thethirdmajorcomponentoftheassemblyisthetailstockquil.Thisisahollowsteedcylinder,usuallyabout2to3inchesindiameter,thatcanbemovedseveredincheslongitudinallyinandoutoftheuppercastingbymeansofahandwheelandscrew.TheopenendofthequillholeterminatesinaMorsetaperinwhichalathecenter,orvarioustoolssuchasdrills53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计,canbeheld.Agraduatedscale,severalinchesinlength,usuallyisengravedintheoutsideofthequilltoaidincontrollingitsmotioninandoutoftheuppercasting.Alockingdevicepermitsclampingthequillanydesiredposition.Thecarriageassemblyprovidesthemeansformountingandmovingcuttingtools.ThecarriageisarelativelyflatH-shapedcastingthatrestandmovesontheoutersetofwaysonthebed.Thetransversebarofthecarriagecontainswaysonwhichthecrossslideismountedandcanbemovedbymeansofafeedscrewthatiscontrolledbyasmallhand-wheelandagraduateddial.Throughthecrossslideameansisprovidedformovingthelathetoolinthedirectionnormaltotheaxisofrotationofthework.Onmostlathesthetoolpostactuallyismountedonacompoundrest.Thisconsistsofabase,whichismountedonthecrossslidesothatitcanbepivotedaboutaverticalaxis,andanuppercasting.Theuppercastingismountedonwaysonthisbasesothatitcanbemovedbackandforthandcontrolledbymeansofashoutleadscrewoperatedbyahand-wheelandacalibrateddial.Manualandpoweredmotionforthecarriage,andpoweredmotionforthecrossslide,isprovidedbymechanismswithintheapron,attachedtothefrontofthecarriage.Manualmovementofthecarriagealongthebediseffectedbyturningahand-wheelonthefrontoftheapron,whichisgearedtoapiniononthebackside.Thispinionengagesarackthatisattachedbeneaththeupperfrontedgeofthebedinaninvertedposition.Toimpartpoweredmovementtothecarriageandcrossslide,arotatingfeedrodisprovided.Thefeedrod,whichcontainsakeywaythroughoutmostofitslength,passesthroughthetworeversingbevelpinionsandiskeyedtothem.Eitherpinioncanbebroughtintomeshwithamatingbevelgearbymeansofthereversingleveronthefrontoftheapronandthusprovide“forward”or“reverse”powertothecarriage.Suitableclutchesconnecteithertherackpinionorthecross-slidescrewtoprovidelongitudinalmotionofthecarriageortransversemotionofcrossslide.Forcuttingthreads,asecondmeansoflongitudinaldriveisprovidedbyaleadscrew.Whereasmotionofthecarriagewhendrivenbythefeed-rodmechanismtakesplacethroughafrictionclutchinwhichslippageispossible,motionthroughtheleadscrewisbyadirect,mechanicalconnectionbetweentheapronandtheleadscrew.Thisisachievedbyasplitnut.Bymeansofaclampingleveronthefrontoftheapron,thesplitnutcanbeclosedaroundtheleadscrew.Withthespitnutclosed,thecarriageismovedalongtheleadscrewbydirectdrivewithoutpossibilityofslippage.53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计Modernlatheshaveaquick-changegearbox.Theinputendofthisgearboxisdrivenfromthelathespindlebymeansofsuitablegearing.Theoutputendofthegearboxisconnectedtothefeedrodandleadscrew.Thus,throughthisgeartrain,leadingfromthespindletothequick-chargegearbox,thencetotheleadscrewandfeedrod,andthemtothecarriage,thecuttingtoolcanbemadetomoveaspecificdistances,eitherlongitudinallyortransversely,foreachrevolutionofthespindle.Atypicallatheprovides,throughthefeedrod,forty-eightfeedsrangingfrom0.0012inchto0.118inchperrevolutionofthespindle,and,throughtheleadscrew,leadsforcuttingforty-eightdifferentthreadsfrom1.5to92perinch.Onsomeolderandsomecheaperlathes,oneortwogearsinthetrainbetweenthespindleandthechangegearboxmustbechangedinordertoobtainafullrangeofthreadsandfeeds.参考文献53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计1.中国机械工程学会中国机械设计大典编委会。中国机械设计大典（4）。江西：江西科学技术出版社，20022.清华大学曹金榜、易锡麟、张玉峰、陈养田、张春编。机床主轴变速箱设计指导。北京：机械工业出版社，19873.华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学编。机械设计图册。上海：上海科学技术出版社，19794.吴振彪主编。机电综合设计指导。北京：中国人民大学出版社，20005.顾熙棠、迟建山、胡宝珍主编。金属切削机床（下册）。上海：上海科学技术出版社，20006.《机床设计手册》编写组编。机床设计手册（一至三册）北京：机械工业出版社，19867.邓星钟主编。机电传动控制（第三版）。武汉：华中科技大学出版社，20038.秦曾煌主编。电工学下册电子技术（第五版）。北京：高等教育出版社，19999.吴宗泽主编。机械设计师手册（上册、下册）。北京：机械工业出版社，200210.魏俊民、周砚江主编。机电一体化系统设计。北京：中国纺织出版社，199811.薛栋梁编著。MCS-51/51/251单片机原理与应用（一）。北京：中国水利水电出版社，200112.张洪润、蓝清华编著。单片机应用技术教程。北京：清华大学出版社，199913.张迎新等编著。单片微型计算机原理、应用及接口技术（第二版）。北京：国防工业出版社，200414.中国IT培训工程委员会编。Protel99电路设计培训班。珠海:珠海出版社,200215.何永然、唐增宝、刘安俊主编。机械设计课程设计（第二版）。武汉：华中科学大学出版社，200216.周良德、朱泗芳等编著。现代工程图学。长沙：湖南科学技术出版社，200017.谢铁邦、李柱、席宏卓主编。互换性与技术测量。武汉：长沙科技大学出版社，199818.濮良贵，纪名刚主编。机械设计。北京：高等教育出版社，199619.（美）LouisGaryLamit著李世国、蒋晓、周一届、何建军等译。Pro/ENGINEER2000i实用教程。北京：2001谢辞53\nCLK6140轻型数控车床主运动及进给系统设计毕业设计是高等院校人才培养计划的重要组成部分，是训练和培养专业人才的教学过程中最后的也是极为重要的实践教学环节，是人才培养质量的全面的综合的检验。通过毕业设计，可以培养学生科学的思维方式和正确的设计思想，综合运用和深化所学的理论知识和技能，增强分析和解决工程实际问题的能力，全面完成工程师的基本训练或者从事科研工作的初步训练，是学生毕业前全面素质教育的重要实践训练。此设计是关于立式数控铣镗床及其控制系统的设计，分析了方案的具体参数，设计选择最优的系统方案。通过毕业设计，不仅让我们加深了对书本知识的掌握，培养了我科学的思维方式和正确的设计思想，还提高了综合运用和深化所学的理论知识和技能，增强分析和解决工程实际问题的能力,提高了找资料的能力，加深了对实际工程的理解，这对于我以后的工作与学习都将产生非常深远的意义。在本次设计中，本人得到了多位老师、同学的帮助，特别是指导老师颜竟成教授的精心指导，使我顺利完成本设计。在此本人瑾表深深地感谢！特别是颜教授的敬业精神使我深深感动,让我发现自己身上的懒性,也懂得了以后自己该怎么做。由于本人水平有限，特别是电子方面的知识相当缺乏，时间较仓促，错误疏漏或不完善之处可能较多存在。敬请给予批评指正。致谢者：匡小凤2005年6月于南华大学53