臥式加工中心主傳動設計畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目 臥式加工中心主傳動設計 </p><p>　　專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　學　　 號

2、 </p><p>　　學 生 　　　</p><p>　　指 導 教 師 　　</p><p>　　答 辯 日 期 2012.12.26 　　　</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書&l

3、t;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在新的經濟增長過程中，我國機床行業(yè)迅速發(fā)展，而以臥式加工中心為代表的高自動化、高附加值、高利潤的機床產品卻遠遠落后于世界機床同行。隨著中國經濟的持續(xù)發(fā)展、機床行業(yè)的全球化、以及在政府加強自主知識創(chuàng)新舉措的鼓勵下，投資開發(fā)臥式加工中心等高檔機床的時機趨于成熟。</p><p>　　本文

4、結合企業(yè)臥式加工中心新產品的項目開發(fā)，全面論述臥式加工中心主傳動總體方案的擬定過程和設計方法。通過參考國內外臥式加工中心機床布局、參數、綜合分析技術先進性、市場競爭力、實施可行性、經濟性等因素，確定切合實際的最好設計方案。</p><p>　　論文完成了臥式加工中心主傳動系統的分析計算。包括齒輪的彎曲應力計算和齒輪的接觸應力計算，軸的彎曲應力計算以及撓度計算，軸承的壽命計算。</p><p&g

5、t;　　論文研究中充分應用先進設計手段來輔助臥式加工中心的設計，利用UG進行機床三位布局及造型設計，確定機床外觀造型的初步方案。即使產品設計過程可視化，也提高了設計效率。</p><p>　　關鍵詞 臥式加工中心；主傳動系統</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the new economic gro

6、wth process, China's rapid development, and machine tool industry with horizontal processing center, as a representative of the high automation, high added value and profitable machine tool product but lags behind th

7、e world machine together. Along with the Chinese economy continues to develop, machine tool industry globalization, and the government should strengthen independence knowledge innovation measures of encouragement, invest

8、ment in the development of horizontal mil</p><p>　　Based on the enterprise horizontal machining center of new product development project, comprehensively horizontal machining center main transmission overal

9、l scheme formulating process and design method. Through domestic and international horizontal machining center reference tool layout, parameters, comprehensive analysis technology advanced, market competitiveness, implem

10、entation feasibility and economy, factors to determine the best design scheme is practical</p><p>　　Paper completed horizontal machining center main transmission system is analyzed and calculated. Including

11、gear bending stress computation and gear contact stress calculation, the axis of the calculation of the bending stress and deflection calculation, bearing lifetime calculation</p><p>　　Research apply advance

12、d design means to assist horizontal machining center, using UG design for machine tool three layout and modelling design, to determine the machine exterior modelling the preliminary scheme. Even if the product design pro

13、cess visualization, and improve the design efficiency</p><p>　　Keyword horizontal machining center main driver design </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要Ⅰ<

14、;/b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p>　　1.2 數控機床的發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3我國數控機床發(fā)展現狀及思考3</p><p>　　第2章 總體設計

15、5</p><p><b>　　2.1 概述5</b></p><p>　　2.2 數控機床主傳動系統特點5</p><p>　　2.3 主傳動系統的設計要求5</p><p>　　2.4 數控機床主傳動系統配置方式6</p><p>　　2.5 本章總結8</p>

16、<p>　　第3章 臥式加工中心主傳動系統設計及計算9</p><p>　　3.1主傳動設計方案的確定9</p><p>　　3.2主軸電機的選擇11</p><p>　　3.3繪制轉速圖13</p><p>　　3.4傳動軸直徑初定14</p><p>　　3.5齒輪模數的初步計算14<

17、;/p><p>　　3.6齒輪強度的校核16</p><p>　　3.7傳動軸強度校驗19</p><p>　　3.7.1 傳動軸上的彎曲載荷19</p><p>　　3.7.2 驗算兩支承傳動軸的彎曲變形20</p><p>　　3.8 其他部件的選擇以及校驗21</p><p>　　3

18、.8.1 聯軸器的選擇21</p><p>　　3.8.2 離合器的選擇22</p><p>　　3.8.3 軸承的選擇及校核22</p><p>　　3.8.4 撥叉機構、卸刀機構、準停機構液壓缸的承載力23</p><p>　　3.9 本章小結23</p><p><b>　　結 論24&l

19、t;/b></p><p><b>　　致 謝25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　附 錄27</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><

20、;p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　裝備制造業(yè)是為國民經濟發(fā)展和國防建設提供技術裝備的基礎性產業(yè)，承擔著為國民經濟各部門提供工作母機、帶動相關產業(yè)發(fā)展的重任，可以說它是工業(yè)的心臟和國民經濟的生命線，是支撐國家綜合國力的重要基石。數控機床是裝備制造業(yè)的工作母機，是實現制造技術和裝備現代化的關鍵，是保證高技術產業(yè)發(fā)展和國防軍工現代化的戰(zhàn)略裝備。因此，國際上一些

21、發(fā)達國家一直把高性能數控機床作為戰(zhàn)略物資而嚴加控制，限制我國進口高性能數控機床。隨著世界科技進步和制造業(yè)的發(fā)展，機床工業(yè)作為制造業(yè)的基礎產業(yè)和國防軍工發(fā)展的戰(zhàn)略產業(yè)，其地位和作用越來越明顯。數控機床作為機床工業(yè)的主流產品，已成為實現裝備制造業(yè)現代化的關鍵設備，數控機床的擁有量及其性能水平的高低是衡量一個國家綜合實力的重要標志。振興裝備制造業(yè)首先要發(fā)展機床工業(yè)，重點是發(fā)展數控機床，這已被近代世界產業(yè)發(fā)展史所證實。從總體來看，我國機床工業(yè)與

22、世界先進水平相比，差距仍然十分明顯：一是國產高檔數控機床在品種、水平和數量上遠遠滿足不了國內發(fā)展要求，高檔數控機床目前仍然大量進口；二是數控機床功能部件和數控系統發(fā)展滯后，成為我國數控機床產業(yè)發(fā)展瓶頸；三是機床制造企業(yè)技術裝備水平不高，制</p><p>　　1.2 數控機床的發(fā)展趨勢 </p><p>　?。?）高精度化 現代科學技術的發(fā)展，新材料及新零件的出現，對精密加工技術不斷提

23、出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機床，完善精密加工技術，適應現代科技的發(fā)展，已經成為數控機床的發(fā)展方向之一。</p><p>　　（2）高速化 提高生產率是數控機床追求的基本目標之一。數控機床高速化可充分發(fā)揮現代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本。而且還可提高零件的表面加工質量和精度，對制造業(yè)實現高效、優(yōu)質、低成本生產具有廣泛的適應性。</p><p>　

24、?。?）高柔性化 采用柔性自動化設備或系統，提高加工精度和效率，縮短生產周期，適應市場變化需求和提高競爭能力的有效手段，數控機床在提高單機柔性化的同時，朝著單位元柔性化和系統柔性化方向發(fā)展。</p><p>　　（4）高自動化 高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成規(guī)定的任務，它包括物料流和信息流的自動化。</p><p>　　（5）智能化 隨著人工智能在計算機領域的

25、不斷滲透與發(fā)展，為適應制造業(yè)生產柔性、自動化發(fā)展需求，智能化正成為數控機床研究及發(fā)展特點，它不僅貫穿在生產加工的全過程（如智能編程、智能數據庫、智能監(jiān)控），還貫穿在產品的售后服務和維修中，目前采用的主要技術措施包括以下幾個方面。</p><p>　　自適應控制技術 自適應控制可根據切屑條件的變化，自動調解工作參數，是加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時能提高刀具的使用壽命

26、和設備的生產效率，達到改進系統運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切屑過程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切屑力及零件的加工質量等，向制造系統反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結合在一起，實現自適應調節(jié)。</p><p>　　專家系統技術 將專家經驗和切屑加工一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入計算機中，以加工工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統，提過經過優(yōu)化的切屑參數，使加工系統始終處于最優(yōu)和最經濟的工作狀態(tài)，從

27、而提高編程效率和降低對操作人員的技術要求，縮短生產準備時間。</p><p>　　股沾自診斷、自修復技術 在整個工作狀態(tài)中，系統隨時對CNC系統本身以及其相連的各種設備進行自診斷和檢查。出現故障時，立即采用停機等措施，進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用技術，自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。</p><p>　　智能化交流伺服驅動技術 目前已

28、開始研究能自動識別負載并自動調節(jié)參數的智能化伺服系統，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服系統裝置，使驅動系統獲得最佳運行。</p><p>　　模式識別技術 應用圖像識別和聲控技術，使機器自己辨認圖樣，按照自然語音命令進行。</p><p>　?。?）復合化復合化包括工序復合化和功能復合化。數控機床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。加工中心的出現，又把車、銑、鏜等工序集中到一臺機

29、床來完成，打破了傳統的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度的提高設備的利用率。為了進一步提高工效，數控機床又采用了多主軸、多面體切屑，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切屑加工，如各類五面體加工中心。另外，數控系統的控制軸數也在不斷增加，有的多達15軸，其同時聯動的軸數已達六軸。</p><p>　?。?）高可靠性 數控機床的可靠性一直是用戶最關心的。數控系統將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模的專

30、用及混合式集成電路，以減少元器件的數量，提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應各種控制功能的要求，同時采用硬件結構機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，提高硬件生產批量，以便于組織生產和質量把關。</p><p>　　（8）網絡化 為了適應FMC、FMS以及進一步聯網組成CIMS的要求，先進的CNC系統為用戶提供了強大的聯網功能，除有RS232串行接口、RS422等接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可

31、以實現幾臺數控機床之間的數據通信和直接對幾臺數控機床進行控制。</p><p>　　（9）開放式體系結構 20世紀90年代以后，計算機技術的飛速發(fā)展推動數控機床技術更快的更新換代，世界上許多數控系統生產廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構可以大量采用通用微機的先進技術，其新一代數控系統的硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數控系

32、統制造商和用戶進行系統集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促使了數控系統多檔次，多品種的來發(fā)和廣泛應用。 </p><p>　　1.3 我國數控機床發(fā)展現狀及思考 </p><p>　　我國數控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數控技術和數控產業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數控產業(yè)發(fā)展

33、迅速，1998～2004年國產數控機床產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94.6億美元，但進出口逆差嚴重，國產機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機床進口額為8.78億美元(7624臺)，2003年達27.1億美元(23320臺)

34、，相當于同年國內數控機床產值的2.7倍。國內數控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產數控機床特別是中高檔數控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產數控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數控系統生產應用推廣不力及數控人才缺乏等 </p><p>　　我們應看清形勢，充分認識國產數控

35、機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。 </p><p>　　目前，數控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發(fā)展的趨勢和方向。 </p><p>　　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，而在產品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還

36、很大。中國的數控產業(yè)不能安于現狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術，加大技術創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變，實現從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉變。</p><p><b>　　第2章 總體設計</b></p><p><

37、;b>　　2.1 概述 </b></p><p>　　為使兩級大齒輪相近取主傳動系統是用來實現機床主運動的傳動系統，它具有一定的轉速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作，并能方便的實現運動的開停、變速、換向和制動等。</p><p>　　數控機床主傳動系統主要包括電動機、傳動系統和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統相比在結構

38、上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構，有些只有二機或三級齒輪變速系統用以擴大主軸的無極調速范圍。</p><p>　　2.2 數控機床主傳動系統特點</p><p>　　與普通機床相比，數控機床主傳動系統具有下列特點。</p><p>　?。?）轉速高、功率大 它能使數控機床進行大功率切屑和高速切屑，實現

39、高效率加工。</p><p>　?。?）變速范圍寬 數控機床的主傳動系統有較寬的調速范圍，一般Rn>100，以保證加工時能選用合理的切屑用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。</p><p>　　（3）主軸變速迅速可靠 數控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。由于直流和交流伺服主軸伺服電動機的調速系統日趨完善，所以不僅能夠方便的是現寬

40、的變速范圍無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制可靠性。</p><p>　?。?）主軸組件的耐磨性高，使傳動系統具有良好的精度保持性 凡有機械摩擦的部位如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處有良好的潤滑【1】。</p><p>　　2.3 主傳動系統的設計要求</p><p>　?。?）主軸具有一定的轉速和足夠的轉速范圍、轉速級數，能夠實現運動的開停、

41、變速換向和制動，以滿足機床的運動要求。</p><p>　?。?）主電動機具有足夠的功率、全部結構和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。</p><p>　?。?）主傳動的有關結構，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。</p><p>　?。?）操縱靈活可靠，調整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床

42、的使用要求。</p><p>　?。?）結構簡單緊湊，工藝性好，成本低，滿足經濟性要求。</p><p>　　2.4 數控機床主傳動系統配置方式</p><p>　　數控機床的調速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統中，目前多采用交流主軸伺服電動機和直流伺服主軸電動機無極調速系統。為擴大調速范圍，適應低轉速大轉矩的要求，也經常

43、應用齒輪有極調速和電動機無級調速相結合的調速方式。</p><p>　　（1）帶有變速齒輪的主傳動 大、中型主控機床采用這種變速方式。如圖2-1a所示，通過少數幾對齒輪降速，擴大輸出轉矩，以滿足主軸低速時對輸出轉矩特性要求。數控機床在交流或直流伺服電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現。</p><p>　　

44、（2）通過帶傳動的主傳動 如圖2-1b所示，這種傳動主要應用于轉速較高、變速范圍不大上的機床。電動機本身的調速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的震動與噪聲。它適用于高速、低轉矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。</p><p>　?。?）用兩電動機分別驅動主軸 如圖2-1c所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅動主軸旋轉；低速時，另一個電動機通過

45、兩級齒輪傳動驅動主軸旋轉，齒輪起到降速和擴大變速范圍作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。</p><p>　　（4）內裝電動機主軸傳動結構 如圖2-1d所示，這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。</p><p>　　圖2-1a變速齒輪傳動的主傳動系

46、統</p><p>　　圖2-1b靠帶輪傳動的主傳動系統</p><p>　　圖2-1c兩電機分別驅動的主傳動系統</p><p>　　圖2-1d內裝電機主軸結構的主傳動系統</p><p><b>　　2.5 本章總結</b></p><p>　　本章先介紹了數控機床主傳動系統的5個特點：轉速

47、高；變速范圍寬；主軸變速迅速可靠；主軸組件的耐磨性高，使傳動系統具有良好的精度保持性。然后介紹了主傳動系統的5點設計要求。最后介紹了數控機床主傳動系統的4種配置方式：帶有變速齒輪的主傳動；通過帶輪傳動的主傳動；用兩電機分別驅動主軸；內裝電動機主軸結構。</p><p>　　在主傳動系統中，本方案采用交流主軸伺服電動機和直流伺服主軸電動機無極調速系統。為擴大調速范圍，適應低轉速大轉矩的要求，也經常應用齒輪有極調速和

48、電動機無級調速相結合的調速方式。數控機床的調速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。</p><p>　　第3章 臥式加工中心主傳動系統設計及計算</p><p>　　3.1 主傳動設計方案的確定</p><p>　　加工中心的主傳動系統一般都設計成一個主軸箱，它主要包括電機、傳動裝置、主軸、主軸軸承、主軸定向機構、拉刀裝置及清潔、潤滑和

49、冷卻裝置。</p><p>　　根據中型機床參數設計，所設計的主傳動配置選用2.4中提到的四種方案的第一種方案即采用變速齒輪的主傳動系統。</p><p>　　在本方案中主軸轉速主要是由主軸電動機的無級調速來實現，由三級齒輪變速系統來擴大電動機無級調速的范圍。主軸變速分為低速區(qū)域和高速區(qū)域，其中的變幻時通過液壓缸驅動撥叉來撥動齒輪以及離合器，通過離合器的黏合以及分開來實現變速（如圖3-1）

50、。</p><p>　　圖3-1 傳動軸和電機軸</p><p>　　主軸的定向機構是由無觸點開關和液壓活塞控制。準停前，定向活塞在下面，主軸必須處于停止狀態(tài)。當發(fā)出準停信號后，電機以60轉/分轉動，經齒輪降速使主軸以15轉/分轉動，無觸點開關在感應塊作用下通電，發(fā)出粗定位信號，主電機停轉，傳動齒輪變空擋，主軸以貫性空轉，定位活塞向上，定位頂尖進入精定位凹槽內，使主軸準停（如圖3-2）。&

51、lt;/p><p>　　圖3-2 主軸和電機軸</p><p>　　拉刀裝置是通過蝶形彈簧是拉桿向右移動，通過鋼球加緊刀柄。松刀時，活塞向左移動，推動拉桿也向左移動，使鋼球在到套大徑處時，噴氣頭將刀頂松，刀具即被取走，同時壓縮空氣經活塞和拉桿的中心孔從噴氣頭噴出清潔主軸錐孔及刀柄。新刀裝入后，活塞向右，蝶形彈簧又重新夾緊刀柄。（如圖3-2）。通過圖3-3，可以很容易看清楚整個系統的工作原理。&

52、lt;/p><p>　　圖3-3 主軸箱外觀</p><p>　　3.2 主軸電機的選擇</p><p>　　機床的工況是選擇主電機的依據，機床零件和結構的強度設計也是依據它進行的。它包括切屑功率Nc、空載功率Nmo、附加功率Nmc三部分，即</p><p>　　N=Nc+Nmo+Nmc</p><p>　　其中，切屑功

53、率Nc是按照各個加工情況下叫經常遇到的最大切屑力和最大切屑速度來計算，即 Nc=FzV</p><p>　　中Fz是主切屑力（N） V是切屑速度（m/s）</p><p>　　至于空載功率和附加功率在此不考慮。</p><p>　　臥式加工中心主要具有銑、鏜、鉆、攻絲等功能。</p><p>　　以下是用圓柱銑刀來加工碳鋼、青銅、鋁合

54、金、可鍛鑄鐵切屑力的公式</p><p>　　(3-3) 式中 Cfz——切屑力系數 ——側吃刀量 ——進給量 ——銑刀直徑 ——背吃刀量 Z——銑刀面數</p><p>　　如果加工灰鑄鐵切屑力的公式為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　在加工碳鋼、青銅

55、、鋁合金、可鍛鑄鐵</p><p>　　選擇 </p><p><b>　　Z=3</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　因為加工灰鑄鐵時遠小于加工碳鋼的，其算出的功率也一定小于加工碳鋼的Pe所以取電機功率為7.5kw。</p><

56、;p>　　所選取的是1PH4型水冷式主軸電機，它具有以下的優(yōu)點：功率/重量比高：體積小;冷卻的法蘭盤，用以隔離機械傳動系的熱應力：保護等級高。</p><p>　　它的電機額定功率是7.5kw，額定轉速時1500r/min，最大轉速是9000r/min，額定轉矩是48NM.</p><p>　　圖3-31PH4型水冷式主軸電機</p><p>　　3.3 繪

57、制轉速圖</p><p>　　采用2對滑移齒輪架一對固定齒輪來輔助系統變速，來擴大恒功率區(qū)的變速范圍。其轉速圖為：單位（r/min）</p><p><b>　　圖3-4轉速圖 </b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　根據傳動比，我暫時選定3對齒輪的齒數分別為</

58、p><p>　　24/48,48/24,43/43。</p><p>　　3.4 傳動軸直徑初定</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　式中 d——傳動軸直徑；</p><p>　　N——該軸傳動的功率（kw）；</p><p>　　——該軸的計

59、算轉速（r/min）；</p><p>　　（）——該軸每米長度允許扭轉角（deg/m），一般傳動軸取（）=0.5-1。</p><p>　　對于軸1，起計算轉速=1500r/min，N=7.5kw，彈性聯軸器效率1對軸承的效率；取（）=0.8</p><p><b>　　取</b></p><p>　　對于齒輪的傳遞效

60、率則；=750r/min</p><p><b>　　取</b></p><p>　　主軸前徑直徑 功率在5.6kw-7.3kw時 主軸大徑在75-100mm之間 取D1=90mm，則D2=（0.7-0.85） D1=63-76.5mm 取D2=70mm。</p><p>　　3.5 齒輪模數的初步計算</p><p

61、><b>　　(3-6)</b></p><p>　　式中 ——該軸的計算轉速（r/min）</p><p>　　——按解除疲勞強度計算的齒輪模數（mm）；</p><p>　　——驅動電動機功率（kw）；</p><p>　　u——大齒輪齒數與小齒輪齒數之比，外齒輪嚙合取“+”號 內齒輪嚙合取“—”號；<

62、/p><p><b>　　——小齒輪的齒數；</b></p><p>　　——齒寬系數，=（B為齒寬，m為模數），；</p><p>　　——許用接觸應力（Mpa）</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　??；取</b></

63、p><p><b>　?。蝗?lt;/b></p><p>　　套裝在軸上的小齒輪還考慮到齒根圓到它的鍵槽深處的最小尺寸應大于基圓齒厚，以防斷裂，則其最小齒數應為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中 D——齒輪花鍵孔的外徑（mm），單鍵槽的取孔中心至鍵槽槽底的尺寸兩倍&

64、lt;/p><p><b>　　M——齒輪模數。</b></p><p><b>　　Ⅰ軸，D取46，</b></p><p><b>　?、蜉S，D取50，</b></p><p>　　因為=24，所以滿足要求，大齒輪不會與軸相碰。</p><p>　　3.

65、6 齒輪強度的校核</p><p>　　由于本設計中主軸上齒輪的轉速較低，扭矩較大，因而最為危險。選擇主軸上的齒輪副進行強度校驗?？紤]到此機構為一般機械，傳遞的功率7.5kw，并不大，工作環(huán)境良好且為閉式傳動，由于希望齒輪工作壽命長，所以采用大小齒輪硬齒面。選用材料為40Cr，加工方法為高頻淬火。查得，大小齒輪的強度極限，屈服極限，硬度48~55HRC，由于所選齒輪的齒數相同，所以對該齒輪同時進行齒根彎曲疲勞強

66、度校核和接觸疲勞強度校核。</p><p>　　3.6.1對齒輪進行齒根彎曲疲勞強度校驗</p><p>　　校驗小齒輪齒根彎曲疲勞強度的驗算公式為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中 N——傳遞的額定功率，由以上的計算知N=6.04kw</p><p>　

67、　——計算轉速，由以上的計算知r/min</p><p>　　M——齒輪的模數，m=4mm；</p><p>　　B——齒輪的齒數，B=32mm；</p><p>　　Z——齒輪的齒數，Z=43；</p><p>　　Y——齒形系數，由文獻【5】表1，查得Y=0.42；</p><p>　　——齒間載荷分布系數，由文獻

68、【5】圖8.11查得=1.12</p><p>　　——動載荷系數，考慮齒輪嚙合內部因素引起的附加動載荷， 查得動載荷系數=1.09；</p><p>　　——工作狀況系數，由文獻【5】表8.3查得=1.1；</p><p><b>　　——壽命系數；</b></p><p><b>　　——工作期限系數；&

69、lt;/b></p><p>　　T——齒輪在機床工作期限內的總工作時間，取T=Ts/p，取Ts=18000h，p為該變速組的傳動副數，p=1，則T=18000h。r/min</p><p>　　N1——齒輪的最低轉速；</p><p>　　——基準循環(huán)次數，取彎曲載荷=</p><p>　　M——疲勞曲線指數，取m=6.</p&

70、gt;<p><b>　　則</b></p><p>　　——轉速變化系數，=0.9</p><p>　　——功率利用系數，=0.9</p><p>　　——材料強化系數，=1 </p><p><b>　　則</b></p><p>　　——許用彎曲應力，由

71、文獻【15】式8.26，</p><p>　　——計入了齒根應力修正系數之后的實驗齒輪的齒根彎曲疲勞的極限應力，查得：</p><p>　　——齒根彎曲強度計算的安全系數，一般取=1.25</p><p>　　——彎曲強度計算的壽命系數，可根據齒輪的應力循環(huán)次數N查得，取=1.0</p><p><b>　　則</b>&

72、lt;/p><p><b>　　綜上所述：</b></p><p>　　=90.16Mpa< 滿足使用條件</p><p>　　3.6.2對齒輪進行齒面接觸疲勞強度校驗</p><p>　　由校驗齒輪接觸疲勞強度的驗算公式為</p><p><b>　?。?-9）</b>&

73、lt;/p><p>　　式中 u——齒數比u==1，外嚙合取+號</p><p><b>　　——壽命系數</b></p><p>　　m——齒輪的模數，m=4mm；</p><p>　　B——大齒輪的齒寬，B=32mm；</p><p>　　Z——齒輪的齒數，Z=43； </p>&l

74、t;p>　　——許用接觸應力， = （3-10）</p><p>　　式中 ——試驗齒輪的齒面接觸疲勞強度極限，查得=1200Mpa</p><p>　　——接觸疲勞強度計算的壽命系數【1】</p><p>　　——為安全系數，一般取=1.0</p><p><b>　　所以：=Mpa</b&g

75、t;</p><p><b>　　綜上所述 </b></p><p><b>　　校驗合格。</b></p><p>　　3.7 傳動軸強度校驗</p><p>　　3.7.1 傳動軸上的彎曲載荷</p><p>　　齒輪傳動軸同時受輸入扭矩的齒輪驅動力Qa和輸出扭矩的

76、齒輪驅動阻力Qb的作用而產生彎曲變形。當齒輪為直齒圓柱齒輪，其嚙合角，齒面摩擦角時，則</p><p>　　Qa（或Qb）= （3-11）</p><p>　　式中 N——該齒輪傳遞的全部功率，N=6.75kw</p><p>　　m——齒輪的模數，輸入輸出扭矩齒輪模數m=4mm；；</p><p

77、>　　Z——齒輪的齒數，輸入扭矩齒輪Z=48，輸出扭矩齒輪Z=24;；</p><p>　　n——該傳動軸的計算工況轉速（）；</p><p>　　——該軸輸入扭矩的齒輪計算轉矩；=750r/min</p><p>　　所以得齒輪驅動力Qa==994N</p><p>　　齒輪驅動阻力Qb==1988N</p><p

78、>　　3.7.2 驗算兩支承傳動軸的彎曲變形</p><p>　　齒輪變速箱里的傳動軸，如果抗彎剛度不足，將破壞軸及齒輪、軸承的正常工作條件，引起軸的橫向振動，齒輪的輪齒偏載，軸承內外圈相互傾斜，加劇零件的磨損，降低壽命。該傳動軸為兩支承的實心圓形鋼軸，忽略其支承變形，在單一彎曲載荷作用下，其中點撓度為 (mm) （3-12）</p><

79、p>　　式中 l——兩支承間的跨距，l=532mm </p><p>　　D——該軸的平均直徑D=43.67mm</p><p>　　x——齒輪的工作位置至較近支撐點的距離，即</p><p><b>　　，，；</b></p><p><b>　　其余參數同上。</b></

80、p><p>　　則驅動力作用下傳動軸中點的撓度</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　驅動阻力作用下傳動軸中點的撓度</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　計算在驅動力和驅動阻力同時作用下，傳動軸中點的合成撓度，可按余弦定理計算

81、 （3-13）</p><p>　　式中 ——被驗算軸的中點合成撓度（mm）</p><p>　　——驅動力Qa和驅動阻力Qb在橫剖面上，兩向量合成時的夾角，</p><p>　　——在橫剖面上，被驗算的軸與其前、后傳動軸連心線的夾角，按被驗算軸的旋轉方向計量，由剖面圖上可得值。嚙合角，齒面摩擦角。</p>&l

82、t;p><b>　　由截面圖畫得，那么</b></p><p>　　則傳動軸中點的合成撓度</p><p>　　查得傳動軸的撓度變形允許值</p><p>　　=0.000.-0.0005，傾角變形允許值=0.005（rad）</p><p>　　取=0.0004，則=0.0004X532=0.2128mm

83、 </p><p>　　傳動軸在軸承處的傾角 （3-13）</p><p><b>　?。╮ad）</b></p><p>　　可見，，撓度和傾角均符合要求。</p><p>　　3.8 其他部件的選擇以及校驗</p><p>　　3.8.1聯軸器的選擇<

84、;/p><p>　　所選的彈性柱銷聯軸器，它結構簡單，制造容易，更換方便，柱銷較耐磨，還能補償兩軸相對位移。它的轉矩范圍是6.3-16000（Nm），</p><p>　　軸徑范圍是9-170mm，最高轉速在8800-11500r/min，軸向許用相對位移-，徑向許用相對位移是0.15-0.25mm，角向許用相對位移30</p><p>　　3.8.2 離合器的選擇&l

85、t;/p><p>　　所選的是正梯形牙行的牙嵌離合器，它是利用兩半離合器端面上的牙相互嵌合或脫開以達到主、從動軸的離合。正梯形牙行的牙的強度高，傳遞轉矩大，結合時沖擊比矩形牙小，并可消除牙側間隙，分離時容易脫開，工作是由軸向分力，當工作面的傾斜角a=2-8°，產生的軸向分力不會自動脫開，當a=15-20°時，需要軸向壓力防止軸向分力使牙自動退出。我選用的是a=2-8°的正梯形牙。<

86、/p><p>　　3.8.3 軸承的選擇及校核</p><p>　　在轉動軸上選擇的都是面對面的角接觸球軸承，它具有以下的特點</p><p>　　能承受雙向軸向載荷，承受能力隨接觸角的增大而增加；</p><p>　　通過預緊可限制軸或外殼的軸向位移；</p><p>　　通過預緊可增加軸承的剛度和旋轉精度。</p

87、><p>　　在主軸大徑上選的是雙向推力角接觸球軸承和雙列圓滾子軸承，由雙向推力角接觸球軸承承受兩邊的軸向力，由雙列圓滾子軸承承受徑向力。選擇主軸上的角接觸球軸承進行校核，其基本額定動載荷Cr=69.2KN，Cor=57.5KN, （3-14）</p><p>　　15度的角接觸球軸承取X=0.04，Y取1,15度角接觸球軸承是內部軸

88、向力是0.4Fr，圓周力 （3-15） </p><p>　　徑向力 （3-16）</p><p>　　式中 ——小齒輪分度圓直徑，mm</p><p>　　——分度圓壓力角，度</p><p>　　——小齒

89、輪傳遞的轉矩。</p><p>　　計算軸承壽命 （3-17）</p><p>　　式中 c——軸承的額定載荷</p><p><b>　　P——軸承所受的力</b></p><p>　　對于球軸承取3，n取375r/min，C=Cr=69.2KN L=191

90、843.7h</p><p>　　已知該加工中心使用10年，兩班工作制，則預期壽命是</p><p>　　=8X2X300X10=48000h L>> 壽命充裕</p><p>　　3.8.4 撥叉機構、卸刀機構、準停機構液壓缸的承載力</p><p>　　卸刀機構：蝶形彈簧以1000N的力，使拉桿向右運動，要想卸刀必須卸

91、刀機構的液壓缸提供1000KN才能頂動拉桿，卸下刀具。</p><p>　　F=PS (3-18)</p><p><b>　　式中 P——壓強</b></p><p><b>　　S——面積</b></p><p>　　得P=0.067Mpa

92、</p><p>　　由于撥叉機構和準停機構不需要太大的動力，所以這兩機構的壓強P=0.01Mpa</p><p><b>　　3.9 本章小結</b></p><p>　　本章介紹了傳動方式的確定、電機選用1PH4型水冷式主軸電機、繪制轉速圖、傳動軸直徑的確定、齒輪各參數的計算、齒輪的齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度的校核、兩支承傳動軸的

93、彎曲變形的驗算、離合器和聯軸器的選取、軸承的選取和校核、撥叉機構、準停機構、卸刀機構液壓缸的校核、軸的校核。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　在本次設計中，所完成的工作如下：</p><p>　　通過閱讀大量的書刊對數控機床主傳動系系統進行了全面的了解。本文結合企業(yè)臥式加工中心新產品的項目開發(fā)，全面論述臥式加工

94、中心主傳動總體方案的擬定過程和設計方法。通過參考國內外臥式加工中心機床布局、參數、綜合分析技術先進性、市場競爭力、實施可行性、經濟性等因素，確定切合實際的最好設計方案。</p><p>　　按照中型加工中心主傳動，確定參數。</p><p>　　通過機床工況確定了主軸伺服電機，根據主軸伺服電機選定各軸的軸徑，跟精彩以往設計經驗選定了3對齒輪，確定其傳動比。計算齒輪模數，齒輪的齒數，進行了齒

95、根彎曲疲勞強度校驗和齒面接觸疲勞強度校驗以及傳動軸上的彎曲載荷，驗算了兩支承傳動軸的彎曲變形。選擇了合適的聯軸器、離合器。進行了軸承的校驗。最后對撥叉機構、卸刀機構、準停機構進行了設計和分析。</p><p>　　用二維設計軟件CAD對主軸箱進行了剖析。</p><p>　　論文研究中充分應用先進設計手段來輔助臥式加工中心的設計，利用UG進行機床三位布局及造型設計，確定機床外觀造型的初步方

96、案。即使產品設計過程可視化，也提高了設計效率。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本文即將完成之際，謹向所有給予我關心、幫助和支持的老師、同學們致以我最真摯的謝意。</p><p>　　感謝我的導師楊革老師，他嚴謹的治學態(tài)度、廣博的學識和忘我的工作作風是我效仿的榜樣。無論在畢業(yè)設計中遇到什么樣的問題楊老師都會耐

97、心地給我講解和指導。不僅在設計知識方面，在做人做事方面，老師教導我們要具有踏實、嚴謹的精神，具有高尚的思想道德品質。所以，在這里我向楊革老師致以我最真摯的謝意。</p><p>　　還有，感謝系里老師在設計過程中的耐心指導和幫助，使我學到和了解許多新的東西，在此表示衷心的感謝。</p><p>　　此外感謝各位老師和同學們在生活上給予的幫助，向各位老師以及同學表以最高的敬意和由衷的感謝。&

98、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 文懷興 夏田.數控機床系統設計.化學工業(yè)出版社，2005.6.</p><p>　　[2] 王愛玲.現代數控機床.國防工業(yè)出版社，2003.4. </p><p>　　[3] 陳鐵鳴.機械設計.哈爾濱工業(yè)出版社，2003.8.</p>

99、<p>　　[4] 陳易.金屬切削機床課程設計.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2009.1.</p><p>　　[5] 黃如林.切屑加工簡明實用手冊.化學工業(yè)出版社，2004.7.</p><p>　　[6] 張少實.新編材料力學.機械工業(yè)出版社，2002.7.</p><p>　　[7] 王連明.機械設計課程設計.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.7.<

100、;/p><p>　　[8] 葉君.實用緊固件手冊.機械工業(yè)出版社，2002.9.</p><p>　　[9] 韓榮第.機械制造技術基礎講義.哈爾濱工業(yè)大學，2008.2.</p><p>　　[10] 馮辛安.機械制造裝備設計.機械工業(yè)出版社，2006.9.</p><p>　　[11] 卜炎.機械傳動裝置設計手冊.機械工業(yè)出版社，1998.12

101、. </p><p>　　[12] 鄧奕.現代數控機床及應用.國防工業(yè)出版社，2008.9.</p><p>　　[13] 王啟明.機械制造工藝學.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.8.</p><p>　　[14] 盛伯浩.我國數控機床現況與技術發(fā)展策略.制造技術與機床.2006. </p><p>　　[15] 機械設計手冊.編寫組.

102、機械設計手冊.機械工業(yè)出版社，1980. </p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　淺談我國機械加工中心的現狀及發(fā)展趨勢：</p><p>　　1.我國機械加工中心發(fā)展的現狀分析 　　加工中心最初是從數控銑床發(fā)展而來的。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數控臥式鏜銑床的基礎上增加了自

103、動換刀裝置，從而實現了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。</p><p>　　二十世紀70年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。機械制造技術是研究產品設計、生產、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科，是以提高質量、效益、競爭力為目標，包含物質流、信息流和能量流的

104、完整的系統工程。 </p><p>　　2009年3月在上海舉行的“中國數控機床展覽會”上，展出了多臺國內生產的五軸加工中心。如濟南二機床集團公司展出的龍門式五軸聯動加工中心，工作臺長6m,寬2m，采用立式主軸回轉，A軸轉角±100度，C軸轉角±200度，這個龐然大物吸引了許多參觀者，它標志著中國數控機床工業(yè)達到了先進水平。上海第三機床廠、第四機床廠制造的立臥加工中心，工作臺630mm2，采用

105、高速內冷電主軸，主軸可立、臥轉換，工作臺可以360度等分，類似于上述簡單配置為立、臥轉換的三軸加工中心，可對工件實現五面體加工，盡管還沒有配置五軸，也非常實用。</p><p>　　現在加工中心逐漸成為機械加工業(yè)中最主要的設備，它加工范圍廣，使用量大。近年來在品種、性能、功能方面有很大的發(fā)展。品種：有新型的立、臥五軸聯動加工中心，可用于航空、航天零件加工；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM

106、對模具復雜的曲面超精加工；有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬轉以上的電主軸，最高可達6～10萬轉；直線電機的應用使機床加速度達到了3-5g；執(zhí)行ISO/VDI檢測標準，促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復合功能，結構上適合于組成模塊式制造單元(FMC)和柔性生產線(FMS)，并具有機電、通訊一體化功能?！　?.機械加工中心的特點2.1工序集中

107、加工中心備有刀庫并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工，使得工件在一次裝夾后，數控系統能控制機床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡，以及其他輔助功能，現代加工中心更大程度地使工件在一次裝夾后實現多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高精度加 工，即工序集中．這是加工中心最突出的</p><p>　　2.2對加工對象的適應性強</p><p>

108、　　加工中心生產的柔性不僅體現在對特殊要求的快速反應上．而且可以快速實現批量生產，提高市場競爭能力。2.3加工精度高 加工中心同其他數控機床一樣具有加工精度高的特點，而且加工中心由于加工工序集中，避免了長工藝流程，減少了人為千擾，故加工精度更高，加工質量更加穩(wěn)定。2.4加工生產率高 零件加工所需要的時間包括機動時間與輔助時間兩部分。加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置，在一臺機床上能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和機

109、床的調整時間，減少工件半成品的周轉、搬運和存放時間，使機床的切削利用率（切削時間和開動時間之比）高于普通機床3～4倍，達80％以上。</p><p>　　2.5操作者的勞動強度減輕 加工中心對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸零件、進行關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行之外，不需要進行繁重的重復性手工操作，勞動強度和緊張程度均可大為減輕，勞動條件也得到很大的改善。2.6經濟效

110、益高 使用加工中心加工零件時，分攤在每個零件上的設備費用是較昂貴的，但在單件、小批生產的情況下，可以節(jié)省許多其他方面的費用，因此能獲得良好的經濟效益。例如，在加工之前節(jié)省了劃線工時，在零件安裝到機床上之后可以減少調整、加工和檢驗時間，減少了直接生產費用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸輪、鉆模板及其他工夾具，省去了許多工藝裝備，減少了硬件投資．還由于加工中心的加工穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。2.7有利

111、于生產管理的現代化 用加工中心加工零件，能夠準確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些特點有利于使生產管理現代化。當前有許多大型CAD/CAM集成軟件已經開發(fā)了生產管理模塊，實現了計算機輔助生產管理。做好基礎自動化的工作仍是我國制造企業(yè)一項十分緊迫而艱巨的</p><p>　　3.我國機械加工中心的發(fā)展趨勢3.1加工中心高效、高精、高速的發(fā)展趨勢 　　隨著國民經濟飛速

112、發(fā)展工業(yè)自動化，制造業(yè)向著高、精、尖方向發(fā)展，特別是汽車、船舶、紡織、電子技術、航空航天的迅猛發(fā)展，對機床的精度和生產效率要求也越來越高，主軸轉速12000r/min以上、快移速度大于40m/min的高效高精機床已經是機床行業(yè)流興的趨勢。</p><p>　　3.2立式加工中心五軸聯動的趨勢　　五軸聯動數控機床是一種科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研

113、、精密器械、高精醫(yī)療設備等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。 3.3機床的復合化，與機器人的有效結合提高了生產效率　　為了提高生產效率，最大限度降低生產成本，把工業(yè)機器人同機床有效地結合在一起，讓機器人從事簡單而且重復的勞動，不但可以節(jié)省大筆的人工費用，同時，機器人不會疲勞且不會產生錯誤，因而對生產質量的穩(wěn)定起到了很大的作用。 3.4機床更注重細節(jié)處理和環(huán)境保護　　“綠色生態(tài)機床”是近年來機床行業(yè)的一種發(fā)展趨勢，其強調了機床、環(huán)境、人

114、三者之間的關系，目地是大幅度提高機床生產效率的同時降低對環(huán)境的影響和對操作者健康的危害?！　?.結論　　現代的機械加工中心是現代技術和工業(yè)創(chuàng)新的集成，是國家制造業(yè)的水平的主要標志，也是國家工業(yè)的基礎和支柱。隨著社會的發(fā)展，人們對產品的要求也發(fā)生了很大變化，要求品種要多樣、更新要快捷、質量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要求，就必須采用先</p><p&