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（优秀毕业全套设计）弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计（整套下载）

速级数不像常规变速系统那样受，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。.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和，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,转速，要求输出轴转速，齿轮齿数比.。具体计算如下大小齿轮的材料均为钢，经调质与表面淬火处理，硬度为选小齿轮齿数,大齿轮齿数.,齿数比.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即选取载荷系数.计算大齿轮传递的转矩...选取齿宽系数查得材料的弹性影响系数.按齿面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限计算应力循环次数..查得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力取失效概率为，安全系数，得试算小齿轮分度圆直径,带入中较小的值.计算圆周速度计算齿宽计算齿宽与齿高之比模数齿高...计算载荷系数根据.,级精度，查得动载荷系数.直齿轮，假设。查表得.查表得使用系数查得级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，将数据带入后，得..由.，.查图机械设计得.故载荷系数..按实际的载荷系数效正所得的分度圆直径，由式.计算模数按齿根弯曲强度设计查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限均为查得弯曲疲劳寿命系数.,.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数.，由式计算载荷系数..查取齿形系数查得。查取应力校正系数查得。计算大小齿轮的并加以比较小齿轮的数值大。设计计算.对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数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.并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径.,算出小齿轮的齿数，取大齿轮齿数.，取。几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度因为变速箱中，小齿轮固定安装在第Ⅱ轴上大齿轮安装在第Ⅰ轴上，且为双联滑移齿轮，两齿轮副传动比取值为.，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，。验算,合适。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间为对斜齿轮，两齿轮的材料选用，经过调质与表面淬火处理，硬度为，许用接触强度疲劳应力，精度等级取级。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齿轮齿数中心距，将中心距圆整为按圆整后的中心距修正螺旋角大小齿轮的分度圆直径齿轮宽度圆整后取，。齿轮结构如图所示弧面蜗杆加工专用数控机床是对型数控车床的改造，弧面蜗杆数控加工机床主轴箱齿轮传动系统的总体结构布置和参数的选择均参考原型数控车床。主轴箱中，各轴间齿轮的齿数和模数与原型数控车床主轴箱内部齿轮的齿数和模数相同。变速箱和主轴箱内部齿轮结构简图如下所示.轴的设计计算轴Ⅱ的设计计算轴的材料选用钢，并经调质处理。轴的结构设计轴的结构是参考了的Ⅱ轴，如图所示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。轴Ⅶ的设计计算轴的材料选用号钢，并经过调质处理。估算周的最小直径查表得常数，轴Ⅶ的结构设计见图如下所示轴Ⅶ的刚度验算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和应小于弯曲刚度的许用值和，即，。表轴的弯曲变形的允许值轴的类型变形部位般传动轴装向心轴承处.刚度要求较高.装齿轮处.安装齿轮轴装单列圆锥滚子轴承.安装蜗轮轴装滑动轴承处.装单列圆柱滚子轴承处.轴的跨度模数轴的变形计算公式计算轴本身弯曲的挠度及倾角时，般常将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，采用平均直径计算，计算轴时选择用平均直径或当量直径。圆轴平均直径惯性矩矩形花键轴平均直径当量直径惯性矩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和，然后进行叠加，在同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。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，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种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值和。提高轴的刚度的些措施加大轴的直径，适当减小周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。轴的校核计算轴Ⅶ的受力简图轴的传动路线有两条，条是由齿轮传动至Ⅶ轴上，再又齿轮至齿轮带动主轴运转另条是由齿轮和齿轮传动至Ⅶ轴上，再又齿轮至齿轮带动主轴运转。先校核又齿轮传入，齿轮传出时轴的强度作轴Ⅶ的水平面弯矩图和垂直面弯矩图计算Ⅶ轴上的功率Ⅶ轴上的转矩齿轮的圆周力齿轮的径向力齿轮的圆周力齿轮的径向力齿轮的轴向力求在水平面内的支反力，由受力图求在垂直面内的支反力，由受力图画轴Ⅶ水平面和垂直面内的受力图弯矩图如下作弯矩和转矩图齿轮的作用力在水平面的弯矩图如上齿轮的作用力在垂直面的弯矩图如上齿轮在截面作出的最大合成弯矩为齿轮的作用力在水平面的弯矩图如上齿轮的作用力在垂直面的弯矩图如上齿轮在截面作出的最大合成弯矩为作两截面最大合成弯矩图和扭矩图轴的强度校核，经过分析可知，所在的截面为危险截面，按第三强度理论计算弯矩查设计手册第二版第四卷，轴的抗弯截面系数故满足第三强度理论。刚度校核在水平面内单独作用时单独作用时在和共同作用下在垂直面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。其最大挠度为而般.故,符合要求。轴的转角校核就不再验算。再校核由齿轮传入，齿轮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，依组传动方案，此处轴Ⅶ的强度和刚度校核过程省略。主轴的设计计算轴的材料选用号钢，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原型数控车床的主轴，没有明显的改动，故具体的校核计算过程就略去不作。第章弧面蜗杆数控专用机床的进给系统设计.进给系统传动方案拟订进给运动是数字控制的直接对象，被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度灵敏度和稳定性有关。因此，在进行数控加工机床进给系统传动设计方案过程中，选用传动零件应充分注意减小摩擦阻力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙和减小运动惯量等相关因素。弧面蜗杆数控专用机床的进给运动可采用无级调速的伺服驱动方式，控制系统的选择可以采用闭环开环或半闭环控制。传动部分的选择，可以考虑采用伺服电机经过由最多两级齿轮或带轮传动副和滚珠丝杆螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副组成的传动系统传动给工作台等运动执行部件。根据设计任务，弧面蜗杆数控专用加工机床的伺服驱动装置采用开环伺服系统，机床纵向进给运动横向进给运动，回转工作台上的纵向进给横向进给以及回转工作台采用的均为步进电机驱动的开环伺服系统。.纵向进给系统的设计计算纵向进给系统的设计根据设计任务，系统应采用连续控制系统。控制系统由微机部分键盘及显示器接口及光电隔离电路步进电机功率放大电路组成。纵向进给系统采用步进电机减速齿轮滚珠丝杆螺母溜板的传动方式，数控工作台为数控回转转台。纵向进给系统的设计计算已知条件工作台质量时间常数滚珠丝杆脉冲当量.脉冲切削力计算由机床设计手册可知，最大切削功率式中主电机功率，.主传动系统的总效率，般为，取.则切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力或转矩和最大切削速度转速来计算，即式中主切削力最大切削速度。按用硬质合金刀具半精车钢件时的速度取值在般外圆车削时，取滚珠丝杠副的计算和选型滚珠丝杠副的设计主要是型号的选择和性能验算。纵向进给为综合型导轨，按式计算丝杠轴向进给切削力。其中.，取.，则最大切削力下的进给速度可取最高进给速度量的取为，纵向最大进给速度为.,丝杠导程,则丝杠转速为丝杠使用寿命时间取为。则丝杠的计算寿命为根据工作负载寿命，计算滚珠丝杠副承受的最大动载荷，取，由参照厂滚珠丝杠副产品样本，可采用内循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，列.圈，其额定动负载为，精度等级选为级。其几何参数如下公称直径,导程，螺纹升角,滚珠直径.,螺杆内径。按式校验丝杆螺母副的传动效率，其中磨擦角纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图所示支承间距。丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的。丝杠的变形量计算如下滚珠丝杠截面面积，按丝杠螺纹的底径确定工作负载引起的导程的变化量可用下式计算则丝杠拉伸或压缩变形量由于两端均采用角接触，且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度可比端固定的丝杠提高倍。其实际变形量为滚珠与螺纹滚道间接变形量按下式进行计算因丝杠加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的时，可减少半，因此实际变形量为支承滚珠丝杆的轴承为型推力球轴承，几何参数为,滚动体直径，滚动体数量。轴承的轴向接触变形量可按式计算注意，此公式中单位应为.。因施加预紧力，故实际变形量根据以上计算，总变形量为三级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。因为滚珠丝杆两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需做稳定性校核。减速齿轮设计根据给定的纵向进给脉冲当量.，滚珠丝杠导程，及初选的步进电动机步距角，可计算出传动比选取齿轮齿数为，。步进电动机的选择负载转动惯量计算参考同类型机床，初选反应式步进电动机，其电动机转动惯量。传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量按表中介绍方法计算。齿轮的转动惯量为丝杠的转动惯量可从表查出等效惯量考虑步进电动机与传动系统惯量匹配问题不完全满足惯量匹配的要求。负载转矩计算及最大静转矩选择机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别进行计算快速空载起动时所需转矩可按下式进行计算考虑了电动机转子的转动惯量以后，传动系统折算到电动机轴上的总转动惯量折算到电动机轴上的磨擦力矩附加磨擦力矩.•则.•快速移动时所需力矩最大切削负载时所需力矩从上面计算看出三种工况下，以快速空载起动的需力矩最大，以此项作为初选步进电动机的依据。对于工作方式为五相十拍的步进电动机最大静转矩从相关资料查出，型步进电动机最大静转矩为，大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但需考核步进电动机起动矩频特性和运行特性。步进电动机的空载起动频率查相关资料知型步进电动机允许的最高空载起动频率为，运行频率为满足设计要求。根据计算综合考虑，机床纵向进给机构选用型步进电机。.横向进给系统的设计计算横向进给系统的设计计算脉冲当量和传动比的确定传动比的选定传动系统等效转动惯量计算初选步进电机的型号为则查表查出电机转子转动惯量.为了机床的布局紧凑且方便可取.。则滚珠丝杆转动惯量折算工