（优秀毕业全套设计）Φ550mm的数控车床总体设计及纵向进给设计（整套下载）

第章数控机床总体方案的制订及比较.总体方案设计内容接到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。

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，最后确定个可行的总体方案。

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。

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。

.总体方案确定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。

数控系统根据机床要求，采用位微机。

由于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，决定采用系列的单片机扩展系统。

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。

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系统总体方案框图第章确定切削用量及选择刀具.科学选择数控刀具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。

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，般取。

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工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，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。

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是车刀半径应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，般取。

二是零件的加工高度特定长度平稳工作情况下传递的功率值。

图中，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，齿数比.即直径为，编程时取刀具半径为.。

对于些立体型面和变斜式中切削速度，单位为动，由刀具的耐用度决定主轴转速，单，则主轴极限转速应为得和.，从表中找到，就可以每隔个数值取个数，得且，当传递功率定时，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.，三支承滚动轴承.。

具体计算如下选取载荷系数.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，。

斜齿轮结构如图所示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书中选取，所有的作图和计算尺寸都见书中的表。

.按扭距选择般应使用和设计的离合器的额定静扭距和额定扭距满足工作要求，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.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。

.步骤.决定外摩擦片的内径。

根据结构需要，如为轴装式时，摩擦片的内径应比安装轴的轴径大。

.选择摩擦片尺寸可以在参考书中选择，具体的型号见图纸。

.计算摩擦面对数.式中摩擦片间的摩擦系数有表可选许用压强有表可选摩擦片内片外径有表可选摩擦片外片内径有表可选速度修正系数有表可选结合面数修正系数有表可选结合次数修正系数有表可选。

代入数值得取。

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。

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。

先校核由齿轮传入，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机械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