CJK6432数控车床机变速箱的设计

-1-江苏城市职业学院课程设计（论文）设计(论文)题目:CJK6432数控车床变速箱的设计姓名_______学号_____系部_机电一体化____专业机电一体化专业__年级_2011级______指导教师2011年03月08日-2-摘要在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于主轴箱带轮处，使床头箱内结构大为简化，便于维修。机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。机床采用机、电、液一体化结构，整体布局紧凑合理，便于维修和保养，外形符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。关键词：数控车床CJK6432分离传动步进电动机-3-目录第一章总体方案设计.....................................................................51.1主传动的组成部分1.2机床主要部件及其运动方式的选定1.3安全保护1.4机床的主要技术参数第二章机床主传动设计…………………………….……………..72.1运动参数2.2电动机的选择2.3齿轮传动的设计计算2.4轴的设计计算第三章进给系统的设计计算…………………………………….143.1纵向进给系统的设计计算3.2横向进给系统的设计计算第四章数控系统设计……………………………………………234.1数字控制系统框图4.2数控系统的硬件特点4.3控制系统图及芯片的选择4.4键盘及键盘接口设计结束语…………………………………………………….………..26致谢.................................................27参考文献………………………………………………..………..……28-4-第一章总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。1.1主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。1.2机床主要部件及其运动方式的选定主运动的实现根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。所有的变速都采用液压操作。进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。齿轮的消隙采用偏心环调整。数字控制的实现采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。1.3安全保护当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给轴，冷却电机等如已在“启动”状态者，将进入“停止”状态；如已在“停止”状态的则不可自行进入启动状态，确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。由于软件的合理设计，报警可通过显示器显示文字及报警号，通过操作面板的指-5-示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行“急停”；对一般报警实行“进给保持”；对操作错误只进行“提示”。1.4机床的主要技术参数由设计任务书的要求，现将CJK6432经济型数控车床的主要技术参数及加工范围技术参数列于下：项目单位规格床身上最大回转直径mm320最大工件长度mm750最大切削直径mm320最大切削长度mm750床鞍（滑板）上最大切削直径mm250主轴孔径mm350主轴转速范围r/min970~1440主轴转速级数8级主轴电机输出功率（普通）kW4/5.5中心高距床身mm250距地面mm113尾座套筒直径mm65尾座套筒行程mm150第二章机床主传动设计-6-2.1运动参数运动参数包括机床主运动（切削运动）的速度范围和级数，进给量范围和级数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动的工艺要求所决定的。主轴极限转速和变速范围对于主运动为回转运动的机床，主轴极限转速为：min)(1000minmaxmaxrdvnmin)(1000maxminminrdvn式中的mind或maxd是在机床全部工艺范围内可以用最大切削速度maxv来加工时的最小工件直径和用最小切削速度minv来加工时的最大工件直径，这样才能得出合理的极限转速值。1主轴转速的确定（1）主轴最高转速MaxN的确定根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高，按经验，并参考切削用量资料，取min/200mVmax，k=0.5,Rd=0.2,则：32mm1602.0dRdmaxdmin160mm3205.0Dkdmaxmin/1990r322001000d1000Vnminmaxmax（2）主轴最低转速MinN的确定根据分析，主轴最低转速由以下工序决定：用高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。按经验，并参切削用量资料，取Vmax=15m/min,则最低转速为：min/30r160151000d1000Vnmaxminmin2转速范围及公比的确定-7-根据最高转速与最底转速可初步得出主轴转速范围MinNMaxNnR=301990＝66.33则公比279.133.66R1181zn由设计手册取标准值得=1.26根据标准公比及初算MinN，查表取MinN=40r/min，则最高转速MaxN=MinN×17=40×1726.1=2034r/min则主轴转速范围85.50402034MinNMaxNnR且验算公比得=1.25993く1.26,满足要求。3传动比参数的确定（1）电动机与轴1传动副齿轮齿数的确定因为铣床不需要正反转，为了便于速度的分配，该传动副采用定比传动，其传动比有速度可求得：i=1142/1440=1/1.26为了方便电动机与变速箱在机座内的布置，电动机与变速箱的联结采用带传动。根据带轮的标准，尺寸值定为112mm和140mm。变速箱与主轴箱之间采用带传动，为了便于完成转速的要求和速度的分配，确定其带轮的尺寸比为：172：200。（2）轴1与轴2传动副齿轮齿数的确定该传动副的传动比i=1/1.26、i=1、i=1.26。查《金属切削机床》Page136页表8-1，并考虑到主轴箱的几何尺寸，取该传动副中minZ=30，齿数和zS=68，则由传动比可求得该传动副齿数比为：当i=1/1.6时Z1/Z2=30：38当i=1时Z1/Z2=34：34当i=1.6时Z1/Z2=38：30-8-（3）轴2与轴3传动副齿轮齿数的确定该传动副的传动比i=226.1，i=-126.1及i＝426.1。查《金属切削机床》Page136页表8-1，并考虑到主轴箱的几何尺寸，取该传动副minZ=22，齿数和ZS=77，则由传动比可求得该传动副齿数比为：Z2/Z3=47/30,Z2/Z3=22/55,Z2/Z3=34/43轴5与轴7间采用背轮机构，总传动比为926.11，和齿形离合器，传动比为：1。齿数为：第一级：27*2.5：69*2.5第二级：19*3：61*32.2电动机的选择1电动机的功率计算按在各种加工情况下较经常遇到的最大切削力和最大切削速度来计算，在车床中，切断工件的切削力大于外圆车削，因而按用硬质合金刀具切断钢材时来计算。即：00126vFNz＝切式中zF——主切削力的切向分力(N)V——切削速度(m/min)具体计算见下章)kgf(25pfB.1Fz)kgf(F)55.0~4.0(Fzy由查《机床设计手册》得出参数:P=200B=6f=0.3mm/r则4410N3.08.9620025.1Fz所以得有效功率为：kw9.261200404410N＝＝切取ηm=0.8，则由经验公式可得电动机总功率为：kw625.38.02.9NNmc2电动机参数的选择在选择电动机时，必须使得P额定≥P总，根据这个原则，查《机械设计手册》-9-选取Y112-M-4型电动机.2.3齿轮传动的设计计算由于直齿圆柱齿轮具有加工和安装方便、生产效率高、生产成本低等优点而且直齿圆柱齿轮传动也能满足设计要求，所以本次设计选用渐开线直齿圆柱齿轮传动；主轴箱中的齿轮用于传递动力和运动，它的精度直接与工作的平稳性、接触误差及噪声有关。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，但考虑到制造成本，本次设计都选用6-7级的精度。具体设计步骤如下：1模数的估算：齿轮弯曲疲劳的估算公式：wm332jZnNmm（式中N即为齿轮所传递的功率）齿面点蚀的估算公式：A332jnNmm（式中N即为齿轮所传递的功率）其中jn为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。由中心距A及齿数21,ZZ求出模数：212ZZAmjmm根据估算所得wm和jm中较大的值，选取相近的标准模数。第一对齿轮副wm5.101513099.04.0323mmA3.48015199.00.4323mm25.147303.482mjmm所以，第一对齿轮副传动的齿轮模数应为5.1mmwmm同理，对各对齿轮的模数计算从略，最后计算得出最高的模数为2.5综上所述，为了降低成本，机床中各齿轮模数值应尽可能取相同，所以，本次设计中取各个齿轮模数均为m=2.5mm。2齿轮传动各轴的轴中心矩计算-10-根据渐开线标准直齿圆柱齿轮分度圆直径计算公式可得各个传动副中齿的分度圆直径为：1轴与2轴：d1=mz/2=2.5*(30+38)/2=852轴与3轴：96.252/)3047(*5.22/mzd2（1）退刀槽kB本次设计中多联齿轮多采用插齿加工方法，因此取kB=6mm。3齿轮的校核（接触疲劳强度）：KKKKKvA=1.25×1.07×1.1×1.43=2.1查表得：Z=0.88HZ=2.5EZ=189.8H=HZEZZubduK21)1(2将数据代入得：H1100mpa齿轮接触疲劳强度满足，因此接触的应力小于许用的接触应力。其它齿轮也符合要求，故其余齿轮不在验算，在此略去。2.4轴的设计计算1各传动轴轴径的估算轴的直径可按扭转强度法用下列公式进行估算。30nPAdmm对于空心轴，则mm340)-n(1PAd式中，P——轴传递的功率，kW；n——轴的计算转速，r/min；0A——其经验值见表15-3；取β的值为0.5。（1）计算各传动轴传递的功率P-11-根据电动机的计算选择可知，本次设计所选用的电动机额定功率kWNd5.5各传动轴传递的功率可按下式计算：dNPη——电机到传动轴之间传动效率；由传动系统图可以看出，本次设计中没有采用联轴器，而直接由电动机轴将动力传到轴上，即各个轴之间均为齿轮传动，所以可得各轴传递的功率为：1=0.96，2=0.93，3=0.904，4=0.877所以，各传动轴传递的功率分别为：kW88.398.099.04NP1d1kW76.399.098.088.3PP212