专业综合设计-车床

机械专业综合设计•CA6140普通车床•CA6150普通车床•CA6136普通车床主轴箱设计主轴箱设计主轴箱设计3.1机床的设计方法和步骤3.2机床总体设计3.3主传动系统设计3.4进给传动系统设计3.5主轴部件设计3.6支承件设计3.1机床的设计方法传统方法：理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法。计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术，已经应用于机床设计的各个阶段。改变了传统的设计方法，由定性设计转向定量设计、可以提高机床的设计质量和设计效率。机床设计正在向着“以系统为主的机床设计”方向发展，即在机床设计时要考虑它如何更好的适应FMS等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等。机床的设计方法还应考虑机床的类型，如通用机床应采用系列化设计方法，组合机床采用模块化设计方法等。机床的设计步骤用途生产率性能指标主要参数驱动方式成本及生产周期•运动功能设计•基本参数设计•传动系统设计•总体结构布局设计•控制系统设计。•技术设计•施工设计3.2机床的总体设计1.拟定总体方案的依据（1）工件（2）使用要求（3）制造条件（4）现有同类型机床2.机床的运动设计（1）工艺分析（2）机床运动功能设置（3）写出机床运动功能式，画出机床运动功能图。3.2.1机床总体方案的拟定A.依据“避重就轻”的原则机床运动分配需要考虑的因素B.工件的尺寸、质量和形状C.提高加工精度D.缩小占地面积3.机床的总体结构方案设计（1）运动功能的分配设计对于毛坯为棒料的自动车床，主运动由工件来完成；而对于毛坯为卷料的机床，由于工件不便于旋转，通常把主运动分配给刀具。车削盘类零件时，工件的尺寸不同，重量不同而使机床的布局变化不一对一般钻孔加工，主运动和进给运动均由刀具完成比较方便；但在钻深孔时，为了提高被加工孔中心线的直线度，将回转主运动分配给工件。对于中小型外圆磨床，由于工件长度不大，多采用工件进给；对于大型外圆磨床，采用刀具进给，可显著地缩小占地面积。（2）机床结构布局及外形尺寸的确定按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件，确定各个部件的相对运动和相对位置关系，同时也要确定操纵和控制机构在机床中的配置。五轴镗铣机床的结构布局形态图3.2.2机床主要参数的确定1.主参数和尺寸参数2.运动参数（1）主运动参数（2）进给运动参数3.动力参数（1）确定主传动功率（2）确定进给传动功率（3）确定快速传动功率1.主参数和尺寸参数(1)主参数机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数。为了更完整地表示机床的工作能力和加工范围，可在主参数后面标出第二主参数，如最大工件长度、最大跨距等。通用机床的主参数和主参数系列国家已经制定标准（通常是一个等比级数的数列），设计时只可根据市场的需求在主参数系列中选用相近的数值。专用机床的主参数以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示，一般也参照类似的通用机床主参数系列选取。如：中型卧式车床的主参数是可安装工件的最大回转直径，主参数系列中有250、320、400、500、630、800、1000七种规格，是公比为1.25的等比数列。（2）尺寸参数机床尺寸参数是指机床主要结构的尺寸参数。包括：与工件有关的尺寸参数；与工、夹、量具有关的尺寸参数。2.运动参数机床执行件的运动速度，可分为主运动参数和进给运动参数两大类。（1）主运动参数主运动为旋转运动时，机床的主运动参数是主轴转速n(单位为r／min)：n=1000v/d主运动为往复直线运动时，主运动参数是刀具或工件的每分钟往复次数(单位为次／min)。专用机床可根据特定工序实际使用的切削速度和工件(或刀具)的直径确定主轴转速，且大多数情况只需一种速度。通用机床为适应各种不同的加工要求，主轴应有一定的变速范围和变速方式(有级或无级变速)。主轴转速和变速范围主轴的最低、最高转速由典型工序计算得出，其计算公式为：式中：dmax=kDdmin=RddmaxD——机床的最大加工直径Rd——计算直径范围，Rd=0.20~0.35。k——系数，根据现有机床调查确定。A.最高转速和最低转速确定机床主轴最高转速主要考虑的因素:1.机床主传动的类型普通机械传动的机床,考虑噪音和磨损等原因,一般最高转速在2000r/min。数控机床，由于采用交流伺服主电动机或变频电动机变速，最高转速可达到5000~50000r/min。2.采用的刀具类型，材质和切削角度等例：机械传动的Φ400mm卧式车床1.用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速最高Vmax=200m/min，k=0.5，Rd=0.25，则dmax=kD=0.5×400=200mmdmin=Rddmax=0.25×200=50mmnmax=1000vmax/3.14dmin=1273r/min2.高速钢刀具精车合金钢材料的的梯螺纹时主轴转速最低Vmin=1.5m/min，丝杠最大直径在Φ40~Φ50，则nmin=1000vmin/3.14dmax=9.55r/minB.主轴转速的合理排列①无级变速②按等比级数排列（多数机床的主轴转速采用）优点：使转速范围内的转速相对损失均匀,较少数量的齿轮实现较多的变速级数,使变速传动系统简化C.标准公比和标准转速数列原则：1.转速数列是递增的，规定标准公比＞1，并规定Amax不大于50％，故12。2.使转速数列为10进位3.便于采用转速呈倍数的双速和三速电机自动化与半自动化机床，因为要求较高的生产率，相对转速损失要小，故要取小些，可取＝1.12或1.26；大型机床，选择合理的切削速度对提高生产率作用较大，故也取小些，取＝1.12或1.26；中型通用机床，通用性较大，要求转速级数Z要多一些，但结构又不能过于复杂，常取＝1.26或1.41；非自动化小型机床，其加工时间常比辅助时间少，转速损失影响不大，要求结构简单一些。但此类机床主传动链应配置机械或电气可取＝1.58或1.78、2。标准公比的选用：值小则相对转速损失小，但当变速范围一定时，变速级数将增多，结构复杂。因此：12481631.56312525050010002000400080001.062.124.258.51733.56713226553010602120425085001.122.244.59.01835.57114028056011202240450090001.182.364.759.51937.57515030060011802360475095001.252.5510204080160315630125025005000100001.322.655.310.621.242.585170335670132026505300106001.42.85.611.222.44590180355710140028005600112001.53.0611.823.647.595190375750150030006000118001.6.156.312.52550100200400800160031506300125001.73.356.713.226.553106212425850170033506700132001.83.557.1142856112224450900180035507100141001.93.757.515306011823647595019003750750015000标准转速数列例：设计一台卧式车床，nmin=10r/min，nmax=1600r/min,=1.26（2）进给运动参数机床的进给运动多数是直线运动，进给量用工件或刀具每转位移表示，即mm／r；也可以用每一往复行程的位移表示，即mm／行程。数控机床的进给均采用无级调速方式，普通机床的进给既有无级调速方式，又有有级变速方式。采用有级变速时，进给量一般为等比级数排列。对于各种螺纹加工机床，进给量为分段的等差数列，对于刨床和插床，采用棘轮结构，进给量也设计成等差数列。3.动力参数动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗，它主要由机床的切削载荷和驱动的工件质量决定。对于专用机床，机床的功率可根据特定工序的切削用量计算或测定；对于通用机床，目前单纯用计算的方法来确定功率是困难的，故通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来确定。（1）主传动功率的确定A.当主传动链的结构方案尚未确定时：B.当主传动链的结构方案确定时：（2）进给传动功率的确定进给运动与主运动合用一个电动机，进给运动消耗功率远小于主运动。进给运动中工作进给与快速进给合用一个电机时，由于快速电机所需功率远大于工作进给功率，且二者不同时工作，所以不必考虑工作进给所需功率。进给运动采用单独电动机驱动时，进给电动机功率：数控机床的进给运动，伺服电动机按转矩为：3.3主传动系统设计3.3.1主传动概述3.3.2有级变速主传动系统3.3.3无级变速主运动传动系统设计3.3.1主传动概述1、主传动系统的功能及设计要求（1）主传动系统的功能将一定的动力由动力源传递给执行件；保证执行件具有一定的转速和足够的转速范围；能够方便的实现运动的启停、变速、换向和制动。（2）主传动系统的设计要求1)满足机床运动性能要求。机床的末端执行件(如主轴)应有足够的转速范围和变速级数。2)机床的动力源和传动机构应能够输出和传递足够的功率和转矩，并有较高的传动效率。3)机床的传动结构，特别是末端执行件必须有足够的精度、刚度、抗振性能和较小的热变形。4)机床的操作和控制要灵活，安全可靠，噪声小，维修方便。5)结构简单，便于加工和装配，成本要低。2.主传动系统方案确定1)传动布局选择A.集中传动布局主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内，称为集中传动方式。通用机床中多数机床的主变速传动系都采用这种方式。适用于普通精度的大中型机床。特点是结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量，会使主轴产生变形，使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。1)传动布局选择B.分离传动布局主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，称为分离传动方式。特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。运动由皮带经齿轮离合器直接传动，主轴传动链短，使主轴在高速运转时比较平稳，空载损失小；当主轴需作低速运转时，运动则由皮带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动后，转速显著降低，达到扩大变速范围的目的。2）变速方式选择无级变速有级变速机械摩擦无级变速器液压无级变速器电气无级变速器直流调速电动机交流调速电动机滑移齿轮变速机构交换齿轮变速机构离合器变速机构多速电机变速齿轮式或牙嵌式离合器片式摩擦离合器中小型机床直线运动的机床数控机床、精密机床、大型机床、结构较简单机床大批量生产的自动或半自动机床，专门化机床离合器变速机构的超速现象3）启/停方式选择电动机启/停机械启/停4）制动方式选择电动机制动闸带式机械制动闸瓦式片式摩擦式3）换向方式选择电动机换向机械换向3.3.2有级变速主传动系统的设计1、转速图、结构式2、主传动系统设计的要点3、转速图拟定4、扩大传动系变速范围的方法5、齿轮齿数的确定6、计算转速7、变速箱内传动件的空间布置分级变速主传动系设计的内容和步骤是根据已确定的主变速传动系的运动参数，拟定结构式和转速图，合理分配各变速组中各传动副的传动比，确定齿轮齿数和带轮直径等，绘制主变速传动系图。1.转速图和结构式1）转速图的概念(a)传动系统图4262(b)转速图1)传动轴格线距离相等的竖直线代表传动系统的各轴,但不代表轴间的实际中心距。从左到右依次标注。2)转速格线距离相等的横直线代表各级转速。坐标取对数坐标，在相交点直接写出转速的数值。3)转速点圆圈代表各轴所具有的转速。4)传动线相邻两轴之