CK0630数控车床设计
第二章 车床总体设计
2.1 车床设计应满足的基本要求
2.1.1 能适应一定的工艺范围
一般机床应具有适应不同生产要求的能力，也就是应有一定的工艺范围。这些工艺范围是指工序的种类，被加工工件的类型、材料和尺寸，使用的刀具的种类及材料，加工精度及表面粗糙度以及生产的规模等。工艺范围的大小，主要是由生产类型决定。用于单件、小批量生产的通用机床，应能适应不同部门和完成多种多样的工作，工艺范围应宽一些。用于大批、大量生产的机床，往往专用，为提高效率，应尽量减小工艺范围。 2.1.2 保证加工精度和表面粗糙度
机床的加工精度是指被加工零件所能达到的尺寸、形状和相互位置等方面的精度程度。因此，机床本身就要达到一定的几何精度、传动精度、运动精度和刚度等。
被加工零件的表面粗糙度，也是机床应满足的主要要求之一；它与刀具及加工材料有关，还与机床的进给量、运动平稳性和抗震性有关。 2.1.3 较高的生产率及自动化程度
机床的生产率，是其单位时间内所加工的零件数目。 2.1.4 操作方便和使用安全可靠
机床应该易于操作、使用方便。机床可靠性的提高，可降低事故发生的可能性，进一步提高劳动的生产率和设备利用率；也是提高产品质量的有效保证。 2.1.5 成本低
要加强机床的三化工作（系列化、通用化和标准化），以便于在提高机床性能的同时又减低了其成本。
2.2 车床总体布局
2.2.1 车床总体布局的影响因素
车床总体布局是对车床全局性的规划部署和决策。总体布局确定后，才能展开机床的具体设计工作。机床总体布局应考虑的主要因数如下所述。
工艺方法
工艺方法不同的加工表面的形式，可以用不同的工艺方法去实现。 即使相同的加工表面，也可用不同的工艺方法去加工。由于工艺方法的不同，相对运动关系不同，所用的刀具也不相同。因此，由于工艺方法的不同，加工表面形成所需的运动关系也不同，而构成这种运动关系的主要部件的结构配置和位置关系也必然不同。
工件的尺寸和重量
当工件的尺寸和重量较小时，一般可移动工件来实现加工；而大型工件的钻孔，往往采用摇臂钻，既工件固定于工作台，而移动钻头对准工件的钻孔位置进行钻孔。
加工精度和表面粗糙度
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当工件的加工精度和表面粗糙度要求较高时，在机床的总体布局阶段就要采取切实可行的对策，如提高机床的传动精度和刚度，减少振动和热变形等。
生产批量和生产率
对于车削加工，单件、小批量生产采用卧式车床和数控机床。而生产批量较大，形状较复杂，尺寸较小可采用转塔车床。
数控车床可采用大切削量加工，粗、精加工一体，从而进一步提高生产率。 其他因素
若要求机床功能完善，如体积小、重量轻、占地面积小、结构简单、便于维修和操作以及造型美观等，则这些因素都将不同程度的影响总体布局 2.2.2 机床主要参数的确定
1、尺寸参数
尺寸参数有主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。
《JB1838-85金属切削机床型号编制方法》已对主参数和第二主参数作了规定。如卧式车床，主参数是床身上最大回转直径，其第二主参数是最大工件长度。
还有一些其他尺寸参数，它们一般根据主参数来确定。如卧式车床有刀架上工件的最大回转直径和主轴孔所允许通过的最大棒料直径等参数。
主参数、第二主参数和其他尺寸参数确定后，就基本上确定了该机床所能加工和安装的最大工件尺寸。可以说，尺寸参数基本上体现了机床规格的大小。2、运动参数
运动参数是指机床运动部件（主轴、工作台）的速度。 主运动有回转运动，主运动参数为主轴转速，其单位为r/min，主运动为回转运动的机床，如车床、镗床和铣床等。主运动也有直线运动，如插床、刨床等。
对于专用机床和组合机床，其主参数往往是按最有利的切削速度确定的，无变速要求。通用机床应满足多种零件加工要求，主轴需要相应的变速。传统机床的变速一般采用感应电机配上分级变速箱来实现。
3、动力参数
数控机床的工作情况比普通机床的工作情况更复杂，要认真分析计算。当然，也要通过实验来确定典籍的功率。
进给驱动伺服电机的选择
原则上应根据负载条件来选择伺服电机。在电机轴上所加的负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载。对着两种负载都要正确计算，以便于合理的选择电机。
主轴电机的选择
应按下列几条原则综合考虑来选择主轴惦电机的功率。 所选的电动机应能满足机床设计的切削功率的要求。
根据要求的主轴加减速时间计算出的电机功率不应超过电 动机的最大输出功率。
在要求主轴频繁起、制动的场合，必须计算出平均功率，其 值不能超过电机的连续额定输出功率。
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在要求有恒表面速度控制的场合，恒表面速度控制所需的切削功率和加速所需的切削功率两者之和，应在电机能够提供的功率范围内。
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第三章 单元传动装置
3.1 同步带传动设计
3.1.1 同步带的应用和特点
同步齿形带是综合了带,链和齿轮等传动的特点,传动时,同步带的凸齿与齿轮上的齿槽相啮合.由于强力层强度高,受载后变形极小,能保持同步带的周节不变,故带于带轮间没有相对滑动,所以能保持主,从动轮间的准确传动比.它适用的速度范围广,传动比大,效率高,结构紧凑。 3.1.2 同步带的结构和规格
同步带是由包布层、伸张层、强力层和压缩层组成.同步带采用梯形直齿齿形,其主要参数是节距P.由于强力层在工作时的长度保持不变,故以其中心线作为齿形带的节线,并以节线周长作为同步带的公称长度.同步带上相邻对应点沿节线量得的距离称为节距.模数 m=p/ 3.1.3 带轮的结构和尺寸
1. 带轮的节圆与节距: 带轮节圆必须与同步带节线重合,即带轮沿节圆量得的节距与齿形带的节距相等,或带与带轮模数相同.带轮节圆直径D=mz ,式中z为带轮齿数.
2. 带轮的齿形角: 带的齿应与带轮齿槽正确啮合,故带轮齿槽的齿形角应与同步带的齿形角相同.
3. 同步带与带轮啮合的齿侧间隙与径向间隙: 齿侧间隙j推荐如表所示,径向间隙c是按直线齿廓带轮根圆齿槽宽ef与齿形带齿顶厚sa相等关系计算求得:
c=j/2tgа/2
当а=40°时,c=1.37j,其值列于下表中.
表3-1 齿侧间隙与径向间隙(单位·毫米)
模 数 m 1.5 2 2.5 3 4 5 7 10 齿侧间隙j 0.40 0.50 0.55 0.60 0.80 1.00 1.00 1.00 径向间隙c 0.55 0.69 0.75 0.82 1.10 1.37 1.37 1.37 3.1.4 同步带传动的设计计算 1. 选择模数m
根据小带轮转速n1(转/分)及计算功率Pc(千瓦)选取模数.在一般情况下选取小模数,因小模数的带较薄,柔性好,对高速运转尤显重要;另外当直径相同时,带轮齿数较多,工作较平稳.
2. 确定带轮齿数Z1,Z2和节圆直径D1,D2
(1)小带轮齿数z1和节圆直径D1: 如果安装位置和线速度v允许时,小带轮齿数和节圆直径尽可能大些,以减少弯曲应力,提高寿命.最少齿数Zmin见下表.小带轮直径D1=mz1(毫米).
表3-2 小带轮的最少齿数 Zmin
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小带轮转速n1 (转/分) <1000 1000~3000 >3000 模 数 m (毫米) 1.5 12 14 16 2 14 16 18 2.5,3 16 18 20 4 18 20 22 5 20 22 24 7 22 24 ─ 10 24 26 ─ (2) 大带轮齿数z2和节圆直径D2 z2=iz1=n1z1/n2, D2=mz2 (毫米) (3) 验算线速度v
v= πD1n1/60×1000≤Vmax 一般情况下,当m=1.5、2、2.5、3时,Vmax=40～50米/秒;m=4、5时,Vmax=35～40米/秒;m=7、10时,Vmax=25～30米/秒. 3.1.5 同步带传动的安装要求
设计同步带传动时,最好采用中心距可调节的结构,以便于安装和调整初拉力.轴线不平行将引起带于带轮间压力分布不均匀使带齿磨损加快,严重时会造成同步带在运转过程中从带轮上脱落.一般推荐轴线间的不平行度在每100毫米长度内不大于0.10～0.15毫米.
由于同步带传动不依靠摩擦力,故预紧力一般比三角带和平型带传动要小很多,只要能保证在机器起动时,带齿与轮齿正确啮合不发生跳动即可.大模数同步带可以装得更松一些,这是由于带齿较高,不易从轮槽中脱出支故.当速度较高时,由于离心力有使同步带轮的趋向,故应装得稍紧些.但预紧力不应过大,以免增加不必要的摩擦,噪音和轴承压力,并使带齿磨损加快,降低带的寿命.
3.2 滚珠丝杠螺母传动装置
滚珠丝杠螺母传递装置主要分为两种：外循环插管式；内循环反向器式。 外循环插管式可以保证滚珠成切线进入，实现无冲击的均速运动，允许丝杠高速运转且精度高。内循环反向器式丝杠螺母尺寸较小且易于制造，经济性好。因此，外循环插管式和内循环反向器式都获得了广泛的应用。
滚珠丝杠和滑动丝杠相比具有摩擦小、传动效率高；传动灵敏，不易产生爬行；定位精度高；磨损小、寿命长、精度保持好等优点。缺点是：不能自锁，用于升降传动时需另加自锁机构；结构复杂，成本高。
由于丝杠主要承受轴向力，大多采用轴承做支承。在相同尺寸条件下，推力球轴承轴向刚度比向心推力球轴承及圆锥滚子轴承的轴向刚度要大一倍以上；推力滚拄轴承刚度又比推力球轴承大一倍左右。当轴向载荷较小时，可不用推力球轴承而用向心推力球轴承，这样可减少轴承数量
根据推力轴承的布置，丝杠有以下四种支承方式； 1 “双推－自由”式。这种方式适用于短丝杠。
2 “双推－支承”式。这种方式可避免丝杠因自重引起弯曲，以及高速回
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