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1、机床课程设计的内容步骤及要求第一章绪论第一节机床设计的目的机床课程设计是在学完机床课以后，进行一次学习设计的综合性练习。通过设计，运用所学过的基础课、技术基础课与专业课的理论知识，生产实习与实验等实践知识，达到巩固、加深与扩大所学知识的目的。通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择与改进，学习构造设计，进行设计计算与编写技术文件。完成机床主传动设计，达到学习设计步骤与方法的目的。通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析与解决工程技术问题的能力。并为进行通常机械的设计制造一定的条件。第二节机床课程设计的内容.运动设计根据设计题目给定的机床用途、规格、主轴极限转速，拟定
2、转速图、传动系统图、计算带轮直径与齿轮齿数。二 .动力设计根据设计题目给定的机床类型、规格及工作条件，确定主电动机功率；确定主轴及各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及V带根数。在结构机构设计之后，再对机床要紧传动件、零件，进行应力、变形与寿命的验算，并修改结构设计。,结构设计完成运动设计与动力设计之后，还要将主传动方案“结构化要设计主轴变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、操纵机构、润滑与密封，与主轴、传动轴、滑移齿轮、操纵元件、箱体等零件的设计。第二节机床课程设计的步骤及要求明确目的要求、查阅有关资料在接到题目后，应弄清给定的条件、数据、
3、所设计机床的类型、性能、应用范围与规定的内容与要求。查阅资料时，除本书外还应查阅机床图册与机床设计手册等。必要时还应到实验室进行实地调查，熟悉同类型机床的使用性能与操作，主传动部件与相邻部件的安装关系等。二.传动方案设计传动方案设计，包含确定主传动的运动参数，拟定转速图、传动比，确定齿轮齿数与带轮直径，主传动的换向与制动方式，画出主传动的传动系统图。三 .计算要紧传动件计算内容如下：V带选择型号与计算所需的根数；传动轴按扭转刚度要求计算轴受扭部分的直径，从而确定轴的直径；齿轮按变动工作用量计算接触强度与弯曲强度，取二者中的大值确定齿轮的模数，再进行齿轮的几何结构计算。四 .结构分析与选择关于设
4、计中涉及到的结构，都要通过认真分析后进行选择。结构分析与选择的要紧内容如下：1 .主轴组件的结构主轴端部已经标准化。正确选择主轴轴承的类型及其组合、精度与调整轴承间隙的方法。计算主轴组件的合理跨距。合理选择润滑与密封的方式。注意主轴组件的拆装。2 .传动轴组件的结构根据轴承的类型，正确选定轴的轴向定位的方法,轴上所安装的零件的拆装与固定。3 .齿轮的结构正确选择齿轮的精度并考虑相应的加工齿形的方法。关于双联与三联齿轮，加工方法决定了相邻齿轮的间距，为缩短轴向尺寸可使用镀装结构。轮毂的长度按导向的要求确定，通常为轴直径的1.5倍左右。4 .操纵机构操纵机构的类型应与变速要求相习惯，注意选择定位机
5、构与防止操纵机构中发生干涉现象。5 .绘制部件的装配图设计图按1：1的比例绘制，务必遵守工程图学所规定的标准与习惯画法，要求尺寸准确、线条清晰、文字工整，标准件务必按规定绘图。注意布图的匀称美观，通过径向尺寸与轴向尺寸的初步计算，安排图形的位置。可先通过计算画出草图。展开图与剖视图的绘制，常需交叉进行，以便相互参照、全面检查。1 .展开图展开图，基本上是按照传动顺序，将各轴展开画在一个平面上，他能够很清晰地说明主轴变速箱的传动与结构。根据课程设计的要求，在展开图上应标注下列内容：轴号、轴承型号、主轴轴承型号与精度等级、齿轮的齿数与模数、轴间中心距、各处的配合尺寸与配合性质、主轴组件的轴向联系尺
6、寸（即轴向尺寸链）与对主轴组件中各零件（包含标准件）进行编号、移动件行程的极限位置、轴向轮廓尺寸与与其它部件有关的联接尺寸等。2 .剖视图剖视图，应能表达各传动轴与主轴的中间位置，一组操纵机构组件的结构，与在展开图上难以表达或者表达不清晰的机构。通过剖视图的设计，着重表示各机间的空间关系。剖视图中应标注轴号，展开图中没有的轴承型号、配合尺寸与配合性质，有啮合关系的齿轮轴的轴间距与公差，主轴中心到主轴主轴箱安装基面的距离（比如车床的中心高）等。设计中应注意检查可能产生的干涉现象。比如：轴上固定齿轮之间的间距不够长，在滑移齿轮移动时，原啮合的一对尚未完全脱开，另一对齿轮就要进入啮合；由于齿数或者传
7、动比确定的不当而引起齿轮与相邻轴干涉；因轴的轴向定位不足而使轴产生轴向窜动，或者因超定位而引起干涉；操纵机构动作的干涉；调整环节不能或者不便于调整；有的零件难以进行装、拆等。还应注意零件的结构工艺性好。六 .传动件的验算在装配图底图画好后，传动件的尺寸与位置均己定，便可验算传动轴的弯曲刚度与滚动轴承的寿命。可选出受载严重的一根（或者一对轴承）轴进行验算。由于滑移齿论在轴上有几个啮合位置，在各啮合位置上，轴与轴承的受载不一致，因此应首先推断与选定受力后使轴的挠度最大或者一对齿轮处倾角最大的工作状态,再验算轴的弯曲刚度。轴承寿命的验算,可在验算的传动轴上，选择轴承规格相对较小支反力相对较大处进行验
8、算。当验算结果不能满足性能要求时，应修改设计。七 .绘制要紧零件工作图绘制一个零件工作图，可选择主轴或者齿轮。零件图上应有足够的视图与剖面，标全尺寸与公差，注明表面粗糙度、形位公差与技术要求。八 .编写设计说明书说明书的编写应与设计同时进行，在图样工作全部完成后，再继续编写未完部分，并整理，装订成册。说明书叙述要简明扼要，层次分明，文字通顺，书写工整，图表清晰，计算准确。第二章数控机床主传动系统设计第一节主传动系统概述主传动的功用机床主传动是实现机床主运动的传动，属于外联系传动链，其功用是：将一定的动力由动力源传递给执行件（如主轴或者工作台）；保证执行件具有一定的转速（或者速度）与足够的转速范
9、围；能够实现运动的开停、变速、换向与制动等。二.主传动的构成主传动通常由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），与开停、换向与制动机够等构成部分。动力源给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度与方向；变速装置传递动力与变换运动速度；执行件执行机床所需的运动，完成旋转或者直线运动。开停机构用来实现机床主轴的启动与停止的装置；换向机构用来变换机床主轴旋转方向的装置；制动机构用来操纵机床主轴迅速停转的装置，以减少辅助时间。三.主传动系统的设计要求数控机床的主传动系统除应满足普通机床主传动要求外，还提出如下要求：1 .具有更大的调速范围，并实现无级调速数控机床为了保证加工时能选
10、用合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度与表面质量，务必具有最高的转速与更大的调速范围。2 .具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切有关。为此，应提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面进行高频感应加热淬火增加耐磨性；3 .良好的抗振性与热稳固性数控机床上通常既要进行粗加工，又要进行精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡与切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或者交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度与表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或者零件，使加工无法进行。因此在主传动系统中各要紧零部件不但要
11、具有一定的静刚度，而且要求具有足够的抑制各类干扰力引起振动的能力一抗振性。机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏了零部件之间的相对位置精度与运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件具有较高的热稳固性，通过保持合适的配合间隙,并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。第二节主运动系统的参数机床主传动系统的参数有动力参数与运动参数。动力参数是指主运动驱动电机的功率,运动参数是指主运动的变速范围。一.主传动功率机床主传动的功率尸可根据切削功率PC与主传动传动链的总效率n由下式确定：P=Pc（2.1）数控机床的加工范围通
12、常都比较大，切削功率Pc（而）可根据有代表性的加工情况，由其主切削抗力按下式确定:(2.2)p_Ev_MnC-60000655000式中Fz主切削力的切向分力（N）V切削速度（m/min）；M切削扭矩（N0n）;n主轴转速主传动的总效率通常取=0.700.85,数控机床的主传动多用调速电机与有限的机械变速传动来实现，传动链较短，因此，效率可取较大值。二.运动参数运动参数是指机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台、刀架）的运动速度。1 .主轴转速的确定主运动为旋转运动的机床，主轴转速n由切削速度V与工件或者刀具的直径d来确定：100Ov/.、/n=（rmn）（2.3）d2 .主轴最高转速与最低转
13、速的确定关于数控机床，为了习惯切削速度与工件或者刀具直径的变化，主轴的最高、最低转速可由下式确定：“maxIoookX乃 4nin(2.4)“minIooo%E乃 4nax(2.5)式中“ma*、nmin主轴的最高、最低转（/Vmill）;IaXvn,n最高、最低的切削速度(m/min)；max、4nin相应最大、最小计算转径(mm)；3 .主轴的变速范围R.主轴的最高转速与最低转速之比值，称之主轴的变速范围，用尺表示,即：RLJ(2.6)min4 .主轴的计算转速关于主传动使用无级变速系统的机床，主轴的计算转速可由下式求出：&=疝/Rf(2.7)5 .主轴恒功率的变速范围关于主传动使用无级变
14、速系统的机床，主轴恒功率的调速范围可由下式求出6 .电动机恒功率的调速范围关于主传动使用无级变速系统的机床，电动机恒功率的调速范围可由下式求出：Rd=(2.9)式中%电动机的额定转速(rmin)。第三节主传动系统的设计数控机床使用无级变速系统，以利于在一定的调速范围内选择到理想的切削速度，这样既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。无级变速是指在一定的范围内，转速(或者速度)能连续地变换，从而获得最有利的切削速度。机床主传动与进给传动中使用无级变速系统的要紧优点是：1 .可进行无级调速，以得到最有利的切削用量与最小的相对生产率缺失；2 .同意在负载下变速，可随时修改切削用量，以避免产生振动
15、；3 .缩短变速时间，便于实现遥控与自动操纵；4 .可实现车端面时保持恒定的切削速度，换向迅速而平稳，可大大简化齿轮变速箱，减少制造工作量:5 .缩短传动链，提高传动平稳性等。缺点是有些无级变速系统成本较高。机床主传动中使用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置与液压无级变速装置。机械无级变速装置是机床主传动中常用的无级变速装置。机械无级变速器有钢球式、宽带式等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围较小，远远不能满足现代机床变速范围的要求。因此，机械无级变速器须串联有级变速箱，以扩大其变速范围。一 .无级变速主传动设计原则1 .尽量选择功率或者扭矩特性符合传动系要求的无级变速装置。如执行件作直线主运动的主传动系，对变速装置的要求是恒扭矩传动；如主传动系要求恒功率传动，就应该选择恒功率无级变速装置。2 .无级变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，特别是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。为此，常把无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围与整个变速范围
