硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計

1、<p>　　xx大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書</p><p>　　題 目：硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名

2、： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書</p><p>　　論文（設(shè)計）題目： 硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計 </p><p>　　一、主要內(nèi)容及基本要求</p><p&

3、gt;　　在工程實際和科學(xué)研究中，常常需要對陶瓷、半導(dǎo)體、硬質(zhì)合金等硬脆材料以及各種難加工金屬材料進(jìn)行精密超精密加工，而對各種脆硬材料、難加工材料進(jìn)行切割是實現(xiàn)精密超精密加工的一個重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計為硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計，其主要技術(shù)指標(biāo)與要求如下： </p><p>　　1、最大加工尺寸：Ø 60*80mm；

4、 </p><p>　　2、切割速度：5~30mm/min； </p><p>　　3、切割片厚：≥0.30mm; </p>

5、<p>　　4、橫向/縱向行程：110/100mm; </p><p>　　5、主軸轉(zhuǎn)速：4000 r/min </p><p>　　設(shè)計要求：

6、 </p><p>　　1、完成硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計和選型論證 </p><p>　　2、硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制部件裝配圖和主要

7、零件圖，圖紙總量折合成A0，不少于2張 </p><p>　　3、撰寫設(shè)計說明書，關(guān)鍵零件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計算，說明書字?jǐn)?shù)不少于1~5萬</p><p>　　4、完成資料查閱和3000字的文獻(xiàn)翻譯

8、 </p><p><b>　　二、重點(diǎn)研究的問題</b></p><p>　　硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)強(qiáng)度校核。

9、 </p><p><b>　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p>　　1、機(jī)械設(shè)計手冊 </p><p>

10、　　2、機(jī)械傳動設(shè)計手冊 </p><p>　　3、梁仁和. QP610內(nèi)圓切片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)[D] . 西安：西安理廣大學(xué)，2007 &

11、lt;/p><p>　　4、康善存. 硬脆材料的精密切割及發(fā)展趨勢[J]. 機(jī)械制造，1997，7：4~6 </p><p>　　5、王仲康. IC業(yè)材料切割設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 電子工業(yè)專用設(shè)備，2003，32（1）21~23，(11): </p>

12、;<p>　　6、田惠蘭，劉文平. QP-501型石墨內(nèi)圓切片機(jī)[J]. 電子工業(yè)專用設(shè)備，1994，23（3）：23～25. </p><p>　　7、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資信

13、 </p><p><b>　　湘 潭 大 學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表</p><p>　　學(xué)號 2008963144 姓名 楊得藩 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)

14、計 </p><p><b>　　湘 潭 大 學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見</p><p>　　學(xué)號： 2008963144 姓名： 楊得藩 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 </p>&

15、lt;p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 31 頁 圖 表 4 張</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄I</b></p><p><b>　　第1章 前 言1</b></p>

16、<p>　　1.1內(nèi)圓切片機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)分析2</p><p>　　1.1.2國內(nèi)外內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)備技術(shù)概況4</p><p><b>　　1.2課題意義5</b></p><p>　　第2章 內(nèi)圓切片機(jī)的基本原理7</p><

17、;p>　　2.1內(nèi)圓切片機(jī)的原理和特點(diǎn)7</p><p>　　2.1.1內(nèi)圓切片機(jī)的三種基本運(yùn)動7</p><p>　　2.1.2內(nèi)圓切片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理7</p><p>　　2.2 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理8</p><p>　　2.2.1數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成8</p><p>　　2.2.2數(shù)控液

18、壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理9</p><p>　　第3章 主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計12</p><p>　　3.1 擺動切割方式12</p><p>　　3.2 精密主軸系統(tǒng)12</p><p>　　3.3 彈性絲杠螺母副送料系統(tǒng)13</p><p>　　3.4 液壓傳動及其裝置14</p><p

19、>　　3.5 電控系統(tǒng)15</p><p>　　第4章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計16</p><p>　　4.1主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)16</p><p>　　4.2 運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)的確定16</p><p>　　4.2.1 傳動系統(tǒng)傳動比分配16</p><p>　　4.2.2 計算傳動裝置的運(yùn)動和設(shè)計參

20、數(shù)16</p><p>　　4.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核17</p><p>　　4.2.4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核20</p><p>　　4.3主軸箱的坐標(biāo)計算29</p><p><b>　　第5章 結(jié)論31</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)及英文技術(shù)資料II</

21、p><p><b>　　第1章 前 言</b></p><p>　　1.1內(nèi)圓切片機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　為了提高IC生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，IC生產(chǎn)線所需硅圓片直徑不斷增大。為了滿足硅圓片加工的需要，硅片切割設(shè)備一方面向大片徑化方向發(fā)展，另一方面向高精度、高自動化及高智能化方向發(fā)展。</p><p>　

22、　從世界半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展來看，八十年代中期普遍使用150m圓片，該生產(chǎn)線于1996年發(fā)展到鼎盛時期，當(dāng)時150mm硅片消耗量為世界圓片消耗量的50％。1990年開始應(yīng)用200mm圓片，該生產(chǎn)線將于2003年達(dá)到高峰。于此同時，300mm圓片生產(chǎn)線已于1995年建成試驗性生產(chǎn)線。從世界范圍來看，目前已有相當(dāng)一些IC制造商、設(shè)備供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)商完成了向300mm圓片工藝水平的過渡。但是，硅圓片切割設(shè)備技術(shù)的發(fā)展在IC生產(chǎn)線建線技術(shù)中走在

23、時間的前列。縱觀世界IC生產(chǎn)線的發(fā)展，發(fā)展速度之快，技術(shù)更新日新月異，給人耳目一新的感覺[1]。</p><p>　　由于集成電路制造工業(yè)的重要性，世界各國都比較重視，都積極大力發(fā)展各自盼IC制造工業(yè)。IC器件的基礎(chǔ)性材料是半導(dǎo)體硅單晶材料，因此，世界各國對硅單晶材料的消耗量反映了一個國家的IC制造業(yè)的規(guī)模和工藝水平，同時各國硅材料生產(chǎn)及硅圓片生產(chǎn)水平也代表了一個國家IC工業(yè)的材料基礎(chǔ)的實力。</p>

24、<p>　　由于國家的高度重視和積極扶持，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。2001年在國際電子制造業(yè)的不景氣情形下，我國電子制造業(yè)是同期GDP的3倍。我國電子市場在全球市場中所占的份額由1996年的2．3％上升到2000年的6．996；同時世界集成電路的平均單價為2．6美元，我國集成電路平均單價由0．4美元升至0．5美元。我國IC工業(yè)具有發(fā)展數(shù)量的空間和具有發(fā)展技術(shù)的空間，這兩大空間，決定了我國在今后一段時期內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)保持快速

25、發(fā)展。當(dāng)前，我國擁有8家集成電路芯片制造企業(yè)，其中2家采用200mm生產(chǎn)線。正在建設(shè)和計劃建設(shè)的生產(chǎn)線包括：北京信創(chuàng)(150mm)、首鋼華夏(200mm)、上海先進(jìn)(200mm)、上海貝嶺(200mm)和杭州士蘭(150m)等，這些生產(chǎn)線2～3年內(nèi)可望建成投產(chǎn)。拿深圳、上海兩地為例：深圳計劃在3～5年內(nèi)建成8～15條前工藝生產(chǎn)線。上海計劃于2005年前，先行完成4條8～12英寸晶圓生產(chǎn)線，以實現(xiàn)年產(chǎn)240萬片，產(chǎn)能1．1億平方英寸的生產(chǎn)

26、目標(biāo)。</p><p>　　以上項目的建設(shè)，為硅材料加工行業(yè)提供了廣闊的市場。以上海規(guī)劃年產(chǎn)240萬片為例，240萬片折合200mlCZ法單晶硅片240噸(這一數(shù)據(jù)為日本2001年晶圓單晶硅產(chǎn)量的十分之一，2001年日本晶圓單晶硅產(chǎn)量為2153噸)。從目前國內(nèi)硅圓片加工行業(yè)來看，在我國具有相當(dāng)規(guī)模的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)及加工企業(yè)中，其單晶硅年產(chǎn)量徘徊在50噸的水平，并且其生產(chǎn)的硅圓片的數(shù)量，較多集中在125mn圓片的加

27、工范圍。</p><p>　　硅圓片的加工方法一直延用以下工藝過程：</p><p>　　晶棒成長——晶棒裁切與檢測——外徑滾磨——切片——圓邊(倒角)——表層研磨</p><p>　　——蝕刻一去疵——拋光——清洗——檢驗——包裝</p><p>　　硅圓片切片工藝過程中多應(yīng)用內(nèi)圓切割技術(shù)，該技術(shù)于二十世紀(jì)七十年代末發(fā)展成</p>

28、;<p><b>　　熟。</b></p><p>　　隨著硅圓片直徑的增大，內(nèi)圓切割工藝中所需內(nèi)圓刀片尺寸增大，刀片張緊力也相應(yīng)增大。同時刀片刃口的加厚增加了切割損耗，高速切割使硅片表面的損傷層及刀具損耗加大。這些缺點(diǎn)使內(nèi)圓切割技術(shù)在大片徑化方向中提高效率，降低生產(chǎn)成本受到制約。加之當(dāng)時內(nèi)圓刀具制作上的困難，基于這種情況，國際上又發(fā)展了一種多線切割(后簡稱線切割)技術(shù)工藝方法

29、。</p><p>　　1.1.1內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)分析</p><p>　　200mm以上規(guī)格硅單晶圓片切割加工可采用內(nèi)圓切割技術(shù)或線切割技術(shù)兩種切割方式。在硅圓片規(guī)模化生產(chǎn)中，線切割技術(shù)作為主流加工方式，逐步取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割技術(shù)方式。但在所有硅材料切片加工中，內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實際應(yīng)用中互為補(bǔ)充而存在。</p><p>　　眾所周知，隨著硅圓片直

30、徑的增大，內(nèi)圓切割技術(shù)的缺點(diǎn)使硅片表面的損傷層加大(約為30～40微米)。線切割技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是效率高(大約為內(nèi)圓切割技術(shù)的6～8倍。在8小時左右切割過程中一次可切出400圓片左右)。切口小，硅棒切口損耗小(約為內(nèi)圓切割技術(shù)的60%，這相當(dāng)于內(nèi)圓切片機(jī)切割6片圓片而節(jié)約出1塊圓片)，切割的硅片表面損傷層較淺(約為10～15微米)，片子質(zhì)量人為因素少。</p><p>　　但線切割技術(shù)同內(nèi)圓切割技術(shù)相比有其明顯的弱點(diǎn)，一

31、是片厚平均誤差較大(約為內(nèi)圓切割技術(shù)2倍)。二是切割過程中智能檢測控制不易實現(xiàn)。三是切割過程的成功率要求較高，風(fēng)險大，一但斷絲而不可挽救時，直接浪費(fèi)一根單晶棒。四是不能實現(xiàn)單片質(zhì)量控制，一次切割完成后，才能檢測一批圓片的切割質(zhì)量，并且圓片之間切割質(zhì)量也不相同。在這些方面，內(nèi)圓切割技術(shù)卻顯示出其優(yōu)越性來。具體表現(xiàn)在：(I)切片精度高。(2)切片成本低，同規(guī)格級的內(nèi)圓切片機(jī)價格為線切割機(jī)價格l／3～l／4，線切割機(jī)還需配置專用粘料機(jī)。(3)

32、每片都可調(diào)整。(4)小批量多規(guī)格加工時靈活的加工可調(diào)性(5)自動、單片方式切換操作方便性。(6)低成本的輔料(線切割機(jī)磨料及磨料液要定時更換)。(7)不同片厚所需較小的調(diào)整時間。(8)不同棒徑所需較小的調(diào)整時間。(9)修刀、裝刀方便。八十年代中后期人們普遍認(rèn)為：隨著硅硬脆材料塊大片徑化發(fā)展，線切割技術(shù)是硅片切割的主流技術(shù)，在規(guī)?；A片切割中將取代內(nèi)圓切割技術(shù)。因此人們加大了對200m以上線切割機(jī)的研究，以解決其技術(shù)不足。例如1996年

33、7月，日本日平外山公司研制成功300mm晶圓片線切割機(jī)(MNM444)。</p><p>　　切片機(jī)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、石英、陶瓷、鐵氧體、鈮酸鋰等硬脆材料的切割，是半導(dǎo)體加工的重要工序，在國內(nèi)外許多材料加工單位普遍采用[2]。切片機(jī)直接影響到硬脆材料塊的成本、質(zhì)量以及各種性能。目前，硬脆材料塊切割主要的方法有金剛石內(nèi)圓切割和線切割但是作為成熟工藝技術(shù)的內(nèi)圓切割技術(shù)在大直徑化發(fā)展方向上并沒有失掉其有利的地位，

34、并隨著IC器件大片徑化發(fā)展同時其技術(shù)不斷創(chuàng)新。1998年1月，日本旭日金剛石工業(yè)公司推出T-SM-300內(nèi)圓切片機(jī)，標(biāo)志著內(nèi)圓切割技術(shù)又上了一個新的臺階 。可喜的是，這種設(shè)備在刀片直徑增大情況下，仍采用較小的刀口厚度(0．38mm)。從相對意義而言，這種較小的刀口厚度降低了刀口硅材料消耗。并且，該內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計制造采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，使刀口處寬度變化控制在0．36一O．38枷。這與200mm晶圓片切片加工時的刀口寬度的擺幅變化(O．3

35、4—0．38)是一樣的。由此可見300mm內(nèi)圓切割設(shè)備制造精度和工作動態(tài)精度之高。由于內(nèi)圓切片機(jī)晶棒端磨技術(shù)，切割過程中的自動修刀系統(tǒng)及刀片導(dǎo)向系統(tǒng)以及動態(tài)檢測和自診斷系統(tǒng)等智能化技術(shù)的應(yīng)用，以單片切割質(zhì)量的控制成為優(yōu)勢條件，使內(nèi)圓切片機(jī)</p><p>　　根據(jù)實踐經(jīng)驗，內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實際應(yīng)用中互為補(bǔ)充而存在。同時我們認(rèn)為：(1)在新建硅圓片加工生產(chǎn)線上，規(guī)模在年產(chǎn)量達(dá)50噸以上硅單晶加工生產(chǎn)線，并

36、且圓片品種主要針對較大數(shù)量集成電路用硅圓片時，切割設(shè)備選型可定位在線切割機(jī)上，同時大規(guī)模、單一硅圓片品種(主要指圓片的厚度規(guī)格品種)的太陽能級圓片加工，切割設(shè)備選型也可定位在線切割機(jī)上。厚度規(guī)格品種的多少，直接關(guān)系到線切割機(jī)排線導(dǎo)輪備件的多少。該排線導(dǎo)輪目前國內(nèi)無法配套，國外供應(yīng)商配套，價格較高。頻繁更換排線導(dǎo)輪增加了輔助時間，還會增加線絲的浪費(fèi)．(2)生產(chǎn)規(guī)模較小的生產(chǎn)單位或多品種硅圓片生產(chǎn)并具有較大規(guī)模的生產(chǎn)單位，在設(shè)備選型上，應(yīng)首

37、先考慮選用內(nèi)圓切片機(jī)。</p><p>　　1.1.2國內(nèi)外內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)備技術(shù)概況</p><p>　　在國內(nèi)引進(jìn)的內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型中主要有瑞士M&B公司和日本東京精密株式會社(TOKYO)兩公司的內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型。這幾年隨著國外硅片生產(chǎn)公司的設(shè)備更新，在國內(nèi)引進(jìn)了二手的日本TOYO公司生產(chǎn)的200mm規(guī)格的切片機(jī)，但數(shù)量不是很多。M&B公司以臥式機(jī)型為主，TOKYO公司以立式

38、機(jī)型為主。在切片機(jī)主軸支撐方式上，M＆B公司以空氣軸承為發(fā)展方向。TOKYO公司以滾動軸承和空氣軸承兩種形式發(fā)展。由于以空氣軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓切片機(jī)，在技術(shù)和制造成本上較高，因而其價格比以滾動軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓切片機(jī)高出近10萬美元。因而，TOKYO公司以滾動軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的切片機(jī)為主要發(fā)展方向，腿B公司的產(chǎn)品中150mm主流機(jī)型有TS23、TS202(TS23增強(qiáng)型)兩種。200mm的主流機(jī)型有TS205、TS206兩

39、款機(jī)型。TS205機(jī)型主要用于200mm晶捧齊端頭、切樣片和切斷，TS206機(jī)型則是集中了內(nèi)圓切片機(jī)所有現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)型。TOKYO公司的TSK系列內(nèi)圓切片機(jī)中，150mm～200mm規(guī)格機(jī)型有S-LM-227D，s-LM-227DR，s-LM～434E，s-LM-534B機(jī)型，其產(chǎn)品檔次</p><p>　　2002年3月26日～27日在上海國際展覽中心舉行國際半導(dǎo)體設(shè)備與材料展覽暨研討會(SEMICONCHIN

40、A 2002)期間，除了M＆B公司繼續(xù)宣傳他們的內(nèi)圓切片機(jī)和線切割機(jī)外、TOKYO公司沒有專項宣傳切片機(jī)機(jī)型，在他們的宣傳資料中涉及到切片機(jī)內(nèi)容也不多，這可能與TOKYO產(chǎn)品戰(zhàn)略調(diào)整有關(guān)，TOKYO產(chǎn)品開始涉及到后封裝設(shè)備，研磨拋光和化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域了。</p><p>　　在線切割機(jī)方面TOKYO公司拋棄了自行設(shè)計的多線鋸w-SL-300／-500，轉(zhuǎn)而把瑞士HCT公司多線鋸系列作為經(jīng)營對象。M&B公司

41、內(nèi)圓切片機(jī)同2001年北京展示的相同，僅推薦TS23、TS206兩種，TS23機(jī)型是在原機(jī)型上加裝了防護(hù)罩，使操作環(huán)境變好。TS23機(jī)型的生命期己延續(xù)了20年之久，該機(jī)型在國內(nèi)用戶中也反映良好。內(nèi)圓切斷機(jī)為TS205、TS207兩種。M&B同TSK不同，該公司一直從事材料切割技術(shù)研究工作。</p><p>　　國內(nèi)在內(nèi)圓切片機(jī)研制中僅有信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十五研究所。其內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型在國內(nèi)硅片切割行業(yè)應(yīng)用的

42、范圍涵蓋了從φ50mm到φ200mm圖片的切片加工，QP-613機(jī)型應(yīng)用范圍為中φ125m～φ150mm圓片切割加工，QP-816機(jī)型應(yīng)用于φ200mm圓片切割加工。這些機(jī)型技術(shù)層次為國外九十年代初期的水平。</p><p>　　在以上諸多機(jī)型中以TS206，S-LM-534B兩種機(jī)型集中了當(dāng)今內(nèi)圓切片機(jī)制造的最高技術(shù)。但是需要指出的是，這些主要技術(shù)停滯了將近10年。其技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：</p

43、><p>　　(1)精密主軸制造技術(shù)：不論是采用空氣靜壓軸承支撐的主軸技術(shù)還是以精密滾動軸承支撐的主軸技術(shù)，都是保證切片機(jī)主軸高精度、高壽命及保證切片質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　(2)精密伺服定位技術(shù)：這是保證切片機(jī)切片厚度均勻、誤差小，減少磨片時間的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　(3)機(jī)械手技術(shù)：保證切片后可靠的取片，減少片子意外損壞的技術(shù)。</p&

44、gt;<p>　　(4)自動檢測技術(shù)；是刀片導(dǎo)向系統(tǒng)及自動修刀系統(tǒng)應(yīng)用和單片質(zhì)量控制的前提條件。</p><p>　　(5)CNC控制技術(shù)：對機(jī)器進(jìn)行控制及保證自動檢測技術(shù)應(yīng)用的一軟硬件技術(shù)。</p><p>　　(6)直流伺機(jī)服技術(shù)：保證切片質(zhì)量，提供可靠的驅(qū)動動力的技術(shù)。</p><p>　　(7)精密滾動導(dǎo)軌：保證切片時片子的平行度、翹曲度、粗糙

45、度機(jī)械導(dǎo)向技術(shù)。</p><p>　　(8)端磨技術(shù)：提高片子表面彎曲度、翹曲度和表面粗糙度的技術(shù)。</p><p><b>　　1.2課題意義</b></p><p>　　(1)利用CNC技術(shù)實現(xiàn)精密內(nèi)圓切片機(jī)的控制，探索出一條制造經(jīng)濟(jì)高效、精密可靠內(nèi)圓切片機(jī)的思路。</p><p>　　(2)該設(shè)備的研制成功不僅能夠

46、增加企業(yè)產(chǎn)品數(shù)量、提高本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時也解決了晶圓生產(chǎn)廠同類產(chǎn)品依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。在設(shè)計過程中借鑒、吸收國外相同、相近產(chǎn)品的優(yōu)秀技術(shù)和成果，也為產(chǎn)品的智能化、大直徑切削設(shè)計生產(chǎn)提供了有益的借鑒。</p><p>　　第2章 內(nèi)圓切片機(jī)的基本原理</p><p>　　2.1內(nèi)圓切片機(jī)的原理和特點(diǎn)</p><p>　　2.1.1內(nèi)圓切片機(jī)的三種基本運(yùn)動</p&

47、gt;<p>　　作為內(nèi)圓切片機(jī)，要完成一個工作循環(huán)必須具備三種基本運(yùn)動，即刀片高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 (主軸系統(tǒng))，被切割材料按設(shè)定片厚值步進(jìn)送料運(yùn)動(進(jìn)料系統(tǒng) )以及 內(nèi)圓刀片柑對被切割材料作切割運(yùn)動(切割進(jìn)給系統(tǒng) )。另外，在切割過程 中所 切硬脆材料塊停置于刀盤內(nèi)，為了將硬脆材料塊取出 ，必須將被切豺材料退出內(nèi)圓刀片刃口位置，這一退料運(yùn)動是切片機(jī)的輔助運(yùn)動。不同類型的切片機(jī)就是采用了不同類型的機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)布局實現(xiàn)這三種基本運(yùn)

48、動和輔助運(yùn)動。</p><p>　　2.1.2內(nèi)圓切片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　內(nèi)圓切片機(jī)主要由刀盤(主軸系統(tǒng))，送料箱 ，切割油缸，調(diào)晶向機(jī)構(gòu)，液壓站，液壓系統(tǒng)工作臺，電控框，電控箱(操作面板)等組成。因夾持內(nèi)圓刀片的主軸軸線呈水平位置，因此該機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)。送料箱也相應(yīng)呈水平位置，所以夾持被切割材料也為臥式安裝 ?；凇芭P式”這一特點(diǎn)，被切割材料直徑增大，長度加長，這就為該機(jī)

49、型切割大直徑硬脆材料塊提供了可能。</p><p>　　該機(jī)工作原理：內(nèi)圓刀片夾持在刀盤間，刀盤安裝在主軸系統(tǒng)上，實現(xiàn)內(nèi)圓刀片的高速旋轉(zhuǎn)。送料箱夾持硬脆材料塊，由步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠螺母副按預(yù)置量進(jìn)行步進(jìn)送料，送料箱安裝在具有三維調(diào)晶向機(jī)構(gòu)上，實現(xiàn)硬脆材料塊晶向調(diào)節(jié)切割功能。調(diào)晶向機(jī)構(gòu)安裝在工作臺上，工作臺相對于主軸軸線方向向前，后退 動作，實現(xiàn)硬脆材料塊相對于內(nèi)圓刀片刃口進(jìn)料、退料輔助運(yùn)動，可以很方便將 已切成的一

50、疊硬脆材料塊從刀盤內(nèi)取出。主軸系統(tǒng)安裝在擺動支架上，擺動支架在切割油缸驅(qū)動下作往復(fù)上下運(yùn)動，實現(xiàn)內(nèi)圓刀片相對于硬脆材料塊的切割運(yùn)動。這樣，一方面內(nèi)圓刀片高速旋轉(zhuǎn)，一方面內(nèi)圓刀片隨擺動架作擺動切割 ，即完成一個 切片循環(huán)，這就是“擺動切割”方式 。其主要技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　1、最大加工尺寸：Ø 60*80mm；

51、</p><p>　　2、切割速度：5~30mm/min； </p><p>　　3、切割片厚：≥0.30mm; </p><p>　　4、橫向/縱向行程：110/100mm; </p><p>　　5、主軸電機(jī)：2800r/min;</p><p>　　6、主軸轉(zhuǎn)速：4000 r/min；</p>&l

52、t;p>　　7、切片種類：100；</p><p>　　8、片數(shù)設(shè)定范圍：200pcs</p><p>　　9、液壓系統(tǒng)壓力：1.2MPa</p><p>　　2.2 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　國內(nèi)在液壓的精密控制領(lǐng)域通常采用傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng),但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動環(huán)節(jié)多而不能由電脈沖信號直接控制。對于現(xiàn)代液壓伺

53、服控制需考慮:①環(huán)境和任務(wù)復(fù)雜,普遍存在較大程度的參數(shù)變化和外負(fù)載干擾;②非線性的影響,特別是閥控動力機(jī)構(gòu)流量非線性的影響;③有高的頻寬要求及靜動態(tài)精度的要求,須優(yōu)化系統(tǒng)的性能;④微機(jī)控制與數(shù)字化及離散化帶來的問題;⑤如何通過“軟件伺服”達(dá)到簡化系統(tǒng)及部件的結(jié)構(gòu)[3]。</p><p>　　因此發(fā)達(dá)國家已應(yīng)用數(shù)字控制,即數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)來取代電液伺服控制系統(tǒng),經(jīng)過幾年的努力,設(shè)計并研制成功自己的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng),

54、它超越了傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng),大大提高控制精度。本文僅就該系統(tǒng)作簡要介紹。</p><p>　　2.2.1數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成</p><p>　　系統(tǒng)由數(shù)控裝置、數(shù)控伺服閥、數(shù)控液壓缸或液馬達(dá)、液壓泵站4大部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。</p><p>　　圖2.1 數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成</p><p>　　(1)數(shù)控裝置:包括控制器

55、、驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)。之所以要采用步進(jìn)電機(jī),是由于計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,使步進(jìn)電機(jī)的性能在快速性和可靠性方面能夠滿足數(shù)控液壓系統(tǒng)的要求,而其價格低廉,又由于數(shù)控液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn),所需步進(jìn)電機(jī)功率較小,不需采用寬調(diào)速伺服電機(jī)等大功率伺服電機(jī)系統(tǒng),就能大大降低成本。</p><p>　　(2)液壓缸、液馬達(dá)和液壓泵站是液壓行業(yè)的老產(chǎn)品,只要按數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的要求選取精度較高的即可應(yīng)用。</p><

56、;p>　　(3)伺服控制元件是液壓伺服系統(tǒng)中最重要、最基本的組成部分,它起著信號轉(zhuǎn)換、功率放大及反饋等控制作用。所以整個數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件就是數(shù)控伺服閥,它必需將電脈沖控制的步進(jìn)電機(jī)的角位移精確地轉(zhuǎn)換為液壓缸的直線位移(或液馬達(dá)的角位移)。也可以說,只要有了合格的數(shù)控伺服閥,就能獲得不同的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.2數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理</p><

57、p>　　1、數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示,數(shù)控液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。</p><p>　　1-步進(jìn)電機(jī)　2-法蘭　3-螺釘　4-閥體　5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動蓋　7-定為套</p><p>　　8-芯軸　9-閥桿　10-閥套 11-擋墊　12-隔墊　13-軸承　14-密封圈</p><p

58、>　　15-螺蓋　16-反饋螺母　P-壓力油孔　O-回油孔</p><p>　　圖2.2　數(shù)控液壓伺服閥結(jié)構(gòu)</p><p>　　1-步進(jìn)電機(jī)　2-法蘭　3-螺釘　4-閥體　5-聯(lián)軸節(jié)　6-限動蓋　7-定位套　8-芯軸　9-閥桿　10-閥套　11-擋墊　12-隔墊　13-軸承　14-密封圈　15-螺蓋　16-反饋螺母　17-鎖緊螺母　18-活塞 19-反饋螺桿副　20-油管　21-

59、油缸體　22-接頭　23-支撐蓋　24-活塞桿　a、b-進(jìn)、回油孔　25-錐銷</p><p>　　圖2.3　數(shù)控液壓缸</p><p><b>　　2、工作原理</b></p><p>　　（1）、數(shù)控液壓伺服閥和液壓缸匹配工作原理如圖2.2和圖2.3所示,步進(jìn)電機(jī)1通過法蘭2用螺釘3與閥體4聯(lián)接,電機(jī)軸通過聯(lián)軸節(jié)5與芯軸8聯(lián)接,閥桿9被定位

60、套7固定在芯軸8上,閥桿可隨芯軸在閥套10中軸向移動,閥套被限動蓋6固定在閥體4中,壓力油口P、回油口O分別與閥體上相應(yīng)的油道相通,閥體4的左端有2只球軸承13被檔墊11和隔墊12定位,用螺蓋15固定在閥體中,反饋螺母16被兩只球軸承固定;芯軸8的左端加工有外螺紋,擰入反饋螺母的內(nèi)螺紋中。當(dāng)有電脈沖輸入,步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生角位移,帶動芯軸角位移,由于反饋螺母被2只球軸承固定,不能軸向移動,螺母與活塞桿中的反饋螺桿剛性連接,在活塞桿靜止的條件下

61、也不能轉(zhuǎn)動,迫使芯軸產(chǎn)生直線位移,帶動閥桿產(chǎn)生軸向位移,打開閥的進(jìn)、回油通道,壓力油經(jīng)閥套開口處進(jìn)入液壓缸,油壓推動活塞作直線位移,由于活塞桿固定在機(jī)床導(dǎo)軌上不能轉(zhuǎn)動,迫使活塞桿中的反饋螺桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,帶動伺服閥的反饋螺母旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)方向與芯軸方向相同,使芯軸巡回原位,當(dāng)芯軸退回到O位時,閥桿關(guān)閉了進(jìn)、回油口,油缸停止運(yùn)動,活塞桿運(yùn)動的方向、速度和距離由計算機(jī)程序控制。數(shù)控伺服液壓缸完成了一次脈沖動作。</p><p&

62、gt;　?。?）、數(shù)控伺服閥和液馬達(dá)匹配工作原理如圖2.4所示,液馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸用鍵26與閥的反饋螺母16聯(lián)接,液馬達(dá)的進(jìn)、回油接頭與閥的相應(yīng)接頭聯(lián)接,當(dāng)有電脈沖輸入時,步進(jìn)電機(jī)按指令方向旋轉(zhuǎn),由于反饋螺母16不能軸向移動,芯軸8放置產(chǎn)生軸向位移量,帶動閥桿9軸向移動,打開液馬達(dá)的進(jìn)、回油通道,油壓使旋轉(zhuǎn)軸27旋轉(zhuǎn)帶動反饋螺母16同向旋轉(zhuǎn),由于反饋螺母16不能軸向位移,使芯軸8產(chǎn)生軸向位移,當(dāng)移動量達(dá)到一定時,閥桿關(guān)閉進(jìn)、回油通道,液馬達(dá)

63、停止轉(zhuǎn)動,完成一次脈沖動作,其轉(zhuǎn)動的方向、速度和角位移由計算機(jī)程序控制。</p><p>　　1-步進(jìn)電機(jī)　2-法蘭　3-螺釘　4-閥體　5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動蓋　7-定位套　8-芯軸　9-閥桿　10-閥套 11-擋墊　12-隔墊　13-軸承　14-密封圈　15-螺蓋　16-反饋螺母　26-鍵　27-旋轉(zhuǎn)軸　28-油管接頭　29-液馬達(dá)殼體　30-安裝孔　a、b-進(jìn)、回油孔</p><p&g

64、t;　　圖4　數(shù)控伺服閥和液馬達(dá)匹配</p><p>　　第3章 主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1 擺動切割方式 </p><p>　　在內(nèi)圓切片機(jī)系列中，完成切割運(yùn)動一般多采甩直線導(dǎo)軌的形式來完成這一功能。本設(shè)計內(nèi)圓切片機(jī)采用擺動切割方式其原理見圖3.1。主軸系統(tǒng)安裝在擺 動臂上，在切割油缸驅(qū)動下，繞中心軸上下擺動，同時刀盤夾掙內(nèi)圓刀片高速旋 轉(zhuǎn)，來完

65、成切割、返回的工作循環(huán)。</p><p>　　采用擺動切割方式 ，省去了直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，其上下擺動的直線性精度 ， 由中心軸一對圓錐滾子軸承裝配精度保證。同直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)相比，它制造簡單，精 度容易保證，精度保持性長。</p><p>　　圖3.1 擺動切割原理</p><p>　　3.2 精密主軸系統(tǒng)</p><p>　　決定內(nèi)圓切片機(jī)切片質(zhì)量

66、的另一主要因素是主軸系統(tǒng)。在對半導(dǎo)體單晶體 進(jìn)行切割時，內(nèi)圓刀片內(nèi)刃口線速度一般要求在17．8m／s左右 ，切割速度一般為40mm／min左右。因此主軸轉(zhuǎn)速按所夾持內(nèi)圓刀片規(guī)格不同而不同，本設(shè)計切片機(jī)設(shè)計主軸最高轉(zhuǎn)速為2500rpm。</p><p>　　圖3.2 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　因夾持內(nèi)圓刀的刀盤體積較大，夾持外徑φ422內(nèi)圓刀片的刀盤重量為57：5kg，而且為了保證已

67、切硬脆材料塊在內(nèi)圓刀片刃口另一面 (刀盤內(nèi))容料長度，主軸系統(tǒng)的懸伸量較大，懸伸量與主軸平均直徑之比為2.5。同時，考慮到主軸旋轉(zhuǎn)精度，主軸剛度，主軸高速旋轉(zhuǎn)抗震性以及主軸壽命等諸多因素，我設(shè)計了圖3.2所示的主軸結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)類同于內(nèi)圓磨床磨具主軸結(jié)構(gòu)，通過適當(dāng)加太主軸軸徑，增大軸承支承跨度等辦法，使主軸滿足使用要求 。</p><p>　　3.3 彈性絲杠螺母副送料系統(tǒng)</p><p>

68、;　　本設(shè)計的內(nèi)圓切片機(jī)進(jìn)科精度設(shè)計為±5μm，圖3.4為送料系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。本機(jī)采用傳動比i為 l2.5齒輪減速傳遞至絲杠螺母副實現(xiàn)步進(jìn)送料。圖 3.4所示傳動系統(tǒng)為開環(huán)控制。為了達(dá)到最終送料精度，一方面提高整個傳動系統(tǒng)精度外，另一方面采用了獨(dú)特的彈性絲杠螺母機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)中，螺母沿軸線方向類似于彈性夾頭形式對稱開二條彈性槽，使螺母圓柱體呈整體不可分離 的四瓣體，這樣，因絲杠裝配或直線導(dǎo)軌導(dǎo)向精度誤差造成的絲杠與螺母不同軸而

69、產(chǎn)生內(nèi)力，由螺母的彈性體而減小或消除，因而保證了絲杠螺母傳動精度這一送料系統(tǒng)的采用，保證了切片過程中硬脆材料塊厚度一致性要求。</p><p><b>　　圖3.2 送料系統(tǒng)</b></p><p>　　3.4 液壓傳動及其裝置</p><p>　　本設(shè)計內(nèi)圓切片機(jī)切割運(yùn)動及工作臺進(jìn)退運(yùn)動由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，圖3.5為該機(jī)液壓系統(tǒng)圖。</p&

70、gt;<p>　　圖3.5 液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　在該系統(tǒng)中，貯能器用來吸收，減小液壓泵打入高壓液的脈動以及緩和電液換向閥(14)換向時沖擊力，為切割油缸均勻驅(qū)動奠定基礎(chǔ)，保證硬脆材料塊切割表面粗糙度的質(zhì)量要求。切割運(yùn)動循環(huán)由電液換向閣控制，目的是通過電液換向閥換向延時性來減小退刀過程中沖擊，增強(qiáng)了切割過程中的平穩(wěn)性。工作臺油缸采用進(jìn)油路調(diào)速方式。切割油缸采用回油路調(diào)速方式，以增強(qiáng)切割過程

71、中調(diào)速平穩(wěn)性，同時采用精密2FRM5型調(diào)速閥(17)進(jìn)行大范圍穩(wěn)定調(diào)速二位二通電磁閥(16)用于防止停機(jī)后刀盤西自身重量下沉的可能。背壓閥(12)在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生背壓，增強(qiáng)系統(tǒng)工作平穩(wěn)性。整個系統(tǒng)工作動作見表1。</p><p>　　表1 系統(tǒng)動作一覽表</p><p><b>　　3.5 電控系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計內(nèi)圓切片機(jī)

72、是以MCS-51系列中8031為中央處理機(jī)作為控制主單元 的控制系統(tǒng)，以此控制系統(tǒng)完成主軸轉(zhuǎn)速測速顯示，切割速度測速顯示，片厚、片數(shù)撥碼預(yù)置及顯示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，電磁閥動作，開關(guān)等多種功能，保證了機(jī)器工作的可靠性在該電控系統(tǒng)中，主軸轉(zhuǎn)速由霍爾元件檢測，切割速度由光柵尺 檢測，主軸轉(zhuǎn)速，切割速度在操作面板上顯示 。片厚片數(shù)預(yù)置 ，在操作面板上通過撥碼開關(guān)完成，并在自動循環(huán)過程中自動累計顯示一個循環(huán)過程中所切硬脆材料塊數(shù)量以及該機(jī)工作臺所切

73、硬脆材料塊總數(shù)。為了使機(jī)器能正常工作，本機(jī)設(shè)有冷卻、刀片變形、水壓、油壓差四種故障診斷顯示為用戶排除故障，保證切片質(zhì)量提供方便。這種集操作、檢測、診斷、顯示為一體的電控系統(tǒng)為整機(jī)使用帶來很大優(yōu)越性。</p><p>　　此外本設(shè)計的切片機(jī)首次應(yīng)用了刀片變形跟蹤惻試系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由電渦流電磁傳感器對高速旋轉(zhuǎn)片進(jìn)行動態(tài)撿測，經(jīng)專用電控裝置控制顯示刀片切割過程中的微變形，將刀片變形控制在預(yù)定范圍由，同時具有打印變形

74、數(shù)據(jù)功能。這一裝置的采用為用戶方便使用，提高硬脆材料塊切割成品率，提高刀片壽命，降低生產(chǎn)成本都是非常有益的。</p><p>　　第4章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計</p><p>　　4.1主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)</p><p>　　主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)圖,是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來的,其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件</p><p>　　在

75、編輯此圖時從三圖一卡中一已之</p><p>　　主軸箱輪廓尺寸500500mm。</p><p>　　工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。</p><p>　　工件與主軸箱位置尺寸。</p><p>　　根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖。</p><p>　　4.2 運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)的確定</p&g

76、t;<p>　　4.2.1 傳動系統(tǒng)傳動比分配</p><p>　　本機(jī)床主軸箱采用三級傳動： 傳動比為3.765</p><p>　　根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對齒輪齒輪數(shù)及傳動比：</p><p>　　第一對：=22 =32 其傳動比 ： i=1.45 </p><p>　　第二對： =26

77、=38 其傳動比 ：i=1.46</p><p>　　第三對： =32 =57 其傳動比 ： i=1.78 </p><p>　　按任務(wù)書的要求，本機(jī)床要同時粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達(dá)到的各級參數(shù)都完全相同，故設(shè)計成相互對稱的傳動系統(tǒng)。</p><p>　　4.2.2 計算傳動裝置的運(yùn)動和設(shè)計參數(shù)</p><

78、;p>　　推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　各軸的轉(zhuǎn)速： </b></p><p>　　各軸輸入功率分別為齒輪傳動效率</p><p><b>　　各軸輸入轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　4.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核</p><p>　?。?

79、） 估算 齒輪彎曲疲勞的估算</p><p><b>　　齒面點(diǎn)蝕的估算</b></p><p>　　其中為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪的中心距，由中心距A 及齒數(shù)Z1、Z2求其摸數(shù)</p><p>　　根據(jù)估算所得和中較大的值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)摸數(shù)對于第一對齒輪：</p><p><b>　　第二對齒輪：</

80、b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　=2.76mm</b></p><p><b>　　取摸數(shù)m為3</b></p><p><b>　　第二對齒輪：</b></p><p><b

81、>　　=2.4mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　取摸數(shù)m為3</b></p><p><b>　　第三對齒輪：</b></p><p><b>　　取摸數(shù)m 為3</b></p>

82、;<p>　　齒輪模數(shù)計算及強(qiáng)度校核</p><p>　　選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù)</p><p>　　1） 按照所示的傳動方案選用直齒圓拄齒輪傳動</p><p>　　2） 組合機(jī)床為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度</p><p>　　3） 材料選擇：選用小齒輪材料40，硬度為280HBS，大齒輪材料為45號鋼硬

83、度為240HBS，二者材料硬度為40HBS</p><p>　　4） 選小齒輪齒數(shù)Z1=22 大齒輪齒數(shù)Z2=32</p><p>　　2． 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由設(shè)計計算公式機(jī)械設(shè)計第七版進(jìn)行試算，所涉及的公式到《機(jī)械設(shè)計》的第七版得。</p><p>　　1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p&g

84、t;　　1） 試選擇載荷系數(shù)</p><p>　　2 ） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　3 ） 由表中可得選取齒寬系數(shù)為1</p><p>　　4） 由表中可查材料彈性系數(shù)</p><p>　　5） 由圖可知 按齒輪面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限</p><p>　

85、　6 ）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　　7 ）由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　8） 計算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1% 安全系數(shù)S=1 則有：</p><p><b>　　計算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值

86、：</p><p>　　由于大于等于58.286毫米，故取為66毫米。</p><p><b>　　計算摸數(shù)</b></p><p><b>　　按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計</b></p><p>　　由公式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為：</p><p>　　由圖則有小齒輪的彎曲強(qiáng)度疲勞強(qiáng)

87、度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限</p><p>　　由表上則有彎曲的疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) </p><p>　　計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由書中的公式有：</p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K </b></p><p>　　K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 </p&g

88、t;<p><b>　　查取齒形系數(shù) </b></p><p><b>　　查取應(yīng)力系數(shù)</b></p><p>　　計算大，小齒輪的并加以比較：</p><p><b>　　大齒輪的計算值大。</b></p><p><b>　　（2） 設(shè)計計算<

89、;/b></p><p>　　對比計算結(jié)果，取，則有：</p><p>　　這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。</p><p><b>　　此時關(guān)于幾何計算</b></p><p>　　1、計算分度圓的直徑：</p><p>

90、<b>　　2、計算中心距：</b></p><p>　　3、計算齒輪寬度：通過查閱《組合機(jī)床手冊》得 </p><p>　　（3） 第二對齒輪的計算，經(jīng)校核有：</p><p>　?。?）第三對齒輪的計算，經(jīng)校核有：</p><p>　　4.2.4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核</p><p><

91、;b>　　一、傳動軸的估算</b></p><p>　　（1）估算軸的最小直徑，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算，先按照下列初步估算的最小直徑，選取軸的材料45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　　式中： —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位兆帕</p><p><b>　　T —軸所受的扭矩</b></p><p><b>

92、;　　—軸的抗扭截面系數(shù)</b></p><p><b>　　n —軸的轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　p—軸的傳遞的功率</b></p><p>　　d —計算截面處軸的直徑</p><p><b>　　—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力</b></p>&

93、lt;p>　　由以上公式可得軸的直徑；</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b

94、>　　二、主軸的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　對傳遞動力軸滿足強(qiáng)度條件是最基本的要求。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計初步確定出軸的尺寸后，根據(jù)受載情況進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計算。</p><p>　　首先作出軸的計算圖。如果軸上零件的位置已知，即已知外載荷及支反力的作用位置。將齒輪帶輪等級裝配寬度的分布簡化為集中力，并視為作用在輪轂寬度的中點(diǎn)上；略去軸和軸上的自重；略去軸上產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力

95、；把軸看成鉸鏈支承，支反力作用在軸承上，其作用點(diǎn)的位置可用如下圖所示確定。則將雙支點(diǎn)軸當(dāng)作受集中力的簡支梁進(jìn)行計算，然后繪制彎矩圖和扭矩圖，并進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。</p><p>　　求出輸出軸的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　設(shè)，分別為齒輪傳動軸承的傳動效率</p><p>　　=0.97， =0.98 則</p><p>　　==

96、5.5=4.54 KW</p><p>　　又 =/==255 r/m</p><p><b>　　于是</b></p><p>　　=9550000=172580 nmm</p><p><b>　　求作用在齒輪上的力</b></p><p>　　因已知低速大齒輪的分度圓

97、直徑</p><p>　　==357=171mm</p><p>　　而：===2018.5 N</p><p>　　==2018.5 =734.7 N</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——主軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為Nmm</p><p>

98、;　　——主軸上大齒輪的節(jié)圓直徑，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位為mm</p><p>　　——嚙合角。對標(biāo)準(zhǔn)齒輪=</p><p><b>　　求軸上的載荷</b></p><p>　　首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見主軸箱圖）作出計算簡圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時，應(yīng)從手冊中查得a值。對于7216E型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=22。對于7220E型

99、圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=29mm。因此，作為簡支梁的軸的軸承跨距+=119.5mm+93.45mm=212.94mm。</p><p>　　圖3-1 主軸載荷分析圖</p><p>　　從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面B是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算截面B處的、及M的值</p><p>　?、俅_定支座處的約束力（水平H）</p><p&

100、gt;　　由=0和=0可求得：</p><p>　　+= ①</p><p>　　-(+)=0 ②</p><p>　　其中=119.5mm</p><p><b>　　=93.45 mm</b></p><p><b>　　=2018.5 N&l

101、t;/b></p><p><b>　　因此：</b></p><p><b>　　=885.8 N</b></p><p><b>　　=1132.7 N</b></p><p>　　又由=885.8 N，=119.5mm可求得：</p><p>

102、;　　==885.8119.5=105853.1 Nmm</p><p>　?、诖_定支座處垂直約束力</p><p><b>　　由=0和=0可求得</b></p><p>　　+= ①</p><p>　　-(+)=0 ②</p><p>　　其中=119.

103、5mm</p><p><b>　　=93.45mm</b></p><p><b>　　=734.7 N</b></p><p>　　因此 =322.4 N</p><p><b>　　=412.3 N</b></p><p>　　由上式可求得：

104、==322.4119.5=38526.5 Nmm</p><p>　　=172580 Nmm</p><p>　　由①②可求得M===112646.3 Nmm</p><p>　　按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度</p><p>　　進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）</p><p><

105、b>　　強(qiáng)度。</b></p><p><b>　　由式==</b></p><p>　　式中：——軸的計算應(yīng)力。單位為Mpa</p><p>　　M——軸所受的彎矩。單位為Nmm</p><p>　　T——軸所受的扭矩。單位為Nmm</p><p>　　W——軸的抗彎截面系數(shù)。

106、單位為</p><p>　　對于圓環(huán)形截面，W=</p><p><b>　　0.1</b></p><p>　　其中 ===0.31</p><p><b>　　查表得=0.6</b></p><p><b>　　因此：==</b></p>

107、<p><b>　　= Mpa</b></p><p><b>　　=1.16 Mpa</b></p><p>　　前已選定軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得</p><p><b>　　=60 Mpa</b></p><p>　　因此〈 ，故安全滿足要求。

108、</p><p><b>　　三、軸Ⅲ的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　求軸Ⅲ上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩</p><p>　　設(shè)，分別為齒輪傳動，軸承傳動的效率</p><p>　　=0.97 ，=0.98</p><p>　　==5.39=4.87 kw</p><p>

109、;　　又 ===454 r/min</p><p>　　于是：=9550000=101990 Nmm</p><p><b>　　求作用在齒輪上的力</b></p><p>　　因已知低速大齒輪的分度圓直徑為</p><p><b>　　mm</b></p><p>&l

110、t;b>　　而 N</b></p><p>　　==1789.3tan=651.25 N</p><p>　　式中：——軸Ⅲ上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 Nmm</p><p>　　——軸Ⅲ上大齒輪的節(jié)度圓直徑，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位為mm</p><p>　　——為嚙合角。對標(biāo)準(zhǔn)齒輪=。</p>

111、<p>　　對于軸Ⅲ上小齒輪受力</p><p>　　因軸Ⅲ上小齒輪與軸Ⅲ上大齒輪相嚙合，由主軸校核已知=2018.5 N，=734.7 N。</p><p><b>　　由牛頓第三定律可知</b></p><p>　　=2018.5 N，=734.7 N</p><p><b>　　求軸的載荷&l

112、t;/b></p><p>　　首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見主軸箱裝配圖）作出軸的計算簡圖（如下圖所示）。對于1000806、1000807型深溝球軸承，起其作用支點(diǎn)在其軸承中心。因此作為簡支梁的軸的支承跨矩，</p><p>　　++=85+48.4+111.4=244.8mm</p><p>　　3-2 軸的載荷分析圖</p><p>　

113、　從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面心是軸的危險截面。現(xiàn)將計算截面C處,,及M的值。</p><p>　　確定支座處水平的約束力</p><p>　　由=0和=0可求得：</p><p><b>　　+=- ①</b></p><p><b>　?。ǎ?+（） ②</b></

114、p><p><b>　　從而推得：</b></p><p><b>　　=292.1 N</b></p><p><b>　　= 521.3 N</b></p><p><b>　　由，，，可求得：</b></p><p>　　=-24

115、828.5 Nmm</p><p>　　=127262 Nmm</p><p>　　=199726.48 Nmm</p><p>　　=-69541.42 Nmm</p><p>　　M=127614.24 Nmm</p><p>　　由上可推出：=199726.48</p><p>　　確定

116、支座處垂直方向約束力</p><p><b>　　由=0，=0可求得</b></p><p>　　+=- ①</p><p>　?。ǎ?+（） ②</p><p>　　將公式=734.7 N，=651.25 N 代入① ② </p><p>　　因此，=90.8 N

117、</p><p><b>　　=174.2 N</b></p><p>　　由，，，已知可求得：</p><p>　　=-771.8 Nmm</p><p>　　=47638.25Nmm</p><p><b>　　=7476 Nmm</b></p><p

118、>　　=-23244.96 Nmm</p><p>　　M=42656.4 Nmm</p><p>　　由上可推出：=74764 Nmm</p><p><b>　　由① ②可求得</b></p><p>　　===213261 Nmm</p><p>　　兩齒輪之間=101990 Nmm&