大学本科毕业论文机械工程设计与自动化专业数控车床主传动系统的设计.docx

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1、第一章引言1第二章设计方案论证与拟定22. 1总体方案的论证12.2 总体方案的拟定22.3 主传动系统总体方案图及传动原理2第三章设计计算阐明53.1 主运动设计53. 1.1参数的确定53.2 2传动设计63.1.3转速图的拟定83.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定83.1.5传动件的设计123.2纵向进给运动设计383.2.1滚珠丝杆副的选择383.2.2驱动电机的选用42结论47小结48致谢49参考文献50第一章引言当前的世界己进入信息时代，科技进步一日千里。消费范畴和高科技范畴中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。如今单件小批量消费的零件已占到机械加工总量的80%以上

2、，而且要求零件的质量更高、精度更高，外形也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出成绩。为了处理复杂、精密、单件小批量以及外形多变的零件加工成绩，一种新型的机床数字控制(NUmCriCaICOntrOI)机床的产生也就是必然的了。此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。第二章总体方案论证与拟定2.1总体方案的论证数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：1 .由于大多数数控车床采用了高功能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。2 .为了顺应数控车床连续地自动化

3、加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。3 .更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC安装是数控车床的核心，用于完成输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及完成各种控制功能。2.2总体方案的拟定1 .根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000rmin,最低转速是40rmin,。2 .纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。3 .为了保证进给传动精度和颠簸性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以进步传动

4、刚度和消弭间隙。齿轮副也应有消弭齿侧间隙的机构。4,采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台完成精确和微量移动，且光滑方法简单。2.3主传动系统总体方案图及传动原理1 .数控车床主传动系统图数控车床的主传动系统见图2.U整个主传动系统次要由主运动传动链和纵向进给传动链组成。图2.1总的传动系统图2 .传动原理主轴部件是机床完成旋转运动的执行件，结构如图2.2所示，其工作原理如下：交流主轴电动机经过带轮15把运动传给主轴7。主轴有前后2个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另

5、一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴的间隙用螺母8来支撑。螺钉12用来防止螺母8回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承14,轴承间隙由螺母1和6来调整。螺钉17和13是防止螺母1和6回松的。主轴的支承方式为前端定位，主轴受热收缩向后伸长。前后支承所用圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构合适低速大载荷的需求。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4,使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。图2.2主轴部件第三章设计计算阐

6、明3.1 主运动设计3.1.1参数的确定一.理解车床的基本状况和特点-车床的规格系列和类型1 .通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和材料作些简要引见。本次设计中的车床是普通型车床，其种类，用途，功能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和阐明了。2 .车床的主参数(规格尺寸)和基本参数(GB1582-79,JB/Z143-79)：最大的工件回转直径D(mm)是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号(JB2521-79)是6；最大工件长度1是750-2000；主轴转速范围是：32-160

7、0；级数范围是：18；纵向进给量mmr0.032.5;主电机功率(kw)是5.510。二.参数确定的步骤和方法1 .极限切削速度Umax、umin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类、工艺要求刀具和工件材料等要素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指点书。但是，根据本次设计的需求选取的值如下：取umax=300mmi;umin-30mmino2 .主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取(0.1-0.2)D和(0.450.5)D0由于D=400mm,则主轴极限转速应为：nmax=rmin3.1=2000rmin；nmin=rmin3.2=40rmi

8、n；由于转速范围R=3.3二50；由于级数Z已知：Z=18级o现以=1.26和中二141代入R=得R=50和355,因此取二126更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以中二106的从1IoOOO的数值，因二1.26二，从表中找到nmax=2000rmin,就可以每隔3个数值取一个数，得：2000,1600,1250,1000,800,630,500,400,315,250,200,160,125,100,80,63,50,40o3 .主轴转速级数Z和公比。已知：=RnRn=且：Z=18=4 .主电机功率一动力参数的确定合理地确定电机功率N,运用的功率实践状况既能充分

9、的发挥其运用功能，满足消费需求,又不致使电机经常轻载而降低功率要素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件(工艺种类、加工材料、刀具、切削用量)进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中引荐的数值：取P=5.5kw5 .1.2传动设计一.传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实践的方案，就并非非常有效，可考虑到本次设计的需求可以参考一下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目：级数为Z的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别

10、有Z1、Z2、Z3个传动副。即Z=Z1Z2Z33.4传动副数由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子：Z=3.5可以有几种方案，由于篇幅的缘由就不逐一列出了，在此只把曾经选定了的和本次设计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目2x(3+3+2)+2x2+1=21个轴向尺寸19b传动轴数目6根操纵机构简单，两个三联滑移齿轮，一个双联滑移齿轮二.组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组，可以安排成：3x3x2,2x3x3,或3x2x3选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、安装和功能。在I轴上摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以

11、2为宜，本次设计中就是采用的2,一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2,或者用一个定比传动副。三.传动系统的扩大顺序的安排对于18级的传动可以有三种方案，精确的说应该不只要这三个方窠，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需求，选择的设计方案是：18=3113329传动方案的扩大顺序与传动顺序可以分歧也可以不分歧，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是分歧的。这种扩大顺序和传动顺序分歧，称为顺序扩大传动。四.传动组的变速范围的极限植齿轮传动副最小传动比Umin2,最大传动比UmaXW2,决定了

12、一个传动组的最大变速范围rmax=umaxnmin8因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的一切传动方案。极限传动比及指数X,值为：极限传动比指数1.26X：umin=6值；umax=23(x+)值：Umin=89五.最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为：Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2即是：Z=18=3133293.1.3转速图的拟定运动参数确定当前，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各两头传动轴的转速，这样就拟定主运动的转图，使主运动逐渐具体化。一.主电机的选定中型机床上，普通都采用三相交流异步电机

13、为动力源，可以在系列中选用。在选择电机型号时，应按以下步骤进行：1 .电机功率N：根据机床切削才能的要求确定电机功率。但电机产品的功率曾经标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。N=5.5kw2 .电机转速m异步电机的转速有：3000、1500、1000750rmin在此处选择的是：nd=1500rmin这个选择是根据电机的转速与主轴最高转速nmax和I轴的转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。3 .双速和多速电机的运用根据本次设计机床的需求，所选用的是：双速电机4 .电机的安装和外形根据电机不同的安装和运用的需求，有四种不同的外形结构，用的最多的有底座式和发兰式两种。本次设计的

14、机床所需选用的是内行安装尺寸之一。具体的安装图可由手册查到。5.常用电机的材料根据常用电机所提供的材料，选用：图3.1Y132S-4电动机I轴从电机得到运动，经传动系统化成主轴各级转速。电机转速和主轴最高转速应相接近。显然，从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑，I轴转速不宜将电机转速下降得太低。但假如I轴上装有摩擦离合器一类部件时，高速下摩擦损耗、发热都将成为突出矛盾，因此，I轴转速不宜太高。I轴装有离合器的一些机床的电机、主轴、I轴转速数据：参考这些数据，可见，车床I轴转速普通取7001000rmin.另外，也要留意到电机与I轴间的传动方式，如用带传动时，降速比不宜太大，否则I

15、轴上带轮太大，和主轴尾端可无能涉。因此，本次设计选用：n1=960rmin二.两头传动轴的转速对于两头传动轴的转速的考虑准绳是：妥善处理结构尺寸大小与乐音、震动等功能要求之间的矛盾。两头传动轴的转速较高时（如采用先升后降的传动），两头转动轴和齿轮承受扭矩小，可以运用轴径和齿轮模数小写：da、IT1-,从而可以运用结构紧凑。但是，这将惹起空载功率N空和乐音1P（普通机床允许乐音应小于85dB）加大：Ns=）KW3.6式中:C-系数，两支承滚动或滑动轴承C=8.5,三支承滚动轴承C=IO;da切两头轴轴颈的均匀直径（mm）；d主一主轴前后轴颈的均匀直径（nun）；En一主轴转速（rmin）o3.7（mz）a切两头传动齿轮的分度圆直径的均匀值mm；（mz）主一主轴上齿轮的分度圆的均匀值mm；q-传到主轴所经过的齿轮对数；B主轴齿轮螺旋角；C1、K-一系数，根据机床类型及制造程度选取。我国中型车床、铳床C1