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1、I 兰 州 理 工 大 学 毕 业 论 文 论 文 题 目：床身上最大回转直径 320mm 的 数控车床总体设计及主轴箱设计 专 业 名 称： 层 次： 学 生 姓 名： 完 成 日 期： II 摘要摘要 随着现代科学的进步，数控行业的飞速发展，数控车床作为主要加工手段，被 广泛应用于机械制造业。因为它具有加工灵活、通用性强的特点，能适应产品的品 种和规格频繁变化，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求， 并且数控车床与普通车床相比，在提高生产率、减轻工人劳动强度、降低生产成本 和增加效益方面都有很大的优越性。 本文对数控车床的主传动方案、总体机械结构进行了详细的设计和计算。电
2、动 机通过变速箱与主轴进行联接，使主轴的功率、扭矩特性和电机的功率扭矩特性相 匹配，这样适用范围就更宽，在使用方面也容易控制。本数控车床，是由无极变速 电磁调速异步电动机经机械分级变速箱驱动主轴，以实现主轴的无级变速。主轴箱 与变速箱为一整体，最后一级采用传动平稳可靠的斜齿轮传动，以保证主轴的旋转 精度。 关键词：关键词：数控车床；变速箱；主轴；无级变速 III Abstract With fast development of science technology, Numerical control lathe is widely used in the mechanical manufa
3、cturing industry. Because of having the characteristics of maching flexibility,strong versatility,it can meet the varity of products and frequent change of the specification,and satisfy the reqanement that the development of new poducts,much varieties,the small quantities,automative production, Comp
4、ared with ordinary lathe, the numerical control lathe has its great superiority in boosting productivity, lightening workers labor intensity, reducing the production cost and increasing benefit. The overall mechanical structure of numerical control late has been designed in this paper, mainly from e
5、conomy and practical value. The motor is linked to spindle, making power and torsion characteristic of match to torsion characteristic power of the electrical machinery. In this case the scope of application is wider and it is easy to control during machining. Horizontal feed system and vertical fee
6、d system are designed and calculated in details in this design. This numerical control lathe drives the spindle, which is accomplish by electrodeless changed speed electromagnetical adjusted speed asynchronous,and the mechanical hierarchical gearbox, in order to realize the infinite variable-speeds
7、of the spindle. Spindle-box and gearbox are made into a wholebody, final class adopts transmission steady and reliable helical gears transmission, so as to ensure the precision of rotation of the spindle. The servo feed system adopts the high-accuracy ball guide screw transmission, so as to ensure t
8、he movement maching accuracy. Keyword: numerical control lathe；the transmission ； spindle； power；infinite variable speeds；servo feed system IV 目录目录 摘要摘要 IIII ABSTRACTABSTRACT IIIIII 目录目录 IVIV 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1.1 课题背景 .1 1.2 我国数控机床的发展 .1 第第 2 2 章章 数控车床简介数控车床简介 2 2 2.1 数控车床的基本组成 .2 2.2 数控车床的工作过程 .2
9、 2.3 数控车床的分类 .3 2.3.1 按车床主轴位置分类 .3 2.4 数控车床的特点 .4 第第 3 3 章章 数控机床总体结构的设计要求数控机床总体结构的设计要求 5 5 3.1 数控机床总体的结构要求 .5 3.2 机床导轨的选择 .5 3.2.1 导轨的选择 .5 3.3 机床床身结构 .6 3.3.1 床身的结构 .6 3.4 支承件的选择 .6 第第 4 4 章章 C320C320 数控数控车床基本的技术参数车床基本的技术参数7 7 4.1 主参数和尺寸参数 .7 4.2 运动参数的确定 .7 4.3 动力参数 .8 第第 5 5 章章 数控车床主传动系统设计数控车床主传动系
10、统设计 8 8 5.1 数控车床的主传动方式 .8 V 5.2 确定主轴的转速 .9 5.3 确定传动轴的转速 .9 5.4 主传动系统结构设计及校核 10 5.4.1 带传动的结构设计 10 第第 6 6 章章 数控车床主轴组件设计数控车床主轴组件设计 1313 6.1 主轴组件的设计 13 6.1.1 主轴组件的性能要求 13 6.2 传动轴的设计 17 6.3 主轴及传动轴支承的配置形式 18 第第 7 7 章章 车床数控系统车床数控系统 1919 7.17.1 概述概述 1919 7.2 数控系统的主要功能 20 7.3 数控系统的选择 21 结论结论 2222 致谢致谢 2323 参
11、考文献参考文献 2424 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 课题课题背景背景 企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展，它必须在最短的时间内以优 异的质量、低廉的成本，制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优 劣，制造周期的快慢，生产成本的高低，又往往受工厂现有加工设备的直接影响。 目前，采用先进的数控机床，已成为我国制造技术发展的总趋势。在我国现有的机 床中有一部分仍采用传统的继电器- 接触器控制方式，这些机床触点多、线路复杂， 使用多年后故障多、维修量大、维护不便、可靠性差，严重影响了正常的生产。还 有一些旧机床虽然还能正常工作，但其精度、效率、自动化程度已不能
12、满足当前生 产要求。因此拥有先进的数控机床已经成为满足企业新生产工艺、提高经济效益的 最根本需求1。 1.21.2 我国数控机床的发展我国数控机床的发展 进入 21 世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造 装备发展的良机，也遭受到进入 WTO 后激烈的市场竞争的压力，从技术层面上来讲， 加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用， 柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更 高的要求，当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。 (1)高速、高精密化 （2）高可靠性
13、（3）数控车床设计 CAD 化 （4）功能复合化 （5）智能化 2 第第 2 2 章章 数控车床数控车床简介简介 2.12.1 数控车床的基本组成数控车床的基本组成 虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分 组成。图 2-1 是数控车床的基本组成方框图4。 图 2-1 数控车床的基本组成方框图 2.22.2 数控车床的工作过程数控车床的工作过程 数控车床的工作过程如图 2-2 所示4： 图 2-2 数控车床的工作过程 （1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数 据。 （2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进
14、行 CAD/CAM 工作，直接生成零件的加工程序文件。 （3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。 （4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手 工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序， 3 通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU） 。 （5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形 式向伺服系统统发出执行的命令。 （6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的 要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。 2.32.3 数控车床的数控车
15、床的分类分类 数控车床的分类方法较多，但通常都以和普通车床相似的方法进行分类5。 2.3.12.3.1 按车床主轴位置分类按车床主轴位置分类 （1）立式数控车床：立式数控车床简称为数控车床，其车床主轴垂直于水平面， 并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸 大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。 （2）卧式数控车床：卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导 轨卧式车床。倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。 2.3.2 按加工零件的基本类型分类 （1）卡盘式数控车床：这类车床未设置尾座，适合车削盘类（含短轴类）零件。 其夹紧方式多为电动或
16、液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火（即软卡爪） 。 （2）顶尖式数控车床：这类数控车床配置有普通尾座或数控尾座，适合车削较 长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。 2.3.3 按刀架数量分类 （1）单刀架数控车床：普通数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工 位卧式自动转位刀架或多工位转塔式自转位刀架。 （2）双刀架数控车床：这类车床其双刀架的配置（即移动导轨分布）可以是平 行分布，也可以是相互垂直分布，以及同轨结构。 4 2.42.4 数控车床的特点数控车床的特点 在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只 是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术 的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提 出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点。 （1）由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动 结构大为简化，传动
