《普通数控车床主传动系统设计概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通数控车床主传动系统设计概述（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 I 普通数控车床主传动系统设计普通数控车床主传动系统设计 摘要摘要 数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种 类的机床相比，车床在生产中使用最广。 本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问 题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对数控车床主轴箱传动系统进行了 设计与计算。 主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床 主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。 目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电 机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围 35，难以 满足主轴变
2、速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。 本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只 受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况， 。 关键词：主轴箱，无级调速，传动系统 Abstract II Abstract NC lathe can do boring, facing, drilling and Reaming in addition to turning.The use of lathes in the production than the other types of machine tools and more. And compa
3、red to other types of machine tools, lathes in the production is the most widely used. In this design ，the development and current situation of NC machine in China was introduced and a series of problems were presented .The development trend to NC lathe was discussed.Some countermeasures was present
4、ed for the development of NC machine in China and then the headstock of NC lathe has been calculatly designed . Headstocks is composed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears. The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the pr
5、ocessing requirements of cutting. At present, the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices . Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears. The speed range of Variable Frequency Motor is
6、 usually 3-5 , which is difficult to meet the speed range requirements of the spindle speed; The transmission gears is to expand the scope of a variable-speed to meet the speed range of the spindle In addition, in this design the design of the belt drive has been changed from the original unloading
7、structure into the loading structure, transmissed the force to the lathe body so that input shaft is only forced torque, improved the forcing state of the input shaft. Key words: headstocks, a continuously variable speed , transmission Systerm III 目目 录录 摘 要 ABSTRACT（英文摘要） 目 录 第一章第一章 绪论绪论 .1 1.1 数控车床
8、主传动系统的要求 .1 1.2 数控车床主传动系统方式 .1 1.3 国内外数控车床主传动系统的发展2 1.3.1 设数控车床发展总趋势. 2 1.3.2 确中国数控车床发展的主要问题 4 第二章 变速主传动系统法案的制定 .6 2.1 主传动技术指标的制定 .7 2.1.1 动力参数的确定计的数. 7 2.1.2 主运动调速范围的确定. 8 2.1.3 主轴计算转速的确定. 9 2.2 变速主传动系统的设计 10 2.2.1 确定传动方案. 10 2.2.2 转速图的拟定 11 2.2.3 拟定传动变速系统图 12 第三章 传动系统零部件设计 . 15 3.1 传动皮带的设计与选定 15 3
9、.1.1 V 带传动设计. 15 3.1.2 带结构的设计. 16 3.2 齿轮的设计与校核 . 17 3.2.1 各传动轴传递动力计算17 3.2.2 齿轮副 32/76 齿轮的设计与校核. 19 IV 3.2.3 齿轮副 30/54 齿轮的设计与校核23 3.2.4 齿轮副 54/54 齿轮的设计与校核26 3.3 传动轴的设计与校核 30 3.3.1 传动轴 I 的设计与校核. 30 3.3.2 轴 II 的设计与校核. 33 第四章 主轴组件的设计与校核 . 35 4.1 主轴的要求 . 35 4.2 主轴轴承选择 36 4.3 主轴的设计与校核 36 第五章 主轴驱动与控制 . 39
10、 5.1 主轴转速的自动变换 39 5.2 齿轮有级变速变挡装置 . 40 5.3 主轴旋转与轴向进给的同步控制 40 5.3 主轴旋转与径向进给的同步控制 40 第六章总结与展望 41 参考文献 . 43 致谢 . 45 1 第一章 绪论 数控车床利用数字化的信息对车床运动及加工过程进行控制，是一种可编 程的通用加工设备，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等 工序的切削加工，所以特别适合加工形状复杂的轴类和盘套类零件。 与通用机床和专用机床相比，数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应 产品的品种和规格频繁变化的特点，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，是一
11、种柔性的、高性能的自动化车床，代表了现代控制技 术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，因此被广泛应用于机械制造业。 数控车床的主传动系统包括主轴电机、传动系统与主轴组件，与普通机床 相比，变速功能绝大部分由主轴电机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变 速机构，结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级 调速的范围 1.1 数控车床主传动系统的要求 数控机床作为高自动化的机电一体化设备，其主传动系统的设计一般应满 足以下基本要求。 使用性能要求高 首先应满足机床的运动特性。如机床主轴有足够的转速范 围和转速级数，不仅有低速大转矩功能而且还要有较高的转速。传动系统设计 合理，
12、操作方便灵活、迅速、安全可靠。 传递动力要求 主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转速，具有 较高的传递效率。 工作性能要求 主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性、热 变形特性稳定，才能保证加工零件有较高的质量。电动机、主轴及传动部件都 是热源，低温升、小变形是对主轴传动系统的重要指标；主轴要较高的旋转精 度与运动精度；主轴轴颈尺寸、轴承类型及装配方式，轴承预紧量大小、主轴 组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼对主轴组件的静刚度和抗振性都会 产生影响；主轴组件必须有足够的耐磨性，使之保持良好的精度；轴承处还要 有良好的润滑。 此外，还要求主创动系统结构简单，便于调整与维修；
13、工艺性好，便于加 工与装配；防护性好；使用寿命长。 2 1.2 数控车床主传动系统的方式 机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动是在 一定范围能均匀的、离散地分布着有限级数的转速，主要用于普通机床。无级 变速形式可以在一定范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳转速， 能在运转中变速，便于自动变速。数控车床得主传动系统通常采用无级变速。 与普通车床相比，数控车床的主传动采用交、直主轴调速电动机，电动 机调速范围大，并可无级调速，使主轴结构大为简化。为了适应不同的加工需 求数控车床主传动系统有以下三种方式。 电动机直接驱动 主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内
14、装 式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构，能有效地提高主轴 刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、输出转矩与主轴的特性完全一致。 但因主轴的功率和转矩特性直接决定主轴电机的性能，因而这种变速传动的应 用受到一定限制。 采用定比传动 主轴电动机经定比传动给主轴。 定比传动可采用带传动 或齿轮传动，这种传动方式在一定程度上能满足主轴功率和转矩的要求，但其 变速范围仍和电动机的调速范围相同。 目前，交流、直流主轴电动机的恒功率转速范围一般只有 2-4，而恒转矩 范围则达 100 以上；许多大、中型机床的主轴要求有更宽的恒功率转速范围。 很明显，这种情况下主轴电动机的功率特性和机床主轴的
15、要求不匹配:调速电动 机的恒功率范围远小于主轴要求的恒功率变速范围。所以这种变速方式多用于 小型或高速数控机床。 采用分档变速方式 采用这种变速方式主要是为了解决主轴电动机的功 率特性和机床主轴功率特性不匹配。变速多采用齿轮副来实现，电动机的无级 变速配合变速机构可确保主轴的功率、转矩要求，满足各种切削运动的转矩输 出，特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。 用两个电机分别驱动主轴 上述两种方式的混合传动，高速时带轮直接驱动主轴，低速时另一个电机通过 齿轮减速后驱动主轴 1.3 国内外数控车床主传动系统的发展 .1.3.1 数控车床发展总趋势 近年来，随着数控加工技术的不断发展，数控车
16、床的主传动系统也呈现出 3 一些新的发展趋势，如主轴转速的高速化、功能结构的复合化、柔性化。 高速主轴单元 为了适应数控加工高速化的发展，目前越来越多的高速数控车床采用了电 主轴。电主轴又称内置式电动机主轴单元，就是将高速的主轴电动机置于主轴 内部，通过交流变频控制系统，使主轴获得所需的工作转速和转矩，实现电动 机、主轴的一体化功能；取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动 的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转 时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题；可精确实现主轴的定位和轴传动功能。 采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min 以上，它融合了尖端的高速精密 轴承、润滑技术、冷却技术、高速变频驱动技术，是技术含量很高的机电一体 化产品。 功能复合化、柔性化 随着数控车床对加工对象的适应性的不断提高，数控
