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1、2017届本科生毕业设计分类号：TH122题 目: 立式数控铣床主传动系统设计作 者 姓 名： 陶 诚 学 号： 2013080834 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 机械设计制造与其自动化 指导教师某某： 杨 权 王 松 指导教师职称： 助 教 工程师 2017年5月摘 要本文介绍了立式数控铣床的一些根本概况，表示了机床主传动系统方面的原理以与类型，分析了各种传动方案的机理。立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机、主轴传动系统两局部。 本文详细地介绍了立式数控铣床主传动系统的设计过程，该立式数控铣床主轴变速箱是靠齿轮进展传动的，主轴箱传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，
2、主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。另外文中还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比拟、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计、轴承的选用与润滑、关键零件的校核以与主轴电动机的控制等内容。关键词：立式数控铣床；主传动系统；主轴组件；轴承ABSTRACTThis paper introduces the general situation of the basic vertical C milling machine, this paper expounds the principle and type of the machine tool main dri
3、ve system, analyzes the mechanism of various kinds of transmission scheme.The main drive system of vertical nc milling machine consists of two parts: main shaft motor and spindle drive system.Vertical C milling machine are introduced in detail in this paper the design process of the main transmissio
4、n system, the vertical C milling machine spindle is by the gear transmission gearbox, spindle box transmission system adopts gear drive, drive mode adopts centralized transmission, spindle drive system using sliding multigang gear.This paper introduces the vertical C milling machine main drive syste
5、m of the parison of the advantages and disadvantages of various transmission schemes, the choice and determination of main transmission scheme, the design and calculation of main drive variable speed system, the design of spindle ponent, the selection of bearing and the key parts of lubrication, che
6、cking and spindle motor control, etc.Key words：Vertical nc milling machine;Main drive system;The spindle ponent;bearing目 录绪论11 立式数控铣床主传动系统方案确实定21.1 对立式数控铣床主传动系统简介21.2 对立式数控铣床主传动系统的要求21.3 主传动的类型与方案选择21.4 本章小结32 主传动变速系统主要参数计算42.1 计算切削功率42.2 计算主传动功率52.3 分级变速箱的传动系统的设计与主轴电动机的功率确实定52.4本章小结73 主轴组件设计83.1概述8
7、3.2主轴结构设计83.3主轴强度的校核123.4本章小结164 轴承的设计174.1概述174.2轴承的类型选择174.3 轴承游隙等级的选择174.4 轴承的计算174.5轴承装置的设计184.6本章小结215 数控铣床主轴电气控制系统设计225.1控制方式选择225.2 PLC的简单介绍225.3主轴电动机控制235.4本章小结24结论25参考文献26致 谢27绪论制造业是一个国家或地区经济开展的重要支柱，它的开展水平标志了该国或地区经济的实力，科技水平和国防实力。国际市场的竞争归根到底就是各国制造生产能力与机械制造装备的竞争。机床是制造业的主要生产设备，而数控机床是高精度、高效率的自动
8、化生产设备。目前，国内、外数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、高自动化和模块化方向迅速开展。数控机床，顾名思义，是一类由数字程序实现控制的机床。与人工操作的普通机床相比，它具有适应X围广、自动化程度高、柔性强、操作者劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点。数控机床也就是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑处理具有使用或其他符号编码指令规定的程序。数控铣床是一种加工功能非常强的数控机床。数控铣床也像通用铣床那样可分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也有所不同。随着科学技术的极速开展，机械产品的结构也越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，生产类型由
9、大批大量生产向多品种小批量生产转化。所以，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采取了数控技术，使得许多以前在普通机无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业开展。综上所述，数控机床在促进技术进步，提高人类生存质量以与创造新的就业机会等方面都起着非常重要的作用。1 立式数控铣床主传动系统方案确实定1.1 对立式数控铣床主传动系统简介主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速和变速X围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作、并能方便地实现运动的开停、变速、换
10、向和制动等。数控机床主传动系统主要包括了电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上较简单，因为变速功能全部或大局部主轴电动机的无极调速来承当，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三极齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的X围。在主传动系统方面，具有以下几个特点：(1)目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已经逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。(2)转速高，功率大。(3)变速X围大。(4)主轴速度的变换迅速可靠。1.2 对立式数控铣床主传动系统的要求1主轴具有一定的转速和足够的转速X围、转速级数，能够实现运动的开停、变速
11、、换向和制动，以满足机床的运动要求。2主电动机具有足够大的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足动力要求。3主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，并且噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。4操纵灵活可靠，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。5结构简单紧凑，工艺性好，本钱低，以满足经济性要求。1.3 主传动的类型与方案选择数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级凋速系统。为了适应不同的加工要求，主传动系统目前主要有三种变速方式：1具有变速齿轮的主传动这是大、中
12、型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮降速，增大输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，见图1-1所示。一局部小型数控机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。图1.1具有变速齿轮的主传动2通过带传动的主传动通常选用同步齿形带或多楔带传动，这种传动方式多见于数控车床，它可防止齿轮传动时引起的振动和噪声，见图1-2所示。图1.2 通过带传动的主传动3由调速电机直接驱动的主传动这种主传动是由电动机直接驱动主轴，即电动机的转子直接装在主轴上，因此大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。如图1-3所示。图1.3 由调
13、速电机直接驱动的主传动近些年来，出现了一种新式的内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。其优点是主轴组件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声。缺点是电动机运转产生的热量亦使主轴产生热变形。因此，使用内装电动机主轴的关键问题是温度控制和冷却。1.4 本章小结本章主要是对立式数控铣床主传动系统确实定，本次设计采用了变速齿店主传动系统。使主轴获得较高的转速和较大的转矩。2 主传动变速系统主要参数计算2.1 计算切削功率铣削时的切削力，公式如下 2-1式中：铣削时的主切削力N；加工材料影响的系数；每齿进给量mm；背吃刀量mm；铣削宽度；铣刀齿数；铣刀直径(mm
14、)。用直径=50mm的四齿锥柄立铣刀，铣刀宽=40mm的刚工件，=0.05mm，=4mm，=68mm， 计算得：=132N切削时所消耗的功率称为切削功率。切削功率的公式计算： 2-2式中：切削功率kw；切削力N；切削速度m/min。根据机床设计手册典型加工条件以与钢材料的铣削速度X围，取=100m/min计算得：=2.2kw主轴最高转速为，最低转速为2.2 计算主传动功率用如下粗略估算主电动机的功率 2-3式中：为铣床主传动系统总机械效率，主运动为回转运动时，；主运动为直线运动时，。 取主传动的总效率=0.7 如此初选电动机功率取 电动机额定转速为； 额定最高转速为2.3 分级变速箱的传动系统的设计与主轴电动机的功率确实定由2.2中初选电动机功率为4kw，计算转速依据如下公式计算: 2-4如此电动机的恒功率调速X围:主轴恒功率调速X围:因此主轴要求的恒功率变速X围远大于电动机所能提供的恒功率围，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，来扩大电动功率变速X围。如取变速箱的公比 如此由于无级变速时 故变速箱的变速极数 可取Z=3 2-5虽然此方法功率特性图示连续的、无缺口
