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1、全套CAD图纸，联系153893706毕业设计（论文）任务书指导老师 课题名称CA6150车床主轴箱设计学生姓名 专业班级 数控70201班目录1、 概述2、 主运动的方案选择与主运动的设计3、 确定齿轮齿数4、 选择电动机5、 皮带轮的设计计算6、 传动装置的运动和运动参数的计算7、 主轴调速系统的选择计算8、 主轴刚度的校核一、概述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（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的实现运动的开停，变速，换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机
2、床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。 1.1数控机床主传动系统的特点与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点。4 转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。5 变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般Ra100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。6 主轴变速迅速可靠，数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电
3、动机的调速系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。7 主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑。 1.2 主传动系统的设计要求 主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。 主电机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。 主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗震性，热变形和噪声要小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。 操纵灵活可靠， 维修方便
4、，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。 结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。1.3 数控机床主传动系统配置方式 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调速系统。为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合的调速方式。 数控机床主传动系统主要有四种配置方式，如图3-1所示。 带有变速齿轮的主传动 大、中型数控机床采用这种变速方式。如图3-1（a）所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，一满足主轴低速时对输出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动
5、机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拨叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现。 通过带传动的主传动 如图3-1（b）所示，这种传动主要应用于转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是V带和同步齿形带。 用两个电动机分别驱动主轴 如图3-1（c）所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转；低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了
6、变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷。 内装电动机主轴传动结构 如图3-1（d）所示，这种主传动方式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，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴影响较大。 1.4主传动系统结构设计 机床主传动系统的结构设计，是将传动方案“结构化”，向生产 提供主传动部件装配图，零件工作图及零件明细表等。 在机床初步设计中，考虑主轴变速箱机床上位置，其他部件的相互关系，只是概略给出形状与尺寸要求，最终还需要根据箱内各元件的实际结构与布置才确定具体方案，在可能的情况下，设计应尽量减小主轴变速箱的轴向和径向尺寸，以便节省材料，减轻质量，满足使
7、用要求。设计中应注意对于不同情况要区别对待，如某些立式机床和摇臂钻床的主轴 箱；要求较小的轴向尺寸而对径向尺寸要求并不严格；但有的机床，如卧式铣镗床、龙门铣床的主轴箱要沿立柱或横梁导轨移动，为减少其颠覆力矩，要求缩小径向尺寸。 机床主传动部件即主轴变速箱的结构设计主要内容包括：主轴组件设计，操纵机构设计，传动轴组件设计，其他机构（如开停、制动及换向机构等）设计，润滑与密封装置设计，箱体及其他零件设计等。 主轴变速箱部件装配图包括展开图、横向剖视图、外观图及其他必要的局部视图等。给制展开图和横向剖视图时，要相互照应，交替进行，不应孤立割裂地设计，以免顾此失彼。给制出部件的主要结构装配草图之后，需
8、要检查各元件是否相碰或干涉，再根据动力计算的结果修改结构，然后细化、完善装配草图，并按制图标准进行加深，最后进行尺寸、配合及零件标注等。二、主运动的方案选择与主运动设计1、机床的工艺特性1.1 工艺范围 精车、半精车外圆、车螺纹、车端面1.2 刀具材料 硬质合金、高速钢1.3 加工工作材料 钢、铸铁1.4 尺寸范围 05002、确定主轴转速2.1 最高转速 nmax 采用硬质合车刀半精车小直径钢材的外圆时，主轴转速最高。参考切削用量资料：Vmax =150200 m/s K = 0.5 Rd =0.20.25dmax =KD =0.5400 =200dmin =Rd dmax =0.2200
9、=40 nmax = = =1592.362.2最低转速： 用高速钢车刀，粗车铸铁材料的端面时，参考切削用量资料：Vmax =1520 m/snmin = = =31.8 用高速钢车刀，精车合金钢材料的丝杠时，参考资料：直径500普通车床加工丝杠的最大直径是50， Vmin =1.5 米/分 nmin = = =11.9转/分因此：取最低转速nmin=11.9转/分转速范围 Rn= =133.8 由于高速钢车刀少用低速，且为了避免结构过于复杂，因此取转速范围Rn=1592.36/31.8=50主运动结构图三、确定齿轮齿数 1、 根据分度圆直径选齿数： d=mz a组： Za1 = 64 Za2
10、 = 54Z = 34b组: Zb1 = 95 Zb2 = 30 2、 齿轮的各参数 a组： 模数m = 4 压力角 =20 齿距 P = m =12.56 齿厚 s = m/2 = 6.28 齿槽宽 e =m/2 = 6.28 顶隙 c = cm =1.2 齿顶高 h = hm = 4 齿根高 h = (h+ c)m = 5.2 全齿高 h = h+ h=(2h+ c)m = 9.2 中心距 a1 = (d1+d2)/2 = 240 a2 = (d1+d3)/2 = 178b组: 模数m = 3.5 压力角 =20 齿距 P = m =12.56 齿厚 s = m/2 = 6.28 齿槽宽
11、e =m/2 = 6.28 顶隙 c = cm =1.2 齿顶高 h = hm = 4 齿根高 h = (h+ c)m = 5.2 全齿高 h = h+ h=(2h+ c)m = 9.2 中心距 a = (d4+d5)/2 = 240四、选择电动机1、 电动机功率N电=7.5kw 转速n电=1450转/分2、 电机型号J02514 电机轴径=38五、皮带轮的设计计算：设一天运转时间=810小时（按小带轮计算）1、 计算功率Pc = KAP = 1.27.5 = 9kw2、 选胶带型别为：B型3、 选小带轮直径d1=140(实心轮)大带轮直径d2=280(四孔板轮)4、 带速：V=10.6米/秒
12、 （B型：Vmax=25米/秒）5、 实际传动比：i= 取=005i=412010、 单根胶带传递的功率： P0=2.03kw11、 单根胶带传递功率的增量：P0=kbn1(1-) =1.99101450(1-) =2.812、 胶带根数：由于需要传递的功率N=7kw， 因此需胶带4根13、 单根胶带初拉力： F0=18公斤14、 有效圆周力： Ft=91.8公斤15、 作用在轴上的力：F=2F0Zsin=2184sin =134公斤16、 带轮宽：B=（Z-1）e+2f=(4-1)20+212.5=85 六、 传动装置的运动和运动参数计算： 1、传动比：i= 1.19 2、传动装置的运动参数
13、： 轴（电动机轴）：P=Pd=7.5 kw n=1450r/min T=9550=9550=49.4 Nm 轴（主轴）： P= P=7.50.96=7.2 kw n= = = 1218 r/min T=9550=9550=56.45 Nm 轴（编码器）： P= P=7.20.990.97=6.9 kw n= = = 766 r/min T=9550=9550=86.02 Nm七、 主轴调速系统的选择计算1、 对调速系统的基本考虑: a.由于调速范围广，且要求有较硬的机械特性。所以，以选用矢量控制方式为宜。对于普通车床来说，由于对动态响应要求不高，用“无反馈矢量控制”方式已经足够。 b.因为调速范围广，且高速与低速段机械特性的特点不一样，故工作频率范围应不限于额定频率以下。 c.电动机的容量一般应比原拖动系统的电动机容量为大。 d.在低速段，可能出现较大的冲击过载，容易引起变频器的
