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1、哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）摘要近年来数控铣床向着高速，高精度、高可靠性、智能化、灵活化、集成化趋势发展的越来越明显。本设计首先介绍了数控铣床主传动系统在国内外发展概况、数控铣床的特点以及数控铣床的分类和应用范围。在分析和调研了数控铣床主传动系统发展的基础上，提出了对数控铣床主传动系统包括电动机、传动系统和主轴部件的总体设计概括,简要的对数控铣床主传动系统在主轴支承结构和主轴的变速等方面提出了几种可行方法。随后通过具体计算设计出数控铣床主传动系统二级齿轮变速部分的结构，并对该结构中的各轴和各齿轮进行了校核，对系统中的主要组件也进行了强度校核。经计算得出该主传动变速机构满足设计要求，变速
2、箱各部分组件也满足强度要求。为了使拨叉工作时减小磨损，本设计将拨叉设计成自动脱离滑移齿轮的拨叉。关键词：数控铣床；主传动；变速箱；主轴；齿轮全套图纸，加153893706- I -AbstractWith the development of Numerical Control Milling machine recently, the tendency goes on high speed, high accuracy, high dependability, intelligibility, flexibility and integration. The development tend
3、ency, characters, classification and application of the overseas and our country of the spindle structure design on the Numerical Control Milling machine are introduced. The determination of the main spindle structure and the characters of the spindle structure design are introduced on the Numerical
4、 Control Milling machine. Through a concrete calculate, the partial structure of the second degree axis shifting speed is designed. And strength checking for the axis and gears in the structure system is made. After the calculation, the structure of major dynamic and all of the every part of shiftin
5、g speed case satisfy the request. The design make an automatic tool to escape from slippery gear in order to reduce attrition.Key words：numerical control milling machine；main transmission；gearshift；spindle；gearwhee不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录第1章概述11.1数控机床的发展11.2数控铣床的特点21.3铣床的分类及应用范围31.4铣床的主传动系统方案论证3第2章数控铣床的
6、主传动参数计算62.1电动机的选择62.2确定传动机构的公比62.3分配各级传动比72.4计算各轴72.5本章小结8第3章数控铣床主传动齿轮的结构设计93.1高速轴齿轮的设计计算93.2传动轴齿轮的设计113.3校核主轴上小齿轮153.4本章小结17第4章数控铣床主传动系统轴的结构设计184.1高速轴的设计计算184.2传动轴的结构设计204.3主轴的结构设计214.4本章小结25第5章数控铣床主传动轴的校核计算265.1高速轴的校核265.2传动轴的校核275.3主轴的校核295.4本章小结33第6章数控铣床主传动部件的计算346.1轴承的校核计算346.2拨叉的设计简介376.3润滑与密封
7、376.4本章小结38结 论39参考文献40致 谢41附 录42千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- II -第1章 概述1.1 数控机床的发展1.1.1数控机床的发展简况1952年，美国研制成功第一台数控机床。随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在不断的更新换代，先后经历了5个发展阶段。第一代数控：19521959年采用电子管原件构成的专用数控装置（NC），其体积大、价格高、可靠性低。第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC，虽然可靠性
8、有所提高、体积大为缩小，但可靠性还是相对较低。第三代数控：从1965年起采用中小规模集成电路的NC系统。不仅大大缩小了体积，可靠性也得到实质性的提高。第四代数控：1970年采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制系统（CNC）。第五代数控：从1974年开始用微型电子计算机控制的系统（MNC）。近年来，微电子和计算机技术日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域，先后出现了计算机直接数控（DNC），柔性制造技术（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。1.1.2我国数控机床的发展简介从20世纪50年代
9、末，我国就开始研究数控技术，开发数控产品，经过多年不断地调整、优化、重组和开拓，我国数控产业通过自行研究、引进合作、独立开发和推进产业化进程，已经取得重大突破基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。“八五”攻关开发的成果华中号、中华号、航天号、和蓝天号4种基本系统建立了具有中国自主版权的数控技术平台。具有中国特色的经济型数控系统经过这些年的发展，有了较大的改观，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐步被用户认可，在市场上站住了脚跟。从20世纪80年代以来，我国对数控机床的发展十分重视，经历了“六五”、“七五”期间的消化吸收、引进技术和“八五”
10、期间科技攻关开发自主版权数控系统两个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好的基础，并取得长足进步。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种300个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品提供了一批高水平数控机床，在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术（1200018000r/min）、快速进给（60m/min）、快速换刀（1.5s）、柔性制造、快速成型制造技术等为下一步国产数控机床的发展奠定了基础。曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我国已不再是难题，0.1m当量的超精密数控系统、数控仿形系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都
11、已研制成功，尤其是基于PC机的开放式智能化系统，可实现多轴控制，具备联网进线等功能，既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂和软件开发商二次开发创造了条件。特别重要的事，我国数控系统的可靠性已有很大提高，MPBF值可以在15000h以上。同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过60%。这些成果为我国数控系统的自行开发和生产奠定了基础。1.2 数控铣床的特点(1)高柔性数控铣床最大的特点是高柔性，即可变性。所谓“柔性”既是灵活、通用、万能，可以适应加工不同形状的工件。数控铣床一般都能完成钻孔、镗孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面、攻螺纹等加工，而且一般情况下，可在一次装夹
12、中完成所需的加工工序。(2)高适应性在机械加工中，经常遇到各种平面轮廓和立体轮廓的零件，如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等。其母线形状除直线和圆弧外，还有各种曲线。由于各种零件的型面复杂，需要多坐标轴联动加工，用普通机床手动加工基本上不可能生产出合格产品。因此采用数控铣床加工的优势就特别明显。(3)高精度目前数控装置的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控系统可达0.0001mm。因此一般情况下，绝对能保证工件的加工精度。另外，数控加工还可避免工人操作引起的误差，一批加工零件尺寸的同一性好，产品质量能得到保证。(4)高效率数控机床的高效率主要是由数控机床的高柔性带来的。如数控铣床一般不需要使用专
13、用夹具和工艺装备。在更换工件时，只需调用存储于计算机中的加工程序、装夹工件和调整刀具数据即可。可大大缩短生产周期。更主要的是数控铣床的万能性带来的高效率，如一般数控铣床都具有铣床、镗床和钻床的功能，工序高度集中，提高了劳动生产率，并减少了工件的装夹误差。另外，数控铣床的主轴转速和进给量都是无级变速的，有利于选择最佳切削用量。数控机床都有快进、快退、快速定位功能，可大大减少机动时间。(5)减轻了操作者的劳动的强度数控铣床对零件加工是按事先编好的程序自动完成的。操作者除了操作键盘、装卸工件、中间测量及观察机床运行外，不需进行频繁的重复性的手工操作，大大减轻了劳动强度。1.3 铣床的分类及应用范围数
14、控铣床的分类与通用机床类似，通常分为三大类：立式数控铣床、卧式数控铣床和立卧两用数控铣床。数控铣床的加工应用范围很广泛，主要包括三大类：平面轮廓加工、曲面轮廓加工和孔加工。1.4 铣床的主传动系统方案论证为满足高速、高精度的加工要求，现代数控机床主传动中采用了如下结构和设计：(1)数控机床主传动采用直流或交流电动机无级调速直流主轴电动机无级调速 直流主轴电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需的转速。一般直流电动机恒转速调速范围与恒功率调速范围为1:21:3，其中恒功率调速范围较大。直流电机的调速范围和性能可满足一些数控机床的要求，因此早期应用较多。但是，直流电机采用改变激磁电流来达到进一步调
15、速时，若激磁电流太大，电刷将产生火花，因而限制了电机的最高转速和调速范围。交流主轴电动机调速 交流电动机一般为鼠笼式感应电机结构，其体积小，转动惯性小，动态响应快。无电刷，因而最高转速不受火花限制。采用全封闭结构，可保证高转速和超载能力，有很宽的调速范围，因此应用越来越广泛。(2) 采用主轴和电机一体化设计对于高速和超高速数控机床主传动，一般采用两种设计方式：一种是采用联轴器将机床主轴和电机轴串接成一体；另一种是将电机与主轴合为一体，制成内装式电主轴，以实现无任何中间环节的直接驱动，并通过增加循环水冷却方式来减少发热。所以，主轴高速化的实现是电动机控制技术、轴承技术、冷却润滑技术集成体现。(3)主传动系统变速方式为适应不同加工要求，目前主传动系统主要有三种变速方式。二级以上齿轮变速系统 变速装置多采用齿轮变速结构。图1-1（a）是使用滑移齿轮实现二级变速的主传动系统。优点是能满足各种切削运动的转矩输出且有大范围的调速能力，但结构复杂需要增加润滑及温控装置,成本较高。一级带传动变速方式 目前多采用同步齿形带传动装置，如图1-1（b）所示，其优点是结构简单，安装调试方便，且在一定条件下能满足转速与转矩输出要求。但系统的调速范围受电动机约束。这种传
