1、数控机床主传动系统设计数控机床主传动系统设计目 录摘要第一章 绪言 3第二章 设计方案论证与拟定 42.1 总体方案的论证 42.2 总体方案的拟定 42.3 主传动系统总体方案图及传动原理 4第三章 设计计算说明 73.1 主运动设计 73.1.1 参数的确定 73.1.2 传动设计 83.1.3 转速图的拟定 113.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定 143.1.5 传动件的设计 233.2 纵向进给运动设计 433.2.1 滚珠丝杆副的选择 433.2.2 驱动电机的选用 48结 论 53参考文献 55致 谢 56第 56 页 共 56 页第 56 页 共 56 页第一章 绪 言当前的世
2、界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的 80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床数字控制(Numerical control)机床的产生也就是必然的了。此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。第 56 页 共 56 页第二章 总体方案论证与拟定2.1 总体方案的论证
3、数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：1由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。2为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。3更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC 装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。2.2 总体方案的拟定1根据设计所给出的条件，主运动部分 z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是 2000r/min，最低转速是 40r/min， 。1.2
4、62纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。3为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。4采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。2.3主传动系统总体方案图及传动原理第 56 页 共 56 页1. 数控车床主传动系统图数控车床的主传动系统见图 2.1。整个主传动系统主要由主运动传动链和纵向进给传动链组成。图 2.1 总的传动系统图2. 传动原理主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，结构如图
5、 2.2所示，其工作原理如下：第 56 页 共 56 页交流主轴电动机通过带轮 15把运动传给主轴 7。主轴有前后 2个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承 11和一对角接触球轴承 10组成，轴承 11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴的间隙用螺母 8来支撑。螺钉 12用来防止螺母 8回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承 14，轴承间隙由螺母 1和 6来调整。螺钉 17和 13是防止螺母 1和 6回松的。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用圆锥孔双列圆柱滚子
6、轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜低速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮 16和 3以及同步带 2带动脉冲编码器 4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉 5固定在主轴箱体 9上。图 2.2 主轴部件第 56 页 共 56 页第三章 设计计算说明3.1 主运动设计3.1.1 参数的确定一. 了解车床的基本情况和特点-车床的规格系列和类型1. 通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床
7、所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：最大的工件回转直径 D（mm）是 400；刀架上最大工件回转直径 D1大于或等于 200；主轴通孔直径 d要大于或等于 36；主轴头号（JB2521-79）是 6；最大工件长度 L是 7502000；主轴转速范围是：321600；级数范围是：18；纵向进给量 mm/r0.032.5；主电机功率（kw）是 5.510。二. 参数确定的步骤和方法1. 极限切削速度 umaxumin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类 工艺要求 刀具和工件材料等因素。允许的
8、切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书 。然而，根据本次设计的需要选取的值如下：取 umax=300m/min；umin=30m/min。2. 主轴的极限转速第 56 页 共 56 页计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.10.2）D 和（0.450.5）D。由于 D=400mm，则主轴极限转速应为：nmax= r/min 3.1max10(.2)uD=2000r/min ； nmin= r/min 3.2min10(.45.)u=40r/min ； 由于转速范围 R = = maxin20/in4r3.3= 50 ；因为级数 Z已知：Z=18级 。现以 =1.26 和 =1
9、.41 代入 R= 1z得 R=50和 355 ，因此取 =1.26 更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以=1.06 的从 110000 的数值，因 =1.26= ，从表中找到41.06nmax=2000r/min，就可以每隔 3个数值取一个数，得：2000，1600，1250，1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40。3. 主轴转速级数 z和公比已知 : =RnmaxinRn= 且： z=z-1 a b 2x318= 934. 主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率 N，使用的功率实际情
10、况既能充分的发挥其使用性能，第 56 页 共 56 页满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中推荐的数值： 取 P=5.5kw3.1.2 传动设计一. 传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目：级数为 Z的传
11、动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有Z1、Z2、Z3个传动副。即Z=Z1 Z2 Z3 3.4传动副数由于结构的限制以 2或 3为合适，即变速级数 Z应为 2和 3的因子:Z= 3.5abx可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目 2x（3+3+2）+2x2+1=21 个轴向尺寸 19b传动轴数目 6 根操纵机构 简单，两个三联滑移齿轮，一个双联滑移齿轮二. 组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或 3x2x3第 56 页 共 56 页选择传动组安排方式时，要
12、考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴上摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以 2为宜，本次设计中就是采用的 2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用 2，或者用一个定比传动副。三. 传动系统的扩大顺序的安排对于 18级的传动可以有三种方案，准确的说应该不只有这三个方案，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是：18=313329传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。四. 传动组的变速范围的极限植齿轮传动副最小传动比 umin ，最大传动比 umax2，决定了一个传动14组的最大变速范围 rmax=umax/nmin8。因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数 x， 值为：,极限传动比指数 1.26x：umin= =1x 4 6
