320mm数控车床主传动系统的机械结构设计【5.5KW 无级 】（CAD图纸全套）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 近年来，我国机械制造业的自动化生产技术有了较快的发展。据统计，生产过程中材料 、 半成品的输送 、 定向及设备的上 、 下料等辅助工序所花的费用约占全部加工费用的三分之一，所花时间约占全部加工时间的三分之二以上。 为了解决上述问题，发展了一种用计算机以数字指令方式控制的数字控制机床。数控机床的应用几乎已扩展到所有加工领域，许多工厂为了适应产品的频繁更新，提高加工精度、降低生产成本、缩短产品交货周期和减轻劳动强度等目的，在中等批量、甚至大批量生产中也应用了数控机床，即使在 5000 件的生产批量下加工结构形状不太复 杂的零件，使用数控机床也能取得良好的经济效益。 320控车床为全能型加工车床，可进行多次重复循环加工，特别适合于汽车、石油机械、军工等多种行业的机械加工，主要用于轴类、盘类的精加工和半精加工，可以加工内、外圆柱表面、锥面、车削螺纹、镗孔、铰孔以及各种曲线回转体。 可根据用户要求配置手动、电动、液压卡盘和手动、电动、 液压尾座 等 。机床防护有全防护、封闭防护两种形式。 关键字 ： 数控车床；精加工；液压尾座 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 n of to in of , , a of by to of of to to to in of 000 to 320 mm to on to of s to , to to to to of of to to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 课题背景及目的 . 1 国内外研究现状及发展趋势 . 2 数控系统的发展趋势 . 2 我国数控车床的研究现状及发展趋势 . 2 第 2 章 320控车床 . 7 320控车床简介 . 7 机床主要技术参数和连接尺寸 . 8 机床精度的选择 . 8 2. 4 电动机的选择 . 10 选择电动机类型 . 10 选择电动机容量 . 10 确定电动机的转速 . 11 无级变速的主传动系统设计 . 11 2. 6 主轴组件的基本要求 . 11 旋转精度 . 12 静刚度 . 12 抗震性 . 12 温升和热变形 . 13 耐磨性 . 13 第 3 章 数控机床的主轴及其机械结构 . 14 对主轴驱动的要求 . 14 主传动要有宽的调速范围及尽可能实现无级变速 . 14 功率大 . 14 动态响应性要好 . 15 精度高 . 15 旋转轴联动功能 . 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 恒线速度切削功能 . 15 初选主轴直径 . 15 传动轴直径 . 18 确定带轮直径 . 18 普通 V 带的设计 . 18 第 4 章 轴承选用与寿命计算 . 27 轴承选用 . 27 轴承的寿命计算 . 28 轴承的润滑与密封 . 28 主 轴滚动轴承的润滑 . 29 第 5 章 箱体的设计 . 31 箱体的结构特点及技术要求 . 31 箱体的结构要求 . 31 箱体的主要技术要求 . 31 壁厚的选择 . 32 结 论 . 33 致 谢 . 34 参考文献 . 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V . I . 1 . 1 of . 2 C . 2 s . 2 320C . 7 320NC . 7 . 8 of of . 8 . 10 of . 10 of . 10 of . 11 of . 11 of . 11 . 12 . 12 of . 12 . 13 . 13 . 14 of . 14 to a to . 14 . 14 . 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 15 of . 15 . 15 of . 15 of . 18 of . 18 of . 18 of . 27 of . 27 of . 28 . 28 . 29 of . 31 of 1 of . 31 of . 31 of . 32 . 33 . 34 . 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 课题背景及目的 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 台，即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来，我国数控机床年产量约为 台，年产值约为 18 亿元。机床的数控化率仅为 6。这些机床中 ,役龄10 年以上的占 60以上； 10 年以下的机床中，自动 /半自动机床不到 20，自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床 。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性： 1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高 3 7 倍。 3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 4、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。 因此，采用数控机床 ，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。 此外，机床数控化还是推行 性制造单元）、性制造系统）以及 算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 由于以上优越性，数控机床所占的比例逐渐增大。从 2005 年的市场消费内容也可可看出 ,普通机床的市场份额在下降 ,数控机床则大幅度增长，尤其是中高档数控机床供不应求。可以预见，未来几年普通机床的市场份额 将不断下滑 , 数控机床的消费会逐渐扩大。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 国内外研究现状及发展趋势 数控系统的发展趋势 自从 1951 年计算机技术应用于机床上，数控系统经历了数控（ 计算机数控（ 个阶段的发展。目前，数控系统正处于第六代基于 1。 未来数控系统将呈以下发展趋势： 1. 继续向开放式、基于 第六代方向发展 基于 具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 作为它的前端机，来处理人机界面、 编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。 2. 向高速化和高精度化发展 3. 向智能化方向发展 (1) 应用自适应控制技术向高速化和高精度化发展 数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。 (2) 引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 (3) 引入故障诊断专家系统 (4) 引入动装置智能化数字伺服驱动系统 可以通过自动识别负载 ，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行 。 我国数控车床的研究现状及发展趋势 1. 研究现状 我国数控车床从 20 世纪 70 年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段 2。 (1) 床身 按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身有 图 1示的 5 种布局形式 。一 般来说，中、小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身，立床身采用的较少。平床身工艺性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，但排屑困难；刀架横滑板较长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点： 1) 容易实现机电一体化； 2) 机床外形整齐、美观，占地面积 小； 3) 容易设置封闭式防护装置； 4) 容易排屑和安装自动排屑器； 5) 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度； 6) 宜人性好，便于操作； 便于安装机械手，实现单机自动化。 (2) 导轨 车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。 滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良 好和使用寿命长等特点。 滚动导轨的优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近，不会产生爬行现象，可以使用油脂润滑。根据滚动体的不同，滚动导轨可分为滚珠直线导轨和滚柱直线导轨。后者的承载能力和刚度都比前者高，但摩擦系数略大 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 a)后斜床身 b)直立床身 c)平床身 d)前斜床身 e)平床身 图 1身布局型式 (3) 主轴变速系统 经济型数控车床大多数是不能自动变速的，全功能数控车床的主传动系买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 统大多采用无级变速。目前，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交 流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。 (4) 刀架系统 按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架。根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，回转刀架分为立 式刀架和卧式刀架两种。排刀式刀架和回转刀架对刀具的数目有一定的限制，当需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。 (5) 进给传动系统 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统，按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。前者定位精度低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉；后者控制精度高、快速性能好，但它对机床的要求比较高，且造价较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直 流伺服电机和交流伺服电机之分。前者由于具有可靠性高、造价低等特点而被广泛采用。 2. 发展趋势 (1) 高速、高精密化 当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。 (2) 高可靠性 (3) 数控车床设计 、结构设计模块化 采用 术 以替代人工完成繁琐的绘图工作，进 行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，以 及 对整机各工作部件进行动态模拟仿真。 这样 大大提高 了 工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 (4) 功能复合化 扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工 。 (5) 智能化、网络化、柔性化和集成化 。 ， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 2 章 320控车 床 320控车床简介 该车床为水平床身结构，机床外 观造型为半封闭滑动防护门结构。车床的 床座 采用优质铸铁整体铸造而成，不但提高了机床的整体刚性，而且具有较好的吸振性。主轴变速有两种方式，一种为手动集中变速方式，所有变速机构都集中在主轴箱内，通过数控系统对双速电机的控制，在每一个手动变速档下，可以有高、低两档自动变速。另一种为无级变速方式，由交流变频调速电机通过三角胶带直接 带 动主轴，在这种情况下，车床主轴采用高精度主轴专用角接触球轴承支承，并采用高速润滑脂润滑。车床的进给轴由混合式步进电机（或交流伺服电机）直接驱动滚珠丝杠副，带动溜板运动。为了提高进给轴的动态 响应时间，减少摩擦和磨损，车床的移动副都采用了贴塑工艺。车床的移动导轨副和滚珠丝杠副的润滑采用手动集中润滑系统（或间歇式自动润滑系统），方便了各润滑点的润滑。该车床配置了立式四工位电动刀架，可一次装夹四把刀具，便于工件一次装夹，多工序加工。 对进给轴进行开环（或半闭环）控制。该车床适用于中、小型轴类、盘套类零件的内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面和螺纹面的加工，特别适用于批量生产的加工中。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 机床主要技术参数和连接尺寸 表 2床的技术参数 机床精度的选择 选择 机床的精度等级应根据典型零件关键部位加工精度的要求来定。 项目 单位 参数 床身上最大回转直径 320 最大工件长度 50 刀架上最大回转直径 170 主轴通孔直径 55 主轴内孔锥度 莫氏 6 号 主轴头部形式 5 主轴转速级数 无级 主轴转速范围 02500 进给轴快速移动速度 mm/000（ X 轴减半） 进给轴驱动电机功率 给轴最小设定单位 给轴重复定位精度 轴： 轴： 电机功率 =动刀架刀具容量 支 4 尾座套筒内孔锥度 莫氏 6 号 加工标准试件的表面粗糙度 m 形尺寸（长 宽 高） 100 1050 1500 机床净重 /机床总重 900/2100 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 表 2精度项目 普通型 精密型 单轴定位精度 全长 长 单轴重复定位精度 圆精度 控机床的其它精度与表中所列数据都有一定的对应关系。定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动元部件的综合精度。尤其是重复定位精度，它反映了该控制轴在行程内任意定位点的定位稳定性。这是衡量该控制轴能否稳定可靠工作的基本指标。目前的数控系统软件功能比较丰富，一般都具有控制轴的螺距误差和累积误差可以用螺距补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。如丝杠的螺距补偿来消除。但这是一种理想的做法，实际造成这反向运动量损失的 原因是，存在驱动元部件的反向死区、传动链各环节的间隙、弹性变形和接触刚度等变化因素。其中有些误差是随机误差，它们往往随着工作台的负载大小、移动距离长短、移动定位的速度改变等反映出不同的损失运动量。这不是一个固定的电气间隙补偿值所能全部补偿的。所以，即使是经过仔细的调整补偿，还是存在单轴定位重复性误差，不可能得到高的重复定位精度 5。 总之，力求提高每个数控坐标轴的重复定位精度是机床制造厂和用户的共同愿望。 铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。由于数控机床具有一些 特殊功能，因此在加工中等精度的典型工件时，一些大孔径、圆柱面和大圆弧面可以采用高切削性能的立铣刀铣削。测定每台机床的铣圆精度的方法是用一把精加工立铣刀铣削一个标准圆柱试件；中小型机床圆柱试件的直径一般在 00 左右。将标准圆柱试件放到圆度仪上，测出加工圆柱的轮廓线，取其最大包络圆和最小包络圆，两者间的半径差即为其精度（一般圆轮廓曲线仅附在每台机床的精度检验单中，而机床样本只给铣圆精度允差） 从机床的定位精度可估算出该机床在加工时的相应有关精度。如在单轴上移动加工两孔的孔 距精度约为单轴定位精度的 倍（具体误差值与工艺因素密切相关）。因此，普通型加工中心可以批量加工出 8 级精度零件，精密型加工中心可以批量加工出 67 级精度零件。这些都是选择数控机床的一买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 些基本参考因素。此外，普通型数控机床进给伺服驱动机构大都采用半闭环方式，对滚珠丝杠受温度变化造成的位置伸长无法检测，因此会影响工件的加工精度。 电动机 的选择 选择电动机的容量时应保证电动机的额定功率于或稍大于工作机所需的电动机的功率 作机所需电动机功率为 : (2式中 工作机所需功率。指输入工作机轴的功率 有电动机至工作机的总功率 : 9550 (2式中 T 工作机的阻力矩 N m 工作机的转速殊 r/ 运动副效率乘积 ; 1 2 3. . . 选择电动机类型 按工作要求选用 Y 系列鼠笼型交流伺服电动机，电压 380V, 选择电动机容量 各部分的传动效率 :V 带传动效率1=0. 96;滚动轴承传动效率 23.=0. 99;编码器传动效率4=步齿形带5= 1 2 3 4 5. . . . 1 . 0 8 4 5 0 6 6 . 4 5 4 . 7 1 99 5 5 0 9 5 5 0 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 确定电动机的转速 电动机的同步转速