毕业设计（论文）-MK1420数控磨床头架的传动系统设计.doc

学校代码：11517 学 号：201050616332 henan institute of engineering 毕业设计毕业设计 题 目 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 学生姓名 专业班级 机械设计制造及其自动化 0932 学 号 200950616332 系 （部） 机械工程系 指导教师(职称) 完成时间 2012 年 5 月 20 日 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 0 河南工程学院论文版权使用授权书河南工程学院论文版权使用授权书 本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意 如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论 文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文； 学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按 有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为 目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名： 年 月 日 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 河南工程学院毕业设计河南工程学院毕业设计(论文论文)原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人 创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工 作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性 声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 年 月 日 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 河南工程学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目题目 mk1420mk1420 数控磨床头架的传动系统的设计数控磨床头架的传动系统的设计 专业专业 机械设计及其自动化机械设计及其自动化 学号学号 201050616332 姓名姓名 肖秦松肖秦松 主要内容主要内容： 本课题主要介绍了数控磨床的头架设计。头架是数控磨床的一个重要组成部分， 头架的结构设计对于提高整体机床的使用性能有着举足轻重的作用。如何设计出一台令人满意 的机床是本课题的宗旨和目标。本文主要从头架总体结构及头架传动系统这两个方面综合阐述 了数控磨床的设计，并运用计算机技术对其进行模拟仿真。 基本要求基本要求： （1）能够熟悉数控机床的基本结构，进而了解数控磨床的总体结构，最后了解磨床的头 架构造。 （2）学习计算机仿真技术在本次课题中的应用，了解其基本操作。 （3）在课题的写作过程中态度端正，努力完成任务，多请教老师和同学。 主要参考资料主要参考资料： 1 机械工程手册，第 2 版，机械工业出版社 1996.9 2 魏杰等，数控机床结构，化学工业出版社，2009.3 3 胡家杰等，机械类课程设计、毕业设计与选题精选，化学工业出版社.2010.3 4 沈继飞，机械设计，上海，上海交大出版社，1998 5 孙家广，计算机辅助设计技术基础，北京，清华大学出版社，2009.9 完完 成成 期期 限：限： 指指导导教教师师签签名名： 专业负责人签名：专业负责人签名： 年年 月月 日日 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 目录 摘要 abstract 1 绪论1 1.1 磨床的发展1 1.2 mk1420 数控磨床简介2 1.3 课题研究的意义3 2 mk1420 磨床头架总体方案分析与设计 4 2.1 机床的设计4 2.1.1 机床设计的基本要求4 2.1.2 机床设计的步骤4 2.2 磨床头架设计的基本要求5 2.2.1 头架主轴系统设计6 2.2.1 头架传动系统设计8 2.3 磨床头架传动方案的确定8 2.3.1 磨床对传动方案的要求8 2.3.2 磨床传动方案的拟定9 3 带传动的设计10 3.1 参数的计算10 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 3.2 塔轮26 3.3 带轮的设计27 3.4 头架电机的选用 28 4 轴与轴承的设计、选择29 4.1 传动轴的初设计29 4.2 传动轴的校核30 4.3 卸荷皮带轮的设计34 4.4 轴承的选择35 结束语37 致谢38 参考文献39 附录41 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 摘 要 本文主要完成了磨床头架的传动系统部分的设计，着重对其塔轮传动系统 以及传动轴进行了设计。在整体布局完成的基础下，对各级塔轮传动以及传动 轴进行设计和校核，并对传动系统所需的标准件进行了选择。通过认真计算和 校核，该传动系统基本满足设计要求。 磨床头架由主轴系统和传动系统组成，本设计着重于传动系统。在设计的 过程中，不仅需要对头架的整体构造了然于心，还需要综合考虑多个方面。设 计的最终目的在于生产实践，需要进行多方搜集资料，深入了解磨床行业的生 产加工现状，这是设计的前提条件。 本次设计中，传动系统的绘图工作采用 cad 软件，通过 cad 绘制零件图、装 配图，并得到三维图。 关键词 头架结构；塔轮传动；计算校核； mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 mk1420 cnc grinding bed frame design of transmission system abstract this mainly through the design of transmission system of the grinding head part, focus on the step pulley drive system, as well as drive shaft design. under the basis of the overall layout is complete, step pulley drive on all levels, as well as design and check the drive shaft and drive system to select the parts you want. by careful calculation and checking, the transmission system meets the design requirements. grinding head spindle system and transmission system, the design focuses on transmission systems. during the design process, requires not only the head and overall structure of understanding in mind, the aspects must be considered. design the ultimate goal is to practice, you need to gather information, in-depth understanding of grinding machine industry production and processing status, which is a precondition for the design. in this design, drawing of the transmission system using cad software, drawn by cad parts diagram, assembly diagram, with three-dimensional figure. keywords header structure; step pulley drive; checking the calculation; mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 1 绪论绪论 1.1 磨床的发展磨床的发展 19 世纪中期出现了工业用的第一台外圆磨床，随后又发展了平面磨床。 20 世纪 20 年代出现了无心磨床。相比于其他机床，磨床最初发展的速度比较 慢。20 世纪 40 年代末期，人造金刚石问世，1957 年研制成功立方氮化硼， 使得超硬磨料砂轮研制成功；加上 20 世纪 50 年代出现的数控技术以及磨削 技术的发展，使得磨床迅猛发展，磨床加工精度和加工效率不断提高，磨削加 工应用范围日益扩大。由于轴承工业、汽车工业、飞机工业等行业的发展，使 得作为精密加工的磨床在加工机床中也占有相当大的比例。据 1997 年欧洲机 床展览会(emo)的调查数据表明27，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要 的加工技术。磨床在企业中占机床的比例高达 42%，车床占 23%，铣床占 22%， 钻床占 14%。我国 1949 年1998 年，开发生产的通用磨床有 1800 多种，专 用磨床有几百种，磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量的 13%左右。可见， 磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。到 1960 年，辛辛那提(cincinnati) 公司首先在外圆磨床上采用了数控技术，从而开始了数控技术在磨床上的应用。 数控技术在磨床上的应用使得磨床在加工精度、加工产品的范围等方面有了很 大的提高和发展。例如数控技术的应用，可以使数控磨床进行成形曲面磨削、 凸轮轴凸轮曲线磨削、曲轴轴颈磨削等；利用两坐标联动可实现复杂回转体零 件的表面磨削，能在一次装夹中加工出外圆、锥面、曲面、螺纹、台肩和沟槽， 比切入磨削有更大的柔性，它的生产效率比普通磨床可提高 6 倍，可加工各种 材料，砂轮寿命长，一次修整后可加工几万个零件，相当于一台使用永久性超 硬刀具的高精度数控车床。数控技术在磨床上的应用，是磨床发展上的一次飞 跃。 随着数控技术向着高精度、高速度化、智能化、复合化和集成化的四个方 向发展，数控技术的发展必然。 1.2 mk1420 数控磨床简介 mk1420 数控磨床用于中小批量的轴套类零件的精密磨削加工，其主要特 点： mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 床身：床身为整体式结构，内部筋板呈箱型均称布置，使其具有很高的整 体刚度，热变形小，适合高生产率、高精度的磨床必须条件。砂轮架及工作台 进给系统：采用大惯量交流伺服电机驱动，有内置高精度编码器控制进给精度， 伺服电机通过德国 ktr 无隙联轴器直接驱动台湾 pmi 的三级精度磨削丝杆控制 砂轮架及工作台的进给，砂轮架主轴系统采用进口高精度主轴轴承（fag 或 skf） ，并配有油雾轮滑装置。头架：主轴轴承装有进口（fag 或 skf）高精度的 主轴轴承具有极高的回转精度、高刚度，有极佳的密封设计，保证头架的精度 稳定及长寿命。头架电机（交流变频） ，交流变频器由数控系统控制。 该磨床采用德国西门五以司的两轴联动数控系统，或者可选择采用 fanuc。配置自动量仪在中国检测，实现闭环自动磨削工作循环，保证很高 的加工尺寸精度，不配置也可以。 砂轮架进给和工作台移动均采用交流伺服电机通过滚珠线杆驱动，砂轮架 进给导轨采用进口直线滚动导轨，保证进给精确、灵敏。 砂轮主轴轴承采用动静压轴承，回转精度高、钢性大。 头架电机采用交流变频装置，实现有级调速。 尾架套筒具有液压伸缩功能。 机床配置全防护罩壳或半防护罩。 查询 mk1420 机床应达到以下技术参数： 工件最大回转直径：200mm； 磨削最大直径：200mm； 磨削最小直径：6mm； 磨削工件长度：500mm； 工件最大重量：50kg（两顶尖）； 外圆砂轮直径 500m； 外圆砂轮线速度：45m/s； 可磨内孔直径：10100mm； 可磨内孔深度：100mm； 头架转速：50800 r/min； 砂轮架进给速度（x 轴）：0.1500mm/min 工作台进给速度（z 轴）： 0.18000mm/min x 轴最小编程量：0.0001mm； z 轴最小编程量：0.0005mm 砂轮架电机功率：5.57.5kw； 内圆电主轴磨头功率： 4.511kw； 内圆电主轴转速：1200036000 r/min； 尾架主轴行程：40mm mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 那么本次设计的主轴系统据现有 mk1420 数控万能机床的性能特点和使用 要求提出一下要求： （1）头架主轴的转速范围应满足 50800 r/min，能实现六级变速。 （2）头架主轴应满足最大工件 50kg 的承重。 （3）头架主轴应能实现死、活顶尖双用。 1.3 本课题研究的意义 随着科技的发展，机械制造业正朝着多品种、小批量、高质量的生产方向 前进。而磨床的头架是磨床的关键部件,对磨床的关键部件进行结构改进对提高 的磨床性能是非常重要的。本课题旨在让学生综合运用大学四年所学的知识， 绘制磨床总体布局装配图，树立理论联系实际的作风和严谨的科学态度。 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 2 2 mk1420 磨床头架的总体设计方案 2.1 机床的设计 2.1.1 机床设计的基本要求 设计制造机床时应力求达到重量轻、体积小、质量好、效率高、成本低、 使用维修方便。要达到上述要求，设计人员应该考虑机床的技术、经济指标， 如加工范围、精度和表面粗糙度、生产率、操作和维修的性能、工艺性、成本、 采用新技术和“三化”程度等。各项技术、经济指标之间是相互联系和相互影 响的，因此在设计时必须全面地加以考虑，根据具体要求确定若干指标为重点， 处理好相互之间的关系。设计通用机床，除了考虑上述各项指标外，机床的 “三化”是是不容忽视的问题。 2.1.2 机床设计的步骤 机床为了加工不同形状和技术要求的工件的需要，因此品种很多，类型不 一，但不论设计哪一类机床，归纳起来大致有一个基本相似的步骤。 (1)工件的工艺分析:设计机床前，首先对工件进行必要的分析，了解工件的形 状、尺寸、材料、技术要求、批量，确定工件的加工方法、余量、定位基准、 装夹方法等。 (2)调查研究:通过三个途径(访问用户和承制单位，参阅技术资料)的调查研究 和分析，为拟定初步设计方案打下基础。 访问用户(使用单位)，主要了解操作人员对机床的要求，现有的工件加工方法， 同类机床的使用情况和存在的问题，使用单位的自然条件、设备条件、生产经 验以及发展趋势等。访问承制单位，主要了解制造部分的设备条件、技术能力 及原有的生产经验。参阅有关技术资料，包括国内、外有关技术文献，同类烈 机床的技术蓝图及总结。 (3)工作图设计:包括确定机床的布局，技术参数和工作循环等，绘制机械、电 气、液压传动系统图，机床总体尺寸关系图，各部件装配图，零件图，编制机 床说明书，标准件、外购件、通用件明细表等。 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 (4)现场服务:参加制造、装配、试磨和鉴定工作，并进一步修改图纸。上述设 计过程的各项工作，不是相互割裂毫无联系的，而是相互穿插并有机结合的。 2.2 磨床头架设计基本要求磨床头架设计基本要求 头架(也叫工作架、床头箱)是机床的一个重要部件。在内圆、外圆、螺纹 等磨床中，由头架与尾架组合,对工件起到支承、定心、夹持及带动回转等作用。 外圆磨床的头架主轴有两种形式：主轴不回转和主轴回转两种形式。 主轴不回转的磨床具有结构简单，层次少，刚性好的特点，因此磨削工件的精 度和光洁度也较高。而主轴回转磨床具有使用范围广的特点，但结构一般比较 复杂，层次也较多，刚性也较差。 通用磨床头架设计需满足如下的基本要求： (1)主轴传动系统要达到一定的调速范围 由于通用磨床加工对象的范围较广， 磨削直径范围也较广。如果头架只有一档转速，那么在磨削最大直径和最小直 径的工件时，磨床的线速度要相差几十倍，这显然不符合实际使用要求。因此 在设计头架时，一定要考虑到能调速。磨床头架调速方法一般可分为有级调速 与无级调速两种。 (2)主轴系统要有良好的回转精度和足够的刚度 头架主轴系统的回转精度和刚 度，会直接影响工件的尺寸精度和几何精度，因此必须对主轴系统的回转精度 和刚度提出一定的要求。 (3)主轴系统要有减少温升和振动的措施 头架经过一段时间运转后，由于运动 零件的摩擦和其它原因产生热量，会使头架产生热变形。尤其是主轴可转动头 架的磨削发热更厉害，发热的结果会使头架主轴产生位移，这是由于头架箱体 的底面由工作台定位，中间由定位头定位，受热后只能向上和向两侧膨胀，从 而使主轴中心向上和向砂轮架方向产生位移。磨削时工件若仅由头架卡盘夹持， 主轴的热位移便会影响工件的加工精度。 头架主轴前轴承 为大锥度滑动轴承,后轴承为一对消除间隙的向心推力球 轴承。这二种轴承组合,既有滚动轴承的灵敏,低速时承载能力高,又有滑动轴 承在高速时回转精度高,平稳性好的特点。这种组合的轴承在用卡盘磨削工件时,工 件圆度仍可达到 0.5 um.以下。 2.2.1 磨床头架主轴系统设计 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 头架主轴结构，在安装工件后，主要通过 6 个弹簧对加工过程中产生的变 形进行自动补偿。 1-圆螺母 2-垫圈 3-推力轴承 4-主轴轴承 5-轴承套 6-滑动轴承 7-主轴 主轴轴颈的支承主轴轴颈的固定形式有单支承、双支承两种。一般情况下， 规格较小的磨床，趋向于采用单支承而规格大的磨床大多采用双支承。采用单 支承主轴的结构，制造较简单。但必须满足轴颈支承长度大于轴颈直径的 1.5 倍的原则。如果轴颈尺寸较大，其支承长度较长，则可在箱体内孔中段设计适 当长度的沉割槽，这样可保证轴颈与孔接触良好。 主轴轴颈尺寸与跨距的确定主轴是保证回转精度的关键零件，除主轴支承 轴颈的精度外，其刚度是影响回转精度的主要因素。主轴只有在刚度足够的前 提下，才能保证精度要求。提高主轴刚性的主要措施有:加大支承轴颈直径 d、 缩短悬伸长度 a 和合理确定支承跨距 l。主轴的支承跨距一般取 l=(3-4.5)d 而 支承轴径 d 是根据顶尖大端尺寸 d 来确定的，一般取 d=(1.5-2)d，头架主轴的 悬伸长度 a 与支承跨距 l 之比为 1/2-1/3 之间。不过具体尺寸还要按实际情况确 定。 主轴轴承的选用与设计 合理选用轴承类型对主轴系统的回转精度有很大的影响，头架常用的轴承 有滚动、滑动和液体静压轴承等，但它们的要求与结构和砂轮架轴承不同:砂轮 架轴承主要保证主轴的高速旋转，而头架轴承主要保证主轴的回转精度。 由于滚动轴承具有“三小、二便、一简单”的优点，即:摩擦损耗小，启动 力矩小和轴向尺寸下;选购方便，维修保养方便:结构简单。但滚动轴承的旋转 精度、使用寿命和承载刚性都比滑动轴承低，因此适用于一般精度要求的头架。 一般头架主轴上所用的轴承精度要求在 p5 级以上，并进行预加负荷以提高轴承 刚性，保证回转精度。此外，除保证主轴支承轴颈和轴承精度外，固定轴承或 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 对轴承进行预加负荷的零件(如螺母、挡圈、轴承盖等)，也必须保证一定的精 度，否则也会影响主轴的回转精度。最常见的是上述三种零件的端面与外圆(或 内孔)不垂直，紧固后会使轴承变形，影响主轴回转精度，因此需对这些零件提 出端面与外圆(或内孔)垂直或两端面平行的要求等。 此外，还可以采用下述结构来减少轴承的变形: (1)采用十字垫圈结构，即在两只平垫圈之间夹一只十字型的特种垫圈，以 消除因螺母的螺纹与端面不垂直所引起主轴和轴承的变形。 (2)采用压力油调整轴承间隙，减少螺母对轴承的紧固力，以减少主轴和轴 承的变形。如在装配调整圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承的间隙时，原来用拧 螺母的方法使轴承预紧，螺母的紧固力很大，如在主轴与轴承孔间注入压力油， 使主轴与轴承之间形成油膜，不但能在移动轴承时起润滑作用，而且使螺母用 很小的紧固力就能把轴承的间隙(或过盈)调整好。 由于滑动轴承的旋转精度高，承载刚性好，因此多用于精度要求高或大型 磨床的头架，其加工和装配的工艺性较复杂，除要求前后轴承同心、间隙相等、 主轴和轴承有一定的接触面积要求外，还必须保证主轴轴承间在热平衡状态(头 架工作一段时间后，达到热平衡状态)时有微量的间隙，一般约为 0.002mm，太 大会影响主轴回转精度，而太小又容易出现“咬死”现象。 头架滑动轴承与砂轮架滑动轴承在结构上最大的不同点是:轴承一般都采用 整体式，而且上面没有形成油楔的油槽，这是由于头架主轴的转速较低，即使 轴承上有油槽结构也难以形成油楔。所以在头架轴承上一般只有用于润滑主轴 轴承表面的螺旋形油槽。静压轴承一般也用于高精度和大型磨床的头架，它的 结构和砂轮架静压轴承相同，具有回转精度高、承载能力强、刚性好、低速时 没有爬行现象等优点。 砂轮架进给和工作台移动均采用交流伺服电机通过滚珠丝杠驱动, 砂轮架 进给导轨采用进口十字交叉滚柱直线滚动导轨, 用 400 外圆砂轮在不提高转速 的情况下, 砂轮最大线速度为 50 m /s。 ( 1 ) 砂轮主轴轴承为大包角三块瓦动压轴承,砂轮架 (x 向 ) 运动由伺服 电机、滚珠丝杠副直接拖动, 最小分辨率为 0. 001 mm。砂轮电机采用交流变 频调速装置, 可实现恒线速磨削。再加上砂轮主轴轴承采用动静压轴承, 可有 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 效保证回转精度高、刚性大。在重新安装主轴和轴瓦时, 除了要保证它们之间 的间隙外, 还要保证主轴颈与左右密封圈基本同心,将同心套置于法兰盖和主轴 端面轴承的位置, 以支承主轴颈。然后按上述方法调整左右两轴承间隙。如左 右密封圈不能同心, 则可修配两个垫圈。 ( 2 ) 头架拨盘的旋转由电机变频调速, 以带动皮带轮、拨盘转动。拨盘转 速为 40 500 r/min, 以适应不同直径、不同材料、不同要求工件的模型。再加 上头架电机采用交流变频装置, 实现有级调速。 2.2.2 磨床头架传动系统设计 头架传动的调速方法分有级调速与无级调速两种。 所谓有级调速，即在一定的转速范围内，分成若干不同的转速级。常见的 有级调速机构有齿形 v 带、同步带、平带、三角皮带、齿轮或链轮传动。在外 圆磨床头架传动中，目前大多采用同步带、齿形 v 带或齿轮传动。 无级调速传动就是在一定的转速范围内能任意变换转速的传动。近年来， 无极调速传动在机床上应用较广泛。无极调速的方式有很多，如用电器、液压、 机械等。电器无极调速机构一般采用可控硅直流调速、可控硅变频无极调速。 液压无极调速时采用液动机构来达到的，但它在工作时容易发热，故目前在头 架上还很少应用。机械无极调速机构种类很多，但不论哪种形式的机械调速机 构都是利用机械摩擦的方法来达到的。机械无极调速的优点是:传动平稳;在工 作过程中能直接变速:结构紧凑;体积较小;在主动轴转速不变的前提下，改变接 触半径，即能使被动轴得到在一定范围内的不同转速。其主要缺点是由于依靠 摩擦传动，故传动中容易打滑，传动比不确定，传动零件的接触变形较大，磨 损厉害，而且调速范围较小(一般小于 10)。 2.3 磨床头架传动方案的分析确定 机械传动装置位于原动机和工作机之间，用以传递运动和动力或改变运动方式。 传动方案设计是否合理，对整个机械的工作性能、尺寸、重量和成本等影响很 大，因此，传动方案的设计是整个机械设计中的关键环节。 2.3.1 磨床对传动方案的要求 合理的传动方案，首先应满足工作机的功能要求，其次还应满足工作可靠、 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、重量轻、成本低廉、工艺性好、使用和维 护方便等要求。任何一个方案，要同时满足以上所有要求是十分困难的，因此 要统筹兼顾，满足最重要和最基本的要求。 2.3.2 磨床传动方案的拟定 满足同一工作机功能要求，往往可采用不同的传动机构，不同的组合和布 局，从而可得出不同的传动方案。拟定传动方案时，应充分了解各种传动机构 的性能及适用条件，结合工作机所传递的载荷性质和大小，运动方式和速度以 及工作条件等，对各种传动方案进行分析比较，合理的选择。 本次设计的任务主要是磨床主传动系统的结构设计。下面提出几个方案进 行比较： (1)、齿轮传动 齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸 紧凑、寿命长等特点，因此在传动装置中一般应首先采用齿轮传动。由于斜齿 圆柱齿轮传动的承载能力和平稳性比直齿圆柱齿轮传动好，故在高速级或要求 传动平稳的场合，常采用斜齿圆柱齿轮传动。 (2)、带传动 具有传动平稳、吸振等特点，且能起过载保护作用。但由 于它是靠摩擦力来工作的，在传递同样功率的条件下，传动结构尺寸较大。 (3)、链传动 由于工作时链速和瞬时传动比呈周期性变化，运动不均匀、 冲击振动大，一般布置在传动系统的低速级。 皮带传动的特点主要有: 由于皮带具有弹性，可起缓冲、吸振作用，因此传动平稳、噪音少，适 用于中、高速的传动(v=5-4om/s); 适宜于两轴中心距较大的传动; 在过载传动时，皮带能自动在皮带轮上打滑，避免损坏其它传动零件; 结构简单、成本低，制造、保养、维修和更换方便; 由于皮带在传动时会伸长和打滑，所以不能用于传动比有严格要求的机 构。且其外形尺寸较大，传动效率也较低。 由于皮带传动有上述特点，故在磨床头架传动中被广泛采用。经过分析， 在本次设计中决定采用皮带传动，其经济性最好，而且结构简单紧凑，噪音小。 mk1420 磨床传动系统通过三级塔轮在双速电机的带动下实现六级变速。 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 1 2 7 6 3 5 4 图 2-1 磨床传动方案简图 1-电机 2-一级主动塔轮 3-一级从动塔轮 4-传动轴 5-二级主动塔轮 6-二级从动塔轮 7-主轴 3 带传动的设计 3.1 带传动参数计算 进行带轮及锥体设计，首先应按带传动设计过程进行基本带传动的计算， 因为可以把无级变速看成传动比连续变化的带传动，而在某个固定的传动比处 仍符合基本带传动的计算。 3.1.1 一级皮带传动的计算 1)设计功率 pca=kap 3-1 式中 ka为工况系数，查表 8-7 取 1.3 得 pca=1.30.5=0.65kw 2)选定带型 传动比 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 i= 3-2 2 1 n n 1 2 d d i 的取值范围是:2.0-5.0,输入转速为恒定值 750r/min 取传动比为 2.1 时，一级输出转速 n2=n1/i=750/2.1=357.3r/min,取 400r/min； 传动比为 3.4 时，二级输出转速 n4=n3/i=n2/i=400/3.4=118r/min，取 120r/min。显然主轴转速符合 50-800r/min 的要求。 因此，根据 pca计算功率和主动轮转速 n1和 n3在普通 v 带选型图上选择 z 型 v 带。 （3）确定带轮基准直径 为提高 v 带的寿命，在结构允许的情况下选取较大的基准直径。参考有效 宽度制窄 v 带轮、联组窄 v 带轮最小有效直径蠕 (gb/t13575.21-1992)1及有 效宽度制窄 v 带轮、联组窄 v 带轮的有效直径系列和节径(gb/t13575.2-1992)i 进行选取，同时验算带速满足: vvmax 窄 v 带 vmax=25-30m/s 取小带轮的基准直径为 75mm 为充分发挥 v 带的传动能力，应使 v=30 mls 以内，可得带轮的最大极限尺 寸。 v=2.93m/s 3-3 100060 nd 11 100060 7507514. 3 显然带速不符合5m/s300mm 时，可 采用轮辐式。 v 带轮的技术要求 铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂 缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、 腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之 需做动平衡。 3.43.4 头架电机选择头架电机选择 3.4.1 正确选用电机的基本原则 电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产 工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响(如电压波动、谢波 干扰等)，应在容许的范围内；按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；根据环境条件、运行条件、安 装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工 作。综合考虑一次投资及运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和 安全。工业上一般采用三相交流电动机。y 系列三相交流异步电动机由于具有 结构简单、价格低廉、维护方便等优点，故其应用广泛。本次设计采用 y 系列 三相异步电动机。 3.4.2 电机的基本技术要求 电动机的基本技术要求包括：额定值、工作制与定额、运行条件、绝缘等 级与温升、介电性能、外壳防护等级、冷却方法、结构及安装形式、线端标志 和旋转方向、外形和安装尺寸及其公差、噪声与震动限值、电气性能、工作期 限或可靠性、表观质量、电机的安全性能。 机床主轴的功率、转矩与速度特性曲线 如图所示。由图可见,主轴从最高 转速。到 nj 之间应能传递全部功率,属 恒功率范围;从 nj 到最低转速 n 而,之 间应能传递最大转矩,属恒转矩范 围。通常恒功率 区约 占主运动总变速范 围 的 23-34。同时数控机 床主 运 动变速范围 r。较宽,一般 r。=10-20,甚至更 大。 机床与电动机有各自的调速特性,为了实现宽范围调速并充分利用设备,必 须使电动机和机床有类似的调速性能2。一般交流调速电动机的恒功率调速 范 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 p n 恒转速恒功率 p n nieninur 图 3-3 电机功率转速关系图 围为 35。机床主轴的恒功率调速范围一般为 1020,远远大于电动机的 恒功率范围。可见在一般情况下,电动机的恒转矩调速范围满足机床所需的恒 转矩变速范围,但其恒功率调速范围却不能满足机床所需的恒功率变速范围的 要求。因此,在主轴和电机之间进行适当调整,使主轴有合理的转速,保证机床 的恒功率范围。 在设计机床主传动时,必须考虑电机与机床主轴功率的特性匹配问题,由于 主轴要求的恒功率变速范围,远大于电机的恒功率变速范围,所以在电机与主轴 之间串一个变速器(主轴箱)以满足低速大功率输出3。确定主轴箱速比也就是 确定主传动系统的传动路线。 4 轴及轴承的设计 轴是组成机械的重要零件，它的主要功用是支撑回转运动的零件 (如:带轮、联 轴器等)，以传递运动和力，本设计中采用阶梯轴，根据工作状况选用实心轴。 4.14.1 轴的初设计 轴的材料常用 35,45,50 碳素钢，本设计中轴传递中小功率，转速较低，无特 殊要求，故选用 45 优质碳素钢调质处理，其机械性能由表 8-1 可以查得: =637mpa,=353mpa； b s mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 确定径向尺寸 按弯扭合成强度初步估算最小轴径 dminao 4-1 3 n p 式中 ao由轴的材料及承载情况确定，查表 15-3-取 110；传动轴转速按 400r/min 计算: dmina3=110=12.72mm 4-23 n p 3 400 62 . 0 由于变速器输入与输出通过键槽连接其它机构，所以考虑开键槽，轴径再增加 3%-5%。为方便设计，输入与输出轴都取相同直径，取上面计算两者大的一个计 算得 d=22.3(1+5%)=23.415，查 gb/t2822-2005 表 2-11-2 取标准值:25mm131， 作为轴端处的最小直径。安装轴承的部分按轴承标准取值，其他部分按标准数 值(gb/t2822-2005)取值。 图 4-1 传动轴 4.24.2 轴的校核轴的校核 本设计中两根轴的尺寸和结构是相同的，而且传递的功率和受力情况都相 同，只须校核其中一根就可以了。但其中每根轴都有轴向的移动，其受力状态 是变化的，所以轴需要进行两种状态的校核。 4.2.1 按弯扭合成强度条件校核轴的强度 1、画出轴的力学模型 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 2、求轴扭矩、支反力 扭矩： t=9550103 4-3 n p 式中 p-传递功率，0.62kw，. 轴转速按 400r/min 计算。 t=9550103=1480.25 n.mm 4-4 400 62 . 0 3、画出弯矩图、转矩图 qmax 29.5 185.4 t1 t2 f1 355.8 f2 qmax t1 f1 t2 f2= m 弯矩图 t1 t2 f1 f2 t 扭矩图 t1 t2 f1 f2 图 4-1 传动轴 m=f2(355.8-185.4)=888.638170.4=151423.92 nmm 4-5 校核轴的强度 图 4.5,051 处的截面受弯矩较大且弯扭合成，所以应校核此处轴的强度。 计算弯矩 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 mca= 4-6 22 )( tm 式中 a 一由于转矩变化规律未知，按脉动循环变化处理，取=0.6 mca=156022.32 nmm 4-7 22 7 . 626666 . 092.151423）（ 式中，w-为材料抗弯截面系数，w=o.ld = =11.76mpa 4-8 ca w mca 3 51 1 . 0 32.156022 c 4-21 式中 c 一为轴承的基本额定载荷，查表可得;c-为计算载荷，由(4-21)得到。 c=n 4-22 f f p 3 6 10 10 60 b nl c=20.71kn 4-23 1 15.1351 3 6 10 20000300060 为保证 cc,初步定推力轴承段轴径为 35mm，查表 6-1-5 选 51207 推力球轴承, ，c=30.2,满足设计要求。 轴向尺寸确定 轴上零件的固定通过轴肩和套筒实现，套筒用于同时固定两个相隔距离不 大的零件，也可实现轴向定位。利用轴套固定定位可靠，结构简单，但配合较 松。此处套筒主要用于传递轴向力，使液压缸产生的推力传递给推力轴承。由 于它与液压缸的活塞连接，不和轴一起旋转，所以套筒应选择油脂润滑的轴套。 查表 6-2-17(gb/t18324-2001)选 c 型轴套 gb/t18324-c324020，内径 32mm，外径 40mm,宽度 20mm mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 输入端与输出端用花键联轴器连接，此处轴径为 32mm.对于需要磨削的轴 段，应留有砂轮越程槽，砂轮越程槽通常宽 2-4mm,深 0.5lmm。 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 结束语结束语 毕业设计是每个即将告别校园生活的同学最后一份答卷，因而，每个人都 必须认真对待。回想自己在学校的日子，总感觉有太多的遗憾，自己未曾努力 付出过什么，收获自然不多。在临近毕业的这段日子里，大家更多的精力都用 在了找工作和毕业设计上。尽管我大多时间都在学校里，我的毕业设计却总是 在老师的不断催促下缓缓地向前赶着。很长一段时间，我不清楚自己到底该如 何去做，无从下手。很感谢老师和同学的帮助，让我最终完成了毕业设计。 mk1420 数控磨床头架的传动系统设计 1 致致 谢谢 在此论文撰写过程中，要特别感谢张治军老师的指导与督促，同时感谢他 的谅解与包容。没有张老师的帮助也就没有今天的这篇论文。做好一篇毕业论 文是艰苦的，但又是快乐的。感谢我的导师张老师，谢谢他在这半年中为我们 所做的一切，他不求回报，无私奉献的精