CK6150数控车床主轴箱及传动系统系统的设计【14张CAD图纸和说明书】

目   录

1  引言 1

2  数控机床概况 2

2.1  数控机床的产生与发展 2

2.2  数控机床的发展趋势 2

3  数控车床的简介 3

3.1  数控车床的组成及工作原理 3

3.2  数控车床的特点 4

3.3  数控车床的适用范围 4

4  数控车床的设计 6

4.1  数控车床的设计方法和特点 6

4.2  数控机床的设计步骤 6

5  CK6150数控车床主轴箱设计 8

5.1  数控车床主传动系统的发展 8

5.2  主传动系统的设计要求 8

5.3  主传动系统设计 10

5.4  动力设计 11

5.5  带传动设计 14

6  主轴组件的性能要求 18

7  主轴结构及热处理要求 19

结束语 20

致谢 21

参考文献 22

1  引言

机床设计和制造的发展速度是很快的。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计和制造水平，也将促进设计方法的现代

机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练。我们毕业设计题目是CK6150数控车床的主轴箱设计。

在本设计中首先进行参数拟定，运动设计，动力计算和结构草图设计，轴和轴承的验算，主轴箱装配设计，设计计算说明书等内容。

设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴，轴承，带轮，离合器和制动器等），主轴组件，操纵机构，润滑密封系统和箱体及其联接件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计限于时间，一般只画展开图及一或两个截面图。

　　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。

2  数控机床概况

2.1  数控机床的产生与发展

随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专用化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型的机床——数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。

2.2  数控机床的发展趋势

从数控机床技术水平看，高精度（定位精度：微米级、纳米级）、高速度（主轴转速10000r/min，快速进给24m/min，换刀时间2～3s）、高柔性（多主轴、多工位、多刀库）、多功能（立卧并用、复合加工）和高自动化（自动上下料、自动监控、自动测量和通信功能）是数控机床的重要发展趋势［1］。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求具有进入更高层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。

在数控系统方面，目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，诸如日本的FANCU，德国的SIEMENS和美国的AB公司，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。它们的数控系统都采用了16位和32位微处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1um，高速进给可达100m/min，控制轴数可达16个，并采用先进的电装工艺［2］。

在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式向数字式方向发展，以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。

3  数控车床的简介

3.1  数控车床的组成及工作原理

数控车床由:程序编制及程序载体、输入装置 、 数控装置、伺服驱动、位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。如图3.1所示：

图3.1  伺服系统总体方案框图

在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据图样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹，运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。

数控车床的加工其实质是应用了“微分”原理。

其工作原理与过程可简述如下：

(1) 数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹，将轨迹按车床对应的坐标轴，以最小移动量（脉冲当量）进行微分，并计算出各轴需要移动的脉冲数。

(2) 通过数控装置的插补软件或插补运算器，把要求的轨迹用最小移动单位的等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。

(3) 数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲，并通过伺服驱动使车床坐标轴按分配的脉冲运动。 

由上可见：

(a) 只要数控车床的最小移动量（脉冲当量）足够小，所用的拟合折线就完全可以等效代替理论曲线；

(b) 只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的；

(c) 只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。