Φ320mm的数控车床总体设计及主轴箱设计说明书（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 毕业设计说明书 设计题目： 320数控 车床 总体设计及主轴箱设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送全套 纸 01339828 摘 要 全面阐述了数控 车床 的结构原理，设计特点，详细介绍了数控车床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。 数控车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过 分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。 关键词： 车床， 主轴箱、变速系统、 主轴组件 买文档就送全套 纸 01339828 in C In to of to of or of or of to of of of ) or of , of on 套图纸加 Q 401339828 买文档就送全套 纸 01339828 目 录 摘 要 . 2 . 3 目 录 . 4 第 1 章 绪论 . 6 控机床及其特点 . 6 控机床的工艺范围及加工精度 . 6 控机床的经济分析 . 7 控机床的发展趋向 . 8 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 . 11 体方案比较 . 11 控车床方案确定 . 11 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 . 12 具选择 . 12 削用量确定 . 13 削三要素 . 13 工精度和表面粗糙度 . 13 具材料 . 17 第 4 章 320. 17 . 17 速结构的设计 . 18 变速方案拟定 . 18 速结构式、结构网的选择 . 19 轮的设计 . 23 动轴的直径估算 . 25 定各轴转速 . 25 动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 26 的选择 . 27 买文档就送全套 纸 01339828 动轴的校核 . 27 动轴的校核 . 28 的校核 . 28 变速组齿轮模数的确定和校核 . 29 轮模数的确定 . 29 宽的确定 . 33 轮结构的设计 . 34 轮结构设计 . 35 式摩擦离合器的选择和计算 . 36 轮校验 . 38 核 a 变速组齿轮 . 39 核 b 变速组齿轮 . 40 核 c 变速组齿轮 . 41 承的选用与校核 . 42 轴轴承的 选用 . 42 轴轴承的校核 . 43 轴组件设计 . 44 轴的基本尺寸确定 . 44 径尺寸 D . 44 轴孔径 d . 45 轴悬伸量 a . 46 撑跨距 L . 46 轴最佳跨距 0L 的确定 . 47 轴刚度验算 . 49 轴前支撑转角的验算 . 50 轴前端位移的验算 . 51 致 谢 . 55 参考文献 . 56 买文档就送全套 纸 01339828 第 1 章 绪论 控机床及其特点 数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点： 数控机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能 。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。 数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度 、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。 控机床的工艺范围及加工精度 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械制造装备提出了不同的要求 0 年代“刚性 ”生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ”实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更 高 ,采用拟实制造和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，买文档就送全套 纸 01339828 表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “刚性 ”强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “一个工人，一把刀，一台机床 ”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面 大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4名。 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控 系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 机床精度 工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等 5 种。 前我们国家内承认的大致是四种体系：德国 准、日本 准、 国际标准 准、国标 标和国际标准差不多。 看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 准 .、统计法 )以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 控机床的经济分析 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（ 宁夏银 川投资建了名为 “宁夏小巨人机床公司 ”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产 600 台，买文档就送全套 纸 01339828 目前正在建 2 期工程，建成后可以年产 1200 台。 2. 2003 年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心 120 台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为 1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 前生产能力不知。 在浙江萧山投资建厂，年生产能力 800 台。 民营企业进入机床行业情况 2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力 300 台。 2 2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 3 2002 年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 军工企业技情况 军工企业得到国家拨款开始于当年 “大使馆被炸 ”，后来台湾阿扁上台后，大规模技开始了，军工企业进入新一轮的技高峰，我们很多军工 企业开始停止购买普通设备。尤其是近 3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能 “顶 ”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过 10 年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为 世界第一机床生产大国。 控机床的发展趋向 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。 随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，买文档就送全套 纸 01339828 以提高系统的基本运算速度，使得高 速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基于 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前 数控技术发展的新趋势。它是利用 计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 集成。随着 术的发展，当前又出现了 编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。 一 、 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势 高性能功能部件 ，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到 10秒、 3 秒、 1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 二 、 是精密加工技术有所突破 通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿 技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每 8 年提高 1 倍，从 1950 年至2000 年 50 年内提升 100 倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到 1m，进入亚微米超精加工时代。 买文档就送全套 纸 01339828 三 、 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型 车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用 软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。 四 、 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 数字化控制技术发展经历了三个阶段 :数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动 找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通 受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断 和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。 五 、 是极端制造扩张新的技术领域 极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超 重型数控机床的研制； 业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加买文档就送全套 纸 01339828 工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案比较 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应 结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 比较项目 方案一 方案二 确定后的方案 具体原因 主轴箱 分级变速采用 调速电机 + 齿轮传动 采用三相异步 电机 +减速器 方案一 变速级数比较多 满足多种加工 需要，也符合 任务书要求 进给机构 滚珠丝杠 +步进电机 滚珠丝杠 +伺服电机 方案一 脉冲当量 步进电机控制 的准确 刀架 四工位回转 刀架 六工位回转 刀架 都可以 各有各的好处 尾座 液压尾座 手动普通尾座 液压尾座 可通过数控系统 调整方便 数控系统 8位单片机 16位单片机 方案一 基本需求可以满足 控车床方案确定 (1) 主传动系统设计 为了保证主轴在运动时有准确的定位，安装主传动的定位检测装置。采用电气式主买文档就送全套 纸 01339828 轴准停装置，利用磁力传感器检测定位。只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确的定位。这种磁力传感器的工作原理是，在主轴上装上永磁铁和主轴一起旋转，在距离磁铁 定一个磁传感器，当传感器发出信号后经过放大，由定向电路使电动机准确的停止在规定的周向位置上。将主传动采用变频交流电动机无级调速。低档转速为 270档转速为 1500各档内可以实现无级调速。与原立式车床的机械结构相比比较简单，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，省去了复杂的齿轮变速机构，主传动系统是一个开环控制的交流变频调速系统，通过软件来实现它的调速。 (2) 进给传动系统设计 进给采用滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚珠丝杠连接，使机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度；运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。，其定位精度为 复定位精度为 0 005 (3) 数控系统 的设计 采用 用模块化设计方案，从总体上分为人机界面模块、坐标进给模块、变频调速控制模块、串行通信模块、液压系统、冷却系统、润滑系统及基于 89用变频调速的原理，设计主轴的无级变频调速系统；通过插补算法，实现步进电机的准确定位以便达到工件的精确度；通过键盘和显示模块，实现程序的编辑和显示；通过其他辅助系统的设计，实现机床功能的完善化。 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 具选择 （一）刀具选择： 铣平面：硬质合金端铣刀或立铣刀，尽是采用二次走刀。 凸台、凹槽、箱口面：立铣刀。 毛坯表面或粗加工孔：镶硬质合金刀片的玉米铣刀（粗皮刀）。 立体型面和变斜角轮廓外形：球刀、环形刀、锥形刀、盘形刀。 （二）原则： 安装调整方便、刚性好、耐用和精度高。尽是用较短刀柄，保证刚性。 买文档就送全套 纸 01339828 （三）排序原则 减少刀具数量； 装夹一次，尽是加工完； 即使刀具规格相同，粗、精加工刀具分开； 先铣后钻； 精加工，先曲面后二维轮廓； 尽可能自动换刀。 削用量确定 粗：效率；半精、精：质量、兼顾效率。 1、主轴转速 n：根据线速度 v 确定： V=1000、切深 t：最好是 t 等于加工余量。 3、切宽 L：与刀具直径成正比，与切深成反比。 L 加工：大切深、大进给、低切速。 精加工：小切深、小进给、高切速。 削三要素 主轴转速、切削深度、进给速度。少切削，快进给。 工精度和表面粗糙度 1、加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度。 （ 1）尺寸精度：公差与配合国家标准（ 1804 新公差等级与旧公差等级的对照及应用 新公差等级 旧精度等级 加工方 法 应用 轴 孔 研磨 用于量块、量仪制造 买文档就送全套 纸 01339828 磨 用于精密仪表、精密机件的光整加工 无 研磨、珩磨、精磨、精铰、精拉 用于一般精密配合。 机床和较精密的机器、仪器制造中用得最为普遍 1 2 磨削、拉削、铰孔、精铣、精镗、精铣、粉末冶金 4 铣、镗、铣、刨、插 用于一般要求。主要用于长度尺寸的配合外，如键和键槽的配合 粗铣、粗镗、粗铣、粗刨、插、钻、冲压、压铸 用于不重要的配合。 冲压、压铸 用于非配合 12 铸、锻、焊、气割 （ 2）形状精度：零件上的线、面要素的实际形状相对于理想形状的准确程度。 国家标准（ 1184定了六项形状公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。 （ 3）位置公差：零件上点、线、面要素的实际位置相对于理想位置的准确程度。 国家标准（ 1184定了八项位置公差： 定向：平行度、垂直度、倾斜度。 定位：同轴度、对称度、位置度。 跳动：圆跳动、全跳动。 2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。国家标准（ 83、 轮廓算术平均偏差： 买文档就送全套 纸 01339828 l (| 或近似于 Ra)673673()673( 微观不平十点高度： 51 (5151i 在常用数值范围内（ 25m），在图样上应优先选用 表面粗糙度 许值及加工方法表 表面要求 表面特征 m) m) 加工方法 旧国际光洁度级别代号 第 1系列 第 2系列 第 1系列 第 2系列 不 加 工 毛坯表面清除毛刺 1600 1250 1000 800 630 500 100 400 粗 加 工 明显可见的刀纹 80 320 粗铣 粗铣 粗刨 钻 粗锉 1 63 250 50 200 可见刀纹 40 160 2 32 125 25 100 微见刀纹 20 80 3 63 50 半 可见加 10 40 半精 4 买文档就送全套 纸 01339828 精 加 工 工痕迹 8 32 铣 精铣 精铣 精刨 粗 磨 25 微见加工痕迹 5 20 5 4 16 不见加工痕迹 10 6 2 8 精 加 工 可辨加工痕迹的方向 精铰 刮 精拉 精磨 7 5 4 微辨加工痕迹的方向 8 辨加工 痕迹的方向 9 密 加 工 暗光泽面 精密磨削 珩磨 研磨 超精加工 抛光 10 0. 63 光泽面 11 状光泽面 12 状光泽面 13 面 镜面磨 14 文档就送全套 纸 01339828 研磨 具材料 碳素工具钢 00 V 8m/ 合金工具钢 9350 V 10m/ 高速钢 550 V 30m/ 600 4、硬质合金： 850 V 100 另外，还有新型硬质合金、陶瓷材料、人造金刚石、立方氮化硼等。 第 4 章 320数控车床主轴箱设计计算 因为已知 2040800m a x n， Z=1 = )1( 1 据标准公比 。这里我们取标准公比系列 =因为 =根据标准数列。首先找到最小极限转速 20，再每 跳过 5个数（ 取一个转速，即可得到公比为 20， 50， 71， 100， 140， 200，280， 400， 560， 800 合理的确定电机功率 P，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 现在以常见的中碳钢为工件材料，取 45 号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸： 1625具几何参数：0=15o ， 0 =6o ， r =75o ， r =15o ， =0o ，01= 现以确定粗车是的切削用量为设计： 买文档就送全套 纸 01339828 确定背吃刀量f，根据【 2】 444P 表 8.6 确定切削速度，参【 2】448 .7 机床功率的计算， 主切削力的计算 根据【 2】449表 8切削力的计算公式及有关参数： 270 4 3242（ N） 切削功率的计算 cP= 310=3242 310 = 依照一般情况 ，取机床变速效率 = 根据【 3】1