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c6140普通车床主传动系统设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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任务050-c6140普通车床主传动系统设计设计.DWG

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摘要

随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个过程主要对CA6140车床主传动进行设计。

CA6140车床主传动设计，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：CA6140车床；数控；传动系统

Abstract

With the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe.

CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme "structured", design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design.

Key words：lathe; CNC; transmission system

摘要I

AbstractII

目录III

1 绪论1

1.1 数控技术的应用与发展1

1.1.1数控机床与发展趋势1

1.1.2数控技术2

1.1.3数控技术发展趋势4

1.1.4数控技术在机械工业中的进展6

1.2数控CA6140车床的工艺范围及加工精度7

1.2.1工艺范围7

1.2.2加工精度7

1.3本文的选题及主要研究内容8

1.3.1本文的选题8

1.3.2主要研究内容8

2 主传动系统参数计算9

2.1CA6140车床主参数和基本参数9

2.2拟定参数的步骤和方法9

2.2.1 极限切削速度Vmax、Vmin9

2.2.2 主轴的极限转速10

2.2.3 主电机功率——动力参数的确定10

2.2.4确定结构式11

2.2.5确定结构网11

2.2.6绘制转速图和传动系统图11

2.3 确定各变速组此论传动副齿数12

3 传动件的设计13

3.1 带轮的设计13

3.2 传动轴的直径估算15

3.2.1 确定各轴转速16

3.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径16

3.2.3 键的选择17

3.3 传动轴的校核17

3.3.1 传动轴的校核18

3.3.2 键的校核18

3.4 各变速组齿轮模数的确定和校核19

3.4.1 齿轮模数的确定：19

3.4.2 齿宽的确定23

3.4.3 齿轮结构的设计24

3.5 带轮结构设计24

3.6 片式摩擦离合器的选择和计算25

3.7 齿轮校验28

3.7.1 校核I组变速组齿轮28

3.7.2 校核II组变速组齿轮29

3.7.3 校核III组变速组齿轮31

3.8 轴承的选用与校核32

3.8.1 各轴轴承的选用32

3.8.2 各轴轴承的校核32

总结与展望35

参考文献36

致谢37

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1 绪论

1.1 数控技术的应用与发展

1.1.1数控机床与发展趋势

（1）数控机床：1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。

6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

①数控（NC）阶段（1952～1970年）

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。

②计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。

到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。

总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。

还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。

全部文件.gif

主传动系统装配图.gif

主轴箱横剖图.gif

齿轮.gif

主轴1.gif

双联齿轮.gif

主传动框图.gif

转速图.gif

字数统计.gif

内容简介：: 1 四川大学锦城学院毕业设计 (论文 )说明书题目： c6140 普通车床主传动系统设计系别：专业：学生姓名：学号：指导教师：职称：题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发应用研究年月日 nts I 摘要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个过程主要对 CA6140车床主传动进行设计。 CA6140 车床主传动设计，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： CA6140 车床；数控；传动系统 nts II Abstract With the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe. CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme structured, design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design. Key words： lathe; CNC; transmission system nts III 目录摘要 . I Abstract . II 目录 . III 1 绪论 . 1 1.1 数控技术的应用与发展 . 1 1.1.1 数控机床与发展趋势 . 1 1.1.2 数控技术 . 2 1.1.3 数控技术发展趋势 . 4 1.1.4 数控技术在机械工业中的进展 . 6 1.2 数控 CA6140 车床的工艺范围及加工精度 . 7 1.2.1 工艺范围 . 7 1.2.2 加工精度 . 7 1.3 本文的选题及主要研究内容 . 8 1.3.1 本文的选题 . 8 1.3.2 主要研究内容 . 8 2 主传动系统参数计算 . 9 2.1CA6140 车床主参数和基本参数 . 9 2.2 拟定参数的步骤和方法 . 9 2.2.1 极限切削速度 Vmax、 Vmin . 9 2.2.2 主轴的极限转速 . 10 2.2.3 主电机功率动力参数的确定 . 10 2.2.4 确定结构式 . 11 nts IV 2.2.5 确定结构网 . 11 2.2.6 绘制转速图和传动系统图 . 11 2.3 确定各变速组此论传动副齿数 . 12 3 传动件的设计 . 13 3.1 带轮的设计 . 13 3.2 传动轴的直径估算 . 15 3.2.1 确定各轴转速 . 16 3.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径 . 16 3.2.3 键的选择 . 17 3.3 传动轴的校核 . 17 3.3.1 传动轴的校核 . 18 3.3.2 键的校核 . 18 3.4 各变速组齿轮模数的确定和校核 . 19 3.4.1 齿轮模数的确定： . 19 3.4.2 齿宽的确定 . 23 3.4.3 齿轮结构的设计 . 24 3.5 带轮结构设计 . 24 3.6 片式摩擦离合器的选择和计算 . 25 3.7 齿轮校验 . 28 3.7.1 校核 I 组变速组齿轮 . 28 3.7.2 校核 II 组变速组齿轮 . 29 3.7.3 校核 III 组变速组齿轮 . 31 3.8 轴承的选用与校核 . 32 3.8.1 各轴轴承的选用 . 32 3.8.2 各轴轴承的校核 . 32 nts V 总结与展望 . 35 参考文献 . 36 致谢 . 37 nts 1 1 绪论 1.1 数控技术的应用与发展 1.1.1 数控机床与发展趋势（ 1）数控机床： 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。数控（ NC）阶段（ 1952 1970 年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（ HARD-WIRED NC），简称为数控（ NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年的第一代 -电子管； 1959 年的第二代 -晶体管；1965 年的第三代 -小规模集成电路。计算机数控（ CNC）阶段（ 1970 年现在）到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（ CNC）阶段（把计算机前面应有的通用两个字省略了）。到 1971 年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件 -运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（ MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称 CPU）。到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了 1990 年， PC 机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，nts 2 可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC 的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代 -小型计算机； 1974 年的第五代 -微处理器和 1990 年的第六代 -基于 PC（国外称为 PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC）了，而我国仍习惯称数控（ NC）。所以我们日常讲的数控，实质上已是指计算机数控了。 1.1.2 数控技术随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，机床数控技术有了长足的进步。近几年一些相关技术的发展，如刀具及新材料的发展，主轴伺服和进给伺服、超高速切削等技术的发展，以及对机械产品质量的要求越来越高等，加速了数控机床的发展。目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。高速高效高精度高生产率。由于数控装置及伺服系统功能的改进，主轴转速和进给速度大大提高，减少了切削时间和非切削时间。加工中心的进给速度已达到 80m/min 120m/min，进给加速度达 9.8m/s2 19.6m/s2，换刀时间小于 1s。高加工精度。以前汽车零件精度的数量级通常为 10 m，对精密零件要求为 1 m，随着精密产品的出现，对精度要求提高到 0.1 m，有些零件甚至已达到 0.01 m，高精密零件要求提高机床加工精度，包括采用温度补偿等。微机电加工，其加工零件尺寸大小一般在 1mm 以下，表面粗糙度为纳米数量级，要求数控系统能直接控制纳米机床。柔性化柔性化包括两个方面的柔性：一是数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，便于不同用户的需求；二是 DNC 系统的柔性，同一 DNC 系统能够依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥DNC 系统的效能。工艺复合化和多轴化数控机床的工艺复合化，是指工件在一台机床上装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或旋转工作台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。已经出现了集钻、镗、铣功能于一身的数控机床，可完成钻、镗、铣、扩孔、铰孔、攻螺纹等多工序的复合数控加工中心，以及车削加工中心，钻削、磨削加工中心，电火花加工中心等。此外数控nts 3 技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能，则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学发展到今天，实时系统与人工智能已实现相互结合，人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如，在数控系统中配置编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统；在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能；在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。结构新型化 20 世纪 90 年代一种完全不同于原来数控机床结构的新型数控机床被开发成功。这种新型数控机床被称为“ 6 条腿”的加工中心或称虚拟轴机床 (有的还称为并联机床 )，它能在没有任何导轨和滑台的情况下，采用能够伸缩的“ 6 条腿” (伺服轴 )支撑并联，并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。它可实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高 2 10 倍。这种数控机床的出现将给数控机床技术带来重大变革和创新。编程技术自动化随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以及零件形状的日益复杂，迫切需要速度快、精度高的编程，以便于对加工过程的直观检查。为弥补手工编程和 NC 语言编程的不足，近年来开发出多种自动编程系统，如图形交互式编程系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语音数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。图形交互式编程系统是以计算机辅助设计 (CAD)软件为基础，首先形成零件的图形文件，然后再调用数控编程模块，自动编制加工程序，同时可动态显示刀具的加工轨迹。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国内外先进的 CAD/CAM 软件所采用的数控编程方法。目前常用的图形交互式软件有 Master CAM、 Cimatron、 Pro/E、 UG、 CAXA、 Solid Works、 CATIA 等。 nts 4 集成化数控系统采用高度集成化芯片，可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度，应用平板显示技术可提高显示器性能。平板显示器 (FPD)具有科技含量高、质量小、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大规模显示，成为与 CRT 显示器抗衡的新兴显示器，是 21 世纪显示器主流。它应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融于一体 ,通过提高集成电路密度，减小互连长度和数量来降低产品价格、改进性能、减小组件尺寸、提高系统的可靠性。开放式闭环控制模式采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构，便于裁减、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包括诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、 CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 1.1.3 数控技术发展趋势（ 1）数控技术装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业 (如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业 )的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 nts 5 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域 :(1)机械制造技术 ;(2)信息处理、加工、传输技术 ;(3)自动控制技术 ;(4)伺服驱动技术 :(5)传感器技术 :(6)软件技术等。（ 2）数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等 )的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。高速、高精加工技术是装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会 (CIRP)将其确定 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 /辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一 ;在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更高，空运行速度可达 100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，己经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNAT 工公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h;德国 DMG公司的双主轴 CA6140车床的主轴速度及加速度分别达 12000r/mm 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 l0um 提高到 5 m，精密级加工中心则从 35um，提高到 1 一 1.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米nts 6 级。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值己达 6000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面 :为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成 ;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等 ;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等 ;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。数控设备更注重安全性、操作性数控设备是集机电一体化的产品，由于其自动化程度高，所以对其安全性和可操作性有了更高的要求。 1.1.4 数控技术在机械工业中的进展近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。 2001 年国内数控金切机床产量已达 1. 8 万台，比上年增长 28. 5%，机床行业产值数控化率从 2000 年的 17. 4%提高到 2001 年的 22. 7%。 2001 年，我国机床工业产值己进入世界第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 47. 39 亿美元，仅次于美国的 53. 67 亿美元，消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势， 2001 年进口机床跃升至世界第 2 位，达 24. 06 亿美元，比上年增长 27 。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控 CA6140 车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 nts 7 1.2 数控 CA6140 车床的工艺范围及加工精度 1.2.1 工艺范围数控 CA6140 车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。 1.2.2 加工精度由于数控 CA6140 车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控CA6140 车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通 CA6140 车床要宽得多。 1.精度要求高的回转体零件由于数控 CA6140 车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。 2.表面粗糙度要求高的回转体零件数控 CA6140 车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控 CA6140 车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。 3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于数控 CA6140 车床具有直线和圆弧插补功能，部分 CA6140 车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。 4.带特殊螺纹的回转体零件普通 CA6140 车床所能车削的螺纹类型相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台 CA6140 车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控 CA6140 车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。 nts 8 1.3 本文的选题及主要研究内容 1.3.1 本文的选题 1、根据要求设计 CA6140 混合双公比 CA6140车床主传动系统； 2、要求设计 CA6140车床主轴最高输出转速 nmax=1320r min，主轴最低输出转速 nmin=42.5r min，电动机的额定功率 P=5.5KW，电动机的输出转速 n=1440r min，分级变速主传动系统具有混合双公比，低转速段和高转速段的公比为 1=1.26，中间转速段公比为 2 =1.58。 1.3.2 主要研究内容 1、根据机床设计的一般原则对主传动系统进行设计； 2、结构式和转速图设计； 3、主传动系统图绘制； 4、齿轮啮合动力学分析和运动仿真。 nts 9 2 主传动系统参数计算 2.1CA6140 车床主参数和基本参数 CA6140 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数如下：最高输出转速 nmax=1320r min，主轴最低输出转速 nmin=42.5r min，电动机的额定功率 P=5.5KW，电动机的输出转速 n=1440r min，分级变速主传动系统具有混合双公比，低转速段和高转速段的公比为 1=1.26，中间转速段公比为 2 =1.58。正转最低转速 nmin( minr ) 正转最高转速 Nmax( minr ) 电机功率 N（ kw） 42.5 1440 5.5 2.2 拟定参数的步骤和方法 2.2.1 极限切削速度 Vmax、 Vmin 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：允许的切速极限参考值如下：表 2.1 加工条件 Vmax(m/min) Vmin(m/min) 硬质合金刀具粗加工铸铁工件 30 50 硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件 150 300 螺纹加工和铰孔 3 8 根据【 1】78P公式（ 3-2）因为已知 6.1055.421320m inm a x nnR n， znR 公比 1=1.26 公比 2=1.58 式 Z=lglg nR +1 有上式当 1=1.26时 Z1=16， Z2=9 而取 Z=12. 这样使得设计的转速在采用双公比时有相应的级数空隙转速。 nts 10 2.2.2 主轴的极限转速在通用机床上，每级转数使用的机会不大相同，经常使用的转速一般是在转速范围的中段，转速范围的高、低段使用较少，双公比传动就是针对这一情况而设计。主轴的转速数列有两个公比，转速范围中经常使用的中段采用小公比，不经常使用的高、低段用大公比。经调整后的结构式为： 12=25 32X26，在高低段出现 4个转速空档。根据主变速传动系统设计的一般原则：传动副前多后少原则、传动顺序与扩大顺序相一致的原则、变速组的降速要前慢后快和中间轴的转速不宜超过电动机的转速的原则，可知，传动线要前密后疏，依次来安排各变速组的传动顺序。最终绘制的转速图见图 1，按照主传动转速图以及齿轮齿数绘制的主传动系统图见图 2。 2.2.3 主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率 N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。根据题设条件电机功率为 5.5KW 可选取电机为 Y132S-4：额定功率为 5.5KW，满载转速为 1440r/min. nts 11 2.2.4 确定结构式已知 Z=2a x3b a、 b 为正整数，即 Z 应可以分解为 2 和 3 的因子，以便用 2、 3 联滑移齿轮实现变速。对于 Z=12 可按 Z=12 分解为： Z=25 32 26。 2.2.5 确定结构网根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏 ,结构紧凑的原则 ,选取传动方案 Z=25 32 26。 ,易满足要求， 2.2.6 绘制转速图和传动系统图（ 1）选择电动机：采用 Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（ 2）绘制转速图：（ 3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图 2-3： 1-2轴最小中心距： A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D) 轴最小齿数和 :Szmin(Zmax+2+D/m) nts 12 2.3 确定各变速组此论传动副齿数 (1)Sz 100-120,中型机床 Sz=70-100 (2)直齿圆柱齿轮 Zmin 18-20,m 4 图 3-3 主传动系统图（ 7）齿轮齿数的确定。变速组内取模数相等，据设计要求 Zmin 1820,齿数和 Sz100 120，由表 4.1，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表2-2。 nts 13 3 传动件的设计 3.1 带轮的设计三角带传动中，轴间距 A 可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。电动机转速 n=1440r/min,传递功率 P=5.5kW,传动比i=1440/850=1.69，假设两班制，一天运转 16 小时，工作年数 10年。 (1)、选择三角带的型号由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )156P表 8-7 工作情况系数 AK 查的共况系数AK =1.2。故根据濮良贵主编机械设计 ( 第八版 ) 156P 公式（ 8-21） )(6.65.52.1 kWPKP Aca 式中 P-电动机额定功率， AK -工作情况系数因此根据 caP 、 1n 由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 ) 157P 图 8-11 普通 V 带轮型图选用 A型。 (2)、确定带轮的基准直径 D ， D 带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径 D 不宜过小，即 minDD 。查濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )157P表 8-8、图 8-11 和15P表8-6取主动小带轮基准直径 D =125 由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )150P公式 (8-15a) 11212 DnnD 式中： n -小带轮转速， n -大带轮转速， -带的滑动系数，一般取 0.02。 mmD 5.207)02.01(1258501 4 402 ，由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 ) 157P 表8-8取圆整为 212mm。 (3)、验算带速度 V，按濮良贵主编机械设计 ( 第八版 ) 150P 式（ 8-13）验算带的速度 42.91 0 0 060 1 4 4 01251 0 0 060 1 ndV nts 14 smvsm 305 ，故带速合适。 (4)、初定中心距带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取：根据濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )152P经验公式（ 8-20） )(2)(7.0 21021 DDADD 取0A=600mm. (5)、三角带的计算基准长度L由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )158P公式（ 8-22）计算带轮的基准长度 02122100 422 A DDDDAL 20 2 2 4 1 2 53 . 1 42 6 0 0 1 2 5 2 2 4 1 7 5 1 . 9 32 4 7 0 0L m m 由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )146P表 8-2，圆整到标准的计算长度 1800L mm (6)、验算三角带的挠曲次数 1000 1 0 . 3 1 4 0smvu L 次，符合要求。 (7)、确定实际中心距 A 按濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )158P公式（ 8-23）计算实际中心距 00A 6 0 0 1 8 0 0 1 7 5 2 2 6 2 42LLA m m （） (8)、验算小带轮包角 1 根据濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )158P公式（ 8-25） OOOo A DD 1209.1703.57180 121 ，故主动轮上包角合适。 (9)、确定三角带根数 Z 根据濮良贵主编机械设计 ( 第八版 ) 158P 式（ 8-26）得 00ca lpz p p k k nts 15 查表濮良贵主编机械设计 ( 第八版 ) 153P 表 8-4d由 i=1.8和 min14401 rn 得 0p = 0.15KW, 查表濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )表 8-5， k =0.98；查表濮良贵主编机械设计( 第八版 )表 8-2，长度系数 lk =1.01 39.401.198.0)15.092.1( 0.9 Z 取 Z5 根 (10)、计算预紧力查濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )表 8-3， q=0.1kg/m 由濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )式（ 8-27） 20 )5.2(5 0 0 qvk kvZpF ca 其中： cap-带的变速功率 ,KW； v-带速 ,m/s； q-每米带的质量， kg/m；取 q=0.1kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 NF 82.15642.91.0)98.0 98.05.2(542.9 0.9500 20 、计算作用在轴上的压轴力 NZFFQ 26.1 5 6 329.1 7 0s i n82.1 5 6522s i n2 10 传动比查表濮良贵主编机械设计 ( 第八版 )152P表 8-4a由 mmD 1251 和 min14401 rn 得0p= 1.92KW 3.2 传动轴的直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。 nts 16 3.2.1 确定各轴转速、确定主轴计算转速：计算转速jn是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。根据【 1】表 3-10，主轴的计算转速为 mi n/r5826.15.42nn 131213zm i n j 、各变速轴的计算转速：轴的计算转速3jn为 212r/min；轴的计算转速2jn为 335r/min；轴的计算转速1jn为 850r/min。、核算主轴转速误差 m i n/14.115736/7245/4549/35224/1261440 rn 实min/1120 rn 标 %5%3.4%1001 1 2 0)1 1 2 01 1 5 7(%100)( 标标实nnn 所以合适。 3.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径根据【 5】公式（ 7-1）， mmnPdj491 ，并查【 5】表 7-13 得到取 1. 轴的直径：取 m in/8 0 0,96.011 rn j mmnd j 03.2818 0 0 96.05.5915.59144 轴的直径：取 m i n/4 0 0,9 2 2.099.099.098.0212 rn j mmnd j 61.331400 922.05.5915.59144 轴的直径：取 m i n/1 0 0,89.099.098.0323 rn j nts 17 mmnd j 25.4611 0 0 89.05.5915.59144 其中： P-电动机额定功率（ kW）； -从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积； jn-该传动轴的计算转速（ minr ）； -传动轴允许的扭转角（ mo ）。当轴上有键槽时， d 值应相应增大 4 5%;当轴为花键轴时，可将估算的 d 值减小7%为花键轴的小径 ;空心轴时， d 需乘以计算系数 b， b 值见【 5】表 7-12。和为由键槽并且轴为空心轴，和为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值： mmd 30 ，d和 d 在后文给定，轴采用光轴，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故我采用矩形花键连接。按19871144 TGB 规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查【 15】表 5-3-30的矩形花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格 742368 为BDdN ；轴花键轴的规格 848428 为BDdN 。各轴间的中心距的确定： )(1 6 82 4)5628(2 )( 21 mmmzzd ； )(2 252 5)7218( mmd ； )(082.28042.15c o s2 5)8622( mmd oV ； 3.2.3

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