CA6150车床主轴箱设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 目录 1、 概述 2、 主运动的方案选择与主运动的设计 3、 确定齿轮齿数 4、 选择电动机 5、 皮带轮的设计计算 6、 传动装置的运动和运动参数的计算 7、 主轴调速系统的选择计算 8、 主轴刚度的校核 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 一、概述 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。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点。 4 转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切 削和高速切削，实现高效率加工。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 5 变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般 00，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 6 主轴变速迅速可靠，数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。 7 主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都有足够的 硬度，轴承处还有良好的润滑。 主传动系统的设计要求 主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。 主电机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。 主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗震性，热变形和噪声要小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。 操纵灵活可靠， 维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。 结构简单紧凑，工艺性好，成本 低，以满足经济性要求。 控机床主传动系统配置方式 数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 机无级调速相结合的调速方式。 数控机床主传动系统主要有四种配置方式，如图 3 带有变速齿轮的主传动 大、中型数控机床采用这种变速方式。如图 3a）所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，一满足主轴低速时对输 出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拨叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现。 通过带传动的主传动 如图 3b）所示，这种传动主要应用于转速较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是 用两个电动机分别驱动主轴 如图 3c）所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。 高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转；低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷。 内装电动机主轴传动结构 如图 3d）所示，这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴影响较大。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 传动系统结构设计 机床主传动系统的结构设计，是将传动方案“结构化”，向生产 提供主传动部件装配图，零件工作图及零件明细表等。 在机床初步设计中，考虑主轴变速箱机床上位置，其他部件的相互关系，只是概略给出形状与尺寸要求，最终还需要根据箱内各元件的实际结构与布置才确定具体方案，在可能的情况下，设计应尽量减小主轴变速箱的轴向和径向尺寸，以便节省材料，减轻质量，满足使用要求。设计中应注意对于不同情况要区别对待，如某些立式机床和摇臂钻床的主轴 箱；要求较小的轴向尺寸而对径向尺寸要求并不严格；但有的机床，如卧式铣镗床、龙门铣床的主轴箱要沿立柱或横梁导轨移动，为减少其颠覆力矩，要求缩小径向尺寸。 机床主传动部件即主轴变速箱的结构设计主要内容包括：主轴组件设图 3 - 1 数 控 机 床 主 传 动 的 四 种 配 置 方 式（ ）两个电动机分别驱动电动机电动机（ ）带传动电动机（ ）变速齿轮电动机（ ）内装电动机主轴传动机构买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 计，操纵机构设计，传动轴组件设计，其他机构（如开停、制动及换向机构等）设计，润滑与密封装置设计，箱体及其他零件设计等。 主轴变速箱部件装配图包括展开图、横向剖视图、外观图及其他必要的局部视图等。给制展开图和横向剖视图时，要相互照 应，交替进行，不应孤立割裂地设计，以免顾此失彼。给制出部件的主要结构装配草图之后，需要检查各元件是否相碰或干涉，再根据动力计算的结果修改结构，然后细化、完善装配草图，并按制图标准进行加深，最后进行尺寸、配合及零件标注等。 二、主运动的方案选择与主运动设计 1、机床的工艺特性 艺范围 精车、半精车外圆、车螺纹、车端面 具材料 硬质合金、高速钢 工工作材料 钢、铸铁 寸范围 0 500 2、确定主轴转速 高转速 采用硬质合车刀半精车小直径钢材的外圆时，主轴转速最高。参考切削用量资料： 150 200 m/s K = K D =400 =200 200 =40 01000= 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 用高速钢车刀，粗车铸铁材料的端面时，参考切削用量资料： 15 20 m/s =0100=用高速钢车刀，精车合金钢材料的丝杠时，参考资料： 直径 500普通车床加工丝杠的最大直径是 50， /分 =分 因此：取最低转速 分 转速范围 Rn=于高速钢车刀少用低速，且为了避免结构过于复杂，因此取转速范围 0 主运动结构图 三、确定齿轮齿数 1、 根据分度圆直径选齿数： d=mz a 组： 64 54 = 34 b 组 : 95 30 2、 齿轮的各参数 a 组： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 模数 m = 4 压力角 =20 齿距 P = m =厚 s = m/2 = 槽宽 e = m/2 = 隙 c = c* m =顶高 = m = 4 齿根高 = ( + c* )m = 齿高 h = (2 + c* )m = 心距 (d1+2 = 240 (d1+2 = 178 b 组 : 模数 m = 力角 =20 齿距 P = m =厚 s = m/2 = 槽宽 e = m/2 = 隙 c = c* m =顶高 = m = 4 齿根高 = ( + c* )m = 齿高 h = (2 + c* )m = 心距 a = (d4+2 = 240 四、选择电动机 1、 电动机功率 转速 1450转 /分 2、 电机型号 51 4 电机轴径 =38 五、皮带轮的设计计算： 设一天运转时间 =8 10小时（按小带轮计算） 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 1、 计算功率 P = 9、 选胶带型别为： B 型 3、 选小带轮直径 40 (实心轮 ) 大带轮直径 80 (四孔板轮 ) 4、 带速： V= 100060 1 = 100060 =秒 （ 5米 /秒） 5、 实际传动比： i= 12 取 =005 i= 80 =4120 10、 单根胶带传递的功率： 1、 单根胶带传递功率的增量： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 P0=(1 =103 1450 (1 =2、 胶带根数： 由于需要传递的功率 N=7 因此需胶带 4根 13、 单根胶带初 拉力： 8公斤 14、 有效圆周力： 109102 =15、 作用在轴上的力： F=2Z =2 18 4 =134公斤 16、 带轮宽： B=（ e+2f=(4 20+2 5 六、 传动装置的运动和运动参数计算： 1、传动比： i= 、传动装置的运动参数： 轴（电动机轴）： .5 kw 1450r/9550 009550 m 轴（主轴）： 01 =.2 kw 010= = 1218 r/1 =9550 119550 m 轴（编码器）： 12 =.9 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 121= = 766 r/2 =9550 229550 m 七、 主轴调速系统的选择计算 1、 对调速系统的基本考虑 : 要求有较硬的机械特性。所以，以选用矢量控制方式为宜。对于普通车床来说，由于对动态响应要求不高，用“无反馈矢量控制”方式已经足够。 高速与低速段机械特性的特点不一样，故工作频率范围应不限于额定频率以下。 能出现较大的冲击过载，容易引起变频器的跳闸。所以，变频器的容量以比电动机的容量大一档为好。 2、 一档传动比，且nx 方案 基本工作情况 a. 电动机和主轴之间的传动比只有一档 ,传动比 lM b. 变频器的最大输出频率而，电动机的最高转速折算到负载轴上的值大于负载要求的最大转速= c. 电动机额定转矩的折算值 (折算到负载轴上的转矩 ) 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 T 综上所述，电动机的有效转矩线如图 所示， 曲线 1是车床的机械特性曲线。为了便于比较， 图中，电动机的转矩和转速均为折算到负载轴上的值。 电动机的容量在图 载所需功率 9550/L 9550/L 9950/L 其大小与面积 正比。而电动机的容量则与 面积 成正比，其大小为： 19950/L 可见 ,采用了变频调速后 ,电动机的容量需增大 L 倍以上。 3、 电动机的工作频率范围 a. 最高频率 b. 最底频率因为只有一档转速，故频率调节范围f为： m i nm a xm a xm a x /当 40L 时 , 0m i n ； 当 140L 时， 5 。 异步电动机在这样低的频率下连续工作，如不用负载反馈，是比较图 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 困难的。 4、 一档传动比，且基本工作情况 a. 电动机和主轴之间的传动比仍只有一档，但变频器的最高输出频率 一般不宜超过额定频率的 (即：NN ). 设最大调频比 nf 则 :电动机的最高转速约为额定转速 电动机的额定转速 m a xm a xm a xm a x / 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 表 4率、电动机与负载转速之间的对应关系 工作频率 电动机的转速 低档传动比 负载转速 高档传动比 负载转速 L H 所示。曲线 1 为车床的机械特性曲线。 电动机的容量如图，电动机的容量与面积 成正比，其大小为 9 5 5 0/2 9 5 5 0/m a xm a xm a x fM 见 ,频率范围扩大之后 ,电动机的容量可 以比 1小但与负载功率相比 ,仍需增大很多。 5、 电动机的工作频率范围 设：最高频率为，则最低频率为 当 40L 时， 7 5m i n ； 当 140L 时， 。 6、两档传动比，且基本工作情况 将电动机和主轴之间的传动比分成两档 ( H 和 L )，使变频器的输出频率 电动机的转速 负载转速 间的对应关系见表 4文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 图 中，间速”。在抵挡时，传动比为 L ，当 X 从 时， 在高档时，传动比为 H ，当 , 忽略电动机转差率的变化的因素，则有： m id m i nm a xm i n /fL m m i nm a xm a x /2m i nm a x / 作为两档中间的分界转速（中间速） 所以 ,电动机工作频率的范围 Lf 可见 ,采用两档传动比后 ,在负载的速度范围不变的情况下 ,工作频率的调节范围大大的缩小 了。采用两档传动比后，在全频率范围内的有效转矩线如图 所示，曲线 1为车床的机械特性曲线。可以看出两者已经十分接近了。 7 、动机的容量 电动机的容量与面积成 正比 ,如图 3所示。其大小为： 95503 9550/ 9550/ ma x 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 可见 ,采用两档传动比后 ,电动机容量可比 1小k倍。 电动机的工作频率范围 设：最高频率为，则最低频率为 当 40L 时 i n 当 140L 时 075m i n 可见 ,最低工作频率增大了很多 ,使变频调速系统在最低速时的工作稳定性大大改善了 . 8、 调速系统的选择 经上述 分析，主轴拖动系统在不更换电动机的条件下，要实现主轴转速的无级调速，可以采用机械多档变速传动，与变频器调速相结合的方法。 原拖动与系统概况。 电动机的主要数据 电动机额定功率： 动机额定转速： 1450轴转速范围： 10 2000r/算数据 a. 调速范围 200102000m i nm a x nnb. 负载转矩 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 m 00420004m a x 功率区的最小转矩 a 普通笼型异步电动机是按工频电源条件下运行所设计制造的，用变频器对其进行调速时，因变频器输出波形中含有谐波的影响，电动机功率因数、效率均有下降，电流与线圈温升将有所增高，电机在额定频率以下连续进行时，影响其带负载能力的主要因素是温升，在额定频率以上连续运行时，电机允许最高频率受轴承的极限转速、旋转件的强度限制，因此初步选定电机的变频范围在 1075间。最大 频率调节比 5.700 因此在不变换主轴电机的条件下，主轴拖动系统需采用机械三档以上变速传动比在机械结构上，三档与四档变速传动的方案相似，而采用四档变速对电机的调速更为合适，因此决定利用机械四档变速传动方案。 确定传动比 拖动系统机械四档变速分配 2000 500 n/(r/T/(N/m) 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 传动比 档次 低 29L 中 4M 高 最高 H 电机 工作区 恒转矩 恒功率 恒转矩 恒功率 恒转矩 恒功率 恒转矩 恒功率 主轴转速r/0 50 50 2 360 360 540 540 1080 1080 1620 1620 1800 1800 2160 电机 频率 10 50 50 75 10 50 50 75 50 50 75 45 50 50 55 电机转r/90 1450 1450 2175 290 1450 1450 2175 725 1450 1450 2175 1305 1450 1450 1595 低速传动比 29501450 L 取 29L 中速传动比 M 取 高速传动比 H 取 最高速传动比 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 014 5 0 取 H 电机负荷性能核算 恒转矩区折算至负载轴的转矩 T 恒功率区折算至负载轴的转矩 L 、 M 、 H 、 调整后。拖动系统机械四档调速分配及带负载核算如下表： 传动比 档次 低 中 高 最高 电机 工作区 恒转矩 恒功率 恒转矩 恒功率 恒转矩 恒功 率 恒转矩 恒功率 主轴转速r/0 50 50 2 360 360 540 540 1080 1080 1620 1620 1800 1800 2160 电机 频率0 50 50 75 10 50 50 75 0 50 75 45 50 50 55 电机转速r/90 1450 1450 2175 290 1450 1450 2175 725 1450 1450 2175 1305 1450 1450 1595 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 电机 调频比 1 1 1 1 算 转矩N M 55 198 198 132 66 66 44 39 39 36 核算结果表明：在不变换主轴电机的条件下，主轴拖动系统采用机械四档变速传动比的方案满足要求。 注： 八、 主轴 钢度的校核 1、 计算切削力和驱动力 切削力的计算（ a、切削功率： N 2轴承 =b、切削转矩： M=9550 9550 M 状态 输入 低档（ 中档（ 高档（ 最高档（ 12） 0 0 1 1 0 0 0 1 1 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 c、切削力： 工件 取 工件d =130 =103 N d、 103 =103 N 103 =103 N 驱动力的计算（ a、 齿轮的传递功率 N 齿 =b、 齿轮的传递转距 M=9550 9550 m c、 驱动力 QT= =r= = 切削力 机床个轴位置布置关系可知： =20 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 Q z =Q T +Q r =+y=0 2、 主轴的受力分析 三轴承支撑可简化为如图所示静不定系统 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 式中： 卡盘长 150 工件长 L =160 a=100 b=65 c=456 85 36 L=521 z( L )=9800 (150+160)=106 N E=105 I=64 （ ） =3870571.2 a、 在 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 （ l 11z 62l2( b、 在 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 （ 2 c、 在 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和 论文 答辩精品 （ 2 所以 l 11