文档包括:
说明书一份。37页，12800字。
任务书一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共6张，如下所示
A0-床头箱.dwg
A2-主轴.dwg
A2-带轮.dwg
A2-齿轮.dwg
A3-C6150改进前转速图.dwg
A3-改进后转速图.dwg
目 录
摘要…………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论………………………………………………………………………1
1.1 数控系统发展简史……………………………………………………1
1.2 国内数控机床状况分析………………………………………………1
1.2.1 国内数控机床现状……………………………………………1
1.2.2 国内数控机床的特点…………………………………………1
1.3 数控系统的发展趋势…………………………………………………2
1.3.1 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展…………………2
1.3.2 向高速化和高精度化发展……………………………………2
1.3.3 向智能化方向发展……………………………………………2
1.4 机床数控化改造的必要性……………………………………………2
1.4.1 微观看改造的必要性…………………………………………2
1.4.2 宏观看改造的必要性…………………………………………3
1.5 本章小结………………………………………………………………5
第2章 原C6150车床简介及方案设计………………………………………6
2.1原C6150车床简介…………………………………………………6
2.1.1 车床简介…………………………………………………………6
2.1.2 床头箱结构………………………………………………………6
2.1.3 主要技术参数……………………………………………………7
2.1.4 转速图……………………………………………………………8
2.2 主传动系统的改造…………………………………………………10
2.3 主轴组件的改造……………………………………………………10
2.4 结论…………………………………………………………………11
2.5 本章小结………………………………………………………………11
第3章 变频器的选择及改进后的C6150机床……………………………12
3.1 变频调速的概况……………………………………………………12
3.2 变频器的简单原理…………………………………………………12
3.2.1 变频调速的基本控制方式…………………………………12
3.2.2 变频器的基本构成…………………………………………13
3.2.3 变频器的分类………………………………………………14
3.2.4 变频器的优点………………………………………………15
3.3 变频器的选择………………………………………………………15
3.4 改进后的C6150机床…………………………………………………17
3.4.1 轴上齿轮齿数的确定…………………………………………17
3.4.2 改进后C6150转速图…………………………………………19
3.5 本章小结………………………………………………………………20
第4章 元件的计算选择及校核……………………………………………21
4.1 传动轴直径初定……………………………………………………21
4.2 主轴轴颈直径的确定………………………………………………21
4.3 齿轮模数的计算……………………………………………………21
4.4 带传动的计算及选定………………………………………………22
4.4.1 定V带型号和带轮直径……………………………………22
4.4.2 带长计算……………………………………………………23
4.4.3 求中心距和包角……………………………………………23
4.4.4 求带根根数…………………………………………………24
4.4.5 求轴上载荷…………………………………………………24
4.5 传动轴齿轮尺寸计算………………………………………………24
4.5.1 轴Ⅰ传动齿轮的轮廓尺寸……………………………………24
4.5.2 轴Ⅱ传动齿轮的轮廓尺寸……………………………………25
4.6 各轴支承方式的选择………………………………………………26
4.7 轴Ⅱ上滑移齿轮的拨动系统………………………………………26
4.8 轴Ⅱ小齿轮强度校核………………………………………………26
4.9 用安全系数法校核Ⅱ轴……………………………………………28
4.10本章小结……………………………………………………………34
结论……………………………………………………………………………35
致谢……………………………………………………………………………36
参考文献………………………………………………………………………37
附录……………………………………………………………………………38
C6150普通车床主传动系统改进设计
摘 要
普通机床数控改造是指对普通机床某些部分机械结构做一定的改造，加上数控装置，从而使机床具有数控加工能力，其优点是能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高普通机床的使用价值。C6150型车床是一种加工效率高、操作性能好、社会拥有量大的普通机床。对此型号机床进行数控改造，具有广阔的市场空间，将会收到良好的经济效益。
本课题仅对车床的主传动系统进行数控改造。C6150型车床原为17级有级调速，调速范围是20～1250r/min，改进后为无级调速，且调速范围为20～2000r/min。C1650普通车床的改进，是在机床原有电机上联接一个变频器，由变频器改变电流的频率，进而改变电机的输出转速。由于电机的输出转速是可调节的，故原主传动系统中的一些用于转速放大或缩小的齿轮和轴就会因为多余而被删除。然而受到电机性能的限制，通过改变有限的频率范围而获得的主轴转速也毕竟有限，所以必须保留一定的齿轮进行齿轮传动，对电机输出速度进行放大或缩小。
关键词 主传动系统；数控改造；变频器
C6150 Ordinary Lathe Main Drive System Improved Design
Abstract
NC transformation of general machine tools means transforming some mechanical structure，adding numerical installations to make the lathe have the ability of numerical control machining.The advantages of the transformation is to make the lathe have the original functions ,as well as the additional functions after being transformed，which impoves the value of making use of the common lathe.The C6150 type lathe is a high-efficiency、well-operated and widely used common lathe.NC transformation of this type machine tools，have vast marketplace space, will be able to receive fine economic effect.
The numerical control being in progress only to the lathe host drive system reforms a problem.The C6150 type lathe originally can be regulated in rate by 17 steps,which speed regulation range is 20 ~ 1250 r/min.However，after transformation it can be continuously regulated with the range of 20 ~ 2000 r/min.C1650 engine lathe improvement，is connecting a frequency transformer to the lathe. The output rotation speed of the motor can be changed by altering the frequency of the frequency transformer's current. Because of the changeable output rotational speed，we can delete the surplus gears and shafters used to amplify or reduce the output rotational speed. With the finite characteristics of the motor，the rotational speed of the main shafter obtained by changing the limited range of frequency is also limited.Thus we can only amplify or reduce the output rotational speed of the motor by transmission gears.
Keywords Main Drive System；NC Transformation；Converter
主要内容：
1． 调研、查阅资料，熟悉题目内容和要求
2. 整体方案的论证及比较，终选方案确定
3. 有关参数计算，元件选择
4. 零件设计与绘图
5. 结构部分设计与绘图
6. 整体安装设计与绘图
7. 编写设计计算说明书（论文）
8. 准备答辩
基本要求：
1、 按指导教师的要求，独立、认真地完成毕业设计任务；
2、 每周最少与指导教师沟通一次；
3、 设计过程中，注意培养自己的发现问题、分析问题和解决问题的能力；
4、 论文格式和图纸数量要符合学校要求。
主要参考资料：
1、 编写组编《机械零件设计手册》，机械工业出版社
2、 戴署主编《金属切削机床》，机械工业出版社
3、 编写组编《机床设计手册》，机械工业出版社
课题题目及来源：
课题题目：C6150普通车床主传动改进设计
来源：指导教师的科研项目
课题研究的意义和国内外研究现状：
课题研究的意义：C6150型车床原为17级有级调速，调速范围是20～1250r/min，改进后为无级调速，且调速范围为20～2000r/min。C1650普通车床的改进，是在机床原有电机上联接一个变频器，由变频器改变电流的频率，进而改变电机的输出转速。由于电机的输出转速是可调节的，故原主传动系统中的一些用于转速放大或缩小的齿轮和轴就会因为多余而被删除。普通机床主传动改进的优点主要有以下几点：
（1）机械方面：设备损耗小，省掉了控制阀及挡板等装置，省掉了变速机械装置，减少了管网振动及损坏，减少了电机对数；减少了电网容量。
（2）省电：由于可变速运行，可根据实际情况确定转速
（3）提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
国内外研究现状：
数控机床与普通机床相比有很多优点，我国数控机机床近几年在产业化和产
品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。国外数控机床改造发展迅速，已经获得了巨大的经济效益，其技术成熟，已在其机械制造领域获得较大成就。
课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：
课题研究的主要内容和方法：机床住传动改进是在机床原有电机上联接一个变频器，由变频器改变电流的频率，进而改变电机的输出转速。由于电机的输出转速是可调节的，故原主传动系统中的一些用于转速放大或缩小的齿轮和轴就会因为多余而被删除。改造中应考虑到电机性能的限制，通过改变有限的频率范围而获得的主轴转速也毕竟有限，所以必须保留一定的齿轮进行齿轮传动，对电机输出速度进行放大或缩小。(1) 变频器的选择：在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好。调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以逐步得到推广。
(2) 轴承的选择：将主轴所有轴承的精度提高一级，只需按国家标准对各轴承进行重新选定，所需资金少。安装时，因主轴、箱体跟轴承之间的配合而做的改动少。但抗震性、轴身误差等方面无法得到有效的提高，主轴回转精度的提高也有限。或选用静压轴承，静压轴承处在纯液体摩擦状态下工作，能承受高速旋转。静压轴承的油膜刚度高，通常要比轴本身的刚度高好几倍，因此轴承的抗振性比滚动轴承好得多。压力油膜具有良好的纠正轴本身误差的作用，可提高主轴的回转精度。静压轴承的主要缺点是需要有一套油液过滤十分清洁的液压系统，成本较高。
研究过程中主要问题和解决方法：
(1) 数字控制系统。采用适当的控制系统。
(2) 主轴组件的改造。经皮带轮传动后电动机转速被降为一半，改进后主轴转速的最高值由1250r/min提升到2000r/min，因此需要提高主轴轴承的强度。
(3) 步进电机选用。车床进给传动部分改造一般是拆除原机床的机械传动机构,用步进电机经齿轮或同步带机构,减速驱动丝杠,带动刀架纵向或横向移动。
(4) 变频器选择。本课题对变频器性能要求不高，从性能价格比、操作系统、售后维护等角度考虑，选择国产变频器即可。如华为变频器 TD2000系列，南昱变频器 J100系列 J300系列，佳灵变频器 JP6C—T9/J9 系列。通过综合评比，最后选定华为变频器 TD2000系列
(5) 各轴支承方式的选择。Ⅰ轴上有卸荷带轮，Ⅰ轴上的轴承只承担径向力，故采用深沟球轴承。皮带轮中的轴承采用6009支承。Ⅰ轴左端轴承采用6307，右端轴承采用6208。Ⅱ轴经受力分析可知，只受径向力，故采用深沟球轴承，Ⅱ轴左端轴承采用6307，中间轴承采用6208，右端轴承采用6307。Ⅲ轴采用三支承结构，前、中支承采用圆锥滚子轴承且为主要支承，后支承采用深沟球轴承为辅助支承。考虑到改进后主轴的最高转速由1250r/min提高到了2000r/min，所以主轴上的所有轴承的精度提高一个精度等级[1]。
(6)主轴变速机构。主轴变速改造一般采用交流异步电动机变频调速系统,由CNC
控制变频器、变频器驱动交流异步电动机,实现自动无级变速。在自动化程度要
求不高的情况下,机床主轴变速部分可不做改动,仍采用原手动变速机构,这样可
大大降低改造成本。另外在各种参数的计算方面要认真，要有耐心，在绘制装配
图是要遵守各种规范，特别是在尺寸公差的制定，加工工艺的确定上要有根据。
课题研究所需的参考文献：
01.编写组编写 《机械设计手册》 化工工业出版社
02.文怀兴主编 《数控机床系统设计》 化学工业出版社
03.贾亚洲主编 《金属切削机床概论》 机械工业出版社
04.张振国主编 《数控机床的结构与应用》 机械工业出版社
05.余英良主编 《机床数控改造设计与实例》 机械工业出版社
06.马兰主编 《机械制图》 机械工业出版社
07.陈子银主编 《数控机床结构原理与应用》 北京理工大学出版社 08.任玉田主编 《新编机床数控技术》 北京理工大学出版社
09.陈蔚芳主编 《机床数控技术与应用》 科学出版社
10.于惠力主编 《机械设计》 科学出版社
11.王沫楠主编 《单片机原理及应用》 中国计量出版社
12.邓星钟主编 《机电传动控制》 华中科技大学出版社
13.邵俊鹏主编 《机床数控技术》 哈尔滨工业大学出版社
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