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CK6150数控车床主轴箱设计【14张CAD图纸+毕业论文】

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A0CK6150数控车床主轴箱总配图.dwg

A2i轴.dwg

A2斜齿轮.dwg

A2法兰盘.dwg

A3IV轴.dwg

A3手柄座55.dwg

A3手柄座ht150.dwg

A3法兰.dwg

A3花键套.dwg

A3花键套a.dwg

A3路油器.dwg

A3过度套.dwg

A3齿轮.dwg

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关键词：: ck6150 数控车床主轴箱设计 CK6150数控车床主轴箱 cad 图纸毕业论文车床主轴箱 CK6150数控车床

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CK6150数控车床主轴箱设计

论文 11600字数+开题报告+外文翻译+任务书+14张图纸

A0CK6150数控车床主轴箱总配图.gif

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A2i轴.dwg

A2斜齿轮.dwg

A2法兰盘.dwg

A3IV轴.dwg

A3手柄座55.dwg

A3手柄座ht150.dwg

A3法兰.dwg

A3花键套.dwg

A3花键套a.dwg

A3路油器.dwg

A3过度套.dwg

A3齿轮.dwg

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CK6150数控车床主轴箱设计说明书.doc

CK6150数控车床主轴箱设计开题报告.doc

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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

CK6150机床主要部件有：主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱以及床身。本设计主要针对CK6150机床的主轴箱进行设计。机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。设计的内容主要包括确定机床的主要参数，拟定传动方案和传动系统图，计算和校核了主要零部件，并且利用专业制图软件进行了零件的设计和处理。

数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。对于现代制造业，数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件,而一般的普通机床根本无法满足这个要求。现代的数控机床其突出的优点是可以进行高精度加工和多样化加工，完全可以取代其他的加工方法。

关键词数控机床机械设计数控系统主轴箱

Title CK6150 CNC Main Axle Box Design

Abstract

CK6150machine tool major component includes: headstock, tool slide, tailstock, feedbox, apron and bed. This design mainly aims at the headstock of the CK6150 machine tool .The headstock of machine tool is a quite complex transmission part. The design content mainly includes determines the machine tools main parameter, Draws up the transmission plan and the transmission scheme, Calculated and examined the main spare part，And used specialized charting software to carry on the components design and processing.

NC advanced manufacturing technology is the basis of technology. NC in the modernization of production showed great superiority. To the modern manufacturing, numerical control machine tools suitable for those who shape very complex, sophisticated and small quantities of parts, And general machine tools simply can not meet this requirement. Modern CNC machine tools highlight the advantages of high-precision processing can be carried out and diversification of processing, can replace the other processing methods.

Keywords CNC machine mechanical design CNC system main axle box

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。

经过三个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到许多的问题，在众多师友的帮助下予以解决。首先要感谢吴萍老师对我的指导和督促，老师给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解,同时也避免了在设计过程中少走弯路，老师的督促使我一直把毕业设计放在心理，保证按质按量的完成；要感谢宿舍同学，是大家营造了良好的学习环境，在做设计的过程中互帮互助，使我的CAD和PRO/E操作水平比以前有了很大提高，同时较全面的掌握了Word的编辑功能；还要感谢那些把借阅证让我借书的同学，使得我查阅资料非常方便；还要感谢同学在我最需要电脑的时候给我提供电脑，使我能够按时完成毕业设计。

大学生活至此划上了圆满的句号，在南理工泰州科技学院这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘，在这块土地上我健康快乐的成长，我永远不会忘记可亲的同学，我永远记得这片土地。

参考文献

[1] 工程学院机械制造教研室. 金属切削机床指导书.

[2] 濮良贵纪名刚. 机械设计(第七版).北京:高等教育出版社,2001,6.

[3] 毛谦德李振清. 《袖珍机械设计师手册》第二版.机械工业出版社,2002,5.

[4] 《减速器实用技术手册》编辑委员会. 减速器实用技术手册.北京:机械工业出版社,1992.

[5] 戴曙. 金属切削机床.北京:机械工业出版社，2005,1.

[6] 《机床设计手册》编写组. 机床设计手册.北京:机械工业出版社,1980,8.

[7] 华东纺织工学院,哈尔滨工业大学,天津大学. 机床设计图册.上海:上海科学技术出版社,1979,6.

[8] 杨黎明. 机械零件设计手册.第一版.国防工业出版社,1986,12.

[9] 吴宗泽. 机械设计.第一版.中央广播电视大学出版社,1998,2.

[10] 卢颂峰. 机械设计课程设计手册.第一版.中央广播电视大学出版社,1998,4.

[11] 孙燕华. AutoCAD2000机械制图.北京:机械工业出版社,2002,9.

[12] 顾京. 数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2003,9.

[13] 陈立德. 机械设计基础课程设计指导书.第二版.北京:高等教育出版社,2004,6.

[14] 金大鹰. 机械制图.北京:机械工业出版社,2001,7.

[15] 柴鹏飞. 机械设计基础.北京:机械工业出版社,2004,8.

内容简介：: 毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计 (论文 )题目：控车床主轴箱设计指导教师 : 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述摘要本文主要介绍了数控机床的特点、组成、分类、应用范围及其对控车床主轴箱进行的研究分析，论述了我国数控机床发展的过去、现状，对数控机床的发展趋势进行了探讨 , 提出了我国数控机床发展的对策。关键词数控机床主轴箱发展对策 1 数控车床数控是数字控制的简称，是利用数字化信息来实现自动控制的方法。数控机床是指采用数字化信息控制的机床。数控技术不仅用于机床的控制，还可用于控制其他设备。下面我们先来介绍一下数控机床的特点、组成、分类及其应用范围。特点数控机床是新型的自动化机床，它具有良好的通用性和较高的自动化程度，数控机床是实现柔性自动化的重要装置之一，是发展柔性生产的基础。数控机床在以下的零件加工中更能显示出它的优越性。它们是： a、批量小而又多次生产的零件； b、几何形状复杂的零件； c、在加工过程中具有多坐标联动功能； d、切削余量大的零件； e、公差带范围小的零件； f、工艺设计变化的零件； g、加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件； h、需全部检测的零件等。概括起来，数控机床具有以下几个方面的特点： (1)提高加工精度，产品质量稳定； (2)提高生产效率； (3)提高了加工零件的适应性、灵活性；(4)减轻工人劳动强度； (5)提高生产管理水平 1 。组成及分类数控机床一般由 4个部分组成：控制介质、控制装置、伺服系统和机床主体组成。各组成部分各有其作用和特点。目前，数控机床品种齐全，规格繁多，据不完全统计已有 400多种规格。为了研究数控机床，可以按照多种原则来进行分类。归纳起来，通常按下面 5种原则来分类：（ 1）按工艺用途分类： a、普通数控机床； b、数控加工中心机床； c、多坐标数控机床。（ 2）按控制系统对运动轨迹的控制方式分类： a、点位控制数控机床； b、点位直线控制数控机床； c、轮廓控制数控机床。（ 3）按伺服系统的控制方式分类： a、开环控制数控机床； b、闭环控制数控机床； c、半闭环控制数控机床； d、开环补偿型数控机床。（ 4）按数控装置分类 :a、硬线数控； b、软线数控。（ 5）按功能水平分类： a、经济型数控机床； b、中档型数控机床； c、高档型数控机床 2 。应用范围 : 主要用于加工高精度回转体类型零件 ,如轴类、盘类、套类 ,以及高精度的各种规格的内外螺纹 ,可一次装夹完成外形及内孔的加工 3 。 2 主轴箱的研究分析机床是机械制造行业中最基本的设备 , 随着制造业高效率、高精度、高柔性发展的需要 , 人们对机床提出了越来越高的要求 , 主轴箱又是机床很重要的一个部件 , 因此 , 很有必要对它的动态特性进行研究。主轴箱结构的动态特性主要包括振动固有频率、阻尼比和振型 4 。随着机床向高速化、高精度发展 , 人们对主轴箱提出了越来越高的要求 , 通过对主轴箱动态特性进行分析研究 , 准确得到其动态参数 , 是满足机床现代发展需求的有效途径。对于主轴箱的固有动态特性 , 已有学者做过分析研究 , 但这些分析都存在不全面的问题 5 。如对主轴箱进行了振动测试分析 ,缺少理论分析结果 ;对整机进行了动态分析 , 从整机角度去分析主轴箱的动态特性 , 没针对性的对主轴箱本身固有动态特性进行分析研究 6 。因此 , 为了全面分析主轴箱动态特性 , 掌握准确的动态参数 , 本文建立主轴箱有限元模型 , 采用并用模态实验验证了有限元模态分析的正确性 , 说明有限元模态分析得到的动态参数是准确的 , 为进一步结构改进提供了理论依据 7 。 3 我国数控机床发展的过去、现状及未来数控机床发展的过去、现状我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影响 8 , 自年 1958年以来 , 中国数控机床的发展划分为三个阶段： (1)初始阶段。中国的数控机床发展起步于 1958年 , 经历了 20余年的初始阶段。 (2)稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化与自行开发阶段。自从 1980年以来 , 中国执行了“六五” 、“七五” 、“八五” , 三个五年计划。在这个期间 , 在改革开发的政策指导下 , 国家大力支持机床行业 , 通过引进技术发展数控机床产业。 (3)曲折发展阶段。1994年至 1998年由于东南亚金融危机 ,我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影响 , 事实上 , 国内机床市场容量呈下降趋势 , 而且国产机床的市场占有早有所下降 , 机床工具行业连续五年负增长 9 。 1999年 3月份 , 全行业开始恢复性增长 , 1999年至 6月份开始出现两位数增长 , 其中数控产品增长占主导地位到 2000年一年全行业总产值将已经到 320亿元。数控机床发展的未来由于计算机技术的飞速发展 , 推动数控机床技术更快的更新换代“世界上许多数控系统生产厂家利用机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统 ” 开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性 , 并向智能化、网络化方向大大发 10 。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统 , 如美国科学制造中心（空军共同领导的“下一代工作站机床控制器体系结构” 11 。欧共体的自动化系统中开放式体系结构日本的 12 。开发研究成果已得到应用。如995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的一代数控系统技术水平大大提高 , 促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展 13 。 4 对我国数控机床提出的一些对策 (1)继续强化企业体制和机制的创新 ,培育一批市场竞争力强的新型企业 14 。 (2)加大产业结构调整的力度 ,大力发展功能部件产业。我国历来只重视主机 ,而忽视“中场”产业 ,造成我国数控机床的功能部件 ,要么质差、性能不及国外名牌。为此 ,我国应大力发展功能部件产业 ,凡是属于精密机械部件性质的功能部件要在短期内争取在质量和性能上赶上和超过国外名牌。我国在这方面还是很有潜力的，关键是要转变观念 15 。此外 ,还要把技术发展上远比机床落后的数控刀具产业搞上去 ,(3)推行“官、产、学、研、用 ”相结合的国家下一代数控机床专项攻关计划 , 攻克下一代数控机床的一系列技术难题。参考文献 1 文怀兴 . 数控机床设计实践指南 M. 北京 : 化学工业出版社 ,2008. 2 陈婵娟 . 数控车床设计 /现代数控机床结构及设计丛书 M. 北京 : 化学工业出版社 ,2006. 3 徐灏 . 新编机械设计师手册 M. 北京 : 机械工业出版社 ,1995. 4 叶伟昌 . 机械工程及自动化简明设计手册 (上册 ) M. 北京 : 机械工业出版社 ,2001. 5 叶伟昌 . 机械工程及自动化简明设计手册 (下册 ) M. 北京 : 机械工业出版社 ,2001. 6 徐锦康 . 机械设计 M. 北京：高等教育出版社， 2004. 7 成大先编 . 机械设计手册 M. 北京：化学工业出版社出版， 2002. 8 徐锦康 . 机械设计 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 9 王伯平 . 互换性与测量技术基础 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 10 袁国定，朱洪海 . 机械制造技术基础 M. 南京：东南大学出版社， 2000. 11 全国数控培训网络天津分中心数控机床 M机械工业出版社， 2002. 12 林宋 . 现代数控机床 M. 北京：化学工业出版社出版， 2002. 13 张俊生金属切削机床与数控机床 M北京：机械工业出版社， 2005. 14 彭晓南数控技术 M北京：机械工业出版社， 2003. 15 余仲裕数控机床维修 M机械工业出版社， 2005. 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要研究或解决的问题 : 某企业需要购置一批具有较好刚性的数控车床主轴最低转速为 70高转速为 1400自动换档变速，主轴转速级数为 12级。研究手段 : 工方法业知识运用到实践中去；毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语：阅读了大量关于数控机床方面的书籍，对数控车床的特点、组成及分类、应用范围、数控车床主轴箱的研究分析、我国数控机床发展的过去、现状及未来、对我国数控机床提出的一些对策等有了初步的认识，为数控车床的设计做了一些基础工作。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：通过对本课题的研究使学生的基础理论与专业知识、技术水平以及实际应用能力和文字、语言表达能力得到锻炼，是学生综合运用所学理论技能知识与生产实践相结合的重要阶段，是培养和提高学生综合应用能力的重要环节。通过本课题的研究使学生对数控机床的设计有一个初步的认识，学会如何查找文献、如何进行方案的设计、校核、定稿等等。综合应用机械设计、工艺、公差、机械制图成 3 张 0 号图纸，字的条理清楚的说明书。指导教师：所在专业审查意见：负责人：年月日本科毕业设计说明书（论文）第页共页目录 1 引言 . 1 2 数控机床概况 . 2 数控机床的产生与发展 . 2 数控机床的发展趋势 . 2 3 数控车床的简介 . 3 数控车床的组成及工作原理 . 3 数控车床的特点 . 4 数控车床的适用范围 . 4 4 数控车床的设计 . 6 数控车床的设计方法和特点 . 6 数控机床的设计步骤 . 6 5 . 8 数控车床主传动系统的发展 . 8 主传动系统的设计要求 . 8 主传动系统设计 . 10 动力设计 . 11 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 本科毕业设计说明书（论文）第 1 页共 22 页 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（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。本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共 22 页 2 数控机床概况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。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/速进给 24m/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，诸如日本的国的美国的司，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 1机床分辨率可达速进给可达 100m/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。本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 22 页 3 数控车床的简介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。如图图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，从而达到改本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 22 页变加工轨迹的目的； (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。数控车床的特点 (1) 加工对象改型的适应性强由于在数控车床上改变加工零件时，只需要重新编制程序就能实现对零件的加工，它不同于传统的车床，不需要制造、更换许多工具、夹具和检具，更不需要重新调整车床。 (2）加工精度高数控车床是以数字形式给出的指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量（即每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量）且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控车床能达到比较高的加工精度和质量稳定性。 3 (3）生产效率高零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。数控车床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般车床高得多。数控车床主轴转速和进给量的范围比普通车床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控车床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了机动时间。 (4）自动化程度高数控车床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均大为减小，劳动条件也得到相应的改善。 (5）良好的经济效益使用数控车床加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是比较昂贵的。但在单件、小批量生产情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，因此能够获得良好的经济效益。 (6）有利于生产管理的现代化用数控车床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些都有利于使生产管理现代化。数控车床的适用范围数控车床与卧式车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 22 页以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。数控车床确实存在一般车床所不具备的许多优点，但是这些优点都是以一定条件为前提的。数控车床的应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替其他类型的机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控车床通常最适合加工具有以下特点的零件。多品种小批量生产的零件通常采用数控车床加工的合理生产批量在 10200 件之间。目前有向中批量发展的趋势。结构比较复杂的零件通常数控车床适宜于加工结构比较复杂，在非数控车床上加工时需要有昂贵的工艺装备的零件。需要频繁改型的零件它节省了大量的工艺装备费用，使综合费用下降。价格昂贵、不允许报废的关键零件。需要最短生产周期的急需零件。数控车床的初始投资相对较大，由于系统的复杂性，又增加了维修费用。如果缺少完善的售后服务，往往不能及时排除设备故障，将会在一定程度上影响机床的利用率，这些因素都会增加综合生产费用。考虑到以上所述的种种原因，在决定选用数控车床加工时，需要进行反复对比和细的经济分析，使数控车床发挥它的最佳经济效益。本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 22 页 4 数控车床的设计数控车床的设计方法和特点（ 1）数控车床的设计方法在过去的机床设计中多采用类比法，以古典力学和数学为基础的简单公式或经验数据进行手工计算和手工设计，设计效率低、质量差、周期长。随着科学技术的进步和社会需求的变化，数控车床的设计理论和技术也在不断地发展。特别是近年来计算方法、控制理论、系统工程、创造工程、价值工程等学科的发展，尤其是计算机技术的广泛应用，为机床设计方法的发展提供了有力的技术支撑。车床的设计方法是根据其设计类型而定。普通车床采用系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型，其他属变型设计类型。在创新设计类型中，车床总体方案的产生方法可采用分析式设计或创成式设计。前者是用类比分析、推理方法产生方案，是目前创新设计一般采用的方法。后者则用创成解析的方法生成方案，创新能力强，这种方法尚在研究发展之中。（ 2）设计方法的特点数控车床设计方法与现代科技发展相适应，具有明显的特点。 (a) 设计手段计算机化 (b) 设计方法综合化 (c) 设计对象系统化 (d) 设计目标最优化 (e) 设计问题模型化 (f) 设计过程程式化与并行化数控机床的设计步骤数控车床的设计内容及步骤大致可概括为以下几方面。 (1) 主要技术指标设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据车床系列型谱进行设计的产品，或用户定货等，虽具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。主要有以下技术指标。 (a) 用途指数控车床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。 (b) 生产率包括加工对象的种类、批量及所要求的生产率。本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 22 页 (c) 性能指标包括加工对象所要求的精度或数控车床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。 (d) 主要参数即确定数控车床的加工空间和主要参数。 (e) 驱动方式数控车床电动驱动方式分为步进电动机驱动与伺服电动机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本有关，还将直接影响传动方式的确定。 (f) 成本及生产周期无论是定货还是工厂规划的产品，都应确定成本及生产周期方面的指标。 (2) 总体方案设计总体方案设计包括以下几方面设计。 (a) 运动功能设计包括确定数控车床所需运动的个数、形式（直线运动、回转运动）功能（主运动、进给运动、其他运动）及排列顺序，最后画出数控车床的运动功能图。 (b) 基本参数设计包括尺寸参数、运动参数和动力参数设计。 (c) 传动系统设计包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计。 (d) 总体结构布局设计包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方案图设计。 (e) 控制系统设计包括控制方式及控制原理、控制系统图设计。 (3) 总体方案综合评价与选择在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案。 (4) 总体方案的设计修改或优化对所选择的方案进行进一步的修改或优化，确定最终方案。上述设计内容，在设计过程中要交叉进行。 (5) 详细设计 (6) 技术设计包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化。施工设计包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等。上述步骤可反复进行，达到设计结果满意为止。在设计过程中，设计与评价反复进行，可以提高一次设计成功率。本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 22 页 5 控车床主轴箱设计数控车床主传动系统的发展近年来，随着数控加工技术的不断发展，数控车床的主传动系统也呈现出一些新的发展趋势，如主轴转速的高速化、功能结构的复合化、柔性化。高速主轴单元为适应数控加工高速化的发展，目前越来越多的高速数控车床采用了电主轴。电主轴又称内置式电动机主轴单元，就是将高速电动机置于机床主轴部件内部，通过交流变频控制系统，使主轴获得所需的工作速度和转矩，实现电动机、主轴的一体化功能。与传统主传动系统相比，电主轴的主要特点有： (1) 结构紧凑、机械效率高、噪声低、振动小、精度高； (2) 电主轴可在额定转速范围实现无级调速； (3) 可实现精确的主轴定位及轴传动功能； (4) 电主轴更易实现高速化，其动态精度和动态稳定性更好； (5) 主轴运行更平稳，使主轴轴承的寿命得到延长。高速电主轴所融合的技术主要包括以下几方面。 (1) 高速精密轴承 (2) 润滑技术 (3) 冷却技术 (4) 高速变频驱动复合化和柔性化随着数控车床对加工对象适应性的不断提高，数控车床的设计发生了很大变化，并向着单元柔性化和系统柔性化方向发展。数控车床的发展已经模糊了粗、精加工的工序概念，车削中心又把车、铣、镗、钻等工序集中到同一台机床上来完成，完全打破了传统工艺规程规定，由机床单一化走向多元化、复合化。由此可见，现代数控车床主传动系统的设计不限于只满足原有的基本要求，还要综合考虑现代制造对机床的整体要求，如制造控制、过程控制以及物料传输，以缩短产品的加工时间、周转时间、制造周期，最大限度地提高生产率 4 。主传动系统的设计要求现代切削加工正朝着高速、高效和高精度的方向发展，要求机床主传动系统具有更高的转速和更大的无级调速范围；在切削加工中能自动变换速度，机床结构要简单，本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 22 页噪声要小，动态性能要好，可靠性要高。数控车床作为高度自动化的机电一体化设备，其主传动系统的设计一般应满足如下基本要求。如图图征设计树 (1) 使用性能要求首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠。 (2) 传递动力要求主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。 (3) 工作性能要求主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度和抗振性，热变形特性稳定。此外，还要求主传动系统结构简单，便于调整和维修；工艺性好，便于加工和装配；防护性能好；使用寿命长。主传动系统的传动方式：传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求，最后才能画正式装备图。机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动是在一定的变速范围内均匀地、离散地分布着有限级数的转速，变速级数一般不超过 2030级。这种传动方式主要用于普通机床，一些普通机床经数控化改造后也保留了原分级变速传动方式。无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳速度，能在运转中变速，便于自动变速。数控车床的主传动系统通常采用无级变速传动。与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有以下三种传动方式： (1) 由电动机直接驱动主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 22 页主轴电动机直接驱动。 (2) 采用定比传动主轴电动机经定比传动传递给主轴。定比传动可采用带传动或齿轮传动。 (3) 采用分挡变速传动采用分挡变速传动主要是为了解决主轴电动机的功率特性与机床主轴功率特性的匹配。变速机构一般仍用齿轮副来实现。主传动系统设计运动设计已知条件： (1) 确定转速范围：主轴最小转速 70r/轴最高转速 1400r/ (2) 齿轮换档转速级数 :z=6：结构分析式 6 2 3 从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则 5 。在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比41i；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比 2i。在主传动链任一传动组的最大变速范围 108m a xm a x 设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小 6 。确定转速 (1) 选择电动机一般车床若无特殊要求，多采用据原则条件选择功率为双速电机，转速为 1440 r/60 r/ (2) 分配总降速传动比总降速传动比 i=n /n =76/1400=电动机转速 440 不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副 7 。 (3) 确定传动轴轴数传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副 =3 本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 22 页 (4) 确定各级转速并确定转速由 n=76r/1=2=&3=4=5=6=定各级转速：主电机转速为 1440r/轴转速依次为 :1400、 682、 427、 374、 208、 114r/电机转速为 960r/轴转速依次为 :933、 455、 285、 249、 139、 76r/四根轴中，除去电动机轴，其余三轴按传动顺序依次设为、。与、与。现由（主轴）开始，确定、轴的转速：先来确定轴的转速轴转速可能有： n=1440r/ 1375、 670、 367 n=960r/917、 447、 245 确定轴的转速 n=1440r/： 1037、 690r/此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比 71/144710/1440 i 。（电动机转速与主轴最高转速相近） 8 。 (5) 确定各变速组传动副齿数轴齿轮齿数分别为： 42、双联齿轮 61、 28。轴上的齿轮齿数分别为：双联齿轮 65、 46、 79、 57、 23。轴上的齿轮齿数分别为： 57、 74。动力设计确定各轴转速 (1) 确定主轴计算转速：主轴的计算转速为 N=70r/2) 各传动轴的计算转速：轴可从主轴 70r/4/23的传动副找上去，轴的计算转速 245r/的计算转速为 690r/ 主轴箱共设置四套变速操纵机构。共设有 4个电磁离合器，不同的离合器的工作与断开组合可实现 6种转速，主电机选双速电机，我们设计的机床一共有 12种转速。 (a) 离合器合上，离合器合上，离合器断开，离合器断开，滑动齿轮 56处于左位。（主电机转速 n 1440， n=960 大带轮 D=215,小带轮 d 158，效率系数本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 22 页 5,2,6,7） 9 主电机转速为 1440r/1440 158/215 42/65 57/56=682r/=680r/=（ 682 5% 符合国家转速误差标准主电机转速为 960r/960 158/215 42/65 57/56=455r/ 460r/=（ 4605% 符合国家转速误差标准 (b) 离合器合上，离合器合上，离合器断开，离合器断开，滑动齿轮 56处于右位。（主电机转速 n 1440， n=960,大带轮 D=215,小带轮 d 158，效率系数5,2,4,3） 10 主电机转速为 1440r/1440 158/215 42/65 23/74=210r/210r/n =（ 2105% 主电机转速为 960r/960 158/215 42/65 23/74=139r/ 140r/=（ 140 5% 符合国家转速误差标准 (c) 离合器断开，离合器合上，离合器合上，离合器断开，滑动齿轮 56处于左位。（主电机转速 n 1440， n=960,大带轮 D=215,小带轮 d 158，效率系数6,1,6,7） 11 主电机转速为 1440r/1440 158/215 61/46 57/56=1410r/1400r/05% 本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 22 页主电机转速为 960r/960 158/215 61/46 57/56=933r/930r/（ 933 5% 符合国家转速误差标准 (d) 离合器断开，离合器合上，离合器合上，离合器断开，滑动齿轮 56处于右位。（机床转速 n 1440， n=960,大带轮 D=215,小带轮 d 158，效率系数 1=46,1,4,7）主电机转速为 1440r/1440 158/215 61/46 27/74=427r/430r/（ 430 5% 主电机转速为 960r/960 158/215 61/46 27/74=335r/290r/（ 2905% 符合国家转速误差标准 12 (e) 离合器断开，离合器合上，离合器断开，离合器合上，滑动齿轮 56处于左位。（主电机转速 n 1440， n=960,大带轮 D=215,小带轮 d 158，效率系数8,9,6,7）主电机转速为 1440r/1440 158/215 28/79 57/56=377r/ 370r/（ 3745% 主电机转速为 960r/960 158/215 28/79 57/56=249r/250r/（ 250 5% 符合国家转速误差标准 (f) 离合器断开，离合器合上，离合器断开，离合器合上，滑动齿轮 56 本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 22 页处于右位 13 。（主电机转速 n 1440， n=960,大带轮 D=215,小带轮 d 158，效率系数 9,8,4,Z=23）主电机转速为 1440r/1440 158/215 28/79 23/74=115r/ 110r/(114114= 5 主电机转速为 960r/960 158/215 28/79 23/74=76r/75r/ (7676= 5% 符合国家转速误差标准由上得机床转速最高 1400r/低 70r/带传动设计电动机转速 n=1440r/递功率 P=动比 i=班制，一天运转作年数 10年。 (1) 确定计算功率取 A P=2) 选取根据小带轮的转速和计算功率，选 B 型带。 (3) 确定带轮直径和验算带速查表小带轮基准直径 d =158mm,d =158 i=158 15 验算带速成 = 10006011 其中 1n r/ 1d V=440158 m/s (4) 确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为0a,则 0 55（ 21 ） a 2（ 21 ）本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 22 页于是 a 746,初取中心距为 0 带长0L 02a+2 021221 4)()( =2 158215()215158(2/ 查表取相近的基准长度L =1390带传动实际中心距 =+2 0 =5) 验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于 120 。 1 12180 = 120 合适。 (6) 确定带的根数 Z=p)( 00 其中： 0p- 1i 时传递功率的增量；，查得的包角系数；长度系数；为避免制根数不大于 10 14 。 Z=4 (7) 计算带的张紧力000kq 2v 其中： m/s； kg/m；取 q=m。 v = 1440r/ 11.9/s。本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 22 页 ( )+=8) 计算作用在轴上的压轴力 21a 2 =1530N 我们设计的控车床的主轴是一个空心的阶梯轴，其内孔可用来通过棒料或卸顶尖时穿入所用的铁棒，也可用于通过气功、电动或液压夹紧装置的机构。主轴前端的锥孔为莫氏 6号锥度，用来安装顶尖套及前顶尖；有时，也可以安装心轴，利用锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工作转动。主轴前端采用短锥法兰式结构。它的作用是安装卡盘和拨盘，它以短锥和轴肩端面作定位面。卡盘、拨盘等夹具通过卡盘座，用四个螺栓固定在主轴上。安装卡盘时只需将预先拧紧在卡盘上的螺栓连同螺母一起，从主轴轴肩和锁紧盘上的孔中穿过，然后将锁紧盘转过一个角度，使螺栓进入锁紧盘上宽度较窄的圆弧槽内，把螺母卡住，然后再把螺母拧紧，就可把卡盘等夹具紧固在主轴上。这种主轴轴端结构的定心精度高，连接刚度好，卡盘悬伸长度短，装卸卡盘也比较方便，因此，在新型车床上应用很普通。主轴安装在两支承上，前支承为精度的双列圆柱滚珠轴承，用于承受径向力。轴承内环和主轴之间有 1： 12锥度相配合。当内环与主轴在轴向相对移动时，内环可产生弹性膨胀或收缩，以调整轴承的径向间隙大小，调整后用圆形螺母锁紧。前支承处装有阻尼套筒，内套装在主轴上，外套装在前支承座孔内。中充满了润滑油，能有效地抑制振动，提高主轴的动态性能。后轴承由一个推力球轴承和角接触球轴承组成，分别用以承受轴向力（左、右）和径向力。同理，轴承的间隙和预紧可以用主轴尾端的螺母调整。主轴前后支承的润滑，都是由润滑油泵供油。润滑油通过进油孔对轴承进行充分的润滑，并带走轴承运转所产生的热量。为了避免漏油，前后支承采用了油沟式密封。主轴旋转时，由于离心力的作用，油液就沿着斜面（朝箱内方向）被甩到轴承端盖的接油槽内，由孔流向主轴箱。主轴上装有三个齿轮，右端的斜齿圆柱齿轮 Z（ 74， m 旋角 8 4751，左旋）空套在主轴上。采用斜齿齿轮可以使主轴运转比较平衡，传动时此齿轮作用在主轴上的轴向力与进给力方向相反，因此，可以减少主轴前支承所承受的轴向力。中间的齿轮这时可用手转动主轴，以便于本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 22 页测量主轴回转精度及装夹时正等工作。左端的齿轮于将主轴旋转信号传给编码器，以实现螺纹加工。本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 22 页 6 主轴组件的性能要求主轴组件是机床主要部件之一。由于主轴组件直接承受切削力，转速范围又很大，因而数控机床的加工质量很大程度上要靠它保证。据统计，相对于机床的其他部件，主轴组件对加工综合误差的影响在通常情况下要占 30% 40%，严重时可达 60% 80%。因此，数控机床设计对主轴组件提出了很高的要求。主轴组件的性能包括以下几方面。 (1) 精度主轴组件的精度包括旋转精度和运动精度 15 。旋转精度是指装配后的部件在无载或低速转动条件下，轴锥孔中心线的径向跳动：近主轴端 300 板移动对主轴中心线不平行度：上母线母线许向操作者；小刀架移动对主轴中心线的不平行度：主轴的轴向窜动：轴轴肩支撑面的跳动：轴锥孔中心线和尾架套筒伸出方向的不平行度：上母线 00 只许向上，侧母线 00 只许向操作者；主轴锥孔中心线和尾架套筒锥孔中心线对溜板移动的不等高度 (2) 静态刚度主轴组件的静态刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力，又分为抗弯和扭转两种刚度。数控机床多采用抗弯刚度作为衡量主轴组件刚度的指标。 (3) 抗振性抗振性包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。有时也把抵抗受迫振动的能力称为动刚度，此时，抗振性仅指抵抗自激振动的能力。 (4) 热稳定性主轴组件在运转中，温升过高会引起两方面的不良后果：一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作。 (5) 耐磨性主轴组件必须有足够的耐磨性，以便能长期保持精度。传动轴除了应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转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，不允许有较大的变形。因此，疲劳强度不是主要矛盾。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致产生过大的变形。如果刚度不足，轴上的零件如齿轮、轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪声、发热、过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 22 页

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