数控机床主传动系统设计_毕业论文

数控机床主传动系统设计目录摘要第一章绪论3第二章设计方案的论证和立案42.1整体方案的论证42.2整体方案的制定42.3主传动系统的整体方案图和传动原理4第三章设计计算说明73.1主运动设计73.1.1参数的决定73.1.2传动设计83.1.3转速图的制作113.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定143.1.5执行元件的设计233.2纵向进给运动设计433.2.1滚珠丝杠副的选定433.2.2驱动电机的选定48结论53参考文献55谢56第一章绪论现在的世界进入信息时代，科技进步日新月异。 生产领域和高新技术领域的竞争越来越激烈，产品技术进步、转型步伐不断加快。 目前，单品少量生产的零件占机械加工总量的80%以上，且零件质量更高、精度更高、形状也复杂化是机床工业面临的一大问题。 为了解决复杂、精密、单品少量、形状变化的零件加工问题，新型机床数控(Numerical control )机床的产生是必然的。此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床主运动设计、纵向进给运动设计、齿轮模数计算和校验、主轴刚度校验等。第二章整体方案的论证和制定2.1整体方案的论证数控机床基于数控，不同于普通机床，数控机床的机械结构应具有以下特点1 .许多数控机床采用高性能主轴，简化了数控机床的机械传动结构。2 .为了适应数控车床的连续自动加工，数控车床的机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度和耐磨性、热变形小。3 .更采用涡旋螺钉副等有效的传动部件。 CNC装置是数控车床的核心，输入数字化零件程序，实现输入信息的存储、数据的转换、插值运算及各种控制功能。2.2整体方案的制定1 .根据设计给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择是有级变速最高转速为2000r/min，最低转速为40r/min。2 .纵向进给是一条独立的传动链，由步进电机、齿轮对、丝杠螺母对组成，其齿数比应满足机床的要求。3 .为了保证进给传动的精度和稳定性，需要选择摩擦小、传动效率高的一对滚珠丝杠螺母，以提高传动刚性，消除间隙的预紧机构。 齿轮对也需要消除齿侧间隙的机构。4 .采用一对滚珠丝杠螺母，能减少导轨间的摩擦阻力，工作台准确微量移动容易，润滑方法简单。2.3主传动系统的整体方案图和传动原理1 .数控车床主传动系统图数控车床的主传动系统如图2.1所示。 整个主传动系统由主运动传动链和纵向进给传动链组成。图2.1总的传动系图2 .传动原理主轴部件是机床实现旋转运动的致动器，结构如图2.2所示，其工作原理如下交流主轴电机通过带轮15向主轴7传递运动。 主轴有前后两个支撑。 前支承件由用于承受径向载荷的圆锥孔的二列圆柱滚子轴承11和用于承受径向载荷和径向载荷的一对角接触球轴承10构成。 前支承轴的间隙由螺母8支承。 螺钉12用于防止螺母8松动。 主轴的后支承用圆锥孔双列圆柱滚子轴承14调整，轴承间隙用螺母1和6调整。 螺钉17和13防止螺母1和6松动。 主轴的支承形式是前端定位，主轴因热膨胀而向后方延伸。 用于前后支承的圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性高，容许极限转速高。 前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，容许极限转速高。 主轴采用的支撑结构适合低速大负荷的需要。 主轴的运动经由同步带轮16和3以及同步带2使脉冲编码器4旋转，与主轴同步地旋转。 脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱9上。图2.2主轴部件第三章设计计算的说明3.1主运动设计3.1.1参数的决定一、了解机床的基本情况和特征机床的规格系列和类型1 .通用机床的规格和类型中，作为设计时应该遵循的基础，有系列型光谱。 因此，我将简要介绍这些基本知识和资料。 这次设计的车床是普通型车床，其品种、用途、性能和结构与普通型车床通用，这里不做详细说明和说明。2 .车床的主参数(规格尺寸)和基本参数(GB1582-79，JB/Z143-79 ) :最大工件旋转直径D(mm )为400。刀架上的最大工件旋转直径D1为200以上，主轴贯通孔的直径d为36以上，主轴最大(JB2521-79 )为6，最大工件长度l为7502000的主轴转速的范围为321600级数的范围为： 1 主电机功率(kw )为5.510。2 .参数确定的步骤和方法1 .极限切削速度umax、umin根据典型的工艺和可能的工艺选择极限切削速度，必须考虑工序的种类、工艺要求工具和工件材料等因素。 允许切线速度极限参考值为机床主轴变速箱设计指导书。 但是，这次设计所需的值如下所示设umax=300m/minumin=30m/min。2 .主轴的极限转速计算机床主轴的极限转速时的加工直径根据经验取(0.10.2)D和(0.450.5)D。 因为D=400mm，主轴极限转速如下nmax=r/min3.1=2000r/min；nmin=r/min3.2=40r/min；转速范围r=3.3=50；因为级数z是已知的。z=18级。将=1.26和=1.41代入R=中因为可以得到R=50和355，所以最好是=1.26。各级的转速数列可以直接从标准数列表中检测。 标准数的列表以=1.06表示110000的数值，从表中找到nmax=2000r/min，可以每三个数值取一个数： 2000、1600、1250、1000、800、630、5003 .主轴转速级数z与公比？已知：=RnRn=且： z=18=4 .主电机功率-动力参数的确定合理确定电机电力n，使用电力的实际情况充分发挥其使用性能，满足生产需要，不使电机经常处于轻负载状态，降低电力因素。目前，决定机床电动机功率的一般方法很多，但在这次的设计中，采用了用典型的加工条件(工艺的种类、加工材料、工具、切削量)来推定的推定法。 根据该方法，中型车床在典型重切削条件下的使用量如下根据设计清单中推荐的数值设定P=5.5kw3.1.2传动设计1、传动结构式、结构网的选择结构式、结构网是分析和选择简单串联式传动的有用方法，但对分析复杂传动，然后导出实际方案却无效。 考虑到这次设计的必要性，试着参考这个方案。确定传动组和各传动组中传动副的数量级数z的传动系统由几个顺序的传动组构成，各传动组分别由Z1、Z2、Z3个传动副构成。 也就是说z=z1z2z 33.4由于结构的限制，传动副数是2或3，即，变速级数z必须是2和3的因子：z=3.5有几个方案，但由于篇幅的关系没有一一列举。 在此，仅列举选定的本次设计所需的正确方案。 具体内容如下。传动齿轮数2x(3 3 2) 2x2 1=21个轴向尺寸19b传动轴数6根操纵机构简单，三连滑动齿轮两个，二连滑动齿轮一个2 .小组的传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组可以配置在3x2x3、3x2x3或3x2x3上在选择传动组配置方式时，必须考虑机床主轴变速器的具体结构、装置和性能。 在I轴上摩擦离合器时，必须缩小轴向尺寸。 第一传递列的传递副必须多。 两个人就行。 这次设计采用的是2，一对是正传运动，另一对是逆转运动。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，所以主轴上的齿轮少比较好，最后的传动组的传动副选择2，或者比传动副以一定的比率使用。3 .传动系的扩大顺序的安排十八级传动有三个方案，但准确地说，为了不仅仅是这三个方案，在结构和其他方面也不复杂，为满足设计需求而选择的设计方案如下18=313329传动方案的放大顺序和传动顺序可以一致也可以不一致，在本设计中，放大顺序和传动顺序是一致的。 这个扩大顺序与传递顺序一致，被称为顺序扩大传递。4 .传动组变速范围的极限植确定了齿轮传动副的最小变速比umin、最大变速比umax2、一个传动组的最大变速范围rmax=umax/nmin8。因此，必须按照参考书中记载的表，淘汰传动组的变速范围超过界限值的所有传动方案。极限齿轮比和指数x，值如下所示极限齿数比指数1.26x:umin=6值umax=23(x )值： umin=895 .最后扩大传动组的选择正常连续扩大的传动(串联式)的传动构造式Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2那是Z=18=3133293.1.3转速图的制作运动参数确定后，主轴各级转速已知，切削能量确定了电机的功率。 在此基础上，通过选择电动机形式，决定各中间传动轴的转速，制作主运动的地图，阶段性地具体化主运动。1 .主电机的选定中型机床一般以三相交流异步电动机为动力源，可以从系列中选择。 选择电机型号时，请按照以下步骤进行1 .电机功率n :根据机床切削能力的要求确定电机功率。 但是，电机产品的功率已标准化，请根据需要选择接近的基准值。N=5.5kw千瓦2 .电机转速nd异步电机的转速为3000，1500，1000，750 r/min这里选择的是nd=1500r/min该选择根据电机的转速是否接近主轴的最高转速nmax和I轴的转速，来防止采用过大的上升速度和过小的转速。3.2速和多速电机的应用根据这次机床设计的需要，选定了2速电动机4 .电机的安装和外形根据电机的安装和使用需求，有4种外形结构，使用最多的有底座式和法兰式两种。 这次设计的机床需要的是外行的安装尺寸之一。 具体的设置图可以用手册查。5 .常用电机的资料根据一般电机提供的资料，选择以下内容图3.1 Y132S-4电机I轴从电机得到运动，通过传动系统达到主轴各级的转速。 电机的转速和主轴的最高转速必须接近。 很明显，执行元件在高速运转下以恒定功率工作时受到的扭矩最小，因此I轴旋转速度不能太低电机旋转速度。但是，如果在I轴上安装摩擦离合器等零件，高速下的摩擦损失、发热会成为显着的矛盾，因此I轴的旋转速度不太高。搭载了轴离合器的机床的电机、主轴、轴转速数据：参考这些数据，车床I轴转速一般为7001000r/min。 另外，也要注意电动机和轴间的传动方式。 皮带传动时，减速比不要太大。 否则，轴上的带轮会变得过大，可能会与主轴的尾端发生干涉。 因此，此设计选择以下内容n1=960r/min2 .中间传动轴的旋转速度对中间传动轴转速的考虑原则是，恰当地解决结构尺寸的大小与噪音、振动等性能要求之间的矛盾。如果中间传动轴的转速高(例如，采用先上升后下降的传动)，中间传动轴和齿轮的扭矩小，可以使用轴径和齿轮模块的小写字母： d，m，可以使用紧凑的结构。 但是，这成为增大无负载电力n空和噪声Lp (一般机床的允许噪声在85dB以下)的原因n空=) kw3.6式中：C-系数，双支承滚动轴承或滑动轴承C=8.5，三支承滚动轴承C=10da-所有中间轴轴颈的平均直径(毫米)d主-主轴前后轴颈的平均直径(毫米)n-主轴转速(r/min )。3.7(mz)a所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值mm(mz )主主轴上的齿轮分度圆的平均值mmq-传递到主轴的齿轮对数-主轴齿