普通数控车床主传动系统设计

I普通数控车床主传动系统设计摘要数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比，车床在生产中使用最广。本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状,并分析了其存在的问题;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围3—5，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况，。关键词：主轴箱，无级调速，传动系统AbstractIIAbstractNClathecandoboring,facing,drillingandReaminginadditiontoturning.Theuseoflathesintheproductionthantheothertypesofmachinetoolsandmore.Andcomparedtoothertypesofmachinetools,lathesintheproductionisthemostwidelyused.Inthisdesign，thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.SomecountermeasureswaspresentedforthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofNClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.Atpresent,thedevelopmenttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5,whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed;Thetransmissiongearsistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindleInaddition,inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure,transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque,improvedtheforcingstateoftheinputshaft.Keywords:headstocks,acontinuouslyvariablespeed,transmissionSystermIII目录摘要..........................................................ⅠABSTRACT（英文摘要）.........................................Ⅱ目录..........................................................Ⅲ第一章绪论.....................................................11.1数控车床主传动系统的要求...................................11.2数控车床主传动系统方式.....................................11.3国内外数控车床主传动系统的发展.............................21.3.1设数控车床发展总趋势.................................21.3.2确中国数控车床发展的主要问题........................4第二章变速主传动系统法案的制定.................................62.1主传动技术指标的制定..................................72.1.1动力参数的确定计的数...................................72.1.2主运动调速范围的确定.................................82.1.3主轴计算转速的确定...................................92.2变速主传动系统的设计.................................102.2.1确定传动方案...........................................102.2.2转速图的拟定........................................112.2.3拟定传动变速系统图..................................12第三章传动系统零部件设计.......................................153.1传动皮带的设计与选定.................................153.1.1V带传动设计.........................................153.1.2带结构的设计.........................................163.2齿轮的设计与校核......................................173.2.1各传动轴传递动力计算....................................173.2.2齿轮副32/76齿轮的设计与校核...........................193.2.3齿轮副30/54齿轮的设计与校核............................23IV3.2.4齿轮副54/54齿轮的设计与校核............................263.3传动轴的设计与校核...................................303.3.1传动轴I的设计与校核...................................303.3.2轴II的设计与校核.....................................33第四章主轴组件的设计与校核.....................................354.1主轴的要求............................................354.2主轴轴承选择.........................................364.3主轴的设计与校核.....................................36第五章主轴驱动与控制...........................................395.1主轴转速的自动变换...................................395.2齿轮有级变速变挡装置................................405.3主轴旋转与轴向进给的同步控制.........................405.3主轴旋转与径向进给的同步控制.........................40第六章总结与展望................................................41参考文献...................................................43致谢.......................................................451第一章绪论数控车床利用数字化的信息对车床运动及加工过程进行控制，是一种可编程的通用加工设备，能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，所以特别适合加工形状复杂的轴类和盘套类零件。与通用机床和专用机床相比，数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，是一种柔性的、高性能的自动化车床，代表了现代控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，因此被广泛应用于机械制造业。数控车床的主传动系统包括主轴电机、传动系统与主轴组件，与普通机床相比，变速功能绝大部分由主轴电机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级调速的范围1.1数控车床主传动系统的要求数控机床作为高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以下基本要求。使用性能要求高首先应满足机床的运动特性。如机床主轴有足够的转速范围和转速级数，不仅有低速大转矩功能而且还要有较高的转速。传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠。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速，具有较高的传递效率。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，才能保证加工零件有较高的质量。电动机、主轴及传动部件都是热源，低温升、小变形是对主轴传动系统的重要指标；主轴要较高的旋转精度与运动精度；主轴轴颈尺寸、轴承类型及装配方式，轴承预紧量大小、主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响；主轴组件必须有足够的耐磨性，使之保持良好的精度；轴承处还要有良好的润滑。此外，还要求主创动系统结构简单，便于调整与维修；工艺性好，便于加工与装配；防护性好；使用寿命长。1.2数控车床主传动系统的方式2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范围能均匀的、离散地分布着有限级数的转速，主要用于普通机床。无级变速形式可以在一定范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳转速，能在运转中变速，便于自动变速。数控车床得主传动系统通常采用无级变速。与普通车床相比，数控车床的主传动采用交、直主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴结构大为简化。为了适应不同的加工需求数控车床主传动系统有以下三种方式。⑴电动机直接驱动主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构，能有效地提高主轴刚度