CK6163型数控车床主传动系统设计

Ck6163型数控车床主传动系统设计1第1章、机床的主要参数的确定1.1尺寸参数1.1.1主参数床身最大工件回转直径Φ630mm([1]P224)1.1.2基本参数刀架上最大工件回转直径Φ320主轴通孔直径Φ80主轴头号B型B型11号主轴前端孔锥度公制100号装刀基面至主轴中心距离h=36mm最大工件长度1500mm(选自GB1582-79.JB/Z143-79)1.2运动参数1.2.1主轴极限转速的确定1.2.1.1计算nmax根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材精车外圆时，主轴转速最高，据经验，并参考切削用量资料，取Vmax=200m/min,取R=0.5，Rd=0.2，则dmax=R·D=0.5×630=315mm([2]P35)dmin=Rd·dmax=0.2×315=63mm([2]P35)nmax=minmax1000dV6314.32001000=1010r/min([2]P35)1.2.1.2计算nmin根据分析，用高速钢车刀粗车合金钢材料的梯形螺纹（丝杆），主轴转速最低。根据调查，Φ630mm数控车床加工丝杆的最大直径为70mm。根据经验，并参考切削用量资料，取Vmin=7m/min，则：nmin=7014.3710001000maxmindV=32r/min([2]P35)Ck6163型数控车床主传动系统设计2访问若干个使用Φ630数控车床的使用部门，了解并统计了这些机床的主轴转速如下：加工轴类零件n=400～900r/min加工盘形零件n=150～300r/min机修工作n=80～150r/min车大导程螺纹n=32～63r/min最后综合地分析比较计算和调查所得的结果，对主轴的最高转速，计算结果为1010r/min，调查结果900r/min，根据用户需要并留有发展余地，取所设计机床的主轴最高转速为1000r/min，最低转速为32r/min。1.2.2主轴转速级数的确定1.2.2.1主轴转速数列公比φCK6163数控车床适中、小型通用机床，取φ=1.26([2]P39)1.2.2.2主轴转速的级数Z=　φ1lglgRn=φlglgminmaxnn+1=16126.1lg321000lg([2]P41)1.3动力参数主电动机功率的确定：1.3.1计算法负荷切削规范规范名称加工方法工作条件刀具条件切削用量CK6163数控车床最大扭矩试验车外圆材料45号钢，直径260mm材料YT15前角γ=6°后角α=6°～8°主偏角φ=45°倾角λ=3°刀尖半径r=1mm主轴转速n=125r/min背吃刀量ap=6mm进给量f=0.5mm/rCk6163型数控车床主传动系统设计3切削速度V=min/m102100012526014.31000dn([2]P35)主切削力cF=kgffaFp5005.05200（查表，用硬质合金刀具加工中碳钢料时，F=2002/mmkgf,加工铸铁时F=1802/mmkgf，Pc=kwVFc1061201026006120([2]P43),机床电机功率Pm≥kwPmc28.14~76.1185.0~7.010）([2]P44),其中Fc主切削力，F—单位面积的切削力1.3.2调查研究法参照普通车床CW6163B主电机mP=11kw，考虑数控车床加工特点和生产实际情况，故选用CK6163数控车床主电机功率为mP=13kw。Ck6163型数控车床主传动系统设计4第2章运动设计2.1设计原则①在满足一定转速范围、技术条件下，传动链尽可能短和简单；②传动平稳、振动小、噪声低、效率高；③功率和扭矩满足使用要求；④适应主轴精度和刚度要求；⑤操作方便、轻巧、结构简单、工艺性好；⑥必须考虑制动装置；⑦必须考虑良好的润滑。2.2传动方式根据设计原则，考虑数控车床的加工特点，本机传动方式采取分离传动，即把主轴组件与变速传动部分两者分开形成一个主轴箱和一个变速箱。有如下优点：变速箱工作中产生的振动和热量不直接传给主轴，因而减少了主轴的振动和热变形，提高了加工精度。主轴箱内齿轮可大为减少，故主轴箱的振动、噪声和热量都减少了。高速时可由皮带传动直接带动主轴旋转，缩短传动链，从而运动平稳，精度、效率均提高；低速时，经背轮机构传动主轴，可获得较大的扭矩，以满足粗加工的需要。缺点是多增加了箱体，使加工和装配工时增加。因而，提高了制造成本。2.3变速形式采用滑移齿轮有级变速传动方式，其优点是齿轮传动结构可靠，工艺成熟，变速方便。缺点是噪声较大，高速时更为严重。2.4确定主传动系统方案及运动设计计算，并绘制转速图2.4.1主传动采用分离传动即分为变速箱和主轴箱两部分。主轴箱在上，变速箱在下。下面的变速箱有2×2=4级变速，作为第一扩大组和基本组。上面的主轴箱采用了背轮机构和Ck6163型数控车床主传动系统设计5增加变速组的传动系统。变速箱与主轴箱之间用皮带传动。若接合主轴内齿轮离器，可直接传动主轴，得到4级高速；若经背轮机构，可得到4级低速，它的结构式为8=Z2×Z1×Z4，背轮机构作为第二扩大组，其得8级转速。如前计算，主轴转速为16级，故采用增加一个变速组传动系统来扩大变速范围和变速级数。本题采用增加一个变速组的传动系统，传动数为2，作为最后一个扩大组，则其结构式为Z=16=2Z×1Z×4Z×8Z。最后扩大组的变速范围3.626.188122221-pppp33210　φφφ）（）（r，108max～r，故rrmax,即r没有超过最大变速范围，是允许的。2.4.2确定是否增加降速传动CK6163数控车床总降速比i=321100032。若每一个变速组的最小降速比均取41，则四个变速组总的降速比可达到41×41×41×41=1281，故无需增加降速传动。但是为使中间两个变速组做到降速度慢。减小变速箱和主轴箱的径向尺寸。分别在变速箱和主轴箱前增加一对降速传动——带轮传动，其降速比分别为：变速箱为180/130；主轴箱：304/190(1.5=2φ=1.262)。在主轴之前增加一对降速传动—齿轮传动，其传动比为3060=2（φ3326.1），进一步提高主轴传动平稳性和加工精度。2.4.3分配降速比前面已确定：16=Z3×1Z×4Z×Z8共需四个变速组。增加：电动机—变速箱变速箱—主轴箱主轴前共三个降速比它们分别是：主轴箱及变速箱电动机→第一扩大组→基本组为四根轴，即电—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ变速箱—主轴箱：Ⅲ→Ⅳ一根轴主轴箱：背轮机构第二扩大组Ⅳ—Ⅴ—ⅦCk6163型数控车床主传动系统设计6新增变速组第三扩大组Ⅳ—Ⅴ—Ⅵ—Ⅶ，共三根轴Ⅳ—Ⅵ—Ⅶ主轴前定比传动：Ⅶ—Ⅷ一根轴总共九根传动轴2.4.4绘制转速图1）画出竖直相等的线，分别代表电、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ九根轴，画十六根距离相等的水平线代表16级转速，这样形成了转速图格线。2）在主轴轴标出16级转速（查标准数列表，得如下数值：32，40，50，63，80，100，125，200，250，315，400，500，630，800，1000）3）在最低转速用H点表示，在最高转速轴用B表示，在轴向上两格（φ2=1.262），在电机轴上用A点代表电动级转速n0=1450r/min。B、H两点连线相距约15格，即代表总降速比i总=151φ。4）主轴箱a、定比降速：从H点向上3格在轴Ⅶ得G点（φ3326.1），b、变速组：Ⅳ―Ⅴ―ⅦⅣ―Ⅴ―Ⅵ―Ⅶ（第二扩大组，背轮机构），b1、低速组：变速组的降速比的1/4，故从轴G点向上4格。得轴F点；变速组的降速比取1/4，Ⅵ轴向上4格得Ⅴ轴E点（Ⅳ轴E'点）。b2、高速组：（直线传动）：从E—E'作一水平线与Ⅶ轴相交于G1点c、变速组（第三扩大组，新增）：P3=2，Z3=8，Ⅳ—ⅥⅦⅦ，从F1点分别向下向4格得G2、G3点。5）变速箱—主轴箱定比降速（1.5=φ2226.1）从轴E点向上两格到轴点。6）变速箱内变速组a:基本组从Ⅲ轴D点向上1格到Ⅱ轴C点，因基本组为I1，即基本组为二对齿轮传动，级比指数为ζ1=1.故从Ⅱ轴C水平作一线得D1点；b:第一扩大组为I2，即二对齿轮传动，级比指数χ1=2.Ck6163型数控车床主传动系统设计7故二对齿轮传动相距2格，从C向上2格得C1点。将以上各点连线，并画出全部传速线，得转速图。2.5变速组内模数相同齿数的确定第一扩大组：i11'1ZZ=φ1=26.11i2=φ　'22ZZ=1.26查表，得Z1=32，Z402Z402，Z'2=32基本组：i3='33ZZ=　φ1=26.11i4'4.4ZZ=1查表得：Z323，40'Z3Z36Z36'44，第二扩大组:背轮机构齿轮离合器直接传动:i5='55ZZ=（'99'88ZZZZ）=1背轮传动:i64'661φZZ=426.11=5.21i7=5.2126.111ZZ44'77φ查得：Z42Z'55，'99'88ZZZZZ246，Z60'6Z247，Z60'7第三扩大组：Ck6163型数控车床主传动系统设计8（新增）i4'1010101φZZ=426.11=5.21i11=φ‘1111ZZ41.265.24查得：Z2410（=Z247）Z’10=60（=Z60'7）Z6011（=Z60'6）Z2411‘（=Z6=24）（Z6与Z'11，Z6与Z11，Z7与Z10，Z'7与Z'10设计成同一齿轮）将各级齿轮齿数标在转速线图上成转速图。CK6163转速图2.6验算主轴各级转速误差2.6.1计算主轴各级实际转速n1=1450×186130×4032×4032×304190×4242×60246024×6030=32.4r/minCk6163型数控车床主传动系统设计9n2=1450×186130×4032×3636×304190×4242×60246024×6030=40.5r/minn3=1450×186130×4032×3240×304190×4242×60246024×6030=50.7r/minn4=1450×186130×3240×3636×304190×4242×60246024×6030=63.5r/minn5=1450×186130×4032×4032×304190×2424×6024×6030=81r/minn6=1450×186130×4032×3636×304190×2424×6024×6030=101.3r/minn7=1450×186130×3240×4032×304190×2424×6024×6030=127.7r/minn8=1450×186130×3240×3636×304190×2424×6024×6030=158.4r/minn9=1450×186130×4032×4032×304190×4242×6030=202.7r/minn10=1450×186130×4032×3636×304190×4242×6030=253.4r/minn11=1450×186130×3240×4032×304190×4242×6030=316.7r/minn12=1450×186130×3240×3636×304190×4242×6030=395.9r/minn13=1450×186130×4032×4032×304190×2460×6030=506.7r/minn14=1450×186130×4032×3636×304190×2460×6030=633.4r/minn15=1450×186130×3240×4032×304190×2460×6030=791.8r/minn16=1450×186130×3240×3636×304190×2460×6030=989.7r/min2.6.2验算主轴各级转速差主轴各级转速相对误差为:△1=理理实nnn-×100%=3232-4.32100%=1.25%△2=理理实nnn-×100%=40405.40100%=1.25△3=理理实