【正文】 系統(tǒng)結構設計 4 計算轉速的確定 5 傳動級數(shù)的確定 5電動機的選擇 14 直流主軸驅動系統(tǒng)得特點 14 交流主軸驅動系統(tǒng) 15 16確定齒輪齒數(shù) 17 選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù). 17 17 按齒根彎曲強度設計 19 20 21 皮帶輪的設計計算 23主軸結構設計 25 25 26 27 28總結與體會 29致謝詞 30參考文獻 31一、前言 主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應具有一定的轉速（速度）和一定的變速范圍，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，并能方便的實現(xiàn)運動的開停，變速，換向和制動等。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結構上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，剩去了復雜的齒輪變速機構，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調速的范圍。 與普通機床比較，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特點。（1）、轉速高、功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。（2）、變速范圍寬。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調速范圍，一般Ra100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質量。（3）、主軸變速迅速可靠，數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。（4）、主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。 主傳動系統(tǒng)的設計要求 （1）、主軸具有一定的轉速和足夠的轉速范圍、轉速級數(shù)，能夠實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。 （2）、主電機具有足夠的功率，全部機構和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。 （3）、主傳動的有關結構，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲要小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。 （4）、操作靈活可靠，維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 （5）、結構簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性要求。二、主傳動方案選擇與設計 數(shù)控車床主傳動總體方案選擇 數(shù)控機床的調速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調速系統(tǒng)。為擴大調速范圍，適應低速大轉矩的要求，也經(jīng)常應用齒輪有級調速和電動機無級調速相結合的調速方式。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有四種配置方式，如圖11所示。1 帶有變速齒輪的主傳動 大、中型數(shù)控機床采用這種變速方式。如圖11（a）所示，通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出轉矩，一滿足主軸低速時對輸出轉矩特性的要求。數(shù)控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。2 通過帶傳動的主傳動 如圖11（b）所示，這種傳動主要應用于轉速較高、變速范圍不大的機床。電動機本身的調速能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。它適用于高速、低轉矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。3 用兩個電動機分別驅動主軸 如圖11（c）所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅動主軸旋轉；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅動主軸旋轉，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。4 內裝電動機主軸傳動結構 如圖11（d）所示，這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大 主傳動系統(tǒng)結構設計 機床主傳動系統(tǒng)的結構設計，是將傳動方案“結構化”，向生產(chǎn) 提供主傳動部件裝配圖，零件工作圖及零件明細表等。 在機床初步設計中，考慮主軸變速箱機床上位置，其他部件的相互關系，只是概略給出形狀與尺寸要求，最終還需要根據(jù)箱內各元件的實際結構與布置才確定具體方案，在可能的情況下，設計應盡量減小主軸變速箱的軸向和徑向尺寸，以便節(jié)省材料，減輕質量，滿足使用要求。設計中應注意對于不同情況要區(qū)別對待，如某些立式機床和搖臂鉆床的主軸 箱；要求較小的軸向尺寸而對徑向尺寸要求并不嚴格；但有的機床，如臥式銑鏜床、龍門銑床的主軸箱要沿立柱或橫梁導軌移動，為減少其顛覆力矩，要求縮小徑向尺寸。機床主傳動部件即主軸變速箱的結構設計主要內容包括：主軸組件設計，操縱機構設計，傳動軸組件設計，其他機構（如開停、制動及換向機構等）設計，潤滑與密封裝置設計，箱體及其他零件設計等。 主軸變速箱部件裝配圖包括展開圖、橫向剖視圖、外觀圖及其他必要的局部視圖等。給制展開圖和橫向剖視圖時，要相互照應，交替進行，不應孤立割裂地設計，以免顧此失彼。給制出部件的主要結構裝配草圖之后，需要檢查各元件是否相碰或干涉，再根據(jù)動力計算的結果修改結構，然后細化、完善裝配草圖，并按制圖標準進行加深，最后進行尺寸、配合及零件標注等。 計算轉速的確定主軸的計算轉速在主軸調速范圍中所居的地位，是因為機床種類而已。對于大型機床，由于應用范圍很廣，調速范圍很寬，計算轉速可以取高一些。對于精密機床，鉆床、滾齒機等，由于應用范圍較窄，調速范圍較小，計算轉速應取低些。下表列出了各類機床主軸計算轉速的統(tǒng)計公式。輕型機床的計算轉速可比表中推薦值的高。數(shù)控機床由于考慮切削輕金屬，調速范圍比普通機床寬，計算轉速也可以比表中推薦的高些。但是，目前數(shù)控機床尚未總結出公式，故主軸的計算轉速的計算公式選用表1對本次設計機床定位中型車床，故選用公式其中 為主軸的最低轉速 =40r/min 為主軸的變速范圍 代入公式中 = 數(shù)控機床又與考慮切削輕金屬、調速范圍比普通機床要寬，計算轉速也可以比推薦的高些，故取 傳動級數(shù)的確定（1）主傳動系統(tǒng)的參數(shù)主傳動系統(tǒng)的主要參數(shù)有動力參數(shù)和運動參數(shù)。動力參數(shù)是指主運動驅動電動機的功率，運動參數(shù)指主運動的變速范圍。運動參數(shù)： =2400r/min =40r/min主軸的調速范圍： ===60主軸的計算轉速： =150r/min主軸恒功率變速范圍：（2）主傳動級數(shù)的確定綜合考慮電動機與主軸功率特性的匹配問題（數(shù)控車床主軸要求的恒功率變速范圍遠大于調速電動機的恒功率變速范圍），為了解決這一問題，需要在電動機與主軸之間串聯(lián)一個分擋變速機構，以便擴大其恒功率調速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機輸出功率的要求。主傳動系統(tǒng)的傳動方式采用定比傳動和分擋無級變速相結合的傳動方式。交流調頻主軸電動機經(jīng)帶傳動，傳遞給傳動軸，傳動軸再通過變速機構傳遞給主軸，從而實現(xiàn)主軸的變速。變速機構采用齒輪副來實現(xiàn)，如圖2所示。這樣通過電動機的無級變速，配合變速機構便可確保主軸的功率和轉矩要求。 圖21如圖21所示，車床主軸要求的功率特性和轉矩特性。這兩條特性曲線是以計算轉速為分界，從至最高轉速的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)，在該區(qū)域內，任意轉速下主軸都可以輸出額定的功率，最大轉矩則隨主軸轉速的下降而上升。從最低轉速至的區(qū)域Ⅱ為恒轉矩區(qū)，在該區(qū)域內，最大轉矩不再隨轉速下降而上升，任何轉速下可能提供的轉矩都不能超過計算轉速下的轉矩，這個轉矩就是機床主軸的最大轉矩。在Ⅱ區(qū)域內，主軸可能輸出的最大功率，則隨主軸轉速的下降而下降。如果采用交流調頻電機，F(xiàn)ANUC主軸電機S系列，其額定轉速為1500r/min，最高轉速為6000r/min，恒功率調速范圍/=6000/1500=4。如圖所示是變速電機的功率特性。從額定轉速到最高轉速的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)；從最低轉速到的區(qū)域Ⅱ為恒轉矩區(qū)。很明顯，變速電機的功率特性與車床主軸的要求不匹配：變速電機的恒功率范圍小而主軸要求的范圍大。圖224遠小于主軸要求的=16。因此，雖然交流調頻電機的最低轉速可以低于45r/min，總的調速范圍可以超過主軸要求的=60，但由于恒功率調速范圍不夠，性能不匹配，是不能簡單地使電動機直接拖動主軸的。則應在電動機與主軸之間串聯(lián)一個分級變速箱，來實現(xiàn)主軸與電機的恒功率匹配。在設計數(shù)控車床傳動時，必須考慮電動機與主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范圍 遠大于電動機的恒功率變速范圍 ，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴大其恒功率調速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機的輸出功率的要求。 在設計分級變速箱時，考慮機床結構復雜程度、運轉平穩(wěn)性要求等因素，變速箱公比的選取有下列三種情況。 ① 取變速箱的公比 等于電動機的恒功率調速范圍 ，即=，功率特性圖示連續(xù)的、無缺口和無重合。如變速箱的變速級