【正文】 ，主要用于普通的機(jī)床。無(wú)級(jí)變速形式則可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，從而得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，并且能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。最重要的是數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用無(wú)級(jí)變速。與其他普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動(dòng)采用交、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可一實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。為了適應(yīng)不同的加工需求數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種方式。1) 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)與主軸通過(guò)聯(lián)軸器直接連接，或著是采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用直接驅(qū)動(dòng)可以很大程度上簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，能有效地提高主軸剛度。這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是主要在主軸轉(zhuǎn)速的變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。但由于主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性決定電機(jī)性能的原因，從而這種變速傳動(dòng)的方式受到一定限制。2) 采用定比傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。定比傳動(dòng)是通過(guò)用帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)，這兩種傳動(dòng)方式在一定程度上能滿足主軸功率和轉(zhuǎn)矩的要求，但其變速范圍仍和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍相同。當(dāng)前，交流、直流電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍一般只有24，而恒轉(zhuǎn)矩范圍則達(dá) 100 以上；而許多大、中型機(jī)床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。很明顯，這種情況下主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸的要求不匹配:調(diào)ＸＸ大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 速電動(dòng)機(jī)的恒功率范圍遠(yuǎn)小于主軸要求的恒功率變速范圍。所以這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。3) 采用分檔變速方式 這種變速方式主要是用于解決主軸電動(dòng)機(jī)的功率特性和機(jī)床主軸功率特性不匹配的問(wèn)題。變速多采用齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速配合變速機(jī)構(gòu)來(lái)保證主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，進(jìn)而滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩以及擴(kuò)大恒功率的調(diào)速范圍。4) 用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 此方式是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，高速時(shí)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸，低速時(shí)另一個(gè)電機(jī)則通過(guò)齒輪減速后驅(qū)動(dòng)主軸。 發(fā)展趨勢(shì)1) 高速、高精密化當(dāng)前數(shù)控機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削等多方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。2) 高可靠性3) 數(shù)控車床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 CAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)易于模塊化應(yīng)用 CAD 技術(shù)來(lái)替代人工完成繁瑣的繪圖工作，選擇設(shè)計(jì)方案和動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。這樣很大程度上提高了工作效率，提高設(shè)計(jì)的成功率，縮短試制周期，降低了設(shè)計(jì)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。4) 功能復(fù)合化擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用多功能，即一臺(tái)數(shù)控車床可以實(shí)現(xiàn)多種銑削加工方式。5) 智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化。 選題目的及意義當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，來(lái)提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還把數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。在這一背景下，對(duì)于即將畢業(yè)走向社會(huì)的我們來(lái)講，通過(guò)選擇對(duì)數(shù)控車床的畢業(yè)設(shè)計(jì)則有如下目的及意義：ＸＸ大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1) 通過(guò)設(shè)計(jì)電磁離合器變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)，了解變速式數(shù)控車床的工作原理、掌握變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法，提高對(duì)變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能力。2) 通過(guò)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及查閱相關(guān)資料，提高獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。3) 通過(guò)對(duì)變速式數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化主傳動(dòng)系統(tǒng)、改造數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和推廣數(shù)控機(jī)床的改造有著深遠(yuǎn)意義。4) 在這樣一種背景下，通過(guò)本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的能力，解決工程實(shí)際問(wèn)題，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、編碼器選擇、電機(jī)選擇、使用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。我選擇的課題是設(shè)計(jì)CK6140 數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，用于加工復(fù)雜軸、盤類的零件，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度此外，力求完成課題之余，熟悉國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),增強(qiáng)對(duì)如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識(shí)。 設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容要求相關(guān)設(shè)計(jì)要求：1) 數(shù)控車床主軸最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min，最低轉(zhuǎn)速為 30r/min，計(jì)算轉(zhuǎn)速為150r/min，最大切削功率為 。采用交流變頻主軸電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min，最低轉(zhuǎn)速為 310r/min.；2) 設(shè)計(jì)分級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)，用電磁離合器完成數(shù)控車床的調(diào)速。3) 數(shù)控車床作為高度自動(dòng)化的機(jī)電一體化設(shè)備，其主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求:① 使用性能要求 首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能，進(jìn)而把傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠。② 傳遞動(dòng)力要求 主電動(dòng)機(jī)和傳遞結(jié)構(gòu)能夠提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動(dòng)效率。③ 工作性能要求 主傳動(dòng)中所有零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形性穩(wěn)定。此外，還要求主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)整和維修；工藝性好，便于加工和裝配；防護(hù)性能好；使用壽命長(zhǎng)。ＸＸ大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 主傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、自動(dòng)變速；且在切削不同直徑的階梯軸、曲線螺旋面和端面時(shí)，需要切削直徑的變化,主軸就必須通過(guò)自動(dòng)變速，來(lái)維持切削速度的基本恒定。這些自動(dòng)變速即為無(wú)級(jí)變速，在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，以及提高切削效率。無(wú)級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無(wú)級(jí)變速。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機(jī)無(wú)法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無(wú)級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。為簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案采用三級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方案如下圖 所示。圖 主軸變速箱變速傳動(dòng)示意圖 主傳動(dòng)系統(tǒng)有級(jí)變速自動(dòng)變換方式的確定ＸＸ大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。電磁離合器是通過(guò)應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，所以它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)中，能簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)，使機(jī)床操作更加方便。通過(guò)安裝在各傳動(dòng)軸上離合器的吸合和分離的不同組合來(lái)改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。電磁離合器分類一般為濕式電磁離合器、摩擦片式和牙嵌式等。液壓變速機(jī)構(gòu)是通過(guò)液壓缸、活塞桿帶動(dòng)撥叉推動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個(gè)液壓缸（差動(dòng)油缸）實(shí)現(xiàn)三位移動(dòng)。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但變速時(shí)必須主軸停車后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的機(jī)械動(dòng)作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來(lái)了更多的不可靠因素。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本方案選擇濕式電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)系統(tǒng)有變速的自動(dòng)變換方式。 計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩1) 主軸調(diào)速范圍的確定（本小節(jié)公式除非特別說(shuō)明，均出自資料[12]）∵數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速范圍 30～4500r/min則數(shù)控車床總變速范圍 150minax?Rn（）已知計(jì)算轉(zhuǎn)速 i/r150n?計(jì)主軸的恒功率變速范圍 30154max?計(jì)nRp（）電機(jī)的恒功率變速范圍 80dp由于 RnpRdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。取 ，則8f?dp?3lgRZnp?f?對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)能夠滿足恒線速度切削的要求，故取 Z=3，故傳動(dòng)比分配可取。ＸＸ大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2) 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 （）min//Ⅰrj??ⅡⅢ ⅡⅢⅡⅠ3)各軸輸入功率 （）Kwp???ⅡⅢ ⅠⅡⅠ4) 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 （）..Ⅰ2Ⅰ11ⅠⅠ0 ??????npTnpT表 各軸的傳動(dòng)參數(shù)參數(shù) 軸0 軸（電機(jī)軸）I 軸(傳動(dòng)軸）II 軸（主軸)計(jì)算轉(zhuǎn)（ minr）2022 447 150/450輸入功率（Kw） 轉(zhuǎn)矩（ N?）54 121 ＸＸ大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動(dòng)比,畫出數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速圖,見圖 22。圖 轉(zhuǎn)速圖 電機(jī)的選擇1. 選擇電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題(1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。(2)根據(jù)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等因素，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過(guò)載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 ～。(3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件的不同，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)