【正文】 ，主要用于普通的機床。無級變速形式則可以在一定范圍內連續(xù)改變轉速，從而得到滿足加工要求的最佳轉速，并且能在運轉中變速，便于自動變速。最重要的是數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)通常采用無級變速。與其他普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動采用交、直流調速電動機，電動機調速范圍大，并可一實現(xiàn)無級調速，使主軸結構大為簡化。為了適應不同的加工需求數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)有以下三種方式。1) 電動機直接驅動 電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或著是采用內裝式主軸電動機驅動。采用直接驅動可以很大程度上簡化主軸箱結構，能有效地提高主軸剛度。這種傳動的特點是主要在主軸轉速的變化、輸出轉矩與主軸的特性完全一致。但由于主軸的功率和轉矩特性決定電機性能的原因，從而這種變速傳動的方式受到一定限制。2) 采用定比傳動 電動機經定比傳動給主軸。定比傳動是通過用帶傳動或齒輪傳動，這兩種傳動方式在一定程度上能滿足主軸功率和轉矩的要求，但其變速范圍仍和電動機的調速范圍相同。當前，交流、直流電動機的恒功率轉速范圍一般只有24，而恒轉矩范圍則達 100 以上；而許多大、中型機床的主軸要求有更寬的恒功率轉速范圍。很明顯，這種情況下主軸電動機的功率特性和機床主軸的要求不匹配:調ＸＸ大學畢業(yè)設計 1 速電動機的恒功率范圍遠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機的功率特性和機床主軸功率特性不匹配的問題。變速多采用齒輪副來實現(xiàn)，電動機的無級變速配合變速機構來保證主軸的功率、轉矩要求，進而滿足各種切削運動的轉矩輸出，特別是保證低速時的轉矩以及擴大恒功率的調速范圍。4) 用兩個電機分別驅動主軸 此方式是上述兩種方式的混合傳動，高速時帶輪直接驅動主軸，低速時另一個電機則通過齒輪減速后驅動主軸。 發(fā)展趨勢1) 高速、高精密化當前數(shù)控機床正向高速切削、干切削和準干切削等多方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功應用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導程空心內冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導軌副等機床功能部件的面市，也為機床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。2) 高可靠性3) 數(shù)控車床設計簡單 CAD 化、結構設計易于模塊化應用 CAD 技術來替代人工完成繁瑣的繪圖工作，選擇設計方案和動態(tài)特性分析、計算、預測及優(yōu)化設計，以及對整機各工作部件進行動態(tài)模擬仿真。這樣很大程度上提高了工作效率，提高設計的成功率，縮短試制周期，降低了設計成本，提高市場競爭能力。4) 功能復合化擴大機床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用多功能，即一臺數(shù)控車床可以實現(xiàn)多種銑削加工方式。5) 智能化、網絡化、柔性化和集成化。 選題目的及意義當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，來提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外，世界上各工業(yè)發(fā)達國家還把數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術，提高企業(yè)生產效率和產品質量，同時降低工人勞動強度，已成為世界各發(fā)達國家加快經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。在這一背景下，對于即將畢業(yè)走向社會的我們來講，通過選擇對數(shù)控車床的畢業(yè)設計則有如下目的及意義：ＸＸ大學畢業(yè)設計 2 1) 通過設計電磁離合器變速式數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)，了解變速式數(shù)控車床的工作原理、掌握變速式數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設計過程和方法，提高對變速式數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)結構的設計能力。2) 通過運用所學知識及查閱相關資料，提高獨立思考和解決問題的能力。3) 通過對變速式數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設計，優(yōu)化主傳動系統(tǒng)、改造數(shù)控系統(tǒng)，對數(shù)控技術的廣泛應用和推廣數(shù)控機床的改造有著深遠意義。4) 在這樣一種背景下，通過本次設計培養(yǎng)綜合運用基礎知識和專業(yè)知識的能力，解決工程實際問題，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻閱讀、編碼器選擇、電機選擇、使用機械設計手冊等基本技能及能力得到訓練和提高。我選擇的課題是設計CK6140 數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)，用于加工復雜軸、盤類的零件，以提高生產效率和產品質量，降低工人勞動強度此外，力求完成課題之余，熟悉國內外數(shù)控技術及數(shù)控機床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,增強對如何發(fā)展民族數(shù)控機床產業(yè)的感性認識。 設計研究內容要求相關設計要求：1) 數(shù)控車床主軸最高轉速為 4500r/min，最低轉速為 30r/min，計算轉速為150r/min，最大切削功率為 。采用交流變頻主軸電動機，額定轉速為1500r/min，最高轉速為 4500r/min，最低轉速為 310r/min.；2) 設計分級變速傳動系統(tǒng)，用電磁離合器完成數(shù)控車床的調速。3) 數(shù)控車床作為高度自動化的機電一體化設備，其主傳動系統(tǒng)的設計應滿足如下基本要求:① 使用性能要求 首先應滿足機床的運動性能，進而把傳動系統(tǒng)設計的更加合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠。② 傳遞動力要求 主電動機和傳遞結構能夠提供和傳遞足夠的功率和轉矩，具有較高的傳動效率。③ 工作性能要求 主傳動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，還要求主傳動系統(tǒng)結構簡單，便于調整和維修；工藝性好，便于加工和裝配；防護性能好；使用壽命長。ＸＸ大學畢業(yè)設計 3 2 主傳動系統(tǒng)設計 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設計總體方案 主傳動系統(tǒng)傳動方案的確定數(shù)控機床需要自動換刀、自動變速；且在切削不同直徑的階梯軸、曲線螺旋面和端面時，需要切削直徑的變化,主軸就必須通過自動變速，來維持切削速度的基本恒定。這些自動變速即為無級變速，在一定的調速范圍內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。無級調速有機械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機床一般采用由直流或交流調速電動機作為驅動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機床的主運動的調速范圍較大，單靠調速電機無法滿足這么大的調速范圍，另一方面調速電機的功率扭矩特性也難于直接與機床的功率和轉矩要求相匹配。因此，數(shù)控機床主傳動變速系統(tǒng)常常在無級變速電機之后串聯(lián)機械有級變速傳動，以滿足機床要求的調速范圍和轉矩特性。為簡化主軸箱結構，本方案采用三級機械變速機構，運動方案如下圖 所示。圖 主軸變速箱變速傳動示意圖 主傳動系統(tǒng)有級變速自動變換方式的確定ＸＸ大學畢業(yè)設計 4 有級變速的自動變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。電磁離合器是通過應用電磁效應接通或切斷運動的元件，由于它便于實現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產品可供選用，所以它已成為自動裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機床的主傳動中，能簡化變速機構，使機床操作更加方便。通過安裝在各傳動軸上離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動路線，實現(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。液壓變速機構是通過液壓缸、活塞桿帶動撥叉推動滑移齒輪移動來實現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪則必須使用兩個液壓缸（差動油缸）實現(xiàn)三位移動。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實現(xiàn)自動化。但變速時必須主軸停車后才能進行，另外，它增加了數(shù)控機床的復雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來的電信號轉換成電磁閥的機械動作，然后再將壓力油分配到相應的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素。根據(jù)設計要求，本方案選擇濕式電磁離合器來實現(xiàn)主傳動系統(tǒng)有變速的自動變換方式。 計算各軸計算轉速、功率和轉矩1) 主軸調速范圍的確定（本小節(jié)公式除非特別說明，均出自資料[12]）∵數(shù)控車床主軸轉速范圍 30～4500r/min則數(shù)控車床總變速范圍 150minax?Rn（）已知計算轉速 i/r150n?計主軸的恒功率變速范圍 30154max?計nRp（）電機的恒功率變速范圍 80dp由于 RnpRdp，電動機直接驅動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個有級變速箱，以滿足主軸的恒功率調速范圍。取 ，則8f?dp?3lgRZnp?f?對于數(shù)控車床，為了加工端面時能夠滿足恒線速度切削的要求，故取 Z=3，故傳動比分配可取。ＸＸ大學畢業(yè)設計 5 2) 各軸計算轉速的確定 （）min//Ⅰrj??ⅡⅢ ⅡⅢⅡⅠ3)各軸輸入功率 （）Kwp???ⅡⅢ ⅠⅡⅠ4) 各軸輸入轉矩 （）..Ⅰ2Ⅰ11ⅠⅠ0 ??????npTnpT表 各軸的傳動參數(shù)參數(shù) 軸0 軸（電機軸）I 軸(傳動軸）II 軸（主軸)計算轉（ minr）2022 447 150/450輸入功率（Kw） 轉矩（ N?）54 121 ＸＸ大學畢業(yè)設計 6 由電機的轉速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動比,畫出數(shù)控車床的轉速圖,見圖 22。圖 轉速圖 電機的選擇1. 選擇電機應綜合考慮的問題(1)根據(jù)機械的負載特性和生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等要求，選擇電動機類型。(2)根據(jù)電機負載轉矩、轉速變化范圍和啟動頻繁程度等因素，考慮電動機的溫升限制、過載能力額啟動轉矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取 ～。(3)根據(jù)使用場所的環(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措施，選擇電動