【正文】 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 第一章 緒言 3 第二章 設(shè)計(jì) 方案論證與擬定 4 總體方案 的論證 4 總體方案的擬 定 4 主傳動(dòng)系統(tǒng) 總體方案 圖及傳動(dòng)原理 4 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 7 主運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì) 7 參數(shù)的確定 7 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8 轉(zhuǎn)速圖的擬定 11 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 15 傳動(dòng)件的 設(shè)計(jì) 24 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 43 滾珠絲桿副的選擇 43 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用 48 結(jié) 論 53 參考文獻(xiàn) 55 致 謝 56 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 第一章 緒 言 當(dāng)前的世界已進(jìn)入信息時(shí)代，科技進(jìn)步日新月異。生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機(jī)械加工總量的 80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復(fù)雜化，這是擺在機(jī)床工業(yè)面前的一個(gè)突出問(wèn)題。為了解決復(fù)雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問(wèn)題，一種新型的機(jī)床 —— 數(shù)字控制(Numerical control)機(jī)床的產(chǎn)生也就是必然的了。 此次設(shè)計(jì)是數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，還包 括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 第二章 總體方案論證與擬定 總體方案的論證 數(shù)控車(chē)床是基于數(shù)字控制的，它與普通車(chē)床不同，因此數(shù)控車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 1． 由于大多數(shù)數(shù)控車(chē)床采用了高性能的主軸，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化。 2． 為了適應(yīng)數(shù)控車(chē)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。 3． 更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副等。 CNC 裝置是數(shù)控車(chē)床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ) ，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 總體方案的擬定 1． 根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的條件，主運(yùn)動(dòng)部分 z=18 級(jí)，即傳動(dòng)方案的選擇采用有級(jí)變速最高轉(zhuǎn)速是 2021r/min，最低轉(zhuǎn)速是 40r/min， ?? 。 2． 縱向進(jìn)給是一套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 3． 為了保證進(jìn)給傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 4． 采用滾珠 絲桿螺母副可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。 主傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案圖及傳動(dòng)原理 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 1. 數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)見(jiàn)圖 。整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和縱向進(jìn)給傳動(dòng)鏈組成。 圖 總的傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2. 傳動(dòng)原理 主軸部件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，結(jié)構(gòu)如圖 所示，其工作原理如下： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 交流主軸電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪 15 把運(yùn)動(dòng)傳給主軸 7。主軸有前后 2個(gè)支承。前支承由一個(gè)圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 11 和一對(duì)角接觸球軸承 10組成，軸承 11用來(lái)承 受徑向載荷，兩個(gè)角接觸球軸承一個(gè)大口向外（朝向主軸前端），另一個(gè)大口向里（朝向主軸后端），用來(lái)承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支承軸的間隙用螺母 8來(lái)支撐。螺釘 12用來(lái)防止螺母 8回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 14，軸承間隙由螺母 1 和 6 來(lái)調(diào)整。螺釘 17 和 13 是防止螺母 1和 6 回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜低速大載荷的需要。主 軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)同步帶輪 16和 3以及同步帶 2帶動(dòng)脈沖編碼器 4，使其與主軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘 5固定在主軸箱體 9上。 圖 主軸部件 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 參數(shù)的確定 一 . 了解車(chē)床的基本情況和特點(diǎn) 車(chē)床的規(guī)格系列和類(lèi)型 1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類(lèi)型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車(chē)床是普通型車(chē)床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車(chē)床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說(shuō)明了。 （規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（ GB158279， JB/Z14379）： 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D（ mm）是 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 大于或等于 200；主軸通孔直徑 d 要大于或等于 36；主軸頭號(hào)（ JB252179）是 6；最大工件長(zhǎng)度 L是 750～ 2021；主軸轉(zhuǎn)速范圍是： 32～ 1600；級(jí)數(shù)范圍是： 18；縱向進(jìn)給量 mm/～ ；主電機(jī)功率（ kw）是 ～ 10。 二 . 參數(shù)確定的步驟和方法 1. 極限切削速度 umax﹑ umin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類(lèi) ﹑工藝要求 刀具和工 件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下： 取 umax=300m/min； umin=30m/min。 2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算車(chē)床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?～ ） D 和（ ～ ） D。由于 D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) nmax= max1000( ~ )u D?r/min ???????????? =2021r/min ； nmin= min1000( ~ )u D?r/min ??????????? =40r/min ； 由于轉(zhuǎn)速范圍 R = maxminnn = 2021 /min40 /minrr ??????????? = 50 ； 因?yàn)榧?jí)數(shù) Z已知： Z=18 級(jí) 。 現(xiàn)以Φ = 和Φ = 代入 R= 1z?Ф 得 R=50 和 355 ，因此取Φ = 更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ= 的從 1～ 10000 的數(shù)值，因Φ == ，從表中找到 nmax=2021r/min，就可以每隔 3 個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得： 2021， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500，400， 315， 250， 200， 160， 125， 100， 80， 63， 50， 40。 3. 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) z和公比 ￠ 已知 : maxminnn =Rn Rn= z1Ф 且： z= a b 2x 3 18= 1 2 93 x 3 x 2 4. 主電機(jī)功率 — 動(dòng)力參數(shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率 N，使用的功率實(shí) 際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類(lèi)、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 根據(jù)此方法，中型車(chē)床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)表中推薦的數(shù)值： 取 P= 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 一 . 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式 、 結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十 分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目： 級(jí)數(shù)為 Z 的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有 Z ZZ3?個(gè)傳動(dòng)副。即 Z=Z1 Z2 Z3 ???????????? 傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2或 3為合適，即變速級(jí)數(shù) Z應(yīng)為 2和 3的因子 : Z=23abx ???????????? 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在 此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（ 3+3+2） +2x2+1=21 個(gè) 軸向尺寸 19b 傳動(dòng)軸數(shù)目 6根 操縱機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單，兩個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，一個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪 二 . 組傳動(dòng)順序的安排 18 級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成： 3x3x2， 2x3x3，或 3x2x3 選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu) 、 裝置和性能。在Ⅰ軸上摩擦離合器時(shí) ，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以 2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的 2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 主軸對(duì)加工精度 、 表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用 2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。 三 . 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對(duì)于 18 級(jí)的傳動(dòng)可以有三種方案，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該不只有這三個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是：