【正文】 A6140車床主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 摘 要 :CA6140 臥室車床屬于通用的中型機(jī)床，其主要組成部分可概括為“三箱刀架尾座床身” 。 此畢業(yè)設(shè)計(jì)是對 CA6140 車床主軸箱的傳動系統(tǒng)及仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括： 主傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 、 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)傳動設(shè)計(jì) 、動力計(jì)算。主傳動系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)包括 主傳動形式選擇 、主軸電機(jī)選擇及功率計(jì)算； 機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)傳動設(shè)計(jì) :擬定主傳動參數(shù)、結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，主傳動的轉(zhuǎn) 向 與制動方式，畫出主運(yùn)動的傳動系統(tǒng)圖 ；動力計(jì)算，其中包括確定齒輪模數(shù)，軸的尺、 軸承的形式和型號， 以及其他有關(guān)的計(jì)算。 我 運(yùn)用CAD 完成了主軸箱的二維總裝配圖和幾個(gè)軸上零件的裝配圖，運(yùn)用 ProE軟件完成零件設(shè)計(jì) (軸、齒輪、箱體、軸承等并進(jìn)行 了 虛擬裝配和 仿真，保存了仿真的視頻格式 并且在 界面中讓它運(yùn)行起來 。 關(guān)鍵詞 ： CA6140 機(jī)床 。主軸箱 。零 件 傳動 Design and Simulation of CA6140 lathe main spindle box drive system Abstract： CA6140 lathe is a versatile mediumsized bedrooms machine, the main ponents can be summarized as threebox turret tailstock bed. This graduation project is a drive system and simulation CA6140 lathe headstock design, the design includes: overall design of the main drive system, the spindle box design transmission design, dynamic calculation. The overall design of main drive system includes a main form of transmission choice, selection and spindle motor power calculation。 spindle box design transmission design: Preparation of the main transmission parameters, work structure, speed diagram, determine the diameter of the pulley and gear, main drive and steering system dynamic way, to draw the main motion drive system diagram。 dynamic calculation, including the identification of the gear module, feet, bearing forms and models, as well as other relevant calculation axis. I use CAD finished headstock assembly drawing twodimensional assembly drawing and parts of several axes, the use of ProE design software to plete parts (shafts, gears, box, bearings and virtual assembly simulation and save simulation video formats and let the interface up and running. Keywords: CA6140 machine。 headstock。 transmission parts 緒論 1 簡介主題 金屬切削機(jī)床國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 金屬切削機(jī)床是采用切削工具，去除工件上多余的金屬它是制造機(jī)器的機(jī)器，通常稱 之為“機(jī)床”。 金屬切削機(jī)床是人類在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，生產(chǎn)的不斷改進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造而發(fā)展起來的。最早的機(jī)床它是依靠雙手工作。最早的加工對象是木料。后來慢慢地加工別的種類的東西，出現(xiàn)了依賴人的體力勞動，使工件往復(fù)轉(zhuǎn)動的原始機(jī)床。當(dāng)金屬成為新的加工對象時(shí)，鉆孔和車床得都需要增加動力，水力，風(fēng)力和畜力的驅(qū)動機(jī)成為當(dāng)時(shí)的主流。 18 世紀(jì)，出現(xiàn)了蒸汽機(jī)，它可以為提供能量，從而使生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了革命性的變化。近年來，隨著一些先進(jìn)技術(shù)的開發(fā)并應(yīng)用于機(jī)床，機(jī)床發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。高效率高速高精度，柔性自動化智能化已 經(jīng)成為當(dāng)代機(jī)床的發(fā)展趨勢，更好的造福于人類和社會發(fā)展。 近年來，機(jī)器的發(fā)展的主流是數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床，需要很少的人工操作，主要是靠編輯好的數(shù)控程序，來完成機(jī)械零件的加工。因此，機(jī)床的柔性自動化系統(tǒng)大大增加了。數(shù)控機(jī)床的柔性化，使得機(jī)床的生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)的廢品量下降，已經(jīng)從小批量生產(chǎn)進(jìn)入大批量的生產(chǎn)的量。當(dāng)然，修改方便，輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級換代，也是數(shù)控機(jī)床成為大批量機(jī)械加工的一個(gè)重要原因 [4]。 國內(nèi)機(jī)床行業(yè)與國外差距 中國機(jī)床當(dāng)前已經(jīng)取得了很大成績，但與世界先進(jìn)水平相比，還有較大的差異。主要差別 在：精確度、穩(wěn)定性、可靠性等；機(jī)床的復(fù)合性能差距較大，目前市場上的五軸聯(lián)動加工中心多用于航天航空核電等，數(shù)控系統(tǒng)的差距，數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心；其他關(guān)鍵配套件差距。 在技 術(shù)水平方面有很明顯的性能差距， 在高端數(shù)控機(jī)床的落后最主要還是在主要功能零部件上的技術(shù)落后，一臺機(jī)床上最主要的組成部分是什么 —— 絲杠、導(dǎo)軌、伺服電機(jī)、力矩電機(jī)、電主軸、編碼器，這些主要功能部件大部 分 我們還不能支持使用國產(chǎn)的。 機(jī)械零部件是一方面，但是要完全靠機(jī)械部分來提高整體精度和可要性，那么要求越高成本可能要成倍增加，所以要靠控制部分 — — 數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)精確控制，我們在高檔數(shù)控系統(tǒng)及伺服驅(qū)動控制方面的落后也會直接制約高端機(jī)床的發(fā)展 【 7,8】。 CA6140 機(jī)器的說明 CA614 車床可進(jìn)行各種工作，加工公制，英制，模數(shù)和徑節(jié)螺紋。 三個(gè)主軸支撐的滾動軸承 。進(jìn)料系統(tǒng)常見的是雙軸滑移齒輪機(jī)構(gòu)，用十字手柄操作縱向和橫向的進(jìn)給，具有快速電機(jī)。機(jī)器剛性強(qiáng)，功率大，操作方便。 主要技術(shù)參數(shù)如下： 工件最大回轉(zhuǎn)直徑 Dmax(mm) 最高轉(zhuǎn)速 nmax( minr ) 最低轉(zhuǎn)速 minn ( minr ) 電機(jī)功率 P（ kW） 公 比 Φ 轉(zhuǎn)速級數(shù) Z 400 1400 10 11 24 CA6140 主軸箱 主軸箱的功用 主軸箱功能是支撐主軸和推動其旋轉(zhuǎn)，并使其啟動，停止和轉(zhuǎn)動方向的其他功能【 7,8】。 主軸箱組成及特點(diǎn) （ 1）制動器及操縱機(jī)構(gòu) 制動裝置的功用是在車床停機(jī)過程中，克服主軸箱內(nèi)各運(yùn)動件的旋轉(zhuǎn)慣性，使主軸迅速停止轉(zhuǎn)動，以縮短輔助時(shí)間。 （ 2）主軸部件 主軸是車床的關(guān)鍵部分，在 工作時(shí)承受很大的切削抗力。工件的精度和表面粗糙度，在很大程度上決定于主軸部件的剛度和回轉(zhuǎn)精度。 （ 3）卸荷帶輪裝置 卸荷帶輪裝置是帶輪傳動中產(chǎn)生的拉力，通過軸承、法蘭盤傳給主軸箱的結(jié)構(gòu)。 （ 4）摩擦離合器 主軸箱內(nèi)的雙向機(jī)械多片式摩擦離合器，它具有左、右兩組由若干內(nèi)、外摩擦片交疊組成的摩擦片組。 （ 5）主軸變速操縱機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要用來控制箱內(nèi)一根軸上的雙聯(lián)滑移齒輪和另一根軸上的三聯(lián)滑移齒輪。 （ 6）主軸箱中各傳動件的潤滑 主軸箱的潤滑是由專門的潤滑系統(tǒng)提供的。CA6140 型車床主軸箱潤滑的特點(diǎn)是箱體 外循環(huán)。油液將主軸箱中摩擦所產(chǎn)生的熱量帶至箱體外的油箱中，冷卻后再流入箱體，因此就可以減少主軸箱的熱變形，以提高機(jī)床的加工精度 [1115]。 選題依據(jù) 通過四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，我對機(jī)械專業(yè)的知識有了不少的了解。故此在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí)選擇了 CA6140 車床主軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真這個(gè)題目，該設(shè)計(jì)包括機(jī)床結(jié)構(gòu)和機(jī)床設(shè)計(jì)方面內(nèi)容，讓我能夠把大學(xué)所學(xué)的知識系統(tǒng)地運(yùn)用起來。雖然自己沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過機(jī)床設(shè)計(jì)方面的課程，但我對該設(shè)計(jì)的仿真那一方面很感興趣，我相信通過自己查找文獻(xiàn)資料和動手操作，一定能夠做好該畢業(yè)設(shè) 計(jì)，并且擴(kuò)大我的知識面。 本設(shè)計(jì)的意義和應(yīng)用價(jià)值 CA6140 型普通車床目前在實(shí)際加工中有著廣泛的應(yīng)用，其有較好的生產(chǎn)率和一定的使用性能，通過對機(jī)床主軸箱傳動系統(tǒng)的了解，有利于我們正確的認(rèn)識和操作機(jī)床，正確的使用機(jī)床參數(shù)，以及舉一反三，通過對 c6140 機(jī)床的了解，有利于我們剛好的了解同一類車床的組成及操作 ,我認(rèn)為選擇該課題意義匪淺。 研究內(nèi)容及方法 研究內(nèi)容 根據(jù)任務(wù)書給定的設(shè)計(jì)參數(shù)確定傳動方案、傳動系統(tǒng)圖，確定各傳動齒輪的參數(shù)，傳動比等，同時(shí)要考慮到傳動效率等問題。另還 要對主要零件進(jìn)行計(jì)算、研究，對主軸剛度、強(qiáng)度等進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。 研究方法 （ 1）確定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖 根 據(jù) CA6140 車床主軸箱結(jié)構(gòu)及給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定主軸箱的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速圖，最終確定系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu) 、傳動系統(tǒng)圖。 （ 2）進(jìn)行主軸箱內(nèi)各結(jié)構(gòu)計(jì)算及校核 ,完成主軸箱箱體和各傳動軸軸上的零件 計(jì)算及校核。 2 傳動方案及 傳動系統(tǒng) 圖的擬定 （ 1）確定極限轉(zhuǎn)速 已知主軸的最低轉(zhuǎn)速 10minn ? mm/s，最高轉(zhuǎn)速 max 1400n ? mm/s，轉(zhuǎn)速調(diào) 整 范圍為 m ax m in/ 14nR n n?? 21 （ 2）確定公比 選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為φ＝ （ 3）求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z l g / l g 1 l g 1 4 / l g 1 . 1 2 1 2 4nZR ?? ? ? ? ? 22 （ 4）確定結(jié)構(gòu)式 24 2 3 2 2? ? ? ? （ 5）繪制轉(zhuǎn)速圖 電動機(jī)的選擇 一般車床若無特殊要求，多采用 Y系列封閉式三相異步電動機(jī)，根據(jù)原則條件選擇 Y132M4型 Y系列籠式三相異步電動機(jī)。再結(jié)合講師所給 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計(jì)任務(wù)書可選擇電動機(jī)參數(shù)如下： 功率： Kw 滿載轉(zhuǎn)速： 1450 r/min 傳動路線及轉(zhuǎn)速圖的擬定 （ 1）分配總降速傳動比 總降速傳動比為 3m i n / 1 0 / 1 4 5 0 6 .6 7 1 0ndU n n ?? ? ? ?, minn 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。 （ 2）確定傳動軸的軸數(shù) 傳動軸數(shù)＝變速組數(shù) +定比傳動副數(shù) +1=6 23 （ 3）繪制轉(zhuǎn)速圖 先按傳動軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距 lgφ畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動機(jī)轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動間畫上 ( 1) minU k k?? 。再按結(jié)構(gòu)式的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從 而確定了各傳動副的傳動比。本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的公比近為φ =，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊的公比推薦值，最后取φ =，于是擬訂出轉(zhuǎn)速圖如圖 所示。 （ 4）確定系統(tǒng)傳動方案圖 主軸箱系統(tǒng)傳動方案圖如圖 所示。 （ 5）傳動路線的擬定 （ a） 主傳動系統(tǒng)傳動路線 運(yùn)動由電動機(jī)經(jīng) V 帶傳至主軸箱中的軸 I，軸 I 上裝有雙向多片式摩擦離合器 1M ，它的作用是使主軸正傳、反轉(zhuǎn)或停止。當(dāng)壓緊 1M 左部摩擦片時(shí)，軸 的運(yùn)動經(jīng) 1M 及相應(yīng)的齒輪副傳給軸 II，這時(shí)主軸正轉(zhuǎn)。當(dāng)壓緊 1M 右部摩擦片時(shí)，軸 I 的運(yùn)動經(jīng) 1M 及相應(yīng)的齒輪副傳給軸 VII，再傳到軸 II，這時(shí)由于增加了一次外嚙合，而使主軸反轉(zhuǎn)。 當(dāng) 1M 處于中間位置時(shí)，主軸停止。軸 II 運(yùn)動通過齒輪傳至軸 III。再由軸 III 不同的齒輪副傳至主軸 VI。主軸傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表達(dá)式如下： 123956 20 20264138 80 8013 0 2251 50 51 5823 0 5843 50 503050 34 635034 30 50M I V V MI I I I I IM V I I M??? 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