【正文】 率轉(zhuǎn)速范圍一般只有 24，而恒轉(zhuǎn)矩范圍則達(dá) 100以上；許多大、中型機床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。這種傳動的特點是主軸轉(zhuǎn)速的變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。 與普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動采用交、直主軸調(diào)速電動機，電動機調(diào)速范圍大，并可無級調(diào)速，使主軸結(jié)構(gòu)大為簡化 。 結(jié)構(gòu)如下圖所示： 緒論 4 a)后斜床身 斜滑板 b)直立床身 直立滑板 c)平床身 平滑板 d)前斜床身 平滑板 e)平床身 斜滑板 3）主軸傳動系統(tǒng) 機床主傳動系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。 2)導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。平床身工藝性好，易于加工制造。 但數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低水平，即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢：一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國內(nèi)機床產(chǎn)品充斥市場，嚴(yán)重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。 （ 2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。目前，數(shù)控 系統(tǒng)正處于第六代――基于 PC（ PC－ BASED）。 在這樣一種背景下，我的課題選擇為設(shè)計一臺數(shù)控車床 ——CK20，用于對轉(zhuǎn)體零件的圓柱面、圓弧面、圓錐面、端面、切槽、及各種公、英制 螺紋等進(jìn)行批量、高效、高精度的自動加工，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量和降低工人勞動強度。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。機床的數(shù)控化率僅為 6％。 本設(shè)計 的不足之處由于受到傳遞轉(zhuǎn)矩的限制而無法采用電磁離合器進(jìn)行變速換擋，而采用了液壓撥叉進(jìn)行變速換擋，增加了機床的復(fù)雜性，必須將數(shù)控裝置的電信號轉(zhuǎn)換為電磁閥的機械動作，從而增加了變速機構(gòu)的中間 環(huán)節(jié)，相應(yīng)地帶來更多不可靠的因素。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度，以滿足加工切削要求。與其他種類的機床相比，車床在生產(chǎn)中使用最廣。 本論文首先 介紹了我國數(shù)控機床發(fā)展的過程與現(xiàn)狀 ,并分析了其存在的問題 。 目前，數(shù)控車床的發(fā)展趨勢是通過電氣與機械裝置進(jìn)行無級變速。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床 ，無級調(diào)速，傳動系統(tǒng) ，變速機構(gòu) Abstract II Abstract NC lathe can do boring, facing, drilling and Reaming in addition to use of lathes in the production than the other types of machine tools and more. And pared to other types of machine tools, lathes in the production is the most widely used. In this design ,the development and current situation of NC machine in China was introduced and a series of problems were presented .The development trend to NC lathe was countermeasures was presented for the development of NC machine in China and then the headstock of ck6140NC lathe has been calculatly designed . Headstocks is posed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears. The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the processing requirements of cutting. At present, the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices . Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears. The speed range of Variable Frequency Motor is usually 35 , which is difficult to meet the speed range requirements of the spindle speed。這些機床中 ,役齡 10 年以上的占 60％以上； 10 年以下的機床中，自動 /半自動機床不到 20％， FMC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占 60％以上）。 而相對于傳統(tǒng)機床，數(shù)控機床有以下明顯的優(yōu)越性： 可以加工 出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 由于以上優(yōu)越性，數(shù)控機床所占的比例逐漸增大。通過本次設(shè)計培養(yǎng)綜合運用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，解決工程實際問題的能力，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能及能力得到訓(xùn)練和提高。 未來數(shù)控系統(tǒng)將呈以下發(fā)展趨勢： 繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。 （ 3）引入故障診斷專家系統(tǒng) （ 4）引入動裝置智能化數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng) 可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品質(zhì)量上和促銷手段上等的原因外，一個最主要的原因就是新產(chǎn)品（包括基型、變型和專用機床）的開發(fā)周期長，不能及 時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。由于刀架水平放置，對提高刀架的運動精度有好處，但排屑困難；刀架橫滑板較長，加大了機床的寬度尺寸，影響外觀。 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。 滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)很接近，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。分級變速傳動是在一定范圍能均勻的、離散地分布著有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速，主要用于普通機床。為了適應(yīng)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。但因主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定主軸電機的性能，因而這種變速傳動的應(yīng)用受到一定限制。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(diào)速電動機的恒功率范圍遠(yuǎn)小于主軸要求的恒功率變速范圍。 ⑷ 用兩個電機分別驅(qū)動主軸 上述兩種方式的混合傳動，高速時帶輪直接驅(qū)動主軸，低速時另一個電機通過齒輪減速后驅(qū)動主軸 4）刀架系統(tǒng) 按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架對刀具的數(shù)目有一定的限制，當(dāng)需要數(shù)量較多的刀具時，應(yīng)采用帶刀庫的自動換刀裝置。 數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。另一方面，電主軸和直線電機的成功應(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。 5）智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化 [5]。 第三步，初步確定總體設(shè)計方案： 軟件方面 綜合考慮功能、價格、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便等因素，以及數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能是否與 CK6140 的性能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。根據(jù)切削力大小及機床的變速要求，初步確定主電機型。 第二章詳細(xì)論述主軸系統(tǒng) 方案的制定 。 論文最后是本次畢業(yè)設(shè)計的心得和參考文獻(xiàn)。傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠。 總體設(shè)計 擬定傳動方 案 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 ,主軸必須通過自動變速，以維持切削速度基本恒定。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(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。但變速時必須主軸停車后才能進(jìn)行，另外，它增加了數(shù)控機床的復(fù)雜性，而且必須 將數(shù)控裝置送來的電信號轉(zhuǎn)換成電磁閥的機械動作，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)，帶來了更多的不可靠因素。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式。 (3)根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，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，選擇電動機的結(jié)構(gòu) 型式。 電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 由于不同的機床要求不同的主軸輸出性能 (旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動態(tài)剛度，振動抑制等 )，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實際使用需要是緊密相關(guān)的。 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 9 表 主軸驅(qū)動系統(tǒng)的 理想 性能 項目 內(nèi)容 高性能 低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩 寬恒功率范圍 ,并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩 高旋轉(zhuǎn)精度 高動態(tài)響應(yīng) 高加減速 ,起制動能力 具有強魯棒性 ,能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化 高效率 ,低噪聲 低價格 低購買價格 ,低維護價格 ,低服務(wù)價格 通用要求 耐用性 ,可維護性 ,安全可靠性 感應(yīng)電機交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)是當(dāng)前商用 主軸驅(qū)動系統(tǒng)的主流，其功率范圍從零點幾個kW 到上百 kW，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機床上。決定電動機功率時要考慮電動機的發(fā)熱、過載能力和起動能力三方面因素，但一般情況下電動機容量主要由運行發(fā)熱條件而定。所以本電機的電壓可選為380V。要綜合考慮電機性能、價格、車床性能要求等因素來選擇。 VFNC系列變頻主軸電機的特點： 1. 雙功率設(shè)計，應(yīng)對短時重載切削。 電機參數(shù)如下表所示： 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 11 表 電機參數(shù) 型號 S1100%連續(xù)額定 S650% ED 轉(zhuǎn)動慣量 2GD （ 錯誤 !未找到引用源。 各軸計算轉(zhuǎn)速 m i n/ 2 7nnm i n/r1 7 8nn/ m i 2 7　nnm i n/ 6 9nnm i n/r1 0 0 0nnⅡⅢⅡⅢⅠⅡ0Ⅰj0??????????12 . 421 () 各軸輸入功率 2ⅡⅢ2ⅠⅡ0Ⅰed0????????????? () 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 9550np9550T1789550np9550T9550np9550T9550np9550T10009550np 9550T2ⅢⅢ2Ⅲ1ⅢⅢ1ⅢⅡⅡⅡⅠⅠⅠ000????????????????????????? () 將以上計算結(jié)果整理后列于表 ，供以后計算選擇，供 Fz 以后計算使用： 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 13 表 各軸傳動參數(shù) 參數(shù) 軸 0 軸（電機軸） I 軸 (傳動軸） II 軸（中間傳動軸） III 軸（主軸 ) 計算轉(zhuǎn)（ minr ） 1000 427． 3 178/ 輸入功率（ Kw） 轉(zhuǎn)矩（ Nm? ） 153 349/ 傳動比 ? ? 1 43 ?? 轉(zhuǎn)速圖 由電機的轉(zhuǎn)速范圍