【正文】 VFNC系列變頻主軸電機的特點： 1. 雙功率設計，應對短時重載切削。由于只有一根中間 傳動軸，傳動鏈較短，因此變速級數(shù)較少，故對電動機恒功率變速范圍以及整個變速范圍要求較高。要綜合考慮電機性能、價格、車床性能要求等因素來選擇。一般而言，轉(zhuǎn)速高的電動機，其尺寸和重量小，價格較低，但會使傳動裝置的總傳動比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。所以本電機的電壓可選為380V。但對于載荷不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運轉(zhuǎn)的電動機（如本課題中的電動 機），只要其所需輸出功率不超過其額定功率，工作時就不會過熱，可不進行發(fā)熱計算，本設計中電機容量按以下步驟確定： （ 1）確定電機輸出動率 Pd（ ） () 傳動裝置的 總效率 1 2 1 3? ????? 其中， 1? ― V 帶輪傳動效率，由資料 [10]，表 2－ 4 查得 1? ＝ ； () 2? ―滾動軸承效率，由資料 [10]，表 2－ 4 查得 2? ＝ ； 3? ―圓柱齒輪傳動效率，由資料 [10]，表 2－ 4 查得 3? ＝ ； 由此， 33621 ???? ? = 故， d ?? 主傳動系統(tǒng)的設計 10 （ 3）選擇電動機額定功率edP 如前所述，電動機功率應留有余量，負荷率一般取 ～ ，所以電動機額定功率選取為 。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。 VFNC 系列是高速、高精、高效的伺服系統(tǒng)，可實現(xiàn)機床的高速、高精控制，并使機床更緊湊。 主傳動系統(tǒng)的設計 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 高加減速 ,起制動能力 具有強魯棒性 ,能適應環(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 ,低服務價格 通用要求 耐用性 ,可維護性 ,安全可靠性 感應電機交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)是當前商用 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，廣泛地應用于各種數(shù)控機床上。表 簡要給出了用戶 所期望的主軸驅(qū)動系統(tǒng)的性能。 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，主軸選用標準與實際使用需要是緊密相關的。 (5)根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的要求，以及機械減速機構(gòu)的復雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。 (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。 (2)根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力額啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定冷卻通風方式。電磁離合器一般分為摩擦片式和牙嵌式。電磁離合器用于數(shù)控機床的主傳動時，能簡化變速機構(gòu)，操作方便。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(zhuǎn)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。 液壓變速機構(gòu)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。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。無級調(diào)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(diào)速電動機作為驅(qū)動源的電氣無級變速。 總體設計 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。 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。傳動系統(tǒng)設計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠。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。 論文最后是本次畢業(yè)設計的心得和參考文獻。 第四章 主軸結(jié)構(gòu)的 設計。 第二章詳細論述主軸系統(tǒng) 方案的制定 。由主電機的變速范圍，確定變速箱的減速級數(shù)以及傳動方式。根據(jù)切削力大小及機床的變速要求，初步確定主電機型。 硬件方面 （ 1）根據(jù)機床性能要求，確定機床支承件結(jié)構(gòu)形式為斜床身結(jié)構(gòu)，并進行總體布局。 第三步，初步確定總體設計方案： 軟件方面 綜合考慮功能、價格、技術先進、服務方便等因素，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。 研究方法 第一步，明確設計要求，找出研究的重難點：普通數(shù)控車床最基本的要求是精度達標，穩(wěn)定可靠，操作、維修、保養(yǎng)方便，壽命較長，此外力求外型美觀。 5）智能化、網(wǎng)絡化、柔性化和集成化 [5]。這樣大大提高了工作效率，提高設計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設計成本，提高市場競爭能力。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(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。前者由于具有可靠性高、造價低等特點而被廣泛采用。 數(shù)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。前者定位精度低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉；后者控制精度高、快速性能好，但它對機床的要求比較高，且造價較昂貴。排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架對刀具的數(shù)目有一定的限制，當需要數(shù)量較多的刀具時，應采用帶刀庫的自動換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，通過刀架的旋轉(zhuǎn)分 度定位來實現(xiàn)機床的自動換刀動作，根據(jù)加工要求可設計成四方、六方刀架或圓盤式刀架。 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。 ⑶ 采用分檔變速方式 采用這種變速方式主要是為了解決主軸電動機的功率特性和機圖 導軌布置圖 緒論 5 床主軸功率特性不匹配。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小于主軸要求的恒功率變速范圍。 定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動，這種傳動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機的調(diào)速范圍相同。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用受到一定限制。采用直接驅(qū)動可大大簡化主軸箱結(jié)構(gòu)，能有效地提高主軸剛度。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。數(shù)控車床得主傳動系統(tǒng)通常采用無級變速。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。后者的承載能力和剛度都比前者高，但摩擦系數(shù)略大。 滾動導軌的優(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。目前，數(shù)控車床 已不采用傳統(tǒng)滑動導軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌。 滑動導軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應用，是因為這種布局形式具有以下特點： ☆ 容易實現(xiàn)機電一體化； ☆ 機床外形整齊、美觀，占地面積??； ☆ 容易設置封閉式防護裝置； ☆ 容易排屑和安裝自動排屑器； ☆ 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導軌上影響導軌精度； ☆ 宜人性好，便于操作； ☆ 便于安裝機械手，實現(xiàn)單機自動化。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。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。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。目前，國產(chǎn)數(shù)控車床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已進入實用和全面發(fā)展階段。 （ 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載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 向高速化和高精度化發(fā)展 向智能化方向發(fā)展 （ 1）應用自適應控制技術向高速化和高精度化發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng) 運行狀態(tài)的目的。 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。 緒論 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 自從 1951 年計算機技術應用于機床上，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控（ NC）和計算機數(shù)控（ CNC）兩個階段的發(fā)展。通過本次設計培養(yǎng)綜合運用基礎知識和專業(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、外文文獻閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能及能力得到訓練和提高?？梢灶A見，未來幾年普通機床的市場份額將不斷下滑 , 數(shù)控機床的消費會逐漸擴大。 由于以上優(yōu)越性，數(shù)控機床所占的比例逐漸增大。 此外，機床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性 制造單元）、 FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。 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。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 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、曲面等復雜的零件。用這 種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè) 的生存和發(fā)展。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）。近 10 年來，我國數(shù)控機床年 產(chǎn)量約為 ～ 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。 關鍵詞： 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 spi