床身上最大回转直径320mm的数控车床总体设计及主轴箱设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 南京工业职业技术学院 毕 业 论 文 论 文 题 目： 床身上最大回转直径 320 数控车床总体设计及 主轴箱 设计 专 业 名 称： 机械制造及其自动化 层 次： 15 学 生 姓 名： 王鑫 完 成 日 期： 2014 年 5 月 10 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 随着现代科学，数控行业的快速发展的进步，数控车床加工的主要手段，被广泛应用于机械制造。因为它有一个灵活的处理，用途广泛等特点，该产品能适应频繁变化的品种和规格，以满足新产品和多品种，小批量的生产自动化的要求，并与普通车床数控车床相比的发展，提高生产力，减 轻劳动强度，降低生产成本，提高工作效率有很大的优势。 在本文中，数控车床主传动系统方案，整体机械结构细节设计和计算。并通过一个齿轮箱联接，使得电动机的功率和扭矩特性的主轴功率和扭矩特性相匹配的主轴电机，使得较宽的范围，同样在使用容易控制。数控车床，由电磁调速异步电动机变速箱传动轴无极变速机械分级，实现无级主轴。主轴箱和齿轮箱作为一个整体，采用螺旋齿轮稳定及可靠的传输的最后一个电平，以确保主轴的旋转精度。 关键词： 数控车床；变速箱；主轴； 无级变速 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of is in of of it of of of in s of in is to of to of In of is it is to in in is by in to of a so as to of of so as to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘要 . . 录 . 1章 绪论 . 1 课题背景 . 1 我国数控机床的发展 . 1 第 2章 数控车床简介 . 2 数控车床的基本组成 . 2 数控车床的工作过程 . 2 数控车床的分类 . 3 按车床主轴位置分类 . 3 数控车床的特点 . 4 第 3章 数控机床总体结构的设计要求 . 5 数控机床总体的结构要求 . 5 机床导轨的选择 . 5 导轨的选择 . 5 机床床身结构 . 1 床身的结构 . 1 支承件的选择 . 1 第 4章 控 车床基本的技术参数 . 1 主参数和尺寸参数 . 1 运动参数的确定 . 1 动力参数 . 1 第 5章 数控车床主传动系统设计 . 1 数控车床的主传动方式 . 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 确定主轴的转速 . 1 确定传动轴的转速 . 1 主传动系统结构设计及校核 . 1 带传动的结构设计 . 1 第 6章 数控车床主轴组件设计 . 4 主轴组件的设计 . 4 主轴组件的性能要求 . 4 传动轴的设计 . 9 主轴及传动轴支承的配置形式 . 10 第 7章 车床数控系统 . 11 概述 . 11 数控系统的主要功 能 . 11 数控系统的选择 . 12 结论 . 13 致谢 . 14 参考文献 . 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 课题 背景 企业应该在激烈的市场竞争中求生存，要发展，就必须在最短的时间内以优良的品质，低成本，打造符合市场需求线，产品的适当的性能和产品质量利弊，高和低生产成本制造速度的周期，而且往往直接影响到工厂的现有加工设备。目前，采用先进的数控机床，已经成为中国制造业技术发展的大势所趋。还是有传统的继电器在我们现有机床的组成部分 - 接触器控制模式下，这 些多机接触，电路复杂，经过多年使用多个故障，维修量，维修不便，可靠性差，严重影响了正常生产。虽然仍有一些老机器能正常工作，但它的精确度，效率和生产的自动化已不能满足当前的需求。所以，拥有先进的数控机床，以满足业务已经成为一种新的生产工艺，完善的最根本需求的经济效益 1 。 我国数控机床的发展 在 21 世纪，中国的机床工具行业正面临需求提升机械制造水平触发的机会制造设备的发展，也进入竞争激烈的市场遭遇了 压力，从技术方面，数字技术将加速是一个解决可持续发展的制造关键工具。 目前，世界上 最先进的制造技术的不断上涨迅速成熟的超高速切削，超精密加工技术的应用，柔性制造系统和计算机集成系统，数控加工技术提出了更高的要求，今天的数控机床是朝着几个方向。 (1)高速、高精密化 （ 2）高可靠性 （ 3） 数控车床设计 （ 4） 功能复合化 （ 5） 智能化 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第 2 章 数控车床简介 数控车床的基本组成 虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。图 24。 图 2控车床的基本组成方框图 数控车床的工作过程 数控车床的工作过程如图 24： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 2控车床的工作过程 （ 1 ）首先零件加工工艺分析的基础上的模式，确定处理程序，工艺参数和位移数据。 程序代码和格式规则（ 2 ）单独笔试部分程序的规定 ;或 件的自动编程工作，直接生成加工程序文件的部分。 （ 3）加工程序的内容进行编码记录在完全培养基中（如穿孔带或磁带）的形式的信息。 （ 4）通过上述代码读取器的信息介质转换成电信号，并输送到数控装置。节目手写的，由数控机 床操作面板输入程序 ;由通过串行通信接口直接连接到计算机数字控制机床的数控单元（ 传送的编程软件程序生成。 （ 5），用于接收一系列信号处理，然后处理结果发送给伺服的命令系统的脉冲信号的形式表示的数值控制装置。 （ 6 ）伺服指令执行系统接收严格按照指令位移要求的信息立即驱动车床进给机构之后，从而使车床加工的相应部分自动。 数控车床的分类 数控车床的分类方法较多，但通常都以和普通车床相似的方法进行分类 5。 按车床主轴位置分类 （ 1）立式数控车床：立式数控车床数控 车床的简称，它是垂直于水平轴车床，并有一个大直径的圆桌夹紧工件。这样的径向机主要用于加工大尺寸，大的，复杂的零件相对较小的轴向尺寸。 （ 2 ）卧式数控车床卧式数控车床卧式数控导轨分为卧式车床，数控卧式车床斜轨。转弯倾斜的导向结构允许有较大的刚性和便于拆卸的芯片。 加工零件根据分类 （ 1 ）数控车床夹头：这些设置不车床尾座车削磁盘类型（包括短轴）部分。其夹持大多多夹头可调颚电动或液压控制结构或淬火（即软爪） 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 （ 2 ）顶级数控车床：这种类型的数控车床或数控装备有普通尾座尾座用于车削较 长的轴类零件，而不是部分的直径过大光盘集。 根据数刀 （ 1 ）数控车床单机头：一般数控车床一般都配有各种形式的杆持有人，如卧式多工位刀架转塔刀架旋转四工位自动索引。 （ 2 ）双刀架数控车床：这些双刀塔车床它的配置（即移动导轨分布）可以分布并行，互相垂直的可分配，以及与轨道结构。 数控车床的特点 在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床 的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。数控机床的主体机构有以下特点 。 （ 1） 由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短； （ 2） 为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小； （ 3） 为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等； （ 4） 为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自 动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置 5。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 3 章 数控机床总体结构的设计要求 数控机床总体的结构要求 根据适用的场合和数控机床的机构特点，数控机床结构如下要求 5 ： （ 1 ）更高的机器静态和动态刚度 数控机床或数控编程按照说明书输入模式提供自动数据处理。由于机械结构（如机床床身导轨，工作台，刀具和主轴箱等），并在变形过程中的定位误差的几何精度，不能人为地调整，以补偿，因而，要求机器必须具有高的静态和动态刚度，以确保所要求的加工精度和表面质量。 （ 2）减少了机器的热变形 下的内部和外部热源的影响，机械部件会出现不同程度的热变形，在工件和刀具之间的相对运动之间的关系被破环，而且机器季度下降。数控机床是因为整个过程是控制指令的计算，热变形的影响就更为严重。 （ 3）以减小运动和消除传输间隙之间的摩擦 （ 4）提高机床和精度保持性的寿命 机床导轨的选择 导轨的选择 本设计采用矩形滑动导轨。聚四氟乙烯糊上的移动导轨用软塑料，它是基于 体，添加高分子材料的耐腐蚀材料（铜）的组合物。当铁轨摩擦的组合物，摩擦系数为 ，和静摩擦系数是相 似的，具有良好的防爬行性能。与灰铸铁的高频淬火处理的金属导轨根据表软塑 38 年 6 月 2 日选择 0 ，为 上，表面硬度。表面粗糙度 5。 对机床的要求 负荷运动和切削条件下的轨道运动，导游应具有足够的精度。所谓导向精度精度是指在导轨的运动。它是一个先决条件，以确保铁路的质量。影响导向精度的主要因素有：结构型导轨 ;导轨和所述底座构件的刚度 ; ;几何精度和精密导轨接触薄膜厚度和薄膜的刚性导轨 ;导轨和热变形的基本部分 5。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 保持磨损主要由铁，这是摩擦性能，轨道材料，技术和其他方法， 以及在轨道上的力决定的精度。此外，底座构件，和残余应力，而且在轨道的变形在导轨上，会影响保持轨道的精度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 机床床身结构 床身的结构 根据不同类型的数控机床，形成了各种各样的形态的床的结构。数控车床床身结构形成平坦的床，斜床身，平床斜床栏和正直的四种类型 5 。 谈到“一”字形的支持，支持和底座是床的组合，采用卧式结构，斜床身形式。 因此，在使用 45的角度与水平，以促进排屑，滑动板的转塔车床的整体结构。 机床床身是基础支撑着整个机器， 一般用来放置重要组成部分铁轨，箱等主轴，数控机床，以满足高速，高精度，高效率，高可靠性和自动化程度高的要求，普通机床相比，数控机床应具有较高的静态和动态刚性，更好的抗震性。 在床面上设有导轨和安装部件的许多活动部件的工作表面，和相互位置精度要求的表面本身是高精确度，也能保持很长一段时间。 19另外，在切削工具中，所有的静态和动态载荷的最终传递至床体通常是，因此，床体的力的作用是复杂的。出于这个原因，为了确保各部分之间的相互位置，或相对运动，除满足几何位置精度要求，精度，还需要满足静态和动态刚度和耐振动性 的技术要求，热稳定性，技术和其他方面。 支承件的选择 支承件的功用 支持是本机的一个重要组成部分，主要是指床，底座，立柱，横梁，表格和其他笨重的柜子。数控车床，主床和床头柜两部分的支持基础。它们的主要作用是支持的其他部分，以确保它们和 5的相对轨迹之间的正确的相对位置关系。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 4 章 控 车床基本的技术参数 主参数和尺寸参数 该车床最大加工工件直径 D=320大长度 L=700 要求：设备结构简单，工作可靠，传动精度高、刚性好，动、静态特性好 ，可高速定位，移动快，精度稳定持久，操作方便，便于调节、维修。 运动参数的确定 按照典型工序的切削速度和刀具（或工件）直径，由公式（ 4计算出d 000d 000（ 4 式（ 4的根据切削用量手册、现有机床使用情况调查或者切削试验确定，通用机床的于通用机床，一般取： D，（ 4 式中 D 机床能加工的最大直径（ K 系数 计算直径范围 查表 4卧式车床 K=0.5，3。所以有： D=32060mm =1608据工艺分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高。参考切削用量资料 13取50m/以有： d 000=001000 663(r/ （ 4 通常用高速钢刀具精车合金钢材料的梯形螺纹时主轴转速较低，取5.1 m/在 320数控车床上加工丝杠的最大直径买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 60 80右。则： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 d 000= 3(r/ （ 4 考虑到典型工艺不一定只有一种可能，同时为今后技术发展储备，最后确定00r/0r/ 1（ 4 两边取对数，可写成 （ （ 4 1n （ 4 动力参数 动态参数包括各种车床驱动电机功率或扭矩。因为每个传动部件的结构参数车床（模数轴或螺杆直径，或蜗轮，根皮带等的种类和数量） 是基于设计计算的动态参数。如果功率过大时，得到的参数，电动机往往是低负荷，低功率因数，造成了浪费的功率，而在驱动部件和零件的尺寸过大，浪费材料，并在机器沉重。如果设置过小，机器无法达到所提出的设计性能要求。必须合理确定动力学参数。 第 5 章 数控车床主传动系统设计 数控车床的主传动方式 车床主传动系统课分为分级变速传动和无级变速传动。分级变速传动实在一定的变速范围内均匀地、离散地分布着有限级数的转速，这种传动方式只适用于普通车床；无极变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便满足加工要求的最 佳速度，能在运转中变速，便于自动变速。数控车床的主传动系统通常采用无级变速。 为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有以下三种传动方式 4。 1. 由电机直接传动 主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电机直接传动，如图 5a）。这种传动特点是主轴转速变化、输出转矩与电动机转矩特性完全一致。但由于主轴的功率和转矩特性直接决定与主轴电动机的性能，因而这种传动方式的应用受到买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 一定限制。 2. 采用定比传动 主轴电机经定比传递给主轴，如图 5b）。采用带传动或齿轮传动，带传 动具有噪声小、振动小的有点一般应用在中小型数控机床上。采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩要求，但其变速范围仍与电机的调速范围相同。 确定主轴的转速 计算主轴转速 查表 25得计算主轴转速公式 0.3)nn( 5 则： m in/0600(10 n 确定传动轴的转速 主轴的计算 转速 n ，轴使主轴获得的最低一级转速为 10r/能传动全部功率，所以轴的计算转速和主轴的计算转速相同 n 。 轴的计算转速 m in/ . 1 51 n 主轴变速箱的设计 由于主轴要求的恒功率变速范围以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率调速范围 ，满足低速大功率切削时对电动机输出功率的要求。 选取变速箱公比 为了简化变速箱结构，变速箱级数应少些。变速箱公比 2400800 取 计算变速箱的变速级数 由式 5变速级数计算公式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 )1 （ = 5.1) 6 1 （买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 （ 5 取 Z=2。 分级变速箱转速图的绘制 主轴的最大转速 600r/小转速 10r/动机的额定转速为 800r/低转速为 40r/速图绘制如图 5 u 1u 3u 2图 5级变速箱转速图 由转速图可以看出带传动的传动比 1u =1/轮传动的传动比 2u =u=1/ 主传动系统结构设计及校核 带传动的结构设计 电动机轴与轴之间运动及动力的传递用多楔带。多楔带兼有平带和 V 带的优点：柔性好，摩擦力大，能传递的功率大，并解决了多根 。 （ 5 式中 为工况系数 p 传动功率 由表 135查得则： 1 . 2 1 5 1 8 k 由 18， n ，查图 135选取 传动比已由前面确定 35查得小带轮有效直径 150mm效线差 3mm)( 32)32( 1 5 =364 （ 5 由表 135选取 375 s/5 （ 5 中心距范围： )(2a)0 （ 5 取0a=500文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 02)()(22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 （ 5 =5 0 04 )3 7 51 5 0()3 7 51 5 0( 022=1850表 135取带的有效长度 1900=2=550 （ 5 50 157 （ 5 查表 13135得1 1 k ( （ 5 式中 k、 分别为包角系数和带长修正系数 查表 133k， k。则： 920. 932. 22 18 Z 选取楔数 10 310310518 3600(N)（ 5 )1(1 r rt k 600 ( N)（ 5 =4732 (N)73216003 （ 5 2)( 121 r = ( N )33462157s 3217324( （ 5 上的齿轮参数确定及校核 两个齿轮的材料均采用 45 号钢 ,表面淬火，表面硬度达到 56 62 0 0 N, 0 0 N, 0 0 N 222 F H H 280N9。 (1)确定中心距 由表 1335和表 135选取 7.0数比 i=( 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 (2)小齿轮传递扭矩 119550n = )8 21( 595 50 2 （ 5 (3)中心距 3 21)1(453H a （ 5 =45325 0 00 2 11 =198( 取 a 200( 。 (1)模数 查表 145得： 4 ( 1 . 4200) （ 5 (2)齿数 查表 145得： )1(21 im 02 ）（ （ 5 取 Z 241 。 3 4 241 Z ,取 1Z =60。 (3)齿宽 11 d （ 5 式中 为齿宽系数 7.0则： 7 0(m m )1 b (4)小齿轮分度圆直径 11 40 (54 （ 5 (5)大齿轮分度圆直径 12 2 6 4 (664 （ 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 （ 1） 分度圆上的圆周力000d ( N )74 42914 0 68 2120 00 （ 5 （ 2）使用系数45查得 （ 3）动载系数45查得 （ 4）齿向载荷分布系数 31 1023.0) （ 5 1 . 3 40140( （ 5）齿间载荷分布系数35查得（ 6）节点区域系数 由表 145 （ 7）弹性系数 由表 145查得 2（ 8）重合度系数Z(接触强度计算 ) 由表 145查得 （ 9）齿轮单对啮合系数 由表 135查得 1， 1 1 212121212121 （ 5 3 9 6. 8 31 . 4 1 2达到规定的可靠度，最小安全系数 要求，齿面接触强度校核通过。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 6 章 数控车床主轴组件设计 主轴、主轴轴承以及安装在主轴上的传动件等所组成的部件称之为主轴部件。它是机床上的一个重要组成部分。 主轴是机床的执行件，它的功能是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷。完成表面成形运动， 因此，主轴部件的工作性能对加工质量和机床生产率有直接影响 5。 主轴组件的设计 主轴组件的性能要求 主轴组件的旋转精度是指主轴装配后，在无载荷、低速运动的条件下，主轴前端安装工件的部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的静刚度反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。它可以定义为：使主轴前端产生单位位移时，在位移方向测量处所需施加的力。即： m （ 6 主轴组件工作时产生振动会降低工件的表面质量，缩短主轴轴承使用寿命，还会产生噪声影响环境。振动表现为强迫振动荷自激振动两种形式。影响抗振性的因素主要有：主轴组件的静刚度、质量分布和阻尼。主轴的固有频率应远大于自激振动的频率，使它不易发生共振。 主轴部件的热变形是指机床工作时因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温升，使主轴部件在形状和位置上产生的畸变。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 主轴参数的确定 1 的确定 根据主电动机功率 P=15 图 3得 D=120径 = 120=96(d 的确定 78721200 . 6 5( 0 . 60 . 6 5 )( 0 . 6 ） （ 6 根据结构要求初步确定悬伸量 a=120 的选择 由经验关系式 L=(2 a=240 420 （ 6 取 L=300 轴承的选择及极限转数的较核 根据载荷分析，径向载荷与轴向载荷同时存在，所以前轴承选用 3个角接触球轴承，前面两个大口向外，后面一个大口向里布置，形成背靠背组合形式。主轴的后支承采用 2个角接触球 轴承背靠背布置。前后轴承的精度均取 4P 级 12。 （ 1）轴承支反力 主轴最大输出扭矩 jn 550 4 2 6 131159 5 5 0 (N) （ 6 床身最大加工工件直径为 320径 R= 15.0 m (N) （ 6 .5 (N) （ 6 总切削力 22 31758142032840622 (N) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 （ 6 前后支反力分别为： )1( 22 231)30 012 01(231 758 (N) （ 6 6352300120231758 (N) （ 6 （ 2）确定轴承的型号及基本参数 我国生产的角接触球轴承有 3 种： 7000C 型 =15、 7000 25 、 700040 。根据轴径查表 73可选轴承有 9种，初步确定前轴承型号为 7220支承轴承型号 7317B。 校核主轴 选择轴的材料为 45 号钢，并且进行表面淬火处理，硬度达到 56 62表63查得 117 3 5 M P a , 5 4 0 M P a . 3 5 5 M P a , 2 0 0 M P 齿轮的轴向定位采用套筒和轴肩。 轴的输入端直径已确定： D=100 校核 选用 A 型平键，与斜齿轮连接处的键的尺寸由表 45 查得2 2 1 4 1 2 5 m mb h l 。与齿轮套筒连接处的键的尺寸 1 6 1 0 1 2 5 m mb h l 。 因斜齿轮承受的载荷较大，故需对此键进行校核。键所传递的扭矩： 550 4 6 2 131159 5 5 0 ) （ 6 键工作面的压强为： P 2000（ 6 查表 45得 2 0 2 M P a , 0 . 5 0 . 5 1 4 7pp 1 0 3221 2 5 ： 2 0 0 0 4 6 2 1 1 7 5 . 8 M P 0 6 1 0 3 键的强度校核通过。 矩和扭矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 （ 1）主轴的受力简图