机械毕业设计（论文）-CJK6200数控车床设计【全套图纸】

I 摘 要 2l 世纪，随着计算机技术的快速发展，数控机床在机械工业中的应用比 例逐渐增大，其中数控车床的应用最为广泛。数控车床与普通车床相比，在提 高生产减轻工人劳动强度、降低生产成本和增加效益方面都有其优越性。因此， 设计一种功能全面、操作方便、安全可靠、价格经济的数控车床具有重要意义。 本文主要从经济实用上对数控车床的总体机械结构进行了设计。电动机通 过变速箱与主轴进行联接，使主轴的功率、扭矩特性和电机的功率扭矩特性相 匹配，这样适用范围就更宽，在使用方面也容易控制。为使数控车床具有更好 的定位精度，本系统采用半闭环伺服系统。 设计不仅对横向进给系统，纵向进给系统进行了设计和详细计算。还对数 控系统、导轨的设计、液压传动以及润滑与冷却系统进行了阐述。 关键词：数控车床;电动机;调速箱;轴;定位精度 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract 21st century, with the fast development of computer technology, CNCmachine tools are enlarged in application proportion among mechanical industry, among which the numerical control lathe is the most popularapplication. Comparing with ordinary lathe, the numerical control lathe has its superiority in boosting productivity, lightening workers labor intensity, reducing the production cost and increasing benefit. Therefore, it is meaningful to design a kind of numericai control late with overall functions, safe and reliable, price economy easy to operate. The overall inechanical structure of numerical control late has been designed in this paper, mainly from economy and practical value. The motor is linked to spindle, making power and torsion characteristic of match to torsion characteristic power of the electrical machinery. In this case the scope of application is wider and it is easy to control during machining. In order to make the numerical control lathe have the better precision of localization, this system adopts servo system the half-closed loop. Horizontal feed system and vertical feed system are designed and calculated in details in this design. In addition, numerical control system, guide- design, hydraulic transmission, lubrication and cooling system are expounde. Keyword:numerically controlled lathe；the transmission；shaft；Positioning accuracy III 目 录 摘摘 要要I AbstractII 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 数控技术.1 1.1.1 数字控制1 1.1.2 数控机床1 1.1.3 数控系统1 1.1.4 数控程序1 1.1.5 数控编程1 1.1.6 数控加工2 1.2 数控机床的产生和发展.2 1.3 我国数控技术发展概况.3 1.4 数控机床的特点及适用范围.4 1.4.1 数控机床的特点4 1.4.2 数控机床的适用范围4 1.5 数控车床的分类.5 1.6 简易数控车床的特点.5 第第 2 章章 数控车床的总体方案设计数控车床的总体方案设计6 2.1 数控车床的组成.6 2.2 工艺范围的确定.6 2.3 数控车床的安全防护.6 2.3.1 热变形的防止6 2.3.2 噪声的防止6 2.3.3 振动的防止7 2.4 基本参数的确定.7 2.4.1 主参数和尺寸参数7 IV 2.4.2 运动参数的确定7 2.4.3 动力参数8 第第 3 章章 机床主传动系统设计机床主传动系统设计11 3.1 主传动方案.11 3.2 主轴转速的确定.11 3.2.1 计算主轴转速11 3.2.2 计算主轴的变速范围12 3.3 传动轴转速的确定.12 3.4 变速箱的设计.12 3.4.1 选取变速箱公比12 3.4.2 计算变速箱的变速级数12 3.4.3 分级变速箱转速图的绘制13 3.5 主传动系统结构设计及校核.13 3.5.1 带传动的结构设计13 3.5.2 轴上的齿轮结构设计及校核15 3.5.3 轴上齿轮的结构设计21 第第 4 章章 机床主轴部件设计机床主轴部件设计23 4.1 主轴组件的设计.23 4.1.1 对主轴组件的基本要求23 4.1.2 主轴参数的确定24 4.1.3 轴承的选择及校核25 4.1.4 主轴的结构设计预校核27 4.2 传动轴的设计.30 4.2.1 传动轴应满足的要求30 4.2.2 传动轴的材料和构造30 4.2.3 轴径的确定和轴承的选择31 第第 5 章章 伺服进给传动系统设计伺服进给传动系统设计32 5.1 伺服进给系统的设计要求.32 5.1.1 纵向进给系统传动方案32 V 5.1.2 横向进给系统方案32 5.2 伺服进给系统的设计要求.33 5.2.1 稳定性33 5.2.2 精度33 5.2.3 快速响应性33 5.3 纵向进给系统的设计.33 5.3.1 主要工作条件的确定33 5.3.2 传动系统设计33 5.3.3 滚珠丝杠的选择34 5.3.4 丝杠支撑方式的选择35 5.3.5 选择伺服电动机35 5.3.6 伺服系统增益36 5.3.7 精度验算37 5.4 横向进给系统的设计.39 5.4.1 主要工作条件的确定39 5.4.2 传动系统设计39 5.4.3 滚珠丝杠的选择40 5.4.4 丝杠支承方式的选择40 5.4.5 选择伺服电动机41 5.4.6 伺服系统增益42 5.4.7 精度验算43 5.4.8 同步齿形带的设计计算44 第第 6 章章 机床总体结构与布局机床总体结构与布局47 6.1 机床床身结构.47 6.1.1 对床身结构的基本要求47 6.1.2 床身的结构47 6.2 机床导轨的选择.48 6.2.1 导轨的作用48 6.2.2 导轨应满足的要求48 VI 6.2.3 导轨的主要失效形式48 6.2.4 选择导轨49 6.3 支承件的选择.49 6.3.1 支承件的功用49 6.3.2 支承件的基本要求49 6.3.3 支承件的静刚度50 6.3.4 支承件的动态特性50 第第 7 章章 液压传动液压传动52 7.1 数控车床的液压系统及应用.52 7.1.1 卡盘动作的控制53 7.1.2 回转刀架动作的控制53 7.1.3 尾座套筒动作的控制53 7.2 滑移齿轮的液压传动.54 7.2.1 确定工作要求54 7.2.2 负载54 7.2.3 确定液压缸主参数54 第第 8 章章 润滑与冷却系统设计润滑与冷却系统设计56 8.1 润滑系统设计.56 8.1.1 主轴组件的润滑56 8.1.2 导轨及滚珠丝杠的润滑56 8.2 冷却系统设计.56 8.2.1 冷却系统的基本组成59 8.2.2 冷却液及冷却装置的选择59 结论结论59 致谢致谢60 参考文参考文献献61 VII CONTENTS Abstract.I Chapter 1 Introduction .1 1.1 CNC technology 1 1.1.2 CNC machine tools.1 1.1.3 CNC system1 1.1.4 CNC program1 1.1.5 CNC Programming.1 1.1.6 CNC machining 2 1.2 The emergence and development of CNC machine tools2 1.3 Our CNC technology development overview3 1.4 CNC machine tools, characteristics and application .4 1.4.1 The characteristics of CNC machine tools .4 1.4.2 The scope of application of CNC machine tools4 1.5 Classification of CNC lathes5 1.6 Simple CNC lathe features 5 Chapter 2 CNC lathes overall design.6 2.1 Composition of CNC lathes.6 2.2 Process to determine the scope6 2.3 CNC lathe security.6 2.3.1 Thermal deformation to prevent.6 2.3.2 The noise prevention.6 2.3.3 Vibration prevention.7 2.4 The determination of basic parameters7 2.4.1 Main parameters and dimensions of the parameters.7 2.4.2 The determination of motion parameters7 2.4.3 Dynamic Parameters.8 VIII Chapter 3 of the machine tool main drive system design.11 3.1 The main drive program 11 3.2 Spindle speed.11 3.2.1 calculate the spindle speed11 3.2.2 Calculation of the variable speed range of spindle.12 3.3 Driveshaft speed 12 3.4Gearbox design.12 3.4.1 Select the transmission common ratio12 3.4.2 Calculate the transmission speed Series .12 3.4.3 The classification of the transmission speed map rendering 13 3.5 The main transmission system design and checking.13 3.5.1 The structural design of the drive.13 3.5.2 I-axis gear structure design and checking.15 3.5.3 The structural design of the II-axis gear.21 Chapter 4 of the spindle components design.23 4.1 The design of the spindle components.23 4.1.1 The basic requirements of the spindle components23 4.1.2 Spindle parameters24 4.1.3 The bearing selection and checking25 4.1.4 The structural design of the spindle pre-check.27 4.2 The drive shaft design30 4.2.1 driveshaft shall meet the requirements .30 4.2.2 The drive shaft of the material and construction 30 4.2.3 Shaft and bearing the choice.31 Chapter 5 Servo feed drive system design.32 5.1 Servo feed system design requirements.32 5.1.1 The vertical feed system transmission scheme.32 5.1.2 The transverse feed system solutions32 5.2 Servo feed system design requirements.33 IX 5.2.1 Stability.33 5.2.2 The accuracy.33 5.2.3 The rapid responsiveness33 5.3 Vertical feed system design.33 5.3.1 The main conditions33 5.3.2 Design of Transmission System .33 5.3.3 Ball screw selection34 5.3.4 Screw support mode selection 35 5.3.5 Select the servo motor.35 5.3.6 Servo system gain.36 5.3.7 Accuracy checking37 5.4 Horizontal feed system design.39 5.4.1 The main conditions39 5.4.2 Transmission System Design39 5.4.3 The ball screw selection40 5.4.4 Screw bearing mode of choice40 5.4.5 Select the servo motor.41 5.4.6 Servo system gain.42 5.4.7 Accuracy checking43 5.4.8 Timing belt design calculations44 Chapter 6 The overall structure and layout47 6.1 Machine bed structure47 6.1.1 The basic requirements for the structure of the bed47 6.1.2 Structure of the bed.47 6.2 Selection of machine tool guide.48 6.2.1 Rails role in48 6.2.2 The rail shall meet the requirements.48 6.2.3 Rail main failure mode .48 6.2.4 Select rail 49 X 6.3 Supporting the choice 49 6.3.1 Supporting the function 49 6.3.2 Support the basic requirements.49 6.3.3 Supporting the static stiffness.50 6.3.4 Support dynamic characteristics.50 Chapter7 Hydraulic transmission52 7.1 CNC lathe, hydraulic systems and applications.52 7.1.1 Chuck controlling the motion.53 7.1.2 Rotary turret movement control53 7.1.3 Tailstock sleeve controlling the motion53 7.2 Slip gear hydraulic transmission54 7.2.1 Determine job requirements54 7.2.2 Loaded 54 7.2.3 Determine the main parameters of the hydraulic cylinder54 Chapter 8 Lubrication and cooling system design56 8.1 Lubrication system design.56 8.1.1 Spindle components in the lubrication56 8.1.2 Rail and ball screw lubrication .56 8.2 Cooling system design.58 8.2.1 The cooling system of the basic composition.59 8.2.2 The choice of coolant and cooling devices.59 Conclusion 59 Thanks.60 References.61 1 第 1 章 绪论 1.1 数控技术 1.1.1 数字控制 数字控制(NumericalControl，NC)是 20 世纪 50 年代发展起来的一种自动 控制技术，是用数字信号对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。在数 控技术中引用计算机技术，称 CNC(ComputerNumericalContr01)。CNC 具有柔 性好、功能强、可靠性高、经济性好以及易于实现机电一体化等特点，使数控 技术在质的方面完成了一次飞跃。 1.1.2 数控机床 数控机床(Numerical ControlMachineTools)是一种采用了数字控制技术的机 床，或者说是一种装有数字控制系统的机床。 1.1.3 数控系统 数控系统(Numerical Control System)是一种控制系统，能自动完成信息的 输入、译码和运算，从而控制机床的运动。一般包括数控装置、可编程控制器 (PLC)、各类输入输出接口、显示器以及操作键盘等。本设计选用 FANDC 的 Power Mate O 数控系统。 1.1.4 数控程序 数控机床严格按照从机床外部输入的程序自动完成工件的加工。因此，将 从外部输入数控系统用于加工工件的程序称为数控加工程序，简称数控程序。 1.1.5 数控编程 在数控机床上加工零件时，需要把零件的全部工艺过程、工艺参数和位移 数掘，以信息的形式记录在控制介质上，用控制介质的信息宋控制机床，实现 2 对零件的全部加工过程。故将从零件图纸到得到数控加工程序所需控制介质的 全过程，称为数控编程。 1.1.6 数控加工 数控加工是指在数控机床上加工零部件的一种工艺方法，数控加工技术除 了用于机械加工外，还用于电加工、激光加工、绘印加工及编织加工等工艺。 1.2 数控机床的产生和发展 数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和 符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是 采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控 (Computerized Numerical Control )，简称 CNC，国外一般都称为 CNC，很少再 用 NC 这个概念了。 它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开 关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908 年， 穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据载体并具有辅 助功能的控制系统被发明；1938 年，香农在美国麻省理工学院 进行了数据 快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数 控技术是与机床控制密切结合发展起来的。 Keaney&Treckre 公司在 1959 年开发成功了具有刀库、换刀装胃和回转工 作台的数控铣床。从此加工中心出现了，并逐步成为数控机床的主力。数控车 床是数控机床中的一类，在工业生产中应用也最为普遍。随着电子技术、计算 机技术的发展，印证了数控机床的几个发展阶段。 第一阶段：1952 年由 Parson 公司和麻省理工学院联合研究开发的第一台 电子管数控系统。 第二阶段：1960 年，出现了晶体管和印刷电路板的数控系统。 第三阶段：1965 年，出现了小规模集成电路的数控系统。 第四阶段：1970 年，出现了小型计算机数控系统的硬件，并以软件形式 3 实现数控功能的数控系统。 第五阶段：1974 年，出现微处理器或微型计算机数控系统。 第六阶段：20 世纪 90 年代后期，出现了 PC+CNC 智能数控系统。以 PC 机为控制系统的硬件部分，WindowsNT 为 PC 机的操作系统平台，在 PC 机上 安装 NC 软件系统，即为加工中心的控制系统。德国 Roeders 公司生产的 RFM600 型加工中心就是典型的 PC+CNC 系统。PC+CNC 系统的优点集中表 现为如下几点： (1)与 PC 硬件的完全通用，使数控系统能随着 PC 技术的升级而升级， 系统维护方便； (2)充分共享 PC 丰富的软件资源； (3)由于 PC 机有标准化的接口，方便地联入局域网及 Intemet，易于实痴 网络化制造。 20 世纪 80 年代以来，数控技术的发展，形成了一批著名的专)比生产厂。 如德国的西门子、Bosh、Reoders、日本的三菱电机、FANUC、法国的 NUM、西班牙的 EAGOR 等。 随着数控技术的成熟，数控机床向着高精度化、高速化、高柔性化、高 自动化、智能化、复合化、高可靠性、网络化方面发展。 1.3 我国数控技术发展概况 我国于 1958 年研制出了首台 NC 机床，到 1979 年为止，由于缺乏技术 基础，总体设计实力差，各种机、电、液；气配套基础元件、NC 系统不过关， 我国 NC 机床无法币式尘产，也无法在生产中正式使用；从 1980 年起，先后 引进闩、德、美、西班牙的 CNC 系统，各种 NC 机床，各类机、电、液、气 基础元件等进行合作生产，提高了产品的质量，解决了可靠性问题，由此 NC 机床开始在我国批量生产，并正式用于生产制造。1980 年，我国 NC 机床产 量为 692 台，至 1999 年，产量达 9007 台，2000 年超万台，各类 NC 全切机 床、成形机床、激光加工机床等在品种上已经系列化。从 2000 年前后起，正 经历着一个历史上最好的发展时期，已连续保持 30%以上的增长速度。在数 4 控机床的品种看，普及型数控机床所占比例从十多年前的 10增长到目前的 近 40。这个结构的变化说明了中国数控机床行业的整体素质有了很大的改 善和提高。就今后的数控机床市场的发展趋势而言，需求量仍将按年平均 20%30%的比例增长。同时航空航天、船舶工业、汽车产业、模具加工以及 电子产品等零部件制造业等对数控机床提出更高质量、高精度、高速度、高稳 定性、高操作性的要求，推动中高档数控机床的需求比例持续上升。另一方面， 生产的大规模化和加工产品品种的不断更新和切换等现场生产效率的追求，更 将促进数控机床从传统的加工机械向同时具有数据传递、网络通信等功能的复 合型信息化加工机械的转变。但对于中、高档次的数控机床还得依靠进口。 目前，我国自主开发的比较成功的数控系统有华中 I 型、中华 II 型、航 天 I 型、蓝天 I 型四个数控系统平台。以华中 I 型为例，它是典型的 PC+CNC 系统，主要技术特色如下： (1)独创的 SDI 曲面直接插补算法： (2)支持 NT，Novell，Intemet 网络； (3)具有 CADCAMCNC 集成化的功能。 我国的数控技术与国际先进水平相比，存在的差距主要表现在两个方面： 其一，数控系统和数控机床的稳定性差；其二，我国数控系统成套性差，数控 装置、驱动、电机不配套，伺服驱动、主轴驱动的性能和可靠性比国外产品低， 高精度、高速度及重型设备数控系统性能、功能比国外产品差。 1.4 数控机床的特点及适用范围 1.4.1 数控机床的特点 与其它加工设备相比，数控机床具有加工零件的适应性强，灵活性好、 加工精度高，产品质量稳定、生产率高、减少工人劳动强度、生产管理水平提 高等特点。 1.4.2 数控机床的适用范围 在机械加工中，大批量零件的生产宜采用专用机床或自动线。对于小批 5 量产品的生产由于生产过程中产品品种的变换频繁、批量小、加工方法的区别 大，宜采用数控机床。 1.5 数控车床的分类 数控车床按加工工艺万法分为：普通数控车床(简易数控车床、经济型数 控车床)、多功能数控车床和车削加工中心三个种类。 它们在功能和结构上有很大的差别。数控车床是在普通车床的基础上， 增加了数控系统和伺服驱动系统，从而形成能够按照预定程序，动完成预定加 工过程的车床。普通数控车床是指加工用途、加工工艺相对单一的数控车床， 在机械制造行业数量较多。多功能数控车床采用倾斜床身或平床身一斜滑板， 具有回轮式刀塔，使用滚动导轨支承刀塔溜扳。回轮刀架上刀具的转位可由液 压马达或伺服电机驱动，尾架可以根据需要由液压装置控制其运动。车削加工 中心除具有常规的 X 轴、Z 轴控制外，均具有 C 轴功能。在部分车削加工中 心上，还具有 Y 轴功能和 B 轴功能，使得机床的工艺 范围进一步的扩大。 1.6 简易数控车床的特点 目前我国简易数控系统发展迅速，有力地促进了我国数控事业的发展， 简易数控车床有以下特点： 1简易数控车床与进口标准车床相比，其价格便宜，性能价格比适中。 2适用于多品种、中小批量产品的自动化生产，对产品的适应性强。保 持“万能加工”和“专业高效”两种属性，增强企业的应变能力，为提高企业的竞 争力提供了条件。 3不需专用央具，节约大量工装费用，降低生产成本。 4简易数控车床可以获得比原有车床本身精度更高的加工精度和重复精 度。特别是当要求重复加工或批量生产时，可以大大提高加工的一致性，使产 品质量稳定。 5大大降低了工人的劳动强度。 6 第 2 章 数控车床的总体方案设计 2.1 数控车床的组成 数控车床由程序编制及载体、输入装置、数控装置（CNC） 、伺服驱动及 位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几个部分组成。 2.2 工艺范围的确定 数控车床的工艺范围是指在该机床适应不同的生产要求的能力。数控车床 由于其数字控制的优越性，常常使其工艺范围普通车床更宽，更适合用于机械 制造业多品种大批量的要求。 数控车床能进行多种表明加工。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及回转 面、端面、螺纹以及进行钻孔、铰空、镗孔、切槽、切断等工作。 按加工精度和表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工等。 2.3 数控车床的安全防护 2.3.1 热变形的防止 在设计机床时应特别注意机床内部热源的影响。一般可采用下列措施减 少热源的发热量：将热源置于易散热的位置；增加散热面积；强迫通风冷却； 将热源的部分热量移至构件温升较低处以减少构件的温差。 2.3.2 噪声的防止 减少噪声的主要途径是控制噪声的生成和隔声。控制噪声的生成应找出主 要的噪声源，并采取降低噪声的措施。如传动系统的合理安排，轴承及齿轮结 构的合理设计，提高主轴箱体和主轴系统的刚度，避免结构共振，选用合理的 润滑方式个轴承结构形式等。在隔声方面降低噪声主要是根据噪声的吸收和隔 离原理，采取隔声措施。如齿轮箱严格密封，选用吸声材料做箱体罩壳等。 7 2.3.3 振动的防止 不平衡的电动机常常是机床中的一个受迫振源。为了减小由于电动机不平 衡所激励的受迫振动，应合理安排电动机的位置。方案一：数控车床的电动机 可安装在床头箱上面，把床头箱、床身、床腿作为支承部分；方案二：把电动 机安装在机床底版上，把底板作为支承部件。方案二的电动机一支承件的固有 频率较高，远离激振频率，因此机床的振动较小；选择第二种方案。 2.4 基本参数的确定 2.4.1 主参数和尺寸参数 该车床最大加工工件直径 D=200mm 2.4.2 运动参数的确定 1最低和最高转速的确定最大长度 L=550mm。 按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径，由公式(2-1) 可计算出 nmax,namin及变速范围 Rn (2-1) min max max 1000 d v n max min min 1000 d v n min max n n Rn 式(21)中的 vmax，vmin可粮据切削用量手册、现有机床使用情况调查或 者切削试验确定，通用机床的 dmax和 dmin。并不是指机床上可能加工的最大和 最小直径，对于通用机床，一般取： dmax=KD ， dmin=Rddmax （2- 2） 式中 D机床能加工的最大直径，mm； K系数； Rd计算直径范围，mm。 卧式车床，K=0.5 ， Rd=0.25。所以有： （mm） ， 1002005 . 0 max KDd 8 （mm）根据工艺分析，用硬质合金车刀对2510025 . 0 max min dRd d 小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高。参考切削用量资料取 Vmax=200m/min，所以有： （r/min） 2548 2514. 3 20010001000 min max max d v n 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 vmin=1.5m/min，在的数控车床上加工丝杠的最大直径。mm180mm5040 则： min/55 . 9 5014 . 3 5 . 110001000 max min min r d v n 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 nmax=3200r/min，nmin=10r/min。 2.4.3 动力参数 1 电动机的选择 (1)主切削力的计算 （2-5） zzz VBFFfFpz KKKfapF 式中 P 单位切削面积上的主切削力，N/mm2； Ap切削深度，mm； F 进给量，min/r； 进给量对 Fz的修正系数； z fF K 前角对 Fz的修正系数； z F K 刀具磨损对 Fz的修正系数 。 z VBF K p=2305Nmm2，ap=4mm，f=0.3mm/r，1 z F f K05 . 1 z F K 。则：03. 1 z VBF K NFz299103 . 1 05. 113 . 042305 吃刀抗力： 1944（N）16452991)65. 055. 0()65. 055 . 0 ( zy FF 9 进给抗力： 1196（N）7482991)4 . 025. 0()4 . 025 . 0 ( zx FF (2)切削功率的计算： （2-6） zzzzzz VBFrFFlbFfFpsm KKKKKKvfapp 式中 v切削速度，ms； A单位切削功率，kW。 p=2305 10-6kW s/mm2其余各个参数同前一样。 kWpm7 . 403 . 1 1105 . 1 15 . 13 . 041023051000 6 m p p 式中 p电动机功率，kW； 传动效率。 查表 72 一 l13得。则：85 . 0 kWp53. 5 85. 0 7 . 4 (3)选取主电机 由 P=553kW，查表 23-1-671。选取主电机型号为 YCT225-A2YCT 小 型电磁调速异步电动机，标称功率为 55kW，额定电流 12A，额定转矩 365Nm，转子转动惯量 00214kgm2，重量 80kg,同步转速 1500rmin，最高转速 4500r/min。 2 进给驱动电机功率的确定 (1)进给牵引力的计算 由表 2-34查得牵引力计算公式 )(GFFfKFQ yxz 式中 K考虑颠覆力矩影响的系数：矩形导轨的 K=0.1015； 为当量摩擦系数：矩形导轨的0.13 ； f 12 . 0 f G移动件的重力，N。 取 K=I，G=2000(N)，则：12. 0 f NQ3608)200011941196(12 . 0 29911 (2)计算进给功率 10 由式(210)4，得进给功率计算公式： 式中 vf进给速度，mmin； 进给传动系机械效率。 f 由设计任务确定 vf=15m/s；取。则：8 . 0 f kWpf13 . 1 8 . 060000 153608 11 第 3 章 机床主传动系统设计 3.1 主传动方案 机床主伐和系统可分为分级变速传动和无级变速传动。传动方案有二：方 案一，由电动机直接驱动，如图 3-1(a)所示。主轴电动机与主轴通过联轴器直 接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动。这种传动的特点是主轴转速的变 化，输出转矩与电动机的特性完全一致。但由于主轴的功率和转矩特性直接决 定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到一定限制。方案二， 采用定比传动，如图 3-1(b)所示。主轴电动机经定比传动传递给主轴。定比传 动可采用带传动或齿轮传动。带传动具有传动噪声小、振动小的优点，一般应 用在中，小型数控车床上。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的要求。此方案采用第二套方案。 图 3-1 传动方案 3.2 主轴转速的确定 3.2.1 计算主轴转速 查表 2-64得计算主轴转速公式 12 （3-1） 0.3 ) n n (nn min max min 则： min/ r43.56) 10 3200 (10 3 . 0 n 3.2.2 计算主轴的变速范围 （3-2） n n R max np 71.56 56.43 3200 3.3 传动轴转速的确定 主轴的计算转速，轴使主轴获得的最低一级转速为min/43r.56n 10r/min，不能传动全部功率，所以轴的计算转速和主轴的计算转速相同 。min/43r.56 2 n 轴的计算转速 min/ r34 66 . 1 43.56 1 n 3.4 变速箱的设计 由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率变速范围， np R dp R 所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。 3.4.1 选取变速箱公比 为了简化变速箱结构，变速箱级数应少些。变速箱公比可取大于电动 f 机的恒功率调速范围，即。 dp R f dp R = dp R3 1500 4500 取=3 f 13 3.4.2 计算变速箱的变速级数 由式 2264得变速级数计算公式 = （3-3）)1 f dp np lg lgR lgRZ（75 . 1 ) lg3 lg3 lg56.711 （ 取 Z=2。 3.4.3 分级变速箱转速图的绘制 主轴的最大转速 3200r/min，最小转速 10r/min，电动机的额定转速为 1500r/min，最低转速为 45r/min。转速图绘制如图 3-2 所示。 图 3-2 分级变速箱转速图 由转速图可以看出带传动的传动比=1/，齿轮传动的传动比= 1 u37 . 2 2 u ，=1/。66 . 1 3 u9 . 1 3.5 主传动系统结构设计及校核 3.5.1 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 V 带长短不 14 一而使各带受力不均的问题。 1. 设计功率 （3-4）pkp ad 式中 为工况系数 a k 传动功率p 由表 13-1-111查得=。则： a k2 . 11.2 5.56.6kW d p 2. 选择带型 由，查图 13-1-71选取 PL 型多楔带6.6kW d p min/1500rn 3. 确定传动比 传动比已由前面确定 37 . 2 1 12 1 un n i 4. 小带轮有效直径 由表 13-1-231查得小带轮有效直径，有效线差150mm e1 d3mm e 5. 大带轮有效直径 =364（mm） （3-5） ee did2)( e1e2 32)32(15037 . 2 由表 13-1-241选取375mm e2 d 6. 带速 = （3-6） 100060 1 nd V p1 s/m12.2 100060 150015614 . 3 7. 初定中心距 中心距范围： （3-7）)(2a)0.7( e2e10e2e1 dddd 取=500mm 0 a 8. 带的有效长度 （3-8） 0 2 e2e1 e2e10 4 )( )( 2 2 a dd dd aLe0 = =1850（mm） 5004 )375150( )375150( 2 14 . 3 5002 2 查表 13-1-221取带的有效长度1900mm e0 L 9. 计算中心距 15 = =550（mm） （3-9） 2 0 e0e LL aa 2 18001900 500 10. 小带轮包角 =157 （3-10） 3 . 57 2 180 e1e2 1 dd 3 .57 550 150-375 180 11. 带每楔所传递的额定功率 查表 13-1-2813-1-301得 1 2.11kWp 12. 带每楔所传递的额定功率 1 0.11kWp 13. 带的楔数 （3-11） l11 d kkpp p Z )( 式中 、 分别为包角系数和带长修正系数 k l k 查表 13-1-311和表 13-1-321得，。则：93 . 0 k92. 0 k 3.47 0.920.932.22 6 . 6 Z 选取楔数6Z 14. 有效圆周力 = （3-12） 3 10 v p F d t 3 3 10 12.2 106 . 6 541(N) 15. 带的紧边拉力 =541 （3-13） ) 1 ( 1 r r t k k FF711.1(N) 118 . 4 18 . 4 16. 带的松边拉力 =711.1 （3-14） t12 FFF170.1(N)541 17. 作用在轴上的力 = （3-15） 2 )( 1 21 sinFFFr863.5(N) 2 157 )170.1711.1( 3.5.2 轴上的齿轮结构设计及校核 1. 选择齿轮材料 16 两个齿轮的材料均采用 45 号钢,表面淬火，表面硬度达到 5662HRC。 ,mm/300N,mm/500N,mm/500N 222 Flim1Hlim2Hlim1 。 2 mm/280N Flim2 2. 确定主要参数 (1) 确定中心距 由表 133-1-771和表 13-1-791选取，齿数比 i=7 . 0 d 52 . 0 （3-16）9 . 0 )52 . 0 1 (5 . 0 7 . 0 )1 (5 . 0 i d a (2) 小齿轮传递扭矩 = （3-17） 1 1 9550 n p T )mm/1545(N 34 5 . 59550 2 (3)中心距 （3-18）3 2 1 ) 1(453 Hlim1a i KT ia =453 2 5000.529 . 0 15451.7 ) 10.52( =194.2(mm) 取 a。200(mm) 3. 确定模数、齿数、齿宽等几何参数 (1) 模数 查表 14-1-31得： （3-19）am)02 . 0 007 . 0 (4(mm)1.4200)02 . 0 007 . 0 ( (2) 齿数 查表 14-1-31得： （3-20） )1 ( 2 1 im a Z 65.79 52 . 0 14 2002 ）（ 取 Z。,取=35。66 1 34.352 . 0 66 1 Z 1 Z (3) 齿宽 （3-21） 11 ab d 式中 为齿宽系数 d 17 。则：7 . 0 d 70(mm)1007 . 0 1 b (4) 小齿轮分度圆直径 （3-22） 11 mZd140(mm)354 (5) 大齿轮分度圆直径 （3-23） 12 mZd 264(mm)664 4. 按齿面接触强度校核 （1） 分度圆上的圆周力 t F （3-24） 1 1 t 2000 d T F 22071(N) 140 15452000 （2）