数控车床主传动系统的设计

1、无锡职业技术学院毕业设计说明书第一章引言 第二章设计方案论证与拟定2.1总体方案的论证 2.2总体方案的拟定 2.3主传动系统总体方案图及传动原理第三章设计计算说明3.1主运动设计I3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.5参数的确定传动设计转速图的拟定带轮直径和齿轮齿数的确定传动件的设计3.2纵向进给运动设计3.2.1滚珠丝杆副的选择3.2.2驱动电机的选用论结-参考文献121938384247484950无锡职业技术学院毕业设计说明书第一章弓当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益 加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的

2、零件已占到机械加 工总量的80%上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机 床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床数字控制(Numerical con trol)机床的产生也就是必然的了。此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设 计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。共50页第2页第二章总体方案论证与拟定2.1总体方案的论证数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下 特点：1. 由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的

3、机械传动结构得到了简 化。2. 为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻 尼精度及耐磨性，热变形较小。3. 更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现 输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制 功能。2.2总体方案的拟定1.26。1. 根据设计所给出的条件，主运动部分 z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高 转速是2000r/min，最低转速是40r/min，2. 纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传 动比应满足机床所要求的。3. 为了保证进给

4、传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应 有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。4. 采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动， 且润滑方法简单。2.3主传动系统总体方案图及传动原理1. 数控车床主传动系统图数控车床的主传动系统见图2.1 0整个主传动系统主要由主运动传动链和纵向进给传动链组成。2.传动原理主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，结构如图2.2所示，其工作原理如下：交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。主轴有前后2个支承。前支承由一个圆 锥孔双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴

5、承11用来承受径向载荷，两个角 接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受 双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴的间隙用螺母8来支撑。螺钉12用来防止螺母8回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承 14,轴承间隙由螺母1和6来调整。螺钉17和13 是防止螺母1和6回松的。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承 所用圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承 能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜低速大载荷的需共50页第3页无锡职业技术学院毕业设计说明书4,使其与主轴同速运转。要

6、。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。ZS4、/7M/ /I' 才”、:宓Z Z-'、X图2.2主轴部件共50页第10页第三章设计计算说明3.1主运动设计3.1.1参数的确定.了解车床的基本情况和特点-车床的规格系列和类型1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知 识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是 普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。2. 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79 JB/Z143-79）:最大

7、的工件回转直径D （mm是400;刀架上最大工件回转直径 D1大于或等于200;主 轴通孔直径d要大于或等于36;主轴头号（JB2521-79）是6;最大工件长度L是7502000;主轴转速范围是：321600;级数范围是：18;纵向进给量mm/r0.032.5 ;主电机功率（kw）是5.510。.参数确定的步骤和方法1.极限切削速度umax、umin、工艺要求刀具和工件根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类 材料等因素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书。然而，根据本次设计 的需要选取的值如下:取 umax=300m/minumin=30m/min 。2.主轴的极

8、限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.10.2 ） D和（0.450.5 ）D。由于D=400mm则主轴极限转速应为：nm ax=1000u maxr/min(0.1 0.2) D3.1=2000r/mi n ；nmin=1000u minr/min(0.45 0.5) D3.2=40r/m in由于转速范围nmax = 2000 r/minn min 40r /min3.3=50因为级数Z已知:Z=18 级。现以=1.26和=1.41代入R=z 1得R=50和 355，因此取=1.26更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以10000的数值，因

9、=1.26=1.064，从表中找到nmax=2000r/min,就可以每隔 数，得：2000, 1600, 1250, 1000, 800, 630, 500, 400, 315, 250, 200,=1.06的从13个数值取一个160, 125, 100,80, 63，50, 40。3.主轴转速级数已知：Rn=z和公比enax=Rnn min0Z-1 且：z= 2a x 3b18=3iX 32x 294. 主电机功率一动力参数的确定满足生产需要,合理地确定电机功率N,使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能, 又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次

10、设计中采用的是：估算法，它是一种 按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中推荐的数值:取 P=5.5kw3.1.2传动设计.传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复 杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一 下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目：级数为Z的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有Z1、Z2、Z3个传动副。即3.43.5Z=Z1 Z2 Z3传动副数由于结构的限制以2或3为合适，即变速级

11、数Z应为2和3的因子:Z= 2 x3 可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设计 所须的正确的方案列出，具体的内容如下：2x(3+3+2) +2x2+1=21 个传动齿轮数目19b轴向尺寸传动轴数目操纵机构根简单，两个三联滑移齿轮，一个双联滑移齿轮二. 组传动顺序的安排或 3x2x3装置和性能。在I轴上2为宜，本次设计中就是18级转速传动系统的传动组，可以安排成：3x3x2，2x3x3， 选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、 摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以 采用的2, 一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的

12、。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的 传动副选用2,或者用一个定比传动副。三. 传动系统的扩大顺序的安排对于18级的传动可以有三种方案，准确的说应该不只有这三个方案， 可为了使结构和其 他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是：18=3 1 3 3 2 9传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动 顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。四. 传动组的变速范围的极限植1齿轮传动副最小传动比 uminA -，最大传动比umaxc2，决定了一个传动组的最大变速4范围 rmax=umax/

13、nmin< 8。因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数x, x,值为：极限传动比指数1.261 1x : umin=Cx 46x 值；umax=ex =23(x+x )值：umin= 0x x=89五. 最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为:Z=Z11 Z2 Z1 Z3 Z1Z2即是:Z=18=31 3 3 2 93.1.3转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选 择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转图，使主运动逐步具体化。.主电机的选

14、定中型机床上，一般都采用三相交流异步电机为动力源，可以在系列中选用。在选择电机 型号时，应按以下步骤进行:1.电机功率N:根据机床切削能力的要求确定电机功率。但电机产品的功率已经标准化，因此，按要求 应选取相近的标准值。N=5.5kw2.电机转速nd异步电机的转速有:3000、1500、1000、750r/min在此处选择的是:d=1500r/min这个选择是根据电机的转速与主轴最高转速nmax和I轴的转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。3. 双速和多速电机的应用根据本次设计机床的需要，所选用的是：双速电机4. 电机的安装和外形根据电机不同的安装和使用的需要，有四种不同的外形结

15、构，用的最多的有底座式和发 兰式两种。本次设计的机床所需选用的是外行安装尺寸之一。具体的安装图可由手册查到。5. 常用电机的资料根据常用电机所提供的资料，选用:图 3.1 Y132S-4电动机I轴从电机得到运动，经传动系统化成主轴各级转速。电机转速和主轴最高转速应相接 近。显然，从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑，I轴转速不宜将电机 转速下降得太低。但如果I轴上装有摩擦离合器一类部件时，高速下摩擦损耗、发热都将成为突出矛盾, 因此，I轴转速不宜太高。I轴装有离合器的一些机床的电机、主轴、I轴转速数据:参考这些数据，可见，车床I轴转速一般取7001000r/min。另外，也要注意

16、到电机与I轴间的传动方式，如用带传动时，降速比不宜太大，否则I轴上带轮太大，和主轴尾端可 能干涉。因此，本次设计选用：无锡职业技术学院毕业设计说明书n1=960r/min.中间传动轴的转速对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小与噪音、震动等性能要求 之间的矛盾。中间传动轴的转速较高时（如采用先升后降的传动），中间转动轴和齿轮承受扭矩小，可 以使用轴径和齿轮模数小写：d* VM、m* V'M，从而可以使用结构紧凑。但是，这将引起空载功率N空和噪音Lp （般机床容许噪音应小于 85dB）加大：3.6N空二丄（3.5dan Cd主n） KW106式中:C-系数，两支承滚动或滑

17、动轴承 C=8.5，三支承滚动轴承C=10 da-所有中间轴轴颈的平均直径（mm；d主一主轴前后轴颈的平均直径（mm； 刀n主轴转速（r/min ）。Lp 20log C1 mz an 4.5jq 1 tan B mz 主 n主K 3.7（mZ a所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm（mZ主-主轴上齿轮的分度圆的平均值 mmq-传到主轴所经过的齿轮对数；P -主轴齿轮螺旋角；C1、K-系数，根据机床类型及制造水平选取。 我国中型车床、铣床C1=3.5。车床K=54, 铣床 K=50.5。从上诉经验公式可知：主轴转速 n主和中间传动轴的转速和刀n对机床噪音和发热的关 系。确定中间传动轴的转速

18、时，应结合实际情况作相应修正：1. 功率教大的重切削机床，一般主轴转速较低，中间轴的转速适当取高一些，对减小结 构尺寸的效果较明显。2. 速轻载或精密车床，中间轴转速宜取低一些。3. 控制齿轮圆周速度uv8m/s （可用7级精度齿轮）。在此条件下，可适当选用较高的中 间轴转速。三.齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：1.升速传动中，最大传动比umaxc 2。过大，容易引起震动和噪音。2. 降速传动中，最小传动比 uminA 1/4。过小，则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太共50页第10页无锡职业技术学院毕业设计说明书大，将导致结构庞大。图3.2主运动的转速图200016001

19、25010008006305004003352502001601E5905040共50页 第11页无锡职业技术学院毕业设计说明书3.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定根据拟定的转速图上的各传动比，就可以确定带轮直径和齿轮的齿数。.带轮直径确定的方法、步骤1.选择三角型号一般机床上的都采用三角带。根据电机转速和功率查图即可确定型号（详情见机床主轴变速箱设计指导4-1节）。但图中的解并非只有一种，应使传动带数为 35根为宜。本次设计中所选的带轮型号和带轮的根数如下：型带轮选取3根2.确定带轮的最小直径Dmin （ D小）各种型号胶带推荐了最小带轮直径，直接查表即可确定。 根据皮带的型号，从教科书机械设

20、计基础教程查表可取:Dmi n=140mm3.计算大带轮直径D大根据要求的传动比u和滑功率&确定D大。当带轮为降速时:1 1u三角胶带的滑动率£ =2%三角传动中，在保证最小包角大于120度的条件下，传动比可取1/7<u<3。对中型通用机床，一般取12.5为宜。因此,137.2mmc D大 343mm经查表取:D 大=212mm.确定齿轮齿数用计算法或查表法确定齿轮齿数，后者更为简单。根据要求的传动比u和初步定出的传动齿轮副齿数和Sz，查表即可求出小齿轮齿数。在本次设计中采用的就是常用传动比的适用齿数（小齿轮）表就见教科书 机床简明设 计手册 不过在表中选取的时候

21、应注意以下几个问题:1.不产生根切。一般去 Zmin> 1820。2.保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚SA 2mm 般取S >5mm贝Zmin2T> 6.5+，具体的尺寸可参考图。m3.同一传动组的各对齿轮副的中心距应该相等。若莫数相同时，贝U齿数和亦应相等。但由于传动比的要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足比了上述要求。机床上可用 修正齿轮，在一定范围内调整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齿数差不能超过 34个齿。4.防止各种碰撞和干涉：共50页第21页三联滑移齿轮的相邻的齿数差应大于 4。应避免齿轮和轴之间相撞，出现以上的情况可以采用相

22、应的措施来补救。5.在同时满足以上的条件下齿轮齿数的确定已经可以初步定出，具体的各个齿轮齿数可以见传动图上所标写的。6.确定轴间距:轴间距是由齿轮齿数和后面计算并且经验算而确定的模数m而确定的，具体的计算值如（模数和齿轮的齿数而确定的轴间距必须满足以上的几个条件）I轴与n轴之间的距离：取m=2.5mm由转速图而确定 一Z20.85di mz2.5mm 51127.5mm d2 mz2.5mm 60150mm3.8齿轮1与2之间的中心距:aia d22127.5 1502138.75mm3.9n轴与m轴之间的距离:取m=2.5mm由转速图而确定的传动比见图,3848290.857330.5530

23、.62ds mz32.5mm3895mm3.10d4 mz42.5mm48120mm齿轮3与4之间的中心距:a2d4da2107.5mm3.11m轴与w轴之间的距离:取m=3.5mm由转速图而确定的传动比541.634250.463390.8iii49d9 mz93.5mm 54189mm齿轮9与10之间的中心距:d10m03.123.5mm 34119mma3dg d102189 1193.132154 mmW轴V轴之间的中心距离:取m=3.5mm由转速图而确定的传动比i0.267865i 1.9733d15 mz,53.5mm2070mm3.14di6 mzi63.5mm78273mma4

24、d15270 273d163.152171.5mm主轴到脉冲轴的中心距: 取m=3.5mm传动比i 1d19 m93.5mm 33115.5mm3.16d20 mz203.5mm 33115.5mmc *9 d205 2115.5 115.52115.5mm3.17I轴到反转轴W轴的中心距:取m=2.5mm传动比i 1.47d21 mz212.5mm 50125mm3.18由齿顶高齿顶高和齿跟高只与所取的模数d22 mz222.5mm 3485mmd21 d2262 _125 853.192105mmhaha* *hac mhf3.20而取ha* 1C 0.25,可知:m有关。可知取m=2.5

25、mm寸,haha m2.5mm2.5mmhfha0.252.5mm 3.125mm取 m=3.5mm寸:haha*m3.5mm3.5mmhfha0.253.5mm4.375mm三.主轴转速系列的验算主轴转速在使用上并不要十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响。但标牌上标准数列 的数值一般也不允许与实际转速相差太大。由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符合，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过正负10 （书-1 ） %即n实际 n理论101 %或n理论按公式:2.21 n=-2% +6%如果超差，要根据误差的正负以及引起误差的主要环节，重新调整齿数，使转速数列得无锡职业技术学

26、院毕业设计说明书1000共50页第23页到改善。主运动传动链的传动路线表达式如下:电动机5.5KW1440r / min140I212正转5138反转503454342563394960342865IV332078所有主轴的详细的校核如下:3854654834331990.582000200(0385420483478258.64250250382565486333n803.3r/minnn803.3r/min 0.322n100%3.46%n803.3r/min 0.619n497.58100%0.47%500 100%V主轴图3.3主传动路线48n 33532957140511440r/m

27、i n 140 803.3r/min212 602.4780.48%50038 25 20 803.3r/min 0.0848 63 786°66 63 100% 2.6%6338394849997.662020803.3r/min 1.24781000 100%0.23%1990.58r/min258.64r/ min 497.58r / min 64.66r / min 997.66r / min 3 .3 .3 .无锡职业技术学院毕业设计说明书3839206 .n803.3r /min0.16129.65r / min 3 .33484978n129.65125100%3.7%

28、 3 .341257 .n335465803.3r/min1.9491565.6 r / min3 .355334331565.61600100%2.0%n 3 .3 616008 .n335420803.3r /min0.253203.45r / min 3 .37533478n203.45200100%1.7% 3 .382009 .n332565803.3r/mi n0.487391.4r / min 3 .39536333391.43 .40n400 100%2.0%40033 生 20803.3r/min 0.06353637850.8650 100%1.7%50.86r / min

29、503339653 .42803.3r/min 0.977784.78r/min534933784.78800800333920534978101.981001002954655734331279.1212501250295420573478166.22160160392565576333n803.3r/min 0.127n100% 2%n803.3r/min 1.592n100%2.3%n803.3r/mi n 0.207n100%3.8%n803.3r/mi n 0.398n319.78 315101.98r / min 1279.12r/min 166.22r/min319.78r /m

30、in 100%1.5%3.434446484950315292520n 竺竺 20803.3r/min0.051741.56r/min5763783 .53共50页第26页541 8.293965574933641.17630630293920100%1.77%n781 7. nn 一 一5749803.3r/mi n 0.798641.17r/min5556803.3r / min 0.10483.3r / min3.5783.3 80n 80100%4.15%3 .5841.56 40 100%3.9%40在主轴上的18级转速分别校核后，都合格。四.传动系统图的绘制号,计算结果，用规定符号

31、，以是适当比例方格纸上绘制出转速图和主传动系统图。3.1.5传动件的设计传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常 对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和 型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构 尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改, 重新验算，直到满足要求。对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修 改后，再用计算机绘出。一.三角带传动的计算三角带传动中，轴间距 A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的 定比传动。1.选择三角带的型号根据计算功率N (kw)和小带轮n1 (r/min )查图选择带的型号。 计算功率N=KH (kW)式中Nd电机的额定功率，K W工作情况系数。车床的起动载荷轻，工作载荷稳定，二班制工作时，取：Kw=1.1带的型号是：B型号2.确定带轮的计算直径 D、D2无锡职业技术学院毕业设计说明书D不宜过小，要求大雨许用最小带轮直径 D-,即D1> Dmin。各型号带对应的最小带轮直径Dnin可杳表。1）小带轮计算直径D皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就