工学数控机床第三章主轴课件

第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件基本概念要知道

第三章数控机床的总体布局与主运动部件基本概念要知道1第三章数控机床的总体布局与主运动部件对数控机床结构的要求1.提高机床的静、动刚度机床的整体刚度包括三部分：自身刚度、接触刚度和局部刚度，机床整体刚度取决于其中最薄弱的环节。2.减少机床的热变形热变形：因发热而造成的温差，使机床各部件在形状和位置上产生的(不同程度的)畸变。3.减少运动件的摩擦和消除传动间隙第三章数控机床的总体布局与主运动部件对数控机床结构的要求24.提高机床的寿命和精度保持性(耐磨性)精度保持性：机床长期保持原始制造精度的能力。5.减少辅助时间，改善操作性4.提高机床的寿命和精度保持性(耐磨性)3第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件4§3-1数控机床的总体布局

总体布局：确定机床各主要部件之间的相对位置关系以及它们之间所需的相对运动关系。布局的目的是按照简单、合理、经济的原则，寻求一种可能实现加工要求的最优方案，它与工件的加工工艺过程有着密切的关系。首先要确定加工对象和加工方法，而后考虑机床必须具备的几种运动和相应部件的布局与安排，部件之间的相互联系。§3-1数控机床的总体布局总体布局：确定机床各主要部件5一、影响数控机床总体布局的工艺因素(一)表面形成方法对总体布局的影响加工不同形状的工件，需要不同的加工方法，从而设计不同型式的机床来完成。轴流式水轮机叶片的形状，是一个空间任意曲面，且无数学模型，轮廓曲线常用坐标点表示。一、影响数控机床总体布局的工艺因素轴流式水轮机叶片的形状，是61.加工方法的选择：若采用车削，则主运动速度很高。其它几个坐标的进给速度要与车削速度维持一定联系，进给驱动伺服系统的跟踪速度就要很快，目前不易解决。若采用磨削，磨削面积很大，砂轮磨损无一定规律，补偿较复杂；另外频繁地更换砂轮对生产也不利。1.加工方法的选择：7铣削加工方式设想铣刀为针状，则只需给定三个直线坐标运动，即可描绘出空间曲面。一般用球头铣刀加工。需要补偿调整，使程序编制趋于复杂；生产率较低，表面粗糙度高；刀具制造和刃磨均不方便。在加工面积较大的情况下，这种方案也不采用。铣削加工方式在加工面积较大的情况下，这种方案也不采用。8若用端铣刀加工，生产率较高，表面粗糙度也较低；需增加两个摆角坐标，以保证铣刀轴线处处与被加工表面的法线重合，故机床必须具备五个坐标运动。在切削凹面过程中，铣刀刀尖旋转平面不得超出被加工平面曲率半径的二倍，以免发生干涉。若用端铣刀加工，生产率较高，表面粗糙度也较低；92.主进给和工件安装位置的选择主进给运动，应是获得轮廓线型的主要运动有两种可能性：1)采用回转运动S为主进给运动与叶片图纸标注方法一致(采用圆柱坐标)，不用坐标换算，程序编制较方便。进给较均匀，加工精度好和表面粗糙度较低，生产率也较高；2.主进给和工件安装位置的选择进给较均匀，加工精度好和表面102)直线运动X、Y为主进给运动，由两个直角坐标运动合成圆弧要做繁琐的坐标换算；进给速度的控制较复杂。2)直线运动X、Y为主进给运动，由两个直角坐标运动合成圆弧11空间任意曲面在机床上安装位置，应与图纸标注位置一致，否则，曲面上所有点的坐标均应换算。(二)工序集中尽可能使运动分散些，以便于扩大工艺可能性。空间任意曲面在机床上安装位置，应与图纸标注位置一致，否则，曲12第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件13二、运动的分配与相应的部件布置运动分配决定了部件的布置。与下列因素有关：运动数目：决定于工件表面的形成运动运动性质被加工表面的部位结构因素使用要求二、运动的分配与相应的部件布置14工艺因素对运动分配的影响：定位面已定，一次安装完成全部加工。只加工顶面加工侧面加工顶面和侧面工艺因素对运动分配的影响：只加工顶面加工侧面加工顶面和侧面15加工水轮机叶片，在采用端铣刀加工情况下，机床必须具备五个同时可控的坐标运动。在布局时遵循的原则是：获得较好的加工精度，较低的表面粗糙度和较高的生产率；转动坐标的摆动中心到刀具端面的距离不要过大，最好是能布局成摆动时只改变刀具轴线向量的方位，而不改变切削点的坐标位置；工件尺寸与重量较大时，摆角进给运动由装有刀具的部件来完成，反之由装有工件的部件来完成；加工水轮机叶片，在采用端铣刀加工情况下，机床必须具备五个同时16两个摆角坐标合成的矢量应能在半个空间范围的任意方位变动；由于摆动坐标带着工件和刀具摆动的结果，将使加工工件的尺寸范围有所减少，这一点也是在总体布局时需要考虑的问题。若确定主进给为回转运动形式，这五个运动是二个直线运动、三个回转运动。两个摆角坐标合成的矢量应能在半个空间范围的任意方位变动；17(一)工件系统一个回转运动，刀具系统两个直线和两个回转运动1.双柱圆台式布局优点：双柱框架和工件系统刚性较好且稳定；工件装卸方便；工作台作圆周进给，粗糙度较易保证；易于实现工件设计基准和安装基准重合；扩大工艺可能性好；占地面积小。缺点：刀具系统结构复杂，刚性较差。(一)工件系统一个回转运动，刀具系统两个直线和两个回转运动182.端面车床式布局特点：机床较稳定；能实现设计基准和安装基准重合；一次安装下能加工工件的正反面。工件系统刚度差；占地面积大；工件装卸不方便；而且机床扩大工艺可能性差。2.端面车床式布局特点：19(二)工件系统一个直线和一个回转运动，刀具系统一个直线两个回转运动单柱卧式镗床式布局：缺点：刀具系统刚度差；立柱要加高，Ｙ坐标的跟踪速度要增大；加工、装配、调试等都比较困难。优点：工件系统刚性好，比较稳固；可以实现工件设计基准与安装基准重合。(二)工件系统一个直线和一个回转运动，刀具系统一个直线两个20第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件21三、数控机床总体布局应注意的问题(一)保证机床具有高精度、静刚度、抗振性和热稳定性机床的精度指的是机床在未受外载荷的条件下的原始精度。包括：

几何精度——机床在不运动或低速运动时的精度

传动精度——内联传动链两末端件之间的相对运动精度。

运动精度——机床在以工作状态的速度运动时的精度。

定位精度——机床的执行件在运动终点所达到的实际位置精度。三、数控机床总体布局应注意的问题22第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件23(二)数控机床的布局应保证高效率，便于操作，调整和维修1.高生产率：提高切削效率，减少辅助时间。2.便于操作、调整和维修便于装卸较重工件(二)数控机床的布局应保证高效率，便于操作，调整和维修便于24(三)数控机床的布局要注意提高综合技术经济效果和适应工艺发展1.提高综合技术经济效果制造厂的经济效益主要反映在机床成本上，要降低成本就应合理选择零件的材料，尽量使机床金属消耗量少，机床结构工艺性好，零件数少，研制、管理费用低。机床使用厂的经济效益反映为机床的加工效率、可靠性。应注意减少能源消耗，提高机床的机械效率(摩损小)。(三)数控机床的布局要注意提高综合技术经济效果和适应工艺发252.适应工艺发展纳入自动生产线或柔性制造系统中，因此，在布局上要考虑这一因素(工件输送、排屑)。2.适应工艺发展26第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件27§3-2对主传动系统的要求一、对主传动系统的要求：1.要求主轴驱动在尽可能大的调速范围内保持恒功率输出。即要求输出大的功率，又要求主轴结构简单。2.调速范围宽，且能无级调速。3.要求在主轴的两个转向中在任一个方向都可进行传动和减速。4.要求主轴与进给驱动实行同步控制，在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度停位控制；有的数控机床还要求主轴具有角度分度控制的功能。5.高精度与刚度。6.良好的抗振性和热稳定性。§3-2对主传动系统的要求一、对主传动系统的要求：28第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件29§3-3主运动有级变速系统的设计一般机床主轴转速应在某一范围(nmin~nmax)内变化，如果能够连续变换，即为无级变速；如果在最低转速与最高转速之间只能获得有限的若干级转速，则称为有级变速。一、转速数列主轴转速通常采用等比数列，即nj+1=njφ等比数列任意两级转速的相对差值相等对生产率的影响在转速范围内相同；§3-3主运动有级变速系统的设计一般机床主轴转速应在某一范30更重要的是变速系统在结构上易于实现，而且经济合理。设主轴共有Z级转速，n1=nmin，nZ=nmax，公比为φ，则：n1=nminn2=n1φ=nminφn3=n2φ=n1φ2…nZ=n1φZ-1调速范围更重要的是变速系统在结构上易于实现，而且经济合理。31公比φ的选择原则为：1<φ≤2相对转速损失φ1.061.121.261.411.581.7822相对速度损失5.6%11%21%29%37%44%50%设计时应尽量采用标准公比。当调速范围一定时，公比越小，转速级数越多。公比φ的选择原则为：相对转速损失φ1.061.121.2632第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件33二、有级变速系统的基本规律设计变速系统就是要合理地选择和排列轴和齿轮，使其得到所需的转速。转速图——由一些(横、竖、斜)线条组成的图，用来表示变速系统的传动(传动路线、传动付间关系)和运动(转速)情况。二、有级变速系统的基本规律34竖线：代表传动系统中各轴在转速图中竖线间距离相等，并不表示各轴中心距相同，目的在于使图面清晰。竖线：代表传动系统中各轴在转速图中竖线间距离相等，并不表示各35横线：代表各级转速，转速数列是等比数列时，纵坐标取成对数坐标lgnj+1-lgnj=lgφ各水平线间距离相等为lgφ，表示相差一格的两个转速相差φ倍。横线：代表各级转速，转速数列是等比数列时，纵坐标取成对数坐标36斜线：代表传动付斜线的倾斜方向、程度，代表此传动付的传动比大小两轴间互相平行的连线代表同一传动付。横、竖、斜线的交点：代表各轴的转速。斜线：代表传动付横、竖、斜线的交点：代表各轴的转速。37转速图可表示：1)传动轴的数量及各轴传递运动的先后顺序；2)使主轴获得所需转速的变速组数目及每个变速组中传动付数目；3)各传动付的传动比；4)各轴的转速及转速级数；5)主轴各级转速的传动路线；转速图可表示：3)各传动付的传动比；386)传动组的级比及级比指数；级比——同一变速组中(由同一点出发)相邻两传动付传动比之比。用公比的指数φx表示。级比指数——级比用φx表示，x就是级比指数，它表示转速图中相邻两传动付与被动轴交点间相距的格数。6)传动组的级比及级比指数；级比——同一变速组中(由同一点397)各变速组的变速范围(最大最小传动比的比值)及主轴的转速范围；8)传动顺序和扩大顺序。传动顺序—由电机到主轴传动的先后排列顺序扩大顺序—变速组按级比指数x值，由小到大的排列顺序7)各变速组的变速范围(最大最小传动比的比值)及主轴的转速40各变速组的传动比与主轴转速为连续而不重复的等比数列之间存在的内在联系。已知：变速系统的Z=12，φ=1.41，n电=1440r.p.m第一变速组(a)，有三对齿轮付，其传动比分别为：各变速组的传动比与主轴转速为连续而不重复的等比数列之间存在的41变速组a是实现主轴转速为等比数列必不可少的变速组，称为基本组。要使主轴得到连续的等比数列，基本组的级比指数x0必须为1。x0=1变速组a是实现主轴转速为等比数列必不可少的变速组，称为基本组42这个变速组在基本组的基础上起了第一次扩大的作用，称第一扩大组。第一扩大组级比指数应等于基本组的传动付数x1=p0(一扩传动比的内在规律)x1=3第二变速组(b)：有两对齿轮传动付，其传动比为：这个变速组在基本组的基础上起了第一次扩大的作用，称第一扩大组43第三变速组(c)：有两对齿轮传动付，其传动比为：x2=6这个变速组在基本组和第一扩大组的基础上，进一步扩大转速范围，称第二扩大组。二扩的级比指数等于基本组与一扩的传动付数的相乘积(3*2=6)。即x2=p0p1，这是第二扩大组中传动比的内在规律。第三变速组(c)：有两对齿轮传动付，其传动比为：x2=6这个44结论：若使主轴转速为连续的等比数列，则任意变速组中，各传动比之间的比例应为：u1:u2:u3:…:up=1:φx:φ2x:…:φ(p-1)x级比指数与传动付之间应存在下列关系：x0=1x1=p0x2=p0p1…xj=p0p1p2…pj-1如果一个传动系统符合x0=1x1=p0x2=p0p1…xj=p0p1p2…pj-1且Z=p0p1p2…pj成立，则主轴转速数列是连续的，而不重复的——常规传动系统。结论：若使主轴转速为连续的等比数列，则任意变速组中，各传动比45结论：机床的传动系统，通常由几个变速组串联组成，其中以基本组为基础，然后通过第一、第二、…扩大组把各轴的转速级数和变速范围逐步扩大。结论：机床的传动系统，通常由几个变速组串联组成，其中以基本组46第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件47三、结构网和结构式结构网和结构式可以用来分析和比较机床传动系统的方案。12=31*23*2612=31*26*2312=32*21*26结构式的通式Z=p0(x0)p1(x1)p2(x2)…三、结构网和结构式12=31*23*2612=31*26*248结构网与转速图的主要区别是：结构网只是表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转速的绝对值；结构网上代表传动比的斜线呈对称分布。12=31*23*26结构网与转速图的主要区别是：12=31*23*2649变速组内相邻传动比关系可以用结构式或结构网表示，一个结构式对应一个结构网，一个结构式可以画出不同的转速图(只要改变中间轴的转速)，但一个转速图只能表示出一个结构式。12=31*23*26变速组内相邻传动比关系可以用结构式或结构网表示，一个结构式对50第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件51四、变速系统的设计已知：变速系统的转速级数Z=12，最低转速n1=31.5，公比φ=1.41，n电=1440r.p.m拟定转速图的一般原则：结构紧凑1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)12=3*2*212=2*3*212=2*2*312=4*312=3*412=6*212=2*6机床的传动系统通常采用双联或三联滑移齿轮进行变速，即每个变速组的传动付数最好取为p=2或3。Σp=3+2+2=7Σp=4+3=7Σp=6+2=8四、变速系统的设计Σp=3+2+2=7Σp=4+3=7Σp=52好处：

1)

可使总的传动付数量最少2)

缩短轴向尺寸，简化操纵机构3)

变速组兼起降速作用，减少降速用的定比传动机构好处：53从电机起越靠近主轴的轴最低转速就愈低，根据扭矩的公式：当传递的功率为一定时，转速较高的轴所传递的扭矩较小。在设计传动系统时，应使较多的传动件在高转速下进行工作。即所谓“前多后少”的原则，故一般要求：pa>pb>pc>…>pm从电机起越靠近主轴的轴最低转速就愈低，根据扭矩的公式：当传递54第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)第三章数控机床的总体布局与主运动部件5512=31*23*2612=31*26*2312=32*21*2612=32*26*2112=34*21*222.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)基本组与扩大组的几种不同排列方案：12=34*22*2112=31*23*2612=31*26*2312=32*2156各变速组的扩大顺序应尽可能与运动传递顺序相一致：xa<xb<xc<…<xj各变速组的变速范围应逐渐增大，在转速图或结构网中表现出前面变速组传动比的连线分布较密，而后面变速组传动比连线的分布较疏松，即所谓“前紧后松”的原则。各变速组的扩大顺序应尽可能与运动传递顺序相一致：57第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)3.

变速组中的极限传动比及变速范围第三章数控机床的总体布局与主运动部件583.

变速组中的极限传动比及变速范围设计机床传动系统时要考虑两种情况：降速传动应避免被动齿轮尺寸过大，而增加变速箱的径向尺寸，一般限制降速传动比的最小值升速传动应避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿轮升速传动比的最大值umax≤2，斜齿轮传动比较平稳，可取umax≤2.5，3.

变速组中的极限传动比及变速范围升速传动应避免扩大传动误59主传动各变速组的最大变速范围为：一般在设计机床传动系统时，任何一个变速组的变速范围都应尽量满足上述要求，在条件许可或处理得当时，也可以超出这个范围。主传动各变速组的最大变速范围为：一般在设计机床传动系统时，任6012=31*23*26r0=φx0(p0-1)=1.411*(3-1)=2<8r1=φx1(p1-1)=1.413*(2-1)=2.82<8r2=φx2(p2-1)=1.416*(2-1)=812=34*22*21

r0=φx0(p0-1)=1.411*(2-1)=1.41<8r1=φx1(p1-1)=1.412*(2-1)=2<8r2=φx2(p2-1)=1.414*(3-1)=16>8初步方案确定，应检查变速范围是否超出允许值。12=31*23*26初步方案确定，应检查变速范围是否超出允61最后扩大组的变速范围最大，只要最后扩大组的变速范围合乎要求，其它变速组也就不会超出允许值。为使最后扩大组的变速范围不至超出允许值，大多数机床最后扩大组的传动付数取为2。最后扩大组的变速范围最大，只要最后扩大组的变速范围合乎要求，62第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)3.

变速组中的极限传动比及变速范围4.

合理分配传动比的数值第三章数控机床的总体布局与主运动部件634.

合理分配传动比的数值注意：1)各传动付的传动比应尽可能不超出极限传动比umin和umax2)

各中间传动轴应有适当高的转速：在传动顺序上各变速组的最小传动比应采用逐渐降速的原则：uamin≥ubmin≥ucmin≥…这样可使中间传动轴的最低转速提高，即所谓“先慢后快”的原则。但中间轴如果转速过高，将会引起振动、发热、噪声，通常希望齿轮的线速度不超过12~15m/s4.

合理分配传动比的数值643)为了便于设计及使用，传动比值最好取标准公比的整数冥，即u=φ±E，其中E为整数。中间轴的转速可以从转速图中直接读出；可直接查表确定齿轮齿数。应根据具体情况灵活运用。总的原则：保证机床结构紧凑。总结：主运动转速图的设计原则：2、3常用，前多后少，前密后疏(前紧后松)，速比递降(先慢后快)，标准公比，灵活运用。3)为了便于设计及使用，传动比值最好取标准公比的整数冥，即65已知：变速系统的转速级数Z=12，最低转速n1=31.5，公比φ=1.41，n电=1440r.p.m31.54563901251802503555007101000140012=31*23*26已知：变速系统的转速级数Z=12，最低转速n1=31.5，公6612=31*23*26首先确定是否增加降速传动：这台机床总的降速比若每个变速组的最小降速比都取成1/4，则三个变速组总的降速比可达到

为使中间两个变速组作到降速缓慢，以利减小变速箱的径向尺寸，并考虑到机床变型，故在电机与Ⅰ轴间增加一对降速传动皮带轮。12=31*23*26若每个变速组的最小降速比都取成1/4，67第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)3.

变速组中的极限传动比及变速范围4.

合理分配传动比的数值第三章数控机床的总体布局与主运动部件68下面来分配各变速组的传动比轴数=传动组+1=(变速组+1)+11)在主轴Ⅳ上标出12级转速31.5~1400r.p.m，在0轴上标出电机转速n0=1400r.p.m14401400100071050035525018012590634531.5OⅠⅡⅢⅣ2)确定各变速组的最小传动比通常以往前推比较方便，即先决定最后一个变速组的最小传动比。12=31*23*26下面来分配各变速组的传动比1440140010007105069最后一个变速组的变速范围为φ6=1.416=8=rmax，两个传动付的传动比必然是极限值：14401400100071050035525018012590634531.5OⅠⅡⅢⅣ12=31*23*26最后一个变速组的变速范围为1440140010007105070根据降速应“前慢后快”的原则，为避免升速，又不使传动比太小，可取：14401400100071050035525018012590634531.5OⅠⅡⅢⅣ14401400100071050035525018012590634531.5OⅠⅡⅢⅣ12=31*23*26根据降速应“前慢后快”的原则，为避免升速，又不使传动比太小，71同理，对于Ⅰ轴可取：3)画出各变速组其它传动付14401400100071050035525018012590634531.5OⅠⅡⅢⅣ12=31*23*26同理，对于Ⅰ轴可取：3)画出各变速组其它传动付14401472第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-3主运动有级变速系统的设计

一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)

3.

变速组中的极限传动比及变速范围4.

合理分配传动比的数值5.齿轮齿数的确定第三章数控机床的总体布局与主运动部件73a5.齿轮齿数的确定确定齿轮齿数时应注意的问题：1)传动付的齿数和不应过大，以免加大两轴之间的中心距，造成机床的结构庞大，一般推荐齿数和SZ≤100~1202)齿数和应尽可能小，但应考虑：最小齿轮应不产生根切现象；保证齿根强度：齿轮齿槽到孔壁或键槽的壁厚a≥2m；两轴的最小中心距应取得适当，保证轴承或其它结构的安装空间。

a5.齿轮齿数的确定保证齿根强度：齿轮齿槽到孔壁或键槽的壁743)齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求，当然可以有误差，但所造成的主轴各级转速误差一般不应超过±10(φ-1)%，即|Δn|≤±10(φ-1)%齿轮齿数可通过查表或计算的方法来确定。3)齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求，当然可以有误差，但75第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件76§3-4主运动无级变速系统的设计一、使用无级调速电机的主运动变速系统设计采用无级调速电机时，必须考虑它的功率特性和扭矩特性与传动链的要求是否匹配的问题。F=CFapxFfyF执行器官作直线运动的传动链，对变速机构的要求可以认为是恒扭矩的，即输出扭矩不需因转速的降低而增大。旋转主运动链要求的变速机构基本上是恒功率的，即输出扭矩应随转速的降低而增大。§3-4主运动无级变速系统的设计一、使用无级调速电机的主运77在实际生产中，并不需要在整个调速范围内均为恒功率，尤其在最低几级转速多用于加工螺纹、调整机床，不要求使用全部功率。从最高转速算起，调速范围的2/3或3/4是恒功率的，其余的低转速则是恒扭矩的。机床的功率＿扭矩特性图计算转速在实际生产中，并不需要在整个调速范围内均为恒功率，尤其在最低78设计无级变速传动链时，应遵循的原则：1.如果无级变速机构的功率特性和扭矩特性符合机床传动链的要求，调速范围也能满足传动链的要求，则可直接或经某些定比传动付驱动执行器官。2.如果无级变速机构的功率特性和扭矩特性符合传动链的要求，但调速范围较小，不能满足传动链调速范围的要求，则可在无级变速机构之后串联分级变速箱，以扩大其变速范围。设计无级变速传动链时，应遵循的原则：79这时变速箱的公比φ分应小于等于无级变速机构的调速范围R无，即φ分≤R无3.如果无级变速机构的功率特性和扭矩特性不完全符合传动链的要求，这时必须串变速箱，变速箱的公比φ分原则上应小于等于无级变速机构的恒功率调速范围RN，如果为了简化变速机构，取φ分略大于RN，则电动机功率应取得比要求的功率大些。这时变速箱的公比φ分应小于等于无级变速机构的调速范围R无，380已知：主轴的转速nmin=11.5r/min，nmax=1600r/min；主轴上输出转矩Mmax=705.6N.m，最大输出功率为Nmax=5kw(一)选用电机选用Z2_52型直流电机，其额定功率N=7.5KW，额定转速nN=1500r/min，调磁最高转速为2400r/min已知：主轴的转速nmin=11.5r/min，nmax=181主轴输出恒功率的调速范围主轴输出恒扭矩的调速范围(二)确定计算转速nj和机、电调速范围Mmax=705.6N.mN=7.5KW160011.5主轴输出恒功率的调速范围主轴输出恒扭矩的调速范围(二)82电机的调压(恒转矩)调速范围，只需取得与主轴要求的恒转矩调速范围相等，即为RDM=8.87=RM电机的调磁调速范围φ分=RDN=1.6为了简化变速箱而取Z=4，则电机的调压(恒转矩)调速范围，只需取得与主轴要求的恒转矩调速83(三)拟定转速图1)确定结构式：机械变速系统的结构式：4=21*22第一扩大组的变速范围r1=φx1(p1-1)=2.142=4.58<82)绘制转速图：可用两个变速组的两个最小传动比但是为了减少变速组的轴间距尺寸，以及变速箱体的总体布局需要，另外多增设了一对齿轮降速。RDM=8.87RDN=1.61633497461600nDmax=2400nD=1500102218467100021394578ⅡⅢⅠⅣ从电机的恒功率调速的最低速1500r/min降至主轴的计算转速102r/min，其总降速比为n=11211:ф1.51:ф1.11:ф0.1ф0.5(三)拟定转速图可用两个变速组的两个最小传动比但是为了减少84主轴上的输出转矩和功率特性图如果一定要求没缺口，即全为恒功率输出，则Z=6级φ＝1.58<RDN主轴上的输出转矩和功率特性图如果一定要求没缺口，即全为恒功率85第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件86§3-5主轴组件一、主轴组件的结构主轴组件由主轴、主轴上的支承件和传动件等组成。(一)主轴端部的结构主轴端部用于安装刀具或工件，因此要求保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。主轴端部结构已标准化。§3-5主轴组件一、主轴组件的结构87车床、磨床的工件主轴车床、磨床的工件主轴88铣床、镗铣床外圆磨床砂轮主轴内圆磨床的砂轮主轴钻床、镗床多轴钻、组合机7:241:5莫氏锥铣床、镗铣床外圆磨床砂轮主轴内圆磨床的砂轮主轴钻床、镗床多轴89第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件一、主轴组件的结构二、数控车床的主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件90二、数控车床的主轴组件与一般车床的区别不大。动平衡在主运动和进给运动之间建立联系。二、数控车床的主轴组件91第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件一、主轴组件的结构二、数控车床的主轴组件三、自动换刀数控镗铣床的主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件92三、自动换刀数控镗铣床的主轴组件四、刀具自动夹紧及主轴准停装置三、自动换刀数控镗铣床的主轴组件93准停__主轴需停在一个固定不变的方位上。主轴准停装置有如下作用：1)保证自动换刀时刀夹键槽对准主轴端的定位键；2)精镗后，主轴定向，使刀尖离开加工表面后，再退出刀具，避免划伤精镗表面；3)扩大工艺用途＿＿通过小孔镗大孔、反锪、反倒角等；4)每次装刀时，刀尖与主轴相对位置不变，提高刀具安装精度，因而提高镗孔重复精度。准停__主轴需停在一个固定不变的方位上。94第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件一、主轴组件的结构二、数控车床的主轴组件三、自动换刀数控镗铣床的主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件95目前准停装置很多，下面介绍三种：1.在主轴上或与主轴有传动联系的传动轴上安装位置编码器或磁性传感器，配合直流或交流调速电机实现纯电器定向准停。这种方法结构简单，准停可靠，动作迅速平稳。目前准停装置很多，下面介绍三种：962.Ｖ形槽轮定位盘准停装置主轴准停装置设在主轴的尾端，粗定位盘2是夹布胶木盘，精定位盘1是带有V形槽的钢盘工作原理如图精定位盘

粗定位盘感应块无触点开关主轴定向活塞滚轮两个定位盘用螺钉紧固，相对位置可调，使V形槽与主轴上的端面键保持所需要的相对位置关系。2.Ｖ形槽轮定位盘准停装置工作原理如图精定位盘粗定位盘97定向前，主轴必须是停止状态，定向活塞6在下面位置。当接受主轴准停指令后，依下列顺序准停：1)主轴低速转动(电机低速，齿轮低速挡)；工作原理如图精定位盘

粗定位盘感应块无触点开关主轴定向活塞滚轮2)延时4~6秒，主轴转稳后，接通无触点开关4；3)当感应块与无触点开关相对时发出信号；同时使主电机停，齿轮处于空档位置；主轴靠惯性空转；定向前，主轴必须是停止状态，定向活塞6在下面位置。当接受主轴98工作原理如图精定位盘

粗定位盘感应块无触点开关主轴定向活塞滚轮4)延时0.2~0.4秒后，压力油进入液压缸下腔，活塞6上移，时间继电器动作；5)活塞6上的滚轮7顶入精定位盘1的凹槽，行程开关(32XK)发信号，主轴准停完毕；6)延时1秒后，行程开关不发信号，表明准停没完成；需使活塞6后退，压行程开关(33XK)，重新准停；工作原理如图精定位盘粗定位盘感应块无触点开关主轴定向993.端面螺旋凸轮准停装置这种双向端面凸轮准停机构，动作迅速可靠，但是凸轮制造较困难。3.端面螺旋凸轮准停装置100第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件基本概念要知道

第三章数控机床的总体布局与主运动部件基本概念要知道101第三章数控机床的总体布局与主运动部件对数控机床结构的要求1.提高机床的静、动刚度机床的整体刚度包括三部分：自身刚度、接触刚度和局部刚度，机床整体刚度取决于其中最薄弱的环节。2.减少机床的热变形热变形：因发热而造成的温差，使机床各部件在形状和位置上产生的(不同程度的)畸变。3.减少运动件的摩擦和消除传动间隙第三章数控机床的总体布局与主运动部件对数控机床结构的要求1024.提高机床的寿命和精度保持性(耐磨性)精度保持性：机床长期保持原始制造精度的能力。5.减少辅助时间，改善操作性4.提高机床的寿命和精度保持性(耐磨性)103第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件104§3-1数控机床的总体布局

总体布局：确定机床各主要部件之间的相对位置关系以及它们之间所需的相对运动关系。布局的目的是按照简单、合理、经济的原则，寻求一种可能实现加工要求的最优方案，它与工件的加工工艺过程有着密切的关系。首先要确定加工对象和加工方法，而后考虑机床必须具备的几种运动和相应部件的布局与安排，部件之间的相互联系。§3-1数控机床的总体布局总体布局：确定机床各主要部件105一、影响数控机床总体布局的工艺因素(一)表面形成方法对总体布局的影响加工不同形状的工件，需要不同的加工方法，从而设计不同型式的机床来完成。轴流式水轮机叶片的形状，是一个空间任意曲面，且无数学模型，轮廓曲线常用坐标点表示。一、影响数控机床总体布局的工艺因素轴流式水轮机叶片的形状，是1061.加工方法的选择：若采用车削，则主运动速度很高。其它几个坐标的进给速度要与车削速度维持一定联系，进给驱动伺服系统的跟踪速度就要很快，目前不易解决。若采用磨削，磨削面积很大，砂轮磨损无一定规律，补偿较复杂；另外频繁地更换砂轮对生产也不利。1.加工方法的选择：107铣削加工方式设想铣刀为针状，则只需给定三个直线坐标运动，即可描绘出空间曲面。一般用球头铣刀加工。需要补偿调整，使程序编制趋于复杂；生产率较低，表面粗糙度高；刀具制造和刃磨均不方便。在加工面积较大的情况下，这种方案也不采用。铣削加工方式在加工面积较大的情况下，这种方案也不采用。108若用端铣刀加工，生产率较高，表面粗糙度也较低；需增加两个摆角坐标，以保证铣刀轴线处处与被加工表面的法线重合，故机床必须具备五个坐标运动。在切削凹面过程中，铣刀刀尖旋转平面不得超出被加工平面曲率半径的二倍，以免发生干涉。若用端铣刀加工，生产率较高，表面粗糙度也较低；1092.主进给和工件安装位置的选择主进给运动，应是获得轮廓线型的主要运动有两种可能性：1)采用回转运动S为主进给运动与叶片图纸标注方法一致(采用圆柱坐标)，不用坐标换算，程序编制较方便。进给较均匀，加工精度好和表面粗糙度较低，生产率也较高；2.主进给和工件安装位置的选择进给较均匀，加工精度好和表面1102)直线运动X、Y为主进给运动，由两个直角坐标运动合成圆弧要做繁琐的坐标换算；进给速度的控制较复杂。2)直线运动X、Y为主进给运动，由两个直角坐标运动合成圆弧111空间任意曲面在机床上安装位置，应与图纸标注位置一致，否则，曲面上所有点的坐标均应换算。(二)工序集中尽可能使运动分散些，以便于扩大工艺可能性。空间任意曲面在机床上安装位置，应与图纸标注位置一致，否则，曲112第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件113二、运动的分配与相应的部件布置运动分配决定了部件的布置。与下列因素有关：运动数目：决定于工件表面的形成运动运动性质被加工表面的部位结构因素使用要求二、运动的分配与相应的部件布置114工艺因素对运动分配的影响：定位面已定，一次安装完成全部加工。只加工顶面加工侧面加工顶面和侧面工艺因素对运动分配的影响：只加工顶面加工侧面加工顶面和侧面115加工水轮机叶片，在采用端铣刀加工情况下，机床必须具备五个同时可控的坐标运动。在布局时遵循的原则是：获得较好的加工精度，较低的表面粗糙度和较高的生产率；转动坐标的摆动中心到刀具端面的距离不要过大，最好是能布局成摆动时只改变刀具轴线向量的方位，而不改变切削点的坐标位置；工件尺寸与重量较大时，摆角进给运动由装有刀具的部件来完成，反之由装有工件的部件来完成；加工水轮机叶片，在采用端铣刀加工情况下，机床必须具备五个同时116两个摆角坐标合成的矢量应能在半个空间范围的任意方位变动；由于摆动坐标带着工件和刀具摆动的结果，将使加工工件的尺寸范围有所减少，这一点也是在总体布局时需要考虑的问题。若确定主进给为回转运动形式，这五个运动是二个直线运动、三个回转运动。两个摆角坐标合成的矢量应能在半个空间范围的任意方位变动；117(一)工件系统一个回转运动，刀具系统两个直线和两个回转运动1.双柱圆台式布局优点：双柱框架和工件系统刚性较好且稳定；工件装卸方便；工作台作圆周进给，粗糙度较易保证；易于实现工件设计基准和安装基准重合；扩大工艺可能性好；占地面积小。缺点：刀具系统结构复杂，刚性较差。(一)工件系统一个回转运动，刀具系统两个直线和两个回转运动1182.端面车床式布局特点：机床较稳定；能实现设计基准和安装基准重合；一次安装下能加工工件的正反面。工件系统刚度差；占地面积大；工件装卸不方便；而且机床扩大工艺可能性差。2.端面车床式布局特点：119(二)工件系统一个直线和一个回转运动，刀具系统一个直线两个回转运动单柱卧式镗床式布局：缺点：刀具系统刚度差；立柱要加高，Ｙ坐标的跟踪速度要增大；加工、装配、调试等都比较困难。优点：工件系统刚性好，比较稳固；可以实现工件设计基准与安装基准重合。(二)工件系统一个直线和一个回转运动，刀具系统一个直线两个120第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件121三、数控机床总体布局应注意的问题(一)保证机床具有高精度、静刚度、抗振性和热稳定性机床的精度指的是机床在未受外载荷的条件下的原始精度。包括：

几何精度——机床在不运动或低速运动时的精度

传动精度——内联传动链两末端件之间的相对运动精度。

运动精度——机床在以工作状态的速度运动时的精度。

定位精度——机床的执行件在运动终点所达到的实际位置精度。三、数控机床总体布局应注意的问题122第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件123(二)数控机床的布局应保证高效率，便于操作，调整和维修1.高生产率：提高切削效率，减少辅助时间。2.便于操作、调整和维修便于装卸较重工件(二)数控机床的布局应保证高效率，便于操作，调整和维修便于124(三)数控机床的布局要注意提高综合技术经济效果和适应工艺发展1.提高综合技术经济效果制造厂的经济效益主要反映在机床成本上，要降低成本就应合理选择零件的材料，尽量使机床金属消耗量少，机床结构工艺性好，零件数少，研制、管理费用低。机床使用厂的经济效益反映为机床的加工效率、可靠性。应注意减少能源消耗，提高机床的机械效率(摩损小)。(三)数控机床的布局要注意提高综合技术经济效果和适应工艺发1252.适应工艺发展纳入自动生产线或柔性制造系统中，因此，在布局上要考虑这一因素(工件输送、排屑)。2.适应工艺发展126第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件127§3-2对主传动系统的要求一、对主传动系统的要求：1.要求主轴驱动在尽可能大的调速范围内保持恒功率输出。即要求输出大的功率，又要求主轴结构简单。2.调速范围宽，且能无级调速。3.要求在主轴的两个转向中在任一个方向都可进行传动和减速。4.要求主轴与进给驱动实行同步控制，在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度停位控制；有的数控机床还要求主轴具有角度分度控制的功能。5.高精度与刚度。6.良好的抗振性和热稳定性。§3-2对主传动系统的要求一、对主传动系统的要求：128第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件129§3-3主运动有级变速系统的设计一般机床主轴转速应在某一范围(nmin~nmax)内变化，如果能够连续变换，即为无级变速；如果在最低转速与最高转速之间只能获得有限的若干级转速，则称为有级变速。一、转速数列主轴转速通常采用等比数列，即nj+1=njφ等比数列任意两级转速的相对差值相等对生产率的影响在转速范围内相同；§3-3主运动有级变速系统的设计一般机床主轴转速应在某一范130更重要的是变速系统在结构上易于实现，而且经济合理。设主轴共有Z级转速，n1=nmin，nZ=nmax，公比为φ，则：n1=nminn2=n1φ=nminφn3=n2φ=n1φ2…nZ=n1φZ-1调速范围更重要的是变速系统在结构上易于实现，而且经济合理。131公比φ的选择原则为：1<φ≤2相对转速损失φ1.061.121.261.411.581.7822相对速度损失5.6%11%21%29%37%44%50%设计时应尽量采用标准公比。当调速范围一定时，公比越小，转速级数越多。公比φ的选择原则为：相对转速损失φ1.061.121.26132第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件133二、有级变速系统的基本规律设计变速系统就是要合理地选择和排列轴和齿轮，使其得到所需的转速。转速图——由一些(横、竖、斜)线条组成的图，用来表示变速系统的传动(传动路线、传动付间关系)和运动(转速)情况。二、有级变速系统的基本规律134竖线：代表传动系统中各轴在转速图中竖线间距离相等，并不表示各轴中心距相同，目的在于使图面清晰。竖线：代表传动系统中各轴在转速图中竖线间距离相等，并不表示各135横线：代表各级转速，转速数列是等比数列时，纵坐标取成对数坐标lgnj+1-lgnj=lgφ各水平线间距离相等为lgφ，表示相差一格的两个转速相差φ倍。横线：代表各级转速，转速数列是等比数列时，纵坐标取成对数坐标136斜线：代表传动付斜线的倾斜方向、程度，代表此传动付的传动比大小两轴间互相平行的连线代表同一传动付。横、竖、斜线的交点：代表各轴的转速。斜线：代表传动付横、竖、斜线的交点：代表各轴的转速。137转速图可表示：1)传动轴的数量及各轴传递运动的先后顺序；2)使主轴获得所需转速的变速组数目及每个变速组中传动付数目；3)各传动付的传动比；4)各轴的转速及转速级数；5)主轴各级转速的传动路线；转速图可表示：3)各传动付的传动比；1386)传动组的级比及级比指数；级比——同一变速组中(由同一点出发)相邻两传动付传动比之比。用公比的指数φx表示。级比指数——级比用φx表示，x就是级比指数，它表示转速图中相邻两传动付与被动轴交点间相距的格数。6)传动组的级比及级比指数；级比——同一变速组中(由同一点1397)各变速组的变速范围(最大最小传动比的比值)及主轴的转速范围；8)传动顺序和扩大顺序。传动顺序—由电机到主轴传动的先后排列顺序扩大顺序—变速组按级比指数x值，由小到大的排列顺序7)各变速组的变速范围(最大最小传动比的比值)及主轴的转速140各变速组的传动比与主轴转速为连续而不重复的等比数列之间存在的内在联系。已知：变速系统的Z=12，φ=1.41，n电=1440r.p.m第一变速组(a)，有三对齿轮付，其传动比分别为：各变速组的传动比与主轴转速为连续而不重复的等比数列之间存在的141变速组a是实现主轴转速为等比数列必不可少的变速组，称为基本组。要使主轴得到连续的等比数列，基本组的级比指数x0必须为1。x0=1变速组a是实现主轴转速为等比数列必不可少的变速组，称为基本组142这个变速组在基本组的基础上起了第一次扩大的作用，称第一扩大组。第一扩大组级比指数应等于基本组的传动付数x1=p0(一扩传动比的内在规律)x1=3第二变速组(b)：有两对齿轮传动付，其传动比为：这个变速组在基本组的基础上起了第一次扩大的作用，称第一扩大组143第三变速组(c)：有两对齿轮传动付，其传动比为：x2=6这个变速组在基本组和第一扩大组的基础上，进一步扩大转速范围，称第二扩大组。二扩的级比指数等于基本组与一扩的传动付数的相乘积(3*2=6)。即x2=p0p1，这是第二扩大组中传动比的内在规律。第三变速组(c)：有两对齿轮传动付，其传动比为：x2=6这个144结论：若使主轴转速为连续的等比数列，则任意变速组中，各传动比之间的比例应为：u1:u2:u3:…:up=1:φx:φ2x:…:φ(p-1)x级比指数与传动付之间应存在下列关系：x0=1x1=p0x2=p0p1…xj=p0p1p2…pj-1如果一个传动系统符合x0=1x1=p0x2=p0p1…xj=p0p1p2…pj-1且Z=p0p1p2…pj成立，则主轴转速数列是连续的，而不重复的——常规传动系统。结论：若使主轴转速为连续的等比数列，则任意变速组中，各传动比145结论：机床的传动系统，通常由几个变速组串联组成，其中以基本组为基础，然后通过第一、第二、…扩大组把各轴的转速级数和变速范围逐步扩大。结论：机床的传动系统，通常由几个变速组串联组成，其中以基本组146第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件147三、结构网和结构式结构网和结构式可以用来分析和比较机床传动系统的方案。12=31*23*2612=31*26*2312=32*21*26结构式的通式Z=p0(x0)p1(x1)p2(x2)…三、结构网和结构式12=31*23*2612=31*26*2148结构网与转速图的主要区别是：结构网只是表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转速的绝对值；结构网上代表传动比的斜线呈对称分布。12=31*23*26结构网与转速图的主要区别是：12=31*23*26149变速组内相邻传动比关系可以用结构式或结构网表示，一个结构式对应一个结构网，一个结构式可以画出不同的转速图(只要改变中间轴的转速)，但一个转速图只能表示出一个结构式。12=31*23*26变速组内相邻传动比关系可以用结构式或结构网表示，一个结构式对150第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计§3-4主运动无级变速系统的设计§3-5主轴组件第三章数控机床的总体布局与主运动部件151四、变速系统的设计已知：变速系统的转速级数Z=12，最低转速n1=31.5，公比φ=1.41，n电=1440r.p.m拟定转速图的一般原则：结构紧凑1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)12=3*2*212=2*3*212=2*2*312=4*312=3*412=6*212=2*6机床的传动系统通常采用双联或三联滑移齿轮进行变速，即每个变速组的传动付数最好取为p=2或3。Σp=3+2+2=7Σp=4+3=7Σp=6+2=8四、变速系统的设计Σp=3+2+2=7Σp=4+3=7Σp=152好处：

1)

可使总的传动付数量最少2)

缩短轴向尺寸，简化操纵机构3)

变速组兼起降速作用，减少降速用的定比传动机构好处：153从电机起越靠近主轴的轴最低转速就愈低，根据扭矩的公式：当传递的功率为一定时，转速较高的轴所传递的扭矩较小。在设计传动系统时，应使较多的传动件在高转速下进行工作。即所谓“前多后少”的原则，故一般要求：pa>pb>pc>…>pm从电机起越靠近主轴的轴最低转速就愈低，根据扭矩的公式：当传递154第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)第三章数控机床的总体布局与主运动部件15512=31*23*2612=31*26*2312=32*21*2612=32*26*2112=34*21*222.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)基本组与扩大组的几种不同排列方案：12=34*22*2112=31*23*2612=31*26*2312=32*21156各变速组的扩大顺序应尽可能与运动传递顺序相一致：xa<xb<xc<…<xj各变速组的变速范围应逐渐增大，在转速图或结构网中表现出前面变速组传动比的连线分布较密，而后面变速组传动比连线的分布较疏松，即所谓“前紧后松”的原则。各变速组的扩大顺序应尽可能与运动传递顺序相一致：157第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-1数控机床的总体布局§3-2对主传动系统的要求§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)3.

变速组中的极限传动比及变速范围第三章数控机床的总体布局与主运动部件1583.

变速组中的极限传动比及变速范围设计机床传动系统时要考虑两种情况：降速传动应避免被动齿轮尺寸过大，而增加变速箱的径向尺寸，一般限制降速传动比的最小值升速传动应避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿轮升速传动比的最大值umax≤2，斜齿轮传动比较平稳，可取umax≤2.5，3.

变速组中的极限传动比及变速范围升速传动应避免扩大传动误159主传动各变速组的最大变速范围为：一般在设计机床传动系统时，任何一个变速组的变速范围都应尽量满足上述要求，在条件许可或处理得当时，也可以超出这个范围。主传动各变速组的最大变速范围为：一般在设计机床传动系统时，任16012=31*23*26r0=φx0(p0-1)=1.411*(3-1)=2<8r1=φx1(p1-1)=1.413*(2-1)=2.82<8r2=φx2(p2-1)=1.416*(2-1)=812=34*22*21

r0=φx0(p0-1)=1.411*(2-1)=1.41<8r1=φx1(p1-1)=1.412*(2-1)=2<8r2=φx2(p2-1)=1.414*(3-1)=16>8初步方案确定，应检查变速范围是否超出允许值。12=31*23*26初步方案确定，应检查变速范围是否超出允161最后扩大组的变速范围最大，只要最后扩大组的变速范围合乎要求，其它变速组也就不会超出允许值。为使最后扩大组的变速范围不至超出允许值，大多数机床最后扩大组的传动付数取为2。最后扩大组的变速范围最大，只要最后扩大组的变速范围合乎要求，162第三章数控机床的总体布局与主运动部件§3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计1.

变速组及传动付数的确定(前多后少)2.

基本组和扩大组的确定(前密后疏)3.

变速组中的极限传动比及变速范围4.

合理分配传动比的数值第三章数控机床的总体布局与主运动部件1634.

合理分配传动比的数值注意：1)各传动付的传动比应尽可能不超出极限传动比umin和umax2)

各中间传动轴应有适当高的转速：在传动顺序上各变速组的最小传动比应采用逐渐降速的原则：uamin≥ubmin≥ucmin≥…这样可使中间传动轴的最低转速提高，即所谓“先慢后快”的原则。但中间轴如果转速过高，将会引起振动、发热、噪声，通常希望齿轮的线速度不超过12~15m/s4.

合理分配传动比的数值1643)为了便于设计及使用，传动比值最好取标准公比的整数冥，即u=φ±E，其中E为整数。中间轴的转速可以从转速图中直接读出；可直接查表确定齿轮齿数。应根据具体情况灵活运用。总的原则：保证机床结构紧凑。总结：主运动转速图的设计原则：2、3常用，前多后少，前密后疏(前紧后松)，速比递降(先慢后快)，标准公比，灵活运用。3)为了便于设计及使用，传动比值最好取标准公比的整数冥，即165已知：变速系统的转速级数Z=12，最低转速n1=31.5，公比φ=1.41，n电=1440r.p.m31.54563901251802503555007101000140012=31*23*26已知：变速系统的转速级数Z=12，最低转速n1=31.5，公16612=31*23*