毕业设计（论文）-CA6150数控车床主轴箱及传动系统的设计（全套图纸）

全套CAD 图纸， 联系毕业设计（论文）任务书指导老师 课题名称CA6150车床主轴箱设计学生姓名 专业班级 数控70201班目录1①概述2①主运动的方案选择与主运动的设计3①确定齿轮齿数4①选择电动机5①皮带轮的设计计算6①传动装置的运动和运动参数的计算7①主轴调速系统的选择计算8①主轴刚度的校核一、概述主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的实现运动的开停，变速，换向和制动等数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围1.1数控机床主传动系统的特点与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点4 转速高、功率大它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工5 变速范围宽数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般Ra>100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。

6 主轴变速迅速可靠，数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性7 主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑1.2 主传动系统的设计要求① 主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求② 主电机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求③ 主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗震性，热变形和噪声要小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求④ 操纵灵活可靠， 维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求⑤ 结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求1.3 数控机床主传动系统配置方式数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。

为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合的调速方式数控机床主传动系统主要有四种配置方式，如图3-1所示⑴ 带有变速齿轮的主传动 大、中型数控机床采用这种变速方式如图3-1（a ）所示，通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，一满足主轴低速时对输出转矩特性的要求数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拨叉，或者直接由液压缸带动齿轮来实现⑵ 通过带传动的主传动 如图3-1（b）所示，这种传动主要应用于转速较高、变速范围不大的机床电动机本身的调速能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声它适用于高速、低转矩特性要求的主轴常用的是V带和同步齿形带⑶ 用两个电动机分别驱动主轴 如图3-1（c）所示，这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转；低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷⑷ 内装电动机主轴传动结构 如 图3-1 （d）所示，这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴影响较大。

1.4主传动系统结构设计机床主传动系统的结构设计，是将传动方案“结构化” ，向生产 提供主传动部件装配图，零件工作图及零件明细表等在机床初步设计中，考虑主轴变速箱机床上位置，其他部件的相互关系，只是概略给出形状与尺寸要求，最终还需要根据箱内各元件的实际结构与布置才确定具体方案，在可能的情况下，设计应尽量减小主轴变速箱的轴向和径向尺寸，以便节省材料，减轻质量，满足使用要求设计中应注意对于不同情况要区别对待，如某些立式机床和摇臂钻床的主轴 箱；要求较小的轴向尺寸而对径向尺寸要求并不严格；但有的机图 3-1 数 控 机 床 主 传 动 的 四 种 配 置 方 式（ ） 两 个 电 动 机 分 别 驱 动电 动 机电 动 机 （ ） 带 传 动 电 动 机（ ） 变 速 齿 轮电 动 机 （ ） 内 装 电 动 机 主 轴 传 动 机 构床，如卧式铣镗床、龙门铣床的主轴箱要沿立柱或横梁导轨移动，为减少其颠覆力矩，要求缩小径向尺寸机床主传动部件即主轴变速箱的结构设计主要内容包括：主轴组件设计，操纵机构设计，传动轴组件设计，其他机构（如开停、制动及换向机构等）设计，润滑与密封装置设计，箱体及其他零件设计等。

主轴变速箱部件装配图包括展开图、横向剖视图、外观图及其他必要的局部视图等给制展开图和横向剖视图时，要相互照应，交替进行，不应孤立割裂地设计，以免顾此失彼给制出部件的主要结构装配草图之后，需要检查各元件是否相碰或干涉，再根据动力计算的结果修改结构，然后细化、完善装配草图，并按制图标准进行加深，最后进行尺寸、配合及零件标注等二、主运动的方案选择与主运动设计1、机床的工艺特性1.1 工艺范围精车、半精车外圆、车螺纹、车端面1.2 刀具材料硬质合金、高速钢1.3 加工工作材料钢、铸铁1.4 尺寸范围0～500㎜2、确定主轴转速2.1 最高转速 nmax 采用硬质合车刀半精车小直径钢材的外圆时，主轴转速最高参考切削用量资料：Vmax =150～200 m/s K = 0.5 Rd =0.2～0.25dmax =K·D =0.5×400 =200㎜dmin =Rd ·dmax =0.2×200 =40㎜ nmax = minaxπd10V= 203.4 =1592.362.2最低转速：①用高速钢车刀，粗车铸铁材料的端面时，参考切削用量资料：Vmax =15～20 m/snmin = maxinπd10V= 203.4 =31.8②用高速钢车刀，精车合金钢材料的丝杠时，参考资料：直径500㎜普通车床加工丝杠的最大直径是50㎜， Vmin =1.5 米/分 nmin = maxinπd10V= 403.15=11.9转/ 分因此：取最低转速nmin=11.9转/ 分③转速范围Rn= minax= 1.95236=133.8由于高速钢车刀少用低速，且为了避免结构过于复杂，因此取转速范围Rn=1592.36/31.8=50④主运动结构图三、确定齿轮齿数1、 根据分度圆直径选齿数： d=mza 组： Za1 = 64 Za2 = 54Z = 343ab 组: Zb1 = 95 Zb2 = 30 2、 齿轮的各参数a 组 ：模数 m = 4压力角 α=20°齿距 P = πm =12.56齿厚 s = πm/2 = 6.28齿槽宽 e =πm/2 = 6.28顶隙 c = c m =1.2*齿顶高 h = h m = 4a齿根高 h = (h + c )m = 5.2fa* 全齿高 h = h + h =(2h + c )m = 9.2afa*中心距 a1 = (d1+d2)/2 = 240a2 = (d1+d3)/2 = 178b 组: 模数 m = 3.5压力角 α=20°齿距 P = πm =12.56齿厚 s = πm/2 = 6.28齿槽宽 e =πm/2 = 6.28顶隙 c = c m =1.2*齿顶高 h = h m = 4a齿根高 h = (h + c )m = 5.2fa*全齿高 h = h + h =(2h + c )m = 9.2fa*中心距 a = (d4+d5)/2 = 240四、选择电动机1① 电动机功率N 电=7.5kw 转速 n 电=1450 转/分2① 电机型号J02—51—4 电机 轴径=38㎜五、皮带轮的设计计算：设一天运转时间=8～10 小时（按小带轮计算）1① 计算功率 Pc = KA·P = 1.2×7.5 = 9kw2① 选胶带型别为：B 型3① 选小带轮直径 d1=140㎜(实心轮)大带轮直径 d2=280㎜(四孔板轮)4① 带速：V= = =10.6 米/ 秒 106nπd106453.（B 型：Vmax=25 米/秒）5① 实际传动比：i= 取 ε=00512dεi= =4120°3064810① 单根胶带传递的功率：P0=2.03kw11① 单根胶带传递功率的增量：ΔP0=kb·n1·(1- )ik1=1.99×10 ×1450×(1- )31=2.812① 胶带根数：由于需要传递的功率 N=7kw， 因此需胶带 4 根13① 单根胶带初拉力： F0=18 公斤14① 有效圆周力： Ft= = =91.8 公斤v102pc915① 作用在轴上的力：F=2F0·Z·sin =2×18×4×sin2α1 215.=134 公斤16① 带轮宽：B=（Z-1）e+2f=(4-1)×20+2×12.5=85㎜六、 传动装置的运动和运动参数计算：1、传动比：i= 1.192、传动装置的运动参数：Ⅰ轴（电动机轴）：P =Pd=7.5 kw0n =1450r/min T =9550× =9550× =49.4 N·m00n1450.7Ⅱ轴（主轴）：P = P η =7.5×0.96=7.2 kw101n = = = 1218 r/min01i9.45T =9550× =9550× =56.45 N·m1n218.7Ⅲ轴（编码器）：P = P η =7.2×0.99×0.97=6.9 kw212n = = = 766 r/min21i59.8T =9550× =9550× =86.02 N·m22n769.七、 主轴调速系统的选择计算1、 对调速系统的基本考虑:a.由于 调速范围广，且要求有 较硬的机械特性。

所以，以 选用矢量控制方式为宜对于普通车床来说，由于对动态响应要求不高，用“ 无反馈矢量控制”方式已 经足 够b.因为调速范围广，且高速与低速段机械特性的特点不一样，故工作频率范围应不限于额定频率以下c.电动 机的容量一般 应比原拖动系统的电动机容量为大d.在低速段，可能出现较大的冲击过载，容易引起变频器的跳闸所以，变频器的容量以比电动机的容量大一档为好2、 一档传动比，且 方案nxf基本工作情况a. 电动机和主 轴之间 的传动比只有一档,传动比lMn/b. 变频 器的最大输出频率 等于电动机的 额定频率 从而，电maxf MNf动机的最高转速 等于其额定转速 ，它折算到负载轴上的值maxMNn应大于 负载要求的最大转速 :maxMn axL=mNmaxc. 电动 机额定 转矩的折算值(折算到负载轴上的转矩) ； maxLTmaxLMNT综上所述，电动机的有效转矩线如图 3.2 的曲线 2 所示， 曲线 1 是车床的机械特性曲线为了便于比较，图中，电动机的转矩和转速均为折算到负载轴上的值电动机的容量在图 3.2 中，负载所需功率950/maxinLLTP图 3.2 950/maxLnT其大小与面积 成正比。

而电动机的容量则与面积 成正比，其OADBHGAO大小为：MNnTp1950/maxLP可见,采用了变频。