CAK6150车床主轴系统和刀架设计.doc

中文摘要数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展其中CAK6150数控车床是车床中比较典型的代表性产品，是一种经济型数控车床，它采用卧式结构，不但结构简单易于操作，而且在性能上也有很多优点，比如振动小，精度高，加工范围广等，这也是本课题研究它的目的和意义所在.关键字：CAK6150数控车床；卧式结构；高自动化；高柔性化AbstractThe numerically-controlled machine tool is the collection machinery, electricity, the hydraulic pressure, air operated, the micro electron and the information and so on many technologies is a body's integration of machinery product. Is in the machine manufacture equipment has the high accuracy, the high efficiency, the high automation and the merit and so on high flexibility machine tools. Numerically-controlled machine tool's technical level height and is weighs a country national economy development and industry manufacture overall level important symbols one in metal removal processing machine output and the total capacity's percentage. The numerical control lathe is one of numerically-controlled machine tool's principal varieties, it holds the very important position in the numerically-controlled machine tool, for several dozens years have received various countries universal recognition and to obtain the rapid development.And the CAK6150 numerical control lathe is in the lathe the quite typical representative product, is one economy numerical control lathe, it uses the horizontal-type structure, not only structure simple simplify operation, moreover also has many merits in the performance, for instance the vibration is small, the precision is high, working range broad and so on, this is also this topic studies its goal and the significance is.Key words: CAK6150 numerical control lathe; Horizontal-type structure; High automation; High flexibility【目录】引 言 5第1章 绪论 61.1 数控机床的发展状况 61.2 CAK6150数控车床的主要特点 71.3 本次课题设计主要内容 7第2章机床布局设计与参数拟订 82.1 机床总体设计 8结构方案的确定 82.1.2 卧式床身布局 82.2 给定的主要技术参数 9第3章 主传动系统的设计 10传动结构式和转速图的确定 10结构式的分析 10结构式的最终确定 10变速范围的验算 113.降速比的分配 11转速图的绘制 11各变速组齿轮齿数的确定 12带轮直径的确定 12转速误差验算 13传动系统图的绘制 15传动件计算转速的确定 174.2 主轴前后支承轴颈尺寸 17传动轴直径估算 18传动齿轮模数估算 184.5 V型带参数的计算与选择 214.6 离合器参数的计算和选择 23第5章 结构设计 265.1 主轴换向与制动机构设计 265.2 齿轮块设计 265.3 主轴部件设计 28平均直径的计算 28悬伸量a的确定 29轴承的选择 29主轴头部形式 295.5 主轴的润滑与密封 305.6 主轴变速分析 315.6.1 主传动变速 315.7 轴承的选择 315.8 V型带带轮设计 315.9 电磁离合器的选择 325.10 操纵机构设计 32第6章 数控机床传动装置设计 33概述 33设计方案的确定 336.3 数控机床传动装置的设计 346.3.1 概述 346.3.2 滚珠丝杠的参数选择 346.3.3 横向进给系统的设计与校核 35第7章 数控机床控制部分设计 377.1 系统简介 377．2总体框图 397．3 输入输出开关量定义 40电气原理图简介 437.4.1 电源部分 437.4.2 继电器与输入输出开关量 44总 结 48致谢 49考文献 50引 言数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

当前数控车床呈现以下发展趋势 1.高速、精密是机床发展永恒的目标随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高 2.数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低 3.随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真 4.功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能 5.二十一世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等。

第1章 绪论数控车床是高度自动化机床，数控车床主传动系统的特点是：功率，以适应高效率加工的需要；2.主轴转速的变换迅速可靠，一般能自动变速；3.主轴应有足够高的刚度和回转精度；4.主轴转速范围应很广，如对铝合金材料的高速切削，几乎没有上限的限制，主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速)，而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定1.1 数控机床的发展状况20世纪50年代第一台数控机床的出现，使制造技术发展日新月异，随着技术的发展，数控技术在现代制造业大量运用，数控加工设备逐渐替代了传统的加工设备而我国自改革开放以来，经济飞速发展，特别是加入WTO后，我国也然成为制造业大国，然而与发达国家相比，我们的制造业水平还比较落后，大部分设备还是使用传统的加工设备，自动化率低我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元机床的年产量数控化率为6％我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数而美国和日本自动和半自动机床占60％以上。

可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展所以必须大力提高机床的数控化率1.2 CAK6150数控车床的主要特点CAK6150数控机床是在CA6140机床的基础上研制发展起来的两坐标经济型数控车床，该机床的主要的特点是：重复定位精度高，刚性好，机床的进给系统由伺服电机带动滚珠丝杠，传动精度高结构先进机床总体布局采用一体化，有完善的安全保护装置，数控装置采用32位“CPU”的高速度、高精度，除有硬件保护外，还可设定软件保护具有多种诊断功能该系列数控车床还采用模块化设计，可根据用户不同的需求，配备不同的装置及附件而主轴采用现加载荷的推力角接触轴承和双列向心圆柱滚子轴承，即使用于高速强力切削，有适于精加工，有恒速切削功率，可提高加工效率，降低工作表面的粗糙度，床身采用襄钢导轨，导轨之间润滑采用自动间歇使泵油、星型转塔刀架结构简单1.3 本次课题设计主要内容1.主轴箱的设计：主传动系统参数的确定，主传动系统结构设计，各变速组的齿轮设计，主轴箱展开图和截面图的绘制。

2.刀架的设计：横向进给传动结构设计，伺服电机和滚珠丝杠等元件参数的确定，刀架装配图和截面图的绘制 3.电器部分设计：用单片机控制控制机床电器第2章机床布局设计与参数拟订2.1 机床总体设计机床总体设计是机床设计中的关键环节，它对机床所能达到的技术性能和经济性起着决定性的作用结构方案的确定1. 进给系统采用伺服电动机驱动，再经过一对清除间隙的齿轮传动，使动力传递至滚珠丝杠2. 主轴传动系统采用普通V带、齿轮传动3. 为了减少机床在加工中的振动，传动形式采用分离传动4. 为了提高机床的传动精度，应尽量缩短传动链 5. 为了提高机床的刚度，机床应尽量形成框架式结构6. 考虑热变性的影响，采用隔。