加工中心主传动系统设计设计说明书.doc
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1、(完整版)加工中心主传动系统设计设计说明书 毕 业 设 计 说 明 书题目 TK6163XS数控镗铣床主传动系统设计 摘 要数控技术是最重要的现代制造技术之一,它的发展一直备受人们关注.数控机床主传动系统的正确设计是保证数控机床性能的关键.通过方案论证采用了带有变速齿轮的无极变速主传动系统,通过两级变速齿轮传动,以满足主轴低速时对输出转矩的要求。采用交流伺服电动机进行无级变速,并进行电机功率与转速的确定和型号的选取。完成主轴箱的分级计算确定变速级数、传动比和主轴的转速范围。对主传动系统中的齿轮进行设计计算并进行必要的强度校核,对各轴系部件进行结构设计,并对主轴进行强度校核.根据对齿轮、轴系部件
2、的设计计算选取各轴上所需要的轴承。确定多楔带型号,并对其进行必要的设计计算。主传动系统的合理设计确保了机床的高质量和高性能。关键词:交流伺服异步电机 主轴箱 主轴 无级变速 滚动轴承 AbstractOne of the most fundamental concepts in the area of modern manufacturing technologies is numerical control (NC), and its development is given high attention. It is one of the key factors to ensure NC
3、machine performance by designing a reliable driving and gear mechanism. 。 At first, on the basis of the demand of overall performance, an infinitely variable transmission with two class gearing is adopted to satisfy the output torque in low speed。 According to the design requirements, an AC asynchro
4、nous servomotor is used to carry on the stepless transmission and the motor order is decided in response to the rated power and the rated speed. Then the headstocks graduation ratio is computed, the stage number, the speed ratio and the spindle speed range are all determined. The gears and the shaft
5、s in the headstock are designed and their stresses are verified. All bearings are selected on various shafts needs。 The multi-wedge belt model is selected, and the essential design calculation is carried on. TK6163 NC machine runs well with high performance on account of the infinitely variable tran
6、smissions reasonable design.Key word: AC asynchronous servomotor headstock spindle infinite transmission rolling bearing 目录前言-1第一章 绪论-21。1 数控机床的发展-21。1.1 数控机床的发展历史-21。1.2 数控机床的特点-21。1.3 数控机床的发展趋势-3第二章 主传动系统概述-42。1 概述-42。1.1 主传动系统特点-42。1.2 主传动系统类型-42.1。3 主传动系统配置方式-5第三章 主传动系统结构设计-63.1 主传动系统方案确定-63。2 主
7、轴电机-63。2。1 主轴电机的类型-63.2.2 主轴电机的转速与功率-63。2.3 主轴电机型号选择-73.3 主轴箱分级计算-83.3。1 变速级数的确定-83。3。2 主轴最高与最低转速确定-83.3。3 各传动轴与主轴计算转速的确定-8第四章 轴系部件设计-94.1 齿轮设计计算-94.1。1 电机轴上齿轮计算-94.1.2 中间轴与主轴上齿轮设计计算-134.2 多楔带设计计算-174。3 轴的结构设计与校核-204。3.1 输入轴设计计算-204.3。2 中间轴设计计算-214.3。3 主轴的设计计算-224。3.4 主轴的强度校核-254。4 滚动轴承的选择-264。4.1 滚
8、动轴承的类型选择-264.4.1 输入轴上滚动轴承选择-264。4.2 中间轴上滚动轴承选择-274.4.3 中间轴上右端滚动轴承选择-274.4。4 主轴滚动轴承的选择-274.5 主轴组件的结构形式-284。5。1 刀具的自动装卸与切削清除装置-284。5.2 刀具的夹紧-284.5.3 主轴的支撑与润滑-294.6 结论-29致谢 -30参考文献-31引言当前的世界已进入信息时代,科技进步新月异。生产领域和高科技领域中的竞争益加剧,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零件已占到机械加工总量的80%以上,而且要求零件的质量更高、精度更高,形状也趋复杂化,这是摆在机床工
9、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 control)机床的产生也就是必然的了。 随着我国国民经济的不断发展,我国制造业领域涌现出了许多私营企业,这些企业的规模普遍不大,没有太多的资本。一些全功能数控系统,其功能虽然丰富,但成本高,对于这些中小型企业来说购置困难,但是中小型企业为了发展生产,希望对原有机床进行改造,进行数控化、自动化,以提高生产效率.我国机床工业的发展现状是机床拥有量大、工业生产规模小,突出的任务就是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌,使之尽可能提高自动化程度,保证加工质量,减轻劳动
10、强度,提高经济效益。我国是拥有300多万台机床的国家,而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床,自动化程度低,要想在近几年内用自动和精密设备更新现有机床,不论是资金还是我国机床厂的能力都是办不到的。目前,我国经济型数控系统发展迅速,研制了几十种简易数控系统,有力地促进了我国数控事业的发展。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际,我国的国情,在满足系统基本功能的前提下,尽可能地降低价格。 经济型数控机床有许多优点.1)其降格便宜,且性能价格比适中,与进口标准数控车床相比,前者只需一万元左右,后者则需十万甚至几十万元。2)适用于多品种、中小批量产品的适应性强。在普通车床上加工的产品,大都可在经济
11、型数控车床上进行。加工不同零件,只要改变加工程序,很快适应和达到批量生产的要求。3)相对于普通车床,经济型数控车床能提高产品质量,降低废品损失。数控有较高的加工精度,加工出的产品尺寸一致性好,合格率高。4)采用数控车床,能解决复杂的加工精度,还能节约大量工装费用,降低生产成本。5)采用此类车床,还能减轻工人劳动强度将工人从紧张、繁重的体力劳动中解脱出来.6)可以提高工人素质,促进技术进步.数控系统的出现扩大了工人的视野,带动了学习微电子技术的热潮,为工人由“体力型”向“智力型”过渡创造了条件,促进了工厂的技术进步。7)增强了企业应变能力,为提高企业竞争能力创造了条件。企业应用经济型数控设备对设
12、备进行改造后,提高了加工精度和批量生产的能力,同时又保持“万能加工和“专用高效”这两种属性,提高设备自身对产品更新换代所需要的应变能力,增强企业的竞争能力。 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,确定主传动系统的调速范围,确定电机类型、功率,确定传动系统链,确定主轴的结构形式,主轴刚度的校核等. 第一章 绪论1.1 数控机床的发展1。1.1数控机床的发展历史随着电子技术和自动化技术的发展,数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础,以大规模集成电路为标志的数控设备,已在我国批量生产、大量引进和推广应用,它们给机械制造业的发展创造了条件,并带来很大的效益.但同时,由于它们
13、的先进性、复杂性和智能化的特点,在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。数控机床自20世纪中期诞生以来,它们数控系统随着电子器件的更新换代也不断发展。特别是超大规模集成电路技术和微处理器引入数控系统,以及直流和交流伺服驱动技术的成熟,大大地推动了数控机床的发展.今天数控机床已发展为一种高度机电一体化的典型产品,成为现代生产系统得基本单元,成为支撑先进技术的基础核心设备。 20世纪后半期, 数控机床不仅品种多,而且产量迅速发展,同期世界数控车床拥有达100万台,品种有1500种,数控机床的年产量近15万台。美国在1983年的机床拥有量比1973年下降了231,而同期数控机床拥有量增加了26倍
14、,日本1983年生产数控机床占机床品种数的65,数控机床的产量(台数)占车床总产量的283,数控机床的产值为车床总产值的709.美国1989年机床拥有量为232678台,其中数控机床为2323566台;日本1987年机床拥有量为792975台,其中数控机床为70255台。到1994年,日本机床拥有量的数控化率达209,美国、意大利均达10以上.1995年我国机床拥有量达8512万台,占222。机床拥有量的数控化率为1。9,金属切削加工数控化率达2.15,成型机床的数控化率为1。02。 据了解,2001年中国机床产值已进入世界前10名的第5名,机床消费额在世界排名上升到第3位,达47.39亿美元
15、,仅次于美国的53。67亿美元,消费额比上一年增长25。但由于国产数控机床不能满足市场的需求,使我国机床的进口额呈逐年上升态势,2001年进口机床跃升至世界第2位,达24.06亿美元,比上年增长27。3.1。1。2 数控机床的特点数控机床是基于数字控制的,它与普通机床不同,因此数控机床机械结构上应具有以下特点: (1)由于大多数数控机床采用了高性能的主轴,因此,数控机床的机械传动结构得到了简化. (2)为了适应数控机床连续地自动化加工,数控机床机械结构,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装置是数控机床的核心,用于实现输入数字
16、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。 1。1.3 数控机床的发展趋势随着科学越短。技术的飞速发展和经济竞争的日趋激励,激励的市场竞争使产品研制生产周期越来传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此近几十年来,世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术,在加工设备中大量采用以微电子和计算机技术为基础的数控技术。数控机床就是为了解决单件、小批量,特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的,它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。数控机床的发展趋势是:(1)
17、高精度化.现在科学技术的发展,新材料及新零件的出现,对精密加工技术不段提出新的要求,提高加工精度,发展新型超精密加工机床,完善精密加工技术,适应现代科学技术的发展,已经成为数控机床的发展方向之一.其精密度已从微米级到亚微米级,乃至纳米级。(2)高速化。提高生产效率是数控机床追求的基本目标之一.(3)高柔性化。采用柔性自动化设备或系统,是提高加工精度和效率,缩短生产周期,适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段.(4)高自动化。在全部加工过程中尽量减少人的介入而自动完成规定的任务。(5)智能化。随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展,在适应制造业生产柔性化,自动化发展需要,智能化正成为数控机床
18、研究发展的热点,它不仅贯穿在生产加工的全过程(如智能编程,智能数据库,智能监控) ,还贯穿在产品的售后服务和维修中。(6)复合化。复合化包含工序复合化和功能复合化.(7)高可靠性。数控机床的可靠性一直是用户关心的问题在于。(8)网络化。为了FMC,FMS以及进一步联网CIMS的要求,先进的CNC系统为用户提供了强大的联网能力。开放式体系结构。 第二章 主传动系统概述 2.1概述主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统,它应具有一定得转速和一定得变速范围,以便采用不同材料的刀具,加工不同材料、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、转向和制动等.数控机床主传动系统主要包括主轴电
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