DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計含SW三維及3張CAD圖

DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計含SW三維及3張CAD圖,dl32m,床身,數(shù)控機床,傳動系統(tǒng),設計,sw,三維,cad 任務書 論文(設計)題目：DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日 1.選題依據(jù): 數(shù)控機床作為工作母機廣泛應用于制造業(yè)的工程生產(chǎn)中，其結構和控制性能的好壞直接影響應用對象的工作效率、精度和成本。以斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計為題可有效地培養(yǎng)學生的分析問題、解決問題的能力及對所學專業(yè)知識的綜合應用能力。 2.論文要求(設計參數(shù)): 1.學習理解數(shù)控機床工作原理，掌握主傳動系統(tǒng)的類型及組成，擬定主傳動系統(tǒng)設計 方案； 2.斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計，包括關鍵部件、組件及零件選型、設計、校核； 3.繪制相關工程圖紙，圖量不少于3張A0，必須含有部分3D圖； 4.書寫設計說明書，不少于6000字； 5.翻譯一篇與設計內(nèi)容相關的外文文獻，不少于2000字。 3.個人工作重點: 1.整理參考文獻，理解數(shù)控機床工作原理，掌握主傳動系統(tǒng)的類型及設計特點，進行 主傳動系統(tǒng)方案設計； 2.斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)結構設計、選型、校核計算。 4.時間安排及應完成的工作: 第1周：明確畢業(yè)設計任務，指導查閱參考文獻。 第2周：指導如何整理參考文獻。 第3周：指導書寫開題報告注意事項。 第4周：檢查開題報告，提出指導意見，指導開題報告答辯。 第5周：上交開題報告終稿，擬定數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計方案。 第6周：動力系統(tǒng)設計及組成元件選擇計算。 第7周：傳動機構設計及組成元件選擇計算。 第8周：傳動機構設計及組成元件選擇校核計算。 第9周：繪制總裝裝配圖。 第10周：繪制數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要組件零件圖。第11周：繪制數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)部件或組件3D圖。第12周：檢查修改所有設計圖紙。 第13周：書寫畢業(yè)設計說明書，翻譯與本設計相關的英文文獻。 第14周：準備畢業(yè)設計答辯。 5.應閱讀的基本文獻: [1] 孔杰, 覃嶺. 數(shù)控車床主軸傳動系統(tǒng)的動力學優(yōu)化設計[J]. 機械傳動, 2012,7:59-61 [2] 馬玉瓊. CK6163型數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計[J]. 硅谷,2014,7(17):17-18. [3] 恩溪弄. 車床主傳動系統(tǒng)精度可靠性及靈敏度研究[D].東北大學,2014. [4] 劉鎖. 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計[J]. 民營科技,2013,8:37 [5] 何發(fā)勝,陳義甫,劉瑜. 普通車床主傳動系統(tǒng)設計[J]. 企業(yè)導報, 2013,11:289 [6] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設計[M]. 化學工業(yè)出版社, 2006 [7] 焦炬. 淺析數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2011,3:16-18 [8] 汪淑珍,賈輝. 數(shù)控機床的發(fā)展狀況與應對政策[J]. 重慶文理學院學報(自然科學版), 2012, 1:94-97 [10] 何發(fā)勝,陳義甫,劉瑜. 普通車床主傳動系統(tǒng)設計[J]. 企業(yè)導報,2013,11:289. [11] 蘇利曉. 普通車床進給傳動系統(tǒng)數(shù)控改造[J]. 現(xiàn)代制造技術與裝備,2017,10:159+161. [12] 蓋立武,韓東義,郭旭紅. 大型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)衍變可行性研究[J]. 組合機床與自動化加工技術,2015,11:41-43. [13] Yoshitaka Morimoto, Takayuki Moriyama, et al. Development of linear-motor-driven NC table for high-speed machining of 3D surface by lathe turning[J]. Procedia CIRP, 2012,1:271 -276 [14] Masayasu YAMAMOTO, Jun SAWAKI, Kouki MATSUSE. Improvement and Characteristics of Repetitive Positioning Control of a Linear Pulse Servo Motor[J]. IEEE J Transactions onIndustry Applications, 1999,119 (8-9):1099-1104 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學院公章 進度檢查表 第 -3 周 工作進展情況 明確斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計內(nèi)容，收集查閱相關參考文獻 ，并整理文獻資料，書寫開題報告初稿。 2017年12月24日 指導教師意見 已收集了一定量的中英文參考文獻，初步書寫了開題報告。指導對收集的文獻資料如何進行提煉、整理、歸納，給出開題報告修改建議。 指導教師(簽字)：XX 2017年12月26日 第 -1 周 工作進展情況 結合“DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計”題目，按照指導教師 和開題答辯指導小組意見，修改了開題報告，最終完成開題報告撰寫工作。 2018年01月11日 指導教師意見 按照校內(nèi)外指導教師和開題答辯小組的修改意見進行了開題報告的修改 ，并網(wǎng)上提交了開題報告。完成質(zhì)量較好。 布置了假期設計任務：進一步查閱文獻，理解設計任務，初步擬定總體設計方案。 指導教師(簽字)：XX 2018年01月11日 第 1 周 工作進展情況 在整理文獻資料的基礎上，與指導教師協(xié)商，完成斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計方案擬定。 2018年03月09日 指導教師意見 通過與企業(yè)和校內(nèi)指導教師的研討，擬定了較為合理可行的設計方案。建議：到機床廠進行現(xiàn)場參觀調(diào)研，進一步細化設計方案，相應計算校核部分同步進行。 指導教師(簽字)：XX 2018年03月09日 第 6 周 工作進展情況 在設計方案已經(jīng)確定的情況下，將總體方案拆分，完成每一部分的設計任務，并完成對應圖紙的繪制。 2018年04月15日 指導教師意見 基本按照計劃進度完成相關設計任務，參加并通過了答辯小組組織的中期檢查。建議與企業(yè)指導老師聯(lián)系到生產(chǎn)現(xiàn)場參觀，思考設計結構與實物間的異同及優(yōu)缺點，進一步完善結構設計、相關校核計算部分及圖紙需要同步調(diào)整。設計進度較快。 指導教師(簽字)：XX 2018年04月15日 第 9 周 工作進展情況 完成圖紙的最終繪制和設計說明書，進一步修改說明書的相關細節(jié)，完成后進行查重。 2018年05月09日 指導教師意見 已按計劃初步完成相應設計任務，進度較快。 建議：設計說明書格式嚴格按照模板規(guī)范要求書寫；中英文摘要重點要突出。設計主體內(nèi)容、效果表述清晰；方案設計部分比較、選擇論述清楚 ；計算、校核要齊全；外文翻譯避免直譯或翻譯軟件自動翻譯；圖紙符合規(guī)范要求等。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月09日 第 11 周 工作進展情況 最終完成畢業(yè)論文、圖紙、三維圖的建模，將相關材料上傳，準備最終答辯。 2018年05月21日 指導教師意見 較好地完成設計任務，說明書和圖紙進行了修改，質(zhì)量較好。指導畢業(yè)設計答辯準備注意事項、講解和作答時應注意的問題、進一步修改調(diào)整圖紙和說明書。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月21日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 3 遵守紀律 自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 3 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務完成 按時、圓滿完成各項工作任務 4 4 過程管理評分合計 14 過程管 理評語 XX同學在整個設計過程中，工作態(tài)度認真、學習勤奮、勤于鉆研，自覺遵守學校的相關規(guī)定，按時、主動積極向校內(nèi)和企業(yè)指導教師匯報工作進度，接受聯(lián)合指導；該生能夠結合設計任務認真全面收集、整理相關文獻資料，深入生產(chǎn)一線調(diào)研實習，在與校內(nèi)外指導教師磋商的基礎上，歸納出設計重點和難點，擬定較為合理可行的設計路線和時間安排，書寫的開題報告內(nèi)容完整，符合規(guī)范要求；按照任務書的要求完成的結構設計及相應的校核計算，繪制了主傳動系統(tǒng)裝配圖、關鍵零件圖及部分三維結構圖，翻譯了一篇與設計內(nèi)容相關的外文文獻，按時、出色地完成了規(guī)定的工作任務。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-22 指導教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 指導教師評分合計 16 指導教 師評語 數(shù)控車床廣泛應用于現(xiàn)代機械加工生產(chǎn)線上，以某型號數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設計為題符合本專業(yè)培養(yǎng)目標要求，有一定的實際應用價值，設計難度及工作量適中。XX同學能夠結合設計任務在收集整理相關文獻和現(xiàn)場一線觀摩學習的基礎上，擬定較為合理的設計方案，并進一步完成了數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)各組成部分的選型 、設計計算，繪制了相應的工程圖紙，較好地完成了設計任務。設計說明書內(nèi)容完整、層次較為清晰、格式較為規(guī)范、公式引用及計算合理可信，繪制的工程圖樣較為符合國家標準要求，但組成結構的細微部分表達尚有欠缺。提交的設計資料及過程表現(xiàn)反映出該生具備一定的知識綜合應用能力、文字表達能力和使用工程軟件進行設計的能力。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-22 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 8 評閱人評分合計 16 評閱人 評語 DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計,符合機制培養(yǎng)目標 ，具有較好的實踐意義，論文深度、難度、工作量適中；通過評閱論文可知：該生具備一定的綜合運用知識能力和中、外文表達能力 ，文獻檢索能力以及計算機應用能力；該設計主要完成了主傳動系統(tǒng)總體設計方案、主傳動系統(tǒng)部件設計及校核、主軸箱箱體設計的內(nèi)容，完成了帶輪、主軸的設計和校核；論文文題基本相符、概念較準確；論文格式基本符合規(guī)范化要求，同意該生按時參加畢業(yè)答辯。 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：XX日期：2018-05-22 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX畢業(yè)論文(設計)題目： DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計 答辯時間：2018年05月 日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX XX XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：1.主傳動系統(tǒng)為什么選用帶傳動而不用電主軸的方式？ 回 答： 電主軸雖然轉速高，但傳遞轉矩小，而且發(fā)熱情況嚴重，適用范圍小。帶傳動方式傳遞平穩(wěn)，傳遞轉矩較大，而且基本不會出現(xiàn)磨損情況。 問題2：2.主傳動系統(tǒng)設計的步驟? 回 答： 首先是電動機的選型，然后是變速機構的選擇，接著是主軸的結構設計，最后是主軸箱箱體的結構設計。 問題3：3.主軸的轉速范圍？ 回 答： 根據(jù)電機的最高及最低轉速，以及減速比，得出主軸的轉速范圍在166r/min-2000r/min。 問題4：4.減速機構的變速比？ 回 答： 變速比為3。 問題5：5.主軸的加工工藝？ 回 答： 先用頂尖將光軸兩側固定，確保光軸軸線與機床主軸及頂尖的同軸度。先加工軸的基準面A和B，再以基準面A和B為基準 ，加工其余工作面。 問題6：6.主軸箱箱體外側齒形的作用？ 回 答： 主軸箱箱體是鑄造而成，為使主軸箱鑄造后盡快冷卻，加大與空氣的接觸面積，所以箱體外側為齒形結構。 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 8 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 8 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確 合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力 10 7 答辯委員會評分合計 35 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度認真，能遵守各項紀律 ，表現(xiàn)良好。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析得當，解決問題方案實用，結論正確。 論文使用的概念正確，語言表達準確，結構嚴謹，條理清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，規(guī)范化較好。 具有一定的獨立查閱文獻資料及外語應用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論準確。 答辯過程中，能夠簡明和正確地闡述論文的主要內(nèi)容，思路清晰，論點基本正確；回答問題準確，有應變力；有較好的語言表達能力。 答辯成績： 35 答辯委員會主任： XX 2018年05月31日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 14 指導教師評分 16 評閱人評分 16 答辯委員會評分 35 總分 81 成績等級 B 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 審核人簽章： XX 一、選題依據(jù) 1、研究領域 機械裝備設計、CAD 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 數(shù)控機床是指機床的操作命令以數(shù)值數(shù)字的形式描述工作過程按規(guī)定的程序自動進行的機床。采用數(shù)控機床，可以降低工人的勞動強度節(jié)省勞動力，一個人可以看管多臺機床，減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應。 數(shù)控機床作為我國機械制造業(yè)的重要機床對促進機械制造業(yè)進一步發(fā)展具有極為重要的作用。高速度、高精度是數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的重要指標，高速度、高精度加工技術可以極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計和優(yōu)化，可以提高主傳動系統(tǒng)的運行質(zhì)量，從而為提高機床整體運行質(zhì)量和運行效率奠基。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 主傳動系統(tǒng)一般由動力源（電機）、傳動系統(tǒng)（定比傳動機構、變速裝置）和運動控制裝置（離合器、制動器等）以及執(zhí)行件（主軸）等組成，是用來實現(xiàn)機床主運動的。它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調(diào)速范圍,以保證加工時能選用合理的切削用量,同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流伺服電動機無級調(diào)速系統(tǒng),可以大大簡化機械機構,便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速。為擴大調(diào)速范圍,適應低速大扭矩的要求,也經(jīng)常應用齒輪有級調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結合的調(diào)速方式。 近年來，車床主軸出現(xiàn)了直接驅動技術。這種傳動技術有兩種結構方式:一種是 用交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸，另一種是采用內(nèi)裝式交流變頻主軸電機驅動主軸，國外也稱此為集成主軸。后一種結構中，車床主軸就是電機轉子。目前主軸直接驅動技術推廣得很快，已成機床主傳動的一種發(fā)展趨勢。如日本森精機公司生產(chǎn)的 SL 系列和 ZL 系列數(shù)控車床上就采用了交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸的形式，使產(chǎn)品性能得到了提高，又如大限鐵工所的 LR 系列和 FTL 系列數(shù)控車床上采用了內(nèi)裝式交流變頻主軸電機驅動主軸的結構，再如德國的埃馬格(EMAG)公司和日本山崎公司均在新產(chǎn)品上采用了直接驅動主軸技術。 主傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢： （1）高精度化 2 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，在計算機技術發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術得以發(fā)展和應用；機床主軸轉速的提高，大大提升了加工表面質(zhì)量；同時， 各種高性能新型材料在機床結構制造中的使用，使得數(shù)控機床的各項精度顯著提高。 （2）動力功率高 由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數(shù) NC 機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般 NC 機床的主軸驅動功率在 3.7～250 kW。 （3）調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分?，F(xiàn)在，數(shù)控機床的主軸調(diào)速范圍一般在 100～10000r/min，且能無級調(diào)速。要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負載波動時，速度應穩(wěn)定。 （4）控制功能的多樣化 主運動系統(tǒng)的控制功能需要有：NC 車床車螺紋時主運動和進給運動的同步控制功能，加工中心自動換刀、NC 車床車螺紋時用主軸準停功能，NC 車床在進行端面加工時需要恒線速切削功能，在車削中心中，需要有 C 軸控制功能。 （5）性能要求高 電機過載能力強。要求有較長時間（1～30min）和較大倍數(shù)的過載能力；在斷續(xù)負載下，電機轉速波動要??；速度響應要快，升降速時間要短；電機溫升低，振動和噪音小；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，質(zhì)量輕，與機床聯(lián)接容易。 5 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （1)斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的方案設計； （2)斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的結構設計。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 設計思路： （1）確定課題的研究目的，研究內(nèi)容，以及目前的研究概況及其發(fā)展； （2）電動機的選擇：確定斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的機構，確定相關電動機的主要參數(shù)； （3）斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的主要組成，進行主傳動系統(tǒng)的設計過程概述， 確定主傳動系統(tǒng)的驅動方式； （4）進行主傳動系統(tǒng)主要構件的設計計算及其校核：皮帶設計、軸承設計、驅動軸的校核與計算等； （5）設計出斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的整體裝配圖。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）一套完整的斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的裝配圖及零件圖； （2）一份斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的說明書； （3）一篇外文文獻翻譯。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （1）查閱、整理參考文獻，學習掌握斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的工作原理， 進行主傳動系統(tǒng)方案設計。 （2）斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計、選型、校核計算。 主軸中心距床體上面 400mm；距床體上側面 85mm；最大轉速 1500rpm；最大回轉直徑 640mm。 2.論文（設計）進度計劃 第 1～4 周；明確畢業(yè)設計任務，查閱參考文獻并分析有關資料撰寫開題報告； 第 5 周；擬定斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計方案； 第 6～7 周；完成斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的結構設計； 第 8～9 周；進行主要零件的設計及其計算校核； 第 10～12 周；繪制斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的組件圖； 第 13 周；書寫畢業(yè)設計說明書，翻譯與本設計相關的英文文獻； 第 14 周；完善畢業(yè)設計的各項內(nèi)容。 13 四、 需要閱讀的參考文獻 [1] 徐立.淺談數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術,2016,42(05):49-52. [2] 李春雷,王東輝.數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計及優(yōu)化[J].科技傳播，2016,8（05）： 183+196. [3] 焦炬.淺談數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2011,3:16-18. [4] 汪淑珍,賈輝.數(shù)控機床的發(fā)展狀況與應對政策[J].重慶文理學院學報(自然科學版),2012, 1:94-97. [5] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設計[M].化學工業(yè)出版社,2006. [6] 劉鎖.數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計[J].民營科技,2013,8:37. [7] 蓋立武，韓東義,郭旭紅.大型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)衍變可行性研究[J].組合機床與自動化加工技術,2015,11:41-43. [8] 蘇利曉.普通車床進給傳動系統(tǒng)數(shù)控改造[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2017,10： 2017,10:159+161. [9] 孔杰,覃嶺.數(shù)控車床主軸傳動系統(tǒng)的動力學優(yōu)化設計[J].機械傳動,2012,7: 59-61. [10]恩溪弄.車床主傳動系統(tǒng)精度可靠性及靈敏度研究[D]東北大學,2014. [11]蓋立武,韓東義,郭旭紅.大型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)衍變可行性研究[J].組合機床與自動化加工技術,2015,11:41-43. [12]宋江波,劉宏昭,原大寧,吳子英,王建平.數(shù)控機床傳動系統(tǒng)精度可靠性研究 [J].中國機械工程,2011,22(07):785-789. [13]馬玉瓊.CK6163 型數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計[J].硅谷,2014,7(17):17-18. [14]何發(fā)勝,陳義甫,劉瑜.普通車床主傳動系統(tǒng)設計[J].企業(yè)導報,2013,11:289. [15]王東.數(shù)控機床主傳動多檔變速傳動比優(yōu)化設計研究.電腦知識與技術,2016,12 (35):267-269. 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[20]Yuri Nikitin,Yuri Turygin,Ella Sosnovich,Pavol Bo?ek.Trends in Control of NC Machines[J].Procedia Engineering,2016,149. 附：文獻綜述  文獻綜述 1. 選題的目的和意義 機械加工系統(tǒng)以機床為主體，涉及到夾具、機床等工作原件，涵蓋機械傳動系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)等多種系統(tǒng)運轉。數(shù)控機床是機床中的關鍵部件，其工作能力影響機床運轉。采用數(shù)控機床，可以降低工人的勞動強度節(jié)省勞動力，一個人可以看管多臺機床，減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應。 數(shù)控技術已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。中機生產(chǎn)力促進中心焦炬[3]指出隨著計算機技術、控制技術和材料科學的發(fā)展，機床與基礎制造裝備的技術含量會愈來愈高。數(shù)控機床作為我國機械制造業(yè)的重要機床，可以有效提高機械制造業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，對促進機械制造業(yè)進一步發(fā)展具有極為重要的作用。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計和優(yōu)化，可以提高主傳動系統(tǒng)的運行質(zhì)量，從而為提高機床整體運行質(zhì)量和運行效率奠基。 東北林業(yè)大學工程技術學院葛寶淞[17]分析了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)運行節(jié)能的相關問題，先由數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的耗能特點，分析了影響節(jié)能效果的相關要素，再根據(jù)空載狀態(tài)識別理論與△ /Y 轉換降壓節(jié)能技術，對如何在數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)中進行節(jié)能改造進行分析。 2. 斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的傳動和調(diào)速方式 (1)齒輪傳動方式 一般大、中型數(shù)控機床多采用這種方式。它通過幾對齒輪降速，擴大了輸出扭矩， 確保低速時主軸輸出扭矩特性的要求。有一小部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方 式，以獲強力切削時所需要的扭矩。重慶工貿(mào)職業(yè)技術學院王東[11]建立了數(shù)控機床主傳動不產(chǎn)生功率缺口的數(shù)學模型，能夠有效方便快速求得各齒輪的齒數(shù)和各檔位速 度。蘇州市職業(yè)大學蓋立武[7]等通過對某大型數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)進行分析計算， 找出影響主傳動系統(tǒng)高速齒輪最高轉速偏高的因素。 (2)帶傳動方式 這種方式主要應用在轉速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床上，電動機本身的調(diào)速就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動時引起震動和噪聲的缺點，但它只適用于低扭矩特性要求，通常有同步齒輪帶、V 帶、平帶、V 型帶。 （3）電機直接驅動 這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，主軸轉速高，但主軸輸出扭矩較小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。 （4）兩個電動機分別驅動主軸傳動 高速時，由一個電動機通過帶傳動；低速時，由另一個電動機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就是恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉距不夠且電動機功率不能充分利用的問題。 （5）內(nèi)裝式電主軸 機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的零傳動。 秦皇島北方管業(yè)有限公司劉鎖[6]指出數(shù)控機床需要自動換刀、自動變速,且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時，需要切削直徑的變化主軸必須通過自動變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在—定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無級 調(diào)速有機械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機床一般采用由直流或交流調(diào)速電動機作為驅動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機床的主運動的調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機的功率扭矩特性也難于直接與機床的功率和轉矩要求相匹配。因此，數(shù)控機床主傳動變速系統(tǒng)常常在無級變速電機之后串聯(lián)機械有級變速傳動，以滿足機床要求的調(diào)速范圍和轉矩特性。 沈陽機床股份有限公司李春雷、王東輝[2]提出數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)是數(shù)控機床重要組成部分，而對于主傳動系統(tǒng)的配置方式比較多，一般可以分為分級變速系統(tǒng)和無級變速系統(tǒng)。為了提高數(shù)控機床的加工精度，充分實現(xiàn)數(shù)控機床在機械制造業(yè)的重要作用，需要在主傳動系統(tǒng)設計的時候，在一定調(diào)速范圍內(nèi)選取最具經(jīng)濟性的主軸切削調(diào)速，只有這樣才能提高機械制造的經(jīng)濟效益。 3. 國內(nèi)外的發(fā)展狀況 主傳動系統(tǒng)一般由動力源（電機）、傳動系統(tǒng)（定比傳動機構、變速裝置）和運動控制裝置（離合器、制動器等）以及執(zhí)行件（主軸）等組成，是用來實現(xiàn)機床主運動的。它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調(diào)速范圍,以保證加工時能選用合理的切削用量,同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。東北大學恩溪弄[10]以 CA6140 車床為研究對象，進一步分析研究了機床主傳動系統(tǒng)精度可靠性設計問題。西安理工大學宋江波、劉宏昭[12]等利用靈敏度設計理論對影響傳動精度因素的重要度進行排序，找出精度可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流伺服電動機無級調(diào)速系統(tǒng),可以大大簡化機械機構,便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速。為擴大調(diào)速范圍,適應低速大扭矩的要求,也經(jīng)常應用齒輪有級調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結合的調(diào)速方式。近年來，車床主軸出現(xiàn)了直接驅動技術。這種傳動技術有兩種結構方式:一種是用交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸，另一種是采用內(nèi)裝式交流變頻主軸電機驅動主軸，國外也稱此為集成主軸。后一種結構中，車床主軸就是電機轉子。貴州電子信息職業(yè)技術學孔杰、覃嶺[9]根據(jù)有限元分析結果，對主軸跨距變化對主軸動態(tài)性能的影響進行了動態(tài)分析，得到了主軸的最優(yōu)跨距。目前主軸直接驅動技術推廣得很快，已成機床主傳動的一種發(fā)展趨勢。如日本森精機公司生產(chǎn)的 SL 系列和 ZL 系列數(shù)控車床上就采用了交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸的形式，使產(chǎn)品性能得到了提高，又如大限鐵工所的 LR 系列和 FTL 系列數(shù)控車床上采用了內(nèi)裝式交流變頻主軸電機驅動主軸的結構，再如德國的埃馬格(EMAG)公司和日本山崎公司均在新產(chǎn)品上采用了直接驅動主軸技術。 國外工業(yè)發(fā)達國家對數(shù)控車床的研究時間較長，而且經(jīng)驗豐富，技術水平較高， 其特點如下: （1)高速高精與多軸加工成為數(shù)控車床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高效加工的潮流； （2)多任務、多軸加工數(shù)控車床越來越多地應用到航空航天、能源、汽車及船舶等行業(yè)； （3）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率； (4)機床誤差檢測與補償功能越來越強大，能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高 3-4 倍，同時效率得到大幅度提升； (5)最新的 CAD/CAM 技術為多軸、多任務數(shù)控車床提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 天水星火機床有限責任公司汪淑珍、賈輝[4]以數(shù)控機床為主，對國外數(shù)控機床情況作出分析，在美國，由于美國首先結合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數(shù)控機床的主機設計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也一直領先；在德國，數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進實用、貨真價實， 出口遍及世界。其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用；在日本，自 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978 年產(chǎn)量(7342 臺)超過美國(5688 臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001 年產(chǎn)量 46604 臺，出口 27409 臺，占 59％)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占領世界廣大市場。在上世紀 8O 年開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展，日本 FANUC 公司針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術上領先，在產(chǎn)量上居世界第一。 4. 發(fā)展趨勢 江蘇大學機電總廠徐立[1]對于主傳動系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢做出了自己的分析。 （1）高精度化 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，在計算機技術發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術得以發(fā)展和應用；機床主軸轉速的提高，大大提升了加工表面質(zhì)量；同時， 各種高性能新型材料在機床結構制造中的使用，使得數(shù)控機床的各項精度顯著提高； （2）動力功率高 由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數(shù) NC 機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般NC 機床的主軸驅動功率在3.7～250 kW。 （3）調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分?，F(xiàn)在，數(shù)控機床的主軸調(diào)速范圍一般在 100～10 000，且能無級調(diào)速。要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負載波動時，速度應穩(wěn)定。 （4）控制功能的多樣化 主運動系統(tǒng)的控制功能需要有：NC 車床車螺紋時主運動和進給運動的同步控制功能，加工中心自動換刀、NC 車床車螺紋時用主軸準停功能，NC 車床和 NC 磨床在進行端面加工時需要恒線速切削功能，在車削中心中，需要有 C 軸控制功能。 （5）性能要求高 電機過載能力強。要求有較長時間（1～30 m in）和較大倍數(shù)的過載能力；在斷續(xù)負載下，電機轉速波動要?。凰俣软憫?，升降速時間要短；電機溫升低，振動和噪音小；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，質(zhì)量輕，與機床聯(lián)接容易。 綜上所述，本次的畢業(yè)設計主要是通過對前人的數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)進行研究， 并分析主傳動系統(tǒng)的機構的特點，確定自己所設計的主傳動系統(tǒng)的結構，運用 CAD 軟件把裝配圖及其原理圖繪制出。并進行裝置的可實施性進行分析判斷，最終完成本次銑床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計。 DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計 摘 要 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)作為機床中的重要存在部分，它對于機床的工作起著舉足親重的作用。合理設計和優(yōu)化數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)，可以提高機床的運行質(zhì)量。數(shù)控機床的使用，極大地降低了人工成本，加工精度更高，加工時間更短，使得加工產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證，對市場的改變有更好的應對能力。 本次設計以 DL32M 斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計為選題，題目涉及電動機的選型、主傳動系統(tǒng)的設計等方面知識。主要設計內(nèi)容包括：通過對比機床的主傳動方式， 根據(jù)切削任務與實際相結合的辦法，首先明確斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的主要組成部分，確定主傳動系統(tǒng)的驅動方式。其次是對主傳動系統(tǒng)的主要部件進行設計計算，如皮帶及帶輪的設計、主軸設計、軸承選型等，最終校核主要傳動部件強度，設計出斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的整體裝配圖及整體三維模型。 在本此設計中，通過對主傳動系統(tǒng)的分析，對其進行可行的設計優(yōu)化，簡化了傳動環(huán)節(jié)，使得主傳動系統(tǒng)的運行質(zhì)量得到提高，總體設計更加合理，最終達成本次的設計任務。 關鍵詞：數(shù)控機床；主傳動系統(tǒng)；帶傳動；結構設計； Ⅰ ABSTRACT The main drive system of the NC machine tool is one of the key parts in the machine tool.Its working ability affects the machine running. The design and optimization of the main drive system of NC machine tool can improve the running quality of NC machine tool. The use of NC machine tool decreased the labour cost and working time which made it had more higher working precision and quality.It had more ability to face the change of market. This desigh is based on the main drive system of DL32M,the oblique bed body Numerical control machine tool. This topic is related to the selection of motor and design of main drive system and other aspects of knowledge. Main design content includes: It compare the main drive mode of machine tool and combine with the cutting task and practice. First, I will define the main parts of main drive system of NC machine tool and then determine the driving mode. Second, I will design and calculate the main parts of drive system, such as the design of belt and belt wheel, main shaft and selection of bearings, etc. Finally, checking strength of main transmission and designing the whole drive system of NC machine tool and drawing the 3D model. Through the analysis of the main transmission system and the feasible design optimization, the transmission system had been simplified and the running quality was improved. The wholel design was more reasonable, and the process of the design is simplified. Keywords: CNC machine tools; Main drive system; Belt drive; Structure design II 目 錄 摘 要 I 1 緒論 1 1.1 選題的理論意義 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 發(fā)展趨勢 2 2 主傳動系統(tǒng)總體方案設計 4 2.1 總體結構圖 4 2.2 主傳動系統(tǒng)傳動方案選擇 4 2.3 設計任務 6 2.4 預選電動機 6 3 主傳動系統(tǒng)部件設計 8 3.1 帶及帶輪的設計 8 3.2 主軸的設計 11 4 主傳動系統(tǒng)部件校核 17 4.1 主軸的強度校核 17 4.2 鍵連接的強度校核 19 4.3 軸承壽命計算 19 4.4 軸承潤滑方式 20 5 主軸箱箱體設計 21 5.1 主軸箱的功用和特點 21 5.2 主軸箱結構設計 21 6 結論 25 參 考 文 獻 26 致 謝 27 I DL32M 斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計 1 緒論 1.1 選題的理論意義 數(shù)控機床為我國機械制造業(yè)的重要機床對促進機械制造業(yè)進一步發(fā)展具有極為重要的作用。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的重要指標是高速度、高精度，高速度、高精度加工技術不僅可以使生產(chǎn)效率大幅提高，對于產(chǎn)品的質(zhì)量同樣有著極大的促進作用，由于效率的提高，生產(chǎn)周期縮短，使得產(chǎn)品更具有市場競爭力。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)作為機床中的重要存在部分，它對于機床的工作起著舉足輕重的作用。數(shù)控機床的使用，極大地降低了人工成本，加工精度更高，加工時間更短，使得加工產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證，對市場的改變有更好的應對能力。合理設計和優(yōu)化數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)，可以提高機床的運行質(zhì)量，從而為提高機床整體運行質(zhì)量和運行效率奠定基礎。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 主傳動系統(tǒng)一般由動力源（電機）、傳動系統(tǒng)（定比傳動機構、變速裝置）和運動控制裝置（離合器、制動器等）以及執(zhí)行件（主軸）等組成，是用來實現(xiàn)機床主運動的 [2]。它將主電機的動力轉化為切削扭矩和切削速度，可用于主軸上的刀具。為了適應不 同的加工形式和加工方法，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)應具有較大的調(diào)速范圍，以保證加工過程中合理選擇切削參數(shù)，同時主傳動系統(tǒng)應具有較高的精度和剛度，并盡可能降低噪聲， 從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量[2]。 近年來，車床主軸出現(xiàn)了直接驅動技術。這種傳動技術有兩種結構方式:一種是用交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸，另一種是采用內(nèi)裝式交流變頻主軸電機驅動主軸，國外也稱此為集成主軸。后一種結構中，車床主軸就是電機轉子。目前主軸直接驅動技術推廣得很快，已成機床主傳動的一種發(fā)展趨勢。如日本森精機公司生產(chǎn)的 SL 系列和 ZL 系列數(shù)控車床上就采用了交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸的形式，使產(chǎn)品性能得到了提高，又如大限鐵工所的 LR 系列和 FTL 系列數(shù)控車床上采用了內(nèi)裝式交流變頻主軸電機驅動主軸的結構，再如德國的埃馬格(EMAG)公司和日本山崎公司均在新產(chǎn)品上采用了直接驅動主軸技術。 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流伺服電動機無級調(diào)速系統(tǒng),可以大大簡化機械機構,便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速[3]。為擴大調(diào)速范圍,適應低速大扭矩的要求,也經(jīng)常應用齒輪有級調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結合的調(diào)速方式。當前主要的主傳動系統(tǒng)主要有三種傳動方式： (1)變速齒輪傳動方式 26 一般大中型數(shù)控機床都采用這種方式。通過多對齒輪減速，使其分段無級變速，保證低速時的輸出扭矩，少數(shù)小型數(shù)控機床因為需要較大的輸出扭矩，所以也采用這種傳動方式。 (2)帶傳動方式 這種方法主要用于高轉速、小轉速范圍的小型數(shù)控機床。電機的調(diào)速可以滿足要求， 不需要換檔，避免了齒輪傳動帶來的振動和噪聲的缺點。通常有同步齒輪帶、v 帶、平帶和 v 帶。 （3）調(diào)速電動機直接驅動 調(diào)速電動機直接驅動實際等同于電主軸驅動，電動機轉子即為主軸，這種驅動方式使得機床的主傳動系統(tǒng)傳動鏈環(huán)節(jié)得到極大的簡化，有效地提高了主軸部件的剛度，雖然主軸能夠進行高速旋轉，但輸出扭矩較小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大[5]。 國外工業(yè)發(fā)達國家對數(shù)控車床的研究時間較長，而且經(jīng)驗豐富，技術水平較高，其特點如下: （1)高速高精與多軸加工成為數(shù)控車床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高效加工的潮流； （2)多任務、多軸加工數(shù)控車床越來越多地應用到航空航天、能源、汽車及船舶等行業(yè)； （3）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率； (4)機床誤差檢測與補償功能越來越強大，能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高 3-4 倍，同時效率得到大幅度提升； (5)最新的 CAD/CAM 技術為多軸、多任務數(shù)控車床提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 1.3 發(fā)展趨勢 （1）高精度化 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，在計算機技術發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術得以發(fā)展和應用；機床主軸轉速的提高，大大提升了加工表面質(zhì)量；同時，各種高性能新型材料在機床結構制造中的使用，使得數(shù)控機床的各項精度顯著提高。 （2）動力功率高 由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數(shù) NC 機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般 NC 機床的主軸驅動功率在 3.7～250 kW。 （3）調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分?，F(xiàn)在，數(shù)控機床的主軸調(diào)速范圍一般在100～10000r/min，且能無級調(diào)速。要求恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負載波動時，速度應穩(wěn)定。 （4）控制功能的多樣化 主運動系統(tǒng)的控制功能需要有：NC 車床車螺紋時主運動和進給運動的同步控制功能，加工中心自動換刀、NC 車床車螺紋時用主軸準停功能，NC 車床在進行端面加工時需要恒線速切削功能，在車削中心中，需要有 C 軸控制功能。 （5）性能要求高 電機過載能力強。要求有較長時間（1～30min）和較大倍數(shù)的過載能力；在斷續(xù)負載下，電機轉速波動要?。凰俣软憫?，升降速時間要短；電機溫升低，振動和噪音小；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，質(zhì)量輕，與機床聯(lián)接容易[4]。 2 主傳動系統(tǒng)總體方案設計 2.1 總體結構圖 1.電動機托架 2.電動機 3.小帶輪 4.大帶輪. 5 主軸 6.編碼器 7.主軸箱 8.斜床身圖 2.1 總體結構圖 總體結構圖如圖所示，為了突出設計部分，斜床身只畫了局部，大小有修改。從總體結構圖上看，設計部分為從電動機到電動機帶輪及主軸帶輪的尺寸設計，主軸以及主軸箱的結構設計。 2.2 主傳動系統(tǒng)傳動方案選擇 數(shù)控機床主傳動要求較大的調(diào)速范圍，是為了在切削過程中選擇合適的參數(shù)來加工工件，從而使機床的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量得到更好的處理[2]。機床的一切運行都是由控制指令完成的，而其中機床的變速機構自動運行的動作則是控制指令的直接 體現(xiàn)。大多數(shù)數(shù)控機床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種傳動方式： (1)變速齒輪傳動方式 一般大中型數(shù)控機床都采用這種方式。通過多對齒輪減速，使其分段無級變速，保證低速時的輸出扭矩，少數(shù)小型數(shù)控機床因為需要較大的輸出扭矩，所以也采用這種傳動方式。 圖 2.1 變速齒輪傳動 (2)帶傳動方式 這種方法主要用于高轉速、小轉速范圍的小型數(shù)控機床。電機的調(diào)速可以滿足要求， 不需要換檔，避免了齒輪傳動帶來的振動和噪聲的缺點。通常有同步齒輪帶、v 帶、平帶和 v 帶。 圖 2.2 帶傳動 （3）調(diào)速電動機直接驅動 調(diào)速電動機直接驅動實際等同于電主軸驅動，電動機轉子即為主軸，這種驅動方式使得機床的主傳動系統(tǒng)傳動鏈環(huán)節(jié)得到極大的簡化，有效地提高了主軸部件的剛度，雖然主軸能夠進行高速旋轉，但輸出扭矩較小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大[5]。 圖 2.3 調(diào)速電動機直接驅動 通過比較，選取帶傳動作為主傳動系統(tǒng)的傳動機構。帶傳動系統(tǒng)相對于齒輪傳動來說，傳動精度更高，無滑動，傳動過程沒有較大磨損且傳遞噪聲較??；相對電機驅動方式，帶傳動傳遞轉矩更大，且不會出現(xiàn)發(fā)熱情況?？傮w對比，帶傳動的使用范圍更廣， 速度可達 10m/s，傳遞功率范圍大，維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。 2.3 設計任務 主傳動系統(tǒng)的裝配圖，設計主軸 A2-11 主軸頭，φ100mm 通孔，前端軸承安裝位置直徑φ170mm；假定切削直徑 600mm 的 45 鋼，線速度 120m/min,進給量 0.5mm/z,切深 3mm，滿足以上要求選型電動機，設計相應的主軸帶輪主電機帶輪，減速比 2-3 之間，選型主軸軸承，要求滿足最大轉速 1500rpm。 2.4 預選電動機 在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流伺服電動機無級調(diào)速系統(tǒng),因為無極調(diào)速系統(tǒng)可以滿足在不同情況下的變速情況。而主軸要求的變速范圍一般遠大于電機的變速范圍，所以電動機與主軸之間都會有變速裝置。 根據(jù)切削任務，切削直徑 600 的 45 鋼，v=120m/min, f=0.5mm/z, a=3mm,刀具的材料選取硬質(zhì)合金，根據(jù)《機械制造技術基礎》[6]式 2.1，計算切削力： ?????? ?? = ?? ? ?? ? ???????? ? ?? ? ???????? (2.1) ?? ???? ?? ???? 其中，ap，f, v 分別為背吃刀量，進給量，切削速度。 CFZ 由被加工的材料性質(zhì)和切削條件決定，CFZ=1433，xFZ 、yFZ 、nFZ 分別為 ap、f、v 的指數(shù)，分別為 1.0、0.75、-0.15。 ???? = 2303.8N 。切削功率 PC: 取主傳動總效率η = 0.8。主軸轉速: ???? = ???? ?? (2.2) ???? = 4.6???? ?? = 1000?? ???? =63.7r/min (2.3) 減速比為 2~3，取 i=3,V 電機=191.1r/min。 ?? = ???? ?? =5.75KW  (2.4) 初選電動機型號為αiIp22/6000?？紤]到機床實際切削情況，為滿足多種切削任務， 最終選擇電動機型號為αiIp50/6000。P 額=22kW，低速繞組最大轉速為 1500r/min，高速繞組最大轉速為 6000r/min。 3 主傳動系統(tǒng)部件設計 3.1 帶及帶輪的設計 根據(jù)《機械設計》[7],選擇 V 帶傳動，電動機功率 P=22kW，根據(jù)本次任務選擇低速繞組轉速 1500r/min。 減速比 i=3，設每天工作 10h。 3.1.1 確定計算功率 Pca 由式 3.1，取工作情況系數(shù) KA=1.1 KA 為工況系數(shù)，P 為電機額定功率。 Pca = 24.2kW 3.1.2 選擇 V 帶帶型 根據(jù)圖 3.1，  ?????? = ???? ? ?? (3.1) 圖 3.1 帶輪轉速圖 由計算功率 Pca,轉速 n,選擇 B 型帶。 3.1.3 確定帶輪基準直徑 dd 并驗算帶速 （1）初選小帶輪基準直徑 dd1=160mm。 （2）按式 3.2 驗算帶的速度 ?? = ??????1 ??1 (3.2) 60×1000 v=12.6m/s。帶速范圍滿足 5m/s120° ??1 ≈ 180° ? （????2 ? ????1 ） 57.3° ??  (3.8) 3.1.6 計算帶的根數(shù) （1）單根 V 帶功率 Pr 由dd1 = 160mm，n1 = 1500r/min，得 P0=3.7kW。 根據(jù) n1=1500r/min，i=3，B 型帶，得△P0=0.48KW。查表 3.2 表 3.2 包角修正系數(shù)Ka 包 角 a1 220 210 200 190 180 170 160 Ka 1.2 0 1.1 5 1.1 0 1.0 5 1.0 0 0.9 8 0.9 5 得 Kα=1，KL=1.03，于是 Pr = ( P0 +△ P0) ? Kα ? KL (3.9) Pr=4.31kW （2）計算 V 帶的根數(shù) Z 由式 3.10 計算： Z=5.61,取 6 根。  Z = Pca (3.10) Pr 3.1.7 計算單根 V 帶的初拉力 F0 由表 3.3 得 B 型帶的單位長度質(zhì)量 q=0.17kg/m， 表 3.3 V 帶單位長度的質(zhì)量 帶型 Y Z A B C D E q/(kg/m) 0.023 0.060 0.105 0.170 0.300 0.630 0.970 所以 F0=267N。 3.1.8 計算壓軸力 Fp  ??0  = 500 (2.5? ????)?????? + ????2 (3.11) ???????? Fp=3204N。 Fp=2zF0sinα1 2  (3.12) 3.1.9 確定帶輪的結構和尺寸 （1）帶輪結構選擇 V 帶輪輪輻結構的不同，可以分為以下幾種型式： 實心式：用于帶輪基準直徑為(dd≤(2.5～3)d)，如圖 3.2a； 腹板式：用于帶輪基準直徑為(dd≤300mm)，如圖 3.2b； 孔板式：用于帶輪基準直徑為(dd–d﹥100mm)，如圖 3.2c； 橢圓輪輻式：用于帶輪基準直徑為(dd＞500mm)，如圖 3.2d。 圖 3.2 帶輪結構類型圖 根據(jù) V 帶輪結構的選擇條件，由新版主軸電動機查得αiIp50/6000 型電動機主軸直徑為 d=60mm，所以αiIp50/6000 型電動機主軸帶輪選擇腹板帶輪，主軸帶輪選用孔板帶輪。 3.2 主軸的設計 3.2.1 主軸軸徑的確定 主軸直徑包含三個參數(shù):主軸前軸頸 D1，后軸頸 D2，主軸平均直徑 D。在結構上三者關系[5]： D1=（1.10～1.15）D; D2=（0.85～0.90）D 或 D2=（0.7～0.8）D1。 對幾種常見通用機床鋼質(zhì)主軸的前軸頸直徑 D1，根據(jù)切削功率選定前軸徑 D1=170mm， D2=150mm。 3.2.2 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)孔直徑主要用來通過棒料、鏜桿等。孔徑的大小與機床的工作性質(zhì)有關。確定孔徑 d 的原則是: 當主軸的空心直徑 d 不大于主軸的平均直徑 D 的 0.5 倍時，一般對主軸的剛度影響不大。在滿足上述工藝要求且對主軸剛度不產(chǎn)生影響的情況下，為使主軸減輕重量，盡量取選取較大值?？箯澖孛鎽T性 I 是孔徑對主軸剛度影響的體現(xiàn)，抗彎截面慣性 I 與主軸本身的剛度正比，根據(jù)他們的關系公式： I 空 = π（ D4?d4） /64 = 1 ? (d )4 （3.13） I實 πD4 /64 D 圖 3.3 孔徑 d 對主軸剛度的影響曲線 根據(jù)設計要求，主軸通孔直徑選取 100mm。 3.2.3 軸承型號的選擇 因為主軸在切削過程中同時受到軸向力和徑向力的作用，角接觸球軸承可以滿足這個要求，角接觸球軸承軸承在使用中成對配用，這樣還可以提高預緊力。主軸前端選用三列角接觸球軸承組配方式，一組反裝角接觸球軸承加單個角接觸球軸承如圖 3.4。主軸后端采用一個雙列圓柱滾子軸承，如圖 3.5。根據(jù)主軸軸徑，主軸前端軸徑為 170mm， 所以選用 7034AC 型角接觸球軸承。主軸后端軸徑為 150mm，選用 NN3030 型雙列圓柱滾子軸承。 圖 3.4 三聯(lián)角接觸球軸承 圖 3.5 雙列圓柱滾子軸承 3.2.3 主軸懸伸量 a 確定 主軸懸伸量 a 是指主軸前端到主軸前支承中點的距離。懸伸量 a 的大小主要由主軸端部結構形式、尺寸、前支承的軸承配置和密封裝置等決定,確定懸伸量 a 的原則是:在滿足結構要求、強度要求的前提下盡可能取較小值。a 暫定 130mm。 3.2.4 軸的結構設計 主軸軸向尺寸確定： 首先，由于主軸的空心直徑為 100mm，計算出主軸前徑為 170mm，后徑為 150mm。從前向后看，由于采用 A2-11 主軸頭，主軸頭尺寸均可以確定。 主軸頭左側做一軸肩，為角接觸球軸承右側限位。軸肩左側為三聯(lián)角接觸球軸承組， 已知 7034AC 型角接觸球軸承寬度為 42mm，三組為 126mm，為使一組反裝角接觸球軸承更好的轉動，彼此減小影響，在二三角接觸球軸承中間加入隔套，寬度為 30mm。第三個角接觸球軸承左側設置一軸套，為軸承端左限位，同時軸套左側加一限位螺母，防止軸承向左竄動。 接著左端為一光軸，由軸承跨距公式暫定軸承跨距為 600mm。左支撐處設計 1:12 的錐度，跨度為雙列圓柱滾子軸承的寬度 56mm。設置錐度的是為了當雙列圓柱滾子軸承因為受力的原因而向右竄動時，由于軸段是有錐度，使得軸承越向右，配合越緊。雙列圓柱滾子軸承左側為端蓋，寬度為 34mm,與主軸箱配合的同時，防止軸承向左竄動。端蓋左側為限位螺母，寬度為 34mm,起軸向定位的作用。螺母左側為編碼器的測速小帶輪， 寬度為 18mm，測速小帶輪右側有一軸肩，防止向右竄動。軸肩處做一退刀槽，如圖 3.6 所示，防止應力集中且減小小帶輪與軸肩的摩擦。測速小帶輪左側為主軸大帶輪，寬度為 152mm。大帶輪左側為限位螺母，防止大帶輪向左竄動。 圖 3.6 退刀槽 主軸徑向尺寸確定： 從主軸頭向左開始確定。因為 A2-11 主軸頭尺寸確定，所以主軸最大直徑為 280mm。主軸前徑為 170mm，為使角接觸球軸承更好的轉動，軸承右側軸肩處直徑設置為 185mm。光軸直徑設為 165mm，帶輪處直徑設置為 140mm。 圖 3.7 主軸頭端部 Ⅰ-Ⅱ為螺紋端，長度為 36mm,軸徑為 140mm，選用 M140×2 螺母; Ⅱ-Ⅲ為主軸與大帶輪連接部分，選用普通 A 型平鍵，鍵長 l=160mm;軸徑為 150mm； Ⅲ-Ⅳ為螺紋段，長度為 38mm，選用 M150×2 螺母限位； Ⅳ-Ⅴ為主軸左透蓋，寬度為 34mm; Ⅴ-Ⅵ為雙列圓柱滾子軸承安放位置，雙列圓柱滾子軸承 NN3030 型寬 56mm； Ⅵ-Ⅶ長度為 370mm；軸徑為 166mm； Ⅶ-Ⅷ為螺紋段，長度為 44mm，選用 M170×3 螺母；軸徑為 170mm； Ⅷ-Ⅸ為 7034AC 角接觸球軸承安放位置，長度為 183mm; Ⅸ-Ⅹ設置一軸肩，寬度為 26mm；軸徑為 186mm； Ⅹ-Ⅺ為主軸頭位置，主軸前端規(guī)格選擇為 A2-11 主軸頭。主軸最終結構設計如圖 3.8： 圖 3.8 主軸的結構圖 4 主傳動系統(tǒng)部件校核 4.1 主軸的強度校核 4.1.1 計算支撐反力 為計算支撐反力，制作主軸的計算簡圖，如圖 4.1 所示： 計算軸承反力水平面： 垂直面：  圖 4.1 軸的計算簡圖 ∑Fy = 0，F(xiàn)t + Ft2 = 0, Ft2 = 824N ∑F?? = 0 Fp + Fn1 + Fn2 + Fz = 0 ∑Mz = 0 Fp ???1 + ????2 ???2 = ?????（??2 + ?? 3） 計算得：Fn1 = 3569N， Fn2 = 1938N 4.1.2 計算截面彎矩 （1）垂直面上截面 B 處的彎矩： MBy =611964N?mm。 垂直面上截面 C 處的彎矩： MCZ=287875 N?mm。 （2）水平面上截面 B 處的彎矩： MBZ= Fp?L1 （4.3） MCZ= Fz?L3 （4.4） MBy=472152 水平面上截面 C 處的彎矩： MCy =103000 N?mm。 （3）總彎矩 MBy=Ft2?L2 （4.5） MCy=Ft?L3 （4.6） ??1 = √??2 + ??2 （4.7） ??1=772934N?mm。 ???? ???? ??2 = √??2 + ??2 （4.8） ??2=305746N?mm。 （4）主軸扭矩 ???? ???? T=420200 N?mm。 T = 9549 ?? （4.9） ?? 4.1.3 按彎矩合成應力校核 軸上承受最大彎矩和扭矩的截面是截面B，所以根據(jù)軸的彎扭合成條件，由式4.10： ?? = √??2 +(????)2 ≤ [?? ] （4.10） 確定公式內(nèi)各參數(shù)值： σ —軸的計算應力， MPa ； ca ???? ?? ?1 M—軸所受彎矩，M1 = √M2 + M2 =772934N?mm； By Bz T—軸所受扭矩，T=420200 N?mm； W—軸的抗彎截面系數(shù)，由軸的截面形狀確定，因為主軸的危險截面處為空心軸，根據(jù) W = 0.1d3(1 ? (d1)4) = 321300mm3; d [σ ] —對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力,查得 [σ ]=60Mpa; ?1 ?1 計算σ ： ca 將上述參數(shù)值帶入軸的彎扭合成條件： √M2+ (αT)2 σ = ca W =2.53Mpa≤ [σ ?1 ]=60Mpa 故主軸的強度滿足要求。 4.2 鍵連接的強度校核 普通 A 型平鍵（GB/T 1096）,b×h×L=36×20×160,連接方式為靜連接，取得許用壓應力[????] =120Mpa. 鍵連接強度計算公式見式 4.11： 確定公式內(nèi)各參數(shù)值： ???? －工作面擠壓應力，MPa ； T －傳遞的轉矩，N?m； ???? = 2000?? (4.11) ?????? k －鍵與輪轂鍵的接觸高度，k=10mm; d－軸的直徑，mm；d=140 mm; 鍵連接傳遞轉矩 T=105.05MPa。 T = 9550 ?? (4.12) ?? 將上述各參數(shù)值帶入鍵連接強度計算公式，得： ????=1.21MPa<[????] =120Mpa 鍵連接強度滿足要求。 4.3 軸承壽命計算 角接觸球軸承型號為 7034AC，由機械設計手冊查得基本額定動載荷：C=310kN。軸向力 Fa=902N,單個軸承承受徑向力為 745N。軸承當量動載荷 P: 因為Fa=1.2>e=0.68, Fr 查軸承的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為： X=0.41，Y=0.87，按設計要求（軸承運轉平穩(wěn)），根據(jù)中等沖擊載荷的選取方式取載荷系數(shù) fd=1.5： P = ????(?????? + ?????? ) （4.11） P =1635N。 軸承壽命計算公式： ?? = 106 (?? )?? （4.12） ? 60?? ?? 式中：n—轉速，r/min； C—基本額定動載荷，C=310KN； P—軸承當量動載荷, P =1635N； ε—壽命指數(shù)，滾子軸承所以取 10/3。 將上述各參數(shù)值帶入軸承基本額定壽命計算公式[1]，得： ?? ? = 1.67 × 1023h。 雙列圓柱滾子軸承型號為 NN3030 型，由機械設計手冊查得基本額定動載荷：C= 335000N，因為雙列圓柱滾子軸承只承受徑向力，當量動載荷為 P 等于徑向力 Fp=3204N。按設計要求（軸承運轉平穩(wěn)），取載荷系數(shù) fd=1.5，ε取 10/3。將上述各參數(shù)值帶入軸承基本額定壽命計算公式，得： ?? ? = 1.73 × 1021h。 4.4 軸承潤滑方式 滾動軸承的潤滑方式由 dn 值來確定，d 為軸承的內(nèi)徑，n 為軸的轉速。雙列圓柱滾子軸承： dn = 7.5 × 104mm?r/min ≤ 12 × 104mm?r/min 。雙列圓柱滾子軸承的潤滑方式為脂潤滑。 角接觸球軸承： dn = 8.5 × 104mm?r/min ≤ 16 × 104mm?r/min 。角接觸球軸承的潤滑方式為脂潤滑。 5 主軸箱箱體設計 5.1 主軸箱的功用和特點 箱體主要起到支撐和保護主軸的作用，所以必須按照主軸的尺寸設計內(nèi)部結構。主軸箱要通過自己的裝配基準，把整個部件裝到床身上去。主軸箱的加工質(zhì)量對機床的工作精度和使用壽命有著重要影響[8] 作為主軸與斜床身的樞紐，主軸箱體與斜床身的裝配對主軸的加工有著至關重要的影響。主軸箱不僅需要按照設定的要求進行動力的傳動，而且要保證在主軸切削過程中的位置精度以及箱體與斜床身的位置關系精度。主軸箱要防止?jié)櫥屯饬骱突覊m、污物浸入的殼形零件，自身結構比較復雜，尺寸比較大。 鑄鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，且成本低，故主軸箱箱體采用 HT250 制造。 圖 5.1 主軸箱箱體三維圖 5.2 主軸箱結構設計 斜床身數(shù)控機床主軸箱與傳統(tǒng)主軸箱有所不同，箱體的連接部分為與斜床身一樣具有斜面，并通過地腳螺栓和斜床身連接。為盡量避免切削過程中產(chǎn)生較大震動，要求連接部分必須有足夠的支撐剛度，選擇 M20 螺栓按圖 5.2 排列。螺栓之間的距離與主軸箱和斜床身配合面有關，因為斜床身與主軸箱的裝配位置固定，接觸面之間的距離固定， 螺栓的固定范圍可以確定。 圖 5.2 螺栓排列方式 箱體側面如圖 5.3 所示。為與斜床身配合，主軸箱底部為一斜面，斜度與斜床身相同。其中，箱體中間有一 直徑 140mm 的空心孔，在不影響箱體工作性能的前提下，盡可能減輕主軸箱的質(zhì)量，減少裝配面的壓力。虛線部分為主軸箱的內(nèi)部結構。 圖 5.3 主軸箱側視圖 主軸箱的正視半剖視圖如圖 5.4。 圖 5.4 主軸箱的正視半剖視圖 主軸箱體最重要的結構之一為主軸箱和主軸裝配的部分。因為主軸的尺寸均已確定， 主軸箱為與主軸配合，內(nèi)部尺寸按照和主軸的配合尺寸設計。主軸箱外壁為不平整平面 的原因，是因為在鑄造成型后為加速冷卻。 圖 5.5 主軸箱俯視圖 圖 5.5 為箱體俯視圖。箱體上側有一矩形通孔，通過通孔可以看到主軸箱的內(nèi)部裝配情況。通孔的設計一方面是為了安裝銘牌，另一方面是當出現(xiàn)問題時，不需要將整個主軸箱從斜床身上拆下，方便維修。 6 結論 主傳動系統(tǒng)是機床運行的重要環(huán)節(jié)，它傳動方式的選擇決定機床切削的性能和效率。本次設計是結合大連機床廠 DL32M 斜床身數(shù)控機床而提出的設計任務，首先是通過切削任務選擇電動機，通過相關計算設計帶輪及皮帶的相關參數(shù)，設計主軸結構，校核主軸強度，以及主軸箱的結構設計,最終達成主傳動系統(tǒng)的設計任務。 通過對主傳動系統(tǒng)的設計，可以明確的了解其工作過程。首先是電動機的工作性能， 電機的轉矩特性對機床切削過程有著直接影響，因為機床所需的轉速范圍電動機往往無法直接達到，必須通過相關的變速機構來進行轉化。本次設計中遇到了一些困難，最大的難題在于主軸的設計過程。主軸結構為空心階梯軸形式，主軸強度和空心尺寸有關， 空心軸軸和實心軸不同點在于各項尺寸沒有相關的設計步驟，我按照主軸上各個零件的排布，查找設計相關的零件尺寸，在結構設計做出后進行強度校核，最終完成空心階梯軸的結構設計。 本次設計通過對主傳動系統(tǒng)的分析，對其進行可行的設計優(yōu)化，尤其是在驅動方式的選擇上，對于主傳動系統(tǒng)的運行質(zhì)量以及穩(wěn)定性有一定提高，最終達成本次的設計任務。 參 考 文 獻 [1] 徐立.淺談數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術,2016,42(05):49-52. 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