CA6150数控车床主轴箱及传动系统设计Word文档下载推荐.docx

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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=150～200m/sK=0.5Rd=0.2～0.25

dmax=K·

D=0.5×

400=200㎜

dmin=Rd·

dmax=0.2×

200=40㎜

nmax===1592.36

2.2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=15～20m/s

nmin===31.8

②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===11.9转/分

因此：

取最低转速nmin=11.9转/分

③转速范围

Rn===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=50

④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=mz

a组：

Za1=64

Za2=54

Z=34

b组:

Zb1=95

Zb2=30

2、齿轮的各参数

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=cm=1.2

齿顶高h=hm=4

齿根高h=（h+c）m=5.2

全齿高h=h+h=（2h+c）m=9.2

中心距a1=（d1+d2）/2=240

a2=（d1+d3）/2=178

模数m=3.5

中心距a=（d4+d5）/2=240

四、选择电动机

1、电动机功率

N电=7.5kw转速n电=1450转/分

2、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）

1、计算功率Pc=KA·

P=1.2×

7.5=9kw

2、选胶带型别为：

B型

3、选小带轮直径d1=140㎜（实心轮）

大带轮直径d2=280㎜（四孔板轮）

4、带速：

V===10.6米/秒

（B型：

Vmax=25米/秒）

5、实际传动比：

i=取ε=005

i==4<

7

6、初定中心距

=（1～0.95）d2=（1～0.95）×

280=280～266

取=270

7、初定胶带节线长度

Lop=2+（d1+d2）+

=2×

270+×

（140+280）+

=1218

取Lp=1290Li=1250

8、计算中心距

=+=270+=306㎜

9、小带轮包角

≈180°

-×

60°

=180°

=152.5°

>

120°

10、单根胶带传递的功率：

P0=2.03kw

11、单根胶带传递功率的增量：

ΔP0=kb·

n1·

（1-）

=1.99×

10×

1450×

=2.8

12、胶带根数：

由于需要传递的功率N=7kw，因此需胶带4根

13、单根胶带初拉力：

F0=18公斤

14、有效圆周力：

Ft===91.8公斤

15、作用在轴上的力：

F=2F0·

Z·

sin=2×

18×

4×

sin

=134公斤

16、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=1.19

2、传动装置的运动参数：

Ⅰ轴（电动机轴）：

P=Pd=7.5kw

n=1450r/min

T=9550×

=9550×

=49.4N·

m

Ⅱ轴（主轴）：

P=Pη=7.5×

0.96=7.2kw

n===1218r/min

=56.45N·

Ⅲ轴（编码器）：

P=Pη=7.2×

0.99×

0.97=6.9kw

n===766r/min

=86.02N·

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

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

b.变频器的最大输出频率等于电动机的额定频率。

从而，电动机的最高转速等于其额定转速，它折算到负载轴上的值应大于负载要求的最大转速:

=

c.电动机额定转矩的折算值（折算到负载轴上的转矩）；

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

其大小与面积成正比。

而电动机的容量则与面积成正比，其大小为：

可见,采用了变频调速后,电动机的容量需增大倍以上。

3、电动机的工作频率范围

a.最高频率。

b.最底频率因为只有一档转速，故频率调节范围为：

当时,；

当时，。

异步电动机在这样低的