CA6150車床主軸箱設(shè)計

1、主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，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，并能方便的實現(xiàn)運動的開停，變速，換向和制動等由于某些原因，沒有上傳完整的畢業(yè)設(shè)計（完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計說明書、相關(guān)圖紙CAD/PROE、中英文文獻及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要的朋友，請聯(lián)系我的叩扣:二二壹五八玖一壹五一，數(shù)萬篇現(xiàn)成設(shè)計及另有的高端團隊絕對可滿足您的需要.。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電

2、動機的無級調(diào)速來承擔(dān)，剩去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調(diào)速的范圍。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的特點與普通機床比較，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特點。4 轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。5 變速范圍寬。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Ra>100，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。6 主軸變速迅速可靠，數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實現(xiàn)寬范圍無級變速，而且減少了

3、中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。7 主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。 1.2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。主電機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲要小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。操縱靈活可靠，維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性

4、要求。1.3 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)配置方式數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調(diào)速系統(tǒng)。為擴大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有四種配置方式，如圖3-1所示。帶有變速齒輪的主傳動大、中型數(shù)控機床采用這種變速方式。如圖3-1（a）所示，通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出轉(zhuǎn)矩，一滿足主軸低速時對輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加撥叉，或

5、者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。通過帶傳動的主傳動如圖3-1（b）所示，這種傳動主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機床。電動機本身的調(diào)速能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。用兩個電動機分別驅(qū)動主軸如圖3-1（c）所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu)如圖3-1（d）

6、所示，這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計機床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是將傳動方案“結(jié)構(gòu)化”，向生產(chǎn)提供主傳動部件裝配圖，零件工作圖及零件明細表等。在機床初步設(shè)計中，考慮主軸變速箱機床上位置，其他部件的相互關(guān)系，只是概略給出形狀與尺寸要求，最終還需要根據(jù)箱內(nèi)各元件的實際結(jié)構(gòu)與布置才確定具體方案，在可能的情況下，設(shè)計應(yīng)盡量減小主軸變速箱的軸向和徑向尺寸，以便節(jié)省材料，減輕質(zhì)量，滿足使用要求。設(shè)計中應(yīng)注意對于不同情況要區(qū)別對待，如某些立式機床和搖臂鉆床的主軸箱；要求較小的軸向尺寸而對徑向尺寸要求并不嚴(yán)

7、格；但有的機床，如臥式銑鏜床、龍門銑床的主軸箱要沿立柱或橫梁導(dǎo)軌移動，為減少其顛覆力矩，要求縮小徑向尺寸。機床主傳動部件即主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容包括：主軸組件設(shè)計，操縱機構(gòu)設(shè)計，傳動軸組件設(shè)計，其他機構(gòu)（如開停、制動及換向機構(gòu)等）設(shè)計，潤滑與密封裝置設(shè)計，箱體及其他零件設(shè)計等。主軸變速箱部件裝配圖包括展開圖、橫向剖視圖、外觀圖及其他必要的局部視圖等。給制展開圖和橫向剖視圖時，要相互照應(yīng)，交替進行，不應(yīng)孤立割裂地設(shè)計，以免顧此失彼。給制出部件的主要結(jié)構(gòu)裝配草圖之后，需要檢查各元件是否相碰或干涉，再根據(jù)動力計算的結(jié)果修改結(jié)構(gòu)，然后細化、完善裝配草圖，并按制圖標(biāo)準(zhǔn)進行加深，最后進行尺寸、配合及

8、零件標(biāo)注等。二、主運動的方案選擇與主運動設(shè)計1、機床的工藝特性工藝范圍精車、半精車外圓、車螺紋、車端面刀具材料硬質(zhì)合金、高速鋼加工工作材料鋼、鑄鐵尺寸范圍 05002、確定主軸轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速 nmax 采用硬質(zhì)合車刀半精車小直徑鋼材的外圓時，主軸轉(zhuǎn)速最高。參考切削用量資料：Vmax =150dmax =K·×400 =200dmin =Rd ·×200 =40nmax = =最低轉(zhuǎn)速：用高速鋼車刀，粗車鑄鐵材料的端面時，參考切削用量資料：Vmax =1520 m/snmin = =用高速鋼車刀，精車合金鋼材料的絲杠時，參考資料：直徑500普通車床加工絲杠的

9、最大直徑是50，Vmin =1.5 米/分nmin = =轉(zhuǎn)/分因此：取最低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速范圍 Rn= =由于高速鋼車刀少用低速，且為了避免結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，因此取轉(zhuǎn)速范圍主運動結(jié)構(gòu)圖三、確定齒輪齒數(shù)1、根據(jù)分度圓直徑選齒數(shù)： d=mza組： Za1 = 64Za2 = 54Z = 34b組: Zb1 = 95 Zb2 = 30 2、齒輪的各參數(shù)a組：模數(shù)m=4壓力角=20°齒距 P = 齒厚 s = 齒槽寬 e =頂隙 c = c齒頂高 h = hm = 4齒根高h = (h+c全齒高 h = h+h=(2h+c中心距 a1 = (d1+d2)/2 = 240 a2 = (d1+d3)

10、/2 = 178b組:模數(shù)壓力角=20°齒距 P = 齒厚 s = 齒槽寬 e =頂隙 c = c齒頂高 h = hm = 4齒根高 h = (h+c全齒高 h = h+h=(2h+c中心距 a = (d4+d5)/2 = 240四、選擇電動機1、 電動機功率N電=7.5kw 轉(zhuǎn)速n電=1450轉(zhuǎn)/分2、 電機型號J02514 電機軸徑=38五、皮帶輪的設(shè)計計算：設(shè)一天運轉(zhuǎn)時間=810小時（按小帶輪計算）1、 計算功率Pc = KA·×7.5 = 9kw2、 選膠帶型別為：B型3、 選小帶輪直徑d1=140(實心輪)大帶輪直徑d2=280(四孔板輪)4、 帶速：V

11、=米/秒（B型：Vmax=25米/秒）5、 實際傳動比：i=取=005i=4<76、 初定中心距=（1）d2=(10.95)×280=280266取=2707、 初定膠帶節(jié)線長度Lop=2+(d1+d2)+ =2×270+×(140+280)+ =1218取Lp=1290 Li=12508、 計算中心距=+=270+=3069、 小帶輪包角180°-×60° =180°-×60°°>120°10、 單根膠帶傳遞的功率： P011、 單根膠帶傳遞功率的增量：P0=kb

12、3;n1·(1-)×10×1450×(1-)12、 膠帶根數(shù)：由于需要傳遞的功率N=7kw，因此需膠帶4根13、 單根膠帶初拉力： F0=18公斤14、 有效圓周力： Ft=公斤15、 作用在軸上的力：F=2F0·Z·sin=2×18×4×sin =134公斤16、 帶輪寬：B=（Z-1）e+2f=(4-1)×20+2×12.5=85六、傳動裝置的運動和運動參數(shù)計算： 1、傳動比：i= 2、傳動裝置的運動參數(shù)：軸（電動機軸）：Pkw n=1450r/min T=9550×=9

13、550×=49.4 N·m軸（主軸）： P=P×kw n= = = 1218r/min T=9550×=9550×=56.45 N·m軸（編碼器）： P=P××kw n= = = 766r/min T=9550×=9550×=86.02 N·m七、主軸調(diào)速系統(tǒng)的選擇計算1、對調(diào)速系統(tǒng)的基本考慮: a.由于調(diào)速范圍廣，且要求有較硬的機械特性。所以，以選用矢量控制方式為宜。對于普通車床來說，由于對動態(tài)響應(yīng)要求不高，用“無反饋矢量控制”方式已經(jīng)足夠。 b.因為調(diào)速范圍廣，且高速與低速段機械特

14、性的特點不一樣，故工作頻率范圍應(yīng)不限于額定頻率以下。 c.電動機的容量一般應(yīng)比原拖動系統(tǒng)的電動機容量為大。 d.在低速段，可能出現(xiàn)較大的沖擊過載，容易引起變頻器的跳閘。所以，變頻器的容量以比電動機的容量大一檔為好。2、一檔傳動比，且方案基本工作情況a. 電動機和主軸之間的傳動比只有一檔,傳動比b. 變頻器的最大輸出頻率等于電動機的額定頻率。從而，電動機的最高轉(zhuǎn)速等于其額定轉(zhuǎn)速，它折算到負載軸上的值應(yīng)大于負載要求的最大轉(zhuǎn)速:=c. 電動機額定轉(zhuǎn)矩的折算值(折算到負載軸上的轉(zhuǎn)矩)；綜上所述，電動機的有效轉(zhuǎn)矩線如圖的曲線2所示，圖曲線1是車床的機械特性曲線。為了便于比較，圖中，電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為

15、折算到負載軸上的值。電動機的容量在圖中，負載所需功率其大小與面積成正比。而電動機的容量則與面積成正比，其大小為：可見,采用了變頻調(diào)速后,電動機的容量需增大倍以上。3、電動機的工作頻率范圍a. 最高頻率。b. 最底頻率因為只有一檔轉(zhuǎn)速，故頻率調(diào)節(jié)范圍為：當(dāng)時, ；當(dāng)時，。異步電動機在這樣低的頻率下連續(xù)工作，如不用負載反饋，是比較困難的。4、一檔傳動比，且方案基本工作情況a. 電動機和主軸之間的傳動比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率允許超過額定頻率。但一般不宜超過額定頻率的倍(即：).設(shè)最大調(diào)頻比則:電動機的最高轉(zhuǎn)速也約為額定轉(zhuǎn)速的倍：b. 電動機的額定轉(zhuǎn)速電動機有效轉(zhuǎn)矩線圈如圖中的曲線2所示。

16、曲線1為車床的機械特性曲線。電動機的容量如圖，電動機的容量與面積成正比，其大小為可見,頻率范圍擴大之后,電動機的容量可以比減小倍,但與負載功率相比,仍需增大很多。5、電動機的工作頻率范圍設(shè)：最高頻率為，則最低頻率為當(dāng)時，；當(dāng)時，。6、兩檔傳動比，且方案基本工作情況將電動機和主軸之間的傳動比分成兩檔(和)，使變頻器的輸出頻率、電動機的轉(zhuǎn)速與負載轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系見表4-1表4-1 頻率、電動機與負載轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系工作頻率電動機的轉(zhuǎn)速低檔傳動比負載轉(zhuǎn)速高檔傳動比負載轉(zhuǎn)速表中，是兩檔轉(zhuǎn)速分界點的“中間速”。在抵擋時，傳動比為，當(dāng)從到（到）時，從到；在高檔時，傳動比為，當(dāng)從到 (從到)時,從到。忽

17、略電動機轉(zhuǎn)差率的變化的因素，則有： 圖作為兩檔中間的分界轉(zhuǎn)速（中間速）所以,電動機工作頻率的范圍可見,采用兩檔傳動比后,在負載的速度范圍不變的情況下,工作頻率的調(diào)節(jié)范圍大大的縮小了。采用兩檔傳動比后，在全頻率范圍內(nèi)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖中之曲線2所示，曲線1為車床的機械特性曲線?？梢钥闯鰞烧咭呀?jīng)十分接近了。7 、動機的容量電動機的容量與面積成正比,如圖3所示。其大小為：可見,采用兩檔傳動比后,電動機容量可比減小倍。電動機的工作頻率范圍設(shè)：最高頻率為，則最低頻率為當(dāng)時當(dāng)時可見,最低工作頻率增大了很多,使變頻調(diào)速系統(tǒng)在最低速時的工作穩(wěn)定性大大改善了.8、調(diào)速系統(tǒng)的選擇經(jīng)上述分析，主軸拖動系統(tǒng)在不更換電動

18、機的條件下，要實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速，可以采用機械多檔變速傳動，與變頻器調(diào)速相結(jié)合的方法。原拖動與系統(tǒng)概況。電動機的主要數(shù)據(jù)電動機額定功率：電動機額定轉(zhuǎn)速：1450rpm主軸轉(zhuǎn)速范圍：102000r/min計算數(shù)據(jù) a. 調(diào)速范圍 b. 負載轉(zhuǎn)矩 n/(r/min) 1.恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)速T/(N/m)5002000 2.恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的轉(zhuǎn)矩 3.恒功率區(qū)的最小轉(zhuǎn)矩普通籠型異步電動機變頻調(diào)速運行時的性能分析普通籠型異步電動機是按工頻電源條件下運行所設(shè)計制造的，用變頻器對其進行調(diào)速時，因變頻器輸出波形中含有諧波的影響，電動機功率因數(shù)、效率均有下降，電流與線圈溫升將有所增高，電機在額定頻率以下連續(xù)進行時，影響其帶負載能力的主要因素是溫升，在額定頻率以上連續(xù)運行時，電機允許最高頻率受軸承的極限轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)件的強度限制，因此初步選定電機的變頻范圍在10Hz75Hz之間。最大頻率調(diào)節(jié)比因此在不變換主軸電機的條件下，主軸拖動系統(tǒng)需采用機械三檔以上變速傳動比在機械結(jié)構(gòu)上，三檔與四檔變速傳動的方案相似，而采用四檔變速對電機的調(diào)速更為合適，因此決定利用機械四檔變速傳動方案。確定傳動比拖動系統(tǒng)機械四檔變速分配傳動比檔次低中高最高電機工作區(qū)恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率主軸轉(zhuǎn)速r/min10 50507236