CA6150数控车床主轴箱及传动系统设计

目录

1、概述

2、主运动的方案选择与主运动的设计 3、确定齿轮齿数 4、选择电动机

5、皮带轮的设计计算

6、传动装置的运动和运动参数的计算 7、主轴调速系统的选择计算 8、主轴刚度的校核

一、概述

主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围，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，并能方便的实现运动的开停，变速，换向和制动等。

数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。 1.1数控机床主传动系统的特点

与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点。 （1）转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。

（2）变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围，一般Ra>100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 （3）主轴变速迅速可靠，数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。 （4）主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位，如轴承、锥孔等都有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑。

1.2 主传动系统的设计要求

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。

电动机电动机（）变速齿轮（）带传动电动机电动机（）两个电动机分别驱动（）内装电动机主轴传动机构图3-1 数控机床主传动的四种配置方式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 =150～200 m/s K = 0.5 Rd =0.2～0.25

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