数控车床主传动系统的设计

无锡职业技术学院毕业设计说明书Ⅰ数控车床主转动系统的设计目录第一章引言······························1第二章设计方案论证与拟定·······················22.1总体方案的论证·······················22.2总体方案的拟定·······················22.3主传动系统总体方案图及传动原理···············2第三章设计计算说明··························53.1主运动设计·························53.1.1参数的确定······················53.1.2传动设计·······················63.1.3转速图的拟定·····················83.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定·······错误!未定义书签。3.1.5传动件的设计·············错误!未定义书签。3.2纵向进给运动设计·····················383.2.1滚珠丝杆副的选择··················383.2.2驱动电机的选用···················42结论·······························47小结·······························48致谢·······························49参考文献·······························50需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第1页第一章引言当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，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，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工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(Numericalcontrol)机床的产生也就是必然的了。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，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第2页第二章总体方案论证与拟定2.1总体方案的论证数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：1．由于大多数数控车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．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，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装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，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。2.2总体方案的拟定1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，1.26。2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。4．采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。2.3主传动系统总体方案图及传动原理1.数控车床主传动系统图数控车床的主传动系统见图2.1。整个主传动系统主要由主运动传动链和纵向进给传动链组成。需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第3页图2.1总的传动系统图2.传动原理主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，结构如图2.2所示，其工作原理如下：交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。主轴有前后2个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴的间隙用螺母8来支撑。螺钉12用来防止螺母8回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和6来调整。螺钉17和13是防止螺母1和6回松的。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜低速大载荷的需需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第4页要。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。图2.2主轴部件需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第5页第三章设计计算说明3.1主运动设计3.1.1参数的确定一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。二.参数确定的步骤和方法mmlEIblbFy916716232223221max1064.0104.2105345.1104.247454247427.1939………………3.101mmyxmaxN92max211062.0………………3.102mmyN9991081.11069.01019.1…………3.103根据表选用mmymmLyN0885.00885.05.4420002.00002.0…………………………3.104需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第6页由此可得在主轴上的刚度是完全合格的。三.齿轮模数的估算和计算按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮个参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和CAD图纸等.请联系扣扣：二五一一三三四零八另提供全套机械毕业设计下载！Km-结合次数修正系数（有表可选）。代入数值得：取Z=9。3.2纵向进给运动设计3.2.1滚珠丝杆副的选择一.脉冲当量和传动比的确定机械系统的主要技术参数通常由设计任务书或由产品样本给出，一般包含功能参数和精度参数两部分。主要精度参数有：定位精度（mm）、重复定位精度（mm）等。1.脉冲当量的选定传感器与电机轴相连，用来检测电机转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置。常用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。伺服电机每转1转传感器发出一定数量的脉冲，每个脉冲代表电机一定的转角。本次设计中纵向脉冲当量δp=0.01mm/脉冲，这是设计本身所给出的条件。2.传动比的选定对步进电机，当脉冲当量δp（mm/脉冲）确定，并且滚珠丝杆导程L0（mm）和电机步距角θb（℃/脉冲）都也已初步选定后，则可用下式来计算，该轴伺服传动系统的传动比：需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第7页5.2/25.165.1/75.0/01.036000immLmmLibppb代入得：脉冲由………………………3.138尽可能使i=1，这时可使步进电机直接与丝杆联结，有利于简化结构，提高精度，所以i=1.25，取θb=0.75。二.传动系统等效转动惯量计算传动系统的转动惯量是一种惯性负载，在电机选用时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴的同轴线，还成在各传动部件转动惯量向电机轴折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。这些比如：转动惯量计算的基本公式、齿轮转动惯量折算、滚珠丝杆转动惯量Js折算、工作台质量折算和传动系统等效转动惯量计算可见相关的参考书，在这里就不作详细的说明与计算了。三.滚珠丝杆螺母的选型和校核1.滚珠丝杆螺母副类型选择1）主要种类滚珠丝杆螺母副由专门工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。滚珠丝杆副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数与圈数、预紧方式。钢珠在丝杆与螺母之间的滚动是一个循环闭路。根据回珠方式可分两类：内循环和外循环。本次设计中根据应用的需要选：外循环。钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。外循环滚珠丝杆副的每个螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，种类很多。本次设计中采用的是外循环2列3.5圈。为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，称为预紧。常用的滚珠丝杆副预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。预紧后的刚度可提高到为无预紧时的2倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杆在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷有一定的比例关系。需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第8页本次设计中的采用的是垫片式预紧，调整方法—调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移。这种方法结构简单，装卸方便，刚度高；但调整不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和预紧，适用于高刚度重载传动。2）参数及代号A.滚珠丝杆副的主要参数a.公称直径dm，公称直径即滚珠丝杆的名义直径，dm越大，承载能力和刚度越大。数控机床常用进给丝杆的公称直径dm为Φ30mm至Φ80mm。本次设计中选用的公称直径为Φ40mm。b.基本导程（螺距）L0。丝杆相对于螺母旋转2Лrad时，螺母的轴向位移。基本导程也称为螺距。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量的要求有关。本次设计中的导程L0=6mm。c.精度等级。滚珠丝杆副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1，2，3，4，5，7，及10七个精度等级，1级精度最高，其余依次逐级降低，一般选取4级～7级，数控车床及精密机械可选用2级～3级。滚珠丝杆副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杆副的重要质量指标，选用时要予以注意。本次所设计的机床是数控机床，所以选用的精度等级还是很高的，是3级。B.滚珠丝杆副代号的标注本次设计中所选用的滚珠丝杆副的特征代号见下表：序号特征代号1钢球循环方式外循环插管式C2预紧方式双螺母垫片式D3结构特征导珠杆埋入式M需图纸找QQ251133408无锡职业技术学院毕业设计说明书共50页第9页4螺纹方向右旋5负荷钢球圈数3.53.56类型传动滚珠丝杆副（与旋转角度无关，用于传递动力的滚珠丝杆副）T7精度等级332.滚珠丝杆螺母副的型号选择及校核步骤1）最大工作载荷计算2）最大动负载C的计算及主要尺寸初选3）传动效率计算滚珠丝杆螺母副的传动效率η为tgtg…………………………3.139式中：λ为丝杆螺旋升角，可据初选型号查出；ψ为摩擦角，滚珠丝杆副的滚动摩擦系数f=0.003～0.004，其摩擦角约等于10ˊ。滚珠丝杆副