数控机床主轴箱设计

数控机床主轴箱设计1/33数控机床主轴箱设计楚海涛继续教育学院机电一体化指导老师：杨建宇二0一一年十月二日数控机床主轴箱设计毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：数控机床主轴箱设计基本内容：采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机。根据主轴要求的最高转速4000r/min，最大切削功率5kw，通过给定的技术参数来初步设定部分轴、齿轮等单元的结构尺寸，对传动系统进行理论力学分析，精确计算选定尺寸及材料，由电机转速传动至进给系统的参数反馈，校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性。改善数控机床的性能，使得产品的加工更加高效，更加精密。指导教师：年月日指导教师评语从设计（论文）的选题、内容、论点、论据、结论、实验数据的可靠性、方法的运用、工作量、图件的质量、创新性、科学态度、环境保护、外文资料和计算机应用等方予以评述：指导教师签字：指导教师职称：评阅时间年月日数控机床主轴箱设计I/33摘要主轴箱为数控机床的主要传动系统，它包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。本设计采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。通过给定的技术参数来初步设定部分轴、齿轮等单元的结构尺寸，对传动系统进行理论力学分析，精确计算选定尺寸及材料，由电机转速传动至进给系统的参数反馈，校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性完成整体结构设计，最后对齿轮进行了验算以及V型带的、离合器的选择与计算。通过本次设计，使数控机床结构更加紧凑，性能更加优越，生产加工更加精密，有利于改善数控机床的性能，使得产品的加工更加高效。关键词：数控机床；主轴箱；交流调速电动机；BESK-8数控机床主轴箱设计II/33AbstractForthespindleboxofNCmachinetoolmaintransmissionsystemwhichcomprisesamotor,thetransmissionsystemandthespindle,itwithordinarylathespindleboxisrelativelysimple,onlytwoorthreestagegeartransmissionsystem,itismainlyusedtoexpandtherangeofsteplessspeedregulationofmotor,tomeetacertainconstantpower,andspeedproblems.ThisdesignusestheBeijingCNCequipmentfactoryoftypeBESK-8ACspindlemotor,maximumspeedis4500r/min.Throughthegiventechnicalparametertosetaninitialportionoftheshaft,gearunitsize,thetransmissionsystemoftheoreticalmechanicsanalysis,accuratecalculationoftheselectedsizeandmaterial,themotorspeeddrivetothefeedsystemparametersfeedback,checktheselectedspindleandrotaryshaftsizeisreasonabletocompletetheoverallstructuredesign,assemblydrawingandpartsgraph.数控机床主轴箱设计III/33ThroughthedesignoftheNCmachinetool,compactstructure,superiorperformance,productionandprocessingofmoresophisticated,ishelpfulforimprovingtheperformanceofCNCmachinetools,makingtheproductprocessingmoreefficient.Keywords:NCmachinetool;spindlebox;ACmotor;BESK-8数控机床主轴箱设计目录摘要....................................................................................................ⅠAbstract..................................................................................................Ⅱ1.绪论.......................................................................................................11.1研究的目的和意义....................................................................12.主轴驱动源的选择..............................................................................22.1直流主轴驱动系统的特点........................................................22.2交流主轴驱动系统的特点........................................................32.3主轴驱动电机的确定................................................................43.主传动设计..........................................................................................53.1转速图的拟定.............................................................................53.2主轴转速的确定.........................................................................63.3传动级数的确定.........................................................................73.3.1主传动系数的参数..............................................................73.3.2主传动级数的确定..............................................................83.3.3分级变速箱的设计计算....................................................114.传动系统零件的设计........................................................................174.1齿轮的验算...............................................................................17数控机床主轴箱设计II/334.2V型带的选择............................................................................194.3离合器的选择与计算...............................................................21总结........................................................................................................24参考文献...............................................................................................25数控机床主轴箱设计1/331.绪论1.1研究的目的和意义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。我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。但是在这些数控机床中，大都处于单机运行状态，并且相当一部分处于效率不高，加工不精密的状态。通过本设计的研究，有利于改善数控机床的性能，使数控机床结构更加紧凑，使得产品的加工更加高效，性能更加优越，生产加工更加精密。数控机床主轴箱设计2/332.主轴驱动源的选择2.1直流主轴驱动系统的特点在数控机床高速,高效,高精度的控制要求,使得FANUC直流主轴驱动与通常的速度自动调节系统相比有以下特点:（1）调速范围宽,采用FANUC主轴驱动的数控机床,在机械结构方面，小型机床通常采用电机与主轴直接或皮带变速的结构形式、中、大型机床通常只设置高,低速两级简单的机械变速机构，因此，主轴电动机的调速必须全部依赖主轴驱动器进行控制。为保证数控机床的加工范围,使加工工艺相对集中，并达到理想的切削效果，主轴驱动器必须实现无级变速，且具有教宽的调速范围。（2）在结构上，ＦＡＮＵＣ直流主轴电动机为全封闭的结构形式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。（3）在冷却系统上，为了缩小体积，提高效率，ＦＡＮＵＣ主轴电动机采用了特殊法人热管冷却系统，可以将转子产生的热量迅速的向外界发散。（4）在磁路设计上，为了使电机发热最小，ＦＡＮＵＣ煮粥电动机定子采用了独特的附加磁极，以减小损耗，提高了效率。数控机床主轴箱设计3/332.2交流主轴驱动系统的特点（1）由于驱动系统采用了微处理器和现代控制理论进行控制，系统运行平稳，振动和噪音小，并且可以获得较大的调速范围和较高的低速转矩，可以较方便地与数控机床相配套。（2）较大功率驱动系统采用了难度较大的“回馈制动”技术，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起、制动速度。（3）驱动器具有Ｄ／Ａ转换器、实际转速／转矩信号输出、电气主轴“定向准停”等功能，可以方便地与各类ＣＮＣ配套。（4）电机采用无外壳结构，定子硅钢片直接进行空气冷却，可以在浮尘、切削液飞溅的场合安全、可靠地工作。（5）与直流电机相比，由于交流主轴电机在结构上无换向器，主轴电机通常不需要进行维修。（6）主轴低年级转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴低年级更高。（7）主轴电机的冷却空气由前端向后流动，可以有效减少电机发热对机床精度的影响。数控机床主轴箱设计4/332.3主轴驱动电机的确定通过上面两种主轴驱动系统的比较，交流主轴电动机在工作环境，冷却系统和调速范围上都优于直流主轴驱动系统，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。根据主轴要求的最高转速4