奥鹏东北大学数控专业范文—数控机床主轴箱设计本科论文.doc

东北大学继续教育学院毕业设计（论文）用纸数 控 机 床 主 轴 箱 设 计 XXX继 续 教 育 学 院机 电 一 体 化指导老师：XXX 二0一一年十月二日 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-8AbstractFor the spindle box of NC machine tool main transmission system which comprises a motor, the transmission system and the spindle, it with ordinary lathe spindle box is relatively simple, only two or three stage gear transmission system, it is mainly used to expand the range of stepless speed regulation of motor, to meet a certain constant power, and speed problems.This design uses the Beijing CNC equipment factory of type BESK-8 AC spindle motor, maximum speed is 4500r / min. Through the given technical parameter to set an initial portion of the shaft, gear unit size, the transmission system of theoretical mechanics analysis, accurate calculation of the selected size and material, the motor speed drive to the feed system parameters feedback, check the selected spindle and rotary shaft size is reasonable to complete the overall structure design, assembly drawing and parts graph.Through the design of the NC machine tool, compact structure, superior performance, production and processing of more sophisticated, is helpful for improving the performance of CNC machine tools, making the product processing more efficient.Key words: NC machine tool; spindle box; AC motor; BESK-8III目 录摘 要Abstract1.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7 3.3.1主传动系数的参数7 3.3.2主传动级数的确定8 3.3.3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174.2 V型带的选择194.3离合器的选择与计算21总结24参考文献251.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。2. 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，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，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，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。2.2 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。2.3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4000r/min，最大切削功率5kw，选择北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。3.主传动设计本设计数控机床总变速范围是=240040=60，变速范围较大，单靠无级变速装置有难以实现。而且，无级变速装置的功率扭转特性应同传动链的工作要求相适应，这就要求串联机械有级变速来扩大变速范围并选择合适的无级变速器以满足机床的功率扭矩特性要求。调频电机的恒功率转速范围为Rdp=3，而主轴要求的恒功率调速范围为Rnp=8，显然电动机不能满足主轴所要求的恒功率变速范围。所以在设计本人研究生毕业，在校期间就开始奥鹏毕业论文代笔工作，至今大约已经有3年的时间，目前工作较为轻松，因此继续从事毕业论文的代表工作。代写的优势：（需要完整论文或是写作新论文的请联系QQ：1227158276，通过后付款）1.直接接触，低价由于自身是写手的关系，所以客户在联系时我们都是直接的接触，不需要经过其他的中介人员，想当然中介的利润分层和费用肯定是要减少的。2.实力强大，更为专业本人所学专业的知识肯定不可能囊括所有的专业和论文题目，因此本人在之前的工作期间积累的一批朋友就自行组成了一个小的团队，大约有30人左右，因此基本上一般常见专业团队内的成员都是可以按质按量的完成的，如果是我们没有把握的论文，本着负责任的态度，我们一律是不接的，因此这个工作是我们的副业，所以没有把握的订单接了我们也怕耽误客户的时间。3.应对专业由于每个人所接的论文都是对应自身专业的，所以我们的专业性绝对是可以保障的，每个客户的论文我们都是绝对保障质量的。4.按时提交由于时间空闲，再加上每个人一旦接下了论文，一定时间内不再接另外的论文，会安排给团队内的其他人员，所以在时间方面我们绝对是完全可以保障的，不会拖到最后才提交。5.通过后付款我们承诺论文是通过后再付款，保障您的交易安全。时不能依据总变速范围来设计主传动系统，而应考虑电动机与主轴的功率匹配。3.1 转速图的拟定 由切削原理知主运动为直线运动的机床，主运动为恒转矩运动；主运动为旋转运动的机床，主运动为恒功率运动。数控车床加工工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺如：精车丝杠、加工螺纹、等，工件尺寸大，需采用小的被吃刀量、小的进给量；低速主轴转速小，不需传动电动机的全部功率。我们把机床能传递全部功率的最低转速称为主轴计算转速，以它为临界转速，如图。从至最高转速的区域为恒功率区域，任意转速能够传递电动机的全部功率，但主轴转矩随主轴转速的上升而下降；从最低转速至的区域b为恒转矩区域，任意转速能够输出最大转矩，但主轴输出的功率将随主轴转速的下降而下降。数控车床变速范围比较广，计算转速比普通车床高。目前数控机床计算转速的确定尚无统一标准，确定是参考同类机床，并结合该机床加工工艺要求，使=154 rmin.图3.1 主轴转速曲线图3.2 主轴转速的确定主轴的计算转速在主轴调速范围中所居的地位，是因为机床种类而已。对于大型机床，由于应用范围很广，调速范围很宽，计算转速可以取高一些。对于精密机床，钻床、滚齿机等，由于应用范围较窄，调速范围较小，计算转速应取低些。数控机床由于考虑切削轻金属，调速范围比普通机床宽，计算转速时应该高些。本设计主轴转速的计算转速定位中型机床，故选用公式其中 为主轴的最低转速 =40r/min 为主轴的变速范围 代入公式中 =136.6r/min 数控机床又与考虑切削轻金属、调速范围比普通机床要宽，计算转速也可以比推荐的高些，故取3.3 传动级数的确定3.3.1主传动系统的参数主传动系统的主要参数有动力参数和运动参数。动力参数是指主运动驱动电动机的功率，运动参数指主运动的变速范围。运动参数： =2400r/min =40r/min主轴的调速范围： =60主轴的计算转速： =150r/min主轴恒功率变速范围：3.3.2主传动级数的确定综合考虑电动机与主轴功率特性的匹配问题（数控车床主轴要求的恒功率变速范围远大于调速电动机的恒功率变速范围），为了解决这一问题，需要在电动机与主轴之间串联一个分挡变速机构，以便扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率切削时对电动机输出功率的要求。主传动系统的传动方式采用定比传动和分挡无级变速相结合的传动方式。交流调频主轴电动机经带传动，传递给传动轴，传动轴再通过变速机构传递给主轴，从而实现主轴的变速。这样通过电动机的无级变速，配合变速机构便可确保主轴的功率和转矩要求。 图3-1如图3-1所示，车床主轴要求的功率特性和转矩特性。这两条特性曲线是以计专业代做奥鹏作业、毕业论文写手价格，免去中间环节和费用通过后付款，保障您的权益需要作业答案及代写论文的请联系QQ：1227258276算转速为分界，从至最高转速的区域为恒功率区，在该区域内，任意转速下主轴都可以输出额定的功率，最大转矩则随主轴转速的下降而上升。从最低转速至的区域为恒转矩区，在该区域内，最大转矩不再随转速下降而上升，任何转速下可能提供的转矩都不能超过计算转速下的转矩，这个转矩就是机床主轴的最大转矩。在区域内，主轴可能输出的最大功率，则随主轴转速的下降而下降。如果采用交流调频电机，FANUC主轴电机S系列，其额定转速为1500r/min，最高转速为6000r/min，恒功率调速范围/=6000/1500=4。如图所示是变速电机的功率特性。从额定转速到最高转速的区域为恒功率区；从最低转速到的区域为恒转矩区。很明显，变速电机的功率特性与车床主轴的要求不匹配：变速电机的恒功率范围小而主轴要求的范围大。图3-24远小于主轴要求的=16。因此，虽然交流调频电机的最低转速可以低于45r/min，总的调速范围可以超过主轴要求的=60，但由于恒功率调速范围不够，性能不匹配，是不能简单地使电动机式中 为齿轮的啮合角，20；齿面摩擦角，；齿轮的螺旋角；0故N花键轴键侧挤压应力的验算花键键侧工作表面的挤压应力为：式中 花键传递的最大转矩（）； D、d花键轴的大径和小径（mm）； L花键工作长度； N花键键数； K载荷分布不均匀系数，K=0.70.8；4.传动系统零件的设计4.1 齿轮的验算验算齿轮强度，应选择相同模数承受载荷最大的齿数最小的齿轮，进行接触应力和弯曲应力验算。一般对高速传动的齿轮验算齿面接触应力，对低速传动的齿轮验算齿根弯曲应力。对硬齿面、软齿芯渗碳淬火的齿轮，一定要验算齿根弯曲应力。接触应力的验算公式为（MPa）（3-1）弯曲应力的验算公式为 （3-2）式中 N-齿轮传递功率（KW），N=； T-齿轮在机床工作期限（）内的总工作时间（h），对于中型机床的齿轮取=1500020000h，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为T=/P，P为变速组的传动副数； -齿轮的最低转速（r/min）;-基准循环次数；查表（以下均参见机床设计手册） m疲劳曲线指数，查表；速度转化系数，查表；功率利用系数，查表；材料强化系数，查表；的极限值，见表，当时，则取=；当时，取=；工作情况系数，中等冲击的主运动，取=1.21.6；动载荷系数，查表；齿向载荷分布系数，查表；Y标准齿轮齿形系数，查表；许用接触应力（MPa）,查表；专业代做奥鹏作业、毕业论文写手价格，免去中间环节和费用通过后付款，保障您的权益需要作业答案及代写论文的请联系QQ：1227258276许用弯曲应力（MPa），查表。如果验算结果或不合格时，可以改变初算时选定的材料或热处理方法，如仍不满足时，就得采取调整齿宽或重新选择齿数及模数等措施。I轴上的齿轮采用整淬的方式进行热处理传至I轴时的最大转速为：N=5.625kw在离合器两齿轮中齿数最少的齿轮为502.25，且齿宽为B=12mmu=1.05=1250MP符合强度要求。验算562.25的齿轮：=1250MP符合强度要求4.2 V型带的选择V带的选择应保证带传动不打滑的前提下能传递最大功率，同时要有足够的疲劳强度，以满足一定的使用寿命。1) 确定计算功率Pc ,选择胶带型号： Pc = KAP式中 P 额定功率（KW）； KA 工作情况系数，此处取为1.1。带入数据计算得PC = 12.1（KW），根据计算功率PC和小轮转数n1,即可从三角胶带选型图上选择胶带的型号。此次设计选择的为A型胶带。2)选取带轮节圆直径、验算带速：小带轮基准直径为130mm，大带轮基准直径为230 mm；验算带速，一般应使带速v在525m/s的范围内。 v=9.86m/s，符合设计要求。3)确定中心距a、带长L、验算包角：中心距过大回引起带的颤动，过小则单位时间内带的应力循环次数过多，疲劳寿命降低；包角减小，带的传动能力降低。一般按照下式初定中心距a0 0.75(d1+d2)a02(d1+d2),此次设计定为1000mm。由几何关系按下式初定带长L0: L02 a0+0.5 (d1+d2)+ (mm) 按相关资料选择与L0较接近的节线长度LP 按下式计算所需中心距， aa0+ 考虑安装、调整和补偿初拉力的需要，中心距a的变动范围为 （a-0.015 a+0.03） 由以上计算得中心距a = 223mm，带长为2722.5mm，查表，取2800mm;验算包角：= 1800-*57.30 =154.0901200，符合设计要求. 4)计算胶带的弯曲次数u ： u=s-140s-1 式中：m 带轮的个数； 代入相关的数据计算得：u = 13.125s-140s-1 符合设计要求。专业代做奥鹏作业、毕业论文写手价格，免去中间环节和费用通过后付款，保障您的权益需要作业答案及代写论文的请联系QQ：12272582765)确定三角胶带的根数Z：根据计算功率PC和许用功率，可求得胶带根数Z， 单根V带的基本额定功率PC,查表，取2.28kW；单根V带的基本额定功率增量 弯曲影响系数，取 传动比系数，取1.12 故；带的根数 包角修正系数，查表，取0.93； 带长修正系数，查表，取1.01； 故 圆整z取4,即需用4根胶带。6) 确定初拉力F0和对轴的压力Q：单根带初拉力 q带每米长质量，查表，取0.10； 故58.23N作用在轴上的压力Q = 2 F0zsin=453.98N。4.3离合器的选择与计算设计离合器时，首先根据机床结构确定离合器的尺寸，如为轴装式时，外摩擦片的内径d应比花键轴大26mm，内摩擦片的外径D的确定，直接影响离合器的径向和轴向尺寸，甚至影响主轴箱内部结构布局，故应合理选择。确定摩擦片的径向尺寸：摩擦片的外径尺寸受到外形轮廓的限制，内径又由安装它的轴径d来决定，而内外径的尺寸决定着内外摩擦片的环形接触面积的大小，直接影响离合器的结构与性能。表示这一特性系数是外片内径D1与内片外径D2之比，即一般外摩擦片的内径可取：D1=d+(26)=84+6=90mm;机床上采用的摩擦片值可在0.470.67范围内，此处取=0.5，则内摩擦片外径D2=90/0.5=44mm。按扭矩确定摩擦离合面的数目Z：Z其中T为离合器的扭矩 T=955*104=955*104*11/800*0.98=1.28*Nmm； K安全系数，此处取为1.4； P摩擦片许用比压，取为0.836MPa； f摩擦系数，查得f=0.08； S内外片环行接触面积，S （D22 D12）=4841.2mm2; 诱导摩擦半径，假设摩擦表面压力均匀分布，则=34.82mm；KV速度修正系数，根据平均圆周速度查表取为1.0；结合次数修正系数，查表为1.0；摩擦结合面数修正系数， 查表取为0.76；将以上数据代入公式计算得Z10.13圆整为整偶数11，离合器内外摩擦片总数i=Z+1=12。计专业代做奥鹏作业、毕业论文写手价格，免去中间环节和费用通过后付款，保障您的权益需要作业答案及代写论文的请联系QQ：1227258276算摩擦离合器的轴向压力Q： Q=SPKV =3.57摩擦片厚度b = 1，1.5，1.75，2毫米，一般随摩擦面中径增大而加大。内外片分离时的最小间隙为（0.20.4）mm。总 结主轴箱是机床的动力源将动力和运动传递给机床主轴的基本环节，其机构复杂而巧妙，本次毕业设计远没有预计的轻松。由于自身知识的欠缺，在设计中遇到了许多棘手的问题，经常去网上查资料，去图书馆找对应的专业书籍，虽然所学知识有限，但最后还是完成了本次毕业设计。毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的主传动系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在本次毕业设计过程当中我要特别感谢我的导师杨建宇先生，是他严谨的治学态度和踏实的工作作风激励了我。当然，由于本人水平有限，整个设计中还有这样那样的不足之处，恳请老师不吝指正。参考文献1. 卓迪仕主编数控技术与应用北京：国防工业出版社，19972. 王永章 杜君文 程国权主编数控机床北京：高等教育出版社，20013. 鸿文主编材料力学第四版北京：高等教育出版社，20044. 严爱珍主编机床数控原理与系统北京：机械工业出版社，20005. 哈尔滨工业大学理论力学教研室编理论力学第六版北京：高等教育出版社，20026. 孙桓，陈作模， 葛文杰主编机械原理第七版北京：高等教育出版社，20067. 谭建荣，张树有编著图学基础教程北京：高等教育出版社，20068. 荣第编著金属切削原理与刀具第三版北京：机械工业出版社，20059. 毛平淮互换性与技术测量北京：机械工业出版.2006.710. 成大先机械设计手册常用设计资北京：化学工业出版社.2004.111. 蔡学熙，邬城祺现代机械设计方法使用手册北京：化学工业出版社.2004.212. 陈仪先，梅顺齐机械制造基础上册北京：中国水利水电出版社.200423