数控机床主传动系统设计毕业设计

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1、37第一章前言1.1数控机床的发展概况数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。建立了一支数控研究、开发

2、、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。1.2数控机床的未来发展趋势1) 高速化。随着汽车、航空航天工业的发展，铝合金及其他新材料的应用日益广泛，对高速加工的需求越来越强劲。2) 高精度。机床的加工精度，以及其可重复性和可信赖度高，性能长期稳定，能够在不同运行条件下“保证”零件的加工质

3、量。3) 工序集约化。在一台机床上尽可能加工完毕一个零件的所有工序，同时又保持机床的通用性，能够迅速适应加工对象的改变。4) 机床的智能化。加工设备不仅提供“体力”，也有“头脑”，能够在线监测工况、独立自主地管理自己，并与企业的生产管理系统通信。5) 机床的微型化。随着各种产品的小型化以及微机电系统的迅速发展，对机床微型化提出了强烈的需求。1.3数控机床的主传动系统主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一。对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。由于数控机床的主运动要求有较大的调速范围，因此数控机床的主传动电机主要使用交流变频调

4、速伺服电机和直流伺服调速电机。由于主运动采用了无级变速，为了确保低速时的扭矩，数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。数控机床采用带有变速齿轮的主传动。37通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位采用液压拨叉直接齿轮实现。3737毕业设计(论文)主传动系统的运动设计第二章主传动系统的运动设计2.1主运动系统驱动电机的选择对于任何一种数控机械设备，它的各个运动中速度最高的，功率消耗最大的那个运动称为主运动。而驱动主运动的电机的选择主要考虑电机的功率，调速范围以及功率扭矩特性等。其中功率则应考虑有效功率

5、、空载功率和随负载增加的摩擦损耗功率。数控机床的主传动运动是通过主传动电机拖动的。目前数控机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一

6、步扩大。数控机床变速时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。主轴的最高转速nmax=3150r/min，最低转速nmin=16r/min，计算转速nj=78r/min，交流变频主轴电机其额定功率Pn=10kw，额定转速nd=1000r/min，最高转速nmax=2400r/min，最低转速nmin=62r/min主轴要求的恒功率调速范围：Rnp=电动机的恒功率调速范围：Rp=可见主轴要求的恒功率调速范围远大于电动机所能提供的恒功率调速范围，故必须配以分级变速箱。取变速箱的公比φFz=Rnp=2.4则由于无级变速时Rnp=φFz-1Rp=故变速箱的变速级数Z=为

7、了简化变速箱结构,取Z=4=则2.2拟定转速图和功率扭转特性图图1为转速图。要从电机的恒转矩调速的最低转速310r/min降至主轴的最低转速30r/min其总降速比为i=30/310=1/10，用两个变速组的最小传动比来完成。图2为主轴上的功率扭转特性图。37毕业设计(论文)主传动系统的运动设计2.3拟定齿轮齿数确定传动系统图为了便于设计和制造，同一传动组内各齿轮的模数取相同值。两轴间的中心距一定，所以齿数和Σz相等，为了减小径向尺寸，齿数和应尽量取小些。