数控车床主轴箱设计

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1、数控车床主轴箱设计一、设计题目Φ400毫米数控车床主轴箱设计。主轴最高转速4000r/min，最低转速30r/min，计算转速150r/min，最大切削功率5.5kw。采用交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min，最高转速4500r/min。二、主轴箱的结构及作用主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。　主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系

2、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。　三、主传动系设计机床主传动系因机床的类型，性能，规格尺寸等基本因素的不同，应满足的要求也不一样。再设计时结合具体机床进行具体分析，一般应满足下属基本要求：1）满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动性能能，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。传动系设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠等。2）满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传

3、动效率。3）满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性，热变形特性稳定。4）满足产品设计经济性的要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以节省材料，降低成本。5）调整维修方便，结构简单、合理、便于加工和装配。防护性能好，使用寿命长。四、主传动系传动方式由题目知，我们设计的主轴箱传动方式为交流电动机驱动、机械传动装置的无级变速传动。再者，本题目中对精度要求一般，因此选用集中传动方式。另外主轴箱结构设计只需达到结构紧凑，便于集中操作，安装调整方便即可。五、电动机的选择按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱

4、动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调速交流电动机又有多速交流电动机和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。根据设计要求采用交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min，最高转速4500r/min。选用FANUC-S系列8s型交流主轴电动机。六、计算过程主轴最高转速4000r/min，最低转速30r/min，计算转速150r/min，最大切削功率5.5kw；交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min，最高转速4500r/min；主轴要求的恒功率调速范围电动

5、机的调速范围在设计数控机床主传动时，必须要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机恒功率变速范围，所以在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱，以扩大其功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。根据以上分析，选择交流电动机的型号为：若取，则可得到变速箱的变速级数所以，Z可近似取为3，此处我们分别对Z=2、3、4三种情况进行研究，比较。1）Z=3根据可以得出，查表2-5取的标准值为3.0，,即主传动系功率特性图上有小段重合。由于一般限制降速最小传动比大于等于1/4,最大升速比小于等

6、于2，所以上述情况不符合2）Z=2根据,得公比太大，易知不符合要求。3）Z=4根据可以得出，查表2-5取的标准值为2.24，,即主传动系功率特性图上有小段重合。但是考虑到Z=3情况下，主轴箱级数较低，变速箱的公比和电机恒功率调速范围相等，可知其功率图连续无缺口无重合。该情况下，机床结构复杂程度适中，运转相对于低级数平稳。而Z=4尽管平稳，但级数较多，结构较复杂，在无太多精度要求的情况下。我们取Z=3进行讨论。转速图和功率特性图主传动系图七、传动轴的估算：传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷

7、作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下不至于产生过大的变形。如果刚度不够，轴上的零件由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效，因此，必须保证传动轴有足够的刚度。计算转速是传动件传递全部功率时的最低转速，各个传动轴上的计算转速从转速图是直接得出，如表轴IIIIII计算转速1500530150根据P80：所以=(5.5/0.7)/1.2=6.55kw知一级齿轮传动效率为0.97（包

8、括轴承），同步带传动效率为0.98，则:I轴：P1=Pdx0.98=6.55x0.98=6.42KWII轴p2=p1x0.97=6.42x0.97=6.22KWIII轴P3=P2x0.97=6.22x0.97=6.04KWII轴扭矩：T2=9550