機械畢業(yè)設計-c6180普通車床的數控化改造-主傳動、電動刀架

1、<p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p>　　2017年05月10日</p><p>　LULIANG UNIVERSITY</p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導老師的指導下獨立進行研究所取得的成果。

2、畢業(yè)論文中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經注明引用的內容外，不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。</p><p>　　本聲明的法律責任由本人承擔。</p><p>　　論文作者簽名： 日 期： <

3、;/p><p>　　關于畢業(yè)論文使用授權的聲明</p><p>　　本人在指導老師指導下所完成的論文及相關的資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數據、實物照片、圖片、錄音帶、設計手稿等），知識產權歸屬呂梁學院。本人完全了解呂梁學院有關保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保存或向國家有關部門或機構送交論文的紙質版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權呂梁學院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內容編入有關數據

4、庫進行檢索，可以采用任何復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關成果，一定征得指導教師同意，且第一署名單位為呂梁學院。本人離校后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時，第一署名單位仍然為呂梁學院。</p><p>　　論文作者簽名： 日 期： </p><p>　　指導老師簽名：

5、 日 期： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　伴隨著科學技術的快速發(fā)展，數控機床已成為衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標志。對普通機床進行數控改造，尤其適應我國機床擁有數量大，生產規(guī)模小的具體國情。這樣不但可以使改造后的機床滿足技術發(fā)展的需求，提高生產率和產品精度，增大設備適應能力和型面加工范圍

6、，還可彌補定購新的數控機床交貨周期長的不足。所以用此方法對我國中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。</p><p>　　在數控機床的逐漸普及的過程中，數控系統(tǒng)的價格不斷降低，使得舊機床進行數控化改造的優(yōu)點更明顯，促使越來越多的機械加工廠選擇舊機床數控改造作為設備更新的途徑。世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達的國家相繼成立了機床修復公司，翻新公司或改造公司，承擔舊機床數控改造的任務，并成功地改造了一些大型和重型機床。<

7、/p><p>　　本文對C6180普通車床進行數控化改造進行了深入研究，主要在主傳動系統(tǒng)和電動刀架倆方面進行改造。通過對原有主要技術參數、傳動系統(tǒng)、機床關鍵部件參數的計算，對原機床主傳動和刀架系統(tǒng)結構進行數控化改造設計、對機床改造方案的選擇以及在改造中應注意的事項等進行了詳細的論述。最終經過改造后的機床已達到預期的功能和精度，完全能夠達到預期效果。提高了原機床的生產效率，降低了勞動強度，改造后的機床性能更加穩(wěn)定可靠，

8、可以有效提高工件加工精度和生產效率。</p><p>　　關鍵詞：普通車床；數控化改造；主傳動系統(tǒng)；自動回轉刀架</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of science and technology, CNC machine tools have be

9、come an important symbol to measure the level of a country's machinery manufacturing industry. NC transformation of ordinary machine tools, especially to adapt to China's large number of machine tools, small prod

10、uction scale of specific national conditions. It can not only make the machine modified to meet the needs of technology development, improve the productivity and increase the precision, adaptability and surfac</p>

11、<p>　　The popularity of CNC machine tools CNC system, continue to lower prices, because of the advantages of old CNC machine tools for the transformation of the more obvious, more and more mechanical processing pla

12、nt selection of NC transformation of the old machine as a way of updating equipment. All over the world, including many developed countries have set up a machine repair, renovation company or transformation of the compan

13、y, undertake the NC transformation of the old machine, and successfully </p><p>　　In this paper, the NC transformation of C6180 lathe has been studied deeply, mainly in the main drive system and the electric

14、 tool rest. Through the calculation of the original main technical parameters, transmission system, key parts of the machine tool parameters, selection of NC transformation, and the performance of the machine tool after

15、the transformation is more stable and reliable, and the machining accuracy and the production efficiency of the workpiece can be effectively improved. </p><p>　　Key words: Centre Lathe; Numerical control tr

16、ansformation; Main drive system; Circular cutter holder </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論- 1 -</p><p>　　1.1概述- 1 -</p><p>　　1.1.1國內外數控機床的發(fā)展狀況- 1 -<

17、;/p><p>　　1.1.2 國內外數控機床改造的狀況- 2 -</p><p>　　1.1.3機床數控化改造的優(yōu)點- 3 -</p><p>　　1.1.4 機床數控化改造的必要性和可能性- 3 -</p><p>　　1.2 本課題的目的和意義- 4 -</p><p>　　第2章 C6180普通車床主傳動系

18、統(tǒng)的數控化改造- 5 -</p><p>　　2.1 C6180原車床簡介- 5 -</p><p>　　2.1.1 原機床的功能- 5 -</p><p>　　2.1.2 原機床的主要結構- 5 -</p><p>　　2.1.3原機床的主要技術參數- 5 -</p><p>　　2.1.4 原機床的傳動系

19、統(tǒng)- 6 -</p><p>　　2.1.5 普通車床的數控化改造- 6 -</p><p>　　2.2 總體方案的確定- 6 -</p><p>　　2.3 數控機床主傳動系統(tǒng)- 7 -</p><p>　　2.3.1 概述- 7 -</p><p>　　2.3.2 改造后的數控機床主傳動系統(tǒng)的特點- 7

20、 -</p><p>　　2.3.3 數控車床主傳動系統(tǒng)的配置方式- 7 -</p><p>　　2.4 主運動參數計算- 9 -</p><p>　　2.4.1 主軸最大切削功率及電動機的確定- 9 -</p><p>　　2.4.2 主傳動系統(tǒng)的設計- 10 -</p><p>　　2.4.3 確定各級傳動

21、副齒輪的齒數- 12 -</p><p>　　2.4.4 軸及齒輪計算轉矩的確定- 13 -</p><p>　　2.4.5各齒輪副模數計算- 14 -</p><p>　　2.4.6 各軸間中心距的計算- 15 -</p><p>　　2.4.7 確定各軸的最小直徑- 15 -</p><p>　　2.4.

22、8 齒輪參數的計算- 15 -</p><p>　　第3章 主軸及其組件的設計- 17 -</p><p>　　3.1 主軸組件的基本要求- 17 -</p><p>　　3.2 主軸主要結構參數的確定- 18 -</p><p>　　3.3主軸組件校核- 19 -</p><p>　　第4章 刀架改造設計

23、- 23 -</p><p>　　4.1 改造后的自動回轉刀架的基本要求- 23 -</p><p>　　4.2 電動刀架的結構及選擇- 23 -</p><p>　　4.3自動回轉刀架工作原理- 24 -</p><p>　　4.4刀架的安裝- 26 -</p><p>　　第5章 總 結- 27 -<

24、;/p><p>　　參考文獻- 28 -</p><p>　　致 謝- 29 -</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　本文是將普通車床C6180進行數控化改造設計，主要在主傳動系統(tǒng)和電動刀架倆方面進行改造。隨著社會生產和科學技術的迅速發(fā)展，機械產品的性能和質量不斷提高，產品的更新換代也

25、不斷加快，因此對機床不僅要求具有較高的精度和生產率，而且應能迅速地適應產品零件的變換，生產的需要促使了數控機床的產生。如果將車床設備全部更新換代，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大的浪費。所以最經濟的辦法就是將普通車床進行數控化改造。采用數控化改造，不但可以使改造后的車床滿足了技術發(fā)展的需要，提高了生產率和產品精度，增大了設備適應能力和型面加工范圍，最主要的是解放了勞動力，工人的工作強度降低，還可以彌補訂購新的數

26、控機床交貨周期長、資金投入大、成本高的不足。所以用此方案對中、小型企業(yè)說是十分理想的選擇。</p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　1.1.1國內外數控機床的發(fā)展狀況</p><p>　　1946年第一臺計算機在美國誕生，1952年世界第一臺數控機床也在美國誕生，用于三軸鏜銑床的加工，自此，數控機床的發(fā)展緊隨著微電子

27、技術和計算機技術的發(fā)展而發(fā)展，近60年來，數控機床經歷了兩個階段，六個時代的發(fā)展過程。第一階段叫邏輯數字控制階段，其經歷了電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路三個時代；第二階段計算機數字邏輯控制階段，其經歷了小型計算機、微處理器和PC機三個時代。目前世界上數控機床每隔2-3年就發(fā)展一代，日本、美國、德國、西班牙等國家在數控機床的研制、開發(fā)方面走在世界的前列，其中德國SIEMENS系列、日本FANUC系列、西班牙FAGOR系列、美國CINCIN

28、NATI系列以其高的的可靠性和卓越的性能在世界各地贏得了用戶的青睞。進入八十年代以來，市場競爭激烈，產品更新換代極為迅速，規(guī)模生產效益顯著，而且隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)以及輕工業(yè)生產的高速增長，復雜型面零件越來越多，對精度要求越來越高，這就迫切要求加工這些零件的機床向高度柔性的數控機床方向發(fā)展，其在加工設備中所占比例越來越高，其擁有量是衡量一個國家工業(yè)水平的標準。因此，世界其他各國也在大力開發(fā)機械制造自動化技術。</p>&

29、lt;p>　　我國從1958年開始數控機床的研制，其主要工作是剖析國外數控機床。70年代中期，由于電子元器件的質量和制造工藝水平差，致使國產數控機床的穩(wěn)定性和可靠性未從根本上得到解決。另外售價也貴，未能及時推廣。我國數控機床從八十年代重新開始起步發(fā)展，到1993年產量已增長1828倍，產值數控化率從1%增到12%。數控機床生產逐漸形成批量，開始出現了一批以北京研究所為龍頭的機床廠。主要生產BF7、BF3、MTC-1等數控系統(tǒng)，后來

30、又組建了許多經濟型數控系統(tǒng)的生產廠家，如：武漢華中數控有限公司、南京大方股份有限公司等等。數控機床一方面向大型多功能方向發(fā)展；一方面向經濟型方向發(fā)展。所謂經濟型數控機床是指價格低廉，操作使用方便，適合我國國情的裝有數控系統(tǒng)的自動化機床。</p><p>　　由此可見，我國在作為機械制造自動化的數控機床設備，無論是在品種上、質量上，還是在使用上，同世界先進水平比均有很大差距，這也是制約我國機械工業(yè)發(fā)展的重要因素。&

31、lt;/p><p>　　1.1.2 國內外數控機床改造的狀況</p><p>　　數控機床的逐漸普及，數控系統(tǒng)的價格不斷降低，使得舊機床進行數控化改造的優(yōu)點更明顯，促使越來越多的機械加工廠選擇舊機床數控改造作為設備更新的途徑。世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達的國家相繼成立了機床修復公司，翻新公司或改造公司，承擔舊機床數控改造的任務，并成功地改造了一些大型和重型機床。</p><p

32、>　　德國的Schiess公司在1981年吧一臺加工直徑為19m的超重型立式車床改裝成數控機床。該機床是1929年生產的，當時曾是世界上最大的機床，其改造內容有：工作臺導軌改裝成靜壓導軌，承載能力增加了50%；主傳動采用半導體可控硅控制，取代老式機組的傳動刀架的滑動導軌改為滾動導軌；增加測量顯示裝置，配置數控系統(tǒng)等。該機床的全部改造費用僅為當時同類規(guī)格新機床價格1200萬馬克的28.9%，其中大修費用占7.9%數控改造費占20.8

33、%。該公司還改造了一臺最大直徑為14m的超重型立式車床，全部改造費用為當時同類規(guī)格新機床價格800萬馬克的19.1% 。 </p><p>　　我國常柴股份公司曾改造一臺仿形銑床，改造費用40萬，節(jié)約投資近250萬元，用其加工N485柴油機鑄造用模具，每套外協(xié)加工費用270萬元，不到三個月時間，此臺仿形銑床完成了兩套N485模具和20套空調模具的加工。根據常柴股份公司對已完成數控化改造的11臺加工中心和1臺仿形銑

34、床投入運行后統(tǒng)計，新增產值達到3000多萬元，取得了良好的經濟效益。</p><p>　　我國從八十年代初期開始進行數控化改造技術研究和推廣，到現在已有三十多年的歷史。這中間取得了不少經驗，但失敗的教訓也不少。由于機床數控化改造工藝不完善，使得改造目前大都局限在中小型車銑床的數控改造上，這和工業(yè)發(fā)達國家的水平尚有很大差距。</p><p>　　1.1.3機床數控化改造的優(yōu)點</p&g

35、t;<p>　　采用國內外先進工藝、先進技術對舊機床進行改造有以下優(yōu)點：</p><p>　?。?）機床改造針對性強，容易適宜生產的要求。因為機床的改造方案是根據原機床中存在的問題提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能與生產緊密結合，可以直接將科學技術轉化為生產力。</p><p>　?。?）機床改造可以充分利用原機床的絕大部分，大大節(jié)約原材料和資金，同時見效快，

36、改造周期短，與新機床制造相比只需要其1/10-1/15的時間，工期大大縮減，從而節(jié)約了成本，解決了生產急需。</p><p>　?。?）改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，機床應用范圍的到擴大，適應多品種、小批量的零件生產。這是因為機床的大型結構件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久則時效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐累大型構件，只需修復或更換若干中小部件就可獲得與新機床類似效果。改造后的機床功能有較好的提

37、高，除了保留原有功能外，還可以滿足各種復雜型面累零件加工，極大地擴大了機床的應用范圍。 </p><p>　?。?）經過數控改造，可以有效提高工件加工精度和生產效率。因為改造時可根據生產技術的發(fā)展要求，及時提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次。如某單位Φ3.4m的立式車床改造后，加工球體軸承座零件，其2m直徑偏差僅為0.035mm，滿足了設計要求，并且機床改造后的工作效率提高了5-6倍。 <

38、/p><p>　?。?）可充分發(fā)揮企業(yè)現有技術力量的作用，調動技術人員的積極性；同時降低對工人技術水平的要求。</p><p>　　1.1.4 機床數控化改造的必要性和可能性</p><p>　　數控機床在現代機械加工中起著舉足輕重的作用，機床數控化率已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志。提高機床數控化率有兩個途徑：一是購買新的數控機床，即更新設備；二是改造舊機床，配置

39、數控系統(tǒng)，把舊機床改造成數控機床。</p><p>　　所謂機床的數控化改造是指應用現代的數控成熟技術和經驗，以適應生產的具體要求為目的，改變現有機床的結構，給舊機床換上新部件、新裝置、新附件，提高現有機床的技術性指標，是之全部或部分達到新數控機床的水平。</p><p>　　機床數控化改造主要內容有以下幾點：</p><p>　　(1) 恢復原功能，對機床、生產線

40、存在的故障部分進行診斷并恢復。</p><p>　　(2) NC化，在普通機床上加上數控顯示裝置，或加數控系統(tǒng)，改造成 NC機床、CNC機床。</p><p>　　(3) 翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度。</p><p>　　(4) 技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能和檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原

41、有的基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。</p><p>　　對普通機床和舊機床進行數控化改造是可行的。首先我國經濟增長方式正在由粗放型向集約型轉變，集約型經濟增長方式就是以經濟效益為中心，主要依靠科技進步和提高勞動者素質，重點放在現有企業(yè)的挖潛改造、充實和提高上，也就是運用高技術對老設備進行改造，以大幅度體改產品質量，降低成本，達到提高經濟效益的目的；二是技術上的保障；三是在

42、經濟方面，機床數控化改造針對性強、投資少、資金利用率高，許多基礎部件仍可利用，可以縮短改造周期并降低生產成本。另外籌集資金相對容易一些。購買一臺的數控機床一般需要幾十萬到幾百萬，改造一臺只需幾萬到十幾萬即可。</p><p>　　1.2 本課題的目的和意義</p><p>　　通過這次的畢業(yè)設計，使我能夠熟練使用各種工具，如圖書館借閱教科書、工具書，網路等了解和深刻認識機械產品設計的方法和

43、步驟，最終把所學的專業(yè)知識全部應用到具體實例，還可以有效地鞏固所學的基礎理論知識以及相關繪圖軟件，真正做到了學有所用，為即將踏入工作崗位的我打下堅實的基礎。在設計中通過運用所學的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的理論知識，生產實習和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學知識的目的。通過設計分析比較機床的某些典型機構，進行選擇和改進，學習構造設計，進行設計計算和編寫技術文件，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計學習查閱有關設計手冊、設計標準

44、和資料，達到積累設計知識和提高設計能力的目的。通過設計獲得設計工作的基本技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造一定的條件。</p><p>　　第2章 C6180普通車床主傳動系統(tǒng)的數控化改造</p><p>　　2.1 C6180原車床簡介</p><p>　　2.1.1 原機床的功能</p><p>　　

45、CW6180車床功率大、剛性強、主軸調速范圍廣，適用于強力或高速切削，可以車削端面、外圓、肉孔以及公制、英制、模數、徑節(jié)各種螺紋，并可承擔鉆孔、套料、鏜孔等工藝。主軸的制動及正反轉變向是液壓控制，剎車靈敏可靠，可用按鈕不停車變換一級速度。頭箱內用壓力油制潤滑，主軸轉速范圍具有數種，供用戶選擇。溜板箱內有安全機構，可防止車床因過載而損壞。上刀架可以機動車削短的錐體，縱向進給與上刀架進給的復合運動可機動車削長的錐體，床身導軌經表面淬火，以提

46、高導軌的壽命。車床的操縱手柄集中，使用方便靈活。、</p><p>　　2.1.2 原機床的主要結構</p><p>　　C6180普通車床的結構外形如圖2—1所示。</p><p>　　圖 2-1 C6180普通車床的結構外形圖</p><p>　　1一進給箱 2一掛輪箱 3主軸變速箱 4一卡盤 5一刀架</p><

47、p>　　6一溜板箱 7一尾座 8一絲杠 9一光桿 10一床身</p><p>　　2.1.3原機床的主要技術參數</p><p>　　床身上最大工件回轉直徑 800mm</p><p>　　最大工件長度 1500mm</p><p>　　主軸轉速級數

48、 18</p><p>　　主軸轉速范圍 5.4-720 r/min</p><p>　　最大車削長度 1000mm</p><p>　　刀架上最大工件回轉直徑 480mm</p><p>　　主軸內孔直徑

49、 104mm</p><p>　　上刀架最大行程 200mm</p><p>　　下刀架最大行程 500mm</p><p>　　主電機功率 11kw</p><p>　　2.1.4 原機床的傳動系統(tǒng)</p

50、><p>　　原機床的傳動系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一是主運動傳動鏈，它的功能是把動力源(電動機)的運動及動力傳給主軸，使主軸帶動工件旋轉實現主運動，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。二是進給運動傳動鏈，它用來實現刀架的縱向和橫向移動及車螺紋運動，運動及動力是由電動機經主軸箱、主軸、進給運動傳動鏈、溜板傳至刀架。</p><p>　　2.1.5 普通車床的數控化改造</p>&l

51、t;p>　　對現有的普通車床進行改造，主要應解決的問題是：如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位進給改造成由數控系統(tǒng)控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工機床和如何將主運動鏈減少和手工控制的刀架轉位進給改造成由數控系統(tǒng)控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工機床，即經濟型數控車床。</p><p>　　普通機床數控化改造主要靠兩個方面來保證和提高被加工零件的精度：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機床本身的機械傳

52、動精度。數控車床的傳動系統(tǒng)，由于必須對進給位移的位置和速度同時實現自動控制，所以，數控車床與普通臥式車床相比，應具有更好的精度，以確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。</p><p>　　2.2 總體方案的確定</p><p>　　總體方案的確定對普通車床的數控化改造有著絕定性的作用，也是改造成功的關鍵。研究普通車床的結構原理，將普通車床的傳動原理與數控機床的普通車床傳動原理相對比、研

53、究，從而得出改造的總體方案，是行之有效的方法。在具體設計改造方案時，應在滿足要求的前提下，對機床盡可能減小改動量，以降低成本。改造方案為：</p><p>　　改造以后必須滿足改造后的車床主運動傳動鏈減少，原主軸箱必須進行數控化改造，拆除進給箱、溜板箱、光桿，加裝縱、橫向步進電機，分別帶動縱、橫向絲桿旋轉，主軸加裝脈沖編碼器供加工螺紋用。</p><p>　　數控車床的加工過程是自動控制的

54、，原手動換刀刀架須更換為自動刀架。</p><p>　　臥式車床是普通精度的，安裝經濟型的數控系統(tǒng)較合理、經濟。</p><p>　　通過綜合分析，這次數控化改造，計劃主要在主傳動和刀架倆方面進行數控化改造。</p><p>　　2.3 數控機床主傳動系統(tǒng)</p><p><b>　　2.3.1 概述</b></p

55、><p>　　主傳動系統(tǒng)是用來實現機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應具有一定的轉速(速度)和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的零件，并能方便地實現運動的開停、變速、換向和制動等。</p><p>　　數控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結構上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，省了復

56、雜的齒輪變速機構，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調速的范圍。</p><p>　　2.3.2 改造后的數控機床主傳動系統(tǒng)的特點</p><p>　　(1) 轉速高、功率大。它能使數控機床進行大功率切削和高速切削，實現高效率加工。</p><p>　　(2) 變速范圍寬。數控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調速范圍，一般Rn＞100，以保證加工時能選用合理的

57、切削用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。 </p><p>　　(3) 主軸變速迅速可靠。數控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。由于直流和交流主軸電動機的調速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實現寬范圍無級變速，又減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。</p><p>　　(4) 主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有

58、機械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤滑。</p><p>　　2.3.3 數控車床主傳動系統(tǒng)的配置方式</p><p>　　數控機床的調速是按照編制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調速系統(tǒng)。</p><p>　　(1) 帶有變速齒輪的主傳動大、中型數控機床采用

59、這種變速方式。如圖2-2(a)所示，通過少數幾對齒輪降速，具有大的輸出轉矩，以滿足主軸低速時對輸出轉矩特性的要求。數控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加拔叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現。</p><p>　　(2) 通過帶傳動的主傳動 如圖2-2(b)所示，這種傳動主要應用于轉速較高、變速范圍不大的機床?？梢员苊恺X輪傳動引起的振動與噪聲。

60、它適用于高速、低轉矩特性要求的主軸。常用的是v帶和同步齒形帶。</p><p>　　圖 2-2 主傳動系統(tǒng)變速示意圖</p><p>　　用兩個電動機分別驅動主軸 如圖2-2(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅動主軸旋轉；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅動主軸旋轉，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍

61、，克服了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。</p><p>　　綜上所述，改造后的主傳動系統(tǒng)具有轉速高、功率大、變速范圍寬、主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性等優(yōu)點，最主要的是結構簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調速來承擔，省了復雜的齒輪變速機構，使改造后的主傳動系統(tǒng)更加實用。</p><p>　　2.4 主運動參數計算</p>

62、<p>　　主軸最高轉速nmax和最低轉速nmin的確定</p><p>　　式中, ,是機床最大切削速度和最小切削速度。，并不是車床上可能加工的最大和最小直徑，而是指實際使用情況下，采用，時常用的經濟加工直徑。</p><p><b>　　= KD ; =</b></p><p>　　式中 D——機床加工的最大直徑，mm<

63、;/p><p>　　K——系數，臥式車床K=0.5</p><p>　　Rd——計算直徑范圍，通常Rd = 0.2--0.30</p><p>　　=0.5×800=400mm; =0.25×400=100mm</p><p>　　查得機床切削用量手冊[1]得=600 m/min; =20m/min</p>&l

64、t;p>　　綜合實際情況，最后確定 ; </p><p>　　2.4.1 主軸最大切削功率及電動機的確定</p><p>　　設計車床時要根據機床的性能要求合理地確定機床的最大切削功率，并以此確定機床主電機的功率，機床最大切削功率的計算公式如下：</p><p>　　式中， ——用于機床切削的有效功率(kw) </p><p>　　——

65、切削力的切向分力 ()</p><p>　　V——切削速度 (m/min)（v是與所選擇的切削力所對應的切削速度）</p><p><b>　　切削力公式：</b></p><p>　　式中， p——單位切削力</p><p><b>　　f——進給量</b></p><p&g

66、t;<b>　　a——背吃刀量</b></p><p>　　根據機床的設計目標和性能，查得機床設計手冊[2]得 p=400kgf/mm2 ，a=4mm ， f=0.5mm/r，則 </p><p>　　查得金屬切削機床用量手冊v=430m/min 把和v代入式（2-3）得</p><p>　　當機床結構尚未確定時，可以用下式粗略估算主電動機的

67、功率</p><p>　　由此可知電動機可選P=7.5KW的YVP系列變頻調速異步電動機，電動機的主要參數如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 電動機參數</p><p>　　2.4.2 主傳動系統(tǒng)的設計</p><p>　　由數控車床參數以及電動機參數可知：主軸最高轉速可達=2000r/min,最低轉速=20r/min,計算轉速=

68、120r／min;調頻電動機的額定轉速=1500r/min,最高轉速=4500r/min。</p><p>　　選用計算轉速:可得：</p><p><b>　　機床的變速范圍：</b></p><p>　　機床主軸的恒功率調速范圍：</p><p>　　電動機恒功率調速范圍：</p><p>　

69、　在設計數控機床主傳動時，必須要考慮電動機與機床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范遠大于電動機的恒功率變速范圍，所以在電動機與主軸之間要串聯一個分級變速箱，以擴大其恒功率變速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機的輸出功率要求。</p><p>　　在設計該系統(tǒng)時考慮到傳動的平穩(wěn)性，取變速箱的公比等于電動機的恒功率變速范圍，如變速箱的變速級數為Z，則主軸的恒功率變速范圍等于</p><

70、;p>　　變速箱的變速級數Z可由下式算出</p><p><b>　　取Z=3.</b></p><p>　　圖2-3 傳動組轉速圖</p><p>　　圖2-4 傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　對C6180普通車床增加的中間變速箱的轉速級數Z=3，各級轉速分別為20,120,480,1000,2000r/min

71、設計步驟為：確定有幾個傳動組，幾個傳動組的傳動副數；擬定轉速圖。由于Z=3，依據機床主軸、變速箱設計指導書[4]，畫出其轉速圖2-3和傳動系統(tǒng)的傳動示意圖2-4。</p><p>　　2.4.3 確定各級傳動副齒輪的齒數</p><p>　　機床轉速圖確定后，則各變速組的傳動比也就確定了。即可進一步確定各變速組中傳動副的齒輪齒數、帶輪的直徑等，在確定齒數時要注意下列幾點：</p>

72、;<p>　?。?）齒輪的齒數和；不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機床結構增大。一般推薦齒數和，</p><p>　?。?）同一變速組中的各對齒輪，其中心距必須保持相等。在同一變速組內一般采用相同的模數，這是因為各齒輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說在同一變速組中各對齒輪的齒數和相等。</p><p>　?。?）最小齒輪的齒數應保證不產生根切。對于標準齒輪，最小齒

73、數一般取。</p><p>　?。?）應保證最小齒輪裝到軸上或套簡上具有足夠的強度、為保證輪齒受力和熱處理之后，齒根部分不致于斷裂，齒根到孔壁或鍵槽的壁厚M應有足夠的厚度，一般推薦值〔m為齒輪的模數)，由此可知，在確定最小齒輪的齒數時，要先估算傳動軸的直徑。</p><p>　?。?）保證主軸的轉速誤差在規(guī)定范圍之內。按照ISO229—1973規(guī)定，機床主軸[5]的實際轉速或每分鐘雙行程數

74、對于優(yōu)先數列的理論值的相對誤差，應在范圍內。</p><p>　　4500r/min過高，所以在I-II間加一個降速傳動比（23/69），這樣也有利于設計變形機床，因為只要改變這對降速齒輪傳動比，主軸的轉速就能提高或降低。</p><p>　　我們可以用計算尺法確定齒輪的齒數，因為這種方法比較方便。首先計算最小齒輪所在的那對齒輪副設定，則可找出：</p><p>&

75、lt;b>　　相應的齒數和：</b></p><p>　　同理，按傳動比也可以找出一系列分數，但應使其齒數和盡量與齒數和數值相等或近似。</p><p><b>　　相應的齒數和：</b></p><p><b>　　相應的齒數和</b></p><p>　　找出滿足上述三個傳動比

76、，且有相同齒數和的數值，并考慮結構因素確定</p><p><b>　　即 ； ； </b></p><p>　　2.4.4 軸及齒輪計算轉矩的確定</p><p>　　主傳動系統(tǒng)中的主軸和傳動件的尺寸大小主要決定于它所傳遞的轉矩大小，而轉矩大小則和所傳遞的功率及轉速兩個因素有關。</p><p>　　對于專用機床，

77、它是按照持定工藝設計的，傳遞的功率和轉速是固定不變的，所傳遞的轉矩也是一定的。但是，對于通用機床和某些專門化機床，主傳動的功率是根據某些典型加工的切削用量確定的，機床在實際使用中，低轉速范圍加工時，不需要使用機床的全部功率。據調查，主抽在最低一段的幾級轉速一般用來加工螺紋、鉸孔、精鏜等輕負荷工作，或者是用于相加工，但切削速度較低，這些工序都不需要使用電動機的全部功率。如果按最低轉速計算，勢必造成各傳動件較粗大，具備過大的強度儲備，這是不

78、經濟和不必要的。</p><p>　　由此可知，通用機床主傳動系統(tǒng)只是從某轉速開始才有可能使用電動機的全部功率。這一傳遞全部功率的最低轉速稱為該傳動件的計算轉速。</p><p>　　至于中間傳動件(包括軸上的傳動件)的計算轉速，也是按照上述原則，取主軸傳遞全部功率時，各中間傳動件相應轉速中最低的一級轉速作為中間傳動件的計算轉速，即各個中間傳動軸和齒輪副的計算轉速，同樣應是各自傳遞全部功率

79、的最低轉速。</p><p>　?。?）各軸的計算轉速</p><p>　　主軸的計算轉速=120r/min</p><p>　　軸I有1500r/min、500r/min、103r/min,最低轉速103r/min由雙聯滑移齒輪傳到主軸得到120r/min，所以要傳遞全部功率，故軸II的計算轉速為103r/min。</p><p>　?。?

80、）各軸上齒輪的計算轉速</p><p>　　各變速組內一般只計算組內最小的,也是強度最薄弱的齒輪,故也只需確定最小齒輪的計算轉速。</p><p>　　軸II和軸III之間齒數最小的是Z=22，經過該齒輪傳至主軸，使主軸獲得324r/min、108r/min、22r/min轉速，因得到324r/min>=120r/min，所以z=22齒輪的計算轉速為：500r/min。</p&

81、gt;<p>　　2.4.5各齒輪副模數計算</p><p>　　結構確定以后，齒輪的工作條件、空間安排、材料和精度等都已確定，才可能核算齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞值是否滿足要求。</p><p>　　按接觸疲勞計算齒輪模數：</p><p>　　按彎曲疲勞計算齒輪模數：</p><p>　　式中： ——工作情況系數

82、 </p><p><b>　　——動載荷系數</b></p><p>　　——齒向載荷分布系數</p><p><b>　　——齒形系數</b></p><p><b>　　——計算轉矩</b></p><p><b>　　——齒寬系數&l

83、t;/b></p><p>　　——計算齒輪的齒數，一般取小齒輪的齒數</p><p>　　——計算齒輪傳遞的功率</p><p><b>　　——許用接觸應力</b></p><p><b>　　——齒形系數</b></p><p>　　齒輪采用45號鋼，整體淬火。&

84、lt;/p><p>　　對電機軸上的齒輪，查知：=1.2 ；=1.3；=1.04；=0.6；=7.5； =8 ； =23；=600MP；=310r/min；=0.42； =220MP</p><p>　　把以上參數代入式（2—7）得</p><p>　　代入式（2-8）得 </p><p><b>　　經查標準系列得 </b&g

85、t;</p><p>　　II-III間齒輪的模數</p><p>　　按接觸疲勞強度計算模數：</p><p>　　按彎曲疲勞強度計算模數：</p><p><b>　　經查標準系列得 </b></p><p>　　2.4.6 各軸間中心距的計算</p><p>　　模數

86、確定以后根據齒輪齒數就可以確定各軸中心距</p><p>　　I-II間的中心距： </p><p>　　II-III間的中心距 </p><p>　　2.4.7 確定各軸的最小直徑</p><p>　　軸的最小直徑可由公式：求得（其中：為各軸的計算轉速）。</p><p><b>　　經整理后得：</

87、b></p><p><b>　　經整理后得： </b></p><p><b>　　經整理后得：</b></p><p>　　2.4.8 齒輪參數的計算</p><p><b>　　標準齒輪：</b></p><p>　　從機械原理 表10-2查

88、得以下公式：</p><p>　　齒頂圓 （2-9） </p><p>　　齒根圓 （2-10）</p><p>　　分度圓

89、 （2-11）</p><p>　　齒頂高 （2-12） </p><p>　　齒根高 （2-13）</p><p><b>　　有上可知：；；；；

90、</b></p><p>　　由公式（2-9）—公式（2-13）計算得：</p><p>　　齒寬確定 由公式得</p><p>　　同理對II軸上齒輪進行校核：</p><p><b>　?。?；；；</b></p><p>　　由以上計算結果可知:改造后的主軸箱各項技術指標滿足技術

91、要求。</p><p>　　第3章 主軸及其組件的設計</p><p>　　主軸組件是機床的重要部件之一，它是機床的執(zhí)行件。它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，完成表面成形運動。主軸組件由主軸及其支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成。由于數控機床的轉速高，功率大，并且在加工過程中不進行人工調整，因此要求良好的回轉精度、結構剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及精度的

92、保持性。對于自動換刀的數控機床，為了實現刀具在主軸上的自動裝卸和夾持，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準停裝置和切屑清除裝置等結構。</p><p>　　主軸組件的工作性能對整機性能和加工質量以及機床生產率有著直接影響，是決定機床性能和技術經濟指標的重要因素。因此，對主軸組件有較高的要求。</p><p>　　3.1 主軸組件的基本要求</p><p>　　(1)旋

93、轉精度，主軸的旋轉精度是指裝配店，在無載荷、低速轉動條件下，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動。旋轉精度取決于主軸、軸承、箱體7L等的制造、裝配和調整精度。如主軸支承軸頸的圓度、軸承滾道及滾子的圓度、主軸及隨其回轉零件的動平衡等因素，均可造成徑向跳動，軸承支承端面，主軸軸肩及相關零件端面對主軸回轉中心線的垂直度誤差，止推軸承的滾道及滾動體誤差等將造成主軸軸向跳動；主軸主要定心面的徑向跳動和軸向跳動。</p><

94、;p>　　(2)剛度，主軸組件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義。</p><p>　　主軸組件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動軸承的類型和數量、預緊和配置形式、傳動件的布置方式、主軸組件的制造和裝配質量等都影響主軸組件的剛度。</p><p>　　主軸靜剛

95、度不足對加工精度和機床性能有直接影響，并會影響主軸織件中的齒輪、軸承的正常工作，降低工作性能和壽命，影響機床抗振性，容易引起切削顫振，降低加工質量。</p><p>　　(3)抗振性，主軸組件的抗振性是指抵抗受迫振動和白激振動的能力。在切削過程中，主軸組件不僅受靜態(tài)力作用，同時也受沖擊力和交變力的干擾，使主軸產生振動。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加丁余量的變化，主軸組件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及切削過程

96、中的頤振等引起的。主軸組件的振動會直接影響工件的表面加工質量和刀具的使用壽命，并產牛噪聲。隨著機床向高速、高精度發(fā)展，對抗振性要求越來越高。影響抗振性的主要因素是主軸組件的靜剛度、質量分布以及阻尼。主軸組件的低階固有頻率與振型是其抗振性的主要評價指標。低階固有頻率應遠高于激振頻率，使其不容易發(fā)生共振。</p><p>　　(4)溫升和熱變形，主軸組件運轉時，因番相對運動處的摩擦發(fā)熱，切削區(qū)的切削熱等使主軸組件的溫

97、度升高，形狀尺寸和份量發(fā)生變化，造成主軸部件的所謂熱變形。主軸熱變形可引起軸承間隙變化，潤滑油溫度升高后會使憨度降低，這些變化都會影響主軸組件的工作性能，降低加工精度。因此，各種類型機床對溫升都有一定限制。如高精度機床，連續(xù)運轉下的允許溫升為8～10℃，精密機床為15～20℃，普通機床為30～40℃。</p><p>　　(5)精度保持件，主軸組件的精度保持性是指長期地保持其原始制造精度的能力。主軸組件喪失其原始

98、精度的主要原因是磨損，如主軸軸承、主軸軸頸表面、裝夾工件或刀具的定位表面的磨損。磨損的速度與摩擦的種類有關，與結構特點、表面粗糙度、材料的熱處理方式、潤滑、防護及使用條件等許多因素有關。所以要長期保持主軸組件的精度，必須提高其耐磨性。對耐磨性影響較大的因素有主軸、軸承的材料、熱處理方式、軸承類型及潤滑防護方式等。</p><p>　　3.2 主軸主要結構參數的確定</p><p>　　主軸

99、的主要結構參數有主軸前、后軸頸直徑和，主軸內孔直徑d，軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L，這些參數直接影響主軸旋轉精度和主軸剛度。</p><p>　?。?）主軸前軸承軸徑的選取</p><p>　　車床主軸前徑是按車床的主參數最大加工直徑來確定。</p><p><b>　　所以： </b></p><p><

100、;b>　　綜合考慮取</b></p><p>　?。?）主軸后軸承軸徑：根據經驗公式</p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　綜合考慮取主軸后軸承軸徑 </p><p>　?。?）主軸內孔直徑d的確定</p><p>　　很多機床主軸是空心的，內孔直徑與

101、與其用途有關。車床主軸內孔用來安裝送加料機構，為了不過多削弱主軸的剛度，臥式車床的主軸孔徑d通常不小于主軸平均直徑的55%-60%，取d=80mm</p><p>　?。?）主軸前端懸懸伸量的確定</p><p>　　主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承懸伸量往里作用中點（或者徑向支撐中點）的距離。它主要取決于主軸端部的結構、前支撐配置和密封裝置的形式和尺寸，由結構設計確定。由于前端懸伸

102、量對主軸部件的剛度，抗震性的影響很大，因此，設計是應盡量縮短該參考《機械裝備設計》[6]P121，根據主軸端部的結構，前支承軸承配置和密封裝置的型式和尺寸，這里選定C=120mm</p><p>　?。?）主軸主要支撐間跨距L的確定</p><p>　　合理確定主軸主要支撐間的跨距，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支撐跨距過小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支撐變形引起主軸前軸端的位

103、移量增大，反之，支撐跨距過大，支撐變形引起主軸前軸端的位移量盡管見效了，但主軸的彎曲變形增大，也回引起主軸前端叫大的位移。因此存在一個最佳跨距，一般最佳跨距，在該跨距時，考 慮到結構以及支承剛度因磨損會不斷降低，應取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考慮到結構需要，這里取L=600mm。</p><p><b>　　3.3主軸組件校核</b></p><p><b&

104、gt;　　主軸最大扭矩</b></p><p>　　圖3-1為主軸上受力點的受力分析，求B點支承力，如圖（b），（c） </p><p>　　圖3-1主軸上受力點的受力分析</p><p>　　把數據代入式（3-1）和式（3-2）得 ； </p><p>　　求A點支承力，如圖（d）</p><

105、p><b>　　垂直面內</b></p><p>　　把數據代入式（3-3）得 </p><p>　　水平面內，圖（3-1）中的（c）</p><p>　　把數據代入式（3-4）得 </p><p><b>　　求D點支承力</b></p><p><b>

106、　　垂直面內</b></p><p>　　把數據代入式（3-5）得： </p><p><b>　　水平面內</b></p><p>　　數據代入式（3-6）得 </p><p>　　垂直面內，圖（e）（f）</p><p><b>　　B點左：</b

107、></p><p><b>　　C點右：</b></p><p>　　水平面內，圖（g）（h）</p><p><b>　　B點左：</b></p><p><b>　　C點右：</b></p><p><b>　　彎矩圖如圖3-1：&l

108、t;/b></p><p><b>　　主軸的剛度計算：</b></p><p><b>　　前端徑向跳動：</b></p><p><b>　　軸端撓度：</b></p><p>　　前軸承處傾斜角，[]0.001rad</p><p><

109、b>　　齒輪處傾斜角：</b></p><p><b>　　切向交角：</b></p><p><b>　　徑向交角：</b></p><p>　　法向齒向交角 ： </p><p>　　經校核，該主軸的強度和剛度均符合要求。</p><p>　　第4

110、章 刀架改造設計</p><p>　　數控車床的加工過程是自動控制的，原手動換刀刀架須更換為自動刀架。臥式車床數控化改造應將原車床的普通手動轉位刀架替換成自動轉位刀架。自動轉位刀架由數控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。根據所加工零件的工藝要求及車床控制方式確定自動刀架的刀位數和刀架類型。</p><p>　　4.1 改造后的自動回轉刀架的基本要求</p><p>　

111、　數控車床的刀架是車床的重要組成部分。刀架用于加持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結構和性能體現了車床的設計和制造技術水平，所以有如下要求：</p><p>　?。?）轉位準確可靠，工件平穩(wěn)安全；</p><p>　?。?）按最短路線就近選擇，轉位時間短；</p><p>　　（3）應當滿足換刀時間短、數控機床刀具重復定位精度高、刀具儲存量足夠、結構緊湊及安全可靠

112、等要求;</p><p>　?。?）防水、防屑，密封性能優(yōu)良；</p><p>　?。?）夾緊剛性高，適宜重負荷切削,回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受機床在切削加工時的切削抗力。</p><p>　　4.2 電動刀架的結構及選擇</p><p>　?。╝）墊板

113、 （b）電動刀架 </p><p>　　圖4-1 墊板和電動刀架</p><p>　　刀架是車床的一個重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，其結構直接影響機床的切削性能和效率。臥式車床改造應拆除原手動刀架和墊板，如圖4-1（a），安裝有數控系統(tǒng)控制的四工位電動刀架，效率好，工藝性能可靠。根據車床型號及主軸中心高度，選用LD4-C6180立式轉位刀架,有4個刀位，與未改造前的普通車