DL32M斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計含SW三維及3張CAD圖,dl32m,床身,數(shù)控機床,傳動系統(tǒng),設計,sw,三維,cad 一、選題依據(jù) 1、研究領域 機械裝備設計、CAD 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 數(shù)控機床是指機床的操作命令以數(shù)值數(shù)字的形式描述工作過程按規(guī)定的程序自動進行的機床。采用數(shù)控機床，可以降低工人的勞動強度節(jié)省勞動力，一個人可以看管多臺機床，減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應。 數(shù)控機床作為我國機械制造業(yè)的重要機床對促進機械制造業(yè)進一步發(fā)展具有極為重要的作用。高速度、高精度是數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的重要指標，高速度、高精度加工技術可以極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計和優(yōu)化，可以提高主傳動系統(tǒng)的運行質量，從而為提高機床整體運行質量和運行效率奠基。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 主傳動系統(tǒng)一般由動力源（電機）、傳動系統(tǒng)（定比傳動機構、變速裝置）和運動控制裝置（離合器、制動器等）以及執(zhí)行件（主軸）等組成，是用來實現(xiàn)機床主運動的。它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調速范圍,以保證加工時能選用合理的切削用量,同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質量。 在數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流伺服電動機無級調速系統(tǒng),可以大大簡化機械機構,便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速。為擴大調速范圍,適應低速大扭矩的要求,也經(jīng)常應用齒輪有級調速和電動機無級調速相結合的調速方式。 近年來，車床主軸出現(xiàn)了直接驅動技術。這種傳動技術有兩種結構方式:一種是 用交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸，另一種是采用內裝式交流變頻主軸電機驅動主軸，國外也稱此為集成主軸。后一種結構中，車床主軸就是電機轉子。目前主軸直接驅動技術推廣得很快，已成機床主傳動的一種發(fā)展趨勢。如日本森精機公司生產(chǎn)的 SL 系列和 ZL 系列數(shù)控車床上就采用了交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸的形式，使產(chǎn)品性能得到了提高，又如大限鐵工所的 LR 系列和 FTL 系列數(shù)控車床上采用了內裝式交流變頻主軸電機驅動主軸的結構，再如德國的埃馬格(EMAG)公司和日本山崎公司均在新產(chǎn)品上采用了直接驅動主軸技術。 主傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢： （1）高精度化 2 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，在計算機技術發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術得以發(fā)展和應用；機床主軸轉速的提高，大大提升了加工表面質量；同時， 各種高性能新型材料在機床結構制造中的使用，使得數(shù)控機床的各項精度顯著提高。 （2）動力功率高 由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數(shù) NC 機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般 NC 機床的主軸驅動功率在 3.7～250 kW。 （3）調速范圍寬 調速范圍有恒扭矩、恒功率調速范圍之分?，F(xiàn)在，數(shù)控機床的主軸調速范圍一般在 100～10000r/min，且能無級調速。要求恒功率調速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負載波動時，速度應穩(wěn)定。 （4）控制功能的多樣化 主運動系統(tǒng)的控制功能需要有：NC 車床車螺紋時主運動和進給運動的同步控制功能，加工中心自動換刀、NC 車床車螺紋時用主軸準停功能，NC 車床在進行端面加工時需要恒線速切削功能，在車削中心中，需要有 C 軸控制功能。 （5）性能要求高 電機過載能力強。要求有較長時間（1～30min）和較大倍數(shù)的過載能力；在斷續(xù)負載下，電機轉速波動要?。凰俣软憫?，升降速時間要短；電機溫升低，振動和噪音??；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，質量輕，與機床聯(lián)接容易。 5 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 （1)斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的方案設計； （2)斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的結構設計。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 設計思路： （1）確定課題的研究目的，研究內容，以及目前的研究概況及其發(fā)展； （2）電動機的選擇：確定斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的機構，確定相關電動機的主要參數(shù)； （3）斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的主要組成，進行主傳動系統(tǒng)的設計過程概述， 確定主傳動系統(tǒng)的驅動方式； （4）進行主傳動系統(tǒng)主要構件的設計計算及其校核：皮帶設計、軸承設計、驅動軸的校核與計算等； （5）設計出斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的整體裝配圖。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）一套完整的斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的裝配圖及零件圖； （2）一份斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的說明書； （3）一篇外文文獻翻譯。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （1）查閱、整理參考文獻，學習掌握斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的工作原理， 進行主傳動系統(tǒng)方案設計。 （2）斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計、選型、校核計算。 主軸中心距床體上面 400mm；距床體上側面 85mm；最大轉速 1500rpm；最大回轉直徑 640mm。 2.論文（設計）進度計劃 第 1～4 周；明確畢業(yè)設計任務，查閱參考文獻并分析有關資料撰寫開題報告； 第 5 周；擬定斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計方案； 第 6～7 周；完成斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的結構設計； 第 8～9 周；進行主要零件的設計及其計算校核； 第 10～12 周；繪制斜床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的組件圖； 第 13 周；書寫畢業(yè)設計說明書，翻譯與本設計相關的英文文獻； 第 14 周；完善畢業(yè)設計的各項內容。 13 四、 需要閱讀的參考文獻 [1] 徐立.淺談數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術,2016,42(05):49-52. 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式，以獲強力切削時所需要的扭矩。重慶工貿職業(yè)技術學院王東[11]建立了數(shù)控機床主傳動不產(chǎn)生功率缺口的數(shù)學模型，能夠有效方便快速求得各齒輪的齒數(shù)和各檔位速 度。蘇州市職業(yè)大學蓋立武[7]等通過對某大型數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)進行分析計算， 找出影響主傳動系統(tǒng)高速齒輪最高轉速偏高的因素。 (2)帶傳動方式 這種方式主要應用在轉速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床上，電動機本身的調速就能滿足要求，不用齒輪變速，可避免齒輪傳動時引起震動和噪聲的缺點，但它只適用于低扭矩特性要求，通常有同步齒輪帶、V 帶、平帶、V 型帶。 （3）電機直接驅動 這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，主軸轉速高，但主軸輸出扭矩較小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。 （4）兩個電動機分別驅動主軸傳動 高速時，由一個電動機通過帶傳動；低速時，由另一個電動機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就是恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，避免了低速時轉距不夠且電動機功率不能充分利用的問題。 （5）內裝式電主軸 機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的零傳動。 秦皇島北方管業(yè)有限公司劉鎖[6]指出數(shù)控機床需要自動換刀、自動變速,且在切削不同直徑的階梯軸，曲線螺旋面和端面時，需要切削直徑的變化主軸必須通過自動變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在—定的調速范圍內選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無級 調速有機械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機床一般采用由直流或交流調速電動機作為驅動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機床的主運動的調速范圍較大，單靠調速電機無法滿足這么大的調速范圍，另一方面調速電機的功率扭矩特性也難于直接與機床的功率和轉矩要求相匹配。因此，數(shù)控機床主傳動變速系統(tǒng)常常在無級變速電機之后串聯(lián)機械有級變速傳動，以滿足機床要求的調速范圍和轉矩特性。 沈陽機床股份有限公司李春雷、王東輝[2]提出數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)是數(shù)控機床重要組成部分，而對于主傳動系統(tǒng)的配置方式比較多，一般可以分為分級變速系統(tǒng)和無級變速系統(tǒng)。為了提高數(shù)控機床的加工精度，充分實現(xiàn)數(shù)控機床在機械制造業(yè)的重要作用，需要在主傳動系統(tǒng)設計的時候，在一定調速范圍內選取最具經(jīng)濟性的主軸切削調速，只有這樣才能提高機械制造的經(jīng)濟效益。 3. 國內外的發(fā)展狀況 主傳動系統(tǒng)一般由動力源（電機）、傳動系統(tǒng)（定比傳動機構、變速裝置）和運動控制裝置（離合器、制動器等）以及執(zhí)行件（主軸）等組成，是用來實現(xiàn)機床主運動的。它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應各種不同的加工及各種不同的加工方法,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應具有較大的調速范圍,以保證加工時能選用合理的切削用量,同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質量。東北大學恩溪弄[10]以 CA6140 車床為研究對象，進一步分析研究了機床主傳動系統(tǒng)精度可靠性設計問題。西安理工大學宋江波、劉宏昭[12]等利用靈敏度設計理論對影響傳動精度因素的重要度進行排序，找出精度可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)中,目前多采用交流伺服電動機無級調速系統(tǒng),可以大大簡化機械機構,便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速。為擴大調速范圍,適應低速大扭矩的要求,也經(jīng)常應用齒輪有級調速和電動機無級調速相結合的調速方式。近年來，車床主軸出現(xiàn)了直接驅動技術。這種傳動技術有兩種結構方式:一種是用交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸，另一種是采用內裝式交流變頻主軸電機驅動主軸，國外也稱此為集成主軸。后一種結構中，車床主軸就是電機轉子。貴州電子信息職業(yè)技術學孔杰、覃嶺[9]根據(jù)有限元分析結果，對主軸跨距變化對主軸動態(tài)性能的影響進行了動態(tài)分析，得到了主軸的最優(yōu)跨距。目前主軸直接驅動技術推廣得很快，已成機床主傳動的一種發(fā)展趨勢。如日本森精機公司生產(chǎn)的 SL 系列和 ZL 系列數(shù)控車床上就采用了交流變頻主軸電機通過剛性聯(lián)軸節(jié)直接傳動車床主軸的形式，使產(chǎn)品性能得到了提高，又如大限鐵工所的 LR 系列和 FTL 系列數(shù)控車床上采用了內裝式交流變頻主軸電機驅動主軸的結構，再如德國的埃馬格(EMAG)公司和日本山崎公司均在新產(chǎn)品上采用了直接驅動主軸技術。 國外工業(yè)發(fā)達國家對數(shù)控車床的研究時間較長，而且經(jīng)驗豐富，技術水平較高， 其特點如下: （1)高速高精與多軸加工成為數(shù)控車床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高效加工的潮流； （2)多任務、多軸加工數(shù)控車床越來越多地應用到航空航天、能源、汽車及船舶等行業(yè)； （3）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率； (4)機床誤差檢測與補償功能越來越強大，能夠在較短的時間內完成對機床的補償測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高 3-4 倍，同時效率得到大幅度提升； (5)最新的 CAD/CAM 技術為多軸、多任務數(shù)控車床提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 天水星火機床有限責任公司汪淑珍、賈輝[4]以數(shù)控機床為主，對國外數(shù)控機床情況作出分析，在美國，由于美國首先結合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數(shù)控機床的主機設計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也一直領先；在德國，數(shù)控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實， 出口遍及世界。其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用；在日本，自 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978 年產(chǎn)量(7342 臺)超過美國(5688 臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001 年產(chǎn)量 46604 臺，出口 27409 臺，占 59％)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占領世界廣大市場。在上世紀 8O 年開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展，日本 FANUC 公司針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術上領先，在產(chǎn)量上居世界第一。 4. 發(fā)展趨勢 江蘇大學機電總廠徐立[1]對于主傳動系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢做出了自己的分析。 （1）高精度化 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，在計算機技術發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術得以發(fā)展和應用；機床主軸轉速的提高，大大提升了加工表面質量；同時， 各種高性能新型材料在機床結構制造中的使用，使得數(shù)控機床的各項精度顯著提高； （2）動力功率高 由于對高效率日益增長的要求，加之刀具材料和技術的進步，大多數(shù) NC 機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般NC 機床的主軸驅動功率在3.7～250 kW。 （3）調速范圍寬 調速范圍有恒扭矩、恒功率調速范圍之分。現(xiàn)在，數(shù)控機床的主軸調速范圍一般在 100～10 000，且能無級調速。要求恒功率調速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率。變速范圍負載波動時，速度應穩(wěn)定。 （4）控制功能的多樣化 主運動系統(tǒng)的控制功能需要有：NC 車床車螺紋時主運動和進給運動的同步控制功能，加工中心自動換刀、NC 車床車螺紋時用主軸準停功能，NC 車床和 NC 磨床在進行端面加工時需要恒線速切削功能，在車削中心中，需要有 C 軸控制功能。 （5）性能要求高 電機過載能力強。要求有較長時間（1～30 m in）和較大倍數(shù)的過載能力；在斷續(xù)負載下，電機轉速波動要?。凰俣软憫?，升降速時間要短；電機溫升低，振動和噪音??；可靠性高，壽命長，維護容易；體積小，質量輕，與機床聯(lián)接容易。 綜上所述，本次的畢業(yè)設計主要是通過對前人的數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)進行研究， 并分析主傳動系統(tǒng)的機構的特點，確定自己所設計的主傳動系統(tǒng)的結構，運用 CAD 軟件把裝配圖及其原理圖繪制出。并進行裝置的可實施性進行分析判斷，最終完成本次銑床身數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設計。