CA6150车床主轴箱设计(有全套图纸)(可编辑).pdf

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子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》
CA6150车床主轴箱设计(有全套图纸)


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目录
概述
主运动的方案选择与主运动的设计
确定齿轮齿数
选择电动机
皮带轮的设计计算
传动装置的运动和运动参数的计算
主轴调速系统的选择计算
主轴刚度的校核
一、概述
主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统,它应具有一定的转速(速度)
和一定的变速范围,以便采用不同材料的刀具,加工不同的材料,不同尺寸,不同
要求的工件,并能方便的实现运动的开停,变速,换向和制动等。
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。 : .
子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》
与普通机床比较,数控机床主传动系统具有下列特点。
转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削,实现高效率
加工。
变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围,一般 Ra100,以保证
加工时能选用合理的切削用量,从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
主轴变速迅速可靠,数控机床的变速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。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善,
所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速,而且减少了中间传递环节,提高了变
速控制的可靠性。
主轴组件的耐磨性高,使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的
部位,如轴承、锥孔等都有足够的硬度,轴承处还有良好的润滑。
主传动系统的设计要求
① 主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数 ,能够实现运动的开
停、变速、换向和制动,以满足机床的运动要求。
② 主电机具有足够的功率,全部机构和元件具有足够的强度和刚度 ,以满足
机床的动力要求。
③ 主传动的有关结构 ,特别是主轴组件要有足够高的精度、抗震性 ,热变形
和噪声要小 ,传动效率高,以满足机床的工作性能要求。
④ 操纵灵活可靠 , 维修方便 ,润滑密封良好 ,以满足机床的使用要求。
⑤ 结构简单紧凑 ,工艺性好 ,成本低,以满足经济性要求。
数控机床主传动系统配置方式
数控机床的调速是按照控制指令自动执行的 ,因此变速机构必须适应自动 : .
子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》
操作的要求。在主传动系统中,目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无
级调速系统。为扩大调速范围,适应低速大转矩的要求,也经常应用齿轮有级调速
和电动机无级调速相结合的调速方式。
数控机床主传动系统主要有四种配置方式,如图 3-1 所示。
⑴ 带有变速齿轮的主传动大、中型数控机床采用这种变速方式。如图
3-1(a) 所示,通过少数几对齿轮降速,扩大输出转矩,一满足主轴低速时对输出转
矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速,
使之成为分段无级变速。滑移齿轮的移位大都采用液压缸加拨叉,或者直接由液
压缸带动齿轮来实现。
⑵ 通过带传动的主传动 如图 3-1(b)所示,这种传动主要应用于转速
较高、变速范围不大的机床。电动机本身的调速能够满足要求,不用齿轮变速,
可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。
常用的是V带和同步齿形带。
⑶ 用两个电动机分别驱动主轴 如图3-1(c) 所示,这是上述两种方式
的混合传动,具有上述两种性能。高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转;低速
时,另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转 ,齿轮起到降速和扩大变速范
围的作用,这样就使恒功率区增大,扩大了变速范围,克服了低速时转矩不够且电
动机功率不能充分利用的缺陷。
⑷ 内装电动机主轴传动结构 如图 3-1(d) 所示,这种主传动方式大大
简化了主轴箱体与主轴的结构 ,有效地提高了主轴部件的刚度 ,但主轴输出转矩
小,电动机发热对主轴影响较大。
: .
子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》

主传动系统结构设计 机床主传动系统的结构设计,是将传动方案
“结构化”,向生产 提供主传动部件装配图,零件工作图及零件明细表等。 在机
床初步设计中,考虑主轴变速箱机床上位置,其他部件的相互关系,只是概略给出
形状与尺寸要求,最终还需要根据箱内各元件的实际结构与布置才确定具体方案,
在可能的情况下,设计应尽量减小主轴变速箱的轴向和径向尺寸,以便节省材料,
减轻质量,满足使用要求。设计中应注意对于不同情况要区别对待,如某些立式机
床和摇臂钻床的主轴 箱;要求较小的轴向尺寸而对径向尺寸要求并不严格 ;但有
的机床,如卧式铣镗床、 龙门铣床的主轴箱要沿立柱或横梁导轨移动,为减少其颠
覆力矩,要求缩小径向尺寸。 机床主传动部件即主轴变速箱的结构设计主要内容
包括:主轴组件设计,操纵机构设计 ,传动轴组件设计,其他机构(如开停、制动及
换向机构等 )设计,润滑与密封装置设计 ,箱体及其他零件设计等。 主轴变速箱部
件装配图包括展开图、 横向剖视图、 外观图及其他必要的局部视图等。 给制展开
图和横向剖视图时 ,要相互照应 ,交替进行,不应孤立割裂地设计 ,以免顾此失彼。
给制出部件的主要结构装配草图之后 ,需要检查各元件是否相碰或干涉 ,再根据
动力计算的结果修改结构 ,然后细化、完善装配草图 ,并按制图标准进行加深 ,最
后进行尺寸、配合及零件标注等。
二、主运动的方案选择与主运动设计
1、机床的工艺特性
工艺范围 精车、半精车外圆、车螺纹、车端面
刀具材料 硬质合金、高速钢
加工工作材料 钢、铸铁 : .
子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》
尺寸范围 0~500?
2、确定主轴转速
最高转速 n
采用硬质合车刀半精车小直径钢材的外圆时,主轴转速最高。参考切削用量
资料:
V 150~200 m/s K Rd ~
d K?D ×400 200?
dmin Rd ?d ×200 40?
n
最低转速: ①用高速钢车刀,粗车铸铁材料的端面时,参考切削用量资
料:
V 15~20 m/s
nmin
②用高速钢车刀,精车合金钢材料的丝杠时,参考资料:
直径 500?普通车床加工丝杠的最大直径是50?, Vmin 米/分
nmin 转/分
因此:
③转速范围 Rn ,且为了避免结构过于复杂,

④主运动结构图
三、确定齿轮齿数1、 根据分度圆直径选齿数: dmz a 组: Za1 64
Za2 54 : .
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Z 34
b 组: Zb1 95 Zb2 30 2 、 齿轮的各参数
a 组:
模数 m 4
压力角 α20°
齿距 P πm
齿厚 s πm/2
齿槽宽 e πm/2
顶隙 c cm
齿顶高 h hm 4
齿根高 h h+ cm
全齿高 h h+ h2h+ cm
中心距 a1 d1+d2/2 240
a2 d1+d3/2 178
b 组: 模数 m
压力角 α20°
齿距 P πm
齿厚 s πm/2
齿槽宽 e πm/2
顶隙 c cm
齿顶高 h hm 4
齿根高 h h+ cm : .
子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”——《论语》
全齿高 h h+ h2h+ cm
中心距 a d4+d5/2 240
四、选择电动机
电动机功率
N电 转速 n 电 1450 转/分
电机型号
J02?51?4 电机轴径 38?

五、皮带轮的设计计算:
设一天运转时间 8~10 小时(按小带轮计算)
计算功率 Pc KA?P × 9kw
选胶带型别为:B 型
选小带轮直径 d1140?实心轮
大带轮直径 d2280?四孔板轮
带速:
米/秒
(B 型:V25 米/秒)
实际传动比:
i 取ε005
i47
初定中心距
(1~)d21~×280280~266 : .
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