毕业设计（论文）任务书指导老师课题名称CA6150车床主轴箱设计学生姓名专业班级数控班目录1、概述2、主运动的方案选择与主运动的设计3、确定齿轮齿数4、选择电动机5、皮带轮的设计计算6、传动装置的运动和运动参数的计算7、主轴调速系统的选择计算8、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。

1.1数控机床主传动系统的特点与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点。

4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。

5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Ra>100，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。

6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。

7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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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；但有图3-1 数控机床主传动的四种配置方式（）两个电动机分别驱动电动机电动机（）带传动电动机（）变速齿轮电动机（）内装电动机主轴传动机构的机床，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1.1 工艺范围精车、半精车外圆、车螺纹、车端面1.2 刀具材料硬质合金、高速钢1.3 加工工作材料钢、铸铁1.4 尺寸范围0～500㎜2、确定主轴转速2.1 最高转速 nmax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：Vmax =150～200 m/s K = 0.5 Rd =0.2～0.25dmax =K〃D =0.5×400 =200㎜dmin =Rd 〃dmax =0.2×200 =40㎜nmax =minmaxπd 1000V =2003.14201000⨯⨯ =1592.362.2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：Vmax =15～20 m/s nmin =max minπd 1000V =2003.14201000⨯⨯ =31.8②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 =1.5 米/分 nmin =maxminπd 1000V =403.141.51000⨯⨯ =11.9转/分因此：取最低转速nmin=11.9转/分 ③转速范围Rn=minmaxn n =11.91592.36=133.8由于高速钢车刀少用低速，且为了避免结构过于复杂，因此取转速范围Rn=1592.36/31.8=50④主运动结构图三、确定齿轮齿数1、根据分度圆直径选齿数： d=mza组： Z a1 = 64Z a2 = 54Z3a= 34b组:Z b1 = 95Z b2 = 302、齿轮的各参数a组：模数m = 4压力角α=20°齿距 P = πm =12.56齿厚 s = πm/2 = 6.28齿槽宽 e =πm/2 = 6.28顶隙 c = c*m =1.2齿顶高 ha = ha*m = 4齿根高 hf = (ha*+ c*)m = 5.2全齿高 h = h a + h f =(2h a *+ c *)m = 9.2 中心距 a1 = (d1+d2)/2 = 240 a2 = (d1+d3)/2 = 178 b 组: 模数m = 3.5 压力角 α=20°齿距 P = πm =12.56 齿厚 s = πm/2 = 6.28 齿槽宽 e =πm/2 = 6.28 顶隙 c = c *m =1.2 齿顶高 h a = h a *m = 4齿根高 h f = (h a *+ c *)m = 5.2全齿高 h = h a + h f =(2h a *+ c *)m = 9.2 中心距 a = (d4+d5)/2 = 240四、选择电动机1、 电动机功率N 电=7.5kw 转速n 电=1450转/分 2、 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） 1、 计算功率P c = K A 〃P = 1.2×7.5 = 9kw 2、 选胶带型别为：B 型3、 选小带轮直径d 1=140㎜(实心轮)大带轮直径d 2=280㎜(四孔板轮) 4、 带速：V=100060n πd 11⨯=10006014501403.14⨯⨯⨯=10.6米/秒 （B 型：V max =25米/秒） 5、 实际传动比：i=()12d ε1d - 取ε=005i=()1400.051280⨯-=4<76、 初定中心距α=（1～0.95）d 2=(1～0.95)×280=280～266 取0α=2707、 初定胶带节线长度L op =20α+2π(d 1+d 2)+()02124αd d - =2×270+23.14×(140+280)+()22704140280⨯-=1218取L p =1290 L i =1250 8、 计算中心距α=0α+2LL opp-=270+212181290-=306㎜ 9、 小带轮包角1α≈180°-αd-d 12×60° =180°-306140280-×60°=152.5°>120° 10、 单根胶带传递的功率： P 0=2.03kw11、 单根胶带传递功率的增量：ΔP 0=k b 〃n 1〃(1-ik 1)=1.99×103-×1450×(1-11) =2.8 12、 胶带根数：由于需要传递的功率N=7kw ， 因此需胶带4根 13、 单根胶带初拉力： F 0=18公斤14、 有效圆周力： F t =v 102p c=109102⨯=91.8公斤 15、 作用在轴上的力：F=2F 0〃Z 〃sin 2α1=2×18×4×sin 2152.5=134公斤 16、 带轮宽：B=（Z-1）e+2f=(4-1)×20+2×12.5=85㎜六、 传动装置的运动和运动参数计算： 1、传动比：i= 1.192、传动装置的运动参数： Ⅰ轴（电动机轴）：P 0=Pd=7.5 kwn 0=1450r/min T 0=9550×00n P =9550×14505.7=49.4 N 〃mⅡ轴（主轴）：P 1= P 0η01=7.5×0.96=7.2 kw n 1= 010i n = 19.11450 = 1218 r/minT 1=9550×11n P =9550×12182.7=56.45 N 〃mⅢ轴（编码器）：P 2= P 1η12=7.2×0.99×0.97=6.9 kw n 2= 121i n = 59.11218 = 766 r/minT 2=9550×22n P =9550×7669.6=86.02 N 〃m七、 主轴调速系统的选择计算1、 对调速系统的基本考虑:a.由于调速范围广，且要求有较硬的机械特性。