数控车床总体设计及其主轴箱设计要点(doc 47页)开题报告题目：数控车床总体设计及主轴箱设计专业：机电一体化学生：学号：指导教师：1、2、理论的渊源及演讲过程现代数控技术的发展趋势主要是高速化、高精度化、多功能和智能化目前，柔性制造技术的发展也相当迅速。

柔性制造技术主要有柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统。

柔性制造单元可由一台或多台数控设备组成，即具有独立的自动加工的功能又部分具有自动传送和监控管理的功能。

柔性制造单元有两大类：一类是数控机床配上机器人另一类是加工中心配上工作台交换系统若干个柔性制造单元可组成一个柔性制造系统柔性制造系统是一个由中央计算机控制的自动化制造系统。

他是由一个传输系统联系起来的一些数控机床加工中心。

传输装置将工件放在托盘或其他连接设备上送到加工设备使加工能够准确、迅速和自动的进行计算机集成制造系统就是利用计算机进行信息集成，从而实现现代化的生产制造以求的企业的总体效益。

计算机集成制造系统是建立在多项先进技术基础上的高技术制造系统，他综合利用了CAD/CAM、FMS、FMC及工厂自动化系统，是面向二十一世纪的生产制造技术。

3、国内有关研究的综述随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。

数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。

它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。

目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。

“十五”期间，中国数控机床行业实现了超高速发展。

其产量2001年为17521台，2002年24803台，2003年36813台，2004年51861台，2004年产量是2000年的3.7倍，平均年增长39%；2005年国产数控机床产量59639台，接近6万台大关，是“九五”末期的4.24倍。

“十五”期间，中国机床行业发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。

固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。

2006年，中国数控金切机床产量达到85756台，同比增长32.8%，增幅高于金切机床产量增幅18.4个百分点，进而使金切机床产值数控化率达到37.8%，同比增加2.3个百分点。

此外，数控机床在外贸出口方面亦业绩骄人，全年实现出口额3.34亿美元，同比增长63.14%，高于全部金属加工机床出口额增幅18.58个百分点。

2007年，中国数控金切机床产量达123,257台，数控金属成形机床产量达3,011台；国产数控机床拥有量约50万台，进口约20万台。

2008年10月，中国数控机床产量达105,780台，比2007年同比增长2.96%。

长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。

究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。

同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。

同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。

更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。

国外公司在中国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统。

如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。

同时，还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系，提高中国的自主设计、开发和成套生产能力，创建国产自主品牌产品，提高中国高档数控系统总体技术水平。

“十一五”期间，中国数控机床产业将步入快速发展期，中国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇，根据中国数控车床1996-2005年消费数量，通过模型拟合，预计2009年数控车床销售数量将达8.9万台，年均增长率为16.5%。

根据中国加工中心1996-2005年消费增长模型，预计2009年加工中心消费数量将达2.8万台，较2005年年均增长率为17.8%。

我国是世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势，一方面国内市场对各机床有大量的需求，而另一方面确有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场。

（1）、我国产品开发的总周期还是设计所占的时间比例与国外先进水平有很大的差距（2）、我国工厂由于缺乏设计的科学的分析根据自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计，是设计一次性成功的把握性降底，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场的良机。

（3）、用户根据使用需要，在订货是往往提出一些特殊的要求，甚至在产品即将投产是有的用户临时提出一些要求，这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。

（4）、现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数，他们的专业知识和实际经验不足，有担负着开发的重任。

3、国外有关研究的综述数控机床各国数控机床发展历史美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。

因其社会条件不同，各有特点。

(1).美国的数控发展史美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。

因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。

由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。

当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。

从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

(2).德国的数控发展史德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。

，于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。

企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。

德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。

尤其是大型、重型、精密数控机床。

德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。

如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。

(3).日本的数控发展史日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。

在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。

自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。

战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。

在上世纪80年****始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。

日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。

该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。

4、本人对以上综述的评价数控机床设计及主轴箱设计的诞生给人类的发展带来了很大的方便，广泛应用在石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域，因而它成为深受欢迎的一种机器。

三、论文提纲1、前言 (10)1.1数控机床主传动系统的特点 (10)1.2 主传动系统的设计要求 (11)2、主传动方案选择与设计 (11)2.1 数控车床主传动总体方案选择 (11)2.2 主传动系统结构设计 (13)2.3 计算转速的确定 (14)2.4 传动级数的确定 (15)3、电动机的选择 (27)3.1 直流主轴驱动系统得特点 (28)3.2 交流主轴驱动系统 (28)3.3选择电机 (29)4、确定齿轮齿数 (29)4.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数 (29)4.2按齿面接触强度设计 (30)4.3 按齿根弯曲强度设计 (32)4.4几何尺寸计算 (34)4.5验算 (35)5、皮带轮的设计计算 (37)6、主轴结构设计 (40)6.1对主轴组件的性能要求 (40)6.2轴承配置型式 (42)6.3主要参数的确定 (42)6.4主轴头的选用 (44)总结与体会 (45)致谢词 (46)参考文献 (47)一、前言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。

（1）、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。

（2）、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。

（3）、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。

（4）、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。