机械工程及自动化毕业论文：电磁离合器变速式数控车床主传动系统设计.doc

1 前言 数控车床是利用数字化信息对车床运动以及加工的过程进行控制，能自动完成内外圆锥面、圆柱面、端面、圆弧面、螺纹等工序的切削加工，所以特别适合加工形状复杂的盘套类和轴类零件，是一种可编程的通用加工设备。 与专用机床和通用机床相比，数控车床具有通用性强、加工灵活、能适应产品的规格和品种频繁变化的特点，能够满足多品种、小批量、生产自动化和新产品的开发的要求，是一种高性能、柔性的的自动化车床，是一种典型的机电一体化产品代表了现代控制技术的发展方向，因此被广泛应用于机械制造加工行业。 数控车床主传动系统组成包括主轴电机、传动系统与主轴组件，与普通机床相比，车床的变速功能大部分由主轴电机无级调速来实现，省去了繁琐的齿轮变速机构方式而且结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级调速的范围。 1.1数控车床主传动系统的要求 数控车床作为高自动化机电一体化设备，其主传动系统设计应满足以下基本要求。 使用性能要求高，首先应满足机床运动特性。如机床不仅要有低速大转矩功能而且还要有较高的转速，主轴有足够的转速范围和转速级数。传动系统的设计要求合理，操作方便迅速、灵活、安全可靠。 传递动力的要求，传动机构和电动机能提供和传递足够的转速和功率，具有较高的传递效率。 工作性能要求，主传动中所有零部件要有足够的精度、刚度、和抗振性、热变形特性稳定，才能保证加工零件有较高的质量。主轴要求有较高的旋转精度与运动精度；电动机、主轴及传动部件都是热源，低温升、小变形是对主轴传动系统的重要指标；主轴轴颈尺寸、轴承类型及装配方式，主轴组件的质量分布是否均匀轴承预紧量大小及主轴组件的阻尼对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响；主轴组件必须有足够的耐磨性，使之保持良好的精度；轴承处还要有良好的润滑。 此外，还要求主传动系统结构简单，便于加工与装配；防护性好；便于调整与维修；工艺性好，使用寿命长。 1.2数控车床主传动系统的方式 机床主传动系统可分为无级变速传动和分级变速传动。无级变速传动可以在一定范围内连续改变机床转速，以得到加工要求的最佳转速，能在运转中变速，便于自动变速。数控车床得主传动系统通常采用无级变速。 分级变速式传动是在一定范围能离散地分布、均匀的着有限级数的转速，主要用于普通机床。 与普通车床相比，数控车床的主传动采用交、直主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴结构大为简化。为了适应不同加工需求数控车床主传动系统分为以下三种方式。 （1）电动机直接驱动，主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机驱动。采用直接驱动可大大简化主轴箱结构，能有效地提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、输出转矩与主轴的特性完全一致。但因主轴的功率和转矩特性直接决定主轴电机的性能，因而这种变速传动的应用受到一定限制。 （2）采用定比传动，主轴电动机经定比传动给主轴。 定比传动可采用带传动或齿轮传动，这种传动方式在一定程度上能满足主轴功率和转矩的要求，但其变速范围仍和电动机的调速范围相同。 目前，交流、直流主轴电动机的恒功率转速范围一般只有2-4，而恒转矩范围则达100以上；许多大、中型机床的主轴要求有更宽的恒功率转速范围。很明显，这种情况下主轴电动机的功率特性和机床主轴的要求不匹配:调速电动机的恒功率范围远小于主轴要求的恒功率变速范围。所以这种变速方式多用于小型或高速数控机床。 （3）采用分档变速方式 采用这种变速方式主要是为了解决主轴电动机的功率特性和机床主轴功率特性不匹配。变速多采用齿轮副来实现，电动机的无级变速配合变速机构可确保主轴的功率、转矩要求，满足各种切削运动的转矩输出，特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。 2变速主传动系统方案的制定 2.1主传动系统的设计要求 数控系统的主轴系统除了应满足普通机床主传动要求外，还提出以下要求： (1)具有更大的调速范围，并实现无级调速； (2)具有较高的精度和刚度、传动平稳，噪声低； (3)良好的抗振性和热稳定性。 2.2设计参数 数控车床综合应用了计算机技术、自动化控制、机床结构等方面的最新技术，主传动系统是其重要的组成部分。毕业设计的内容是设计一台变速方式为有级和无级串联的数控车床主传动系统，有级变速部分为三级传动，用电磁离合器控制变速，进行相应的运动设计和结构设计。 相关数据如下： 工件最大回转直径： Φ320mm； 主轴转速范围： 47.5-4000r/min； 主轴计算转速： 190r/min； 电动机功率： 7.5kw； 电动机最高转速： 4500r/min； 电动机额定转速： 1500r/min； 电动机最低转速： 310r/min。 2.3转速图的拟定 分析和设计主传动系统须应用一种特殊线图，称为转速图。 　　转速图能够清楚的表达出：传动