数控铣床主轴箱设计说明书 数控机床课程设计.doc

数控机床课程设计 一．设计题目及要求 1.设计题目：数控铣床主轴箱设计 2.已知参数：主轴最高转速3000r/min,最小转速为40r/min,满载功率3Kw。 3.设计要求：采用交流调频主轴电动机,实现主轴的无级变速。 二．选题背景 数控铣床的主运动广泛采用无级变速，这不仅能使其在一定调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级调速有液压、机械、电气多种形式，数控铣床多采用由直流和交流调速电动机作为驱动的电机无级调速。由于数控铣床调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足；另一方面调速电动机的功率和转矩特性也难于直接与铣床的功率和转矩完全匹配。因此，需要无级调速电动机后串联机械分级变速传动，一满足调速范围和功率、转矩特性的要求。 三．主传动设计 1. 驱动源的选择 因电动机与其它驱动源电动机相比，它具有较高的驱动效率且其种类和型号较多，具有良好的调速启动，制动及反相控制性能选择电动机作为驱动源。铣床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速2500r/min，满载功率3KW,选择中至信电机制造有限公司的YVP132M-4型交流主轴电动机，最高转速是3000 r/min,最低转速90r/min，额定转速1500r/min。 转速图的拟定 主轴调速范围： Rn=nmax/nmin=2500/45=55.56 计算转速: Nj=150.2r/min取计算转速为155 r/min 根据交流主轴电动机的最高转速和额定转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围 Rp=nmax/nd=3000/1500=2 而主轴要求的恒功率转速范围Rnp= nmax/nd=2，远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须配以分级变速箱。 如取变速箱的公比，则由于无级变速时 故变速箱的变速级数 设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，为了简化变速箱及其自动操作机构，采用双速变速箱， 现取Z=2 , =4.02 变速箱公比大于电动机的恒功率调速范围Rp,即 Rp 比Rp值大许多，在主轴的功率特性图中将出现较大的“缺口”，为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大，取电动机额定功率Pd=4kw，在缺口处的功率仅为： P =4×1500/671=8.94kw。选取电动机的额定功率P=15kw 确定齿轮副的齿数： 取齿数和S=117,由μ=1.72 得：Z1=44，Z1′=73 取齿数和S=117,由μ=0.43 得：Z2=82，Z2’=35 传动系统和转速图、功率特性图如下： 传动系统图 传动轴的估算 传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷比较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下（弯曲，轴向，扭转）不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。如果刚度不够，轴上的零件如齿轮，轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转刚度轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。 计算转速nj是传动件传递全部功率时的最低转速，各个传动轴上的计算转速可以从转速图上直接得出如表1所示。 表1 各轴的计算转速 轴 Ⅰ Ⅱ III 计算转速（r/min） 720 360 155 效率η对估算轴径d影响不大，在估算各个轴直径时可以忽略，据此可认为各个轴的输入功率均为11kw 各轴功率和扭矩计算： 已知一级齿轮传动效率为0.97（包括轴承），则： Ⅰ轴：P1=Pd×0.99=15×0.99=14.85 KW Ⅱ轴：P2=P1×0.97=14.85×