浅谈精密机床主传动变速系统的设计
[摘 要]精密机床主传动变速系统是机械制造和加工的关键工程。本文主要探讨了精密机床主传动变速系统的设计问题。主要从主传动系和精密机床进给系进行设计，以期对机械工程提供有益参考。
[关键词]精密机床，主传动系，机床进给系，设计
中图分类号：tg502 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）11-0241-01
引言
主传动系统是用来实现精密机床主运动的传动系统，它应该具有一定的转速和一定的变数范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。
1 精密机床主传动系统设计理念
在本精密机床的主传动系统设计中，采用交流电机，液压变速16级，采用停车手工变档方案，可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速。其传动系统简图（如图1）：
2 精密机床进给系统的设计
2.1 调速方式的选择
无极变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的切削速度，能再运转中变速，以便实现变速自动化，能再负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。精密机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。交流电机体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，磨损和故障少，在中，小功率领域应用广泛。直流调速在控制力度和精度上比交流变频调速要好，在大功率和低速工作场合，调速性能更稳定，考虑到此次改造为大功率，大扭矩加工精密机床，常在低速下运行，故此次选择直流无级调速。
2.2 伺服进给系统设计
数控精密机床的伺服进给系统由伺服驱动电路，伺服驱动装置，机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路做转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电机，功率步进电机，电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动精密机床的工作台等执行部件实现工作进给和快速运动。
数控机床主轴和传动部件设计
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新疆工程学院机械工程系毕业设计（论文）任务书
学 生 姓 名 专业班级 机电一体化09-11（1）班
设计(论文)题目 数控机床主传动系统及主轴设计
接受 任务 日期 2012年2月29日 完成任务日期 2012年4月9日
指 导 教 师 指导教师单位 机械工程系
设计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论，基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练；培养和提高学生分析问题，解决问题能力。通过毕业设计，使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计，使理论与实践结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能。
设计(论文)要求 1．论文格式要正确。
2．题目要求：设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。
3．设计要求学生整个课题由学生独立完成。
4．学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系，以便掌握最新论文的书写情况。
论文指导记录 2012年3月1号早上9：30-12：00在教室和XX老师确定题目。
2012年3月6日早上10：00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。
2012年3月13日早上10:00-12：00在教室确定论文格式。
2012年3月20日早上9：30-12:00在教室对论文一次修改。
2012年3月27日早上9：30-12:00在教室对论文二次修改。
2012年4月6日早上9：30-12：30在教室对论文三次修改。
2012年4月9日早上9:30-12：00在教室老师对论文进行总评。
参考资料 [1] 成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1
[2] 濮良贵 纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5
[3] 李晓沛 张琳娜 赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5
科技论坛 民营科技２０１３年第８期 数控机床主传动系统设计 刘锁 （秦皇岛北方管业有限公司，河北秦皇岛０５６００４） 摘要：随着我国科技不断发展，社会工业生产以迅猛的速度进入了信息化时代。在生产领域和高科技领域竞争激烈的情况下，高 质量、性能好、低价格、耗能低的机械产品，已经成为竞争的有利手段。为了能更好地解决机床工业上一些生产过程复杂性、零件产品精 密性、单件生产多元性等问题，数字控制机床的产生已经成为必然趋势。从而提升了企业设计产品的性能和质量水平，达到经济效益最 大化的目的。现通过从数控加工简介、数控车床分类特点、传动系统要求等方面来综合讲述数控机床主传动系统中体设计。 关键词：数控机床；传动系统；加工技术 １数控加工概述 效率。无级调速有机械、液压和电气等多种形式，数控机床一般采用由 １．１数控加工简介。１）是高速加工技术发展迅速。２）是精密加工技术 直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级变速。由于数控机床的 有所突破。３）是技术集成和技术复合趋势明显。４）是数字化控制技术主运动的调速范围较大，单靠调速电机无法满足这么大的调速范围， 进入了智能化的新阶段。５）是极端制造扩张新的技术领域。 另一方面调速电机的功率扭矩特『生也难于直接与机床的功率和转矩 １．２数控车床的分类和特 。数控车床可分为卧式和立式两大类。卧 要求相匹配。因此，数控机床主传动变速系统常常在无级变速电机之 式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采 后串联机械有级变速传动，以满足机床要求的调速范围和转矩特眭。 用倾斜导轨。按刀架数量分类又可分为单刀架数控车床和双刀架数控 ２）电机的选择。选择电机应综合考虑的问题，首先，根据机械的负载特 车前者是两坐标控制后者是４坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导 性和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机 轨。数控车床与普通车床一样也是用来加工零件旋转表面的。—般能 类型。其次，根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考 够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工还能加工一些复 虑电动机的温升限制、过载能力额启动转矩，选择电动机功率，并确定 杂的回转面如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同为冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取０．８—０．９。 了提高加工效率数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和 数控车床的外形与普通车床相似即由床身、主轴箱、刀架、进给 易燃易爆气体等考虑必要的保护措施，选择电动机的结构型式。最后， 系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普 根据企业的电网电压标准和对功率因素的要求，确定电动机的电压等 通车床有质的区别传统普通车床有进给箱和交换齿轮架而数控车床 级和类型。根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过 是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动因而 程的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。此 进给系统的结构大为简化。 外，还要考虑节能、可靠性、供货情况、价格、维护等等因素。３）电动机 １）立式数控车床。立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂 类型和结构型式的选择。由于不同的机床要求不同的主轴输出性能 直于水平面，—个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主 旋转速度，输出功率，动态刚度，振动抑制等），因此，主轴选用标准与 要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。２）卧式 实际使用需要是紧密相关的。总的来说，选择主轴驱动系统将在价格 数控车床。卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导 号陛能之间找出一种理想的折衷。选择电动机容量就是合理确定电动 轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性并易于排除 机的额定功率。决定电动机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和 切屑。起动能力三方面因素，但一般隋况下电动机容量主要由运行发热条件 基本特点：在普通机床上加工零件时，使用工艺规程或工艺卡片 而定。电动机发热与其工作隋况有关。但对于载荷不变或变化不大，且 来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡上规定的程序加工零 在常温下连续运转的电动机，只要其所需输出功率不超过其额定功 件。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数 率，工作时就不会过热，可不进行发热计算。４）主轴的驱动方式。数控 控加工的整个过程是自动进行的。 车床的主轴驱动及其控制方式主要有四种配置方式：ａ带有变速齿轮 １）数控加工的工序内容比普通机床的工序加工内容复杂。２）数控 的主传动；ｂ．通过带传动的主传动．ｃ．用两个电动机分别驱动主轴；ｄ内 机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。 装电动机主轴传动结构。主轴调速方法：数控车床的主轴调速是按照 ２数控车床主传动系统概述控制指令自动执行的，为了能同时满足对主传动的调速和输出扭矩的 主传动系统是用来实现机床主运动的，它将主电动机的原动力 要求，数控车床常用机电结合的方法，即同时采用电动机和机械齿轮 变成可供主轴上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。为适应各种不 变速两种方法。其中齿轮减速以增大输出扭矩，并利用齿轮换挡来扩 同的加工及各种不同的加工方法，数控机床的主传动系统应具有较大大调速范围。５）传动方式和齿数选择。为了使主轴和电动机的恒功率 的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，同时主传动系统 匹配，它通过增加两组齿轮变速来满足。该两组齿轮即扩大了电动机 还需要有较高精度及刚度并尽可能降低噪声，从而获得最佳的生产 恒功率调速。齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要求。在同一变速 率、加工精度和表面质量。 组中，若模数相同，则传动副的齿数和相同，若模数不同，则齿数和ｓ ３主传动系统及其控制 与模数ｍ成反比。 ３．１对于主传动系统的要求。１）有较宽的调速范围。可增加数控机床 结束语：为了实现我国数控技术产业发展，采取数控机床技术已 加工适应性，便于选择合理切削速度使切削过程始终处于最佳状态。经成为应对国际市场激烈竞争不可忽视的方法。高精度、高效率、高熟 ２）有足够的功率和扭矩。使数控加工方便实现低速时大扭矩，高速时 读、低摩擦的技术控制，为提高生产过程中的制造能力和质量水平提 恒功率，以保证加工高效率。３）有足够的传动精度。各零部件应具有足供有利保障。通过以商品化为主题，依靠技术和服务的支持，发展我国 够精度、刚度、抗振陛，使主轴运动高精度，从而保证数控加工高精度。数控技术上的高精尖模式，运用数字信息实现对机械工业生产控制， ４）噪声低，运动平稳。使数控机床工作环境良好、宜人。 从而促进社会整体经济的不断前进，改善生产中的弊端，实现效益最 ３．２数控机床主传动系统设计。１）关于传动方案的拟定。数控机床需 优化。 要自动换刀、自动变速；且在切削不同直径的阶梯轴，曲线螺旋面和端 参考文献 面时，需要切削直径的变化，主轴必须通过自动变速，以维持切削速度 ［１】张政泼．机床数控原理与系统 ．装备制造技术，２０１０（１２）． 基本恒定。这些自动变速又是无级变速，以利于在—定的调速范围内 ［２】孙长久．经济型数控机床主传动系统的运动设计啊．集美大学学报， 选择理想的切削速度，这样有利于提高加工精度，又有利于提高切削 ２００ｏ（２）．
制造装备
课程设计任务书
（2015~2016学年）
设 计 题 目 普通车床主传动系统的设计
学院名称电气工程与自动化学院机械工程系
专 业 （班 级） 机械设计制造及自动化
姓 名 （学 号） Z41214054 XX
起 讫 日 期
指 导 教 师
下发任务书日期 201X年 X月 X 日
安徽大学制造装备课程设计任务书
设计题目 XXXX的设计（例：普通车床主传动系统的设计）
主要内容
1. 装备传动系统的设计。
2. 计算传动系统的转速、速比、齿轮模数等参数。
3. 设计传动轴轴承支撑方式、带轮卸荷装置、传动系统换向等装置。
4．绘制所设计装备的装配图。
5．绘制两张零件图。
6．装备装配图及其中两张零件图CAD电子档一份。
7．编写设计说明书一份。
应收集的资 料
所设计装备的资料，课程设计指导书，以及与设计有关的参考资料。
设计进度计 划
1．装备传动系统的设计 3天。
2. 传动轴轴承支撑方式、带轮卸荷装置、传动系统换向等装置的设计
3天
3．绘制所设计装备的装配图 5天
4．绘制两张零件图 2天
5. 编写设计说明书一份 1天
6．准备及答辩 1天
主要参考文 献
1. 关慧贞，冯辛安。《机械制造装备设计》（第3版）。机械工业出版社，2014。
2. 于骏一，邹青。《机械制造技术基础》（第2版）。机械工业出版社，2013。
3. 赵家齐。机械制造工艺学课程设计指导书，机械工业出版社，1997，12。
4. 戴曙。金属切削机床，机械工业出版社，2012。
5. 黄鹤汀。机械制造装备。机械工业出版社，2012。
