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1. 开发XXX型号数控车床的目的和理由国内数控车床经过十几年的发展，已形成较为完整的系列产品，但用户要求越来越高，对价格性能比更为看重，尤其对某些小型零件的加工，其所需负荷较小，调速范围不宽，加工工序少，效率高，但目前国内数控车床功能多，价格高，造成很大浪费，而我厂现有的数控车床，虽然在这方面做得较好，其加工范围的覆盖面也较宽，但针对上述零件加工的机床还是空白，对用户无法做到“量体裁衣”。
随着市场经济的发展和产品升级换代，上述零件加工越来越多，市场对其具有较高效率，价格较低的排刀式数控车床的要求量越来越大，综上所述，为适应市场要求，扩大我厂数控车床在国内机床市场上的占有量，特进行N-089型数控车床的开发。
2 机床概况、用途和使用范围2.1 概述：XXX型号是结合我厂数控机床和普通机床的生产经验，为满足高速、高效和高精度生产而设计成铸造底座、平床身、滚动导轨，可根据加工零件的要求自由排刀的全封闭式小规格数控车床。
本机床采用SIEMENS 802S系统，主电机为YD132S-2/4双速电机。
主传动采用富士FRN5.5G9S-4型变频器进行变频调速，进给采用德国SIEMENS公司生产的110BYG-550A 和110BYG-550B步进电机驱动的半闭环系统，两轴联动。
2.2 用途：XXX型号型数控车床可以完成直线、圆锥、锥面、螺纹及其它各种回转体曲面的车削加工，适合小轴类、小盘类零件的单件和批量生产，特别适合于工序少，调速范围窄，生产节拍快的小轴类零件的批量生产。
2.3 使用范围：本机床是一种小规格，排刀式数控车床，广泛用于汽车、摩托车、纺织、仪器、仪表、航空航天、油泵油嘴等各种机械行业。
3 XXX型号型数控车床的主要技术参数：3.1 切削区域：a. 拖板上最大回转直径75mmb. 最大切削长度180mmc. 纵拖板的最大行程250mmd. 横拖板的最大行程300mm3.2 主轴：a. 主轴头部GB59001-86-A24b. 主轴前轴承内径70mmc. 主轴通孔直径42mmd. 最大通过棒料直径25mm3.3 主传动：a. 主电机功率 4.5/5.5kwb. 主轴转速3200(4000)r/minc. 主轴最大扭矩32N⋅m3.4 进给运动：a. 快进速度：X向3m/minZ向6m/minb. 最小进给单位：X向0.0025mmZ向0.005mmc. 进给力（额定）：X轴13000NZ轴10000N3.5 排刀：a. 根据特定零件安排相应刀具b. 刀具安装尺寸：外圆刀具16⨯16内孔刀具∅163.6 机床重量：约1800kg3.7 机床外形尺寸（长×宽×高）：1700⨯1140⨯1550(mm)4 传动系统的确定和分析4.1 主传动方案的拟定：本机床采用YD型双速电机＋变频调速，为提高扭矩，降速比为1:1.2。
数控机床主传动系统设计⽬录摘要第⼀章绪⾔ (3)第⼆章设计⽅案论证与拟定 (4)2.1 总体⽅案的论证 (4)2.2 总体⽅案的拟定 (4)2.3 主传动系统总体⽅案图及传动原理 (4)第三章设计计算说明 (7)3.1 主运动设计 (7)3.1.1 参数的确定 (7)3.1.2 传动设计 (8)3.1.3 转速图的拟定 (11)3.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定 (14)3.1.5 传动件的设计 (23)3.2 纵向进给运动设计 (43)3.2.1 滚珠丝杆副的选择 (43)3.2.2 驱动电机的选⽤ (48)结论 (53)参考⽂献 (55)致谢 (56)第⼀章绪⾔当前的世界已进⼊信息时代，科技进步⽇新⽉异。
⽣产领域和⾼科技领域中的竞争⽇益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。
现在单件⼩批量⽣产的零件已占到机械加⼯总量的80%以上，⽽且要求零件的质量更⾼、精度更⾼，形状也⽇趋复杂化，这是摆在机床⼯业⾯前的⼀个突出问题。
为了解决复杂、精密、单件⼩批量以及形状多变的零件加⼯问题，⼀种新型的机床——数字控制(Numerical control)机床的产⽣也就是必然的了。
此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。
第⼆章总体⽅案论证与拟定2.1 总体⽅案的论证数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：1．由于⼤多数数控车床采⽤了⾼性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。
2．为了适应数控车床连续地⾃动化加⼯，数控车床机械结构，具有较⾼的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较⼩。
3．更多地采⽤⾼效传动部件，如滚动丝杆副等。
CNC装置是数控车床的核⼼，⽤于实现输⼊数字化的零件程序，并完成输⼊信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。
2.2 总体⽅案的拟定1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动⽅案的选择采⽤有级变速最⾼转速是2000r/min，最低转速是40r/min， 1.262．纵向进给是⼀套独⽴的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动⽐应满⾜机床所要求的。
CK6140数控车床主传动系统设计数控车床的主传动系统是整个机床的核心组成部分，它主要由主轴、主轴驱动装置和主动工具头等组成。
设计一个稳定可靠的数控车床主传动系统，需要考虑诸多因素，如主轴精度、刚度、转速范围、加工能力等。
首先，主轴是数控车床主传动系统的核心部件，其精度和刚度直接影响到整个机床的加工质量。
主轴通常由高强度、高刚性的合金钢材料制成，并通过精密加工和热处理工艺提高其表面质量和硬度。
主轴的设计应考虑转动稳定性、轴向和径向刚度等因素，以确保在高速运转和大负载下能保持较小的振动和变形。
其次，主轴驱动装置主要是通过电机将动力传递给主轴，实现车床的加工运行。
常见的主轴驱动装置包括皮带传动、齿轮传动、液压传动等。
不同的传动方式具有不同的特点，需要根据数控车床的具体要求进行选择。
同时，主轴驱动装置还需要考虑电机的功率、转速调节范围、动态响应性能等因素，以满足不同加工工艺和加工材料的需求。
另外，主动工具头也是数控车床主传动系统的重要组成部分。
主动工具头一般由进给系统和切削工具组成，其主要功能是控制刀具的进给速度和刀具路径，实现工件的加工。
进给系统通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，将电机的旋转运动转化为刀具的直线运动。
切削工具的选择要根据不同的加工工件和加工要求进行，可以是转动刀具、切削刀具或磨削工具等。
除了上述部件，数控车床主传动系统的设计还需要考虑其控制方式和辅助装置。
传统的数控车床主传动系统采用闭环控制，通过编码器和反馈系统实现对主轴和主动工具头运动的精确控制。
辅助装置如冷却系统、润滑系统、自动换刀系统等，可以提高加工效率和工作环境的安全性。
总的来说，设计一个稳定可靠的数控车床主传动系统需要充分考虑主轴精度、刚度，主轴驱动装置的选择，主动工具头的设计以及控制方式和辅助装置的配置等因素。
只有在满足加工要求的前提下，才能实现高效、精确和安全的数控车床加工操作。
电磁离合器变速式数控车床主传动系统设计概述：数控车床是一种应用广泛的机床设备，其主要用于加工精密零件。
主传动系统是数控车床中至关重要的部分，它决定了车床的加工能力和性能。
本文将介绍电磁离合器变速式数控车床主传动系统的设计。
设计目标：1.提高车床的加工能力和性能；2.提高车床的传动效率；3.提高车床的运行平稳性；4.提高车床的控制精度。
设计原理：数控车床主传动系统由电机、离合器和变速箱组成。
电机提供动力，离合器用于连接和断开电机和传动系统，变速箱用于调整传动比。
设计原理如下：1.电机选择：选择适合的电机是设计的首要任务。
根据车床的工作负载和转速要求，选择能够提供足够功率且转速范围合适的电机。
2.离合器选择：离合器的选择对车床的性能有很大影响。
应选择耐磨损、传动效率高的离合器。
电磁离合器是一种常用的选择，其工作原理是通过电磁力连接和断开离合器，具有快速响应和稳定性好的特点。
3.变速箱设计：变速箱用于调整传动比，以适应不同工件的加工需求。
根据车床的工作范围和加工要求，选择合适的变速箱。
变速箱应具有平稳的传动和快速的换档功能。
4.控制系统设计：控制系统是数控车床的核心部分，其设计应满足车床运行的精度要求。
控制系统可以使用PLC或其他控制器，用于控制电磁离合器、变速箱和其他部件的运行。
设计优化：为提高设计的性能和效率，可以进行以下优化：1.优化传动比：根据不同工件的加工需求，优化传动比，以提高车床的加工能力和效率。
2.优化离合器选型：选择适合的离合器，以提高车床的传动效率和稳定性。
可以考虑使用升级版的电磁离合器，具有更好的响应速度和传动效率。
3.优化控制系统：优化控制系统的设计，提高控制精度和响应速度。
可以采用闭环控制和反馈控制，以提高车床的运行稳定性。
总结：电磁离合器变速式数控车床主传动系统的设计对车床的加工能力和性能有重大影响。
通过选择适当的电机、离合器和变速箱，并优化传动比和控制系统，可以提高车床的加工能力和效率，提高运行平稳性和控制精度。
数控车床主传动系统的设计资料1.传动方式：数控车床的主传动系统主要采用齿轮传动、皮带传动或蜗杆传动等方式实现。
齿轮传动具有传动效率高、传动比稳定等特点，适合数控车床的高精度加工。
皮带传动具有传动平稳、减震降噪等特点，适合一些对噪音要求较高的场合。
蜗杆传动则适用于需要大扭矩输出和自锁性能的情况。
2.主轴转速范围：数控车床的主传动系统需要设计具有较宽的主轴转速范围，以满足不同加工需求。
主轴转速范围的设计取决于工件材料的加工硬度、所需表面光洁度和所使用的刀具类型等因素。
通常情况下，数控车床的主轴转速范围可以从几十转/分钟到上万转/分钟。
3.主轴扭矩输出：数控车床主传动系统需要设计具有较大的主轴扭矩输出，以满足加工过程中的切削力需求。
主轴扭矩输出的设计取决于工件材料的加工硬度、切削类型和所使用的刀具等因素。
通常情况下，数控车床主轴扭矩输出可以达到几百牛·米以上。
4.切削力平衡：数控车床主传动系统需要设计具有良好的切削力平衡性能，以保证加工过程中的稳定性和精度。
切削力平衡的设计需要考虑主轴和工件的质量平衡、刀具的质量和刀具夹持方式等因素。
同时，还需要考虑冷却液的引入和排出，以保证加工过程中的冷却和润滑效果。
5.变速机构：6.轴向和径向刚度：数控车床主传动系统需要设计具有良好的轴向和径向刚度，以保证加工过程中的稳定性和精度。
轴向刚度的设计需要考虑主轴和工件的支撑形式和支撑点，径向刚度的设计需要考虑主轴轴承的选择和安装方式等因素。
同时，还需要考虑刀具切削力对主传动系统的影响。
7.自动换刀装置：总之，数控车床主传动系统的设计需要考虑传动方式、主轴转速范围、主轴扭矩输出、切削力平衡、变速机构、轴向和径向刚度以及自动换刀装置等因素，以实现高精度、高效率和可靠性的加工过程。
同时，还需要根据具体的加工需求和预算限制，选择合适的设计方案和关键部件。
浅析数控机床主传动系统设计应用1. 引言1.1 背景介绍数控机床作为现代制造业中不可或缺的设备，随着工业自动化的发展，逐渐取代了传统的人工加工方式，成为生产加工中的主力军。
数控机床主传动系统作为数控机床的核心部件，直接影响着机床的工作性能和加工质量。
在数控机床主传动系统设计中，传动系统的设计和应用显得尤为重要。
传统的传动系统设计在满足工艺需求的往往存在效率低、性能不稳定、易受外界干扰等问题。
而采用数控机床主传动系统设计能够克服传统传动系统的种种不足，提高加工效率和产品质量，降低生产成本，提升企业竞争力。
对数控机床主传动系统设计原理和应用进行深入研究，具有重要的理论和实践意义。
本文将就数控机床主传动系统设计原理、主传动系统设计要素、传动系统的应用范围、主传动系统设计实例以及数控机床主传动系统的优势等方面展开探讨，旨在为数控机床主传动系统的设计和应用提供一定的指导和参考。
1.2 研究意义数控机床作为现代制造业中的重要设备，其主传动系统设计对于提高加工精度、效率和稳定性具有重要意义。
主传动系统作为数控机床的核心部件，直接影响着整机性能和加工质量。
深入研究数控机床主传动系统设计原理及要素，探讨其应用范围和设计实例，对于推动数控机床技术的发展具有重要意义。
通过研究数控机床主传动系统设计原理，可以更好地理解其工作原理和结构特点，为优化设计提供理论依据。
深入探讨主传动系统设计要素，可以帮助工程师在设计过程中合理配置各个部件，提高系统性能和稳定性。
分析传动系统的应用范围，可以帮助制造企业选择适合自身需求的主传动系统，并提升生产效率和产品质量。
通过研究数控机床主传动系统的优势，可以更好地了解其在现代制造业中的重要作用，促进技术创新和产业升级。
本文旨在深入探讨数控机床主传动系统设计应用，为相关研究和实践提供参考和借鉴。
【完】.2. 正文2.1 数控机床主传动系统设计原理数控机床主传动系统设计原理是数控机床中至关重要的一个部分，它直接影响到机床的性能和精度。
1. 开发XXX型号数控车床的目的和理由国内数控车床经过十几年的发展，已形成较为完整的系列产品，但用户要求越来越高，对价格性能比更为看重，尤其对某些小型零件的加工，其所需负荷较小，调速范围不宽，加工工序少，效率高，但目前国内数控车床功能多，价格高，造成很大浪费，而我厂现有的数控车床，虽然在这方面做得较好，其加工范围的覆盖面也较宽，但针对上述零件加工的机床还是空白，对用户无法做到“量体裁衣”。
随着市场经济的发展和产品升级换代，上述零件加工越来越多，市场对其具有较高效率，价格较低的排刀式数控车床的要求量越来越大，综上所述，为适应市场要求，扩大我厂数控车床在国内机床市场上的占有量，特进行N-089型数控车床的开发。
2 机床概况、用途和使用范围2.1 概述：XXX型号是结合我厂数控机床和普通机床的生产经验，为满足高速、高效和高精度生产而设计成铸造底座、平床身、滚动导轨，可根据加工零件的要求自由排刀的全封闭式小规格数控车床。
本机床采用SIEMENS 802S系统，主电机为YD132S-2/4双速电机。
主传动采用富士FRN5.5G9S-4型变频器进行变频调速，进给采用德国SIEMENS公司生产的110BYG-550A 和110BYG-550B步进电机驱动的半闭环系统，两轴联动。
2.2 用途：XXX型号型数控车床可以完成直线、圆锥、锥面、螺纹及其它各种回转体曲面的车削加工，适合小轴类、小盘类零件的单件和批量生产，特别适合于工序少，调速范围窄，生产节拍快的小轴类零件的批量生产。
2.3 使用范围：本机床是一种小规格，排刀式数控车床，广泛用于汽车、摩托车、纺织、仪器、仪表、航空航天、油泵油嘴等各种机械行业。
3 XXX型号型数控车床的主要技术参数：3.1 切削区域：a. 拖板上最大回转直径75mmb. 最大切削长度180mmc. 纵拖板的最大行程250mmd. 横拖板的最大行程300mm3.2 主轴：a. 主轴头部GB59001-86-A24b. 主轴前轴承内径70mmc. 主轴通孔直径42mmd. 最大通过棒料直径25mm3.3 主传动：a. 主电机功率 4.5/5.5kwb. 主轴转速3200(4000)r/minc. 主轴最大扭矩32N⋅m3.4 进给运动：a. 快进速度：X向3m/minZ向6m/minb. 最小进给单位：X向0.0025mmZ向0.005mmc. 进给力（额定）：X轴13000NZ轴10000N3.5 排刀：a. 根据特定零件安排相应刀具b. 刀具安装尺寸：外圆刀具16⨯16内孔刀具∅163.6 机床重量：约1800kg3.7 机床外形尺寸（长×宽×高）：1700⨯1140⨯1550(mm)4 传动系统的确定和分析4.1 主传动方案的拟定：本机床采用YD型双速电机＋变频调速，为提高扭矩，降速比为1:1.2。
4.1.1 主轴最高和最低转速的确定：该机床主要用于加工小轴类零件和有色金属件，这样就有较高的速度要求。
根据市场调研和分析：转速n max=3300~3400r/minn min=190r/min4.1.2 主电机功率的确定主电机主要满足负荷切削的要求，现假设如下切削条件：试件：材料：45钢；热处理：正火；工件直径：∅65mm切削速度：V=150m/min切削用量：ap=1.5mm；f=0.3mm/n；P=200kg⋅f/mma. 主切削力Fz=P⋅f⋅ap=200⨯0.3⨯1.5=90kg⋅f=900Nb. 切削扭矩M切=Fz⋅R==29.25N⋅mc. 切削功率M切=Fz⋅V==2.25kw该主传动效率为η=0.8则N主/N切==2.8125kwd. 根据材料考虑本机床现有一定的转速要求，又有较高的扭矩要求，而该机床定位较低，故选用普通YDS132S-2/4双速电机额定输出功率4.5/5.5kw，额定转速1440/2900r/min 采用1:1.2降速提高扭矩，并用交流变频器进行8~75HZ的低速档变频和8~66HZ的高速档变频，变速比为1:1.2时，主轴转速和输出扭矩：低速档：n额==1200r/minn低==192r/minn高==1800r/min额定扭矩M==32.23N⋅m高速档：n额==241.6r/minn低==386r/minn高==3190r/min额定扭矩M==19.56N⋅m其主轴输出功率、扭矩见图1。
对于那些对主轴转速要求较高的用户，我们在设计中考虑采用调整其变速比的方法来满足，即将原降速比1:1.2改为1:1。
实际调整就是将主传动中皮带轮的尺寸由∅120mm调整为∅150mm，仍用交流变速器进行8HZ~75HZ的低速档变频和8HZ~70HZ高速档变频，额定输出功率为4.5/5.5kw，额定转速1440/2900r/min。
这样在1:1传动时主轴低速档及额定输出扭矩：n额=1440r/minn低==230r/minn高==1440⨯1.5=2160r/minM额==26.86N⋅m主轴高速档及额定输出扭矩：n额=2900r/minn低==464r/minn高==4060r/minM额==16.3N⋅m其主轴输出功率、扭矩见图2。
4.1.3 三角皮带轮的校核根据设计结构要求，选d1=125mm，考虑皮带的滑动率ε，则大轮直径d2=ε——皮带滑动率I ——传动比 取：ε=1%；I=1.2计算得：d 2=148.5，取d 2=150mm a. 中心距确定： Dm==137.5mm ∆==12.5mm假定：a=660mm 带长：L=π⋅Dm+2a+=3.14⨯137.5+2⨯660+=1752mm按标准取：L 0=1800mm 则：a==225.128)5.13714.31800(4145.13714.31800⨯-⨯-+⨯⨯=683.9mm ，取a=684mmb. 小轮包角： α1==-a θ2180180︒>120︒ c. 带速： ν==26.5m/s>25m/sn 1：小轮最高转速n=4060r/min由计算所提，机床最高转速时，带速略超许用带速，考虑综合因素，仍选用A 型带， d 1=125mmd. 单根V 型带的基本额定功率根据d 1=125mm 、n 1=1440r/min ，由《机械设计手册》第3册中的表22.1-13d 查得（A 型带）：N 1=1.93kw考虑到传动比的影响i ≠1，额定功率的增量∆N 1由表22.1-13d 查得： ∆N=0.13kw e. 带的根数： Z=Nc——计算功率：Nc=K A⋅N=1.1⨯5.5=6.05N——机床传递功率K A——工作情况系数，考虑到本机床直接传动运转平稳，无冲击，故取K A=1.1∆N1——功率增量Kα——包角系数，由表22.1-10查得Kα=0.99486K L——带长系数，由表22.1-11查得K L=0.99Z==2.9取三根A型带Z=3f. 张紧力：F=q：V型带每米长质量查表q=0.1kg/mF==188.42Ng. 径向载荷：Q=2⋅Z⋅F0⋅Sin=1130.53Sin=1112.8(N)4.1.4 主轴直径的选择：a. 由于本机床采用的A24主轴，根据经验取前支承直径∅70mm，因为考虑到最大棒料（通过）为∅25，取后轴径∅65mm。
b. 求支承的径向刚度：主轴的输出扭矩：由扭矩转速图1可查得：在n min=192r/minMmax=35.8N⋅m若取Dmax=70mm则Fz==1022.85NFy=0.5Fz=511.4N则F==1143.58N受力情况如图3。
图 3图 4支承情况如图4，设计中根据需要a=68.5，取a l=3，则l=3a=3⨯68.5=205.5由前面计算的切削力，根据力和力矩的平衡，F α=l l )(a F +=1524.8NF β=5.2055.6858.1143⨯=⋅l a F =381.2N在实际设计中，根据经验，前后轴承分别选取哈轴的46114、36114二个自成组轴承和36113二个自成组轴承，这样前轴既有较高的承载力和能满足较高的转速要求。
因此，向心推力球轴承间隙为零时的径向弹性位移量： δo=Qr ——滚动体上的径向载荷 Qr=Fr ——轴承径向载荷，此处为支反力 i ——滚动体列数 Z ——每列滚动体数 Qr α==217.2NQr β==51.6Nα：向心推力轴承推力角；36接触角15︒；46接触角25︒ d Q ：滚动体直径 则：δo α==7.4μmδo β==2.79μm设：46114轴承的预紧量为18μm（由工艺推荐）也可以通过相关样本查的63113轴承的预紧量为22μm相对位移量：=2.43=7.89从图3-5查得：βα=0.24，β=0.2由式3-2：δ1=βδo得δα1=0.25δoα=0.24⨯7.4=1.7μmδβ1=0.2δoβ=0.2⨯2.79=0.558μm支承的弹性位移即包括轴承的位移，同时也包括了轴承外径与箱体孔的接触变形和轴承内径和轴的接触变形。
查哈轴样本：C46114、D36113轴承与箱体孔的装配过盈量：∆α1=0μm，∆β1=0μm由公式从图3-6查得：Kα1=0.2，Kβ1=0.2代入式：δ=F——外载荷（N）K——系数，由过盈量查图3-6得b——轴承宽度（mm）d——轴承外径δα2==1.387μmδβ2==0.415μm轴承C46114、D36113与轴的装配过盈量：∆α2=4.5μm，∆β2=0μm由公式从图3-6查得：Kα2=0.17，Kβ1=0.2δα3==1.179μmδβ3==0.415μm由以上计算可以得出本主轴组前支承、后支承的综合径向刚度：Kα==357.4N/cmKβ=N/cmc. 求最佳跨距=1.29，≈1当主轴当量外径D当==67.5mm，当量内径d当=48时，惯量矩I=0.05⨯η=≈1.2查图3-32，η-曲线可查得：=3.3则：Lo=3.3a=3.3⨯68.5=22.605本设计取a=67，跨距210mm由以上计算可以看出选a=67，跨距210mm，能够满足主轴的最佳跨距和刚度的要求。
以上计算公式均取自大连工学院戴曙主编的《金属切削机床计算》。
4.1.5 轴承寿命的计算主轴受力分析如下图5。
图 5a. 假设切削零件：试件尺寸：∅25⨯100mm夹头体重量：G=γ⋅V=7.8⨯3.14⨯=1.3kgb. 设计使用时间th设机床每天工作15h，每年使用300天，使用年限8年，在全部使用期间内切削时间占70%，则：th=15⨯300⨯8⨯70%=25200小时c. 计算平均转速n e由于本机床是190~4000r/min范围内调速，因此需要计算平均转速，设机床的总运转时间为1，则在各种转速下所占机床的总运动时间列表如表1。
