基于ANSYS的机床主轴结构优化设计_杜官将
第12期2011年12月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool ＆Automatic Manufacturing Technique
No．12Dec．2011
文章编号:1001－2265(2011)12－0022－03
收稿日期:2011－05－25
*基金项目:南京工程学院科研基金项目(KXJ08024)
作者简介:杜官将(1967—)，男，江苏盐城人，南京工程学院讲师，南京理工大学在读硕士研究生，研究方向为先进制造技术，
(E －mail )gujidu@126．com 。
基于ANSYS 的机床主轴结构优化设计
*
杜官将1，2，李东波
2
(1．南京工程学院机械工程学院，南京211167;2．南京理工大学机械学院，南京210094)摘要:运用APDL 建立机床主轴的参数化有限元模型，应用ANSYS 优化设计功能，以主轴的重量为优
化目标，对主轴的支承跨距、外径、悬伸长度和传动件安装位置进行了优化计算，并对优化结果进行了分析。结果表明:主轴结构优化后，在保证机床各种性能的前提下，主轴重量得到有效的减小。关键词:机床主轴;优化设计;ANSYS ;APDL 中图分类号:TH16;TG65
文献标识码:A
Optimization Design of the Structure of Machine Tool Spindle Based on ANSYS
DU Guan-jiang 1，2
，LI Dong-bo 2
(1．School of Mechanical Engineering ，Nanjing Institute of Technology ，Nanjing 211167，China ;2．School of Mechanical Engineering ，Nanjing University of Science and Technology ，Nanjing 210094，China )Abstract :A parameterized FEA model of machine tool spindle was established using APDL in ANSYS．Choosing the weight of spindle as the optimizing target ，its bearings distance and the outer diameter and overhang distance between the front spindle and the front bearing and the location of transmission parts were calculated by using the optimized function integrated in ANSYS ，and analysis on the optimized data was made．The result reveals its weight has significantly reduction in meeting various performance of the machine tool．
Key words :machine tool spindle ;optimization design ;ANSYS ;APDL
0问题的提出
机床主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，
是机床中的一个非常重要的零件，它关系到整个机床的使用性能，机床设计成功与否在一定程度上取决于主轴系统设计的优劣。机床主轴一般为多支撑空心阶梯轴，通常采用二支承或三支承，在主轴上安装有传动件，传递动力和运动，在主轴前轴通常装有刀具或工件，在切削加工过程中，有切削力作用于主轴。因此，机床主轴的优化设计始终是机床设计的一项重要内容。截至目前为止，关于主轴结构的优
化设计，国内外学者已经提出了不少方法［1］
。于国
平利用惩罚函数法对机床主轴结构进行了优化［2］
，沈浩等利用MATLAB 对机床主轴结构进行了优化设计［3］，裴大明等采用有限元法对主轴进行了优化［4］，宋春明等应用有限元方法对电主轴结构进行了优化［5］
。上述方法中，有的忽略了主轴轴承的特性，把其
看作刚性支承，有的未考虑主轴上传动件的位置、作用
力对主轴的影响，使建立的主轴模型不够准确，对主轴的优化结果产生了一定的影响。本文以普通机床的主轴为研究对象，在考虑主轴传动件位置、作用力及轴承刚度的基础上，利用ANSYS 的APDL 对机床主轴进行参数化建模，利用ANSYS 软件对其进行优化设计，使优化设计结果更接近实际情况。
1
ANSYS 优化设计原理与步骤
1.1
ANSYS 的优化设计原理
机床主轴的优化大多以在一定的约束条件下主轴刚度最好或质量最轻为目标，对轴承的支承跨度、轴径、悬伸长度等进行优化。由于主轴部件结构的复杂性及对主轴性能的更高要求，传统的材料力学分析方法已显得无能为力。有限元法是一种数值计算方法，它能够精确地对大多数机械结构进行结构
分析，计算系统的应力、应变、自振频率等。优化设计是一种在可行域中寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，是指一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出(如重量、面积、体积、应力、费用等)最小。采用有限元法进行优化设计，可在多次迭代的基础上多次计算，因而结果比较准确、可靠。ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁等多专业的分析于一体，以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，可广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、电子、土木工程等各种工业设计和科学研究。ANSYS提供的优化设计功能非常强大，有强大的前、后处理模块。在对所建参数化模型静力分析基础上，通过指定参数作为设计变量(DV)、状态变量(SV)和目标函数(OBJ)来建立分析程序，并以设计变量为自变量，不断改变其数值，迭代计算直至目标函数值达到最小，迭代过程中，状态变量用于控制自变量取值，约束设计空间。
ANSYS程序提供了两种优化方法:
零阶方法:其本质是采用最小二乘法逼近，求取一个函数面来拟合解空间，然后再对该函数面求极值。这是一种普遍的优化方法，不易陷入局部极值点，但优化精度一般不高。
一阶方法:基于目标函数对设计变量的敏感程度，使用因变量对设计变量的偏导数，在每次迭代中，计算梯度确定搜索方向，适合于精确的优化分析。
对于这两种方法，ANSYS程序还提供了一系列的分析-评估-修正的循环过程。即对初始设计进行分析，对分析结果按设计要求进行评估，然后修正设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。
1.2ANSYS优化设计的基本步骤
(1)生成分析文件
①参数化建模:要实现优化设计，必须建立参数化模型。利用ANSYS软件提供的参数化设计语言APDL，将设计变量DV作为参数，构建一个参数化分析模型;②加载与求解:对参数化模型进行加载与求解;③进入ANSYS的后处理模块，提取有限元分析结果并赋值给状态变量SV(约束条件)和目标函数OBJ(优化目标)。
(2)构建优化控制文件
①进入优化设计模块，指定优化分析文件;②声明优化变量;③选择优化工具或优化方法;④指定优化循环控制方式;⑤进行优化分析，优化处理器根据本次循环提供的优化参数(设计变量、状态变量及目标函数)与上次循环提供的优化参数作比较之后，确定本次循环目标函数是否收敛，或是否达到了最优，如果最优，完成迭代，退出优化循环，否则，进行下步;⑥查看设计序列结果。
(3)检验优化设计序列。
2主轴的优化设计
2.1参数化有限元模型的建立
本文研究某卧式车床主轴。它是一空心的阶梯轴，采用两支承结构，前轴承为P5级精度的双列圆柱滚子轴承，用于承受径向力;后轴承由一个推力球轴承和一个角接触球轴承组成，用于承受轴向力和径向力。在主轴上装有传动齿轮，用于传递动力和运动，同时对主轴有作用力;在切削加工过程中，主轴前端受到径向力的作用。根据对主轴结构及主轴部件受力状况，依据力学原理，把主轴简化为具有空心特征的梁，用BEAM23单元来模拟，不同的轴径取不同的实常数;把轴承简化为具有一定刚度的压缩弹簧，忽略其刚度的非线性因素和阻尼，用COMBIN14弹簧-阻尼单元来模拟，弹簧的支承位置在轴承滚子接触线与主轴轴线的交点处。根据文献［6］提供的轴承刚度计算公式，计算出前支承的刚度680N/um，后支承的刚度610N/um。
在设计机床主轴时，有两个重要因素需要考虑。一是主轴的自重;一是主轴伸出端的挠度。对于普通机床，并不追求过高的加工精度，对机床主轴的优化设计，以选取主轴的自重最轻为目标，当主轴的材料选定后，可将主轴体积最小作为目标函数。主轴的设计方案由孔径d、外径D、前后支承跨距L、悬伸长度a及传动齿轮作用点到前支承作用点的距离L m 决定。由于机床主轴内孔常用于通过待加工的棒料，其大小由机床型号决定，故不作为设计变量，本例中主轴内径d=30mm。故将主轴的外径D、跨距L、外伸出端长度a及传动齿轮作用点到前支承作用点的距离L m四个参数作为设计变量，建立机床主轴参数化有限元模型，如图1所示
。
图1机床主轴参数化有限元模型
2.2静力学分析
ANSYS的优化设计必须在结构静力分析基础上进行。在机床主轴有限元模型的基础上对各参数赋初值，并对主轴前端节点上施加载荷F=10000N，传动件对主轴的径向载荷F r=2000N，并对模型施加约束，进行结构分析，输出主轴的静力变形图。如图2所示。
从图2中可以看出，优化前主轴前端的横向位移为0.0635mm，主轴的静刚度为10000/0.0635N/ mm=157.48N/um。
·
32
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2011年12月杜官将，等:基于ANSYS的机床主轴结构优化设计
图2
结构优化前主轴的静力变形图
2.3优化计算
静力学分析结束后，进入后处理，读取主轴最大
的横向位移，设为参数DMX ;读取主轴的最大应力，设为SMX ;为保证机床主轴足够的刚度和精度，主轴前端的横向位移必须限制在允许值的范围内，为了保证主轴的安全运行，主轴的最大弯曲应力必须小于
主轴的许用应力，因此，将DMX 、SMX 作为优化分析过程中的状态变量，对优化进行约束。本例中，主轴的许
用挠度为0.05mm ，许用应力为206MP 。将主轴设计变量的取值范围(如表1)及状态变量的许用值代入，选用1阶方法进行优化，生成优化文件。经过18次迭代，得到优化序列表，如表2所示。
表1
设计变量初始数据
设计变量L (mm )D (mm )a (mm )L m (mm )初始值480100120130下限值300609080上限值
650
140
150
180
表2
优化过程序列表
迭代次数L (DV )(mm )D (DV )(mm )a (DV )(mm )Lm (DV )(mm )DMX (SV )(mm )SMX (SV )(MP )TVOL (OBJ )
(m 3)1480.00100.00120.00130.00－0.063510.330.42883E －022460.0191.04140.83143.08－0.103816.040.34865E －023516.27127.83122.2560.399－0.0395 5.110.77431E －024412.10123.42118.15129.86－0.0408 5.470.59687E －025324.5087.78137.7173.49－0.088616.740.24385E －026646.32110.53121.7878.11－0.05617.800.68276E －027329.1675.8397.89125.13－0.079419.420.16270E －028317.920119.84122.0181.61－0.0450 6.160.46515E －029304.26104.9199.5193.31－0.04257.430.32050E －0210300.00104.25110.7769.02－0.04858.430.32296E －0211300.00102.9799.3993.31－0.04367.850.30438E －0212300.0093.9098.8093.31－0.049810.260.24799E －0213300.0089.9790.0092.49－0.047410.620.22039E －0214300.0085.6090.0092.48－0.051912.340.196876E －0215300.0085.2690.0092.43－0.052212.490.195116E －02*16*
300.00
86.64
90.00
92.35
－0.0507
11.90
0.20236E －02
3优化前后主轴性能对比
优化后主轴前端的横向位移为0.0507mm ，其刚
度为10000/0.0507N /mm =197.24N /um ，比优化前
提高了25.2%，优化前主轴的体积为0.42886*10－2
m 3，优化后的体积为0.20236*10－2m 3，主轴体积得
到了显著的减小，大大减轻了主轴的重量;主轴上传动件至前支承的距离优化前为130mm ，
优化后为92.35mm ，向前支承移动了37.65mm ，即传动件的位置应尽靠近主轴的前支承;在优化迭代过程中，主轴的最大应力为16.04MP ，远远小于主轴材料的许用
应力206MP 。通常机床主轴对刚度要求比较高，当满足刚度要求时，强度有相当富裕。优化后，主轴前、后支承跨距为300.00mm 、悬伸长度90.00mm ，有利于减小主轴轴体积和提高主轴刚度。
4结束语
在充分考虑机床主轴结构及受力基础上，利用
APDL 语言建立了主轴参数化有限元模型。在此基础上，利用ANSYS 优化功能实现了主轴的优化设计，经分析优化结果正确。基于ANSYS 的优化设计是一种高级有限元应用技术，在保证机床主轴各项性能的前提下，通过对主轴结构进行优化，有效地减小了主轴的重量。从机床总体结构来看，
主轴重量的减少，不仅其自身成本降低，同时也使机床的其他附属机构的重
量、尺寸得以减少，使得综合成本大大降低。
［参考文献］
［1］孙靖民，梁迎春．机械优化设计［
M ］．北京:机械工业出版社，
2009．［2］于国平．基于惩罚函数法的机床主轴结
构的优化设计［J ］．农机化研究，2004，26(4):102－103．
［3］沈浩，靳岚，谢黎明．基于MATLAB 的机
床主轴结构参数优化设计［J ］．科学技术与工程，
2008，8(16):4722－4724．［4］裴大明，冯平法，郁鼎文．基于有限元方
法的主轴轴承跨距优化［J ］．机械设计与制造，
2005(10):44－46．［5］宋春明，赵宁，张士勇．基于ANSYS 的电
主轴结构优化［J ］．机床与液压，2007，35(9):104－106．
［6］白钊，马平，胡爱玲，等．应用有限元方法
对高速电主轴的优化设计［J ］．机床与液压，
2004，32(10):126－128．(编辑
李秀敏)
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42·组合机床与自动化加工技术
第12期
数控机床主轴结构的改进和优化设计
数控机床主轴结构的改进和优化设计 严鹤飞 （天水星火机床有限责任公司技术中心 甘肃 天水 741024） 摘 要： 掌握机床主轴的关键部件，安装方式，轴承的调制环节以及材料、操作维护等，并且各种原因中又包含着多种影响因素互相交叉，因此必须对每个影响因素作具体分析。而对于优化设计理论的基本思想及其求解方法，将其应用于机床主轴的结构设计，建立了机床主轴结构优化设计的数学模型，并用内点惩罚函数法求解模型，得到了整体最优的结构设计方案，使机床主轴在满足各种约束要求条件下，刚度最好，材料最省。 关键词：机床主轴；轴承；调整；优化设计；数学模型 在数控机床中，主轴是最关键的部件，对机床起着至关重要的作用，主轴结构的设计首先考虑的是其需实现的功能，当然加工及装配的工艺性也是考虑的因素。 1. 数控机床主轴结构改进： 目前机床主轴设计普遍采用的结构如图1所示。图中主轴1支承在轴承4、5、8上，轴承的轴向定位通过主轴上的三个压块紧锁螺母3、7、9来实现。主轴系统的精度取决于主轴及相关零件的加工精度、轴承的精度等级和主轴的装配质量。在图1中主轴双列圆锥滚子轴承4的内锥孔与主轴1:12外锥配合的好坏将直接影响株洲的工作精度，一般要求其配合接触面积大于75%，为了达到这一要求，除了在购买轴承时注意品牌和等级外，通常在设计时对主轴的要求较高，两端的同轴度为0.005mm，对其相关零件，如螺母3、7、9和隔套6的端面对主轴轴线的跳动要求也较高，其跳动值一般要求在0.008mm以内。对一般压块螺母的加工是很难保证这么高的精度的，因而经常出现主轴精度在装配时超差，最终不得不反复调整圆螺母的松紧，而勉强达到要求，但这样的结果往往是轴承偏紧，精度稳定性差，安装位置不精确，游隙不均匀，造成工作时温升较高，噪音大，震动厉害，影响工件的加工质量和轴承的寿命。但对于重型数控机床用圆锥滚子轴承其承载负荷大，运转平稳，精度调整好时，其对机床的精度保持性较好，可对与轻型及高速机床就不十分有力了。 图1 通用机床主轴结构图 1— 主轴；2—法兰盘；3—圆螺母；4—双列圆柱滚子轴承；5—球轴承 6— 调整垫；7—圆螺母；8—双列圆柱滚子轴承；9-螺母
车床主轴箱设计说明书
中北大学 课程设计任务书 15/16 学年第一学期 学院：机械工程与自动化学院 专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：王前学号：1202014233 课程设计题目：《金属切削机床》课程设计 （车床主轴箱设计） 起迄日期：12 月21 日～12 月27 日课程设计地点：机械工程与自动化学院 指导教师：马维金讲师 系主任：王彪 下达任务书日期: 2012年12月21日
课程设计任务书 课程设计任务书
目录 1.机床总体设计 (5)
2. 主传动系统运动设计 (5) 2.1拟定结构式 (5) 2.2结构网或结构式各种方案的选择 (6) 2.2.1 传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 (6) 2.2.2 基本组和扩大组的排列顺序 (6) 2.3绘制转速图 (7) 2.4确定齿轮齿数 (7) 2.5确定带轮直径 (8) 2.6验算主轴转速误差 (8) 2.7 绘制传动系统图 (8) 3．估算传动件参数确定其结构尺寸 (10) 3.1确定传动见件计算转速 (10) 3.2确定主轴支承轴颈尺寸 (10) 3.3估算传动轴直径 (10) 3.4估算传动齿轮模数 (10) 3.5普通V带的选择和计算 (11) 4．结构设计 (12) 4.1带轮设计 (12) 4.2齿轮块设计 (12) 4.3轴承的选择 (13) 4.4主轴主件 (13) 4.5操纵机构、滑系统设计、封装置设计 (13) 4.6主轴箱体设计 (13) 4.7主轴换向与制动结构设计 (13) 5.传动件验算 (14) 5.1齿轮的验算 (14) 5.2传动轴的验算 (16) 5.3花键键侧压溃应力验算 (19) 5.4滚动轴承的验算 (20) 5.5主轴组件验算 (20) 5.6主轴组件验算 (13) 6.参考文献 (14) 1.机床总体设计 轻型车床是根据机械加工业发展需要而设计的一种适应性强，工艺范围广，结构简单，
数控车床主轴箱设计
第一章概述 1.1设计目的 (2) 1.2主轴箱的概述 (2) 第2章主传动的设计 (2) 2.1驱动源的选择 (2) 2.2转速图的拟定 (2) 2.3传动轴的估算 (4) 2.4齿轮模数的估算 (3) 2.5V带的选择 (4) 第3章主轴箱展开图的设计 (7) 3.1各零件结构尺寸的设计 (7) 3.1.1 设计内容和步骤 (7) 3.1.2有关零件结构和尺寸的设计 (7) 3.1.3各轴结构的设计 (9) 3.1.4主轴组件的刚度和刚度损失的计算 (10) 3.1.5轴承的校核 (13) 3.2装配图的设计的概述 (13) 总结 (19) 参考文献 (20)
第一章概述 1-1设计目的 数控机床的课程设计，是在数控机床设计课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过数控机床伺服进给系统的结构设计，使我们在拟定进给传动及变速等的结构方案过程中得到设计构思、方案分析、结构工艺性、CAD制图、设计计算、编写技术文件、查阅技术资料等方面的综合训练，建立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养我们初步的结构设计和计算能力。 1-2 主轴箱的概述 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较，相对来手比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。 第二章2主传动设计 2-1驱动源的选择 机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时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4000r/min，最大切削功率5kw，选择北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。 2-2 转速图的拟定 根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围Rdp=nmax/nd=3 而主轴要求的恒功率转速范围Rnp=3，远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率
基于ANSYS的结构优化设计有限元分析.
基于ANSYS 的结构优化设计有限元分析 收稿日期:2004211213 作者简介:郝金伟(19752,男,后勤工程学院结构工程专业在读硕士研究生,重庆400016 闫奕任(19752,男,1998年毕业于后勤工程学院营房工程专业,沈阳军区联勤部营房部,辽宁沈阳110005蒋懋(19752,男,后勤工程学院在读硕士研究生,讲师,后勤工程学院军事建筑工程系,重庆400016 郝金伟闫奕任蒋懋 摘要:为验证ANSYS 对结构优化设计的有效性,从理论上说明了结构优化设计的数学过程,介绍了ANSYS 优化的相
关概念、过程,结合某设计优化实例,为使用者提供了一套系统的思维模式,创造了良好的条件和方法。关键词:结构,优化设计,有限元分析中图分类号:TU318.1文献标识码:A 引言 据统计,与传统设计相比,采用优化设计可以使土建工程降低造价5%~30%[1]。自1973年Z ienkiewicz 利用有限元法做结构分析,Braibant 利用节点坐标为设计变 量做有限元分析以来,随 着计算机和有限元软件的发展,用计算机手段实现结构优化设计再度引起了工程师和研究者们的极大兴趣。大型通用有限元软件ANSYS 不仅可以做一般结构应力分析、动态系统模拟、热传导分析和磁场分析,也可以用来做优化设计。ANSYS 提供了两种优化方法:零阶方法是一个很完善的处理方法,可以很有效地处理大多数的工程问题;一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度,因此,更加适合于精确的优化分析。对于这两种方法,ANSYS 提供了一系列的分析→评估→修正的循环过程,即对于初始设计进行分析,对分析结果就设计要求进行评估,然后修正,这一循环过程重复进行,直到所有的设计要求都满足为止。 1结构优化设计 1.1结构优化设计的数学过程 最优结构方案可以包括很多方面:可求出结构最好的几何形状;可选择各种构件尺寸使结构的造价最低;若构件本身的形状允许改变,也可选择构件的最好形状;若几何形状已定,则可以适当选取截面,使结构总重量最轻。结构优化设计具有如下特点: 1无论是以重量或造价为目标函数,其函数式中的各项系数均为正值,且目标函数值恒大于零,多为取极小化问题。2设计变量总是不小于零。3在数学模型中可以避免等式约束条件,它通常由结构分析来代替,因此约束条件多为不等式,约束函数一般是连续可导和非线性的。4最优解一定位于可行域的边界上,而不在可行域的内部。5设计变量多,约束条件多,且约束函数多为隐函数。
数控机床主轴部件结构
数控机床主轴部件结构 主轴部件是数控机床的核心部件，其运转精确度、耐磨性能、防震性能、机械强度等都会影响到工件加工的质量，再加上操作过程中还会有环境的影响以及人为因素的影响，工件加工的质量就更难得到保证。所以要从可控的方面着手，将一切可控因素都调整到位，比如数控机床的主轴结构设计以及主轴结构的日常维护等。 目前所使用的数控机床类型主要包括数控车床、数控铣床以及工件加工中心。 1.数控车床主轴部件结构特点 （1）主轴的主体结构是一个空心阶梯轴。 （2）主轴的前面部分主要由法兰盘和专门的卡盘结构组成。 （3）主轴的后面部分放置回转油缸。 （4）主轴空心部分用于设置油缸的活塞杆。 （5）车床的传动装置主要有齿轮传动、传送带传送以及齿轮-传送带组合传动等方式。 （6）驱动器主要作用是连接电动机，驱动数控车床的运转。 （7）光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并
及时反馈信息至数控系统。 （8）回转油缸的主要作用是通过调整液压来控制卡盘装置与法兰盘的结合与分离。 2.数控铣床主轴部件结构特点 （1）同数控车床一样，主轴的中心是空心的。 （2）主轴的前面部分是一个比例为7：24的锥型孔洞，并且在端面上设有一对专门的主轴转矩检测装置将主轴转矩数据传输给铣刀。 （3）主轴的后面部分设有液压缸装置用于放松铣刀。 （4）主轴中间的空心部分用于弹簧的安装、以及铣刀固定刀爪的安装等。 （5）主轴的传动装置主要是齿轮传动，而且是变速传动。 （6）电气结构与数控车床相似，驱动器用于连接电动机，驱动数控铣床的运转；光电脉冲编码器，用于测量主轴的转动速度，并及时反馈信息至数控系统；液压缸的主要作用是通过调整液压来控制回路。 3.工件加工中心主轴部件结构特点 工件加工中心主轴部件的大致结构与数控铣床相类似，唯一不同的地方在于工件加工中心自带刀库和自动换刀的装置，自动化程度相对较高，在控制结构上与数控铣刀会有所不同，具体表现在：
车床主轴箱设计(我参考的)
普通车床主轴箱设计第 1 页共 68 页 安徽建筑工业学院 安徽建筑工业学院安徽建筑工业学院 安徽建筑工业学院 毕业设计 (论文) 专 专专 专 业 业业 业 机械设计制造及其自动化 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班 班班 班 级 级级 级 05
05机械 机械机械 机械(4) (4)(4) (4)班 班班 班 学生姓名 学生姓名学生姓名 学生姓名 夏遵超 夏遵超夏遵超 夏遵超 学 学学 学 号 号号 号 05210010428 05210010428 05210010428 05210010428 课 课课 课
题题 题 车床主轴箱设计 车床主轴箱设计车床主轴箱设计 车床主轴箱设计 指导教师 指导教师指导教师 指导教师 魏常武 魏常武魏常武 魏常武 普通车床主轴箱设计第 2 页共 68 页 2009 2009 2009 2009 年 年年 年 6 6 6 6 月 月月 月 1
1 日 日日 日普通车床主轴箱设计第 3 页共 68 页摘要 摘要摘要 摘要 普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给 定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动 参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构 网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床 类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模 数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件 （传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计 和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图， 侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移 齿轮零件的设计。 【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。 普通车床主轴箱设计第 4 页共 68 页目录 目录目录 目录目录 目录目录 目录.............................................................................. .. (4) 1、 、、 、绪论 绪论绪论 绪论.............................................................................. .. (6) 2． ．． ．设计计算 设计计算设计计算 设计计算 .............................................................................
数控铣床的主轴箱结构设计
西南科技大学网络教育 毕业设计（论文） 题目名称：论数控铣床的主轴箱结构相关设计 年级：层次：□本科□√专科 学生学号：指导教师： 学生姓名：技术职称：讲师 学生专业：机电一体化技术学习中心名称： 西南科技大学网络教育学院制
毕业设计（论文） 任务书 题目名称论数控铣床的主轴箱结构相关设计题目性质□√真实题目□虚拟题目 学生学号指导教师 学生姓名 专业名称机电一体化技术技术职称讲师 学生层次学习中心名称 年月日
毕业设计（论文）内容与要求： 1.设计部件名称：数控铣床的主轴箱 2．运动设计：根据所给定的转速范围及变速级数，拟定机床主运动传动结构方案(包括传动结构式、转速分布图)和传动系统图，确定各传动副的传动比，计算齿轮的齿数，主轴实际转速及与标准转速的相对误差。 3.根据数控铣床中的重要部件，做出电路图。 4．动力计算：选择电动机型号及转速，确定传动件的计算转速、对主要零件（如皮带、齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。 5．结构设计 进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、剖面图、主要零件工作图。 毕业设计领导小组负责人：（签字） 年月日
毕业设计（论文）成绩考核表 过程评分评阅成绩答辩成绩 总成绩 百分制等级制 1、指导教师评语 建议成绩指导教师签字：年月日
2、论文评阅教师评语 建议成绩评阅教师签字：年月日3、毕业答辩专家组评语 建议成绩答辩组长签字：年月日4、毕业设计领导小组推优评语 组长签字：年月日
摘要 数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动极其加工过程进行控制的一种方法,随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。 数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。 数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感技术；(6)软件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。 数控机床就是将加工过程所需的各种步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都是用数字化的代码来表示。通过控制介质数字信息送入专用区域通用的计算机。计算机对输入的信息进行处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。 关键词：机械设计；主轴；数控系统。
(完整版)CA6140车床主轴箱的含图毕业设计
(完整版)CA6140车床主轴箱的含图 毕业设计 以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。第1章绪论课题来源随着技术的发展，机床主轴箱的设计会向较高的速度精度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。另外还会改善机床的动平衡，避免震动、污染和噪音等。本设计为CA6140机床的主轴箱。作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛的应用于机械加工行业中。CA6140机床主轴箱的作用就是把运动源的恒定转速改变为主运动执行件所需的各种速度；传递机床工作时所需的功率和扭矩；实现主运动的起动、停止、换向和制动。主轴箱通常主要下列装置和机构组成：齿轮变速装置；定比传动副；换向装置；起动停止装置；制动装置；操纵装置；
密封装置；主轴部件和箱体。根据机床的用途和性能不同，有的机床主轴箱可以只包括其中的部分装置和部件。主轴箱是支承主轴并安装主轴的传动变速装置，使主轴获得各种不同转速，以实现主切削运动。该机床主轴箱刚性好、功率大、操作方便。CA6140机床可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。主轴三支撑均采用滚动轴承；进给系统用双轴滑移共用齿轮机构；纵向与横向进给十字手柄操纵，并附有快速电机。该机床刚性好、功率大、操作方便。研究动态及发展趋势机床设计和制造的发展速度是很快的。原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统设计方法。因此，探索科学理论的应用，科
数控车床主轴箱设计
数控车床主轴箱设计 一、设计题目 Φ400 毫米数控车床主轴箱设计。主轴最高转速4000r/min ，最低转速30r/min ，计算转速150r/min ，最大切削功率5.5kw 。采用交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min ，最高转速4500r/min 。 二、主轴箱的结构及作用 主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。 主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。 三、主传动系设计 机床主传动系因机床的类型，性能，规格尺寸等基本因素的不同，应满足的要求也不一样。再设计时结合具体机床进行具体分析，一般应满足下属基本要求： 1）满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动性能能，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。传动系设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠等。 2）满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。 3）满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性，热变形特性稳定。 4）满足产品设计经济性的要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以节省材料，降低成本。 5）调整维修方便，结构简单、合理、便于加工和装配。防护性能好，使用寿命长。 四、主传动系传动方式 由题目知，我们设计的主轴箱传动方式为交流电动机驱动、机械传动装置的无级变速传动。再者，本题目中对精度要求一般，因此选用集中传动方式。另外主轴箱结构设计只需达到结构紧凑，便于集中操作，安装调整方便即可。 五、电动机的选择 按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调速交流电动机又有多速交流电动机和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。 根据设计要求采用交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min ，最高转速4500r/min 。选用FANUC-S 系列8s 型交流主轴电动机。 六、 计算过程 主轴最高转速4000r/min ，最低转速30r/min ，计算转速150r/min ，最大切削功率5.5kw ； 交流调频主轴电机，其额定转速1500r/min ，最高转速4500r/min ； 主轴要求的恒功率调速范围max 400026.7150 nN i n R n === 电动机的调速范围450031500dN R == 在设计数控机床主传动时，必须要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机恒功率变速范围，所以在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱，以扩大其功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。 根据以上分析，选择交流电动机的型号为： 若取3f dN R ?==，则可得到变速箱的变速级数 99 .2lg /lg ==f nN R Z ψ 所以，Z 可近似取为3，此处我们分别对Z=2、3、4三种情况进行研究，比较。 1） Z=3 根据f nN R Z ψlg /lg =可以得出99.2=f ψ，查表2-5取f ψ的标准值为3.0，dN f R =ψ,即主传动系功率特
Ansys在复合材料结构优化设计中的应用_图文(精)
A一13玻璃钢学会第十六届玻璃钢/复合材料学术年会论文集2006年 Amys在复合材料结构优化设计中的应用 覃海艺,邓京兰 (武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070 摘要:优化设计方法在复合材料结构设计中起着十分重要的作用。本文详细介绍了Ansys两种优化设计方法.目标函数最优设计和拓扑优化设计的过程,并运用目标函数最优设计方法对复合材料夹层结构进行了最优结构层合设计和运用拓扑优化设计方'法对玻璃钢圆凳进行了最佳形状设计。结果证明Ansys优化设计方法在复合材料结构设计中的有效性。 关键词:Ansys;优化设计方法;目标函数最优设计;拓扑优化设计;复合材料 l前言 复合材料是由两种或多种性质不同的材料组成,具有比强度、比刚度高、耐疲劳性能好及材料与性能可设计强等特点,广泛应用于汽车、建筑、航空、卫生等领域。复合材料通过各相组分性能的互补和关联获得优异的性能,因此复合材料各组分之间及材料整体结构的合理布置,充分发挥复合材料的性能已成为设计的关键所在…。Ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术,Ansys强大的优化设计功能已广泛地应用于复合材料制品的结构设计心J。 2Ansys中的优化设计方法【3娟j 2.1目标函数最优设计 “最优设计”是指满足所有的设计要求,而且所需(如重量、面积、体积、应力、费用等的方案最小,即目标函数值最小。也就是说,最优设计方案是一个最有效率的方案。在Ansys中设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸(如厚度、形状(如过
渡圆角的大小、支撑位置、制造费用、自然频率、材料特性等。实际上,所有可以参数化的Ansys选项都可以作优化设计。目标函数最优设计是通过改变设计变量(自变量的数值,使状态变量(设计变量的函数,因变量在满足一定条件时,目标函数(因设计变量的改变而有所改变的值最小。 目标函数最优设计的一般步骤为①生成循环所用的分析文件,该文件须包括整个分析的过程,并满足以下条件:参数化建立模型(PREIy7,对模型进行初次求解(SOLUTION,对初次求解的结果提取并指定状态变量和目标函数(POSTl/POST26;②在Ansys数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数,这一步是标准的做法,但不是必须的(BEGIN或OPT;③进入OPT优化处理器,指定要进行优化设计循环的分析文件(oPT;④声明优化变量:指定哪些参数是设计变量,哪些参数是状态变量,哪个参数是目标函数;⑤选择优化工具或优化算法:优化算法是使单个函数(目标函数在控制条件下达到最小值的传统算法,包括零阶算法和一阶算法;⑥指定优化循环控制方式,每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数,比如最大迭代次数等;⑦进行优化分析;⑧查看设计序列结果(OPT和后处理(POSTl/POST26。 2.2拓扑优化设计 拓扑优化是指形状优化,有时也称为外型优化。拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多作者简介:覃海艺(1980?,男,在读硕士。 49 载荷的物体的最佳材料分配方案。与目标函数最优设计不同的是,拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量是程序内部预定义好的。用户只需给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等和要省去的材料百分比,即可通过优化计算得到结构的最佳外形设计。拓扑优化的目标是在满足结构约束的情况下减少结构的变形能,从而提高结构的刚度,所以在优化中表现为“最大刚度”设计。
机床主轴结构优化设计
机床主轴结构优化设计【教学目标】 1.掌握优化设计方法与传统设计方法在轴设计上的异同 2.学会分析问题 3.掌握确定目标函数、设计变量、约束条件的方法 4.掌握计算方法的选择 【教学重点】 1.学会分析问题 2.掌握确定目标函数、设计变量、约束条件的方法【教学难点】 1.掌握确定目标函数、设计变量、约束条件的方法【教学过程】 一、以工程实际案例引入课题 【比较】轴的传统设计方法 经验法类比法设计更改繁琐且修改量较大 1、按扭转强度条件初步估算轴的直径
2、按弯扭合成强度计算轴的直径 3、按疲劳强度精确校核 4、按静强度条件进行校核 一、数学模型的建立 在设计这根主轴时，有两个重要因素需要考虑。一是主轴的自重；一是主轴伸出端c 点的挠度。 对于普通机床，不要求过高的加工精度，对机床主轴的优化设计，以选取主轴的自重最轻为目标，外伸端的挠度为约束条件。 当主轴的材料选定时，其设计方案由四个设计变量决定。孔径d 、外径D 、跨距l 及外伸端长度a 。由于机床主轴内孔用于通过待加工的棒料，其大小由机床型号决定。不作为设计变量。故设计变量取为 [][]123T T x x x x l da == 机床主轴优化设计的目标函数为 ()()()2213214f x x x x d πρ=+- 再确定约束条件 ()00 g x y y =-≤ 在外力F 给定的情况下，y 是设计变量x 的函数,其值按下式计算 ()23Fa l a y I π+=
()4464I D d π=- ()() ()23130442640 3Fx x x g x y E x d π+=-≤- 刚度满足条件，强度尚有富裕，因此应力约束条件可不考虑。边界约束条件为设计变量的取值范围，即 min max min max min max l l l D D D a a a ≤≤≤≤≤≤ 将所有的约束函数规格化，主轴优化设计的数学模型可表示为： ()()()()()() ()()()()2213223131044221min 32min 42max 53min 14 64/1031/0 1/0 /10 1/0 f x x x x d Fx x x g x y E x d g x x l g x x D g x x D g x x a πρπ=+-+=-≤-=-≤=-≤=-≤=-≤ 二、计算实例。 如图所示的主轴进行优化设计,已知主轴内径d=30mm,外力F=15000N, 许用挠度=0.05mm 。设计变量数n=3, 约束函数个数m=5, 收敛精度
机床主轴箱设计12级转速
1． 机床主要技术参数： （1） 尺寸参数： 床身上最大回转直径： 400mm 刀架上的最大回转直径： 200mm 主轴通孔直径： 40mm 主轴前锥孔： 莫式6号 最大加工工件长度： 1000mm （2） 运动参数： 根据工况，确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得，主轴最低转速有采用W 16Cr 4V 高速钢刀车削铸铁件获得。 n max = min 1000max d v π= 23.8r/min n min = max min 1000d v π =1214r/min 根据标准数列数值表，选择机床的最高转速为1180r/min ，最低转速为26.5/min 公比?取1.41，转速级数Z=12。 （3） 动力参数： 电动机功率4KW 选用Y112M-4型电动机 2． 确定结构方案： （1） 主轴传动系统采用V 带、齿轮传动； （2） 传动形式采用集中式传动； （3） 主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器； （4） 变速系统采用多联滑移齿轮变速。 3． 主传动系统运动设计： （1） 拟订结构式： 1） 确定变速组传动副数目： 实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： A ．12=3*4 B. 12=4*3 C 。12=3*2*2 D ．12=2*3*2 E 。12=2*2*3 方案A 、B 可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有四个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。 根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案C 是可取的。但是，由
于主轴换向采用双向离合器结构，致使Ⅰ轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案D 2）确定变速组扩大顺序： 12=2*3*2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式：A．12=21*32*26B。12=21*34*22 C．12 =23*31*26D。12=26*31*23 E．22*34*21F。12=26*32*21 根据级比指数非陪要“前疏后密”的原则，应选用第一种方案。然而，对于所设计的机构，将会出现两个问题： ①第一变速组采用降速传动（图1a）时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制， 使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小，Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使Ⅰ-Ⅱ轴间中心距加大，而且Ⅱ-Ⅲ轴间的中心距也会加大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。 ②如果第一变速组采用升速传动（图1b），则Ⅰ轴至主轴间的降速传动只能由 后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的极限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。 如果采用方案C，即12 =23*31*26，则可解决上述存在的问题（见图1c）。其结构网如图2所示。
数控机床主轴箱设计
数控机床主轴箱设计 数控机床主轴箱设计 楚海涛 继续教育学院 机电一体化 指导老师：杨建宇 二0一一年十月二日
数控机床主轴箱设计 毕业设计（论文）任务书
摘要 主轴箱为数控机床的主要传动系统，它包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。 本设计采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。通过给定的技术参数来初步设定部分轴、齿轮等单元的结构尺寸，对传动系统进行理论力学分析，精确计算选定尺寸及材料，由电机转速传动至进给系统的参数反馈，校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性完成整体结构设计，最后对齿轮进行了验算以及V型带的、离合器的选择与计算。 通过本次设计，使数控机床结构更加紧凑，性能更加优越，生产加工更加精密，有利于改善数控机床的性能，使得产品的加工更加高效。 关键词：数控机床；主轴箱；交流调速电动机；BESK-8
Abstract For the spindle box of NC machine tool main transmission system which comprises a motor, the transmission system and the spindle, it with ordinary lathe spindle box is relatively simple, only two or three stage gear transmission system, it is mainly used to expand the range of stepless speed regulation of motor, to meet a certain constant power, and speed problems. This design uses the Beijing CNC equipment factory of type BESK-8 AC spindle motor, maximum speed is 4500r / min. Through the given technical parameter to set an initial portion of the shaft, gear unit size, the transmission system of theoretical mechanics analysis, accurate calculation of the selected size and material, the motor speed drive to the feed system parameters feedback, check the selected spindle and rotary shaft size is reasonable to complete the overall structure design, assembly drawing and parts graph.
C6163普通车床主轴箱的设计
C6163普通车床主轴箱的设计 摘要： 车类机床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成型回转表面和回转体的端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于多数机器零件具有回转表面、车床的通用性又较广，因此在机器制造厂中，车床的应用机器广泛，在金属切削机床中所占比重较大，约占机床总台数的20%-35%。作为主要的车削加工机床，C6163车床也广泛应用于机械加工行业中，适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其他旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作，车身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐用。机床主轴孔径大、操作灵便集中、溜板设有滑移机构。机床结构刚度和传动刚度均比较高，功率利用率也比较高，适于强力高速切削。卧式机床的加工对象主要是轴类零件和直径不太大的盘累零件，故采用卧式布局。其主要部件有：主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱以及床身。本设计主要针对C6163机床的主轴箱设计，机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。设计内容主要包括确定机床的主要参数，拟定传动方案和传动系统图，计算和校核了主要零部件，并且利用了专业制图软件进行了零件的设计和处理。 关键词：C6163车床主轴箱零件传动
C6163 lathe spindle box design Abstract: The lathe class machine tool mainly was used in to process each kind of rotation surface,like inside and outside periphery,the circular cone surface,take shape the rotation surface and the gyre end surface and so on,some lathe also can process whorl.Because the most machine part has the rotation surfce,lathe versatility broader,therefore in machine shop, lathe application extremely aidespread,accounts for the proportion in the metal cutting bed to be biggest,approximately composes the machine tool main station number 20%-35%.As the main turning processing machinetool,the C6163 machine tool was widespread used in the machine-finishing procession,it is used in turning inside and outside the turning the round cylinder,taper and gyre,turning each kind of metric system,the British system,the modulus and the diameter festival thread,and can carry on the drill hole and pulls work and so on fuel tank.The lathe bed width to the common lathe,has a higher rigidity,the facade of the lead after middle frequency quenching,so it will be durable.The machine tool main axle aperture is big,the opration agile centralism,the apron is equipped with quickly moves the organization.machine tool structure rigidity and transmission rigidity quite high,the power use factor quite is also high,is suitable for the force high-speed cutting.The horizontal-type machine tool processing object,mainly is the axis class components and the diameter not too big plate class components,therefore uses the horizontal-type layout.Its major component includes:headstock,toolslide,tailstock,feedbox,apron and bed.This design mainly aims at the headstock of the C6163 machine tool.The headsyock of machine tool is a quite complex transmission part.The design content mainly includes determines the machine tool’s main parameter.Draws up the transmission plan and the transmission
数控车床总体设计及其主轴箱设计要点(doc 47页)
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
CA6140主轴箱的设计
1.概述 车床的规格系列和用处 普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床C6140主轴变速箱。主要用于加工回转体。 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79） 工件最大回转直径 D max (mm ) 正转最高转速 n max ( min r ) 电机功率 N （kw ） 公比 ? 转速级数Z 反转 400 1400 5.5 1.41 12 级数Z 反=Z 正/2；n 反 max ≈1.1n 正max 2.参数的拟定 2.1 确定极限转速 n R n n =min max ， 1-=z n R ? 又∵?=1.41∴ 得n R =43.79. 取 n R =45； min /1.31min /45/1400/max min r r R n n n ===，去标准转速列min /5.31min r n =. 2.2 主电机选择 合理的确定电机功率N ，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 已知电动机的功率是5.5KW ，根据《车床设计手册》附录表2选Y132S-4，额定功率5.5kw ，满载转速1440 min r ，最大额定转距2.2。 3.传动设计 3.1 主传动方案拟定 拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。
传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。 3.2 传动结构式、结构网的选择 结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目 级数为Z 的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有1Z 、2Z 、……个传动副。即 321Z Z Z Z = 传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z 应为2和3的因子：b a Z 3?2= ，可以有三种方案： 12=3×2×2；12=2×3×2；12=2×2×3； 3.2.2 传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。 在Ⅰ轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一传动组的传动副数不能多，以2为宜。 主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。 综上所述，传动式为12=2×3×2。 3.2.3 结构式的拟定 对于12=2×3×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为： 6212?3?2=12， 6132?3?2=12， 1422?3?2=12， 2412?3?2=12 3162?3?2=12 1262?3?2=12 由于本次设计的机床错误！未找到引用源。轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大