数控机床主传动系统设计
CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计
__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。
数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。
在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。
然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。
在根据已确定传动比来确定带传动。
通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。
选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。
最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。
然后完成伺服系统的设计。
在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。
设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。
通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。
设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。
关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。
CK6140数控车床主传动系统设计
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。
数控车床的主传动系统设计PPT
在进行动态特性分析时，需要考虑主轴的转速、转矩和刚度等参数，以及传动系统的固有频率和阻尼比等特性。 通过分析这些参数，可以评估主传动系统在加工过程中的稳定性，预测可能出现的振动和噪声问题，并采取相应 的措施进行优化设计。
强度与刚度分析
总结词
强度与刚度分析是评估主传动系统在承受外力和变形时的性能表现，以确保系统的可靠性和稳定性。
总结词：传统设计
详细描述：该实例介绍了一种传统的数控车床主传动系统设计，主要采用齿轮传 动和链传动组合的方式，具有结构简单、可靠性高的优点，但效率较低，适用于 一般加工需求。
实例二：主传动系统的改进设计
总结词：优化设计
详细描述：该实例针对传统主传动系统的不足，进行了优化改进。采用新型轴承和材料，提高了传动效率和稳定性，减少了 维护成本，适用于高精度、高效率的加工需求。
设计目的和意义
设计目的
设计出高效、稳定、可靠的数控车床主传动系统，满足加工精度和效率的要求， 提高生产效率和产品质量。
意义
主传动系统设计的优劣直接影响到数控车床的性能和加工精度，进而影响到整个 机械制造行业的生产水平和产品质量。因此，对数控车床主传动系统进行合理设 计，对于提高机械制造行业的整体水平具有重要意义。
要点二
详细描述
在进行热特性分析时，需要考虑主轴的转速、切削力和材 料导热系数等参数。通过建立热传导模型，可以预测主传 动系统在不同工况下的温度变化和热变形情况。根据分析 结果，可以采取相应的散热措施和热补偿技术，提高系统 的热稳定性和加工精度。
06 主传动系统实例分析
实例一：某型号数控车床主传动系统设计
高耐磨材料
选用高耐磨材料，如陶瓷和硬质 合金，以提高主传动系统的使用 寿命和可靠性，减少维护成本。
数控机床的主传动系统方式
数控机床的主传动系统方式
1、数控机床对其主传动系统要求：
机床原点、坐标系和参考点
1）调速功能
2）功率要求
3）精度要求
4）动态响应性能
2、主传动方式
主轴在数控机床机械结构中起了非常重要的地位，如图1所示。
图数控机床的主轴系统
数控机床的主传动方式主要有三种：
1）带有二级齿轮变速的主传动方式。
2）通过定比传动的主传动方式，如1所示，主轴电机经定比传动传递给主轴，定比传动采用齿轮传动或带传动。
3）由主轴电机直接驱动的主传动方式，如图2所示。
图2 同步齿形带主传动方式图3 电主轴（电机直接驱动的主传动方式）
3、主轴部件结构
数控机床的主轴部件包括主轴、主轴的支承轴承和安装在主轴上的传动零件等。
主轴部件是机床的重要部件，其结构的先进性已成为衡量机床水平的标志之一。
4、主轴部件的支承
机床主轴带着刀具或夹具在支承件中作回转运动，需要传递切削扭矩，承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。
数控机床主轴支承根据主轴部件的转速、承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。
5、主轴的准停装置
主轴的准停是指数控机床的主轴每次能准确停止在一个固定的位置上。
CK6136数控机床主传动系统设计
摘要本文主要是数控车床主传动系统，主驱动系统，这样的设计可以用于普通车床修改，以适应中国的机床工具行业的发展及目前的状态，具有一定的经济效益和社会效益。
这个完整的设计包括原始数据，根据一些（包括机器类型，大小等），结合实际条件和情况制定一些参数上的车床，根据建议的参数比较，以确定传输方案，传输方案。
然后传输和副齿轮齿的传动比的计算，然后估计弹性模量和齿轮轴轴，齿轮和轴的强度和刚度，以进行检查。
此外，还橱柜的主要结构设计，零部件的数量的选择，从而完成整个主驱动系统的设计。
关键词：数控车床；主传动系统；设计AbstractThis article is mainly CNC lathe main drive, the main drive system, this design can be used for ordinary lathe modified to adapt to China's machine tool industry development and current status, with certain economic and social benefits.The complete design, including raw data, according to some (including machine type, size, etc.), combined with the actual conditions and circumstances to develop some of the parameters on the lathe, according to the recommended parameters compared to determine the transmission scheme, transmission scheme. Then the pinion gear transmission and the transmission ratio calculation, and then estimate the elastic modulus and the gear shaft axes, gears and shaft strength and rigidity to be checked. In addition, the design of the main structure of the cabinet, the choice of the number of parts, thereby completing the main drive system design.Keywords：NC machine tool；main driving system；design目录引言 (4)第1章总体设计方案拟定 (6)1.1拟定主运动参数 (6)1.2运动设计 (6)1.3动力计算和结构草图设计 (6)1.4轴和齿轮的验算 (6)1.5主轴变速箱装配设计 (6)第2章参数拟定 (7)2.1车床主参数(规格尺寸)和基本参数 (7)2.2各级转速的确定 (7)第3章运动设计 (8)3.1主拟定传动方案 (8)3.2传动方案的比较 (8)3.3各级传动比的计算 (9)3.4各轴转速的确定方法 (11)3.5转速图拟定 (12)第4章动力计算 (13)4.1齿轮的计算 (13)4.2电磁离合器的选择和使用 (19)第5章轴的设计和验算 (21)5.1轴的结构设计 (21)5.2轴的强度校核(以I轴为例) (21)5.3轴的刚度校核(以I轴为例) (25)第6章主轴变速箱的装配设计 (28)6.1箱体内结构设计的特点 (28)6.2设计的方法(以轴的布置为例) (28)第7章结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)引言这次毕业设计中，我所从事设计的课题是CK6136型数控车床主传动机构设计。
第二节数控机床主传动系统
电磁离合器—— 应用电磁效应接通或切断运动的元件，便于实现 自动操作，已成为自动装置中常用的执行元件。
电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变 速机构，通过若干安装在各传动轴上的离合器的吸合 和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴 的变速。
例子： 1、数控镗床主轴箱中使用的无滑片式电磁离合器。 2、啮合式电磁离合器（亦称为牙嵌入电磁离合器）。
第二节 数控机床主传动系统
一、数控机床的主传动变速 二、数控机床的主轴部件 三、数控机床的主轴材料和热处理 四、主轴内刀具自动夹紧、切屑清除装置 五、主轴准停装置
一、数控机床的主传动变速
一）数控机床变速方式 二） 数控机床主传动系统的三种配置方式
1、带变速齿轮的主传动 液压拨叉变速 电磁离合器
2、通过皮带传动的主传动 3、由调速电机直接驱动的主传动 三）数控机床主传动装置的特点 四）主传动变速设计
结构特点：是在摩擦面上做成一 定的齿形，以提高所能传递的力 矩。当线圈1通电后，带有端面齿 的衔铁2被引吸和磁轭8的端面齿 互相啮合。衔铁2又通过渐开线齿 形花键与定位环5联接，再通过螺 钉7传递给齿轮（图中未示出）。 其中，隔离环6是为了防止磁力线 从传动轴通过构成回路，而削弱 电磁吸力。衔铁2和定位环5采用 渐开线花键联结，保证了衔铁与 传动轴的同轴度，使端面齿能更 可靠地啮合。采用螺钉3和压力弹 簧4的结构能使离合器的安装方式 不受限制，不管衔铁使水平还是 垂直、向上还是向下，安装都能 保证合理的齿面间隙。
无滑片式电磁离合器：
优点：省去了电刷，避免了磨损和接触不良所带来的故障， 因比较适用于高速运转的主运动系统。由于采用摩 擦片来传递扭矩，所以允许不停车变速。
缺点： 变速时产生大量的摩擦热；且由于线圈和铁芯是静止 不动的，因此必须在旋转的套筒上安装滚动轴承7， 这样加大了离合器的的径向尺寸。此外，这种摩擦离 合器的磁力线（图中的虚拟）通过钢质的摩擦片，在 线圈断电之后会有剩磁，增加了离合器的分离时间。
XKA5750数控铣床主传动系统设计
XKA5750数控铣床主传动系统设计数控铣床是一种利用数控技术实现自动加工的机床。
在数控铣床中，主轴传动系统是非常重要的部分，它的设计和性能直接影响到加工的质量和效率。
本文将重点讨论XKA5750数控铣床主传动系统的设计。
主轴传动系统是数控铣床的核心部分，它负责提供主轴的旋转运动。
在设计主轴传动系统时，需要考虑以下几个关键因素：1.主轴驱动方式：主轴传动系统可以采用直接驱动或间接驱动方式。
直接驱动方式将电机直接连接到主轴上，可以提高传动效率和刚性，但也增加了设备成本。
间接驱动方式则采用中间驱动装置，可以提供更高的扭矩输出，适合加工大型和重型工件。
2.主轴转速范围：主轴转速范围决定了数控铣床的加工能力。
一般来说，数控铣床的主轴转速要能够满足不同加工要求的需求，包括高速切削和低速高力矩加工。
3.主轴传动方式：主轴传动系统可以采用带或齿轮传动。
带传动方式结构简单，运行平稳，但传输效率较低，适用于低功率和低转速的场合。
齿轮传动方式转矩传递效率高，适用于高功率和高转速的场合，但噪声和振动较大。
在设计主轴传动系统时，需要根据实际需求综合考虑。
4.主轴刚性和精度：主轴传动系统的刚性和精度直接影响到加工的精度和表面质量。
刚性主要取决于电机选型、传动装置的稳定性和主轴轴承的刚度。
精度则受到主轴轴承精度、传动装置的误差和传感器的精度等影响。
为了确保主轴的刚性和精度，我们可以选择高性能的电机和精密的轴承，并采用优质的传动装置。
同时，还可以配备传感器和控制系统，实时监测主轴的运行状态，确保其稳定性和精度。
总之，XKA5750数控铣床主传动系统的设计需要综合考虑驱动方式、转速范围、传动方式、刚性和精度等因素，以满足不同加工要求。
在设计过程中，需要选择合适的设备和配件，进行系统优化和调试，以达到最佳的加工效果。
第3章数控机床主传动系统设计
3.3无级变速传动链的设计
数控机床的主运动广泛采用无级变速 。 无级变速优势： 在一定范围内，转速(或速度)能连续地变 换，从而获取最有利的切削速度。 数控机床一般都采用由直流或调速电动 机作为驱动源的电气无级调速。
(2)主要设计内容:
拟定结构式或结构网; 拟定转速图， 拟定各传动副的传动比; 确定带轮直径、齿轮齿数; 布置、排列齿轮，绘制传动系统图。
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2. 1转速图的概念
转速图由“三线一点”组成，即传动轴线、转速 线、传动线和转速点。
3. 2 分级变速主传动系统设计
由Z, φ, n1可知主轴的各级转速应为: 31.5, 45, 63, 90, 125, 180, 250，500、710、 1000、1400。
2)变速组和传动副数的确定 :
变速组和传动副数可能的方案有: 12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3
3. 2 分级变速主传动系统设计
②绘制转速图: A、 本例所选定的结构式共有三个变速 组，变速机构共需4根轴，加上电动机轴 共5根轴，(电动机到I轴为定比带传动)故 转速图需5条竖线。主轴共12级转速，电 动机轴转速与主轴最高转速相近，故需 12条横线。然后，标注主轴的各级转速 及电动机轴的转速。
3. 1 主传动系统设计概述
（2)按传动装置类型 可分为机械传动装置 液压传动装置 电气传动装置 以及它们的组合
3. 1 主传动系统设计概述
(3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。 分级变速传动是在一定的变速范围内均 匀、离散地分布着有限级数的转速，变 速级数一般不超过20~30级。 分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交 换齿轮变速和离合器(如摩擦片式、牙嵌 式、齿轮式离合器)变速。
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传动系统设计方案的简洁表达方式: (1)结构网(2)结构 网
结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转速 的绝得值.
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2. 2变速规律 一些术语:
1)级比 :同一变速组内相邻两传动比之比 2)级比指数 :相邻两传动比相距的格数称为级比
指数 3)基本(变速)组 :变速组的级比指数为1 4)扩大(变速)组 :起变速扩大作用的变速组
xi
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2. 2变速规律 机床主轴多级转速是由数个变速传动组(简称变速组或传动组)串联实现的。 这是主传动变速系统的基本形式，称为基型变速系统(或常规变速系统)，即
以单速电动机驱动，由若干变速组串联，使主轴得到既不重复又排列均匀(指 单一公比)的等比数列转速的变速系统。
3. 2 分级变速主传动系统设计
(1)机床主传动运动设计的任务
按照已确定的运动参数、动力参数和传动
方案，设计出经济合理、性能先进的传动系统。
(2)主要设计内容:
拟定结构式或结构网;
拟定转速图，
拟定各传动副的传动比;
确定带轮直径、齿轮齿数;
布置、排列齿轮，绘制传动系统图。
3. 2 分级变速主传动系统设计
第3章 数控机床主传动系统设计
3. 1 主传动系统设计概述 3.1.1数控机床主传动系统的特点
①转速高、功率大。 ②变速范围宽。
③主轴变速迅速可靠。 ④主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。
3. 1 主传动系统设计概述
3.1.2主传动系统的设计要求 ①主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开
停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。 ②主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以
满足机床的动力要求。
3. 1 主传动系统设计概述
3.1.2主传动系统的设计要求 ③主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变
形和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。 ④操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。 ⑤结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。
Rn=r0r1….ri…..rj
主轴的转速级数为Z=p0p1p2…. (Pi为变速组的传动副数)
3. 2 分级变速主传动系统设计
各变速组的级比、级比指数和变速范围的数值见表3-1 :
主轴的转速范围(或变速范围)Rn，等于各变速组的变速范围的乘积. 主轴的转速级数为Z=p0p1p2….
3. 2 分级变速主传动系统设计
5)变速组的变速范围:该变速组的最大传动比iimax与最小传动比 iimin之比
xi
ri
ii max ii min
xi ( pi 1)
:变速组内相邻两传动比之比(级比)
xi-----相邻两传动比相距的格数(级比指数)
3. 2 分级变速主传动系统设计
主轴的转速范围(或变速范围)Rn:等于各变速组的变速范围ri的乘积 :
调速交流电动机驱动和交流伺服电动机驱动。 调速交流电动机动又有多速交流电动机驱动和变
频调速交流电动机驱动。 驱动方式的选择主要根据变速形式和运动特性要
求来确定。
3. 1 主传动系统设计概述
（2)按传动装置类型 可分为机械传动装置 液压传动装置 电气传动装置 以及它们的组合
3. 1 主传动系统设计概述
3. 1 主传动系统设计概述
（4）内装电动机主轴传动
这种主传动方式大大简化了主轴的结构，有效地 提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电 动机发热对主轴影响较大。
3. 1 主传动系统设计概述
3.1.4主传动系统的类型 (1)按动力源的类型 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分为单速交流电动机驱动、
能在运转中变速，便于实现变速自动化；能在负载下变速，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。
无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器 实现。
3. 1 主传动系统设计概述
数控机床和大型机床中，有时为了在变速范围内，满足一定恒功率和恒转矩 的要求，或为了进一步扩大变速范围，常在无级变速器后面串接机械分级变 速装置。
3. 2. 1转速图的概念
转速图由“三线一点”组成，即传动轴线、转速 线、传动线和转速点。
3. 2 分级变速主传动系统设计
转速图可以清楚地表示: 主轴各级转速的传动路线; 主轴得到这些转速所需的变速组数目及每个变速组中的传动副数; 各个传动比的数值; 传动轴的数目; 传动顺序及各轴的转速级数与大小。
（2）通过带传动的主传动
电动机本身的调速就能够满足要求，不用齿轮变 速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适 用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是V带 和同步齿形带。
3. 1 主传动系统设计概述
3. 1 主传动系统设计概述
（3）两个电动机分别驱动主轴
高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转，低速时， 另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿 轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功 率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不 够且电动机功率不能充分利用的缺陷。
3. 1 主传动系统设计概述
3. 1. 3数控机床主传动系统配置方式 （1）带有变速齿轮的主传动 :
通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，以满足主轴低速 时对输出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机 无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。
3. 1 主传动系统设计概述
3. 1 主传动系统设计概述
(3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。 分级变速传动是在一定的变速范围内均匀、离散地分布着有限级数的转速，
变速级数一般不超过20~30级。 分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器(如摩擦片式、
牙嵌式、齿轮式离合器)变速。
3. 1 主传动系统设计概述
无级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；