机床主轴传动的设计过程
(完整版)数控车床主轴设计
绪论随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。
数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。
它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视。
现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。
实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。
本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计、计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
一、设计题目及参数1.1 题目本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。
它主要由主轴箱，主轴，电动机，主轴脉冲发生器等组成。
我主要设计的是主轴部分。
主轴是加工中心的关键部位，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响，因此，在设计的过程中要多加注意。
主轴前后的受力不同，故要选用不同的轴承。
1.2参数床身回转空间400mm尾架顶尖与主轴端面距离1000mm主轴卡盘外径Φ200mm最大加工直径Φ600mm棒料作业能力50～63mm主轴前轴承内和110～130mm最大扭矩480N·m二、主轴的要求及结构2.1主轴的要求2.1.1旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷，低转速的条件下，主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。
主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔的的制造，装配和调整精度。
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。
第三章数控机床的主传动系统
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。
机床主传动设计
通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需 要变速。因此需确定它的变速范围，即最低与最高转速。
1）.主轴最低（nmin）和最高转速（nmax）的确定
根据公式有：
nm in
1000 vm in
d m ax
nm ax
1000 vmax
2 、主电动机和传动机构须能供给和传递足够的功率和扭 矩，并具有较高的传动效率。
3、执行件（如主轴组件）须有足够的精度、刚度、抗振 性和小于许可限度的热变形和温升。
4 、噪声应在允许的范围内。 5、 操纵要轻便灵活、迅速、安全可靠，并须便于调整和 维修。 6 、结构简单、润滑与密封良好，便于加工和装配，成本 低。
此表不仅可用于转速、双行程数和进给量数列，而且也可用于机床 尺寸和功率参数等数列。表中的数列应优先选用。
图 7 1
3、公比的选用 a.对于通用机床，为使转速损失不过大，机床结构又不过于
复杂，一般取Ф=1.26或1.41。
b.对于大批量生产用的专用机床，自动化机床公比应取小些， 这些机床的生产率高，转速损失的影响显著，一般取 Ф=1.12或1.26
dm in
nmax和nmin的比值是变速范围Rn:
Rn nm ax nm in
注意：dmax和dmin不是机床上可能加工的最大和最小直径， 而是经济加工的最大和最小直径 （即不是理论上的最大和 最小直径），通常可取dmax= KD ； dmin=Rd dmax
最大加工直径dmax =( 0.5-0.6)D 最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax
例：
以Ø 400mm普通车床为例，计算其主轴的极限转速。 (1)计算主轴最高转速nmax：
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。
机床主传动系统设计说明书
目录1.摘要 (3)2.绪论 (3)3．设计计算 (3)3.1车床的规格系列和用处 (3)3.2操作性能要求 (4)4.主动参数参数的拟定 (4)4.1 确定传动公比φ (4)4.2 主电动机的选择 (4)5.变速结构的设计 (4)5.1 主变速方案拟定 (4)5.2 变速结构式、结构网的选择 (4)5.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目 (5)5.2.2 变速式的拟定 (5)5.2.3 结构式的拟定 (5)5.2.4 结构网的拟定 (5)5.2.5 结构式的拟定 (6)5.2.6 结构式的拟定 (6)5.2.7 确定各变速组变速副齿数 (8)5.2.8 绘制变速系统图 (9)6.结构设计 (9)6.1 结构设计的内容、技术要求和方案 (9)6.2 展开图及其布置 (9)6.3 I轴（输入轴）的设计 (10)6.4 齿轮块设计 (10)6.5 传动轴的设计 (10)6.6 主轴组件设计 (12)6.6.1 各部分尺寸的选择 (12)6.6.2 主轴材料和热处理 (12)6.6.3 主轴轴承 (12)6.6.5 润滑与密封 (13)6.6.6 其他问题 (14)7.传动件的设计 (14)7.1 带轮的设计 (14)7.2 传动轴的直径估算 (17)7.2.1 确定各轴转速 (17)7.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径 (17)7.2.3 键的选择 (18)7.3 传动轴的校核 (18)7.3.1 传动轴的校核 (19)7.3.2 键的校核 (19)7.4 各变速组齿轮模数的确定和校核 (20)7.4.1 齿轮模数的确定 (20)7.4.2 齿宽的确定 (24)7.5 带轮结构设计 (25)7.6 片式摩擦离合器的选择和计算 (26)7.7 齿轮强度校验 (28)7.7.1 校核a变速组齿轮 (29)7.7.2 校核b变速组齿轮 (30)7.7.3 校核c变速组齿轮 (31)7.8 轴承的选用与校核 (33)7.8.1 各轴轴承的选用 (34)7.8.2 各轴轴承的校核 (34)8.主轴组件设计 (34)8.1 主轴的基本尺寸确定 (34)8.1.1 外径尺寸D (34)8.1.2 主轴孔径d (35)8.1.3 主轴悬伸量a·····················································358.1.4 支撑跨距L (36)8.1.5 主轴最佳跨距L0的确定 (37)8.2 主轴刚度验算 (38)8.2.1 主轴前支撑转角的验算 (38)8.2.2 主轴前端位移的验算 (39)9.心得体会及参考文献 (40)第一部分机床主传动系统设计1.摘要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。
机床主传动设计第八讲
2. 滑移齿轮变速机构
优点：变速范围大，变速级数也较多；在较大的变速范 围内可传递较大的功率和扭矩；因而空载功率损失较小等。 缺点：变速箱的构造复杂，不能在运转中变速，为使滑 移齿轮容易进入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，传动平稳性 不如斜齿轮传动等。
Metal Cutting & Machine Tools
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切削机床主传动方案选择
二、变速方式选择 3. 离合器变速机构
安排离合器的位臵应注意以下几个方面： 1）尽量减小离合器的尺寸；
2）避免出现超速现象；
3）要考虑到结构上的因素； 4）各种变速机构的组合；
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切削机床主传动方案选择
四、制动方式选择
2. 机械制动
1）闸带式制动器 结构简单，轴向尺寸小，操纵杠杆应作用于闸带的松边 ，使操纵力小且制动平稳。但制动时闸轮受到较大的单侧压力 ，对所在传动轴有不良影响，故用于中小型机床。
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nmin
1000 vmin d max
nmax
1000 vmax d min
nmax和nmin的比值是变速范围Rn:
nmax Rn nmin
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切削机床主传动参数拟定
2) 主轴转速数列 目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速 确定后，还需确定中间转速。 如某机床的分级变速机构共有Z 级，其中n1=nmin，nz=nmax ，Z 级转速分别为：n1,n2,n3,……, nj, nj+1,……,nz. 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为v ,则相 应的转速位n。通常，分级变速机构不能恰好得到这个转速， 而是处于某两极转速 nj与nj+1之间：
机床主传动设计举例
查表的步骤如下：
u1=1/2，u2=1/1.41，u3=1。
1）在u1、u2、u3中找到出现zmin的传动比u1。
2）避免根切和结构设计需要，取Zmin=22。 3）找出u1=1/2的倒数2一行中找到 Zmin=22时，查 到Smin＝66。 4）找出可能采用的齿数和 Sz 各种数值。必须同 时满足各传动比要求 Sz= 72，84，90，92，100，·····。
按基本组的级比指数x0=1，第一扩大组的级比指 数 x1=3，第二扩大组级比指数 x2=9，画出各变速组 的传动比连线图2- 7，画出全部传动比连线图 2- 8。
齿轮的齿数设计举例
同一变速组中齿轮的模数相同时 齿轮齿数的确定 1.计算法
• zmin在降速比最大的传动副u1中，即z1=zmin
Z1-Z2=4 可使次大齿轮的齿顶圆减小一点
Z1-Z2<4 在不加大齿数和时，可从齿轮的排列上解决。 变位齿轮.
双联齿轮不存在此问题
同一变速组中齿轮的模数不同时 齿轮齿数的确定
当变速组的齿轮传动比相差很大时，各传 动副上受力差别也很大，如最后扩大组或 背轮传动中，齿轮副的速度变化大，受力 差别也大，这时为了得到合理的结构尺寸， 可以采用不同模数的齿轮副。 最多只采用二种模数
不需增加降速的定比传动副
为使中间的二个变速组降速缓慢，减少
结构的径向尺寸，在轴 I到轴II间增加一 对26／54的降速传动
有利于变型机床的设计
4.分配各变速组的最小传动比, 拟 定转速图
（1）轴 IV-V 的最小传动比：主轴上的齿轮希望大一
些，能起到飞轮的作用，最后一个变速组的 umin 取 极限值1／4，公比=1.26，1.266=4， （2）其余变速组的umin根据“前缓后急”的原则。 （3）画出各变速组的传动比连线
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机床主传动的设计过程：
第一，分析所有设计机床的需要什么样的成型运动，以及分析其主运动的形式，进给运动的形式。
第二，根据的运动形式画出其最为合理的传动原理图。
第三，根据所加工的工件的材质范围，以及工件的加工精度，根据切削用量手册，确定其主轴的转速（或者直线速度）范围，并求出其输出的最大功率。
第四，根据你要设计的机床类型和输出要求，初选电机系列。
第五，根据所选的电机系列和主运动的速度范围，初步确定传动系统图。
并估算出电机所有提供的最大功率，然后查所选电机系列的使用参数，选出需要
的电机。
第六，根据所要的电机，以及机床的输出范围，确定传动系统图。
第七，根据确定的传动系统图，初步设计计算传动件（主要是齿轮和轴）：1）首先估算齿轮的最小模数，传动轴的最小直径；
2）然后根据上述的计算，合理布置传动件的位置和确定各传动件的基本参数。
3）然后根据所确定的基本参数校核各传动件；
4）然后初选其支撑件，并校核其刚度；
5）确定润滑类型，并大致设计器润滑方案；
6）选择密封件以及连接件；
机床设计中应注意的问题：
第一，选择电机功率时，应根据机床的计算转速来选择电机的功率；（计算转速是机床恒功率输出时的最小转速。
第二，机床所有传动件的设计是按刚度原则设计的；（因为机床的精度要求很高，所以对零件的刚度很高的要求，总之，机床传动件的主要失效形式是变形，变形会对机床精度产生很大的影响。
）
第三，在机床设计中，齿轮传动的传动比范围为0.25—2，在齿轮传动设计中，尽可能的选择降速传动，因为升速传动会产生噪音和振动，所以了为了防止产生过大的噪音和振动，其传动比必须小于2，但是传动比太小会是主轴箱的尺寸增大，所以传动比需大于0.25；但是在最后一级传动时，即一般传动轴到主轴传动时，其传动比可以适当的减小，因为主轴直径一般相对较大，小的传动比不会引起尺寸的增加。
第四，在设计铣床时，由于铣削加工是断续加工，为了防止断续切削时产生振动，往往在主轴的接近轴头的大齿轮上加配重盘，以增加主轴旋转的惯性，减
小振动。
第五，在精密机床的设计过程中，尽可能的把原动件、传动件，与加工部分分开，可以减少原动件和传动件的振动，以增加机床的加工精度。
、
第六，在设计传动链时，在满足要求的前提下，根据误差复映规律，应尽可能使最后一级的传动比小，这样可以减少传动件和原动件的误差对加工精度的影响。
第七，主轴上的支撑件均采用过定位，以增加主轴的精度，进而保证机床的加工精度。
第八，主轴的设计时，是根据输出功率，用类比法，按照经验初步确定其轴颈直
径尺寸。
我觉得复试可能要提问的问题：
第一，重点复习车床，铣床，滚齿机着三类机床
第二，重点复习一下主轴组件。
第三，卸荷带轮的卸荷原理？
第四，什么是外联系传动链和内联系传动链？
第五，双向多片摩擦式离合器的工作原理？
第六，齿轮的加工方法有哪些？（成形法（主要包括铣齿机，刨齿机和插齿机）和展成法（滚齿机））
第七，滚齿机的滚齿原理？以及如何产生切削运动的？
第八，滚齿机的进给运动有哪些？
第九，滚齿机如何该如何加工斜齿轮的？
第十，在数控传动链中影响传动精度的原因有哪些？（制造精度、换向间隙、响应时间）第十一，传动齿轮间隙的消除机构有哪些？（1、偏心套筒消除齿侧间隙；2、双片薄齿轮错位消除尺侧间隙；3、两薄斜齿轮轴向垫片消除侧向间隙；4、两薄斜齿轮轴向压簧消除齿侧间隙）
第十二，主轴轴承的精度等级有哪些？（P2、P4、P5三级。
另有规定SP和UP级作为补充）。
第十三，重点复习一下滚珠丝杠；
第十四，复习数控工作原理。