数控车床主传动链设计
数控车床主轴箱设计--.doc
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。
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。
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。
数控机床的机械结构与传动
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的选用
滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。
根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。
主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.2 主轴部件的结构
主轴部件的支撑与润滑
机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。
常用卡盘结构
数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。
第四节 数控机床的进给传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
4.2 数控机床进给传动系统的基本形式
实现直线进给运动主要有三种形式： 1）通过丝杠螺母副，将伺服电动机的旋 转运动变成直线运动。 2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的 旋转运动变成直线运动。 3）直接采用直线电动机进行驱动。
减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹
紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.1 主传动的基本要求和变速方式
CK6136数控卧式车床机械结构设计(有cad图)
目录1 数控车床的加工特点分析 (1)1.1 数控车床的优点 (2)1.2 数控车床加工特点 (2)1.3 适合数控车床加工的零件 (3)2 总体方案设计 (4)2.1 主传动的组成部分 (5)2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 (6)2.3 机床参数的拟定 (6)2.4 各组成部件的特性与所应达到的要求 (9)3 机床主传动设计 (11)3.1 主要技术参数的确定 (11)3.2 电动机的选择 (19)3.3 齿轮传动的设计计算 (20)3.4 轴的设计计算 (22)4 横向进给系统的设计计算 (34)4.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算 (34)4.2 步进电机的选择 (38)5.1 绘制控制系统结构框图 (41)5.2 选择中央处理单元（CPU）的类型 (42)5.3 存储器扩展电路设计 (42)5.４I/O接口电路及辅助电路设计 (43)参考文献 (48)致谢 (49)附录 (50)1 数控车床的加工特点分析1.1 数控车床的优点数控车床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通车床无法比拟的优势，数控车床主要有以下几优点：（1）传动链短，与普通车床相比主轴驱动不再是电机皮带齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。
（2）刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控车床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。
（3）轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。
丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。
1.2 数控车床加工特点（1）自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。
数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督车床运行。
但是，由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。
(完整版)CK6163型数控车床主传动系统设计_毕业设计
CK6163型数控车床主传动系统设计第1章、机床的主要参数的确定1.1尺寸参数1.1.1主参数床身最大工件回转直径Φ630mm([1] P)1.1.2基本参数刀架上最大工件回转直径Φ320主轴通孔直径Φ80主轴头号B型 B型11号主轴前端孔锥度公制100号装刀基面至主轴中心距离根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材精车外圆时，主轴转速最高，据经验，并参考切削用量资料，取V max=200mmin,取R=0.5，R d=0.2，则d=R·D=0.5×630=315mm ([2] P)d=Rd·d=0.2×315=63mm ([2] P)n==1010rmin ([2] P)1.2.1.2计算n根据分析，用高速钢车刀粗车合金钢材料的梯形螺纹（丝杆），主轴转速最低。
根据调查，Φ630mm数控车床加工丝杆的最大直径为70mm。
根据经验，并参考切削用量资料，取V=7m min，则：n==32 rmin ([2] P)访问若干个使用Φ630数控车床的使用部门，了解并统计了这些机床的主轴转速如下：加工轴类零件n=400～900rmin加工盘形零件 n=150～300rmin机修工作n=80～150rmin车大导程螺纹n=32～63rmin最后综合地分析比较计算和调查所得的结果，对主轴的最高转速，计算结果为1010rmin，调查结果900rmin，根据用户需要并留有发展余地，取所设计机床的主轴最高转速为1000rmin，最低转速为32rmin。
1.2.2主轴转速级数的确定1.2.2.1主轴转速数列公比φCK6163数控车床适中、小型通用机床，取φ=1.26 ([2] P)1.2.2.2主轴转速的级数Z==+1= ([2] P)1.3动力参数主电动机功率的确定：1.3.1计算法负荷切削规范切削速度V=min /m 102100012526014.31000dn =⨯⨯=∏([2] P) 主切削力=kgf f a F p 5005.05200=⨯⨯=⨯⨯（查表，用硬质合金刀具加工中碳钢料时，F=200,加工铸铁时F=180，P= ([2] P),机床电机功率≥kw P mc28.14~76.1185.0~7.010==η）([2] P),其中Fc 主切削力，F —单位面积的切削力 1.3.2调查研究法参照普通车床CW6163B 主电机=11kw ，考虑数控车床加工特点和生产实际情况，故选用CK6163数控车床主电机功率为=13kw 。
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。
主轴驱动基本要求
主轴驱动基本要求一．对主传动的要求数控机床与普通机床一样，有主运动及进给运动。
相应地，存在着主传动链及进给传动链。
由于数控机床的高自动化及高精度，对主运动提出了更高的要求。
1．转速高，功率大：数控机床对工件能完成大切削用量的粗加工及高速旋转下的精加工。
粗加工时，扭矩大；精加工时，转速高。
而数控机床的功率P=T•N，无论是T大，还是N大，都会使得功率大。
2．变速范围宽，且能实现无级变速：满足不同的加工要求，就要有不同的加工速度。
由于数控机床的加工通常在自动的情况下进行，尽量减少人的参与，因而要求能够实现无级变速。
3．实现恒切削速度加工：在加工端面时，为了保证端面稳定的加工质量，要求工件端面的各部位能保持恒定的线切削速度。
设：主轴的恒定的旋转速度为N，线速度V=N•ΠD，即随着直径的减少，V也在减少，为了获得稳定的线速度，随着加工的进行，通过调节主轴的转速N使得保持恒定的线切削速度。
4．主传动链尽可能短：传动链越短，则累积误差越小。
5．实现刀具的快速或自动装卸：主运动是刀具旋转运动的数控机床，由于机床可以进行多工序加工，工序变换是时刀具也要更换，因此要求能够自动换刀。
二．主运动的变速方式及实现1．分段无级变速：•实现：交流或直流无级变速电机+齿轮变速•适用范围：适用于大、中型数控机床，特别是粗加工的场合。
确保低速时主轴输出大扭矩特性的要求。
•无级变速电机的特性：从图中可以看出，无级变速电机低速时为恒扭矩输出；高速时为恒功率输出。
2．通过带传动的主传动：•实现：交流或直流无级变速电机+同步带传动•适用范围：适用于小型数控机床，特别是低扭矩特性要求的主轴•带传动：同步带是一种综合了带、链传动优点的新型传动。
同步带的结构如图所示，带的工作面及带轮的外圆上均制成齿状，通过带轮与轮齿相啮合，作无滑动的啮合传动。
•带传动的优点：ａ．无滑动，传动比准确。
ｂ．传动效率高，可达98﹪。
ｃ．传动平稳，噪声小（带传动具有吸振的功能）。
车床主轴电动机与润滑油泵电动机的控制电路11(1)
摘要机床电气控制线路设计是高职机械专业学生学完大学的课程后进行的，学生已经掌握了机械制造、机械加工的一些基本技能，从事机床电气控制线路的设计是对以前所学电气知识的综合回顾和复习，以后对各种机床控制电路都可触类旁通，能自己动手设计和改进相应电路，也能排除相关电气故障。
主轴机必须在油泵开动后才能开动。
主轴机实现正反转,并采用定子绕组串电阻降压起动,由速度继电器完成起动到运行的过渡。
停车时,必须主轴机先停机,然后油泵机才能停机。
可以两台电动机同时停机。
任何一台过载,两台电动机均停车。
有电路,零压,过载保护。
有照明及必要的灯光显示。
关键词CA6140 机床控制线路前言CA6140型普通车床目前多用于现代化大中型制造业的成批生产车间，更多应用于生产线上。
其有较好的生产率和一定的使用性能，可很方便地车削常用的公制螺纹。
此外，其比万能型车床有较好的刚度和抗振性，能适应现代刀具发展的高速切削和强力切削。
同时，该机床还结构简单，便于工人操作，另外又可在其上方便地安装附件或自动化装置，从而实现自动或半自动车削。
普通车床靠齿轮和普通丝杠螺母传动。
由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确因此重复精度较低。
普通车床测量时需停车后手工测量，测量误差较大，而且效率低下，。
适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。
它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工资水平高。
低水平工人的废品率和生产率会让你头疼。
数控车床靠步进电机带动滚珠丝杠传动，由于滚珠丝杠可以有过盈量，传动无间隙，精度主要靠机床本身和程序保证。
在加工过程中可以自动测量，并能自动补偿刀具磨损及其他原因产生的误差。
所以加工质量好，精度稳定。
还可以用编程的方法车出形状复杂，普通车床难以加工的零件。
适合精度高，批量大，形状复杂的零件。
但小批量生产也很好用。
它的维修费用较普通车床高。
立车主要用于大件，它的主轴是垂直的。
立车也有数控的。
由于高技术水平的人才越来越缺，现在新上的企业多采用数控，以提高生产率和产品质量，降低废品率和成本。
QD-JD 3.5 无级变速主传动系统
(1)设Z＝2，传动比i1、i2；且i1＞i2，则级比 φ＝i1 /i2＝RF； 要使主轴转速连续，功率无缺口的条件是 φ≤RDP(即RF ≤RDP)，这与要求主轴恒功率区 变速范围Rnp尽量大相矛盾，否则主轴转速 不连续，功率有缺口。 如图2所示
图2
图3
由图2看出，采用一个Z＝2的变速组(即Ⅱ 轴为主轴)，只有级比φ≤ RDP时主轴恒功率 区转速连续，但主轴Rnp很小，不能满足机 床要求。 若再增加一个Z＝2的传动组，(如图2Ⅱ— Ⅲ轴)，主轴(Ⅲ轴)Rnp扩大范围很宽，但要 经常换档且操纵机构复杂，主轴转速不连 续，功率有缺口，因此不可取。
7). 设计主传动系统图
设计主传动系统较为简 单，采用一级齿轮(或带轮) 定比传动和三联滑移齿轮 变速组实现分级变速机构 较为理想，主轴恒功率区 范围较宽，功率无缺口， 转速连续，若设计得较为 理想的微小功率缺口，主 轴的变速范围还可增大， 能满足机床要求。
4a 图4
4b
举例
已知某中型数控车床，主轴变速范 围Rn＝100，nmax＝2500r/min，nmin＝ 25 r/min，最大切削功率10 kW，在最 低转速工作时功率3.01 kW。试确定电 机的额定功率及电机实用的最低转速。 主传动机械总效率系数η＝0.9。
P106例3-3 主传动转速图和功率特性图
4000
1500
3550 n 1880 1400 900 710 450
355 180 112 56 28
60
10
14
p/kw 28
连续调速段
14-180、56-710 恒转矩调速段 28-355、112-1400 恒转矩调速 180-450、710-1800、355-900、 1400-3550 恒功率调速 出现转速的重合
数控机床的主传动系统
联轴器直接与主轴联接
其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全 受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
内装电机主轴
这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴 部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
数控机床的主传动系统
1.1 主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动 传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直 流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运 动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。
1）带有变速齿轮的主传动
排油泵强制排油到恒温邮箱，以达到润滑、冷却的目的。
2．主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于
（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑 主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种： （1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。 （2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
合机床的镗孔车端面头主轴组件。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证 定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸 方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用 的结构形式。
3.1 机床的传动设计_分级变速主传动
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图
1.转速图 是表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴 的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。包括： 转速点 用小圆点表示主轴 和各传动轴的转速值(对数值)。 转速线 是间距相等的水平线。 相邻转速线间距为 lg 。 传动轴线 距离相等的铅垂线。 从左到右按传动顺序排列。 传动线 两转速点之间的连线。 一个主转速点引出的传动线数目， 代表该变速组的传动副数。
b、c…表示。传动副数用 P 表示，变速范围用 r 表示。
1）级比 指变速组中两相邻的 转速或两相邻的传动比之比。 级
比为公比幂的形式。如：φ3 。
2）级比指数 是指级比的幂 指数，用x 表示。 如： φ3 中的幂指数3，即x=3。
16
第一节 分级变速主传动系统设计
第一变速组 a（轴Ⅰ-Ⅱ之间） Pa=3；传动比分别是
4
知 识 温 故
主传动系统设计基本要求； 1. 满足机床的使用要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主 轴有足够的变速范围和转速级数；传动系统设计合理，人机关 系良好，安全可靠； 2. 满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构应能提供和传 递足够的功率和扭矩，具有较高的传动效率； 3. 满足机床的工作性能要求。零部件应有足够的刚度、精度、抗 振性能，热变形特性稳定； 4. 满足经济性要求。传动链尽可能简短，零部件数目要少，成本 低；
13
第一节 分级变速主传动系统设计
例：一中型车床，主轴转速级数 Z=12，公比φ=1.41，
主轴转速 n = 31.5 ~ 1400 r/min，如图示。
12 级转速的传动系统图
12 级转速图
14
第一节 分级变速主传动系统设计
MJ-50数控车床的技术参数及其传动链
纵、横向进给运动传动链：
纵向进给系统由功率为1.8KW的交流伺服电动机驱动，经一级速比为1：1.25弧齿同步齿形带轮传动，带动导程P=10mm的滚珠丝杠旋转，将电动机的回转运动转化成床鞍的直线纵向运动。
横向进给系统由功率为0.9KW的交流伺服电动机驱动，经一级速比为1：1.2的弧齿同步齿形带轮带传动，带动导程P=6mm的滚珠丝杠旋转，将电动机的回转运动转化成滑板的直线横向运动。
回转刀架传动链：
数控车床换刀时，需要刀架作回转分度运动，刀架回转的角度取决于装刀数目。
MJ-50共有10把刀具，分度角以36°为单位。
回转刀架的动力源为液压马达，通过起分度作用的平板共轭分度凸轮，将分度运动传递给一对齿轮副，进而带动刀架回转。
数控机床主传动系统
数控机床主传动系统
• 课程导引 • （1）主传动系统
如图3-2所示为VMC-15加工中心的主传动结构，其主 传动路线为：交流主电动机(150～7500r／min无级调 速)→1∶1多楔带传动→主轴。
a)各种钻床
b)铣、镗床
c)外圆磨床、平面磨统
• 3.2 主轴及其部件结构
• 2.主轴的主要尺寸参数 • （1）主轴直径
主轴直径越大，其刚度越高，但增加直径使得轴承和 轴上其他零件的尺寸相应增大。轴承直径越大，同精度等 级的轴承公差值也越大，同时轴承极限转速下降，要保证 主轴的旋转精度就越困难。
• 3.1 数控机床的主轴系统
数控机床主传动系统
• 3.1.2 主传动变速的方式
•
数控机床主运动调速范围很宽，其主轴的传动变速方
式主要有以下几种：
图3-4 数控机床主传动的四种配置方式 a)齿轮变速 b)带传动 c)两个电动机分别驱动 d)电主轴
• 1.带有变速齿轮的主轴传动（分段无级变速）
数控机床主传动系统
数控机床结构与故障检修
Structure and maintenance of NC
第3章 数控机床主传动系统
The main drive system of NC
CONTENTS 目 录
一 数控机床的主轴系统 二 主轴及其部件结构 三 典型机床主轴结构
• 课程导引
数控机床主传动系统
如图所示VMC-15加工中 心，工作台行程X/Y/Z向 20in/16in/20in（ 1inc=25.4mm），快进速 度400in/min，主轴转速 150—7500r/min，定位精 度±0.0002in，主电机功 率11.2KW。
3 机床总体设计和传动系统设计
1
教学目的和要求 了解机床设计应满足的基本要求； 了解机床设计的步骤； 熟悉机床总体布局要求； 掌握机床主要技术性能参数的内容； 掌握转速图、结构网、结构式的各自含义； 掌握主运动链转速图的拟定与结构网的绘制； 掌握等比结构串联系统的级比规律； 了解扩大变速范围的方法； 熟悉齿轮齿数的确定； 熟悉主轴箱的温升与热变形对机床运转带来的影响。
2828主参数大多数情况下用折算值表示其折算值等于主参数乘以折算系数机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数单轴自动车床最大棒料直径转塔车床最大车削直径110立式车床最大车削直径1100最大工件高度卧式车床床身上最大工件回转直径110最大车削长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距立式钻床最大钻孔直径卧式铣镗床镗轴直径110坐标镗床工作台面宽度110工作台面长度外圆磨床最大磨削直径110最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径110平面磨床工作台面宽度11028292929端面磨床最大砂轮直径110齿轮加工机床大多数是最大工件直径110大多数是最大模数龙门铣床工作台面宽度1100工作台面长度卧式升降台铣床工作台面宽度110工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度110最大刨削长度牛头刨床最大刨削长度110最大插削长度110机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数30301运动参数运动参数是指机床的主运动进给运动和辅助运动的执行件的运动速度如主轴工作台刀架等的运动速度
8
二 、 机床设计方法和步骤 机床设计方法
理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计 的传统方法，随着科学技术的进步，机床设计的理论和方法也 不断进步。计算机技术和分析技术的迅速发展，使得计算机辅 助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术，已经应用于机床 设计的各个阶段，改变了传统的设计方法，由定性设计向定量 设计、有静态和线性分析向动态和非线性分析、由可靠性设计 向最佳设计过渡，提高了机床设计的质量和效率。
数控机床的主传动系统
性能要求高
电机过载能力强。要求有较长时间 (1~30min)和较大倍数的过载能力
在断续负载下，电机转速波动要小。 速度响应要快，升降速时间要短。 电机温升低，振动和噪音小，精度要高。 可靠性高，寿命长，维护容易。 要具有抗振性和热稳定性。 体积小，重量轻，与机床联接容易。
液体静压滑动轴承主要应用于主轴高转速、 高回转精度的场合，如应用于精密、超精 密的数控机床主轴、数控磨床主轴。
4 、 主轴准停装置
主轴准停也叫主轴定向。在加工中心等数控机 床上，由于有机械手自动换刀，要求刀柄上的 键槽对准主轴的端面键上，因此主轴每次必须 停在一个固定准确的位置上，以利于机械手换 刀。所以，主轴上必须设有准停装置。主轴准 停装置分为机械式准停、电气式准停。
二、数控机床的主轴部件
主轴部件是主运动的执行件，它夹持 刀具或工件，并带动其旋转。 功用：
夹持工件或刀具实现切削运动； 传递运动及切削加工所需要的动力。 组成： 主轴、支承、传动零件、装夹刀具或工 件的附件及辅助零部件。
要求： 主轴的精度要高。包括运动精度(回转精 度、轴向串动)、和安装刀具或夹持工件 的夹具的定位精度(轴向、径向)。 部件的结构刚度和抗振性好。 较低的运转温升以及较好的热稳定性。 部件的耐磨性和精度保持性好。 自动可靠的装夹刀具或工件
（3）机床基础件，通常指床身、底座、立柱、滑 座、工作台等。其功用是支承机床本体的零、部件， 并保证这些零、部件在切削加工过程中占有的准确 位置。
一、概述
1、概念 主运动是机床实现切削的基本运动。即驱动主轴运动 的系统。在切削过程中，它为切除工件上多余的金属 提供所需的切削速度和动力，是切削过程中速度最高、 消耗功率最多的运动。 主传动系统是：由主轴电机经一系列传动元件和主轴 构成的具有运动、传动联系的系统。 数控机床的主传动系统包括：主轴电动机、传动装置、 主轴、主轴轴承、主轴定向装置。
第三节 机床的传动联系和传动原理图
二.机床的传动联系和传动链
传动联系——为得到所需运动，需通 过一系列的传动件把执行件和运动源
，或者把执行件和执行件之间联系起
来
传动链——构成一个传动联系的一系 列顺序排列的传动件
传动链中的两类传动机构 ：
定比传动机构——传动比和传动方向 固定不变的传动机构，如定比齿轮副 、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等 换置机构——根据加工要求可以变换 传动比和传动方向的传动机构，如挂 轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离 合器换向机构等。
简单运动的实现
简单运动——单独的旋转运动或直线 运动——只需有一条传动链 将运动源与相应执行件联系起来，便 可获得所需运动。
运动轨迹的准确性，则靠主轴轴承与 刀架、工作台等的导轨保证。
外联系传动链
联系运动源和执行件，使执行件获得 一定速度和方向运动的传动链。 机床上有几个简单运动，就需要有几 条外联系传动链 可以有各自独立的运动源，也可以几 条传动链共用一个运动源。
调整内联系传动链的换置机构时，其 传动比也必须有足够精度。
外联系传动链
外联系传动链联系的是整个复合运动 与外部运动源
只决定成形运动的速度和方向
对加工表面的形状没有直接影响
三.传动原理图
用一些简单的符号表示运动源与执行件及 执行件与执行件之间的联系——传动原理 图 常见符号
举 是为执行件提供运动和动力的装置，
如交流异步电动机、直流电动机、步进电机等。
传动装置 是传递运动和动力的装置，通过它
把执行件和运动源或一个执行件与另一个执行件 联系起来，使执行件获得一定速度和方向的运动， 并使有关执行件之间保持某种确定的运动关系。 机床传动装置形式：机械、液压、电气、气压等 本课程 将主要讲述机械的传动装置如皮带、齿 轮、齿条、丝杠螺母等传动件实现运动联系。
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量均匀，常须进行恒速切削。即须在主轴的运转过程 中连续而不能停车变换齿轮来变速。这时，往往要用
到妒＜五。的情形。即变速时相当于图３中Ａ—Ｂ、或Ｃ —Ｄ、或Ｅ—Ｆ、或Ｇ—Ｈ中任一段。
设要求主轴运转中连续变速范围为Ｒ。。。因为在 运转中变速完全由电机实现，电机的恒功率调速范围
ＰＢ，ｎＢ＝Ｐｃ，ｎｃ
ｒＩ、
如；Ｐ亡×（帅／“ｃ）
式中，却、吣分别为Ｂ、Ｃ’的转速。 由此可确定Ｂ、ｃ，的位置。为使在ｃ ７时，主轴能达
到切削功率，则须电机功率为
％＝Ｐ协，１ 而由式（１），有岛＞如，即
ＰＢ＞Ｐ牺／≈
可见，甲＞玛时，电机功率要求比妒＝缉时增大， 才能满足切削功率要求。
万方数据
４２
机械传动
：＝隅眵
囤２
此时，电机从最高转速ｎ一一额定转速“。ｄ（恒功率）
时，主轴可从Ａ—Ｂ（ｆ１）、连续变速，而ｃ—Ｄ（如）或ｐ
ｃ则为空缺，缺口的大小与吗一尹对应。此时Ｂ—ｃ 可由电机的额定转速以下调速来实现，即经过Ｂ—ｃ’ 的恒转矩输出。ｃ’的转速和ｃ相同，设ｃ’对应的电机 功率为Ｐｃ，Ｂ对应的电机功率为岛，则有
２Ⅲ２ １ ０４９ ｌ国１ ２ ５４６ ２ ５４６ ２ ５４６ ２ ５４６
５４６ ２ ５４６ ２ ５４６ ２ ｓ４６ ２ ５４６
ｌ∞ ２ｌｌ
３５２
１４０ ２４６ ５
４１１
５”
６１６
８４５
ｌ ０１５
９研１１４８
１∞ｌ
１ ９１４
２ ０２９
２Ｍ
２ ５４６ ２ ５４６
２ ５％２５４６ ２ ５４６ ２５４６
２ ５４６ ２ ５４６
２００１年
（ｃ）Ｐ＜％ 这时，甲小，所以；大。 设ｚ＝４＝２×２，则主轴的转速图、功率图的示意
分别如图３（ａ）、（ｂ）所示。电机从最高转速ｎ一一额定 转速ｎ。ｄ（恒功率）时，主轴可从Ａ＿＋Ｂ、或ｃ—Ｄ、或Ｅ一
为
币２，则有
ｉｌＪ／ｉ２ｌ＝伊２“ｔ／“２
ｉ笠／匕＝矿＝Ⅱ３／ｍ
电机主轴
电机主轴
ｉ
Ｂ Ｅ
一傩一酊一攀亨功：，＼｜蝴 艮一弘堂了计
２ ５ｄ６ ２ ５４６ ２ ５４６ ２５４６
２ ５４６ ２ ５４６ ２ ５４６ ２ ５％ ２ ５４６ ２ ５４６ ２ｓ４６ ２ ５４６
董事长兼总经理陈子汶
地址：浙江省期州市织里经济开放区最舍 邮编：３１３０吆电挂：珊传真：（唧２）３瑚枷
电话总机：（脚２）３１船嘶ｌ ３１８蚴记一惦２３ 电话直线：（惦７２）３１８９６∞３１踞ｌ舯
前言
数控机床主运动常采用无级变速的方法。这样不 仅能在一定的调速范围内选择合理的切削速度，而且 还能在运转中实现自动变速。数控机床一般采用直流 或交流调速电机作为驱动源，电机的恒转矩调速范围 大，恒功率调速范围一般较小，不能满足主轴对恒功率 调速范围的要求。另一方面，调速电机的功率和转矩 特性也难于直接与机床的功率和转矩要求相匹配。因 此．需要在无级调速电机之后串联机械有级变速传动， 以满足机床的调速范围和转矩特性的要求。
ＤＧＢ
电动辊棒蚴、６５珊，输出功率３０ｗ，长度２５５—９０Ｄ眦，线速度４，２５血Ⅱ／ｍ岫范围供选择
代号说明：Ｙｃ一异步电机 Ｊ一齿轮减速 Ｔ一可电子调莲 ｚ一直线电动机
Ｆ锄ＲＥＤＵｃⅡ０Ｎ删 减速电动机最大使用转矩表
Ｔ舢０Ｆｍ珊ＵＭ ｕｓＥｌ删删ＣＭＯＭＮｒ
单位ｆ删ｔ）：Ｎ·衄
空载输出轴转速 ５０Ｄ姗２００ １２０ ｌ∞
３蛇４９０
４９０
４帅４鼢４∞４鲫４蚰４９０
４钟
电动机 功率／Ｗ
２５ ４５ ｌ
７５．５ １１７．７ １８６ ４笠Ｓ
３４３
４１２
６１８
７８４
７８４
７科７¨７８４
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７ｌ ６ １１７．７ １７６．６
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速链的设计方法，既满足变速要求，又能使变速机构不 至于复杂。随着数控车床的广泛使用，这种设计方法 将显得越来越重要。
参
考
文
麓
１戴曙金属切削机床．北京：机械工业出版社．１９辨 ２廖效果．散宇控制机床．武汉：华中理工大学出版社，１９９８
收藕日期：２０∞】】∞ 收肇改稿日期：２∞０ Ｊ２】８
作者简介：禹宏云（１蚴一），女，湖南邵阳人，硬士，讲师
万方数据
第２５卷第２期
数控车床主传动链设计
４３
３结束语
无级变速传动链设计时，变速公比学三种不同取 值时的调速和功率输出情况为
Ｐ＝Ｒ。时，连续恒功率变速，恒功率段无重叠。 尹＞月。时，恒功率变速段有缺口，且导致电机功 率须增大。 Ｐ＜Ｒ，时，连续恒功率变速，恒功率段有重叠。 本文重点介绍了数控车床恒速切端面时主运动变
ｎ，——主轴不停车变速的最低转速
图４（ａ）、（ｃ）中设定ｉ１２＝ｉ１３、近＝‘２ｌ和图４（ｂ）、（ｄ）中
设定ｉ１２＝ｉ”泣＝匕的目的是为了减少传动副数，从 而简化变速机构。
要确定∞和各级传动比，先看图４（ａ），可列出下
列各式
ｉｌＩ×ｉ２ｌ＝ｎＩ／ｎ一
（２）
ｉ１２×近＝ｎ２／ｎ一
（３）
ｉ１３×￡丑＝Ｍ／“ｅｄ
‘４）
ｉ１３×坛＝“４／凡ｅｄ
（５）
由于：＝４，按照变速级比规律，结构式为４＝２１×
２２，即第一变速组的级比为伊，第二变速组的级比为
侍臀＾蟹 傩∞蔷
图４
所以有
Ｐ＝（ｎ３／ｎ４）／（ｎｌ／“２）
当给定的“ｌ、４２、４３、ｎ４不满足上式要求时，可适 当增大“ｌ或减少～。这样只会扩大调速范围，并不 影响主轴的调速要求。
动链，有 Ｒ。＝矿“ 式中，：为总变速级数，ｐ为变速公比。
无级变速链中，驴的取值常有三种情况
（ａ）妒＝Ｒ。
此时，设＝＝３，即用一个变速组。
则主轴的转速图、功率图的示意分别如图ｌ（ａ）、（ｂ）所
一匮
（｜）转建圈
一吼
堀
碥
。琵挫一 一
一功率Ｐ
彻功事圈
图ｌ
示。即电机从最高转速Ｒ一一额定转速ｎ一（恒功率）
时，主轴可从Ａ—Ｂ（ｆ１）、或Ｂ—ｃ（ｉ２）、或ｃ—Ｄ（ｂ）连 续变速，即主轴能连续地从Ａ—Ｄ实现恒功率输出。
ｉｊｒ封 －～一面ｍ一说 ·ｖ．明·‘｝
浙江佳雪集团
中美合资浙江华峰微特电机有限公司产品
质量体系符合Ｇ西仃１９０眩一１螂４ ｉｍ ｌｓｏ如吆：１９舛标准ｆ编号：１棚衄２记）
系列产品代号 Ｙａ
主要指标及特点
齿轮减速型，输出０．５—５０吖血町供选择
ＹＣⅡ
齿轮域遗电子调速型，渭建范围９０～１４０咐血
Ｙ口ｚ齿轮直线电动机．直线速度１０，鳓咖以，行程ｌ∞一５０Ｄ咖１
图４（ｃ）将ｎ２增大就成为图４（ａ）的情形，这扩大 了主轴不停车变速范围，却并不影响主轴的调速要求。
图４（ｄ）将ｎ，降低就成为图４（ｂ）的情形。由此 可见，借助于图４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ），变速公比中及各 级传动比不难确定。至于设计时用图４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）中哪一个图，则根据ｎ１／“２、“３／４４的大小及ｎ一、 “ｄ的值来确定。
１无级变速传动链的设计规律
因电机的恒转矩调速范围大，足以满足主轴恒转 矩调速的要求，所以无级变速传动链设计时，只需考虑
恒功率调速范围。设：主轴的恒功率调速范围为％
（一般为２０—３０），电机的恒功率调速范围为尺。（一般
为２～５）。则机械调速范围为月。＝冠，／兄。峨的值
为４—１５。按传动组最大变速范围月一≤８—１０的要 求，一般需要１—２个变速组以实现研。对于机械传
此时为使驴＝Ｂ且；为整数，应使矿ｏ≥疋，即主轴
的恒功率调速范围可能会有所增大。
主电机的功率为
Ｐ＝Ｐ切／口
式中，Ｐ切为主轴切削功率，口为传动效率。
（ｂ）９＞月， 按照公式Ｒ。＝矿～，适当增大９， 可使：减少，从而使变速箱简化。
设＝＝２，则主轴的转速图、功率图的示意分别如
图２（ａ）、（ｂ）所示。相当于图１中ｆ２一级传动比没有。
６０
∞
３０
２０
１５
１０
６
５
３
２
ｌ５
１
５０ｍ减速比
３
５
７．５
１２ ５
１５
２５
３０
５０
７５
１∞
１５０
２５０
３００
５００
７５０
ｌ ｏｏｏ １ ５∞
６
１０．８
１７．７ ２６．５
４５．１
５４
舯．４
盯
１４７
３４５
Ｍ５
２４５
２４５
２４５
２４５
２４５
２４５
２４５
１５ 篮４
档
７４ ６ ¨７．７ １４７．２ ２１５签５
第２５卷第２期
数控车床主传动链设计
４ｌ
文章■号：ｌ∞４—２５３９（加叭）０２一∞４１．∞
数控车床主传动链设计
（中南工业大学机电学院，期南长抄４１嘴）禹宏云 庹春燕
摘要数控车床切削端面时往往需恒逮切削，为此，介绍了数控车床主运动无级变速传动链的设计 规律及方法。
关键词无级变速调速范围 变速公比转速图 功率图
４位４∞７２５
扔 】盯】ｌ ４７１】４７ｌ ｌ盯１ ｌ盯１ ｌ ４７１ ｌ盯Ｊ ｌ盯１ ｌ ４７１ Ｊ ４７】
９０ １６６ ８ ２５５
１００
１７６
２９３
４０２ ４４０
６∞７３５
７０５