1、 1目 录摘要2Abstract21 绪论41.1 数控车床主传动系统要求.41.2 数控车床主传动方案.51.3 国内数控车床主传动系统的发展 61.4 solidworks介绍.92 主传动系统方案. 112.1 主传动系统.112.2 分档变速主传动系统设计. .113 传动系统零部件设计143.1 齿轮副(27/102)齿轮的设计与校核.153.2 齿轮副（27/68）齿轮的设计与校核194 带传动的设计和轴的结构设计及校核234.1带传动的设计234.2轴结构设计及校核275 机床的分档机构和箱体设计335.1 机床的分档机构.335.2 主轴变速箱体的设计.346 结论35致谢词参
2、考文献2摘 要本次毕业设计的对象是数控车床主传动系统的设计。现代切削加工正朝着高速、高效和高精度的方向发展，要求机床主传动系统具有更高的转速和更大的无极变速范围。所以选择的是无级变速数控车床。主轴箱由安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围 35，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。根据资料选择设计参数主要是主轴的参数，确定本机床的加工对象，再根据所选参数计算电机和进行传动方案的
3、选择并确定方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮的相关计算和轴的计算，最后校验齿轮和轴的刚度、强度。在此基础上，还对箱体的主要结构进行了设计（零件的选型：联轴器、键、轴承） 。从而完成对数控车床主传动的设计。完整说明书和图纸请联系叩叩：360702501关键词： 数控车床 主传动系统 设计 3AbstractThe object of the graduation design is to design the numerical control lathe main transmission system.The direction of modern machining s developm
4、ent is toward to higher speed,higher efficiency and higher precision.Machine main transmission system is requested higher speed and more infinitely variable speed range. So i choose the stepless speed nc lathe.The main parameters of the spindle to select the design parameters based on data to determ
5、ine the machining object,according to the selected parameters to calculate the motor and transmission scheme of choice and determine the program.And then calculate the transmission pair transmission ratio and the calculation of the calculation of the gear and shaft,last checksum gear and axis stiffn
6、ess,strength.In addition,the main structure of the cabinet design(selection of parts:coupling,keys,bearings).Thus completing the design of the main drive of the CNC lathe.The spindle box consists of a hollow spindle precision bearings and a series of gear.CNC lathe spindle can be in any speed within
7、 the speed range to meet the machining requirements.At present,the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices.Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears.The speed range of Variable Freq
8、uency Motor is usually 3-5,which is difficult to meet the speed range requirements of the spindle speed;The transmission gears is to expand the scope of a variable-speed to meet the speed range of the spindle.Keywords:CNC lathe main drive system design41 绪论数控车床，也称数字程序控制车床，是一种以数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或专用电
9、子计算装置控制的车床。在数控车床上加工工件时，预先把加工过程所需要的全部信息（如各种操作、工艺步骤和加工尺寸等）利用数字或代码化的数字量表示出来，编出控制程序，输入专用的或通用的计算机。计算机对输入的信息进行处理和运算，发出各种指令来控制机床的各个执行元件，使机床按照给定的程序，自动加工出所需要的工件。加工对象改变时，一般只需要更换加工程序，无需像其它自动机床那样重新制造凸轮。数字控制具有较大的灵活性，特别适用于生产对象经常改变的地方，并能方便地实现复杂零件的高精度加工。数控机床是实现柔性生产自动化的重要设备。数控车床（NC LATHE）用于加工回转体零件。它集中了卧式车床、转塔车床，多刀车床
10、、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中产量最大的品种之一。由于较之普通车床而言，数控机床更能适应产品的品种和规格的频繁变化、能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，是一种柔性的、高性能的自动化车床，代表了现代控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，因此被广泛应用于机械制造业。数控车床主传动系统主要的构成部分包括：动力源、主轴组件、变速装置、定比传动机构、启/停、制动和换向装置、操纵机构、润滑与密封装置、箱体等。1.1 数控车床主传动系统的要求机床主轴必须有足够的变速范围和转速级数，以满足实际使用的要求；主电动机和传动机构必须能提供和传递足够的功率和转矩，并具有
11、较高的传动效率；执行件（如主轴组件）必须有足够的精度、刚度和抗振性，噪声、温升和热变形应在允许的范围内；操纵要轻便灵活、迅速安全可靠，便于调整和维修；结构简单，润滑与密封良好，便于加工和装配，成本低。5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，才能保证加工零件有较高的质量。电动机、主轴及传动部件都是热源，低温升、小变形是对主轴传动系统的重要指标；主轴要较高的旋转精度与运动精度；主轴轴颈尺寸、轴承类型及装配方式，轴承预紧量大小、主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响；主轴组件必须有足够的耐磨性，使之保持良好的精度；轴
12、承处还要有良好的润滑。此外，还要求主创动系统结构简单，便于调整与维修；工艺性好，便于加工与装配；防护性好；使用寿命长。完整说明书和图纸请联系叩叩：3607025011.2数控车床主传动系统的方案机床主传动系统方案包括：选择传动布局，选择变速、启/停、制动及换向方式。（1） 、传动布局选择有变速要求的主传动，可分为集中传动式和分离传动式两种布局方式。1)、集中传动式布局 把主轴组件和主传动的全部变速机构集中在同一个箱体内，这种布局称为集中传动式布局。一般将概不简称为主轴变速箱。这种布局有点是：结构紧凑，便于实现集中操纵；箱体数少，在机床上安装、调整方便；缺点是：传动件的震动和发热会直接影响主轴的
13、工作精度，降低加工质量。2)、分离传动式布局 这种布局把主轴组件和主传动的大部分变速机构分离，装在两个箱体内，这两个部件分别称为主轴箱和变速箱，中间一般采用带传动。其优点是变速箱的震动和热量不易传给主轴，从而减少主轴的震动和热变形。当主轴箱采用背轮传动时，主轴通过带传动直接得到高转速，故运动平稳，加工质量高。缺点是：箱体多，加工装配工作量大，成本较高；带传动在低速时传动转矩较大，容易打滑；更换传动带不方便等。（2） 、变速方式选择机床主传动的变速方式可分为无级变速和有级变速两种。6(1)、无级变速 无级变速是指在一定速度范围内能连续、任意地变速，可选用最合理的切削速度，没有速度损失，生产率高；
14、一般可在运转中变速，减少辅助时间；操纵方便；传动平稳等。因此在机床上的应用有所增加。机床主传动采用的无级变速装置主要由以下几种。 机械无级变速器 靠摩擦传递转矩，通过摩擦传动使工作半径变化实现无级变速。由于它的变速范围较窄，通常需要与有级变速箱串联使用。 液压无级变速器 通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中的液体流量来实现无级变速。其特点是变速范围较大，传动平稳，运动换向时冲击小，易于实现直线移动。因此，常用于主运动为直线运动的机床。 电气无级变速 直流调速电动机从额定转速到最高转速之间是用调节磁场的方式实现调速，为恒功率调速段；从最低转速到额定转速之间是用调节磁场的方式实现调速，为恒转矩调
15、速段。(2)、有级变速 有级变速是指在肉感固定速度级内不连续地变速。这种变速方式传递功率大，变速范围大，传动比准确，工作可靠；但速度不能连续变化，有速度损失，传动不够平稳。一般采用下述机构实现变速。 滑移齿轮变速机构 优点是：变速范围大，实现的转速级数多；变速较方便，可传递较大功率。缺点是：变速箱结构复杂；传动不够平稳；不能在运转中变速。 交换齿轮变速机构 优点是：结构简单，不需要操纵机构；轴向尺寸小，变速箱结构紧凑。缺点是：更换齿轮费时费力；齿轮装于悬臂轴端，刚度差。1.3国内外数控车床主传动系统的发展1.3.1 数控车床发展总趋势近年来，随着数控加工技术的不断发展，数控车床的主传动系统也呈
16、现出一些新的发展趋势，如主轴转速的高速化、功能结构的复合化、柔性化。(1)高速主轴单元 为了适应数控加工高速化的发展，目前越来越多的高速数控车床采用了电主轴。电主轴又称内置式电动机主轴单元，就是将高速的主轴电动机置于主轴内7部，通过交流变频控制系统，使主轴获得所需的工作转速和转矩，实现电动机、主轴的一体化功能；取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题；可精确实现主轴的定位和轴传动功能。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min以上，它融合了尖端的高速精密轴承、润滑技术、冷却技术
17、、高速变频驱动技术，是技术含量很高的机电一体化产品。(2)功能复合化、柔性化随着数控车床对加工对象的适应性的不断提高，数控车床（特别适合主传动系统）的设计发生了很大变化，并向着功能复合化和系统柔性化的方向发展。功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大车床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工 。宝鸡机床厂已经研制成功的 CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有 X、Z 轴以及 C轴和 Y轴。通过 C轴和 Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主
18、轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。数控车床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、 FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC 单机向
19、高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与 CAD、CAM、CAPP 及 MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展由此可见，现代数控车床主传动系统设计不仅限于只满足原有的基本要求，还要综合考虑现代制造对机床的整体要求，如制造控制、过程控制以及物料传送，8以缩短产品的加工时间、周转时间、制造时间，以最大限度的提高生产率。1.3.2中国发展数控车床存在的主要问题 中国于 1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在 19581979 年间为第一阶段，从 1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，
20、在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共 11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。 在 20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国
21、外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控车床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法 ”、 “机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。 中国今后要加速发展数控机床产业，既要深入总结过往的经验教训，切实改善存在的问题，又
22、要认真学习国外的先进经验，沿正确的道路前进。建议切实做好以下几点： 中国厂多人众，极需正确的方针、政策对数控车床的发展进行有力的指引。应学习美、德、日经验，政府高度重视、正确决策、大力扶植。在方针政策上，应讲究科学精神、经济实效，以切实提高生产率、劳动生产率为原则。在方法上，深入用户，精通工艺，低中高档并举，学习日本，首先解决量大而广的中档数控9机床，批量生产，占领市场，减少进口，扩大出口。在步骤措施上，必须使国产数控系统先进、可靠，狠抓产品质量与配套件过关，打好技术基础。近期重在打基础，建立信誉，扩大国产数控车床的国内市场份额，远期谋求赶超世界先进水平，大步走向世界市场；坚持“以人为本” ，
23、加速提高人员素质、培养各种专家人才，从根本上改变目前低效、落后的状态。人是一切事业成败的根本，层层都要重视“培才、选才、用才” ，建立学习型企业，树立企业文化，加速培育新人，培训在职人员，建立师徒相传制度，举办各种技术讲座、训练班和专题讨论会，甚至聘请外国专家、顾问等，尽力提高数控。 随着世界科技进步和机床工业的发展，数控车床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备。数控机床的拥有量及其性能水平的高低，是衡量一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。1.4 solidworks介绍SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 P
24、TC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总裁发起，总部位于马萨诸 SolidWorks2010 启动页面 塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 SolidWorks 三维机械设计软件至今，至 2010 年已经拥有位于全球的办事处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。1997 年，Solidworks 被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。 SolidWorks 软件是世界上第一个基于
25、 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所
26、遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，10使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中
27、最具竞争力的 CAD 产品。由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的parasolid 内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。完整说明书和图纸请联系叩叩：360702501Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是 SolidWorks 的三大特点，使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同
28、时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的 Windows 系统的用户，基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks 资源管理器是同 Windows资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司 Daratech所评论：“在基
29、于 Windows 平台的三维 CAD 软件中， SolidWorks 是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。 ” 在强大的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows 风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用 SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 2 主传动系统方案112.1主传动系统主传动系统主要技术指标主要是指动力参数、运动参数、主轴参数。动力参数是主运动驱动电动机的功率；运动参数是主运动变速范围。确定床身最大回转直径 460mm，最大工件长度 1000mm，主轴瞳孔直径 56mm，主轴锥度莫氏六号，可以加工直线
30、、锥度、球面、螺纹罩等，功能齐全、精度可靠、操作方便。根据数控车床的加工工艺、加工对象、所要求的精度、成本及生产周期并结合国内外机床发展现状确定数控车床主要技术指标。2.1.1动力参数的确定主传动中个传动件的尺寸要根据传动功率来确定。传动功率过大，使传动件尺寸粗大，电动机常在低负载下工作，功率因数小而浪费能源；功率过小将限制车床切削加工能力而降低生产效率。因此需合理确定主传动功率。但由于实际加工过程切削用量变化范围大、传动件之间的摩擦等不确定因素，用理论计算方法来确定主传动功率尚有困难，可通过类比、统计方法相互比较来确定。根据机电一体化手册，初步确定电机的功率为 7.5kw，可以选用北京数控设
31、备厂的 besk-8型交流主轴电动机，连续额定输出为 7.5kw。电机的最大转度为4500r/min,额定转速为 1500r/min,最低转速为 310r/min.额定转矩 2.2n*m.2.1.2 初步确定主传动的转速范围取主轴最大转速为 10000r/min,最低转速为 80r/min.2.2 变速主传动系统设计2.2.1 确定传动方案机床传动形式分为有极和无极变速两种，无级变速形式可以在一定范围内连续改变转速，以便得到满足加工要求的最佳转速，能在运转中变速，便于自动变速，这对与提高机床生产效率和提高被加工零件的质量都有重要意义；同时采用无级变速可使主轴结构大为简化，缩短传动链；因此无级变
32、速应用日益广泛。该数控机床总变速范围是 =200020=100，变速范围较大，单靠无级变nR速装置有难以实现。而且，无级变速装置的功率扭转特性应同传动链的工作要求相适应，这就要求串联机械有级变速来扩大变速范围并选择合适的无级变速器以12满足机床的功率扭矩特性要求。该数控机床是以经济型数控车床，设计主轴由交流变频电动机经皮带论、齿轮传动至主轴。 6 结论经过这次设计，我发现很多问题。虽然设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却很大。毕业设计是为了让我们能够将 4年所学的知识真的用到实际中，做到理论与实际结合。在设计时，有很多问题例如计算转速的计算，由于当时老师讲课的时候认为这不是考点就没花大工夫讲，我
33、们也就没认真看，但是当我需要用到它的时候我才觉得它的重要性。还有就是在设计时，由于不知道一些非标准件的结构，愣愣的想着它应该是怎样的（三联滑移齿轮） ，所以我认为作为一个机械学生应该多积累关于零件的知识，到了要用的时候不至于找不到。还有就是由于没有什么积累，所以在设计时总是感觉前后不连贯，比如在设计的时侯不知道先算哪个轴的长度，浪费了很多时间。通过这次设计，我觉得我应该在平时多增加实践，不能抱着书想。这样到我需要用到某个零件时就能手到擒来。致 谢13参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计M .8 版.北京：高等教育出版社，2006.2 夏田. 数控加工中心设计M.北京：北学工业出版社，2006.
34、3 戴曙. 金属切削机床M. 机械工业出版社，1993.4 许晓畅编著. 专用机床设计M，重庆大学出版社，2003.75 杨世成，陈蕊妍.数控机床分级变速机构主要参数的确定J，广西轻工业，2007(6).6李劲松. 论我国数控技术和装备发展动态与趋势J. 机电新产品导报 , 2006,(06)7 机械设计手册K ，共五卷， 北京：机械工业出版社， 20048 陈婵娟参主编，数控车床设计M，化学工业出版社，20069 李庆余、孟广耀主编，机械制造装备技术M，机械工业出版社，2008.710 扎布隆斯基 K E.机械零件Z.余梦生，等译.北京：高等教育出版社，190011 涂銘，鄢文彬.机械零件的
35、失效分析与预防Z.北京：高等教育出版社，1993.12 德S.佛罗尼斯.设计学：传动零件Z.王汝霖，等译.北京：高等教育出版社，1988.13 中国齿轮专业协会.96 最新中外齿轮强度标准文集Z.1997.14 齿轮手册编委会.齿轮手册S.北京：机械工业出版社，1990.15 王振华.使用轴承手册S.上海:上海科学技术文献出版社，1991.16 余茂氿.摩擦无级变速器M.北京：高等教育出版社，1986.17 阮忠唐.机械无级变速器M.北京：机械工业出版社，1988.18 吴宗泽.机械零件习题集Z.北京：高等教育出版社，1983.19 周开勤.机械零件手册S.4 版.北京:高等教育出版社，1994.20 徐灏.机械设计手册S.北京：机械工业出版社，1991.
