1、武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（ 论 文）说明书论文题目 ck6140 主传动设计及其伺服系统设计 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- I -目 录目 录 .I摘 要 .IIIAbstract .IV第一章 卧式数控车床简介 .11.1数控车床简介 .11.2 CK6140介绍及设计说明 .21.3设计任务 .3第二章 CK6140 总体设计计算 .52.1总体设计要求 .52.2机床的总体布局的确定 .62.3换向方向的选择 .62.4开停方式选择 .62.5 制动方式选择 .72.6 齿轮布置与排布 .72.7 变速方式选择 .72.8进给系统的组成及选用 .8第三
2、章 主变速箱总体设计 .103.1电机的选用 .103.2确定结构网和结构式 .123.3确定各级的转速 .123.4绘制转速图 .133.5带轮直径确定的方法，步骤 .143.6确定齿轮齿数 .15第四章 主变速箱详细设计 .174.1带传动的设计 .174.2主轴转速系列的验算 .194.3 齿轮的设计 .224.4轴的设计 .33武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- II -4.5轴承的选择 .354.6选择离合器 .364.7轴承的校核 .364.8轴的校核 .424.9键的选择与校核 .47第五章 进给伺服系统的设计 .505.1进给伺服系统简介 .505.2传动系统的
3、设计及计算 .50第六章 数控机床可编程控制系统设计 .566.1 可编程控制器简介 .566.2 数控机床中 PLC的功能 .566.3 CK6140数控车床控制主轴运动的局部梯形图 .576.4 工作原理 .57总 结 .59致 谢 .60参考文献 .61武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- III -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
4、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
5、的导程。设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。最后完成机床主轴的 PLC 控制设计。由于设计时间限制，只能完成 PLC 控制的原理和结构的分析，以及绘制主轴控制的局部梯形图。关键词：数控机床 主轴箱 进给伺服系统 PLC 控制武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- IV -AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proc
6、eeds 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
7、, 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. Base
8、d 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 bearin
9、gs 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 mo
10、de of driving system and controlling mode of controlling system,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 ge
11、ar to move the radio the roll the bead silk the think sticks lead. Design of into give the servo system can satisfy to design the request of the mission.The end completing the machine bed the principal axiss PLC control the design.Because of the design time constraints, only the principle of complet
12、e PLC control and structure analysis, and drawing the local ladder spindle control. Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing ；Servomechanism ；PLC Control武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- 1 -第一章 卧式数控车床简介1.1 数控车床简介1.1.1 数控车床的发展方向自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为 NC 阶段；第二个阶段为 CNC 阶段，从 197
13、4 年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近 20 多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从 20 世纪 90 年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC 微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于 PC 微机的数控系统，即 PCNC 系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。数控技术的发展趋势：1
14、.性能方面的发展趋势（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工艺复合和轴化（4）.实时智能化2.功能发展方面（1）.用户界面图形化（2）.科学计算可视化（3）.插补和补偿方式多样化（4）.内置高性能 PLC（5）.多媒体技术应用3.体系结构的发展（1）.集成化（2）.模块化（3）.网络化（4）.开放式闭环控制模式1.1.2 数控车床特点数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称 NC）机床，它是 20 世纪 50 年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点
15、：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- 2 -（3）更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC 装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2 CK6140 介绍及设计说明1.2.1 CK6140 数控机床的简介CK6140 型数控车床，可进行机械零件的粗加工及精加工，结构可靠，
16、操作方便，经济使用。控制系统功能齐全，可靠性高。该机床可满足众多行业的需要，如：汽车、拖拉机、军工、机械等行业。本机床特别适合轴类、盘类零件的内外圆柱的表面、锥面、螺纹、钻孔、铰孔及曲面回转体等零件进行高效、大批量的车削加工。 1.采用水平床身，导轨采用山形平面结合导轨形式并中频淬火，淬硬层达 3mm，硬度达 HRC52。 2.主轴轴承采用国产精密主轴轴承；主轴箱设计时考虑到最小热变形，采取散热措施及相应的减少主轴热变形的措施，经精心装配，主轴具有温升低、热变形小，精度高的特点，使主轴长期工作时能保持主轴轴线的相对稳定。 3.横向进给、纵向进给均采用交流伺服电机与滚珠丝杠用高强度不锈钢同步软连
17、接实现低噪音、无间隙直线运动。 4.立式四工位数控电动刀架，每工位所用时间为 22.5 秒，重复定位精度高达 0.003mm 内。同时在设计制造中采用高精度大直径齿盘分度定位，具有刚性好，重切削时变形小等优点。 5.本机床卡盘采用手动卡盘，配置手动尾座。 6.导轨和滚珠丝杠采用手动和自动润滑系统，周期定量供油，方便、可靠，操作方便，用油省。 7.本机床为半封闭防护，排屑方便、流畅。冷却箱与主机分离，冷却泵的流量大，扬程高，工件和刀具都得到充分冷却，保证工件的加工精度，提高刀具的使用寿命。 1.2.2 设计的有关说明根据设计要求，机床型号为 CK6140.按照金属切削机床型号编制方法，ck614
18、0 含义如下：C：类型号，车床类； K：数控6：组别代号，表式卧式车床； 1：系列代号，代表卧式车床系；40：主参数，最大加工直径为 400mm。武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- 3 -功能设计：CK6140 卧式数控车床的功能为加工圆柱面，回转成型面，螺纹及圆柱面1.3 设计任务已知参数表 1-1 设计参数床身上最大回转直径 （mm） 400拖板上最大削直径 （mm） 195最大顶尖行程 （mm） 750-1000纵向最大行程 （mm） 800-1050横向最大行程 （mm） 220主轴通孔直径 （mm） 52主轴孔锥度莫氏 6#主轴转速 32-1600r/min卡盘公称直
19、径 250主轴电机驱动方式 交流变频主电机功率 5.5kw进给驱动方式 交流伺服X,Z 分辨率 0.01任务1、 CK6140 型数控机床总体设计计算1）主传动系统总体设计：总体设计要求；主传动形式选择；主轴电机选择及功率计算。2）进给伺服系统总体设计：进给伺服系统选择；各组成部分选择。2、 机床主轴箱设计（变速系统的传动和结构设计）1）传动设计：拟定主传动参数、结构网、转速图、确定齿轮齿数和带轮直径，武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- 4 -主传动的转向与制动方式，画出主运动的传动系统图。2）动力计算，其中包括确定齿轮模数，轴的尺寸，轴承的形式和型号，以及其他有关的计算。3）
20、确定变速系统的零件的径向布置方案并绘制变速系统的结构图和零件图。3、 进给伺服系统设计1） 、选取步进电机：按给定的参数，选择适当的传动机构和滚珠轴承，选择步进电机的型号；2） 、绘制进给伺服系统的结构图和零件图。4、机床主轴运动可编程控制设计根据机床主轴运动的规律，简要设计机床主轴运动的 PLC 控制：包括主轴运动控制梯形图的绘制。要求设计计算准确，规范化，图纸按国家标准绘制。图纸工作量：1）机床主轴箱装配图：0 号2）零件图3）进给伺服系统装配图：0 号武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）- 5 -第二章 CK6140 总体设计计算2.1 总体设计要求数控必须满足使用部门的要求
21、，也要适应制造厂的生产条件。要做到技术上先进，经济上合理，好用，好造，好修。2.1.1 一定的工艺范围加工的工序种类：数控加工圆柱面，回转成型面，螺纹及内圆柱面。被加工零件的类型，材料及尺寸：车，选择结构钢及铸钢，最大切削直径：200mm刀具的种类及材料：车刀，选择硬质合金钢加工精度及表面光洁度适应的生产规模：多品种小批量生产的零件2.1.2 保证加工精度和表面光洁度要求床身必须具备一定的几何精度，传动精度及动态精度，减少机床零件的磨损，在材料的选用及热处理、零件表面光洁度以及润滑等方面。2.1.3 提高生产率及自动化程度1）缩短机工时间（单位时间内金属的切除量要大）2）缩短辅助时间（提高自动化程度）生产率 1/（T 总）=1/（T 切+T 辅+T 准/n） （件/小时）2.1.4 操作维修方面和使用安全标牌及操纵板的指标符号，应采用文献11中规定的象形符号，应考虑装卸，检修，调整及运输，确保安全与健康。2.1.5 成本低1）注意品种系列化，部件通用化与零件标准化2）保证性能的条件下，机床重量与功率之比要下，结构简单，零部件数目少及占地面积少。
