數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(工作計劃,工作總結(jié),文獻綜述)

工作計劃

畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)生完成全部理論教學(xué)和時間教學(xué)后所進行的一次綜合訓(xùn)練，是整個教學(xué)過程中最后一個主要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是使學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識和基本技能，進行工程設(shè)計和科學(xué)研究等工程師的基本訓(xùn)練，進一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，獨立分析和解決問題的能力以及創(chuàng)新的精神。

因此，我為這次畢業(yè)設(shè)計制定了一個詳細(xì)周密的工作計劃。

本次畢業(yè)設(shè)計完成需12~15周。預(yù)期結(jié)果為主軸箱展開圖、橫剖面圖、轉(zhuǎn)速圖和功率扭矩圖、傳動系統(tǒng)圖、拆主軸零件圖及主軸的加工編程等。結(jié)果表現(xiàn)形式為全部設(shè)計圖紙及設(shè)計說明書。

1基本要求

（1）中英文文獻及文獻綜述各一份（2）閱讀有關(guān)材料15篇（3）外文資料翻譯3000字以上（4）設(shè)計說明書10000字以上（5）折成A0號圖紙4張2設(shè)計任務(wù)（1）運動設(shè)計（2）動力設(shè)計（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計（4）主軸數(shù)控加工編程（5）拆主軸零件圖（6）傳動系統(tǒng)圖（7）主軸箱展開圖（8）橫剖面圖

（9）轉(zhuǎn)速圖和功率扭矩圖3工作計劃

（1）第1~2周實習(xí)調(diào)研、檢閱資料（2）第3~4周方案確定、開題報告

（3）第5~8周設(shè)計數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)總體方案（4）第9~13周外文翻譯

（5）第14周撰寫說明書（論文）（6）第15周上交設(shè)計（論文）

工作總結(jié)

本文完成了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計。主傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)主運動的傳動系統(tǒng)，它的轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大，是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一。對它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴(yán)格的要求。由于數(shù)控機床的主運動要求有較大的調(diào)速范圍，因此數(shù)控機床的主傳動電機主要使用交流變頻調(diào)速伺服調(diào)速電機。由于主運動采用了無級變速，為了確保低速時的扭矩，數(shù)控機床在交流和直流電機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。數(shù)控機床采用帶有變速齒輪的主傳動。通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，以獲得強力切屑時所需要的扭矩�；�移齒輪的移位采用液壓撥叉直接齒輪實現(xiàn)。本設(shè)計與預(yù)期設(shè)想基本吻合，結(jié)果非常成功。

此設(shè)計為精加工系統(tǒng)，它的系統(tǒng)對用戶有很重要的意義。此外，對其他的數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)有一定的參考價值。通過本文的研究，主要得出了以下幾點有意義的結(jié)果：

在對大量數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)書籍、材料、實例分析之后，根據(jù)設(shè)計的具體要求，確定了可行性方案和具體的數(shù)控系統(tǒng)配置。完成機床的運動設(shè)計、動力設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、主軸數(shù)控加工編程，同時也進行了可靠性校核和驗算。對伺服系統(tǒng)進行分析，實現(xiàn)以步進電機為動力元件的開環(huán)控制。并能即時地顯示機床主傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

本課題“數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計”是在導(dǎo)師趙成喜老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成。趙老師在論文的選題、內(nèi)容、科研過程和論文撰寫方面給予了耐心的指導(dǎo)，而且提出了許多建設(shè)性意見和建議，使我對課題的難點豁然開朗。導(dǎo)師在言傳身教中體現(xiàn)出來的淵博的學(xué)識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開闊的知識眼界和平易近人的態(tài)度給我留下了深刻的印象。

在此，我謹(jǐn)向三個多月來付出了辛勞汗水和心血的導(dǎo)師致以崇高的敬意和衷心的感謝。其次，感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)以及班主任老師等，他們在整個論文工作期間都給予我很多關(guān)心和幫助，也正因為他們的幫助，才能順利的完成了整個畢業(yè)論文。

最后感謝我的同學(xué)以及朋友在我的整個畢業(yè)論文中所給與的幫助和支持，他們在整個論文工作期間都與我進行過有益的交流，提出了很多的建議和想法，使我受益非淺。以及我的家人在我緊張、繁忙的論文工作期間在精神和生活上所給予的最大的理解和支持。

在論文完稿之際，我真誠的對關(guān)心、幫助、支持過我的xx老師和xx老師,學(xué)院的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)以及親人表示最衷心的感謝，謝謝你們！

文獻綜述

數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)主運動的傳動系統(tǒng)，它的轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大，是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一。對它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴(yán)格的要求。由于數(shù)控機床的主運動要求有較大的調(diào)速范圍，因此數(shù)控機床的主傳動電機主要使用交流變頻調(diào)速伺服調(diào)速電機。由于主運動采用了無級變速，為了確保低速時的扭矩，數(shù)控機床在交流和直流電機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。數(shù)控機床采用帶有變速齒輪的主傳動。通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴大了輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求，以獲得強力切屑時所需要的扭矩。滑移齒輪的移位采用液壓撥叉直接齒輪實現(xiàn)。

我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為１８億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60%以上）�？梢娢覀兇蠖鄶�(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際，國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。

在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計是個“永恒”的課題。我國的機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國，機床主傳動系統(tǒng)業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生的著名公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事主傳動系統(tǒng)設(shè)計業(yè)的公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。

作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了許多種伺服驅(qū)動技術(shù)�？梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直接電動機及高速電主軸等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關(guān)注的熱點，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。本問針對數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計，以及數(shù)控加工的基本理論進行研究后，采用了Inter公司的生產(chǎn)的單片機MCS-51T系統(tǒng)的8031作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理器進行對機床各部件的控制。

內(nèi)容包括：主傳動系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構(gòu)的機構(gòu)及傳動方式的確定等內(nèi)容。應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案，對方案進行分析和論證，最后確定總體方案。

擴展閱讀：數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計文獻綜述

本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述

設(shè)計(論文)題目

作者所在系別作者所在專業(yè)作者所在班級作者姓名作者學(xué)號指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱完成時間

數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計

機械工程系

機械設(shè)計制造及其自動化

201*

年

2月28

北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制

7頁第1頁共

說明

1．根據(jù)學(xué)�！懂厴I(yè)設(shè)計(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。

2．文獻綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。

3．文獻綜述各項內(nèi)容要實事求是，文字表達要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。

4．學(xué)生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應(yīng)在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。

5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在201*字左右。文獻綜述應(yīng)與開題報告同時提交。

7頁第2頁共畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述

摘要：本論文首先介紹了我國數(shù)控機床發(fā)展的過程與現(xiàn)狀,并分析了其存在的問題;對數(shù)控機床的發(fā)展趨勢進行了探討；并對數(shù)控車床主軸箱傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計與計算。主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度，以滿足加工切削要求。目前，數(shù)控車床的發(fā)展趨勢是通過電氣與機械裝置進行無級變速。變頻電機通過帶傳動和變速齒輪為主軸提供動力。通常變頻電機調(diào)速范圍35，難以滿足主軸變速要求；串聯(lián)變速齒輪則擴大了齒輪的變速范圍。本設(shè)計將原來的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動到車床機體上,改善了輸入軸的受力情況關(guān)鍵詞：主軸箱，無級調(diào)速，傳動系統(tǒng)Abstract：Inthisdesign,thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.SomecountermeasureswaspresentedforthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofck6125NClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.Atpresent,thedevelopmenttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5,whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed;Thetransmissiongearsistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindle.Inaddition,inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure,transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque,improvedtheforcingstateoftheinputshaftKeywords:headstocks,acontinuouslyvariablespeed,transmissionSysterm7頁第3頁共

本畢業(yè)設(shè)計的課題是“數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計”。要達到最終的設(shè)計要求，必須從數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)機械部分和控制兩個方面來進行綜合設(shè)計，然后再根據(jù)要求繪制出三維立體圖及工程圖。一、機械部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的主軸系統(tǒng)除了應(yīng)滿足普通機床主傳動要求外，還提出以下要求：1、具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速2、具有較高的精度和剛度、傳動平穩(wěn)，噪聲低;3、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。因此，必須對主軸系統(tǒng)進行總體的設(shè)計：1、選擇電機：注意電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇，電動機容量的選擇，確定主軸切削力，確定電機輸出動率Pd，選擇電機額定功率Ped，電動機電壓和轉(zhuǎn)速的選擇，確定電機的型號。2、各個軸的計算：各軸計算轉(zhuǎn)速，各軸輸入功率，各軸輸入轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速圖，傳動圖3、軸系部件（齒輪）的設(shè)計：選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù)，按齒面接觸強度設(shè)計，按齒根彎曲強度設(shè)計，幾何尺寸計算，驗算4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：軸的支承形式，軸上零件的軸向定位，軸的選材和最小直徑dmin得確定5、離合器的選擇（也可以不用計算在內(nèi)）：規(guī)格計算，計算轉(zhuǎn)矩，牙嵌式離合器的設(shè)計計算，包括離合器的外徑計算（經(jīng)驗公式），牙間壓緊力，磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計6、軸承的選擇：軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，不用計算，只需看所處環(huán)境即可7、鍵和圓螺母的選擇8、主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計：主軸組件是機床主要部件之一，它的性能對整機性能由很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對主軸組件的主要性能特提出要求：回轉(zhuǎn)精度高，剛度好，抗振性強，溫升好。本課題中數(shù)控機床的轉(zhuǎn)速較高，卻要求徑向剛度好，所以軸承的配置型式選擇為剛度速度型[13]。主軸平均直徑D（或主軸前軸頸直徑D1）；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸懸伸量a和主軸支承跨距l(xiāng)。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能，但為簡化問題，主要是由靜剛度條件來確定這些參數(shù)，即選擇D、d、a、l使主軸獲得最大靜剛度，同時兼顧其它要求，如高速性、抗振性等。支承跨距l(xiāng)是指相鄰兩支承的支承反力作用點之間的距離。合理確定l是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。9、編碼器的選擇與安裝（如果太復(fù)雜就可不用）：在經(jīng)濟型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，進刀速度應(yīng)與車床主軸轉(zhuǎn)速之間保持一個恒定的比例關(guān)系，為此要在車床主軸上安裝一個主軸位置信號的反饋元件。即主軸脈沖發(fā)生器。在選用簡易數(shù)控裝置時，應(yīng)選用含有螺紋加工功能的系統(tǒng)軟件和相應(yīng)的主軸脈沖發(fā)生器。10、機床夾具的設(shè)計：機床夾具應(yīng)滿足的基本要求包括以下幾方面：保證加工精度，夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，安全,方便,減輕勞動強度，排屑順暢，機床夾具應(yīng)具有良好的強度,剛度和結(jié)構(gòu)工藝性。二、控制部分?jǐn)?shù)控車床主傳動系統(tǒng)的控制部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服系統(tǒng)組成。數(shù)控裝置是由計算機和執(zhí)行元件組成，伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和工作臺的傳遞信號橋梁。計算機發(fā)出的脈沖信號需經(jīng)過伺服系統(tǒng)，伺服電動機啟動，帶動電機軸運動，通過齒輪或滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動。數(shù)控機床的主軸傳動系統(tǒng)，考慮到電機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍與主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍不匹配問題，在電機與主軸間增加了一根中間傳動軸。機械有級變速系統(tǒng)舍棄液壓變速，而采用電磁離合器變速，有利于實現(xiàn)自動操作。由于數(shù)控機床的故障更多發(fā)生在電氣系統(tǒng)，所以本課題采用了西門子公司專門為經(jīng)濟型數(shù)控機床開發(fā)的性價比較高的SINUMERIK802D微機控制系統(tǒng)，以提高數(shù)控車

7頁第4頁共床的可靠性。三、總結(jié)畢設(shè)“數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)”這個課題的研究設(shè)計，是對所有課程一次深入的綜合性的復(fù)習(xí)，也在設(shè)計過程中拓展了更多的相關(guān)專業(yè)知識面，是一次理論聯(lián)系實際的適應(yīng)性訓(xùn)練。該次設(shè)計不僅能鍛煉自己的分析和解決問題的能力，同時也培養(yǎng)了查閱手冊及書籍資料的能力，為以后畢業(yè)后工作積累了一定的經(jīng)驗。不過，單單只靠一次綜合性設(shè)計要讓學(xué)生熟練掌握機械設(shè)計的精髓是不太現(xiàn)實的，我們所掌握到的設(shè)計很多只是理論性的，現(xiàn)實中的因素在一些應(yīng)用設(shè)計中也是個非常重要的方面，有些需要用到些經(jīng)驗公式。還用，現(xiàn)在我們本科階段查找專業(yè)資料能力還有欠缺，只能從外行，通常的渠道得到。對專業(yè)網(wǎng)站的了解和搜索能力還不足等等，這些都是我們今后所需要提高的。。7頁第5頁共

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7頁第6頁共畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述

指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師：年月日專業(yè)教研室審查意見負(fù)責(zé)人：年月日

7頁第7頁共

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