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

工作計劃

畢業(yè)設計是在學生完成全部理論教學和時間教學后所進行的一次綜合訓練，是整個教學過程中最后一個主要的實踐教學環(huán)節(jié)，目的是使學生綜合運用所學的基礎理論，專業(yè)知識和基本技能，進行工程設計和科學研究等工程師的基本訓練，進一步培養(yǎng)學生的科學態(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)設計制定了一個詳細周密的工作計劃。

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

1基本要求

（1）中英文文獻及文獻綜述各一份（2）閱讀有關材料15篇（3）外文資料翻譯3000字以上（4）設計說明書10000字以上（5）折成A0號圖紙4張2設計任務（1）運動設計（2）動力設計（3）結構設計（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）轉速圖和功率扭矩圖3工作計劃

（1）第1~2周實習調研、檢閱資料（2）第3~4周方案確定、開題報告

（3）第5~8周設計數(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周上交設計（論文）

工作總結

本文完成了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計。主傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)主運動的傳動系統(tǒng)，它的轉速高、傳遞的功率大，是數(shù)控機床的關鍵部件之一。對它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴格的要求。由于數(shù)控機床的主運動要求有較大的調速范圍，因此數(shù)控機床的主傳動電機主要使用交流變頻調速伺服調速電機。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)。本設計與預期設想基本吻合，結果非常成功。

此設計為精加工系統(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，根據設計的具體要求，確定了可行性方案和具體的數(shù)控系統(tǒng)配置。完成機床的運動設計、動力設計、結構設計、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)設計”是在導師趙成喜老師的悉心指導和關懷下完成。趙老師在論文的選題、內容、科研過程和論文撰寫方面給予了耐心的指導，而且提出了許多建設性意見和建議，使我對課題的難點豁然開朗。導師在言傳身教中體現(xiàn)出來的淵博的學識，嚴謹?shù)闹螌W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，我謹向三個多月來付出了辛勞汗水和心血的導師致以崇高的敬意和衷心的感謝。其次，感謝學院領導以及班主任老師等，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，我真誠的對關心、幫助、支持過我的xx老師和xx老師,學院的所有領導、老師、同學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)，它的轉速高、傳遞的功率大，是數(shù)控機床的關鍵部件之一。對它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴格的要求。由于數(shù)控機床的主運動要求有較大的調速范圍，因此數(shù)控機床的主傳動電機主要使用交流變頻調速伺服調速電機。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)。

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)控機床年產量約為0.6～0.8萬臺，年產值約為１８億元。機床的年產量數(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、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品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際，國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、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)設計作為新的經濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床主傳動系統(tǒng)設計是個“永恒”的課題。我國的機床主傳動系統(tǒng)設計業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(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。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)展了許多種伺服驅動技術�？梢灶A見隨著超高速切削、超精密加工、網絡制造等先進制造技術的發(fā)展，具有網絡接口的全數(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。

內容包括：主傳動系統(tǒng)設計、系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構的機構及傳動方式的確定等內容。應根據設計任務和要求提出系統(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)設計文獻綜述

本科生畢業(yè)設計(論文)文獻綜述

設計(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號指導教師姓名指導教師職稱完成時間

數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設計

機械工程系

機械設計制造及其自動化

201*

年

2月28

北華航天工業(yè)學院教務處制

7頁第1頁共

說明

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

2．文獻綜述應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計(論文)工作前期內完成，由指導教師簽署意見并經所在專業(yè)教研室審查。

3．文獻綜述各項內容要實事求是，文字表達要明確、嚴謹，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．學生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。

5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在201*字左右。文獻綜述應與開題報告同時提交。

7頁第2頁共畢業(yè)設計（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速范圍內的任意速度，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。本設計將原來的帶輪不卸荷結構變?yōu)榱藥л喰逗山Y構，使輸入軸在帶處只受轉矩，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鍵詞：主軸箱，無級調速，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)設計的課題是“數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設計”。要達到最終的設計要求，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計，然后再根據要求繪制出三維立體圖及工程圖。一、機械部分數(shù)控系統(tǒng)的主軸系統(tǒng)除了應滿足普通機床主傳動要求外，還提出以下要求：1、具有更大的調速范圍，并實現(xiàn)無級調速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)進行總體的設計：1、選擇電機：注意電動機類型和結構型式的選擇，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，電動機電壓和轉速的選擇，確定電機的型號。2、各個軸的計算：各軸計算轉速，各軸輸入功率，各軸輸入轉矩，轉速圖，傳動圖3、軸系部件（齒輪）的設計：選定齒輪類型,精度等級,材料及齒數(shù)，按齒面接觸強度設計，按齒根彎曲強度設計，幾何尺寸計算，驗算4、軸的結構設計：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）：規(guī)格計算，計算轉矩，牙嵌式離合器的設計計算，包括離合器的外徑計算（經驗公式），牙間壓緊力，磁路結構設計6、軸承的選擇：軸承是標準件，不用計算，只需看所處環(huán)境即可7、鍵和圓螺母的選擇8、主軸結構設計：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：回轉精度高，剛度好，抗振性強，溫升好。本課題中數(shù)控機床的轉速較高，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（如果太復雜就可不用）：在經濟型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，進刀速度應與車床主軸轉速之間保持一個恒定的比例關系，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，應選用含有螺紋加工功能的系統(tǒng)軟件和相應的主軸脈沖發(fā)生器。10、機床夾具的設計：機床夾具應滿足的基本要求包括以下幾方面：保證加工精度，夾具的總體方案應與年生產綱領相適應，安全,方便,減輕勞動強度，排屑順暢，機床夾具應具有良好的強度,剛度和結構工藝性。二、控制部分數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的控制部分數(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，將旋轉運動轉變成直線運動。數(shù)控機床的主軸傳動系統(tǒng)，考慮到電機的恒功率轉速范圍與主軸要求的恒功率轉速范圍不匹配問題，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、總結畢設“數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)”這個課題的研究設計，是對所有課程一次深入的綜合性的復習，也在設計過程中拓展了更多的相關專業(yè)知識面，是一次理論聯(lián)系實際的適應性訓練。該次設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驗。不過，單單只靠一次綜合性設計要讓學生熟練掌握機械設計的精髓是不太現(xiàn)實的，我們所掌握到的設計很多只是理論性的，現(xiàn)實中的因素在一些應用設計中也是個非常重要的方面，有些需要用到些經驗公式。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)設計（論文）文獻綜述

指導教師意見指導教師：年月日專業(yè)教研室審查意見負責人：年月日

7頁第7頁共

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