xk5040数控立式铣床主运动系统及进给系统及控制系统设计说明书

xk5040数控立式铣床主运动系统及进给系统及控制系统设计说明书内容摘要：

约 2700kg 总传动系统图 XK5040 立式铣床的总的传动系统图如图 所示。 图 XK5040 总传动系统图 XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 9 2 主运动系统设计 传动系统设计 参数的拟定 选定公比，确定各级传送机床常用的公比 为 或 ，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =，根据给出的条件：主运动部分 Z=18 级，根据标准数列表，确定各级转速为：（ 30， ， ， 60， 75， 95， 118， 150， 190，235， 300， 375， 475， 600， 750， 950， 1180， 1500R/min） . 传动结构或结构网的选择 1 确定变数组数目和各变数组中传动副的数目 该机床的变数范围较 大，必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。 级数为 Z 的传动系统由若干个传动副组成，各传动组分别有1z . 2z . 3z `````````个传动副，即 Z= 1 2 3zzz1 ```````。 传动副数由于结构的限制，通常采用 P=2 或 3，即变速 Z 应为 2 或 3 的因子： Z= 2a x2b 因此，这里 18=3x3x2，共需三个变速组。 2 传动组传动顺序的安排 18 级转速传动系统的传动组，可以排成： 3x3x2，或 3x2x3。 选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的具体结构，装置和性能。 I 轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴向尺寸。 第一传动组的传动副数不能多，以 2 为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用 2 ，或一个定比传动副。 这里，根据前多后 少的原则，选择 18=3x3x2 方案。 3 传动系统的扩大顺序安排 对于 18=3x3x2 的传动，有 3。 =6种可能安排，亦即有 6种机构副和对应的结构网，传动方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致，结构式 18= 13 x3 x92 的传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而， 18=3 x13 x92 的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择 18=13 x3 x92 的结构式。 4 验算变速组的变速范围 齿轮的最小传动 minU  1/4，最大传动比 maxU  2，决定了一个传动组的最大变速范围 maxY = maxU / minU XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 10 因此，可按下表，确定传动方案： 根据传动比及指数 x, 39。 x 的值 公比 极限值传动比指数 x值 : minU =1/ x =1/4 6 39。 x 值 : maxU = 39。 x =2 3 （ x+ 39。 x ） 值： minr = 39。 xx =8 9 因此，可选择 18=13 x3 x92 的传动方案。 5 最后扩大传动组的选择 正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为： Z= 1z 1 * 2z 1z 3z  12zz 最后扩大传动组的变速范围为： r= 1 2 3( 1)zz z 11= ( /2)zz 按 8r 原则，导出系统的最大收效 Z 和变速范围为：  3z 2 3 Z=18 R=50 Z=12 R= 因此，传动方案 18=3*3*2 符合上述条件，其 结构网如下图 ： 图 结构网图 XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 11 转速图拟定 运动参数确定后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。 在此基础上，选择电机的型号，分配个变速组的最小传动比；拟定转速图，确定各中间轴的转速。 1 主电机的选择 中型机床上，一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，应注意： （ 1）电机的 N： 根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电机产品的功率已标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。 （ 2）电机的转速 dn 异步电动机的转速有： 3000， 1500， 1000， 750， r/min,这取决于电动机的极对数 P dn =60f/p=60x50/p ( r/min) 机床中最常用的是 1500 r/min 和 3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度 maxn 和工轴转速相近为宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。 根据以上要求，我们选择功率为 ，转速为 1500r/min 的电机，查表，其型号为 Y132M4，其主要性能如下表 电机型号 额定功率 KW 荷载转速 r/min 同步转速 r/min Y132M4 1440 1500 2 分配最小传动比，拟定转速图 （ 1）  轴的转速： 轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近，显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑，  轴转速不宜将电机转速降得太低。 弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾，因此，  轴转速也不宜也太高，  轴转速一般取 700~1000r/min 左右较合适。 因此，使中间变速组降速缓慢。 以减少结构的径向尺寸，在电机轴 I 到主传动系统前端轴  增加一对 26/54 的降速齿轮副，这样，也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动 比，就可以将主轴 18 级转速一起提高或降低。 XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 12 （ 2）中间轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性能要求之间的矛盾。 中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些： d 4M , m 3M 从而可使结构紧凑。 但这样引起空载功率 N空 和噪音 pL 加大： N空 =1/ 610 ( n da +cd主 n)KW 式中： C—— 系数，两支承滚动轴承和滑动轴承 C=，三支承滚动轴承 C=10； da —— 所有中间轴轴径的平均值（ mm）； d主 —— 主轴前后轴径的平均值（ mm）； n —— 中间传动轴的转速之和； n—— 主轴转速（ r/min）； pL =20lg 6 11 0 l g ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ) ( )anc m z q m z n 主 主K 式中： ()amz —— 所有中间传动齿轮的分 度圆直径的平均值 mm。 ()mz主 —— 主轴上齿轮分度圆直径的平均值 mm。 q—— 传到主轴上所经过的齿轮对数  —— 主轴齿轮螺旋角 1c ,K—— 系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床1c =，车床 K=54，铣床 K= 从上述经验公式可知，主轴 n 和中间传动轴的转速和 对机床噪音和发 热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。 a，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些 b,控制齿轮圆周速度 v8m/s(可用７级齿轮精度 )，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。 （ 3）齿轮传动比的限制 机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比： a, 升速传动中，最大传动比 maxU 2 ，过大，容易引起振动的噪音。 b, 降速传动中，最小传动比 minU  1/4。 过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。 XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 13 （ 4）分配最小传动比 a,决定轴 VVI 和 VIV 的传动比，根据台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为 1， b,决定各变速组的传动比； 由前面 2 轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的现在，根据“前缓后急”的原则，取轴 IVV 的最小降速比为极限值的 1/4，  =， =4，轴 IIIIV和轴 IIIII 均取 minU =1/ 4 （ 5）拟定转速图： 根据结构图及结构网图及传动比的分配，拟定转速图，如下图 所示： 图 传动系统图 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 1 齿轮齿数的确定的要求 可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比 u和初步定出的传动副 齿数和 ZS ，查表即可求出小齿轮齿数： 选择是应考虑： a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数，即：  min minZZ 推荐： 对轴齿轮  minZ =12，特殊情况下  minZ =11， XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 14 对套装在轴上的齿轮，  minZ =16，特殊情况下  minZ =14， 对套装在滚动轴承上的空套齿轮，  minZ =20； 当齿数少于不发生根切的最小齿数时（压力角a=20 的直齿标准， minZ =17），一般需对齿轮进行正变位修正。 b,保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚 2m ，一般取 5mm 则min Tz m，如图 所示。 c、同一传动组 的个齿轮副的中心矩应相等。 若摸数相等时，则齿数和亦相等，但由于传动比要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足不了上述要求，机床上可用修正齿轮，在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齿数差不能够超过 3~4 个齿。 2 变速传动组中齿轮齿数的确定 为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸，这里采用了公用齿轮。 但由于公用齿轮的采用，使两个传动组间的传动比互相牵制，不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸，因此，径向尺寸一般较大，此外，公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。 这里 我们采用查表法来确定齿轮的齿数。 查《机床设计手册》确定个齿轮齿数如下： 轴 IIIII 间变速齿轮齿数的确定： 由于公比  =，传动比为 1U =1/ 4 =  ， 2U =1/ 3 =  ， 3U =1/  设：传动组中最小齿轮齿数 1Z =16，查《机床设计手册》表 可查得： 1U =16/39 （ %）， 2 U =19/36 （ %）， 3 U =22/33 （ %） 齿数和为 zS =55 公用齿轮选为 39。 1Z =39 轴 IIIIV 间变速组齿轮齿数的确定：传动比为 1U =1/ 4 2U =1/ 3 3U = 2 根据 3U = ，主动轮齿数为 39，从表 可查得： 1U =18/47 （ %），2 U =28/37 （ %）， 3 U =39/26 （ %） 齿数和为： zS =65 XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文 15 轴 IVV 间变速组齿轮齿数的确定： 由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化，受力差别较大，为了得到合理的结构尺寸，可采用不同模数的齿轮副。 轴 IVV 间的两对齿轮，其传动比为 1U =1/4, 2U =2 分别取 1m ＝４， 2m ＝３则 1ZS／2ZS＝ 2e ／ 1e ＝３／４ 取Ｋ＝３０，1ZS＝３０ x3=90, 2ZS=30x4=120 按传动比将齿数分配如下： 1U =1/4=18/72  19/71 ， 2U =2=80/40  82/38 轴 VVI 及 VIVII 间齿数确定，由于这两个传动组只是改变传动方向，不起便速度作用，只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。 ，取 VVI 轴间锥材料齿轮齿数为２９，Ｖ IVII 轴间齿轮齿数为 67。 3 主轴转速系列的验算 主轴转速在使用上并要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响，但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。 由确定的齿轮齿数所得的实际转 速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过 10 1 %（ ） 即 nnn n 理 论实 际理 论 10 1（ ） % 主轴的各级实际转速分别为： ， ， ， 58， ， ， 115， 148， 187， ， ， 468， 602， 760， 927， ， r/min nnn n 理 论实 际理 论= 3030=2% 而 10 1（ ） %=%故符合条件 同理：经验算，其他各级转速也满足要求。 4 传动系统图的绘制 转速图和齿轮齿数确定后，变速箱的结构复杂程度也基本确定了（如齿轮个数，轴数，支承轴，为使变速箱的结构紧凑，合理布置齿轮是一个重要的问题，因为它直接影响变速箱的尺寸，变速操作的方便性和结构实现的可行性问题，在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，一般 应尽可能减少变速箱尺寸。 这里为使变速操作的方便，提高效率采用电磁离合器操纵方式。 根据计算结果，绘制出传动系统图，如图 所示 XK 5040 数控立式铣床及控制系统设计论文。