某型数控实验平台z轴及主轴箱的结构分析和三维实体设计(编辑修改稿)

某型数控实验平台z轴及主轴箱的结构分析和三维实体设计(编辑修改稿)内容摘要：

设计者的构思 ,但对每一种方案都制作实物样品 ,要付出大量的劳动 ,还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。 图（ 1）：三维实体产品设计流程图 三江学院 2020 届本科生毕业论文 4 第 2 章 数控实验平台 简介及概述 数控实验平台 数控实验平台的产生发展 随着现代制造业的高速发展，企业需要大批能编程操作、会调试维修的综合性数控技术人才。 由于数控设备价格昂贵，大多数学校经费不足，只配备了数量较少的数控实训设备，且随着数控技术的发展，部分数控系统已经陈旧，但升级却十分因难，加之部分学校采用计算机仿真代替数控实训设备完成操作训练，使得学校培养的数控人才大多理论基础扎实，但动手操作能力不强。 因此开发一种成本低、升级扩展容易、能够用于批量培训、可以引入最新数控技术的开放式数控实验平台就显得非常必要。 数控实验平台的特点 具有模块化设计特点： 提高设计效率，满足用户要求。 产品模块具有规范化、系列化、通用化、标准化特点，一次设计可满足市场上的多种需求，可显著提高设计效率，最大限度地缩短供货周期和满足用户需求。 安全性：需要保证学生和机器的安全性。 低成本：它的成本远低于数控机床。 操作方便：操作比数控简单，制造工艺简单。 可扩展性：系统可以灵活地增加硬件设备控制接口来实现功能的拓展和性能的提高。 可互操作性：控制器应能与一个或多个计算机进行信息交流。 可移植性：在不增加硬件结构的前提下，利用现有的底 层结构模块，通过配置和编译控制软件来实现系统的自定义。 可增减性，系统的性能和功能根据实际需求方便地增减。 数控实验平台设计方法 数控实验平台设计流程框架图 三江学院 2020 届本科生毕业论文 5 图（ 2）：数控实验平台设计流程框架图 对于本次课题所要设计的数控实验平台进行模块化的设计，它 既保证了数控实验平台的简化结构也减少了对性能的影响，使学生在拆装时更加灵活方便。 本次设计主要达到要求 （ 1）通过本次设计要求学会查阅、综合和消化技术文献资料的能力及阅读外文资料的能力。 （ 2）掌握常用工程绘图软件 CAXA 的使用方法。 （ 3）熟悉实验平台的结构特点及原理。 （ 4）了解 Z轴的机械传动和主轴箱的连接。 （ 5）培养综合运用机械制图、机械设计、工程力学、计算机绘图、机械制造工艺等专业知识的能力。 （ 6）通过本次设计，熟练撰写专业性的论文的能力。 三江学院 2020 届本科生毕业论文 6 第 3 章 数控实验平 台 主传动机构及主轴箱设计 数控实验平台主传动系统 概述 主传动系统是用来实现数控实验平台主运动的传动系统，它应具有一定的转速（速度）和一定的变速范围。 以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。 主传动系统的设计要求 主传动系统的实际要求： （ 1）主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。 （ 2）主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。 （ 3）主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声要小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。 操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，满足机床的使用要求。 结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。 主传动系统的选择 数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。 为扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结 合的调速方式。 主传动三种形式比较： （ 1）齿轮传动 在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置 不远 的两轴之间的运动和动力。 齿轮传动平稳， 传动比 精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。 例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达 300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。 但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。 图（ 3）：齿轮传动 三江学院 2020 届本科生毕业论文 7 （ 2） 带传动 带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。 摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确（滑动率在2%以下）；同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。 带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等。 优点：传动平稳、结构简单、成本低、使用维护方便、 有良好的挠性和弹性、过载打滑。 缺点：传动比不准确、带寿命低、轴上载荷较大、传动装置外部尺寸大、效率低。 因此，带传动常适用于大中心距、中小功率、带速 v =5～ 25m/s，i≤7 的情况。 （ 3） 链传动 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同 情 况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 与齿轮传动相比，链传动的制 造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。 瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。 图（ 4）：带传动 图（ 5）：链传动 综合上述几种传动方式对比考虑，本课题中所设计的数控实验平台采 用带传动方式给主轴进行传动。 这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，也降低了成本。 数控实验平台主轴箱构成 主轴组件 （ 1）主轴箱 主轴箱是 数控实验平台 的重要的部件，是用于布置 实验平台 工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。 主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加三江学院 2020 届本科生毕业论文 8 工工艺直接影响 实验平台 的性能。 （ 2）主轴轴承。