数控机床主传动系统设计毕业设计(工作计划,工作总结,文献综述)
工作计划
毕业设计是在学生完成全部理论教学和时间教学后所进行的一次综合训练，是整个教学过程中最后一个主要的实践教学环节，目的是使学生综合运用所学的基础理论，专业知识和基本技能，进行工程设计和科学研究等工程师的基本训练，进一步培养学生的科学态度，独立分析和解决问题的能力以及创新的精神。
因此，我为这次毕业设计制定了一个详细周密的工作计划。
本次毕业设计完成需12~15周。预期结果为主轴箱展开图、横剖面图、转速图和功率扭矩图、传动系统图、拆主轴零件图及主轴的加工编程等。结果表现形式为全部设计图纸及设计说明书。
1基本要求
（1）中英文文献及文献综述各一份（2）阅读有关材料15篇（3）外文资料翻译3000字以上（4）设计说明书10000字以上（5）折成A0号图纸4张2设计任务（1）运动设计（2）动力设计（3）结构设计（4）主轴数控加工编程（5）拆主轴零件图（6）传动系统图（7）主轴箱展开图（8）横剖面图
（9）转速图和功率扭矩图3工作计划
（1）第1~2周实习调研、检阅资料（2）第3~4周方案确定、开题报告
（3）第5~8周设计数控机床主传动系统总体方案（4）第9~13周外文翻译
（5）第14周撰写说明书（论文）（6）第15周上交设计（论文）
工作总结
本文完成了数控机床主传动系统设计。主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一。对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。由于数控机床的主运动要求有较大的调速范围，因此数控机床的主传动电机主要使用交流变频调速伺服调速电机。由于主运动采用了无级变速，为了确保低速时的扭矩，数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。数控机床采用带有变速齿轮的主传动。通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位采用液压拨叉直接齿轮实现。本设计与预期设想基本吻合，结果非常成功。
此设计为精加工系统，它的系统对用户有很重要的意义。此外，对其他的数控机床主传动系统有一定的参考价值。通过本文的研究，主要得出了以下几点有意义的结果：
在对大量数控机床主传动系统书籍、材料、实例分析之后，根据设计的具体要求，确定了可行性方案和具体的数控系统配置。完成机床的运动设计、动力设计、结构设计、主轴数控加工编程，同时也进行了可靠性校核和验算。对伺服系统进行分析，实现以步进电机为动力元件的开环控制。并能即时地显示机床主传动系统的运行状态。
本课题“数控机床主传动系统设计”是在导师赵成喜老师的悉心指导和关怀下完成。赵老师在论文的选题、内容、科研过程和论文撰写方面给予了耐心的指导，而且提出了许多建设性意见和建议，使我对课题的难点豁然开朗。导师在言传身教中体现出来的渊博的学识，严谨的治学态度，开阔的知识眼界和平易近人的态度给我留下了深刻的印象。
在此，我谨向三个多月来付出了辛劳汗水和心血的导师致以崇高的敬意和衷心的感谢。其次，感谢学院领导以及班主任老师等，他们在整个论文工作期间都给予我很多关心和帮助，也正因为他们的帮助，才能顺利的完成了整个毕业论文。
最后感谢我的同学以及朋友在我的整个毕业论文中所给与的帮助和支持，他们在整个论文工作期间都与我进行过有益的交流，提出了很多的建议和想法，使我受益非浅。以及我的家人在我紧张、繁忙的论文工作期间在精神和生活上所给予的最大的理解和支持。
在论文完稿之际，我真诚的对关心、帮助、支持过我的xx老师和xx老师,学院的所有领导、老师、同学以及亲人表示最衷心的感谢，谢谢你们！
文献综述
数控机床主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一。对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。由于数控机床的主运动要求有较大的调速范围，因此数控机床的主传动电机主要使用交流变频调速伺服调速电机。由于主运动采用了无级变速，为了确保低速时的扭矩，数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。数控机床采用带有变速齿轮的主传动。通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位采用液压拨叉直接齿轮实现。
我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为１８亿元。机床的年产量数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60%以上）。可见我们大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际，国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床主传动系统设计作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床主传动系统设计是个“永恒”的课题。我国的机床主传动系统设计业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国，机床主传动系统业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生的著名公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事主传动系统设计业的公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了许多种伺服驱动技术。可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直接电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。本问针对数控机床主传动系统设计，以及数控加工的基本理论进行研究后，采用了Inter公司的生产的单片机MCS-51T系统的8031作为数控系统的中央处理器进行对机床各部件的控制。
内容包括：主传动系统设计、系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的机构及传动方式的确定等内容。应根据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行分析和论证，最后确定总体方案。
扩展阅读：数控车床主传动系统毕业设计文献综述
本科生毕业设计(论文)文献综述
设计(论文)题目
作者所在系别作者所在专业作者所在班级作者姓名作者学号指导教师姓名指导教师职称完成时间
数控车床主传动系统的设计
机械工程系
机械设计制造及其自动化
201*
年2月28
北华航天工业学院教务处制
7页第1页共
说明
1．根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2．文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。
3．文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。
4．学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。
5．文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在201*字左右。文献综述应与开题报告同时提交。
7页第2页共毕业设计（论文）文献综述
摘要：本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状,并分析了其存在的问题;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对数控车床主轴箱传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围35，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况关键词：主轴箱，无级调速，传动系统Abstract：Inthisdesign,thedevelopmentandcurrentsituationofNCmachineinChinawasintroducedandaseriesofproblemswerepresented.ThedevelopmenttrendtoNClathewasdiscussed.SomecountermeasureswaspresentedforthedevelopmentofNCmachineinChinaandthentheheadstockofck6125NClathehasbeencalculatlydesigned.Headstocksiscomposedofthehollowspindlewhichisinstalledinprecisionbearingsandaseriesoftransmissiongears.Thespindlecanobtainanyspeedinthespeedrangetomeettheprocessingrequirementsofcutting.Atpresent,thedevelopmenttrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedthroughtheelectricalormechanicaldevices.VariableFrequencyMotorconveysthepowerthroughbeltdriveandasetoftransmissiongears.ThespeedrangeofVariableFrequencyMotorisusually3-5,whichisdifficulttomeetthespeedrangerequirementsofthespindlespeed;Thetransmissiongearsistoexpandthescopeofavariable-speedtomeetthespeedrangeofthespindle.Inaddition,inthisdesignthedesignofthebeltdrivehasbeenchangedfromtheoriginalunloadingstructureintotheloadingstructure,transmissedtheforcetothelathebodysothatinputshaftisonlyforcedtorque,improvedtheforcingstateoftheinputshaftKeywords:headstocks,acontinuouslyvariablespeed,transmissionSysterm7页第3页共
本毕业设计的课题是“数控车床主传动系统的设计”。要达到最终的设计要求，必须从数控车床主传动系统机械部分和控制两个方面来进行综合设计，然后再根据要求绘制出三维立体图及工程图。一、机械部分数控系统的主轴系统除了应满足普通机床主传动要求外，还提出以下要求：1、具有更大的调速范围，并实现无级调速2、具有较高的精度和刚度、传动平稳，噪声低;3、良好的抗振性和热稳定性。因此，必须对主轴系统进行总体的设计：1、选择电机：注意电动机类型和结构型式的选择，电动机容量的选择，确定主轴切削力，确定电机输出动率Pd，选择电机额定功率Ped，电动机电压和转速的选择，确定电机的型号。2、各个轴的计算：各轴计算转速，各轴输入功率，各轴输入转矩，转速图，传动图3、轴系部件（齿轮）的设计：选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数，按齿面接触强度设计，按齿根弯曲强度设计，几何尺寸计算，验算4、轴的结构设计：轴的支承形式，轴上零件的轴向定位，轴的选材和最小直径dmin得确定5、离合器的选择（也可以不用计算在内）：规格计算，计算转矩，牙嵌式离合器的设计计算，包括离合器的外径计算（经验公式），牙间压紧力，磁路结构设计6、轴承的选择：轴承是标准件，不用计算，只需看所处环境即可7、键和圆螺母的选择8、主轴结构设计：主轴组件是机床主要部件之一，它的性能对整机性能由很大的影响。主轴直接承受切削力，转速范围又很大，所以对主轴组件的主要性能特提出要求：回转精度高，刚度好，抗振性强，温升好。本课题中数控机床的转速较高，却要求径向刚度好，所以轴承的配置型式选择为刚度速度型[13]。主轴平均直径D（或主轴前轴颈直径D1）；主轴内孔直径d；主轴悬伸量a和主轴支承跨距l。这些参数直接影响主轴的工作性能，但为简化问题，主要是由静刚度条件来确定这些参数，即选择D、d、a、l使主轴获得最大静刚度，同时兼顾其它要求，如高速性、抗振性等。支承跨距l是指相邻两支承的支承反力作用点之间的距离。合理确定l是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。9、编码器的选择与安装（如果太复杂就可不用）：在经济型数控车床上加工螺纹或丝杠时，进刀速度应与车床主轴转速之间保持一个恒定的比例关系，为此要在车床主轴上安装一个主轴位置信号的反馈元件。即主轴脉冲发生器。在选用简易数控装置时，应选用含有螺纹加工功能的系统软件和相应的主轴脉冲发生器。10、机床夹具的设计：机床夹具应满足的基本要求包括以下几方面：保证加工精度，夹具的总体方案应与年生产纲领相适应，安全,方便,减轻劳动强度，排屑顺畅，机床夹具应具有良好的强度,刚度和结构工艺性。二、控制部分数控车床主传动系统的控制部分数控装置和伺服系统组成。数控装置是由计算机和执行元件组成，伺服系统是数控装置和工作台的传递信号桥梁。计算机发出的脉冲信号需经过伺服系统，伺服电动机启动，带动电机轴运动，通过齿轮或滚珠丝杠，将旋转运动转变成直线运动。数控机床的主轴传动系统，考虑到电机的恒功率转速范围与主轴要求的恒功率转速范围不匹配问题，在电机与主轴间增加了一根中间传动轴。机械有级变速系统舍弃液压变速，而采用电磁离合器变速，有利于实现自动操作。由于数控机床的故障更多发生在电气系统，所以本课题采用了西门子公司专门为经济型数控机床开发的性价比较高的SINUMERIK802D微机控制系统，以提高数控车
7页第4页共床的可靠性。三、总结毕设“数控车床主传动系统”这个课题的研究设计，是对所有课程一次深入的综合性的复习，也在设计过程中拓展了更多的相关专业知识面，是一次理论联系实际的适应性训练。该次设计不仅能锻炼自己的分析和解决问题的能力，同时也培养了查阅手册及书籍资料的能力，为以后毕业后工作积累了一定的经验。不过，单单只靠一次综合性设计要让学生熟练掌握机械设计的精髓是不太现实的，我们所掌握到的设计很多只是理论性的，现实中的因素在一些应用设计中也是个非常重要的方面，有些需要用到些经验公式。还用，现在我们本科阶段查找专业资料能力还有欠缺，只能从外行，通常的渠道得到。对专业网站的了解和搜索能力还不足等等，这些都是我们今后所需要提高的。。7页第5页共
参考文献[1]龚仲华.数控技术,机械工业出版社，201*-6[2]符钢,张芳丽.提高机床制造业的核心竞争力[J].制造技术与机床,201*(1):3-6.[3]良贵，纪名刚.机械设计[M].北京:机械工业出版社，201*:100-106,147-156,200-203,301-318,335-345,355-362.[4]《机械设计手册》联合编写组.机械设计手册（上）[M].北京:化学工业出版社；1983[5]刘瑞已，现代数控机床，西安电子科技大学出版社，201*-7[6]成大先.机械设计手册,第五卷[M].北京:化学工业出版社，201*:22-3-22-109.[7]Felipul.liwet，NumericalControlMachineToolEngineering，201*-7[8]GalloutTA.Theselectionofanefficientelectricalmachia.IEEconformElectricMachineandDrives,1993:136-140.[9]冯桂安等.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社，1999:113-135[10]数控机床,[11]闻邦椿.机械设计手册,第五版，第二卷[M].北京:机械工业出版社，201*.1
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指导教师意见指导教师：年月日专业教研室审查意见负责人：年月日
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