数控铣床主轴箱设计说明书-数控机床课程设计.docVIP

数控机床课程设计 一．设计题目及要求 1.设计题目：数控铣床主轴箱设计 2.已知参数：主轴最高转速4500r/min,计算转速约为150 r/min,最小转速为30r/min,最大切削功率5.5Kw。 3.设计要求：采用交流调频主轴电动机,实现主轴的无级变速。 二．选题背景 数控铣床的主运动广泛采用无级变速，这不仅能使其在一定调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级调速有液压、机械、电气多种形式，数控铣床多采用由直流和交流调速电动机作为驱动的电机无级调速。由于数控铣床调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足；另一方面调速电动机的功率和转矩特性也难于直接与铣床的功率和转矩完全匹配。因此，需要无级调速电动机后串联机械分级变速传动，一满足调速范围和功率、转矩特性的要求。 三．主传动设计 1. 驱动源的选择 因电动机与其它驱动源电动机相比，它具有较高的驱动效率且其种类和型号较多，具有良好的调速启动，制动及反相控制性能选择电动机作为驱动源。铣床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速4500r/min，最大切削功率5.5KW,选择YP123M-4型交流主轴电动机，最高转速是5040 r/min,额定转速1500r/min，连续额定输出功率为7.5KW。 转速图的拟定 根据交流主轴电动机的最高转速和额定转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围 Rdp=nmax/nd=8040/1500=3.36 而主轴要求的恒功率转速范围Rnp= nmax/nd=4500/150=30 ,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。 设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，取变速箱的公比Фf与交流主轴电动机的恒功率调速范围Rdp三种情况，分别为ФfRdp，Фf=Rdp,ФfRdp三种情况，先分析如下： ①取变速箱的公比Фf等于交流主轴电动机的恒功率调速范围Rdp，即Фf=Rdp=3,则功率特性图是连续的，无缺口和无重合的。 变速箱的变速级数: Z=lg Rnp/lg Rdp=lg30/ lg 3=3.09 取 Z=3 确定各齿轮副的齿数： 取S=114 由u=2 得Z1=38 Z1′=76 由u=0.67 得Z2=68 Z2′=47 由u=0.22 得Z3=91 Z3′=23 如取总效率η=0.75，则电动机功率P=5.5/0.75=7.3kw。可选用YP123M-4型交流主轴电动机，连续额定输出功率为7.5kw。 由此拟定主传动系统图、转速图以及主轴功率特性图分别如图1、图2、图3。 图1 图2转速图 图3主轴功率特性 ②变速箱公比Фf小于电动机的恒功率调速范围Rdp,即Фf Rdp 主轴要求的恒功率调速范围：Rnp =4500/150=30 电动机可达到的恒功率的范围：Rdp =6000/1500=4 取Z=4，Ф=30/4 故Фf =1.96，取ψf =2 （该值满足ФfRdp） 确定齿轮副的齿数： 由μ=1.33 得：Z1=36，Z1′=48 由μ=2 得：Z2=28，Z2′=56 由μ=4 得：Z3=18，Z3′=72 传动系统和转速图、功率特性图如下： ③变速箱公比Фf大于电动机的恒功率调速范围Rdp,即Фf Rdp 主轴恒功率变速范围：Rnp =30 电动机的恒功率调速范围：Rdp =6500/1500=4 变速箱的变速级数Z=2，变速箱公比为： Rnp/Rdp==30/4=7.5 得：Фf =7.5 ψf 比Rdp值大许多，在主轴的功率特性图中将出现较大的“缺口”，为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大，取电动机额定功率Pd=18.5kw，在缺口处的功率仅为： P=RdpPd/Фf =4×18.5/7.5=9.9kw。 确定齿轮副的齿数： 取齿数和S12=124,由