开题报告-XKM754型精密数控卧式床身铣床的研究与设计.docxVIP

开题报告课题名称XKM754型精密数控卧式床身铣床的研究与设计任务2.1 技术参数工作台工作面面积（长×宽）：1000×400mm；行程（X×Y×Z）：600×400×500mm；快速移动速度（X、Y、Z）：12000mm/min；进给速度范围（X、Y、Z）：1～6000mm/min；主轴箱重量：1000kg、工件及工作台重量600kg、滑鞍重量500kg；主电机功率：15KW；主轴计算转速：200r/min；主轴锥孔序号：ISON050；拉刀力：1000kg；定位精度：0.02mm；重复定位精度：0.16mm。2.2 方案要求（1）机床总体布局；（2）确定导轨型式；（3）确定滚珠丝杠的支撑方式与型号及安装型式；（4）确定主传动系统的驱动方案；（5）确定低档降速比及高档降速比；（6）确定传动轴数，拟定转速图、主轴功率扭矩特性图；（7）确定主轴箱的平衡结构。 成果形式（1）提交资料：论文；图纸（手工图、CAD图）；（2）答辩。主传动系统设计方案3.1 概述主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，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。数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级变速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统以扩大电动机的恒功率调速的范围。3.2 技术方案3.2.1 无级变速主传动链数控机床一般都采用直流或交流调速电动机作为驱动源并采用电气无级调速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，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以直接与机床的功率和转矩要求完全匹配。因此，需要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。本主轴箱采用交流主轴伺服电机调速，两档齿轮变速，以实现本床身铣床的无级变速。（1）主轴电动机加工中心上常用的主轴电动机为交流调速电动机和交流伺服电动机。交流调速电动机通过改变电动机的供电频率调整电动机的转速。交流主轴伺服电动机是一种高效能的主轴驱动电动机，其工作原理与交流伺服进給电动机相同，但其工作转速比一般的交流伺服电动机要高。交流伺服电动机可以实现主轴在任意方向上的定位，并且以很大转矩实现微小位移。（2）交、直流无级调速电机的功率转矩特性图3-1所示是机床主轴要求的功率特性和转矩特性。这两条特性曲线是以计算转速nj为界，从nj至最高转速nmax的区域Ⅰ为恒功率区，恒功率调速范围为RDP，该区域内，任意转速下主轴都可输出额定的功率，最大转矩则随主轴转速的下降而上升。从最低转速nmin至nj的区域Ⅱ为恒转矩区，恒转矩调速范围为RDT，在该区域内，最大转矩不再随转速下降而上升，任何转速下可能提供的转矩都不能超过计算转速下的转矩，这个转矩就是机床主轴的最大转矩Mmax。在Ⅱ区域内，主轴可能输出的最大功率Pmax，则随主轴转速的下降而下降。通常，恒功率区约占整个主轴变速范围的2/3～3/4；恒转矩区约占1/4～1/3。如图3-2所示，变速电机的调速范围RD也包括两部分：从额定转速nd到最高转速nmax的区域Ⅰ为恒功率区（调磁调速范围RDT）；从最低转速nmin至nd的区域Ⅱ为恒转矩区（调压调速范围RDP）。直流电机的额定转速通常为1000～1500r/min。从nd至nmax用调节磁通Φ的办法得到，称为调磁调速；从nmin至nd用调节电枢电压的办法得到，称调压调速。交流调频电机用调节电源频率来达到调速的目的。额定转速通常为1500r/min。这两种电机的恒功率转速范围常为2～4；恒转矩变速范围则可达100以上。显然，变速电机的功率特性与机床主轴的要求不匹配。变速电机的恒功率范围小而主轴要求的范围大。因此，单凭总变速范围设计主传动系统是不能满足加工要求的，必须考虑性能匹配问题。通常采用的办法是在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱。图3-1 主轴的功率扭矩特性 图3-2 变速电动机的功率特性（3）床身铣床无级变速的设计显然，变速电机的功率特性与机床主轴的要求不匹配。变速电机的恒功率范围小而主轴要求的范围大。因此，单凭总变速范围设计主传动系统是不能满足加工要求的，必须考虑性能匹配问题。通常采用的办法是在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱。在本床身铣床中，由交流主轴伺服电机实现电机无级调速，由齿轮实现两档变速。其中，传动轴有四根，Ⅰ轴、Ⅱ轴为固定轴，Ⅲ轴为变速轴，Ⅳ轴为主轴，主轴与编码器通过齿轮传动，将主轴的转速1:1反馈给脉冲编码器。Ⅲ轴为花键轴，轴上装有二联滑移齿轮，通过长销与轴内的拉杆相连，轴的上端装有变档液压油