JCK6136数控车床主轴箱和床身部件设计

任务书

1．设计（论文）拟解决的主要问题

?通过调研和分析小组共同确定机床的传动方案、总体布置形式；完成给定机械部分的详细结构设计，设计的各部分间能有机结合，相互协调；小组共同整个机床的装配图和机械部分的大部分图样。

?加强综合训练，全面提高工程应用能力和开发创新能力，培养相互协作配合的团队精神。

?重点解决主轴箱部件设计有关的技术问题。

2．设计（论文）的主要内容和基本要求

?技术参数：床身最大回转直径：360mm，拖板最大回转直径：≥190mm，最大加工长度：1000mm，主轴转速：36～1800r/min（高低挡无级变速），主轴锥孔MT6；径纵向进给最大速度：4m/min，横向进给最大速度：4m/min。主电机功率5.5Kw。

?设计任务：

机床总装配图、部件装配图、主要自制件零件图，总图量不小于3 张A0。

开题报告、文献综述、外文翻译、设计计算书各一份。

?设计要求：

图样全部用计算机绘制，符合最新制图标准；投影正确，表达完整，布局合理。

注重工作性能和结构、装配工艺性；外观造型，力求简洁、明快；功能满足，实用可靠。

理论分析完整清楚；设计推导简要；计算正确可靠。避免冗长，杜绝抄袭。

摘要

数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造．中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。

通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。本次改造主要针划车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。

关键词：车床；数控；改造；进给系统；主轴；传动系统。

Abstract

How much of the level of CNC technology and CNC equipment has become the measure of an important symbol of national industrial modernization. CNC machine tools as a typical mechatronics products, machinery manufacturing. Play a huge role to solve the complex structure, modern machinery, precision, small batch processing problems, changing parts, and can stabilize the product quality of processing, greatly improved production efficiency. However, the biggest obstacle to the development of CNC technology is equipping the initial investment, which makes many small and medium-sized businesses to bear. If you eliminated a lot of general machine tools, try to buy an expensive CNC machine tools, is bound to cause a huge waste. Therefore, the ordinary transformation of NC machine tools is promising.

By the CA6140A Lathe CNC transformation, so the machining accuracy significantly improved, accurate and reliable positioning and easy to operate, high cost performance. Reference to the numerical transformation of SMEs equipment. The transformation of the main needle to draw the lathe spindle, turret systems, feed systems, feedback loops, electrical control cabinet, and numerical control system has been transformed, the transform method is simple, the transformation steps to facilitate the implementation.

Keywords:lathes; CNC; transformation; feed system; spindle; transmission system.

目录 目 录

引言 .................................... 错误！未定义书签。

第一章、总体方案设计 (2)

1.1、主传动的组成部分 (3)

1.2、机床主要部件及其运动方式的选定 (4)

1.3、机床的主要技术参数 (4)

1.4、各组成部件的特性与所应达到的要求 (5)

第二章、床身设计 (7)

2.1、床身对数控车床性能的影响及其基本要求 (7)

2.2、数控车床床身的结构设计 (7)

2.2.1床身基本的形式选择 (7)

2.2.2数控车床床身截面的结构设计 (8)

2.2.3数控车床床身的局部结构设计 (8)

2.2.4数控车床床身导轨结构的设计 (8)

2.3、数控车床床身材料的选择和热处理 (9)

第三章、主轴箱设计 (10)

3.1.运动设计 (10)

3.2.动力设计 (11)

3.2.1电机的选取 (11)

3.2.2绘制传动系统图 (11)

3.3各传动轴的设计 (12)

3.3.1主轴Ⅲ（主轴） (12)

3.3.2轴Ⅱ (12)

3.4确定各齿轮齿数和模数 (12)

3.5.齿轮强度的校核 (14)

3.5.1 43Z Z 齿轮的校核 (14)

3.5.2 65Z Z 齿轮的校核 (17)

3.5.3 21Z Z 齿轮的校核 (20)

3.6. Ⅱ轴的强度校核 (23)

3.7、轴承的选择 (26)

第四章、总结 (27)

致 谢 (28)

参考文献 (29)

引言

回顾即将过去的20世纪，人类取得的每一项重大科技成果，无不与制造技术，尤其与超精密加工技术密切相关。在某种意义上，超精密加工担负着支持最新科学发现和发明的重要使命。超精密加工技术在航天运载工具、武器研制、卫星研制中有着极其重要的作用。有人对海湾战争中美国及盟国武器系统与超精密加工技术的关系做了研究，发现其中在间谍卫星、超视距空对空攻击能力、精确制导的对地攻击能力、夜战能力和电子对抗技术方面，与超精密加工技术有密切的关系。可以说，没有高水平的超精密加工技术，就不会有真正强大的国防。

超精密车床要求其数控系统具有高编程分辨率（1nm）和快速插补功能（插补周期0.1ms）。基于PC机和数字信号处理芯片（DSP）的主从式硬件结构是超精密数控的潮流，如美国的NAN OPATH和PRECITECH'S ULTRAPATH TM都采用了这一结构。数控系统的硬件运动控制模块（PM AC）开发应用越来越广泛，使此类数控系统的可靠性和可重构性得到提高。我国国防科技大学研制开发的YH－1型数控系统采用ASW－824工业一体化PC工作站为主机，用ADSP2181信号处理器模块构成高速下位伺服控制器。

模块化、构件化是超精密车床进入市场的重要技术手段，如美国ANORAD公司生产各种主轴、导轨和转台，用户可根据各自的需要组成一维、两维和多维超精密运动控制平台和车床。研制超精密车床时，布局就显得非常关键。超精密车床往往与传统车床在结构布局上有很大差别，流行的布局方式是“T”型布局，这种布局使车床整体刚度较高，控制也相对容易，如Pneumo公司生产的大部分超精密车床都采用这一布局。模块化使车床布局更加灵活多变，如日本超硅晶体研究株式会社研制的超精密车床，用于车削超大硅晶片,采用三角菱形五面体结构，用于提高刚度；德国蔡司公司研制了4轴精密车床AS100，用于加工自由形式表面，该车床除了X、Z和C轴外，附加了A轴，用于加工自由表面时控制砂轮的车削点。此外，一些超精密加工车床是针对特殊零件而设计的，如大型高精度天文望远镜采用应力变形盘加工，一些非球面镜的研抛加工采用计算机控制光学表面成形技术（CCOS）加工，这些车床都具有和通用车床完全不同的结构。由此可见，超精密车床的结构有其鲜明的个性，需要特殊的设计考虑和设计手段。

为保证超精密车床有足够的定位精度和跟踪精度，数控系统必须采用全闭环

结构，高精度运动检测是进行全闭环控制的必要条件。双频激光干涉仪具有高分辨率（如ZYGO AX10M TM 2/20分辨率为1.25nm）与高稳定性，测量范围大，适合作车床运动线位移传感器使用。但是双频激光干涉仪对环境要求过于苛刻，使用和调整非常困难，使用不当会大大降低精度。根据我们的使用经验，德国Heidenhain公司生产的光栅尺更适合超精密车床运动检测，如该公司LI P401,材料长度220mm，分辨率为2nm，采用Zerodur材料制成几乎达到零膨胀系数（0.1ppm/k），动静尺间隙为0.6±0.1mm，对环境要求低，安装和使用方便，如Nanoform2500和Opt imum2400超精密车床都使用了Heidenhain光栅尺。

在数控软件方面，开放性是一个发展方向。国外有关开放性数控系统的研究有欧共体的OS ACA、美国的OMAC和日本的OSEC。我国国防科技大学在此基础上提出了构件化多自由度运动控制软件，可根据车床成形系统的布局任意组装软件，符合车床模块化发展的方向。