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XKA5750数控铣床主传动系统设计
摘要
本文介绍了XKA5750立式数控铣床的一些基本情况，简述了机床主传动系统方面的原理和类型，分析了各种传动方案的机理。XKA5750立式数控铣床主传动系统包括主轴电动机、主轴传动系统和主轴组件三部分。本文详细介绍了立式数控铣床主传动系统的设计过程，该立式数控铣床主轴变速箱是靠齿轮进行传动的，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确等优点。文中介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方案优缺点的比较、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组件的设计、轴承的选用基润滑、关键零件的校核、以及主轴电动机的控制等设计过程。
关键词：数控铣床，主传动系统，主轴组件
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The main drive system design of XKA5750 CNC milling machine
Author:Han Liguo Tutor:Yan Cunfu
Abstract
This paper introduces some basic situations of the XKA5750 vertical CNC milling machine, briefly discusses the principles and types about spindle driving system of machine tool and analyzes the mechanism of various transmission scheme. The main driving system of XKA5750 CNC milling machine includes three parts that is spindle motor, spindle driving system and spindle components. This paper describes the main driving system design process of the XKA5750 CNC milling machine in detail. The spindle gearbox of this vertical CNC milling machine is driven by gear, and the driving mode adopts a centralized transmission, the spindle speed system uses multi sliding gear transmission. The advantages of gear drive are high transmission efficiency, compact structure, reliable, long life and accurate transmission ratio and so on. This paper compares the advantages and disadvantages of the various transmission scheme for vertical CNC milling machine system, introduces the selection and identification of main drive program, gearshift design and calculation of the main drive, the design of the spindle components, the selection and lubrication of the bearing, verification of critical parts, and the control of spindle motor, and so on.
Key words：CNC milling machine, spindle driving system, spindle components
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目 录
1 绪 论 ...................................................................................................................................... 1 1.1我国数控机床的发展现状 ............................................................................................... 1 1.2课题提出的意义和目的 ................................................................................................... 2 2 XKA5750数控铣床主传动系统方案的确定 .................................................................... 3 2.1数控铣床主传动系统简介 ............................................................................................... 3 2.2 对数控铣床主传动系统的要求 ...................................................................................... 3 2.3 主传动的类型及方案选择 .............................................................................................. 4 3 主传动变速系统主要参数计算 ........................................................ 错误！未定义书签。 3.1 计算切削功率 ................................................................................ 错误！未定义书签。
3.1.1切削力的计算 .......................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2切削功率的计算 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3主轴转速范围的确定 .............................................................. 错误！未定义书签。 3.2 计算主传动功率 ............................................................................ 错误！未定义书签。 3.3 分级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率的确定 .... 错误！未定义书签。 3.3.1 变速级数Z的确定 ................................................................. 错误！未定义书签。 3.3.2 电动机的功率的确定 ............................................................. 错误！未定义书签。 3.3.3 电动机参数 ............................................................................. 错误！未定义书签。 3.3.4 分级变速箱的传动系统变速机构的确定 ............................. 错误！未定义书签。 4 主轴组件设计 .................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1概述 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 4.2主轴组件应满足的基本要求 ......................................................... 错误！未定义书签。 4.3主轴的设计 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 4.3.1轴的分类 .................................................................................. 错误！未定义书签。 4.3.2主轴材料选择 .......................................................................... 错误！未定义书签。 4.3.3主轴结构设计 .......................................................................... 错误！未定义书签。 4.3.4主轴强度的校核 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.4轴承设计 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.4.1轴承的类型选择 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.4.2 轴承游隙等级的选择 ............................................................. 错误！未定义书签。 4.4.3轴承布局 .................................................................................. 错误！未定义书签。 4.4.4轴承装置的设计 ...................................................................... 错误！未定义书签。 5 数控铣床主轴电气控制系统设计 .................................................... 错误！未定义书签。 5.1控制方式选择 ................................................................................. 错误！未定义书签。 5.2 PLC概述......................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.1 可编程控制器的由来及现状 ................................................. 错误！未定义书签。 5.2.2 PLC按I/O点数和结构形式的分类 ...................................... 错误！未定义书签。 5.2.3 可编程控制器的特点 ............................................................. 错误！未定义书签。 5.2.4 PLC的应用领域 ...................................................................... 错误！未定义书签。
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5.3 PLC 在主轴电动机控制中的应用 ................................................ 错误！未定义书签。 结论 ............................................................................................................................................ 7 致谢 ............................................................................................................................................ 8 参考文献 .................................................................................................................................... 9
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1 绪 论
1.1我国数控机床的发展现状
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
近几年我国数控产品发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。
影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。
另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现