数控车床主传动机构设计

数控车床主传动机构设计

一、选题简介、意义

数控机床在现代的生产制造中由于较高的经济效益在生产工作中占据越来越重要的地位，可以将之称之为经济马达。数控机床的发展越来越快，运用到的领域越来越广泛。可以说我们成规模的生产生活时刻受到它的影响。由于我国的技术相对于发达国家比较落后，所以在一些制造领域受到了不公平的对待。我们要积极的学习西方的先进的技术，努力改变这种落后的状态，多做一些研究吃透一些关键的技术这样才能为我国的发展做出一些贡献。这样才能摆脱西方的掣肘实现整体实力的腾飞。主轴作为数控机床的关键部件，更需要通过我们的努力实现自主研发和生产而不是进口引进外国的零件实现自主装配。所以本次设计希望通过数控车床的主传动机构设计能够为我国技术的发展做出一点贡献。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

数控车床又称数字控制（Numerical control，简称NC）机床。他是在数字控制和柱子管理的前提之下，通过对数控技术的实施和使用，从本质上来看，他是一个机床。，但是这样的一个机床内部是安装有相关的数控技术的，能够实现较好的计算机技术以及信息化管理的操作。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。

首先介绍论文的研究背景意义，然后介绍数控卧式重型车床这一类型机床的主传动系统的设计，我们采用主轴和电机的一体化设计、主传动系统设计来阐述论文的主要内容；在文章中重点讲述了数控车床的主轴的设计、和变速箱所需要的齿轮方面的设计，轴式组成及其的主要零件之一。在轴的设计方面我们只考虑结构设计和工作能力设计这两个主要方面。最后对当前国产某系列数控车床故障时间的分布模型做出了叙述。

第1章绪论3

1.1 研究背景和意义3

1.2 国内外研究综述5

1.3 课题综述8

第2 章数控控卧式重型车床主传动系统设计9

2.1 概述9

2.1.1 数控机床主传动系统的系统特点9

2.1.2 主传动系统的分类 9

2.1.3 主传动系统的传动方式9

2.2 数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设9

2.3 主传动系统设计11

2.3.1 电机的选取11

2.4.1 分级变速机构的选择11

2.4.2 传动比的确定11

2.4.3 计算各轴转速及其额定转矩12

第3章主轴设计14

3.1 整体布局14

3.2 拟定轴上零件的布置和装配方案14

3.3 选择轴的材料14

3.4 直径估算15

3.5 轴的结构设计17

3.6 对轴进行精确的刚度校核18

第4章变速箱齿轮的设计20

4.1 斜齿轮的设计的基本要求20

4.2.1 基本尺寸的计算20

4.2.2 齿轮的受力分析21

4.2.3 计算载荷22

4.2.4 齿根弯曲疲劳强度计算22

4.2.5 齿面接触疲劳强度计22

4.3.1 第一对滑移之轮的计算25

4.3.2 外连接斜齿轮的尺寸计算26

第5章国产某系列数控车床故障时间的分布模27

5.1 故障间隔时间概率密度的观测值28

5.2 故障间隔时间的经验分布函数28

5.3 故障间隔时间分布模型的拟合检验29

5.3.1 威布尔分布的线性相关性检验30

5.4 故障间隔时间概率密度函数分布函数的确定33

5.5 平均故障间隔时间MTBF34

5.6 平均维修时间 MTTR34

总结35

致谢36

参考文献37

第1章绪论

1.1研究背景和意义

制造业对于一个国家的经济产生的推动力，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是尤为重大的，制造业对于一个国家的发展，发挥出举足轻重的作用，制造业是国家的国民经济的重要支柱，毫无疑问，我们不难发现，制造业的发展状况能够很好的衡量出一个国家或者是一个地区的经济发展水平，例如如果一个国家的经济发展水平较为优质的话，那么这个国家的制造业必定是发展的较为超前的，地区经济的发展也是同样的道理。我国的机械制造业是在很早之前，就得到了较大的建设和实际的发展的，从其当前的实际发展规模上来看，综合的发展规模也是较大的，各个类型都是较为齐全的相关工业部门的实施和发展。但是我国的工业装备以及实际的机械制造水平都还是处于一种非常落后的状态，产品的具体的品类也是非常少，档次以及质量都是存在着较大的疏漏的，很多的设施装备都还是停留在非常传统的发展阶段之上。机械发展以及制造业的发展，不管是从哪个层面上来看，都是非常的落后的发展态势，进而反过来对于我国的机械制造企业起到了较大的抑制和系统性的阻碍作用，包括对我国的制造企业的振兴和发展，也是尤为不利的。基于这样的一种现实发展原因和现实的实施背景，我们必须要在机械发展的相关事宜上，加大具体的科学管理和系统的科学研究的力度，进而实现过往的那种相对较为落后的技术的大幅度的发展和系统性的提升，充分的借鉴国外发达国家优秀的技术经验以及管理经验，并且将国外制造企业的发展优势与我国自身的当前的国际形势进行有效的发展和系统性的结合，进而最终实现我国的企业的创新性的制造企业的大力的实施和发展，进而使得我国的机械设备以及具体的机械制造水平，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都能够得到系统的提升和大力的发展，进而能够更好的与西方发达国家的机械制造水平相抗衡，并且最终实现我国的综合国力以及经济水平的大幅度的提升。

数控机床在生活中的重要性越来越高,数控立式车床在实际的机械生产的过程中，也是发挥出来了越来越大的优势特征，进而使得具体的机械生产的综合效率较之于从前，不管是从广义的层面上，还是从狭义的层面上，都得到了大力的发展和提升,很多的机加工用户，都是纷纷的加入到为数控机床更新换代的队伍中，纷纷的摒弃掉过往的那种传统的数控机床，启用新的数控机床，以期能够最大程度的实现自身企业的综合效率的大幅度的提升和加强。机械控制和电气控制是机床的重要组成部分,机床机械部分，不管是从其性能上，还是从其实际的外部结构上，都不容易发生较大程度的损坏，整体的性能相对是非常稳定的一种状态,进而能够维持卧式车床在具体的运行过程中，能够维持一种较为优质的状态保持高效的运转和系统性的发展。但是如果在其具体的工序实施的过程中，其任何一道工序发生较大程度的失误，最终导致的结果就是整个机械设计过程，都会归于失败，最终无法产生较好的结果,甚至在一些稳定性以及精准度都较高的场合之下，这样的一种机械也是无法较好的投入到具体的运行和实际的使用过程当中的,本次设计中的机床以维持其较为稳定的加工性能和具体的管理性能的实施和执行，并且最终使得其加工出来的产品具有较高的精度等诸多的优势特征的目的。

在日常的生产工作过程中，机床在整个机械制造行业中，使用的额较多，也最为普及的一项设备。机械行业在实现产品的生产和制造的过程中，涉及到的产品的制造结构也是越来越复杂的一种状态，对最终制造出来的产品的精度以及性能等各个方面的具体要求较之于从前，也是逐渐的提升，都是希望用最小的代价生产出各个方面的性能都是最为优质的产品，基于这样的一种现实的发展原因的实施和执行，对相关的生产设备也从各个方面实现了对其较高的要求和具体的发展上的约束，对生产设备也就是当前使用的较为普及的机床设备体术了高稳定性，高精度和高自动化等诸多的要求。数控机床在机械制造生产生活中，为了最大程度的对过往存在的那种小批量的生产态势的管理过程中的一系列的弊端予以较好的控制和管理，尤其是那些相对复杂的零件，在现代的先进生产管理中，维持其较好的发展质量的需求，进而产生的。数控机床在具体的机械制造的过程中，不管是从深度上，还是从广度上，都是得到了大力的普及和广泛性的应用。在具体的零件加工的过程中，对于不同的零件加工，都是展现出了较大的适应性的，因而其适用的产品的广泛性是可想而知的。故而，从这个层面上来看，在具体的生产过程中，生产效率以及实际的加工管理的精度都是非常可观的，而且最终加工出来的产品，展现出较高的性能和稳定性。即使是一些相对较为复杂的曲面加工的管理和实施，也是能够很好的予以实施和完成的，在具体的机械制造的过程中，其呈现出来的生产效率较之于通常的数控机床，是要高出许多的。而且整个综合的发展工序和实施工序也是非常集中的，不分散，一台机床能够被用到多种具体的用途过程中。所以，我们需要对数控机床进行创新性的实施和系统性的予以改造。

1.2 国内外研究综述

在很早之前，美国就开始将大量的时间以及精力放在对数控车床的管理和实际的研究上，1952年，美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年正式的应用到具体的生产实践中。这样的一种综合的发展趋势是当前制造企业在具体的实施和发展的过程中的一个重大的发展趋势，意味着我国的制造企业从过往的那种较为传统的机械制造方式进入到了数控加工时代。数控加工对于现代化的机械加工以及机械生产，发挥出来的重要作用，是非常重大的，奠定了现代社会的机械发展和机械加工的基础，这样的一种发明，对于机械加工行业来讲，不管是从社会效益还是经济效益的层面上，发挥出来的综合作用都是尤为重大的。我们发现西方发达国家在生产生活中，都是将数控技术的管理和研究放在了一个尤为重要的位置上。我国于1958年开始研制数控车床，并且在这样的一种基础之上，成功的研制出带有数控机床子系统的数控机床，1965年开始实现三坐标数控铣床的批量化的生产和制造。经过不断的研究和系统性的发展技术的实施和加强，当前，我国的的数控车床已经能够很好的实现信息化的管理和控制，并且在计算机的操作模式之下，实现大力的发展和系统性的加强，在具体的实施和系统性的使用过程中，也是得到了大力的发展，其中表现的最为明显的就是在实际的磨具制造企业，使用的是非常的广泛和普及的，最终为模具行业的发展也是带来了较大的发展契机。

自2000年以来我国机床行业已经呈现强劲的发展趋势，2006年我国机床总产值为70.6亿美元， 2007年中国继续保持机床生产世界第三、进口世界第一、消费世界第一的地位，从这样的一种趋势上来看，我们不难发现，我国不管是从对数控机床的生产上，还是从对数控机床的应用上，都已经是处于世界的领先性的发展地位了，并且在具体的发展过程中，也为我国的经济带来了更多的利好消息，这一点是需要着力的关注和系统性的予以加强的问题。

我国数控机床经过了长期的发展和系统性的沉淀，从当前的实际发展形势上来看，我们不难发现，我国当前也是取得了较为可观的发展成效，低档经济型数控机床基本是能够满足基本的自我生产的需求，但中高档数控机床，在整个市场上，占据的综合比重相对就低的多了，高档重型数控机床，绝大多数都是要在进口的作用之下，才能够获得。，这也充分的说明了当前我国机床产业较之于国外发达国家而言的话，依然是处于一种相对劣势的地位，机床产业的发展进度较之于我国的国民经济的发展还是不足以支撑起一片天空。重型数控机床产品较之于国外发达国家的制造企业而言的话，依然是处于弱势地位，之所以存在这么大的差别，最主要的原因就是：精度和稳定性不能够赶超先进的西方国家其实在质量方面也不尽人意在数控车床的市场上没有优势。

造成差距的原因有以下几个：

第一，技术创新在具体的实施和系统性的开发过程中，依然是存在着较大的不足的，一些高端的设计管理人才依然是非常的匮乏的状态。国内的教学资源非常的匮乏，基础设施缺乏导致很多的实验不能够在一种较好的条件之下，顺利的实施和有效的开展，高级科技人才也是处于一种严重的不足的状态，新产品在具体的研发过程中，没有较好的形成自己专属的方式，没有自己的核心技术和核心的方法，更多的是依赖于模仿或者是抄袭别人的经验或者是方法来实施的，自己没能够掌握先进的技术而且没有创新意识，其中表现的最为明显的就是一些中高端的产品，在具体的实施过程中，是存在着较大的差异性的；

第二，从行业的总体发展趋势上来看的话，我们不难发现，数控产品在具体的实施和制造的过程中，需要的核心技术其实是非常少的，产品附加值低，整个具体的布局结构以及实施结构也是存在着较大得不合理的现象的，整个系统的产业化的综合能力相对也是较弱的；

第三，机床是工作母机，对于整个机械工业以及具体的生产制造的过程中，发挥着尤为核心的重要作用，机床制造企业的装备在整个装备行业或者是装备企业来讲，应该是处于一种遥遥领先的地位的。但是从其实际的发展形势上来看，机床企业装备却并不是这样的，从其具体的装备上来看，行业装备数控化率仅仅只是西方先进的国家的零头，依然处于非常滞后的发展状态，较之于很多的领域或者是很多的企业，都是处于一种远远落后的状态的。许多支柱企业的设备使用时间已经非常悠久甚至于早就被西方先进国家淘汰掉而我们依旧在使用。设备的老化和技术的落后，导致在精确性等诸多方面的性能是很难满足日益渐高的要求；

第四，由于产品整体质量和西方的先进的技术生产出来的产品存在很大的差距，从当前的实际发展形势上来看，目前并没有一个名号较为响亮的国际知名品牌；

第五，企业在实际的服务观念和服务意识上，相对是较为薄弱的，由于历史原因我们现在还没有形成系统的服务体系，通常是交易完成后没有完善的售后服务，更没有客户的满意程度调查不会进行产品的追踪使客户产生售后服务不好的印象，和西方的先进售后服务系统上是存在着较大的不足和亟待完善和修缮的问题的；

第六，机床的生产由于技术的落后不能独立的进行生产装配，关键的零部件往往需要进口西方国家的部件，再加上西方国家对我国的技术封锁使得我国的国产数控机床的发展充满了困难和阻碍。

因此，由于这样的一种较大的差距的存在，也从客观的层面上，反应出我国是机械生产以及具体的机械制造的大国，但并不能算的上是机床制造的强国。从我国实际的机床制造企业的综合发展形势上来讲的话，当前这样的一种时代机遇和发展机遇是非常的宝贵的，但是同样的，也是面临到了这样以及那样的严峻的发展挑战，从这个层面上来看，实现我国的国产数控机床产业化已经成为了当下必须要重点的关注和系统性的加强的重点问题，对于实现我国的经济的大力的发展，以及综合国力的大幅度的增强，意义也是至关重大的。

新一代数控机床为了最大程度的实现其生产效率的大幅度的发展和系统性的提升，向超高速方向发展采用新型功能部件主轴，并且其综合的转速较之于传统的转速，实现了大幅度的提升和加强。计算机及其软件控制在实际的数控机床发展和具体的应用上，不管是从哪个层面上，都是得到了大力的发展和系统性的应用，而且应用的比重也是逐步的提升，数控机床的智能化程度越来越高。为了实现对整个数控机床的高精度的发展要求，必不可少的前提条件就是实现数控机床的硬件设施的有效的完成和系统性的加强。特别是对传动系统的要求直接关系着数控机床加工的精度是否能够较好的契合求具体的精度发展要求的。

我国在具体的实施和系统性的发展过程中，要想最大程度的实现我国的数控机床的产业化的实施和系统性的发展，一方面要对过往的相关的经验予以较好的吸收和借鉴，对整个过程中，存在的具体的问题予以重点的改善和系统性的予以解决，另一方面，要充分的借鉴国外先进的技术和管理经验，进而使得我国在具体的实施和发展的过程中，能够沿着正确的道路和正确的方向予以较好较快的发展。以下几点是必须要重点的关注和重点的予以明确的问题：中国厂多人众，但技术落后需要政府的大力支持和客观的引导才能有快速的发展。应该充分的借鉴西方发达国家有效的实施经验和系统性的管理经验，在政府的宏观调整政策之下，实现对这一产业的大力的援助和系统性的扶持，进而实现这一产业较好较快的发展。在对当前的政策方针有一个系统客观的管理和有效的认识之后，经过秉承科学求索，不断创新的理念，并且以最大程度的提升生产效率作为主要的实施原则。在其具体的使用方法上，一定要深入到用户的本质需求上去，对于相关的生产工艺要予以重点的明确的理解，而且要采取的战略措施是实现低端以及中高端产品齐头并进的发展趋势，充分的借鉴日本的优秀的管理经验，首先是对中端数控机床的实际需求予以较好的管理和系统性的予以解决，批量生产，进而实现整个市场的占有量的最大化，尽可能的减少进口的频率和数量，在实际的对外出口的规模上，实现大力的实施和发展。在这样的一系列的相关管理措施的前提条件之下，至关重要的前提条件就是要实现整个数控机床的先进、可靠，对于产品的质量是要严格的控制和把关的，在相关的技术控制和系统性的技术管理的相关问题上，是要重点的打好相关的基础的。从其最近的发展趋势上来看，打好基础是一项尤为关键的前提条件，而且在这个过程中，对于信誉的重视和管理也是必不可少的，进而使得国产的数控机床的综合份额，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都能够得到大力的提升和系统性的加强，进而从长期的发展层面上来看，较之于国外发达国家，争取占据较为领先的发展地位，进而最终引领世界的发展以及最大程度的实现我国的综合国力的兴盛；必须从根本的层面上，实现对相关问题的实施和有效的管理，坚持“以人为本”，实现员工的综合素质的大幅度的提升、培养各种专家人才，从根本上，对当前这样的一种停滞不前的状态予以较好的控制和系统性的改善。人对于一切事物的成本发挥着根本的决定性的作用，因而，任何一个环节都是应该加强对人的关注和重视的，我们应该多和国外的专家和企业交流学习，不断的学习西方的先进技术和管理方式进而实现数控机床技术的大幅度的提升和系统性的加强。

1.3 课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

参考文献

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