摘 要

本设计说明书系统阐述了12工位数控转塔冲床的主传动部件的设计，设计过程严密，谨慎。不仅根据设计要求，进行了理论的设计同时进行大量数据的计算使得设计过程具有一定的合理性，同时对设计过程的部分内容进行了校核，这更让设计的部件有说服力。数控转塔冲床国内外都十分关注。本人首先系统阐述了12工位数控转塔冲床的3种主传动形式，单纯的机械传动、液压传动、伺服电机驱动。而近年来伺服电机成为主流，具有诸多优点，因而本设计也选择使用伺服电机驱动。接下来本文对主轴进行设计，包括材料的选择，轴的结构设计，配合轴承的选择，以及其他部件的选用，使得所设计的主传动符合设计要求。

【关键词】数控转塔冲床；主传动；伺服电机；主轴部件

Abstract

The design specification systematically expounded the 12-station NCT turret punch press main drive components of the design, the design process tight, cautious. Not only according to the design requirements, the design of a theoretical calculation of large amounts of data simultaneously makes the design process has a certain rationality, while part of the design process for a check, which made the design of components are convincing. NCT turret punch press at home and abroad are very concerned about. I first systematically expounded the 12-station NCT turret punch press three kinds of main drive forms, a simple mechanical transmission, hydraulic transmission. Servo motor, servo motor into the mainstream in recent years, has many advantages, which can also choose to use this design servo motor drive. Next, this design of the spindle, including material selection, shaft design, with bearing selection, and the selection of other components, so that the design of the main drive in accordance with design requirements.

Keywords :NCT turret punch press; main drive; servo motor; spindle assembly

目 录

1 前言 1

1.1 课题提出的背景和意义 1

1.2 国内外研究的状况及分析 1

1.2.1 国外研究情况 1

1.2.2 国内数控转塔冲床的发展 2

1.3 课题设计的要求与内容 3

1.3.1 毕业设计的具体要求 3

1.3.2 毕业设计主要研究内容 4

2 12工位数控转塔冲床的总体设计 5

2.1 12工位数控转塔冲床简介 5

2.2 数控转塔冲床的优点 5

2.3 12工位数控转塔冲床的床身设计 6

3 12工位数控转塔冲床主传动系统方案的确定 8

3.1 对数控冲床主传动系统简介 8

3.2 对数控冲床主传动系统的要求 8

3.3 主传动的类型及方案选择 8

4 主传动系统主要参数计算 11

4.1 伺服电机的选择 11

4.2 带传动的设计计算 12

4.3 主轴直径的计算 15

4.4 飞轮的计算 16

5 主轴组件设计 17

5.1 概述 17

5.1.1 轴的用途与分类 17

5.1.2 主轴材料 17

5.2 主轴结构设计 18

5.2.1 对主轴组件的性能要求 18

5.2.3 草拟轴上零件的装配方案 20

5.2.4 提高主轴强度的措施 20

5.2.5 轴的结构工艺性 21

5.3 主轴强度的校核 21

5.3.1 按扭转强度进行计算 21

5.3.2 轴的刚度校核计算 22

6 轴承的设计 23

6.1 概述 23

6.2 轴承的类型选择 23

6.3 轴承的寿命计算 24

6.4 轴承装置的设计 25

6.4.1 支承部分的刚性和同心度 25

6.4.2 轴承的配置 26

6.4.3 轴承的配合 26

6.4.4 轴承的预紧 27

6.4.5 轴承的润滑 27

6.4.6 轴承的密封 28

7 其他部件的选择 30

7.1 旋转编码器 30

7.2 弹性联轴器 30

7.3 离合器的选择 31

7.4 同步带的选择 32

总结致谢 34

1 前言

1.1 课题提出的背景和意义

制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。

同时由于市场的不断扩大， 高速加工(HSM)逐渐成为现代市场激烈竞争的焦点，目前，新型高速数控机床已成为世界各国机械制造领域中热门的研究方向。当前，冲压机床已成为机械、电子、冶金、化工、汽车、军工、航率的数控冲床的需求也在不断增加。以占行业总销售额68％的汽车冲压件为例，其正以每年25％的速度增长。但落后的国产设备和技术、尤其是自主知识产权设备和技术的匮乏，已远远满足不了我国国民经济发展的需要，更难以应对日益激烈的国际竞争。^[1]

与此同时，采用计算机集成技术对系统的工艺综合和软件应用集成也取得了一系列理论和实际应用的进展。通过数控系统来控制工作台的进给运动和冲头的冲压动作，同时还控制压力机的润滑排屑、工作和模具的定位加紧，并设计了完善的送料排料机构，以实现完全自动冲压过程，自动化程度很高，但由于加工设备中的一些动力驱动和控制技术不断创新，由早期机械传动、液压伺服传动向全伺服传动发展，设备的控制能力得到加强的同时，加工速度成倍提升。因此，我们必须紧跟国际机床技术发展的前沿，发展机床的设计、检测、制造等技术。　

1.2 国内外研究的状况及分析

1.2.1 国外研究情况

数控转塔冲床，作为金属板材冲压加工的关键设备，至今已有近五十年的应用和发展。其中，作为冲压动力源的主传动部件，也经历了几个阶段的变化和发展。

　 由于国外企业起步较早，故数控转塔冲床的开发设计制造工艺比较成熟。近年来，随着大扭矩伺服电机及驱动系统的改良与推广，伺服电机驱动式主传动部件已被成功应用于日本AMADA、MURATEC等公司的数控转塔冲床产品中。国内厂商也在着手对该类产品的研制和推出。此类数控转塔冲床主要能节省能源、降低噪音、提高效率、优化工艺等效果，尤其是在提高效率方面，伺服电机驱动式主传动的滑块行程和速度能够任意调整，可以选择冲压所需的最短行程，同时设定合适的速度，使其与送料同步，从而有效地提高生产率。日本AMADA公司的EM2510NT型数控转塔冲床，25mm步距下最大冲孔次数可达到500次/分钟，而压印时更高达1800次/分钟，该指标达到了目前数控转塔冲床的高端水平。

　 在传统机械式主传动的基础上，将伺服电机直接与曲轴相连，省去飞轮及离合器与制动器。日本AMADA公司的EM2510NT型数控转塔冲床，是将两台伺服电机分别连接于曲轴的两端，控制其同步运转，保证了对曲轴足够的扭矩输出，同时可以获得很高的冲压频率。而另外一种结构形式是伺服电机通过减速机再与曲轴相连，这样可以适当降低伺服电机的额定扭矩，但最高冲压频率也被限制。德国哈雷公司的专用于冲床的系列产品，其具有技术领先、规格齐全、性能优良、低耗节能、便于维修等优点，在国内外均有较高的巿场份额。

近年来，随着大扭矩伺服电机及驱动系统的改良与推广，伺服电机驱动式主传动部件已被成功应用于日本AMADA、MURATEC等公司的数控转塔冲床产品中。国内厂商也在着手对该类产品的研制和推出。虽然目前机械式、液压式、伺服电机驱动式三种主传动形式的数控转塔冲床都在生产，但从近年来的销售情况看，机械式数控转塔冲床的销量正逐步萎缩，液压式数控转塔冲床在不断增加并已占据主导地位，而伺服电机驱动式数控转塔冲床，也正在以其具有的高效、节能、环保等优势，受到广大设备用户的认可和接受，成为数控转塔冲床未来发展的新趋向。^[2]

1.2.2 国内数控转塔冲床的发展

我国从2000年起，先后和日、德、美等国合作生产，采用国外先进产品配制，学习国外先进技术，由此产品在品种上技术上产量上提高较快，取得了较大的成绩。国内目前有十几家专业钣金数控设备制造企业，可以设计制造数控激光切割机、数控转塔冲床、数控复合机床，甚至柔性制造单元和钣金柔性制造系统。如江苏亚威机床有限公司和日本合作生产的fflQ-3048型数控液压转塔冲床6轴控制；济南捷迈数控机械有限公司的PS31250NC液压冲孔剪切复合机，综合效益十分明显，具有很高性价比。另外扬力集团、江苏富力、徐州锻压钣金数控公司等也具有雄厚的实力。

主体来看，国产数控转塔冲床的品种已更加多样化，技术性能指标和制造水平也有很人进步，借助国外配套部件，国产“百米千次”的数控转塔冲床已商品化，并能满足绝大多数用户的需求。随着电子技术、计算机技术与机床技术的结合，强烈要求分析设计内容完善化、目标最优化、过程动态化、使机床加工高速化、加工过程自动化和柔性化。

数控转塔冲床作为金属板材冲压加工的关键设备至今已有近五十年的应用和发展。其中，作为冲压动力源的主传动部件也经历了几个阶段的变化和发展。^[3]