XK714數控銑床總體設計及主傳動系統(tǒng)的設計 立柱設計 床身設計【三維SW建模】【含CAD圖紙+PDF圖】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== XK714數控銑床總體設計及主傳動系統(tǒng)的設計 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 學號： 姓名： 指導老師： 職稱： 摘要 本文介紹了立式數控銑床XK714的一些基本概況，簡述了機床主傳動系統(tǒng)方面的原理和類型，分析了各種傳動方案的機理，立式數控銑床主傳動系統(tǒng)包括了主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。其次詳細介紹了XK714的設計過程，該立式數控銑床主軸變速箱是靠齒輪進行傳動的，主軸變速采用雙聯(lián)滑移齒輪。齒輪傳動具有傳動效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比準確等優(yōu)點。文中介紹了數控銑床主傳動系統(tǒng)各種優(yōu)缺點的比較，主傳動方案的選擇和確定、主傳動變速系統(tǒng)的設計計算、主軸組件的設計、軸承的選用及其潤滑、關鍵零件的校核等。 關鍵詞：立式數控銑床、主傳動系統(tǒng)、主軸組件 一． 緒論 （一）概述 1.數控銑床概述 數控銑床是一種功能很強大的數控機床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心柔性加工單元都是在數控銑床、數控鏜床的基礎上生產的，兩者都離不開銑削方式，由于數控銑削方比較復雜，需要解決的技術問題也就很多，因此，人們在研究和開發(fā)數控系統(tǒng)級自動化編程語言軟件時，一直把銑削加工作為重點，數控銑床機械部分與普通銑床基本相同，工作臺可以做橫向、縱向和垂直三個方向的運動，因此普通銑床能加工的工藝內容，數控銑床都能做到。 2.數控機床的發(fā)展 隨著機械性能不斷的提高，其價格成倍地下降；隨著網絡通訊的普及化、信息處理的智能化、多媒體技術的實用化；數控技術的普及應用越來越廣泛，越來越深入，數控技術正在向著開放、集成、智能和標準化的方向發(fā)展。90年代以來，從事科研和應用開發(fā)數控的技術人員認識到，要讓數控技術成為第一生產力，關鍵是讓設計人員都用上、會用數控系統(tǒng)。今天，許多地方、企業(yè)己經推廣了數控技術，取得了較好的效果，但也還存在一些問題值得探討。? 二．數控銑床的結構設計 （一） 控銑床結構組成 1.數控銑床組成 數控銑床的機械結構主要由：主傳動系統(tǒng)；進給傳動系統(tǒng)；支撐件；輔助裝。本次設計的銑床采用工作臺移動，主軸升降轉動的布局形式。 2.XK714主傳動系統(tǒng)方案的確定 為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)分為三種變速方式：（1）、二級以上齒輪變速系統(tǒng)；（2）、一級帶傳動方式；（3）、調速電動機直接驅動方式。 由于二級以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結構。通常使用滑移齒輪實現(xiàn)二級變速的主傳動系統(tǒng)。滑移齒輪的移位大都采用液壓驅動。因為數控銑床使用可調無機變速交流、直流電動機，所以經齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調速范圍增加。其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，且具有大范圍調速的能力。故本次設計采用二級以上齒輪變速系統(tǒng)。 三．主傳動變速系統(tǒng)主要參數計算 （一）計算切削功率 1.切削功率的計算 銑削時切削公式： 2.切削功率的計算 切削功率計算公式： 3.主傳動功率的計算及電動機的初選 用一下公式初選電動機的功率； 其中為銑床傳動總的機械效率， 則主軸電動機選用5.5KW，額定轉速為：1500Rr/min;最高轉速為：6000r/min。 （二）分級變速箱的傳動系統(tǒng)的設計 1.變速范圍 計算轉速的確定：=380； 主軸要求恒功率調速范圍： 電動機恒功率的調速范圍： 變速級數：=1.99； 可以取Z=2 （三）傳動系統(tǒng)圖 圖1 傳動系統(tǒng)圖 四．齒輪傳動設計 （一）齒輪的概述 1.齒輪簡單概述齒輪 齒輪傳動式機械傳動種應用最廣泛的一種傳動形式。齒輪的直徑可以從不足1mm到100m，甚至超過100m，傳遞的功率可以不足1W到數萬KW，圓周速度可以從很小到200m/s以上。常見的齒輪傳動場合包括家用電器的機械定時，機床主軸箱以及用于各種加速器等 （二）齒輪設計 1.齒輪設計方法 (1).材料選擇熱處理方式及進度等級 考慮到該銑床功率較大，且有中等的沖擊載荷，故大小齒輪采用40Cr鋼表面淬火，平均硬度52HRC，選用6級精度。 （2）.按齒輪接觸疲勞強度設計：；可取d=70mm 則m=2 （3）.采用齒根彎曲疲勞強度進行校核: 2.齒輪基本參數 齒輪參數 =35 =77 =35 =41 =73 d 70mm 154mm 158mm 70mm 82mm 146mm m 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm b 14mm 15mm 16mm 15mm 15mm 16mm a 112mm 114mm 114mm 表1 齒輪基本參數表 五．主軸組件的設計 （一）主軸的結構設計 1.概述 主軸部件設計是機床設計重要的部件之一，它是機床的執(zhí)行件。它的功用是支持并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，完成表面成型運動。 2.結構設計 主軸的結構如圖 （二）主軸的校核 1.主軸剛度校核 階梯軸的剛度條件：； =0.168°/m； 查手冊 六．軸承的選用 （一）概述 滾動軸承是現(xiàn)代化機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支撐主動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，啟動靈活，效率高，潤滑方便和互換性好等優(yōu)點，其缺點是抗干擾能力差，工作時有噪聲，工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承。 1.壽命計算 壽命計算公式： 滿足機床的設計要求 2.軸承的潤滑 本設計采用脂潤滑，其優(yōu)點是潤滑膜強度高，能夠承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間，方便簡潔。 3.軸承的密封 本次采用非接觸式密封中的迷宮密封，其優(yōu)點是在于工作中幾乎不產生摩擦熱沒有磨損，特別適用于高速和高溫場合。前段軸承受力較大，且要求較高故采取迷宮密封方式。 七.結論 本次設計任務是XK714的總傳動系統(tǒng)及主傳動系統(tǒng)的設計，主要是數控銑床主傳動系統(tǒng)的設計，該立式數控銑床主軸采用齒輪傳動的，傳動形式采用集中式傳動，主軸變速采用多聯(lián)滑移齒輪變速。齒輪傳動具有傳動效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比準確等優(yōu)點。還對立式數控銑床各種傳動系統(tǒng)做了對比，主傳動方案的選擇與確定，主傳動變速系統(tǒng)的計算，主軸組件設計，軸承的選用密封及潤滑等，關鍵零件的設計校核。 本次畢業(yè)設計中所有零件的設計與繪制均是在三維繪圖軟件solidworks中進行的，然后完成所繪零件的裝配，完成主軸箱的三維繪制。最終與同組成員所繪制的部分進行總體的裝配完成XK714的總體設計。最后按照要求對相應的零部件進行工程圖的生成并修改完成任務的要求。 經過三個月的努力，我們的畢業(yè)設計完成了，大學生活也即將結束，畢業(yè)設計是我們對大學四年的機械知識的總結與整理，也是理論與實踐的結合。在這次畢業(yè)設計過程中我們學習到了很多東西，不光是理論知識，還有互相幫助的重要，團隊合作的重要性等，這些收獲會將在今后的道路上幫助我指導我前行的更遠。 參考文獻 [1] 夏田.數控加工中心設計.北京：化學工業(yè)出版社，2006. [2] 陳秀寧，施高義.機械設計課程設計（第三版）.杭州：浙江大學出版社，2007. [3] 現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會.現(xiàn)代實用機床設計手冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版,2006.6 [4] 王為，汪建曉.機械設計.武漢：華中科技大學出版社，2007. [5] 戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1993.5 [6] 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.機械設計手冊（第五版）第4卷.北京：化學工業(yè)出版社，2008 [8] 文懷興，夏田.數控機床系統(tǒng)設計.北京：化學工業(yè)出版社，2005. [9] 中國·南京工藝裝備制造有限公司.中國工藝，2008版：76 [10] 馬賢智.實用機械加工手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社，2002. [11] 李金伴，馬偉民.實用數控機床技術手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2007. [12] 黃如林.切削加工簡明實用手冊（第二版）.北京化學工業(yè)出版社，2009. [13] 胡占齊.機床數控技術.北京：機械工業(yè)出版社，2002 [14] 蔡厚德，李剛炎.數控機床構造.北京：北京理工大學出版社，2007 [15] 徐宏海，謝富春.數控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2006.12 [16] 徐宏海，謝富春.數控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2003.10 [17] 鄧三鵬，劉朝華，田南平.數控機床結構及維護.北京：機械工業(yè)出版社，2003.1 [18] 沈兵.數控機床數控系統(tǒng).北京：清華大學出版社，2001 [19] 李鐵堯.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1990 [20] 林其駿.機床數控系統(tǒng).北京：中國科學技術出版社，1991 XK714數控銑床總體設計及床身設計 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 學號： 姓名： 指導老師： 職稱： 摘要 本文介紹了立式數控銑床XK714的一些基本概況，簡述了機床主傳動系統(tǒng)方面的原理和類型，分析了各種傳動方案的機理，立式數控銑床主傳動系統(tǒng)包括了主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)和主軸組件三部分組成。其次詳細介紹了XK714的設計過程，機床床身的整體設計，軸變速采用雙聯(lián)滑移齒輪。齒輪傳動具有傳動效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比準確等優(yōu)點。文中介紹了數控銑床主傳動系統(tǒng)各種優(yōu)缺點的比較，主傳動方案的選擇和確定、床身是不是的設計計算、床身組件的設計、軸承的選用及其潤滑、關鍵零件的校核等。 關鍵詞： 立式數控銑床 床身設計 鑲裝導軌 軸承 絲杠 一、緒論 （一）概述 1.數控銑床概述 數控機床是數字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作。過去的數控機床經歷了一個由單一向多元轉換的一個過程，數控機床的快速發(fā)展是整個世界經濟、科技發(fā)展的重要體現(xiàn)。數控機床在現(xiàn)代工業(yè)中占據著不可替代的位置，與我們生活的各個方面都有直接或間接的關系。未來數控機床將會有一個前所未有的發(fā)展，世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數控加工技術的研究和發(fā)展. 二、數控銑床的結構設計 （一） 數控銑床結構組成 1.數控銑床組成 （1）主機，他是數控銑床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。 　?。?）數控裝置，是數控銑床的核心，包括硬件以及相應的軟件，用于輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 　　（3）輔助裝置，指數控銑床的一些必要的配套部件，用以保證數控銑床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數控轉臺和數控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 　?。?）編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。 　?。?）驅動裝置，他是數控銑床執(zhí)行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 　　數控銑床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應用，數控技術無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展 2.XK714主傳動系統(tǒng)方案的確定 為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)分為三種變速方式： （1）二級以上齒輪變速系統(tǒng)； （2）一級帶傳動方式； （3）調速電動機直接驅動方式。 由于二級以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結構。通常使用滑移齒輪實現(xiàn)二級變速的主傳動系統(tǒng)?；讫X輪的移位大都采用液壓驅動。因為數控銑床使用可調無機變速交流、直流電動機，所以經齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調速范圍增加。其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，且具有大范圍調速的能力。故本次設計采用二級以上齒輪變速系統(tǒng)。 三、數控銑床XK714床身設計 （一）床身設計 1.材料的選擇 灰鑄鐵材料 2.切削力的計算:Fc=CF?apxf?fzyf?aeμF?zd°qF?nwf=37.68N 3.導軌的選擇 由精度的選擇和型號的選擇最后得出選用的是鑲裝導軌 計算導軌的壽命L=fnfifcfgGafwp?u?k (二)滾珠絲杠螺母副的確定 1.滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 采用內循環(huán)方式 2.滾珠絲杠間隙與調整預緊 3.滾珠絲杠的選定原則和選型 Pn=VmaxNmax （三）軸承的選用 1.概述 滾動軸承是現(xiàn)代化機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支撐主動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，啟動靈活，效率高，潤滑方便和互換性好等優(yōu)點，其缺點是抗干擾能力差，工作時有噪聲，工作壽命不及液體摩擦的滑動軸承。 2.壽命計算 壽命計算公式：Lh=166671500×ft?Cfp?P?=18886.4h 滿足機床的設計要求 3.軸承的潤滑 本設計采用脂潤滑，其優(yōu)點是潤滑膜強度高，能夠承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間，方便簡潔。 4.軸承的密封 本次采用非接觸式密封中的迷宮密封，其優(yōu)點是在于工作中幾乎不產生摩擦熱沒有磨損，特別適用于高速和高溫場合。前段軸承受力較大，且要求較高故采取迷宮密封方式。 四、結論 本次設計任務是XK714的總傳動系統(tǒng)及主傳動系統(tǒng)的設計，主要是數控銑床主傳動系統(tǒng)的設計，該立式數控銑床主軸采用齒輪傳動的，傳動形式采用集中式傳動，主軸變速采用多聯(lián)滑移齒輪變速。齒輪傳動具有傳動效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比準確等優(yōu)點。還對立式數控銑床各種傳動系統(tǒng)做了對比，主傳動方案的選擇與確定，主傳動變速系統(tǒng)的計算，主軸組件設計，軸承的選用密封及潤滑等，關鍵零件的設計校核。 本次畢業(yè)設計中所有零件的設計與繪制均是在三維繪圖軟件solidworks中進行的，然后完成所繪零件的裝配，完成主軸箱的三維繪制。最終與同組成員所繪制的部分進行總體的裝配完成XK714的總體設計。最后按照要求對相應的零部件進行工程圖的生成并修改完成任務的要求。 參考文獻 [1] 夏田.數控加工中心設計.北京：化學工業(yè)出版社，2006. [2] 陳秀寧，施高義.機械設計課程設計（第三版）.杭州：浙江大學出版社，2007. [3] 現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會.現(xiàn)代實用機床設計手冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版,2006.6 [4] 王為，汪建曉.機械設計.武漢：華中科技大學出版社，2007. [5] 戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1993.5 [6] 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.機械設計手冊（第五版）第4卷.北京：化學工業(yè)出版社，2008 [8] 文懷興，夏田.數控機床系統(tǒng)設計.北京：化學工業(yè)出版社，2005. [9] 中國·南京工藝裝備制造有限公司.中國工藝，2008版：76 [10] 馬賢智.實用機械加工手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社，2002. [11] 李金伴，馬偉民.實用數控機床技術手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2007. [12] 黃如林.切削加工簡明實用手冊（第二版）.北京化學工業(yè)出版社，2009. [13] 胡占齊.機床數控技術.北京：機械工業(yè)出版社，2002 [14] 蔡厚德，李剛炎.數控機床構造.北京：北京理工大學出版社，2007 [15] 徐宏海，謝富春.數控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2006.12 [16] 徐宏海，謝富春.數控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2003.10 [17] 鄧三鵬，劉朝華，田南平.數控機床結構及維護.北京：機械工業(yè)出版社，2003.1 [18] 沈兵.數控機床數控系統(tǒng).北京：清華大學出版社，2001 [19] 李鐵堯.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1990 [20] 林其駿.機床數控系統(tǒng).北京：中國科學技術出版社，1991 XK714數控銑床總體設計及立柱的設計 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 學號： 姓名： 指導老師： 職稱： 摘要 本文是以XK714型立式數控銑床立柱的設計為研究對象，主要進行立柱傳動系統(tǒng)的設計。根據給定的參數的要求，對進給傳動結構和各部件：導軌、絲杠、支撐軸承、驅動電機進行具體計算、并選型，再逐一對選定的部件進行強度、壽命校核確定各設計部件的可靠性和可行性。導軌采用直線滾動導軌，摩擦系數小，反應速度快，動態(tài)響應好。進給傳動采用雙螺母滾珠絲杠，確保高定位精度；同時滾珠絲杠采用預拉伸裝置，補償熱膨脹。最后通過對機械傳動的誤差計算與分析從理論上確定所設計的各部件符合設計要求。利用solidworks繪制出立柱部分總裝配圖和關鍵零件圖。 關鍵詞：立式數控銑床； 導軌； 絲杠； 校核 一．緒論 （一）.概述 1.我國數控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 國內一些專家在對我國數控機床產業(yè)的發(fā)展進行了分析，得出了如下的結論： 一是我國數控機床產業(yè)化低，與國外發(fā)達國家數控機床產業(yè)相比仍有很大差距。 二是高速、柔性、精密機床配套技術的自主研發(fā)能力低。數控機床的機械結構設計、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術和制造工藝等方面比較落后。 三是適應市場經濟需求的以企業(yè)為主體、產學研相結合的技術創(chuàng)新體系尚未形成，無法有效整合相關技術、產業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯(lián)合攻關，共同打造技術創(chuàng)新平臺。 四是缺乏吸引高層次、高素質人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數控機床領域共性關鍵技術的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。 五是對國外技術重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。 2.我國數控機床的發(fā)展趨勢 目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、精密加工等技術的應用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。當今數控機床正在朝著以下幾個方面發(fā)展。 （1） 高速度、高精度化。速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品質量。 （2） 多功能化配有自動換刀機構的各類數控銑床，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數控機床還采用多主軸，多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。 （3） 智能化現(xiàn)代數控機床將引進自適應控制技術，根據切削條件的變化，自動調節(jié)工作參數，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工境地和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。 二． 數控銑床的結構設計 （一）數控銑床結構組成 1.數控銑床組成 數控銑床的機械結構主要由：(1)主傳動系統(tǒng)；(2)進給傳動系統(tǒng)；(3)支撐件；(4)輔助裝。本次設計的銑床采用工作臺移動，主軸升降轉動的布局形式。 2.XK714主傳動系統(tǒng)方案的確定 為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)分為三種變速方式：（1）、二級以上齒輪變速系統(tǒng)；（2）、一級帶傳動方式；（3）、調速電動機直接驅動方式。 由于二級以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結構。通常使用滑移齒輪實現(xiàn)二級變速的主傳動系統(tǒng)?；讫X輪的移位大都采用液壓驅動。因為數控銑床使用可調無機變速交流、直流電動機，所以經齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調速范圍增加。其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，且具有大范圍調速的能力。故本次設計采用二級以上齒輪變速系統(tǒng)。 三．數控銑床立柱部分總體方案設計思路 （一）計算切削功率 1.切削功率的計算 銑削時切削公式： FZ=μPV×103 FZ--主切削力； μ—機械效率，取μ=0.8； v---主軸的計算轉速； 2.電動機的計算和初選 用一下公式初選電動機的功率pL=Pcηc=3.1kw； 其中ηc為銑床傳動總的機械效率，ηc=0.90 則主軸電動機選用3.1KW，額定轉速為：2500r/min;最高轉速為：6000r/min。 （一） .滾珠絲杠覺得設計計算 1.計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 最大軸向負載力：Famax=Fμ+FV=282.65N 最小軸向負載力：Famin=Fμ0=15.45N 2.滾珠絲杠的動負荷計算與直徑估算 確定滾珠絲杠的導程L0 L0=Vmaxinmm 3.計算滾珠絲杠螺母副的平均轉速 絲杠螺母副的平均轉速：nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min 4.確定滾珠絲杠預期的額定動載荷 按預定工作時間估算：Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N 5.數控銑床滾珠絲杠的計算 切削方式 軸向載荷/N 進給速度/(m/min) 時間比例/(%) 備注 強力切除 282.65 v1=0.6 10 F1=Famax 粗加工 71.98 v2=0.8 30 F2=Famin+20%Famax 精加工 29.58 v3=1 50 F3=Famin+5%Famax 快移和鉆鏜定位 15.45 v4=8 10 F4=Famin 四．總結 本次課程設計主要是立式數控銑床總體方案設計及立柱部分的設計。立柱是承載主軸箱實現(xiàn)機床Z向進給運動的重要部件。在其上擬設計Z向的導軌，在兩導軌間擬設計安裝Z方向的滾珠絲杠裝置。因此，立柱的設計同樣要解決好提高剛性的問題。 總體方案設計的思路主要是對立柱上Z向進給傳動的重要部件：滾珠絲杠螺母副的類型、絲杠支撐方式、以及軸承、聯(lián)軸器、電機、導軌的選擇，以及銑床Z向傳動主要精度的提高措施。 1、 選用內循環(huán)雙螺母滾珠絲杠螺母副作為Z軸向傳動機構。 2、 為了使設計的數控機床達到預定的精度、剛度的要求，滾珠絲杠采用兩端固定式（F-F）的支撐方式。 3、 為了保證其高速、高精度可靠性，及經濟因素。選用600接觸角推力角接觸球軸承。兩端選用DF型安裝。 4、 選用利用夾緊螺絲固定的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器，使電機與滾珠絲杠直接，實現(xiàn)無鍵傳動，無反向間隙，還可以調節(jié)安裝時間軸度。 5、 交流伺服電動機具有響應迅速、精度和效率高、負載能力大、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中，故本設計選用交流伺服電機。 6、 在立柱兩側設置有支撐主軸箱的導軌，導軌采用直線滾動導軌，導軌滑塊為四個，導軌采用楔塊進行固定安裝。 7、 在Z向導軌，設計了伸縮式不銹鋼防護罩，以防Z向導軌和滾珠絲杠； 8、 提高立柱的剛度是設計立柱部分的關鍵。立柱采用長方體開式結構，在其內腔合理布筋，以加強立柱部件的彎曲剛度和扭轉剛度。 參考文獻 [1] 夏田.數控加工中心設計.北京：化學工業(yè)出版社，2006. [2] 陳秀寧，施高義.機械設計課程設計（第三版）.杭州：浙江大學出版社，2007. [3] 現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會.現(xiàn)代實用機床設計手冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版,2006.6 [4] 王為，汪建曉.機械設計.武漢：華中科技大學出版社，2007. [5] 戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1993.5 [6] 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.機械設計手冊（第五版）第4卷.北京：化學工業(yè)出版社，2008 [8] 文懷興，夏田.數控機床系統(tǒng)設計.北京：化學工業(yè)出版社，2005. [9] 中國·南京工藝裝備制造有限公司.中國工藝，2008版：76 [10] 馬賢智.實用機械加工手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社，2002. [11] 李金伴，馬偉民.實用數控機床技術手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2007. [12] 黃如林.切削加工簡明實用手冊（第二版）.北京化學工業(yè)出版社，2009. 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After 6 years, in 1952, computer technology applied to the engine bed , the first numerical control engine bed were born in US. From this time on, the traditional engine bed has had the archery target change. Since nearly half century, the numerical control system has experienced two stages and six generation of development. 1.1 Numerical control (NC) stage (1952 ~ 1970) The early computer operating speed is low, was not big to then science computation and the data processing influence, but could not adapt the engine bed real-time control request. The people can not but use numeral logic circuit "to build" to become an engine bed special purpose computer to take the numerical control system, is called the hardware connection numerical control (HARD-WIRED NC), Jian Chengwei numerical control (NC). Along with the primary device development, this stage has had been through repeatedly three generations, namely 1952 first generation of -- electron tube; 1959 second generation of -- transistor; 1965 third generation -- small scale integration electric circuit. 1.2 Computer numerical control (CNC) stage (in 1970 ~ present) In 1970, the general minicomputer already appeared and the mass production. Thereupon transplants it takes the numerical control system the core part, from this time on entered the computer numerical control (CNC) the stage ("which should have computer in front of the general" two characters to abbreviate). In 1971, American INTEL Corporation in the world first time the computer two most cores part -- logic units and the controller, used the large scale integrated circuit technology integration on together the chip, called it the microprocessor (MICROPROCESSOR), also might be called the central processing element (to be called CPU). The microprocessor is applied to 1974 in the numerical control system. This is because minicomputer function too strong, controlled an engine bed ability to have wealthily (therefore once uses in controlling the multi- Taiwan engine bed at that time, called it group control), was inferior to used the microprocessor economy to be reasonable. Moreover then small machine reliability was not ideal. The early microprocessor speed and the function although insufficiently are also high, but may solve through the multi-processor structure. Because the microprocessor is the general-purpose calculator core part, therefore still was called the computer numerical control. In 1990, PC machine (personal computer, domestic custom had called microcomputer) the performance has developed to the very high stage, may satisfiedly take the numerical control system core part the request. The numerical control system henceforth entered based on the PC stage. In brief, the computer numerical control stage has also experienced three generations. Namely 1970 fourth generation of -- minicomputer; 1974 five dynasties -- microprocessor and 1990 sixth generation -- (overseas was called PC-BASED) based on PC. Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC). 　　Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC), but our country still the custom called the numerical control (NC). Therefore we daily say "numerical control", the materially already was refers to "computer numerical control". 1.3 the numerical control future will develop tendency 1.3.1 open style continues to, to develop based on the PC sixth generation of direction The software and hardware resources has which based on PC are rich and so on the characteristic, the more numerical controls serial production factory can step onto this path. Uses PC machine to take at least its front end machine, processes the man-machine contact surface, the programming, the association Question and so on net correspondence, undertakes the numerical control duty by the original system. PC machine has the friendly man-machine contact surface, will popularize to all numerical controls system. The long-distance communication, the long-distance diagnosis and the service will be more common. 1.3.2 approaches and the high accuracy development This is adapts the engine bed to be high speed and the high accuracy direction need to develop. 1.3.3 develops to the intellectualized direction Along with the artificial intelligence in the computer domain unceasing seepage and the development, the numerical control system intellectualized degree unceasingly will enhance. (1) applies the adaptive control technology The numerical control system can examine in the process some important information, and the automatic control system related parameter, achieves the improvement system running status the goal. (2) introduces the expert system instruction processing The skilled worker and expert's experience, the processing general rule and the special rule store in the system, take the craft parameter database as the strut, the establishment has the artificial intelligence the expert system. (3) introduces the breakdown to diagnose the expert system (4) intellectualized numeral servo drive May through the automatic diagnosis load, but the automatic control parameter, causes the actuation system to obtain the best movement. Second, engine bed numerical control transformation necessity 2.1 microscopic looks at the transformation the necessity From on microscopic looked below that, the numerical control engine bed has the prominent superiority compared to the traditional engine bed, moreover these superiority come from the computer might which the numerical control system contains. 2.1.1 may process the traditional engine bed cannot process the curve, the curved surface and so on the complex components. Because the computer has the excellent operation ability, may the instant accurately calculate each coordinate axis instant to be supposed the movement physiological load of exercise, therefore may turn round the synthesis complex curve or the curved surface. 2.1.2 may realize the processing automation, moreover is the flexible automation, thus the efficiency may enhance 3 ~ 7 times compared to the traditional engine bed. Because the computer has the memory and the memory property, may the procedure which inputs remember and save, then the order which stipulated according to the procedure automatic carries out, thus realization automation. The numerical control engine bed so long as replaces a procedure, may realize another work piece processing automation, thus causes the single unit and the small batch of production can automate, therefore is called has realized "flexible automation". 2.1.3 processings components precision high, size dispersion degree small, makes the assembly to be easy, no longer needs "to make repairs". 2.1.4 may realize the multi- working procedures centralism, reduces the components in engine bed between frequent transporting. 2.1.5 has auto-alarm, the automatic monitoring, automatic compensation and so on the many kinds of autonomy function, thus may realize long time nobody to safeguard the processing. 2.1.6 advantage which derives by above five. For example: Reduced worker's labor intensity, saved the labor force (a person to be possible to safeguard the multi- Taiwan engine bed), reduced the work clothes, reduced the new product trial manufacturing cycle and the production cycle, might to the market demand make rapid reaction and so on. Above these superiority are the predecessor cannot imagine, is an extremely significant breakthrough. In addition, the engine bed numerical control carries out FMC (flexible manufacture unit), FMS (flexible manufacture system) as well as CIMS (computer integration manufacture system) and so on the enterprise becoming an information based society transformation foundation. The numerical control technology already became the manufacturing industry automation the core technology and the foundation technology. 2.2 great watches the transformation the necessity From on macroscopic looked that, the industry developed country armed forces, the airplane weapon industry, in the end of the 70's, at the beginning of the 80's started the large-scale application numerical control engine bed. Its essence is, uses the information technology to the traditional industry (including the armed forces, airplane weapon industry) carries on the technological transformations. Except that uses outside the numerical control engine bed, FMC, FMS in the manufacture process, but also includes in the product development carries out CAD, CAE, CAM, the hypothesized manufacture as well as carries out MIS in the production management (management information system), CIMS and so on. As well as increases the information technology in its production product, including artificial intelligence and so on content. Because uses the information technology to the country foreign troops, the airplane weapon industry carries on the thorough transformation (to call it becoming an information based society), finally causes them the product in the international military goods and in the goods for civilian use market the competitive power greatly is the enhancement. But we in the information technology transformation tradition industry aspect compared to the developed country to fall behind approximately for 20 years. Like in our country engine bed capacity, numerical control engine bed proportion (numerical control rate) to 1995 only then 1.9%, but Japan has reached 20.8% in 1994, therefore every year has the massive mechanical and electrical products import. This also on from on macroscopic explained the engine bed numerical control transformation necessity. Thord, the numerical control transformation content and superiorly lacks 3.1 Transformation industry starting In US, Japan and Germany and so on the developed country, their engine bed transforms took the new economical growth profession, thrives abundantly, is occupying the golden age. As a result of the engine bed as well as the technical unceasing progress, the engine bed transformation is "the eternal" topic. Our country's engine bed transformation industry, also enters from the old profession to by the numerical control technology primarily new profession. In US, Japan, Germany, have the broad market with the numerical control technological transformations engine bed and the production line, has formed the engine bed and the production line numerical control transformation new profession. In US, the engine bed transformation industry is called the engine bed regeneration (Remanufacturing) industry. Is engaged in the regeneration industry famous company to include: The Bertsche engineering firm, the ayton engine bed company, Devlieg-Bullavd (are valuable) serves the group, the US equipment company and so on. The American valuable company has set up the company in China. In Japan, the engine bed transformation industry is called the engine bed to reequip (Retrofitting) industry. Is engaged in the reequipment industry famous company to include: Big indentation project group, hillock three mechanical companies, thousand substitute fields labor machine company, wild engineering firm, shore field engineering firm, mountain this engineering firm and so on. 3.2 Numerical control transformation content The engine bed and the production line numerical control transformation main content has following several points: First is extensively recovers the function, to the engine bed, the production line has the breakdown partially to carry on the diagnosis and the restoration; Second is NC, the addend reveals the installment on the ordinary engine bed, or adds the numerical control system, transforms the NC engine bed, the CNC engine bed; Third is renovates, for increases the precision, the efficiency and the automaticity, to the machinery, the electricity partially carries on renovates, reassembles the processing to the machine part, extensively recovers the precision; Does not satisfy the production request to it the CNC system to carry on the renewal by newest CNC; Fourth is the technology renews or the technical innovation, for enhances the performance or the scale, or in order to use the new craft, the new technology, carries on the big scale in the original foundation the technology to renew or the technical innovation, the great scope raises the level and the scale renewal transformation. The new electrical system transforms after, how carries on the debugging as well as the determination reasonable approval standard, also is the technology preparatory work important link. The debugging work involves the machinery, the hydraulic pressure, the electricity, the control, and so on, therefore must carry on by the project person in charge, other personnel coordinate. The debugging step may conform to simplicity to numerous, from infancy to maturity, carries on from outside to in, after also may the partial overall situation, after first the subsystem the 3.3 The numerical control transformation superiorly lacks 3.3.1 reduced investment costs, the date of delivery are short 　　With purchases the new engine bed to compare, may save 60% ~ 80% expense generally, the transformation expense is low. Large-scale, the special engine bed especially is specially obvious. The common large-scale engine bed transforms, only spends the new engine bed purchase expense 1/3, the date of delivery is short. But some peculiar circumstances, like the high speed main axle, the tray automatic switching unit manufacture and the installment too requires a lot of work, costs a great deal of money, often transforms the cost to enhance 2 ~ 3 times, with purchases the new engine bed to compare, only can economical invest about 50%. 3.3.2 machine capability stable are reliable, the structure is limited Uses foundation and so on lathe bed, column all is heavy but the firm casting component, but is not that kind of welding component, after the transformation engine bed performance high, the quality is good, may take the new equipment continues to use many years. But receives the original mechanism the limit, not suitably makes the unprecedented transformation. 3.3.3 familiar understood the equipment, is advantageous for the operation service When purchases the new equipment, did not understand whether the new equipment can satisfy its processing request. The transformation then otherwise, may precisely calculate the engine bed the processing ability; Moreover, because many years use, the operator already understood to the engine bed characteristic, uses and services the aspect to train the time in the operation short, effective is quick. The transformation engine bed as soon as installs, may realize the capacity load revolution. 3.3.4 may fully use the existing condition May fully use the existing ground, does not need to like buys when the new equipment such to have reto construct the ground. 3.3.5 may use the newest control technology enhances the production equipment the automated level and the efficiency, improves the equipment quality and the scale, alters to the old engine bed now the horizontal engine bed. 數控機床 1 數控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。 　　6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 1.1 數控（NC）階段（1952～1970年） 　　早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路"搭"成一臺機床專用計算機作為數控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數控（HARD-WIRED NC），簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。 1.2 計算機數控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 　　到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產。于是將它移植過來作為數控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段（把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。 　　到1974年微處理器被應用于數控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。 　　到了1990年，PC機的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數控系統(tǒng)核心部件的要求。數控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。 　　總之，計算機數控階段也經歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（也就是為PC-BASED）。 1.3 數控未來發(fā)展的趨勢 1.3.1　繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展 　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數控系統(tǒng)生產廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數控的任務。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。 1.3.2　向高速化和高精度化發(fā)展 　　這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 1.3.3　向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）應用自適應控制技術 　　數控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調整系統(tǒng)的有關參數，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 ?。?）引入專家系統(tǒng)指導加工 　　將熟練工人和專家的經驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) ?。?）智能化數字伺服驅動裝置 　 可以通過自動識別負載，而自動調整參數，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 2 機床數控化改造的必要性 2.1 微觀看改造的必要性 　　從微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 2.1.1 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。 　　由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 2.1.2 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。 　　由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。 2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。 2.1.4 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 2.1.5 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 2.1.6 由以上五條派生的好處。 　　如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。 　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。 2.2 宏觀看改造的必要性 　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、FMC、FMS外，還包括在產品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。 3 數控化改造的內容及優(yōu)缺 3.1 數控改造業(yè)的興起 　　在美國、日本和德國等國家，機床改造作為新的經濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務集團、US設備公司等。。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 3.2、數控化改造的內容 機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點： 其一是恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復； 其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床； 其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新； 其四是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 3.3、數控化改造的優(yōu)缺 3.3.1　減少投資額、交貨期短 　　同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50％左右。 3.3.2　機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限 　　所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。 3.3.3　熟悉了解設備、便于操作維修 　　購買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉。 3.3.4　可充分利用現(xiàn)有的條件 　　可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。 3.3.5　可以采用最新的控制技術 　　可根據技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。 精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。 　　該系統(tǒng)結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 第12頁