XK5040數(shù)控立式銑床及控制系統(tǒng)設(shè)計

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河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） Ⅰ 目 錄 摘 要 .......................................................鍵詞 ??????????????????????????? ?? 1 1 總體設(shè)計 ...................................................床簡介 ................................................. 數(shù)控銑床的總體布局、主要技術(shù)參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖 .. 數(shù)控銑床的總體布局 ............................. 數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù) .......................... 總傳動系統(tǒng)圖 .......................................... 主運動系統(tǒng)設(shè)計 ...........................................動系統(tǒng)設(shè)計 ............................................ 參數(shù)的擬定 ............................................. 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 ................................ 轉(zhuǎn)速圖擬定 ............................................... 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 ........................ 傳動件的估算與驗算 ................................... 傳動軸的估算和驗算 ...................................... ２齒輪模數(shù)的估算 ....................................... 展開圖設(shè)計 ............................................ １結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容及技術(shù)要求 ............................ ２ 齒輪塊的設(shè)計 ....................................... ３ 傳動軸設(shè)計 ...................................... ４ 主軸組件設(shè)計 ...................................... 制動器設(shè)計 .......................................... １ 按扭矩選擇 ...................................... 截面圖設(shè)計 ........................................ １ 軸的空間布置 ....................................北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ２ 操縱機構(gòu) ......................................... ３ 潤滑 ............................................. ４箱體設(shè)計的確有關(guān)問題 ................................. 進給系統(tǒng)設(shè)計 .............................................. 總體方案設(shè)計 ........................................... １對進給伺服系統(tǒng)的基本要求 ............................. ２進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求 ............................... ３總體方案 ............................................ 進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計 ............................. １確定脈沖當(dāng)量，計算切削力 ........................... ２滾珠絲桿螺母副的計算和造型 ........................... ３齒輪傳動比計算 ....................................... ４ 步進電機的計算和選型 ................................ ５ 進給伺服系統(tǒng)機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 ....................... 控制系統(tǒng)設(shè)計 ...........................................制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ...................................擇中央處理單元（ 類型 ...........................儲器擴展電路設(shè)計 ....................................... １程序存儲器的擴展 ..................................... ２ 數(shù)據(jù)存儲器的擴展 .................................. I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計 ............................ １ I/O 接口電路設(shè)計 ................................. ２ 步進電機接口及驅(qū)動電路 ..........................考文獻 ...................................................謝 ........................................... 錯誤 !未定義書簽。 總結(jié) ........................................... 錯誤 !未定義書簽。 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 要 數(shù)控機床即數(shù)字程序控制機床，是一種自動化機床 ，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機床研究的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。 隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機床借助現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高 。 本文主要對 控立式銑床及控制系統(tǒng)進行設(shè)計，首先分析立式銑床的加工特點和加工要求確定其主參數(shù)，包括運動和動力參數(shù)；根據(jù)主參數(shù)和設(shè)計要求進行主運動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。主要進行主運動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及滾 珠絲杠和步進電機的選型和校核；對于控制系統(tǒng)由于這里主要針對經(jīng)濟型數(shù)控銑床的設(shè)計，這里采用步進電機開環(huán)控制，計算機系統(tǒng)采用高性能價格比的 要進行中央處理單元的選擇、存儲器擴展和接口電路設(shè)計。 由于本文采用 8031 單片機控制系統(tǒng)，因此，設(shè)計出的立式銑床性能價格比高，滿足經(jīng)濟性要求?？蓪嵱糜诩庸ぞ容^高的場合 。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控技術(shù)；立式銑床；設(shè)計 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 總體設(shè)計 床簡介 銑床是一種用途廣泛的機床。它可以加工平面 (水平面、垂直面等 )、溝槽（鍵槽、 尾槽等）、多齒 零件上齒槽（齒輪、鏈輪、棘輪、花鍵軸等）、螺旋形表面（螺紋和螺旋槽）及各種曲面。此外，它還可以用于加工回轉(zhuǎn)體表面及內(nèi)孔，以及進行切斷工作等。 由于銑床使用旋轉(zhuǎn)的多齒刀具加工工件，同時有數(shù)個刀齒參加切削，所以生產(chǎn)效率高，但是，由于銑刀每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，且每一個的切削厚度又是變化的，這就使切削力相應(yīng)地發(fā)生變化，容易引起機床振動，因此，銑床在結(jié)構(gòu)上要求有較高的剛度和抗振性。 銑床的類型很多，主要類型有：臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、龍門銑床、工具銑床和各種專門化銑床等。 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，數(shù)控銑床得 到了越來越廣泛的應(yīng)用，它一般分為立式和臥式兩種，一般數(shù)控銑床是指規(guī)格較小的升降臺數(shù)控銑床，其工作臺寬度多在 400下，規(guī)格較大的數(shù)控銑床，例如工作臺寬度在 500上的，其功能已向加工中心靠近，進而演變成柔性制造單元。數(shù)控銑床多為三坐標(biāo)、兩軸聯(lián)動的機床，也稱兩軸半控制，即 X、 Y、 Z 三個坐標(biāo)軸中，任意兩個都可以聯(lián)動。一般情況下，在數(shù)控銑床上只能用來加工平面曲線的輪廓。對于有特殊要求的數(shù)控銑床，還可以加進一個回轉(zhuǎn)的 A 坐標(biāo)或C 坐標(biāo)，即增加一個數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這是機床的數(shù)控系統(tǒng)為四坐 ``標(biāo)的數(shù)控系 統(tǒng)，它可用來加工旋轉(zhuǎn)槽、葉片等立體曲面零件。 我們本次設(shè)計過程中要接觸到的為 控立式銑床。它的工作臺寬度為400 數(shù)控銑床的總體布局、主要技術(shù)參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖 數(shù)控銑床的總體布局 圖 示為 數(shù)控銑床的布局圖，床身 6 固定在底座 1 上，用于安裝與支承機床各部件。操縱臺 10 上有 床操作按鈕和各種開關(guān)及指示燈?？v向工作臺 16、橫向溜板 12 安裝在升降臺 15 上，通過縱向進給伺服電動機 13、橫向進給伺服電動機 14 和垂直升降 進給服電動機 4 的驅(qū)動，完成 X、 Y、 Z 坐標(biāo)進給。強電柜 2中裝有機床電器部分的接觸器、繼電器等。變壓器器箱 3 安裝在床身立柱的后面。數(shù)控河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） V 柜 7 內(nèi)裝有機床數(shù)控系統(tǒng)。保護開關(guān) 8、 11 可控制縱向行程硬限位；擋鐵 9 為縱向參考點設(shè)定擋鐵。主軸變速手柄和按鈕板 5 用于手動控制主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止及切削液開停等。 圖 床外觀圖 數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù) 機床設(shè)計的初使，首先需確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動設(shè)計和就億個度微 設(shè)計的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求，因此，參數(shù)擬定 是機床設(shè)計中的重要問題。 機床參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是最重要的，它直接反映機床的加工能力、特性、決定和影響其他基本參數(shù)的數(shù)值。如銑床的工作臺寬度等?；緟?shù)是一些與加工工件尺寸、機床結(jié)構(gòu)、運動和動力特性有關(guān)的參數(shù)?？蓺w納為：尺寸參數(shù)、運動參數(shù)河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 動力參數(shù)。 數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)如下： 工作臺： 工作臺尺寸（長×寬） 1600× 400作臺最大縱向行程 900作臺最大橫向行程 375作臺最大垂直行程 400作臺 T 型槽數(shù) 3 工作臺 T 型槽寬 18作臺 T 型間距 100軸： 主軸錐度 50#（ 7： 24） 主軸孔徑 27桿直徑 32 50軸前軸承直徑 90軸軸向移動距離 70件間主要尺寸： 立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度 45° 主軸端面到工作臺面的距離 50～ 400軸中心線至床身垂直導(dǎo)軌距離 430作臺側(cè)面至床身垂直導(dǎo)軌距離 30～ 405動性能： 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 18 主軸轉(zhuǎn)速范圍 30～ 1500r/力外形： 主電機功率 電機轉(zhuǎn)速 1450r/作臺進給量： 縱向 10～ 1500mm/向 10～ 1500mm/北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 直 10～ 600mm/位精度 準(zhǔn) X 復(fù)定位精度 準(zhǔn) 作臺最大承載 200 床外形尺寸（長×寬×高） 249521002170床重量 約 2700 總傳動系統(tǒng)圖 式銑床的總的傳動系統(tǒng)圖如圖 示。 圖 傳動系統(tǒng)圖 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 主運動系統(tǒng)設(shè) 動系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)的擬定 選定公比，確定各級傳送機床常用的公比 為 慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里 取公比為 =據(jù)給出的條件：主運動部分 Z=18 級，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級轉(zhuǎn)速為：（ 30， 60， 75， 95， 118， 150， 190， 235， 300， 375， 475，600， 750， 950， 1180， 1500R/. 動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 1 確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動副的數(shù)目 該機床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電機的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成，```````個傳動副，即 Z=1 2 3z z `````。傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用 P=2 或 3，即變速 或 3 的因子： Z= 2a 因此，這里 18=3需三個變速組。 2 傳動組傳動順序的安排 18 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動 組，可以排成： 3 3 選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。 I 軸如果安置制動的電磁離和器時，為減少軸向尺寸。第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以 2為宜，有時甚至用一個定比傳動副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用 2 ，或一個定比傳動副。 這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇 18=3案。 3 傳動系統(tǒng)的擴大順序安排 對于 18=3傳動，有 3！ =6 種可能安排，亦即有 6 種機構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳 動方案中，擴大順序與傳動順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式 18=13大順序與傳動順序一致，稱為順序擴大傳動，而， 18=3據(jù)“前密后疏”的原則，選擇 18=13 4 驗算變速組的變速范圍 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 輪的最小傳動1/4，最大傳動比2，決定了一個傳動組的最大變速范圍按下表，確定傳動方案： 根據(jù)傳動比及指數(shù) x, 'x 的值 公比 極限值傳動比指數(shù) ? =1/4 6 'x 值 : 'x? =2 3 （ x+ 'x ）值：' =8 9 因此，可選擇 18=13 5 最后擴大傳動組的 選擇 正常連續(xù)順序擴大傳動（串聯(lián)式）的傳動式為： Z=1?1*2z ? ?1z 3z ? ?12 r= 1 2 3( 1)z z z? ?11= ( /2)? 因此，傳動方案 18=3*3*2 符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） X 圖 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 速圖擬定 運動參數(shù)確定后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。 1 主電機的選擇 中型機床上，一般都采用交流異步電動機為動力源，可在下列中選用，在選擇電機型號時，應(yīng)注意： （ 1）電機的 N： 根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率，但電機產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 （ 2） 電機的轉(zhuǎn)速3000， 1500， 1000， 750， r/取決于電動機的極對數(shù) P 0f/p=60p ( r/機床中最常用的是 1500 r/ 3000r/種，選用是要使電機轉(zhuǎn)速與主軸最高速度免采用過大或過小的降速傳動。 根據(jù)以上要求，我們選擇功率為 速為 1500r/電機，查表，其型號為 主要性能如下表 電機型號 額定功率 荷載轉(zhuǎn)速 r/步轉(zhuǎn)速 r/132440 1500 2 分配最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖 （ 1） ? 軸的轉(zhuǎn)速： ? 軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動件在高速運轉(zhuǎn)下功率工作時所受扭矩最小來考 慮， ? 軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 突出矛盾，因此， ? 軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高， ? 軸轉(zhuǎn)速一般取 700~1000r/右較合適。 因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機軸 I 到主傳動系統(tǒng)前端軸 ? 增加一對 26/54 的降速齒輪副 ，這樣，也有利于變型機床的設(shè)計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸 18 級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。 （ 2）中間軸的轉(zhuǎn)速 對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。 中間傳動軸轉(zhuǎn)速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些： d? 4M , m? 3M 從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率 1/ 610 (3.5 n? n)中： C—— 系數(shù)，兩支承滾動軸承和滑動軸承 C=支承滾動軸承 C=10； — 所有中間軸軸徑的平均值； — 主軸前后軸徑的平均值 n? —— 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速之和 n—— 主軸轉(zhuǎn)速（ r/ 011 0 l g ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ) ( )m z q m z n???????? 主 主中：（ () 所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值 ; () 主軸上齒輪分度圓直徑的平均值 ;q—— 傳到主軸上所經(jīng)過的齒輪對數(shù) ， ? —— 主軸齒輪螺旋角 ，1c,K—— 系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床1c=床 K=54，銑床 K=上述經(jīng)驗公式可知，主軸 對機床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速 時，應(yīng)結(jié)合實際情況做相應(yīng)的修正。 a，對高速輕載或精密機床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度 v>取 1D =90軸頸52 ? 平均軸頸 72 21 ??取 d=27（ 2） 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)孔主要用于通過棒料夾緊刀具或工件的控桿 ,冷卻管等 ,大型 ,重型機床的空心主軸還可以減輕重量 . 確定孔徑 d 的原則是在滿足對空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 以及不削弱主軸剛度的要求下盡量去大些。由材料力學(xué)知 ,軸剛度 K 與抗彎截面慣性矩 I 成正比 ,與直徑之間有下列關(guān)系 : 41 ( )KI D? ? ?空 空實 實由上式可知 ,當(dāng) / 0 時 ,空心主軸的剛度 實相差甚小 ,即內(nèi)孔對主軸剛度降 低的影響很小 , 當(dāng) / 時 ,剛度降低約 25%為了不至于過分地削弱主軸剛度 ,一般應(yīng)使 / 另外 ,還應(yīng)考慮主軸的頸外壁厚是否足夠 . 推薦 : 銑床 ,d= 拉桿直徑 +(5根據(jù)銑床 主參數(shù) , 取 d=29則 / 2 7 / 9 0 0 ?22。滿足要求 . （ 3） 主軸懸伸量 a 的確定 主軸懸伸量 a 是指主軸前端大炮前支承徑向反力作用中點 (一般為前徑向支承中點 )的距離 ,它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)型式和尺寸 (大多都有軸端標(biāo)準(zhǔn) ),前支承的軸承配置和密封裝置等 . 有的還與機床其它結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān) ,如工作臺的行程等 . 因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定。參考同類機床和 >,取1/ 0.7,懸伸量 a=63 4, 主軸跨距 l 的確定 根據(jù) >, 計算前支承剛度1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 / N m m? ? ? ? ? ?. 計算綜合變量 ? =3此處取彈性橫量 52 1 0E M P a?? . (鋼的 52 1 0E M P a?? ) 主軸的截面慣性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 . 1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m??? ? ? ? ? ?則 ： 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3? ? ? ????? 由主軸跨距計算線圖 ,得 :0 / 所以0 . 合理跨距范圍 為 : ( 0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6? ? ? ? ?0合 理 之 間， 為提高剛度 ,應(yīng)盡量縮短主軸外延伸長度 a,選擇適當(dāng)?shù)目缇?l ,一般推薦 取 l/a=3距 l 小時 ,軸承變形對軸端變形影響大 ,所以軸承剛度小時 , l/a 取大值 ,軸河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 剛性差時 ,則取小值。這里取 l=4a=4? 63=252( ７ 主軸的材料 ,熱處理及技術(shù)要求 . （ 1） 主軸的材料及熱處理 . ① 主要為提高強度和韌性 ,可選用 45 和 40行調(diào)質(zhì)處理 ②主要為得到很高的表面硬度 ,增加耐磨性 ,可選用 20若他 要求也較高時 質(zhì)后表淬硬處 理 . ③ 精密機床主軸 ,要求精度保持性好 ,應(yīng)選用熱處理后殘余應(yīng)力小的材料 ,如405進行調(diào)質(zhì)后局部淬硬處理 . 由于數(shù)控立式銑床主軸支承為滾動軸承 ,輕 ,中載荷 ,低轉(zhuǎn)速 ,精度要求較高 , 可選用 40軸頸部分表面淬硬 ( （ 2） 主軸的技術(shù)要求 : ８ 主軸部件的密封 主軸部件密封裝置的作用是防止?jié)櫥瑒牟考鞒?,和防止冷卻 液 ,濕氣 ,灰塵 ,切削液及雜質(zhì)侵入部件內(nèi) ,導(dǎo)致主軸 ,軸承和傳動件等腐蝕及磨損過快 ,影響主軸部件的工作性能 . （ 1） 對主軸部件密封裝置的要求 ①適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求 ,在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能 . 在密封部位引起的摩擦力盡量小 ,摩擦系數(shù)盡量穩(wěn)定 . ②適應(yīng)工作環(huán)境的要求 ,密封性好 ,耐腐蝕性 ,磨損小 ,工作壽命長 在一定程度上能自動補償 . ③結(jié)構(gòu)盡可能緊湊 ,特別是主軸前支承處的密封裝置 ,軸向尺寸應(yīng)盡量小 ,以減小主軸前端部分懸伸量 ,提高主軸部件剛度 裝卸方便 . （ 2） 主軸部件密封裝置 類型的確定 根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速 ,主軸軸承的潤滑方式 ,工作溫度 ,工作狀況和軸端結(jié)構(gòu)特點來選擇密封裝置的型式立式銑床的主軸是垂直安裝的 . 屬立式主軸 ,可選用曲路密封 (迷宮式密封 ),這裝置密封 ,墊圈和曲路相結(jié)合的密封 . 墊圈甩開油液使其集中于端蓋中引回 ,曲路密封河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 可以防止外界雜質(zhì)侵入 . ２ 制動器設(shè)計 對制動器的要求是 :制動迅速 ,平穩(wěn) ,結(jié)構(gòu)簡單 ,緊湊 ,維修調(diào)整方便等 電機制動和機械制動。 在數(shù)控銑床上，通常根據(jù)刀具與工藝要求需進行主軸轉(zhuǎn)速的變換及制動，這制動裝置常用離合器來實現(xiàn)， 而電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運動的元件。由于它便于實現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選擇，因而它已成為自動裝置中常用的元件。這里我們采用機械制動 ,采用電磁離合器制動。 按照要求，根據(jù)電磁離合器所能傳遞的靜扭矩號，從而確定其尺寸。 ２ １ 按扭矩選擇 一般應(yīng)使選用和設(shè)計的離合器的額定靜扭矩 額定靜扭矩： jM ?? 9 5 5 0 式中：離合器的額定靜力矩（ K—— 安全系數(shù) 運轉(zhuǎn)時的最大負載力矩 對于需要在負載下啟動和變速，或啟動時間有特殊要求時，應(yīng)按動扭矩設(shè)計，查《機械設(shè)計手冊 》表 4 K=2 取 y= 定動扭矩： dM ????? )[()( 020式中， 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） — 加速扭矩； 2——— 所有被離合器帶動的零件折算到離合器軸上的當(dāng)量飛輪矩2； ????? ??? 2222211222 )()()()()([][ 0])()( 222? ?; 2——— 安裝軸 (轉(zhuǎn)速為 n)及軸上零件的非輪矩之和 ; ?2212 )(,)( ?——— 分別為 離合器帶動的其他各軸 (轉(zhuǎn)速為 n,1 上零件的飛輪矩之和 ; ???中型車床取 1行用 ???0式多片式離合器一般為—2%，油量小，精度高，水平安裝是取小值； 。，r、n mi n/被動側(cè)的相對轉(zhuǎn)速離合器的主???? 通過計算，這里選用銑床專用離合器，型號為： ２ 截面圖設(shè)計 截面圖設(shè)計主要考慮以下四個方面的問題 : 1, 個軸的位置安排 :包括主軸 ,I 軸和中間各傳動軸的合理安排和確定 ; 2, 箱體結(jié)構(gòu)和外形 :變整箱體結(jié)構(gòu) ,與床身的連接方式 ,外觀造型等 ; 3, 操縱機構(gòu)的設(shè)計和選擇 ; 4, 潤滑系統(tǒng)的設(shè)計和潤滑元件的選擇 . ２ １ 軸的空間布置 軸系布置一般程序是 :先確定主軸在變速箱 體中的位置 ,再確定傳動主軸的軸及與主河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 軸齒輪有嚙合關(guān)系的軸 I 軸 )的位置 1 主軸和傳動主軸的軸 立式銑床的主軸是垂直布置的 ,主軸可上下移動，裝在套筒內(nèi)，傳動主軸的軸與主軸之間用一對 1： 1 的齒輪出動，該軸也是垂直分布的。 2 軸入軸的裝置 （ 1） I 軸上裝有電磁離合器制動，該部件的位置安排應(yīng)便于調(diào)整； （ 2）電磁離合器，需要考慮便于冷卻和潤滑，離主軸部件部件要遠一些，以減少摩擦發(fā)熱對主軸熱變形的影響。 （ 3）綜上所述，銑床 I 軸一般安排 在變速箱后避處； 3 中間各傳動軸 主軸和各傳動軸位置確定后，中間各傳動軸位置即可按轉(zhuǎn)動順序進行安排，應(yīng)考慮滿足以下要求： （ 1）裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)、維修和潤滑 （ 2）裝有制動器裝置的軸：要便于裝調(diào)、維修，該軸應(yīng)布置在靠近箱蓋或箱壁處，同時考慮與起、停裝置的互鎖。 （ 3）裝有潤滑油泵的軸：要有足夠的空間安裝潤滑油泵，其高度要便于油泵吸油和排油，并便于裝卸和調(diào)整油泵，裝有濺油輪或濺油齒輪的軸應(yīng)注意圓周速度和侵入油面的深度。 （ 4）其他：使箱體截面尺寸緊湊，比例協(xié)調(diào)，各操縱機構(gòu)安排得當(dāng)?shù)鹊? ２ ２ 操縱機構(gòu) 操縱機構(gòu)是用來移動滑齒輪以達到變換運動速度的要求，它可以控制運動的啟停、換向和其他輔助運動，它的選擇和設(shè)計對機床的結(jié)構(gòu)和性能的發(fā)揮有著直接影響。 ２ ３ 潤滑 主軸變速箱常用的潤滑方式有飛潤滑和壓力循環(huán)潤滑，飛潤滑適用于潤滑點比較集中，要求不很高的變速箱，這里我們采用壓力循環(huán)潤滑，壓力循環(huán)潤滑分箱內(nèi)循環(huán)潤滑和箱外循環(huán)潤滑，前者結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊，后者冷卻潤滑效果好。 1 壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的計算 （ 1）潤滑油量 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 量1 2 1 25 . 7 4 . 5 ( 1 )Q Q Q N N ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?油量粗算： 1 (1 )? /式中： N???? 額定功率 ????? 機床效率 也可用如下公式計算各潤滑部位的需油量； 3 5 ( 1 ) /Q N t?? ? ? 式中： t? ???? 允許循環(huán)油溫升， 通常為 451 . 6 5 ( 1 ) 1 . 6 5 7 . 5 ( 1 0 . 8 5 ) 1 . 8 6 / m i l?? ? ? ? ? ? ? （ 2）油池容量： (3 7 )? ? ? （升） ( 3 7 ) 1 . 8 6 5 . 5 8 1 3 . 0 2V ? ? ? ? ? ? ? （升） 油池容積應(yīng)超過 V 的 30%，即為： 升） （ 3）油管的選擇與計算 油管的內(nèi)徑計算： 4 Qd m 中： Q （ l/ V 取主軸管內(nèi)油的流速為 4 / m 支油管： l/徑 x 壁厚為： 油管： 0 m ，外徑 x 壁厚為： 12 2 柱塞泵的油量計算、結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸 供油量 26( ) / 4 1 0Q d s n u???? l/中： 次 /分 00 /分為宜， 400 /分為佳。 ?? = 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ４箱體設(shè)計的確有關(guān)問題 １ 箱體材料 以中等強度的灰鑄鐵 得最廣泛。需時效處理。 ２ 砂型鑄造時，箱體鑄件的最小壁厚： 尺寸（長 x寬 厚 于 800 25 3 箱體壁孔對剛度的影響和補償 箱體軸承孔面積點總側(cè)壁面積 30%左右時候，與未開孔的箱體比較，扭轉(zhuǎn)剛度下降20彎曲剛度下降更大，為彌補因開孔而削弱的剛度，常用凸緣和加工筋。加強筋：厚度為： 高：（ 4~5） b。 ３ 進給系統(tǒng)設(shè)計 ３ 總體方案設(shè)計 ３ １對進給伺服系統(tǒng)的基本要求 帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進給驅(qū)動系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)，進給伺服系統(tǒng)不僅是數(shù)控機床的一個重要組成部分，也是數(shù)控機床區(qū)別于一般機床的一個特殊部分。數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。 ３ ２進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求 機床的位置調(diào)節(jié)對進給伺服系統(tǒng)提出了很高的要求，其中在靜態(tài)設(shè)計方面： （ 1）能夠克服摩擦力和負載，當(dāng)加工中最大切削力為 20000N—— 30000N 時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩需要 （ 2）很小的進給移動量。目前 最小分辨率為 0.1 m? ； （ 3）高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； （ 4）足夠的調(diào)速范圍； （ 5）進給速度均勻，在速度很低是無爬行現(xiàn)象。 在動態(tài)設(shè)計方面有： （ 1）具有足夠的加速和制動裝矩，以便快速的完成啟動和制動； （ 2）具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量； （ 3）負載引起的軌跡誤差盡可能小。 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)控機床機械傳動部件則有以下要求： （ 1）被加速的運動部件具有較高的慣量； （ 2）高的剛度和良好的阻尼； （ 3）傳動部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻 尼特性和間隙等方面具有盡可能小的非線性。 ３ ３總體方案 進給伺服系統(tǒng)總體方框圖如下圖３ 微機光電隔離光電隔離光電隔離功率放大功率放大功率放大步進電機步進電機步進電機向向向圖 給伺服系統(tǒng)總體方框圖 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量，計算切削力，滾珠絲桿螺母副的設(shè)計、計算與選型，齒輪傳動計算，步進電機的計算和選型等。 ３ １確定脈沖當(dāng)量，計算切削力 １ 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個進給脈沖使機床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量，它是衡量數(shù)控機 床加工精度的一個重要參數(shù)，因此。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機床精度的要求來確定。對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用脈沖當(dāng)量為 沖 —— 沖。在 主要技術(shù)參數(shù)中要求橫向、縱向脈沖當(dāng)量為 ２ 切削力計算 在進行進給系統(tǒng)的傳動計算 ,選用步進電機時 ,都要用到切削力 (機床的主要負載 ). （ 1）銑削抗刀分析 銑削運動的特征是主運動為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給（鍵槽銑刀可沿軸線進給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端面銑刀為基本形線。圓 柱銑和端面銑刀的切削部分都可看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一個齒相當(dāng)于一把車刀，它的切削基本規(guī)律與車削相似。 通常假定銑削時，銑刀的銑削抗力作用在刀齒上，如下圖 2示：設(shè)刀齒上受到的銑削抗力的合力為 F，將 F 沿銑刀軸線徑向和切向進給分解，則分別為軸向銑削力向銑削力消耗的銑床主電機功率最多。因此，切向銑削力 可以按切削功率主電機功率 算，也可以按切削用量進行計算。 331 0 1 0 ( )m ? ? ? ?或式中： V————— 主軸傳遞全部功率時的最低切削速度， m/s； m? ———— 機床主傳動系統(tǒng)的效率。 這里按切削用 量進行計算。 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 609 . 8 1 2 2 . 6Z e f zF a a d a Z?? ? ? ? ? ? ?式中：—— 銑削接觸深度，（ ; 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） —— 每齒進給量，（ ）； 0d———— 銑刀直徑，（ —— 銑削深度，（ Z—— 銑刀齒數(shù) 。 圖 銑削力及工作臺上的載荷 取mm，mm，，0d=8Z=4。 則， 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 609 . 8 1 2 2 . 6z e f pF a a d a Z?? ? ? ? ? ? ?0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 69 . 8 1 2 2 . 6 2 0 . 1 8 8 4 4 1 0 . 3 5 1 3 2 N?? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）進給工作臺工作載荷的計算 作用在進給工作臺上的合力 F ′與銑刀刀齒的銑削抗力的余力 F 大小相同方向相反，如圖 2示，合力 F ′就是設(shè)計和校核工作臺進給系統(tǒng)的時要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺運動方向分解為三個力：工作臺的縱向進給 方向載荷作臺橫向進給方向載荷臺垂直進給方向載荷作臺工作載荷查《機電綜合指導(dǎo)》表 2因此，求出可計算出工作臺工作載荷 ： / 1 . 2 , / 0 . 8 , / 0 . 4L Z V Z C F F F F? ? ?則： , 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） F=, . ３ ２滾珠絲桿螺母副的計算和造型 1 縱向進給絲桿 （ 1） 計算進給牽引力N） 縱向進給為燕尾形導(dǎo)軌。 '( 2 )m L V F f F F G? ? ? ?式中：,,L V F———— 分別為工作臺縱向進給方向載荷，垂直載荷和橫向載荷； K — ————— 考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)； G—————— 移動部件的重量； 'f —————— 導(dǎo)軌道上摩擦系數(shù)。 這里?。?K = 'f =而 397 . 8 1 0 1 6 0 0 4 0 0 1 0 0 1 0 9 . 8 4 8 9 2 . 1 6G m g v g N?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 . 4 4 9 2 . 4 2 0 . 2 ( 3 2 8 . 2 8 2 1 6 4 . 1 4 4 8 9 2 . 1 6 ) ? ? ? ? ?=N) (2) 計算最大動載荷 C 3 f F?66010 01000? 式中 L———— 壽命，以 610 為一單位， n———— 絲桿轉(zhuǎn)速（ r/ ——— 為最大切削力條件下的進給速度（ m/可取最高進給河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 度的 1/2— 1/3， 0L———— 絲桿導(dǎo)程 （ T———— 為使用壽命（ h），對于數(shù)控機床取 15000h， —— 運轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運轉(zhuǎn)取 初選0 6L 1000 1 0 0 0 1 . 5 1 2 5 / m i n ? ? ?? 666 0 6 0 1 2 5 1 5 0 0 0 1 1 2 . 51 0 1 0?? ? ? 3 3 1 1 2 . 5 1 . 2 1 7 9 9 . 2 3 4 1 0 4 2 2 . 2 7 1 f F N? ? ? ? ?（ 3）滾珠絲桿螺母副的選型 查表，可采用 循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副。 1圈 2 列，其額定負載為 16000N，精度等級為 3 級（大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn) （ 4）傳動效率計算 ta n ( )?? ?式中： r ———— 螺旋升角， 02 44'r ? , ? ———— 摩擦角取 110 滾動摩擦系數(shù) 00t a n t a n 2 4 4 ' 0 . 9 4 ,t a n ( ) t a n ( 2 4 4 ' 1 0 ')?? ? ???(5) 剛度驗算 先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖如下圖所示： 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 縱向進給絲杠計算草圖 最大牽引力為 承間距 L=1325杠螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負載荷的 1/3。 a, 絲杠的拉伸或壓縮變形1?1 ()??式中： 1?———— 為工作載荷 —— 為絲杠工作載荷（ N）； L ———— 為滾珠絲杠在支承間的受力長度（ E ———— 彈性模量，對剛， 42 0 . 6 1 0E M P a?? ； A ———— 為滾珠絲杠 按內(nèi)徑確定的橫向截面積（ 2； “ +”號用于拉伸，“ -”用于壓縮。 1 421 7 9 9 . 1 3 4 1 3 2 5 0 . 0 1 1 3 . 6 1 0 ( 3 6 / 2 )? ?? ? ??? 由于兩端采用向心推力球軸承，且絲杠有進行了預(yù)緊，故其拉壓剛 度提高了 3 到 4 倍，故實際變形量 ''1 1 11 0 . 0 0 2 8 .4 ? ???為 :b, 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量2?該變形量與滾 珠列，圈有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠的 長度無關(guān)。可用下式計算： 有預(yù)緊時，2 2300 . 0 0 0 2 8 Z? ??? ? ?圈 數(shù) 列 數(shù)00( ) , 3 ( )? ? ?外 循 環(huán) 內(nèi) 循 環(huán)式中：—— 軸向工作負載（ N）； 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） — — 預(yù)緊力（ N）； 0d———— 滾珠直徑（ 3 9 .d m m?Z?———— 滾珠數(shù)量； Z ———— 每一圈的滾珠數(shù)； 0D———— 滾珠絲杠的公柱直徑。 00403 3 2 83 . 9 6 9DZ d? ? ?? ? ? ? ? 5 9 9 . 7 1 ,3?2 322301 7 9 9 . 1 3 40 . 0 0 0 2 8 0 . 0 0 0 2 8 0 . 0 0 4 1 9 6 9 5 9 9 . 7 1 2 8 Z? ?? ? ???c,支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形3?，一般占的比重比較大，不同類型的軸承的接觸變形量c?可用不同的公式計算。 采用推力球軸承 8106 1 30 ,d 動體直徑 珠數(shù)目 16Z? 2 233 22 1 7 9 9 . 1 3 40 . 0 0 0 5 2 0 . 0 0 0 5 2 0 . 0 0 6 76 1 6? ? ? ??因施加預(yù)緊力，故 3 1 0 . 0 0 3 3 ??1 2 3 0 . 0 0 2 8 0 . 0 0 4 1 0 . 0 0 3 3 0 . 0 1 0 2 ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?顯然此變形量小于定位精度，故剛度足夠。 （ 6）穩(wěn)定性校核 計算臨界負載 () ?? 式中： E ———— 材料彈性橫量（ 2/N ，剛為 622 0 . 6 1 0 / ;N c m? 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ———— 截 面 慣 性 距 （ 2， 對 于 絲 杠 為411( ) ;64 為 絲 杠 內(nèi) 徑 L———— 絲杠兩支承端距離（ —— 絲杠支承變形系數(shù)，一端固定一端自由取 滾珠絲杠兩端采用