畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )XK5036 數(shù)控立式銑床總體及垂直進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 老 師年 月 日II摘 要數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。本文的研究目標(biāo)是針對(duì) XK5036 銑床的特點(diǎn)，在滿足生產(chǎn)的前提下，對(duì)原銑床做盡可能少的改動(dòng)，利用數(shù)控系統(tǒng)控制銑床運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái) X、Y、Z 的三坐標(biāo)控制及任意三軸的聯(lián)動(dòng)控制，提高銑床的加工精度和自動(dòng)化水平，完成銑床的數(shù)控化改造。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則和生產(chǎn)的需要，采用的總體方案為：拆除機(jī)床工作臺(tái) X、 Y、 Z軸原進(jìn)給系統(tǒng)。將滑動(dòng)絲杠副更換為滾珠絲杠副，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進(jìn)電機(jī)。采用步進(jìn)電機(jī)減速齒輪帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。首先進(jìn)行切削力的計(jì)算，然后根據(jù)切削力的大小計(jì)算絲杠的強(qiáng)度、剛度，再結(jié)合效率計(jì)算校核所選絲杠。選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。之后進(jìn)行齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)所選步進(jìn)電機(jī)的步距角、脈沖當(dāng)量，結(jié)合公式計(jì)算出減速比，選擇合適的齒輪，根據(jù)所選齒輪的參數(shù)計(jì)算出齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣，再結(jié)合絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，算出總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。最后進(jìn)行轉(zhuǎn)距的計(jì)算，計(jì)算負(fù)載和空載時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩選擇匹配的步進(jìn)電機(jī)。關(guān)鍵詞：銑床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠目 錄摘 要 II第 1 章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述.11.1 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 .11.2 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 21.2.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別 .21.2.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍 .31.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 31.4 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 4第 2 章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較.62.1 總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .62.2 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)總體要求 62.3 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)內(nèi)容 72.4 改造后的數(shù)控銑床功能分析 9第 3 章 確定切削用量及選擇刀具.103.1 刀具選擇 .103.2 切削用量確定 .103.3 切削三要素 .113.4 加工精度和表面粗糙度 .113.5 刀具材料 .14第 4 章 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).154.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 154.1.1 主傳動(dòng)的變速方式的選擇 .154.1.2 主軸電機(jī)的選擇 .164.1.3 分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì) .164.1.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .35第 5 章 主要部裝圖（垂直進(jìn)給系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)與計(jì)算.425.1 設(shè)計(jì)方案的確定 .425.2 垂直(Z 向 )進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .43IV5.3 升降臺(tái)自動(dòng)平衡裝置 45致 謝.48參考文獻(xiàn).491第 1 章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述數(shù) 控 技 術(shù) 及 其 裝 備 ,主 要 研 究 熱 點(diǎn) 有 以 下 幾 個(gè) 方 面 。1.高 速 、 高 精 加 工 技 術(shù) 及 裝 備 的 新 趨 勢(shì)2.軸 聯(lián) 動(dòng) 加 工 和 復(fù) 合 加 工 機(jī) 床 快 速 發(fā) 展3.智 能 化 、 開(kāi) 放 式 、 網(wǎng) 絡(luò) 化 成 為 當(dāng) 代 數(shù) 控 系 統(tǒng) 發(fā) 展 的 主 要 趨 勢(shì)4.重 視 新 技 術(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 、 規(guī) 范 的 建 立 ,其 中 包 括 ：a.關(guān) 于 數(shù) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 發(fā) 規(guī) 范b. 關(guān) 于 數(shù) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 發(fā) 規(guī) 范 ， 加強(qiáng)數(shù)控銑床的整機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)該把握的主要問(wèn)題的訓(xùn)練。1.1 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀10 年來(lái)，我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量翻了兩番多.數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品開(kāi)發(fā)加快，一批反映當(dāng)前世界數(shù)控機(jī)床發(fā)展潮流的高檔次數(shù)控機(jī)床問(wèn)世，如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)加工中心、五軸車銑復(fù)合中心、五軸龍門加工中心等。建立了以中、低檔次數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系和高檔次數(shù)控機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)體系，可以說(shuō)，我國(guó)機(jī)床業(yè)整體素質(zhì)有了明顯提高。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到 30%;消費(fèi)值數(shù)控化率還不到 50%,而發(fā)達(dá)國(guó)家大多在 76%左右。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。機(jī)床業(yè)現(xiàn)狀可以用“三大一小”一一消費(fèi)大國(guó)、生產(chǎn)大國(guó)、進(jìn)口大國(guó)和出口小國(guó)來(lái)概括“母機(jī)”水平看“數(shù)控” 。1992 年我國(guó)年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床僅 4200 多臺(tái)。到 2003 年這一數(shù)字已為 2.48 萬(wàn)多臺(tái).比上年增長(zhǎng)了 41.6%。高檔次的數(shù)控機(jī)床及配套部件只能靠進(jìn)口.近幾年，隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)機(jī)床——“工作母機(jī)”一直保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)。2003 年的產(chǎn)值達(dá)到 260 億元，產(chǎn)量居世界第四。我國(guó)的機(jī)床消費(fèi)超過(guò) 59 億美元，首次躍居世界第一，產(chǎn)值水平 260 億元，消費(fèi)超出 220 多億元。其差額自然只有靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2003 年我國(guó)進(jìn)口機(jī)床產(chǎn)品金切機(jī)床及鍛壓設(shè)備各約 31.5 億美元，又是一個(gè)“世界第一”而全行業(yè)出口僅為 3.1 億美元。我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。這些數(shù)控機(jī)床，除少量機(jī)床以 FMS 模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài).1.2 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)1.2.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下明顯特點(diǎn)： 1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 2. 加工精度高 3. 加工穩(wěn)定可靠 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 4. 高柔性 加工對(duì)象改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)—FMS。 5. 高生產(chǎn)率 數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機(jī)床的 3～5 倍，對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6. 勞動(dòng)條件好 機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現(xiàn)代化 采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費(fèi)用高 9. 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜 由于整個(gè)加工過(guò)程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求很高。3數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過(guò)程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的。它是一種高效能自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，1.2.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍由于數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，適用于數(shù)控加工的零件有： ·批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件； ·幾何形狀復(fù)雜的零件； ·貴重零件加工； ·需要全部檢驗(yàn)的零件； ·試制件。 對(duì)以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度由于數(shù)控銑床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控銑床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過(guò)程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通銑床要寬得多。1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控銑床剛性好，制造和對(duì)刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控銑床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來(lái)切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控銑床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件由于數(shù)控銑床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分銑床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。數(shù)控銑床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過(guò)程序控制自動(dòng)完成園柱面、圓錐面、圓弧畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。1.4 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)1. 高速、高效、高精度、高可靠性（1） 高速、高效加工進(jìn)入 21 世紀(jì)，機(jī)床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度.上世紀(jì) 90 年代以來(lái)歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。（2）高精度、超精密化加工當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達(dá)到 5 微米;精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)(0.001 微米)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到 0.01-0.05 微米，加工圓度為 0.1 微米加工表面粗糙度 Ra0.003 微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工〔特高精度加工)，是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)(68.276mm