立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【6張CAD圖紙】

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control,NC）機(jī)床，顧名思義，是一類(lèi)由數(shù)字程序?qū)崿F(xiàn)控制的機(jī)床。與人工操作的普通機(jī)床相比，它具有適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高、柔性強(qiáng)、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度低、易于組成自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床也就是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。1.1概述數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來(lái)的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開(kāi)銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問(wèn)題也很多，因此，人們?cè)谘芯亢烷_(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語(yǔ)言的軟件系統(tǒng)時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。數(shù)控銑床機(jī)械部分與普通銑床基本相同，工作臺(tái)可以做橫向、縱向和垂直三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。因此普通銑床能加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控銑床度能做到。一般情況下，在數(shù)控銑床上可以加工平面曲線輪廓。數(shù)控銑床也像通用銑床那樣可分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類(lèi)銑床配置的是數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類(lèi)型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動(dòng)化的要求。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過(guò)去在普通機(jī)床上無(wú)法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車(chē)、造船、機(jī)車(chē)車(chē)輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。綜上所述，數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類(lèi)生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)等方面，起著非常重要的作用。數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)看管；可以大大減少專(zhuān)用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、支承部件、分度臺(tái)等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是把運(yùn)動(dòng)和力由動(dòng)力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過(guò)程中有良好的動(dòng)態(tài)特性。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動(dòng)系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而影響機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床切削速度的提高和自動(dòng)化方向的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來(lái)越簡(jiǎn)單，但對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來(lái)越高，從而使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這樣，各種設(shè)計(jì)理論的研究和使用就得到了迅猛的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，其加工過(guò)程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過(guò)數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過(guò)程中無(wú)法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對(duì)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)得更為完善，制造得更為精密。為滿(mǎn)足高精度、高效率、高自動(dòng)化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)有許多特點(diǎn)。1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過(guò)提高效率，自動(dòng)化程度,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從90年代開(kāi)始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù)。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專(zhuān)用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多；自動(dòng)化程度基本上還是“一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國(guó)同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重。數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向 六個(gè)方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國(guó)和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來(lái)，德國(guó)的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國(guó)的機(jī)床業(yè)一般。中國(guó)大陸、韓國(guó)。臺(tái)灣屬于同一水平。但就門(mén)類(lèi)、種類(lèi)多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前4名。數(shù)控系統(tǒng) 由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)、和各種開(kāi)關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國(guó)西門(mén)子、日本三菱；其余還有法國(guó)扭姆、西班牙凡高等。國(guó)內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯(cuò)，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國(guó)內(nèi)一些大廠還沒(méi)有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)也不錯(cuò)。 我們國(guó)家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床精度 1.機(jī)械加工機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度）、定位精度、重復(fù)定位精度等5種。 2.機(jī)床精度體系：目前我們國(guó)家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)GB，國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)差不多。3.看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。4.加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。目前世界著名機(jī)床廠商在我國(guó)的投資情況 1. 2000年，世界最大的專(zhuān)業(yè)機(jī)床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床、立式加工中心和車(chē)銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯(cuò)，目前效益良好，年產(chǎn)600臺(tái)，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺(tái)。 2. 2003年，德國(guó)著名的機(jī)床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床和立式加工中心120臺(tái)左右。 3. 2002年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺(tái)，生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床、立式加工中心、臥式加工中心。 4.韓國(guó)大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。 5.臺(tái)灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺(tái)。民營(yíng)企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況 1.浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車(chē)床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺(tái)。 22004年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開(kāi)始，起點(diǎn)比較高。 32002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實(shí)老板是中國(guó)人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車(chē)床，水平相當(dāng)不錯(cuò)。軍工企業(yè)技改情況 軍工企業(yè)得到國(guó)家撥款開(kāi)始于當(dāng)年“大使館被炸”，后來(lái)臺(tái)灣阿扁上臺(tái)后，大規(guī)模技改開(kāi)始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企業(yè)開(kāi)始停止購(gòu)買(mǎi)普通設(shè)備。尤其是近3年來(lái)，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買(mǎi)了大批量的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國(guó)內(nèi)機(jī)床廠哪里采購(gòu)了大批普通數(shù)控機(jī)床，國(guó)內(nèi)機(jī)床廠商為了迎接這次大技改，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭(zhēng)取軍工企業(yè)的高端訂單。 聽(tīng)在軍工企業(yè)的朋友講，阿扁如果再能“頂”三年，我們的整體水平會(huì)上一個(gè)臺(tái)階。 其實(shí)，胡錦濤總書(shū)記掌權(quán)以來(lái)，已經(jīng)把國(guó)防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，他說(shuō)，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國(guó)防能力，相信再過(guò)10年，隨著我國(guó)國(guó)防工業(yè)和汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，我們國(guó)家會(huì)誕生世界水平的機(jī)床制造商，也將會(huì)超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)。數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的強(qiáng)弱。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開(kāi)微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)趨于一致化，而控制系統(tǒng)軟件的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇。我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)“六五”期間的引進(jìn)，“七五”期間的數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，“八五”期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及“九五”期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。 近年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)控化率也顯著提高。另一方面我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。目前我國(guó)一部分普及型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)較為成熟，價(jià)格合理，在國(guó)際市場(chǎng)上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場(chǎng)。 我國(guó)在數(shù)控機(jī)床高端產(chǎn)品的生產(chǎn)上取得了一定的突破。目前我國(guó)已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國(guó)也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)的行列。目前我國(guó)已經(jīng)研制成功一批主軸轉(zhuǎn)速在800010000轉(zhuǎn)/分以上的數(shù)控機(jī)床。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來(lái)大力推廣應(yīng)用CAD等信息技術(shù)，很多企業(yè)已開(kāi)始和計(jì)劃實(shí)施應(yīng)用ERP、MRPII和電子商務(wù)。如，濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)有限公司的CAD普及率達(dá)100%，是國(guó)家級(jí)“CAD示范企業(yè)”，企業(yè)的MRPII系統(tǒng)應(yīng)用也非常成功，現(xiàn)代化管理水平較高。 但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。 一、信息化技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，對(duì)國(guó)外技術(shù)依存度高。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來(lái)源主要依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，對(duì)國(guó)外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留在掌握已有技術(shù)和提高國(guó)產(chǎn)化率上，沒(méi)有上升到形成產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復(fù)合功能、多軸聯(lián)動(dòng)等特點(diǎn)的高性能數(shù)控機(jī)床基本上還得依賴(lài)進(jìn)口。 二、產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間在10000小時(shí)以上，國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅3000-5000小時(shí)；整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間國(guó)外達(dá)800小時(shí)以上，國(guó)內(nèi)最好只有300小時(shí)。 三、創(chuàng)新能力低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。我國(guó)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)雖達(dá)百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn)，信息化技術(shù)利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)。 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床信息化正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，我國(guó)生產(chǎn)的第六代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。同時(shí)，新一代數(shù)控機(jī)床將采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。 智能化。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的智能化發(fā)展將通過(guò)對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速作出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過(guò)程處于最佳狀態(tài)。 基于CAD和CAM的數(shù)控編程自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD/CAM圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床零部件加工程序，以實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的全自動(dòng)編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲得，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。 發(fā)展可靠性最大化。數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶(hù)最關(guān)心的主要指標(biāo)。新一代的數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專(zhuān)用及混合式集成電路，減少元器件的數(shù)量，從而提高可靠性。同時(shí)通過(guò)自動(dòng)運(yùn)行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 一、是高速加工技術(shù)發(fā)展迅速高速加工技術(shù)發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用新的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)高性能功能部件，移動(dòng)部件輕量化，減少運(yùn)動(dòng)慣性。在刀具材料和結(jié)構(gòu)的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機(jī)床加工全面高速化，如數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿浊мD(zhuǎn)發(fā)展到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)、幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)；快速移動(dòng)速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過(guò)百米；換刀時(shí)間從十幾秒下降到10秒、3秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應(yīng)用高速加工技術(shù)達(dá)到縮短切削時(shí)間和輔助時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。二、是精密加工技術(shù)有所突破通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動(dòng)誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用等，從而提高機(jī)床加工的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，從1950年至2000年50年內(nèi)提升100倍。目前，精密數(shù)控機(jī)床的重復(fù)定位精度可以達(dá)到1m，進(jìn)入亞微米超精加工時(shí)代。三、是技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢(shì)明顯技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機(jī)床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢(shì)之一，如工序復(fù)合型車(chē)、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術(shù)復(fù)合，跨加工類(lèi)別技術(shù)復(fù)合金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結(jié)與鏡面切削復(fù)合等，目前已由機(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容，目的在于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過(guò)程集約化管理。技術(shù)集成和復(fù)合形成了新一類(lèi)機(jī)床復(fù)合加工機(jī)床，并呈現(xiàn)出復(fù)合機(jī)床多樣性的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。四、是數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)入了智能化的新階段數(shù)字化控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段:數(shù)字化控制技術(shù)對(duì)機(jī)床單機(jī)控制；集合生產(chǎn)管理信息形成生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制；生產(chǎn)過(guò)程遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無(wú)人化工廠的智能化新階段。智能化指工作過(guò)程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動(dòng)編程等。加工過(guò)程智能監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)工件裝卡定位自動(dòng)找正，刀具直徑和長(zhǎng)度誤差測(cè)量，加工過(guò)程刀具磨損和破損診斷、零件裝卸物流監(jiān)控，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償、調(diào)整、自動(dòng)更換刀具等，智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障自動(dòng)診斷、報(bào)警、故障顯示等，直至停機(jī)處理。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程故障診斷專(zhuān)家智能系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)具有在線技術(shù)后援和在線服務(wù)后援。人工智能自動(dòng)編程系統(tǒng)能按機(jī)床加工要求對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)加工。在線服務(wù)可以根據(jù)用戶(hù)要求隨時(shí)接通INTERNET接受遠(yuǎn)程服務(wù)。采用智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與管理信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技術(shù)在制造系統(tǒng)上的應(yīng)用，發(fā)展成柔性制造單元和智能網(wǎng)絡(luò)工廠，并進(jìn)一步向制造系統(tǒng)可重組的方向發(fā)展。五、是極端制造擴(kuò)張新的技術(shù)領(lǐng)域極端制造技術(shù)是指極大型、極微型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)。極端制造技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向。重點(diǎn)研究微納機(jī)電系統(tǒng)的制造技術(shù)，超精密制造、巨型系統(tǒng)制造等相關(guān)的數(shù)控制造技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)的數(shù)控機(jī)床研制，如微型、高精度、遠(yuǎn)程控制手術(shù)機(jī)器人的制造技術(shù)和應(yīng)用；應(yīng)用于制造大型電站設(shè)備、大型艦船和航空航天設(shè)備的重型、超重型數(shù)控機(jī)床的研制；IT產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)的發(fā)展需要超精細(xì)加工和微納米級(jí)加工技術(shù)，研制適應(yīng)微小尺寸的微納米級(jí)加工新一代微型數(shù)控機(jī)床和特種加工機(jī)床；極端制造領(lǐng)域的復(fù)合機(jī)床的研制等。1.3本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文要求設(shè)計(jì)一立式數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，主要參數(shù)要求如下：工作臺(tái)尺寸(寬長(zhǎng)) mm：400800；T型槽寬數(shù)量間距mm：183125；工作臺(tái)最大承重kg：500；工作臺(tái)行程（X軸）mm：600；滑鞍行程（Y軸）mm：420；主軸箱行程（Z軸）mm：600；主軸伺服電機(jī)功率Kw：7.5/11；主軸轉(zhuǎn)速范圍rpm：206000；主軸最大扭矩：92Nm第二章 電機(jī)的選擇現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床常用直流電動(dòng)機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)已占優(yōu)勢(shì)，有取代直流電機(jī)之勢(shì)。本文所設(shè)計(jì)的銑床采用交流調(diào)頻電機(jī)調(diào)節(jié)電源頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的，額定轉(zhuǎn)速常為1500rmin，如圖1-1所示是變速電機(jī)的功率特性。從額定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域I為恒功率區(qū)，從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域II為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。 圖 2-1 變速電動(dòng)機(jī)的功率特性 在設(shè)計(jì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)時(shí)，必須考慮電機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問(wèn)題。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電機(jī)的恒功率變速范圍，所以在電機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其功率調(diào)速范圍，滿(mǎn)足低速大功率切削時(shí)對(duì)電機(jī)的輸出功率要求。為了簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)少些，變速箱公比可取大于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍，即。這時(shí)，變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動(dòng)系統(tǒng)功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱(chēng)之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制轉(zhuǎn)矩過(guò)大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)的增大。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇上海富田電機(jī)生產(chǎn)的IAG系列變頻調(diào)速專(zhuān)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為IAG 132M15007.5。其中：IAG系列代號(hào) 132極座號(hào)（中心高） M機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)，有S、M、L三種類(lèi)型 1500基本轉(zhuǎn)速（單位：rmin） 7.5額定功率（單位：kw）電機(jī)在201500rmin內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出，在15004500rmin內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒功率輸出；最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000rmin。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床的無(wú)級(jí)變速，采用交流調(diào)頻電機(jī)，本文所設(shè)計(jì)的銑床所選擇的電機(jī)需要實(shí)現(xiàn)兩級(jí)變速，當(dāng)通電時(shí)離合器脫離，小齒輪和大齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到電機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器吸合，大齒輪和小齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)。第三章軸類(lèi)零件的設(shè)計(jì) 主軸部件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，是機(jī)床上的一個(gè)重要部件。主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成，對(duì)于銑床主軸部件還有拉桿和拉抓。3.1軸的設(shè)計(jì)概述軸是主成機(jī)械的一個(gè)重要零件，它支承其它回轉(zhuǎn)件并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)它又通過(guò)軸承和支架連接，所有軸上零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的锝組合體軸系部件，所以在軸的設(shè)計(jì)中不能只考慮軸的本身，還必須和軸系零件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái)。軸設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：在軸系零部件的具體結(jié)構(gòu)未確定之前，軸上力的作用點(diǎn)和支點(diǎn)間的跨距無(wú)法精確的確定，故彎距大小和分布情況不能求出，因此在軸的設(shè)計(jì)中必須把軸的強(qiáng)度計(jì)算和軸系零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交錯(cuò)進(jìn)行，邊畫(huà)圖，邊計(jì)算，邊修改。3.2主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸D1和D2，主軸內(nèi)孔直徑d，主軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度。3.2.1 主軸最小直徑的估算，將T=92Nm，電機(jī)功率代入式得當(dāng)數(shù)值上時(shí)，可按扭轉(zhuǎn)剛度估算最小軸徑，即： (1)式中：d主軸的最小直徑（cm）P主軸傳遞的功率(kw)， 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)，前面已計(jì)算出代人數(shù)值得：d4.4cm取主軸的最小直徑=45mm，最小直徑本應(yīng)該是后軸頸，但是考慮到軸承的軸向固定采用鎖緊螺母，應(yīng)留鎖緊螺母的位置?？紤]到軸上裝軸承，有配合要求，應(yīng)將后軸頸的直徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，同時(shí)要考慮到選擇軸承的類(lèi)型，因此選擇后軸頸的直徑=50，3.2.2 主軸內(nèi)孔直徑d及拉桿直徑的確定主軸內(nèi)孔直徑與機(jī)床的類(lèi)型有關(guān)，主要用來(lái)通過(guò)棒料、拉桿、鏜桿或頂出頂尖等，銑床主要用于通過(guò)拉桿和拉抓，確定孔徑的原則是：為減輕主軸重量在滿(mǎn)足上述工藝要求及不削弱主軸剛度的前提下，盡量取較大值，孔徑d對(duì)主軸剛度的影響影響是通過(guò)抗彎截面慣性矩而體現(xiàn)的，即主軸本身的剛度正比于抗彎截面慣性矩，其關(guān)系式為空/實(shí)根據(jù)上式可繪制出主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線，如圖4-1D主軸平均直徑，d主軸平均孔徑，直徑為實(shí)心主軸剛度 ，直徑為，孔徑為d的空心軸的剛度。圖3-1 主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線 由圖3-1知：當(dāng)d0.5時(shí)，內(nèi)孔d對(duì)主軸剛度幾乎無(wú)影響，通常取孔徑d的極限值0.7D。此時(shí)空0.75實(shí)，即剛度消弱量小于25%，若孔徑再大主軸剛度急劇下降，一般銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大510mm。 由于機(jī)床使用場(chǎng)合多種多樣，為了適應(yīng)加工工藝及刀具特點(diǎn)，機(jī)床工具行業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種軸端結(jié)構(gòu)，并已形成專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，銑床常用的主軸端部結(jié)構(gòu)前端帶有7:24的錐孔。供插入銑刀尾部錐柄定位,，拉桿從主軸后端拉緊刀具，常用的是BT50刀柄，因此我們采用BT50的外螺紋拉抓，查資料知BT50拉抓外螺紋的尺寸為M22P1.5，所以拉桿前端必須是M22的內(nèi)螺紋，為了滿(mǎn)足拉桿的剛性要求，取拉桿的直徑為28mm，根據(jù)拉桿的直徑確定主軸內(nèi)孔的最小直徑為32即可.3.2.3 主軸前端懸伸量的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向支反力作用中點(diǎn)（或前徑向支承中點(diǎn)）的距離。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度、抗振性影響很大，變形量與a的二次方或三次方成正比例關(guān)系。，因此在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短該懸伸量。在確定主軸前端懸伸量時(shí)應(yīng)該滿(mǎn)足以下結(jié)構(gòu)要求：主軸前端要留有裝切削液噴頭的位置；軸承的寬度B=27；軸承擋環(huán)的厚度b=8；主軸下支承的安裝位置以及軸肩的寬度。3.2.4 主軸支承跨距L的確定合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過(guò)小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大；反之，支承跨距過(guò)大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。因此存在一個(gè)最佳跨距，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取=（23.5），本文所設(shè)計(jì)的主軸暫取L=2.5a=360，但是實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的原因，以及支承剛度因磨損會(huì)不斷降低，主軸主要支承間的實(shí)際跨距L往往大于最佳跨距。3.2.5 選擇軸的材料和熱處理方法選擇軸的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機(jī)械性能有設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得3.2.6 初選軸承本文所設(shè)計(jì)的銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷，還承受不大的軸向載荷，故選擇單列圓錐滾子軸承背對(duì)背的組合。根據(jù)工作要求及后軸頸的直徑(為50mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為32010的單列圓錐滾子軸承，其尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為dDb=508020。3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1 擬定軸上零件的裝配方案根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)、軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。圖3-2 主軸的結(jié)構(gòu)如圖3-2中，拉桿與BT50拉刀抓連接，從右側(cè)裝入內(nèi)孔，然后再裝入BT50刀柄；齒輪、軸承、套筒、軸承套以及電磁鐵固定架從左側(cè)裝入，法蘭蓋從右側(cè)裝入，與軸承套用螺釘連接。3.3.2 確定軸各段的直徑根據(jù)前面的計(jì)算知：最小直徑D=45mm，小軸承用鎖緊螺母進(jìn)行軸向固定，所以取軸段1外螺紋的直徑M=45mm；根據(jù)軸承的型號(hào)以及與軸的配合關(guān)系，取軸段2的直徑=50mm。軸段4處裝小齒輪，承受很大的徑向力，同時(shí)主軸是空心的，考慮到主軸的整體剛性，取軸段4的直徑=75mm，小齒輪用鎖緊螺母壓緊，則軸段4的直徑比軸段3的直徑大23mm，所以取軸段3處的外螺紋直徑M=72mm。軸段5上有兩個(gè)軸套，軸套左側(cè)用于定位小齒輪，中間用來(lái)壓緊和定位電磁鐵固定架，考慮到拆卸方便，軸段5要比軸段4大23mm，同時(shí)要比軸段6小23mm因此取軸段5的直徑，軸段6的直徑。大齒輪主要靠軸段7的軸肩來(lái)定位的，為了保證定位可靠，軸段7要比軸段6的直徑大510mm，但是考慮到主軸前端的內(nèi)孔交大，因此取軸段7的直徑為。軸段8是前軸頸，主軸的直徑因與軸承的內(nèi)徑相等，考慮到軸承的型號(hào)以及與主軸的配合關(guān)系，取軸段8的直徑，軸承的型號(hào)為32109。主軸前端內(nèi)孔采用7：24的錐度，裝BT50的刀柄，內(nèi)孔較大，取軸段10的外徑，軸段9主要起定位作用，因比軸段10大510mm，因此取軸段9的直徑為。3.3.3 確定各軸段的長(zhǎng)度軸段4和6的長(zhǎng)度要比輪轂寬度（38mm）短23mm，故這兩處軸段的長(zhǎng)度取為36mm。其中軸段4不包括退刀槽的長(zhǎng)度。軸段1和3有外螺紋，裝徑向鎖緊螺母，故軸段1和3的長(zhǎng)度比鎖緊螺母長(zhǎng)23mm，取軸段1的長(zhǎng)度為15.7mm，軸段3的長(zhǎng)度為18.2mm軸段7主要與軸承套配合，壓緊軸承，為了保證軸承套與大齒輪之間有一定的間隙，取軸段7的長(zhǎng)度為25mm；軸段8是后軸頸，所選軸承的寬度B=32mm，軸承擋環(huán)的寬度T=8mm，故取軸段8的長(zhǎng)度為44mm。軸段9是一個(gè)軸肩，主要起定位作用，取軸段9的長(zhǎng)度為11即可；主軸的前端面要裝端面鍵，同時(shí)主軸前端要留下裝切削液噴頭的位置，因此取軸段10的長(zhǎng)度為69mm。主軸內(nèi)孔要裝拉桿、拉刀抓及BT50刀柄，整體裝配起來(lái)應(yīng)該讓拉桿不要伸出主軸內(nèi)孔太長(zhǎng)，否則銑床的整體動(dòng)剛度不好，根據(jù)主軸和主動(dòng)軸的整體裝配關(guān)系，取軸段1的長(zhǎng)度為75.4mm，軸段5的長(zhǎng)度為209mm。綜上所述，主軸的跨距L373mm，懸伸量=96mm3.3.4 軸向零件的周向固定齒輪、電磁鐵固定架與軸的周向定位均采用半圓鍵聯(lián)接。對(duì)于齒輪，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑=101332(GB/T1098-2003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為29.7mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)GB1096-79)；對(duì)于電磁鐵固定架，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑=6922(GB/T1098-2003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為29.7mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)GB1096-79)，軸承與軸的周向定位是采用過(guò)盈配合來(lái)保證的。3.3.5 確定軸上倒角和退刀槽的尺寸取主軸前端的倒角為445，其余倒角145；所有退刀槽的尺寸為213.4主軸剛度的計(jì)算軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)茐你姶驳墓ぷ餍阅?。因此在設(shè)計(jì)重要軸時(shí)，必須檢驗(yàn)軸的變形量，這在軸的設(shè)計(jì)中稱(chēng)為剛度計(jì)算。剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算和彎曲剛度計(jì)算兩種。前者以扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量；后者以撓度y和截面轉(zhuǎn)角來(lái)度量。本文以彎曲剛度校核，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：y=0.00025L；圓錐滾子軸承處的偏轉(zhuǎn)角0.0016rad。3.4.1主軸的簡(jiǎn)化和彎曲剛度的計(jì)算1、如主軸前后軸承頸之間有數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑dd=式中：、；、；、分別為各段的直徑和長(zhǎng)度 總長(zhǎng)，=+（mm）2、主軸切削力的計(jì)算根據(jù)公式P=得：=，則當(dāng)線速度最小時(shí)，切削力最大=0.21m/s=25.7KN3、撓度的計(jì)算主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計(jì)。后懸伸部分不影響剛度。當(dāng)主軸前端作用一外載，則撓度y=（mm）=10（m）式中 典型切削工藝的切削力前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支承點(diǎn)間的距離（mm）跨距，等于前后支承之間的距離（mm） E彈性模量，鋼取210（Mpa） I截面慣性矩，I=0.05（-）（mm） ，主軸的外徑和孔徑（mm）將E和I的值待人，可得y=79m0.0002L=0.09325mm4、偏轉(zhuǎn)角主軸切削工件時(shí)承受很大的切削力，主軸前端產(chǎn)生彎曲變形，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得式中 主軸前端偏轉(zhuǎn)角(rad)、E、I與前面相同代入數(shù)據(jù)得(2373+369)0.0011 rad所以=0.0016 rad綜上所述主軸的剛度滿(mǎn)足條件，不必重新設(shè)計(jì)。第四章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算一般，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，已知的條件是：傳遞的功率P=5.4kw，轉(zhuǎn)速n=20rmin6000rmin，傳動(dòng)比暫取i=1.78；預(yù)定的壽命5年，每年工作300天，每天24小時(shí)。設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，往往不知道齒輪的尺寸和參數(shù)，無(wú)法準(zhǔn)確定出某些系數(shù)的數(shù)值，因而不能進(jìn)行精確的計(jì)算。所以通常需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡(jiǎn)化計(jì)算方法初步確定出主要尺寸，然后再進(jìn)行精確的校核計(jì)算。當(dāng)主要參數(shù)和幾何尺寸都已經(jīng)合適之后，再進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制零件工作圖。4.1主要參數(shù)的選擇1、模數(shù)m 模數(shù)由強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，要求圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，傳遞動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)m2。初步確定模數(shù)時(shí)，對(duì)于軟齒面齒輪(齒面硬度)350HBS）外嚙合傳動(dòng)m=（0.0070.02）a；載荷平穩(wěn)，中心距過(guò)大時(shí)取小值，本文所設(shè)計(jì)的主軸傳動(dòng)暫定中心距a=150mm，因此取模數(shù)m=0.015a=2.25mm，將模數(shù)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值，取m=2.5mm。2、螺旋角 角太小，將失去斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)；但太大將會(huì)引起很大的軸向力。一般取=815，此處取=13。3、齒數(shù)z 當(dāng)中心距一定時(shí)，齒數(shù)取多，則重合度增大，改善了傳動(dòng)的平穩(wěn)性。同時(shí)，齒數(shù)多則模數(shù)小、齒頂圓直徑小，并且又能減小金屬切削量，節(jié)省材料，降低加工成本。但是齒數(shù)增多則模數(shù)減小，齒輪的抗彎強(qiáng)度降低，因此，在滿(mǎn)足抗彎強(qiáng)度的條件下，宜取較多的齒數(shù)。4.2 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2.1、選擇材料查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，小齒輪：20CrMnTi，滲碳淬火，硬度4555HRC大齒輪：20CrMnTi，滲碳淬火，硬度4555HRC 按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值，查得=780N/mm，=820N/mm；=620 N/mm，=640 N/mm。4.2.2 有關(guān)參數(shù)和系數(shù)的確定載荷系數(shù)K 查表取K =1.4齒寬系數(shù) 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取=0.254.2.3 中心距及主要參數(shù)的確定確定齒輪嚙合時(shí)的中心距a=150mm按經(jīng)驗(yàn)公式，=(0.0070.02)a=(0.0070.02)150mm=1.053取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=2.5mm初取=13，cos=cos13=0.9744初取齒數(shù)比=1.78=42.06取=42，則=1.7842=74.76，則取=75精求螺旋角cos=0.975即=arccos0.975=124824，此值與初選值相差不大，故不必重新計(jì)算。傳動(dòng)比 =1.786，此值與初選齒數(shù)比相差不大，故不必重新計(jì)算4.2.4 許用彎曲應(yīng)力1、當(dāng)量齒數(shù)為： =45.3 =80.9根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)查得：齒形系數(shù)=2.37，=2.25 應(yīng)力修正系數(shù)=1.69，=1.772、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)=60=6012001（533024）=2.8510=2.85101.786=510根據(jù)、查得：=0.86，=0.883、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：安全系數(shù)=1.4根據(jù)公式=得：許用彎曲應(yīng)力=393Mpa=389Mpa4.2.5、主要尺寸的計(jì)算分度圓直徑d：=107.7mm=192.3mm齒寬b =0.25150=37.5mm取=38mm4.2.6 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度=3.17確定有關(guān)系數(shù)和參數(shù)1、許用接觸應(yīng)力查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=850Mpa，安全系數(shù)=1.2根據(jù)、查得=0.86，=0.88許用彎曲應(yīng)力=609Mpa=623Mpa查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：彈性系數(shù)=189.8，故=3.17189.8=246.7Mpa，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合格。4.2.7 驗(yàn)算齒輪圓周速度=22.5m/s=40.25m/s查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知選擇6級(jí)精度即可第五章 軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷的同時(shí)，還承受不大的軸向載荷，根據(jù)軸承承受載荷的特性，選擇單列圓錐滾子軸承的背對(duì)背的組合方式。 查軸承手冊(cè)得：32010型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=61KN，e=0.42，Y =1.4。 32109型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=175KN，e=0.44，Y =1.4。5.1 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算5.1.1 切削力的計(jì)算根據(jù)公式P=得：=，根據(jù)典型切削工藝取n=1200r/min =6.28m/s=0.86KN5.1.2 徑向力的確定單列圓錐滾子軸承背對(duì)背組合，如圖5-1所示，可知：=0.86=0.22KN=+=0.22+0.86=1.08KN圖5-1 軸承受載示意圖5.1.3 計(jì)算兩軸承的派生軸向力s查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，單列圓錐滾子軸承的派生軸向力為S=/(2Y)，則=0.08KN=0.39KN5.1.4 計(jì)算兩軸承的軸向載荷軸承外加的軸向力+=0.39+5=2.39KN所以軸承I被“壓緊”，軸承II被“放松”，故=2.39KN=0.39KN5.1.5 計(jì)算兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)得：載荷系數(shù)=1.5軸承I的當(dāng)量動(dòng)載荷P1：=10.8e=0.42查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：=0.4，=1.4=1.5(0.40.22+1.42.39)=5.2KN軸承II的當(dāng)量動(dòng)載荷P2：=0.36e=0.44查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：=1，=0=1.51.08=1.62KN5.2 驗(yàn)算兩軸承的壽命由于軸承是在正常溫度下工作，t 120，查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=1圓錐滾子軸承=10/3，則軸承I的壽命=（）=（）=46500 h軸承II的壽命=（）=（）=9.910h第六章 圓弧齒同步帶的設(shè)計(jì)6.1 確定圓弧齒同步帶的基本參數(shù)6.1.1 確定設(shè)計(jì)功率設(shè)計(jì)功率，其中為載荷修正系數(shù)根據(jù)已知工作條件查表取則6.1.2 選擇帶形和節(jié)距根據(jù)和電機(jī)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速查表確定為8M型，節(jié)距6.1.3 傳動(dòng)比的選擇帶傳動(dòng)是一種最常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)形式，它的主要用傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。大部分帶傳動(dòng)是依靠擾性傳動(dòng)與帶輪間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，銑床方面的傳動(dòng)還有電主軸和電機(jī)直連式，我們選擇了帶傳動(dòng)的方式，帶傳動(dòng)簡(jiǎn)單，而且效率高，選擇的傳動(dòng)比=26.1.4 小帶輪齒數(shù)根據(jù)帶型M和小帶輪的轉(zhuǎn)速，由表查得小帶輪的最小齒數(shù)=18，此處取=23。則大帶輪的齒數(shù)6.1.5 小帶輪的節(jié)圓直徑查表得其外徑其中2為節(jié)根距6.1.6 大帶輪節(jié)圓直徑 查表得其外徑6.1.7 帶的傳動(dòng)速度=4.6m/s6.2 確定帶的中心距6.2.1 初定軸間距查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 0.7（）2()同時(shí)根據(jù)對(duì)銑床產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初定=160mm6.2.2 帶長(zhǎng)及其齒數(shù)的確定=2() =21601.57(58.57117.14) （117.1458.57）4160 =320275.86470.092 =595.96mm查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為600的8M型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)度=600mm，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)=756.2.3 實(shí)際軸間距，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整M=42（+） =46006.28（58.57117.14） =24001103.4588 =1296.5412mm（/16 =1296.5/16 =159.37mm6.3 選擇帶的類(lèi)型1、嚙合齒數(shù)的確定 =ent(0.5)=ent（0.5）23 =ent10.12=102、基本額定功率的確定根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和節(jié)圓直徑查表知=2.5kw3、所需的帶寬其中：帶的基本寬度表7-1查得表7-1帶型3M5M8M14M20Mbs0/mm692040115 帶長(zhǎng)系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知=0.8 當(dāng)6時(shí)=1，當(dāng)6時(shí)=1-2（6），此處取=1則 20=68.86mm至此帶輪的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，根據(jù)上面的計(jì)算數(shù)據(jù)，取標(biāo)準(zhǔn)帶寬代號(hào)為70的8M型的帶，其帶寬為70，則帶輪的寬度=72.7。第七章 碟形彈簧的設(shè)計(jì)7.1 碟形彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸7.1.1 碟形彈簧的基本概念碟形彈簧是用鋼板沖壓成形的截錐壓縮彈簧.具有剛度大、變剛度性等特點(diǎn)，蝶形彈簧按其結(jié)構(gòu)型式分為無(wú)支承面和有支承面兩種，如圖71所示(a) 無(wú)支承面 （b）有支承面圖71 碟形彈簧圖中：D彈簧外徑(mm)；d彈簧內(nèi)經(jīng)（mm）；彈簧中性徑（mm）為彈簧中性點(diǎn)所在圓直徑，其大小按計(jì)算。t厚度（mm）；減薄彈簧厚度（mm）；自由高度（mm）；無(wú)支承面碟簧壓平時(shí)變形量（mm），；有支承面碟簧壓平時(shí)變形量（mm）；=；bD/150；F載荷（N）；f變形量（mm）7.1.2 碟形彈簧的分類(lèi)1、碟形彈簧按其厚度分為三類(lèi)，如表7-1所示表7-1 碟簧按厚度的分類(lèi)類(lèi)別碟簧厚度t/mm支承面和減厚厚度16.014.0有2、碟形彈簧按外徑D、壓平時(shí)變形量和厚度t的比值D/t、/t分為三個(gè)系列，如表72所示表72 碟簧按外徑D的分類(lèi)系列D/t/tE(Gpa)ufA180.42060.30.75 B180.752060.30.75C281.32060.30.757.2 彈簧的許用應(yīng)力和疲勞極限7.2.1 碟形彈簧按其載荷性質(zhì)分為兩類(lèi)：1、 靜載荷作用載荷在規(guī)定壽命內(nèi)變化次數(shù)小于110次。2、 變載荷作用在碟簧上的載荷，在預(yù)知載荷和工作載荷之間，在規(guī)定壽命內(nèi)變化次數(shù)大于110次。（1）、靜載荷作用下碟簧許用應(yīng)力靜載荷作用下的碟簧，應(yīng)通過(guò)校核OM點(diǎn)的應(yīng)力來(lái)保證自由高度的穩(wěn)定，在壓平時(shí)的應(yīng)接近彈簧材料的屈服點(diǎn)。（2）變載荷作用下碟簧的疲勞極限7.2.2 變載荷作用下碟簧使用壽命可分為兩類(lèi)1、有限壽命可以在持久強(qiáng)度范圍內(nèi)承受110210次有限的加載次數(shù)值至破壞2、無(wú)限壽命可以在持久強(qiáng)度范圍內(nèi)承受210次有限的加載次數(shù)值至破壞7.3 碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算碟形彈簧的組合方式有疊合組合、對(duì)合組合和復(fù)合組合，本文設(shè)計(jì)的銑床采用對(duì)合組合方式，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)合片數(shù)少。主軸采用的是BT50的刀柄，通常BT50的刀柄需要用3.5噸的力才能拉緊，既工作載荷=35009.8=34300N，在裝配時(shí)用鎖緊螺母固定彈簧，預(yù)緊力為=2000N，使用過(guò)程中要求彈簧的最大變形量為8.5mm，根據(jù)要求設(shè)計(jì)合適的彈簧組合。1、根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，從、B、C系列中選取一個(gè)規(guī)格，其尺寸和參數(shù)如下表，碟簧D/mmd/mmt/mm/mm/mmF=0.75F/f/mm或A1005162.28.248001.651420B100513.52.86.3131002.11050C100512.73.56.286102.6312402、由=1.96查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得0.686，碟簧有支承面時(shí),取=1.6當(dāng)?shù)蓧浩綍r(shí)碟簧載荷 =其中：彈性模量（pa），彈簧鋼取E=2.06pa 泊松比，彈簧鋼取=0.3帶入數(shù)據(jù)解得=1.47N3、根據(jù)=0.4和=0.23由查得=0.22由此變形量=0.22=0.48mm滿(mǎn)足總變形量=8.5，所需的碟簧片數(shù)為=17.7，取=18片對(duì)合碟簧組的總自由高度為 =188.2=147.6mm承受載荷3.5噸時(shí)的高度=147.6180.48=138.96mm 7.4 碟形彈簧的校核1、由、求、根據(jù)上面的計(jì)算知：=1.47N因此 /=0.03 /=0.23按照 =0.4，查圖5-1得到/=/=0.22由此 =0.03=0.032.2=0.066mm =0.22=0.222.2=0.48mm3、疲勞破壞的關(guān)鍵部位由=0.64和C=1.96，查圖8-3得，疲勞強(qiáng)度破壞的關(guān)鍵部位在二點(diǎn) 或圖7-3 碟簧疲勞破壞的關(guān)鍵部位4、計(jì)算應(yīng)力并檢驗(yàn)碟簧壽命當(dāng)=0.066mm時(shí)，由下式得：=（）=-1.61.61.2111(-)-1.362Mpa=55.34Mpa當(dāng)=0.22時(shí)，由下式得：=（-）=1.61.61.2111(-)-1.362Mpa=200.7Mpa碟簧的計(jì)算應(yīng)力幅為 =200.655.34=145.26 Mpa由圖52b查得：當(dāng)=55.34 Mpa，壽命210時(shí)的=720 Mpa即疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為=72055.34=664.66Mpa即，能夠滿(mǎn)足無(wú)限壽命的要求。至此碟型彈簧的設(shè)計(jì)與校核已全部完成，選用A 型，、支承面、共18片對(duì)合組合的碟型彈簧。第八章 拉桿的設(shè)計(jì)在銑床主軸內(nèi)有松卡刀裝置，結(jié)構(gòu)從主軸前端到末端分別是拉抓，拉桿，一組碟形彈簧，鎖緊螺母，打刀缸。其中拉桿，一組碟形彈簧，鎖緊螺母組合在一起，然后與拉抓通過(guò)螺紋連接。抓刀時(shí)，打刀缸不工作，靠施加在疊簧上的力拉緊刀具；松刀時(shí)，打刀缸工作推動(dòng)拉桿向前運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)拉抓，拉抓從主軸孔前端向前運(yùn)動(dòng)松開(kāi)，實(shí)現(xiàn)換刀動(dòng)作。8.1 確定拉桿的直徑拉桿前端與拉抓通過(guò)螺紋連接 ，BT50拉抓前端是M251.5的外螺紋，因此拉抓必須是M221.5的內(nèi)螺紋，如圖8-1所示，取1處的直徑=28mm，圖8-1 拉桿結(jié)構(gòu)圖2處的直徑根據(jù)碟形彈簧的型號(hào)確定，因?yàn)榈螐椈伤惺艿牧痛?，為了滿(mǎn)足剛性要求取2處的直徑=51mm，碟形彈簧選擇51的內(nèi)徑。3處主要是裝鎖緊螺母和壓板，通過(guò)鎖緊螺母預(yù)緊彈簧，為了安裝方便，3處的直徑比2處小23mm，故取3處的外螺紋為M481.5，4處是當(dāng)打刀缸工作時(shí)，打桿的接觸面，沒(méi)有什么特殊的要求，只須外徑比打桿稍大一些，此處取=26mm8.2 確定拉桿的長(zhǎng)度2處裝碟形彈簧，有彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算只，碟簧總自由高度為111.6mm，碟簧要用鎖緊螺母預(yù)緊，因此取2處長(zhǎng)度=110即可；3初的長(zhǎng)度因鎖緊螺母的寬度20mm+壓板的寬度10mm，故取3處長(zhǎng)度=38mm；4處的長(zhǎng)度沒(méi)有特別的要求，取=6mm；1處的長(zhǎng)度根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)要求而定，主軸箱上下兩個(gè)面的距離為550，同時(shí)拉桿前端還與BT50拉抓連接裝入主軸中，因此根據(jù)主軸部件的裝配關(guān)系取=370mm至此拉桿的主要尺寸已經(jīng)確定完.總 結(jié)短短的三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們對(duì)大學(xué)四年的機(jī)械知識(shí)的整體總結(jié)，也是理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們收益非淺，這次設(shè)計(jì)，主要是對(duì)立式數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多新的知識(shí)。我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格技術(shù)人員只掌握本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)。首先從主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及主軸零件的選用，再定軸承的選型及其組配形式。在以上設(shè)計(jì)中，對(duì)零件的材料，對(duì)軸承，對(duì)裝配方法等等知識(shí)點(diǎn)溫習(xí)和學(xué)習(xí)。使以前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)能夠應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中去，更加深了我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。對(duì)實(shí)際加工中的一些問(wèn)題有了進(jìn)一步的了解，并在設(shè)計(jì)中考慮和避免這些問(wèn)題的發(fā)生。沒(méi)有具體的了解，經(jīng)常會(huì)有無(wú)從下手的感覺(jué)，碰到問(wèn)題只有去問(wèn)老師和看相關(guān)書(shū)籍，確實(shí)雖然完成了大概模型，有許多地方還是不是完全吃透的，這需要在以后的工作學(xué)習(xí)中進(jìn)一步加深學(xué)習(xí)，期間我得到了許多教師的大力幫助。本次設(shè)計(jì)算基本符合設(shè)計(jì)要求。在此，我表示由衷地感謝！35致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)很快已經(jīng)結(jié)束了，在這段時(shí)間里，不僅僅感覺(jué)到的是忙碌，還有忙碌后作完一件令自己心動(dòng)的東西時(shí)的那種無(wú)聲的喜悅。在寫(xiě)致謝信的這個(gè)時(shí)候心里想有一些說(shuō)出的東西，想想自己在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的種種困難，在老師同學(xué)的用心幫助下也一一解決了，說(shuō)句實(shí)話(huà)，憑自己的能力要作完畢業(yè)設(shè)計(jì)是有些太困難了，但是在你的身邊總有一些人會(huì)給你帶來(lái)驚喜，自己的能力畢竟有限，在面對(duì)別人無(wú)私幫助的時(shí)候我的內(nèi)心十分感激，帶自己畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師會(huì)有問(wèn)必答，有難必解，雖然接觸不是很多，但有些東西是用心感覺(jué)的。還有好多老師在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給于我一些幫助，我非常的感激。當(dāng)