龍門重心驅(qū)動(dòng)三軸數(shù)控銑床設(shè)計(jì)含4張CAD圖,龍門,重心,驅(qū)動(dòng),數(shù)控,銑床,設(shè)計(jì),CAD 龍門重心驅(qū)動(dòng)三軸數(shù)控銑床設(shè)計(jì) 摘 要 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，高速度、高柔性、高精度和高剛度已成為當(dāng)今數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要方向，為滿足數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要并適應(yīng)當(dāng)今激烈的市場競爭，必須使用先進(jìn)制造技術(shù)加速高性能機(jī)床產(chǎn)品的開發(fā)。因此，研究高速機(jī)床的結(jié)構(gòu)及其理論，更好地發(fā)揮高速機(jī)床的性能和提高機(jī)床的效率就成了普遍關(guān)注的問題。本課題主要根據(jù)國內(nèi)外市場對三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的需求，設(shè)計(jì)出高性能三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)在參考大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，通過對比分析，確定三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床的總體設(shè)計(jì)方案。對機(jī)床主要零部件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 本課題的研究將利用數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出適合生產(chǎn)的龍門銑床結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床，總體設(shè)計(jì)方案，對比分析 Abstract With the development of modern technology and new products are constantly emerging, high speed, high flexibility, high precision and high rigidity has become the main direction of the development of CNC machine tools, to meet the needs of the development of CNC machine tools and adapt to the fierce market competition, must use the advanced manufacturing technology to accelerate the development of high performance machine tool products. Therefore, the structure and theory of high-speed machine tool, better performance of high-speed machine tools and improve machine efficiency became a common concern. This topic mainly according to the domestic and international market demand for three axis machine tool, the design of high performance three axis CNC milling machine structure in Longmen. The design on the basis of a lot of data at home and abroad, through the comparison and analysis, to determine the overall design scheme of three axis CNC milling machine of Longmen. Analysis and design of main parts of the machine tool. This research will use the experience of the designer design of NC machine tool, suitable for the production of Longmen milling machine structure. Keywords: Three - axis NC Longmen milling machine, the overall design scheme, comparative analysis 目 錄 摘 要 I ABSTRACT III 第1章 引言 1 1.1高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.1．1國內(nèi)、外高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r 2 1.1.2高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展趨勢 3 1.2課題的研究背景、內(nèi)容及意義 4 1.2.1課題研究的背景 4 1.2.2課題的研究內(nèi)容 5 1.2.3課題的研究意義 5 第二章.機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)方案選擇 6 2.1.三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床技術(shù)性能參數(shù) 6 2.2.三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)方案 6 第三章.機(jī)床的進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)及機(jī)械部分設(shè)計(jì) 7 3.1.三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 7 3.2.滾珠絲杠的選擇： 8 3.2.1滾珠絲杠副的導(dǎo)程 8 3.2.2滾珠絲杠副的載荷及選絲杠 8 3.3.伺服電機(jī)的選擇： 10 3.4.銑床機(jī)械部分設(shè)計(jì)： 11 第四章.機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 14 4.1 主軸箱的設(shè)計(jì)要求 14 4.2主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 4.2.1 主傳動(dòng)功率 14 4.2.2 驅(qū)動(dòng)源的選擇 15 4.2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 15 4.2.4傳動(dòng)軸的估算 17 4.2.5齒輪模數(shù)的估算 19 4.3主軸箱展開圖的設(shè)計(jì) 20 4.3.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 20 4.3.2 有關(guān)零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 20 4.3.3 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23 4.3.4 主軸組件的剛度和剛度損失的計(jì)算： 24 4.4 零件的校核 25 4.4.1齒輪強(qiáng)度校核 25 4.4.2傳動(dòng)軸撓度的驗(yàn)算： 26 結(jié) 論 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30 IV 第1章 引言 1.1高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。 目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化、虛擬軸驅(qū)動(dòng)已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。高速高精度切削加工技術(shù)是一種綜合性的高新技術(shù)，是先進(jìn)實(shí)用的制造技術(shù)，正成為切削加工的主流，具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景，其中高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速高精度加工的前提和基礎(chǔ)條件。現(xiàn)在，工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把生產(chǎn)高速機(jī)床作為其重要的發(fā)展目標(biāo)，高速機(jī)床的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 高速切削加工機(jī)床中“高速”是一個(gè)相對概念。對于不同的加工方法、工件材料與刀具材料，切削速度也不相同。如何定義高速切削加工，至今還沒統(tǒng)一的認(rèn)識。目前沿用的高速切削加工定義主要有以下幾種： (1)1978年，CIRP切削委員會(huì)提出以線速度500～7000m／min的切削速度加工為高速切削加工。 (2)對銑削加工而言，從刀具夾持裝置達(dá)到平衡要求(平衡品質(zhì)和殘余不平衡量)時(shí)的速度來定義高速切削加工。根據(jù)IS01940標(biāo)準(zhǔn)，主軸轉(zhuǎn)速高于8000r／min為高速切削加工。 (3)德國Darmstadt大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所(PTW)提出以高于5～10倍的普通切削速度的切削加工定義為高速切削加工。 (4)從主軸設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，以沿用多年的DN值(主軸軸承孔直徑D與主軸最大轉(zhuǎn)速N的乘積)來定義高速切削加工。 因此，高速切削加工不能簡單的用某一具體的切削速度值來定義，但從生產(chǎn)實(shí)際考慮，高速切削加工中的“高速"，不應(yīng)僅是一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，還應(yīng)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是一個(gè)可由此獲得較大經(jīng)濟(jì)效益的高速度的切削加工。 同時(shí)，用戶對金屬加工機(jī)床的技術(shù)要求越來越高，市場的需求對機(jī)床生產(chǎn)廠家的壓力也越來越大。機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)為用戶提供高質(zhì)量的機(jī)床，以經(jīng)濟(jì)性的價(jià)格占領(lǐng)市場。為機(jī)床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性的加工設(shè)備是機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前和未來的發(fā)展目標(biāo)，只有通過增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達(dá)到這一目的。因此，多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、多功能復(fù)合中心、虛擬軸機(jī)床等機(jī)型發(fā)展迅速，在CIMT1996第6屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)上，三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床及多功能車銑復(fù)合中心機(jī)床占了較大的比率。可以預(yù)計(jì)未來段時(shí)間，三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床及多功能車銑復(fù)合中心機(jī)床逐漸成為國內(nèi)外各大機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)重點(diǎn)，占據(jù)市場的主體地位。 1.1．1國內(nèi)、外高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r 20世紀(jì)90年代以來，發(fā)達(dá)國家都在高速切削加工技術(shù)上投入大量的人力和物力。并取得了巨大成就。龍門式數(shù)控機(jī)床就是其中發(fā)展起來的機(jī)型，它是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流設(shè)備，機(jī)械工業(yè)發(fā)達(dá)的國家如美國、德國、法國、意大利、西班牙等國家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。西方政府將高精度的龍門式數(shù)控機(jī)床列為戰(zhàn)略物資，其出口受到禁運(yùn)限制．歷史上曾有轟動(dòng)一時(shí)的美、日制裁原蘇聯(lián)的“東芝事件”。如今，這些西方發(fā)達(dá)圍家的機(jī)床生產(chǎn)廠商已成為全世界高速數(shù)控加工中心的主要提供者，從而推動(dòng)了高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展。 高速切削機(jī)床在國內(nèi)的研究及應(yīng)用起步較晚，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來普遍引起關(guān)注。適用于高速機(jī)床的高檔數(shù)控系統(tǒng)和開放式數(shù)控系統(tǒng)正在深入研究中，但目前主要還是依賴進(jìn)口?，F(xiàn)在國內(nèi)正逐步開始推廣應(yīng)用高速切削技術(shù)，主要是應(yīng)用在航空航天、模具和汽車工業(yè)，加工鋁合金和鑄鐵較多，但大多數(shù)高速高精度切削機(jī)床仍以進(jìn)口為主。 在CIMT2007展會(huì)上，展出了我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控機(jī)床20多臺。大家都知道，數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械加工中是不可或缺的手段。我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國防建設(shè)對高檔的數(shù)控機(jī)床大量需求。多年來，龍門數(shù)控機(jī)床的研制成為我國裝備制造業(yè)心中隱隱的痛。經(jīng)過臥薪嘗膽般的一翻探索實(shí)踐．如今，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)終于有了可喜的成就。當(dāng)前，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在品種上，已經(jīng)擁有立式、臥式、龍門式和落地式的加工中心，適應(yīng)不同尺寸的復(fù)雜零件加工，還有銑床和大型瞠銑床以及車銑中心等，基本涵蓋了國內(nèi)市場的需求。沈陽機(jī)床、大連機(jī)床、秦川機(jī)床，江蘇多棱、濟(jì)南二機(jī)床、北京機(jī)電研究院、寧江機(jī)床、桂林機(jī)床、北京一機(jī)床等企業(yè)的產(chǎn)品，已獲得國內(nèi)市場的認(rèn)同。 目前，我國數(shù)控機(jī)床的可供品種超過1500種，而且每年仍以不少于200種的速度增加。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床國內(nèi)產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位?；究梢詽M足國內(nèi)市場需求；近年來，我國數(shù)控機(jī)床的技術(shù)引進(jìn)工作比以前有了較大的進(jìn)步．主要表現(xiàn)在：引進(jìn)規(guī)模大幅度提高；引進(jìn)方式多樣化，除了傳統(tǒng)的購買設(shè)備之外，還出現(xiàn)了購買技術(shù)、技術(shù)許可、技術(shù)服務(wù)、合作生產(chǎn)、作股投資、補(bǔ)償貿(mào)易等多種方式；技術(shù)引進(jìn)的主動(dòng)權(quán)逐步提高，經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國數(shù)控機(jī)床在某些領(lǐng)域已經(jīng)掌握了關(guān)鏈技術(shù)，具備了部分自主開發(fā)能力，同時(shí)，國外越來越多的跨國公司為了能進(jìn)入中國市場，競相以各種方式向我國輸出技術(shù)；技術(shù)引進(jìn)的結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化，逐步從單一生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)轉(zhuǎn)向以調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品附加值、增強(qiáng)創(chuàng)新能力的技術(shù)引進(jìn)；大規(guī)模成套設(shè)備引進(jìn)逐步被關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備的引進(jìn)所替代。在看到我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)引進(jìn)情況發(fā)展的同時(shí)，更要重視我們技術(shù)引進(jìn)存在的不足：盲目引進(jìn)、多頭引進(jìn)、重復(fù)引進(jìn)造成的資金浪費(fèi)；忽視引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新及自主創(chuàng)新，技術(shù)過度依賴引進(jìn)形成了引進(jìn)一落后一再引進(jìn)一再落后的被動(dòng)局面。 1.1.2高速數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展趨勢 切削加工的高速化需求是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床和加工中心向高速化發(fā)展的直接動(dòng)力，高速切削機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生，并促使高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)以及配套的高性能控制系統(tǒng)、高效高精度測量測試系統(tǒng)等高速化單元在高速切削機(jī)床中普及和推廣。在體現(xiàn)機(jī)床“高速"的同時(shí)，還要力求保持高的加工精度，否則達(dá)不到一定精度要求，高速也就失去了意義。為了保證高速下的高加工精度，人們不斷研究各項(xiàng)新技術(shù)，采取各種新措施。如利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)和仿真等方法，大力改善機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和熱態(tài)特性，同時(shí)不斷提高數(shù)控和伺服系統(tǒng)的性能，采取諸如前饋控制、超前控制等新型控制策略，采用誤差補(bǔ)償功能等。 高速切削加工時(shí)，常使用大量的冷卻液，既增加了制造成本，又危害操作者的健康和污染環(huán)境。在環(huán)保意識不斷增強(qiáng)的今天，高速數(shù)控加工中心的于切削或準(zhǔn)干切削越來越受到重視。發(fā)展干切削，追求綠色化和產(chǎn)品的“回收再造”技術(shù)，已是當(dāng)今產(chǎn)品開發(fā)、研究和使用時(shí)所必須自始至終考慮和重視的一個(gè)方面。為了提高開發(fā)和制造效率，國外企業(yè)已應(yīng)用了模塊化和系統(tǒng)化的思想。通常對一定范圍的產(chǎn)品，在功能劃分的基礎(chǔ)上按系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，設(shè)計(jì)出一組功能獨(dú)立、結(jié)構(gòu)獨(dú)立的基本單元模塊，而后進(jìn)行組合而成為多種機(jī)床，以最短的周期和較低的成本生產(chǎn)出滿足市場需求的多元化產(chǎn)品。 總之，隨著微電子技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也是日新月異。各國都在著力開發(fā)和研究高速數(shù)控加工機(jī)床，以求達(dá)到高速、高效、高智能、高精度的性能，同時(shí)克服工作空間小、成本高等缺陷。 1.2課題的研究背景、內(nèi)容及意義 1.2.1課題研究的背景 雖然如今我國制造業(yè)在總量上成為僅次于美、日的世界第三大制造國，但從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，我國在制造業(yè)存在明顯的結(jié)構(gòu)缺陷。 世界制造業(yè)的發(fā)展已呈現(xiàn)出四大趨勢：綠色制造、極端制造業(yè)、制造業(yè)與高新技術(shù)廣泛融合，以及信息技術(shù)融入傳統(tǒng)制造業(yè)，而我國卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的落在了后邊。我國制造業(yè)的長期目標(biāo)就是擺脫“世界工廠"的稱謂，從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。提高我國制造業(yè)整體科技水平的戰(zhàn)略措施，除了眾所周知的提高企業(yè)創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力外，提高企業(yè)的加工能力和工藝水平也是至關(guān)重要的。目前我國絕大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)設(shè)備落后，工藝水平較低，想要追趕上述所提到的四大趨勢，首先要改善設(shè)備水平。因此，對高速數(shù)控加工機(jī)床的需求將大大增加。 數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代制造業(yè)的主流裝備，是市場的熱門商品。我國數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷30多年來的發(fā)展，現(xiàn)已頗具規(guī)模，機(jī)床已涉及超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域。但與機(jī)床高度發(fā)達(dá)的國家相比，我國機(jī)床的總體制作水平還是存在著一定的差距，相當(dāng)明顯的是：在我國，對于四軸聯(lián)動(dòng)以上的機(jī)床，大部分來自國外，再加上西方國家對我國在這方面的技術(shù)封鎖，在一定程度上影響了我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。不可否認(rèn)的是：對于高精密工件的加工，國產(chǎn)機(jī)床還有待提升，主要是數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)部分。 1.2.2課題的研究內(nèi)容 本課題在借鑒大量國內(nèi)外機(jī)床資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)給定方案設(shè)計(jì)三軸聯(lián)動(dòng)高速數(shù)控龍門銑床，主要研究內(nèi)容如下： (1)在分析國內(nèi)外三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，提出三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床總體設(shè)計(jì)方案。 (2)根據(jù)初始設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定各零部件的尺寸：并完成各零部件的圖紙繪制及裝配。 1.2.3課題的研究意義 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展、可靠性的提高和價(jià)格的下降，近年來多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的技術(shù)、品種和功能價(jià)格比有很大的提高。三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是加工機(jī)械產(chǎn)品等不可或缺的手段。我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國防建設(shè)對高檔多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床大量需求。多年來，三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的研制成為我國裝備制造業(yè)亟待解決的問題。在當(dāng)前的國際形勢下，中國機(jī)床行業(yè)鼓勵(lì)企業(yè)開發(fā)研制五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床具有非凡的意義。 本課題的研究成果，可以為數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出有普遍意義的技術(shù)方案，本課題的研究工作，必將有助于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、保證新產(chǎn)品性能、降低設(shè)計(jì)成本，為推動(dòng)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。 第二章.機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)方案選擇 2.1.三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床技術(shù)性能參數(shù) 龍門型重心驅(qū)動(dòng)三軸數(shù)控銑床，具體設(shè)計(jì)的要求如下：刀具一側(cè)具有X, Y,兩個(gè)自由度，工件安裝的工作臺一側(cè)具有C一個(gè)自由度，工作臺的最大載荷為300Kg，這6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)范圍分別為：500mm×500mm×360o 。 2.2.三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)方案 三軸聯(lián)動(dòng)通常是在X、Y、兩個(gè)線性軸基礎(chǔ)上增加由C一個(gè)回轉(zhuǎn)軸中任意兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸所組合的運(yùn)動(dòng)。 不同類型的機(jī)床根據(jù)需要可做成三軸聯(lián)動(dòng)，但應(yīng)用比較多的是銑鏜類機(jī)床。這種機(jī)床也有多個(gè)類型和品種，較簡單的是在數(shù)控鏜銑床的工作臺上附加C軸轉(zhuǎn)臺，配上相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和C軸兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并可聯(lián)動(dòng)。這種配置由于接合層次多，剛性差些，因此有專門將C轉(zhuǎn)軸的支座與工作臺或床身做成一體的。由于受安裝工件的轉(zhuǎn)臺的尺寸和重量的制約，這種機(jī)床僅適用于加工中小型工件。加工大重型工件的則用立式龍門式數(shù)控銑床、數(shù)控臥式銑鏜床和刨臺式銑鏜床等，此時(shí)C轉(zhuǎn)軸大都裝于主軸處。 本課題采用定梁式龍門銑床結(jié)構(gòu)，工作臺在線性滾珠導(dǎo)軌上作X向運(yùn)動(dòng)，Z軸滑枕上配置銑頭。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于：在結(jié)構(gòu)上具有較高的剛度，且不用擔(dān)心質(zhì)量不當(dāng)而影響機(jī)床的加速度方面的性能；結(jié)構(gòu)的缺陷在于工作臺移動(dòng)，從而在X軸方向上占用的空間較大，也不利于機(jī)床X軸向上的加速度性能。 第三章.機(jī)床的進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)及機(jī)械部分設(shè)計(jì) 三軸聯(lián)動(dòng)龍門銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)中伺服進(jìn)給系統(tǒng)是機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部件。伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，變?yōu)楣ぷ髋_或刀架的運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括引導(dǎo)和支撐執(zhí)行部件的導(dǎo)軌、絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸桿副、齒輪或齒鏈副及支撐部件等。 3.1.三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響了數(shù)控機(jī)床的定位精度和輪廓加工精度，因此，在機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足下列要求： (1)提高傳動(dòng)部件的剛度 一般來說，數(shù)控機(jī)床的直線運(yùn)動(dòng)的定位精度和分辨率都要達(dá)到微米級，回轉(zhuǎn)的定位精度和分辨率都要達(dá)到角秒級，如果傳動(dòng)部件的剛度不足，必然會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)部件產(chǎn)生彈性變形，工作臺產(chǎn)生爬行、振動(dòng)和反向死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性。關(guān)于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)剛度，主要取決于絲杠螺母副、蝸桿副及其支撐結(jié)構(gòu)的剛度。縮短傳動(dòng)鏈、合理選擇絲杠以及絲杠螺母副的支撐部件等，施加預(yù)緊力是提高傳動(dòng)剛度的有效途徑。 (2)高諧振 為了提高系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機(jī)械傳動(dòng)部件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的2～3倍。 (3)摩擦阻力小 為了提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，保證其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，除對伺服元件提出要求外，還必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力主要來自絲杠螺母副和導(dǎo)軌。為了減小摩擦阻力，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動(dòng)導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。 (4)減小傳動(dòng)部件的慣量 傳動(dòng)部件的慣量對伺服機(jī)構(gòu)的起動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響，尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，由于對進(jìn)給系統(tǒng)的加速度要求較高。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)一定時(shí)，傳動(dòng)部件的慣量直接決定了進(jìn)給系統(tǒng)的加速度，它是影響進(jìn)給系統(tǒng)快速性的主要因素。因此，在滿足系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小零部件的重量、直徑，以降低慣量，提高快速特性。 (5)無間隙 機(jī)械傳動(dòng)部件之間的間隙是造成伺服進(jìn)給系統(tǒng)反向死區(qū)的一個(gè)主要原因，因此，對傳動(dòng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，如聯(lián)軸器、齒輪副、蝸桿副、絲杠螺母副及其支撐部件等，均采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施或施加預(yù)緊力。 3.2.滾珠絲杠的選擇： 在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)中，滾珠絲杠副的作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的推力。滾珠絲杠副的傳動(dòng)是一種 應(yīng)用較廣的機(jī)構(gòu)，尤其是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)構(gòu)中，滾珠絲杠副是傳動(dòng)最簡單、經(jīng)濟(jì)而又可靠的。所以滾珠絲杠副的選擇對整個(gè)機(jī)床的制造起著不可忽視的作用。滾珠絲杠副的精度是影響機(jī)床的定位精度及重復(fù)定位精度的最主要的因素。 為了在機(jī)床的設(shè)計(jì)中更合理的選用滾珠絲杠副，使其充分發(fā)揮效能，必須進(jìn)行一系列的計(jì)算。 3.2.1滾珠絲杠副的導(dǎo)程 工作臺縱向行程500mm，速度為10m/min，速度傳動(dòng)比為i=0.5，伺服電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為2000r/min,，工作臺進(jìn)給速度為0-1000mm/min,算得其導(dǎo)程為： 3.2.2滾珠絲杠副的載荷及選絲杠 1.最小載荷 機(jī)床空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力，如工作臺重量引起的摩擦力： 2.最大載荷 選機(jī)床承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)力。如機(jī)床切削時(shí)，切削力在 滾珠絲杠副軸向的分力與導(dǎo)軌摩擦力之和即為Fmax（這時(shí)導(dǎo)軌摩擦力是由工作臺、工件、夾具三者總的重量以及切削力在垂直導(dǎo)軌方向的分量共同引起的）。 3.平均載荷 平均載荷為： 7576N 4.當(dāng)量載荷 工作臺進(jìn)給速度為0-6000mm/min，故平均轉(zhuǎn)速為： 絲杠的工作壽命取為10000h。故： 當(dāng)量動(dòng)載荷 2. 選擇滾珠絲杠 查滾珠絲杠樣本，選上?？N云機(jī)械設(shè)備有限公司的型號為，SFU8010-4的絲杠。額定動(dòng)載荷為。符合要求。絲杠直徑為80mm，導(dǎo)程10mm, 珠圈數(shù)90，珠徑為4mm。 3.3.伺服電機(jī)的選擇： 1. 基本原則 1） 考慮電動(dòng)機(jī)的主要性能（啟動(dòng)、過載及調(diào)速等）、額定功率大小、額定轉(zhuǎn)速及結(jié)構(gòu)形式等方面要滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。 2） 在以上前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便又價(jià)格合理的電動(dòng)機(jī)。 2. 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 安裝方式：立式和臥式 （本設(shè)計(jì)采用立式安裝）。 防護(hù)方式：開啟式、封閉式、防護(hù)式、防暴式。 3. 額定電壓的選擇 交流380～220V，或根據(jù)需要配變壓器。 4. 額定轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況來選擇要求重復(fù)、短時(shí)、正反轉(zhuǎn)工作的生產(chǎn)機(jī)械，除應(yīng)選擇滿足工藝要求的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速外，還要保證生產(chǎn)機(jī)械達(dá)到最大的加、減速度的要求而選擇最恰當(dāng)?shù)貍鲃?dòng)裝置，以達(dá)到最大生產(chǎn)率或最小損耗的目標(biāo)。一般都是直接傳動(dòng)，而不是減速器。 5.慣量匹配： 工件和工作臺的最大質(zhì)量為300kg,折算到電動(dòng)機(jī)軸，其慣量為 0.007kg.m 絲杠慣量：絲杠直徑80mm，決定長度為6.2m。0.19 大帶輪慣量為： 小帶輪慣量為： 負(fù)載慣量為：0.09934 6.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 選擇直流伺服電機(jī)為： 額定功率 3KW 最高轉(zhuǎn)速 2000 額定轉(zhuǎn)距 22 最大轉(zhuǎn)矩 57 轉(zhuǎn)子慣量 0.12 3.4.銑床機(jī)械部分設(shè)計(jì)： 整機(jī)分為床身、龍門架、滑臺、主軸箱、三軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械部分及相關(guān)數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)闡述如下： 床身是本次設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計(jì)影響著對整機(jī)的設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)的合理性直接影響到整機(jī)的剛度。床身的上平面即工作臺面設(shè)計(jì)有 K 條T形槽，為方便床身工作臺面和T形槽的精刨加工，槽完全貫通。床身的左、右兩下腳各設(shè)計(jì)有一個(gè)狹長平面，用來安放滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。工作臺中心設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺。用于實(shí)現(xiàn)C軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。我把導(dǎo)軌面設(shè)計(jì)在床身的兩下側(cè)，主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。因床身會(huì)受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設(shè)計(jì)可使龍門框架的重力直接傳入到機(jī)床的基礎(chǔ)上，而床身只受到工件的重力。 龍門框架采用的是整體龍門架的設(shè)計(jì)概念，即把橫梁與左右立柱設(shè)計(jì)成一體，雖然使鑄造和裝配調(diào)整時(shí)的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主軸箱、滑臺等部件有了裝配基準(zhǔn)。 滑臺的設(shè)計(jì)是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照主軸的中心盡量貼近橫梁上的導(dǎo)軌面為原則，并把Z軸驅(qū)動(dòng)安裝位置設(shè)計(jì)在滑臺上，有效地減輕滑臺的重量。 設(shè)計(jì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)思如下：X 軸的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，Y 軸與 X 軸采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動(dòng)部分貼有工程塑料，避免低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且導(dǎo)軌部分設(shè)計(jì)有斜鑲條可調(diào)裝置。這樣設(shè)計(jì)使機(jī)床的整體進(jìn)給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進(jìn)給速度和進(jìn)給力得到了最佳匹配。 主軸箱的上下垂直運(yùn)動(dòng)Z軸采用滾珠絲杠副傳動(dòng)。由于本機(jī)床不是高速銑床，Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)為伺服電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)比為4的平行軸定比齒輪箱帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。Z 軸的安全問題。首先選用帶電磁剎車的伺服電動(dòng)機(jī)，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起主軸箱機(jī)械式下垂。當(dāng)然，為了保護(hù)Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的精度，還在滑臺上裝有兩個(gè)平衡油缸。平衡力Q等于主軸箱部件質(zhì)量的85﹪。 主軸箱的左右移動(dòng)為Y軸，為了保證Y軸的傳動(dòng)精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直聯(lián)方式。選用的聯(lián)軸器帶有過載保護(hù)裝置，在過載時(shí)聯(lián)軸器會(huì)自動(dòng)脫開。 圖3-1主視圖 圖3-2左視圖 第四章.機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì) 4.1 主軸箱的設(shè)計(jì)要求 1. 具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。 2. 具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。 3. 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。 4.2主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.2.1 主傳動(dòng)功率 機(jī)床主傳動(dòng)的功率P 可由下式來確定： 式中 －機(jī)床主傳動(dòng)的功率 －切削功率 －主傳動(dòng)鏈的總效率 數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，可根據(jù)有代表性的加工情況，由下式確定： 式中 －主切削力的切向力（N） －切削速度（m/min） －切削扭矩 （N/cm） －主軸轉(zhuǎn)速 （r/min） 主傳動(dòng)的總效率一般可取為＝0.70～0.85，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈比較短，因此，效率可以取較大值。 主傳動(dòng)中各傳動(dòng)件的尺寸都是根據(jù)其傳動(dòng)的功率確定的，如果傳動(dòng)效率定的過大，將使傳動(dòng)件的尺寸笨重而造成浪費(fèi)，電動(dòng)機(jī)常在低負(fù)荷下工作，功率因數(shù)太小從而浪費(fèi)能源。如果功率定的過小，將限制機(jī)床的切削加工能力而降低生產(chǎn)率。因此，要較準(zhǔn)確合適的選用傳動(dòng)功率。 4.2.2 驅(qū)動(dòng)源的選擇 機(jī)床上常用的無級變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速nd向上至最高轉(zhuǎn)速nmax是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速nd向下至最低轉(zhuǎn)速nmin是調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的，屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速4500r/min，最大切削功率5.5KW,選擇北京數(shù)控設(shè)備廠的BESK-8型交流主軸電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速是4500 r/min。 4.2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rdp=nmax/nd=4500/1500=3 （3-1） 而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍Rnp= nmax/nd=4500/150=30 ,遠(yuǎn)大于交流主軸電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。 設(shè)計(jì)變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比Фf等于交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍Rdp，即Фf=Rdp=3，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的。 變速箱的變速級數(shù): Z=lg Rnp/lg Rdp=lg30/ lg 3=3.10 (3-2) 取 Z=3 確定各齒輪副的齒數(shù)： 取S=114 由u=2 得Z1=38 Z1′=76 由u=0.67 得Z2=68 Z2′=46 由u=0.22 得Z3=94 Z3′=20 如取總效率η=0.75，則電動(dòng)機(jī)功率P=5.5/0.75=7.3kw?？蛇x用北京數(shù)控設(shè)備廠的BESK-8型交流主軸電動(dòng)機(jī)，連續(xù)額定輸出功率為7.5kw。 由此擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)圖、轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖3-3、圖3-4、圖3-5。 圖3-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 圖3-4轉(zhuǎn)速圖 圖3-5主軸功率特性 4.2.4傳動(dòng)軸的估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷比較大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下（彎曲，軸向，扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。如果剛度不夠，軸上的零件如齒輪，軸承等由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度軸的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。 計(jì)算轉(zhuǎn)速nj是傳動(dòng)件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上直接得出如表3-1所示: 軸 Ⅰ Ⅱ III 計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min） 1500 750 173 表3-1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各軸功率和扭矩計(jì)算： 已知一級齒輪傳動(dòng)效率為0.97（包括軸承），則： Ⅰ軸：P1=Pd×0.99=7.5×0.99=7.42 KW Ⅱ軸：P2=P1×0.97=7.42×0.97=7.20 KW III軸：P3=P2×0.97=7.20×0.97=6.98 KW Ⅰ軸扭矩：T1=9550P1/n1 =9550×7.42/1500=47.24 N.m Ⅱ軸扭矩：T2=9550P2/n2 =9550×7.20/750=91.68N.m III軸扭矩：T3=9550P3/n3 =9550×6.98/173=385.31N.m [φ]是每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選取的原則如表3-2所示: 表3-2 許用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動(dòng)軸 較低的軸 [φ]（deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 根據(jù)表2-2確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表3-3所示: 表3-3 許用扭轉(zhuǎn)角的確定 軸 Ⅰ Ⅱ III [φ]（deg/m） 1 1 1 把以上確定的各軸的輸入功率N=7.5KW、計(jì)算轉(zhuǎn)速nj（如表2-1）、允許扭轉(zhuǎn)角[φ]（如表2-3）代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 (3-3) 可得各個(gè)傳動(dòng)軸的估算直徑： Ⅰ軸： d1=28.8mm 取d1=30mm Ⅱ軸： d2=34.0mm 取d1=35mm 主軸軸徑尺寸的確定： 已知銑床最大加工直徑為Dmax=400mm, 則： 主軸前軸頸直徑 D1=0.25Dmax±15=85～115mm 取D1=95mm 主軸后軸頸直徑 D2=(0.7～0.85)D1=67～81mm 取D2=75mm 主軸內(nèi)孔直徑 d=0.1Dmax±10=35～55mm 取d=40mm 4.2.5齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗(yàn)用。在畫草圖時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算有兩種方法，第一種是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算，第二種是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算，而這兩種方法的前提條件是各個(gè)齒輪的齒數(shù)必須已知，所以必須先給出各個(gè)齒輪的齒數(shù)。 根據(jù)齒輪不產(chǎn)生根切的基本條件：齒輪的齒數(shù)不小于17，在該設(shè)計(jì)中，即最小齒輪的齒數(shù)不小于17。而由于Z3,Z3’這對齒輪有最大的傳動(dòng)比，各個(gè)傳動(dòng)齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是Z3’。取Z3’=20,S=114，則Z3=94。 從轉(zhuǎn)速圖上直接看出直接可以看出Z3的計(jì)算轉(zhuǎn)速是750r/min。 根據(jù)齒輪彎曲疲勞估算公式mω=2.4 (3-4) 根據(jù)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度估算公式計(jì)算得: m=2.84 由于受傳動(dòng)軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數(shù)為m =3mm，對比上述結(jié)果，可知這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且考慮到兩傳動(dòng)軸的間距，故取同一變速組中的所有齒輪的模數(shù)都為m=3mm?，F(xiàn)將各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下： 表3-4 齒輪的估算齒數(shù)和模數(shù)列表 齒輪 Z0 Z0’ Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3’ 齒數(shù) 35 70 38 76 68 46 94 20 模數(shù)（mm） 3 3 3 3 3 3 3 3 4.3主軸箱展開圖的設(shè)計(jì) 主軸箱展開圖是反映各個(gè)零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙。因此設(shè)計(jì)從畫展開圖開始，確定所有零件的位置，結(jié)構(gòu)和尺寸，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。 4.3.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 這一階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容是通過繪圖設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及選出軸承的型號，確定軸的支點(diǎn)距離和軸上零件力的作用點(diǎn)，計(jì)算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。 4.3.2 有關(guān)零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動(dòng)零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其它零件的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而定。所以設(shè)計(jì)時(shí)先畫主要零件，后畫其它零件，先畫傳動(dòng)零件的中心線和輪廓線，后畫結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 1）傳動(dòng)軸的估算 這一步在前面已經(jīng)做了計(jì)算。 2）齒輪相關(guān)尺寸的計(jì)算 為了確定軸的軸向距離，齒輪齒寬的確定是必須的。 而容易引起振動(dòng)和噪聲，一般取齒寬系數(shù)Φm =(6-10)m。這里取齒寬系數(shù)Φm=10, 則齒寬B=Φm×m=10×3=30mm.現(xiàn)將各個(gè)齒輪的齒厚確定如表3-5所示: 表3-5 各齒輪的齒厚 齒輪 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ 齒厚（mm） 30 30 30 30 30 30 齒輪的直徑?jīng)Q定了各個(gè)軸之間的尺寸，所以在畫展開圖草圖前，各個(gè)齒輪的尺寸必須算出?，F(xiàn)將主軸部件中各個(gè)齒輪的尺寸計(jì)算如表3-6所示: 表3-6 各齒輪的直徑 齒輪 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ 分度圓直徑（mm） 114 228 204 138 282 60 齒頂圓直徑（mm） 120 234 210 144 288 66 齒根圓直徑（mm） 106.5 220.5 196.5 130.5 274.5 52.5 Z0 Z0’ 105 210 111 216 97.5 202.5 由表3-2可以計(jì)算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表3-7所示: 表3-7 各軸的中心距 軸 ⅠⅡ ⅡⅢ 距離（mm） 160 175 3）確定齒輪的軸向布置 為避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)的兩對齒輪同時(shí)嚙合，兩個(gè)固定齒輪的間距，應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙1-2mm，所以首先設(shè)計(jì)滑移齒輪。 Ⅱ軸上的滑移齒輪的兩個(gè)齒輪輪之間必須留有用于齒輪加工的間隙，插齒時(shí)，當(dāng)模數(shù)在1-2mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于5mm,當(dāng)模數(shù)在2.5-4mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于6mm，且應(yīng)留有足夠空間滑移，據(jù)此選取該滑移齒輪三片齒輪之間的間隙分別為d1= 45mm,d2=8mm。 由滑移齒輪的厚度以及滑移齒輪上的間隙可以得出主軸上的齒輪的間隙。 現(xiàn)取齒輪之間的間距為82mm和45mm。 圖3-6 齒輪的軸向間距 4）軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個(gè)方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號選用主要應(yīng)根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。 同樣尺寸的軸承，線接觸的滾子軸承比電接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低；多個(gè)軸承的承載能力比單個(gè)軸承的承載能力要大；不同軸承承受載荷類型及大小不同；還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)要求，如中心距特別小的組合機(jī)床主軸，可采用滾針軸承。 為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承，因?yàn)楫?dāng)軸承外徑一定時(shí)，其孔徑（即主軸軸頸）較大。 通常情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承（如配推力軸承，則極限轉(zhuǎn)速低），或者成對圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡單，但是極限轉(zhuǎn)速較低，如配空心圓錐滾子軸承，其極限轉(zhuǎn)速顯著提高，但成本也相應(yīng)的提高了。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25°或 15°的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時(shí)，選用向心推力軸承。 該設(shè)計(jì)的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時(shí)，剛度和速度這兩方面都要考慮。主軸前軸承采用3182119型軸承一個(gè)，后支承采用30215型和8215型軸承各一個(gè)。 4.3.3 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) I軸的一端與電動(dòng)機(jī)相連，將其結(jié)構(gòu)草圖繪制如下圖4—2所示 圖3—7 II軸安裝滑移齒輪，其結(jié)構(gòu)如草圖3—2所示 圖3-8 III軸其結(jié)構(gòu)完全按標(biāo)準(zhǔn)確定，根據(jù)軸向的尺寸將結(jié)構(gòu)簡圖繪制如下圖4—4所示 圖3-9 4.3.4 主軸組件的剛度和剛度損失的計(jì)算： 最佳跨距的確定： 取彈性模量E=2.1X，D=（95+75）/2=85； 主軸截面慣距 截面面積：A=4415.63 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑約為最大加工直徑的60%，即240mm。故半徑為0.12m Fy=0.5Fz=1989.6N 故總切削力為： F==4448.9N 估算時(shí)，暫取L0/a=3,即取3x120=360mm. 前支承支反力 后支承支反力 取 則 則 因在上式計(jì)算中，忽略了ys的影響，故L0應(yīng)稍大一點(diǎn)，取L0=300mm 計(jì)算剛度損失： 取L=385mm,χ=4.61因在上式計(jì)算中，忽略了ys的影響，故L0應(yīng)稍大一點(diǎn)，取L0=300mm 計(jì)算剛度損失： 取L=385mm,χ=4.61 表3-8 由 公式 彈 性 主 軸 y1 彈性支承k 總 柔 度 總 剛度 彎曲變形 yb 剪切變形ys 前支承 后支承 懸伸段 跨距段 懸伸段 跨距段 L=385 5.488×10-7 2.224×10-6 2.361×10-7 1.165×10-7 11.12×10-7 2.28×10-7 44.65×10-7 2.24×105 12.29％ 49.8％ 5.29％ 2.61％ 24.9％ 5.1％ 100％ L0=300 5.488×10-7 1.732×10-6 2.361×10-7 1.4915×10-7 12.4×10-7 3.756×10-7 42.83×10-7 2.33×105 12.81％ 40.46％ 5.51％ 3.48％ 28.9％ 8.77％ 100％ 由L≠L0引起的剛度損失約為3.68％,可知，主軸剛度損失較小，選用的軸承型號及支承形式都能滿足剛度要求。 4.4 零件的校核 4.4.1齒輪強(qiáng)度校核 校核II軸齒輪 校核齒數(shù)為20的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) P=7.2KW, n=750r/min Ⅱ軸扭矩: T2=9550P2/n2 =95507.2/750=91.68 N.m （5-1） 確定動(dòng)載系數(shù)：=2.35m/s 齒輪精度為7級，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù) 非對稱 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 確定齒間載荷分配系數(shù): ==42.1 100N/m由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 =1.2 確定動(dòng)載系數(shù): =11.051.21.42=1.6 查表 10-5 2.65 1.58 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 540MPa 圖10-18查得0.9,S = 1.3 （5-3） 49.489.3 故滿足要求。 4.4.2傳動(dòng)軸撓度的驗(yàn)算： II軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對II軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進(jìn)行校核 已知d=60mm， E=2.1X，b=30mm ，x=180mm 。 結(jié) 論 將近一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)就已經(jīng)結(jié)束了，在這一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，遇到了很多的麻煩，也碰到了很多的挫折，伴隨著這一個(gè)一個(gè)的問題走下來，我覺得自己在畢業(yè)之前得到了快速的成長。 在設(shè)計(jì)初期，總以為時(shí)間很長很長，可以慢慢的來，可到了初期檢查的時(shí)候才知道自己的任務(wù)是很重的。這樣我才對畢業(yè)設(shè)計(jì)重視起來。在設(shè)計(jì)開頭階段，是我感覺最難最難的，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候我對自己設(shè)計(jì)的東西基本上連感性認(rèn)識都還不夠，更談不上什么理性認(rèn)識了！于是我到圖書館查閱大量相關(guān)資料，在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，我們一同到公司參觀實(shí)習(xí)，這樣我才對電火花線切割機(jī)床的有了感性認(rèn)識以及有了理性認(rèn)識。在這段畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間里，我學(xué)會(huì)了好多以前所沒學(xué)到的東西，而且學(xué)的方式不再是老師傳授，而是我自己去書本里挖掘，自己去理會(huì)，自己去組織，再經(jīng)過老師講解。 設(shè)計(jì)任務(wù)雖然算是順順利利的完成了，但是我們都知道，我們設(shè)計(jì)的東西若真的用于生產(chǎn)那還差好遠(yuǎn)好遠(yuǎn)，我們的設(shè)計(jì)考慮的東西實(shí)在是太少太少了，好多東西我們都還是想當(dāng)然的設(shè)計(jì)，有的東西我們連實(shí)物都還沒完整的見到過，我們要學(xué)的東西還有好多好多。 參考文獻(xiàn) [1] 戴曙主編.《金屬切削機(jī)床》，機(jī)械工業(yè)出版社。 [2] 杜君文主編.《機(jī)械制造技術(shù)裝備及設(shè)計(jì)》，天津大學(xué)出版社。 [3] 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社。 [4] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社。 [5] 《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 [6] 同類型機(jī)床說明書、圖紙、樣本等 [7]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊（第三冊）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986 [8]王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：國防工業(yè)出版社，2003 [9]林宋，田建君編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [10]袁國梁.從展會(huì)看數(shù)控龍門機(jī)床產(chǎn)品的發(fā)展.世界制造技術(shù)與裝備市場.2006,(4):23-24 [11]王冰.國內(nèi)外動(dòng)態(tài).制造技術(shù)與機(jī)床.2009,(3):11-13 [12]張良.龍門銑的先驅(qū)者來到中國.航空制造技術(shù).2005,(8):95 致謝 首先感謝老師對我的指導(dǎo)與幫助。感謝他在設(shè)計(jì)期間對我們嚴(yán)格要求，并認(rèn)真負(fù)責(zé)的控制我們的設(shè)計(jì)進(jìn)度，以及他對我們疑難問題的耐心講解。 其次感謝公司的員工，因?yàn)樵诋厴I(yè)設(shè)計(jì)期間我們?nèi)⒂^，他們耐心的給我們示范對我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)起了很大的幫助 最后感謝所有在我畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫過我的同學(xué)和朋友。 30