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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
XK5032數(shù)控立式銑床總體及
縱向進(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
V
摘 要
目前機(jī)床數(shù)控設(shè)計(jì)的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控率不到3％。用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控率。當(dāng)前在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)的首先設(shè)備之一。我國(guó)的數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快，呈現(xiàn)出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復(fù)合、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化合環(huán)?；l(fā)展的態(tài)勢(shì)。與國(guó)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展相比，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展仍然存在著較大差距。
通過(guò)該課題的研究，努力達(dá)到以下目的：
1、加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模塊化訓(xùn)練；
2、加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床功能部件的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算的訓(xùn)練；
3、加強(qiáng)數(shù)控機(jī)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）節(jié)省資金。?機(jī)床的數(shù)控設(shè)計(jì)同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，
關(guān)鍵詞：銑床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠
Abstract
At present, the transformation of NC machine tools market in our country still has very large development space, now our country machine tool numerical control rate less than 3%. Use of ordinary lathe processing products of poor quality, less common varieties, low grade, high cost, long period of supply, which in international, home market lacks competition ability, affect a business directly product, market, benefit, affect the survival and development of enterprises, so we must enhance the rate of NC machine. At present in our country all trades and professions of national economy is playing an increasingly important role, CNC machine has become the first device of the technological transformation of enterprises. Numerical control technology of our country is developing very quickly, showing a high speed, high precision, high reliability, multi axis control, composite technology, integrated, intelligent, network combining environmental protection development. Compared with foreign development of numerical control technology, numerical control technology in China still has a large gap in the development of.
Through the research, efforts to achieve the following objectives:
1, strengthen structure design of the NC machine tool and the modular training;
2, strengthen the functional components of NC machine tool selection and design calculation of the training;
3, strengthen the NC machine tool in machine design should grasp the main problems in training
Key Words: milling machine, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1
1.1 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 1
1.1.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別 1
1.1.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍 2
1.2 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 2
1.3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 3
1.4 機(jī)床數(shù)控設(shè)計(jì)的優(yōu)越性 4
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 6
2.1總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 6
2.1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 7
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 7
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 8
2.1.4計(jì)算機(jī)的選擇 8
2.2總體設(shè)計(jì)方案的確定 8
2.2.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 8
2.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 8
2.2.3機(jī)械傳動(dòng)方式 9
第3章 確定切削用量及選擇刀具 10
3.1刀具選擇 10
3.2切削用量確定 10
3.3切削三要素 11
3.4加工精度和表面粗糙度 11
3.5刀具材料 14
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì) 15
4.1 參數(shù)的擬定 15
4.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 15
4.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 17
4.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 20
第5章 縱向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖零件圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
5.1設(shè)計(jì)方案的確定 24
5.2 縱向(X向)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25
致 謝 34
參考文獻(xiàn) 35
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替。目前國(guó)外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控率已達(dá)到85%以上，而我國(guó)的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控率不足20%，隨著我國(guó)機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(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。
研究此課題的意義在于：針對(duì)大學(xué)畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過(guò)程中，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，把自己置身于工程背景之中，以提高我們的專業(yè)水平。通過(guò)此設(shè)計(jì)，我們可以初步掌握設(shè)計(jì)一般銑床的方法與步驟，可為我們今后工作打下良好的基礎(chǔ)。將大學(xué)三年所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行匯總，考核我們所學(xué)知識(shí)的牢固度，檢驗(yàn)我們運(yùn)用知識(shí)的能力。
1.1 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)
1.1.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別
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，與普通機(jī)床相比，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。
1.1.2 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)。
1.2 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度
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。
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。
1.3 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)(<10nm).其應(yīng)用范圍日趨廣泛
（3）高可靠性
是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間MTBF 就必須大于3000小時(shí).當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的MIBF值已達(dá)60000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上.
2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化
(1)模塊化、專門化與個(gè)性化
為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn).機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高并加快優(yōu)化。個(gè)性化是近幾午來(lái)特別明顯的發(fā)展趨勢(shì).
(2)智能化
在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內(nèi)容包括①為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化:如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成:②為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算等:③簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化:④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容等。
(3)柔性化和集成化
數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、工廠自動(dòng)化FA)、體(CIMS,分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展.
3. 開(kāi)放性
為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國(guó)的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開(kāi)觸式數(shù)控的計(jì)劃等。
1.4 機(jī)床數(shù)控設(shè)計(jì)的優(yōu)越性
1. 費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好.設(shè)計(jì)周期短.可滿足生產(chǎn)急需
同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%-80%的費(fèi)用，設(shè)計(jì)費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床設(shè)計(jì)，只花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用的1/3，以大型的龍門加工中心為例，進(jìn)口新的需要1000-5000萬(wàn)元.而升級(jí)設(shè)計(jì)只需要100-500萬(wàn)元。僅占成本的1/10。交貨期短。
2. 設(shè)計(jì)后的機(jī)床機(jī)械性能穩(wěn)定可靠、功能增強(qiáng)、質(zhì)量好、效率高，可作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年.
3. 降低了對(duì)操作者的技術(shù)要求，更易提高管理水平
操作者只需編程、裝夾工件和按開(kāi)關(guān)，加工全部由電腦控制自動(dòng)完成，即使再?gòu)?fù)雜的工件也能快速完成，省去了對(duì)技術(shù)要求的煩惱.同時(shí)提高了定額管理水平。
4. 可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率。提高設(shè)備質(zhì)量和檔次。
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較
2.1總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容
針對(duì)XK503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軸的三坐標(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)控設(shè)計(jì)
數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容:系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。
將一臺(tái)XK5032立式銑床，設(shè)計(jì)成三坐標(biāo)控制，三軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控銑床，用以實(shí)現(xiàn)平面、凸輪、溝槽、圓弧槽等復(fù)雜零件的自動(dòng)銑削加工。
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，有三種方案可供選擇：
方案一：將工作臺(tái)升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進(jìn)給改為微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)控制,三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制。
方案二:將主軸升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進(jìn)給改為微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)控制，任意兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制。
方案三:僅將工作臺(tái)X、Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)改為微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)控制，兩坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制
對(duì)上述三個(gè)設(shè)計(jì)方案綜合考慮，結(jié)合銑床升降臺(tái)需要修理等實(shí)際情況.在符合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)一般原則的前提下選擇確定第一方案，其具體方案如下:
(1)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)。對(duì)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。完成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)選擇等，垂向工作臺(tái)傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)在更換滾珠絲杠后會(huì)因失去自鎖而自動(dòng)下滑.必須增加平衡裝置和制動(dòng)裝置。
(2)選擇經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)X、Y、Z軸3/3數(shù)控。主軸的部分?jǐn)?shù)控功能要求X、Y、Z向步進(jìn)精度為O.OO5/0.005/0.O1mm/setp;軸向定位精度0.015 mm;重復(fù)定位精度0.008 mm。
2.1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定
數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和點(diǎn)位/直線控制系統(tǒng)。如果工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削，可選用點(diǎn)位控制方式。例如，數(shù)控鉆床，在工作臺(tái)移動(dòng)過(guò)程中鉆頭并不進(jìn)行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點(diǎn)位控制方式。對(duì)于點(diǎn)位控制系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。
連續(xù)控制系統(tǒng)要求工作臺(tái)和刀具沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有確定的函數(shù)關(guān)系，能夠控制刀具沿任意直線或曲線運(yùn)動(dòng)，控制每一個(gè)軸的位置和速度，使得各個(gè)軸同步協(xié)調(diào)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。連續(xù)控制系統(tǒng)不僅控制目標(biāo)點(diǎn)，而且控制刀具到達(dá)這些目標(biāo)點(diǎn)的整個(gè)路徑，使刀具始終接觸工件并制造出希望的形狀，所以具有連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床可以加工各種外形輪廓復(fù)雜的零件，故而連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)或仿型系統(tǒng)。在點(diǎn)位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中所具有的軌跡計(jì)算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點(diǎn)位系統(tǒng)的功能。例如，數(shù)控銑床、數(shù)控銑床等。
點(diǎn)位-直線系統(tǒng)，不但要求工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)坐標(biāo)，還要求工作臺(tái)沿坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中切削工作，進(jìn)行簡(jiǎn)單的銑削和銑削作業(yè)。其控制方法與點(diǎn)位系統(tǒng)十分相似，故有時(shí)也將這兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為點(diǎn)位控制系統(tǒng)。例如，數(shù)控鏜銑床等。
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)可以分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，沒(méi)有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向傳送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來(lái)，故稱為開(kāi)環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡(jiǎn)單。目前國(guó)內(nèi)大力發(fā)展的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動(dòng)部件上的檢測(cè)反饋元件，用來(lái)檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但閉環(huán)系統(tǒng)造價(jià)高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多用于精度要求高的場(chǎng)合。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而是檢測(cè)元件測(cè)出驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺(tái)實(shí)際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定
為確定數(shù)控系統(tǒng)傳動(dòng)精度和工件平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及適當(dāng)?shù)淖枘岜纫蟆Ｔ谠O(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。
盡量消除傳動(dòng)間隙。例如，采用消隙齒輪等。
提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度、減小傳動(dòng)鏈誤差。也可以
用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如，采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)絲杠副等。
2.1.4計(jì)算機(jī)的選擇
微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等組成。
2.2總體設(shè)計(jì)方案的確定
2.2.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇
由于設(shè)計(jì)后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本容易調(diào)試和維護(hù)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床應(yīng)選用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。
2.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
根據(jù)機(jī)床要求采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS-51系列的80C31單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。
2.2.3機(jī)械傳動(dòng)方式
為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)給絲杠。為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，應(yīng)盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。
35
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1刀具選擇
（一）刀具選擇：
銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。
凸臺(tái)、凹槽、箱口面：立銑刀。
毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。
立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。
（二）原則：
安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。
（三）排序原則
減少刀具數(shù)量；
裝夾一次，盡是加工完；
即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開(kāi)；
先銑后鉆；
精加工，先曲面后二維輪廓；
盡可能自動(dòng)換刀。
3.2切削用量確定
粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。
1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π
V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min)
2、切深t：最好是t等于加工余量。
3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。
L＝0.6－0.9d
粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。
精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。
3.3切削三要素
主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。
3.4加工精度和表面粗糙度
1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。
（1）尺寸精度：公差與配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。
新公差等級(jí)與舊公差等級(jí)的對(duì)照及應(yīng)用
新公差等級(jí)
舊精度等級(jí)
加工方法
應(yīng)用
軸
孔
IT01－IT2
無(wú)
研磨
用于量塊、量?jī)x制造
IT3－IT4
研磨
用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工
IT5
1
無(wú)
研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉
用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍
IT6
2
1
IT7
3
2
磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金
IT8
3－4
IT9
4
銑、鏜、銑、刨、插
用于一般要求。主要用于長(zhǎng)度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合
IT10
5
IT11
6
粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄
用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合
IT12－IT13
7
IT14
8
沖壓、壓鑄
用于非配合
IT15－IT18
9－12
鑄、鍛、焊、氣割
?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對(duì)于理想形狀的準(zhǔn)確程度。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項(xiàng)形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
（3）位置公差：零件上點(diǎn)、線、面要素的實(shí)際位置相對(duì)于理想位置的準(zhǔn)確程度。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項(xiàng)位置公差：
定向：平行度、垂直度、傾斜度。
定位：同軸度、對(duì)稱度、位置度。
跳動(dòng)：圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)。
2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83）
輪廓算術(shù)平均偏差：
Ra＝ 或近似于Ra＝
微觀不平十點(diǎn)高度：
Rz＝(+)
在常用數(shù)值范圍內(nèi)（Ra＝0.25－6.3μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應(yīng)優(yōu)先選用Ra。
表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表
表面要求
表面特征
Ra(μm)
Rz(μm)
加工方法
舊國(guó)際光潔度級(jí)別代號(hào)
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
不
加
工
毛坯表面清除毛刺
1600
∽
1250
1000
800
630
500
100
400
粗
加
工
明顯可見(jiàn)的刀紋
80
320
粗銑
粗銑
粗刨
鉆
粗銼
▽1
63
250
50
200
可見(jiàn)刀紋
40
160
▽2
32
125
25
100
微見(jiàn)刀紋
20
80
▽3
16.0
63
12.5
50
半
精
加
工
可見(jiàn)加工痕跡
10
40
半精銑
精銑
精銑
精刨
粗磨
▽4
8
32
6.3
25
微見(jiàn)加工痕跡
5
20
▽5
4
16
3.2
12.5
不見(jiàn)加工痕跡
2.5
10
▽6
2
8
1.6
精
加
工
可辨加工痕跡的方向
1.25
6.3
精鉸
刮
精拉
精磨
▽7
1.00
5
0.8
4
微辨加工痕跡的方向
0.63
3.2
▽8
0.5
2.5
0.4
2.0
不辨加工痕跡的方向
0.32
1.6
▽9
0.25
1.25
0.2
1.00
精
密
加
工
暗光澤面
0.16
0.80
精密磨削
珩磨
研磨
超精加工
拋光
▽10
0.125
0. 63
0.1
0.50
亮光澤面
0.080
0.40
▽11
0.063
0.32
0.05
0.25
鏡狀光澤面
0.040
0.20
▽12
0.032
0.16
0.025
0.125
霧狀光澤面
0.020
0.10
▽13
0.016
0.080
0.012
0.063
鏡面
0.010
0.050
鏡面磨削
研磨
▽14
0.008
0.040
0.025
0.032
3.5刀具材料
碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200 -250℃，V＜8m/min。
合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。
高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min；
110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃
4、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。
另外，還有新型硬質(zhì)合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)
4.1 參數(shù)的擬定
XK5032數(shù)控立式銑床設(shè)計(jì)參數(shù)
1、主軸轉(zhuǎn)速：30-1500轉(zhuǎn)/分
2、工作臺(tái)尺寸(長(zhǎng)×寬)： 1325mm×320mm
3、工作臺(tái)最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm
4、快速移動(dòng)速度： 20m/min
5、工作臺(tái)定位精度 x、y、z ±0.03mm；
工作臺(tái)重復(fù)定位精度 x、y、z ±0.02mm；
6、縱向、橫向及垂直進(jìn)給為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲
杠傳動(dòng)，脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。
7、實(shí)現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。
8、操作要求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止
XK5032數(shù)控立式銑床選定公比，確定各級(jí)傳送機(jī)床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對(duì)速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運(yùn)動(dòng)部分Z=18級(jí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級(jí)轉(zhuǎn)速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.
4.2 傳動(dòng)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(dòng)副的數(shù)目
該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)傳動(dòng)副組成，各傳動(dòng)組分別有. .`````````個(gè)傳動(dòng)副，即Z=```````。傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：Z=x
因此，這里18=3x3x2，共需三個(gè)變速組。
2，傳動(dòng)組傳動(dòng)順序的安排
18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。
選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)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(dòng)的電磁離和器時(shí)，為減少軸向尺寸。第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)不能多，以2為宜，有時(shí)甚至用一個(gè)定比傳動(dòng)副；主軸對(duì)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(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2 ，或一個(gè)定比傳動(dòng)副。
這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。
3，傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排
對(duì)于18=3x3x2的傳動(dòng)，有3！=6種可能安排，亦即有6種機(jī)構(gòu)副和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動(dòng)方案中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式18=xx的傳動(dòng)中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)，而，18=xx的傳動(dòng)順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結(jié)構(gòu)式。
4驗(yàn)算變速組的變速范圍
齒輪的最小傳動(dòng)1/4，最大傳動(dòng)比2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍=/
因此，可按下表，確定傳動(dòng)方案：
根據(jù)傳動(dòng)比及指數(shù) x, 的值
公比
極限值傳動(dòng)比指數(shù)
1.26
x值: =1/=1/4
6
值: ==2
3
（x+）值：==8
9
因此，可選擇18=xx的傳動(dòng)方案。
5、最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇：
正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)式為：
Z=*
最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的變速范圍為：
r==
按原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為：
2
3
1.26
Z=18
R=50
Z=12
R=12.7
因此，傳動(dòng)方案18=3*3*2符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖4.1：
圖4.1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
4.3 轉(zhuǎn)速圖擬定
XK5032數(shù)控立式銑床運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)的型號(hào)，分配個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。
1，主電機(jī)的選擇
中型機(jī)床上，一般都采用交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，可在下列中選用，在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)注意：
（1）電機(jī)的N：
根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)P
=60f/p=60x50/p ( r/min)
機(jī)床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過(guò)大或過(guò)小的降速傳動(dòng)。
根據(jù)以上要求，我們選擇功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1500r/min的電機(jī)，查表，其型號(hào)為Y132M-4，其主要性能如下表
電機(jī)型號(hào)
額定功率KW
荷載轉(zhuǎn)速r/min
同步轉(zhuǎn)速r/min
Y132M-4
7.5KW
1440
1500
2、分配最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖
（1）軸的轉(zhuǎn)速：
軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時(shí)，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高，軸轉(zhuǎn)速一般取700~1000r/min左右較合適。
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(jī)軸I到主傳動(dòng)系統(tǒng)前端軸增加一對(duì)26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，就可以將主軸18級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。
（2）中間軸的轉(zhuǎn)速
對(duì)于中間傳動(dòng)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(dòng)等性能要求之間的矛盾。
中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些：
d, m從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大：
=1/(3.5+cn)KW
式中：C——系數(shù)，兩支承滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承C=8.5，三支承滾動(dòng)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
——中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和
n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
=20lg-K
式中：（——所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm;
——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm;
q——傳到主軸上所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì)數(shù)
——主軸齒輪螺旋角
,K——系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取，我國(guó)中型車床，銑床=3.5，銑床K=50.5
從上述經(jīng)驗(yàn)公式可知，主軸n和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和 對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的修正。
a，對(duì)高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些
b,控制齒輪圓周速度v<8m/s(可用７級(jí)齒輪精度)，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
（3），齒輪傳動(dòng)比的限制
機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比：
a, 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比 2 ，過(guò)大，容易引起振動(dòng)的噪音。
b, 降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比 1/4。過(guò)小，則主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
（4）分配最小傳動(dòng)比
a,決定軸V-VI和VI-的傳動(dòng)比，根據(jù)臺(tái)式銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及對(duì)同類車床的比較，為使傳動(dòng)平穩(wěn)取其傳動(dòng)比為1，
b,決定各變速組的傳動(dòng)比；
由前面2軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析，及齒輪傳動(dòng)比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/
（5）擬定轉(zhuǎn)速圖：
根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動(dòng)比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖，如下圖4.2所示：
圖4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖
4.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制
1，齒輪齒數(shù)的確定的要求：
可用計(jì)算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)便，根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和初步定出的傳動(dòng)副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)：
選擇是應(yīng)考慮：
a,傳動(dòng)組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即：
推薦：
對(duì)軸齒輪=12，特殊情況下=11，
對(duì)套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，
對(duì)套裝在滾動(dòng)軸承上的空套齒輪，=20；
當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時(shí)（壓力角a=20的直齒標(biāo)準(zhǔn)，=17），一般需對(duì)齒輪進(jìn)行正變位修正。
b,保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖4.3所示。
c、同一傳動(dòng)組的個(gè)齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和亦相等，
但由于傳動(dòng)比要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，
機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過(guò)3~4個(gè)齒。
2，變速傳動(dòng)組中齒輪齒數(shù)的確定
為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個(gè)傳動(dòng)組間的傳動(dòng)比互相牽制，不能獨(dú)立地按照最緊湊的原則決定傳動(dòng)件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時(shí)嚙合會(huì)影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來(lái)確定齒輪的齒數(shù)。查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定個(gè)齒輪齒數(shù)如下：
軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定：
由于公比=1.26，傳動(dòng)比為=1/=，=1/=，=1/
設(shè)：傳動(dòng)組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7.3-14
可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）
齒數(shù)和為=55
公用齒輪選為=39
軸III-IV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
傳動(dòng)比為=1/ =1/ =
根據(jù)=，主動(dòng)輪齒數(shù)為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）
齒數(shù)和為：=65
軸IV-V間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
由于變數(shù)組齒輪傳動(dòng)比和各傳動(dòng)副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。
軸IV-V間的兩對(duì)齒輪，其傳動(dòng)比為=1/4, =2分別?。剑矗剑硠t
／＝／＝3／4
?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120
按傳動(dòng)比將齒數(shù)分配如下：
=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數(shù)確定，由于這兩個(gè)傳動(dòng)組只是改變傳動(dòng)方向，不起便速度作用，只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動(dòng)和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為29，ＶI-VII軸間齒輪齒數(shù)為67。
3、主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算：
主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無(wú)太大影響，但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。
由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符，需要驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過(guò)即
%
主軸的各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min
==2%
而%=2.6%故符合條件
同理：經(jīng)驗(yàn)算，其他各級(jí)轉(zhuǎn)速也滿足要求。
4、傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制
轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)確定后，變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也基本確定了（如齒輪個(gè)數(shù)，軸數(shù)，支承軸，為使變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊，合理布置齒輪是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樗苯佑绊懽兯傧涞某叽?，變速操作的方便性和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可行性問(wèn)題，在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制出傳動(dòng)系統(tǒng)圖，如圖2.4所示
圖1.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下：
電動(dòng)機(jī)I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸）
第5章 縱向進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖零件圖的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1設(shè)計(jì)方案的確定
利用微機(jī)對(duì)縱橫垂直進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制，脈沖當(dāng)量都為0.01mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。
采用微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪減速滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向、垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
機(jī)械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件，以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承件、旋轉(zhuǎn)支承件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成.常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)，同步帶、高速帶以及各種非線性傳動(dòng)部件等。
1. XK5032銑床數(shù)據(jù)
進(jìn)給電機(jī)額定功率1.5kw
額定轉(zhuǎn)速1440rpm
最大水平拖動(dòng)力1500kg=15KN
最大進(jìn)給速度 20m/min
工件最大重量 200kg
工作臺(tái)最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm
2. 工藝數(shù)據(jù)
根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，參考(切削用量手冊(cè)》, 確定選用YT15硬質(zhì)合金端銑刀銑削。銑刀直徑=0.125m；齒數(shù)Z=4；切削寬度=0.07m；銑削深度=h=3.7 m；每齒進(jìn)給量 =2 m/z；刀具耐用度T= s；主軸轉(zhuǎn)速n=(4.17--5.0)r/s=(250—300)rpm；切削速度v=(1.64--1.96)m/s；進(jìn)給速度 =（3.5—3.92）m/s。
3. 機(jī)床進(jìn)給部件重量估算
縱向（X軸）工作臺(tái) 長(zhǎng)1335mm 約重220kg=2200N
橫向(Y軸)工作臺(tái) 約重450kg-4500N
升降(Z軸)部分運(yùn)動(dòng)件 約重1000kg=10000N
5.2 縱向(X向)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
XK5032經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)絲杠一螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。一般把步進(jìn)電機(jī)安裝在縱向絲杠的右端。
1. 銑削力的計(jì)算
根據(jù)(切削用量手冊(cè)》對(duì)YT15硬質(zhì)合金端銑刀，切削力為：
=9.81（789.3） z (3-l)
考慮修正系數(shù) = （公式中的單位為）
將相關(guān)的參數(shù)帶入（3-1）得：=2224.2 N
各切削分力為：
縱向水平分力 =(0.3-0.4)
取=0.35 （3-2）
橫向分力 =(0.85-0.95)
取 =0.9 （3-3）
垂直分力= (0.5-0.55)
取=0.525 （3-4）
于是得 =778.47 N
=2001.78 N
=1167.71 N
2. 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌工作時(shí)的軸向力為：
=k+(+2+G) （3-5）
其中、 、為X、Y、Z方向上的銑削分力。單位牛頓 (N);
k為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，k=1.4;
為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.2;
G為移動(dòng)部件的重量(考慮最大承載重量200kg)
所以 =1.4x78.47+0.2(1167.71+2x2001.78+420x9.8)=2947.3N
(1)滾珠絲杠的強(qiáng)度計(jì)算
壽命值計(jì)算 L= (3-6) 其中
L-滾珠絲杠的壽命
T-珠絲杠的使用時(shí)間(h) 自動(dòng)控制機(jī)床 T=15000h
n-滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（rpm） n=
將=3.92xm/s =6xm代入n=
中得：n=39.2rpm
滾珠絲杠的壽命值L = 60x39.2x15000x =35.28
滾珠絲杠承受的最大動(dòng)負(fù)載計(jì)算
由 Q= (3-7)
其中 Q-滾珠絲杠承受的最大動(dòng)載荷
L-滾珠絲杠的壽命值
-滾珠絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 取=1.2
-硬度系數(shù) 取=1.2
代入（3-7）得
Q=12759.77N
根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Q值，參照漢江機(jī)床有限公司的絲杠導(dǎo)軌廠的產(chǎn)品樣本，選取HJG-S系列FYCD4006滾珠絲杠。外循環(huán)雙螺母法蘭凸出導(dǎo)管式，公稱直徑，導(dǎo)程=6xm，螺母上的負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)為5圈，精度為4級(jí)，動(dòng)載荷為29.126KN，遠(yuǎn)大于12.76KN,故強(qiáng)度足夠用。
（2）珠絲杠剛度計(jì)算
滾珠絲杠受及受到扭矩引起的導(dǎo)程變化量：
(3-8)
以滾珠絲杠受拉伸計(jì)算:
其中
一滾珠絲杠的基本導(dǎo)程6xm
E一滾珠絲杠的彈性模量E=20.5x/
F一滾珠絲杠的橫截面積 F=
查閱漢江機(jī)床有限公司絲杠導(dǎo)軌廠的產(chǎn)品樣本知
滾珠絲杠副的接觸角=；公稱直徑=40mm；滾珠直徑=3.969mm
而外循環(huán)滾道圓弧半徑 R=1.04 /2=0.52
滾道圓弧偏心距
絲杠小徑
所以滾珠絲杠的橫截面積 F==1016.45mm
絲杠承受轉(zhuǎn)矩(參閱3.2.3-4) M=
所以
= =8.607
所以絲杠在一米長(zhǎng)度上導(dǎo)軌變形總誤差為
==8.607x=14.34
經(jīng)查滾珠絲杠彈性變形允許的螺距誤差(1米長(zhǎng))選用4(F)級(jí)精度絲杠的螺距誤差18/m<30/m，剛度足夠
表3-1 絲杠精度等級(jí)與允許誤差對(duì)照
絲杠精度等級(jí)
允許誤差（/m）
絲杠精度等級(jí)
允許誤差（/m）
Ｃ(１)
５
Ｆ(４)
３０
Ｄ(２)
１０
Ｇ(５)
６０
Ｅ(３)
１５
Ｈ(６)
１００
(3)效率計(jì)算
根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：
＝ （3-9）
其中
r-螺旋升角，查閱漢江機(jī)床有限公司絲杠導(dǎo)軌廠的產(chǎn)品樣本知:
-摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦系數(shù)f=0.003-0.004, =arctgf=
則傳動(dòng)效率 =94.23%
(4)滾珠絲杠安裝方式分析、選擇及穩(wěn)定性臉?biāo)?
滾珠絲杠的支承方式有“雙推-自由”，“雙推-支承”，“單推-單推”，“雙推-雙推”四種方式，其中“雙推-支承”方式，兩方向的推力軸承8206和7206型向心角接觸球軸承裝在右端，另一端裝一個(gè)7206型向心角接觸球軸承，避免或減少了絲杠因自重而造成的彎曲，結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單。根據(jù)縱向裝置的具體情況，選用了此種支承方式。
縱向進(jìn)給裝置中，滾珠絲杠與工作臺(tái)固定，螺母與中拖板固定?？v向進(jìn)給時(shí)，螺母不動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。
在縱向滾珠絲杠的螺母座的設(shè)計(jì)中，關(guān)于螺母與螺母座的固定方案，在不改動(dòng)中拖板鑄件結(jié)構(gòu)的前提下，比較了兩種方案：方案一:采用中拖板的原有凸座作為螺母座.然而滾珠絲杠中雙螺母的連接要靠一個(gè)平鍵，因此需要在螺母座上插一鍵槽。由于加工此健槽的中拖板設(shè)計(jì)及制造較為困難，此方案未予采用。方案二:將中拖板中的凸座銑掉，另制造一個(gè)螺母座，然后用螺釘及定位銷固定在中拖飯上。該方案較于方案一將會(huì)出現(xiàn)較大的同軸度誤差，但采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┛梢越鉀Q。工藝措施如下：
(1)將未鏜孔的螺母座用螺釘緊固到中拖飯上，打上定位銷定位后.鏜孔
(2)取下鏜孔后的螺母座在插床上插出鍵槽
(3)將螺母裝回機(jī)床
根據(jù)壓桿工作，不失穩(wěn)的條件是： =2.5~4
而 = N
其中 E= ;
L-絲杠的工作長(zhǎng)度（cm）取L=133.5cm；
I-截面慣性矩 cm 經(jīng)計(jì)算I=16.45
-由支撐條件決定的軸端系數(shù)，一端固定一端自由，此處=2
則 KN
所以X向滾珠絲杠穩(wěn)定性足夠。
3.齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算
(1)有關(guān)齒輪的計(jì)算
據(jù)設(shè)計(jì)要求，X向運(yùn)動(dòng)實(shí)行減速步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制，步距角，脈沖當(dāng)量=0.005/0.01mm, 6mm。
設(shè)減速比為i，則
故可取齒輪齒數(shù)，