《數(shù)控銑床進給系統(tǒng)結構設計論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《數(shù)控銑床進給系統(tǒng)結構設計論文（63頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

更多資料盡在： ： ：聶晶 （陜西理工學院機械工程學院機械設計制造及其自動化 065班，陜西 漢中 723003） 指導教師：張烈霞 【 摘要 】 在國際貿易中，很多發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術附加值、高利潤主要電機出口產品。世界貿易強國在進行國內機電產品貿易的同時，把高技術的機電產品出口打入國際市場，作為發(fā)展出口經濟的重要戰(zhàn)略措施， 數(shù)控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經濟發(fā)展和工業(yè)制造整體 水平的重要標志之一。數(shù)控銑床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置 。 【 關鍵詞 】 數(shù)控機床；發(fā)展趨勢；智能化；柔性化 更多資料盡在： ： ,as to at is an of 多資料盡在： ： ： ................................................... 5 ......................................... 5 ..................................................... 7 ............................... 9 ................................................... 12 動軸的估算和驗算 ........................................... 12 輪模數(shù)的估算與驗算 ......................................... 14 ........................................................... 19 構實際的內容及技術要求 ..................................... 19 輪塊的設計 ................................................. 20 動軸設計 ................................................... 22 軸組件設計 ................................................. 25 動器設計 ........................................................... 28 2 進給系統(tǒng)的設計與計算 .................................................. 29 ....................................................... 29 械部分設計與計算 .................................................. 29 ...................................... 29 ...................................... 35 直方向進給系統(tǒng)的設計與計算 .................................. 42 3控制系統(tǒng)設計 ........................................................... 49 ................................................. 49 類型 ....................................... 50 ................................................... 50 .............................................. 50 據存儲器的擴展 ............................................. 51 I/........................................ 51 I/............................................. 51 步進電機接口及驅動電路 ........................................ 52 其他輔助電路 .................................................. 53 參考文獻 ................................................................ 54 致 謝 .................................................................. 55 附 錄 .................................................................. 56 更多資料盡在： ： ，而機械裝備制造業(yè)又是其中的基礎，其為制造工具提供 了來源，因此改善生產效率，提高產品的質量就要從基礎根源抓起，其中銑刀在其中就扮演重要的角色，因此研究銑刀就是一個重要環(huán)節(jié)。在機械加工中，金屬銑削刀具的幾何參數(shù)的合理選擇及搞質量的刃磨，直接影響到機械加工的質量，數(shù)控銑床通常對進給系統(tǒng)的要求有三點，即傳動精度，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應特性 (靈敏度 )。傳動精度包括動態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，即伺服系統(tǒng)的輸入量與驅動裝置實際位移量的精確程度。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，經過幾次衰減震蕩后，能迅速地在新的或原來的平衡狀態(tài)的能力。動態(tài)響應特性是指系 統(tǒng)的響應及驅動裝置的加速能力。為確保數(shù)控銑床進給系統(tǒng)的傳動精度，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應性，對進給驅動裝置機械結構的總要求是消除間隙，減少摩擦，減少運動慣量，提高部件精度和剛度，為了達到上述要求，本次畢業(yè)設計就是為改善上述性能，對數(shù)控銑床的進給系統(tǒng)的傳動結構設計，為了提高生產效率，掌握數(shù)控銑床進給系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，同時掌握之后再對系統(tǒng)傳動結構進行設計 ， 我國機床工業(yè)已經取得了很大的成就，但與世界先進水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在：大部分高精度和超精密機床的性能還不能滿足要求，精度保持性也較差，特別是高效自動 化和數(shù)控化機床的產量、技術水平和質量等方面都明顯落后。而我國目前只能做到 5辨率為 1 。國內產品的質量與可靠性也不夠穩(wěn)定，特別是先進數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研制還需要作進一步的努力。機床基礎理論和應用技術的研究明顯落后。人員技術素質還跟不上現(xiàn)代機床技術飛速發(fā)展的需要。因此，我國機床工業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務，必須奮發(fā)圖強，努力工作，，不斷擴大技術隊伍和提高人員的技術素質，學習和引進國外的先進技術，大力開展科學研究，以便早日趕上世界先進水平。 更多資料盡在： ： ： 選定公比，確定各級傳送機床常用的公比 為 慮適當減少相對速度損失，這里取公比為 =據給出的條件：主運動部分 Z=18級，根據標準數(shù)列表，確定各級轉速為：（ 30， 60， 75， 95， 118， 150， 190， 235， 300， 375，475， 600， 750， 950， 1180， 1500R/. 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，必須經過較長的傳動鏈減速才能把電機的轉 速降到主軸所需的轉速。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 3`````。傳動副數(shù)由于結構的限制，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構，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種機構副和對應的結構網，傳動方案中，擴大順序與傳動順序可以一致，，結構式 18=13大順序與傳動順序一致，稱為順序擴大傳動，而， 18=3據“前密后疏”的原則，選擇 18=13 4驗算變速組的變速范圍 齒輪的最小傳動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： 根據傳動比及指數(shù) x, 'x 的值 更多資料盡在： ： ? =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=1z ??1*2z ??1z 3z ? ?12速范圍為： r= 1 2 3( 1)z z z? ?11= ( /2)? 按 8r? 原則，導出系統(tǒng)的最大收效 ? 3 =18 R=50 Z=12 R=此，傳動方案 18=3*3*2 符合上述條件，其結構網如下圖 圖 結構網 圖 更多資料盡在： ： ，主軸各級轉速就已知，切削耗能確定電機功率。在此基礎上，選擇電機的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉速圖，確定各中間軸的轉速。 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，應注意： （ 1）電機的 N： 根據機床切削能力的要求確定電機功率，但電機產品的功率已標準化，因此，按要求應選取相近的標準值。 （ 2）電機的轉速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，選用是要使電機轉速與主軸最高速度免采用過大或過小的降速傳動。 根據以上要求，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 荷載轉速r/步轉速r/132440 1500 2、分配最小傳動比，擬定轉速圖 （ 1） ? 軸的轉速： ? 軸從電機得到運動，經傳動系統(tǒng)轉化為主軸各級轉速，電機轉速和主軸最小轉速應相近，顯然，從動件在高速運轉下功率工作時所受扭矩最小來考慮， ? 軸轉速不宜將電機轉速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件 時，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此， ? 軸轉速也不宜也太高， ? 軸轉速一般取 700~1000r/右較合適。 因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結構的徑向尺寸，在電機軸 增加一對 26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機床的設計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸 18 級轉速一起提高或降低。 （ 2）中 間軸的轉速 對于中間傳動軸的轉速的考慮原則是：妥善解決結構尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。 更多資料盡在： ： ，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 從而可使結構緊湊。但這樣引起空載功率 1/ 610 (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?—— 中間傳動軸的轉速之和 n—— 主軸轉速（ 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—— 傳到主軸上所經過的齒輪對數(shù) ? —— 主軸齒輪螺旋角 1c,K—— 系數(shù)，根據機床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床1c=床 K=上述經驗公式可知，主軸 對機床噪音和發(fā)熱的關系，確定中間軸轉速時，應結合實際情況做相應的修正。 a，對高速輕載或精密機床，中間軸轉速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度 v>取 1D =90軸頸52 ? 平均軸頸 72 21 ??取 d=272), 主軸內孔直徑 d 的確定 主軸內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 材料力學知 ,軸剛度 K 與 抗彎截面慣性矩 與直徑之間有下列關系 : 41 ( )KI D? ? ?空 空實 實由上式可知 ,當 / 0 時 ,空心主軸的剛度 實相差甚小 ,即內孔對主軸剛度降低的影響很小 , 當 / 時 ,剛度降低約 25%為了不至于過分地削弱主軸 剛度 ,一般應使 / 另外 ,還應考慮主軸的頸外壁厚是否足夠 . 推薦 : 銑床 ,d=拉桿直徑 +(5主參數(shù) , 取 d=??22。滿足要求 . 3), 主軸懸伸量 主軸懸伸量 一般為前徑向支承中點 )的距離 ,它主要取決于主軸端部結構型式和尺寸 (大多都有軸端標準 ),前支承的軸承配置和密封裝置等 . 有的還與機床其它結構參數(shù)有關 ,如工 作臺的行程等 . 因此主要由結構設計確定。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 更多資料盡在： ： >,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??? ? ? ? ? ? 則有： 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 ,應盡量縮短主軸外延伸長度 a,選 擇適當?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/軸承剛性差時 ,則取小值。這里取 l=4a=4? 63=252( 7. 主軸部件的 密封 根據主軸轉速 ,主軸軸承的潤滑方式 ,工作溫度 ,工作狀況和軸端結構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 ,墊圈和曲路相結合的密封 . 墊圈甩開油液使其集中于端蓋中引回 ,曲路密封還可以防止外界雜質侵入 . 制動器設計 對制動器的要求是 :制動迅速 ,平穩(wěn) ,結構簡單 ,緊湊 ,維修調整方便等 電機制動和機械制動。 在數(shù)控銑床上，通常根據刀具與工藝要求需進行主軸轉速的變換及制動，這制動裝置常用離合器來實現(xiàn)，而電磁離合器是應用電磁效 應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，根據電磁離合器所能傳遞的靜扭矩號，從而確定其尺寸。 更多資料盡在： ： ，脈沖當量都為 沖，驅動元件采用步進電機，傳動 系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。 采用微機對數(shù)據進行計算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖，經一級齒輪減速滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向、垂直進給運動。 械部分設計與計算 1．縱向進給系統(tǒng)的設計 采用半閉環(huán)機床進給系統(tǒng)，步進電機經一級減速齒輪傳動副，滾珠絲桿拖動工作臺。傳感器與電機軸相聯(lián)，用來檢測電機轉角和轉速，并把它們轉換為電信號反饋給數(shù)控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 2．縱向進給系統(tǒng)的設計計算 工作臺重量： W=992N(根據圖紙粗略計算 ) 時間常數(shù)： T=25 珠絲杠基本導程： 程： S=900距角： /速進給速度： 1 1）切削力計 算 由《機床設計手冊》可知，切削功率 ? ????????????????? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 中： 機床說明書， N=W； ? 般為 = 為 K= 則有： 多資料盡在： ： ： 103 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： m/s） 則有： V=? D× 95/60000=s=102m/? ? ? ??? ?? ? ? ?Z =102 ?=2964（ N） 進給工作臺工作載荷計算 從《數(shù)控銑床》中表 2一般立式銑削時， 工作臺縱向進給方向載荷： 294 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ?作臺橫向進給方向載荷： 2964=1185 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ?作臺橫向進給方向載荷： 2964=592 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 2)滾珠絲杠設計計算： 由《數(shù)控技術》可知，采用燕尾導軌，導軌銑床絲杠的軸向力： 采用燕尾導軌 )2( ???? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中 K= f? =有： NF m 5739)449211852592(??????? 1）強度計算： 壽命值： 61060L ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?1000L ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?2.9 r/ m/,取最高進給速度的 1/3 表得 T=15000h 00L=6多資料盡在： ： ： v= m 031 m??836 0 0 ???n r/ 50008360 6 ????最大動負載 C 查表得：運轉狀態(tài)系數(shù) 5.1?C ??????? ? ? ? ??? ?? ? ? ?據最大動負荷 選則滾珠絲杠的型號。查表 2取滾珠絲杠直徑為 50號為 額定載荷為 29350N，所以強度足夠。 2） 效率計算：根據《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 ? 為： )( ?? ?? ?? tg ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： ? 得： '253??? ? 珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù) f=摩擦角約等于 '10 則有： 9 1'253( '253 ???? ? ?tg 3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載 絲桿的拉壓變形量 1? 1 ???? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： 60 ?鋼? 80 2( 22 ??? ?? ? ? ??? ?? ? ? ?多資料盡在： ： ： ?????????? 珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 有預緊： )(2?? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 式中：表得? 圈數(shù) ? 列數(shù) ?5? 1? 3=75 91357393131 ???? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?有 : ????? 32 751 9 1 7 3 90 0 1 610? 絲桿的總變形量 ? ??? 21 ??? 11? 610? 表知 1 15um/m 故剛度足夠。 4)穩(wěn)定性驗算 失穩(wěn)時的臨界載荷?? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中 :對鋼?對絲桿圓截面 )(641 ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?d 1d =48有： ??? 6448 4?I 260444 取 L=900多資料盡在： ： ,參考圖 2 有 : 1 3 0 6 1 2 8900 2 6 0 4 4 42 ?????? ? 穩(wěn)定安全系數(shù) ??? 57391306128 ? ? ? ??? ?? ? ? ?選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù) ? ?表得： ? ? 4?則有 ?故穩(wěn)定性不存在問題。 （ 3）齒輪及轉矩的有關計算 1）有關齒輪計算 傳動比 0 0 0 ?? ??? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?取 0 0 m=2 =20 020?? 則有 040211 ???? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?0050222 ???? 42 *11 ??? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?042 *22 ??? 02 1 0 0802 21 ????? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?)轉動慣量計算： 工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量 2220 499)2( ????? ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?杠的轉動慣量 224444 ??????? ??絲 齒輪的轉動慣量 244 ????? ? 更多資料盡在： ： ????? ? 電動機轉動慣量很少，可以忽略 因此，總的轉動慣量 12 )(12 ??? 絲? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 2 ???? =2 8. 所需轉動力矩計算 快速空載啟動時所需力矩 0??? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中 度力矩； 0算到電機軸上的附加摩擦力矩； ).(10602 2m a x ??? ?? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： ). 2? 2 s） ,取t=有： m 0 0360m a xm a x ??? ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?? ????空載摩擦力矩： ).(2 0' ?? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： N） 'f 0.2 i= ? =0L=多資料盡在： ： ： ).(4992 ??? ??? 附加摩擦力矩： )1(2 200 ??? ?? G ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： ?0?=有： J 1913573931 ??? 0M= ????? ?0??=(4) 步進電機的選擇 步進電機的名義啟動轉矩 ?? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?滿足最小步距要求，電機選用五相十拍工作方式，查表知 a x ?M ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?以，步進電機最大靜轉矩： a x ??? 步進電機最高 工作頻率： 0 5 0 060 m a xm a x ???? ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?合考慮，查表選用 130直流步進電機，能滿足使用要求。 1．橫向進給系統(tǒng)的設計 采用半閉環(huán)機床進給系統(tǒng)，步進電機經一級減速齒輪傳動副，滾珠絲桿拖動工作臺。更多資料盡在： ： ，用來檢測電機轉角和轉速，并把它們轉換為電信號反饋給數(shù)控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 2．橫向進給系統(tǒng)的設計計算 工作臺重量： W=892N(根據圖紙粗略計算 ) 時間常數(shù)： T=25 珠絲杠基本導程： 程： S=375距角： /速進給速度： 1 1）切削力計算 由《機床設計手冊》可知，切削功率 ? 式中： 機床說明書， N=W； ? 般為 = 為 K= 則有： 向銑削力： 103 N 式中： m/s） 則有： V=? D× 95/60000=s=102m/Z =102 ?=2964（ N） 進給工作臺工作載荷計算 從《數(shù)控銑床》中表 2一般立式銑削時， 工作臺縱向進給方向載荷： 294 N 工作臺橫向進給方向載荷： 2964=1185 N 工作臺橫向進給方向載荷： 2964=592 N （ 2)滾珠絲杠設計 計算： 更多資料盡在： ： 《數(shù)控技術》可知，采用燕尾導軌，導軌銑床絲杠的軸向力： 采用矩型導軌 )( ???? 式中 K= f? =有： NF m 4860)88921185592(?????? 1）強度計算： 壽命值： 61060L 01000L r/ m/,取最高進給速度的 1/3 表得 T=15000h 00L=6有： v= m 031 m??836 0 0 ???n r/ 50008360 6 ????最大動負載 C 查表得：運轉狀態(tài)系數(shù) 5.1?C ??????根據最大動負荷 選則滾珠絲杠的型號。查表 2取滾珠絲杠直徑為 50號為 額定載荷為 29350N，所以強度足夠。 3） 效率計算：根據《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 ? 為： )( ?? ?? ?? tg ? 得： '112??? ? 珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù) f=摩擦角約等更多資料盡在： ： '10 則有： 9 1'112( '112 ???? ? ?tg 3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載 絲桿的拉壓變形量 1? 1 ???式中： 60 ?鋼? 80 2( 22 ??? ?有： ?????????? 珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 有預緊： )(2