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畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目：XK5032數(shù)控立式銑床總體及縱向進給傳動機構(gòu)設(shè)計 一、 設(shè)計參數(shù) 1、主軸轉(zhuǎn)速：30-1500轉(zhuǎn)/分 2、工作臺尺寸(長×寬)： 1325mm×320mm 3、工作臺最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm 4、快速移動速度： 20m/min 5、工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm； 工作臺重復(fù)定位精度 x、y、z ±0.02mm； 6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅(qū)動，滾珠絲 杠傳動，脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。 7、實現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。 8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止 二、設(shè)計內(nèi)容及及要求 (一)設(shè)計說明書 （不少于1.0萬字） 1、數(shù)控機床發(fā)展概述 （1）數(shù)控機床及其特點。 （2）數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度。 （3）數(shù)控機床的經(jīng)濟分析。 （4）數(shù)控機床的發(fā)展趨向。 2、數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 3、確定切削用量及選擇刀具 4、傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 5、縱向進給傳動機構(gòu)裝配圖的設(shè)計計算 6、縱向進給傳動機構(gòu)的零件圖設(shè)計計算 （二）、圖紙部分 1、機床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 2、機床傳動系統(tǒng)圖 A0一張 3、縱向進給傳動機構(gòu)裝配圖 A0一張 4、機床硬件電路圖 A0一張(選作) （三）基本要求： 能按時獨立完成畢業(yè)設(shè)計規(guī)定的全部內(nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對設(shè)計中的主要問題分析深入，解決合理，有獨立見解，能很好運用所學(xué)理論和提供的資料解決設(shè)計中的問題，能獨立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計算準確，圖面整潔。 三、 各階段時間安排 序號 主 要 任 務(wù) 起止周 1 查閱文獻，收集資料 0.5周 2 工廠調(diào)研、參觀 0.5周 3 機床總體方案圖 2周 4 機床傳動系統(tǒng)圖 2周 5 縱向進給傳動機構(gòu)裝配圖 2周 6 設(shè)計說明書 1周 四、主要參考文獻 1. 《數(shù)控銑床設(shè)計》文懷興主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2006 2.《新編機床數(shù)控技術(shù)》任玉田，包杰等編著，北京理工大學(xué)出版社，2005 3.《數(shù)控技術(shù)》周德儉 主編，重慶大學(xué)出版社，2001 4.《機械設(shè)計手冊》徐灝主編，機械工業(yè)出版社，2003 5.《機械零件設(shè)計手冊》吳宗澤主編，機械工業(yè)出版社，2004 6.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》姜培剛，蓋玉先編著，機械工業(yè)出版社，2003 7. 《機床設(shè)計圖冊》上海紡織工學(xué)院等主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ，1979 8. 《經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》張新義主編 機械工業(yè)出版社，2005 9. 《機電一體化技術(shù)手冊》（上、下冊）機電一體化技術(shù)手冊編委會，機械工業(yè)出版社，1996 10.《實用數(shù)控機床技術(shù)手冊》李福生主編，北京出版社，2006 11.《數(shù)控機床控制技術(shù)基礎(chǔ)電氣控制基本常識》吳文龍，王蒙主編,高等教育出版社,2004 12.《現(xiàn)代數(shù)控機床》林宋，田建軍主編化學(xué)工業(yè)出版社,2003 畢業(yè)設(shè)計(論文) XK5032數(shù)控立式銑床總體及 縱向進給傳動機構(gòu)設(shè)計 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 年 月 日 V 摘 要 目前機床數(shù)控設(shè)計的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控率不到3％。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控率。當(dāng)前在我國國民經(jīng)濟的各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，數(shù)控機床已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)設(shè)計的首先設(shè)備之一。我國的數(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。與國外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展相比，我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展仍然存在著較大差距。 通過該課題的研究，努力達到以下目的： 1、加強數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊化訓(xùn)練； 2、加強數(shù)控機床功能部件的選型與設(shè)計計算的訓(xùn)練； 3、加強數(shù)控機床的整機設(shè)計中應(yīng)該把握的主要問題的訓(xùn)練 1）節(jié)省資金。?機床的數(shù)控設(shè)計同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用， 關(guān)鍵詞：銑床，數(shù)控，伺服電機，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)控機床發(fā)展概述 1 1.1 數(shù)控機床及其特點 1 1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別 1 1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍 2 1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 2 1.3 數(shù)控機床發(fā)展趨勢 3 1.4 機床數(shù)控設(shè)計的優(yōu)越性 4 第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 6 2.1總體方案設(shè)計的內(nèi)容 6 2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定 7 2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 7 2.1.3執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定 8 2.1.4計算機的選擇 8 2.2總體設(shè)計方案的確定 8 2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 8 2.2.2計算機系統(tǒng) 8 2.2.3機械傳動方式 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 傳動系統(tǒng)圖設(shè)計 15 4.1 參數(shù)的擬定 15 4.2 傳動結(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)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 20 第5章 縱向進給傳動機構(gòu)裝配圖零件圖的設(shè)計計算 24 5.1設(shè)計方案的確定 24 5.2 縱向(X向)進給系統(tǒng)的設(shè)計 25 致 謝 34 參考文獻 35 第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 近年來，隨著計算機技術(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)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設(shè)備的數(shù)控率已達到85%以上，而我國的機械設(shè)備的數(shù)控率不足20%，隨著我國機制行業(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)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。1.高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢2.軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展3.智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢4.重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立其中包括：a.關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)規(guī)范b. 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)規(guī)范，加強數(shù)控銑床的整機設(shè)計中應(yīng)該把握的主要問題的訓(xùn)練。 研究此課題的意義在于：針對大學(xué)畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過程中，加強實踐環(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。通過此設(shè)計，我們可以初步掌握設(shè)計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)到的知識進行匯總，考核我們所學(xué)知識的牢固度，檢驗我們運用知識的能力。 1.1 數(shù)控機床及其特點 1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別 數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有以下明顯特點： 1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工 數(shù)控機床可以完成普通機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 實現(xiàn)計算機控制，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 加工對象改變時，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)準備時間。在數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)—FMS。 5. 高生產(chǎn)率 數(shù)控機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機床的 3～5 倍，對某些復(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. 勞動條件好 機床自動化程度高，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現(xiàn)代化 采用數(shù)控機床有利于向計算機控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費用高 9. 生產(chǎn)準備工作復(fù)雜 由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對維修人員的技術(shù)要求很高。 1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍 由于數(shù)控機床的上述特點，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； ·需要全部檢驗的零件； ·試制件。 對以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。 1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 數(shù)控銑床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(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，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、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功能，有些數(shù)控銑床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，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，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，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給量，要求小的部位選用小的進給量。 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)控機床發(fā)展趨勢 1. 高速、高效、高精度、高可靠性 （1） 高速、高效加工 進入21世紀，機床向高速化方向發(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90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。 （2）高精度、超精密化加工 當(dāng)前，機械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達到5微米;精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級(0.001微米)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達到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)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<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)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000小時.當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MIBF值已達60000小時以上，驅(qū)動裝置達30000小時以上. 2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化 (1)模塊化、專門化與個性化 為了適應(yīng)數(shù)控機床多品種、小批量的特點.機床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢. (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)自動生成:②為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算等:③簡化編程、簡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)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化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)濟性方向發(fā)展. 3. 開放性 為適應(yīng)數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數(shù)控的計劃等。 1.4 機床數(shù)控設(shè)計的優(yōu)越性 1. 費用低，經(jīng)濟性好.設(shè)計周期短.可滿足生產(chǎn)急需 同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%-80%的費用，設(shè)計費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床設(shè)計，只花新機床購置費用的1/3，以大型的龍門加工中心為例，進口新的需要1000-5000萬元.而升級設(shè)計只需要100-500萬元。僅占成本的1/10。交貨期短。 2. 設(shè)計后的機床機械性能穩(wěn)定可靠、功能增強、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、裝夾工件和按開關(guān)，加工全部由電腦控制自動完成，即使再復(fù)雜的工件也能快速完成，省去了對技術(shù)要求的煩惱.同時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，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率。提高設(shè)備質(zhì)量和檔次。 第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 2.1總體方案設(shè)計的內(nèi)容 針對XK503銑床的特點，在滿足生產(chǎn)的前提下，對原銑床做盡可能少的改動，利用數(shù)控系統(tǒng)控制銑床運動，實現(xiàn)工作臺X、Y、z軸的三坐標控制及任意三軸的聯(lián)動控制，提高銑床的加工精度和自動化水平，完成銑床的數(shù)控設(shè)計 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)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定、計算機系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。 將一臺XK5032立式銑床，設(shè)計成三坐標控制，三軸聯(lián)動加工的數(shù)控銑床，用以實現(xiàn)平面、凸輪、溝槽、圓弧槽等復(fù)雜零件的自動銑削加工。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，有三種方案可供選擇： 方案一：將工作臺升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進給改為微機控制，實現(xiàn)三坐標控制,三坐標聯(lián)動的開環(huán)控制。 方案二:將主軸升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進給改為微機控制，實現(xiàn)三坐標控制，任意兩坐標聯(lián)動的開環(huán)控制。 方案三:僅將工作臺X、Y軸進給運動改為微機控制，實現(xiàn)兩坐標控制，兩坐標軸聯(lián)動的開環(huán)控制 對上述三個設(shè)計方案綜合考慮，結(jié)合銑床升降臺需要修理等實際情況.在符合經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)計一般原則的前提下選擇確定第一方案，其具體方案如下: (1)拆除機床工作臺X、 Y、 Z軸原進給系統(tǒng)。將滑動絲杠副更換為滾珠絲杠副，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進電機。對機床傳動系統(tǒng)設(shè)計計算，選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。完成齒輪傳動機構(gòu)設(shè)計，步進電機選擇等，垂向工作臺傳動升降機構(gòu)在更換滾珠絲杠后會因失去自鎖而自動下滑.必須增加平衡裝置和制動裝置。 (2)選擇經(jīng)濟型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、實現(xiàn)機床工作臺X、Y、Z軸3/3數(shù)控。主軸的部分數(shù)控功能要求X、Y、Z向步進精度為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)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和點位/直線控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。例如，數(shù)控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點位控制方式。對于點位控制系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。 連續(xù)控制系統(tǒng)要求工作臺和刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數(shù)關(guān)系，能夠控制刀具沿任意直線或曲線運動，控制每一個軸的位置和速度，使得各個軸同步協(xié)調(diào)到達目標點。連續(xù)控制系統(tǒng)不僅控制目標點，而且控制刀具到達這些目標點的整個路徑，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)中所具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點位系統(tǒng)的功能。例如，數(shù)控銑床、數(shù)控銑床等。 點位-直線系統(tǒng)，不但要求工作臺運動的終點坐標，還要求工作臺沿坐標軸運動過程中切削工作，進行簡單的銑削和銑削作業(yè)。其控制方法與點位系統(tǒng)十分相似，故有時也將這兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為點位控制系統(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)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)主要由步進電機驅(qū)動。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單。目前國內(nèi)大力發(fā)展的經(jīng)濟型數(shù)控機床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補償系統(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或交流伺服電機驅(qū)動。但閉環(huán)系統(tǒng)造價高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多用于精度要求高的場合。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是檢測元件測出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。 2.1.3執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定 為確定數(shù)控系統(tǒng)傳動精度和工件平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適當(dāng)?shù)淖枘岜纫?。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點： 盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。 盡量消除傳動間隙。例如，采用消隙齒輪等。 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度、減小傳動鏈誤差。也可以 用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如，采用預(yù)加負載的滾動導(dǎo)軌和滾動絲杠副等。 2.1.4計算機的選擇 微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅(qū)動電路、檢測電路等組成。 2.2總體設(shè)計方案的確定 2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于設(shè)計后的經(jīng)濟型數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、直線插補、順圓插補、逆圓插補、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)?？紤]到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本容易調(diào)試和維護，經(jīng)濟型數(shù)控銑床應(yīng)選用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.2.2計算機系統(tǒng) 根據(jù)機床要求采用8位微機。由于MCS-51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的80C31單片機擴展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進電機功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。 2.2.3機械傳動方式 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動給絲杠。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，應(yīng)盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負載的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(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、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； 先銑后鉆； 精加工，先曲面后二維輪廓； 盡可能自動換刀。 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、大進給、低切速。 精加工：小切深、小進給、高切速。 3.3切削三要素 主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進給速度。少切削，快進給。 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：公差與配合國家標準（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。 新公差等級與舊公差等級的對照及應(yīng)用 新公差等級 舊精度等級　 加工方法 應(yīng)用 軸 孔 IT01－IT2 無 研磨 用于量塊、量儀制造 IT3－IT4 研磨 用于精密儀表、精密機件的光整加工 IT5 1 無 研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉 用于一般精密配合。IT7－IT6在機床和較精密的機器、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、面要素的實際形狀相對于理想形狀的準確程度。 　 國家標準（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。 ?。?）位置公差：零件上點、線、面要素的實際位置相對于理想位置的準確程度。 　 國家標準（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項位置公差： 定向：平行度、垂直度、傾斜度。 定位：同軸度、對稱度、位置度。 跳動：圓跳動、全跳動。 2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標準（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 舊國際光潔度級別代號 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 明顯可見的刀紋 80 320 粗銑 粗銑 粗刨 鉆 粗銼 ▽1 63 250 50 200 可見刀紋 40 160 ▽2 32 125 25 100 微見刀紋 20 80 ▽3 16.0 63 12.5 50 半 精 加 工 可見加工痕跡 10 40 半精銑 精銑 精銑 精刨 粗磨 ▽4 8 32 6.3 25 微見加工痕跡 5 20 ▽5 4 16 3.2 12.5 不見加工痕跡 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 傳動系統(tǒng)圖設(shè)計 4.1 參數(shù)的擬定 XK5032數(shù)控立式銑床設(shè)計參數(shù) 1、主軸轉(zhuǎn)速：30-1500轉(zhuǎn)/分 2、工作臺尺寸(長×寬)： 1325mm×320mm 3、工作臺最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm 4、快速移動速度： 20m/min 5、工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm； 工作臺重復(fù)定位精度 x、y、z ±0.02mm； 6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅(qū)動，滾珠絲 杠傳動，脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。 7、實現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。 8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止 XK5032數(shù)控立式銑床選定公比，確定各級傳送機床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運動部分Z=18級，根據(jù)標準數(shù)列表，確定各級轉(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)組中傳動副的數(shù)目 該機床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電機的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成，各傳動組分別有. .`````````個傳動副，即Z=```````。傳動副數(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，共需三個變速組。 2，傳動組傳動順序的安排 18級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。 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(jié)構(gòu)，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(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。 3，傳動系統(tǒng)的擴大順序安排 對于18=3x3x2的傳動，有3！=6種可能安排，亦即有6種機構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動方案中，擴大順序與傳動順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式18=xx的傳動中，擴大順序與傳動順序一致，稱為順序擴大傳動，而，18=xx的傳動順序不一致，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=/ 因此，可按下表，確定傳動方案： 根據(jù)傳動比及指數(shù) x, 的值 公比 極限值傳動比指數(shù) 1.26 x值: =1/=1/4 6 值: ==2 3 （x+）值：==8 9 因此，可選擇18=xx的傳動方案。 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=* 最后擴大傳動組的變速范圍為： 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)控立式銑床運動參數(shù)確定后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)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(yīng)注意： （1）電機的N： 根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率，但電機產(chǎn)品的功率已標準化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標準值。 （2）電機的轉(zhuǎn)速 異步電動機的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動機的極對數(shù)P =60f/p=60x50/p ( r/min) 機床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動。 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，查表，其型號為Y132M-4，其主要性能如下表 電機型號 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、分配最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖 （1）軸的轉(zhuǎn)速： 軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動件在高速運轉(zhuǎn)下功率工作時所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)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(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，在電機軸I到主傳動系統(tǒng)前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機床的設(shè)計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸18級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。 （2）中間軸的轉(zhuǎn)速 對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。 中間傳動軸轉(zhuǎn)速較高時，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, 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)，兩支承滾動軸承和滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10； ——所有中間軸軸徑的平均值； ——主軸前后軸徑的平均值 ——中間傳動軸的轉(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)過的齒輪對數(shù) ——主軸齒輪螺旋角 ,K——系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床=3.5，銑床K=50.5 從上述經(jīng)驗公式可知，主軸n和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和 對機床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況做相應(yīng)的修正。 a，對高速輕載或精密機床，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），齒輪傳動比的限制 機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比： a, 升速傳動中，最大傳動比 2 ，過大，容易引起振動的噪音。 b, 降速傳動中，最小傳動比 1/4。過小，則主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 （4）分配最小傳動比 a,決定軸V-VI和VI-的傳動比，根據(jù)臺式銑床的結(jié)構(gòu)特點，及對同類車床的比較，為使傳動平穩(wěn)取其傳動比為1， b,決定各變速組的傳動比； 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)圖及傳動比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖，如下圖4.2所示： 圖4.2 傳動系統(tǒng)圖 4.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 1，齒輪齒數(shù)的確定的要求： 可用計算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動比u和初步定出的傳動副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)： 選擇是應(yīng)考慮： a,傳動組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即： 推薦： 對軸齒輪=12，特殊情況下=11， 對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14， 對套裝在滾動軸承上的空套齒輪，=20； 當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時（壓力角a=20的直齒標準，=17），一般需對齒輪進行正變位修正。 b,保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖4.3所示。 c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時，則齒數(shù)和亦相等， 但由于傳動比要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求， 機床上可用修正齒輪，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3~4個齒。 2，變速傳動組中齒輪齒數(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，使兩個傳動組間的傳動比互相牽制，不能獨立地按照最緊湊的原則決定傳動件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時嚙合會影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數(shù)。查《機床設(shè)計手冊》確定個齒輪齒數(shù)如下： 軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定： 由于公比=1.26，傳動比為=1/=，=1/=，=1/ 設(shè)：傳動組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機床設(shè)計手冊》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： 傳動比為=1/ =1/ = 根據(jù)=，主動輪齒數(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)組齒輪傳動比和各傳動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間的兩對齒輪，其傳動比為=1/4, =2分別?。剑?，＝３則 ／＝／＝3／4 ?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120 按傳動比將齒數(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，由于這兩個傳動組只是改變傳動方向，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)速系列的驗算： 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響，但標牌上標準數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過即 % 主軸的各級實際轉(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)驗算，其他各級轉(zhuǎn)速也滿足要求。 4、傳動系統(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重要的問題，因為它直接影響變速箱的尺寸，變速操作的方便性和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的可行性問題，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)計算結(jié)果，繪制出傳動系統(tǒng)圖，如圖2.4所示 圖1.4 主傳動系統(tǒng)圖 主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下： 電動機I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸） 第5章 縱向進給傳動機構(gòu)裝配圖零件圖的設(shè)計計算 5.1設(shè)計方案的確定 利用微機對縱橫垂直進給系統(tǒng)進行半閉環(huán)控制，脈沖當(dāng)量都為0.01mm/脈沖，驅(qū)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(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪減速滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向、垂直進給運動。 機械系統(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部件，以及連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等非線性傳動部件、導(dǎo)向支承件、旋轉(zhuǎn)支承件、軸系及架體等機構(gòu)組成.常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動，同步帶、高速帶以及各種非線性傳動部件等。 1. XK5032銑床數(shù)據(jù) 進給電機額定功率1.5kw 額定轉(zhuǎn)速1440rpm 最大水平拖動力1500kg=15KN 最大進給速度 20m/min 工件最大重量 200kg 工作臺最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm 2. 工藝數(shù)據(jù) 根據(jù)設(shè)計設(shè)計任務(wù)的要求，參考(切削用量手冊》, 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；進給速度 =（3.5—3.92）m/s。 3. 機床進給部件重量估算 縱向（X軸）工作臺 長1335mm 約重220kg=2200N 橫向(Y軸)工作臺 約重450kg-4500N 升降(Z軸)部分運動件 約重1000kg=10000N 5.2 縱向(X向)進給系統(tǒng)的設(shè)計 XK5032經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)計縱向進給系統(tǒng)采用步進電機一級減速齒輪傳動，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，并通過絲杠一螺母副帶動工作臺移動。一般把步進電機安裝在縱向絲杠的右端。 1. 銑削力的計算 根據(jù)(切削用量手冊》對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)計計算 對于燕尾型導(dǎo)軌工作時的軸向力為： =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驗系數(shù)，k=1.4; 為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.2; G為移動部件的重量(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)滾珠絲杠的強度計算 壽命值計算 L= (3-6) 其中 L-滾珠絲杠的壽命 T-珠絲杠的使用時間(h) 自動控制機床 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負載計算 由 Q= (3-7) 其中 Q-滾珠絲杠承受的最大動載荷 L-滾珠絲杠的壽命值 -滾珠絲杠運轉(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)最大動負荷Q值，參照漢江機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，螺母上的負荷滾珠總?cè)?shù)為5圈，精度為4級，動載荷為29.126KN，遠大于12.76KN,故強度足夠用。 （2）珠絲杠剛度計算 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)選用4(F)級精度絲杠的螺距誤差18/m<30/m，剛度足夠 表3-1 絲杠精度等級與允許誤差對照 絲杠精度等級 允許誤差（/m） 絲杠精度等級 允許誤差（/m） Ｃ(１) ５ Ｆ(４) ３０ Ｄ(２) １０ Ｇ(５) ６０ Ｅ(３) １５ Ｈ(６) １００ (3)效率計算 根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： ＝ （3-9） 其中 r-螺旋升角，查閱漢江機床有限公司絲杠導(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= 則傳動效率 =94.23% (4)滾珠絲杠安裝方式分析、選擇及穩(wěn)定性臉算 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。 縱向進給裝置中，滾珠絲杠與工作臺固定，螺母與中拖板固定?？v向進給時，螺母不動，絲杠轉(zhuǎn)動并移動。 在縱向滾珠絲杠的螺母座的設(shè)計中，關(guān)于螺母與螺母座的固定方案，在不改動中拖板鑄件結(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-絲杠的工作長度（cm）取L=133.5cm； I-截面慣性矩 cm 經(jīng)計算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)計算 (1)有關(guān)齒輪的計算 據(jù)設(shè)計要求，X向運動實行減速步進電機的微機控制，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)，