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XK714數(shù)控銑床總體設(shè)計及立柱的設(shè)計
專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)老師： 職稱：
摘要
本文是以XK714型立式數(shù)控銑床立柱的設(shè)計為研究對象，主要進行立柱傳動系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)給定的參數(shù)的要求，對進給傳動結(jié)構(gòu)和各部件：導(dǎo)軌、絲杠、支撐軸承、驅(qū)動電機進行具體計算、并選型，再逐一對選定的部件進行強度、壽命校核確定各設(shè)計部件的可靠性和可行性。導(dǎo)軌采用直線滾動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)小，反應(yīng)速度快，動態(tài)響應(yīng)好。進給傳動采用雙螺母滾珠絲杠，確保高定位精度；同時滾珠絲杠采用預(yù)拉伸裝置，補償熱膨脹。最后通過對機械傳動的誤差計算與分析從理論上確定所設(shè)計的各部件符合設(shè)計要求。利用solidworks繪制出立柱部分總裝配圖和關(guān)鍵零件圖。
關(guān)鍵詞：立式數(shù)控銑床； 導(dǎo)軌； 絲杠； 校核
一．緒論
（一）.概述
1.我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)一些專家在對我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行了分析，得出了如下的結(jié)論：
一是我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化低，與國外發(fā)達國家數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)相比仍有很大差距。
二是高速、柔性、精密機床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術(shù)和制造工藝等方面比較落后。
三是適應(yīng)市場經(jīng)濟需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成，無法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯(lián)合攻關(guān)，共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺。
四是缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數(shù)控機床領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。
五是對國外技術(shù)重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。
2.我國數(shù)控機床的發(fā)展趨勢
目前，世界先進制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當今數(shù)控機床正在朝著以下幾個方面發(fā)展。
（1） 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
（2） 多功能化配有自動換刀機構(gòu)的各類數(shù)控銑床，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機床還采用多主軸，多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。
（3） 智能化現(xiàn)代數(shù)控機床將引進自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工境地和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。
二． 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（一）數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)組成
1.數(shù)控銑床組成
數(shù)控銑床的機械結(jié)構(gòu)主要由：(1)主傳動系統(tǒng)；(2)進給傳動系統(tǒng)；(3)支撐件；(4)輔助裝。本次設(shè)計的銑床采用工作臺移動，主軸升降轉(zhuǎn)動的布局形式。
2.XK714主傳動系統(tǒng)方案的確定
為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)分為三種變速方式：（1）、二級以上齒輪變速系統(tǒng)；（2）、一級帶傳動方式；（3）、調(diào)速電動機直接驅(qū)動方式。
由于二級以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)。通常使用滑移齒輪實現(xiàn)二級變速的主傳動系統(tǒng)。滑移齒輪的移位大都采用液壓驅(qū)動。因為數(shù)控銑床使用可調(diào)無機變速交流、直流電動機，所以經(jīng)齒輪變速后，實現(xiàn)分段無級變速，調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)速的能力。故本次設(shè)計采用二級以上齒輪變速系統(tǒng)。
三．數(shù)控銑床立柱部分總體方案設(shè)計思路
（一）計算切削功率
1.切削功率的計算
銑削時切削公式： FZ=μPV×103
FZ--主切削力；
μ—機械效率，取μ=0.8；
v---主軸的計算轉(zhuǎn)速；
2.電動機的計算和初選
用一下公式初選電動機的功率pL=Pcηc=3.1kw；
其中ηc為銑床傳動總的機械效率，ηc=0.90
則主軸電動機選用3.1KW，額定轉(zhuǎn)速為：2500r/min;最高轉(zhuǎn)速為：6000r/min。
（一） .滾珠絲杠覺得設(shè)計計算
1.計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力
最大軸向負載力：Famax=Fμ+FV=282.65N
最小軸向負載力：Famin=Fμ0=15.45N
2.滾珠絲杠的動負荷計算與直徑估算
確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0 L0=Vmaxinmm
3.計算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速
絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速：nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min
4.確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷
按預(yù)定工作時間估算：Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N
5.數(shù)控銑床滾珠絲杠的計算
切削方式
軸向載荷/N
進給速度/(m/min)
時間比例/(%)
備注
強力切除
282.65
v1=0.6
10
F1=Famax
粗加工
71.98
v2=0.8
30
F2=Famin+20%Famax
精加工
29.58
v3=1
50
F3=Famin+5%Famax
快移和鉆鏜定位
15.45
v4=8
10
F4=Famin
四．總結(jié)
本次課程設(shè)計主要是立式數(shù)控銑床總體方案設(shè)計及立柱部分的設(shè)計。立柱是承載主軸箱實現(xiàn)機床Z向進給運動的重要部件。在其上擬設(shè)計Z向的導(dǎo)軌，在兩導(dǎo)軌間擬設(shè)計安裝Z方向的滾珠絲杠裝置。因此，立柱的設(shè)計同樣要解決好提高剛性的問題。
總體方案設(shè)計的思路主要是對立柱上Z向進給傳動的重要部件：滾珠絲杠螺母副的類型、絲杠支撐方式、以及軸承、聯(lián)軸器、電機、導(dǎo)軌的選擇，以及銑床Z向傳動主要精度的提高措施。
1、 選用內(nèi)循環(huán)雙螺母滾珠絲杠螺母副作為Z軸向傳動機構(gòu)。
2、 為了使設(shè)計的數(shù)控機床達到預(yù)定的精度、剛度的要求，滾珠絲杠采用兩端固定式（F-F）的支撐方式。
3、 為了保證其高速、高精度可靠性，及經(jīng)濟因素。選用600接觸角推力角接觸球軸承。兩端選用DF型安裝。
4、 選用利用夾緊螺絲固定的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器，使電機與滾珠絲杠直接，實現(xiàn)無鍵傳動，無反向間隙，還可以調(diào)節(jié)安裝時間軸度。
5、 交流伺服電動機具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、負載能力大、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中，故本設(shè)計選用交流伺服電機。
6、 在立柱兩側(cè)設(shè)置有支撐主軸箱的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌采用直線滾動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌滑塊為四個，導(dǎo)軌采用楔塊進行固定安裝。
7、 在Z向?qū)к墸O(shè)計了伸縮式不銹鋼防護罩，以防Z向?qū)к壓蜐L珠絲杠；
8、 提高立柱的剛度是設(shè)計立柱部分的關(guān)鍵。立柱采用長方體開式結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)腔合理布筋，以加強立柱部件的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。
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