数控车床进给部件设计.doc

目录第一章绪论.31.1数控机床的发展史及国外发展现状.11.2我国数控机床的发展现状及趋势.11.3设计方案及任务.2第二章切削力的计算.22.1脉冲当量的确定.32.2切削力的计算.3第三章滚珠丝杠螺母副的计算和选型.53.1滚珠丝杠循环方式.63.2滚珠丝杠副间隙的调整.63.3滚珠丝杠的支承方式.73.4工作载荷的计算.73.5最大动载荷的计算.83.6初选型号.83.7传动效率的计算.93.8刚度的验算.93.9压杆稳定性校核.123.10润滑方式的选择.12第四章同步带减速箱的设计.124.1传动比、带的设计功率以及主动轮最高转速的确定.144.2带型节距以及大、小带轮齿数节圆的确定.154.3大小带轮中心距的确定.164.4带的工作能力验算.19第五章步进电动机的计算与选型.215.1步进电动机的特点.215.2步进电动机的分类.215.3计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量.215.4计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩.225.5步进电动机最大静转矩的选定.245.6步进电动机的性能校核.24第六章同步带传递功率的校核.266.1快速空载起动.266.2最大工作负载、最快工进速度.26总结.错误!未定义书签。致谢.28参考文献.29英文摘要.30附录1数控车床进给部件设计摘要随着科技的发展，数控车床将在加工领域发挥越来越重要的作用。本毕业设计是对数控车床进给部件进行设计，分别对同步带减速箱、步进电动机、以及滚珠丝杠副进行了设计计算。针对主要零部件的特点以及工艺要求，设计了带轮,由于传动的精确性、平稳性等要求，因此对带轮的设计要求是特别高。而在数控车床当中，滚珠丝杠副可以说是要求最高的一个零部件，因此对它的精度设计最终对加工零件的影响是十分明显的,因此不但设计要求高，而且对它的加工工艺也十分严格。关键字数控车床同步减速箱滚珠丝杠副步进电动机第一章绪论2010届机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）第1页共30页1.1数控机床的发展史及国外发展现状1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。1.2我国数控机床的发展现状及趋势我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。1999年机床进口额为8.78亿美元(7624台)，2003年达27.1亿美元(23320台)，相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培秦红东：数控机床进给部件设计第2页共30页训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变.。1.3设计方案及任务通过对数控车床的使用研究，对车床进给部件要素进行研究，查阅机床设计手册分别对滚珠丝杠副、同步带减速箱以及步进电动机进行了设计计算，最终完成进给传动部件的设计，进给部件设计分为纵、横方向设计，以下详细介绍纵向进给机构机械部件设计，横向进给机构类似。主要设计方案：（1）对滚珠丝杠的设计，滚珠丝杠的精度设计最终对加工零件的影响十分明显,因此不但设计要求高，而且对它的加工工艺也十分严格，本设计滚珠丝杠副的支承，采用一端轴向固定，一端简支的方式，此支承形式提高临界转速和抗弯强度，可以防止丝杠高速旋转时的弯曲变形，适用于丝杠长度、行程较长的情况。（2）传动方式的确定，传动比要求准确，严格同步，工作平稳，冲击噪音小，传递功率高，因此选择了同步齿形带传动。采用同步带传动，它兼有摩擦带传动和齿轮传动的特点，同步带所需张力较小，对轴的压力较小，运行时摩擦损失小，传动效率高，同步齿形带强度也较高，薄而轻，柔性好，适用于数控高速传动。（3）步进电动机的选型，此次设计以经济型数控车床为例，采用五相混合式步进电动机，初选电动机型号130BYG5510，最大静转矩为20Nm，十拍驱动时步距角为0.72°。(4)装配图、零件图的绘制。主要技术指标如下：1）、Z方向的脉冲当量脉冲/01.0mmz，X方向的脉冲当量脉冲/005.0mmz；2)、Z方向最快移动速度min/6000maxmmvz，X方向最快移动速度min/3000maxmmvx；3)、Z方向最快工进速度min/400maxmmvfz，X方向最快工进速度min/800maxmmvfx；4)、Z方向定位精度mm02.0，X方向定位精度mm01.0。第二章切削力的计算2010届机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）第3页共30页2.1脉冲当量的确定根据设计任务的要求，x向（横向）的脉冲当量为x=0.005mm/脉冲，z方向（纵向）为z=0.01mm/脉冲。2.2切削力的计算设工件材料为碳素结构钢，b=650MPa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角rk=60，前角0=10，刃倾角5s；切削用量为:背吃刀量pa=3mm，进给量f=0.6mm/r，切削速度cv=105mm/min。查表2-1，得：2795FcC,0.1Fcx,75.0Fcy,15.0Fcn。查表2-2，得：主偏角rk的修正系数94.0CrFkk；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数均为1.0。由经验公式CCCCCFnFcyFxFpFcKvfaCF算得主切削力cF=94.01056.03279515.075.00.1=2673.4N由经验公式4.0:35.0:1:PfcFFF，算得纵向进给切削力NFf69.935背向力NFp36.1069加工材料刀具材料加工形式公式中的指数和系数主切削力cF背向切削力PF进给切削力fFcFCcFxcFycFnPFCPFxPFyPFnfFCfFxfFyfFn结构钢及铸铁MPab650硬质合金外圆纵车、横车及镗孔27951.00.75-0.1519400.90.6-0.328801.00.5-0.4切槽、切断36000.720.8013900.730.670高速钢外圆纵车、横车及镗孔17701.00.75011000.90.7505901.20.650切槽、切断21601.01.00成形车削18551.00.750不锈钢1Cr18Ni9Ti141HBW硬质合金外圆纵车、横车及镗孔20001.00.750续公式中的指数和系数秦红东：数控机床进给部件设计第4页共30页加工材料刀具材料加工形式主切削力cF背向切削力PF进给切削力fFcFCcFxcFycFnPFCPFxPFyPFnfFCfFxfFyfFn灰铸铁190HBW硬质合金外圆纵车、横车及镗孔9001.00.7505300.90.7504501.00.40高速钢外圆纵车、横车及镗孔11201.00.75011650.90.7505001.20.650切槽、切断15501.01.00可锻铸铁150HBW硬质合金外圆纵车、横车及镗孔7951.00.7504200.90.7503751.00.40高速钢外圆纵车、横车及镗孔9801.00.7508650.90.7503901.20.650切槽、切断13751.01.00表2-1车削力公式中的系数和指数参数刀具材料修正系数名称数值名称切削力cFpFfF主偏角rk30硬质合金FrKk1.081.300.78451.01.01.0600.940.771.11750.920.621.13900.890.501.1730高速钢1.081.630.7451.01.01.0600.980.711.27751.030.541.51901.080.441.82前角0-15硬质合金Frk01.252.02.0-101.21.81.801.11.41.4101.01.01.0200.90.70.71215高速钢1.151.61.720251.01.01.0续参数修正系数