内齿轮铣齿机毕业论文

河南科技大学毕业论文内齿轮铣齿机总体结构的计算机辅助设计摘要 运用计算机辅助设计技术对内齿轮铣齿机总体结构进行设计可以促进企业的设计效率、优化设计方案和产品设计标准化水平的提高，缩短了产品的设计周期，减轻了设计人员的工作强度并且降低了设计成本。本课题主要研究内容如下： (1) 对各种不同机床的总体结构进行深入剖析。(2) 对内齿轮铣齿机的总体结构进行三维造型的方案论证，运用Pro/e设计机床底座和机床总体结构的三维造型。(3) 运用AutoCAD绘制机床底座零件图、机床总体结构装配图和机床底座滑台装配图本课题运用AutoCAD和Pro/e技术进行内齿轮铣齿机总体结构的平面设计和三维设计，可以缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增强企业的市场竞争能力。关键词：内齿轮铣齿机， CAD，三维造型，底座，总体结构Annular gear gear cutter overall structurecomputer-aided designABSTRACTCarries on the design using the computer-aided design technology to the annular gear gear cutter overall structure to be allowed to promote enterprises rated capacity, Optimization design proposal and product design standardization level enhancement, Optimization design proposal and product design standardization level enhancement, Reduced has designed personnels working strength and to reduce the design cost. This topic main research content is as follows: (1) Carries on the thorough analysis to each kind of different engine bed overall structure.(2) Carries on the three dimensional modeling to the annular gear gear cutter overall structure the plan proof,Using Pro/e design engine bed foundation and engine bed overall structure three dimensional modeling.(3) In the Windows platform, utilizes the Pro/e design engine bed foundation and the engine bed overall structure three dimensional modeling,And Engine bed foundation assembly drawingThis topic carries on the annular gear gear cutter overall structure using AutoCAD and the Pro/e technology the plane design and Improves the product quality,the three dimensional design, May reduce the product development cycle, Reduces the cost, Enhancement enterprises market competition ability.KEY WORDS：annular gear gear cutter, CAD, three dimensional modeling，foundation，overall structure.- III -河南科技大学毕业论文目录前言1第一章 绪论11.1计算机辅助设计概述11.2计算机辅助设计的现状及发展趋势21.3 国内CAD技术的发展41.4 国外CAD技术的发展51.5 本课题完成的主要工作7第二章 内齿轮铣齿机总体结构方案的选定82.1 我国机床设计现状和存在的问题82.2 机床总体布局的基本要求92.3 机床基础的选择92.4 机床在基础上的固定和调整102.4.1 固定方式的选择102.4.2 机床在基础上的调整112.5 方案的选定11第三章 内齿轮铣齿机底座的设计133.1机床底座概述133.2底座的材料和时效处理133.2.1 底座的材料选择133.2.2 底座的时效处理143.3 底座的截面形状及肋板布置143.3.1截面形状143.3.2 肋板布置143.4 吊装孔的设计和布置163.5 方案的选定17第四章 各通用部件的选用194.1 数控机械滑台的选用194.1.1数控技术概述194.1.2数控机械滑台的特点204.2立柱的选用204.3数控回转工作台的选用21第五章 总结23参 考 文 献24致谢25- V -河南科技大学毕业论文前言计算机辅助设计已经广泛地应用在机械、电子、化工、建筑、服装等行业中，促进了企业的设计效率、优化设计方案（水平）和产品设计标准化水平的提高，缩短了产品的设计周期，减轻了设计人员的工作强度以及降低了设计成本等。进入90年代中期，CAD技术除继续在国外CAD技术（特别是CAD应用软件）基础上进一步提高汉化水平或在其基础上进行第二次补充开发外，还产生了许多具有完全独立（自主）版权、符合我国标准化条例、满足我国设计人员工作习惯以及具有较强市场价格竞争力的国产CAD技术（系统），例如开目、凯思、CAXA等优秀CAD系统。正是这些优秀CAD系统的崛起，为我国的广大企业“甩掉”图板，实现产品设计现代化提供了强有力的支持。目前国外较流行的CAD软件有AutoCAD、PTC、UG、SolidWorks等。市场的开放性和全球化，促使机床产品的竞争日趋激烈，而决定机床产品竞争力的指标是产品的开发时间（Time）、产品质量（Quality）、成本（Cost）、创新能力（Creation）和服务（Service）。用户在追求高质量产品的同时，会更多地追求低的价格和短的交货期。这就要求企业改变过去传统的设计、生产和管理模式，最大限度地利用计算机辅助设计手段，以提高产品的质量和性能，降低成本，并努力缩短交货期，同时还需要快速响应市场和用户的变化，利用有利时机快速抢占市场。美国制造业在50至60年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在70年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80年代为提高产品质量，90年代为市场响应速度。所以现代每个企业都期望通过提高自身的科技含量，采用先进的设计技术和手段，以加快设计速度，提高设计质量，增强竞争力。机床总体结构方案运用CAD技术进行就是为适应这种形势的变化而提出来的。- 7 -第一章 绪论1.1计算机辅助设计概述计算机辅助设计(computer aided design,CAD)是一种用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计，绘图、工程分析与文档制作等设计活动，它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。从技术角度看，CAD技术把产品的物理模型转化为存储在计算机中的数字化模型，从而为后续的工艺，制造，管理等环节提供了共享的信息源。现在CAD技术已不仅仅用于自动绘图或三维建模，而已成为一种广义的、综合性的关于设计的新技术，它涉及以下基础技术(1)图形处理技术。如二维交互图形技术、三维几何造型技术及其他图形输入输出技术(2)工程分析技术。如有有限元分析、优化设计方法、物理特性计算（如面积、体积、惯性矩等计算）、模拟仿真以各行各业中的工程分析等。(3)数据管理与数据交换技术。如产品数据管理(PDM)、数据库、异构系统间的数据交换和接口等。(4) 文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理等。(5) 界面开发技术。如图形用户界面、网络用户界面、多通道多媒体智能用户界面等。(6) 基于Web的网络应用和开发技术。任何设计都表现为一种过程，每个过程都由一系列设计活动组成。活动间既有串行的设计活动，也有并行的设计活动，目前设计中的大多数活动都可以用CAD技术来实现，但也有一些活动目前尚很难用CAD技术来实现，如设计的需求分析、设计的可行性研究等。将设计的过程中能用CAD技术实现的活动集合在一起就构成了CAD过程，图（1）说明了设计过程与CAD过程的关系。随着CAD技术的发展，设计过程中越来越多的活动都能用CAD工具加以实现，因此，CAD技术的覆盖面将越来越宽，以至整个设计过程就是CAD过程。 图1 设计过程与CAD过程的关系 在过去50多年中，CAD技术经历了五个主要发展时期(1)世纪50年代。美国麻省理工学院（MIT）于1950年在它研制的名为“旋风”的计算机上采用了阴极射线管（CRT）做成的图形终端，并能被动地显示图形。(2) 20世纪60年代。这是交互式计算机图形学发展的最重要时期。1962年美国学者Ivan Sutherland研究出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改，开始出现CAD术语。(3) 20世纪70年代。计算机交互图形技术和三维几何造型技术(线框、曲面和实体模型)为CAD技术的发展奠定了基础。总的说，70年代是CAD单元技术的发展和应用阶段，个功能模块渐趋完善，但数据结构尚不统一，应用主要集中在计算机绘图和有限元分析方面，集成性差。(4) 20世纪80年代。随着超级微型机和32位字长的工程工作站迅速占领市场，各CAD厂商将原来在大型机和小型机上的CAD/CAM系统纷纷向新的硬件平台移植或重新开发。这一阶段的应用特点是从二维绘图发展为三维建模，实现了CAD/CAE/CAM的集成，应用取得了显著效益(5) 20世纪90年代。随着世界市场的多变与激烈竞争，随着各种先进设计理论和先进制造模式的发展，随着高档微机、操作系统和编程软件的发展，随着因特网的迅速发展，CAD技术正在经历着前所未有的发展机遇与挑战，正向集成化、网络化、智能化和标准化方向发展。1.2计算机辅助设计的现状及发展趋势CAD技术推动了几乎一切领域的设计革命，对加速工程建设和缩短产品开发周期、提高产品质量、降低成本、增强企业的市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。CAD技术已成为衡量国家科技与工业现代化的重要标志之一，成为企业信息化的重要技术基础。分析CAD技术的发展趋势，主要表现在四个方面 1集成化 在一个由多种软件组成的复杂系统中，例如计算机集成制造（CIMS）、并行工程（CE）等，集成的含义有多种，一般有功能集成、信息集成 过程集成及动态联盟中企业的集成此处所说的集成是指信息集成。由于设计是产品开发的首要环节，因此，CAD信息处于产品生命周期中信息链的源头。为了提高系统的集成水平，CAD技术必须在以下几个方面提高水平(1) 数字化产品建模。必须提供针对产品全生命周期的统一的产品模型，该模型应该符合某种标准或者规范，其内容应该包括产品结构形状、设计过程以及设计所用的知识；在建模技术上，应该能提供性能优良的特征建模、参数化设计、变量化设计等方法。(2) 产品数据交换。除了提供按目前已有的交换规范或者标准所开发 中性交换文件及其接口（如DXF,IGES,STEP文件）外，还需要发展新的交换思想和规范（如VRML,XML文件等）。(3) 产品数据管理。应继续改进与提高PDM软件性能，有效管理与产品相关的所有数据以及与产品相关的所有过程。(4) 继续改进与开发各种CAx(CAD,CAE,CAPP)以及DFx(DFA,DFM,DFT)并使它们有机地集成起来。2网络化因特网及Web技术的发展，迅速将设计工作推向网络协同的模式，因此，CAD技术必须在以下几个方面提高水平(1) 能够提供基于因特网的完善的协同设计环境。(2) 提供网上多种CAD应用服务，例如设计任务规划，设计冲突检测与消解、网上虚拟装配等工具。 3智能化现有的CAD技术在机械设计中只能处理数值型的工作，包括计算，分析与绘图。然而在设计活动中存在另一类符号推理型工作，包括方案构思与拟定、最佳方案选择、结构设计、评价、决策以及参数选择等。这些工作赖于一定的知识模型，采用符号推理方法才能获得圆满解决。因此将人工智能技术，特别是专家系统技术，与传统CAD技术结合起来，形成智能化CAD系统是机械CAD发展的必然趋势。以下几个问题应该给予更多的注意(1) 发展新的设计理论与方法。例如并行设计的理论，概念设计的理论，创新设计的理论等。(2)继续深入研究机械设计型专家系统的一些基本理论与技术问题。例如设计知识模型的表示与建模、知识获取、工具系统的技术等。4标准化随着CAD技术的发展，工业标准化问题越来越显出它的重要性。迄今已制定了不少标准，随着技术进步，新标准还会出现，基于这些标准推出的有关软件是一批宝贵的资源，用户的应用开发常常离不开它。1.3 国内CAD技术的发展 CAD技术推动了几乎一切领域的设计革命，无论是军事工业还是民用工业，无论是加工制造业（如机械、电子、轻纺产品等）还是其他工业，甚至文体、影视、广告制作等行业都离不开CAD技术。CAD技术已成为衡量国家科技与工业现代化的重要标志之一，成为企业信息化的重要技术基础，也是企业进入国际市场的入场卷。我国在20世纪90年代的“八五”和“九五”计划期间，大力进行了CAD技术的推广应用，启动了CAD应用工程。1992年，CAD应用工程以“甩掉图板”为突破口，经过8年努力，CAD的普及和推广工作取得了巨大的成绩，表现在CAD技术得到了广泛应用和普及，据统计，2000年全国已有29个省(市)，4个行业，近600家示范企业，3000个重点应用单位，约10万家企业和设计院应用和普及了CAD技术，提高了企业的技术创新能力、产品开发能力和市场竞争能力；以应用和市场为导向，推动了国产CAD软件的产业化；通过CAD技术培训网络，培养了一大批CAD技术人才；组建了咨询服务体系，形成了CAD咨询服务业；制定了相关的CAD技术标准和规范。尽管CAD技术的应用取得了巨大成就，但与发达国家相比仍有较大差距，在我国国内CAD技术的应用也还很不平衡，仍然需要向广度和深度发展。分析我国当前CAD技术的应用情况，大致可分为以下四种不同的应用层次 (1) 基于计算机绘图、产品三维几何造型的应用层次。这个层次基本上属于“甩图板”层次，其特点是：提高了绘图效率，部分产品设计采用了参数化、系列化、模块化的方法，缩短了开发周期；采用了装配仿镇等手段，从一定程度上提高了产品的设计质量。(2) 基于计算机辅助工程分析(CAE)进行产品性能设计的应用层次。其特点是利用有限元分析、优化设计及其他工具使形状结构设计与工程分析技术相结合，有效地提高了产品的设计质量。(3) 基于产品数据管理(PDM)的CAD应用层次。其特点是基本实现了部门级的文档管理、产品结构管理与工作流程管理，但与企业资源规划(ERP)系统的集成与信息共享尚不完善，理想的产品配置还难以达到。(4) 基于企业信息化的CAD应用层次。其特点是实现了CAD/CAE/CAPP等的CAx集成，还实现了CAx/PDM/ERP的集成，达到了全企业，甚至企业间的信息交换和共享。这一层次是CAD技术的深化应用，是现阶段开展制造业信息化工作的主要内容。1.4 国外CAD技术的发展在国外，CAD技术的研究和应用已经达到了相当高的水平。1990年美国制造业做到了“三个三”，即产品生命周期三年，产品制造周期三个月，产品设计周期三周。CAD/CAM系统（如图2）集成化是当前CAD/CAM技术发展的趋势，目标是提高产品的自动化程度。所谓CAD/CAM系统的集成化，一般包含以下三个方面的内容(1) 提高CAD系统的集成度，即要求在整个产品设计过程中的各个阶段，每一设计步骤都能有效地使用CAD技术，这就要求一个CAD系统（硬件和软件）的功能要齐全，软件集成度要高。(2) CAD和CAM集成，即要求设计信息能自动地转换成CAM系统的信息。(3) 逐步形成一个以工厂生产自动化为目标的CIMS（计算机集成制造系统）。产品设计性能要求工程数据库标准件库参数化图库切削用量库刀具库工艺库设计结果库NC代码库其他 方案设计专家系统方案设计工程书修改几何造型系统建立产品模型有限元分析优化方法软件包其他工程分析评价 不满意二维交互图形系统汉化处理及国际化 满意详细设计回转体CAPP非回转体CAPP零件检验CAPPCAPP二维至五维自动编程仿真NC自动编程NC后处理评价 不满意 满意图2 CAD/CAM系统工作流程图美国的飞机制造和汽车制造已经实现了CAD/CAM的集成，使产品的设计效率提高了五倍，建筑业的设计效率提高了三倍。日本夏普公司生产的电视机、录音机和汽车模具，采用传统方法的生产周期为一年，而采用CAD/CAM技术后可以达到六到七个月。因此，CAD/CAM技术的发展不仅改变了设计、制造产品的方式，还将提高企业的管理水平和市场竞争力。1.5 本课题完成的主要工作本课题运用CAD技术对内齿轮铣齿机总体结构进行设计能够缩短产品设计周期、减轻设计人员的工作强度、降低设计成本、增强企业的市场竞争能力。一 广泛查阅资料，了解国内外CAD技术的发展现状；深入分析研究机床的总体结构形式。二 对机床底座和机床总体结构进行三维造型设计。三 对内齿轮铣齿机总体结构进行三维造型的方案论证。四 完成机床底座零件图和机床总体结构装配图的绘制。五 完成内齿轮铣齿机的论文编写工作。徐州工程学院毕业论文第二章 内齿轮铣齿机总体结构方案的选定2.1 我国机床设计现状和存在的问题我国是世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势，一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场。90年国外数控机床在我国市场的占有率仅达15%左右，而95年已达77%。严重影响我国数控机床自主发展的势头。 这种现象的出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个主要的原因是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进，新产品(包括基型、变型和专用机床)的开发周期长，从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说，这个问题反映在下列五个方面：(1) 我国机床厂目前开发基型产品的周期约为1518个月，其中设计时间约为58个月，占总周期的40%左右。而国外一些先进机床厂同类基型产品的开发周期为69个月，其中设计约1.52个月，只占25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。 (2) 我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及机床性能测试装置等)，自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计，使设计一次成功的把握性降低，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场的良机。 (3) 用户根据使用需要，在订货时往往提出一些特殊要求，甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求，这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外，这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周，而在我国机床厂用手工操作就至少需12个月，且由于这些图纸和文件涉及多个部门，常会出现漏改和失误的现象，影响了产品的质量和交货期。 (4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数，他们的专业知识和实际经验不足，又担负着开发的重任。 (5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立，缺乏有效的协同开发的模式，不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见，容易造成产品的反复修改，延长了开发的周期。 为解决这些问题，必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提高产品结构性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境，使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面，使企业取得良好的经济效益。 2.2 机床总体布局的基本要求(1) 机床布局首先必须满足用户提出的各种要求。如机床的加工范围、工作精度、生产率、和经济性等等。(2) 确保实现即定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。(3) 确保机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗震性、热变形及噪声水平。(4) 通用机床必须满足参数标准和系列型谱中关于机床布局方面的规定。同时，还应最大限度地考虑机床的系列化和部件的通用话程度。(5) 对于生产率和自动化程度较高的机床或专用机床，应力求便于自动上下料及纳入自动线。(6) 应便于观察加工过程；便于操作、调整和维修机床，便于输送、装卸工件和排除切屑；注意机床防护，确保安全生产。(7) 机床结构简单，合理可靠，便于加工和装配，并注意采用新技术。(8) 体积小，重量轻，节省原材料，降低制造成本，缩小机床占地面积，外形美观大方。2.3 机床基础的选择机床的全部载荷都由其下面的地层承受。受机床影响的那部分地层称为地基，机床向地基传递载荷的混凝土结构就是基础。机床基础必须具有足够的强度、刚度和稳定性，并能满足控制振动的要求，以保证机床良好运转。机床在切削加工时，通过机床各部件将切削力、传动力和惯性力等传给床身和底座紧固在基础上，则基础可起下述作用(1) 承受负荷并吸收振动，保持机床的精度和寿命。(2) 提高机床床身和立柱等大件的刚度。(3) 增加机床系统的动刚度，消减和隔离外界振源的影响。(4) 保证各分离部件间相对位置精度，如落地式、坑式等重型机床。常用的机床基础可分为以下几种类型(1) 地面 机床直接安装在车间混凝土地面上。有普通混凝土地面和加厚的混凝土地面；(2) 单独基础 一台机床配置一个基础；(3) 联合基础 几台机床共用一个单独基础；(4) 隔振基础 采取隔振措施的基础；隔振基础一般做成单独基础，也可做成联合基础。内齿轮铣齿机为立式铣床，它的外型尺寸较大，按其大小和重量可划分为中型机床，且其加工的齿轮精度要求较高，所以机床基础可选为具有隔振措施的单独基础。2.4 机床在基础上的固定和调整2.4.1 固定方式的选择机床在基础上的固定可分为用地脚螺栓固定和不用地脚螺栓固定两大类。不用地脚螺栓固定，系指将机床直接安放在基础或混凝土地面上。适用范围(1) 机床刚性好、稳定性好、切削力也较小的机床。(2) 机床工作状态平稳、切削时振动小的机床。(3) 楼面上安装的机床。用地脚螺栓固定，是将机床床身底座紧固在基础或混凝土地面上。机床固定到基础上可用死螺栓、可卸式螺栓及锚固式螺栓。适用范围(1) 机床的刚性、稳定性较差，且振动也较大。用地脚螺栓将机床和基础紧固成一体，不仅有助于提高机床刚性，而且会降低机床和基础的总重心高度，减少振动。(2) 机床外形狭长，部件重量偏于一侧，或机床加工部位对底面偏心较大时。(3) 机床加工时，有较大的往复载荷，或产生垂直或水平方向的冲击；或机床具有高速旋转的不平衡部件，离心力较大时。参考以上所述，本机床与基础的固定方式采用地脚螺栓紧固。2.4.2 机床在基础上的调整机床安装在基础上，不论是否用地脚螺栓紧固，均需调整水平，即需在床身底座与基础间放置几个可调整导轨水平的支承。一般常用的调整支承是垫铁。机床在基础上的调整，应先粗平后精平。即在灌注地脚螺栓孔前粗略找平一次，在拧紧地脚螺栓的螺母时作最后的精平工作。找平机床时，一般应在机床处于自由状态下进行。不应用拧紧地脚螺栓或局部加压等方法使其强制变形以达到精度要求。常用的垫铁有下列几种(1) 楔铁。楔铁调整时不够方便，且与机床底座是线接触，刚度不高，故只用于尺寸小、要求不高、安装后不需要再调整的机床。(2) 钩头斜垫铁。用于振动较大或重量1015t的普通中小机床。(3) 螺杆调整垫铁。采用螺杆调整，方便而准确。但垫铁滑座与机床床身之间有相对滑移。用于精密机床。(4) HJX81型机床垫铁。调整时上垫铁与机床床身之间没有相对滑移。(5) 千斤顶式垫铁。用于不用地脚螺栓固定的机床，特别适用于高精度机床。(6) 带有螺套的安装调整机构。优点是调整方便，准确度高，且调整范围大；缺点是床身底座要加工螺孔。本机床用钩头斜垫铁来进行机床与基础的调整。2.5 方案的选定市场的开放性和全球化，促使机床产品的竞争日趋激烈，而决定机床产品竞争力的指标是产品的开发时间、产品质量、成本、创新能力和服务。用户在追求高质量产品的同时，会更多地追求低的价格和短的交货期。这就要求企业改变过去传统的设计、生产和管理模式，最大限度地利用先进的设计手段，以提高产品的质量和性能，降低成本，并努力缩短交货期，同时还需要快速响应市场和用户的变化，利用有利时机快速抢占市场。所以现代每个企业都期望通过提高自身的科技含量，采用先进的设计技术和手段，以加快设计速度，提高设计质量，增强竞争力。内齿轮铣齿机总体结构的设计如图3所示图3 内齿轮铣齿机总体结构造型第三章 内齿轮铣齿机底座的设计3.1机床底座概述底座在一台机器的总质量中占有很大的比例（例如在机床中约占总质量的7090），同时在很大程度上影响着机器的工作精度及抗振性能；若兼作运动部件的滑道（导轨）时，还影响着机器的耐磨性等。所以正确选择机床底座的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、节约金属材料、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性能等的重要途径。底座的结构较为复杂，刚度要求也较高，因而通常都为铸造。铸造材料常用即便于施工又价廉的铸铁（包括普通灰铸铁、球墨铸铁与变性铸铁等）；只有需要强度高、刚度大时才用铸钢。大型机床底座的制造，通常采取分零铸造，然后焊成一体的办法。设计底座时，应全面进行分析比较，以其设计合理，且能符合生产实际。例如虽然一般地说，成批生产且结构复杂的零件一铸造为宜；单件或少量生产且生产期限较短的零件则以焊接为宜，但对具体的机床底座仍应分析其主要决定因素。譬如成批生产的中小型机床及内燃机等的底座，结构复杂是其主要问题，固然应以铸造为宜；但成批生产的汽车底盘及运行式起重机的机体等却一质量小和运行灵便为主，则又应以焊接为宜。3.2底座的材料和时效处理 3.2.1 底座的材料选择底座材料应根据其结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等要求正确选择，常用的有： (1)铸铁：容易铸成形状复杂的零件；价格较便宜；铸铁的内摩擦大，有良好的抗振性。其缺点是生产周期长，单件生产成本较高；铸件易产生废品，质量不易控制；铸件的加工余量大，机械加工费用大。常用的灰口铸铁有两种：HT200适用于外形较简单，单位压力较大（p5公斤/厘米2）的导轨，或弯曲应力较大的（300公斤/厘米2）床身等；HT150的流动性较好，但机械性能稍差，适用于形状复杂而载荷不大的机座。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，应采用耐磨铸铁。 (2)钢：用钢材焊接成机架。钢的弹性模量比铸铁大，焊接机架的壁厚较薄，其重量比同样刚度的底座约轻20%50%；在单件小批量生产情况下，生产周期较短，所需设备简单；焊接机架的缺点是钢的抗振性能较差，在结构上需采取防振措施；钳工工作量较大；成批生产时成本较高。本课题设计的底座的材料选用HT200。3.2.2 底座的时效处理 制造机座时，铸造（或焊接）、热处理及机加工等都会产生高温，因各部分冷却速度不同而收缩不均匀，使金属内部产生内应力。如果不进行时效处理，将因内应力的逐渐重新分布而变形，使机座丧失原有的精度。 时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，消除内应力，提高其尺寸的稳定性。常见的方法有自然时效、人工时效和振动时效等几种，其中以人工时效应用最广。本课题设计的底座在进行精加工之前采用自然时效处理。3.3 底座的截面形状及肋板布置3.3.1截面形状绝大多数的机床底座受力情况都很复杂，因而要产生拉伸（或压缩）、弯曲、扭转等变形。当受到弯曲或扭转时，截面形状对于它们的强度和刚度有着很大的影响。如能正确设计机床底座的截面形状，从而在既不增大截面面积，有不增大（甚至减小）零件质量（材料消耗量）的条件下，来增大截面系数及截面的惯性矩，就能提高它们的强度和刚度。表1列出了常用的几种截面形状（面积接近相等），通过它们的相对强度和相对刚度的比较可知虽然空心矩形截面的弯曲强度不及工字形截面的，扭转强度不及圆形截面的，但它的扭转刚度却大的很多，而且采用空心矩形截面机床底座的内外壁上较易装设其它机件。因而对于机床底座来说，它是机构性能较好的截面形状。实用中绝大多数的机床底座截面都采用空心矩形截面。本课题设计的底座截面形状将采用空心矩形截面。如图4，图5所示3.3.2 肋板布置一般地说，增加壁厚固然可以增大机床底座的强度和刚度，但不如设肋板来的有利。因为加设肋板时，即可增大强度和刚度，又可较增大壁厚时减小质量；对于铸件，由于不需要增加壁厚，就可以减少铸造的缺陷；对于焊件，则壁薄时更易保证焊接的品质。特别是当受到铸造、焊接工艺及结构要求的限制时，例如为了便于砂芯的安装或清除，以及需在机床底座内部装置其它机件等等，往往需把机床底座制成一面或两面敞开的，或者至少须在某些部位开出较大的孔洞，这样必然大大削弱了机床底座的刚度，此时加设肋板不仅是较为有利的，而且常常是必要的。肋板布置的正确与否对于加设肋板的效果有着很大的影响。如果布置不当，不仅不能增大机床底座和箱体的强度和刚度，而且会造成浪费工料及增加制造困难。此外，肋板的结构形状也是需要考虑的重要影响因素，并应随具体的应用场合及不同的工艺要求（如铸，焊，胶等）而设计成不同的结构形状。本课题底座的肋板布置如图4，图5所示表1常用的几种截面形状的对比图4 底座截面形状和肋板布置 3.4 吊装孔的设计和布置由于底座的外观尺寸较大，重量较重，为了保证安装精度要求和安装方便，则需在底座上设计吊装孔。机床底座吊装孔位置的选择需注意以下两点(1) 吊装孔应尽量对称布置；(2) 吊装孔应尽量偏高，偏宽；这两点都是为了使机床底座的重心集中在中间且位于机床底座的中上部，这样机床底座在安装时就会较为平稳，从而有利于保证安装的精度要求和安装的方便性。图5 底座截面形状和肋板布置 3.5 方案的选定内齿轮铣齿机的底座为铸件，它的外观尺寸较大，结构也比较复杂，被加工面较多且加工精度要求很高。充分考虑机床总体布局的基本要求，最终设计的底座如图6所示图6 机床底座第四章 各通用部件的选用 4.1 数控机械滑台的选用内齿轮铣齿机设计了两个数控机械滑台，一个为横向滑台其作用是控制铣削动力头的前后移动，一个为垂直滑台其作用是控制铣削动力头的上下进给。横向滑台选用的型号NC1HJ50；垂直滑台选用的型号NC1HJ25。4.1.1数控技术概述随着制造业的发展,中小批量生产的趋势日益增强,对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求,希望市场能提供不同加工需求,迅速高效、低成本地构筑面向用户的控制系统,并大幅度地降低维护和培训的成本,同时还要求新一代数控系统具有方便的网络功能,以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式。为此,近10年来,随着计算机技术的飞速发展,各种不同层次的开放式数控系统应运而生,发展很快。目前正朝标准化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言,当今世界上的数控系统大致可分为4种类型:(1)传统数控系统如FANUC0系统、MITSUBISHIM50系统、Siemens810系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。尽管也可以由用户做人机界面,但必须使用专门的开发工具(如Siemens的WS800A)耗费较多的人力,而对它的功能扩展、改变和维修,都必须求助于系统供应商。目前,这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展,传统数控系统的市场正在受到挑战,已逐渐减小。(2)“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统如FANUC18i、16i系统、Siemens840D系统、Num1060系统、AB9/360等数控系统。这是由于一些数控系统制造商不愿放弃多年来积累的数控软件技术,又想利用计算机丰富的软件资源而开发的产品。然而,尽管它也具有一定的开放性,但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统,其体系结构还是不开放的。因此,用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大,但价格昂贵。(3)“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统它由开放体系结构运动控制卡+PC机构成。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU,具有很强的运动控制和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统,可以单独使用。它开放的函数库供用户在WINDOWS平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国DeltaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC64构造的MAZA-TROL640CNC等.(4) SOFT型开放式数控系统这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性,它的CNC软件全部装在计算机中,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、CD-ROM和相应的驱动程序一样。用户可以在WINDOWSNT平台上,利用开放的CNC内核,开发所需的各种功能,构成各种类型的高性能数控系统,与前几种数控系统相比,SOFT型开放式数控系统具有最高的性能价格比,因而最有生命力。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC、德国PowerAutoma-tion公司的PA8000NT等。4.1.2数控机械滑台的特点机械滑台是用以完成进给运动的通用部件。完整的机械滑台是由滑台部分和传动装置等部件组成。它根据被加工零件的工艺要求，在其上安装动力箱、钻削头、镗削头、铣削头、镗孔车端面头、偏心镗头等组成各种动力头，用于完成钻、扩、铰、刮端面、倒角、车端面、铣削及攻丝等工序。在滑台上配置分级进给机构，可完成深孔加工。滑台可安装在侧底座上或立柱上，也可以安装在倾斜的底座上，用以组成卧式、立式或倾斜式组合机床。机械滑台一般采用双矩形导轨、有优质铸铁和左型或右型等多种型式。传动装置采用双电机行星齿轮传动，通过更换交换齿轮改变工作进机给速度，并设有过扭矩保护开关，起过扭矩保护作用。数控机械滑台除具有一般机械滑台的特点外，还具有使组合机床及自动线具有可调、易调、快调的优点。这种数控机械滑台在转速、进给量、节拍等方面具有极大的柔性，可完成组合机床及自动线的宽范围的调速、位控及数控零件程序执行功能，实现人机对话。4.2立柱的选用立柱分为固定式结构和移动式结构两种，其中立柱移动式结构的优点是(1) 这种型式减少了机床的结构层次，使床身上只有回转工作台、工作台，共三层结构，它比传统的四层十字工作台，更容易保证大件结构刚性；同时有降低了工件的装卸高度，提高了操作性能。(2) Z轴的移动在后床身上进行，进给力与轴向切削力在同一平面内，承受的扭曲力小，镗孔和铣削精度高。(3) 由于Z轴导轨的承重是固定不变的，它不随工件重量改变而改变，所以有利于提高Z轴的定位精度和精度的稳定性。但是，由于Z轴承载较重，对提高Z轴的快速性不利，这是其白足之处。本课题采用的是1CLb50立柱，其结构采用的是立柱移动式结构。4.3数控回转工作台的选用为了扩大数控机床的加工性能，适应不同零件的加工需要，数控机床的进给运动，除X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还可以有绕X、Y、Z三个基本坐标轴回转的圆周运动，通常为A、B、C轴。为了实现数控机床的圆周运动，需要采用数控回转工作台（简称数控转台）。数控机床的圆周运动包括分度运动和连续圆周进给运动两种。分辨率小，定位精度高，运动平稳，动作迅速，转台刚性好是数控机床对回转工作台的基本要求。同时，在需要进行多轴联动加工曲线和曲面的场合，回转工作台必须能进行连续圆周进给运动。为了区别，通常将只能实现分度运动的回转工作台称为分度工作台，而将能实现连续圆周进给运动的回转工作台称为数控回转工作台。分度工作台的外形和数控回转工作台没有多大差别，但在结构上则具有各自的特点。(1) 分度工作台数控机床的分度工作台只能完成分度运动。它可以是按照数控系统的指令，在需要分度时，将工作台连同工件回转一定的角度并定位。采用伺服电动机驱动的分度工作台称为数控分度工作台，它可以分度的最小角度通常都较小，一般有0.5、1等，一般都采用鼠牙盘式定位。在数控机床上有时也采用液压或手动分度工作台，这种分度工作台一般只能回转规定的角度，如可以每隔90、60或45进行分度，可以采用鼠牙式定位或定位销式定位。鼠牙盘式分度工作台也叫齿盘式分度工作台，是用得较广泛的一种高精度的分度定位机构。在卧式数控机床上，它一般都作为数控机床的基本部件提供；在立式数控机床上则作为附件选用。(2) 数控回转工作台数控机床的回转工作台不但能完成分度运动，而且还能进行连续圆周进给运动。数控回转工作台可以按照数控系统的指令，进行连续回转，回转速度是无级、连续可调的。同时，它也能实现任意角度的分度定位。因此，它和直线运动轴在