AD-15数控车床Z向进给系统的开发与毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 控车床 Z 向进给系统的开发与设计 摘 要 本次设计针对 进给系统电机丝杠等进行的设计。目的是改变以往传统机床在实践操作中的一些机床寿命，调速等方面的问题，设计内容主要有电机的选择，各元件稳定性校核，以及相关知识介绍。本文根据进给系统设计要求 进行整体方案设计，对所需功能和工作原理进行分析，初步确定系统的基本结构及主要元件，按照所给机构性能参数，经济性进行元件的选择计算，通过系统性能的验算以满足该系统所要达到的设计要求，以及使用要求。 本次设计针对以往问题做出如 下改进： 床身采用箱形结构及强韧米汉纳（ 铁（ 一体成型铸造技术铸造，采用高精度进口五面体加工中心一次装夹加工完成，因此具有整体刚性强，机床精度保持性好，使用可靠性高等特点。 主电机、进给电机均采用 服电机，实现机床的无级调整。机床采用滚珠丝杠和 利形式线性导轨，位移速度快，精度好，适合高度精密切削， Z 轴快移速度24m/X 轴快移速度 20m/ X、 Z 轴进给传动采用进口名牌大直径、高精度滚珠丝杠 ,并施以预压预拉 ,两端配置滚珠丝杠专用高精密斜角滚珠轴 承 ,确保运动和位置精度。快移速度 :X 轴 20m/ 轴24m/ 关键词 ： 机电液一体化结构 线性导轨 无级调整 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 of NC of of or in is a of no of 4 m / 0 m / X, to of at of to 0 m / Z 4 m / of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目 录 引言 1 第一章 机床 概况 3 3 3 第二章 Z 向进给系统的部分元件设计 5 5 6 格 6 6 7 第三章 进给系统整体校核 10 10 10 10 11 11 12 第四 章 润滑系统与冷却系统 13 滑系统 13 却系统 14 第五 章 机床的结构及调整 16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 15 15 15 16 17 结 论 18 致 谢 19 参考文献 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 引 言 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。 与普通机床相比，数控机床有如下特点： 加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大 ,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普 通机床的 35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、 示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱 动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业 ，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。 数控机床的伺服进给系统由伺服进给系统、伺服驱动系统、机械传动系统及执行部件。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 而 轴器、轴承、滚珠丝杠及 本次设计主要解决以下问题： （ 1）提高系统机械结构的传动刚度、稳定性。 （ 2）采用低而稳定的摩擦传动副。 （ 3）惯量匹配。 （ 4）提高传动件的刚度、负载能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 一、 机床概况 本机床属于半闭环 控制系统的全功能数控车床，适宜中、小型轴、套、盘类零件的内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面和螺纹面的加工，特别适应于精密零件的加工。工艺适应性强，效率高，精度高，加工质量稳定，可降低对工人熟练程度的要求。编程容易，操作简单，可广泛适用于汽摩配件、家电、液压气动、轴承、仪器仪表、五金阀门等制造业零件的批量加工，是理想的中小型机械加工设备。 1. 机床的加工范围 最大回转直径 440大切削直径 300大切削长度 500大棒料直径 52. 主轴 主轴速度范围 (无级 ) 45 4500轴通孔直径 62轴端部型式 . 刀架 刀架 型号 架工位数 8 换刀时间 刀杆截面尺寸 2525买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 2 加工范围图 258 4 5 1 . 8 6 3 9 0 . 5 8 255 300 259310 35 150 30525图 3 刀具干涉图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第二章： Z 向进给系统的 部分元件设计 珠丝杠相关 的计算 机床定位精度 复定位精度 于考虑到加工精度，实际上切削力由下面经验公式计算。外圆主切削力 N）按经验公式估算： 850=2910N 1 滚珠丝杠副的导程 P P=V/i*n=20/(1*3000) 10 （ 2 传动比 i=1 所以所选丝杠的导程必须是 7选 8和 10 2载荷与转速 丝杠轴向载荷 ： F=+f(2)=2910+2+900+1900)=2931N （ 2 g=00*动直线导轨摩擦系数 f=2 平均载荷为 ： 2F+3=大进给时，丝杠转速为 3000/10=300r/小进给时，为 1r/均 转速 n=(2*300+1)/3=杠的平均寿命取 0000小时。 3确定允许的最小螺纹底径 丝杠允许的最大轴向变形量 ： 1 (1/3 1/4)重复定位精度 (1/3 1/4) (1/4 1/5)定位精度 (1/4 1/5) 1 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 丝杠支承形式为两 固定 d=5 两个固定支承之间的距离 L=788 确定滚珠丝杠规格代号 根据 m d,选择内循环垫片式预紧螺母形式 h=12m=d=度值 定滚珠丝杠副预紧力 1/3*2811 937N （ 2 取预紧力 370N 定滚珠丝 杠副支撑用的轴承代号，规格 轴承承受的轴向载荷 F=811N F/3=937N 则滚珠丝杠支撑形式采用 号： 30F 动惯量的计算 丝杠轴向载荷产生的摩擦力矩 T 预加载荷的预紧力矩 JR= 2( （ 2 其中： d 直径（ m） ; l 长度（ m） ; 钢的密度 =7800kg/样， d=l=么，由上式可以得出： 2= 7800 2 直线运动件向丝杠折算的惯量： P/(2 )2 (其中： M 质量（ 要包括溜板、床鞍、刀架等）； P 丝杠螺距（ m）。 直线运动件质量 M=800 丝杠螺距 P=么，由上式可以得出： 00 2 )2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 联轴器为外购件，根据联轴器样本在 (上海席特传动 )可以查出 2444344k g 2 2 h （）（ （ 2 J= （ 2 = 机扭矩计算 在实际设计当中我们通常分两步走，一是计算快速空载启动时所需的最大扭矩，再一个就是计算机床重切时所需的最大扭矩，哪一个数大就以哪一个数作为选择电机的依据。 1. 折算至电机轴上的最大加速力矩为 ： 2 J/(60 （ 2 其中： V 要求 5 m/杠螺距为 则： n 15/500r/ 折算至电机轴上的系统总惯量 加速时间 (s), 3/系统增益，取 0 3/ 那么，由上式可以得出： 2 J/(60= 2 1500 60 2. 折算至电机轴上的摩擦力矩为 ： 0 P/(2 i) ( （ 2 其中： 导轨摩擦力 N， f,而 f 摩擦系数 f=带 淬火钢 ,油润滑） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 所以， g f=800 P 丝杠螺距 , 传动链总效率 ,滚珠丝杠副 = i 齿轮降速比，无齿轮减速， i=1。 那么，由上式可以得出： =P/(2 i)= 2 1） = 3. 折算至电机轴上的由丝杠予紧引起的附加摩擦力矩为： 0 P (12)/(2 i) （ 2 其中： 滚珠丝杠予加载荷为 =6180/3=1750N 0 那么，由上式可以得出： 0 P (12)/(2 i) = (2 1) 速空载启动时所需的最大扭矩为 : T= 4. 重切时所需扭矩计算 : 重切时的切削负载转矩： T 切 =P/(2 ) （ 2 其中： 那么： T 切 =P/(2 )= 2 ) 切时的摩擦力矩 =(M g+ f P/(2 ) 其中： 那么： =(M g+ f P/(2 ) =(800 2 ) = 重切时所需扭矩为 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 T= T 切 + +通过以上计算可知 ,电机扭矩应大于 量应满足 1 J/ 4，在 伺服电机系列中符合条件且最为合适的电机应该是 12/3000i，该电机额定扭矩 12动惯量 1 J/4可以胜任 向伺服驱动工作。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 第三 章：进给系统整体校核 算进给牵引力 N) 进给导轨为矩形导轨，拖板底面采用贴塑处理： 4850N； G 移动部件的重量，取值 8000N； 导轨上的摩擦系数，取值范围是 值 考虑颠覆力距影响的实验系数，取值 8642+000） （ 3 故： 算最大动负载 C C 3L 3 L=60 n T/106 n=0式中 滚珠丝杠导程，初选 10 最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的 （ 1/2 1/3），此处 2m/ T 使用寿命，按 25000h； w 运转系数，按一般运转取 取 L 寿命、以 106 转为 1单位。 计算得： n=0 1000 2/10=200r/=60 n T/106 60 200 25000/106 30 C 3L 30 7362N 所选丝杠为银泰 额定载荷 7900N 17362N 由此可知所选丝杠满足需要 。 动效率计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 银泰滚珠丝杠的传动效率很高，大于 90，是高效率的传动部件，符合使用要求。 度验算 滚珠丝杠的支撑方式草图如下图所示，最大牵引力为 撑间距L=1600杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的 1/3。 元件受力变形 ： 根据最大牵引力为 00 L 047 42. 614 =10 4 （ 3 式中： 工作负载，既进给率引力，（ N）； 材料弹性模数，对钢 E =104 （ N/ F 滚珠丝杠截面积（按内径计算）； F= 252 =0 滚珠丝杠的导程（ 1 0 L=10 5 1600=102 （ 3 由于两端均采用角接触推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4倍。其实际变形量 1 为： 1 1 310 2 2 = 0 3 轴向工作负载 滚珠直径 预紧力 Z 滚珠数量 Z =Z圈数列数 =2 一圈的滚珠数； Z= 50/ = 0 =3买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 为更好的承受轴向力，两组均 采用日本的 接触球轴承，型 号：30F 3=2 （ 3 轴承滚动体直径 (Z 轴承滚动体数目 根据以上计算： = 1+ 2+ 3=1/2（定位精度） =符合要求。 定性校核 计算临界负载 N） 22（ 3 =2 106 6002 4132N 式中： E 材料弹性模量，钢： E=106N/ I 截面惯性矩（ 杠： I = 64= L 丝杠两支承端距离（ ）； f 丝杠支承方式系数，因为丝杠的一端固定，一端半固定 7900/4132= (一般 =4 ) 因此滚珠丝杠不会产生失稳。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 第四 章： 润滑系统 滑系统： 为保证机床正常运转和延长使用寿命，机床所有相互摩擦的零件均需经常地、及时地给予润滑。主轴轴承采用永久性脂润滑，润滑脂选用高级锂基润滑脂。纵向和横向的滚珠丝杠副和滚动直线导轨副自动集中润滑泵供油。自动集中润滑泵安装在机床 底座左端面，应定期检查润滑油箱油位情况并及时补油。润滑油应使用纯净的 30 号机械润滑油，其粘度为 27 1033 10s（ 50），用户可按机床工作条件在上述范围内适当调节。 尾座体顶面、刀架顶面和液压卡盘卡盘体上分别有油杯，通过油杯加注润滑油，润滑油牌号为 30号机械润滑油。每班至少要润滑两次。 为保证机床正常运转和延长使用寿命，机床所有相互磨擦的零件均需经常地、及时地给予润滑。对于导轨、轴承和其它活动部位来说，润滑油是非常的重要，请根据下表所建议牌号，定期添加或更换润滑油。本公司不负责因使用不 正确的润滑油而引起的功能异常。 1、润滑标准 2、主轴 主轴箱仅包含主轴而无齿轮与其他活动零件。主轴箱中的主轴轴承采用高级锂基润滑脂作永久润滑。具有耐高 /低温（ C 至 130 C）高速（ 10000,和较强的作业寿命的特性，不须作定期添加或更换。 3、刀塔 润滑部分 润滑方式 润滑频率 建议使用油牌号 主轴箱 黄油（内封） （无须） 盘 黄油（注射） 每日一次 刀塔 黄油（内封） （无须） M 润滑泵（ X 轴和 座和导轨） 压力润滑 间歇润滑 32号润滑油 油压系统 半年一次 32号润滑油 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 刀塔是以黄油作为润滑，不须加添其他润滑油。此为永久性而不须更换。 4、卡盘 卡盘使用黄油作为润滑，补充黄油于卡盘的滑道槽每天一次。 5、集中润滑 纵向和横向的滚珠丝杠副、滚动直线导轨副和尾座主轴套筒采 用自动集中润滑泵供油。润滑泵应定期检查润滑油箱油位情况并及时补油。润滑油应使用纯净的 32 号机械润滑油，其粘度为 27 1010s(50 ),用户可按机床工作条件在上述范围内适当调节 却系统 ： 机 床床身下面配置有单独的冷却箱，冷却泵安装在冷却箱上。操作者按下操作面板上冷却启动按钮，水泵转动并将冷却液经过橡胶软管输送至液压刀架，冷却液从刀架刀盘上处于加工工位的喷嘴中喷出。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 第五 章： 机床的主轴及尾座 轴结构 图 9 主轴结构图 主轴采用前后双支撑结构，配合大直径高精密圆柱滚子轴承及高速角接触滚珠轴承，前端固定、后端浮动支撑，可承受径向、轴向及合成负荷。高刚性的主轴结构特别适合重切削。本机床主轴轴承出厂前间隙已调整好，用户不 需要再调整。 刀架采用八工位液压转塔刀架，采用板形共轭凸轮，可快速平稳的驱动刀盘旋转，且结构简单，耐油性好，适合重切削。刀塔可左右就近选取刀具，实现任意工位定位；具有定位精度高、应用范围广、结构紧凑等特点。液压刀架的使用和调整请参阅随机技术文件液压刀架使用说明书。 带张紧的调整 主电机和皮带固定在电机支座 1上，电机支座 1可以绕连接轴 10转动，这样使皮带可以松紧，调整螺栓 3 与床身 9 和调整上座 8 相连，调整上座 8 固定在床身上，调整电机固定座 5 与电机支座相连，通过螺母 4 与螺栓 3 相连 接，装配时，调整螺栓 3按理论尺寸拧到位置以后，使皮带处于合适的状态，把螺母 2 锁紧，在使用过程中，只需通过调整锁紧螺母 4来调整皮带的松紧。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 12345891024图 10 皮带调整图 座的结构和调整 21345 6图 11 尾座结构图 尾座的结构如图 11所示。尾座体 1通过螺钉紧固在底座 4上，通过拧紧螺钉，用压板 3将尾座体 1压紧在底座 4上。松开螺钉，可用手推动尾座体 1整体前后移动。尾座套筒 5由活塞轴 6推动前后移动，实现工件的顶紧和松开。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 压卡盘的使用和调 整 本机床采用的为中实液压卡盘（也可选用中空液压卡盘），卡盘型号为 套回转油缸型号为 为台湾亿川制造。卡爪行程直径上为 塞行程为21缸最大工作油压为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 结 论 本次设计的内容是 要进行了电机，丝杠的选择，刚度验算，惯量匹配验算，