CJK6032数控车床的设计【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 优秀设计 摘 要 在 控车床，包括床， 进给 系统，主轴箱和主轴，刀塔，工作保持装置。异步电机及 变频器 相互连接，从而获得了变频调速控制。水平进入所有进入纵向花纹有权调动到电气工程，是由电机通过双滚子链联轴器与唤醒水平进入纵向进给，但其脉冲当量在 小的，因为选择踏步距角 电气工程，过去的步进电机和双滚子链联轴器与仍然需要使用传动比 1:2 减少齿轮很快。从引起的胎面到电气工程的进给运动，通过减少齿轮很快蔓延到双滚子链联轴器，引起刀具做进给运动。 关键词：数控车床；频率；滚子链联轴器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of to to to is by to to to be in of to to to be to to to to :2 of to to to to to do 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . I 绪 论 . 1 1 1 数控车床在国内外的发现状 . 1 1 2 课题的研究的目的和意义 . 2 2 总体方案设计 . 3 设计参数 . 3 总体方案的确定 . 3 传动原理 . 4 本参数的确定 . 6 3 传动设计 . 7 设计参数 . 7 速齿轮设计及校核 . 7 轮及带的计算 . 11 轴的初步确定 . 12 的校核 . 12 键的校核 . 15 4 进给系统设计 . 16 纵向进给丝杠设计 . 16 横向进给丝杠设计 . 17 步进电机选择 . 18 5 控制原理设计 . 19 数控系统的基本硬件组成 . 19 步进电机的控制 . 19 步进电机的工作原理 . 19 步进电机的控制 . 20 译码法寻址 . 21 键盘显示器接口 . 21 程 序存储器（ 片 . 22 6 技术经济分析 . 23 总 结 . 26 附录 1 . 28 附录 2 . 错误 !未定义书签。 附录 3 . 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 绪 论 1 1数控车床在国内外的发现状 从 20 世纪 90 年代后期起，由于工业现代化和国防与高技术工业的快速发展，对先进制造装备的数控机床提出了旺盛的需求（图 1）。从 1992 2004 年 12 年间，数控机床产量和消费量的 平均年增长率分别为 而 1998 2004 年 6 年间的年平均增长率却分别达 本世纪数控机床进口量占消费量的比例，也由上个世纪 90 年代的 55%降至 45%左右。在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动和国家科技计划引导与支持，中高档数控机床的开发也取得了较大的进展。在五轴联动、复合加工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控机床，精密及超精密数控机床和一些成套生产线，并形成了一批中档数控机床产业化基地。在良好的发展形 势下，一些统计数据也提示着需要注意的现象：首先，从 2000 年起数控机床的产量虽有大幅增长，但从数量的满足率来讲，近 4 年来一直徘徊在 55%左右，而未呈现进一步增长的趋势。 图 1界上对数控机床的需求情况 其次从市场消费额来看，进口数控机床的金额近几年一直占消费额的 70%以上，2004 年估 测可达 73% 大量的高档数控机床的进口，主要用于以下三个领域：高新技术和国防工业领域、重大基础装备制造领域和国民经济支柱产业领域。 在高新技术和国防工业领域，如航空航天、舰船、轨道交通和核工业等关键零件加工需用的五轴买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 联动高速大重型专门化或专用数控机床，涡轮盘高速铣床，激光陀螺和核聚变用镜片的超精控机床等。 在重大基础装备制造领域，如大型发电设备、大型工程机械、石化和冶金装备所需的大重型复合加工数控机床、高效五轴联动叶片加工数控机床等。 在国民经济支柱产业领域，如汽车制造业、 造业和模具制造业等关键零件加 工需用的高效精密数控机床、高速五轴联动模具铣床和磁盘磁鼓超精密数控机床等。 上述领域中，汽车发动机及关键零件加工的成套生产线设备 70%以上依赖进口，一些大重型专门化或专用的高性能数控机床基本上需从国外引进。 1 2课题的研究的目的和意义 数控机床是典型的机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。结构设计及控制系统设计能力都能受到训练，可有力的提高学生的分析问题、解决问题能力及机电一体化水平。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 总体方案设计 方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以及基本的运动动力参数 。 设计参数 设计任务给出各项指标如下： 数控车床 大加工直径 160频调速（手动两档），开环系统，脉冲当量 总体方案的确定 我们初步对 数控车床的主轴箱设计有两种设计方案。 1 用皮带轮降速到轴上，再用一个二联滑块实现两档变速，最后用一个一比一的定比传到主轴上，电机用变频电机。转速图如下图 图 2速图 1 2 用普通电机带皮带轮降速到轴上，再用一个二联滑块实现两档变速，最后用一个传动比为 1： 2 的定比传动齿轮来传到主轴上，加变频器经过传动比为 1： 1 齿轮传到主轴上。转速图如下图： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2速图 2 对于第一种方案虽然要简单，它不需要变频器要比第二种方案少一根轴，但是由于它的变频范围是的它皮带轮上的传动比达到了 于带传动来说要大了，我们不采用这种结构 。第二种方案虽然要多一根轴来连接变频器，但是它由于有定比为 1： 2 的传动使的皮带轮的传动比降低达到 个方案比较合理，在带传动结构中这样的传动比很常见，而且不是很大可以采用。而且带轮不是很大不会和主轴存在干涉现象。 再就是纵向和横向进给是靠丝杠来实现的，丝杠用步进电机来带动。因为脉冲当量小于 以在步进电机和丝杠之间我们用传动比为 1： 2 的齿轮来降低脉冲当量。 大带轮与带轮轴连接采用卸荷方式，可以使大带轮的重量不压在轴上，减轻了轴的负荷，使传动更平稳。主轴箱内有两对滑移齿轮，把它们都放在第二根轴上 ，将第二根轴做成花键轴，使整体结构更紧凑，更合理。主轴与脉冲发生器连接采用齿轮一比一传动，这样方便计算主轴转一圈，丝杠进给多少。 纵、横向进给系统选择的步进电机步距角都为 ，横向进给的最小进给量为 ，所以必须通过减小步距角来实现这个最小进给量。减小步距角一可以通过齿形带传动来减小，二是通过齿轮传动来减小，由于齿形带传动精度没有齿轮传动精度高，而机床的进给精度要求较高，所以选择齿轮传动来减小步距角，采用双片薄齿轮错齿调整法来消除传动齿轮间隙。 传动 原理 1 传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。 2 应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 主轴的转速范围为 0 2000 /若采用变频电机则只需通过一级齿轮减速就能达到，并且不用换挡转速连续可变。 4 脉冲当量为 /分钟，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单。 因此，得到如下传动原理 图 2动方案总图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本参数的确定 通过主轴孔最大棒料直径 11 3 2 0 3 21 0 1 0d D m m 床身宽度 0 . 8 22 . 1 4 2 7 3B D m m 经济合理的工件或刀具直径按照以下几种经验公式估定 ( 0 . 5 0 . 7 ) 0 . 6 0 . 6 3 2 0 1 9 2m a D m m m i n ( 0 . 0 8 0 . 1 2 ) 0 . 1 0 0 . 1 0 3 2 0 3 2d D D m m 运动参数 可通过类比实验和计算等方法综合确定 m a d m a xm a x m i vn d 经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。 机床的最低、最高转速，其中常用经济加工切削速度硬质合金刀具精车中碳钢 v =200 220 / 220 /高速钢刀具精车丝杠 v = m i n 1 0 0 0 1 . 5 2 . 4 9 / m i 1 4 1 9 2m a x 1 0 0 0 2 2 0 2 1 8 9 / m i 1 4 3 2取 n 501800 /计算转速 0 . 3 0 . 3m a xm i nm i ) 5 0 ( ) 1 4 7 / m i n 动力参数 据下列公式及数据估算电机功率 P 。 ZF f t s （公斤力） f 单位切削面积上的切削力，取硬质合金刀加工中碳钢 f =200（公斤力 / 2 t 切削深度 s 进给量 切削深度及进给量取半精车中碳钢，故 t 取 1 ； s 取 ； v =190 / 0 0 1 0 . 2 1 9 0 1 . 2 46 1 2 0 6 1 2 0c f t s vP k W 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 传动设计 设计参数 为了方便计算故在网上查得 主要技术参数 表 3要技术参数 速齿轮设计及校核 设计齿轮的输入功率是 齿轮的转速1n=330r/数比 u =75/22 工作寿命 15 年（设每年工作 300 天），两班制。 1 选齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 1） 按传动方案选用直齿圆柱柱齿轮传动。 2） 速度不是很高，选用 7 级精度（ 8 ）。 3） 材料的选择。由 1 机 械 设 计 表 101 常用齿轮材料及力学特性选小齿轮的材料是 40C (调质 )，硬度为 280齿轮的材料为 45 钢 (调质 )，硬度为 240者材料硬度差 40 4） 选小齿轮的齿数1z=22,大齿轮的齿数2z=75。 2 按齿面接触强度设计 床身上最大工件回转直径 m m 320拖板上最大工件回转直径 m m 160最大工件长度 750主轴转速范围 35 1910 主轴通孔直径 38主轴锥孔 主 轴锥孔主轴电机功率 3刀架刀位数 4车刀刀杆最大尺寸（宽 高） 20 7 7尾架套筒锥孔 莫 氏3号机床外形尺寸（长 宽 高） 1680 740 1160机床重量（毛重/净 重） 450项 目 单 位 参 数买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由 1 机 械 设 计 设计计算公式（ 109a ）进行试算，即 1 1 213 l i )t E 确定公式内的各计算数值 （ 1） 试选载荷系数 2） 计算小齿轮传递的扭矩 1T=9550000p/1n=955000030= （ 3） 由 1 机 械 设 计 表 107 圆柱齿轮的齿宽系数d根据齿轮相对支撑非对称布置选取齿宽系数d=1 （ 4） 由 1 机 械 设 计 表 10 6 弹性影响系数查的材料 弹性影响系数2（ 5） 由 1 机 械 设 计 表 10 21d 齿轮的接触疲劳强度 查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限600550 （ 6） 由 1 机 械 设 计 式 10 13 计算应力循环的次数 1160 hN n 60330(2830015)1=10 2N=10 /10 （ 7） 由 1 机 械 设 计 图 10 19 查得接触疲劳寿命系数1 2 8） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S =1，由 1 机 械 设 计 式（ 10 12）得 1 1 l i m 11 H N =00=552 1 2 l i m 22 H N =50=528 2） 计算 （ 1） 试算小齿轮分度圆直径1入 H中较小的值 1 1 213 1 ()t =23 1 . 3 1 1 7 4 9 3 . 9 3 . 3 1 1 8 9 . 8()1 3 . 3 5 2 8= （ 2） 计算圆周速度 v 11 5 4 . 7 3 3 0 1 . 1 8 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s （ 3） 计算齿宽 b 1 1 5 4 . 7 5 4 . 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 4） 计算齿宽与齿高之比 /数 11/d z=2= 齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 2 . 4 8 6 5 . 5 9 / 5） 计算载荷系数 根据 v =s,7 级精度，由 1 机 械 设 计 图 10 8 查得动载荷系数齿轮，假设 / 1 0 0 b N/。由 1 机 械 设 计 表 10 3 查得1 机 械 设 计 表 10 2 查得使用系数 1 机 械 设 计 表 10 4 查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 2 2 31 . 0 3 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0H d 将数据代入后得 2 2 3 1 1 . 0 3 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0H d d = / 1 机 械 设 计 图 10 13 得载荷系数 1 A V H K K K =1 6） 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由 1 机 械 设 计 式（ 10 10a）得 （ 7） 计算模数 11/m d z=2= 3 按齿跟弯曲强度设计 由 1 机 械 设 计 式（ 10 5）得弯曲强度的设计公式为 1 13212 ( ）1) 确定公式内的各计算数值 （ 1） 由 1 机 械 设 计 图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500齿轮的弯曲疲劳强度极限2380 （ 2） 由 1 机 械 设 计 图 10 18 查得弯曲疲劳寿命系数2 （ 3） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系 数 S = 1 机 械 设 计 公式（ 10 12）得 1 1110 . 8 3 5 0 0 2 9 6 . 4 31 . 4F N F 1 2220 . 8 4 3 8 0 2 2 81 . 4F N F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 4） 计算载荷系数 K A V F K K K1 5） 查取齿形系数 由 1 机 械 设 计 表 10 5 查得 1 2 6） 查取应力校正系数 由 1 机 械 设 计 表 10 5 查得 1 2 7） 计算大、小齿轮的并加以比较 1 1112 . 7 2 1 . 5 7 0 . 0 1 4 4 2 9 6 . 4 3 1 2222 . 2 2 1 . 7 7 0 . 0 1 7 2 3 2 2 8 大齿轮的数值大。 2）设计计算 3 22 1 . 6 6 8 6 5 9 9 0 4 . 5 0 . 0 1 7 2 3 1 . 9 31 2 2m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值 m =2 ，按接触强度算得的分度圆直径1d=算出小齿轮齿数 11 5 9 . 2 2 9 . 62dz m 取 30 大齿轮的齿数2z=0=99 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 4 几何尺寸计算 1） 计算分度圆直经 11d 302=60 22d z m=992=198 2） 计算中心 距 12/2a d d=（ 60+198） /2=129 3） 计算齿轮宽度 根据经验一般齿宽取模数的 6 10 倍 所以 8=82=16 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮及带的计算 选用窄 V 带传动，设已知电动机的型号为 4，额定功率 P =转速1n=2800 /动比 i=天的运转时间 10h 1 确定计算功率 由 1 机 械 设 计 表 8 6 查得工作情况系数 P K P2 选取窄 V 带带型 根据 11 机 械 设 计 图 8 9 确定选用 。 3 确定带轮基准直径 由 1 机 械 设 计 表 8 3 和机械设计书中表 8 7 取主动轮基准直径 1100 根据 1 机 械 设 计 式（ 8 15），从动轮基准直径 2 2100= 根据 1 机 械 设 计 表 8 7，取 2280 按 1 机 械 设 计 式（ 8 13）验算带的速度 11 8 0 2 8 0 06 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 35 /的速度合适。 4 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 根据1 2 0 1 20 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d 初步确定中心距 0a =800 根据 1 机 械 设 计 式（ 8 20）计算带所需的基准长度 1 2 210 1 20()12 ( )24 d a d 2430 由 1 机 械 设 计 表 8 2 选带的基准长度500 按 1 机 械 设 计 式（ 8 21）计算实际中心距 a 0 1 ()2 a L L =800+1/2（ 2500=835 5 验算主动轮上的包角1由 1 机 械 设 计 式（ 8 6）得 0 0 0 0211 1 8 0 5 7 . 5 1 5 6 . 2 4 1 2 0 主动轮上的包角合适。 6 计算窄 V 带的根数 由 1 机 械 设 计 式（ 8 22）知 1 00() K K 由1 2 8 0 0 / m i 1 100dd 查机械设计书中表 8 5c 和表 8 5纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 得 0P 0P查 1 机 械 设 计 表 8 8 得 K 1 机 械 设 计 表 8 2 得 2 . 8 6 0 . 9 2( 2 . 6 1 0 . 5 6 ) 0 . 9 8 1z 取 z 2 根。 轴的初步确定 第一根轴：设其传动效率为 则其功率为 3P 30 /按 1 机 械 设 计 式（ 15 2）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为 45 钢，调质处理，根据 15 3 取0 112A 于是得： 1 3 33m i n 032 . 1 1 21 1 2 2 0 . 7 9330 m 轴径取 30 。 第 二 根 轴 ： 齿 轮 和 轴 的 传 动 效 率 是 则其功率为3p30 /按 1 机 械 设 计 式（ 15 2）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为 45 钢，调质处理，根据 15 3 取0 112A 于是得： 1 3 33m i n 032 . 0 4 8 61 1 2 2 0 . 5 8330 m 轴径取 30 。 的校核 校核床头箱内第一根轴轴上的功率 P = ， 转速 n = 330r/转矩 2 . 0 79 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 5 9 9 0 4 . 5330 m 作用在齿轮上的力 轮分度圆直径 d = 60 2 2 5 9 9 0 4 . 52 0 3 7 . 3330t t a n 2 0 3 7 . 3 t a n 2 0 7 4 1 . 5 N 轴上受力情况见图 5轴上的载荷 水平面 H 0故有 0r B C N V B DF l F l联立解得： 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 垂直面 V： 0r B C N V B DF l F l联立解得： 632N 109N 弯矩 260 = 109260= 28340N 15= 63245= 28440N 45 =5 = 总弯矩： 12 2 2 27 8 1 5 2 2 8 4 4 0 8 3 1 6 7 M N m m 22 2 2 27 8 1 5 2 2 8 3 4 0 8 3 1 3 2 M N m m 扭矩： T = 作出轴的弯矩图扭矩图如 图（ 3 进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩的截面（即危险截面 C）的强度，根据1 机 械 设 计 式（ 15上表中的数值并取 由 1 机 械 设 计 表 15弯矩截面系数计算公式由轴的形式查得： 42 ( ) ( ) / 3 2 3 7 5 7 . 2W d D d D d z b D 轴的计算应力： 2 213() 8 3 1 6 7 ( 0 . 6 6 1 1 2 0 ) 2 4 . 1 93 7 5 7 . 2c a 前已选定轴的材料 为 45 钢 ，调质处理，由 1 机 械 设 计 表 15得 1 60 ，因此 1 ，故安全。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 : 2: :轴的载荷分析图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 键的校核 床头箱内第一根轴与齿轮连接的普通圆头平键。轴径为 36 ，传动转矩 为132000N ,载荷稳定。 1 选择键的类型：选 A 型普通平键。 2 确定键的尺寸：查 1 5 机 械 零 件 设 计 手 册 表可选键的尺寸为 bhl=10890 . 3 挤压强度：按 1 机 械 设 计 式（ 10并取 k=2 l b,则工作表面的挤压应力为： 1 5 2 2 1 3 2 0 0 02 2 . 9 283 6 ( 9 0 1 0 )2 P ak d L 2 2 . 9 2 1 2 0 2 0 0 a M P a , 故联结能满足挤压强度要求。 4 剪切强度：由 1 机 械 设 计 式（ 10剪切应力为： 1 2 2 1 3 2 0 0 0 9 . 1 73 6 1 0 ( 9 0 1 0 )T M P 由 1 机 械 设 计 表 10知，当载荷平稳时，许用切应力 =120 = ，故能满足剪切强度要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 进给系统设计 纵向进给丝杠设计 1 最小载荷： 机床空载时作用在滚珠丝杠上的轴向载荷。此时 0 ,数控机床的拖板加电动四方刀架的重量约为 25+20=45 , 查2 经 济 型 数 控 机 床 三角形组合导轨摩擦系数为 456N . 2 最大载荷： 机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷， 于最大进给力加摩擦力。已知最大进为 560N，则 60+66=626N m a x m i 6 2 6 6 6 43933 因为 000 丝杠 600r/000 丝杠 500r/板的最低速度为 1mm/丝杠最低转速可为 0 000 丝杠的平 均转速为 300r/000 丝杠的平均转速为 250r/比法 杠的平均转速 200r/ 计算丝杠 1） HK 1F m = 1439 = ) 求必需的额定动载荷 15000h 3 3442 5 0 1 5 0 0 0 4 9 5 . 6 3 0 1 21 . 6 7 1 0 1 . 6 7 1 0mh N 3) 选择滚珠丝杠的型号和主要尺寸 根据 查 1 0 机 床 设 计 手 册 选取内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副， 取1号滚珠丝杠， 9800N 40 8 材料为 d = 39 9800N/m 循环圈数： 。 螺旋导