Φ550mm的数控车床总体设计及纵向进给设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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- I - 毕业设计 (论文 ) 550数控车床总体设计 及 纵 向进给设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 - 摘 要 现代数控机床是未来工厂自动化的基础。数控化 设计 范围大、 潜力大、投资少、见效快 ，促进制造业技术进步 的重要手段。因此，数控系统 设计 车床的研究具 有重要意义。 本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过 机床 设计 的总体思想，提出了数控化 设计 的技术方案和新数控系统的选型配置方案 ;提高了传动的精度， 重新设计机 床的控制逻辑，通过对伺服系统的 分析，完成了机床各主要参数的优化和匹配。 关键词： 550数控车床 ， 机床 ，设计， 数控系统。 - - - V - - NC is of is is an C to NC on of C NC to to of a 550- 目 录 摘 要 . . 1章 绪论 . 1 . 1 . 2 控机床的经济分析 . 3 控机床的发展趋向 . 4 第 2章 数控机床总体方案的制订及比较 . 7 体方案设计内容 . 7 . 7 . 7 体方案确定 . 8 统的运动方式伺服系统的选择 . 8 控系统 . 8 械传动方式 . 8 第 3章 确定切削用量及选择刀具 . 9 . 9 . 9 . 10 置刀点和换刀点 . 10 定切削用量 . 10 . 11 . 11 定背吃刀量 . 11 第 4章 550主传动设计计算 . 12 运动部分计算 . 12 数的确定 . 12 动设计 . 14 . 16 - 轮传动部分的设计 . 19 轮传动部分的设计 . 23 . 28 轴的设计计算 . 29 第 5章 纵向进给系统设计计算 . 36 选择脉冲当量 . 36 算切削力 . 36 珠丝杠螺母 副的计算和选型 . 37 轮进给齿轮箱传动比计算 . 41 进电机的计算和选型 . 42 第 6章 微机数控系统的设计 . 46 微机数控系统的设计纲要 . 46 件电路设计 . 46 件电路设计 . 47 8031单片机及其扩展 . 47 031单片机的简介 . 47 031单片机的系统扩展 . 48 储器扩展 . 50 I/. 52 步进电机驱动电路 . 53 脉冲分配器（环行分配器） . 54 光电隔离电路 . 54 率放大器 . 54 他辅助电路 . 55 结 论 . 57 参考文献 : . 58 致 谢 . 59 - 1 - 第 1 章 绪论 控机床及其特点 随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采用了数控技术，许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。目前数控机床已经遍布军工、航空航天 、汽车、造船、机车车辆、机床、建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。 综上所述，数控机床在促进技术进步和经济发展，提高人类生存质量和创造新的就业机会等方面，起着非常重要的作用。 数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点： 易于加工异型复杂零件；提高生产率；可以实现一机多用，多机看管；可以大大减少专用工装卡具，并有利于提高刀具使用寿命；提高零件的加工精度，易于保证加工质量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大减少在制品的数量；可 以大大减轻工人劳动强度，减少所需工人数量等。 数控机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。 数 控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足- 2 - 高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。 控机床的工艺 范围及加工精度 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械制造装备提出了不同的要求 0 年代“刚性 ”生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ”实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高 ,采用拟实制造和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分 工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “刚性 ”强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “一个工人，一把刀，一台机床 ”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日 本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4名。 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度 一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 机床精度 工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定- 3 - 位精度、重复定位精度等 5 种。 前我们国家内承认的大致是四种体系：德国 准、日本 准、国际标准 准、国标 标和国际标准差不多。 看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 准 .、统计法 )以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 控机床的经济分析 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（ 宁夏银川投资建了名为 “宁夏小巨人机床公司 ”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产 600 台，目前正在建 2 期工程，建成后可以年产 1200 台。 2. 2003 年，德 国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心 120台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为 1000 台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 前生产能力不知。 生产能力 800 台。 民营企业进入机床行业情况 2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力 300台。 2 2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投 资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 3 2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 军工企业技情况军工企业得到国家拨款开始于当年 “大使馆被炸 ”，后来台湾阿扁上台后，大规模技开始了，军工企业进入新一轮的技高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近 3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技，也引进了不少先进技术，争取军工企业的 高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能 “顶 ”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过 10 年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。 - 4 - 控机床的发展趋向 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。 数 控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。 近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量 也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。 我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 800010000 转 /分以上的数控机床。 我国数控机床行业近年来大力推广应用 很多企业已开始和计划实施应用 和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的 及率达 100%， 是国家级“ 企业的 系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。 但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。 一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开 发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率 上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。 二、产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在 10000 小时以上，国内自主开发的数控系统仅 3000机平均无故障工作时间国外达 800小时以- 5 - 上，国内最好只有 300小时。 三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。 随着柔性 制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测 、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基于 着计算机应用技术的发展，目前 数控技术发展的新趋势。它是利用 制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 着 前又出现了 ，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的动数控机床系统自动化的进一步发展。 发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。 一 、 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新 的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势 - 6 - 高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到 10秒、 3秒、 1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 二 、 是精密加工技术有所突破 通过机床结构 优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每 8 年提高 1 倍，从 1950 年至 2000年 50年内提升 100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到 1m，进入亚微米超精加工时代。 三 、 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型 车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧 结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。 四 、 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 数字化控制技术发展经历了三个阶段 :数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合， 对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现 工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时- 7 - 接通 受远程服务。采用智 能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发 展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。 五 、 是极端制造扩张新的技术领域 极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制； 业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案设计内容 接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计。 机床数控系统总体方案的拟定包括以下 内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。 统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。 制方式的选择 系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。开环控制系统中，没有检测反馈装置，数控装置发出的信号的流程是单向的，也正是由于信号的单向流程， 它对机床移动部件的实际位置不做检测，所以机床加工精度要求不太高，其精度主要取决于伺服系统- 8 - 的性能。开环伺服系统主要由步进电机驱动。这类机床工作比较稳定，反应迅速，调试和维修都比较简单。 体方案确定 统的运动方式伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控机床应具备定位，直线插补，顺、逆圆弧插补，暂停，循环加工，公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑达到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 控系统 根据机床要求，采用 8 位 微机。由于 列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用 031 单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、 I/O 接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿轮间隙的结构。 系统总体方案框图如下： - 9 - 图 2统总体方案框图 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 学选择数控刀具 择数控刀具的原则 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定 . 选择刀具寿命时可考 虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时 间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取 15于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化 加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时 间内所分担到的全厂开支 M 较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避 免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度 来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整 方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料 (如高速钢、超细粒度硬质合金 )并使用可转位刀片。 - 10 - 择数控车削用刀具 在数控加工中，车削平面零件内外轮廓 及车削平面常用平底立车刀，该刀具有关参数的经验数据如下 :一是车刀半径 小于零件内轮廓面的最小曲率半径 般取 是零件的加工高度 2计算大齿轮传递的转矩 05 P1/05 13/1450 04 选取齿宽系数 d =1 4查得材料的弹性影响系数 按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限 550 24 - 6计算应力循环次数 60014501(2836515)=09 09 09 7查得接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得 1H= 2H= 8 45 5 i 9 试算小齿轮分度圆直径 入 H中较小的值 234232 )4 7 9(08 . 5 6 0计算圆周速度 t / 0 0060 1 0 0060 11 (11计算齿宽 b b= d2计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mt=1=8 高 h=mm b/h=3计算载荷系数 根据 =s,7级精度，查得动载荷系数 直齿轮，假设 b 100 N/表得 表得使用系数 ；查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时， 1+ 03 b 将数据带入后，得 1+2 ） 12 +03 由 b/h=图机械设计 10 载荷系数 K=1 25 - 14按实际的载荷系数效正所得的分度圆直径，由式 1 3 / 7 5计算模数 m m=1=8 4）按齿根弯曲强度设计 3 21 12 1查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限均为 10 2查得弯曲疲劳寿命系数 3计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=式 ( 1 4计算载荷系数 K K=1查取齿形系数 查得 6查取应力校正系数 查得 7计算大、小齿轮的 加以比较 0 1 0 1 8 1 F Y 0 0 9 8 5 6 2 2 F Y 小齿轮的数值大。 8设计计算 - 26 - 3 24 010 1 m 比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 于齿轮模数 力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，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=3 接触强度算得的分度圆直径 出小齿轮的齿数 取 1 =32 (大齿轮齿数 2 =U 1 =2=40，取 2 =40。 （ 5）几何尺寸计算 1计算分度圆直径 Z1m=323 6 ； Z2m=403 20 计算中心距 a=(d1+2=108 计算齿轮宽度 b= d96 6 为变速箱中，小齿轮 1固定安装在第 轴上；大齿轮 2安装在第 轴上，且为双联滑移齿轮，两齿轮副传动比取值为 速箱做减速传动。考虑整个变速系统的总体结构及其安装，取 08 2 4验算 t 1 4 2 71 2 0 105 6 2 (K 0 81 4 2 71 100 N/适。 5结构设计及绘制齿轮零件图如下： - 27 - 40 332 3图四 滑移双联齿轮结构图6 50 45 12 齿轮结构图32 36 45 50 12 轴 和轴 间为一对斜齿轮，两齿轮的材料选用 40过调质与表面淬火处理，硬度为 48 55用接触强度疲劳应力 40 ， 精度等级取7 级。经校核，齿轮齿面接触强度和齿根弯曲疲劳强度均满足要求。此处，计算和验算过程略。两斜齿轮参数选择具体如下： 1齿轮齿数 0 ； Z2=u30=60 2中心距 n o o 1 ，将中心距圆整为 210 (3按圆整后的中心距修正螺旋角： 512153 5 8 8 8 5 5 rc c o rc c o s 21 n 4大、小齿轮的分度圆直径 n 1 4 051215c o s o (n 2 8 051215c o s o 5齿轮宽度 d 圆整后取 00 10 - 28 - 6斜齿轮结构如图所示 Z=30m n = 4 . 5 15图 六 小 斜 齿 轮 结 构 图Z=60m n = 4 . 5 15图 七 大 斜 齿 轮 结 构 磁离合器的选择 摩擦电磁离合器目前在数控机床中应用十分广泛，因为它可以在运转中自动的接通或脱开，且具有结合平稳，没有冲击、构造紧凑的特点，部分零件已经标准化，多用于机床主传动。选用时应作必要的计算。 根据初步的计算可从离合器的选择与运用 一书中选取，所有的作图和计算尺寸都见书中的表。 一般应使用和设计的离合器的额定静扭距 于普通车床是在空载下启动和反向的，故只需按离合器结合后的静负载扭距来选。即： 9 5 5 0 (对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭距设计离合器。 1） d。 根据结构需要，如为轴装式时，摩擦片的内径 6 2） 可以在参考书中选择，具体的型号见图纸。 3） z - 29 - mv 3120 (式中： 表可选）； p 表可选）； 表可选）； 表可选）； 表可选）； 数（有表可选）； 表可选）。 代入数值得：取 Z=9。 轴的设计计算 （ 1） 轴的设计计算 1轴的材料选用 45钢，并经调质处理。 2轴的结构设计 轴的结构如图所示： 32 336 340 36 45 50 12 0H7 轴 结 构 图3 由于轴的实质结构没有变化，而且各部分直径也大于等于原轴的最小直径，故轴的强度是可以满足工作要求的，具体的校核计算就略去了。 （ 2） 轴 的设计计算 1轴的材料选用 45号钢，并经过调质处理。 - 30 - 2估算周的最小 直径 查表得常数 1120 A， )(in (3 轴 的结构设计（见图如下所示） 6 50 60 14 112005560H7 8H7 九 轴 结 构 图228 71 48 1304 轴 的刚度验算 轴的变形条件和允许值 轴上装齿轮和轴承处的挠度和倾角（ 小于弯曲刚度的许用值 Y和 ，即 y Y， 。 表 4 轴的弯曲变形的允许值 轴的类 型 Y（ 变形部位 （ 一般传动轴 （ L 装向心轴承处 度要求较高 （ L 装齿轮处 装齿轮轴 （ m 装单列圆锥滚子轴承 装蜗轮轴 （ m 装滑动轴承处 单列圆柱滚子轴承处 ：轴的跨度 ； m：模数 轴的变形计算公式： - 31 - 计算轴本身弯曲的挠度 般常将一轴简化为集中载荷下的简支架，按材料力学的有关公式 计算，当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时，可把轴看做等直径，采用平均直径 算轴时选择用平均直径（ 当量直径（ 圆轴： 平均直径i1(惯性矩6441 (矩形花键轴：平均直径21 (当量直径42 642d(惯性矩64 )(624 ( 轴的力分解和变形合 式 对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形的公式求出所求截面的两个垂直平面的 后进行叠加，在同一平面内进行代数叠加，在两个垂直面内则按几何合成，求出该截面的总载度和总倾角。 危险工作截面的判断： 验算刚度时应选择最危险的工作条件进行，一般是轴的计算转速最低，传动齿轮直径最小且位于周的中央，这时轴的受力将使总的变形剧烈。如果对两三种工作工作条件难以判断哪一种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值 提高轴的刚度的一些措施 加大轴的直径，适当减小轴的 跨度或者增加第三支撑，重新安排齿轮在轴上的位置；改变轴的布置方位等。 轴的校核计算 轴 的受力简图： - 32 - a ) 轴 受 力 简 图228 71 48 130A B D 条是、由齿轮 9传动至 轴上，再又齿轮 12 至齿轮 13带动主轴运转；另一条是由齿轮 10和齿轮 11传动至 轴上，再又齿轮 12至齿轮 13带动主轴运转。 a ) 先校核由齿轮 10 传入，齿轮 12传出时轴的强度 1)作轴 的水平面（ H）弯矩图和 垂直面（ V）弯矩图 1计算 轴上的功率： 2 轴上的转矩： 1 5 9 0 0 0 2 齿轮 11的圆周力 3 2 5 02 4 01 5 9 0 0 0 02222 齿轮 11的径向力 2 2201 3 2 5 0 齿轮 12的圆周力 3 5 5 51 3 51 5 9 0 0 0 022 3 2 齿轮 12的径向力 8 851215c o s 202 3 5 5 0c o s 齿轮 12的轴向力 6 9512152 3 5 5 5 2求在水平面内的支反力，由受力图 , ， 4 6 8 )1 3 048712 2 8()48712 2 8(2 2 81 得 ：列方程 3 3 61302494772得：列方程 - 33 - 3求在垂直面内的支反力，由受力图 , ， 7 6233474772283得：列方程 0231 3 04 7 72 4 94得：列方程 4画轴 水平面（ H）和 垂直面（ V） 内的受力图、弯矩图如下 F N H A F N H EF 8 1 1 9 1 3 0M 3 0 4 0 . 6 N / H = 4 6 3 N / ) 两 齿 轮 的 作 用 力 在 水 平 面 的 弯 矩 图b ) 两 齿 轮 在 水 平 面 内 的 受 力 图F 毕业设计说明书 设计题目： 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二 O 一三年五月 毕业设计任务书 设计题目： 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二 O 一三年五月 兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计 任 务 书 学 生 指导教师 班 级 职 称 一毕业设计题目 320数控车床总体设计及横向进给设计 320数控车床总体设计及纵向进给设计 320数控车床总体设计及液压尾座设计 320数控车床总体设计及四方回转刀架设计 320数控车床总体设计及六角回转刀架设计 460控车床总体设计及横向进给设计 460数控车床总体设计及纵向 进给设计 460数控车床总体设计及液压尾座设计 460数控车床总体设计及四方回转刀架设计 460数控车床总体设计及六角回转刀架设计 500数控车床总体设计及横向进给设计 500数控车床总体设计及纵向进给设计 500数控车床总体设计及液压尾座设计 500数控车床总体设计及四方回转刀架设计 500数控车床总体设计及六角回转刀架设计 550控车床总体设计及 横向进给 设计 550数控车床总体设计及纵向进给设计 550数控车床总体设 计及液压尾座设计 550数控车床总体设计及 四方回转 刀架设计 550数控车床总体设计及 六角回转刀架 设计 600控车床总体设计及 横向进给 设计 600数控车床总体设计及 纵向进给 设计 600数控车床总体设计及液压尾座设计 600数控车床总体设计及 四方回转 刀架设计 600数控车床总体设计及 六角回转刀架 设计 630数控车床总体设计及 横向进给 设计 630数控车床总体设计及 纵向进给 设计 630数控车床总体设计及液压尾座设计 630数控车 床总体设计及 四方回转 刀架设计 630数控车床总体设计及 六角回转刀架 设计 二主要设计参数及技术指标 1、主要技术参数 ： 床身最大工件回转直径 (主参数 320 400 460 500 550 600 630 最大工件长度（第二主参数， 700 1000 1200 1500 1600 1700 1800 最大加工长度/ 650 900 1000 1400 1500 1600 1700 主传动调速范围 r 0/800 10/1400 20/1200 20/1250 25/1250 30/1450 30/1450 2、主传动采用交、直流调速电动机，并可无级调速。 3、 X 轴 (横向 )、 Z 轴 (纵向 )为微机控制，采用步进电机或伺服电机驱动，滚珠丝杠传动， X 轴 (横向 )脉冲当量 冲， Z 轴 (纵向 )脉冲当量 冲。 4、刀架采用四方回转刀架、六角回转刀架 6、定位精度： 、重复定位精度： 、实现功能：车削外圆、端面、内圆、圆弧、圆锥及螺纹加工 9、操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止 10、 工件材料：钢、铸铁 11、 刀具材料：高速钢、硬质合金 三毕业设计内容及工作量 (一 )设计说明书 1、数控机床发展概述 数控机床及其特点。 数控机床的工艺范围及加工精度。 数控机床的经济分析。 数控机床的发展趋向 。 2、数控机床总体方案的制订及比较 3、确定切削用量及选择刀具 4、传动系统图的设计计算 5、 主轴箱装配图 的设计计算 6、 X 轴 (横向 )、 Z 轴 (纵向 )机械 装配 图的设计计算 7、 床鞍、刀架装配图的设计 计算 8、 主轴箱（进给变速箱、床身、主轴、 主轴箱齿轮、丝杠、开合螺母）的零件图 的设计计算 9、机床硬件电路图的设计 （二）、图纸部分 1、机床尺寸联系图 张 2、机床传动系统图 张 3、主要部件装配 图 张 4、机床硬件电路图 张 说明： 1、第 1 第 2 项每个学生必须选做。 2、第 3 项 要求每个学生按照题目不同设计完成不同内容。 3、第 4 项学生可根据自身情况选做。 4、要求每个学生必须至少完成 3 张 。 四 毕业设计的基本要求： 能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所学理论和提供的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。 五、进程安排 序号 主 要 任 务 预定完成 日期 时间 备注 1 查阅文献，收集资料 1 周 2 工厂调研、参观 1 周 3 机床总体方案图 4 机床传动系统图 5 主轴箱装配图 2 周 5 进给系统装配 图 2 周 5 尾座、刀架装配图 2 周 6 机床硬件电路图 1 周 7 设计说明书 1 周 六、主要参考文献 经济型数控机床系统设计张新义主编 机械工业出版社 新编机床数控技术 任玉田主编 北京理工大学出版社 机床设计图册 上海纺织工学院等主编 上海科学技术出版社 机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社 数控机床设计 陈婵娟主
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