床身上最大回转直径630mm的数控车床总体设计及主轴箱设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 X X 理 工 大 学 毕 业 论 文 论 文 题 目： 床身上最大回转直径 630 数控车床总体设计及主轴箱设计 专 业 名 称： 层 次： 学 生 姓 名： 完 成 日 期： 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 摘 要 数控 即数字控制（ 写为 数控技术，即 术，是指用数字 化信息（数字量及字符）发出指令并实现自动控制的技术。是近代发展起来的一种自动控制技术。目前，数控技术已经成为现代制造技术的基础支撑，数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上个工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 数控机床（ 指采用数字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。国际信息处理联盟第五次技术委员会对数控机床作的定义 是： “ 数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码或其他编码指令规定的程序。 ” 它是集现代机械制造技术、自动控制技术及计算机信息技术于一体，采用数控装置或计算机来部分或全部地取代一般通用机床在加工零件时的各种动作（如启动、加工顺序、改变切削量、主轴变速、选择刀具、冷却液开停以及停车等）的人工控制，是高效率、高精度、高柔性和高自动化的光、机、电一体化的数控设备。 关键词 ： 数控 ；数控车床； 自动控制 ； 人工控制 ； 高效率 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 A of is of a a an in a a of a a as in of Its by a its to of of of a t of of of is a its I t of a of of of a a in its in is in is of to a of in to of to a in of is to of To be to of of of a of of a of At of to in in of it of of of to In of to of of in in in a of of in of a to of on by 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 NC 录 摘 要 . 2 . 3 目 录 . 8 第 1章 序言 . 9 加工的由来 . 9 控技术的优点 . 9 第 2章 数控机床发展简介 . 9 控技术的发展阶段 . 9 控技术的现状分析 . 10 控技术未来的发展趋势 . 12 速、高精加工技术及装备的新趋势 . 12 联动加 工和复合加工机床快速发展 . 13 能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 . 13 视新技术标准、规范的建立 . 14 第三章 数控机床的计算及校核 . 15 计思想 . 15 驱动电机减速器系统方案经济性比较 . 15 机 的选择 . 17 定电动机型号 . 17 减速器的设计 . 18 轮的设计 . 18 的设计计算 . 26 的校核 . 30 结 论 . 36 参考文献 . 37 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 章 序言 加工的由来 所谓的机械加工就是用机械的方法去除材料的表面，使之成为我们想要的零件，机械加工主要有手动加工和数控加工两大类。手动加工是指通过机械工人手工操作铣床、车床、钻床和锯床等机械设备来实现对各种材料进行加工的方法。 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体 力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 控技术的优点 数控技术 有如下优点： 1)提高生产效率； (2)不需要熟练的机床操作人员； (3)提高加工精度并且保持加工质量 ; (4)可以减少工装卡具 ; (5)容易进行加工过程管理； (6)可以减少检查工作量； (7)可以降低废、次品率； (8)便于设计加工变更，加工设定柔 性强 ; (9)容易实现操作过程的自动化，一人可以操作多台机床； (10)操作容易，极大减轻体力劳动强度。 第 2 章 数控机床发展简介 控技术的发展阶段 1、数控（ 段（ 1952 1970年） 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（ C），简称为数控（ 随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年的第一代 1959年的第二代 1965年的第三代 2、计算机数控（ 段（ 1970年现在） 到 1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（ 段（把计算机前面应有的 “ 通用 ”两个字省略了）。到 1971年，美国 用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（ 又可称为中央处理单元（简称 到 1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990年， （个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970年的第四 代 1974年的第五代 990年的第六代 C（国外称为 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 ，而我国仍习惯称数控（ 所以我们日常讲的 数控 ，实质上已是指 “ 计算机数控 ” 了。 控技术的现状分析 20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在 40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ 现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到 ，达到了当时的最高水平。 1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。 这台机床是一台试验性机床，到了 1954年 11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（ 式生产出来。 在此以后，从 1960 年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。 数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。 然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 到了 1960年以后 ，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到 1966年实际使用的约 6000台数控机床中， 85%是点位控制的机床。 数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在 1959 年 3月，由美国卡耐 &特雷克公司（ 开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔 带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。 1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（ 后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。 1974年以后，随着微电子技 术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为 进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 80年代，国际上出现了 1 4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（ 这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到 目前， 接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大 批量加工发展。 所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。 控技术未来的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ 车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是 先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（ 其确定为 21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产 30万辆的生产节拍是 40秒 /辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料 “ 掏 空 ” 的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 速加工中心进给速度可达 80m/至更高，空运行速度可达 100m/右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 公司的 0m/速为 100m/ 速度达 2g，主轴转速已达 60000r/工一薄壁飞机零件，只用 30同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国 2*!000r/ 1g。 在加工精度方面，近 10年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到5m ，精密级加工中心则从 3 5m ，提高到 1 并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (。 在可靠性方面，国外数控装置的 000服系统的 到 30000现出非常高的可靠性。 采用 5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1 台 5轴联动机床的效率可以等于 2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比 3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5轴联动机床的发展。 当前由于电主 轴的出现，使得实现 5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含 5面加工机床）的发展。 在 日本工机的 5面加工机床采用复合主轴头，可实现 4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5面加工和 5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 在一次装夹下 5面加工和 5轴联动加工，可由 统控制或 能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的 数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家 对开放式系统进行研究。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 本山崎马扎克（ 司展出的 “（智能生产控制中心，简称日本大隈（ 床公司展出 “IT （信息技术广场，简称 ；德国西门子 (司展出的 放制造环境，简称 ，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 视新技术标准、规范的建立 (1) 关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范 (研究和制定，世界 3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定， 预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000年也开始进行中国的 (2) 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50年间的信息交换都是基于 采用 G， 工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 上正在研究和制定一种新的 其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周 期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先， 出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中， 在新标准下， 正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次， 控系统还可大大减少加工图纸（约 75）、加工程序编制时间（约 35）和加工时间（约 50）。 目前，欧美国家非常 重视 洲发起了 参加这项计划的有来自欧洲和日 本 户、厂商和学术机构。美国的 已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型 (其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了了验证。 第 三 章 数控机床的计 算及校核 计思想 本 课题是以机器经济性 好、人性化设计 、可靠性高、寿命长、结构简单、易于维修等为设计思想。 驱动 电机减速器系统方案 经济性比较 系统方案图如下： 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 （ a）为带传动 （ b）为带传动 二 级圆柱圆锥减速器系统 （ c）为联轴器 （ d）为带传动 三 级圆柱斜齿轮减速器系统 图 电机减速器系统方案 方案评价： （ a）方案为整体布局最小，传动平稳，而且可以实现较大的传动比，但是由于涡杆传动效率低，功率损失大，很不经济。（ b）方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。 (c) 方案中减速器选择合理，但本设计是用于数控机床的小型排屑装置，工作速度很低，实用联轴器不利于减速，会增加减速器的成本，不够经济。 最终确定方案为（ d）方案。 该方案的优缺点： 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 该工作机有轻微振动，由于带有缓冲吸振能力，采用带传动能减小振动带来的影响，而且利于减速，还能起过载保护的作用，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级 展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。电动机部分为 步电动机。 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、成本低、传动效率高。 机的选择 根据动力源和工作条件，选用交流电机， 根据传输机构的布置以及床身的最大回转直径 400传 动采用普通电动机，外加变频器调速，调速范围： 10/1400r 40/800r 20/1250r 可无级调速 ，由工件的最大直径，及摩擦力预估工作机的功率。 工作机有效功率为： P=FV= 63已知条件得电动机有效功率 /，式中 为系统总的传动效率。 电动机到 传动机构总传动效率 261 2 3 4 5 式中：1为带的传动效率， 2 为闭式齿轮的传动效率，3为圆锥滚子轴承的传动效率， 4 为联轴器的传动效率，5为 传动效率。 定电动机型号 根据已知条件 加工的最大转速 为： 1250rwn v z p 式中 p 为一轴的齿数 ， 1z 为小齿 轮齿数，取 1z =17 /wn r m 选取电动机型号为 步转速为 1200 /r ,对应额定功率为 伸轴直径 24案 电动机型号 额定功率 （ 同步转速 （ r/ 满载转速 （ r/ 总传动比 i 1 200 1000 50 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 减速器的设计 轮的设计 轮设计计算 ： （一）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 柱斜齿轮 7级 文献 12表 10齿轮均选用 40质），小齿轮硬度为 280齿轮材料 45钢（调质），硬度为 240者相差 40 4选择小齿轮的齿数1 18Z ，大齿轮齿数215 9 0 ，则取 Z =90 初选螺旋角 14 。 （ 二）按齿面接触强度设计 由文献 12式 10行 计算3 11 )(12 式（ 1确定公式内的各计算数值 (1)试选载荷系数 6.1)由文献 12图 10Z (3)由文献 12图 10 式（ （ 4）计算小齿轮转速 由前面的计算可知1 T N M（ 5）查文献 12表 10d（ 6）查文献 1210材料的弹性影响系数 （ 7)由文献 12图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限001 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 502 (8)由式文献 1210算应力循环次数 8116 0 6 0 2 3 3 . 3 3 1 (1 8 3 0 0 6 ) 2 . 0 1 5 9 7 1 0hN n j L 式（ 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 8821 / 5 2 . 0 1 5 9 7 1 0 / 5 0 . 4 0 3 1 9 1 0 （ 9）由文献 12图 100)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由文献 12公式 10 M p i 式（ M p i M 5 72/)5 4 55 7 0(2/)( 11 （ 1）计算试算小齿轮分度圆直径计算公式 3 231 2 1 . 6 3 . 8 1 0 6 2 . 4 3 3 1 8 9 . 8( ) 2 01 1 . 5 6 5 5 5 7td m m (2)计算圆周速度 11 2 0 2 3 3 . 3 3 / 0 . 2 4 4 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s m s 式（ （ 3）计算齿宽 2 0 2 0d m m 式（ 11c o s / 2 0 0 . 9 7 / 1 8 1 . 0 8n t tm d z m m 式（ 2 . 2 5 2 . 2 5 1 . 0 8 2 . 4 3m m m 式（ / 2 0 / 2 . 4 3 8 . 2 3 式（ （ 4）计算纵向重合度10 . 3 1 8 t a n 0 . 3 1 8 1 1 8 0 . 2 5 1 . 4 3 1d z 式（ （ 5）计算载荷系数 K 已知使用系数 1 根据 v m s ， 8 级精度，由图文献 12104.1得 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 2 331 . 1 2 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 01 . 1 2 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 1 ) 1 0 . 2 3 1 0 2 0 1 . 4H d 式（ 查表文献 12101210 K，所以载荷系数 式（ （ 6）按实际载荷系数校正所得的分度圆直径由文献 12式 103311 / 2 0 1 . 7 7 / 1 . 6 2 0 . 6 8d K K 式（ （ 7）计算模数11c o s 1 4 / 2 0 . 6 8 0 . 9 7 / 1 8 1 . 1 1nm d z （三）按齿根弯曲强度设计 3 2121co 式（ （ 1）计算载荷系数 6 7 （ 2）根据纵向重合度 由文献图 10得螺旋角影响系数 Y（ 3）计算当量齿数 1 3312 33218 1 9 . 7c o s c o s 1 490 9 8 . 5c o s c o s 1 4 式（ （ 4）根据文献 10查取齿形系数 由表 10 8 3 Y（ 5）查取应力校正系数 由表 10 8 4 Y（ 6）由图 10轮的弯曲疲劳强度极限 301 ，大齿轮为002 由图 10 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 S=式 10购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 M P （ 7）计算大小齿轮的 112 . 8 3 5 1 . 5 4 6 0 . 0 1 6 4 2 6 7 . 2 1 1F a S 0 1 5 7 7 8 222 Y 大齿轮数值 2322 1 . 6 7 2 3 8 0 0 0 . 8 8 c o s 1 4 0 . 0 1 6 41 1 8 1 . 5 60 . 6 9 9 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决定的承载能力，仅与齿轮直径 关，可取弯 曲强度算得模 数 接触强度得的分度圆直径1 2 0 d 算出小齿轮齿数 11 c o s 2 0 . 6 8 c o s 1 4 1 6 . 7 21 . 2 5 取 1 18z 式（ 21 5 1 8 9 0 取2 90z 计算中心距12() (1 8 9 0 ) 1 . 2 5 6 9 . 5 82 c o s 2 c o s 1 4nz z ma m m 式（ 将中心距圆整为 70 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 12() ( 1 8 9 0 ) 1 . 2 5a r c c o s a r c c o s 1 5 2 12 2 7 0nz z 式（ 因 值改变的不多，故参数, 等不必修正。 （ 3）计算大小齿轮的分度圆直径 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 22 1 8 1 . 2 5 2 3 . 3 4c o s c o s 1 5 2 19 0 1 . 2 5 1 1 6 . 7 0c o s c o