微型数控车床设计（19张CAD图纸）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 I 中文 摘要 摘要 ： 对于数控车床床头部分的设计主要有同步带，主轴组件的设计。对于同步带的设计要根据设计手册上同步带的设计计算进行设计，而主轴组件是机床主要部件之一，由于主轴组件直接承受切削力，转速范围又很大，因而数控车床的加工质量很大程度要靠它保证，主轴组件的性能要求包括精度，静态刚度，抗振性，热稳定性，耐磨性等。主轴是主轴组件的重要组成部分，因而主轴的设计是很重要的，主轴的设计要从主轴的材料和热处理，主轴的结构形状，主轴的主要精度指标来进行，主轴的结构形状主要取决于轴上所安装的零件，轴承，传动件夹具等的类型， 数目，位置，安装定位方式等， 也考虑其工艺性要求。主轴通常是一个前粗后细的阶梯 轴，即轴径尺寸从前轴径起，向后逐渐缩小。这样的结构，是为了适应主轴各段承受的不同载荷，以满足刚度要求，同时也为其上的多个零件提供足够的安装，定位及止推面，同时也有利于加工和装配。数控车床主轴的轴端通常用于安装夹具，要求夹具在轴端定位精度高，定位刚度好，装卸方便，同时使主轴的悬伸长度短。主轴端部结构，一般采用短圆锥法兰盘式，短圆法兰结构有很高的定心精度，主轴的悬伸长度短，大大提高了主轴的刚度。而选择主轴材料与热处理方法，主要依据主轴部 件的工作条件及结构特点，即应满足主轴对刚度，强度，耐磨性，精度等方面的具体要求。一般机床主轴常用 45 钢，并且要进行调质处理，主轴端部锥孔，定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬到50 55承采用角接触 轴承，则轴颈可不淬硬，但为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面，常对主轴轴颈处进行淬硬。 主轴的精度直接影响到主轴部件的旋转精度， 主轴零件相连接处的表面粗糙度和表面几何形状误差，关系到接触刚度。因此，设计主轴时，必须根据机床精度标准有关的项目制定合理的技术要求。主轴主要精度指标有：前支承轴颈的同轴度约 5 m 左右；轴承轴颈需按轴承内孔“实际尺寸”配磨，且须保证配合过盈 1 5 m ；锥孔与轴承轴颈的同轴度为 35 m ，与锥面的接触面积不小于 80%，且大端接触较好。 关键词 ：主轴、轴承、同步带、 刀架、尾座 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 he of a of a to in to on is of is on it to so is is is on on so on so is is in to of is to in to be in is is to to be to be 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 on to to so on 5 on so on or as 0be in to on to to ; to in 5; 5, is 0%, is 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 录 摘要 . I . 录 . 一章 引 言 . 1 题的目的和意义 . 1 控车床国内外发展现状 . 1 控车床的发展前景 . 2 第二章 数控车床的用途、特点、分类以及工作原理 . 3 控车床的用途 . 3 控车床的特点 . 3 控车床的分类 . 4 控车床的工作原理 . 5 第三章 主轴的设计 . 6 轴的设计概况 . 6 轴的分类 . 6 轴的材料 . 6 设计的主要问题 . 6 轴的设计 . 7 定最小轴径 . 7 的结构图 . 8 第四章 同步带的设计计算 . 9 步带的设计概况 . 9 步带的设计 . 9 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 V 第五章 丝杠的设计计算 . 12 杠的概况 . 12 杠的选用 . 12 杠的材料 . 12 X 轴丝杠的设计 . 12 Z 轴 丝杠的设计 . 16 第六章 轴承的选用与校核及键、轴的校核 . 22 承的选用 . 22 轴轴承的选用与校核 . 22 轴承的选用与校核 . 23 的校核 . 24 的校核 . 25 结论 . 29 参考文献 . 31 致谢及声明 . 32 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 一章 引 言 题的背景和意义 数控机床 集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品。它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。 数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的核心标志，实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。 通过数控车床的 设计，能让我们更多的了解与认识数控车床，掌握数控车床的结构和工作原理。 控车床国内外发展现状 科学技术的高速发展使制造业发生了根本性的变化，普通机床逐渐被高效率、高精度的现代数控机床所代替。 目前国外机械设备的数控化率已达到 高水平 ，而我国的机械设备的数控化率不 足 ，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控技术与装备的发展得到了高度重视，近年来 也 取得了相当大的进步。 目前我国已能生产从小型仪表机床到重型机床的各种机床，也能生产出各种精密的、高度自动化的以及高效率的机床和自动线。 但 是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题， 主要表现在：大部分高精度和超精密机床的性能还不能满足要求，精度保持性也较差，特别是高效自动化和数控化机床的产量、技术水平和质量等方面都明显落后。现今 如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。 控车床的发展前景 根据我国数控车床 1996 2007 年消费数量，通过模型拟合，发现用二次曲买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 2 线拟合的效果较佳。根据这个拟合模型。 预计 2009 年数控车床销售数量将达 89 259 台， 较 2007 年的观察值年均增长率为 这些数字说明了我国 数控车床的飞速发展充分，同时也说明了近些年我国数控车床行业整体实力的上升。一些龙头企业通过自主创新加大研发投入 ,改变了以往中国中高档数控车床及关键技术长期依赖进口的局面。纵观我国以上突破 ,确实可喜数控车床技术的纵向飞快发展使我国逐渐走出了完全被动得到健康的发展 ,但我们也不能过分乐观 ,我国数控车床技术横向发展速度还是有待提高的。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 3 第二章 数控车床的用途、特点、分类及其工作原理 控车床的用途 数控车床集中了卧式车床，转塔车床，多刀车床，仿形车床，自动和半自动车床的功能， 主 要用于大规模的加工零件，其加工方式包括车外圆，镗孔，车平面 以及 能够加工螺纹面等等。 可以编写程序，适用于批量生产，生产过程的自动化程度较高。 因此数控车床是数控机床中产量最大的品种之一。 控车床的特点 数控车床是一种高效、新型的自动化机床，在航空、航天、造船、汽车、电子、模具等工业中有着广泛的应用。他与普通机床相比具有以下几个特点： 1） 适应性、灵活 性好 数控机床由于采用数控加工程序控制，当加工零件改变时，只要改变数控加工程序，便可实现对新零件的自动加工，因此能适应当前市场竞争中对产品不断更新换代的要求，解决多品种、单件小批量生产的自动化问题，满足飞机、汽车、造船、动力设备、国防军工等制造部门对复杂零件和型面零件的加工需要。 2） 精度高、质量稳定 数控车床按照编好的程序自动加工，加工过程中不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的失误或误差。数控机床本身的刚度和精度高，并且精度保持性好，这更有利于零件加工质量的稳定。另外，数控机床可以利用软件进行误差补偿和 校正，也使数控加工具有较高的精度。 3） 生产率高 数控机床的进给运动和多数主运动都采用无极调速，且调速范围大，可选择合理的切削速度和进给速度；可以进行在线检测和补偿，避免数控机床加工中的停机时间；可进行自动换刀、自动交换工作台，减少了换刀和工件装卸时间；可在一次装夹重实现多工序、多工件加工，减少了工件装夹、对刀等辅助时间；数控加工工序集中，可减少零件在车间或工作单元间的周转时间。因此，买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 4 数控加工生产率较高，一般零件可以高出 34倍，复杂零件可提高十几倍甚至几十倍。 4） 劳动强度低、劳动条件好 数控机床的操作者一般秩 序装卸零件、更换刀具、利用操作面板控制机床的自动加工，不需要进行繁杂的重复性手工操作，因此劳动强度大为减轻。此外，数控机床一般都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，操作者的劳动条件可得到很大改善。 5） 有利于现代化生产与管理 采用数控机床加工能方便、精确计算零件的加工时间，能精确计算生产和加工费用，有利于生产过程的科学管理和信息化管理。数控机床是先进制造系统的基础，便于制造系统的集成。 6） 使用、维护技术要求高 数控机床是综合多学科、新技术的产物，机床价格高，设备一次性 投资大，相应的，基础的操作和维护要求较高。因此，为保证数控加工的综合经济效益，要求机床的使用者和维修人员具有较高的专业素质。 控车床的分类 根据数控机床的功能、结构、组成不同，可从控制方式、伺服系统类型、功能水平、工艺方法几个方面进行分类，如表 表 数控机床的分类 分类方法 数控机床类型 按运动控制方式分类 按伺服系统类型分类 按功能水平分类 按工艺方法分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床 开环数控机床 半闭环数控机床 闭环数控机床 经济型数控机 床 中档型数控机床 高档型数控机床 金属切削数控机床 金属成型数控机床 特种加工数控机床 控车床的工作原理 在传统的金属切削机床上，加工零件时操作者根据图样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹、运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 5 数控车床的加工，其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可简述如下。 （ 1）数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹，将轨迹按车床对应的坐标轴，以最小移动量（脉冲当量）进行微分，并计算出各轴需要移动的脉冲数。 （ 2）通过数控装置的插补软件或插补运 算器，把要求的轨迹用最小移动单位的等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。 （ 3）数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲，并通过伺服驱动使车床坐标轴按分配的脉冲运动。 由上可见：（ 1）只要数控车床的最小位移量（脉冲当量）足够小，所用的拟合折线就安全可以等效代替理论曲线。 （ 2）只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的。 （ 3）只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。 以上根据给定的数学函数，在理想轨迹（轮廓）的已知之间，通过数据点的密化，确定一些中间点的方法，称为插补。能同时参与插补的坐标轴数。显然，当数控机床的联动轴越多，机床加工轮廓的性能就越强。因此，联动轴的数量是衡量数控机床性能的重要技术指标之一。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 6 第三章 主轴的设计 轴的设计概况 的分类 按照承受弯，扭载荷的不同，轴可分为转轴，心轴和传动轴三类。工作中既受弯矩又受转矩的轴称为转轴，这类轴在机器中最为常见。只受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴，心轴又分为转动的心 轴和不传动的心轴两种。只承受转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴称为传动轴。所设计的主轴承受转矩但所承受的弯矩很小，应属于传动轴。 的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，又可通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，故应用比较广泛，其中最常用的是 45 号优质碳素钢。 主轴的材料选取 45 号优质碳素 钢，但为保证力学性能，必须进行调制处理。钢的调制处理，是指淬火和高温回火。调制处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，例如有更高 的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。 设计的主要问题 在一般情况下，轴的设计主要应解决下列问题： （ 1）选择轴的材料 （ 2）进行轴的结构设计时尚不知道轴的直径，所以要进行初步计算，粗略估算出轴的直径，并初步确定各部分的形状和尺寸，然后细致地进行结构设计，在结构设计中，必须考虑轴在机器中的位置，轴上零件固定定位要求，工艺性买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 7 要求，热处理要求，运转维护的要求等 。 （ 3）进行轴的强度校核，一般情况下轴的工作能力主要取决于它的强度，且大多数是在变应力条件下工作的，因此要进行疲劳 强度校核计算。 （ 4）必要时进行轴的刚度和振动稳定性要求。 的设计 定最小轴径 按扭转强度计算 因为主轴是空心轴，则其直径 30 4 d 轴端直径， P 轴所传递的功率， n 轴的工作转速， r A 系数，由 于主轴的材料为 45钢，则取 A=115 空心的内径 1d 与外径 d 之比 1 ， 1d =20 先假定 d =25，则= 查表得4311 =最高转速即 000 时 30 4 =3 0004311 = 而空心轴的内径就为 20并且主轴一般达不到最高转速 000 r 当最低转速即 0 时 30 4 =3 0 5 1 20 =由于该机床很少达到最低转速则可取 d =25由于该轴上有键槽，应增大其轴径，来提高轴的强度 由于轴的直径小于等于 100并且只有两侧有键槽，其增大值为 10% 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 8 所以该轴的直径应为 101(25 ，取 d =27的结构图 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 9 第四章 同步带的设计计算 步带的设计概况 同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。 同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑， 耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度 80 ， v 取 1z =30 （带速 v 和安装尺寸允许时， z 尽可能选用大值） 4小带轮节圆直径 1D= 1 30 5. 大带轮齿数 由于传动比 1i ，则 2z = 1z =30 6. 大带轮节圆直径 由于齿数相同，则217校核带速 11 m a 1 4 4 8 . 5 3 0 0 0 7 . 6 26 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0Dn s 40v 508. 初定中心 距 a 2（2 63 800 ，取 760 9初定带的节线长度及其齿数 223 . 1 4 4 8 . 5 2 1 7 65 0 4 . 2 9 a a （ 212m ； 212） 按 表选取标准节线长度08 及其齿数 z =100 10实际轴间距 2 21 844m D =17611小带轮啮合齿数 11 212 2 0m z p zz z =15 （圆整成整数） 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 11 12基本额定功率 20 1000 =P 同步带基准宽度0kw 基准宽度0N，见表 q 基准宽度为0，见表 13. 带宽 1 00 啮合齿数系数，根据小带轮就、啮合齿数6 时取 1； =5 时取 =4 时取 1000 F = 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 12 第五章 丝杠的设计计算 杠的 概况 杆的选用 数控车床为了提高进给系统的灵敏度，定位精度和防止爬行，必须降低摩擦并减少静，动摩擦系数之差。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。而该数控车床行程较小，因此选用滚珠丝杠。 杠的材料 丝杠的材料选用 为这种铬轴承钢可用于制造耐磨，耐蚀零件。但为了保证其力学性能，需要整体淬火，硬度可达 58 60。目前生产中应用较广的冷却介质是水和油，但淬火用油作为冷却介质能够减少淬火工件的变形与开裂，因此该丝杠用油作为冷 却介质进行整体淬火。 轴 丝杠的设计 （ 1） 寿命计算 0d=12 21）基本额定动载荷 一组相同参数的流动螺旋副，运转一百万转时， 90%的螺旋副不发生疲劳扩展所能承受的纯轴向载荷 t a n)c os( 与滚珠丝杠副流道的几何形状，制造精度和材料有关的参数。 查表得： 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 13 dD w , 52.0r 则j 每列工作参数选 2圈 k 每个螺纹的循环列数，取 1列 m 每圈中的钢球个数， 其中， on )a r c ta n(0 则 =m 取 19。 则 t a n)c os(= 1945ta n)45c o =3221N 2）寿命条件 F 轴向载荷（ N ） 由转矩 T =, 8 得 寿命系数， 0 01 5 0 0 0()5 0 0( 3131 工作寿命，数控机械一般取 15000h 载荷系数，查表取 等冲击） 短行程系数，查表 1 （行程 =4） 动载荷硬度影响系数，由于硬度为 58 60则查表 1 转速系数， 31)n = 31)=n 工作转速， r (18 r ) 则 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 14 则满足条件 （ 2）丝杠的强度 1）螺旋传动的转矩 T 2/)ta n (0 = 2)a n ( =114 其中，滚珠丝杠副的当量摩擦系数 量摩擦角 T = /10 /34 ,对于这个丝杠则可取 T = /15 2）当量应力 232222)4( 由表得202 = s (= /0 2 o 232222)4( = 2322 )14(3) =度条件 丝杠材料的许用应力 ， =(s 而 15屈服极限s=480 500 则可取屈服极限的最小值s=480 = 80 96 （ 4）丝杠的刚度 1）轴向载荷 F 产生的轴向变形量 F 两端固定的丝杠 丝杠的计算长度，指 F 和 T 作用处到固定支承盖的 距离 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 15 E 丝杠材料的弹性模量，钢材 丝杠的计算截面面积， 4)212( 220 = 则= =10 2）转矩 T 产生的轴向变形量 T 2 丝杠的螺纹导程， =4 丝杠材料的切变模量，钢材的 G = 丝杠计算截面的极惯性矩， 32)( 40 = 2=2011 4 4 =10 3）轴向载荷 由于 52.0r，由表知有预紧 则查表得 313 )(K 载荷分布不均系数，与制造精度有关，一般取 预紧力（ N ） ,一般取3则3 =z 工作螺母中的钢球总数， 382119 m 钢球直径 ( 则313 )(K = =10 4）轴向总变形量 = =10 +10 +10 =10 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 16 5）刚度条件 丝杠允许的轴向总变形量， 对精度机床 = =满足刚度要求。 （ 5）丝杠的稳定性 1）柔度 r 长度系数 ，查表得 = 螺杆的最大工作长度 ; i 螺杆的危险截面的惯性半径（ ， 02 2）临界载荷0r 查表得 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 23 (F = （ 2） 寿命因数5000h 则查表得， 3） 速度因数n =20 r 则查表得， 4） 力矩载荷因数 5） 冲击载荷因数 则查表取（ 6）温度因数 该数控机床工作温度一般都低于 100 ，则查表取 C= 5 . 3 1 . 5 1 . 8 1 2 5 . 21 . 1 8 6 1 =由于 d=30表得 7206r =校核轴承 由手册查得 7206承 e=. 计算两轴承的内部轴向力和轴向载荷 由表得 136=36=2F =63+ 被压紧，得轴承的轴向载荷 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 24 21F =63+2求当量动载荷 11e 则 1X =1Y =2e 则 2X =1,2Y =0 查表得，有