XK6125数控铣床总体及横向进给传动机构设计（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 毕业设计 (论文 ) 控铣床总体及 横向进给传动机构设计 所在学院 专业 班级 姓名 学号 指导老师 年 月 日买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 I 摘 要 本论文是对 内容包括：进给伺服系统机械部分设计与计算、步进电动机的计算与选型、铣床改造的结构特点、安装调整中应注意的问题等。对普通铣床进行数控改造符合我国国情，即适合我国目前的经济水平、教育水平和生产水平，又是国内许多企业提高生产设备自动化水平和精密程度的主要途径，在我国有着广阔的市 场。从另一个角度来说，该设计既有机床结构方面内容，又有机加工方面内容，还有数控技术方面的内容，有利于将大学所学的知识进行综合运用。虽然设计者未曾系统的学习过机床设计的课程，但通过该设计拓宽了知识面，增强了实践能力，对普通机床和数控机床都有了进一步的了解。 关键词： 横向进给系统，数控化改造，机床改造，铣床买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 he is C of of to On in s is s of to of of in is a in of to to of NC a NC of 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 数控机床发展概述 . 1 控机床发展概述 . 1 控机床的组成及分类 . 1 控机床的组成 . 1 控机床的分类 . 3 控机床的特点及应用范围 . 4 控机床的特点 . 4 控机床的应用范围 . 4 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 . 5 题要求 . 5 目名称（包括主要技术参数）及技术要求 . 5 题内容及工作量 . 5 计原则 . 5 结构设计 . 6 控机床的机构设计要求 . 6 高机床的 结构刚度 . 6 高进给运动的平稳性和精度 . 7 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 . 8 具选择 . 8 削用量确定 . 8 削三要素 . 9 工精度和表面粗糙度 . 9 具材料 . 12 第 4 章 传动系统图的设计计算 . 13 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 动系统设计 . 13 数的拟 定 . 13 动结构或结构网的选择 . 13 速图拟定 . 15 轮齿数的确定及传动系统图的绘制 . 18 动件的估算与验算 . 22 动轴的估算和验算 . 22 轮模数的估算与验算 . 24 开图设计 . 29 构实际的内容及技术要求 . 29 轮块的设计 . 31 动轴设计 . 33 轴组件设计 . 36 动器设计 . 41 面图设计 . 42 的空间布置 . 42 滑 . 43 体设计的有关问题 . 44 第 5 章 横向进给传动机构装配图零件图的设计计算 . 45 给伺服系统的设计 . 45 进给伺服系统的基本要求 . 45 给伺服系统的设计要求 . 45 给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 . 46 向进给滚珠丝杠副设计 . 46 导程确定 . 46 确定丝杆的等效转速 . 46 估计工作台质量及负重 . 47 确定丝杆的等效负载 . 47 确定丝杆所受的最大动载荷 . 47 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 V 精度的选择 . 48 选择滚珠丝杆型号 . 49 核 . 49 临界压缩负荷验证 . 49 临界转速验证 . 50 丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 51 机的选择 . 51 电机轴的转动惯 量 . 52 电机扭矩计算 . 52 总结与展望 . 54 参考文献 . 55 致 谢 . 56 全套图纸加 Q 401339828 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 1 第 1 章 数控机床发展概述 控机床发展概述 随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量小。普通机床已不能适应这些需求。为了满足上述要求，一种新型的机床 数字程序控制机床（简称数控机床）应运而生。 最早进行数控机床研制的是美国人。 1952 年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的数控机床。但这台数控机床仅是一台试验性的机床，当时用的电子元件是电子管。直到 1954 年 11 月，第一台工业用的数控机床才生产出来。 从此以后，世界上其他一些工业国家也多开始开发、生产及应用数控机床。我国数控机床的研制是从 1958 年起步的。 1965 年国内开始研制晶体管数控系统。从 70 年代开始，数控技术广泛应用于车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉 ，在模具加工中得到了推广。 80 年代，我国从日本及美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。 1985 年，我国数控机床品种有了新的发展。 早期的数控机床控制系统采用电子管，体积大、功耗高，只在军事部门应用。只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。目前数控技术的主要发展趋势是：实现高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微处理机和微型计算机，向着增强功能、降低造价、方便使用的目标进展；积极应用计算技术、系统工程理论和控制技术的最新成果，像这综合自动化方向 变革。 控机床的组成及分类 控机床的组成 数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床上讲，它由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体丝大部分以及辅助设备组成。 （ 1）控制介质 控制介质是指零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 2 它随着数控装置的类型不同而不同，常用的有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、磁盘等。另外，随着 术的发展，有些数控设备利用 件在其他计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置。 （ 2）数控装备 数控装置是数控机床的控制中心。它由输入装置、控制装置和输出装置等组成。如图（ 2）所示，划线框内位数控装置。 输入装置受控制介质上的信息，经过识别与译码之后，送到控制运算器。这些信息将作为控制与运算的原始依据。 控制运算器根据输入装置送来的信息进行运算，并将控制命令输送往输出装置。 输出装置将控制器发出的控制命令送到伺服系统，经功率放大，驱动机床完成相应的动作。 （ 3）伺服系统 伺服系统，亦称随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统。它是数控机床的执行机 构，包括驱动和执行两大部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床移动部件运动，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脉冲信息体现的，每一脉冲使机床移动部件产生的位移叫脉冲当量 (常用的脉冲当量为 从自动控制理论的角度来分析，无论多么复杂的伺服系统，都是有一些功能元件组成的。 目前数控机床的伺服系统中，常用的位移执行机构有功率步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，后两者都带有光电编码器等位置测量元件。 （ 4）机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成 各种切削加工的机械部分，它是在原有的普通机床的基础上改进而得到的，具有以下特点： 1)数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统传动系统，机械传动结构简化，传动链较短。 2)数控机床机械结构具有较高的刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形小。 3)更多地采用高效传动部件，如滚动丝杠副，直线滚动导轨等。 除了上述四个主要部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器，液压，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 3 气动系统与冷却、排屑、照明、储运等装置以及编程机、对刀块等。 控机床的分类 （ 1）按控制系统的特点分类 1）点位控制数控机床点位控制机床 的特点是只控制移动部件的终点位置，即控制移动部件由一个位置到另一个位置的精确定位，而对它们运动过程中的轨迹没有严格的要求，在移动和定位过程中不进行任何加工。 2)线控制数控机床直线控制数控机床的特点是刀具相对于工件的运动不仅要控制两点键的准确位置（距离），还要控制两点之间移动的速度和轨迹。 3)廓控制数控机床轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。 4)执行机构的控制方式分类 开环控制系统它是指不带反馈装置的控制系统。 闭环控制系统它是指在机床 的运动部件上安装位移测量装置，将加工中测量到的实际位置值反馈到数控装置中，与输入值的指令相比较，用比较的差值控制移动部件，直到差值为零，即实现移动部件的精确定位。 半闭环控制系统它是在开环控制系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。 (2)按工艺要求 金属切削类数控机床 金属成型类数控机床 数控特种加工机床 其它类的数控机床 (3)按数控机床的性能分类 档数控机床 中档数控机床 高档数控机床 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 4 控机床的特点及应用范围 控机床的特点 数控机床是一个装有程序控制系统的 机床。它是一种高度机电一体化的产品。特点如下： （ 1）工精度高 （ 2）工生产率高 （ 3）减轻劳动强度、改善劳动条件 （ 4）良好的经济效益 （ 5）有利于生产管理的现代化 控机床的应用范围 从最经济的方面出发，数控机床适用于加工： （ 1）多品种小批量零件；（ 2）结构较复杂，精度要求较高的零件；（ 3）需要频繁改型的零件；（ 4）价格昂贵，不容许报废的关键零件；（ 5）需要小生产周期的急需零件。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 5 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 题要求 目名称（包括主要技 术参数）及技术要求 1、主轴转速： 25 /分 2、工作台尺寸 (长宽 )： 11002503、工作台最大行程： 纵向 700 横向 280垂直 3604、快速移动速度： 10m/、工作台定位精度 x、 y、 z 工作台重复定位精度 x、 y、 z 6、纵向、横向及垂直进给为微机控制，采用步进电机或伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，脉冲当量 冲。 7、实现功能：铣削平面、 斜面、沟槽、齿轮等。 8、操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止 题内容及工作量 (1) 机床尺寸联系图 张 (2) 机床传动系统图 张 (3) 横 向进给伺服系统 装配 图 张 (4)计说明书一份 1 万字以上 注：全部图纸用计算机绘制，说明书由计算机输出。 计原则 根据设计要求和铣床的具体情况，课题的基本设计方案如下： （ 1）机床采用连续控制系统，定位方式采用增量坐标控制。 （ 2）考虑到机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动。 （ 3）进给传动的设计是机床设计的重点，数控机床必须有精确的进给传动系，才会有高的精度和表面质量。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选用，为达到分辨率 要求，需采用齿轮降速传动，利用电子控制系统消除误差。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 6 （ 4）为了保证一定的传动精度和平稳性，又要求机构紧凑，所以选用丝杠螺母副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。 （ 5）传动系统要加上脉动装置。 以上为基本的设计方案，除了这些，课题应注意机床的几何精度的修正，数控指令的显示和使用等。 结构设计 控机床的机构设计要求 数控机床的结构设计要求主要有以下方面 : （ 1）有良好的抗振性能和很大的额定切削功率、高的静、动态刚度； （ 2）有较高的热稳定性和较高的几何精度、传动精度、定位精度； （ 3）有数控系统及其介质。 下面我们详述数控机床结构设计的主要要求 高机床的结构刚度 机床的刚度是指切削力和其它力作用下 ,抵抗变形的能力。机床在切削过程当中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重；承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这种力作用下将产生变形。如 固定连接表面或啮合运动表面的接触变形；各支撑零件不得弯曲和扭转变形，以及某些支撑件的局部变形等，这些变形都会直接或间接的引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。 (1)选择及布置隔板和筋条 床身的静刚度是直接影响机床的加工精度和其生产率的主要因素之一。而静刚度及固有频率，是影响动刚度的重要因素。支承件的隔板和筋条的合理性，可提高构件的静、动刚度。 (2)结构刚度 与普通机床相比，数控机床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。机床的导轨和支承件往往是局部刚度最弱的部分， 在本次设计中，采用双臂联接形式， X、 Y 轴导轨较窄。 (3)采用焊接结构的构件 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 7 采用钢板和型钢而不采用铸件的原因： 1）钢的弹性模量约为铸铁的两倍，因此采用钢板焊接结构床身有利于提高固有频率。在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件与铸件的刚度相同，则焊接件的臂厚只需铸件的一半。 2）如果要求局部刚度相同，因局部刚度与臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需铸件的 80%左右。 3）钢可以提高构件的谐振频率使共振不易发生。 4）钢板焊接能将构件做成全封闭的箱形结构，提高刚度。焊接结构床身的突出优点是制造周期短 ，一般比铸铁快 。省去了制作木模和铸造工序，不易出废品。焊接结构设计灵活，便于产品更新、改进结构。焊接件能达到与铸件相同，甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减少质量。 合理的结构布局可以提高刚度，机床的工作头部分由于重力作用将会使机床立柱产生弯曲变形，切削力将使立柱产生弯曲和扭转变形。这些变形将影响到加工精度。故本次设计中将采取通过在立柱上方安装两组定滑轮来平衡重力的方法，来减少立柱的变形，提高机床的刚度。 高进给运动的平稳性和精度 数控机床各坐标轴进给运动的精度极大的影响 零件的加工精度。在开环进给系统中运动精度取决于系统各组成环节，特别是机械传动部件的精度；在闭环和半闭环进给系统中，位置监测装置的分辨率对运动精度有决定性的影响，但是机械传动部件的特性对运动精度也有一定的影响。通常在开环进给系统中，设定的脉冲当量为 ，实际的定位精度最好的情况也只能达到 闭环进给系统中，设定的脉冲当量（或称最小设定单位）一般为 际上定位精度只能达到 指令进给系统做单步进给（即每次移动 ，开始一两个单步指令，进给部件并不动作 ，到第三个单步指令时才突跳一段距离，以后又如此重复。这些现象都是因为进给系统的低速爬行现象引起的，而低速爬行现象又决定于机械传动部件的特性。 本设计采取的方案有：（ 1）减少静、动摩擦系数之差（ 2）提高系统的传动刚度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 8 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 具选择 （一）刀具选择： 铣平面：硬质合金端铣刀或立铣刀，尽是采用二次走刀。 凸台、凹槽、箱口面：立铣刀。 毛坯表面或粗加工孔：镶硬质合金刀片的玉米铣刀（粗皮刀）。 立体型面和变斜角轮廓外形：球刀、环形刀、锥形刀、盘形刀。 （二）原则： 安装调整方便、 刚性好、耐用和精度高。尽是用较短刀柄，保证刚性。 （三）排序原则 减少刀具数量； 装夹一次，尽是加工完； 即使刀具规格相同，粗、精加工刀具分开； 先铣后钻； 精加工，先曲面后二维轮廓； 尽可能自动换刀。 削用量确定 粗：效率；半精、精：质量、兼顾效率。 1、主轴转速 n：根据线速度 v 确定： V=1000 (端铣： 150m/铣： 30m/2、切深 t：最好是 t 等于加工余量。 3、切宽 L：与刀具直径成正比，与切深成反比。 L 加 工：大切深、大进给、低切速。 精加工：小切深、小进给、高切速。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 9 削三要素 主轴转速、切削深度、进给速度。少切削，快进给。 工精度和表面粗糙度 1、加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度。 （ 1）尺寸精度：公差与配合国家标准（ 1804 新公差等级与旧公差等级的对照及应用 新公差等级 旧精度等级 加工方法 应用 轴 孔 研磨 用于量块、量仪制造 磨 用于精密仪表、精密机件 的光整加工 无 研磨、珩磨、精磨、精铰、精拉 用于一般精密配合。 机床和较精密的机器、仪器制造中用得最为普遍 1 2 磨削、拉削、铰孔、精车、精镗、精铣、粉末冶金 4 车、镗、铣、刨、插 用于一般要求。主要用于长度尺寸的配合外，如键和键槽的配合 粗车、粗镗、粗铣、粗刨、插、钻、冲压、压铸 用于不重要的配合。 冲压、压铸 用于非配合 12 铸、锻、焊、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 10 气割 （ 2）形状精度：零件上的线、面要素的实际形状相对于理想形状的准确程度。 国家标准（ 1184定了六项形状公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。 （ 3）位置公差：零件上点、线、面要素的实际位置相对于理想位置的准确程度。 国家标准（ 1184定了八项位置公差： 定向：平行度、垂直度、倾斜度。 定位：同轴度、对称度、位置度。 跳动：圆跳动、全跳动。 2、表面粗 糙度：表面上微小峰谷高低程度。国家标准（ 83、 轮廓算术平均偏差： l (| 或近似于 微观不平十点高度： 51 (5151 在常用数值范围内（ 25m），在图样上应优先选用 表面粗糙度 许值及加工方法表 表面要求 表面特征 m) m) 加工方法 旧国际光洁度级别代号 第 1系列 第 2系列 第 1系列 第 2系列 不 加 工 毛坯表面清除毛刺 1600 1250 1000 800 630 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 11 500 100 400 粗 加 工 明显可见的刀纹 80 320 粗车 粗铣 粗刨 钻 粗锉 1 63 250 50 200 可见刀纹 40 160 2 32 125 25 100 微见刀纹 20 80 3 63 50 半 精 加 工 可见加工痕迹 10 40 半精车 精车 精铣 精刨 粗磨 4 8 32 25 微见加工痕迹 5 20 5 4 16 不见加工痕迹 10 6 2 8 精 加 工 可辨加工痕迹的方向 精铰 刮 精拉 精磨 7 5 4 微辨加工痕迹的方向 8 辨加工痕迹的方向 9 暗光 精密磨 10 0. 63 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 12 密 加 工 泽面 珩磨 研磨 超精加工 抛光 亮光泽面 11 状光泽面 12 状光泽面 13 面 镜面磨削 研磨 14 具材料 碳素工具钢 00 V 8m/ 合金工具钢 9350 V 10m/ 高速钢 550 V 30m/ 600 4、硬质合金： 850 V 100 另外，还有新型硬质合金、陶瓷材料、人造金刚石、立方氮化硼等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 4 章 传动系统图的设计计算 动系统设计 数的拟定 已知课题要求的主轴转速： 25 /分，而根据机床主轴变速标准数列的要求，无 1450 这个标准数据，所以拟采用 30 /分，这样这个转速范围正好可以包含25 /分，而又可以满足主传动变速要求 选定公比，确定各级传送机床常用的公比 为 虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =据给出的条件：主运动部分 Z=18 级，根据标准数列表，确定各级转速为：（ 30， 60， 75， 95， 118， 150， 190， 235， 300， 375， 475，600， 750， 950， 1180， 1500R/. 动结构或结构网的选择 1，确定变数组数目和各变数组中传动副的数目 该机床的变数范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为 Z 的传动系统由若干个传动副组成，各传动 组分别有 1z . 2z . 3z 个传动副，即 Z= 1 2 3。传动副数由于结构的限制，通常采用 P=2 或 3，即变速 或 3 的因子： Z=2a 因此，这里 18=3需三个变速组。 2，传动组传动顺序的安排 18 级转速传动系统的传动组，可以排成： 3 3 选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的具体结构，装置和性能。 I 轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多，以 2为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用 2 ，或一个定比传动副。 这里，根据前多后少的原则，选择 18=3案。 3，传动系统的扩大顺序安排 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 14 对于 18=3传动，有 3！ =6 种可能安排，亦