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防盗门制造用数控冲床进给平台设计
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防盗门制造用数控冲床进给平台设计（XY轴）,防盗门制造用数控冲床进给平台设计
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一、毕业设计题目防盗门制造用数控冲床进给平台设计2、 毕业设计提供的原始数据资料（1）防盗门材料：金属板（2）技术要求：工作范围3000*2000mm三、毕业设计应完成主要内容：1.开题报告包括：1）完成本题的目的和意义；2）国内外研究动态；3）主要研究目标和内容；4）准备工作情况和主要工作措施；5）进度安排及预期达到研究成果。2.毕业设计1）设计大行程滚珠丝杠机构及其传动系统，并进行强度和稳定性校核。2）设计出机械结构并校验。四、毕业生应提交的毕业设计资料要求1.开题报告按照指导设计任务书要求撰写，符合学院教务处和系部相关要求，须做到内容完备，格式正确。2.毕业设计1）任务书一份；2）设计说明书一份；包括：电机的选择，冲头的设计； 大行程滚珠丝杠机构及其传动系统，并进行强度和稳定性校核；小结。3）折合A0图纸4张。五、毕业设计进度安排（从第5周起）序号时间周次毕业论文任务完成的内容及质量要求13月25日3月31日第5周熟悉设计任务，收集设计资料，撰写开题报告24月01日4月07日第6周设计方案的分析、讨论34月08日4月14日第7周确定设计方案、总体设计44月15日4月21日第8周结构说明及计算54月22日4月28日第9周结构说明及计算65月29日5月05日 第10周中期检查75月06日5月12日第11周绘制工程图85月13日5月19日第12周编写设计说明书95月20日5月26日第13周编写设计说明书105月27日6月02日第14周指导老师检查后修改错误116月03日6月09日第15周打印装订、准备答辩126月10日6月16日第16周毕业设计答辩6、 主要参考文献资料1、参考书：（1）数控技术（2）机械制造装备设计（3）数控机床系统设计（第2版）2、参考资料：（1）冲床数控化改造，制造技术与机床（2）数控多工位转塔式冲床及其应用（3）滚珠丝杠的选用与校核七其他需要说明的情况：第2页 共 3页毕业设计题目防盗门制造用数控冲床进给平台设计（XY轴向）设计类型理论研究应用研究调查研究用于生产其它一、完成本题的目的和意义： 目的：防盗门金属板材加工是金属加工的一个重要门类,为了改变冲压生产率低,效益差的状况,需要将数字化设计方法应用到机床进给系统分析过程中,从而提高产品分析效率、降低生产成本。下面以开发经济、实用的高速数控冲床进给系统为目标,从机械与控制两个方面对冲床进给系统进行设计。意义：随着社会生产和科学技术的发展，防盗门金属板的性能和质量的提高。防盗门金属板的更新换代也不断的加快。因此对机床不仅要求迅速适应产品零件的换代有教高的精度和生产率，而且应有教高的精度和生产率，生产的需要促使数控机床的产生。随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速发展起来。数控机床的进一步设计的必要性可以解决形状复杂小批零件的加工问题，稳定加工质量和提高生产率。但是由于受其它条件的限制，例如价格、精度等问题。所以设计改造数控机床的进给系统是刻不容缓的。由于信息化、网络化的迅猛发展,机械制造业正经历着革命性的变革，防盗门金属板材加工运用数控冲床尤为重要。2、 国内外研究动态：国内：虽说如今我国在数控机床技术上已经取得了较为不错的发展，但国内技术与国外技术相比仍旧处于落后局面。这主要表现在为机理研究能力有限及原始资料数据较为匮乏。此外，相关的研究机构较少也是限制我国技术发展的重要原因。唯有加大社会与政府的关注力度，才能够有效解决一系列我国机床技术的发展问题。我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 与机床迅猛发展的现状相比，作为机床“心脏部件”的数控系统，2005年销量虽然超过3万台，但处于低档的经济型数控系统占据较大比重。业内专家不无忧虑地表示，国产数控系统近几年虽有很大发展，但仍无法阻止进口数控系统垄断的局面。从2002年起，我国就步入世界最大的机床消费国和最大进口国，仅以2004年为例，我国机床消费量占世界机床产值的20%。2005年消费量仍在增长。在我国机床消费额中，进口机床占据了半壁江山，其中绝太多数是数控机床。 长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15 年。同时我国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。 数控机床是制造行业赖以生存的基础，数控机床技术则是制造行业发展水平高低的关键。国内的数控机床如今在速度与复合加工精度等功能上，已经取得了较为不错的进展，然而在稳定性与可靠性上仍然与国际机床存在较为明显的差距。因此，分析机床稳定性较低，查询出国产机床中高档市场占用率低等原因，是提高我国数控机床生产能力， 加强技术研究的关键。国外：美国：美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，网罗世界级人才，特别讲究“效率”与“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80年代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被日本超过，并大量进口。从90年代起,纠正过去偏向数控机床技术转向实用，产量又逐渐上升。 德国：德国一直将机床工业放在重要的战略地位，在多方面给予大力扶植，于1956 年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件的先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列，如西门子公司的数控系统。日本：日本政府对机床工业之发展异常重视,通过规划、法规引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国,甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后,1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台),至今其产量、出口量一直居世界首位。战略上先仿后创,先生产量大而广的中档数控机床,大量出口,占领世界广大市场。在上世纪80年开始进一步加强科研,向高性能数控机床发展。3、 主要研究目标和内容： 本设计研究的主题是防盗门制造用数控冲床进给平台设计。设计数控冲床进给平台是防盗门制造过程中的必要环节，进给平台是实现XY向定位的重要装置。通常由电机、减速与传动机构组成。设计出此装置是以生产为目标，同时要具有高精度、高效率的性能特点，另外必须保证足够的可靠性，可维护性，安全性等要求。本毕业设计题目的主要内容有：（1）设计大行程滚珠丝杠机构及其传动系统，并进行强度和稳定性校核；（2）电机选择与校验；（3）设计出机械结构，绘制出装备图，对丝杠进行强度与刚度校核。技术要求：工作范围3000*2000mm。4、 准备工作情况和主要工作措施：从三月中旬开始，从导师手中拿到设计的课题，与指导老师讨论了课题的相关知识以及课题的难易程度如何，如何开展准备工作（比如开题报告的撰写），之后通过学校内网进入知网下载相关文献，通过阅读大量文献来了解数控技术方面的知识，设定减速与传动机构的参数，用于后面的计算，完成电动机，功率容量选型等。工作步骤：1、进行毕业设计前的准备(1)查找与搜集关于本课题的相关资料，并将资料进行整理。(2)依据资料进行设计思路确定。 2、进行论文的准备(1)对本题进行的设计思路进行完善，确定设计思路。(2)依据设计思路拟定出几个方案，且进行方案论证，确定出最佳方案。3、进行图纸绘制(1) 依据论文选择合理的尺寸参数。(2)利用相关机械绘图软件进行相关图纸的绘制。主要工作措施：1、 通过上网查询相关资料，了解课题的设计重点和要点。2、每天保证阅读至少3小时相关文献。3、向老师寻求帮助，保证一周与指导老师进行2次相关指导。4、设计过程中对涉及到的知识进行复习。5、 进度安排及预期达到研究结果：1、进度安排序号时间周次毕业论文任务完成的内容及质量要求13月25日3月31日第5周熟悉设计任务，收集设计资料，撰写开题报告24月01日4月07日第6周设计方案的分析、讨论34月08日4月14日第7周确定设计方案、总体设计44月15日4月21日第8周结构说明及计算54月22日4月28日第9周结构说明及计算65月29日5月05日 第10周中期检查75月06日5月12日第11周绘制工程图85月13日5月19日第12周编写设计说明书95月20日5月26日第13周编写设计说明书105月27日6月02日第14周指导老师检查后修改错误116月03日6月09日第15周打印装订、准备答辩126月10日6月16日第16周毕业设计答辩2、预期达到研究结果完成数控冲床进给平台设计，包括设计出大行程滚珠丝杠机构及其传动系统，设计出机械结构，画出机械系统装配图、部件装配图。6、 文献综述：一、我国数控机床技术的发展现状由于受到全球经济和数控机床市场竞争的影响，世界上各大制造业企业能更好的适应市场经济的大环境。都在结合自身的实际情况进行自主创新与改革。而我国的数控机床技术的发展相对薄弱，也没有真正的掌握到数控技术的使用技术，因此，还需对数控机床技术的应用与改造继续进行探索。本文主要是对我国教控机床技术的发展与现状进行了探讨， 希望对广大研究学者们提供小小的帮助。近些年，我国数控机床技术发展的很快，主要是因为我国数控机床行业整体实力的不断提高。由于不少企业开始加大研发力度，并且进行自主创新，完全打破了传统的被动发展，使得我国的数控机床及关键技术有了较大的发展。但是，由于受到经济和产业结构的影响，全世界的机床制造业都处于一个调整期，这时候对于我国的教控机床企业来说，就是一大大的机遇。我国数控机床企业可以通过提高数控改造以及功能部分专业化生产来选择适合我国国情的自主创新之路，可以通过与国外企业合作或者购买相关企业来走出一条新路，这才能提升数控机床技术和企业的竞争力。1 但是，与国外西方发达国家相比，我国的机床加工技术与应用还远远不够，教控机床技术还有待于进一步提高。我国的数控机床技术无论在性能、品种、还是产量上，都有很多不及之处。除此之外，我国的数控机床技术的发展还存在很多缺陷，比如，数控机床技术的“三缺”现象、“一低”问题等。我国数控机床技术的三缺主要是缺乏数据参数、缺乏理论指导、缺乏发展平台，一低是数控加工技术的总体效率比较低，这些问题都会给企业与技术的发展带来一定的阻碍。为了树立企业良好的形象、提高企业的竞争优势，不仅要加大数控机床的应用范围，还需提高数控机床的应用技术。20二、关于数控技术数控技术和数控机床的诞生，使多品种，小批量产品零件的自动化生产成为可能。数控机床是一种用计算机以数字指令方式控制的机床，它一经产生就以惊人的速度向前发展，成为一种灵活，通用，能够适应产品频繁改型的“柔性”自动化机床。数字控制( Numerical Control, NC)在机床领域是指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制。近20年来发展起来的计算机数控( Computer Numerical Control ,CNC)，是用一个存储程序的专用计算机，由控制程序来实现部分或全部基本控制功能，并通过接口与各种输人输出设备建立联系，更换不同的控制程序，可以实现不同的控制功能。 数控机床的工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理。即对所有的操作步骤(如机床的启动或停止、主轴的变速、工件的夹紧或松夹、刀具的选择和交换。切削液的开或关等)和刀具与工件之间的相对位移以及进给速度等都用数字化的代码表示。在加工前由编程人员按规定的代码将零件的图纸编制成程序，然后通过程序载体(如穿孔带礅带磁盘、光盘和半导体存储器等)或手工直接输人(MDI)方式将数字信息送入数控系统的计算机中进行寄存、运算和处理，最后通过驱动电路由伺服装置控制机床实现自动加工。数控机床最大的特点是当改变加工零件时，一般只需要向数挖系统输人新的加工程序，而不需要对机床进行人工的调整和直接参与操作，就可以自动地完成整个加工过程。 数控机床的研制最早是从美国开始的。20世纪40年代世界上首台数子电子计算机的诞生，使数控机床的出现成为可能。1948 年美国帕森斯公司(Par-sons Co. )在研制加工直升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出了用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新理念，受美国空军的委托与麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所进行合作研制，在1952年研制成功了世界上第一台用专用电子计算机控制的三坐标立式数控铣床。研制过程中采用了自动控制，伺服驱动、精密测意和新型机械结构等方面的技术成果。后来又经过改进，于1955年实现了产业化，并批量投放市场，但由于技术上和价格上的原因，只局限在航空工业中应用。数控机床的诞生，对复杂曲线型面的加工起到了非常重要的作用，同时也推励了美国航空工业和军事工业的发展。13三、国内外数控冲床现状与启示随着数控技术领域的学术研究水平不断提升，机床行业的产品稳定性与升级能力受到研究成果的大力扶持。如今的数控机床技术逐渐成为了机床行业， 甚至是加工行业不可替代的关键性技术，其稳定的性能与产能将会是全制造行业赖以发展的关键。针对国内外发展前景，进行动态的技术研究对数控技术的发展是至关重要的。在分析国产数控冲床的发展现状的基础上,阐述了数控冲床模具的技术水平和生产供应中的问题,并以启察公司的做法为例,提出了解决这些问题的办法。最近几年,国内钣金加工设备需求出现新变化,数控钣金加工设备呈迅速普及的态势。数控冲床、数控折弯机、数控剪板机、数控激光切割机成为钣金加工的新宠,而传统的钣金加工设备和工艺已很难满足部分客户对加工精度、成本、效率、交货期等方面的需求。在这一轮设备更新过程中,数控冲床无疑是领衔主演者。17数控冲床在我国的发展经历了缓慢起步、趋于成熟、快速发展三个阶段。第一台国产数控冲床问世已是 20 多年前的事了。此后,随着国内技术扩散和国外技术引进,越来越多的生产厂家掌握了数控冲床设计、制造技术,并转换为产品进入市场。目前,国内有能力提供 4 轴及以上数控冲床的企业不少于8 家,其中济南捷迈、江都亚威、扬州的杨力和金方圆等,在产品成熟度、技术先进性、市场占有率等方面处于领先地位,而其他有能力生产简易数控冲床的企业更如雨后春笋般不断涌现。据不完全统计. 2004 年国内新增数控冲床约 800 台,其中国产约 380 台,占 48%; 2005 年新增数控冲床约950 台,其中国产约500 台,占53% 2006 年新增数控冲床约1100 台,其中国产约 650 台,占 59%;2007 年总体需求继续增长,而进口设备因免关税难度增大因而数量受到限制,国产数控冲床预计销售总量约 800 台,占有率将达到 65%。从需求和供给两方面来看,可以认为,数控冲床在我国的确进入了快速发展时期。【7】四、数控机床可靠性设计技术1.可靠性建模数控机床的可靠性模型是对系统及其组成单元之间的可靠性/故障逻辑关系的描述。可靠性模型一般包括两类:一是可靠性框图，二是其相应的数学模型。针对数控机床的可靠性框图属于串联模型，因此可靠性建模的重点是梳理及明确产品定义，并结合故障信息建立整机及各子系统的可靠座、故障率数学模型，得出可靠性特征量，为后期的可靠性预计、分配奠定基础。2.可靠性分配可靠性分配是将产品可靠性的定量要求合理分配到子系统、 组件、零件等单元上的分解过程，在具体操作过程中首先要形成分配的方法和流程，以及各功能部件的具体BMTBF指标，使各单元的可靠性定量要求得到明确。对数控机床进行可靠性分配主要的目的有:明确各子系统、部件的可靠性定量要求，为外购件及外协件的可靠性指标提供初步依据:发现设计中的薄弱环节;对不同的设计方案进行比较等。结合数控机床的实际特点，批量小的新产品由于缺少可靠性数据可以采用评分分配法，针对改型产品应该采取比例组合法进行可靠性分配。3.可靠性预计可靠性预计是为了评估数控机床在给定工作条件下的可靠性而进行的工作，通过组成数控机床的各子系统的可拿性来推算整机的可靠性，主要目的有:对整机可靠性指标进行预计:明确设计中的薄弱环节，以便加以改进:为后期可拿性试验等提供数据。可拿性预计果用的方法为评分预计法。【16】五、数控转塔冲床液压冲头高度自动调整技术数控转塔冲床一次冲孔的顺序过程如下: 上模刚接触板料上模开始挤压板料废料落下，冲头到一定深度后返回，板料将移到下一个位置。 其中，如果入模深度太浅，有可能出现冲不下板料和废料反弹的情况；而人模深度太深，则会降低效率并出现模具带料。在数控转塔冲床的使用中，冲头、转塔、模具是集中体现技术水平和质量的部分，最常出现的问题是废料反弹、模具带料。废料反弹、模具带料往往直接造成模具损耗快、工件损坏等严重后果，影响机床的整体性能。经常有用户抱怨，模具使用效果不好、寿命短、工件易拉毛等。除去模具自身质量和用户使用不当、模具保养不善等因素外，很重要的原因是机床本身功能的缺陷。为解决废料反弹、模具带料，冲床厂家进行了长期研究，采取了多种方法，但效果并不理想，不能从根本上解决问题。只有国外个别高端厂家增加了比较有效的功能，但需要增加硬件配置，成本较高。【12】参考文献【1】 陆斌.我国数控机床技术的发展与现状J.山东工业技术,2016(17)；【2】 蒲卫华.浅析数控机床的发展进程及趋势J.四川劳动保障,2016(S1)；【3】 郑贞平，黄云林，黎胜容.VERICUT7.0中文版数控仿真技术与应用实例详解.北京：机械工业出版社，2011 ；【4】 （印）S.K.Sinha.FANUC数控宏程序编程技术一本通.北京：科学出版社，2011 ；【5】 周晓红.数控铣削工艺与技能训练（含加工中心）.北京：机械工业出版社，2011；【6】 周虹.使用数控车床的零件加工.北京：清华大学出版社，2011；【7】 黄尚先.现代机床数控技术M.北京：机械工业出版社，1996；【8】 张若锋，邓建平.数控加工实训.北京：机械工业出版社，2011；【9】 卢万强.数控加工技术（第2版）.北京：北京理工大学出版社，2011；【10】 周芸.数控机床编程与加工实训教程.北京：中国人事出版社，2011；【11】 江剑锋.CAD/CAM与数控机床加工.北京:中国人事出版社，2011；【12】 杜君文，邓广敏.数控技术.天津大学出版社，2002；【13】 董玉红.数控技术.高等教育出版社，2004；【14】 徐元昌.数控技术.中国轻工业出版社，2004；【15】 倪祥明.数控机床及数控加工技术.北京：人民邮电出版社，2011；【16】 孙志孔，张义民.数控机床性能分析及可靠性设计技术.北京：机械工业出版社，2011；【17】 文怀兴，夏田.数控冲床系统设计（第2版）.北京：化学工业出版社，2011 ；【18】 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To a certain extent, the level of production of CNC machine tools in a country can show the level of manufacturing in that country. The research on the design of NC punch press for anti-theft door manufacturing is helpful to understand the processing and operation trajectory of manufacturing and parts production. The research and improvement of the CNC press feed platform can promote the development of the country, which is related to the strategic position of the country. For the general milling machine, the anti-theft door used to manufacture CNC press feed platform design has higher manufacturing accuracy, better flexibility and a wide range of applications.In this paper, the design of servo feed system for NC punch platform for anti-theft door manufacturing is completed. The first method passes the definition of the overall design scheme and the motion parameters on the X, Y two axis orientation. The second method determines the transmission scheme of CNC machine tool according to the motion parameters. The ball screw of the X and Y two axes is determined by the boot line, the dynamic load equivalence and the minimum thread diameter at the bottom. The servo motor is determined by the maximum processing load torque and load inertia on the X and Y two axes. The third part verifies the servo system of X and Y two-axis feed.Key words: Manufacturing development, CNC punch feed platform design for anti-theft door manufacturing, feed system, ball screw, servo motorii目 录摘要Abstract 1.绪论11.1 课题的目的与意义11.2 国内外发展动态21.3 主要研究内容22.总体方案设计42.1 伺服进给系统的基本要求42.2 防盗门制造用数控冲床进给平台设计的一些技术要求42.3 传动方面的设计43.XY轴向进给机构的设计53.1 滚珠丝岗螺母结构的选择53.1.1 工作原理及特点53.1.2 结构类型53.2 X轴方向进给系统的计算73.2.1 X轴滚珠丝杠的选择73.2.2 X轴伺服电机的选择113.2.3 X轴系统校验133.3 Y轴方向进给系统的计算173.3.1 Y轴滚珠丝杠的选择173.3.2 Y轴伺服电机的选择203.3.3 Y轴系统校验224.转塔自动刀架的设计 264.1 自动换刀方案确定24.2 自动刀架传动部分274.2.1 主要传动部件的设计计算274.2.2 蜗杆的设计计算304.3 伺服电机的选用314.3.1 伺服电机的分类314.3.2 伺服电机的选择原则314.3.3 伺服电机的选用324.4 凸轮式间隙运动机构的特点及应用354.5 轴承的选用365.轴承及键的校核设计375.1 轴承的选择与校核375.1.1 轴承的选择与校核375.1.2 轴承的选择因素385.1.3 轴承预紧力的要求395.1.4 主要轴承的润滑与密封395.1.5 轴承寿命校核40 5.2 键的选择426.减速器的计算446.1 高速级齿轮设计及高速级齿轮校核446.2 低速级齿轮设计及低速级齿轮校核47结束语50参考文献51外文文献52中文翻译55致谢611 绪论1.1 课题的目的和意义在过去的几年中，由于中国的经济增长和国家对机床的需求越来越多，技术水平有很大的进步，但与国际水平相比，还存在相当大的差距。技术水平低，在很大程度上是因为中国企业的设计师低水平的机械结构，因此，中国人在整体水平的提高和创新知识认知的道路上还有很长的路要走。所以，研究本课题目的是为了改变冲床冲压生产率低，效益差的状况，需要将数字化设计方法应用到冲床进给系统的分析过程中，从而提高产品效率、降低生产成本。下面以开发经济、实用的高速数控冲床进给系统为目标，从机械与控制两个方面对冲床进给系统进行设计。随着社会生产和科学技术的发展，防盗门金属板的性能和质量的提高，防盗门金属板的更新换代也不断的加快。因此对机床不仅要求迅速适应产品零件的换代，而且应该有较高的精度与生产率，这些生产需要促使要开发出更加适应现代化的数控机床。而随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速发展起来。数控冲床的进一步设计可以解决形状复杂的小批零件的加工问题，稳定加工质量和提高生产率。但是由于受其他条件的限制，例如载荷、摩擦等问题，设计改造数控冲床的进给系统是刻不容缓的。由于信息化、网络化的迅猛发展，机械制造工业正经历着革命性的变革，防盗门金属板材加工用数控冲床加工尤为重要。因此，国内防盗门制造用数控冲床进给平台设计结构有十分广阔的应用前景，尽快研制出一种能真正投入实际应用的数控冲床进给平台设计结构就显得十分必要。本文主要是数控冲床进给平台的结构设计，首先是进行了一系列的方案设计，然后具体设计依据老师给定的要求进行展开，里面涉及到齿轮、轴、轴承等零部件的设计与校核，最后进行了详细的验证。通过本论文的设计，能够培养良好的设计习惯，是大学毕业前一次很好的锻炼，为未来参加工作做好铺垫；同时也是一次有益的尝试，对个人成长发挥了很大的作用。本设计首先要对数控冲床进给平台设计要用到的零件进行工艺分析。数控冲床进给平台设计是机器上的至关重要的一部分，也是设计结构箱体上的重要组成部分，直接影响最终的加工精度和效率。在结合防盗门制造用数控冲床进给平台设计的结构设计准则中，对机床加工精度提出要求，确保生产效率提高，生产成本降低，在多种工业解决方案和系统配置的机器，有必要进行全面系统的分析和加工要求。1.2 国内外发展趋势数控冲床作为当前机械加工产业的主要设备，其技术发展已经成为国内机械加工产业的发展标志。数控冲床是制造装备业的工作机，是先进的生产技术和军工现代化的战略装备。高档数控冲床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数字化数控机床系统。高档数控冲床作为世界先进机床设备的代表，其发展象征着国家目前的机床制造业占全世界机床产业发展的先进阶段，因此国际上把五轴联动数控机床等高档机床技术作为一个国家工业化的重要标志。 高速加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航空航天、汽车工业、模具制造、光电和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。为了实现高速加工,首先要有高速数控冲床。高速数控冲床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，才能实现冲床工作过程的高速化。为了实现高速进给，除了可以继续采用经过改进的滚珠丝杠以外,最近几年又出现了“直线电机”和“并联虚拟轴机构”等新型的高速进给方式,从结构、性能到总体布局,三者之间都有很大的差别，形成了三种截然不同的高速进给系统。冲床加工零件时,工作行程一般只有几十至几百毫米，因此只有在瞬间达到高速和在高速行程中瞬间准停，高速直线运动才有意义。这就要求高速机床不但进给速度高,而且加速度大,最大加速度之值要达到1-8g(g为重力加速度)。高的加速度运动会对冲床造成巨大的动载荷。因此要采取一系列有效措施,提高机床的动静刚度。从某种意义上说,高速加工促使冲床设计从“速度设计发展到了“加速度设计”的新阶段。1.3 主要研究内容我研究的课题是防盗门制造用数控冲床进给平台设计。设计数控冲床进给平台是防盗门制造中的必要环节，进给平台是实现XY轴向进给的重要装置。通常由电机、减速装置与传动机构组成。设计出此装置要达到用于生产的目标，性能主要达到效率高于国内水平，投资成本降低，效率提高。本毕业设计的题目的主要内容有：（1）设计大行程滚珠丝杠机构及其传动系统，并进行强度和稳定性校核：（2）电机选择与校验：（3）设计出机械结构，绘制出装备图，对丝杠进行强度与刚度校核。技术要求：工作范围30002000mm。本课题是通过查阅资料了解防盗门制造用数控冲床进给平台设计的加工力，从加工力的大小来确定防盗门制造用数控冲床进给平台设计这一课题的伺服进给系统的各种运动参数及传动方案，随后通过计算当量动载荷选择滚珠丝杠，计算最大加工负载转矩，负载惯量选择伺服电机。最后通过三维软件对本课题设计的机械机构进行3D建模，然后画出装备图。1.4 本章小结本章先介绍了课题的背景与研究现状，介绍了数控冲床进给平台设计发展趋势，从而提出了研究防盗门制造用数控冲床进给平台设计的重要意义。最后介绍了本课题研究的主要内容和研究目标。612 总体方案设计2.1 伺服进给系统的基本要求伺服进给系统的基本要求：（1）精度要求高（2）反应速度快（3）调节转速范围大（4）低速、大转矩2.2 防盗门制造用数控冲床进给平台设计的一些技术要求进给平台是实现XY向进给的重要装置。通常由电机、减速与传动机构组成。本设计的主要内容有：1.设计大行程滚珠丝杠机构及其传动系统，并进行强度和稳定性校核。2.电机选择与校验。3.设计出机械结构，绘制出装配图，对丝杠进行强度与刚度校核。技术要求：工作范围30002000mm。2.3 传动方面的设计方案：（1）进行减速器减速。（2）对滚珠丝杠螺母副采用预紧，并对滚珠丝杠进行拉伸预紧。（3）采用伺服电动机驱动。2.4 本章小结本章介绍了伺服系统的基本设计要求，根据提案参数和传动系统的要求确定设计。3 XY轴向进给机构的设计3.1 滚珠丝杠螺母机构的选择 3.1.1 工作原理及其特点 滚珠丝杠导轨模组是一种传动装置，它能将开始的旋转运动变成达到要求的直线运动。目前已经是数控机床进给系统中最实用并且应用最为广泛的传动装置。其原理如图2.2：1丝杠 2回珠滚道 3螺母 4滚珠图3.1 工作原理图分别在螺钉和螺母上加工圆弧螺旋槽，球在这两个弧槽形成螺旋滚道中滚动。当螺钉旋转时，螺母不动，球在之前两个弧槽形成螺旋通道中滚动，轴被强制发生向相对位移。为了预防球从螺母中滚出，在螺母的内槽两端设有回程引导。这种回程引导装置使球可以返回到螺母上继续运动，并且往复循环。由于滚珠在里面不停的滚动，螺杆与螺母之间存在滚动摩擦，和滚珠之间产生的是滑动摩擦。并且球螺母机构有很多优点比如摩擦力小效率高，运动起来机器平稳灵活度高，反向定位精准，使用时间长损耗低维修简单，不会发生自锁等。3.1.2 结构类型滚珠丝杠导轨机构的类型很多，主要表现在滚珠循环方式和轴向间隙的调整。1 滚珠循环方式（1）内循环：在循环过程中滚珠与丝杠不断地接触这被称为内循环，如图2.3： 图3.2 内循环滚珠丝杠在螺母1和螺母6上设置反向装置3，迫使球穿过丝杠的外径，在完成接近一个圆的滚转后返回到先前相邻的滚道，形成球的单个圆循环。为了保证承载能力，螺母应保证有3-4转球工作.内循环球具有短路少球、流动性好、摩擦损失小等特点。但是这种方式不能用于长线传输，而圆珠回转机结构复杂，需要用三坐标数控铣床加工。(2)外循环：滚珠与螺钉在循环回路中脱离。根据球循环回路的不同原理，外循环方式可分为螺旋槽型、插入式管和盖板。螺旋槽式如图2.4所示：图3.3 螺旋槽式外循环滚珠丝杠回球槽1在螺母外圆上铣削，两个球护圈2位于回球槽与球螺母螺旋滚道的连接处。通过滚珠保持器一端的圆弧研磨，引导滚珠离开螺旋滚道进入回球槽，并引导滚珠从回球槽返回螺旋滚道，形成外循环回路。螺旋槽式球圈转动平缓，方便球循环，结构简单，加工方便。因此，它在数控机床中得到了广泛的应用。插管式滚珠丝杠螺母：由螺钉、球、回球管2和螺母组成。利用插入螺母的管道作为回珠槽，加工方便，应用也较广泛，但管道突出于螺母外面、径向尺寸较大。如图2.5所示：图3.4 插管式滚珠丝杠螺母3.2 X轴方向进给系统的计算3.2.1 X轴滚珠丝杠的选择1 确定滚珠丝杠的导程 根据已知条件取电动机的最高转速nmax=2500r/min,i=1得：Pb=（Vmax10360）/inmax=(333.360)/(18)=8mm2 滚珠丝杠螺母副的载荷及转速计算丝杠的最大载荷为加工时的最大进给力加摩擦力,最小载荷即为摩擦力。设定工作台加工件与夹具的质量为700kg，导轨的摩擦因数为0.0045，故丝杠的最小载荷 N丝杠的最大载荷 N 当负荷与载荷接近单调式变化时 3 确定滚珠丝杠预期的额定动载荷(1)按预定工作时间估算 （3.1）式中预期工作时间（小时）； 精度系数； 可靠性系数； 负荷系数。查得载荷性质系数=1.3。已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级，查得精度系数=1,可靠性系数=1，则(2)因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以可按估算最大轴向载荷。取预加载荷系数=4.5，则（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷 取以上两种结果的最大值，28497N。 4 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径(1)估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形机床或机械装置的伺服系统精度大多在空载下检验。空载时作用在滚珠丝杠副上的最大轴向工作载荷是静摩擦力。移动部件处启动和返回时，由于方向变化将产生误差因素，一般占重复定位精度的（1/21/3）。所以规定滚珠丝杠副允许的最大轴向变形（1/31/4）重复定位精度。已知重复定位精度为6则0.0020.0015mm影响定位精度最主要因素是滚珠丝杠副的精度，其次是滚珠丝杠本身的拉压弹性变形以及滚珠丝杠副摩擦力矩的变化等。一般估算（1/41/5）定位精度。0.0050.004mm 取上述计算结果的较小值=0.0015mm(2)估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径本机床工作台（X轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式 （3.2）式中估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量（m） F0导轨静摩擦力（N） L滚珠螺母至滚珠丝杠两个固定支承的距离滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为L行程+安全行程+2余程+螺母长度+支承长度 （1.11.2）h +（1014）PhL1.1h +10（1.12836+108）mm3200mm又=31.5N，得d2m5 初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的Ph、Cam、d2m，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副FFZD4008-5其公称直径d0、基本导程Ph、额定动载荷Ca和丝杠底径d2如下:d0=40mm, Ph=8mm,Ca=30700NCam=28497N, d2=34.9mmd2m=10.1mm。故满足式设计要求。6 确定滚珠丝杠螺母副的预紧力FpFp=1/3Fmax=1/33883=1294N7 计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧拉力(1)计算目标行程补偿值 11.8tLu （3.3）式中：t温度变化值已知温度变化值t=2.5，滚珠丝杠螺母副的有效行程：Lu=Lk+Ln+2La行程+（814）Ph=2836+118=3024mm11.8tLu11.82.53024mm=89.2mm(2)计算滚珠丝杠的预拉伸力Ft8 确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号（1）计算轴承所承受的最大轴向载荷FBmaxFBmax=Ft+Fmax=5938+3883=9821N（2）轴承类型两端固定支承方式。采用双向推力角接触球轴承。（3）确定轴承内径d为便于丝杠加工，轴承内径最好不大于滚珠丝杠大径。在选用内循环滚珠丝杠副时必须有一端轴承内径略小于丝杠底径。其次轴承样本上规定的预紧力应大于轴承所承最大载荷计算轴承的的1/3。d略小于d2=34.9mm，d=30mm（4）轴承预紧力预加负荷FBP， FBP=1/3FB=1/39821=3274N（5）按样本选轴承型号规格ZKLN3062.2RS ,d=30mm ，预加负荷为5850N=3274N 9 滚珠丝杠副工作图设计（1）滚珠丝杠螺纹长度Ls 余程Le=32mm=3024+232=3088mm（2）两端固定支承距离=3300mm，丝杠全长L=3200mm（3）行程起点离定支承距离=62mm3.2.2 X轴伺服电机的选择1 力矩的计算（1)计算加工负载力矩T已知在加工状态下坐标轴的轴向负载力F=F=3883N,电动机每转一圈，冲床执行部件在轴向移动的距离=8mm=0.008m,进给传动系统的总效率=0.90，得：T=5.5Nm（2)计算摩擦负载力矩T已知在不加工状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）F=31.5N，得： T=N.m=0.044Nm（3)计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩T已知滚珠丝杠螺母副的预紧力F=976.56N，滚珠丝杠螺母副的基本导程=8mm=0.008mm，滚珠丝杠螺母副的效率=0.94，得:=2 负载转动惯量计算（1）已知冲床执行部件（即工作台、工件和夹具）的总质量m=800kg，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离为8mm，得：（2)计算滚珠丝杠的转到惯量J已知滚珠丝杠的密度=7.810kg/cm,得:（3)计算联轴器的转动惯量JJ(4)总的转动惯量根据上述计算可初步选定伺服电机。选择S系列交流伺服电动机CTB-43POSXA20。主要技术参数如下： 最高转速：6000r/min 额定转矩：14.3Nm 最大转矩：28.6Nm 转子惯量：0.0054 机械时间常数：7.5ms3 空载启动时，折算到电动机轴上的加速力矩 Tr=Tu+Tf+Tamax=0.044+0.213+27.9=28.157Nm a.=0.0054=（14）b.最大转矩：28.6N.mc.额定转矩：14.3N.m可见CTB-43POSXA20型交流伺服电机满足设计要求。3.2.3 X轴系统校验1 传动系统的刚度计算（1）计算滚珠丝杆的拉压刚度本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置（a=/2，=3300mm）时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，计算为：Ksmin=6.6102d22/L1=6.6102(34.92/3300)=243.6N/um当滚珠丝杆的螺母副中心位于行程的两端位置时，滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度计算得：Kmax=6.6102d22 L1/4L0(L1-L0) =6.6102(34.923300/4623238)=3991N/um（2）计算滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度 = 22.34 （3.4）式中 轴承接触角； 滚动体直径（mm）； Z滚动体个数；最大轴向工作载荷（N）；已知轴承的接触角=60，滚动体直径=4.25mm，滚动体个数Z=10,轴承的最大轴向工作载荷= 35850=17550N,得= 22.34 = 22.34由两端固定支承 =2=2719=1438N/m（3）计算滚珠与滚道的接触刚度K （3.5）式（3.5）中查样本上的刚度（m）； 额定动载荷；由样本查得：=1580N/m； =30700N；=1294N=2 传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择（1）计算 N/um 计算 N/um 静摩擦力（2）验算传动系统刚度 （3.6）已知反相差值或重复定位精度为6N/m（3）传动系统刚度变化引起的定位误差（4）确定精度，任意300mm内的行程变动量对半闭环系统而言，定位精度为12m/300mm所以 所以 =8m9.584取丝杠精度取为2级。（5）确定滚珠丝杠副的规格代号已确定得型号：FFZD公称直径：40mm，导程 8mm螺纹长度：2581mm丝杠全长：3200mmP类2级精度 即：FFZD4008-5-P2/320025813 验算滚珠丝杠副临界压缩载荷因丝杠所受最大轴向载荷小于丝杠预拉伸里不用验算。4 验算滚珠丝杠副的临界转速 （3.7）式中临界转速计算长度（mm）由样本得：=34.9mm， f=21.9，得Lc2=L1-L0=3300-62=3238mmnc=fd2/L2c2107=21.934.9/3238107=3728nmax5 验算 （3.8）式中滚珠丝杠副的节圆直径（mm） 滚珠丝杠副的最高转速 r/min6 基本轴向额定静载荷验算式中滚珠丝杠副的基本轴向额定载荷（N） 静态安全系数。由样本得： =1.5，=17550N，=84900N所以 1.517550=26325=2206N 9 滚珠丝杠副工作图设计(1）滚珠丝杠螺纹长度 余程=24mm=2161+224=22090mm(2）两端固定支承距离=2600mm，丝杠全长L=2700mm(3) 行程起点离定支承距离=60mm3.3.2 Y轴伺服电机的选择 1 力矩的计算（1)计算加工负载力矩T已知在加工状态下坐标轴的轴向负载力F=F=2920N,电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离=6mm=0.006m,进给传动系统的总效率=0.90，得：T=3.0997Nm（2)计算摩擦负载力矩T已知在不加工状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）F=31.5N，得： T=N.m=0.0336N.m（3)计算由滚珠丝杠得预紧而产生的附加负载力矩T已知滚珠丝杠螺母副的预紧力F=973N，滚珠丝杠螺母副的基本导程=6mm=0.006mm，滚珠丝杠螺母副的效率=0.94，得:=2 负载转动惯量计算（1）已知机床执行部件（即工作台、工件和夹具）的总质量m=800kg，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离为8mm，得：（2)计算滚珠丝杠的转到惯量J已知滚珠丝杠的密度=7.810kg/cm,得:（3)计算联轴器的转动惯量JJ（4)总的转动惯量根据上述计算可初步选定伺服电机。选择交流伺服电机130MB200B-011000。主要技术参数如下： 最高转速：2500r/min 额定转矩：8.8N.m 最大转矩：19.6N.m 转子惯量：0.00158 机械时间常数：2.72ms3 空载启动时，折算到电动机轴上的加速力矩a.=0.00158=（14）b.最大转矩：19.6N.m可见130MB200B-011000型交流伺服电机满足设计要求。3.3.3 Y轴系统校验1 传动系统的刚度计算（1）计算滚珠丝杆的拉压刚度本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置（a=/2，=2600mm）时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，计算为：Ksmin=6.6102d22/L1=6.6102(27.92/2600)N/um=197.6N/um当滚珠丝杆的螺母副中心位于行程的两端位置时，滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度计算得：Ksmax=6.6102d22L1/4L0(L1-L0) =6.6102(27.222600)/(4622540) =2120N/um（2）计算滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度已知轴承的接触角=60，滚动体直径=4.25mm，滚动体个数Z=10,轴承的最大轴向工作载荷= 35525=16575N,由公式（3.4）得:= 22.34 =22.34由两端固定支承 =2=2706=1412N/m（3）计算滚珠与滚道的接触刚度K由样本查得：=1367N/m； =20200N；=973N,由公式（3.5)得:=2 传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择（1）计算 N/um 计算 N/um 静摩擦力（2）验算传动系统刚度已知反相差值或重复定位精度为6,由公式（3.6）得:N/m（3）传动系统刚度变化引起的定位误差（4）确定精度，任意300mm内的行程变动量对半闭环系统而言，定位精度为12m/300mm所以所以 =8m9.575取丝杠精度取为2级。（5）确定滚珠丝杠副的规格代号已确定得型号：FFZD公称直径：32mm，导程 6mm螺纹长度：2008mm丝杠全长：2700mmP类2级精度即：FFZD4008-5-P2/270020083 验算滚珠丝杠副临界压缩载荷因丝杠所受最大轴向载荷小于丝杠预拉伸里不用验算。4 验算滚珠丝杠副的临界转速由样本得：=27.9mm， f=21.9，由公式（3.7）得:Lc2=L1-L0=2600-60=2540mmnc=fd2/L2c2107=21.9(27.9/2540)107=1947nmax5 验算由公式（3.8）得 r/min6 基本轴向额定静载荷验算式中滚珠丝杠副的基本轴向额定载荷（N） 静态安全系数。由样本得： =1.5，=16575N，=53300N所以 1.516575=24863=53300N7 强度验算取=726，由公式（3.9）得:所以 d2mm验算均合格。3.4 本章小结本章首先介绍了各滚珠丝杠的选择，介绍了伺服电机的选型，最后对系统进行了校验及相应计算。4 转塔自动刀架的设计4.1 自动换刀方案确定一般的自动换刀装置的形式是多种多样的，有刀库式和转塔式，有通过电动机或液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。这种装置一般就叫做自动换刀装置。数控车床上应用自动换刀装置是非常多的，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。目前数控车床上使用的自动换刀装置包括转塔式、刀库式，转塔式大多用在数控冲床上。数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与冲孔，承受极大的冲击力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，出现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这些刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。电动刀架拟采用电机驱动的转塔刀架，在回转的刀盘上可以安装六把冲床用的刀具安装座。该刀架的换刀动作分为刀盘分度转位和刀盘锁紧步骤，刀盘锁紧由碟形弹簧复位来实现，而刀盘的分度转位是由圆柱凸轮分度机构来实现的。本次设计的转塔刀架为凸台棘爪式刀架，电机连着联轴器，然后联接蜗杆副，在涡轮带动下下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转60，然后利用一个接触开关或者霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。4.2 自动刀架传动部分4.2.1 主要传动部件的设计计算所设计的自动回转刀架，所用电动机的额定功率为90W，额定转速为1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。1 蜗杆副的设计计算自动回转刀架的动力源是三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直连，刀架转位时蜗轮与上刀体直连。已知电动机额定功率P1=90W，额定转速n1=1440r/min，上刀体设计转速n2=30r/min，则蜗杆副的传动比i =n1/n2 =1440/30=48。刀架从转位刀锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，启动时冲击较大，今要求蜗杆副的使用寿命Lh =10000。（1） 蜗杆的选型GB/T10085-1988推荐采用渐开线蜗杆（Z1蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）。本设计采用结构简单，制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(Z1型)。（2） 蜗杆副的材料刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此蜗杆的材料选择45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC，以提高表面耐磨性；蜗轮的转速较低，其料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,采用金属模铸造。（3） 按齿面接触疲劳强度进行设计刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。按蜗轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为： 式中：a-蜗杆副的传动中心距，单位为mmK-载荷系数 -作用在蜗轮上的转矩T，单位N.mm -弹性影响系数，单位为MPa； -接触系数 -许用接触应力，单位为MPa；从式中算出蜗杆副的中心距a之后，根据已知的传动比i=48，可以选择合适的中心距a值，以及相应的蜗杆，蜗轮参数。确定作用在蜗轮上的转矩Ta.设蜗杆头数z1 =1,蜗杆副的传动效率取 =0.8。由电动机的额定功率P1 =90W,可以算出蜗轮传递的功率P2 =P 1 ,再由蜗轮的转速n2 =30r/min,求得作用在蜗轮上的转矩：T2=9.55P2/n2=9.55P1/n2=22920N.mmb.确定载荷系数K载荷系数.其中为使用系数，由于工作载荷分布步均匀，启动时冲击较大，因此取 =1.15;K 为齿向载荷分布系数，因工作载荷在启动和停止时有变化，故取 =1.15； 为动载系数，由于转速不高，冲击不大，可取=1.05,则载荷系数:c.确定弹性影响系数铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配时，从参考文献中差得弹性影响系数 =160MPa。d.确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径d1 和传动中心距a的比值d 1/a=0.35,可得系数=2.9e.确定许用接触力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，蜗轮的基本许用力 =268MPa，已知蜗杆为单头，蜗轮每转一转时每个轮齿咬合的次数j=1;蜗轮转速n =30r/min;蜗杆副的使用寿命L =10000h。则应力循环次数N=60jn2Lh=1.8107寿命系数：KHN=0.929许用接触应力：f.计算中心距将以上各参数代入式 ，求得中心距： 48mm取中心距a=50mm,已知蜗杆头数z1 =1,设模数m=1.6mm,得直径d1 =20mm,这时d1/a=0.4,可得接触系数 =2.74。因为2mm,即P4.24mm.今取蜗杆的涡距P=6mm。2 其它参数的确定采用单头梯形螺杆，头数n=1,牙侧角b=15，外螺纹达径d1=50mm,牙顶间隙ac=0.5mm,基本牙形高度H1=0.5P=3mm,外螺纹牙高h1=3.5mm,外螺纹中经d2=47mm,外螺纹校径d3=43mm,螺杆螺纹部分长度H=50mm。3 自锁性能校核螺杆-螺母材料均用45钢，取二者的摩擦因数f=0.11;再求得梯形螺旋副的当量摩擦角约为6.5，而螺纹升角约为2.33，小于当量摩擦角。因此，所选几何参数满足自锁条件。4.3 伺服电机的选用4.3.1 伺服电机的分类 直流伺服电机分为：有刷和无刷电机。 有刷电机-成本低，结构简单，启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可经用于对成本敏感的普能工业和以用场合。 无刷电机-体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于名种环境。交流伺服电机：也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。4.3.2 伺服电机的一般选择原则在确定了电机系列和额定转速后，按以下3个要素确定伺服电机容量： 1）负载惯量比。若负载惯量比过大，则控制易变得不稳定，伺服参数调整也很困难。 2）短时间特性（加减速转矩）。伺服电机除连续运转区域外，还有短时间内的运转特性如电机加减速，用最大转矩表示，最大转矩影响驱动电机的加减速时间常数。3）连续特性（工作状态载荷扭矩）。对要求频繁启动、制动的数控机床，为避免电机过热，必须检查它在一个周期内电机转矩的均方根值，并使它小于电机连续额定转矩。4.3.3 伺服电机的选用刀架驱动电动机的选择应同时满足刀架运转的负载扭矩和起动时的加速扭矩的要求。1 刀架负载扭矩的计算动力刀架负载扭矩估算方法如下：由于这种刀架的负载扭矩主要用来克服刀具质量的不平衡，估算按如下的情况进行：用平均重力的刀具插满刀盘的半个圆，根据工艺要求所需的各种刀具，确定每个刀具的（包括刀柄）平均重力，而其重心则设定为离刀架回转中心2/3半径处。由以上的方法可知，由于是8工位动力转塔刀架，因而插满刀盘的半个圆需要4把刀具。设工艺要求所需的每个刀具的平均重力=4.9N；刀盘的回转中心直径D=312.5mm。则有 2 刀架加速扭矩的估算 （4-3） 式中 -刀架换刀时的电动机转速(r/min); -加速时间,通常取150200ms; -电动机转子惯量(),可查样本; -负载惯量折算到电动机轴上的惯量(). 3 负载惯量折算到电动机轴上的惯量的估算 （4-4） 式中 -各旋转件的转动惯量(); -各旋转件的角速度(); -各直线运动件的质量(); -各直线运动件的速度(); -伺服电机的角速度().4 各旋转件的转动惯量的估算由刀架的结构简图可知,刀架在完成换刀动作时,伺服电机带动其旋转的部件共3个,它们分别是从动盘,刀架主轴和刀盘。因而只需估算这三者的传动惯量即可。(1) 刀盘转动惯量的计算其主要尺寸如下：刀盘外径D1=382mm；刀盘与刀架主轴相连的孔径d1=80mm；刀盘宽P=69mm。 则刀盘的转动惯量 =1.13 (2)刀架主轴的转动惯量按如下的方法估算： 刀架主轴的最大直径dmax=119mm；最小直径dmin=36mm；刀架主轴长度取l=503.3mm 则刀架主轴的转动惯量 =0.2237 （3）从动盘的转动惯量的计算其主要尺寸如下：从动盘分度圆直径D2=117mm，宽度P=20mm则从动盘的转动惯量 =0.0028 求得圆柱凸轮的分度圆直径Dh32=50mm圆柱凸轮的转动惯量 =0.0002 (4) 联轴器转动惯量的计算 由于联轴器已标准化，查表取联轴器的转动惯量 (5) 对各旋转件的角速度作如下设定：伺服电机的角速度 ；凸轮的角速度 ；从动盘的角速度 刀架主轴的角速 ；盘转位时的角速度 。则将以上计算所得的数据代入下式： 得负载惯量折算到电动机轴上的惯量=0.000373 取；刀架换刀时伺服电机的转速；伺服电动机转子转动惯量Jm=0.00003。则刀架加速扭矩 = 6 驱动电动机输出扭矩的估算 驱动电动机的输出扭矩应同时满足刀架负载扭矩和加速扭矩之和，将以上计算的刀架负载扭矩和加速扭矩换为驱动电动机轴上的输出扭矩的公式为： （4-5）式中 -传动效率 取0.75。则有 考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电动机额定转矩应为的1.21.5倍。所以取经查阅西门子电机手册，选项用西门子1FT6交流伺服电动机。该电机的额定转速为1500r/min，额定输出转矩为5Nm，额定功率为0.4kW。4.4凸轮式间歇运动机构的特点及应用 我们了解到槽轮机构和不完全齿轮机构等等机构，由于结构、运动和动力条件的限制，一般只能用于低速的场合。而凸轮式间歇运动机构则可以通过合理地选择转盘的运动规律，使得机构传动平稳，动力特性较好，冲击振动较小，而且转盘转位精确，不需要专门的定位装置，因而常用于高速转位（分度）机构中。但凸轮加工较复杂，精度要求较高，装配调整也比较困难。在电机矽钢片的冲槽机、拉链嵌齿机、火柴包装机等机械装置中，都应用了凸轮间歇运动机构来实现高速分度运动。 这种凸轮机构可以通过调整凸轮与转盘中心距来消除滚子与凸轮突脊接触的间隙，传动可靠、平稳，转盘可以实现任何运动规律，以适应高转速要求；可以改变凸轮曲线槽所对应的角，改变转动与停歇时间比值；转盘停歇时，一般就依靠凸轮棱进行定位，不需要附加定位装置。但凸轮加工要求精度高。4.5轴承的选用1 轴承内部结构轴承内部一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成-通常称为四大件。对于密封轴承，再加上润滑剂和密封圈（或防尘盖）-又称六大件。2 轴承分类与特点总的可以分为球轴承和滚子轴承两大类。球轴承分为深沟球轴承、角接触球轴承、调心球轴承、推力球轴承、推力角接触球轴承。滚子轴承分为圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、推力滚子轴承、推力圆锥滚子轴承、推力调心滚子轴承。 刀架轴向所选轴承的特点 圆锥滚子轴承1.转速高2.精度高3.噪声、振动小4.可以承受径向载荷5.也能承受轴向载荷6.制造简单，成本低 滚针轴承1.转速较高2.能承受较高的径向载荷（比径向尺寸相同的其他轴承承受的径向载荷大） 推力球轴承1.转速低2.只能承受单面轴向载荷3.轴圈和座圈不能倾斜3 轴承的转速滚动轴承的转速主要受容许运转温度的限制，摩擦阻力较低的轴承产生的内热较小,最适合高速运转，只承受径向载荷时，深沟球轴承或圆柱滚子轴承的容许转速最高,但若承受联合载荷时，角接触球轴承的容许转速最高12。本次刀架轴端选用圆锥滚子轴承。5 轴承及键的校核设计5.1 轴承的选择与校核5.1.1 轴承的选择因素在许多情况下，轴承孔的尺寸受到机器或装置的特定结构的限制。无论使用寿命、静载安全系数和经济性是否满足要求，都必须进行尺寸计算。滚动轴承的静载荷是指轴承在加载后是静止的(内圈与外圈之间没有相对运动)或转速很低。在这种情况下，计算了滚道和滚压元件塑性变形过大的安全系数。大多数轴承承受载荷，内环和外环是相对运动的。通过尺寸计算和校核。只有在特殊情况时，滚道和滚动件工作寿命才需要进行仔细的验算并且验算必须达到标准，其名义寿命要根据国家标准DIN ISO 281进行验算，并与实际相符。要想节省成本，对于轴承的承载应力要做到最大化利用。要想越充分的利用轴承，那么对轴承就需要进行精准的分析。（1）静负荷轴承如果想要知道轴承能不能承受的起足够的重量，就要知道其是否具有足够的额定静载荷，这对于静负荷安全系数S0要足够精确。S0 =C0/P0 其中S0静负荷安全系数，C0额定静负荷KN，P0当量静负荷KN 。静负荷安全系数S0是防止滚动零件接触区出现永久性变形的安全系数。一般建议采用以下值：S0=1.52.5适用于低噪声等级，S0=1.01.5适用于常规噪声等级，S0=0.71.0适用于中等噪声级。额定静载荷（方位轴承的径向力和推力轴承的轴向力），由于滚体中心和滚道接触区会产生压力，产生的理论压力为：4600n/mm2自调整滚珠轴承4200n/mm2其他类型滚珠轴承4000n/mm2在额定静载荷c0作用下全部滚珠轴承，在轧辊体的最大承重面积和轧辊接触面积内，塑性变形总量约为轧辊体直径的万分之一。等效静载荷P0KN是一个理论值，它是径向轴承的径向力和推力轴承的轴向和同心力。在滚动体和滚道最大承载接触面积的中心，由p0产生的应力与实际荷载组合产生的应力相同。p0=x0*fr+y0*fakn其中，p0等效静载荷，fr径向载荷，fa轴向载荷，单位为KN，x0径向系数，y0轴向系数。（2）动负荷轴承动负载荷是寿命的基础，寿命计算公式为：L10=L=(C/P)P，其中L10=L名义额定寿命，C额定动负荷KN,P 当量动负荷KN ，P寿命指数,L10是以100万转为单位的名义额定寿命。对于同一类型的一大组轴承，90%的轴承应达到或超过此值。额定动载荷ckn可在每种轴承的参数表中找到。在此负载下，轴承的额定寿命可达到100万转。等效动力荷载是一个理论值，它是方向轴承的径向力和推力轴承的轴向力。它的方向，大小是恒定的。轴承在动载荷作用下的寿命与实际载荷组合相同。p=x*fr+y*fa，式中：p当量动量荷载，fr径向荷载，fa轴向荷载，单位为千牛顿，x径向系数，y轴向系数。计算不同类型轴承的x,y值和等效动力荷载的依据可以在不同类型轴承中找到。滚珠轴承和滚动轴承的寿命指标P是不同的。速度变大，轴承负载变大，速度变小负载值变小，则必须相应考虑等效负载,用分段近似代替连续荷载和速度曲线。滚动轴承最小负荷过小，润滑不足，导致滚动体滑动，损坏轴承。5.1.2 轴承的选择和轴承的精度选用轴承时，第一是选择类型。选择轴承类型应考虑多种因素，大概为轴承所受载荷的大小、方向及性质；轴向的固定方式；转速与工作环境；调心性能要求；经济性和其他特殊要求等。滚动轴承的选用，具体如下。1.载荷条件：轴承承受载荷的大小、方向、性质是选择轴承类型的主要根据。载荷较大时适合用线接触的滚子轴承。当通常选择推理轴承为受纯轴向推力载荷时，深沟球轴承适用与受径向载荷。角接触轴承使用于同时受径向和轴向载荷时，受到冲击载荷时使用滚子轴承。2.转速条件：选用球轴承是适应转速较高且旋转精度要求较高的时候。推力轴承的极限转速低。当工作转速较高，而轴向载荷不大时，我们可以使用角接触轴承或深沟球轴承。对高速回转的轴承，为减小滚动体施加于外圈滚道的离心向外力，宜选用外径和滚动体直径较小的轴承。3.装调性能：3类（圆锥滚子轴承）和N类（圆柱滚子轴承）的内外圈可分离，便于装拆。为方便拆卸和紧固安装在长轴上，可选择带孔的组件和紧固套件。4.调心性能：轴承之间的内外圈必须通过其偏位角控制，否则会增加极限值，承受额外负荷并缩短寿命。对于刚度差或安装精度较差的轴组件，宜选用调心轴承，如1类（调心球轴承）、2类（调心滚子轴承）轴承。5.经济性：在满足使用要求的情况下优先选用价格低廉的轴承，降低成本。一般球轴承的价格低于滚子轴承。精度要求越高的轴承价格就越贵。在同精度的轴承中深沟球轴承的价格最低价。同型号不同公差等级轴承的价格比P0:P6:P5:P4=1:1.5:1.8:6。选用高精度轴承时应进行性能和价格比的分析。在这一次设计中选用的轴承是角接触轴承和双向推力向心球轴承。角接触轴承能够一起承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，其轴上载荷能力的大小，跟随接触角的增大而增大；轴承的精度，分为2、4、5、6、0五级。其中2级最高，0级为普通精度级。主轴轴承以4级为主。高精度主轴可用P2级。要求较低的主轴或三支撑主轴的辅助轴承可用P5级。P6级和P0级一般不用。65.1.3 轴承预紧力的要求从力学方面讲预紧力提高刚度有一定的效果,这点与线接触的滚子轴承是不相同的。点接触的球轴承，可以在温度提升允许的条件下，尽量采用较高的预紧力。在轴向力的作用下，不受力的测量轴承的滚动体与滚道不相配时，预紧力为最大的轴向载荷的35%；三联组配时为24%。5.1.4 主轴轴承的润滑与密封主轴的密封有接触式密封和非接触式密封，主轴轴承的润滑与密封是机床使用中和日常维护过程中需要重视的两个问题。良好的润滑效果能够降低轴承的工作温度和延长使用寿命。密封不仅要防止灰尘屑末和切削液进入破坏，还要阻止润滑油的泄漏。数控机床上，主轴轴承润滑方式有：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑、油气润滑等方式。此次设计选用的是油脂润滑方式。主轴的润滑状态可分为流体润滑状态和非流体润滑状态两大类，流体润滑状态又能够分开为边界润滑状态和干摩擦润滑状态。此外，还常见有混合润滑状态，指的是流体润滑状态和边界润滑状态一起存在。油脂润滑方式：目前在数控机床的主轴轴承上最常用的润滑方式是油脂润滑方式，特别经常用在前支承轴承上。当存在主轴箱中没有冷却润滑油系统的情况下，那么后支承轴承和其他轴承，一般采用油脂润滑方式润滑。（1）油液润滑方式： 在数控机床主轴上，有采用油液循环润滑方式的。装有CA-MET轴承的主轴，即可使用这种方式润滑，对一般主轴轴承，后支承上采用这种方式润滑比较常见。在使用油液润滑角接触轴承的时候，要注意角接触轴存在泵油效应，必须要使油液从小口进入。（2）油雾润滑方式： 油雾润滑方式是将油液经高压气体雾化后从喷嘴成雾状喷出倒需要润滑的部位达到润滑目的的方式。由于油雾吸气良好且无油，激发，所以通常在高速润滑轴上。但是由于油雾是雾状容易吹出，污染环境。（3）油气润滑方式： 油气润滑方式是针对高速主轴而开发的新型的润滑方式。它是用极微量的油（约0.033）润滑轴承，以抑制轴承发热。油箱中的油位开关和管路的压力开关，确保在油箱中没有油或者压力不足的时候，能自动启动切断主电动机电源。轴承间隙调整和预紧，有间隙和轴与内部空间，它必须能够适应。坐标也应该在一个状态干涉滚动与一些预变形，这就叫做轴承的预紧。轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支承主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不能是绝对的，滚道不能完全是圆形的，因此只有一部分滚动体在预应力之前与滚道接触。预紧后， 滚动体和滚动通道有一定的变形，参与工作的滚动体将更多，每个滚动体的阻力更均匀。这些都有利于提高轴承的精度、刚度和寿命。故主轴产生振动，则由于各个方面都有滚动体支承，可以提高抗振性。预紧将使轴承寿命下降，故预紧要适量。175.1.5 轴承寿命校核主轴轴承正常载荷相对较轻,除一些特殊的重载主轴外,轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴承的寿命，主要不是决定于疲劳点蚀，而是因为运动磨损而降低精度。通常，如轴承精度为P4级，经使用导致磨损后跳动精度达到P5级时，这个轴承就不能满足加工精度要求了。故不满足需要求更换零件。虽然还远未达到其疲劳寿命，但是这种“精度寿命”目前还很难以估算准确。所选轴承按照每天两班工作制，每班工作8小时，预计使用五年。则T=163655=29200h根据轴承寿命校核公式： Lh= （6.1）Lh-轴承寿命T-滚动轴承许用寿命C-滚动轴承额定动负荷fn-速度系数fn=-寿命指数。 对球轴承=3；对滚子轴承=10/3KA-使用系数。查表取KA=1.2Kn-转速变化系数，查表取Kn=0.89KL-齿轮轮换工作系数，查表取KL=0.8P-当量动载荷所以根据公式计算得：Lh=500hT因为轴承使用寿命远远的大于轴承预期的寿命所以轴承是合格的。表5.1 轴承静载荷安全系数S0(旋转轴承)使用要求或载荷性质球轴承滚子轴承对旋转精度及平稳性要求较高，或承受冲击载荷1.522.54正常使用0.5213.5对旋转精度及平稳性要求较低，没有冲击和振动0.5213许用转速验算载荷系数 查得， 查得，载荷分布系数 查得， 查得，许用转速 许用转速 工作转速为1390r/min。所有数据全部大于1390综上所述：所选轴承寿命、静载荷与许用转速的要求达标。5.2 键的选择键是标准件，按用途将平键分为普通平键、导平键和滑动键，导平键简称为平键。有一种结合高度较小的普通平键，称为薄扁键，可用于薄壁件。常用的平键用于静态连接，分为圆头、方头和一端圆头。导键联接和滑键联接有相同的的地方也有不同的地方。导键固定在轴上，可以沿着轴移动，滑键固定一同沿着轴上的键槽移动。为减少键与键槽移动式的滑动摩擦力，而这表面应尽量保持光滑。在设计密钥连接时，通常连接的密钥的材料、结构和大小已经初步确定，并得到了连接的负载。因此，根据节点结构的特点，可以根据要求和工作条件来选择键的类型，然后根据轴径来选择标准件中键的截面尺寸，并根据轮毂长度来选择键的长度。然后通过适当的验算公式进行强度校核。对于平键连接，如果摩擦不计，则连接传递扭矩时可能出现的失效模式是：较薄弱部件在工作时工作表面受到挤压或磨损导致报废以及键的切割。因此，通常只用于计算接头的挤压强度或耐磨性，但在重要的情况下，也应对关键强度进行校核。键标准考虑了联接中的各个零件的强度，按照等强度的设计观点，视毂材料的不同，规定键在轴和毂中的高度也不同。参考轮毂及轴径，选择bh为66的键，取键长L=25mm许用转矩 T3(4352) 合格。6 减速器零件的设计计算6.1 高速级齿轮设计、高速级齿轮校核1 选择高速级齿轮材料、精度等级和参数选直齿齿轮传动选小齿轮40Cr材料，热处理调质处理，241HBS硬度286HBS硬度；选大齿轮35SiMn材料，热处理调质处理，229HBS硬度286HBS硬度，精度为IT8级（齿轮）。 取齿数（小齿轮），齿数（大齿轮），取。2 按接触强度-齿面设计（1）确定各参数数值初选载荷系数由大学里的教科书和教材，初选齿宽系数由大学里的教科书和教材，和教材查，取系数节点区域由大学里的教查得弹性系数由大学里的教科书科书和教材,查得极限，接触疲劳强度次数（小齿轮-应力循环）；次数（大齿轮-应力循环）；由大学里的教科书和教材查得接触疲劳系数，（允许局部点蚀）取安全系数，则： （2）确定该减速器上的传动尺寸初算直径-小齿轮圆周速度由大学里的教科书和教材查得动载荷系数由大学里的教科书和教材查得使用系数根据大学里的教科书和教材，假设，得齿间系用于载荷分配由大学里的教科书和教材查取齿向载荷分布系数系数（载荷方面）按K值修正，即（3）确定模数，为了安全， 将该模数 取=2mm；通过比较，跟最初选取的差距不大，可以选择此参数，误差在可以合理值接受的条件内。分度圆直径，；齿宽，取小齿轮用到的齿宽，大齿轮用到的齿宽。齿宽系数修正得到的。4 校核疲劳强度齿根弯曲(1)确定各参数由大学里的教科书和教材查得弯曲疲劳寿命系数,由大学里的教科书和教材查表得极限，取安全系数SF=1.25，计算弯曲应力： (2)验算强度齿根弯曲由上得出弯曲疲劳对应得到的强度足够。（3）验算，合适。6.2 低速级齿轮设计、低速级齿轮校核1 选择低速级齿轮材料、精度等级和参数由大学里的教科书和教材，选择小齿轮40Cr材料，大齿轮35SiMn材料，调质处理，229HBS硬度286HBS硬度。 取齿数（小齿轮），齿数（大齿轮），考虑互质取。2 按接触强度齿面设计（1）确定各参数数值初选载荷系数由大学里的教科书和教材，初选齿宽系数由大学里的教科书和教材，查得弹性系数由大学里的教科书和教材 查取节点区域系数由大学里的教科书和教材,查得 极限，；次数（小齿轮-应力循环）次数（大齿轮-应力循环）系数，取安全系数则 （2）确定该减速器上的传动尺寸初算直径小齿轮圆周速度查大学里的教科书和教材得动载荷系数由大学里的教科书和教材查得使用系数由大学里的教科书和教材，假设，得系数齿间载荷分配由大学里的教科书和教材查系数故载荷系数按修正K值，即确定模数，按大学里的教科书和教材取m=3mm，中心距传动比，；传动比误差-合理范围之内；分度圆直径齿宽取小齿轮齿宽，大齿轮齿宽修正齿宽系数 3 校核齿根弯曲疲劳强度（1）确定各参数由大学里的教科书和教材查取齿形系数和应力校正系数：，由大学里的教科书和教材查得弯曲疲劳寿命系数，由大学里的教科书和教材查表得齿轮弯曲疲劳极限，取安全系数，计算应力：（2）验算 验算得出强度足够。（3）验算验算合适。结束语此次毕业论文的设计，经过了两个多月的学习和工作，我终于完成了防盗门制造用数控冲床进给平台设计的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识，也有很多感受。我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩的作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一页，都有我的努力。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。参考文献1.机械设计课程设计，高等教育出版社，周元康 林昌华 张海兵 主编，修订版，20172.机械设计（第八版），高等教育出版社，邱宣怀主编，2017 3.机械制图，高等教育出版社，王兰美主编，20174.互换性与技术测量（第五版），中国计量出版社，20175.简明材料力学（第二版）刘鸿文主编，高等教育出版社，20176.吴延本，刘世华.机械设计标准手册.吉林：吉林科技出版社，1999.77.何发昌，邵远.多功能机械手的原理及应用.北京高等教育出版 2009.18.余达太,马香峰.工业机器人应用工程M.北京:冶金工业出版社,2001.9.张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，200710.蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.机器人技术，200311.金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用 ， 200512.王雄耀.近代气动机器人(气动机械手)的发展及应用.液压气动与密封，200413.严学高，孟正大.机器人原理.南京:东南大学出版社，200314.机械设计师手册.北京:机械工业出版社，201615.蒲卫华.浅析数控机床的发展进程及趋势J.四川劳动保障,2016(S1) 16.陆斌.我国数控机床技术的发展与现状J.山东工业技术,2016(17)17.江剑锋.CAD/CAM与数控机床加工.北京:中国人事出版社，201818.肖正义.滚珠丝杠副结构与性能发展动态J.功能部件, 2001 (9) : 100-10219.杨恩霞,刘贺平.机械设计课程设计M.第二版.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，201820.张英芝,贾亚洲.数控冲床的概率分布模型2018(2):26426721.Rudi H.P.M.Arts, Anuj Saxena, Gerald M.Knapp. Estimation ofdistribution parameters of mixed failure mode data. Journal of quality inmaintenance engineering, 2017.3(2)22.Y. imura. Microstructure changes of a poloypropylene / montmorillonite nanocomposite in a single screw. Mechnical Scienceand Technology 2015， (4)：3668 23.Naki, D. Wagen. Rubber crumb toughened polystyrene prepared by Reinforcing reaction molding. American Syvthellc Rubber Ind-ustry，2013 5(4):789124.Liao Jianmin.Fixturing analysis for stability consideration in anautomated fixture design systemJJournal of Manufacturi-ng Science and Engineering，2012，124(2):9810425.Subramanian V,Kumar Senthil A.Seow K C .A multi agent approach to fixture designJJournal of Intelligent Manufacturing，2012，12(1):314226.FUNDAMENTZLS OF MODERN MANUFACTURING：MATERIALS AND SYS-TEMS美MIKELL P.GOOVER. 2012 by prentice hall，upper sadlle river，New Jersey0745827.A. Z. Keller, A. R. R. Kamath & U. D. Perera. Reliability analysis of CNC machine tools. Reliability Engineering, 1982, (3) : 44947328.J. I. Ansell & M.J. Phillips. Practical Reliability Data Analysis.Reliability Engineering and System Safety, 1990. (28) : 337356外文文献一Reliability Design Technology of CNC Machine ToolWritten by: EdwardDolnickWith the continuous improvement of the academic research level in the field of CNC technology, the product stability and upgrading ability of the machine tool industry are strongly supported by the research results. Nowadays, CNC machine tool technology has gradually become an irreplaceable key technology in the machine tool industry and even the processing industry. Its stable performance and production capacity will be the key to the development of the entire manufacturing industry. According to the development prospect at home and abroad, dynamic technology research is very important to the development of numerical control technology.一Current situation and enlightenment of CNC punching machine at home and abroad In recent years, domestic sheet metal processing equipment needs new changes, CNC sheet metal processing equipment shows a rapid popularization situation. CNC punching machine, CNC bending machine, CNC shearing machine, CNC laser cutting machine has become the new pet of sheet metal processing, and traditional sheet metal processing equipment and technology has been difficult to meet some customers processing accuracy, cost, efficiency, delivery date and other aspects. Demand. In this round of equipment renewal process, CNC punch is undoubtedly the lead actor.The development of CNC punch in China has experienced three stages: slow start, mature and rapid development. It was more than 20 years ago that the first domestic CNC punch was introduced. Since then, with the diffusion of domestic technology and the introduction of foreign technology, more and more manufacturers have mastered the design and manufacturing technology of CNC punch, and converted into products to enter the market. At present, there are no fewer than 8 enterprises in China that are capable of providing 4-axis or above numerical control punch beds, including Jinan Jiemai, Jiangdu Yawei, Yangli and Jinfangyuan of Yangzhou, etc., in product maturity, technological advancement, market share, etc. In the leading position, And other enterprises with the ability to produce simple numerical control punch are springing up. According to incomplete statistics. In 2004, about 800 new CNC presses were added in China, of which about 380 were made in China, accounting for 48 %; In 2005, about 950 new CNC punch beds were added, of which about 500 were made in China, accounting for 53 % of the approximately 1,100 new CNC punch beds in 2006, of which about 650 were made in China, accounting for 59 %; In 2007, the overall demand continued to grow, and the number of imported equipment was limited due to the increase in duty-free difficulty. The estimated sales volume of domestically produced CNC punching machines is about 800 units, and the share will reach 65 %. From the demand and supply of two aspects, we can think that numerical control punch in China has indeed entered a period of rapid development.二Numerical control machine tool reliability modeling（一）Reliability modelingThe reliability model of the CNC machine tool is a description of the dependability / fault logic relationship between the system and its constituent units. Reliability models generally include two types: one is the reliability block diagram, and the other is its corresponding mathematical model. The reliability frame diagram for CNC machine tools belongs to the series model. Therefore, the focus of reliability modeling is to comb and clarify the product definition, and to establish a reliable seat and failure rate mathematical model for the entire machine and each subsystem combined with fault information, and obtain the reliability characteristic quantity. It lays the foundation for the later reliability prediction and distribution.（二）Reliability distributionReliability distribution is the decomposition process that reasonably allocates the quantitative requirements of product reliability to subsystems, components, parts, and other units. In the specific operation process, the distribution methods and processes must be formed first, as well as the specific BMTBF indicators of each functional component. The quantitative reliability requirements of each unit are clarified. The main purpose of reliability distribution of CNC machine tools is to clarify the reliability quantitative requirements of each subsystem and component, provide preliminary basis for reliability indicators of external purchasing parts and external collaborative parts, and find weak links in the design; Compare different design schemes. According to the actual characteristics of CNC machine tools, new products with small quantities can be assigned by rating method because of lack of reliability data. For modified products, reliability distribution should be carried out by scale group method.（三）Reliability estimatesReliability estimation is the work carried out to evaluate the reliability of CNC machine tools under given working conditions. The reliability of the entire machine is calculated by the availability of various subsystems that make up CNC machine tools. The main purposes are: to predict the reliability index of the whole machine: to clarify the weaknesses in the design for improvement: to provide data for the late availability test, etc. The method used to estimate the outcome of the availability is the score estimation method.三Automatic adjustment technology of hydraulic punch height of NC Turbo punchThe sequence of the punch process of the CNC Turbo punch is as follows: 1. The upper mold has just touched the board material 2. The upper mold begins to squeeze the board material 3. The waste material falls, the punch is returned to a certain depth, and the board material will be moved to the next position. Among them, if the depth of injection is too shallow, it may occur that the plate and waste will not rebound; The depth of the human mold is too deep, it will reduce the efficiency and appear mold belt material. In the use of CNC Turbo punch, punching head, Turbo, mold is the part that embodies the technical level and quality. The most common problems are scrap rebound and mold belt material. The rebound of scrap material and the material of die belt often cause serious consequences such as fast die loss and workpiece damage, which affects the overall performance of the machine tool. There are often user complaints, mold use effect is not good, short life, workpiece Yilamao and so on. Apart from the factors such as the quality of the die itself and the improper use of the user and the poor maintenance of the mold, the important reason is the defect of the machine tool itself.In order to solve the waste rebound, mold with materials, the punch manufacturers have conducted long-term research, adopted a variety of methods, but the effect is not ideal, can not fundamentally solve the problem. 中文翻译一数控机床可靠性设计技术作者：爱德华多尼克随着数控技术领域的学术研究水平不断提升，机床行业的产品稳定性与升级能力受到研究成果的大力扶持。如今的数控机床技术逐渐成为了机床行业，甚至是加工行业不可替代的关键性技术，其稳定的性能与产能将会是全制造行业赖以发展的关键。针对国内外发展前景，进行动态的技术研究对数控技术的发展是至关重要的。一、数控冲床现状与启示最近几年,钣金加工设备需求出现新变化,数控钣金加工设备呈迅速普及的态势。数控冲床、数控折弯机、数控剪板机、数控激光切割机成为钣金加工的新宠,而传统的钣金加工设备和工艺已很难满足部分客户对加工精度、成本、效率、交货期等方面的需求。在这一轮设备更新过程中,数控冲床无疑是领衔主演者。数控冲床的发展经历了缓慢起步、趋于成熟、快速发展三个阶段。第一台数控冲床问世已是20多年前的事了。此后,随着技术扩散和技术引进,越来越多的生产厂家掌握了数控冲床设计、制造技术,并转换为产品进入市场。目前,国内有能力提供4轴及以上数控冲床的企业不少于8 家,在产品成熟度、技术先进性、市场占有率等方面处于领先地位,而其他有能力生产简易数控冲床的企业更如雨后春笋般不断涌现。从需求和供给两方面来看,可以认为,数控冲床的确进入了快速发展时期。二、数控机床可靠性建模（一）可靠性建模数控机床的可靠性模型是对系统及其组成单元之间的可靠性/故障逻辑关系的描述。可靠性模型一般包括两类:一是可靠性框图，二是其相应的数学模型。针对数控机床的可靠性框图属于串联模型，因此可靠性建模的重点是梳理及明确产品定义，并结合故障信息建立整机及各子系统的可靠座、故障率数学模型，得出可靠性特征量，为后期的可靠性预计、分配奠定基础。（二）可靠性分配可靠性分配是将产品可靠性的定量要求合理分配到子系统、 组件、零件等单元上的分解过程，在具体操作过程中首先要形成分配的方法和流程，以及各功能部件的具体BMTBF指标，使各单元的可靠性定量要求得到明确。对数控机床进行可靠性分配主要的目的有:明确各子系统、部件的可靠性定量要求，为外购件及外协件的可靠性指标提供初步依据:发现设计中的薄弱环节;对不同的设计方案进行比较等。结合数控机床的实际特点，批量小的新产品由于缺少可靠性数据可以采用评分分配法，针对改型产品应该采取比例组合法进行可靠性分配。（三）可靠性预计可靠性预计是为了评估数控机床在给定工作条件下的可靠性而进行的工作，通过组成数控机床的各子系统的可拿性来推算整机的可靠性，主要目的有:对整机可靠性指标进行预计:明确设计中的薄弱环节，以便加以改进:为后期可拿性试验等提供数据。可拿性预计果用的方法为评分预计法。三、数控转塔冲床液压冲头高度自动调整技术数控转塔冲床一次冲孔的顺序过程如下: 上模刚接触板料上模开始挤压板料废料落下，冲头到一定深度后返回，板料将移到下一个位置。 其中，如果入模深度太浅，有可能出现冲不下板料和废料反弹的情况；而人模深度太深，则会降低效率并出现模具带料。在数控转塔冲床的使用中，冲头、转塔、模具是集中体现技术水平和质量的部分，最常出现的问题是废料反弹、模具带料。废料反弹、模具带料往往直接造成模具损耗快、工件损坏等严重后果，影响机床的整体性能。经常有用户抱怨，模具使用效果不好、寿命短、工件易拉毛等。除去模具自身质量和用户使用不当、模具保养不善等因素外，很重要的原因是机床本身功能的缺陷。为解决废料反弹、模具带料，冲床厂家进行了长期研究，采取了多种方法，但效果并不理想，不能从根本上解决问题。外文文献二Selection Design of Ball Silk BarWritten by: George StephensonIn order to meet the requirements of speed, high positioning accuracy, high stability and fast response of Gaojin, it is necessary to select reasonable ball screw pairs for necessary checking calculation. Whether or not the feed servo motor is properly selected is related to whether the mechanical and electrical parameters of the servo system match the performance of the system, and then affects whether the system performance of the feed system is optimized.一Introduction to Ball Bar（一）Composition and working principle of ball screwThe ball screw is mainly composed of a screw, a nut, a ball and areverser. In the middle of the screw and nut with a spiral groove, an intermediate transmission element is provided, that is, a ball ball, which forms a circular ball chain. When the wire bar rotates, the ball rolls along the threaded Raceway. During this movement, the ball not only orbits the wire bar, but also rotates itself. Therefore, the ball not only has friction with the screw and nut, but also has friction with each other. In order to prevent the ball from rolling out of the Raceway, a return guide device is provided at both ends of the nuts spiral groove, such as a reverser and a beeper. They form a circular loop with the spiral Raceway so that the ball rotates in the spiral Raceway and rotates along the spiral Raceway.（二）The characteristics of ball barsThe ball screw uses rolling friction instead of sliding friction, so it has the following characteristics: 1. The friction loss is small and the transmission efficiency is high. The friction loss of the ball screw pair is small, and the transmission efficiency can reach 90 % 96 %, which is 24 times that of the sliding screw. 2. Small wear and long life. In general, the screw, nut, and ball of the ball screw pair are hardened, the surface roughness is low, and the wear of rolling friction is small, so it has good wear resistance, that is, its accuracy maintains good performance and long working life. The axial stiffness is high.3. Since the ball screw pair can completely eliminate the transmission gap without affecting the flexibility of the screw movement, the higher axial stiffness can be obtained, and the axial stiffness can be improved again by pretightening. 4.The friction resistance is small and the movement is stable. Since the ball screw is a rolling friction, the coefficient of dynamic and static friction is very small, and the friction resistance is almost independent of the speed.5.The static friction force is very small, and the starting moment and the motion moment are nearly equal. Therefore, the sensitivity is high and the movement is smoother. It can not be self-locked and has the reversibility of transmission. Since the ball screw pair has no self-locking ability, it has the reversibility of transmission. When it is used in a vertical lift drive system, a self-locking device or a braking device must be added to prevent the production of reverse transmission.二Shape and characteristics of the cross section of the ball screw pair RacewayThread Raceway type(or normal type) refers to the cross section of the screw through the center of the ball and the intersection of the screw and nut thread Raceway surface. Its geometry, dimensions and mechanical properties have a great influence on the bearing capacity, friction characteristics, axial stiffness and shaft gap adjustment of the ball spiral drive. At present, the most widely used raceways in China are single circular arc and double circular arc.（一）Single arc raceway surfaceThe characteristics of the single circular curved Raceway s
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