毕业设计（论文）-数控铣床进给传动设计（全套图纸）

沈阳化工大学科亚学院本科毕业设计题 目： 数控铣床进给传动设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制1202 学生姓名： 指导教师： 全套图纸，加153893706论文提交日期： 年 月 日论文答辩日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书机械设计制造及其自动化机制1202毕业设计（论文）题目：数控铣床进给传动设计毕业设计（论文）内容：切削力和切削功率的分析与计算，滚珠丝杠副的选型与计算，确定滚珠丝杠的尺寸参数和型号、支撑方式、间隙调整和预紧、润滑和密封，直线滚动导轨的选型与计算，寿命估算，联轴器选型，X、Y、Z轴定位精度的验算等，装配图与零件图设计。主要技术参数：行程X/Y/Z：400/200/300 mm，定位精度：X/Y轴，0.022mm；Z轴0.032mm。重复定位精度：X/Y轴，0.012mm；Z轴0.015mm毕业设计（论文）专题部分：（1）切削力和切削功率的分析与计算（2）滚珠丝杠副的选型与计算，确定滚珠丝杠的尺寸参数和型号、支撑方式、间隙调整和预紧、润滑和密封（3）直线滚动导轨的选型与计算，寿命估算（4）联轴器选型，X、Y、Z轴定位精度的验算等（5）装配图与零件图设计 起止时间：2016.2.292016.6.17指导教师： 签字 年 月 日摘要机械制造业是我国经济的支柱之一，一个国家如果没有发达的机械制造业，就不会有国民经济的发展。而机械制造业的发展水平反映了国民经济的繁荣。数控机床技术在当今世界具有更重要的经济地位和战略地位，目前工业发展趋势在世界经济和数控机床技术的体现，现在的核心产业和现代技术都是建立在数控机床技术的，因此，数控机床技术是反映一个国家的工业水平和现代技术水平的成熟程度。而数控机床技术水平的高低，体现了国民经济的实力。目前，它是整个国家乃至全世界第一个实现机床加工和数控技术的目标。数控技术与数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家现代化建设中的战略地位。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是现代计算机辅助设计、计算机辅助设计等在数控技术中的应用。数控技术是一个国家战略地位，反映了国家综合国力水平的重要基础产业，是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机与数控加工的生产过程，是当今制造业发展的方向。这项任务使我们能够更熟练地运用专业知识，并使我们的专业知识更实用。关键词：数控机床、切削功率、滚珠丝杠副。AbstractMachinery manufacturing industry is one of the pillars of Chinas economy, A country if there is no developed machinery manufacturing industry, Will not have the development of the national economy. And the level of the development of machinery manufacturing industry, Reflecting the prosperity of the countrys economy. CNC machine tools in todays world has a more important economic status and strategic position, The industrial development trend and the trend of economic development in the world, The technology of the numerical control machine tool reflects the core objective of the industrial industry, Some of the modern technology is based on the technology of CNC machine tools, So, the technology of the numerical control machine tool is a reflection of the level of a countrys industry and the maturity of the modern technology. And the level of the technical level of the numerical control machine tool reflects the strength of the national economy. At present, it is the first goal of the whole country and even the world to realize the machining of the machine tools and to make the numerical control technology.CNC technology and CNC machine tools in todays machinery manufacturing industry in an important position and great benefits, showing its strategic role in the modernization of the countrys basic industries. CNC technology is the manufacturing industry to achieve automation, flexible, integrated production base, modern CAD / CAM and so on are established in the numerical control technology. The numerical control technology is a national strategic position and reflected an important basic industry of the national comprehensive national strength level, the level is a measure of national manufacturing industry modernization degree of core markers, realizing the processing machine and the production process of NC, is todays manufacturing industry development direction.This task allows us to more skilled use of professional knowledge, and to make our professional knowledge more practical.Keywords: CNC machine tools,cutting power, ball screw.目录第一章 绪论11.1 现状发展趋势及分析1第二章 切削力及切削功率22.1 工件及刀具材料的选择22.2 切削力及切削功率的计算4第三章 滚珠丝杠副的选型与计算113.1 XYZ滚珠丝杠副的选型113.2 滚珠丝杠副的计算13第四章 安装、调整、密封294.1 安装方式及位置294.2 设计轴承座结构304.3 调整、润滑36第五章 估算寿命，选择电机及设计图365.1 直线滚动导轨寿命估算365.2 伺服电机联轴器38第六章 协调检查，工作总结39参考文献 40致谢 41沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 现状中国机床工业自建国以来开始发展，到现在已经走过了60多年的发展道路。中国的数控机床行业在过去三十年中，取得了快速发展，在技术和生产，而且还适用于各种行业。国内出口机械产品，并在四国际机床展览会上。在“十一五”期间，中国的一系列行业高端技术的突破，加上我国自主生产能力的提高，开始不再依赖国外生产，加入了高速数控机床的世界生产、高精度数控机床大国行列。从技术层面上看，随着主要高端数控机床的形成和基本生产设备的特殊任务，国内机床工具对我国数控率从第十个“五年计划” 35.5%，突然增加到了51.9%。在数控系统方面，我国已开发出一系列的产品，如多轴、多轨、总线型高档数控装置等。国产数控机床产品包括超高精度机床、重型机床、高精度机床、锻造设备和专用机床、机床等各类机床，尤其是在五轴联动数控机床、数控机床、立式铣床、数控车床、数控机床等机床的数控加工机床，一些技术已经达到世界先进水平。随着国内五轴数控机床的品种日益增多，一些较高的加工技术在国内的发展，改变了数控机床行业的垄断力量，加快我国从机床生产大国向机床制造强国的进程。从市场需求情况看，目前，我国是世界上最大的数控机床进口国和数控机床消费国。在2010，中国的机床消费量同比增长43%，达到$，进口数量约为94亿美元。虽然机床行业在五到第十一年的时间内实现快速发展，但是高档数控机床的产值仅占10至15%的金属加工机床行业的产值。面对如此庞大的消费市场，中国国内机床行业产能，仍无法满足快速增长的市场需求，高端数控机床产品的大多数仍需要大量进口。1.2 发展趋势及分析数控机床产业在我国的发展，将尝试解决主机的一系列问题，是关键技术差距大，产品质量不稳定，整个行业经济效益差，将培养核心竞争力，定量融合，一定高度，以提高自主创新和品牌建设，实现在十元的大目标，在国内市场占有主导地位的长期目标，努力在国内市场占有主导地位的长期目标，并努力实现“十二五”计划的目标。40沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 切削力及切削功率第二章 切削力及切削功率2.1 工件及刀具材料的选择2.1.1 切削加工对刀具的要求金属在切削的过程中，刀具的切削零件的部分是在比较大的切削压力和剧烈摩擦及较高的切削温度下工作的。在切削不均匀或者断续加工的时候，刀具会受到非常大的冲击力和振动，所以，刀具切削部分得材料应具备以下条件：高硬度。硬度是刀具材料中最基本的一种性能，硬度必须高于工件材料的硬度，工件上的切削量要超过切削量。高耐磨性。高耐磨性是刀具抗切削的能力，刀具磨损小的是在摩擦作用下的。当一个工具是一个很长的时间加工零件，如果刀具不耐用，磨损更迅速，它会影响工件的加工精度和加工质量。足够强的韧性。切削工件时，刀具要承受各种压力与冲击力。一般用冲击以及抗弯强度来衡量材料韧性的高低。化学稳定性与高耐热性。化学稳定性，是指不易指的高温和周围介质的材料或化学反应的处理，包括氧化能力。较低的化学稳定性，更快的刀具磨损，更粗糙的加工表面。耐热性高，指的是在高温条件下刀具仍能保持原有的强度、硬度、韧性和耐磨性。2.1.2 刀具的类型平面加工铣刀：铣平面离不开平面加工铣刀。常见的平面加工铣刀包括端面铣刀、圆柱铣刀以及立铣刀。（1） 圆柱铣刀圆柱铣刀通常采用的是整体式结构，主要由高速钢制成。圆柱铣刀一般采用螺旋形刀齿来提高切削工件时的平稳性，用于卧式铣床上半精铣平面以及粗铣。（2） 端面铣刀端面铣刀一般采用的是镶齿式结构，刀齿采用硬质合金钢制成，生产效率高，加工表面质量高，用于立式铣床上精铣、粗铣各种平面。（3） 立铣刀立铣刀用于立式铣床上铣削侧面以及阶台平面。立铣刀除了用于铣平面外，还可以用于铣螺旋槽、沟槽以及工件上各种孔，铣削各种圆柱凸轮与盘型凸轮，靠模铣内、外曲面等。沟槽加工铣刀：直槽有通槽和不通槽之分，较宽的通槽可以用三面刃铣刀加工，较窄的通槽可以用小尺寸立铣刀或锯片铣刀加工，不通槽则应该用立铣刀加工。（1） 三面刃铣刀三面刃铣刀包括错齿、镶齿和直齿等几种结构形式，因为刀具的圆周和两个侧面都有刀刃，可以获得更高的表面质量，主要用于铣各种槽、阶台平面、凸台平面及工件表面等。（2） 槽铣刀槽铣刀用于铣各种槽及棒料、板料和各种材料的切断，但作为一对切割边，对维修的光没有影响，所以铣槽的侧面质量相对较差（3） 键槽铣刀主要用于铣削键槽铣削键槽铣刀，具有很高的精度。（4） 燕尾槽铣刀燕尾槽铣刀主要用于铣面机，如车上的燕尾槽。（5） 角度铣刀将角铣刀分为单角铣刀、对称双角铣刀和非对称双角铣刀。单角铣刀用于各种刀具外圆的齿槽和各种锯齿形离合器以及棘轮的齿形加工；双角铣刀用于铣削各种尖锐齿的槽、梯形齿形离合器齿形；非对称双角铣刀主要用于各种角度的铣削加工。成形面加工铣刀普通铣床的成形面不能与成形铣刀进行分离，专用铣刀，如半圆形铣刀、异型刃形曲面和异形根沟。成形铣刀的缺点是制造成本较大，切削性能较差。2.1.3 刀具的参数选择（1） 切削参数的选用切削速度的选择主要取决于工件的材料，进给速度的选择主要取决于工件的材料和铣刀的直径。工具样品的一些工具制造商选择与切割参数。但切削参数的选择受机床、刀具系统、工件形状等因素的影响，并影响了刀具的夹紧方式。应根据实际情况调整切削速度和进给速度。当刀具寿命是一个优先级，切削和进给速度的程度可以降低；当芯片边缘是不是好时，切削速度可以提高。（2） 切削方式的先择光滑研磨是用来防止损坏的刀片，并提高生活的工具。但有两点要注意：1，如使用普通机械加工，应尽可能消除之间的差距的进料机构。2、当工件表面铸造、锻造过程中要形成氧化膜或其它硬化层，宜采用逆铣。（3） 硬质合金立铣刀的使用高速钢端铣刀的应用范围和适用范围比较广，即使选择切削条件也不是一点，也不会是一个大问题。硬质合金铣刀在高速切削时具有良好的耐磨性，但在高速钢铣刀中却没有得到广泛的应用，切削条件必须严格符合刀具使用的要求。2.2 切削力及切削功率的计算2.2.1 切削力的分解Fc 切削力（主切削力或切向分力） 切于加工表面，与基面垂直，用于计算刀具强度，确定机床功率，设计机床零件等。Fp 背向力（切深分力或径向分力） 处于基面内，与进给方向垂直，用于计算与加工精度有关的工件挠度，机床、刀具零件强度等，也可以作为在工件切削过程中产生振动的主要作用力。Ff 进给力（轴向分力或走刀分力） 处于基面内，同于进给方向，用于计算进给功率，并设计机床进给机构等。2.2.2 计算切削功率切削功率：由机床设计手册可知切削功率： （21）式中 P主轴电动机功率，P=11kW； 主传动系数总功率，一般为0.75-0.85，取=0.8； K进给系统功率系数，取K=0.96则 切削功率应按在各种加工情况下遇到的最大铣削力（或转矩）和最大切削转速（或转速）来计算。若按最大切削速度来算，取切削速度=100m/min，根据公式： 式中 Fz主切削力（N）； v切削速度（m/min）；主切削力为： 根据机床设计手册可得： 纵向切削分力： 横向切削分力： 取 进给牵引力Fm可根据机床设计手册中进给牵引力的实验公式计算则： （22）式中 Fx切削分力（N）； K颠覆力矩影响的实验系数，K=1.15； f滑动导轨摩擦因数，f=0.15-0.18，取f=0.16； G工作台承重，G=4000N则 2.2.3 计算切削力计算切削力的指数公式：常用的指数公式如下：式中 Fc、Fp、Ff 分别为主切削力、背向力、进给力； CFc、CFp、CFf 决定于被加工材料和切削条件的系数； xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf 公式中切削用量的指数； KFc、KFp、KFf 三个分力计算中，当实际加工条件与求得经验公式的条件不同时，各种因素对切削力影响的修正系数之积。 各系数、指数及修正系数之值可查阅金属切削手册。用单位切削力算主切削力 已取得了不同刀具、工件材料及不同加工条件下的单位切削力和单位切削功率的实验统计数据。从手册中可查到这些数据。表3-2几种常用材料的单位切削力、单位切削功率，由式(3-13)计算出Fc。表32 硬质合金外圆车刀切削常用金属材料的单位切削力、单位切削功率工 件 材 料单位切削功率/KW/(mm3/s)单位切削力/(N/mm2)实 验 条 件名称牌号制造热处理状态硬度/HBS刀具几何参数切削用量范围钢45热轧或正火187196210-61962=15=75=0前刀面带卷屑槽br1=0Vc=1.51.75m/sap=15mmf=0.10.5mm/r调质(淬火高温回火)229230510-62305br1=0.10.15mm淬硬(淬火低温回火)44(HRC)264910-62649r01=-2040Cr热轧或正火212196210-61962br1=0调质(淬火高温回火)285230510-62305r01=-20br1=0.10.15mm灰铸铁HT200退火170111810-61118br1=0平前刀面,无卷屑槽Vc=1.171.42m/sap=210mmf=0.10.5mm/r指数形式的切削力经验公式应用比较广泛，其形式如下： （23） （24） （25）式中：Fc、Ff 、Fp切削力、进给力和背向力；、取决于工件材料和切削条件的系数；、三个分力公式中背吃刀量ap、进给量f和切削速度vc的指数；、当实际加工条件与求得经验公式的试验条件不符时，各种因素对各切削分力的修正系数。式中各种系数和指数都可以在切削用量手册中查到。用切削层单位面积切削力计算切削力切削层单位面积切削力kc（N/mm2）可按下式计算： （26）各种工件材料的切削层单位面积切削力kc可在有关手册中查到。根据式可得到切削力Fc的计算公式： （27）式中：切削条件修正系数。用切削层单位面积切削力计算切削力工作功率工作功率Pe可分为两部分：A主运动消耗的功率Pc(w)（切削功率）B进给运动消耗的功率Pf(w)（进给功率）所以，工作功率可以按下式计算： （28）式中：Fc、Ff -切削力和进给力（N）；vc切削速度（m/s）；nw工件转速（r/s）；f 进给量（mm/r）。由于进给功率Pf相对于Pc一般都很小（=13589N（6） 确定滚珠丝杠副预紧力 （38）其中2200733N（7） 行程补偿值与拉伸力 行程补偿值式中（39）查现代机床设计手册950110，（24）Ph15t温差取2.5代入数据得C=32m 预拉伸力 （310）代入得4807N（8） 确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格 轴承所承受得最大轴向载荷FBmax480722007007 轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60角接触推力球轴承轴承内径d略小于d240，FBP =1/3FBmax，取d30带入数据得FBP2336N轴承预紧力：预力负荷FBP按现代机床设计手册选取轴承型号规格当d30mm，预加负荷为：FBP 所以送7602030TVP轴承d30，预加负荷为2900FBP2336N（9） 滚珠丝杠副工作图设计 丝杠螺纹长度由表查得余程 两固定支承距离L1，丝杠L 行程起点离固定支承距离L01290，L113501410，L030（10） 传动系统刚度 丝杠抗压刚度丝杠最小抗压刚度 （311）:丝杠底径：固定支承距离代入数据782N/m 丝杠最大抗压刚度 （312）代入数据得9000 N/m 支承轴承组合刚度一对预紧轴承的组合刚度 （313）：滚珠直径mm， Z：滚珠数：最大轴向工作载荷N 轴承接触角由现代机床设计手册查得7602030TVP轴承是预加载荷得3倍kamax8700N/ =375 N/m 支承轴承组合刚度kb=2kboKb=750N/m滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 （313）kc：现代机床设计手册上的刚度kc2150 N/, ca=2200N, Fp=733N代入数据得kc1491 N/（11） 刚度验算及精度选择dQ=3.5，Z17， （314）代入前面所算数据1/30 （315）代入前面所算数据得1/kmin=1/476F0=0W1已知W1800N, 0=0.2, F0=160NF0:静摩擦力，0：静摩擦系数，W1：正压力验算传动系统刚度；已知反向差值或重复定位精度为103025.6传动系统刚度变化引起得定位误差（），代入5（316）确定精度：任意300mm内行程变动量对系统而言0.8定位精度定位精度为20/30014.3,丝杠精度取为3级12=15003.2.4 横向滚轴丝杠副的计算与设计已知条件：工作台重量W1=80KG=800N 工件及夹具最大重量W2=200N 工作台最大行程LK=950mm工作台导轨的摩擦系数为u=0.1 快速进给速度VMAX=2m/min 定位精度为20um/300mm,全行程25um,重复定位精度为10um 要求寿命为10000小时（单班制工作十年）。各种切削方式的纵向切削力Fa,速度V和时间比例q及其他见下表表二 切削方式的纵向切削力Fa,速度V和时间比例q切削方式纵向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比%丝杠轴向载荷(N)丝杠转速r/min强力切削200012000.610292060一般切削10005000.830185080精切削5002001501320100快速进给0028001500确定滚珠丝杠副的导程 ：（318）Vmax工作台最高移动速度；：电机最高转速I ：传动比电机与丝杠间为齿轮连接式i=4（取一级减速齿轮）由上表查得=2m/min，=1500r/min 代入得0.33mm查现代机床设计手册取5mm（1） 确定当量转速与当量载荷各种切削方式下，丝杠转速由上表查的=0.6, =0.8, =1, =2代入得120，160，200，400各种切削方式下，丝杠轴向载荷：丝杠轴向载荷，：纵向切削力，：垂向切削力由上表得 (i=1,2,3,4)分别为2000 N,1000N,500N,0N (i=1,2,3,4)分别为1200N,500N,200N,0N 已知800 N，200 N 代入得 (i=1,2,3,4)分别为2200N，1150N，620N，1000N 当量转速/100+/100+/100+/100数据代入得200r/min 当量载荷 （319）带入数据得1097N初选滚珠丝杠副，由公式现代机床设计手册（3.724）知 （320）查现代机床设计手册表（3.751）表（3.754）得1，1，1，0.53，=1.3，10000h代入数据可求得13272N=1