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原稿 x5040 铣床 纵向 横向 进给 系统 数控 改造 机械 毕业论文 cad

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X5040 铣床纵向及横向进给系统数控化改造院(系)、部：XXXX 学院学生姓名： XXX指导教师： XXXX专 业： XXX班 级： XXX完成时间： 2017 年 5 月2摘 要3目 录4引言1.1 背景二十世纪中期以来，由于航空和航天技术的快捷发展，对于各种飞行器的加工提出更好更快的要求。这些零件形状大都相当复杂，材料多为难加工的合金，用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率，随着计算机的发明和发展，是数控机床的设想成为现实，且已经或即将成为现代机械制造生产过程的基本环节。也就是说，结合现实的生产实际，根据我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格、提高生产率、提高产品质量、降低废品率、提高加工精度、节约工装费用、降低生产成本、缩短生产周期、减轻工人的劳动强度，以致使企业取得最好的技术经济效果，在这种总的前提和要求下，就必须使机械加工自动化，适应于生产对象经常改变的情况，并且具有较好的通用性，较大的柔性。因此经济性数控机床就这样被设计并被广泛的应用在现代化生产当中。1.2 我国数控机床的研究现状我国对数控系统的研究开发始于 50 年代，但真正得到发展是从 80 年代开始，经历了“六五 ”、 “七五”期间的消化吸收引进技术， “八五”期间科技攻关开发自主产权数控系统两个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好的基础。 “九五” 期间数控机床发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种 300 多个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际 80 年代中期水平，部分达到 90 年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术） ，已达到国际先进水平。目前，已新开发数控系统 80 多种。自“七五” 以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。特别重要的是，我国数控系统的可靠性已有很大提高，MTBF 值可以在 15000h 以上。同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过 60%。这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础。1.3 数控改造的意义随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，5产品的更新换代也不断加快，因此，对数控机床的改造也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。铣床的应用十分广泛，主要用于加工面或成型表面。若要在立式铣床上加工圆弧、凸轮等特殊类平面时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行整体调整，加工精度较低，基础调整工作费事。所以，为提高工件的加工精度，保证产品质量，便于加工圆弧面和凸轮的曲面等，可以利用数控方法对铣床进行数控化改造。1.4 普通铣床机械结构改造的内容对数控机床的改造最主要的部分就是对其纵、横进给机构的改造及控制系统的设计改造，以便使其具有更加合理的结构和更全面的控制系统，便于其真正的应用于实际的生产中。因为改造后主要加工圆弧、凸轮一类的平面曲线轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制，工作台纵向（轴） 、横向（轴）及垂直方向（轴）的运动，分别由步进电动机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副拖动。由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电动机。而大功率的步进电动机的驱动较困难,步进电动机没有过载能力，在高速运动时转矩下降很多，容易丢步。要使改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造时采用直流伺服电动机驱动。（1）保留原机床的主轴旋转运动，工作台升降运动仍采用手动操作，纵、横向进给改造后既可机动进行复杂零件的计算机数控加工，又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的对刀工作。（2）保留原机床纵向进给的机动部分，将离合器脱开，去掉手轮,将手轮轴通过一对齿轮与步进电机相联，用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时，将离合器脱开，使原来的机动进给停止工作。（3）工作台横向运动方面，在原手轮安装位置，安装减速齿轮及步进电机，用微机数控系统控制横向进给运动。（4）采用直流伺服电动机作驱动元件，伺服电动机的轴端为光轴，齿轮与电动机轴，电动机轴与传动轴采用锥环无键连接消除连接器的结构。这种连接的特点是不需要开键槽，而且两连接件的相对角度可任意调节。由于锥环之间的楔紧作用，内外环分别产生径向弹性变形，靠磨擦力与套连接，消除配合间隙，保证对中性。1.5 本课题研究内容本设计将在以下几个方面对 X5040 铣床进行研究和论证。(1)经过分析、比较、计算，确定进给系统总体改造方案；6(2)纵向进给机构设计；(3)横向进给机构设计；(4)主要零部件设计。7第二章 总体方案设计2.1 传动系统设计选定公比，确定各级传送机床常用的公比 为 1.26 或 1.41，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =1.26，根据给出的条件：主运动部分 Z=18 级，根据标准数列表，确定各级转速为：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.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 . .1z2个传动副，即 Z= 。传动副数由于结构的限制，通常采用 P=23z123z或 3，即变速 Z 应为 2 或 3 的因子：Z= xa2b因此，这里 18=3x3x2，共需三个变速组。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：3x3x2，或 3x2x3。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=3x3x2 方案。3）传动系统的扩大顺序安排对于 18=3x3x2 的传动，有 3！=6 种可能安排，亦即有 6 种机构副和对应的结构网，传动方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致， ，结构式 18= x x 的1392传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，18= x x 的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择 18= x x 的结构式。13924）验算变速组的变速范围齿轮的最小传动 1/4，最大传动比 2，决定了一个传动组的最大变minUmaxU速范围 = /maxY因此，可按下表，确定传动方案：根据传动比及指数 x, 的值x公比极限值传动比指数 1.268x 值: =1/ =1/4minUx6值: = =2ax 3（x+ ） 值： = =8minrx9因此，可选择 18= x x 的传动方案。13925）最后扩大传动组的选择：正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为：Z= *1z21z32最后扩大传动组的变速范围为：r= =123()z(/2)z按 原则，导出系统的最大收效 Z 和变速范围为：8r3z2 31.26 Z=18 R=50 Z=12 R=12.7因此，传动方案 18=3*3*2 符合上述条件，其结构网如下图 2.1：图 1.1 结构网图2.2 转速图拟定运动参数确定后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。在此基础上，选择电机的型号，分配个变速组的最小传动比；拟定转速图，确定各中间轴的转速。1）主电机的选择中型机床上，一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，9应注意：（1）电机的 N：根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电机产品的功率已标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。（2）电机的转速 dn异步电动机的转速有：3000，1500，1000，750，r/min,这取决于电动机的极对数 P=60f/p=60x50/p ( r/min)dn机床中最常用的是 1500 r/min 和 3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度和工轴转速相近为宜，以免采用过大或过小的降速传动。maxn根据以上要求，我们选择功率为 7.5KW，转速为 1500r/min 的电机，查表，其型号为Y132M-4，其主要性能如下表电机型号 额定功率 KW 荷载转速 r/min 同步转速 r/minY132M-4 7.5KW 1440 15002）分配最小传动比，拟定转速图（1） 轴的转速：轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近，显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑， 轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾，因此，轴转速也不宜也太高， 轴转速一般取 7001000r/min 左右较合适。因此，使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴 I 到主传动系统前端轴 增加一对 26/54 的降速齿轮副，这样，也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动比，就可以将主轴 18 级转速一起提高或降低。（2）中间轴的转速对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性能要求之间的矛盾。中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些： d , m 从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率 和噪音加大：4M3 pL=1/ (3.5 +c n)KWN空 610nda主式中：C系数，两支承滚动轴承和滑动轴承 C=8.5，三支承滚动轴承 C=10；所有中间轴轴径的平均值；da10主轴前后轴径的平均值d主中间传动轴的转速之和nn主轴转速（r/min）=20lg -KpL610lg()4.5(1tan)(ancmzqmz 主 主式中：（ 所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值 mm;()amz主轴上齿轮分度圆直径的平均值 mm;主q传到主轴上所经过的齿轮对数主轴齿轮螺旋角,K系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床 =3.5，铣床1c 1cK=50.5从上述经验公式可知，主轴 n 和中间传动轴的转速和 对机床噪音和发热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。a，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些b,控制齿轮圆周速度 v取 =90mm,后轴颈1m852平均轴颈 取 d=27mm.58721mD2), 主轴内孔直径 d 的确定主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆,冷却管等,大型,重型机床的空心主轴还可以减轻重量. 确定孔径 d 的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量去大些。由材料力学知,轴刚度 K 与抗弯截面惯性矩 I 成正比,与直径之间有下列关系:41()KIdD空 空实 实44由上式可知,当 时,空心主轴的刚度 与实心主轴的刚度 相差甚小,即内孔/0.56dDK空 K实对主轴刚度降低的影响很小, 当 时,刚度降低约 25%.因此,为了不至于过分地削弱主/0.7d轴刚度,一般应使 另外,还应考虑主轴的颈外壁厚是否足够. 推荐: 铣床,d=拉杆直径/7+(5-10)mm.根据铣床 XK5040 的主参数, 取 d=29mm.则 22。满足要求./27/903dD3), 主轴悬伸量 a 的确定主轴悬伸量 a 是指主轴前端大炮前支承径向反力作用中点(一般为前径向支承中点) 的距离,它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸(大多都有轴端标准 ),前支承的轴承配置和密封装置等. 有的还与机床其它结构参数有关,如工作台的行程等. 因此主要由结构设计确定。参考同类机床和, 取 则悬伸量 a=63mm。 1/0.7,D4), 主轴跨距 的确定l根据, 计算前支承刚度.1.41.45920/AKNm计算综合变量=3AEIKa此处取弹性横量 . (钢的 )5210EMPa5210MP主轴的截面惯性距 4464()(97)3.9166IDdm则有： 563210.2.59.由主轴跨距计算线图,得: ， 所以 .0/48la04l合理跨距范围为: ，(.75.)6.l合 理 之 间为提高刚度,应尽量缩短主轴外延伸长度 a,选择适当的跨距 ,一般推荐l取 /a=3-5。跨距 小时,轴承变形对轴端变形影响大 ,所以轴承刚度小时 , /a 取大值,轴承刚性差时,ll则取小值。这里取 =4a=4 63=252(mm).7. 主轴部件的密封根据主轴转速,主轴轴承的润滑方式,工作温度,工作状况和轴端结构特点来选择密封装置的型式立式铣床的主轴是垂直安装的. 属立式主轴,可选用曲路密封(迷宫式密封), 这装置密封,垫圈和曲路相结合的密封. 垫圈甩开油液使其集中于端盖中引回,曲路密封还可以防止外界杂质侵入.5.4 制动器设计45对制动器的要求是:制动迅速 ,平稳,结构简单,紧凑,维修调整方便等.制动方式有两类: 电机制动和机械制动。 在数控铣床上，通常根据刀具与工艺要求需进行主轴转速的变换及制动，这制动装置常用离合器来实现，而电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件。由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选择，因而它已成为自动装置中常用的元件。这里我们采用机械制动,采用电磁离合器制动。按照要求，根据电磁离合器所能传递的静扭矩 和动扭矩 选择各类电磁离合器的规jMd格，型号，从而确定其尺寸。一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩 和额定动扭矩 满足工作要求。j d额定静扭矩：jMynNKjn950m式中： 离合器的额定静力矩（Kgm）jK安全系数运转时的最大负载力矩max对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭矩设计，查机械设计手册表 4-430，取 K=2 取 y=0.99 则 K = Kx9550 =2x9550x7.5/1450x0.99=97.8 NmjMmaxjny额定动扭矩： d mNMtanGDKfa )5.37()( 020式中，加速扭矩；aM所有被离合器带动的零件折算到离合器轴上的当量飞轮矩 ；fGD2 2kg22212 )()()( nGDnGDzf;.360)(22AVi 安装轴(转速为 n)及轴上零件的非轮矩之和 ;fGD2分别为离合器带动的其他各轴( 转速为 n ，n n21),)( 1,2)上零件的飞轮矩之和;in加速时间,中型车床取 1-3s,位行用 0.010.02s；at46空转扭矩。湿式多片式离合器一般为 的 12%，油量小，精度高，水平0MjM安装是取小值；、r、n min/被 动 侧 的 相 对 转 速离 合 器 的 主通过计算，这里选用铣床专用离合器，型号为：DLMOZ-5B。6 总结本次毕业设计是对 X5040 铣床纵向及横向进给系统数控化改造，鉴于国内的数控改造的方式方法对铣床横向，纵向，主要零部件进行了设计。本文的第一章介绍了国内在路锥自动收放机这个方面的研究现状，也对国外这个领域的研究情况做出了分析。提出了国内在这个领域的研究情况的不足，以及有哪些发展空间，并说明了路锥自动收放机以及路锥存储机构在未来的前景，以及研究方向。第二章整体性地概括了交通路锥存储机构的工作原理以及各个部分的结构，并说明了这个装置设计的目的及意义。第三章分别介绍了交通路锥的规格、路锥存储机构的机架设计、路锥抓取机构的设计以及横向送锥机构的设计，并详细说明可电机功率、直线导轨、滚珠丝杠、支撑轴承的设计计算过程。47参考文献1、 数控机床技术手册 李福生主编 ，北京出版社 1996.12、 机床主轴变速箱设计指导 曹金榜易锡麟，机械工业出版社 1987.53、 现代数控机床 王爱玲、白恩远、赵学良、赵建国主编 国防工业出版社2003.44、 机床设计手册 机械设计手册编辑组编 机械工业出版社 1986.125、 机械设计手册 联合编写组编 化学工业出版社 1987.126、 金属切削机床设计黄鹤汀主编，机械工业出版社 1991.37、 机械设计教程濮良贵、陈庾梅主编，西北工业大学出版社 1994.38、 金属切削机床概论顾维邦主编, 机械工业出版社 1999.79、 数控机床技术 张建钢、胡大泽主编，华中科技大学出版社 2000.648致 谢首先要谢谢的，就是我的论文指导老师。老师人比较随和，不过在对待学术上是非常严厉的。在平时的聊天里面，我们就像是朋友一样，不过只要一涉及到论文的东西，老师绝对不会对我手下留情，都是严格要求的。从一开始选择论文的题目，到后来将论文的题目定下来，再到后来写论文，修改，润色等等，老师都给了我很多的帮助，在遇到问题的时候，老师总是对我说