数控车床(最大加工直径为500mm)纵向进给系统三维设计及其数控加工.doc

前言 密级： 公开 NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR 题 目：数控车床（最大加工直径为500mm）纵向进给系统三维设计及加工 II前言前言本次设计是对整个大学四年所学知识的一个总结和回顾,不同于以往的课程设计,这次设计所要求的知识更广泛,实践性更强。能够很好的锻炼我们的能力，同时也能对这个专业以后相关的工作有一个提前的认识，培养设计的兴趣，为将来的工作做准备。对于数控车床，市场上已经有比较成熟的产品。而且前几届毕业生也已经做过，前几届学长为我们提供了宝贵的设计经验，许多设计计算过程我们都可以借鉴，从中吸取对自己有用的设计信息。本次设计就是在前人的设计基础上，根据自己的设计要求有选择性的吸收和不断优化从而得到设计结果。本次设计还采用了一些公司现有的零部件，比如丝杆就采用了黑田精工的产品，其具有优良的品质，能够在一定程度上提高机床精度。本次设计主要是针对数控车床纵向进给系统的机械部分，将所设计的机床和市场上已有的同类机床进行类比设计，同时采用前人的设计经验公式对所要设计的零部件进行设计计算，有些设计遵循相应的设计标准，从实用性和经济性的角度去检验设计的结果。本次设计完成了纵向系统总体方案拟定、所用零部件的设计计算和选型、零部件三维造型设计、纵向系统的机械装配、工程图生成、部分零部件的部分数控加工程序编程等一系列的产品开发过程。目录目录摘 要- 1 -Abstract- 1 -第一章 绪论- 2 -第二章 纵向进给系统方案拟定- 3 -2.1 数控车床总体方案大体确定。- 3 -2.2 纵向进给系统方案拟定。- 4 -2.2.1进给伺服系统的控制方式选择- 4 -2.2.2 进给系统的驱动方式选择- 5 -2.2.3 步进电机到滚珠丝杆间传动选择- 5 -2.2.4 导轨的选用- 5 -第三章 纵向进给系统机械部分设计- 6 -3.1 设计要达到的参数要求：- 6 -3.2 脉冲当量的选择- 7 -3.3 计算切削力- 7 -3.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型- 7 -3.4.1 计算进给牵引力F (N)- 7 -3.4.2 计算最大动负载c- 8 -3.4.3 最大静载荷计算- 8 -3.4.4根据计算额定动负载荷和额定静负荷初选滚珠丝杠副型号- 9 -3.4.5 传动效率计算- 10 -3.4.6 刚度验算- 10 -3.4.7 稳定性校核- 13 -3.5 传动齿轮设计。- 14 -3.5.1 步进电机步距角初选。- 14 -3.5.2 计算传动比i- 14 -3.5.3 齿轮齿数确定- 14 -3.5.4 模数m的确定- 14 -3.6 步进电机的计算和选型- 16 -3.6.1 转动惯量的计算- 16 -3.6.2 电机力矩的计算- 17 -3.6.3 计算步进电机空载启动频率和切屑时的工作频率- 18 -3.7 导轨的计算和选型- 19 -3.7.1 导轨的选型- 19 -3.7.2 导轨的初步计算- 21 -第四章 三维实体造型设计和图纸生成说明- 23 -4.1 三维实体造型设计- 23 -4.2 图纸生成- 24 -第五章 零件的数控加工程序编写- 24 -5.1 确定加工工艺。- 24 -5.2 零件数控程序编写- 25 -结论- 31 -注释- 31 -参考文献- 31 -附录- 32 -致谢- 32 -IV摘要摘 要中国制造业的高速发展推动了数控机床的全面发展,特别是为数控车床带来了全面多向的发展机遇。但是中国数控技术起步较晚，而外国数控技术较为成熟。中国数控市场随着制造业的发展不断扩大化，国外厂家的加入促使其竞争更加激烈。这既是机遇又是巨大的挑战。本次设计就是基于这样的一个背景下，借助应用广泛的CAX软件UG NX 8.0。通过参照同类型数控车床，根据设计要求，多方面资料分析、计算设计最大加工直径为500mm数控车床的纵向机械部分系统。本次设计有别于传统的二维设计方法，利用UG完成三维造型设计，生成加工图纸和代码，缩短了设计周期。同时部分零件选用了相关公司的现有产品，在小批量生产的情况下可以在一定程度上节约设计成本。关键词：数控车床；纵向进给系统；UG设计及其加工AbstractThe high-speed development of Chinas manufacturing industry promoted the development of CNC machine tools, Especially for CNC lathes, It has brought many comprehensive multi-directional development opportunities. However, CNC technology in China started late, and foreign CNC technology is more mature. Chinas CNC market continues to expand With the development of the manufacturing sector , the competition becomes more intense with the addition of foreign manufacturers. This is both an opportunity and a huge challenge. this design is based on such a background, with the Widely used CAX software-UG NX 8.0. Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools. By reference to the same type of CNC lathes, according to the design requirements and information from a variety of sources. The design is different from the traditional two-dimensional design, completed 3D model design with UG software. Generated The processing drawings and code. Shorten the design cycle. At the same time some of the parts selected other companys products. Design costs can be conserved When it was Small volume manufacturingKeywords: CNC lathes; Longitudinal feed system; UG design and processing- 1 -绪论第一章 绪论1952年美国麻省理工学院成功研制了世界上第一台数控机床,到现在已经过了60多年,数控技术得到了前所未有的发展。同时他也给制造业带来了巨大的变革。今天的中国已经悄悄变成了一个制造业大国。但是现实是我们很多高精度机床还一直依赖进口，我们只拿到了制造带来的微薄的利润。我国机床的全面高精度发展还有很长的一段路要走。机械的发展是数控机床的基础，所以本次设计的选题主要基于机械部分。数控车床是一个集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电液气一体化典型产品。他由众多零部件和系统组成，其中机械部分是基础，本论文所设计的是其纵向系统的机械部件。也是论文的主攻方向。机械的发展历史之悠久，也因此前人为我们留下了许多宝贵经验。文献检索是设计前的必做工作，同样本次设计也不例外。市场上已经有许许多多的比较成熟的数控车床，所以能找到许多可以参考的实例，通过类比查阅相关文献和设计确定了传动的总体方案。随着计算机技术大不断发展。越来越多的设计工具被投入使用,以前的设计是手工画图,到后来基于CAD技术的二维设计,发展到现在三维直接建模、转二维、直接软件自动编程加工为一体的设计。这一转变大大缩短了设计周期，提高了设计的效率，降低了设计成本。而这一转变都是基于设计软件的相继开发和改善。本次设计就是这样的设计，应用强大的三维设计软件-UG8.0，完成产品的三维建模、加工图纸生成、加工数控程序编写。是设计更加快捷可靠。这也是本次设计的一个特点。随着社会化大分工的不断细化，越来越多的产品都有不同公司的零部件产品组成，实现了产品的高效、高品质、高精度、高灵活性设计和生产。本次设计部分零部件选用公司的现有产品，能够保证产品的精度要求，并能缩短产品的成产周期，在一定的条件下还可以降低成本。本次设计主要在前人设计经验的基础上，根据设计的任务要求加以选取和改善。通过查阅各种标准和现有公司的产品完成零部件的设计。本次设计从主要的零部件开始，经过一序列的计算和校验完成主要部件设计，然后再按由主及次的顺序完成其他部件的设计。最后将零部件进行组装，完成整个系统的设计。- 2 -第二章 纵向进给系统方案拟定第二章 纵向进给系统方案拟定2.1 数控车床总体方案大体确定。 由于数控车床可以分为多种类别,各种类别的纵向进给系统又有所不同,所以在进行其纵向进给系统设计时要先大体确定数控车床总体方案。数控车床大体有以下几种分类：以车床主轴位置来分类 n 立式数控车床 立式数控车床车床主轴垂直于水平面，这类机床主要用于加工轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。 n 卧式数控车床 卧式数控车床可分为水平导轨数控卧式车床和倾斜导轨数控卧式车床。其中倾斜导轨可使机床具有更大的刚性且易于排屑。 以加工零件的基本类型来分类 n 卡盘式数控车床 这类车主要用来车削盘类(含短轴类)零件。多用电动或者液动控制夹紧，多用可调卡爪或不淬火卡爪。 n 顶尖式数控车床 这种车床一般有普通尾座或者数控尾座，主要用来车削长零件及小直径的盘类零件。 以刀架数量不同来分类 n 单刀架数控车床 数控车床一般都有各种形式的单刀架。n 双刀架数控车床 这类车床的双刀架平行分布或者相互垂直分布配置。 以功能分类 n 经济型数控车床 这类机床一般是用普通车床通过步进电动机和单片机对其进给系统进行改造后形成，这类机床虽然自动化程度低、功能较差、车削加工精度也不高，但是其成本较低，多用于加工要求不高的回转类零件。 n 普通数控车床 这类机床配备有通用数控系统，并且根据车削加工要求在结构上进行专门设计，其数控系统功能强、自动化程度高、加工精度相对较高，适用于加工一般回转类零件。这类机床一般可同时控制两个坐标轴。 n 车削加工中心 这类机床可控制三个坐标轴，并且在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，高级的数控车床还带有刀库，可以进行两轴联动控制。这种机床既可以用于一般车削还可以径向和轴向铣削、曲面铣削以及钻削中心线不在零件回转中心的孔和径向孔。 由设计任务和本次设计的性质选择所设计的类型为：卧式顶尖式单刀架经济型数控车床。2.2 纵向进给系统方案拟定。 上面已经基本确定所要设计的机床属于低档类型。依据：数控技术对数控机床档次和相关参数和功能总结: 2.2.1进给伺服系统的控制方式选择进给伺服系统控制方式可以分为开环、闭环和半闭环控制三种。l 开环控制系统多采用步进电机驱动，没有位置和速度控制元件，其结构简单、工作可靠、价格较低。其定位精度相对较低，一般在（0.01-0.03）mm之间。l 闭环和半闭环控制一般有位置和速度控制元件以及反馈电路，采用伺服电动机驱动，因此精度相对较高、快速性较好。但是其造价较高、结构复杂、不便维修。本次设计要求的定位精度为0.03mm，故选择开环控制方式就可以满足要求。也能为设计上带来很多便捷，降低成本。其系统简图如下图所示： 图1 开环伺服系统2.2.2 进给系统的驱动方式选择目前数控机床的进给驱动方式主要有用于高速高精度机床的“旋转伺服电机+滚珠丝杠副”和工艺成熟、应用广泛、成本较低的“直线电动机直接驱动”两种，后者广泛应用于中等载荷、进给速度小于20m/min的数控机床。 本次设计的是经济型数控车床，选用“旋转伺服电机+滚珠丝杠副”驱动方式能够满足设计要求。其中因为经济型数控车床一般是步进电机驱动，所以电机选择步进电机。如图1所示。2.2.3 步进电机到滚珠丝杆间传动选择电机到滚珠丝杆间传动主要有齿轮传动、直接传动、带传动和链传动四种方式。其中带传动和链传动传动精度不高，传动比会发生变化，不适合传动精度要求高的数控机床；直接传动步进电机输出的转矩较小。因而这里选择齿轮传动，一是将高转速低转矩的步进电机输出，转为低转速大转矩的执行件的输出，另外还可以使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。此外，由于步进电动机的特点是一个脉冲走一步，每一步都有一个加速过程，因而对负载惯量很敏感。为了满足负载惯量尽可能小的问题，同时也要满足一定的脉冲当量，常采用齿轮降速传动。 所以步进电机到滚珠丝杆间传动选择齿轮传动，如图1所示：2.2.4 导轨的选用数控机床的导轨形式主要有滑动导轨、静压导轨和滚动导轨。- 33 -第三章 纵向进给系统机械部分设计滑动导轨在机床上应用的历史最为久远, 广为应用于各类机床产品, 滑动导轨多用铸铁件或镶钢导轨制造。一般对导轨表面进行面淬火及磨削加工以提高导轨的耐磨寿命和精度,因其具有摩擦因数低、静摩擦因数差值小、减振性好、耐磨性好、具有良好的阻尼性以及自润滑作用，数控机床常用塑料滑动导轨；塑料滑动导轨是由导轨软带和表面淬火的铸铁组成。其导轨副常用铸铁或钢质材料。贴塑导轨在导轨滑动面上贴一层抗磨的塑料软带，塑料常用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带，软带用胶粘剂粘贴在导轨基面上，导轨副滑动面经淬火和磨削加工。 静压导轨属于液体摩擦，因此不产生磨损、摩擦系数也极低、运动不受速度和负载的限制、低速无爬行、承载能力大、刚度好、导轨摩擦发热也小、油液有吸振作用、精度保持性好、可以使驱动功率大为降低。但是其结构复杂,需要配置一套专门的液压系统作为供油系统且对油的清洁度要求高，成本高,一般中小型的数控机床很少使用。滚动导轨磨擦系数小 、动、静摩擦系数基本相同、启动阻力小、运动平稳、不易产生冲击、精度保持性好、低速运动稳定性好、微量移动准确、定位精度高、磨损小、寿命长，但是其抗振性差、防护要求高、结构复杂、制造较困难、成本较高。因此一般由专业厂制造,。因而根据设计要求和设计成本等各方面因素本次设计采用：贴塑滑动导轨。综上，纵向进给系统总体方案为：数控车床类别纵向进给伺服系统的控制方式纵向进给系统的驱动方式导轨卧式顶尖式单刀架经济型数控车床开环控制步进电机+滚珠丝杠副贴塑滑动导轨第三章 纵向进给系统机械部分设计3.1 设计要达到的参数要求：最大加工直径（mm）：在床身上：500 在床鞍上：260最大加工长度（mm）：750-1000溜板及刀架重量（N）：纵向：1100 横向：550刀架快移速度（m/min）：纵向：2 横向：1最大进给速度（m/min）：纵向：0.5 横向：0.3最小分辨率（mm）： 纵向：0.02 横向：0.01定位精度（mm）： 0.03主电机功率（KW）：5.5启动加速时间（ms）：303.2 脉冲当量的选择 脉冲当量是数控机床加工精度重要技术参数，本次设计的是经济型数控车床，一般采用的脉冲当量是0.01-0.005mm/step。由于要求的定位精度为0.03mm，将系统误差考虑在内，脉冲当量应该小于定位精度值。因此纵向的脉冲当量取0.01mm/脉冲。 3.3 计算切削力 按经验公式估算纵车外圆主切削力（N）得：=0.67D=0.67500=7490.83N D车床床身上加工最大直径，单位为mm按切削力各分力比例：F：F=1：0.25：0.4F=7490.830.25=1872.71N F=7490.830.4=2996.33NF走刀方向的切削分力（N）；纵切时沿着工件回转轴方向。F垂直走刀方向的切削分力（N）。3.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 在经济型数控机床的进给系统中，广泛采用滚珠丝杠副传动机构来实现精密进给运动。纵向进给丝杠设计如下：3.4.1 计算进给牵引力F (N) 作用在滚珠丝杆上的进给轴向力主要包括切屑时的走刀抗力、移动件的重量和切屑力作用在导轨上的摩擦力，因而：选择三角形或综合性导轨F=K +f(+G) =1.151872.71+0.03(7490.83+1100)=2411.3N 式中 K-考虑颠复力矩影响的实验系数，三角形或综合导轨为1.15; f-滑动导轨摩擦系数：采用贴塑导轨取0.03-0.05 G-溜板及刀架重力 ：纵向 1100N 由上一部计算 F=1872.71N =0.67D=0.67500=7490.83N3.4.2 计算最大动负载c c=f F 寿命L ，以转为单位 L= 丝杆转速 n=-滚珠丝杠导程，初选为10mm；最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的1/2-1/3，由于设计要求的最大纵向进给速率为0.5m/min，因此此处取0.25m/min;T使用寿命，按15000h;运转系数，按一般运转取 =1.21.5L寿命，以转为1单位。n=25r/minL=22.5c=fF=9530.3N3.4.3 最大静载荷计算当转速时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大的塑性变形，影响正常工作。因此，应进行静强度计算，最大静载荷为 式中 滚珠丝杆的最大轴向负载；切屑时滚珠丝杠所受的轴向力最大，所以= F=2411.3（N） 静态安全系数，由于机床启动有冲击，所以=2-3，本式中=2.5；则，上式为=2.5*2411.3=6028N3.4.4根据计算额定动负载荷和额定静负荷初选滚珠丝杠副型号 初选：u 公称直径。常见规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80，公称直径和负载基本成正比，负载由运动状态下的额定轴向动负载和静止状态下的额定轴向静负载组成。设计时主要参考前者。所以本次设计直径优先在16-63mm范围内选。u 导程。常见的导程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，导程与直线速度有关，在输入转速一定的情况下导程越大速度越快。由于现有产品中导程5、10较多。所以本次设计导程选10。u 全长和螺纹长度。螺纹长度有两个部分，一个是螺纹全长，一个是有效行程。螺纹长度与加工直径有关。由于本次设计的最大加工长度为750-1000mm,所以长度选1000-1300mm.u 螺母形式。按螺母长度分有单螺母和双螺母，按法兰形式分大约有圆法兰、单切边法兰、双切边法兰和无法兰几种。双螺母调整方便。因而这里选用双螺母。u 精度。由上表这里选择黑田精工c3级精度产品。 由计算可得滚珠丝杠副工作情况：进给牵引力F (N)最大动负载c(N)最大静载荷2411.3N9530.3N6028N根据上面的大体选型，这次设计确定选择“黑田精工”系列滚珠丝杠螺母副产品，查看黑田精工滚珠丝杠及滚珠丝杠制动器指南，本次设计纵向进给滚珠丝杠选用黑田精工定制滚珠丝杠螺母副GR4010BD-DALR-11821000-C3S产品具体相关参数如下: 该丝杠为定制研磨滚珠丝杠，丝杠为C3级标准研磨滚珠丝杠，定位精度为e300=0.008mm, e2=0.006。丝杆直径为40mm、导程10mm、滚珠直径6.35mm、根径35.2mm、2.5圈1个回路。3.4.5 传动效率计算 式中螺旋升角，由上面所选丝杆可得：=10/（3.14*37.6）=0.085，所以= 摩擦角 滚珠丝杆副滚动摩擦系数等于0.0030.004，因而其摩擦角=103.4.6 刚度验算 （1）丝杆的拉伸或压缩变形量:在总变形量中比重比较大。此纵向进给滚珠丝杠支撑支撑座采用黑田精工机床的支撑座/BUT-35 如下图所示：最大牵引力为2411.3N。支撑间距约为L=1060mm，订购时丝杠螺母及轴承均要求预紧。工作载荷=2411.3N下引起的导程=10mm的变化量: E-丝杆弹性模数,钢的E=20.6(N/) 丝杠截面积A=由于丝杆较长，采用一段固定,一端简支支撑方式,用黑田精工支撑座BUT-35。则：=L=2411.31060/(20.6889.8)=0.014m (2)滚珠丝杠与螺纹滚道之间接触变形，此项在总变形中也占有比较大的比重。设计中丝杆加有预压。预压力为最大轴向力1/3时，可减少一半。根据黑田精工预压数据本次所选的滚之丝杆 额定动载荷C=29300N,所以1/20 C=1465N，而1/3=804N。采用一般预压，则预压力大于最大轴向力的1/3，取预压轴向力为1500N.所以滚珠丝杠与螺纹滚道之间接触变形为有预压时接触变形的一半。有预压时：=-轴向工作负载。=2411.3N-预压轴向力。=1500N-滚珠直径。=6.35mm-滚珠数量。=一圈的滚珠数Z圈数回路数=0.01mm所以=1/2 =0.005mm (3)支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支撑座轴承采用型号:BST3572DFP4，预压情况如下：有预压时：=公式中F=2411.3N -预紧轴向力。采用基本预紧由下表可查得=3800N（如下表） a 接触角。根据黑田精工技术资料DF型、P4-等级的预润滑双列角接触轴承的接触角可达60,确保了稳定性和高精度。 -轴承滚动体直径。=9.33mm Z-轴承滚动体数目。Z= 16所以=0.002mm 综上：e3000.014mm0.005mm0.002mm0.008mm由于上面三个变形为主要变形，其他可以忽略。由上面三个变形量再加上丝杆的误差就可得到丝杆的定位误差.根据以上计算： =+ e300=0.0290.03mm（要求的定位精度）3.4.7 稳定性校核机床进给丝杆通常是受轴向力的压杆，长压杆失稳时临界负载由材料力学可得： E-弹性模量。钢：E= J-截面惯性矩。J=（为丝杆根径） -丝杆支撑距离。约为1060mm-丝杆支撑方式系数。两端固定=4所以：=86.7N安全系数=/=86.7/2411.3=0.04=18。另一方面，齿数过大，齿轮所占的空间也大。因此取小齿轮直径=20，则大齿=20/0.48=42。实际传动比=20/42=0.476。传动比误差=（0.48-0.476）/0.48=0.8%。在合理误差范围内。3.5.4 模数m的确定 因为进给伺服系统传递功率不大，一般取模数，数控车床、铣床取，所以此处齿数Z2042模数m2齿宽（6-10）m1613齿顶圆直径mz+2m4488齿根圆直径mz-2*1.25m3579中心距62 因而可以估算出齿轮减速箱大体尺寸在垂直水平方向上为:长*宽=146*120。参照下面部分厂家同等规格数控车床外形尺寸，减速箱尺寸仅为总体尺寸的1/10左右。因此，所选齿轮合适。部分厂家最大加工直径为500mm数控车床部分技术参数（未标单位为mm）生产厂商玉环北一宁波镇海升翔数控设备公司大连机床厂滕州市成海机床公司山东齐鲁创金数控机械设备有限公司数控车床型号Ck6150i Cjk6150CKA6150iCK6150CK6140B床身上最大回转直径500500500500500溜板上最大回转直径260250280270300最大工件长度7501000750、1000750、100、15001000最大行程Z轴800685、935750、1000、15001000Z轴最大快移速度mm/min80006000/100006000 8000每转切屑进给量0.005-100mm/rZ轴最小设定单位0.0010.001机床外形尺寸（长*宽*高）2580*1370*1750(2580、2830) 175016202600*1200*1700Z轴电机功率kw4.63.6 步进电机的计算和选型 传动系统结构草图如下图所示： 3.6.1 转动惯量的计算 由于齿轮和丝杆的材料都为钢，所以： 小齿轮转动惯量 D-圆柱体直径（cm）。对小齿轮D=4cm L-齿轮宽度（cm），对小齿轮L=2.4cm 同样大齿轮转动惯量 D-圆柱体直径（cm）。对大齿轮D=8.4cm L-齿轮宽度（cm），对大齿轮L=2.2cm 丝杆转动惯量 D-圆柱体直径（cm）。对丝杆， D=4cm L-齿轮宽度（cm），对丝杆取其全长L=120cm系统结构草图 因而，如上图所示，步进电机经过一对齿轮降速后传到丝杆，此传动系统折算到电机轴上的转动惯量为： -传动系统折算到电机轴上的转动惯量（kg. ） -小齿轮转动惯量（kg. ），=0.48 （kg. ） -大齿轮转动惯量（kg. ），=8.5 （kg. ） -丝杆转动惯量（kg. ），=23.96（kg. ） W-工作台及其工件等移动部件的重量（N）W=1100N -丝杆导程（cm）。=1cm 因此：=8.48（kg. ） 考虑到电机转子的转动惯量后，传动系统折算到电机轴上总的转动惯量为： =+ 参考同类型机床，初选反应式步进电机110BF 003.其转子转动惯量=4.6（kg. ）因此：传动系统折算到电机轴上总的转动惯量=+=13.08（kg. ）3.6.2 电机力矩的计算l 快速空载启动力矩在快速空载启动阶段，加速力矩占得比例较大，具体计算公式如下： =+ -空载启动折算到电机轴上的加速力矩（N.cm） =190.2 N.cm = 启动加速时间=30ms -纵向快移速度（mm/min）。=2000 mm/min折算到电机轴上的摩擦力矩 = N.cm -传动总效率，一般取0.7-0.85 -齿轮减速比。=42/20附加摩擦力矩 =14.47 N.cm -丝杆未预紧时的传动效率，一般 0.9上述三项合计: =+=229.07 N.cml 快速移动时所需力矩 =+=38.87 N.cml 最大切屑时所需力矩 =+=216.4 N.cm 从上面计算可以看出: 、三种工况下，快速空载启动需要的力矩较大，以此作为选电机的依据。 而110BF 003型号的步进电机最大静转矩为784 N.cm，快速空载启动需要的力矩为229 N.cm。因此所选的电机力矩满足条件。3.6.3 计算步进电机空载启动频率和切屑时的工作频率 = = 可查得110BF 003型步进电机允许的最高空载启动频率为1500HZ，运行频率为7000HZ。再查该电机运行的矩频特性可得当该步进电机启动时，即启动频率=3333.3HZ时，电机能提供的力矩约为190N.cm。不能满足机床的负载启动力矩（229.07 N.cm）。直接用会发生失步现象。所以要用软件实现升降速控制。把启动频率降到2000HZ以下时，启动力矩可高于245 N.cm。不会发生失步现象。当快速移动和工作切屑时，根据其矩频特性图可看出，110BF 003型步进电机完全可以满足要求。 所以步进电机选择如下：步进电机型号软件处理110BF 003型步进电机启动时用软件实现升降速控制3.7 导轨的计算和选型3.7.1 导轨的选型l 由方案拟定已经选择了贴塑导轨。这里导轨水平放置，考虑到垂直方向有切屑力。采用V型-矩形组合综合导轨如下图所示 l 导轨采用聚四氟乙烯导轨软带。选用洛阳黎明化工科工贸公司导轨软带和导轨胶。l 粘接剂型号选择： 3.7.2 导轨的初步计算施加在导轨软带上的最大拉伸压强Q= -动摩擦系数。对于所选软带取0.03 -工作时主切削力。=7490.8N W-纵向工作台重量。W=1100NA- 软带截面积A=软带宽度b*厚度h。初选软带厚度h=1.2mm 因此，所以b17.9mm 软带宽度和导轨的选择有关，下面是导轨的规格车尺寸：第四章 三维实体造型设计和图纸生成说明因此可选择的综合导轨为：（如上图）三角形导轨：BAba203602矩形导轨：HBhA平镶条b1625101015.53605第四章 三维实体造型设计和图纸生成说明4.1 三维实体造型设计 目前国内外的三维设计软件主要来自美国ptc公司的高端Pro/E,美国UGS的高端UG和中端Solidedge，法国Dassault公司的高端CATIA和中端Solidworks。UG是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。它功能强大，可以使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。第五章 零件的数控加工程序编写本次设计选用UG 作为设计平台，实现纵向系统的三维建模、二维图纸生成及其加工程序编写。4.2 图纸生成 由于UG生成的二维图纸不是很理想，所以本次设计的二维图纸是由UG三维转化，然后再导出到AUTOCAD，最后通过修改而成。第五章 零件的数控加工程序编写5.1 确定加工工艺。 加工的零件图可以看出零件加工主要是底面基准面、上导轨面和侧面空加工，可以有铣和钻孔工艺来完成。零件毛培为铸造件，材料为HT250。具体工艺如下：工序号机床刀具定位基准具体工艺1立卧两用数控铣床硬质合金端铣刀综合导轨面粗铣、半精铣、精铣底面基准面2底面基准面粗铣、半精铣、精铣导轨上表面3粗铣、半精铣、精铣两导轨侧面和侧面两矩形槽表面4直径11mm的高速钢钻头钻8个螺栓孔M115直径6mm的高速钢钻头钻4个锥销孔6锥度铰刀绞4个锥销孔745角度铣刀粗铣、半精铣、精铣矩形边倒角面和三角形导轨面8硬质合金端铣刀已加工的导轨上表面粗铣、半精铣、精铣导轨下表面5.2 零件数控程序编写 由于零件外形简单，这里采用手工编程。由于粗铣、半精铣和精铣的刀轨运动轨迹一样，只是在切屑用量方面不同，这里平面铣程序只编精加工部分，粗铣和半精铣程序可由精加工程序稍加改动而来。l 基准面加工将毛培以刀轨面定位安装，上图显示了对刀点，其在工件坐标系中的位置为（-20，-20,50），精加工切屑深度0.4mm，选用直径25，刀刃数为3的硬质合金端铣刀,刀放于01号库位。参照其零件图可编写法兰克系统程序如下：%O 0001N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G92 X-20 Y-20 Z50（工件坐标系设定）N0030 T01 M06（选用1号刀）N0040 G00 X-14 Y10 S1000 M03（主轴转动）N0050 G43 Z-0.4 H01（刀具长度正补偿）N0060 G01 Y310 F250 M08（开始切屑工件，切屑液开）N0070 X133 N0080 G00 X1082N0090 G01 X1215 F250 N0100 X1082N0110 G00 X133N0120 G01 X-13N0130 G40 G00 X-20 Y-20 Z50 M02 M05（程序结束，主轴停转）%l 导轨面及其侧面加工基准面加工完后，以底面为基准重新装夹加工导轨面。对刀点在工件坐标系中的位置设为（-20，349,231.8）如上图所示。刀具开始选用直径25，刀刃数为3的硬质合金端铣刀加工平面，然后选用外径为80mm，角度为45，厚度为20mm的双角角度铣刀，刀放于02号卧式库位。之后选用直径为30mm的平面铣刀铣侧面，刀放于03号卧式库位。之后选用直径为11mm和6mm的钻头钻螺栓孔和定位销孔，刀分别放于04号和5号卧式库位。最后选用锥度铰刀绞定位销孔，刀放于06号卧式库位。加工程序如下：%O 0002N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G92 X-20 Y349 Z231.8（工件坐标系设定）N0030 T01 M06（选用1号刀）N0040 G00 X-13 Y320.4 S1000 M03（主轴转动）N0050 G43 Z-191.4 H01（刀具长度正补偿）N0060 G01 X1225 F250 M08（开始切屑工件，切屑液开）N0070 Y310.4 N0080 X-13N0090 G00 Y10 Z198.4N0100 G01 X1238 F250(铣三角导轨平面部分)N0110 G00 Z249 （刀具远离工件）N0120 T02 M06(主轴停转，换2号卧式角度铣刀铣三角导轨斜面)N0130 G00 X-45 Y10 Z238.4 S1000 M03（卧式主轴转动，开始切入工件）N0140 G01 X1305 F250 M08（铣三角导轨斜面）N0150 G00 Y20 N0160 G01 X-45 F250N0165 G00 Y350N0166 G01 X1270 (铣矩形导轨倒角面)N0170 G00 Y-40 Z240 M05(主轴停转，刀具远离工件，准备换刀)N0180 T03 M06(换3号刀加工侧面)N0190 G00 X30 Y2 Z-26 S1000 M03N0200 G01 Y4.4N0210 Z161 N0220 X91N0230 Z9N0240 X49N0250 Z142N0260 X71N0270 Z28N0290 X69N0300 Z139N0310 Y-3N0320 G00 X1123 Z9N0330 G01 Y4.4N0340 Z161N0350 X1195N0360 Z9N0370 X1142N0380 Z142N0390 X1176N0400 Z28N0410 X1161N0420 Z122N0430 G00 Y-40 M05N0440 T04 M06(换4号刀钻螺栓孔)N0450 G00 X33 Y-1 Z33 S500 M03N0460 G01 Y22 M07(钻孔，2号切削液开)N0470 G00 Y-1N0480 G91 Z106N0490 G01 Y22N0500 G00 Y-1N0510 X74N0520 G01 Y22N0530 G00 Y-1N0540 Z-106N0550 G01 Y22N0560 G00 Y-3 M09N0570 X1020N0580 G01 Y22 M07N0590 G00 Y-1N0600 Z106N0610 G01 Y22N0620 G00 Y-1N0630 X65N0640 G01 Y22N0650 G00 Y-1N0660 Z-106N0670 G01 Y22N0680 G00 Y-30 M09N0690 T05 M06(换5号刀钻定位销