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数控铣床VCML600的机械系统的设计与研究论文.doc

数控铣床VCML600的机械系统的设计与研究【7张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

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丝杠零件图 A4.dwg

大同步带轮 A3.dwg

工作台 A1.dwg

数控铣床床身装配图 A0.dwg

数控铣床床鞍工作台装配图 A0.dwg

数控铣床立柱装配图 A0.dwg

数控铣床铣头装配图 A2.dwg

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关键词：: 数控铣床 VCML600 机械系统设计研究 cad图纸毕业论文开题报告数控铣床VCML600的外文翻译任务书数控铣床VCML600的机械系统的设计

资源描述：

数控铣床VCML600的机械系统的设计与研究

29页 12000字数+论文说明书+任务书+7张CAD图纸【详情如下】

大同步带轮 A3.gif

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数控铣床床鞍工作台装配图 A0.gif

数控铣床床身装配图 A0.gif

数控铣床立柱装配图 A0.gif

数控铣床铣头装配图 A2.gif

丝杠零件图 A4.gif

丝杠零件图 A4.dwg

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工作台 A1.dwg

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数控铣床VCML600的机械系统的设计与研究论文.doc

数控铣床床身装配图 A0.dwg

数控铣床床鞍工作台装配图 A0.dwg

数控铣床立柱装配图 A0.dwg

数控铣床铣头装配图 A2.dwg

1 引言………………………………………………………………………………… 1

1.1 数控机床的介绍………………………………………………………………… 1

1.2 数控铣床的工作原理…………………………………………………………… 3

1.3 数控铣床的组成………………………………………………………………… 3

1.4 VMCL600数控铣床性能特点…………………………………………………… 4

1.5 本课题的主要任务……………………………………………………………… 5

2 总体方案拟定……………………………………………………………………… 7

2.1 数控铣床的总体方案分析……………………………………………………… 7

2.2 VMCL600数控铣床的主要参数指标…………………………………………… 9

2.3 传动系统的总体设计…………………………………………………………… 9

3 同步带传动的设计计算……………………………………………………………11

4 传动丝杠的设计计算与校核………………………………………………………14

4.1 滚珠丝杠副选择计算……………………………………………………………14

4.2 滚珠丝杠副的校核计算…………………………………………………………15

5 导轨的选型…………………………………………………………………………18

6 轴承的计算和选型…………………………………………………………………19

6.1 滚动轴承寿命计算………………………………………………………………19

6.2 轴承的使用寿命…………………………………………………………………20

6.3 当量动载荷的计算………………………………………………………………20

7 联轴器的选用计算…………………………………………………………………21

7.1 联轴器的计算转矩………………………………………………………………21

7.2 联轴器规格的选择………………………………………………………………21

8 设计结果……………………………………………………………………………23

结束语………………………………………………………………………………… 24

致谢…………………………………………………………………………………… 25

参考文献……………………………………………………………………………… 26

毕业设计说明书（论文）中文摘要

数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。

本设计主要是设计计算VMCL600数控铣床X、Y、Z方向的丝杠、工作台、同步带轮，以及对轴承、联轴器的计算和选型，然后根据算出的零部件的尺寸和机床的总体尺寸来安排部分装配图的结构和尺寸。以满足机床零部件的刚度、总体尺寸的要求。对其他一些零部件是进行选型设计。最后用AutoCAD画出所设计的零件图和部分装配图。

关键词计算选型校核

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The Design And Study Of The Machanic Parts Of The

CNC Milling Tool

Abstract

CNC milling tools commonly make up of numerical control system,main transmission system,servo system,refrigeration and lubricate system.CNC milling tools are developed from the basic of common CNC milling tools,the machining technics of both are the same,the structure of both are simily.But CNC milling tools are machining tools that are controled by programmes,so the structure of them are far from the common CNC milling tools.

The mostly designs and numeration of this project include the ball screws forward X,Y and Z,workbench ,in-phase belt wheels,the numeration and anthology of axletree and implement of unite.Then base the measure of each part and the collectivity measure of the machine tool.so the design can content the machine tool.At last,draw the parts and assemble tool on computer with the AutoCAD.

Keywords Numeration Choose Proof-test

1 引言

1.1 数控机床的介绍

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两都的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成[1]。

1.1.1 数控机床的特点

（1）具有高度柔性、适应性强；

（2）生产准备周期短；

（3）工序高度集中；

（4）生产效率和加工精高、质量稳定；

（5）能完成复杂型面的加工；

（6）技术含量高；

（7）减轻劳动强度、改善劳动条件；

（8）有利于生产管理[1]。

1.1.2 数控机床的分类

数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度进行分类[2]。

（1）按工艺用途分类

按其工艺用途可以划分为以下四大类：

（a）金属切削类指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类：普通数控机床和数控加工中心。

（b）金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。

（c）特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。

（d）测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。

（2）按控制运动的方式分类

（a）点位控制数控机床：这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床。

（b）点位直线控制数控机床：这类机床有数控车床和数控铣床等。

（c）轮廓控制数控机床：这类机床有数控车床、铣床、磨床和加工中心等。

（3）按伺服系统的控制方式分类：

（a）开环数控机床；

（b）半闭环控制数控机床；

（c）闭环控制数控机床。

此外，按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、中档、高档三类数控机床。中档、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。

1.1.3 数控机床坐标系统

（1）标准坐标系

（a）标准坐标系规定原则:

①伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。

②大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向。

（b）刀具相对于静止工件而运动的原则

确定坐标系时，一律看作工件静止，刀具产生运动。

（c）运动方向的确定

数控机床某一部件运动的正方向是增大工件和刀具距离的方向[3]。

（d）机床坐标轴的确定

Z轴的确定：一般取产生切削力的轴线（既主轴轴线）为Z轴，取刀具远离工件的方向为正Z方向。

X轴的确定：车床取横向滑座方向为X轴，取刀具远离工件的方向为正向。

立式数控铣床：面对立柱，取右手方向为+X方向；

卧式数控铣床:从主轴后端往前看，取右手方向为+X方向。

Y轴的确定：+Y的运动方向，根据X、Z坐标的运动方向，按照右手笛卡尔坐标系来确定。

（2）坐标系的类型

（a）机床坐标系：以机床原点为坐标原点建立起来的直角坐标系称为机床坐标系。

（b）工件坐标系：也称为编程坐标系，专供编程用[4]。

8 设计结果

根据以上设计、计算和选型，画出4张部分装配图。

床鞍工作台装配图：床鞍与工作台是通过丝杠螺母和床身的其他支撑部件连接的，床鞍中丝杠的转动直接控制工作台的X向移动。丝杠是床鞍中最主要的部件，要确保其刚度，但工作台的大部分重量靠导轨支撑，丝杠两端靠轴承支撑，丝杠与伺服电机间用联轴器连接。

床身装配图：其主要部件装配与床鞍装配类似。

立柱装配图：铣头的上下移动通过X向丝杠的转动提供的。

铣头装配图：其主要部件是同步带轮传动，主轴采用的是台湾产家生产的电主轴。

结束语

本设计主要是对VMCL600数控铣床的三向丝杠、丝杠的轴承、丝杠与电机间的联轴器、工作台、同步带轮传动等主要零部件进行设计计算与校核，并通过计算出来的数据和尺寸结合机床的总体尺寸安排进行必要的尺寸调整，以满足机床零部件的刚度、总体尺寸的要求。对其他一些零部件是进行选型设计。

设计过程中比较困难的是丝杠的受力分析与尺寸计算、零件装配时的尺寸安排。设计计算时主要是先要对所要设计的零部件的工作情况进行详细的分析，特别是在工作过程中的受力，以及加工零件所要满足的尺寸。设计过程往往是前后联系的，要反复好几次才能确定出比较合理的尺寸。

通过这次毕业设计，我把四年中所学的有关机械零件认识、分析、计算、选型的知识又回顾了一遍，对他们的掌握程度又深了一层。面对自己的毕业设计成果，油然而生一股喜悦之情。

致谢

在完成本设计之际，首先向尊敬的导师表示衷心的感谢。本设计是在老师的精心指导、热情鼓励和支持下完成的。在整个课题的设计过程中，老师严谨的治学态度，高深的学术造诣和诲人不倦的精神，时刻激励着我，令我受益无穷。在做毕业设计的这几个月中，我从老师的耐心指导中获得了许多帮助，也学到了很多知识。

同时也感谢大学四年来，所有老师对我辛勤的教导，大学是我人生中最重要的一段经历，在这其中我不仅从老师们那里学到了非常多的知识，老师们的奉献精神也令学生在以后的人生中不断受到激励。在此谨表示我对所有老师的崇高敬意和衷心的感谢。感谢大学四年来所有同学和朋友的帮助，我们一起学习、一起生活、共同进步。共同留下了许多美好回忆。

参考文献

[1] 任建平. 现代数控机床故障诊断及维修[M]. 北京：国防工业出版社，2006.

[2] 黄新燕，曹春平主编. 机床数控技术及编程[M]. 北京：北京理工大学出版社，2006.

[3] 吴敏镜. 现代数控机床的特点和发展趋势[J]. 新技术新工艺，1997.

[4] 伊志强. 机电一体化系统设计课程设计指导书[M]. 北京: 机械工业出版社.2007.

[5] 孙恒，陈作模主编. 机械原理[M]. 高等教育出版,2007.

[6] 徐衡. 数控铣工实用技术[M]. 沈阳:辽宁科学技术出版社,2003.

[7] 王少怀，徐东安，等. 机械设计实用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2008.

[8] 曹巨江, 刘向红. 加工弧面凸轮专用数控铣床的方案设计[A]. 制造技术自动化学术会议论文集[C]. 2004.

[9] 陈宏钧. 典型零件机械加工生产实例[M] 北京：机械工业出版社.

[10] 吴宗泽，罗圣国. 机械设计课程设计手册[M]. 北京：高等教育出版社.2006.

[11] 辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. 北京：中国社会科学出版社，1994.

[12] 机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2007.

[13] 荣维芝. 数控原理与维修技术[M]．北京：机械工业出版社，2004．

[14] 蔡春源. 机械零件设计手册[M]. 北京: 冶金工业出版社，1994.

[15] 姜家吉, 周学才. 数控技术的发展趋势[J]. 深圳信息职业技术学院学报，2003.

内容简介：: 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）任务书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：随着中国经济的迅速发展，数控设备的需求越来越多，对于机械工程与自动化专业方向的学生而言，对数控机床的设计与研究是十分必要的。本课题目的主要通过学生系统地设计数控铣床的机械系统，使学生能够综合利用大学四年所学的专业知识，自主的设计数控铣床的机械系统，充分掌握数控铣床总体结构设计、主轴的设计与校核、工作台的设计、传动结构的设计与校核、床身的设计、 Z 轴立柱设计、以及其他标准件的选型设计，为即将走向工作岗位奠定一个坚实的基础。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：为了能够更好地、直观地了解和研究数控铣床的机械系统，本课题以学校现有的数控铣床原型进行设计，主要设计任务为： 1、数控铣床总体的结构设计； 2、数控铣床的主轴的设计与校核； 3、数控铣床工作台的设计； 4、数控铣床主要传动结构的设计与校核； 5、数控铣床床身的设计； 6、 Z 轴立柱的设计； 7、其他标准件的选型设计。主要的技术要求以及技术参数参照技术参数进行设计。为了更好的进行设计工作，本文所有的图纸利用者行绘制，因此，需要学生掌握以上软件的熟练使用，为了更好地熟悉该数控铣床的设计，可能需要该生去该型号数控铣床生产厂家的技术部门进行调研。毕业设计（论文）任务书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1、完整合格的毕业论文一份（包括设计与校核计算等资料） 2、机械图纸 10 张，其中总装配图 1 张（部装图 2 张（零件图纸 7 张 4主要参考文献：毕业设计（论文）任务书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2009 年 3 月 9 日 3 月 16 日 3 月 17 日 3 月 24 日 3 月 24 日 4 月 1 日 4 月 1 日 4 月 8 日 4 月 8 日 4 月 20 日 4 月 20 日 4 月 30 日 5 月 1 日 5 月 8 日 5 月 9 日 5 月 10 日 5 月 11 日 5 月 17 日 5 月 18 日 5 月 21 日 5 月 22 日 6 月 4 日 6 月 5 日 6 月 12 日 6 月 13 日 6 月 14 日开题调研并查询相关的文献资料完成英文翻译，并完成论文的开题报告的撰写数控铣床总体结构的设计数控铣床主轴的设计校核数控铣床工作台的设计数控铣床的传动结构的设计与校核数控铣床的床身的设计毕业论文的中期检查数控铣床的 Z 轴立柱的设计其他标准件的选型设计装配图、部装图纸、零件图纸的绘制以及校核修改撰写论文、修改论文以及组内预答辩论文答辩所在专业审查意见：负责人：年月日系部意见：系部主任：年月日毕业设计 (论文 )外文资料翻译系部：机械工程系专业：机械工程及自动化姓名：学号：外文出处：附件：料翻译译文；指导教师评语：签名：年月日附件 1：外文资料翻译译文数控机床虽然各种数控机床的功能和应用各不相同，但它们有着共同的优点。这里是数控设备提供的比较重要的几个优点。各种数控机床的第一个优点是自动化程度提高了。零件制造过程中的人为干预减少或者免除了。整个加工循环中，很多数控机床处于无人照看状态，这使操作员被解放出来，可以干别的工作。数控机床用户得到的几个额外好处是：数控机床减小了操作员的疲劳程度，减少了人为误差，工件加工时间一致而且可预测。由于机床在程序的控制下运行，与操作普通机床的机械师要求的技能水平相比，对数控操作员的技能水平要求（与基本加工实践相关）也降低了。运动控制核心任何数控机床最基本的功能是具有自动、精确、一致的运动控制。大多数普通机床完全运用机械装置实现其所需的运动，而数控机床是以一种全新的方式控制机床的运动。各种数控设备有两个或多个运动方向，称为轴。这些轴沿着其长度方向精确、自动定位。最常用的两类轴是直线轴（沿直线轨迹）和旋转轴（沿圆形轨迹）。普通机床需通过旋转摇柄和手轮产生运动，而数控机床通过编程指令产生运动。通常，几乎所有的数控机床的运动类型（快速定位、直线插补和圆弧插补）、移动轴、移动距离以及移动速度（进给速度）都是可编程的。数控系统中的令命令驱动电机旋转某一精确的转数，驱动电机的旋转随即使滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠将旋转运动转换成直线轴（滑台）运动。滑台上的反馈装置（直线光栅尺）使数控系统确认指令转数已完成，参见图 1。图 1 数控机床的典型传动系统普通的台虎钳上有着同样的基本直线运动，尽管这是相当原始的类比。旋转虎钳摇柄就是旋转丝杠，丝杠带动虎钳钳口移动。与台虎钳相比，数控机床的直线轴是非常精确的，轴的驱动电机的转数精确控制直线轴的移动距离。轴运动命令的方式户来说，为了达到给定的直线移动量而指令各轴驱动电机旋转多少转，从而使坐标轴运动，这种方法是不可行的。（这就好像为了使钳口准确移动 1 英寸需要计算出台虎钳摇柄的转数！）事实上，所有的数控系统都能通过采用坐标系的形式以一种较为简单而且合理的方式来指令轴的运动。数控机床上使用最广泛的两种坐标系是直角坐标系和极坐标系。目前用得较多的是直角坐标系。理解绝对和相对运动至此，所有的讨论都假设采用的是绝对编程方式。用于指定绝对方式的最常用的数控代码是对方式下，所有运动终点的指定都是以编程零点为起点。对初学者来说，这通常是最好也是最容易的指定轴运动终点的方法，但还有另外一种指定轴运动终点的方法。增量方式（通常用定）下，运动终点的指定是以刀具的当前位置为起点，而不是编程零点。用这种方法指定轴运动，编程员往往会问“ 我该将刀具移动多远的距离？ ” ，尽管增量方式多数时候很有用，但一般说来，这种方法指定轴运动较麻烦、困难，初学者应该重点使用绝对方式。图 2 X、 Y 坐标格的俯视图图 3 X、 Y、 Z 轴线指令轴运动时一定要小心。初学者往往以增量方式思考问题。如果工作在绝对方式（初学者应该如此），编程员应始终在问 “ 刀具应该移动到什么位置？ ” ，这个位置是相对于编程零点这个固定位置而言，而不是相对于刀具当前位置。绝对工作方式很容易确定指令当前位置，除此之外，它的另外一个好处涉及轴运动中的错误。绝对方式下，如果程序的一个轴运动指令出错，则只有一个运动是不正确的。而另一方面，如果在增量运动过程中出错，则从出错的那一点起，所有的运动都是不正确的。指定编程零点记住必须以某种方式对数控系统指定编程零点的位置。指定编程零点的方式随数控机床和数控系统的不同而很不相同。（较老的）一种方法是在程序中指定编程零点。用这种方法，编程员告诉数控系统从编程零点到机床起始点的距离。通常用程序的一开始指定，很可能在各把刀具的开头指定编程零点。另一种较新、更好的指定编程零点的方法是通过偏置的形式，见图4。通常，加工中心上用于指定编程零点的偏置被称作夹具偏置，车削中心上用于指定编程零点的偏置被称作刀具几何偏置。图 4 用置编程坐标零点柔性制造单元柔性制造单元（认为是柔性制造子系统。以下是间的区别： 1. 受中央计算机的直接控制，中央计算机发出的指令被传送到单元控制器。 2. 制造的零件族的数目有限。般由下列部分组成：单元控制器可编程逻辑控制器（一台以上的机床物流设备（机器人或托盘）顺序对零件流执行固定的加工操作。高速加工术语 “ 高速加工 ( 一般是指在高转速和大进给量下的立铣。例如，以很高的金属切除率对铝合金飞机翼架的凹处进行切削。切削用量定义和公式见图 5。在过去的 60 年中，高速加工己经广泛应用于金属与非金属材料，包括有特定表面形状要求的零件生产和硬度高于或等于 0 的材料切削。对于大部分淬火到约为 2钢零件，当前的切削选项包括：图 5 切割数据在软（退火）工况下材料的粗加工和半精加工达到最终硬度要求为 3的热处理模具行业的某些零件的电极加工和放电加工 (特别是金属切削刀具难以加工的小半径圆弧和深凹穴）用适合的硬质合金、金属陶瓷、整体硬质合金、混合陶瓷或多晶立方氮化硼（具进行的圆柱平面凹穴表面的精加工和超精加工。对于许多零件，生产过程牵涉到这些选项的组合，在模具制造案例中，它还包括费时的精加工，结果导致生产成本高和准备时间长。在模具制造业中典型的是仅生产一个或几个同一产品。生产过程中产品的设计不断改变，由于产品改变，模具制造中需要测量与反求工程。加工的主要标准是模具的尺寸和表面粗糙度方面的质量水平。如果加工后的质量水平低，不能满足要求，就需手工精加工。手工精加工可产生令人满意的表面粗糙度，但是对尺寸和几何精度总是产生不好的影响。模具制造业的主要目标之一，一直是并且仍然是减少或免除手工抛光，从而提高质量、降低生产成本和缩短准备时间。高速加工发展的主要经济和技术因素生存日益激烈的市场竞争导致不断设立新的标准，对时间和成本效率的要求越来越高，这就迫使新工艺和生产技术不断发展。高速加工提供了希望和解决方案材料新型难加工材料的开发迫切需要寻找新的切削解决方案。航空航天业使用耐热合金钢和不锈钢，汽车工业使用了不同的双金属材料、小石墨铸铁，并增加了铝的用量。模具制造业必须面对切削高硬度的淬火钢的问题，从粗加工到精加工。质量对质量的高要求是空前激烈竞争所导致的结果。高速加工如果使用得正确，可以在这个领域提供一些解决方案。替代手工精加工是一个例子，这对有复杂 3D 几何形状的模具尤为重要。工艺通过减少装卡次数和简化物流（后勤）来缩短产品产出时间的要求在大部分情况下可由高速加工解决。模具制造业内的一个典型目标是在一次装卡中完成所有完全淬火小零件的切削。使用高速切削，可以减少和免除费时、费钱的放电加工（设计与发展如今竞争中的主要方法之一是销售新奇的产品。现在小汽车的平均生命周期是4 年，计算机和配件 1 年半，手机 3 个月这种快速的产品设计周期和开发周期的先决条件是高速切削技术。复杂产品零件多功能表面增加了，例如新设计的涡轮机叶片有新的、优化的功能与特性。早期的设计允许用手工或机器人（机械手）来抛光。新型、形状复杂的涡轮叶片必须通过切削来完成精加工，最好是用高速切削完成。薄壁工件必须用切削进行精加工的例子越来越多（医疗设备、电子、国防产品、计算机零件）。产品设备切削材料、刀柄刀具、机床、数控系统，特别是能和设备的巨大发展己经使采用新的生产方法和技术成为可能和必须。高速加工的原始定义 1931 年高速加工理论获得了一项德国专利，他认为 “ 在高于常规切削速度 5 10 倍的切削速度下，刀刃的切削温度将开始下降 ” 。见图 6。图 6 刀刃的切削温度与切削速度关系图由以上得出结论： “ 用常规刀具以高切削速度加工，从而提高生产率，这是可能的 ” 可惜，现代研究还没能全面验证这个理论。对于不同的材料，从某一切削速度开始切削刃上的温度有所降低。对于钢和铸铁来说，这种温度降低不大。但是对铝和其他非金属来说则是大的。高速切削的定义必须依据其他因素。按照现在的技术，普遍认为 “ 高速 ” ，是指表面速度在 1 km/10km/者约 3300 ft/ 33000 ft/10 千米分钟以上的速度属于超高速范畴，还在实验室金属切削范围。显然，获得这些表面切削速度所要求的主轴转速直接与使用的刀具直径有关。当前较显著的趋势是采用大直径刀具这对刀具的设计有着重要的启发。关于高速切削的定义，存在许多观点、许多谜团和许多不同的方法。毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计 (论文 )题目：数控铣床的机械系统的设计与研究指导教师 : 2009 年 3 月 22 日开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述摘要数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的 ,两都的加工工艺基本相同 ,结构也有些相似 ,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床 ,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。本次设计包括控铣床总体结构设计、主轴的设计与校核、工作台的设计、传动结构的设计与校核、床身的设计、 Z 轴立柱设计、以及其他标准件的选型设计等。关键词数控铣床机械系统发展 1 数控铣床的现状目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业。数控技术是当今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一，它使传统制造工艺发生了显著的、本质的变化。随着数控技术的不断发展和应用，工艺方法和制造系统的不断更新，形成了新工艺的制造系统。我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差 1,2,3,4。 2 数控铣床的发展为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，为了满足市场和科学技术发展的需要，数控未来仍然继续向开放式、基于第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展 5。放式为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等 6。于第六代方向基于具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍 14。速化、高效化机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 90 年代以来，随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加 /减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000r/100000r/高速且高加 /减速度的进给运动部件（快移速度 60m/120m/削进给速度高达 60m/高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。 7 根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多 8。精度化精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（ 10其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等） 15。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展 9。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近 10 多年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m ，精密级加工中心的加工精度则从 3 m 5m ，提高到 1 m 12,13。可靠性数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 16 小时内连续正常工作，无故障率 P(t) 99以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间必须大于 3000 小时。于 3000 小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10： 1 的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的要大于时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的 0 万小时 10,11。能化（ 1）应用自适应控制技术（ 2）引入专家系统指导加工（ 3）引入故障诊断专家系统（ 4）智能化数字伺服驱动装置综上所述，由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善，数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要，数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。参考文献 1 任建平 . 现代数控机床故障诊断及维修 M防工业出版社， 2006. 2 吴宗泽，罗圣国主编 . 机械设计课程设计手册 M等教育出版社，2007. 3 孙恒，陈作模主编 . 机械原理 M2007. 4 徐衡 . 数控铣工实用技术 M辽宁科学技术出版社 ,2003. 5 荣维芝 . 数控原理与维修技术 M北京：机械工业出版社， 2004 6 朱刚 . 新型流体有限元法及叶轮机械正反混合问题 D. 北京：清华大学，1996. 7 辛希孟 . 信息技术与信息服务国际研讨会论文集： A 集 C. 北京：中国社会科学出版社， 1994. 8 曹巨江 , 刘向红 . 加工弧面凸轮专用数控铣床的方案设计 A. 制造技术自动化学术会议论文集 C. 2004. 9 黄新燕，曹春平主编 . 机床数控技术及编程 M京理工大学出版社，2006. 10 韩鸿鸾 . 数控铣工加工中心操作 M 北京：机械工业出版社 . 11 陈宏钧 . 典型零件机械加工生产实例 M 北京：机械工业出版社 . 12 吴敏镜 . 现代数控机床的特点和发展趋势 J. 新技术新工艺， 1997. 13 伊志强 . 机电一体化系统设计课程设计指导书 M. 北京 : 机械工业出版社 14 姜家吉 , 周学才 . 数控技术的发展趋势 J. 深圳信息职业技术学院学报，2003. 15 王少怀，徐东安，等 . 机械设计实用手册 M. 北京：机械工业出版社， 2008. 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1 本课题要解决的问题本课题以学校现有的数控铣床原型进行设计，主要的技术要求以及技术参数参照技术参数进行设计。为了更好的进行设计工作，本课题所有的图纸利用者行绘制，主要设计任务为：（ 1）数控铣床总体的结构设计；（ 2）数控铣床的主轴的设计与校核；（ 3）数控铣床工作台的设计；（ 4）数控铣床主要传动结构的设计与校核；（ 5）数控铣床床身的设计；（ 6）主轴立柱的设计；（ 7）其他标准件的选型设计。本课题成果的要求：（ 1）完整合格的毕业论文一份（包括设计与校核计算等资料）；（ 2）机械图纸 7 张，其中部装图 4 张（零件图纸 3 张。 2 本课题拟采用的研究手段（ 1）在图书馆查阅有关书籍和资料；（ 2）在因特网上浏览相关资料；（ 3）通过指导老师的指导和与指导老师的交流；（ 4）运用所学机械设计和机械制造的理论知识对相关数据进行分析、计算、校核；（ 5）去该型号数控铣床生产厂家的技术部门进行调研；（ 6）运用制图软件制零件图及装配图。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日目录 1 引言 1 数控机床的介绍 1 数控铣床的工作原理 3 数控铣床的组成 3 4 本课题的主要任务 5 2 总体方案拟定 7 数控铣床的总体方案分析 7 9 传动系统的总体设计 9 3 同步带传动的设计计算 11 4 传动丝杠的设计计算与校核 14 滚珠丝杠副选择计算 14 滚珠丝杠副的校核计算 15 5 导轨的选型 18 6 轴承的计算和选型 19 滚动轴承寿命计算 19 轴承的使用寿命 20 当量动载荷的计算 20 7 联轴器的选用计算 21 联轴器的计算转矩 21 联轴器规格的选择 21 8 设计结果 23 结束语 24 致谢 25 参考文献 26 毕业设计说明书（论文）中文摘要数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的 ,两者的加工工艺基本相同 ,结构也有些相似 ,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床 ,所以其结构也与普通铣床有很大区别。本设计主要是设计计算控铣床 X、 Y、 Z 方向的丝杠、工作台、同步带轮，以及对轴承、联轴器的计算和选型，然后根据算出的零部件的尺寸和机床的总体尺寸来安排部分装配图的结构和尺寸。以满足机床零部件的刚度、总体尺寸的要求。对其他一些零部件是进行选型设计。最后用出所设计的零件图和部分装配图。关键词计算选型校核本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 29 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 f f NC up of of NC of of NC by so of NC of ,Y ,of of of of on 本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 29 页 1 引言数控机床的介绍数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的 ,两都的加工工艺基本相同 ,结构也有些相似 ,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床 ,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成 1。数控机床的特点（ 1）具有高度柔性、适应性强；（ 2）生产准备周期短；（ 3）工序高度集中；（ 4）生产效率和加工精高、质量稳定；（ 5）能完成复杂型面的加工；（ 6）技术含量高；（ 7）减轻劳动强度、改善劳动条件；（ 8）有利于生产管理 1。数控机床的分类数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度进行分类 2。（ 1）按工艺用途分类按其工艺用途可以划分为以下四大类：（ a）金属切削类指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类：普通数控机床和数控加工中心。（ b）金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。（ c）特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。（ d）测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。（ 2）按控制运动的方式分类（ a）点位控制数控机床：这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床。本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 29 页（ b）点位直线控制数控机床：这类机床有数控车床和数控铣床等。（ c）轮廓控制数控机床：这类机床有数控车床、铣床、磨床和加工中心等。（ 3）按伺服系统的控制方式分类：（ a）开环数控机床；（ b）半闭环控制数控机床；（ c）闭环控制数控机床。此外，按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、中档、高档三类数控机床。中档、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。数控机床坐标系统（ 1）标准坐标系（ a）标准坐标系规定原则 : 伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为 90。则大拇指代表指代表指代表大拇指的指向为指的指向为（ b）刀具相对于静止工件而运动的原则确定坐标系时，一律看作工件静止，刀具产生运动。（ c）运动方向的确定数控机床某一部件运动的正方向是增大工件和刀具距离的方向 3。（ d）机床坐标轴的确定般取产生切削力的轴线（既主轴轴线）为刀具远离工件的方向为正床取横向滑座方向为刀具远离工件的方向为正向。立式数控铣床：面对立柱，取右手方向为 + 卧式数控铣床 :从主轴后端往前看，取右手方向为 + +据 X、照右手笛卡尔坐标系来确定。（ 2）坐标系的类型（ a）机床坐标系：以机床原点为坐标原点建立起来的直角坐标系称为机床坐标系。（ b）工件坐标系：也称为编程坐标系，专供编程用 4。本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 29 页（ 3）零点与参考点（ a）机床零点：现代数控机床一般都有一个基准位置，称为机床零点（也称机床原点），是机床制造商在机床上设置的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。（ b）工件零点：也称为工件编程原点，是工件坐标系的原点。（ c）机床参考点：与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的。机床出厂前由机床制造商精密测量确定。数控铣床的工作原理根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数。通过手工编程或利用件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。伺服装置向伺服电机发出控制信号。主轴电机使刀具旋转， X、 Y 和而实现工件的切削 5。数控铣床的组成数控铣床的基本组成由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服电机、伺服装置、数控系统等组成。见图图数控铣床的基本组成图本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 29 页床身用于支撑和连接机床各部件。主轴箱用于安装主轴。主轴下端的锥孔用于安装铣刀。当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。主轴箱还可沿立柱上的导轨在 Z 向移动，使刀具上升或下降。工作台用于安装工件或夹具。工作台可沿滑鞍上的导轨在 X 向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在 Y 向移动，从而实现工件在向的移动。无论是 X、 Y 向，还是 Z 向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现的。伺服装置用于驱动伺服电机。控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。控制电源用于向伺服装置和控制器供电。从功能部件来看，数控机床是数值控制的工作母机的总称。一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、辅助装置和机床本体组成。（ 1）输入输出设备：完成程序、参数等信息的输入；完成打印、（ 2）数控装置：是数控机床的控制核心，其主要功能如下：多坐标控制 (多轴联动 )；插补功能；程序输入、编辑和修改功能；补偿功能；信息转换功能；多种加工方式选择；辅助功能；显示功能以及通信和联网等功能。（ 3）伺服系统：是数控系统的执行机构，包括驱动、执行和反馈装置。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与位置、速度反馈信号相比较后带动机床的移动部件或执行部件动作，加工出符合图样要求的零件。（ 4）机床本体：是数控机床的实体，完成实际切削加工的机械部分，它包括床身、底座、工作台、床鞍、主轴等。它与普通机床相比较有所改进，具有以下特点：数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统，机械传动结构简化，传动链较短。机械结构具有较高的刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形小。更多的采用高效传动部件。（ 5）辅助装置：主要包括换刀机构、工件自动交换机构、工件夹紧机构、润滑、冷却装置、照明装置、排屑装置、液压汽动系统、过载保护与限位保护装置等 6。控铣床性能特点式加工中心是一种中小规格、高效能加工中心，采用立式主轴、十字型床鞍工作台布局，结构紧凑，加工范围广泛，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序的加工。若选用数控转台，可扩大为四轴控制实现多面加工。式加工中心主要用于高速精密加工及复杂型面的轮廓加工，典型应用如通用机械零件、汽配、纺机配件、高效精密型腔及模具的加工等。（ 1）大件采用稠筋封闭式框架结构，刚性高，抗振性好，底座、立柱、主轴箱体、十字滑台、工作台等基础件全部采用高强度铸铁，组织稳定，永久确保品质。铸本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 29 页件结构均经过机床动力学分析和有限元分析，合理的结构程度与加强筋的搭配，保证了基础件的高刚性。宽实的机床底座，箱型腔立柱、负荷全支撑的十字滑台可确保加工时的重负载能力。粗、精加工均在进口五面体加工中心上加工，粗加工后进行二次热处理，确保加工应力的消除，从而保证了机床精度长久性。（ 2）主传动采用主轴电机、同步齿形带传动，传动噪声低。主轴在 602000高速可选 10000 8000 围内无级变速，对各类零件加工的适应能力较强。主轴组整套从台湾进口，无论在高速或低速铣钻，均能持稳，确保加工精度，高速运转时，无共振现象，确保最佳的加工精度。（ 3） X、 Y、 Z 三轴采用高精密滚珠丝杆，搭配预压式双螺帽，确保最低背隙。三轴滚珠丝杆轴承以精密，滚珠丝杆专用 60 斜角滚珠止推轴承支撑，运转精度高。滚珠丝杆和伺服电机以绕性联轴器直联，效率高，背隙小。三轴进给采用台湾上银直线滚动导轨支撑，使 X、 Y、 Z 轴无论是高速移动或是轻、重负荷切削都可达到更高定位精度。（ 4）配有全封闭防护罩，美观、安全，保护环境。密封式导轨防护罩选购名牌厂家产品，有效的保护移动部件的使用寿命。控铣床仅仅是式加工中心在配置上去掉刀库。本课题的主要任务本课题以学校现有的数控铣床原型进行设计，主要的技术要求以及技术参数参照技术参数进行设计。为了更好的进行设计工作，本课题所有的图纸利用者主要设计任务为：（ 1）数控铣床总体的结构设计；（ 2）数控铣床的主轴的设计与校核；（ 3）数控铣床工作台的设计；（ 4）数控铣床主要传动结构的设计与校核；（ 5）数控铣床床身的设计；（ 6）主轴立柱的设计；（ 7）其他标准件的选型设计。本课题成果的要求：（ 1）完整合格的毕业论文一份（包括设计与校核计算等资料）；（ 2）机械图纸 7 张，其中部装图 2 张（零件图纸 3 张。本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 29 页 2 总体方案拟定数控铣床的总体方案分析在进行总体方案设计时 , 首先要做工艺方案的可行性分析和必要的工艺试验。结构设计时 , 既要考虑整机和各模块的精度要求、伺服轴的零位设置要求以及工艺性要求等 , 而且还要特别注意提高工艺系统的静、动刚度 , 伺服驱动传动链要尽可能短 , 并采取有效的减振消振措施。进行惯量匹配时 , 应综合考虑机械传动部件的惯量、阻尼和刚度对系统的影响 , 以获取良好的动特性。诸如采用贴塑导轨 , 主轴减载 , 消隙传动 , 预紧技术 , 热平衡技术等 , 从而提高机床的工作稳定性、可靠性和精度保持性。大型回转曲面铣削加工 , 采用圆周铣削 , 铣刀做主运动 , 用交流异步电机拖动 , 交流变频调速 , 以满足铣削加工对主运动速度的要求。工件作低速回转伺服进给 , 铣刀随上拖板作横向伺服进给 , 两伺服轴联动 , 配之以铣刀随下拖板沿工件轴向的间歇进给运动 , 即可铣削出所要求的回转曲面。根据这一总体方案 ,按照模块化设计的思想 , 把数控铣床的总功能分解成若干功能模块 , 采用并行设计方法 , 完成总体及各功能模块的设计。数控铣床主机是数控铣床的主体 , 包括床身、主传动箱及回转伺服驱动装置、铣削头、上拖板及横向伺服驱动装置、下拖板及间歇进给传动装置、尾架、中心架以及润滑、冷却、排屑、防护等部件 5。配置上去掉刀库，其他完全一致。其外观图见图本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 29 页图外观图 1 图外观图 2 本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 29 页要规格参数见表表主要规格参数表名称单位行程 600 410 Z 轴行程 510 主轴端面至工作台面距离 125工作台中心至立柱表面距离 254工作台工作台面积 800 400 工作台最大承重 700 3 18100 主轴主轴最高转速 12000（ 10000、 8000可选）主轴孔锥度 - 进给率 X/Y/m/32/32/32 最大切削进给率 m/10 电机主轴电机 1可选 ) X/Y/3 冷泵电机精度（定位精度重复定位精度机床尺寸机床总高 2550 占地面积（长宽） 2500 2295 机床重量 6000 电力需求 18 本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 29 页传动系统的总体设计本设计的整个数控铣床的传动系统的总体方案如图 2. 同步内齿带轮 3. 同步内齿带 4. 汽缸 8. 主轴 9. 伺服电机 10. 联轴器 11. 丝杠螺母 12. 滚珠丝杠 13. 丝杠螺母 14. 滚珠丝杠 15. 伺服电机 16. 联轴器 17. 丝杠螺母 18. 滚珠丝杠 19. 联轴器 20. 伺服电机图传动系统总体方案图工作台的 X、样，主轴在 Z 方向的的位移也是由 Z 向的丝杠提供的。 X、 Y、 Z 三向的伺服电机都采用轴采用的是台湾产家生产的电主轴，动力由交流伺服电机提供，通过同步带轮的减速后传到点主轴上。这样装在主轴上的刀具就可以对安装在工作台上的零件进行加工了。本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 29 页 3 同步带传动的设计计算同步带传动设计计算前，必须先确定传动功率、传动比（打、小带轮直径）、传动的性质、用途、传动电动机类型、传动工作制等。本机床的设计拟定主电机采用交流伺服电机，初定传动功率步带轮传动比 ,工作制为 8小时、双休、普通使用。（ 1）设计功率(式中： P 。传动功率为机械设计实用手册 7表 107查得 d （ 2）带型节距n ，梯形齿由机械设计实用手册 7图 15 选取。 1n 为小带轮转速（ r/，即为主电机的额定转速 5000r/使传动平稳，提高带的柔性以及增加啮合齿数，节距应尽可能选取较小值。由机械设计实用手册 7图 15初步选择距（ 3）小带轮齿数 1z ，带速 v 和安装尺寸允许时， 1z 应尽可能选用较大值，机械设计实用手册7表 108查得 22。 1z 取 23。（ 4）小带轮节圆直径 1d b (按计算所得 1d 值，从机械设计实用手册 7表 95中选取接近 1d 的标准带轮节圆直径 d =带轮选取 23尺寸规格见表本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 29 页表 23规格齿数节径 d 外径3 5）带速 v 1 m/s (带轮型号与表表带轮型号与型号、 H、 H、数 1， 2，， 4， 5 7， 10 s 50m/s 35m/s 40m/s 25m/s 30m/s 此处 5m/s。 m a x (（ 6）传动比 i 1021 取 i 式中 2n 为大带轮转速。由此可知大带轮齿数 (取 2z 38 。 (7)大带轮节圆直径 2d b (按计算所得的 2d 值，从机械设计实用手册 7表 95中选取接近 2d 的标准带轮。大带轮选取 38尺寸规格见表本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 29 页表 38规格齿数节径 d 外径8 8)中心距0)(2)(1021 (1 dd 3) 393(2)(2 21 dd 据结构要求取中心距 212 (9)()(22 202121200 (由机械设计实用手册 7表 70 选取接近相应齿数4。综合上述计算结果画出大同步带轮零件图，如图图大同步带轮零件图本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 29 页 4 传动丝杠的计算与校核滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格（包括导程与公程直径）、支承方式等几个方面的内容。滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示 , 在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格 , 对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算；对转速高 , 支承距离大的滚珠丝杠副作临界转速校核；对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核；对数控机床 , 需核算其转动惯量；对全闭环系统 , 需核算其谐振频率。滚珠丝杠副选择计算精度选择滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度 , 在滚珠丝杠精度参数中 , 其导程误差对机床定位精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意 3001/3 1/2, 在最后精度验算中确定。丝杠导程的确定丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为服电机的最高转速基本丝杠导程应满足下式为 : v(按额定动载荷初步确定滚珠丝杠规格滚珠丝杠副设计时一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格。额定动载荷是指一批相同规格的滚珠丝杠经过运转一百万次后 , 90%的丝杠副（螺纹表面或滚珠）不产生疲劳剥伤（点蚀）时的轴向载荷。在实际运用中额定动载荷值可按下式计算 C= (式中 : 按滚珠丝杠预期寿命选取；按工作载荷性质选取；动载荷硬度影响系数 , 按滚珠及滚道表面硬度选取；按丝杠平均转速不同工况下 , 平均轴向载荷及平均转速计算方法有多种 , 对加工中心而言 , 可本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 29 页认为属通用型设备 , 针对的是不同的用户和不同的工况 , 其工作条件及所占工作时间并无一定规律 , 平均轴向载荷及平均转速可按下面公式计算为： P /3 ( (式中 : 最大轴向载荷；最高转速；最小轴向载荷；最小转速7。最小轴向载荷为工作台和工件作用下的导轨摩擦力 , 最大轴向载荷的计算即为机器承受最大负荷时滚珠丝杠副的传动力 , 它为切削力在滚珠丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和（此时导轨摩擦力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削力在垂直导轨方向的分量共同引起）。在计算出额定载荷后 , 可按额定动载荷从样本中选取滚珠丝杠的公称直径和型号。丝杠安装方式的选择包括丝杠支承方式和丝杠专用轴承的选择 , 滚珠丝杠不同的支承方式对丝杠的刚度、回转精度 , 临界转速有很大的影响 , 一般根据丝杠的长度、回转精度、刚度要求及转速选择不同的安装方式。滚珠丝杠副的校核计算压杆稳定性校核轴向固定的长丝杠在承受压缩负载时 , 应校核其压杆稳定性 , 临界压缩载荷按下式进行校核计算： m a (式中 : E 为丝杠材料的弹性模量； I 为最小惯性截面矩， I = 4042 ； 00 1K 为安全系数 , 可取 1K =1/3；最大轴向载荷； 1f 为丝杠支承方式系数 , 根据丝杠安装方式选择。本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 29 页丝杠临界转速校核长丝杠在高速下工作 , 为防止弯曲共振 , 应验算其临界转速 m a (式中 : A 为丝杠最小截面积；为材料的密度； E 为丝杠材料的弹性模量； 2K 为安全系数 , 可取 2K =2f 为丝杠支承方式系数 , 根据支承方式选择。此外螺母临界转速也需验算 , 其临界要求应满足为 70000(r/ 刚度校核丝杠的导程误差、伺服系统误差、各机械环节弹性变形引起的误差是影响加工中心定位精度的因素。一般情况下 , 在以上各环节中影响弹性变形自大到小排列顺序是 : 滚珠丝杠本身的抗压刚度支承轴承的轴向刚度滚珠丝杠副中滚珠与滚道的接触刚度折算到滚珠丝杠副上伺服系统刚度折算到滚珠丝杠副上联轴节的刚度 1K ；滚珠丝杠副的抗扭刚度；螺母座、轴承座的刚度传动系统综合系统刚度为 7 111111 11m i n(一般校核计算中 , 伺服刚度 , 折算到滚珠丝杠副上联轴节的刚度 1K , 滚珠丝杠副的抗扭刚度 1K 螺母座、轴承座的刚度则式（简化如下 11 1m (丝杠抗压刚度计算公式如下 : 6m a xm (式中 : 本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 29 页模量。丝杠轴承轴向刚度珠丝杠螺母的接触刚度工中心的定位精度是在不切削空载条件下检验的 , 故轴向载荷仅为导轨的摩擦力故因摩擦力引起的弹性变形为 : = (这样查取相应精度等级丝杠在任意 300导程误差 , 再加上弹性变形量就可以校核计算其精度是否满足目标要求。本设计丝杠计算过程如下： X 轴向坐标行程为 600最大进给速度为 5000mm/进给速度为 1 mm/5000mm/导轨选用滚动直线导轨 , 定位精度要求为重复定位精度要求为 X 轴伺服电机功率据这些数据选择该坐标方向伺服进给系统用精密滚珠丝杠。对于通用性的加工中心 , 其在工作中换刀频繁 , 因此不能看作是长期连续工作 , 故伺服电机功率取 30定功率 , 即最大切削力是根据机床验收标准中的最大功率进行计算 , 按工艺手册推荐选用切削用量 , 根据主轴功率计算有最大轴向载荷 3275N,最小轴向载荷 70N，则平均轴向载荷为 2206N；平均转速为 1333r/则可计算出额定动载荷 33800N。查丝杠产品样本可选取滚珠丝杠导程 10公称直径 32螺母形式为预紧端法兰螺母 , 承载圈数 i =4, 其额定动载荷为 38000N。精度等级为。安装方式选用一端轴向固定 , 一端支持的结构形式 ,支承采用 60000型 61905号深沟球轴承 ,只承受丝杠重量。验算其压杆稳定性有 F =31074N, 远大于最大轴向载荷 ; 验算其临界转速有n =3973r/大于丝杠设定最高转速 2000r/同时有 64000 70000,故丝杠螺母亦满足转速要求 ; 验算其精度有综合刚度为 K =94N/在空载条件下弹性变形 1对精密丝杠 , 其在任意 300 行程内行程变动量为 8显然满足目标给定的定位精度要求。 Y 轴向丝杠的选择计算与上述 X 轴向丝杠的选择计算相同，不同的是丝杠长度的选择，根据机床总体结构尺寸的安排， X 轴向丝杠长度选择 1098Y 轴向丝杠长度选择 760 本科毕业设计说明书（论文）第 20 页共 29 页综合上述计算结果画出件图，如图图本科毕业设计说明书（论文）第 21 页共 29 页 5 导轨的选型导轨的设计原则：对几何精度、运动精度和定位精度要求比较高的导轨，在设计时必须考虑如下一些原则： (1)使导轨系统能达到误差相互补偿的效果，必须满足三个条件：导轨间设计中间弹性环节；导轨间有足够的预紧力，且预紧力不大于使中间弹性体发生永久变形的变形力；导轨有较高的制造精度，其制造误差应小于中间弹性体的变形量 8。 (2)导轨类型的选择原则： (a)精度互不干涉原则：导轨的各项精度在使用时互不影响才容易得到较高的精度； (b)动、静摩擦系数相接近的原则； (c)导轨能够自动贴合的原则； (d)移动导轨在移动中，始终全部接触的原则； (e)对水平安置的导轨，以下导轨为基准，上导轨为弹性体的原则； (f)能补偿受力变形和受热变形的原则 9。 (3)滚动直线导轨副的特点： (a)动、静摩擦系数之差很小，摩擦阻力小，随动性好。有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度； (b)承载能力大，刚度高； (c)能够实现高速直线运动，瞬时速度比滑动导轨提高 10倍； (d)采用滚动直线导轨副可简化设计、制造和装配工作，保证质量，缩短时间，降低成本 10。由此，本设计 X、 Y、用矩形导轨。本科毕业设计说明书（论文）第 22 页共 29 页 6 轴承的计算和选型按 6391 2003的标准规定，滚动轴承的基本额定动载荷是以寿命计算式为依据转换得来的 11。滚动轴承寿命计算根据 6391 2003，滚动轴承的基本额定寿命10 式中：10L基本额定寿命（ 610 转）；基本额定动载荷（ N）； P 当量动载荷（ N）；寿命指数（球轴承取 3）7。若轴承的转速恒定，其基本额定寿命可用运转小时数表示为 010 610 (式中：基本额定寿命（ h）； n 轴承转速（ r/ 为了简化计算，取 500入速度系数当 nf n； 110500 则轴承寿命公式可转换为基本额定动载荷 (根据轴承的工作转速 n 和预期的实用寿命机械设计实用手册 7表 7 和表 8 查出hf、可很方便地确定出待选用轴承所应具有的基本额定动载荷值。由机械设计实用手册 7表 7和表 8查出由此代入（可算出本科毕业设计说明书（论文）第 23 页共 29 页轴承的使用寿命在选择轴承时，一般应根据机械的类型，工作条件及可靠性要求，预先确定一个恰当的实用寿命。各种机械所需的轴承使用寿命的推荐值见机械设计实用手册 7表 9。本铣床为每天 8小时工作的机械，但经常不是满载荷实用，所以其实用寿命推荐值为 10000h 250000h。当量动载荷的计算在式 (6 3)中，必须求出当量动载荷 P ，否则无法计算出基本额定动载荷 C 。当量动载荷 P 的一般计算式在恒定的径向载荷中心轴向载荷量动载荷为 : 向心球和滚子轴承，当接触角 0 时，其径向当量动载荷为当 0 时，只承受纯径向载荷，其径向当量动载荷为 P (因这里径向当量动载荷为 6990N,代入（得 6990 P N 两套相同的单列角接触球或滚子轴承安装在同一轴上，“背对背”或“面对面”配置作为一个整体（成对安装）运转 10。检查轴承的极限转速滚动轴承的极限转速是指在一定的载荷、润滑条件下轴承允许的最高转速。滚动轴承尺寸性能参数表中所列的轴承极限转速，是在脂润滑或油液润滑条件下的数值，适用于当量载荷（基本额定动载荷）、润滑与冷却正常、向心轴承只受径向载荷、推力轴承仅受径向载荷的 0级轴承 12。结合上述计算和丝杠直径尺寸，选用 60000型 61905号深沟球轴承，本设计采用的 60000型 61905 号深沟球轴承极限转速为 14000r/故满足要求。本科毕业设计说明书（论文）第 24 页共 29 页 7 联轴器的选用计算联轴器的计算转矩联轴器的转矩根据联轴器传递的功率和转速计算，不计及实际工况和其他影响因素时的平稳、恒定的理想转矩，称为理论转矩 T ， N m） (式中

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