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加工中心侧洗头结构设计【机械毕业设计含7张CAD图+说明书1.2万字33页，任务书开题报告】

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A0垂直导轨3.dwg

A0水平滑枕2.dwg

A0装配图新1.dwg

A2带轮箱4.dwg

A2轴承座.dwg

A4丝杠07.dwg

A4视孔盖6.dwg

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关键词：: 加工中心洗头结构设计机械毕业设计 cad 说明书仿单 33 任务书开题报告讲演呈文

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!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[12000字，33页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat

A0垂直导轨3.dwg

A0水平滑枕2.dwg

A0装配图新1.dwg

A2带轮箱4.dwg

A2轴承座.dwg

A4丝杠07.dwg

A4视孔盖6.dwg

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设计说明书.doc[12000字，33页]

摘要

本设计主要是根据设计要求，依据机械设计和机械制图的基本原理对一台重型数控龙门铣床的侧铣头进行结构设计，该侧铣头能够在X 方向和Z方向两个方向上进行铣削运动。本设计主要分三部分：

第一部分是根据设计要求对侧铣头的结构进行总体方案的设计，主要包括伺服进给运动和主运动方式的确定。

第二部分是利用机械设计基本原理对设计中伺服进给运动和主运动系统的机械部分的设计计算，主要包括进给电动机、主轴电动机、滚珠丝杠副的选则、计算和校核以及对同步带和带轮进行设计。

第三部分是根据所选择设计的主要零件，先进行大体结构设计，之后在此基础之上，利用机械制图的基本原理，应用CAXA电子图版对侧铣头的结构进行二维设计，并生成三张二维装配图纸和一张二维零件图纸。

关键字：重型数控龙门铣床侧铣头结构设计总体方案设计

二维设计

Abstract

The design is mainly to design the profile cutter head structural of a heavy numerically controlled plan miller according as the rationale of mechanism design and theory of machines on the bases of design specification. The design is mainly divided into three parts:

The first part is a content of total project design of the profile cutter head Structure according as design specification, including confirming the manner of servo feed motion and the main motion.

The second part is design of calculations of machine parts of servo feed motion system and the main motion system according as the rationale of mechanism design. Its mainly including chooses the type, the calculation and the verification of the feed electromotor, the principal axis electromotor and the ball screw, and the design of hold-in range and synchronous pulley.

The third part is to design the mainly structure firstly on the bases of main parts choosed and designed in the second part, then to design two dimensional drawings, and create three assembly drawings and one detail drawings using CAXA software according to the rationale of theory of machines.

Keywords: Heavy numerically controlled plan miller, The profile cutter head, Structural design, total project design, two dimensional design。

摘要................................................................................................................................I

ABSTRACT.....................................................................................................................П

一、绪论 1

1.1 国内外数控机床的发展状况 1

1.2 数控技术的发展趋势 2

1.3 设计目的和意义 3

二、总体方案设计 5

2.1设计基本要求 5

2.2总体设计方案 6

三、伺服系统机械部分设计计算 8

3.1滚珠丝杠副的选择计算 8

3.1.1 已知参数 8

3.1.2 切削力的确定 8

3.1.3 滚珠丝扛螺母副的设计、计算 8

3.2 进给伺服系统传动计算 11

3.2.1 电动机选择 11

3.2.2 同步带的设计计算 17

3.3 机床主轴部分设计计算 18

3.3.1 主轴电机及其减速器的选择计算 18

3.3.2 同步带的设计计算 19

四、二维设计 21

4.1 大体结构设计 21

4.2 利用 CAXA 电子图版进行二维设计 22

经济技术性与环保分析 27

结论 28

致谢 29

参考文献........................................................................................................................30

A0垂直导轨3.jpg

A0水平滑枕2.jpg

A0装配图新1.jpg

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内容简介：: 毕业设计（论文）附件题目：加工中心侧铣头结构设计专业：机械设计制造及自动化学号： 12101719 姓名：安浩鹏指导教师：马晓波机械与运载学院沈阳工学院毕业设计（论文）课题申报表课题名称加工中心侧铣头结构设计课题来源指导教师指定课题课题类型题简介：（主要内容、进行方式、工作量大小及准备程度、现有技术和物质条件、时间安排、预期成果）主要内容：根据设计要求，设计一个重型数控龙门铣床的侧铣头，使其能够在横向和纵向两个方向作进给运动，对于一台重型数控龙门铣床来说通常加工的工件都是很大很重的，在加工过程中要让工件移动或是进行多次安装是很费时费力的，所以设计一个能够在横向和纵向两个方向作进给运动的侧铣头，来减少实际工件的移动和安装次数，进而减少安装的时间和由于多次安装引起的定位精度误差。进行方式：查阅相关资料结合实际要求进行。工作量大小及准备程度：需完成二维装配图，主要工作零件的二维图和说明书。现已对进给系统结构有了充分的了解。现有技术和物质条件：近几年，数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的性制造系统、计算机集成制造系统等，都是建立在数控技术基础上的。实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。时间安排 :第 1周进行选题、拟定设计方案，第 2 周到第 3 周确定具体方案及具体参数，第 4 周到第 5 周完成 4张零号图纸的绘制，第 6 周修改不完善之处。预期成果：绘制进给系统的装配图，工作零件图并完成说明书。申报人姓名：安浩鹏日期： 2016 年 5 月 18 日学院毕业设计（论文）工作领导小组意见：组长签字：年月日说明：课题类型（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D理论研。（ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题。（ 1）、（ 2）均要填写，如。毕业设计（论文）任务书课题名称加工中心侧铣头结构设计专业机械设计制造及自动化姓名安浩鹏学号 12101719 主要内容、基本要求、主要参考资料、进度安排等：一、主要内容：（ 1）加工中心侧铣头结构设计（ 1）（ 2）水平滑座（ 1）（ 3）垂直导轨（ 1）（ 4）视孔盖（ 1）丝杠（ 1）带轮箱（ 1）（ 5）编写设计说明书一份二、基本要求：面、中文摘要、英文摘要、目录、正文、致谢、参考文献及附录八部分。论文（设计说明书）要求统一使用一采用面（ 210297 ）复印纸，单面打印。其中上边距 30 、下边距 30 、左边距 30 、右边距 20 、页眉 15 、页脚 15 。字间距为标准，行间距为固定值 22 磅。字体和字号要求：两行书写时用小二号）黑体字。第一层次（章）题序和标题用三号黑体字，题序和标题之间空两个字，不加标点，下同。第二层次（节）题序和标题用四号黑体字。第三层次（条）题序和标题用小四号黑体字。以下各层次题序和标题一律用小四号黑体字。正文：小四号宋体页码：小五号宋体数字和字母： “ 摘要 ” 字样（三号黑体），字间空一字符， “ 摘要 ” 二字下空一行打印摘要正文（小四号宋体）。摘要正文后下空一行打印 “ 关键词 ” 三字（小四号黑体），其后为关键词（小四号宋体），关键词一般为 3 5个，每一关键词之间用分号 “ ； ” 隔开，最后一个关键词后不打标点符号。三、主要参考资料： 1 徐炳松，张秀艳，张茵麦 M。高等教育出版社， 1999. 2 数控技术和装备发展趋势及对策 J. 机械设备新闻资讯网 3 龙门铣的先驱者来到中国 J. 96 航空翩遗技术 ,2005 年第 8 期 . 4 国内外数控技术发展状况 J. 中国自动化网， 2005 5 专家指出要加大我国数控机床研发力度 J. 新华社， 2003. 6 机床设计手册 3M. 机械工业出版社 , 1986. 7 机床设计图册 M. 上海科学技术出版社 , 1979. 8 巩云鹏 ,田万禄 ,张祖立等 M2000. 9 张玉，刘平 M1999. 10 喻子建，张磊，邵伟平 M2000. 11 阎保民 , 鲍绍箕 . 数控龙门铣床动态特性的试验研究 J. 大连理工大学学报 , 1983 年 03 期 . 12 孙振功 . 数控龙门铣床的研制 J. 水利部电力工业部机电研究所 13 王启义 M。冶金工业出版社， 2002 14 孙智礼，冷兴聚，魏延刚等 M北大学出版社， 2000. 15 ，刘长征译 003M2004. 16 王仁德，张耀满，赵春雨 M。沈阳：东北大学出版社， 2002. 17 机械设计手册（软件版）机械工业出版社 . 18 o, 19 of 4, 1. 四、进度安排：第 1周进行选题、拟定设计方案第 2 周到第 3 周确定具体方案及具体参数第 4 周到第 5 周完成 4张零号图纸的绘制第 6 周修改不完善之处指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日系主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告课题名称加工中心侧铣头结构设计课题来源教师指定课题类型导教师马晓波开题报告内容：（调研资料准备情况，设计的目的、要求、思路与预期成果；工作任务分解，各阶段完成的内容及时间分配；完成设计（论文）所具备的条件、存在的问题等。）一、调研资料准备情况 1 徐炳松，张秀艳，张茵麦 M。高等教育出版社， 1999. 2 数控技术和装备发展趋势及对策 J. 机械设备新闻资讯网 3 龙门铣的先驱者来到中国 J. 96 航空翩遗技术 ,2005 年第 8 期 . 4 国内外数控技术发展状况 J. 中国自动化网， 2005 5 专家指出要加大我国数控机床研发力度 J. 新华社， 2003. 6 机床设计手册 3M. 机械工业出版社 , 1986. 7 机床设计图册 M. 上海科学技术出版社 , 1979. 8 巩云鹏 ,田万禄 ,张祖立等 M2000. 9 张玉，刘平 M1999. 10 喻子建，张磊，邵伟平 M2000. 11 阎保民 , 鲍绍箕 . 数控龙门铣床动态特性的试验研究 J. 大连理工大学学报 , 1983 年 03 期 . 12 孙振功 . 数控龙门铣床的研制 J. 水利部电力工业部机电研究所 13 王启义 M。冶金工业出版社， 2002 14 孙智礼，冷兴聚，魏延刚等 M北大学出版社， 2000. 15 ，刘长征译 003M2004. 16 王仁德，张耀满，赵春雨 M。沈阳：东北大学出版社， 2002. 17 机械设计手册（软件版）机械工业出版社 . 18 o, 19 of 4, 1. 二、设计的目的、要求、思路及预期成果目的：数控机床加工时，既能控制机床的动作次序，又能控制机床运动部件的移动量，提高了速度，可靠性和可变适应性。要求：三张两张、一张、一份毕业论文。预期成果：可以实现大批量多样化生产。三、工作任务分解，各阶段完成的工作内容及时间分配：第 1周进行选题、拟定设计方案第 2 周到第 3 周确定具体方案及具体参数第 4 周到第 5 周完成 4张零号图纸的绘制第 6 周修改不完善之处指导教师意见：指导教师签名：年月日课题类型（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D 理论研。（ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题。（ 1）、（ 2）均要填写，如。毕业设计（论文）学生自查表（中期教学检查用）学生姓名安浩鹏专业机械设计制造及自动化学号 12101719 指导教师马晓波职称工作进度已完成的内容：一二三待完成的内容：一二已完成百分比： 50% 存在问题：闭环控制系统结构复杂，安装和调试比较麻烦，成本高为了提高水平滑枕的该方向上安装直线光栅尺进行位置检测并构成闭环控制系统。闭环控制系统可以消除整个系统的误差，包括机械系统的传动误差等，其控制精度和动态性能都比较理想，但是系统结构复杂，安装和调试比较麻烦，成本高。指导教师签字：年月日指导教师毕业设计（论文）评审表课题名称：加工中心侧铣头结构设计序号评审项目指标满分评分 1 工作量、工作态度按期完成规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实；善于与他人合作。 20 2 调查论证根据课题任务，能独立查阅文献资料和从事其它有关调研，能较好的书写出开题报告，有收集、综合和正确利用各种信息的能力。 10 3 设计、实验方案、分析与技能综合分析科学，方案设计合理，数据采集、计算、处理正确，推导正确，计算准确，论证充分；结构合理、工艺可行；图样绘制与技术要求符合国家标准要求。 40 4 设计说明书论文质量条理清楚、文理通顺、用语符合技术规范，图表完整、正确、书写格式规范。 20 5 创新能利用最新技术手段，有重大改进或独特见解；有一定应用价值。 10 总分评语：指导教师签字：年月日评阅教师毕业设计（论文）评审表课题名称：加工中心侧铣头结构设计序号评审项目指标满分评分 1 课题完成量能按期完成任务书规定的任务，课题达到教学基本要求。难易程度、工作量大小合适。 20 2 调查论证根据课题任务，能独立查阅文献资料和从事其它有关调研，能较好的书写出开题报告，有收集、综合和正确利用各种信息的能力。 10 3 设计、计算论证、推导综合分析科学，方案设计合理，数据采集、计算、处理正确，推导正确，计算准确，论证充分；结构合理、工艺可行；图样绘制与技术要求符合国家标准要求。 40 4 设计说明书条理清楚、文理通顺、用语符合技术规范，图表完整、正确、书写格式规范。 20 5 创新点能利用最新技术手段，有重大改进或独特见解；有一定应用价值。 10 总分评语：评阅组负责人签字：年月日毕业设计（论文）答辩申请表申请时间： 2016 年 5 月 20 日课题名称加工中心侧铣头结构设计专业机械设计制造及其自动化姓名安浩鹏学号 12101719 已完成情况：（ 1）加工中心侧铣头结构设计（ 1）（ 2）水平滑座（ 1）（ 3）垂直导轨（ 1）（ 4）视孔盖（ 1）丝杠（ 1）带轮箱（ 1）（ 5）编写设计说明书一份指导教师：年月日评阅教师：年月日备注：毕业设计（论文）答辩评审表课题名称：加工中心侧铣头结构设计序号评审项目指标满分评分 1 报告内容思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。 40 2 报告过程准备工作充分，时间符合要求。 10 3 创新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 4 答辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答准确、深入。 40 总分评语：对申请评优或答辩不合格的补充说明：答辩委员会（小组）负责人：年月日沈阳工学院毕业设计（论文）成绩评定表论文题目加工中心侧铣头结构设计学生姓名安浩鹏学号 12101719 指导教师姓名马晓波职称设计（论文）说明书页数 30 图纸张数 7 加工零件数有、无产品模型评分项目标准得分权重折合得分指导教师评分评阅组评分答辩组评分综合得分论文评定等级毕业设计（论文）答辩委员会意见：机械与运载学院答辩委员会负责人：年月日沈阳工学院毕业论文（设计）答辩记录表答辩日期： 2016 年 5 月 23 日答辩地点： 5309 学院（或系）专业学生姓名学号成绩论文（设计）题目指导教师答辩纪录：（用简明语言记录答辩过程，答辩委员会提出的问题及学生回答情况）提出问题：回答摘要：答辩组组长签名：答辩委员会记录人（签字）：摘要本设计主要是根据设计要求，依据机械设计和机械制图的基本原理对一台重型数控龙门铣床的侧铣头进行结构设计，该侧铣头能够在 X 方向和 Z 方向两个方向上进行铣削运动。本设计主要分三部分：第一部分是根据设计要求对侧铣头的结构进行总体方案的设计，主要包括伺服进给运动和主运动方式的确定。第二部分是利用机械设计基本原理对设计中伺服进给运动和主运动系统的机械部分的设计计算，主要包括进给电动机、主轴电动机、滚珠丝杠副的选则、计算和校核以及对同步带和带轮进行设计。第三部分是根据所选择设计的主要零件，先进行大体结构设计，之后在此基础之上，利用机械制图的基本原理，应用子图版对侧铣头的结构进行二维设计，并生成三张二维装配图纸和一张二维零件图纸。关键字：重型数控龙门铣床侧铣头结构设计总体方案设计二维设计 he is to of a as of of on of is is a of of as of is of of of as of of of is to on of in to to of of 目录摘要 .一、绪论 1 内外数控机床的发展状况 1 控技术的发展趋势 2 计目的和意义 3 二、总体方案设计 5 5 6 三、伺服系统机械部分设计计算 8 8 知参数 8 削力的确定 8 珠丝扛螺母副的设计、计算 8 给伺服系统传动计算 11 动机选择 11 步带的设计计算 17 床主轴部分设计计算 18 轴电机及其减速器的选择计算 18 步带的设计计算 19 四、二维设计 21 体结构设计 21 用子图版进行二维设计 22 经济技术性与环保分析 27 结论 28 致谢 29 参考文献 . 第一章绪论内外数控机床的发展状况 20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从 1952年美国第 1台数控铣床发明出来到现在已有 50年。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成了庞大的数控制造设备家族，全世界每年的产量有 10 20万台，产值上百亿美元。尤其是以美国和德国为代表的数控技术最为先进。只就数控铣床来说，已经出现了各式各样适应于不同加工形式的数控铣床，而只就数控龙门铣床来说，自从西班牙尼古拉斯克雷亚集团公司 (称 80年代中期开发出第一台龙门式数控铣床，在这短短的几十年里，数控龙门铣床技术的不断发展，先后出现了各种形式的龙门铣床，到目前为止数控龙门铣床技术的发展已经相当完善。从整体上看，现在在机械行业中使用的数控龙门铣床大部分只带有立式铣头，也就是说只能对工件上表面进行向铣削或是带有侧铣头但该侧铣头只能进行就是说带有能够做两个方向进给运动的侧铣头还是少见的。特别是对于重型龙门铣床来说，加工工件一般都是很大很重的，移动工件时很不合理的，所以这时采用能够做两个方向进给运动的侧铣头是必要的。我国数控机床制造业在 80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型，但数控龙门铣床并未得到很大发展。有专家指出专家说，从整体上提高我国机床水平刻不容缓。但当前需要特别注意的是，必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。为此，要建立有效的数控技术开发中心，加强对重点工艺的研究、试验，形成成套开发能力；同时，通过国际合作生产、合资经营，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。数控技术的发展趋势从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：（ 1）高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（其确定为 21世纪的中心研究方向之一。高速加工中心进给速度可达 80m/至更高，空运行速度可达 100m/ 在加工精度方面，近 10年来，普通级数控机床的加工精度已由 10 m，精密级加工中心则从 3 5 m，提高到 1 m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (m)。在可靠性方面，国外数控装置的 000服系统的现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。（ 2） 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1台 5轴联动机床的效率可以等于 2台 3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬火钢零件时， 5轴联动加工可比 3轴联动加工发挥更高的效益。当前由于电主轴的出现，使得实现 5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5轴联动机床和复合加工机床（含 5面加工机床）的发展。（ 3）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。（ 4）重视新技术标准、规范的建立数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50年间的信息交换都是基于采用 G，工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。设计目的和意义 (a) 目的（ 1）根据设计要求，设计一个重型数控龙门铣床的侧铣头，使其能够在横向和纵向两个方向作进给运动，对于一台重型数控龙门铣床来说通常加工的工件都是很大很重的，在加工过程中要让工件移动或是进行多次安装是很费时费力的，所以设计一个能够在横向和纵向两个方向作进给运动的侧铣头，来减少实际工件的移动和安装次数，进而减少安装的时间和由于多次安装引起的定位精度误差。（ 2）使学生了解机械设备的设计过程。对作为一名将来从事机械行业的大学生来说，了解机械设备的设计过程是一个必须的。而对数控铣床侧铣头的设计完全能够体现出机械设备的设计过程以及在设计过程中应注意的问题和一般要考虑的因素。（ 3）使学生能够将在大学期间所学的理论知识与具体实践相结合。当今大学生大部分都存在着不知道如何将大学所学的东西运用到实际中去，甚至认为大学所学的东西根本没有用处。（ 4）使学生在实际过程中学习新的软件。通过完成这个毕业设计，以掌握当今社会上一些常用的制图软件和分析软件。现在的社会是高科技的社会，对于机械行业来说也是如此。现在的机械行业中很少有用手工绘制的图纸，而且现在的人们都有一种安全的理念和结构的美感，运用分析软件对工程师所设计的结构进行强度分析，可以事先发现不合理之处，以便提早加以改正。 (b) 意义（ 1）、在现实中，带有侧铣头的数控龙门铣床是不常见的一种形式，而带有能够在两个方向上进行进给运动的侧铣头的龙门铣床更是不常见。这项设计所设计的侧铣头与其他龙门铣床部分相配合，可以应用在现实中对工件进行三个方向上的加工，从而很可能能够对工件进行一次性安装加工，这无疑可以省去很多调整时间并保证良好的安装精度。而且这是对一台重型数控龙门铣床侧铣头的设计，对于一台重型铣床来说，加工的工件一般都是很大很重的，要对工件进行多次安装是很困难的也很浪费时间，且定位精度不容易保证，而该课题所设计的侧铣头正适合这种情况，所以说这项设计有重要的现实意义。（ 2）、在做毕业设计的过程中学习掌握二维绘图软件，为以后更好的适应社会打下良好的基础。（ 3）、了解机械产品的设计过程，掌握设计过程中应注意的问题和应考虑的因素。第二章总体方案设计设计基本要求 1）侧铣头的行程为 600 2）定位精度为 5 m ； 3）与立柱连接部分横跨度为 1300 4）最大进给速度为 10 m/ 5）两侧铣头中间能通过最大零件宽度为 3150 6）主切削力 5000N。图加工中心方案图 1 图加工中心方案图 2 总体设计方案根据设计要求，侧铣头能够在横向和纵向进行切削进给，即在向进行切削进给。为实现这两个运动，所以将侧铣头主要分为实现纵向运动的垂直导轨和实现横向运动的水平滑枕两部分。同时需要在这两部分上安装有实现的导轨，考虑到此数控机床是一台重型数控龙门铣床，侧铣头本身有很大的重量并且在加工过程中要受到很大的切削力的作用，这就要求所选择的导轨必须能够承受很大的重力及较高的刚度，除此之外，因为本数控机床要求有很高的加工精度，根据这一点本设计采用承载能力大结构简单刚性好的贴塑滑动式矩形导轨，在这之中之所以采用贴塑方式是因为普通的滑动导轨摩擦系数大，容易产生爬行现象，而贴塑导轨具有摩擦系数小、抗咬合磨损性能好、不易爬行、工艺性能好等优点，但是由于矩形导轨磨损后不能自动补偿间隙，这就会影响加工精度和定位精度，因此对于导轨主要承载面需要有间隙调整装置，在本设计中，采用斜镶条对其进行调整。对于主轴的运动，初步考虑了两种方案：一、采用电动机通过联轴器带动主轴运动；二、采用电动机通过同步带带动主轴运动。但是考虑到此设计是一台重型数控龙门铣床，侧铣头本身有很大的重量并且在加工过程中要受到很大的切削力的作用，要带动侧铣头运动并实现进给，这就要求选择功率很大的电动机，而这就导致电动机有很大的结构尺寸，如果采用联轴器进行连接，势必会增加侧铣头的结构尺寸，从而导致侧铣头重量的增加浪费原材料。而采用同步带传动，可以将电动机放置在侧铣头结构以外，这不但会减小侧铣头的结构尺寸，同时也大大降低了原材料的使用；除此之外，采用同步带传动，还具有传动比准确，传动效率高，噪音小的优点。这符合经济环保的要求。为保证加工精度，在这部分设计中，主轴采用高精密主轴为了实现横向进给运动，也初步考虑了两种方案：一、采用电动机通过联轴器与滚珠丝杠螺母副连接带动水平滑枕运动；二、采用电动机通过同步带与滚珠丝杠螺母副带动水平滑枕运动。如果采用联轴器连接的方式，就要将电动机及联轴器安置在水平滑枕的尾部，而一个大功率的电动机有很大的重量，这样就会导致水平滑枕尾部承受很大的重力，从而产生很大的扭矩，这对实现水平滑枕的运动精度、定位精度产生影响，并会导致摩擦性能的降低，而且为实现设计要求，水平滑枕需要有很长的结构尺寸，如果在将电动机放置在水平滑枕尾部，这就增加了整体机床的安装空间；而采用电动机通过同步带与滚珠丝杠螺母副带动水平滑枕运动的方式，可以将电动机放置在垂直导轨上，这无疑可以减少安装空间，而且合理利用空间。之所以采用滚珠丝杠螺母副进行传动，是因为它具有摩擦损失小，传动效率高；摩擦阻力小，动静摩擦力之差极小，因而运动灵活、平稳、低速时不易产生爬行、且磨损小、精度保持性好、寿命长；丝杠螺母之间进行消隙或预紧，可以消除反向间隙、市反向无死区，定位精度高、轴向刚度大；传动具有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动等优点，此设计中采用的滚珠丝杠螺母副是对于主轴电动机的选择，初步选用西门子公司生产的风冷式交流感应电动机。对于伺服进给电动机，初步选用西门子公司生产的自冷式三相交流同步伺服电动机。交流伺服电动机结构简单、体积小、制造成本低；其没有电刷和换向器，不需要经常维护，没有直流伺服电动机因换向火花影响运行速度提高这种限制。为了提高水平滑枕的该方向上安装直线光栅尺进行位置检测并构成闭环控制系统。闭环控制系统可以消除整个系统的误差，包括机械系统的传动误差等，其控制精度和动态性能都比较理想，但是系统结构复杂，安装和调试比较麻烦，成本高。第三章伺服系统机械部分设计计算珠丝杠副的选择计算 3 1 1 已知参数丝杠的公称直径 50程 20纹长度 1245 3 1 2 切削力的确定按照立铣（不对称顺铣）计算各向分力，如下图所示：已知主切削力 000图头受力示意图取 0 0 05 0 0 0 0 05 0 0 0 0 05 0 0 3 1 3 滚珠丝扛螺母副的设计、计算（ 1）计算进给牵引力此其数值的大小与导轨的类型有关，此处为贴塑矩形导轨，则 m = K F + f F z + F + G (其中， xF、各向切削分力， N ； G 移动部件的重量， N ； f 导轨上的摩擦系数，随导轨形势而不同，取 K 考虑颠覆力矩影响的实验系数，取 m = K F + f F z + F + G= 1 . 1 2 0 0 0 + 0 . 0 5 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8= 3 0 9 0 N （ 2）计算最大动负载 C 选用滚珠丝杠副的直径0须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转 100 万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C，可用下式计算： C L f 3 (式中： L 寿命，以 106 为一单位， L n T 60 10 6 n 丝杠转速，（ r/用下式计算S vn 为最大切削力条件下的进给速度（ m/可取最高进给速度的 1/2 1/3； S 丝杠导程，（ n 丝杠转速，（ r/ T 为使用寿命， h ，对于数控机床取 T=15000h；运转系数，见下表。运转系数运转状态运转系数无冲击运转般运转冲击运转计算： 2 5 0 r / m 1 0 0 01 0 0 0 S vn s 22510 1 5 00 0250601060 66 3 3 2 2 5 2 . 5 3 0 9 0 4 7 f F K N 计算结果小于丝杠额定动载荷足要求。（ 3）传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率： ) r r(式中：摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f 擦角约为 10 ,即 r 丝杠螺旋升角丝杠中径 Sd= )r r= t a n 6 . 8 8 8 0t a n ( 6 . 8 8 8 0 0 . 1 6 6 7 ) = 4）刚度计算滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素：丝杠的拉伸或压缩变形量 1 ：在总的变形量中占的比重较大，可以用计算方法确定。先用下式计算滚珠丝杠受工作负载作用引起导程 S 的变化量在计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量 1 （两端固定）： (式中， L 在工作负载用下引起每一导程的变化量，（工作负载，即进给牵引力， N ； S 滚珠丝杠的导程，（ E 材料弹性模数，对钢 E 20 6 104. （ 2； F 滚珠丝杠截面积（按内径确定）（ “ +”号用于拉伸，“ -”号用于压缩。 452. 3 0 9 0 2 0 0 . 5 2 1 014 4 2 . 0 6 1 0 4 2 . 94m 计算滚珠丝杠在总长度上拉伸或压缩的变形量 1 5105 . 2 1 0 1 2 4 5 0 . 0 0 3 2 420L L m （式中： L 滚珠丝杠在支承间的受力长度，根据实用机床设计手册滚珠丝杠副的传动刚度主要由丝杠本身拉压刚度，丝杠副内的接触刚度，轴承和轴承座刚度，因此近似取拉压刚度的 1/3(变形近似为拉压变形的 3 倍 )。 13 3 0 . 0 0 3 2 4 0 . 0 0 9 7 0 . 0 2 ，符合要求定位精度。给伺服系统传动计算动机选择 1、初选电动机和减速器（ a）电动机和减速器参数电机西门子 1定转速 3000r/大输出静力矩额定转矩自身惯量减速器：动惯量， 5i 。（ b）转动惯量的计算丝杠导程 0 ，公称直径为 50 m a xm a xm a 0 2 0 510ns ni v ，取 500m a x 工作台重量 M=1000 21221 2J J J J J J 减速器电机(其中丝杠的转动惯量： 4 1 2 4 1 2 20 . 7 7 1 0 0 . 7 7 5 0 1 2 4 5 1 0 0 . 0 0 6 0 L K g m 电机轴同步带轮的转动惯量： 222122222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 1 9 0 . 0 5 60 . 0 5 5 0 . 0 1 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 0 9 0 . 0 1 20 . 0 5 5 0 . 0 0 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 3 9 0 . 0 1 9 0 . 0 1 8+ 0 . 0 3 9 0 . 0 1 920 . 0 0 6 2 0 . 0 0 1 3 0 . 0 0 0 50 . 0 0 8 rk g m 丝杠同步带轮的转动惯量： 22222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 1 7 5 0 . 0 4 70 . 0 5 5 0 . 0 1 7 527 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 0 7 0 . 0 1 20 . 0 5 5 0 . 0 0 720 . 0 0 5 2 0 . 0 0 1 30 . 0 0 6 5 rk g m 则： 21222322121 2 0 1 00 . 0 0 9 2 3 0 0 0 2 5 7 3 0 0 0 6 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 6 5 1 0 0 0520 . 0 1 3 6 9 J J J J = K g m 减速器电机惯量匹配 0 . 0 0 7 9 9 / 0 . 0 1 3 6 9 0 . 5 8 电机，符合要求。 0 . 0 0 9 2 3 / 0 . 0 1 3 6 9 0 . 6 7J J 电机（ c）电机力矩的计算快速空载起动时所需力矩起M: 0m a x f 起 (式中，快速空载起动力矩，；空载起动时折算到电机轴上的加速力矩，；折算到电机轴上的摩擦力矩，；由于丝杠预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩，； m a x 0 . 0 1 3 6 9 2 5 0 0 2 1 . 3 9 69 . 6 6 上式中 T 时间常数摩擦力矩： 0 0 . 0 5 1 0 0 0 9 . 8 0 . 0 2 00 . 3 9 0 . 8 5f 0F 导轨摩擦力（ N），空载快速起动时；传动链总效率，一般可取。附加摩擦力矩0M 23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 滚珠丝杠预加载荷，一般取 N 。 S 滚珠丝杠导程 0 滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取 0 09 . 空载快速启动所需力矩 m a x 0 2 1 . 3 9 0 . 3 9 0 . 1 5 9 2 1 . 9 4 M M N m 起 7机满足使用要求。最大切削负载时所需力矩切M: M M M Mf 0 （折算到电机轴上的切削负载力矩，： 5 0 0 0 0 . 0 2 3 . 9 8 3 . 1 4 0 . 8 5 式中：进给方向最大切削力 N ；最大切削负载时摩擦力矩： 0 0 . 0 5 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8 0 . 0 2 0 . 7 0 8 0 . 8 5 附加摩擦力矩0M: 23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 最大切削负载所需力矩 M 切： 0 0 . 7 0 8 0 . 1 5 9 3 . 9 8 4 . 8 5 ( . ) M M N m 切（ d）加速运行加速度计算折算到电机轴的等效转矩 )( e 计算工作台空载加速度电机轴角加速度： 21 4 6 . 5 1 0 . 0 2 2 . 2 6 ( / ) 0 . 2 32 0 . 0 1 3 1 1 5 2m s 2、更换电动机和减速器（ a）电机和减速器参数电机西门子 1定转速 3000r/大输出静力矩额定转矩自身惯量减速器：动惯量， 5i 。（ b）转动惯量的计算丝杠导程 0 ，公称直径为 50 m a xm a xm a 0 2 510ns ni v ，取 500m a x ，工作台重量 W=1000 21221 2J J J J J J 减速器电机其中丝杠的转动惯量： 4 1 2 4 1 2 20 . 7 7 1 0 0 . 7 7 5 0 1 2 4 5 1 0 0 . 0 0 6 0 L K g m 则： 222322121 2 0 1 00 0 0 6 7 7 0 0 0 2 5 7 3 0 0 0 6 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 6 5 1 0 0 0520 0 1 0 5 8 J J . . K g m 减速器电机惯量匹配0 . 0 0 6 7 7 / 0 . 0 1 0 5 8 0 . 6 3J J 电机，符合要求。（ c）电机力矩的计算快速空载起动时所需力矩起M: 0m a x f 起式中，快速空载起动力矩，；空载起动时折算到电机轴上的加速力矩，；折算到电机轴上的摩擦力矩，；由于丝杠预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩，； m a x 0 . 0 1 0 5 8 2 5 0 0 1 6 . 5 3 69 . 6 6 上式中 T 时间常数摩擦力矩： 0 0 . 3 9 0F 导轨摩擦力（ N），空载快速起动时；传动链总效率，一般可取。附加摩擦力矩0M: 23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 滚珠丝杠预加载荷，一般取进给牵引力 N 。 S 滚珠丝杠导程 0 滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取 0 09 . 空载快速启动所需力矩： m a x 0 1 6 . 5 3 0 . 3 9 0 . 1 5 9 1 7 . 0 8 M M N m 起 8机满足使用要求。（ d）加速运行加速度计算折算到电机轴的等效转矩 )(36312 3 e 计算工作台空载加速度电机轴角加速度： 21 3 6 1 0 . 0 2 2 . 3 ( / ) 0 . 2 3 42 0 . 0 1 0 5 2m s （ e）最大运行速度： 3000m a x 0 . 0 2 1 2 ( / m i n )5nV s ，满足设计要求。步带的设计计算（ 1）初步选择基本参数数据带轮传动中心距 224步带规格： 800溪恒力。带轮： 844 齿，慈溪恒力。按照圆弧齿计算， 8M 型，基本参数如下：传动比 1i ，节距 8形角 142 ，齿根厚 s=高1 4.0rr 顶园半径 46.2ar 高 0.6sh （ 2）同步带的选择计算从动带轮节径1 径1 主动带轮节径 2 径2 初定中心距： 21021 27.0 （即 00 7 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 5 2 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 5. + a + 01 5 6 . 8 7 4 4 8 . 2a取0a=224 带的节线长度： 2210 0 1 2022241 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 52 2 2 4 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 52 4 3 0 04 4 8 3 5 2 08 0 0a d （选择 800pL m m，齿数 100实际中心距按照可调方式： 00 8 0 0 8 0 02 2 4 2 2 422a m m ，取 224(中心距调整范围： m a x 0m i n 0= + 0 . 0 3 2 2 4 0 . 0 3 8 0 0 2 4 8 ( )0 . 0 1 5 2 2 4 0 . 0 1 5 8 0 0 2 3 6 ( )a L m ma a L m m 基准额定功率：带宽 1 00k P( 圆弧齿带长系数，取小带轮啮合齿数系数；设计功率， 1 . 2 3 . 7 7 4 . 5 P K W 计算带宽：1 . 1 41 . 1 4004 . 58 3 5 ( )1 0 . 3 7 2 . 2 6b m mk k P 根据实际情况带宽取为 45 作用在轴上的力： 1000 PF v，其中：矢量相加修正系数 1 0 0 0 1 0 0 0 1 . 2 3 . 7 71 2 8 5 ( )8 4 4 6 0 06 0 1 0 0 0 (3 3 机床主轴部分设计计算 3 3 1 主轴电机及其减速器的选择计算主轴电机型号及性能参数：西门子 10L 额定功率： 28定转速 2000定转矩 134高转速 10000动惯量，重量 130轴高度 132 与 10L 配套的减速机型号为 2取 i=4；其性能参数为：重量 62 电机联接减速器，减速器连接同步带轮，带动主轴，带传动 1： 1 主轴的转动惯量估计值：同步带轮的转动惯量估计值：材料铸钢， 22222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 7 5 0 . 0 5 9 0 . 1 0 10 . 0 7 5 0 . 0 5 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 7 1 0 . 0 3 0 0 . 0 1 80 1 0 20 . 0 2 4 0 . 0 0 5 4 0 . 0 2 9 5 rk g m 惯量匹配计算：不采用减速机的同步带 1： 1 传动， =量匹配符合要求。带轮传动中心距 320步带规格： 1200慈溪恒力。带轮： 8

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