0343-立式数控铣床传动系统【全套9张CAD图+说明书】
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SK125 数控铣床的主要部件设计
摘要:数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。
数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编辑指令规定的程序。
数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统执照产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术规范覆盖很多领域：(1)机械制造技术 （2）信息处理，加工，传输技术;(3）自动控制技术：（4）伺服驱动技术；（5）传感技术;(6)软件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。
数控机床就是将加工过工程所需要的各种步骤以及刀具与弓箭之间的相对位移量都是用数字化的代码来显示。通过控制介质数字信息传入专用区域通用的计算机。计算机对输入的信息处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或者其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
关键词：机械设计，数控三坐标铣床，主轴，数控系统。
- 内容简介：
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毕业设计（论文） 任务书 设计（论文）题目： 125立式数控铣床 传动系统 关键 部件设计 1设计（论文）拟解决的主要问题 通过调研和分析确定铣床的传动方案、总体布置和机械部分的详细结构设计，设计的各部分间能有机结合，相互协调，共同完成整个机床的机械部分的大部分图样。 加强综合训练，全面提高工程应用能力和开 发创新能力，培养相互协作配合的团队精神。 重点解决主轴箱部件有关的技术问题 2设计（论文）的主要内容和基本要求 技术参数： 最大主电机功率 主轴转速范围 100工作台三向行程 450*250*250 设计任务： 机床总装配图、部件装配图、主要自制件零件图，总图量不小于 3 张 开题报告、文献综述、外文翻译、设计计算书各一份。 设计要求： 图样全部用计算机绘制，符合最新制图标准；投影正确，表达完整，布局合理。 注重工作性能和结构、装配工艺性，外观造型，力求简洁、明快；功能满足，实用可靠。 理论分析完整清楚；设计推导简明扼要；计算正确可靠。避免冗长，杜绝抄袭。 3推荐参考文献 1 陈心昭 M械工业出版社， 2 李洪 M宁科学技术出版社， 3 文怀兴，夏田 M. 北京 : 化学工业出版社， 4 吴玉厚 M械工业出版社， 5 002 6 . n to . 4进度安排 4 (2010) 399407of , 3 009of in of by be in in to a of 8as a 9to be be is is 1EM is a 2. ao a ,4be in EM D EM to of a of In +81 75 753 5226; +81 75 753 D. in BS to of 1. et a MM 10. in by BS 11,12. In BS of 13. BS to in 14. of of be in of a D BS is to of 5a to of at 16. 2009 G, , 8092, , 8092,2 009in 00916 009to of to CK on of as 06of CK CK is EM to in of a CK EM of in of on to CK to be 2009 to or in a to In . et (2010) 3992. in 2 -, Y- is to an or CK In to of 1. of of is of CK BS be CK is EM a is to of an is on is of a is CK 1 in Y by It is on a in in - of of of 3. in 2 3 of of as Y 070000et (2010) 399407 401R): is (in E): is in .4. of CK a to of to on a on In CK EM as 6 )3 )of of of a 0 a 20 2 5. in as as is in of - of to of .in of of of E, in is to EM is a EM as .to or to so in CK a CK EM is in of of . of is to in of is CK 0% of D CK 5% of on to of by of of of on 5 a in l, h t of In at is on of is in In to EM in is . et (2010) 3994076. a to of of of l=100mm,h=500mm t=38in to in z, c, at by a, - 8. a 00. CK an to EM is be as a at of a of l/2 an of at In kN Nm of by EM is 6 ,6, it be on y(x) y) 2 0. 0, 0, CK or to 0%. %is 7, on c) is 0% is 00. is by As be to 0% % 00. of in in in in in of by CK EM 8 ,In in be 0, 0 to 0%. 6% 9, be 00 EM to 0%. 5%00. 8 , CK in in 9. a et (2010) 399407 40310. on in 13. 10 a 00YZ)of a in to of of l=750h=25010 0 00. of 0% is 10 a on to be 10, in of to in In is 10 t=32in of a of l/h l/to in is - at x) x), x) is as of kN is 00mm in of EM 11 2, 11, it be on x) 8 00, be 0, 5 0% on x)x) % 14. 10 . et (2010) 399407(a) (b) 15. 12, 0% In 240%. at h =100mm 0as of of 10 of in in of by EM 4, 13, be CK to 0%. % is 14, is 0% is 03. 0% 10, a 毕 业 设 计 (论文 ) 外 文 翻 译 英文翻译题目一： 式数控铣床设计 主轴部件设计 英文题目一 of 译内容 评价机床设计的建模方法 指导教师评语 在 静态顺应性 静态评估， 当 反 作用力 在 ， 方向（ Y 和 具中心点（ 评估。在实验中，刀架和一个激光位移传感器（ 固定在 Z 滑块 上的 ， 光学平面上的 X 滑块固定 。 滑块 30毫米抵消。 力作用 在加载刀架在角落，并通过使用力传感器测量。 同时测量 位移之间的位移传感器和光学平面 ， 在 Z 轴 方向。测量位移传感器为 在符合定义类似的模拟。 位移传感器的分辨率为 10纳米。 从 A / D 转换器所产生的力传感器的分辨率为约 6行 3次测量。 考虑的准确性和计算工作，列和 0元素的 用有限元法，弹性组件建模与中间节点， L 列的节点数目，列 型基地 561，330和 688，分别测量位移和力的大小之间的关系位移和力的初始值设置为零由于 是很难区分它们。以确定符合每个结果，由最小二乘法拟合线 性曲率。 对 间的关系 符合 千牛， 千牛 和 151米 /千牛，分别。 逼近误差的标准偏差分别为 。图 18。有限元分析与实验符合的弹性和偏差之间的关系 图 19。实验模态分析得到的模态的例子。（一）在 80赫兹的模式 1。 （二）在 163赫兹的模式 4。 参照图 17和图 18 显示之间的关系， 弹性和偏差 实验符合的有限元，分别 在 图 17和图 18大的偏差超过 50，对 不同车型之间的对抗符合不同的超过 100，由于弹性。 然而，在其他的变化低于 50。 这一结果表明，弹性的影响取决于方向。 18， 大的偏差，超过 50，也对 合观察。 由于偏差都在观察这两种方法，这些差异所造成的机器的简化模型。 比较符合与 叶和有限元，约 45存在差异。 差异都小于 15，结果在其他。 考虑符合鉴定的准确性， 器的模态分析 为 做出 动态评价，对机器进行模态分析。 与 有限 元法得到的固有频率和模态进行了比较实验结果。 影响测试用冲击锤（ 086行实验模态分析。 为了获得 3D 模式形状，三维加速度计（ 电电子学，356用来衡量在不同机器上的点加速度。 激振力和加速度之间的频率响应计算与 野测器， 个激发点被选中的刀架上。 . 测量点的数目是 48，在这个实验中的带宽是 500赫兹。列和 0种元素。 与有限元分析，这些机构为蓝本，同样，如在 中所述。 固有频率和模态试验模 态分析得到 表 2 所示。 由于较低的结构模式，刚体模式和模式与集中的自然频率高于 300赫兹被省略。 它可以观察模式 1和 4上的 方向图的影响较大 。 19（ a）及（ b）显示模式，模式 1和 4分别形状。 在模式 1，列的变形是占主导地位。 另一方面，变形的 Y 基地是在模式 4中占主导地位。表 3 显示了在模拟计算的固有频率的例子。灰色的细胞表明，模式，从研发，或在 R 缺席时的模式形状是通过实验分析得到的，其模数和自然频率从 表 2 右列在被复制每一个模型。 有限元比较 结果，自然频率都和模式形状吻合 。据证实，这两种方法在其他 4个模型，结果也类似。 该模型不仅代表两个更高的模态，由于当地每个组件的方式在这些较高的模式占主导地位。 由于该模型包括更多的弹性，新模式的出现，更多的模式匹配与实验获得的模式。与 乎所有的实验模态可以 转载。 模式 5的 有限元包含模态的实验模式， 6和 7。 为什么模型不能代表模式 5和 7的原因之一，可能是刚性联轴器机器基地和列之间的影响。 在 然频率模式 3和 4的实验结果相比高出约 45。 这是因为弹性的 Y 基地不考虑这些模型。 的动态模拟 横向偏离直线运动路径的 这个比较中，由于加速和减速的偏差都集中在评估机的动态模型。 在试验中， 在 Z 方向的 轴正朝着积极的方向推动时，在 也是衡量一个线性编码器使用了 10速）期间的 轴的位置是在 样的 为相对位移计算在模拟，结构模型连接到其他组件代表重现的驱动的驱动和控制机床 11。 图 20。 设置 在 600和 3000毫米 /分钟进给位移测量。时间常数为加速（减速）设置为 100毫秒，这相当于每个进给速度为 .5 m/量距离为 80实验中的采样频率设置为 2.5 20显示了比较的测量和计算的位移。 用一个低通滤波器的截止频率为300 为在更高的频率振动时没有考虑到在模拟实验结果进行过滤。 在测量结果的时间进行调整，使总时间 相等 ，在 3000毫米 /分钟 600毫米 /分钟位移测量清楚地包含以下几部分组成：约 米 以上的测量时间， 前两个变化，代表静态的直线度误差，由于可以引起变化规律电机转矩驱动系统 . 比较测量位移在 600和 3000毫米 /分钟，约 区别是观察从 0到 一个差距约 观察从 这些都是动态路径偏差，由于加速和减速，分别。 比较的测量和模拟在 3000毫米 /分钟 位移显示， 以重现这些路径偏差。 然而，比测量剖面，由于 减速的模拟偏差小，约 较大这些差异的原因尚不清楚。静态的直线度误差不观察在模拟的结果，因为直线度误差不考虑在模拟。 结论 已与商用有限元软件 装 。机床模型所需的时间已经比较评估的 了探讨两种方法的 态和动态行为的可靠性已经相互比较与基本束模型 算。 T 的行为也已与上一个实际机 以得到以下结论。 （ 1）轴建设套件需要，因为它在机建模的模块化有限元方法所需的总时间的30。 （ 2）轴施工工具包提供了同等的精度基本弹性模拟的有限元。 为 需的自由度数是小于有限元。 (3) 在一个完整的机器上的静态和动态模拟， 以得到相同的结果，有限元。 . 几乎所有较低的结构模式的形状和其自然频率可复制的 . 由于在直线运动加速度的动态路径的偏差，可以复制的 (4) 弹性体模拟，只有关键部件，是足以代表降低结构振动模式。 鸣谢 作者要感谢博士约翰内斯海德汉公司，从瑞士联邦创新促进局，并在京都大学的加工，测量和控制实验室的成员。 参考文献 1 , , , . of 005;54(2):115. 2 F, h, . of of 004;53(1):289. 3 , . of of 005;54(1):379. 4 , . of of 007;47(9):1342. 5 r of 968;6(7):1313. 6 r A on of 4062, A 2000. p. 899. 7 , , , , . in of 996;45(1):381. 8 , , , . of of 998;47(1):333. 9 , , J. OF of a 005;29(2):237. 10 A, A of 989;38(1):505. 11 , , . of of of 998 1998. p. 602. 12 , . 0 . 2000. p. 302. 13 , , . 2 2002. p. 187. 14 , . A of by of 007;56(1):383. 15 , . 2 2002. p. 194. 16 h, , , . on of 007;26(3 4):167. 毕业设计（论文） 文献综述 设计（论文）题目： 125 立式数控铣床 传动系统 关键 部件设计 一、 前言部分（说明写作的目的，介绍有关概念、综述范围，扼要说明有关主题的或争论焦点） 毕业设计是大学四年对所学知识综合的一次大的考验，也是在走向工作岗位的一次练兵，更进一步锻炼了自己的动手能力，真正做到了理论联系实际教学的一次有机结合。 主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 我的设计课题是针对 125 立式数控铣床 传动系统 关键 部件设计 S 铣 床类别代号（ 螺纹 加工 铣 床） K机床特性代号（数控） 125 代表主要参数 主轴传动系统 及箱体部分 1. 范围： 各种不同的机床对调速范围的要求不同，多用途，通用性比较大的机床，要求主轴的调速范围大，不但有低速大转距的功能，而且还要有比较高的速度。 2. 热变形：电动机、主轴及传动件都有热源。降低 温升，减少热变形是对主传动系统要求的重要指标。 3. 旋转精度和运动精度 （ 1）主轴的旋转精度 :是指装配后，在无载荷，低速转动条件下，测量主轴前端和 300的径向和轴向跳动值。 （ 2）主轴在以工作速度旋转时，测量上述两项精度称为运动精度。 4. 主轴的静刚度和抗振性 由于数控机床的加工精度比较高，主轴的转速又很高。因此，主轴组件的质量分布是否均匀以及主轴组件的阻尼等，对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。 5. 主轴组件的耐磨性 之能够长期保持要求的准确精度。凡是有机械 摩擦的部位，轴承，锥孔等都要有足够的硬度，轴承还应具有良好的润滑。 二、 主题部分（阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述） 国外数控铣床现状与发展趋势 国外数控铣床的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型（轻型）、门型（小型）、龙门型（大型） 3 个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控铣床技术最高水平的厂家主要集中在德国，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发出五轴控制系统的龙门式专用切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹， 利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。 我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是数控铣床和等离子切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人 劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述 3 种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。 随着国内经济形势的蓬勃发展以及以焊代铸趋势的加速，数控铣床的优势正在逐渐为人们所认识。数控铣床不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控铣床是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业 90%为数控切割机下料，仅 10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的 10%，其中数控铣床下料所占比例更小。 我国数控铣床每年市场需求量约在 400500 台之间。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控铣床市场的发展潜力是巨大的。 2 数控技术的现状与发展 计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控铣床的 高精、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的开发。 开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。 近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在我国的数控铣床设备生产行业中，由于缺乏切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了数控铣床技术的进一步发展和运用。 三、 总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测） 数控铣床任然是数控加工行业的中流砥柱，对未来发展方向，有一下看法 中国 数控铣床 虽说价格便宜，但在性能方面还 存在不足之处。未来数控铣床技术将朝数字化、高速 高精化、复合化、智能化等方向发展 1、高速高精与多轴加工成为 数控铣床 的主流，纳米控制成为高速高精加工的潮流。 2、多任务和多轴加工数控铣床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。 3、机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。 4、智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。 5、最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高 3 4 倍，同时效率得到大幅度提升 6、 术为多轴多任务 数控铣床 的加工提供强有力的支持，可以大幅度 提高加工效率。 7、刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。 四、参考文献（根据文中参阅和引用的先后次序按序编排） 1 吴宗泽 ,罗圣国 M高等教育出版社 ,1999. 2廖念钊 ,莫雨松 ,李硕根 ,杨兴骏 M中国计量出版社 ,2000. 3陈锦昌 ,刘就女 ,刘林 M华南理工大学出版社 ,1999. 4冯辛安 ,黄玉美 ,杜君文 M机械工业出版社 ,2004. 5熊光华 M. 北京 :机械工业出版社 ,2001. 6李峻勤 ,费仁元 M国防工业出版社 ,2000. 7张柱银 ,陈思义 ,明兴祖 M化学工业出版社 ,2003. 8林东 M北京理工大学出版社 ,1995. 9王爱玲 ,白思远 M国防工业出版社 ,2001. 10何存兴 ,张铁华 M华中科技大学出版社 ,2000. 11毛谦德 ,李振清 M机械工业出版社 ,2001. 12朱龙根 M机械工业出版社 ,2000. 13王可 M 辽宁科学技术出版社 ,1999. 14机床设计手册编写组，机应设计手册（ 3） M机械工业出版社， 1986 15范俊广 M械工业出版社， 1992 16张宝林，数控技术 M械工业出版社， 1997 17周开勤 机械零件手册 M北京：高等教育出版社， 1994 18卢小平，数控机床加工与编程 M子科技大学出版社， 1997 19李佳，数控机床及应用 M 清华大学出版社， 2002 20全国数按培训网络天津分中心，数控机床 M械工业出版社， 1997 毕业设计（论文） 开题报告 设计（论文）题目： 125 立式数控铣床 传动系统关键 部件设计 一、 研究的基本内容与拟解决的主要问题（或研究的主要内容及预期目标）： 本次设计的主要内容是完成 轴箱整体总体设计及床身部件设计。 总体设计包括 机械、电气和工作液系统三大部分 设计， 机械系统主要由床身部件、铣床工作台部件、线架部件及储丝筒部件等组成， 主要完成机械系统各部件的结构设计，并 注意各部分间能有机结合和协调，完成整个铣床机械部分的大部分图样。 这是 数控 主轴箱铣床的重点设计部分，也是难点。 床身部件设计主要研究内容为床身结构设计和传动方案设计，达到所需的加工精度。 （ 1）通过调研和分析确定主轴箱铣床的传动方案、总体布置和具体结构，注意各部分间能有机结合和协调，共同完成整个铣床机械部分的大部分图样。 （ 2）理论联系实际，加强综合运用和训练，全面提高工程应用能力和开发创新能力，培养 相互协作配合的团队精神。 （ 3）重点解决总体方案和进给系统的结构设计，工艺性、技术要求等技术问题。 主要实现以下技术要求： 技术参数： 最大主电机功率 进给最大速度 4m/s 二、 研究的方法与技术路线（或研究步骤、方法和研究措施）： 总体结构设计应用结构化设计方法，其基本思路是：按照所实现功能的不同，将整机分为若干个相对独立的部件，各个部件之间有确定的联系尺寸，保证部件之间的正确位置。并要求电气及控制系统与相应的机械部件相匹配，保证整机正常运转 为提高产品开发成功率，保证产品质量，便 于组织生产，在实现产品功能及结构创新过程中，也要用继承和简化原则指导具体设计，以提高产品的标准化和系列化水平。 1、在设计初期，根据课题要求认真阅读与 关的文献资料和新闻杂志，做到在理论上对课题有初步的了解。 2、对所掌握的资料进行概括和总结，从而掌握 基本知识，为本课题设计打下基础。同时，将有疑问和不懂的向指导老师说明，通过指导老师的讲解加深对 床的了解，并明确自己设计的方向。 3、 进行主轴箱整机的总体结构设计，首先需要解决的问题是： （ 1） 确定主轴箱整机 以及进给机构实现的主要功能； （ 2） 确定主轴箱整机和进给机构的总体结构设计思想。 深入了解明确 线主轴箱实现的主要功能和总体结构设计思想，确定并画出总体结构图。根据总体结构图，对 整个铣床机械系统的各个部件进行结构设计，重点进行床身部件的设计和传动方案的设计， 并进行必要的 强度、刚度的计算校核。利用 出各个部件的图样，并进行总配，确保 各部分间能有机结合和协调 本次立式数控铣床要达到的技术要求：电机功 给速度为 4m/s，换刀的时间靠打刀缸的性能来保证。工作台 面积为 840行程480作台所加工零件的类型为铝件和一些钢件。主轴采用 刀柄和拉抓。 本次立式数控铣床具有加工中心的特点，能够实现自动换刀，自动变速，变速方法采用无级变速。由中空电机连接主轴直接转动，本次设计选择采用的是有欧非机械有限公司型号为 定转速为 400次立式数控铣床主轴部件的设计主要有轴以及轴上零件、拉杆的设计；气缸的选择，首先根据换刀所要达到的时间，其次，根据碟形弹簧拉紧刀柄的力，气缸动作是所产生的力应稍大于弹簧的拉紧力。 轴传动方 案的类型和选择数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级凋速系统。为扩大调速。 为了适应不同的加工要求，目前主传动系统主要有三种变速方式 1 具有变速齿轮的主传动 如上图 这种配置方式大中型数控铣床中比较普遍。它通过少数几对齿轮进行降速，使之能够够分段变速，确保低速时拥有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性。但也有一小部分数控铣床也采用这种传动方式，以获得强有力切削时所需要的扭矩。 2 通过带传动的主传动 如 上图 主要应用字中小数控铣床上，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声，但它只能适用于地扭矩特性要求的主轴。同步带有多楔带，齿形带，圆弧带等，是一种综合了带传动和链传动有点的新型传动。带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮和轮齿相嵌合，做吴华东的齿合运动。带内采用了承载后无弹性伸长的材料做强力层，以保持带的节距不变，使主动和从动带轮可做无相对滑动的同步传动。与一般带传动相比，同步带传动具有以下优点 ; 动比准确。 2,传动效率高，可达 98%以上 3。 出动平稳可靠，噪音小。 度可叨叨 50m/s，速比可达 10 左右，传动功率由几瓦到数千瓦。 需要润滑。 但是同步带也有不足之处，其安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。 3 由调速电机直接驱动的主传动 如上图 这种主传动方式打打简化了主轴箱和主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电动机转动时发出的热量对主轴的精度影响比较大。在低于额定转速时为恒转输出，高于额定转矩时为恒功率输出。使用这种电动机可以实现电气定向。我们把机床主轴驱动与一般工业的驱动相比较，便可以知道机床要求其驱动系统有较高的速度精度和动态刚度，而且要求具有能连续输出的高转矩能力和非常矿的恒功率运动范围。随着功率电子，计算机技术，控制理论，新材料和电动机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流主轴电动机驱动系统的性能已经达到了甚至超过了 直流电动机驱动系统，交流主轴驱动系统正逐步取代直流系统。 总的来说，第一第二两种类型对减速配置要求很高，第三种类型要考虑它的转动惯量。本次设计是有中空电机通过键连接主轴，直接带动主轴转动，这样既简化了主轴箱体与主轴的结构，也有效地提高了主轴部件的刚度。此设计方案利用电机控制转速，因此对减速配置要求不高，又由于电机在主轴外部连接，也不需考虑转动惯量，而且成本更低。 综上讨论，所以，本次设计选择这种主转动方案。 4、 整理设计资料和完善图样，完成设计计算说明书。 三、 研究的总体安排与进度： 接受任务，熟悉内容，完成文献综述和英文翻译； 完成开题报告，毕业实习 、方案确定； 完成设计图样和说明书初稿； 修改图样、说明书，完成二稿；修改、检查全部资料，打印、上交资料； 准备论文答辩。 四、 论文提纲： 目录 绪论 . 1 第一章 数控加工技术概论 . 错误 !未定义书签。 第二章 数控铣床主传动系统 . 错误 !未定义书签。 第三章 主轴电动机的选取 . 错误 !未定义书签。 第四章 同步带传动 . 错误 !未定义书签。 第五章 主轴组件的设计 . 错误 !未定义书签。 第六章 主轴轴承的选择 . 错误 !未定义书签。 第七章 进给机构的设计 . 第八章 气缸选择 . 第九章 结 论 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 五、 主要参考文献： 1 陈心昭 床 设计手册 M械工业出版社， 2 李洪 床 设计手册 M宁科学技术出版社， 3 文怀兴，夏田 床 系统设计 M. 北京 : 化学工业出版社， 4 吴玉厚 技术 M械工业出版社， 5 002 6 . n to . 指导教师审核意见： 指导教师签字 2011 年 2 月 15 日 教研室审核意见： 教研室主任签字 2011 年 2 月 15 日 I 毕业设计（论文） 文献综述 设计（论文）题目： 125 立式数控铣床 传动系统关键 部件设计 控铣床的主要部件设计 摘要 :数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经是一个国家机械工业水平的重要标准。 数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处 理具有使用号码，或其他符号编辑指令规定的程序。 数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统执照产业的渗透形成的机电一体化产品，起技术规范覆盖很多领域： (1)机械制造技术 （ 2）信息处理，加工，传输技术 ;(3）自动控制技术：（ 4）伺服驱动技术；（ 5）传感技术 ;(6)软件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为工业化的象征，而且由于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔的发展天地。 数控机床就是将加工过工程所需要的各种步骤以及刀具与弓箭之间的相对位移量都是用数字化 的代码来显示。通过控制介质数字信息传入专用区域通用的计算机。计算机对输入的信息处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或者其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。 关键词： 机械设计，数控三坐标铣床，主轴，数控系统。英文摘要 I of of is a to as a of is a of is a of to be to a or of a of （ to of a of of to of is of to by a of of to or of I 目录 1 绪论 . 1 控铣床的现状和发展 . 1 业设计的目的和意义 . 1 2 设计方案的确 定 . 2 体方案的确定 . 2 轴传动方案的类型和选择 . 2 3 轴类零件的设计和计算 . 4 轴的材料选 择 . 4 轴主要结构参数的确定 . 4 轴最小直径的估算 . 4 轴内孔直径 d 及拉杆直径的确定 . 4 轴支承跨距 L 的确定 . 5 选轴承 . 5 轴的结构设计 . 5 定轴上零件的装配方案 . 5 定轴各段的直径 . 6 定各轴段的长度 . 6 轴刚度的计算 . 7 4 轴承的设计与计算 . 9 轴承当量动载荷的计算 . 9 切削力的计算 . 9 径向力的确定 . 9 计算两轴承的派生轴向力 s . 10 计算两轴承的轴向载荷 . 10 算两轴承的当量动载荷 P . 10 算轴承的寿命 . 11 5 碟形弹簧的设计和计算 . 12 碟形弹簧的设计与计算 . 12 形弹簧的校核 . 13 6 进给机构的设计 . 15 珠丝杆副设计步骤 . 15 珠丝杠的计算 . 15 杠导程的计算 . 15 珠丝杠精度 . 17 . 17 珠丝杠支承选择 . 18 珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 . 21 7 伺服电机的选择 . 23 大的切削负载转矩计算 . 23 载惯量计算 . 23 载加速转矩计算 . 24 8 气体缸的选择 . 26 目录 谢 . 28 参考文献 . 29 1 1 绪论 控铣床的现状和发展 计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控铣床的高精、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便 地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的开发。 开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。 近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在我国的数控铣床设备生产行业中，由于缺乏切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了数控铣床技术的进一步发展和运用。 业设计的目的和意义 装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代 化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和适应能力和竞争能力。 此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资，不仅采取重大措施来发 展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径 。 2 2 设计方案的确定 体方案的确定 本次立式数控铣床要达到的技术要求：电机功 给速度为 4m/s，换刀的时间靠打刀缸的性能来保证。工作台 面积为 840行程 480作台所加工零件的类型为铝件和一些钢件。主轴采用 刀柄和拉抓。 本次立式数控铣床具有加 工中心的特点，能够实现自动换刀，自动变速，变速方法采用无级变速。由中空电机连接主轴直接转动，本次设计选择采用的是有欧非机械有限公司型号为 的额定扭矩为 定转速为 400次立式数控铣床主轴部件的设计主要有轴以及轴上零件、拉杆的设计；气缸的选择，首先根据换刀所要达到的时间，其次，根据碟形弹簧拉紧刀柄的力，气缸动作是所产生的力应稍大于弹簧的拉紧力。 轴传动方案的类型和选择 数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。在主传 动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级凋速系统。为扩大调速。 为了适应不同的加工要求，目前主传动系统主要有三种变速方式 1 具有变速齿轮的主传动 如上图 这种配置方式大中型数控铣床中比较普遍。它通过少数几对齿轮进行降速，使 3 之能够够分段变速，确保低速时拥有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性。但也有一小部分数控铣床也采用这种传动方式，以获得强有力切削时所需要的扭矩。 2 通过带传动的主传动 如上图 主要应用字中小数控铣床上，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声，但它只能适用于地扭矩 特性要求的主轴。同步带有多楔带，齿形带，圆弧带等，是一种综合了带传动和链传动有点的新型传动。带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮和轮齿相嵌合，做吴华东的齿合运动。带内采用了承载后无弹性伸长的材料做强力层，以保持带的节距不变，使主动和从动带轮可做无相对滑动的同步传动。与一般带传动相比，同步带传动具有以下优点 ; 1)动比准确。 2),传动效率高，可达 98%以上 3)音小。 4)度可叨叨 50m/s，速比可达 10 左右，传动功率由几瓦到数千 瓦。 5)需要润滑。 但是同步带也有不足之处，其安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。 3 由调速电机直接驱动的主 传动 如上图 这种主传动方式打打简化了主轴箱和主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电动机转动时发出的热量对主轴的精度影响比较大。在低于额定转速时为恒转输出，高于额定转矩时为恒功率输出。使用这种电动机可以实现电气定向。我们把机床主轴驱动与一般工业的驱动相比较，便可以知道机床要求其驱动系统有较高的速度精度和动态刚度，而且要求具有能连 续输出的高转矩能力和非常矿的恒功率运动范围。随着功率电子，计算机技术，控制理论，新材料和电动机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流主轴电动机驱动系统的性能已经达到了甚至超过了直流电动机驱动系统，交流主轴驱动系统正逐步取代直流系统。 总的来说，第一第二两种类型对减速配置要求很高，第三种类型要考虑它的转动惯量。本次设计是有中空电机通过键连接主轴，直接带动主轴转动，这样既简化了主轴箱体与主轴的结构，也有效地提高了主轴部件的刚度。此设计方案利用电机控制转速，因此对减速配置要求不高，又由于电机在主轴外部连接，也不需考虑转动惯量，而且成本更低。 综上讨论，所以，本次设计选择这种主转动方案。 4 3 轴类零件的设计和计算 轴的材料选择 从多方面考虑选用 40 轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈 轴内孔直径 d，主轴主要支撑间的跨距 L。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴的刚度。 轴最小直径的估算 估算最小轴径 : 3 40 )1( n d主轴的最小直径（ P主轴传递的功率 ( P=n主轴的转速 (r/前面已给出 n=400机械设计取012，取 =人数值得： d56主轴的最小直径 60小直径本应该是后轴颈，但是考虑到轴承的轴向固定采用锁紧螺母，应留锁紧螺母的位置。考虑到轴上装轴承，有配合要求，应将后轴颈的直径圆整到标准直径，同时要考虑到选择轴承的类型，还有一个键槽的关系，还有主轴是中空电机直接带动主轴转动的，考虑到主轴的刚度和强度，因此选择后轴颈的直径 120， 轴内孔直径 d 及拉杆直径的确定 一般铣床主轴孔径 d 可比刀具拉杆直径大 5 10于机床使用场合多种多样，为了适应加工工艺及刀具特点，机床工具行业已经开发了多种轴端结构，并已形成专业标准，铣床常用的主轴端部结构前端带有 7:24 的锥孔 ，拉杆从主轴后端拉紧刀具，常用的是 0 刀柄，因此我采用 5 0 的外螺纹拉杆，为了满足拉杆的刚性要求，取拉杆的直径为 40据拉杆的直径确定主轴内孔的最小直径为 50即可 轴支承跨距 L 的确定 合理确定主轴主要支承间的跨距 L，是获 得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。支0轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前端较大的位移。因此存在一个最佳跨距 在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量为最小。一般取 （ 2 a ，本文所设计的主轴暂取 L=475是实际结构设计时，由于 结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距 L 往往大于最佳跨距 选轴承 本文所设计的铣床主要用于铣削平面和打孔，轴承承受径向载荷，故选择角接触球轴承背对背的组合。根据工作要求，由轴承产品目录中选取型号为 7320轴的结构设计 定轴上零件的装配方案 本文所设计的主轴要用原有的主轴箱，根据主轴箱的结构、 轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的轴结构。 6 定轴各段的直径 轴段 1 由于选用的是 机床设计 简明手册，考虑主轴前端部收到的径向力较大，所以轴段 1 的直径 D=140段 2 要轴承配合，因为要承受很大的径向力，故选的角接触球轴承是重型的，故取轴段 2 的直径 2D =130 轴段 3 由于轴段 2 安装螺母的关系，轴段 3 的直径比轴段 2 小 2 33D=126段 4 有个轴肩，又由于又轴承配合和键的关系，故直径 120 定各轴段的长度 轴段 1 由于主轴内孔要装拉 杆、拉刀抓及 柄，整体装配起来应该让拉杆不要伸出主轴内孔太长，否则铣床的整体动刚度不好，根据主轴和主动轴的整体装配关系，故 1L =66 7 轴段 2 由于有轴承，套筒和螺母安装的缘故根据轴承和螺母的选择标准查出它们的宽度，故 642 轴段 3 主要考虑的是碟形弹簧导程的关系，根据计算取3L=80段 4 主要是轴承和键的配合，并且要连接中空电机，故长度取 654 轴刚度的计算 (1)、当量直径 d： l .是各段的直径,.,21 ., 21是各段的长度 .651208012616413066140 (2)、主轴切削力切根据公式 ：切，则当线速度 v 最小时 ,切削力最大 601000 m =601000 =s 切=3)、挠度的计算 主轴的前悬伸部分较粗，刚度较高，其变形可以忽略不计。后悬伸部分不影响刚度。当主轴前端作用一外载 切F ，则挠度 y= =103 （ m） 式中 切F典型切削工艺的切削力 a前悬伸，等于载荷作用点 至前支承点间的距离（ l跨距，等于前后支承之间的距离（ 8 弹性模量，钢取 2105 （ I截面惯性矩， I=44）（ d，轴的外径和孔径（ 将 E 和 I 的值待人，可得 y=)(30 442=)58126( =4)、偏转角 主轴切削工件时承受很大的切削力，主轴前端产生弯曲变形，查机床设计手册得 )32(6 切 式中 D 主轴前端偏转角 (切F、 a、 l、与前面相同 代入数据得 D )581 2 6( (2475+320)=以 D =上所述 主轴的刚度满足条件，不必重新设计。 9 4 轴承的设计与计算 本文所设计的 数控铣床主要用于铣削平面和打孔，轴承承受径向载荷的同时，还承受不大的轴向载荷，根据轴承承受载荷的特性，选择角接触球轴承的背对背的组合方式。 轴承当量动载荷的计算 轴承寿命可由式610 ()60 th 进行校核，轴承只承受径向载荷的作用，由于工作温度不高且冲击不大，故查表 13 13取 1, 1.1,取 3 基本额定动负荷为 32 3 1 0 切削力的 计算 根据公式 P= 切，根据典型切削工艺取 n=1200r/ 切= 径向力的确定 角接触球轴承背对背组合，可知： 10 切F=37396 切1 =. 计算两轴承的派生轴向力 s 查机械设计手册得，角接触球轴承的派生轴向力为 S= (2Y) ，则 1 r r 2 计算两轴承的轴向载荷 轴承外加 的轴向力 2S + =1S 所以轴承 被 “压紧 ”，轴承 被 “放松 ”，故 a a 算两轴承的当量动载荷 P 查机械设计基础得：载荷系数承 的当量动载荷 e=机械设计手册得： 1X =1Y =( 1111 =承 的当量动载荷 11 e=机械设计手册得： 2X =1， 2Y =0 22 算轴承的寿命 由于轴承是在正常温度下工作， t ,满足设计要求； 20型交流伺服电动机的也可使用，但加速时间较长。 经过比较从成本与造价方面考虑本题采用 20型交流伺服电动机。 26 8 气体缸的选择 气缸其实就是一种增压缸，将压缩空气的压力能转化高的推力输出。气缸的系列很多，我选用的是上海健椿机械有限公司 ”生产的 列气缸，也称 列增压缸为一中气液转换增压缸。具有增压比大，动作时间短，动力来源取得方便，无油压系统温升困扰等优点，主要用于数控铣床、加工中心机床的松刀系统。 对于 轴，通常选用 增压缸，对于 抓需要 力就可以拉紧，因此选择 增压缸即可，可以将 5 公斤的力转换成 3815N 的力。 对与一般的铣床选择 柄拉抓和适合于 的
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