XK5032数控立式铣床总体及纵向进给传动机构设计.doc
XK5032数控立式铣床总体及纵向进给传动机构设计
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XK5032
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XK5032数控立式铣床总体及纵向进给传动机构设计,XK5032,数控,立式,铣床,总体,纵向,进给,传动,机构,设计
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毕业设计(论文)XK5032数控立式铣床总体及纵向进给传动机构设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日V摘 要目前机床数控设计的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控率。当前在我国国民经济的各行各业发挥着越来越重要的作用，数控机床已经成为企业技术设计的首先设备之一。我国的数控技术发展很快，呈现出高速度、高精度、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化合环保化发展的态势。与国外数控技术的发展相比，我国数控技术的发展仍然存在着较大差距。 通过该课题的研究，努力达到以下目的： 1、加强数控机床结构设计和模块化训练； 2、加强数控机床功能部件的选型与设计计算的训练； 3、加强数控机床的整机设计中应该把握的主要问题的训练 1）节省资金。机床的数控设计同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，关键词：铣床，数控，伺服电机，滚珠丝杠AbstractAt present, the transformation of NC machine tools market in our country still has very large development space, now our country machine tool numerical control rate less than 3%. Use of ordinary lathe processing products of poor quality, less common varieties, low grade, high cost, long period of supply, which in international, home market lacks competition ability, affect a business directly product, market, benefit, affect the survival and development of enterprises, so we must enhance the rate of NC machine. At present in our country all trades and professions of national economy is playing an increasingly important role, CNC machine has become the first device of the technological transformation of enterprises. Numerical control technology of our country is developing very quickly, showing a high speed, high precision, high reliability, multi axis control, composite technology, integrated, intelligent, network combining environmental protection development. Compared with foreign development of numerical control technology, numerical control technology in China still has a large gap in the development of.Through the research, efforts to achieve the following objectives:1, strengthen structure design of the NC machine tool and the modular training;2, strengthen the functional components of NC machine tool selection and design calculation of the training;3, strengthen the NC machine tool in machine design should grasp the main problems in trainingKey Words: milling machine, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 数控机床发展概述11.1 数控机床及其特点11.1.1 数控机床与普通机床的区别11.1.2 数控机床的适用范围21.2 数控机床的工艺范围及加工精度21.3 数控机床发展趋势31.4 机床数控设计的优越性4第2章 数控机床总体方案的制订及比较62.1总体方案设计的内容62.1.1系统运动方式的确定72.1.2伺服系统的选择72.1.3执行机构传动方式的确定82.1.4计算机的选择82.2总体设计方案的确定82.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择82.2.2计算机系统82.2.3机械传动方式9第3章 确定切削用量及选择刀具103.1刀具选择103.2切削用量确定103.3切削三要素113.4加工精度和表面粗糙度113.5刀具材料14第4章 传动系统图设计154.1 参数的拟定154.2 传动结构或结构网的选择154.3 转速图拟定174.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制20第5章 纵向进给传动机构装配图零件图的设计计算245.1设计方案的确定245.2 纵向(X向)进给系统的设计25致 谢34参考文献35 第1章 数控机床发展概述近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（汽铣、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。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2.轴联动加工和复合加工机床快速发展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4.重视新技术标准、规范的建立其中包括：a.关于数控系统设计开发规范b. 关于数控系统设计开发规范，加强数控铣床的整机设计中应该把握的主要问题的训练。研究此课题的意义在于：针对大学毕业生技能的需求，在培养过程中，加强实践环节，把自己置身于工程背景之中，以提高我们的专业水平。通过此设计，我们可以初步掌握设计一般铣床的方法与步骤，可为我们今后工作打下良好的基础。将大学三年所学到的知识进行汇总，考核我们所学知识的牢固度，检验我们运用知识的能力。1.1 数控机床及其特点1.1.1 数控机床与普通机床的区别数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有以下明显特点： 1. 适合于复杂异形零件的加工 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。 2. 加工精度高 3. 加工稳定可靠 实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。 4. 高柔性 加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统FMS。 5. 高生产率 数控机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的 35 倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。 6. 劳动条件好 机床自动化程度高，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好。 7. 有利于管理现代化 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。 8. 投资大，使用费用高 9. 生产准备工作复杂 由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。 10. 维修困难 数控机床是典型的机电一体化产品，技术含量高，对维修人员的技术要求很高。1.1.2 数控机床的适用范围由于数控机床的上述特点，适用于数控加工的零件有： 批量小而又多次重复生产的零件； 几何形状复杂的零件； 贵重零件加工； 需要全部检验的零件； 试制件。 对以上零件采用数控加工，才能最大限度地发挥出数控加工的优势。1.2 数控机床的工艺范围及加工精度数控铣床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。由于数控铣床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控铣床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通铣床要宽得多。1.精度要求高的回转体零件由于数控铣床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。2.表面粗糙度要求高的回转体零件数控铣床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控铣床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于数控铣床具有直线和圆弧插补功能，部分铣床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。1.3 数控机床发展趋势1. 高速、高效、高精度、高可靠性（1） 高速、高效加工 进入21世纪，机床向高速化方向发展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度.上世纪90年代以来欧、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。（2）高精度、超精密化加工当前，机械加工高精度的要求较普通的加工精度提高了一倍.达到5微米;精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级(0.001微米)，主轴回转精度要求达到0.01-0.05微米，加工圆度为0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等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(10nm).其应用范围日趋广泛（3）高可靠性是指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MTBF 就必须大于3000小时.当前国外数控装置的MIBF值已达60000小时以上，驱动装置达30000小时以上.2. 模块化、智能化、柔性化和集成化(1)模块化、专门化与个性化为了适应数控机床多品种、小批量的特点.机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几午来特别明显的发展趋势.(2)智能化在数控系统中智能化的内容包括为追求加工效率和加工质量方面的智能化:如自适应控制，工艺参数自动生成:为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算等:简化编程、简化操作方面的智能化:智能诊断、智能监控方面的内容等。(3)柔性化和集成化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床) 、线(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段车间独立制造岛、工厂自动化FA)、体(CIMS,分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展.3. 开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、柔性化及数控迅速发展的耍求，最重耍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，例如美国的OMAC,欧共体的OSACA及日本的OSEC发展开触式数控的计划等。1.4 机床数控设计的优越性1. 费用低，经济性好.设计周期短.可满足生产急需同购置新机床相比，一般可以节省60%-80%的费用，设计费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床设计，只花新机床购置费用的1/3，以大型的龙门加工中心为例，进口新的需要1000-5000万元.而升级设计只需要100-500万元。仅占成本的1/10。交货期短。2. 设计后的机床机械性能稳定可靠、功能增强、质量好、效率高，可作为新设备继续使用多年.3. 降低了对操作者的技术要求，更易提高管理水平操作者只需编程、装夹工件和按开关，加工全部由电脑控制自动完成，即使再复杂的工件也能快速完成，省去了对技术要求的烦恼.同时提高了定额管理水平。4. 可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率。提高设备质量和档次。第2章 数控机床总体方案的制订及比较2.1总体方案设计的内容针对XK503铣床的特点，在满足生产的前提下，对原铣床做尽可能少的改动，利用数控系统控制铣床运动，实现工作台X、Y、z轴的三坐标控制及任意三轴的联动控制，提高铣床的加工精度和自动化水平，完成铣床的数控设计数控系统总体方案的拟定应包括以下内容:系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。将一台XK5032立式铣床，设计成三坐标控制，三轴联动加工的数控铣床，用以实现平面、凸轮、沟槽、圆弧槽等复杂零件的自动铣削加工。根据设计任务要求，有三种方案可供选择：方案一：将工作台升降(Z向)、纵向(X向)、横向(Y向)的进给改为微机控制，实现三坐标控制,三坐标联动的开环控制。方案二:将主轴升降(Z向)、纵向(X向)、横向(Y向)的进给改为微机控制，实现三坐标控制，任意两坐标联动的开环控制。方案三:仅将工作台X、Y轴进给运动改为微机控制，实现两坐标控制，两坐标轴联动的开环控制对上述三个设计方案综合考虑，结合铣床升降台需要修理等实际情况.在符合经济型数控设计一般原则的前提下选择确定第一方案，其具体方案如下:(1)拆除机床工作台X、 Y、 Z轴原进给系统。将滑动丝杠副更换为滚珠丝杠副，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进电机。对机床传动系统设计计算，选择合适的滚珠丝杠安装方式。完成齿轮传动机构设计，步进电机选择等，垂向工作台传动升降机构在更换滚珠丝杠后会因失去自锁而自动下滑.必须增加平衡装置和制动装置。(2)选择经济型开环数控系统、实现机床工作台X、Y、Z轴3/3数控。主轴的部分数控功能要求X、Y、Z向步进精度为O.OO5/0.005/0.O1mm/setp;轴向定位精度0.015 mm;重复定位精度0.008 mm。2.1.1系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、连续控制系统和点位/直线控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。例如，数控钻床，在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。对于点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。连续控制系统要求工作台和刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，能够控制刀具沿任意直线或曲线运动，控制每一个轴的位置和速度，使得各个轴同步协调到达目标点。连续控制系统不仅控制目标点，而且控制刀具到达这些目标点的整个路径，使刀具始终接触工件并制造出希望的形状，所以具有连续控制系统的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，故而连续控制系统又称为轮廓控制系统或仿型系统。在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。例如，数控铣床、数控铣床等。点位-直线系统，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工作，进行简单的铣削和铣削作业。其控制方法与点位系统十分相似，故有时也将这两种系统统称为点位控制系统。例如，数控镗铣床等。2.1.2伺服系统的选择伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。指令发出后，不再反馈回来，故称为开环控制。开环控制系统主要由步进电机驱动。开环伺服系统结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单。目前国内大力发展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。但闭环系统造价高、结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是检测元件测出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。2.1.3执行机构传动方式的确定为确定数控系统传动精度和工件平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及适当的阻尼比要求。在设计中应考虑以下几点：尽量采用低摩擦的传动和导向元件。例如，采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。尽量消除传动间隙。例如，采用消隙齿轮等。提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度、减小传动链误差。也可以用预紧的方法提高系统刚度。例如，采用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副等。2.1.4计算机的选择微机数控系统由CPU、存储扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等组成。2.2总体设计方案的确定2.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择由于设计后的经济型数控铣床应具有定位、直线插补、顺圆插补、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度不高，为了简化结构、降低成本容易调试和维护，经济型数控铣床应选用步进电机开环控制系统。2.2.2计算机系统根据机床要求采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强性能价格比高等特点，决定采用MCS-51系列的80C31单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘、显示器，I/O接口及光隔离电路，步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。2.2.3机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动给丝杠。为保证一定的传动精度和平稳性，应尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。35第3章 确定切削用量及选择刀具3.1刀具选择（一）刀具选择：铣平面：硬质合金端铣刀或立铣刀，尽是采用二次走刀。凸台、凹槽、箱口面：立铣刀。毛坯表面或粗加工孔：镶硬质合金刀片的玉米铣刀（粗皮刀）。立体型面和变斜角轮廓外形：球刀、环形刀、锥形刀、盘形刀。（二）原则：安装调整方便、刚性好、耐用和精度高。尽是用较短刀柄，保证刚性。（三）排序原则减少刀具数量；装夹一次，尽是加工完；即使刀具规格相同，粗、精加工刀具分开；先铣后钻；精加工，先曲面后二维轮廓；尽可能自动换刀。3.2切削用量确定粗：效率；半精、精：质量、兼顾效率。1、主轴转速n：根据线速度v确定：V= (端铣：150m/min；周铣：30m/min)2、切深t：最好是t等于加工余量。3、切宽L：与刀具直径成正比，与切深成反比。L0.60.9d粗加工：大切深、大进给、低切速。精加工：小切深、小进给、高切速。3.3切削三要素主轴转速、切削深度、进给速度。少切削，快进给。3.4加工精度和表面粗糙度1、加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度。（1）尺寸精度：公差与配合国家标准（GB18001804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2IT18。新公差等级与旧公差等级的对照及应用新公差等级旧精度等级加工方法应用轴孔IT01IT2无研磨用于量块、量仪制造IT3IT4研磨用于精密仪表、精密机件的光整加工IT51无研磨、珩磨、精磨、精铰、精拉用于一般精密配合。IT7IT6在机床和较精密的机器、仪器制造中用得最为普遍IT621IT732磨削、拉削、铰孔、精铣、精镗、精铣、粉末冶金IT834IT94铣、镗、铣、刨、插用于一般要求。主要用于长度尺寸的配合外，如键和键槽的配合IT105IT116粗铣、粗镗、粗铣、粗刨、插、钻、冲压、压铸用于不重要的配合。IT12IT13也用于非配合IT12IT137IT148冲压、压铸用于非配合IT15IT18912铸、锻、焊、气割（2）形状精度：零件上的线、面要素的实际形状相对于理想形状的准确程度。 国家标准（GB11821184-80）规定了六项形状公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。（3）位置公差：零件上点、线、面要素的实际位置相对于理想位置的准确程度。 国家标准（GB11821184-80）规定了八项位置公差：定向：平行度、垂直度、倾斜度。定位：同轴度、对称度、位置度。跳动：圆跳动、全跳动。2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。国家标准（GB3503-83、GB103183、GB131-83） 轮廓算术平均偏差： Ra 或近似于Ra 微观不平十点高度： Rz(+) 在常用数值范围内（Ra0.256.3m，Rz0.125m），在图样上应优先选用Ra。表面粗糙度Ra、Rz允许值及加工方法表表面要求表面特征Ra(m)Rz(m)加工方法旧国际光洁度级别代号第1系列第2系列第1系列第2系列不加工毛坯表面清除毛刺160012501000800630500100400粗加工明显可见的刀纹80320粗铣粗铣粗刨钻粗锉16325050200可见刀纹4016023212525100微见刀纹2080316.06312.550半精加工可见加工痕迹1040半精铣精铣精铣精刨粗磨48326.325微见加工痕迹52054163.212.5不见加工痕迹2.5106281.6精加工可辨加工痕迹的方向1.256.3精铰刮精拉精磨71.0050.84微辨加工痕迹的方向0.633.280.52.50.42.0不辨加工痕迹的方向0.321.690.251.250.21.00精密加工暗光泽面0.160.80精密磨削珩磨研磨超精加工抛光100.1250. 630.10.50亮光泽面0.0800.40110.0630.320.050.25镜状光泽面0.0400.20120.0320.160.0250.125雾状光泽面0.0200.10130.0160.0800.0120.063镜面0.0100.050镜面磨削研磨140.0080.0400.0250.0323.5刀具材料碳素工具钢T10A、T12A：HRC60-64,200-250，V8m/min。合金工具钢CrWMn、9SiCr：350-400，V10m/min。高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600，V30m/min；110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，6004、硬质合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000，V100-300m/min。另外，还有新型硬质合金、陶瓷材料、人造金刚石、立方氮化硼等。第4章 传动系统图设计4.1 参数的拟定XK5032数控立式铣床设计参数1、主轴转速：30-1500转/分 2、工作台尺寸(长宽)： 1325mm320mm 3、工作台最大行程： 纵向 700mm 横向 240mm 垂直 350mm 4、快速移动速度： 20m/min5、工作台定位精度 x、y、z 0.03mm；工作台重复定位精度 x、y、z 0.02mm；6、纵向、横向及垂直进给为微机控制，采用步进电机或伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，脉冲当量0.010mm/脉冲。7、实现功能：铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等。8、操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止XK5032数控立式铣床选定公比，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）.4.2 传动结构或结构网的选择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. .个传动副，即Z=。传动副数由于结构的限制，通常采用P=2或3，即变速Z应为2或3的因子：Z=x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=xx的传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，18=xx的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择18=xx的结构式。4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速范围=/因此，可按下表，确定传动方案：根据传动比及指数 x, 的值公比极限值传动比指数1.26x值: =1/=1/46值: =23（x+）值：=89因此，可选择18=xx的传动方案。5、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=*最后扩大传动组的变速范围为：r=按原则，导出系统的最大收效Z和变速范围为： 231.26Z=18R=50Z=12R=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4.1：图4.1 结构网图4.3 转速图拟定XK5032数控立式铣床运动参数确定后，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，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)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。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-47.5KW144015002、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：=1/(3.5+cn)KW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；主轴前后轴径的平均值中间传动轴的转速之和n主轴转速（r/min）=20lg-K式中：（所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm;主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;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K=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v8m/s(可用级齿轮精度)，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。（3），齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：a, 升速传动中，最大传动比 2 ，过大，容易引起振动的噪音。b, 降速传动中，最小传动比 1/4。过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。（4）分配最小传动比a,决定轴V-VI和VI-的传动比，根据台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为1，b,决定各变速组的传动比；由前面2轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的现在，根据“前缓后急”的原则，取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4，=1.26，=4，轴III-IV和轴II-III均取=1/（5）拟定转速图：根据结构图及结构网图及传动比的分配，拟定转速图，如下图4.2所示： 图4.2 传动系统图4.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1，齿轮齿数的确定的要求：可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数：选择是应考虑：a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数，即：推荐：对轴齿轮=12，特殊情况下=11，对套装在轴上的齿轮，=16，特殊情况下=14，对套装在滚动轴承上的空套齿轮，=20；当齿数少于不发生根切的最小齿数时（压力角a=20的直齿标准，=17），一般需对齿轮进行正变位修正。b,保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚，一般取则，如图4.3所示。c、同一传动组的个齿轮副的中心矩应相等。若摸数相等时，则齿数和亦相等，但由于传动比要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足不了上述要求，机床上可用修正齿轮，在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齿数差不能够超过34个齿。2，变速传动组中齿轮齿数的确定 为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸，这里采用了公用齿轮。但由于公用齿轮的采用，使两个传动组间的传动比互相牵制，不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸，因此，径向尺寸一般较大，此外，公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。查机床设计手册确定个齿轮齿数如下： 轴II-III间变速齿轮齿数的确定：由于公比=1.26，传动比为=1/=，=1/=，=1/设：传动组中最小齿轮齿数=16，查机床设计手册表7.3-14可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）齿数和为=55公用齿轮选为=39轴III-IV间变速组齿轮齿数的确定：传动比为=1/ =1/ =根据=，主动轮齿数为39，从表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）齿数和为：=65轴IV-V间变速组齿轮齿数的确定：由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化，受力差别较大，为了得到合理的结构尺寸，可采用不同模数的齿轮副。轴IV-V间的两对齿轮，其传动比为=1/4, =2分别取，则34取30，30x3=90, =30x4=120按传动比将齿数分配如下：=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38轴V-VI及VI-VII间齿数确定，由于这两个传动组只是改变传动方向，不起便速度作用，只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。，取V-VI轴间锥材料齿轮齿数为29，I-VII轴间齿轮齿数为67。3、主轴转速系列的验算：主轴转速在使用上并要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响，但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。 由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过即%主轴的各级实际转速分别为：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min=2%而%=2.6%故符合条件同理：经验算，其他各级转速也满足要求。4、传动系统图的绘制转速图和齿轮齿数确定后，变速箱的结构复杂程度也基本确定了（如齿轮个数，轴数，支承轴，为使变速箱的结构紧凑，合理布置齿轮是一个重要的问题，因为它直接影响变速箱的尺寸，变速操作的方便性和结构实现的可行性问题，在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，一般应尽可能减少变速箱尺寸。这里为使变速操作的方便，提高效率采用电磁离合器操纵方式。根据计算结果，绘制出传动系统图，如图2.4所示 图1.4 主传动系统图主运动传动链的传动路线表达式如下：电动机IIIIIIIV=VVIVIII（主轴）第5章 纵向进给传动机构装配图零件图的设计计算5.1设计方案的确定利用微机对纵横垂直进给系统进行半闭环控制，脉冲当量都为0.01mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向、垂直进给运动。机械系统一般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件，以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承件、旋转支承件、轴系及架体等机构组成.常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动，同步带、高速带以及各种非线性传动部件等。1. XK5032铣床数据进给电机额定功率1.5kw额定转速1440rpm最大水平拖动力1500kg=15KN最大进给速度 20m/min工件最大重量 200kg工作台最大行程： 纵向 700mm 横向 240mm 垂直 350mm 2. 工艺数据根据设计设计任务的要求，参考(切削用量手册, 确定选用YT15硬质合金端铣刀铣削。铣刀直径=0.125m；齿数Z=4；切削宽度=0.07m；铣削深度=h=3.7 m；每齿进给量 =2 m/z；刀具耐用度T= s；主轴转速n=(4.17-5.0)r/s=(250300)rpm；切削速度v=(1.64-1.96)m/s；进给速度 =（3.53.92）m/s。3. 机床进给部件重量估算纵向（X轴）工作台 长1335mm 约重220kg=2200N横向(Y轴)工作台 约重450kg-4500N升降(Z轴)部分运动件 约重1000kg=10000N 5.2 纵向(X向)进给系统的设计XK5032经济型数控设计纵向进给系统采用步进电机一级减速齿轮传动，带动滚珠丝杠转动，并通过丝杠一螺母副带动工作台移动。一般把步进电机安装在纵向丝杠的右端。1. 铣削力的计算根据(切削用量手册对YT15硬质合金端铣刀，切削力为： =9.81（789.3） z (3-l)考虑修正系数 = （公式中的单位为）将相关的参数带入（3-1）得：=2224.2 N各切削分力为：纵向水平分力 =(0.3-0.4) 取=0.35 （3-2）横向分力 =(0.85-0.95) 取 =0.9 （3-3）垂直分力= (0.5-0.55) 取=0.525 （3-4）于是得 =778.47 N=2001.78 N =1167.71 N2. 滚珠丝杠的设计计算对于燕尾型导轨工作时的轴向力为： =k+(+2+G) （3-5） 其中、 、为X、Y、Z方向上的铣削分力。单位牛顿 (N); k为考虑颠覆力矩影响的实验系数，k=1.4; 为导轨上的摩擦系数，=0.2; G为移动部件的重量(考虑最大承载重量200kg)所以 =1.4x78.47+0.2(1167.71+2x2001.78+420x9.8)=2947.3N(1)滚珠丝杠的强度计算寿命值计算 L= (3-6) 其中L-滚珠丝杠的寿命 T-珠丝杠的使用时间(h) 自动控制机床 T=15000hn-滚珠丝杠的转速（rpm） n= 将=3.92xm/s =6xm代入n=中得：n=39.2rpm 滚珠丝杠的寿命值L = 60x39.2x15000x =35.28 滚珠丝杠承受的最大动负载计算由 Q= (3-7)其中 Q-滚珠丝杠承受的最大动载荷 L-滚珠丝杠的寿命值 -滚珠丝杠运转系数 取=1.2 -硬度系数 取=1.2 代入（3-7）得Q=12759.77N根
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