车铣复合加工中心进给系统机械机构设计

XXX毕业设计(论文)图书分类号：密级：毕业设计(论文)车铣复合加工中心进给系统机械机构设计THEMACHENICALDESIGNOFFEEDSYSTEMFORTURN-MILLINGMACHININGCENTERS学生姓名班级学院名称专业名称指导教师XXX学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日XXX学位论文版权协议书本人完全了解XXX关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归XXX所拥有。XXX有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。XXX可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要本文围绕车铣复合加工中心进给系统的机械结构设计展开研究。车铣复合加工是一种比较先进的机械制造技术，在加工上实现了一次装夹多工序多工艺加工，缩短了加工时间，提高了加工精度，提高了整体生产效率，是制造技术发展的主要趋势之一。车铣复合加工中心的进给系统主要运动是实现刀具运动轨迹控制，具有定位精度高，运行平稳，速度精确的特点。本设计主要进行车铣复合加工中心车削工艺进给机构的相关计算选型，包括进给系统整体设计分析及空间布局的确定、滚珠丝杠螺母副的计算与选型、滚珠丝杠的计算与选型、轴承和电机的选择及主要承重件的计算校核。并绘制车铣复合加工中心进给系统机械结构的主要零件图及装配图。关键词车铣复合加工中心；进给系统；机械机构；设计AbstractThisstudyfocusesonthemechanicaldesignoffeedsystemforturn-millingmachiningcenter.Turn-Millingmachiningisanadvancedmanufacturingtechnology,oneofthemaintrendsinthedevelopmentofmanufacturingtechnologytoachieveaprocessprocessingtechnologysetup,shorttheprocessingtime,improvethemachiningaccuracyandtheoverallproductivity.Feedsystemofmillingmachiningcentermaincontroltooltrajectory,ithasthecharacteristicsofhighpositioningaccuracy,smoothoperation,precisespeed.Thisdesignmainlyrelatedcalculationsselectionmillingmachiningcenterturningprocessfeedmechanism.Includingfeeddeterminetheoverallsystemdesignanalysisandspatialdistribution,calculatetheballscrewnutcalculationandselection,calculationandselectionofballscrew,selectthebearingandmotorpartsandthemainload-bearingchecking.Anddrawthemillingmachiningcentersfeedthemainpartdrawingsandassemblydrawingsofmechanicalstructuresystem.KeywordsTurn-millingmachiningcentersFeedsystemMechanicalstructureDesign全套图纸外文翻译扣扣:1411494633XXX毕业设计(论文)。将相关数据代入式（3.14），得：。3.2.9确定滚珠丝杠全长根据《实用机床设计手册》表7-17：滚珠丝杠副尺寸计算选择，可得知:式（3.15）查阅相关文献，根据要求滚珠丝杠两端支撑长度定为60mm，连接长度定为90mm，起始距离定位40mm计算，将相关数据代入式（3.15），得计算滚珠丝杠全长为：。3.2.10初步确定滚珠丝杠螺母副的型号滚珠丝杠副一般有外循环滚珠丝杠副和内循环滚珠丝杠副两种形式，在本设计中考虑到简单的经济转换，故采用外循环滚珠丝杠副。查阅相关文献，按上述计算得到的、和的数值，选择滚珠丝杠螺母副形式，选择合适的规格代号、安装尺寸、连接尺寸，并要求，，但要注意不能选的参数过大，过大参数会增加转动惯量及结构尺寸。滚珠丝杠螺母副相关型号见《机床实用设计手册》表2.3-1。初步选择型号为CBM8016-3的滚珠丝杠螺母副，该滚珠丝杠螺母副的相关参数有：（1）公称直径为；（2）基本导程为；（3）螺纹底径为；（4）额定动载荷为；（5）额定静载荷；（6）接触刚度。满足选型要求，取滚珠丝杠精度等级5级。3.3滚珠丝杠副的校核3.3.1计算滚珠丝杠预紧力根据《实用机床设计手册》表7-17：滚珠丝杠副尺寸计算选择，可得知:当已知最大轴向工作载荷时，式（3.16）其中，代入式（3.16），得。3.3.2计算行程补偿值根据《实用机床设计手册》表7-17：滚珠丝杠副尺寸计算选择，可得知:式（3.17）式中——温度变化值，2~3℃；——滚珠丝杠有效行程，=1224mm。相关数据代入式（3.17）得：。3.3.3计算预拉伸力根据《实用机床设计手册》表7-17：滚珠丝杠副尺寸计算选择，可得知:式（3.18）式中——温度变化值，2~3℃；——滚珠丝杠螺纹底径，。相关数据代入式（3.18）得：。3.3.4额定静载荷验算根据《实用机床设计手册》表7-17：滚珠丝杠副尺寸计算选择，可得知:式（3.19）式中——滚珠丝杠副基本轴向额定静载荷（N）；——静态安全系数，一般取1~2；——滚珠丝杠副最大轴向载荷。其中，取2，，计算满足验算公式（3.19）。3.3.5临界压缩负荷验算根据《机床设计实用手册》表5.2-16：滚珠丝杠副尺寸选择选择计算，可得知:式（3.20）式中——丝杠支承方式系数(f1=4，f2=4.73)；E——弹性模量；I——丝杠最小截面惯性矩；——最大受压长度；——安全系数取K1=1/3；——最大轴向工作负荷。式（3.21）式中——丝杠公称直径；——滚珠直径。则；式（3.22）将=1524mm，=50mm，支承长度60mm，螺母长度200mm，连接长度90mm代入，得：将相关数据代入式（3.20），得：可见远大于，即临界压缩负荷满足验算要求。3.3.6确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格在本设计中，考虑到滚珠丝杠工作时受热膨胀变形而引起的定位精度误差，为了补偿此误差要对滚珠丝杠进行预紧，预紧量略大于热膨胀量，所以在轴承选用时要选择调整方便的轴承。本设计采用了“面对面组合”的角接触轴承，接触角为60°，自动调整容易。轴承所承受的最大轴向载荷：式（3.23）代入得：，按以上数据，当量转速，轴承所承受的主要由滚珠丝杠转动产生的最大轴向载荷，轴的直径为，轴承预期使用寿命，轴承的可靠度，轴承采用脂润滑。根据这些情况可对角接触轴承进行型号的计算选择,查阅《机械设计实用手册》表4.2-67：成对安装角接触球轴承，选的轴承为成对安装角接触球轴承7216AC/DF型。3.3.7轴承的校验计算选择型号为7216AC/DF的成对安装角接触球轴承。现对其进行校核计算，确定有关参数，具体过程如下：轴承的校验计算，其基本额定动载荷值必须满足以下要求：式（3.24）式中——当量动载荷；——寿命指数，球轴承；——当量转速；——预期使用寿命；——轴承个数；由于滚珠丝杠球轴承主要承受轴向载荷，确定其轴向当量动载荷：则。由以上可知，故7216AC/DF型轴承满足校核要求。4横向（X方向）进给系统机械结构设计4.1滚珠丝杠副的选型与计算4.1.1确定滚珠丝杠副的导程根据《实用机床设计手册》得知：式（4.1）其中，，代入式（4.1）可得滚珠丝杠基本导程：==10mm。初步选取。4.1.2确定滚珠丝杠副的当量转速根据《实用机床设计手册》可得知：式（4.2）当速度在和之间变化时，根据《机械设计手册》可得知：式（4.3）又，，则，。由上可得：4.1.3确定额定载荷根据《实用机床设计手册》可得知：（1）按滚珠丝杠副的预期工作时间计算式（4.4）查阅相关资料得，载荷性系数，查阅相关资料得，精度系数，查阅相关资料得，可靠性为97%，取。已知，代入式（4.4）得：=42151.1N(2)按最大轴向载荷计算式（4.5）查阅相关资料得，预载系数取代入式（4.5）得：则滚珠丝杠额定载荷取以上两结果中大的数值，即。4.1.4滚珠丝杠螺纹小径QUOTE的计算根据《实用机床设计手册》可得知：滚珠丝杠螺纹小径式（4.6）式中——丝杠公称直径，取；——螺纹滚道曲率半径；——偏心距又螺纹滚道曲率半径式（4.7）式中—钢球直径，P为螺距P=10mm，则QUOTE则代入式（4.7），得=3.06~3.36mm。又偏心距式中螺纹滚道半径取3.2mmQUOTE，钢球直径，接触角QUOTE。代入计算得：将求得数据代入式（4.6），得：=33.94mm。4.1.5估算滚珠丝杠允许最大轴向变形根据《实用机床设计手册》可得知：取和中较小值为值。在本设计预设参数中定位精度取值为0.015mm，重复定位精度取值为0.0075mm，则：取和中较小值为值，即=1.875。4.1.6估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径根据《实用机床设计手册》可得知： 式（4.8）式中——导轨静摩擦力，QUOTE；——两个固定支撑之间的距离；QUOTE——估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量。在本设计中，式（4.9）将相关数据代入式（4.9），可得。将相关数据代入式（4.8），可得4.1.7确定滚珠丝杠螺纹部分长度根据《实用机床设计手册》可得知：式（4.10）式中——横向工作台有效行程（mm）；QUOTE——余程（mm），按表4-1选取；——螺母长度，取为200mm。本设计中=10mm，故取=40mm；=300mm。将相关数据代入式（4.10），得：4.1.8确定滚珠丝杠全长根据《实用机床设计手册》可得知:式（4.11）查阅相关文献，根据要求滚珠丝杠两端支撑长度定为60mm，连接长度定为90mm，起始距离定为40mm计算，相关数据代入式（4.11），得计算滚珠丝杠全长为：。4.1.9初步确定滚珠丝杠螺母副的型号滚珠丝杠副分为外循环滚珠丝杠副和内循环滚珠丝杠副，在本设计中考虑到简单的经济转换，故采用外循环滚珠丝杠副。查阅相关文献，按上述计算得到的、和的数值，选择滚珠丝杠螺母副形式，选择合适的规格代号、安装尺寸、连接尺寸，并要求，，但相关参数不宜过大，过大的话会增加转动惯量及结构尺寸。查《机床实用设计手册》表2.3-1，初步选择汉型号为CBM4010-3的滚珠丝杠螺母副，该滚珠丝杠螺母副的公称直径为，基本导程为，螺纹底径，额定动载荷为，额定静载荷，接触刚度，满足选型要求，取滚珠丝杠精度等级5级。4.2滚珠丝杠副的校核4.2.1计算滚珠丝杠预紧力根据《实用机床设计手册》可得知:当最大轴向工作载荷能确定时，式（4.12）其中=2190N，代入式（4.12），得。4.2.2计算行程补偿值根据《实用机床设计手册》可得知:式（4.13）式中——温度变化值，2~3℃；——滚珠丝杠有效行程，=300mm。相关数据代入式（4.13）得：。4.2.3计算预拉伸力根据《实用机床设计手册》可得知:式（4.14）式中——温度变化值，2~3℃；——滚珠丝杠螺纹底径，。相关数据代入式（4.14）得：。4.2.4额定静载荷验算根据《实用机床设计手册》可得知:式（4.15）式中——轴向额定静载荷；——静态安全系数；——最大轴向载荷。其中，取2，，计算满足验算公式（4.15）。4.2.5临界压缩负荷验算根据《机床设计实用手册》可得知:式（4.16）式中E——弹性模量；——最大受压长度；K1——安全系数，取K1=1/3；——最大轴向工作负荷；f1——丝杠支承方式系数(f1=4，f2=4.730)；I——丝杠最小截面惯性矩。式（4.17）式中——丝杠公称直径(mm)；——滚珠直径(mm)。则；其中将=580mm，=40mm，支承长度60mm，螺母长度200mm，连接长度90mm代入，得：将相关数据代入式（4.16），得：可见远大于，即临界压缩负荷满足验算要求。4.2.6确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格轴承所承受的最大轴向载荷：式（4.18）代入得：按以上数据，当量转速，轴承所承受的最大轴向载荷，轴的直径为，轴承的预期使用寿命，轴承的可靠度为。根据这些情况可对角接触轴承进行型号的计算选择,查阅《机械设计实用手册》表4.2-67：成对安装角接触球轴承，选的轴承为成对安装角接触球轴承7008AC/DF型。4.2.7轴承的校验计算选择型号为7008AC/DF的角接触球轴承。现对其进行校核计算，具体过程如下：轴承的校验计算，其基本额定动载荷值必须满足以下要求：式（4.19）式中——当量动载荷；——寿命指数，球轴承；——预期使用寿命；——当量转速；——组轴承中的轴承个数。轴向当量动载荷：则。由以上可知，故7008AC/DF型轴承满足校核要求。5伺服电机和联轴器的选用5.1伺服电机的选择伺服电机又叫执行电机，在自动控制系统和计算进给设备中得到广泛应用。根据实用电流不同分为直流伺服电机和交流伺服电机。伺服电动机有以下三个显著特点：（1）启动转矩大；（2）操作范围广；（3）无自转现象。5.1.1纵向进给系统电机选用（理论动态预紧转矩）：根据《机械设计手册》知式（5.1）式中因滚珠丝杠5级精度取；（最大动态摩擦力矩）：根据《机械设计手册》知式（5.2）式中因滚珠丝杠5级精度取，则（3）（驱动最大负载所耗转矩）：式（5.3）（4）（支承轴承所需启动扭矩）：查阅相关资料得，对于的轴承，（驱动滚珠丝杠副所需扭矩）：式（5.4）（6）（电机的额定扭矩）：（7）电机的选用根据以上计算的扭矩，选择伺服电机，电机型号为，其额定转矩为。5.1.2横向进给系统电机选用（1）（理论动态预紧转矩）：根据《机械设计手册》知式（5.5）式中因滚珠丝杠5级精度取；（2）（最大动态摩擦力矩）：根据《机械设计手册》知式（5.6）式中因滚珠丝杠5级精度取，则（3）（驱动最大负载所耗转矩）：式（5.7）（4）（轴承所需启动扭矩）：查阅相关资料得，对于的轴承，（5）（驱动滚珠丝杠副所需扭矩）：式（5.8）（6）（电机的额定扭矩）：（7）电机的选用根据以上计算的扭矩，选择