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XJ2K 立式 铣床 数控 改造 总体 垂直 进给 系统 设计 机械

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毕业设计说明书XJ2K立式铣床数控化改造总体及垂直进给伺服系统设计学生姓名 学 号 专 业 班 级 机电工程学院2016年11月毕业设计任务书题目：XJ2K立式铣床数控化改造总体及垂直进给伺服系统设计学生姓名： 班级： 学号： 题目类型： 指导教师： 一、 设计参数工作台尺寸(长宽)： 1250mm320mm 2、工作台最大行程： 纵向 700mm 横向 255mm 垂直 300mm 3、快速移动速度： 15m/min4、工作台定位精度 x、y、z 0.03mm；5、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，采用步进电机或直流伺服电机驱动，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、停止二、设计内容及及要求(一)设计说明书 1、数控机床发展概述（1）数控机床及其特点。（2）数控机床的工艺范围及加工精度。（3）数控机床的经济分析。（4）数控机床的发展趋向。 2、数控机床总体方案的制订及比较 3、确定切削用量及选择刀具 4、传动系统图的设计计算 5、垂直进给伺服系统装配图的设计计算（二）、图纸部分1、机床尺寸联系图 A0一 2、机床传动系统图 A0一 3、垂直进给伺服系统装配图 A0一（三）基本要求：能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所学理论和提供的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。三、各阶段时间安排序号主 要 任 务起止周1查阅文献，收集资料1周2工厂调研、参观2周3周3机床总体方案图4周5周4机床传动系统图 6周7周5垂直进给伺服系统装配图8周10周6垂直进给伺服系统零件图11周12周7机床硬件电路图13周14周8设计说明书14周15周四、主要参考文献1. 数控铣床设计文怀兴主编，化学工业出版社，20062.新编机床数控技术任玉田，包杰等编著，北京理工大学出版社，20053.数控技术周德俭 主编，重庆大学出版社，20014.机械设计手册徐灏主编，机械工业出版社，20035.机械零件设计手册吴宗泽主编，机械工业出版社，20046.机电一体化系统设计姜培刚，盖玉先编著，机械工业出版社，20037. 机床设计图册上海纺织工学院等主编 上海科学技术出版社 ，19798. 经济型数控机床系统设计新义主编 机械工业出版社，20059. 机电一体化技术手册（上、下册）机电一体化技术手册编委会，机械工业出版社，199610.实用数控机床技术手册李福生主编，北京出版社，200611.数控机床控制技术基础电气控制基本常识吴文龙，王蒙主编,高等教育出版社,200412.现代数控机床林宋，田建军主编化学工业出版社,2003摘 要随着制造业的发展，高速度、高效率、高精度和高刚度已经成为当今机床发展的主要方向。为了满足当前机床市场的需要，铣床已经成为了当今机械行业一个重要的发展趋势，特别是在工业制造，加工过程中有着举足轻重的地位。设计的题目是设计XJ2K立式铣床数控化改造总体及垂直进给伺服系统设计。其主要讲述的是XJ2K立式铣床数控化改造总体及垂直进给伺服系统设计。该铣床主轴是靠齿轮进行传动的。主轴传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。包括对铣床改造进行可行性分析、对铣床关键部件参数的计算、对铣床结构的设计、对铣床改造方案优化选择、选择合适的铣床伺服系统和计算机系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。结果表明:经改造后的铣床已达到预期的功能和精度，完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原铣床的生产效率，降低了劳动强度。XJ2K型铣床床具有性能良好、结构先进、操作轻便等特点,在我国机械制造行业中使用非常广泛。关键词：铣床，数控化改造，垂直进给系统目录第1章 数控机床发展概述81.1 数控机床及其特点81.1.1 数控机床与普通机床的区别81.1.2 数控机床的适用范围91.2 数控机床的工艺范围及加工精度91.3 数控机床的经济分析101.3 数控机床的发展趋向12第2章 数控机床总体方案的制订及比较132.1总体方案设计的内容132.2系统运动方式的确定142.3伺服系统的选择142.4执行机构传动方式的确定152.5计算机的选择15第3章 确定切削用量及选择刀具163.1 确定切削用量163.2 刀具的选择17第4章 传动系统图系统设计214.1 参数的拟定214.2 传动结构或结构网的选择214.3 转速图拟定234.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制26第5章 垂直进给伺服系统设计（即主要部装图设计）305.1 确定系统脉冲当量305.2 滚珠丝杠螺母副的设计，计算和选型305.3传动效率计算335.4垂直丝杠传动比计算335.5垂直丝杠伺服电机的计算34结 论37参考文献38致 谢397第1章 数控机床发展概述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。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，我们可以初步掌握改造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、盘类等不规则零件的加工，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.精度要求高的不规则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不规则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不规则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不规则零件。1.3 数控机床的经济分析近几年，随着国民经济快速稳定发展，我国机床制造行业受益于国家振兴装备制造业的大环境，有了长足进展，这其中领先当今机械制造技术水平的数控机床产业更胜一筹。 由于数控设备的先进性、复杂性和发展的迅速性,以及品种型号、档次的多样性,决定了选用数控设备的复杂性和难度。如何从品种繁多、价格昂贵的产品中选择适用的设备, 成为中小型企业十分关心的问题。目前中小型企业缺乏数控设备的使用经验和掌握数控加工技术的人才,在数控机床选购中存在着盲目性、片面性。 数控机床选购的策略: 1.实用性。选购数控机床时，企业要有明确的目的和出发点，首先考虑的是数控机床的实用性。 (1)数控机床规格、精度的实用性。在选择数控机床时,首先应确定数控机床上加工的典型零件。零件的尺寸决定机床的加工范围；零件关键部位的精度决定了所选机床的精度等级。机床精度的评定指标较多，因数控机床类别而异,但共有的关键项目是定位精度、重复定位精度以及综合加工精度。定位精度与传动链各环节的弹性、间隙等因素有关,反映了机械系统中的扭曲、挠度、爬行、共振等诸因素造成的综合误差。这些指标既反映了伺服机构的刚度,也说明了位置反馈测量系统的质量。重复定位精度反映了数控轴在全行程内定位点的稳定性，传动链刚性直接影响重复定位精度。综合加工精度指最后加工出来的工件尺寸与所要求尺寸之间的误差。选购时应避免盲目追求高精度，注意机床精度与工件精度相匹配。 (2)数控系统功能的实用性。数控系统功能可分为基本功能与选用功能, 各知名品牌数控系统的基本功能差别不大。除基本功能以外, 数控系统还为用户提供多种可选功能。通常数控系统具备的基本功能比较便宜, 而特定选择的功能很贵。在可供选择的功能模块中, 性能差别很大,价格也相差数倍，所以要根据加工要求和机床性能的需要来选择。 从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测、操作方式、接口形式和故障诊断等方面来衡量, 合理地选择适合机床的可选功能,放弃可有可无或不实用的可选功能。比如，自动换刀装置(ATC) 是加工中心的基本特征，ATC装置的投资往往占整机的30%50%。因此在满足使用要求的前提下尽量选用结构简单和可靠性高的ATC, 以提高机床的可靠性和降低整机的价格。应当注意，单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价,应尽可能在购买主机时一并购置部分易损部件及其他附件。 2.经济性。经济性是指选用的数控机床在满足加工要求的条件下, 所支付的“钱”最少或较为合理的。经济性往往是和实用性紧密相连的, 机床选得实用、经济, 可避免不必要的浪费, 避免以高代价换来功能过多而又不实用的较复杂的数控机床，避免在操作使用、维护保养等诸多方面带来困难。 1. 费用低，经济性好.改造周期短.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，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，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.而升级改造只需要100-500万元。仅占成本的1/10。交货期短。2. 改造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。1.3 数控机床的发展趋向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。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XJ2K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，完成铣床的数控化改造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XJ2K普通升降台立式铣床，改造成三坐标控制，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改造方案综合考虑，结合铣床升降台需要修理等实际情况.在符合经济型数控改造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。2.2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。2.3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。2.4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。2.5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。第3章 确定切削用量及选择刀具3.1 确定切削用量3.3.1铣削三要素：铣削速度V：铣削速度即为铣刀最大直径处的线速度，可用下式表示：V=Dn/1000*60（m/s）式中，D为铣刀直径（mm）；n为铣刀每分钟的转数（r/min）。3.3.2进给量铣削进给量有三种表示方式：（1）每齿进给量af（mm/z） 指铣刀每转过一个刀齿时，工件沿进给方向所移动的距离。（2）每转进给量f（mm/r） 指铣刀每转一转，工件沿进给方向所移动的距离。（3）进给速度Vf（mm/min） 铣刀每转一分钟，工件沿进给方向所移动的距离。这三种进给量相互关联，但用途有所不同；每齿进给量是进给量选择的依据；每转进给量反映了进给量与铣刀转速之间的对应关系；而每分钟进给量则是调整机床的使用数据。在实际生产中，按每分钟进给量来调整机床进给量的大小。上述三种进给量的关系如下：Vf=fn=afzn式中，n铣刀每分钟转数（r/min）；z铣刀齿数。3.3.3切削深度机床主运动驱动电机功率P为：P=Pc+Pi+Pa(Kw)式中 Pc-消耗于切削的功率（Kw) Pi-空载功率（Kw) Pa-载荷附加功率（Kw) Pc=（Kw)式中 Ft-切削力的切向分力 V 切削速度Ft与当量切削厚度的关系有如下的经验公式：Ft=28agc(N/mm)取 agc=0.05mm则 Ft=2.7N/mm为了简化,省去计算 Pi和Pa,可用下列经验公式计算P:P= 对于主运动回转的机床,=0.700.85 为机床总机械效率 取=0.75经计算得：P=7.5Kw3.2 刀具的选择3.2.1按不同用途分类 铣刀的种类很多，它们有工作内容的不同，结构形状的各异、刀齿数目的不等，刀齿齿背形状也有区别。 按不同的用途，铣刀可分为圆柱铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀等。 3.2.1.1圆柱铣刀 圆柱铣刀一般只有周刃，常用高速钢整体制造，也可镶焊硬质合金刀片。圆柱铣刀用 于卧式铣床上以周铣方式加工较窄的平面。 3.2.1.2端面铣刀 端面铣刀既有周刃又有端刃，刀齿多采用硬质合金焊接于刀体或机夹于刀体。端面刀体一般用于立铣上加工中等宽度的平面。用端面铣刀加工平面，工艺系统刚度好，生产效率高，加工质量较稳定。 3.2.1.3盘形铣刀 盘形铣刀又有单面刃、双面刃、三面刃和错齿三面刃铣刀之分。 只在圆周有刃的盘铣刀为槽铣刀，一般在卧铣上加工浅槽。切槽时，两侧摩擦力大，为减少摩擦，一般作出一定的副偏角。薄片的槽铣刀称为锯片铣刀，用于切削窄槽或切断工件。两面刃盘铣刀可用于加工台阶面，也可配对形成三面刃刀具。 三面刃盘铣刀因两侧面有副切削刃，从而改善了切削中两侧面的条件，使表面光度提 高。生产中主要在卧铣上加工沟槽和台阶面。圆周上的刀刃可以是直齿亦可以是斜齿，斜齿 使刀刃锋利，切削平稳，易排屑，但要产生轴向力。为平衡之，可将刀齿设计成错齿状，即 刀齿交错向左、右倾斜螺旋角。 3.2.1.4立铣刀 立铣刀的周刃为主刃，端刃为副刃，故立铣刀不宜轴向进刀。立铣刀主要在立式铣床上用于加工台阶、沟槽、平面或相互垂直的平面，也可利用靠模加工成形表面。 3.2.1.5键槽铣刀 键槽铣刀形似立铣刀，只是它只有两个刀刃，且端刃强度高、为主刃，周刃为副刃。键槽铣刀有直柄(小直径)和锥柄(较大直径)两种。用于加工圆头封闭键槽。 3.2.1.6角度铣刀 角度铣刀有单角铣刀和双角铣刀之分，用于加工沟槽和斜面。 3.2.1.7模具铣刀 模具铣刀由立铣刀演变而成，其工作部分形状常有圆锥形平头、圆柱形球头、圆锥形球头三种。用于加工模具型腔或凸模成形表面，还可进行光整加工等。该铣刀可装在风动或电动工具上使用，生产效率和耐用度比砂轮和锉刀提高数十倍。 3.2.1.8成形铣刀 成形铣刀是根据工件形状而设计刀刃形状的专用成形刀具，用于加工成形表面。 3.2.2按刀具结构分类 铣刀按结构不同，有整体式、焊接式、装配式、可转位式等。 3.2.2.1整体式铣刀 以高速钢整体制造。切削能力差于采用硬质合金刃的铣刀。 3.2.2.2焊接式铣刀 焊接式铣刀又有整体和机夹焊接式两种。前者结构紧凑易制造，但刀齿磨损后导致整把刀的报废；后者将刀片焊于小(如面铣刀)，再将刀头安装于刀体，刀具使用寿命长。 3.2.2.3装配式铣刀 刀片安装于刀体。如镶齿盘铣刀(如图3.1所示)，刀片背部的齿纹与刀体齿槽内齿纹相配，完成安装。刀齿磨损后会带来刀具宽度的减小，为此，刀体各齿槽内的齿纹在轴向并不对齐，相邻齿槽内齿纹轴向位置错移一个 t/z 量(t 为齿纹的齿矩，z 为齿槽数)，铣刀重磨后宽度减少时，可将刀齿顺次移入相邻齿槽内，调整刀具宽度增加了 t/z，再通过刃磨使刀具恢复原来的宽度。对错齿三面刃也可用同样原理设计齿槽，达到使刀具宽度可调的目的。 图3.13.2.2.4可转位式铣刀 铣刀刀片采用机夹式安装于刀体，切削刃用钝后，将刀片转位或更换即可继续使用。如图3.2所示。 图3.2 可转位面铣刀3.2.3按刀齿数目分类 按刀齿数目的不等，铣刀一般有粗齿和细齿铣刀之分。 3.2.3.1粗齿铣刀 刀齿数目少，刀齿强度高，容屑空间大，可重磨次数多，一般适用于粗加工。 3.2.3.2细齿铣刀 刀齿数较多，故工作平稳，主要适用于精加工。 3.2.4按刀齿齿背形式分类 铣刀按刀齿齿背形式的不同有尖齿铣刀、铲齿铣刀之分。 3.2.4.1尖齿铣刀 尖齿铣刀的齿背有直线齿背、折线齿背及抛物线型齿背三种形式，如图 3-25 所示。直线齿背的齿形简单，易制造(用角度铣刀开槽即成)，但刀齿强度较弱；抛物线型齿背符合刀齿在切削中的受力规律(刀齿内应力分布为抛物线)，所以刀齿强度高，但制造麻烦(需用成形铣刀开槽)；折线型齿背界于前两者之间。生产中大多铣刀为尖刀铣刀。 图3.3 铣刀齿背形式3.2.4.2铲齿铣刀 铲齿铣刀的齿背为阿基米德螺旋线，它经铲削加工(铣刀每转过一个刀齿，铲刀径向移过一个铲背量)而成。其优点是，在获得切削所需后角的同时，刀具磨钝后重磨前刀面可保持刃形不变。因此，生产中大部分成形铣刀都采用铲齿齿背形式。第4章 传动系统图系统设计4.1 参数的拟定选定公比，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：传动系统图部分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，我国中型铣床，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v 0.015 (定位精度)因此，丝杠需预紧。（5）稳定性校核无需进行稳定性校核。5.3传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率 = (4-6)式中： 摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f =0.0030.004，摩擦角约为,即0.1667 r 丝杠螺旋升角 丝杠中径 d = (d1+d2)/2 = (19+16.7)/2 = 17.85 mmr = acrtan = arctan = 5.0977 = = = 0.9685.4垂直丝杠传动比计算传动比i： i = (4-7)式中： 脉冲当量（mm）， = 0.01mm 基本导程 = 6mm 伺服电机的步距角（初选） = 0.75i = = = 根据实际结构要求取 ： ， , 。5.5垂直丝杠伺服电机的计算（1）转动惯量的计算齿轮的转动惯量： kg .cm (4-8) =；齿轮的转动惯量 ： = 齿轮的转动惯量 ： =丝杠的转动惯量 =1959.4 折算到电机轴上的转动惯量： =4126.8kg/m 其中： 齿轮的转动惯量 （kg .cm） 齿轮的转动惯量 （kg .cm） 齿轮的转动惯量 （kg .cm） 主轴的转动惯量 （kg .cm）（2）电动力矩的计算 电机的负载力矩在各种工况下是不