五轴联动表面感应加热淬火机床设计[Z轴]【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 毕业设计 (论文 ) 课题名称 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 Z 轴 系 别 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 教研室主任 系 主 任 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 本 文 全面阐述了 五轴联动表面感应加热淬火机床 的结构原理，设计特点，论述了采用伺服 电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了 五轴联动表面感应加热淬火机床 的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。 高速度、高精度、高效率和高刚度已成为当今数控机床发展的主要方向，普通龙门机床一般只能进行 单面 淬火 ，当 淬火 零件的另一个表面时，需要加装一个直角转换头或者调转零件的 淬火 面后重新装夹，这不但增加了机床操作者的劳动强度，影响 淬火 效率，并且重新定位装夹也降低了零件的 淬火 精度，为了弥补这些不足，龙门 五轴联动表面感应加热淬火机床 便应运而生。五面体 五轴联动表面感应加热淬火机床 一次装夹就能实现工件五个表面的 淬火 ，这大大提高了零件的 淬火 精度和 淬火 效率，降低生产成本，因此五面体 五轴联动表面感应加热淬火机床 成为当前数控机床行业重点研究的对象之一。 其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环 节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。 关键词 ： 五轴联动表面感应加热淬火机床 ， 数控 ，伺服 电机 ， 滚珠丝杠 全套图纸加 401339828买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of in of In a of of NC of to a or of re of in to up as of be of so of of of of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪 论 .数控系统的发展及趋势 .轴联动表面感应加热淬火机床淬火的基本原理 .题研究的目的和意义 . 2 章 设计的内容及要求 .题的主要内容和基本要求 .度计划与应完成的工作 .设计的内容 . 数控装置总体方案的确定 . 7 械部分的设计 . 7 写设计说明书 . 7 床主要部件及运动方式的选定 . 3 章 选型确定 .C 联动回转轴设计内部结构 .C 轴三种方案 . 11 第 4 章 Z 轴进给系统的设计计算 .滚珠丝杠螺母副的选用设计 . 滚珠丝杠副的传动原理 . 14 珠丝杠副的传动特点 . 15 珠丝杠副的结构与调整 . 15 向间隙的调整和加预紧力的方法 . 17 珠丝杠的选择 . 滚珠丝杠的精度 . 18 珠丝杠参数的计算 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 服电机的选择 . 最大切削负载转矩的计算 . 22 载惯量的计算 . 23 载加速转矩计算 . 24 动导轨的选择计算 . 工作载荷的计算 . 25 时额定工作寿命的计算 . 25 离额定工作寿命的计算 . 25 定动载荷计算及选型 . 26 轴器的选择 .承的选择 .珠丝杠副的安全使用 . 润滑 . 28 尘 . 28 用 . 28 装 . 29 第 5 章 床身的设计 .结 .考文献 . 谢 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第 1 章 绪 论 数控系统的发展及趋势 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此 ，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 数控 段（ 1952 年 ） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路 搭 成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（ C），简称为数控（ 随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即 1952 年的第一代 电子管； 1959 年的第二代 晶体管； 1965 年的第三代 小规模集成电路。 计算机数控（ 段（ 1970 年 到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（ 段（把计算机前面应有的“通用 ”两个字省略了）。到 1971 年，美国 司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件 运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（ 又可称为中央处理单元（简称 到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于 控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990 年， （个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代 小型计算机； 1974 年的第五代 微处理器和 1990 年的第六代 基于 外称为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 ，而我国仍习惯称数控（ 所以我们日常讲的 数控 ，实质上已是指 计算机数控 了。 (1) 继续向开放式、基于 第六代方向发展 基于 具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。 所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和 维修将更加普遍。 (2) 向高速化和高精度化发展 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 (3) 向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。 轴联动表面感应加热淬火机床淬火 的基本原理 数控控制（ 是用数字化信号对机床的运动及其 淬火 过程进行控制的一种控制方法。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是现代化工业生产中的一门新型的，发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代 表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围所覆盖的领域又：机械制造技术；微电子技术；信息处理 淬火 传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；检验监控技术；传感技术；软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的是能技术和最基本的装备。在提高生产率，降低成本，保证 淬火 质量及改善工人劳动强度等方面，都有突出的优点；特别是在适应机械产品迅速更新换代，小批量，多品种生产方面，各类数控装备是实现先进制造技术的关键。 数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装 备了数控系统的机床。国际信息处联盟（ 第五技术委员会，对数控机床作了如下的定义：数控机床是一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用码或其他符号编码指令规定的程序。 龙门加工中心经过长期的技术发展和推动，已从传统的单轴式发展到多轴 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 式，从传统龙门加工中心发展到现代化智能的加工中心，从单面的加工发展到多 面的加工，发展速度快，技术比较成熟。但是对于龙门五面体加工中心，由于我 国基础技术薄 弱，研究方法落后，资金投入不足等原因，以及国外对核心技术的 封锁，导致我国五面体加工中心发展缓慢 4。从龙门加工中心主要部件的发展情况来看，国内外龙门加工中心的龙门和滑枕的机构基本都具有以下特点： 1. 龙门 主要是由一个横梁和两个立柱构成。分为横梁固定、横梁靠定位块 锁定分段升降和横梁任意升降三种类型。横梁固定式结构机床刚性好，但不适合 加工大型工件，因为在加工靠近工作台面的工件部位时，滑枕伸出长度过大，加 工刚性较差，影响加工尺寸精度；横梁靠定位块锁定分段升降型结构机床刚性较 好，但横梁升降运动不能与 滑枕上下移动联动，且操作较复杂；横梁任意升降型 结构横梁升降运动可以与滑枕上下移动联动，加工范围较广，适合新产品开发。 立柱和横梁的横截面为矩形，刚性好，可耐重切削并长期保持高精度。主轴箱在 横梁上的导轨有自重平衡装置，其动作灵活、迅速且准确。由于主轴箱左右移动 时，横梁升降用滚珠丝杠所受负载有变动，使精度降低，所以采用配置在横梁左 右两侧的油缸来平衡主轴箱左右移动造成的变动负载和横梁本身的自重，以提高 机床的精度。 2. 滑枕 从结构上可分为开式和闭式两种型式。开式结构的滑枕通过压板夹 紧在主轴箱上，滑枕 的截面积大；闭式结构的滑枕被夹紧在主轴箱内，滑枕的截 面积小。主轴箱内有液压平衡装置，使滑枕上下移动灵活，可实现强力重切削。 主轴滑枕内部采用强制内冷却，即使作长时间连续重切削，也可保持高精度。滑 枕的行程以满足工件侧面下部的加工要求为宜，不宜太长，以免影响加工时的机 床刚度。滑枕采用一体型的结构，以提高机床的整体刚性。 题研究的目的和意义 我国近几年 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。 针对传统 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 的不足之处及生产中存在的问题，有必要在传统机床的基础上研究出新型 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 通过对传统铣床手动的进给系统、夹紧系统及传动系统的创新设计，加入新技术，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 的发展现状和趋势是：在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型 进给机构 ；在性能上将研制以钢为材料的 进给机构 ，大幅度提高 进给机构 的承载能力；在形式上继续研制多轴并联，甚至于五轴并联的 进给机构 。 综上 所诉， 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 的开发和设计具有很高研究的意义 行 五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构 的设计，使其能够实现更好的工业生产自动化。 本课题对 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 部件进行了设计，研究 五轴联动表面感应加热淬火机床 的结构，主要部件及典型零件的设计方法，其意义如下： 1、通过对数控机床的结构设计和研究掌握机构设计的一般步骤和方法； 2、通过对课题的研究，了解国内外有关数控机床的技术现状和发展趋势； 3、通过毕业设计培养自己的创新精神， 提供分析问题和解决问题的能力。 第 2 章 设计的内容及要求 题的主要内容和基本要求 本课题要求设计一台五轴联动表面感应加热淬火机床， X、 Y 轴采用滚珠丝杠螺母副传动方式实现运动变换， 机床主要设计参数下表所示： X 轴有效行程 5000 轴有效行程 3000 轴有效行程 1000 工作台尺寸 2500 5000 工进给速度 0.5 m/速进给速度 10 m/动电机最高转速 2000 r/度计划与应完成的工作 应完成的工 作： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书，其中包括 400 字左右的中文摘要，英文买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 摘要应与中文摘要内容完全相同； 2、 完成 与课题相关， 不少于 3000汉 字 的 英文资料翻译（附英文原文）； 3、完成机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计； 4、绘制 装配图及所有非标件零件图 。 进度计划： 1、第 1阅相关资料， 了解 表面感应加热淬火机床技术技术要求，完成开题报告 ； 2、第 3周，翻译一篇与设计相关的英文论文； 3、第 4据设计要求确定总体方案及计算； 4、第 6周，根据设计要求完成 找其技术参数 ； 5、第 7成 机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计 ； 6、第 12制图纸； 7、第 15周，编写毕业设计说明书，准备答辩。 设计的内容 控装置总体方案的确定 (1) (2)较，论证。 械部分的设计 (1) (2) (3)算和选用； (4) (5) (6) (7)度分析。 写设计说明书 (1) 说明书是 设计的总结性技术文件，应叙 述整个设计的内容，包括提 方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，选用元器件参数的说明； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (2)论文正文不少于 10000 字。 床主要部件及运动方式的选定 （ 1）伺服电机的选择 本次设计选用交流伺服电机，根据本进给系统定位精度的要求，初步选用半闭环伺服系统。如果经计算后半闭环系统不能满足定位精度要求，可改用全闭环伺服系 统。交流伺服电机有交流同步电机和交流感应电机。交流感应电机结构简单，与同容量的直流伺服电动机相比较，质量轻、价格便宜。缺点是不能经济的实现范围较大的平滑调速。所以数控机床的进给系统中一般不采用这种电动机。 交流同步电动机的转速与所用电源的频率之间存在一种严格的关系，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变得。由变频电源供电给同步电动机时，便可方便地获得与频率成正比的可变速度。并可得到非常硬的机械特性及宽的调速范围。其结构虽然比感应电动机复杂，但比直流电动机简单。同步电动 机又分为电磁式和非电磁式两大类。在后一类中又有磁滞式、永磁式和反应式多种。在数控机床的进给驱动系统中，多采用永磁式同步电动机。在数控机床进给驱动中，采用具有大转矩、宽调速并装有反馈元件的机电一体化的永磁式交流同步电动机已十分普及。 （ 2）滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠具有高精度、高刚度、高效率及无间隙等优点。特别是在半闭环加工系统中，滚珠丝杠自身的精度对机床加工精度有很大的影响，定位精度在很大程度上受到滚珠丝杠精度的影响。 滚珠螺母副 4的滚珠循环方式一般会分为外循环和内循环两种。对于内循环方式，滚珠在循环过程中始终保持与滚珠丝杠接触。内循环滚珠丝杠螺母副工作滚珠数目少，径向尺寸紧凑，摩擦损失少，流畅性好，传动效率高，轴向刚度好，但回珠器槽行比较复杂，需三坐标数控机床才能进行加工。外循环过程中滚珠与丝杠脱离接触，目前使用插管完成滚珠循环的结构，结构简单，工艺性好，但滚道管子突出于螺母外面，所以外循环滚珠丝杠螺母径向尺寸较大。滚珠和滚珠丝杠螺母副接触处有过盈配合，即两者达到预紧；滚珠丝杠螺母副事先通过调节左右螺母的相互离开和靠 近消除间隙。常用的消除间隙或预紧的办法有垫片是调隙结构、螺纹式调隙结构和齿差式调隙结构。本次设计采用垫片式调隙结构。 （ 3）导轨副的选用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 要设计的进给机构的导轨选用贴塑导轨，它属于滑动导轨，是在机床的动导轨面上贴上一层抗磨软带，导轨副的另一个固定导轨面为淬火磨削面。这样就会使导轨摩擦系数变为 轨速度可达 30m/度比较高，动、静摩擦系数差值小，没有爬行。耐磨性与铸铁对铸铁导轨副相比 可提高 1 3 倍。 第 3 章 选型 确定 由于五轴联动表面感应加热淬火机床其中的五轴联动工作原理，可以借鉴五轴联动数控加工中心 /数控镗铣床的工作原理，本课题选型是借鉴五轴联动数控加工中心 /数控镗铣床的思路进行设计。 C 联动回转轴设计内部结构 动回转轴设计内部结构图 五轴数控机床的 3个直线运动轴和两个回转运动轴联动使 淬火头 始终垂直于工件曲买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 面 , 从而实现复杂曲面的高精度加工。五轴数控机床有立式与卧式两种类型。数控机床的 5个运动轴为 X、 Y、 Z 3个直线轴和 A、 式数控机床 的 5个运动轴为 X、Y、 Z 3个直线轴和 A、 B 两个回转轴。由于卧式机床的主轴在径向有自重力 , 轴承高速运转时径向受力不均 , 因而主轴转速不宜过高 , 一般限制在 2000 r /下。而立式机床主轴不存在自身重力影响 , 最高转速可达到 40000 r /于模具复杂曲面的加工常用小直径 淬火头 , 而小直径 淬火头 必须有很高的转速才能达到高精度要求。因而该机床采用立式结构。立式结构的两个回转轴是 A、 机床将 A、 C 回转轴设置在主轴上。铣头绕 Z 轴旋转 360, 形成 绕 X 轴旋转 90形成 A 轴。这样的结构形式工作台上无旋转轴 , 因此工作台承受力大 , 工作台的尺寸也可设计得大些 , 更重要的是主轴加工非常灵活 , 尤其是用球面 淬火头 加工曲面时 , 可使球面 淬火头 避开顶点切削 ,保证有一定的线速度 , 从而提高表面加工质量。具体结构如图 2所示 , 通过一穿过基座的传动轴与 A 轴传动系统安装在基座下面。整个装置各传动副和支承零部件安装空间大 , A 轴与 因此铣头的整体刚度大 ,工作平稳 , 抗冲击性强 2 。另外 , A、 动环节少 , 并且设计了蜗轮蜗杆消隙装置 , 有效地消除了回转轴的轴向和径向间隙 , 从而保证了回转精度和承载能力 , 并可在传动零件出现磨损时调整间隙 , 延长传动副使用寿命。 A、 重复定位精度为 蜗轮蜗杆消隙装置结构如图 3所示 , 蜗杆由多段蜗杆套组成 , 各段蜗杆套之间安装有弹性元件 , 弹性元件迫使蜗杆套与蜗轮相互压紧 , 使相互啮合的齿侧均无间隙 , 从而保证了传动精度。 图 3 蜗轮蜗杆消隙装置 参考网址 ： 桂林机床股份有限公司 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 C 轴三种方案 摆动式铣头 轴铣头可绕 100 旋转分度，配合数控回转工 作台及三个直线轴可实现五轴联动和多种空间方向的加工。 10 250015别适合于加工中 小型叶轮及模具加工行业。 轴铣头可绕 45旋转分度，配合数控 回转工作台及三个直线轴可实现五轴联动和多种空 间方向的加工。 60 600012别适合于 加工中小型叶片及凸轮加工行业。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 主传动驱动型 轴可 370旋转分度 (分度单位 ， 100旋转分度 (分度单位 ，可实现自动五面加工和各种空间方向的加工，进一步提高了机床的柔性化水平，扩大了机床 的加工范围。 利号： 10 250030(37(S6)现五轴联动加工。 摆动式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 公 司是国内最先研制的厂家，已有近十年连续不断的 设计、制造、改进经验，并具有自主知识产权。 利号： 轴可 370旋转， 100回转。 000000 矩、转速： 28(39(S6)89(124(m， 100 10000 27(32(S6)130(150(m， 100 10000 34(43(S6)72(91(m， 100 24000现五轴联动加工。 本课题要求设计一台五轴联动表面感应加热淬火机床， X、 Y 轴采用滚珠丝杠螺母副传动方式实现运动变换， 机床主要设计参数下表所示： X 轴有效行程 5000 轴有效行程 3000 轴有效行程 1000 工作台尺寸 2500 5000 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 加工进给速度 0.5 m/速进给速度 10 m/动电机最高转速 2000 r/据上述叙述，结合本课题参数要求选择 摆动式 结合同类型机床参数，选择参数为： 28(39(S6)89(124(m， 100 10000动式 第 4 章 Z 轴 进给 系统的设计计算 滚珠丝杠螺母副的选用设计 铣床 进给机构 的进 给运动，由进电机的转动，然后带动车床丝杠传动。在数控车床上的丝杠传动，可以用普通的丝杠传动，也还有应用滚珠丝杠来转动。原因是普通丝杠传动摩，但总是不太稳定。 所以，在 五轴联动表面感应加热淬火机床 上要擦系数大，效率低，传动中有间隙。虽然传动中的间隙可以用一些办法来补偿，修正采用滚珠丝杠传动。滚珠丝杠传动有一系列的优点，但制造工艺较为复杂，成本高，在某些应用上受到一定的限制，但随着数控车床的发展，它的使用将会更加广泛。 滚珠丝杠传动都使用防护罩，以防止空气中的尘土和其它杂物等进入。 滚珠 丝杠和滚珠螺母组成滚珠丝杠螺母副，它是把步进电机的转动角位移，变换成数控车床 进给机构 的的直线位移。 滚珠丝杠螺母副，也简称为滚珠丝杠副，是一种新的传动机构，它是在丝杠和螺母的螺旋槽之间装有滚珠，以此作为中间元件的一种传动机构。 珠丝杠副的传动原理 丝杠和螺母上都有圆弧形的螺旋槽 ,这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线的滚道 ,在滚道内装有许多滚珠 滚珠相对于螺母上的滚道滚动 ,因此丝杠与螺母之间滚道的摩擦为滚动摩擦 在螺母的螺旋槽两端应用挡住器挡 住 ,并设有回路滚道是他的两端连接起来 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 沿着这个回路滚道从新返回到滚道的另一端 ,可以循环进行不断地滚动 。 珠丝杠副的传动特点 滚珠丝杠副的优点是 :传动效率高 ,因为它是滚动摩擦 ,传动效率可达 普通的丝杠传动提高 34倍 如功率损耗小 ,传动平稳 ,磨损小 ,无爬行现象等等 一是 :一般的丝杠传动总是有间隙 ,而滚珠丝杠可以消除间隙 ,所以当丝杠转动反向时 ,可以没有空程 ,提高了反向的定位精度 ,也增强了传动刚度 一 般的丝杠传动只能使旋转运动转变为直线运动 ,而滚珠丝杠副由于传动的摩擦系数小 ,所以既能把旋转运动转变为直线运动 ,也可以从直线运动转变为螺旋运动 ,具有传动的可逆性 ,因此可以作为主动件 ,也可以作为从动件 . 它也有缺点 ,主要是元件的精度要求高 ,光洁度要求也高 ,所以制造工艺很复杂 ,成本也高 一般要求磨削成型 ,因而制造困难 ,也限制了使用 . 又由于传动的可逆性 ,所以不能自锁 ,当应用在垂直传动装置时 ,由于自重和惯性的关系 ,在下降过程中不能立刻停止 ,因此还需要备有制动装置 . 珠丝杠副的 结构与调整 滚珠丝杠副的结构尽管在形式上有很多类型，但其主要区别是在螺纹滚到的型面形状，滚珠循环的方式，轴向间隙的调整和加预紧力的方法等三个方面。 （ 1） 螺纹滚道型面的形状 螺纹滚道型面的形状有很多种，目前