XK5040数控立式铣床进给系统设计（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 湖南科技大学 2007 届毕业设计（论文） 材 料 院 (系 )、部： 机电工程学院 学生姓名： 赵东方 指导教师： 黄开有教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0301 学 号： 2003181136 2007 年 5 月 买文档就送全套 纸 01339828 2 材料清单 1、毕业设计（论文）课题任务书 2、毕业设计（论文）开题报告 3、中期检查表 4、指导教师评阅表 5、评阅教师评阅表 6、答辩及最终成绩评定表 7、毕业设计说明书 8、附录材料 买文档就送全套 纸 01339828 3 湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 机电工程学院 （教研室） 系（教研室）主任 : （签名） 年 月 日 学生姓名 : 赵东方 学号 : 2003181136 专业 : 机械设计制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 控立式铣床进给系统设计 2 学生设计（论文）时间： 自 3 月 5日开始至 6 月 1日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 1、 陈宏钧 主编， 实用 机械加工工艺手册， 机械工业出版社， 2、赵家奇编 ,机械制造工艺学课程设计指导书 2版 机械工业出版社 ,3、 浦林祥主编 ， 金属切削机床夹具设计手册， 机械工业出版社 ， 4、 刘文剑主编 ， 夹具工程师手册， 黑龙江科学技术出版社 ， 5、机械加工工艺装备设计手册编委会编写，机械加工工艺装备设计手册，机械工业出版社，1998年 6月。 6、徐圣群主编，简明机械加工工艺手册，上海科学技术出版社， 7、李云 主编 ,机械制造及设备指导手册 京 :机械工业出版社 , 8、哈尔滨工业大学编，机械制造工艺设计手册，哈尔滨工业大学出版社， 1981年 5月。 9、 上海市金属技术协会编，金属切削手册，上海科学技术出版社， 10、东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编写，机床夹具设计手册第二版，上海科学技术出版社。 11、李益民主编，机械制造工艺设计简明手册，哈尔滨工业大学出版社， 1993 年 4月。 12、孟少农主编 ,机械加工工艺手册 机 械工业出版社 , 13、胡永生编，机械制造工艺学，机械工业出版社。 14. 上 得的最新信息与权威资料 4 设计（论文）完成的主要内容： 1、调查分析铣床的加工特点，确定新设计的数控车床的主要技术参数。 2、进行新数控铣床的总体设计 。 3、完成进给运动的结构设计。 4、完成控制系统硬件设计。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 1、据总体设计方案，绘制数控铣床总体图一张。（手工绘制） 2、主运动的运动计算和强度计算，绘制主轴箱部 件展开图 算机图一张。 3、进行进给运动的运动计算和强度计算，绘制出纵向数控进给机构部装图 算机图一张。 4、绘制数控铣床主轴零件图 算机图一张。 5、根据控制系统总体设计方案，绘制控制系统电路图 算机图一张。 6 发题时间： 2007 年 1 月 18 日 买文档就送全套 纸 01339828 4 指导教师： （签名） 学 生： 赵东方 （签名） 湖南科技大学 毕业设计（论文）进度表 毕业设计（论文）题目： 控立式铣床进给系统设计 起止时 间： 从 2007 2007 学生： 赵东方 （签名） 指导教师： （签名） 系（教研室）主任： （签名） 时 间 工 作 内 容 备 注 第 1 周至第 3 周 （ 3月 5日至 3月 25 日） 自己实习 工厂 第 4 周 （ 3月 26日至 4月 1日） 学校组织的毕业实习 工厂 第 5 周 （ 4 月 2 日至 4 月 8 日） 查询各类相关数据手册、书籍 图书馆 第 6 周 （ 4月 9日至 4月 15 日） 搜集设计的相关资料 多方渠道 第 7 周至第 8 周 （ 4 月 16 日至 4 月 29日） 整体规划设计的全过程 第 10 周至第 11 周 （ 5月 7日至 5月 20 日） 工艺过程设计及切削参数计算确定 第 12 周 （ 5 月 21 日至 5 月 27 日） 夹具设计 第 13 周 （ 5月 28日至 6月 1日） 编写设计计算说明书 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 第 周至第 周 （ 月 日至 月 日） 注：此表一式两份：一份存学院，一份发给学生。 买文档就送全套 纸 01339828 5 湖南科技大学 毕业设计（论文）指导人评语 主要对学生毕业设计（论 文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价 全套图纸加 Q 401339828 指导人： （签名） 年 月 日 指导人评定成绩： 买文档就送全套 纸 01339828 6 湖南科技大学 毕业设计（ 论文）评阅人评语 主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价 评阅人： （签名） 年 月 日 评阅人评定成绩： 买文档就送全套 纸 01339828 7 湖南科技大学 毕业设计（论文）答辩委 员会记录 日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文） 答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文） 答辩委员会 评语： 主要对学生毕业设计 （论文） 的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的 介绍，回答问题情况等进行综合评价 毕业设计（论文） 答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 答辩成绩： 总评成绩： 买文档就送全套 纸 01339828 8 湖南科技大学 2007 届毕业设计说明书 控立式铣床进给系统设计 院 (系 )、部：机电工程学院 学生姓名： 赵东方 指导教师： 黄开有（教授） 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 0301 完成时间： 2007 年 6 月 买文档就送全套 纸 01339828 9 摘 要 在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，数控机床的技术水平高低及其在 金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置。 关键词 数控机床；发展趋势；智能化；柔性化 n as to at is an of 文档就送全套 纸 01339828 10 目 录 1 主运动系统设计 . 12 动系统设计 . 12 数的拟定： . 12 动结构或结构网的选择 . 12 速图拟定 . 13 轮齿数的确定及传动系统图的绘制 . 16 传动件的估算与验算 . 19 动轴的估算和验算 . 19 轮模数的估算与验算 . 21 开图设计 . 26 构实际的内容及技术要求 . 26 轮 块的设计 . 27 动轴设计 . 29 轴组件设计 . 31 制动器设计 . 35 . 35 截面图设计 . 36 的空间布置 . 36 滑 . 36 体设计的有关问题 . 37 2 进给系统的设计与计算 . 38 案的确定 . 38 械部分设计与计算 . 38 . 38 . 45 直方向进给系统的设计与计算 . 51 3、 控制系统设计 . 58 . 58 类型 . 59 . 59 . 59 买文档就送全套 纸 01339828 11 据存储器的扩展 . 60 I/. 60 I/. 60 步进电机接口及驱动电路 . 61 其他辅助电路 . 62 参考文献 . 63 致 谢 . 64 附 录 . 65 买文档就送全套 纸 01339828 12 1 主运动系统设计 动系统设计 数的拟定 ： 选定公比，确定各级传送机床常用的公比 为 虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =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， 60， 75， 95， 118， 150， 190， 235， 300， 375， 475， 600， 750， 950， 1180，1500R/. 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，个传动副，即Z=1 2 3z 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=2a 因此，这里 18=3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： 3 3 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=3案。 3，传动系统的扩大顺序安排 对于 18=3 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=13大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而， 18=3据“前密后疏”的原则，选择 18=13 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按下表，确定传动方案： 根据传动比及指数 x, x 的值 买文档就送全套 纸 01339828 13 公比 极限值传动比指数 x 值 : =1/4 6 x 值 : x =2 3 （ x+ x ） 值： =8 9 因此，可选择 18=13 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=1z 1*2z 1z 3z 12 r= 1 2 3( 1)z z z 11= ( /2) 按 8r 原则，导出系 统的最大收效 Z 和变速范围为： 3 =18 R=50 Z=12 R=此，传动方案 18=3*3*2 符合上述条件，其结构网如下图 图 结构网图 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。 买文档就送全套 纸 01339828 14 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3000， 1500， 1000， 750， r/取决于电动机的极对数 P 0f/p=60p ( r/机床中最常用的是 1500 r/ 3000r/种，选用是要使电机转速与主轴最高速度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 速为 1500r/电机，查表，其型号为 主要性能如下表 电机型号 额定功率 荷载转速 r/步转速 r/132440 1500 2、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/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 4M , m 3M 从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率 1/ 610 (3.5 n n)文档就送全套 纸 01339828 15 式中： C 系数，两支承滚动轴承和滑动轴承 C=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 n 中间传动轴的转速之和 n 主轴转速（ r/ 011 0 l g ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ) ( )m z q m z n 主 主中：（ () 所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值 () 主轴上齿轮分度圆直径的平均值 q 传到主轴上所经过的齿轮对数 主轴齿轮螺旋角 1c,K 系数，根据机床类型及制造水平选取 ，我国中型车床，铣床1c=床 K=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取 1D =90轴颈 52 平均轴颈 72 21 取 d=272), 主轴内孔直径 d 的确定 主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆 ,冷却管等 ,大型 ,重型机床的空心主轴还可以减轻重量 . 确定孔径 纸 01339828 34 轴刚度的要求下尽量去大些。由材料力学知 ,轴刚度 K 与抗弯截面惯性矩 I 成正比 ,与直径之间有下列关系 : 41 ( )KI D 空 空实 实由上式可知 ,当 / 0 时 ,空心主轴的刚度 实相差甚小 ,即内孔对主轴刚度降低的影响很小 , 当 / 时 ,刚度降低约 25%为了不至于过分地削弱主轴刚度 ,一般应使 / 另外 ,还应考虑主轴的颈外壁厚是否足够 . 推荐 : 铣床 ,d=拉杆直径+(5主参数 , 取 d=22。满足要求 . 3), 主轴悬伸量 a 的确定 主轴悬伸量 a 是指主轴前端大炮前支承径向反力作用中点 (一般为前径向支承中点 )的距离 ,它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸 (大多都有轴端标准 ),前支承的轴承配置和密封装置等 . 有的还与机床其它结构参数有关 ,如工作台的行程等 . 因此主要由结构设计确定。参考同类机床和,取1/ 0.7,悬伸量 a=63 4), 主轴跨距 l 的确定 根据 ,计算前支承刚度1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 / N m m . 计算综合变量 =3此处取弹性横量 52 1 0E M P a . (钢的 52 1 0E M P a ) 主轴的截面惯性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 . 1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m 则有： 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3 由主轴跨距计算线图 ,得 :0 / 所以0 . 合理跨距范围为 : ( 0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6 0合 理 之 间， 为提高刚度 ,应尽量缩短主轴外延伸长度 a,选择适当的跨距 l ,一般推荐 取 l /a=3 距 l 小时 ,轴承变形对轴端变形影响大 ,所以轴承刚度小时 , l /a 取大值 ,轴承刚性差时 ,则取小值。这里取 l =4a=4 63=252( 7. 主轴部件的密封 根据主轴转速 ,主轴轴承的润滑方式 ,工作温度 ,工作状况和轴端结构特点来选择密封装置的买文档就送全套 纸 01339828 35 型式立式铣床的主轴是垂直安装的 . 属立式主轴 ,可选用曲路密封 (迷宫式密封 ),这装置密封 ,垫圈和曲路相结合的密封 . 垫圈甩开油液使其集中于端盖中引回 ,曲路密封还可以防止外界杂质侵入 . 制动器设计 对制动器的要求是 :制动迅速 ,平稳 ,结构简单 ,紧凑 ,维修调整方便等 电机制动和机械制动。 在数控铣床上，通常根据刀具与工艺要求需进行主轴转速的变换及制动，这制动装置常用离合器来实现，而电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件。由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选择，因而它已成为自动装置中常用的元件。这里我们采用机械制动 ,采用电磁离合器制动 。 按照要求，根据电磁离合器所能传递的静扭矩号，从而确定其尺寸。 扭矩选择 一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩 额定静扭矩： jM 9 5 5 0 式中： 离合器的额定静力矩（ K 安全系数 运转时的最大负载力矩 对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭矩设计，查机械设计手册表 4 K=2 取 y= 定动扭矩： dM )()( 020式中， 加速扭矩； 2 所有被离合器带动的零件折 算到离合器轴上的当量飞轮矩 2； 2222211222 )()()()()( 0)()( 222 ; 买文档就送全套 纸 01339828 36 2 安装轴 (转速为 n)及轴上零件的非轮矩之和 ; 2212 )(,)( 分别为离合器带动的其他各轴 (转速为 n 1 ，n ,1 上零件的飞轮矩之和 ; 中型车床取 1行用 0式多片式离合器一般为2%，油量小，精度高，水平安装是取小值； 。，r、n mi n/被动侧的相对转速离合器的主 通过计算，这里选用铣床专用离合器，型号为： 截面图设计 截面图设计主要考虑以下四个方面的问题 : 1, 个轴的位置安排 :包括主轴 ,I 轴和中间各传动轴的合理安排和确定 ; 2, 箱体结构和外形 :变整箱体结构 ,与床身的连接方式 ,外观造型等 ; 3, 操纵机构的设计和选择 ; 4, 润滑系统的设计和润滑元件的选择 . 的空间布置 1,主轴和传动主轴的轴 立式铣床的 主轴是垂直布置的 ,主轴可上下移动，装在套筒内，传动主轴的轴与主轴之间用一对 1： 1 的齿轮出动，该轴也是垂直分布的。 2，轴入轴的装置 （ 1） I 轴上装有电磁离合器制动，该部件的位置安排应便于调整； （ 2）电磁离合器，需要考虑便于冷却和润滑，离主轴部件部件要远一些，以减少摩擦发热对主轴热变形的影响。 （ 3）综上所述，铣床 I 轴一般安排在变速箱后壁处； 3，中间各传动轴 主轴和各传动轴位置确定后，中间各传动轴位置即可按转动顺序进行安。 滑 主轴变速箱常用的润滑方式有飞润滑和压力循环润滑，飞 润滑适用于润滑点比较集中，要求不很高的变速箱，这里我们采用压力循环润滑，压力循环润滑分箱内循环润滑和箱外循环润滑，前者结构简单，布置紧凑，后者冷却润滑效果 1，压力循环润滑系统的计算 （ 1）润滑油量 1 2 1 25 . 7 4 . 5 ( 1 )Q Q Q N N 买文档就送全套 纸 01339828 37 油量粗算： 1 (1 ) /式中： N 额定功率 机床效率 也可用如下公式计算各润滑部位的需油量； 3 5 (1 ) /Q N t 式中： t 允许循环油温升，通常为 451 . 6 5 ( 1 ) 1 . 6 5 7 . 5 ( 1 0 . 8 5 ) 1 . 8 6 / m i l （ 2）油池容量： (3 7 ) （升） ( 3 7 ) 1 . 8 6 5 . 5 8 1 3 . 0 2V （升） 油池容积应超过 V 的 30%，即为： 升） （ 3）油管的选择与计算 油管的内径计算： 4 Qd m 中： Q （ l/ V 取主轴管内油的流速为 4 / m 支油管： l/径 x 壁厚为： 油管： 0 m ，外径 x 壁厚为： 12 2，柱塞泵的油量计算、结构和规格尺寸 供油量 26( ) / 4 1 0Q d s n u l/中： d 柱塞直径 N 柱塞每分钟往复次数， 次 /分 00 /分为宜 ， 400 /分为佳。 S 柱塞行程。 效率， = 体设计的有关问题 1， 箱体材料 买文档就送全套 纸 01339828 38 以中等强度的灰铸铁 得最广泛。需时效处理。 2， 砂型铸造时，箱体铸件的最小壁厚： 尺寸（长 x 宽 x 高） 厚 于 800 25 3，箱体壁孔对刚度的影响和补偿 箱体轴承孔面积点总侧壁面积 30%左右时候，与未开孔的箱体比较，扭转刚度下降 20弯曲刚度下降更大，为弥补因开孔而削弱的刚度，常用凸缘和加工筋。加强筋：厚度为： 高：（ 45） b。 2 进给系统的设计与计算 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 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/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。 械部分设计与计算 向进给系统 的设计与计算 1纵向进给系统的设计 采用半闭环机床进给系统，步进电机经一级减速齿轮传动副，滚珠丝杆拖动工作台。传感器与电机轴相联，用来检测电机转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置，传感器采用脉冲编码器。 2纵向进给系统的设计计算 工作台重量： W=992N(根据图纸粗略计算 ) 时间常数： T=25 珠丝杠基本导程： 程： S=900距角： /速进给速度： 1文档就送全套 纸 01339828 39 （ 1）切削力计算 由机床设计手册可知，切削功率 中： 机床说明书， N=W； 般为 = 为 K= 则有： 向铣削力： 103 N 中： m/s） 则有： V= D 95/60000=s=102m/ Z =102 =2964（ N） 进给工作台工作载荷计算 从数控铣床中表 2一般立式铣削时， 工作台纵