实验型数控铣床设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 目 录 毕业设计任务书 1份 毕业设计开题报告 1份 毕业设计工作进程记录 1份 毕业设计总结 1份 毕业设计评审表（指导教师） 1 份毕业设计评审表（评阅人） 1 份毕业设计答辩评审表 1份毕业设计答辩记录1 份 摘 要 论文详细介绍了实验型数控铣床的设计过程， 此设计过程大致可分为以下两部分： 论文第一部分 主要 进行了 数控铣床的机械部分 设计 。首先， 论证了各种方案的优缺点，从而在 总体布局上有所 把握 。其次 ，我们通过分析比较各种设计方案， 根据 合理性 和 经济性的指导思想， 决定采用立式结构，十字工作台式，床身导轨水平放置。最后，通过 对各零部件进行选择和校核， 最终 采用了在生产中已经非常专业化的 角接触球 轴承、 圆柱形滑动 导轨、 混合式 步进电 动 机 和滚珠丝杠 等 。在机械部分设计过程中，尽量考虑节约成本和互换性，保证 X、 Y 进给选用相同的步进电机、 滚珠丝杠等零部件。 论文第二部分主要进行了数控铣床的控制部分设计。其主要成果是：对电气控制系统的组成作简单阐述，通过比较多种控制系统，选择采用买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 行控制。了解数控铣床的全部工作要求，确定采用三菱公司的列可编程控制器构成的控制系统来实现对步进电机的启停、正反转、两轴联动和变频调速的控制，从而实现加工过程的自动控制。 通过弱电控制强电，计算机数字化控制电路，成功地实现了工作要求，使其具有能控制电动机启停、正反转、变频调速和两轴联动等功能。 关键词： 数控铣床，两坐标，实验型， 可编程控制器 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 第二章 实验型数控铣床的总体设计 体设计 的 基本要求 (1)满足各种加工要求，如加工范围、加工精度等。 (2) 确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在既经济又合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。 (3) 确保铣床具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪声水平。 (4) 应便于观察加工过程，便于操作、调整和维修。 (5) 结构简单，合理可靠。 (6) 体积小，重量轻。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 体设计的主要内容 (1) 运动功能设计 。包括确定机床所需运动的个数、形式（直线运动、回转运动）、功能（主运动、进给运动、其他运动）及排列顺序，最后画出机床的运动功能图。 (2) 基本参数设计。包括整体尺寸参数、零件尺寸参数、运动参数和动力参数设计。 (3) 传动系统设计。包括传动方式、传动原理图及传动系统设计。 (4) 总体结构布局设计。包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构布局方案图设计。 (5) 控制系统设计。包括控制方式及控制原理、控制流程图设计、控制电路图设计以及 用和控制程序编写。 根据前面所提到的数控铣床应满足的基本要求 就可以进行总体设计。在各项基本要求中以加工工艺要求最为重要。由加工工艺要求决定铣床所需要的运动。完成每个运动又有相应的功能部件，这就可以确定各部件的相对运动和相对位置关系。铣床的总体布局也就可以大体确定下来。 案的比较与选择 数控铣床与一般的数控机床一样，是由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。对实验型数控铣床的设计，一方面，要求其功能完善、结构开放，具有与一般生产实用型数控铣床一样的工作原理和工作性能；另一方面，要求其体积小、价格低，以利于此类实验型铣床的普及推广。本课题的设计主要是两个方面：其一：机械结构的设计；其二：控制系统的设计。这里有两个方案： 方案一、采用减速箱，并对滚珠丝杠进行两端支撑；减速箱采用圆柱齿轮变速，这种方案可以通过增加减速箱，达到： 滚珠丝杠进行两端支撑，可以尽量减少由于一端支撑，可能产生的弯曲，减少误差，提高精度。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 方案二、直接采用套筒式联轴器连接步进电动机和滚珠丝杠，对滚珠丝杠进行一端支撑或两端支撑。这种设计结构简单，加工安装方便。 综合考虑，由于切削石蜡、塑料等材料，根据计算切削力较小，最终选用步进电机，脉冲当 量为 减速装置，直接采用套同式联轴器联接电动机轴和滚珠丝杠。因为实验型数控铣床主要目的是用于演示实验，行程较短，对加工精度要求不高，传递的转动扭矩也不是很高，而一端固定一自由的支承形式结构简单，刚度、临界转速、压杆稳定性比较低，适用于较短和竖直的丝杠。 验型数控铣床的方案拟定 机械系统部分：实验型数控铣床采用立式结构，十字工作台式，床身导轨水平放置，这样布局不仅有利于减少占地面积。总体机床长为 560为 420为 700作台宽 160 160以 实现 X 轴、 Y 轴两坐标联动。电动机与丝杠的连接可以通过套筒式连轴器来实现。在工作过程中， X 轴和 珠螺母沿丝杠做水平移动，从而带动工作台沿导轨在水平面前后左右移动。 Z 轴的进给则是手动来实现的。电动机带动主轴旋转，从而完成铣削过程。 控制系统部分：通过采用三菱公司的 列可编程控制器构成的控制系统来实现对步进电机的启停、正反转、两轴联动和变频调速的控制，从而实现加工过程的自动控制。其中重点是确定硬件电路的总体方案和软件设计，主要有：输入输出接口选用及电路设计，步进电机接口和驱动 电路。 由此，可以大体画出整体结构的系统框图，如下图 2示。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 图 2体的系统框图 数控铣床机械部分设计的一般过程 削力的计算 现假设刀具材料为高速钢，工作材料为碳钢 ( )。 Z 轴 铣削工作时铣削力的计算： 最大铣削直径 0 ，最小直径 。 由实用机床手册得： 铣削功率4106铣削力 铣削力修正系数 其中工件材料系数 0 高速钢铣刀 15前角系数 主偏角 k = 75 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 因此 b 工件材料的抗拉强度； 铣削深度； 毎齿进给量； 铣削宽度； 铣削直径； Z 铣刀齿数， 现 取 4 Z=4 108n=400r/ 642 4 10 4 000/o =10 400/1000=s 41060000=轴电机的选择 选主轴电机时按铣削计算， 因为铣削时最大的铣削力为： 642 4 4 4 000/o =4 1600/1000=s 41060000=主轴功率 P= 88.0/=所以选电动机为 型号： 4 型 、 主转动中主轴功率 P= =动机的额定功率 削力同样遇刀具材料、被铣削工件的材料、切削量等因素有关，现以刀具材料为高速钢，共建材料为碳钢进行计算。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 主传动功率 P 包括铣削功率 空载功率 附加功率 部分，即：P = 对于一般轻载高速的中、小型机床，取 总功率为： P= +（ 1 ） 2 )， 在进给传动中铣削功率 )2/( 查机床设计手册得 k=么 2 切削时主轴上的扭矩为：7400则主轴上最大扭矩为 ： 97400 00=） 铣 刀的最大直径为： 10切削力 =削加工时主切削力铣削进给抗力 间的值由机床设计手册查得 直分力 比值为 进电机的选择 步进电动机又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲 ，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量频率以及电动机绕组的通电顺序，电动机即可获得所需的转角转速及转向，很容易用微机实现数字控制。 （ 1） 应用中需要注意的几点 ： 步进电机应用于低速场合 每分钟转速不超过 1000 转，（ 时6666最好在 1000）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。 步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。 由于 历史原因，只有标称为 12V 电压的电机使用 12V 外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议： 57用直流买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 2486用直流 50V,110用高于直流 80V），当然 12 伏的电压除 12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。 转动惯量大的负载应选择大机座号电机。 电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用 逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。 高精度时，应通过机械减速、提高电机速度 ,或采用高细 分数的驱动器来解决，也可以采用 5 相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少 。 电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。 电机在 600）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 应遵循先选电机后选驱动的原则。 （ 2） 步进电机的选择 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。 步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少 角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有 /（五相电机）、 /（二、四相电机）、 /3 度 （三相电机）等。选用 。 静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应 为摩擦负载的 2内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来。 电流的选择 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压） 综上所述选择电机一般应遵循步骤如图 3示： 图 3择电机的步骤 力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P= M =2 n/60 P=2 0 其 中 P 为功率 ， 单位为 瓦； 为每秒角速度，单位为弧度； n 为每分钟转速 ； M 为力矩 ， 单位为牛顿 米。 P=2 00(半步工作 ) 其中 f 为每秒脉冲数 （简称 。 （ 3） 混合式 步进电机 控制系统优缺点 混合式步进电机控制系统的优点正是由混合式步进电机特殊的结构所带来的，简而言之它具有稳定可靠、性能好、运行平稳等优点，以和最具有可比性的反应式步进电机系 统相比为例。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 首先，混合式步进电机系统可靠性和稳定性较高，由于驱动器是系统中可靠性最薄弱的一个部分，所以系统可靠性和稳定性主要是由驱动器的可靠性来决定的。混合式电机转子上有永磁体，部分磁场已由转子上的磁钢产生，所以混合式电机绕组电流可以设计得比较小，而反应式电机磁场完全由绕组电流产生，故欲和混合式电机产生相同的转矩，在电机体积相差不太大的情况下，反应式电机所需电流就要大得多。在当前电力电子器件水平限制下，混合式电机的驱动器就比反应式电机的驱动器要可靠得多，同时由于大的绕组电流，反应式电机本体的发热情况也要严 重的多。 实际上，为产生相同的转矩，反应式电机不仅线圈电流大，而且定子线圈匝数多，电机体积大，绕组电感也大。由于绕组电感大，反应式驱动器必须要以高压驱动才会有比较好的高频性能，但这样驱动器的可靠性会明显变差；如果反应式驱动器取和混合式驱动器一样的驱动电压时，电机的高频转矩明显要小，这也是反应式电机系统性能比混合式电机系统差的一个重要原因。 混合式步进电机一般步距角 较小，再加上混合式步进电机共振区不明显，振荡较小，在控制步进电机升降频规律一致的情况下，运行要比反应式步进电机稳定。 混合式步进电机系统的缺点在 于混合式步进电机的制造比较复杂，电机的成本相对较高；其次是虽然混合式步进电机共振区不明显，振荡较小，但依然影响性能。 脉冲当量应根据系统精度要求来确定，一般取为 取得太大，无法满足系统精度要求，如取得太小，或者机械系统难以实现，或者对其精度和动态性能提出过高要求，使经济性降低。所以根据数控钻铣床的精度要求，步进电动机脉冲当量： ，步角距 。由于无减速装置，所以由 p = b /3600 知，滚珠丝杠螺距，即基本导程 4般来讲，反应式步进电机步距角较小，运行频率高，价格较低，但功耗较大，永磁式步进电机功耗较小，断电后仍有制动力矩，但步距角较大，启动和运行频率较低，混合式步进电机由上述两种电机的优点，但价格较高。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 考虑到该机床垂直进给方向需用自锁机构，所以选用具有自锁功能的 混合式步进电机。 （ 4）计算选择 步进电机转轴上启动力矩的计算 )2/()(36 铣削时： 分别取 =G=300N, b =36 300+/(2 =49.4 由手册可知： 步进电机最大静转矩 7 确定步进电机最高工作频率 ，假定 s 1000 250 根据以上参数，初选混合式步进电机。 57用两相四拍的通电方式。相数， 3；步距角， 电流， 力矩 ,110 ；转动惯量， 280 2引线数， 4。 珠丝杠的选择 （一） 滚珠丝杠的特点 滚珠丝杠螺母副（以下简称滚珠丝杠副）是回转运动与直线运动相互转话的一种新型传动机构，在数控铣床中得到了广泛的应用。它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠，使丝杠和螺母之间的运动成为滚动，以减少摩擦。在数控机床的传动中，经常用于代替滑动丝杠，以提高传动精度。 丝杠螺母副的特点： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 （ 1）用较小的扭矩转动丝杠（或螺母），可使螺母（或丝杠）获得较大的轴向牵引力。 （ 2）可达到很大的降速比，使降速机构大为简化，传动链的以缩短。 （ 3）能达到较高的传动 精。用于进给机构时 ,还可兼作测量元件，通过刻度盘读出直线位移的尺寸，最小数值可达 （ 4）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠的传动效率 =一般的常规（滑动）丝杠螺母副的 =以滚珠丝杠的传动效率比常规丝杠的传动效率提高了 34 倍。因此功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的 1/31/4。 （ 5）给予适当的预紧，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，这样反向时就可以没有空程死区，反向定 位精度高。与常规丝杠螺母副比较有较高的轴向精度。 （ 6）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎和运动速度完全无关，这样就可以保证运动的平稳性。由于滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，与常规丝杠螺母副比较不宜出现爬行现象，故传动精度高。 （ 7）有可逆性，由于滚珠丝杠副摩擦系数小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以由直线运动转换为旋转运动。丝杠和螺母都可以作为主动件，也可以作为从动件。 （ 8）制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求较高，光洁度要求也高，故制造 成本高。例如丝杠和螺母上的螺旋槽滚道，一般都要求磨削成型表面的。 （ 9）不能自锁，特别是垂直丝杠，由于自重惯性力的关系，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需要添加制动装置。 在设计滚珠丝杠时，首先要确定其名义直径、螺距及滚珠直径等。确定滚珠丝杠的上述参数时，目前采用的方法是，在防止疲劳点蚀的基础上，即滚性丝杠在工作过程中受轴向负载时，在滚珠和滚道型面间使产生接触应力。在这种交变接触应力的作用下，经过一定的应力循环次数后，就要使滚珠或滚道型面产生疲劳剥伤，而使滚珠副丧失其工作性能，这是滚球丝杠副的主要 破坏形式。在设计滚珠丝杠副时，必须保证在一定的轴向负载作用下，这种名义直径 D 和螺距 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 的滚珠丝杠在回转一百万转后，在他的滚道上由于受滚珠的压力而不致有点蚀现象，这个负载的最大值称为这种滚珠丝杠能承受的最大动负载。 （二） 滚珠丝杠的选择计算 （ 1）动载荷 C 的计算 其中 载荷系数取为 硬度系数取为 最大的工作 负载 L 使用寿命 工作负载 F 是指数控机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力，他的数据可用进给牵引力的实验公式计算： 对于类似燕尾型寻轨的机床 )2( X 方向的切削力 Y 方向的切削力 Z 方向的切削力 G 移动部件的重量 f 导轨上的 摩擦系数 k 考虑颠复力矩影响的实验系数 选用滚动导轨，在正常润滑情况下，对于类似燕尾型寻轨 k= f =铣削过程中， 0， G=300N 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 0+( 00)= L=6006 式中 n 滚珠丝杠的转速（ r/ T 使用寿命（小时） 对于数控机床， n 一般取 1250 r/T 一般取 15000h， 因为 L=60 1250 15000/106 =1125 C=3 1125 表初步选用的型号为 N 系列 16043 列 Q=4612N 较为合适，这是一种内循环垫片调隙单螺母的滚珠丝杠副，其主 要参数如下： 名义直径： 20本导程 t=5球直径： 丝杠内径 2d =杠外径 1d =循环列数 3，额定动负载 6367 N ，螺母外径 D=72 母内径 1D =32 母长度 L=40 （ 2）校核 效率计算： 从机械原理中得知，滚珠丝杠螺母副的传动效率 )(/ 式中： 螺纹的螺旋升角； 16 4a r c t r c t g o = 摩擦角； 滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f = 其摩擦角 约等于 01 ( = )刚度的验算 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 数控机床的滚珠丝杠是一种精密的传动元件，它在工作负载 P 的作用下，将伸长或缩短，在扭矩 M 的作用下，将向一方或另一方扭转，这样，滚珠丝杠的螺距就要产生变化，从而影响其传动精度和定位精度，因此，滚珠丝杠应验算其满载时的变形量。 从材料力学中得知，滚珠丝杠受工作负载（轴向力） P 的作用而引起一个螺距 t 的变化量 1t ,可按下式计算： 1(其中： P 工作负载； t 滚珠丝杠螺距； E 弹性模数，对钢而言（ E=610 ） ； F 滚珠丝杠的横截面积（按内径而定）； 261 t =810 珠丝杠受扭矩 M 作用而引起一个螺距 t 的变化量 2t ，可以按下式计算： 22 ( 其中 在扭矩 M 的作用下，滚珠丝杠每一螺距长度两截面上的相对扭转角； 其中， M 扭矩（ ） , 72 G 扭转弹性；对钢而言， G= 25 /10841 滚珠丝杠载面积的极惯性矩 )(32/ 44 c （其中 d 滚珠丝杠的内径， 32/= 5 =1110 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 22 = 1310 忽略不计 ) 如果 Y 方向的滚珠丝杠的长度为 100整个工作长度上的螺距变形总误差： =100/t =610 cm/m 查表得对 E 级丝杠，允许误差 =15 ，故该滚珠丝杠满足要求。 稳定性验算 机床的进给丝杠通常是一种受轴向力的压 杆，如果轴向力过大，可使丝杠失去稳定性而产生翘曲。机床上的进给丝杠一般均为长柱。长柱压杆失稳时的临界负载 可用材料力学中的欧拉公式计算 22)( （ N） E 丝杠材料的弹性模数，对钢而言 E=710 2/ J 截面惯性矩，对实心圆杆而言，6442 =1445 4 l 丝杠的工作长度， l=20 u 丝杠的轴端系数，由支撑条件决定，本设计是两端向心轴承， u=1 272)201(14 4 810 N 临界负载 工作负载 P 之比成为稳定性安全系数 如果稳定性安全系数 于许用稳定性安全系数 ，则该压杆安全不致失稳。 610 =4 故此滚珠丝杠不致失稳。 由于钻、铣工作时，滚珠丝杠的转速比较低，滚珠丝杠传动时的振动就会非常小，所以临界转速就不用校核了。 承的选择 机床传动轴的滚动轴承的失效形式，主要是在循环接触应力下的作用，滚动体和滚道表面上出现疲劳破环。即通常所说的疲劳剥落。而丝杠轴承的载荷主要买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 是轴向载荷，径向除丝杠 和工作台的重量外，一般无外载荷，对丝杠轴承的要求主要是轴向精度和刚度较高，摩擦力矩要小。所以选用 60 角接触球轴承，该轴承是与滚珠丝杠配合的专用轴承，其主要特点如下： （ 1）接触角大，钢球数多，承载能力高，刚度高。 （ 2）既能承受轴向载荷，也能承受径向载荷，支撑结构可以简化。 （ 3）轴承启动摩擦力矩小，降低丝杠副的驱动功率，提高进给系统的灵敏度。 现选用 7000C 型号，基本尺寸为 :d=10径 D=26度 B=8本额定动负荷 本额定静载荷 限转速（油润滑）为 28000 r 。 对轴承的疲劳寿命进行校核：由机械设计可知， 轴承的基本额定寿命为： )(6010 610h 式中： P 当量动载荷； 基本额定寿命； 寿命指数，一般球轴承 =3； n 轴承工作转速， n=1250 r ； C 基本额定动载荷， C=2250N； 其中： )( 冲击载荷系数，取 径向载荷； X、 Y 径向动载荷系数和轴向动载荷系数。 X=1； P=(0+ 3610 501 2 5060 105000h 所以该轴承的选用也是合格的。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 轨的选择 铣床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等支承件上的导轨进行运动的，导轨的作用概括地说是对运动部件起导向和支承作用。在导轨副（如工作台和床身导轨）中，运动的另一方（如工作台导轨）叫作动导轨，不动的另一方（如床身导轨）叫做支承导轨。 按摩擦性质分为滑动导轨和滚动导轨。在滑动导轨中有静压导轨、静压导轨和普通滑动导轨。静压导轨的原理和静压滑动轴承相同，该导轨多用于进给运动导轨。动压倒轨，当导轨面间的相对滑动速度达到一定值后， 液体的动压效应是导轨的油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成以液体摩擦，这种导轨只能用于高速的场合，故仅用作主运动导轨，例如立式铣床导轨。普通滑动导轨的摩擦状态有的为混合摩擦。 按受力状态可分为开式导轨和闭式导轨。在部件自重和外载作用下，导轨面在导轨全长上可以始终贴合的称为开式导轨，如龙门铣床的工作台和床身导轨。部件的自重不能使主导轨面始终贴合，就必须增加压板，形成辅助导轨面，称为闭式导轨。 （一）导轨选择考虑的因素： （ 1） 导向精度 导轨在空载下运动和在切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。保证轴承运动的准确性，是保证导轨工作质量的前提。 （ 2） 几何精度 直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直平面内的直线度（简称 导轨在水平平面内的直线度（简称 B 项精度）；两导轨面间的平行度，也叫作扭曲（简称 C 项精度）。在 A、 B 两项精度中，都规定了导轨在每米长度上和导轨全长上，两导轨面间在横向每米长度上的扭曲值 。 （ 3） 接触精度 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 磨削和刮研的导轨表面，接触精度按 2278规定，采用着色法进行检查。用接触面所占的百分比或 22525 面积内接触点数衡量。 （ 4）精度保持性 影响精度保持性的主要因素是磨损。提高耐磨性以保持精度，是提高机床质量的主要内容之一，也是科学研究的一大课题。常见的磨损形式有磨料（硬粒）磨损、粘着磨损（或咬焊）和接触疲劳。磨料磨损经常发生在边界摩擦和混合摩擦状态。磨粒夹在导轨面间随之相对运动，形成对导轨面的切削，使导轨面产生划伤。磨料的硬度越高，相对滑动速度越大，压强越大，对摩擦副的危害也越大。磨料磨损很难避免，是导轨防护的重点。粘着磨损也称为分子 机械磨损。当两个摩擦 表面相互接触时，在高压强下材料产生塑性变形，相对运动时的摩擦，又使表面层的氧化膜破坏，在新暴露出来的金属表面之间，就会产生分子间的相互吸引和渗透，使接触点粘结而发生咬焊。接触面的相对运动又要将咬焊点拉开，就造成撕裂性破坏。咬焊是不允许发生的。接触疲劳发生在滚动摩擦副中，也是无法避免的。 （ 5）低速运动平稳性 当导轨作低速运动或微量位移时，应保证导轨运动的平稳性，即不出现滑移现象。低速运动平稳性与导轨的结构、材料和润滑，与动、静摩擦系数的差值，与传动导轨运动的传动链的刚度有关。 （ 6）结构简单平稳性好 大多数 机床的导轨都要淬硬，因此导轨的精加工，不能淬硬。设计时要注意使导轨的制造和维修方便，刮研量少。如果采用镶装导轨，则应尽量做到更换容易。 （二）导轨的润滑 （ 1）润滑的目的、要求及方法 润滑的目的是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。润滑要求供给导轨清洁的润滑油。油量可以调节。尽量采取自动和强制润滑。润滑元件要可靠。要有安全装。例如静压导轨在未形成油膜之前不能开车和润滑不正常有报警信号等。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 导轨的润滑方式有很多。可以人工定期向导轨面浇油。此法简单易行，但不能经常保证足够的润滑。也可在运动部件上装油杯 ，使油沿油孔流或滴向导轨面，也可在运动导轨面上装润滑电磁泵。或手动润滑油泵，定时拉动几下供油。 为使润滑油在导轨面上较均匀的分布，保证润滑效果，需在导轨面上开出油沟。 （ 2）润滑油的选择 导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，滑动导轨用润滑油，滚动导轨两者都可用。 导轨润滑油的粘度可根据导轨的工作条件和润滑方式选择。高速低载荷可用粘度较低的润滑油，反之，则用粘度较高的润滑油。低载荷，高、中速的中、小型机床进给导轨，可用 32N 导轨油；中载荷的中低速导轨，可采用 46N 导轨油；重型机床的低速导轨，可用 46N 或 100N 导轨油。 轴器的选择 联轴器是用来联接两进给机构的两根轴使之一起回转传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。 套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动）。且要求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。 绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使 动力传递没有方向间隙。 凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。 由此，在进行数控铣床的设计时，具体选用何种联轴器应根据上述几种类型各自的优缺点予以全面考虑。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 动装置的选择 传动装置种类繁多，一般选用闭式标准直齿圆柱齿轮传动。齿轮传动的适用范围很广，传递功率可高达数万千瓦，圆周速度可达 150m/s(最高可达 300m/s)。和其他机械传动比 较，齿轮传动的主要优点是工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。 第四章 实验型数控铣床机械部分设计 由于所设计的实验型数控铣床不同于一般实用加工型数控铣床，它主要用来教学实验，加工材料主要是石蜡或塑料，机床设计手册中没有针对此种材料列出铣削力的计算公式，即使套用软的材料来估算铣削力，也难免引起大的误差，因此，不能完全按照前一章的设计计算方法来进行设计，必须综合考虑，下面就来介绍实验型数控铣床的主要设计过程。 进电机的选择 铣削力由刀具的材料、铣削 工件的材料、切削用量等很多因素决定。对于本次铣床的设计，有特殊性，可采用三相异步电动机的电机功率和主轴上传动的功率反估算出工作台进给时的铣削力。这里可以根据经验选用型号为 56242 相异步电动机即可满足实验型数控铣床主轴驱动的要求，其功率为 90W，400 ， %58 。 该铣床的主传动和进给传动均用电机驱动，进给传动的功率较小，可在主传动功率上乘以一个系数 k ，有机床设计手册查的铣床 k = 主传动功率 P 包括铣削功率 空载功率 附加功率 部分，即：P = 空载功率 当机床无切削负载时主传动系 统所消耗的功率，对于一般轻载高速的中、小型机床，可达总功率的 %50 ，现取 加功率 指有了切削载荷后所增加的传动件的摩擦功率，它直接与载荷大小有关，可以用下面的式子计算： ( ， 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 故总功率为： P= + ( ， 2 )， 在进给传动中铣削功率 )2/( ) 切削时主轴上的扭矩为：74000现用 00 代入得200 131.0 设铣刀的最大直径为 8削力 铣削加工时铣削进给抗力 铣削力 间的比值由机床设计手册查得 垂直分力 比值为 （ 1） 脉冲当量、步距角和丝杠导程的选择 脉冲当量 p 、步距角 b 、丝杠导程 降速比 i 之间的关系为： 60 其中 ， ； 又由于无减速装置，所以 i 取 1，可得 4 （ 2） 步进电机转轴上启动力矩的计算 )2/()(36 式中： p 脉冲当量； 铣削进给 抗力 （ N）； 垂直 分 力 （ N） ； G 移动部件的总重量 G=250N； 摩擦系数 设 = 则 36 250+/(2 =26.2 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 由手册可知： 步进电机最大静转矩 （ 3） 确定步进电机最高工作频率 ，假定 s 1000 000 （ 4）选择步进电机 根据以上参数，初选混合式步进电机。 57用两相四拍的通电方式。相数 :2；步距角 电流 3A；静力矩 110 ；转动惯量 : 330 2 滚珠丝杠的选择 （ 1）进给率引力 估算 作用在滚珠丝杠上的进给率引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。 本次实验型数控铣床采用圆柱形导轨，其相应的 算公式为： )式中 切削分力； M 主轴上的扭矩； 主轴直径； f 轴套和轴架以及主轴的键上摩擦系数； 由经验取 10 15.0f ， 已知 则 （ 2）最大动负载 C 的计算 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定的轴向负载作用下，丝杠在回转 100 万转后，在一定的滚道上不产生点蚀现象，这个轴向负载的最大值即称为滚珠丝杠能承受的最大动负载 C ，可用下式计算： 式中 L 使用寿 命 以 610 转为一单位，61060； n 丝杠转速（ r ），用下式计算n 1000 ； 最大铣削力条件下的进给速度（ m ），可取最高进给速度的1/21/3； 丝杠导程，（ ； 运转系数，见表 4 表 4转系数 运转状态 运转系数 无冲击运转 般运转 冲击运转 此 6101 5 0 0 0140060L 1260h ； m i n/ 0 041 4 0 01 0 0 0 ； C N （ 3）滚珠丝杠的选择 查表初步选用的型号为 2004这是一种内循环浮动反向器单螺母变位导程预紧滚珠丝杠副，其主要参数如下： 名义直径： 20本导程 4球直径： 3丝杠内径 2d 16 ，此处取 16丝杠外 径 1d =循环列数 2 ；额定动负载 =4螺母外径 D =60母长度 L=48 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 （ 4）传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 )(/ 式