普通立式铣床进给机构的数控化改造

1、 图书分类号：密 级：毕业设计(论文)普通立式铣床进给机构的数控化改造NUMERICAL CONTROL REFORM OF FEED MECHANISM FOR ORDINARY VERTICAL MILLING MACHINE学生姓名班 级学院名称专业名称指导教师 X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

2、 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 日摘要数控铣床作为当代制造业的重要基础,近几年来数控铣床发展十分迅猛。数控铣床在工业生产中的运用的增强,改造技术也越来越先进。当

3、然改进工作仍然存在一些不足,我的课题内容就是对普通立式铣床的进给系统进行改进。我所研究的是老式铣床的进给系统的革新,提高加工的零件精度。我的毕业课题研究的内容是对老式立式数控铣床的X/Y（横向/纵向）向进给系统进行了研究与设计。首先是确定主要方案,对老式立式数控铣床的重要部分进行选择和计算,主要包括选择步进电机和滚珠丝杠; 然后对整体铣削里的计算和滚珠丝杆所受的平均轴向载荷的计算来选择滚珠丝杆和滚珠丝杆副的选择。关键词：立式数控铣床；滚珠丝杠；X/Y向进给系统AbstractNumerical control milling machine is the important basis of

4、modern manufacturing industry. In recent years, the development of CNC milling machine is very rapid. The application of numerical control milling machine in industrial production is enhanced, and the technology of transformation is advanced. Of course, there are still some deficiencies in

5、 the improvement of the work, the subject of which is to improve the feed system of ordinary vertical milling machine. I studied the reform of the feeding system of the old milling machine, and the accuracy of the parts was improved.The contents of my graduation thesis is x / y of the old verti

6、cal CNC milling machine (horizontal / vertical) to the feed system of research and design. First determine the main scheme, on the old vertical CNC milling machine is an important part of selection and calculation, including the stepper motor and ball screw selection; and the calculation of the

7、 average axial loads on the whole milling in the calculation and the ball screw rod to choose ball screw rod and the ball screw rod side choice.Keywords ： Vertical CNC milling machine；Ball screw；X/Y to the feed system目录摘要1Abstract2目录31绪论41.1背景及意义41.2数控铣床的组成和特点51.3国内数控铣床的研究近况51.4数控铣床的发展趋势61.5论文研究内容72

8、.总体方案的确定72.1实现目标72.2 X5032铣床的参数82.3X/Y进给系统的方案设计83进给系统的设计103.1进给系统的基本要求103.2纵向方向（X轴）的设计113.2.1纵向步进电机选择和计算113.2.2丝杠设计163.2.3齿轮设计223.2.4轴的设计243.2.5键的选择283.2.6轴承的选择28结论34致谢36参考文献371绪论1.1背景及意义对于发展迅猛的这些年,好多欧美发达国家的机床经历了翻天覆地的变化,它们不仅致力于研究高科技的机床,制造高科技的机床,并且还十分看重于老式机床的数控化革新,世界上普通机床占有很大的比重,全部淘汰是一种非常浪费的现象,如果经历了数

9、控化改造,这样不仅可以发挥旧机床的作用,还能节省很大一笔资金,这对世界经济的发展大有益处。这样看来,机床再生业是一个非常重要的产业,那么机床改造中最重要的设计环节将成为机床改造业的中流砥柱,重中之重。因此,才有了我的课题存在的意义。我的课题是普通立式铣床的进给机构的改造,对于我的这个课题,我觉得普通立式铣床在今后的应用中将会有很大的提升，这是一个实践性很强的课题,这需要我深入车间,通过毕业设计我发现自己身上还有很多不足之处。平时只注重课本上的知识,以为这样就足够了，事实上差的还很多很多。数控铣床有很多优点实际操作,完整分析机床运动过程,以此为起点了解其中的不足,对这些机床进行改造,让它们去除老

10、式机床的弊端,拥有数控机床的高效、精准等优点,利用很多闲置的老式机床,把它们变成效率高,准确度高而且功能多的数控机床,为经济发展节省成本。这些年,我们国家对老式机床的数控化改造技术得到了飞速的发展,但毕竟时间不长,而且技术落后,和欧美一些老牌国家相比,我们的水平还相当低,这将直接影响中国开展制造业的宏伟蓝图。而且生产的产品质量不如拥有精准数控机床的欧美国家,生产成本也会高于它们,这对中国工业跻身世界之巅造成了毁灭性的打击,为了加快改造的进程,提高制造的水平,数控化改造技术必须作为国家工业发展的龙头项目。这样才会避免出现头疼医头,脚疼医脚的发展情况。老式机床的数控化改造就是要结合生产需要,联合我

11、们国家的国情,在经济尚未发达之前，只要在满足其所需的功能的,我们要减少改造成本。价格合适、性价比高是数控化改造的初衷和特点,特别适合在老式机床拥有很大的比重的生产第一线推广,这可以为企业带来很高的收益,提高企业的竞争力。企业通过数控化改造之后,可以将老式机床改造成拥有功能多,效率高的机床,企业将增加产品的数量和提高产品的品质,这样看来,老式机床的数控化革新已经是大势所趋，众望所归,企业也要顺应时代,及时转变,唯有这样,企业好能提高竞争力,在竞争激烈的制造业谋求一席之地。这些年中国的发展是外国人不敢想象的。1.2数控铣床的组成和特点如今市面上存在着各式各样的铣床，每种铣床之间存在着很大的差异，当

12、然也有一定的相同的地方。车床的床身在内部的布局非常合理,这让机床的床身拥有很好的刚性, 数控铣床可以加工老式铣床无法加工的零件包括一些数学模型描述的和三维空间的零件。数控铣床比老式铣床的生产效率高,易于加工异型复杂零件；可以实现一机多用，多级看管，这样在同等的时间里提高生产效率,数控铣床可以生产更多的产品,这样便可以降低生产成本。数控铣床不像老式铣床一样需要使用专用夹具,改换工件时只需要调用贮存在装置中的顺序和数据便能加工其它的工件,这样节省了好多更换夹具的时间,也可以大大减少工人劳动强度，减少所需工人数量，以此来提高生产效率，为经济发展节省成本。1.3国内数控铣床的研究近况我们国家的数控机床

13、发展史大概可分为两个大阶段。1958年开始,这一阶段中国对数控机床的认识还非常有限,尤其是欧美国家对中国技术的保密,让中国经历了非常困难的时刻,中国只能盲人摸象的研究数控机床,中国在数控方面的人才更是屈指可数,且水平有限,再加上中国的研究配套实施简陋,基础不完备,这对中国研究数控机床都是非常困难的,中国在数控机床方面在这一时期挣扎了很长时间,研究了好久,制造出的机床却无法使用,最终这一项目夭折。这一时期研究失败虽然有很大原因是客观上的,但是研究人员也存在一定的失误,比如盲目性大,没有明确目标。到了1974年,中国经过了很长时间的蛰伏,终于在这一时期迎来了发展的第二阶段,这一阶段,中国打破了欧美

14、国家对中国技术的封锁,先后从日、德、美的发达国家引进了数控技术,中国也开始转变研究策略,开始和日、德、美等发达国家合作生产,在这一阶段,中国积累了外国丰富的数控技术,在总结了自己不足的同时吸取了欧美国家在数控技术方面失败的教训,解决了稳定性和可靠性等问题,中国的数控机床开始使用,经过了这20多年发展,数控机床技术有了极大的进步,无论是产品的种类,产品的数量,还是技术水平,加工功能都比建国以来发生了翻天覆地的变化。为中国制造业的发展尊定了基础。前段时间有统计表明,我国市场上可以买到的机床高达1500多种,无论各个品种种类,几乎覆盖了所有,这也说明了中国机床的发展。但是不能盲目乐观，时至今日,关键

15、核心技术依然是制约中国数控技术发展的瓶颈,中国还是没能掌握这种核心技术。中国还是没有做到独立发展,正是没有在技术上的创新,中国还是在走仿制的老路,欧美等国外老牌数控机床强国都非常注重技术上的创新,而中国在这方面做的却远远不够,我们国家走了几十年的仿制路线,只重视对国外技术的引进,然后照着葫芦画瓢,没有吸收消化的问题非常多。中国和欧美等发达国家的数控技术存在很大差异,中国缺少外国独立的研究方法指导,严重缺少各个方面的技术精英,虽然中国在研究方面投入巨大,人员投入众多,但基本上都是孤军作战,形成不了有效的战斗力。总结起来,第一要培养高素质人才,人才是科技进步的基础,只有人才才能推动科技的进步。美国

16、正是因为在全世界找技术人才,为这些人才提供优越的待遇和研究环境,而这些人才也为美国科技发展提供了巨大的力量,因此,美国在技术领域是其他国家不可比拟的。其次是运用正确的方法,不在像第一阶段自己蛮干,而是转变方式,在经验上和技术上有了积累,在研究起数控机床就要比以前容易。即使是这样,在对关键技术的研究和掌握方面还是比较差,技术的吸收消化和创新也不好。在中国,花费1美元来引进美国的高科技技术,只会花费0.2美元来消化吸收引进的高科技技术,韩国却要花费好几倍的代价来吸收消化引进的技术。韩国如此重视技术的吸收消化和创新,因此,它才能在自己国家资源如此有限的情况下经济发展迅速,因此才造成了我们国家和欧美国

17、家在数控机床方面有如此大的差距，还要不断加强消化吸收也创新。1.4数控铣床的发展趋势数控铣床从结构上看大概经历了三个阶段,为轻型、小型、和大型。相对应的种类也非常多。美国成功实现了数控铣床的三轴联动,这是数控铣床发展史上的里程碑事件,因为美国在数控铣床方面的重大进展,各个国家也开始纷纷效仿,60年代初,世界上的其他工业强国,比如日本和德国也开始陆陆续续研究数控铣床,也正是这两个国家顺应了时代的趋势,在数控铣床方面取得了非凡成就。为他们以后成为世界强国打下了坚实基础,也可以说,如果日本和德国没有发展数控技术,他们今天不会如此强大。目前在众多数控铣床的强国之中,德国是其中数控铣床发展水平最高的国家

18、,它代表了当今数控技术最高的代表。相比中国数控铣床来看,功能都较为单一,还不能生产出像德国一样生产一款五轴联动的控制系统的的切割工具,在技术层面和德国一比,中国便显得相形见绌了。欧洲、日本、美国等大国都代表了世界上先进数控机床的水平,这些国家的一些生产厂商开始利用功能丰富的软件开发技术更加先进的数控系统,随着研究的深入和投入的巨大,更高水平的数控技术的数控机床将会应运而生,中国如果现在还不奋起直追,迎头赶上,那么将会被欧美等国家更远的甩在身后。数控机床的优点众多,稳定性高,加工质量稳定和生产效率高都是它的显著优点,但数控机床在生产上也受到了一定的限制,那就是数控机床价格昂贵,一些小企业如果想更

19、新数控设备,前期的投资是十分巨大的,这样不仅不会浪费众多老式机床,还可以为企业省下一比巨款。这样看来普通铣床的数控改造产业还有很大的发展空间,它也符合我国的国情,就目前而言,我们国家的经济水平较低、教育水平较低、生产水平较低。随着市场经济的不断发展,因此,大费周章的一次性更新完毕浪费太大,不如数控化改造要合适。1.5论文研究内容我所研究的是老式普通立式铣床进行数控化改造。我的课题的研究方向包括数控铣床的运动系统,进给系统,在这里我主要研究X/Y方向进给系统。据估计,和购买新的数控机床相比,数控化改造大概可以节省3/54/5的费用,可见改造费用和购买费用比起来如此之低,这也是数控化革新存在的意义

20、。就像大型机床,改造时间短，而且经过改造后的数控机床大大减少了工人的工作力度,而且操作简单,精确度高,缩短了加工成本,提高了加工数量和质量,这为企业带来了不菲的收入。而且数控化改造周期短,这样企业可以根据市场的需要来调整机床的种类,更好的迎合市场,为企业在市场上提高了竞争力。2.总体方案的确定2.1实现目标做毕业设计的时候,我先是选择X5032型数控铣床作为主要研究铣床,拟定设计机械传动系统和纵向方向(X轴)的设计、横向方向(Y轴)的设计方案。在这些都确定之后再对铣床各个部分进行选择和校核。因为普通机床柔性差,无法加工形状复杂,轮廓复杂,精度高的零件,因此不能满足社会需求,这样的话老式机床的数

21、控化改造就变得意义非凡。使用CNC数控系统控制纵向、横向、垂直方向的工作台共同运动，进行机械加工，完成工作。经过数控化改造之后的老式普通立式铣床需要在原有加工的基础上，加工出来的工件的精度更高、工人的工作量也要更轻松，不仅可以加工原来老式普通立式铣床可以加工的工件，还要可以加工一些外围曲线更加复杂，普通立式铣床不能加工的工件。因此,数控化改造后的铣床加工精度高、效率高、提高里生产数量、降低了生产成本,增加了企业的竞争力。普通立式铣床的数控化改造要考虑以下几点:经济性,所有老式立式铣床的数控化改造首把经济性放在重要位置,在要保证达到设计要求的情况下,考虑经济的因素是首要原因。方便性,之所以会选择

22、数控化改造,看中的一方面就是数控铣床比普通铣床的操作简单,这样可以大大减少了工人的劳动力,数控系统的方便主要是应为人机界面。实用性,数控化改造后的铣床不应该仅仅只需要加工铣床的性能多而全,应以市场需求为原则,一般市场求的数控铣床只需要具有几个简单的功能即可,包括直线、圆弧插补。经过多年的努力，中国在研究数控铣床方面也取得了成就，但还完全没有达到独立自主发明数控铣床的地步，中国还在走模仿欧美国家的老路子，既然中国的数控铣床技术还没有达到先进技术，那么在市场竞争非常激烈的现代，国际经济一体化越来越趋于一体，如果中国还在使用老式普通立式铣床生产产品，那么中国生产的产品和欧美一些国家生产的产品相比就没

23、有任何竞争力，如果要更新设备，那么那将是一比数目不菲的款项，这笔数目不菲的款项将会给企业带来非常的压力，并不是所有企业都负担的起，因此，一些企业因为这个原因迟迟没有更新数控设备，造成了一些企业生产的产品质量不高，且劳动成本不低的情况，造成了这些企业的产品卖不出去，在市场上的竞争力低下的情况，长此以往下去，这些企业都会面临着倒闭的情况，所以我的课题的目标任务就是改善中国一些企业面临设备老旧、资金不足以更新换代的现象。对于这些老式普通机床进行改造,不仅可以去除它们原先加工精度不够、加工平均劳动力高的弊端，而且还可以解决大量老式普通机床闲置不生产造成的浪费现象。2.2 X5032铣床的参数主轴端面至

24、工作台距离(mm) 45415主轴孔锥度 7：24 ISO50主轴孔径(mm) 29主轴转速(r.p.m)18级 301500/18级主轴轴向移动距离(mm) 85台纵向/横向/垂向行程（手动/机动)(mm) 720/700、255/240、370/350进给范围纵向/横向/ 垂向(mm/min) 23.51180/ 23.51180/ 8394T型槽槽数/槽宽/槽距(mm/)3/18/70主电机功率(mm) 7.5进给电机功率(kw) 1.5外形尺寸(mm) 2530×1890×2380机床净重(kg) 32002.3X/Y进给系统的方案设计把纵向、横向进给箱齿轮全部拆除

25、,然后再拆除进给手柄,丝杆去除之后在换上滚珠丝杠,滚珠丝杠和齿轮箱相连接,因此，它可以是经过CNC铣床的改造运动具有高的静态和动态刚度等的一部分。我所研究的是老式铣床数控化改造中的运动系统,尤其是纵向(X)、横向(Y)进给系统。改善加工精密零部件和整机的功能是我研究的目标。因此,我通过对立式铣床的进给机构的数控化改造来了解和掌握老式机床的进给机构的改造,以此来提高老式机床纵向、横向、垂直方向的加工精度。首先在进给机构的改造过程中，要考虑的就是电机问题，数控化改造并不需要机床的各项功能达到最好，只是在经济利益为前提的基础上，要求数控化改造之后的老式普通铣床可以满足我们对加工技术的要求，因此，转变

26、必须考虑所有费用，步进电机能够数字脉冲的数据转移工具，步进电机是机床设备的重要原件，它也以为就有惯量低，定位精度准确，操作简单等优势，所以在我看到的资料中显示，步进电机是好多厂家和科研人员选择进行老式普通立式铣床数控化改造都会选择的零件。当选择一个步进电机，步进电机必须首先确保电力生产大于电力负荷，只有满足这个最基本的条件后，我们的工作才有继续进行下去的可能。在确定好电机的型号后，我的想法是通过齿轮传动，我查阅了大量的资料，发现传动方案大概有齿轮传动、链传动、带传动，虽然各种传动都有各自的优点，但是齿轮传动适用于调速范围大的机械，而我们研究的铣床正是调速范围大的机械，所以我选择了齿轮传动。丝杠

27、的选择和设计应该是这个设计中的重点,在确定好齿轮和轴之后，我开始翻阅资料，链接齿轮和轴，齿轮和轴发现有很多的联系方式，并都有有自己的优势，我又查看了其他的一些机床的齿轮和轴的连接方式，发现最常见的还是平键连接，因为它结构简单，拆卸方便，所以这完全符合机床数控化改造的经济性的要求和功能性的要求。滚动轴承在现代机械产业已经应用非常广泛，它作为运动元件的主要支撑方式，在机械系统中占据着非常重要的地位，而且现在滚动轴承已经开始变得标准化，因此我们并不需要专门设计，只要根据尺寸进行选择型号，这可以为我们节省大量的时间和金钱，而且在减少成本的同时，滚动轴承并没有减少我们对零件的要求，滚动轴承不仅启动时的力

28、矩小、精度高，而且还安装方便。 图2.1铣床示意图 3进给系统的设计3.1进给系统的基本要求 结构方面采用有预加载荷的结构，这样的话便能够有效的提高进给机构的传动刚度和消除零件的间隙。滚珠丝杠副具有较高的运动效率，和滑动丝杠相比，在达到目标运动效果的条件下滚珠丝杠副为滑动丝杠副所需动力的1/3，能够有效的节约能耗。因为数控化改造的需要,这样才可以保证数控铣床加工时具有稳定性和准确性,这样保证了产品加工质量,而高寿命和高刚度也降低了数控铣床的维修费用。电机做的旋转运动如何变成直线运动呢，这时就需要发挥它的作用了。不仅如此滚珠丝杠副还具有着很高的精确度，很高的效率值等优势特点。而且滚珠丝杠摩擦阻力

29、很小，在各种工业设备和精密仪器都有着广泛的应用。X5032机床的主要技术规格：如下表所示表3-1 X5032基本技术规格 ： ： ： ： ： 3.2纵向方向（X轴）的设计3.2.1纵向步进电机选择和计算（1）电机轴上的惯量计算公式： 式（3.1）式中 ( )×； ×； ( )×； , ; , =依据公式： 式（3.2）式中 -´=r； 。 ； ，则： 则可算得：（2）转子的转动惯量：110BF004型号的步进电机的转子的转动惯量：转子的转动惯量和步进电机的惯量的匹配条件：所以转子的转动惯量：满足条件。（3）负载转矩的选择和计算依据公式： 式（3.3）式中

30、 ； ； ； 依据公式： 式（3.4）式中 惯量和N·cm， 电机最大角加速度依据公式： 式（3.5）式中 最大转速（r/min）； 运动部件加速到最大快进速度所需时间，。又：=则：=521 r/min则：=21.8故: =6.642.18=140Ncm依据公式： 式（3.6）式中 ， 式（3.7）式中 (N)； (0.20.3) =375N； ; ； ， =则：故： 式（3.8）式中 ，取 ，h= ；故（4）当电机快速进给状态下的力矩依据公式 式（3.9） 而 故有（5）当电机在最大切削负载状态下的力矩根据公式 式（3.10）式中 这算到电机轴上的切削负载力矩 又有公式： 式（3.

31、11）式中 进给方向最大切削力 (N)， =(11.2)=1.2 1500=1800N；则 故（6）查看资料，在实用机床手册上，我们可以找到：最大静转矩选择电机在最大切削力状态下工作：电机在空载起动状态下：从上述我们计算的结果可以永远小于，我们可以把作为选择步进电机的条件。又因为我们开始选择的110BF004型号的步进电机的最大静转矩查资料可以知道为： 1689N·cm，因为1689N·cm大于618N·cm，这样我们选择的110BF004型号的步进电机是符合条件的。查资料我们可以知道步进电机的动矩频特性： = = 式（3.12）同样，我们还可以得出运行矩频特性：

32、 = 式中 最大切削力下的进给速度（m/min），即 = 。 由于，所以我们知道 110BF004型号的步进电机的各项参数都符合机床的要求。3.2.2丝杠设计(1)滚珠丝杠副：滚珠丝杠副可以分为内循环与外循环式（3-1为滚珠丝杠副的循环方式）。 内循环 外循环 图3-1 内外循环方式 表3-2：机床进给部件参数初选 查资料可知最大当量动载荷计算公式： = 式（3.13）式中 ，取；= ，取；= ， =1903N；= = ； = n= = = r/min 式（3.14）式中 最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度 =2.5(mm/min)的 =则：L= T 使用寿命时间， T=15000 小时

33、L= 从而 = = （2）铣削力的计算 据«数控机床设计手册» 有公式： = = （3）平均轴向载荷的计算根据«数控机床书»中查得: 所以插补平面内的合力为：=丝杠受到的平均工作载荷：丝杠轴向受到的载荷 Fx：Fx+mb 式（3.15）式中， ， ， ， b ，b ， ，那么 =1.1×1162 + 0.18×(2200+1275) =1903N综合了各项功能，我们考虑选用丝杠的型号是5008FFZD,这种丝杠是一种内循环浮动返向器形式的丝杠，满足我们对机床设计的要求，因此我们查看了关于内循环浮动返向器5008FFZD的基本尺寸为：

34、公称直径：， 螺距： 刚球直径：， 螺纹升角：丝杠外径: ，螺纹底径: ， 其动载荷： ， 故丝杠选择符合要求。 (4)传动效率的计算依据机械设计原理查看公式为： () qgg h+= 式（3.16）式中 ，=q ， 则可得： =98%(5)刚度验算滚珠丝杠在工作时受到了来自工作负荷作用，滚珠丝杆受到的的导程的变形误差为：±=D F=p æöæö=ç÷ç÷èøèø则=±滚珠丝杠在工作时受到了来自工作负荷作用，滚珠丝杆因为受到扭矩的作用引起的导程变化量非常小

35、，所以估算为=； 因此滚珠丝杠在工作时受到了来自工作负荷作用，滚珠丝杆受到的的导程的变形误差为： 因为滚珠丝杆受到的的导程的变形误差小于E级精度丝杠的误差15，故刚度足够。 (6)临界转速的验算丝杠平均工作转速为： =>因此，必须进行临界转速的验算：即：p 式（3.17）£ 式中 = 丝杠的长度l=工作最大行程+螺母长度+两端余量（取40mm） 机床零部件设计查的螺母长度，丝杠设计部分: 支撑跨距应略大于 ,取 = 1100 临界转速计算长度 =680+131+40+- = 811 + 40 + 39 = 890mm =9533/min 可见满足： r/min，满足稳定性的要求

36、，所以我们选择的丝杠型号为：5008FFZD（内循环浮动返向器）。3.2.3齿轮设计（1）齿轮材料的选择：查表我们可以知道步进电动机110BF004型号的步进电动机的系统脉冲当量为=0.01mm/step如果我们不选择齿轮传动而是选择其他方式的传动机构的话， =0.0167>脉冲当量0.01mm ，所以必须采用齿轮传动。步距角为：、丝杠导程：开始选择齿轮的精度为七级精度，查看机械设计基础，我们选择小齿轮的材料45号钢；我们选择小齿轮的齿轮硬度210HBS。我们选择大齿轮的材料45号钢；我们选择大齿轮的齿轮硬度170HBS。由于：=560Mpa， =530Mpa , 取=1.1=509Mp

37、as=482Mpa 又=190Mpa=s，=170Mpa=s 取=1.4= =136Mpas= 121 MPa ×（2）直齿圆柱齿轮副的计算计算减速器的传动比 由=0.01,mm/step和步距角为：=q，丝杠导程为：= 8mm 则传动比： =1.67粗选小齿轮的齿数 =32，那么大齿轮齿数： =321.67=53.4453（可参照机械设计基础169页） 则实际传动比为： »= =´= =´= *=+=+´= +=´+ 圆整中心距：取a=110mm 大齿轮：圆整为： =45mm 小齿轮： =50 mm齿轮弯曲强度应力校核ss 齿性系数

38、处载荷系数根据步进电机的参数查的最大转矩这里,所以符合安全要求。 3.2.4轴的设计绘制出的结构设计草图（图3-2 轴结构设计图）如下： 图3-2 轴结构设计图（1）安全系数的验证轴的受力分析如图所示：轴的承受反力在水平面上轴的承受反力在垂直面上 轴在垂直面上的弯矩轴的合成弯矩轴的转矩（上图f）， 2，；，。 2 ，；， 查表我们知道安全系数为，因此我们验证的a-a截面是符合要求的，是安全的然而，作为这根轴上最危险的截面，如果a-a截面是安全的，那么整根轴都是安全的，因此我们验证的弯扭合成强度和疲劳强度都是符合要求的。（2）轴的刚度校核为了证明轴的刚度符合我们要求只需要验证倾角和挠度y。查表

39、yY；值，轴的许用挠度在装有齿轮时应该在之间，代表模数。计算公式 图3-3 轴结构设计图 挠度公式 式（3.18）式中 a段 当x=97.1时，其挠度达到最大，为0.0025081，轴的许用挠度为(0.01m0.03m)。因为0.0025081 <y=0.030.09mm，所以a段符合。b段 =1经计算之后我们可知挠度为最大时,其挠度值也<0.03，所以,b段挠度符合要求倾角的校核左支撑点就是倾角最大的地方 我们设计了一个深沟球轴承装在左支撑处，许用倾角为=0.0025rad因为，<许用倾角，所以，轴的刚度符合要求。3.2.5键的选择轴作为传动原件，需要一种连接方式才可以和轴

40、上的零件连接起来，做传动运动，大部分机器都在用平键连接，这其中平键也会有很多种，一般会根据用途的不同而选择使用，在这里，我们选择普通平键，平键的两侧是在轴切向面，在运动的过程中，平键会挤压两侧的轴，从而带动轴与零件的运动。我们可以查书明白键的主要尺寸是它的截面尺寸（）和长度L，键截面尺寸（）一般都有特定的标准规定，而键的长度L一般都会根据轴的尺寸而进行设计。：宽度，高度，键长通过对轴的参考长度。平键的连接方式在机械系统的传动方式里被广泛应用，而且平键的连接方式还有结构简单、拆装简洁等优势，所以，在我的课题设计中，我选择平键作为机械传动系统的连接方式。翻阅资料我们可以看出轴一般都会选择刚材料，因

41、此，我们可以查到许用挤压力的计算公式MPa，因此我们选择平均挤压力为MPa。依据公式，键与键槽相连接的部份的高度为，从而可得： 由上面的计算我们可以看出，选择的键符合需要。3.2.6轴承的选择轴承现在已经标准化，而且在对轴承的选择上也已经变得简单、方便，因此，轴承的这些优势让它在机械系统中得到了广泛的应用。正是因为轴承在机械系统里的广泛应用，所以我们在选择轴承材料时要考虑到材料具有良好的减少摩擦力的特性，还要具备很好的刚度，具备很好的耐腐蚀性，这样才可以保证轴承在机械长期运动的过程中，随着日积月累的损耗不至于很快的坏掉，而且作为老式普通立式铣床数控化改造重要的环节，我们还是应该本着经济性的原则

42、，在基本上满足机械系统的要求的前提下，选择合适的材料，选择适当的加工工艺，当然并不是所有材料都具备质优价廉的品质，因此我们只需要选择的轴承材料具有较好的导热性、足够的强度和耐腐蚀性。（图3-4：滚珠丝杠的支承方式）图3-4的支撑方式 我们根据滚珠丝杆副的型号，我们选择接触角为的推力角接触轴承。轴承的数据见下表3-2：表3-2 7201AC型推力角接触轴承零件在运用到机床之后，便会因为长时间的运动，从而对零件产生磨损，因此轴承也会长时间的运动而产生失效。查资料我们了解到轴承的失效形式存在好多种，比如当空气中的颗粒等具有硬度的杂质进入到轴承中时，它会随着轴承的运动而运动，长时间的运动势必会造成轴承

43、表面的磨损，种情况我们称之为磨粒磨损，这种细小的磨损都会造成轴承几何外形的改变，轴承的间隙越来越大，精度越来越大，如果这种情况的出现这将导致工件的加工精度不准确。像如果进入到轴承中的硬颗粒杂质在轴瓦的位置刮出了线状的刮痕，这种刮痕同样会导致轴承在工作运动过程中加工精度不准确，造成轴承零件的失效。还有一种轴承的失效形式是腐蚀，因为在润滑剂的使用工程中，润滑油由于不断反应不断产生酸性物质，这种酸性物质具有腐蚀性，而轴承材料大多是合金做成，它们都很容易被酸性物质腐蚀。当轴承高速运动时就会产生非常高的温度，而此刻恰好又出现了在润滑油的供应不足现象，就是因为少了润滑油的保护，轴承和接触轴承的零件会产生接

44、触表面材料粘连，造成轴承的损耗，这种失效形式叫做咬粘。因此上述的种种失效形式都会对轴承的寿命产生影响，轴承的受到的失效情况越严重，轴承的使用寿命越短，而且在出厂时轴承的使用寿命不能根据一个轴承的使用寿命来决定，而且轴承的寿命因为环境的不同会有多种影响，因此不能单纯的考虑，所以这给轴承的寿命的研究带来非常大的困难，我们今天不能排除其他因素的影响，因此今天只考虑在理想情况下的轴承的寿命。查表，我们知道滚动轴承寿命的计算公式： 式（3.19）式中-基本额定寿命，单位为 -指数 P-轴承所受载荷 C基本额定动载荷在实际计算过程中，使用寿命常常按小时记，所转换成的公式为 式（3.20）在计算的时候，可以

45、用当量动载荷P来代替实际载荷，当量动载荷的计算为 由于式（2.29）中没有其他载荷，而实际上会有一些额外的载荷，如果把这些因素算在内的话，则需增加一个载荷系数，实际的计算为 式（3.21）轴承基本额定动载荷为 式（3.22）使用寿命 式（3.23） 所以使用寿命符合要求 3.3横向（Y轴）的设计(1) 横向（Y轴）步进电动机的选择： 式（3.24）则有电机轴负载力矩： 式（3.25）式中 ； q ； ； 启动力矩为： 可取安全系数极限值0.3，则有： 步进电机工作时最大启动力矩： 电机最大工作频率： d´= =´ 所以选择步进电机型号为：110BF004。横向的丝杠和齿轮选

46、择和纵向的一样。结论历经三个月的时候,终于完成了毕业设计,我也通过毕业设计深深地明白了自己的不足,因为之前没有做过,所以刚一上手竟然不知所措,我也深感惭愧,懊恼自己这四年间浪费了太多的时间。自己都没有把该学的知识学会学精,只是井底之蛙。这次也让我明白了理论和实际联系起来的重要性,一味的只知道课本知识也是不够的,需要自己深入车间,研究铣床,遇到困难,要学习利用手中的资源,去图书馆查资料,和老师沟通,这样才能更好的解决问题,我相信这次毕业设计为我提供了一个很好的经验呢。对于我的这个设计课题,我觉得普通立式铣床在今后的应用中将会有很大的提升,数控铣床有很多优点。通过毕业设计我才发现自己身上还有很多不

47、足之处。平时只知道课本上的知识,以为这样就足够了,现在科技发展迅猛,新的科技技术也不断更新。我所研究的是老式铣床数控化改造中的运动系统,尤其是纵向(X)、横向(Y)进给系统。提高加工零件的精度和机床的功能是我研究的目的。因此,我通过对立式铣床的进给机构的数控化改造来了解和掌握老式机床的进给机构的改造,以此来提高老式机床纵向、横向、垂直方向的加工精度。首先在进给机构的改造过程中，要考虑的就是电机问题，数控化改造并不需要机床的各项功能达到最好，只是在经济利益为前提的基础上，要求数控化改造之后的老式普通铣床可以满足我们对加工技术的要求，因此，所有的改造都要考虑到成本问题，步进电机能够数字脉冲的数据转

48、移工具，步进电机是机床设备的重要原件，它也以为就有惯量低，定位精度准确，操作简单等优势，所以在我看到的资料中显示，步进电机是好多厂家和科研人员选择进行老式普通立式铣床数控化改造都会选择的零件。当选择一个步进电机，步进电机必须首先确保电力生产大于电力负荷，只有满足这个最基本的条件后，我们的工作才有继续进行下去的可能。在确定好电机的型号后，我的想法是通过齿轮传动，我查阅了大量的资料，发现传动方案大概有齿轮传动、链传动、带传动，虽然各种传动都有各自的优点，但是齿轮传动适用于调速范围大的机械，而我们研究的铣床正是调速范围大的机械，所以我选择了齿轮传动。丝杠的选择和设计应该是这个设计中的重点,在确定好齿轮和轴之后，我开始翻阅资料，链接齿轮和轴，齿轮和轴发现有很多的联系方式，并都有有自己的优势，我又查看了其他的一些机床的齿轮和轴的连接方式，发现最常见的还是平键连接，因为它结构简单，拆卸方便，所以这完全符合机床数控化改造的经济性的要求和功能性的要求。滚动轴承在现代机械产业已经应用非常广泛，它作为运动元件的主要支撑方式，在机械系统中占据着非常重要的地位，而且现在滚动轴承已经开始变得标准化，因此我们并不需要专门设计，只要根据尺寸进行选择