机械四设计机电题目XK714D数控铣床的结构及传动机构

第1章绪 第2章XK714D数控铣床总体结构设 XK714D数控铣床特点及其设计目 XK714D数控铣床的特 数控铣床的设计目 确定机床的总体布 第3章主轴部件设 主轴组件设 主轴的设 主轴的选 主轴机械工 主轴支 主轴支承的设计准 轴承的选取及设 主轴组件的设计计 主轴其他组件设 第4章XK714D数控铣床主传动系统设 主传统系统的设 主传动功率的选 带传动设 第5章伺服进给传动系统设 伺服进给系统设计思 滚珠丝杠螺母传动装置的设 滚珠丝杠总体设 滚珠丝杠螺母副的设计计 伺服电机的选 计算参数并选取电 齿轮设 工作台导轨及传动间隙消 714床，其可进行板类件、盘类件外壳等多样化零件的加工。机床总体设计结合数字控制单元，数字控制系统与气动系统安装在床身，方便了搬运和安装，另外，它通过交流伺服电机经联轴节和滚珠丝杠付直联，使伺服进给系统在、、Z轴三向获得20米/分的高速移动，同时保证高速进给机床的幅度小，低速进给时无位置偏移，且有较高的稳定性和精度。机床的主要构件刚度高，以进行强力切削，它的设计满足了高精度、高速度、高柔性、自动化程度高、可靠性高、智能化高等现放式体系结构的机床的发展：数控铣床；控制；机 ；总体设计；开放式体XK714D—akindofminiatureverticalNCmillingmachinecanprocesswork-piececontinuouslybymanyworkingprocesses，suchas：milling，boring，reaming，anditcanmanufacturetransactionofpanel，trays，moldsandsoon．Mechanical-electricalstructureisthemainpartofdesignformillingmachine，controlcabinet，NCcabinet，andpaticsdeviceintomillingmachinefortransitandinstallation．Furthermore，itcombinesshaftcouandball-screwpairsbyACservoelectricalmachinesothatthemillingmachinecanslipalongx-axis，y-axisorz-axisatspeedof20metersanminutesmoothlyandaccuray．Themaincomponentsofthemachineishighrigidityforheavycutting,it'sdesignedtomeetthedevelopmenttrendofhigh-precision,high-speed,highflexibility,highdegreeofautomation,highreliability,inligent,modernopenarchitecturemachinetool.:NCMillingMachine；Control；Mechatronics；Overalldesign；Opening 典型的数控铣床结构除了基础件、主传动系统、进给传动系统等一般常见主件外，需要一些附件来实现 的功能和更好地 性，机床的由底座、立柱、主轴箱等主要部件组成，而且其中主要构件的有较高的要求，一般采用强度较高的优质铸件，使其组织稳定，从而保证了整个机床具有良好的机械性能和高度可靠性及其精度保持性。三轴导轨副均采用高频淬火及贴塑导轨组合，保证机床运行精度、降低磨擦阻力及损耗。为了了解目前国内外机床的现状，参考目前市场上一些机床成品，三轴传动系统是一种常见的传动方式，其有精密的滚珠丝杆和伺服电动机，结合数控系统的润滑装置。现代机床不仅实现总体功能的提升与多样化，在结合人机工程学的理论成果，创造出更适合工人操作，生产效率更高，工作环境更好，且机床本身配备的操控箱可旋转，操作方便。能完成各种铣削、镗孔、刚性攻丝等，具有良好地经济型，成为机械制造行业比不可少的组成部分。回首过去，最早时出现的是数控铣床。经过了几十年的发展，点对位的控制机床发展迅速，并逐渐衍生出数控钻床、冲床、坐标镗床等一系列产品。这一系列类机床在传统加工中产生了不可磨灭的作用，其不需要复杂的控制过程就能完成加工过近年来，我国的数控机床的生产量逐渐增长，数控化率也显著提高，另一方面我国数控机床的技术水平和自主创新水平也有所提高。目前我国生产的普通数控机床已能满足工业发展的需要，生产的标准化与技术也颇为成熟，并在国际市场经济上具有良好地。目前我国数控机床拥有多轴联动等创新数控技术，且已有成型商品走入市场。从数控技术方面角度来看．伺服电机是效控机床的重要部分，应用电子技术完成对机床工作部件和工作方式的操作，近年来，自金融 要求。数控机床关系着制造行业的兴衰，因此，对数控机床技术的研究成为现代机械制造行业的重要课题。目前我国的机械制造行业和一些发达国家相比还有一定的差距，但是相比以前，近些年的发展还是喜人的，相信不远的将来，数控机床是一种加工效率更高，集成度更高，用途更广泛的机床，主导并广泛应用于制造业的领域，本次设计我选择对XK714D数控立式铣床进行了结构和传动方面的设计对于XK714D数控立式铣床的主运动系统和进给系统的机械结构进行了设计和计算并对其控制系统的硬件电路进行了设计上具有良好地。目前我国数控机床拥有多轴联动等创新数控技术，且已有成型商品走入市场。从数控技术方面角度来看．伺服电机是效控机床的重要部分，应用电子技术完成对机床工作部件和工作方式的操作，XK714D立式数控铣床可完成强力切削，动力由主轴宽幅调速电机，经同步齿形带递却系统的作用使机床在强力切削时小、噪声低、热变形小。交流伺服电机与滚珠丝杠生产效率，缩短生产周期，机床设计采用了机电的结构，结合控制柜、数控柜、气工作台外形尺寸(工作台400×800×18(X轴630(Y轴400主轴箱上下行程(Z轴500127～627ISO60～80005.5快速移动速度(X、Y轴20000快速移动速度(Z轴15000(X、Y、Z轴1～5000MASΦ100×250600(X、Y、Z轴±0.012/300±0.006占地面 当选用链板式排屑装置时占地面 座经由床身固定，用于组装支撑机床各个部件。上装有液晶显示器、机床按键转、停止及切削液开停等。强电柜中安有机床电气部分的接触器、继电器等。变压器3.13.1XK714D油的粘度，润滑条件。精度保持性对数控机床的主轴部件要求有足够的耐磨性，从而60XK714D数控铣床的3-1XK714D在设计过程中考虑到主轴的技术要求，还有制造的经济成本机器可行性，检测的IT5主轴锥保证与轴颈中心线同心，以轴颈为基准面最后精磨锥孔。分别在主轴端部和距0.002mm。参考相关文献，主轴支撑的元件是轴承，其是主轴轴承和多种零件的组合体，我主轴组件的滚动轴承需要径向轴承和推力轴承来承受径向和其他两个方向轴向载荷。我在选取轴承类型参考了有关书籍，保证轴承刚度和负载、还有转速、振动抗性等参数，(主轴前后轴承都采用角接触球轴承)（前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和小角度接触两列向心推力球轴承承受轴向（（等几种典型的配置形式。7019C7012C。P2、P4、P5、P665级精度。径采用自前往后逐步减小。前轴颈直径D1大于后轴颈直径D2。考虑传统铣床铣床，一般后轴径D2=0.75D1=60mm。度KI越大，其相关关系如下：K0

1(dD

1

d64mm。a，即主。参考相a进行了缩减。根据先前选择的主轴前端尺寸以及轴承长度可知a=244mm。确定主轴的跨距（即前后支承的距离La(1.381.65k5.65 k a(1k1

L/a=2～3.5L=2.5a=610mm，符合要求。T

9550103

式中，T为轴传递的转矩(N·mm)；WT为轴的抗扭截面模量(mm)；P为轴传递的功率(Kw)；n为轴的转速3 3 3 3 d

3AA

式中 A为由材料与受载情况系数，由表18-2可查取。对于空心轴，则3113114A3Pnβd1/dβ=0.5～0.6。n为计算转速可由下式求得n(nmax)03(8000)03260r/

将所求得数值代入式(5-6)d

1311311203 7019C，后支承采用背对背成对双7012C。前后轴承均用油脂润滑。刀具的自动夹紧装置是为了在弹簧的作用下向上往复运动。由于此时拉杆前端径向孔中所装的钢球进入主轴小处，轴上。换刀前需将刀夹松开时，压力气体进入汽缸上腔，拉杆在活塞推下移动，使碟用量并能发挥刀具的切削能力，在工人生产工作时效率更好，生产零件获得更高的精度，机床主传动的功率为PPc PCFz按PC

M

FZ—主切削力的切向分力（N，FZ（mm/min，V（N·cm；（r/min代如4.2中得

PC

1701000

4.5主传动的总效率一般可取为η=0.70—0.85，我在计算时取0.85。 FANUCα8的交流无

5.5

0.22 （r/min，nd=150r/min（kW，PD=5.5(kW)nDsmin=（0.22/5.5）×1500=60r/min4 TDmin(N·m) 式中nkmax4500（r/min）RDT为： RD4-1××

4-2v＜50m/sη=0.92～0.9820℃～80℃同步带传动最基本参数节距Pb，即相邻两齿沿节线的长度。其中在带中保持原长不变的周线为节线，节线周长Lp称为公称长度。22.225mm。查参考文献[10]P537～P547式 P—传递功率XHZ1≥Zmin3.2-29Zmin=18，取Z1=18④查文献[10]表3.2-33可知小带轮节圆直径D=127mm，外径d=125mm⑤大带轮齿数Z2=i×Z1=(n1/n2)×Z1=72[10]表3.2-33可知大带轮节圆直径D=510mm，外径d=507mm⑦初定中心距a0根据机床布局而定，a0≥0.7(d1+d2)≥446mma0，L03.2-26Lp=2134，Z=96，840。⑨根据Lp3.2-2776.2±4.83003.2-313.2-36可知同步带60～100m/min12⑴运动平稳,⑶⑷⑸⑹（1）计时我采用了内循环反向器式滚珠丝杠螺母传动装置。这种环反向器式与外循环插Z1Z2的圆Z1Z2齿轮沿同一方向各转过一个齿时，其轴向位移量S=(1

)hsp。当47306C/DF型角接触球轴承面对6206/P5型深沟球轴承。1d0滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是②导程L基本导程L02radβ在螺纹滚道法向剖面内滚珠球心与滚道接触点连线和螺纹轴线的垂直线间的夹角，理想的接触角β45o。滚珠直径db⑥滚珠总数N一般N1502d0LdbL0都是按照文献[10]来选取的。接触角β为45o。根据最大工作负载pmax作用下的使用T，和丝杠的转速n及工作长3度L，计算出作用在滚珠丝刚上的最大动载荷Q，带入 3FFZ74010d040mm，基本10mm5X、YX、Y两个传动方向随的最大动载荷QQ1r/min500h3工作负载P是指数控机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力。它的数值可以由下列进给牵引力的实验计算：(以下均由参考文献[3]P146～179查得)对于矩形导轨的机 对于燕尾形导轨的机 式中Px，Py，Pz—300N，200N，500NK—考虑力矩影响的实验系数，对于矩形导轨取1.1，对于燕尾形导轨为1.4。所以对于矩形导轨的机床 对于燕尾形导轨的机床在设计滚珠丝杠副时，从工作负载P计算出最大动负载Q，设计时采用滚珠轴承的方 s=（Q）3=（78.29 P式 （N，Q=P—

L—工作工作L的值可以由下面的来计算

6080015000T—使用时间15000h。δ的大小可按计算 式中K—21×106N/cm2；对于确定的滚珠丝杠来说，K是常数。δP的函数。δ，其结果螺母A，BP０P的共同作用下，总变形量为： δA=δ0-δ=0时。δ0=δ，此时螺母B又

于是

=

1

预

3应使预紧力近似等于最大轴向载荷的1/3。P０过小，不能保证无间隙传动；P01/3根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率η为式 φ—

tg(y)f=0.003～0.004φφ=arctgf=0.1718计算得

tg(0.0580.1718)

滚珠丝杠受工作负载P的作用而引起导程LO的变化量ΔL1式中P—

2.1106

2.93105

L０—1cm；E—2.1×106N/cm2；F—0.812cm2；“+”号用于拉伸的时候，“-”滚珠丝杠因受扭矩作用而引起导程的变化量ΔL2ΔL2=

2

LO 式中，φ—在扭矩M的作用下，滚珠丝杠每一导程长度两截面上的相对扭转角，φ可0.0054dec/mm。PMΔLL

1m100/LO个导程。它的导程变形总误差ΔΔ=100ΔL=PLOLO=1.63×10- 曲。长压杆失稳时的临界负载Pk可根据材料力学中的计算：

(ul)

式 E—丝杠材料弹性模量，取l—23.51061.2则计算上式 nk=P

5111.02[n

PkPnknk大于[nk]≥41.02440mm1考虑到工作过程中机床传动效率和机床磨擦因素，滚珠丝杠所克服的外部载荷P保持M=(KFao

PLsp

)

B式 M1—等速运动时的驱动力矩（N·mm；BFa－—Fmax1/3Fa０=Fmax/3，300N；KFa0Lsp—Lsp—P—F—W—μ—导轨磨擦系数，取μ=0.003～0.004；η1—0.90～0.95；MB—2.5N·m；Z1—40；Z2—80代入上面的得

100023.14

+2.5）×40=1134.6式中Ms2

JmJlJt1J1

0.5≤J

中找到3定位时的最大转矩按下 计算M=2nm 式中nm—ta—加速，时间，取若是M小于伺服电机的最大转矩Mmax则电机能以所取的时间常数进行加速和。，材料，饶组允许可以达到155oC。，最高转速—2000r/min1z1=24，z2=74。232KT132KT1YFaYSa2d m

⑴确定内的各参数①由文献[10]Flim1Flim2680MPa，抗弯疲劳系数YN11.0，YN21.0；SF1.4

S

485.7

S

485.7

KKAKvK

11.121.11.37

④查取齿形系数YFa12.65YFa2.226；应力校正系数YSa11.58,YSa21.764YFaYSa

2.651.582.2261.764

3 3 取m=33d1z1m24372

d2z2m743222

a(d1d2)/2147 b1=65mm，b2=60mm

bdd10.97264.8 性、精度保持性、加工效率极其一些必要附件的设计。该机床可用于板件和各种模具等多品种零件的加工。机床的安装较为简单，集成度较高。另外，它通过交流伺服电机经联轴节和滚珠丝杠付直联，使、、Z轴获得20米/分的高速移动。毕业设计的结束意味着大学生活即将结束，在本次毕业设计中，我全面了解了数