數(shù)控車床進給部件設計.doc

目錄第一章緒論.31.1數(shù)控機床的發(fā)展史及國外發(fā)展現(xiàn)狀.11.2我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.11.3設計方案及任務.2第二章切削力的計算.22.1脈沖當量的確定.32.2切削力的計算.3第三章滾珠絲杠螺母副的計算和選型.53.1滾珠絲杠循環(huán)方式.63.2滾珠絲杠副間隙的調(diào)整.63.3滾珠絲杠的支承方式.73.4工作載荷的計算.73.5最大動載荷的計算.83.6初選型號.83.7傳動效率的計算.93.8剛度的驗算.93.9壓桿穩(wěn)定性校核.123.10潤滑方式的選擇.12第四章同步帶減速箱的設計.124.1傳動比、帶的設計功率以及主動輪最高轉(zhuǎn)速的確定.144.2帶型節(jié)距以及大、小帶輪齒數(shù)節(jié)圓的確定.154.3大小帶輪中心距的確定.164.4帶的工作能力驗算.19第五章步進電動機的計算與選型.215.1步進電動機的特點.215.2步進電動機的分類.215.3計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量.215.4計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩.225.5步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定.245.6步進電動機的性能校核.24第六章同步帶傳遞功率的校核.266.1快速空載起動.266.2最大工作負載、最快工進速度.26總結(jié).錯誤!未定義書簽。致謝.28參考文獻.29英文摘要.30附錄1數(shù)控車床進給部件設計摘要隨著科技的發(fā)展，數(shù)控車床將在加工領域發(fā)揮越來越重要的作用。本畢業(yè)設計是對數(shù)控車床進給部件進行設計，分別對同步帶減速箱、步進電動機、以及滾珠絲杠副進行了設計計算。針對主要零部件的特點以及工藝要求，設計了帶輪,由于傳動的精確性、平穩(wěn)性等要求，因此對帶輪的設計要求是特別高。而在數(shù)控車床當中，滾珠絲杠副可以說是要求最高的一個零部件，因此對它的精度設計最終對加工零件的影響是十分明顯的,因此不但設計要求高，而且對它的加工工藝也十分嚴格。關鍵字數(shù)控車床同步減速箱滾珠絲杠副步進電動機第一章緒論2010屆機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計（論文）第1頁共30頁1.1數(shù)控機床的發(fā)展史及國外發(fā)展現(xiàn)狀1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司在美國麻省理工學院（MIT）伺服機構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術發(fā)展過程中的一個重大突破，標志著制造領域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術的研究和發(fā)展。當時的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡單和經(jīng)濟的點位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機床在機械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC）,使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置（簡稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。80年代初，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。1.2我國數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢我國數(shù)控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數(shù)控技術和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，但進出口逆差嚴重，國產(chǎn)機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機床進口額為8.78億美元(7624臺)，2003年達27.1億美元(23320臺)，相當于同年國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術創(chuàng)新與培秦紅東：數(shù)控機床進給部件設計第2頁共30頁訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術，加大技術創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變.。1.3設計方案及任務通過對數(shù)控車床的使用研究，對車床進給部件要素進行研究，查閱機床設計手冊分別對滾珠絲杠副、同步帶減速箱以及步進電動機進行了設計計算，最終完成進給傳動部件的設計，進給部件設計分為縱、橫方向設計，以下詳細介紹縱向進給機構(gòu)機械部件設計，橫向進給機構(gòu)類似。主要設計方案：（1）對滾珠絲杠的設計，滾珠絲杠的精度設計最終對加工零件的影響十分明顯,因此不但設計要求高，而且對它的加工工藝也十分嚴格，本設計滾珠絲杠副的支承，采用一端軸向固定，一端簡支的方式，此支承形式提高臨界轉(zhuǎn)速和抗彎強度，可以防止絲杠高速旋轉(zhuǎn)時的彎曲變形，適用于絲杠長度、行程較長的情況。（2）傳動方式的確定，傳動比要求準確，嚴格同步，工作平穩(wěn)，沖擊噪音小，傳遞功率高，因此選擇了同步齒形帶傳動。采用同步帶傳動，它兼有摩擦帶傳動和齒輪傳動的特點，同步帶所需張力較小，對軸的壓力較小，運行時摩擦損失小，傳動效率高，同步齒形帶強度也較高，薄而輕，柔性好，適用于數(shù)控高速傳動。（3）步進電動機的選型，此次設計以經(jīng)濟型數(shù)控車床為例，采用五相混合式步進電動機，初選電動機型號130BYG5510，最大靜轉(zhuǎn)矩為20Nm，十拍驅(qū)動時步距角為0.72。(4)裝配圖、零件圖的繪制。主要技術指標如下：1）、Z方向的脈沖當量脈沖/01.0mmz，X方向的脈沖當量脈沖/005.0mmz；2)、Z方向最快移動速度min/6000maxmmvz，X方向最快移動速度min/3000maxmmvx；3)、Z方向最快工進速度min/400maxmmvfz，X方向最快工進速度min/800maxmmvfx；4)、Z方向定位精度mm02.0，X方向定位精度mm01.0。第二章切削力的計算2010屆機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計（論文）第3頁共30頁2.1脈沖當量的確定根據(jù)設計任務的要求，x向（橫向）的脈沖當量為x=0.005mm/脈沖，z方向（縱向）為z=0.01mm/脈沖。2.2切削力的計算設工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角rk=60，前角0=10，刃傾角5s；切削用量為:背吃刀量pa=3mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度cv=105mm/min。查表2-1，得：2795FcC,0.1Fcx,75.0Fcy,15.0Fcn。查表2-2，得：主偏角rk的修正系數(shù)94.0CrFkk；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗公式CCCCCFnFcyFxFpFcKvfaCF算得主切削力cF=94.01056.03279515.075.00.1=2673.4N由經(jīng)驗公式4.0:35.0:1:PfcFFF，算得縱向進給切削力NFf69.935背向力NFp36.1069加工材料刀具材料加工形式公式中的指數(shù)和系數(shù)主切削力cF背向切削力PF進給切削力fFcFCcFxcFycFnPFCPFxPFyPFnfFCfFxfFyfFn結(jié)構(gòu)鋼及鑄鐵MPab650硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔27951.00.75-0.1519400.90.6-0.328801.00.5-0.4切槽、切斷36000.720.8013900.730.670高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔17701.00.75011000.90.7505901.20.650切槽、切斷21601.01.00成形車削18551.00.750不銹鋼1Cr18Ni9Ti141HBW硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔20001.00.750續(xù)公式中的指數(shù)和系數(shù)秦紅東：數(shù)控機床進給部件設計第4頁共30頁加工材料刀具材料加工形式主切削力cF背向切削力PF進給切削力fFcFCcFxcFycFnPFCPFxPFyPFnfFCfFxfFyfFn灰鑄鐵190HBW硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔9001.00.7505300.90.7504501.00.40高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔11201.00.75011650.90.7505001.20.650切槽、切斷15501.01.00可鍛鑄鐵150HBW硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔7951.00.7504200.90.7503751.00.40高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔9801.00.7508650.90.7503901.20.650切槽、切斷13751.01.00表2-1車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)參數(shù)刀具材料修正系數(shù)名稱數(shù)值名稱切削力cFpFfF主偏角rk30硬質(zhì)合金FrKk1.081.30