普通立式銑床進給機構的數(shù)控化改造

1、 圖書分類號：密 級：畢業(yè)設計(論文)普通立式銑床進給機構的數(shù)控化改造NUMERICAL CONTROL REFORM OF FEED MECHANISM FOR ORDINARY VERTICAL MILLING MACHINE學生姓名班 級學院名稱專業(yè)名稱指導教師 X學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。論文作者簽名： 日期： 年

2、 月 日XXX學位論文版權協(xié)議書本人完全了解XXX關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸XXX所擁有。XXX有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。XXX可以公布學位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要數(shù)控銑床作為當代制造業(yè)的重要基礎,近幾年來數(shù)控銑床發(fā)展十分迅猛。數(shù)控銑床在工業(yè)生產(chǎn)中的運用的增強,改造技術也越來越先進。當

3、然改進工作仍然存在一些不足,我的課題內容就是對普通立式銑床的進給系統(tǒng)進行改進。我所研究的是老式銑床的進給系統(tǒng)的革新,提高加工的零件精度。我的畢業(yè)課題研究的內容是對老式立式數(shù)控銑床的X/Y（橫向/縱向）向進給系統(tǒng)進行了研究與設計。首先是確定主要方案,對老式立式數(shù)控銑床的重要部分進行選擇和計算,主要包括選擇步進電機和滾珠絲杠; 然后對整體銑削里的計算和滾珠絲桿所受的平均軸向載荷的計算來選擇滾珠絲桿和滾珠絲桿副的選擇。關鍵詞：立式數(shù)控銑床；滾珠絲杠；X/Y向進給系統(tǒng)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目錄摘要1Abstract2目錄31緒論41.1背景及意義41.2數(shù)控銑床的組成和特點51.3國內數(shù)控銑床的研究近況51.4數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢61.5論文研究內容72

8、.總體方案的確定72.1實現(xiàn)目標72.2 X5032銑床的參數(shù)82.3X/Y進給系統(tǒng)的方案設計83進給系統(tǒng)的設計103.1進給系統(tǒng)的基本要求103.2縱向方向（X軸）的設計113.2.1縱向步進電機選擇和計算113.2.2絲杠設計163.2.3齒輪設計223.2.4軸的設計243.2.5鍵的選擇283.2.6軸承的選擇28結論34致謝36參考文獻371緒論1.1背景及意義對于發(fā)展迅猛的這些年,好多歐美發(fā)達國家的機床經(jīng)歷了翻天覆地的變化,它們不僅致力于研究高科技的機床,制造高科技的機床,并且還十分看重于老式機床的數(shù)控化革新,世界上普通機床占有很大的比重,全部淘汰是一種非常浪費的現(xiàn)象,如果經(jīng)歷了數(shù)

9、控化改造,這樣不僅可以發(fā)揮舊機床的作用,還能節(jié)省很大一筆資金,這對世界經(jīng)濟的發(fā)展大有益處。這樣看來,機床再生業(yè)是一個非常重要的產(chǎn)業(yè),那么機床改造中最重要的設計環(huán)節(jié)將成為機床改造業(yè)的中流砥柱,重中之重。因此,才有了我的課題存在的意義。我的課題是普通立式銑床的進給機構的改造,對于我的這個課題,我覺得普通立式銑床在今后的應用中將會有很大的提升，這是一個實踐性很強的課題,這需要我深入車間,通過畢業(yè)設計我發(fā)現(xiàn)自己身上還有很多不足之處。平時只注重課本上的知識,以為這樣就足夠了，事實上差的還很多很多。數(shù)控銑床有很多優(yōu)點實際操作,完整分析機床運動過程,以此為起點了解其中的不足,對這些機床進行改造,讓它們去除老

10、式機床的弊端,擁有數(shù)控機床的高效、精準等優(yōu)點,利用很多閑置的老式機床,把它們變成效率高,準確度高而且功能多的數(shù)控機床,為經(jīng)濟發(fā)展節(jié)省成本。這些年,我們國家對老式機床的數(shù)控化改造技術得到了飛速的發(fā)展,但畢竟時間不長,而且技術落后,和歐美一些老牌國家相比,我們的水平還相當?shù)?這將直接影響中國開展制造業(yè)的宏偉藍圖。而且生產(chǎn)的產(chǎn)品質量不如擁有精準數(shù)控機床的歐美國家,生產(chǎn)成本也會高于它們,這對中國工業(yè)躋身世界之巔造成了毀滅性的打擊,為了加快改造的進程,提高制造的水平,數(shù)控化改造技術必須作為國家工業(yè)發(fā)展的龍頭項目。這樣才會避免出現(xiàn)頭疼醫(yī)頭,腳疼醫(yī)腳的發(fā)展情況。老式機床的數(shù)控化改造就是要結合生產(chǎn)需要,聯(lián)合我

11、們國家的國情,在經(jīng)濟尚未發(fā)達之前，只要在滿足其所需的功能的,我們要減少改造成本。價格合適、性價比高是數(shù)控化改造的初衷和特點,特別適合在老式機床擁有很大的比重的生產(chǎn)第一線推廣,這可以為企業(yè)帶來很高的收益,提高企業(yè)的競爭力。企業(yè)通過數(shù)控化改造之后,可以將老式機床改造成擁有功能多,效率高的機床,企業(yè)將增加產(chǎn)品的數(shù)量和提高產(chǎn)品的品質,這樣看來,老式機床的數(shù)控化革新已經(jīng)是大勢所趨，眾望所歸,企業(yè)也要順應時代,及時轉變,唯有這樣,企業(yè)好能提高競爭力,在競爭激烈的制造業(yè)謀求一席之地。這些年中國的發(fā)展是外國人不敢想象的。1.2數(shù)控銑床的組成和特點如今市面上存在著各式各樣的銑床，每種銑床之間存在著很大的差異，當

12、然也有一定的相同的地方。車床的床身在內部的布局非常合理,這讓機床的床身擁有很好的剛性, 數(shù)控銑床可以加工老式銑床無法加工的零件包括一些數(shù)學模型描述的和三維空間的零件。數(shù)控銑床比老式銑床的生產(chǎn)效率高,易于加工異型復雜零件；可以實現(xiàn)一機多用，多級看管，這樣在同等的時間里提高生產(chǎn)效率,數(shù)控銑床可以生產(chǎn)更多的產(chǎn)品,這樣便可以降低生產(chǎn)成本。數(shù)控銑床不像老式銑床一樣需要使用專用夾具,改換工件時只需要調用貯存在裝置中的順序和數(shù)據(jù)便能加工其它的工件,這樣節(jié)省了好多更換夾具的時間,也可以大大減少工人勞動強度，減少所需工人數(shù)量，以此來提高生產(chǎn)效率，為經(jīng)濟發(fā)展節(jié)省成本。1.3國內數(shù)控銑床的研究近況我們國家的數(shù)控機床

13、發(fā)展史大概可分為兩個大階段。1958年開始,這一階段中國對數(shù)控機床的認識還非常有限,尤其是歐美國家對中國技術的保密,讓中國經(jīng)歷了非常困難的時刻,中國只能盲人摸象的研究數(shù)控機床,中國在數(shù)控方面的人才更是屈指可數(shù),且水平有限,再加上中國的研究配套實施簡陋,基礎不完備,這對中國研究數(shù)控機床都是非常困難的,中國在數(shù)控機床方面在這一時期掙扎了很長時間,研究了好久,制造出的機床卻無法使用,最終這一項目夭折。這一時期研究失敗雖然有很大原因是客觀上的,但是研究人員也存在一定的失誤,比如盲目性大,沒有明確目標。到了1974年,中國經(jīng)過了很長時間的蟄伏,終于在這一時期迎來了發(fā)展的第二階段,這一階段,中國打破了歐美

14、國家對中國技術的封鎖,先后從日、德、美的發(fā)達國家引進了數(shù)控技術,中國也開始轉變研究策略,開始和日、德、美等發(fā)達國家合作生產(chǎn),在這一階段,中國積累了外國豐富的數(shù)控技術,在總結了自己不足的同時吸取了歐美國家在數(shù)控技術方面失敗的教訓,解決了穩(wěn)定性和可靠性等問題,中國的數(shù)控機床開始使用,經(jīng)過了這20多年發(fā)展,數(shù)控機床技術有了極大的進步,無論是產(chǎn)品的種類,產(chǎn)品的數(shù)量,還是技術水平,加工功能都比建國以來發(fā)生了翻天覆地的變化。為中國制造業(yè)的發(fā)展尊定了基礎。前段時間有統(tǒng)計表明,我國市場上可以買到的機床高達1500多種,無論各個品種種類,幾乎覆蓋了所有,這也說明了中國機床的發(fā)展。但是不能盲目樂觀，時至今日,關鍵

15、核心技術依然是制約中國數(shù)控技術發(fā)展的瓶頸,中國還是沒能掌握這種核心技術。中國還是沒有做到獨立發(fā)展,正是沒有在技術上的創(chuàng)新,中國還是在走仿制的老路,歐美等國外老牌數(shù)控機床強國都非常注重技術上的創(chuàng)新,而中國在這方面做的卻遠遠不夠,我們國家走了幾十年的仿制路線,只重視對國外技術的引進,然后照著葫蘆畫瓢,沒有吸收消化的問題非常多。中國和歐美等發(fā)達國家的數(shù)控技術存在很大差異,中國缺少外國獨立的研究方法指導,嚴重缺少各個方面的技術精英,雖然中國在研究方面投入巨大,人員投入眾多,但基本上都是孤軍作戰(zhàn),形成不了有效的戰(zhàn)斗力?？偨Y起來,第一要培養(yǎng)高素質人才,人才是科技進步的基礎,只有人才才能推動科技的進步。美國

16、正是因為在全世界找技術人才,為這些人才提供優(yōu)越的待遇和研究環(huán)境,而這些人才也為美國科技發(fā)展提供了巨大的力量,因此,美國在技術領域是其他國家不可比擬的。其次是運用正確的方法,不在像第一階段自己蠻干,而是轉變方式,在經(jīng)驗上和技術上有了積累,在研究起數(shù)控機床就要比以前容易。即使是這樣,在對關鍵技術的研究和掌握方面還是比較差,技術的吸收消化和創(chuàng)新也不好。在中國,花費1美元來引進美國的高科技技術,只會花費0.2美元來消化吸收引進的高科技技術,韓國卻要花費好幾倍的代價來吸收消化引進的技術。韓國如此重視技術的吸收消化和創(chuàng)新,因此,它才能在自己國家資源如此有限的情況下經(jīng)濟發(fā)展迅速,因此才造成了我們國家和歐美國

17、家在數(shù)控機床方面有如此大的差距，還要不斷加強消化吸收也創(chuàng)新。1.4數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢數(shù)控銑床從結構上看大概經(jīng)歷了三個階段,為輕型、小型、和大型。相對應的種類也非常多。美國成功實現(xiàn)了數(shù)控銑床的三軸聯(lián)動,這是數(shù)控銑床發(fā)展史上的里程碑事件,因為美國在數(shù)控銑床方面的重大進展,各個國家也開始紛紛效仿,60年代初,世界上的其他工業(yè)強國,比如日本和德國也開始陸陸續(xù)續(xù)研究數(shù)控銑床,也正是這兩個國家順應了時代的趨勢,在數(shù)控銑床方面取得了非凡成就。為他們以后成為世界強國打下了堅實基礎,也可以說,如果日本和德國沒有發(fā)展數(shù)控技術,他們今天不會如此強大。目前在眾多數(shù)控銑床的強國之中,德國是其中數(shù)控銑床發(fā)展水平最高的國家

18、,它代表了當今數(shù)控技術最高的代表。相比中國數(shù)控銑床來看,功能都較為單一,還不能生產(chǎn)出像德國一樣生產(chǎn)一款五軸聯(lián)動的控制系統(tǒng)的的切割工具,在技術層面和德國一比,中國便顯得相形見絀了。歐洲、日本、美國等大國都代表了世界上先進數(shù)控機床的水平,這些國家的一些生產(chǎn)廠商開始利用功能豐富的軟件開發(fā)技術更加先進的數(shù)控系統(tǒng),隨著研究的深入和投入的巨大,更高水平的數(shù)控技術的數(shù)控機床將會應運而生,中國如果現(xiàn)在還不奮起直追,迎頭趕上,那么將會被歐美等國家更遠的甩在身后。數(shù)控機床的優(yōu)點眾多,穩(wěn)定性高,加工質量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高都是它的顯著優(yōu)點,但數(shù)控機床在生產(chǎn)上也受到了一定的限制,那就是數(shù)控機床價格昂貴,一些小企業(yè)如果想更

19、新數(shù)控設備,前期的投資是十分巨大的,這樣不僅不會浪費眾多老式機床,還可以為企業(yè)省下一比巨款。這樣看來普通銑床的數(shù)控改造產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展空間,它也符合我國的國情,就目前而言,我們國家的經(jīng)濟水平較低、教育水平較低、生產(chǎn)水平較低。隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展,因此,大費周章的一次性更新完畢浪費太大,不如數(shù)控化改造要合適。1.5論文研究內容我所研究的是老式普通立式銑床進行數(shù)控化改造。我的課題的研究方向包括數(shù)控銑床的運動系統(tǒng),進給系統(tǒng),在這里我主要研究X/Y方向進給系統(tǒng)。據(jù)估計,和購買新的數(shù)控機床相比,數(shù)控化改造大概可以節(jié)省3/54/5的費用,可見改造費用和購買費用比起來如此之低,這也是數(shù)控化革新存在的意義

20、。就像大型機床,改造時間短，而且經(jīng)過改造后的數(shù)控機床大大減少了工人的工作力度,而且操作簡單,精確度高,縮短了加工成本,提高了加工數(shù)量和質量,這為企業(yè)帶來了不菲的收入。而且數(shù)控化改造周期短,這樣企業(yè)可以根據(jù)市場的需要來調整機床的種類,更好的迎合市場,為企業(yè)在市場上提高了競爭力。2.總體方案的確定2.1實現(xiàn)目標做畢業(yè)設計的時候,我先是選擇X5032型數(shù)控銑床作為主要研究銑床,擬定設計機械傳動系統(tǒng)和縱向方向(X軸)的設計、橫向方向(Y軸)的設計方案。在這些都確定之后再對銑床各個部分進行選擇和校核。因為普通機床柔性差,無法加工形狀復雜,輪廓復雜,精度高的零件,因此不能滿足社會需求,這樣的話老式機床的數(shù)

21、控化改造就變得意義非凡。使用CNC數(shù)控系統(tǒng)控制縱向、橫向、垂直方向的工作臺共同運動，進行機械加工，完成工作。經(jīng)過數(shù)控化改造之后的老式普通立式銑床需要在原有加工的基礎上，加工出來的工件的精度更高、工人的工作量也要更輕松，不僅可以加工原來老式普通立式銑床可以加工的工件，還要可以加工一些外圍曲線更加復雜，普通立式銑床不能加工的工件。因此,數(shù)控化改造后的銑床加工精度高、效率高、提高里生產(chǎn)數(shù)量、降低了生產(chǎn)成本,增加了企業(yè)的競爭力。普通立式銑床的數(shù)控化改造要考慮以下幾點:經(jīng)濟性,所有老式立式銑床的數(shù)控化改造首把經(jīng)濟性放在重要位置,在要保證達到設計要求的情況下,考慮經(jīng)濟的因素是首要原因。方便性,之所以會選擇

22、數(shù)控化改造,看中的一方面就是數(shù)控銑床比普通銑床的操作簡單,這樣可以大大減少了工人的勞動力,數(shù)控系統(tǒng)的方便主要是應為人機界面。實用性,數(shù)控化改造后的銑床不應該僅僅只需要加工銑床的性能多而全,應以市場需求為原則,一般市場求的數(shù)控銑床只需要具有幾個簡單的功能即可,包括直線、圓弧插補。經(jīng)過多年的努力，中國在研究數(shù)控銑床方面也取得了成就，但還完全沒有達到獨立自主發(fā)明數(shù)控銑床的地步，中國還在走模仿歐美國家的老路子，既然中國的數(shù)控銑床技術還沒有達到先進技術，那么在市場競爭非常激烈的現(xiàn)代，國際經(jīng)濟一體化越來越趨于一體，如果中國還在使用老式普通立式銑床生產(chǎn)產(chǎn)品，那么中國生產(chǎn)的產(chǎn)品和歐美一些國家生產(chǎn)的產(chǎn)品相比就沒

23、有任何競爭力，如果要更新設備，那么那將是一比數(shù)目不菲的款項，這筆數(shù)目不菲的款項將會給企業(yè)帶來非常的壓力，并不是所有企業(yè)都負擔的起，因此，一些企業(yè)因為這個原因遲遲沒有更新數(shù)控設備，造成了一些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質量不高，且勞動成本不低的情況，造成了這些企業(yè)的產(chǎn)品賣不出去，在市場上的競爭力低下的情況，長此以往下去，這些企業(yè)都會面臨著倒閉的情況，所以我的課題的目標任務就是改善中國一些企業(yè)面臨設備老舊、資金不足以更新?lián)Q代的現(xiàn)象。對于這些老式普通機床進行改造,不僅可以去除它們原先加工精度不夠、加工平均勞動力高的弊端，而且還可以解決大量老式普通機床閑置不生產(chǎn)造成的浪費現(xiàn)象。2.2 X5032銑床的參數(shù)主軸端面至

24、工作臺距離(mm) 45415主軸孔錐度 7：24 ISO50主軸孔徑(mm) 29主軸轉速(r.p.m)18級 301500/18級主軸軸向移動距離(mm) 85臺縱向/橫向/垂向行程（手動/機動)(mm) 720/700、255/240、370/350進給范圍縱向/橫向/ 垂向(mm/min) 23.51180/ 23.51180/ 8394T型槽槽數(shù)/槽寬/槽距(mm/)3/18/70主電機功率(mm) 7.5進給電機功率(kw) 1.5外形尺寸(mm) 2530×1890×2380機床凈重(kg) 32002.3X/Y進給系統(tǒng)的方案設計把縱向、橫向進給箱齒輪全部拆除

25、,然后再拆除進給手柄,絲桿去除之后在換上滾珠絲杠,滾珠絲杠和齒輪箱相連接,因此，它可以是經(jīng)過CNC銑床的改造運動具有高的靜態(tài)和動態(tài)剛度等的一部分。我所研究的是老式銑床數(shù)控化改造中的運動系統(tǒng),尤其是縱向(X)、橫向(Y)進給系統(tǒng)。改善加工精密零部件和整機的功能是我研究的目標。因此,我通過對立式銑床的進給機構的數(shù)控化改造來了解和掌握老式機床的進給機構的改造,以此來提高老式機床縱向、橫向、垂直方向的加工精度。首先在進給機構的改造過程中，要考慮的就是電機問題，數(shù)控化改造并不需要機床的各項功能達到最好，只是在經(jīng)濟利益為前提的基礎上，要求數(shù)控化改造之后的老式普通銑床可以滿足我們對加工技術的要求，因此，轉變

26、必須考慮所有費用，步進電機能夠數(shù)字脈沖的數(shù)據(jù)轉移工具，步進電機是機床設備的重要原件，它也以為就有慣量低，定位精度準確，操作簡單等優(yōu)勢，所以在我看到的資料中顯示，步進電機是好多廠家和科研人員選擇進行老式普通立式銑床數(shù)控化改造都會選擇的零件。當選擇一個步進電機，步進電機必須首先確保電力生產(chǎn)大于電力負荷，只有滿足這個最基本的條件后，我們的工作才有繼續(xù)進行下去的可能。在確定好電機的型號后，我的想法是通過齒輪傳動，我查閱了大量的資料，發(fā)現(xiàn)傳動方案大概有齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動，雖然各種傳動都有各自的優(yōu)點，但是齒輪傳動適用于調速范圍大的機械，而我們研究的銑床正是調速范圍大的機械，所以我選擇了齒輪傳動。絲杠

27、的選擇和設計應該是這個設計中的重點,在確定好齒輪和軸之后，我開始翻閱資料，鏈接齒輪和軸，齒輪和軸發(fā)現(xiàn)有很多的聯(lián)系方式，并都有有自己的優(yōu)勢，我又查看了其他的一些機床的齒輪和軸的連接方式，發(fā)現(xiàn)最常見的還是平鍵連接，因為它結構簡單，拆卸方便，所以這完全符合機床數(shù)控化改造的經(jīng)濟性的要求和功能性的要求。滾動軸承在現(xiàn)代機械產(chǎn)業(yè)已經(jīng)應用非常廣泛，它作為運動元件的主要支撐方式，在機械系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位，而且現(xiàn)在滾動軸承已經(jīng)開始變得標準化，因此我們并不需要專門設計，只要根據(jù)尺寸進行選擇型號，這可以為我們節(jié)省大量的時間和金錢，而且在減少成本的同時，滾動軸承并沒有減少我們對零件的要求，滾動軸承不僅啟動時的力

28、矩小、精度高，而且還安裝方便。 圖2.1銑床示意圖 3進給系統(tǒng)的設計3.1進給系統(tǒng)的基本要求 結構方面采用有預加載荷的結構，這樣的話便能夠有效的提高進給機構的傳動剛度和消除零件的間隙。滾珠絲杠副具有較高的運動效率，和滑動絲杠相比，在達到目標運動效果的條件下滾珠絲杠副為滑動絲杠副所需動力的1/3，能夠有效的節(jié)約能耗。因為數(shù)控化改造的需要,這樣才可以保證數(shù)控銑床加工時具有穩(wěn)定性和準確性,這樣保證了產(chǎn)品加工質量,而高壽命和高剛度也降低了數(shù)控銑床的維修費用。電機做的旋轉運動如何變成直線運動呢，這時就需要發(fā)揮它的作用了。不僅如此滾珠絲杠副還具有著很高的精確度，很高的效率值等優(yōu)勢特點。而且滾珠絲杠摩擦阻力

29、很小，在各種工業(yè)設備和精密儀器都有著廣泛的應用。X5032機床的主要技術規(guī)格：如下表所示表3-1 X5032基本技術規(guī)格 ： ： ： ： ： 3.2縱向方向（X軸）的設計3.2.1縱向步進電機選擇和計算（1）電機軸上的慣量計算公式： 式（3.1）式中 ( )×； ×； ( )×； , ; , =依據(jù)公式： 式（3.2）式中 -´=r； 。 ； ，則： 則可算得：（2）轉子的轉動慣量：110BF004型號的步進電機的轉子的轉動慣量：轉子的轉動慣量和步進電機的慣量的匹配條件：所以轉子的轉動慣量：滿足條件。（3）負載轉矩的選擇和計算依據(jù)公式： 式（3.3）式中

30、 ； ； ； 依據(jù)公式： 式（3.4）式中 慣量和N·cm， 電機最大角加速度依據(jù)公式： 式（3.5）式中 最大轉速（r/min）； 運動部件加速到最大快進速度所需時間，。又：=則：=521 r/min則：=21.8故: =6.642.18=140Ncm依據(jù)公式： 式（3.6）式中 ， 式（3.7）式中 (N)； (0.20.3) =375N； ; ； ， =則：故： 式（3.8）式中 ，取 ，h= ；故（4）當電機快速進給狀態(tài)下的力矩依據(jù)公式 式（3.9） 而 故有（5）當電機在最大切削負載狀態(tài)下的力矩根據(jù)公式 式（3.10）式中 這算到電機軸上的切削負載力矩 又有公式： 式（3.

31、11）式中 進給方向最大切削力 (N)， =(11.2)=1.2 1500=1800N；則 故（6）查看資料，在實用機床手冊上，我們可以找到：最大靜轉矩選擇電機在最大切削力狀態(tài)下工作：電機在空載起動狀態(tài)下：從上述我們計算的結果可以永遠小于，我們可以把作為選擇步進電機的條件。又因為我們開始選擇的110BF004型號的步進電機的最大靜轉矩查資料可以知道為： 1689N·cm，因為1689N·cm大于618N·cm，這樣我們選擇的110BF004型號的步進電機是符合條件的。查資料我們可以知道步進電機的動矩頻特性： = = 式（3.12）同樣，我們還可以得出運行矩頻特性：

32、 = 式中 最大切削力下的進給速度（m/min），即 = 。 由于，所以我們知道 110BF004型號的步進電機的各項參數(shù)都符合機床的要求。3.2.2絲杠設計(1)滾珠絲杠副：滾珠絲杠副可以分為內循環(huán)與外循環(huán)式（3-1為滾珠絲杠副的循環(huán)方式）。 內循環(huán) 外循環(huán) 圖3-1 內外循環(huán)方式 表3-2：機床進給部件參數(shù)初選 查資料可知最大當量動載荷計算公式： = 式（3.13）式中 ，??；= ，??；= ， =1903N；= = ； = n= = = r/min 式（3.14）式中 最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度 =2.5(mm/min)的 =則：L= T 使用壽命時間， T=15000 小時

33、L= 從而 = = （2）銑削力的計算 據(jù)«數(shù)控機床設計手冊» 有公式： = = （3）平均軸向載荷的計算根據(jù)«數(shù)控機床書»中查得: 所以插補平面內的合力為：=絲杠受到的平均工作載荷：絲杠軸向受到的載荷 Fx：Fx+mb 式（3.15）式中， ， ， ， b ，b ， ，那么 =1.1×1162 + 0.18×(2200+1275) =1903N綜合了各項功能，我們考慮選用絲杠的型號是5008FFZD,這種絲杠是一種內循環(huán)浮動返向器形式的絲杠，滿足我們對機床設計的要求，因此我們查看了關于內循環(huán)浮動返向器5008FFZD的基本尺寸為：

34、公稱直徑：， 螺距： 剛球直徑：， 螺紋升角：絲杠外徑: ，螺紋底徑: ， 其動載荷： ， 故絲杠選擇符合要求。 (4)傳動效率的計算依據(jù)機械設計原理查看公式為： () qgg h+= 式（3.16）式中 ，=q ， 則可得： =98%(5)剛度驗算滾珠絲杠在工作時受到了來自工作負荷作用，滾珠絲桿受到的的導程的變形誤差為：±=D F=p æöæö=ç÷ç÷èøèø則=±滾珠絲杠在工作時受到了來自工作負荷作用，滾珠絲桿因為受到扭矩的作用引起的導程變化量非常小

35、，所以估算為=； 因此滾珠絲杠在工作時受到了來自工作負荷作用，滾珠絲桿受到的的導程的變形誤差為： 因為滾珠絲桿受到的的導程的變形誤差小于E級精度絲杠的誤差15，故剛度足夠。 (6)臨界轉速的驗算絲杠平均工作轉速為： =>因此，必須進行臨界轉速的驗算：即：p 式（3.17）£ 式中 = 絲杠的長度l=工作最大行程+螺母長度+兩端余量（取40mm） 機床零部件設計查的螺母長度，絲杠設計部分: 支撐跨距應略大于 ,取 = 1100 臨界轉速計算長度 =680+131+40+- = 811 + 40 + 39 = 890mm =9533/min 可見滿足： r/min，滿足穩(wěn)定性的要求

36、，所以我們選擇的絲杠型號為：5008FFZD（內循環(huán)浮動返向器）。3.2.3齒輪設計（1）齒輪材料的選擇：查表我們可以知道步進電動機110BF004型號的步進電動機的系統(tǒng)脈沖當量為=0.01mm/step如果我們不選擇齒輪傳動而是選擇其他方式的傳動機構的話， =0.0167>脈沖當量0.01mm ，所以必須采用齒輪傳動。步距角為：、絲杠導程：開始選擇齒輪的精度為七級精度，查看機械設計基礎，我們選擇小齒輪的材料45號鋼；我們選擇小齒輪的齒輪硬度210HBS。我們選擇大齒輪的材料45號鋼；我們選擇大齒輪的齒輪硬度170HBS。由于：=560Mpa， =530Mpa , 取=1.1=509Mp

37、as=482Mpa 又=190Mpa=s，=170Mpa=s 取=1.4= =136Mpas= 121 MPa ×（2）直齒圓柱齒輪副的計算計算減速器的傳動比 由=0.01,mm/step和步距角為：=q，絲杠導程為：= 8mm 則傳動比： =1.67粗選小齒輪的齒數(shù) =32，那么大齒輪齒數(shù)： =321.67=53.4453（可參照機械設計基礎169頁） 則實際傳動比為： »= =´= =´= *=+=+´= +=´+ 圓整中心距：取a=110mm 大齒輪：圓整為： =45mm 小齒輪： =50 mm齒輪彎曲強度應力校核ss 齒性系數(shù)

38、處載荷系數(shù)根據(jù)步進電機的參數(shù)查的最大轉矩這里,所以符合安全要求。 3.2.4軸的設計繪制出的結構設計草圖（圖3-2 軸結構設計圖）如下： 圖3-2 軸結構設計圖（1）安全系數(shù)的驗證軸的受力分析如圖所示：軸的承受反力在水平面上軸的承受反力在垂直面上 軸在垂直面上的彎矩軸的合成彎矩軸的轉矩（上圖f）， 2，；，。 2 ，；， 查表我們知道安全系數(shù)為，因此我們驗證的a-a截面是符合要求的，是安全的然而，作為這根軸上最危險的截面，如果a-a截面是安全的，那么整根軸都是安全的，因此我們驗證的彎扭合成強度和疲勞強度都是符合要求的。（2）軸的剛度校核為了證明軸的剛度符合我們要求只需要驗證傾角和撓度y。查表

39、yY；值，軸的許用撓度在裝有齒輪時應該在之間，代表模數(shù)。計算公式 圖3-3 軸結構設計圖 撓度公式 式（3.18）式中 a段 當x=97.1時，其撓度達到最大，為0.0025081，軸的許用撓度為(0.01m0.03m)。因為0.0025081 <y=0.030.09mm，所以a段符合。b段 =1經(jīng)計算之后我們可知撓度為最大時,其撓度值也<0.03，所以,b段撓度符合要求傾角的校核左支撐點就是傾角最大的地方 我們設計了一個深溝球軸承裝在左支撐處，許用傾角為=0.0025rad因為，<許用傾角，所以，軸的剛度符合要求。3.2.5鍵的選擇軸作為傳動原件，需要一種連接方式才可以和軸

40、上的零件連接起來，做傳動運動，大部分機器都在用平鍵連接，這其中平鍵也會有很多種，一般會根據(jù)用途的不同而選擇使用，在這里，我們選擇普通平鍵，平鍵的兩側是在軸切向面，在運動的過程中，平鍵會擠壓兩側的軸，從而帶動軸與零件的運動。我們可以查書明白鍵的主要尺寸是它的截面尺寸（）和長度L，鍵截面尺寸（）一般都有特定的標準規(guī)定，而鍵的長度L一般都會根據(jù)軸的尺寸而進行設計。：寬度，高度，鍵長通過對軸的參考長度。平鍵的連接方式在機械系統(tǒng)的傳動方式里被廣泛應用，而且平鍵的連接方式還有結構簡單、拆裝簡潔等優(yōu)勢，所以，在我的課題設計中，我選擇平鍵作為機械傳動系統(tǒng)的連接方式。翻閱資料我們可以看出軸一般都會選擇剛材料，因

41、此，我們可以查到許用擠壓力的計算公式MPa，因此我們選擇平均擠壓力為MPa。依據(jù)公式，鍵與鍵槽相連接的部份的高度為，從而可得： 由上面的計算我們可以看出，選擇的鍵符合需要。3.2.6軸承的選擇軸承現(xiàn)在已經(jīng)標準化，而且在對軸承的選擇上也已經(jīng)變得簡單、方便，因此，軸承的這些優(yōu)勢讓它在機械系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。正是因為軸承在機械系統(tǒng)里的廣泛應用，所以我們在選擇軸承材料時要考慮到材料具有良好的減少摩擦力的特性，還要具備很好的剛度，具備很好的耐腐蝕性，這樣才可以保證軸承在機械長期運動的過程中，隨著日積月累的損耗不至于很快的壞掉，而且作為老式普通立式銑床數(shù)控化改造重要的環(huán)節(jié)，我們還是應該本著經(jīng)濟性的原則

42、，在基本上滿足機械系統(tǒng)的要求的前提下，選擇合適的材料，選擇適當?shù)募庸すに?，當然并不是所有材料都具備質優(yōu)價廉的品質，因此我們只需要選擇的軸承材料具有較好的導熱性、足夠的強度和耐腐蝕性。（圖3-4：滾珠絲杠的支承方式）圖3-4的支撐方式 我們根據(jù)滾珠絲桿副的型號，我們選擇接觸角為的推力角接觸軸承。軸承的數(shù)據(jù)見下表3-2：表3-2 7201AC型推力角接觸軸承零件在運用到機床之后，便會因為長時間的運動，從而對零件產(chǎn)生磨損，因此軸承也會長時間的運動而產(chǎn)生失效。查資料我們了解到軸承的失效形式存在好多種，比如當空氣中的顆粒等具有硬度的雜質進入到軸承中時，它會隨著軸承的運動而運動，長時間的運動勢必會造成軸承

43、表面的磨損，種情況我們稱之為磨粒磨損，這種細小的磨損都會造成軸承幾何外形的改變，軸承的間隙越來越大，精度越來越大，如果這種情況的出現(xiàn)這將導致工件的加工精度不準確。像如果進入到軸承中的硬顆粒雜質在軸瓦的位置刮出了線狀的刮痕，這種刮痕同樣會導致軸承在工作運動過程中加工精度不準確，造成軸承零件的失效。還有一種軸承的失效形式是腐蝕，因為在潤滑劑的使用工程中，潤滑油由于不斷反應不斷產(chǎn)生酸性物質，這種酸性物質具有腐蝕性，而軸承材料大多是合金做成，它們都很容易被酸性物質腐蝕。當軸承高速運動時就會產(chǎn)生非常高的溫度，而此刻恰好又出現(xiàn)了在潤滑油的供應不足現(xiàn)象，就是因為少了潤滑油的保護，軸承和接觸軸承的零件會產(chǎn)生接

44、觸表面材料粘連，造成軸承的損耗，這種失效形式叫做咬粘。因此上述的種種失效形式都會對軸承的壽命產(chǎn)生影響，軸承的受到的失效情況越嚴重，軸承的使用壽命越短，而且在出廠時軸承的使用壽命不能根據(jù)一個軸承的使用壽命來決定，而且軸承的壽命因為環(huán)境的不同會有多種影響，因此不能單純的考慮，所以這給軸承的壽命的研究帶來非常大的困難，我們今天不能排除其他因素的影響，因此今天只考慮在理想情況下的軸承的壽命。查表，我們知道滾動軸承壽命的計算公式： 式（3.19）式中-基本額定壽命，單位為 -指數(shù) P-軸承所受載荷 C基本額定動載荷在實際計算過程中，使用壽命常常按小時記，所轉換成的公式為 式（3.20）在計算的時候，可以

45、用當量動載荷P來代替實際載荷，當量動載荷的計算為 由于式（2.29）中沒有其他載荷，而實際上會有一些額外的載荷，如果把這些因素算在內的話，則需增加一個載荷系數(shù)，實際的計算為 式（3.21）軸承基本額定動載荷為 式（3.22）使用壽命 式（3.23） 所以使用壽命符合要求 3.3橫向（Y軸）的設計(1) 橫向（Y軸）步進電動機的選擇： 式（3.24）則有電機軸負載力矩： 式（3.25）式中 ； q ； ； 啟動力矩為： 可取安全系數(shù)極限值0.3，則有： 步進電機工作時最大啟動力矩： 電機最大工作頻率： d´= =´ 所以選擇步進電機型號為：110BF004。橫向的絲杠和齒輪選

46、擇和縱向的一樣。結論歷經(jīng)三個月的時候,終于完成了畢業(yè)設計,我也通過畢業(yè)設計深深地明白了自己的不足,因為之前沒有做過,所以剛一上手竟然不知所措,我也深感慚愧,懊惱自己這四年間浪費了太多的時間。自己都沒有把該學的知識學會學精,只是井底之蛙。這次也讓我明白了理論和實際聯(lián)系起來的重要性,一味的只知道課本知識也是不夠的,需要自己深入車間,研究銑床,遇到困難,要學習利用手中的資源,去圖書館查資料,和老師溝通,這樣才能更好的解決問題,我相信這次畢業(yè)設計為我提供了一個很好的經(jīng)驗呢。對于我的這個設計課題,我覺得普通立式銑床在今后的應用中將會有很大的提升,數(shù)控銑床有很多優(yōu)點。通過畢業(yè)設計我才發(fā)現(xiàn)自己身上還有很多不

47、足之處。平時只知道課本上的知識,以為這樣就足夠了,現(xiàn)在科技發(fā)展迅猛,新的科技技術也不斷更新。我所研究的是老式銑床數(shù)控化改造中的運動系統(tǒng),尤其是縱向(X)、橫向(Y)進給系統(tǒng)。提高加工零件的精度和機床的功能是我研究的目的。因此,我通過對立式銑床的進給機構的數(shù)控化改造來了解和掌握老式機床的進給機構的改造,以此來提高老式機床縱向、橫向、垂直方向的加工精度。首先在進給機構的改造過程中，要考慮的就是電機問題，數(shù)控化改造并不需要機床的各項功能達到最好，只是在經(jīng)濟利益為前提的基礎上，要求數(shù)控化改造之后的老式普通銑床可以滿足我們對加工技術的要求，因此，所有的改造都要考慮到成本問題，步進電機能夠數(shù)字脈沖的數(shù)據(jù)轉

48、移工具，步進電機是機床設備的重要原件，它也以為就有慣量低，定位精度準確，操作簡單等優(yōu)勢，所以在我看到的資料中顯示，步進電機是好多廠家和科研人員選擇進行老式普通立式銑床數(shù)控化改造都會選擇的零件。當選擇一個步進電機，步進電機必須首先確保電力生產(chǎn)大于電力負荷，只有滿足這個最基本的條件后，我們的工作才有繼續(xù)進行下去的可能。在確定好電機的型號后，我的想法是通過齒輪傳動，我查閱了大量的資料，發(fā)現(xiàn)傳動方案大概有齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動，雖然各種傳動都有各自的優(yōu)點，但是齒輪傳動適用于調速范圍大的機械，而我們研究的銑床正是調速范圍大的機械，所以我選擇了齒輪傳動。絲杠的選擇和設計應該是這個設計中的重點,在確定好齒輪和軸之后，我開始翻閱資料，鏈接齒輪和軸，齒輪和軸發(fā)現(xiàn)有很多的聯(lián)系方式，并都有有自己的優(yōu)勢，我又查看了其他的一些機床的齒輪和軸的連接方式，發(fā)現(xiàn)最常見的還是平鍵連接，因為它結構簡單，拆卸方便，所以這完全符合機床數(shù)控化改造的經(jīng)濟性的要求和功能性的要求。滾動軸承在現(xiàn)代機械產(chǎn)業(yè)已經(jīng)應用非常廣泛，它作為運動元件的主要支撐方式，在機械系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位，而且現(xiàn)在滾動軸承已經(jīng)開始變得標準化，因此我們并不需要專門設計，只要根據(jù)尺寸進行選擇