龍門重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床設(shè)計含4張CAD圖

龍門重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床設(shè)計含4張CAD圖,龍門,重心,驅(qū)動,數(shù)控,銑床,設(shè)計,CAD 任 務(wù) 書（理工） 學(xué)院 學(xué)生姓名 專業(yè) 班級 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職 稱 課題名稱 龍門重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床設(shè)計 起止日期 自20XX 年 3月 4日起至20XX年 6月 28日 一、課題來源、目的與要求： 來源：自選課題 目的：全面提高學(xué)生的專業(yè)水平及實際應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻、資料、手冊以及文字、語言表達能力和編寫技術(shù)文獻的能力，是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合能力。 要求： 1. 建立正式設(shè)計筆記，記錄反應(yīng)各階段的任務(wù)、出現(xiàn)的問題及解決的方法； 2. 設(shè)計過程中有關(guān)計算或驗算必須與繪圖同期進行，且必須在設(shè)計筆記中反映出來； 3. 設(shè)計圖紙必須符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，圖面清晰整潔； 4. 遵守作息時間，在設(shè)計教室不得進行與設(shè)計無關(guān)或有礙他人的活動； 二、主要設(shè)計內(nèi)容： 基本要求：1.開題報告1份； 2.閱讀有關(guān)文獻15篇，包括3篇外文； 3.設(shè)計說明書1.2—1.5萬字；外文翻譯>5000單詞； 4.繪圖工作量相當(dāng)于2張A0。 具體要求如下： 1.查閱相關(guān)資料 （1）了解數(shù)控銑床的發(fā)展，基本組成及相互之間的關(guān)系； （2）了解龍門銑床技術(shù)的發(fā)展，種類及結(jié)構(gòu)形式； （3）了解龍門型重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床所涉及的主要技術(shù)問題； （4）完成文獻綜述和開題報告，具體格式及要求見本科生畢業(yè)設(shè)計（論 文）規(guī)范。 2. 龍門型重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床方案設(shè)計 （1）根據(jù)加工對象及工藝的要求，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)； （2）確定各個軸的配置方式及性能參數(shù)； （3）進行相關(guān)設(shè)計計算； （4）完成各個運動部件的設(shè)計； （5）完成龍門型重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床總體方案設(shè)計. 3. 撰寫設(shè)計說明書 （1）翻譯相關(guān)外文資料1份； （2）設(shè)計說明書1份，具體要求見本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 相關(guān)規(guī)范。 三、主要設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)： 數(shù)控銑削加工是一種最靈活和最常見的精密加工方式,龍門銑削中心具有裝載空間大，運動空間大的優(yōu)點，是較大型復(fù)雜工件加工的常用設(shè)備。重心驅(qū)動技術(shù)是近些年伴隨著高性能數(shù)控系統(tǒng)而出現(xiàn)的，具有承載能力大，高速度和高的運行平穩(wěn)性等優(yōu)點，是精密機床設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢。本次畢業(yè)設(shè)計是針對某企業(yè)的實際需要，設(shè)計一臺龍門型重心驅(qū)動三軸數(shù)控銑床，具體設(shè)計的要求如下：刀具一側(cè)具有X,Z,兩個自由度，工件安裝的工作臺一側(cè)具有C以個自由度，工作臺的最大載荷為300Kg，這6個自由度的運動范圍分別為：500mm×500mm×360o 四、分階段指導(dǎo)性進度計劃： 1. 第1周，（3月4日- 3月8日）布置設(shè)計任務(wù)，查閱有關(guān)參考資料，熟悉課題相關(guān)專門知識，掌握領(lǐng)域發(fā)展概況 2. 第2, 3周，（3月11日-3月22日）完成外文資料翻譯及文獻綜述，完成開題報告，對方案形成基本思路 3. 第4 周，（3月 25日- 3月 29日）查閱相關(guān)資料,對方案進一步確立 4. 第5 周，（4月 1日- 4月5 日）根據(jù)指導(dǎo)老師建議確定總方案 5. 第6 周，（4月8日- 4月12 日）X,Y,Z軸相關(guān)設(shè)計計算 6. 第7 周，（ 4月15日- 4月19 日）X,Y,Z軸三維設(shè)計 7. 第8 周，（4月22日- 4月 26日）兩軸旋轉(zhuǎn)工作臺的選取及機床本體設(shè)計計算 8. 第9,10 周，（ 4月 29日-5月10 日）兩軸旋轉(zhuǎn)工作臺的選取及機床本體三維設(shè)計 9. 第 11,12周，（5月13 日-5月24日）機床總體方案虛擬裝配及完成工程圖 10. 第13 周，（ 5月27 日- 5月31 日）前面工作收尾及完善設(shè)計圖紙、整理資料，撰寫設(shè)計說明書 11. 第14 周，（6月3日- 6月7 日）說明書撰寫（包括中英文摘要、目錄、正文、致謝、參考文獻） 12. 第15, 16 周，（ 6月10 日-6 月 21日）完成設(shè)計任務(wù)，出圖、打印說明書，送交評審 13. 第17 周，（6月 24日- 6月28 日）準(zhǔn)備答辯、畢業(yè)答辯 三、主要參考文獻資料： [1] 戴曙主編.《金屬切削機床》，機械工業(yè)出版社。 [2] 杜君文主編.《機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計》，天津大學(xué)出版社。 [3] 《機床設(shè)計手冊》，機械工業(yè)出版社。 [4] 《機械設(shè)計手冊》，機械工業(yè)出版社。 [5] 《機床設(shè)計圖冊》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 [6] 同類型機床說明書、圖紙、樣本等 [7] 《數(shù)控機床》 指導(dǎo)教師（簽字）： 20 年 月 日 系主任（簽字）： 20 年 月 日 注：本表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系主任審定后下發(fā)學(xué)生。 龍門重心驅(qū)動五軸數(shù)控銑床設(shè)計 摘 要 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，高速度、高柔性、高精度和高剛度已成為當(dāng)今數(shù)控機床發(fā)展的主要方向，為滿足數(shù)控機床發(fā)展需要并適應(yīng)當(dāng)今激烈的市場競爭，必須使用先進制造技術(shù)加速高性能機床產(chǎn)品的開發(fā)。因此，研究高速機床的結(jié)構(gòu)及其理論，更好地發(fā)揮高速機床的性能和提高機床的效率就成了普遍關(guān)注的問題。本課題主要根據(jù)國內(nèi)外市場對五軸聯(lián)動機床的需求，設(shè)計出高性能五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銑床的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計在參考大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，通過對比分析，確定五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銑床的總體設(shè)計方案。對機床主要零部件進行分析設(shè)計。 本課題的研究將利用數(shù)控機床設(shè)計者的經(jīng)驗，設(shè)計出適合生產(chǎn)的龍門銑床結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銑床，總體設(shè)計方案，對比分析 Abstract With the development of modern technology and new products are constantly emerging, high speed, high flexibility, high precision and high rigidity has become the main direction of the development of CNC machine tools, to meet the needs of the development of CNC machine tools and adapt to the fierce market competition, must use the advanced manufacturing technology to accelerate the development of high performance machine tool products. Therefore, the structure and theory of high-speed machine tool, better performance of high-speed machine tools and improve machine efficiency became a common concern. This topic mainly according to the domestic and international market demand for five axis machine tool, the design of high performance five axis CNC milling machine structure in Longmen. The design on the basis of a lot of data at home and abroad, through the comparison and analysis, to determine the overall design scheme of five axis CNC milling machine of Longmen. Analysis and design of main parts of the machine tool. This research will use the experience of the designer design of NC machine tool, suitable for the production of Longmen milling machine structure. Keywords: Five - axis NC Longmen milling machine, the overall design scheme, comparative analysis 目 錄 摘 要 I ABSTRACT III 第1章 引言 1 1.1高速數(shù)控加工機床的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.1．1國內(nèi)、外高速數(shù)控加工機床的發(fā)展?fàn)顩r 2 1.1.2高速數(shù)控加工機床的發(fā)展趨勢 4 1.2課題的研究背景、內(nèi)容及意義 5 1.2.1課題研究的背景 5 1.2.2課題的研究內(nèi)容 6 1.2.3課題的研究意義 6 第二章.機床的總體結(jié)構(gòu)方案選擇 7 2.1.五軸聯(lián)動數(shù)控銑床技術(shù)性能參數(shù) 7 2.2.五軸聯(lián)動數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)方案 7 第三章.機床的進給伺服機構(gòu)及機械部分設(shè)計 8 3.1.五軸聯(lián)動數(shù)控銑床機械傳動機構(gòu)設(shè)計要求： 8 3.2.滾珠絲杠的選擇： 9 3.2.1滾珠絲杠副的導(dǎo)程 9 3.2.2滾珠絲杠副的載荷及選絲杠 9 3.3.伺服電機的選擇： 11 3.4.銑床機械部分設(shè)計： 12 第四章.機床主軸箱的設(shè)計 15 4.1 主軸箱的設(shè)計要求 15 4.2主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 15 4.2.1 主傳動功率 15 4.2.2 驅(qū)動源的選擇 16 4.2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 16 4.2.4傳動軸的估算 18 4.2.5齒輪模數(shù)的估算 20 4.3主軸箱展開圖的設(shè)計 21 4.3.1設(shè)計的內(nèi)容和步驟 21 4.3.2 有關(guān)零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 21 4.3.3 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 24 4.3.4 主軸組件的剛度和剛度損失的計算： 25 4.4 零件的校核 26 4.4.1齒輪強度校核 26 4.4.2傳動軸撓度的驗算： 27 結(jié) 論 29 參考文獻 30 致謝 31 IV 第1章 引言 1.1高速數(shù)控加工機床的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度，改善勞動條件，經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。 目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、并聯(lián)驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化、虛擬軸驅(qū)動已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。高速高精度切削加工技術(shù)是一種綜合性的高新技術(shù)，是先進實用的制造技術(shù)，正成為切削加工的主流，具有強大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景，其中高速機床是實現(xiàn)高速高精度加工的前提和基礎(chǔ)條件?，F(xiàn)在，工業(yè)發(fā)達國家都把生產(chǎn)高速機床作為其重要的發(fā)展目標(biāo)，高速機床的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 高速切削加工機床中“高速”是一個相對概念。對于不同的加工方法、工件材料與刀具材料，切削速度也不相同。如何定義高速切削加工，至今還沒統(tǒng)一的認(rèn)識。目前沿用的高速切削加工定義主要有以下幾種： (1)1978年，CIRP切削委員會提出以線速度500～7000m／min的切削速度加工為高速切削加工。 (2)對銑削加工而言，從刀具夾持裝置達到平衡要求(平衡品質(zhì)和殘余不平衡量)時的速度來定義高速切削加工。根據(jù)IS01940標(biāo)準(zhǔn)，主軸轉(zhuǎn)速高于8000r／min為高速切削加工。 (3)德國Darmstadt大學(xué)生產(chǎn)工程與機床研究所(PTW)提出以高于5～10倍的普通切削速度的切削加工定義為高速切削加工。 (4)從主軸設(shè)計的觀點，以沿用多年的DN值(主軸軸承孔直徑D與主軸最大轉(zhuǎn)速N的乘積)來定義高速切削加工。 因此，高速切削加工不能簡單的用某一具體的切削速度值來定義，但從生產(chǎn)實際考慮，高速切削加工中的“高速"，不應(yīng)僅是一個技術(shù)指標(biāo)，還應(yīng)是一個經(jīng)濟指標(biāo)，是一個可由此獲得較大經(jīng)濟效益的高速度的切削加工。 同時，用戶對金屬加工機床的技術(shù)要求越來越高，市場的需求對機床生產(chǎn)廠家的壓力也越來越大。機床生產(chǎn)企業(yè)必須在盡可能短的時間內(nèi)為用戶提供高質(zhì)量的機床，以經(jīng)濟性的價格占領(lǐng)市場。為機床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟性的加工設(shè)備是機床生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前和未來的發(fā)展目標(biāo)，只有通過增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達到這一目的。因此，多軸聯(lián)動機床、多功能復(fù)合中心、虛擬軸機床等機型發(fā)展迅速，在CIMT2007第十屆中國國際機床展覽會上，五軸聯(lián)動機床及多功能車銑復(fù)合中心機床占了較大的比率?？梢灶A(yù)計未來段時間，五軸聯(lián)動機床及多功能車銑復(fù)合中心機床逐漸成為國內(nèi)外各大機床生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)重點，占據(jù)市場的主體地位。 1.1．1國內(nèi)、外高速數(shù)控加工機床的發(fā)展?fàn)顩r 20世紀(jì)90年代以來，發(fā)達國家都在高速切削加工技術(shù)上投入大量的人力和物力。并取得了巨大成就。龍門式五軸聯(lián)動數(shù)控機床就是其中發(fā)展起來的機型，它是當(dāng)代機械制造業(yè)的主流設(shè)備，機械工業(yè)發(fā)達的國家如美國、德國、法國、意大利、西班牙等國家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。西方政府將高精度的龍門式數(shù)控機床列為戰(zhàn)略物資，其出口受到禁運限制．歷史上曾有轟動一時的美、日制裁原蘇聯(lián)的“東芝事件”。如今，這些西方發(fā)達圍家的機床生產(chǎn)廠商已成為全世界高速數(shù)控加工中心的主要提供者，從而推動了高速數(shù)控加工機床的發(fā)展。 在CIMT2007上，德國哈默公司將展出C30U和C40U五軸立式加工中心。機床采用工作臺A軸擺動與C軸回轉(zhuǎn)，由力矩電動機驅(qū)動．X/Y/Z軸行程650/600/500mm和800/700/500mm，快移速度45m/min，回轉(zhuǎn)工作臺由φ630mm和φ800mm，工作臺擺角+30°/-11°和+25°/-110°，主軸轉(zhuǎn)速10000r/min，功率32kw，刀庫容星32/38把，換刀時間為5.5s，該機型特點：結(jié)構(gòu)緊湊且A/C軸實現(xiàn)“零轉(zhuǎn)動”技術(shù)。 圖1.1 C30U五軸立式機床 高速切削機床在國內(nèi)的研究及應(yīng)用起步較晚，進入20世紀(jì)90年代以來普遍引起關(guān)注。適用于高速機床的高檔數(shù)控系統(tǒng)和開放式數(shù)控系統(tǒng)正在深入研究中，但目前主要還是依賴進口?，F(xiàn)在國內(nèi)正逐步開始推廣應(yīng)用高速切削技術(shù)，主要是應(yīng)用在航空航天、模具和汽車工業(yè)，加工鋁合金和鑄鐵較多，但大多數(shù)高速高精度切削機床仍以進口為主。 在CIMT2007展會上，展出了我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的五軸聯(lián)動數(shù)控機床20多臺。大家都知道，五軸聯(lián)動數(shù)控機床是現(xiàn)代機械加工葉輪、葉片，船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機轉(zhuǎn)子、大型柴油機曲軸等不可或缺的手段。我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設(shè)對高檔的數(shù)控機床大量需求。多年來，五軸聯(lián)動數(shù)控機床的研制成為我國裝備制造業(yè)心中隱隱的痛。經(jīng)過臥薪嘗膽般的一翻探索實踐．如今，我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)終于有了可喜的成就。當(dāng)前，國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床在品種上，已經(jīng)擁有立式、臥式、龍門式和落地式的加工中心，適應(yīng)不同尺寸的復(fù)雜零件加工，還有五軸聯(lián)動銑床和大型瞠銑床以及車銑中心等，基本涵蓋了國內(nèi)市場的需求。沈陽機床、大連機床、秦川機床，江蘇多棱、濟南二機床、北京機電研究院、寧江機床、桂林機床、北京一機床等企業(yè)的產(chǎn)品，已獲得國內(nèi)市場的認(rèn)同。 目前，我國數(shù)控機床的可供品種超過1500種，而且每年仍以不少于200種的速度增加。經(jīng)濟型數(shù)控機床國內(nèi)產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位?；究梢詽M足國內(nèi)市場需求；代表當(dāng)今數(shù)控機床最高水平的5軸聯(lián)動數(shù)控機床，國內(nèi)已有一批產(chǎn)品實現(xiàn)了商品化。近年來，我國數(shù)控機床的技術(shù)引進工作比以前有了較大的進步．主要表現(xiàn)在：引進規(guī)模大幅度提高；引進方式多樣化，除了傳統(tǒng)的購買設(shè)備之外，還出現(xiàn)了購買技術(shù)、技術(shù)許可、技術(shù)服務(wù)、合作生產(chǎn)、作股投資、補償貿(mào)易等多種方式；技術(shù)引進的主動權(quán)逐步提高，經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國數(shù)控機床在某些領(lǐng)域已經(jīng)掌握了關(guān)鏈技術(shù)，具備了部分自主開發(fā)能力，同時，國外越來越多的跨國公司為了能進入中國市場，競相以各種方式向我國輸出技術(shù)；技術(shù)引進的結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化，逐步從單一生產(chǎn)技術(shù)的引進轉(zhuǎn)向以調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品附加值、增強創(chuàng)新能力的技術(shù)引進；大規(guī)模成套設(shè)備引進逐步被 關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備的引進所替代。在看到我國的數(shù)控機床技術(shù)引進情況發(fā)展的同時，更要重視我們技術(shù)引進存在的不足：盲目引進、多頭引進、重復(fù)引進造成的資金浪費；忽視引進技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新及自主創(chuàng)新，技術(shù)過度依賴引進形成了引進一落后一再引進一再落后的被動局面。 1.1.2高速數(shù)控加工機床的發(fā)展趨勢 切削加工的高速化需求是現(xiàn)代數(shù)控機床和加工中心向高速化發(fā)展的直接動力，高速切削機床應(yīng)運而生，并促使高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)以及配套的高性能控制系統(tǒng)、高效高精度測量測試系統(tǒng)等高速化單元在高速切削機床中普及和推廣。在體現(xiàn)機床“高速"的同時，還要力求保持高的加工精度，否則達不到一定精度要求，高速也就失去了意義。為了保證高速下的高加工精度，人們不斷研究各項新技術(shù)，采取各種新措施。如利用現(xiàn)代計算機輔助分析、設(shè)計和仿真等方法，大力改善機床結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動態(tài)和熱態(tài)特性，同時不斷提高數(shù)控和伺服系統(tǒng)的性能，采取諸如前饋控制、超前控制等新型控制策略，采用誤差補償功能等。 高速切削加工時，常使用大量的冷卻液，既增加了制造成本，又危害操作者的健康和污染環(huán)境。在環(huán)保意識不斷增強的今天，高速數(shù)控加工中心的于切削或準(zhǔn)干切削越來越受到重視。發(fā)展干切削，追求綠色化和產(chǎn)品的“回收再造”技術(shù)，已是當(dāng)今產(chǎn)品開發(fā)、研究和使用時所必須自始至終考慮和重視的一個方面。為了提高開發(fā)和制造效率，國外企業(yè)已應(yīng)用了模塊化和系統(tǒng)化的思想。通常對一定范圍的產(chǎn)品，在功能劃分的基礎(chǔ)上按系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，設(shè)計出一組功能獨立、結(jié)構(gòu)獨立的基本單元模塊，而后進行組合而成為多種機床，以最短的周期和較低的成本生產(chǎn)出滿足市場需求的多元化產(chǎn)品。 總之，隨著微電子技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)及計算機控制等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也是日新月異。各國都在著力開發(fā)和研究高速數(shù)控加工機床，以求達到高速、高效、高智能、高精度的性能，同時克服工作空間小、成本高等缺陷。 1.2課題的研究背景、內(nèi)容及意義 1.2.1課題研究的背景 雖然如今我國制造業(yè)在總量上成為僅次于美、日的世界第三大制造國，但從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，我國在制造業(yè)存在明顯的結(jié)構(gòu)缺陷。 世界制造業(yè)的發(fā)展已呈現(xiàn)出四大趨勢：綠色制造、極端制造業(yè)、制造業(yè)與高新技術(shù)廣泛融合，以及信息技術(shù)融入傳統(tǒng)制造業(yè)，而我國卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)的落在了后邊。我國制造業(yè)的長期目標(biāo)就是擺脫“世界工廠"的稱謂，從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變。提高我國制造業(yè)整體科技水平的戰(zhàn)略措施，除了眾所周知的提高企業(yè)創(chuàng)新能力和設(shè)計能力外，提高企業(yè)的加工能力和工藝水平也是至關(guān)重要的。目前我國絕大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)設(shè)備落后，工藝水平較低，想要追趕上述所提到的四大趨勢，首先要改善設(shè)備水平。因此，對高速數(shù)控加工機床的需求將大大增加。 數(shù)控機床是當(dāng)代制造業(yè)的主流裝備，是市場的熱門商品。我國數(shù)控機床經(jīng)歷30多年來的發(fā)展，現(xiàn)已頗具規(guī)模，機床已涉及超重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機床等領(lǐng)域。但與機床高度發(fā)達的國家相比，我國機床的總體制作水平還是存在著一定的差距，相當(dāng)明顯的是：在我國，對于四軸聯(lián)動以上的機床，大部分來自國外，再加上西方國家對我國在這方面的技術(shù)封鎖，在一定程度上影響了我國數(shù)控機床的發(fā)展。不可否認(rèn)的是：對于高精密工件的加工，國產(chǎn)機床還有待提升，主要是數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)部分。 1.2.2課題的研究內(nèi)容 本課題在借鑒大量國內(nèi)外機床資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)給定方案設(shè)計五軸聯(lián)動高速數(shù)控龍門銑床，主要研究內(nèi)容如下： (1)在分析國內(nèi)外五軸聯(lián)動數(shù)控機床發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，提出五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銑床總體設(shè)計方案。 (2)根據(jù)初始設(shè)計參數(shù)，進行整機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，確定各零部件的尺寸：并完成各零部件的圖紙繪制及裝配。 (3)結(jié)合現(xiàn)有五軸聯(lián)動資料及參數(shù)，設(shè)計五軸聯(lián)動銑頭結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)實現(xiàn)A／C兩軸聯(lián)動，采用雙導(dǎo)程蝸桿傳動技術(shù)，解決普通蝸桿傳動在嚙合過程中齒廓磨損這一缺陷，提高了機床的加工精度。 1.2.3課題的研究意義 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展、可靠性的提高和價格的下降，近年來多軸聯(lián)動機床的技術(shù)、品種和功能價格比有很大的提高。五軸聯(lián)動數(shù)控機床是加工葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機轉(zhuǎn)子、大型柴油機曲軸等不可或缺的手段。我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設(shè)對高檔多軸聯(lián)動數(shù)控機床大量需求。多年來，五軸聯(lián)動數(shù)控機床的研制成為我國裝備制造業(yè)亟待解決的問題。在當(dāng)前的國際形勢下，中國機床行業(yè)鼓勵企業(yè)開發(fā)研制五軸聯(lián)動數(shù)控機床具有非凡的意義。 本課題的研究成果，可以為數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計提出有普遍意義的技術(shù)方案，本課題的研究工作，必將有助于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、保證新產(chǎn)品性能、降低設(shè)計成本，為推動機床工業(yè)的發(fā)展起到一定的促進作用。 第二章.機床的總體結(jié)構(gòu)方案選擇 2.1.五軸聯(lián)動數(shù)控銑床技術(shù)性能參數(shù) 龍門型重心驅(qū)動五軸數(shù)控銑床，具體設(shè)計的要求如下：刀具一側(cè)具有X,Y,Z,C1四個自由度，工件安裝的工作臺一側(cè)具有B和C2兩個自由度，工作臺的最大載荷為300Kg，這6個自由度的運動范圍分別為：500mm×500mm×500 mm×360o ×180 o ×360 o 。 2.2.五軸聯(lián)動數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)方案 五軸聯(lián)動通常是在X、Y、Z三個線性軸基礎(chǔ)上增加由A、B、C三個回轉(zhuǎn)軸中任意兩個回轉(zhuǎn)軸所組合的運動，2個回轉(zhuǎn)軸可以都配置在刀具切削頭部位或工件安裝部位，也可在這兩個部位上分別配置1個回轉(zhuǎn)軸。 不同類型的機床根據(jù)需要可做成五軸聯(lián)動，但應(yīng)用比較多的是銑鏜類機床。這種機床也有多個類型和品種，較簡單的是在數(shù)控鏜銑床的工作臺上附加A/B軸轉(zhuǎn)臺，配上相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)X、Y、Z三個直線運動和A/B軸兩個旋轉(zhuǎn)運動，并可聯(lián)動。這種配置由于接合層次多，剛性差些，因此有專門將A/B轉(zhuǎn)軸的支座與工作臺或床身做成一體的。由于受安裝工件的轉(zhuǎn)臺的尺寸和重量的制約，這種機床僅適用于加工中小型工件。加工大重型工件的則用立式龍門式數(shù)控銑床、數(shù)控臥式銑鏜床和刨臺式銑鏜床等，此時A/C轉(zhuǎn)軸大都裝于主軸處。 本課題采用定梁式龍門銑床結(jié)構(gòu)，工作臺在線性滾珠導(dǎo)軌上作X向運動，Z軸滑枕上配置五軸聯(lián)動銑頭。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點在于：在結(jié)構(gòu)上具有較高的剛度，且不用擔(dān)心質(zhì)量不當(dāng)而影響機床的加速度方面的性能；結(jié)構(gòu)的缺陷在于工作臺移動，從而在X軸方向上占用的空間較大，也不利于機床X軸向上的加速度性能。 五軸聯(lián)動銑頭的結(jié)構(gòu)采用純機械結(jié)構(gòu)，A軸由雙導(dǎo)程螺桿驅(qū)動，C軸由精密齒輪嚙合驅(qū)動。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：機構(gòu)緊湊、體積適中、加工精度較高，價格相對適中。 第三章.機床的進給伺服機構(gòu)及機械部分設(shè)計 五軸聯(lián)動龍門銑床機械結(jié)構(gòu)中伺服進給系統(tǒng)是機械傳動設(shè)計的一個重要部件。伺服進給系統(tǒng)機械傳動機構(gòu)是指電動機的旋轉(zhuǎn)運動，變?yōu)楣ぷ髋_或刀架的運動的整個機械傳動鏈，包括引導(dǎo)和支撐執(zhí)行部件的導(dǎo)軌、絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸桿副、齒輪或齒鏈副及支撐部件等。 3.1.五軸聯(lián)動數(shù)控銑床機械傳動機構(gòu)設(shè)計要求： 由于機械傳動機構(gòu)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響了數(shù)控機床的定位精度和輪廓加工精度，因此，在機械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)滿足下列要求： (1)提高傳動部件的剛度 一般來說，數(shù)控機床的直線運動的定位精度和分辨率都要達到微米級，回轉(zhuǎn)的定位精度和分辨率都要達到角秒級，如果傳動部件的剛度不足，必然會導(dǎo)致傳動部件產(chǎn)生彈性變形，工作臺產(chǎn)生爬行、振動和反向死區(qū)，影響系統(tǒng)的定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性。關(guān)于機械傳動機構(gòu)的傳動剛度，主要取決于絲杠螺母副、蝸桿副及其支撐結(jié)構(gòu)的剛度?？s短傳動鏈、合理選擇絲杠以及絲杠螺母副的支撐部件等，施加預(yù)緊力是提高傳動剛度的有效途徑。 (2)高諧振 為了提高系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機械傳動部件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機械傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動系統(tǒng)固有頻率的2～3倍。 (3)摩擦阻力小 為了提高伺服進給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，保證其運動平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，除對伺服元件提出要求外，還必須減小運動件的摩擦阻力和動、靜摩擦系數(shù)之差。機械傳動機構(gòu)的摩擦阻力主要來自絲杠螺母副和導(dǎo)軌。為了減小摩擦阻力，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。 (4)減小傳動部件的慣量 傳動部件的慣量對伺服機構(gòu)的起動和制動特性都有影響，尤其是處于高速運轉(zhuǎn)的零件，由于對進給系統(tǒng)的加速度要求較高。在驅(qū)動電機一定時，傳動部件的慣量直接決定了進給系統(tǒng)的加速度，它是影響進給系統(tǒng)快速性的主要因素。因此，在滿足系統(tǒng)強度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小零部件的重量、直徑，以降低慣量，提高快速特性。 (5)無間隙 機械傳動部件之間的間隙是造成伺服進給系統(tǒng)反向死區(qū)的一個主要原因，因此，對傳動鏈的各個環(huán)節(jié)，如聯(lián)軸器、齒輪副、蝸桿副、絲杠螺母副及其支撐部件等，均采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施或施加預(yù)緊力。 3.2.滾珠絲杠的選擇： 在數(shù)控機床的設(shè)計中，滾珠絲杠副的作用是將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的推力。滾珠絲杠副的傳動是一種 應(yīng)用較廣的機構(gòu)，尤其是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的各種機構(gòu)中，滾珠絲杠副是傳動最簡單、經(jīng)濟而又可靠的。所以滾珠絲杠副的選擇對整個機床的制造起著不可忽視的作用。滾珠絲杠副的精度是影響機床的定位精度及重復(fù)定位精度的最主要的因素。 為了在機床的設(shè)計中更合理的選用滾珠絲杠副，使其充分發(fā)揮效能，必須進行一系列的計算。 3.2.1滾珠絲杠副的導(dǎo)程 工作臺縱向行程500mm，速度為10m/min，速度傳動比為i=0.5，伺服電機最大轉(zhuǎn)速為2000r/min,，工作臺進給速度為0-1000mm/min,算得其導(dǎo)程為： 3.2.2滾珠絲杠副的載荷及選絲杠 1.最小載荷 機床空載時滾珠絲杠副的傳動力，如工作臺重量引起的摩擦力： 2.最大載荷 選機床承受最大負(fù)荷時滾珠絲杠的傳動力。如機床切削時，切削力在 滾珠絲杠副軸向的分力與導(dǎo)軌摩擦力之和即為Fmax（這時導(dǎo)軌摩擦力是由工作臺、工件、夾具三者總的重量以及切削力在垂直導(dǎo)軌方向的分量共同引起的）。 3.平均載荷 平均載荷為： 7576N 4.當(dāng)量載荷 工作臺進給速度為0-6000mm/min，故平均轉(zhuǎn)速為： 絲杠的工作壽命取為10000h。故： 當(dāng)量動載荷 2. 選擇滾珠絲杠 查滾珠絲杠樣本，選上?？N云機械設(shè)備有限公司的型號為，SFU8010-4的絲杠。額定動載荷為。符合要求。絲杠直徑為80mm，導(dǎo)程10mm, 珠圈數(shù)90，珠徑為4mm。 3.3.伺服電機的選擇： 1. 基本原則 1） 考慮電動機的主要性能（啟動、過載及調(diào)速等）、額定功率大小、額定轉(zhuǎn)速及結(jié)構(gòu)形式等方面要滿足生產(chǎn)機械的要求。 2） 在以上前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便又價格合理的電動機。 2. 電動機類型的選擇 安裝方式：立式和臥式 （本設(shè)計采用立式安裝）。 防護方式：開啟式、封閉式、防護式、防暴式。 3. 額定電壓的選擇 交流380～220V，或根據(jù)需要配變壓器。 4. 額定轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況來選擇要求重復(fù)、短時、正反轉(zhuǎn)工作的生產(chǎn)機械，除應(yīng)選擇滿足工藝要求的電動機額定轉(zhuǎn)速外，還要保證生產(chǎn)機械達到最大的加、減速度的要求而選擇最恰當(dāng)?shù)貍鲃友b置，以達到最大生產(chǎn)率或最小損耗的目標(biāo)。一般都是直接傳動，而不是減速器。 5.慣量匹配： 工件和工作臺的最大質(zhì)量為300kg,折算到電動機軸，其慣量為 0.007kg.m 絲杠慣量：絲杠直徑80mm，決定長度為6.2m。0.19 大帶輪慣量為： 小帶輪慣量為： 負(fù)載慣量為：0.09934 6.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 選擇直流伺服電機為： 額定功率 3KW 最高轉(zhuǎn)速 2000 額定轉(zhuǎn)距 22 最大轉(zhuǎn)矩 57 轉(zhuǎn)子慣量 0.12 3.4.銑床機械部分設(shè)計： 整機分為床身、龍門架、滑臺、主軸箱、五軸進給驅(qū)動機構(gòu)機械部分及相關(guān)數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設(shè)計過程中的重點闡述如下： 床身是本次設(shè)計工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計影響著對整機的設(shè)計，而且設(shè)計的合理性直接影響到整機的剛度。床身的上平面即工作臺面設(shè)計有 K 條T形槽，為方便床身工作臺面和T形槽的精刨加工，槽完全貫通。床身的左、右兩下腳各設(shè)計有一個狹長平面，用來安放滾動直線導(dǎo)軌副。我把導(dǎo)軌面設(shè)計在床身的兩下側(cè)，主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。因床身會受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設(shè)計可使龍門框架的重力直接傳入到機床的基礎(chǔ)上，而床身只受到工件的重力。 龍門框架采用的是整體龍門架的設(shè)計概念，即把橫梁與左右立柱設(shè)計成一體，雖然使鑄造和裝配調(diào)整時的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主軸箱、滑臺等部件有了裝配基準(zhǔn)。 滑臺的設(shè)計是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照主軸的中心盡量貼近橫梁上的導(dǎo)軌面為原則，并把Z軸驅(qū)動安裝位置設(shè)計在滑臺上，有效地減輕滑臺的重量。 設(shè)計進給驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)思如下：X 軸的進給驅(qū)動機構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動直線導(dǎo)軌副，Y 軸與 X 軸采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動部分貼有工程塑料，避免低速時產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且導(dǎo)軌部分設(shè)計有斜鑲條可調(diào)裝置。這樣設(shè)計使機床的整體進給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進給速度和進給力得到了最佳匹配。 主軸箱的上下垂直運動Z軸采用滾珠絲杠副傳動。由于本機床不是高速銑床，Z軸的進給系統(tǒng)為伺服電動機通過傳動比為4的平行軸定比齒輪箱帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。Z 軸的安全問題。首先選用帶電磁剎車的伺服電動機，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起主軸箱機械式下垂。當(dāng)然，為了保護Z軸進給機構(gòu)的精度，還在滑臺上裝有兩個平衡油缸。平衡力Q等于主軸箱部件質(zhì)量的85﹪。 主軸箱的左右移動為Y軸，為了保證Y軸的傳動精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動機與滾珠絲杠直聯(lián)方式。選用的聯(lián)軸器帶有過載保護裝置，在過載時聯(lián)軸器會自動脫開。 圖3-1主視圖 圖3-2左視圖 第四章.機床主軸箱的設(shè)計 4.1 主軸箱的設(shè)計要求 1. 具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。 2. 具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3. 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。 4.2主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.2.1 主傳動功率 機床主傳動的功率P 可由下式來確定： 式中 －機床主傳動的功率 －切削功率 －主傳動鏈的總效率 數(shù)控機床的加工范圍一般都比較大，可根據(jù)有代表性的加工情況，由下式確定： 式中 －主切削力的切向力（N） －切削速度（m/min） －切削扭矩 （N/cm） －主軸轉(zhuǎn)速 （r/min） 主傳動的總效率一般可取為＝0.70～0.85，數(shù)控機床的主傳動多用調(diào)速電機和有限的機械變速來實現(xiàn)，傳動鏈比較短，因此，效率可以取較大值。 主傳動中各傳動件的尺寸都是根據(jù)其傳動的功率確定的，如果傳動效率定的過大，將使傳動件的尺寸笨重而造成浪費，電動機常在低負(fù)荷下工作，功率因數(shù)太小從而浪費能源。如果功率定的過小，將限制機床的切削加工能力而降低生產(chǎn)率。因此，要較準(zhǔn)確合適的選用傳動功率。 4.2.2 驅(qū)動源的選擇 機床上常用的無級變速機構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動機，直流電動機從額定轉(zhuǎn)速nd向上至最高轉(zhuǎn)速nmax是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速nd向下至最低轉(zhuǎn)速nmin是調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的，屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動機是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動機的體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動機高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機占有較大的優(yōu)勢，鑒于此，本設(shè)計選用交流調(diào)速電動機。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速4500r/min，最大切削功率5.5KW,選擇北京數(shù)控設(shè)備廠的BESK-8型交流主軸電動機，最高轉(zhuǎn)速是4500 r/min。 4.2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動機的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rdp=nmax/nd=4500/1500=3 （3-1） 而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍Rnp= nmax/nd=4500/150=30 ,遠(yuǎn)大于交流主軸電動機所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機構(gòu)的方法來擴大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。 設(shè)計變速箱時，考慮到機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比Фf等于交流主軸電動機的恒功率調(diào)速范圍Rdp，即Фf=Rdp=3，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的。 變速箱的變速級數(shù): Z=lg Rnp/lg Rdp=lg30/ lg 3=3.10 (3-2) 取 Z=3 確定各齒輪副的齒數(shù)： 取S=114 由u=2 得Z1=38 Z1′=76 由u=0.67 得Z2=68 Z2′=46 由u=0.22 得Z3=94 Z3′=20 如取總效率η=0.75，則電動機功率P=5.5/0.75=7.3kw?？蛇x用北京數(shù)控設(shè)備廠的BESK-8型交流主軸電動機，連續(xù)額定輸出功率為7.5kw。 由此擬定主傳動系統(tǒng)圖、轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖3-3、圖3-4、圖3-5。 圖3-3 主傳動系統(tǒng)圖 圖3-4轉(zhuǎn)速圖 圖3-5主軸功率特性 4.2.4傳動軸的估算 傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此疲勞強度一般不是主要矛盾。除了載荷比較大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求軸在載荷下（彎曲，軸向，扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。如果剛度不夠，軸上的零件如齒輪，軸承等由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度軸的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。 計算轉(zhuǎn)速nj是傳動件傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，各個傳動軸上的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上直接得出如表3-1所示: 軸 Ⅰ Ⅱ III 計算轉(zhuǎn)速（r/min） 1500 750 173 表3-1 各軸的計算轉(zhuǎn)速 各軸功率和扭矩計算： 已知一級齒輪傳動效率為0.97（包括軸承），則： Ⅰ軸：P1=Pd×0.99=7.5×0.99=7.42 KW Ⅱ軸：P2=P1×0.97=7.42×0.97=7.20 KW III軸：P3=P2×0.97=7.20×0.97=6.98 KW Ⅰ軸扭矩：T1=9550P1/n1 =9550×7.42/1500=47.24 N.m Ⅱ軸扭矩：T2=9550P2/n2 =9550×7.20/750=91.68N.m III軸扭矩：T3=9550P3/n3 =9550×6.98/173=385.31N.m [φ]是每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動軸的要求選取，其選取的原則如表3-2所示: 表3-2 許用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動軸 較低的軸 [φ]（deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 根據(jù)表2-2確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表3-3所示: 表3-3 許用扭轉(zhuǎn)角的確定 軸 Ⅰ Ⅱ III [φ]（deg/m） 1 1 1 把以上確定的各軸的輸入功率N=7.5KW、計算轉(zhuǎn)速nj（如表2-1）、允許扭轉(zhuǎn)角[φ]（如表2-3）代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 (3-3) 可得各個傳動軸的估算直徑： Ⅰ軸： d1=28.8mm 取d1=30mm Ⅱ軸： d2=34.0mm 取d1=35mm 主軸軸徑尺寸的確定： 已知銑床最大加工直徑為Dmax=400mm, 則： 主軸前軸頸直徑 D1=0.25Dmax±15=85～115mm 取D1=95mm 主軸后軸頸直徑 D2=(0.7～0.85)D1=67～81mm 取D2=75mm 主軸內(nèi)孔直徑 d=0.1Dmax±10=35～55mm 取d=40mm 4.2.5齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗用。在畫草圖時用經(jīng)驗公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算有兩種方法，第一種是按齒輪的彎曲疲勞進行估算，第二種是按齒輪的齒面點蝕進行估算，而這兩種方法的前提條件是各個齒輪的齒數(shù)必須已知，所以必須先給出各個齒輪的齒數(shù)。 根據(jù)齒輪不產(chǎn)生根切的基本條件：齒輪的齒數(shù)不小于17，在該設(shè)計中，即最小齒輪的齒數(shù)不小于17。而由于Z3,Z3’這對齒輪有最大的傳動比，各個傳動齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是Z3’。取Z3’=20,S=114，則Z3=94。 從轉(zhuǎn)速圖上直接看出直接可以看出Z3的計算轉(zhuǎn)速是750r/min。 根據(jù)齒輪彎曲疲勞估算公式mω=2.4 (3-4) 根據(jù)齒輪接觸疲勞強度估算公式計算得: m=2.84 由于受傳動軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數(shù)為m =3mm，對比上述結(jié)果，可知這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，而且考慮到兩傳動軸的間距，故取同一變速組中的所有齒輪的模數(shù)都為m=3mm?，F(xiàn)將各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下： 表3-4 齒輪的估算齒數(shù)和模數(shù)列表 齒輪 Z0 Z0’ Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3’ 齒數(shù) 35 70 38 76 68 46 94 20 模數(shù)（mm） 3 3 3 3 3 3 3 3 4.3主軸箱展開圖的設(shè)計 主軸箱展開圖是反映各個零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙。因此設(shè)計從畫展開圖開始，確定所有零件的位置，結(jié)構(gòu)和尺寸，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。 4.3.1設(shè)計的內(nèi)容和步驟 這一階段的設(shè)計內(nèi)容是通過繪圖設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸及選出軸承的型號，確定軸的支點距離和軸上零件力的作用點，計算軸的強度和軸承的壽命。 4.3.2 有關(guān)零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其它零件的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而定。所以設(shè)計時先畫主要零件，后畫其它零件，先畫傳動零件的中心線和輪廓線，后畫結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 1）傳動軸的估算 這一步在前面已經(jīng)做了計算。 2）齒輪相關(guān)尺寸的計算 為了確定軸的軸向距離，齒輪齒寬的確定是必須的。 而容易引起振動和噪聲，一般取齒寬系數(shù)Φm =(6-10)m。這里取齒寬系數(shù)Φm=10, 則齒寬B=Φm×m=10×3=30mm.現(xiàn)將各個齒輪的齒厚確定如表3-5所示: 表3-5 各齒輪的齒厚 齒輪 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ 齒厚（mm） 30 30 30 30 30 30 齒輪的直徑?jīng)Q定了各個軸之間的尺寸，所以在畫展開圖草圖前，各個齒輪的尺寸必須算出?，F(xiàn)將主軸部件中各個齒輪的尺寸計算如表3-6所示: 表3-6 各齒輪的直徑 齒輪 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ 分度圓直徑（mm） 114 228 204 138 282 60 齒頂圓直徑（mm） 120 234 210 144 288 66 齒根圓直徑（mm） 106.5 220.5 196.5 130.5 274.5 52.5 Z0 Z0’ 105 210 111 216 97.5 202.5 由表3-2可以計算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表3-7所示: 表3-7 各軸的中心距 軸 ⅠⅡ ⅡⅢ 距離（mm） 160 175 3）確定齒輪的軸向布置 為避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)的兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距，應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙1-2mm，所以首先設(shè)計滑移齒輪。 Ⅱ軸上的滑移齒輪的兩個齒輪輪之間必須留有用于齒輪加工的間隙，插齒時，當(dāng)模數(shù)在1-2mm范圍內(nèi)時，間隙必須不小于5mm,當(dāng)模數(shù)在2.5-4mm范圍內(nèi)時，間隙必須不小于6mm，且應(yīng)留有足夠空間滑移，據(jù)此選取該滑移齒輪三片齒輪之間的間隙分別為d1= 45mm,d2=8mm。 由滑移齒輪的厚度以及滑移齒輪上的間隙可以得出主軸上的齒輪的間隙。 現(xiàn)取齒輪之間的間距為82mm和45mm。 圖3-6 齒輪的軸向間距 4）軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號選用主要應(yīng)根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進行選定。 同樣尺寸的軸承，線接觸的滾子軸承比電接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低；多個軸承的承載能力比單個軸承的承載能力要大；不同軸承承受載荷類型及大小不同；還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)要求，如中心距特別小的組合機床主軸，可采用滾針軸承。 為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承，因為當(dāng)軸承外徑一定時，其孔徑（即主軸軸頸）較大。 通常情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承（如配推力軸承，則極限轉(zhuǎn)速低），或者成對圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡單，但是極限轉(zhuǎn)速較低，如配空心圓錐滾子軸承，其極限轉(zhuǎn)速顯著提高，但成本也相應(yīng)的提高了。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25°或 15°的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時，選用向心推力軸承。 該設(shè)計的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時，剛度和速度這兩方面都要考慮。主軸前軸承采用3182119型軸承一個，后支承采用30215型和8215型軸承各一個。 4.3.3 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 I軸的一端與電動機相連，將其結(jié)構(gòu)草圖繪制如下圖4—2所示 圖3—7 II軸安裝滑移齒輪，其結(jié)構(gòu)如草圖3—2所示 圖3-8 III軸其結(jié)構(gòu)完全按標(biāo)準(zhǔn)確定，根據(jù)軸向的尺寸將結(jié)構(gòu)簡圖繪制如下圖4—4所示 圖3-9 4.3.4 主軸組件的剛度和剛度損失的計算： 最佳跨距的確定： 取彈性模量E=2.1X，D=（95+75）/2=85； 主軸截面慣距 截面面積：A=4415.63 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑約為最大加工直徑的60%，即240mm。故半徑為0.12m Fy=0.5Fz=1989.6N 故總切削力為： F==4448.9N 估算時，暫取L0/a=3,即取3x120=360mm. 前支承支反力 后支承支反力 取 則 則 因在上式計算中，忽略了ys的影響，故L0應(yīng)稍大一點，取L0=300mm 計算剛度損失： 取L=385mm,χ=4.61因在上式計算中，忽略了ys的影響，故L0應(yīng)稍大一點，取L0=300mm 計算剛度損失： 取L=385mm,χ=4.61 表3-8 由 公式 彈 性 主 軸 y1 彈性支承k 總 柔 度 總 剛度 彎曲變形 yb 剪切變形ys 前支承 后支承 懸伸段 跨距段 懸伸段 跨距段 L=385 5.488×10-7 2.224×10-6 2.361×10-7 1.165×10-7 11.12×10-7 2.28×10-7 44.65×10-7 2.24×105 12.29％ 49.8％ 5.29％ 2.61％ 24.9％ 5.1％ 100％ L0=300 5.488×10-7 1.732×10-6 2.361×10-7 1.4915×10-7 12.4×10-7 3.756×10-7 42.83×10-7 2.33×105 12.81％ 40.46％ 5.51％ 3.48％ 28.9％ 8.77％ 100％ 由L≠L0引起的剛度損失約為3.68％,可知，主軸剛度損失較小，選用的軸承型號及支承形式都能滿足剛度要求。 4.4 零件的校核 4.4.1齒輪強度校核 校核II軸齒輪 校核齒數(shù)為20的即可，確定各項參數(shù) P=7.2KW, n=750r/min Ⅱ軸扭矩: T2=9550P2/n2 =95507.2/750=91.68 N.m （5-1） 確定動載系數(shù)：=2.35m/s 齒輪精度為7級，由《機械設(shè)計》查得使用系數(shù) 非對稱 查《機械設(shè)計》得 確定齒間載荷分配系數(shù): ==42.1 100N/m由《機械設(shè)計》查得 =1.2 確定動載系數(shù): =11.051.21.42=1.6 查表 10-5 2.65 1.58 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力，由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 540MPa 圖10-18查得0.9,S = 1.3 （5-3） 49.489.3 故滿足要求。 4.4.2傳動軸撓度的驗算： II軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對II軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 已知d=60mm， E=2.1X，b=30mm ，x=180mm 。 結(jié) 論 將近一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計就已經(jīng)結(jié)束了，在這一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計中，遇到了很多的麻煩，也碰到了很多的挫折，伴隨著這一個一個的問題走下來，我覺得自己在畢業(yè)之前得到了快速的成長。 在設(shè)計初期，總以為時間很長很長，可以慢慢的來，可到了初期檢查的時候才知道自己的任務(wù)是很重的。這樣我才對畢業(yè)設(shè)計重視起來。在設(shè)計開頭階段，是我感覺最難最難的，因為這個時候我對自己設(shè)計的東西基本上連感性認(rèn)識都還不夠，更談不上什么理性認(rèn)識了！于是我到圖書館查閱大量相關(guān)資料，在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，我們一同到公司參觀實習(xí)，這樣我才對電火花線切割機床的有了感性認(rèn)識以及有了理性認(rèn)識。在這段畢業(yè)設(shè)計的時間里，我學(xué)會了好多以前所沒學(xué)到的東西，而且學(xué)的方式不再是老師傳授，而是我自己去書本里挖掘，自己去理會，自己去組織，再經(jīng)過老師講解。 設(shè)計任務(wù)雖然算是順順利利的完成了，但是我們都知道，我們設(shè)計的東西若真的用于生產(chǎn)那還差好遠(yuǎn)好遠(yuǎn)，我們的設(shè)計考慮的東西實在是太少太少了，好多東西我們都還是想當(dāng)然的設(shè)計，有的東西我們連實物都還沒完整的見到過，我們要學(xué)的東西還有好多好多。 參考文獻 [1] 戴曙主編.《金屬切削機床》，機械工業(yè)出版社。 [2] 杜君文主編.《機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計》，天津大學(xué)出版社。 [3] 《機床設(shè)計手冊》，機械工業(yè)出版社。 [4] 《機械設(shè)計手冊》，機械工業(yè)出版社。 [5] 《機床設(shè)計圖冊》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 [6] 同類型機床說明書、圖紙、樣本等 [7]《機床設(shè)計手冊》編寫組.機床設(shè)計手冊（第三冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1986 [8]王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機床.北京：國防工業(yè)出版社，2003 [9]林宋，田建君編.現(xiàn)代數(shù)控機床.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [10]袁國梁.從展會看數(shù)控龍門機床產(chǎn)品的發(fā)展.世界制造技術(shù)與裝備市場.2006,(4):23-24 [11]王冰.國內(nèi)外動態(tài).制造技術(shù)與機床.2009,(3):11-13 [12]張良.龍門銑的先驅(qū)者來到中國.航空制造技術(shù).2005,(8):95 致謝 首先感謝老師對我的指導(dǎo)與幫助。感謝他在設(shè)計期間對我們嚴(yán)格要求，并認(rèn)真負(fù)責(zé)的控制我們的設(shè)計進度，以及他對我們疑難問題的耐心講解。 其次感謝公司的員工，因為在畢業(yè)設(shè)計期間我們?nèi)⒂^，他們耐心的給我們示范對我們的畢業(yè)設(shè)計起了很大的幫助 最后感謝所有在我畢業(yè)設(shè)計中幫過我的同學(xué)和朋友。 31