XK5032數控立式銑床總體及縱向進給傳動機構設計【含CAD高清圖紙和說明書】

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畢業(yè)設計任務書 題目：XK5032數控立式銑床總體及縱向進給傳動機構設計 一、 設計參數 1、主軸轉速：30-1500轉/分 2、工作臺尺寸(長×寬)： 1325mm×320mm 3、工作臺最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm 4、快速移動速度： 20m/min 5、工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm； 工作臺重復定位精度 x、y、z ±0.02mm； 6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅動，滾珠絲 杠傳動，脈沖當量0.010mm/脈沖。 7、實現功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。 8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止 二、設計內容及及要求 (一)設計說明書 （不少于1.0萬字） 1、數控機床發(fā)展概述 （1）數控機床及其特點。 （2）數控機床的工藝范圍及加工精度。 （3）數控機床的經濟分析。 （4）數控機床的發(fā)展趨向。 2、數控機床總體方案的制訂及比較 3、確定切削用量及選擇刀具 4、傳動系統圖的設計計算 5、縱向進給傳動機構裝配圖的設計計算 6、縱向進給傳動機構的零件圖設計計算 （二）、圖紙部分 1、機床尺寸聯系圖 A0一張 2、機床傳動系統圖 A0一張 3、縱向進給傳動機構裝配圖 A0一張 4、機床硬件電路圖 A0一張(選作) （三）基本要求： 能按時獨立完成畢業(yè)設計規(guī)定的全部內容，方案選擇正確，論據充分，對設計中的主要問題分析深入，解決合理，有獨立見解，能很好運用所學理論和提供的資料解決設計中的問題，能獨立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數據論證合理、計算準確，圖面整潔。 三、 各階段時間安排 序號 主 要 任 務 起止周 1 查閱文獻，收集資料 0.5周 2 工廠調研、參觀 0.5周 3 機床總體方案圖 2周 4 機床傳動系統圖 2周 5 縱向進給傳動機構裝配圖 2周 6 設計說明書 1周 四、主要參考文獻 1. 《數控銑床設計》文懷興主編，化學工業(yè)出版社，2006 2.《新編機床數控技術》任玉田，包杰等編著，北京理工大學出版社，2005 3.《數控技術》周德儉 主編，重慶大學出版社，2001 4.《機械設計手冊》徐灝主編，機械工業(yè)出版社，2003 5.《機械零件設計手冊》吳宗澤主編，機械工業(yè)出版社，2004 6.《機電一體化系統設計》姜培剛，蓋玉先編著，機械工業(yè)出版社，2003 7. 《機床設計圖冊》上海紡織工學院等主編 上?？茖W技術出版社 ，1979 8. 《經濟型數控機床系統設計》張新義主編 機械工業(yè)出版社，2005 9. 《機電一體化技術手冊》（上、下冊）機電一體化技術手冊編委會，機械工業(yè)出版社，1996 10.《實用數控機床技術手冊》李福生主編，北京出版社，2006 11.《數控機床控制技術基礎電氣控制基本常識》吳文龍，王蒙主編,高等教育出版社,2004 12.《現代數控機床》林宋，田建軍主編化學工業(yè)出版社,2003 畢業(yè)設計(論文) XK5032數控立式銑床總體及 縱向進給傳動機構設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 V 摘 要 目前機床數控設計的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現在我國機床數控率不到3％。用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數控率。當前在我國國民經濟的各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，數控機床已經成為企業(yè)技術設計的首先設備之一。我國的數控技術發(fā)展很快，呈現出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復合、集成化、智能化、網絡化合環(huán)?；l(fā)展的態(tài)勢。與國外數控技術的發(fā)展相比，我國數控技術的發(fā)展仍然存在著較大差距。 通過該課題的研究，努力達到以下目的： 1、加強數控機床結構設計和模塊化訓練； 2、加強數控機床功能部件的選型與設計計算的訓練； 3、加強數控機床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練 1）節(jié)省資金。?機床的數控設計同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用， 關鍵詞：銑床，數控，伺服電機，滾珠絲杠 Abstract At present, the transformation of NC machine tools market in our country still has very large development space, now our country machine tool numerical control rate less than 3%. Use of ordinary lathe processing products of poor quality, less common varieties, low grade, high cost, long period of supply, which in international, home market lacks competition ability, affect a business directly product, market, benefit, affect the survival and development of enterprises, so we must enhance the rate of NC machine. At present in our country all trades and professions of national economy is playing an increasingly important role, CNC machine has become the first device of the technological transformation of enterprises. Numerical control technology of our country is developing very quickly, showing a high speed, high precision, high reliability, multi axis control, composite technology, integrated, intelligent, network combining environmental protection development. Compared with foreign development of numerical control technology, numerical control technology in China still has a large gap in the development of. Through the research, efforts to achieve the following objectives: 1, strengthen structure design of the NC machine tool and the modular training; 2, strengthen the functional components of NC machine tool selection and design calculation of the training; 3, strengthen the NC machine tool in machine design should grasp the main problems in training Key Words: milling machine, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 數控機床發(fā)展概述 1 1.1 數控機床及其特點 1 1.1.1 數控機床與普通機床的區(qū)別 1 1.1.2 數控機床的適用范圍 2 1.2 數控機床的工藝范圍及加工精度 2 1.3 數控機床發(fā)展趨勢 3 1.4 機床數控設計的優(yōu)越性 4 第2章 數控機床總體方案的制訂及比較 6 2.1總體方案設計的內容 6 2.1.1系統運動方式的確定 7 2.1.2伺服系統的選擇 7 2.1.3執(zhí)行機構傳動方式的確定 8 2.1.4計算機的選擇 8 2.2總體設計方案的確定 8 2.2.1系統的運動方式與伺服系統的選擇 8 2.2.2計算機系統 8 2.2.3機械傳動方式 9 第3章 確定切削用量及選擇刀具 10 3.1刀具選擇 10 3.2切削用量確定 10 3.3切削三要素 11 3.4加工精度和表面粗糙度 11 3.5刀具材料 14 第4章 傳動系統圖設計 15 4.1 參數的擬定 15 4.2 傳動結構或結構網的選擇 15 4.3 轉速圖擬定 17 4.4 齒輪齒數的確定及傳動系統圖的繪制 20 第5章 縱向進給傳動機構裝配圖零件圖的設計計算 24 5.1設計方案的確定 24 5.2 縱向(X向)進給系統的設計 25 致 謝 34 參考文獻 35 第1章 數控機床發(fā)展概述 近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數控機械所代替。目前國外機械設備的數控率已達到85%以上，而我國的機械設備的數控率不足20%，隨著我國機制行業(yè)新技術的應用，數控技術的應用不但給傳統制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。1.高速、高精加工技術及裝備的新趨勢2.軸聯動加工和復合加工機床快速發(fā)展3.智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發(fā)展的主要趨勢4.重視新技術標準、規(guī)范的建立其中包括：a.關于數控系統設計開發(fā)規(guī)范b. 關于數控系統設計開發(fā)規(guī)范，加強數控銑床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練。 研究此課題的意義在于：針對大學畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過程中，加強實踐環(huán)節(jié)，把自己置身于工程背景之中，以提高我們的專業(yè)水平。通過此設計，我們可以初步掌握設計一般銑床的方法與步驟，可為我們今后工作打下良好的基礎。將大學三年所學到的知識進行匯總，考核我們所學知識的牢固度，檢驗我們運用知識的能力。 1.1 數控機床及其特點 1.1.1 數控機床與普通機床的區(qū)別 數控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有以下明顯特點： 1. 適合于復雜異形零件的加工 數控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應用。 2. 加工精度高 3. 加工穩(wěn)定可靠 實現計算機控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質量穩(wěn)定可靠。 4. 高柔性 加工對象改變時，一般只需要更改數控程序，體現出很好的適應性，可大大節(jié)省生產準備時間。在數控機床的基礎上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統—FMS。 5. 高生產率 數控機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高，一般為普通機床的 3～5 倍，對某些復雜零件的加工，生產效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 6. 勞動條件好 機床自動化程度高，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好。 7. 有利于管理現代化 采用數控機床有利于向計算機控制與管理生產方面發(fā)展，為實現生產過程自動化創(chuàng)造了條件。 8. 投資大，使用費用高 9. 生產準備工作復雜 由于整個加工過程采用程序控制，數控加工的前期準備工作較為復雜，包含工藝確定、程序編制等。 10. 維修困難 數控機床是典型的機電一體化產品，技術含量高，對維修人員的技術要求很高。 1.1.2 數控機床的適用范圍 由于數控機床的上述特點，適用于數控加工的零件有： ·批量小而又多次重復生產的零件； ·幾何形狀復雜的零件； ·貴重零件加工； ·需要全部檢驗的零件； ·試制件。 對以上零件采用數控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數控加工的優(yōu)勢。 1.2 數控機床的工藝范圍及加工精度 數控銑床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數量最多的數控機床，約占數控機床總數的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等回轉體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。 由于數控銑床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數控銑床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通銑床要寬得多。 1.精度要求高的回轉體零件 由于數控銑床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。 2.表面粗糙度要求高的回轉體零件 數控銑床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數控銑床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。 3.輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的回轉體零件 由于數控銑床具有直線和圓弧插補功能，部分銑床數控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的回轉體零件。 1.3 數控機床發(fā)展趨勢 1. 高速、高效、高精度、高可靠性 （1） 高速、高效加工 進入21世紀，機床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質量和精度.上世紀90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。 （2）高精度、超精密化加工 當前，機械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達到5微米;精密加工精度提高了兩個數量級，超精密加工精度進入納米級(0.001微米)，主軸回轉精度要求達到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工〔特高精度加工)，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10nm).其應用范圍日趨廣泛 （3）高可靠性 是指數控系統的可靠性要高于被控設備的可靠性在一個數量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000小時.當前國外數控裝置的MIBF值已達60000小時以上，驅動裝置達30000小時以上. 2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化 (1)模塊化、專門化與個性化 為了適應數控機床多品種、小批量的特點.機床結構模塊化，數控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢. (2)智能化 在數控系統中智能化的內容包括①為追求加工效率和加工質量方面的智能化:如自適應控制，工藝參數自動生成:②為提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算等:③簡化編程、簡化操作方面的智能化:④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容等。 (3)柔性化和集成化 數控機床向柔性自動化系統發(fā)展的趨勢是從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化FA)、體(CIMS,分布式網絡集成制造系統)的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展. 3. 開放性 為適應數控進線、聯網、普及型個性化、多品種、柔性化及數控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢是體系結構的開放性，設計生產開放式的數控系統，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數控的計劃等。 1.4 機床數控設計的優(yōu)越性 1. 費用低，經濟性好.設計周期短.可滿足生產急需 同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%-80%的費用，設計費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床設計，只花新機床購置費用的1/3，以大型的龍門加工中心為例，進口新的需要1000-5000萬元.而升級設計只需要100-500萬元。僅占成本的1/10。交貨期短。 2. 設計后的機床機械性能穩(wěn)定可靠、功能增強、質量好、效率高，可作為新設備繼續(xù)使用多年. 3. 降低了對操作者的技術要求，更易提高管理水平 操作者只需編程、裝夾工件和按開關，加工全部由電腦控制自動完成，即使再復雜的工件也能快速完成，省去了對技術要求的煩惱.同時提高了定額管理水平。 4. 可以采用最新的控制技術，可根據技術革新的速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率。提高設備質量和檔次。 第2章 數控機床總體方案的制訂及比較 2.1總體方案設計的內容 針對XK503銑床的特點，在滿足生產的前提下，對原銑床做盡可能少的改動，利用數控系統控制銑床運動，實現工作臺X、Y、z軸的三坐標控制及任意三軸的聯動控制，提高銑床的加工精度和自動化水平，完成銑床的數控設計 數控系統總體方案的擬定應包括以下內容:系統運動方式的確定、伺服系統的選擇、執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定、計算機系統的選擇等內容。 將一臺XK5032立式銑床，設計成三坐標控制，三軸聯動加工的數控銑床，用以實現平面、凸輪、溝槽、圓弧槽等復雜零件的自動銑削加工。 根據設計任務要求，有三種方案可供選擇： 方案一：將工作臺升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進給改為微機控制，實現三坐標控制,三坐標聯動的開環(huán)控制。 方案二:將主軸升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進給改為微機控制，實現三坐標控制，任意兩坐標聯動的開環(huán)控制。 方案三:僅將工作臺X、Y軸進給運動改為微機控制，實現兩坐標控制，兩坐標軸聯動的開環(huán)控制 對上述三個設計方案綜合考慮，結合銑床升降臺需要修理等實際情況.在符合經濟型數控設計一般原則的前提下選擇確定第一方案，其具體方案如下: (1)拆除機床工作臺X、 Y、 Z軸原進給系統。將滑動絲杠副更換為滾珠絲杠副，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進電機。對機床傳動系統設計計算，選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。完成齒輪傳動機構設計，步進電機選擇等，垂向工作臺傳動升降機構在更換滾珠絲杠后會因失去自鎖而自動下滑.必須增加平衡裝置和制動裝置。 (2)選擇經濟型開環(huán)數控系統、實現機床工作臺X、Y、Z軸3/3數控。主軸的部分數控功能要求X、Y、Z向步進精度為O.OO5/0.005/0.O1mm/setp;軸向定位精度0.015 mm;重復定位精度0.008 mm。 2.1.1系統運動方式的確定 數控系統按運動方式可分為點位控制系統、連續(xù)控制系統和點位/直線控制系統。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。例如，數控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進行鉆孔加工，因此數控系統可采用點位控制方式。對于點位控制系統的要求是快速定位，保證定位精度。 連續(xù)控制系統要求工作臺和刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數關系，能夠控制刀具沿任意直線或曲線運動，控制每一個軸的位置和速度，使得各個軸同步協調到達目標點。連續(xù)控制系統不僅控制目標點，而且控制刀具到達這些目標點的整個路徑，使刀具始終接觸工件并制造出希望的形狀，所以具有連續(xù)控制系統的數控機床可以加工各種外形輪廓復雜的零件，故而連續(xù)控制系統又稱為輪廓控制系統或仿型系統。在點位控制系統中不具有連續(xù)控制系統中所具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統中卻具有點位系統的功能。例如，數控銑床、數控銑床等。 點位-直線系統，不但要求工作臺運動的終點坐標，還要求工作臺沿坐標軸運動過程中切削工作，進行簡單的銑削和銑削作業(yè)。其控制方法與點位系統十分相似，故有時也將這兩種系統統稱為點位控制系統。例如，數控鏜銑床等。 2.1.2伺服系統的選擇 伺服系統可以分為開環(huán)控制系統、半閉環(huán)控制系統和閉環(huán)控制系統。 開環(huán)控制系統中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制系統主要由步進電機驅動。開環(huán)伺服系統結構簡單，成本低廉，容易掌握，調試和維修都比較簡單。目前國內大力發(fā)展的經濟型數控機床普遍采用開環(huán)伺服系統。 閉環(huán)控制系統具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補償系統的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統多采用直流伺服電機或交流伺服電機驅動。但閉環(huán)系統造價高、結構和調試較復雜，多用于精度要求高的場合。 半閉環(huán)控制系統與閉環(huán)控制系統不同，不直接檢測工作臺的位移半閉環(huán)控制系統與閉環(huán)控制系統不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是檢測元件測出驅動軸的轉角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統和閉環(huán)系統之間。 2.1.3執(zhí)行機構傳動方式的確定 為確定數控系統傳動精度和工件平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適當的阻尼比要求。在設計中應考慮以下幾點： 盡量采用低摩擦的傳動和導向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌、貼塑導軌等。 盡量消除傳動間隙。例如，采用消隙齒輪等。 提高系統剛度?？s短傳動鏈可以提高系統的傳動剛度、減小傳動鏈誤差。也可以 用預緊的方法提高系統剛度。例如，采用預加負載的滾動導軌和滾動絲杠副等。 2.1.4計算機的選擇 微機數控系統由CPU、存儲擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅動電路、檢測電路等組成。 2.2總體設計方案的確定 2.2.1系統的運動方式與伺服系統的選擇 由于設計后的經濟型數控銑床應具有定位、直線插補、順圓插補、逆圓插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應選擇連續(xù)控制系統?？紤]到屬于經濟型數控機床加工精度不高，為了簡化結構、降低成本容易調試和維護，經濟型數控銑床應選用步進電機開環(huán)控制系統。 2.2.2計算機系統 根據機床要求采用8位微機。由于MCS-51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的80C31單片機擴展系統。 控制系統由微機部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進電機功率放大電路等組成。系統的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現，顯示器采用數碼管顯示加工數據及機床狀態(tài)等信息。 2.2.3機械傳動方式 為實現機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動給絲杠。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，應盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載的結構。齒輪傳動也要采用消除齒側間隙的結構。 35 第3章 確定切削用量及選擇刀具 3.1刀具選擇 （一）刀具選擇： 銑平面：硬質合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。 凸臺、凹槽、箱口面：立銑刀。 毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。 立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。 （二）原則： 安裝調整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。 （三）排序原則 減少刀具數量； 裝夾一次，盡是加工完； 即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開； 先銑后鉆； 精加工，先曲面后二維輪廓； 盡可能自動換刀。 3.2切削用量確定 粗：效率；半精、精：質量、兼顧效率。 1、主軸轉速n：根據線速度v確定：π V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min) 2、切深t：最好是t等于加工余量。 3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。 L＝0.6－0.9d 粗加工：大切深、大進給、低切速。 精加工：小切深、小進給、高切速。 3.3切削三要素 主軸轉速、切削深度、進給速度。少切削，快進給。 3.4加工精度和表面粗糙度 1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。 （1）尺寸精度：公差與配合國家標準（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。 新公差等級與舊公差等級的對照及應用 新公差等級 舊精度等級　 加工方法 應用 軸 孔 IT01－IT2 無 研磨 用于量塊、量儀制造 IT3－IT4 研磨 用于精密儀表、精密機件的光整加工 IT5 1 無 研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉 用于一般精密配合。IT7－IT6在機床和較精密的機器、儀器制造中用得最為普遍 IT6 2 1 IT7 3 2 磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金 IT8 3－4 IT9 4 銑、鏜、銑、刨、插 用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合 IT10 5 IT11 6 粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄 用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合 IT12－IT13 7 IT14 8 沖壓、壓鑄 用于非配合 IT15－IT18 9－12 鑄、鍛、焊、氣割 ?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實際形狀相對于理想形狀的準確程度。 　 國家標準（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。 ?。?）位置公差：零件上點、線、面要素的實際位置相對于理想位置的準確程度。 　 國家標準（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項位置公差： 定向：平行度、垂直度、傾斜度。 定位：同軸度、對稱度、位置度。 跳動：圓跳動、全跳動。 2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標準（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83） 　 輪廓算術平均偏差： 　 Ra＝ 或近似于Ra＝ 微觀不平十點高度： 　 Rz＝(+) 在常用數值范圍內（Ra＝0.25－6.3μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應優(yōu)先選用Ra。 表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表 表面要求 表面特征 Ra(μm) Rz(μm) 加工方法 舊國際光潔度級別代號 第1系列 第2系列 第1系列 第2系列 不 加 工 毛坯表面清除毛刺 1600 ∽ 1250 1000 800 630 500 100 400 粗 加 工 明顯可見的刀紋 80 320 粗銑 粗銑 粗刨 鉆 粗銼 ▽1 63 250 50 200 可見刀紋 40 160 ▽2 32 125 25 100 微見刀紋 20 80 ▽3 16.0 63 12.5 50 半 精 加 工 可見加工痕跡 10 40 半精銑 精銑 精銑 精刨 粗磨 ▽4 8 32 6.3 25 微見加工痕跡 5 20 ▽5 4 16 3.2 12.5 不見加工痕跡 2.5 10 ▽6 2 8 1.6 精 加 工 可辨加工痕跡的方向 1.25 6.3 精鉸 刮 精拉 精磨 ▽7 1.00 5 0.8 4 微辨加工痕跡的方向 0.63 3.2 ▽8 0.5 2.5 0.4 2.0 不辨加工痕跡的方向 0.32 1.6 ▽9 0.25 1.25 0.2 1.00 精 密 加 工 暗光澤面 0.16 0.80 精密磨削 珩磨 研磨 超精加工 拋光 ▽10 0.125 0. 63 0.1 0.50 亮光澤面 0.080 0.40 ▽11 0.063 0.32 0.05 0.25 鏡狀光澤面 0.040 0.20 ▽12 0.032 0.16 0.025 0.125 霧狀光澤面 0.020 0.10 ▽13 0.016 0.080 0.012 0.063 鏡面 0.010 0.050 鏡面磨削 研磨 ▽14 0.008 0.040 0.025 0.032 3.5刀具材料 碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200-250℃，V＜8m/min。 合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。 高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min； 110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃ 4、硬質合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。 另外，還有新型硬質合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。 第4章 傳動系統圖設計 4.1 參數的擬定 XK5032數控立式銑床設計參數 1、主軸轉速：30-1500轉/分 2、工作臺尺寸(長×寬)： 1325mm×320mm 3、工作臺最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm 4、快速移動速度： 20m/min 5、工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm； 工作臺重復定位精度 x、y、z ±0.02mm； 6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅動，滾珠絲 杠傳動，脈沖當量0.010mm/脈沖。 7、實現功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。 8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止 XK5032數控立式銑床選定公比，確定各級傳送機床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當減少相對速度損失，這里取公比為 =1.26，根據給出的條件：主運動部分Z=18級，根據標準數列表，確定各級轉速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）. 4.2 傳動結構或結構網的選擇 1，確定變數組數目和各變數組中傳動副的數目 該機床的變數范圍較大，必須經過較長的傳動鏈減速才能把電機的轉速降到主軸所需的轉速。級數為Z的傳動系統由若干個傳動副組成，各傳動組分別有. .`````````個傳動副，即Z=```````。傳動副數由于結構的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應為2或3的因子：Z=x 因此，這里18=3x3x2，共需三個變速組。 2，傳動組傳動順序的安排 18級轉速傳動系統的傳動組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。 選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速率的具體結構，裝置和性能。I軸如果安置制動的電磁離和器時，為減少軸向尺寸。第一傳動組的傳動副數不能多，以2為宜，有時甚至用一個定比傳動副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2 ，或一個定比傳動副。 這里，根據前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。 3，傳動系統的擴大順序安排 對于18=3x3x2的傳動，有3！=6種可能安排，亦即有6種機構副和對應的結構網，傳動方案中，擴大順序與傳動順序可以一致，，結構式18=xx的傳動中，擴大順序與傳動順序一致，稱為順序擴大傳動，而，18=xx的傳動順序不一致，根據“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結構式。 4驗算變速組的變速范圍 齒輪的最小傳動1/4，最大傳動比2，決定了一個傳動組的最大變速范圍=/ 因此，可按下表，確定傳動方案： 根據傳動比及指數 x, 的值 公比 極限值傳動比指數 1.26 x值: =1/=1/4 6 值: ==2 3 （x+）值：==8 9 因此，可選擇18=xx的傳動方案。 5、最后擴大傳動組的選擇： 正常連續(xù)順序擴大傳動（串聯式）的傳動式為： Z=* 最后擴大傳動組的變速范圍為： r== 按原則，導出系統的最大收效Z和變速范圍為： 2 3 1.26 Z=18 R=50 Z=12 R=12.7 因此，傳動方案18=3*3*2符合上述條件，其結構網如下圖4.1： 圖4.1 結構網圖 4.3 轉速圖擬定 XK5032數控立式銑床運動參數確定后，主軸各級轉速就已知，切削耗能確定電機功率。在此基礎上，選擇電機的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉速圖，確定各中間軸的轉速。 1，主電機的選擇 中型機床上，一般都采用交流異步電動機為動力源，可在下列中選用，在選擇電機型號時，應注意： （1）電機的N： 根據機床切削能力的要求確定電機功率，但電機產品的功率已標準化，因此，按要求應選取相近的標準值。 （2）電機的轉速 異步電動機的轉速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動機的極對數P =60f/p=60x50/p ( r/min) 機床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機轉速與主軸最高速度和工軸轉速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動。 根據以上要求，我們選擇功率為7.5KW，轉速為1500r/min的電機，查表，其型號為Y132M-4，其主要性能如下表 電機型號 額定功率KW 荷載轉速r/min 同步轉速r/min Y132M-4 7.5KW 1440 1500 2、分配最小傳動比，擬定轉速圖 （1）軸的轉速： 軸從電機得到運動，經傳動系統轉化為主軸各級轉速，電機轉速和主軸最小轉速應相近，顯然，從動件在高速運轉下功率工作時所受扭矩最小來考慮，軸轉速不宜將電機轉速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉速也不宜也太高，軸轉速一般取700~1000r/min左右較合適。 因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結構的徑向尺寸，在電機軸I到主傳動系統前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機床的設計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸18級轉速一起提高或降低。 （2）中間軸的轉速 對于中間傳動軸的轉速的考慮原則是：妥善解決結構尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。 中間傳動軸轉速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數小些： d, m從而可使結構緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大： =1/(3.5+cn)KW 式中：C——系數，兩支承滾動軸承和滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10； ——所有中間軸軸徑的平均值； ——主軸前后軸徑的平均值 ——中間傳動軸的轉速之和 n——主軸轉速（r/min） =20lg-K 式中：（——所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm; ——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm; q——傳到主軸上所經過的齒輪對數 ——主軸齒輪螺旋角 ,K——系數，根據機床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床=3.5，銑床K=50.5 從上述經驗公式可知，主軸n和中間傳動軸的轉速和 對機床噪音和發(fā)熱的關系，確定中間軸轉速時，應結合實際情況做相應的修正。 a，對高速輕載或精密機床，中間軸轉速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度v<8m/s(可用７級齒輪精度)，在此條件下，可適當選用較高的中間軸轉速。 （3），齒輪傳動比的限制 機床主傳動系統中，齒輪副的極限傳動比： a, 升速傳動中，最大傳動比 2 ，過大，容易引起振動的噪音。 b, 降速傳動中，最小傳動比 1/4。過小，則主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大將導致結構龐大。 （4）分配最小傳動比 a,決定軸V-VI和VI-的傳動比，根據臺式銑床的結構特點，及對同類車床的比較，為使傳動平穩(wěn)取其傳動比為1， b,決定各變速組的傳動比； 由前面2軸的轉速及中間軸轉速的分析，及齒輪傳動比的現在，根據“前緩后急”的原則，取軸IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/ （5）擬定轉速圖： 根據結構圖及結構網圖及傳動比的分配，擬定轉速圖，如下圖4.2所示： 圖4.2 傳動系統圖 4.4 齒輪齒數的確定及傳動系統圖的繪制 1，齒輪齒數的確定的要求： 可用計算法或查表確定齒輪齒數，后者更為簡便，根據要求的傳動比u和初步定出的傳動副齒數和，查表即可求出小齒輪齒數： 選擇是應考慮： a,傳動組小齒輪不應小于允許的最小齒數，即： 推薦： 對軸齒輪=12，特殊情況下=11， 對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14， 對套裝在滾動軸承上的空套齒輪，=20； 當齒數少于不發(fā)生根切的最小齒數時（壓力角a=20的直齒標準，=17），一般需對齒輪進行正變位修正。 b,保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖4.3所示。 c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應相等。若摸數相等時，則齒數和亦相等， 但由于傳動比要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求， 機床上可用修正齒輪，在一定范圍內調整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數差不能夠超過3~4個齒。 2，變速傳動組中齒輪齒數的確定 為了減少齒輪數目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個傳動組間的傳動比互相牽制，不能獨立地按照最緊湊的原則決定傳動件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側齒面同時嚙合會影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數。查《機床設計手冊》確定個齒輪齒數如下： 軸II-III間變速齒輪齒數的確定： 由于公比=1.26，傳動比為=1/=，=1/=，=1/ 設：傳動組中最小齒輪齒數=16，查《機床設計手冊》表7.3-14 可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%） 齒數和為=55 公用齒輪選為=39 軸III-IV間變速組齒輪齒數的確定： 傳動比為=1/ =1/ = 根據=，主動輪齒數為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%） 齒數和為：=65 軸IV-V間變速組齒輪齒數的確定： 由于變數組齒輪傳動比和各傳動副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結構尺寸，可采用不同模數的齒輪副。 軸IV-V間的兩對齒輪，其傳動比為=1/4, =2分別?。剑?，＝３則 ／＝／＝3／4 取Ｋ＝30，＝30x3=90, =30x4=120 按傳動比將齒數分配如下： =1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數確定，由于這兩個傳動組只是改變傳動方向，不起便速度作用，只需考慮其結構尺寸及磨損振動和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數為29，ＶI-VII軸間齒輪齒數為67。 3、主軸轉速系列的驗算： 主軸轉速在使用上并要求十分準確，轉速稍高或稍低并無太大影響，但標牌上標準數列的數值一般也不允許與實際轉速相差太大。 由確定的齒輪齒數所得的實際轉速與傳動設計理論值難以完全相符，需要驗算主軸各級轉速，最大誤差不得超過即 % 主軸的各級實際轉速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min ==2% 而%=2.6%故符合條件 同理：經驗算，其他各級轉速也滿足要求。 4、傳動系統圖的繪制 轉速圖和齒輪齒數確定后，變速箱的結構復雜程度也基本確定了（如齒輪個數，軸數，支承軸，為使變速箱的結構緊湊，合理布置齒輪是一個重要的問題，因為它直接影響變速箱的尺寸，變速操作的方便性和結構實現的可行性問題，在考慮主軸適當的支承距和散熱條件下，一般應盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據計算結果，繪制出傳動系統圖，如圖2.4所示 圖1.4 主傳動系統圖 主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下： 電動機I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸） 第5章 縱向進給傳動機構裝配圖零件圖的設計計算 5.1設計方案的確定 利用微機對縱橫垂直進給系統進行半閉環(huán)控制，脈沖當量都為0.01mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統采用滾珠絲杠副。 采用微機對數據進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經一級齒輪減速滾珠絲杠轉動，從而實現縱向、橫向、垂直進給運動。 機械系統一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件，以及連桿機構、凸輪機構等非線性傳動部件、導向支承件、旋轉支承件、軸系及架體等機構組成.常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動，同步帶、高速帶以及各種非線性傳動部件等。 1. XK5032銑床數據 進給電機額定功率1.5kw 額定轉速1440rpm 最大水平拖動力1500kg=15KN 最大進給速度 20m/min 工件最大重量 200kg 工作臺最大行程： 縱向 700mm 橫向 240mm 垂直 350mm 2. 工藝數據 根據設計設計任務的要求，參考(切削用量手冊》, 確定選用YT15硬質合金端銑刀銑削。銑刀直徑=0.125m；齒數Z=4；切削寬度=0.07m；銑削深度=h=3.7 m；每齒進給量 =2 m/z；刀具耐用度T= s；主軸轉速n=(4.17--5.0)r/s=(250—300)rpm；切削速度v=(1.64--1.96)m/s；進給速度 =（3.5—3.92）m/s。 3. 機床進給部件重量估算 縱向（X軸）工作臺 長1335mm 約重220kg=2200N 橫向(Y軸)工作臺 約重450kg-4500N 升降(Z軸)部分運動件 約重1000kg=10000N 5.2 縱向(X向)進給系統的設計 XK5032經濟型數控設計縱向進給系統采用步進電機一級減速齒輪傳動，帶動滾珠絲杠轉動，并通過絲杠一螺母副帶動工作臺移動。一般把步進電機安裝在縱向絲杠的右端。 1. 銑削力的計算 根據(切削用量手冊》對YT15硬質合金端銑刀，切削力為： =9.81（789.3） z (3-l) 考慮修正系數 = （公式中的單位為） 將相關的參數帶入（3-1）得：=2224.2 N 各切削分力為： 縱向水平分力 =(0.3-0.4) 取=0.35 （3-2） 橫向分力 =(0.85-0.95) 取 =0.9 （3-3） 垂直分力= (0.5-0.55) 取=0.525 （3-4） 于是得 =778.47 N =2001.78 N =1167.71 N 2. 滾珠絲杠的設計計算 對于燕尾型導軌工作時的軸向力為： =k+(+2+G) （3-5） 其中、 、為X、Y、Z方向上的銑削分力。單位牛頓 (N); k為考慮顛覆力矩影響的實驗系數，k=1.4; 為導軌上的摩擦系數，=0.2; G為移動部件的重量(考慮最大承載重量200kg) 所以 =1.4x78.47+0.2(1167.71+2x2001.78+420x9.8)=2947.3N (1)滾珠絲杠的強度計算 壽命值計算 L= (3-6) 其中 L-滾珠絲杠的壽命 T-珠絲杠的使用時間(h) 自動控制機床 T=15000h n-滾珠絲杠的轉速（rpm） n= 將=3.92xm/s =6xm代入n= 中得：n=39.2rpm 滾珠絲杠的壽命值L = 60x39.2x15000x =35.28 滾珠絲杠承受的最大動負載計算 由 Q= (3-7) 其中 Q-滾珠絲杠承受的最大動載荷 L-滾珠絲杠的壽命值 -滾珠絲杠運轉系數 取=1.2 -硬度系數 取=1.2 代入（3-7）得 Q=12759.77N 根據最大動負荷Q值，參照漢江機床有限公司的絲杠導軌廠的產品樣本，選取HJG-S系列FYCD4006滾珠絲杠。外循環(huán)雙螺母法蘭凸出導管式，公稱直徑，導程=6xm，螺母上的負荷滾珠總圈數為5圈，精度為4級，動載荷為29.126KN，遠大于12.76KN,故強度足夠用。 （2）珠絲杠剛度計算 滾珠絲杠受及受到扭矩引起的導程變化量： (3-8) 以滾珠絲杠受拉伸計算: 其中 一滾珠絲杠的基本導程6xm E一滾珠絲杠的彈性模量E=20.5x/ F一滾珠絲杠的橫截面積 F= 查閱漢江機床有限公司絲杠導軌廠的產品樣本知 滾珠絲杠副的接觸角=；公稱直徑=40mm；滾珠直徑=3.969mm 而外循環(huán)滾道圓弧半徑 R=1.04 /2=0.52 滾道圓弧偏心距 絲杠小徑 所以滾珠絲杠的橫截面積 F==1016.45mm 絲杠承受轉矩(參閱3.2.3-4) M= 所以 = =8.607 所以絲杠在一米長度上導軌變形總誤差為 ==8.607x=14.34 經查滾珠絲杠彈性變形允許的螺距誤差(1米長)選用4(F)級精度絲杠的螺距誤差18/m<30/m，剛度足夠 表3-1 絲杠精度等級與允許誤差對照 絲杠精度等級 允許誤差（/m） 絲杠精度等級 允許誤差（/m） Ｃ(１) ５ Ｆ(４) ３０ Ｄ(２) １０ Ｇ(５) ６０ Ｅ(３) １５ Ｈ(６) １００ (3)效率計算 根據機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： ＝ （3-9） 其中 r-螺旋升角，查閱漢江機床有限公司絲杠導軌廠的產品樣本知: -摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦系數f=0.003-0.004, =arctgf= 則傳動效率 =94.23% (4)滾珠絲杠安裝方式分析、選擇及穩(wěn)定性臉算 滾珠絲杠的支承方式有“雙推-自由”，“雙推-支承”，“單推-單推”，“雙推-雙推”四種方式，其中“雙推-支承”方式，兩方向的推力軸承8206和7206型向心角接觸球軸承裝在右端，另一端裝一個7206型向心角接觸球軸承，避免或減少了絲杠因自重而造成的彎曲，結構也較為簡單。根據縱向裝置的具體情況，選用了此種支承方式。 縱向進給裝置中，滾珠絲杠與工作臺固定，螺母與中拖板固定。縱向進給時，螺母不動，絲杠轉動并移動。 在縱向滾珠絲杠的螺母座的設計中，關于螺母與螺母座的固定方案，在不改動中拖板鑄件結構的前提下，比較了兩種方案：方案一:采用中拖板的原有凸座作為螺母座.然而滾珠絲杠中雙螺母的連接要靠一個平鍵，因此需要在螺母座上插一鍵槽。由于加工此健槽的中拖板設計及制造較為困難，此方案未予采用。方案二:將中拖板中的凸座銑掉，另制造一個螺母座，然后用螺釘及定位銷固定在中拖飯上。該方案較于方案一將會出現較大的同軸度誤差，但采用適當的工藝措施可以解決。工藝措施如下： (1)將未鏜孔的螺母座用螺釘緊固到中拖飯上，打上定位銷定位后.鏜孔 (2)取下鏜孔后的螺母座在插床上插出鍵槽 (3)將螺母裝回機床 根據壓桿工作，不失穩(wěn)的條件是： =2.5~4 而 = N 其中 E= ; L-絲杠的工作長度（cm）取L=133.5cm； I-截面慣性矩 cm 經計算I=16.45 -由支撐條件決定的軸端系數，一端固定一端自由，此處=2 則 KN 所以X向滾珠絲杠穩(wěn)定性足夠。 3.齒輪及轉矩的有關計算 (1)有關齒輪的計算 據設計要求，X向運動實行減速步進電機的微機控制，步距角，脈沖當量=0.005/0.01mm, 6mm。 設減速比為i，則 故可取齒輪齒數，