XK714數控銑床總體設計及立柱的設計

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XK714數控銑床總體設計及立柱的設計 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 學號： 姓名： 指導老師： 職稱： 摘要 本文是以XK714型立式數控銑床立柱的設計為研究對象，主要進行立柱傳動系統的設計。根據給定的參數的要求，對進給傳動結構和各部件：導軌、絲杠、支撐軸承、驅動電機進行具體計算、并選型，再逐一對選定的部件進行強度、壽命校核確定各設計部件的可靠性和可行性。導軌采用直線滾動導軌，摩擦系數小，反應速度快，動態(tài)響應好。進給傳動采用雙螺母滾珠絲杠，確保高定位精度；同時滾珠絲杠采用預拉伸裝置，補償熱膨脹。最后通過對機械傳動的誤差計算與分析從理論上確定所設計的各部件符合設計要求。利用solidworks繪制出立柱部分總裝配圖和關鍵零件圖。 關鍵詞：立式數控銑床； 導軌； 絲杠； 校核 一．緒論 （一）.概述 1.我國數控機床的發(fā)展現狀 國內一些專家在對我國數控機床產業(yè)的發(fā)展進行了分析，得出了如下的結論： 一是我國數控機床產業(yè)化低，與國外發(fā)達國家數控機床產業(yè)相比仍有很大差距。 二是高速、柔性、精密機床配套技術的自主研發(fā)能力低。數控機床的機械結構設計、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術和制造工藝等方面比較落后。 三是適應市場經濟需求的以企業(yè)為主體、產學研相結合的技術創(chuàng)新體系尚未形成，無法有效整合相關技術、產業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯合攻關，共同打造技術創(chuàng)新平臺。 四是缺乏吸引高層次、高素質人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數控機床領域共性關鍵技術的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。 五是對國外技術重引進、輕消化吸收的問題仍很突出。 2.我國數控機床的發(fā)展趨勢 目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、精密加工等技術的應用，柔性制造系統的迅速發(fā)展和計算機集成系統的不斷成熟，對數控加工技術提出了更高的要求。當今數控機床正在朝著以下幾個方面發(fā)展。 （1） 高速度、高精度化。速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品質量。 （2） 多功能化配有自動換刀機構的各類數控銑床，能在同一臺機床上同時實現銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現代數控機床還采用多主軸，多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削加工。 （3） 智能化現代數控機床將引進自適應控制技術，根據切削條件的變化，自動調節(jié)工作參數，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工境地和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率。 二． 數控銑床的結構設計 （一）數控銑床結構組成 1.數控銑床組成 數控銑床的機械結構主要由：(1)主傳動系統；(2)進給傳動系統；(3)支撐件；(4)輔助裝。本次設計的銑床采用工作臺移動，主軸升降轉動的布局形式。 2.XK714主傳動系統方案的確定 為了適應不同的加工要求，目前主傳動系統分為三種變速方式：（1）、二級以上齒輪變速系統；（2）、一級帶傳動方式；（3）、調速電動機直接驅動方式。 由于二級以上齒輪變速系統變速裝置多采用齒輪變速結構。通常使用滑移齒輪實現二級變速的主傳動系統。滑移齒輪的移位大都采用液壓驅動。因為數控銑床使用可調無機變速交流、直流電動機，所以經齒輪變速后，實現分段無級變速，調速范圍增加。其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，且具有大范圍調速的能力。故本次設計采用二級以上齒輪變速系統。 三．數控銑床立柱部分總體方案設計思路 （一）計算切削功率 1.切削功率的計算 銑削時切削公式： FZ=μPV103 FZ--主切削力； μ—機械效率，取μ=0.8； v---主軸的計算轉速； 2.電動機的計算和初選 用一下公式初選電動機的功率pL=Pcηc=3.1kw； 其中ηc為銑床傳動總的機械效率，ηc=0.90 則主軸電動機選用3.1KW，額定轉速為：2500r/min;最高轉速為：6000r/min。 （一） .滾珠絲杠覺得設計計算 1.計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 最大軸向負載力：Famax=Fμ+FV=282.65N 最小軸向負載力：Famin=Fμ0=15.45N 2.滾珠絲杠的動負荷計算與直徑估算 確定滾珠絲杠的導程L0 L0=Vmaxinmm 3.計算滾珠絲杠螺母副的平均轉速 絲杠螺母副的平均轉速：nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min 4.確定滾珠絲杠預期的額定動載荷 按預定工作時間估算：Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N 5.數控銑床滾珠絲杠的計算 切削方式 軸向載荷/N 進給速度/(m/min) 時間比例/(%) 備注 強力切除 282.65 v1=0.6 10 F1=Famax 粗加工 71.98 v2=0.8 30 F2=Famin+20%Famax 精加工 29.58 v3=1 50 F3=Famin+5%Famax 快移和鉆鏜定位 15.45 v4=8 10 F4=Famin 四．總結 本次課程設計主要是立式數控銑床總體方案設計及立柱部分的設計。立柱是承載主軸箱實現機床Z向進給運動的重要部件。在其上擬設計Z向的導軌，在兩導軌間擬設計安裝Z方向的滾珠絲杠裝置。因此，立柱的設計同樣要解決好提高剛性的問題。 總體方案設計的思路主要是對立柱上Z向進給傳動的重要部件：滾珠絲杠螺母副的類型、絲杠支撐方式、以及軸承、聯軸器、電機、導軌的選擇，以及銑床Z向傳動主要精度的提高措施。 1、 選用內循環(huán)雙螺母滾珠絲杠螺母副作為Z軸向傳動機構。 2、 為了使設計的數控機床達到預定的精度、剛度的要求，滾珠絲杠采用兩端固定式（F-F）的支撐方式。 3、 為了保證其高速、高精度可靠性，及經濟因素。選用600接觸角推力角接觸球軸承。兩端選用DF型安裝。 4、 選用利用夾緊螺絲固定的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯軸器，使電機與滾珠絲杠直接，實現無鍵傳動，無反向間隙，還可以調節(jié)安裝時間軸度。 5、 交流伺服電動機具有響應迅速、精度和效率高、負載能力大、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統中，故本設計選用交流伺服電機。 6、 在立柱兩側設置有支撐主軸箱的導軌，導軌采用直線滾動導軌，導軌滑塊為四個，導軌采用楔塊進行固定安裝。 7、 在Z向導軌，設計了伸縮式不銹鋼防護罩，以防Z向導軌和滾珠絲杠； 8、 提高立柱的剛度是設計立柱部分的關鍵。立柱采用長方體開式結構，在其內腔合理布筋，以加強立柱部件的彎曲剛度和扭轉剛度。 參考文獻 [1] 夏田.數控加工中心設計.北京：化學工業(yè)出版社，2006. [2] 陳秀寧，施高義.機械設計課程設計（第三版）.杭州：浙江大學出版社，2007. [3] 現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊（上冊）.北京：機械工業(yè)出版,2006.6 [4] 王為，汪建曉.機械設計.武漢：華中科技大學出版社，2007. [5] 戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1993.5 [6] 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006. [7] 成大先.機械設計手冊（第五版）第4卷.北京：化學工業(yè)出版社，2008 [8] 文懷興，夏田.數控機床系統設計.北京：化學工業(yè)出版社，2005. [9] 中國南京工藝裝備制造有限公司.中國工藝，2008版：76 [10] 馬賢智.實用機械加工手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社，2002. [11] 李金伴，馬偉民.實用數控機床技術手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2007. [12] 黃如林.切削加工簡明實用手冊（第二版）.北京化學工業(yè)出版社，2009. [13] 胡占齊.機床數控技術.北京：機械工業(yè)出版社，2002 [14] 蔡厚德，李剛炎.數控機床構造.北京：北京理工大學出版社，2007 [15] 徐宏海，謝富春.數控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2006.12 [16] 徐宏海，謝富春.數控銑床.北京：化學工業(yè)出版社，2003.10 [17] 鄧三鵬，劉朝華，田南平.數控機床結構及維護.北京：機械工業(yè)出版社，2003.1 [18] 沈兵.數控機床數控系統.北京：清華大學出版社，2001 [19] 李鐵堯.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1990 [20] 林其駿.機床數控系統.北京：中國科學技術出版社，1991