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任務(wù)書
設(shè)計題目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該機床能夠?qū)崿F(xiàn)兩軸聯(lián)動，具有剛性攻絲、刀具參數(shù)補償、軌跡圖形等先進(jìn)功能，能夠一次性裝夾完成對復(fù)雜的零件端面、外圓、內(nèi)孔、螺紋等加工，主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類零件，如套類、軸類、盤類，以及高精度各種規(guī)格內(nèi)外螺紋，可一次性裝夾完成外形以及內(nèi)孔的加工。
此次課程設(shè)計的主要內(nèi)容是：斜身臥式車床傳動系統(tǒng)、主軸箱設(shè)計、主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計說明書等。
1） 根據(jù)所選工件計算切削用量，進(jìn)一步選定電動機。
2） 分析制定傳動方案，設(shè)計傳動系統(tǒng)。
3） 對動力部件的齒輪、軸和軸承等部件詳細(xì)計算和校核，滿足強度要求。
4） 確定出最終的結(jié)構(gòu)，繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖。
5） 編寫設(shè)計說明書。
二、畢業(yè)設(shè)計的要求
設(shè)計課題涉及到課題的分析、資料的查詢整理，深入機床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計者學(xué)習(xí)，從而了解所設(shè)計的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、用途和設(shè)計理念等。側(cè)重于設(shè)計、計算與制圖能力的培養(yǎng)和工程基本訓(xùn)練。
具體要求包括：
1）合理選擇各零件的材料，合理進(jìn)行設(shè)計和校核，完成可調(diào)多軸鉆床的詳細(xì)計算，進(jìn)一步鞏固和掌握機械專業(yè)設(shè)計，積極聯(lián)系實踐，增強自己的知識儲備和設(shè)計創(chuàng)新思維。
2）二維三維圖的設(shè)計，手工繪圖和計算機加強了專業(yè)繪圖技能，熟練掌握繪圖軟件，提高運用和組織構(gòu)思能力。
3）學(xué)會搜集相關(guān)資料文獻(xiàn)，提高分析和解決問題的能力。
4）要求設(shè)計可調(diào)多軸鉆床，能同時完成多個孔的加工。
5）工作量的要求：設(shè)計說明書字?jǐn)?shù)至少1.2萬字（含插圖折合字?jǐn)?shù)）；工程繪圖量不少于折合成圖幅為A0號的圖紙3張（有三維裝配圖的，其二維繪圖量不少于折合成圖幅為A0的圖紙2張），其中手工繪圖不少于折合成圖幅為A0號的圖紙1張，計算機輔助繪圖不少于折合成圖幅為A0號的圖紙1張；查閱文獻(xiàn)類15篇以上，其中外文文獻(xiàn)要在2篇以上。翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字?jǐn)?shù)不少于2000字；應(yīng)用計算機進(jìn)行設(shè)計、計算。
相關(guān)數(shù)據(jù)：最大工件回轉(zhuǎn)直徑/mm 400
最大工件長度/mm 1000
最大切削長度/mm 930
最大切削直徑/mm 400
主電機功率/kw 7.5
主軸最高轉(zhuǎn)速/（r/min） 1400
三、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)程安排
序 號
階段任務(wù)
日 期
1
資料查閱
3月11日之前
2
畢業(yè)實習(xí)、外文翻譯、畢業(yè)設(shè)計方案
3月11日—4月3日
3
具體計算和設(shè)計方案，完善細(xì)化可行性方案
4月4日—4月30日
4
繪制和完善零件圖、裝配圖
5月1日—5月24日
5
完善畢業(yè)設(shè)計說明書、準(zhǔn)備答辯
5月25日—6月1日
四、文獻(xiàn)查詢方向及范圍
通過從圖書館、網(wǎng)絡(luò)、指導(dǎo)教師和同學(xué)等處獲得斜床身機床相關(guān)資料，了解斜床身機床的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。收集相關(guān)的機床與數(shù)控機床的設(shè)計資料，查閱傳動系統(tǒng)設(shè)計、電機功率選擇等方面的資料。參考資料的來源主要有：
1. 各種機械制造裝備、金屬切削機床設(shè)計的教材和專著；
2. 各種機械類的雜志及會議論文；
3. 外文資料；
4. 各種機械設(shè)計類手冊。
5、清華同方CNKI數(shù)據(jù)庫。
6、萬方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫。
7、機械制圖、計算機輔助設(shè)計、三維實體造型等
畢業(yè)設(shè)計起止時間: 20 年 月 日—— 20 年 月 日
指導(dǎo)教師（簽字）
系 主 任（簽字）
年 月 日
開題報告
題 目 斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計
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一、選題背景與意義
1.機床行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè)，也是裝備制造業(yè)發(fā)展的重中之重。機床產(chǎn)業(yè)對于發(fā)展發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國民經(jīng)濟(jì)和增強國家的綜合國力有著十分重要的作用。機床產(chǎn)品的發(fā)展是高精、高速、高效，一批多坐標(biāo)、復(fù)合、智能型。我國機床工具行業(yè)已取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步。但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我們的差距仍然明顯。主要表現(xiàn)在設(shè)計方法的落后、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很難和國際發(fā)達(dá)國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相接軌。在機械加工行業(yè)中，由于需要加工復(fù)雜的工件，普通的機床已經(jīng)不能滿足加工要求，從而出現(xiàn)了自動控制機床以及數(shù)字控制機床，來加工復(fù)雜的曲面和形狀的工件。斜床身數(shù)控車床因其具有獨特的優(yōu)點，因而成為數(shù)控車床中比較出色的床種，是數(shù)控車床中主要的品種之一，在數(shù)控機床當(dāng)中占非常重要的位置，近幾十年來一直受到了世界各國的普遍關(guān)注與重視并且得到了快速的發(fā)展。
我國機床行業(yè)近幾年雖然取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國家相比，我們的差距仍然明顯。我國在這類機床上也是平平淡淡，沒有很大的成就，低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。從國內(nèi)的機床行業(yè)發(fā)展情況可看出，大部分機床廠都在生產(chǎn)數(shù)控車床，數(shù)控機床成本較高，不夠智能化，沒有突出的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，科技基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)品質(zhì)量水平低。產(chǎn)品在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)故障與癱瘓，以至于生產(chǎn)效率很難提高。我國機床工業(yè)技術(shù)水平低，重大技術(shù)裝備和關(guān)鍵產(chǎn)品遠(yuǎn)不能滿足國名經(jīng)濟(jì)快速增長的需要，與發(fā)達(dá)國家相比，我國機床工業(yè)企業(yè)物流在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平還是在市場競爭能力方面，均存在著階段性的差距，而且還有進(jìn)一步拉大的趨勢，不少企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，一些基礎(chǔ)元器件和零部件的可靠性差，基礎(chǔ)機床的精度、效率較低。由于國產(chǎn)機床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求，導(dǎo)致近幾年機床進(jìn)口驟增，進(jìn)出口逆差巨大，盡管國內(nèi)機床市場需求旺盛，但將近一半的國內(nèi)市場被外商占領(lǐng)了。目前高精尖產(chǎn)品市場被西方發(fā)達(dá)國家占領(lǐng)，大型、重型和普通機床市場被俄羅斯占領(lǐng)，普及型數(shù)控機床臺灣產(chǎn)品大量涌入。
2.畢業(yè)課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完大學(xué)課程及先行課程之后，在大學(xué)的最后階段進(jìn)行的實習(xí)性創(chuàng)新設(shè)計環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)。本次設(shè)計目的在于通過機床運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是在擬定傳動和變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。
二、設(shè)計內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計的課題是斜身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該機床能實現(xiàn)兩聯(lián)動，具有刀具參數(shù)補償、剛性攻絲、軌跡圖形等先進(jìn)功能，能夠一次裝夾完成對復(fù)雜零件的外圓、端面、內(nèi)孔、螺紋等加工，主要用于加工高精度回轉(zhuǎn)體類型零件如軸類、盤類、套類，以及高精度各種規(guī)格的內(nèi)外螺紋，可一次裝夾完成外形及內(nèi)孔的加工。
此次課程設(shè)計的主要內(nèi)容是：斜床身臥式車床傳動系統(tǒng)、主軸箱設(shè)計、主軸箱內(nèi)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計說明書等。
1） 根據(jù)所選工件計算切削用量，進(jìn)一步選定電動機。
2） 分析制定傳動方案，設(shè)計傳動系統(tǒng)。
3） 對動力部件的齒輪、軸和軸承等部件詳細(xì)計算和校核，滿足強度要求。
4） 確定出最終的結(jié)構(gòu)，繪制相關(guān)的零件圖和裝配圖。
5） 編寫設(shè)計說明書。
設(shè)計課題涉及到課題的分析、資料的查詢整理，深入機床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計者學(xué)習(xí)，從而了解所設(shè)計的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、用途和設(shè)計理念等。側(cè)重于設(shè)計、計算與制圖能力的培養(yǎng)和工程基本訓(xùn)練。
具體要求包括：
1）合理選擇各零件的材料，合理進(jìn)行設(shè)計和校核，完成斜身車床的詳細(xì)計算，進(jìn)一步鞏固和掌握機械專業(yè)設(shè)計，積極聯(lián)系實踐，增強自己的知識儲備和設(shè)計創(chuàng)新思維。
2）二維三維圖的設(shè)計，手工繪圖和計算機加強了專業(yè)繪圖技能，熟練掌握繪圖軟件，提高運用和組織構(gòu)思能力。
3）學(xué)會搜集相關(guān)資料文獻(xiàn)，提高分析和解決問題的能力。
4）要求設(shè)計斜身車床。
機床總體設(shè)計要考慮涉及幾點：
1）根據(jù)工件計算切削用量，選用合適的電動機。
2）合理選擇機床的通用部件。
3）選擇合理的機床的配置形式。
4）設(shè)計高效率的工具、刀具和主軸箱。
預(yù)期研究結(jié)果：
1）機床采用高剛度45度斜床身布置，這種布局形式排屑容易，熱鐵屑不會堆積在導(dǎo)軌上，也便于自動安裝排屑器；操作方便易于安裝機械手，以實現(xiàn)單機自動化。
2）直線導(dǎo)軌滿足高速高效要求，減少摩擦阻力及溫升變形，提高加工精度，并確保證了切削加工精度的長期穩(wěn)定性。
3）X、Y軸伺服電機通過彈性聯(lián)軸器與精密滾珠絲杠直連，精度高，絲杠兩端固定，受力穩(wěn)定，提高了支撐座的支撐剛度，使頻繁高速定位、重切時引起的扭曲變形減到最低程度。
4）高剛度的立式轉(zhuǎn)塔刀架，定位精度高，重切變形小。
三、設(shè)計方案
1 數(shù)控車床總裝配草圖
斜床身數(shù)控車床的主視圖如圖1所示，左視圖如圖2所示。斜床身數(shù)控車床主要是由主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)和尾座等組成。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1-床身 2-主軸箱 3-傳動座 4-絲杠 5-螺釘
6-工作臺 7-軸承 8-滑動導(dǎo)軌 9-尾座 10-燕尾導(dǎo)軌
圖1 斜床身車床的主視圖
圖2 斜床身數(shù)控車床的左視圖
2 主傳動系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)大多數(shù)采用的是無級變速，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般是采用直流或者交流主軸電機，通過帶傳動來帶動主軸旋轉(zhuǎn)、通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪來帶動主軸旋轉(zhuǎn)。變速齒輪如圖3所示，帶傳動如圖4所示。
數(shù)控機床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍，且變速按照控制指令自動進(jìn)行，因此變速機必須適應(yīng)自動操作的要求。所以采用無級變速系統(tǒng)，機床主軸的傳動系統(tǒng)則采用交流伺服電動機直接驅(qū)動主傳動，如圖5所示。
圖3 變速齒輪 圖4 帶傳動 圖5 電機直接驅(qū)動
3 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)控車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)一般采用伺服進(jìn)給系統(tǒng)。機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)。進(jìn)給運動使刀架實現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運動的傳動。進(jìn)給運動的兩個執(zhí)行構(gòu)件是主軸和刀架，車削螺紋時，主軸和刀架之間有著嚴(yán)格的運動關(guān)系：車端面和圓柱面時，刀架和主軸之間無嚴(yán)格的運動關(guān)系。橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)分別如圖6的（a）和（b）所示。
橫向和縱向進(jìn)給傳動用滾珠絲杠安裝在與普通車床相應(yīng)的安裝裝置，選用步進(jìn)電機，步進(jìn)電機經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠副相連。絲杠采用的是可預(yù)緊安裝方式，以減小或消除因絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲變形，使絲杠的拉壓剛度有較大提高，絲杠不會因發(fā)熱而伸長。進(jìn)步電機與絲杠的聯(lián)接如圖7所示。
（a） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)
（b） 縱向進(jìn)給系統(tǒng)
圖6 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1-絲杠 2-套筒聯(lián)軸器 3、7-錐銷 4-螺母 5-墊圈 6-支架 8-支架套 9-步進(jìn)電機
圖7 進(jìn)步電機與絲杠的聯(lián)接
4 刀架系統(tǒng)
設(shè)計采用的是立式回轉(zhuǎn)刀架，也稱轉(zhuǎn)塔式刀架如圖8所示，通過回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)車床的自動換刀。刀架動作的順序為：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號→刀架電機正轉(zhuǎn)→刀臺上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位信號→刀架電機反轉(zhuǎn)→粗定位夾緊→精定位夾緊→電機停轉(zhuǎn)→回答信號→加工。
圖8 轉(zhuǎn)塔刀架
5 尾座
數(shù)控車床上配置的尾座，一般是液壓尾座，尾座是裝在床身導(dǎo)軌上，沿著床身導(dǎo)軌移動，根據(jù)工件長短來調(diào)節(jié)位置。尾座的作用是利用套筒安裝頂尖，來支撐較長工件的一端，也可以安裝鉸刀、鉆頭等道具來進(jìn)行孔加工。尾座的外形要做到美觀，與機床設(shè)計風(fēng)格相稱，尾座的材料用1級鑄鐵，并且經(jīng)過時效處理，同時也可以用偏心機構(gòu)把尾座固定在需要的位置上，尾座和床頭箱頂尖水平面的偏移。
四、 參考文獻(xiàn)
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五、指導(dǎo)教師評語
指導(dǎo)教師（簽字）
年 月 日
六、審核意見
系主任（簽字）
年 月 日
Journal of materials processing technology 109（2001）290—293
三軸數(shù)控機床的部分程序自動檢查
羅伯托利卡里亞，埃內(nèi)斯托羅富豪，馬里奧皮亞琴蒂尼
意大利迪卡塔尼亞大學(xué)，卡塔尼亞，意大利
摘 要 仿真和確認(rèn)數(shù)控的數(shù)控加工對于NC銑床代碼是一項非常重要的任務(wù)。這項工作的目的是限制測試需要驗證正確的部分程序的編寫的數(shù)量，達(dá)到節(jié)約時間、人力資源和金錢的目的。這是通過固體之間的布爾運算,在AutoCAD環(huán)境中,由該工具覆蓋量的部分期間決定的操作程序。由愛思唯爾科學(xué)家B. V.于2001年發(fā)表。
關(guān)鍵詞 數(shù)控機床；AutoCAD；部分程序
1 簡介
最近，我們參與到了電腦不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展，現(xiàn)在更廉價，更友好，因此，現(xiàn)代工業(yè)更加分散。計算機已經(jīng)在工業(yè)部門不同的階段使用了好幾年：在設(shè)計規(guī)劃階段采用CAD系統(tǒng);在這個過程中的規(guī)劃階段使用的CAPP系統(tǒng);生產(chǎn)階段使用了CAM系統(tǒng)。
自從幾年前，這三個階段進(jìn)行孤立的，每一個階段，應(yīng)該有一個具體的問題和對問題來解答。有時候，會發(fā)生生產(chǎn)階段是其他的階段實行一些必要條件的情況（例如，因為有部分是機器無法或難以生產(chǎn)設(shè)計確立公差，或在生產(chǎn)階段有必要作出一部分改變），但三個階段嚴(yán)格分開的。
此外，有人認(rèn)為這不可能對于不同的方案、不同的程序員用不同的邏輯去編寫，去互相交流。最近，不同的程序試圖溝通，以解決一些問題，但這是非常困難去實現(xiàn)的。
存在一定數(shù)量的程序是可行的，但它們不是“萬能”的程序：他們是非常專業(yè)的程序，可用到具體領(lǐng)域中唯一的強大計算機程序。事實上，有必要研發(fā)一個通用軟件容易被簡單的，常用的和非常廉價的電腦所使用。
數(shù)控機器是很常用的，他們有能力幫助行業(yè)實現(xiàn)增加生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量的最低
成本。事實上，數(shù)控機器比傳統(tǒng)的機器速度更快，更準(zhǔn)確。他們的工作的表面非常精確，然而更昂貴而且它比傳統(tǒng)的機器更難以操作。
此外，有必要編制一個專業(yè)的程序以獲取需要準(zhǔn)確移動工具的數(shù)據(jù)。該方案（稱為“方案的一部分”）被使用特定的編程語言寫入，可以由每個數(shù)控機床讀?。ㄓ蓄?
似機器：車床，端銑機等）。
我們遇到的第一個問題就是使用數(shù)控機床，當(dāng)程序員在寫部分程序的時候犯錯誤，產(chǎn)品將無法達(dá)到我們預(yù)期，但它有一個不同形狀或不同的特性。但可能更危險的（也很昂貴），如果程序給工具提供了錯誤的指令，可以造成工具和機器的部分碰撞），是由于數(shù)控機床的轉(zhuǎn)速高于傳統(tǒng)機床。
我們使用數(shù)控機床存在著其他問題，例如怎樣選用合適的深度和進(jìn)給速度，或如何選擇工件的形態(tài)，來減少材料浪費。作為一項原則，為解決一些問題的切削試驗是十分重要的，但實施他們都是非常昂貴的，因為它們是人類社會的資源、時間、原料和金錢的浪費。
此外，并不是所有的問題都很容易解決只通過進(jìn)行一個測試，測試要再進(jìn)行一遍又一遍。它應(yīng)該是非常有用的，利用計算機的“虛擬”切削試驗取代數(shù)控機床實驗并且應(yīng)該有可能在空間上顯示機床在加工過程中的交叉工作區(qū)域。
電子顯示系統(tǒng)在機械件中的廣泛應(yīng)用要求我們使用它們，來實現(xiàn)三軸端銑機虛擬的切削試驗。
我們的任務(wù)是創(chuàng)建一個軟件，可以直接讀取并翻譯方案的一部分，并且顯示它使用AutoCAD的實體造型。我們的軟件使這一切成為了可能，我們能使測試件或者與該項目或與工件一塊在屏幕上進(jìn)行比較，它顯示出了刀具走刀路徑，對于危險的碰撞能夠進(jìn)行監(jiān)測。
2 切削過程
切削過程是一個工具于工件的干涉的結(jié)果，它可由一個基元之間的布爾操作數(shù)模擬。
該工具，端銑刀工具，可以由一個立體AutoCAD革命為代表。該工具的“容積排量”可以通過表面的代表，而且邊和頂點本卷是由該工具創(chuàng)建的方案。每個原始創(chuàng)建自己的“容積排量”，根據(jù)運動方向。例如，一個圓柱形工具可以在下面的一行移動，可平行或垂直于刀具軸。在第一種情況，“容積排量”是一個更高的汽缸，在第二種情況下，“容積排量”是一個框和兩個半圓筒的組合。
圓線切割過程可以表示為在一個封閉的折線（該工具的橫截面議案）圍繞旋轉(zhuǎn)軸。這些立體可以從工件的立體描繪上被減去，為了模擬端銑切削過程。
3 AutoCAD
Autodesk的AutoCAD對于個人電腦是最流行和非常強大的CAD軟件，自從它是
在1982年推出。一直以來提供AutoLISP和ADS編程接口，以開發(fā)定制的應(yīng)用程序。由于版本R11，ADS是更有效，更容易相比LISP的使用，并且它已被視為替代接口。廣告使用的編程語言的ANSI - C，因為它一直是最廣為接受的對于雜項應(yīng)用程序的開發(fā)。 它也可以使用所有便攜式的ANSI - C庫。
1996年我們開發(fā)利用AutoCAD R12的軟件。當(dāng)時使用的AME公司的AutoCAD的實體建模，但它已經(jīng)開始使用以來預(yù)報版本R13類標(biāo)準(zhǔn)。隨著新發(fā)布的R14的，我們決定提升我們的軟件，因為ACISs軟件更快的計算效率，更精確地描述立體。此外，它減少了圖紙文件的大小。因此，ACIS是能夠處理非常復(fù)雜的模型比AME公司可以更好。
4 開發(fā)的軟件
我們的軟件是用C語言編寫將在AutoCAD的ADS環(huán)境中執(zhí)行一些特殊指令到AutoCAD命令的執(zhí)行。
該軟件分為兩個基本部分組成：
第一部分創(chuàng)建一個組成部分之間計劃和在AutoCAD環(huán)境的接口。
第二部分，使這部分程序數(shù)據(jù)隨時可以閱讀和解釋。
該項目的一部分，包括有關(guān)該工具的路徑（Gxx指令），幾何特征像點（坐標(biāo)或聯(lián)合一些指示半徑），技術(shù)特性（進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速等）：該軟件的幾何解釋說明。
該軟件運行在AutoCAD與經(jīng)營者可以借助于的工件或負(fù)載為一個外部文件中，選擇工具形態(tài)（有四種類型的工具：圓柱，圓柱球頭，一半球體，球體），其尺寸：軟件計算并提請代表性的工具，是一個AutoCAD折線。現(xiàn)在，該公司已加載的部分程序和仿真可以開始。
該程序，首先，分析了幾何特征和舉辦日期順序（例如：在X坐標(biāo)的一種通用的方案的出發(fā)點是所謂的“X”的X坐標(biāo)終點他們被稱為“X”。
在此之后的第一步，該軟件的說明解釋的方案（G00，G01，G02及G03）所獲得的部分方案，并提請他們通過AutoCAD的命令“擠壓”和“旋轉(zhuǎn)”。 “擠壓”的AutoCAD命令可以添加三維到二維封閉折線，而“旋轉(zhuǎn)”AutoCAD命令實現(xiàn)了一個旋轉(zhuǎn)立體的二維封閉折線。
G00指令代表的工具時，不觸及工件的運動：我們工作中它是代表一個棱柱AutoCAD的立體。立體的截面是作為工具一樣，它是由“擠出”獲得指令。這項方案是有用的模擬，以驗證與夾具碰撞的可能性。
G01指令代表了該工具的議案當(dāng)它接觸工件：在我們的工作是由棱鏡AutoCAD的
立體代表。立體的截面仍然是相同的工具，它是由“擠出”獲得指令。擠壓的AutoCAD命令使用一個部分；它的啟動點“X”，“Y”，“Z”坐標(biāo)和結(jié)束點“X”，“Y”，“Z”坐標(biāo)。請注意，為了執(zhí)行“擠壓”命令，它必須有Z型與該部分和折線在X ± Y平面躺在
軸對齊。為此，我們已經(jīng)創(chuàng)建了同樣的指示，改變的AutoCAD坐標(biāo)系（水下通信系統(tǒng)：用戶坐標(biāo)系統(tǒng)）的原因。
該G02及G03為代表的旋轉(zhuǎn)立體。這些立體創(chuàng)建由刀具的截面圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)得到。這軸開始從圓角中心和垂直的X ± Y平面。
由于部分計劃不包括AutoCAD的需要，以便作出這樣的立體的信息，這是我們需要實現(xiàn)一些計算子程序，以便從他們那里獲得的部分程序數(shù)據(jù)的重要資料。現(xiàn)在，運營商就可以開始模擬。他選擇的工件（或者繪制它），他選擇的形狀和尺寸的工具，該軟件會自動繪制折線并提出了所謂的“休息點”，使它遠(yuǎn)離工件。該工具有一個“編程點”：它是點后面的部分方案軌跡。
當(dāng)我們的軟件處理一個G00或G01指令，它有兩個選擇：
1.開始Z點坐標(biāo)與最終Z點坐標(biāo)不同的：我們有一個垂直運動和軟件繪制與刀具半徑相同的圓柱體并且H=Z2-Z1。
2.開始Z點坐標(biāo)與終點的Z -坐相同的：在X ± Y平面移動的工具和軟件復(fù)制工具。
截面線部分并走向了它動作的起點。該軟件改變了UCS（Z軸是從起點至終點段對齊）和旋轉(zhuǎn)的折線，因為它必須是垂直對于Z軸?，F(xiàn)在，折線可擠壓和軟件繪制了工具動作的立體旋轉(zhuǎn)。
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摘 要
斜床身臥式數(shù)控車床在機床產(chǎn)品中是比較實用機床。其結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來很大的方便，保證工件質(zhì)量的同時提高了加工效率。目前，斜床身臥式數(shù)控車床在我們國家普遍使用。斜床身數(shù)控機床在我們國家普遍適應(yīng)，更多的是用于汽車、軍工等精密加工中。
該機床型主要適用在加工高精度的零部件。比如軸類、盤類、套類，以及各種類型各種型號的內(nèi)外螺紋，在加工外形和內(nèi)孔過程中間不必?fù)Q裝。該機床適用于多類型、批量不是很大的工件的加工，對于一些加工困難、要求高的零部件上能夠充分顯示出它的特點。以滿足不同用戶的加工需要，可以根據(jù)不同的需求，加工不同品種的工件，可以配置不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及加工方式。
在本文中進(jìn)行了對斜床身臥式數(shù)控車床的設(shè)計，其中包括機床的床身、傳動系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、尾座等，著重對傳動結(jié)構(gòu)中的主傳動結(jié)構(gòu)和進(jìn)給傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。主軸相連的伺服電機用皮帶把運動傳到主軸上，帶輪及同步齒形帶與主軸用鍵聯(lián)接。而進(jìn)給運動，即車床上X、Z向的運動則通過絲杠運轉(zhuǎn)，絲杠都通過兩端固定的方式固定，一端都通過聯(lián)軸器與伺服電機相連。
關(guān)鍵詞：滾珠絲杠；伺服電機；臥式；數(shù)控車床；斜床身
ABSTRACT
Slant bed horizontal series CNC lathe is an economic and practical processing machine tools,mature product structure,quality stable and reliable performance. it sets the versatility and the characteristics of the special lathe, using inclined bed ball linear guide. The most widely coverage of a CNC machine tool, widely used in automobile, petroleum, military industry and many kinds of mechanical processing industry.
This series of machine varieties complete specifications, are mainly used for machining high precision of rotors type parts such as shaft, plate, set of classes, all kinds of internal and external thread and high precision. it can be finished once clamping appearance and inner hole machining.In order to meet the processing needs of different users;According to the needs of users, optional different numerical control system and accessories.
In this article has carried on the design of slant bed horizontal CNC lathe, including the machine tool bed, transmission system, tool post system, tailstock. Of the transmission system of main drive system and feed drive system design.The main servo motor through a belt drive the movement to the spindle, the spindle on the pulley and the synchronous cog belt wheel and spindle by linkage.And feed movement, namely lathe on X, Z to exercise by screw, screw fixed with both ends fixed way, end are connected to the servo motor through the coupling.
Key words：ball screw；servo motor；horizontal type；Distributed Numerical Control（DNC）；Slant bed
目 錄
摘要………………………………………………..…….….…………….............................I
ABSTRACT…………….……………………..……………...............................................II
1 前言……….…………………………………………….…........................……………..1
1.1 斜床身臥式數(shù)控車床的設(shè)計背景...........................………….………….………..1
1.2 斜床身數(shù)控車床設(shè)計的國內(nèi)外背景..........……….........…….………….………..1
1.3 斜床身數(shù)控車床設(shè)計的目的.................................................................................1
1.4 斜床身數(shù)控車床設(shè)計的內(nèi)容.................................................................................2
2 機床總體方案設(shè)計........................……..….………………………….…..….………….3
3 機床各系統(tǒng)的設(shè)計….…..….………................................................................................4
3.1 床身………………....................…………………………………………………..4
3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計……....……………………….………………...………………..5
3.2.1 主傳動系統(tǒng)設(shè)計………....…………………….…………………………...5
3.2.2 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計…………………………….…………………………...6
3.3 主軸的要求及結(jié)構(gòu)……....…………....……….………………...………………..8
3.4 刀架系統(tǒng).………………................…...............................................................................9
3.5 刀架系統(tǒng)..............................................................................................................................9
4 機床各系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算................................................................................................10
4.1 切削力計算……………………...................………………...………………….10
4.2 滾珠絲杠螺和選型…………………………...……………...………………….10
4.2.1 縱車外圓的計算…………………………….………………………....….10
4.2.2 橫向進(jìn)給的計算…………………………….………………………......13
4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算…………………......…...……………...…………………...15
4.3.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度….......…………....…...15
4.3.2 軸上零件的周向定位…...................................................…………....…...16
4.3.3 確定軸上圓角和倒角尺寸…...........................................…………....…...16
4.3.4 帶立式座外深溝球軸承的校核…...................................…………....…...17
4.3.5 鍵的校核….......................................................................…………....…...20
4.3.6 軸的校核….......................................................................…………....…...21
4.3.7 校核軸的強度…...............................................................…………....…...21
4.4 伺服電機的選型和計算…………......……...……………...…………………...21
4.4.1 等效轉(zhuǎn)動伺服電機的計算…...........................................…………....…...21
4.4.2 電機力矩計算…...............................................................…………....…...22
5 結(jié)論......................……….………….……………………..….……...…..….………...25
參考文獻(xiàn)......................…………….…………………..….…..……………….………….26
致謝......................………………….……………………..…….…………...…………….27
27
1 前言
1.1 斜床身臥式數(shù)控車床的設(shè)計背景
現(xiàn)在一些精密的零件都會用機床來進(jìn)行加工，在工件的制造加工中，機床給我們的工作帶來很大方便。機床行業(yè)的發(fā)展方向很明確，越來越精密，越來越自動智能[1]。我們國家與一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家比較而言，我們國家相對于他們還相差很多很多。我們國家機床發(fā)展起步晚，發(fā)展的速度慢，以及科技含量比較低，導(dǎo)致了與發(fā)達(dá)國家有一定的差距。在制造加工中，零件的尺寸變得很細(xì)致，一些精密程度變得很苛刻，迫使對加工工具進(jìn)行深入改革、創(chuàng)新。在工件加工中，尤其是對一些復(fù)雜精密的零件加工中，斜床身數(shù)控機床表現(xiàn)出了它的優(yōu)點，并得到了大家的認(rèn)可，在機床行業(yè)中普遍認(rèn)同，受到了各國加工行業(yè)的普遍認(rèn)可，在此基礎(chǔ)上它發(fā)展的很快，很好。
1.2 斜床身臥式數(shù)控車床的國內(nèi)外狀況
我們國家機床發(fā)展起步晚，發(fā)展的速度慢，以及科技含量比較低，導(dǎo)致了與發(fā)達(dá)國家有一定的差距。這種機床在我們國家比較低端，發(fā)展的不夠成熟，不夠完善。所以,我們國家應(yīng)極力著眼于這類機床的發(fā)展，從而帶動其他類型機床的發(fā)展。從我們國家目前機床行業(yè)發(fā)展來看，機床的造價太高，研究比較表面，沒有高科技的含量，沒有我們自己的東西。機床在出現(xiàn)一些小毛病的時候，整個機床都會停止工作，影響到工件的加工效率。這種情況使得我國數(shù)控車床在國際市場,和多樣化的今天是很難占據(jù)了重要的地位,因此拉大與發(fā)達(dá)國家的科研設(shè)計制造的差距。我們要正確面對我們國家目前所處的困境與問題，從主要問題出發(fā)，攻堅克難，逢山開路，遇河架橋，發(fā)揮不怕困難的精神，打造我們自主產(chǎn)品的優(yōu)點與特點[2]。將我們打國產(chǎn)機床在世界機床行業(yè)中打造成優(yōu)等產(chǎn)品，占據(jù)一席之地，敢于先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的機床產(chǎn)品相媲美，相抗衡。
1.3 斜床身數(shù)控車床設(shè)計的目的
首先這是一次畢業(yè)設(shè)計，只有在這次設(shè)計過程，認(rèn)真學(xué)習(xí)，積極查閱資料。對自己的設(shè)計課題進(jìn)行深入的研究，并有自己的構(gòu)思，自己的想法，在機械設(shè)計手冊以及參考文獻(xiàn)的幫助下完成自己的這次設(shè)計才能夠順利的畢業(yè)。其次，我們在大學(xué)四年的時間里，對我們的專業(yè)課有了很好地熟悉與學(xué)習(xí)，通過這次設(shè)計，我們可以查缺補漏，對我們所學(xué)的只是進(jìn)一步鞏固，更好運用在今后的工作與生活中。
1.4 斜床身數(shù)控車床設(shè)計的內(nèi)容
其設(shè)計內(nèi)容包括車床箱體、傳動零部件部分、主軸、工作臺、刀架系統(tǒng)、尾架等部分的設(shè)計工作。在傳動系統(tǒng)設(shè)計中主要是對滾珠絲杠的設(shè)計選型，安裝方式以及在傳動系統(tǒng)中的作用于安置。
2 機床總體方案設(shè)計
這次設(shè)計的任務(wù)是斜床身臥式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體方案采用45度（常見的傾斜角度有45°、60°、75°等）后置斜床身布置，這樣的設(shè)計方便工人師傅在加工過程裝夾零部件，當(dāng)然更有利于對加工屑進(jìn)行排除。在機床中都會包含以下幾部分，主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、刀架、尾座等，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：
圖2.1 斜床身臥式數(shù)控車床結(jié)構(gòu)圖
設(shè)計要求和參數(shù)的擬定如表2.1所示：
表2.1 機床設(shè)計參數(shù)
機床名稱
斜床身臥式數(shù)控車床
床身
最大工件回轉(zhuǎn)直徑/mm
400
最大工件長度/mm
1000
最大切削長度/mm
930
最大切削直徑/mm
400
滑板上最大回轉(zhuǎn)直徑/mm
210
進(jìn)給
X軸坐標(biāo)進(jìn)給速度/（mm/min）
3600
Y軸坐標(biāo)進(jìn)給進(jìn)度/（mm/min）
4500
主軸
主電機功率/kw
7.5
主軸最高轉(zhuǎn)速/（r/min）
1400
機床最小設(shè)定單位/mm
0.01
刀架
刀架形式
電動多工位立式刀架
重復(fù)定位精度/mm
≤0.01
尾架
最大行程/mm
150
精度
定位精度（X/Z）/mm
0.045/0.05
重復(fù)定位精度（X/Z）/mm
0.010/0.015
加工工件精度
IT6～I(xiàn)T7
3 機床各系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 床身
在機床種最主要的也是最基礎(chǔ)的就是床身，是最基本的部分。在床身上將會放置機床中的各個組件以及組裝各個零部件。在構(gòu)思床身的結(jié)構(gòu)時候主要從兩方面考慮：一是機床各個零部件在床身上的安放位置以及方式，二是其本身的制造材料。
床身的結(jié)構(gòu)一般由放置其上面的組件位置來設(shè)計構(gòu)思的。在機床行業(yè)中，一般把車床劃分兩大類型--臥式的和立式的。在車床中臥式的又可由導(dǎo)軌的安置方向分為兩大類型:傾斜導(dǎo)軌的和水平導(dǎo)軌的[3]。在一些加工行業(yè)中大都采用的是傾斜導(dǎo)軌的機床，使用其的主要有以下原因：一是便于實現(xiàn)機電一體化；二是便于很好的排屑，并且便于自動排屑器的安裝；三是從工件上切下來的熾熱切屑很方便的排到了排屑箱里，不會積留在導(dǎo)軌上，保證了導(dǎo)軌的精度；四是人機設(shè)計好，工人方便操作等。床身的材料在選擇上一般采用普通鑄鐵。
圖3.1 斜床身結(jié)構(gòu)側(cè)視圖
另外，車床的導(dǎo)軌具有很多優(yōu)點，如接觸剛度大、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便。我們之前采用的普通導(dǎo)軌有很多不足的地方：摩擦阻力較大，容易磨損。在追求高質(zhì)量，更好的表現(xiàn)，更高的加工效率，更好的加工表現(xiàn)，在條件許可的范圍內(nèi)，我們選用表現(xiàn)更好的滑動導(dǎo)軌，比傳統(tǒng)的導(dǎo)軌更優(yōu)秀[4]。選材上，因淬硬合金鋼耐磨性較高，所以制造導(dǎo)軌的材料使用淬硬合金鋼材料。綜合以上因素，將GCR15軸承鋼淬硬到HRC65-62加工導(dǎo)軌，再利用外在的約束把導(dǎo)軌安裝在它所在的位置，更好地增加其硬度。
3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計
在機床中傳動系統(tǒng)都有很大的共同之處，無論是斜床身臥式數(shù)控車床還是普通的車床，都可以分為進(jìn)給傳動系統(tǒng)和主軸傳動系統(tǒng)。
3.2.1 主傳動系統(tǒng)設(shè)計
在目前的機床行業(yè)中大都采用較先進(jìn)的無極變速系統(tǒng)。無級變速自研發(fā)出來使用到現(xiàn)在，在使用的過程中不斷改進(jìn)，不端增加科技含量，如今技術(shù)已經(jīng)比較成熟。車床中的主軸電機一般采用伺服電機，這樣與編碼器相配合，更能來控制主軸的轉(zhuǎn)速，達(dá)到加工要求。伺服電機與主軸之間才有帶傳動，提高傳動效率[5]。如圖3.2（a）所示，或者通過帶傳動來帶動主軸旋轉(zhuǎn)，如圖3.2（b）所示。因為主軸電機采用的是伺服電機，所以速度很容易被控制和調(diào)節(jié)，這樣就會使主軸的速度以及主軸箱的結(jié)構(gòu)變得很簡單。斜床身臥式數(shù)控機床在加工零件的過程中，速度是很不固定，經(jīng)常會改變其主軸的轉(zhuǎn)速來加工不同的表面以及結(jié)構(gòu)，這樣才會發(fā)揮其加工復(fù)雜精度高的優(yōu)點以及特點。在加工零件之前都會先把加工程序編制好，輸入數(shù)控機床的微電腦中，來控制電機以及刀具來對材料進(jìn)行加工。在加工過程中就會按照程序來按部就班的進(jìn)行，所以無級變速更能適合此處的要求，發(fā)揮無級變速的優(yōu)點。如圖3.2（c）所示：
（a） 變速齒輪 （b） 帶傳動 （c） 電機直接驅(qū)動
圖3.2 電動機主軸傳動的方式
采用皮帶將主軸伺服電機和主軸連接起來進(jìn)行傳遞動力，這種傳動方式與其他傳動方式相比，這樣就會很大的提高了軸部件的剛度，是主軸轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)，更能達(dá)到比較好的加工效果。根據(jù)設(shè)計要求以及設(shè)計任務(wù)，可以把主軸電機的型號進(jìn)行選擇出來。
據(jù)要求電動機的功率是7.5kw,根據(jù)《機械設(shè)計手冊》附表選,額定功率7.5kw,額定轉(zhuǎn)速1500r／min，額定轉(zhuǎn)矩5.0N/m。
3.2.2 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計
在進(jìn)給傳動的構(gòu)思以及方案制定時一定要充分照顧到本機器所要面對的工件尺寸以及運動范圍。在設(shè)計時根據(jù)事前的調(diào)查以及分析計算合理地規(guī)劃和設(shè)計本部分。在對工件進(jìn)行車削的過程中，進(jìn)給系統(tǒng)對其所采用的方式以及車削的效果起著舉足輕重地作用[6]。所以這一部分一定要嚴(yán)格要用設(shè)計思想去規(guī)劃和設(shè)計。在加工過程中，刀架不但要延X向運動，還要延Z向運動，所以刀架的設(shè)計要考慮它的運動方向以及幅度。
工作臺的運動方式以及運動方式也是設(shè)計時必須要考慮的，因為在加工的過程中，它也要延X向和Z向不時的移動來帶動刀架來回運動從而對零部件進(jìn)行車削加工。所以我在這兩個方向的進(jìn)給上采用的是滾珠絲杠，利用滾珠絲杠可以保證進(jìn)給的準(zhǔn)確性以及平穩(wěn)性。這樣才能夠使工件被加工的更好，得到令人滿意的效果[7]。利用滾珠絲杠來帶動這兩個方向的運動就會變得更輕松，更靈活。在滾珠絲杠的安裝時可以對其先預(yù)緊，通過這種方式消除自重產(chǎn)生的變形。如下圖3.3（a）（b）和圖3.4所示：
（a） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)
（b） 縱向進(jìn)給系統(tǒng)
圖3.3 橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1-絲杠 2-套筒聯(lián)軸器 3、7-錐銷 4-螺母 5-墊圈 6-支架 8-支架套 9-進(jìn)步電機
圖3.4 伺服電機與絲杠的聯(lián)接
滾珠絲杠在進(jìn)給系統(tǒng)中廣泛的運用，是因為它能改變進(jìn)給的運動方向，獲得多方向的進(jìn)給。
滾珠、螺桿和螺母是滾珠絲杠的三大組成部分[8]。利用滾珠絲杠可以把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，更好地運用到機床結(jié)構(gòu)中，滾珠絲杠設(shè)計與運用的重要意義是把軸承從滾動運動轉(zhuǎn)變成了滑動運動?，F(xiàn)在滾珠絲杠在很多的精密設(shè)備中被應(yīng)用，是因為它具有摩擦阻力十分小的特點。
在一些精度要求高的機械中大都都會采用滾珠絲杠，因為它會滿足精度要求。除此之外，它還會改變進(jìn)給的運動方向，獲得多方面的進(jìn)給，來滿足加工要求。
1）與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3
在傳動系統(tǒng)中如果采用了滾珠絲杠，驅(qū)動力就會是其他傳動方式的三分之一，因為它有滾珠在滾動。相當(dāng)于是用了滑動絲杠副1/3的力矩達(dá)到了相同的效果[9]。
2）高精度的保證
滾珠絲杠副在制造加工過程中，無論是在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上還是在加工條件上都采用和執(zhí)行的是世界上最先進(jìn)最嚴(yán)格的技術(shù)要求。正是因為在這嚴(yán)格的條件下，使用目前最先進(jìn)的加工設(shè)備，才加工制造出了現(xiàn)在這種具有高精度的滾珠絲杠副。
3）微進(jìn)給
正是由于在滾珠在滾珠絲杠副中滾動,才使得滾珠絲杠在加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)精密的微進(jìn)給,避免了爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)。
4）無側(cè)隙、剛性高
在滾珠絲杠副上加上預(yù)緊壓力,就可以大大的降低軸向間隙，從而變得無間隙無側(cè)隙,因而滾珠絲杠就可獲得很好的剛性。
3.3 主軸的要求及結(jié)構(gòu)
（1）主軸的要求
1）旋轉(zhuǎn)精度
在傳動系統(tǒng)中，主軸的旋轉(zhuǎn)精度要求很高，這就要求在主軸裝配完成后，對主軸的旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行檢測，保證無載荷的情況下的徑向跳動和軸向跳動。
2）靜剛度
在對工件進(jìn)行車削的過程中為了保證工件所被車削的精度，從而對主軸上地靜剛度規(guī)定很嚴(yán)格苛刻[10]。在主軸組件中很多原因可在運轉(zhuǎn)中影響主軸的剛度，原因有很多，在眾多的原因中最主要的還是主軸的結(jié)構(gòu)尺寸，滾動軸承的型號、數(shù)量、配置形式。
3）抗振性
在加工過程中如果出現(xiàn)了震動的現(xiàn)象，就會產(chǎn)生很多對工件不利的影響。然而主軸的這種不良現(xiàn)象受到很多原因影響。比如其靜剛度、零部件的分布等一些因素。
4）溫升和熱變形
大家在學(xué)習(xí)物理知識是就學(xué)到了物體的形狀和尺寸受溫度的改變而改變。在加工過程中，在刀具與工件的摩擦中以及主軸的旋轉(zhuǎn)過程中會使部件的溫度上升，受熱膨脹，從而使得組件變形，偏離原本的位置，偏離加工軌跡，對零件的精度產(chǎn)生誤差，甚至加工的零件作廢。所以一定要考慮到這一點，保證材料在受熱的情況下變形最小，從而保證零部件的加工精度[11]。達(dá)到更好的加工效果。
5）耐磨性
機床在加工過程中很多時候是長時間的，不間斷的，所以這就要求其耐磨性一定要好。精度受很多因素影響，首先就是軸承對其產(chǎn)生很大的影響[12]。除此之外還有夾具對其產(chǎn)生的影響。為了避免上述問題的產(chǎn)生，要將主軸上的一些部位淬硬至HRC60左右，這樣才能有效地提高其耐磨性。
6）材料和熱處理
主軸在選材時一般不把強度作為依據(jù)。主軸上的尺寸以及主軸的直徑取決于零部件在其上安裝位置以及軸肩的位置、尺寸。當(dāng)這些尺寸都定下來以后，主軸的尺寸也就定了下來[13]。因此，在選擇材料是主要考慮到主軸的材料能夠在溫度影響下產(chǎn)生的形變最小，一定要滿足這個要求，才能使主軸在旋轉(zhuǎn)的過程中更穩(wěn)，達(dá)到更好的加工效果。目前，在主軸地加工制造中，常常采用45號或60號優(yōu)質(zhì)中碳鋼作為主軸上加工型號。然后材料在加工完畢之前，則應(yīng)該對材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和淬火。
（2）主軸的結(jié)構(gòu)
在其材料確定后，其次就要要對它的主要的尺寸來構(gòu)思，來制定方案，來決定它的加工方式及方法。主軸通常制造成階梯形，還有軸肩，這樣更方便裝配。主軸上一些零部件根據(jù)主軸上的軸肩位置進(jìn)行裝配，再加上軸套以及定距環(huán)使得其他零部件在主軸的位置是固定的。在主軸加工時，通常是把主軸加工成中空的，這樣會通過頂錐或者是棒料。在車床的主軸中中空比其他的機床大一些，但由于剛度條件的影響和限制，在加工時孔徑應(yīng)該保持在外徑的70%以內(nèi)[14]。
3.4 刀架系統(tǒng)
刀具是放置在刀架結(jié)構(gòu)上的，而不是單獨裝夾在床身上的。因此，刀架的設(shè)計也要考慮到刀具的進(jìn)給活動所必須的要求。在某種程度上，一個車床的刀架設(shè)計的水平和先進(jìn)科技性可使機床的性能得到很好的提升。在車床加工過程中，刀架是直接對工件進(jìn)行車削加工的，正是因為它與工件進(jìn)行直接接觸，所以在加工過程中受到很大的切削抗力。因此，剛度和強度在設(shè)計和構(gòu)思前要充分的分析和研究[15]。因為刀具直接與工件接觸，直接對工件進(jìn)行去材料加工，所以對刀具位置的要求很嚴(yán)格。不僅要做到這些，還要在刀架的設(shè)計過程過程中做到以下幾點：不僅要考慮到刀架的材料與刀具的位置，還要考慮到安全性問題，在換刀的過程一定要保證刀具的轉(zhuǎn)換安全，不可對工人的安全造成威脅。
3.5 尾座
目前的機床的設(shè)計和使用中上一般都使用的是液壓型尾座。把尾座安裝在導(dǎo)軌上，通過導(dǎo)軌的滑動作用，在上面往返滑動，滑動的位置由工件的長度以及位置來確定。大家都知道，車床上尾座是用來裝夾住頂尖，從而能夠來頂住尺寸較長的工件。還有在工件要求鉆孔、攻絲的時候，也可以把鉆頭裝夾在尾座上，來進(jìn)行加工[16]。尾座的材料要用1級鑄鐵，并要經(jīng)過時效處理。
4 機床各系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算
4.1 切削力計算
縱車外圓時：
= =5360(N) （4.1）
——車床床身最大加工半徑，單位 mm。
求出主切削力后，由 = 1 : 0.25 : 0.4
可求出：走刀方向的切削力 = 1340 N
垂直走刀方向的切削力= 2144 N
橫切端面時：
主切削力：可以取縱切時的1/2。所以=1/2 = 2680 N
同理= 1 : 0.25 : 0.4
可得：走刀方向的切削力 = 670 N
垂直走刀方向的切削力 = 1072 N
4.2 滾珠絲杠螺母副選型
在設(shè)計滾珠絲杠螺母副的的時候應(yīng)該著重對一下幾方面進(jìn)行一下構(gòu)思：首先是滾珠循環(huán)的方式，其次再是其預(yù)緊方式。除此之外的要求就是考慮到：外徑、導(dǎo)程和精度等級等。
4.2.1 縱車外圓的計算
(1)計算進(jìn)給率引力
燕尾型導(dǎo)軌：
(4.2)
式中——切削力
G——移動部件的重量（N）
K——考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，此處K=1.4
——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，此處= 0.2
帶人數(shù)據(jù)得 = 1.4 × 1340 + 0.2 × (5360 + 2 × 2144 + 800 ) =2272 N
(2)計算最大動載荷
最大動載荷：
(4.3)
式中——工作壽命，單位106r，
——絲杠轉(zhuǎn)速，
——最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），此處取=0.6
——絲杠導(dǎo)程，（mm），=6mm
——使用壽命，（h），對數(shù)控車床取=15000h
——運轉(zhuǎn)系數(shù)，此處為一般運轉(zhuǎn)，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表6-2-34可知一般運轉(zhuǎn)時取1.3。
帶入數(shù)據(jù)可得:絲杠轉(zhuǎn)速 =50r/min
工作壽命 =45
最大動載荷 =10505.6N
根據(jù)求出的條件查表可得：
采用外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副,其額定動載荷為16400N,螺 距為40mm,精度等級為3級。
(3)傳動效率計算
傳動效率：
(4.4)
式中——絲杠螺旋長升角，型滾珠絲杠副為 2°44′。
——摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)=0.003-0.004，其摩擦角約等于10′。
代入數(shù)據(jù)可得
=
=0.94
(4)剛度校驗
①絲杠的拉伸或壓縮變形量
查《機械設(shè)計手冊》表6-3-23，據(jù)=2272N，=40mm，知:=1.2×10-5(mm)則
=1.2×10-5×1000=1.2×10-2(mm) （4.5)
由于兩端用角接觸軸承和深溝球軸承，對絲杠螺母進(jìn)行了拉伸，剛度可提高四倍，則變形量縮小為：=0.3×10-2。
②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量
查《機械設(shè)計手冊》表5-3-55知，W系列2.5圈1列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量：=6.4,由于預(yù)緊,=3.2。
③撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形
用7304C角接觸軸承，=35mm ,滾動體直徑 =5.35mm,滾動體得數(shù)量Z=18,所以
=0.0077(mm) (4.6)
由于預(yù)緊的存在，= 0.00386 mm
綜上可得，變形量 = 0.003 + 0.0032 + 0.00386 = 0.01006 mm
故選用 型滾珠絲杠副符合要求。
(5)穩(wěn)定性校驗
滾珠絲杠在安裝的時候采用的是推力軸承，在其轉(zhuǎn)動的過程很穩(wěn)，所以不用進(jìn)行穩(wěn)定性的校驗。
4.2.2 橫向進(jìn)給的計算
(1) 計算牽引力之
=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)=2022.8(N)
(4.7)
(2) 計算最大負(fù)荷C
絲杠轉(zhuǎn)速：
=30(r/min) (4.8)
工作壽命：
=27 (4.9)
最大負(fù)載：
=3×1.2×2022.8=7282.08(N) (4.10)
根據(jù)求出的條件查《機械設(shè)計手冊》表6-7-58可得：
采用外循環(huán)螺紋預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副型1列2.5圈，其額定動載荷為8800N,螺距 為40mm,精度等級為3級。
(3) 傳動效率計算
傳動效率:
型滾珠絲杠副絲杠螺旋長升角 為4°33′，摩擦角 為10′。
故 =0.965
(4) 剛度校驗
由橫向進(jìn)給的支撐方式，如圖4.1所示:
圖4.1 橫向進(jìn)給支撐方式
由最大牽引力為2022.8N,支撐間距為450mm，絲杠長度較長，需母及軸承預(yù)緊，
①絲杠的拉伸或壓縮變形量
查表，據(jù) =2202.8N，=20mm，知：=4.2×10-5 則
=4.2×10-5×450=1.9×10-2(mm) （4.11）
②滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量
查表知，W系列2.5圈1列型絲杠副和螺紋滾道間的接觸變形量:=6.4μm
由于預(yù)緊，=3.2μm。
③撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形
用7319C角接觸軸承，=l5mm ,滾動體直徑=4.74 mm ,滾動體得數(shù)量Z=12,
所以：
=0.0094（mm）（4.12）
由于預(yù)緊的存在：
=0.0047（mm） （4.13）
綜上可得，變形量=0.019+0.0032+0.0047=0.0269mm>定位精度
變形量：
δ=0.019+0.0032+0.0047=0.0083mm<定位精度
由此可知，將滾珠絲杠進(jìn)行拉伸之后，使用型1列2.5圈絲杠副符合要求。
（5）穩(wěn)定性校驗
首先計算產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載用下列公式：
（4.14）
式中:
E——絲杠材料彈性模量，鋼材量N/cm2
I——截面慣性矩（單位：cm4），絲杠截面慣性矩,(d1為絲杠螺紋的底徑)
——絲杠兩支撐端距離，(cm)
?z——絲杠的長度支撐系數(shù)，如表4.1所示：
表4.1 絲杠長度支撐系數(shù)
方式
一端固定一段自由
兩端簡支
一端固定一段簡支
兩端固定
0.25
1.00
2.00
4.00
本設(shè)計，絲杠采用兩端固定，故取4.00。
則：截面慣性矩：
=0.3899(cm4) （4.15）
臨界負(fù)載：
=6429.8(N) （4.16）
臨界負(fù)載與最大負(fù)載之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果，則絲杠不致失穩(wěn)，為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2.5~4。則根據(jù)以求得數(shù)據(jù)，=2.83，故橫向進(jìn)給絲杠選用W1L2005型絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。
4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.3.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
1）為了滿足從動端半聯(lián)軸器的軸向定位要求，A軸段上端需制出一軸肩，又因為在B段上需要安裝軸承及軸承座，故取初步取B段的直徑=40 mm；下端用軸端擋圈定位，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 891-1986，按軸端直徑取擋圈直徑D=45mm。
標(biāo)記為：GB/T 892 B45
從動端半聯(lián)軸器孔長度=50mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故A段長度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取=58mm。
2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受較大的徑向力和較小的軸向力的作用，故選用深溝球軸承。同時考慮實際工作情況及安裝的方便性，選擇帶座外球面球軸承。參照B段直徑、支架套筒內(nèi)徑及帶立式座外球面球軸承標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7810-1995（表7-2-101），初步選取型號為UCP208的帶座軸承。
參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7810-1995（表7-2-101）知，該帶座軸承總寬B=49.2 mm，為了安裝方便，取B段長度=60 mm。
3）由于支架套筒需要從立軸上方裝入，故支架套筒下方需要軸肩定位。又因支架套筒內(nèi)徑為d=50 mm，且主要承受徑向力，故取=70 mm，=15 mm。
4）已知支架套筒內(nèi)徑為d=50 mm，高度為150 mm，為了便于安裝上軸承座，取 =50 mm，=155 mm。
5）由于E段軸上只安裝帶座軸承，故E段軸尺寸同B段軸，即=40 mm，=60 mm。
4.3.2 軸上零件的周向定位
1）從動端半聯(lián)軸器與軸的周向定位。由于工作時需承受一定的沖擊及變載荷，而且在軸端處，所以采用單圓頭普通平鍵連接。按=35 mm、=58mm，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1095-2003（表5-3-18），選擇鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，由 長度并參考鍵的長度系列（表5-3-19），取鍵長為L=56 mm（比長度小些）。從動端半聯(lián)軸器與軸的配合為。
2）支架套筒與軸的周向定位。同樣由于工作時需承受一定的沖擊及變載荷，所以采用圓頭普通平鍵連接。根據(jù)立軸連接支架套筒處尺寸d=98 mm，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1095-2003（表5-3-18），選擇鍵的截面尺寸為：寬度b=14mm，高度h=9 mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，由支架寬度并參考鍵的長度系列（表5-3-19），取鍵長L=140 mm（比支架套筒高度小些）。支架套筒與軸的配合為。
3）滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
4.3.3 確定軸上圓角和倒角尺寸
參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6403.1-2008（表1-5-10），取軸端倒角為1.645°，各軸肩處圓角半徑參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6403.4-2008（表1-5-12）選取。
4.3.4 帶立式座外深溝球軸承的校核
參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 276-1994（表7-2-66）知，對于深溝球軸承6208，基本額定動載荷=29500N，基本額定靜載荷=18000 N（參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7810-1995（表7-2-101），對于軸承UCP208，基本額定動載荷=22800N，基本額定靜載荷=8200 N），球數(shù)z=9，球徑=12 mm。
（1）受力分析
列平面任意力系的平衡方程，即
=0， =0
=0， =0
=0， =0 （4.17）
求解以上方程，得
= 550+700=1250（N）
=-5565.22（N）
=5565.22（N）
為負(fù)值，說明他的方向與假設(shè)的方向相反，即應(yīng)指向左。
則軸承所受徑向載荷 =5565.22 N
軸向載荷 =1250 N
（2）校核動載荷
按照手冊公式7-2-1計算：
（4.18）
式中：——壽命因數(shù)，軸承預(yù)期壽命=5000 h，查表7-2-23，取 =2.71
——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小，取=1.5
——沖擊載荷因數(shù)，中等沖擊，查表7-2-25，取=1.2
——速度因數(shù)，轉(zhuǎn)速取15 r/min，查表7-2-24，取=1.305
——溫度因數(shù)，查表7-2-26，取=1
P——當(dāng)量動載荷，按式7-2-2計算
計算當(dāng)量動載荷P。
（4.19）
式中：——徑向載荷，由受力分析知=5565.22 N
——軸向載荷，由受力分析知=1250 N
X——徑向動載荷系數(shù)，查表7-2-65，按下面計算取值
Y——軸向動載荷系數(shù)，查表7-2-65，按下面計算取值
1）計算
==0.965 （4.20）
2）取e的值
查《機械設(shè)計手冊》表7-2-65，根據(jù)=0.965，取e=0.28
3）計算
=0.225 （4.21）
4）取X、Y的值
查《機械設(shè)計手冊》表7-2-65，單列軸承，且0.225
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