XK6130型普通銑床數(shù)控化改造X軸-橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計【含3張CAD圖帶開題報告+答辯ppt】.zip
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銑床數(shù)控化改造橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計
摘 要
本文對普通銑床數(shù)控化改造進(jìn)行研究，包括對機(jī)床改造進(jìn)行可行性分析、對機(jī)床關(guān)鍵部件參數(shù)的計算、對機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計、對機(jī)床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)，以及在改造中應(yīng)注意的事項等進(jìn)行了詳細(xì)的論述。結(jié)果表明:經(jīng)改造后的機(jī)床已達(dá)到預(yù)期的功能和精度，完全能實現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動控制，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。XK6130型銑床床具有性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、操作輕便等特點,在我國機(jī)械制造行業(yè)中使用非常廣泛。本設(shè)計就取其為例，主要介紹其數(shù)控化改造的方案、以及改造部位的選型與設(shè)計計算。主傳動系統(tǒng)的計算和圖紙繪制，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)重點部位的設(shè)計計算。
關(guān)鍵詞：銑床；數(shù)控；伺服電機(jī)；滾珠絲杠
I
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Abstract
This paper studies the CNC transformation of ordinary milling machines, including the feasibility analysis of the machine tool transformation, the calculation of key parameters of the machine tool, the design of the machine tool structure, the optimization of the machine tool transformation program, and the selection of an appropriate machine tool servo system and computer system. As well as the matters that should be noted during the transformation, etc. are discussed in detail. The results show that the machine tool after the transformation has reached the expected function and accuracy, and can fully realize the automatic control of machining outer circle, taper, thread, end surface, etc., which improves the production efficiency of the original machine tool and reduces the labor intensity. XK6130 type milling machine bed has the characteristics of good performance, advanced structure, light weight, etc. It is widely used in China's machinery manufacturing industry. Taking this design as an example, this design mainly introduces its numerically-controlled transformation scheme, and the selection and design calculation of the transformation site. The calculation of the main transmission system and the drawing of the drawing, and the design calculation of the key parts of the infeed mechanism.
Keywords: Milling Machines;CNC;Servo Motors;Ball Screws
III
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目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)分析 3
1.3.1控制系統(tǒng)的選擇 3
1.3.2選擇設(shè)計對象要適宜 3
1.3.3機(jī)床的機(jī)械設(shè)計范圍要適當(dāng) 4
1.3.4輔助設(shè)計要合適 4
1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 4
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 6
2.1總體方案設(shè)計的內(nèi)容 6
2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定 6
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 6
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 6
2.1.4計算機(jī)的選擇 7
2.2總體設(shè)計方案的確定 7
2.2.1系統(tǒng)的運行方式與伺服系統(tǒng)的選擇 7
2.2.2計算機(jī)系統(tǒng) 7
2.2.3機(jī)械傳動方式 7
第3章 確定切削用量及選擇刀具 9
3.1刀具選擇 9
3.2切削用量確定 10
第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 11
4.1參數(shù)的確定 11
4.2傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 11
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 12
4.4帶輪傳動部分的設(shè)計 15
4.5齒輪傳動部分的設(shè)計 17
4.6電磁離合器的選擇 21
第5章 橫向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)裝配圖設(shè)計計算 23
5.1銑削工件時銑削力的計算 23
5.1.1銑削用量選擇 24
5.1.2銑削力的計算 24
5.2導(dǎo)軌的設(shè)計和選型 25
5.3滾動直線導(dǎo)軌副的計算 27
5.4滾珠絲杠螺母副計算和選型 29
5.5電機(jī)的設(shè)計選用 31
結(jié) 論 33
參考文獻(xiàn) 34
致 謝 35
V
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第1章 緒論
1.1我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
在現(xiàn)在的工業(yè)化生產(chǎn)中，數(shù)控技術(shù)和設(shè)備是非常重要的基礎(chǔ)。一國經(jīng)濟(jì)實力和國家實力的強(qiáng)弱直接關(guān)系到國家基礎(chǔ)的強(qiáng)弱，影響著國家在世界上的地位。所以，每個強(qiáng)國對自己未來的數(shù)控技術(shù)和附屬產(chǎn)品都會有自己的規(guī)劃。
最近這段時期我國大力發(fā)展數(shù)控產(chǎn)品，沒有幾個能夠真正有競爭力。相對于數(shù)控系統(tǒng)來說，大機(jī)床廠仍然沒有真正的接受國內(nèi)產(chǎn)品，這導(dǎo)致了現(xiàn)在國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)多被舊機(jī)床改造，裝備新機(jī)床的廠并不多，而且我國生產(chǎn)的大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床都是外國系統(tǒng)。所以說舊機(jī)床的數(shù)控化改造很重要，而且從商品的角度上看，我國的數(shù)控系統(tǒng)和世界頂尖水平仍然有很大的差距。
換言之，CNC系統(tǒng)和機(jī)床不能簡單地與家電進(jìn)行比較，需要考慮大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境。在數(shù)控產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境中，需要解決各種問題。研究部門對這個問題沒有清楚的認(rèn)識，產(chǎn)品的設(shè)計也會受到很大的阻礙，而且這些問題在各個生產(chǎn)過程中都難以被發(fā)現(xiàn)，這就使得相同的數(shù)控機(jī)床型號在不同的用戶環(huán)境里表現(xiàn)的結(jié)果是不一樣的。有時可以把某些零件加工工作完成地很好，但對于其他零件來說可能效果就并不理想。當(dāng)有這種類似情況出現(xiàn)時，有的是用戶自己操作過程中出現(xiàn)問題，但有的就是機(jī)床本身的問題最終出現(xiàn)。國外公司為了解決這一類問題，設(shè)立專家組來檢查自己設(shè)計的產(chǎn)品，為了研發(fā)新的數(shù)控系統(tǒng)，公司在設(shè)計過程以及生產(chǎn)實際中采集了大量的樣本，讓產(chǎn)品全方位的進(jìn)行測試，如果發(fā)現(xiàn)誤差，將會及時反饋有關(guān)部門并對其進(jìn)行修正。經(jīng)過這一系列的測試，數(shù)控系統(tǒng)隱藏的問題越來越少。在我國，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)的整個過程中很少有國外類似的檢查，問題都需要客戶給我們反映，這樣一來國產(chǎn)機(jī)床與外國機(jī)床的可對比性就越來越少。
1.2國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
國外的數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了有50多年。隨著國外電子、計算機(jī)源源不斷的進(jìn)步，一些工業(yè)強(qiáng)國在數(shù)控機(jī)床項目上已經(jīng)取得了重大的突破。例如美國、德國、日本擁有目前世界上數(shù)控機(jī)床最先進(jìn)的技巧以及最豐富的經(jīng)驗。因為不同的社會背景，不同的國家發(fā)展的方向不同。美國政府非?？粗刂毓I(yè)，而且美國國防部對數(shù)控機(jī)床方面有著很高的要求，所以研究數(shù)控機(jī)床項目儲備了巨大的經(jīng)費，培養(yǎng)了世界上頂尖的人才，強(qiáng)調(diào)效率性以及創(chuàng)新性，對基礎(chǔ)的科研項目非?？粗亍Ｋ悦绹茉跀?shù)控機(jī)床項目上保持持續(xù)創(chuàng)新。1952年研制出了世界上第一臺的數(shù)控機(jī)床、緊接著1958年就有了數(shù)控機(jī)床的加工中心、70年代初研發(fā)了fms、1987年全面開放數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研究。因為美國對汽車以及軸承的需要很大，所以大規(guī)模的自動化企業(yè)涌現(xiàn)出來。并且美國的電子和盤算機(jī)技術(shù)也是在世界上擁有最高的技術(shù)，擁有很扎實的基礎(chǔ)，所以美國的數(shù)控機(jī)床以及控制系統(tǒng)也是一直在世界的頂尖水平，研發(fā)出了一系列高性能的產(chǎn)品。如今美國的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)以及運用在了航天航空項目，并且數(shù)控機(jī)床在美國的中小型企業(yè)也有著廣泛的運用。
但是在上個世紀(jì)80年代初，美國因為過于重視基礎(chǔ)的研究項目，從而對發(fā)展技巧方面的發(fā)展不夠重視。導(dǎo)致一股數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的浪潮過后，終于在1982年被日本趕上并且超過。在90年代，美國政府才重新重視數(shù)控機(jī)床項目，同時重視利用技巧發(fā)明的發(fā)展，所以機(jī)床的產(chǎn)量又慢慢恢復(fù)。
德國與美國一樣，非常重視重工業(yè)的發(fā)展，所以數(shù)控機(jī)床項目在德國有重要的發(fā)展地位，并且在各個方面都投入了大量的資源。德國是一個看重“實際”以及“實效”的國家，引入了大批量高技術(shù)的人才研究項目。在大批量的生產(chǎn)基礎(chǔ)的推動下，德國的第一臺數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)終于在1956年問世。與此同時一直保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，穩(wěn)重進(jìn)步，實事求是，將理論運用到實際中，同時發(fā)展研發(fā)基礎(chǔ)以及技巧的運用。設(shè)立大學(xué)與企業(yè)合作的機(jī)制，投入大量的人力、物力、財力資源進(jìn)行科學(xué)實驗，對產(chǎn)品的全方位性能、加工的工藝性、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)以及一些特定的問題進(jìn)行了相應(yīng)的探討，要求最完美的質(zhì)量。所以優(yōu)秀的工作性能、先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)是德國數(shù)控機(jī)床的代名詞，其產(chǎn)品遍布世界各地。尤其的大規(guī)格的數(shù)控機(jī)床，精密度更是世界一流。與此同時，德國非常重視數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)各個配件相互之間的實用性。其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、數(shù)控機(jī)床控制、以及許多功效部件的工作效率在世界上都是頂尖水平。世界上非常出名的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)公司西門子公司即為世界馳名，全世界的國家都在采用。
同樣日本政府也對數(shù)控機(jī)床控制加工技術(shù)工業(yè)的發(fā)展非常重視，政府通過方案、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引領(lǐng)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的發(fā)展。在人才的培養(yǎng)以及工件配套方面日本政府通過度德國的學(xué)習(xí)，同時字?jǐn)?shù)控干了以及利用技巧方面向美國學(xué)習(xí)，取得了非常好的效果。在企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)方面上，日本和美國、德國的發(fā)展軌跡是相似的，發(fā)展生產(chǎn)主動化，然后數(shù)控機(jī)床已經(jīng)在中、小批量的柔性生產(chǎn)中得到發(fā)展。
1.3數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)分析
由于歷史原因，中國有許多通用的加工設(shè)備。數(shù)控加工設(shè)備少，舊設(shè)備多，新設(shè)備少。許多公司精度差，故障率高。通過機(jī)床的數(shù)控設(shè)計，普通機(jī)床不僅加工精度好，而且具有數(shù)控機(jī)床的功能。對于中小企業(yè)來說，還不夠資金購買全功能數(shù)控機(jī)床，但使用單板機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床具有省錢高效的特點。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)對批量零件進(jìn)行改造和加工微機(jī)技術(shù)的工作原理是從單板機(jī)，控制程序，零件加工程序，驅(qū)動功率器件，收發(fā)板，功率步進(jìn)電機(jī)等實現(xiàn)對機(jī)床的簡單數(shù)控。
1.3.1控制系統(tǒng)的選擇
SCM系統(tǒng)使用兩個以上的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心是一系列單芯片微機(jī)，分別采用三路控制電路控制和移動步進(jìn)電機(jī)，實現(xiàn)機(jī)床的運動運動，并可實現(xiàn)每兩個坐標(biāo)聯(lián)軸器或三坐標(biāo)聯(lián)軸器。微控制器是一系列微機(jī)的典型產(chǎn)品，硬件功能遠(yuǎn)高于單卡機(jī)，特別適用于實時控制，智能儀表和自動化機(jī)床等，是控制領(lǐng)域理想的8位微控制器。數(shù)控系統(tǒng)是一種三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)（銑床），采用國際標(biāo)準(zhǔn)編碼，目前數(shù)控系統(tǒng)有多種類型，與兩坐標(biāo)系相同。
選擇操作系統(tǒng)時，考慮以下問題：
（1）在資金充足的情況下，應(yīng)盡可能選擇最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。由于嚴(yán)格的零件篩選和可靠的制造工藝，該數(shù)控系統(tǒng)可以防止由于電氣部件故障或過早失效而引起的設(shè)備故障。
（2）需要注意數(shù)控功能的選擇，而不是追求CNC系統(tǒng)的強(qiáng)大指標(biāo)，這對實現(xiàn)成本效益至關(guān)重要。
（3）數(shù)控系統(tǒng)的功能必須與所設(shè)計的數(shù)控機(jī)床的功能保持一致，以盡可能減少不必要的數(shù)控功能。
1.3.2選擇設(shè)計對象要適宜
開始用微機(jī)數(shù)控機(jī)床實行零件加工。它通常適用于加工某些零件的類似零件。以這種方式，可以確定設(shè)計對象。一般來說，中小型銑床上的工件總是滿的，而且有更多的備件。因此，采用微機(jī)技術(shù)設(shè)計經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床中小型銑床更為合適。對于一些中小企業(yè)來說，為了充分發(fā)揮銑床的作用，需要更多的設(shè)計銑床。這樣，CNC系統(tǒng)可用于加工批量零件和水平銑床功能，從而適合于加工單件零件。
1.3.3機(jī)床的機(jī)械設(shè)計范圍要適當(dāng)
機(jī)床的安排應(yīng)依照機(jī)床的精度和性能來決定。通過微機(jī)系統(tǒng)，操作員可以進(jìn)入正常運行。在機(jī)床設(shè)計過程中，通過拆下滑塊滑板上的螺母和滑動螺母，可以將球螺母座安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?。在電氣控制方面，為了避免?shù)控操作與正常操作之間的干擾，必須進(jìn)行電氣聯(lián)鎖開關(guān)操作轉(zhuǎn)換。對于新的或較新的銑床，機(jī)床的所有部件通常都保留在簡單的數(shù)控設(shè)計中。間隙減速器和動力步進(jìn)電機(jī)直接安裝在縱向滑動螺釘?shù)挠叶撕蜋M向滑動螺釘?shù)耐舛?。從而使銑床也具有普通的操作功能和簡單的?shù)控功能。
1.3.4輔助設(shè)計要合適
在簡單的數(shù)控銑床設(shè)計后，如果用刀來完成所有的車床加工，則不需要設(shè)計刀架。但有時一件工作需要兩把刀或幾把刀來完成兩個或幾個過程。一般來說，具有四刀、鼠標(biāo)定位和絕對刀具位置控制的自動車刀夾是合適的。定位誤差的重復(fù)性可以比精確持久性小。
采用微機(jī)技術(shù)對常用機(jī)床進(jìn)行設(shè)計，采用最佳的處理方案來實現(xiàn)簡單的CNC。機(jī)器布局不變，裝配容易，操縱容易，衡量精度高。機(jī)床可自動化提升生產(chǎn)效率，減少工人的任務(wù)強(qiáng)度，適用于雜亂樣式和小批量零件的加工。一般可以通過等級提高產(chǎn)品準(zhǔn)確度，普及效率，并且可以在幾個月內(nèi)重建。該技術(shù)適用于中國中小企業(yè)廣泛普及擴(kuò)大的技術(shù)。
1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向
高速度，高精度，高可靠性，豐富性，智能性，靈敏性，集成性和透明性是目前數(shù)控機(jī)床設(shè)備行業(yè)的主要指標(biāo)。
CNC技術(shù)的誕生已有40多年的歷史。它是一門綜合性新興學(xué)科，由機(jī)械學(xué)，控制論，電子學(xué)和計算機(jī)科學(xué)四個基礎(chǔ)學(xué)科變化而來。二十一世紀(jì)，技術(shù)發(fā)展的需求對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。
圖1.1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的系統(tǒng)裝置框圖
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第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較
2.1總體方案設(shè)計的內(nèi)容
數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容:系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定、計算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。
2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定
數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和點位/直線控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進(jìn)行切削，可選用點位控制方式。例如，數(shù)控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進(jìn)行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點位控制方式。對于點位控制系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開環(huán)控制系統(tǒng)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(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單。目前國內(nèi)大力發(fā)展的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動。但閉環(huán)系統(tǒng)造價高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多用于精度要求高的場合。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是檢測元件測出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)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(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定
為確定數(shù)控系統(tǒng)傳動精度和工件平穩(wěn)性，在設(shè)計機(jī)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(dāng)?shù)淖枘岜纫?。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點：
盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。
盡量消除傳動間隙。例如，采用消隙齒輪等。提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度、減小傳動鏈誤差。也可以用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如，采用預(yù)加負(fù)載的滾動導(dǎo)軌和滾動絲杠副等。
2.1.4計算機(jī)的選擇
微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路、檢測電路等組成。
2.2總體設(shè)計方案的確定
2.2.1系統(tǒng)的運行方式與伺服系統(tǒng)的選擇
由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本容易調(diào)試和維護(hù)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床應(yīng)選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.2.2計算機(jī)系統(tǒng)
根據(jù)機(jī)床要求采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的80C31單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。
2.2.3機(jī)械傳動方式
為實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)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(yīng)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(yù)加負(fù)載的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。
第3章 確定切削用量及選擇刀具
在CNC機(jī)床上加工零件時，先對切削參數(shù)進(jìn)行預(yù)編程，在正常加工條件下不改變手動操作。
切削刀具材料是影響切削參數(shù)的重要因素。表3.1是常用刀具材料的性能比較。
在數(shù)控機(jī)床中使用的刀具是可轉(zhuǎn)位刀片（機(jī)床夾緊刀片），具有一定的使用壽命。
表3.1 常用刀具材料的性能比較
不同的工件材料應(yīng)采用合適的刀具材料和刀片類型進(jìn)行加工，并應(yīng)注意加工性。冷卻劑還具有冷卻和潤滑功能。當(dāng)使用冷卻劑時，通?？梢栽黾忧邢髁?。冷卻劑必須定期更換，以防止機(jī)床導(dǎo)軌或其他部件因其老化而腐蝕，特別是水溶性冷卻劑。
3.1刀具選擇
（1）刀具選擇：
銑平面：硬質(zhì)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(zhì)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。
（2）原則：
安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡量用較短刀柄，保證剛性。
（3）排序原則
減少刀具數(shù)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(zhì)量、兼顧效率。
（1）主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)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(jìn)給、低切速。
精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。
切削三要素,主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。
第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算
4.1參數(shù)的確定
選定公比，確定各級機(jī)床常用的公比為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里取公比為1.26，根據(jù)給出的條件：主運動部分Z=18級，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
（1）確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動副的數(shù)目
該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成，傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：
因此，這里18=3×3×2，共需三個變速組。
（2）傳動組傳動順序的安排
18級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以排成：3×3×2，或3×2×3。
選擇傳動組安排方式時，要考慮到機(jī)床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，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(shù)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。
（3）傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排
對于18=3×3×2的傳動，有3！=6種可能安排，亦即有6種機(jī)構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動方案中，擴(kuò)大順序與傳動順序可以一致，結(jié)構(gòu)式的傳動中，擴(kuò)大順序與傳動順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動，而的傳動順序不一致，根據(jù)“前疏后密”的原則，選擇的結(jié)構(gòu)式。
（4）驗算變速組的變速范圍
在傳動系統(tǒng)中，齒輪齒的最小數(shù)目是有限的。為了避免被動齒輪的大直徑、最小傳動比，最大傳動比，最大變速范圍
因此，根據(jù)參考表，消除極限值方案。
表4.1極限傳動比及指數(shù)
極限傳動比指數(shù)
1.26
x：umin==
6
值；umax==2
3
（x+）值：umin==8
9
擴(kuò)大傳動組
連續(xù)順序擴(kuò)展的傳輸結(jié)構(gòu)為：
(4-1)
圖4.1結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定
運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)圖，使主運動逐步具體化。
（1）主電機(jī)的選定
中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號時，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：
1）電機(jī)功率N：
根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值N=7.5kw。
2）電機(jī)轉(zhuǎn)速nd
異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000,?1500,?1000和750r/min
其選擇是基于電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸轉(zhuǎn)速或Ⅰ軸速度接近。
3）雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用
本次設(shè)計所選用的是：雙速電機(jī)。
4）電機(jī)的安裝和外形
四種不同的配置，最常用的是底座型和發(fā)蘭型兩種。
5）常用電機(jī)的資料
根據(jù)資料，選用：Y132M-4電機(jī)。
表4.2電機(jī)參數(shù)表
電機(jī)型號
額定功率KW
荷載轉(zhuǎn)速r/min
同步轉(zhuǎn)速r/min
Y132M-4
7.5KW
1440
1500
圖4.2 Y132M-4電機(jī)
Ⅰ軸通過傳動系統(tǒng)從電機(jī)到主軸以所有速度移動。電機(jī)的速度應(yīng)接近主軸的最大速度。顯然，從傳動件在高速運轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。
但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損失，發(fā)熱將成為突出矛盾，所以Ⅰ軸速度不應(yīng)太高。
因此，本設(shè)計選擇如下：
（2）中間傳動軸的轉(zhuǎn)速
當(dāng)中間傳動軸的速度較高時（例如變速器的第一次升降），中間旋轉(zhuǎn)軸和齒輪扭矩較小，并且可以使用軸直徑和齒輪模塊：、，因此可用于緊湊結(jié)構(gòu)。但是，這將會導(dǎo)致空載功率N空氣和噪聲LP（普通機(jī)床噪聲應(yīng)小于85分貝）增加：
(4-2)
式中：C——系數(shù)，兩支承滾動軸承和滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10；
da——所有中間軸軸徑的平均值；
d主——主軸前后軸徑的平均值；
n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
(4-3)
式中：(mz)a——所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm；
(mz)主——主軸上齒輪的分度圓的平均值mm；
q——傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)；
β——主軸齒輪螺旋角；
C1、K——我國中型銑床、銑床C1=3.5。銑床K=54，銑床K=50.5。
從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主、中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和∑n對機(jī)床噪音和發(fā)熱有關(guān)系。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正：
1）功率較大的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。
2）高速輕載或精密銑床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。
3）控制齒輪圓周速度u<8m/s（可用7級精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
（3）齒輪傳動比的限制
機(jī)床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
升速傳動中，最大傳動比umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。降速傳動中，最小傳動比umin≥1/4。過小，則主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
4.4帶輪傳動部分的設(shè)計
帶輪的直徑可根據(jù)速度圖上的傳動比確定。
（1）選擇三角型號
普通機(jī)床采用三角皮帶。該模型可以根據(jù)電機(jī)的速度和功率來確定（參見機(jī)床主軸傳動設(shè)計指南的第4-1部分）。然而，參考書中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動帶數(shù)為3～5根為宜。本次所選的帶輪型號和帶輪的根數(shù)為B型帶輪3根。
確定帶輪的最小直徑Dmin（D?。?
查表可?。?
傳動比u和滑功率ε確定D大當(dāng)帶輪為降速時：
(4-4)
三角膠帶的滑動率ε=2%。
在三角形傳輸中，最小傳輸角度大于120度，傳輸比可以是1/7≤u≤3。對中型通用機(jī)床，一般取1～2.5為宜。
因此
137.2mm≤D大≤343mm
經(jīng)查表?。篋大=304mm
（2）三角帶傳動的計算
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩(wěn)。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動。
1）小帶輪計算直徑
皮帶輪直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力越大。為了提高皮帶的使用壽命，小皮帶輪的直徑不應(yīng)太小，并且要求大于滑輪的最小直徑，即。每個滑輪的最小直徑可以用檢驗。
所以取。
2）大帶輪計算直徑D2
(4-5)
式中：n1——小帶輪轉(zhuǎn)速r/min;
n2——大帶輪轉(zhuǎn)速r/min;
ε——帶的滑動系數(shù),一般取0.02。
3）確定三角帶速度u
(4-6)
對于O、A、B、C型膠帶，。
而時最為經(jīng)濟(jì)耐用且符合B型皮帶的轉(zhuǎn)速。
4）初定中心距A0：
滑輪的中心距離通常根據(jù)機(jī)床的總體布局來選擇：
(4-7)
取 。
如果中心距離太小，則帶的壽命將會減少。當(dāng)中心距離過大時，會引起振動。中銑床電機(jī)軸與齒輪箱皮帶輪的中心距一般為。
5）確定三角帶的計算長度及內(nèi)周長。
通過計算三角帶截面重心的長度得到計算長度。
(4-8)
經(jīng)查表 修正值 Y=33
6）驗算三角帶的擾曲次數(shù)u
(4-9)
代入數(shù)據(jù)得
是合格的，不需任何修改。
7）確定實際中心距A
(4-10)
8）驗算小帶輪包角
(4-11)
如果過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。
代入數(shù)值如下：
經(jīng)校核合格。
9）確定三角帶根數(shù)z
(4-12)
式中：N0——單根三角帶在 а1=180°、特定長度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。
C1——包角系數(shù)。
查表取：
帶入數(shù)值得：
所以，傳動帶根數(shù)選3根，參數(shù)沒有作特別說明的都是參考《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)》。
4.5齒輪傳動部分的設(shè)計
選擇以機(jī)床變速箱中第Ⅰ軸和第Ⅱ軸間，兩嚙合直齒圓柱齒輪和，對其進(jìn)行齒輪傳動部分的設(shè)計和驗算。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)方案，選擇主電機(jī)功率13kW和轉(zhuǎn)速1450r/min，要求輸出軸轉(zhuǎn)速1000r/min，齒輪齒比U＝1.25。具體計算如下：
（1）大齒輪和小齒輪的材料是45鋼調(diào)質(zhì)表面淬火后，硬度為
（2）選擇小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)
（3）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進(jìn)行試算，即
(4-13)
1）選取載荷系數(shù) Kt=1.2
2）計算大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
T2 =95.5310P1/n1=95.53103 13/1450 N.mm =8.562310 N.mm
3）選取齒寬系數(shù)Φd =1
4）查得材料的彈性影響系數(shù)ZE =189.8MPa
5）按齒面硬度查得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限δHlim1 =δHlim2 =550 MPa
6）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N2 =60n1jLh=6031450313(2383365315)=7.6212310
N1 =7.621231031.25=9.5265310
7）查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.86；KHN2=0.88
8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得
=
=
9）試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入中較小的值
d1t≥
=69.429mm
10）計算圓周速度n
11）計算齒寬b
b=Φd3d1t=1369.429 mm=69.429 mm
12）計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù) mt=d1t/Z1=69.429/28 mm=2.480 mm
齒高 h=2.253mt=2.2532.480 mm=5.58 mm
b/h=69.429/5.58=12.44
13）計算載荷系數(shù)
根據(jù)n=3.64m/s，7級精度，查得動載荷系數(shù)Kv=1.14；
直齒輪，假設(shè)KAFt/b ＜100 N/mm。查表得KHα=KFα=1.2；查表得使用系數(shù)KA=1；查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時
(4-14)
將數(shù)據(jù)帶入后，得
由b/h=10.66，KHβ=1.444查圖《機(jī)械設(shè)計》10-13得KFβ=1.32；故載荷系數(shù)
14）按實際的載荷系數(shù)效正所得的分度圓直徑，由式
15）計算模數(shù)m
m=d1/Z1=79.81/28 mm=2.85 mm
（4）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
(4-15)
1）查得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限均為δFE1=710MPa；
2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.805,KFN2=0.82；
3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式
4）計算載荷系數(shù)K
5）查取齒形系數(shù)
查得YFa1=2.61； YFa2=2.52。
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
查得YSa1=1.58；YSa2=1.625。
7）計算大、小齒輪的并加以比較
小齒輪的數(shù)值大。
8）設(shè)計計算
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.53并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3 mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=79.81 mm,算出小齒輪的齒數(shù)
，取
大齒輪齒數(shù) ，取。
（5）幾何尺寸計算
1）計算分度圓直徑
；
2）計算中心距
3）計算齒輪寬度
因為變速箱中，小齒輪1固定安裝在第Ⅱ軸上；大齒輪2安裝在第Ⅰ軸上，且為雙聯(lián)滑移齒輪，兩齒輪副傳動比取值為1.25，變速箱做減速傳動?？紤]整個變速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其安裝，取，。
4）驗算
(4-16)
＜100 N/mm,合適。
4.6電磁離合器的選擇
摩擦式電磁離合器目前廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，因為它可以在運行中自動連接或斷開，具有組合平穩(wěn)、無沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊、部分部件標(biāo)準(zhǔn)化的特點，主要用于DRI。機(jī)床的使用。選擇時應(yīng)進(jìn)行必要的計算。
根據(jù)初步計算，可從《離合器的選擇與應(yīng)用》一書中選擇。所有圖紙和計算尺寸都見書中的表。
（1）按扭距選擇
離合器的額定靜扭矩和額定扭矩應(yīng)被使用和設(shè)計以滿足工作要求。普通銑床在空載中啟動和反轉(zhuǎn)，因此只需要選擇離合器組合后的靜載荷扭矩。即：
(4-17)
當(dāng)有特殊的要求，啟動和改變速度或啟動時間在負(fù)載下，離合器應(yīng)設(shè)計通過按壓扭矩。
（2）步驟：
1）決定外摩擦片的內(nèi)徑d。
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如果安裝軸，摩擦盤D的內(nèi)徑應(yīng)大于安裝軸的軸直徑2～6mm。
2）選擇摩擦片尺寸：
可以在參考書中選擇，具體的型號見圖紙。
3）計算摩擦面對數(shù)z
(4-18)
式中：f——摩擦片間的摩擦系數(shù)；
[p] ——許用壓強(qiáng)MPa；
D——摩擦片內(nèi)片外徑mm；
d——摩擦片外片內(nèi)徑mm；
Ku——速度修正系數(shù)；
Kz——結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)；
Km——結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)。
代入數(shù)值得：取Z=9。
第5章 橫向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)裝配圖設(shè)計計算
在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中，為得到高速下的平穩(wěn)運行，并具有較高的定位精度且防止爬行，要求進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動裝置和元件具有較高的靈敏度，低摩擦阻力和動、靜摩擦系數(shù)之差以及高壽命等特點，而滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副能較好的滿足這些要求。因此本工作臺的設(shè)計采用了滾動導(dǎo)軌加滾珠絲杠螺母副的組合。
5.1銑削工件時銑削力的計算
銑削運動的特征：主運動為銑刀繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給（銑鍵槽時，可使鍵槽銑刀沿軸線進(jìn)給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。圓柱銑刀和端銑刀的切削部分都可以看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一個刀齒相當(dāng)于一把車刀。它的切削基本規(guī)律與車削相似，所不同的是銑刀回轉(zhuǎn)，刀齒數(shù)多。
（1）工作臺尺寸(長×寬)： 1100mm×300mm
（2）工作臺最大行程： 縱向 680mm 橫向 270mm 垂直 380mm
（3）快速移動速度： 10m/min
（4）工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm；
（5）工作臺重復(fù)定位精度 x、y、z ±0.02mm；
（6）縱向、橫向及垂直進(jìn)給為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動，滾珠絲杠傳動，脈沖當(dāng)量0.010mm/脈沖。
（7）實現(xiàn)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
通常假定銑削時銑刀受到的銑削抗力是作用在刀齒某點上，設(shè)刀齒上受到銑削抗力的合力為F,將F沿銑刀軸線、徑向和切向進(jìn)行分解，則分別為軸向銑削力、徑向銑削力，和切向銑削力。切向銑削力是沿銑刀主運動方向的分力，它消耗銑床主電動機(jī)功率（即銑削功率）最多。因此，切向銑削力可按銑削功率或主電動機(jī)功率算出。
(5-1)
(5-2)
式中：v——機(jī)床主軸的計算轉(zhuǎn)速（主軸傳遞全部功率時的最低切削速度,m/s)；
ηm——機(jī)床主傳動系統(tǒng)的傳動效率，一般取ηm=0.8。
5.1.1銑削用量選擇
銑削用量選擇原則：首先應(yīng)盡可能取較大的切削深度及切削寬度然后盡可能取較大的每齒進(jìn)給量，最后才盡可能取較大的銑削速度。粗銑時余量大，加工要求低，主要考慮銑刀的耐用度及銑削力的影響；而精銑時余量小，加工要求高，主要考慮加工質(zhì)量的提高。
（1）銑削深度的選擇
1）當(dāng)工件表面要求的光潔度為時，通常銑削無硬皮的鋼料時，；銑削鑄鋼或鑄鐵時。
2）當(dāng)工件表面要求的光潔度為時,可分粗銑、半精銑、兩步銑削。粗銑后留余量。
3）當(dāng)工件表面要求的光潔度為時,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削。半精銑，精銑左右。
（2）每齒進(jìn)給量的選擇
當(dāng)銑削深度選定后，盡可能取較大的每齒進(jìn)給量。粗銑時限制每齒進(jìn)給量的是銑削力及銑刀容屑空間的大小，當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性俞好及銑刀齒數(shù)愈少時，可取得愈大；半精銑及精銑時限制每齒進(jìn)給量的是工件表面光潔度。光潔度要求愈高，應(yīng)俞小。
5.1.2銑削力的計算
銑床通常用于銑削平面和溝槽。銑刀又分為圓柱銑刀、立銑刀、盤形銑刀、端銑刀、半圓弧銑刀、T形槽銑刀。其中用立銑刀銑削溝槽時的銑削力最大，故按用立銑刀銑削溝槽時計算銑削力。
銑削力與銑刀材料、銑刀類型、工件材料的硬度、銑削寬度、銑削深度、每齒進(jìn)給量、銑刀直徑、銑刀齒數(shù)有關(guān)。高速鋼圓柱銑刀，選擇銑削用量為銑刀直徑，銑刀齒數(shù)，銑削寬度，每齒進(jìn)給量，銑削深度， 。
在工作壽命的基礎(chǔ)上，以實際加工中的平均銑削條件為準(zhǔn)
(5-3)
分解每個力：
得
導(dǎo)軌類型為燕尾導(dǎo)軌
(5-4)
式中：——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) 0.2
——移動部件重量 = 2200 N、
5.2導(dǎo)軌的設(shè)計和選型
導(dǎo)軌主要用來支撐和引導(dǎo)運動部件沿一定的軌道運動。在導(dǎo)軌副中，運動的一方稱為動導(dǎo)軌，不動的一方稱為支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌運動，通常作直線運動和回轉(zhuǎn)運動。
（1）對導(dǎo)軌的要求
1）導(dǎo)向精度高
導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運動的直線度和圓度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、動導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌的剛度和熱變形，還有裝配質(zhì)量。
導(dǎo)軌的幾何精度綜合反映在靜止或低速下導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。直線運動導(dǎo)軌的檢驗內(nèi)容主要是：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度，在水平面內(nèi)兩條導(dǎo)軌的平行度。例如：導(dǎo)軌全長為20 m的龍門刨床，其直線度誤差為0.02/1 000，在導(dǎo)軌全長范圍內(nèi)為0. 08 mm。圓周運動導(dǎo)軌幾何精度的檢驗內(nèi)容與主軸回轉(zhuǎn)精度的檢驗方法相類似，用導(dǎo)軌回轉(zhuǎn)時端面跳動和徑向跳動表示。例如：最大切削直為4m的立車，其允差規(guī)定為0. 05 mm.
2)耐磨性好及壽命長
導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。動導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌長期運行會引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。例如：臥式銑床的鑄鐵導(dǎo)軌，若結(jié)構(gòu)欠佳、潤滑不良或維修不及時。靠近床頭箱一段的前導(dǎo)軌，每年磨損量達(dá)0.2-0.3mm，這樣就降低了刀架移動的直線度及對主軸的平行度，加工精度也就下降了。與此同時，也增加了溜板箱中開合螺母與絲杠的同軸度誤差，加劇了螺母與絲杠的磨損。
3）足夠的剛度
導(dǎo)軌要有足夠的剛度，保證在載荷作用下不產(chǎn)生過大的變形，從而保證各部件間的相對位置和導(dǎo)向精度。
4）低速運動的平穩(wěn)性
在低速運動時，作為運動部件的動導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行。進(jìn)給運動的爬行將提高被加工表面的表面粗糙度值，故要求導(dǎo)軌低速運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對于高精度的機(jī)床尤其重要。
5）工藝性好
設(shè)計導(dǎo)軌時，要注意到制造、調(diào)整和維護(hù)的方便，力求結(jié)構(gòu)簡單、工藝性和經(jīng)濟(jì)性好。
（2）對導(dǎo)軌的技術(shù)要求
1）導(dǎo)軌的精度要求
滑動導(dǎo)軌導(dǎo)軌面的平面度通常取0.01-0.015 mm，長度方向的直線度通常取0.005-0.01mm；側(cè)導(dǎo)向面的直線度取0.01-0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度取0.01-0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面對導(dǎo)軌底面的垂直度取0.005-0.01mm.鑲鋼導(dǎo)軌的平面度必須控制在0.005-0.01 mm以下，其平行度和垂直度控制在0.01mm以下。
2)導(dǎo)軌的熱處理
數(shù)控機(jī)床的開動率普遍都很高，這就要求導(dǎo)軌具有較高的耐磨性，以提高其精度保持性。為此，導(dǎo)軌大多需淬火處理。導(dǎo)軌淬火的方式有中頻淬火、超音頻淬火、火焰淬火等，其中用的較多的是前兩種方式。
鑄鐵導(dǎo)軌的淬火硬度，一般為50-55 HRC，個別要求57 HRC；淬火層深度規(guī)定經(jīng)磨削后應(yīng)保留1.0-1. 5 mm.
鑲鋼導(dǎo)軌，一般采用中頻淬火或滲氮淬火方式，淬火硬度為58-62 HRC，滲氮層厚度為0. 5 mm.
5.3滾動直線導(dǎo)軌副的計算
（1）作用于滾動直線導(dǎo)軌副的載荷計算
由于滾動直線導(dǎo)軌副的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四個方向額定載荷相等，且額定載荷大，剛性好，三個方向抗顛覆力矩能力大的特點，滾動導(dǎo)軌下層工作臺的承載重約為。
(5-5)
(5-6)
(5-7)
(5-8)
將已知數(shù)據(jù)代入上式得：
載荷成分段變化，其計算載荷：
(5-9)
式中：——對應(yīng)行程內(nèi)的載荷；
——分段行程；
——全行程等于。
（2）滾動直線導(dǎo)軌副的額定壽命
1）額定壽命的計算公式為：
(5-10)
式中： L——額定壽命 ；
C——額定動載荷 ；
pc——計算載荷 ；
ft——溫度系數(shù)，取1.0 ；
fc——接觸系數(shù)，取0.81 ；
fa——精度系數(shù)，取1.0 ；
fw——載荷系數(shù)，取1.5 ；
fh——硬度系數(shù)，取1.0 。
2）壽命時間的計算：
當(dāng)行程的長度一定，以小時為單位的額定壽命：
(5-11)
式中： l——行程長度 ；
L——額定壽命 ；
n——每分鐘往復(fù)次數(shù)。
(5-12)
一般情況下，滾動直線導(dǎo)軌副預(yù)期壽命取20000小時，則：
由
取 則：
查漢江機(jī)床公司生產(chǎn)的HJ-D系列線性滾動導(dǎo)軌產(chǎn)品樣本，其HJ-D系列中DA20A型滾動導(dǎo)軌C=1260kgf=12.348KN，滿足要求。
5.4滾珠絲杠螺母副計算和選型
（1）滾珠絲杠精度選擇
1）滾珠絲杠的精度等級
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17587.3-1998將滾珠絲杠分為定位滾珠絲杠副(P型）和傳動滾珠絲杠副（T型）兩大類。滾珠絲杠的精度等級分為7個等級，1,2,3,4,5,7,10級，1級精度最高，依次降低。
滾珠絲杠副的精度指標(biāo)如下：
①2二行程內(nèi)允許的行程變動量；
②300mm行程內(nèi)允許的行程變動量；
③有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差；
④有效行程內(nèi)允許的行程變動量；
⑤有效行程內(nèi)的補(bǔ)償值C.滾珠絲杠副各項精度指標(biāo)的關(guān)系如圖所示。
圖5.1 滾珠絲杠副各項精度指標(biāo)的關(guān)系
2）滾珠絲杠的精度選擇
根據(jù)JB/GQ 1140-1989的規(guī)定；坐標(biāo)軸的反向值主要取決于該坐標(biāo)軸的摩擦死區(qū)誤差乙值的大??；而定位誤差一是取決于滾珠絲杠自身的螺距誤差的影響，二是取決于由傳動系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起的定位誤差6k的影響。因此，坐標(biāo)軸的摩擦死區(qū)誤差公值、滾珠絲杠自身的螺距誤差和由傳動系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起的定位誤差始終是滾珠絲杠的精度選擇的依據(jù)。而對滾珠絲杠精度進(jìn)行的種種計算都是為了求出值而展開的。
一般情況下，滾珠絲杠的精度選擇按以下公式計算。
①對于在開環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，有
②對于在半閉環(huán)系統(tǒng)或可以進(jìn)行行程補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，有
式中的定位精度是指機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度值，為已知條件。根據(jù)上述兩式可以計算出滾珠絲杠的和、值，然后可以根據(jù)表來確定滾珠絲杠的精度等級。滾珠絲杠型號為：，2.5圈，1列，額定動負(fù)荷為8800（N），能滿足精度等級3。
（2）滾珠絲杠螺母副支承方式及軸承的選擇
為了滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)高精度、高剛度的需要，除了應(yīng)該采用高精度、高剛度的需求，要充分重視支承的設(shè)計。應(yīng)注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、 運轉(zhuǎn)精度高的軸承，同時選用合適的支承方式，并保證支承座有足夠的剛度。
1）滾珠絲杠螺母副支承方式的選擇
支承的作用是限制兩端固定軸的軸向竄動。較短的滾珠絲杠或豎直安裝的滾珠絲杠，可以一端固定一端自由（無支承）。水平安裝的滾珠絲杠較長時，可以一端固定一端游動。用于精密和高精度機(jī)床（包括數(shù)控機(jī)床）的滾珠絲杠副，為了提高滾珠絲杠的拉壓剛度，可以兩端固定。為了減少滾珠絲杠因自重下垂和補(bǔ)償熱膨脹，兩端固定的滾珠絲杠還可以進(jìn)行預(yù)拉伸。
滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)形式可以分為三種類型。 自由（代號O），指的是無支承；游動（代號S），指的是徑向有約束，軸向無約束（例如裝有深溝球軸承、圓柱滾子軸承）；固定（代號F），指的是徑向和軸向都有約束（例如裝有雙向推力球軸承與深溝球軸承的組合軸承、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）。
2）軸承的選擇
由于滾珠絲杠軸承所受載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠的自重外，一般無外載荷。因此，對滾珠絲杠軸承的要求是軸向精度和軸向剛度要高。另外，絲杠轉(zhuǎn)速一般不會很高，或高速運轉(zhuǎn)的時間很短，因此發(fā)熱不是主要問題。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)要求運動靈活，對微小的位移（絲杠微小的轉(zhuǎn)角）要響應(yīng)靈敏。因此所用軸承的摩擦力矩要盡量低。
滾珠絲杠所用軸承的類型根據(jù)滾珠絲杠螺母副支承方式的不同而不同。一般情況下，游動軸承多用深溝球軸承目前，在各類軸承中用的最多的是60度接觸角推力角接觸球軸承，其次滾針和推力滾子組合軸承。后者多用于大牽引力、要求高剛度的大型、重型機(jī)床。
5.5電機(jī)的設(shè)計選用
伺服電機(jī)的選擇，應(yīng)考慮三個要求：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配（匹配條件可根據(jù)伺服電機(jī)樣本提供的匹配條件，也以按照一般的匹配規(guī)律）；快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。
最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩可根據(jù)下式計算。即
(5-13)
其中，從前面的計算已知最大進(jìn)給力，絲杠導(dǎo)程
預(yù)緊力（額定的動載荷由以上查表可得46.5KN），則;根據(jù)哈爾濱軸承總廠《角接觸推力球軸承組配技
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