數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計(jì).doc

目錄第一章緒論.31.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史及國外發(fā)展現(xiàn)狀.11.2我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì).11.3設(shè)計(jì)方案及任務(wù).2第二章切削力的計(jì)算.22.1脈沖當(dāng)量的確定.32.2切削力的計(jì)算.3第三章滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型.53.1滾珠絲杠循環(huán)方式.63.2滾珠絲杠副間隙的調(diào)整.63.3滾珠絲杠的支承方式.73.4工作載荷的計(jì)算.73.5最大動(dòng)載荷的計(jì)算.83.6初選型號(hào).83.7傳動(dòng)效率的計(jì)算.93.8剛度的驗(yàn)算.93.9壓桿穩(wěn)定性校核.123.10潤(rùn)滑方式的選擇.12第四章同步帶減速箱的設(shè)計(jì).124.1傳動(dòng)比、帶的設(shè)計(jì)功率以及主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速的確定.144.2帶型節(jié)距以及大、小帶輪齒數(shù)節(jié)圓的確定.154.3大小帶輪中心距的確定.164.4帶的工作能力驗(yàn)算.19第五章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型.215.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn).215.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類.215.3計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.215.4計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩.225.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定.245.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核.24第六章同步帶傳遞功率的校核.266.1快速空載起動(dòng).266.2最大工作負(fù)載、最快工進(jìn)速度.26總結(jié).錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝.28參考文獻(xiàn).29英文摘要.30附錄1數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計(jì)摘要隨著科技的發(fā)展，數(shù)控車床將在加工領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。本畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)控車床進(jìn)給部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別對(duì)同步帶減速箱、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、以及滾珠絲杠副進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。針對(duì)主要零部件的特點(diǎn)以及工藝要求，設(shè)計(jì)了帶輪,由于傳動(dòng)的精確性、平穩(wěn)性等要求，因此對(duì)帶輪的設(shè)計(jì)要求是特別高。而在數(shù)控車床當(dāng)中，滾珠絲杠副可以說是要求最高的一個(gè)零部件，因此對(duì)它的精度設(shè)計(jì)最終對(duì)加工零件的影響是十分明顯的,因此不但設(shè)計(jì)要求高，而且對(duì)它的加工工藝也十分嚴(yán)格。關(guān)鍵字?jǐn)?shù)控車床同步減速箱滾珠絲杠副步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一章緒論2010屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1頁共30頁1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史及國外發(fā)展現(xiàn)狀1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時(shí)代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對(duì)于制造行業(yè)而言，具有劃時(shí)代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價(jià)格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊需要的部門用來加工復(fù)雜型面零件；1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代，體積縮小，成本有所下降；1960年以后，較為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的點(diǎn)位控制數(shù)控鉆床，和直線控制數(shù)控銑床得到較快發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CNC）,使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價(jià)格降低了3/4，可靠性也得到極大的提高。80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。1.2我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機(jī)床進(jìn)口額為8.78億美元(7624臺(tái))，2003年達(dá)27.1億美元(23320臺(tái))，相當(dāng)于同年國內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培秦紅東：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給部件設(shè)計(jì)第2頁共30頁訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國作為一個(gè)制造大國，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變.。1.3設(shè)計(jì)方案及任務(wù)通過對(duì)數(shù)控車床的使用研究，對(duì)車床進(jìn)給部件要素進(jìn)行研究，查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)分別對(duì)滾珠絲杠副、同步帶減速箱以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最終完成進(jìn)給傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)，進(jìn)給部件設(shè)計(jì)分為縱、橫方向設(shè)計(jì)，以下詳細(xì)介紹縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)械部件設(shè)計(jì)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)類似。主要設(shè)計(jì)方案：（1）對(duì)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)，滾珠絲杠的精度設(shè)計(jì)最終對(duì)加工零件的影響十分明顯,因此不但設(shè)計(jì)要求高，而且對(duì)它的加工工藝也十分嚴(yán)格，本設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的支承，采用一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式，此支承形式提高臨界轉(zhuǎn)速和抗彎強(qiáng)度，可以防止絲杠高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的彎曲變形，適用于絲杠長(zhǎng)度、行程較長(zhǎng)的情況。（2）傳動(dòng)方式的確定，傳動(dòng)比要求準(zhǔn)確，嚴(yán)格同步，工作平穩(wěn)，沖擊噪音小，傳遞功率高，因此選擇了同步齒形帶傳動(dòng)。采用同步帶傳動(dòng)，它兼有摩擦帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，同步帶所需張力較小，對(duì)軸的壓力較小，運(yùn)行時(shí)摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，同步齒形帶強(qiáng)度也較高，薄而輕，柔性好，適用于數(shù)控高速傳動(dòng)。（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型，此次設(shè)計(jì)以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床為例，采用五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)130BYG5510，最大靜轉(zhuǎn)矩為20Nm，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為0.72。(4)裝配圖、零件圖的繪制。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1）、Z方向的脈沖當(dāng)量脈沖/01.0mmz，X方向的脈沖當(dāng)量脈沖/005.0mmz；2)、Z方向最快移動(dòng)速度min/6000maxmmvz，X方向最快移動(dòng)速度min/3000maxmmvx；3)、Z方向最快工進(jìn)速度min/400maxmmvfz，X方向最快工進(jìn)速度min/800maxmmvfx；4)、Z方向定位精度mm02.0，X方向定位精度mm01.0。第二章切削力的計(jì)算2010屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3頁共30頁2.1脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，x向（橫向）的脈沖當(dāng)量為x=0.005mm/脈沖，z方向（縱向）為z=0.01mm/脈沖。2.2切削力的計(jì)算設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角rk=60，前角0=10，刃傾角5s；切削用量為:背吃刀量pa=3mm，進(jìn)給量f=0.6mm/r，切削速度cv=105mm/min。查表2-1，得：2795FcC,0.1Fcx,75.0Fcy,15.0Fcn。查表2-2，得：主偏角rk的修正系數(shù)94.0CrFkk；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗(yàn)公式CCCCCFnFcyFxFpFcKvfaCF算得主切削力cF=94.01056.03279515.075.00.1=2673.4N由經(jīng)驗(yàn)公式4.0:35.0:1:PfcFFF，算得縱向進(jìn)給切削力NFf69.935背向力NFp36.1069加工材料刀具材料加工形式公式中的指數(shù)和系數(shù)主切削力cF背向切削力PF進(jìn)給切削力fFcFCcFxcFycFnPFCPFxPFyPFnfFCfFxfFyfFn結(jié)構(gòu)鋼及鑄鐵MPab650硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔27951.00.75-0.1519400.90.6-0.328801.00.5-0.4切槽、切斷36000.720.8013900.730.670高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔17701.00.75011000.90.7505901.20.650切槽、切斷21601.01.00成形車削18551.00.750不銹鋼1Cr18Ni9Ti141HBW硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔20001.00.750續(xù)公式中的指數(shù)和系數(shù)秦紅東：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給部件設(shè)計(jì)第4頁共30頁加工材料刀具材料加工形式主切削力cF背向切削力PF進(jìn)給切削力fFcFCcFxcFycFnPFCPFxPFyPFnfFCfFxfFyfFn灰鑄鐵190HBW硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔9001.00.7505300.90.7504501.00.40高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔11201.00.75011650.90.7505001.20.650切槽、切斷15501.01.00可鍛鑄鐵150HBW硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔7951.00.7504200.90.7503751.00.40高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔9801.00.7508650.90.7503901.20.650切槽、切斷13751.01.00表2-1車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)參數(shù)刀具材料修正系數(shù)名稱數(shù)值名稱切削力cFpFfF主偏角rk30硬質(zhì)合金FrKk1.081.30