目錄第一章緒論.11.1先進(jìn)制造技術(shù)的提出與發(fā)展.11.2我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀.11.3數(shù)控機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn).11.4本論文研究的內(nèi)容及目的.2第二章機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算.32.1確定尺寸及估計(jì)重量.32.2橫向（Y向）設(shè)計(jì)計(jì)算.32.2.1切削力的計(jì)算.32.2.2滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算.32.2.3傳動(dòng)齒輪的相關(guān)計(jì)算.62.2.4轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算及其橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇.82.2.5齒輪的驗(yàn)算.102.3縱向（X向）設(shè)計(jì)計(jì)算.182.3.1滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算.182.3.2傳動(dòng)齒輪的相關(guān)計(jì)算.212.3.3轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算及其步進(jìn)電機(jī)的選擇.222.3.4齒輪的驗(yàn)算.25第三章軸的設(shè)計(jì)與校核.343.1軸的材料選擇.343.2初選滾動(dòng)軸承.343.3初步確定傳動(dòng)軸的軸向、徑向尺寸.343.4按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度.34第四章零件校核計(jì)算.394.1滾動(dòng)軸承的支反力計(jì)算.394.2滾動(dòng)軸承的壽命校核.394.3鍵的強(qiáng)度校核.39第五章數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì).415.1單片機(jī)簡介.415.2單片機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.43結(jié)論.47致謝語.48參考文獻(xiàn).49經(jīng)濟(jì)性數(shù)控鉆床設(shè)計(jì)摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的日趨成熟，加工技術(shù)在世界的工業(yè)范圍內(nèi)都有了顯著的提高。我國由于存在大量的金屬切削機(jī)床，把它們?nèi)刻蕴环衔覈鴩?，所以對金屬切削機(jī)床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)控化改造是最明智的選擇。本次設(shè)計(jì)是對臺式鉆床的工作臺進(jìn)行數(shù)控化改造。首先，了解臺式鉆床的結(jié)構(gòu)，確定改造方案。其次，選擇滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)和消隙齒輪等零件，達(dá)到提高傳動(dòng)精度，減小加工誤差的目的。第三，采用芯片控制代替原有的電氣控制形式，從而達(dá)到提高控制精度、減少響應(yīng)時(shí)間和減小占地空間等目的，并且可視化的數(shù)控代碼編程和模擬加工過程可以提前發(fā)現(xiàn)程序的紕漏。最后，利用單片機(jī)對液壓回路等進(jìn)行控制，方便工程技術(shù)人員編寫和使用。本次設(shè)計(jì)的結(jié)果可以順利達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，提高加工效率。普通機(jī)床數(shù)控化改造的技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在機(jī)械加工行業(yè)中，工程技術(shù)人員也應(yīng)掌握并創(chuàng)新該項(xiàng)技術(shù)為振興我國機(jī)械制造業(yè)而努力。關(guān)鍵字：經(jīng)濟(jì)性數(shù)控鉆床滾珠絲杠滾動(dòng)軸承2010屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1頁共50頁第一章緒論1.1先進(jìn)制造技術(shù)的提出與發(fā)展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)。從1952年至今，數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了五代：第一代1955年，數(shù)控系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大；第二代1959年，數(shù)控系統(tǒng)以晶體管組成，廣泛采用印刷電路板；第三代1965年，數(shù)控系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路，其特點(diǎn)是體積小，功耗低，可靠性有了提高；第四代1970年，數(shù)控系統(tǒng)采用小型計(jì)算機(jī)取代專用計(jì)算機(jī)，其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)，首次出現(xiàn)在1970年美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，具有價(jià)格低，可靠性高和功能多等特點(diǎn)；第五代1974年，數(shù)控系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價(jià)格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小，使實(shí)現(xiàn)真正意義上機(jī)電一體化成為可能?，F(xiàn)在市場上數(shù)控系統(tǒng)都是以微處理器為核心系統(tǒng)，但數(shù)控系統(tǒng)的性能隨著CPU的不斷升級而不斷提高，這一代又可細(xì)分為六個(gè)發(fā)展階段。1974年系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示、自診斷功能，1979年系統(tǒng)采用CRT顯示、VLIC、大容量磁泡存儲器、可編程接口和遙控接口等，1981年具有人機(jī)對話功能、動(dòng)態(tài)圖形顯示、實(shí)時(shí)精度補(bǔ)償，1986年數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段，1988年采用高性能的32位機(jī)作為主機(jī)的主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，1994年基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研究開發(fā)進(jìn)入了開放型、柔性化的新時(shí)代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短?？梢哉f它是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。1.2我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起步較早，從1958年開始研制，已經(jīng)歷了40年的發(fā)展歷程。但到1978年底，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展幾經(jīng)周折，走了不少彎路，當(dāng)年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量僅223臺。1979年開始的改革開放，為我國的機(jī)械工業(yè)開辟了新時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。我國近幾年數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅速，一大批性能較好，價(jià)格適宜的產(chǎn)品受到了用戶的歡迎，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家仍存在階段性的差距。就總體來說，我國數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比較落后，以普通精度加工為主的車床、鉆床所占比重大，以高精度加工為主的磨床、自動(dòng)化和高效率的加工中心所占比重小。國產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)型、低價(jià)位的數(shù)控機(jī)床比重大，其性能和加工效率與國外先進(jìn)水平差距較大，中檔以上的產(chǎn)品競爭力較低。裝備各行業(yè)所需的數(shù)控機(jī)床，主要依靠進(jìn)口，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場占有率不高。1.3數(shù)控機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，尤其對于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來，采用數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：第一提高加工精度，結(jié)構(gòu)上引入滾珠絲桿、采用軟件精度補(bǔ)償技術(shù)、加工全程由程序控制加工，減少人為因素對加工精度的影響，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；賴浩：經(jīng)濟(jì)性數(shù)控鉆床設(shè)計(jì)第2頁共50頁第二提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率3-5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生產(chǎn)率5-10倍，節(jié)約時(shí)間與資金；第三可加工形狀復(fù)雜的零件，如螺旋漿；第四減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；第五有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。但是數(shù)控機(jī)床也存在著以下缺點(diǎn)：第一由于費(fèi)用高昂，加工大批量零件不利；第二操作人員要求素質(zhì)高，工資成本高；第三系統(tǒng)復(fù)雜，修理復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用高，需要好的工作環(huán)境。1.4本論文研究的內(nèi)容及目的本次設(shè)計(jì)是對臺式鉆床的工作臺進(jìn)行數(shù)控化改造。首先，了解臺式鉆床的結(jié)構(gòu)，確定改造方案；其次，選擇滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)和消隙齒輪等零件，來達(dá)到提高傳動(dòng)精度，減小加工誤差的目的；第三，采用芯片控制代替原有的電氣控制形式，達(dá)到提高控制精度、減小響應(yīng)時(shí)間和減小占地空間等目的，并且可視化的數(shù)控代碼編程和模擬加工過程，可以提前發(fā)現(xiàn)程序的紕漏；最后，利用單片機(jī)對液壓回路等進(jìn)行控制，方便工程技術(shù)人員編寫和使用。本次設(shè)計(jì)的結(jié)果可以順利達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，完成X、Y兩方向單獨(dú)運(yùn)行和同時(shí)運(yùn)行，提高了加工效率。2010屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第3頁共50頁第二章機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1確定尺寸及估計(jì)重量根據(jù)鉆床工作臺的尺寸初步確定：Y軸方向移動(dòng)的工作臺尺寸重量約為200N，X軸方向移動(dòng)的工作臺尺寸重量約為150N，XY工作臺總重量（包括夾具及工件）不超過450N。2.2橫向（Y向）設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1切削力的計(jì)算工件為(45#HB250)CF=1063.12VF=0.129dF=0.903fF=0.956fFf=0.966V=18m/mind=6mmf=0.102mm/rF=CFVFVdFdfFf=1063.12180129609050.102096=877.82(N)對于麻花鉆鉆削加工FX=0.57F=0.57877.82=500.4(N)FY=0.4F=0.4877.82=351.128(N)FZ=0.03F=0.03877.82=26.33(N)2.2.2滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算1)強(qiáng)度計(jì)算對于燕尾型導(dǎo)軌的牽引力計(jì)算Fm=KFX+f(FZ+2FY+G)取K=1.4，f=0.2考慮到工作臺在移動(dòng)過程中只受G影響所以F1m=fG=0.2450賴浩：經(jīng)濟(jì)性數(shù)控鉆床設(shè)計(jì)第4頁共50頁=90(N)考慮工作臺在加工時(shí)靜止只受FX影響故F2m=KFX=1.4500.4=700.56(N)取Fmax=F2m2)計(jì)算最大動(dòng)載荷C初選螺母副導(dǎo)程L0=6mm絲杠的轉(zhuǎn)速n=100r/minL=61060nT查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊，取T=15000hL=61060nT=6101500010060=90考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有沖擊振動(dòng)和考慮滾珠絲杠的硬度對壽命的影響，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊取fW=1.2，fH=1.0Q=3LfWfHF=3901.21877.82=4.72(KN)故選取W2506型滾珠絲杠(Ca=13.1KNQ),剛度足夠。3)效率計(jì)算根據(jù)的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為=)tan(tanvv摩擦角=10螺旋角=422=)tan(tanvv=)01224tan(224tan=0.963滾珠絲杠的傳動(dòng)效率高，這可使絲杠副的溫度變化較小，對減小熱變形，提高剛度、強(qiáng)度都起2010屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)第5頁共50頁了很大作用。4)剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作載荷Fm引起的導(dǎo)程變化量L1=ZFLFm0L0=6mm=0.6cmE=21106N/cm2F=82=3.46(cm2)L1=ZFLFm0=46.310216.056.7006=5.78106滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小，可忽略，