1、畢業(yè)設(shè)計車銑加工中心機床教學模型設(shè)計姓 名學 院 機械工程學院 專 業(yè) 機械工程及自動化 指導教師職 稱副教授2014 年 05 月 20日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目車銑加工中心機床教學模型設(shè)計學生姓名學院名稱機械工程學院專業(yè)班級機械工程及自動化課題類型設(shè)計類課題意義對于一些形狀復雜，精度要求高的異形回轉(zhuǎn)體零件可在既具備數(shù)控車床功能又具備銑床功能的機床中一次裝夾中完成全部或大部分分工工序的加工，既可保證精度，又可提高效率，縮短生產(chǎn)準備周期，降低成本。因此，研究此課程具有重要意義。任務(wù)與進度要求任務(wù)要求: (1)要求設(shè)計能夠完成在同一機床內(nèi)既然完成加工中心的零件加工又能完成數(shù)控車床的零件加工；(2)要求

2、對機床五軸聯(lián)動進行設(shè)計； (3) 要求對機床各坐標軸定位進行設(shè)計。進度要求：2014.3.17 文獻檢索，了解課題確定總體設(shè)計方案，進行必要的理論計算。完成總裝配圖設(shè)計和部件零件圖的設(shè)計。2014.6.15 前期研究整理，論文寫作，準備答辯主要參考文獻1 曹金榜，易錫麟，張玉峰，陳田養(yǎng)，王長春.機床主軸變速箱設(shè)計指導.北京:機械工業(yè)出版社,19872 徐錦康,蔡慧官,蔣同洋.機械設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,20013 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計.北京:國防工業(yè)出版社,19934 北京航空學院機械加工教研室.北京:國防工業(yè)出版社館5 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)計.北京:兵器工業(yè)出版社起止日

3、期備注院長教研室主任指導教師畢業(yè)設(shè)計開題報告表2014 年03月25日姓名學院機械工程專業(yè)機械工程及自動化班級機自1009題目車銑加工中心機床教學模型設(shè)計指導教師一、與本課題有關(guān)的國內(nèi)外研究情況、課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義：1. 國內(nèi)外研究情況：車銑加工中心是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的加工中心。以車削為主要加工方式，同時具備強大的鉆鏜銑攻絲等加工功能，因此它可以用來加工形狀很復雜的混合體零件，如空間孔，空間外型等。實現(xiàn)了在一臺機床上完成多種不同工藝方法的多工序加工，如同一臺數(shù)控車床和一臺中小型加工中心的復合加工。目前，德國的Aachen工業(yè)大學和Darmstadt工業(yè)大學都設(shè)有專門從事車銑

4、技術(shù)研究的研究中心。1982年，奧地利林茨機床公司（WFL）開發(fā)出全世界第一臺車銑數(shù)控專用機床WVC500S車銑加工中心。20多年來經(jīng)過不斷努力，2002年WFL推出了新一代Millturn M40和M40-M數(shù)控車銑復合機床，該加工中心已經(jīng)可以實現(xiàn)車削，銑削，鏜孔加工，插齒滾齒等多種加工。 奧地利的WFL公司是車銑技術(shù)行業(yè)的開拓者，日本復合加工機開始于20世紀70年代末80年代初，目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大，全球市場占有率最高。在國內(nèi)，“十五”期間，通過國家相關(guān)的政策的支持，包括沈陽機床在內(nèi)的國內(nèi)機床行業(yè)通過自主創(chuàng)新，合作開發(fā)等手段，在中高檔及大型

5、數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)研究方面有了較大突破。我們在車銑復合加工機床成功取得多方面突破，例如：攻克了動力驅(qū)動單元，大直徑大通孔的高速強力主軸，刀架，機床熱平衡，精度補償?shù)榷囗楆P(guān)鍵技術(shù)，主傳動兼顧了大扭矩輸出和高速輸出，動力刀具主軸的設(shè)計也實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速與大扭矩的兼顧，Y/B軸部分的設(shè)計功能更完善，剛性更高，尾臺的設(shè)計充分考慮剛性及高的自動化和安全性，高性能車銑復合機床的刀庫及機械手換刀裝置為完全自主知識產(chǎn)權(quán)。開發(fā)出五軸車銑復合加工中心并完成了系列化，規(guī)格化產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)。主軸最高轉(zhuǎn)速7000r/min，可滿足形狀復雜的大型回轉(zhuǎn)體零件的加工要求，如飛機發(fā)動機主軸，起落架，船用發(fā)動機活塞，增壓器蝸桿差速轉(zhuǎn)

6、換器，螺旋葉片合裝的高速高效加工等。2. 課題研究主要內(nèi)容：既能實現(xiàn)車削的功能又能實現(xiàn)銑削功能于一體的機床設(shè)計，在設(shè)計中會遇到如下難題，由于這次設(shè)計時間有限，不能對所有重要部件進行校核，有的只能進行簡單的選型，而不是經(jīng)過嚴格計算得到。而且由于缺乏實踐經(jīng)驗的積累，設(shè)計的很多方面都缺乏工藝性3. 課題研究的目的及意義：對于一些形狀復雜，精度要求高的異形回轉(zhuǎn)體零件可在一次裝夾中完成全部或大部分分工工序的加工，既可保證精度，又可提高效率，縮短生產(chǎn)準備周期，降低成本。二、進度及預期結(jié)果：起止日期主要內(nèi)容預期結(jié)果-1. 文獻檢索，了解課題2. 確定總體設(shè)計方案，進行必要的理論計算。3. 完成總裝配圖設(shè)計和

7、部件零件圖的設(shè)計。4. 前期研究整理，論文寫作，準備答辯完成預期工作要求，實現(xiàn)車銑一體功能完成課題的現(xiàn)有條件審查意見指導教師：年月日學院意見主管領(lǐng)導：年月日摘 要在現(xiàn)代社會中，復合于一體的機床已經(jīng)成為機床行業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢，僅僅是立式銑床就能在一次裝卡后，可以通過換刀不動工件位置來完成銑，鉆，鏜，擴，和攻螺紋等多種工序的加工，它是一種集自動化程度高，工序高度集中的機電一體化設(shè)備，更何況如果能將本就占有很大的比重的車床和銑床結(jié)合在一起，那么毫無疑問可以在很大程度上提高機床的工作效率，縮短生產(chǎn)周期，加大準確精度和加工范圍。在上個世紀中期，復合加工技術(shù)是興起的一種先進制造技術(shù)，后期隨著工業(yè)技術(shù)的

8、蓬勃發(fā)展，對于零件形狀趨于復雜化，追求零件精度和提高效率的各種大背景下，復合于一體的機床從此誕生，它可以一次裝卡完成多工序或全部工序的需求。本文的設(shè)計主要是以機械傳動部分為主，電控部分為輔，機械部分包括三大部分，第一部分，車床主軸的設(shè)計，帶有三爪卡盤的主軸與伺服電機之間的傳動關(guān)系，第二部分，回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計，帶動回轉(zhuǎn)工作臺X,Y軸方向運動的絲杠設(shè)計，第三部分，銑床的主軸設(shè)計。想通過設(shè)計出這樣一個小型的帶有車床運動機構(gòu)和銑床運動機構(gòu)的能夠車削銑削零件的機床作為教學上的教具，以便于當代大學生切身能在保證安全的情況下近距離接觸，了解這二種機床的運動原理。對于車床，銑床乃至先進的車銑一體復合機床的發(fā)展

9、帶有很大的推動作用！關(guān)鍵詞：車銑一體機床，機械傳動機構(gòu)，教具設(shè)計ABSTRACTIn modern society, the complex in one of the machines has become an inevitable trend in the development of the machine tool industry , just after the vertical milling machine can be installed in a card , can be accomplished by milling tool change position is n

10、ot working member , drilling, boring , expanding processing a variety of processes , and tapping , etc., it is a set of high degree of automation , process highly concentrated electromechanical integration equipment , let alone if it can account for a large proportion of the lathes and milling machi

11、nes together, then There is no doubt in large part to improve the efficiency of machine tools , shorten production cycles , increase accuracy and precision machining range .In the middle of last century , the rise of composite processing technology is an advanced manufacturing technology , under the

12、 latter with the vigorous development of industrial technology, the part shape tends to complicate the pursuit of precision parts and improve the efficiency of various background, complex in one machine was born , it can demand more than one card to complete installation process or all processes .Th

13、is design is mainly based on mechanical transmission parts based, supplemented by electric control part , the mechanical part consists of three parts , the first part of the transmission relations , design lathe spindle , spindle and servo motors with three-jaw chuck between the first two parts, the

14、 design of the rotary table , the rotary table drive X, Y -axis direction of the screw design , and the third part of the milling spindle design . Want to design such a small organization with a lathe and milling machine motion movement mechanism for turning and milling parts of the machine can be u

15、sed as teaching aids in order to facilitate the vital energy of contemporary college students in close contact to ensure a safe situation , to understand these two machine movement principle . For lathes, milling machines and even the development of advanced composite milling machine with one big bo

16、ost !Key words：One milling machine, mechanical transmission, aids design目 錄第一章緒論11.1研究的背景目的及意義11.2國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀21.3課題研究的主要內(nèi)容3第二章機床設(shè)計方案分析及確定42.1伺服進給系統(tǒng)的基本要求42.2驅(qū)動方案的分析及確定42.3傳動方案分析及確定52.4銑削主軸系統(tǒng)方案分析及確定52.5 車削主軸系統(tǒng)方案分析及確定62.6 車銑一體整體三維結(jié)構(gòu)布局示意圖6第三章車削主軸系統(tǒng)設(shè)計83.1主軸電機的選擇83.2軸的設(shè)計與計算93.3 軸的校核11第四章銑削主軸系統(tǒng)設(shè)計154.1銑削功率及銑削力計

17、算154.2電主軸的選擇174.3 V帶傳動的選擇與計算17第五章滾珠絲杠設(shè)計計算與校核205.1 滾珠絲杠特點介紹205.2滾珠絲杠的設(shè)計與計算20第六章結(jié)論29參考文獻31附錄英文文獻翻譯32致謝64第一章 緒論1.1研究的背景目的及意義車銑一體技術(shù)是20世紀末發(fā)展起來的復合技術(shù)，是一種在儀器精密技術(shù)和機械設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)上，集成了當代CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)，先進控制，精密測量技術(shù)的一種先進新型的機械加工技術(shù)。這種加工控制技術(shù)的本質(zhì)是基于當代工業(yè)技術(shù)，工藝水平，發(fā)達的科技等各種創(chuàng)新所引發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量提升，工藝進步，效率提高，縮短工作周期的新技術(shù)?，F(xiàn)如今，這種車銑中心發(fā)展飛快，不論是在硬件還是軟件

18、上，功能都十分的強大。在硬件功能上，有標準庫，功能模塊標準配置，還有可定義自選的模塊，如WFL的N系列可選模塊帶徑向自動進給的角度頭模塊等等。在軟件功能上，具備自動對刀，溫度補償，在線監(jiān)測，刀具路徑的實時監(jiān)控，自動生成模態(tài)代碼等等。 在全球機床金屬加工領(lǐng)域，復合技術(shù)正在蒸蒸日上的發(fā)展著和被工業(yè)國家各生產(chǎn)制造公司所應(yīng)用。復合加工技術(shù)技術(shù)的機床功能范圍隨著時代不同而不同，甚至在某一時期曾出現(xiàn)過吧加工中心成為復合技術(shù)加工機床，可是，大多數(shù)加工中心不能滿足超過某種切削范圍加工的需求，當代人口中的復合技術(shù)機床早已不是那時候人們口中的復合加工機床，具有天壤之別，譬如在車削機床上裝帶有銑削功能的回轉(zhuǎn)刀具，在

19、加工中心上裝有車削功能的三爪卡盤模塊，聽說最近少數(shù)國家有研制出不同原理的加工集激光加工與刀具切削于一體的加工方法等，這些全能進一步提高機床的復合化程度，提高加工質(zhì)量與效率。有利于社會工業(yè)化的發(fā)展推動人類文明的前進。從1835年美國的轉(zhuǎn)塔車床到1910年美國為汽車生產(chǎn)制造的第一臺機床，在至1954年三軸數(shù)控銑床的問世，在至1959年七月美國KT研制出加工中心，這些都有力的開啟了機床史上的新篇章。其實，復合機床加工技術(shù)至今已有百余年歷史，只是每個時代對復合的概念不一樣，但是真正認識到復合并且得到廣泛應(yīng)用的還是在二十世紀九十年代左右，數(shù)控機床和數(shù)控CAM技術(shù)的主流后出現(xiàn)的，中后期隨著加工中心功能的完

20、善與人們對其結(jié)構(gòu)的更加了解，顯示了這種工序集中不頻繁裝卸零件的數(shù)控機床的優(yōu)越性，開始了車銑一體的車削中心等等，九十年代后期又發(fā)展起了有激光，超聲波，電火花線切割等特種加工拘束的復合機床，將復合技術(shù)加工工藝的發(fā)展推到了另一個新篇章。通過以上背景的介紹，我想我們已可想而知，在當今社會，特別是在中國，中國是發(fā)展中國家，工業(yè)帝國正是急需發(fā)展的關(guān)鍵時期，是奔向小康社會必經(jīng)之路，所以說我們是必須要學號機床的運動機構(gòu)及原理，為國家的發(fā)展貢獻我們的力量，我此次設(shè)計的車銑于一體的機床教學模具正是為了方便大學生深刻理解機床加工零件過程，運動機構(gòu)原理，運動的先后過程及每道工序之間的聯(lián)系，我設(shè)計的教具可以保證學生在近

21、距離接近機床了解機床運動及結(jié)構(gòu)組成的情況下是安全的，不像真正的機床存在一定的安全風險，不便于學生近距離研究。1.2國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀 按機床加工分類，可以分為車削和銑削二大類，而機床行業(yè)通常將使用最廣的銑削中心稱為加工中心，以銑削加工為主的加工中心從機構(gòu)上可以分為如下圖所示的種類。圖1-1 種類分類1.2.1 國外現(xiàn)狀機床最先是由國外公司研制出來的，所以國外有關(guān)機床的技術(shù)水平，改善情況都有很多記載。德國的好多大學都專門設(shè)有從事車銑技術(shù)研究的工作人員，在1981年，奧地利林茨公司開發(fā)出世界上第一臺車銑一體得 數(shù)控機床WVC500S加工中心，在之后的幾十年里林茨公司經(jīng)過千萬種嘗試與努力，終于于2002

22、年再次推出新一代數(shù)控復合機床M40-M。奧地利是車銑行業(yè)的領(lǐng)頭羊，開拓者，日本于二十世紀七十年代研制出車銑機床，論加工精度最高的當屬瑞典和德國的車銑機床，綜合起來，日本產(chǎn)值最大，但是德國技術(shù)水平最高。1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀我國在“十五”期間，在相關(guān)政策的扶持下，包括沈陽機床在內(nèi)的機床行業(yè)通過自主創(chuàng)新，頑強拼搏的勁頭，已經(jīng)在數(shù)控機床領(lǐng)域有了很大突破與進展。譬如沈陽機床，從上個世紀開始，通過自主開發(fā)設(shè)計，借鑒國外經(jīng)驗等，現(xiàn)在已發(fā)展為具有臥式五軸聯(lián)動功能的車銑加工中心系列，集車，銑，鉆，鏜等于一體的高柔韌性機床，對于一些形狀復雜，精度要求要的異形回轉(zhuǎn)體零件可在一次裝夾中完成全部或大部分的加工工序，即可保

23、證精度，又可提高效率，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。2005五月左右，沈陽機床部分引進了德國大型有關(guān)車銑機床的圖紙和工藝方案，并在有關(guān)專家的協(xié)助下大大的擴大了可切削的直徑大小，也從重量上從幾噸擴展到百噸級別。并且在機床的主軸方面也取得了重大突破，加快了主軸的轉(zhuǎn)速，和主軸本身的強度、，還有關(guān)于刀架的形狀，刀具到頭的角度問題，機床若在長久加工零件后出現(xiàn)的熱平衡問題，刀具在工作數(shù)個小時后對工件產(chǎn)生的磨損造成的精度補償問題，等等諸多技術(shù)性問題得到了改善，主傳動軸的大扭矩輸出和高速輸出，直接關(guān)系到機床的運行動力，效率問題，尾臺的設(shè)計也要充分考慮到操作員的安全性，和機床的自動化。1.3課題研究的主要內(nèi)容本文主要

24、研究了三大模塊，第一模塊，車削系統(tǒng)的方案分析及確定，車削電機的選擇，車削系統(tǒng)的傳動方案確定。帶輪的傳動比等等，第二模塊，銑削系統(tǒng)方案的分析及確定，銑削電機的選型，銑削傳動方案的選擇，滾珠絲杠的選擇及校核。第三模塊，X,Y方向上回轉(zhuǎn)工作臺的運動，各方向上全行程的確定，電機的型號，功率的選擇，滾珠絲杠的型號選擇及校核等等。第二章機床設(shè)計方案分析及確定2.1伺服進給系統(tǒng)的基本要求伺服系統(tǒng)的概念很大，總的來說帶有PID數(shù)字調(diào)節(jié)的進給驅(qū)動系統(tǒng)都可以稱之為伺服系統(tǒng)。而且伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心組成部分之一，也是機床之間互相區(qū)別的一個特殊部分，不同的伺服系統(tǒng)決定著數(shù)控機床的定位精度是否高，跟蹤指令信號的響應(yīng)

25、快慢問題，機床的穩(wěn)定性好與壞。（1） 精度精度指的是系統(tǒng)輸入輸出之間的偏差，或者是精準程度，即準確性。當然有些誤差是在所難免的，譬如機床就存在動態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差，動態(tài)誤差指的是瞬態(tài)過程中出現(xiàn)的偏差，是變動的，而穩(wěn)態(tài)誤差值得則是瞬態(tài)過程結(jié)束后系統(tǒng)出現(xiàn)的偏差，是靜態(tài)的。影響到精度的因素很多，關(guān)系也很復雜，采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以在很大程度少減少誤差，提高機床的精度。（2） 快速響應(yīng)特性 快速響應(yīng)特性指的是當操作員對系統(tǒng)輸入指令后即輸入信號，表示輸入信號的響應(yīng)速度和瞬態(tài)誤差過程的快與慢。提高快速反應(yīng)對加工效率，軌跡的跟蹤精度都有好處，但是并不是速度越快越好，響應(yīng)速度過快會造成系統(tǒng)超調(diào)現(xiàn)象，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)

26、定。因此快速響應(yīng)特性要視具體情況具體分析，選擇一個最優(yōu)的，在保證定位精度的情況下，并最好縮短定位時間，避免超調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。（3） 系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)在外界干擾下，譬如啟動狀態(tài)，輸入量狀態(tài)改變等情況下作用下，輸出量經(jīng)過幾次衰減震蕩后，能后很快的恢復到原有狀態(tài)，或者很快適應(yīng)新的狀態(tài)，并正常運行。他是數(shù)控機床運行的基本條件，也是加工零件保證精度的前提條件。2.2驅(qū)動方案的分析及確定方案一：X,Y,Z三個方向上均采用直線電機進給優(yōu)點：如果采用直線電機直驅(qū)技術(shù)，那么久不需要將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，零件損耗少，并且精度高。缺點：新型的直輸技術(shù)還不是很成熟，有些地方不完善，譬如失電自鎖保護功能，并且對于直線

27、電機來說，數(shù)值安裝技術(shù)不成熟，成功率低。方案二：X,Y,Z三方向均采用伺服電機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)進給優(yōu)點：實現(xiàn)三軸進給，技術(shù)很成熟，導致控制很方便，成本也相對來說很低缺點：在絲杠和滾珠間存在間隙，導致加工精度一般方案三：X,Y水平方向采用直線電機，豎直Z方向采用滾珠絲杠優(yōu)點：既然直線電機直驅(qū)技術(shù)在豎直方向上不成熟，那么在水平方向上采用直線電機，豎直方向上采用絲杠，這樣使得直線電機與滾動絲杠配合使用，最大的發(fā)揮了他們的精度，效率，并且Z軸也實現(xiàn)了自鎖功能缺點：這樣混合使用，給編程控制帶來了很大不便。 結(jié)合這三種方案，由于本淪為設(shè)計的機床主要是為打?qū)W生展示機床的各個機構(gòu)及運動過程，所以對于加工精度要

28、求不高，并且此機床的控制，機械部分要適合大眾學生，不能僅僅讓一些學習好的學生能看懂，操作編程要簡單明了，所以最終選擇方案二。2.3傳動方案分析及確定方案一：先將伺服電機與聯(lián)軸器相連，在通過齒輪減速降比傳動移動部件驅(qū)動圖2-1進給系統(tǒng)簡圖優(yōu)點：可以通過齒輪放大電機的扭矩，使得可以采用小功率電機，降低成本缺點：齒輪間存在間隙，使得傳動精度差方案二：采用伺服電機通過聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠相連接，實現(xiàn)對工件的移動驅(qū)動圖2-2進給系統(tǒng)簡圖優(yōu)點：精度有保證缺點：需要功率大的電機，提供大扭矩，成本高結(jié)合這兩種方案的優(yōu)缺點，為了保證機床必要的精度要求，所以最后采用方案二作為最終方案。2.4銑削主軸系統(tǒng)方案分析及

29、確定方案一：使用帶有C軸功能的主軸電機帶動，通過一級皮帶輪降速后驅(qū)動主軸方案特點：成本低，結(jié)構(gòu)簡單，精度能達到要求方案二：采用步進電機作為主動力源，通過二級齒輪變速箱控制速度，在主軸上在加一個能夠?qū)崿F(xiàn)C軸的動力源伺服電機方案特點：加裝的伺服分度系統(tǒng)能保證C軸功能，成本較低，但是采用了齒輪傳動，存在誤差，并且這樣做使得系統(tǒng)太復雜，體積大，成本升高方案三：直接使用帶有C軸功能的電主軸做動力源方案特點：精度非常高，結(jié)構(gòu)很簡單，但是成本相當高方案確定：由于本論文機床對精度要求一般，所以如果采用方案三顯得浪費，而方案二太復雜，使得最后體積大，成本高，所以最終采用方案一2.5 車削主軸系統(tǒng)方案分析及確定方

30、案一：采用銑削用電主軸方案特點：結(jié)構(gòu)簡單，加工精度高，可控性強，成本高，不過能帶有銑刀換刀功能方案二：采用普通銑床主軸銑頭方案特點：設(shè)計成本低，有標準件可供購買，但是體積大，可控性差方案確定：所選銑削主軸銑頭不宜過大，重量不宜過重，所以最終選擇方案一2.6 車銑一體整體三維結(jié)構(gòu)布局示意圖圖2-3 整體示意圖第三章 車削主軸系統(tǒng)設(shè)計3.1主軸電機的選擇主軸電機初選表3-1主軸電機參數(shù)圖3-1主軸電機性能曲線主軸電機功率的校核 中小型普通機床類型中等切削條件下的用量參數(shù)刀具材料：高速鋼 切削方式：外圓縱車查機械制造技術(shù)基礎(chǔ)表3-9得知，切深ap=3mm 進給量f(s)=0.3mm/r 切削速度Vc

31、=1.5m/s 單位切削力 Kc=2649（1）求切削力 (3-1)（2）求切削功率Pc切削功率指的是消耗在切削工程中的功率，用Pc表示，單位為KW，因為背向力Fp的位移量很小，可近似認為背向力不做功。因此，切削功率Pc的總值就等于切削力Fc和進給力Ff做功之和。即(3-1)式中Fc-切削力（N）;Vc-切削速度（m/s）;Ff-進給力（N）;Nw-工件轉(zhuǎn)速（r/s）;f -進給量（mm/r）;大多數(shù)情況下，進給力Ff所消耗的功率極小，約占總功率的1%2.5%，因此上式可簡化為：（3-2） Pc=2384.1 * 1.5 *0.001 Pc=3.576KW根據(jù)切削功率選擇機床電動機時，還需要考

32、慮到車床的傳動效率，取=80%，則機床電動機的-率Pe應(yīng)為：故選擇 CTB-45P58XX15-4XX型號電機，伺服主軸電機7.5KW/1500rpm .3.2軸的設(shè)計與計算（1）求輸出軸上的功率P2，轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2 已經(jīng)電動機功率為7.5KW ，轉(zhuǎn)速n2=1500r/min 若取大帶輪傳動效率（包括軸承效率在內(nèi)）=0.97則（2）求作用在大帶輪上的力 圓周力（3-3）（3）初步確定軸的最小直徑 先按式（3-4）初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表(15-3)，取A0=103 ，于是得（3-4）輸出軸的最小直徑顯然是位置，=14mm ,=25mm（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根

33、據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足三爪卡盤的軸向定位要求，-軸段左端需制出軸肩， 故取-段的直徑D-=16mm,取l-=10mm初步選擇滾動軸承因軸承受有橫向縱向二個方向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參考工作需求并據(jù)悉D-=16mm，由軸承大全手冊中初步選取0基本游戲組，規(guī)則精密度的圓錐滾子軸承30103，其基本尺寸 d *D*T=17*28*10mm 故D-=17mm ，l-=45mm ,l-=10mm ,D-=17mm取安裝大帶輪處的軸段-的直徑為D-=19mm ，大帶輪的一端與軸承之間使用套筒定位，已經(jīng)大帶輪輪轂的寬度為15mm,為了使套筒端面牢靠的壓緊大帶輪，此軸段必須

34、要小于輪轂寬度，故取l-=14mm ,大帶輪的左邊采用一凸起軸肩定位，則軸環(huán)處的直徑D-=21mm ,軸環(huán)的寬度,取l-=5mm 依據(jù)實際需求，取D-=20mm ,l-=28mm3.3 軸的校核 (a) Z軸 X軸(b)圖3-2軸的結(jié)構(gòu)與受力分析（1）畫軸的受力簡圖軸的受力簡圖如圖3-2(b)所示（2）計算支撐反力在水平面上（3-5）在垂直面上（3-6）軸承1的總支撐反力為（3-7）軸承2的總支撐反力為（3）畫彎矩圖彎矩圖如圖3-2 (c),(d),(e)所示在水平面上，帶輪左側(cè)為（3-8） 在垂直面上，帶輪左側(cè)為（3-9） 合成彎矩，帶輪左側(cè)為（3-10）（4）畫出轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩圖如圖3-2(f

35、)所示T2=694776N。mm（5）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度，根據(jù)式及上述中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6，軸的計算應(yīng)力（3-11）前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1差得=60MPa，因此 ，故安全。第四章 銑削主軸系統(tǒng)設(shè)計4.1銑削功率及銑削力計算工作臺受力最大的情況是用盤狀銑刀加工零件，所使用的最大盤銑刀是YT15硬質(zhì)合金端銑刀，其直徑是100mm，齒數(shù)5個表4-1YT15硬質(zhì)合金端銑刀銑削的銑削速度及功率T/min/z/mm/(mm/z) 銑削深度/mm35 9 12

36、V/(m/min)/kwV/(m/min)/kwV/(m/min)/kwV/(m/min)/kw180100/5600.070.100.130.181731501351192.482.883.243.831661441301144.054.505.406.301571351211087.208.109.0010.4- 加工中取刀具T=180 ,/z=100/5，最大=0.13mm/z，則由上表可知 =3mm時,V=135m/min，=3.24kw（1）求圓周力Fc（4-1）（2）求各橫向縱向進給力Fx ,Fy ,Fz表4-2銑削時各切削力與圓周力比值銑削條件 比值對稱端銑 不對稱銑逆銑順銑端銑

37、立銑、圓柱銑、盤銑和成型銑切削條件：端銑 ，由上表可知（4-2）（4-3）（4-4）由計算結(jié)果可得知，在銑削過程中橫向進給力Fx=Fy=1.368KN，縱向進給力Fz=0.792KN4.2電主軸的選擇選擇CyMill公司CS-25-135-A電主軸，功率10kw，額定轉(zhuǎn)速5000，最高轉(zhuǎn)速20，具有自動換刀裝置，裝配HSK-A63刀柄刀具。電主軸結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 4-1 電主軸圖片4.3 V帶傳動的選擇與計算在此車床主軸傳動機構(gòu)中，第一級用普通V帶傳動，已知電動機功率7.5KW ,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min ,傳動比i=1.5 ，每天工作八小時（1）確定計算功率Pca由表8-7查的工作情況

38、系數(shù)Ka=1.1 ，故（4-5）（2）選擇V帶的帶型根據(jù)Pca ，n ,由圖8-11(機械設(shè)計第八版西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室 編著)選用Y型（3）確定帶輪的基準直徑Dd1 并驗算帶速V最開始選擇小帶輪的基準直徑Dd1 由表8-6和表8-8，選取小帶輪的基準直徑Dd1=40mm， 驗算帶速V ，按式（4-6）驗算帶的速度（4-6） 因為，故帶速合適 計算大帶輪的基準直徑，根據(jù)式（4-7）計算大帶輪的基準直徑Dd2Dd2=i*Dd1=1.5*40=60mm（4-7）根據(jù)表8-8，圓整為Dd2=63mm（4）確定V帶的中心距a和基準長度ld根據(jù)式（4-8），初定中心距110mm由式（4-

39、8）計算帶所需的基準長度（4-8）由表8-5初步選擇帶的基準長度ld=400mm按式（4-9）計算實際中心距a（4-9）（5）驗算小帶輪上的包角（4-10）（6）計算帶的根數(shù)z計算單根V帶的額定功率Pr由Dd1=40mm和n1=1500r/min ,查表8-40a,得P0=2.32KW根據(jù)n1=1500r/min ,i=1.5 ,和Y型帶，查表8-4b得，查表8-5得, ， 查表8-2得， ，于是（4-11）計算V帶的根數(shù)Z（4-12）故取1根（7）計算單根V帶的初拉力的最小值（F0）min由表8-3得，Y型帶的單位長度質(zhì)量q=0.02kg/m所以（4-13）應(yīng)使帶的實際初拉力（8）計算壓軸力

40、Fp壓軸力的最小值為（4-14）第五章 滾珠絲杠設(shè)計計算與校核5.1滾珠絲杠特點介紹滾珠絲杠的特性是將螺旋運動轉(zhuǎn)化為上下直線或左右直線運動或直線運動轉(zhuǎn)換為螺旋運動的一種機構(gòu)，本文所用到的是滾珠絲杠前一個特性將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。它是由螺桿，滾珠，螺母三大部件組成的，它的重要意義就是將運動由某一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，由于摩擦阻力小，可逆性，高效率，精度較高等特點，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于很多種工業(yè)和精密儀器設(shè)備。（1）方案的選擇滾珠絲杠和滑動絲杠因為滾動絲杠副的運動是靠絲杠軸與螺母之間的很多圓形滾珠在做滾動運動，所以相對滑動絲杠相比，所使他們運動的驅(qū)動力矩不同，滾珠絲杠的驅(qū)動力矩約是滑動絲杠副

41、的三分之一，在省電方面很有幫助（2）微進給由于滾動絲杠是靠很多圓形的滾珠施以運動，啟動力矩小，不會出現(xiàn)滑動爬行現(xiàn)象，嫩保證精確的微進給。（3）高速進給滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)（4）剛性高，無側(cè)間隙因為滾珠與螺母產(chǎn)生斥力，而滾珠絲杠給滾珠施加予壓力予壓力也可使軸向間隙達到負值，從而能使絲母剛性得到加強。5.2滾珠絲杠的設(shè)計與計算工作臺重量=30KG=300N工件及夾具最大重量=100N工作臺最大行程=200mm工作臺導軌的摩擦系數(shù)為u=0.1快速進給速度 =4m/min定位精度為20um/300mm全行程25um重復定位精度為10um 要求壽命為10000小時（

42、單班制工作十年）各種切削方式的縱向切削力Fa , 時間比例q , 速度V 及其他見下表表1 各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進給速度Vi(m/min)工作時間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉(zhuǎn)速r/min強力切削200012000.610220060一般切削10005000.830115080精切削500200150620100快速進給001000375（1） 確定滾珠絲杠副的導程（5-1）：工作臺最高移動速度：電機最高轉(zhuǎn)速；I ：傳動比電機與絲杠間為直接連接式，i=1由上表查得=4m/min，=1200r/min 查現(xiàn)代機床設(shè)

43、計手冊取4mm（2）確定當量載荷與當量轉(zhuǎn)速各種切削方式下，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速由上表查的=0.6,=0.8,=1, =4代入得，（5-2）各種切削方式下，滾珠絲杠軸向載荷：絲杠軸向載荷 ，：垂向切削力 ，：縱向切削力由上表得，(i=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N(i=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500N,0N 又得知，300 N，100 N代入得(i=1,2,3,4)分別得（5-3）（5-4）（5-5）（5-6） 當量轉(zhuǎn)速T1,t2 ,t3tn 工作時間百分比: 當量轉(zhuǎn)速 r/min（5-7）當量載荷（5-8）（3）初選滾珠絲杠副查現(xiàn)代機床設(shè)計手冊公式得

44、知，（5-9）查表（3.7-52）表（3.7-54）得1，1，1，0.53，=1.3又得知，10000h代入數(shù)據(jù)可求得13589N=13.58KN（4）確定所允許的最小螺紋底徑估算滾珠絲杠所允許的最大軸向變形量（1/31/4）重復定位精度 (1/41/5 )定位精度：最大軸向變形量已知重復定位精度10定位精度253，6取兩種結(jié)果最小值3估算最小螺紋底徑 滾珠絲杠需要預拉伸，故取兩端固定的支撐形式（5-10）：最小螺紋底徑mmL（1.11.3）行程+(1013)（5-11）靜摩擦力=已知行程200mm，300N, =0.2代入數(shù)據(jù)得L=280mm，60N,=5mm（5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號選

45、內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預緊形式=4 =22000N>=13589N由計算出的，在現(xiàn)代機床設(shè)計手冊中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FF1604（6）確定滾珠絲杠副預緊力= 其中36001/3*3600=1200N（7）行程補償與拉伸力行程補償值C=11.8（5-12）式中查現(xiàn)代機床設(shè)計手冊200110，（24）15溫差取代入數(shù)據(jù)得C=30預拉伸力1.95（5-13）代入得4807N（8）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格軸承所承受得最大軸向力（5-14）所選軸承類型 選擇兩端支點固定支撐形式，選背對背60度角接觸圓錐滾子軸承軸承內(nèi)徑d略小于20，=（5-15）取d15帶入數(shù)據(jù)得1/3

46、*8308=2770N軸承預緊力：預力負荷按現(xiàn)代機床設(shè)計手冊選取軸承型號規(guī)格當d15mm，預加負荷為：所以選15TAC 47A型號規(guī)格的軸承內(nèi)徑：15mm外徑：47mm寬 ：15mm圓角：1mm（9）傳動系統(tǒng)剛度絲杠抗壓剛度絲杠最小抗壓剛度6.6（5-16）：固定支承距離:絲杠底徑代入數(shù)據(jù)528N/絲杠最大抗壓剛度 6 .6（5-17）代入數(shù)據(jù)得7200N/支承軸承組合剛度1)一對預緊軸承的組合剛度（5-18）Z：滾珠數(shù)：滾珠直徑mm· ：軸承接觸角：最大軸向工作載荷N由現(xiàn)代機床設(shè)計手冊查得15TAC 47A軸承是預加載荷得3倍6800N/=245N/2)支承軸承組合剛度490N/

47、3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度（5-19）：現(xiàn)代機床設(shè)計手冊上的剛度2150 N/, =Fmax=3600N, =1200N代入數(shù)據(jù)得1621N/（10）剛度驗算及精度選擇=2，Z17，（5-20）代入前面所算數(shù)據(jù)得（5-21）代入前面所算數(shù)據(jù)得已知300N, =0.2, =0.2*300=60N：靜摩擦系數(shù)，:靜摩擦力，：正壓力驗算傳動系統(tǒng)剛度 已知重復定位精度或反向差值為10=1.6*60/10=10(5-22)=107.6傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差（） (5-23)代入3確定精度：任意300mm內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言0.8×定位精度定位精度為20/300<14.3

48、,絲杠精度取為3級12<14.3確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號已確定得型號：FF1604公稱直徑：16mm基本導程：4mm鋼球直徑：2絲杠大徑：15.5mm地徑：16mmP類三級精度故所選規(guī)格型號為FF1604-3-P3（11）驗算臨界壓縮載荷絲杠所受大軸向載荷小于絲杠預拉伸力F不用驗算（12）驗算臨界轉(zhuǎn)速：臨界轉(zhuǎn)速計算長度mm：絲杠底徑：臨界轉(zhuǎn)速n/min f：與支承形式有關(guān)的系數(shù) 由現(xiàn)代機床設(shè)計手冊得f20.9, =16,=可得3128>=1200第六章 結(jié)論伴隨著社會的發(fā)展，工業(yè)的發(fā)達，科技的進步，數(shù)控機床特別是車銑一體的數(shù)控機床更是未來工業(yè)社會，一個國家興盛與否的一個衡量標準，所

49、以當代大學生特別是機械類學生更有必要了解車床，銑床，加工中心的運動機構(gòu)，原理及加工零件時的刀具，導軌運動軌跡，運功過程，對于操作，編程有著相當大重要的作用。我這次得 畢業(yè)設(shè)計是受到大二金工實習學習到的數(shù)控車床，以及后加工中心培訓，大三暑期實習做數(shù)控車床操作員的啟發(fā)，想起做這個課題，一是將我所學，所涉及到的車床知識分享給大家，更是我對大學四年內(nèi)我對車床的了解做一個總結(jié)，以便于日后學弟學妹們學習時能夠輕松上手。本文開始寫于年后的三月份，本來在上學期初，也就是大四剛剛開學的時候，學校就已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)的開始讓我們準備一些有關(guān)的專業(yè)知識，便于學院給我們定下畢業(yè)設(shè)計課題后我們可以節(jié)省時間，省去在重新溫習專業(yè)

50、知識的時間，比便我們能輕松，心里有整件畢業(yè)設(shè)計如何去做方案的來龍去脈，大四上學期正是考研的火熱時間，他們考研的學生每天都去自習室學習有關(guān)考研需要靠的專業(yè)知識，所以說他們不用學校推促就主動的去看專業(yè)知識，這給他們后來在用所學的專業(yè)知識校核軸的強度，剛度，軸承壽命，建的校核，畫出彎矩圖，扭矩圖，還有就是分析受力情況打下了基礎(chǔ)。雖然說年后考研成績出來時整體感覺考得不理想，但是他們沒考上的學生也有收獲，那就是為畢業(yè)設(shè)計的專業(yè)知識做了提前的儲備。那會我們很少有人去主動的看專業(yè)知識，當然我們也不是帶著，我們在忙于實習，和各種投簡歷，找工作，考研的沒時間看，我們其他人也不看，整體形勢就是說上學期沒有人做畢業(yè)

51、設(shè)計，大家都是等到大四下學期，也就是年后才開始著手做的畢業(yè)設(shè)計。從三月份開始每隔一天去圖書館一次，尋找與本次畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的書籍，最開始找的是現(xiàn)代機床設(shè)計三，發(fā)現(xiàn)那個本子太厚了，全是公式，并且也沒有找到尋找畢業(yè)設(shè)計的思路，于是又換了一本別的有關(guān)機床設(shè)計的書，在那本書里看到了有關(guān)數(shù)控車床主軸的概念圖，從中吸取了很多經(jīng)驗教訓，但是由于考慮到畢業(yè)設(shè)計類論文語言要組織完美，體現(xiàn)專業(yè)性，所以去了百度，中國知網(wǎng)搜尋了一些往屆和我這次論文題目，車銑一體教學模具，或者車銑一體加工中心，或者是復合技術(shù)機床的有關(guān)論文，里面的語言組織的就是專業(yè)，但是考慮到如果按照書上專業(yè)術(shù)語，模式去寫的話，但是最后的畢業(yè)論文設(shè)計查重

52、肯定過不了，于是自己仔細的看透了那些語言，專業(yè)術(shù)語，后來熟到一定程度上，用自己的語言組織起來了，但是由于某些語言智能用專業(yè)術(shù)語，或者說這種解釋的方法只有一種，所以還是存在一定的重復的?？紤]到網(wǎng)上的東西重復率高，查重時被查到的可能性大。我遇到的難題主要有車銑一體教學磨具的材料選擇，本著低價，能達到標準去考慮，結(jié)構(gòu)本著達到精度，結(jié)構(gòu)明了，不對接近的學生存有安全隱患，一定要保證車床主軸的中心于刀具刀尖在同一水平線上，回轉(zhuǎn)工作臺X,Y方向的總行程問題，不能發(fā)生干涉，在畫三維立體圖仿真時，出現(xiàn)了零件固定，不會轉(zhuǎn)動情況。后來這些問題相繼被我解決了。我本次論文主要做了以下這些內(nèi)容：車削系統(tǒng)的方案分析及確定，

53、車削電機的選擇，車削系統(tǒng)的傳動方案確定。帶輪的傳動比等等，銑削系統(tǒng)方案的分析及確定，銑削電機的選型，銑削傳動方案的選擇，滾珠絲杠的選擇及校核。X,Y方向上回轉(zhuǎn)工作臺的運動，各方向上全行程的確定，電機的型號，功率的選擇，滾珠絲杠的型號選擇及校核等等。參考文獻1 曹金榜，易錫麟，張玉峰，陳田養(yǎng)，王長春.機床主軸變速箱設(shè)計指導.北京:機械工業(yè)出版社,19872 徐錦康,蔡慧官,蔣同洋.機械設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,20013 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計.北京:國防工業(yè)出版社,19934 北京航空學院機械加工教研室.北京:國防工業(yè)出版社館5 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)計.北京:兵器工業(yè)出版社6 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).北京:機械工業(yè)出版社,19997 吳宗澤,羅建國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京:高等教育出版社8 機械工業(yè)出版社編輯組編.機械設(shè)計手冊.北京:機械工業(yè)出版社9 中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院編.實用機械設(shè)計手冊.北京:農(nóng)業(yè)機械出版社,198910 楊黎明.機械零件簡明設(shè)計手冊.北京:兵器工業(yè)出版社,199211陳嬋娟. 數(shù)控車床設(shè)計. 化學工業(yè)出版社, 北京, 200612嚴愛玲. 機床數(shù)控原理與系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社, 北京, 200213韓榮第.周明.孫玉潔.金屬切削原理與刀具.哈爾濱工業(yè)大學出版社, 哈爾濱, 199814張超英. 數(shù)控