數控銑床機械系統(tǒng)的設計【VMCL600數控銑床】

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[2] 林文煥. 機床夾具設計[M]. 北京：國防工業(yè)出版社,1994.15-16. [3] 袁哲俊. 刀具設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2002.54-67. [4] 陳遠齡. 機床電氣自動控制[J]. 機床學報,2004，21(2):68-79. [5] 許小楊. 專用機床設備設計[M]. 重慶：重慶大學出版社,2003.53-90. [6] 吳圣莊. 金屬切削機床概論[M]. 長春：吉林工業(yè)大學出版社,2001.45-55. [7] 徐鴻本. 機床夾具設計手冊[M]. 沈陽：遼寧科學技術出版社,2003.32-86. [8] 謝家瀛. 組合機床設計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 ,1994.98-115. [9] 辛希孟. 信息技術與信息服務國際研討會論文集：A集[C]. 北京：中國社會科學出版社，1994. [10] 鄭忠. 新編工廠電氣設備手冊（上、下冊）[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社,1998. [11] 鐘肇新. 可編程控制器原理及應用 [J]. 科技潮-前沿科技,1999,12(1): 213-224. [12] 馮辛安. 機械制造裝備設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.13-27. [13] 唐一平.《Advance Manufacturing Technology》[M]. 北京：科學出版社，2000·21-33. [14] 文懷興 夏田 .數控機床系統(tǒng)設計 [M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.1-17. [15] Warren S.seamws. Computer numerical control [J]. Delmar Publishing inc，1991,34(5):243-265. [16] HideoMATSUKA.Japanese open control system for Manufacturing Equipment [J].Int Japan Socprec Eng, 1996,67(6):216-321. 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2010年 1月18日 ~ 3月1日 3月2日 ~ 3月19日 3月20日 ~ 3月24日 3月25日 ~ 3月30日 4月1日 ~ 4月10日 4月11日 ~ 4月18日 4月19日 ~ 4月27日 4月28日 ~ 4月30日 5月1日 ~ 5月5日 5月6日 ~ 5月10日 5月11日 ~ 5月15日 5月16日 ~ 5月18日 5月19日 ~ 5月21日 5月22日~5月25日 5月25日~6月5日 開題調研并查詢相關的文獻資料 完成英文翻譯，并完成論文的開題報告的撰寫 數控銑床總體結構的設計 數控銑床主軸的設計校核 數控銑床工作臺的設計 數控銑床的傳動結構的設計與校核 數控銑床的床身的設計 畢業(yè)論文的中期檢查 數控銑床的Z軸立柱的設計 其他標準件的選型設計 裝配圖、部裝圖紙、零件圖紙的繪制以及校核修改 論文初稿撰寫； 修改完成設計稿； 畢業(yè)設計成果全部校驗； 完成評審與答辯 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系意見： 系領導： 年 月 日 南京理工大學紫金學院 畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者: 學 號： 系： 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 題 目: 數控銑床機械系統(tǒng)的設計 副教授 指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務) 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務) 2010 年 5 月 南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 華超 學 號： 060104241 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 數控銑床機械系統(tǒng)的設計 指 導 教 師: 黃曉華 2010年 3 月 19 日  開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘 要 本文簡要敘述了數控機床在當今社會生產中的重要作用。闡述了數控機床的定義及發(fā)展歷史，國內外現狀以及發(fā)展趨勢，結合實際闡述了數控機床技術結構特點，及進行研究的意義。 關鍵詞 數控機床 結構特點 發(fā)展趨勢 1 引言 從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。 2 課題背景 制造技術是各國經濟競爭的重要支柱之一，經濟的成功在很大程度上得益于先進的制造技術，而機床是機械制造技術重要的載體，它標志著一個國家的生產能力和技術水平。機床工業(yè)是國民經濟的一個重要先行部門，擔負這為國民經濟各部門提供現代化技術裝備的任務，以1994年為例，全世界基礎的消費額達261.7億美元。其中美國的消費額56億美元、中國33.6億美元。所以，在我國國民經濟建設中，機床工業(yè)起著重要的作用。然而在機械制造業(yè)中，大批大量生產時采用專用機床、組合機床、專用自動線等并配以相應的工裝，這些設備的初期投資費用大、生產準備時間長，并且不適應產品的更新?lián)Q代。單件小批生產時，由于產品多變而不宜采用專用機床，特別是在國防、航空、航天和深潛等部門，其零件的精度要求非常，幾何形狀也日趨復雜，且改型頻繁，生產周期短，這就要求迅速適應不同零件的加工。數控機床就是在這樣的背景下產生和發(fā)展起來的一種新型自動化機床，它較好的解決了小批量、品種多變化、形狀復雜和精度高的零件的自動化加工問題。隨著計算機技術，特別是微型計算機技術的發(fā)展及其在數控機床上的應用，機床數控技術正從普通數控向計算機數控發(fā)展。一個國家數控機床的擁有量（相對值），標志著這個國家機械制造業(yè)的現代化程度。數控銑床因其特有的加工方式及其加工范圍廣在數控機床中占有重大的比例，因此研究數控銑床機械系統(tǒng)具有重大意義[1-3]。 3 數控機床國內外發(fā)展現狀 當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高質量、高精、高效、自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數控機床產業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務。 數控機床出現至今的50年，隨科技、特別是微電子、計算機技術的進步而不斷發(fā)展。美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家[5]。例如：在19世紀初時是1mm級，到20世紀初時提高到了0.01mm級。而近30年來，普通機械加工的精度已從0.01mm提高到0.005mm級，精密加工的精度已從1um級提高到0.02um級，超精密加工的精度已從0-0.01um級進入納米級。在表面粗糙度方面，日本用熒光碳素泡沫拋光劑和細微SiO2粉末拋光工作，成功獲得了小于0.0005um的表面粗糙度．過去們只注意表面粗糙度、紋理等表面特征，忽視了表面之下0.38mm范圍內的內部效應，即次表面效應對零件可靠性的影響。這方面尚需深入研究，采取相應措施，方能提高產品的質量和使用壽命及可靠性[6]。 長期以來，國產數控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口，技術受制于人。究其原因，國內本土數控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產品設計水平、質量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應用技術及技術集成方面的能力也還比較低，相關的技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產的數控機床還沒有形成品牌效應。同時，中國的數控機床產業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、服務網絡等支撐體系，市場營銷能力和經營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產權的數控系統(tǒng)少之又少，制約了數控機床產業(yè)的發(fā)展。國外公司在中國數控系統(tǒng)銷量中的80％以上是普及型數控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數控系統(tǒng)產品快速產業(yè)化上取得突破，中國數控系統(tǒng)產業(yè)就有望從根本上實現戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較完備的高檔數控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設計、開發(fā)和成套生產能力，創(chuàng)建國產自主品牌產品，提高中國高檔數控系統(tǒng)總體技術水平。“十一五”期間，中國數控機床產業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數控機床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機遇，根據中國數控機床1996-2005年消費數量，通過模型擬合，預計2009年數控車床銷售數量將達8.9萬臺，年均增長率為16.5%。根據中國加工中心1996-2005年消費增長模型，預計2009年加工中心消費數量將達2.8萬臺，較2005年年均增長率為17.8%。但目前數控機床產業(yè)還缺少完善的技術培訓、服務網絡等支撐體系，市場營銷能力和經營管理水平也不高。更重要的是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產權的數控系統(tǒng)少之又少，制約了數控機床產業(yè)的發(fā)展[7-10]。 海外發(fā)展數控機床之經驗，十分寶貴，大致可歸納為：政府扶植與市場經濟相結合；重視人才，切實提高總體素質；打好技術基礎，主機設計、制造過硬；加強科研、不斷創(chuàng)新；講究實效，切實掌握技術關鍵；質優(yōu)可靠，用戶滿意；配套成龍，批量生產；分工合作，競爭力強?！八街梢怨ビ瘛?，研究分析海外經驗，必將有助于國產數控機床的發(fā)展。按目標規(guī)劃，到2020年，我國將形成高檔數控機床與基礎制造裝備主要產品的自主開發(fā)能力，總體技術水平進入國際先進行列，部分產品國際領先；建立起完整的功能部件研發(fā)和配套能力；形成以企業(yè)為主體、產學研相結合的技術創(chuàng)新體系；培養(yǎng)和建立一支高素質的研究開發(fā)隊伍；航空航天、船舶、汽車、發(fā)電設備制造所需要的高檔數控機床與基礎制造裝備80%左右立足國內[11-12]。 4 今后發(fā)展方向 今后5—10年，數控機床的主要創(chuàng)新空間大體在以下領域： （1）直接驅動技術的廣泛應用。驅動電動機與執(zhí)行部件之間沒有中間連接元件。例如電主軸、直線電動機、電滾珠絲杠、電回轉工作臺等。直接驅動技術大大簡化了機床的結構，發(fā)展新產品的開發(fā)過程，提高了機床的工作可靠性。 （2）新型基礎結構件設計。隨著部件運動速度的提高，運動慣性的負面影響加大，需要在保證機床剛度的前提下使移動部件輕量化，才能夠實現高速和高精度加工。因比，各種箱中箱結構、框架結構、焊接結構和新型材料的應用層出不窮。 （3）數控系統(tǒng)將面臨重大變革，新ISO標準STEP-NC即將出臺，開創(chuàng)無G代碼編程的新時代。除此之外，開放式和全數字伺服驅動是大勢所趨，納米、皮米插補已經提到日程上來 （4）熱變形誤差補償技術越來越受到重視。熱源主要是電動機和摩擦副，要千方百計減少發(fā)熱。熱場的均勻化和恒溫化也是重要技術關鍵。 （5）借助開放式數控系統(tǒng)，加強工作地的信息化程度，具有視像、語音和移動通信功能，納入企業(yè)管理信息系統(tǒng)[16]。 5 結論 綜上所述，數控機床正處于變革時代，可創(chuàng)新點很多，只要加強基礎研究、認真學習和消化國外技術，擯棄妄自菲薄的心態(tài)，大有可為。中國機床工業(yè)不能安于現狀，當前的市場興旺不是永恒的，必須改變觀念，立足創(chuàng)新，迎頭趕上。 參考文獻 [1] 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機械正反混合問題[D]. 北京：清華大學， 1996. [2] 林文煥. 機床夾具設計[M]. 北京：國防工業(yè)出版社,1994.15-16. [3] 袁哲俊. 刀具設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2002.54-67. [4] 陳遠齡. 機床電氣自動控制[J]. 機床學報,2004，21(2):68-79. [5] 許小楊. 專用機床設備設計[M]. 重慶：重慶大學出版社,2003.53-90. [6] 吳圣莊. 金屬切削機床概論[M]. 長春：吉林工業(yè)大學出版社,2001.45-55. [7] 徐鴻本. 機床夾具設計手冊[M]. 沈陽：遼寧科學技術出版社,2003.32-86. [8] 謝家瀛. 組合機床設計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 ,1994.98-115. [9] 辛希孟. 信息技術與信息服務國際研討會論文集：A集[C]. 北京：中國社會科學出版社，1994. [10] 鄭忠. 新編工廠電氣設備手冊（上、下冊）[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社,1998. [11] 鐘肇新. 可編程控制器原理及應用 [J]. 科技潮-前沿科技,1999,12(1): 213-224. [12] 馮辛安. 機械制造裝備設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.13-27. [13] 唐一平.《Advance Manufacturing Technology》[M]. 北京：科學出版社，2000·21-33. [14] 文懷興 夏田 .數控機床系統(tǒng)設計 [M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.1-17. [15] Warren S.seamws. Computer numerical control [J]. Delmar Publishing inc，1991,34(5):243-265. [16] HideoMATSUKA.Japanese open control system for Manufacturing Equipment [J].Int Japan Socprec Eng, 1996,67(6):216-321.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 主要內容與待解決的問題 主要進行數控銑床總體結構設計、主軸的設計與校核、工作臺的設計、傳動結構的設計與校核、床身的設計、Z軸立柱設計、以及其他標準件的選型設計，初步掌握機床的運動設計（包括主軸箱、變速箱傳動鏈），動力計算（包括確定電機型號，主軸、傳動軸、齒輪的計算轉速），以及關鍵零部件的強度校核，獲得工程師必備設計能力的初步訓練，從而提高分析問題、解決問題盡快適應工程實踐的能力。 2 解決的主要問題 (1) 機床總體結構設計 本課題擬解決問題的思路是參照VMCL600加工中心的總體布局、機械傳動部分、進行優(yōu)化組合，設計出精度高、靈活性強的立式數控銑床。由于工作臺尺寸較大，可加工較重或尺寸較高的工件，故機床運動分配如下：主運動：刀具的旋轉運動；進給運動：工作臺X、Y方向的進給運動和銑刀頭帶著刀具Z方向的垂直進給運動；本機床采用床身框式立柱的“L” 型結構形式，主軸箱裝在框式立柱中間，設計成對稱形結構。框式立柱布局要比單立柱少承受一個扭轉力矩和一個彎曲力矩，因而受力后變形較小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受熱與熱變形是對稱的，因此，熱變形對加工精度的影響小。Y向滑座相對于機床床身作進給運動，X向作相對于Y向作進給運動，工作臺固定在X向座上，工作臺不做垂直方向運動；主軸箱沿框式立柱在沿垂直軌道上下移動。由于機床尺寸較大，為了方便操作者的操作與觀察，將人機界面置為吊掛按鈕站。 (2) 數控銑床傳動系統(tǒng)解決方案 機床X、Y方向進給系統(tǒng)分別采用交流伺服電機驅動，通過電機與滾珠絲杠直接相連，將旋轉運動轉化為直線進給運動其傳動的機械裝置如圖 1所示。這種傳動方案采用負載能力強的交流伺服電機，直接通過絲杠帶動工作臺進給，傳動鏈短，剛度大，傳動精度高，是現代數控機床進給傳動的主要組成形式。 圖1.進給傳動的機械裝置 機床進給系統(tǒng)的支承、導向方式 Y方向進給系統(tǒng)由床身支承，采用一端固定、一端支撐的方式支承，固定端選用一對背對背安裝的角接觸球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。 X方向進給系統(tǒng)由Y方向進給系統(tǒng)支承，采用一端固定、一端支撐的方式支承，固定端選用一對背對背安裝的角接觸球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。 本機床屬于中型機床，導向方式采用矩形導軌，矩形導軌承載能力高，制造方便。本設計選用線性滾動導軌。 解決傳動軸的選用問題 這是傳動系統(tǒng)中的主要問題，傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復載荷和扭轉載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此疲勞強度一般不是主要矛盾。除了載荷比較大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求軸在載荷下（彎曲，軸向，扭轉）不致產生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉角）。如果剛度不夠，軸上的零件如齒輪，軸承等由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產生振動和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉剛度軸的直徑，畫出草圖后，再根據受力情況，結構布置和有關尺寸，驗算彎曲剛度。 傳動結構的設計和校核問題 設計主軸變速箱的結構包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。如圖2. 圖2.傳動系統(tǒng)結構草圖 (3) 工作臺的設計方案 工作臺裝在滑板的上面，工作臺底面安裝X 軸直線滾動導軌的滑塊及滾珠絲杠螺母座。X 軸伺服電機旋轉，可使工作臺沿X 軸直線運動。工作臺下面裝有2 個行程擋塊，和行程開關配合，控制X 軸校準點位置（X=0）和X 軸行程的極限位置（超程斷電）。工作臺上面有五條T 型槽，供裝夾工件、夾具、轉臺等。其中中間T 型槽為基準T 型槽，工作臺的左右兩端均裝有伸縮式防護罩。 (4) 數控銑床床身設計 床身由高強度低應力鑄鐵鑄成，滑板、工作臺、立柱等均裝在床身之上。床身上裝Y 軸直線滾動導軌、Y 軸滾珠絲杠和Y 軸伺服電機。Y 軸滾珠絲杠采用雙向消除軸向間隙結構。Y 軸滾珠絲杠副的安裝結構見圖3。床身上還裝有兩個行程擋塊，Y 軸校準點位置（Y=0）和Y 軸行程的極限位置，就由這兩個擋塊配合行程開關來確定。床身下部有六塊厚支承塊，通過裝在床身地腳處的調節(jié)螺釘，可調整機床水平。床身上面靠前部位，有四個M16 螺孔，可固定兩個專用起吊環(huán)，與立柱頂部的兩個吊環(huán)配合使用，以起吊整機。 圖3.Y軸滾珠絲杠副安裝結構圖 以上問題是銑床機械系統(tǒng)設計過程中會遇到的主要問題，在各個問題處理時都要結合理論和實際認真考慮，多翻閱資料，在于到難以解決的問題的時候要多向導師請教，及時把問題解決。 三 具體工作安排 1月18日～3月 1 日 開題調研并查詢相關的文獻資料 3月 2 日～3月19日 完成英文翻譯，并完成論文的開題報告的撰寫 3月20日～3月24日 數控銑床總體結構的設計 3月25日～3月30日 數控銑床主軸的設計校核 4月 1 日～4月11日 數控銑床工作臺的設計 4月11日～4月18日 數控銑床的傳動結構的設計與校核 4月19日～4月27日 數控銑床的床身的設計 4月28日～4月30日 畢業(yè)論文的中期檢查 5月 1 日～5月 5 日 數控銑床的Z軸立柱的設計 5月 6 日～5月10日 其他標準件的選型設計 5月11日～5月15日 裝配圖、部裝圖紙、零件圖紙的繪制以及校核修改 5月16日～5月18日 論文初稿撰寫 5月19日～5月21日 修改完成設計稿 5月22日～5月25日 畢業(yè)設計成果全部校驗 5月25日～6月 5 日 完成評審與答辯  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該生通過查閱了大量的文獻資料，詳細闡述了數控機床的發(fā)展歷史、發(fā)展趨勢以及國內外的現狀，了解了數控機床設計內容，根據指導教師的要求提出了論文的需要完成的主要任務。整個文獻綜述內容比較充實、豐富，比較好地反映了數控機床的發(fā)展狀況，說明該生在畢業(yè)設計之前做了大量的文獻資料查閱工作，為后面進行具體設計奠定了較好的基礎，參考文獻格式正確，全文分析比較清晰，任務比較明確，較好地完成了文獻綜述的撰寫。綜合全文內容與表達，該文獻綜述評定為良好。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 該文主要設計數控銑床的機械系統(tǒng)，要求學生能夠靈活綜合使用前面所學到的知識，系統(tǒng)地設計一臺數控機床機械系統(tǒng)，對于一位在校的大學生而言，沒有系統(tǒng)地設計經歷，是具有一定的難度，而且論文工作量較大，但是，學生在參考相關系列的數控銑床和參觀了該型號的數控銑床的基礎上，該設計所涉及的知識點都是機械設計課程的內容，因此，通過學生的努力與老師的指導，應該是可以完成畢業(yè)設計的任務要求的，而且這種設計與未來工廠的機床設計的流程是完全一致的，為學生不久進入企業(yè)進行相關設計打下基礎。 指導教師： 2010 年 3 月 25 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 2010 年 3 月 27 日 南 京 理 工 大 學 畢業(yè)設計(論文)前期工作材料 學生姓名: 學 號： 學院(系): 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 設計(論文)題目: 數控銑床機械系統(tǒng)的設計 指導教師: 副教授 (姓 名) (專業(yè)技術職務) 材 料 目 錄 序號 名 稱 數量 備 注 1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 1 4 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2010年 3月 注：畢業(yè)設計（論文）中期檢查工作結束后，請將該封面與目錄中各材料合訂成冊，并統(tǒng)一存放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中（打印件一律用A4紙型）。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 II 頁 共II頁 目 錄 1 緒論…………………………………………………………………………………1 1.1 數控機床的產生和發(fā)展……………………………………………………………1 1.1.1 數控機床的產生…………………………………………………………………1 1.1.2 數控系統(tǒng)的發(fā)展…………………………………………………………………1 1.1.3 國內外數控機床的發(fā)展…………………………………………………………2 1.1.4 數控機床的發(fā)展趨勢……………………………………………………………2 1.2 數控銑床的主要功能及特點………………………………………………………2 1.3 數控銑床的分類和應用……………………………………………………………3 1.3.1 數控銑床的分類…………………………………………………………………3 1.3.2 數控銑床的應用…………………………………………………………………3 2 數控銑床總體的結構設計 ………………………………………………………4 2.1 基本參數的確定……………………………………………………………………4 2.2 確定機床的總體布局………………………………………………………………4 2.2.1 機床的運動分配…………………………………………………………………4 2.2.2 機床結構布局……………………………………………………………………4 2.2.3 機械系統(tǒng)的傳動、支承、導向方式………………………………………………5 3 數控銑床的主軸的設計與校核…………………………………………………6 3.1 確定主軸傳動功率…………………………………………………………………6 3.2 電機的選擇…………………………………………………………………………7 3.3 主軸主要結構參數的確定…………………………………………………………8 3.3.1 選擇軸的材料和熱處理方法……………………………………………………8 3.3.2 主軸最小直徑的估算……………………………………………………………9 3.3.3 主軸內孔直徑d及拉桿直徑的確定……………………………………………9 3.3.4 主軸前端懸伸量的確定…………………………………………………………10 3.3.5 主軸支承跨距L的確定…………………………………………………………10 3.3.6 計算主軸傳遞的扭矩……………………………………………………………11 3.4 軸的結構設計………………………………………………………………………11 3.4.1 擬定軸上零件的裝配方案………………………………………………………11 3.4.2 確定軸各段的直徑………………………………………………………………12 3.4.3 確定各軸段的長度………………………………………………………………12 3.4.4 軸向零件的周向固定……………………………………………………………13 3.5 主軸剛度的計算……………………………………………………………………13 3.5.1 主軸的簡化和彎曲剛度的計算…………………………………………………13 4 工作臺的和支撐件的設計………………………………………………………15 4.1 工作臺的設計………………………………………………………………………15 4.2 床身的設計…………………………………………………………………………15 4.3 Z軸立柱的設計……………………………………………………………………16 5 進給系統(tǒng)機械部分設計…………………………………………………………18 5.1 銑削工件時銑削力的計算…………………………………………………………18 5.1.1 首先初步估算工作臺的重量……………………………………………………18 5.1.2 銑刀主要結構參數選擇…………………………………………………………18 5.1.3 銑削用量選擇……………………………………………………………………18 5.1.4 銑削力的計算……………………………………………………………………19 5.2 滾動導軌選擇計算…………………………………………………………………20 5.2.1 導軌概述…………………………………………………………………………20 5.2.2 齒滾動直線導軌副的計算………………………………………………………21 5.3 滾珠絲杠副的選擇…………………………………………………………………24 5.3.1 滾珠絲杠副的介紹………………………………………………………………24 5.3.2 滾珠絲杠副的計算………………………………………………………………24 5.3.3 滾珠絲杠副的校驗………………………………………………………………28 6 標準件的選型設計……………………………………………………………33 6.1 齒輪傳動設計與計算………………………………………………………………33 6.1.1 主要參數的選擇…………………………………………………………………33 6.1.2 齒輪的設計與計算………………………………………………………………33 6.1.3 主要尺寸的計算…………………………………………………………………35 6.1.4 校核齒面接觸疲勞強度…………………………………………………………35 6.1.5 驗算齒輪圓周速度………………………………………………………………36 6.2 軸承的設計與計算…………………………………………………………………36 6.2.1 軸承當量動載荷的計算…………………………………………………………36 6.2.2 驗算兩軸承的壽命………………………………………………………………36 6.3 圓弧齒同步帶的設計………………………………………………………………38 6.3.1 確定圓弧齒同步帶的基本參數…………………………………………………38 6.3.2 確定帶的中心距…………………………………………………………………39 6.3.3 選擇帶的類型……………………………………………………………………40 結論……………………………………………………………………………41 致謝………………………………………………………………………………………42 參考文獻 …………………………………………………………………………………43