畢業(yè)設(shè)計論文終稿 龍門移動式數(shù)控機床設(shè)計

1、xx畢業(yè)論文大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：龍門移動式數(shù)控機床設(shè)計姓名xx學(xué)院機械工程學(xué)院專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化年級2009 級指導(dǎo)教師xx教授二0一三年六月八日xx大學(xué)畢業(yè)論文目錄摘要 m前言 v第1章 龍門移動式數(shù)控機床總體方案設(shè)計 11.1 設(shè)計要求 11.2 總體方案 11.3 本章小結(jié) 3第2章主傳動系統(tǒng)設(shè)計 42.1 設(shè)計要求 42.2 無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 42.2.1 功率選擇 42.2.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定 62.2.3 確定各齒輪副齒數(shù) 72.2.4 各軸尺寸的確定 82.2.5 各齒輪參數(shù)的確定與校核 112.2.6 軸承選型的確定與校核 152.3 本章小結(jié) 1

2、7第3章三軸進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計 183.1 X軸導(dǎo)軌和齒輪齒條副傳動設(shè)計 203.2 Y軸導(dǎo)軌和滾珠絲杠的選型與計算 213.3 Z軸導(dǎo)軌和滾珠絲杠的選型與計算 243.4 滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠的安裝使用與注意事項 273.5 本章小結(jié) 28第4章其他有關(guān)零部件的設(shè)計 294.1 床身設(shè)計 294.1.1 床身設(shè)計要求 304.1.2 具體設(shè)計內(nèi)容及步驟 314.2 工作臺的設(shè)計 314.3 橫梁與立柱的設(shè)計 324.4 滑座的設(shè)計 324.5 本章小結(jié) 33結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35致謝 37原文和譯文 385摘要龍門式數(shù)控機床是機械制造業(yè)中加工箱體類零件的主流裝備，是市場熱門商 品。本文闡述了

3、移動式數(shù)控龍門銃床的總體設(shè)計，包括其結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計特點， 論述了采用伺服電機和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點。詳細(xì)介紹了數(shù)控龍門銃床的結(jié)構(gòu) 設(shè)計及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。本文所述的移動式數(shù)控龍門銃床是指龍門框架作縱向移動的龍門銃床。移動 式龍門銃床的最大優(yōu)點是機床占地面積小并且動態(tài)響應(yīng)性能好。整個龍門銃床主 要包括橫縱向進(jìn)給機構(gòu)、立柱、橫梁、底座、工作臺等主要組部件。進(jìn)給機構(gòu)均 采用滾珠絲杠進(jìn)行傳動，并由伺服電機或齒輪齒條進(jìn)行驅(qū)動。關(guān)鍵詞 移動式龍門銃床；滾動導(dǎo)軌；滾珠絲杠AbstractGantry type numerical control machine is key equ

4、ipment in manufacturing industry today and the product is strategic material in developed industry country. This paper describes the NC milling roller, the overall design.Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machine's structure principle, the design feature, e

5、laborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machine's structural design and the examination, and have carried on the analysis.This paper described the mobile CNC mill

6、ing refers to longmen framework Vertical milling movement. The biggest advantage of milling roller is the machine cover an area of an area small and the dynamic response of the machine is goodhe whole gantry milling machine mainly includes horizontal vertical feed mechanism, column, beam and the bas

7、e, workbench, etc. Theeed mechanism takes ball screw or gear rack as drive machine, driven by servo motor.Keywords : Movable gantry CNC milling machine; rolling guide; ball screw前言龍門型數(shù)控機床主要用于對平面，孔和其他復(fù)雜型面進(jìn)行加工。在總體布局 上分為定龍門和動龍門兩種。其結(jié)構(gòu)形式則可分為定梁和動梁兩種類型。工作臺 移動龍門加工中心影響加工精度的因素涉及面廣，調(diào)整時互相有一定的干涉，但 因是整體的結(jié)構(gòu)所以相對穩(wěn)定性

8、較好，加工產(chǎn)品的精度有一定的保證。龍門移動 加工中心的工作臺承載能力大，不受上下工件的沖擊和其他因素而干涉變形，最 大的優(yōu)點是占地面積小，工件夾裝方便，可以按工作臺的實際有效長度來加工工 件。龍門式數(shù)控機床的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的實施，將具有很好的國內(nèi)外市場需求前景， 應(yīng)用領(lǐng)域為鐵路、航空、航天、橋梁、汽車、軍工、造船、化工、印刷、建筑、 能源、模具、機械、紡織等行業(yè)。本次設(shè)計內(nèi)容主傳動采用調(diào)速電機串聯(lián)機械式齒輪箱，采用主軸箱液壓平衡 系統(tǒng)，降低了 Z軸絲杠的磨損，提高了主軸箱部件的移動性能；采用了 HIWIN重 載荷滾動直線導(dǎo)軌，大大提高了機床的移動速度及動態(tài)響應(yīng)性能，保證了機床運 動精度的長期穩(wěn)定

9、；床身、工作臺、立柱、橫梁、滑鞍、主軸箱等大件均采用高 強度鑄鐵鑄造而成，經(jīng)多到工序消除應(yīng)力，不易變形，精度保持性好，工藝性高， 便于加工。xx大學(xué)畢業(yè)論文第1章龍門移動式數(shù)控機床總體方案設(shè)計數(shù)控機床的總體設(shè)計方案由以下部分組成：1 .技術(shù)參數(shù)設(shè)計：主要尺寸規(guī)格、運動參數(shù)（轉(zhuǎn)速和進(jìn)給范圍）動力參數(shù)（電 機功率，最大拉力）。2 .總體布局設(shè)計：相互位置關(guān)系、運動分析、外觀造型。1.1 設(shè)計要求技術(shù)參數(shù)1 .立柱跨距：3500mm2 .工作臺：3000 15000mm3 .行程：X 15000mm Y 3000mm Z 1000mm4 .加工進(jìn)給速度：1000mm/min5 .主軸箱轉(zhuǎn)速：1050

10、00rpm6 .定位精度：± 0.01mm要求高速高效，結(jié)構(gòu)簡單可靠，功能強大，性能穩(wěn)定，精度較高，可用于銃 削板材以及多種工件等。1.2 總體方案設(shè)計的主要內(nèi)容是龍門移動式銃床。移動龍門銃床的最大特點是：（1）造價便宜，容易制造生產(chǎn)。工作臺移動式，整機長度必須兩倍于縱向行程長度，而移動 式龍門銃床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可。（2）機床的動態(tài)響應(yīng)好。工作臺移動式龍門銃床采用的是固定龍門架，工作臺移動可以銃刀做切削 運動時更加穩(wěn)定，從而保證了加工精度和機床的響應(yīng)性能。整機分為床身、龍門、滑座、主軸箱、三軸進(jìn)給驅(qū)動機構(gòu)機械部分及相關(guān)數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設(shè)計過程中的重點闡述

11、如下：床身是本次設(shè)計工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計影響著對整機的設(shè)計，而且設(shè) 計的合理性直接影響到整機的剛度。床身的上平面即工作臺面設(shè)計有 10條T形槽, 為方便床身工作臺面和T形槽的精刨加工，槽完全貫通。床身和工作臺分開鑄造， 安裝調(diào)整后用螺釘緊固，保證剛性。床身用來安放滾動直線導(dǎo)軌副。導(dǎo)軌面設(shè)計 在床身上表面，通過精磨或鏟刮加工，保證平面度。龍門框架采用整體龍門架的設(shè)計概念，把橫梁與左右立柱設(shè)計成一體，雖然 使鑄造和裝配調(diào)整時的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主 軸箱、滑臺等部件有了裝配基準(zhǔn)?；_的設(shè)計是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照主軸的中心盡量貼 近橫梁上的導(dǎo)軌面為

12、原則，并把 Z軸驅(qū)動安裝位置設(shè)計在滑臺上，有效地減輕滑 臺的重量。設(shè)計進(jìn)給驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)思如下：由于工作臺長達(dá) 15米，不宜采用滾珠絲杠驅(qū) 動方式，所以X軸的進(jìn)給驅(qū)動機構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動直線導(dǎo)軌副。 Y軸與采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加滾動直線導(dǎo)軌副， 主軸箱的左右移動為Y軸， 為了保證Y軸的傳動精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動機與滾珠 絲杠直聯(lián)方式。主軸箱的上下垂直運動 Z軸采用滾珠絲杠副傳動。為了保護(hù) Z軸 進(jìn)給機構(gòu)的精度，還在滑臺上裝有兩個平衡油缸。其中平衡力Q等于主軸箱部件質(zhì)量的85%。使機床的整體進(jìn)給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進(jìn)給速度和進(jìn)給力得到最 佳匹配。圖1-1機床

13、總體方案設(shè)計圖1.3 本章小結(jié)這一章主要是按照畢業(yè)設(shè)計的要求對機床整體機械部分的設(shè)計，集中主要為床 身、工作臺、橫梁立柱以及三軸的進(jìn)給控制設(shè)計。下面的部分將展開論述。42第2章主傳動系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計要求：1 .具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。2 .具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3 .良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。2.2 無級變速主傳動系無級變速是指在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)變換的特點，從而獲取最 有利的切削速度。機床主傳動中常采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機、機械無級變速 裝置和液壓無級變速裝置?？紤]到本次設(shè)計的具體問題，采用變速電動機變速。 機床上通常使用的變速電動機

14、有直流復(fù)激電動機和交流變頻電動機，在額定轉(zhuǎn)速 以上為恒功率變速，通常調(diào)速范圍僅為 23,較?。活~定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩變速, 調(diào)速范圍很大，可達(dá)30甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機床的使用 要求。為了擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，在變速電動機和主軸之間串聯(lián)一個分級變速箱， 這種方式應(yīng)用于數(shù)控機床和大型機床當(dāng)中。同是也正好符合本次龍門移動式數(shù)控 機床的設(shè)計。2.2.1 功率選擇首先，根據(jù)切削力來計算大致所需的電機功率根據(jù)參考文獻(xiàn)，銃床切削力由下式計算：P = 11500ap.06af0.88D 0.13aW.9n 0.18z= 11500 X2O106 X0,2088 X100 0.13 X4000

15、.9 X400 0.18 X12=10149N可算得切削功率P0 =Fz x6000010149 X125.660000=20.3kw機床主傳動的功率P可由下式來確定:式中P機床主傳動的功率K一切削功率-主傳動鏈的總效率主傳動的總效率一般可取為 =0.700.85,數(shù)控機床的主傳動多用調(diào)速電機 和有限的機械變速來實現(xiàn)，傳動鏈比較短，因此，效率可以取較大值。主傳動中各傳動件的尺寸都是根據(jù)其傳動的功率確定的，如果傳動效率定的 過大，將使傳動件的尺寸笨重而造成浪費，電動機常在低負(fù)荷下工作，功率因數(shù) 太小從而浪費能源。如果功率定的過小，將限制機床的切削加工能力而降低生產(chǎn) 率。因此，要較準(zhǔn)確合適的選用傳

16、動功率。機床上常用的無級變速機構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動機，直流電動機從額定轉(zhuǎn) 速？?向上至最高轉(zhuǎn)速？?是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定 轉(zhuǎn)速？?向下至最低轉(zhuǎn)速？?是調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的，屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流 調(diào)速電動機是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動機的體積小，轉(zhuǎn)動 慣量小，動態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動機 高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機占有較大的優(yōu)勢， 鑒于此，本設(shè)計選用交流調(diào)速電動機。根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速4500r/min,最大切削功率21Kw,選才? BESK系列交 流主軸電動機，電機的最高轉(zhuǎn)速 ？?乎4

17、500 r/min,基本轉(zhuǎn)速？3= 1500 r/min,最低 轉(zhuǎn)速？?亓 45 r/min,功率 22Kw。2.2.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定1 .先確定機床主軸的計算轉(zhuǎn)速。由參考文獻(xiàn)對于大型機床，混合公比或無極調(diào)速的主軸計算轉(zhuǎn)速?= ?私?夕？?？?1.35帶入數(shù)據(jù)，計算轉(zhuǎn)速?= 10 X (5000/10) 0.35 = 88.03r/min對于數(shù)控機床，調(diào)速范圍比普通機床寬，計算轉(zhuǎn)速可以取高些，這里?。?=100r/min根據(jù)交流主軸電動機的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動機的包功 率轉(zhuǎn)速范圍?= 22?22?= 4500/1500 = 3而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍？?= ?必?>?

18、萬5000/100 = 50 ，遠(yuǎn)大 于交流主軸電動機所能提供的包功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機構(gòu)的方法來 擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。設(shè)計變速箱時，考慮到機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速 箱的公比？多籌于交流主軸電動機的恒功率調(diào)速范圍RdN,即？?)=?加?=3,功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的。2 .變速箱的變速級數(shù)：由于？?= ?/?= ?第-1所以，Z = 1 + lg?/lg?= 1 + lg16.7/lg3 = 3.5這里取Z=40考慮如果沒有一些特殊情況和要求，合理的轉(zhuǎn)速圖要遵循下列原則：(1)、前多后少”原則。(2)、前緊后松”原則。(3)、對直齒滑移齒輪變速組，

19、最高傳動比取 2,最低傳動比取1/4,最大變 速范圍為8。(4)、前緩后急”原則。(5)、變速組的傳動比盡量去E ,這里E取正整數(shù)。3 .擬定轉(zhuǎn)速圖如下：圖2-1轉(zhuǎn)速圖和功率圖4 .2.3確定各齒輪副的齒數(shù)：I II軸之間的傳動副共有2對，傳動比為1:1.6、1:4.47如果采用模數(shù)相同的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則三對傳動副的齒輪和相同查表可取SZ = 108.可以確定三個傳動副的齒數(shù)為1:1.6傳動副42 661:4.47 傳動副 20 88同理可確定Hm軸間的傳動副也有兩對，傳動比分別為1:3.55、2.24:1采用模數(shù)相同的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則三對傳動副的齒數(shù)和相同查表，齒數(shù)和取841: 3.55傳動副齒數(shù)取

20、24 862.24:1傳動副齒數(shù)取76 34主傳動系統(tǒng)圖如下:圖2-2主傳動系統(tǒng)圖2.2.4各軸尺寸的確定：傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復(fù)載 荷和扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的 變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)剛度軸的直徑，畫出

21、草圖后，再 根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。1 .各軸計算轉(zhuǎn)速的確定由前面的計算已知，主軸的計算轉(zhuǎn)速約為 88r/min,在轉(zhuǎn)速圖上，按照相應(yīng)的 傳動比找上去，可以確定II軸的計算轉(zhuǎn)速為 270r/min, I軸的計算轉(zhuǎn)速為1200r/min2 .計算各傳動軸傳遞的效率：其中？?= 0.995為滾動軸承的效率；？?= 0.97為齒輪傳動的效率。?乳=22Kw?= 22 X0.97 X 0.995 = 21.23Kw?= 22 X0.97 X 0.995 Xo.97 = 20.6Kw?= 22 X0.97 X 0.995 X0.97 X 0.995 = 19.89Kw3 .具體尺

22、寸參數(shù)的確定：主軸部件應(yīng)滿足的基本要求包括旋轉(zhuǎn)精度，剛度，抗震性，溫升和熱變形以 及精度保持性。其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括主軸前后軸頸直徑大小、主軸內(nèi)孔直徑、前 段懸伸量和主要支撐間的跨距。a、材料選取主軸采用45號鋼，調(diào)制處理。b、計算直徑根據(jù)功率P=22KW,查文獻(xiàn)得主軸前軸頸直徑？?=130160mm,??？=140mm,主軸后軸頸直徑？=（0.70.85） ? = 91119mm取 D2 = 105 mm主軸內(nèi)孔直徑的確定：D0.7Di + D2-=245d < 0.7D = 171mm5 mma、材料選取：采用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。b、查文獻(xiàn)得：Ao = 112,n = 270 r/min

23、d2 Y=11220.6270=38.9 mm取 d2 =45mm。軸Ia、材料選?。翰捎?5號鋼，調(diào)質(zhì)處理。b、查文獻(xiàn)得：Ao = 112,P=21.23Kwn = 1200 r/mind2% 21.23112 x3,1200=28.84 mm取 d2 =35mm。2.2.5各齒輪參數(shù)的確定查文獻(xiàn)得齒輪模數(shù)計算推算公式:N m = 323 nz其中N為功率，？秋計算轉(zhuǎn)速以成對的齒輪副中的小齒輪為例，對各個齒輪副，代入上述公式中求出其模21.23.m1 =323 = 2.79 取m1=31 1200 X20120.6可m2 = 323- = 4.19 取m2 = 4.52 V270 X242齒

24、寬B= ?其中？?取610。小齒輪齒寬比大齒輪寬 510mm。齒輪模數(shù)校核，以齒數(shù)Z=20的最小齒數(shù)齒輪校核為例即可（校核中文獻(xiàn)【1】 為 邱宣懷 主編機械設(shè)計（第四版）材料選擇：小齒輪40Cr,調(diào)制處理，硬度214-286HB,平均取260HB,大齒輪 45鋼，調(diào)制處理，229-286HB,平均240HB。轉(zhuǎn)矩6 P6 21.23=9.55X106 = 9.55 X106 義=55708 N - mmn1900由文獻(xiàn)【1】圖12.17c取接觸疲勞極限Him1 =710MpaH lim2 = 580 Mpa初步計算許用接觸應(yīng)力H2 0.9 Hlim2 = 0.9 X580 =522 Mpa校核

25、計算圓周速度diniX60 X1500,=4.71 m/s 60 X100060 X1000精度等級 由文獻(xiàn)【1】表12.6選8級精度由文獻(xiàn)【1】表12.9,取使用系數(shù)Ka = 1.1由文獻(xiàn)【1】表12.9,取動載系數(shù)Kv =1.12,由文獻(xiàn)【1】表12.10,求齒間載荷分配系數(shù)KhFt 二2T1 d12 X55708-=1857N 60KaE 1.1X1857=34.04N / mm < 100N / mmb 6011= 1.88 3.2() cosZ1 Z2,11 = 1.88 3.2() = 1.6820 884 1.68= 0.883Z =r由文獻(xiàn)【1】表12.11,求齒向載荷分

26、布系數(shù)_4b 2b 2_3Kh a B1 0.6()2()2 C?103bd1d11.17 0.161 0.6 12 12 0.61 10 3 601.38載荷系數(shù)K KaKvKh Kh 1.1 1.12 1.29 1.38 2.19由文獻(xiàn)【1】表12.12取彈性系數(shù)Ze 189.8 . MPa由文獻(xiàn)【1】圖12.16取節(jié)點區(qū)域系數(shù)Zh 2.5由文獻(xiàn)【1】表12.14SHmin 1.05總工作時間由文獻(xiàn)【1】式12.12得應(yīng)力循環(huán)次數(shù)th 10 300 16 0.2 9600hNli =60 nth = 60 X1 X900 X9600 = 5.18 X108Nl2 =NL2/i =2.59X

27、108由文獻(xiàn)【1】圖12.18得Zn1 = 1.02Zn2 = 1 .1則許用接觸應(yīng)力驗算H1 =H2 =hiZni710X1.02=760.41Sh min1.05H lim 2ZN 2580 X1.1=-=607.62SH min1.05=189.8 X2.5 X0.88 XX2.19 X55708 X5.47260 XS02 X4.47= 543.5 < 607.62齒根彎曲疲勞強度驗算0.750.75重合度系數(shù) Y=°.25 + = 0.25+ .=0.70由文獻(xiàn)【1】表12.10,齒間載荷分配系數(shù)KF =1Y =1 0.70 = 1.49b/h = 60/(2.25

28、X2.5) = 10.67由文獻(xiàn)【1】圖12.14取Kf = 1.18載荷系數(shù) K =KaKvKf Kf =1.1 X1.12 X1.43 X1.18 = 2.08，、一一，YFa1 =2.65由文獻(xiàn)【1】圖12.21得齒形系數(shù)Fa1YFa2=2.35，、一- Y 一，Ysai =1.57由文獻(xiàn)【1】圖12.22得應(yīng)力修正系數(shù)、: 彳彳Ysa2 =1.71Flim1 =600MPa由文獻(xiàn)【1】圖12.23c得彎曲疲勞極限小,口Fiim2 =450MPa由文獻(xiàn)【1】表12.14得彎曲最小安全系數(shù)SFmin = 1.25、山一Yn1=0.91由文獻(xiàn)【1】圖12.24得彎曲壽命系數(shù)、, 八八Yn2

29、=0.95由文獻(xiàn)【1】圖12.25得尺寸系數(shù)YX = 1許用彎曲應(yīng)力F1F1 =F2 =Flim1YN1Yx600 X0.91 X1SF minF lim2YN2YXSF min1.25= 682.5MPa450 XQ.95 X1 =342MPa1.252KTibd面g丫2 X2.08 X55708=cc “ 八X2.65 X1.57 X0.7 60 X60 X3驗算二 75MPa< F1 2KTiF2 =YFa2YSa2Ybd1m2 X2.08 X5570860 X60 那= 72.4MPa< X2.35 X1.71 X0.7F2 各齒輪參數(shù)的確定齒頂圓直徑da = (Zi +2

30、h*a )m ；齒根圓直徑df =(z1 2ha 2C )m ;分度圓直徑d = mz ；*齒頂局 ha = h am ；* 、齒根局 hf =(h a+c)m ；其中，h?R,?= 0.25B=?mXz ( ?=610)齒輪尺寸表(單位：mm)齒輪齒數(shù)模數(shù)分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒頂局齒根高1203606652.533.75252883264270256.533.75203423126132118.533.75254663198204190.533.75205764.5342351330.754.55.625306344.5153162141.754.55.625357244.5108

31、11796.754.55.625358864.5387396375.754.55.62530表2-1齒輪尺寸表2.2.6軸承的選擇與校核傳動軸軸承的選擇因為傳動軸只收到徑向力的作用，而不受軸向力的作用，故只需選擇深溝球軸承就夠了主軸軸承的選擇因為主軸箱的結(jié)構(gòu)較為簡單，級數(shù)也較低，主軸采用軸向后端定位的兩支承 主軸組件。前支承采用雙列圓柱滾子軸承和推力球軸承，后支承采用圓柱滾子軸 承。雙列圓柱滾子軸承用于承受主軸徑向力，推力球軸承全部用于承受軸向力軸承的校核校核n軸上的深溝球軸承為例。II軸裝軸承端直徑為 045,選用2系列的軸承，故軸承型號為 6208。軸承壽命的校核：軸承的預(yù)期計算壽命為：.

32、'_ILh = 48000 h軸承的基本額定壽命 可由文獻(xiàn)【1】式(18-7)計算：106 C16670 C 1Li0h =( ) = ( ) h60n P nP其中：C基本額定動載荷P當(dāng)量動載荷n 轉(zhuǎn)速£-對于球軸承，=3,對于滾子軸承， =10/3查得型號為6208的深溝球軸承的基本額定動載荷 C= 29.5KN。由文獻(xiàn)【1】式(18-5)可計算出軸承的當(dāng)量動載荷：P=fdFr載荷系數(shù) 可查文獻(xiàn)【11表18-8可得fd =1.21.8,取fd =1.2徑向載荷支反力Fr = 372.7 Ne取3代入公式可得所以可知P =fdF =1.2與72.7 =596 NLh1062

33、950060 X450 ( 596)3 = 4486720> Lh綜上所述，所選用的軸承符合要求。2.3本章小結(jié)本章內(nèi)容主要是設(shè)計了機床的主傳動系統(tǒng)，對于數(shù)控機床，由于主軸轉(zhuǎn)速要 求較高，采用調(diào)速電機，同時配搭齒輪箱來達(dá)到要求的調(diào)速范圍。其中主要介紹 了齒輪箱各重要部件的設(shè)計。第3章三軸進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計由于對于該次龍門移動式數(shù)控機床的設(shè)計，考慮到其工作臺尺寸為3X15m,且工作臺固定不動，X方向的運動為龍門框架沿著床身長度方向運動，由于行程 較長，驅(qū)動方面不宜采用滾珠絲杠，因為絲桿過長容易產(chǎn)生自重下垂，加重絲桿 的磨損，縮短其使用壽命，同時會大大影響機床運行時的精度和可靠性。所以，這里采

34、用雙邊消隙的齒輪齒條副來傳動。對于Y軸和Z軸，均可采用裝配滾珠絲杠的方法驅(qū)動。三軸的導(dǎo)軌均采用滾動直線導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌是在靜、動導(dǎo)軌面之間放置滾動體如滾珠、滾珠、滾針或者滾動導(dǎo) 軌塊來組成的導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌與滑動導(dǎo)軌相比，有如下優(yōu)點：摩擦系數(shù)小，動、 靜摩擦系數(shù)很接近，因此摩擦力小，啟動輕便，運動靈敏，不易爬行；磨損小， 精度保持性好，壽命長；具有較高的重復(fù)定位精度，運動平穩(wěn)；可采用油脂潤滑， 潤滑系統(tǒng)簡單。滾動導(dǎo)軌常用于對運動靈敏度要求較高的地方，如數(shù)控機床和機 器人或者精密定位微量進(jìn)給機床等。滾動導(dǎo)軌同滑動導(dǎo)軌相比，抗震性差，但可 以通過預(yù)緊方式提高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。由于三軸的進(jìn)給運動

35、都由帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)控制，所以都屬于伺 服系統(tǒng)。它是進(jìn)給伺服機床的一個重要組成部分，也是數(shù)控機床區(qū)別于一般機床 的重要存在部分。數(shù)控機床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為： 定位精度要高； 響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。1 .穩(wěn)定性所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量改變、啟動狀態(tài)或外界輸出量經(jīng)過幾次衰 減振蕩后，能夠迅速的穩(wěn)定在新的或原有的是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作的基本 條件。它包含絕對穩(wěn)定性（穩(wěn)定裕度）。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系適當(dāng)?shù)倪x擇系統(tǒng)的 機械參數(shù)（主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失氣參數(shù)，并使它們達(dá)到最佳匹配，是進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)2 .精度所謂進(jìn)給伺服系

36、統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的差 ），即準(zhǔn)確性。它 包含動態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜 態(tài)誤差，即元件誤差和干常用的精度指標(biāo)有定位精度、重復(fù)定位精度和輪廓跟隨 精度。來表示，定位誤差是指工作臺由一點移動到另一點時， 指令值的最大差值。 重復(fù)定位精度是指工作臺進(jìn)行一次循環(huán)動作后，偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)聯(lián)動時，實際運動軌跡與給的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù) 雜。采用數(shù)提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精度。3 .快速響應(yīng)特性所謂快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅 速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時間、傳動裝置的加速能力。它直接影響

37、機床的加工 精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度也越高。但響應(yīng)速度過快會造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)的不穩(wěn) 定。因此，對于點位控制的機床，主要應(yīng)保證定位精度，并盡量減少定位時間。 對于輪廓控制的機床，除了要求高的定位精度外，還要求良好的快速性及形成輪 廓的各運動坐標(biāo)伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的一致性。對于開環(huán)及半閉環(huán)的控制形式。主 要是應(yīng)滿足定位精度的要求，而對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，則主要是穩(wěn)定性問題。機床的位置調(diào)節(jié)對進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出了很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計方面有：1 .能夠克服摩擦力和負(fù)載；2 .很小的進(jìn)給位移量；3 .高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；4 .足夠的調(diào)速范圍，滿足快進(jìn)和工進(jìn)的

38、需要；5 .進(jìn)給速度均勻，在速度很低時，無爬行現(xiàn)象。在動態(tài)設(shè)計方面的要求有：1 .具有足夠的加速和制動轉(zhuǎn)距，以便快速地完成啟動和制動過程。2 .具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意地表面質(zhì)量；負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能小。本次課題的設(shè)計主要是對三軸進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械傳動部件的設(shè)計，主要集中 在導(dǎo)軌計算與選型，滾珠絲杠計算選型上面。設(shè)計過程基本要滿足以下要求：1 .被加速的運動部件具有較小的慣量；2 .高的剛度;3 .良好的阻尼；4 .傳動部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等方面具有盡可能 小的非線性。3.1 X軸導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動副的設(shè)計齒輪齒條傳動副參數(shù)的確定：

39、根據(jù)機床技術(shù)參數(shù)，X方向快移動速度為10m/min。進(jìn)給伺服電機電機轉(zhuǎn)速3000rpm。設(shè)計傳動齒輪的模數(shù)為4,則計算方案為： i i3000 X25 X4 X3.14 ><4><27= 10m/min導(dǎo)軌選擇：考慮立柱橫梁、滑鞍和主軸箱總重量在20t左右，應(yīng)該選擇滾柱型滾動直線導(dǎo) 軌。具體計算方案如下：圖3-1導(dǎo)軌水平受力計算示意圖上圖為X導(dǎo)軌受力圖。其中P為滑塊承受負(fù)荷。考慮安全系數(shù)和壽命時間換算公式：?=?x 103?=-?X60其中，？為壽命時間，以小時為單位。L為壽命，以長度(km)計算。且有L = (?/?3 x 50 km上式中，C為基本動額定載荷，P為工

40、作負(fù)荷。設(shè)導(dǎo)軌承重20t,使用壽命為100000h,算得基本動額定載荷為3 60? X ?3 60X 100000 X5?= ?t=(20 X9.8 +8) X/ 50X103 = 206kN基本靜額定載荷為?= ?/?= 4 X20 X 9.8/8 = 196kN根據(jù)相關(guān)技術(shù)手冊及資料，參考導(dǎo)軌型號為HIWIN RGW 65CC。3.2 Y軸導(dǎo)軌及滾珠絲杠的選型與計算基本條件滑鞍質(zhì)量：？=1000Kg主軸箱質(zhì)量：？劣=3000Kg行程長度：L=3000mm快移速度：10m/min=0.167m/s加、減速時間：t=0.15s加速度：a=V/t=1.1m/?使用壽命：100000h導(dǎo)軌面摩擦系

41、數(shù)：？?= 0.003 無負(fù)荷時：f=35N導(dǎo)軌設(shè)計：圖3-2水平導(dǎo)軌受力計算圖?4x 9.8 X 0.5?=2?2X 0.616.33kN?= ?/M°O?= 16.33 X0 x 100000 X350 X 103=116.2kN?= ?x ?= 4 X 16.33 = 65.32kN參考導(dǎo)軌型號為 HIWIN HGL 55CA滾珠絲杠的設(shè)計：導(dǎo)程計算：Vmax10m/minmaxPh = 10 mminmax0.5 X2000r/minmax平均轉(zhuǎn)速:?= 1000 X45% + 50 X35% + 100 X20% = 487.5rpm根據(jù)物理學(xué)知識，在去路和回路的加減速階段

42、，滾珠絲杠承受較大軸向力。一共可以分為四個過程：去路加速軸向負(fù)荷：? = ? + ?2)?+ ?+ (? + ?>)?= 0.003 X4000 X9.8 + 35+ 4000 X 1.1=4552.6N去路減速軸向負(fù)荷：? = ?2 + ?2)?+ ?2 (?2 + ?2)?2 B1 '2 / 2 回路加速軸向負(fù)荷：?3 = -?回程減速軸向負(fù)荷小于去路等速軸向負(fù)荷，故不作考慮。綜上可得，最大軸向力？?=4552.6N=464.55kgf查閱相關(guān)文獻(xiàn)，滾珠絲杠壽命的表示方法有兩種：以圈數(shù)計：?=(靜 X106其中，C為額定動載荷(kgf)以回轉(zhuǎn)次數(shù)換算成小時：? = 一 ?/

43、60由此可以推算出當(dāng)量載荷3 ；3 /105 X 487.5 X60?= ?x V(?/106) = 464.55 X V10= 6643.7kgf查閱相關(guān)技術(shù)手冊，參考滾珠絲杠選型為HIWIN FSV 80-10B3。3.3 Z軸導(dǎo)軌及滾珠絲杠的選型與計算基本條件主軸箱質(zhì)量：？=3000Kg行程長度：L=1000mm快移速度：10m/min=0.167m/s加、減速時間：t=0.15s加速度：a=V/t=1.1m/?使用壽命：100000h導(dǎo)軌面摩擦系數(shù)：？?= 0.003 無負(fù)荷時：f=35N導(dǎo)軌設(shè)計：圖3-3導(dǎo)軌垂直放置受力計算?2?=3X 9,8 X 0,4?=2X 0.69.8kN?

44、= ?絲粵=9.8 X50 X103X 100000 X2 50 X103=60.9kN?= 解?x?= 4 X9.8= 39.2kN參考導(dǎo)軌型號為 HIWIN HGL 45HA滾珠絲杠的設(shè)計：導(dǎo)程計算：c Vmax 10m/min “Ph = = 10mmh inmax 0.5 X2000r/minmax平均轉(zhuǎn)速:?= 1000 義 30% = 300rpm由Y軸滾珠絲杠計算經(jīng)驗，容易算出上升加速時有最大軸向負(fù)荷：? = ? ?= 3000 X9.8+ 3000 X 1.1 = 32700?= 3336.7kgf查閱相關(guān)文獻(xiàn)，滾珠絲杠壽命的表示方法有兩種：以圈數(shù)計：?=圖3 X106其中，C

45、為額定動載荷（kgf）以回轉(zhuǎn)次數(shù)換算成小時：?=?>< 60由此可以推算出當(dāng)量載荷=8744.6.7kgf3 -3 /105 x300 X60106?= ?X v(?/106) = 3336.7 xM查閱相關(guān)技術(shù)手冊，參考滾珠絲杠選型為HIWIN FSV 80-12B3。圖3-4滾珠絲杠示例圖圖3-5導(dǎo)軌示例圖3.4 滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠的安裝及使用注意事項：滾動導(dǎo)軌：（1）小心輕拿輕放，避免磕碰以影響導(dǎo)軌副的直線精度。不允許將滑塊拆離 導(dǎo)軌或超過行程又推回去。（2）正確區(qū)分基準(zhǔn)導(dǎo)軌副與非基準(zhǔn)導(dǎo)軌副。（3）認(rèn)清 導(dǎo)軌副安裝時所需的基準(zhǔn)側(cè)面。（4）當(dāng)使用接長導(dǎo)軌時，采用同一套導(dǎo)軌副編同

46、 一英文大寫字母，連續(xù)阿拉伯?dāng)?shù)字表示連接順序，對接端頭由同一阿拉伯?dāng)?shù)字相 連。（5）緊固螺栓時，建議采用包扭矩扳手并按規(guī)定推薦扭矩值進(jìn)行。（6）滾動直線導(dǎo)軌副的防護(hù)與潤滑：要注意工作環(huán)境與裝配過程中的清潔，不能有鐵屑、 雜質(zhì)、灰塵等粘附在導(dǎo)軌副上。若工作環(huán)境有粉塵時，除利用導(dǎo)軌的密封外，還 應(yīng)考慮增加防塵裝置。潤滑的主要目的是減小磨擦和磨損以防止過熱，破壞其內(nèi) 部結(jié)構(gòu)，影響導(dǎo)軌副的運動功能。當(dāng)滾動直線導(dǎo)軌副的運行速度為高速時（V>15m/min，推薦使用 N32 潤滑油（GGB443-84） ,40C 時 28.535.2cst,相當(dāng)于 舊標(biāo)準(zhǔn)的20號機械油，定期潤滑或接油管強制潤滑（如

47、下圖所示）。低速時（V<15m/min）推薦使用鋰基潤滑脂潤滑。滾珠絲杠：1.滾珠絲杠副僅用于承受軸向載荷。徑向載荷、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附 加表面接觸應(yīng)力等負(fù)荷，從而造成絲杠的永久性破壞。因此，滾珠絲杠副安裝到 機床時，應(yīng)注意：（1）絲杠的軸線必須和其配套導(dǎo)軌的軸線平行，機床的兩端軸 承座與螺母座必須三點成一線。（2）安裝螺母時，應(yīng)盡量靠近支撐軸承；（3）同 時，安裝支撐軸承時，應(yīng)盡量靠近螺母安裝部位。2.滾珠絲杠安裝到機床時，盡量不要把螺母從絲杠上卸下來，如果必須卸下 來時要使用輔助套，否則裝卸時滾珠有可能脫落。螺母裝卸時應(yīng)注意以下幾點：（1） 輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1-0.

48、2 mm （ 2）輔助套早使用中必須靠緊絲杠螺紋軸 肩；（3）裝卸時，不可使用過大力以免螺母損壞；（4）裝入安裝孔時要避免撞擊 和偏心。3 .滾珠絲杠副在使用時應(yīng)注意以下事項：（1）滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運動， 必要時在行程兩端配置限位，以免螺母約程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。（2）滾珠絲杠副由于傳動效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動使，如部件重量未加 平衡，必須防止傳動停止或電機失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?。?）滾珠絲杠副正常工作環(huán)境溫度為± 60C4 .潤滑和防塵：為使?jié)L珠絲杠副充分發(fā)揮機能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑， 潤滑的方式主要有以下兩種：（1）潤滑脂；潤滑脂的給脂量一

49、般是螺母內(nèi)部空間 容積的1/3,滾珠絲杠副出廠時在螺母內(nèi)部已經(jīng)加注 GB7324-942#鋰基潤滑脂。 （2）潤滑油運動粘度28. 5 74cst（400T）的潤滑油，給油量隨使用條件等的不同 而有所變化。滾珠絲杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨損，成為破損 的原因。因此，考慮有污物異物進(jìn)入時，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護(hù) 起來。另外，如沒有異物，但有浮沉?xí)r可以在滾珠螺母兩端增加防塵圈。5 .5本章小結(jié)本章主要是對三軸滾珠絲杠和導(dǎo)軌進(jìn)行計算和選型，這樣基本確定了進(jìn)給傳 動要求。最后介紹了絲杠導(dǎo)軌使用時的注意事項。第4章其他有關(guān)零部件設(shè)計4.1 床身設(shè)計4.1.1 床身設(shè)計的

50、基本要求機床的床身是整個機床的基礎(chǔ)支持件，一般用來放置導(dǎo)軌，主軸箱等重要部 件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的 要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應(yīng)有高的靜、動剛度，更好的抗振性。一、對數(shù)控機床的床身主要在以下 3個方面提出了更高的要求：1 .很高的精度和精度保持性在床身上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導(dǎo)軌面，這些面本身的精 度和相互位置精度要求都很高，而且要長時間保持。另外，機床在切削加工時， 所有的靜、動載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身受力很復(fù)雜。為此，為保 證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外， 還需要滿足靜、動

51、剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術(shù)要求。2 .應(yīng)具有足夠的靜、動剛度靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng) 的措施，最后達(dá)到有較高的剛度-質(zhì)量比。動剛度直接反映機床的動態(tài)性能，為了 保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振 動的能力，可以通過適當(dāng)?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振 動而產(chǎn)生噪音。3 .較好的熱穩(wěn)定性對數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題, 必須在設(shè)計上要做到使整機的熱變形小，或使熱變形對加工精度的影響小。熱變 形將直接影響機架的原有的精度，從而是產(chǎn)品精度下降，如立軸矩臺平

52、面磨床， 立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結(jié)果磨出的零件工作表面與安裝基面 不平行；有導(dǎo)軌的機架，由于導(dǎo)軌面與底面存在溫差，在垂直平面內(nèi)導(dǎo)軌將產(chǎn)生 中凸或中凹熱變形。因此，床身結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使熱變形盡量小。二、床身機架設(shè)計的一般要求 ：1）在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)要求輕、成本低；2）抗振性好。把受迫振動振幅限制在允許范圍內(nèi)；3）躁聲小；4）溫度場分布合理，熱變形對精度的影響??；5）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工；6）結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件；7）有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好；8）造型好。使之既適用經(jīng)濟(jì)，有美觀大方。4.1.

53、2 具體設(shè)計內(nèi)容及步驟：對于龍門移動式機床，床身部分要承受整個立柱橫梁以及滑鞍和主軸箱的部分 的重量。同時，床身表面還要安放 X軸方向滾動直線導(dǎo)軌。床身采用鑄件整體鑄 出，具體加工設(shè)計的考量主要集中在以下兩個方面：截面形狀由于所設(shè)計機床屬于大型和重型機床，采用雙層壁結(jié)構(gòu)床身，以便進(jìn)一步調(diào) 整剛度。圖4-1床身截面圖肋板和肋條的布置：肋板是連接支承件四周外壁的內(nèi)板，它能使支承件外壁的局部在和傳遞給其 他壁板，從而使整個支承件承受載荷，加強支承件的自身和整體剛度。這里采用 正方形布置，能夠提高支承件垂直平面內(nèi)的抗彎剛度。壁厚的選擇：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，鑄鐵件的外壁厚可以根據(jù)當(dāng)量尺寸C來確定。當(dāng)量尺寸C可由下式確定：C=(2L+B+H)/3式中L、B、H分別為支承件的長、寬、高。根據(jù)算出的C值查表格選擇最小壁厚t,再綜合考慮工藝條件，受力情況，可 適當(dāng)增加壁厚。壁厚應(yīng)盡量均勻。經(jīng)過計算，選擇床身壁厚為500,肋板厚為400。4.2 工作臺的設(shè)計機床工作時，工作臺不動。其尺寸為 3000X15000O設(shè)計T型槽數(shù)量為10。壁厚和肋板選擇原則上，與床身設(shè)計原理相同。由于工作臺稱重不及床身大，所以壁厚的選擇與床身相比可以適當(dāng)縮小。設(shè)計工作臺截面形狀如圖：圖4-2工作臺截面圖4