畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)

I簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)摘要本次所選的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，在此次設(shè)計(jì)中充分利用本專業(yè)所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化方面的知識(shí)，根據(jù)所選定的相關(guān)參數(shù)為線索圍繞著主軸電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的選擇進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)和計(jì)算。此次設(shè)計(jì)的銑床主要用于日常教學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，因而加工精度的要求不高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便拆卸，易于維修。為了利于推廣和使用，采用特殊的中空式立柱和底座，可以有效降低整個(gè)機(jī)床的質(zhì)量和體積，方便搬運(yùn)到不同教室進(jìn)行使用。本次設(shè)計(jì)為了保證機(jī)床在切削木料或者玻璃時(shí)的加工精度，我采用了導(dǎo)軌、滾珠絲杠和工作臺(tái)一體的伺服驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。通過(guò)此次設(shè)計(jì)讓我對(duì)數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步的了解，也讓我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更深的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床，步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲杠全套圖紙加V信153893706或扣3346389411

ABSTRACTTheselectedgraduationdesigntopicisthedesignofsimpleTeachingCNCmillingmachine.Inthisdesign,wemakefulluseofthemechanicaldesignandautomationknowledgelearnedinthismajor,andcarryoutaseriesofdesignandcalculationaroundtheselectionofspindlemotorandsteppingmotoraccordingtotheselectedrelevantparametersasclues.Themillingmachinedesignedinthispaperismainlyusedinthedailyteachingofexperimentalinstruments,sotherequirementsofprocessingaccuracyarenothigh,thestructureissimple,easytodisassemble,easytomaintain.Inordertofacilitatethepromotionanduse,thespecialhollowcolumnandbasecaneffectivelyreducethequalityandvolumeofthewholemachinetool,andfacilitatethetransporttodifferentclassroomsforuse.Inordertoensurethemachiningaccuracyofthemachinetoolwhencuttingwoodorglass,thisdesignadoptsthestructureofservodrivewhichintegratesguiderail,ballscrewandworktable.Throughthisdesign,IhaveafurtherunderstandingofthestructureofCNCmillingmachine,andalsohaveadeeperunderstandingofmechanicaldesign.KEYWORDS:CNCmillingmachine,Steppermotor,Ballscrew目錄摘要 IABSTRACT II一、緒論 11.1課題的來(lái)源 11.2課題的背景和意義 11.3數(shù)控銑床的發(fā)展?fàn)顩r 21.4數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢(shì) 2二、總體方案設(shè)計(jì) 42.1銑床類型選擇 42.2銑床各項(xiàng)技術(shù)要求參數(shù)的確定 42.3系統(tǒng)方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 4三、傳動(dòng)電機(jī)的選擇計(jì)算 63.1進(jìn)給時(shí)切削力的計(jì)算 63.1.1切削時(shí)圓周力Fc的確定 63.1.2切削時(shí)軸向力Fo得確定 73.1.3主軸平面合力Fr的確定與切削力矩的計(jì)算 73.2主軸電機(jī)的選擇 73.2.1系統(tǒng)中的各要求參數(shù)確定 83.2.2主電機(jī)的確定 83.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 93.3.1步距角的確定 93.3.2絲杠在不同軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 93.3.3步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載校核計(jì)算 11四、系統(tǒng)中主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 134.1主軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算 134.1.1主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 134.1.2主軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 144.2軸承的選擇與校核計(jì)算 164.2.1軸承的選擇計(jì)算 164.2.2軸承的校核計(jì)算 174.3滾珠絲杠的選擇計(jì)算 184.3.1軸向壓力的確定 184.3.2絲杠最大動(dòng)負(fù)荷的計(jì)算 184.3.3剛度校核 194.4其他部分的選用和設(shè)計(jì) 194.4.1導(dǎo)軌的選用 194.4.2底座的設(shè)計(jì) 204.4.3工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 204.4.4立柱的設(shè)計(jì) 204.4.5其他部件的選用 20五、銑床的潤(rùn)滑和密封 215.1銑床的潤(rùn)滑 215.2銑床的密封 21總結(jié) 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24

一、緒論1.1課題的來(lái)源隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和綜合國(guó)力的提高，越來(lái)越多的大學(xué)生涌入校園來(lái)提高自身素質(zhì)，老師在日常教學(xué)中關(guān)于數(shù)控機(jī)床方面的知識(shí)講述的都比較抽象，難免會(huì)有大部分同學(xué)會(huì)感到迷惑，因此需要借助實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作來(lái)對(duì)老師講授的課本知識(shí)進(jìn)行深化理解從而得到良好的教學(xué)效果。但是大部分的數(shù)控機(jī)床體積大，不易于搬動(dòng)、價(jià)格昂貴、軟硬件的條件也不允許，無(wú)法應(yīng)用于日常的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。為解決這樣問(wèn)題設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于搬動(dòng)、功能齊全，且能夠完成日常教學(xué)需要的簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床顯得尤為重要。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，會(huì)把我在大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行全面的綜合與深化，以達(dá)到自我提高和自我進(jìn)步的目的。1.2課題的背景和意義數(shù)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)工作的核心技術(shù)，是現(xiàn)代化機(jī)械制造的核心，也與我國(guó)的戰(zhàn)略地位和綜合國(guó)力的提升有著密不可分的聯(lián)系。數(shù)控技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用不僅極大地解放了我國(guó)的勞動(dòng)生產(chǎn)力，也使制造業(yè)的先進(jìn)程度變?yōu)楹饬课覈?guó)工業(yè)化程度的重要指標(biāo)。數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣泛，數(shù)字化發(fā)展符合世界發(fā)展的潮流，我們身邊處處都有著數(shù)控技術(shù)，在不知不覺(jué)中走進(jìn)了我們的生活，與我們密不可分。數(shù)控銑床是指銑床通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)不同數(shù)字代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)銑床進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床。數(shù)控銑床和普通銑床結(jié)構(gòu)有些相似，兩者加工零件時(shí)的加工工藝也基本相同，但是數(shù)控銑床依靠程序控制來(lái)對(duì)工件進(jìn)行加工，所以應(yīng)用數(shù)控銑床會(huì)降低勞動(dòng)成本，提升生產(chǎn)效能，提高產(chǎn)品的合格率。當(dāng)今教學(xué)設(shè)備是制約當(dāng)代數(shù)控技術(shù)教學(xué)質(zhì)量的首要問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，因此進(jìn)行了簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)，完成了簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床的方案選擇、主要機(jī)械部件或零件的選擇和計(jì)算。本次設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1.銑床不是很沉，方便同學(xué)或老師搬動(dòng)。2.考慮到老師實(shí)驗(yàn)室和講臺(tái)空間問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)的銑床占地面積較小。3.考慮到日常教學(xué)，此次設(shè)計(jì)的銑床基本能夠勝任相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)任務(wù)?？煽闯霰敬卧O(shè)計(jì)十分適合普通的日常課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠極大地提高教學(xué)質(zhì)量，對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)方面人才的培養(yǎng)有著極大地幫助。1.3數(shù)控銑床的發(fā)展?fàn)顩r當(dāng)世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在世界上問(wèn)世，當(dāng)時(shí)大多數(shù)人不會(huì)認(rèn)為計(jì)算機(jī)會(huì)代替人腦，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)逐漸顯示出可以代替部分人腦，并且可以幫助人們減輕一些勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，使人們逐步走進(jìn)信息社會(huì)。隨著計(jì)算機(jī)逐步的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)也被應(yīng)用到了機(jī)床上，在1952年，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)控機(jī)床在美國(guó)誕生。從那以后，隨著數(shù)控系統(tǒng)的逐步發(fā)展，生產(chǎn)效率逐步提高，解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力，簡(jiǎn)化了機(jī)床的操作流程，對(duì)工人的個(gè)人素質(zhì)也逐步提高。20世紀(jì)50年代初，第一臺(tái)具有數(shù)控（NC）的計(jì)算機(jī)被創(chuàng)造了出來(lái)，當(dāng)時(shí)最先研制的計(jì)算機(jī)僅僅只擁有算數(shù)的能力，并且運(yùn)算速度不快，無(wú)法對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行素質(zhì)化處理，因此無(wú)法做到對(duì)機(jī)床進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。為了解決這一問(wèn)題，人們發(fā)明出一種機(jī)床專用計(jì)算機(jī)，使用這種機(jī)床專用計(jì)算機(jī)充當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)，因而早期的數(shù)控（NC）就由此誕生了。跟隨計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。到20世紀(jì)70年代，小型計(jì)算機(jī)的使用開(kāi)始多了起來(lái)，它就成為了數(shù)控系統(tǒng)核心的不二選擇，數(shù)控得到了新一步的發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，在1971年先進(jìn)的研究者們研制出了計(jì)算機(jī)的核心部件微處理器。緊接著三年后，微處理器就開(kāi)始應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)之中。微處理器為通用計(jì)算機(jī)的核心部件，而通用計(jì)算機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，仍稱它為計(jì)算機(jī)數(shù)控。到了20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)的功能得到了很大的提升，計(jì)算機(jī)產(chǎn)量得到進(jìn)一步提高，個(gè)人計(jì)算機(jī)也由此而來(lái)。此時(shí)的個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)符合做數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，數(shù)控系統(tǒng)從此開(kāi)始進(jìn)入了基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)代。1.4數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢(shì)銑床的生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的高檔銑床被生產(chǎn)出來(lái)并廣受各機(jī)械加工廠的搶購(gòu)，各個(gè)機(jī)床生產(chǎn)廠生產(chǎn)的高端銑床在整個(gè)市場(chǎng)中售出的比例越來(lái)越成為各個(gè)機(jī)床廠重要的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)。高端銑床的廣泛應(yīng)用，在去年第一季度，我國(guó)對(duì)機(jī)床工具相關(guān)產(chǎn)品的進(jìn)口比例比以往增加了60%，進(jìn)口比例比以往有了很大的提高?？芍覈?guó)市場(chǎng)對(duì)于高檔機(jī)床的需求還是非常大的。在近幾年，中低檔機(jī)床的市場(chǎng)占有比例持續(xù)下降，在這種趨勢(shì)下我們務(wù)必要提高一下中低檔機(jī)床的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)我的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，限制中低檔機(jī)床的因素有以下幾點(diǎn)：1.中低檔機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量偏低，成本偏高2.對(duì)于主要的數(shù)控系統(tǒng)和主要的機(jī)床功能部件大多數(shù)掌握在外國(guó)人手里3.技術(shù)研發(fā)手段不夠成熟對(duì)于目前解決上述問(wèn)題十分重要，高檔機(jī)床的市場(chǎng)固然重要，中低檔機(jī)床在整個(gè)市場(chǎng)中起的作用也不能忽視?，F(xiàn)在我國(guó)各個(gè)機(jī)床制造廠都在抓緊在國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)，并想盡辦法來(lái)提高中低檔機(jī)床的質(zhì)量，在保證中低檔機(jī)床擁有原來(lái)功能的基礎(chǔ)上并可以根據(jù)技術(shù)的發(fā)展用增加某一零部件而進(jìn)行自我更新的能力，因而間接會(huì)使售后服務(wù)業(yè)得到發(fā)展。因此，當(dāng)代數(shù)控機(jī)床正向高速高效、高精度、高可靠性、多軸化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色化的方向平穩(wěn)發(fā)展。

二、總體方案設(shè)計(jì)2.1銑床類型選擇銑床的類型繁多，通常以不同的布局方式和產(chǎn)品加工數(shù)量范圍來(lái)給予區(qū)分：1.升降臺(tái)銑床:工作臺(tái)是可以朝三個(gè)主要坐標(biāo)軸進(jìn)行進(jìn)給的銑床，主要有三種形式：萬(wàn)能式、臥式和立式，中小機(jī)械零件可以選擇這類機(jī)床加工。2.龍門銑床：龍門銑床可根據(jù)加工對(duì)象的不同可以劃分為龍門鏜銑床和龍門刨銑床，要是加工精度要求很高的大型零件可以選擇龍門銑床，還可以對(duì)大型零件進(jìn)行成批生產(chǎn)。3.工作臺(tái)水平移動(dòng)銑床：可根據(jù)工作臺(tái)樣式的不同可劃分為矩形工作臺(tái)水平移動(dòng)銑床和圓形工作臺(tái)水平移動(dòng)銑床，加工過(guò)程是通過(guò)工作臺(tái)的平面運(yùn)動(dòng)和銑刀沿著立柱上下移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。4.儀表銑床：儀表銑床是一種小型的數(shù)控銑床，主要是用來(lái)加工測(cè)量?jī)x器和小型零部件的銑床。由于本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床主要用于教學(xué)（例如在木板上畫圖形），所以選擇工作臺(tái)水平移動(dòng)這種類型的銑床。臥式銑床的主軸是水平布置的，而立式銑床的主軸是垂直布置的，為了使在教學(xué)過(guò)程中切換刀具方便，因此最終確定使用工作臺(tái)水平移動(dòng)銑床中的立式銑床類型。2.2銑床各項(xiàng)技術(shù)要求參數(shù)的確定表2-1簡(jiǎn)易型教學(xué)數(shù)控銑床技術(shù)要求參數(shù)坐標(biāo)軸數(shù)3聯(lián)動(dòng)方式X與Y方向聯(lián)動(dòng)控制精度0.01mm定位精度0.02mmX軸行程115mmY軸行程95mmZ軸行程35mm操作方式手動(dòng)和自動(dòng)程序輸入方式鍵盤或USB接口銑刀夾具要求低2.3系統(tǒng)方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)在整個(gè)銑床中，銑床是由各個(gè)小部分組合而成，只有確定了設(shè)計(jì)的機(jī)床擁有如何的性能才能對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的銑床為三個(gè)方向可以做直線運(yùn)動(dòng)的銑床，因此可以通過(guò)使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)作為位移控制的電機(jī)，并且使用直線導(dǎo)軌來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向和支撐，考慮到使用要求方面的因素，因此我們選擇步進(jìn)電機(jī)。為了保證位移的控制精度，為此我選擇使用絲杠-螺母機(jī)構(gòu)。在銑床工作的過(guò)程中，還要保證各軸向運(yùn)動(dòng)精度，因此我們還要添加導(dǎo)向裝置。我們使用如圖2-1的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，為了簡(jiǎn)化銑床結(jié)構(gòu)，減少傳動(dòng)過(guò)程中的能量損失，我們采用步進(jìn)電機(jī)只經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)械部件直接與滾珠絲杠相聯(lián)接的方案，并直接將電動(dòng)機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)換成了滾珠絲杠的水平運(yùn)動(dòng)。為了使工作臺(tái)在各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)更加準(zhǔn)確，我們將工作臺(tái)與螺母焊接在一起放在導(dǎo)軌上，使兩者一塊運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)導(dǎo)軌的導(dǎo)向與支撐的作用實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求。綜上所訴，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)降低成本，我們使用各運(yùn)動(dòng)軸直接受電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，而Z軸方向的進(jìn)給方案采用直流步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方案，采用的系統(tǒng)工作圖如圖2-2所示。圖2-1運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖2-2銑床系統(tǒng)工作原理框圖

三、傳動(dòng)電機(jī)的選擇計(jì)算電動(dòng)機(jī)是機(jī)器運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源泉，將電能轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能來(lái)帶動(dòng)整個(gè)機(jī)床工作，電動(dòng)機(jī)種類繁多，如何在眾多電動(dòng)機(jī)中選擇適用的電動(dòng)機(jī)是本章主要研究的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)被加工的材料主要是木材或玻璃，為了提高機(jī)器的使用性能，我按照進(jìn)行銑削玻璃的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1進(jìn)給時(shí)切削力的計(jì)算銑床在進(jìn)行工作時(shí)用于切削時(shí)的圓周力會(huì)消耗銑床大量的功率，銑床的刀具在工作時(shí)不僅會(huì)有圓周切削力Fc，還會(huì)有徑向切削力FW與軸向切削力Fo（a）（b）（c）（d）圖3-1銑刀受力圖3.1.1切削時(shí)圓周力Fc的確定查《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》得F查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：Cf=160，ae=df=5mm，ap=1mm；通過(guò)最初方案選定銑床的進(jìn)給速度af為查《機(jī)械制造工藝手冊(cè)》得a3.1.2切削時(shí)軸向力Fo得確定刀具在切削毛坯時(shí)會(huì)存在軸向力Fo，F(xiàn)o的大小與刀具自身螺旋角β的大小有關(guān)，β愈大刀具切削毛坯的軸向力就越大。在計(jì)算軸向力時(shí)，需要將摩擦力Ft計(jì)算在內(nèi)，由圖3-1（c）可知FF假設(shè)β為45F綜上，F(xiàn)3.1.3主軸平面合力Fr的確定與切削力矩的計(jì)算由圖3-1（d）此合力Fr由水平方向上的Ff和垂直方向上的FfnFr=查《機(jī)械手冊(cè)》得順銑公式：Ffn=（0.75~0.80）Fc，F(xiàn)fFfn=（58.4~62.3）N，F(xiàn)f=可得：Fr=（85.4~93.8）綜上可得：Fr=可算的切削力矩Fp取的刀具直徑為6mmF=89.6×3×=0.273.2主軸電機(jī)的選擇選用方案時(shí)選用主電機(jī)通過(guò)某一部件直接刀具主軸相聯(lián)接的方案，因此我設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮到滿足使用要求還要盡可能的去節(jié)約制造成本，所以我們要合理的選擇使用的主電機(jī)。3.2.1系統(tǒng)中的各要求參數(shù)確定表3-1系統(tǒng)各要求參數(shù)脈沖當(dāng)量δ0.01mm滾珠絲杠直徑12mmX，Y軸最大進(jìn)給速度600mm/minZ軸最大進(jìn)給速度400mm/min絲杠導(dǎo)程T2mm絲杠公稱直徑d12mm水平最大切削力89.6N垂直切削力15.4N工作臺(tái)質(zhì)量2KGZ軸刀架總質(zhì)量0.4KG3.2.2主電機(jī)的確定本次設(shè)計(jì)的教學(xué)銑床，主軸轉(zhuǎn)速n=3000r/min，切削時(shí)立銑刀刀具直徑dr=6mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得求切削速度VVc=2切削功率PcPc在銑床實(shí)際工作中，P主P通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，P主轉(zhuǎn)化為Pc的效率為0.7~0.85為0.85，由此可通過(guò)以下公式得出P主P主=從滿足額定功率和盡量減輕主電機(jī)重量方面考慮，我們選用型號(hào)為57BL—1030H1—LS—B的無(wú)刷直流電機(jī)，其各參數(shù)如表3-2所示。表3-2主電機(jī)參數(shù)額定功率額定電壓額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩極對(duì)數(shù)重量100W220V3000r/min0.32N?m0.64N?m0.01N?m50.8kg3.3步進(jìn)電機(jī)的選擇3.3.1步距角的確定因?yàn)槲覀冞x擇電機(jī)與絲杠直接聯(lián)接的方案，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)差得:傳動(dòng)比i=1，通過(guò)以下公式可將步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角求出:每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)S為：S=Tsp/（i×δ）=0.2/（1×0.01）=200（脈沖/r步距角α為：α=360。/S=360。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，選用步距角為1.5。3.3.2絲杠在不同軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（I）X軸軸向伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1）X軸絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算本設(shè)計(jì)中選用的絲杠直徑d0=12mm，X軸軸向絲杠長(zhǎng)度為0.2m，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知該絲杠的密度為ρ=7.85×103kg/cm3Jwx=2)X軸軸向工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算已知δ=0.01mm，α=1.5°，MG=0.3kg，通過(guò)以下公式可計(jì)算出X軸軸向工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小為nmx=Jwy=MG?Vfx/（4π2?nmxJwy=綜上可得X軸軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=1.824×（II）Y軸軸向伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1）Y軸絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算本設(shè)計(jì)中選用的絲杠直徑d0=12mm，X軸軸向絲杠長(zhǎng)度為0.16m，查設(shè)計(jì)手冊(cè)可知該絲杠的密度為ρ=7.85×103kg/cm3Jwy=π×2）Y軸軸向工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算已知δ=0.01mm，α=1.5°，MG=0.3kg，通過(guò)以下公式可計(jì)算出Xnmy=Jsy=MG?Vfx/（4π2?nmxJsy=綜上可得X軸軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=1.824×（III）Z軸軸向伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1）Z軸絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算本設(shè)計(jì)中選用的絲杠直徑d0=12mm，X軸軸向絲杠長(zhǎng)度為0.16m，查設(shè)計(jì)手冊(cè)可知該絲杠的密度為ρ=7.85×103kg/cm3Jwy2)Z軸軸向刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算已知δ=0.01mm，α=1.5°，MG=0.4kg，通過(guò)以下公式可計(jì)算出Xnmy=Jsy=MG?Vfz/（4π2?nm）Jsy=綜上可得X軸軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=1.216×3.3.3步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載校核計(jì)算（I）X軸軸向等效轉(zhuǎn)矩計(jì)算1）X軸方向上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tμx查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得選用導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)μ=0.15，摩擦力FxT=2）X軸方向上切削當(dāng)量轉(zhuǎn)矩TFx通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算已知水平方向上最大切削力Fr為86.9N，通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知絲杠傳動(dòng)時(shí)會(huì)有部分功損失，因此我們?nèi)〗z杠的傳動(dòng)效率ns為0.6，因此X軸切削當(dāng)量轉(zhuǎn)矩T綜上，X軸方向上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TxT（II）Y軸軸向等效轉(zhuǎn)矩計(jì)算1）Y軸方向上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tμy查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得選用導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)μ=0.15，摩擦力FyT=2）Y軸方向上切削當(dāng)量轉(zhuǎn)矩TFy通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算已知水平方向上最大切削力Fr為86.9N，通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知絲杠傳動(dòng)時(shí)會(huì)有部分功損失，因此我們?nèi)〗z杠的傳動(dòng)效率ns為0.6，因此X軸方向上切削當(dāng)量轉(zhuǎn)矩T綜上，Y軸方向上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TyT（III）Z軸軸向等效轉(zhuǎn)矩計(jì)算1）Z軸方向上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tμz因?yàn)樵赯軸方向上方向上為垂直式刀架因此導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0，有：T=2）Z軸方向上切削當(dāng)量轉(zhuǎn)矩TFz通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算已知水平方向上最大切削力Fo為15.4N，通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知絲杠傳動(dòng)時(shí)會(huì)有部分功損失，因此我們?nèi)〗z杠的傳動(dòng)效率ns為0.6，因此Z軸方向上切削當(dāng)量轉(zhuǎn)矩T綜上，Z軸方向上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TzT為了滿足各方向上的等效轉(zhuǎn)矩要求，我們選用最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax=0.196N?m，在2800HZ時(shí)轉(zhuǎn)矩是0.064N?m、最大工作臺(tái)速度為0.028m/s因?yàn)閄軸Y軸方向上計(jì)算結(jié)果相同，因此這兩個(gè)方向我們可一塊研究。當(dāng)工作臺(tái)的速度低于0.028m/s時(shí)，X軸與Y軸的等效轉(zhuǎn)矩明顯低于電機(jī)轉(zhuǎn)矩，即0.058N當(dāng)工作臺(tái)是從靜止經(jīng)10秒加速到Vfx=600mmTαx=2π（因?yàn)?.059N當(dāng)Z軸刀架從靜止經(jīng)10秒加速到Vfx=500mmTαz=2π（因?yàn)?.052N因此，可以使用已選定的電機(jī)。四、系統(tǒng)中主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算4.1主軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算主軸在機(jī)械設(shè)備中扮演著人身體內(nèi)的“骨骼”，它的結(jié)構(gòu)尺寸、制造精度、材料及其熱處理等對(duì)整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)都有很大的影響。數(shù)控銑床主軸的設(shè)計(jì)會(huì)隨著機(jī)床的不同和要求的功能不同而不同。4.1.1主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算I）主軸最小直徑dmin已知主軸傳遞的額定功率N為0.08635KW，ni=3000r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知A=109，又因?yàn)镹<nid≥1094N為了方便設(shè)計(jì)取dII）主軸各分段尺寸的確定I段：我們以I段為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，此段需要攻M14×1.5的螺紋與相應(yīng)的圓螺母配合，內(nèi)部還需要鉆孔為了與電機(jī)軸進(jìn)行連接，因此我們?cè)O(shè)計(jì)IdI=?12II段：此段需要放置型號(hào)為7002AC角接觸球軸承，并通過(guò)主軸座進(jìn)行固定，因此設(shè)計(jì)II段為：dII=?15III段：起連接作用，并由實(shí)際設(shè)計(jì)來(lái)確定，因此設(shè)計(jì)此段為：dIII=?14IV段：此段需要放置型號(hào)為7002AC角接觸球軸承，并通過(guò)軸肩與主軸座進(jìn)行固定，因此設(shè)計(jì)IV段為：dIV=?15V段：此段為軸肩，此段高度h=（0.07dI+3）~（0.1dI+5）=3.8~dV=?18VI段：此段需要與銑床夾頭相配合，因此長(zhǎng)度大小要小于銑床夾頭的長(zhǎng)度，通過(guò)1：20軸的莫氏錐度與夾具頭錐面配合來(lái)限制上下移動(dòng)的自由度，以達(dá)到固定的作用。因此設(shè)計(jì)VI段為：dVI=?18VII段：通過(guò)最初計(jì)算已知dmin=8mm，此段處于銑床夾具頭內(nèi)，此處長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，dVII=?8綜上，主軸的形狀尺寸如圖4-1：圖4-1主軸形狀尺寸圖4.1.2主軸的強(qiáng)度校核計(jì)算I）徑向載荷與軸向載荷計(jì)算通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得Cf=158，ae=5mm，ap=1mm，aF=查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：徑向載荷F軸向載荷FII）外力分析通過(guò)分析可知，軸上的外力主要通過(guò)軸承來(lái)承受，可知各點(diǎn)處的大小為：F軸的外力圖如圖4-2所示 圖4-2主軸的外力圖III）內(nèi)力分析通過(guò)分析外力圖，我們可知主軸受到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲拉應(yīng)力，只研究扭轉(zhuǎn)得可知扭矩圖如圖4-3所示圖4-3扭矩圖只研究彎曲可知彎矩圖如圖4-4所示圖4-4彎矩圖從彎矩圖可明顯看出，c點(diǎn)為危險(xiǎn)面，因此只需對(duì)c點(diǎn)進(jìn)行研究。MCA=FMBC=F在C處總彎矩為：MIV）當(dāng)量彎矩的計(jì)算已知C點(diǎn)處易于被破壞，因此計(jì)算C點(diǎn)的當(dāng)量彎矩公式為：Mα為主軸工作時(shí)轉(zhuǎn)矩應(yīng)力循環(huán)特征不同而產(chǎn)生的應(yīng)力校對(duì)系數(shù)，取α=0.6。已知主電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩T=320N?mmM因此當(dāng)量彎矩圖如圖4-5所示：圖4-5當(dāng)量彎矩圖V）主軸的強(qiáng)度校核計(jì)算我們只對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)C進(jìn)行校核計(jì)算，我們選用主軸的材料為45鋼，并進(jìn)行正火處理，其σb=600MP危險(xiǎn)點(diǎn)C處的當(dāng)量彎曲應(yīng)力σcσ因?yàn)棣宜灾鬏S符合使用要求。4.2軸承的選擇與校核計(jì)算4.2.1軸承的選擇計(jì)算已知Fr=50.87N因?yàn)镕aFr=0.533<e，查表得：X=1可知P為：P==本次設(shè)計(jì)的銑床工作壽命假設(shè)為10年，主軸的最小轉(zhuǎn)動(dòng)速度n=20r/min，工作時(shí)處于室內(nèi)，并且沖擊載荷不大，有一定的沖擊。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知fh=5.3，fn=1.186，fC=f因此，為了滿足要求我們選用7002AC角接觸球軸承。4.2.2軸承的校核計(jì)算通過(guò)分析可得，軸承的載荷分布圖如下圖4-6所示圖4-6軸承的載荷分布圖I）通過(guò)載荷分布圖計(jì)算軸向載荷從上圖中明顯看出左側(cè)軸承受壓，軸向載荷為：FFII)P1與FF通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：X1=0.41，Y取沖擊載荷fp=1.8，計(jì)算P1P==P==III)軸承的使用校核查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知7002AC角接觸球軸承的Cr為左側(cè)軸承校核L右側(cè)軸承校核L可得，選擇的軸承滿足使用要求。4.3滾珠絲杠的選擇計(jì)算滾珠絲杠的作用是使回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品，經(jīng)常應(yīng)用于直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)化的機(jī)床當(dāng)中，使用滾珠絲杠還可以極大的提高傳動(dòng)的效率有效的減少因?yàn)槟Σ恋纫蛩囟a(chǎn)生的功，在使用過(guò)程中也能夠保證提高生產(chǎn)效率的同時(shí)保證整個(gè)機(jī)床加工產(chǎn)品的加工精度。滾珠絲杠按不同的循環(huán)方式可劃分為外循環(huán)式滾珠絲杠與內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠。本次設(shè)計(jì)使用外循環(huán)式滾珠絲杠并用止推軸承放于絲杠兩段的固定方案，以獲得較高的穩(wěn)定性。4.3.1軸向壓力的確定已知系數(shù)K為1.141，摩擦系數(shù)f為0.01，工作臺(tái)的重量為3KG，因?yàn)閄軸和Y軸數(shù)據(jù)相同，我們只對(duì)X軸進(jìn)行計(jì)算，X軸軸向壓力為：P=4.3.2絲杠最大動(dòng)負(fù)荷的計(jì)算取壽命T為4000h，S=2mm，Vf=600mm/min，可知絲杠轉(zhuǎn)速n=壽命值L為：L=查課程設(shè)計(jì)手冊(cè)得：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fw=1，硬度系數(shù)Q查課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，可以取用公稱直徑為12mm的絲杠，并選擇采用型號(hào)為FF204-4.3.3剛度校核因受工作負(fù)載的影響會(huì)使導(dǎo)程發(fā)生變化，導(dǎo)程的誤差?L已知P=0.042N??因?yàn)?<4.4其他部分的選用和設(shè)計(jì)4.4.1導(dǎo)軌的選用對(duì)于數(shù)控銑床，最重要的是所選用機(jī)床的精準(zhǔn)度，剛性和使用壽命。導(dǎo)軌為數(shù)控銑床各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。銑床上各種工作部分都是利用控制軸在各自導(dǎo)軌上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌系統(tǒng)會(huì)隨著機(jī)床類型和用途不同而不同。導(dǎo)軌主要有以下三個(gè)主要功能：1、承載運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向2、為工件提供光滑運(yùn)動(dòng)的表面3、減小加工時(shí)切削產(chǎn)生的力對(duì)被加工件的影響。加工導(dǎo)軌的毛坯在加工成導(dǎo)軌前必須進(jìn)行時(shí)效處理，這樣才能防止因?yàn)樵霞庸こ擅骱螽a(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致加工好的導(dǎo)軌發(fā)生局部尺寸變形的情況。目前，經(jīng)常使用的導(dǎo)軌類型有：直線導(dǎo)軌、直線滾柱導(dǎo)軌、鑲鋼導(dǎo)軌、滑動(dòng)導(dǎo)軌、燕尾槽導(dǎo)軌。考慮到經(jīng)濟(jì)成本我們選用滑動(dòng)導(dǎo)軌。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的根本情況，我們從圓柱面導(dǎo)軌和棱柱面導(dǎo)軌這兩種形式中進(jìn)行選擇。低速導(dǎo)軌通常為凸形，凸形導(dǎo)軌因?yàn)橹虚g高兩邊低，有雜物會(huì)沿著導(dǎo)軌邊緣滑落，不用刻意進(jìn)行清理。高速導(dǎo)軌通常為凹形，凹形導(dǎo)軌需要安裝保護(hù)裝置，防止切屑和污物掉入。在選用導(dǎo)軌時(shí)，擺在第一位的是考慮導(dǎo)軌的承受能力，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的是教學(xué)銑床，所以導(dǎo)軌承受的載荷不會(huì)太大，為了適應(yīng)緊密教學(xué)，也必須考慮導(dǎo)軌易于清理，因此我們采用圓柱導(dǎo)軌。我們?nèi)方向上動(dòng)導(dǎo)軌行程為330mm，Y方向上取動(dòng)導(dǎo)軌行程為240mm，綜上我們選擇型號(hào)為GTA164.4.2底座的設(shè)計(jì)底座是機(jī)床零部件中最重要的一部分，它是整個(gè)機(jī)床的主要承重部分。本次設(shè)計(jì)的銑床即要簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)還要保證整個(gè)機(jī)床的穩(wěn)定性，底座我選擇采用整體式結(jié)構(gòu)。為了美化結(jié)構(gòu)，我選擇在底部開(kāi)槽留出電線引入位置。4.4.3工作臺(tái)的設(shè)計(jì)為了便于加工制造，工作臺(tái)采用滑枕和軸相互配合的結(jié)構(gòu)方式，并安放于底座的右側(cè)。尺寸的大小由絲桿來(lái)決定。4.4.4立柱的設(shè)計(jì)采用中空型立柱，這將有利于減輕整個(gè)機(jī)床的重量，也可以將電線從立柱中引出，避免了電線暴露在外的情況。為了降低經(jīng)濟(jì)成本，立柱的尺寸大小根據(jù)Z軸的移動(dòng)長(zhǎng)度和銑床的整體布局來(lái)決定。立柱通過(guò)底座支撐，安放在底座的右側(cè)并通過(guò)立柱支撐座與底座相連。4.4.5其他部件的選用彈簧和導(dǎo)滑塊等部件應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選用合適的標(biāo)準(zhǔn)件。

五、銑床的潤(rùn)滑和密封5.1銑床的潤(rùn)滑為了增強(qiáng)整個(gè)機(jī)床的使用性能，在機(jī)床的軸承、齒輪、導(dǎo)軌等處添加潤(rùn)滑液是十分必要的?；A(chǔ)油和添加劑是潤(rùn)滑油的最主要組成部分，有時(shí)為了滿足實(shí)際需要還需要添加別的材料。潤(rùn)滑根據(jù)摩擦狀態(tài)的不同可分為：流體摩擦潤(rùn)滑和邊界摩擦潤(rùn)滑。潤(rùn)滑劑需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選用，例如：滾動(dòng)軸承的摩擦因數(shù)較小，因而我們對(duì)滾動(dòng)軸承采用脂潤(rùn)滑，采用這樣方案的目的即可以進(jìn)一步降低滾動(dòng)軸承的摩擦因數(shù)可以提高滾動(dòng)軸承的使用壽命。因?yàn)闄C(jī)床的運(yùn)行都會(huì)通過(guò)導(dǎo)軌，所以導(dǎo)軌每時(shí)每刻都會(huì)承受較多的載荷，在一定程度下會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，因此我在導(dǎo)軌處采用油潤(rùn)滑以達(dá)到減少阻力提高導(dǎo)軌使用壽命的目的。5.2銑床的密封為了使銑床能夠正常的工作，采用合適的密封裝置尤為重要。機(jī)械最初密封的目的是為了防止外部雜物的進(jìn)入或者是內(nèi)部潤(rùn)滑液的泄漏，以保證機(jī)床可以穩(wěn)定的工作。根據(jù)密封件與相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件能否相互接觸可分為以下兩種：可接觸式密封和非可接觸式密封。為了應(yīng)對(duì)泄露，密封件應(yīng)具有以下幾項(xiàng)要求：⒈密封件應(yīng)有一定的抗熱和抗壓能力。⒉密封件應(yīng)該擁有較小的摩擦因數(shù)，盡可能降低機(jī)床的摩擦損失。⒊要有足夠長(zhǎng)的使用壽命，不會(huì)因?yàn)橛幸稽c(diǎn)的磨損就無(wú)法使用⒋與工作介質(zhì)相適應(yīng)。⒌易于更換，形狀不宜過(guò)于復(fù)雜，物美價(jià)廉。在機(jī)械系統(tǒng)中，對(duì)于使用不同的潤(rùn)滑劑對(duì)其密封的目的也不相同。油潤(rùn)滑的密封是為了防止?jié)櫥屯庑购突覊m等雜物進(jìn)入；脂潤(rùn)滑的密封目的是為了防止污物進(jìn)入。綜上，軸承處的密封可采用非接觸式密封。

總結(jié)時(shí)間飛逝，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也即將完成，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾周內(nèi)，每天都要翻閱各種有關(guān)的資料，并與同學(xué)相互分享設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，遇到不會(huì)的及時(shí)向老師請(qǐng)教，這幾周過(guò)得十分充實(shí)，雖然過(guò)程很艱辛，但是也讓我學(xué)到了不少的知識(shí)。在設(shè)計(jì)遇到困難時(shí)，讓我養(yǎng)成了獨(dú)立思考問(wèn)題的習(xí)慣，也讓我明確了今后學(xué)習(xí)工作的目標(biāo)，使我對(duì)以后從事機(jī)械制造行業(yè)的相關(guān)