數控雕銑機進給系統(tǒng)機械設計

1、<p><b>　　衢州學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題　　目： 數控雕銑機進給系統(tǒng)機械設計</p><p>　　作　　者： 楊志鋒 </p><p>　　系 （部）：

2、 機械工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 機械設計與制造機制（2）班 </p><p>　　指導教師： 田敬 </p><p>　　職　　稱： 講師 </p><p>　　二O一一年一月十八日</p><p>　　畢

3、業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　數控雕銑機進給系統(tǒng)機械設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　雕銑機（CNC engraving and milling machine）它是數控機床的一種。.一般認為雕銑機是使用小刀具、大功率和高速主軸電機的數控銑床。雕刻機的優(yōu)勢在雕，如果加工材料硬度比較大也會顯得力不從

4、心。雕銑機的出現可以說填補李兩者之間的空白。雕銑機既可以雕刻，也可銑削，是一種高效高精的數控機床。雕銑機這個概念最先是由佳鐵提出并且實現的。</p><p>　　本次的課題設計就是通過對X軸系統(tǒng)的重力計算、橫向進給運動的設計、滾珠絲杠的傳動設計、垂向進給系統(tǒng)的設計等一系列的設計計算，重點研究機床主要功能特點、機床主要零部件設計計算和主軸的轉速的實現等關鍵問題。以達到就在保持數控雕銑機進給系統(tǒng)的優(yōu)點的情況下克服其缺

5、點的目的。</p><p><b>　　關鍵詞： </b></p><p>　　雕銑機，，X軸系統(tǒng)，滾珠絲杠，步進電機，進給系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 前 言1</b></p><p>　　1

6、.1數控雕銑機發(fā)展現狀綜述1</p><p>　　1.2設計要解決的問題和擬采用的研究方法1</p><p>　　1.3 解決思路及步驟2</p><p><b>　　1.4機床參數2</b></p><p>　　第二章 X軸系統(tǒng)零部件的計算與校核4</p><p>　　2.1 X軸系統(tǒng)

7、的重力計算4</p><p>　　2.2 橫向進給運動的設計5</p><p>　　2.2.1切削力計算5</p><p>　　2.2.2滾珠絲杠的設計5</p><p>　　2.2.3橫向步進電機的選用7</p><p>　　2.3 滾珠絲杠的傳動設計8</p><p>　　2.

8、3.1選取滾珠絲杠的型號8</p><p>　　2.3.2絲杠傳動扭矩校核8</p><p>　　2.3.3校核絲杠的當量動載10</p><p>　　2.3.4滾珠絲杠的校核10</p><p>　　2.4 垂向進給系統(tǒng)的設計12</p><p>　　2.4.1 滾珠絲杠設計12</p>&

9、lt;p>　　2.4.2 垂向步進電機的選用13</p><p>　　第三章結束語15</p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　謝 辭17</b></p><p><b>　　第一章 前 言</b></p>

10、<p>　　1.1數控雕銑機發(fā)展現狀綜述</p><p>　　雕銑機是使用小刀具、大功率和高速主軸電機的數控銑床。我國的數控機床無論從產品種類、技術水平、質量和產量上取得了很大的發(fā)展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破。據統(tǒng)計，目前我國可供市場的數控機床有1500種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。領域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅。這標志著國內數控機床已進入快速發(fā)展的時期。&

11、lt;/p><p>　　目前我國已經可以供應網絡化、集成化、柔性化的數控機床。同時，我國也已進入世界高速數控機床和高精度精密數控機床生產國的行列。目前我國已經研制成功一批主軸轉速在8000—10000r∕min以上的數控機床。我國數控機床行業(yè)近年來大力推廣應用CAD等技術，很多企業(yè)已開始和計劃實施應用ERP、MRPⅡ和電子商務。</p><p>　　1.2設計要解決的問題和擬采用的研究方法&l

12、t;/p><p>　　此次的設計任務為小型數控雕銑床的設計，撰寫一份詳細的設計說明書、繪制一張小型數控雕銑床的裝配圖、若干零件圖及PLC電氣控制原理圖。</p><p>　　該設計主要解決如下問題：</p><p>　　1.設計進給運動中各個零部件及分析其工作特點；</p><p>　　2.選擇合理的步進電機實現三個方向的進給運動；</p&

13、gt;<p>　　3.滾珠絲杠軸承的選擇及定位,軸向力如何傳遞，間隙如何調整；</p><p>　　4、撰寫設計說明書、繪制數控雕銑機的裝配圖、零件圖。</p><p><b>　　擬采用的研究方法：</b></p><p>　　1）到學校數控基地增強對數控雕銑機系統(tǒng)和結構的認識；拆裝并測繪數控雕銑機，使自己對數控機床有了感性的認

14、識；</p><p>　　2）去學校圖書館翻閱一些有關數控雕銑機的改造的書籍再對其系統(tǒng)內部零件進行設計：機床主運動傳動系統(tǒng)的設計；各個主運動零件工作優(yōu)點；機床主要零件部件設計計算。</p><p>　　3）翻閱一些有關數控雕銑機的改造的書籍，采用小組討論的方法共同確定數控雕銑機的結構，并進行相關工藝參數的校核。</p><p>　　4）獨立完成工程圖的繪制。<

15、/p><p>　　1.3 解決思路及步驟 </p><p>　　解決思路如圖1-1所示。</p><p>　　1.機床進給運動設計</p><p>　　絲杠傳動的結構和特點，滾珠絲杠及軸承的選擇，定位；由三個不同的步進電機來控制三個方向進給運動過程。</p><p>　　2.機床主要零部件的設計</p>&l

16、t;p>　?。?）步進電機的選擇計算；</p><p>　?。?）滾珠絲杠的設計計算； </p><p>　?。?）滾珠絲杠的軸承的選取與校核；</p><p>　　圖1-1 銑床設計框圖</p><p><b>　　1.4機床參數</b></p><p>　　工作臺尺寸（X/Y）……………

17、…………………………………………………………‥500/480毫米</p><p>　　最大行程（X/Y/Z）…………………………………………………………………‥400/400/150毫米</p><p>　　最大工件尺寸（X/Y/Z）……………………………………………………………………‥‥400毫米</p><p>　　最大刀具直徑（Er20）……………………………

18、…………………………………………‥‥13毫米</p><p>　　主軸電機功率……………………………………………………………………………………‥3千瓦</p><p>　　最大進給速度………………………………………………………………………………… 5米/分鐘</p><p>　　主軸轉速范圍……………………………………………………………………‥1500-24000

19、轉/分鐘</p><p>　　分辨率……………………………………………………………………………‥ 士0.001毫米/脈沖</p><p>　　定位精度…………………………………………………………………………………… 士0.01毫米</p><p>　　重復定位精度…………………………………………………………………………… 士0.005 毫米</p>

20、<p>　　外型尺寸（長/寬/高）………………………………………………………‥ 1500/1500/1800毫米</p><p>　　機器總功率…………………………………………………………………………………………5 千瓦</p><p>　　機器軸聯(lián)動數…………………………………………………………………………………… 3</p><p>　　第二章 X軸

21、系統(tǒng)零部件的計算與校核</p><p>　　2.1 X軸系統(tǒng)的重力計算</p><p>　　主軸系統(tǒng)主要由三部分組成：3KW主軸安裝座、滑塊及拖板。根據中的圖紙分別計算3KW主軸安裝座、滑塊的體積V及其重量G。</p><p>　　工業(yè)用鋁合金的密度；</p><p><b>　　灰鑄鐵的密度。</b></p>

22、;<p>　　主軸安裝座的體積V1及重力G1計算：</p><p>　　滑塊體積V2及重力G2計算：</p><p>　　拖板體積V3及重力G3計算</p><p>　　2.2 橫向進給運動的設計</p><p>　　2.2.1切削力計算</p><p>　　工作臺約重30Kg </p>&

23、lt;p><b>　　切削功率為：</b></p><p>　　… … … …（2.1）</p><p>　　式中：——主電機功率，3Kw </p><p>　　——主傳動系統(tǒng)總功率系數，取0.6</p><p>　　——進給系統(tǒng)功率系數，取0.96</p><p>　　根據公式(2-1)

24、可得：1.728 Kw</p><p><b>　　又因為　，</b></p><p>　　則=1.058 KN </p><p>　　式中：——切削線速度，取</p><p>　　故主切削力：通常 </p><p><b>　　?。?lt;/b></p>&

25、lt;p>　　2.2.2滾珠絲杠的設計</p><p>　　工作臺橫向進給絲杠的軸向力：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中：——考慮顛覆力矩影響的實驗系數，</p><p><b>　　——工作臺，</b></p><p>　　—

26、—導軌上的摩擦系數，</p><p><b>　　——橫向切削力，</b></p><p>　　根據公式（2.2）得：</p><p><b>　　0.65KN</b></p><p><b>　　強度計算</b></p><p><b>　　

27、滾珠絲杠的轉速： </b></p><p>　　式中：——取60mm/min</p><p>　　——滾珠絲杠螺距，6mm</p><p><b>　　則得： </b></p><p>　　壽命值： =60nT/</p><p>　　式中：T——壽命時間，15000h</p>

28、;<p>　　最大負載： … … … …（2.3）</p><p>　　式中：——運轉系數，取1.2</p><p>　　——硬度系數，取1.1</p><p>　　——軸向切削力，0.65KN</p><p>　　根據公式(2.3)可得： =1.7847KN</p><p>　　根據經驗，選取滾珠

29、絲杠的型號FDM236LH—1—T7，即內循環(huán)浮動式，雙螺母墊片預緊，公稱直徑為23，螺距為6mm，左旋，一圈二列，T型7級精度，滾珠直徑為3.82（取4）,其額定動負荷為12.8KN＞Ｑ，其強度夠用。</p><p>　　… … … …（2.4）</p><p>　　根據滾珠絲杠的型號可查得其螺旋升角；</p><p>　　式中：——滾動摩擦系數，取0.001&l

30、t;/p><p>　　——滾珠直徑,4mm</p><p>　　——滾珠與滾道的接觸角，取</p><p>　　根據公式(2.4)可得：</p><p>　　則滾珠絲杠的傳動效率：</p><p>　　2.2.3橫向步進電機的選用 </p><p><b>　　1、確定步距角：</b

31、></p><p>　　取系統(tǒng)的脈沖當量，選用步距角</p><p>　　2、啟動力矩的計算：</p><p><b>　　絲杠牽引力：</b></p><p>　　式中：——當量摩擦系數，0.01</p><p>　　設步進電動機等效負載力矩為，負載力為 ，根據能量守恒原理，電動機所做的功

32、與負載所做的功相等，即</p><p><b>　　則： </b></p><p>　　又因，數控裝置發(fā)出一個脈沖后，工作臺的位移量L為一個脈沖當量0.001cm，這時電動機轉過的負載的角度</p><p><b>　　故</b></p><p>　　式中：——機床導軌摩擦系數，取0.18</

33、p><p>　　——與重力方向一致，作用在移部件上的負載力，1.165KN</p><p>　　如果不考慮啟動時的運動部件慣性的影響，則啟動力矩取安全系數為0.25，則 對于工作方式為五相十拍的步進電動機：</p><p>　　3、步進電動機的最高頻率：</p><p>　　取橫向進給速度最大為，則步進電動機的最高頻率為。根據以上數據和經驗，查《

34、機械設計手冊》第5卷表35.2-10選用90BYG5502型步進電動機較合適，該電動機步距角為，最大靜轉距為300，最高空載啟動頻率為2200Hz。 </p><p>　　2.3 滾珠絲杠的傳動設計</p><p>　　2.3.1選取滾珠絲杠的型號</p><p>　　本機床主電機采用90BYG5502型混合式步進電機，電機的靜扭矩為300，步距角為，根

35、據類比法選用內循環(huán)滾珠絲杠：FDM236LH—1—T7</p><p>　　2.3.2絲杠傳動扭矩校核</p><p><b>　　1.絲杠傳動效率：</b></p><p>　　式中：——中徑處的螺紋升角</p><p>　　S—螺紋導程， 6mm</p><p>　　—絲杠中徑，21mm<

36、;/p><p><b>　　有 </b></p><p><b>　　——當量摩擦角</b></p><p>　　—滾動摩擦系數，0.001</p><p>　　—滾珠直徑，取4mm</p><p>　　—滾珠與滾道的接觸角，</p><p><b&

37、gt;　　有 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　2.絲杠驅動扭距：</b></p><p>　　根據 … … … …（2.5）</p><p>　　式中：P——所受軸向力，426N</p><p>　　S——螺紋

38、導程，6mm</p><p>　　——傳動效率，91.5%</p><p>　　根據公式(2-5)可得：</p><p><b>　　3.絲杠傳遞的扭矩</b></p><p>　　2.3.3校核絲杠的當量動載</p><p>　　型號為FDM236LH—1—T7絲杠的當量動載為12.8KN<

39、;/p><p><b>　　絲杠的壽命系數</b></p><p><b>　　根據</b></p><p>　　式中：——預期壽命，15000h</p><p><b>　　故有 =</b></p><p><b>　　轉速系數</b>

40、;</p><p><b>　　根據</b></p><p>　　式中：——當量轉速 </p><p><b>　　故有</b></p><p><b>　　當量軸向載荷</b></p><p><b>　　絲杠當量動載 C</b>

41、;</p><p><b>　　安全</b></p><p>　　2.3.4滾珠絲杠的校核</p><p>　　1.滾珠與螺紋滾道之間的接觸變形</p><p><b>　　根據 </b></p><p>　　式中：——軸向載荷，378.5N</p><

42、p>　　——滾珠直徑，3.969mm</p><p><b>　　——滾珠數量</b></p><p><b>　　有，取</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　由于滾珠絲杠已預緊， </p><p>　　2.絲杠

43、軸向拉伸壓縮變形</p><p><b>　　根據 </b></p><p><b>　　又因為</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　3.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形</p><p><b>　　根據 <

44、;/b></p><p>　　式中：——軸承的滾動體直徑，3.6mm</p><p>　　——軸承的軸向載荷，378.5N</p><p>　　——軸承的滾動體數，18</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　4.滾珠絲杠副總變形</p><p>

45、;<b>　　符合要求</b></p><p>　　2.4 垂向進給系統(tǒng)的設計 </p><p>　　2.4.1 滾珠絲杠設計</p><p><b>　　根據：</b></p><p>　　式中：—考慮顛覆力矩影響的實際系數，</p><p><b>　　—垂向

46、切削分力</b></p><p><b>　　—導軌的摩擦系數，</b></p><p><b>　　—刀頭重量</b></p><p><b>　　可得：</b></p><p>　　滾珠絲杠的轉速 取60</p><p><

47、b>　　滾珠絲杠螺距=6</b></p><p><b>　　故10</b></p><p>　　取壽命時間，則壽命值則運轉系數，硬度系數則最大負載</p><p>　　根據經驗選取滾珠絲杠的型號：即內循環(huán)浮動式，雙螺母墊片預緊，公稱直徑為25，螺距6，采用左旋、一圈二列、T型7級精度，其額定動負荷12.8〉Q，其強度夠用。&

48、lt;/p><p>　　由于所選滾珠絲杠的螺旋升角，摩擦角</p><p>　　式中：—導軌的摩擦系數，</p><p>　　—滾珠直徑3.969</p><p>　　—滾珠與滾道的接觸角</p><p>　　則滾珠絲杠的傳動效率：</p><p>　　2.4.2 垂向步進電機的選用</p&g

49、t;<p><b>　　1.確定步距角</b></p><p>　　取系統(tǒng)的脈沖當量，選用步距角</p><p><b>　　2.啟動力矩</b></p><p><b>　　絲杠牽引力</b></p><p>　　式中：—當量摩擦系數，</p>&

50、lt;p><b>　　因</b></p><p>　　該步進電動機等效負載力矩為，負載力為，根據能量守恒原理，電動機所作的與負載所做的功相等</p><p><b>　　即 則 </b></p><p>　　因，數控裝置發(fā)出一個脈沖后，工作臺的位移量L為一個脈沖當量，這時電動機轉過的角度，代入得</p>

51、<p>　　式中：—機床導軌摩擦系數取 </p><p>　　如果不考慮啟動時的運動部慣性的影響，則啟動力矩，取安全系數為， ，對于工作方式為四相八拍的步進電機</p><p>　　3、步進電動機的最高頻率</p><p>　　取橫向進給速度最大為，則步進電動機的最高頻率為，根據以上數據和經驗范圍選用90BYG5502型步進電動機較合適，該電動機步距

52、角為，最大靜轉距為，最高空載啟動頻率為。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　經過三個多星期的奮斗，在指導老師的帶領和同學的幫助下，終于完成了本次設計。本次設計的主要內容是：根據已知條件確定極限轉速、公比、結構網和結構式、繪制轉速圖，得到主運動傳動系統(tǒng)圖；設計雕銑機進給運動傳動系統(tǒng)圖，得到各軸的計算轉速；設計三個方向進給運動；進給運動的轉速

53、和功率扭矩特性；三個方向進給運動是如何實現的；進給運動的部件和零件如何選擇；進給運動零件的計算校核。齒輪間隙的消除和絲杠螺母機構的預緊等。完成一張進給運動裝配圖和進給運動零件圖。</p><p>　　此次的設計任務為CGM4300小型數控雕銑機的設計，我們到學校數控基地增強對數控銑床系統(tǒng)和結構的認識；通過拆裝機床，并進行測繪，對數控機床有了感性的認識，還去學校圖書館翻閱了一些有關數控銑床的改造的書籍，對其系統(tǒng)內部

54、零件進行了設計。</p><p>　　通過本次對數控雕銑機主傳動的設計，有機會使自己所學的知識和實踐相聯(lián)系，更加深刻體會了設計的快樂，也了解了自己諸多的不足，在老師的幫助以及在如今強大的網絡支持下，一一解決了自己所遇到的所有問題，很高興能有這樣的機會讓理論與實際得到了聯(lián)系，更好的鞏固了自己三年來所學的，為步入社會奠定了基礎。</p><p><b>　　參考文獻</b>

55、;</p><p>　　[1]范云漲，陳兆年.金屬切削機床設計——簡明手冊．北京：機械工業(yè)出版社,1994</p><p>　　[2]翁世修，王良申.金屬切削機床——設計指導．上海：交通大學出版社,1988.2</p><p>　　[3]毛謙德，李振清.機械設計師手冊第二版．北京：機械工業(yè)出版社,2004.1</p><p>　　[4]黃鶴汀

56、.金屬切削機床上、下冊．北京：機械工業(yè)出版社,2005.7</p><p>　　[5]李澄，吳天生，聞百橋.工程制圖第二版．北京：高等教育出版社，2004.2</p><p>　　[6]郁漢琪.主編機床電氣控制技術．北京：高等教育出版社,2006.1</p><p>　　[7]郁漢琪.主編機床電氣實驗、課程設計指導書．北京：高等教育出版2001.7</p>

57、;<p>　　[8]中國紡織大學，天津大學機床設計圖冊．天津：科技技術出版社, 1979.6 </p><p>　　[9]陳立德．機械設計基礎．北京：高等教育出版社，2004.4</p><p>　　[10]馬朝興.沖壓模具設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2009.6</p><p>　　[11]賈俐俐.擠壓工藝及模具.北京：機械工業(yè)出版社，200

58、4 </p><p>　　[12]機械設計編委會.機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[13]特種加工技術.周旭光.西安：西安電子科技大學出版社，2004</p><p>　　[14]唐宗軍.機械制造基礎.北京：機械工業(yè)出版社,1999</p><p>　　[15]叢文龍.數控特種加工技術[

59、M].北京：高等教育出版社,2005</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計圓滿結束，此期間每一過程都得到指導教師田敬老師的悉心教導，田老師教給我們的不僅是知識還有待人處世的積極態(tài)度，在此表示衷心的感謝。每周安排見面會，身體力行、兢兢業(yè)業(yè)地為我們排憂解難，不僅治學嚴謹而且為人師表，堪稱良師益友，</p><p