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XK714數(shù)控銑床總體設(shè)計(jì)及立柱的設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)老師： 職稱(chēng)： 摘要 本文是以XK714型立式數(shù)控銑床立柱的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，主要進(jìn)行立柱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)給定的參數(shù)的要求，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和各部件：導(dǎo)軌、絲杠、支撐軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行具體計(jì)算、并選型，再逐一對(duì)選定的部件進(jìn)行強(qiáng)度、壽命校核確定各設(shè)計(jì)部件的可靠性和可行性。導(dǎo)軌采用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌，摩擦系數(shù)小，反應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。進(jìn)給傳動(dòng)采用雙螺母滾珠絲杠，確保高定位精度；同時(shí)滾珠絲杠采用預(yù)拉伸裝置，補(bǔ)償熱膨脹。最后通過(guò)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的誤差計(jì)算與分析從理論上確定所設(shè)計(jì)的各部件符合設(shè)計(jì)要求。利用solidworks繪制出立柱部分總裝配圖和關(guān)鍵零件圖。 關(guān)鍵詞：立式數(shù)控銑床； 導(dǎo)軌； 絲杠； 校核 一．緒論 （一）.概述 1.我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)一些專(zhuān)家在對(duì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了分析，得出了如下的結(jié)論： 一是我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化低，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)相比仍有很大差距。 二是高速、柔性、精密機(jī)床配套技術(shù)的自主研發(fā)能力低。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造的配套環(huán)節(jié)、集成技術(shù)和制造工藝等方面比較落后。 三是適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未形成，無(wú)法有效整合相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢(shì)，形成合力開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。 四是缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，造成數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新能力不足。 五是對(duì)國(guó)外技術(shù)重引進(jìn)、輕消化吸收的問(wèn)題仍很突出。 2.我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 目前，世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。 （1） 高速度、高精度化。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 （2） 多功能化配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的各類(lèi)數(shù)控銑床，能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車(chē)削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還采用多主軸，多面體切削，即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工。 （3） 智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工境地和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。 二． 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （一）數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)組成 1.數(shù)控銑床組成 數(shù)控銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由：(1)主傳動(dòng)系統(tǒng)；(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)；(3)支撐件；(4)輔助裝。本次設(shè)計(jì)的銑床采用工作臺(tái)移動(dòng)，主軸升降轉(zhuǎn)動(dòng)的布局形式。 2.XK714主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動(dòng)系統(tǒng)分為三種變速方式：（1）、二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)；（2）、一級(jí)帶傳動(dòng)方式；（3）、調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式。 由于二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速結(jié)構(gòu)。通常使用滑移齒輪實(shí)現(xiàn)二級(jí)變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)?；讫X輪的移位大都采用液壓驅(qū)動(dòng)。因?yàn)閿?shù)控銑床使用可調(diào)無(wú)機(jī)變速交流、直流電動(dòng)機(jī)，所以經(jīng)齒輪變速后，實(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點(diǎn)是能夠滿(mǎn)足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍調(diào)速的能力。故本次設(shè)計(jì)采用二級(jí)以上齒輪變速系統(tǒng)。 三．?dāng)?shù)控銑床立柱部分總體方案設(shè)計(jì)思路 （一）計(jì)算切削功率 1.切削功率的計(jì)算 銑削時(shí)切削公式： FZ=μPV103 FZ--主切削力； μ—機(jī)械效率，取μ=0.8； v---主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速； 2.電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和初選 用一下公式初選電動(dòng)機(jī)的功率pL=Pcηc=3.1kw； 其中ηc為銑床傳動(dòng)總的機(jī)械效率，ηc=0.90 則主軸電動(dòng)機(jī)選用3.1KW，額定轉(zhuǎn)速為：2500r/min;最高轉(zhuǎn)速為：6000r/min。 （一） .滾珠絲杠覺(jué)得設(shè)計(jì)計(jì)算 1.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 最大軸向負(fù)載力：Famax=Fμ+FV=282.65N 最小軸向負(fù)載力：Famin=Fμ0=15.45N 2.滾珠絲杠的動(dòng)負(fù)荷計(jì)算與直徑估算 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0 L0=Vmaxinmm 3.計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速 絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速：nm=q1100n1+q2100n2+…qn100nn=560r/min 4.確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 按預(yù)定工作時(shí)間估算：Cm=360nmLhFmfw100ffca=4529.6N 5.數(shù)控銑床滾珠絲杠的計(jì)算 切削方式 軸向載荷/N 進(jìn)給速度/(m/min) 時(shí)間比例/(%) 備注 強(qiáng)力切除 282.65 v1=0.6 10 F1=Famax 粗加工 71.98 v2=0.8 30 F2=Famin+20%Famax 精加工 29.58 v3=1 50 F3=Famin+5%Famax 快移和鉆鏜定位 15.45 v4=8 10 F4=Famin 四．總結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)主要是立式數(shù)控銑床總體方案設(shè)計(jì)及立柱部分的設(shè)計(jì)。立柱是承載主軸箱實(shí)現(xiàn)機(jī)床Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的重要部件。在其上擬設(shè)計(jì)Z向的導(dǎo)軌，在兩導(dǎo)軌間擬設(shè)計(jì)安裝Z方向的滾珠絲杠裝置。因此，立柱的設(shè)計(jì)同樣要解決好提高剛性的問(wèn)題。 總體方案設(shè)計(jì)的思路主要是對(duì)立柱上Z向進(jìn)給傳動(dòng)的重要部件：滾珠絲杠螺母副的類(lèi)型、絲杠支撐方式、以及軸承、聯(lián)軸器、電機(jī)、導(dǎo)軌的選擇，以及銑床Z向傳動(dòng)主要精度的提高措施。 1、 選用內(nèi)循環(huán)雙螺母滾珠絲杠螺母副作為Z軸向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2、 為了使設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床達(dá)到預(yù)定的精度、剛度的要求，滾珠絲杠采用兩端固定式（F-F）的支撐方式。 3、 為了保證其高速、高精度可靠性，及經(jīng)濟(jì)因素。選用600接觸角推力角接觸球軸承。兩端選用DF型安裝。 4、 選用利用夾緊螺絲固定的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器，使電機(jī)與滾珠絲杠直接，實(shí)現(xiàn)無(wú)鍵傳動(dòng)，無(wú)反向間隙，還可以調(diào)節(jié)安裝時(shí)間軸度。 5、 交流伺服電動(dòng)機(jī)具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、負(fù)載能力大、控制性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中，故本設(shè)計(jì)選用交流伺服電機(jī)。 6、 在立柱兩側(cè)設(shè)置有支撐主軸箱的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌采用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌滑塊為四個(gè)，導(dǎo)軌采用楔塊進(jìn)行固定安裝。 7、 在Z向?qū)к?，設(shè)計(jì)了伸縮式不銹鋼防護(hù)罩，以防Z向?qū)к壓蜐L珠絲杠； 8、 提高立柱的剛度是設(shè)計(jì)立柱部分的關(guān)鍵。立柱采用長(zhǎng)方體開(kāi)式結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)腔合理布筋，以加強(qiáng)立柱部件的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 參考文獻(xiàn) [1] 夏田.數(shù)控加工中心設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. 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