【正文】 數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【摘要】在國際貿(mào)易中，很多發(fā)達(dá)國家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤主要電機(jī)出口產(chǎn)品。世界貿(mào)易強(qiáng)國在進(jìn)行國內(nèi)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的同時(shí)，把高技術(shù)的機(jī)電產(chǎn)品出口打入國際市場，作為發(fā)展出口經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略措施，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控銑床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置?！娟P(guān)鍵詞】 數(shù)控機(jī)床；發(fā)展趨勢；智能化；柔性化 ABSTRACTIn international trade,many centuries view digital lathesare as hitechvalueadds and profitable lathesare expensive mechanical and electrical powerful trade nations export hitexh mechanical snd electrical products to the world market whiledoing such business at home ,Which is now an important strategy of developing their export economy.Key words digital lathe 。 development tendency。 intelligence。 tenderness 目錄1主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 4： 4 4 5 8 1傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 1齒輪模數(shù)的估算與驗(yàn)算 13 1結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求 1齒輪塊的設(shè)計(jì) 1傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 20　主軸組件設(shè)計(jì) 22 262 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26 26 機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 26 26 33 垂直方向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 393控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 46 46（CPU）的類型 46 47 4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 48I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 48. I/O接口電路設(shè)計(jì) 48. 步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 48. 其他輔助電路 49參考文獻(xiàn) 50致 謝 51附 錄 52引言 裝備制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，而機(jī)械裝備制造業(yè)又是其中的基礎(chǔ)，其為制造工具提供了來源，因此改善生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量就要從基礎(chǔ)根源抓起，其中銑刀在其中就扮演重要的角色，因此研究銑刀就是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在機(jī)械加工中，金屬銑削刀具的幾何參數(shù)的合理選擇及搞質(zhì)量的刃磨，直接影響到機(jī)械加工的質(zhì)量，數(shù)控銑床通常對進(jìn)給系統(tǒng)的要求有三點(diǎn)，即傳動(dòng)精度，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性(靈敏度)。傳動(dòng)精度包括動(dòng)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，即伺服系統(tǒng)的輸入量與驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)際位移量的精確程度。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在啟動(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，經(jīng)過幾次衰減震蕩后，能迅速地在新的或原來的平衡狀態(tài)的能力。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是指系統(tǒng)的響應(yīng)及驅(qū)動(dòng)裝置的加速能力。為確保數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，對進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的總要求是消除間隙，減少摩擦，減少運(yùn)動(dòng)慣量，提高部件精度和剛度，為了達(dá)到上述要求，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是為改善上述性能，對數(shù)控銑床的進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為了提高生產(chǎn)效率，掌握數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)掌握之后再對系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，我國機(jī)床工業(yè)已經(jīng)取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在：大部分高精度和超精密機(jī)床的性能還不能滿足要求，精度保持性也較差，特別是高效自動(dòng)化和數(shù)控化機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。而我國目前只能做到56軸聯(lián)動(dòng)，分辨率為1 。國內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性也不夠穩(wěn)定，特別是先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研制還需要作進(jìn)一步的努力。機(jī)床基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的研究明顯落后。人員技術(shù)素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展的需要。因此，我國機(jī)床工業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務(wù)，必須奮發(fā)圖強(qiáng)，努力工作，不斷擴(kuò)大技術(shù)隊(duì)伍和提高人員的技術(shù)素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，大力開展科學(xué)研究，以便早日趕上世界先進(jìn)水平。1　主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 參數(shù)的擬定：選定公比，確定各級傳送機(jī)床常用的公比 ，考慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里取公比為 =，根據(jù)給出的條件：主運(yùn)動(dòng)部分Z=18級，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級轉(zhuǎn)速為：（30，，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.1，確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動(dòng)副的數(shù)目該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動(dòng)鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)傳動(dòng)副組成，各傳動(dòng)組分別有. .`````````個(gè)傳動(dòng)副，即Z=```````。傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：Z=x因此，這里18=3x3x2，共需三個(gè)變速組。2，傳動(dòng)組傳動(dòng)順序的安排18級轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。I軸如果安置制動(dòng)的電磁離和器時(shí)，為減少軸向尺寸。第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)不能多，以2為宜，有時(shí)甚至用一個(gè)定比傳動(dòng)副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2 ，或一個(gè)定比傳動(dòng)副。這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。3，傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排 對于18=3x3x2的傳動(dòng)，有3！=6種可能安排，亦即有6種機(jī)構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動(dòng)方案中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致，結(jié)構(gòu)式18=xx的傳動(dòng)中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)，而，18=xx的傳動(dòng)順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結(jié)構(gòu)式。4驗(yàn)算變速組的變速范圍 齒輪的最小傳動(dòng)1/4，最大傳動(dòng)比2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍=/因此，可按下表，確定傳動(dòng)方案：根據(jù)傳動(dòng)比及指數(shù) x, 的值公比極限值傳動(dòng)比指數(shù) x值: =1/=1/46值: ==23（x+）值：==89因此，可選擇18=xx的傳動(dòng)方案。最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇：正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)式為：Z=*最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的變速范圍為：r==按原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為： 23Z=18R=50Z=12R=因此，傳動(dòng)方案18=3*3*2符合上述條件，： 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)的型號，分配個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。1，主電機(jī)的選擇 中型機(jī)床上，一般都采用交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，可在下列中選用，在選擇電機(jī)型號時(shí)，應(yīng)注意：（1）電機(jī)的N：根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電機(jī)產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。（2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)P=60f/p=60x50/p ( r/min)機(jī)床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動(dòng)。 根據(jù)以上要求，轉(zhuǎn)速為1500r/min的電機(jī)，查表，其型號為Y132M4，其主要性能如下表電機(jī)型號額定功率KW 荷載轉(zhuǎn)速r/min同步轉(zhuǎn)速r/minY132M414401500分配最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖 （1）軸的轉(zhuǎn)速： 軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下功率工作時(shí)所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時(shí)，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高，軸轉(zhuǎn)速一般取700~1000r/min左右較合適。 因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機(jī)軸I到主傳動(dòng)系統(tǒng)前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，就可以將主軸18級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。 （2）中間軸的轉(zhuǎn)速 對于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些： d, m從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大：=1/(+)KW式中：C——系數(shù)，兩支承滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承C=，三支承滾動(dòng)軸承C=10；——所有中間軸軸徑的平均值；——主軸前后軸徑的平均值——中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）=20lgK式中：（——所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm。——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm。q——傳到主軸上所經(jīng)過的齒輪對數(shù)——主軸齒輪螺旋角,K——系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床=，銑床K= 從上述經(jīng)驗(yàn)公式可知，主軸n和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和 對機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的修正。a，對高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些b,控制齒輪圓周速度v8m/s(可用７級齒輪精度)，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。（3），齒輪傳動(dòng)比的限制機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比：a, 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比 2 ，過大，容易引起振動(dòng)的噪音。b, 降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比 1/4。過小，則主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。（4）分配最小傳動(dòng)比a,決定軸VVI和VI的傳動(dòng)比，根據(jù)臺式銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及對同類車床的比較，為使傳動(dòng)平穩(wěn)取其傳動(dòng)比為1，b,決定各變速組的傳動(dòng)比；由前面2軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析，及齒輪傳動(dòng)比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸IVV的最小降速比為極限值的1/4，=，=4，軸IIIIV和軸IIIII均取=1/（5）擬定轉(zhuǎn)速圖：根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動(dòng)比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖，： 傳動(dòng)系統(tǒng)圖1，齒輪齒數(shù)的確定的要求：可用計(jì)算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和初步定出的傳動(dòng)副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)：選擇是應(yīng)考慮：a,傳動(dòng)組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即：推薦：對軸齒輪=12，特殊情況下=11，對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，對套裝在滾動(dòng)軸承上的空套齒輪，=20；當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時(shí)（壓力角a=20的直齒標(biāo)準(zhǔn)，=17），一般需對齒輪進(jìn)行正變位修正。b,保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則。c、同一傳動(dòng)組的個(gè)齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和亦相等，但由于傳動(dòng)比要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過3~4個(gè)齒。2，變速傳動(dòng)組中齒輪齒數(shù)的確定 為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個(gè)傳動(dòng)組間的傳動(dòng)比互相牽制，不能獨(dú)立地按照最緊湊的原則決定傳動(dòng)件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時(shí)嚙合會(huì)影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數(shù)。查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》確定個(gè)齒輪齒數(shù)如下： 軸IIIII間變速齒輪齒數(shù)的確定：由于公比=，傳動(dòng)比為=1/=，=1/=，=1/設(shè)：傳動(dòng)組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可查得：=16/39 （%），=19/36 （%），=22/33 （%）齒數(shù)和為=55公用齒輪選為=39軸IIIIV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：傳動(dòng)比為=1/ =1/ =根據(jù)=，主動(dòng)輪齒數(shù)為39，：=18/47 （%），=28/37 （%），=39/26 （%）齒數(shù)和為：=65軸IVV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：由于變數(shù)組齒輪傳動(dòng)比和各傳動(dòng)副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。軸IVV間的兩對齒輪，其傳動(dòng)比為=1/4, =2分別?。剑矗剑硠t／＝／＝3／4?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120按傳動(dòng)比將齒數(shù)分配如下：=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸VVI及VIVII間齒數(shù)確定，由于這兩個(gè)傳動(dòng)組只是改變傳動(dòng)方向，不起便速度作用，只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動(dòng)和噪音等因素。，取VVI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為29，ＶIVII軸間齒輪齒數(shù)為67。主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算：主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響，但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符，需要驗(yàn)算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過即%主軸的各級實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為：，，58，，115，14