【導(dǎo)讀】數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備,一個國家的數(shù)控機床的產(chǎn)量和技術(shù)。水平在某種程度上反映了這個國家的制造業(yè)水平和競爭力。機床研制的重點。本文針對經(jīng)濟型數(shù)控立式銑床及其控制系統(tǒng)的設(shè)計作簡要的討。的在銑床上的餓應(yīng)用，以及銑床性能提出的新要求，而逐步變化。數(shù)控銑床的設(shè)計主要是進行主運動系統(tǒng)與進給系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。它可以加工平面、溝槽（鍵。旋形表面及各種曲面。此外，它還可以用于加工回轉(zhuǎn)體表面及。內(nèi)孔，以及進行切斷工作等。結(jié)構(gòu)上要求有較高的剛度和抗振性。床、工具銑床和各種專門化銑床等。已向加工中心靠近，進而演變成柔性制造單元。數(shù)控銑床多為三坐標(biāo)、兩軸聯(lián)動。一般情況下，在數(shù)控銑床上只能用來加工平面曲線的輪廓。計中的重要問題。能力、特性、決定和影響其他基本參數(shù)的數(shù)值。選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。第一傳動組的傳動副數(shù)不。=6種可能安排，亦即有6種機構(gòu)副和對應(yīng)的。齒輪的最小傳動minU?

　　

【正文】 求以及不削弱主軸剛度的要求下盡量去大些 。 由材料力學(xué)知 ,軸剛度 K 與抗彎截面慣性矩 I 成正比 ,與直徑之間有下列關(guān)系 : 41 ( )KI dK I D? ? ?空 空實 實 由上式可知 ,當(dāng) / ??時 ,空心主軸的剛度 K空 與實心主軸的剛度 K實 相差甚小 ,即內(nèi)孔對主軸剛度降低的影響很小 , 當(dāng) / ? 時 ,剛度降低約 25%.因此 ,為了不至于過分地削弱主軸剛度 ,一般應(yīng)使 / ? 另外 ,還應(yīng)考慮主軸的頸外壁厚是否足夠 . 推薦 : 銑床 ,d=拉桿直徑 +(510) XK5040 的主參數(shù) , 取 d= / 27 / 90 ??22。 滿足要求 . （ 3） 主軸懸伸量 a 的確定 主軸懸伸量 a 是指主軸前端大炮前支承徑向反力作用中點 (一般為前徑向支承中點 )的距離 ,它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)型式和尺寸 (大多都有軸端標(biāo)準(zhǔn) ),前支南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 共 71 頁 承的軸承配置和密封裝置等 . 有的還與機床其它結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān) ,如工作臺的行程等 . 因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定 。 參考同類機床和 金屬切削設(shè)計機床 ,取1/ ,aD? 則懸伸量 a=63mm。 4, 主軸跨距 l 的確定 根據(jù) 金屬切削設(shè)計機床 , 計算前支承剛度1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 /AK D N m m? ? ? ? ? ?. 計算綜合變量 ? =3AEIKa 此處取彈性橫量 52 10E MPa?? . (鋼的 52 10E MPa?? ) 主軸的截面慣性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 .1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m??? ? ? ? ? ? 則 ： 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3? ? ? ????? 由主軸跨距計算線圖 ,得 : 0 / ? ， 所以 0 ? . 合理跨距范圍為 : (0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6ll? ? ? ? ? ?0合 理 之 間， 為提高剛度 ,應(yīng)盡量縮短主軸外延伸長度 a,選擇適當(dāng)?shù)目缇?l ,一般推薦 取 l/a=35。 跨距 l 小時 ,軸承變形對軸端變形影響大 ,所以軸承剛度小時 , l/a 取大值 ,軸承剛性差時 ,則取小值 。這里 取 l=4a=4? 63=252(mm). ７ 主軸的材料 ,熱處理及技術(shù)要求 . （ 1） 主軸的材料及熱處理 . ① 主要為提高強度和韌性 ,可選用 45 和 40 rC ,進行調(diào)質(zhì)處理 .或 調(diào)質(zhì)后局部淬硬處理 . ② 主要為得到很高的表面硬度 ,增加耐磨性 ,可選用 20 rC 滲碳后淬硬 。若 他 要求也較高時 .可選用 G rC 15 調(diào)質(zhì)后表淬硬處理 . ③ 精密機床主軸 ,要求精度保持性好 ,應(yīng)選用熱處理后殘余應(yīng)力小的材料 ,如40 rC ,65Mn ,進行調(diào)質(zhì)后局部淬硬處理 . 由于數(shù)控立式銑床主軸支承為滾動軸承 ,輕 ,中載荷 ,低轉(zhuǎn) 速 ,精度要求較 高 , 南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 共 71 頁 可選用 40 rC 調(diào)質(zhì) (T235),軸頸部分表面淬硬 (G48). （ 2） 主軸的技術(shù)要求 : ８ 主軸部件的密封 主軸部件密封裝置的作用是防止?jié)櫥瑒牟考鞒?,和防止冷卻液 ,濕氣 ,灰塵 ,切削液及雜質(zhì)侵入部件內(nèi) ,導(dǎo)致主軸 ,軸承和傳動件等腐蝕及磨損過快 ,影響主軸部件的工作性能 . （ 1） 對主軸部件密封裝置的要求 ① 適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求 ,在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能 . 在密封部位引起的摩擦力盡量小 ,摩擦系數(shù)盡量穩(wěn)定 . ② 適應(yīng)工作環(huán)境的要求 ,密封性好 ,耐腐蝕性 ,磨損小 ,工作壽命長 .磨損后 ,在一定程度上能自動補償 . ③ 結(jié)構(gòu)盡可能緊湊 ,特別是主軸前支承處的密封裝置 ,軸向尺寸應(yīng)盡量小 ,以減小主軸前端部分懸伸量 ,提高主軸部件剛度 .同時力求結(jié)構(gòu)簡單 ,裝卸方便 . （ 2） 主軸部件密封裝置類型的確定 根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速 ,主軸軸承的潤滑方式 ,工作溫度 ,工作狀況和軸端結(jié)構(gòu)特點來選擇密封裝置的型式立式銑床的主軸是垂直安裝的 . 屬立式主軸 ,可選用曲路密封 (迷宮式密封 ),這裝置密封 ,墊圈和曲路相結(jié)合的密封 . 墊圈甩開油液使其集中于端蓋中引回 ,曲路密封還可以防止外界雜質(zhì)侵入 . ２ .４ 制動器設(shè)計 對制動器的要求是 :制動迅速 ,平穩(wěn) ,結(jié)構(gòu)簡單 ,緊湊 ,維修調(diào)整方便等 .制動方式有兩類 :電機制動和機械制動 。 在數(shù)控銑床上，通常根據(jù)刀具與工藝要求需進行主軸轉(zhuǎn)速的變換及制動，這制動裝置常用離合器來實現(xiàn)，而電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運動的元件。由于它便于實現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選擇，因而它已成為自動裝置中常用的元件。這里我們采用機械制動 ,采用電磁離合器制動。 按照要求，根據(jù)電磁離合器所能傳遞的靜扭矩 jM 和動扭矩 dM 選擇各類電南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 共 71 頁 磁離合器的規(guī)格，型號，從而確定其尺寸。 ２ .４ .１ 按扭矩選擇 一般應(yīng)使選用和設(shè)計的離合器的額定靜扭矩 jM 和額定動扭矩 dM 滿足工作要求。 額定靜扭矩： jM ynNKKMjn ???? 9 5 5 0 mN? 式中： jM — 離合器的額定靜力矩（ Kgm） K—— 安全系數(shù) maxM —— 運轉(zhuǎn)時的最大負載力矩 對于 需要在負載下啟動和變速，或啟動時間有特殊要求時，應(yīng)按動扭矩設(shè)計，查《機械設(shè)計手冊》表 4430，取 K=2 取 y= 則 jM ? K maxM = Kx9550jnyn =額定動扭矩： dM mNMta nGDKMMK fa ?????? ) ][()( 020 式中， aM ——— 加速扭矩； fGD][ 2 ——— 所有被離合器帶動的零件折算到離合器軸上的當(dāng)量飛輪矩 2mkg? ； ????? ??? 2222211222 )()()()()([][ nnGDnnGDGDGD zf .3 6 0])()( 222 AVGnnGD ii ?? ?。 fGD][ 2 ——— 安裝軸 (轉(zhuǎn)速為 n)及軸上零件的非輪矩之和 。 ?2212 )(,)( GDGD ?? ——— 分別為離合器帶動的其他各軸 (轉(zhuǎn)速為南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 38 頁 共 71 頁 n1 ， n,1 n2 in? )上零件的飛輪矩之和 。 ???at 加速時間 ,中型車床取 13s,位行用 —； ???0M 空轉(zhuǎn)扭矩。濕式多片式離合器一般為 jM 的 1—2%，油量小，精度高，水平安裝是取小值； 。，r、n m in/被動側(cè)的相對轉(zhuǎn)速離合器的主???? 通過計算，這里選用銑床專用離合器，型號為： DLMOZ5B。 ２ .５ 截面圖設(shè)計 截面圖設(shè)計主要考慮以下四個方面的問題 : 1, 個軸的位置安排 :包括主軸 ,I 軸和中間各傳動軸的合理安排和確定 。 2, 箱體結(jié)構(gòu)和外形 :變整箱體結(jié)構(gòu) ,與床身的連接方式 ,外觀造型等 。 3, 操縱機構(gòu)的設(shè)計和選擇 。 4, 潤滑系統(tǒng)的設(shè)計和潤滑元件的選擇 . ２ .５ .１ 軸的空間布置 軸系布置一般程序是 :先確定主軸在變速箱體中的位置 ,再確定傳動主軸的軸及與主軸軸齒輪有嚙合關(guān)系的軸 .第三部確定電動機軸或運動輸入軸 (I軸 )的位置 .最后確定其他各傳動軸的位置 . 1 主軸和傳動主軸的軸 立式銑床的主軸是垂直布置的 ,XKSV40 的主軸可上下移動，裝在套筒內(nèi)，傳動主軸的軸與主軸之間用一對 1： 1 的齒輪出動 ，該軸也是垂直分布的。 2 軸入軸的裝置 （ 1） I 軸上裝有電磁離合器制動，該部件的位置安排應(yīng)便于調(diào)整； （ 2）電磁離合器，需要考慮便于冷卻和潤滑，離主軸部件部件要遠一些，以減少摩擦發(fā)熱對主軸熱變形的影響。 （ 3）綜上所述，銑床 I 軸一般安排在變速箱后避處； 南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 39 頁 共 71 頁 3 中間各傳動軸 主軸和各傳動軸位置確定后，中間各傳動軸位置即可按轉(zhuǎn)動順序進行安排，應(yīng)考慮滿足以下要求： （ 1）裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)、維修和潤滑 （ 2）裝有制動器裝置的軸：要便于裝調(diào)、維修，該軸應(yīng)布置在靠近箱蓋或箱壁處，同時考慮與起、停裝置的互鎖。 （ 3）裝有潤滑油泵的軸：要有足夠的空間安裝潤滑油泵，其高度要便于油泵吸油和排油，并便于裝卸和調(diào)整油泵，裝有濺油輪或濺油齒輪的軸應(yīng)注意圓周速度和侵入油面的深度。 （ 4）其他：使箱體截面尺寸緊湊，比例協(xié)調(diào)，各操縱機構(gòu)安排得當(dāng)?shù)鹊? ２ .５ .２ 操縱機構(gòu) 操縱機構(gòu)是用來移動滑齒輪以達到變換運動速度的要求，它可以控制運動的啟停、換向和其他輔助運動，它的選擇和設(shè)計對機床的結(jié)構(gòu)和性能的發(fā)揮有著直接影響。 ２ .５ .３ 潤滑 主軸變速箱常用的潤滑方式有飛潤滑和壓力循環(huán)潤滑，飛潤滑適用于潤滑點比較集中，要求不很高的變速箱，這 里我們采用壓力循環(huán)潤滑，壓力循環(huán)潤滑分箱內(nèi)循環(huán)潤滑和箱外循環(huán)潤滑，前者結(jié)構(gòu)簡單，布置緊湊，后者冷卻潤滑效果好。1 壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的計算 （ 1）潤滑油量 油量 1 2 1 25 . 7 4 . 5 ( 1 )Q Q Q N N ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 油量粗算： (1 )QN??? /minl 式中： N???? 額定功率 ????? 機床效率 也可用如下公式計算各潤滑部位的需油量； 3 5 (1 ) /Q N t?? ? ? 式中： t?????允許循環(huán)油溫升，通常為 45500C 南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 40 頁 共 71 頁 1 . 6 5 ( 1 ) 1 . 6 5 7 . 5 ( 1 0 . 8 5 ) 1 . 8 6 / m inQ N l?? ? ? ? ? ? ? （ 2）油池容量： (3 7)VQ? ?? ? （升） ( 3 7 ) 1 . 8 6 5 . 5 8 1 3 . 0 2V ? ? ? ? ? ? ? （升） 油池容積應(yīng)超過 V的 30%，即為： （升） （ 3）油管的選擇與計算 油管的內(nèi)徑計算： Qd mmV? 式中： Q 流量 （ l/min） V 管內(nèi)油的流速 取主軸管內(nèi)油的流速為 4 / min,Vl?主 支油管： V支 =1 l/min,外徑 x 壁厚為： ；回油管： / minVl?回 ，外徑 x 壁厚為： 12x1。 2 柱塞泵的油量計算、結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸 供油量 26( ) / 4 1 0Q d s n u???? l/min 式中： d柱塞直徑 n柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù)， 次 /分 maxn 以 300700 次 /分為宜， 400520 次 /分為佳。 s柱塞行程。 ?效率， ? =—。 ２ .５ .４ 箱體設(shè)計的確有關(guān)問題 １ 箱體材料 以中等強度的灰鑄鐵 HT1533 和 HT2040 用得最廣泛。需時效處理。 ２ 砂型鑄造時，箱體鑄件的最小壁厚： 尺寸（長 x 寬 x 高） mm 壁厚 mm 大于 800x800x500 約 25 3 箱體壁孔對剛度的影響和補償 箱體軸承孔 面積點總側(cè)壁面積 30%左右時候，與未開孔的箱體比較，扭轉(zhuǎn)剛南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 41 頁 共 71 頁 度下降 2030%，彎曲剛度下降更大，為彌補因開孔 而削弱的剛度，常用凸緣和加工筋。厚度為： ，筋高：（ 4~5） b 南華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 42 頁 共 71 頁 第三章 進給系統(tǒng)設(shè)計 ３ .１ 總體方案設(shè)計 ３ .１ .１ 對進給伺服系統(tǒng)的基本要求 帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進給驅(qū)動系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)，進給伺服系統(tǒng)不僅是數(shù)控機床的一個重要組成部分，也是數(shù)控機床區(qū)別于一般機床的一個特殊部分。數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指 令信號響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。