数控机床传动与进给机构设计概述gflf.docx
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1、本科毕业业论文题目:数控机床床传动与与进给机机构设计计学 院:机械自动动化学院院专 业:机械电子子工程学 号:学生姓名名:指导教师师:日 期:摘 要要本次设计计主要包包括两部部分内容容,第一一部分是是主传动动系统的的设计,第第二部分分是进给给传动系系统的设设计,主主传动系系统的设设计目标标是使机机床主轴轴能在一一定转速速范围内内实现无无级调速速,在设设计这一一部分时时,主要要进行了了一下几几项工作作:分级变变速箱的的设计,主轴尺寸设计,支承方式的选择,为了满足主轴的刚度要求,还要对主轴进行校核计算。进给传动系统设计的主要目标是使机床工作台能在xy方向上自由移动,机床xyz三方向上的传动构件相同
2、,故只需设计x方向传动系统,主要涉及到:导轨的选型,滚珠丝杠与支承轴承,驱动电机的选型与计算,主要零部件的精度验算,装配图设计,确定各部分零件的主要尺寸后,零件的细节尺寸设计在装配图中完成。在对零件进行校核时,主要根据零件的刚度和寿命进行校核,本次设计主要的设计方法是理论设计和经验设计。关键词: 数控控铣床; 主传传动; 进给传传动; 伺服电电机AbsttracctThiss deesiggn mmainnly inccluddes twoo paartss, tthe firrst parrt iis tthe dessignn off thhe mmainn drrivee syystee
3、m, thee seeconnd ppartt iss thhe ddesiign of thee feeed driive sysstemm, tthe maiin ddrivve ssysttem dessignn gooal is to makke tthe macchinne sspinndlee inn a cerrtaiin sspeeed rrangge tto aachiievee sttepllesss sppeedd , In thee deesiggn oof tthiss paart, thhe mmainn woork carrrieed oout a ffew: c
4、laassiificcatiion geaarboox ddesiign, spiindlle ssizee deesiggn, ssuppportt thhe cchoiice of wayy, iin oordeer tto mmeett thhe sstifffneess reqquirremeentss off thhe sspinndlee, bbut alsso tthe spiindlle tto cchecck tthe callcullatiion. Feeediing driive sysstemm deesiggn oof tthe maiin ggoall iss to
5、o maake thee maachiine tabble in thee xyy diirecctioon oof ffreee moovemmentt, tthe macchinne xxyz thrree dirrecttionns oof tthe samme ttrannsmiissiion commponnentts, so onlly tthe dessignn off x-dirrecttionn drrivee syysteem, maiinlyy reelatted to: guiide sellecttionn, BBalll sccreww annd bbearring
6、g beeariing, driive mottor sellecttionn annd ccalcculaatioon, tthe acccuraacy of thee maain parrts of thee caalcuulattionn, asssemmblyy diiagrram dessignn too deeterrminne tthe maiin ppartts oof tthe varriouus ppartts oof tthe sizze oof tthe dettaills oof tthe dessignn off paartss inn thhe aasseembl
7、ly ddiaggramm too coomplletee. IIn tthe parrts to cheeck, maainlly bbaseed oon tthe stiiffnnesss annd llifee off paartss too chheckk, tthe dessignn off thhe mmainn deesiggn mmethhod is thee thheorretiicall deesiggn aand expperiiencce ddesiign.Key worrds: CCNC milllinng mmachhinee; Maiin ddrivve; Fee
8、ed ddrivve; Serrvo mottor 42目 录1 绪论论51.1 选题的的背景及及意义551.2 数控机机床的发发展情况况51.3 设计任任务62 主传传动系统统设计772.1 概述772.2 分级变变速箱的的设计772.2.1 分分级变速速箱的变变速级数数72.2.2 传传动公比比的确定定72.2.3 传传动齿轮轮齿数的的确定772.3 主轴组组件的基基本要求求82.4 采用滚滚动轴承承的主轴轴组件992.4.1 支支承方式式的选择择92.4.2 轴轴承间隙隙的调整整与预紧紧92.5 主轴尺尺寸设计计92.6 主轴组组件的刚刚度计算算102.7 轴承润润滑和主主轴密封封112
9、.8 本章小小结113 进给给传动系系统设计计133.1 导轨轴轴向负载载力计算算133.2 导轨的的选型1133.3 滚珠丝丝杠与支支承轴承承143.3.1 滚滚珠丝杠杠的计算算143.3.2 支支承用轴轴承的选选用163.3.3 承承载能力力校验1163.4 驱动电电机的选选型与计计算173.5 主要零零部件的的精度验验算183.5.1 伺伺服刚度度KR1183.5.2 丝丝杠的轴轴向拉压压刚度1183.5.3 轴轴承的轴轴向刚度度183.5.4 滚滚珠与滚滚道的接接触刚度度Kc1193.5.5 进进给传动动系统的的综合拉拉压刚度度K193.6 进给传传动系统统的动态态特性分分析193.7
10、 驱动电电动机与与滚珠丝丝杠的连连接193.8 本章小小结204 数控控机床控控制系统统设计2214.1 控制系系统硬件件的基本本组成2214.1.1 概概述214.1.2 数数控系统统的主要要性能与与规格2214.1.3 主主轴和进进给轴控控制的硬硬件系统统224.2 数控机机床主要要的电气气控制回回路235 总结结24参考文献献24致谢2551 绪论论1.1 选题的的背景及及意义以数控机机床作为为本次设设计的主主要内容容,非常常贴近于于国家目目前的经经济发展展大势。前前不久国国家提出出了中国国工业44.0,中中国制造造20225等发发展目标标,这不不仅仅是是一句口口号,还还会转化化为切切切
11、实实的的行动,如如何实现现工业44.0?参照德德国的标标准,实实现工业业4.00必须要要实现生生产的智智能化和和数据化化,依靠靠传统的的机床根根本无法法实现这这一点,必必须借助助于新一一代的数数控机床床才有可可能实现现这一目目标,数数控机床床能实现现自动化化的加工工,加工工精度和和经济效效益远高高于工人人手工操操作,人人们只需需将预先先写好的的程序传传入数控控机床,机机床便能能读取这这些命令令并加工工出满足足工艺要要求的各各种零件件,大大大提高了了生产效效率,降降低了工工人的工工作负担担。数控机床床的加工工能力远远大于普普通机床床,这是是因为与与普通机机床相比比,它多多了一个个重要的的组成部部
12、分,即即数控系系统,经经过多年年的发展展,数控控系统已已经成为为一个比比较成熟熟的分支支,它主主要包括括输入输输出,数数控装置置,伺服服装置和和相关的的辅助装装置。加工零件件时,工工人必须须先根据据零件的的加工工工艺编写写程序,然然后将程程序输入入数控系系统中去去,完成成这一过过程的就就是数控控系统的的输入输输出设备备,主要要有手动动输入和和通信接接口两种种输入方方式。数控装置置是数控控系统的的核心,相相当于机机床的ccpu,它它能识别别输入的的程序,并并将这些些程序转转化为机机床的控控制命令令,通常常使用微微型计算算机完成成这一功功能。数控机床床的伺服服系统包包括主要要的传动动结构和和动力部
13、部分,是是完成机机床机械械运动的的主要装装置,本本篇论文文也主要要围绕这这一部分分展开,包包括主传传动系统统和进给给系统,主主传动系系统控制制刀具的的运动,刀刀具轨迹迹的具体体实现方方法则是是在微型型计算机机中通过过插补运运算得到到,进给给传动系系统则实实现工件件的各种种运动,主主要通过过三轴的的丝杠来来实现。机床是一一个复杂杂的系统统,它由由许多小小装置组组合到一一起,在在数控装装置的控控制下,完完成各种种复杂的的运动。本本次主要要设计伺伺服系统统,设计计时也不不能脱离离这个系系统,要要考虑到到与其他他装置的的相互配配合,例例如,数数控机床床一般都都能实现现自动换换刀的功功能,刀刀具又与与主
14、轴配配合到一一起,因因此在设设计主传传动系统统主轴时时,要考考虑到自自动换刀刀装置,在在比如机机床的温温度控制制系统,在在设计机机床的各各个运动动部件时时,都应应该考虑虑到这一一系统。1.2 数控机机床的发发展情况况经过从最最初的购购买引进进,到现现在的自自主创新新,中国国的机床床行业从从无到有有,有了了巨大的的发展,现现在,在在国家的的大力扶扶持下,我我国的机机床行业业迎来了了又一个个发展机机遇期,在在相关的的技术领领域不断断取得突突破,大大连机床床厂是一一家运营营比较成成功的机机床企业业,该厂厂的许多多机床代代表着中中国机床床市场上上最高端端的一批批产品,例例如VDDWA550、BB50五
15、五轴立式式加工中中心,这这一型号号机床能能实现刀刀具的三三轴运动动,工作作台采用用两轴联联动加工工技术,实实现了机机床的五五轴联动动加工,该该机床利利用重心心驱动,复复合设计计等相关关原理,使使得机床床具有良良好的工工作性能能,结构构紧凑,性性价比高高。在第第十五届届中国国国际机床床展览会会上,中中国的机机床企业业展示了了大量的的先进机机床,例例如沈阳阳机床展展示的ii5智能能机床,宝宝鸡西力力精密机机械展示示的FTTN500自动化化加工单单元,数数控系统统方面则则有华中中数控展展示的华华中8型型数控系系统。本本次机床床展览会会显示了了中国机机床行业业令人惊惊讶的创创新能力力与产品品设计能能力
16、,在在多年的的发展过过程中,中中国的机机床行业业并没有有在外国国的技术术封锁与与残酷的的市场竞竞争中消消亡,反反而依靠靠自身能能力,一一步一个个脚印,走走出了自自己的康康庄大道道,出现现了一批批具有极极强研发发能力的的企业,例例如沈阳阳机床,大大连机床床,华中中数控,广广州数控控等等。现如今,中中国的机机床行业业仍有大大量的问问题没有有解决,经经过20008年年经融危危机后,西西方的许许多工业业强国都都意识到到了制造造业在国国民经济济中的重重要地位位,纷纷纷加大了了对制造造业的研研发投入入,中国国面临的的竞争也也越来越越激烈,与与国际上上的机床床制造强强国相比比,中国国的机床床制造业业主要存存
17、在以下下几项缺缺点:(1)在在技术水水平上,经经过多年年的发展展,外国国企业积积累了雄雄厚的研研发能力力,目前前,他们们已将目目光投向向与新一一代数控控机床设设计,技技术方面面呈现“高,精精,尖”的特点点,在这这些高水水平数控控机床设设计上,中中国仍有有一定的的差距。(2)从从机床市市场上的的产品组组成上看看,机床床市场上上产品的的整体水水平还处处于中下下游,技技术水平平与西方方发达国国家相比比有一定定的差距距,一些些高水平平的数控控机床还还处于试试验阶段段,并没没有投放放市场。(3)从从数控机机床的研研发设计计能力上上看,中中国的机机床行业业研发能能力还有有不足,机机床是一一个系统统,且比比
18、一般产产品更加加复杂,它它有许多多零件组组成,每每一个都都对整个个系统的的性能产产生一定定的影响响,没有有雄厚的的科研能能力与相相关的技技术积累累,很难难设计出出性能优优异的机机床,而而中国的的机床行行业就是是缺少相相关的技技术积累累,一直直处于摸摸索过程程中。(4)从从市场化化程度上上看,中中国机床床行业在在国际市市场上并并没有占占据很大大的市场场份额,甚甚至在国国内市场场上所占占份额都都不算太太大,主主要因为为中国机机床水平平落后于于西方的的工业强强国,虽虽然中国国一直在在奋起直直追,但但中国面面临的竞竞争压力力只会越越来越大大。目前,这这些问题题已经引引起了相相关部门门的重视视,产业业扶
19、持力力度也在在不断加加大,相相信将来来,中国国的机床床行业也也能赶上上世界先先进水平平。1.3 设计任任务 本次设设计主要要包括两两大部分分内容,第第一部分分是主传传动系统统的设计计,已知知参数有有主电机机功率55.5kkw,最最高转速速为60000rr/miin,额额定功率率为15500rr/miin,主主轴转速速范围为为3060000r/minn,具体体设计内内容有:分级变变速箱的的设计,主轴的设计,主轴支承轴承的设计。第二部分是进给传动系统的设计,已知参数有工作台重量210kg,最大承重300kg,面积1000320mm,切削速度104000mm/min,最大速度5000mm/min,工
20、作台x向行程600mm,定位精度0.05mm,具体设计零件有滚珠丝杠的设计,支承轴承的设计,导轨的选型,伺服电机的设计,伺服电机与滚珠丝杠的连接,滚珠丝杠的刚度校核与寿命校核。2 主传传动系统统设计2.1 概述主轴电机机启动后后,经过过主轴箱箱的变速速机构,来来调节刀刀具的切切削速度度,进而而加工加加工各种种不同的的零件。主主轴电机机的转速速可以调调节,属属于无级级调速,但但是调速速范围不不大,在在本次设设计中,主主电动机机参数已已知,其其额定转转速为115000r/mmin,经经过变频频器变速速后最大大转速可可以达到到60000r/minn,为了了使数控控铣床的的主轴能能够无级级调速,并并且
21、扭矩矩能够实实现加工工要求,可可以在调调速电机机后串联联有级调调速机构构,即齿齿轮调速速,进过过无极变变速和有有级变速速的共同同调节,可可以使主主轴转速速范围满满足设计计要求,在在加工零零件时,主主轴转速速应在其其计算转转速以上上,此时时可以充充分发挥挥主电动动机的功功率。2.2分分级变速速箱的设设计2.2.1分级级变速箱箱的变速速级数 在设计计机床的的主传动动系统时时,已知知的设计计参数有有:主轴轴的调速速范围为为3060000r/minn,计算算转速为为5000r/mmin,采采用5.5kww的主轴轴专用变变频电机机作为主主电动机机使用,电电动机的的基本转转速为115000r/mmin,最
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