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学院毕业设计(论文)题 目数控雕铣机进给系统机械设计作 者系(部)机械工程学院专业班级机械设计与制造级
(1)班指导教师职 称毕业设计(论文)任务书课题名称数控雕铣机进给系统机械设计系别机械工程学院专业/班级机械设计与制造级
(1)班学生姓名学号指导教师单位/职称机械工程学院/讲师课题来源科研课题成果形式论文所属岗位机械加工与设计
一、毕业设计(论文)课题的主要内容、任务和目标、基本要求等根据已知条件确定极限转速、公比、结构网和结构式、绘制转速图,得到主运动传动系统图;设计雕铣机进给运动传动系统图,得到各轴的计算转速;设计三个方向进给运动;进给运动的转速和功率扭矩特性;三个方向进给运动是如何实现的;进给运动的部件和零件如何选择;进给运动零件的计算校核齿轮间隙的消除和丝杠螺母机构的预紧等完成一张进给运动装配图和进给运动零件图
二、实践要求顶岗实习单位要与机械加工岗位相关,时间12周,要求熟悉所使用的机械加工工具的工作原理,并能熟练操作加工出合理的零件,对零件的加工工艺和工序及整件的装配有所了解加强动手能力的培养加强对数控机床的认识和操作,能独立解决机床方面简单的问题,并对自己的毕业设计做修改和完善
三、进度安排
1.校内查阅文献资料,完成开题报告;(1周)
2.根据数控雕铣机的具体参数,确定总体设计方案;合理选取电动机;(1周)
3.根据总体设计方案,进行进给运动设计与校核(1周)
4.完成装配图和零件图的绘制,顶岗实习;(1周)
5.整理毕业设计论文资料,准备毕业答辩;(1周)
6.毕业答辩;
四、推荐的主要参考资料
[1]范云涨陈兆年.《金属切削机床设计——简明手册》.机械工业出版社
1994.7
[2]翁世修王良申.《金属切削机床——设计指导》.交通大学出版社
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[3]毛谦德李振清.《机械设计师手册》第二版.机械工业出版社
2004.1
[4]黄鹤汀.《金属切削机床》上、下册.机械工业出版社
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[5]李澄吴天生闻百桥.《工程制图》第二版.高等教育出版社
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[6]郁汉琪.《机床电气控制技术》.高等教育出版社
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[7]郁汉琪.《机床电气实验、课程设计指导书》.北京高等教育出版社,
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[8]中国纺织大学,天津大学《机床设计图册》.科技技术出版社
1979.6
[9]陈立德.《机械设计基础》.高等教育出本社,
2004.4指导教师签名田敬年月日专业负责人签名徐惠敏年月日数控雕铣机进给系统机械设计摘要此次的设计任务为CGM4300小型数控雕铣机的设计,根据已知条件确定设计进给运动中各个零部件及分析其工作特点;选择合理的步进电机实现三个方向的进给运动以及进给运动的转速和功率扭矩特性;进给运动的部件和零件的如何选择;进给运动零件的计算校核;滚珠丝杠轴承的选择及定位轴向力如何传递;再利用CAD完成雕铣机装配图通过小组一起查阅资料,网上了解数控雕铣机的特点和研究方法,到学校数控基地增强对数控雕铣机系统和结构的认识,拆装并测绘数控雕铣机随后去学校图书馆翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍再对其系统内部零件、机床主运动传动系统的设计,了解了各个主运动零件工作优点,机床主要零件部件设计计算翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍,采用小组讨论的方法共同确定数控雕铣机的结构;并在指导老师的热心帮助完成了图纸的绘制和说明书的撰写这次的毕业设计让我们回顾了一下以前学过的基础知识并深化,使自己的专业知识有了很大提高在本文中详细描述了数控雕铣机伺服进给传统系统的设计方法包括传动系统拟定滚珠丝杠及其支承组合方式伺服电动机及其反馈装置选择精度验算等关键词数控雕铣机,步进电机,滚珠丝杠,伺服传动系统目录TOC\o1-3\h\z\u第一章前言
11.1数控雕铣机发展现状综述
11.2设计要解决的问题和拟采用的研究方法
11.3解决思路及步骤
21.4机床参数3第二章X轴系统零部件的计算与校核
42.1X轴系统的重力计算
42.2横向进给运动的设计
52.
2.1切削力计算
52.
2.2滚珠丝杠的设计
52.
2.3横向步进电机的选用
72.3滚珠丝杠的传动设计
82.
3.1选取滚珠丝杠的型号
82.
3.2丝杠传动扭矩校核
82.
3.3校核丝杠的当量动载
92.
3.4滚珠丝杠的校核
102.4垂向进给系统的设计
122.
4.1滚珠丝杠设计
122.
4.2垂向步进电机的选用13第三章结束语15参考文献15谢辞16第一章前言
1.1数控雕铣机发展现状综述我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上取得了很大的发展,在一些关键技术方面也取得了重大突破据统计,目前我国可供市场的数控机床有1500种,几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械领域之广,可与日本、德国、美国并驾齐驱这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床同时,我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000—10000r∕min以上的数控机床我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等技术,很多企业已开始和计划实施应用ERP、MRPⅡ和电子商务但从国情来看,我国正处于工业化中期,即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变,从脱贫向致富转变,煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲,构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需要据毕马威会计事务所分析,中国已经超过德国,成为世界第一大机床市场,数控机床已成为机床消费的主流我国未来数控机床市场巨大,预计2010年数控机床消费仍将超过60亿美元,台数将超过10万台专家指出,中高档数控机床的比例会大幅增加,经济型数控机床的比例不会有太大变化,而非数控的普通机床的需求将会大幅度减少近年,全国模具产值也有大幅增长我国目前大型、精密、复杂、长寿命模具依然大量进口,模具市场主要集中在华东,大约占全国销售额的75%最近,江苏苏州地区已在规划筹建亚洲最大的模具制造基地模具制造业需要高速数控铣床、三坐标测量机、精密电加工机床、高精度加工中心、精密磨床等电子信息设备制造行业的装备
99.5%依赖进口该行业需求大批小型精密数控机床如高速铣削中心、高速加工中心、小型精密车床、小型精密冲床、精密和超精密加工专用数控机床及精密电加工机床等近年党中央、国务院高度重视包括数控机床在内的装备制造业发展,相继出台的一系列政策措施,进一步确立了数控机床产业的战略地位,为行业发展创造了有利条件我国机床行业经过几十年的发展,形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系,具备了快速提升的基础,尤其是十五以来,面对持续高涨的国内市场需求和良好的政策环境,我国机床行业发展迅速,在质和量上都取得了飞跃
1.2设计要解决的问题和拟采用的研究方法此次的设计任务为小型数控雕铣床的设计,撰写一份详细的设计说明书、绘制一张小型数控雕铣床的装配图、若干零件图及PLC电气控制原理图该设计主要解决如下问题
1.设计进给运动中各个零部件及分析其工作特点;
2.选择合理的步进电机实现三个方向的进给运动;
3.滚珠丝杠轴承的选择及定位轴向力如何传递,间隙如何调整;
4.撰写设计说明书、绘制数控雕铣机的装配图、零件图拟采用的研究方法1)到学校数控基地增强对数控雕铣机系统和结构的认识;拆装并测绘数控雕铣机,使自己对数控机床有了感性的认识;2)去学校图书馆翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍再对其系统内部零件进行设计机床主运动传动系统的设计;各个主运动零件工作优点;机床主要零件部件设计计算3)翻阅一些有关数控雕铣机的改造的书籍,采用小组讨论的方法共同确定数控雕铣机的结构,并进行相关工艺参数的校核4)独立完成工程图的绘制
1.3解决思路及步骤解决思路如图1-1所示
1.机床进给运动设计丝杠传动的结构和特点,滚珠丝杠及轴承的选择,定位;由三个不同的步进电机来控制三个方向进给运动过程
2.机床主要零部件的设计
(1)步进电机的选择计算;
(2)滚珠丝杠的设计计算;滚珠丝杠的轴承的选取与校核;图1-1铣床设计框图
1.4机床参数工作台尺寸(X/Y)……………………………………………………………………‥500/480毫米最大行程(X/Y/Z)…………………………………………………………………‥400/400/150毫米最大工件尺寸(X/Y/Z)……………………………………………………………………‥‥400毫米最大刀具直径(Er20)………………………………………………………………………‥‥13毫米主轴电机功率……………………………………………………………………………………‥3千瓦最大进给速度…………………………………………………………………………………5米/分钟主轴转速范围……………………………………………………………………‥1500-24000转/分钟分辨率……………………………………………………………………………‥士
0.001毫米/脉冲定位精度……………………………………………………………………………………士
0.01毫米重复定位精度……………………………………………………………………………士
0.005毫米外型尺寸(长/宽/高)………………………………………………………‥1500/1500/1800毫米机器总功率…………………………………………………………………………………………5千瓦机器轴联动数……………………………………………………………………………………3第二章X轴系统零部件的计算与校核
2.1X轴系统的重力计算主轴系统主要由三部分组成3KW主轴安装座、滑块及拖板根据中的图纸分别计算3KW主轴安装座、滑块的体积V及其重量G工业用铝合金的密度;灰铸铁的密度主轴安装座的体积V1及重力G1计算滑块体积V2及重力G2计算拖板体积V3及重力G3计算
2.2横向进给运动的设计
2.
2.1切削力计算工作台约重30Kg切削功率为…………(
2.1)式中——主电机功率,3Kw ——主传动系统总功率系数,取
0.6 ——进给系统功率系数,取
0.96 根据公式2-1可得
1.728Kw又因为 , 则=
1.058KN 式中——切削线速度,取故主切削力通常取
2.
2.2滚珠丝杠的设计工作台横向进给丝杠的轴向力(
2.2)式中——考虑颠覆力矩影响的实验系数,——工作台,——导轨上的摩擦系数,——横向切削力,根据公式(
2.2)得
0.65KN强度计算滚珠丝杠的转速式中——取60mm/min——滚珠丝杠螺距,6mm则得寿命值=60nT/式中T——寿命时间,15000h最大负载…………(
2.3)式中——运转系数,取
1.2——硬度系数,取
1.1——轴向切削力,
0.65KN根据公式
2.3可得=
1.7847KN根据经验,选取滚珠丝杠的型号FDM236LH—1—T7,即内循环浮动式,双螺母垫片预紧,公称直径为23,螺距为6mm,左旋,一圈二列,T型7级精度,滚珠直径为
3.82(取4)其额定动负荷为
12.8KN>Q,其强度够用…………(
2.4)根据滚珠丝杠的型号可查得其螺旋升角;式中——滚动摩擦系数,取
0.001——滚珠直径4mm——滚珠与滚道的接触角,取根据公式2-4可得则滚珠丝杠的传动效率
2.
2.3横向步进电机的选用
1.确定步距角取系统的脉冲当量,选用步距角
2.启动力矩的计算丝杠牵引力式中——当量摩擦系数,
0.01设步进电动机等效负载力矩为,负载力为,根据能量守恒原理,电动机所做的功与负载所做的功相等,即则又因,数控装置发出一个脉冲后,工作台的位移量L为一个脉冲当量
0.001cm,这时电动机转过的负载的角度故式中——机床导轨摩擦系数,取
0.18——与重力方向一致,作用在移部件上的负载力,
1.165KN如果不考虑启动时的运动部件惯性的影响,则启动力矩取安全系数为
0.25,则对于工作方式为五相十拍的步进电动机
3.步进电动机的最高频率取横向进给速度最大为,则步进电动机的最高频率为根据以上数据和经验,查《机械设计手册》第5卷表
35.2-10选用90BYG5502型步进电动机较合适,该电动机步距角为,最大静转距为300,最高空载启动频率为2200Hz
2.3滚珠丝杠的传动设计
2.
3.1选取滚珠丝杠的型号本机床主电机采用90BYG5502型混合式步进电机,电机的静扭矩为300,步距角为,根据类比法选用内循环滚珠丝杠FDM236LH—1—T
72.
3.2丝杠传动扭矩校核
1.丝杠传动效率式中——中径处的螺纹升角S—螺纹导程,6mm—丝杠中径,21mm有——当量摩擦角—滚动摩擦系数,
0.001—滚珠直径,取4mm—滚珠与滚道的接触角,有所以
2.丝杠驱动扭距根据…………(
2.5)式中P——所受轴向力,426NS——螺纹导程,6mm——传动效率,
91.5%根据公式
2.5可得
3.丝杠传递的扭矩
2.
3.3校核丝杠的当量动载型号为FDM236LH—1—T7丝杠的当量动载为
12.8KN丝杠的寿命系数根据式中——预期寿命,15000h故有=转速系数根据式中——当量转速故有当量轴向载荷丝杠当量动载C安全
2.
3.4滚珠丝杠的校核
1.滚珠与螺纹滚道之间的接触变形根据式中——轴向载荷,
378.5N——滚珠直径,
3.969mm——滚珠数量有,取所以由于滚珠丝杠已预紧,
2.丝杠轴向拉伸压缩变形根据又因为所以
3.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形根据式中——轴承的滚动体直径,
3.6mm——轴承的轴向载荷,
378.5N——轴承的滚动体数,18所以
4.滚珠丝杠副总变形符合要求
2.4垂向进给系统的设计
2.
4.1滚珠丝杠设计根据式中—考虑颠覆力矩影响的实际系数,—垂向切削分力—导轨的摩擦系数,—刀头重量可得滚珠丝杠的转速取60滚珠丝杠螺距=6故10取寿命时间,则寿命值则运转系数,硬度系数则最大负载根据经验选取滚珠丝杠的型号即内循环浮动式,双螺母垫片预紧,公称直径为25,螺距6,采用左旋、一圈二列、T型7级精度,其额定动负荷
12.8〉Q,其强度够用由于所选滚珠丝杠的螺旋升角,摩擦角式中—导轨的摩擦系数,—滚珠直径
3.969—滚珠与滚道的接触角则滚珠丝杠的传动效率
2.
4.2垂向步进电机的选用
1.确定步距角取系统的脉冲当量,选用步距角
2.启动力矩丝杠牵引力式中—当量摩擦系数,因该步进电动机等效负载力矩为,负载力为,根据能量守恒原理,电动机所作的与负载所做的功相等即则因,数控装置发出一个脉冲后,工作台的位移量L为一个脉冲当量,这时电动机转过的角度,代入得式中—机床导轨摩擦系数取如果不考虑启动时的运动部惯性的影响,则启动力矩,取安全系数为,,对于工作方式为四相八拍的步进电机
3.步进电动机的最高频率取横向进给速度最大为,则步进电动机的最高频率为,根据以上数据和经验范围选用90BYG5502型步进电动机较合适,该电动机步距角为,最大静转距为,最高空载启动频率为第3章结束语通过本次对数控雕铣机的设计,使我了解了很多关于这方面的知识,机床数控是一项综合性较强的工作,它的设计涉及机械、电气、计算机、伺服系统等诸多技术,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化数控加工具有很多特点加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高在机械制造领域,机床的数控技术具有非常重要的意义随着科学技术的不断发展,对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求,产品的更新换代也不断加快因此,对数控机床的设计也就显得比较重要,数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面数控机床,由于可以较好的解决形状复杂、精密小批量多变零件的加工问题,能够稳定加工质量和提高生产率,因此,数控机床在世界各国得到了大力的发展,设计改造速度不断加快此次的设计任务为CGM4300小型数控雕铣床的设计,根据机械设计专业知识,通过小组一起查阅资料,网上了解数控雕铣机的特点和研究方法,并在指导老师的热心帮助完成了图纸的绘制和说明书的撰写这次的毕业设计让我们回顾了一下以前学过的基础知识并深化,使自己在专业知识有了很大的提高通过本次对数控雕铣机主传动的设计,有机会使自己所学的知识和实践相联系,更加深刻体会了设计的快乐,也了解了自己诸多的不足,在老师的帮助以及在如今强大的网络支持下,一一解决了自己所遇到的所有问题,很高兴能有这样的机会让理论与实际得到了联系,更好的巩固了自己三年来所学的,为步入社会奠定了基础参考文献
[1]范云涨,陈兆年.金属切削机床设计——简明手册.北京机械工业出版社1994
[2]翁世修,王良申.金属切削机床——设计指导.上海交通大学出版社
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[4]黄鹤汀.金属切削机床上、下册.北京机械工业出版社
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[5]李澄,吴天生,闻百桥.工程制图第二版.北京高等教育出版社,
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[10]郑修本,机械制造工艺2版,北京机械工业出版社
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[11]黄鹤丁,机械制造装备,北京机械工业出版社,
2001.4
[12]金大鹰,机械制图2版,北京机械工业出版社,
2008.1
[13]袁巨龙,周兆忠,机械制造基础,杭州浙江科学技术出版社,
2007.8谢辞走的最快的总是时间,来不及感叹,大学生活已近尾声,三年多的努力与付出,随着本次论文的完成,将要划下完美的句号本论文设计在田敬老师的悉心指导和严格要求下业已完成,从课题选择到具体的写作过程,论文初稿与定稿无不凝聚着李恒太老师的心血和汗水,在我的毕业设计期间,田敬老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议,田老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度使我深受感动,没有这样的帮助和关怀和熏陶,我不会这么顺利的完成毕业设计在此向田敬老师表示深深的感谢和崇高的敬意!在临近毕业之际,我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意,感谢他们三年来的辛勤栽培不积跬步何以至千里,各位任课老师认真负责,在他们的悉心帮助和支持下,我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现,顺利完成毕业论文同时,在论文写作过程中,我还参考了有关的书籍和论文,在这里一并向有关的作者表示谢意我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友,在毕业设计的这段时间里,你们给了我很多的启发,提出了很多宝贵的意见,对于你们帮助和支持,在此我表示深深地感谢!徐冠燿年月日。