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（定稿）XK5040数控立式铣床主运动系统及进给系统及控制系统设计（全套下载）

面质量负载引起的轨迹误差尽可能小。对数控机床机械传动部件则有以下要求被加速的运动部件具有较高的惯量高的刚度和良好的阻尼传动部件在拉压刚度扭转刚度摩擦阻尼特性和间隙等方面具有尽可能小的非线性。总体方案进给伺服系统总体方框图如下图.所示。图.进给伺服系统总体方框图.进给伺服系统机械部分设计进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括确定脉冲当量，计算切削力，滚珠丝杆螺母副的设计计算与选型，齿轮传动计算，步进电机的计算和选型等。确定脉冲当量，计算切削力确定系统的脉冲当量脉冲当量是指个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控机床加工精度的个重要参数，因此。脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。对经济型数控机床来说，常采用脉冲当量为.脉冲.脉冲。在的主要技术参数中要求横向纵向脉冲当量为.。切削力计算在进行进给系统的传动计算,选用步进电机时,都要用到切削力机床的主要负载.铣削抗刀分析铣削运动的特征是主运动为铣刀绕自身轴线高速回转，进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给键槽铣刀可沿轴线进给。铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端面铣刀为基本形线。圆柱铣和端面铣刀的切削部分都可看做车刀刀头的演变，铣刀的每个齿相当于把车刀，它的切削基本规律与车削相似。通常假定铣削时，铣刀的铣削抗力作用在刀齿的点上，如下图.所示。设刀齿上受到的切削抗力的合力为，将沿铣刀轴线径向和切向进给分解，则分别为轴向铣削力和径向铣削力和切向铣削力。切向铣削力是沿铣刀主运动方向的分力，它消耗铣床主电机功率最多。因此，切向铣削力可以按切削功率或主电机功率计算，也可以按切削用量进行计算。式中主轴传递全部功率时的最低切削速度，机床主传动系统的效率。这里按切削用量进行计算。式中铣削接触深度，每齿进给量，齿铣刀直径，铣削深度，铣刀齿数。图.铣削力及工作台上的载荷取.齿。则，进给工作台工作载荷的计算作用在进给工作台上的合力与铣刀刀齿的铣削抗力的合力大小相同方向相反，如图.所示，合力就是设计和校核工作台进给系统的时要考虑的工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力工作台的纵向进给方向载荷，工作台横向进给方向载荷和工作台垂直进给方向载荷。工作台工作载荷和与铣刀的切向铣削力之间有定的经验比值可查机电综合指导表，因此，求出后，即可计算出工作台工作载荷和。即则.,.,滚珠丝杠螺母副的计算和选型纵向进给丝杠计算进给牵引力纵向进给为燕尾形导轨。式中分别为工作台纵向进给方向载荷，垂直载荷和横向载荷考虑颠复力矩影响的实验系数移动部件的重量导轨上的摩擦系数。圈相对外圈可以移动,当内圈向大端移动时,由于的内锥孔.内圈将胀大消除间隙。主轴端部的结构型式主轴端部的型式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的型式.主轴端部的结构,应保证夹具顶尖或刀具可靠,定位准确,高的联结刚度以传递足够的扭矩,并尽量缩短主轴悬伸长度,以及装卸方便等.通用铣床主轴端部结构型式如下图.图.主轴端部结构锥孔作定位面,供安装铣刀或铣刀心轴的尾锥,再用拉杆从主轴后端拉紧四个螺孔供安装铣刀用,两个长槽供安装端面键以传递扭矩.主轴主要参数的确定主轴的主要参数是指主轴平均直径主轴前轴颈直径主轴内孔直径,主轴悬伸量和主轴支承跨距。这些参数直接影响主轴的工作性能.但为简化问题,主要从静刚度条件出发来确定这些参数.即选择,使主轴获得最大的静刚度,也就是使主轴轴端位移最小,同时兼顾其他的要求,如高速性,抗振性能等。主轴轴颈直径的确定主轴轴颈直径对主轴部件刚度影响最大.加大直径,可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形所引起的轴端位移,从而提高主轴部件刚度.但加大直径受到轴承值的限制,同时造成相配零件尺寸加大,制造困难,结构庞大和重量增加等.因此在满足刚度要求下应取小值。查机床设计手册取,后轴颈平均轴颈取.主轴内孔直径的确定主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆,冷却管等,大型,重型机床的空心主轴还可以减轻重量.确定孔径的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量去大些。由材料力学知,轴刚度与抗弯截面惯性矩成正比,与直径之间有下列关系由上式可知,当时,空心主轴的刚度与实心主轴的刚度相差甚小,即内孔对主轴刚度降低的影响很小,当时,刚度降低约.因此,为了不至于过分地削弱主轴刚度,般应使另外,还应考虑主轴的颈外壁厚是否足够.推荐铣床,拉杆直径.根据铣床的主参数,取.则。满足要求.主轴悬伸量的确定主轴悬伸量是指主轴前端大炮前支承径向反力作用中点般为前径向支承中点的距离,它主要取决于主轴端部结构型式和尺寸大多都有轴端标准,前支承的轴承配置和密封装置等.有的还与机床其它结构参数有关,如工作台的行程等.因此主要由结构设计确定。参考同类机床和金属切削设计机床,取则悬伸量。,主轴跨距的确定根据金属切削设计机床,计算前支承刚度.计算综合变量此处取弹性横量.钢的主轴的截面惯性距则由主轴跨距计算线图,得，所以.合理跨距范围为，为提高刚度,应尽量缩短主轴外延伸长度,选择适当的跨距,般推荐取。跨距小时,轴承变形对轴端变形影响大,所以轴承刚度小时,取大值,轴承刚性差时,则取小值。这里取.主轴的材料,热处理及技术要求.主轴的材料及热处理.主要为提高强度和韧性,可选用和,进行调质处理.或调质后局部淬硬处理.主要为得到很高的表面硬度,增加耐磨性,可选用渗碳后淬硬若他要求也较高时.可选用调质后表淬硬处理.精密机床主轴,要求精度保持性好,应选用热处理后残余应力小的材料,如进行调质后局部淬硬处理.由于数控立式铣床主轴支承为滚动轴承,轻,中载荷,低转速,精度要求较高,可选用调质,轴颈部分表面淬硬.主轴的技术要求主轴部件的密封主轴部件密封装置的作用是防止润滑剂从部件流出,和防止冷却液,湿气,灰尘,切削液及杂质侵入部件内,导致主轴,轴承和传动件等腐蚀及磨损过快,影响主轴部件的工作性能.对主轴部件密封装置的要求适应转速要求,在定的压力和温度范围内具有良好的密封性能.在密封部位引起的摩擦力尽量小,摩擦系数尽量稳定.适应工作环境的要求,密封性好,耐腐蚀性,磨损小,工作寿命长.磨损后,在定程度上能自动补偿.结构尽可能紧凑,特别是主轴前支承处的密封装置,轴向尺寸应尽量小,以减小主轴前端部分悬伸量,提高主轴部件刚度.同时力求结构简单,装卸方便.主轴部件密封装置类型的确定根据主轴转速,主轴轴承的润滑方式,工作温度,工作状况和轴端结构特点来选择密封装置的型式立式铣床的主轴是垂直安装的.属立式主轴,可选用曲路密封迷宫式密封,这装置密封,垫圈和曲路相结合的密封.垫圈甩开油液使其集中于端盖中引回,曲路密封还可以防止外界杂质侵入制动器设计对制动器的要求是制动迅速,平稳,结构简单,紧凑,维修调整方便等.制动方式有两类电机制动和机械制动。在数控铣床上，通常根据刀具与工艺要求需进行主轴转速的变换及制动，这制动装置常用离合器来实现，而电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件。由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选择，因而它已成为自动装置中常用的元件。这里我们采用机械制动,采用电磁离合器制动。按照要求，根据电磁离合器所能传递的静扭矩和动扭矩选择各类电磁离合器的规格，型号，从而确定其尺寸。按扭矩选择需要剃齿或珩图.齿，需齿面淬火，所以，取。齿宽齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿轮误差和轴的变形，可能接触不均匀，反而容易引起振动和噪音。般取齿轮模数小，装在轴的中部或单片齿轮，取大值齿轮模数大，装在靠近支承处或多联齿轮，取小值。薄的大齿轮容易产生板振动，成为噪音发射体，因此，齿轮基体不宜太薄，设计单片齿轮时要注意这里均是单片齿轮，取齿宽为模数。其他问题滑移齿轮进出啮合的端要圆齿，有规定的形状和尺寸见图.，圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不样，图.部分图用于安装拨动齿轮的滑块，般取或，这里我们选。选折齿轮块的结构时要考虑毛坯形式棒料自由锻或模锻和机械加工时的安装和定位基面，尽可能做到省工，省料又容易保证精度。组合齿轮齿轮磨齿时，要求有叫大的空刀砂轮距离，因此，多联齿轮不便作成整体般都作成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也采用组合齿轮。这里轴的三联滑移齿轮可做成浮动连接的组合齿轮，其结构如下图.图.说明齿轮的左边挖圆沟槽，端面上有若干个径向缺口，齿轮的右侧有个销子，安装时将销子对证齿轮端面的缺口，把齿轮和齿轮拼装后，相对转过个角度，起装在花键轴上。这种结构，连接后的两个齿轮成为体，但连接是浮动的，不影响两个齿轮在花键轴上的定心。齿轮的轴向定位要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠，空套齿轮和固定在轴上的齿轮的轴向定位可采用隔套定位。传动轴设计特点机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支承。轴上要安装齿轮，离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作首先，传动轴应有足够的强度和刚度，如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动，噪音空载功率磨损和发热增大。两轴中心距误差和轴心线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。轴的结构传动轴可以是光轴也可以是化键轴，成批生产中，有专门加工花键轴的洗床和磨床，工艺上并无困难。所以般都采用化键轴，花键轴承载能力高，加工如转盘也比但单键的光轴方便。这里轴与电机轴相连，轴上只装有个齿轮，可选光轴轴采用花键轴，轴采用光轴。轴承的选择机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升。空载功率和噪音等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度支承孔的加工精度要求都比较高，异常球轴承用得更多。但滚锥轴承的内外圈可以公开。装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型式和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件。即要满足承载能力要求，又要符合孔的加工工艺，可以用轻中或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有个应小于花键的内径，般传动轴上轴承选用级精度。滚动轴承的选择计算，寿命计算公式滚动轴承的寿命计算公式如下试中额定寿命转额定动载荷当量负载荷寿命指数，对球轴承对滚子轴承在实际计算中，般采用工作小时数表示轴承的额定寿命，这时上试可变为试中额定寿命轴承的计算转速当量动载荷试中径向负荷轴向负荷径向系数轴向系数按照负载荷选择轴承按额定静负载选择轴承的基本公式如下试中当量静负荷按下列两式计算，取大值机床主传动系统精度要求高，不允许有较大的变形因此，疲劳强度般不是主要矛盾，除载荷很大的情况下，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形弯曲，失稳，转角。若刚度不足，轴上的零件如齿轮，轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作，或产生振动和噪声，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。可以先扭转刚度估算轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。传动轴直径的估算传动轴直径按扭转刚度用下列