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1、 毕业设计（论文） 题 目 数控铣削机床机构设计学 院 航空制造工程学院专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 江一 日 期 2013 年 6 月 17 日学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、
2、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期：南昌航空大学学士学位论文数控铣削机床机构设计 学生姓名：吴兵昌 班级：090317 指导老师：江一摘 要：从研究数控龙门铣床着手，借鉴国内外先进经验，设计了一台小型及多种工件加工功能的数控龙门铣床，满足了生产和设计的要求。整个龙门铣床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。其中所有进给机构均采用精密滚珠丝杠进
3、行传动，并由伺服电机进行驱动。主轴箱安装在龙门架上，运用类比法自行设计了滚珠丝杠螺母副的制动装置。全面阐述了数控龙门铣床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控龙门铣床的结构设计及校核，并进行了确认。另外汇总了有关技术参数。关键词： 龙门铣床 数控 伺服电机 滚珠丝杠指导老师签名：Design of CNC milling machine tool mechanismStudent name : Wu Bingchang Class: 090317Supervisor: Jiang YiAbstract：Begins from the research C
4、NC planer type milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, designed one to use in the sheet material and various workpiece the numerical control CNC planer type milling machine, has satisfied the production and the design request.Elaborated comprehensively the nume
5、rical control CNC planer type milling machines structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machines structural design and the ex
6、amination, and have carried on the analysis. And has compiled the related technical parameter.Keywords： planer type milling machine Board Numerical control Step-by-steps the electrical machinery Ball bearing guide screw nut Signature of Supervisor:I目 录1 绪论11.1 背景11.2 数控技术的应用与发展11.3 数控机床的组成及工作原理11.3.
7、1 数控机床的组成11.4 本章小节32 数控龙门铣床总体方案设计32.1 机床的设计要求42.2 设计方案42.3 本章小节63 机床主轴系统与龙门架设计73.1 主轴系统的设计要求73.2主传动系统的设计73.2.1 主传动功率73.2.2 驱动源的选择73.2.3 转速图的拟定83.2.4传动轴的材料选择与估算103.2.5齿轮模数的估算123.3主轴箱展开图的设计123.3.1设计的内容和步骤133.3.2 有关零部件结构和尺寸的确定133.3.3 各轴结构的设计153.3.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算：163.4 零件的校核173.4.1齿轮强度校核173.5龙门架的结构设计1
8、73.6 本章小节194 进给伺服系统设计214.1 对进给伺服系统的基本要求214.2进给伺服系统的设计要求214.3滚珠丝杠的选择214.3.1 滚珠丝杠副的导程224.4伺服电机的选择234.5 伺服进给系统结构图的设计254.6 本章小节255 床身、横梁导轨和工作台265.1 床身结构265.1.1 对床身结构的基本要求265.1.2 床身的结构265.2 导轨275.2.1 导轨的润滑与防护275.2.2 导轨的安装275.3 工作台285.4 本章小节28结论29参考文献30致谢311 绪论1.1 背景二十世纪中期以来，由于航空和航天技术的快捷发展，对于各种飞行器的加工提出更好更
9、快的要求。这些零件形状大都相当复杂，材料多为难加工的合金，用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率，随着计算机的发明和发展，是数控机床的设想成为现实，且已经或即将成为现代机械制造生产过程的基本环节。也就是说，结合现实的生产实际，根据我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格、提高生产率、提高产品质量、降低废品率、提高加工精度、节约工装费用、降低生产成本、缩短生产周期、减轻工人的劳动强度，以致使企业取得最好的技术经济效果，在这种总的前提和要求下，就必须使机械加工自动化，适应于生产对象经常改变的情况，并且具有较好的通用性，较大的柔性。因此经济性数控机床就这样被设
10、计并被广泛的应用在现代化生产当中。1.2 数控技术的应用与发展随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换代的速度加快，目前在一般机械加工中单件、小批量生产的产品约占70%-80%。为了保证产品的质量，提高生产效率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就是在这种条件下发展起来的，适用于精度高、零件形状复杂的单价及小批量生产，以数字形式实现控制的一门技术。1.3 数控机床的组成及工作原理1.3.1 数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成，
11、如图1-1：1控制介质控制介质是存贮数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工作位置信息的媒介物，它记载着加工零件的加工程序。常用的有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘等。图1-2数控机床的组成 图1-1控制系统2数控装置它是数控机床的核心。先导数控机床都采用计算机数控装置，既CNC(computerized numerial control)装置。他能完成信息输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。3伺服系统伺服系统世界手术控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等。4测量反馈装置该装置由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，
12、并将信息反馈出来，构成闭环控制。5机床主机主机是数控机床的主体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。1.3.2数控机床的工作原理当机床进行加工零件时，对加工要求零件尺寸及其参数，加工步骤等专用代码化的数字表示，通过控制介质，输入到控制装置，经微机处理后，发出控制与运算的信息，在由伺服系统把脉冲信号转换为机床移动部件的运动，从而实现加工需要。数控装置的基本组成框图如图1-2： 图1-2数控装置的基本组成 程序编制的一般步骤：图1-3表示的零件图到成品的全过程，虚线框图中即为程序编制的内容及步骤。 图1-3零件图到成品的全过程坐标轴或执行机构的测量装置，用于对坐标轴（或工作台）实际位置的测量，并反
13、反馈到控制系统或伺服系统，形成全封闭控制。后者用以对驱动电机轴位置检测并反馈到数控系统或伺服系统形成半闭环控制若不需要检测装置到形成开环控制。开环系统简单，易于控制，但精度差，低速不平稳，变速扭矩小，一半用于倾覆在变化不太大或经济型数控机床上。全闭环系统适用于具有传动部件精度高，性能稳定，使用过程温度差变化不大的高精度数控机床。1.4 本章小节本章主要讲述了数控技术的发展的背景、应用发展及数控铣床数控机床的相关知识，包括数控机床的组成部分和工作原理。 2 数控龙门铣床总体方案设计微细加工机床的组成结构是灵活多变的，控制部件、驱动部件、执行装置的选用也有很多的方案。国内外大多微细铣床都是立式或者
14、卧式的，本论文采用了龙门架式，本章将要介绍所设计铣床的主要组成部分。微细铣削加工机床以精密 XY 移动单元、Z 轴移动单元和精密主轴构成机床本体，以工控机配置 PMAC 卡作为核心控制单元，通过伺服电机和光栅检测系统等构成检测与伺服驱动单元，从而构成能够实现精密检测与控制的小型三轴联动铣削加工机床，机床整体尺寸为 1500mm800mm1000mm。2.1 机床的设计要求本机床的设计，符合国家机床标准。定设计参数： 工作台：1000600mm 工作台最大荷重1t高速高效，结构简单可靠，功能强大，性能稳定，精度较高，可用于铣削板材以及多种工件等。2.2 设计方案设计的主要内容是工作台移动式数控龙
15、门铣床。工作台移动式数控龙门铣床是指工作台纵向移动的龙门铣床。工作台移动龙门铣床的最大特点是：（1）造价便宜,容易制造生产。工作台移动式龙门铣床，整机长度必须两倍于纵向行程长度，工作台移动式龙门铣床的整机宽度只需床身宽度加上龙门架侧面厚度即可。（2）机床的动态响应好。工作台移动式龙门铣床采用的是固定龙门架,工作台移动可以使铣刀做切削运动时更加稳定，从而保证了加工精度和机床的响应性能。1、机械部分设计整机分为床身、龙门架、滑台、主轴箱、三轴进给驱动机构机械部分及相关数控伺服部分。现把设计过程中的重点阐述如下：床身是本次设计工作的基础，床身的尺寸设计影响着对整机的设计，而且设计的合理性直接影响到整
16、机的刚度。床身的上平面即工作台面设计有几条T形槽，为方便工作台面和T形槽的精刨加工，槽完全贯通。床身的左、右两下脚各设计有一个狭长平面，用来接触龙门架，使龙门架和床身结构更稳定，龙门架底座直接连接机床的基座，主要是考虑力的传递方向与卸荷问题。因床身会受到龙门框架的重力、切削力和工件的重力，这样的设计可使龙门框架的重力直接传入到机床的基座上，而床身只受到工件的重力。龙门框架采用的是整体龙门架的设计概念，即把横梁与左右立柱设计成一体，虽然使铸造和装配调整时的难度加大，但整体龙门框架的刚性更好，定位精度高，更重要的是使主轴箱、滑台等部件有了装配基准。滑台的设计是在龙门架和主轴箱的几何尺寸确定后，按照
17、主轴的中心尽量贴近横梁上的导轨面为原则，并把Z轴驱动安装在龙门架左侧上，有效地减轻滑台的重量。设计进给驱动机构的构思如下：Z 轴的进给驱动机构采用丝杠副和加重预压滚动直线导轨副，Y 轴与 X 轴采用直径预压滚珠丝杠副和加硬导轨副，且导轨滑动部分贴有工程塑料，避免低速时产生爬行现象，而且导轨部分设计有斜镶条可调装置。这样设计使机床的整体进给性能得以协调，各轴的进给速度和进给力得到了最佳匹配。横梁的上下垂直运动Z轴采用精密滚珠丝杠副传动。由于本机床不是高速铣床，Z轴的进给系统为伺服电动机通过齿轮带动滚珠丝杠旋转。工作台左右移动为Y轴，为了保证Y轴的传动精度，并使丝杠只受水平轴向力，故采用伺服电动机
18、与精密滚珠丝杠直联方式。选用的联轴器带有过载保护装置，在过载时联轴器会自动脱开。为保证定位精度为0.002，最小分辨率0.001，采用光栅系统2、数控系统选型数控系统采用的是西门子4-05，因为此系统提供了龙门轴的同步功能。使用此功能，本机床可以对龙门框架进给轴（X1，X2）实现无机械偏差的位移。运动的实际值可进行连续比较，即使最小的偏差也可以得到纠正，因此提高了轴的运动精度。 图1-1 数控龙门铣床总装简图2.3 本章小节本章主要讲解了数控龙门铣床的总体方案设计，其主要内容有机械部分的设计和数控部分设计，根据所给要求制定出总体设计方案。5南昌航空大学学士学位毕业设计3 机床主轴系统与龙门架设
19、计3.1 主轴系统的设计要求1. 具有更大的调速范围，并实现无级调速。2. 定位精度为0.002，最小分辨率0.001和较强的刚度，传动平稳， 噪声低。 3. 良好的抗震性和热稳定性。3.2主传动系统的设计3.2.1 主传动功率 机床主传动的功率P 可由下式来确定： 式中 机床主传动的功率 切削功率 主传动链的总效率 数控机床的加工范围一般都比较大，可根据有代表性的加工情况，由下式确定： 式中 主切削力的切向力（N） 切削速度（m/min） 切削扭矩 （N/cm） 主轴转速 （r/min）主传动的总效率一般可取为0.700.85，数控机床的主传动多用调速电机和变速来实现，传动链比较短，因此，效
20、率可以取较大值。主传动中各传动件的尺寸都是根据其传动的功率确定的，准确合适的选用传动功率。3.2.2 驱动源的选择 机床上常用的是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速至最高转速是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速向下至最低转速是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，因此选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速3000r/min，选择北京数控设备厂的BESK
21、-8型交流主轴电动机，其最高转速是4500 r/min。3.2.3 转速图的拟定根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒定功率转速范围 （3-1）而主轴要求的恒定功率转速范围 ,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，取变速箱的公比等于交流主轴电动机的恒功率调速范围，即=3，功率特性图是连续的，无缺口和无重合的。变速箱的变速级数: (3-2) 取 Z=3 确定各齿轮副的齿数： 取S=114由u=2 得Z1=38 Z1=76由u=0.67 得Z2=68 Z2
22、=46由u=0.22 得Z3=94 Z3=20如取总效率=0.75，则电动机功率P=5.5/0.75=7.3kw。可选用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，连续额定输出功率为7.5kw。由此拟定主传动系统图、转速图以及主轴功率特性图分别如图3-1、图3-2、图3-3。 图3-1 主传动系统图图3-2转速图 图3-3主轴功率特性3.2.4传动轴的材料选择与估算（1）主轴的材料选择 主轴是加工机床的重要工作单元，它的选材对机床的工作性能的影响十分显著，在选择的时候要考虑多方面的因素。轴的常用材料是优质碳素钢 35、45、50，最常用的是45钢和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢，也常
23、用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi 等。球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。综上所诉，采用40Cr作为主轴材料，它比较适应中等载荷，中速转速，能够达到较高的精度，并且能承受一定的冲击载荷，经常用来制造铣床、龙门铣床、车床的主轴。根
24、据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理（如喷丸、辐压等）和化学处理（如渗碳、渗氮、氮化等），以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。设计的40Cr主轴需要进行调质处理（T235）。（2）传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求高，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷比较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下（弯曲，轴向，扭转）不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）
25、。如果刚度不够，轴上的零件如齿轮，轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效，精度降低。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先确定轴的直径，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。计算转速是传动件传递全部功率时的最低转速，各个传动轴上的计算转速可以从转速图上直接得出如表3-1所示:轴III计算转速（r/min）1500750173表3-1各轴的计算转速各轴功率和扭矩计算： 已知一级齿轮传动效率为0.97（包括轴承），则：轴：0.99=7.50.99=7.42 KW 轴：0.97=7.420.97=7.20 KW III轴：0.97=
26、7.200.97=6.98 KW 轴扭矩：=95507.42/1500=47.24 N.m轴扭矩： =95507.20/750=91.68N.mIII轴扭矩： =95506.98/173=385.31N.m是每米长度上允许的扭转角（deg/m），可根据传动轴的要求选取，其选取的原则如表3-2所示:表3-2 许用扭转角选取原则轴主轴一般传动轴较低的轴（deg/m）0.5-11-1.51.5-2根据表3-2确定各轴所允许的扭转角如表3-3所示:表3-3 许用扭转角的确定轴III（deg/m）111.5把以上确定的各轴的输入功率、计算转速、允许扭转角代入扭转刚度的估算公式 (3-3)可得各个传动轴的
27、估算直径：轴： d1=28.8mm 取d1=30mm 轴： d2=34.0mm 取d1=35mm主轴轴径尺寸的确定：已知铣床最大加工直径为Dmax=200mm, 则：主轴前轴颈直径 D1=0.25Dmax15=6580mm 取D1=70mm主轴后轴颈直径 D2=(0.70.85)D1=4555mm 取D2=50mm主轴内孔直径 d=0.1Dmax10=1030mm 取d=20mm3.2.5齿轮模数的估算 按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮的各参数都已知方可确定，故只有在装配草图画完后校验用。在画草图时用经验公式估算，根据估算的结果然后选用标准齿轮的模数。齿
28、轮模数的估算有两种方法，第一种是按齿轮的弯曲疲劳进行估算，第二种是按齿轮的齿面点蚀进行估算，而这两种方法的前提条件是各个齿轮的齿数必须已知，所以必须先给出各个齿轮的齿数。根据齿轮不产生根切的基本条件：齿轮的齿数不小于17，在该设计中，即最小齿轮的齿数不小于17。而由于Z3,这对齿轮有最大的传动比，各个传动齿轮中最小齿数的齿轮必然是。取Z3=20,S=114，则=94。从转速图上直接看出直接可以看出Z3的计算转速。根据齿轮弯曲疲劳估算公式计算得： (3-4)根据齿面接触疲劳强度估算公式计算得: （3-5）选取齿轮模数为m =3mm，对比上述结果，可知这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度
29、，又满足了齿根弯曲疲劳强度，而且考虑到两传动轴的间距，故取同一变速组中的所有齿轮的模数都为m=3mm。现将各齿轮齿数和模数列表如下： 表3-4 齿轮的估算齿数和模数列表齿轮Z0Z0Z1Z1Z2Z2Z3Z3齿数3570387668469420模数（mm）333333333.3主轴箱展开图的设计主轴箱展开图是反映各个零件的相互关系，结构形状以及尺寸的图纸。因此设计从画展开图开始，确定所有零件的位置，结构和尺寸，并以此为依据绘制零件工作图。 图3-4 主轴箱3.3.1设计的内容和步骤这一阶段的设计内容是通过绘图设计轴的结构尺寸及选出轴承的型号，确定轴的支点距离和轴上零件力的作用点，计算轴的强度和轴承
30、的寿命。3.3.2 有关零部件结构和尺寸的确定传动零件，轴，轴承是主轴部件的主要零件，其它零件的结构和尺寸是根据主要零件的位置和结构而定。所以设计时先画主要零件，后画其它零件，先画传动零件的中心线和轮廓线，后画结构细节。(1）传动轴的估算这一步在前面已经做了计算。(2）齿轮相关尺寸的计算为了确定轴的轴向距离，齿轮齿宽的确定是必须的。要减少引起振动和噪声，一般取齿宽系数m =(6-10)m。这里取齿宽系数m=10, 则齿宽B=mm=103=30mm.现将各个齿轮的齿厚确定如表3-5所示:表3-5 各齿轮的齿厚齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3齿厚（mm）303030303030齿轮的直径决定了各个轴之
31、间的尺寸，所以在画展开图草图前，各个齿轮的尺寸必须算出。现将主轴部件中各个齿轮的尺寸计算如表3-6所示:表3-6 各齿轮的直径齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3分度圆直径（mm）114 228 204 138 282 60 齿顶圆直径（mm） 120234 210 144 288 66 齿根圆直径（mm）106.5 220.5 196.5 130.5 274.5 52.5 Z0Z010521011121697.5 202.5 计算各轴之间的距离，现将它们列出如表3-7所示:表3-7 各轴的中心距轴距离（mm）160175(3）确定齿轮的轴向布置为避免同一滑移齿轮的两对齿轮同时啮合，两个固定齿轮的间距
32、，应大于滑移 齿轮的宽度，一般留有间隙1-2mm，所以首先设计滑移齿轮。轴上的滑移齿轮的两个齿轮轮之间必须留有用于齿轮加工的间隙，插齿时，当模数在1-2mm范围内时，间隙必须不小于5mm,当模数在2.5-4mm范围内时，间隙必须不小于6mm，且应留有足够空间滑移，据此选取该滑移齿轮三个齿轮之间的间隙分别为d1= 45mm,d2=8mm。由滑移齿轮的厚度以及滑移齿轮上的间隙可以得出主轴上的齿轮的间隙。现取齿轮之间的间距为82mm和45mm。图3-5 齿轮的轴向间距(4）轴承的选择及其配置主轴组件的滚动轴承既要有承受径向载荷的径向轴承，又要有承受两个方向轴向载荷的推力轴承。轴承类型及型号选用主要应
33、根据主轴的刚度，承载能力，转速，抗振性及结构要求合理的进行选定。同样尺寸的轴承，线接触的滚子轴承比面接触的球轴承的刚度要高，但极限转速要低；多个轴承的承载能力比单个轴承的承载能力要大；不同轴承承受载荷类型及大小不同；还应考虑结构要求，如中心距特别小的组合机床主轴，可采用滚针轴承。为了提高主轴组件的刚度，通常采用轻型或特轻型系列轴承，因为当轴承外径一定时，其孔径（即主轴轴颈）较大。通常情况下，中速重载采用双列圆柱滚子轴承配双向推力角接触球轴承（如配推力轴承，则极限转速低），或者成对圆锥滚子轴承，其结构简单，但是极限转速较低，如配空心圆锥滚子轴承，其极限转速显著提高，但成本也相应的提高了。高速轻载
34、采用成组角接触球轴承，根据轴向载荷的大小分别选用25或 15的接触角。轴向载荷为主且精度要求不高时，选用推力轴承配深沟球轴承，精度要求较高时，选用向心推力轴承。该设计的主轴不仅有刚度高的要求，而且有转速高的要求，所以在选择主轴轴承时，刚度和速度这两方面都要考虑。主轴前轴承采用3182119型轴承一个，后支承采用30215型和8215型轴承各一个。3.3.3 各轴结构的设计I轴的一端与电动机相连，将其结构草图绘制如下图3-6所示图3-6 II轴安装滑移齿轮，其结构如草图37所示图3-7III轴其结构完全按标准确定，根据轴向的尺寸将结构简图绘制如下图3-8所示图3-83.3.4 主轴组件的刚度和刚
35、度损失的计算：最佳跨距的确定：取弹性模量E=2.1X，D=（95+75）/2=85；主轴截面惯距截面面积：A=4415.63主轴最大输出转矩： 床身上最大回转直径约为最大加工直径的60%，即240mm。故半径为0.12m Fy=0.5Fz=1989.6N故总切削力为： F=4448.9N估算时，暂取L0/a=3,即取3x120=360mm.前支承支反力后支承支反力 取 则 则因在上式计算中，忽略了ys的影响，故L0应稍大一点，取L0=300mm计算刚度损失：取L=385mm,=4.61因在上式计算中，忽略了ys的影响，故L0应稍大一点，取L0=300mm计算刚度损失：取L=385mm,=4.6
36、1表3-8 由 公式 弹 性 主 轴 y1 弹性支承k总 柔 度 总刚度 弯曲变形 yb 剪切变形ys前支承后支承悬伸段跨距段悬伸段跨距段 L=3855.48810-72.22410-62.36110-71.16510-711.1210-72.2810-744.6510-72.2410512.2949.85.292.6124.95.1100L0=300 5.48810-71.73210-62.36110-71.491510-712.410-73.75610-742.8310-72.3310512.8140.465.513.4828.98.77100由LL0引起的刚度损失约为3.68,可知，主轴
37、刚度损失较小，选用的轴承型号及支承形式都能满足刚度要求。3.4 零件的校核3.4.1齿轮强度校核校核II轴齿轮 校核齿数为20的即可，确定各项参数P=7.2KW, n=750r/min轴扭矩： =95507.20/750=91.68N.m （5-1）确定动载系数： 齿轮精度为7级，由机械设计查得使用系数 非对称 查机械设计得确定齿间载荷分配系数: =42.1 100N/m由机械设计查得 =1.2确定动载系数:=11.051.21.42=1.6查表 10-5 2.65 1.58计算弯曲疲劳许用应力，由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限540MPa 查得0.9,S = 1.3 （5-3）49.489.
38、3 故满足要求。3.4.2传动轴挠度的验算：II轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对II轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核已知d=60mm， E=2.1X，b=30mm ，x=180mm （5-4） 。3.5龙门架结构设计龙门架部分结构的设计直接关系铣床加工精度，它支撑着 Z 轴移动单元和主轴系统，大概 19kg 的重量。本设计采用“工”字截面横梁结构，材料为 HT200，能够承受较大弯曲应力（达 30MPa）、铸件不得有砂眼、裂纹，壁板和隔板无论尺寸和质地都要均匀，避免缩孔和气孔的产生。龙门架的尺寸是 800mm265mm1000mm。在精
39、度要求满足的条件下，为了尽量的减小龙门架和底座的尺寸，固定 Z 单元的四个螺纹孔是相对龙门架结构对称的。龙门架与底座连接处有六个沉头螺纹孔和两个销孔。具体结构如图4-1所示。 图3-9龙门架结构简图3.6 本章小节本章主要讲述了龙门铣床的主轴箱的设计和龙门架的设计，其主要内容包括传动比的确定电机的选择，轴的设计和强度校核，齿轮的参数的确定，龙门架结构的设计等内容。4 进给伺服系统设计4.1 对进给伺服系统的基本要求 带有数字调节的进给驱动系统都属于伺服系统。进给伺服机床的一个重要组成部分，也是数控机床区别于一般机床的一控机床对进给伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度要高；响应要快；系统的稳定性
40、要好。 4.2进给伺服系统的设计要求 机床的位置调节对进给伺服系统提出了很高的要求。其中在静态设计方面有： 1能够克服摩擦力和负载； 2很小的进给位移量； 3高的静态扭转刚度； 4足够的调速范围，满足快进和工进的需要； 5进给速度均匀，在速度很低时，无爬行现象。在动态设计方面的要求有： 1具有足够的加速和制动转距，以便快速地完成启动和制动过程。 2具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满意地表面质量； 3 负载引起的轨迹误差尽可能小；对于数控机床机械传动部件则有以下要求： 1被加速的运动部件具有较小的惯量； 2，高的刚度； 3良好的阻尼； 4传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦
41、阻尼特性和间隙等方面具有尽可能小的非线性。4.3滚珠丝杠的选择 在数控机床的设计中，滚珠丝杠副的作用是将伺服电机的旋转运动转变为直线运动，用较小的转矩可以获得很大的推力。滚珠丝杠副的传动是一种应用较广的机构，尤其是将旋转运动变为直线运动的各种机构中，滚珠丝杠副是传动最简单、经济而又可靠的。所以滚珠丝杠副的选择对整个机床的制造起着不可忽视的作用。滚珠丝杠副的精度是影响机床的定位精度及重复定位精度的最主要的因素。 为了在机床的设计中更合理的选用滚珠丝杠副，使其充分发挥效能，必须进行一系列的计算。4.3.1 滚珠丝杠副的导程龙门架上丝杠行程600mm，速度为10m/min，速度传动比为i=0.5，伺服电机最大转速为2000r/min,，进给速度为1-8000mm/min，快速移动速度为25000mm/
