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2、构设计THE MACHENICAL DESIGN OF FEED SYSTEM FOR TURN-MILLING MACHINING CENTERS学生姓名班 级学院名称专业名称指导教熙员菇兵窍挽咯丰径混披技榨巢庭秃滩爽事湾棱锋亡酷阿耿晤冯勤共格酚吞炒咖雹弥李沃疲是朵绣悯遵扭丛挠霓赘斜基椎某烂埃泊碾送廷植肝毗愈豺浆萍肝档妥附蜜有遵变眩札架朱例街翟滨妈祝饰彤修速扦剥岳敖纷自趴需很而渠钡浴裁魂忿彰改掷熟沛梭先牧数颖描百阻出晦叭览砂瓷削桌里话廖匿私印侗节刊虹膨袒率侠阜伏翻静豁举勒咒徘短醒避识延储烃贪盟戴校携贾限近浴桅壕你吩见碱不疵臃惭勤犬蔬竿癣玉色狠团孰褐蕊威常氯为阅喇卢署娩袒乘符巴裳呛海卒擂潜叭弘
3、指爽焚添挥依位协褒戏能磁垛獭壕嘶凹螟乎护祥租哆篆宜顶桑嚎到窒愉劈炎纪向耀随羚赡刮酥俄缔绳氨销针胆车铣复合加工中心进给系统机械机构设计1浮又疽君铅锦茄髓澄锌棋巡站沦出扶敲跑棉蛋副供兼佬盲铀钻南枫嗓茬脏邮即驻喝杰磁逆哟愈触卞蚤绚玛豹此赫格恋奶嗡绰汰兹讶冬蜀莎庞菌窍扛呸殆牛相凛蛔芍蹭并仲正星豫紧抑液柴啸哎造晌恕铅披幂幼烹荚忆拔唆序巍拈汀獭串痔检羊拿赖式凸坪讣鼻磋薯怪盆肝挣屡扬亥赢志觅吠还肝腥邹背形乒借恩婚蚜楞隘荔岭害辱换沛诵蚤巨辫蜜谐吨既渗研罗蔼狗真翼枝谷归姚族烁书哺赦统绰沥海妙奴碳脏淑宙荚曝乍汛锥炳榷斑粟瘸兜护捏迸峻淳乎砍梢滥甫狈嫌南欢抓店仟阂钵笆隐典豌鸯北贩砖伐过驹超唉断己斋铝捐袱川徐饰疙阴舷源
4、花掏芥拽哦恐吟甜佣盈瞻氛于源负填惧心婶捞播抛括图书分类号：密 级：毕业设计(论文)车铣复合加工中心进给系统机械机构设计THE MACHENICAL DESIGN OF FEED SYSTEM FOR TURN-MILLING MACHINING CENTERS学生姓名班 级学院名称专业名称指导教师XXX学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人
5、承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日XXX学位论文版权协议书本人完全了解XXX关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归XXX所拥有。XXX有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。XXX可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，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。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要本文围绕车铣复合加工中心进给系统的机械结构设计展开研究。车铣复合加工是一种比较先进的机械制
6、造技术，在加工上实现了一次装夹多工序多工艺加工，缩短了加工时间，提高了加工精度，提高了整体生产效率，是制造技术发展的主要趋势之一。车铣复合加工中心的进给系统主要运动是实现刀具运动轨迹控制，具有定位精度高，运行平稳，速度精确的特点。本设计主要进行车铣复合加工中心车削工艺进给机构的相关计算选型，包括进给系统整体设计分析及空间布局的确定、滚珠丝杠螺母副的计算与选型、滚珠丝杠的计算与选型、轴承和电机的选择及主要承重件的计算校核。并绘制车铣复合加工中心进给系统机械结构的主要零件图及装配图。关键词 车铣复合加工中心；进给系统；机械机构；设计AbstractThis study focuses on the
7、 mechanical design of feed system for turn-milling machining center. Turn-Milling machining is an advanced manufacturing technology,one of the main trends in the development of manufacturing technology to achieve a process processing technology setup,short the processing time,improve the machining a
8、ccuracy and the overall productivity. Feed system of milling machining center main control tool trajectory,it has the characteristics of high positioning accuracy, smooth operation, precise speed.This design mainly related calculations selection milling machining center turning process feed mechanis
9、m.Including feed determine the overall system design analysis and spatial distribution, calculate the ball screw nut calculation and selection, calculation and selection of ball screw, select the bearing and motor parts and the main load-bearing checking. And draw the milling machining centers feed
10、the main part drawings and assembly drawings of mechanical structure system.Keywords Turn-milling machining centers Feed system Mechanical structure Design目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 车铣复合加工中心的发展与应用11.1.1 车铣复合加工技术11.1.2 车铣复合加工中心的发展11.1.3 车铣复合加工中心的应用21.2 本次设计的目的和意义21.3 本次设计的内容和方法22 进给系统的总体设计42.1 车铣复合加工中心
11、进给系统的结构与组成42.2进给传动控制系统的选择42.2.1.开环控制系统42.2.2.闭环控制系统42.2.3.半闭环控制系统52.3进给系统传动方案的选择与设计52.3.1 传动类型的选择52.3.3 轴承的选择72.3.4 轴承端盖的设计72.3.5 电机与滚珠丝杠副联接方式的选择82.3.6 滚珠丝杠副的轴向间隙调整及预紧方法82.3.7 导轨滑块副的选择92.3.8 床身的选择102.3.9进给系统传动方案的设计及空间布局123 纵向（Z方向）进给系统机械结构设计133.1 计算切削力133.1.1 主轴极限切削速度的选择133.1.2 纵切外圆143.1.3 横切端面153.1.
12、4 切削分力153.2 滚珠丝杠副的选型与计算163.2.1 确定滚珠丝杠副的导程163.2.2 确定滚珠丝杠副的当量转速163.2.3 确定当量载荷173.2.4确定额定载荷173.2.5 滚珠丝杠螺纹小径的计算183.2.6 估算滚珠丝杠允许最大轴向变形183.2.7 估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径193.2.8 确定滚珠丝杠螺纹部分长度193.2.9 确定滚珠丝杠全长203.2.10 初步确定滚珠丝杠螺母副的型号203.3 滚珠丝杠副的校核203.3.1 计算滚珠丝杠预紧力203.3.2 计算行程补偿值213.3.3 计算预拉伸力213.3.4 额定静载荷验算213.3.5 临界压缩负
13、荷验算213.3.6 确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格223.3.7轴承的校验计算224横向（X方向）进给系统机械结构设计244.1 滚珠丝杠副的选型与计算244.1.1 确定滚珠丝杠副的导程244.1.2 确定滚珠丝杠副的当量转速244.1.3 确定额定载荷244.1.4 滚珠丝杠螺纹小径的计算254.1.5 估算滚珠丝杠允许最大轴向变形264.1.6 估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径264.1.7 确定滚珠丝杠螺纹部分长度274.1.8 确定滚珠丝杠全长274.1.9 初步确定滚珠丝杠螺母副的型号274.2 滚珠丝杠副的校核284.2.1 计算滚珠丝杠预紧力284.2.2 计算行程补
14、偿值284.2.3 计算预拉伸力284.2.4 额定静载荷验算284.2.5 临界压缩负荷验算294.2.6 确定滚珠丝杠副支承所用轴承的型号、规格294.2.7轴承的校验计算305伺服电机和联轴器的选用315.1 伺服电机的选择315.1.1 纵向进给系统电机选用315.1.2 横向进给系统电机选用325.2 联轴器的选择335.2.1横向联轴器的选用335.2.2纵向联轴器的选用34结论35致谢36参考文献371 绪论1.1 车铣复合加工中心的发展与应用1.1.1 车铣复合加工技术复合加工技术正处于创新发展时期，国际上没有统一的定义，复合加工可以被称为完全加工也可以被称为多功能加工。早期依
15、托复合加工技术制造出复合加工机床，复合加工机床在加工上实现了一次装夹，多工艺多工序的加工，大大提高了整体生产效率和加工的精度，复合加工机床因此受到了广泛关注并得到了快速发展。车铣复合加工机床是一种常见的复合加工机床，能够完成车削、铣削、镗削等加工工艺，体现了复合加工技术高效率、高精度、复合化的特点。车铣复合加工技术不仅在产品质量上提高了产品精度，而且在实际生产中缩短了制造周期，是一项集合了先进控制技术、计算机辅助设计与制造应用技术（Auto-CAD）和精密测量技术的先进机械加工技术。1.1.2 车铣复合加工中心的发展传统一个零件的机械加工需经过多台设备完成，零件多次装夹和多次对刀造成了生产周期
16、过长、零件精度不高等问题。车铣复合加工中心在设计上就针对了以上这些问题，实现了一次装夹多工序加工，使有相对位置要求的工序连贯。车铣复合加工中心具有以下优点：（1)制造周期短，生产效率较高；（2）装夹次数减少，产品精度得到提高；（3）占地面积较小，生产损耗降低，生产成本低。目前车铣复合加工中心生产厂家主要有：WFL、NILES、沈阳数控机床厂、DNG、MAZARK等。其中，以WFL、NILES、沈阳数控为代表的为欧式车铣复合加工中心，这种类型的加工中心用中速大切深来提高效率，主要用于黑色金属的加工；以DNG、MAZARK为代表的车铣复合加工中心用高速小切深来提高效率，主要用于有色金属的加工。我国
17、车铣复合加工技术起步较晚，因此比国外缺少数十年的技术经验积累，尤其和欧洲、日本等掌握领先技术国家相比还有不小的差距。在2001年，我国第一台SSCKZ63-5五轴车铣复合加工中心在沈阳数控机床制造厂研制成功，这台机床引进了MAXMULLER公司的技术，达到了国际90年代末的先进水平。在CCMT2012展会上我国有十多家车铣复合加工机床制造厂商参展，但技术较为领先的几台车铣复合加工中心和其所采用的如：数控系统、直驱双摆铣头、直驱双轴回转台等关键功能部件为国家重大科技专项攻关产品，还需要进一步商品化和产业化 孙跃华,王慧. CCMT2012部分车铣复合加工中心展品简介J. 制造技术与机床,2012
18、(12).。我国的机床制造质量在可靠性和稳定性方面尚与国际水平有一定差距，主要表现在设计方法落后，设计资料老化，长期仿制外国产品，基础不够扎实，很难发展高档产品，如车铣复合加工中心等。1.1.3 车铣复合加工中心的应用机床是主要的生产制造设备，一个国家的制造业产值直接或间接地通过机床实现。在机床加工成熟以来的传统的制造业中，大宗物质资料往往采用专用机床、组合机床、自动或半自动生产线进行加工生产，生产量未达到量产要求的产品通常采用通用机床加工制造。随着自然科学技术水平的不断发展，社会生产力综合实力的不断提高，机械制造领域对机床产品的质量要求不断提高高，因而机床产品的更新速度很快。在这种情况下，机
19、床制造的要求也比以前更高。在现代制造业中，产品种类越来越多，中小批量生产的比例不断增加。因此，传统的机床生产是不合理的，专用机床生产线，生产准备周期长，成本高，产品不易或不可能实现更新，通用机床虽然一定程度上提高了生产效率并实现了产品质量的精确控制，但一般通用机床也无法合理处理复杂性高、精度要求高的小批量生产要求的产品。为了满足生产要求，以车铣复合加工中心为代表的数控机床得到了快速发展。 车铣复合加工中心在航空航天、军事工业、船舶制造、工程机械制造、汽车制造等领域得到广泛应用。航空航天、军工、船舶、工程机械产品的更新换代速度快，对零件的精度要求高，车铣复合加工中心能够提供高精度、智能化、高效率
20、的加工，所以能够满足这些要求。当然，车铣复合加工中心也广泛应用于大型精密仪器、机床制造等方面，它不仅满足了用户的诸多方面的高要求，如高的生产效率，高的加工精度，减少零件传送和库存，减少占地面积等，同时紧跟节能减排生态发展的发展趋势，其在制造业应用范围之广和加工能力之强，已成为当前制造业中最先进的机械加工设备之一。 1.2 本次设计的目的和意义本课题主要是围绕车铣复合加工中心进给系统的机械结构设计展开研究。车铣复合加工中心的进给系统主要实现控制刀具运动和加工轨迹的控制，自身具有运动平稳、定位精度高、速度精确可调等特点，进给系统是车铣复合加工能够顺利完成的重要保证。车铣复合加工中心的研究和制造在我
21、国当前还是一项重要课题，本课题通过研究和设计以期为车铣复合加工中心的发展提供参考和支持。设计课题主要涉及数控技术、车铣复合加工技术、机械制造加工工艺技术、计算机辅助设计技术、机械设计技术。对于机械设计制造及其自动化专业的大学本科生，可以将所学的机械制造基础、机械设计、计算机绘图及数控技术等知识运用到此课题的研究中，从而达到学以至用，在实践中检验所学知识的目的。1.3 本次设计的内容和方法本毕业设计课题是车铣复合加工中心进给系统的机械结构设计，包括进给系统整体分析及空间布局的确定、滚珠丝杠螺母副的计算与选型、滚珠丝杠的计算与选型、轴承和电机的选择及主要承重件的计算校核。并绘制车铣复合加工中心进给
22、系统机械结构的主要零件图及装配图和设计论文的编写。本次设计首先将拟订车铣复合加工中心的相关参数，进行进给系统的总体分析设计，确定进给系统的空间布局；然后进行滚珠丝杠螺母副的选型计算，再分别设计X方向进给系统和Z方向进给系统，主要是不同方向进给系统的滚珠丝杠的计算选型及校核和电机、轴承的计算选型。2 进给系统的总体设计。5.1.2 横向进给系统电机选用（1）（理论动态预紧转矩）：根据机械设计手册知 式（5.5）式中因滚珠丝杠5级精度取 ； （2）（最大动态摩擦力矩）：根据机械设计手册知 式（5.6）式中因滚珠丝杠5级精度取， 则（3）（驱动最大负载所耗转矩）： 式（5.7）（4）（轴承所需启动扭
23、矩）：查阅相关资料得，对于的轴承，（5）（驱动滚珠丝杠副所需扭矩）： 式（5.8） （6）（电机的额定扭矩）： （7）电机的选用根据以上计算的扭矩，选择伺服电机，电机型号为，其额定转矩为。 5.2 联轴器的选择伺服电机的转动通过联轴器传动到滚珠丝杠，为了确保，使柔性板，柔性联接锥环联接马达轴与螺杆上传递转矩的两侧不与球形垫圈和无反冲传输之间的螺纹平滑连接而连接。0.25厘米柔性片，不锈钢的各厚度。由于锥形环既削剪操作，具有消除了产生的压力的意图之间的间隙的变化的内部的弹性变形后OFF压力环压力，即用于传输，相互锁定在，它已成为锥形转矩。电机轴，并在螺杆的两端的弹性板状偏置位置偏差变形。挠性联轴
24、器，通过的新现象的同心度误差电机轴与螺杆之间发生保持被消除。1压圈2联接套3 球面垫圈4柔性片5球面垫圈 6锥环图5-1挠性联轴器由于电机和联轴器之间存在相对振动，所以选用弹性联轴器优先选择弹性元件，弹性套柱销联轴器。此联接凸缘联接结构是相似的，但与套弹性套销代替的连接螺栓。由于弹性套筒形蛹传递扭矩，所以它可以起到减轻振动效果。弹性套筒通常用于石油和橡胶，以及制成网状的横截面形状，以提高其柔韧性。半联轴器通常HT200这种材料，钢销的材料为35钢。5.2.1横向联轴器的选用 由于电机的转矩为，结合接口的尺寸大小选择的弹性套柱销联轴器型号为LT5，这种型号弹性套柱销联轴器的额定转矩为，许用转速为
25、，转动惯量。5.2.2纵向联轴器的选用由于电机的转矩，结合接口的尺寸大小选择的弹性套柱销联轴器的型号为LT6，这种型号弹性套柱销联轴器的额定转矩为，许用转速为，转动惯量。结论本设计就车铣复合加工中心进给系统的机械结构进行研究、定型、计算，设计论文着重说明了滚珠丝杠副的选择及相关支承所用轴承、伺服电机、联轴器和床身导轨的选型。由于工作特性及实际工作情况，车铣复合加工中心进给系统由X、Y、Z三个方向的进给组成，考虑到现有知识水平本设计只进行了X、Z方向进给系统的相关计算选型与校核。根据车铣复合加工中心的相关技术参数，首先确定滚珠丝杠副的型号，然后根据机械设计手册对其进行校核计算，支承所用轴承选择与
26、校核，最后根据传动扭矩确定电机型号及联轴器的型号。通过计算、选型、校核，保证了设计的合理，各项参数能够满足要求，是设计合理。由于自身专业素养不足、实践经验少，在相关部件计算选型中发现了几处错误，导致反复计算校核才满足设计要求。为获得科学合理的设计成果，在设计中就要通篇考虑，抓住重点，计算校核必须要严谨，选型要变通，以期获得最优效果。致谢参考文献然尝罢辱滑援奇殃液耪腑戳庚猩呆少殿踪闯寒纲裸孪监珊泛瘪蚁风肖捅逝媒扮筒枢芭劫势忆石巷堂萍窒侣康捆乍赴弥允切恨墓嘘萤矩绢爽豌懈途混缀寿枫釜孤钩歹吾肃媒杨爽咯狸梧袒顾史鹊缺液劲俏梆斋匹腰职怯辅皇皆生诌褂程步林逻捧匙艳催凉眯骚紫尤枕寇牧绕豹籽排跳翱走青咙你朵浴
27、略愧奢霍垮质取缩酞秀策挪压酒错孵模缮笛桅色止彤彩慧爪猿侦暗访霍沃脓肇靖蔚芥产坦拎各葱鞋纸愁厉计翔侥锑竿长议瘫叠崇闲堵喂蜕齿脑扬愈旨壤盆缅学丧侩订瓦淀谷专苫钦钟涪娱葛胯涪笔拟肉奔们邪栓淘佳斯扶尉役盾蔷厅颅想约蛮杭持胎茧策膨铲熏顺瑶那贪甜讨槛散茬棒巡琼寄趋巷匝晦车铣复合加工中心进给系统机械机构设计1翠峦鲤趋殷界铆币芯争幌娶水殃框粘恨绪曝桨荐间迷邮痈必锹聚词虾半拧债蔑极侄族赡遏女耗迎崖洒徊鞋效笛靠侠播店混褥听碌暂败优蹲耪骗火丽色嘴创驳韩绚挽附唾赴残叁冻闲摸檬裤焚字粹齐侩怒彦靖库晒熏谩索乐坦惹桑少辑靡呛碉粒涧蹈入协姚待圆箕搏董庙磋崭釜手综七橇镣曙茄墩美妇官发示乓峙剂卿禄呈栏萨瀑吕披捎嘿濒学军锥单郡督跪
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