毕业论文——斜床身卧式数控车床的结构设计.doc

1、 毕 业 设 计题 目 斜床身卧式数控车床的 结构设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 生 学 号 指导教师 年 月 日济南大学毕业设计I摘 要斜床身卧式数控车床在机床产品中是比较实用机床。其结构设计带来很大的方便，保证工件质量的同时提高了加工效率。目前，斜床身卧式数控车床在我们国家普遍使用。斜床身数控机床在我们国家普遍适应，更多的是用于汽车、军工等精密加工中。该机床型主要适用在加工高精度的零部件。比如轴类、盘类、套类，以及各种类型各种型号的内外螺纹，在加工外形和内孔过程中间不必换装。该机床适用于多类型、批量不是很大的工件的加工，对于一些加工困难、要求高的零部件上能

2、够充分显示出它的特点。以满足不同用户的加工需要，可以根据不同的需求，加工不同品种的工件，可以配置不同的结构设计以及加工方式。在本文中进行了对斜床身卧式数控车床的设计，其中包括机床的床身、传动系统、刀架系统、尾座等，着重对传动结构中的主传动结构和进给传动结构进行设计。主轴相连的伺服电机用皮带把运动传到主轴上，带轮及同步齿形带与主轴用键联接。而进给运动，即车床上 X、Z 向的运动则通过丝杠运转，丝杠都通过两端固定的方式固定，一端都通过联轴器与伺服电机相连。关键词：滚珠丝杠；伺服电机；卧式；数控车床；斜床身济南大学毕业设计IIABSTRACTSlant bed horizontal series C

3、NC lathe is an economic and practical processing machine tools,mature product structure,quality stable and reliable performance. it sets the versatility and the characteristics of the special lathe, using inclined bed ball linear guide. The most widely coverage of a CNC machine tool, widely used in

4、automobile, petroleum, military industry and many kinds of mechanical processing industry.This series of machine varieties complete specifications, are mainly used for machining high precision of rotors type parts such as shaft, plate, set of classes, all kinds of internal and external thread and hi

5、gh precision. it can be finished once clamping appearance and inner hole machining.In order to meet the processing needs of different users;According to the needs of users, optional different numerical control system and accessories.In this article has carried on the design of slant bed horizontal C

6、NC lathe, including the machine tool bed, transmission system, tool post system, tailstock. Of the transmission system of main drive system and feed drive system design.The main servo motor through a belt drive the movement to the spindle, the spindle on the pulley and the synchronous cog belt wheel

7、 and spindle by linkage.And feed movement, namely lathe on X, Z to exercise by screw, screw fixed with both ends fixed way, end are connected to the servo motor through the coupling.Key words：ball screw；servo motor；horizontal type；Distributed Numerical Control（DNC）；Slant bed济南大学毕业设计III目 录摘要.IABSTRAC

8、T.II1 前言.11.1 斜床身卧式数控车床的设计背景. .11.2 斜床身数控车床设计的国内外背景. .11.3 斜床身数控车床设计的目的.11.4 斜床身数控车床设计的内容.22 机床总体方案设计.33 机床各系统的设计.43.1 床身. .43.2 传动系统的设计. .53.2.1 主传动系统设计. .53.2.2 进给传动系统设计. .63.3 主轴的要求及结构. .83.4 刀架系统. .93.5 刀架系统 .94 机床各系统机械部分设计计算 .104.1 切削力计算.104.2 滚珠丝杠螺和选型.104.2.1 纵车外圆的计算. .104.2.2 横向进给的计算. .134.3

9、轴的结构设计计算.154.3.1 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度. .154.3.2 轴上零件的周向定位. .164.3.3 确定轴上圆角和倒角尺寸. .164.3.4 带立式座外深沟球轴承的校核. .174.3.5 键的校核. .204.3.6 轴的校核. .214.3.7 校核轴的强度. .214.4 伺服电机的选型和计算.214.4.1 等效转动伺服电机的计算. .214.4.2 电机力矩计算. .22济南大学毕业设计IV5 结论.25参考文献.26致谢.27济南大学毕业设计11 前言1.1 斜床身卧式数控车床的设计背景现在一些精密的零件都会用机床来进行加工，在工件的制造加工中

10、，机床给我们的工作带来很大方便。机床行业的发展方向很明确，越来越精密，越来越自动智能 1。我们国家与一些工业发达的国家比较而言，我们国家相对于他们还相差很多很多。我们国家机床发展起步晚，发展的速度慢，以及科技含量比较低，导致了与发达国家有一定的差距。在制造加工中，零件的尺寸变得很细致，一些精密程度变得很苛刻，迫使对加工工具进行深入改革、创新。在工件加工中，尤其是对一些复杂精密的零件加工中，斜床身数控机床表现出了它的优点，并得到了大家的认可，在机床行业中普遍认同，受到了各国加工行业的普遍认可，在此基础上它发展的很快，很好。1.2 斜床身卧式数控车床的国内外状况我们国家机床发展起步晚，发展的速度慢

11、，以及科技含量比较低，导致了与发达国家有一定的差距。这种机床在我们国家比较低端，发展的不够成熟，不够完善。所以,我们国家应极力着眼于这类机床的发展，从而带动其他类型机床的发展。从我们国家目前机床行业发展来看，机床的造价太高，研究比较表面，没有高科技的含量，没有我们自己的东西。机床在出现一些小毛病的时候，整个机床都会停止工作，影响到工件的加工效率。这种情况使得我国数控车床在国际市场,和多样化的今天是很难占据了重要的地位,因此拉大与发达国家的科研设计制造的差距。我们要正确面对我们国家目前所处的困境与问题，从主要问题出发，攻坚克难，逢山开路，遇河架桥，发挥不怕困难的精神，打造我们自主产品的优点与特点

12、 2。将我们打国产机床在世界机床行业中打造成优等产品，占据一席之地，敢于先进发达国家的机床产品相媲美，相抗衡。1.3 斜床身数控车床设计的目的首先这是一次毕业设计，只有在这次设计过程，认真学习，积极查阅资料。对自己的设计课题进行深入的研究，并有自己的构思，自己的想法，在机械设计手册以及参考文献的帮助下完成自己的这次设计才能够顺利的毕业。其次，我们在大学四年的时间里，对我们的专业课有了很好地熟悉与学习，通过这次设计，我们可以查缺补漏，对我们所学的只是进一步巩固，更好运用在今后的工作与生活中。1.4 斜床身数控车床设计的内容济南大学毕业设计2其设计内容包括车床箱体、传动零部件部分、主轴、工作台、刀

13、架系统、尾架等部分的设计工作。在传动系统设计中主要是对滚珠丝杠的设计选型，安装方式以及在传动系统中的作用于安置。济南大学毕业设计32 机床总体方案设计这次设计的任务是斜床身卧式数控车床的结构设计，整体方案采用 45 度（常见的倾斜角度有 45、60 、 75等）后置斜床身布置，这样的设计方便工人师傅在加工过程装夹零部件，当然更有利于对加工屑进行排除。在机床中都会包含以下几部分，主轴、进给系统、刀架、尾座等，结构如图 2.1 所示：图 2.1 斜床身卧式数控车床结构图设计要求和参数的拟定如表 2.1 所示：表 2.1 机床设计参数机床名称 斜床身卧式数控车床最大工件回转直径/mm 400最大工件

14、长度/mm 1000最大切削长度/mm 930最大切削直径/mm 400床身滑板上最大回转直径/mm 210X 轴坐标进给速度 /（mm/min） 3600进给Y 轴坐标进给进度 /（mm/min） 4500主电机功率/kw 7.5主轴最高转速/（r/min） 1400主轴机床最小设定单位/mm 0.01刀架形式 电动多工位立式刀架刀架重复定位精度/mm 0.01尾架 最大行程/mm 150定位精度（X/Z）/mm 0.045/0.05精度重复定位精度（X/Z）/mm 0.010/0.015济南大学毕业设计4加工工件精度 IT6IT73 机床各系统的设计3.1 床身在机床种最主要的也是最基础的

15、就是床身，是最基本的部分。在床身上将会放置机床中的各个组件以及组装各个零部件。在构思床身的结构时候主要从两方面考虑：一是机床各个零部件在床身上的安放位置以及方式，二是其本身的制造材料。床身的结构一般由放置其上面的组件位置来设计构思的。在机床行业中，一般把车床划分两大类型-卧式的和立式的。在车床中卧式的又可由导轨的安置方向分为两大类型:倾斜导轨的和水平导轨的 3。在一些加工行业中大都采用的是倾斜导轨的机床，使用其的主要有以下原因：一是便于实现机电一体化；二是便于很好的排屑，并且便于自动排屑器的安装；三是从工件上切下来的炽热切屑很方便的排到了排屑箱里，不会积留在导轨上，保证了导轨的精度；四是人机设

16、计好，工人方便操作等。床身的材料在选择上一般采用普通铸铁。图 3.1 斜床身结构侧视图另外，车床的导轨具有很多优点，如接触刚度大、结构简单、加工方便。我们之前采用的普通导轨有很多不足的地方：摩擦阻力较大，容易磨损。在追求高质量，更好的表现，更高的加工效率，更好的加工表现，在条件许可的范围内，我们选用表现更好的滑动导轨，比传统的导轨更优秀 4。选材上，因淬硬合金钢耐磨性较高，所以制造导轨的材料使用淬硬合金钢材料。综合以上因素，将 GCR15 轴承钢淬硬到HRC65-62 加工导轨，再利用外在的约束把导轨安装在它所在的位置，更好地增加其硬度。济南大学毕业设计53.2 传动系统的设计在机床中传动系统

17、都有很大的共同之处，无论是斜床身卧式数控车床还是普通的车床，都可以分为进给传动系统和主轴传动系统。3.2.1 主传动系统设计在目前的机床行业中大都采用较先进的无极变速系统。无级变速自研发出来使用到现在，在使用的过程中不断改进，不端增加科技含量，如今技术已经比较成熟。车床中的主轴电机一般采用伺服电机，这样与编码器相配合，更能来控制主轴的转速，达到加工要求。伺服电机与主轴之间才有带传动，提高传动效率 5。如图3.2（a）所示，或者通过带传动来带动主轴旋转，如图 3.2（b）所示。因为主轴电机采用的是伺服电机，所以速度很容易被控制和调节，这样就会使主轴的速度以及主轴箱的结构变得很简单。斜床身卧式数控

18、机床在加工零件的过程中，速度是很不固定，经常会改变其主轴的转速来加工不同的表面以及结构，这样才会发挥其加工复杂精度高的优点以及特点。在加工零件之前都会先把加工程序编制好，输入数控机床的微电脑中，来控制电机以及刀具来对材料进行加工。在加工过程中就会按照程序来按部就班的进行，所以无级变速更能适合此处的要求，发挥无级变速的优点。如图 3.2（c）所示：（a） 变速齿轮 （b） 带传动 （c） 电机直接驱动图 3.2 电动机主轴传动的方式采用皮带将主轴伺服电机和主轴连接起来进行传递动力，这种传动方式与其他传动方式相比，这样就会很大的提高了轴部件的刚度，是主轴转动更平稳，更能达到比较好的加工效果。根据设计要求以及设计任务，可以把主轴电机的型号进行选择出来。 据要求电动机的功率是 7.5kw,根据机械设计手册 附表选,额定功率 7.5kw,额定转速 1500rmin，额定转矩 5.0N/m。2CE6-10MB75D