1、天津工业大学毕业设计车铣加工中心机床教学模型设计姓名学院机械工程学院专业机械工程及自动化指导教师职称副教授2014年05月20日天津工业大学毕业设计任务书题目车铣加工中心机床教学模型设计学生姓名学院名称机械工程学院专业班级机械工程及自动化课题类型设计类课题意义对于一些形状复杂，精度要求高的异形回转体零件可在既具备数控车床功能又具备铣床功能的机床中一次装夹中完成全部或大部分分工工序的加工，既可保证精度，又可提高效率，缩短生产准备周期，降低成本。因此，研究此课程具有重要意义。任务与进度要求任务要求1要求设计能够完成在同一机床内既然完成加工中心的零件加工又能完成数控车床的零件加工；2要求对机床五轴联
2、动进行设计；3要求对机床各坐标轴定位进行设计。进度要求2014312014317文献检索，了解课题20143182014427确定总体设计方案，进行必要的理论计算。20144282014531完成总装配图设计和部件零件图的设计。2014612014615前期研究整理，论文写作，准备答辩主要参考文献1曹金榜，易锡麟，张玉峰，陈田养，王长春机床主轴变速箱设计指导北京机械工业出版社,19872徐锦康,蔡慧官,蒋同洋机械设计北京机械工业出版社,20013张新义经济型数控机床系统设计北京国防工业出版社,19934北京航空学院机械加工教研室北京国防工业出版社馆5王爱玲现代数控机床结构与设计北京兵器工业出版
3、社起止日期2014312014610备注院长教研室主任指导教师毕业设计开题报告表2014年03月25日姓名学院机械工程专业机械工程及自动化班级机自1009题目车铣加工中心机床教学模型设计指导教师一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义1国内外研究情况车铣加工中心是在数控车床基础上发展起来的加工中心。以车削为主要加工方式，同时具备强大的钻镗铣攻丝等加工功能，因此它可以用来加工形状很复杂的混合体零件，如空间孔，空间外型等。实现了在一台机床上完成多种不同工艺方法的多工序加工，如同一台数控车床和一台中小型加工中心的复合加工。目前，德国的AACHEN工业大学和DARMSTADT工
4、业大学都设有专门从事车铣技术研究的研究中心。1982年，奥地利林茨机床公司（WFL）开发出全世界第一台车铣数控专用机床WVC500S车铣加工中心。20多年来经过不断努力，2002年WFL推出了新一代MILLTURNM40和M40M数控车铣复合机床，该加工中心已经可以实现车削，铣削，镗孔加工，插齿滚齿等多种加工。奥地利的WFL公司是车铣技术行业的开拓者，日本复合加工机开始于20世纪70年代末80年代初，目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大，全球市场占有率最高。在国内，“十五”期间，通过国家相关的政策的支持，包括沈阳机床在内的国内机床行业通过自主创新，合作开发等手
5、段，在中高档及大型数控机床关键技术研究方面有了较大突破。我们在车铣复合加工机床成功取得多方面突破，例如攻克了动力驱动单元，大直径大通孔的高速强力主轴，刀架，机床热平衡，精度补偿等多项关键技术，主传动兼顾了大扭矩输出和高速输出，动力刀具主轴的设计也实现了高转速与大扭矩的兼顾，Y/B轴部分的设计功能更完善，刚性更高，尾台的设计充分考虑刚性及高的自动化和安全性，高性能车铣复合机床的刀库及机械手换刀装置为完全自主知识产权。开发出五轴车铣复合加工中心并完成了系列化，规格化产品的设计和生产。主轴最高转速7000R/MIN，可满足形状复杂的大型回转体零件的加工要求，如飞机发动机主轴，起落架，船用发动机活塞，
6、增压器蜗杆差速转换器，螺旋叶片合装的高速高效加工等。2课题研究主要内容既能实现车削的功能又能实现铣削功能于一体的机床设计，在设计中会遇到如下难题，由于这次设计时间有限，不能对所有重要部件进行校核，有的只能进行简单的选型，而不是经过严格计算得到。而且由于缺乏实践经验的积累，设计的很多方面都缺乏工艺性3课题研究的目的及意义对于一些形状复杂，精度要求高的异形回转体零件可在一次装夹中完成全部或大部分分工工序的加工，既可保证精度，又可提高效率，缩短生产准备周期，降低成本。二、进度及预期结果起止日期主要内容预期结果20143120146151文献检索，了解课题2确定总体设计方案，进行必要的理论计算。3完成
7、总装配图设计和部件零件图的设计。4前期研究整理，论文写作，准备答辩完成预期工作要求，实现车铣一体功能完成课题的现有条件审查意见指导教师年月日学院意见主管领导年月日天津工业大学本科毕业设计评阅表（设计类）毕业设计题目车铣加工中心机床教学模型设计学生姓名学生班级机自1009指导教师姓名评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中；学生工作量饱满，能得到较全面训练。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研文献检索能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中获取新知识的能力。15外文应用能正确引用外文文献，翻译准确，文
8、字流畅。5设计说明书（论文）设计图纸（插图）简洁、规范、无差错，设计栏目齐全合理，能正确使用国家标准单位，实验数据处理正确，结果分析准确。35设计说明书（论文）结构严谨，表达清楚，文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。15设计具有创新性或实用价值。10合计100意见及建议评阅人签名年月日天津工业大学毕业设计成绩考核表学生姓名学院名称机械工程学院专业班级机自1009题目车铣加工中心机床教学模型设计1毕业设计（论文）指导教师评语及成绩指导教师签字年月日2毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩答辩主席（或组长）签字年月日3毕业设计（论文）总成绩A指导教师给定成绩B评阅教师给定成绩C
9、毕业答辩成绩总成绩A05B02C03成绩成绩摘要在现代社会中，复合于一体的机床已经成为机床行业发展的一个必然趋势，仅仅是立式铣床就能在一次装卡后，可以通过换刀不动工件位置来完成铣，钻，镗，扩，和攻螺纹等多种工序的加工，它是一种集自动化程度高，工序高度集中的机电一体化设备，更何况如果能将本就占有很大的比重的车床和铣床结合在一起，那么毫无疑问可以在很大程度上提高机床的工作效率，缩短生产周期，加大准确精度和加工范围。在上个世纪中期，复合加工技术是兴起的一种先进制造技术，后期随着工业技术的蓬勃发展，对于零件形状趋于复杂化，追求零件精度和提高效率的各种大背景下，复合于一体的机床从此诞生，它可以一次装卡完
10、成多工序或全部工序的需求。本文的设计主要是以机械传动部分为主，电控部分为辅，机械部分包括三大部分，第一部分，车床主轴的设计，带有三爪卡盘的主轴与伺服电机之间的传动关系，第二部分，回转工作台的设计，带动回转工作台X,Y轴方向运动的丝杠设计，第三部分，铣床的主轴设计。想通过设计出这样一个小型的带有车床运动机构和铣床运动机构的能够车削铣削零件的机床作为教学上的教具，以便于当代大学生切身能在保证安全的情况下近距离接触，了解这二种机床的运动原理。对于车床，铣床乃至先进的车铣一体复合机床的发展带有很大的推动作用关键词车铣一体机床，机械传动机构，教具设计ABSTRACTINMODERNSOCIETY,THE
11、COMPLEXINONEOFTHEMACHINESHASBECOMEANINEVITABLETRENDINTHEDEVELOPMENTOFTHEMACHINETOOLINDUSTRY,JUSTAFTERTHEVERTICALMILLINGMACHINECANBEINSTALLEDINACARD,CANBEACCOMPLISHEDBYMILLINGTOOLCHANGEPOSITIONISNOTWORKINGMEMBER,DRILLING,BORING,EXPANDINGPROCESSINGAVARIETYOFPROCESSES,ANDTAPPING,ETC,ITISASETOFHIGHDEGRE
12、EOFAUTOMATION,PROCESSHIGHLYCONCENTRATEDELECTROMECHANICALINTEGRATIONEQUIPMENT,LETALONEIFITCANACCOUNTFORALARGEPROPORTIONOFTHELATHESANDMILLINGMACHINESTOGETHER,THENTHEREISNODOUBTINLARGEPARTTOIMPROVETHEEFFICIENCYOFMACHINETOOLS,SHORTENPRODUCTIONCYCLES,INCREASEACCURACYANDPRECISIONMACHININGRANGEINTHEMIDDLEO
13、FLASTCENTURY,THERISEOFCOMPOSITEPROCESSINGTECHNOLOGYISANADVANCEDMANUFACTURINGTECHNOLOGY,UNDERTHELATTERWITHTHEVIGOROUSDEVELOPMENTOFINDUSTRIALTECHNOLOGY,THEPARTSHAPETENDSTOCOMPLICATETHEPURSUITOFPRECISIONPARTSANDIMPROVETHEEFFICIENCYOFVARIOUSBACKGROUND,COMPLEXINONEMACHINEWASBORN,ITCANDEMANDMORETHANONECAR
14、DTOCOMPLETEINSTALLATIONPROCESSORALLPROCESSESTHISDESIGNISMAINLYBASEDONMECHANICALTRANSMISSIONPARTSBASED,SUPPLEMENTEDBYELECTRICCONTROLPART,THEMECHANICALPARTCONSISTSOFTHREEPARTS,THEFIRSTPARTOFTHETRANSMISSIONRELATIONS,DESIGNLATHESPINDLE,SPINDLEANDSERVOMOTORSWITHTHREEJAWCHUCKBETWEENTHEFIRSTTWOPARTS,THEDES
15、IGNOFTHEROTARYTABLE,THEROTARYTABLEDRIVEX,YAXISDIRECTIONOFTHESCREWDESIGN,ANDTHETHIRDPARTOFTHEMILLINGSPINDLEDESIGNWANTTODESIGNSUCHASMALLORGANIZATIONWITHALATHEANDMILLINGMACHINEMOTIONMOVEMENTMECHANISMFORTURNINGANDMILLINGPARTSOFTHEMACHINECANBEUSEDASTEACHINGAIDSINORDERTOFACILITATETHEVITALENERGYOFCONTEMPOR
16、ARYCOLLEGESTUDENTSINCLOSECONTACTTOENSUREASAFESITUATION,TOUNDERSTANDTHESETWOMACHINEMOVEMENTPRINCIPLEFORLATHES,MILLINGMACHINESANDEVENTHEDEVELOPMENTOFADVANCEDCOMPOSITEMILLINGMACHINEWITHONEBIGBOOSTKEYWORDSONEMILLINGMACHINE,MECHANICALTRANSMISSION,AIDSDESIGN目录第一章绪论111研究的背景目的及意义112国内外相关现状213课题研究的主要内容3第二章机床
17、设计方案分析及确定421伺服进给系统的基本要求422驱动方案的分析及确定423传动方案分析及确定524铣削主轴系统方案分析及确定525车削主轴系统方案分析及确定626车铣一体整体三维结构布局示意图6第三章车削主轴系统设计831主轴电机的选择832轴的设计与计算933轴的校核11第四章铣削主轴系统设计1541铣削功率及铣削力计算1542电主轴的选择1743V带传动的选择与计算17第五章滚珠丝杠设计计算与校核2051滚珠丝杠特点介绍2052滚珠丝杠的设计与计算20第六章结论29参考文献31附录英文文献翻译32致谢64天津工业大学2014届本科生毕业设计1第一章绪论11研究的背景目的及意义车铣一体技
18、术是20世纪末发展起来的复合技术，是一种在仪器精密技术和机械设计技术基础上，集成了当代CAD/CAM应用技术，先进控制，精密测量技术的一种先进新型的机械加工技术。这种加工控制技术的本质是基于当代工业技术，工艺水平，发达的科技等各种创新所引发的产品质量提升，工艺进步，效率提高，缩短工作周期的新技术。现如今，这种车铣中心发展飞快，不论是在硬件还是软件上，功能都十分的强大。在硬件功能上，有标准库，功能模块标准配置，还有可定义自选的模块，如WFL的N系列可选模块带径向自动进给的角度头模块等等。在软件功能上，具备自动对刀，温度补偿，在线监测，刀具路径的实时监控，自动生成模态代码等等。在全球机床金属加工领
19、域，复合技术正在蒸蒸日上的发展着和被工业国家各生产制造公司所应用。复合加工技术技术的机床功能范围随着时代不同而不同，甚至在某一时期曾出现过吧加工中心成为复合技术加工机床，可是，大多数加工中心不能满足超过某种切削范围加工的需求，当代人口中的复合技术机床早已不是那时候人们口中的复合加工机床，具有天壤之别，譬如在车削机床上装带有铣削功能的回转刀具，在加工中心上装有车削功能的三爪卡盘模块，听说最近少数国家有研制出不同原理的加工集激光加工与刀具切削于一体的加工方法等，这些全能进一步提高机床的复合化程度，提高加工质量与效率。有利于社会工业化的发展推动人类文明的前进。从1835年美国的转塔车床到1910年美
20、国为汽车生产制造的第一台机床，在至1954年三轴数控铣床的问世，在至1959年七月美国KT研制出加工中心，这些都有力的开启了机床史上的新篇章。其实，复合机床加工技术至今已有百余年历史，只是每个时代对复合的概念不一样，但是真正认识到复合并且得到广泛应用的还是在二十世纪九十年代左右，数控机床和数控CAM技术的主流后出现的，中后期随着加工中心功能的完善与人们对其结构的更加了解，显示了这种工序集中不频繁装卸零件的数控机床的优越性，开始了车铣一体的车削中心等等，九十年代后期又发展起了有激光，超声波，电火花线切割等特种加工拘束的复合机床，将复合技术加工工艺的发展推到了另一个新篇章。通过以上背景的介绍，我想
21、我们已可想而知，在当今社会，特别是在中国，中国是发展中国家，工业帝国正是急需发展的关键时期，是奔向小康社会必经之路，所以说我们是必须要学号机床的运动机构及原理，为国家的发展贡献我们的力量，我此次设计的车铣于一体的机床教学模具正是为了方便大学生深刻理解机床加工零件过程，运动机构原理，运动的先后过程及每道工序之间的联系，我设计的教具可以保证学生在近距离接近机床了解机床运动及结构组成的情况下是安全的，不像真正的机床存在一定的安全风险，不便于学生近距离研究。天津工业大学2014届本科生毕业设计212国内外相关现状按机床加工分类，可以分为车削和铣削二大类，而机床行业通常将使用最广的铣削中心称为加工中心，
22、以铣削加工为主的加工中心从机构上可以分为如下图所示的种类。图11种类分类121国外现状机床最先是由国外公司研制出来的，所以国外有关机床的技术水平，改善情况都有很多记载。德国的好多大学都专门设有从事车铣技术研究的工作人员，在1981年，奥地利林茨公司开发出世界上第一台车铣一体得数控机床WVC500S加工中心，在之后的几十年里林茨公司经过千万种尝试与努力，终于于2002年再次推出新一代数控复合机床M40M。奥地利是车铣行业的领头羊，开拓者，日本于二十世纪七十年代研制出车铣机床，论加工精度最高的当属瑞典和德国的车铣机床，综合起来，日本产值最大，但是德国技术水平最高。122国内现状我国在“十五”期间，
23、在相关政策的扶持下，包括沈阳机床在内的机床行业通过自主创新，顽强拼搏的劲头，已经在数控机床领域有了很大突破与进展。譬如沈阳机床，从上个世纪开始，通过自主开发设计，借鉴国外经验等，现在已发展为具有卧式五轴联动功能的车铣加工中心系列，集车，铣，钻，镗等于一体的高柔韧性机床，对于一些形状复杂，精度要求要的异形回转体零件可在一次装夹中完成全部或大部分的加工工序，即可保证精度，又可提高效率，降低成本，缩短生产周期。2005五月左右，沈阳机床部分引进了德国大型有关车铣机床的图纸和工艺方案，并在有关专家的协助下大大的扩大了可切削的直径大小，也从重量上从几吨扩展到百吨级别。并且在机床的主轴方面也取得了重大突破
24、，加快了主轴的转速，和主轴本身的强度、，还有关于刀架的形状，刀具到头的角度问题，机床若在长久加工零件后出现的热平衡问题，天津工业大学2014届本科生毕业设计3刀具在工作数个小时后对工件产生的磨损造成的精度补偿问题，等等诸多技术性问题得到了改善，主传动轴的大扭矩输出和高速输出，直接关系到机床的运行动力，效率问题，尾台的设计也要充分考虑到操作员的安全性，和机床的自动化。13课题研究的主要内容本文主要研究了三大模块，第一模块，车削系统的方案分析及确定，车削电机的选择，车削系统的传动方案确定。带轮的传动比等等，第二模块，铣削系统方案的分析及确定，铣削电机的选型，铣削传动方案的选择，滚珠丝杠的选择及校核
25、。第三模块，X,Y方向上回转工作台的运动，各方向上全行程的确定，电机的型号，功率的选择，滚珠丝杠的型号选择及校核等等。天津工业大学2014届本科生毕业设计4第二章机床设计方案分析及确定21伺服进给系统的基本要求伺服系统的概念很大，总的来说带有PID数字调节的进给驱动系统都可以称之为伺服系统。而且伺服系统是数控机床的核心组成部分之一，也是机床之间互相区别的一个特殊部分，不同的伺服系统决定着数控机床的定位精度是否高，跟踪指令信号的响应快慢问题，机床的稳定性好与坏。（1）精度精度指的是系统输入输出之间的偏差，或者是精准程度，即准确性。当然有些误差是在所难免的，譬如机床就存在动态误差和稳态误差，动态误
26、差指的是瞬态过程中出现的偏差，是变动的，而稳态误差值得则是瞬态过程结束后系统出现的偏差，是静态的。影响到精度的因素很多，关系也很复杂，采用数字调节技术可以在很大程度少减少误差，提高机床的精度。（2）快速响应特性快速响应特性指的是当操作员对系统输入指令后即输入信号，表示输入信号的响应速度和瞬态误差过程的快与慢。提高快速反应对加工效率，轨迹的跟踪精度都有好处，但是并不是速度越快越好，响应速度过快会造成系统超调现象，引起系统的不稳定。因此快速响应特性要视具体情况具体分析，选择一个最优的，在保证定位精度的情况下，并最好缩短定位时间，避免超调现象的发生。（3）系统的稳定性系统在外界干扰下，譬如启动状态，
27、输入量状态改变等情况下作用下，输出量经过几次衰减震荡后，能后很快的恢复到原有状态，或者很快适应新的状态，并正常运行。他是数控机床运行的基本条件，也是加工零件保证精度的前提条件。22驱动方案的分析及确定方案一X,Y,Z三个方向上均采用直线电机进给优点如果采用直线电机直驱技术，那么久不需要将旋转运动转化为直线运动，零件损耗少，并且精度高。缺点新型的直输技术还不是很成熟，有些地方不完善，譬如失电自锁保护功能，并且对于直线电机来说，数值安装技术不成熟，成功率低。方案二X,Y,Z三方向均采用伺服电机带动滚珠丝杠实现进给优点实现三轴进给，技术很成熟，导致控制很方便，成本也相对来说很低缺点在丝杠和滚珠间存在
28、间隙，导致加工精度一般方案三X,Y水平方向采用直线电机，竖直Z方向采用滚珠丝杠优点既然直线电机直驱技术在竖直方向上不成熟，那么在水平方向上采用直线电机，竖直方向上采用丝杠，这样使得直线电机与滚动丝杠配合使用，最大的发挥了天津工业大学2014届本科生毕业设计5他们的精度，效率，并且Z轴也实现了自锁功能缺点这样混合使用，给编程控制带来了很大不便。结合这三种方案，由于本沦为设计的机床主要是为打学生展示机床的各个机构及运动过程，所以对于加工精度要求不高，并且此机床的控制，机械部分要适合大众学生，不能仅仅让一些学习好的学生能看懂，操作编程要简单明了，所以最终选择方案二。23传动方案分析及确定方案一先将伺
29、服电机与联轴器相连，在通过齿轮减速降比传动移动部件驱动图21进给系统简图优点可以通过齿轮放大电机的扭矩，使得可以采用小功率电机，降低成本缺点齿轮间存在间隙，使得传动精度差方案二采用伺服电机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连接，实现对工件的移动驱动图22进给系统简图优点精度有保证缺点需要功率大的电机，提供大扭矩，成本高结合这两种方案的优缺点，为了保证机床必要的精度要求，所以最后采用方案二作为最终方案。24铣削主轴系统方案分析及确定方案一使用带有C轴功能的主轴电机带动，通过一级皮带轮降速后驱动主轴天津工业大学2014届本科生毕业设计6方案特点成本低，结构简单，精度能达到要求方案二采用步进电机作为主动力源
30、，通过二级齿轮变速箱控制速度，在主轴上在加一个能够实现C轴的动力源伺服电机方案特点加装的伺服分度系统能保证C轴功能，成本较低，但是采用了齿轮传动，存在误差，并且这样做使得系统太复杂，体积大，成本升高方案三直接使用带有C轴功能的电主轴做动力源方案特点精度非常高，结构很简单，但是成本相当高方案确定由于本论文机床对精度要求一般，所以如果采用方案三显得浪费，而方案二太复杂，使得最后体积大，成本高，所以最终采用方案一25车削主轴系统方案分析及确定方案一采用铣削用电主轴方案特点结构简单，加工精度高，可控性强，成本高，不过能带有铣刀换刀功能方案二采用普通铣床主轴铣头方案特点设计成本低，有标准件可供购买，但是
31、体积大，可控性差方案确定所选铣削主轴铣头不宜过大，重量不宜过重，所以最终选择方案一26车铣一体整体三维结构布局示意图天津工业大学2014届本科生毕业设计7图23整体示意图天津工业大学2014届本科生毕业设计8第三章车削主轴系统设计31主轴电机的选择311主轴电机初选表31主轴电机参数图31主轴电机性能曲线312主轴电机功率的校核中小型普通机床类型中等切削条件下的用量参数刀具材料高速钢切削方式外圆纵车查机械制造技术基础表39得知，切深AP3MM进给量FS03MM/R切削速度VC15M/S单位切削力KC26492NMM天津工业大学2014届本科生毕业设计9（1）求切削力264930323841CC
32、DCPCCKAKAFNFFF31（2）求切削功率PC切削功率指的是消耗在切削工程中的功率，用PC表示，单位为KW，因为背向力FP的位移量很小，可近似认为背向力不做功。因此，切削功率PC的总值就等于切削力FC和进给力FF做功之和。即3F101000WCVCFNFPFV31式中FC切削力（N）VC切削速度（M/S）FF进给力（N）NW工件转速（R/S）F进给量（MM/R）大多数情况下，进给力FF所消耗的功率极小，约占总功率的125，因此上式可简化为310CVCPFV（32）PC23841150001PC3576KW根据切削功率选择机床电动机时，还需要考虑到车床的传动效率M，取M80，则机床电动机的
33、率PE应为M357680447CEEEPPPPKW故选择CTB45P58XX154XX型号电机，伺服主轴电机75KW/1500RPM32轴的设计与计算（1）求输出轴上的功率P2，转速N2和转矩T2已经电动机功率为75KW，转速N21500R/MIN天津工业大学2014届本科生毕业设计10若取大带轮传动效率（包括轴承效率在内）097则2122322275097727515001000/MIN159550106947625PPKWNINNRPTNMMN（2）求作用在大带轮上的力圆周力222269476252205663TTFND（33）（3）初步确定轴的最小直径先按式（34）初步估算轴的最小直径选
34、取轴的材料为45钢，调质处理根据表153，取A0103，于是得233MIN027275103141000PDAMMN（34）输出轴的最小直径显然是D位置，D14MM,L25MM（4）轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足三爪卡盘的轴向定位要求，轴段左端需制出轴肩，故取段的直径D16MM,取L10MM初步选择滚动轴承因轴承受有横向纵向二个方向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参考工作需求并据悉D16MM，由轴承大全手册中初步选取0基本游戏组，规则精密度的圆锥滚子轴承30103，其基本尺寸DDT172810MM故D17MM，L45MM,L10MM,D17MM取安装大带轮处的轴
35、段的直径为D19MM，大带轮的一端与轴承之间使用套筒定位，已经大带轮轮毂的宽度为15MM,为了使套筒端面牢靠的压紧大带轮，此轴段必须要小于轮毂宽度，故取L14MM,大带轮的左边采用一凸起轴肩定位，则轴环处的直径D21MM,轴环的宽度,取L5MM依据实际需求，取D20MM,L28MM天津工业大学2014届本科生毕业设计1133轴的校核A1HF4TF2HFZ轴1VF4RF2VFX轴B天津工业大学2014届本科生毕业设计12图32轴的结构与受力分析（1）画轴的受力简图轴的受力简图如图32B所示（2）计算支撑反力在水平面上12124150505075RFHFHFNFHFHFHFHN（35）在垂直面上天
36、津工业大学2014届本科生毕业设计13122212142205450100011025220511025TTFVFVFNFFVFVNFVFVFVN（36）轴承1的总支撑反力为2211122111102751105FFVFHFFN（37）轴承2的总支撑反力为211105FFN（3）画弯矩图弯矩图如图32C,D,E所示在水平面上，带轮左侧为11227550375075503750AAAAMHFHLMHNMMMHFHLMHNMM（38）在垂直面上，带轮左侧为11110255055125MAVFVLMAVMAVNMM（39）合成弯矩，带轮左侧为222237505512555252AHAVMAMMMAM
37、ANMM（310）（4）画出转矩图转矩图如图32F所示T2694776N。MM（5）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，根据式及上述中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取06，轴的计算应力天津工业大学2014届本科生毕业设计14222235525206694760114301ACACACAMTWMPA（311）前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表151差得160MPA，因此1CA，故安全。天津工业大学2014届本科生毕业设计15第四章铣削主轴系统设计41铣削功率及铣削力计算工作台受力最大的情况是用盘状铣刀加工零
38、件，所使用的最大盘铣刀是YT15硬质合金端铣刀，其直径是100MM，齿数5个表41YT15硬质合金端铣刀铣削的铣削速度及功率T/MIN0D/ZPA/MMFA/MM/Z铣削深度PA/MM35912V/M/MINMP/KWV/M/MINMP/KWV/M/MINMP/KWV/M/MINMP/KW180100/560007010013018173150135119248288324383166144130114405450540630157135121108720810900104加工中取刀具T180,0D/Z100/5，最大FA013MM/Z，则由上表可知3MM时,V135M/MIN，MP324KW
39、（1）求圆周力FC332410601351440MCCCPFVFFN（41）（2）求各横向纵向进给力FX,FY,FZPA天津工业大学2014届本科生毕业设计16表42铣削时各切削力与圆周力比值铣削条件比值对称端铣不对称铣逆铣顺铣端铣80400MMDAPZMMAF/2010ZNFF/ZVFF/ZAFF/03040850950500550609045070500550150300910050055立铣、圆柱铣、盘铣和成型铣0500MMDAPZMMAF/2010ZNFF/ZVFF/ZAFF/111202030350408090750803504切削条件端铣00408WAD，0102/FAMMZ由上表
40、可知MAXMAXMAXMAX/095/0950950951441368VZYZYZYYFFFFFFFFKN（42）MAXMAXMAXMAX/09/09095091441296NZXZXZXXFFFFFFFFKN（43）天津工业大学2014届本科生毕业设计17MAXMAXMAXMAX/055/0550550551440792AZZZZZZZFFFFFFFFKN（44）由计算结果可得知，在铣削过程中横向进给力FXFY1368KN，纵向进给力FZ0792KN42电主轴的选择选择CYMILL公司CS25135A电主轴，功率10KW，额定转速5000RPM，最高转速20000RPM，具有自动换刀装置，装
41、配HSKA63刀柄刀具。电主轴结构如下图所示。图41电主轴图片43V带传动的选择与计算在此车床主轴传动机构中，第一级用普通V带传动，已知电动机功率75KW,转速N11500R/MIN,传动比I15，每天工作八小时（1）确定计算功率PCA由表87查的工作情况系数KA11，故天津工业大学2014届本科生毕业设计181175825CAACACAPKPPPKW（45）（2）选择V带的带型根据PCA，N,由图811机械设计第八版西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著选用Y型（3）确定带轮的基准直径DD1并验算带速V最开始选择小带轮的基准直径DD1由表86和表88，选取小带轮的基准直径DD140MM，验
42、算带速V，按式（46）验算带的速度11401500586/601000601000DDNVMS（46）因为5/30/MSVMS，故带速合适计算大带轮的基准直径，根据式（47）计算大带轮的基准直径DD2DD2IDD1154060MM（47）根据表88，圆整为DD263MM（4）确定V带的中心距A和基准长度LD根据式（48），初定中心距110MM由式（48）计算带所需的基准长度22100120200022463402110406324110220161711238291DDDDDDDDDDLADDALLLMM（48）由表85初步选择带的基准长度LD400MM按式（49）计算实际中心距A002400
43、38291102118DDLLAAAA（49）（5）验算小带轮上的包角1天津工业大学2014届本科生毕业设计19215731180573118063401181168890DDDDA（410）（6）计算带的根数Z计算单根V带的额定功率PR由DD140MM和N11500R/MIN,查表840A,得P0232KW根据N11500R/MIN,I15,和Y型带，查表84B得，0046P查表85得,098K，查表82得，096LK，于是00736RLPPPKK（411）计算V带的根数Z825112736CARPZP（412）故取1根（7）计算单根V带的初拉力的最小值（F0）MIN由表83得，Y型带的单位
44、长度质量Q002KG/M所以20MIN20MIN0MIN25500250988255000025860981586110CAAKPFQVKZVFFN（413）应使带的实际初拉力00MINFF（8）计算压轴力FP压轴力的最小值为10MINMINMINMIN2SIN216821110SIN2220PPPFZFFFN（414）天津工业大学2014届本科生毕业设计20第五章滚珠丝杠设计计算与校核51滚珠丝杠特点介绍滚珠丝杠的特性是将螺旋运动转化为上下直线或左右直线运动或直线运动转换为螺旋运动的一种机构，本文所用到的是滚珠丝杠前一个特性将回转运动转化为直线运动。它是由螺杆，滚珠，螺母三大部件组成的，它的
45、重要意义就是将运动由某一种形式转换为另一种形式，由于摩擦阻力小，可逆性，高效率，精度较高等特点，滚珠丝杠被广泛应用于很多种工业和精密仪器设备。（1）方案的选择滚珠丝杠和滑动丝杠因为滚动丝杠副的运动是靠丝杠轴与螺母之间的很多圆形滚珠在做滚动运动，所以相对滑动丝杠相比，所使他们运动的驱动力矩不同，滚珠丝杠的驱动力矩约是滑动丝杠副的三分之一，在省电方面很有帮助（2）微进给由于滚动丝杠是靠很多圆形的滚珠施以运动，启动力矩小，不会出现滑动爬行现象，嫩保证精确的微进给。（3）高速进给滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给运动（4）刚性高，无侧间隙因为滚珠与螺母产生斥力，而滚珠丝杠给滚珠施加予压
46、力予压力也可使轴向间隙达到负值，从而能使丝母刚性得到加强。52滚珠丝杠的设计与计算工作台重量1W30KG300N工件及夹具最大重量2W100N工作台最大行程KL200MM工作台导轨的摩擦系数为U01快速进给速度MAXV4M/MIN定位精度为20UM/300MM全行程25UM重复定位精度为10UM要求寿命为10000小时（单班制工作十年）天津工业大学2014届本科生毕业设计21各种切削方式的纵向切削力FA,时间比例Q,速度V及其他见下表表1各种切削方式的纵向切削力FA,速度V和时间比例Q切削方式纵向切削力PXIN垂向切削力PZIN进给速度VIM/MIN工作时间百分比丝杠轴向载荷N丝杠转速R/MI
47、N强力切削200012000610220060一般切削10005000830115080精切削500200150620100快速进给001000375（1）确定滚珠丝杠副的导程MAXMAXVPHIN（51）MAXV工作台最高移动速度MAXN电机最高转速；I传动比电机与丝杠间为直接连接式，I1由上表查得1V4M/MIN，MAXN1200R/MIN400033331200HPMM查现代机床设计手册取PH4MM（2）确定当量载荷与当量转速各种切削方式下，滚珠丝杠转速VINIPH由上表查的1V06,2V08,3V1,4V4代入得，天津工业大学2014届本科生毕业设计221122334406150000
48、408200000412500004410000004HHHHVNPVNPVNPVNP（52）各种切削方式下，滚珠丝杠轴向载荷IF丝杠轴向载荷，ZIP垂向切削力，XIP纵向切削力由上表得，ZIPI1,2,3,4分别为1200N,500N,200N,0NXIPI1,2,3,4分别为2000N,1000N,500N,0N又得知，1W300N，2W100N代入得IFI1,2,3,4分别得1112111200030010012003600XZFPWWPFFN（53）221222213003001005001900XZFPWWPFFN（54）33123335003001002001100XZFPWWPFFN（55）441244403001000400XZFPWWPFFN（56）天津工业大学2014届本科生毕业设计23当量转速T1,T2,T3TN工作时间百分比MN当量转速R/MIN12123124123410010010010010010010010305051502002501000100100100100156012550250/MINNMNMMMMTTTNNNNTTTTNNNNNNNNR（57）当量载荷3333331122443333108
