龍門式家用數(shù)控銑床設(shè)計(jì)

龍門式家用數(shù)控銑床設(shè)計(jì),龍門,家用,數(shù)控,銑床,設(shè)計(jì) 附表三 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱 龍門式家用數(shù)控銑床設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 教師自擬課題 課題類型 AX 指導(dǎo)教師 張老師 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容：（調(diào)研資料準(zhǔn)備情況，設(shè)計(jì)的目的、要求、思路與預(yù)期成果；工作任務(wù)分解，各階段完成的內(nèi)容及時(shí)間分配；完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件、存在的問(wèn)題等。） 一．課題背景： 龍門式家用數(shù)控銑床是根據(jù)模擬教學(xué)用具立柱式數(shù)控銑床設(shè)計(jì)而來(lái)，用以滿足大多數(shù)小工件低精度銑削加工要求。由于機(jī)床中銑床較為通用，且加工種類多，此次設(shè)計(jì)即可滿足設(shè)計(jì)階段加工，達(dá)到節(jié)省工程研發(fā)時(shí)間，改善設(shè)計(jì)條件，縮短科研周期和降低成本的要求。 二．設(shè)計(jì)目的及要求： 目的：滿足設(shè)計(jì)階段加工，達(dá)到節(jié)省工程研發(fā)時(shí)間，改善設(shè)計(jì)條件，縮短科研周期和降低成本。并且培養(yǎng)我們運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)制造及有關(guān)課程(工程材料與熱處理、機(jī)械設(shè)計(jì)、公差與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械裝備、金屬切削原理等)的知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決實(shí)際設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，具備獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度機(jī)床的能力。 要求：1 設(shè)計(jì)龍門式數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)，畫零件圖，要求正確合理。 2 準(zhǔn)備外文資料翻譯一份。 3 畫龍門式數(shù)控銑床總裝配圖。 4 設(shè)計(jì)計(jì)算，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，要求1.2萬(wàn)字以上。 三．階段任務(wù)： 2008年７月５日~ 2008年７月１５日，教師下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。 2008年９月１日~ 2008年９月１５日，學(xué)生完成開(kāi)題報(bào)告。 2008年９月１５日~ 2008年１１月１５日，學(xué)生完成銑床零件圖繪制和數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2008年１１月１５日~ 2008年１２月１５日，學(xué)生完成數(shù)控銑床機(jī)械部分設(shè)計(jì)。 2008年１２月１５日~ 2009年１月１５日，學(xué)生完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的編寫。 四．設(shè)計(jì)條件及問(wèn)題： 組合機(jī)床在機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)用非常廣泛，其設(shè)計(jì)過(guò)程比較規(guī)范，技術(shù)成熟，通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，在設(shè)計(jì)過(guò)程中有較多的調(diào)研與借鑒材料。并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中圖書館資料如《組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可供參考，以及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 課題類型：1、A—工程設(shè)計(jì)；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件開(kāi)發(fā)；D—理論研究 2、X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 1、2均要填，如AY、DX等 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 摘 要 龍門式數(shù)控銑床是機(jī)床中加工工藝較為繁多的一種，其龍門立柱可承載較大載荷，以保證加工精度。因此此次課題著重對(duì)龍門式數(shù)控銑床進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)。 龍門式數(shù)控銑床是根據(jù)龍門式受力特點(diǎn)，用以加工同等條件下較高精度要求的工件。與普通機(jī)床相比，龍門式數(shù)控銑床其良好的工藝性，簡(jiǎn)約的結(jié)構(gòu)，極其便于進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)化，集成化?？商峁?shí)驗(yàn)室等科研單位進(jìn)行設(shè)計(jì)試制造使用，極大的縮短了設(shè)計(jì)制造周期，減少了制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了設(shè)計(jì)課題的可靠性，同時(shí)降低了制造生產(chǎn)成本。 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書主要介紹了龍門式家用數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。其中包括電動(dòng)機(jī)選型，導(dǎo)軌強(qiáng)度校核，主軸剛度校核，皮帶輪設(shè)計(jì)等。 本次組合機(jī)床的設(shè)計(jì)主要是在滿足技術(shù)要求的前提下，盡量使設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化生產(chǎn)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率和增加自動(dòng)化程度。 關(guān)鍵詞：龍門；數(shù)控；銑床；機(jī)械結(jié)構(gòu) Abstract Gantry CNC milling machine tools are in the process of a more diverse, its gantry column may be carrying a larger load, so as to ensure machining accuracy. Therefore focused on the topic of gantry CNC milling machine for the mechanical structure design. Longmen CNC gantry milling machine is based on the force characteristics, under the same conditions used for processing high precision workpiece. Compared with the general machine tools, CNC milling machine gantry its a good process, and simple structure, is extremely easy to carry out NC automation, integrated. Provides laboratory and scientific research units such as the design of test manufacturing use, greatly shortened the design and manufacturing cycle, a reduction of manufacturing problems that may arise in the design improve the reliability of the subject, while reducing the manufacturing cost of production. The main specification of the design introduced the CNC milling machine gantry home part of the mechanical structure design and calculation. Including motor selection, rail strength checking, checking spindle stiffness, pulley design. The combination of machine tools are primarily designed to meet the technical requirements of the premise, as far as possible the design of the program easy to simplify production, reduce labor intensity of workers, improve productivity and increase the degree of automation. Keywords: Longmen; NC; milling; mechanical structure 前 言 新的世紀(jì)面臨新的挑戰(zhàn)。不經(jīng)意間大學(xué)四年的生活已接近尾聲，畢業(yè)后進(jìn)入工作崗位也已成為期盼。此時(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)成了我們離校前最重要的任務(wù)。它是對(duì)我們這四年學(xué)業(yè)的全面檢驗(yàn)，也是對(duì)我們理論與實(shí)踐相結(jié)合能力的高度體現(xiàn)，更是對(duì)我們理解問(wèn)題、處理問(wèn)題、開(kāi)放思維、靈活應(yīng)變能力的全面驗(yàn)收。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)畢業(yè)之前所進(jìn)行的唯一一次時(shí)間最長(zhǎng)、設(shè)計(jì)內(nèi)容最多、涉及范圍最廣的最后一次課程實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我們綜合四年所學(xué)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，在畢業(yè)設(shè)計(jì)老師指導(dǎo)下進(jìn)行的具有專業(yè)性和代表性的工程設(shè)計(jì)，并鞏固和運(yùn)用我們所學(xué)到的知識(shí)，進(jìn)行一次較為深入和復(fù)雜的綜合訓(xùn)練。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們能綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，去分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，使所學(xué)的知識(shí)得以鞏固、深化和發(fā)展。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)我們正確的設(shè)計(jì)思想，在理論聯(lián)系實(shí)際的基礎(chǔ)上，鍛煉我們獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力，進(jìn)一步了解和運(yùn)用所學(xué)過(guò)的各種理論知識(shí)，并通過(guò)學(xué)習(xí)，不斷地積累自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為即將步入社會(huì)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)內(nèi)容均采用Auto Cad繪圖、UG、CAXA等多種三維制圖軟件進(jìn)行實(shí)物模擬，使我真正體會(huì)到了現(xiàn)代化工具的先進(jìn)性，同時(shí)也為將來(lái)能應(yīng)用高科技技術(shù)設(shè)備打下了一定的基礎(chǔ)，又培養(yǎng)了我的動(dòng)手操作能力。通過(guò)同學(xué)間與指導(dǎo)老師的相互合作與協(xié)調(diào)，真正認(rèn)識(shí)到具有查閱技術(shù)資料能力的重要性，深刻體會(huì)到知識(shí)的廣博性，理論與實(shí)踐的結(jié)合性，創(chuàng)新思維的重要性。 邁出作為合格設(shè)計(jì)者的第一步，我深感其中的艱辛。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)龍門式家用數(shù)控銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。 目 錄 摘 要………………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ 前 言………………………………………………………………………………………Ⅲ 緒 論……………………………………………………………………………………… 1 1 機(jī)械結(jié)構(gòu)概述………………………………………………………………………………3 1.1 數(shù)控機(jī)床概述…………………………………………………………………………4 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)…………………………………………………………………4 1.1.2 數(shù)控機(jī)床使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)…………………………………………………5 1.1.3 數(shù)控機(jī)床的維護(hù)…………………………………………………………………6 1.2 家用銑床機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則 ……………………………………8 1.2.1 失效形式…………………………………………………………………………8 1.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則……………………………………………………………………9 1.3 軸的基本設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 11 1.3.1 類比法 …………………………………………………………………………11 1.3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算法 ……………………………………………………………………11 1.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算 ………………………………………………………………………12 1.4.1 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 ……………………………………………………………12 1.4.2 軸的彎扭合成強(qiáng)度 ……………………………………………………………12 1.4.3 軸的剛度計(jì)算 …………………………………………………………………13 1.5 軸的材料及選擇 ……………………………………………………………………15 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………………………17 2.1 切削力的計(jì)算 ………………………………………………………………………17 2.2切削功率的計(jì)算………………………………………………………………………18 2.3 高速鋼立銑刀銑削用量及功率 ……………………………………………………18 2.4 絲杠選擇 ……………………………………………………………………………19 2.4.1 螺距的選擇 ……………………………………………………………………19 2.4.2絲杠直徑的選擇…………………………………………………………………19 2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇………………………………………………………………20 2.5.1導(dǎo)軌撓度的計(jì)算…………………………………………………………………20 2.5.2導(dǎo)軌的選擇………………………………………………………………………20 2.6步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用………………………………………………………………21 2.6.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算……………………………………………………………………21 2.6.2 電動(dòng)機(jī)力矩的計(jì)算………………………………………………………………21 2.6.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇…………………………………………………………………22 結(jié) 論 ……………………………………………………………………………………24 致 謝 ……………………………………………………………………………………25 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………26 V 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 緒 論 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)選用數(shù)控設(shè)備已是大勢(shì)所趨。并且隨著生產(chǎn)的多元化，機(jī)械加工已走入實(shí)驗(yàn)教學(xué)及家用生產(chǎn)之中。 本次龍門式家用數(shù)控模擬銑床設(shè)計(jì)是結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)要求，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單易學(xué)，具有教學(xué)實(shí)驗(yàn)功能的簡(jiǎn)易數(shù)控銑床。其結(jié)構(gòu)參考南京機(jī)械專科學(xué)校教學(xué)設(shè)備《立柱式模擬數(shù)控銑床》。 原產(chǎn)品為單立柱式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單一，切削范圍較窄，穩(wěn)定性和加工精度較差，現(xiàn)將原單立柱式結(jié)構(gòu)改為龍門式結(jié)構(gòu)，其機(jī)床剛度和精度比以前有所提高，工藝范圍也大大提高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖a。 對(duì)一個(gè)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，提高生產(chǎn)能力往往從生產(chǎn)管理、制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備等方面入手進(jìn)行技術(shù)改造，而這幾部分內(nèi)容又是互為影響和制約的。在技改中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床的更新、維修、采購(gòu)等的選擇上必須考慮到要在什么樣環(huán)境下使用、如何管理、怎樣能達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效果等問(wèn)題。 選擇制造設(shè)備是要為制造某一些產(chǎn)品服務(wù)的，選擇的設(shè)備可能用于產(chǎn)品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。制造水平的高低首先取決于工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)，它將決定用什么方法和手段來(lái)加工，從而也決定了對(duì)使用設(shè)備的基本要求，這也是對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)組織和管理的依據(jù)。設(shè)備選擇的基本要求確定后還要根據(jù)市場(chǎng)上能提供什么樣技術(shù)水平的裝備來(lái)選擇，針對(duì)大部分中小批量生產(chǎn)的制造企業(yè)，選擇數(shù)控機(jī)床來(lái)替代舊機(jī)床或增強(qiáng)生產(chǎn)能力已是發(fā)展趨勢(shì)。 比較普通和數(shù)控兩類機(jī)床的性能，數(shù)控機(jī)床具有加工復(fù)雜形面零件能力強(qiáng)、適應(yīng)多種加工對(duì)象（柔性強(qiáng)）；加工質(zhì)量、精度和加工效率高；適應(yīng)CAD/CAM聯(lián)網(wǎng)、適合制造加工信息集成管理；設(shè)備的利用率高、正常運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。 圖a. 龍門式家用數(shù)控銑床簡(jiǎn)圖 1 機(jī)械結(jié)構(gòu)概述 機(jī)床特征規(guī)格應(yīng)包括機(jī)型、機(jī)床規(guī)格參數(shù)和機(jī)床主電機(jī)功率等。在確定工藝內(nèi)容的前提下，機(jī)型選擇就較明確了。 目前，數(shù)控機(jī)床已發(fā)展成品種繁多、可供廣泛選擇的商品，在機(jī)型選擇中應(yīng)在滿足加工工藝要求的前提下越簡(jiǎn)單越好。例如，車削中心和數(shù)控車床都可以加工軸類零件，但一臺(tái)滿足同樣加工規(guī)格的車削中心價(jià)格要比數(shù)控車床貴幾倍，如果沒(méi)有進(jìn)一步工藝要求，選數(shù)控車床應(yīng)是合理的。在加工型腔模具零件中，同規(guī)格的數(shù)控銑床和加工中心都能滿足基本加工要求，但兩種機(jī)床價(jià)格相差20%～50%，所以在模具加工中要采用常更換刀具的工藝可安排選用加工中心，而固定一把刀具長(zhǎng)時(shí)間銑削的可選用數(shù)控銑床。 數(shù)控機(jī)床的最主要規(guī)格是幾個(gè)數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機(jī)功率。選用工作臺(tái)面比典型工件稍大一些是出于安裝夾具考慮的。機(jī)床工作臺(tái)面尺寸和三個(gè)直線坐標(biāo)行程都有一定的比例關(guān)系，比如工作臺(tái)（80 mm ×100 mm）的機(jī)床，x軸行程一般為（100～200）mm、y軸為（80～120）mm、z軸為（60～100）mm左右。因此，工作臺(tái)面的大小基本上確定了加工空間的大小。個(gè)別情況下也允許工件尺寸大于坐標(biāo)行程，這時(shí)必須要求零件上的加工區(qū)域處在行程范圍之內(nèi)，而且要考慮機(jī)床工作臺(tái)的允許承載能力，以及工件是否與機(jī)床交換刀刀具的空間干涉、與機(jī)床防護(hù)罩等附件發(fā)生干涉等系列問(wèn)題。 數(shù)控機(jī)床的主電機(jī)功率在同類規(guī)格機(jī)床上也可以有各種不同的配置，一般情況下反映了該機(jī)床的切削剛性和主軸高速性能。主軸電機(jī)功率反映了機(jī)床的切削效率，從另一個(gè)側(cè)面也反映了切削剛性和機(jī)床整體剛度。在現(xiàn)代中小型數(shù)控機(jī)床中，主軸箱的機(jī)械變速已較少采用，往往都采用功率較大的交流可調(diào)速電機(jī)直聯(lián)主軸，甚至采用電主軸結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)在低速中扭矩受到限制，即調(diào)速電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出功率下降，為了確保低速輸出扭矩，就得采用大功率電機(jī)，所以同規(guī)格機(jī)床數(shù)控機(jī)床主軸電機(jī)比普通機(jī)床大好幾倍。當(dāng)使用單位的一些典型工件上有大量的低速加工時(shí)，也必須對(duì)選擇機(jī)床的低速輸出扭矩進(jìn)行校核。輕型機(jī)床在價(jià)格上肯定便宜，要求用戶根據(jù)自己的典型工件毛坯余量大小、切削能力（單位時(shí)間金屬切除量）、要求達(dá)到的加工精度、實(shí)際能配置什么樣刀具等因素綜合選擇機(jī)床。 在機(jī)床精度的選擇中，要考慮典型零件的關(guān)鍵部位的加工精度要求，這就決定了選擇數(shù)控機(jī)床的精度等級(jí)。數(shù)控機(jī)床根據(jù)用途又分為簡(jiǎn)易型、全功能型、超精密型等，其能達(dá)到的精度也是各不一樣的。簡(jiǎn)易型目前還用于一部分車床和銑床，其最小運(yùn)動(dòng)分辯率為0.01mm，運(yùn)動(dòng)精度和加工精度都在(0.03～0.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可達(dá)0.001mm以下。這里主要討論應(yīng)用最多的全功能數(shù)控機(jī)床（以加工中心為主）。 按精度可分為普通型和精密型，一般數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)項(xiàng)目都有20～30項(xiàng)，但其最有特征項(xiàng)目是：?jiǎn)屋S定位精度、單軸重復(fù)定位精度和兩軸以上聯(lián)動(dòng)加工出試件的圓度。 定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度。尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸在行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量該軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。目前數(shù)控系統(tǒng)中軟件都有豐富的誤差補(bǔ)償功能，能對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。 1.1 數(shù)控機(jī)床概述 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) (1)具有高度柔性 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機(jī)床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機(jī)床。因此，數(shù)控機(jī)床適用于零件頻繁更換的場(chǎng)合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝設(shè)備的費(fèi)用。 (2)加工精度高 數(shù)控機(jī)床的加工精度，一般可達(dá)到0.005～0.1mm，數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字信號(hào)形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，則機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床定位精度比較高。 (3)加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠 加工同一批零件，在同一機(jī)床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。 (4)生產(chǎn)率高 數(shù)控機(jī)床可有效地減少零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍大，允許機(jī)床進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削，數(shù)控機(jī)床目前正進(jìn)入高速加工時(shí)代，數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。 (5)改善勞動(dòng)條件 數(shù)控機(jī)床加工前經(jīng)調(diào)整好后，輸入程序并啟動(dòng)，機(jī)床就能自動(dòng)連續(xù)的進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。操作者主要是程序的輸入、編輯、裝卸零件、刀具準(zhǔn)備、加工狀態(tài)的觀測(cè)，零件的檢驗(yàn)等工作，勞動(dòng)強(qiáng)度極大降低，機(jī)床操作者的勞動(dòng)趨于智力型工作。另外，機(jī)床一般是封閉式加工，即清潔，又安全。 (6)利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床的加工，可預(yù)先精確估計(jì)加工時(shí)間，所使用的刀具、夾具可進(jìn)行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息，易于實(shí)現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，目前已與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床使用中應(yīng)注意的事項(xiàng) 使用數(shù)控機(jī)床之前，應(yīng)仔細(xì)閱讀機(jī)床使用說(shuō)明書以及其他有關(guān)資料，以便正確操作使用機(jī)床，并注意以下幾點(diǎn)： (1)機(jī)床操作、維修人員必須是掌握相應(yīng)機(jī)床專業(yè)知識(shí)的專業(yè)人員或經(jīng)過(guò)技術(shù)培訓(xùn)的人員，且必須按安全操作規(guī)程及安全操作規(guī)定操作機(jī)床； (2)非專業(yè)人員不得打開(kāi)電柜門，打開(kāi)電柜門前必須確認(rèn)已經(jīng)關(guān)掉了機(jī)床總電源開(kāi)關(guān)。只有專業(yè)維修人員才允許打開(kāi)電柜門，進(jìn)行通電檢修； (3)除一些供用戶使用并可以改動(dòng)的參數(shù)外，其它系統(tǒng)參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來(lái)設(shè)備、工件、人身等傷害； (4)修改參數(shù)后，進(jìn)行第一次加工時(shí)，機(jī)床在不裝刀具和工件的情況下用機(jī)床鎖住、單程序段等方式進(jìn)行試運(yùn)行，確認(rèn)機(jī)床正常后再使用機(jī)床； (5)機(jī)床的PLC程序是機(jī)床制造商按機(jī)床需要設(shè)計(jì)的，不需要修改。不正確的修改，操作機(jī)床可能造成機(jī)床的損壞，甚至傷害操作者； (6)建議機(jī)床連續(xù)運(yùn)行最多24小時(shí)，如果連續(xù)運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響電氣系統(tǒng)和部分機(jī)械器件的壽命，從而會(huì)影響機(jī)床的精度； (7)機(jī)床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴(yán)重的后果。 1.1.3 數(shù)控機(jī)床的維護(hù) 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對(duì)機(jī)床設(shè)備不僅提出了精度和效率的要求，而且也對(duì)其提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機(jī)床就是針對(duì)這種要求而產(chǎn)生的一種新型自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于一體，是高度機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機(jī)電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床體現(xiàn)了當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)步的主流，是衡量機(jī)械制造工藝水平的重要指標(biāo)，在柔性生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)集成制造等先進(jìn)制造技術(shù)中起著重要的基礎(chǔ)核心作用。 而數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部件，因此，數(shù)控機(jī)床的維護(hù)主要是數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間的使用，電子元器件性能要老化甚至損壞，有些機(jī)械部件更是如此，為了盡量地延長(zhǎng)元器件的壽命和零部件的磨損周期，防止各種故障，特別是惡性事故的發(fā)生，就必須對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行日常的維護(hù)。概括起來(lái)，要注意以下幾個(gè)方面。 1、 制訂數(shù)控系統(tǒng)日常維護(hù)的規(guī)章制度 根據(jù)各種部件特點(diǎn)，確定各自保養(yǎng)條例。如明文規(guī)定哪些地方需要天天清理（如CNC系統(tǒng)的輸入／輸出單元——光電閱讀機(jī)的清潔，檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)部分是否潤(rùn)滑良好等），哪些部件要定期檢查或更換（如直流伺服電動(dòng)機(jī)電刷和換向器應(yīng)每月檢查一次）。 2、 應(yīng)盡量少開(kāi)數(shù)控柜和強(qiáng)電柜的門 因?yàn)樵跈C(jī)加工車間的空氣中一般都含有油霧、灰塵甚至金屬粉末。一旦它們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導(dǎo)致元器件及印制線路的損壞。有的用戶在夏天為了使數(shù)控系統(tǒng)超負(fù)荷長(zhǎng)期工作，打開(kāi)數(shù)控柜的門來(lái)散熱，這是種絕不可取的方法，最終會(huì)導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)的加速損壞。正確的方法是降低數(shù)控系統(tǒng)的外部環(huán)境溫度。因此，應(yīng)該有一種嚴(yán)格的規(guī)定，除非進(jìn)行必要的調(diào)整和維修，不允許隨便開(kāi)啟柜門，更不允許在使用時(shí)敞開(kāi)柜門。 3、 定時(shí)清掃數(shù)控柜的散熱通風(fēng)系統(tǒng) 應(yīng)每天檢查數(shù)控系統(tǒng)柜上各個(gè)冷卻風(fēng)扇工作是否正常，應(yīng)視工作環(huán)境狀況，每半年或每季度檢查一次風(fēng)道過(guò)濾器是否有堵塞現(xiàn)象。如果過(guò)濾網(wǎng)上灰塵積聚過(guò)多，需及時(shí)清理，否則將會(huì)引起數(shù)控系統(tǒng)柜內(nèi)溫度高（一般不允許超過(guò)55℃），造成過(guò)熱報(bào)警或數(shù)控系統(tǒng)工作不可靠。 4、 經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)用的電網(wǎng)電壓 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)欲采用FANUC公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)，允許電網(wǎng)電壓在額定值的85%～110%的范圍內(nèi)波動(dòng)。如果超出此范圍，就會(huì)造成系統(tǒng)不能正常工作，甚至?xí)饠?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電子部件損壞。 5、 定期更換存儲(chǔ)器用電池 FANUC公司所生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)器有兩種： (1)不需電池保持的磁泡存儲(chǔ)器。 (2)需要用電池保持的CMOS RAM器件，為了在數(shù)控系統(tǒng)不通電期間能保持存儲(chǔ)的內(nèi)容，內(nèi)部設(shè)有可充電電池維持電路，在數(shù)控系統(tǒng)通電時(shí)，由+5V電源經(jīng)一個(gè)二極管向CMOS RAM供電，并對(duì)可充電電池進(jìn)行充電；當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)切斷電源時(shí)，則改為由電池供電來(lái)維持CMOS RAM內(nèi)的信息，在一般情況下，即使電池尚未失效，也應(yīng)每年更換一次電池，以便確保系統(tǒng)能正常工作。另外，一定要注意，電池的更換應(yīng)在數(shù)控系統(tǒng)供電狀態(tài)下進(jìn)行。 6、 數(shù)控系統(tǒng)長(zhǎng)期不用時(shí)的維護(hù) 為提高數(shù)控系統(tǒng)的利用率和減少數(shù)控系統(tǒng)的故障，數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿負(fù)荷使用，而不要長(zhǎng)期閑置不用，由于某種原因，造成數(shù)控系統(tǒng)長(zhǎng)期閑置不用時(shí)，為了避免數(shù)控系統(tǒng)損壞，需注意以下兩點(diǎn)： (1)要經(jīng)常給數(shù)控系統(tǒng)通電，特別是在環(huán)境濕度較大的梅雨季節(jié)更應(yīng)如此，在機(jī)床鎖住不動(dòng)的情況下（即伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)），讓數(shù)控系統(tǒng)空運(yùn)行。利用電器元件本身的發(fā)熱來(lái)驅(qū)散數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的潮氣，保證電子器件性能穩(wěn)定可靠，實(shí)踐證明，在空氣濕度較大的地區(qū)，經(jīng)常通電是降低故障率的一個(gè)有效措施。 (2)數(shù)控機(jī)床采用直流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)和直流主軸伺服驅(qū)動(dòng)的，應(yīng)將電刷從直流電動(dòng)機(jī)中取出，以免由于化學(xué)腐蝕作用，使換向器表面腐蝕，造成換向性能變壞，甚至使整臺(tái)電動(dòng)機(jī)損壞。 1.2 家用銑床機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則 機(jī)械零件喪失預(yù)定功能或預(yù)定功能指標(biāo)減低至許用值以下的現(xiàn)象，稱為機(jī)械零件的失效。機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)零件的失效形式分析其失效原因，提出防止或減輕失效的措施，根據(jù)不同的失效形式得出不同的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。 1.2.1 失效形式 主要的失效形式大致上有以下幾種： 1、 斷裂 機(jī)械零件的斷裂通常有以下兩種情況： （1）、零件在外載荷的作用下，某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限時(shí)將發(fā)生斷裂。 （2）、零件在循環(huán)交變應(yīng)力的作用下，危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過(guò)零件的疲勞強(qiáng)度而發(fā)生疲勞斷裂。 2、 過(guò)大的變形 當(dāng)零件的應(yīng)力超過(guò)材料屈服極限時(shí)，零件將發(fā)生塑性變形，使零件的尺寸和形狀改變，破壞各零件的相對(duì)位置和配合，使機(jī)器不能正常工作。 3、 表面失效 （1）、在過(guò)大的表面接觸應(yīng)力作用下，可能造成零件的表面失效，有如下幾種形式： 1）、膠合失效（又稱粘著磨損） 2）、點(diǎn)蝕失效（又稱疲勞磨損） 3）、磨損失效（又稱磨粒磨損） 4）、塑性變形 （2）、壓潰 面接觸的零件，在外載荷作用下，接觸表面因互相擠壓作用將產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。 （3）、腐蝕失效 多產(chǎn)生在化學(xué)腐蝕物質(zhì)的接觸和作用下而造成表面腐蝕失效。 （4）、破壞正常工作條件引起的失效 有些零件只有在一定的工作條件下才能正常工作，否則就會(huì)引起失效，如帶傳動(dòng)因過(guò)載發(fā)生打滑，使傳動(dòng)不能正常工作，但帶本身未發(fā)生疲勞失效等。 1.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則 同一零件對(duì)于不同失效形式的承載能力也各不相同。根據(jù)不同的失效原因建立起來(lái)的工作能力的判定條件，稱為設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。零件設(shè)計(jì)時(shí)的主要計(jì)算準(zhǔn)則有： 1、強(qiáng)度準(zhǔn)則 強(qiáng)度是零件必須首先滿足的基本計(jì)算準(zhǔn)則。強(qiáng)度是指零件在載荷作用下抵抗斷裂，塑性變形及表面失效（磨粒磨損、腐蝕除外）的能力。強(qiáng)度可分為整體強(qiáng)度和表面強(qiáng)度（接觸和擠壓強(qiáng)度）兩種。 整體強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則為：零件在危險(xiǎn)截面處的最大應(yīng)力σ、τ不應(yīng)超過(guò)零件的許用應(yīng)力[σ][τ]，即 σ≤[σ] τ≤[τ] 另一種表達(dá)形式為：危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù)S應(yīng)大于或等于許用安全系數(shù)[S]，即 S≥[S] （1）、許用應(yīng)力 1）、靜壓力下，[σ]= σB/S或[σ]= σs/S,式中σB為強(qiáng)度極限，σs為屈服極限，S為安全系數(shù)。根據(jù)不同的工況，選用σB或σs。 2)、變應(yīng)力下，當(dāng)零件中應(yīng)力為變應(yīng)力時(shí)，由于其失效除與材料性質(zhì)、熱處理和使用條件等因素有關(guān)外，還與零件形狀（不同形狀的應(yīng)力集中不同）、尺寸、表面狀態(tài)、要求的壽命以及工作的重要性等因素有關(guān)，故在計(jì)算其許用應(yīng)力時(shí)，應(yīng)在其計(jì)算公式中考慮。 對(duì)許用切應(yīng)力[τ]，上述關(guān)系式概念上亦適用。 （2）、強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)容 在強(qiáng)度計(jì)算中，一般有兩種計(jì)算形式：①設(shè)計(jì)計(jì)算，可求出零件的主要幾何參數(shù)；②校核計(jì)算，判斷是否符合強(qiáng)度條件。 2、剛度準(zhǔn)則 剛度是指零件受載后抵抗彈性變形的能力，其設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則為：零件在載荷作用下產(chǎn)生彈性變形量應(yīng)小于或等于機(jī)器工作性能允許的極限值，其表達(dá)式為 撓度 Y≤[Y] 偏轉(zhuǎn)角 θ≤[θ] 扭轉(zhuǎn)角 φ≤[φ] 3、耐磨性標(biāo)準(zhǔn) 耐磨性是指零件抗磨損的能力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使零件的磨損量在預(yù)定限度內(nèi)，并部超過(guò)允許量。通過(guò)對(duì)接觸表面的正壓力p與pv值等參數(shù)的計(jì)算，使其小于許用值，即零件的耐磨性合格，用公式表示為 p≤[p] pv≤[pv] 4、熱平衡準(zhǔn)則 零件工作時(shí)因摩擦產(chǎn)生過(guò)多的熱量導(dǎo)致潤(rùn)滑劑失去作用，從而使零件不能正常工作。熱平衡準(zhǔn)則是：根據(jù)熱平衡條件，工作溫度t不應(yīng)超過(guò)許用工作溫度[t],即 t≤[t] 5、可靠性準(zhǔn)則 可靠性用可靠度表示。零件的可靠度用零件在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能正常工作的概率來(lái)表示，即用在規(guī)定的壽命時(shí)間內(nèi)能連續(xù)工作的件數(shù)占總件數(shù)的百分比表示。如有NT個(gè)零件，在預(yù)期壽命內(nèi)只有NS個(gè)零件能連續(xù)正常工作，則其系統(tǒng)的可靠度為 R=NT/NS 1.3軸的基本設(shè)計(jì) 通?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)于一般軸的設(shè)計(jì)方法有類比法和設(shè)計(jì)計(jì)算法兩種。 1.3.1類比法 這種方法是根據(jù)軸的工作條件，選擇與其相似的軸進(jìn)行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出軸的零件圖。用類比法設(shè)計(jì)軸一般不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。由于完全依靠現(xiàn)有資料及設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠、穩(wěn)妥，同時(shí)又可加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，因此類比法較為常用，但有時(shí)這種方法也會(huì)帶有一定的盲目性。 1.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算法 用設(shè)計(jì)計(jì)算法設(shè)計(jì)軸的一般步驟為： (1)根據(jù)軸的工作條件選擇材料，確定許用應(yīng)力。 (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算出軸的最小直徑。 (3)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)，繪制出軸的結(jié)構(gòu)草圖。具體內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： 1)根據(jù)工作要求確定軸上零件的位置和固定方式； 2)確定各軸段的直徑； 3)確定各軸段的長(zhǎng)度； 4)根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角、退刀槽等的尺寸。 (4)按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。一般在軸上選取2～3個(gè)危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。若危險(xiǎn)截面強(qiáng)度不夠或強(qiáng)度裕度太大，則必須重新修改軸的結(jié)構(gòu)。 (5)修改軸的結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行校核計(jì)算。這樣反復(fù)交替地進(jìn)行校核和修改，直至設(shè)計(jì)出較為合理的軸的結(jié)構(gòu)。 （6)繪制軸的零件圖。 需要指出的是： (1) 一般情況下設(shè)計(jì)軸時(shí)不必進(jìn)行軸的剛度、振動(dòng)、穩(wěn)定性等校核。如需進(jìn)行軸的剛度校核時(shí)，也只作軸的彎曲剛度校核。 (2) 對(duì)用于重要場(chǎng)合的軸、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸應(yīng)采用疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算方法進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。具體內(nèi)容可查閱機(jī)械設(shè)計(jì)方面的有關(guān)資料。 1.4 軸的強(qiáng)度計(jì)算 1.4.1軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 開(kāi)始設(shè)計(jì)軸時(shí)，通常還不知道軸上零件的位置及支點(diǎn)位置，無(wú)法確定軸的受力情況，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本完成后，才能對(duì)軸進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度、剛度等校核計(jì)算。因此，一般在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對(duì)軸的直徑進(jìn)行估算。 設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩T的作用下，產(chǎn)生剪應(yīng)力τ。對(duì)于圓截面的實(shí)心軸，其抗扭強(qiáng)度條件為 …………………………（1.1） 式中T軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·mm；WT為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為m m3 P為軸所傳遞的功率，單位為kW；n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r／min；r，[r]分別為軸的剪應(yīng)力、許用剪應(yīng)力，單位為MPa;d為軸的估算值徑，單位為mm …………………………（1.2） 常用材料[r]值、c值。[r]值、c值的大小與軸的材料及受載情況有關(guān)。當(dāng)作用在軸上的彎矩比轉(zhuǎn)矩小，或軸只受轉(zhuǎn)矩時(shí):τ值取較大值、C值取較小值;否則相反。 表1.1 常用材料的[]值和C值 由式(1．2)求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個(gè)鍵槽。 可將算得的最小直徑增大3％～5％，如有兩個(gè)鍵槽可增大7％～10％。 1.4.2 軸的彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，作用在軸上外載荷(轉(zhuǎn)矩和彎矩)的大小、方向、作用點(diǎn)、載荷種類及支點(diǎn)反力等就已確定，可按彎扭合成的理論進(jìn)行軸危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核。 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，作用于軸上零件的力作為集中力，其作用點(diǎn)取為零件輪轂寬度的中點(diǎn)。支點(diǎn)反力的作用點(diǎn)一般可近似地取在軸承寬度的中點(diǎn)上。具體的計(jì)算步驟如下： (1)畫出軸的空間力系圖。將軸上作用力分解為水平面分力和垂直面分力，并求出水平面和垂直面上的支點(diǎn)反力。 (2)分別作出水平面上的彎矩(MH)圖和垂直面上的彎矩(MV)圖。 (3)計(jì)算出合成彎矩，繪出合成彎矩圖。 (4)作出轉(zhuǎn)矩圖。 (5)計(jì)算當(dāng)量彎矩。，繪出當(dāng)量彎矩圖。 式中a為考慮彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力循環(huán)特性的不同而引入的修正系數(shù)。通常彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變化應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力隨工作情況的變化而變化。對(duì)于不變轉(zhuǎn)矩取a=[σ-1b]／[σ+1b]≈O．3；對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)矩取a=[σ-1b]／[σ+1b]≈0 6；對(duì)于對(duì)稱循環(huán)轉(zhuǎn)矩取a=1。其中[σ-1b]、[σ0b]、[σ+1b]分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力，其值列于表1. 2中。對(duì)正反轉(zhuǎn)頻繁的軸，可將轉(zhuǎn)矩r看成是對(duì)稱循環(huán)變化=當(dāng)不能確切知道載荷的性質(zhì)時(shí)，一般軸的轉(zhuǎn)矩可按脈動(dòng)循環(huán)處理： (6)校核危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。 根據(jù)當(dāng)量彎矩圖技出危險(xiǎn)截面，進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，其公式如下： ……………………（1.3） 式中W為軸的抗彎截面系數(shù)．單位為mm3；M、T、Me的單位均為N·mm；d的單位為mm；σe為當(dāng)量彎曲應(yīng)力，單位為MPa。 表1.2 軸的許用應(yīng)力 1.4.3 軸的剛度計(jì)算 軸受載荷的作用后會(huì)發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)變形，如變形過(guò)大會(huì)影響軸上零件的正常工作，例如愛(ài)有齒輪的軸，如果變形過(guò)大會(huì)使嚙合狀態(tài)惡化。因此對(duì)于有剛度要求的軸必須要進(jìn)行軸的剛i校核計(jì)算。軸的剛度有彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度兩種，n面分別討論這兩種剛度的計(jì)算方法。 1、 軸的彎曲剛度校核計(jì)算 應(yīng)用材料力學(xué)的計(jì)算公式和方法算出軸的撓度y或轉(zhuǎn)角自，并使其滿足下式 式中[y]、[θ]分別為許用撓度和許用轉(zhuǎn)角，其值列于表1. 3中。 2、 軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 應(yīng)用材料力學(xué)的計(jì)算公式和方法算出軸每米的扭轉(zhuǎn)角φ，并使其滿足下式 φ≤[φ] 式中[φ]為軸每米長(zhǎng)的許用扭轉(zhuǎn)角。一般傳動(dòng)的[φ]值列表1.3中 表1.3 軸的許用應(yīng)力變形量 圖1.1 軸的彎矩圖 3、 軸的校核： 軸的剪應(yīng)力為： τ=T/WT=9.55×106P/(0.2d3n) 式中 P=0.3kw d=12mm n=200r/min τ=(9.55×106×0.3)/(0.2×123×200) τ= 41.45Pa 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，滿足使用強(qiáng)度。 1.5 軸的材料及選擇 軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼：軸的毛坯一毀采用碾壓件和鍛件，很少采用鑄件。由于碳素鋼比合金鋼成本低，且對(duì)于應(yīng)力集中的敏感性較小，所以得到廣泛的應(yīng)用。常用的碳素鋼有30、40、45鋼等，其中最常用的為45鋼：為保證軸材料的機(jī)械性能，應(yīng)對(duì)軸材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。軸受載荷較小或用于不重要的場(chǎng)合時(shí)．可用普通碳素鋼(如Q235A、Q275等)作為軸的材料。合金鋼具有較高的機(jī)械性能，可淬火性也較好．可以于傳遞大動(dòng)力、要求減輕軸的重量和提高軸頸耐磨性時(shí)采用，如20Cr、40Cr等,軸也可以采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵制造．其毛坯是鑄造型的．所以易于得到更合理的形狀。合金鑄鐵和球墨鑄鐵的吸振性高，可用熱處理方法提高材料的耐蝕性．材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感性也較低。但是鑄造軸的質(zhì)量不易控制，可靠性較差。 軸的常用材料及其部分機(jī)械性能見(jiàn)表1．4。 表1.4 軸的常用材料及部分機(jī)械性能 經(jīng)查表可確定，本次設(shè)計(jì)所需主軸材料為 45 鋼。 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 切削力的計(jì)算 在銑削過(guò)程中，銑刀上所有參與切削的各切削部分所產(chǎn)生的總切削力的合力，稱為切削力，用符號(hào)F表示。 通常把切削力分解成三個(gè)分力： 主切削力 Fc 總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向上的正投影。 背向力 Fp 總切削力在垂直于工作平面上的分力。 進(jìn)給力 Ff 總切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的正投影。 在以上三個(gè)分力中，主切削力Fc消耗動(dòng)力最多，是計(jì)算切削功率和零件強(qiáng)度的主要依據(jù)。 主切削力常用金屬材料的單位切削力來(lái)近似計(jì)算。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了方便起見(jiàn)，常用下列計(jì)算式近似計(jì)算主切削力Fc …………………………………………………2.1 式中 P—單位切削力 （N/mm2） f —每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 （mm/r） ap—背吃刀量 （mm） 摘取《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得： 表2.1 常用金屬材料的單位切削力（N/ mm2） 類別 材料 牌號(hào) 單位切削力P 鑄造合金 鑄造錫青銅 ZCuSn5Pb5Zn5 700 鑄造鋁合金 ZAlCu5Mn 720 根據(jù)設(shè)計(jì)要求ap=5mm，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=1.0mm/r，銑床材料為鋁合金，取 P=720 N/ mm2 則，主切削力 ………………………………………………………2.2 Fc =720*1*5（N） = 3600 （N） 2.2 切削功率的計(jì)算 同一瞬間切削刃基點(diǎn)上的主切削力與切削速度的乘積，稱為切削功率，用符號(hào)Pc表示，單位為：Kw。 切削功率Pc的計(jì)算公式如下： ………………………………………………2.3 式中 Fc — 主切削力 （N） Vc — 切削速度 （m/min） 因?yàn)榍邢鲿r(shí)，在Fp方向上的運(yùn)動(dòng)速度等于零，在Ff方向上的運(yùn)動(dòng)速度也很小，故Fp和Ff消耗功率很少，約占總功率的1%~2%，所以在上式（2.3）中可略去不計(jì)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，vc=5m/min，F(xiàn)c=3600N， 則 切削功率： = 0.3 kW 2.3 高速鋼立銑刀銑削用量及功率 根據(jù)龍門式家用數(shù)控銑床設(shè)計(jì)要求： 銑削深度ap≤5mm、刀具直徑d0=ae≤8mm、刀具齒數(shù)Z取3。 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》選取其中部分表格2.2?？芍? 表2.2 V(m/s) Pm(Kw) 耐用度 T*103(S) Do/z Ae(mm) Af(mm/z) Ap(mm) 5 10 15 20 30 v pm v pm v pm v pm v pm 2.7 8/3 8 0.008 0.78 0.23 0.73 0.44 - - - - - - V=0.78m/s, Pm=0.23Kw 故，選擇電動(dòng)機(jī)功率應(yīng) P≥0.23Kw。 又，根據(jù)切削要求，刀具直徑d0=8mm，銑削速度vc=5m/min，查《新編銑工計(jì)算手冊(cè)》劉承啟編著，有： …………………………………………2.4 代入數(shù)值，則有： =199.045r/min 取n=200r/min 2.4 絲杠選擇 2.4.1 螺距的確定 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)要求，銑床其切削進(jìn)給速度為500mm/min，絲杠轉(zhuǎn)速選擇為100r/min。 則根據(jù)螺距計(jì)算公式： P=v/n………………………………………2.5 有： P=v/n=500/100=5mm/r 2.4.2 根據(jù)螺距選擇直徑 計(jì)算出絲杠螺距P=5mm,根據(jù)強(qiáng)度要求，選擇絲杠直徑為12mm。 2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 2.5.1 導(dǎo)軌撓度的計(jì)算 1、龍門式家用數(shù)控銑床的Y方向?qū)к壠鸪兄刈饔?，故只需?jì)算并校核Y方向?qū)к墦隙茸冃问欠穹显O(shè)計(jì)要求。 假設(shè)龍門式家用數(shù)控銑床Y方向?qū)к壍淖灾厥羌葹閝的均布載荷，主軸電機(jī)和主軸頭塊重力P為作用于跨度中點(diǎn)的集中力（當(dāng)重力集中于中心位置時(shí)撓度變形量最大）。分析可知，導(dǎo)軌撓度變形是由于均布載荷q和集中力P共同引起的。在均布載荷q單獨(dú)作用下，導(dǎo)軌跨度中點(diǎn)C的撓度可由《簡(jiǎn)明材料力學(xué)》中表7.1的第7欄查出為： ……………………………………2.6 在集中力P單獨(dú)作用下，導(dǎo)軌跨度中點(diǎn)C的撓度由表7.1的第5欄查出為： ……………………………………2.7 疊加以上結(jié)果，求得在q、P兩種載荷共同作用下，導(dǎo)軌跨度中點(diǎn)的撓度是： …………………………2.8 其中：l為簡(jiǎn)支梁跨距，設(shè)計(jì)中l(wèi)=0.18m，查表得45鋼EI=210GPa，均布載荷q= 112N/m,集中力P=50N。代入公式（2.4）求得（fc）： （fc）= 0.000028928571429+0.00000729 = 0.0000289 +0.00000729 = 0.00003619 滿足設(shè)計(jì)要求[f]≤l/500=0.00036 。 2.5.2 導(dǎo)軌的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算要求，滑動(dòng)導(dǎo)軌滿足其使用要求。如圖2.1例導(dǎo)軌，選用直線滑動(dòng)導(dǎo)軌。 圖2.1 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌 2.6 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分別計(jì)算各種工況下所需的等效力矩，再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。 2.6.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 1）、軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算。 圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ……………………………2.9 對(duì)于鋼材： …………2.10 式中：M——圓柱體質(zhì)量 （Kg） D——圓柱體直徑 （cm） L——圓柱體長(zhǎng)度或厚度 （cm） R——材料比重（N/cm3）,r=PG P——材料密度（kg/cm3）,鋼材的密度=7.8 g——重力加速度 g=980cm/s 2.6.2 電動(dòng)機(jī)力矩的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載力矩再各種情況下時(shí)不同的，下面分快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩，快速進(jìn)給時(shí)所需力矩，最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩等幾部分列出其計(jì)算方法。 （1）、快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩Mq。 Mq=Mamax+Mf+Mo…………………………2.11 式中：Mq——快速空載起動(dòng)力矩（Ncm）； Mamax——空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩（Ncm）； Mf——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（Ncm）； Mo——由于四缸預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（Ncm）。 （2）、快速進(jìn)給時(shí)所需力矩Mk。 Mk=Mf+Mo……………………………………2.12 因此時(shí)運(yùn)動(dòng)部件已啟動(dòng)，故不包含Mamax，顯然Mk＜Mq。 （3）、最大且學(xué)負(fù)載時(shí)所需力矩Mj。 Mj=Mf+Mo+Mt…………………………………2.13 式中：Mt——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩（Ncm）。 2.6.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中多采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其技術(shù)參數(shù)可見(jiàn)《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)圖表。 本次設(shè)計(jì)采用南京機(jī)械?？茖W(xué)院教學(xué)設(shè)備《立柱式模擬數(shù)控銑床》。在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使新設(shè)計(jì)設(shè)備比原有設(shè)備精度和剛度都有大幅提高。 因其只進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改動(dòng)，故采用原有步進(jìn)電機(jī)型號(hào)。 其具體數(shù)據(jù)為： 主軸電機(jī)選用《稀土寬調(diào)速直流伺服測(cè)速機(jī)組》，該電機(jī)參數(shù)為： 型 號(hào)： 60syr 額定轉(zhuǎn)矩：9.1N·M 最高電壓：30V 最高轉(zhuǎn)速：5000r/min 工作電流：1.12A X軸、Y軸、Z軸絲杠進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇同組電機(jī)，以方便安裝數(shù)控系統(tǒng)。該電機(jī)參數(shù)有： TYPE 57BYG 060-01 2.6V/ PHASE(相) 2.0A/ PHASE 1.3Ω/ PHASE 1.8DEG(度)/STEP（步） 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書介紹了龍門式數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介，從銑床結(jié)構(gòu)的確定、零部件的設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)的選型以及導(dǎo)軌的強(qiáng)度計(jì)算等，簡(jiǎn)明扼要地?cái)⑹隽嗽O(shè)計(jì)過(guò)程。龍門結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械和起重傳輸設(shè)備中，具有較高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和工作精度。因其良好的工作性能，設(shè)計(jì)制造出龍門式家用數(shù)控銑床保證了加工精度，為工程和實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)提供便捷的加工機(jī)械。提高設(shè)計(jì)水平，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。希望本設(shè)計(jì)說(shuō)明書能對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有一定幫助，能為設(shè)備改進(jìn)、技術(shù)革新、生產(chǎn)率提高做出貢獻(xiàn)。 本次龍門式家用數(shù)控模擬銑床設(shè)計(jì)是結(jié)合教學(xué)實(shí)訓(xùn)要求，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單易學(xué)，具有教學(xué)實(shí)驗(yàn)功能的簡(jiǎn)易數(shù)控銑床。其結(jié)構(gòu)參考南京機(jī)械?？茖W(xué)校教學(xué)設(shè)備《立柱式模擬數(shù)控銑床》。在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使新設(shè)計(jì)設(shè)備比原有設(shè)備精度和剛度都有大幅提高。 同時(shí)通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從中總結(jié)出了機(jī)械工程行業(yè)基本設(shè)計(jì)理念，初步懂得了設(shè)計(jì)的基本步驟。為以后步入社會(huì)，從事機(jī)械行業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)也許會(huì)有紕漏，不能溶于生產(chǎn)的情況發(fā)生，設(shè)計(jì)者會(huì)集眾人之意見(jiàn)，對(duì)本設(shè)計(jì)說(shuō)明書作必要的改動(dòng)及完善，同時(shí)也感謝讀者的支持，并提出寶貴意見(jiàn)與建議。 致 謝 尊敬的各位老師： 首先，我要感謝學(xué)校在這大學(xué)四年生活中給予我多方的指導(dǎo)和幫助，使我成為一名合格的大學(xué)本科畢業(yè)生。同時(shí)，我也要感謝在這四年生活中曾給我諸多方面無(wú)微不至關(guān)懷的各位各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師，尤其是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師，讓我在困難中勇往直前。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了各位專業(yè)課老師、基礎(chǔ)課老師及工廠師傅的細(xì)心指導(dǎo)和熱情幫助，使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。這與各位老師的不辭辛苦、認(rèn)真耐心、詳細(xì)周全的指導(dǎo)是密不可分的，所以在此我衷心向各位老師道一聲：“各位老師，你們辛苦了！”我還要向在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我無(wú)私幫助的同學(xué)們道一聲感謝。在學(xué)校的最后一次設(shè)計(jì)中，能夠跟同學(xué)緊密的協(xié)作，極大地鍛煉了與同學(xué)相互配合的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，為以后步入工作崗位備下了堅(jiān)實(shí)的契機(jī)。 在生產(chǎn)加工過(guò)程中，使我發(fā)現(xiàn)了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過(guò)程中的許多疵漏。并在工廠師傅的幫助下得到及時(shí)糾正。對(duì)在此次設(shè)計(jì)加工中幫助過(guò)我的表示衷心的感謝。 最后，我再一次向?qū)W校以及各位評(píng)審老師，指導(dǎo)老師謹(jǐn)表我最深切的敬意和由衷的感謝。 謹(jǐn)祝：各位老師身體健康，工作順利，萬(wàn)事如意。 參考文獻(xiàn) [1] 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