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沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要
加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要 本設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制圖的基本原理對(duì)一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床的側(cè)銑頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該側(cè)銑頭能夠在X 方向和Z方向兩個(gè)方向上進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要分四部分：
第一部分是根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，主要包括伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)方式的確定。
第二部分是利用機(jī)械設(shè)計(jì)基本原理對(duì)設(shè)計(jì)中伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副的選則、計(jì)算和校核以及對(duì)同步帶和帶輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。
第三部分是根據(jù)所選擇設(shè)計(jì)的主要零件，先進(jìn)行大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，之后在此基礎(chǔ)之上，利用機(jī)械制圖的基本原理，應(yīng)用CAXA電子圖版對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，并生成三張二維裝配圖紙和一張二維零件圖紙。
最后一部分是依據(jù)所設(shè)計(jì)的二維圖，利用SOLIDWORKS軟件對(duì)側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)中零件進(jìn)行三維建模，并將所有建模零件進(jìn)行裝配，生成三維裝配體；在此基礎(chǔ)上，利用該軟件做一個(gè)三維動(dòng)畫，顯示裝配體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式。
關(guān)鍵字： 重型數(shù)控龍門銑床 側(cè)銑頭 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)
二維設(shè)計(jì) 三維建模 三維動(dòng)畫
Structural Design of the Profile Cutter Head of
a Machining Centre
Abstract: The design is mainly to design the profile cutter head structural of a heavy numerically controlled plan miller according as the rationale of mechanism design and theory of machines on the bases of design specification. The design is mainly divided into four parts:
The first part is a content of total project design of the profile cutter head Structure according as design specification, including confirming the manner of servo feed motion and the main motion.
The second part is design of calculations of machine parts of servo feed motion system and the main motion system according as the rationale of mechanism design. Its mainly including chooses the type, the calculation and the verification of the feed electromotor, the principal axis electromotor and the ball screw, and the design of hold-in range and synchronous pulley.
The third part is to design the mainly structure firstly on the bases of main parts choosed and designed in the second part, then to design two dimensional drawings, and create three assembly drawings and one detail drawings using CAXA software according to the rationale of theory of machines.
The finally part is to model the parts of the profile cutter head, and create three dimensional drawings using SOLIDWORKS software according to two dimensional drawings designed in the third part；The following is to create a three-dimensional animation to show the inside structure of the three-dimensional assembly drawing and the motion manner using the software on the bases of the three-dimensional assembly drawing.
Keywords: Heavy numerically controlled plan miller, The profile cutter head, Structural design, total project design, two dimensional design, three dimensional modeling，three-dimensional animation。
I
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄
目 錄
摘 要………………………………………………………………………………………I
ABSTRACT……………………………………………………………………………П
第一章 緒 論…………………………………………………………………………1
1.1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r……………………………………………………1
1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………2
1.3 設(shè)計(jì)目的和意義……………………………………………………………………3
第二章 總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………5
2.1設(shè)計(jì)基本要求………………………………………………………………………5
2.2總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………………6
第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………8
3.1滾珠絲杠副的選擇計(jì)算…………………………………………………………8
3.1.1 已知參數(shù)…………………………………………………………………………8
3.1.2 切削力的確定…………………………………………………………………8
3.1.3 滾珠絲扛螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算………………………………………………8
3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算…………………………………………………………11
3.2.1 電動(dòng)機(jī)選擇……………………………………………………………………11
3.2.2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………17
3.3 機(jī)床主軸部分設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………18
3.3.1 主軸電機(jī)及其減速器的選擇計(jì)算…………………………………………18
3.3.2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………19
第四章 二維設(shè)計(jì) …………………………………………………………………21
4.1 大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………21
4.2 利用 CAXA 電子圖版進(jìn)行二維設(shè)計(jì)…………………………………………22
第五章 三維設(shè)計(jì)…………………………………………………………………27
5.1 Solidworks2005軟件介紹……………………………………………………27
5.2 三維建?！?8
5.3 三維動(dòng)畫…………………………………………………………………………34
經(jīng)濟(jì)技術(shù)性與環(huán)保分析……………………………………………………………35
結(jié) 論………………………………………………………………………………………36
致 謝………………………………………………………………………………………37
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………38
外文翻譯…………………………………………………………………………………39
加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
作 者 姓 名： 叢 杉
指 導(dǎo) 教 師： 田 芳
學(xué) 院 名 稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化
專 業(yè) 名 稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
2015年4月
3
加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Structural Design of the Profile Cutter Head
of a Machining Centre
作 者 姓 名： 叢 杉
指 導(dǎo) 教 師： 田 芳
學(xué) 院 名 稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化
專 業(yè) 名 稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
開(kāi) 始 日 期：2015年03月01日
終 止 日 期：20XX年0X月XX日
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
2015年XX月
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要
加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要 本設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制圖的基本原理對(duì)一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床的側(cè)銑頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該側(cè)銑頭能夠在X 方向和Z方向兩個(gè)方向上進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要分四部分：
第一部分是根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，主要包括伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)方式的確定。
第二部分是利用機(jī)械設(shè)計(jì)基本原理對(duì)設(shè)計(jì)中伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副的選則、計(jì)算和校核以及對(duì)同步帶和帶輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。
第三部分是根據(jù)所選擇設(shè)計(jì)的主要零件，先進(jìn)行大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，之后在此基礎(chǔ)之上，利用機(jī)械制圖的基本原理，應(yīng)用CAXA電子圖版對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，并生成三張二維裝配圖紙和一張二維零件圖紙。
最后一部分是依據(jù)所設(shè)計(jì)的二維圖，利用SOLIDWORKS軟件對(duì)側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)中零件進(jìn)行三維建模，并將所有建模零件進(jìn)行裝配，生成三維裝配體；在此基礎(chǔ)上，利用該軟件做一個(gè)三維動(dòng)畫，顯示裝配體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式。
關(guān)鍵字： 重型數(shù)控龍門銑床 側(cè)銑頭 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)
二維設(shè)計(jì) 三維建模 三維動(dòng)畫
Structural Design of the Profile Cutter Head of
a Machining Centre
Abstract: The design is mainly to design the profile cutter head structural of a heavy numerically controlled plan miller according as the rationale of mechanism design and theory of machines on the bases of design specification. The design is mainly divided into four parts:
The first part is a content of total project design of the profile cutter head Structure according as design specification, including confirming the manner of servo feed motion and the main motion.
The second part is design of calculations of machine parts of servo feed motion system and the main motion system according as the rationale of mechanism design. Its mainly including chooses the type, the calculation and the verification of the feed electromotor, the principal axis electromotor and the ball screw, and the design of hold-in range and synchronous pulley.
The third part is to design the mainly structure firstly on the bases of main parts choosed and designed in the second part, then to design two dimensional drawings, and create three assembly drawings and one detail drawings using CAXA software according to the rationale of theory of machines.
The finally part is to model the parts of the profile cutter head, and create three dimensional drawings using SOLIDWORKS software according to two dimensional drawings designed in the third part；The following is to create a three-dimensional animation to show the inside structure of the three-dimensional assembly drawing and the motion manner using the software on the bases of the three-dimensional assembly drawing.
Keywords: Heavy numerically controlled plan miller, The profile cutter head, Structural design, total project design, two dimensional design, three dimensional modeling，three-dimensional animation。
II
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄
目 錄
摘 要………………………………………………………………………………………I
ABSTRACT……………………………………………………………………………П
第一章 緒 論…………………………………………………………………………1
1.1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r……………………………………………………1
1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………2
1.3 設(shè)計(jì)目的和意義……………………………………………………………………3
第二章 總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………5
2.1設(shè)計(jì)基本要求………………………………………………………………………5
2.2總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………………6
第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………8
3.1滾珠絲杠副的選擇計(jì)算…………………………………………………………8
3.1.1 已知參數(shù)…………………………………………………………………………8
3.1.2 切削力的確定…………………………………………………………………8
3.1.3 滾珠絲扛螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算………………………………………………8
3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算…………………………………………………………11
3.2.1 電動(dòng)機(jī)選擇……………………………………………………………………11
3.2.2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………17
3.3 機(jī)床主軸部分設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………18
3.3.1 主軸電機(jī)及其減速器的選擇計(jì)算…………………………………………18
3.3.2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………19
第四章 二維設(shè)計(jì) …………………………………………………………………21
4.1 大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………21
4.2 利用 CAXA 電子圖版進(jìn)行二維設(shè)計(jì)…………………………………………22
第五章 三維設(shè)計(jì)…………………………………………………………………27
5.1 Solidworks2005軟件介紹……………………………………………………27
5.2 三維建?！?8
5.3 三維動(dòng)畫…………………………………………………………………………34
經(jīng)濟(jì)技術(shù)性與環(huán)保分析……………………………………………………………35
結(jié) 論………………………………………………………………………………………36
致 謝………………………………………………………………………………………37
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………38
外文翻譯…………………………………………………………………………………39
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒論
第一章 緒論
1.1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r
２０世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從１９５２年美國(guó)第１臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世至今已經(jīng)歷了５０個(gè)年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有１０～２０萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。尤其是以美國(guó)和德國(guó)為代表的數(shù)控技術(shù)最為先進(jìn)。只就數(shù)控銑床來(lái)說(shuō)，已經(jīng)出現(xiàn)了各式各樣適應(yīng)于不同加工形式的數(shù)控銑床，而只就數(shù)控龍門銑床來(lái)說(shuō)，自從西班牙尼古拉斯·克雷亞集團(tuán)公司(Nicolas Correa，下稱NC公司)80年代中期開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)龍門式數(shù)控銑床，在這短短的幾十年里，數(shù)控龍門銑床技術(shù)的不斷發(fā)展，先后出現(xiàn)了各種形式的龍門銑床，到目前為止數(shù)控龍門銑床技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)完善。
從整體上看，現(xiàn)在在機(jī)械行業(yè)中使用的數(shù)控龍門銑床大部分只帶有立式銑頭，也就是說(shuō)只能對(duì)工件上表面進(jìn)行Y向和X向銑削或是帶有側(cè)銑頭但該側(cè)銑頭只能進(jìn)行Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)帶有能夠做兩個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭還是少見(jiàn)的。特別是對(duì)于重型龍門銑床來(lái)說(shuō)，加工工件一般都是很大很重的，移動(dòng)工件時(shí)很不合理的，所以這時(shí)采用能夠做兩個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭是必要的。
我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在８０年代曾有過(guò)高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型，但數(shù)控龍門銑床并沒(méi)有得到很大發(fā)展。從１９９５年“九五”以后國(guó)家從擴(kuò)大內(nèi)需啟動(dòng)機(jī)床市場(chǎng)，加強(qiáng)限制進(jìn)口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點(diǎn)支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對(duì)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用，尤其是在１９９９年以后，國(guó)家向國(guó)防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場(chǎng)一派繁榮，數(shù)控龍門銑床也得到了很大發(fā)展。但從2013年4月北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)和2014年4月份的上海數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上，也看到了一些問(wèn)題：
(1)低技術(shù)水平的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，相互之間靠壓價(jià)促銷；
?(2)高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進(jìn)口；
(3)配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進(jìn)口；
?(4)應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒(méi)有完全推廣使用；
?(5)自行開(kāi)發(fā)能力較差，相對(duì)有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。
??當(dāng)今世界工業(yè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的擁有量反映了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能力和國(guó)防實(shí)力。目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家（近３００萬(wàn)臺(tái)），但我們的機(jī)床數(shù)控化率僅達(dá)到１．９％左右，這與西方工業(yè)國(guó)家一般能達(dá)到２０％的差距太大。日本不到８０萬(wàn)臺(tái)的機(jī)床卻有近１０倍于我國(guó)的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機(jī)床利用率、開(kāi)動(dòng)率低，這是發(fā)展我國(guó)２１世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問(wèn)題。每年我們國(guó)產(chǎn)全功能數(shù)控機(jī)床３０００～４０００臺(tái)，日本１年產(chǎn)５萬(wàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，每年我們花十幾億美元進(jìn)口７０００～９０００臺(tái)數(shù)控機(jī)床，即使這樣我國(guó)制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會(huì)也曾做過(guò)調(diào)研。當(dāng)時(shí)提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達(dá)８～１０萬(wàn)臺(tái)，需投入８０～１００億資金，但得到的經(jīng)濟(jì)效益將是投入的５～１０倍以上。因此，這兩年來(lái)承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國(guó)公司加入?！笆濉眲倓傞_(kāi)始，國(guó)防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入６．８億元，用于對(duì)１．２～１．８萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的數(shù)控化改造。
有專家指出專家說(shuō)，從整體上提高我國(guó)機(jī)床水平刻不容緩。但當(dāng)前需要特別注意的是，必須快速提高數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的自主開(kāi)發(fā)、制造能力。為此，要建立有效的數(shù)控技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)工藝的研究、試驗(yàn)，形成成套開(kāi)發(fā)能力；同時(shí)，通過(guò)國(guó)際合作生產(chǎn)、合資經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)主流產(chǎn)品生產(chǎn)的高起點(diǎn)、成批量、專業(yè)化。
1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
（1） 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)
? ? 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。
高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。
?在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。
? ? 在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。
為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
? （2）5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬火鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。
?當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。
? （3） 智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)
? ? 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
（4）重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立
數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。
1.3 設(shè)計(jì)目的和意義
(a) 目的
（1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)重型數(shù)控龍門銑床的側(cè)銑頭，使其能夠在橫向和縱向兩個(gè)方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)于一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床來(lái)說(shuō)通常加工的工件都是很大很重的，在加工過(guò)程中要讓工件移動(dòng)或是進(jìn)行多次安裝是很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，所以設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在橫向和縱向兩個(gè)方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭，來(lái)減少實(shí)際工件的移動(dòng)和安裝次數(shù)，進(jìn)而減少安裝的時(shí)間和由于多次安裝引起的定位精度誤差。
（2） 使學(xué)生了解機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程。對(duì)作為一名將來(lái)從事機(jī)械行業(yè)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，了解機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)必須的。而對(duì)數(shù)控銑床側(cè)銑頭的設(shè)計(jì)完全能夠體現(xiàn)出機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程以及在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題和一般要考慮的因素。
（3） 使學(xué)生能夠?qū)⒃诖髮W(xué)期間所學(xué)的理論知識(shí)與具體實(shí)踐相結(jié)合。當(dāng)今大學(xué)生大部分都存在著不知道如何將大學(xué)所學(xué)的東西運(yùn)用到實(shí)際中去，甚至認(rèn)為大學(xué)所學(xué)的東西根本沒(méi)有用處。
（4） 使學(xué)生在實(shí)際過(guò)程中學(xué)習(xí)新的軟件。通過(guò)完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，以掌握當(dāng)今社會(huì)上一些常用的制圖軟件和分析軟件。現(xiàn)在的社會(huì)是高科技的社會(huì)，對(duì)于機(jī)械行業(yè)來(lái)說(shuō)也是如此?，F(xiàn)在的機(jī)械行業(yè)中很少有用手工繪制的圖紙，而且現(xiàn)在的人們都有一種安全的理念和結(jié)構(gòu)的美感，運(yùn)用三維軟件和分析軟件對(duì)工程師所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和強(qiáng)度分析，可以事先發(fā)現(xiàn)不合理之處，以便提早加以改正。
(b) 意義
（1）、在現(xiàn)實(shí)中，帶有側(cè)銑頭的數(shù)控龍門銑床是不常見(jiàn)的一種形式，而帶有能夠在兩個(gè)方向上進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭的龍門銑床更是不常見(jiàn)。這項(xiàng)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的側(cè)銑頭與其他龍門銑床部分相配合，可以應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中對(duì)工件進(jìn)行三個(gè)方向上的加工，從而很可能能夠?qū)ぜM(jìn)行一次性安裝加工，這無(wú)疑可以省去很多調(diào)整時(shí)間并保證良好的安裝精度。而且這是對(duì)一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床側(cè)銑頭的設(shè)計(jì)，對(duì)于一臺(tái)重型銑床來(lái)說(shuō)，加工的工件一般都是很大很重的，要對(duì)工件進(jìn)行多次安裝是很困難的也很浪費(fèi)時(shí)間，且定位精度不容易保證，而該課題所設(shè)計(jì)的側(cè)銑頭正適合這種情況，所以說(shuō)這項(xiàng)設(shè)計(jì)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
（2）、在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)習(xí)掌握二維和三維繪圖軟件，為以后更好的適應(yīng)社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。
（3）、了解機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，掌握設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題和應(yīng)考慮的因素。
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沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 總體方案設(shè)計(jì)
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)基本要求
1） 側(cè)銑頭的行程為600mm；
2） 定位精度為5ηm ；
3） 與立柱連接部分橫跨度為1300mm；
4） 最大進(jìn)給速度為10 m/min；
5） 兩側(cè)銑頭中間能通過(guò)最大零件寬度為3150mm；
6） 主切削力5000N。
圖 2.1 加工中心方案圖1
圖 2.2 加工中心方案圖2
2.2 總體設(shè)計(jì)方案
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，側(cè)銑頭能夠在橫向和縱向進(jìn)行切削進(jìn)給，即在X向和Z向進(jìn)行切削進(jìn)給。為實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，所以將側(cè)銑頭主要分為實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)的垂直導(dǎo)軌和實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)的水平滑枕兩部分。同時(shí)需要在這兩部分上安裝有實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)軌，考慮到此數(shù)控機(jī)床是一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床，側(cè)銑頭本身有很大的重量并且在加工過(guò)程中要受到很大的切削力的作用，這就要求所選擇的導(dǎo)軌必須能夠承受很大的重力及較高的剛度，除此之外，因?yàn)楸緮?shù)控機(jī)床要求有很高的加工精度，根據(jù)這一點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用承載能力大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛性好的貼塑滑動(dòng)式矩形導(dǎo)軌，在這之中之所以采用貼塑方式是因?yàn)槠胀ǖ幕瑒?dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)大，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而貼塑導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小、抗咬合磨損性能好、不易爬行、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是由于矩形導(dǎo)軌磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，這就會(huì)影響加工精度和定位精度，因此對(duì)于導(dǎo)軌主要承載面需要有間隙調(diào)整裝置，在本設(shè)計(jì)中，采用斜鑲條對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。
對(duì)于主軸的運(yùn)動(dòng)，初步考慮了兩種方案：一、采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)；二、采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)。但是考慮到此設(shè)計(jì)是一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床，側(cè)銑頭本身有很大的重量并且在加工過(guò)程中要受到很大的切削力的作用，要帶動(dòng)側(cè)銑頭運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，這就要求選擇功率很大的電動(dòng)機(jī)，而這就導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)有很大的結(jié)構(gòu)尺寸，如果采用聯(lián)軸器進(jìn)行連接，勢(shì)必會(huì)增加側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)尺寸，從而導(dǎo)致側(cè)銑頭重量的增加浪費(fèi)原材料。而采用同步帶傳動(dòng)，可以將電動(dòng)機(jī)放置在側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)以外，這不但會(huì)減小側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)也大大降低了原材料的使用；除此之外，采用同步帶傳動(dòng)，還具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高，噪音小的優(yōu)點(diǎn)。這符合經(jīng)濟(jì)環(huán)保的要求。為保證加工精度，在這部分設(shè)計(jì)中，主軸采用高精密主軸B50-190。
為了實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也初步考慮了兩種方案：一、采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠螺母副連接帶動(dòng)水平滑枕運(yùn)動(dòng)；二、采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步帶與滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)水平滑枕運(yùn)動(dòng)。如果采用聯(lián)軸器連接的方式，就要將電動(dòng)機(jī)及聯(lián)軸器安置在水平滑枕的尾部，而一個(gè)大功率的電動(dòng)機(jī)有很大的重量，這樣就會(huì)導(dǎo)致水平滑枕尾部承受很大的重力，從而產(chǎn)生很大的扭矩，這對(duì)實(shí)現(xiàn)水平滑枕的運(yùn)動(dòng)精度、定位精度產(chǎn)生影響，并會(huì)導(dǎo)致摩擦性能的降低，而且為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，水平滑枕需要有很長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)尺寸，如果在將電動(dòng)機(jī)放置在水平滑枕尾部，這就增加了整體機(jī)床的安裝空間；而采用電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步帶與滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)水平滑枕運(yùn)動(dòng)的方式，可以將電動(dòng)機(jī)放置在垂直導(dǎo)軌上，這無(wú)疑可以減少安裝空間，而且合理利用空間。之所以采用滾珠絲杠螺母副進(jìn)行傳動(dòng)，是因?yàn)樗哂心Σ翐p失小，傳動(dòng)效率高；摩擦阻力小，動(dòng)靜摩擦力之差極小，因而運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)、低速時(shí)不易產(chǎn)生爬行、且磨損小、精度保持性好、壽命長(zhǎng)；絲杠螺母之間進(jìn)行消隙或預(yù)緊，可以消除反向間隙、市反向無(wú)死區(qū)，定位精度高、軸向剛度大；傳動(dòng)具有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，此設(shè)計(jì)中采用的滾珠絲杠螺母副是BNFN 5020-2.5。
對(duì)于主軸電動(dòng)機(jī)的選擇，初步選用西門子公司生產(chǎn)的風(fēng)冷式交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。對(duì)于伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，初步選用西門子公司生產(chǎn)的自冷式三相交流同步伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制造成本低；其沒(méi)有電刷和換向器，不需要經(jīng)常維護(hù)，沒(méi)有直流伺服電動(dòng)機(jī)因換向火花影響運(yùn)行速度提高這種限制。
為了提高水平滑枕的X方向定位精度，在該方向上安裝直線光柵尺進(jìn)行位置檢測(cè)并構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除整個(gè)系統(tǒng)的誤差，包括機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差等，其控制精度和動(dòng)態(tài)性能都比較理想，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和調(diào)試比較麻煩，成本高。
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算
第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 滾珠絲杠副的選擇計(jì)算
3．1．1 已知參數(shù)
絲杠的公稱直徑50mm，導(dǎo)程20mm，螺紋長(zhǎng)度1245mm，BNFN5020-2.5。
3．1．2 切削力的確定
按照立銑（不對(duì)稱順銑）計(jì)算各向分力，如下圖所示：已知主切削力
圖2.1 銑頭受力示意圖
取
3．1．3 滾珠絲扛螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算
（1） 計(jì)算進(jìn)給牽引力
作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的類型有關(guān)，此處為貼塑矩形導(dǎo)軌，則的計(jì)算公式為：
(3.1)
其中，
、、—各向切削分力，；
— 移動(dòng)部件的重量，；
— 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形勢(shì)而不同，取0.05；
— 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取1.1。
（2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C
選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C，可用下式計(jì)算：
(3.2)
式中：L—壽命，以為一單位，
—絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min），用下式計(jì)算
—為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3；
— 絲杠導(dǎo)程，（mm）；
—絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min），
—為使用壽命，，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取T=15000h；
—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見(jiàn)下表。
運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)
運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)
運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)
無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)
1.0～1.2
一般 運(yùn) 轉(zhuǎn)
1.2～1.5
有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)
1.5～2.5
計(jì)算：
計(jì)算結(jié)果小于絲杠額定動(dòng)載荷72.5KN，滿足要求。
（3）傳動(dòng)效率計(jì)算
滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率η：
η (3.3)
式中： η —摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003～0.004，摩擦角η約為,即0.1667°
— 絲杠螺旋升角
絲杠中徑
= 6.8880°
= = 0.976
（4）剛度計(jì)算
滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：
絲杠的拉伸或壓縮變形量：
在總的變形量中占的比重較大，可以用計(jì)算方法確定。
先用下式計(jì)算滾珠絲杠受工作負(fù)載的作用引起導(dǎo)程的變化量在計(jì)算滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的拉伸或壓縮變形量（兩端固定）：
(3.4)
式中，
—在工作負(fù)載作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，（mm）；
— 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力，；
—滾珠絲杠的導(dǎo)程，（mm）；
— 材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼（）；
—滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）（mm2） “+”號(hào)用于拉伸，“-”號(hào)用于壓縮。
計(jì)算滾珠絲杠在總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮的變形量
（3.5）
式中：—滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度，。
根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度主要由絲杠本身拉壓剛度，絲杠副內(nèi)的接觸剛度，軸承和軸承座剛度，因此近似取拉壓剛度的1/3(變形近似為拉壓變形的3倍)。
，
符合要求定位精度。
3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算
3.2.1電動(dòng)機(jī)選擇
1、初選電動(dòng)機(jī)和減速器
（a）電動(dòng)機(jī)和減速器參數(shù)
電機(jī)西門子1FK7101-5AF7：額定轉(zhuǎn)速3000r/min，最大輸出靜力矩，額定轉(zhuǎn)矩，自身慣量。
減速器：LP155-M01，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，。
（b）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
絲杠導(dǎo)程，公稱直徑為50mm。
，取
工作臺(tái)重量M=1000 Kg。
(3.6)
其中絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
電機(jī)軸同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
絲杠同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
則：
慣量匹配，符合要求。
（c）電機(jī)力矩的計(jì)算
① 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩:
(3.7)
式中，
— 快速空載起動(dòng)力矩，；
—空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩，；
—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，；
— 由于絲杠預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩，；
上式中 T—時(shí)間常數(shù)
摩擦力矩：
—導(dǎo)軌摩擦力（N），空載快速起動(dòng)時(shí)；
—傳動(dòng)鏈總效率，一般可取。
附加摩擦力矩:
—滾珠絲杠預(yù)加載荷，一般取，為進(jìn)給牽引力。
—滾珠絲杠導(dǎo)程；
—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取
空載快速啟動(dòng)所需力矩：
21.94Nm小于電機(jī)輸出最大靜轉(zhuǎn)矩27Nm，電機(jī)滿足使用要求。
② 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩:
（3.8）
—折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩，：
式中：—進(jìn)給方向最大切削力；
最大切削負(fù)載時(shí)摩擦力矩Mf，：
附加摩擦力矩:
最大切削負(fù)載所需力矩M切：
（d）加速運(yùn)行加速度
① 計(jì)算折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)矩
② 計(jì)算工作臺(tái)空載加速度
電機(jī)軸角加速度：
2、更換電動(dòng)機(jī)和減速器
（a）電機(jī)和減速器參數(shù)
電機(jī)西門子1FK7100-5AF7：額定轉(zhuǎn)速3000r/min，最大輸出靜力矩，額定轉(zhuǎn)矩，自身慣量。
減速器：LP155-M01，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，。
（b）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
絲杠導(dǎo)程，公稱直徑為50mm。
，取，
工作臺(tái)重量W=1000 Kg。
其中絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
則：
慣量匹配，符合要求。
（c）電機(jī)力矩的計(jì)算
① 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩:
式中，
— 快速空載起動(dòng)力矩，；
—空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩，；
—折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，；
— 由于絲杠預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩，；
上式中 T—時(shí)間常數(shù)
摩擦力矩：
—導(dǎo)軌摩擦力（N），空載快速起動(dòng)時(shí)；
—傳動(dòng)鏈總效率，一般可取。
附加摩擦力矩:
—滾珠絲杠預(yù)加載荷，一般取，為進(jìn)給牽引力。
—滾珠絲杠導(dǎo)程；
—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取
空載快速啟動(dòng)所需力矩：
17.08Nm小于電機(jī)輸出最大靜轉(zhuǎn)矩18Nm，電機(jī)滿足使用要求。
（d）加速運(yùn)行加速度
① 計(jì)算折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)矩
② 計(jì)算工作臺(tái)空載加速度
電機(jī)軸角加速度：
（e）最大運(yùn)行速度：
，滿足設(shè)計(jì)要求。
3.2.2同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1） 初步選擇基本參數(shù)數(shù)據(jù)
帶輪傳動(dòng)中心距224mm，同步帶規(guī)格：800-8M，慈溪恒力。
帶輪：8-M，44齒，慈溪恒力。
按照?qǐng)A弧齒計(jì)算，8M型，基本參數(shù)如下：傳動(dòng)比，
節(jié)距mm，齒形角，齒根厚s=5.15mm，齒高mm，齒根角半徑mm，齒頂園半徑mm，帶高mm。
（2） 同步帶的選擇計(jì)算
從動(dòng)帶輪節(jié)徑mm，外徑mm，
主動(dòng)帶輪節(jié)徑mm，外徑mm.
初定中心距： （3.9）
即
取=224mm。
帶的節(jié)線長(zhǎng)度：
（3.10）
選擇，齒數(shù)
實(shí)際中心距按照可調(diào)方式：
，取224mm。(3.11)
中心距調(diào)整范圍：
基準(zhǔn)額定功率：
帶寬 (3.12)
— 圓弧齒帶長(zhǎng)系數(shù)，取1.00；
—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)；
—設(shè)計(jì)功率，
計(jì)算帶寬：
根據(jù)實(shí)際情況帶寬取為45mm.
作用在軸上的力：，其中：—矢量相加修正系數(shù)
(3.13)
3．3 機(jī)床主軸部分設(shè)計(jì)計(jì)算
3．3．1 主軸電機(jī)及其減速器的選擇計(jì)算
主軸電機(jī)型號(hào)及性能參數(shù)：西門子1PH7-137 2NG--—0L
額定功率：28KW，額定轉(zhuǎn)速2000rpm，額定轉(zhuǎn)矩134Nm，最高轉(zhuǎn)速10000rpm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.109，重量130Kg，主軸高度132mm。
與1PH7-137 2NG--—0L 配套的減速機(jī)型號(hào)為2LG4312, 取i=4；其性能參數(shù)為：重量62Kg。
電機(jī)聯(lián)接減速器，減速器連接同步帶輪，帶動(dòng)主軸，帶傳動(dòng)1：1
主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值：0.043
同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值：材料鑄鋼，
慣量匹配計(jì)算：不采用減速機(jī)的同步帶1：1傳動(dòng)，
0.109/（0.109+0.043+0.0295）=0.60，慣量匹配符合要求。
帶輪傳動(dòng)中心距320mm，同步帶規(guī)格：1200-8M，慈溪恒力。
帶輪：8-YU，60齒，慈溪恒力。
3．3．2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1） 初步選擇基本參數(shù)數(shù)據(jù)
按照?qǐng)A弧齒計(jì)算，8M型，基本參數(shù)如下：傳動(dòng)比，
節(jié)距mm，齒形角，齒根厚s=5.15mm，齒高mm，齒根角半徑，齒頂圓半徑mm，帶高mm。
（2） 同步帶的選擇計(jì)算
從動(dòng)帶輪節(jié)徑mm，外徑mm，
主動(dòng)帶輪節(jié)徑mm，外徑mm.
初定中心距：
即
取=320mm。
帶的節(jié)線長(zhǎng)度：
選擇，齒數(shù)
實(shí)際中心距按照可調(diào)方式：
，取320mm。
中心距調(diào)整范圍：
帶寬取為85mm.
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章 二維設(shè)計(jì)
第四章 二維設(shè)計(jì)
4．1大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
這部分設(shè)計(jì)是在紙面上進(jìn)行的，歷時(shí)一周左右。這部分工作對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作有著重要影響，因?yàn)檫@部分工作關(guān)系到結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性、合理性及設(shè)計(jì)的原理是否正確。所以雖然這部分的內(nèi)容看起來(lái)不是很多，但是卻要花費(fèi)心思慎重思考和設(shè)計(jì)，稍有不慎就會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生重大影響，甚至?xí)挂院蟮慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全不正確，以致有進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的危險(xiǎn)。
從整體上看該側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)主要分為豎直導(dǎo)軌和水平滑枕兩部分。要使這兩部分之間能相互運(yùn)動(dòng)，就是設(shè)計(jì)兩個(gè)部分的連接部分，由于該側(cè)銑頭的重量比較大并且在加工過(guò)程中切削力比較大，所以就要采用承載能力較大的矩形導(dǎo)軌，兩部分的連接部分都采用矩形導(dǎo)軌，為使結(jié)構(gòu)固定，兩導(dǎo)軌之間采用壓板，壓板安裝在豎直導(dǎo)軌上。豎直導(dǎo)軌與立柱之間的導(dǎo)軌也通過(guò)壓板進(jìn)行固定，壓板通過(guò)固定在豎直導(dǎo)軌上。
由于本次設(shè)計(jì)的是側(cè)銑頭，故名思意就是可以對(duì)零件進(jìn)行側(cè)面銑削，這就要求主軸要安裝在水平滑枕上，而這樣主軸電機(jī)就有兩個(gè)位置可以安裝：一是放在水平滑枕上方，二是放在水平滑枕下方。由于所選的電機(jī)重量較大，如果放在下方，就要求連接電機(jī)和水平滑枕的部分的強(qiáng)度很高，而且如果發(fā)生意外會(huì)造成電機(jī)的較大損壞。所以將主軸電機(jī)放在水平滑枕上方。主軸和水平滑枕之間通過(guò)帶輪箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接。對(duì)于水平滑枕的寬度，就要考慮電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，既要安置下電機(jī)，又不能有太大的空余空間，這樣不但可以節(jié)省原材料而且減少安裝空間。
對(duì)于僅給電機(jī)的布置方式，采用將僅給電機(jī)安置在豎直導(dǎo)軌側(cè)面，這樣可以減小水平滑枕的扭矩，并合理利用豎直導(dǎo)軌側(cè)面的多余空間，同時(shí)減少水平滑枕的橫向移動(dòng)空間。電機(jī)與豎直導(dǎo)軌之間同樣通過(guò)帶輪箱連接。
由于將電機(jī)安裝在豎直導(dǎo)軌上，這就要求滾珠絲杠螺母副也要安裝在豎直導(dǎo)軌上，滾珠絲杠螺母副與水平滑枕通過(guò)絲杠螺母座連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了豎直導(dǎo)軌和水平滑枕之間的相互運(yùn)動(dòng)。
既然絲杠螺母副安裝在豎直導(dǎo)軌上，就要考慮絲杠與豎直導(dǎo)軌的連接，為實(shí)現(xiàn)容易安裝，并實(shí)現(xiàn)定位，采用模塊結(jié)構(gòu)，將絲杠的一個(gè)滾動(dòng)軸承座做成塊，并采用三面定位，另一個(gè)軸承座與進(jìn)給電機(jī)帶輪箱做成一體，這樣不安結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且容易實(shí)現(xiàn)進(jìn)給電機(jī)與絲杠之間的中心距調(diào)整。
對(duì)于該側(cè)銑頭來(lái)說(shuō)，最復(fù)雜的零件莫過(guò)于水平滑枕。為實(shí)現(xiàn)行程的要求就要使水平滑枕的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，達(dá)到2055mm，這就要考慮水平滑枕的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為了減輕重量，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)之上，本設(shè)計(jì)采用水平滑枕中空的結(jié)構(gòu)。
考慮水平滑枕與豎直導(dǎo)軌連接的下部導(dǎo)軌承受的力較大，所以在這兩導(dǎo)軌之間加鑲條進(jìn)行調(diào)整。豎直導(dǎo)軌與立柱之間靠近主軸方向的導(dǎo)軌同樣用鑲條進(jìn)行調(diào)整。
對(duì)初步考慮的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷修改，最后形成比較準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)和尺寸，所設(shè)計(jì)的尺寸在二維圖上有所體現(xiàn)，這里不作說(shuō)明。
4．2 利用CAXA電子圖版進(jìn)行二維設(shè)計(jì)
（1）關(guān)于CAXA電子圖版
（a）軟件介紹
1，用戶多、套數(shù)多
10萬(wàn)正版用戶，連續(xù)七年在CAD/CAM市場(chǎng)銷量第一，已在眾多大中型企業(yè)普及應(yīng)用，久經(jīng)各種用戶應(yīng)用的考驗(yàn)。
2，學(xué)得快、繪圖快
易學(xué)易用，稍有基礎(chǔ)者一天可學(xué)會(huì)，學(xué)習(xí)過(guò)流行CAD軟件者可迅速掌握，繪圖效率高。
3，圖庫(kù)好、標(biāo)注好
符合最新國(guó)標(biāo)的圖庫(kù)，使繪圖變得非常方便、快捷。工程標(biāo) 注符合國(guó)標(biāo)，處處體現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”的智能化思想。
4，時(shí)間省、費(fèi)用省
功能強(qiáng)大，品質(zhì)卓越。以實(shí)惠的價(jià)格，即可擁有上萬(wàn)元軟件的功能和品質(zhì)。
5，兼容AUTOCAD
數(shù)據(jù)接口與AutoCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)交換暢通無(wú)阻。支持DWG、DXF、IGES文件讀入和輸出；支持WMF、HPGL圖形文件的讀入。讀入DWG文件后能保持相同的圖面效果，其線型、圖層、顏色和文字風(fēng)格的一致，并進(jìn)行風(fēng)格的編輯修改。
提高對(duì)不同文字編碼的處理能力，保證字符和文字讀入正確，不出現(xiàn)亂碼。
讀入DWG文件時(shí)，增加按顏色匹配線寬的高級(jí)選項(xiàng)。增加打印時(shí)按顏色設(shè)置線寬的功能，保證用戶在電子圖板中可以按所熟悉的AutoCAD方式處理線寬。
批量轉(zhuǎn)換電子圖板的數(shù)據(jù)為DWG格式的數(shù)據(jù)，方便AutoCAD用戶利用電子圖板的數(shù)據(jù)。
6，在狀態(tài)欄增加顯示目前執(zhí)行功能的鍵盤輸入命令提示，可幫助用戶快速掌握各種鍵盤命令。
7，CAXA電子圖板是被中國(guó)工程師廣泛采用的二維繪圖軟件，可以作為繪圖和設(shè)計(jì)的平臺(tái)。它易學(xué)易用、符合工程師的設(shè)計(jì)習(xí)慣，而且功能強(qiáng)大、兼容AutoCAD，是普及率最高的CAD軟件之一。
8，CAXA電子圖板受用戶喜愛(ài)的核心原因是電子圖板能為用戶解決實(shí)際問(wèn)題，幫助用戶提高繪圖和設(shè)計(jì)的效率。所以，CAXA電子圖板才能在全國(guó)各地的機(jī)械、電子、航空、船舶、教育、科研等多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，其中有相當(dāng)部分大中型企業(yè)、大中專院校的規(guī)模應(yīng)用.
（b）功能特點(diǎn)
1，全中文人機(jī)界面
易學(xué)易用、界面友好，全中文人機(jī)界面，提供CAXA與AUTOCAD兩種操作風(fēng)格的界面。
2，編輯與繪圖
強(qiáng)大的智能化圖形繪制和編輯功能，可繪制各種復(fù)雜的工程圖紙。
3，動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位
繪制圖形時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)捕捉中點(diǎn)、端點(diǎn)、垂足點(diǎn)等特征點(diǎn)，成倍提高您的工作效率。
4，工程標(biāo)注
符合國(guó)標(biāo)，處處體現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”的智能化思想，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)意圖，所有細(xì)節(jié)自動(dòng)完成。
5，標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)
符合最新國(guó)標(biāo)豐富的參量化國(guó)標(biāo)圖庫(kù)，共有20多個(gè)大類，1000余種，近30000個(gè)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)圖符，并提供完全開(kāi)放式的圖庫(kù)管理和定制圖庫(kù)手段，可方便快捷的建立、擴(kuò)充自己的參數(shù)化圖庫(kù)。
6，二維數(shù)據(jù)接口
豐富的數(shù)據(jù)接口功能，與AutoCAD進(jìn)行數(shù)據(jù)交換暢通無(wú)阻。
工程圖輸出
7，支持市場(chǎng)上主流的Windows驅(qū)動(dòng)打印機(jī)和繪圖儀，并提供了指定打印比例、拼圖、排版等多種輸出方式，保證您的出圖效率，節(jié)省您的時(shí)間和資源。
智能化的圖紙管理
8，圖紙管理功能按產(chǎn)品的裝配關(guān)系建立層次清晰的產(chǎn)品樹(shù)，自動(dòng)提取相關(guān)數(shù)據(jù)，方便用戶對(duì)圖紙的管理、編輯和修改。并可對(duì)產(chǎn)品樹(shù)中的信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)，按要求自動(dòng)生成分類BOM表、裝配BOM表。
9，三維數(shù)據(jù)接口
讀入多種格式的三維數(shù)據(jù)(CatiaV4,Pro/E2001,STEP203,X_T,SAT等)，提供對(duì)三維模型的瀏覽（旋轉(zhuǎn)、放大、縮?。┖蜏y(cè)量功能。輸出多種格式的三維數(shù)據(jù)。（注：該功能僅為電子圖板專業(yè)版具有）
三維數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)為二維工程圖紙
10，將三維數(shù)據(jù)直接投影到二維工程圖紙，提供多種視圖功能，直接生成工程圖繪制要求的各種視圖（標(biāo)準(zhǔn)三視圖、剖視圖、局部放大圖、方向視圖等）。（注：該功能僅為電子圖板專業(yè)版具有）
個(gè)人管理工具XP（注：電子圖板專業(yè)版附贈(zèng)的獨(dú)立安裝產(chǎn)品）
11，該產(chǎn)品主要是面向個(gè)人的文檔管理系統(tǒng)，可以管理CAXA系列的文檔及其它各類電子文檔。提供文檔分類存儲(chǔ)、文檔檢索和瀏覽、版本控制、生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、匯總輸出明細(xì)表的功能。
（2） 二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
在這部分設(shè)計(jì)中，主要是在先前對(duì)側(cè)銑頭的大體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，在電子圖版上逐步細(xì)化設(shè)計(jì)并生成所需的二維圖紙。
（a）在設(shè)計(jì)前期，首先學(xué)習(xí)如何使用CAXA電子圖版。
在以前對(duì)CAXA電子圖版有一定了解掌握的基礎(chǔ)之上，利用一周的時(shí)間進(jìn)一步熟悉CAXA電子圖版各個(gè)基本命令，在這期間不對(duì)側(cè)銑頭進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)繪圖，主要是畫一些簡(jiǎn)單的圖形來(lái)學(xué)習(xí)如何使用各個(gè)命令。從而為以后繪圖打下良好的基礎(chǔ)。
（b）利用CAXA軟件設(shè)計(jì)繪制二維圖紙。
利用CAXA軟件對(duì)側(cè)銑頭整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繪制詳細(xì)的二維圖，這部分工作大約用時(shí)8周。在這期間逐步設(shè)計(jì)細(xì)化各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、具體位置及各個(gè)零件之間連接部分的結(jié)構(gòu)和配合方式。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的時(shí)間設(shè)計(jì)繪制，最后完成三張裝配圖、一張零件圖，總計(jì)四張0號(hào)圖紙。如下圖所示：
圖4.1 二維裝配圖1
圖4.2 二維俯視圖
圖4.3 二維前視圖
圖4.4 二維零件圖
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第五章 三維設(shè)計(jì)
第五章 三維設(shè)計(jì)
5．1 SOLIDWORKS2005軟件介紹
2005 軟件提供了強(qiáng)大的繪圖功能、空前的易用性，以及一系列旨在提升設(shè)計(jì)效率的新特性，推進(jìn)了業(yè)界對(duì)三維設(shè)計(jì)的采用，加速了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展步伐。
SolidWorks 2005 包括 250 多項(xiàng)由用戶提議加入的新特性和功能改進(jìn)，可以幫助機(jī)械設(shè)計(jì)師、模具設(shè)計(jì)師、消費(fèi)品設(shè)計(jì)師，以及其他專業(yè)人員更快、更準(zhǔn)確、更有效率地將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)產(chǎn)品。由于這些改進(jìn)， SolidWorks 2005 已成為市場(chǎng)上擴(kuò)展性最佳的軟件產(chǎn)品，也是惟一集 3D 設(shè)計(jì)、分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、多用戶協(xié)作、以及注塑件確認(rèn)等功能的單一軟件。它的主要改進(jìn)包括：
（1）機(jī)械設(shè)計(jì)
最大的改進(jìn)是加入了一個(gè)擴(kuò)展庫(kù)，包含數(shù)百個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)好的常用元件，包括閥門、密封槽、密封圈，符合 SAE （汽車工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的各類槽，用戶自己創(chuàng)建的元件， 2D 標(biāo)注和功能塊，來(lái)自 SolidWorks 3D Content Central 服務(wù)庫(kù)的零部件，以及其他符合權(quán)威機(jī)械手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)的零部件。新的焊接功能可以自動(dòng)生成切割清單、定義坡槽。
（2） 模具設(shè)計(jì)
SolidWorks 2005 納入了 MoldflowXpress。SolidWorks 2005 還為模具設(shè)計(jì)提供了一個(gè)側(cè)凸模功能，可以在每個(gè)面自動(dòng)創(chuàng)建側(cè)凸模，以方便將注塑完成的零件從模具中取出。
（3）消費(fèi)品設(shè)計(jì)
SolidWorks 2005引入了高端消費(fèi)品的設(shè)計(jì)功能。這些新功能使相鄰部件、圓角、以及其他可彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸元件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
（4）為所有用戶增強(qiáng)的功能
SolidWorks 2005 引入了大量易用、高效的系統(tǒng)管理功能，適用于 3D 機(jī)械設(shè)計(jì)所涉的不同行業(yè)。
1）系統(tǒng)增強(qiáng)
在 SolidWorks 2005 用戶界面上有一個(gè)新的 TaskPane 窗口，集中了所有文件、文件夾和相關(guān)內(nèi)容。另一個(gè)有用的升級(jí)是專利技術(shù)“ SelectOther ”，它能夠迅速剖開(kāi)元件表面，顯示出內(nèi)部的零件。
2）系統(tǒng)管理
SolidWorks 2005 中包含了一系列旨在簡(jiǎn)化管理和增強(qiáng)性能的改進(jìn)。軟件的新功能之一用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)新增軟件和軟件更新的中心管理，能夠充分節(jié)省管理者的時(shí)間，并確保用戶使用到最新版本。 SolidWorks 2005 還包含一個(gè) SolidWorks Rx。SolidWorks 2005 還首次允許用戶在不聯(lián)網(wǎng)情況下借用網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)。
3）數(shù)據(jù)管理
PDMWorks 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件被內(nèi)置到了 SolidWorks Office Professional 中。
4）集成分析
一個(gè)新的“ Displacement Value ”工具被加入到 COSMOSXpres 中。
5．2 三維建模
在二維設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)之上，參考二維設(shè)計(jì)圖紙的零件尺寸，利用SOLIDWORKS軟件多個(gè)零件進(jìn)行三維建模，這部分設(shè)計(jì)歷時(shí)2周，即半個(gè)月時(shí)間，共建模零件40個(gè)，裝配體1個(gè)，在這其中，對(duì)零件建模和裝配體進(jìn)行多次修改，最后生成最后成品。下面列出了幾張裝配體樣圖及幾個(gè)建模零件樣圖：
圖 5.1 側(cè)銑頭三維裝配圖1
圖 5.2 側(cè)銑頭三維裝配圖2
圖5.3 側(cè)銑頭三維裝配圖3
圖5.4 水平滑枕
圖 5.5 主軸
圖5.7 主軸電機(jī)
圖5.6 主軸電機(jī)帶輪箱
圖5.8 進(jìn)給電機(jī)帶輪箱
圖5.9 主運(yùn)動(dòng)帶輪中心距調(diào)整板 圖5.10 豎直導(dǎo)軌絲杠螺母座
圖5.11 主軸電機(jī)帶輪 圖5.12 伺服進(jìn)給同步帶中心距調(diào)整蓋板
圖 5.13 鑲條調(diào)整座 圖 5.14 絲杠
圖 5.15 絲杠螺母 圖 5.16 進(jìn)給電機(jī)帶輪
圖 5.17 進(jìn)給絲杠帶輪 圖 5.18 水平滑枕絲杠螺母座
圖 5.19 液壓缸 圖 5.20 進(jìn)給電機(jī)
圖5.21 軸承 圖 5.22 軸承座
5.3 三維動(dòng)畫
為了更清晰直觀地反映側(cè)銑頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程，所以在設(shè)計(jì)即將結(jié)束時(shí)，特意為裝配體制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的三維動(dòng)畫；這部分設(shè)計(jì)工作歷時(shí)兩天，在制作中主要是應(yīng)用了SOLIDWORKS軟件三維動(dòng)畫制作插件中生成爆炸試圖及動(dòng)畫向?qū)У群?jiǎn)單命令。..\三維圖\側(cè)銑頭裝配圖(爆炸).avi 。
圖5.23 爆炸圖
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 經(jīng)濟(jì)技術(shù)性與環(huán)保分析
經(jīng)濟(jì)技術(shù)性與環(huán)保分析
如今的工業(yè)生產(chǎn)非常注重工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)做出適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)和技術(shù)分析是非常重要的。
在經(jīng)濟(jì)性這方面，本設(shè)計(jì)完全符合這方面特點(diǎn)。在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，我們?cè)跐M足強(qiáng)度要求和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了最小的結(jié)構(gòu)尺寸，使用了最少的原材料，這是經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)最為突出的一方面；除此之外，在整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，大部分結(jié)構(gòu)都是比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式，這樣也減少了加工過(guò)程中的工作量；同時(shí)在設(shè)計(jì)中，認(rèn)真分析計(jì)算，從而得出比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這樣在各個(gè)部件的選擇上就有了很大的優(yōu)勢(shì)，避免了不必要的資金浪費(fèi)。例如對(duì)滾珠絲杠的選擇，選擇了傳動(dòng)精度很高，而且價(jià)格適中的BNFN5020-2.5；以及對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)選擇也是經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析計(jì)算，從而選擇即滿足傳動(dòng)的動(dòng)力要求，又沒(méi)有出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，這無(wú)疑也節(jié)省了一部分資金。
在技術(shù)性方面