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1、山东理工大学 毕业设计（论文）题 目： 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 指导教师： 毕业设计（论文）时间：二一二年 三 月 一 日 六 月 二十七 日 共 十七 周中文摘要摘 要众所周知，数控立式车床在机械加工行业应用比较广泛，是机械制造行业所必不可少的重要设备，尤其对于大型盘类零件，其表面的加工更是需要数控立式车床。本次毕业设计的任务主要是设计数控立式车床中横梁升降机构、刀架机构、以及横梁结构这三部分内容。横梁升降机构实现了横梁的快速升降。由于整个刀架联接在横梁上，而且所加工的工件一般尺寸都较大，为使刀具能迅速到达加工位置就需要加快横梁升降的速度。横梁的
2、快速升降节约了加工时间从而提高了生产率、降低了成本。横梁的升降是由滚珠丝杠螺母副完成，在螺旋传动时要求传动平稳，且滚珠丝杠具有一定承载能力。刀架转动机构是数控立式车床中的重要一部分。刀架转动机构主要由蜗轮蜗杆组成。刀架转动机构实现了刀架可以在一定范围内的转动，使的加工的形式和范围更为多样。在设计横梁时主要计算其所承受的剪力与弯矩。整个刀架机构都联接在横梁上，故横梁所承受的剪力与弯矩主要来自与切削工件时产生的各力。为使横梁轻便，故采用空心钢管。关键词：平稳，承载，轻便- 8 -English AbstractAbstractAs we all know ，CNC vertical lathe i
3、s widely applicated in the machining industry , CNC vertical lathe is the essential equipment of the machinery manufacturing industry, especially for large-scale disk parts, the surface processing is required CNC vertical lathe. the main task of this graduation project is to design beam lifting inst
4、itutions, the turret institutions, as well as the beam structure of these three sections of CNC vertical lathe.Beam lifting institutions achieve the rapid movements of the beams. The entire turret connects on the beam, and the l size of the workpiece is very large, we need to accelerate the speed of
5、 the beam lift to ensure the turret can quickly reach the processing position on the workpiece. The rapid movements of the beam saves processing time and improve productivity and reduce costs. The rise and fall of the beam is completed by the ball screw pair, smooth transmission requirements in the
6、screw drive and ball screw has a certain carrying capacity.The turret rotating institutions is an important part of the CNC lathe. Turret rotating institutions is mainly composed by the worm. Turret rotation institutions make the turret can rotate within a certain range, the form and scope of the pr
7、ocessing become more diverse.In the design of beam structure, we mainly calculate the shear and bending moment that the beam bear. The entire turret bodies are connected on the beam, so the the shear and bending moment is mainly from the cutting force, we chose steel tube as beam to ensure that it i
8、s light.Keywords: Smooth, Carrying, Light 目录目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 引 言11.1 课题的背景和意义11.2 数控机床国内外发展状况11.2.1 国内数控机床现状11.2.2 国外数控机床现状2第二章 课题设计的各机构部件选取及工作过程32.1 课题设计的各机构部件选取32.2 课题设计的各机构工作过程3第三章 刀架上力的分析与计算43.1 刀架上力的分析43.2 刀架上力的计算4第四章 横梁升降机构设计84.1 减速器的选取84.2 丝杠螺旋传动的计算选取与校核84.2.1 丝杠螺旋传动的计算选取84.2.2丝杠螺旋传
9、动的校核124.3 丝杠上轴承的计算选取与校核154.4同步轴的选取17第五章 横梁结构设计195.1 作用在横梁上的各力分析195.2 横梁的计算选取与校核195.2.1 横梁的计算与选取195.2.2 横梁的校核225.3 滑动轴承的计算选取24第六章 刀架转动结构设计256.1 蜗轮蜗杆的计算选取与校核256.2 蜗杆轴上轴承的计算选取与校核28总 结31致谢及声明32参考文献33第一章 引言第一章 引 言1.1 课题的背景和意义数控机床在目前的生产加工过程中处于十分重要的地位，数控技术的发展程度往往代表一个国家工业化程度的高低。在当下的发达国家几乎个个都是生产制造强国，代表国家如德国、
10、日本、意大利和美国等，其数控技术的发展程度令其他国家望尘莫及。数控机床的发展程度关乎到社会的方方面面:在军事方面如武器的研发与制造，在资源方面如石油机械与采矿机械的制造，在生活方面如家庭常备工具等都与数控机床关系密切，故许多国家在数控机床方面的研发和投入都是巨大的，我国也在大力致力与数控技术的发展。与以前的机床加工相比数控机床更为省时省力，大大节约了成本的投入，且能够达到更高的精度。精度的提高往往带来产品的质量更为可靠和高效。一方面节约了开支，另一方面还提高了产品的质量，故数控机床的应用越来越广泛，而对于数控机床这一课题的研究也具有重大意义。1.2 数控机床国内外发展状况1.2.1 国内数控机
11、床现状 目前国内对于数控机床的投资研发正在一步步加大，国内的数控机床的发展速度也在大大加快。许多国内数控车床企业正一步步趋近并赶超世界先进的数控机床生产厂商。陕西汉江机床有限公司主要从事滚珠丝杠副的研发，滚珠丝杠副的精密性决定了机床的精密程度，而汉江机床有限公司的的滚珠丝杠副在精密程度上已经趋于国外同类厂家，其滚珠丝杠的生产量和市场占有率都位居前列。武汉重机集团在越南的一次招标会上击败了德国、日本等国家企业，成功签下加工直径达8m的数控双柱重型立车订单，是我国在机床方面出口最多的一次。武重的CKX53160型16m超重型数控单轴立式车铣床在国际上原来只有捷克、德国、俄罗斯的三家公司可以生产，武
12、重自主研制并生产5台，并且功能不断完善。国内数控机床正在不断的进步并一步步赶超国外先进数控机床生产企业。中国的数控机床正逐渐被认可。1.2.2 国外数控机床现状国内数控机床正在快速发展的过程中，但与国外先进的数控技术相比，差距仍是巨大的。高精度是数控机床中的一个重要指标，在精度方面，国外的机床已经达到较高水平，这正是我国许多重要领域例如航天、军事等都不得不依赖国外的机床来加工重要部件，而且往往最为先进机床都是保密的，这大大制约了这些重要领域的发展。目前数控机床正朝着信息化、智能化、系统化、个性化方向发展，而这都是由国外先进数控机床生产国领导。德国已经研发出十轴联动机床，为制造更为复杂的产品提供
13、了便利。美国某公司研制的机床转速可达6000r/min，加工航天精密薄壁件仅用时几十分钟。国外数控技术仍在快速发展，数控机床未来的发展仍将不可限量。第二章 课题设计的各机构部件选取及工作过程第二章 课题设计的各机构部件选取及工作过程2.1 课题设计的各机构部件选取本次设计中的横梁升降机构主要由滚珠丝杠螺母副、双向推力球轴承、深沟球轴承、减速器、步进电机等组成。滚珠丝杠螺母副的选取是根据传动时所承受的轴向力，该轴向力由电机功率传递时所产生。由于横梁升降机构是上下两个方向的运动故选取双向推力球轴承来承受轴向载荷，其径向力则由深沟球轴承承受。减速器的选取则是根据其所能传递的功率。刀架转动机构主要由蜗
14、轮蜗杆组成。蜗轮蜗杆的选取主要根据电机给予的蜗杆轴的功率。由于在蜗杆轴上既有径向力又有轴向力，故选取蜗杆轴的轴承时采用了角接触球轴承。横梁的选取也是要计算出其所承受的剪力、弯矩以及扭矩，剪力弯矩以及扭矩也是由刀具切削工件时的各力所产生。为使横梁更加轻便故选用空心钢管。2.2 课题设计的各机构工作过程横梁升降机构的工作过程如下：电机启动转动，通过第一级减速器将动力传递到同步轴上，然后由同步轴再将动力传递到第二级减速器上，最终由第二级减速器将动力传递到滚珠丝杠上，由于滚珠丝杠螺母固定在T型横梁上，然后滚珠丝杠的转动转化为滚珠丝杠螺母的上下的直线运动，并带动横梁实现横梁的升降，由于减速器选取的都为蜗
15、轮蜗杆减速器，故可防止滚珠丝杠的翻转。刀架转动机构的工作过程如下：由人工利用扳手拧动方头杆，方头杆与蜗杆轴相连带动蜗杆轴转动，这时由于蜗杆轴的转动，与其配合的蜗轮也进行转动，蜗轮与刀架的滑座联接，故带动整个刀架进行转动。由此完成刀架在一定角度范围内转动，由于是蜗杆传动，故可防止蜗轮翻转。第三章 刀架上力的分析与计算第三章 刀架上力的分析与计算3.1 刀架上力的分析图3-2刀具切削时的受力分析如图所示：刀具在加工工件的时候主要受到三个力的作用，即（进给力或轴向力）（背向力）（切削力）。3.2 刀架上力的计算由金属切削原理查得，计算切削时各力的公式如下： 式中：、决定于被加工金属和切削条件的系数。、分别为三个分力公式中，背吃刀量、进给量和切削速度的指数。、 分别为三个分力计算中，当实际加工条件与所求经验公式的条件不符时，各种因素对切削力的修正系数的积，1.确定刀具材料和加工工件材料
