毕业设计（论文）小型数控立式铣床机械结构设计.doc

福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）题 目： 小型数控立式铣床机械结构设计 姓 名： 学 号： 系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2008级 指导教师： 年 月 日独创性声明本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名： 指导教师签名： 日期：小型数控立式铣床机械结构设计摘要本文主要介绍了数控立式铣床机械结构部分的设计。包括立式铣床的总体布局、主传动系统、伺服进给系统和工作台等主要机械结构设计。此次设计是在传统机床的基础上，对其改造，使其能够适应更多的加工需要。其中要使铣床的总体结构更加紧凑，所以采用了主传动系统都用立式的传动轴。并且同时还要保证传动的平稳和精准，这就需要在机械结构的设计上有更高的要求，对电机的选择和传动轴的设计计算需要更加精确。而伺服进给系统的设计就主要考虑传动的精准，丝杆的传动的灵敏性以及伺服电机的最优传动。对丝杆需要考虑传动的力矩和扭矩大小，怎样选择才能做到最优设计。数控工作台的设计因为之前接触的少，在查阅了大量资料后，选择了分度回转工作台。并且此项设计已经成熟，在查阅资料后根据我所设计的机床做出了合适的选择，采用了定位销式分度工作台。这种工作台的定位分度主要靠定位销和定位孔来实现的。而定位精度则需要取决于蜗轮副的传动精度，因而必须采用高精度的蜗轮副。关键字：数控铣床，机械结构Small vertical milling machine mechanical structure design of numerical control abstractThis paper mainly introduces the numerical control vertical milling machine mechanical structure parts of the design.Include vertical milling machine of the overall layout, main transmission system, servo drive system and the main mechanical structure design, etc.This design is the traditional machine tools, on the basis of the reform, which can adapt to the more processing need.This should make the general structure of the milling machine is more compact, so the main transmission system with all of the vertical shaft.And at the same time it also ensures that the transmission of smooth and accurate, this needs in the design of the mechanical structure has higher request, to choose and the shaft of the motor design and calculation of the need to be more precise.And servo drive system design is the main consideration of transmission of precise, screw transmission of the sensitivity of the servo motor and the optimal transmission.To screw need to consider the transmission torque and torque size, how to choose to do the optimal design. The machine optimal transmission.The design of the CNC table before because of the contact less, in turn a large number of data, choose dividing rotating table.And the design has been mature, in the access to information according to the design of after I made the right choice machine, using a location pins type dividing workbench.This table positioning dividing depend mainly on pins and positioning will realize the hole.And positioning accuracy is needed to worm gear transmission accuracy of depends on vice, therefore it must be with high precision of worm gear and vice.Key word: CNC milling machine, mechanical structure目 录1 绪论11.1 课题的研究目的和意义11.2 国内、外现状及水平11.3 课题设计任务22 系统硬件设计22.1 系统硬件组成22.2 DS18B20温度传感器设计42.2.1 DSl8B20简介42.2.2 DSl8B20具体参数及工作方式72.2.3 DS18B20与单片机接口电路72.3 PTR2000无线收发模块设计82.3.1 PTR2000简介82.3.2 PTR2000的主要特征82.3.3 引脚排列及功能92.4 软件编程注意事项82.4.1 发送82.4.2 接收82.4.3 待机模式92.5 PTR2000与单片机接口电路83 系统软件设计23.1 系统程序框图23.2 程序说明23.2.1 检测端程序设计83.2.2 接收端程序设计84 总结25 参考文献26 谢辞2附录一21 绪论1.1 课题的研究目的和意义1）研究目的随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。特别是在宇航、造船、军事等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量小。普通机床已不能适应这些需求。为了满足上述要求，一种新型的机床数字程序控制机床（简称数控机床）应运而生。早期的数控机床控制系统采用电子管，体积大、功耗高，只在军事部门应用。只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。目前数控技术的主要发展趋势是：实现高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微处理机和微型计算机，向着增强功能、降低造价、方便使用的目标进展；积极应用计算技术、系统工程理论和控制技术的最新成果，像这综合自动化方向变革。2）研究意义加快建立数控机床研究是企业重点，建立和完善企业技术研发团队，加快高档数控机床品种开发，加强人才队伍建设，培养高科技人才和高技能工人，来提升数控机床行业的技术创新能力，是我国机床行业的发展方向。与国际先进水平相比，我国机床制造业的水平尚有差距，部分产品在国际主流市场上处于二、三流产品的地位;我国机床制造业与大型跨国企业集团相比，竞争力还比较弱。在迈向机床制造强国的征途中，发展的形势将更严峻、面临的挑战将更大。我们决不能仰山止步、固步自封，要保持昂扬向上的精神状态，奋力攀登、勇往直前，更加努力地创造未来。“忧劳兴国，逸豫亡身”，我们要居安思危，增强忧患意思，适应形势，把握大局，不断探索，开创新路。 1.2 国内、外现状及水平 国外数控铣床的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型（轻型）、门型（小型）、龙门型（大型）3个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控铣床技术最高水平的厂家主要集中在德国，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发出五轴控制系统的龙门式专用切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹，利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。相比之下，国内虽然十字架型、门型、龙门型都有所生产，但广度不够，生产厂家产品型号较为单一，尚无龙门式专用型材切割机产品。 我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是数控铣床和等离子切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述3种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。 随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控铣床的优势正在逐渐为人们所认识。数控铣床不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控铣床是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控铣床下料所占比例更小。我国数控铣床每年市场需求量约在400500台之间。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控铣床市场的发展潜力是巨大的。2 主传动系统的设计2.1 转速图的确定计算转速主轴 初选电机Y132S-4 额定功率 5.5KW 额定转速 1500最大转速6000 质量68Kg电动机功率调速范围 所以根据以上条件拟定转速图2.2 轴I齿轮的设计2.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 按照所选传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2) 数控铣床，速度不高，故选7级精度。3) 材料选择。选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4) 初选小齿轮齿数,大齿轮齿数。2.2.2按齿面接触强度设计（） 由设计计算公式进行试算，即 1) 试选载荷系数。2) 计算小齿轮传递的转矩。 3) 选取齿宽系数。4) 查得材料的弹性影响系数5) 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。6) 由计算应力循环次数。 7) 选取接触疲劳寿命系数 ;。8) 计算接触疲劳许用应力。选取失效概率为1%，安全系数S=1， （） 计算1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2) 计算圆周速度v。3) 计算齿宽。4) 计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5) 计算载荷系数。 根据v=3.778m/s，7级精度，查得动载荷系数=1.12； 直齿轮，； 用插值法查得7级精度，。 由 ， 查得；故载荷系数 6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7) 计算模数m 2.2.3按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为（） 确定公式内的个计算数值1) 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2) 选取弯曲疲劳寿命系数；3) 计算弯曲疲劳许用应力。 去弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式得 4) 计算载荷系数K 5) 查得齿形系数 6) 查得应力校正系数 7) 计算大、小齿轮的并加以比较。 （） 设计计算取m=2mm算出小齿轮的齿数 取 2.2.4 几何尺寸计算（） 计算分度圆直径 （） 计算中心距 2.3 轴II齿轮的设计2.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 按照所选传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2) 数控铣床，速度不高，故选7级精度。3) 材料选择。选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4) 初选小齿轮齿数,大齿轮齿数。2.3.2按齿面接触强度设计（） 由设计计算公式进行试算，即 1) 试选载荷系数。2) 计算小齿轮传递的转矩。 3) 选取齿宽系数。4) 查得材料的弹性影响系数5) 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。6) 由计算应力循环次数。 7) 选取接触疲劳寿命系数 ;。8) 计算接触疲劳许用应力。选取失效概率为1%，安全系数S=1， （） 计算1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2) 计算圆周速度v。3) 计算齿宽。4) 计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5) 计算载荷系数。 根据v=2.39m/s，7级精度，查得动载荷系数=1.1； 直齿轮，； 用插值法查得7级精度，。 由 ， 查得；故载荷系数 6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7) 计算模数m 2.3.3按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为（） 确定公式内的个计算数值1) 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2) 选取弯曲疲劳寿命系数；3) 计算弯曲疲劳许用应力。 去弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式得 4) 计算载荷系数K 5) 查得齿形系数 6) 查得应力校正系数 7) 计算大、小齿轮的并加以比较。 （） 设计计算取m=2.5mm算出小齿轮的齿数 取 2.3.4 几何尺寸计算（） 计算分度圆直径 （） 计算中心距 2.4 轴III齿轮的设计2.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 按照所选传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2) 数控铣床，速度不高，故选7级精度。3) 材料选择。选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4) 初选小齿轮齿数,大齿轮齿数。取2.4.2按齿面接触强度设计（） 由设计计算公式进行试算，即 1) 试选载荷系数。2) 计算小齿轮传递的转矩。 3) 选取齿宽系数。4) 查得材料的弹性影响系数5) 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。6) 由计算应力循环次数。 7) 选取接触疲劳寿命系数 ;。8) 计算接触疲劳许用应力。选取失效概率为1%，安全系数S=1， （） 计算1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2) 计算圆周速度v。3) 计算齿宽。4) 计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5) 计算载荷系数。 根据v=1.504m/s，7级精度，查得动载荷系数=1.05； 直齿轮，； 用插值法查得7级精度，。 由 ， 查得；故载荷系数 6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7) 计算模数m 2.4.3按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为（） 确定公式内的个计算数值1) 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2) 选取弯曲疲劳寿命系数；3) 计算弯曲疲劳许用应力。 去弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式得 4) 计算载荷系数K 5) 查得齿形系数 6) 查得应力校正系数 7) 计算大、小齿轮的并加以比较。 （） 设计计算取m=3mm算出小齿轮的齿数 取 2.4.4 几何尺寸计算（） 计算分度圆直径 （） 计算中心距 2.5 轴III齿轮的设计2.5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 按照所选传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2) 数控铣床，速度不高，故选7级精度。3) 材料选择。选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4) 初选小齿轮齿数,大齿轮齿数。取2.5.2按齿面接触强度设计（） 由设计计算公式进行试算，即 1) 试选载荷系数。2) 计算小齿轮传递的转矩。 3) 选取齿宽系数。4) 查得材料的弹性影响系数5) 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 。6) 由计算应力循环次数。 7) 选取接触疲劳寿命系数 ;。8) 计算接触疲劳许用应力。选取失效概率为1%，安全系数S=1， （） 计算1) 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。2) 计算圆周速度v。3) 计算齿宽。4) 计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5) 计算载荷系数。 根据v=1.049m/s，7级精度，查得动载荷系数=1.08； 直齿轮，； 用插值法查得7级精度，。 由 ， 查得；故载荷系数 6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7) 计算模数m 2.5.3按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为（） 确定公式内的个计算数值1) 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；2) 选取弯曲疲劳寿命系数；3) 计算弯曲疲劳许用应力。 去弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式得 4) 计算载荷系数K 5) 查得齿形系数 6) 查得应力校正系数 7) 计算大、小齿轮的并加以比较。 （） 设计计算取m=3mm算出小齿轮的齿数 取 2.5.4 几何尺寸计算（） 计算分度圆直径 （） 计算中心距 3 进给系统的设计