時間：2023-03-21 17:10:44
序論：在您撰寫機床設計論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
(1)調查對象
本論文的調查對象分為預備調查對象和正式調查對象。預備調查對象是對機床有所了解的研究生，共10人。正式調查對象是從事機床工作多年的設計師和工程師，分別有5人。其中，設計師來自設計公司，有豐富的機床造型設計經驗；工程師來自企業，參加過機床造型設計的合作項目。
(2)調研過程
本調研的路線如圖1所示，在文獻研究基礎上設計調查框架。具體的調查分為三個階段：第一階段為預備訪談。它為正式訪談做準備，對正式訪談中可能出現的情況進行模擬，發現問題，從而完善訪談提綱，使正式訪談能夠順利地進行。第二階段為正式訪談。電話預約訪談人員，確定訪談時間（90-120分鐘）和地點，并將訪談提綱提前發給受訪者，使之提前做好準備，提高訪談效率；訪談時全程錄音并做筆記。第三階段為參與機床造型設計方案討論會。其目的是通過參與設計師、工程師、管理者之間的直接交流，深入分析影響機床造型設計方案可行性的主要原因。
（3）訪談提綱
本調研的訪談提綱有兩種，分別是針對設計師和工程師擬定的，如表一、二為訪談提綱的主要問題。
（4）調研結果
在對設計師的訪談中，他們提到在設計機床造型方案時，一般不考慮機床的結構，他們認為成本足夠，結構都能實現。但企業從經濟性上考慮，會限制生產成本，從而改變機床的結構或造型去實現設計方案。最終樣機與設計方案不同點主要是結構上不能完成的部分。在對工程師的訪談和參與設計方案討論會中，了解到他們與設計師在完成初步設計方案后進行交流，對方案的可行性進行探討。當遇到難以完成的結構時，設計師在討論會后對方案進行修改。工程師認為設計師的方案都很美觀、新穎，但結構上難以實現，為了考慮成本，只能放棄。他們認為最終樣機與最初方案差別不大，因為他們會去用其他工藝替代不能完成的工藝，盡可能實現最初設計方案。
2調查結果分析
通過深度訪談和參與機床造型設計方案討論會，獲得機床造型設計方案可行性的原始資料。在此基礎上進行分析，了解到影響可行性的主要因素是造型、結構和成本。
(1)造型的美感因素
當今時代，人們非常重視產品帶來的感覺體驗。具有良好美學品質的產品，在使用中可以讓用戶心情愉悅，在展覽會上可以給觀眾帶來美好的視覺感受，對提升產品的市場競爭力和品牌知名度很有幫助。企業引進工業設計的重要目的就是提高產品的美學品質。因此，機床造型設計方案在美學品質上不能滿足企業的要求，是一定不會被采納的。圖2是設計師為某機床企業設計的磨床造型方案。該方案給人的視覺感受是笨拙、缺少美感，且體現不出磨床的特點，在方案初步評審中遭到淘汰。因此，造型的美感是決定設計方案是否可行的首要因素。
(2)造型的結構因素
機床的造型不能脫離結構而存在。結構是造型的基礎，造型是結構的不同表現形式，不同的結構布局會影響產品外觀的形式表現。造型的實現必須要以結構作為支撐，合理的結構能提高機床造型設計方案的可行性，所以設計師在設計機床造型時必須考慮它在結構、工藝、裝配上是如何實現的，不能效果圖美觀，而缺少可加工性，這樣的方案是不可行的。如圖3所示，該機床的造型設計方案底邊切角成菱形，這種造型的內部結構很難實現，鈑金折彎或焊接工藝都達不到預期的效果。因此盡管該方案的美學品質受到肯定，但最終還是被放棄。
(3)造型的成本因素
產品成本是衡量生產消耗的補償尺度，企業必須以產品銷售收入抵補生產中的各項支出，才能確定盈利，因此生產成本的控制是十分重要的。設計師在設計機床造型方案時不能盲目地追求時尚、高端，而要在生產成本限制內，展開設計創意，提出可行的設計方案。圖4門把手的中間設計了一條藍色彩帶，給人以精致的感覺，加工工藝也是可行的，但提高了造價。在設計方案評審后，將把手更換成市場上價格較低的標準把手。
3提高設計方案可行性的策略
機床作為制造業中普遍采用通用設備，其性能標志了一個國家的工業發展水平。隨著電力電子和軟件技術的飛速發展，使機床柔性化、精密化、自動化、智能化成為可能。盡管數控機床已經部分具備自動化和智能化的特征，使勞動強度大為下降，但是其仍是按照加工程序進行加工設備并不能完全取代人在零部件加工中的作用。人類社會的進步和科技的發展以及人類文化素質的普遍提高，在機床設計領域不單著重提高機床的加工精度、機床壽命以及自動化智能化等性能方面，同時給予機床造型設計足夠的重視。一個成功的機床造型設計能兼顧美學與工程學，在滿足功能需要的前提下協調人與環境的關系，在造型上能讓人們感受到一種覺有科技性先進性的美感。造型設計中操作布、色彩、材料和工藝都應滿足功能和便于實現，應考慮到機床實際所處于的環境以及機床器件對風路等的要求，盡可能給操作者提供一個舒適的環境，以提高操作者的工作效率。
二、現代機床造型設計與技術設計的關系
機床設計、美術設計與機床造型設計三者性質和著重點不同，但有著密切的關系。機床設計著重機床的性能，合理布置各部件位置，以滿足用戶對機床的性能要求為首要目的。美術設計著重于藝術性美感的體現，重要通過外形結構、色彩和材料等來體現。而機床造型設計需要應用藝術表現法則和美術設計技能，來為機床服務，將機床設計的部分與美術設計部分相結合，在保證機床性能的基礎上合理的解決產品造型的有關技術問題?，F代機床要求在機床結構設計時就要對造型設計有一定的考慮，因此技術設計與造型設計時同步配合進行的創造性工作，貫穿于機床設計制造的全過程。
三、現代機床造型設計的原則
經過對國內外機床造型的研究和分析，總結出一些造型設計的原則如下。
3.1全局設計機床是一個由若干個復雜的系統構成的集合體，為使造型設計的優勢最大化，在設計之初就要對機床的機械結構、界面要求、零部件材質及布局、人機構成等設計部分做到全面的了解。并與機床設計階段提出全局化的設計規劃。以保證機床經過造型設計后具有獨特品格和特征。
3.2功能第一機床的根本功能是對零部件進行加工，其最主要的性能指標為加工精度。造型設計中重要采用藝術的形式體現機床的科技感并且結合使用環境調節操作者的精神和心理有一定的調節作用，因此不能以造型需求而對機床的性能造成影響。
3.3工業工程工業工程作為精益生產的重要組成部分，關系到產品批量生產時的品質與成本。因此在造型設計時要考慮到工業工程性，應對部件進行工藝性的審查，所涉及的部件應具有易于加工和一致性的特點，同時要提高零部件的通用型和標準化程度。以適合批量生產的要求。
3.4以人為本機床造型設計不僅要對已操作性和思考習慣性還應心理、生理、工效和安全健康方面有所考慮。所使用的材料應具有環保性，機床視窗應采用安全玻璃等不易碎材質制成。
3.5精神功能人在零部件加工中起決定性作用，因此現代機床造型設計還需要特別重視產品對人的精神功能。研究顯示人的心理和生理會對色彩產生相應的反應，通過認識和掌握色彩規律，利用機床造型設計中色彩的微妙變化來調節操作者的心理和生理狀態有助于提供操作者的效率。
3.6簡約原則現代機床造型設計要符合簡約的原則，不應使用過多的裝飾性部件以免產生不必要的成本。以實用、美觀、經濟的設計方案，達到增加產品的附加值的目的。
3.7綠色環保造型設計所應選用對環境友好，無毒無害的材料，兼顧節能降耗的要求。使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環境的影響最小，資源效率最高。
四、結語
每天我們都生活在五彩繽紛的環境中，積累了很多視覺的經驗，這些經驗都不是孤立在腦海中存在的，它還會與其他的經驗相互影響，如味覺經驗、觸覺經驗、生活經歷等等。例如，橙色使人聯想到火焰，讓人感覺到溫暖;又可以聯想到金色的秋天，給我們帶來豐收的喜悅。綠色讓我們想起綠葉，給我們欣欣向榮的感覺。每一種顏色都有自己的特點，所以當我們看到某種色彩時就會產生不同的情緒。正如美國視覺藝術心理學家卡洛琳•布魯墨所說:“色彩喚起各種情緒，表達感情，甚至影響我們正常的生理感受。”進而言之，色彩能夠給人帶來不同的情緒，表達不同的情感，不同情緒對人的行為起到不同的作用。因此，設計師在進行機床的色彩設計時，可以以此為基本依據，通過合理的色彩設計令使用者產生良好的情感體驗，從而提高工作效率。
2機床造型設計中色彩情感化要素分析
機床有很多分類，每種機床都有其不同的造型和功能。色彩設計也需從具體的產品出發考慮“人———機———環境”三者相結合。也就是說，設計機床產品的色彩時，要考慮其使用場所、使用對象及機床本身的因素。
2．1考慮人與機床產品使用的環境因素
機床的使用環境因素主要有:放置環境色彩狀況、使用環境衛生狀況、照明狀況、噪音等等。一般來說，機床是置于廠房中的，白墻搭配淺綠色地板、淺藍色或淺灰色地板構成了目前廠房內部空間的最基本色彩?？梢哉f這是一個色調偏冷的色彩環境，人在這樣的色彩環境中比較容易安靜下來。但這樣的色彩設計，忽略了環境溫度問題。如果廠房環境溫度高，那么應該選擇冷色調的藍色或者淺色系，使人在心理上覺得涼爽;相反如果環境溫度低，則選擇用暖色系，讓人使用的時候感覺到溫暖。同時，也要考慮廠房內的衛生狀況。如果生產過程中，容易造成環境臟，那么應該考慮用耐臟的深色系列;如果環境干凈，那么可以選用比較淺的顏色。
環境照明產生的效果也是需要考慮的問題。在廠房作業中會使用到自然光和人工光。使用人工光就要考慮其光線產生的視覺效果會不會影響人的心理。白熾燈偏黃的光線會給人產生溫暖的心理效果，而熒光燈的光線因為比較接近自然，給人帶來的心理差異較小。不同的色光會對產品產生細微的變化，如白色的物體在白熾燈的光線下會顯得偏黃。因此設計機床的色彩時也需考慮到照明環境的協調統一，這樣才能更好地發揮色彩的情感化功能。噪音，也是環境因素之一。但這個因素經常被設計者所忽略。當人長期在一個充滿噪聲的環境，生理方面會導致頭暈、耳聾、記憶力減退、神經衰落、易疲勞等等;心理方面會使人產生煩躁、易怒、激動等消極的情緒，從而導致反應遲鈍，工作效率低，甚至會造成事故。除了在廠房內采用吸音，隔音等措施降低噪音外，在機床的色彩設計方面可以運用使人安靜的藍色系列色彩，或者可以緩解人的緊張心理的綠色系列色彩。
2．2考慮人與機床產品的因素
機床有很多部分組成，不同的部分承載不同功能，其色彩設計要根據其形態和功能進行設計，以達到形態、功能和情感的統一。可用不同的色調對機床的不同功能進行區分，如底座、立柱等可以采用明度低的深色，而主體色可以選擇用明度高的淺色系，使機床在整體視覺上具有穩定感。目前的機床產品大都用深藍色或者深灰色作為底座的色彩，在情感上使人感到穩定可靠，而且比較耐臟。機床的工作臺和操作界面是色彩設計中非常重要的部分，它關系到機床的美觀性，也直接影響著操作者的心理。工作臺是操作者長時間觀看的，操作臺的色彩應該選擇使人感覺到舒適的顏色，避免視覺疲勞。操作界面的不同功能部分應用不同的顏色加以區分，以便在操作的過程中快速識別，避免操作錯誤。一些特別的區域或按鍵必須按照統一的安全規則來進行色彩設計，如紅色表示危險，禁止;綠色表示安全;黃色表示警示，注意安全，不能隨意更改。總的來說，操作界面的色彩設計應該在區分不同功能部分的同時，兼顧色彩統一，是操作者在視覺上不覺得混亂，保持心情愉快，提高工作效率。
2．3考慮操作者對色彩的喜好因素
以使用對象為中心進行色彩設計。就使用對象人來說，由于其民族、生活的地域、職業、性別、所受的教育程度等因素的不同，對色彩的喜好也是不一樣的。即使同一個人在不同時期所喜歡的顏色也不一樣。但對于大型機械———機床來說，它并不能夠隨便改變顏色以隨時應付不同的操作者的喜好狀況和心理狀況。建立共性美，是首先要面對的問題。因此進行色彩設計時，設計師必須對該機床所銷售地區的操作者的整體情況進行調查了解，分析使用人群對色彩的心理反應，才能把握好色彩的情感設計。
3結語
五軸數控銑床方案設計
1總體方案設計
筆者所研究的五軸數控銑床,是一種針對模具加工的高速、高效率機床,并可以選配五軸功能,可使工件在一次裝夾下,完成五面的加工。為了實現高性能動態特性,其基本結構考慮為工作臺固定,橫梁-滑座-主軸箱移動分別實現三坐標進給,具有三坐標自動定位和三坐標聯動機能。固定工作臺可以換成雙擺工作臺,實現五軸聯動。主要技術指標如表2所示。
2具體方案設計
2.1第1種方案
第1種方案將該五軸數控銑床設計為龍門式,具體工作形式可以描述為:龍門架則沿床身作縱向(x方向)運動,滑枕沿著龍門架作橫向(y方向)移動,主軸箱沿著滑枕作z方向的移動。工件固定在平轉臺上,平轉臺固定在立轉臺上。平轉臺繞z軸作轉動,立轉臺又同時繞x軸轉動。這樣就實現了兩個坐標軸的轉動,如圖2所示。
2.2第2種方案
該方案為立式五軸數控銑床,其底座固定,滑枕沿著底座作x方向移動,立柱在滑枕上作y方向移動,主軸箱沿著立柱作z方向移動,這樣就實現了三軸聯動。工件固定在平轉臺上,平轉臺又固定在立轉臺上。平轉臺繞z軸轉動,立轉臺又同時繞x軸轉動,這樣就實現了兩個坐標軸的轉動。當給該數控銑床輸入程序時就會實現五軸聯動。五軸分別為3個平動軸和2個轉動軸,如圖3所示。
該立式五軸與龍門式五軸的運動方案基本相同,不同的是布局上有區別。龍門式數控銑床的主軸箱沿著滑枕作z方向移動,而該立式五軸數控銑床的主軸箱則沿著立柱進行z方向移動。
2.3第3種方案
該方案也是立式五軸數控銑床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿著y軸方向移動,支座在床身上沿著z軸方向移動,同時工作臺在支座上沿著x軸方向移動,這樣就實現了三軸聯動。平轉臺固定在工作臺上繞著z軸方向作回轉運動,刀具固定在立轉臺上,立轉臺在滑枕上繞著y軸作回轉運動,如圖4所示。
基于ADAMS運動仿真
1對3種設計方案的運動仿真
應用SolidWorks三維繪圖軟件對每種設計方案中的數控銑床進行建模,然后導入到ADAMS軟件中。在ADAMS軟件中把模型加入約束、驅動并對運動方式進行編程仿真,模擬出五軸數控機床的運轉情況,可以在虛擬的條件下看到機床的物理形態和動態運轉情況,達到可視化目的。
在設計該機床運動軌跡時,ADAMS軟件雖然可以實現五軸聯動,但是五軸聯動后的運動軌跡并不直觀,因此決定采用三軸聯動。
第1種方案中先設置床身與橫梁處的Motion3、橫梁與滑枕處的Motion2、滑枕與滑板處的Motion4,然后設定仿真時間為9,共為500步,結果形成的軌跡為一螺旋線。圖5、圖6所示為第1種設計方案的三維模型和刀具軌跡。
第2種方案中先設置床身與滑枕處的Motion1、滑板1與滑枕處的Motion2、滑板1與滑板2處的Motion3,然后設定仿真時間為9,共為500步,結果形成的軌跡為一螺旋線。圖7、圖8所示為第2種方案的三維模型和刀具軌跡。第3種方案中先設置底座與滑枕處的Motion1、底座與滑板處的Motion3、支撐臺與滑板處的Motion4,然后設定仿真時間為9,共為500步。該方案與前兩個方案的不同之處在于不是由刀具直接形成螺旋線,而是工件在工作臺上作圓周運動,刀具作直線運動,由這兩種運動形成螺旋線。圖9、圖10所示為第3種方案的三維模型和合成軌跡。
2結果分析
2.1第1種方案
該布局形式為龍門架移動式,其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運動,而龍門架則沿床身作縱向運動。如圖6所示方案1中的刀具運行軌跡為螺旋線,該方案采用x,y軸的對稱布局形式,提高了機床的熱穩定性及加工精度。這種布局適用于加工較重的工件,可以減小銑床的結構尺寸和質量。該龍門銑床的優點是:
1)占地面積小。工作臺移動式龍門銑床,整機長度必須兩倍于縱向行程長度,而第1種方案設計的龍門銑床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側面寬度即可;
2)動態響應好。該移動式龍門銑床采用的是固定工作臺,一般與床身整體鑄出,龍門框架縱向運動的驅動力矩等值不變,不會因工件的承載重量的改變而變化,從而保證了加工精度和機床的響應性能。
2.2第2種方案
該機床為立式數控銑床,采用工作臺轉動,且主軸沿垂直溜板上、下運動。由滑枕和滑板實現x,y兩個坐標的移動,主軸沿立柱上下實現z坐標移動。如圖8所示的方案2中的刀具運行軌跡,主要優點在于z軸導軌的承重是固定不變的,有利于提高z軸的定位精度和精度的穩定性;但是由于本銑床的z軸承載較重,不利于提高z軸的快速性。
2.3第3種方案
該機床為立式數控銑床,工作臺沿z坐標上、下移動,主軸頭為轉動式。圖10所示為方案3的合成軌跡,該方案由工作臺和滑枕實現了x,y坐標的移動。其主要優點是適用于加工質量較小的工件,缺點是機床的結構不太穩定,導致加工精度受到影響。
綜上所述,根據表2給出的技術要求可知,龍門式五軸數控銑床工作行程要求較大,承重要求較高,因此第3種方案不符合設計要求。從機床布局的結構來看,龍門式的布局更為合理,而第2種方案設計的立式五軸數控銑床的熱穩定性及剛性都不如第1種方案設計的龍門式五軸數控銑床。
結論
1)將可視優化設計與概念設計相結合,提出了數控機床概念設計流程,并應用于某五軸數控銑床的方案設計。
制造業作為我國的支柱產業，在整個國民經濟中占有舉足輕重的地位，它是我國比較優勢產業，是勞動密集及智力密集型產業。而制造業的主體和基礎是機床行業；2002年中國機床一躍成為世界最大的消費國和全球最大的機床進口國。同時加入WTO以后，全球經濟貿易的一體化，這對我國制造業的要求不斷提高，各種技術壁壘已經阻礙了我國機床行業走向國際化。如何刷新今天的被動局面，積極的應對挑戰、抓住機遇、贏得發展的契機，成為機床行業普遍面臨的問題。在國外，機床改造已有較長的歷史，在美國已有50多年的歷史。由于各國的政治、經濟、科學技術的差異，機床的種類、性能、結構的繁雜多樣，使機床的改造內涵更加豐富多彩，出現了機床的翻修、改進、改裝、改造、再生、再造。機床改造在汽車、機床、內燃機、航空等行業廣泛應用，并批量投入生產。
一般認為：機床改造就是：利用最新的控制裝置和進給系統使舊機床獲得新生再造是一種較高的設備改造形式，國外稱這種工程技術是把老設備“重新回到圖板，以進行再設計，再制造，再鑒定的工作過程。通過全面改造設備主體結構和控制系統，引入最新技術，使機床達到現代化設計的新機床的水平，以滿足現代生產率、精度、環靜和技術標準。鑒于機床改造工藝技術水平要求較高。一般工廠用戶自行改造。往往難于達到技術性能和經濟效益。
現代制造業的優化，除了信息化以外，還包括加工順序的工藝優化、加工參數、切削刀具、熱處理金屬成型的優化設計制造，從而實現降低成本、高效益的運作，達到高標準、高規范的要求。
設計課題涉及到課題的分析、資料的查詢、資料摘錄，整理收集的資料。然后深入鹽城市機床廠生產一線向使用者、設計者學習，從而了解所設計的產品的成本、生產效率、特殊用途、設計理念、以及產品的市場競爭力。具體的了解機床的外形、主軸箱的大致結構，并記錄了如何有所改進，最后確定設計的方案。以及箱體的結構圖，并進行相關零件的選型計算。此種機床的構造設計要求我們具備相當強的實踐知識和經濟意識因此考慮到：動力裝置、電機的選用，優化的配置企業內部現有各種資源，真正做到資源最小化，提高產品精度，實現了經濟效益最大化的要求，更好的服務于生產和經濟建設。
本課題就是從培養我們的工程實踐意識、經濟意識，樹立正確的生產觀出發，并結合機床廠的多年實踐總結，該課題的設計由本本人單獨完成，設計任務由指導老師作了明確指配：由于我負責該立式組合機床的總體設計和組合鉆床主軸箱設計，故本人的設計說明書包括立式組合機床的總體設計和組合鉆床主軸箱設計，附件有生產率計算卡、圖的詳細說明。
1立式組合鉆床總體設計概述
1.1零件加工工序圖
加工工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺機床上或一條自動生產線上完成的工藝內容。包括加工部件的尺寸精度、技術要求、加工時的定位基準、夾緊部位以及被加工零件的材料、硬度和在機床上加工前毛坯的情況。
本工序的加工內容是鉆口面Φ14孔，要求在立式鉆床上加工，以底面兩銷孔（上箱體為頂面）為定位基準，夾緊點位于第三軸孔和對側的第二、四軸孔上。
在一個箱體上,因為有兩個孔是不對稱的,為了提高生產效率,縮短輔助時間,減少設備,用一臺組合機床來加工上、下箱體。在主軸箱上把所有軸孔都排成對稱的,在加工時,把不應有的鉆頭取下就可以加工上下箱體,則該立式組合機床有16根主軸。
該加工孔的直徑為Φ18mm,表面粗糙度,孔深分別為110mm、50mm、25mm。定位時以底面和兩銷孔為定位基準是合理的,這樣定位精度高,易于保證各軸孔間的位置精度,故這種在立式組合鉆床上采用“一面兩銷”的定位方法加工精度是較高的。
1.2零件加工示意圖
加工示意圖反映了機床的加工過程和加工方法,并決定了浮動夾頭或接桿的尺寸、刀具的種類和數量,刀具的長度和加工尺寸、主軸、刀具與工件間的關系尺寸等。合理的選擇切削用量、并決定動力頭的工作循環時間也是調整機床和刀具的依據。
1.2.1鉆頭的選擇
加工時選用麻花鉆由《量具、刀具標準》P290-JB781-65查得:
①鉆110mm深的孔,用錐柄長麻花鉆
d=18mm,柄部形式:BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號,L2=90.5mmd1=17.2mm
②由P282-JB780-65查得
鉆50mm深的孔和25深的孔,用錐柄麻花鉆
d=18mm柄部形式BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號,L2=90.5mmd1=17.2mm
1.2.2導向選擇:
①由［I］P223表3-4和3-3及［Ⅱ］P63選擇選擇導向長度L1=45mm的固定式導套。
②導套配合的選擇查［I］表3-5可知:
d用Db新標準為G7
D用D/db,新標準為H7/g6
D1用D/ga,新標準為H7/n6
（導套）
1.2.3主軸的選擇
切削扭矩為1424.86Kg.mm
由［I］表5-10查得
d=B=7.5=25.22mm
按標準系列取主軸軸徑為30mm
由［I］表可查得
主軸外伸長度L=115-15=100mm
D/d1=50/36
按桿莫氏圓錐號2號
（主軸）
1.2.4接桿的選擇
選用B型(A型為加強型接桿)11號接桿
（連接桿）
1.3動力部件的選擇
1.3.1動力部件的功率選擇
動力部件的功率選擇是根據所選的切削用量計算出切削功率及進給功率之需要,并考慮提高切削用量的可能性(一般提高20％)選擇相應的動力部件。
切削用量為
V=13米/分n=230轉/分f=0.16毫米/轉
刀具耐用度驗算
T=(
=181971.027分=3032.85小時
一天按工作15小時計算,刀具耐用度為202.19天,則切削用量選擇合理。
切削功率由計算得:N=14×0.3733=5.227(KW)
取η=0.8則
N動>=6.53(KW)
6.53+(6.53×30%)=8.49(KW)
故選用10KW的電動機。
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇
根據工件外輪廓尺寸和結構需要,選用1000×630×340mm的標準主軸箱,由于結構的需要在1000方向上再加四個導桿座,導桿座內徑為Φ100mm,這樣用來支承導桿的外形尺寸成為1200mm,外廓尺寸就成為1200×630×340mm。
D=36mmD1=30mmB型D2=50mmL1=110mmL2=30mm
莫氏錐度號為2號,L1選擇由具體情況而定
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸
導向長為45mm,鉆模板厚為35mm,加工終了位置時鉆模板與工件相距10mm,切出長度為12mm,導向套與主軸箱間間距為30mm,采用活動方式鉆模板。（如下圖）
1.3.4動力循環的選擇
動力頭的工作循環包括:快進、行進、工作進給和快退等動作。
本機床采用“工進—快退”的循環,這是由機床總聯系尺寸圖確定后又重新修改的結果。
1.4機床聯系尺寸圖
1.4.1機床裝料高度的確定
考慮到通用部件尺寸的限制和操作方便,裝料高度可在850～1060mm之間選取,具體到本設計中取裝料高度1000mm。
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定
裝卸工件是在機床外面完成的,夾具在裝卸工件時可拉進拉出。由于結構限制,夾具與滑臺做成一個整體是特制滑臺。參考63滑臺制造而成,導軌部分局部尺寸不變,最大外輪廓尺寸為1200×950×500mm。
1.4.3中間底座尺寸的確定
中間底座支撐著夾具體,按需要取長為1700mm.寬和高取坐標準值分別為1000mm和560mm。
1.4.4主軸箱各尺寸的確定
前面已經確定了其外形輪廓尺寸,根據［I］確定后蓋為90mm,前蓋為70mm(考慮作油池用)主軸箱體為180mm。
1.4.5滑臺的選擇
滑臺的選用應根據工件的外輪廓尺寸和進給抗力,工作循環來確定。
進給抗力:
ΕP=300.5×14=4207(Kg)
由一部組合機床通用機床部件設計組所編寫的指導教材直接查得用HY63B型滑臺。行程為630mm,最大進給抗力為6300Kg,快進行程速度為4.2米/分。
1.4.6動力箱的選擇
由［Ⅱ］可查得,選用TD63AⅡ型動力箱,電機型號為JO2-61-6。功率為10KW,驅動軸轉速為48.5rpm。
1.4.7其它配套部件的選擇
由一部組合機床設計小組所編指導資料查得與HY63BⅡ型滑臺配套的其它部件為:
立柱:型號CL63A
立柱底座:型號CD63
由以上資料即可作出機床總體設計的“三圖一卡”具體見圖紙和該說明書的附錄部分。
附件清單
序號內容備注
1組合鉆床聯系尺寸圖B9912027-ZZC-80TA0一張（手工圖）
2組合鉆床主軸箱裝配圖B9912027-ZZCZZX-80TA0一張
3減速器箱體加工工序圖B9912027-JGGX-80TA1一張
4減速器箱體加工示意圖B9912027-JGSY-80TA1一張
5齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-01A3一張
6齒輪套B9912027-ZZCZZX-80T-02A3一張
7導套B9912027-ZZCZZX-80T-03A3一張
8電機齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-04A3一張
9蓋B9912027-ZZCZZX-80T-05A3一張
10鍵套B9912027-ZZCZZX-80T-06A3一張
11手柄軸B9912027-ZZCZZX-80T-07A3一張
12套筒B9912027-ZZCZZX-80T-08A3一張
13油杯B9912027-ZZCZZX-80T-09A3一張
14葉片油泵B9912027-ZZCZZX-80T-10A3一張
15傳動軸B9912027-ZZCZZX-80T-11A3一張
16軸B9912027-ZZCZZX-80T-12A3一張
17軸承蓋B9912027-ZZCZZX-80T-13A3一張
18軸承透蓋B9912027-ZZCZZX-80T-14A3一張
19生產率計算卡一份
目錄
0引言1
1立式組合鉆床總體設計概述3
1.1零件加工工序圖3
1.2零件加工示意圖3
1.2.1鉆頭的選擇3
1.2.2導向選擇:4
1.2.3主軸的選擇4
1.2.4接桿的選擇5
1.3動力部件的選擇5
1.3.1動力部件的功率選擇5
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇6
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸6
1.3.4動力循環的選擇7
1.4機床聯系尺寸圖7
1.4.1機床裝料高度的確定7
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定7
1.4.3中間底座尺寸的確定7
1.4.4主軸箱各尺寸的確定7
1.4.5滑臺的選擇7
1.4.6動力箱的選擇8
1.4.7其它配套部件的選擇8
2組合鉆床主軸箱的設計8
2.1繪制主軸箱設計原始依據圖8
2.2主軸結構形式的選擇及動力計算11
2.2.1主軸結構形式的選擇11
2.2.2主軸直徑和齒輪模數的初步確定12
2.2.3主軸箱動力計算12
2.3傳動系統的設計與計算14
2.3.2主軸箱的和手柄設置17
2.3.3傳動軸直徑的確定:17
2.4主軸箱坐標系計算18
2.5主軸箱上變位齒輪系數的計算24
2.6繪制坐標檢查圖26
2.7主軸箱中軸的校核計算26
2.8齒輪強度的校核計算28
2.9其它31
2.9.1主軸箱中軸的支承軸承的類型選擇31
2.9.2軸上零件的固定與防松31
2.9.3主軸箱體及其附件的選擇設計32
2.9.4油的選擇、密封件的選擇32
2.9.5主軸箱的安裝定位33
結束語34
致謝35
此次設計包括機床的主運動設計，縱向進給運動設計，其中還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。
關鍵詞：數控機床開放式數控系統電動機
Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.
Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.
Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor
當前的世界已進入信息時代，科技進步日新月異。生產領域和高科技領域中的競爭日益加劇，產品技術進步、更新換代的步伐不斷加快。現在單件小批量生產的零件已占到機械加工總量的80%以上，而且要求零件的質量更高、精度更高，形狀也日趨復雜化，這是擺在機床工業面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床——數字控制(Numericalcontrol)機床的產生也就是必然的了。
此次設計是數控機床主傳動系統的設計，其中包括機床的主運動設計，縱向進給運動設計，還包括齒輪模數計算及校核，主軸剛度的校核等。
數控車床是基于數字控制的，它與普通車床不同，因此數控車床機械結構上應具有以下特點：
1．由于大多數數控車床采用了高性能的主軸，因此，數控機床的機械傳動結構得到了簡化。
2．為了適應數控車床連續地自動化加工，數控車床機械結構，具有較高的動態剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3．更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副等。CNC裝置是數控車床的核心，用于實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數據的變換，插補運算以及實現各種控制功能。
2.2總體方案的擬定
1．根據設計所給出的條件，主運動部分z=18級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉速是2000r/min，最低轉速是40r/min，。
2．縱向進給是一套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應滿足機床所要求的。
3．為了保證進給傳動精度和平穩性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。
4．采用滾珠絲桿螺母副可以減少導軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現精確和微量移動，且方法簡單。
主運動設計
參數的確定
一.了解車床的基本情況和特點---車床的規格系列和類型
1.通用機床的規格和類型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結構都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。
2.車床的主參數（規格尺寸）和基本參數（GB1582-79，JB/Z143-79）：
最大的工件回轉直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號（JB2521-79）是6；最大工件長度L是750～2000；主軸轉速范圍是：32～1600；級數范圍是：18；縱向進給量mm/r0.03～2.5；主電機功率（kw）是5.5～10。
傳動件的設計
傳動方案確定后，要進行方案的結構化，確定個零件的實際尺寸和有關布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數、離合器、制動器、帶輪的根數和型號等。在這些尺寸的基礎上，畫出草圖，得出初步結構化的有關布置與尺寸；然后按結構尺寸進行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結構和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求。
對于本次設計，由于是畢業設計，所以先用手工畫出草圖，經自己和指導老師的多次修改后，再用計算機繪出。
一.三角帶傳動的計算
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩。帶傳動結構簡單，但尺寸，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。
目錄
第一章引言1
第二章設計方案論證與擬定2
2.1總體方案的論證2
2.2總體方案的擬定2
2.3主傳動系統總體方案圖及傳動原理2
第三章設計計算說明5
3.1主運動設計5
3.1.1參數的確定5
3.1.2傳動設計6
3.1.3轉速圖的擬定8
3.1.4帶輪直徑和齒輪齒數的確定12
3.1.5傳動件的設計19
3.2縱向進給運動設計38
3.2.1滾珠絲桿副的選擇38
3.2.2驅動電機的選用42
結論47
小結48
1927年，美國物理學家伍德(RWWOOD)和盧米斯(AELOOMIS)做了超聲加工試驗，利用超聲振動對玻璃板進行雕刻和快速鉆孔。1951年，美國的科恩(KOLN)制成第一臺實用的超聲加工機。1964年，英國人LEGGE提出使用燒結或電鍍金剛石刀具的旋轉超聲加工的方法，克服了一般超聲加工深孔時加工速度低和精度差的缺點。在20世紀70年代中期，美國在超聲鉆中心孔、聲光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已處于生產應用階段;超聲車削、鉆孔、鏜孔，已處于試驗性生產設備原形階段;超聲振動切削系統已供工業應用，目前已形成部分標準。我國超聲加工的研究始于20世紀50年代末。20世紀60年代，中國成功研制了超聲振動加工深小孔的機床。1973年，上海超聲波電子儀器廠研制了CNM-2型超聲研磨機。1984年，中國科學院聲學研究所成功研制了超聲旋轉加工樣機，該樣機功率為400W，工作頻率為7～22kHz，加工精度為:圓柱度0.03mm，圓度小于0.005mm。清華大學已經開發出了完全數控化的旋轉超聲加工機床，其數控系統由Z軸進給控制、旋轉電機控制、自動頻率跟蹤控制等功能模塊組成。天津大學也在旋轉超聲加工方面做出了很多研究，對機床進行了模塊化設計研究。河南理工大學研究設計了旋轉超聲銑頭裝置，該裝置作為立式數控銑床的一種附件，可安裝在立式數控銑床上，方便裝卸。
2旋轉超聲機床的機電系統設計
旋轉超聲機床整體包括旋轉超聲機床本體、多軸聯動電控系統、超聲振動系統、切削液系統等。
2.1旋轉超聲機床
機床本體包括W、X、Y、Z四軸，工作臺支架，機床外罩和機床底座。W、X、Y、Z四軸，即旋轉軸加上水平兩軸和垂直運動一軸，其中旋轉軸采用步進電機控制，其余三軸均采用交流伺服電機連接絲杠帶動工作臺移動的方式;X、Y、Z三軸均安裝有正、負、零限位，保證軸的往復運動行程安全及準確回零，同時三軸均安裝了光柵尺，其精度為1000pulse/mm，保證工作臺的位置反饋和精確運動。其中Z軸為垂直運動軸，其工作臺上安裝有機床主軸系統，質量約為50kg，故Z軸電機帶有抱閘功能，以保證Z軸滑臺在電機非使能狀態下不下滑。工作臺支架用20mm厚鋼板焊接，其頂端安裝高精度三角卡盤用于工件的夾持，總高度為600mm，以保證工件具有足夠高度與主軸刀具接觸。機床外罩固定于機床底座上，分為上下兩部分，上半部分包括背板、左右側板和前面板，其中左右側板分別裝有一扇可拉開的旋轉門，以供方便維修及查看機床;前面板裝有滑槽和兩扇可裝卸的推拉玻璃門，方便在機床加工時觀察，機床檢修時可卸下;四板相互連接及與機床連接處均涂有防水膠，防止切削液的泄漏。下半部分包括左、右、前三塊板，機床后方下半部分無遮擋，方便切削液回路的布設。機床底座承受整座機床的質量，四角均有高度調節滑槽及固定螺釘，以保證機床在固定安裝后其臺面的水平度。
2.2電控系統
電控系統包括控制器，W、X、Y、Z四軸及主軸驅動器，24V開關電源，光耦電路板，繼電器和保險絲。控制器以ACR9000為核心，采用全閉環回路，速度控制模式，ACR9000控制器型號為P3U8M0，即可以有USB口、串口、以太網口為通信接口，具有八軸聯動功能、程序及配置掉電保持功能?？刂破髟谝MX、Y、Z三軸光柵尺信號的同時，引進了三軸電機的編碼器信號，方便查看電機的運行狀態。同時在其開關量輸入接口接入了三軸的正、負、零開關信號，以設置軟件限位和軟件零位。主軸電機配置為軸A，只有編碼器反饋信號，采用位置控制模式。X、Y、Z三軸限位信號與控制器接口均采用光耦隔離的方式連接，Z軸抱閘打開動作從ACR9000控制器發出的Z軸使能信號接出，采用光耦隔離后，接入繼電器給Z軸電機抱閘電路供電，以保證使用安全。
2.3超聲振動系統
超聲振動系統由超聲波發生器、變頻電源、超聲頭、滑環及電刷組成，其中超聲頭與滑環及電刷安裝在機床的主軸系統內，超聲波發生器和變頻電源外置。筒連接，電刷安裝在主軸系統的底板上，其碳刷與滑環切向接觸，為超聲頭中的陶瓷換能器供電。其中超聲主軸在旋轉超聲加工中是核心部件，其性能直接影響到加工質量、加工效率和主軸的壽命。因此超聲主軸變幅桿的設計需要從實際條件和實際需求出發，利用解析法確定變幅桿的大致尺寸及裝配尺寸，在此基礎上利用有限元對該裝配進行模態分析驗證。
2.4切削液系統
切削液系統包括自吸清水泵、出口閥門、出水管、冷卻管閥門、冷卻管及噴嘴、回流管、入水管及水箱。其中自吸清水泵擁有過濾功能，揚程10m，保證切削液回路的動力供應。出口閥門位于自吸清水泵的出水處，可調節切削液出水速度，在停止使用時關閉閥門可防止出水口空氣進入泵內導致泵內氣壓增大。出水管由豎直和水平兩段4分鐵管組成，豎直鐵管安裝在出口閥門上，水平鐵管固定于機床立柱側面，中間用蛇皮軟管連接，保證水路暢通的同時增加了系統的柔性。冷卻管閥門連接水平出水管及冷卻管，可根據加工需要隨時調節切削液的流量大小。回流采用在機床臺面左右兩側各打一通孔，再以管道接回水箱的方式。入水管采用植入螺旋型鐵絲的塑料管，方便連接且不因工作時的負壓導致管路變形。水箱分為進水部分和出水部分，進水處安裝一層過濾網以保證水箱內切削液的清潔，同時出水部分蓋板只留出供入水管進入的孔，方便入水管的固定及保證水箱內切削液的清潔，底部裝有滾輪，方便拖出更換切削液。
3結束語
