毕业设计论文CJK60324型数控车床设计含全套CAD图纸

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1、本科学生毕业设计CJK6032-4型数控车床设计全套完整版CAD图纸，联系 153893706系部名称： 机电工程学院 专业班级：机械设计制造及其自动化08-3班学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲师 二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of CJK6032-4 Numerical Controlled Lathe Candidate：Specialty：Mechanical Design and Manufacture and AutomationClass：08-3Supervisor：Lectorate.

2、Heilongjiang Institute of Technology2012-6Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要本次毕业设计课题是CJK6032简易数控车床。该数控车床结够简单，紧凑、体积小，功能齐全，是一个很适用的经济性数控车床，能够达到非常满意的工作效率。CJK6032主要是由传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。对其传动系统设计时，先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图。再根据给定的设计参数来确定传动和进给系统。滚珠丝杠由步进电机来驱动，步进电机由驱动控制系统来驱动。从而实现进给系统的进给。通过用途，功能和技术要求等合理定出系统结构，并通过认真的计算得到的参数，然

3、后选择符合规定的元件和进行系统的结构设计。CJK6032是无级调速的，由电动机加变频器来实现。最后通过技术经济分析，验证了设计生产该产品是经济合理的。关键词：车床；滚珠丝杠；步进电机；无级调速；传动系统ABSTRACTThe subject of design is the simple NC CJK6032-lathe. The numerical control lathe simple,compact,small size, fully functional,is a suitable economy of CNC lathes. we can achieve a satisfactor

4、y work efficient.The simple NC CJK6032-lathe is composed of drive system, feed system and controlsystem. When designing drive system, the diagram of simple drive system are specified.Then the drive and feed system are designed according to the given design parameter. Thefeed system is working with t

5、he assistance of ball screw. The steped motor drove by deivecontrol system is drove by ball screw. through the use of functional and technical requeirements set reasonable structure,and through careful calculation by the parameters,and then select the required components and systems for the structur

6、al design.The simple NC CJK6032-lathe has variable speed which is accomplished by motor and frequency converter. In the end, the analysis on economic prove its reasonable to produce to CJK6032-lathe.Key words：Lathe；Ball Screw；Stepping motor；Variable Speed；Transmission system 33黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1

7、.1课题研究的背景目的和意义 数控车床利用数字化的信息对车床运动及加工过程进行控制，是一种可编程的通用加工设备，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以特别适合加工形状复杂的轴类和盘套类零件。与通用机床和专用机床相比，数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生 产自动化的要求，是一种柔性的、高性能的自动化车床，代表了现代控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，广泛应用于机械制造业。数控车床的主传动系统包括主轴电机、传动系统与主轴组件，与普通机床相比，变速功能绝大部分由主轴电机的无级调速来承

8、担，省去了繁杂的齿轮变速机构，结构简单，有些只有两极或三级齿轮变速机构系统用以扩大电机无级调速的范围。自从20世纪中叶数控技术出现以来，数控车床得到了长足的发展。随着制造业对数控车床的大量需求，汽车、国防、航空、航天等行业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，数控车床的发展总体呈现出高速化、高精度化、多轴化、复合化、网络化、智能化等趋势。数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个崭新的阶段。由于数控车床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此它提高了机械制造的制造水平，解决了机械制造

9、中的常规加工技术难以解决甚至无法解决的复杂型面零件加工，为社会提供了高质量、多品种及高可靠的机械产品已取得了巨大的经济效益。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术；（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控

10、机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。数控车床的发展不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控车床的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控车床及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：1. 高速、高精加工技术及装备

11、的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得

12、到了快速的发展，应用领域进一步扩大。2. 5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复

13、合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将

14、极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。数控技术的应用不但给传统制造业带来

15、了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接关系到一个国家的经济发展和综合国力。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国际地位的重要途径。数控机床是典型的机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。结构设计及控制系统设计能力都能受到训练，可有力的提高学生的分析问题、解决问题能力及机电一体化水平。1.2数控车床的现状及发展趋势1.2.1 数控车床发展总趋

16、势近年来，随着数控加工技术的不断发展，数控车床也呈现出一些新的发展趋势，如主轴转速的高速化、功能结构的复合化、柔性化。（1）高速主轴单元 为了适应数控加工高速化的发展，目前越来越多的高速数控车床采用了电主 轴。电主轴又称内置式电动机主轴单元，就是将高速的主轴电动机置于主轴内部， 通过交流变频控制系统，使主轴获得所需的工作转速和转矩，实现电动机、主轴 的一体化功能；取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量， 提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等 传动的振动和噪声问题；可精确实现主轴的定位和轴传动功能。采用电主轴结构 可使主轴转速达到 10000r

17、/min 以上，它融合了尖端的高速精密轴承、润滑技术、冷却技术、高速变频驱动技术，是技术含量很高的机电一体化产品。（2）功能复合化、柔性化 随着数控车床对加工对象的适应性的不断提高，数控车床的设计发生了很大变化，并向着功能复合化和系统柔性化的方向发展。功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大车床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大

18、地提高了效率。数控车床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC 单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与 CAD、CAM、CAPP 及 MTS等联结，

19、向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展 由此可见，现代数控车床主传动系统设计不仅限于只满足原有的基本要求，还要综合考虑现代制造对机床的整体要求，如制造控制、 过程控制以及物料传送，以缩短产品的加工时间、周转时间、制造时间，以最大限度的提高生产率。1.2.2我国数控车床的现状及发展趋势我国数控技术起步于1958年，于1958年研制出第一台数控机床，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技

20、术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统（普及型）也达到了10。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通

21、过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控车床的水平差距很大。从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 在高精尖装备研发方

22、面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。1.3设计的主要内容CJK6032主要是由传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。本次设计也重点设计这三个部分。首先，对其传动系统设计时，先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图。然后，根据给定的设计参数来确定传动和进给系统。滚珠丝杠由步进电机来驱动，从而实现进给系统的进给。步进电机由控制系统来驱动。控制系统是由键盘，显示，变频器，脉冲发生器

23、和电机驱动部分组成。CJK6032是无级调速的，本次设计通过三相异步电动机加变频器来实现无级调速。最后通过技术经济分析，可以看出设计生产该产品是经济合理的。 第2章 总体方案设计2.1 设计参数数控车床CJK6032，最大加工直径160mm，变频调速（手动三档），开环系统，脉冲当量0.005mm。2.2总体方案的确定初步对CJK6032-4型数控车床的主轴箱设计有两种设计方案。1、用皮带轮降速到轴上，再用一个二联滑块实现两档变速，最后用一个一比一的定比传到主轴上，电机用变频电机。转速图如图2.1图2.1 CJK6032转速图12、用普通电机带皮带轮降速到轴上，再用一个二联滑块实现两档变速，最后

24、用一个传动比为1:2的定比传动齿轮来传到主轴上，加变频器经过传动比为1：1齿轮传到主轴上。转速图如图2.2： 图2.2 CJK6032转速图2对于第一种方案虽然要简单，它不需要变频器要比第二种方案少一根轴，但是由于它的变频范围使它皮带轮上的传动比很大，对于带传动来说要不合适，且所选电机为变频电机，耗资较大，我们不采用这种结构。第二种方案虽然要多一根轴来连接变频器，但是它由于有定比为1：2的传动使的皮带轮的传动比降低，这个方案比较合理，在带传动结构中这样的传动比很常见，而且不是很大可以采用。而且带轮不是很大不会和主轴存在干涉现象。纵向和横向进给是靠丝杠来实现的，丝杠用步进电机来带动。因为脉冲当量

25、小于0.005。所以在步进电机和丝杠之间，我采用传动比为1：2的齿轮来降低脉冲当量。大带轮与带轮轴连接采用卸荷方式，可以使大带轮的重量不压在轴上，减轻了轴的负荷，使传动更平稳。主轴箱内有一对滑移齿轮，把它们放在第一根轴上，将第一根轴做成花键轴，使整体结构更紧凑，更合理。主轴与脉冲发生器连接采用齿轮一比一传动，这样方便计算主轴转一圈，丝杠进给多少。纵、横向进给系统选择的步进电机步距角都为0.36，纵向进给的最小进给量为0.002mm，横向进给的最小进给量为0.01mm，所以必须通过减小步距角来实现这个最小进给量。减小步距角一可以通过齿形带传动来减小，二是通过齿轮传动来减小，由于齿形带传动精度没有

26、齿轮传动精度高，而机床的进给精度要求较高，所以选择齿轮传动来减小步距角，采用双片薄齿轮错齿调整法来消除传动齿轮间隙。2.3 传动原理1、传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。 2、应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。3、主轴的转速范围为502000r/min，若采用变频配合普通电机，则需要采用换挡控制主轴转速。4、脉冲当量为0.0010.003m/min，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单。因此，得到如下传动原理，如图2.3。2.4 基本参数的确定1、通过主轴孔最大棒料直径 mm （2.1

27、）2、床身宽度 mm （2.2）3、经济合理的工件或刀具直径按照以下几种经验公式估定图2.3 传动方案总图mm mm （2.3）4、运动参数可通过类比实验和计算等方法综合确定 （2.4）、为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。、是机床的最低、最高转速，其中常用经济加工切削速度硬质合金刀具精车中碳钢=200220m/min，取=220m/min，取高速钢刀具精车丝杠速度=1.5m/min。r/minr/min取501800r/min主轴计算转速 r/min 5、动力参数据下列公式及数据估算电机功率P。总切削力 （kgN）单位切削面积上的切削力，取硬质合金刀加工中碳钢=200（kgN/mm

28、2）；切削深度； 进给量。切削深度及进给量取半精车中碳钢，故取1mm；取0.2mm；=190m/s kw （2.5）2.5 本章小结本章对整个数控车床的原理做了详细的介绍，并重点分析和计算了两种设计方案，通过比较，确定了第二种方案作为本次设计的方案，第二种方案虽然要多一根轴来连接变频器，但是它由于有定比为1:2的传动使的皮带轮的传动比降低达到2.8，这个方案比较合理，在带传动结构中这样的传动比很常见，而且不是很大可以采用。而且带轮不是很大不会和主轴存在干涉现象。另外，还确定了机床的一些基本的设计参数，主要有床身宽度，最大加工棒料直径，运动参数，动力参数等。第3章 传动设计3.1 设计参数为了方

29、便计算，现将主要技术参数列表如下：表3.1 CJK6032 主要技术参数项 目单 位参 数床身上最大工件回转直径mm320拖板上最大工件回转直径mm160最大工件长度mm750主轴转速范围rpm351910主轴通孔直径mm38主轴锥孔-主轴锥孔主轴电机功率kW3刀架刀位数-4车刀刀杆最大尺寸（宽高）mm2020进给电机扭矩（功率）横向（X）Nm7纵向（Z）Nm7尾架套筒锥孔-莫氏3号机床外形尺寸（长宽高）mm16807401160机床重量（毛重/净重）kg4503.2 减速齿轮设计及校核设计齿轮的输入功率是2.07kw，小齿轮的转速=330r/min，齿数比 =75/22，工作寿命15年（设每

30、年工作300天），两班制。1、选齿轮的类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案选用直齿圆柱柱齿轮传动。（2）速度不是很高，选用7级精度（GB1009588）。（3）材料的选择。由参考文献1表101常用齿轮材料及力学特性选小齿轮的材料是40Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢 (调质)，硬度为240HBS，二者材料硬度差40HBS。（4）选小齿轮的齿数=22,大齿轮的齿数=75。2、按齿面接触强度设计由参考文献1设计计算公式（109a）进行试算，即2.32 （3.1）确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数=1.3。（2）计算小齿轮传递的扭矩=9550000p/ =95500

31、002.07/330=59904.5Nmm由参考文献1表107圆柱齿轮的齿宽系数根据齿轮相对支撑非对称布置选取齿宽系数=1。（3）由参考文献1表106弹性影响系数查的材料的弹性影响系数=189.8。（4）由参考文献1表1021d齿轮的接触疲劳强度查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600Mpa，大齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa。（5）由参考文献1式1013计算应力循环的次数=60330(2830015)1=1.426 （3.2）=1.426/3.3=4.32 （6）由参考文献1图1019查得接触疲劳寿命系数=0.92； =0.96（7）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系

32、数=1，由参考文献1式1012得=0.92600=552MPa （3.3）=0.96550=528 MPa （3.4）3、齿轮主要尺寸计算（1）试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值 2.32 =2.32=54.7mm（2）计算圆周速度 m/s （3.6）计算齿宽b mm （3.7）（3）计算齿宽与齿高之比模数 =54.7/22=2.486mm （3.8）齿高 mm （3.9） =54.7/5.59=9.785 （3.10）（4）计算载荷系数根据=1.18m/s，7级精度，由图参考文献1108查得动载荷系数=1.03；直齿轮，假设/。由参考文献1表103查得=1.2;由参考文献1表102查得使用

33、系数=1.25，由参考文献1表104查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， （3.11）将数据代入后得=1.44381 （3.12）由=5.59, =1.44381查参考文献1图1013得=1.35故载荷系数=11.031.21.44381=1.649 （3.13）（5）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由参考文献1式（1010a）得（6）计算模数 =59.2/22=2.69mm （3.14）4、按齿根弯曲强度设计由参考文献1式（105）得弯曲强度的设计公式为 （3.15）（1）确定公式内的各计算数值由参考文献1图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa；小齿轮的弯曲疲劳强

34、度极限=380MPa；（2）由参考文献1图1018查得弯曲疲劳寿命系数=0.83 ,=0.84: （3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数=1.4由参考文献1公式（1012）得 MPa （3.16） MPa （3.17）（4）计算载荷系数 11.031.21.35=1.6686 （3.18）（5）查取齿形系数由参考文献1表105查得 2.72，2.22（6）查取应力校正系数 由参考文献1表105查得 1.57，1.77（7）计算大、小齿轮的并加以比较 （3.19）大齿轮的数值大。（8）设计计算mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小

35、主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.93并就近圆整为标准值=2，按接触强度算得的分度圆直径=59.2mm算出小齿轮齿数取30 （3.20）大齿轮的齿数=3.330=99这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算（1）计算分度圆直经=302=60mm （3.21）=992=198mm （3.22）（2）计算中心距 =（60+198）/2=129mm （3.23）（3）计算齿轮宽度 根据经验一般齿宽取模数的610倍取 =

36、82=16mm3.3 带轮及带的计算选用窄V带传动，设已知电动机的型号为Y100L1-2，额定功率P=2.2kw，转速n1=2800r/min 传动比i=2.8 一天的运转时间10h。1、确定计算功率Pca由参考文献1表86查得工作情况系数=1.3，故 kw （3.24）2、选取窄V带带型根据、Pca ，n1由参考文献1图89确定选用A型。3、确定带轮基准直径由表参考文献1表87，选取主动轮基准直径dd1=100mm根据参考文献1式（815），从动轮基准直径dd2dd2=idd1=2.8100=280mm （3.25）根据参考文献1表87，取dd2=280mm按参考文献1式（813）验算带的速

37、度11.97435 （3.26）带的速度合适。4、确定窄V带的基准长度和传动中心距根据初步确定中心距=800mm根据参考文献1式（820）计算带所需的基准长度2430mm （3.27）由参考文献1表82选带的基准长度2500mm按参考文献1式（821）计算实际中心距=800+1/2（2500-2430）=835mm （3.28）5、验算主动轮上的包角由参考文献1式（86）得 （3.30）主动轮上的包角合适。6、计算窄V带的根数由参考文献1式（822）知 （3.31）由、mm、查参考文献1表85c和表85d得2.61kw 0.56kw查参考文献1表88得0.98，查表82得1.00则取2。3.4

38、 轴的初步确定1、第一根轴设其传动效率为则其功率为kw，r/min，按参考文献1式（152）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为45钢，调质处理，根据153取于是得：mm （3.31）轴径取30。2、第二根轴齿轮和轴的传动效率是则其功率为2.1120.97=2.0486，330，按参考文献1式（152）初步估算轴的最小直径，选轴的材料为45钢，调质处理，根据参考文献1表153取于是得：mm轴径取30mm。3.5 轴的校核校核床头箱内第一根轴轴上的功率= 2.07kw ， 转速n = 330r/min 转矩 Nmm作用在齿轮上的力Ft , Fr齿轮分度圆直径 d = 60mmN （3.32）N （

39、3.33）轴上受力情况见图5.1求轴上的载荷水平面H 故有 FNH1 + FNH2 = Ft联立解得： FNH1 = 1736.7NFNH2 = 300.585N在垂直面V： FNV1 + FNV2 = Fr 联立解得： FNV1 = 632NFNV2 = 109N 弯矩 = FNV2260 = 109260= 28340Nmm= FNV145= 63245= 28440NmmMH = FNH1 45 =1736.745 = 78152.175 Nmm总弯矩： Nmm Nmm扭矩： T = 59904.5Nmm作出轴的弯矩图扭矩图如图（3.1）。进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩的截面（即危

40、险截面C）的强度，根据参考文献1式（155）及上表中的数值并取，由参考文献1表154抗弯矩截面系数计算公式由轴的形式查得： （3.34）轴的计算应力：MPa （3.35）前已选定轴的材料 为45钢，调质处理，由参考文献1表15-1查得，因此，故安全。图3.1 轴的载荷分析图3.6 本章小结 本章主要设计计算了数控机床的各个主要部分的尺寸，包括齿轮减速器，主要设计计算了轴1:2配合的二联齿轮和三联齿轮的大小齿轮的几何尺寸，并进行了校核；带传动的设计，主要有大小带轮的几何尺寸及V带的选取。另外，还初步设计了轴，并校核了主要的受力轴。第4章 进给系统设计4.1纵向进给丝杠设计4.1.1 滚动螺旋传动

41、工作原理螺杆和螺母的螺纹轨道间放置有滚动体，当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺纹滚道里滚动，使螺杆和螺母作相对运动时为滚动摩擦，提高了传动效率和传动精度。 多数滚动螺旋的螺母或螺杆上有滚动体内循环通道，与螺纹轨道形成循环回路，使得滚动体在螺纹滚道内循环。4.1.2 丝杠设计计算1、最小载荷Fmin为机床空载时作用在滚珠丝杠上的轴向载荷。此时 Fx = Fy = Fz = 0 ,CJK6032型数控机床的拖板加电动四方刀架的重量约为 25+20=45, 查参考文献2三角形组合导轨摩擦系数为0.15，Fmin = 450.159.8=66N .2、最大载荷Fmax为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的

42、轴向载荷，Fmax等于最大进给力加摩擦力。已知最大进为560N，则Fmax=560+66=626N平均载荷 Fm =N （4.1）因为 CK61633000丝杠 nmax = 600r/min CK61805000 丝杠 nmax = 500r/min拖板的最低速度为 1mm/min 故丝杠最低转速可为0 CK61633000丝杠的平均转速为300r/min CK61805000 丝杠的平均转速为250r/min类比法 CJK6032丝杠的平均转速nm = 200r/min3、计算丝杠（1）额定载荷Fc = KFKHK1Fm = 1.211439 = 495.6N （4.2）（2）求必需的额定

43、动载荷Lh= 15000hCa= N （4.3）（3）选择滚珠丝杠的型号和主要尺寸根据查参考文献11选取内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，Ca选取GL4008-3-E2型号滚珠丝杠，Ca =9800N ，dm = 40mm，P = 8mm，Dw = 4.763mm 材料为CrWMn ，d = 39mm，RC = 9800N/m表4.1 丝杠主要参数表主要尺寸符号计算公式结果螺 纹 滚 道公称直径dm40 mm螺距P8 mm接触角45钢球直径DwDw0.6p4.8 mm螺纹滚道曲率半径rs,rmrs(rm)（0.510.56）Dw2.5 mm偏心距ee=(rs- Dw /2)sin或 e

44、=0.707(rs- Dw /2)0.0707 mm螺纹升脚=arctan(p/dm)339螺 杆螺杆大径dd= dm -(0.20.25) Dw39 mm螺杆小径d1d1= dm +2e-2rs35 mm螺杆接触点直径dKdK = dm - Dw cos37.5 mm螺杆牙顶圆角半径rara=(0.10.15) Dw0.5 mm螺母螺母螺纹大径DD= dm -2e+2rM45 mm螺母螺纹小径D1D1= dm +0.5(dm -d)40.5 mm（4）稳定性验算D1因螺杆较长，应验算螺杆的稳定性，临界载荷为 （4.4）E 螺杆材料的弹性模量 E = 2.06105N/mm2Ia 螺杆危险截面

45、的轴惯性矩 mm （4.5） 长度系数 按一端固定一端铰支 = 0.7l1 丝杠螺纹全长 l1 = lu+2le = 750+224 =798 mmN （4.6）故2.54 合格。 （5）刚度验算按最不利情况考虑，即在螺距（应为导程）内受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向一致，此时变形量为最大，计算公式为： （4.7）式中： （4.8） = = 442Nmm式中磨擦系数f按0.0025计，当量摩擦角v = 840剪切弹性模量 G = 8.33104 N/mm2则 =0.06122m每米螺杆长度上的螺距的弹性变形m/m （6）计算效率 （4.9） = = 0.95 式中 （5.0）4.

46、2 横向进给丝杠设计同纵向进给系统设计相类似，根据查参考文献11选取内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，Ca选取GL4008-3-E2型号滚珠丝杠Ca =9800N ，dm = 40mm，P = 8mm，Dw = 4.763mm，材料为CrWMn ，d = 39mm，RC = 9800N/m 4.3 步进电机的选择4.3.1步进电机的工作原理1、基本原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期

47、性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。2、分类感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。图4.1 型号说明3、驱动控制系统组成 使用控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下

48、：图4.2 驱动控制框图（1）脉冲信号的产生 脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。 （2）信号分配 感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为,步距角为1.8度；二相八拍为,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度）。 （3）功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流

49、均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 SH系列二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如下：图4.3 接线图现在步进电机的驱动都已模块话，这里仅大致介绍。4.3.2 步进电机的选取进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的

50、步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。 2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） 3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流

51、参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：图4.4 步进电机选择步骤框图4、力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P=M=2n/60P=2nM/60 （4.1） 其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米 P=2fM/400(半步工作） （4.2） 其中f为每秒脉冲数（简称PPS) 5、步进电机选取对于本次设计，纵向与横向进给步进电机根据同型号机床纵向保持静转矩为8Nm,横向保持静转矩为12Nm,采

52、用类比法选择：图4.5 步进电机参数由图4.5选取110BYG5200B型步进电机。其外形及基本参数如图4.6：图4.6 步进电机简图4.4 本章小结本章通过对进给系统的设计，主要是对进给丝杠的设计校核，选取GL4008-3-E2型号滚珠丝杠，Ca =9800N，dm = 40mm，P = 8mm，Dw = 4.763mm，材料为CrWMn ，d = 39mm，RC = 9800N/m。并对步进电机原理进行了解和选取，完成了机床机械部分的设计和校核。 第5章 经济技术分析随着技术的进步，数控车床正在迅速普及和发展，并已形成了一个纵深而广阔的市场。数控车床是具有高技术附加值的高技术产品，其市场占

53、有能力远远高于传统的普通车床。因此企业可以通过产品的规模化而扩大市场占有率，从中获得巨大的技术经济效益。市场竞争规律要求产品不仅应具有高性能，而且要有低价格，从而给数控车床的设计提出了越来越高的要求，此外，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，也给数控车床的设计提供了众多的可选方案，使设计工作具有很大的灵活性，如何充分利用这些条件，设计出满足市场需求的数控产品. 提高技术经济价值可以从以下四个方面着手：1、进一步改善和简化设计，减少零件数目，提高标准化、通用化程度；2、采用廉价材料；3、改善毛坯、零件加工、装配等工艺性，合理选择精度、公差和配合以及其他技术条件；4、改善生产、经营管理

54、制度。技术和经济在人类进行物质生产，交换活动中始终并存，是不可分割的两个方面。两者相互促进又相互制约。技术具有强烈的应用性和明显的经济目的性，没有应用价值和经济效益的技术是没有生命力的。而经济的发展必须依赖于一定的技术手段，世界上不存在没有技术基础的经济发展。技术与经济的这种特性使得它们之间有着密切而不可分割的联系，所以有必要对设计方案进行经济技术分析。对工程技术进行经济性评价，其核心内容是经济效果的评价。为了确保经济决策的正确性和科学性，研究经济效果评价的指标和方法是十分必要的。经济效果评价的指标和方法是多种多样的，它们从不同程度反映工程技术方案的经济性，这些指标主要可以分为三大类：第一类是

55、以时间作为计量单位的时间型指标，如投资回收期，贷款偿还期等；第二类是以货币单位计量的价值型指标，如净现值，费用现值等；第三类是反映资源利用效率型指标，如投资利润率，内部收益率等。本篇设计的CJK6032型数控车床机身净重450kg，本机床的3/4为铸铁，1/4为普通钢材。成本核算：表5.1原材料成本序号名称单价每台所用量每台成本140Cr3500（元/吨）1（kg）3.5（元）2普通碳素结构钢3200（元/吨）112.5（kg）360（元）3铸铁2500（元/吨）337.5（kg）843.75（元）4铁皮5（元/平方米）3（平方米）15（元）5不锈钢14000（元/吨）80（kg）1120（元

56、）综述上表原材料总成本大约为P1=2342.25元表5.2外构件成本序号名称单价每台所用量每台成本1电机1500（元/台）3（台）4500（元）2丝杠1500（元/根）2（根）3000（元）3V带10（元/根）2（根）20（元）4轴承15（元/个）30（个）450（元）5液晶显示3000（元/台）1（台）3000（元）6单片机3000（元/台）1（台）3000（元）7变频器1500（元/台）1（台）1500（元）8脉冲发生器1500（元/台）1（台）1500（元）9键2（元/个）11（个）22（元）10螺栓组0.8（元/个）100（个）80（元）综述上表原材料总成本大约为P2=17072元表5.3工时成本序号工种工时费（元/时）工时（时）每台成本（元）1车2025050002铣303