时间：2023-03-21 17:10:44
序论：在您撰写机床设计论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
(1)调查对象
本论文的调查对象分为预备调查对象和正式调查对象。预备调查对象是对机床有所了解的研究生，共10人。正式调查对象是从事机床工作多年的设计师和工程师，分别有5人。其中，设计师来自设计公司，有丰富的机床造型设计经验；工程师来自企业，参加过机床造型设计的合作项目。
(2)调研过程
本调研的路线如图1所示，在文献研究基础上设计调查框架。具体的调查分为三个阶段：第一阶段为预备访谈。它为正式访谈做准备，对正式访谈中可能出现的情况进行模拟，发现问题，从而完善访谈提纲，使正式访谈能够顺利地进行。第二阶段为正式访谈。电话预约访谈人员，确定访谈时间（90-120分钟）和地点，并将访谈提纲提前发给受访者，使之提前做好准备，提高访谈效率；访谈时全程录音并做笔记。第三阶段为参与机床造型设计方案讨论会。其目的是通过参与设计师、工程师、管理者之间的直接交流，深入分析影响机床造型设计方案可行性的主要原因。
（3）访谈提纲
本调研的访谈提纲有两种，分别是针对设计师和工程师拟定的，如表一、二为访谈提纲的主要问题。
（4）调研结果
在对设计师的访谈中，他们提到在设计机床造型方案时，一般不考虑机床的结构，他们认为成本足够，结构都能实现。但企业从经济性上考虑，会限制生产成本，从而改变机床的结构或造型去实现设计方案。最终样机与设计方案不同点主要是结构上不能完成的部分。在对工程师的访谈和参与设计方案讨论会中，了解到他们与设计师在完成初步设计方案后进行交流，对方案的可行性进行探讨。当遇到难以完成的结构时，设计师在讨论会后对方案进行修改。工程师认为设计师的方案都很美观、新颖，但结构上难以实现，为了考虑成本，只能放弃。他们认为最终样机与最初方案差别不大，因为他们会去用其他工艺替代不能完成的工艺，尽可能实现最初设计方案。
2调查结果分析
通过深度访谈和参与机床造型设计方案讨论会，获得机床造型设计方案可行性的原始资料。在此基础上进行分析，了解到影响可行性的主要因素是造型、结构和成本。
(1)造型的美感因素
当今时代，人们非常重视产品带来的感觉体验。具有良好美学品质的产品，在使用中可以让用户心情愉悦，在展览会上可以给观众带来美好的视觉感受，对提升产品的市场竞争力和品牌知名度很有帮助。企业引进工业设计的重要目的就是提高产品的美学品质。因此，机床造型设计方案在美学品质上不能满足企业的要求，是一定不会被采纳的。图2是设计师为某机床企业设计的磨床造型方案。该方案给人的视觉感受是笨拙、缺少美感，且体现不出磨床的特点，在方案初步评审中遭到淘汰。因此，造型的美感是决定设计方案是否可行的首要因素。
(2)造型的结构因素
机床的造型不能脱离结构而存在。结构是造型的基础，造型是结构的不同表现形式，不同的结构布局会影响产品外观的形式表现。造型的实现必须要以结构作为支撑，合理的结构能提高机床造型设计方案的可行性，所以设计师在设计机床造型时必须考虑它在结构、工艺、装配上是如何实现的，不能效果图美观，而缺少可加工性，这样的方案是不可行的。如图3所示，该机床的造型设计方案底边切角成菱形，这种造型的内部结构很难实现，钣金折弯或焊接工艺都达不到预期的效果。因此尽管该方案的美学品质受到肯定，但最终还是被放弃。
(3)造型的成本因素
产品成本是衡量生产消耗的补偿尺度，企业必须以产品销售收入抵补生产中的各项支出，才能确定盈利，因此生产成本的控制是十分重要的。设计师在设计机床造型方案时不能盲目地追求时尚、高端，而要在生产成本限制内，展开设计创意，提出可行的设计方案。图4门把手的中间设计了一条蓝色彩带，给人以精致的感觉，加工工艺也是可行的，但提高了造价。在设计方案评审后，将把手更换成市场上价格较低的标准把手。
3提高设计方案可行性的策略
机床作为制造业中普遍采用通用设备，其性能标志了一个国家的工业发展水平。随着电力电子和软件技术的飞速发展，使机床柔性化、精密化、自动化、智能化成为可能。尽管数控机床已经部分具备自动化和智能化的特征，使劳动强度大为下降，但是其仍是按照加工程序进行加工设备并不能完全取代人在零部件加工中的作用。人类社会的进步和科技的发展以及人类文化素质的普遍提高，在机床设计领域不单着重提高机床的加工精度、机床寿命以及自动化智能化等性能方面，同时给予机床造型设计足够的重视。一个成功的机床造型设计能兼顾美学与工程学，在满足功能需要的前提下协调人与环境的关系，在造型上能让人们感受到一种觉有科技性先进性的美感。造型设计中操作布、色彩、材料和工艺都应满足功能和便于实现，应考虑到机床实际所处于的环境以及机床器件对风路等的要求，尽可能给操作者提供一个舒适的环境，以提高操作者的工作效率。
二、现代机床造型设计与技术设计的关系
机床设计、美术设计与机床造型设计三者性质和着重点不同，但有着密切的关系。机床设计着重机床的性能，合理布置各部件位置，以满足用户对机床的性能要求为首要目的。美术设计着重于艺术性美感的体现，重要通过外形结构、色彩和材料等来体现。而机床造型设计需要应用艺术表现法则和美术设计技能，来为机床服务，将机床设计的部分与美术设计部分相结合，在保证机床性能的基础上合理的解决产品造型的有关技术问题。现代机床要求在机床结构设计时就要对造型设计有一定的考虑，因此技术设计与造型设计时同步配合进行的创造性工作，贯穿于机床设计制造的全过程。
三、现代机床造型设计的原则
经过对国内外机床造型的研究和分析，总结出一些造型设计的原则如下。
3.1全局设计机床是一个由若干个复杂的系统构成的集合体，为使造型设计的优势最大化，在设计之初就要对机床的机械结构、界面要求、零部件材质及布局、人机构成等设计部分做到全面的了解。并与机床设计阶段提出全局化的设计规划。以保证机床经过造型设计后具有独特品格和特征。
3.2功能第一机床的根本功能是对零部件进行加工，其最主要的性能指标为加工精度。造型设计中重要采用艺术的形式体现机床的科技感并且结合使用环境调节操作者的精神和心理有一定的调节作用，因此不能以造型需求而对机床的性能造成影响。
3.3工业工程工业工程作为精益生产的重要组成部分，关系到产品批量生产时的品质与成本。因此在造型设计时要考虑到工业工程性，应对部件进行工艺性的审查，所涉及的部件应具有易于加工和一致性的特点，同时要提高零部件的通用型和标准化程度。以适合批量生产的要求。
3.4以人为本机床造型设计不仅要对已操作性和思考习惯性还应心理、生理、工效和安全健康方面有所考虑。所使用的材料应具有环保性，机床视窗应采用安全玻璃等不易碎材质制成。
3.5精神功能人在零部件加工中起决定性作用，因此现代机床造型设计还需要特别重视产品对人的精神功能。研究显示人的心理和生理会对色彩产生相应的反应，通过认识和掌握色彩规律，利用机床造型设计中色彩的微妙变化来调节操作者的心理和生理状态有助于提供操作者的效率。
3.6简约原则现代机床造型设计要符合简约的原则，不应使用过多的装饰性部件以免产生不必要的成本。以实用、美观、经济的设计方案，达到增加产品的附加值的目的。
3.7绿色环保造型设计所应选用对环境友好，无毒无害的材料，兼顾节能降耗的要求。使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的影响最小，资源效率最高。
四、结语
每天我们都生活在五彩缤纷的环境中，积累了很多视觉的经验，这些经验都不是孤立在脑海中存在的，它还会与其他的经验相互影响，如味觉经验、触觉经验、生活经历等等。例如，橙色使人联想到火焰，让人感觉到温暖;又可以联想到金色的秋天，给我们带来丰收的喜悦。绿色让我们想起绿叶，给我们欣欣向荣的感觉。每一种颜色都有自己的特点，所以当我们看到某种色彩时就会产生不同的情绪。正如美国视觉艺术心理学家卡洛琳•布鲁墨所说:“色彩唤起各种情绪，表达感情，甚至影响我们正常的生理感受。”进而言之，色彩能够给人带来不同的情绪，表达不同的情感，不同情绪对人的行为起到不同的作用。因此，设计师在进行机床的色彩设计时，可以以此为基本依据，通过合理的色彩设计令使用者产生良好的情感体验，从而提高工作效率。
2机床造型设计中色彩情感化要素分析
机床有很多分类，每种机床都有其不同的造型和功能。色彩设计也需从具体的产品出发考虑“人———机———环境”三者相结合。也就是说，设计机床产品的色彩时，要考虑其使用场所、使用对象及机床本身的因素。
2．1考虑人与机床产品使用的环境因素
机床的使用环境因素主要有:放置环境色彩状况、使用环境卫生状况、照明状况、噪音等等。一般来说，机床是置于厂房中的，白墙搭配浅绿色地板、浅蓝色或浅灰色地板构成了目前厂房内部空间的最基本色彩。可以说这是一个色调偏冷的色彩环境，人在这样的色彩环境中比较容易安静下来。但这样的色彩设计，忽略了环境温度问题。如果厂房环境温度高，那么应该选择冷色调的蓝色或者浅色系，使人在心理上觉得凉爽;相反如果环境温度低，则选择用暖色系，让人使用的时候感觉到温暖。同时，也要考虑厂房内的卫生状况。如果生产过程中，容易造成环境脏，那么应该考虑用耐脏的深色系列;如果环境干净，那么可以选用比较浅的颜色。
环境照明产生的效果也是需要考虑的问题。在厂房作业中会使用到自然光和人工光。使用人工光就要考虑其光线产生的视觉效果会不会影响人的心理。白炽灯偏黄的光线会给人产生温暖的心理效果，而荧光灯的光线因为比较接近自然，给人带来的心理差异较小。不同的色光会对产品产生细微的变化，如白色的物体在白炽灯的光线下会显得偏黄。因此设计机床的色彩时也需考虑到照明环境的协调统一，这样才能更好地发挥色彩的情感化功能。噪音，也是环境因素之一。但这个因素经常被设计者所忽略。当人长期在一个充满噪声的环境，生理方面会导致头晕、耳聋、记忆力减退、神经衰落、易疲劳等等;心理方面会使人产生烦躁、易怒、激动等消极的情绪，从而导致反应迟钝，工作效率低，甚至会造成事故。除了在厂房内采用吸音，隔音等措施降低噪音外，在机床的色彩设计方面可以运用使人安静的蓝色系列色彩，或者可以缓解人的紧张心理的绿色系列色彩。
2．2考虑人与机床产品的因素
机床有很多部分组成，不同的部分承载不同功能，其色彩设计要根据其形态和功能进行设计，以达到形态、功能和情感的统一。可用不同的色调对机床的不同功能进行区分，如底座、立柱等可以采用明度低的深色，而主体色可以选择用明度高的浅色系，使机床在整体视觉上具有稳定感。目前的机床产品大都用深蓝色或者深灰色作为底座的色彩，在情感上使人感到稳定可靠，而且比较耐脏。机床的工作台和操作界面是色彩设计中非常重要的部分，它关系到机床的美观性，也直接影响着操作者的心理。工作台是操作者长时间观看的，操作台的色彩应该选择使人感觉到舒适的颜色，避免视觉疲劳。操作界面的不同功能部分应用不同的颜色加以区分，以便在操作的过程中快速识别，避免操作错误。一些特别的区域或按键必须按照统一的安全规则来进行色彩设计，如红色表示危险，禁止;绿色表示安全;黄色表示警示，注意安全，不能随意更改。总的来说，操作界面的色彩设计应该在区分不同功能部分的同时，兼顾色彩统一，是操作者在视觉上不觉得混乱，保持心情愉快，提高工作效率。
2．3考虑操作者对色彩的喜好因素
以使用对象为中心进行色彩设计。就使用对象人来说，由于其民族、生活的地域、职业、性别、所受的教育程度等因素的不同，对色彩的喜好也是不一样的。即使同一个人在不同时期所喜欢的颜色也不一样。但对于大型机械———机床来说，它并不能够随便改变颜色以随时应付不同的操作者的喜好状况和心理状况。建立共性美，是首先要面对的问题。因此进行色彩设计时，设计师必须对该机床所销售地区的操作者的整体情况进行调查了解，分析使用人群对色彩的心理反应，才能把握好色彩的情感设计。
3结语
五轴数控铣床方案设计
1总体方案设计
笔者所研究的五轴数控铣床,是一种针对模具加工的高速、高效率机床,并可以选配五轴功能,可使工件在一次装夹下,完成五面的加工。为了实现高性能动态特性,其基本结构考虑为工作台固定,横梁-滑座-主轴箱移动分别实现三坐标进给,具有三坐标自动定位和三坐标联动机能。固定工作台可以换成双摆工作台,实现五轴联动。主要技术指标如表2所示。
2具体方案设计
2.1第1种方案
第1种方案将该五轴数控铣床设计为龙门式,具体工作形式可以描述为:龙门架则沿床身作纵向(x方向)运动,滑枕沿着龙门架作横向(y方向)移动,主轴箱沿着滑枕作z方向的移动。工件固定在平转台上,平转台固定在立转台上。平转台绕z轴作转动,立转台又同时绕x轴转动。这样就实现了两个坐标轴的转动,如图2所示。
2.2第2种方案
该方案为立式五轴数控铣床,其底座固定,滑枕沿着底座作x方向移动,立柱在滑枕上作y方向移动,主轴箱沿着立柱作z方向移动,这样就实现了三轴联动。工件固定在平转台上,平转台又固定在立转台上。平转台绕z轴转动,立转台又同时绕x轴转动,这样就实现了两个坐标轴的转动。当给该数控铣床输入程序时就会实现五轴联动。五轴分别为3个平动轴和2个转动轴,如图3所示。
该立式五轴与龙门式五轴的运动方案基本相同,不同的是布局上有区别。龙门式数控铣床的主轴箱沿着滑枕作z方向移动,而该立式五轴数控铣床的主轴箱则沿着立柱进行z方向移动。
2.3第3种方案
该方案也是立式五轴数控铣床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿着y轴方向移动,支座在床身上沿着z轴方向移动,同时工作台在支座上沿着x轴方向移动,这样就实现了三轴联动。平转台固定在工作台上绕着z轴方向作回转运动,刀具固定在立转台上,立转台在滑枕上绕着y轴作回转运动,如图4所示。
基于ADAMS运动仿真
1对3种设计方案的运动仿真
应用SolidWorks三维绘图软件对每种设计方案中的数控铣床进行建模,然后导入到ADAMS软件中。在ADAMS软件中把模型加入约束、驱动并对运动方式进行编程仿真,模拟出五轴数控机床的运转情况,可以在虚拟的条件下看到机床的物理形态和动态运转情况,达到可视化目的。
在设计该机床运动轨迹时,ADAMS软件虽然可以实现五轴联动,但是五轴联动后的运动轨迹并不直观,因此决定采用三轴联动。
第1种方案中先设置床身与横梁处的Motion3、横梁与滑枕处的Motion2、滑枕与滑板处的Motion4,然后设定仿真时间为9,共为500步,结果形成的轨迹为一螺旋线。图5、图6所示为第1种设计方案的三维模型和刀具轨迹。
第2种方案中先设置床身与滑枕处的Motion1、滑板1与滑枕处的Motion2、滑板1与滑板2处的Motion3,然后设定仿真时间为9,共为500步,结果形成的轨迹为一螺旋线。图7、图8所示为第2种方案的三维模型和刀具轨迹。第3种方案中先设置底座与滑枕处的Motion1、底座与滑板处的Motion3、支撑台与滑板处的Motion4,然后设定仿真时间为9,共为500步。该方案与前两个方案的不同之处在于不是由刀具直接形成螺旋线,而是工件在工作台上作圆周运动,刀具作直线运动,由这两种运动形成螺旋线。图9、图10所示为第3种方案的三维模型和合成轨迹。
2结果分析
2.1第1种方案
该布局形式为龙门架移动式,其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动,而龙门架则沿床身作纵向运动。如图6所示方案1中的刀具运行轨迹为螺旋线,该方案采用x,y轴的对称布局形式,提高了机床的热稳定性及加工精度。这种布局适用于加工较重的工件,可以减小铣床的结构尺寸和质量。该龙门铣床的优点是:
1)占地面积小。工作台移动式龙门铣床,整机长度必须两倍于纵向行程长度,而第1种方案设计的龙门铣床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可;
2)动态响应好。该移动式龙门铣床采用的是固定工作台,一般与床身整体铸出,龙门框架纵向运动的驱动力矩等值不变,不会因工件的承载重量的改变而变化,从而保证了加工精度和机床的响应性能。
2.2第2种方案
该机床为立式数控铣床,采用工作台转动,且主轴沿垂直溜板上、下运动。由滑枕和滑板实现x,y两个坐标的移动,主轴沿立柱上下实现z坐标移动。如图8所示的方案2中的刀具运行轨迹,主要优点在于z轴导轨的承重是固定不变的,有利于提高z轴的定位精度和精度的稳定性;但是由于本铣床的z轴承载较重,不利于提高z轴的快速性。
2.3第3种方案
该机床为立式数控铣床,工作台沿z坐标上、下移动,主轴头为转动式。图10所示为方案3的合成轨迹,该方案由工作台和滑枕实现了x,y坐标的移动。其主要优点是适用于加工质量较小的工件,缺点是机床的结构不太稳定,导致加工精度受到影响。
综上所述,根据表2给出的技术要求可知,龙门式五轴数控铣床工作行程要求较大,承重要求较高,因此第3种方案不符合设计要求。从机床布局的结构来看,龙门式的布局更为合理,而第2种方案设计的立式五轴数控铣床的热稳定性及刚性都不如第1种方案设计的龙门式五轴数控铣床。
结论
1)将可视优化设计与概念设计相结合,提出了数控机床概念设计流程,并应用于某五轴数控铣床的方案设计。
制造业作为我国的支柱产业，在整个国民经济中占有举足轻重的地位，它是我国比较优势产业，是劳动密集及智力密集型产业。而制造业的主体和基础是机床行业；2002年中国机床一跃成为世界最大的消费国和全球最大的机床进口国。同时加入WTO以后，全球经济贸易的一体化，这对我国制造业的要求不断提高，各种技术壁垒已经阻碍了我国机床行业走向国际化。如何刷新今天的被动局面，积极的应对挑战、抓住机遇、赢得发展的契机，成为机床行业普遍面临的问题。在国外，机床改造已有较长的历史，在美国已有50多年的历史。由于各国的政治、经济、科学技术的差异，机床的种类、性能、结构的繁杂多样，使机床的改造内涵更加丰富多彩，出现了机床的翻修、改进、改装、改造、再生、再造。机床改造在汽车、机床、内燃机、航空等行业广泛应用，并批量投入生产。
一般认为：机床改造就是：利用最新的控制装置和进给系统使旧机床获得新生再造是一种较高的设备改造形式，国外称这种工程技术是把老设备“重新回到图板，以进行再设计，再制造，再鉴定的工作过程。通过全面改造设备主体结构和控制系统，引入最新技术，使机床达到现代化设计的新机床的水平，以满足现代生产率、精度、环静和技术标准。鉴于机床改造工艺技术水平要求较高。一般工厂用户自行改造。往往难于达到技术性能和经济效益。
现代制造业的优化，除了信息化以外，还包括加工顺序的工艺优化、加工参数、切削刀具、热处理金属成型的优化设计制造，从而实现降低成本、高效益的运作，达到高标准、高规范的要求。
设计课题涉及到课题的分析、资料的查询、资料摘录，整理收集的资料。然后深入盐城市机床厂生产一线向使用者、设计者学习，从而了解所设计的产品的成本、生产效率、特殊用途、设计理念、以及产品的市场竞争力。具体的了解机床的外形、主轴箱的大致结构，并记录了如何有所改进，最后确定设计的方案。以及箱体的结构图，并进行相关零件的选型计算。此种机床的构造设计要求我们具备相当强的实践知识和经济意识因此考虑到：动力装置、电机的选用，优化的配置企业内部现有各种资源，真正做到资源最小化，提高产品精度，实现了经济效益最大化的要求，更好的服务于生产和经济建设。
本课题就是从培养我们的工程实践意识、经济意识，树立正确的生产观出发，并结合机床厂的多年实践总结，该课题的设计由本本人单独完成，设计任务由指导老师作了明确指配：由于我负责该立式组合机床的总体设计和组合钻床主轴箱设计，故本人的设计说明书包括立式组合机床的总体设计和组合钻床主轴箱设计，附件有生产率计算卡、图的详细说明。
1立式组合钻床总体设计概述
1.1零件加工工序图
加工工序图是根据选定的工艺方案，表示一台机床上或一条自动生产线上完成的工艺内容。包括加工部件的尺寸精度、技术要求、加工时的定位基准、夹紧部位以及被加工零件的材料、硬度和在机床上加工前毛坯的情况。
本工序的加工内容是钻口面Φ14孔，要求在立式钻床上加工，以底面两销孔（上箱体为顶面）为定位基准，夹紧点位于第三轴孔和对侧的第二、四轴孔上。
在一个箱体上,因为有两个孔是不对称的,为了提高生产效率,缩短辅助时间,减少设备,用一台组合机床来加工上、下箱体。在主轴箱上把所有轴孔都排成对称的,在加工时,把不应有的钻头取下就可以加工上下箱体,则该立式组合机床有16根主轴。
该加工孔的直径为Φ18mm,表面粗糙度,孔深分别为110mm、50mm、25mm。定位时以底面和两销孔为定位基准是合理的,这样定位精度高,易于保证各轴孔间的位置精度,故这种在立式组合钻床上采用“一面两销”的定位方法加工精度是较高的。
1.2零件加工示意图
加工示意图反映了机床的加工过程和加工方法,并决定了浮动夹头或接杆的尺寸、刀具的种类和数量,刀具的长度和加工尺寸、主轴、刀具与工件间的关系尺寸等。合理的选择切削用量、并决定动力头的工作循环时间也是调整机床和刀具的依据。
1.2.1钻头的选择
加工时选用麻花钻由《量具、刀具标准》P290-JB781-65查得:
①钻110mm深的孔,用锥柄长麻花钻
d=18mm,柄部形式:BL=320mmL0=215mm
锥柄尺寸莫氏圆锥2号,L2=90.5mmd1=17.2mm
②由P282-JB780-65查得
钻50mm深的孔和25深的孔,用锥柄麻花钻
d=18mm柄部形式BL=320mmL0=215mm
锥柄尺寸莫氏圆锥2号,L2=90.5mmd1=17.2mm
1.2.2导向选择:
①由［I］P223表3-4和3-3及［Ⅱ］P63选择选择导向长度L1=45mm的固定式导套。
②导套配合的选择查［I］表3-5可知:
d用Db新标准为G7
D用D/db,新标准为H7/g6
D1用D/ga,新标准为H7/n6
（导套）
1.2.3主轴的选择
切削扭矩为1424.86Kg.mm
由［I］表5-10查得
d=B=7.5=25.22mm
按标准系列取主轴轴径为30mm
由［I］表可查得
主轴外伸长度L=115-15=100mm
D/d1=50/36
按杆莫氏圆锥号2号
（主轴）
1.2.4接杆的选择
选用B型(A型为加强型接杆)11号接杆
（连接杆）
1.3动力部件的选择
1.3.1动力部件的功率选择
动力部件的功率选择是根据所选的切削用量计算出切削功率及进给功率之需要,并考虑提高切削用量的可能性(一般提高20％)选择相应的动力部件。
切削用量为
V=13米/分n=230转/分f=0.16毫米/转
刀具耐用度验算
T=(
=181971.027分=3032.85小时
一天按工作15小时计算,刀具耐用度为202.19天,则切削用量选择合理。
切削功率由计算得:N=14×0.3733=5.227(KW)
取η=0.8则
N动>=6.53(KW)
6.53+(6.53×30%)=8.49(KW)
故选用10KW的电动机。
1.3.2主轴箱最大轮廓尺寸的选择
根据工件外轮廓尺寸和结构需要,选用1000×630×340mm的标准主轴箱,由于结构的需要在1000方向上再加四个导杆座,导杆座内径为Φ100mm,这样用来支承导杆的外形尺寸成为1200mm,外廓尺寸就成为1200×630×340mm。
D=36mmD1=30mmB型D2=50mmL1=110mmL2=30mm
莫氏锥度号为2号,L1选择由具体情况而定
1.3.3主轴箱钻模板工件等相互之间位置及尺寸
导向长为45mm,钻模板厚为35mm,加工终了位置时钻模板与工件相距10mm,切出长度为12mm,导向套与主轴箱间间距为30mm,采用活动方式钻模板。（如下图）
1.3.4动力循环的选择
动力头的工作循环包括:快进、行进、工作进给和快退等动作。
本机床采用“工进—快退”的循环,这是由机床总联系尺寸图确定后又重新修改的结果。
1.4机床联系尺寸图
1.4.1机床装料高度的确定
考虑到通用部件尺寸的限制和操作方便,装料高度可在850～1060mm之间选取,具体到本设计中取装料高度1000mm。
1.4.2夹具轮廓尺寸的确定
装卸工件是在机床外面完成的,夹具在装卸工件时可拉进拉出。由于结构限制,夹具与滑台做成一个整体是特制滑台。参考63滑台制造而成,导轨部分局部尺寸不变,最大外轮廓尺寸为1200×950×500mm。
1.4.3中间底座尺寸的确定
中间底座支撑着夹具体,按需要取长为1700mm.宽和高取坐标准值分别为1000mm和560mm。
1.4.4主轴箱各尺寸的确定
前面已经确定了其外形轮廓尺寸,根据［I］确定后盖为90mm,前盖为70mm(考虑作油池用)主轴箱体为180mm。
1.4.5滑台的选择
滑台的选用应根据工件的外轮廓尺寸和进给抗力,工作循环来确定。
进给抗力:
ΕP=300.5×14=4207(Kg)
由一部组合机床通用机床部件设计组所编写的指导教材直接查得用HY63B型滑台。行程为630mm,最大进给抗力为6300Kg,快进行程速度为4.2米/分。
1.4.6动力箱的选择
由［Ⅱ］可查得,选用TD63AⅡ型动力箱,电机型号为JO2-61-6。功率为10KW,驱动轴转速为48.5rpm。
1.4.7其它配套部件的选择
由一部组合机床设计小组所编指导资料查得与HY63BⅡ型滑台配套的其它部件为:
立柱:型号CL63A
立柱底座:型号CD63
由以上资料即可作出机床总体设计的“三图一卡”具体见图纸和该说明书的附录部分。
附件清单
序号内容备注
1组合钻床联系尺寸图B9912027-ZZC-80TA0一张（手工图）
2组合钻床主轴箱装配图B9912027-ZZCZZX-80TA0一张
3减速器箱体加工工序图B9912027-JGGX-80TA1一张
4减速器箱体加工示意图B9912027-JGSY-80TA1一张
5齿轮B9912027-ZZCZZX-80T-01A3一张
6齿轮套B9912027-ZZCZZX-80T-02A3一张
7导套B9912027-ZZCZZX-80T-03A3一张
8电机齿轮B9912027-ZZCZZX-80T-04A3一张
9盖B9912027-ZZCZZX-80T-05A3一张
10键套B9912027-ZZCZZX-80T-06A3一张
11手柄轴B9912027-ZZCZZX-80T-07A3一张
12套筒B9912027-ZZCZZX-80T-08A3一张
13油杯B9912027-ZZCZZX-80T-09A3一张
14叶片油泵B9912027-ZZCZZX-80T-10A3一张
15传动轴B9912027-ZZCZZX-80T-11A3一张
16轴B9912027-ZZCZZX-80T-12A3一张
17轴承盖B9912027-ZZCZZX-80T-13A3一张
18轴承透盖B9912027-ZZCZZX-80T-14A3一张
19生产率计算卡一份
目录
0引言1
1立式组合钻床总体设计概述3
1.1零件加工工序图3
1.2零件加工示意图3
1.2.1钻头的选择3
1.2.2导向选择:4
1.2.3主轴的选择4
1.2.4接杆的选择5
1.3动力部件的选择5
1.3.1动力部件的功率选择5
1.3.2主轴箱最大轮廓尺寸的选择6
1.3.3主轴箱钻模板工件等相互之间位置及尺寸6
1.3.4动力循环的选择7
1.4机床联系尺寸图7
1.4.1机床装料高度的确定7
1.4.2夹具轮廓尺寸的确定7
1.4.3中间底座尺寸的确定7
1.4.4主轴箱各尺寸的确定7
1.4.5滑台的选择7
1.4.6动力箱的选择8
1.4.7其它配套部件的选择8
2组合钻床主轴箱的设计8
2.1绘制主轴箱设计原始依据图8
2.2主轴结构形式的选择及动力计算11
2.2.1主轴结构形式的选择11
2.2.2主轴直径和齿轮模数的初步确定12
2.2.3主轴箱动力计算12
2.3传动系统的设计与计算14
2.3.2主轴箱的和手柄设置17
2.3.3传动轴直径的确定:17
2.4主轴箱坐标系计算18
2.5主轴箱上变位齿轮系数的计算24
2.6绘制坐标检查图26
2.7主轴箱中轴的校核计算26
2.8齿轮强度的校核计算28
2.9其它31
2.9.1主轴箱中轴的支承轴承的类型选择31
2.9.2轴上零件的固定与防松31
2.9.3主轴箱体及其附件的选择设计32
2.9.4油的选择、密封件的选择32
2.9.5主轴箱的安装定位33
结束语34
致谢35
此次设计包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，其中还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。
关键词：数控机床开放式数控系统电动机
Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.
Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.
Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor
当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床——数字控制(Numericalcontrol)机床的产生也就是必然的了。
此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。
数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：
1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。
2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。
2.2总体方案的拟定
1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，。
2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。
3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。
4．采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且方法简单。
主运动设计
参数的确定
一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型
1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。
2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：
最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。
传动件的设计
传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求。
对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修改后，再用计算机绘出。
一.三角带传动的计算
三角带传动中，轴间距A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。
目录
第一章引言1
第二章设计方案论证与拟定2
2.1总体方案的论证2
2.2总体方案的拟定2
2.3主传动系统总体方案图及传动原理2
第三章设计计算说明5
3.1主运动设计5
3.1.1参数的确定5
3.1.2传动设计6
3.1.3转速图的拟定8
3.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定12
3.1.5传动件的设计19
3.2纵向进给运动设计38
3.2.1滚珠丝杆副的选择38
3.2.2驱动电机的选用42
结论47
小结48
1927年，美国物理学家伍德(RWWOOD)和卢米斯(AELOOMIS)做了超声加工试验，利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。1951年，美国的科恩(KOLN)制成第一台实用的超声加工机。1964年，英国人LEGGE提出使用烧结或电镀金刚石刀具的旋转超声加工的方法，克服了一般超声加工深孔时加工速度低和精度差的缺点。在20世纪70年代中期，美国在超声钻中心孔、声光整加工、磨削、拉管和焊接等方面，已处于生产应用阶段;超声车削、钻孔、镗孔，已处于试验性生产设备原形阶段;超声振动切削系统已供工业应用，目前已形成部分标准。我国超声加工的研究始于20世纪50年代末。20世纪60年代，中国成功研制了超声振动加工深小孔的机床。1973年，上海超声波电子仪器厂研制了CNM-2型超声研磨机。1984年，中国科学院声学研究所成功研制了超声旋转加工样机，该样机功率为400W，工作频率为7～22kHz，加工精度为:圆柱度0.03mm，圆度小于0.005mm。清华大学已经开发出了完全数控化的旋转超声加工机床，其数控系统由Z轴进给控制、旋转电机控制、自动频率跟踪控制等功能模块组成。天津大学也在旋转超声加工方面做出了很多研究，对机床进行了模块化设计研究。河南理工大学研究设计了旋转超声铣头装置，该装置作为立式数控铣床的一种附件，可安装在立式数控铣床上，方便装卸。
2旋转超声机床的机电系统设计
旋转超声机床整体包括旋转超声机床本体、多轴联动电控系统、超声振动系统、切削液系统等。
2.1旋转超声机床
机床本体包括W、X、Y、Z四轴，工作台支架，机床外罩和机床底座。W、X、Y、Z四轴，即旋转轴加上水平两轴和垂直运动一轴，其中旋转轴采用步进电机控制，其余三轴均采用交流伺服电机连接丝杠带动工作台移动的方式;X、Y、Z三轴均安装有正、负、零限位，保证轴的往复运动行程安全及准确回零，同时三轴均安装了光栅尺，其精度为1000pulse/mm，保证工作台的位置反馈和精确运动。其中Z轴为垂直运动轴，其工作台上安装有机床主轴系统，质量约为50kg，故Z轴电机带有抱闸功能，以保证Z轴滑台在电机非使能状态下不下滑。工作台支架用20mm厚钢板焊接，其顶端安装高精度三角卡盘用于工件的夹持，总高度为600mm，以保证工件具有足够高度与主轴刀具接触。机床外罩固定于机床底座上，分为上下两部分，上半部分包括背板、左右侧板和前面板，其中左右侧板分别装有一扇可拉开的旋转门，以供方便维修及查看机床;前面板装有滑槽和两扇可装卸的推拉玻璃门，方便在机床加工时观察，机床检修时可卸下;四板相互连接及与机床连接处均涂有防水胶，防止切削液的泄漏。下半部分包括左、右、前三块板，机床后方下半部分无遮挡，方便切削液回路的布设。机床底座承受整座机床的质量，四角均有高度调节滑槽及固定螺钉，以保证机床在固定安装后其台面的水平度。
2.2电控系统
电控系统包括控制器，W、X、Y、Z四轴及主轴驱动器，24V开关电源，光耦电路板，继电器和保险丝。控制器以ACR9000为核心，采用全闭环回路，速度控制模式，ACR9000控制器型号为P3U8M0，即可以有USB口、串口、以太网口为通信接口，具有八轴联动功能、程序及配置掉电保持功能。控制器在引进X、Y、Z三轴光栅尺信号的同时，引进了三轴电机的编码器信号，方便查看电机的运行状态。同时在其开关量输入接口接入了三轴的正、负、零开关信号，以设置软件限位和软件零位。主轴电机配置为轴A，只有编码器反馈信号，采用位置控制模式。X、Y、Z三轴限位信号与控制器接口均采用光耦隔离的方式连接，Z轴抱闸打开动作从ACR9000控制器发出的Z轴使能信号接出，采用光耦隔离后，接入继电器给Z轴电机抱闸电路供电，以保证使用安全。
2.3超声振动系统
超声振动系统由超声波发生器、变频电源、超声头、滑环及电刷组成，其中超声头与滑环及电刷安装在机床的主轴系统内，超声波发生器和变频电源外置。筒连接，电刷安装在主轴系统的底板上，其碳刷与滑环切向接触，为超声头中的陶瓷换能器供电。其中超声主轴在旋转超声加工中是核心部件，其性能直接影响到加工质量、加工效率和主轴的寿命。因此超声主轴变幅杆的设计需要从实际条件和实际需求出发，利用解析法确定变幅杆的大致尺寸及装配尺寸，在此基础上利用有限元对该装配进行模态分析验证。
2.4切削液系统
切削液系统包括自吸清水泵、出口阀门、出水管、冷却管阀门、冷却管及喷嘴、回流管、入水管及水箱。其中自吸清水泵拥有过滤功能，扬程10m，保证切削液回路的动力供应。出口阀门位于自吸清水泵的出水处，可调节切削液出水速度，在停止使用时关闭阀门可防止出水口空气进入泵内导致泵内气压增大。出水管由竖直和水平两段4分铁管组成，竖直铁管安装在出口阀门上，水平铁管固定于机床立柱侧面，中间用蛇皮软管连接，保证水路畅通的同时增加了系统的柔性。冷却管阀门连接水平出水管及冷却管，可根据加工需要随时调节切削液的流量大小。回流采用在机床台面左右两侧各打一通孔，再以管道接回水箱的方式。入水管采用植入螺旋型铁丝的塑料管，方便连接且不因工作时的负压导致管路变形。水箱分为进水部分和出水部分，进水处安装一层过滤网以保证水箱内切削液的清洁，同时出水部分盖板只留出供入水管进入的孔，方便入水管的固定及保证水箱内切削液的清洁，底部装有滚轮，方便拖出更换切削液。
3结束语
