現(xiàn)代數(shù)控裝備設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書（合訂版2410）

2一、課程設(shè)計的目的和參考資料 31.課程設(shè)計的目的 3 3二、課程設(shè)計題目和相關(guān)條件 3（一）課題系列Ⅰ主要內(nèi)容和已知條件 41.課題系列號與課題名稱的對應(yīng)關(guān)系 42.設(shè)計項目所屬產(chǎn)品特性和主要設(shè)計內(nèi)容 43.數(shù)控龍門銑床規(guī)格和相關(guān)設(shè)計參數(shù)要求 54.前期方案和技術(shù)設(shè)計已確定的相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù) 5（二）課題系列Ⅱ主要內(nèi)容和已知條件 81.課題系列號與課題名稱的對應(yīng)關(guān)系 82.設(shè)計項目所屬產(chǎn)品特性和主要設(shè)計內(nèi)容 93.數(shù)控立式床身銑床規(guī)格和相關(guān)設(shè)計參數(shù)要求 94.前期方案和技術(shù)設(shè)計已確定的相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù) 三、設(shè)計主要步驟和內(nèi)容 3.進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計和計算 四、設(shè)計任務(wù)量要求和考核 4.設(shè)計成績的考核 五、設(shè)計計算提示 提示1結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟、內(nèi)容參考和提示 提示2滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠設(shè)計計算提示 31.課程設(shè)計的目的通過本設(shè)計，使學(xué)生較全面、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機(jī)床技術(shù)的基本內(nèi)容和基本知識，初步掌握數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計方法，熟練應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計工具，并能學(xué)會運用手冊、標(biāo)準(zhǔn)和查閱技術(shù)資料等方法。同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、工程意識和動手能力。2.參考資料（1）張政潑，呂勇，徐曉華等.《現(xiàn)代數(shù)控裝備設(shè)計》.華中科技大學(xué)出版社.2022年.（教材）（2）現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊編委會.《現(xiàn)代實用機(jī)床手冊》（上、下冊）.機(jī)械工業(yè)出版社.2006年（3）成大先.《機(jī)械設(shè)計手冊》（第五版第1、2、3卷）.化學(xué)工業(yè)出版社.2008年（4）文懷興，夏田.《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》（第二版）.化學(xué)工業(yè)出版（5）龔仲華.《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計典例》.機(jī)械工業(yè)出版社.2014年（6）晏初宏.《數(shù)控機(jī)床與機(jī)械結(jié)構(gòu)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2011年（7）周利平.《數(shù)控裝備設(shè)計》.重慶大學(xué)出版社.2011年（8）徐宏海.《數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制》.化學(xué)工業(yè)出版社.2011年（9）龔仲華.《數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計典例》.機(jī)械工業(yè)出版社.2014年本課程設(shè)計課題為如下兩大系列：系列Ⅰ：數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給傳動和導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計系列Ⅱ：數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給傳動和導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計41.課題系列號與課題名稱的對應(yīng)關(guān)系序號課題系列號課題名稱1XK2312-2數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計2XK2313-2.5數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計3XK2313-3數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計4XK2316-3數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計5XK2316-4數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計6XK2320-4數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計課題名稱意義示例：（1）XK2316-3——產(chǎn)品型號XK——數(shù)控銑床；23——定梁定柱龍門式布局結(jié)構(gòu)；16——工作臺寬度的1%；3——工作臺長度的1‰。（2）數(shù)控定梁定柱龍門銑床——產(chǎn)品名稱（3）縱向進(jìn)給部件——產(chǎn)品其中的縱向進(jìn)給傳動和導(dǎo)軌系統(tǒng)部件（4）XK2316-3數(shù)控定梁定柱龍門銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計——課題名稱2.設(shè)計項目所屬產(chǎn)品特性和主要設(shè)計內(nèi)容（1）所屬產(chǎn)品特性：本設(shè)計項目（課題內(nèi)容）為數(shù)控定梁定柱龍門銑床的重要組成部分之一。數(shù)控定梁定柱龍門銑床屬于較大型以上規(guī)格的數(shù)控機(jī)床，采用龍門布局結(jié)構(gòu)形式，由定橫梁、雙立柱和床身構(gòu)成固定龍門框架，工作臺在床身導(dǎo)軌上運動形成X向（縱向）坐標(biāo)運動，滑座在橫梁導(dǎo)軌上運動形成Y向（橫向）坐標(biāo)運動，滑枕在滑座導(dǎo)軌上運動形成Z向（垂向）坐標(biāo)運動，主軸部件置于滑枕下端。整機(jī)剛性好，三向行程大。（2）主要設(shè)計內(nèi)容：本課程設(shè)計內(nèi)容屬于數(shù)控定梁定柱龍門銑床工作臺床身部分（縱向部分），具體設(shè)計內(nèi)容為縱向進(jìn)給傳動和導(dǎo)軌系統(tǒng)，簡稱為縱向5進(jìn)給部件。3.數(shù)控龍門銑床規(guī)格和相關(guān)設(shè)計參數(shù)要求已知所屬龍門銑床的主要技術(shù)參數(shù)如表1-2。序號參數(shù)項規(guī)格XK2312-2XK2313-2.5XK2313-3XK2316-3XK2316-4XK2320-41工作臺面積（寬X長）mm1200X20001300X25001300X30001600X30001600X40002000X40002工作臺T型槽9-22X1209-22X1309-22X1309-22X1609-22X1609-28X20032000/15002500/15003000/15003000/20004000/20004000/23004快速移動速度5定位精度Y0.02；Z0.02Z0.02Z0.02Z0.026重復(fù)定位精度0.017工作臺最大承30004000500060008000100008快速啟動加速時間s0.30.30.30.30.30.34.前期方案和技術(shù)設(shè)計已確定的相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù)（1）工作臺厚度和重量如下表1-3。計算時可省略其它小零件的重量影響。（2）三向進(jìn)給傳動形式：均采用同步帶減速滾珠絲杠傳動形式，減速比推薦為X（縱向）2、2.5或3（設(shè)計選擇），Y、Z2（3）三向滾珠絲杠傳動的運動組合形式：絲杠旋轉(zhuǎn)和軸向固定，螺母移動。（4）三向?qū)к墸篨、Y向采用滾動導(dǎo)軌，Z向采用矩形滑動+貼塑導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。6（5）預(yù)計X向絲杠系統(tǒng)平均相對最大溫升2oC。（6）采用華中數(shù)控系統(tǒng)及其配套交流伺服電機(jī)，三軸控制三軸聯(lián)動，主軸伺服控制。（7）正向壓力載荷近似分布：表1-4①課題序號SKSJ-I-1運行距離占比（%）ξi5正壓力負(fù)載②課題序號SKSJ-I-2運行距離占比（%）ξi5正壓力負(fù)載③課題序號SKSJ-I-3運行距離占比（%）ξi4正壓力負(fù)載④課題序號SKSJ-I-4運行距離占比（%）ξi94正壓力負(fù)載⑤課題序號SKSJ-I-5運行距離占比（%）ξi83正壓力負(fù)載7⑥課題序號SKSJ-I-6運行距離占比（%）ξi93正壓力負(fù)載（8）軸向載荷近似分布：表1-5①課題序號SKSJ-I-1工作時間占比（%）ξti55321②課題序號SKSJ-I-2工作時間占比（%）ξti55321③課題序號SKSJ-I-3工作時間占比（%）ξti954321④課題序號SKSJ-I-4864328⑤課題序號SKSJ-I-5工作時間占比（%）ξti874⑥課題序號SKSJ-I-6工作時間占比（%）ξti8558（9）機(jī)床工作時間每年工作12月，每個月工作24天；每天工作10小時，該部件每小時移1.課題系列號與課題名稱的對應(yīng)關(guān)系序號課題系列號課題名稱1SKSJ-Ⅱ-1XK714數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計2SKSJ-Ⅱ-2XK714-1數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計3SKSJ-Ⅱ-3XK715數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計4SKSJ-Ⅱ-4XK715-1數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計5SKSJ-Ⅱ-5XK716數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計6SKSJ-Ⅱ-6XK716-1數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計課題名稱意義示例：（1）XK715-1——產(chǎn)品型號9XK——數(shù)控銑床；71——十字滑臺立式床身式布局結(jié)構(gòu)形式；5——工作臺寬度的1%；1——工作臺長度規(guī)格序號（2）數(shù)控立式床身銑床——產(chǎn)品名稱（3）縱向進(jìn)給部件——產(chǎn)品其中的縱向進(jìn)給傳動和導(dǎo)軌系統(tǒng)部件（4）XK715-1數(shù)控立式床身銑床縱向進(jìn)給部件設(shè)計——課題名稱2.設(shè)計項目所屬產(chǎn)品特性和主要設(shè)計內(nèi)容（1）所屬產(chǎn)品特性：本設(shè)計項目（課題內(nèi)容）為數(shù)控立式床身銑床的重要組成部分之一。本課題數(shù)控立式床身銑床屬于中小型規(guī)格的數(shù)控機(jī)床，采用十字滑臺立式床身式布局結(jié)構(gòu)形式，由工作臺、滑鞍、床身、立柱、主軸箱組成機(jī)床本體框架，立柱與床身固定連接；工作臺在滑鞍導(dǎo)軌上運動形成X向（縱向）坐標(biāo)運動，滑鞍在床身導(dǎo)軌上運動形成Y向（橫向）坐標(biāo)運動，主軸箱在立柱導(dǎo)軌上運動形成Z向（垂向）坐標(biāo)運動，主傳動和主軸部件置于主軸箱中。（2）主要設(shè)計內(nèi)容：本課程設(shè)計內(nèi)容屬于數(shù)控立式床身銑床工作臺床身部分（縱向部分），具體設(shè)計內(nèi)容為縱向進(jìn)給傳動和導(dǎo)軌系統(tǒng)，簡稱為縱向進(jìn)給部件。3.數(shù)控立式床身銑床規(guī)格和相關(guān)設(shè)計參數(shù)要求已知所屬數(shù)控立式床身銑床的主要技術(shù)參數(shù)如表2-2。序號參數(shù)項規(guī)格XK714XK714-1XK715XK715-1XK716XK716-11工作臺面積（寬X長）mm420X600450X700500X800500X1000600X1100600X13002工作臺T型槽3-14X1203-14X1505-18X905-18X905-18X1005-18X1003三向行程4快速移動速度5定位精度按數(shù)控立式床身銑床國家標(biāo)準(zhǔn)6重復(fù)定位精度按數(shù)控立式床身銑床國家標(biāo)準(zhǔn)7工作臺最大承3003504506008009008快速啟動加速時間s0.10.10.150.150.150.154.前期方案和技術(shù)設(shè)計已確定的相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù)（1）工作臺厚度和重量如下表2-3，設(shè)計計算時可省略其它小零件的重量。（2）三向進(jìn)給傳動形式均采用直聯(lián)滾珠絲杠傳動。（3）三向滾珠絲杠傳動方式：絲杠旋轉(zhuǎn)和軸向固定，螺母移動。（4）三向?qū)к墸篨、Y向采用滾動導(dǎo)軌，Z向采用矩形滑動+貼塑導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。（5）預(yù)計X向絲杠系統(tǒng)平均相對最大溫升2oC。（6）采用華中數(shù)控系統(tǒng)及其配套交流伺服電機(jī)，三軸控制三軸聯(lián)動，主軸伺服控制。（7）正向壓力載荷近似分布：表2-4①課題序號Ⅱ-1運行距離占比（%）ξi5②課題序號Ⅱ-2運行距離占比（%）ξi5③課題序號Ⅱ-3運行距離占比（%）ξi4④課題序號Ⅱ-4運行距離占比（%）ξi94⑤課題序號Ⅱ-5運行距離占比（%）ξi83⑥課題序號Ⅱ-6運行距離占比（%）ξi93（8）軸向載荷近似分布如表2-5：①課題序號II-1工作時間占比（%）ξti5531②課題序號II-2工作時間占比（%）ξti65931③課題序號II-3工作時間占比（%）ξti95493④課題序號II-4工作時間占比（%）ξti864⑤課題序號II-5工作時間占比（%）ξti8745⑥課題序號II-6工作時間占比（%）ξti855（9）機(jī)床工作時間每年工作12月，每個月工作24天；每天工作10小時，該部件每小時移1.確定設(shè)計方案（1）滿足上述所規(guī)定要求。（2）根據(jù)工作臺尺寸、行程，初步確定導(dǎo)軌配置、布局和間距。（3）根據(jù)行程、受力狀態(tài)、快速移動速度，初步選擇：①進(jìn)給傳動形式。課題系列Ⅰ選用同步帶減速滾珠絲杠傳動形式（一般較大型、載荷較大機(jī)床選擇同步帶減速滾珠絲杠傳動形式。課題系列Ⅱ選用直聯(lián)滾珠絲杠傳動形式（一般中小型、中小載荷機(jī)床選擇直聯(lián)滾珠絲杠傳動②絲杠支承型式。（4）通過后續(xù)的設(shè)計計算，形成進(jìn)給傳動和支承系統(tǒng)圖（包括傳動形式、絲杠支承型式）。2.導(dǎo)軌設(shè)計和計算（1）計算、確定滾動導(dǎo)軌：型式、規(guī)格、滑塊數(shù)量、預(yù)加載荷等級。（可牌選擇）②課題系列Ⅱ：可先初步選擇滾珠型30~55；③計算校核要考慮采用哪種預(yù)加載荷等級。（2）校核導(dǎo)軌動載荷。（提示：側(cè)向力和翻轉(zhuǎn)力矩較小，可以以考慮正向（3）計算導(dǎo)軌預(yù)期壽命。可按教材公式（6-25）計算預(yù)期壽命總行程，按照行程-速度-時間轉(zhuǎn)換關(guān)系，轉(zhuǎn)換成預(yù)期壽命時間，導(dǎo)軌壽命時間應(yīng)在6~8年以上為宜。具體計算方法詳見后附：提示2滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠計算提示。（4）確定導(dǎo)軌固定、安裝結(jié)構(gòu)形式。（參見教材P170頁）3.進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計和計算（1）估算選擇滾珠絲杠類型、規(guī)格、精度等級、絲杠螺母預(yù)緊力可按南京工藝裝備制造有限公司、日本THK等廠家品牌選擇）核,最后確定；精度等級一般選P5。核,最后確定；精度等級一般選P3。（2）初步確定減速比（2、2.5或3針對課題系列Ⅰ)（3）初步確定電機(jī)規(guī)格（參見華中系統(tǒng)選型資料附件，資料中靜轉(zhuǎn)矩即為額定扭矩）①課題系列Ⅰ：根據(jù)類似規(guī)格數(shù)控龍門銑床，初步選擇X向電機(jī)扭矩為35②課題系列Ⅱ：根據(jù)類似規(guī)格數(shù)控立式床身銑床，初步選擇X向電機(jī)扭矩③如電機(jī)樣本沒有標(biāo)注最大扭矩，則電機(jī)最大扭矩一般為額定扭矩的1.5~2及后附提示2。導(dǎo)軌壽命時間應(yīng)在6~8年以上為宜。）（5）電機(jī)至絲杠環(huán)節(jié)連接結(jié)構(gòu)設(shè)計計算同步帶寬度。（參見同步帶及帶輪資料附件，或上網(wǎng)查閱，同步帶類型按HTD,節(jié)距規(guī)格可先按14M，參見同步帶及帶輪資料附件）②課題系列Ⅱ：根據(jù)傳遞扭矩和連接軸徑，確定彈性聯(lián)軸器。（參考品牌：廣州科菱）（6）計算校核慣量匹配（選擇項（7）計算校核電機(jī)額定扭矩能力，最后確定進(jìn)給電機(jī)規(guī)格。（參考教材5.6.2節(jié)。導(dǎo)軌摩擦系數(shù)確定：考慮到多個滑塊、多副導(dǎo)軌組合會增大摩擦，摩（8）確定滾珠絲杠支承型式、預(yù)拉伸力；（參考教材5.4.2節(jié)，可按粗略（9）計算和選擇軸承規(guī)格、配置采用滾珠絲杠專用軸承，日本NSK（10）計算絲杠的臨界轉(zhuǎn)速，并與實際絲杠最高轉(zhuǎn)速比較，說明其是否會易于出現(xiàn)共振。如出現(xiàn)共振，則適當(dāng)改變參數(shù)。（由于實際轉(zhuǎn)速較小，本項校核計算可作為選擇項。）（11）確定同步帶規(guī)格（寬度、長度），大、小帶輪齒數(shù)；（參考《機(jī)械設(shè)計手冊》進(jìn)行同步帶強(qiáng)度校核針對課題系列Ⅰ)（12）確定同步帶與電機(jī)軸、絲杠軸的連接方式及連接件規(guī)格。（通常采（13）分析論述實現(xiàn)定位精度的措施（本課題系列精度要求均為常規(guī)要求，可以定性分析為主，如滾珠絲杠精度等級的選擇、預(yù)拉伸安裝、采用滾動導(dǎo)軌減小摩擦力、提高裝配質(zhì)量、螺距補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，等等）。4.裝配圖設(shè)計（1）裝配圖設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容：縱向（X向）導(dǎo)軌布局安裝、進(jìn)給傳動裝配圖設(shè)計；包括主視圖、左視圖、俯視圖和需要的局部視圖，零部件序號標(biāo)注，技術(shù)要求內(nèi)容，零部件明細(xì)表。（參閱后附：提示1。）（2）型號和圖號編制①圖紙標(biāo)題欄中，產(chǎn)品型號名稱：XK2316-3數(shù)控定梁定柱龍門銑床（根據(jù)所安排的實際課題序號，寫明具體型號名稱）②所設(shè)計的X向部分名稱圖號編制參考：工作臺床身部分，40部分裝配圖圖號：400010零件圖圖號：40aXX0（a—鑄件：1；鋼件2、3、4；非金屬：6；XX—相應(yīng)類型的零件序號，如01、23）5.編寫設(shè)計說明書①本課題的概況和重要意義；②設(shè)計任務(wù)和已知條件；③方案和結(jié)構(gòu)分析及選擇；④計算過程、設(shè)計說明等；⑤進(jìn)給傳動和絲杠支承系統(tǒng)原理圖，以及其它分析計算需要的原理簡圖；（2）設(shè)計說明書正文不少于5000字符。1.設(shè)計計算按照上述第三章的要求。（1）縱向（向）導(dǎo)軌布局安裝、進(jìn)給傳動部分裝配圖設(shè)計（A0），要求：①要清楚表達(dá)進(jìn)給傳動裝配結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)；②相應(yīng)對工作臺、床身進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計繪制、表達(dá)；③視圖應(yīng)包括：主視圖（進(jìn)行必要剖視，表達(dá)傳動機(jī)構(gòu)）、俯視圖、橫截面剖視圖（表達(dá)導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)），其它根據(jù)需要的視圖（如其它視圖、局部放大圖，等）3.編寫設(shè)計說明書設(shè)計說明書內(nèi)容按上述第三章的要求，正文不少于5000字符。4.設(shè)計成績的考核課程設(shè)計成績根據(jù)平時表現(xiàn)、設(shè)計完成情況，根據(jù)評分表細(xì)則綜合衡量，按百分制評分。提示1結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟、內(nèi)容參考和提示數(shù)控機(jī)床進(jìn)給部件裝配圖設(shè)計繪制步驟和內(nèi)容及要求：1.裝配圖主要視圖組成（1）視圖包括：主視圖（對應(yīng)工作臺長方向）、左視圖（對應(yīng)工作臺寬方向）、俯視圖（對應(yīng)長、寬方向的輔助表示），需要的局部視圖（如局部放大（2）各視圖（特別是主視圖和左視圖）進(jìn)行必要的剖視，以清楚表達(dá)絲杠機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)。2.設(shè)計繪圖步驟（1）在主視圖和左視圖上分別繪制工作臺示意圖，其中T型槽結(jié)構(gòu)尺寸查閱國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T158-1996機(jī)床工作臺T型槽和相應(yīng)螺栓。（2）在主視圖和左視圖上分別繪制滾動導(dǎo)軌及其與工作臺的裝配關(guān)系，參見（3）在主視圖和左視圖上分別大致繪制表示床身（龍門系列）或滑鞍（立式床身系列）。（設(shè)計方法參見3。床身還需大致表示與立柱連接的連接凸臺。）（4）在主視圖和左視圖上分別繪制滾珠絲杠傳動、支承機(jī)構(gòu)和電機(jī)安裝機(jī)構(gòu)設(shè)計，分別參見4、5、6。（5）根據(jù)主視圖和左視圖關(guān)系，繪制俯視圖①表示工作臺、床身等的俯視形狀；②可表示工作臺，并通過滑塊鎖緊螺釘位置，表示滑塊分布距離；③可不詳細(xì)表示工作臺，但要表示工作臺與導(dǎo)軌滑塊的分布關(guān)系，此時工作臺要用細(xì)實線表示輪廓。（6）根據(jù)需要，繪制其他示意圖，局部放大圖。3.床身或滑鞍長、寬尺寸確定參考（1）長度確定依據(jù)：導(dǎo)軌長度+左右輔助支撐架安裝長度（30~80）+回油槽導(dǎo)軌的長度=兩端滑塊距離+行程+安全距離（2）寬度確定依據(jù)：根據(jù)兩根導(dǎo)軌間距及其安裝空間確定。（3）導(dǎo)軌的間距和滑塊分布要求：達(dá)到對工作臺的穩(wěn)定支承①在工作臺寬度方向，兩根導(dǎo)軌要適當(dāng)往里收，實現(xiàn)穩(wěn)定支承；②在工作臺長度方向，兩端滑塊也要適當(dāng)往里收，相鄰滑塊間隔一般約不大于800mm（龍門銑床）、或60