車銑復合數(shù)控機床設計——車削進給系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)設計(論文)任務書學生姓名專業(yè)班級 指導教師 工作單位機械制造及其自動化設計(論文)題目:車銑復合數(shù)控機床設計車削進給系統(tǒng)設計設計（論文）主要內(nèi)容： 車銑復合數(shù)控機床設計總體參數(shù)及總體布局設計、銑削進給系統(tǒng)設計及主要零件設計要求完成的主要任務:1. 總體參數(shù)及布局方案、開題報告；2. 機床總體設計；3. 銑削進給部件設計；4. 主要零件設計；5. 外文翻譯；6. 設計說明書。必讀參考資料：1. 實用數(shù)控機床技術(shù)手冊2. 機床設計3. 機床設計手冊第一冊：上、下4. 機床設計手冊第二冊：上、下5. 機床設計手冊第五冊：上6. 金屬切削機床設計簡明手冊7. 機床設計圖冊8. 機械設計手冊指導教

2、師簽名： 教研室主任簽名： 指導教師簽名： 教研室主任簽名： 蓋章畢業(yè)設計(論文)開題報告題目車銑復合數(shù)控機床設計車削進給系統(tǒng)設計1.目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 數(shù)控技術(shù)是一門集計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、測量技術(shù)、現(xiàn)代機械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學科交叉的綜合技術(shù)，是近年來應用領域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術(shù)。它是為適應高精度、高速度、復雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡化的基礎，是現(xiàn)代機床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應用領域和廣闊的應用前景。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，

3、對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。 長期以來，我國的

4、數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，cnc只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過cad/cam及自動編程系統(tǒng)進行編制。cad/cam和cnc之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中cnc只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正cad/cam中的設定量，因而影響cnc的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)cnc系統(tǒng)的這種固定程序控制模式

5、和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了cnc向多變量智能化控制發(fā)展，己不適應日益復雜的制造過程，因此，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為我們國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。復合機床的含義是指在一臺機床上實現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為工藝復合型和工序復合型兩類。工藝復合型機床如鏜銑鉆復合加工中心、車銑復合車削中心、銑鏜鉆車復合復合加工中心等；工序復合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復合機床和雙主軸車削中心等。采用復合機床進行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制

6、造商的市場反應能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。加工過程的復合化也導致了機床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國index公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動數(shù)控機床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。2. 設計方法與實施方案2.1機床總體尺寸參數(shù)的選定根據(jù)設計要求并參考實際情況，初步選定機床主要參數(shù)如下：床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 400mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 214mm主軸通孔直徑 52mm主軸無級轉(zhuǎn)速范圍 1001800r/min工作臺寬度長度 40

7、01600mm工作臺最大縱向行程 300mm工作臺最大橫向行程 375mm主軸箱最大垂直行程 400mm刀架快速速度 6m/min最大加工工件 75010001500主電動機的功率 4.0kw主軸電動機轉(zhuǎn)速 1440r/min機床外形尺寸（長寬高） 201010701800mm2.2機床總體布置三維模型2.3機床主要部件及其運動方式的選定 數(shù)控車銑復合機床主要在完成工件車削加工之后可以直接進行銑削加工,在普通數(shù)控機床的基礎上另外安裝了一個銑削頭.車削進給系統(tǒng)設計: 數(shù)控車床進給運動是由數(shù)控裝置經(jīng)伺服系統(tǒng)控制的,它由伺服驅(qū)動裝置,機械傳動裝置,位置檢測元件及位置調(diào)節(jié)器等組成,進給伺服系統(tǒng)的控制方

8、式選擇半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng),速度反饋位置反饋來分別來保證速度位置.2.3.1. 滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)，應按當量動載荷選擇。根據(jù)計算，查滾珠絲杠樣本中與相近的額定動載荷，使得，然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。2.3.2. 滾珠絲杠的支承選擇本傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，另一端浮動的支承形式。固定端采用一對接觸的角接觸球軸承面對面組配，簡支端支承采用深溝球軸承，只承受絲杠的重力。2.3.3. 伺服電機的選擇伺服電機的選擇，應考慮三個要求：最大切削負載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩；電機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量相匹配（匹配條件可根據(jù)伺服電機樣本提供的匹配條件，也可

9、以按照一般的匹配規(guī)律）；快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩。伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量相匹配。負載慣量可以按以下次序計算：工件、夾具與工作臺折算到電機軸上的慣量根據(jù)上述計算可初步選定伺服電機。2.3.4導軌的選擇(1)導軌形式選擇機床導軌的功用是起導向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對機床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導軌具有較高的導向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運動平穩(wěn)性，同時應盡量使導軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護。數(shù)控機床常用的導軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動導軌和滾動導軌。在數(shù)控機床上

10、常用的滑動導軌有液體靜壓導軌、氣體靜壓導軌和貼塑導軌。液體靜壓導軌：在兩導軌工作面間通入具有一定壓力的潤滑油，形成靜壓油膜，使導軌工作面間處于純液態(tài)摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，多用于進給運動導軌。氣體靜壓導軌：在兩導軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導軌面形成均勻分離，以得到高精度的運動。這種導軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，但會隨空氣壓力波動而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負荷不大的場合。貼塑導軌：在動導軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點是導軌面的摩擦系數(shù)低，且動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動能力，可減小振動和噪聲

11、；耐磨性、化學穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。而滾動導軌的最大優(yōu)點是摩擦系數(shù)很小，一般為0.00250.005，比貼塑料導軌還小很多，且動、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運動輕便靈活，在很低的運動速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運動平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。滾動導軌的缺點是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復雜，制造成本較高。綜上分析貼塑導軌完全滿足我們中型數(shù)控車銑復合機床要求,因此選擇貼塑導軌;(2)導軌截面選擇三角形導軌導向精度高,不會產(chǎn)生間隙能自動補償磨損,水平力大于垂直力,兩側(cè)壓力健在不均時采用不對稱導軌.矩形導軌承載能力大,制造簡便但必須留有側(cè)面間隙,磨損后不能自動補償需用鑲條調(diào)整各面間隙.燕尾形導軌

12、尺寸緊湊,適用于高度小層次多的部件,剛度不如矩形導軌,不適于 承受大的力矩.根據(jù)以上分析結(jié)合機床要求選擇導軌截面,矩形導軌和三角形導軌配合使用.其導軌精度好加工裝配也比較方便.溫度變化也不會改變導軌面的接觸情況.3.設計（論文）的進度安排1.153.09 查閱相關資料;2.144.17論文大綱（初步方案設計，草圖繪制，必要的初步設計計算）;3.103.20開題報告（資料收集、調(diào)研，完成開題報告）;4.185.10論文初稿（完成結(jié)構(gòu)改進設計方案，主要圖紙工作和設計計算工作）;5.115.18交老師審稿(對論文中的問題進行即時修改);5.206.10論文終稿、提交（完成正式圖紙及設計說明明書撰寫工

13、作）;4.已查閱參考文獻1范云漲,陳兆年主編 金屬切削機床設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社2李金伴,馬偉民主編 實用數(shù)控機床技術(shù)手冊 化學工業(yè)出版社3陳嬋娟主編 數(shù)控車床設計 化學工業(yè)出版社4戴曙主編 金屬切削機床設計手冊 機械工業(yè)出版社5.指導教師意見 指導老師簽字： 年 月 日注：1. 開題報告應根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教師的指導下由學生獨立撰寫，在畢業(yè)設計開始后三周內(nèi)完成；2設計的目的及意義至少800字，基本內(nèi)容和技術(shù)方案至少400字；3指導教師意見應從選題的理論或?qū)嶋H價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學生的論證充分否、學生能否完成課題，達到預期的目標。

14、鄭 重 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人簽名： 日期： 目 錄摘 要1abstract21緒論32數(shù)控機床的設計概念42.1數(shù)控機床的基本工作原理簡介42.2數(shù)控機床的一般設計步驟53進給系統(tǒng)設計概念63.1數(shù)控機床進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成63.2進給伺服系統(tǒng)的控制方式64橫向進給系統(tǒng)設計74.1 傳動系統(tǒng)設計74.1.2 滾珠絲杠基本導程計算74.2 滾珠絲杠副的選擇計算74.2.1 滾珠絲杠副的精度選擇74.2

15、.2 滾珠絲杠副最大載荷84.2.3滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算84.3滾珠絲杠螺母副額定壽命校核114.4滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性校核124.5計算機械傳動的剛度124.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計算124.5.2滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度計算134.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計算134.5.4進給傳動系統(tǒng)綜合拉壓剛度計算134.6滾珠絲杠驅(qū)動電機選擇計算144.6.1最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算144.6.2電機軸負載慣量計算155縱向進給系統(tǒng)設計165.1 滾珠絲杠基本導程計算165.2 滾珠絲杠副的選擇計算165.2.1 滾珠絲杠副的精度選擇165.2.2 滾珠絲杠副最大載荷165.2

16、.3滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算165.3滾珠絲杠螺母副額定壽命校核185.4滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性校核185.5計算機械傳動的剛度195.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計算195.5.2滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度計算195.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計算195.5.4進給傳動系統(tǒng)綜合拉壓剛度計算205.6滾珠絲杠驅(qū)動電機選擇計算205.6.1最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算205.6.2電機軸負載慣量計算205.6.3選擇驅(qū)動電動機的型號216進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計216.1滾珠絲杠螺母副的設計216.2床身及導軌236.3軸承端蓋的設計257總結(jié)與體會268參考文獻269附錄2810致謝詞30摘 要本

17、設計主要是研究車銑復合數(shù)控機床進給系統(tǒng)部分,數(shù)控技術(shù)已廣泛應用在制造技術(shù)領域,此外, 制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平.以便提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。本論文特別處理計算選擇了各個部件,此外本文還主要對進給傳動系統(tǒng)的剛度計算、進給傳動系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動電機的選型計算、驅(qū)動電機與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動電機與進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析進行了計算分析。關鍵詞 車銑復合 數(shù)控技術(shù) 進給系統(tǒng) 滾珠絲杠 驅(qū)動電機abstractthis project is to stu

18、dy the feed transmission system of multifunctional milling machine. numerical control technology is used widly in manufacturing technology. in additionmanufacturing technology and equiping the most basic means of production that are that the mankind produced the activity, and numerical control techn

19、ology is nowadays advanced manufacturing technology and equips the most central technology. nowadays the manufacturing industry all around the world adopts numerical control technology extensively, in order to improve manufacturing capacity and level. improve the adaptive capacity and competitive po

20、wer to the changeable market of the trends during the paper particularly dealt with the choice and calculation of every parts caculate the inflexibility of feed transmission system. analyse the error of feed transmission system. junction between drive electromotor and balls crew. dynamic analysis of

21、 drive electromotor and feed transmission system .key words: multifunctional milling machine. numerical control technology feed transmission system . ballscrew drive electromotor.1緒論數(shù)控技術(shù)是一門為適應高精度、高速度、復雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡化的基礎，是現(xiàn)代機床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應用領域和廣闊的應用前景。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變

22、革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高質(zhì)量、高精、高效、自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術(shù)的進步，數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機

23、床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入wto后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務。 數(shù)控機床出現(xiàn)至今的50年，隨科技、特別是微電子、計算機技術(shù)的進步而不斷發(fā)展。美、德、日三國是當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制造和使用上，技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。在近20余年探索中，中國數(shù)控機床的設計和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速

24、、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應國內(nèi)市場的需求，但對關鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機床的水平差距很大。此次研究課題主要是車銑復合數(shù)控機床,本文主要討論研究車削進給系統(tǒng)設計,設計主要內(nèi)容包括機床總體參數(shù)及總體布局設計、車削進給系統(tǒng)設計和車削進給系統(tǒng)主要零部件的設計,橫向進給系統(tǒng) 的方案設計,對進給系統(tǒng)各個部件進行選型計算,繪制進給系統(tǒng)主要部件裝配圖,典型零件繪制零件圖,外文翻譯,并撰寫畢業(yè)設計論文.本次設計旨在將大學四年所學的知識進行綜合運用并鞏固,對我們的

25、機械設計的綜合能力提出了考驗,通過本次設計加強動手設計能力,提高分析解決問題的能力,熟練掌握機械設計的一般方法與流程,為以后的學習工作打下基礎. 2數(shù)控機床的設計概念2.1數(shù)控機床的基本工作原理簡介現(xiàn)代計算機數(shù)控機床由控制介質(zhì)、輸入輸出設備、計算機數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)及機床本體組成。數(shù)控機床工作原理圖1、 控制介質(zhì)控制介質(zhì)又稱信息載體，是人與數(shù)控機床之間聯(lián)系的中間媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加工中的全部信息。目前常用的有穿孔帶、磁帶或磁盤等。2、 輸入、輸出裝置是cnc系統(tǒng)與外部設備進行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入cnc系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加

26、工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質(zhì)上。3、 數(shù)控裝置cnc裝置是數(shù)控機床實現(xiàn)自動加工的核心，主要由計算機系統(tǒng)、位置控制板、plc接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件等組成。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和plc等)，所有這些工作是由cnc裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作的。4、 伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)與機床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由伺服電動機、驅(qū)動控制系統(tǒng)以及位置檢測反饋裝置組成。伺服電機是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動控制系統(tǒng)則是伺服電機的

27、動力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)的功率放大后，帶動機床移動部件作精確定位或按照規(guī)定的軌跡和進給速度運動，使機床加工出符合圖樣要求的零件。5、 檢測反饋系統(tǒng)測量反饋系統(tǒng)由檢測元件和相應的電路組成，其作用是檢測機床的實際位置、速度等信息，并將其反饋給數(shù)控裝置與指令信息進行比較和校正，構(gòu)成系統(tǒng)的閉環(huán)控制。6、 機床本體機床本體指的是數(shù)控機床機械機構(gòu)實體，包括床身、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。由于數(shù)控機床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機床，它與傳統(tǒng)的普通機床相比，應具有更好的剛性和抗振性，相對運動摩擦系數(shù)要小，傳動部件之間的間隙要小，而且傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)

28、自動化控制。2.2數(shù)控機床的一般設計步驟數(shù)控機床的設計內(nèi)容及步驟大致可概括為以下幾點(1)主要技術(shù)指標設計:包括用途性能生產(chǎn)率主要參數(shù)驅(qū)動方式成本及生產(chǎn)周期等(2)總體方案設計 總體方案設計包括以下幾方面設計運動功能設計 包括確定數(shù)控機床所需的運動的個數(shù)、形式(直線運動、回轉(zhuǎn)運動) 、功能(主運動、進給運動、其他運動)及排列順序,最后畫出數(shù)控機床的運動功能圖基本參數(shù)設計 包括尺寸參數(shù)、運到參數(shù)和動力參數(shù)設計.傳動系統(tǒng)設計 包括傳動方式、傳動原理圖及傳動系統(tǒng)圖設計總體結(jié)構(gòu)布局設計 包括運動功能分配、總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設計.控制系統(tǒng)設計 包括控制方式及控制控制原理、控制系統(tǒng)圖設計.(

29、4)總體方案綜合評價與選擇 在總體方案設計階段,對其各種方案進行綜合評價,從中選擇較好的方案.(5)總體方案的設計修改或優(yōu)化 對所選擇的方案進行進一步的修改或優(yōu)化,確定最終方案.(6)詳細設計 技術(shù)設計 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設計、分析計算或優(yōu)化.施工設計 包括零件圖設計、商品化設計、編制技術(shù)文檔3進給系統(tǒng)設計概念3.1數(shù)控機床進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成進給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動裝置、位置檢測元件及位置調(diào)節(jié)器等組成,如下圖3.1所示.伺服驅(qū)動裝置包括伺服電機及控制單元.位置檢測元件起著測量和反饋兩個作用,它發(fā)出的信號已傳送給位置調(diào)節(jié)器從而構(gòu)成閉環(huán)控制.機械傳動裝置的作用是傳遞和轉(zhuǎn)換進給伺服電動機的

30、運動,并帶動工作臺移動包括減速器、滾珠絲杠副機構(gòu)等 圖3.1 數(shù)控機床進給系統(tǒng)伺服3.2進給伺服系統(tǒng)的控制方式根據(jù)進給伺服系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)方式的不同,可以分為開環(huán)控制與閉環(huán)控制.閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機械傳動部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上，機械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣

31、性及間隙的存在，故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機械傳動部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關系，故必須對機電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比較高，且造價也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。交流伺服電機由于具有可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用

32、。4橫向進給系統(tǒng)設計4.1 傳動系統(tǒng)設計4.1.1 進給系統(tǒng)主要規(guī)格技術(shù)參數(shù)縱向：工作臺重量：w=200kg行程：s=1000mm脈沖當量：=0.006mm/p最大進給速度：=15m/min橫向：工作臺重量：w=200n行程：s=650mm脈沖當量：=0.004mm/p最大進給速度：=10m/min定位精度 ：0.016mm重復定位精度 ：0.0074.1.2 滾珠絲杠基本導程計算伺服電機一般最高轉(zhuǎn)速為1500r/min或2000r/min。如果伺服電機通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接，即i=1.假設工作臺快速進給的最高速度要求達到v=15m/min，取電機的最高轉(zhuǎn)速,則絲杠的最高轉(zhuǎn)速=1500r/m

33、in.絲杠基本導程為：4.2 滾珠絲杠副的選擇計算4.2.1 滾珠絲杠副的精度選擇 本系統(tǒng)要達到0.006300mm,根據(jù)要求查閱滾珠絲杠樣本，對于1級（）精度絲杠，任意300mm內(nèi)導程允許誤差為0.006mm，2級（）精度絲杠的導程允許誤差為0.008mm。初步設絲杠的任意300mm行程內(nèi)變動量為定位精度的，即0.0040.006，因此，可取滾珠絲杠的精度為級，即1級精度絲杠。4.2.2 滾珠絲杠副最大載荷 滾珠絲杠的最大載荷為切削時的最大進給力加上摩擦力；而最小載荷為摩擦力。假設最大縱向進給力=5000n，工作臺質(zhì)量m=200kg，采用貼塑導軌，則：因貼塑導軌的摩擦因數(shù)取0.04，由于采用

34、60傾斜床身=60 絲杠的最小載荷： 絲杠的最大載荷： 當載荷按照單調(diào)或周期性單調(diào)連續(xù)變化時，則可用下式求得軸向工作載荷（平均載荷）和平均轉(zhuǎn)速:滾珠絲杠最高轉(zhuǎn)速定為1500r/min,假定工作臺最小進給速度為1mm/min，則滾珠絲杠的最低轉(zhuǎn)速為：可取為0，則滾珠絲桿的平均轉(zhuǎn)速為：4.2.3滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算（1）按預期工作時間估算滾珠絲杠預期的計算動載荷式中 額定壽命（h）。數(shù)控機床和精密機床； 精度系數(shù)。1、2級絲杠； 平均載荷，之前計算； 滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速,之前計算。（2）滾珠絲杠螺紋小徑的計算式中 絲杠公稱直徑，； 螺紋滾道曲率半徑； 偏心距 式中 鋼球直徑，p為螺距p=1

35、0mm，則 式中 ,接觸角（2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知橫向進給系統(tǒng)的定位精度為16,重復定位精度為7，則 取上述計算結(jié)果的較小值，即（3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑式中 e楊氏彈性模量； 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量； 導軌靜摩擦力，之前算過； 兩個固定支撐之間的距離。滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用兩端固定支撐方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支撐之間的距離為: 取 則，（4）滾珠絲杠螺紋部分長度確定式中 機床工作臺有效行程（mm）； 余程（mm），由導程為10mm確定余程為40mm； 螺母長度，取為200mm。 （5）滾珠絲杠全長l確定 按照要求，兩端支

36、撐長度按照60mm計算，連接長度按照90mm計算，起始距離按照40mm計算，則計算滾珠絲杠全長為（6）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號根據(jù)以上計算所得的、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的內(nèi)循環(huán)螺母，型號為ffzd5010-3，其公稱直徑、基本導程、額定動載荷和螺紋底徑如下： （7）確定滾珠絲杠副的支撐方式、預緊形式及支撐軸承因為本設計的滾珠絲杠的長度很長，而且精度要求也比較高，所以采用剛性最好的支撐方式一端固定的支撐方式。由于本設計的滾珠絲杠的螺母選用外循環(huán)導管、雙螺形式，采用單螺母墊片預壓方式。滾珠絲杠的支撐采用背對背角接觸軸承，因為它的剛性大、力矩小。參照文獻13采用推力角接觸軸承

37、，接觸角為60度,其型號為7209c。4.3滾珠絲杠螺母副額定壽命校核滾珠絲杠螺母副的預期疲勞壽命：式中 絲杠的額定動載荷（n）,已知； 精度系數(shù)。1、2級絲杠；3、4級絲杠； 載荷穩(wěn)定性系數(shù)，工作平穩(wěn)和輕微沖擊時,中等沖擊時, 較大沖擊和振動； 絲杠軸向平均載荷，； 絲杠平均轉(zhuǎn)速，本設計中，滾珠絲杠螺母副預期疲勞壽命，故滿足要求。4.4滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性校核長徑比大的滾珠絲杠，應進行壓桿穩(wěn)定性計算，并使臨界載荷。 當時 當時 式中 滾珠絲杠的螺紋小徑（mm），之前計算過； 滾珠絲杠的最大工作長度（mm），； 絲杠長度系數(shù)。取決于螺桿端部的支撐形式，采用兩端固定支撐取為0.5 ； 楊氏彈性模量

38、，。 則，故滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性滿足要求。4.5計算機械傳動的剛度4.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計算 抗壓剛度為：式中 滾珠絲杠螺紋小徑，； 滾珠絲杠的彈性模量，； 滾珠絲杠的螺母中心之固定端支撐中心之間的距離。 當滾珠絲杠的螺母中心至固定支撐中心之間的距離時，絲杠具有最小抗壓剛度： 當滾珠絲杠的螺母中心至固定支撐中心之間的距離時，絲杠具有最大抗壓剛度：4.5.2滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度計算已知滾動體直徑，滾動體個數(shù),軸承接觸角。軸承最大軸向工作載荷。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為：4.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計算查表得樣本滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動載荷。已知滾珠絲

39、杠上所承受的最大軸向載荷4.5.4進給傳動系統(tǒng)綜合拉壓剛度計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為：故。進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為：故。4.6滾珠絲杠驅(qū)動電機選擇計算伺服電機的選擇，應考慮三個要求：最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩；電機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量相匹配（匹配條件克根據(jù)伺服電機樣本提供的匹配條件，也可按照一般的匹配規(guī)律）；快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩。4.6.1最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算式中 絲杠最大工作載荷，其值為5071.3n； 絲杠導程，其值為10mm； 滾珠絲杠的機械效率，??； 滾珠絲杠軸承的摩擦力矩，??； 伺服電機與絲杠的傳動比，伺服電機與絲杠直聯(lián)，

40、則傳動比i=1； 滾珠絲杠螺母預加載荷引起的附加摩擦力矩，其值為： 其中 預緊力，已假設為：14000n4.6.2電機軸負載慣量計算伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量相匹配。負載慣量可以按一下次序計算：（1）計算工作臺折算到電機軸的轉(zhuǎn)動慣量式中 工作臺移動速度，m/s； 伺服電機角速度，rad/s； 直線移動件（工作臺）的質(zhì)量，已假定；（2）計算滾珠絲杠加在電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量式中 滾珠絲杠材料（鋼）的密度，； 滾珠絲杠長度，； 滾珠絲杠名義直徑，。（3）計算聯(lián)軸器加載鎖緊螺母等的轉(zhuǎn)動慣量 查閱手冊可知，（4）計算加載電機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量按照中小型數(shù)控機床轉(zhuǎn)動慣量慣量匹配條件：1，所選伺服電機的轉(zhuǎn)

41、子慣量應在 ，4.6.3選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算和查表綜合選擇fb15直流伺服電機其輸出功率為1.4kw額定轉(zhuǎn)矩為17.6kw,最大轉(zhuǎn)矩為154kw,5縱向進給系統(tǒng)設計由于兩個方向計算過程方式一樣,因此將計算過程簡單介紹,說明計算結(jié)果.5.1 滾珠絲杠基本導程計算伺服電機通過聯(lián)軸器與絲杠直接連接，即i=1.假設工作臺快速進給的最高速度要求達到v=10m/min，取電機的最高轉(zhuǎn)速,則絲杠的最高轉(zhuǎn)速=1000r/min.絲杠基本導程為：5.2 滾珠絲杠副的選擇計算5.2.1 滾珠絲杠副的精度選擇1級精度絲杠。5.2.2 滾珠絲杠副最大載荷 絲杠的最小載荷： 絲杠的最大載荷：滾珠絲桿的平均轉(zhuǎn)

42、速為：5.2.3滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算（1）按預期工作時間估算滾珠絲杠預期的計算動載荷（2）滾珠絲杠螺紋小徑的計算（2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知進給系統(tǒng)的定位精度為16,重復定位精度為7，則 取上述計算結(jié)果的較小值，即（3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 取 則，（4）滾珠絲杠螺紋部分長度確定（5）滾珠絲杠全長l確定 按照要求，兩端支撐長度按照60mm計算，連接長度按照90mm計算，起始距離按照45mm計算，則計算滾珠絲杠全長為90+45=（6）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號根據(jù)以上計算所得的、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的內(nèi)循環(huán)螺母，型號

43、為ffzd3210-2.5，其公稱直徑、基本導程、額定動載荷和螺紋底徑如下： （7）確定滾珠絲杠副的支撐方式、預緊形式及支撐軸承采用一端固定的支撐方式。采用單螺母墊片預壓方式。滾珠絲杠的支撐采用背對背角接觸軸承，采用推力角接觸軸承，接觸角為60度,其型號為7206c。5.3滾珠絲杠螺母副額定壽命校核滾珠絲杠螺母副的預期疲勞壽命：本設計中，滾珠絲杠螺母副預期疲勞壽命，故滿足要求。5.4滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性校核長徑比大的滾珠絲杠，應進行壓桿穩(wěn)定性計算，并使臨界載荷。 當時 當時 則，故滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性滿足要求。5.5計算機械傳動的剛度5.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計算 抗壓剛度為：5.5.2滾珠絲杠螺

44、母副支承軸承的剛度計算5.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計算5.5.4進給傳動系統(tǒng)綜合拉壓剛度計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為：故。進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為：故。5.6滾珠絲杠驅(qū)動電機選擇計算5.6.1最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算5.6.2電機軸負載慣量計算（1）計算工作臺折算到電機軸的轉(zhuǎn)動慣量（2）計算滾珠絲杠加在電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量（3）計算聯(lián)軸器加載鎖緊螺母等的轉(zhuǎn)動慣量 查閱手冊可知，（5）計算加載電機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量按照中小型數(shù)控機床轉(zhuǎn)動慣量慣量匹配條件：1，所選伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量應在 ，5.6.3選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算和查表綜合選擇法納克10交流伺服電

45、機其輸出功率為1.8kw額定轉(zhuǎn)矩為11.8kw,最大轉(zhuǎn)矩為78kw,轉(zhuǎn)動慣量0.0106進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計6.1滾珠絲杠螺母副的設計滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當他們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母軸向移動。滾珠絲杠螺母副具有以下特點：（1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-5倍。因此，功率消耗只相當于普通絲杠的1/5-/

46、3.（2）若給于適當預緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。（3）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。（5）具有可逆性，既可以從螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動件。（5）磨損小，使用壽命長。（6）制造工藝復雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。（7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時當傳動切斷后，不能立即停止運動，故還需要增加制動裝置。本次設計采用的是外循環(huán)的絲杠螺母副，精度為1級，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺

47、母副采用的預緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個的導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位而實現(xiàn)預緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但載荷量須預先設定而且不能改變。滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度

48、、高精度以及對絲杠進行拉伸。絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60角接觸軸承，在這兩種軸承中，60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應用。滾針圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。60角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點間的距離比背對背時小，實現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進給傳動中面對面組合用得較多。在此課題中采用了以面對面配對組合的60角接觸軸承，

49、組合方式為ddb。以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預拉伸的結(jié)構(gòu)，使預拉伸量略大于熱膨脹量。圖5.1為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。圖5.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)6.2床身及導軌對于數(shù)控機床來說，作為主要支承件的床身至關重要，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著機床的各項性能指標。它支承著數(shù)控車床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本；影響著車床各部件之間的相對位置精度和車床在工作中各運動部件的相對運動軌跡的準確性，從而影響著工件的加工質(zhì)量

50、；還影響著車床所用刀具的耐用度，同時也影響著機床的工作效率和壽命等。因此，床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度/質(zhì)量比；良好的動態(tài)性能；較小的熱變形和內(nèi)應力；并易于加工制造，裝配等，才能滿足數(shù)控車床對床身的要求。數(shù)控機床工作時，受切削力的作用，床身發(fā)生彎曲，其中，影響最大的是床身水平面內(nèi)的彎曲。因此，在床身不太長的情況下，主要應提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。所以，在設計床身時，采用與水平面傾斜55的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點是：(1)在加工工件時，切屑和切削液可以從斜面的前方(即床身的一側(cè))落下，就無需在床身上開排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成一個完整的斜面。(2)切屑從工件上

51、落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器將切屑排出。這樣，機床在工作中，排屑性能和散熱性能要好，可以減少床身在工作中吸收由于切削產(chǎn)生的熱量，從而減少床身的熱變形，使機床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上無需開排屑孔，就可以增加與底座連接的床身底面的整體性，從而可增加床身底面的剛性?；谝陨咸攸c使得床身抵抗來自切削力在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力，以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯著增強。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下，床身的變形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關。材料、截面相同，但形狀不同的床身，截面的慣性矩相差很大。截面積相同時，采用空形截面，加大外輪廓尺寸，在工藝允許的情況下，盡可能減小壁厚，可以大大提高截面的抗彎和抗扭剛度；矩形截面的抗彎剛度高于圓形截面，但圓形截面的抗扭剛度較高；封閉截面的剛度顯著高于不封閉截面的剛度。為此，在設計床身截面時，綜合考慮以上因素，在滿足使用、工藝情況下，采用空心截面，加大輪廓，減小壁厚，采用全封閉的類似矩形的床身截面形式，同時，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度重量比，在大