機(jī)電系畢業(yè)論文

1、設(shè)計(jì)(論文)題目：三坐標(biāo)銑床的數(shù)控化改造姓名 :學(xué)號(hào) :系部 :專(zhuān)業(yè) :年級(jí) :指導(dǎo)教師 :摘要畢業(yè)設(shè)計(jì)是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行改造,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。該機(jī)床能通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，所有電機(jī)均由單片機(jī)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解單片機(jī)的工作原理，主要有以下幾個(gè)方面：X、Y,Z工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，了解優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選取；單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉其應(yīng)用。在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，加工精度和加工可靠性是伺服

2、系統(tǒng)決定的，本文對(duì)普通銑床的數(shù)控化改造進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)普通銑床的數(shù)控化改造，提高了普通銑床的加工能力和加工范圍，節(jié)省了直接購(gòu)買(mǎi)機(jī)床的部分資金，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞： 銑床, 數(shù)控, 三坐標(biāo)目 錄摘要2前言5第一章概論61.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展61.2 數(shù)控機(jī)床的組成及分類(lèi)71.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成71.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)81.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍91.3.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)91.3.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍10第二章設(shè)計(jì)主要參數(shù)及基本思想102.1 課題要求102.1.1 題目名稱(chēng)（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求102.1.2 課題內(nèi)容及工作量102.2 設(shè)計(jì)原則1

3、12.3 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)112.3.1 數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求112.3.2 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度112.3.3 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度12第三章三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算13主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)133.1.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)143.2 主軸系統(tǒng)計(jì)算173.3.1 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求203.3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求213.3.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析21進(jìn)給傳動(dòng)的計(jì)算223.4.1 X軸滾珠絲杠副223.4.2 Y軸滾珠絲杠副263.4.3 Z軸滾珠絲杠副29滾珠絲杠的安裝與使用33第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)35微機(jī)控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)354.1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)的組成3

4、5微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)364.2 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備介紹364.2.1 主控制器CPU的選擇364.2.2 存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展384.2.3 I/O口電路的擴(kuò)展404.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路424.2.5 其它輔助電路設(shè)計(jì)434.3 程序部分44結(jié)論47參考文獻(xiàn)49致謝50前言隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入自適應(yīng)控制模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動(dòng)編程前饋控制模糊控制學(xué)習(xí)控制自適應(yīng)控制工藝參數(shù)自動(dòng)生成三維刀具補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)截面極為友好，并且有故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)

5、別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以使用化。用數(shù)控銑床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制該零件的加工程序，這是數(shù)控銑床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速啟動(dòng)停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向速度和位移量，以及工件裝夾和冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)關(guān)等動(dòng)作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工工序規(guī)定的順序運(yùn)動(dòng)軌跡加工出符合要求的零件。三坐標(biāo)數(shù)控銑床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，不論點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，被加工工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度都受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，要注意以下三點(diǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求：(1) 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦力。進(jìn)給系統(tǒng)雖有許多元件，但摩擦阻力主要來(lái)自絲

6、杠和導(dǎo)軌。絲杠和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)化是減少摩擦的重要措施之一。(2) 提高傳動(dòng)精度和剛度。在進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠和支承結(jié)構(gòu)是決定其傳動(dòng)精度和剛度的主要部件，因此，必須首先保證它們的加工精度。(3) 減少運(yùn)動(dòng)慣量。進(jìn)給系統(tǒng)中每個(gè)元件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有直接的影響。尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。設(shè)計(jì)是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行改造,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。該機(jī)床能通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，所有電機(jī)均由單片機(jī)進(jìn)行控制。此設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控銑床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解單片機(jī)的工作原理，

7、主要有以下幾個(gè)方面：X、Y、Z工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，了解優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選??；單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉其應(yīng)用。第一章 概論1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型。特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些需求。為了滿足上述要求，一種新型的機(jī)床數(shù)字程序控制機(jī)床（簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控機(jī)床）應(yīng)運(yùn)而生。最早進(jìn)行數(shù)控機(jī)床研制的是美國(guó)人。1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈沖乘法器原理的數(shù)控機(jī)床。但這臺(tái)數(shù)控機(jī)床僅是一臺(tái)試驗(yàn)性

8、的機(jī)床，當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管。直到1954年11月，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床才生產(chǎn)出來(lái)。從此以后，世界上其他一些工業(yè)國(guó)家也多開(kāi)始開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從1958年起步的。1965年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于車(chē)、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點(diǎn)加工等領(lǐng)域，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。1985年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。早期的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)采用電子管，體積大、功耗高，只在軍事部門(mén)應(yīng)用。只有在微處理機(jī)用于數(shù)控機(jī)床后，才真正使數(shù)控機(jī)床得到了普及。目

9、前數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：實(shí)現(xiàn)高速度，高可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)，向著增強(qiáng)功能、降低造價(jià)、方便使用的目標(biāo)進(jìn)展；積極應(yīng)用計(jì)算技術(shù)、系統(tǒng)工程理論和控制技術(shù)的最新成果，像這綜合自動(dòng)化方向變革。1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及分類(lèi)1.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成控制介質(zhì)數(shù)控裝備伺服裝置機(jī)床本體輔助裝備 數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)繁多，但從組成一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體絲大部分以及輔助設(shè)備組成。如圖（1）所示。、圖1.1 數(shù)控機(jī)床組成示意圖1控制介質(zhì)控制介質(zhì)是指零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類(lèi)型不同而不同，常用

10、的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤(pán)等。另外，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用CAD/CAM軟件在其他計(jì)算機(jī)上編程，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。2. 數(shù)控裝備數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心。它由輸入裝置、控制裝置和輸出裝置等組成。如圖（2）所示，劃線框內(nèi)位數(shù)控裝置。輸入裝置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過(guò)識(shí)別與譯碼之后，送到控制運(yùn)算器。這些信息將作為控制與運(yùn)算的原始依據(jù)?？刂七\(yùn)算器根據(jù)輸入裝置送來(lái)的信息進(jìn)行運(yùn)算，并將控制命令輸送往輸出裝置，輸出裝置將控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的動(dòng)作。控制介質(zhì)閱讀機(jī)輸 入 裝 備控 制 器輸

11、出 裝 置伺 服 機(jī) 構(gòu) 圖1.2 數(shù)控裝置組成示意圖伺服系統(tǒng)，亦稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度或力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移叫脈沖當(dāng)量(常用的脈沖當(dāng)量為0.001mm0.01mm)。從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析，無(wú)論多么復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，都是有一些功能元件組成的。圖（3）是由各功能元件組成的伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方框圖。比較元件執(zhí)行元件被控對(duì)象調(diào)節(jié)元件輸入 輸出

12、量 指令 測(cè)量、反饋元件圖1.3 伺服系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)方框圖目前數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)，后兩者都帶有光電編碼器等位置測(cè)量元件。4. 機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，它是在原有的普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的，具有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。（2）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。（3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。除了上述四個(gè)主要部分外，數(shù)控機(jī)床還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電器，液壓，氣

13、動(dòng)系統(tǒng)與冷卻、排屑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等裝置以及編程機(jī)、對(duì)刀塊等。 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1 刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的軌跡分類(lèi)（1） 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是只控制移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，即控制移動(dòng)部件由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，而對(duì)它們運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡沒(méi)有嚴(yán)格的要求，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。（2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)不僅要控制兩點(diǎn)間的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩點(diǎn)之間移動(dòng)的速度和軌跡。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制又稱(chēng)連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有插補(bǔ)功能。（4） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制

14、方式分類(lèi)2 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類(lèi)（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 它是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。它是根據(jù)穿孔帶上的數(shù)據(jù)指令經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)輸出到伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使驅(qū)動(dòng)伺服裝置轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過(guò)減速齒輪和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。（2） 閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是指在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位移測(cè)量裝置，將加工中測(cè)量到的實(shí)際位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入值的指令相比較，用比較的差值控制移動(dòng)部件，直到差值為零，即實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確定位。（3） 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠上或進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的軸上裝有角位移檢測(cè)裝置。通過(guò)檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后將數(shù)據(jù)反饋給比較器進(jìn)

15、行比較，輸出比較后的差值進(jìn)行控制。3. 按加工方法分類(lèi)（1） 金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床；（2） 金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床；（3）數(shù)控特種加工機(jī)床；（4） 其它類(lèi)的數(shù)控機(jī)床4. 按數(shù)控機(jī)床的性能分類(lèi)(1)低檔數(shù)控機(jī)床；(2) 中檔數(shù)控機(jī)床；(3) 高檔數(shù)控機(jī)床；1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1.3.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。特點(diǎn)如下：（1）適應(yīng)性強(qiáng)，加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定（2）生產(chǎn)率高（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件（4）良好的經(jīng)濟(jì)效益（5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化1.3.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍從最經(jīng)濟(jì)的方面出發(fā)，數(shù)控機(jī)床適用于加工：（1）多品種小批

16、量零件；（2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高的零件；（3）需要頻繁改型的零件；（4）價(jià)格昂貴，不容許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；（5）需要小生產(chǎn)周期的急需零件。第二章 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及基本思想2.1 課題要求2.1.1 題目名稱(chēng)（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求三坐標(biāo)數(shù)控銑床設(shè)計(jì)（1）X、Y、Z軸的行程分別為 300mm、300mm、250mm;（2）進(jìn)給精度0.01mm；（3）X、Y、Z軸快速進(jìn)給速度分別為 6m/min、6m/min、3m/min；（4）工作臺(tái)面尺寸300x500mm;（5）脈沖當(dāng)量0.01mm/步；（6）重復(fù)定位精度 0.01mm.2.1.2 課題內(nèi)容及工作量(1) 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床總圖A0一張(2

17、)控制原理圖設(shè)計(jì)A0一張(4)翻譯500漢字注：全部圖紙用計(jì)算機(jī)繪制，說(shuō)明書(shū)由計(jì)算機(jī)輸出。2.2 設(shè)計(jì)原則根據(jù)設(shè)計(jì)要求和銑床的具體情況，課題的基本設(shè)計(jì)方案如下：（1）機(jī)床采用連續(xù)控制系統(tǒng)，定位方式采用增量坐標(biāo)控制。（2）考慮到機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。（3）進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床必須有精確的進(jìn)給傳動(dòng)系，才會(huì)有高的精度和表面質(zhì)量?？紤]到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選用，為達(dá)到分辨率0.01mm的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)，利用電子控制系統(tǒng)消除誤差。（4）為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求機(jī)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母副。為提高傳

18、動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。（5）傳動(dòng)系統(tǒng)要加上脈動(dòng)裝置。 以上為基本的設(shè)計(jì)方案，除了這些，課題應(yīng)注意機(jī)床的幾何精度的修正，數(shù)控指令的顯示和使用等。2.3 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1 數(shù)控機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求主要有以下方面:（1）有良好的抗振性能和較大的額定切削功率，高的靜、動(dòng)態(tài)剛度；（2）有較高的熱穩(wěn)定性和較高的幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度；（3）有數(shù)控系統(tǒng)及其介質(zhì)。下面我們?cè)斒鰯?shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求2.3.2 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度機(jī)床的剛度是指切削力和其它力作用下,抵抗變形的能力。機(jī)床在切削過(guò)程當(dāng)中，要承受各種外力的作用，承受的靜態(tài)力有運(yùn)動(dòng)部件和被加工零件的自重

19、；承受的動(dòng)態(tài)力有：切削力、驅(qū)動(dòng)力、加減速時(shí)引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這種力作用下將產(chǎn)生變形。如固定連接表面或嚙合運(yùn)動(dòng)表面的接觸變形；各支撐零件的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支撐件的局部變形等，這些變形都會(huì)直接或間接的引起刀具和工件之間的相對(duì)位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響機(jī)床切削過(guò)程的特性。(1) 選擇及布置隔板和筋條床身的靜剛度是直接影響機(jī)床的加工精度和其生產(chǎn)率的主要因素之一。而靜剛度及固有頻率，是影響動(dòng)剛度的重要因素。支承件的隔板和筋條的合理性，可提高構(gòu)件的靜、動(dòng)剛度。(2) 結(jié)構(gòu)剛度與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。機(jī)床的導(dǎo)軌和支承件通常是

20、局部剛度最弱的部分，在本次設(shè)計(jì)中，采用雙臂聯(lián)接形式，X、Y軸導(dǎo)軌較窄。(3) 采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件采用鋼板和焊鋼而不采用鑄件的原因：1）鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍，因此采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)床身有利于提高固有頻率。在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件與鑄件的剛度相同，則焊接件的臂厚只需鑄件的一半。2）如果要求局部剛度相同，因局部剛度與臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需鑄件的80%左右。3）鋼可以提高構(gòu)件的諧振頻率使共振不易發(fā)生。4）鋼板焊接能將構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，提高剛度。焊接結(jié)構(gòu)床身的突出優(yōu)點(diǎn)是制造周期短，一般比鑄鐵快1.7-3.5倍。省去了制作木模和鑄造工序，不易出廢品。焊接結(jié)構(gòu)

21、設(shè)計(jì)靈活，便于產(chǎn)品更新、改進(jìn)結(jié)構(gòu)。焊接件能達(dá)到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高抗彎截面慣性矩，減少質(zhì)量。合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度，機(jī)床的工作頭部分由于重力作用將會(huì)使機(jī)床立柱產(chǎn)生彎曲變形，切削力將使立柱產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。這些變形將影響到加工精度。故本次設(shè)計(jì)中將采取通過(guò)在立柱上方安裝兩組定滑輪來(lái)平衡重力的方法，來(lái)減少立柱的變形，提高機(jī)床的剛度。2.3.3 提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度極大的影響零件的加工精度。在開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)精度取決于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)，特別是機(jī)械傳動(dòng)部件的精度；在閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，位置檢測(cè)裝置的分辨率對(duì)運(yùn)動(dòng)精度有決定性的影響，但是機(jī)械傳

22、動(dòng)部件的特性對(duì)運(yùn)動(dòng)精度也有一定的影響。通常在開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量為0.01mm時(shí)，實(shí)際的定位精度最好的情況也只能達(dá)到0.025mm。在閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量（或稱(chēng)最小設(shè)定單位）一般為0.001mm，實(shí)際上定位精度只能達(dá)到0.003mm，當(dāng)指令進(jìn)給系統(tǒng)做單步進(jìn)給（即每次移動(dòng)0.001mm）時(shí)，開(kāi)始一兩個(gè)單步指令，進(jìn)給部件并不動(dòng)作，到第三個(gè)單步指令時(shí)才突跳一段距離，以后又如此重復(fù)。這些現(xiàn)象都是因?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象引起的，而低速爬行現(xiàn)象又決定于機(jī)械傳動(dòng)部件的特性。本設(shè)計(jì)采取的方案有：（1）減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差（2）提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。第三章 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算主傳動(dòng)

23、系統(tǒng)一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)），以及開(kāi)停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。動(dòng)力源為執(zhí)行元件提供動(dòng)力，并使其得到一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向,變速裝置傳遞動(dòng)力以及變換運(yùn)動(dòng)速度，執(zhí)行元件執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)代切削加工正向著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床的性能提出越來(lái)越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達(dá)1：1001：1000，恒功率調(diào)速范圍達(dá)1：10以上；更大的功率范圍達(dá)2.2250kW，能在切削加工中自動(dòng)變換速度；機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲小，動(dòng)態(tài)性能好，可靠性高等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下特點(diǎn)：（1）主傳動(dòng)采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)

24、速（2）數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì)（3）數(shù)控機(jī)床高速主傳動(dòng)設(shè)計(jì)（4）數(shù)控機(jī)床采用部件標(biāo)準(zhǔn)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（5）數(shù)控機(jī)床的柔性化、復(fù)合化（6）虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì)為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工范圍廣、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，要求主傳動(dòng)裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）具有較大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于車(chē)削大端面時(shí)保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。（2）具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為

25、此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。（3）良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床一般既要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運(yùn)動(dòng)部件不平穩(wěn)以及切削過(guò)程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無(wú)法進(jìn)行。因此主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力抗振性?？拐裥?用動(dòng)剛度或動(dòng)柔度來(lái)衡量。例如主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有

26、零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過(guò)保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.1.1 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)普通機(jī)床一般采用機(jī)械有級(jí)變速調(diào)速傳動(dòng)，而數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)變速；且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時(shí)，需要隨切削的直徑的變化而自動(dòng)變速，以保持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無(wú)級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。機(jī)床主傳動(dòng)中常采用的無(wú)級(jí)變速裝置有三大類(lèi)：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)

27、械無(wú)級(jí)變速裝置和液壓無(wú)級(jí)變速裝置。無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：一為盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動(dòng)系統(tǒng)要求的無(wú)級(jí)變速裝置。如銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)要求恒功率傳動(dòng)，就應(yīng)該選擇恒功率無(wú)級(jí)變速裝置。二為無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往小于機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無(wú)級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個(gè)變速范圍。1主軸部件設(shè)計(jì)主軸部件的性能要求主軸部件是機(jī)床主要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行元件。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成型運(yùn)動(dòng)。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等

28、組成。主軸部件的工作性能對(duì)整機(jī)性能和加工質(zhì)量以及機(jī)床生產(chǎn)效率有著直接影響，是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。因此，對(duì)主軸部件有如下要求：（1）軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（如車(chē)床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的7：24錐孔）的徑向和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤(rùn)滑劑和主軸組件的平衡。（2）剛度 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向上所施加的作用力來(lái)定義的。主軸部件的剛度

29、是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動(dòng)軸承的類(lèi)型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。（3）溫升 因?yàn)橄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦生熱，切削取得切削熱等使主軸溫度升高將引起熱變形使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會(huì)降低潤(rùn)滑劑的粘度，惡化潤(rùn)滑條件。因此，各類(lèi)機(jī)床對(duì)溫升都有一定的限制。（4）可靠性 數(shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化的機(jī)床，所以必須保證工作可靠性，可喜的是這方面的研究正在發(fā)展。（5）精度保持性 它指長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。對(duì)數(shù)控機(jī)床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。2主軸部件的組成和軸

30、承選型（1）主軸部件，它由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。（2）主軸的傳動(dòng)件，可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳動(dòng)件位于后懸伸端的越來(lái)越多。這樣做，可以實(shí)現(xiàn)分離傳動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)：主軸組件（稱(chēng)為主軸單元）和變速箱可以做成獨(dú)立的功能部件，又專(zhuān)門(mén)的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動(dòng)聯(lián)接。本三坐標(biāo)曲面數(shù)控銑床采用帶傳動(dòng)聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向）。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，常設(shè)定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點(diǎn)的位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點(diǎn)支推力支承之間的距離

31、。（3）主軸軸承，選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常采用多聯(lián)組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對(duì)背，面對(duì)面和同向組配，背靠背和面對(duì)面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對(duì)背比面對(duì)面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過(guò)盈加大。軸向膨脹對(duì)與背靠背組配將使過(guò)盈減少，于是，可以補(bǔ)償一部分徑向膨脹；而對(duì)于面對(duì)面組配，將使過(guò)盈進(jìn)一步加大?；谏鲜龇治?，主軸受到彎距，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背

32、組配。（4）角接觸角軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承，還應(yīng)在過(guò)盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而在預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將增多，各滾動(dòng)體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；而且較大的預(yù)緊力將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。角接觸角軸承在軸向力

33、的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，衡量預(yù)緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡(jiǎn)稱(chēng)預(yù)緊力Fa0，單位為N。多聯(lián)角接角球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級(jí)預(yù)緊。訂貨時(shí)可指定預(yù)緊級(jí)別。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配）或外圈（面對(duì)面組配）的端面根據(jù)預(yù)緊力磨去。裝配時(shí)擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個(gè)軸承間需要隔開(kāi)一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的作用下，不受力側(cè)軸承的滾動(dòng)體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個(gè)條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的35%。（5） 承載能力和壽命主軸軸承通常載荷相對(duì)較輕。一些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒(méi)有問(wèn)題的。主軸軸承的壽

34、命，主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為P4級(jí)，經(jīng)使用磨損后跳動(dòng)精度降為P5級(jí),這個(gè)軸承就認(rèn)為應(yīng)該更換了。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計(jì)。3主軸組件的動(dòng)態(tài)特性通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)高速主軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動(dòng)態(tài)特性，可采取下列措施：（1） 是主軸組件的固有頻率避開(kāi)激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛體振動(dòng)的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲

35、振動(dòng)，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來(lái)自主軸組件的不平衡，這時(shí)激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 /30。也可能來(lái)自斷續(xù)切削，這時(shí)激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù)Z。（2）增大阻尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動(dòng)。這時(shí)主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對(duì)主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過(guò)大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時(shí)還因考慮阻尼因素。（3）采用消振裝置。4主軸軸承的潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承在接觸區(qū)的壓強(qiáng)很高，在這么高的壓強(qiáng)下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個(gè)點(diǎn)的接觸；潤(rùn)滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動(dòng)體與滾道的接觸區(qū)

36、，形成一定厚度的油膜，把兩者隔開(kāi)，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動(dòng)軸承所需的潤(rùn)滑劑很少的。當(dāng)然，也可用脂潤(rùn)滑，還有用油氣潤(rùn)滑的。（1） 脂潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承能用脂潤(rùn)滑是它的突出優(yōu)點(diǎn)之一。脂潤(rùn)滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒(méi)有漏油問(wèn)題。如果脂的選擇合適、潔凈、密封良好，不使灰塵、油、切削液等進(jìn)入，壽命是很長(zhǎng)的。一次充填可用到大修，不需補(bǔ)充，也不要加脂孔。脂潤(rùn)滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號(hào)（常用于球軸承）。（2） 油氣潤(rùn)滑如果dn值較大時(shí)，還需對(duì)軸承進(jìn)行冷卻。如果用油兼作潤(rùn)滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會(huì)增加。最好用油潤(rùn)滑，用空氣冷卻。油霧潤(rùn)滑能達(dá)到這個(gè)目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方法是

37、油氣潤(rùn)滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油 用于潤(rùn)滑，空氣用于冷卻。3.2 主軸系統(tǒng)計(jì)算 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強(qiáng)度）。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容包括確定帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度和根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動(dòng)中心距及作用在軸上的力等。(1) 確定計(jì)算功率PkW式中：K工況系數(shù)(工作情況系數(shù))P電機(jī)額定功率 Kw (2) 選擇三角帶型號(hào) 根據(jù)P、n由圖7-8選SPA型 窄V帶 (3) 確定帶輪直徑D、D 小帶輪直徑D應(yīng)滿足：DD，以免帶的彎曲應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致其壽命降低。 查表7-4取

38、D,故選擇D (4) 計(jì)算膠帶速度 5<V< 故 D選擇合格 D (5) 確定中心距a和帶長(zhǎng)L 得 初選 帶長(zhǎng) 查表7-3，取 中心距 a的調(diào)整范圍： (6) 驗(yàn)算小帶輪包角 小帶輪包角可按公式求得： 得 ， 即滿足條件。 (7) 確定V帶根數(shù)z V帶根數(shù)Z可按下式計(jì)算： 由表7-6a查得 由表7-10查得 由表7-11查得 由表7-9查得 由表7-3查得 代入求根公式，得 取z=6,符合表7-4推薦的輪槽數(shù) (8) 確定初拉力 單根V帶合適的初拉力可按下式計(jì)算： 由表7-5得 (9) 計(jì)算作用在軸上的壓力3.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.3.1 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)不

39、但是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于一般機(jī)床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。(1) 穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)信號(hào)消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行,或者在輸入的指令信號(hào)作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)（如慣性、剛度、阻尼、增益等），與外界的作用信號(hào)（包括指令信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)）的性質(zhì)或形式無(wú)關(guān)。(2) 精度 伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)工作過(guò)程中通常存在三種誤差：動(dòng)

40、態(tài)誤差、穩(wěn)定性誤差和靜態(tài)誤差。實(shí)際中只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)就行。(3) 快速響應(yīng)性 快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。3.3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有：(1) 能夠克服摩擦力和負(fù)載；(2) 很小的進(jìn)給位移量；(3) 高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；(4) 足夠的調(diào)速范圍；(5) 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象；在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：(1) 具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；(2) 具有良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量；(3) 負(fù)載引起的軌

41、跡誤差盡可能?。?對(duì)于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件則有以下要求(1)被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較小的慣量；(2)具有較高的剛度；(3)良好的阻尼；(4)傳動(dòng)部件在拉壓剛度、 扭轉(zhuǎn)剛度、 摩擦阻尼特性和間隙等方面盡可能小的非線性；3.3.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析1時(shí)間響應(yīng)特性進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時(shí)間響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。時(shí)間響應(yīng)特性是用來(lái)描述系統(tǒng)對(duì)迅速變化的指令能否迅速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。由于系統(tǒng)包含一些儲(chǔ)能元件，所以當(dāng)輸入量作用于系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)輸出不能立刻跟隨輸入量變化，而是在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之前表現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程（或叫過(guò)渡過(guò)程）。穩(wěn)定響

42、應(yīng)是指當(dāng)時(shí)間t趨向無(wú)窮大時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。若在穩(wěn)定時(shí)，輸出和輸入不能完全吻合，就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。2. 頻率響應(yīng)特性時(shí)間響應(yīng)特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時(shí)間的變化的規(guī)律，即在已知傳遞函數(shù)的前況下，從系統(tǒng)在階越輸入及斜坡輸入時(shí)間應(yīng)速度及振蕩過(guò)程的狀態(tài)中來(lái)獲得動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。然而在很多情況下，傳遞函數(shù)不清楚，所以只能由試驗(yàn)的方法來(lái)求取動(dòng)態(tài)特性。因此出現(xiàn)頻率響應(yīng)特性法。所謂頻率響應(yīng)特性,就是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)，即它通過(guò)研究系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)律來(lái)獲得啟動(dòng)態(tài)特性。3. 快速性分析所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量。對(duì)于線性進(jìn)給伺服系統(tǒng)，由于它包含各

43、種電路、機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有時(shí)間常數(shù)，對(duì)高頻信號(hào)來(lái)不及反應(yīng)，只是一個(gè)地通漏波器。這種系統(tǒng)的通頻寬帶，對(duì)高頻信號(hào)響應(yīng)速度快，所以從開(kāi)環(huán)頻率特性圖看，提高系統(tǒng)的截止頻率，則可以提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。3.4.1 X軸滾珠絲杠副(1) 精度 要求：進(jìn)給精度 快速進(jìn)給精度(2) 疲勞強(qiáng)度 絲杠的最大載荷為最大進(jìn)給力加摩擦力，最大進(jìn)給力為1625N,工作臺(tái)質(zhì)量700kg,則：1） 求計(jì)算載荷Fc 根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 計(jì)算載荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D級(jí)精度則： 2） 計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 取絲杠的工作壽命為,3） 選用 FC1-4020-2.5型

44、絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱(chēng)直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 按表2-1種尺寸公式計(jì)算： 滾道半徑 偏心距 絲杠內(nèi)徑 4） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如下圖。由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱(chēng)為臨界載荷，并按下式計(jì)算式中，E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼,E=206Gpa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。

45、 安全系數(shù) 查表2-10，S=2.53.3 ,S>S,絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。高速長(zhǎng)絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見(jiàn)表2-10，本題取， 即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求 所以該絲杠副工作穩(wěn)定 5） 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量(m)為： 式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼；T為轉(zhuǎn)矩。 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷 按最不利的情況?。ㄆ渲校?

46、則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即 該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。 6） 效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項(xiàng)性能均符合題目要求，所以合格。3.4.2 Y軸滾珠絲杠副 （1） 精度 要求：進(jìn)給精度 快速進(jìn)給精度 （2） 疲勞強(qiáng)度 絲杠的最大載荷為最大進(jìn)給力加摩擦力，最大進(jìn)給力為1625N,工作臺(tái)質(zhì)量900kg,則： 1）求計(jì)算載荷Fc 根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 計(jì)算載荷 查表2-6取 查表2-8取 查表2-7取 查表2-4取D級(jí)精度則：

47、2）計(jì)算額定動(dòng)載荷 取絲杠的工作壽命為,3）選用 FC1-4020-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱(chēng)直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 按表2-1種尺寸公式計(jì)算： 滾道半徑 偏心距 絲杠內(nèi)徑 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如下圖。 由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱(chēng)為臨界載荷,并按下式計(jì)算 式中，E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼E=206G

48、pa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。 安全系數(shù) 查表2-10，S=2.53.3 ,S>S,絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。 高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見(jiàn)表2-10，本題取， 即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求 5）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量(m)為： 式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼；T為轉(zhuǎn)矩。 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為

49、摩擦系數(shù)；為平均工作載荷 按最不利的情況?。ㄆ渲校?則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即 該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。 6）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格。 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，F(xiàn)C1-4010-2.5各項(xiàng)性能均符合題目要求，所以合格。3.4.3 Z軸滾珠絲杠副（1）精度要求：進(jìn)給精度 快速進(jìn)給精度（2）疲勞強(qiáng)度絲杠的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進(jìn)給力的垂直分力。主軸重量為300kg,則：1）摩擦力 根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 計(jì)算載荷 查表2-6取 查表2-8

50、取 查表2-7取 查表2-4取D級(jí)精度則： 2）計(jì)算額定動(dòng)載荷 取絲杠的工作壽命為,3）選用 FC1-4020-2.5型絲杠，由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱(chēng)直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 按表2-1種尺寸公式計(jì)算： 滾道半徑 偏心距絲杠內(nèi)徑 4）穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如下圖。由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱(chēng)為臨界載荷 式中，E為絲杠材料的彈

51、性模量，對(duì)于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。 安全系數(shù) 查表2-10，S=2.53.3 ,S>S,絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見(jiàn)表2-10，本題取， 即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求 5）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T()共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量(m)為： 式中:A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切變模量，對(duì)鋼；T為轉(zhuǎn)矩。 式中：為

52、摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷 按最不利的情況?。ㄆ渲校?則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即 該絲杠的滿足上市，所以其剛度可以滿足要求。 6）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)算，各項(xiàng)性能均符合題目要求，所以合格。(1)潤(rùn)滑為使?jié)L珠絲杠副能充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式主要有以下兩種潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1/3，一般滾珠絲杠副在螺母內(nèi)部已加注GB7324-942#鋰基潤(rùn)滑脂； 潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)如表16所示，但是隨行程、潤(rùn)滑油的種

53、類(lèi)、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請(qǐng)注意使用。表16 潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)（間隔3分鐘）表三潤(rùn)滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)軸 頸 (mm)給油量 (cc)480.0310140.0515180.0720250.1028320.1536400.2545500.3055630.40701000.501001600.60(2)防塵滾珠絲杠副與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨耗，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物（切削碎削）進(jìn)入時(shí)，必須采用防塵裝置（折皺保護(hù)罩、絲杠護(hù)套等），將絲杠軸完全保護(hù)起來(lái)。另外，如沒(méi)有異物，但有浮塵時(shí)可在滾珠螺母兩端增加防塵圈，請(qǐng)用戶根據(jù)需要按編號(hào)規(guī)則選定合適規(guī)格型號(hào)。(3)使用滾珠絲杠副在使用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1.滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)要在行程兩端配置限位，