數(shù)控銑床向進給系統(tǒng)設(shè)計樣本

XK718數(shù)控銑床Y向交流伺服進給系統(tǒng)設(shè)計[摘要]：本文重要設(shè)計X718數(shù)控銑床Y向交流伺服進給系統(tǒng)設(shè)計某些，機械構(gòu)造采用交流伺服電機與滾珠絲杠直接相連方式，其控制方式采用交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)半閉環(huán)控制。在對進給系統(tǒng)機械構(gòu)造進行設(shè)計過程中，重要對滾珠絲杠螺母副和直線滾動導(dǎo)軌副進行了計算、校核，保證了機械傳動部件精度和剛度；通過計算，選取了電氣驅(qū)動某些，涉及交流伺服電機和與之匹配伺服單元.滾動直線導(dǎo)軌；滾珠絲杠螺母副選用漢江機床廠提供外循環(huán)雙螺母凸出式雙螺母對旋預(yù)緊滾珠絲杠。[核心詞]:半閉環(huán)控制，直線滾動導(dǎo)軌；滾珠絲杠螺母副；交流伺服電機；目錄X718數(shù)控銑床Y向交流伺服進給系統(tǒng)設(shè)計 1目錄 2引言 31.數(shù)控銑床概述 41.1數(shù)控機床產(chǎn)生和發(fā)展 41.1.1數(shù)控機床產(chǎn)生 41.1.2數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展 51.3數(shù)控機床發(fā)展趨勢 91.4數(shù)控銑床重要功能及特點 91.5數(shù)控銑床分類和應(yīng)用： 101.5.1數(shù)控銑床分類： 101.5.2數(shù)控銑床應(yīng)用 102.數(shù)控銑床總體設(shè)計 112.1擬定立式數(shù)控銑床總體目的 112.2擬定機床總體布局 112.2.1機床運動分派 112.2.2機床構(gòu)造布局 112.2.3機械系統(tǒng)傳動、支承、導(dǎo)向方式 123.X718進給系統(tǒng)設(shè)計 123.1銑削工件時銑削力計算 133.1.1銑削抗力分析 133.1.2進給工作臺工作載荷計算 143.1.3一方面初步估算工作臺重量 153.1.4銑削用量選取 153.1.5銑削力計算 163.2導(dǎo)軌設(shè)計與選型 173.2.1導(dǎo)軌概述 173.2.2滾動直線導(dǎo)軌副計算 193.3滾珠絲杠螺母副選型與計算 213.3.1滾珠絲杠螺母副概述 213.4電機設(shè)計選用 273.5進給傳動系統(tǒng)動態(tài)特性分析 293.6驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接 314.X718CNC數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計……………………344.1控制系統(tǒng)總體方案擬定與控制系統(tǒng)選定………...345.位置檢測元件選取…………..365.1位置檢測元件概述……………………365.2位置檢測元件選取……………………365.3位置檢測元件參數(shù)簡介…………………37參照文獻 39引言制造業(yè)是一種國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國或地區(qū)經(jīng)濟實力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國防實力。國際市場競爭歸根究竟是各國制造生產(chǎn)能力及機械制造裝備競爭。隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，機械產(chǎn)品性能和質(zhì)量提高。產(chǎn)品更新?lián)Q代也不斷加快。因而對機床不但規(guī)定迅速適應(yīng)產(chǎn)品零件換代有教高精度和生產(chǎn)率，并且應(yīng)有教高精度和生產(chǎn)率，生產(chǎn)需要促使數(shù)控機床產(chǎn)生。隨著電子技術(shù)，特別是計算機技術(shù)發(fā)展，數(shù)控機床迅速發(fā)展起來。數(shù)控機床進一步設(shè)計必要性可以解決形狀復(fù)雜小批零件加工問題，穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是由于受其他條件限制，例如價格、精度等問題。因此設(shè)計改造數(shù)控機床進給系統(tǒng)是刻不容緩。數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)設(shè)計，其中涉及進給系統(tǒng)軸向負(fù)載計算，導(dǎo)軌設(shè)計與選型，滾珠絲杠螺母副選型計算，進給傳動系統(tǒng)動態(tài)特性分析誤差計算，驅(qū)動電動機選型計算，驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接等等。通過這次課程設(shè)計，可以達到如下目：1，培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基本知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題能力；2，強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)解決、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面能力；4，培養(yǎng)對的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟觀點，理論聯(lián)系實際工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真科學(xué)態(tài)度以及積極向上團隊合伙精神。 1.數(shù)控銑床概述數(shù)控銑床是一種加工功能很強數(shù)控機床，當(dāng)前迅速發(fā)展起來加工中心、柔性加工單元等都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床基本上產(chǎn)生，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑床工藝最復(fù)雜，需要解決問題諸多，因而，當(dāng)前人們在研究和開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動編程語言軟件時，也始終把銑削加工作為重點。1.1數(shù)控機床產(chǎn)生和發(fā)展隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且規(guī)定頻繁改型，特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需機械零件，精度規(guī)定高，形狀復(fù)雜，批量小。加工此類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)節(jié)設(shè)備，普通機床或?qū)Ｓ没薅雀咦詣踊瘷C床普通不能適應(yīng)這些規(guī)定。為理解決上述問題，一種新型機床——數(shù)控機床應(yīng)運而生。這種新型機床具備適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等長處。她綜合應(yīng)用電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械構(gòu)造等多方面技術(shù)成果。1.1.1數(shù)控機床產(chǎn)生世界上第一臺成功研制數(shù)控機床是一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床，于1952年由美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院合伙完畢。早在1948年，美國在研制加工直升機葉片輪廓檢查用樣板技工機床任務(wù)時，就提出了研制數(shù)控機床初始設(shè)想。1949年，在美國空軍部門支持下，帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室合伙，開始從事數(shù)控機床研制工作。通過三年時間研究，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床實驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理直線插補三坐標(biāo)持續(xù)控制銑床。其控制裝置由各種電子管構(gòu)成，占用一種普通實驗室那么大。這臺數(shù)控銑床誕生，標(biāo)志著機械制造數(shù)字控制時代開始。1.1.2數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展數(shù)控機床發(fā)展是隨著數(shù)控技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了電子管—分立式晶體管—小規(guī)模集成電路—大規(guī)模集成電路—小型計算機—超大規(guī)模集成電路—微機式數(shù)控系統(tǒng)等幾種發(fā)展階段。20世紀(jì)90年代以來，數(shù)控系統(tǒng)朝著以通用微機為基本、體系構(gòu)造開放和智能化方向發(fā)展。以上三代數(shù)控系統(tǒng)是由計算機硬件和軟件構(gòu)成，運用存儲器里軟件控制系統(tǒng)工作，因而稱為CNC系統(tǒng)或軟件控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)容易擴大功能，柔性好，可靠性高。1.2國內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況1.2.1數(shù)控技術(shù)再國民經(jīng)濟中重要地位數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和過程進行控制技術(shù)，是20世紀(jì)后半葉最重要，發(fā)展最快工業(yè)技術(shù)之一，它以制造過程為對象，以信息技術(shù)為手段，以數(shù)字坐標(biāo)方式對運動部件進行位置控制為重要特性，為單件小批量生產(chǎn)自動化開辟了可行技術(shù)途徑，也為當(dāng)代柔性制造技術(shù)奠定了重要技術(shù)基本。數(shù)控機床是以數(shù)控技術(shù)為代表新技術(shù)對老式制造業(yè)和新興制造業(yè)滲入形成機電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)覆蓋諸多領(lǐng)域。其中，精密機械制造技術(shù)，信息解決、加工、傳播技術(shù)，自動控制技術(shù)，伺服驅(qū)動技術(shù)，傳感器及檢測技術(shù)和計算機技術(shù)是數(shù)控技術(shù)涵蓋重要領(lǐng)域。數(shù)控機床還是運用高新技術(shù)對老式產(chǎn)業(yè)進行改進和提高重要載體。以信息化帶動工業(yè)化，實現(xiàn)社會生產(chǎn)力跨越式發(fā)展，將在一定限度上取決于數(shù)控機床技術(shù)進步。它代表著裝備工業(yè)技術(shù)水平和當(dāng)代化限度。而裝備工業(yè)技術(shù)水平和當(dāng)代化限度決定著整個國民經(jīng)濟水平和當(dāng)代化限度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）使能技術(shù)和重要裝備。數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進制造技術(shù)和裝備最核心技術(shù)。當(dāng)前世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場適應(yīng)能力和競爭能力。此外，世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家戰(zhàn)略物資，不但采用重大辦法來發(fā)展自己數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，并且在“高、精、尖”數(shù)控核心技術(shù)和裝備方面對國內(nèi)實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位重要途徑。1.2.2國內(nèi)數(shù)控機床發(fā)展歷程與成就國內(nèi)從1958年開始研究數(shù)控機床，始終到20世紀(jì)60年代中期還處在研制、開發(fā)時期。當(dāng)時，某些高校和科研單位研制出實驗性樣機，是從電子管數(shù)控系統(tǒng)起步。1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從20世紀(jì)70年代起，數(shù)控技術(shù)在車、銑、銼、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開，加工中心在上海、北京研制成功。但是，由于元器件質(zhì)量差和產(chǎn)品制造工藝水平低等因素，數(shù)控系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性未得到解決，未能廣泛推廣。在這一時期，數(shù)控線切割機由于構(gòu)造簡樸、使用以便、價格低廉，在模具加工中得到推廣。直線控制、點位控制數(shù)控車床、數(shù)控銑床和加工中心開始在生產(chǎn)中應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，國內(nèi)從日本FANUC公司引進了3,5,6,7等系列數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動機、直流主軸伺服電動機等制造技術(shù)，還引進了美國GE公司MCI系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)、德國SIEMENS公司VS系列晶閘管調(diào)速裝置，并進行了商品化生產(chǎn)。這些系統(tǒng)功能齊全、可靠性高，得到了推廣應(yīng)用，推動了國內(nèi)數(shù)控機床穩(wěn)定發(fā)展，使國內(nèi)數(shù)控機床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一種質(zhì)奔騰。在這期間，國內(nèi)在引進、消化國外技術(shù)基本上進行了大量開發(fā)工作。國內(nèi)數(shù)控機床品種有了較大發(fā)展，品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜大型數(shù)控機床、重型數(shù)控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外當(dāng)代制造技術(shù)發(fā)展，北京機床研究所還研制出了JCS-FMS-1型和JCS-FMS-2型柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。改革開放近30年來，國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)獲得了舉世矚目成就。特別是“十五”期間，數(shù)控機床發(fā)展進人了快車道。國家關(guān)于部門記錄數(shù)字表白，“十五”是國內(nèi)機床工具行業(yè)發(fā)展最快五年。，國內(nèi)機床工具行業(yè)產(chǎn)品銷售收人1032億元，大概是507億元2倍，平均年增長約19％；，全國金屬切削機床產(chǎn)量為39萬臺，大概是17萬臺2．3倍，平均年增長約23寫。機床工具行業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品—數(shù)控機床發(fā)展速度遠高于機床工具全行業(yè)平均發(fā)展速度。國產(chǎn)數(shù)控金屬切削機床年產(chǎn)量從“九五”籌劃末期幾千臺，增長到17521臺,'年24803臺，36813臺，51861臺，其中產(chǎn)量大概是產(chǎn)量3.7倍，平均年增長約39％。金屬加工機床產(chǎn)值數(shù)控化率從26.2％提高到32．7％，形成了一批數(shù)控機床生產(chǎn)主導(dǎo)公司，數(shù)控機床年產(chǎn)量超千臺公司有14家，其產(chǎn)量共計占全行業(yè)數(shù)控機床總產(chǎn)量50％以上，其中數(shù)控機床產(chǎn)量最高一家公司年產(chǎn)量達6000多臺。持續(xù)幾年來數(shù)控機床產(chǎn)量迅速上升，也帶動了出口，全行業(yè)數(shù)控金屬加工機床出口14404臺。數(shù)控機床年產(chǎn)量已經(jīng)突破原國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布到全國數(shù)控機床產(chǎn)量達到25000^-30000臺奮斗目的。數(shù)控機床品種也從“九五”期間128種發(fā)展到當(dāng)前1500各種。國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)品大某些達到了國際20世紀(jì)90年代初期或中期水平，為國家重點建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機床。不但如此，“十五”期間，國內(nèi)在高品位數(shù)控機床核心技術(shù)研究方面獲得重大突破。當(dāng)前，國內(nèi)在普及型數(shù)控機床技術(shù)上已經(jīng)成熟，還基本掌握了多（五）坐標(biāo)聯(lián)動核心技術(shù)。這不但打破了國外技術(shù)封鎖，并且使該技術(shù)進人實用性階段。北京機電研究院為東方汽輪機廠開發(fā)五軸聯(lián)動加工中心，已在東方汽輪機廠實際應(yīng)用，不但完全滿足了汽輪機葉片加工質(zhì)量規(guī)定，并且其加工效率可與進口機床媲美，但其價格僅為進口機床三分之一。復(fù)合加工技術(shù)研究也獲得很大成績，國內(nèi)研制成功五軸聯(lián)動車銑復(fù)合加工中心、五軸五面加工中心、雙主軸車削中心等均已實現(xiàn)商品化。國內(nèi)高速加工技術(shù)研究與應(yīng)用獲得重要進展。其中在直線電動機應(yīng)用技術(shù)研究方面，基本掌握了負(fù)載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等某些核心技術(shù)，彌補了國內(nèi)在直線電動機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域空白，進一步縮短了與國外差距。此外，國內(nèi)還完畢了10000^-18000r/min高速主軸單元產(chǎn)品開發(fā)和加工制造工藝研究，并在國產(chǎn)加工中心上應(yīng)用。超精密加工（亞微米）技術(shù)和裝備研究也獲得突破，北京機床研究所研制超精密加工和納米加工技術(shù)與裝備已達到世界領(lǐng)先水平，打破了國外對國內(nèi)技術(shù)封鎖。當(dāng)前，數(shù)控機床在國內(nèi)國民經(jīng)濟各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要作用，數(shù)控機床已經(jīng)成為公司技術(shù)改造一方面設(shè)備之一。國內(nèi)已經(jīng)成為數(shù)控機床生產(chǎn)大國、消費大國和進口大國。國民經(jīng)濟各個行業(yè)需要大量數(shù)控機床開發(fā)人才和應(yīng)用人才。1.2.3.國內(nèi)數(shù)控機床發(fā)展存在問題與對策當(dāng)前，國外數(shù)控技術(shù)發(fā)展不久，呈現(xiàn)出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復(fù)合、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和環(huán)?；l(fā)展態(tài)勢。與國外數(shù)控技術(shù)發(fā)展相比，國內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展依然存在著較大差距，重要體當(dāng)前如下四個方面。(1)在技術(shù)水平上，國外對加工中心研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高速、精密、多軸、復(fù)合、智能和環(huán)保等技術(shù)研究。國內(nèi)加工中心總體技術(shù)水平與國外同類產(chǎn)品先進水平相比大概落后10^-，在“高、精、尖”技術(shù)方面則更大。(2)在產(chǎn)品構(gòu)造上，高品位市場（即高速、精密、多軸、復(fù)合加工中心市場）基本上被美國、日本和歐洲發(fā)達工業(yè)國家所壟斷，國內(nèi)開發(fā)五軸聯(lián)動數(shù)控機床、復(fù)合加工中心、高速加工中心等產(chǎn)品，雖然已經(jīng)投人使用，但多數(shù)產(chǎn)品與商品化尚有一段距離，并且在技術(shù)水平和性能參數(shù)上與歐、美、日等地產(chǎn)品尚有較大差距。低端市場（即普及型數(shù)控機床市場）受到周邊日本、韓國和國內(nèi)臺灣地區(qū)產(chǎn)品沖擊較大，形成激烈競爭。近年來，國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量小、進口產(chǎn)品量大局面始終存在。(3)產(chǎn)品開發(fā)能力上，國內(nèi)生產(chǎn)公司缺少對產(chǎn)品競爭前數(shù)控技術(shù)深人研究與開發(fā)，特別是對加工中心應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強，集中體當(dāng)前：產(chǎn)品開發(fā)能力較弱，對產(chǎn)品原則規(guī)范研究、制定滯后，技術(shù)創(chuàng)新能力不強。導(dǎo)致開發(fā)出產(chǎn)品技術(shù)先進性不明顯，市場針對性不強，缺少市場競爭力。(4)產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小。從總體上看，加工中心還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及配套能力較低；產(chǎn)品質(zhì)量不高，重要體當(dāng)前可靠性不高，商品化限度局限性，核心功能部件沒有自己配套主渠道；數(shù)控系統(tǒng)推廣應(yīng)用還不夠等等。這些問題已經(jīng)引起了國家關(guān)于部門高度注重，并正在采用辦法加以改進。6月，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)若干意見｝）（如下簡稱《意見》），裝備制造業(yè)得到了國家前所未有注重，《意見》將在三個方面重點下四點:第一，加快開發(fā)高檔數(shù)控機床品種，縮短與世界先進水平差距，提高國內(nèi)機床工具行業(yè)整體水平，對市場急需高檔數(shù)控機床品種，要集中力量，重點突破，加大科技投人，加強基本研究和開發(fā)研究，提高原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力，掌握一批高檔數(shù)控核心產(chǎn)品開發(fā)核心技術(shù)，推出一批高檔數(shù)控機床品種，滿足重點顧客急需，精心哺育高檔數(shù)控機床市場。第二，積極增進功能部件產(chǎn)業(yè)化，哺育一批功能部件龍頭公司，加大政策支持力度，重點發(fā)展高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速主軸單元、精密滾動功能部件、動力刀架、精密轉(zhuǎn)臺、高速導(dǎo)軌防護裝置等高水平功能部件，加快產(chǎn)業(yè)化進程，哺育國產(chǎn)品牌，實現(xiàn)功能部件與數(shù)控機床同步發(fā)展。第三，進一步發(fā)展普及型數(shù)控機床，國內(nèi)普及型數(shù)控機床技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)化迫在眉捷，急需進一步提高可靠性和質(zhì)量，及時供應(yīng)市場，提高產(chǎn)業(yè)集中度，實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、迅速地滿足市場，以提高制造能力和生產(chǎn)集中度為重點，支持骨干公司迅速發(fā)展。第四，努力提高國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率，是“十一五”期間行業(yè)發(fā)展重中之重，要從質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面入手，創(chuàng)品牌、擴市場、擋進口、爭出口，爭取在五年內(nèi)使國產(chǎn)數(shù)控機床國內(nèi)市場占有率有較大提高?！兑庖姟非兄辛藝鴥?nèi)數(shù)控機床發(fā)展中核心問題，為發(fā)展國產(chǎn)數(shù)控機床提供了良好政策環(huán)境。毫無疑問，隨著《意見》貫徹實行，近年來困擾國內(nèi)機床工具行業(yè)發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化和自主開發(fā)能力偏低問題，將得到一定限度解決，國產(chǎn)數(shù)控機床在國內(nèi)市場占有率長期不高局面將被扭轉(zhuǎn)。高等學(xué)校作為國家各類人才培養(yǎng)基地，為裝備制造業(yè)培養(yǎng)急需數(shù)控機床開發(fā)與應(yīng)用人才，是義不容辭責(zé)任。1.3數(shù)控機床發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，制造技術(shù)進步，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化規(guī)定越來越強烈。中、小批量生產(chǎn)比例明顯增長，規(guī)定當(dāng)代數(shù)控機床成為一種精密、高效、復(fù)合、集成功能和低成本自動化加工設(shè)備。同步，為了滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計算機集成制造系統(tǒng)提供基本設(shè)備，也規(guī)定數(shù)控機床向更高水平發(fā)展。當(dāng)前，數(shù)控機床技術(shù)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢：（1）高精度化；（2）運動高速化；（3）柔性化；（4）高自動化；（5）高可靠性；（6）智能化；（7）復(fù)合化；（8）網(wǎng)絡(luò)化；（9）開放式體系構(gòu)造。1.4數(shù)控銑床重要功能及特點數(shù)控銑床可分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各種銑床合用數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相似。除各有其特點之外，常具備下列重要功能：①點位控制功能；②持續(xù)輪廓控制功能；③刀具半徑自動補償功能；④刀具長度補償功能；⑤鏡像加工功能；⑥固定循環(huán)功能；⑦特殊功能。具備自適應(yīng)功能數(shù)控銑床可以在加工過程中把感受到切削狀況變化，通過適應(yīng)性控制系統(tǒng)及時控制機床變化切削用量，使銑床及刀具始終保持最佳狀態(tài)，從而可獲得較高切削效率和加工質(zhì)量，延長刀具使用壽命。數(shù)控銑床重要特點：（1）高柔性及工序復(fù)合化；（2）加工精度高；（3）生產(chǎn)效率高；（4）減輕操作者勞動強度。1.5數(shù)控銑床分類和應(yīng)用：1.5.1數(shù)控銑床分類：按運動方式分：（1）點位控制數(shù)控銑床(2）直線控制數(shù)控銑床（3）輪廓控制數(shù)控銑床；按控制方式分：(1）開環(huán)控制數(shù)控銑床(2）閉環(huán)控制數(shù)控銑床(3）半閉環(huán)控制數(shù)控銑床；按主軸布局形式分：（1）立式數(shù)控銑床：（2）臥式數(shù)控銑床（3）立臥兩用式數(shù)控銑床等等1.5.2數(shù)控銑床應(yīng)用數(shù)控銑床重要用于加工平面和曲面輪廓零件，還可以加工復(fù)雜型面零件、樣板、模具、螺旋槽等。同步也可以進行鉆、擴、鉸、锪和鏜孔加工，但因數(shù)控銑床不具自動換刀功能，因此不能完畢復(fù)雜孔加工。數(shù)控銑床重要應(yīng)用于汽車制造業(yè)、模具制造業(yè)、機床制造業(yè)、航空航天業(yè)、造船業(yè)、軍事工業(yè)及其她行業(yè)2.數(shù)控銑床總體設(shè)計2.1擬定立式數(shù)控銑床總體目的本課題設(shè)計立式數(shù)控銑床可以銑削平面和溝槽，也可加工空間曲面；若將銑刀換成鉆頭或絞刀，則可加工光孔或螺紋孔。銑床重要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺工作面尺寸（長寬）工作臺X向最大行程工作臺Y向最大行程工作臺T型槽數(shù)3工作臺T型槽寬18mm工作臺T型槽間距90mm迅速移動速度（X、Y軸）6m/min最小辨別率0.005mm定位精度±0.015mm重復(fù)定位精度±0.006mm2.2擬定機床總體布局2.2.1機床運動分派本課題擬解決問題思路是參照XK7132型立式銑床和TH5632C型立式加工中心機床總體布局、機械傳動某些、進行優(yōu)化組合，設(shè)計出精度高、靈活性強立式數(shù)控銑床。由于工作臺尺寸較大，可加工較重或尺寸較高工件，故機床運動分派如下：主運動：刀具旋轉(zhuǎn)運動；進給運動：工作臺X、Y方向進給運動和銑刀頭帶著刀具Z方向垂直進給運動；2.2.2機床構(gòu)造布局本機床采用床身框式立柱“L”型構(gòu)造形式，主軸箱裝在框式立柱中間，設(shè)計成對稱形構(gòu)造?？蚴搅⒅季忠葐瘟⒅俪惺芤环N扭轉(zhuǎn)力矩和一種彎曲力矩，因而受力后變形較小，有助于提高加工精度；框式立柱布局受熱與熱變形是對稱，因而，熱變形對加工精度影響小。Y向滑座相對于機床床身作進給運動，X向座相對于Y向作進給運動，工作臺固定在X向座上，工作臺不做垂直方向運動；主軸箱沿框式立柱在沿垂直導(dǎo)軌上下移動。由于機床尺寸較大，為了以便操作者操作與觀測，將人機界面設(shè)立為吊掛按鈕站。2.2.3機械系統(tǒng)傳動、支承、導(dǎo)向方式1.機床進給系統(tǒng)傳動方案機床X、Y方向進給系統(tǒng)分別采用交流伺服電機驅(qū)動，通過電機與滾珠絲杠直接相連，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線進給運動其傳動機械裝置如圖2.1所示。這種傳動方案采用負(fù)載能力強交流伺服電機，直接通過絲杠帶動工作臺進給，傳動鏈短，剛度大，傳動精度高，是當(dāng)代數(shù)控機床進給傳動重要構(gòu)成形式。圖2.1進給傳動機械裝置2.機床進給系統(tǒng)支承、導(dǎo)向方式。X方向進給系統(tǒng)由Y方向進給系統(tǒng)支承，采用一端固定、一端支撐方式支承，固定端選用一對背對背安裝角接觸球軸承，支撐端選用一對深溝球軸承。本機床屬于中型機床，導(dǎo)向方式采用矩形導(dǎo)軌，矩形導(dǎo)軌承載能力高，制造以便。本設(shè)計選用線性滾動導(dǎo)軌。3.X716進給系統(tǒng)設(shè)計在當(dāng)代數(shù)控機床中，為得到高速下平穩(wěn)運營，并具備較高定位精度且防止爬行，規(guī)定進給系統(tǒng)中機械傳動裝置和元件具備較高敏捷度，低摩擦阻力和動、靜摩擦系數(shù)之差以及高壽命等特點，而滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副能較好滿足這些規(guī)定。因而本工作臺設(shè)計采用了滾動導(dǎo)軌加滾珠絲杠螺母副組合。3.1銑削工件時銑削力計算3.1.1銑削抗力分析銑削運動特性：主運動為銑刀繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給（銑鍵槽時，可使鍵槽銑刀沿軸線進給）。銑刀類型諸多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。圓柱銑刀和端銑刀切削某些都可以看做車刀刀頭演變，銑刀每一種刀齒相稱于一把車刀。它切削基本規(guī)律與車削相似，所不同是銑刀回轉(zhuǎn)，刀齒數(shù)多。普通假定銑削時銑刀受到銑削抗力是作用在刀齒某點上，如圖1所示。設(shè)刀齒上受到銑削抗力合力為F,將F沿銑刀軸線、徑向和切向進行分解，則分別為軸向銑削力F}、徑向銑削力F，和切向銑削力F二。切向銑削力F二是沿銑刀主運動方向分力，它消耗銑床主電動機功率（即銑削功率）最多。因而，切向銑削力F二可按銑削功率(kW)或主電動機功率（kw）算出。式中:v—機床主軸計算轉(zhuǎn)速（主軸傳遞所有功率時最低切削速度,m/s)；ηm—機床主傳動系統(tǒng)傳動效率，普通取，ηm～0.8。圖3.1銑削抗力及工作臺上載荷3.1.2進給工作臺工作載荷計算作用在進給工作臺上合力F′與銑刀刀齒受到銑削抗力F合力大小相似、方向相反，如圖所示。合力F′就是設(shè)計和校核工作臺進給系統(tǒng)時要考慮工作載荷可以沿著銑床工作臺運動方向分解為三個力：工作臺縱向進給方向載荷F1，工作臺橫向進給方向載荷Fc，工作臺垂直進給方向載荷Fv。進給工作臺工作載荷F1、Fc和Fv與切向銑削力Fz之間有一定經(jīng)驗比值（見表1）。因而，計算出Fz后，即可計算出進給工作臺工作載荷F1、Fc和Fv。表3.1工作臺工作載荷與切向鐵削力經(jīng)驗比值從圖2-3可知，圓柱銑削時，為待加工表面與已加工表面之間垂直距離；端銑時，恰為工件寬度，不是待加工表面與已加工表面之間離。圖3.2順銑與逆銑圖3.2表達圓柱銑順銑和逆銑不同方式。順銑時，縱向進給方向載荷F1與進給方向一致，垂直進給方向載荷Fv向下,逆銑時方向相反。圖3.2表達對稱端銑和不對稱端銑。對稱端銑分有順銑和逆銑之分。在表1中，d。表達圓柱銑刀直徑或端銑刀直徑（mm）,表達每齒進給量（mm/齒），即銑刀每轉(zhuǎn)一種齒間角時工件與銑刀相對移動量。每齒進給量、每轉(zhuǎn)進給量f和工作臺進給速度三者之間關(guān)系為mm/min式中：Z-銑刀齒數(shù)；n-銑刀轉(zhuǎn)速（r/min）3.1.3一方面初步估算工作臺重量一方面要初步估算工作臺重量及銑削工件最大切削力才干進行設(shè)計。X軸方向移動工作臺尺寸：長寬高為90060080,重量約為3302.2N，最大行程630mm；Y軸方向移動工作臺尺寸：長寬高為30030080,重量約為550.368N，最大行程400mm；設(shè)夾具及工件質(zhì)量約為200Kg，重量約為1960N；則XY工作臺總質(zhì)量約為480.83kg,總重量約為5812.573N（涉及夾具及工件）。3.1.4銑削用量選取銑削用量選取原則：一方面應(yīng)盡量取較大切削深度及切削寬度然后盡量取較大每齒進給量，最后才盡量取較大銑削速度。粗銑時余量大，加工規(guī)定低，重要考慮銑刀耐用度及銑削力影響；而精銑時余量小，加工規(guī)定高，重要考慮加工質(zhì)量提高。1.銑削深度選?。?）當(dāng)工件表面規(guī)定光潔度為時，普通銑削無硬皮鋼料時，；銑削鑄鋼或鑄鐵時。（2）當(dāng)工件表面規(guī)定光潔度為時,可分粗銑、半精銑、兩步銑削。粗銑后留余量。（3）當(dāng)工件表面規(guī)定光潔度為時,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削。半精銑，精銑左右。2.每齒進給量選取當(dāng)銑削深度選定后，盡量取較大每齒進給量。粗銑時限制每齒進給量是銑削力及銑刀容屑空間大小，當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性俞好及銑刀齒數(shù)愈少時，可獲得愈大；半精銑及精銑時限制每齒進給量是工件表面光潔度。光潔度規(guī)定愈高，應(yīng)俞小。3.1.5銑削力計算銑床通慣用于銑削平面和溝槽。銑刀又分為圓柱銑刀、立銑刀、盤形銑刀、端銑刀、半圓弧銑刀、T形槽銑刀。其中用立銑刀銑削溝槽時銑削力最大，故按用立銑刀銑削溝槽時計算銑削力。銑削力與銑刀材料、銑刀類型、工件材料硬度、銑削寬度、銑削深度、每齒進給量、銑刀直徑、銑刀齒數(shù)關(guān)于?？砂础督饘偾邢髟砑皯?yīng)用》中公式進行計算：銑削溝槽時采用粗齒高速鋼立銑刀，按工件材料為碳鋼來設(shè)計。查《金屬切削手冊》，選取銑削用量為銑刀直徑，銑刀齒數(shù)，銑削寬度，每齒進給量，銑削深度，銑刀切削速度。采用端面銑刀在主軸上計算轉(zhuǎn)速下進行強力切削，主軸具備最大扭矩，并能傳遞主電動機所有功率。由得： 故主切削力分解到Y(jié)方向上分力是：3.2導(dǎo)軌設(shè)計與選型3.2.1導(dǎo)軌概述導(dǎo)軌重要用來支撐和引導(dǎo)運動部件沿一定軌道運動。在導(dǎo)軌副中，運動一方稱為動導(dǎo)軌，不動一方稱為支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌運動，普通作直線運動和回轉(zhuǎn)運動。1.對導(dǎo)軌規(guī)定1)導(dǎo)向精度高導(dǎo)向精度重要是指引軌沿支承導(dǎo)軌運動直線度和圓度。影響導(dǎo)向精度重要因素有導(dǎo)軌幾何精度、導(dǎo)軌接觸精度、導(dǎo)軌構(gòu)造形式、動導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌剛度和熱變形，尚有裝配質(zhì)量。導(dǎo)軌幾何精度綜合反映在靜止或低速下導(dǎo)軌導(dǎo)向精度。直線運動導(dǎo)軌檢查內(nèi)容重要是：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度，導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)直線度，在水平面內(nèi)兩條導(dǎo)軌平行度。例如：導(dǎo)軌全長為20m龍門刨床，其直線度誤差為0.02/1000，在導(dǎo)軌全長范疇內(nèi)為0.08mm。圓周運動導(dǎo)軌幾何精度檢查內(nèi)容與主軸回轉(zhuǎn)精度檢查辦法相類似，用導(dǎo)軌回轉(zhuǎn)時端面跳動和徑向跳動表達。例如：最大切削直為4m立車，其允差規(guī)定為0.05mm.2)耐磨性好及壽命長導(dǎo)軌耐磨性決定了導(dǎo)軌精度保持性。動導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌長期運營會引起導(dǎo)軌不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌導(dǎo)向精度，從而影響機床加工精度。例如：臥式車床鑄鐵導(dǎo)軌，若構(gòu)造欠佳、潤滑不良或維修不及時，貝。接近床頭箱一段前導(dǎo)軌，每年磨損量達0.2-0.3mm，這樣就減少了刀架移動直線度及對主軸平行度，加工精度也就下降了。與此同步，也增長了溜板箱中開合螺母與絲杠同軸度誤差，加劇了螺母與絲杠磨損。3)足夠剛度導(dǎo)軌要有足夠剛度，保證在載荷作用下不產(chǎn)生過大變形，從而保證各部件間相對位置和導(dǎo)向精度。4)低速運動平穩(wěn)性在低速運動時，作為運動部件動導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行。’進給運動爬行將提高被加工表面表面粗糙度值，故規(guī)定導(dǎo)軌低速運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對于高精度機床特別重要。5)工藝性好設(shè)計導(dǎo)軌時，要注意到制造、調(diào)節(jié)和維護以便，力求構(gòu)造簡樸、工藝性和經(jīng)濟性好。2.對導(dǎo)軌技術(shù)規(guī)定1)導(dǎo)軌精度規(guī)定滑動導(dǎo)軌，不論是V一平型還是平一平型,導(dǎo)軌面平面度普通取0.01-0.015mm，長度方向直線度普通取0.005-0.01mm；側(cè)導(dǎo)向面直線度取0.01-0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面之間平行度取0.01-0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面對導(dǎo)軌底面垂直度取0.005-0.01mm.鑲鋼導(dǎo)軌平面度必要控制在0．005-0．01mm如下，其平行度和垂直度控制在0.01mm如下。2)導(dǎo)軌熱解決數(shù)控機床開動率普遍都很高，這就規(guī)定導(dǎo)軌具備較高耐磨性，以提高其精度保持性。為此，導(dǎo)軌大多需淬火解決。導(dǎo)軌淬火方式有中頻淬火、超音頻淬火、火焰淬火等，其中用較多是前兩種方式。鑄鐵導(dǎo)軌淬火硬度，普通為50-55HRC，個別規(guī)定57HRC；淬火層深度規(guī)定經(jīng)磨削后應(yīng)保存1.0-1.5mm.鑲鋼導(dǎo)軌，普通采用中頻淬火或滲氮淬火方式，淬火硬度為58-62HRC，滲氮層厚度為0.5mm.2．導(dǎo)軌類型和特點導(dǎo)軌分類辦法有各種：按運動軌跡可以分為直線導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌，按工作性質(zhì)可分為主運動導(dǎo)軌、進給導(dǎo)軌和調(diào)節(jié)導(dǎo)軌，按受力狀況可以分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌，按摩擦性質(zhì)可以分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。下面一方面簡介直線滑動導(dǎo)軌關(guān)于內(nèi)容:1.直線滑動導(dǎo)執(zhí)截面形狀直線滑動導(dǎo)軌有若干個平面，從制造、裝配和檢查來說，平面數(shù)量應(yīng)盡量少。慣用直線滑動導(dǎo)軌截面形狀有矩形、三角形、燕尾形和圓形,各個平面所起作用也各不相似。在矩形導(dǎo)軌和三角形導(dǎo)軌中,M面重要起支承作用，N面是保證直線移動精度導(dǎo)向面,J面是防止運動附件抬起壓板面；在燕尾形導(dǎo)軌中,M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支承作用。依照支承導(dǎo)軌凹凸?fàn)顟B(tài)，又可以將導(dǎo)軌提成凸形導(dǎo)軌和凹形導(dǎo)軌。其中，凸三角形導(dǎo)軌稱為山形導(dǎo)軌，凹三角形導(dǎo)軌稱為v形導(dǎo)軌。凸形導(dǎo)軌不易存儲潤滑油，但易清除導(dǎo)軌面切屑等雜物。凹形導(dǎo)軌易存儲潤滑油，但易落人切屑和雜物，必要設(shè)防護裝置。3.2.2滾動直線導(dǎo)軌副計算1.作用于滾動直線導(dǎo)軌副載荷計算由于滾動直線導(dǎo)軌副特殊構(gòu)造，使其具備垂直向上、向下、左右和水平四個方向額定載荷相等，且額定載荷大，剛性好，三個方向抗顛覆力矩能力大特點，滾動導(dǎo)軌受力分析見圖3.3。下層工作臺承載重約為5812.573N343411W圖3.3滾動導(dǎo)軌受力分析圖3.63.73.83.9將已知數(shù)據(jù)代入上式得：載荷成分段變化，其計算載荷：3.10式中：——相應(yīng)行程內(nèi)載荷；——分段行程；——全行程等于；2.滾動直線導(dǎo)軌副額定壽命（1）額定壽命計算公式為：3.1式中：L——額定壽命；C——額定動載荷；——計算載荷；——溫度系數(shù)取1.0；——接觸系數(shù)取0.81；——精度系數(shù)取1.0；——載荷系數(shù)取1.5；——硬度系數(shù)取1.0；（2）壽命時間計算：當(dāng)行程長度一定，以小時為單位額定壽命：3.12式中：——行程長度；L——額定壽命；——每分鐘往復(fù)次數(shù)；3.13普通狀況下，滾動直線導(dǎo)軌副預(yù)期壽命取0小時，則：3.14由得3.15取則：查漢江機床公司生產(chǎn)HJ-D系列線性滾動導(dǎo)軌產(chǎn)品樣本，其HJ-D系列中DA20A型滾動導(dǎo)軌C=1260kgf=12.348KN，滿足規(guī)定。3.3滾珠絲杠螺母副選型與計算3.3.1滾珠絲杠螺母副概述數(shù)控機床給傳動系統(tǒng)中，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動辦法諸多，采用滾珠絲杠螺母副是慣用辦法之一。1.滾珠絲杠螺母副及工作原理及特點1)滾珠絲杠螺母副工作原理滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能互相轉(zhuǎn)換新型傳動裝置其構(gòu)造如圖3.4所示。在絲杠3和螺母1上均有半圓弧半圓弧形螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時便形成了滾珠螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道4,將幾圈螺旋滾道兩端連接起來構(gòu)成封閉螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠2.當(dāng)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(或滾珠絲杠）軸向移動。2)滾珠絲杠螺母副特點:(1)傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠圖4滾珠絲杠螺母副構(gòu)造原理螺母副傳動效率為0.92-0．96，比普通絲杠（梯形絲杠）高3-4倍。因而，功率消耗只相稱于普通絲杠1/4-1/3。(2)若予以恰當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間螺紋間隙，反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠定位精度高，剛度好。(3)運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。(4)具備可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)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，絲杠和螺母都可以作為積極件。(5)磨損小，使用壽命長。(6)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件加工精度規(guī)定高，表面粗糙度也規(guī)定高，故制導(dǎo)致本高。(7)不能自鎖。特別是垂直安裝絲杠，由于其自重和慣性力作用，下降時當(dāng)傳動吻斷后，不能及時停止運動，故需要增長制動裝置。3.3.2滾珠絲杠螺母副選型與計算1.滾珠絲杠精度選取1)滾珠絲杠精度級別國標(biāo)GB/T17587．3-1998將滾珠絲杠分為定位滾珠絲杠副(P型）和傳動滾珠絲杠副（T型）兩大類。滾珠絲杠精度級別分為7個級別，即1、2,3,4,5,7,10級，1級精度最高，依次減少。(1)滾珠絲杠副精度指標(biāo)如下：①2二行程內(nèi)容許行程變動量；②300mm行程內(nèi)容許行程變動量；③有效行程內(nèi)目的行程公差；④有效行程內(nèi)容許行程變動量；⑤有效行程內(nèi)補償值C.滾珠絲杠副各項精度指標(biāo)關(guān)系如圖3.5所示。圖3.5滾珠絲杠副各項精度指標(biāo)關(guān)系(2)2弧度內(nèi)行程變動量和任意行程內(nèi)行程變動量參見表3表2：2弧度內(nèi)行程變動量和任意300mm行程內(nèi)行程變動量（單位：)(3)有效行程內(nèi)目的行程公差e和容許行程變動量Vup參見表2。表3有效行程內(nèi)目的行程公差,和容許行程變動（單位)2）滾珠絲杠精度選取依照J(rèn)B/GQ1140-1989規(guī)定；坐標(biāo)軸反向值重要取決于該坐標(biāo)軸摩擦死區(qū)誤差乙值大??；而定位誤差一是取決于滾珠絲杠自身螺距誤差影響，二是取決于由傳動系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起定位誤差6k影響。因而，坐標(biāo)軸摩擦死區(qū)誤差公值、滾珠絲杠自身螺距誤差和由傳動系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起定位誤差、始終是滾珠絲杠精度選取根據(jù)。而對滾珠絲杠精度進行種種計算都是為了求出值而展開。普通狀況下，滾珠絲杠精度選取按如下公式計算。(1)對于在開環(huán)系統(tǒng)中使用滾珠絲杠，有(2)對于在半閉環(huán)系統(tǒng)或可以進行行程補償開環(huán)系統(tǒng)中使用滾珠絲杠，有0。80。8式中定位精度是指機床各坐標(biāo)軸定位精度值，為已知條件。依照上述兩式可以計算出滾珠絲杠和、值，然后可以依照表2-20和表2-21來擬定滾珠絲杠精度級別。2.滾珠絲杠螺母副支承方式及軸承選取為了滿足數(shù)控機床進給系統(tǒng)高精度、高剛度需要，除了應(yīng)當(dāng)采用高精度、高剛度熱滾珠絲杠螺母副外，還必要充分注重支承設(shè)計。應(yīng)注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、運轉(zhuǎn)精度高軸承，同步選用適當(dāng)支承方式，并保證支承座有足夠剛度。1)滾珠絲杠螺母副支承方式選取支承作用是限制兩端固定軸軸向竄動。較短滾珠絲杠或豎直安裝滾珠絲杠，可以一端固定一端自由（無支承）。水平安裝滾珠絲杠較長時，可以一端固定一端游動。用于精密和高精度機床（涉及數(shù)控機床）滾珠絲杠副，為了提高滾珠絲杠拉壓剛度，可以兩端固定。為了減少滾珠絲杠因自重下垂和補償熱膨脹，兩端固定滾珠絲杠還可以進行預(yù)拉伸。滾珠絲杠支承構(gòu)造形式可以分為三種類型（見表3.4）。表3.4中，“自由（代號O），指是無支承；“游動”（代號S），指是徑向有約束，軸向無約束（例如裝有深溝球軸承、圓柱滾子軸承）；”固定”（代號?！疐’），指是徑向和軸向均有約束（例如裝有雙向推力球軸承與深溝球軸承組合軸承、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）。普通狀況下，應(yīng)將固定端作為軸向位置基準(zhǔn)，尺寸鏈和誤差計算都由此開始，并盡量以固定端為驅(qū)動端。表3.4滾珠絲杠支承構(gòu)造形式2)所用軸承選取由于滾珠絲杠軸承所受載荷重要是軸向載荷，徑向除絲杠自重外，普通無外載荷。因而，對滾珠絲杠軸承規(guī)定是軸向精度和軸向剛度要高。此外，絲杠轉(zhuǎn)速普通不會很高，或高速運轉(zhuǎn)時間很短，因而發(fā)熱不是重要問題。數(shù)控．機床進給系統(tǒng)規(guī)定運動靈活，對微小位移（絲杠微小轉(zhuǎn)角）要響應(yīng)敏捷。因而所用軸承摩擦力矩要盡量低。滾珠絲杠所用軸承類型依照滾珠絲杠螺母副支承方式不同而不同。普通狀況下，游動軸承多用深溝球軸承。表3.5是某些軸承特點比較。表3.5各類滾動軸承特點比較當(dāng)前，在以上各類軸承中用最多是表所列舉60度接觸角推力角接觸球軸承，另一方面是表所列舉滾針和推力滾子組合軸承。后者多用于大牽引力、規(guī)定高剛度大型、重型機床。3.4電機設(shè)計選用伺服電機選取，應(yīng)考慮三個規(guī)定：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機額定轉(zhuǎn)矩；電機轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配（匹配條件可依照伺服電機樣本提供匹配條件，也以按照普通匹配規(guī)律）；迅速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機最大轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算所選伺服電機額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)不不大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩可依照下式計算。即其中，從前面計算已知最大進給力，絲杠導(dǎo)程預(yù)緊力（額定動載荷由以上查表可得46.5KN），則;依照哈爾濱軸承總廠《角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件》得760306單個軸承摩擦力矩為0.32，故一對軸承摩擦力矩（），伺服電機與絲杠直接連接，其傳動比i=1。則=（2）負(fù)載慣量計算伺服電機轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。負(fù)載慣量可按如下順序計算:工件，夾具及工作臺折算到電機軸上慣量，工件，夾具及工作臺最大質(zhì)量為480.83，可按下式計算絲杠加在電機軸上慣量，絲杠公稱直徑，長度，絲杠材料密度。依照下式計算=連軸器加上鎖緊螺母等慣量可直接查手冊得到=0.001（）負(fù)載總慣量按照數(shù)控機床慣量匹配條件，，所選伺服電機轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.0054~0.021范疇之內(nèi)。依照上述計算可初步選規(guī)定伺服電機。如選用交流伺服電機，可選型號為SGMSH30A□A型，其輸出功率為，其外形尺寸圖如圖3.6所示，其外形尺寸如表所示。相應(yīng)地，伺服驅(qū)動器選取與電機相匹配SGMSH30A□A型號。圖3.6SGMSH型伺服電機外形尺寸圖3.5進給傳動系統(tǒng)動態(tài)特性分析在進給傳動系統(tǒng)內(nèi)，滾珠絲杠螺母副剛度是影響機械系統(tǒng)動態(tài)特性最薄弱環(huán)節(jié)，其拉壓剛度（又稱為縱向剛度）和扭轉(zhuǎn)剛度分別是引起機械系統(tǒng)縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動重要因素。為了保證所設(shè)計進給傳動系統(tǒng)具備較好迅速．響應(yīng)性能和較小跟蹤誤差，并且不會在變化輸人信號勉勵下產(chǎn)生共振，必要對其動態(tài)特性加以分析，以找出影響系統(tǒng)動態(tài)特性重要參數(shù)。1.縱向振動在分析進給傳動系統(tǒng)縱向振動時，可以忽視電動機和聯(lián)軸器（或減速器）影響，則由滾珠絲杠和機床執(zhí)行部件構(gòu)成縱向振動系統(tǒng)可以簡化成如圖2-45所示動力學(xué)模型，其動力平衡方程可以表達為式中:-滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件等效質(zhì)量（其中m,ms分別為機床執(zhí)行部件質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副質(zhì)量）；f—機床導(dǎo)軌勃性阻尼系數(shù)；K?！獫L珠絲杠螺母副綜合拉壓剛度；y—機床執(zhí)行部件實際位移；x—電動機轉(zhuǎn)角折算到機床執(zhí)行部件上等效位移，即指令位移。圖3.7絲杠一工作臺縱向振動系統(tǒng)簡化動力學(xué)模型對式進行拉氏變換并整頓，得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)：將式化成二階系統(tǒng)原則形式，得顯然，這是一種二階振蕩系統(tǒng)，依照自動控制理論，當(dāng)系統(tǒng)容許有一定超調(diào)時，可以取系統(tǒng)阻尼比=0.4-0.8(見圖3.7,圖中Km為系數(shù)），使系統(tǒng)在輸人信號變化或有外界擾動時，其輸出響應(yīng)可以較快地達到穩(wěn)定值；當(dāng)系統(tǒng)不容許有任何超調(diào)時，可取1，使系統(tǒng)輸出響應(yīng)不浮現(xiàn)振蕩。加大系統(tǒng)最低固有頻率。二可以加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，有助于避開輸人信號頻率范疇，防止共振產(chǎn)生。圖3.7二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可見，影響縱向振動系統(tǒng)動態(tài)特性重要參數(shù)是系統(tǒng)最低固有頻率和阻尼比系統(tǒng)最低固有頻率與滾珠絲杠螺母副綜合拉壓剛度Ko和機床執(zhí)行部件質(zhì)量關(guān)于，增大Ko或減小，都可以提高。同步，阻尼比除了重要與導(dǎo)軌戮性阻尼系數(shù)f關(guān)于外，還與剛度Ko和質(zhì)量關(guān)于。因而，在構(gòu)造設(shè)計時，應(yīng)通過剛度Ko、質(zhì)量和導(dǎo)軌貓性阻尼系數(shù)f等參數(shù)合理匹配而使系統(tǒng)最低固有頻率和阻尼比獲得恰當(dāng)數(shù)值，以保證系統(tǒng)具備良好動態(tài)特性。2.關(guān)于系統(tǒng)阻尼對系統(tǒng)動態(tài)特性影響系統(tǒng)阻尼對系統(tǒng)動態(tài)特性影響比較復(fù)雜。如果系統(tǒng)阻尼較大，將不利于系統(tǒng)定位精度提高，容易減少系統(tǒng)迅速響應(yīng)性，但可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小過渡過程中超調(diào)量，并減少振動響應(yīng)幅值。當(dāng)前，許多伺服系統(tǒng)采用了滾動導(dǎo)軌，實踐證明，滾動導(dǎo)軌可以減小摩擦系數(shù)，提高定位精度和低速運動平穩(wěn)性，但阻尼較小，常使系統(tǒng)穩(wěn)定速度減小。因此，在采用滾動導(dǎo)軌構(gòu)造時，應(yīng)注意采用其她辦法來控制阻尼大小。對系統(tǒng)阻尼影響最大是導(dǎo)軌阻尼。導(dǎo)軌阻尼特性比較復(fù)雜。除去與運動速度成正比勃性阻尼系數(shù)以外，導(dǎo)軌靜摩擦，隨運動方向不同而變化符號動摩擦，以及導(dǎo)致負(fù)阻尼摩擦力下降特性等，都是非線性因素。將這些因素折算成等效薪性阻尼系數(shù)只是一種近似辦法。大量實驗證明，無論靜摩擦系數(shù)還是動摩擦系數(shù)，與等效勃性阻尼系數(shù)之間都沒有簡樸關(guān)系。因而在設(shè)計時，要給出詳細(xì)阻尼數(shù)據(jù)是困難。普通除了可以參照前人研究成果進行定性分析外，應(yīng)通過詳細(xì)實驗來獲取可靠數(shù)據(jù)。3.6驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接在數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中，驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接是數(shù)控機床穩(wěn)定工作重要環(huán)節(jié)之一。當(dāng)前，在直線進給傳動系統(tǒng)中，驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接方式重要有聯(lián)軸器、齒輪和同步帶。3.6.1聯(lián)軸器聯(lián)軸器是用來連接進給機構(gòu)兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)以傳遞扭矩和運動一種裝置。機器運轉(zhuǎn)時，被連接兩軸不能分離，只有停車后，將聯(lián)軸器拆開，兩軸才干脫開。當(dāng)前聯(lián)軸器類型繁多，有液壓式、電磁式和機械式。機械式聯(lián)軸器是應(yīng)用最廣泛一種，它借助于機械構(gòu)件互相間機械作用力來傳遞扭矩，大體可將聯(lián)軸器劃分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩大類。(1)剛性聯(lián)軸器可分為如下兩類。①固定式聯(lián)軸器，重要有套筒聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器和夾殼聯(lián)軸器等。②可移式聯(lián)軸器，重要有齒輪聯(lián)軸器、十字滑塊聯(lián)軸器和萬向聯(lián)軸器等。(2)彈性聯(lián)軸器可分為如下兩類。①金屬彈性件聯(lián)軸器，重要有簧片聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器和波形管聯(lián)軸器等。②非金屬彈性聯(lián)軸器，重要有輪胎式聯(lián)軸器、整圈橡膠聯(lián)軸器和橡膠塊聯(lián)軸器。下面簡介幾種數(shù)控機床慣用聯(lián)軸器。1.套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器（見圖3.8)由連接兩軸端套筒和連接套筒與軸連接件（鍵或銷）構(gòu)成。普通當(dāng)軸端直徑d80mm時，套筒用35或45鋼制造；d>80mm時，可用強度較高鑄鐵制造。套筒聯(lián)軸器各某些尺寸間關(guān)系如下：套筒長L3d；套筒外徑D=1.5d；銷子直徑=(0.3-0.25)d(對小聯(lián)軸器，取0.3；對大聯(lián)軸器，取0.25)；銷子中心到套筒端部．距離e0.75d。圖3.8套筒聯(lián)物器圖(a)鍵連接；(b)銷連接圖3.9凸緣聯(lián)軸器(a)鍵連接；(b)銷連接此種聯(lián)軸器構(gòu)造簡樸，徑向尺寸小，但其裝拆困難（軸需作軸向移動），且規(guī)定兩軸嚴(yán)格對中，不容許有徑向及角度偏差，因而使用上受到一定限制。3.6.2.凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣半聯(lián)軸器分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個半聯(lián)軸器連成一體，以傳遞動力和扭矩（見圖3.9）。凸緣聯(lián)軸器尚有兩種對中辦法：一種是用一種半聯(lián)軸器上凸肩與另一種半聯(lián)軸器上凹槽相配合而對中（見圖3.9(a）），另一種則是共同與另一某些環(huán)相配合而對中（見圖3.9(b)）。前者在裝拆時軸必要作軸向移動，后者則無此缺陷。連接螺栓可以采用半精制普通螺栓，此時螺栓桿與釘孔壁間存有間隙，扭矩靠半聯(lián)軸器結(jié)合面間摩擦力來傳遞（見圖3.9（b））；也可采用鉸制孔用螺栓，此時螺栓桿與釘孔為過渡配合，靠螺栓桿承受擠壓與剪切來傳遞扭矩（見圖3.9(a)）凸緣聯(lián)軸器可制成帶防護邊（見圖3.9(a））或不帶防護邊（見圖3.9(b)）。凸緣聯(lián)軸器材料可用HT250或碳鋼，重載或圓周速度不不大于30m/s時應(yīng)用鑄鋼或鍛鋼。凸緣聯(lián)軸器對于所連接兩軸對中性規(guī)定很高，當(dāng)兩軸間有位移與傾斜存在時，就在機件內(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化，這是它重要缺陷。但由于其構(gòu)造簡樸、成本低以及可傳遞較大扭矩，故當(dāng)轉(zhuǎn)速低、無沖擊、軸剛度大以及對中性較好時亦常采用。4.CNC數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計4.1控制系統(tǒng)總體方案擬定與控制系統(tǒng)選定1)數(shù)控系統(tǒng)選取：本設(shè)計選用德國SIEMENS公司生產(chǎn)SINUMERIK802D系統(tǒng)進行電氣某些設(shè)計。2)外圍電路設(shè)計：外圍電路重要涉及主軸旋轉(zhuǎn)電路、坐標(biāo)軸進給電路、換刀裝置電路、潤滑系統(tǒng)電路、冷卻系統(tǒng)電路等。3)主電路及供電電路設(shè)計：主電路涉及電源進線，總開關(guān)，冷卻、潤滑、排屑、散熱電扇等輔助功能電機連接。4)控制電路設(shè)計重要完畢數(shù)控系統(tǒng)上、下電控制，主電路接觸器和電磁控制，以及三色燈控制。5)CNC電氣設(shè)計及PLC輸入/輸出電氣設(shè)計重要為CNC電氣連接與PLC輸入/輸出某些電氣設(shè)計系統(tǒng)選定選用SINUMERIK

802D。XD-40數(shù)控銑床是采用德國SINUMERIK

802D系統(tǒng)控制三軸機床，SINUMERIK802D將所有CNC、PLC、HMI和通訊任務(wù)集成于一種單一部件。免維護PC硬件集成了PROFIBUS接口用于驅(qū)動和I/O模塊并具備速裝構(gòu)造超薄操作面板。作為驅(qū)動系統(tǒng)SIMODRIVE611具備模塊化設(shè)計和PROFIBUS接口，因而各軸驅(qū)動功率獨立配備。SIMATIC

S7-200指令集可直接合用于機床。系統(tǒng)不但可以執(zhí)行普通SINUMERIK零件加工程序，并且可以使用非西門子G代碼。

SIEMENS

802D通過PROFIBUS聯(lián)接到SIMODRIVE611UE及I/O模塊PP72/48，機床各某些信號通過I/O模塊進出PCU。4.2.1采用重要元部件a)SIEMENS802D型CNC控制系統(tǒng)、三軸驅(qū)動電機。b)主軸采用1PH7交流主軸電機及相應(yīng)驅(qū)動裝置，或變頻主軸。c)全數(shù)控鍵盤（水平構(gòu)造）。d)通過PROFIBUS聯(lián)接I/O模塊PP72/48。e)通過PROFIBUS聯(lián)接SIMODRIVE611通用驅(qū)動系統(tǒng)。f)電子手輪。5.位置檢測元件選取5.1位置檢測元件概述位置檢測裝置是數(shù)控機床重要構(gòu)成某些。在閉環(huán),半閉環(huán)系統(tǒng)中，它重要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)和半閉環(huán)控制。數(shù)控機床對位置檢測元件規(guī)定如下：工作可靠，抗干擾能力強。滿足精度規(guī)定和速度規(guī)定易于安裝，維護以便，適應(yīng)機床工作環(huán)境；成本低5.2位置檢測元件選取一、位移傳感器基本原理

光柵位移傳感器工作原理，是由一對光柵副中主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即批示光柵）進行相對位移時，在光干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。通過光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相似條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化電信號，再通過放大器放大，整形電路整形后，得到兩路相差為90°正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計數(shù)顯示。

二、位移傳