三坐標(biāo)數(shù)控銑床畢業(yè)設(shè)計說明書

1、摘要普通銑床已經(jīng)不能滿足日益增長的制造業(yè)發(fā)展的需求,隨著科技水平的迅猛發(fā)展, 數(shù)控銑床憑借其突出優(yōu)勢為機械制造業(yè)帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。數(shù)控銑床的快速發(fā)展是整個世界經(jīng)濟、科技發(fā)展的重要體現(xiàn)。數(shù)控銑床在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)著不可替代的位置，與我們生活的各個方面都有直接或間接的關(guān)系，未來數(shù)控銑床將會有一個前所未有的發(fā)展趨勢。論文介紹了三坐標(biāo)數(shù)控銑床的設(shè)計過程，主要對了數(shù)控銑床進(jìn)行了主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，論證了各種方案的優(yōu)缺點，從而在總體布局上有所把握。其后對主傳動系統(tǒng),進(jìn)給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計,其中對主軸傳動部分的帶傳動進(jìn)行了計算分析、對主軸尺寸以及絲杠尺寸進(jìn)行了設(shè)計計算和校核，同時也對其他相關(guān)部件進(jìn)行了簡單的

2、分析與選擇。確定結(jié)構(gòu)方案后，用CATIA 3D對主軸、導(dǎo)軌、絲杠等零件進(jìn)行了建模。最后畫出了三坐標(biāo)數(shù)控銑床主體結(jié)構(gòu)的三維裝配圖。關(guān)鍵詞:三坐標(biāo)數(shù)控銑床 主傳動 進(jìn)給系統(tǒng) CATIA建模 IAbstractOrdinary milling machine can not meet the growing demand for the development of manufacturing，with the rapid development of science and technology, CNC milling machine has brought a revolutionary ch

3、ange with its outstanding advantages for the mechanical manufacturing industry.The rapid development of CNC milling machine is an important embodiment of the whole world economy, science and technology development.CNC milling machine in the modern industry occupies an irreplaceable position, and all

4、 aspects of our lives have a direct or indirect relationship,In the future, CNC milling machine will have an unprecedented development trend.This paper illustrates the design process of three axis CNC milling machine, the main structure of the CNC milling machine, the advantages and disadvantages of

5、 various programs, so as to grasp the overall layout. After that, the main drive system, feed system and serving system are designed and checked. The belt drive of the main spindle drive is calculated and analyzed, the spindle size and the size of the lead screw is designed and checked, and other re

6、lated components are analyzed and selected.After the structure is determined, 3D CATIA is used to model the main shaft, screw,guide and other parts. Finally, the three-dimensional assembly drawing of the main structure of the three axis CNC milling machine is drawn.Key words: Three axis CNC milling

7、machine;Main drive;Feed system;CATIA modelingII目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 數(shù)控銑床的簡介11.1.1 數(shù)控銑床的功能11.1.2 數(shù)控銑床的特點11.2 本課題研究的目的和意義21.3 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀21.4 本文研究的內(nèi)容61.5 本章小結(jié)6第2章 數(shù)控銑床總體設(shè)計72.1 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)組成72.2 數(shù)控銑床的總體布局72.2.1 銑床的常用布局形式72.2.2 此設(shè)計銑床的布局形式82.3 總結(jié)構(gòu)設(shè)計82.3.1 提高機床的結(jié)構(gòu)剛度82.3.2 采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件92.3.3 提高機床的抗振性102.3.4 提高低

8、速進(jìn)給運動的平穩(wěn)性和運動精度102.3.5 減少機床的熱變形112.4 本章小結(jié)12第3章 主傳動系統(tǒng)設(shè)計133.1 對主傳動系統(tǒng)的要求133.2 主傳動的結(jié)構(gòu)特點和變速方式133.3 主傳動電機的選用143.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定143.5 主軸組件設(shè)計163.5.1 主軸的軸承163.5.2 主軸其余部件173.6 本章小結(jié)17第4章 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計184.1 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)特點184.2 滾珠絲杠194.2.1 滾珠絲杠特點194.2.2 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)與工作原理194.2 X軸進(jìn)給計算204.3 Y Z軸進(jìn)給計算224.4 導(dǎo)軌的分類與選擇224.5 伺服系統(tǒng)的基本要求23

9、4.5.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析234.6 三維裝配圖紙244.7 本章小結(jié)25總結(jié)26參考文獻(xiàn)27致謝28第1章 緒論 1.1 數(shù)控銑床的簡介1.1.1 數(shù)控銑床的功能數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種自動加工設(shè)備,兩者加工工藝基本相同,結(jié)構(gòu)也有些相似。各種類型數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)雖然各有不同，但各種數(shù)控系統(tǒng)的功能，除了一些特殊功能不盡相同外，其主要功能基本相同。（1）點位控制功能。此功能可以實現(xiàn)對相互位置精度要求很高的孔加工。（2）連續(xù)輪廓控制功能。此功能可以實現(xiàn)直線、圓弧的插補功能及非圓曲線的加工。（3）刀具半徑補償功能。此功能可以根據(jù)零件圖樣的標(biāo)注尺寸來

10、編程，而不必考慮所用刀具的實際半徑尺寸，從而減少編程時的復(fù)雜數(shù)值計算。（4）刀具長度補償功能。此功能可以自動補償?shù)毒叩拈L短，以適應(yīng)加工中對刀具長度尺寸調(diào)整的要求。（5）比例及鏡像加工功能。比例功能將加工程序按指定比例改變坐標(biāo)值來執(zhí)行。鏡像加工又稱軸對稱加工，如果一個零件的形狀關(guān)于坐標(biāo)軸對稱，那么只要編出一個或兩個象限的程序，而其余象限的輪廓就可以通過鏡像加工來實現(xiàn)。（6）旋轉(zhuǎn)功能。該功能將加工程序在加工平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度來執(zhí)行。（7）子程序調(diào)用功能。有些零件需要在不同的位置上重復(fù)加工同樣的輪廓形狀，將這一輪廓形狀的加工程序作為子程序，在需要的位置上重復(fù)調(diào)用，就可以完成對該零件的加工。1.1.2

11、 數(shù)控銑床的特點數(shù)控銑削加工除了具有普通銑床加工的特點外，還有如下特點：(1) 零件加工的適應(yīng)性強、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等。(2) 能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類零件。(3) 能加工一次裝夾、定位后，需進(jìn)行多道工序加工的零件。(4) 加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。(5) 生產(chǎn)自動化程序高，可以減輕操作者的勞動強度，有利于生產(chǎn)管理。 (6) 生產(chǎn)效率高。(7) 從切削原理上講，無論是端銑或是周銑都屬于斷續(xù)切削方式，而不像車削那樣連續(xù)切削，因此對刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌

12、性和耐磨性。在干性切削狀況下，還要求有良好的紅硬性。1.2 本課題研究的目的和意義普通銑床的突出矛盾是生產(chǎn)效率低、勞動強度大、加工精度低、不能加工復(fù)雜零件。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化，精密機械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，為了滿足提高生產(chǎn)效率和加工精度,適應(yīng)小批量、多品種復(fù)雜零件的加工需求，生產(chǎn)了機電一體化的新型銑床一一數(shù)控銑床。從20世紀(jì)中期開始，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控銑床為機械制造業(yè)帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。數(shù)控銑床以其高柔性，高精度，加工質(zhì)量穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率大幅提高，改善工人生產(chǎn)條件等優(yōu)勢，迅速被市場接納，逐步取代了普通銑床在機械制造業(yè)中的地位。數(shù)控銑床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機

13、械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。因此，研究數(shù)控銑床具有廣闊的發(fā)展前景。1.3 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀在當(dāng)代電子、信息、通訊等科技的大力發(fā)展下，數(shù)控機床的綜合性能也達(dá)到了一個很高的水平。美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控機床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點：美國的特點是，政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位

14、，在多方面大力扶植。特別講究“實際”與“實效”，堅持“以人為本”，師徒相傳，不斷提高人員素質(zhì)。在發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，從1956年研制出第一臺數(shù)控機床后，一直堅持實事求是，講求科學(xué)精神，不斷穩(wěn)步前進(jìn)。日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機床零部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。日本在發(fā)展數(shù)控機床的過程中，狠抓關(guān)鍵，突出發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一?？v觀我國數(shù)控技術(shù)近50多年的發(fā)展歷

15、程，特別是經(jīng)過4個5年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績：奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍2。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下:技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后1015年，在高精尖技術(shù)方面則更大。產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，

16、還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足?？沙掷m(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后3。1.高速化：隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機床加工的高速化要求越來越高。（1）主軸轉(zhuǎn)速：機床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；（2）進(jìn)給率：在分辨率為0.01m時，最大進(jìn)給速度達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工；（3）運算速度：微處

17、理器的迅速發(fā)展為數(shù)控系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障，開發(fā)出CPU已發(fā)展到32位以及64位的數(shù)控系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為0.1m、0.01m時仍能獲得高達(dá)24240m/min的進(jìn)給速度；（4）換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。德國Chiron公司將刀庫設(shè)計成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。2.高精度化：數(shù)控機床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機床的運動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補償越來越獲得重視。（1）提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，

18、以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已開發(fā)裝有106脈沖/轉(zhuǎn)的檢測器的交流伺服電機，其位置檢測精度可達(dá)到0.01m/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；（2）采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%80%；（3）采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務(wù)，并保

19、證零件的加工質(zhì)量。3.功能復(fù)合化：復(fù)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(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機床如鏜銑鉆復(fù)合加工中心、車銑復(fù)合車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機床如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機床進(jìn)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)效率和制造商的市場反應(yīng)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(fù)合化也導(dǎo)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

20、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(fù)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。在2005年中國國際機床展覽會（CIMT2005）上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機床（包括雙主軸、雙刀架等）以及可實現(xiàn)45軸聯(lián)動的高速門式加工中心、高速銑削中心等。4.控制智能化：隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機的功率、電流、電

21、壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運行的安全性。（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的。（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位。（4）智能故障回

22、放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對數(shù)控機床發(fā)生的各種錯誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗。（5）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。 5.體系開放化：（1）向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善

23、并處于長生命周期；（2）向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求。 6.驅(qū)動并聯(lián)化：并聯(lián)運動機床克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)移動部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，在機床主軸（一般為動平臺）與機座（一般為靜平臺）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機構(gòu)驅(qū)動，通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺獲得相應(yīng)自由度的運動，可實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點。 并聯(lián)機床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機床技術(shù)的一個重要研究方向

24、，受到了國際機床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明數(shù)控技術(shù)以來在機床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21世紀(jì)新一代數(shù)控加工設(shè)備”。 7.極端化：國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良好的數(shù)控機床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是21世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工(車、銑、磨)機床、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓力機等的需求量正在逐漸增大。 8.信息交互網(wǎng)絡(luò)化：對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

25、資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)(數(shù)控機床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備，包括計算機、手機、機外和機內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報警顯示、在線幫助排除故障等功能，是獨立的、自主管理的制造單元。9.新型功能部件：為了提高數(shù)控機床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控

26、機床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；直線電動機：近年來，直線電動機的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列三相交流永磁式同步直線電動機已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機；電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。銑床由于具有效率高、精度高等特點,已成為各行業(yè)中不

27、可缺少的設(shè)備,隨著銑床技術(shù)的發(fā)展,國外一些工業(yè)先進(jìn)的國家對普通銑床特別是普通升降臺銑床的開發(fā)和生產(chǎn)日益減少,數(shù)控銑床及加工中心相應(yīng)增加。這當(dāng)然不意味著國際市場不需要普通升降臺銑床,只是對傳統(tǒng)布局、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的升降臺銑床不感興趣,而對輕巧靈活、功能及加工范圍較廣的搖臂銑床和滑枕式銑床有較大需求,對普通型的工作臺升降銑床(即床身型銑床)和龍門銑床,國外仍在生產(chǎn)和開發(fā)。例如:有些國家生產(chǎn)的龍門銑床采用了所謂“數(shù)控合一”的設(shè)計結(jié)構(gòu),即加上數(shù)控系統(tǒng)以后即可成為數(shù)控龍門銑床。因此,數(shù)控銑床技術(shù)發(fā)展,基本上說明了銑床技術(shù)的發(fā)展。數(shù)控銑床及以銑削為主的加工中心技術(shù)正向著高速化,智能化方向發(fā)展6。1.4 本文研究

28、的內(nèi)容本課題從實際出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)中零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，對三坐標(biāo)數(shù)控銑床主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。按照課題研究的時間進(jìn)度安排，主要內(nèi)容有：1.掌握AUTOCAD、CATIA等軟件的應(yīng)用。2.理解三坐標(biāo)數(shù)控銑床的工作原理及其相關(guān)技術(shù)，對三坐標(biāo)數(shù)控銑床的主體機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。3.進(jìn)行三坐標(biāo)數(shù)控銑床的總體方案設(shè)計，對關(guān)鍵機構(gòu)進(jìn)行校核計算分析，如傳動機構(gòu)和進(jìn)給機構(gòu)。對其主要部件進(jìn)行選擇計算分析。1.5 本章小結(jié)本章對數(shù)控銑床從功能上和特點上進(jìn)行了簡單的介紹。隨著科技的迅猛發(fā)展，數(shù)控銑床逐漸取代了普通銑床。所以研究數(shù)控銑床有著非常重要的意義。相比于國外銑床的發(fā)展我國的技術(shù)水平相對落后，但我國正在從多方面全力追趕

29、中。通過本章的敘述，對數(shù)控銑床的概念有了初步的了解。第2章 數(shù)控銑床總體設(shè)計2.1 數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)組成1.主傳動系統(tǒng) 它包括動力源，傳動件及主運動執(zhí)行件（主軸）等，其功用是將驅(qū)動裝置的運動及動力傳給執(zhí)行件，實現(xiàn)主切削運動。2.進(jìn)給傳動 它包括動力源，傳動件及進(jìn)給運動執(zhí)行件（工作臺，刀架）等，其功用是將伺服驅(qū)動裝置的運動與動力傳給執(zhí)行件，以實現(xiàn)進(jìn)給切削運動。3.基礎(chǔ)支撐件 它是指床身，立柱，導(dǎo)軌，滑座，工作臺等，它支撐機床的各主要部件，并使它們在靜止和運動中保持相對正確的位置。4.輔助裝置 輔助裝置視數(shù)控機床的不同而異，如自動換刀系統(tǒng)，液壓氣動系統(tǒng)，潤滑冷卻裝置。2.2 數(shù)控銑床的總體布局2.2

30、.1 銑床的常用布局形式 1.臥式銑床的常用布局形式臥式數(shù)控銑床的布局形式種類較多，其主要區(qū)別在于立柱的結(jié)構(gòu)形式和x, z坐標(biāo)軸的移動方式。常用的立柱有單立柱和框架結(jié)構(gòu)雙立柱兩種形式，如圖2-2 (b)所示;Z坐標(biāo)軸的移動方式有兩種:工作臺移動式，如圖2.1 (a)、(b)所示;立柱移動式，如圖2.1(a)所示。以上基本形式通過不同組合，還可以派生其他多種變形，如X, Z兩軸都采用立柱移動，工作臺完全固定的結(jié)構(gòu)形式:或X軸為立柱移動、Z軸為工作臺移動的結(jié)構(gòu)形式等。在圖2.1所示的三種中、小規(guī)格臥式數(shù)控銑床常見的布局形式中，圖2.1(a)結(jié)構(gòu)形式和傳統(tǒng)的臥式銼床相同，多見于早期的數(shù)控機床或數(shù)控化

31、改造的機床;圖2.1(b)采用了框架結(jié)構(gòu)雙立柱、Z軸工作臺移動式布局，是中、小規(guī)格臥式數(shù)控機床常用的結(jié)構(gòu)形式;圖2.1(c)采用T形床身、框架結(jié)構(gòu)雙立柱、立柱移動式(Z軸)布局，是臥式數(shù)控銑床的典型結(jié)構(gòu)8。圖2.1 臥式數(shù)控銑床 2.立式銑床的常用布局形式立式數(shù)控銑床是數(shù)控銑床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍也最為廣泛。小型數(shù)控銑床一般都采用工作臺移動、升降及主軸轉(zhuǎn)動方式，與普通立式升降臺銑床結(jié)構(gòu)相似;中型立式數(shù)控銑床一般采用縱向和橫向工作臺移動方式，且主軸沿垂直溜板上下運動;大型立式數(shù)控銑床，因要考慮到擴大行程、縮小占地面積及剛性等技術(shù)問題，往往采用龍門架移動式，其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板

32、上運動，而龍門架則沿床身作縱向運動。從機床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前3坐標(biāo)立式數(shù)控銑床仍占大多數(shù)。一般可進(jìn)行3坐標(biāo)聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進(jìn)行3坐標(biāo)中的任意2個坐標(biāo)聯(lián)動加工。此外，還有機床主軸可以繞X, Y, Z坐標(biāo)軸中其中一個或兩個軸作數(shù)控擺角運動的4坐標(biāo)和5坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。一般來說，機床控制的坐標(biāo)軸越多，特別是要求聯(lián)動的坐標(biāo)軸越多，機床的功能、加工范圍及可選擇的加工對象也越多。但隨之而來的是機床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價格也更高。圖2.2所示是立式數(shù)控銑床常見的三種布局形式。由溜板箱和工作臺實現(xiàn)平面上X, Y兩個坐標(biāo)軸的移動，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌上

33、下實現(xiàn)Z坐標(biāo)移動。圖2.2立式數(shù)控銑床2.2.2 此設(shè)計銑床的布局形式綜上所述，為了減少銑床占用空間，減少機床整體尺寸，并考慮應(yīng)用的廣泛性以及所做項目的實際情況，本設(shè)計銑床采用的布局形式為立式銑床形式，工作臺X、Y軸相互疊加移動，主軸在Z軸方向上移動，即圖2.2（a）所示。2.3 總結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)控銑床的功能設(shè)計和普通銑床有著很大的差別.對數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求可歸納為如下幾個方面:2.3.1 提高機床的結(jié)構(gòu)剛度機床的剛度是指切削力和其它力作用下,抵抗變形的能力。數(shù)控銑床比普通銑床要求具有更高的靜剛度和動剛度，有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控銑床的剛度系數(shù)應(yīng)比普通銑床高50%。機床在切削過程當(dāng)中，要承受各種外力的作

34、用，承受的靜態(tài)力有運動部件和被加工零件的自重；承受的動態(tài)力有：切削力、驅(qū)動力、加減速時引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機床的結(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動表面的接觸變形；各支撐零件不得彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支撐件的局部變形等，這些變形都會直接或間接的引起刀具和工件之間的相對位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響銑床切削過程的特性14。由于加工狀態(tài)的瞬時多變情況復(fù)雜，通常很難對結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行精度的理論計算。但遵循下列原則和措施，仍可以合理地提高機床的結(jié)構(gòu)剛度。選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式： 1.截面的形狀和尺寸形狀相同的截面，當(dāng)保持相同的截面積時，應(yīng)減小臂厚、加大截面的輪廓尺寸，

35、所以該機床的立柱、床身等支撐件做成型腔；圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大，抗彎剛度比方形截面小，所以立柱、床身等承受彎曲載荷的部件做成方形，而像主軸等承受扭轉(zhuǎn)載荷的零件做成圓形；封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多，因此該銑床采用封閉式床身；臂上開孔將使剛度下降，所開孔部件對剛度要求又很高，就在孔的周邊加上凸緣，以使抗彎剛度得到恢復(fù)。 2.構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度機床的床身是整個機床的基本支撐件，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應(yīng)有更高的靜、動剛度，更好的抗振性。機床的導(dǎo)軌和支承件的連接部件，往往是局部剛度

36、最弱的部分，但是聯(lián)接方式對局部剛度影響很大。在本次設(shè)計中，由于Z軸導(dǎo)軌較寬，故采用雙臂聯(lián)接形式；X、Y軸導(dǎo)軌較窄，采用單臂聯(lián)接，但在單臂上增加垂直筋條以提高局部剛度。2.3.2 采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件機床的床身、立柱等支承件，采用鋼板和型鋼焊接而成，具有減小質(zhì)量，提高剛度的顯著特點。采用鋼板和型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

37、使不易發(fā)生共振。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)設(shè)計靈活，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，機床的工作頭部分由于重力作用將會使機床立柱產(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)計中將采取通過在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力的方法，來減少立柱的變形，提高機床的剛度。2.3.3 提高機床的抗振性強迫振動的振源是高速旋轉(zhuǎn)零部件的動態(tài)不平衡

38、力、往復(fù)運動件的換向沖擊力、周期變化的切削力等。機床外部的振源通過機床的地基傳給機床，也可使其產(chǎn)生強迫振動。當(dāng)振源的頻率與機床某部件的某一振型的諧振頻率重合，則將發(fā)生共振，使振幅大增，加工粗糙度大大增加，甚至迫使切削無法進(jìn)行。自激振動是指切削過程中，由于切削前的表面有不規(guī)則的波紋度，切削余量的大小不一或材質(zhì)的不均勻，使得切削力不是穩(wěn)態(tài)值,切削力的這種變化，通過機床的彈性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使刀具與工件的相對位置也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使得切削過的表面產(chǎn)生新的波紋，這個變化又使切削力進(jìn)一步變化，如此反復(fù)交變和加強，就產(chǎn)生了自激振動的過程。改善和提高抗振性應(yīng)從以下幾個方面著手：（1）減少床身的內(nèi)部根源機床高速

39、旋轉(zhuǎn)主軸、帶輪均應(yīng)進(jìn)行平衡；裝配在一起的旋轉(zhuǎn)部件，應(yīng)該保證同軸，并且消除傳動間隙，采用平衡裝置和降低往復(fù)運動件的重量，以減小可能的激振力，裝在機床上的電機需隔振安裝。（2）提高靜態(tài)剛度提高靜態(tài)剛度可以提高構(gòu)件或系統(tǒng)的諧振頻率，從而避免發(fā)生共振。但為了提高情態(tài)剛度而引起的構(gòu)件質(zhì)量的增加，會使共振頻率發(fā)生偏移，這是不利的。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)強調(diào)提高單位質(zhì)量的剛度。（3）增加構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的阻尼該銑床對滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊以增大阻尼，將型砂或混凝土等阻尼材料填充在支承件的零部件臂中，可以提高阻尼性。以減少振動。增大阻尼也是提高剛度和自激振動穩(wěn)定性的有效措施。采用床身夾壁中的型砂不取出的方案，將會使機床抗彎

40、曲振動阻尼大大提高。在承受彎曲振動的支撐件的表面噴涂一層有高內(nèi)阻和較高彈性模量的粘彈材料（如高分子聚合物、油漆泥子或瀝青基的膠泥等），可以增大構(gòu)件的阻尼、抑制振動的產(chǎn)生。2.3.4 提高低速進(jìn)給運動的平穩(wěn)性和運動精度數(shù)控機床各坐標(biāo)軸進(jìn)給運動的精度極大的影響零件的加工精度。在開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中運動精度取決于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)，特別是機械傳動部件的精度；在閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，位置監(jiān)測裝置的分辨率對運動精度有決定性的影響，但是機械傳動部件的特性對運動精度也有一定的影響。通常在開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量為0.01mm時，實際的定位精度最好的情況也只能達(dá)到0.025。在閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量（或

41、稱最小設(shè)定單位）一般為0.001mm，實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0.001mm）時，開始一兩個單步指令，進(jìn)給部件并不動作，到第三個單步指令時才突跳一段距離，以后又如此重復(fù)。這些現(xiàn)象都是因為進(jìn)給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象引起的，而低速爬行現(xiàn)象又決定于機械傳動部件的特性12。要提高運動精度，應(yīng)設(shè)法提高低運動的平穩(wěn)性，可以采取的措施有：（1）減少動、靜摩擦系數(shù)之差執(zhí)行部件所收的摩擦阻力主要來自導(dǎo)軌副，一般的滑動導(dǎo)軌副不僅靜、動摩擦系數(shù)大，而且差值也大。故在本次設(shè)計中將采用塑料導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌制造簡單、價格低廉，另外在進(jìn)給系統(tǒng)中，采用滾珠絲杠螺母副。（2）提高傳動

42、系統(tǒng)的傳動剛度進(jìn)給系統(tǒng)中從伺服機構(gòu)驅(qū)動裝置到執(zhí)行部件之間必定要經(jīng)過有齒輪、絲杠螺母副或蝸桿副等組成的傳動鏈。所謂傳動剛度指的就是這一傳動鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度。為提高其剛度，應(yīng)盡可能縮短傳動鏈，適當(dāng)加大傳動軸的直徑，加強支撐座的剛度。此外，對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身進(jìn)行預(yù)緊也可以提高傳動剛度。2.3.5 減少機床的熱變形機床的熱變形，特別是數(shù)控機床的熱變形，是影響加工精度的主要因素。引起機床熱變形的熱源主要是機床的內(nèi)部熱源，入主電機、進(jìn)給電機發(fā)熱，摩擦以及切削熱等1。熱變形影響加工精度的原因，主要是由于熱源分布不均，熱源產(chǎn)生熱量不等，各處零件的質(zhì)量不均，形成各部位的溫升不一致，從而產(chǎn)生不均的溫度

43、場和不均勻的熱膨脹變形，以至影響刀具與工件的正確相對位置。減少機床熱變形及其影響措施是：（1）減少機床內(nèi)部熱源和發(fā)熱量，主軸采用交流調(diào)速電機、減少傳動軸的傳動齒輪。采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承。 （2）改善散熱和隔熱條件，主軸箱或主軸部件采用強制潤滑冷卻，自動及時排屑，發(fā)熱量大的部件應(yīng)加大散熱面積。 （3）合理設(shè)計機床的結(jié)構(gòu)和布局，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)設(shè)法使熱量比較大的部位的熱向量小的部位傳導(dǎo)或流動，使結(jié)構(gòu)部件的各部位能夠均熱，也是減小變形有效措施。（4）進(jìn)行熱變形補償 預(yù)測熱變形的規(guī)律，建立變形的數(shù)字模型，或預(yù)測變形的具體數(shù)值，存入數(shù)控裝置的內(nèi)存中，可以進(jìn)行實時補償校正。如傳動絲杠的熱伸長誤差，導(dǎo)軌

44、平行度和平直度的熱變形誤差等，都可以采用軟件實時補償消除其影響。如圖2.3為床身立柱，圖2.4為銑床底座。圖2.3 床身立柱 圖2.4 銑床底座2.4 本章小結(jié)本章闡述了數(shù)控銑床的總體結(jié)構(gòu)組成,針對此次設(shè)計進(jìn)行了銑床總體布局的分析。最終選定了立式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)形式。此外從提高機床的結(jié)構(gòu)剛度、采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、提高機床的抗振性、提高低速進(jìn)給運動的平穩(wěn)性和運動精度、減少機床的熱變形幾個方面對銑床的總結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了分析。通過本章的敘述，確定了三坐標(biāo)數(shù)控銑床的總體結(jié)構(gòu)。第3章 主傳動系統(tǒng)設(shè)計主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng),它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速(速度)和一定的變速范圍,以便采用不同材料的刀具,

45、加工不同材料,不同尺寸,不同要求的工件,并能方便的實現(xiàn)運動的開停,變速,換向和制動等。數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機,傳動系統(tǒng)和主軸部件,與普通銑床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單,這是因為變速功能全部或大部分由主軸電機的無級調(diào)速來承擔(dān),省去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu),有些只有二級或三級齒輪變速機構(gòu)用以擴大電動機無級調(diào)速的范圍7。3.1 對主傳動系統(tǒng)的要求1. 數(shù)控銑床主傳動要有寬的調(diào)速范圍及盡可能實現(xiàn)無級變速。數(shù)控加工時切削用量的選擇，特別是切削速度的選擇，關(guān)系到表面加工質(zhì)量和機床生產(chǎn)率。2. 功率大。要求主軸有足夠的驅(qū)動功率或輸出扭矩，能在整個速度范圍內(nèi)均能提供切削所需的功率或扭矩.3. 動態(tài)

46、響應(yīng)性要好。要求主軸升降速時間短，調(diào)速時運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對有的數(shù)控機床需同時能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)切削，則要求換向時均可進(jìn)行自動加減速控制，即要求主軸有四象限驅(qū)動能力。4. 精度高。這里主要指主軸回轉(zhuǎn)精度。要求主軸部件具有足夠的剛度和抗振性，具有較好的熱穩(wěn)定性，即主軸的軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。另外，要求主傳動的傳動鏈要短。5. 旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動功能。要求主軸與其他直線坐標(biāo)軸能同時實現(xiàn)插補聯(lián)動控制11。3.2 主傳動的結(jié)構(gòu)特點和變速方式數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)一般采用直流或交流主軸電動機,通過帶傳動和主軸箱的變速齒輪帶動主軸旋轉(zhuǎn),由于這種電動機調(diào)速范圍廣,又可無級調(diào)速,使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化,也保證了加工時能選

47、用合理的切削用量。為了適應(yīng)不同的加工需求,目前有三種變速方式:1.二級以上齒輪變速系統(tǒng),其優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出,且具有大范圍調(diào)節(jié)速度的能力.但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要增加潤滑及溫度控制裝置,成本較高；2.一級帶傳動變速方式,其結(jié)構(gòu)簡單,安裝調(diào)試方便,且在一定條件下能滿足轉(zhuǎn)速與扭矩輸出要求,且噪聲與振動??；3.調(diào)速電動機直接驅(qū)動方式,其結(jié)構(gòu)緊湊占用空間小轉(zhuǎn)換效率高,但對主軸精度影響較大,使用受到限制。綜上,選用方式2的變速方法。3.3 主傳動電機的選用交流調(diào)速電機由于體積小,轉(zhuǎn)動慣量小,動態(tài)響應(yīng)快,沒有電刷,能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動機高,磨損和故障也少。在中小功率領(lǐng)域,交流調(diào)速

48、電動機已占優(yōu)勢,應(yīng)用更加廣泛.所以選用交流調(diào)速電機。3.4 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 1.帶傳動的計算和選定帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強度）。（所有表來源于參考文獻(xiàn)9）(1) 確定計算功率PkW （3-1）式中：K工況系數(shù),P電機額定功率 Kw(2) 選擇帶型號 根據(jù)P、n由圖8-4選A型V帶(3) 確定帶輪直徑D、D 小帶輪直徑D應(yīng)滿足：DD 查表8-7取,故選擇D(4) 計算V帶速度 （3-2） 故 D選擇合格，傳動比i=2 D （3-3）(5) 確定中心距a和帶長L （3-4） 得 初選 帶長 （3-5）查表8-2，取 中心距 （3-6） a的

49、調(diào)整范圍： （3-7） （3-8）(6) 驗算小帶輪包角 （3-9）得 ， 即滿足條件。(7) 確定V帶根數(shù)z （3-10） 由表8-4查得 由表8-5查得 由表8-6查得 由表8-2查得代入求根公式，得所以選三根V帶所選帶輪如圖3.1所示。圖3.1 皮帶輪2. 主軸前頸D1的選取一般按機床類型,主軸傳遞的功率或最大加工直徑選取D,銑床的軸頸的直徑.所以由表得D= 74mm3.主軸內(nèi)孔直徑d的選定很多機床的主軸是空心的,內(nèi)孔直徑與其用途有關(guān),銑床主軸內(nèi)孔可以通過拉桿來拉緊刀桿等.為了不過多的削弱主軸的剛度,銑床主軸孔徑d可比道具拉桿直徑大510mm.由公式可得1-(d/D)4=1-4,取=0.

50、6可得d=45mm4.主軸前端懸伸量a的確定主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向支反力作用中點的距離.它主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu),前支撐軸承配置和密封裝置的形式和尺寸,由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，由于前端懸伸量對主軸部件的剛度抗震性影響很大,因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下,設(shè)計時應(yīng)盡量縮短該懸伸量。5.主軸主要支撐跨距L的確定一般L取(2-3.5)a 6.剛度強度校核查表得=440560Mpa =T/Wt T=9549P/nWt=(D3-d3)(1-4)/16 =T/Wt=20.893.5 主軸組件設(shè)計主軸組件是機床的一個重要組成部分。主軸組件由主軸、軸承、傳動件（如齒輪、帶輪）和固定件（如螺母）等組

51、成。機床工作時，由主軸夾持著刀具直接參加表面成型運動。所以，主軸組件的性能對加工性能和機床生產(chǎn)率有重要影響。對機床主軸的要求，有與一般傳動軸共同之處：都要在一定的轉(zhuǎn)速下傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，保證軸上的傳動件和軸承正常的工作條件。但是，主軸又是直接帶著刀具進(jìn)行切削的，機床的加工質(zhì)量在很大程度上要靠主軸組件保證。主軸直接承受切削力，通過數(shù)控機床的轉(zhuǎn)速變化范圍又往往很大。因此，對于主軸組件，又有許多要求。（1）旋轉(zhuǎn)精度（2）剛度 （3）溫升（4）可靠性（5）精度保持性3.5.1 主軸的軸承機床主軸用的軸承，有滑動和滾動兩大類。從旋轉(zhuǎn)精度看，兩大類軸承都能滿足要求。和其他指標(biāo)相比，滾動軸承比滑動軸承的優(yōu)點是

52、：1.滾動軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定工作。2.滾動軸承能在無間隙，甚至在預(yù)緊有一定過盈的條件下工作。3.滾動軸承的摩擦系數(shù)小，有利于減少發(fā)熱。4.滾動軸承潤滑容易，可以用脂，一次裝填一直用到修理時才換脂。滾動軸承是由軸承廠生產(chǎn)的，可以外購。滾動軸承的缺點是：1.滾動體的數(shù)量有限，所以滾動軸承在旋轉(zhuǎn)中的徑向剛度是變化的。這是引起震動的原因之一。2.滾動軸承的阻尼小3.滾動軸承的徑向尺寸比滑動軸承大。根據(jù)上述分析可知，在一般情況下應(yīng)采用滾動軸承。特別是大多數(shù)立式主軸，用滾動軸承可以采用脂潤滑以避免漏油。對于軸承，選用滾動軸承就可滿足要求，因主軸垂直放置，軸承將受到軸向力，另外由于銑

53、削力的存在，會給主軸徑向力，但力都不大，所以軸承選用兩個60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。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，多采用多聯(lián)組配的辦法。3.5.2 主軸其余部件主軸部件除主軸，主軸軸承和傳動件等一般組成部分外，還有刀具自動裝卸及吹削裝置，主軸準(zhǔn)停裝置等。3.6 本章小結(jié)本章闡述了主傳動系統(tǒng)的設(shè)計。分析了對主傳動系統(tǒng)的要求、結(jié)構(gòu)特點及其變速方式，最終選用交流調(diào)速電機。對主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了確定：帶傳送進(jìn)行了計算和選定，主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了確定；對主軸的組件也進(jìn)行了簡單的分析。通過本章的敘述，主傳動系統(tǒng)清晰明了。第4章 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計

54、4.1 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)特點數(shù)控銑床從構(gòu)造上可以分為數(shù)控系統(tǒng)（CNC）和銑床兩大塊。數(shù)控系統(tǒng)主要根據(jù)輸入程序完成對工作臺的位置、主軸啟停、換向、變速、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等的控制工作。而銑床為了完成零件的加工須進(jìn)行兩大運動：主運動和進(jìn)給運動。數(shù)控銑床的主運動和進(jìn)給運動在動作上除了接受CNC的控制外，在機械結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有響應(yīng)快、高精度、高穩(wěn)定性的特點。 進(jìn)給系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)特點：（1）高傳動剛度 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的高傳動剛度主要取決于絲杠螺母副(直線運動)或蝸輪蝸桿副(回轉(zhuǎn)運動)及其支承部件的剛度。剛度不足與摩擦阻力一起會導(dǎo)致工作臺產(chǎn)生爬行現(xiàn)象以及造成反向死區(qū)，影響傳動準(zhǔn)確性?？s短傳動鏈，

55、合理選擇絲杠尺寸以及對絲杠螺母副及支承部件等預(yù)緊是提高傳動剛度的有效途徑。 （2）高諧振 為提高進(jìn)給系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機械傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動系統(tǒng)固有頻率的23倍。 （3）低摩擦 進(jìn)給傳動系統(tǒng)要求運動平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，快速響應(yīng)特性好，必須減小運動件的摩擦阻力和動、靜摩擦系數(shù)之差，在進(jìn)給傳動系統(tǒng)中現(xiàn)普遍采用滾珠絲杠螺母副。 （4）低慣量進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常需進(jìn)行起動、停止、變速或反向，若機械傳動裝置慣量大，會增大負(fù)載并使系統(tǒng)動態(tài)性能變差。因此在滿足強度與剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小運動部件的重量以及各傳動元件的尺寸，以提高傳動部件對指令的快速響應(yīng)能力。 （5）無間隙 機械間隙是造成進(jìn)給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一主要原因，因此對傳動鏈的各個環(huán)節(jié)，包括：齒輪副、絲杠螺母副、聯(lián)軸器及其支承部件等等均應(yīng)采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。4.2 滾珠絲杠4.2.1 滾珠絲杠特點在數(shù)控機床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用滾珠