車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)——車削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 工作單位機(jī)械制造及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)(論文)題目:車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)車削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)總體參數(shù)及總體布局設(shè)計(jì)、銑削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要零件設(shè)計(jì)要求完成的主要任務(wù):1. 總體參數(shù)及布局方案、開(kāi)題報(bào)告；2. 機(jī)床總體設(shè)計(jì)；3. 銑削進(jìn)給部件設(shè)計(jì)；4. 主要零件設(shè)計(jì)；5. 外文翻譯；6. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書。必讀參考資料：1. 實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)2. 機(jī)床設(shè)計(jì)3. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第一冊(cè)：上、下4. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第二冊(cè)：上、下5. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第五冊(cè)：上6. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)7. 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)8. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)指導(dǎo)教

2、師簽名： 教研室主任簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 教研室主任簽名： 蓋章畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)車削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 數(shù)控技術(shù)是一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是近年來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)。它是為適應(yīng)高精度、高速度、復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機(jī)床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的應(yīng)用前景。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，

3、對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)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(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)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(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)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(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)cad/cam及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。cad/cam和cnc之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中cnc只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過(guò)程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正cad/cam中的設(shè)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(jiàn)，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(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程，因此，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為我們國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)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(diǎn)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(jī)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(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)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(shí)間以及中間過(guò)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(chǎng)反應(yīng)能力，相對(duì)于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。加工過(guò)程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國(guó)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(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床越來(lái)越受到各大企業(yè)的歡迎。2. 設(shè)計(jì)方法與實(shí)施方案2.1機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)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(wú)級(jí)轉(zhuǎn)速范圍 1001800r/min工作臺(tái)寬度長(zhǎng)度 40

7、01600mm工作臺(tái)最大縱向行程 300mm工作臺(tái)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(dòng)機(jī)的功率 4.0kw主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1440r/min機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)寬高） 201010701800mm2.2機(jī)床總體布置三維模型2.3機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床主要在完成工件車削加工之后可以直接進(jìn)行銑削加工,在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上另外安裝了一個(gè)銑削頭.車削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì): 數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由數(shù)控裝置經(jīng)伺服系統(tǒng)控制的,它由伺服驅(qū)動(dòng)裝置,機(jī)械傳動(dòng)裝置,位置檢測(cè)元件及位置調(diào)節(jié)器等組成,進(jìn)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(lái)分別來(lái)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(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。根據(jù)計(jì)算，查滾珠絲杠樣本中與相近的額定動(dòng)載荷，使得，然后由此確定滾珠絲杠副的型號(hào)和尺寸。2.3.2. 滾珠絲杠的支承選擇本傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，另一端浮動(dòng)的支承形式。固定端采用一對(duì)接觸的角接觸球軸承面對(duì)面組配，簡(jiǎn)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(jī)的選擇伺服電機(jī)的選擇，應(yīng)考慮三個(gè)要求：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過(guò)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配（匹配條件可根據(jù)伺服電機(jī)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(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。負(fù)載慣量可以按以下次序計(jì)算：工件、夾具與工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的慣量根據(jù)上述計(jì)算可初步選定伺服電機(jī)。2.3.4導(dǎo)軌的選擇(1)導(dǎo)軌形式選擇機(jī)床導(dǎo)軌的功用是起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對(duì)機(jī)床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，同時(shí)應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造、調(diào)整和維護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。在數(shù)控機(jī)床上

10、常用的滑動(dòng)導(dǎo)軌有液體靜壓導(dǎo)軌、氣體靜壓導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌。液體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有一定壓力的潤(rùn)滑油，形成靜壓油膜，使導(dǎo)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。氣體靜壓導(dǎo)軌：在兩導(dǎo)軌工作面間通入具有恒定壓力的氣體，使兩導(dǎo)軌面形成均勻分離，以得到高精度的運(yùn)動(dòng)。這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形，但會(huì)隨空氣壓力波動(dòng)而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負(fù)荷不大的場(chǎng)合。貼塑導(dǎo)軌：在動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動(dòng)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(dòng)能力，可減小振動(dòng)和噪聲

11、；耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡(jiǎn)單、成本低。而滾動(dòng)導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)很小，一般為0.00250.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運(yùn)動(dòng)輕便靈活，在很低的運(yùn)動(dòng)速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高。滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是抗振性差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。綜上分析貼塑導(dǎo)軌完全滿足我們中型數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床要求,因此選擇貼塑導(dǎo)軌;(2)導(dǎo)軌截面選擇三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高,不會(huì)產(chǎn)生間隙能自動(dòng)補(bǔ)償磨損,水平力大于垂直力,兩側(cè)壓力健在不均時(shí)采用不對(duì)稱導(dǎo)軌.矩形導(dǎo)軌承載能力大,制造簡(jiǎn)便但必須留有側(cè)面間隙,磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償需用鑲條調(diào)整各面間隙.燕尾形導(dǎo)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(dǎo)軌,不適于 承受大的力矩.根據(jù)以上分析結(jié)合機(jī)床要求選擇導(dǎo)軌截面,矩形導(dǎo)軌和三角形導(dǎo)軌配合使用.其導(dǎo)軌精度好加工裝配也比較方便.溫度變化也不會(huì)改變導(dǎo)軌面的接觸情況.3.設(shè)計(jì)（論文）的進(jìn)度安排1.153.09 查閱相關(guān)資料;2.144.17論文大綱（初步方案設(shè)計(jì)，草圖繪制，必要的初步設(shè)計(jì)計(jì)算）;3.103.20開(kāi)題報(bào)告（資料收集、調(diào)研，完成開(kāi)題報(bào)告）;4.185.10論文初稿（完成結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，主要圖紙工作和設(shè)計(jì)計(jì)算工作）;5.115.18交老師審稿(對(duì)論文中的問(wèn)題進(jìn)行即時(shí)修改);5.206.10論文終稿、提交（完成正式圖紙及設(shè)計(jì)說(shuō)明明書撰寫工

13、作）;4.已查閱參考文獻(xiàn)1范云漲,陳兆年主編 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社2李金伴,馬偉民主編 實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社3陳嬋娟主編 數(shù)控車床設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社4戴曙主編 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社5.指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)老師簽字： 年 月 日注：1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫，在畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始后三周內(nèi)完成；2設(shè)計(jì)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(dǎo)教師意見(jiàn)應(yīng)從選題的理論或?qū)嶋H價(jià)值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識(shí)、原理、建立的模型正確與否、學(xué)生的論證充分否、學(xué)生能否完成課題，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

14、鄭 重 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人簽名： 日期： 目 錄摘 要1abstract21緒論32數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)概念42.1數(shù)控機(jī)床的基本工作原理簡(jiǎn)介42.2數(shù)控機(jī)床的一般設(shè)計(jì)步驟53進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念63.1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成63.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式64橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)74.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)74.1.2 滾珠絲杠基本導(dǎo)程計(jì)算74.2 滾珠絲杠副的選擇計(jì)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(dòng)載荷計(jì)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(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的剛度124.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計(jì)算124.5.2滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度計(jì)算134.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計(jì)算134.5.4進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度計(jì)算134.6滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇計(jì)算144.6.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算144.6.2電機(jī)軸負(fù)載慣量計(jì)算155縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)165.1 滾珠絲杠基本導(dǎo)程計(jì)算165.2 滾珠絲杠副的選擇計(jì)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(dòng)載荷計(jì)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(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的剛度195.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計(jì)算195.5.2滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度計(jì)算195.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計(jì)算195.5.4進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度計(jì)算205.6滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇計(jì)算205.6.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算205.6.2電機(jī)軸負(fù)載慣量計(jì)算205.6.3選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)216進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)216.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)216.2床身及導(dǎo)軌236.3軸承端蓋的設(shè)計(jì)257總結(jié)與體會(huì)268參考文獻(xiàn)269附錄2810致謝詞30摘 要本

17、設(shè)計(jì)主要是研究車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)部分,數(shù)控技術(shù)已廣泛應(yīng)用在制造技術(shù)領(lǐng)域,此外, 制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)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(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。本論文特別處理計(jì)算選擇了各個(gè)部件,此外本文還主要對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析進(jìn)行了計(jì)算分析。關(guān)鍵詞 車銑復(fù)合 數(shù)控技術(shù) 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠 驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(yīng)高精度、高速度、復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機(jī)床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的應(yīng)用前景。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變

22、革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)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(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高質(zhì)量、高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)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(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)

23、床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入wto后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。 數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)至今的50年，隨科技、特別是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。在近20余年探索中，中國(guó)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速

24、、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。此次研究課題主要是車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床,本文主要討論研究車削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括機(jī)床總體參數(shù)及總體布局設(shè)計(jì)、車削進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)和車削進(jìn)給系統(tǒng)主要零部件的設(shè)計(jì),橫向進(jìn)給系統(tǒng) 的方案設(shè)計(jì),對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)各個(gè)部件進(jìn)行選型計(jì)算,繪制進(jìn)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(shè)計(jì)論文.本次設(shè)計(jì)旨在將大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用并鞏固,對(duì)我們的

25、機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合能力提出了考驗(yàn),通過(guò)本次設(shè)計(jì)加強(qiáng)動(dòng)手設(shè)計(jì)能力,提高分析解決問(wèn)題的能力,熟練掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法與流程,為以后的學(xué)習(xí)工作打下基礎(chǔ). 2數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)概念2.1數(shù)控機(jī)床的基本工作原理簡(jiǎn)介現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床由控制介質(zhì)、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)及機(jī)床本體組成。數(shù)控機(jī)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(jī)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(shè)備進(jìn)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(guò)輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。3、 數(shù)控裝置cnc裝置是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，主要由計(jì)算機(jī)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(yīng)的控制軟件等組成。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動(dòng)軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動(dòng)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(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。4、 伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)反饋裝置組成。伺服電機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則是伺服電機(jī)的

27、動(dòng)力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較后作為位移指令，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率放大后，帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件作精確定位或按照規(guī)定的軌跡和進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)，使機(jī)床加工出符合圖樣要求的零件。5、 檢測(cè)反饋系統(tǒng)測(cè)量反饋系統(tǒng)由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測(cè)機(jī)床的實(shí)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(jìn)行比較和校正，構(gòu)成系統(tǒng)的閉環(huán)控制。6、 機(jī)床本體機(jī)床本體指的是數(shù)控機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)體，包括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。由于數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，它與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比，應(yīng)具有更好的剛性和抗振性，相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù)要小，傳動(dòng)部件之間的間隙要小，而且傳動(dòng)和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)

28、自動(dòng)化控制。2.2數(shù)控機(jī)床的一般設(shè)計(jì)步驟數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟大致可概括為以下幾點(diǎn)(1)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì):包括用途性能生產(chǎn)率主要參數(shù)驅(qū)動(dòng)方式成本及生產(chǎn)周期等(2)總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)包括以下幾方面設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì) 包括確定數(shù)控機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式(直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)) 、功能(主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、其他運(yùn)動(dòng))及排列順序,最后畫出數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能圖基本參數(shù)設(shè)計(jì) 包括尺寸參數(shù)、運(yùn)到參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì).傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括傳動(dòng)方式、傳動(dòng)原理圖及傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 包括運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì).控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括控制方式及控制控制原理、控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì).(

29、4)總體方案綜合評(píng)價(jià)與選擇 在總體方案設(shè)計(jì)階段,對(duì)其各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),從中選擇較好的方案.(5)總體方案的設(shè)計(jì)修改或優(yōu)化 對(duì)所選擇的方案進(jìn)行進(jìn)一步的修改或優(yōu)化,確定最終方案.(6)詳細(xì)設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì) 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設(shè)計(jì)、分析計(jì)算或優(yōu)化.施工設(shè)計(jì) 包括零件圖設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文檔3進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念3.1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、位置檢測(cè)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(dòng)裝置包括伺服電機(jī)及控制單元.位置檢測(cè)元件起著測(cè)量和反饋兩個(gè)作用,它發(fā)出的信號(hào)已傳送給位置調(diào)節(jié)器從而構(gòu)成閉環(huán)控制.機(jī)械傳動(dòng)裝置的作用是傳遞和轉(zhuǎn)換進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的

30、運(yùn)動(dòng),并帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)包括減速器、滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)等 圖3.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服3.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式根據(jù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式的不同,可以分為開(kāi)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(cè)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(cè)裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)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(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi)。開(kāi)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(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損、慣

31、性及間隙的存在，故開(kāi)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(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)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(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用

32、。4橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1 進(jìn)給系統(tǒng)主要規(guī)格技術(shù)參數(shù)縱向：工作臺(tái)重量：w=200kg行程：s=1000mm脈沖當(dāng)量：=0.006mm/p最大進(jìn)給速度：=15m/min橫向：工作臺(tái)重量：w=200n行程：s=650mm脈沖當(dāng)量：=0.004mm/p最大進(jìn)給速度：=10m/min定位精度 ：0.016mm重復(fù)定位精度 ：0.0074.1.2 滾珠絲杠基本導(dǎo)程計(jì)算伺服電機(jī)一般最高轉(zhuǎn)速為1500r/min或2000r/min。如果伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠直接連接，即i=1.假設(shè)工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到v=15m/min，取電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速,則絲杠的最高轉(zhuǎn)速=1500r/m

33、in.絲杠基本導(dǎo)程為：4.2 滾珠絲杠副的選擇計(jì)算4.2.1 滾珠絲杠副的精度選擇 本系統(tǒng)要達(dá)到0.006300mm,根據(jù)要求查閱滾珠絲杠樣本，對(duì)于1級(jí)（）精度絲杠，任意300mm內(nèi)導(dǎo)程允許誤差為0.006mm，2級(jí)（）精度絲杠的導(dǎo)程允許誤差為0.008mm。初步設(shè)絲杠的任意300mm行程內(nèi)變動(dòng)量為定位精度的，即0.0040.006，因此，可取滾珠絲杠的精度為級(jí)，即1級(jí)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(shí)的最大進(jìn)給力加上摩擦力；而最小載荷為摩擦力。假設(shè)最大縱向進(jìn)給力=5000n，工作臺(tái)質(zhì)量m=200kg，采用貼塑導(dǎo)軌，則：因貼塑導(dǎo)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(dāng)載荷按照單調(diào)或周期性單調(diào)連續(xù)變化時(shí)，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(tái)最小進(jìn)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(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算（1）按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的計(jì)算動(dòng)載荷式中 額定壽命（h）。數(shù)控機(jī)床和精密機(jī)床； 精度系數(shù)。1、2級(jí)絲杠； 平均載荷，之前計(jì)算； 滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速,之前計(jì)算。（2）滾珠絲杠螺紋小徑的計(jì)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(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為16,重復(fù)定位精度為7，則 取上述計(jì)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(dǎo)軌靜摩擦力，之前算過(guò)； 兩個(gè)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(gè)固定支撐之間的距離為: 取 則，（4）滾珠絲杠螺紋部分長(zhǎng)度確定式中 機(jī)床工作臺(tái)有效行程（mm）； 余程（mm），由導(dǎo)程為10mm確定余程為40mm； 螺母長(zhǎng)度，取為200mm。 （5）滾珠絲杠全長(zhǎng)l確定 按照要求，兩端支

36、撐長(zhǎng)度按照60mm計(jì)算，連接長(zhǎng)度按照90mm計(jì)算，起始距離按照40mm計(jì)算，則計(jì)算滾珠絲杠全長(zhǎng)為（6）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)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(hào)為ffzd5010-3，其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和螺紋底徑如下： （7）確定滾珠絲杠副的支撐方式、預(yù)緊形式及支撐軸承因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的滾珠絲杠的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，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(shè)計(jì)的滾珠絲杠的螺母選用外循環(huán)導(dǎo)管、雙螺形式，采用單螺母墊片預(yù)壓方式。滾珠絲杠的支撐采用背對(duì)背角接觸軸承，因?yàn)樗膭傂源蟆⒘匦?。參照文獻(xiàn)13采用推力角接觸軸承

37、，接觸角為60度,其型號(hào)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(yù)期疲勞壽命：式中 絲杠的額定動(dòng)載荷（n）,已知； 精度系數(shù)。1、2級(jí)絲杠；3、4級(jí)絲杠； 載荷穩(wěn)定性系數(shù)，工作平穩(wěn)和輕微沖擊時(shí),中等沖擊時(shí), 較大沖擊和振動(dòng)； 絲杠軸向平均載荷，； 絲杠平均轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)中，滾珠絲杠螺母副預(yù)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(zhǎng)徑比大的滾珠絲杠，應(yīng)進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性計(jì)算，并使臨界載荷。 當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) 式中 滾珠絲杠的螺紋小徑（mm），之前計(jì)算過(guò)； 滾珠絲杠的最大工作長(zhǎng)度（mm），； 絲杠長(zhǎng)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(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的剛度4.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計(jì)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(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定支撐中心之間的距離時(shí)，絲杠具有最小抗壓剛度： 當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定支撐中心之間的距離時(shí)，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(jì)算已知滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)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(jì)算查表得樣本滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷。已知滾珠絲

39、杠上所承受的最大軸向載荷4.5.4進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為：故。進(jìn)給傳動(dòng)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(dòng)電機(jī)選擇計(jì)算伺服電機(jī)的選擇，應(yīng)考慮三個(gè)要求：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配（匹配條件克根據(jù)伺服電機(jī)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(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。4.6.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算式中 絲杠最大工作載荷，其值為5071.3n； 絲杠導(dǎo)程，其值為10mm； 滾珠絲杠的機(jī)械效率，??； 滾珠絲杠軸承的摩擦力矩，??； 伺服電機(jī)與絲杠的傳動(dòng)比，伺服電機(jī)與絲杠直聯(lián)，

40、則傳動(dòng)比i=1； 滾珠絲杠螺母預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩，其值為： 其中 預(yù)緊力，已假設(shè)為：14000n4.6.2電機(jī)軸負(fù)載慣量計(jì)算伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。負(fù)載慣量可以按一下次序計(jì)算：（1）計(jì)算工作臺(tái)折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中 工作臺(tái)移動(dòng)速度，m/s； 伺服電機(jī)角速度，rad/s； 直線移動(dòng)件（工作臺(tái)）的質(zhì)量，已假定；（2）計(jì)算滾珠絲杠加在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中 滾珠絲杠材料（鋼）的密度，； 滾珠絲杠長(zhǎng)度，； 滾珠絲杠名義直徑，。（3）計(jì)算聯(lián)軸器加載鎖緊螺母等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查閱手冊(cè)可知，（4）計(jì)算加載電機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按照中小型數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣量匹配條件：1，所選伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)

41、子慣量應(yīng)在 ，4.6.3選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算和查表綜合選擇fb15直流伺服電機(jī)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(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于兩個(gè)方向計(jì)算過(guò)程方式一樣,因此將計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單介紹,說(shuō)明計(jì)算結(jié)果.5.1 滾珠絲杠基本導(dǎo)程計(jì)算伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠直接連接，即i=1.假設(shè)工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到v=10m/min，取電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速,則絲杠的最高轉(zhuǎn)速=1000r/min.絲杠基本導(dǎo)程為：5.2 滾珠絲杠副的選擇計(jì)算5.2.1 滾珠絲杠副的精度選擇1級(jí)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(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算（1）按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的計(jì)算動(dòng)載荷（2）滾珠絲杠螺紋小徑的計(jì)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(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為16,重復(fù)定位精度為7，則 取上述計(jì)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(zhǎng)度確定（5）滾珠絲杠全長(zhǎng)l確定 按照要求，兩端支撐長(zhǎng)度按照60mm計(jì)算，連接長(zhǎng)度按照90mm計(jì)算，起始距離按照45mm計(jì)算，則計(jì)算滾珠絲杠全長(zhǎng)為90+45=（6）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)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(hào)

43、為ffzd3210-2.5，其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和螺紋底徑如下： （7）確定滾珠絲杠副的支撐方式、預(yù)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(yù)壓方式。滾珠絲杠的支撐采用背對(duì)背角接觸軸承，采用推力角接觸軸承，接觸角為60度,其型號(hào)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(yù)期疲勞壽命：本設(shè)計(jì)中，滾珠絲杠螺母副預(yù)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(zhǎng)徑比大的滾珠絲杠，應(yīng)進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性計(jì)算，并使臨界載荷。 當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) 則，故滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性滿足要求。5.5計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的剛度5.5.1滾珠絲杠抗壓剛度計(jì)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(jì)算5.5.3滾珠絲杠螺母副滾珠和滾道的接觸剛度計(jì)算5.5.4進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為：故。進(jìn)給傳動(dòng)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(dòng)電機(jī)選擇計(jì)算5.6.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算5.6.2電機(jī)軸負(fù)載慣量計(jì)算（1）計(jì)算工作臺(tái)折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（2）計(jì)算滾珠絲杠加在電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（3）計(jì)算聯(lián)軸器加載鎖緊螺母等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查閱手冊(cè)可知，（5）計(jì)算加載電機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按照中小型數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣量匹配條件：1，所選伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在 ，5.6.3選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算和查表綜合選擇法納克10交流伺服電

45、機(jī)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(dòng)慣量0.0106進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)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(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)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(dāng)于普通絲杠的1/5-/

46、3.（2）若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。（5）具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。（5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。（6）制造工藝復(fù)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(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。本次設(shè)計(jì)采用的是外循環(huán)的絲杠螺母副，精度為1級(jí)，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺

47、母副采用的預(yù)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(gè)的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但載荷量須預(yù)先設(shè)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(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)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(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度

48、、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。絲杠中常用的滾動(dòng)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(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)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(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60角接觸軸承，

49、組合方式為ddb。以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)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(dǎo)軌對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，作為主要支承件的床身至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)。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(dòng)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(duì)位置精度和車床在工作中各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)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(shí)也影響著機(jī)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(dòng)態(tài)性能；較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；并易于加工制造，裝配等，才能滿足數(shù)控車床對(duì)床身的要求。數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，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(zhǎng)的情況下，主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。所以，在設(shè)計(jì)床身時(shí)，采用與水平面傾斜55的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：(1)在加工工件時(shí)，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(wú)需在床身上開(kāi)排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成一個(gè)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(jī)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(jī)床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上無(wú)需開(kāi)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(diǎn)使得床身抵抗來(lái)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(qiáng)。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(guān)。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(shí)，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(shè)計(jì)床身截面時(shí)，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(shí)，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度