數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、1 緒論1.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀1949年美國帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)一電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20世紀(jì)50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所 組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)一一晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，1965年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)一集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970年，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了第四代 數(shù)控系統(tǒng)一一小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計(jì)算機(jī)以其無法比擬的性能價(jià)格比 滲透各個(gè)行業(yè)，1974年，第五代數(shù)控系統(tǒng)一一微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應(yīng)用一 個(gè)或多個(gè)

2、計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。綜上所述，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展， 數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更 新，發(fā)展非常迅速，幾乎5年左右時(shí)間就更新?lián)Q代一次。數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機(jī) 電一體化產(chǎn)品。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程，1990年日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)75%，美國達(dá)70. 1%，德國達(dá)57%。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn) 量超過15萬臺(tái)，品種超過1500多種2。1.2我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢數(shù)控技術(shù)狀況目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時(shí)期，也是由封

3、閉型向開放型過渡的時(shí)期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)（包括核心技術(shù)），已達(dá)到國際 先進(jìn)水平。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開 發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對(duì)我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)技術(shù)對(duì)我們已不再是難題，0.1m當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)多 任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于PC機(jī)的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)線等功能既可作為獨(dú)立產(chǎn)品， 又是一代開放式的開發(fā)平臺(tái)，為機(jī)床廠 及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。

4、特別重要的是， 我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提 高，MPBF值可以在15000h以上。同時(shí)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配 套率超過 60%。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ) 1 。我國進(jìn)行改革開放后， 由于政策的開放， 使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進(jìn)的機(jī) 床制造國家進(jìn)行技術(shù)交流，并通過引進(jìn)技術(shù)，到 80 年代初，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化 階段， 1991 年數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率為 143，到 1997 年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率 為 245。目前，我國數(shù)控機(jī)床 （包括經(jīng)濟(jì)型機(jī)床 ）品種約有 500個(gè)2 。但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設(shè)計(jì)、制造等各方面存在較

5、大差異， 并存在許多不足： 機(jī)械件的材質(zhì)、 加工精度、 加工工藝存在較大差距， 裝配工藝也存在 一定差距；主軸及卡盤剛性差， 主軸定位準(zhǔn)停不好； 安全性較差， 軟硬件保護(hù)功能不夠； 刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計(jì)方面不規(guī)范，不符合國標(biāo)，比如使用電壓 等級(jí)、電線顏色使用、 圖紙資料的繪制裝訂、 提交等等， 有的機(jī)床廠家甚至仍然停留在 十年二十年前的設(shè)計(jì)思想；程序設(shè)計(jì)方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不規(guī)范，邏輯性不強(qiáng)，故障率高， 在使用過程中需不斷對(duì)程序進(jìn)行修改； 外圍元件布置及走線不規(guī)范， 標(biāo)牌線號(hào)不清， 圖 紙與實(shí)物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機(jī) 床廠家為了降成本

6、卻忘記了質(zhì)量、 忘記了可靠性， 選用一些國產(chǎn)的軸承、 接觸器、繼電 器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品種生產(chǎn)困難。 而國外數(shù)控車床無論是設(shè)計(jì)水平， 還是制造水平， 都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。 機(jī)械件材質(zhì)、 加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設(shè)計(jì)有專門的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)規(guī)范合理，配 套件齊全， 標(biāo)牌標(biāo)示清楚齊全； 使用的元器件質(zhì)量好， 故障率低； 新技術(shù)的應(yīng)用及時(shí)領(lǐng) 先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低 3 。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善， 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 日益擴(kuò)大。為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要， 數(shù)控

7、系統(tǒng)正朝著高精度、 高速度、 高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。1.3 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)字控制，是一種自動(dòng)控制技術(shù)， 是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。 數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床， 或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床是典型 的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成。1. 信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)， 用于記錄數(shù)控機(jī)床上加工一個(gè)零件所必需的各種信息， 以 控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。 常用的信息載體有穿孔帶等， 通過相應(yīng)的輸入 裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。 數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息 直接輸入，或通

8、過竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。 高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng) 可能還包含一套自動(dòng)編程機(jī)或者 CAD/CAM系統(tǒng)。2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心， 它的功能是接受載體送來的加工信息， 經(jīng)計(jì)算 和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。 它由硬件和軟件組成。 硬件除計(jì)算機(jī)外， 其外圍設(shè)備主要 包括光電閱讀機(jī)、CRT鍵盤、面板、機(jī)床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。 數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為： 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、 機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、 刀具的選擇和刀具 的補(bǔ)償、其它輔助運(yùn)動(dòng)等。3. 伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件 , 它接受數(shù)控裝置發(fā)來的 各種動(dòng)作命令， 驅(qū)動(dòng)受控

9、設(shè)備運(yùn)動(dòng)。 伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、 電液馬達(dá)、 直流伺服 電機(jī)或交流伺服電機(jī)。4. 機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分， 是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 但也 做了很多改進(jìn)和提高， 它的主要特點(diǎn)是： 由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺 服傳動(dòng)系統(tǒng)， 因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡化， 傳動(dòng)鏈較短； 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī) 床連續(xù)地自動(dòng)化加工， 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、 阻尼精度及耐磨性， 熱 變形較小； 更多地采用高效傳動(dòng)部件， 如滾珠絲杠副、 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等； 不少數(shù)控機(jī)床 還采用了刀庫和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床工作效率 1 。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、 精密機(jī)床和

10、萬能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)， 將高效率、 高 精度和高柔性集中于一體。 而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性 的改善以及功能的擴(kuò)大， 為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、 速度控制、 伺服電 機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 在數(shù)控機(jī)床中， 伺 服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自CNC裝置的進(jìn)給脈 沖，經(jīng)變換和放大， 再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。 這些軸有的帶動(dòng)工作臺(tái)， 有 的帶動(dòng)刀架，通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)， 使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)， 加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)

11、是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)， 是數(shù)控機(jī)床的重要組 成部分。它包含機(jī)械、 電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓 )等各種部件， 并涉及到強(qiáng)電與 弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 要使它成為一個(gè)既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工 作，又能滿足相當(dāng)高的技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)， 的確是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。 提高伺 服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性， 對(duì)于數(shù)控機(jī)床具有重大意義， 研究與開發(fā)高性能的伺服系 統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示： 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相 同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫?可逆運(yùn)行；速度范圍寬； 具

12、有足夠的傳動(dòng)剛度和高的 速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求：1) 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小， 尤其在低速如 0.1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。2) 電機(jī)應(yīng)具有大的較長時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 4-6 倍而不損壞。3) 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。 電機(jī)應(yīng)具有耐受 4000rad/s 2 以上的角加速度的能 力，才能保證電機(jī)可在 0.2s 以內(nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。4) 電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、

13、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始 采用高速、 高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。 使伺服控制技術(shù)從模擬方式、 混合方式走向全數(shù) 字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID,使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施， 使控制精 度和品質(zhì)大大提高 4 。圖1.1伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.4設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的和方法本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、 縱向及橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計(jì)、 典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料

14、文獻(xiàn)翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、 數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊(cè)等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確 的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。在設(shè)計(jì)中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊(cè)，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。在圖紙的繪制中，充分 利用軟件的先進(jìn)性，完成三張 Ao圖紙。最后，完成硬件連接設(shè)計(jì)，編制典型零件的車 削程序，撰寫說明書。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)及總體布局機(jī)

15、床結(jié)構(gòu)可以布置成臥式、立式、倒立式及斜置式等，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)一一加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件，采用臥式斜床身形式。主軸水平安裝，橫向成45布置。根據(jù)縱橫向長度定外觀總長度，布局圖如附錄 1所示。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體的重要部分，在設(shè)計(jì)中，在伺服方 式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。 采用螺旋傳動(dòng)，計(jì)算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進(jìn) 行絲杠的校核并進(jìn)行精度等驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算的扭矩選擇伺服電機(jī)。2.2主切削力的計(jì)算切削力的大小可用各種測力儀測得，也可用實(shí)驗(yàn)得出的近似公式計(jì)算:2.1)2.2)Pz 二 CpztXpzsYpzk-k料pzkvPZk pzk PZ khPZPZ二 CPZ

16、t PZ s PZ k料pz kvpz k pzk PZ khPZ(公斤力)(2.3)式中Cpz 系數(shù)。決定于工件材料和加工方法，在一定的切削條件（V、s、t固定）下，Cpz為一常數(shù)。Cpz大表示工件材料的加工性差；Cpz小表示工件材料的加 工性好。k總的修正系數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具幾何形狀等。k料pzkvPzk pzk pzkhpz分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨損限 度對(duì)P的修正系數(shù)Xpz、Ypz指數(shù)。一般情況下XpzYpz。這說明吃刀深度對(duì)切削力的影響要比走刀量對(duì)切削力的影響大。下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。這些系數(shù)在下列條件下制定：刀片材料為硬 質(zhì)合金，工

17、件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，二廠75公斤力/毫米2 , v = 50米/分,=45， = 10，=0，后刀面磨損限度h=0.9Ll1.2毫米，切削時(shí)不用冷卻液，車削外圓它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關(guān)手冊(cè)中查得表2.1系數(shù)及指數(shù)工件材料CPZX pzYpz結(jié)構(gòu)鋼1671. 00. 75修正系數(shù)工件材料% =4O._ 5050l 6060l 7070u 8080u 9090. 100k 料 pz =0. 840. 900. 951. 01. 041. 09切削速度v=50100200300400500kvpz =1. 00. 900. 820. 770. 740. 71主偏角二3045

18、607090kqpz =1. 081. 00. 940. 940. 89前角Y二+20+100-10 -20 k滬z =0. 901. 01. 11. 21. 3后刀面磨損限度h=0. 91.21.5 2.0khPZ =1.01.05切削功率是切削時(shí)在切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。當(dāng)切削速度為已知時(shí)，切削功率可用下式計(jì)算：N 切削kw（2.4）102 60 6120在校驗(yàn)機(jī)床選用的電動(dòng)機(jī)功率時(shí)應(yīng)使N切削一 N電機(jī)k過（2.5）式中N電機(jī) 機(jī)床電動(dòng)機(jī)名義功率（千瓦）；57機(jī)床效率（一般齒輪機(jī)床=0.7 0.8）；k過一一電動(dòng)機(jī)超載時(shí)容許的系數(shù)（一般 k過=1.25）如表2.1，取其中各參數(shù)的最大值進(jìn)行估算

19、：取CpZ=167,XpZ=1.0,YpZ=0.75,k料pz=1.09 ,k pz =1.08 , kpz=1.3 ,心乙=1.05 , kvpz =0.9取 切深t=5mm 進(jìn)給量s=0.3mm/r則由公式(2.3):FZ =167 5 0.30.75 1.09 0.9 1.08 1.3 1.05 = 489.5公斤力= 4797N:4800N2.6)而 F Z : FX : Fy = 1: 0.25: 0.4F z： FX ： FY =4800:1200:1920(切削功率：取切削速度為105m/min,由公式(2.4)(2.5) 得:N切削489.5 1056120-8.4k N電機(jī)8

20、.40.75 1.25 _8.96k 3 橫向進(jìn)給系統(tǒng)3.1已知技術(shù)參數(shù)橫向最大行程（X軸）180 mm工作進(jìn)給速度為1 8000mm/min橫向快速進(jìn)給速度：8 m/min ；刀架估計(jì)質(zhì)量：150kg；滑板的估計(jì)尺寸（長 漢寬漢高）：400mm 200mm 80mrp材料選為HT20Q3.2滾珠絲杠的計(jì)算及選擇滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為i =1，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為nmax =1500r / min，則絲杠導(dǎo)程為:Ph _畑 n max3.1)3803才Ph.5.33，取1500P6確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速n = r /min3.2)由公式（3.2）,最大進(jìn)給速度

21、時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速:VmaxPT8 1036 =1333.33r/min最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速:nminvminR丄=0.167r/min6絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取t 2t2）3.3)nm Jmaxt1 nmint2 =888.94r/mintt2323估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重刀架質(zhì)量：G =150 9.8 =1470N滑板：G2 =400 200 80 7.85 103 9.81 10* =520N總質(zhì)量：G =G G2 =1470 520 =2000N確定絲杠的等效負(fù)載工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.

22、03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1 1.5，現(xiàn)取為1.1，則絲杠所受的力為（如圖3.1所示）：Fmax 二 KFx f (彳G Fz)-Fy= 1.1 1200 0.03 (2000 4800)1920 尋 2000(3.4)=2013NFmin =0N其等效負(fù)載可按下式估算（取t2 二 t|， n2 二 2山）:t1, t2軸向載荷Fmax，F(xiàn)min作用下的時(shí)間（S）n1，n2軸向載荷Fmax， Fmin作用下的轉(zhuǎn)速(r/mi n)。FmFmaxlLFmin 門2七2rtin2t2=1396N(3.5)3.2.5確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷1/3Cwf60Thnmk1063.6)fw負(fù)荷性

23、質(zhì)系數(shù)；（查表：當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，f w為1.2 1.5，取fv=1.5。）ft 溫度系數(shù)；（查表：）fh硬度系數(shù)；（查表：滾道實(shí)際硬度HRC58寸，fh=10）fa精度系數(shù)；（查表：當(dāng)精度等級(jí)為3時(shí)，fa=1.0。）fk可靠性系數(shù)；（查表：可靠性為90%寸，fk =1.00）Fm等效負(fù)荷（N）；nm等效轉(zhuǎn)速（r/min）；Tn工作壽命（h）（查表得：數(shù)控機(jī)床：Th=15000b）由公式（3.6）60Thnm =60 15000 888.94 =800 10616847N選擇滾珠絲杠型號(hào)由文獻(xiàn)7,8可知，查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號(hào)：CDM3206-3絲杠公稱直徑為 32m

24、m基本導(dǎo)程Ph =6mm，其額定動(dòng)載荷Ca =16917 N， 額定靜載荷Ca=45968N，圈數(shù)列數(shù)=1.52，絲杠螺母副的接觸剛度為心=1 1 3N H m絲杠底徑27. 9mm螺母長度為112mm取絲杠的精度為3級(jí)。在本 設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊。兩邊軸承分別為 20mn和 25mm本設(shè)計(jì)中絲杠采用兩端固定的支承方式。選用成對(duì)絲杠專用軸承組合）滾珠絲杠支承用專用軸承：軸承特點(diǎn)：1. 剛性大。由于采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60。軸向剛性大。2. 不需要預(yù)調(diào)整。對(duì)每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時(shí)不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置

25、序列符號(hào)（）排列后，裝緊即可。3. 起動(dòng)力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動(dòng)力矩小。為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式(DF,DFD,DFF等)3.3校核滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動(dòng)固有頻率， 其扭轉(zhuǎn) 剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 Ke由絲杠本身的 拉壓剛度Ks，絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度Kc，軸承的接觸剛度Kb，螺母座的剛度Kh，按不 同支承組合方式的計(jì)算而定。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計(jì)算。臨界壓縮負(fù)荷絲杠的支承方式對(duì)絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù) 拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠

26、的潛能。所以設(shè)計(jì)中采用兩端固定的支承方式9。臨界壓縮負(fù)荷按下式計(jì)算：f2EIKi 一 FmaxN(3.7)式中E 材料的彈性模量 E鋼=2.1 X 1011(N/m2);L 0最大受壓長度(m);K 1安全系數(shù)，取K=1/3 ;F max最大軸向工作負(fù)荷(N)；f 1 絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙推一一雙推時(shí)，見下圖，f1=4,f 2=4.730)I絲杠最小截面慣性矩(m4):4 屯4I d2 (d-1.2dw)(3.8)6464式中d 0絲杠公稱直徑(mm)；d w滾珠直徑(mm)b3.144.42_8 4I(32 -1.2 3.969)10=2.7 10 m64絲杠螺紋部分長度Lu =

27、180 112 40 = 332mm，取350mm支承跨距L| = 400mm， 絲杠全長 L = 500mm由公式(3.7)F cr4 3.142 2.1 1011 2.7 10-2Z642010丄二 422554.3 N . Fmax3= 2013N可見Fcr遠(yuǎn)大于Fmax，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求3.3.2臨界轉(zhuǎn)速n crEAk2 991030 f22蝕n2 Rmax3.9)式中A絲杠最小橫截面:：.2%642Ad；31.5 10=7.8 10 m244Lc臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度:空 180 40 500 一35 =351.5 74m2Lc = L1 = 0.4m ，k2安全系數(shù)，一般取 0.8

28、；?材料的密度： t =7.85 103kg/m3 ；f2絲杠支承方式系數(shù)，查表得 f2 =4.730,n cr ： 9910 4.7302。佗5 =43650r/min0.42nmax = 1500 r/ min滿足要求3.3.3絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計(jì)算公式:兩端固定：十止十亡Ks（n/e3.10)式中K e 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度（N/卩m）;Kh螺母座的剛度（N/卩m）;K=絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度（N/卩m）;K絲杠本身的拉壓剛度（N/卩m）;Kb軸承的接觸剛度（N/卩m）。1）絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號(hào)樣本2）軸承的接觸剛度

29、可查軸承型號(hào)樣本。3）螺母座的剛度可近似估算為1000。4）絲杠本身的拉壓剛度：對(duì)絲杠支承組合方式為兩端固定的方式：心=竺丄 10Nlm（3.11）a （I -a 丿式中A絲杠最小橫截面， Adf （mm2）；4E材料的彈性模量，E=2.1 1011（N/m2）；I兩支承間距（m）；a螺母至軸向固定處的距離（m）。已知：軸承的接觸剛度Kb =1080n/ Jm，絲杠螺母的接觸剛度Kc =716.7N /m，絲杠的最小拉壓剛度 Ksmin =545.2N/m （見后面計(jì)算）。螺母座剛度K1000N rlm。11111=+Ke4 1080 716.7 1000 4 545.2=Ke =324N /

30、mrad / s絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率:3.12)式中m絲杠末端的運(yùn)動(dòng)部件與工件的質(zhì)量和（N/卩m）;Ke絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度（N/卩m）。IK【9 8匯324:106B e1260rad/s = 12038r/min1500r/minm ，2000顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。絲杠扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計(jì)算:d4心=7.84十3.13)式中 dm 絲杠平均直徑:L絲杠長度Kt= 7.84431.75500=15934 Nm / r扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率3.14)式中 J w運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg n2）；J Z絲杠上傳

31、動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg m）;J s絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg ml）。由文獻(xiàn)7 , 8得:平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2000 (0.01 -9.81 ()2 =5.2 10%Lm2絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:1 2 1 2 1 2Js=8msds&dsq p 小1343.14 7.85 100.5 0.03232=4 10kgLm2Jz=1.6 10kgLm215934(5.21.6；) 10,=4427.1rad / s 二 42297 r / min顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，可以滿足要求傳動(dòng)精度計(jì)算3.15)滾珠絲杠的拉壓剛度K E（s 4L導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，

32、其中，L值分別為300mm和100mm最大與最小機(jī)械傳動(dòng)剛度:smaxKsminAEAE25二 0.03152.1 104 0.1=1635.7 N/m25二 0.03052.1 104 23-102.5N/最大和最小機(jī)械傳動(dòng)剛度:omax11/ Ksmin 1/Kc 1/Kb11/545.2 1/716.7 1/1080=240.65 N/5omax11/Ksmax 1/Kc 1/Kb11/1635.71/ 716.7 1/1080= 341 N / 5由于機(jī)械傳動(dòng)裝置引起的定位誤差為1 1F。(十-十尸m(3.16)K 0min K 0max1 1、k =1456.6 ()=1.78m24

33、0.65341對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)程公差為_12m，機(jī)床定位精度0.024mm/300mm，所以，24 1/5 = 4.8m，可以滿足由于傳動(dòng)剛度變化所引起的 定位誤差小于(1/31/5 )機(jī)床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能進(jìn)一步提高10。伺服電機(jī)計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)11，扭矩的計(jì)算為：1. 理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩查表知 3 級(jí)滾珠絲杠=0.9，而 Fp 二 Fmax/3 =2013/3 =671(N|_m)23Tp0 =(FpPh/2：)(1 -)/ 10(3.17)2_3= (671 6/2) (1 - 0.9 )/0.9 10=0.135(町)2. 最大動(dòng)態(tài)摩擦力

34、矩對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，P = 一40%，3. 驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩Ta 二 FmaxPi 10 / 2-(= 2013 6 10/(2二 0.9) =2.14(助)4. 支承軸承所需啟動(dòng)扭矩查軸承表：對(duì)于20的軸承，其Tb1 =0.15NLm ,對(duì)于25的軸承，其Tb2 =0.2NLm，貝V TB 二Tb1 Tb2 =0.15 0.2 =0.35N|_m。5. 驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副所需扭矩Tg=T嘔 +Ta+Tb =0.19 + 2.14 + 0.35 = 2.68NLm6. 電機(jī)的額定扭矩Tg 二(0.35 0.5)TjTj = (5.36 7.66) NLm電機(jī)的選擇根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及文獻(xiàn)12，

35、選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS勺IFT5066,3.19)其額定轉(zhuǎn)矩為 6.7 NLm。4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)4.1已知技術(shù)參數(shù)縱向最大行程（Z軸）650 mm工作進(jìn)給速度為1丨丨15000mm/min縱向快速進(jìn)給速度：15 m/min ；床鞍及其他的估計(jì)尺寸（長 匯寬漢高）：600mm300mm 100mm材料選為HT2004.2滾珠絲杠的計(jì)算及選擇滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為i =1，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為nmax =1500r / min，則由公式（3.1）可得絲杠導(dǎo)程為：Vmax15漢103Ph_ 壬10nmax1500確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速:由公式（3.2），最大進(jìn)

36、給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速:v 15 103“玄乂汀二甘二1500/聞Ph最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速:%廠導(dǎo)專7.5Ph由公式（3.3），絲杠等效轉(zhuǎn)速為：n m = nmaxt1 nmint2 =1000r/min t1 +t2估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重:橫向工作臺(tái)質(zhì)量： G =2000N床鞍及其他：G2 =600 300 100 7.85 103 9.81 10 -1386N總質(zhì)量：G =G G2 =2000 1386 =3386N424 確定絲杠的等效負(fù)載:取滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.025 ,則絲杠所受的力為(如圖4.1所示):Fmax 二 Fxf(G -#Fy #Fz)4.1)= 1200 0.02

37、5 3386 -(4800-1920)=1335.6NG圖4.1受力分析型號(hào)：CDM2510-2.5。絲杠Fmin = fG =0.025 3386 =84.65N其等效負(fù)載可按公式(3.5)估算：1Fm =缶+卩和=926臥mi +門2上2丿確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷：由公式(3.6)得：660Th nm =60 15000 1000 =900 101f60Th nm 丫ncr Ca. =Fmfw -06=13413.5N查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型, 公稱直徑為 25mm基本導(dǎo)程Ph = 10mm，其額定動(dòng)載荷 C15975N，額定靜載荷Coa = 34170N，圈數(shù) 列數(shù)

38、=2.5 1,絲杠螺母副的接觸剛度為Kc = 767N/m，絲杠底徑24.5mm螺母長度為125mm取絲杠的精度為3級(jí)。在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊。 兩邊的軸承選為 17mn與 20mm4.3校核 臨界壓縮負(fù)荷軸向固定的長絲杠在承受壓縮負(fù)荷時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其壓桿穩(wěn)定性。臨界壓縮負(fù)荷按公式(3.7)(3.8)計(jì)算：絲杠螺紋部分長度Lu =650 125 40 = 815mm，取L 850mm支承跨距 L| = 1000mm， 絲杠全長 L = 1100mmF cr4 3.142 2.1 1011 0.68 10-2Z695010=20801 N . Fmax =1335.6 N可見Fcr遠(yuǎn)大于Fma

39、x，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。臨界轉(zhuǎn)速由公式(3.9)A d；20.1 103.17 10m2441251100-850Lc650 40877.5 ： 0.9m2 2取 Lc = L1 = 1 m，20.0201n cr ： 9910 4.73024456.5r / min nmax=1500r/min1滿足要求。絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率由公式(3.10)(3.11)(3.12):已知：軸承的接觸剛度KB=760N/m，絲杠螺母的接觸剛度Kc =556.25N /m，絲杠的最小拉壓剛度Ksmin =102.5N/m (見后面計(jì)算)。螺母座剛度KH =1000N/m11111+Ke4 760

40、 556.25 1000 4 102.5=Ke =179.67N/m絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率:B9.8 179.67 1063386=721.12rad / s = 6889.7r/min 1500r/min顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求絲杠扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度由公式(3.13)計(jì)算：心=7.8424.841100-2696.1Nm/r由文獻(xiàn)7,8得:平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為3386(0.019.81)2=8.75 10%Lm2絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:121 2 12Js misds ds (二 ds L -:)8841343.14 7.85 101.15 0.0

41、2532= 3.46 10kgLm2Jz=1.5 10%Lm2扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率按公式（3.14）計(jì)算:2696.1(8.75 皿；6) 10 鼻=1537.86rad / s 二 14692.9r /min顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，可以滿足要求。傳動(dòng)精度計(jì)算導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為650mn和100mm由公式（3.15），最大與最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：25smax= 666N/ 5AE 二 0.02012 2.1 105L4 0.1KsminAEL二 0.02012 2.1 10540.65= 102.5N/m最大和最小機(jī)械傳動(dòng)剛度

42、:o max11/ Ksmin 1/Kc 1/Kb77.7N/m1/102.51/556.25 1/760o max11/Jax Ke1/Kb216.68N Mlm1/666 1/ 556.25 1/760由于機(jī)械傳動(dòng)裝置引起的定位誤差據(jù)公式（3.16）, 1 1 1 1 , 十=局（）=84.65 （）=0.7mK 0min.687對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)程公差為_12m ,機(jī)床定位精度0.024mm/300mm，所以，、* :： 24 1/5 = 4.8m，可以滿足由于傳動(dòng)剛度變化所引起的 定位誤差小于(1/31/5 )機(jī)床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能進(jìn)

43、一步提高。伺服電機(jī)計(jì)算扭矩的計(jì)算1) 理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩查表知 3 級(jí)滾珠絲杠 =0.9，而 Fp 二 Fmax/3 =1335.6/3 =445.2(N|_m)23由公式(3.17)Tp。=(FpPh/2:)(1 -)/ 10一=(445.2 10/2：) (1 一0.92)/0.9 10= 0.15(NLh)2) 最大動(dòng)態(tài)摩擦力矩對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，：Ph40%，由式(3.18)Tpmax =(1 40%)Tp。=0.21(NLm)3) 驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩由公式(3.19)Ta 二 FmaxR 10/2二= 1335.6 10 10”/(2 二 0.9)=2.36(曲)4) 支承軸承所需啟動(dòng)

44、扭矩查軸承表：對(duì)于20的軸承，其Tb1 =0.15NLm，貝V TB 二Tb1 Tb2 =0.15 0.15 =0.3NLm。5) 驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副所需扭矩TTpnax Ta Tb 二 0.21 2.36 0.3 二 2.87NLm6) 電機(jī)的額定扭矩Jg =(0.350.5)Tj=(5.748.2)NLm電機(jī)的選擇根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及文獻(xiàn)12，選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS勺IFT5066,其額定轉(zhuǎn)矩為 6.7 Nm。5 床身及導(dǎo)軌5.1 床身對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說， 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

45、 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； 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)控車床工作時(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，在床身不太長的情況下，主要應(yīng)提高床

46、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 45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，就無需在床身上開 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) 由于在床身上無需開排屑孔，就可以增加與底座連接的床 身底面的整體性， 從而可增加床身底面的剛性。 基于以上特點(diǎn)使得床身

47、抵抗來自切削力 在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力， 以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力 顯著增強(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

48、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/重量比，在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)較小的類 似圓形截面（如圖5.1）圖5.1床身結(jié)構(gòu)床身與導(dǎo)軌為一體，床身材料的選擇應(yīng)根 據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和 耐磨性，易于鑄造和加工。床身材料采用機(jī)械 性能優(yōu)良的HT250其硬度、強(qiáng)度較高，耐磨 性較好，具有很好的減震性13 o5.2導(dǎo)軌車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌 兩種?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接 觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大 且磨損快，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而是采用帶

49、有耐磨粘貼帶覆 蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)在動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、低速時(shí)不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各類機(jī)床上都有應(yīng)用，特別是 用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌上。塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對(duì)偶摩擦副。機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機(jī)床的加工精度、工作能力和使用壽命。導(dǎo)軌 的功用是導(dǎo)向和承載。車床的床身導(dǎo)軌屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌與支承的 靜導(dǎo)軌之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形，并可互相組合。由于矩形導(dǎo)

50、軌制造簡單，剛度高，承載能力大，具有兩個(gè)相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個(gè)導(dǎo)軌 面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝。再將矩形整體傾斜 45后，側(cè)面磨損能自動(dòng)補(bǔ)償， 克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜毕?，使其?dǎo)向性更好。圖5.2為雙矩形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能 力高，加工、檢驗(yàn)和維修都方便，而被廣泛地采用。特別是數(shù)控機(jī)床，雙矩形，動(dòng)導(dǎo)軌 貼塑料軟帶，是滑動(dòng)導(dǎo)軌的主要形式。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。圖5.3中（a）由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向，稱為窄式組合；圖（b）分別由兩條導(dǎo)軌的左、右側(cè)面導(dǎo)向，稱為寬式組合。導(dǎo)軌受熱膨脹時(shí)寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時(shí)應(yīng)留 較大的

51、側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。所以，雙矩形導(dǎo)軌窄式組合比寬式用得更多一些。圖5.2雙矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向面導(dǎo)向面圖5.3雙矩形導(dǎo)軌的兩種形式鑲條是用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條應(yīng)放圖5.4壓板結(jié)構(gòu)在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。如圖5.4，是用磨或刮壓板3的e面和d面來調(diào)整間隙。壓板的d面和e面用空刀槽分開，間隙大磨刮d面，太緊時(shí)則修e面。這種方式構(gòu)造簡單，應(yīng)用較多，但調(diào)整時(shí)比較麻煩14 15。6 數(shù)控系統(tǒng)選擇6.1 西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)西門子數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能，設(shè)計(jì)中選擇 SINUMERIK 802型號(hào)。其控制器：具有免維護(hù)性能的 S

52、INUMERIK 802其核心部件-PCU （面板控制單 元）將CNC PLC人機(jī)界面和通訊等功能集成于一體。可靠性高、易于安裝；SINUMERIK802可控制4個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)數(shù)字或模擬主軸。通過生產(chǎn)現(xiàn)場總線 PROFIBUS 將驅(qū)動(dòng)器、輸入輸出模塊連接起來；模塊化的驅(qū)動(dòng)裝置SIM0DRIVE611U配套1FK6系列伺服電機(jī)， 為機(jī)床提供了全數(shù)字化的動(dòng)力。 通過視窗化的調(diào)試工具軟件， 可以便捷地 設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化；SINUMERIK802D!成了內(nèi)置PLC系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行邏輯控制。采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC的編程語言Micro/WIN進(jìn)行控制邏輯設(shè)計(jì)。 并且隨機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的PLC子程序庫和實(shí)例程序，簡化了制造廠設(shè)計(jì)過程，縮短了設(shè)計(jì)周 期。CNC 功能：控制車床、鉆銑床；可控制 4 個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)數(shù)字或模擬主軸；三軸聯(lián) 動(dòng)，具有直線插補(bǔ)、平面圓弧插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、空間圓?。–IP）插補(bǔ)等控制方式；螺紋加工、變距螺紋加工；旋轉(zhuǎn)軸控制；端面和柱面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（C軸功能）；前饋控制、加速度突變限制；程序預(yù)讀可達(dá) 35 段；刀具壽命監(jiān)控；主軸準(zhǔn)停，剛性攻絲、恒線速 切削；FRAMED能（坐標(biāo)的平移、旋轉(zhuǎn)、鏡象、縮放）操作單元：單色10.4 TFT顯示器，彩色為選件；全功能數(shù)控鍵盤具有水平安裝