三坐標(biāo)數(shù)控磨床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、1 / 21 文檔可自由編輯打印中文摘要中文摘要 本次設(shè)計(jì)為三坐標(biāo)數(shù)控磨床，該機(jī)床能通過(guò)三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線，同時(shí)可以通過(guò)更換砂輪來(lái)加工不同的型腔和輪廓提高其表面質(zhì)量。另外該機(jī)床也能夠?qū)ζ渌恍┕ぞ吡慵M(jìn)行表面加工。 所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控磨床，磨頭與立柱之間用鼠齒器相連，可以改變主軸與工作臺(tái)的角度。三個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)均由交流伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)，所選用的聯(lián)軸器為十字滑塊聯(lián)軸器，工作臺(tái)選用雙推與雙推軸承組成兩端固定支承，達(dá)到所要求的高精度。三個(gè)方向通過(guò)速度反饋和位置反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)。主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，由變頻器對(duì)其進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。所有電機(jī)均有單片機(jī)進(jìn)行控制。此設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控磨床的

2、機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解單片機(jī)的工作原理，主要有以下幾個(gè)方面：X、Y 工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是滾珠絲杠的運(yùn)用；伺服系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)環(huán)控制，了解它的工作原理；機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，了解優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選取；數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)，了解其控制原理。設(shè)計(jì)中充分考慮經(jīng)濟(jì)性、工藝性、適用性等要求，選擇最好的方案，以達(dá)到最佳的效果。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：數(shù)控 三坐標(biāo) 銑床 2 / 21 文檔可自由編輯打印英文摘要英文摘要This design is for tri-coordinate numerical control grinding machine .This machine tool can work alo

3、ng the curve and straight line through co-operation of three axles .By changing the abrasive wheel it can also process different type and outline .And thus improve the quality of its surface .Furthermore, this machine tool can handle the face-improving process of other tools and components . The tri

4、-coordinate NC curved surface grinding machine work head is connected with stand post by means of a mouse-tooth device .It can change the angle between the main axle and work desk. The motion of tri-coordinate direction is urged by DC. The work desk is fixed at both ends, thus it can reach the high

5、accuracy .Three coordinate direction move and urge by direct current serve electrical machinery and realize half close ring system through speed feedback and position feedback. Main shaft adopt and exchange electrical machinery by electrical machinery ,go on step speed regulation to their by convert

6、er. All electrical machineries are controlled by the one-chip computer. In this way the product produced are with high quality we mainly design the structure of the numerically controlled milling machine, and find out control prnciple of single tool machine: The design of the transmission structure

7、of X、Y worktable .Mainly the application of boll beany; Assiting system with the control of open-loop system and its working prinples; The design of the whole machine structure and it advantages and disadvantages; The design of the numerically controlled device ,and its control principles. In this d

8、esign ,we fully consider the practical orders of economy , technology and applicability and choose the least plan to get the least effect.KeyKey Words:Words: Numerical Control Tri-coordinate Milling Machine3 / 21 文檔可自由編輯打印目錄目錄中文摘要.1英文摘要.2目錄.3第一章 概論.11.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展.11.2 何謂數(shù)控機(jī)床 .11.3 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 .11.4 數(shù)

9、控機(jī)床的基本組成 .21.5 數(shù)控機(jī)床的分類 .21.6 數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程 .21.7數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) .21.8 磨削概論 .21.9 三坐標(biāo)數(shù)控磨床.3第二章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).62.1 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì).62.2 提高機(jī)床的抗振性的措施.72.3 提高機(jī)床靈敏度.7第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).83.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用 .83.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .83.2.1 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求.83.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.93.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成.93.4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分類.93.5 給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。.103.5.1 數(shù)控機(jī)床的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng).103.5.2

10、 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型.103.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 .103.6.1 時(shí)間響應(yīng)性.103.6.2 頻率響應(yīng)特性.113.6.3 穩(wěn)定性分析.113.6.4 快速性分析.113.6.5 伺服精度.113.7 驅(qū)動(dòng)元件的設(shè)計(jì) .123.7.1. 選用伺服電動(dòng)機(jī).123.7.2 選用交流伺服電機(jī).123.8 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) .14第四章 床身與導(dǎo)軌.204.1 床身設(shè)計(jì) .204.1.1 床身結(jié)構(gòu)的基本要求.204.1.2 床身的結(jié)構(gòu).204.1.3 床身的截面形狀.204.1.4 鋼板焊接結(jié)構(gòu).214 / 21 文檔可自由編輯打印4.1.5 箱體封沙結(jié)構(gòu).214.2

11、 導(dǎo)軌設(shè)計(jì).214.2.1 對(duì)導(dǎo)軌的要求.214.2.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌.214.2.3 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌.214.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu).224.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì).224.2.6 導(dǎo)軌的材料.22第五章 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).235.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.235.2 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì).235.3 主軸組件設(shè)計(jì).235.3.1 對(duì)主軸組件的性能要求.235.3.2 主軸組件的組成和軸承選型.245.3.3 主軸組件的技術(shù)要求.255.3.4 主軸組件的動(dòng)態(tài)特性.265.3.5 主軸軸承的潤(rùn)滑.265.4 選擇主軸電機(jī).275.5 高速帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 .29第六章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).316.6 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

12、 .326.7 越界報(bào)警 .32程 序.33設(shè) 計(jì) 小 結(jié).36參考文獻(xiàn).371 / 21 文檔可自由編輯打印第一章第一章 概論概論設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、三坐標(biāo)數(shù)控磨床的主要技術(shù)要求（1）X、Y、Z 行程分別為 300mm、300mm 、300mm。（2）進(jìn)給精度為 0.001mm（3）X、Y、Z 軸快速移動(dòng)速度分別為 10m/min、10m/min、10m/min (4 )工作臺(tái)面尺寸 420300mm2、課題內(nèi)容及工作量（1）三坐標(biāo)數(shù)控磨床總體布置圖 Ao 1 張（2）X-Y 工作臺(tái)裝配圖（機(jī)構(gòu)圖）Ao1 張（3）磨頭機(jī)構(gòu)裝配圖 Ao1 張（4）單片機(jī)控制原理圖 Ao1 張（5）設(shè)計(jì)說(shuō)明

13、書(shū) 15000 字、開(kāi)題報(bào)告 2000 字（6）外文翻譯 5000 漢字（7）編制源程序 100 句以上注：所有的尺寸均由計(jì)算機(jī)繪制1.11.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 1952 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功的研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，利用脈動(dòng)乘法器原理的實(shí)驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上。當(dāng)時(shí)用的電子元件是電子管，這就是世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。1959 年，數(shù)控裝置中廣泛采用電子管和印刷電路板，從而跨入數(shù)控的第二代。1965 年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，從此數(shù)控發(fā)展到第三代。1970 年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上首次展

14、出的數(shù)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，這便是數(shù)控的第四代。1974 年，出現(xiàn)了第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC 微處理機(jī)控制系統(tǒng)） 。 我國(guó)是從 1958 年開(kāi)始研制數(shù)控技術(shù)的，一直到 60 年代中期處于研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，一些高等院校、科研單位研制出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，開(kāi)發(fā)也是從電子管開(kāi)始的。1965 年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控技術(shù)。從 70 年代開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)果簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。80 年代我國(guó)數(shù)控機(jī)床有了新的發(fā)展。90 年代以及接下來(lái)主要是向高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展。1.21

15、.2 何謂數(shù)控機(jī)床何謂數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是一種綜合應(yīng)用了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)床結(jié)構(gòu)等方面的最新成就而發(fā)展起來(lái)的高效自動(dòng)化精密機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它是機(jī)械加工自動(dòng)化的核心設(shè)備。2 / 21 文檔可自由編輯打印1.31.3 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床在加工下面這些零件中更能顯示出它的優(yōu)越性：批量小（200 件以下）而又多次生產(chǎn)的零件；在加工過(guò)程中必須進(jìn)行多種加工的零；幾何形狀復(fù)雜的零件；切削余量大的零件；必須控制公差（即公差范圍?。┑牧慵?；工藝設(shè)計(jì)經(jīng)常變化的零件；加工過(guò)程中的錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件；需要全部檢測(cè)的零件。1.41.4 數(shù)控

16、機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成 如圖所示： 1.51.5 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類1. 按工藝用途分類：數(shù)控磨床、數(shù)控銑床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等2. 按控制類型的方式分類：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床（如：數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)銑床） ；直線控制數(shù)控機(jī)床（如：數(shù)控車床、加工中心） ；輪廓控制數(shù)控機(jī)床（如： 數(shù)控磨床）3. 伺服系統(tǒng)的類型分類：開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床次設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控磨床屬于金屬切削類，半閉環(huán)輪廓控制的數(shù)控機(jī)床。1.61.6 數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程 在上述工作過(guò)程中，要求數(shù)控機(jī)床使用者完成的工作主要是工藝分析和數(shù)控編程（有手工編程、自動(dòng)編程、計(jì)算機(jī)輔助編程三種方法

17、） ，并將程序存到存儲(chǔ)介質(zhì)上，其它步驟都是由數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行的。 1.71.7數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床作為一種高自動(dòng)化、高柔性的加工設(shè)備，具有以下特點(diǎn)： （1）適應(yīng)范圍廣 （2）生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短（3）生產(chǎn)效率和加工精度高 （4）工序高度集中（5）能完成復(fù)雜型面的加工 （6）技術(shù)含量高1.81.8 磨削概論磨削概論 磨削是指用砂輪等固結(jié)的磨具進(jìn)行加工的過(guò)程，是機(jī)械加工的重要方法。從當(dāng)3 / 21 文檔可自由編輯打印前掌握的先進(jìn)技術(shù)的情況來(lái)看，美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)家居于前列。我國(guó)的磨削技術(shù)在建國(guó)后得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)在已門類比較齊全。同其它加工方法相比，磨削加工具有以

18、下特點(diǎn)：（1）能獲得很高的加工精度 （2）能適應(yīng)各種不同性質(zhì)的材料加工 （3）能獲得較高的生產(chǎn)率 （4）適應(yīng)性廣1.91.9 三坐標(biāo)數(shù)控磨床三坐標(biāo)數(shù)控磨床 本次設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)數(shù)控磨床主要是對(duì)總體結(jié)構(gòu)、工作臺(tái)、主軸箱等的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，以及整機(jī)電氣控制部分的設(shè)計(jì)。機(jī)械部分如下：1 主要用途和適用范圍三坐標(biāo)數(shù)控磨床是三軸聯(lián)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床. 利用三軸聯(lián)動(dòng)來(lái)形成砂輪與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)更換不同的砂輪來(lái)達(dá)到各種不同的形狀尺寸的要求?？梢跃_高效的完成平面內(nèi)各種復(fù)雜曲線的零件的自動(dòng)加工。更能完成復(fù)雜曲面的加工，且獲得高的精度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)數(shù)控，加工時(shí)不通過(guò)模具就能保證零件的加工精度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，具有

19、較高的性能價(jià)格比。本磨床屬中型磨床，適用于企業(yè)的模具、異型零件的加工。2 機(jī)床的基本參數(shù)名稱參數(shù)工作臺(tái)面寬度長(zhǎng)度420mm300mm工作臺(tái) X 軸行程300mm工作臺(tái) Y 軸行程300mm工作臺(tái) Z 軸行程350mmX、Y、Z 軸快速移動(dòng)速度都為 10r/minX、Y、Z 電機(jī)70SL5A2 交流伺服電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)無(wú)級(jí)調(diào)速主軸轉(zhuǎn)速范圍（398014920）r/min主電機(jī)功率7.0kw主軸交流電機(jī)1HP6103-4CG4機(jī)床外形尺寸1792mm1308mm2018mm 3 機(jī)床的主要結(jié)構(gòu) 機(jī)床主要有工作臺(tái)、主軸箱、立柱、電氣柜、CNC 系統(tǒng)等組成。 工作臺(tái)工作臺(tái)的 X、Y 向進(jìn)給是由交流伺服

20、電機(jī)通過(guò)十字滑塊聯(lián)軸器傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便。工作臺(tái)面有三個(gè)梯形槽（見(jiàn)下圖） ，供夾具定位和安裝固定工件使用。中間一個(gè)4 / 21 文檔可自由編輯打印梯形槽是定位梯形槽。主軸箱(參看下圖)主軸部件有主軸、刀具的自動(dòng)夾緊松開(kāi)機(jī)構(gòu)、前后軸承等組成。 動(dòng)力由電機(jī)軸經(jīng)一級(jí)帶傳動(dòng)給主軸，通過(guò)調(diào)整電壓調(diào)整伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 主軸為中空外圓柱零件，前端裝定向鍵，與刀柄配合部位采用 7：24 的錐度。為了保證主軸部件剛度，前支承由三個(gè) C 級(jí)向心推力角接觸球軸承 3 組成，前兩個(gè)大口朝上，承受切削力，提高主軸剛度，后一個(gè)大口朝下，后支承采用兩個(gè) D 級(jí)向心推力球軸承 5，小口相對(duì)，后支承

21、僅承受徑向載荷，故外圈軸向不需要定位。軸承采用油脂潤(rùn)滑。刀具自動(dòng)拉緊與松開(kāi)機(jī)構(gòu)及切削清除裝置裝在主軸內(nèi)孔中，刀夾自動(dòng)拉緊松開(kāi)機(jī)構(gòu)由拉桿 7 和頭部的兩瓣彈力卡爪 2、碟形彈簧 7、活塞 9 和螺旋彈簧 8 組成。夾緊時(shí)，活塞 9 的上端無(wú)油壓，彈簧 8 使活塞 9 向上移到圖示位置。碟形彈簧 7 使拉桿 6 上移至圖示位置，卡爪上移，將刀具拉緊。當(dāng)需要松開(kāi)刀柄時(shí)，液壓缸的上腔進(jìn)油，活塞 9 向下移動(dòng)壓縮彈簧 8，并推動(dòng)拉桿 6 向下移動(dòng)。與此同時(shí)，碟形彈簧 8 被壓縮?？ㄗ﹄S拉桿 6 一起向下移動(dòng)。移到主軸孔較大處時(shí)，便松開(kāi)了刀柄，刀具連同刀柄一起被拔出。刀柄夾緊機(jī)構(gòu)用彈簧夾緊，液壓放松，以保

22、證在工作中如果突然停電，刀柄不會(huì)自行松脫?；钊麠U孔的上端接有壓縮空氣。刀具從主軸中拔出后，壓縮空氣通過(guò)活塞桿和拉桿中孔，把主軸錐孔吹凈。彈性卡爪的外周是錐面，與主軸的錐孔相配合使爪收緊，從而卡緊刀柄。這種卡爪與刀柄的接合面與拉桿垂直，故拉緊力大?？ㄗεc刀柄為面接觸，接觸應(yīng)力較小，不易壓潰。立柱立柱用于實(shí)現(xiàn)主軸箱的垂直移動(dòng)和支撐。固定在立柱上端的電機(jī)直接傳動(dòng)絲杠，可使主軸箱垂直移動(dòng)。4 機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)1.主傳動(dòng)圖及說(shuō)明主傳動(dòng)圖參看傳動(dòng)系統(tǒng)圖。主運(yùn)動(dòng)由主運(yùn)動(dòng)電機(jī)，經(jīng)一級(jí)高速帶傳到主軸，并通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的控制電壓獲得各級(jí)轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速為（398014920）r/min。實(shí)現(xiàn)5 / 21 文檔可自由編輯

23、打印無(wú)級(jí)調(diào)速。2.進(jìn)給傳動(dòng)圖及說(shuō)明進(jìn)給傳動(dòng)圖參看傳動(dòng)系統(tǒng)圖。X、Y、Z 三個(gè)軸各有一套基本相同的進(jìn)給伺服系統(tǒng)。電壓調(diào)速交流伺服電機(jī)直接帶動(dòng)滾珠絲杠，功率都為 1.4kw，無(wú)級(jí)調(diào)速。三個(gè)軸的進(jìn)給速度均為 1400mm/min?？煲扑俣榷紴?10m/min。三個(gè)伺服電機(jī)分別由數(shù)控指令通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，任意兩個(gè)軸都可聯(lián)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)圖6 / 21 文檔可自由編輯打印第二章第二章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該磨床的總體設(shè)計(jì)包括:系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包含數(shù)控裝置的功能設(shè)計(jì)、元件和部件設(shè)計(jì),程序段格式設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì));邏輯設(shè)計(jì)(包含運(yùn)算器設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì));機(jī)床主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).本次設(shè)計(jì)主要對(duì)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行

24、設(shè)計(jì). 數(shù)控機(jī)床的功能設(shè)計(jì)和普通機(jī)床有著很大的差別.對(duì)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求可歸納為如下幾個(gè)方面:(1) 具有很大的餓切削功率、高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和良好的抗振性能；(2) 具有較高大的幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度和熱穩(wěn)定性；(3) 具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件。2.12.1 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)機(jī)床的剛度是指切削力和其它力作用下,抵抗變形的能力.該磨床要求具有高的靜剛度和動(dòng)剛度。機(jī)床在切削過(guò)程當(dāng)中，承受的靜態(tài)力有運(yùn)動(dòng)部件和被加工零件的自重；承受的動(dòng)態(tài)力有砌學(xué)力、驅(qū)動(dòng)力、加減速器時(shí)引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這些力作用下將產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致工件的加

25、工誤差。為了使機(jī)床達(dá)到高大結(jié)構(gòu)剛度，獲得符合要求的工件，進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1、構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式的選擇（1）選擇截面的形狀和尺寸由于形狀相同的截面，當(dāng)保持相同的截面積時(shí)，應(yīng)減小臂厚，加大截面的輪廓尺寸，所以該機(jī)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，而象主軸等承受扭轉(zhuǎn)載荷的零件做成圓形。 由于封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多，因此該磨床采用封閉式床身。 由于臂上開(kāi)孔將使剛度下降，所開(kāi)孔部部件對(duì)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）隔板和筋條的布置合理布置支承件的隔板和筋

26、條，可提高構(gòu)件的靜、動(dòng)剛度，磨床采用叉筋板的支承件，立柱內(nèi)部就是布置了交叉的筋條。（3）構(gòu)件的局部剛度 磨床的導(dǎo)軌和支承件的連接部件，往往是局部剛度最弱的部分，但是聯(lián)接方式對(duì)局部剛度影響很大。在本次設(shè)計(jì)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。（4）采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件 機(jī)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(diǎn)。7 / 21 文檔可自由編輯打印 采用鋼板和型鋼而不采用鑄件的原因：鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍，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

27、只需鑄件的一半。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。鋼可以提高構(gòu)件的諧振頻率使共振不易發(fā)生。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。2、結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計(jì) 三坐標(biāo)數(shù)控磨床設(shè)計(jì)的主軸中心位于立柱的對(duì)稱面內(nèi)，主軸箱的自重不再引起立柱的變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小，這相當(dāng)于提高了機(jī)床的剛度。另在立柱上方安裝兩組定滑輪來(lái)平衡重力，以減小立柱的變形。2.22.2 提高機(jī)床的抗振性的措施提高機(jī)床的抗振性的措施 機(jī)床在加工時(shí)可能產(chǎn)生兩種形態(tài)的振動(dòng)：強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的抗振性就是抵抗這兩種振動(dòng)的能力。改善和提高

28、抗振性應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：（1）減少機(jī)床的內(nèi)部振源 機(jī)床高速旋轉(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(dòng)間隙，采用平衡裝置和降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的重量，以減小可能的激振力，裝在機(jī)床上的電機(jī)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(huì)使共振頻率發(fā)生騙移，這是不利的。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)提高單位質(zhì)量的個(gè)剛度。（3）增加構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的阻尼該磨床對(duì)滾動(dòng)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(dòng)。2.32.3 提高機(jī)床靈敏度提高

29、機(jī)床靈敏度該三坐標(biāo)數(shù)控磨床通過(guò)數(shù)字信息來(lái)控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它要求在相當(dāng)大的進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能達(dá)到較高的精度，因而運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)具有較高的靈敏度。導(dǎo)軌部分采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌，以減少摩擦力使其在低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。工作臺(tái)、刀架等部件的移動(dòng)采用支流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠傳動(dòng)，減少了進(jìn)給系統(tǒng)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩，提高了運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。8 / 21 文檔可自由編輯打印第三章第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.13.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用伺服系統(tǒng)接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖或進(jìn)給位移量，并把它變換成模擬量(如轉(zhuǎn)角、電壓、相位等)，經(jīng)功率放大后去驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，使工作臺(tái)進(jìn)行精

30、確的定位或按照規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合于精度要求的零件。因此，伺服系統(tǒng)的性能也是決定數(shù)控機(jī)床的加工精度、加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)率和機(jī)床的可靠性的關(guān)鍵之一。3.23.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求3.2.1 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)不僅是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別與一般機(jī)床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。1.1.穩(wěn)定性穩(wěn)定性所謂的穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量的改變、啟動(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸

31、出量經(jīng)過(guò)幾次衰減振蕩后，能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是伺服系統(tǒng)能夠進(jìn)行正常工作的基本條件。它包含絕對(duì)穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系統(tǒng)增益都有關(guān)系。適當(dāng)選擇系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)（主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動(dòng)量等）和電氣參數(shù)，并使它們達(dá)到最佳區(qū)配，是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。2.精度所謂進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)線輸入量的精確程度，即準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過(guò)程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差及干擾誤差。常用的精度指標(biāo)有定位精度、重復(fù)定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來(lái)表示，定位誤差是

32、工作臺(tái)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)時(shí)，指令值與實(shí)際移動(dòng)距離的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺(tái)進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)連動(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜，采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度。3.快速響應(yīng)特性所謂的快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度越高。但響應(yīng)速度過(guò)快會(huì)造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇快速響應(yīng)特性。該三坐標(biāo)數(shù)控磨床是

33、輪廓控制的機(jī)床，除了要求高的定位精度外，還要求良好9 / 21 文檔可自由編輯打印的快速性及形成輪廓的各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的一致性。該三坐標(biāo)數(shù)控磨床采用的是是閉環(huán)控制型式，對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)主要是穩(wěn)定性問(wèn)題。3.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求機(jī)床的位置調(diào)節(jié)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有：1. 能夠克服摩擦力和負(fù)載：（1）很小的進(jìn)給位移量；（2）高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；（3）足夠的調(diào)速范圍；2. 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象；3. 在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：（1） 具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便完成啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程；（2） 具有良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能以保證在獲得高的軌跡精度和滿意的表

34、面質(zhì)量；（3） 負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能的小；4. 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)要求有：(1) 被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有小的慣量；(2) 高的剛度；(3) 良好的阻尼；(4) 傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙方面盡可能小的非線性；3.33.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成 3.93.9 檢測(cè)元件檢測(cè)元件 該磨床的閉環(huán)系統(tǒng)中選用的檢測(cè)元件是光柵傳感器。光柵傳感器在精密直線位移和轉(zhuǎn)角位移測(cè)量中應(yīng)用甚廣，直線測(cè)量精度可達(dá)0.5um，轉(zhuǎn)角位移測(cè)量精度可達(dá)1 （1/3600 度） 10 / 21 文檔可自由編輯打印第四章第四章 床身與導(dǎo)軌床身與導(dǎo)軌4.14.1 床身設(shè)計(jì)床身設(shè)計(jì)4.1.14.1

35、.1 床身結(jié)構(gòu)的基本要求床身結(jié)構(gòu)的基本要求 機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件,一般用來(lái)放置導(dǎo)軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。數(shù)控機(jī)床床身主要在下面四個(gè)方面提出了更高的要求。1.很高的精度和精度保持性在床身上有很多安裝部件的加工面和運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面,這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高,而且要能長(zhǎng)時(shí)間保持.另外,機(jī)床在切削加工時(shí),所有動(dòng)、靜載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身上的受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，處滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還要滿足靜、動(dòng)

36、剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝等方面的技術(shù)要求。2. 應(yīng)具有足夠的靜、動(dòng)剛度靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度質(zhì)量比。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，為了保證機(jī)床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過(guò)適當(dāng)增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動(dòng)而產(chǎn)身的噪聲。3. 較好的熱穩(wěn)定性 控機(jī)床來(lái)說(shuō)，尤其是高精度數(shù)控機(jī)床，熱穩(wěn)定性已成為一個(gè)突出的問(wèn)題，必須在設(shè)計(jì)上要作到使整機(jī)的熱變形較小，或使熱變形對(duì)加工精度的影響較小。4.高的強(qiáng)度和耐磨性 通常床身在抵抗外負(fù)載荷而不超過(guò)允許的變形情況下，都具有足夠

37、的強(qiáng)度。但是，對(duì)于外負(fù)載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強(qiáng)度的情況。至于床身與運(yùn)動(dòng)部件相接觸的部位，即導(dǎo)軌處，要求有良好的耐磨性。4.1.24.1.2 床身的結(jié)構(gòu)床身的結(jié)構(gòu) 該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床的 Z 向運(yùn)動(dòng)是垂直與工作臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng).這種結(jié)構(gòu)的床身有固定立柱和移動(dòng)立柱兩種方式由于后者加工制造不方便,加上本次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床屬于中型機(jī)床,故采用固定立柱式。4.1.34.1.3 床身的截面形狀床身的截面形狀 為了在較小質(zhì)量下獲得高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率，該機(jī)床的床身采用帶有對(duì)角筋的箱體結(jié)構(gòu)。對(duì)角筋截面可明顯床身的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。11 / 21 文檔可自由編輯打印4.

38、1.44.1.4 鋼板焊接結(jié)構(gòu)鋼板焊接結(jié)構(gòu) 該機(jī)床的床身采用鋼板直接焊接而成。焊接結(jié)構(gòu)床身的突出優(yōu)點(diǎn)是制造周期短。一般比鑄鐵快 1.73.5 倍。省去了制作木摸和鑄造工序，不易出廢品。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，便于產(chǎn)品更新、改進(jìn)結(jié)構(gòu)。焊接件能達(dá)到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高抗彎截面慣性矩，減小質(zhì)量。采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)能夠按剛度要求布置筋板的形式，充分發(fā)揮臂板和筋板的承載和抗變形作用。另外，焊接床身采用鋼板，其彈性摸量 E 為MPa，而鑄鐵的彈性摸量 E 為MPa，兩者幾乎相差51025102 . 1一倍。因此采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)床身有利于提高固有頻率。4.1.54.1.5 箱體封沙結(jié)構(gòu)箱體封沙結(jié)構(gòu)

39、 床身封沙結(jié)構(gòu)是利用筋板隔成封閉箱體結(jié)構(gòu)。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)的床身，在床身內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，當(dāng)振動(dòng)時(shí)，利用相當(dāng)摩擦來(lái)耗散振動(dòng)能量。利用沙粒良好的吸振性能，可以提高機(jī)構(gòu)件的阻尼比。提高床身結(jié)構(gòu)的靜剛度，有剛度和質(zhì)量關(guān)系式 K=(為系統(tǒng)無(wú)阻尼振動(dòng)時(shí)的固有頻率)可以看出增加質(zhì) m 可2omwo以提高靜剛度.封沙結(jié)構(gòu)降低了床身的重心,有利于床身機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性,可提高床身的抗彎和抗扭剛度。4.24.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)4.2.14.2.1 對(duì)導(dǎo)軌的要求對(duì)導(dǎo)軌的要求 對(duì)導(dǎo)軌的要求,納起來(lái)有下列幾點(diǎn):1. 要有一定的導(dǎo)向精度 2.要有良好的耐磨性3.要有足夠的剛度 4.要減少熱變形影響5.要使運(yùn)動(dòng)輕便

40、平穩(wěn) 6.要有一定的工藝性4.2.24.2.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)軌按照接觸面的摩擦情況而言.可分為:滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等三大類型。該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床采用滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便，承載面積大，接觸剛度好，抗振性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)導(dǎo)軌一般用于定位精度要求不高的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，本次設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)橛辛朔答佅到y(tǒng)，導(dǎo)軌的定位精度，由于誤差進(jìn)行補(bǔ)償而不受影響，故采用滑動(dòng)導(dǎo)軌。4.2.34.2.3 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，接觸剛度大的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大，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。因此，采用帶有耐磨粘貼帶

41、覆蓋層的新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。 本次設(shè)計(jì)采用的塑料導(dǎo)軌是聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。1. 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn) 摩擦性好:鑄鐵淬火導(dǎo)軌副的靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)相差較大,幾乎是相差一倍.而金屬聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)基本不變。這種良好的摩擦性能12 / 21 文檔可自由編輯打印可防止低速爬行，是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并獲得較高的定位精度。 耐磨性好：處摩擦系數(shù)低外，聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材質(zhì)中含有青二硫化鉬和石墨，因此，本身即具有潤(rùn)滑作用，對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。此外，塑料質(zhì)地較軟，即便是嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不至損傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長(zhǎng)導(dǎo)軌副的使用壽命。 減振性好：塑料有很好

42、的阻尼性，其減振消聲的性能對(duì)提高摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有很大的意義。 工藝性好：可降低對(duì)粘貼塑料的金屬導(dǎo)軌基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工，使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。 此外，還有化學(xué)穩(wěn)定性好，維修方便，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。2. 導(dǎo)軌軟帶使用工藝 首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度 Ra3.21.6，有時(shí)為了起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面加工成 0.5mm 到 1mm 深的凹槽.用汽油或金屬清洗或丙酮清洗導(dǎo)軌粘貼面后,用膠粘劑粘合導(dǎo)軌軟帶,加壓初固化 12h 后再合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌上施加一定的壓力,并在室溫固化 24h,取下清除余膠,即可開(kāi)油槽和進(jìn)行精加工,由于這類導(dǎo)軌用粘貼方法,習(xí)慣上稱為

43、“貼塑導(dǎo)軌” 。4.2.44.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 該機(jī)床的 X 方向和 Z 方向?qū)к壘捎镁匦螌?dǎo)軌，以為這種導(dǎo)軌制造維修方便，承載能力大，新導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，使用一段時(shí)間后可通過(guò)鑲條調(diào)節(jié)，以滿足導(dǎo)向精度。Y 方向采用 V 形導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，導(dǎo)軌磨損后靠自重下沉自動(dòng)補(bǔ)償。下導(dǎo)軌采用凹型的，可以便于存油，頂角采用 90 。o4.2.54.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 該磨床作用在運(yùn)動(dòng)件上的推力平行與運(yùn)動(dòng)件的軸線。為了運(yùn)動(dòng)件不被卡死，且保證運(yùn)動(dòng)靈活，矩形導(dǎo)軌需 h/L2,V 形導(dǎo)軌需 h/L1. 其中 h 和 L 分別為推力 F 到軸線的距離和導(dǎo)軌的寬度。該次設(shè)計(jì)中，矩形導(dǎo)軌，h=75mm

44、，L=470mm，h/L=0.162 滿足要求。V 形導(dǎo)軌，h=115mm，L=440mm，h/L=0.261，滿足要求。4.2.64.2.6 導(dǎo)軌的材料導(dǎo)軌的材料 塑料導(dǎo)軌用在導(dǎo)軌副的動(dòng)導(dǎo)軌上,與其相配的導(dǎo)軌采用鑄鐵,組成鑄鐵塑料導(dǎo)軌副.鑄鐵采用耐磨鑄鐵,牌號(hào)是 HT3054,表面淬火硬度為 HRC4555,淬火層深度規(guī)定經(jīng)摩削后保留 1.01.5mm.13 / 21 文檔可自由編輯打印第五章第五章 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.15.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床的主傳動(dòng)要求外,還提出如下要求:1.具有更大的調(diào)速范圍,并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)

45、調(diào)速。數(shù)控機(jī)床就要為了保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對(duì)于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。2.具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。3.良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床一般即要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平穩(wěn)以

46、及切削過(guò)程中的自振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無(wú)法進(jìn)行。因此主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力抗震性?？拐鹦杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來(lái)衡量。例如主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度，阻尼比及固有頻率等參數(shù)。 機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過(guò)保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡

47、等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。5.25.2 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)該三坐標(biāo)數(shù)控磨床需要自動(dòng)變速，且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉(zhuǎn)面和端面時(shí)，需隨切削直徑的變化而自動(dòng)變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又是無(wú)級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又利于提高切削效率。無(wú)級(jí)調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床采用交流調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無(wú)級(jí)調(diào)速。電機(jī)通過(guò)一級(jí)高速帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，完成切削運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。動(dòng)。5.35.3 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)5.3.15.3.1 對(duì)主軸組件的性能要求對(duì)主軸組件的性能要求 主軸組件是機(jī)床主要部件之一

48、。它的性能對(duì)整機(jī)的性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對(duì)主軸組件的主要性能特提出如下要求：14 / 21 文檔可自由編輯打印 1、旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部件的定心表面（如該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床主軸軸端的定心短錐采用7：24 錐孔）的徑向和軸向跳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體、孔等的制造，裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤(rùn)滑劑和主軸組件的平衡。 2、剛度 主要反映機(jī)床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號(hào)、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，前后

49、支撐的跨距和主軸的前懸伸，傳動(dòng)件的布置方式等。數(shù)控機(jī)床即要完成粗加工，又要完成精加工，因此對(duì)其主軸組件的剛度應(yīng)提出更高的要求。 3、溫升 將引起熱變形使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會(huì)降低潤(rùn)滑劑的粘度，惡化潤(rùn)滑條件。因此，對(duì)高精度機(jī)床應(yīng)研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。 4、可靠性 數(shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化的機(jī)床，所以必須保證工作可靠性，可喜的地方是這方面的研究正在發(fā)展。 5、精度保持性 對(duì)數(shù)控機(jī)床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。 以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低升溫，高速與高精度等。這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主

50、軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度低溫升的要求。5.3.25.3.2 主軸組件的組成和軸承選型主軸組件的組成和軸承選型 1、主軸組件，包括主軸、軸承、傳動(dòng)件和相應(yīng)的緊固件。主軸組件的構(gòu)造，主要是支撐部分的構(gòu)造。主軸端部是標(biāo)準(zhǔn)的；傳動(dòng)件如齒輪、帶輪等與一般機(jī)械零件相同。因此，研究主軸組件，主要是研究主軸的支撐部分。 2、主軸的傳動(dòng)件，可以位于前后支撐之間，也可位于后支撐之后的主軸后懸伸端。目前傳動(dòng)件位于后懸伸端的越來(lái)越多。這樣做，可以實(shí)現(xiàn)分離傳動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)。主軸組件（稱為主軸單元）和 變速箱還可以作成獨(dú)立的功能部件，又有專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。

51、變速箱和主軸可用齒輪副或帶傳動(dòng)聯(lián)結(jié)。本三坐標(biāo)磨床采用帶傳動(dòng)連接。主軸支撐分徑向和推力（軸向） 。角接觸球軸承兼起徑向和推力支撐的作用。推力支撐應(yīng)位于前支撐內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，帶設(shè)定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點(diǎn)的位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點(diǎn)支推力支撐之間的距離。 3、主軸軸承 選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常采用多聯(lián)組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對(duì)背，面對(duì)面和同向組配，背靠背和面對(duì)面都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對(duì)背與面對(duì)面相比，支撐點(diǎn)（接觸線的交點(diǎn)）間距離前者

52、比后者大，因而能產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎力矩，即支撐剛度較大。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將15 / 21 文檔可自由編輯打印高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過(guò)盈加大。軸向膨脹對(duì)背靠背組配將使過(guò)盈減少，于是，可以補(bǔ)償一部分徑向膨脹；而對(duì)于面對(duì)面組配，將使過(guò)盈進(jìn)一步加大?；谏鲜龇治觯鬏S受到彎矩，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。本機(jī)床前支撐采用 3 個(gè) 46000 軸承，后支撐采用 2 個(gè) 46000 軸承。 4、角接觸球軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承還應(yīng)在過(guò)盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。

53、 軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支撐主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將增多，各滾動(dòng)體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支撐，可以提高抗震性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預(yù)緊將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。 角接觸球軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，衡量預(yù)緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡(jiǎn)稱預(yù)緊力，單位為。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)0aF0N預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級(jí)預(yù)緊。定貨時(shí)可指定預(yù)緊級(jí)別。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配）或外圈（面對(duì)面組配）的端面根據(jù)預(yù)緊力磨取。裝配時(shí)擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊。如果兩個(gè)軸承間需要割開(kāi)一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外割套。在軸向載荷的作用下，不受力側(cè)軸承的滾動(dòng)體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個(gè)條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的 35