X716數(shù)控銑床X向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、 . . . X716數(shù)控銑床X向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要: 本文主要設(shè)計(jì)X716數(shù)控銑床X向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)采用交流伺服電機(jī)與滾珠絲杠直接相連的方式，其控制方式采用交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)半閉環(huán)控制。在對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要對(duì)滾珠絲杠螺母副和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副進(jìn)行了計(jì)算、校核，確保了機(jī)械傳動(dòng)部件的精度和剛度；通過(guò)計(jì)算，選擇了電氣驅(qū)動(dòng)部分，包括交流伺服電機(jī)和與之匹配的伺服單元. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌；滾珠絲杠螺母副選取漢江機(jī)床廠提供的外循環(huán)雙螺母凸出式雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠。關(guān)鍵詞:半閉環(huán)控制，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；滾珠絲杠螺母副；交流伺服電機(jī)；35 / 36目 錄X716數(shù)控銑床X向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

2、目錄2引言31.數(shù)控銑床概述41.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展41.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生41.1.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展51.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)91.4 數(shù)控銑床的主要功能與特點(diǎn)91.5數(shù)控銑床的分類和應(yīng)用：101.5.1 數(shù)控銑床的分類：101.5.2 數(shù)控銑床的應(yīng)用102.數(shù)控銑床總體設(shè)計(jì)112.1確定立式數(shù)控銑床的總體目標(biāo)112.2 確定機(jī)床的總體布局112.2.1機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配112.2.2機(jī)床結(jié)構(gòu)布局112.2.3機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)、支承、導(dǎo)向方式123.X716進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.1銑削工件時(shí)銑削力的計(jì)算133.1.1銑削抗力分析133.1.2進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算143.1.3首先初步估算

3、工作臺(tái)的重量153.1.4銑削用量選擇153.1.5銑削力的計(jì)算163.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型173.2.1導(dǎo)軌概述173.2.2滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的計(jì)算193.3滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算213.3.1滾珠絲杠螺母副概述213.4電機(jī)的設(shè)計(jì)選用273.5進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析293.6驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接31參考文獻(xiàn)34引 言制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力與機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng)。隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的提高。產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷的加快。因此對(duì)機(jī)床

4、不僅要求迅速適應(yīng)產(chǎn)品零件的換代有教高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)有教高的精度和生產(chǎn)率，生產(chǎn)的需要促使數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生。隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速發(fā)展起來(lái)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步設(shè)計(jì)的必要性可以解決形狀復(fù)雜小批零件的加工問(wèn)題，穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是由于受其它條件的限制，例如價(jià)格、精度等問(wèn)題。所以設(shè)計(jì)改造數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是刻不容緩的。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括進(jìn)給系統(tǒng)的軸向負(fù)載計(jì)算，導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型，滾珠絲杠螺母副的選型計(jì)算，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析誤差計(jì)算，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接等等。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的：1，培養(yǎng)綜合運(yùn)用專

5、業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；2，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力；4，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以與積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。 1.數(shù)控銑床概述數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來(lái)的加工中心、柔性加工單元等都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開(kāi)銑削方式。由于數(shù)控銑床工藝最復(fù)雜，需要解決的問(wèn)題很多，因此，目前人們?cè)谘芯亢烷_(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)與自動(dòng)編程

6、語(yǔ)言軟件時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且要求頻繁改型，特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣?dòng)化機(jī)床一般 不能適應(yīng)這些要求。為了解決上述問(wèn)題，一種新型的機(jī)床數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。他綜合應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果。1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生世界上第一臺(tái)成功研制的數(shù)控機(jī)床是一臺(tái)三坐標(biāo)的數(shù)控銑床，于1952

7、年由美國(guó)帕森斯公司和麻省理工學(xué)院合作完成。早在1948年，美國(guó)在研制加工直升機(jī)葉片輪廓檢查用樣板的技工機(jī)床任務(wù)時(shí)，就提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，在美國(guó)空軍部門的支持下，帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開(kāi)始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過(guò)三年時(shí)間的研究，于1952 年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。其控制裝置由2000多個(gè)電子管組成，占用一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室那么大。這臺(tái)數(shù)控銑床的誕生，標(biāo)志著機(jī)械制造的數(shù)字控制時(shí)代的開(kāi)始。1.1.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)

8、歷了電子管分立式晶體管小規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路小型計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路微機(jī)式的數(shù)控系統(tǒng)等幾個(gè)發(fā)展階段。20世紀(jì)90年代以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)朝著以通用微機(jī)為基礎(chǔ)、體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放和智能化方向發(fā)展。以上的三代數(shù)控系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成，利用存儲(chǔ)器里的軟件控制系統(tǒng)工作，因此稱為CNC系統(tǒng)或軟件控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)容易擴(kuò)大功能，柔性好，可靠性高。1.2 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展概況1.2.1數(shù)控技術(shù)再國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，是20世紀(jì)后半葉最重要，發(fā)展最快的工業(yè)技術(shù)之一，它以制造過(guò)程為對(duì)象，以信息技術(shù)為手段，以數(shù)字坐標(biāo)方式對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行位置控制為主要特征，為單

9、件小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化開(kāi)辟了可行的技術(shù)途徑，也為現(xiàn)代柔性制造技術(shù)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)覆蓋很多領(lǐng)域。其中，精密機(jī)械制造技術(shù)，信息處理、加工、傳輸技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，傳感器與檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是數(shù)控技術(shù)涵蓋的主要領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床還是運(yùn)用高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改進(jìn)和提升的重要載體。以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展，將在一定程度上取決于數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步。它代表著裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度。而裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)與裝備是發(fā)展

10、新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)與其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)與其產(chǎn)業(yè)、航空航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和重要裝備。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)?，F(xiàn)在世界各國(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，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。此外，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)與數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)與其產(chǎn)業(yè)，而且在“高、精、尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)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。1.2.2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程與成就我國(guó)從1

11、958年開(kāi)始研究數(shù)控機(jī)床，一直到20世紀(jì)60年代中期還處于研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，一些高校和科研單位研制出的試驗(yàn)性樣機(jī)，是從電子管數(shù)控系統(tǒng)起步的。1965年開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從20世紀(jì)70年代起，數(shù)控技術(shù)在車、銑、銼、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)，加工中心在、研制成功。但是，由于元器件的質(zhì)量差和產(chǎn)品的制造工藝水平低等原因，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性未得到解決，未能廣泛推廣。在這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到推廣。 直線控制、點(diǎn)位控制的數(shù)控車床、數(shù)控銑床和加工中心開(kāi)始在生產(chǎn)中應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，我國(guó)從日本FANUC公司引進(jìn)了3,5,6,7等系列

12、的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流主軸伺服電動(dòng)機(jī)等的制造技術(shù)，還引進(jìn)了美國(guó)GE公司的MCI系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)、德國(guó)SIEMENS公司的VS系列晶閘管調(diào)速裝置，并進(jìn)行了商品化生產(chǎn)。這些系統(tǒng)功能齊全、可靠性高，得到了推廣應(yīng)用，推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定發(fā)展，使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。在這期間，我國(guó)在引進(jìn)、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)工作。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種有了較大發(fā)展，品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床、重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來(lái)。為了跟蹤國(guó)外現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床研究所還研制出了JCS-FMS-1型和JCS-FMS-2型柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。改

13、革開(kāi)放近30年來(lái)，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)取得了舉世矚目的成就。特別是“十五”期間，數(shù)控機(jī)床發(fā)展進(jìn)人了快車道。國(guó)家有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，“十五”是我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)發(fā)展最快的五年。2004年，我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)產(chǎn)品銷售收人1 032億元，大約是2000年507億元的2倍，平均年增長(zhǎng)約19；2004年，全國(guó)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量為39萬(wàn)臺(tái)，大約是2000年17萬(wàn)臺(tái)的23倍，平均年增長(zhǎng)約23寫。機(jī)床工具行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床的發(fā)展速度遠(yuǎn)高于機(jī)床工具全行業(yè)的平均發(fā)展速度。國(guó)產(chǎn)數(shù)控金屬切削機(jī)床年產(chǎn)量從“九五”計(jì)劃末期的幾千臺(tái)，增加到2001年的17 521臺(tái),2002'年的24 803臺(tái)，2003年的36

14、813臺(tái)，2004年的51 861臺(tái)，其中2004年的產(chǎn)量大約是2000年產(chǎn)量的3. 7倍，平均年增長(zhǎng)約39。金屬加工機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率從2001年的26. 2提高到2004年的327，形成了一批數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的主導(dǎo)企業(yè)，2004年數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超千臺(tái)的企業(yè)有14家，其產(chǎn)量合計(jì)占全行業(yè)數(shù)控機(jī)床總產(chǎn)量的50以上，其中數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量最高的一家企業(yè)年產(chǎn)量達(dá)6 000多臺(tái)。連續(xù)幾年來(lái)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量快速上升，也帶動(dòng)了出口，2004年全行業(yè)數(shù)控金屬加工機(jī)床出口14 404臺(tái)。數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量已經(jīng)突破原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布的到2005年全國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到25 000-30 000臺(tái)的奮斗目標(biāo)。數(shù)控機(jī)床的品種也從“九五”

15、期間的128種發(fā)展到目前的1 500多種。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到了國(guó)際20世紀(jì)90年代初期或中期水平，為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平的數(shù)控機(jī)床。不僅如此，“十五”期間，我國(guó)在高端數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得重大突破。目前，我國(guó)在普與型數(shù)控機(jī)床技術(shù)上已經(jīng)成熟，還基本掌握了多（五）坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。這不僅打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖，而且使該技術(shù)進(jìn)人實(shí)用性階段。機(jī)電研究院為汽輪機(jī)廠開(kāi)發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，已在汽輪機(jī)廠實(shí)際應(yīng)用，不僅完全滿足了汽輪機(jī)葉片加工質(zhì)量的要求，而且其加工效率可與進(jìn)口機(jī)床的媲美，但其價(jià)格僅為進(jìn)口機(jī)床的三分之一。復(fù)合加工技術(shù)的研究也取得很大成績(jī)，我國(guó)研制成功的五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中

16、心、五軸五面加工中心、雙主軸車削中心等均已實(shí)現(xiàn)商品化。我國(guó)高速加工技術(shù)的研究與應(yīng)用取得重要進(jìn)展。其中在直線電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)的研究方面，基本掌握了負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等部分關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了我國(guó)在直線電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的空白，進(jìn)一步縮短了與國(guó)外的差距。此外，我國(guó)還完成了10 000-18 000 r/min高速主軸單元的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和加工制造工藝的研究，并在國(guó)產(chǎn)加工中心上應(yīng)用。超精密加工（亞微米）技術(shù)和裝備的研究也取得突破，機(jī)床研究所研制的超精密加工和納米加工技術(shù)與裝備已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，打破了國(guó)外對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖。目前，數(shù)控機(jī)床在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，數(shù)控機(jī)床已

17、經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)改造的首先設(shè)備之一。我國(guó)已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)大國(guó)、消費(fèi)大國(guó)和進(jìn)口大國(guó)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)需要大量數(shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)人才和應(yīng)用人才。1.2.3.我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展存在的問(wèn)題與對(duì)策當(dāng)前，國(guó)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快，呈現(xiàn)出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復(fù)合、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和環(huán)?；l(fā)展的態(tài)勢(shì)。與國(guó)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展相比，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展仍然存在著較大差距，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。(1)在技術(shù)水平上，國(guó)外對(duì)加工中心的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高速、精密、多軸、復(fù)合、智能和環(huán)保等技術(shù)的研究。我國(guó)加工中心的總體技術(shù)水平與國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平相比大約落后10-15年，在“高、精、尖”技術(shù)方面則更大。

18、(2)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，高端市場(chǎng)（即高速、精密、多軸、復(fù)合加工中心市場(chǎng)）基本上被美國(guó)、日本和歐洲發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家所壟斷，國(guó)開(kāi)發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、復(fù)合加工中心、高速加工中心等產(chǎn)品，雖然已經(jīng)投人使用，但多數(shù)產(chǎn)品與商品化尚有一段距離，而且在技術(shù)水平和性能參數(shù)上與歐、美、日等地的產(chǎn)品還有較大差距。低端市場(chǎng)（即普與型數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)）受到周邊的日本、國(guó)和我國(guó)地區(qū)產(chǎn)品的沖擊較大，形成激烈競(jìng)爭(zhēng)。多年來(lái)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量小、進(jìn)口產(chǎn)品量大的局面一直存在。 (3)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力上，國(guó)生產(chǎn)企業(yè)缺乏對(duì)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)的深人研究與開(kāi)發(fā)，特別是對(duì)加工中心應(yīng)用領(lǐng)域的拓展力度不強(qiáng)，集中體現(xiàn)在：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力較弱，對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)的研究、制定

19、滯后，技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)。導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性不明顯，市場(chǎng)針對(duì)性不強(qiáng)，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 (4)產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小。從總體上看，加工中心還沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平與配套能力較低；產(chǎn)品質(zhì)量不高，主要體現(xiàn)在可靠性不高，商品化程度不足，關(guān)鍵功能部件沒(méi)有自己配套的主渠道；數(shù)控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用還不夠等等。這些問(wèn)題已經(jīng)引起了國(guó)家有關(guān)部門的高度重視，并正在采取措施加以改進(jìn)。2006年6月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)）（以下簡(jiǎn)稱意見(jiàn)），裝備制造業(yè)得到了國(guó)家前所未有的重視，意見(jiàn)將在三個(gè)方面重點(diǎn)下四點(diǎn): 第一，加快開(kāi)發(fā)高檔數(shù)控機(jī)床品種，縮短與世界先進(jìn)水平的差

20、距，提升我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)整體水平，對(duì)市場(chǎng)急需的高檔數(shù)控機(jī)床品種，要集中力量，重點(diǎn)突破，加大科技投人，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)研究，提高原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力，掌握一批高檔數(shù)控關(guān)鍵產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)，推出一批高檔數(shù)控機(jī)床品種，滿足重點(diǎn)用戶急需，精心培育高檔數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)。 第二，積極促進(jìn)功能部件產(chǎn)業(yè)化，培育一批功能部件的龍頭企業(yè)，加大政策支持力度，重點(diǎn)發(fā)展高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速主軸單元、精密滾動(dòng)功能部件、動(dòng)力刀架、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、高速導(dǎo)軌防護(hù)裝置等高水平的功能部件，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，培育國(guó)產(chǎn)品牌，實(shí)現(xiàn)功能部件與數(shù)控機(jī)床同步發(fā)展。 第三，進(jìn)一步發(fā)展普與型數(shù)控機(jī)床，我國(guó)普與型數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)化迫在眉捷，急需進(jìn)

21、一步提高可靠性和質(zhì)量，與時(shí)供應(yīng)市場(chǎng)，提高產(chǎn)業(yè)集中度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、快速地滿足市場(chǎng)，以提高制造能力和生產(chǎn)集中度為重點(diǎn)，支持骨干企業(yè)快速發(fā)展。 第四，努力提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率，是“十一五”期間行業(yè)發(fā)展的重中之重，要從質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面入手，創(chuàng)品牌、擴(kuò)市場(chǎng)、擋進(jìn)口、爭(zhēng)出口，爭(zhēng)取在五年使國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床國(guó)市場(chǎng)占有率有較大提高。 意見(jiàn)切中了我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題，為發(fā)展國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床提供了良好的政策環(huán)境。毫無(wú)疑問(wèn)，隨著意見(jiàn)的貫徹實(shí)施，多年來(lái)困擾我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)發(fā)展的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化和自主開(kāi)發(fā)能力偏低的問(wèn)題，將得到一定程度的解決，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在國(guó)市場(chǎng)占有率長(zhǎng)期不高的局面將被扭轉(zhuǎn)。高等學(xué)校作為國(guó)

22、家各類人才的培養(yǎng)基地，為裝備制造業(yè)培養(yǎng)急需的數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)與應(yīng)用人才，是義不容辭的責(zé)任。1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以與社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床成為一種精密、高效、復(fù)合、集成功能和低成本的自動(dòng)化加工設(shè)備。同時(shí)，為了滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機(jī)床向更高水平發(fā)展。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床技術(shù)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)：（1） 高精度化；（2） 運(yùn)動(dòng)高速化；（3）柔性化；（4）高自動(dòng)化；（5）高可靠性；（6）智能化；（7）復(fù)合化；（8）網(wǎng)絡(luò)化；（9

23、）開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。1.4 數(shù)控銑床的主要功能與特點(diǎn)數(shù)控銑床的可分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各種銑床適用的數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡一樣。除各有其特點(diǎn)之外，常具有下列主要功能： 點(diǎn)位控制功能； 連續(xù)輪廓控制功能； 刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能； 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能； 鏡像加工功能； 固定循環(huán)功能； 特殊功能 。 具備自適應(yīng)功能的數(shù)控銑床可以在加工過(guò)程中把感受到的切削狀況的變化，通過(guò)適應(yīng)性控制系統(tǒng)與時(shí)控制機(jī)床改變切削用量，使銑床與刀具始終保持最佳狀態(tài)，從而可獲得較高的切削效率和加工質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具使用壽命。數(shù)控銑床的主要特點(diǎn)：（1） 高柔性與工序復(fù)合化；（2） 加工精度高；（3）生產(chǎn)效率高；（4）減輕

24、操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。1.5數(shù)控銑床的分類和應(yīng)用：1.5.1 數(shù)控銑床的分類：按運(yùn)動(dòng)方式分：（1）點(diǎn)位控制數(shù)控銑床 (2）直線控制數(shù)控銑床（3）輪廓控制數(shù)控銑床；按控制方式分：(1）開(kāi)環(huán)控制數(shù)控銑床(2）閉環(huán)控制數(shù)控銑床(3）半閉環(huán)控制數(shù)控銑床；按主軸的布局形式分：（1）立式數(shù)控銑床：（2）臥式數(shù)控銑床（3）立臥兩用式數(shù)控銑床等等1.5.2 數(shù)控銑床的應(yīng)用數(shù)控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復(fù)雜型面的零件、樣板、模具、螺旋槽等。同時(shí)也可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪和鏜孔的加工，但因數(shù)控銑床不具自動(dòng)換刀功能，所以不能完成復(fù)雜孔的加工。數(shù)控銑床主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)、模具制造業(yè)、機(jī)床制造業(yè)、航空

25、航天業(yè)、造船業(yè)、軍事工業(yè)與其他行業(yè)2.數(shù)控銑床總體設(shè)計(jì)2.1確定立式數(shù)控銑床的總體目標(biāo)本課題設(shè)計(jì)的立式數(shù)控銑床可以銑削平面和溝槽，也可加工空間曲面；若將銑刀換成鉆頭或絞刀，則可加工光孔或螺紋孔。銑床主要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺(tái)工作面尺寸（長(zhǎng)寬） 工作臺(tái)X向最大行程 工作臺(tái)Y向最大行程 工作臺(tái)T型槽數(shù) 3工作臺(tái)T型槽寬 18mm工作臺(tái)T型槽間距 90mm 快速移動(dòng)速度（X、Y軸） 20m/min 最小分辨率 0.001mm定位精度 ±0.015mm重復(fù)定位精度 ±0.006mm2.2 確定機(jī)床的總體布局2.2.1機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配本課題擬解決問(wèn)題的思路是參照XK7132型立式銑床和T

26、H5632C型立式加工中心機(jī)床的總體布局、機(jī)械傳動(dòng)部分、進(jìn)行優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)出精度高、靈活性強(qiáng)的立式數(shù)控銑床。由于工作臺(tái)尺寸較大，可加工較重或尺寸較高的工件，故機(jī)床運(yùn)動(dòng)分配如下：主運(yùn)動(dòng)：刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工作臺(tái)X、Y方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和銑刀頭帶著刀具Z方向的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；2.2.2機(jī)床結(jié)構(gòu)布局本機(jī)床采用床身框式立柱的“L” 型結(jié)構(gòu)形式，主軸箱裝在框式立柱中間，設(shè)計(jì)成對(duì)稱形結(jié)構(gòu)。框式立柱布局要比單立柱少承受一個(gè)扭轉(zhuǎn)力矩和一個(gè)彎曲力矩，因而受力后變形較小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受熱與熱變形是對(duì)稱的，因此，熱變形對(duì)加工精度的影響小。 Y向滑座相對(duì)于機(jī)床床身作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，X向座相對(duì)于Y向作

27、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)固定在X向座上，工作臺(tái)不做垂直方向運(yùn)動(dòng)；主軸箱沿框式立柱在沿垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)。由于機(jī)床尺寸較大，為了方便操作者的操作與觀察，將人機(jī)界面設(shè)置為吊掛按鈕站。 2.2.3機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)、支承、導(dǎo)向方式1.機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)方案機(jī)床X、Y方向進(jìn)給系統(tǒng)分別采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)與滾珠絲杠直接相連，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)其傳動(dòng)的機(jī)械裝置如圖2.1所示。這種傳動(dòng)方案采用負(fù)載能力強(qiáng)的交流伺服電機(jī)，直接通過(guò)絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給，傳動(dòng)鏈短，剛度大，傳動(dòng)精度高，是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)的主要組成形式。圖2.1 進(jìn)給傳動(dòng)的機(jī)械裝置2.機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的支承、導(dǎo)向方式。X方向進(jìn)給系統(tǒng)由Y方向進(jìn)給系統(tǒng)

28、支承，采用一端固定、一端支撐的方式支承，固定端選用一對(duì)背對(duì)背安裝的角接觸球軸承，支撐端選用一對(duì)深溝球軸承。本機(jī)床屬于中型機(jī)床，導(dǎo)向方式采用矩形導(dǎo)軌，矩形導(dǎo)軌承載能力高，制造方便。本設(shè)計(jì)選用線性滾動(dòng)導(dǎo)軌。3.X716進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中，為得到高速下的平穩(wěn)運(yùn)行，并具有較高的定位精度且防止爬行，要求進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置和元件具有較高的靈敏度，低摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差以與高壽命等特點(diǎn)，而滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副能較好的滿足這些要求。因此本工作臺(tái)的設(shè)計(jì)采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌加滾珠絲杠螺母副的組合。3.1銑削工件時(shí)銑削力的計(jì)算3.1.1銑削抗力分析銑削運(yùn)動(dòng)的特征：主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)

29、，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給（銑鍵槽時(shí)，可使鍵槽銑刀沿軸線進(jìn)給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。圓柱銑刀和端銑刀的切削部分都可以看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一個(gè)刀齒相當(dāng)于一把車刀。它的切削基本規(guī)律與車削相似，所不同的是銑刀回轉(zhuǎn)，刀齒數(shù)多。通常假定銑削時(shí)銑刀受到的銑削抗力是作用在刀齒某點(diǎn)上，如圖1所示。設(shè)刀齒上受到銑削抗力的合力為F,將F沿銑刀軸線、徑向和切向進(jìn)行分解，則分別為軸向銑削力F、徑向銑削力F，和切向銑削力F二。切向銑削力F二是沿銑刀主運(yùn)動(dòng)方向的分力，它消耗銑床主電動(dòng)機(jī)功率（即銑削功率）最多。因此，切向銑削力F二可按銑削功率 (kW)或主電動(dòng)

30、機(jī)功率（kw）算出。式中:v機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（主軸傳遞全部功率時(shí)的最低切削速度,m/s)；m機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，一般取，m0.8。圖3.1 銑削抗力與工作臺(tái)上的載荷3.1.2進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算 作用在進(jìn)給工作臺(tái)上的合力F與銑刀刀齒受到的銑削抗力F的合力大小一樣、方向相反，如圖所示。合力F就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要考慮的工作載荷可以沿著銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力：工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷F1，工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷Fc，工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷Fv。 進(jìn)給工作臺(tái)的工作載荷F1、Fc和Fv與切向銑削力Fz之間有一定的經(jīng)驗(yàn)比值（見(jiàn)表1）。因此，計(jì)算出Fz后，即可計(jì)算出進(jìn)給工作臺(tái)的工

31、作載荷F1、Fc和Fv。 表3.1工作臺(tái)工作載荷與切向鐵削力的經(jīng)驗(yàn)比值 在表2-1中，表示銑削寬度（mm），它是銑削用量要素之一，是垂直于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸從圖2-3可知，圓柱銑削時(shí)，為待加工表面與已加工表面之間的垂直距離；端銑時(shí)，恰為工件寬度，不是待加工表面與已加工表面之間離。 圖3.2順銑與逆銑圖3.2表示圓柱銑的順銑和逆銑的不同方式。順銑時(shí)，縱向進(jìn)給方向載荷F1與進(jìn)給方向一致，垂直進(jìn)給方向載荷Fv向下,逆銑時(shí)方向相反。 圖3.2表示對(duì)稱端銑和不對(duì)稱端銑。對(duì)稱端銑分有順銑和逆銑之分。在表1中，d。表示圓柱銑刀直徑或端銑刀直徑（mm）,表示每齒進(jìn)給量（mm/齒），即銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒間角時(shí)

32、工件與銑刀的相對(duì)移動(dòng)量。每齒進(jìn)給量、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f 和工作臺(tái)的進(jìn)給速度 三者之間的關(guān)系為 mm/min式中：Z-銑刀齒數(shù)；n-銑刀轉(zhuǎn)速（r/min）3.1.3首先初步估算工作臺(tái)的重量首先要初步估算工作臺(tái)的重量與銑削工件的最大切削力才能進(jìn)行設(shè)計(jì)。X軸方向移動(dòng)的工作臺(tái)尺寸：長(zhǎng)寬高為90060080 ,重量約為3302.2N，最大行程630mm ；Y軸方向移動(dòng)的工作臺(tái)尺寸：長(zhǎng)寬高為300 300 80 ,重量約為550.368N，最大行程400mm ；設(shè)夾具與工件的質(zhì)量約為200Kg，重量約為1960N ；則XY工作臺(tái)總質(zhì)量約為480.83kg,總重量約為5812.573N（包括夾具與工件）。3.1.

33、4銑削用量選擇銑削用量選擇原則：首先應(yīng)盡可能取較大的切削深度與切削寬度然后盡可能取較大的每齒進(jìn)給量，最后才盡可能取較大的銑削速度。粗銑時(shí)余量大，加工要求低，主要考慮銑刀的耐用度與銑削力的影響；而精銑時(shí)余量小，加工要求高，主要考慮加工質(zhì)量的提高。1.銑削深度的選擇（1）當(dāng)工件表面要求的光潔度為時(shí)，通常銑削無(wú)硬皮的鋼料時(shí)，；銑削鑄鋼或鑄鐵時(shí)。（2）當(dāng)工件表面要求的光潔度為時(shí),可分粗銑、半精銑、兩步銑削。粗銑后留余量。（3）當(dāng)工件表面要求的光潔度為時(shí),可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削。半精銑，精銑左右。2.每齒進(jìn)給量的選擇當(dāng)銑削深度選定后，盡可能取較大的每齒進(jìn)給量。粗銑時(shí)限制每齒進(jìn)給量的是銑削力與銑刀

34、容屑空間的大小，當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性俞好與銑刀齒數(shù)愈少時(shí)，可取得愈大；半精銑與精銑時(shí)限制每齒進(jìn)給量的是工件表面光潔度。光潔度要求愈高，應(yīng)俞小。3.1.5銑削力的計(jì)算銑床通常用于銑削平面和溝槽。銑刀又分為圓柱銑刀、立銑刀、盤形銑刀、端銑刀、半圓弧銑刀、T形槽銑刀。其中用立銑刀銑削溝槽時(shí)的銑削力最大，故按用立銑刀銑削溝槽時(shí)計(jì)算銑削力。銑削力與銑刀材料、銑刀類型、工件材料的硬度、銑削寬度、銑削深度、每齒進(jìn)給量、銑刀直徑、銑刀齒數(shù)有關(guān)。可按金屬切削原理與應(yīng)用中的公式進(jìn)行計(jì)算：銑削溝槽時(shí)采用粗齒高速鋼立銑刀，按工件材料為的碳鋼來(lái)設(shè)計(jì)。查金屬切削手冊(cè)，選擇銑削用量為銑刀直徑，銑刀齒數(shù)，銑削寬度，每齒進(jìn)給量，銑削

35、深度，銑刀的切削速度。采用端面銑刀在主軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率。 由得：故主切削力分解到Y(jié)方向上的分力是：3.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型3.2.1導(dǎo)軌概述導(dǎo)軌主要用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方稱為動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方稱為支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，通常作直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 1.對(duì)導(dǎo)軌的要求1)導(dǎo)向精度高導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度和圓度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌的剛度和熱變形，還有裝配質(zhì)量。導(dǎo)軌的幾何精度綜合反映在靜止或低速下導(dǎo)軌的導(dǎo)向

36、精度。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的檢驗(yàn)容主要是：導(dǎo)軌在垂直平面的直線度，導(dǎo)軌在水平平面的直線度，在水平面兩條導(dǎo)軌的平行度。例如：導(dǎo)軌全長(zhǎng)為20 m的龍門刨床，其直線度誤差為0.02/1 000，在導(dǎo)軌全長(zhǎng)圍為0. 08 mm。圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌幾何精度的檢驗(yàn)容與主軸回轉(zhuǎn)精度的檢驗(yàn)方法相類似，用導(dǎo)軌回轉(zhuǎn)時(shí)端面跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)表示。例如：最大切削直為4m的立車，其允差規(guī)定為0. 05 mm.2)耐磨性好與壽命長(zhǎng)導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。例如：臥式車床的鑄鐵導(dǎo)軌，若結(jié)構(gòu)欠佳、潤(rùn)滑不良或維修不與時(shí)，貝?？拷差^箱一段的前導(dǎo)

37、軌，每年磨損量達(dá)0.2-0.3mm，這樣就降低了刀架移動(dòng)的直線度與對(duì)主軸的平行度，加工精度也就下降了。與此同時(shí)，也增加了溜板箱中開(kāi)合螺母與絲杠的同軸度誤差，加劇了螺母與絲杠的磨損。3)足夠的剛度導(dǎo)軌要有足夠的剛度，保證在載荷作用下不產(chǎn)生過(guò)大的變形，從而保證各部件間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度。4)低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的爬行將提高被加工表面的表面粗糙度值，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對(duì)于高精度的機(jī)床尤其重要。5)工藝性好設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意到制造、調(diào)整和維護(hù)的方便，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性和經(jīng)濟(jì)性好。2.對(duì)導(dǎo)軌的技術(shù)要求1)導(dǎo)軌的精度要求 滑動(dòng)導(dǎo)軌，

38、不管是V一平型還是平一平型,導(dǎo)軌面的平面度通常取0. 01-0.015 mm，長(zhǎng)度方向的直線度通常取0.005-0.01 mm；側(cè)導(dǎo)向面的直線度取0.01-0.015 mm，側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度取0.01-0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面對(duì)導(dǎo)軌底面的垂直度取0.005-0.01mm.鑲鋼導(dǎo)軌的平面度必須控制在0005-001 mm以下，其平行度和垂直度控制在0.01mm以下。2)導(dǎo)軌的熱處理數(shù)控機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率普遍都很高，這就要求導(dǎo)軌具有較高的耐磨性，以提高其精度保持性。為此，導(dǎo)軌大多需淬火處理。導(dǎo)軌淬火的方式有中頻淬火、超音頻淬火、火焰淬火等，其中用的較多的是前兩種方式。鑄鐵導(dǎo)軌的淬火硬度，一般為50-

39、55 HRC，個(gè)別要求57 HRC；淬火層深度規(guī)定經(jīng)磨削后應(yīng)保留1.0-1. 5 mm. 鑲鋼導(dǎo)軌，一般采用中頻淬火或滲氮淬火方式，淬火硬度為58-62 HRC，滲氮層厚度為0. 5 mm.2導(dǎo)軌的類型和特點(diǎn)導(dǎo)軌的分類方法有多種：按運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為直線導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌，按工作性質(zhì)可分為主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)給導(dǎo)軌和調(diào)整導(dǎo)軌，按受力情況可以分為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌，按摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。下面首先介紹直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的有關(guān)容: 1.直線滑動(dòng)導(dǎo)執(zhí)的截面形狀直線滑動(dòng)導(dǎo)軌有若干個(gè)平面，從制造、裝配和檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，平面的數(shù)量應(yīng)盡可能少。常用的直線滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀有矩形、三角形、燕尾形和圓形,各個(gè)平面所起的作用

40、也各不一樣。在矩形導(dǎo)軌和三角形導(dǎo)軌中,M面主要起支承作用，N面是保證直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面,J面是防止運(yùn)動(dòng)附件抬起的壓板面；在燕尾形導(dǎo)軌中,M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支承作用。根據(jù)支承導(dǎo)軌的凹凸?fàn)顟B(tài)，又可以將導(dǎo)軌分成凸形導(dǎo)軌和凹形導(dǎo)軌。其中，凸三角形導(dǎo)軌稱為山形導(dǎo)軌，凹三角形導(dǎo)軌稱為v形導(dǎo)軌。凸形導(dǎo)軌不易存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，但易清除導(dǎo)軌面的切屑等雜物。凹形導(dǎo)軌易存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，但易落人切屑和雜物，必須設(shè)防護(hù)裝置。3.2.2滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的計(jì)算1. 作用于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的載荷計(jì)算 由于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四個(gè)方向額定載荷相等，且額定載荷大，剛性好，三個(gè)方向抗顛覆力矩能

41、力大的特點(diǎn)，滾動(dòng)導(dǎo)軌受力分析見(jiàn)圖3.3。下層工作臺(tái)的承載重約為5812.573N 341 W 圖3.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌受力分析圖3.63.73.83.9將已知數(shù)據(jù)代入上式得： 載荷成分段變化，其計(jì)算載荷： 3.10 式中：對(duì)應(yīng)行程的載荷 ；分段行程 ；全行程等于；2. 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的額定壽命（1）額定壽命的計(jì)算公式為： 3.1式中： L額定壽命 ； C額定動(dòng)載荷 ；計(jì)算載荷 ；溫度系數(shù) 取1.0 ；接觸系數(shù) 取0.81 ；精度系數(shù) 取1.0 ； 載荷系數(shù) 取1.5 ；硬度系數(shù) 取1.0 ； （2）壽命時(shí)間的計(jì)算： 當(dāng)行程的長(zhǎng)度一定，以小時(shí)為單位的額定壽命： 3.12 式中： 行程長(zhǎng)度 ； L額定壽

42、命 ；每分鐘往復(fù)次數(shù) ； 3.13 一般情況下，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副預(yù)期壽命取20000小時(shí)，則： 3.14 由 得 3.15 取 則：查漢江機(jī)床公司生產(chǎn)的HJ-D系列線性滾動(dòng)導(dǎo)軌產(chǎn)品樣本，其HJ-D系列中DA20A型滾動(dòng)導(dǎo)軌C=1260kgf=12.348KN，滿足要求 。3.3滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算3.3.1滾珠絲杠螺母副概述數(shù)控機(jī)床給傳動(dòng)系統(tǒng)中，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的方法很多，采用滾珠絲杠螺母副是常用的方法之一。1.滾珠絲杠螺母副與工作原理與特點(diǎn)1) 滾珠絲杠螺母副工作原理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)裝置其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。在絲杠3和螺母1上都有半圓弧半圓弧

43、形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道4,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，并在滾道裝滿滾珠2.當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母(或滾珠絲杠）軸向移動(dòng)。2)滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn):(1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠圖4滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理 螺母副的傳動(dòng)效率為0. 92-096，比普通絲杠（梯形絲杠）高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-1/3。 (2)若給予適當(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

44、高。(4)具有可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)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)，絲杠和螺母都可以作為主動(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作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)吻斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故需要增加制動(dòng)裝置。3.3.2滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算 1.滾珠絲杠精度選擇 1)滾珠絲杠的精度等級(jí) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 175873-1998將滾珠絲杠分為定位滾珠絲杠副(P型）和傳動(dòng)滾珠絲杠副（T型）兩大類。滾珠絲杠的精度等級(jí)分為7個(gè)等級(jí)，即1、2,

45、3,4,5,7,10級(jí)，1級(jí)精度最高，依次降低。(1)滾珠絲杠副的精度指標(biāo)如下：2二行程允許的行程變動(dòng)量；300mm行程允許的行程變動(dòng)量；有效行程的目標(biāo)行程公差；有效行程允許的行程變動(dòng)量；有效行程的補(bǔ)償值C.滾珠絲杠副各項(xiàng)精度指標(biāo)的關(guān)系如圖3.5所示。圖3.5 滾珠絲杠副各項(xiàng)精度指標(biāo)的關(guān)系 (2) 2弧度行程變動(dòng)量和任意行程行程變動(dòng)量參見(jiàn)表3表2：2弧度行程變動(dòng)量和任意300mm行程行程變動(dòng)量（單位：)(3)有效行程的目標(biāo)行程公差e和允許的行程變動(dòng)量V up參見(jiàn)表2。表3有效行程的目標(biāo)行程公差,和允許的行程變動(dòng)（單位)2）滾珠絲杠的精度選擇 根據(jù)/GQ 1140-1989的規(guī)定；坐標(biāo)軸的反向值

46、主要取決于該坐標(biāo)軸的摩擦死區(qū)誤差乙值的大?。欢ㄎ徽`差一是取決于滾珠絲杠自身的螺距誤差的影響，二是取決于由傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起的定位誤差6k的影響。因此，坐標(biāo)軸的摩擦死區(qū)誤差公值、滾珠絲杠自身的螺距誤差和由傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起的定位誤差 、始終是滾珠絲杠的精度選擇的依據(jù)。而對(duì)滾珠絲杠精度進(jìn)行的種種計(jì)算都是為了求出 值而展開(kāi)的。 一般情況下，滾珠絲杠的精度選擇按以下公式計(jì)算。(1)對(duì)于在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，有(2)對(duì)于在半閉環(huán)系統(tǒng)或可以進(jìn)行行程補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，有0。80。8式中的定位精度是指機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度值，為已知條件。根據(jù)上述兩式可以計(jì)

47、算出滾珠絲杠的和、值，然后可以根據(jù)表2-20和表2-21來(lái)確定滾珠絲杠的精度等級(jí)。2.滾珠絲杠螺母副支承方式與軸承的選擇為了滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)高精度、高剛度的需要，除了應(yīng)該采用高精度、高剛度熱 滾珠絲杠螺母副外，還必須充分重視支承的設(shè)計(jì)。應(yīng)注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、 運(yùn)轉(zhuǎn)精度高的軸承，同時(shí)選用合適的支承方式，并保證支承座有足夠的剛度。1)滾珠絲杠螺母副支承方式的選擇支承的作用是限制兩端固定軸的軸向竄動(dòng)。較短的滾珠絲杠或豎直安裝的滾珠絲杠，可以一端固定一端自由（無(wú)支承）。水平安裝的滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，可以一端固定一端游動(dòng)。用于精密和高精度機(jī)床（包括數(shù)控機(jī)床）的滾珠絲杠副，為了提高滾珠絲杠的拉

48、壓剛度，可以兩端固定。為了減少滾珠絲杠因自重下垂和補(bǔ)償熱膨脹，兩端固定的滾珠絲杠還可以進(jìn)行預(yù)拉伸。滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)形式可以分為三種類型（見(jiàn)表3.4）。表3.4中，“自由（代號(hào)O），指的是無(wú)支承；“游動(dòng)”（代號(hào)S），指的是徑向有約束，軸向無(wú)約束（例如裝有深溝球軸承、圓柱滾子軸承）；”固定”（代號(hào)。F），指的是徑向和軸向都有約束（例如裝有雙向推力球軸承與深溝球軸承的組合軸承、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承）。一般情況下，應(yīng)將固定端作為軸向位置的基準(zhǔn)，尺寸鏈和誤差計(jì)算都由此開(kāi)始，并盡可能以固定端為驅(qū)動(dòng)端。表3.4滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)形式2)所用軸承的選擇由于滾珠絲杠軸承所受載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠

49、的自重外，一般無(wú)外載荷。因此，對(duì)滾珠絲杠軸承的要軸向精度和軸向剛度要高。另外，絲杠轉(zhuǎn)速一般不會(huì)很高，或高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間很短，因此發(fā)熱不是主要問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)靈活，對(duì)微小的位移（絲杠微小的轉(zhuǎn)角）要響應(yīng)靈敏。因此所用軸承的摩擦力矩要盡量低。滾珠絲杠所用軸承的類型根據(jù)滾珠絲杠螺母副支承方式的不同而不同。一般情況下，游動(dòng)軸承多用深溝球軸承。表3.5是一些軸承的特點(diǎn)比較。 表3.5各類滾動(dòng)軸承特點(diǎn)比較目前，在以上各類軸承中用的最多的是表 所列舉的60度接觸角推力角接觸球軸承，其次是表 所列舉的滾針和推力滾子組合軸承。后者多用于大牽引力、要求高剛度的大型、重型機(jī)床。3.4電機(jī)的設(shè)計(jì)選用伺服電機(jī)

50、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。（1） 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（2） 所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩可根據(jù)下式計(jì)算。即其中，從前面的計(jì)算已知最大進(jìn)給力，絲杠導(dǎo)程預(yù)緊力（額定的動(dòng)載荷由以上查表可得46.5KN），則;根據(jù)軸承總廠角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件得760306單個(gè)軸承摩擦力矩為0.32，故一對(duì)軸承的摩擦力矩（），伺服電機(jī)與絲杠直接連接，其傳動(dòng)比i=1。則=（2）負(fù)載慣量計(jì)算伺服

51、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，工件，夾具與工作臺(tái)的最大質(zhì)量為480.83，可按下式計(jì)算絲杠加在電機(jī)軸上的慣量，絲杠的公稱直徑，長(zhǎng)度，絲杠的材料密度。根據(jù)下式計(jì)算=連軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊(cè)得到=0.001（）負(fù)載總慣量按照數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件，所選伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.00540.021圍之。根據(jù)上述計(jì)算可初步選規(guī)定伺服電機(jī)。如選用交流伺服電機(jī)，可選型號(hào)為SGMSH 30AA型，其輸出功率為，其外形尺寸圖如圖3.6所示，其外形尺寸如表所示。相應(yīng)地，伺服驅(qū)動(dòng)器選擇與電機(jī)相匹配的SGMSH 30AA型號(hào)的。圖3.

52、6 SGMSH型伺服電機(jī)外形尺寸圖3.5進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，滾珠絲杠螺母副的剛度是影響機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的最薄弱環(huán)節(jié)，其拉壓剛度（又稱為縱向剛度）和扭轉(zhuǎn)剛度分別是引起機(jī)械系統(tǒng)縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的主要原因。為了保證所設(shè)計(jì)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較好的快速響應(yīng)性能和較小的跟蹤誤差，并且不會(huì)在變化的輸人信號(hào)激勵(lì)下產(chǎn)生共振，必須對(duì)其動(dòng)態(tài)特性加以分析，以找出影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)。 1.縱向振動(dòng) 在分析進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的縱向振動(dòng)時(shí)，可以忽略電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器（或減速器）的影響，則由滾珠絲杠和機(jī)床執(zhí)行部件構(gòu)成的縱向振動(dòng)系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化成如圖2-45所示的動(dòng)力學(xué)模型，其動(dòng)力平衡方程可以表達(dá)為式中:-滾

53、珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量（其中m,ms分別為機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量）； f機(jī)床導(dǎo)軌的勃性阻尼系數(shù)； K。滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度； y機(jī)床執(zhí)行部件的實(shí)際位移； x電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角折算到機(jī)床執(zhí)行部件上的等效位移，即指令位移。圖3.7絲杠一工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型對(duì)式進(jìn)行拉氏變換并整理，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)： 將式化成二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式，得顯然，這是一個(gè)二階振蕩系統(tǒng)，根據(jù)自動(dòng)控制理論，當(dāng)系統(tǒng)允許有一定超調(diào)時(shí)，可以取系統(tǒng)的阻尼比=0. 4-0.8(見(jiàn)圖3.7,圖中Km為系數(shù)），使系統(tǒng)在輸人信號(hào)變化或有外界擾動(dòng)時(shí)，其輸出響應(yīng)可以較快地達(dá)到穩(wěn)定值；當(dāng)系統(tǒng)不允許有任何超調(diào)時(shí)，可取1，使系統(tǒng)輸出響應(yīng)不出現(xiàn)振蕩。加大系統(tǒng)最低固有頻率。二可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于避開(kāi)輸人信號(hào)的頻率圍，防止共振產(chǎn)生。 圖3.7二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 可見(jiàn)，影響縱向振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)是系統(tǒng)最低固有頻率和阻尼比系統(tǒng)的最低固有頻率與滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度Ko和機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量有關(guān)，增大Ko或減小，都可以提高。同時(shí)，阻尼比除了主要與導(dǎo)軌戮性阻尼系數(shù)f有關(guān)外，還與剛度Ko和質(zhì)量有關(guān)。 因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)剛度Ko、質(zhì)量和導(dǎo)軌貓性阻尼系數(shù)f等參數(shù)的合理匹配而使系統(tǒng)最低固有頻率和阻尼比獲得適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以