數(shù)控銑床z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì)論文)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　圖書分類號(hào)：</p><p>　密 級(jí)：</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文主要研究數(shù)控銑床的Z軸進(jìn)給系統(tǒng)。數(shù)控銑床是數(shù)控機(jī)床中的典型機(jī)床，它對(duì)國(guó)家的機(jī)械行業(yè)的發(fā)展具有重要的貢獻(xiàn)，其

2、加工精度也決定了一個(gè)國(guó)家的機(jī)械行業(yè)的發(fā)展水平。其Z軸進(jìn)給系統(tǒng)主要內(nèi)容包括進(jìn)給部件的計(jì)算與選用。進(jìn)給部件首選滾珠絲杠螺母副，它擁有摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無爬行，并且軸向剛度高、反向定位精度高精度穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)具有可逆性等特點(diǎn)，對(duì)于數(shù)控銑床的精確傳動(dòng)提供了保障，使其加工精度精度越來越高。</p><p>　　關(guān)鍵詞 數(shù)控銑床；Z軸進(jìn)給系統(tǒng)；滾珠絲杠螺母副

3、；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this thesis, the Z-axis CNC milling machine feed systems. CNC milling machine is a typical CNC machine tools in the machine bed, its

4、country's machinery industry has an important contribution to the development of its precision also determine a country home level of development of machinery industry. The Z-axis feed system mainly include

5、s the calculation of the feed components with the election use. Feed components preferred ball screw pair, it has friction loss, high transmission efficiency,</p><p>　　Keywords CNC milling machine

6、 Z-axis feed system Ball screw pair</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b>

7、</p><p>　　1.1 數(shù)控銑床1</p><p>　　1.1.1 數(shù)控銑床的簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.2數(shù)控的加工過程1</p><p>　　1.1.3數(shù)控銑床的組成1</p><p>　　1.1.4 數(shù)控銑床的分類2</p><p>　　1.1.5 數(shù)控銑床的用途和

8、工藝特點(diǎn)2</p><p>　　1.2我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)3</p><p>　　1.2.1我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.2數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題3</p><p>　　1.2.3數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.3數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)4</p><p>　　1.

9、4數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的大致整體設(shè)計(jì)6</p><p>　　2 Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定7</p><p>　　2.2數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求7</p><p>　　2.3數(shù)控銑床變速機(jī)構(gòu)形式7</p><p>　　2.4主軸的設(shè)計(jì)8</p><

10、;p>　　2.4.1主軸材料的選擇8</p><p>　　2.4.2主軸結(jié)構(gòu)的確定8</p><p>　　2.4.3軸的校核計(jì)算9</p><p>　　2.5齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算12</p><p>　　2.5.1模數(shù)的估算：13</p><p>　　2.5.2齒輪分度圓直徑的計(jì)算13</p>

11、;<p>　　2.5.3齒輪寬度B的確定14</p><p>　　2.5.4齒輪其他參數(shù)的計(jì)算14</p><p>　　2.5.5齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度）：14</p><p>　　3 Z軸進(jìn)給系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)參數(shù)15</p><p>　　3.2工作原理

12、15</p><p>　　3.3總體方案設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇15</p><p>　　3.3.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇16</p><p>　　3.3.3聯(lián)軸器選擇16</p><p>　　4 主要零部件的計(jì)算與選用18</p><p>　　4.1Z軸工作載

13、荷分析18</p><p>　　4.2 Z軸工作載荷計(jì)算18</p><p>　　4.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選用18</p><p>　　4.3.1絲杠導(dǎo)程的確定18</p><p>　　4.3.2動(dòng)載荷C計(jì)算19</p><p>　　4.3.3效率計(jì)算20</p><p>　　4

14、.3.4滾珠絲杠的精度選擇20</p><p>　　4.3.5滾珠絲杠的制動(dòng)20</p><p>　　4.4滾珠絲杠螺母副支承的選擇21</p><p>　　4.5滾珠絲杠螺母副的間隙消除與預(yù)緊22</p><p>　　4.6軸承的計(jì)算與選用22</p><p>　　4.6.1軸承初選22</p>

15、;<p>　　4.6.2軸承的計(jì)算23</p><p>　　4.6.3確定軸承的規(guī)格型號(hào)24</p><p>　　4.7傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算24</p><p>　　4.7.1絲杠拉壓剛度KT24</p><p>　　4.7.2滾珠絲杠螺母副的軸向接觸剛度KN25</p><p>　　4.7.3支

16、承軸承的軸向剛度KH25</p><p>　　4.7.4絲杠傳動(dòng)的綜合拉壓剛度K25</p><p>　　4.8伺服電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算25</p><p>　　4.8.1確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型25</p><p>　　4.8.2確定脈沖當(dāng)量26</p><p>　　4.8.3最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇26</p&

17、gt;<p>　　4.9負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算26</p><p>　　4.9.1工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量27</p><p>　　4.9.2絲杠折算到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量27</p><p>　　4.9.3傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量27</p><p>　　4.10負(fù)載力矩的計(jì)算27</p><

18、;p>　　4.10.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)主軸上切削負(fù)載力矩27</p><p>　　4.10.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩27</p><p>　　4.10.3計(jì)算附加負(fù)載力矩28</p><p>　　4.10.4加速力矩28</p><p>　　4.10.5計(jì)算空載時(shí)的快進(jìn)力矩28</p><p>

19、;　　4.10.6計(jì)算切削時(shí)的工進(jìn)力矩28</p><p>　　4.10.7計(jì)算空載啟動(dòng)力矩28</p><p>　　4.10.8確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩29</p><p>　　4.11導(dǎo)軌的選擇29</p><p>　　4.11.1導(dǎo)軌的介紹29</p><p>　　4.11.2導(dǎo)軌的參數(shù)選取30&l

20、t;/p><p>　　4.11.3導(dǎo)軌的間隙調(diào)整31</p><p>　　4.11.4導(dǎo)軌材料與熱處理32</p><p>　　5主要零件的校核33</p><p>　　5.1 滾珠絲杠螺母副的校核33</p><p>　　5.1.1 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校核33</p><p>　　

21、5.1.2滾珠絲杠螺母副壽命的校核33</p><p><b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　謝謝朋友對(duì)我文章的賞識(shí)，充值后就可以下載此設(shè)計(jì)說明書（不包含CAD圖

22、紙）。我這里還有一個(gè)壓縮包，里面有相應(yīng)的word說明書（附帶：外文翻譯）和CAD圖紙。需要壓縮包的朋友聯(lián)系QQ客服1：1459919609或QQ客服2：1969043202。需要其他設(shè)計(jì)題目直接聯(lián)系?。?！ </p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 數(shù)控銑床</b></p><p>

23、　　1.1.1 數(shù)控銑床的簡(jiǎn)介</p><p>　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服性能、主軸驅(qū)動(dòng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等提山了更高的性能指標(biāo)；FMS的迅速發(fā)展和CIMS的不斷成熟，又將對(duì)數(shù)控機(jī)的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出更高的要求。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能日益完蓋，數(shù)控

24、技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。</p><p>　　數(shù)控銑床是在數(shù)控加丁中心領(lǐng)域中最具代表性的一種典型機(jī)床，在數(shù)控機(jī)床中所占的比率最大，數(shù)控加工中心、柔性制造單元等都是數(shù)控銑床基礎(chǔ)上派生或發(fā)展起來的。它具有功能性強(qiáng)、加工范圍廣、工藝較復(fù)雜等特點(diǎn)，主要用于各種復(fù)雜的平面、輪廓、曲面等零件的銑削加工，同時(shí)還可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鏜、攻螺紋等加工，在航空航天、汽車制造、機(jī)械加工和模具制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。</p>&

25、lt;p>　　1.1.2數(shù)控的加工過程</p><p>　　數(shù)控車床加工零件的主要過程主要包括一下內(nèi)容：</p><p>　?。?）根據(jù)被加工零件的圖樣與工作方案，用規(guī)定的代碼與程序格式，將刀具的移動(dòng)軌跡、加工工藝過程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的指令形式，即編寫加工程序。</p><p>　?。?）將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。</p

26、><p>　　（3）數(shù)控裝置對(duì)輸入的程序（代碼）進(jìn)行譯碼、運(yùn)算處理，并像各坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動(dòng)裝置和輔助功能控制裝置發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制車床各部件的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　（4）在運(yùn)動(dòng)過程中，數(shù)控系統(tǒng)需隨時(shí)檢測(cè)車床坐標(biāo)軸的位置、行程開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決定下一步動(dòng)作，直到加工出合格的零件。</p><p>　　（5）操作者隨時(shí)對(duì)車床的加工情況、工

27、作狀態(tài)進(jìn)行觀察和檢查，必要時(shí)還需要對(duì)車床動(dòng)作和加工程序進(jìn)行調(diào)整，以保證車床安全、可靠的運(yùn)行。</p><p>　　1.1.3數(shù)控銑床的組成</p><p>　　數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床基礎(chǔ)部件、主軸箱、進(jìn)給伺服系統(tǒng)及輔助裝置等幾大部分組成。</p><p><b>　　(1)數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　數(shù)控

28、系統(tǒng)是機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的中心，通常數(shù)控銑床都配有高性能、高精度、集成軟件的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、用戶宏程序等功能，能完成絕大多數(shù)的基本銑削以及鏜削、鉆削、攻螺紋等循環(huán)加工。</p><p><b>　　(2)機(jī)床基礎(chǔ)部件</b></p><p>　　通常是指底坐、立柱、工作臺(tái)、橫梁等，是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)和框架。</p>&l

29、t;p><b>　　(3)主軸箱</b></p><p>　　包括主軸箱和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，用于裝刀具并帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)、主傳動(dòng)大多采用專用的無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　(4)進(jìn)給伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其

30、主軸垂直方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的橫向和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由各自的交流伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　(5)輔助裝置</b></p><p>　　包括液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。</p><p>　　1.1.4 數(shù)控銑床的分類</p><p>　　數(shù)控銑床品種繁多，規(guī)格不一，可按通用銑床的分類方法

31、分為以下3類：</p><p>　　(1)數(shù)控立式銑床：數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。日前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，一般可進(jìn)行三軸聯(lián)動(dòng)加工。</p><p>　　(2)臥式數(shù)控銑床：臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范同和擴(kuò)充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)四軸和五軸聯(lián)動(dòng)加工。這樣既可

32、以加工工件側(cè)面的連續(xù)同轉(zhuǎn)輪廓，又可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中通過轉(zhuǎn)臺(tái)改變零件的加工位置也就是通常所說的工位，進(jìn)行多個(gè)位置或工作面的加工。</p><p>　　(3)立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床：這類銑床的主軸可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可在同一臺(tái)數(shù)控銑床上進(jìn)行立式加工和臥式加工，同時(shí)具備立臥式銑床的功能。</p><p>　　1.1.5 數(shù)控銑床的用途和工藝特點(diǎn)</p><p>　　銑床是用銑刀進(jìn)行

33、銑削加的機(jī)床，銑床的加工情況如圖1-1所示。在銑床上，用不同銑刀可以對(duì)平面、斜面、溝槽、臺(tái)階、T形槽、燕尾槽等表面進(jìn)行加工，另外配上分度頭或叫回轉(zhuǎn)臺(tái)還可以加工齒輪、螺旋面、花鍵軸、凸輪等各種成型表面。故銑床的萬能性強(qiáng)，應(yīng)用范圍很廣。銑床的主參數(shù)是工作臺(tái)面寬度及長(zhǎng)度。</p><p>　　銑床的工藝特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1)銑床的主軸帶動(dòng)銑刀作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)；</p>

34、<p>　　(2)銑刀是多齒、多刃連續(xù)進(jìn)行切削；</p><p>　　(3)多數(shù)銑床由工作臺(tái)帶動(dòng)工件作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　(4)銑刀在切削時(shí)，每個(gè)刀齒的切削過程是斷續(xù)的，同時(shí)參加切削的齒數(shù)是變化的，每個(gè)刀齒的切削厚度也是變化的，因此容易引起機(jī)床振動(dòng)；</p><p>　　(5)銑削時(shí)，銑刀同時(shí)參加切削的齒數(shù)較多，便于采用較大的銑削速度和進(jìn)給

35、量，因而生產(chǎn)效率高。</p><p>　　圖1-1銑床的加工情況</p><p>　　1.2我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)</p><p>　　1.2.1我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)前，我國(guó)的數(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。也是由封閉型系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時(shí)期。我國(guó)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)上（包括核

36、心技術(shù)），已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。日前，已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80種。自“七五”以來，國(guó)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(guó)版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國(guó)外一直對(duì)我國(guó)封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　1.2.2數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題</p><p>　　當(dāng)前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率偏低。據(jù)有關(guān)資料表明，1999年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占有率僅為38.88%

37、。造成這種嚴(yán)峻的形勢(shì)，除客觀原因外，主要是產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性不過硬?！笆濉逼陂g，我國(guó)機(jī)械制造工業(yè)止朝著精密化、柔性化、集成化、自動(dòng)化、智能化方面迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床需求強(qiáng)勁，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)適逢極好的發(fā)展機(jī)遇。然而，我國(guó)加入WTO后，國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床將會(huì)更多的進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更為激烈。提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率，關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性。幾年來，經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)剖析和使用性能的調(diào)研，探索和總結(jié)了數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

38、設(shè)計(jì)和制造的新技術(shù)。</p><p>　　現(xiàn)時(shí)主要存在有以下幾個(gè)問題：</p><p><b>　　(1)缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模</b></p><p>　　(2)缺乏發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系</p><p>　　(3)缺乏技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新和產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在往動(dòng)力</p><p>　　(4)面臨同外

39、強(qiáng)手競(jìng)爭(zhēng)的巨大壓力</p><p>　　1.2.3數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、制造技術(shù)的進(jìn)步和人類生活水平的提高，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種的多樣化的要求趨勢(shì)日益增強(qiáng)。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，對(duì)數(shù)控機(jī)床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市場(chǎng)能提供不同加工需求，能迅速高效、低成本地構(gòu)筑面向用戶的控制系統(tǒng)，并大幅度地降低維護(hù)和培訓(xùn)的成本，同時(shí)還要求具有網(wǎng)絡(luò)

40、功能，以適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式。為此，近10年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展很快。同前正朝標(biāo)準(zhǔn)化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。就體系結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致分為4種類型：傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)、“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)、“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控統(tǒng)、開放式數(shù)控系統(tǒng)。特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著國(guó)際上計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正在不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理

41、論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就。目前，國(guó)外數(shù)控機(jī)床的性能正朝著高速化、高精度、高效率、高柔性、高自動(dòng)化、高可靠性、智能化、復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、開放式體系結(jié)構(gòu)等方向迅速發(fā)展，這將對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求?！笆濉逼趩?，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)必須瞄</p><p>　　1.3數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　（1）加工對(duì)象改型的適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>

42、　　由于在數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時(shí)，只需要重新編制程序就能實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工，它不同于傳統(tǒng)的車床，不需要制造、更換許多工具、夾具和檢具，更不需要重新調(diào)整車床。因此，數(shù)控車床可以快速的從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，這就為單間，小批以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。它不僅縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，而且節(jié)省了大量工藝裝備費(fèi)用。</p><p><b>　　（2）加工精度高</b></p>

43、<p>　　數(shù)控車床是以數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每輸出一個(gè)脈沖后數(shù)控機(jī)床移動(dòng)的部件相應(yīng)的移動(dòng)量）一般達(dá)到0.001mm，而且進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控車床能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這可是由數(shù)控車床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了必要的措施，以及機(jī)電結(jié)合的特點(diǎn)決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機(jī)、各種消除間隙的結(jié)構(gòu)等，使機(jī)械傳動(dòng)的誤差盡可能小；其次是

44、采用了軟件精度補(bǔ)償技術(shù)，使機(jī)械誤差進(jìn)一步減??；第三是用程序控制加工，減少了人為因素對(duì)加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時(shí)還保證了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。</p><p><b>　?。?）生產(chǎn)效率高</b></p><p>　　零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控車床能有效的減少這兩部分時(shí)間，因而加工生產(chǎn)率比一般車床高的多。數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)

45、速和進(jìn)給量的范圍比普通車床的范圍大，每一道工序都能選用最有力的切削用量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控車床進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，有效的節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控車床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位采用了加速與減速的措施，因而選用了很高的空行程運(yùn)動(dòng)速度，消耗在快進(jìn)、快退和定位的時(shí)間要比一般車床少的多。</p><p>　　數(shù)控車床的加工精度比較穩(wěn)定，一般只做首件檢驗(yàn)或工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗(yàn)，因而可以減少機(jī)停檢驗(yàn)的時(shí)間。在使用帶有刀

46、庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控車削中心的數(shù)控車床時(shí)，在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時(shí)間，生產(chǎn)效率的提高就更為明顯。</p><p><b>　?。?）自動(dòng)化程度高</b></p><p>　　數(shù)控車床對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，其他的機(jī)床動(dòng)作直至加工完畢，都是自動(dòng)連

47、續(xù)完成，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均大為減少，勞動(dòng)條件也得到相應(yīng)的改善。</p><p>　?。?）良好的經(jīng)濟(jì)效益</p><p>　　使用數(shù)控車床加工零件時(shí)，分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用是比較昂貴的。但在單件、小批量生產(chǎn)條件下，可以節(jié)省工藝裝備費(fèi)用、輔助生產(chǎn)工時(shí)、生產(chǎn)管理費(fèi)用以及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　

48、（6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化</p><p>　　用數(shù)控車床加工零件，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算工件加工的工時(shí)，并有效的簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。</p><p>　　1.4數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)的大致整體設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)，將采用立式加工的結(jié)構(gòu)。Z軸進(jìn)給系統(tǒng)包括Z軸主軸箱帶刀具隨主軸箱豎直運(yùn)動(dòng)來完成,

49、Z軸的進(jìn)給傳動(dòng)初步設(shè)定為絲杠來滿足系統(tǒng)的傳動(dòng)精度。 </p><p>　　2 Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定&

50、lt;/p><p>　　工作臺(tái)寬度×長(zhǎng)度 400×1600mm</p><p>　　主軸錐孔 7∶24</p><p>　　主軸箱Z軸行程 160mm</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速范圍 9

51、5～1400r/min</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)的功率 4.0KW</p><p>　　主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1440r/min</p><p>　　主軸的傳動(dòng)功率 3.513KW</p><p>　　2.2數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)的要求</p>

52、<p>　　為了達(dá)到高效，高精度等特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床（銑床）除了在控制系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)上又比較高的要求外，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械部分如主傳動(dòng)系統(tǒng)也提出如下幾點(diǎn)要求：</p><p>　?。?）具有更高的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。數(shù)控機(jī)床為了保證加工時(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)效率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和和更大的調(diào)速范圍。（2）具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪

53、音低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高和主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度有密切關(guān)系。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的剛度和精度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性;最后一級(jí)還可采用斜齒輪，是傳動(dòng)平穩(wěn)；采用高精度軸承和合理支承跨距等等，以提高主軸組件的剛性。（3）良好的抗振性。數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工，又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力和交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度

54、，嚴(yán)重時(shí)破壞道具和零件，使加工無法進(jìn)行。因此在主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力——抗振性?？拐裥杂脛?dòng)剛度和和動(dòng)柔度來衡量。（4）良好的熱穩(wěn)定性。機(jī)床在切削加工過程中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零件產(chǎn)生熱變形，破壞零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度，造成加工誤差，且熱</p><p>　　2.3數(shù)控銑床變速機(jī)構(gòu)形式</p><p>

55、;　　1.帶有二級(jí)齒輪變速的主傳動(dòng)</p><p>　　主軸通過二級(jí)齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系列，是比較常見的一種配置方式。屬于分段無級(jí)變速，能確保低速時(shí)的大扭矩，滿足機(jī)床對(duì)轉(zhuǎn)矩特性的要求。齒輪變速自動(dòng)換擋可以通過撥叉，電液控制撥叉原理是利用控制系統(tǒng)輸出的電信號(hào)來控制電磁閥的開關(guān)，再通過電磁閥的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，操縱液壓系統(tǒng)的動(dòng)作，最后用液壓缸、活塞桿代動(dòng)撥叉撥動(dòng)滑移齒輪實(shí)現(xiàn)離合變速，特點(diǎn)是工作平穩(wěn)，以實(shí)現(xiàn)

56、自動(dòng)化，目前也比較普遍。</p><p>　　2、通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)</p><p>　　主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能滿足要求，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)和噪聲，適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性的要求的主軸。保證主軸的伺服功能，須使用同步帶。同步帶兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，與一般的帶傳動(dòng)相比，它不會(huì)打滑，且不需要很大的張緊力，減小或消除了軸的靜態(tài)徑向力；有傳

57、動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3、用兩種電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸</p><p>　　這是一種混合傳動(dòng)式，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一電機(jī)通過通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。</p><p

58、>　　4、有主軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)</p><p>　　電動(dòng)機(jī)軸與主軸用聯(lián)軸器直接相連。用伺服電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，這種方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱和主軸結(jié)構(gòu)，有效的提高了主軸組件的剛性。但主軸輸入的轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。</p><p><b>　　5電主軸傳動(dòng)</b></p><p>　　電主軸的轉(zhuǎn)子和主軸合二為

59、一，優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)更緊湊，慣性小，可提高啟動(dòng)停止的響應(yīng)特性，缺點(diǎn)是主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，更重要的缺點(diǎn)是熱變形問題。</p><p><b>　　2.4主軸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.4.1主軸材料的選擇</p><p>　　考慮到主軸的剛度和強(qiáng)度，選擇主軸的材料為40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理；</p><p>　　

60、2.4.2主軸結(jié)構(gòu)的確定</p><p><b>　　1.主軸直徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)床主電機(jī)功率P＝4KW，屬于中等以上轉(zhuǎn)速，中等以下載荷的機(jī)床來確定，</p><p><b>　　所以可取。</b></p><p><b>　　2.主軸內(nèi)孔直徑</b>

61、</p><p>　　主軸的內(nèi)孔直徑可由公式（2.1）</p><p><b>　　式（2.1）</b></p><p>　　其中 ，----空心主軸的剛度和截面慣性矩</p><p>　　K, I ----實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩</p><p>　　當(dāng)則主軸的剛度

62、急劇下降，故取<0.7。對(duì)于銑床，推薦d=拉桿直徑+（5~10）mm</p><p>　　因此設(shè)定主軸的尺寸為mm ，D=32mm ，mm ， d＝18mm，mm L=730mm。</p><p>　　2.4.3軸的校核計(jì)算</p><p>　　軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖2-1在xz平面內(nèi)：</p><p>　　圖2-1軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖&

63、lt;/p><p>　　同理可得在yz平面內(nèi)的受力圖，在此不在畫出。</p><p>　　1.主軸轉(zhuǎn)矩由公式（2.2）： </p><p>　　T ==156900 式（2.2）</p><p>　　2.支點(diǎn)上的力由公式（2.3）：</p><p>　　式（2.3）

64、 </p><p>　　3.根據(jù)彎矩平衡公式（2.4）：</p><p><b>　　式（2.4）</b></p><p>　　求得：RHE=-84.9</p><p><b>　　根據(jù)力得平衡：</b></p><p>　　則彎矩圖為圖2-2：</p>&

65、lt;p><b>　　圖2-2彎矩圖</b></p><p>　　3.垂直平面受力有公式（2.5）：</p><p>　　=951.71N 式（2.5）</p><p><b>　　=761.4N</b></p><p>　　4.根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡由公式（2

66、.6）：</p><p><b>　　式（2.6）</b></p><p><b>　　得</b></p><p>　　再根據(jù)力得平衡： </p><p>　　則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖2-3：</p><p><b>　　圖2-3彎矩圖</b></

67、p><p>　　在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，則B、C截面得彎矩由公式（2.7）</p><p>　　=803403.1N·㎜ 式（2.7）</p><p>　　=675702.3 N·㎜</p><p><b>　　扭矩圖為圖2-4：</b></p>

68、;<p><b>　　圖2-4扭矩圖</b></p><p>　　經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。</p><p>　　5.計(jì)算彎矩由公式（2.8）</p><p><b>　　式（2.8）</b></p><p>　　=862517.2 N

69、3;mm</p><p>　　6.計(jì)算抗彎截面系數(shù)由公式（2.9）：</p><p><b>　　式（2.9）</b></p><p><b>　　53.96</b></p><p><b>　　故滿足第三強(qiáng)度理論</b></p><p><b&g

70、t;　　7.剛度驗(yàn)算：</b></p><p>　　在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)其撓度由公式（2.10）：</p><p><b>　　式（2.10）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.02598mm</p><p>　　其中I

71、==2747500Nm</p><p>　　在單獨(dú)作用下，其撓度見公式（2.11）：</p><p><b>　　式（2.11）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.0182mm</p><p>　　在兩力得共同作用下其撓度見公式（2.

72、12）：</p><p><b>　　式（2.12）</b></p><p>　　在垂直面內(nèi)有(在單獨(dú)作用時(shí))其撓度見公式（2.13）：</p><p><b>　　式（2.13）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-

73、0.0072mm</p><p>　　其中I==2747500Nm</p><p>　　在單獨(dú)作用下其撓度見公式（2.14）：</p><p><b>　　式（2.14）</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.0182mm</p&g

74、t;<p>　　在兩力得共同作用下見公式（2.15）：</p><p><b>　　式（2.15）</b></p><p>　　故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度見公式（2.16）：</p><p><b>　　式（2.16）</b></p><p><b>　　而一

75、般的剛度</b></p><p>　　=0.21~0.35mm</p><p><b>　　故符合剛度要求。</b></p><p>　　2.5齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且直齒圓柱齒輪傳動(dòng)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以本次設(shè)計(jì)選用漸開線

76、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，它的精度直接與工作的平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計(jì)都選用7-6-6的精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p>　　2.5.1模數(shù)的估算：</p><p>　　按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后

77、校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。</p><p>　　齒輪彎曲疲勞的估算公式（2.17）：</p><p>　　mm 式（2.17）</p><p>　　齒面點(diǎn)蝕的估算公式（2.18）：</p><p>　　mm 式（2.18）</p><

78、p>　　其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。</p><p>　　由中心距及齒數(shù)求出模數(shù)見公式（2.19）：</p><p>　　mm 式（2.19）</p><p>　　根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。</p><p><b>　　∵ </b></p>

79、<p><b>　　∴ mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　所以，第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm</p><p>　　綜上所述，為了降低成本，機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同，但因

80、為Ⅴ軸的轉(zhuǎn)速比較小，扭矩比較大，為了增加其強(qiáng)度和在主軸上能起到飛輪的作用，需增加Ⅴ軸齒輪的幾何尺寸。所以，本次設(shè)計(jì)中在齒輪模數(shù)為=2.5mm，</p><p>　　2.5.2齒輪分度圓直徑的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒輪的分度圓直徑見公式（2.20）：</p><p>　　mm

81、 式（2.20）</p><p>　　2.5.3齒輪寬度B的確定</p><p>　　齒寬影響齒的強(qiáng)度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動(dòng)和噪聲。一般取B=（6~10）m。本次設(shè)計(jì)中，取主動(dòng)齒輪寬度B=8m=8×2.5=20mm</p><p>　　2.5.4齒輪其他參數(shù)的計(jì)算</p><p>

82、　　根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來，本次設(shè)計(jì)中，這些參數(shù)在此不在一一計(jì)算。</p><p>　　2.5.5齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度）： </p><p>　　計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù),動(dòng)載荷系數(shù),齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分布系數(shù)見公式（2.21）：</p><p>

83、;<b>　　式（2.21）</b></p><p>　　=1.25×1.07×1.1×1.12=1.65 </p><p>　　查表得：=0.88，=2.5 ，=189.8</p><p>　　則齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度見公式（2.22）</p><p>　　= 式（2

84、.22）</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入得：＜1100mpa</p><p>　　齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足，因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力。</p><p>　　3 Z軸進(jìn)給系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　（1）假定主軸箱和工作臺(tái)總質(zhì)量為1

85、40Kg，</p><p>　　（2）脈沖當(dāng)量為0.001mm，</p><p>　?。?）Z軸的行程為160mm，</p><p>　　（4）導(dǎo)軌的摩擦為0.1，</p><p>　?。?）定位精度為0.02mm/300mm，</p><p>　?。?）絲杠的進(jìn)給速度為1000mm/min，</p>&

86、lt;p>　?。?）最小進(jìn)給速度為1mm/min，</p><p><b>　　3.2工作原理</b></p><p>　　系統(tǒng)將控制指令經(jīng)變換與放大后，經(jīng)過伺服進(jìn)給系統(tǒng)將指令轉(zhuǎn)化為機(jī)械執(zhí)行元件的準(zhǔn)確位移、速度、加速度，用來控制被控對(duì)象的位移（或轉(zhuǎn)角）、速度、加速度，使其能自動(dòng)、連續(xù)、穩(wěn)定、快速、精確的復(fù)現(xiàn)輸入指令的變換規(guī)律。</p><p&

87、gt;<b>　　3.3總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　(1)數(shù)控系統(tǒng)的類型</p><p>　　l)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)：該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副．與滾珠

88、絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移精度，齒輪、絲杠等傳動(dòng)部件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。因此，對(duì)傳動(dòng)部件和制造精度要求高，運(yùn)動(dòng)副之間摩擦力要小，要實(shí)行無間隙傳動(dòng)。這種系統(tǒng)的最高速度受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的頻率響應(yīng)限制，容易失步，低速時(shí)易發(fā)生共振和噪聲，影響表

89、面加工質(zhì)量。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低。</p><p>　　2)異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)

90、境室溫要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。但是閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大技術(shù)難度，設(shè)計(jì)調(diào)整不當(dāng)，易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。改造時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否有必要采用這種系統(tǒng)。</p><p>　　3)交／直流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差

91、，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電動(dòng)機(jī)做成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問題。</p><p>　　(2)數(shù)控系統(tǒng)方案的確定</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)所給的題目要求分析可知，本設(shè)計(jì)所采用的數(shù)控系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)控制。</p><p>　　3.3.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</p>

92、<p>　　本課題設(shè)計(jì)選用的是滾珠絲杠螺母副。因?yàn)闈L珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機(jī)構(gòu)，在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。它的傳動(dòng)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母之間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件。當(dāng)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動(dòng)，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。并且滾珠絲杠螺母副的動(dòng)（靜）摩擦系數(shù)相差極小，配以滾動(dòng)導(dǎo)軌，起動(dòng)力矩很小，運(yùn)動(dòng)靈敏，低速時(shí)不會(huì)出現(xiàn)爬行。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)動(dòng)

93、的傳動(dòng)裝置。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 傳動(dòng)效率可達(dá)92%--96%，是普通絲杠傳動(dòng)的3—4倍，而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的25%。</p><p>　　(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無爬行 由于主要存在的是滾動(dòng)摩擦，不僅動(dòng)、靜摩擦因數(shù)都很小，且其差值小，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，動(dòng)作靈敏。</p><p>　　(3

94、)軸向剛度高、反向定位精度高 由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，反向時(shí)無空行程，定位精度高。</p><p>　　(4)滾珠絲杠螺母副主要零件均經(jīng)過熱處理，其滾道表面的硬度值可達(dá)60-62HRC，因而耐磨性好，壽命長(zhǎng)，精度穩(wěn)定性好。</p><p>　　(5)磨損小、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單 使用壽命是普通滑動(dòng)絲杠的4～10倍。</p>&l

95、t;p>　　(6)傳動(dòng)具有可逆性、不能自鎖 由于摩擦因數(shù)小、不能自鎖，因而使該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)具有可逆性，可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，還可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于不能自鎖，在作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)附加防止逆轉(zhuǎn)的裝置，防止工作臺(tái)因自重而下降。 </p><p>　　3.3.3聯(lián)軸器選擇</p><p>　　聯(lián)軸器是聯(lián)結(jié)兩軸使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩的一種部件，聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性

96、聯(lián)軸器兩種。剛性聯(lián)軸器適用于兩軸能嚴(yán)格對(duì)中并在工作中不發(fā)生相對(duì)位移的地方；撓性聯(lián)軸器適用于兩軸有偏移（可分為同軸線、平行軸線、相交軸線）或在工作中有相對(duì)位移（可分為軸向位移、徑向位移、角位移、綜合位移）的地方。撓性聯(lián)軸器又有無彈性元件的、金屬彈性元件和非金屬元件之分。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)主軸與滾珠絲杠軸是同軸的，所以選擇剛性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器可以分為凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器

97、具有對(duì)中精度高，傳遞轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，采用鉸制孔和受剪螺栓對(duì)中的凸緣聯(lián)軸器具有拆裝方便的優(yōu)點(diǎn)，這符合本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化操作的原則，所以選擇了采用鉸制孔和受剪螺栓對(duì)中的凸緣聯(lián)軸器來聯(lián)結(jié)電機(jī)軸和滾珠絲杠軸。</p><p>　　4 主要零部件的計(jì)算與選用</p><p>　　4.1Z軸工作載荷分析</p><p>　　滾珠絲杠上的工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)是滾珠絲杠所承受的

98、軸向力，也叫作進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩檫力。據(jù)機(jī)床加工的特點(diǎn)，當(dāng)銑削槽時(shí)，工作載荷最大，由于銑削時(shí)，工作載荷既包括銑削時(shí)沿著絲杠軸的方向的力（即軸向力），也包括工作臺(tái)及工件的重量（即垂直絲杠軸方向的力）。</p><p>　　4.2 Z軸工作載荷計(jì)算</p><p>　　在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工過程平均銑削條件

99、為準(zhǔn)，因此取 =2.5mm，=0.2mm/齒，=10mm，z=4，=50mm，對(duì)圓柱銑刀，=68.2，則主切削力的計(jì)算見公式（4.1）。</p><p>　　= 式（4.1） </p><p>　　式中 ——主切削力，N；</p><p>　　——加工不同工件材料時(shí)的銑削力系數(shù)；</p><p>　　——銑

100、削寬度，mm；</p><p><b>　　——進(jìn)給量，mm；</b></p><p>　　——銑刀直徑，mm；</p><p><b>　　z——銑刀齒數(shù)； </b></p><p>　　對(duì)于圓柱銑刀加工時(shí)，各切削分力有進(jìn)給抗力,垂直銑削分力和軸向銑削分力。根據(jù)查表可知，各個(gè)銑削分力的經(jīng)驗(yàn)比值如下

101、:</p><p>　　=1～1.2，=0.2～0.3，=0.35～0.4，取值=1.2，=0.3，=0.4則</p><p>　　=651N, =163N，=217N</p><p>　　則在燕尾槽導(dǎo)軌上滾珠絲杠的工作載荷Fm見公式（4.2）</p><p><b>　　式（4.2）</b></p>&l

102、t;p>　　其中， =0.2， G=1400N</p><p><b>　　則Fm=1300N</b></p><p>　　4.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選用</p><p>　　4.3.1絲杠導(dǎo)程的確定</p><p>　　絲杠導(dǎo)程的選擇一般根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)快速進(jìn)給的最高速度為Vmax，伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax及電機(jī)

103、與絲杠的傳動(dòng)比ｉ來確定，基本絲杠導(dǎo)程應(yīng)滿足公式（4.3）：</p><p><b>　　式（4.3）</b></p><p>　　式中 ——工作臺(tái)的最高轉(zhuǎn)速，r／min；</p><p>　　——伺服電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，r／min；</p><p><b>　　i——傳動(dòng)比；</b></p&g

104、t;<p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用絲杠與電動(dòng)機(jī)直接相連，所以i=1。</p><p>　　根據(jù)查閱機(jī)械手冊(cè)可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速＝1000r／min，由本題的參數(shù)可知=1000mm/min。</p><p><b>　　因此，P≥1mm。</b></p><p>　　4.3.2動(dòng)載荷C計(jì)算</p><p>　

105、　在選擇滾珠絲杠螺母過程中，一般首先根據(jù)動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算或靜載強(qiáng)度計(jì)算來確定其尺寸規(guī)格，然后對(duì)其剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核計(jì)算。</p><p>　　額定動(dòng)載荷Fr是指當(dāng)一批規(guī)格相同的滾珠絲杠螺母副，在一負(fù)荷力的測(cè)試運(yùn)轉(zhuǎn)下，能通過10轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而有90%步產(chǎn)生疲勞損傷時(shí)所能承受的最大軸向載荷。</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)速n＞10r/min時(shí)，滾珠絲杠螺母副的主要破壞形式是工作表面的疲勞點(diǎn)蝕，因此要進(jìn)行

106、動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算，其計(jì)算動(dòng)載荷C應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)負(fù)荷，見公式（4.4）</p><p><b>　　式（4.4）</b></p><p>　　式中 ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般～1.5；</p><p>　　——當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，N；</p><p>　　——滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)載荷，N；<

107、/p><p>　　L——壽命，以10轉(zhuǎn)為1單位,見式（4.5）</p><p>　　L= 式（4.5）</p><p>　　式中 T——使用壽命， h，一般機(jī)床可取T=10000h，數(shù)控機(jī)床可取T=15000h；</p><p>　　——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速見式（4.6），r/min；

108、</p><p><b>　　式（4.6）</b></p><p>　　由題目給的參數(shù)可知，絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，絲杠的最小進(jìn)給速度為1mm/min，故最小轉(zhuǎn)速可取0.1mm/min。</p><p>　　則平均轉(zhuǎn)速=500r/min，故絲杠的工作壽命見式（4.7）</p><p>　　L=

109、 式（4.7）</p><p><b>　　=450h</b></p><p>　　本題取fd=1.2，</p><p>　　因此，計(jì)算動(dòng)載荷Ce=11954.4Nm</p><p>　　根據(jù)附錄1可以選擇的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)與參數(shù)，使得C≤Fr，初選擇滾珠絲杠的直徑為32mm，基本導(dǎo)程L

110、o=10mm，型號(hào)為CDM3205-5-P2,其額定動(dòng)載荷是19249N，強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　4.3.3效率計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率見公式（4.8）</p><p>　　＝ 式（4.8）</p><p>　　式中 ——螺紋的螺旋升角，該

111、絲杠為5°41′；</p><p>　　——摩擦角約等于10′。</p><p>　　則 ＝0.971 </p><p>　　故滿足滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)效率大于0.9的要求。</p><p>　　4.3.4滾珠絲杠的精度選擇</p><p>　　滾珠絲杠的精

112、度直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度，在滾珠絲杠的精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度最明顯。一般的初步設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)定絲杠的任意300mm行程變動(dòng)量V 300應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2.</p><p>　　所以V300=0.006mm～0.01mm，查表可知，滾珠絲杠的精度等級(jí)為2級(jí)。</p><p>　　4.3.5滾珠絲杠的制動(dòng)</p><p>　　由于滾珠

113、絲杠的傳動(dòng)效率高，無自鎖功能（特別是本次設(shè)計(jì)中的Z向傳動(dòng)），為了防止自重下降，必須裝有制動(dòng)裝置。目前常用的制動(dòng)方式有機(jī)械式和電氣式兩種。</p><p>　　電氣方式是采用電磁制動(dòng)器，而且這種制動(dòng)器就做在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。加工中心工作時(shí)，在制動(dòng)器線圈電磁力的作用下，使兩齒輪脫開，彈簧受壓縮，當(dāng)停機(jī)或停電時(shí)，電磁鐵失電，在彈簧恢復(fù)力的作用下，兩齒輪嚙合，故與電機(jī)軸的聯(lián)接的絲杠得到制動(dòng)。</p><p&

114、gt;　　機(jī)械制動(dòng)是采用摩擦離合器。加工中心工作時(shí)，電磁鐵通電，使摩擦離合器脫開，運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器傳給絲杠，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。當(dāng)加工完畢，伺服電機(jī)和電磁鐵同時(shí)斷電，借壓力彈簧作用合上摩擦離合器，使絲杠不能轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)便停止。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用電氣方式。</p><p>　　4.4滾珠絲杠螺母副支承的選擇</p><p>　　滾珠絲杠兩端的支承的配

115、置情況有3種情況如圖所示的軸向固定方式。其中，圖4-1為一端軸向固定一端自由的支承配置方式，這種支承形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絲杠的軸向剛度比兩端固定低，絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低，設(shè)計(jì)師時(shí)盡量使絲杠受拉伸。對(duì)于行程小轉(zhuǎn)速較低的短絲杠和豎直絲杠可采用懸臂支成機(jī)構(gòu)。圖4-2為一端軸向固定一端游動(dòng)的支承配置方式，對(duì)于高精度、中等轉(zhuǎn)速的較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠，為了防止熱變形造成絲杠變長(zhǎng)的影響，常采用一端軸向固定的支承固定方式。圖4-3為兩端固定方式，對(duì)

116、于高精度、高旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠應(yīng)該采用兩端固定的安裝方式，為了給絲杠施加預(yù)緊拉力，可采用兩端固定方式，并在絲杠一端安裝碟形彈簧和調(diào)整螺母，既能對(duì)絲杠施加預(yù)緊力，又能讓彈簧補(bǔ)償絲杠熱變形，保持預(yù)緊力近乎不變。</p><p>　　圖4-1一端固定一端自由</p><p>　　圖4-2一端固定一端游動(dòng)</p><p><b>　　圖4-3兩端固定</b>

117、;</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)的行程較短，轉(zhuǎn)速較低，故采用一端固定，一段自由的支承形式。</p><p>　　4.5滾珠絲杠螺母副的間隙消除與預(yù)緊</p><p>　　為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度，可以預(yù)加載荷，使它在過盈的條件下工作，常用的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。預(yù)緊后的剛度可提高到為無預(yù)緊時(shí)的2倍。但是，預(yù)緊

118、載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲桿在出廠時(shí)，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動(dòng)載荷有一定的比例關(guān)系。</p><p>　　雙螺母墊片式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)見到，裝卸方便，剛度高；調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和預(yù)緊，適用于高剛度重載傳動(dòng)。</p><p>　　雙螺母螺紋式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整

119、端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，丹準(zhǔn)確性差，且易于松動(dòng)，適用于剛度要求不高或隨時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊的傳動(dòng)。</p><p>　　雙螺母齒差式預(yù)緊：①調(diào)整方法：兩邊的下螺母的凸緣上有外齒，分別與緊固的螺母座兩端的內(nèi)齒圈，兩個(gè)螺母向相同方向旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，調(diào)整軸向位移。②能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，宜用于高度精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p&g