買(mǎi)文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 鄭州科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 題 目 普通 床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 李博 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 08 級(jí)本科（ 6）班 學(xué) 號(hào) 200833164 院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師（職稱） 朱永剛 暢靜文（講師） 完成時(shí)間 2012 年 5 月 16 日 買(mǎi)文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 普通 床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 摘 要 我所設(shè)計(jì)的畢業(yè)課題為“普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)”。對(duì)于機(jī)床的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) ，我首先對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行技術(shù)調(diào)查，查閱了國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其用途范圍、性能指標(biāo)、方案對(duì)比等進(jìn)行論證分析。對(duì)于通用機(jī)床我更是查閱了大量的國(guó)內(nèi)外有關(guān)銑床的資料后，擬定了此機(jī)床的總體方案為立式銑床。 本文在 便性、實(shí)用性、可靠性四方面因素出發(fā)，對(duì) 件及電路設(shè)計(jì)。使改造后的機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部分具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度 ;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙 ;功率大 ;便于操作和維修。 珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，拆除縱向、橫向、垂向進(jìn)給箱齒輪，在該處將手輪軸通過(guò)一對(duì)減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進(jìn)電機(jī)相連。 數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)基于 8031單片機(jī)的數(shù)字型控制系統(tǒng)。采用較小體積的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一般的邏輯功能，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的兩個(gè)軸進(jìn)行控制。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控化改造；定位精 度； 步進(jìn)電機(jī) ； 滾珠絲杠 ；伺服傳動(dòng)系統(tǒng) 買(mǎi)文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 62W F of I to of at on of to a of on 60W on of of no is to 買(mǎi)文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 NC of of of a of NC is 031 a of to on of 文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 目 錄 摘 要 . . 機(jī)床數(shù)控化改造論證分析 . 1 床數(shù)控化改造的必要性 . 1 國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 . 2 2 普通 床數(shù)控化改造分析 . 4 傳動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) . 4 . 5 . 8 給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 8 . 8 給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 . 9 . 10 62W 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)方案及步驟 . 11 3 普通 床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)計(jì)算 . 12 軸系統(tǒng)計(jì)算 . 14 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 14 軸滾珠絲杠副 . 16 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 19 . 19 . 24 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 25 . 25 買(mǎi)文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 . 29 . 30 直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 31 4 普通 床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 34 機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成及特點(diǎn) . 34 機(jī) 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備介紹 . 35 、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，并且機(jī)床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門(mén)化。數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它的發(fā)展和運(yùn)用，開(kāi)創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，己成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力仍然處于較低的水平。因?yàn)殚_(kāi)發(fā)一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床的周期比較長(zhǎng)，不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為此我們應(yīng)該在普通機(jī)床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機(jī) 床，這樣會(huì)造成資金投資量大，成本高，而且又會(huì)造成原有設(shè)備閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對(duì)性強(qiáng)，時(shí)間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國(guó)機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。 床數(shù)控化改造的必要性 我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床 320多萬(wàn)臺(tái)，這些機(jī)床技術(shù)狀況老化嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó) 30%左右設(shè)備在 16年以上，其中近 30%的役齡超過(guò)了 26年，這些都說(shuō)明目前我國(guó)還沒(méi)有走上主要依靠科技進(jìn)步對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造的軌道。另外，隨著科技的進(jìn)步，生產(chǎn)依賴于設(shè)備的程度日益增大，企業(yè)的產(chǎn)量、質(zhì)量、效率、成本、安全及環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)情緒都受設(shè)備的制約，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的現(xiàn)代化己勢(shì)在必行。但據(jù)資料介紹，我國(guó)的金屬切削機(jī)床年產(chǎn)量?jī)H占同類設(shè)備擁有量的 1/28，如將每年生產(chǎn)的全部機(jī)床用來(lái)更換舊機(jī)床需要 28年所以，我國(guó)目前解決設(shè)備技術(shù)進(jìn)步的主要途徑是機(jī)床改造。 微觀上看， 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。數(shù)控機(jī)床 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出普通 2 每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面?？梢詫?shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 37倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70年代末、 80 年初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) (包括軍、民機(jī)械工業(yè) )進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造 過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、 包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行 擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 理信息系統(tǒng) )、及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造 (稱之為信息化 )，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20年，如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率 )到 1995 年只有 而日本在 1994年己達(dá) 因此每年都有大 量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。 國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)在趕上了 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)前進(jìn)的步伐、加快數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度，已成為數(shù)控發(fā)展的最主要趨勢(shì)。以第四代計(jì)算機(jī)的工程結(jié)構(gòu)和微電子工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有微機(jī)的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開(kāi)放型、嵌入式的柔性數(shù)控系統(tǒng)，使之即適合加工復(fù)雜零件、分立式機(jī)床用的數(shù)控系統(tǒng)的組成，又適合未來(lái)自動(dòng)化升級(jí)時(shí)功能可擴(kuò)展的要求。 我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下 3個(gè)特征： (l)高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。如華中 具有多軸聯(lián)動(dòng)功能，快速進(jìn)給速度在 有較強(qiáng)的通信、管理功能。 (2)普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。如北京機(jī)床研究所的 些系統(tǒng)一般配有 配置直流和交流司服驅(qū)動(dòng)， 2 (3)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場(chǎng)前景。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國(guó)應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。比較典型的有南京大方的 普通 3 我國(guó)是機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)，又是使用大國(guó)。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床產(chǎn)品中的比例總體水平低。但是我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，許多企業(yè)財(cái) 力薄弱，不可能花費(fèi)大量的資金添置許多全新的數(shù)控機(jī)床，同時(shí)大量的通用機(jī)床不可能全部淘汰。 因此，把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途徑，機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對(duì)性強(qiáng)，時(shí)間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題，生產(chǎn)效率高。 普通 4 62W 銑床數(shù)控化改造分析 傳動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)），以及開(kāi)停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。動(dòng)力源為執(zhí)行元件提供動(dòng)力，并使其得到一定 的運(yùn)動(dòng)速度和方向 ,變速裝置傳遞動(dòng)力以及變換運(yùn)動(dòng)速度，執(zhí)行元件執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)代切削加工正向著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床的性能提出越來(lái)越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達(dá) 1： 100 1： 1000，恒功率調(diào)速范圍達(dá) 1： 10 以上；更大的功率范圍達(dá) 250在切削加工中自動(dòng)變換速度；機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲小，動(dòng)態(tài)性能好，可靠性高等。數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的特點(diǎn)：主傳動(dòng)采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速；數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì)；數(shù)控機(jī)床高速主傳 動(dòng)設(shè)計(jì)；數(shù)控機(jī)床采用部件標(biāo)準(zhǔn)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；數(shù)控機(jī)床的柔性化、復(fù)合化；虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì)。 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工范圍廣、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，要求主傳動(dòng)裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 具有較大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時(shí)保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 （ 2） 具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。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)床一般既要進(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)以及切削過(guò)程中的自激振動(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 抗振性?？拐裥?用動(dòng)剛度或動(dòng)柔度來(lái)衡量。 例如主軸組普通 5 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)滑保持熱平衡等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。 主傳動(dòng)變速系統(tǒng) 普通機(jī)床一般采用機(jī)械有級(jí)變速調(diào)速傳動(dòng)，而數(shù)控機(jī)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)面和斷面時(shí)，需要隨切削的直徑的變化而自動(dòng)變速，以保持切 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)選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。 機(jī)床主傳動(dòng)中常采用的無(wú)級(jí)變速裝置有三大類：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無(wú)級(jí)變速裝置和液壓無(wú)級(jí)變速裝置。 無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則： 一為盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動(dòng)系統(tǒng)要求的無(wú)級(jí)變速裝置。如銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)要求恒功率傳動(dòng)，就應(yīng)該選擇恒功率無(wú)級(jí)變速裝置。 二為無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往小于機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無(wú)級(jí)變速裝置與 機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個(gè)變速范圍。 軸部件選擇 主軸部件的性能要求：主軸部件是機(jī)床主要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行元件。它的功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成型運(yùn)動(dòng)。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。 主軸部件的工作性能對(duì)整機(jī)性能和加工質(zhì)量以及機(jī)床生產(chǎn)效率有著直接影響，是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。因此，對(duì)主軸部件有如下要求： 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 工件或刀具部位的定心表面（如車床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的 7： 24普通 6 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。 剛度： 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向上所施加的作用力來(lái)定義的。主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動(dòng)軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置 方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。 溫升： 因?yàn)橄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦生熱，切削取得切削熱等使主軸溫度升高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，各類機(jī)床對(duì)溫升都有一定的限制。 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，可喜的是這方面的研究正在發(fā)展。 精度保持性 : 它指長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力。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。 主軸部件的組成和軸承選型 主軸部件 :它 由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、密封件及定位元件等組成。 主軸的傳動(dòng)件 :可以位于前后支承之間，也可位于后支承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）和變速箱可以做成獨(dú)立的功能部件，又專門(mén)的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動(dòng)聯(lián)接。本三坐標(biāo)曲面數(shù)控銑床采用帶傳動(dòng)聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向）。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，常設(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)支推力支承之間的距離。 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)面組配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)背普通 7 比面對(duì)面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。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)與背靠背組 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。基于上述分析，主軸受到彎距，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。 角接觸角軸承的間隙調(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。 軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，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，因而在預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有了一定的變形，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)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；而且較大的預(yù)緊力將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。 角接觸角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 位為 N。多聯(lián)角接角球軸承是根據(jù)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。訂貨時(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)緊力磨去 。裝配時(shí)擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個(gè)軸承間需要隔開(kāi)一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。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%。 承載能力和壽命 主軸軸承通常載荷相對(duì)較輕。一些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒(méi)有問(wèn)題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為 ，經(jīng)使用磨損后跳動(dòng)精度降為 ,這個(gè)軸承就認(rèn)為應(yīng)該更換了。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命 ”目前還難以估計(jì)。 普通 8 軸組件的動(dòng)態(tài)特性 通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)高速主軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動(dòng)態(tài)特性，可采取下列措施： 是主軸組件的固有頻率避開(kāi)激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的 30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛體振動(dòng)的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動(dòng)，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。 激振力可能來(lái)自主軸組件的不平衡，這時(shí) 激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 /30。也可能來(lái)自斷續(xù)切削，這時(shí)激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。 增大阻尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動(dòng)。這時(shí)主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對(duì)主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過(guò)大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時(shí)還因考慮阻尼因素。 采用消振裝置。 給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 進(jìn)給伺服系統(tǒng)不但是數(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)別于一般機(jī)床的一個(gè)特殊部分。數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給 伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。 (1) 穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)信號(hào)消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行 ,或者在輸入的指令信號(hào)作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)（如慣性、剛度、阻尼、增益等），與外界的作用信號(hào)（包括指令信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)）的性質(zhì)或形式無(wú)關(guān)。 普通 9 (2) 精度 伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)工作過(guò)程中通常存在三種 誤差：動(dòng)態(tài)誤差、穩(wěn)定性誤差和靜態(tài)誤差。實(shí)際中只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)就行。 (3) 快速響應(yīng)性 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。 給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 （ 1） 能夠克服摩擦力和負(fù)載； （ 2） 很小的進(jìn)給位移量； （ 3） 高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； （ 4） 足夠的調(diào)速范圍； （ 5） 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象； (1) 具 有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； (2) 具有良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量； (3) 負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能??； (1) 被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較小的慣量； (2) 具有較高的剛度； (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等方面盡可能 小的非線性。 普通 10 給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時(shí)間響應(yīng)特性和 頻率響應(yīng)特性。 時(shí)間響應(yīng)特性是用來(lái)描述系統(tǒng)對(duì)迅速變化的指令能否迅速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。由于系統(tǒng)包含一些儲(chǔ)能元件，所以當(dāng)輸入量作用于系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)輸出不能立刻跟隨輸入量變化，而是在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之前表現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程（或叫過(guò)渡過(guò)程）。穩(wěn)定響應(yīng)是指當(dāng)時(shí)間 t 趨向無(wú)窮大時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。若在穩(wěn)定時(shí)，輸出和輸入不能完全吻合，就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。 2. 頻率響應(yīng)特性 時(shí)間響應(yīng)特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時(shí)間的變化的規(guī)律，即在已知傳遞函數(shù)的前況下，從系統(tǒng)在階越輸入及斜坡輸入時(shí)間應(yīng)速度及振蕩 過(guò)程的狀態(tài)中來(lái)獲得動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。然而在很多情況下，傳遞函數(shù)不清楚，所以只能由試驗(yàn)的方法來(lái)求取動(dòng)態(tài)特性。因此出現(xiàn)頻率響應(yīng)特性法。所謂頻率響應(yīng)特性 ,就是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)，即它通過(guò)研究系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)律來(lái)獲得啟動(dòng)態(tài)特性。 3. 快速性分析 所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量。 對(duì)于線性進(jìn)給伺服系統(tǒng)，由于它包含各種電路、機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有時(shí)間常數(shù)，對(duì)高頻信號(hào)來(lái)不及反應(yīng)，只是一個(gè)地通漏波器。這種系統(tǒng)的通頻寬帶，對(duì)高頻信號(hào)響應(yīng)速度快，所以從開(kāi)環(huán) 頻率特性圖看，提高系統(tǒng)的截止頻率，則可以提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。 普通 11 普通 12 62W 數(shù)控銑床改造設(shè)計(jì)方案及步驟 對(duì) 控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)該比同類普通機(jī)床高 50%；應(yīng)盡量提高機(jī)床的抗振性，通常機(jī)床的振動(dòng)包括強(qiáng)迫振動(dòng)和受迫振動(dòng)。要提高機(jī)床在低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的自動(dòng)銑削加工， 造方案的確定 改造的可行性分析通過(guò)以后，就可以針對(duì)工藝和機(jī)床現(xiàn)況確定改造方案，一般包括 一下幾部分 ： 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合 ， 一般來(lái)說(shuō)，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需 進(jìn)行機(jī)械修理。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。 先局部后整體 ， 確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng) ， 針對(duì)使用環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對(duì)選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過(guò)濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。 改造范圍確定 ， 有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測(cè)定和分析決定其改造范圍。 造的技術(shù)準(zhǔn)備 改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括： 機(jī)械部分準(zhǔn)備 ， 為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測(cè)量、計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。 舊系統(tǒng)電氣資料消化 ， 只有對(duì)舊系統(tǒng)電氣資料進(jìn)行充分的消化，才能了解以前的設(shè)計(jì)思想，才能更好完成新舊系統(tǒng)的銜接與轉(zhuǎn)換。 普通 13 新系統(tǒng)電氣資料消化 ， 新系統(tǒng)有許多新功能、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說(shuō)明、線路圖、 形圖及文本、安裝調(diào)試說(shuō)明、使用手冊(cè)、編 程手冊(cè)等。 造的實(shí)施 準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段內(nèi)容按時(shí)間順序分為： 原機(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤(rùn)滑、清潔等方面存在問(wèn)題，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測(cè)量，記錄在案。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用。 保留的電氣部分最佳化調(diào)整 對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電機(jī)的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔 ，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。 原系統(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過(guò)拆 (局部改造情況下 )。在拆的過(guò)程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正。 合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。應(yīng)確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無(wú)誤、可靠美觀。 調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn) 行。調(diào)試人員隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生；各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。 普通 14 62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)計(jì)算 軸系統(tǒng)計(jì)算 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強(qiáng)度）。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容包括確定帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度和根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動(dòng)中心距及作用在軸上 的力等。 (1) 確定計(jì)算功率 2 1 2 1 4 . 4 k w 式中：A 工況系數(shù) (工作情況系數(shù) )； P 電機(jī)額定功率 2) 選擇三角帶型號(hào) 根據(jù)帶 (3) 確定帶輪直徑1D、2 以免帶的彎曲應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致其壽命降低。 查表取m 0D 故選擇1 100D 4) 計(jì)算膠帶速度 25/250100100060 11 故1 21 2 1 0 0 2 0 0D iD m m (5) 確定中心距 0 1 20 . 7 ( ) 2 ( )D D a D D 得 02 1 0 6 0 0m m a m m初選 0 300a 長(zhǎng) 2210 1 20()2 ( ) 1 0 7 824a D D 查表，取 1000dL 通 15 中心距 0 2612a m m m i n 0 . 0 1 5 2 4 6da a L m m m a x 0 . 0 3 2 9 1da a L m m (6) 驗(yàn)算小帶輪包角1小帶輪包角可按公式求得 ： 211 1 8 0 5 7 . 3 得 1 1 6 2 1 2 0 ， 即滿足條件。 (7) 確定 z 可按下式計(jì)算：00() P K K 由表，查得 0 011(1 )b 由表，查得 32 6 2 1 0由表，查得 3 12 . 7 8 6 2 1 0 1 2 5 0 ( 1 ) 0 3 81 . 1 1 9 9iP k w 由表，查得 由表，查得 代入求根公式，得 1 4 . 4 6 . 0 2( 2 . 2 7 0 . 3 8 ) 0 . 8 9 0 . 9 6z 取 z=6,符合表 7(8) 確定初 拉力0帶合適的初拉力可按下式計(jì)算： 20 )00 d 由表得 0 /q kg m 普通 16 20 1 4 . 4 2 . 55 0 0 ( 1 ) 0 . 1 2 6 . 5 2 8 26 6 . 5 1 (9) 計(jì)算作用在軸上的壓力 Q 1 1622 s i n 2 6 2 8 2 s i n 3 3 8 322Q z N 軸滾珠絲杠副 精度要求：進(jìn)給精度 快速進(jìn)給精度 m 疲勞強(qiáng)度：絲杠的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進(jìn)給力的垂直分力。主軸重量為 300： i n 3 0 0 0 . 0 0 3 5 9 . 8 1 0 N a x i n 32 FF m 3 23 87229 50 根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 計(jì)算載荷 H A K K F查表取 查表取 查表取 查表取 則： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 2 7 6 2 3 3 1 4 20000 1 0 0 / m 4 C 3 0000100 43314 普通 17 表 2稱直徑0 50D 程 10p ； 滾珠直徑0 5 3d 按表種尺寸公式計(jì)算： 滾道半徑 00 . 5 2 0 . 5 2 5 . 9 5 3 3 . 0 9 6R d m m 偏心距 20 5 . 9 5 30 . 7 0 7 ( ) 0 . 7 0 7 ( 3 . 0 9 6 ) 8 . 4 1 022 m m 絲杠內(nèi)徑 210 2 2 4 0 2 8 . 4 1 0 2 3 . 0 9 6 3 3 . 9 8d D e R m m 4. 穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮，如下圖。 螺母固定端 游動(dòng)端a 由于一端軸向固定的長(zhǎng) 絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù) S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù) S 絲杠不會(huì)失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷式中， 于鋼 E=206m）；a 4m ）； 為長(zhǎng)度系數(shù)，取 23。 4841 a NF 普通 18 安全系數(shù) 5 28 . 7 5 1 0 3 . 2 1 02762 查表， S=SS,絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。 此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速 要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 2129910 ()l式中：表 2題取 ， 2322) 3 3 r m 001010 6 3m a x 即：所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。 c 此外滾珠絲杠副還受0常要求 40 7 1 0 / m i nD n m m r m 07m 041 0 040 430 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T( )共同作用下引