XY立式數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺I摘要近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對高檔數(shù)控機床提出了急迫的大量需求。設(shè)計說明書用簡明的語言有側(cè)重的介紹了普通數(shù)控銑床中的立式數(shù)控銑床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，第一部分為直線進給機械元件設(shè)計過程，包括了滾珠絲杠、軸承、步進電機、和同步齒形帶的計算、選擇與應(yīng)用，還有對于導(dǎo)軌的簡單介紹。第二部分為回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計過程，數(shù)控銑床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺更有發(fā)展前途，它是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺，它常被使用于立式數(shù)控銑床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實用的加工工具。本課題主要分析它的原理和設(shè)計其機械結(jié)構(gòu)，并對以上部分運用AUTOCAD做圖。關(guān)鍵詞數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺；蝸桿傳動；數(shù)控；滾珠絲杠IIABSTRACTINRECENTYEARS,WITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFCHINASNATIONALECONOMYANDNATIONALDEFENSECONSTRUCTION,HIGHENDCNCMACHINETOOLSMADEONALARGENUMBEROFURGENTNEEDSDESIGNMANUALCONCISELYINTRODUCTIONTOTHELANGUAGEHAVEFOCUSEDONACOMMONVERTICALCNCMILLINGMACHINESOVERALLSTRUCTURALDESIGN,THEFIRSTPARTISTHESTRAIGHTLINEINTOTHEDESIGNPROCESSFORMECHANICALCOMPONENTS,INCLUDINGBALLSCREWS,BEARINGS,STEPPERMOTORS,ANDSYNCHRONOUSGEARSHAPEWITHTHECALCULATION,SELECTIONANDAPPLICATION,ASWELLASABRIEFINTRODUCTIONFORTHERAILTHESECONDPARTISTHEROTARYTABLEDESIGN,CNCMILLINGMACHINEINTHEFUTUREDEVELOPMENTWILLBEINHIGHGEAR,MIDRANGEPACKAGEWITHPOPULARCNCTURRET,HIGHGRADETYPETOOLHOLDERWITHPOWER,BUTMOREPROMISINGTHECNCROTARYTABLEIS,ITCANBEACHIEVECIRCULARFEEDMOVEMENTOFTHETABLEANDINDEXING,ITISOFTENUSEDINVERTICALCNCMILLINGMACHINESANDMACHININGCENTERS,CANIMPROVEPROCESSINGEFFICIENCY,THECOMPLETIONOFMORETECHNOLOGY,ITISMAINLYBYTHEDRIVINGFORCE,GEARDRIVE,WORMDRIVE,WORKSTATIONSANDOTHERCOMPONENTS,ANDTHEWORMCANBEINTENSIFIEDTOELIMINATEGAPS,ISAVERYUSEFULPROCESSTOOLTHEMAINTOPICOFITSPRINCIPLESANDDESIGNOFITSMECHANICALSTRUCTUREANDTHEUSEOFAUTOCADTODOMORETHANPARTOFTHEPLANKEYWORDSNUMERICALCONTROLROTARYTABLEWORMDRIVENUMERICALCONTROLBALLBEARINGGUIDESCREWIII目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論111我國數(shù)控銑床的發(fā)展概況112當(dāng)今數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢1121高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢11225軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展2123智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控發(fā)展的主要趨勢3第2章總體設(shè)計421設(shè)計目標(biāo)422結(jié)構(gòu)形式的特點及其選擇4221標(biāo)準(zhǔn)式數(shù)控銑床4222銑頭回轉(zhuǎn)橫移式數(shù)控銑床423技術(shù)要求及參數(shù)524總體方案設(shè)計6第3章立式數(shù)控銑床工作臺（X軸）設(shè)計731設(shè)計計算7311主切削力及其切削分力計算7312導(dǎo)軌摩擦力的計算8313計算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力9314滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算1032滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗18321滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗18322滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗18323滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗18第4章計算傳動系統(tǒng)的剛度2041傳動系統(tǒng)的剛度計算20411計算滾珠絲桿的拉壓剛度20IV412計算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度20413計算滾珠與滾道的接觸剛度22414計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K2242滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算23第5章驅(qū)動電動機的選型與計算2451計算折算到電動機軸上的負(fù)載慣量2452計算折算到電動機軸上的負(fù)載力矩2553計算坐標(biāo)軸折算到電動機軸上的各種所需的力矩26531計算線性加速力矩26532計算階躍加速力矩26533計算坐標(biāo)軸所需的折算到電動機軸上的各種力矩2754選擇驅(qū)動電動機的型號27541選擇驅(qū)動電動機的型號27542慣量匹配驗算28第6章確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號2961確定滾珠絲杠螺母副的精度等級2962確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號30第7章立式數(shù)控銑床工作臺（Y軸）設(shè)計3171設(shè)計計算31711主切削力及其切削分力計算31712導(dǎo)軌摩擦力的計算32713計算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力32714滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算3372滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗39721滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗39722滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗39723滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗40第8章計算傳動系統(tǒng)的剛度4181傳動系統(tǒng)的剛度計算41811計算滾珠絲桿的拉壓剛度41812計算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度41813計算滾珠與滾道的接觸剛度42V814計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K4282滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算43第9章驅(qū)動電動機的選型與計算4491計算折算到電動機軸上的負(fù)載慣量4492計算折算到電動機軸上的負(fù)載力矩4593計算坐標(biāo)軸折算到電動機軸上的各種所需的力矩46931計算線性加速力矩46932計算階躍加速力矩47933計算坐標(biāo)軸所需的折算到電動機軸上的各種力矩4794選擇驅(qū)動電動機的型號48941選擇驅(qū)動電動機的型號48942慣量匹配驗算48第10章確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號49101確定滾珠絲杠螺母副的精度等級49102確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號49第11章數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計50第12章數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計計算及校核52121傳動方案的確定521211步進電機的原理521212方案傳動時應(yīng)滿足的要求521213傳動方案及其分析53122齒輪傳動的設(shè)計541221選擇齒輪傳動的類型541222選擇材料541223按齒面接觸疲勞強度設(shè)計541224確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸551225校核齒根彎曲疲勞強度551226確定齒輪傳動精度551227齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計55123電液脈沖馬達(dá)的選擇及運動參數(shù)的計算561231電液脈沖馬達(dá)電機的選擇561232選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率56VI124蝸輪及蝸桿的選用與校核581241選擇蝸桿傳動類型581242選擇材料581243按齒面接觸疲勞強度設(shè)計58125蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸591251蝸桿591252蝸輪59126軸的校核與計算601261蝸桿軸的材料選擇，確定許用應(yīng)力601262按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的最小直徑601263蝸桿軸的校核601264軸承的選用66結(jié)論67致謝68參考文獻69VIICONTENTSABSTRACTICHAPTER1INTRODUCTION111OVERVIEWOFOURCNCMILLINGMACHINE112THEDEVELOPMENTTRENDOFTODAYSCNCMILLINGMACHINE1121HIGHSPEED,HIGHFINISHINGTHENEWTRENDOFTECHNOLOGYANDEQUIPMENT11225AXISSIMULTANEOUSMACHININGANDRAPIDDEVELOPMENTOFMACHINETOOL2123INTELLIGENT,OPEN,NETWORKHASBECOMETHEMAINTRENDOFTHEDEVELOPMENTOFCONTEMPORARYNUMERICAL3CHAPTER2DESIGN421DESIGNGOALS422STRUCTURECHARACTERISTICSANDSELECTION4221STANDARDTYPECNCMILLINGMACHINE4222CNCMILLINGMACHINEROTARYMILLINGHEADTRAVERSE423TECHNICALREQUIREMENTSANDPARAMETERS524OVERALLDESIGN6CHAPTER3VERTICALCNCMILLINGMACHINETABLEXAXISDESIGN731CALCULATION7311CALCULATIONOFMAINCUTTINGFORCEANDCUTTINGFORCE7312CALCULATIONOFRAILFRICTION8313CALCULATINGTHEAXIALBALLSCREWNUTLOADFORCEDEPUTY9314BALLSCREWDIAMETEROFTHEDYNAMICLOADCALCULATIONANDESTIMATION1032VICEBALLSCREWNUTBEARINGCAPACITYVERIFICATION18321BALLSCREWNUTPAIRSCRITICALCOMPRESSIONLOADCALIBRATION18322DEPUTYCRITICALSPEEDOFBALLSCREWNUTCHECKSUM18323VICERATEDLIFEOFBALLSCREWNUTCHECKSUM18VIIICHAPTER4CALCULATIONOFTHESTIFFNESSOFTRANSMISSION2041TRANSMISSIONOFTHESTIFFNESSCALCULATION20411CALCULATETHESTIFFNESSINTENSIONANDCOMPRESSIONBALLSCREW20412VICEBEARINGBALLSCREWNUTCALCULATEDBEARINGSTIFFNESS20413CALCULATIONOFBALLANDRACEWAYCONTACTSTIFFNESS22414FEEDDRIVESYSTEMOFCOMPREHENSIVECALCULATIONOFTENSIONANDCOMPRESSIONSTIFFNESSK2242BALLSCREWPAIROFTORSIONALSTIFFNESSCALCULATION23CHAPTER5SELECTIONANDCALCULATIONOFDRIVEMOTOR2451CONVERSIONTOCALCULATETHELOADINERTIAOFMOTORSHAFT2452CONVERTEDTOMOTORSHAFTCALCULATETHELOADTORQUE2553CALCULATEDAXISCONVERSIONTOTHEAXISOFALLTHENECESSARYMOTORTORQUE26531CALCULATELINEARSPEEDTORQUE26532CALCULATEACCELERATIONTORQUESTEP26533CALCULATETHEREQUIREDAXISCONVERSIONTOAVARIETYOFMOTORSHAFTTORQUE2754SELECTTHEMODELDRIVENMOTOR27541SELECTTHEMODELDRIVENMOTOR27542CHECKINGINERTIAMATCHING28CHAPTER6TODETERMINETHEPRECISIONBALLSCREWPAIRLEVELANDSPECIFICATION2961TODETERMINETHEACCURACYLEVELOFTHEBALLSCREWPAIR2962DETERMINETHESPECIFICATIONSOFTHEBALLSCREWPAIRMODEL30CHAPTER7VERTICALCNCMILLINGMACHINETABLEYAXISDESIGN3171CALCULATION31711CALCULATIONOFMAINCUTTINGFORCEANDCUTTINGFORCE31712CALCULATIONOFRAILFRICTION32713CALCULATINGTHEAXIALBALLSCREWNUTLOADFORCEDEPUTY32714BALLSCREWDIAMETEROFTHEDYNAMICLOADCALCULATIONANDESTIMATION3372VICEBALLSCREWNUTBEARINGCAPACITYVERIFICATION39IX721BALLSCREWNUTPAIRSCRITICALCOMPRESSIONLOADCALIBRATION39722DEPUTYCRITICALSPEEDOFBALLSCREWNUTCHECKSUM39723VICERATEDLIFEOFBALLSCREWNUTCHECKSUM40CHAPTER8CALCULATIONOFTHESTIFFNESSOFTRANSMISSION4181TRANSMISSIONOFTHESTIFFNESSCALCULATION41811CALCULATETHESTIFFNESSINTENSIONANDCOMPRESSIONBALLSCREW41812VICEBEARINGBALLSCREWNUTCALCULATEDBEARINGSTIFFNESS41813CALCULATIONOFBALLANDRACEWAYCONTACTSTIFFNESS42814FEEDDRIVESYSTEMOFCOMPREHENSIVECALCULATIONOFTENSIONANDCOMPRESSIONSTIFFNESSK4282BALLSCREWPAIROFTORSIONALSTIFFNESSCALCULATION43CHAPTER9SELECTIONANDCALCULATIONOFDRIVEMOTOR4491CONVERSIONTOCALCULATETHELOADINERTIAOFMOTORSHAFT4492CONVERTEDTOMOTORSHAFTCALCULATETHELOADTORQUE4593CALCULATEDAXISCONVERSIONTOTHEAXISOFALLTHENECESSARYMOTORTORQUE46931CALCULATELINEARSPEEDTORQUE46932CALCULATEACCELERATIONTORQUESTEP47933CALCULATETHEREQUIREDAXISCONVERSIONTOAVARIETYOFMOTORSHAFTTORQUE4794SELECTTHEMODELDRIVENMOTOR48941SELECTTHEMODELDRIVENMOTOR48942CHECKINGINERTIAMATCHING48CHAPTER10TODETERMINETHEPRECISIONBALLSCREWPAIRLEVELANDSPECIFICATION49101TODETERMINETHEACCURACYLEVELOFTHEBALLSCREWPAIR49102DETERMINETHESPECIFICATIONSOFTHEBALLSCREWPAIRMODEL49CHAPTER11THESTRUCTURALDESIGNOFCNCROTARYTABLE50CHAPTER12DESIGNOFCNCROTARYTABLECALCULATIONANDCHECKING52121TRANSMISSIONSCHEMEFORTHE521211THEPRINCIPLEOFSTEPPERMOTOR521212SHOULDMEETTHEREQUIREMENTSOFTHEPROGRAMTRANSMISSION52X1213TRANSMISSIONSCHEMEANDITSANALYSIS53122GEARTRANSMISSIONDESIGN541221SELECTTHETYPEOFGEARTRANSMISSION541222SELECTMATERIALS541223DESIGNBYTOOTHCONTACTFATIGUESTRENGTH541224DETERMINETHEMAINPARAMETERSOFGEARANDMAINDIMENSIONS551225CHECKTHETOOTHROOTBENDINGFATIGUESTRENGTH551226DETERMINETHEPRECISIONGEARDRIVE551227GEARDESIGN55123ELECTROHYDRAULICPULSEMOTORSELECTIONANDCALCULATIONOFMOTIONPARAMETERS561231ELECTROHYDRAULICPULSEMOTORMOTORSELECTION561232SELECTELECTROHYDRAULICPULSEMOTORRATEDPOWER56124WORMANDWORMSELECTIONANDVALIDATION581241SELECTTYPEOFWORMTRANSMISSION581242SELECTMATERIALS581243DESIGNBYTOOTHCONTACTFATIGUESTRENGTH58125WORMANDWORMGEARGEOMETRYOFTHEMAINPARAMETERS591251WORM591252WORM59126CHECKWITHTHECALCULATIONOFAXIS601261WORMSHAFTMATERIALSELECTION,DETERMINETHEALLOWABLESTRESS601262PRELIMINARYESTIMATESBYREVERSINGTHEINTENSITYMINIMUMDIAMETEROFSHAFT601263CHECKWORMSHAFT601264BEARINGSELECTION66CONCLUSION67THANKS68REFERENCES690第1章緒論11我國數(shù)控銑床的發(fā)展概況隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展和市場競爭的日益激烈，社會化大生產(chǎn)對機械產(chǎn)品的要求越來越趨于多樣化、復(fù)雜化，尤其是在造船、航空航天、國防軍工、重型機械以及電子等工業(yè)中，其加工批量小、零件形狀復(fù)雜、改形頻繁、精度要求高、加工困難、生產(chǎn)效率低、勞動強度大和質(zhì)量難以保證的生產(chǎn)特點，已經(jīng)不能靠傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法來適應(yīng)這種柔性化程度很高的加工要求。因此能有效解決復(fù)雜、精密、中小批量加工的數(shù)控機床在近幾十年來得到迅速發(fā)展和最廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機床是采用數(shù)控裝置或電子計算機來控制機床運動，自動地取代一般通用機床上人工控制的各種操作，如起動、加工順序、主軸變速、切削用量、松夾工件、選擇刀具、進刀退刀、切削液開關(guān)以及停車等。通常，數(shù)控機床將所需的全部機械動作、步驟和控制功能，以及工件的形狀尺寸預(yù)先按規(guī)定的字符和文字代碼的形式編制數(shù)控程序，通過穿孔機或鍵盤等把程序上的信息以數(shù)字代碼的形式記載在控制介質(zhì)（如穿孔紙帶或磁盤等）上，通過控制介質(zhì)將加工信息送入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置或計算機對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種指令性控制信號。12當(dāng)今數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。121高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢1效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工1是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。從EMO2001展會情況來看，高速加工中心進給速度可達(dá)80M/MIN，甚至更高，空運行速度可達(dá)100M/MIN左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HYPERMACH機床進給速度最大達(dá)60M/MIN，快速為100M/MIN，加速度達(dá)2G，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000R/MIN。加工一薄壁飛機零件，只用30MIN，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3H，WWWBYSJ580COM畢業(yè)設(shè)計代做請加QQ3449649974在普通銑床加工需8H；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000R/MM和1G。在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10M提高到5M，精密級加工中心則從35M，提高到115M，并且超精密加工精度已開始進入納米級001M。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000H以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000H以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。1225軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。2在EMO2001展會上，新日本工機的5面加工機床采用復(fù)合主軸頭，可實現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVOUTION系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。123智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控發(fā)展的主要趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的NGCTHENEXTGENERATIONWORKSTATION/MACHINECONTROL、歐共體的OSACAOPENSYSTEMARCHITECTUREFORCONTROLWITHINAUTOMATIONSYSTEMS、日本的OSECOPENSYSTEMENVIRONMENTFORCONTROLLER，中國的ONCOPENNUMERICALCONTROLSYSTEM等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（MAZAK公司展出的“CYBERPRODUCTIONCENTER”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC；日本大隈（OKUMA）機床公司展出“ITPLAZA”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場；德國西門子SIEMENS公司展出的4OPENMANUFACTURINGENVIRONMENT（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等。5第2章總體設(shè)計21設(shè)計目標(biāo)本設(shè)計為XY立式數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺，它主要實現(xiàn)橫向即X向的進給運動，包括快速進給、勻速切削進給，其勻速切削進給又包括強力切削、一般切削、精加工切削三個進給運動；縱向即Y向的進給運動，亦包括快速進給、勻速切削進給，其勻速切削進給又包括強力切削、一般切削、精加工切削三個進給運動；及回轉(zhuǎn)工作臺的圓周方向進給運動，包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動、停止。22結(jié)構(gòu)形式的特點及其選擇立式數(shù)控銑床的布局形式有很多，如標(biāo)準(zhǔn)式數(shù)控銑床、銑頭回轉(zhuǎn)橫移式數(shù)控銑床、滑枕式數(shù)控銑床、牛頭式數(shù)控銑床、單柱式數(shù)控銑床、龍門式數(shù)控銑床。但常用的有標(biāo)準(zhǔn)式立式數(shù)控銑床和銑頭回轉(zhuǎn)橫移式數(shù)控銑床。221標(biāo)準(zhǔn)式數(shù)控銑床標(biāo)準(zhǔn)式數(shù)控銑床的布局特點機床加工范圍比較廣，工作臺能做三個坐標(biāo)方向的運動，立銑頭可回轉(zhuǎn)45，且靈活性較大，操作方便，整體結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，占地面積小，適合加工中、小型工件，機床高度均處于人體高度便于操作的范圍內(nèi)。缺點是工作臺的系統(tǒng)剛度較低，一般B200400MM。222銑頭回轉(zhuǎn)橫移式數(shù)控銑床銑頭回轉(zhuǎn)橫移式數(shù)控銑床的布局特點立銑頭可360回轉(zhuǎn)，銑頭滑枕可移動，滑枕座尚可繞立柱回轉(zhuǎn)，占地面積較大，整體機床較重，機床剛度較低，一般B180320MM，主要用于機修、工具車間。綜合上述優(yōu)缺點、客觀條件及設(shè)計的機床的主要加工對象為中小型工件，所以選擇標(biāo)準(zhǔn)式立式數(shù)控銑床（結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示）。61伺服電機；2橫向進給系統(tǒng)；3縱向進給系統(tǒng)；4回轉(zhuǎn)工作臺圖21立式數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)圖23技術(shù)要求及參數(shù)進給工作臺、工件和夾具的總重量M918KG（所受的重力9000N），W其中，縱向工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺的總質(zhì)量510KG（所受的重力5000N）；0M0橫向工作臺的最大行程為600MM，縱向工作臺的最大行程為500MM；橫向、縱向工作臺快速移動速度均為15000，機床采用雙山導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動IN摩擦系數(shù)015,靜摩擦系數(shù)02；工作臺的定位精度為30，重復(fù)定位U0UUM精度為20?；剞D(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)半徑為500MM，重復(fù)定位精度為0005MM，M機床的工作壽命為20000H（即工作時間為10年）。機床采用主軸伺服電機，額定功率55KW，機床采用端面銑刀進行強EP力切削，銑刀直徑D125MM，主軸轉(zhuǎn)速272，切削狀況如表21所NIR7示表21數(shù)控銑床的切削狀況切削方式進給速度MIN時間比例備注強力切削0610主電動機滿功率條件下切削一般切削0830粗加工精加工切削150精加工快速進給1510空載條件下工作臺快速進給24總體方案設(shè)計為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案（1）工作臺工作面尺寸（寬度長度）確定為400MM1200MM。（2）工作臺的導(dǎo)軌采用雙山導(dǎo)軌，同時采用斜鑲條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面的間隙，并在與工作臺導(dǎo)軌相接觸的斜鑲條接觸面上和背板接觸面上貼塑。（3）對滾珠絲桿螺母副采用預(yù)緊措施，并對滾珠絲桿進行預(yù)拉伸。（4）采用伺服電機驅(qū)動。（5）采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動機與滾珠絲桿直連。8第3章立式數(shù)控銑床工作臺（X軸）設(shè)計31設(shè)計計算311主切削力及其切削分力計算1計算主切削力。ZF根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計算轉(zhuǎn)速下進行強力切削（銑刀直徑D125MM）時，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動機的全部功率。此時，銑刀的切削速度為17860DNVS/M602715433S3EZVPF式中傳動鏈的機械效率，取08；MMV機床主軸的計算轉(zhuǎn)速，。S得330852471917EMZNV2計算各切削分力。根據(jù)表31可得工作臺縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別1FCVF為040498876N1Z2479095095234831NCN055055135955NVZ19表31工作臺工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗比值312導(dǎo)軌摩擦力的計算1按式下式計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。F（W）FGFCV式中動摩擦系數(shù)，??；015鑲條緊固力，根據(jù)主軸電機額定功率為55KW查表32得GF1500N。得（W）FGFCV01590001500234831135955N213118N不對稱端銑切削條件比值對稱端銑逆銑順銑1ZF0346091503C857端銑（048,012EFDAVZ1102080090Z3075080圓柱銑、立銑、盤銑和成形銑05,12EFC54010表32鑲條緊固力推薦值GF主電動機功率/KW導(dǎo)軌形式22375575111518貼塑滑動導(dǎo)軌50080015002000250030003500滾動直線導(dǎo)軌2540751001251501752按式，計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩0GWNFF0F擦力。001590001500N1575N0FGF0290001500N2100N313計算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力1按式（W），計算最大軸向負(fù)載。MAX1GFCVF（W）（98876213118）N311994NAX1FGC2按式N計算最小軸向負(fù)載力。MIN0WFMINA1575NMIN0A11314滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算1確定滾珠絲桿的導(dǎo)程MAX0VLIN式中電動機最高轉(zhuǎn)速，取，MAXNAX15IR得10MMMAX0I1502計算滾珠絲桿螺母副得平均轉(zhuǎn)速和平均載荷1估算在各種切削方式下滾珠絲桿的軸向載荷。將強力切削時的軸向載荷定為最大軸向載荷，快速移動和鉆鏜定位AMXF時的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削粗加工和精細(xì)切削（精加工）AMINF時，滾珠絲桿螺母副的軸向載荷、分別可按下列公式計算23，并將計算結(jié)果填入表33。20FAMX2AMX5AMIN3AX表33數(shù)控銑床滾珠絲桿的計算切削方式軸向載荷/N進給速度/IN時間比例/備注強力切削311994061V10AMX1F一般切削（粗加工）2198990823020A2A精細(xì)加工（精加工）173113505FAMIN3AX快移和定鏜定位15754MAX10AIN4122計算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速。INMIN/R60I/106N301RLVMIN/R10/10303RLV8825I543按下式計算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速。MMN10Q210NQ103685I23INRR（）4計算滾珠絲桿螺母副的平均載荷。MF33312010NNMMMQF3333320111068594972NN178161N3確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動載荷AMC1按預(yù)定工作時間估算。3601WHAMACFFNL式中載荷性質(zhì)系數(shù)，查表34得13；WFW精度系數(shù)，精度等級為2級，查表34得；A1AF13可靠性系數(shù)，查表36得。CFCF得3601MWHAMACFFCNL317863602426750N表34載荷性質(zhì)系數(shù)WF載荷性質(zhì)無沖擊（很平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或振動WF1121215152表35精度系數(shù)AF精度等級1、2、34、5710AF1090807表36可靠性系數(shù)CF可靠性/909596979899CF10620530440330212因?qū)L珠絲桿螺母副將實施預(yù)緊，估算最大軸向載荷。AMCEFAXF14式中欲加動載荷系數(shù)，查表37得。EFEF得45311994N1403973NAMCEFAXF表37欲加動載荷系數(shù)EF欲加載荷類型輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載EF6745343確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動載荷。AMC取以上兩種結(jié)果的最大值，即3426765N。A4按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)2MD1根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲桿的最大軸向變形。已知工作臺的定位精度為30，重復(fù)定位精度為20，根據(jù)公式M和以及定位精度和MAX132重復(fù)定位精度AX154定位精度重復(fù)定位精度的要求，得MAX1320670M（）A2545（）取上述計算結(jié)果的較小值，即。MAX62估算允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)。2MD本機床工作臺（X）軸滾珠絲桿螺母副的安裝方式擬采用兩端固定式。滾珠絲桿螺母副的兩個固定支承之間的距離為L行程安全行程2余程螺母長度支承長度（1214）行程（2530）0L15取L14行程30（146003010）MM1140MM0L又1200N，由式0F02MAX39MLFD得02MAX14392636MM5初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計算所得的、，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母0LAC2D式滾珠絲桿螺母副FFZD40105,其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動載荷00L和絲桿底徑如下AC2，MD4010LN563427C4650AMA，故滿足式的要求。MD3232,MD6確定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力PFN891034931F3MAXP7計算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補償值和預(yù)拉伸力1按式下式計算目標(biāo)行程補償值。TT610UL式中滾珠絲桿副的有效行程，UL工作臺行程安全行程2余程螺母長度16（600100220146）886MM；知溫度變化值，取2C；TT絲桿線膨脹系數(shù)，取。C/M106得112886MM002MM6T10L2按式下式計算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力TF。N425893218TD1F2T8確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)格型號1計算軸承所承受的最大軸向載荷MAXB。685149312845F21AMXTBMAX2計算軸承的預(yù)緊力BP。N261938531MAXBP3計算軸承的當(dāng)量軸向載荷BAM。7269FBPMAX（4）計算軸承的基本額定動載荷C。軸承的徑向載荷R和軸向載荷A分別為N261805372160SINBAMR743FA式中軸承所受當(dāng)量軸向載荷，取372123N。BAMFBAMF因為，所以查表38得，徑向系數(shù)X19，軸向71246180732R17系數(shù)Y054，故PXRFYA19186062054323747N3601HPCNL式中軸承的工作轉(zhuǎn)速，2MIR；NL軸承的基本額定壽命，L20000H。得3495N03610458NL610PC3H表38載荷系數(shù)組合列數(shù)2列3列4列承載列數(shù)1列2列1列2列3列1列2列3列4列組合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1914323311723325327ARFY054077035089035026185確定軸承的規(guī)格型號因為滾珠絲桿螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用角接觸球軸承組背60對背安裝，以組成滾珠絲桿兩端固定的支承形式。由于滾珠絲桿的螺紋底徑2D為343MM，所以選擇軸承的內(nèi)徑D為30MM，以滿足滾珠絲桿結(jié)構(gòu)的需要。在滾珠絲桿的兩個固定端均選擇國產(chǎn)角接觸球軸承兩件一組背對背安裝，60組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號為760360TNI/P4DFB,尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為30MM72MM19MM），選擇脂潤滑。該軸承的預(yù)載荷能力BPF為2900N，大于計算所得的軸承預(yù)緊力BPF193962N并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1900R/MIN,高于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速MAX150/INR，故滿足要求。該軸承的額定動載荷為C34500N，而該軸承在20000H工作壽命下的今本額定動載荷C34395N,也滿足要求。32滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗321滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗本工作臺的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓，因此，不存在壓桿補穩(wěn)定問題。322滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗CN滾珠絲桿的最小慣性矩為44423167906DIM滾珠絲桿的最小截面積為2235A故210CEINKLX092092092002002092092092092217ARFY10101010101010101019式中滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速計算長度，取8375MM；2L2LE彈性模量，??；MPA102E5材料密度，；3M/N87G重力加速度，；G23S/9安全系數(shù)，取；1K80K1參考系數(shù)，查參考文獻2表244得。473得MIN/59210810865837146260N3521CRAEIL107385MINR本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。323滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗滾珠絲桿螺母副的壽命，主要是指疲勞壽命。R1029R214936501FFCL66363WA3H506NLH式中額定動載荷，查參考文獻2附錄A表A3取46500N；AAC運轉(zhuǎn)條件系數(shù)，??；WF1FW滾珠絲桿軸向載荷，??；AFN4931FMAX20滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速，。NMIN/R150NMAX一般來講，在設(shè)計數(shù)控機床時，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時間壽命故滿足要求。20HL21第4章計算傳動系統(tǒng)的剛度41傳動系統(tǒng)的剛度計算411計算滾珠絲桿的拉壓剛度SK本工作臺的絲桿支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠絲桿的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置時時，滾珠絲桿螺母副具有最小拉2,1075ALM壓剛度。MINSK/N1075346D622SIN當(dāng)或時，5837LAYLAJ即滾珠絲桿的螺母中心位于行程的兩端位置時，滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛。SMINKM/1409/N52371052374106L4D106KJ2SMAX412計算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度B35AMX2QBSINFZDK式中軸承接觸角，??；60滾動體直徑，取；QD417DQZ滾動體個數(shù)，取Z17；軸承最大軸向工作載荷，。BMAXFN6851FBMAX由表41、422235AMX2QBSINFZD4KM/N8619/60I8517143252表41一個未預(yù)緊的軸承或一對預(yù)緊軸承的組合剛度的計算公式B0BK軸承類型未預(yù)緊/NM（有預(yù)緊/N（角接觸球軸承（6000型）5234SINAQDZF5234SINAQDZF圓錐滾子軸承（7000型）010897XRZL01081997MXIRZL推力球軸承（8000型）2315AQ23A25Q推力圓柱滾子軸承（9000型）010897RF010897XRF表42滾珠絲杠螺母副支承剛度的計算公式BK滾珠絲杠螺母副支承方式支承剛度的計算公式B一端固定，一端自由B0一端固定，一端游動固定端預(yù)緊時B0兩端支承預(yù)緊時；未預(yù)緊時B0BBK兩端固定固定端預(yù)緊時B0223413計算滾珠與滾道的接觸剛度CK13MAX0F（）式中K滾珠與滾道的接觸剛度，查參考文獻2附錄A表A3得K1585；N額定載荷，取46500N；ACA滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，311994N。MXFAMX得13MX0CKA（）/465098317N414計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為MAXAX11102304968759SBC故。MAX25N進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小為MINI111027736985SBCK故。MIN2N2442滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算23DGKL式中扭轉(zhuǎn)作用點之間的距離，；2L5M942剪切模量，??；GMPA1084滾珠絲桿的底徑，。2D3D32得RAD/MN5316/N1059431L3K36424RAD25第5章驅(qū)動電動機的選型與計算51計算折算到電動機軸上的負(fù)載慣量1計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。RJ4132NJRJDL式中滾珠絲杠的密度，取。33CM/KG087得441132NNJJRJJJ3C/KG259080873CM/KG42計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動量。0J34781LD3243CM/16KGCKG610873計算折算到電動機軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量。LJ已知機床執(zhí)行部件（即工作臺、工件、夾具）的總質(zhì)量M918KG，電動機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸上移動的距離L1CM。則222LCKG834198MJ4計算加在電動機軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。DJ（214311622328）56330DRL2CMKG2CKG2652計算折算到電動機軸上的負(fù)載力矩1計算切削負(fù)載力矩。CT31940522ACLNMF式中切削狀態(tài)下軸向負(fù)載力，；AFAX3194L電動機每轉(zhuǎn)一圈執(zhí)行部件軸向移動距離，；01,LM進給傳動系統(tǒng)總效率，取。09,2計算摩擦負(fù)載力矩UT02UOLF式中不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，。0F0157UN得0157923409UOLNM3計算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。FT20PF1FT式中滾珠絲杠螺母副預(yù)緊力，；PFN893P滾珠絲杠螺母副基本導(dǎo)程，；0LM10L0滾珠絲杠螺母副的效率，取。4927得MN120490143298102LFT20PF53計算坐標(biāo)軸折算到電動機軸上的各種