天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前言裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(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)。當(dāng)今世界各國制造業(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)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(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)我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(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)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。本文主要闡述CK20數(shù)控機(jī)床在制造過程中進(jìn)給系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、滾珠絲杠副等數(shù)控機(jī)床中主要的參數(shù)選取做簡(jiǎn)單的介紹。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域1機(jī)械制造技術(shù)；2信息處理、加工、傳輸技術(shù)；3自動(dòng)控制技術(shù)；4伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；5傳感器技術(shù)；6軟件技術(shù)等。天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）2第一章數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)及其分類11數(shù)控機(jī)床定義數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門新型的、發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備；其技術(shù)范圍所覆蓋的領(lǐng)域有機(jī)械制造技術(shù)；微電子技術(shù)信息處理、加工點(diǎn)輸技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)、傳感器技術(shù)；軟件技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。在提高牛產(chǎn)率、降低成本、保證加工質(zhì)量及改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都有突出的優(yōu)點(diǎn)；待別是在適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代、小批量、多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技木的關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國際信息處理聯(lián)盟INTERNATIONFDERATIONOFINFORMATIONPROCESSING,IFIP第五技術(shù)委員會(huì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床作如下定義數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序1。12數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)1提高生產(chǎn)率數(shù)控機(jī)床能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比率。采用最佳切削參數(shù)和最佳定刀路線，縮短加工時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。2提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量由于它是按照程序自動(dòng)加工不需要人工干預(yù)，其加工梢度還可以利用軟件進(jìn)行校正及補(bǔ)償。故可以獲得比機(jī)床本身精度還要高的加工精度和重復(fù)精度。3有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性通過改變程序，就可以加工新產(chǎn)品的零件，能夠完成很多普通機(jī)床難以完成或者根本不能加工的復(fù)雜型面零件的加工。4可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用一些數(shù)控機(jī)床，例如加工中心，可以自動(dòng)換刀。一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，節(jié)省了設(shè)備相廠房面積。5可以進(jìn)行精確的成本計(jì)算和生產(chǎn)進(jìn)度安排可以減少在制品，加速資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）36不需要專用夾具采用普通的通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求，節(jié)省了專用夾具設(shè)計(jì)制造和存放的費(fèi)用。7大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度數(shù)控機(jī)床是具有廣泛的通用性又具有很高自動(dòng)化程度的機(jī)床。它的控制系統(tǒng)不僅能控制機(jī)床各種動(dòng)作的先后順序，還能控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度，以及刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。數(shù)控機(jī)床是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造CADCAM、柔性制造系統(tǒng)FMS、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS等柔性加工和柔性制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。但是，數(shù)控機(jī)床的韌投資及維修技術(shù)等費(fèi)用較高，要求管理及操作人員的累質(zhì)也較高。合理地選擇及使用數(shù)控機(jī)床，可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)能力。13數(shù)控機(jī)床的分類131按加工工藝方法分類1金屬切削類數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個(gè)刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量22特種加工類數(shù)控機(jī)床除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。3板材加工類數(shù)控機(jī)床常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等。近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）4132按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類1點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。2直線控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點(diǎn)位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點(diǎn)位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。3輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會(huì)帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。14數(shù)控機(jī)床發(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，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求愈來愈強(qiáng)烈。中、小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床成為一種只有柔性、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)，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元FMC、柔性制造系統(tǒng)FMS，以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIM5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。天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5當(dāng)前；數(shù)控機(jī)床技術(shù)呈現(xiàn)如卞發(fā)展趨勢(shì)1高精度化現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工與測(cè)量提出了越來越高的精度要求。加工精密化不只是由于發(fā)展高、新技術(shù)的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能質(zhì)量、壽命和可靠性的需要，向時(shí)還是為了減少機(jī)械產(chǎn)品裝配時(shí)的修配工作員，提高裝配效率的需要。故機(jī)床的加工精度有提高的趨勢(shì)。如近10年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由原來的土10UM提高到土5UM和土2UM，精密級(jí)從土5UM提高到土15UM，最高可達(dá)土1UM以內(nèi)。主軸回轉(zhuǎn)精度為002005UM、加工圓度為01UM，表面粗糙度RA為0003UM的超精密車床，已有多種產(chǎn)品在市場(chǎng)上出現(xiàn)。預(yù)計(jì)到2000年，普通加工和精密加工的精度與1980年比，還將分別提高45倍，定位精度達(dá)到微米級(jí)、納米級(jí)。2運(yùn)動(dòng)高速化高速是高效的基礎(chǔ)，要提高生產(chǎn)率，首先就得提高切削速度。這正是機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標(biāo)之一。而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的最主要、最直接的方法就是提高切削速度相減少輔助時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的“高速化”主要體現(xiàn)在主軸轉(zhuǎn)速相進(jìn)給速度。隨著刀具、電機(jī)、軸承、數(shù)控系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的突破及機(jī)床本身基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，使各種運(yùn)動(dòng)速度大幅度提高。提高主軸轉(zhuǎn)速是提高切削速度的最直接最有效的方法。提高生產(chǎn)率的另一措施就是把非切削時(shí)間縮減到最短。主要體現(xiàn)在提高快速移動(dòng)速度和縮短換刀時(shí)間與工作臺(tái)交換時(shí)間。備坐標(biāo)軸快速移動(dòng)速度已由812MMIN提高到1824MMIN，30一40MMIN的機(jī)床也穩(wěn)定用于生產(chǎn)。3高柔性化柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。傳統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備，由于是機(jī)械或剛性連接和控制的，當(dāng)被加工對(duì)象交換時(shí)，調(diào)整很困難，甚至是不可能的，有時(shí)只得全部更新、更換。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，開創(chuàng)了柔性自動(dòng)化加工的新紀(jì)元，對(duì)滿足加工對(duì)象變換有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。而且在提高單機(jī)秉性化的同時(shí)，正努力向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。如在數(shù)控機(jī)床的軟硬件的基礎(chǔ)上，增加不同容量的刀庫和自動(dòng)換刀機(jī)械手，增加第二主軸，增加交換工作臺(tái)裝置，或配以工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)運(yùn)輸小車，以組成新的加工中心、柔性加工單元FMC或柔性制造系統(tǒng)FM5。實(shí)踐證明，采用柔性自動(dòng)化設(shè)備或系統(tǒng)是提高加工精度和效率、縮短生產(chǎn)和供貨周期、并能對(duì)市場(chǎng)變化需求做出快速響應(yīng)和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段。4高自動(dòng)化這里指的柔性自動(dòng)化是包活物料流和信息流的自動(dòng)化。80年代個(gè)期以來，以數(shù)控機(jī)床為主體的加工自動(dòng)化已從“點(diǎn)”單臺(tái)數(shù)控機(jī)床發(fā)展到“線”的自動(dòng)化FMS、FTL和“而”的自動(dòng)化柔性制造車間。結(jié)合信息管理系統(tǒng)的自動(dòng)化，逐步形成整個(gè)工廠“體”的自動(dòng)化。在國外已出現(xiàn)FA自動(dòng)化工廠和CIM計(jì)算機(jī)集成制造工廠的實(shí)體。盡管由于這種高自動(dòng)的技術(shù)還不夠完備，投資過大，回天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）6收期較長(zhǎng)，但數(shù)控機(jī)床的高自動(dòng)化以及向FMC、薩MS的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢(shì)仍是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流。數(shù)控機(jī)床包括FMC相FMS的自動(dòng)化除進(jìn)一步提高其自動(dòng)編程、自動(dòng)換刀、自動(dòng)上下料、自動(dòng)加工等自動(dòng)化程序外，在自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)診斷、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)管理等方面也進(jìn)“步得到發(fā)展，同時(shí)也提高丁其標(biāo)準(zhǔn)比和在線的適應(yīng)能力。5復(fù)合化復(fù)合化包括工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已模糊了粗精加工工序的概念。加工中心包括車削中心、磨削中心、電加工中心等的出現(xiàn)，又把車、銑、鏜、鉆等類的工序集中到一臺(tái)機(jī)床來完成，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程。一臺(tái)具有自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)交換工作臺(tái)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換立臥主軸頭的膛銑加工中心，不僅一次裝卡可以完成鏜、銑、鉆、鉸、攻絲和檢驗(yàn)等工序，而且還可以完成箱體五個(gè)面腿、精加工的全部工序。6高可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能開發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于可靠性。衡量可靠性至要的量化指標(biāo)是平均無故障工作時(shí)間MCANTIMEBCTWEENFAILURCSMTBF。作為數(shù)控機(jī)床的大腦數(shù)控系統(tǒng)的MTBF已由70年代的3000H，80年代的10000H，提高到90年代初的30000H。據(jù)日本近期介紹，F(xiàn)ANVC的CNC系統(tǒng)已達(dá)到MTBF增125個(gè)月。數(shù)控機(jī)床整機(jī)的可累性水平也有顯著的提高。整機(jī)的MTBF已從80年代初期的100一200H提高到現(xiàn)在的500一800H目前，很多企業(yè)正在對(duì)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性試驗(yàn)技術(shù)、可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)、可靠性增長(zhǎng)技術(shù)以及可靠性管理與可靠性保證體系等進(jìn)行深入研究和廣泛應(yīng)用，以期使數(shù)控機(jī)床的整機(jī)可靠性水平提高到一個(gè)新水平。7宜入化宜入化是一種新的設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，是將功能設(shè)計(jì)與美學(xué)設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、文化、藝術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，其核心是使產(chǎn)品變?yōu)楦哂绪攘?、更適銷的對(duì)路商品，引導(dǎo)人們進(jìn)入一種新的生活方式和工作方式。工業(yè)先進(jìn)國家早已將其廣泛用于各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。因此它是經(jīng)濟(jì)騰飛、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要手段。目前，國外機(jī)床生產(chǎn)廣家為了能在方案設(shè)計(jì)階段就知道其產(chǎn)品的外觀造型、色彩配置的效果，普遍采用計(jì)算機(jī)輔助工藝造型設(shè)計(jì)CAID技術(shù)，相繼開發(fā)了商品化的CAID軟件系統(tǒng)致使國際市場(chǎng)上數(shù)控機(jī)床的品類、結(jié)構(gòu)、造型、色彩發(fā)生了日新月異的變化，使用戶在操作安全、使用方便、性能可靠的同時(shí)，還能體會(huì)到種美的享受感、舒服感、欣賞感，令人在心情愉快中完成工作。天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7第二章床身設(shè)計(jì)21數(shù)控機(jī)床的床身設(shè)計(jì)211床身結(jié)構(gòu)基本要求機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸相等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性扣高自動(dòng)化程度的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。數(shù)控機(jī)床床身主要在以下4個(gè)方面提出了更高的要求3。1很高的精度和精度保持性在床身上有很多安裝零部件的加工面和運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要能長(zhǎng)時(shí)間保持。另外，機(jī)床在切削加工時(shí)，所有的靜、動(dòng)載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身上的受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，除滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動(dòng)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性印工藝等方面的技術(shù)要求。2應(yīng)具有足夠的靜、動(dòng)剛度靜剛度包括床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度質(zhì)量比。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的動(dòng)態(tài)持性，為了保證機(jī)床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過適當(dāng)增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動(dòng)面產(chǎn)生的噪聲。3較好的熱穩(wěn)定性對(duì)數(shù)控機(jī)床來說，尤其是高精度數(shù)控機(jī)床，熱穩(wěn)定性已成了一個(gè)突出問題，必須在設(shè)計(jì)上要作到使整機(jī)的熱變形較小，或使熱變形對(duì)加工精度的影響較小。212床身結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型不同，床身的結(jié)構(gòu)形式有各種各樣的形式。例如數(shù)控車床床身的結(jié)構(gòu)形式有平床身A、斜床身B、立體床身C等三種類型。天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）8ABC圖21床身的布局這三種布局方式各有特點(diǎn)，一般經(jīng)濟(jì)型、普及型數(shù)控車床以及數(shù)控化改造的車床，大都采用平床身；性能要求較高的中、小規(guī)格數(shù)控車床采用斜床身有的機(jī)床是用平床身斜滑板布局；大型數(shù)控車床或精密數(shù)控車床采用立式床身。斜床身布局的數(shù)控車床導(dǎo)軌傾斜角度通常選擇45度60度和75度，不僅可以在同等條件下，改善受力情況；而且還可通過整體封閉式截面設(shè)計(jì)，提高床身的剛度。特別是自動(dòng)換刀裝置的布置較方便，而平床身、立式床身布局的機(jī)床受結(jié)構(gòu)的局限布置比較困難，限制冷了機(jī)床性能。因此，斜床身布局的數(shù)控車床應(yīng)用比較廣泛。在其他方面則三種布局方式的特點(diǎn)如下1熱穩(wěn)定性當(dāng)床頭箱因發(fā)熱使主袖中心線產(chǎn)生熱變位時(shí)，斜床身的影響最??；斜床身、立式床身因排屑性能好，受切屑產(chǎn)生的熱量影響也較小。2運(yùn)動(dòng)精度平床身布局由于刀架水平布置，不受刀架、滑板自重的影響，容易提高定位精度；立式床身受自重的影響最大，有時(shí)需要加平衡機(jī)構(gòu)消除；斜床身介于兩者之間。3加上制造平床身的加工工藝性較好，部件精度較容易保證。另外平床身機(jī)床工件重量產(chǎn)生的變形方向豎直向下，它和刀具運(yùn)動(dòng)方向垂直，對(duì)加工精度的影響較??；立式床身產(chǎn)生的變形方向正好沿著運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)精度影響最大；斜床身介于兩者之間。4操作、防護(hù)、排屑性能斜床身的觀察角度最好，工件的調(diào)整比較方便。平床身有刀架的影響，加上拖板突出前方，觀察、調(diào)整較因難。但是，在大型工件和刀具的裝卸方面，平床身因其敞開面寬，起吊容易，裝卸比較方便。立式床身因切屑可以自由落下排屑性能最好導(dǎo)軌防護(hù)也較容易。在防護(hù)罩的設(shè)計(jì)上，斜床身和立式床身結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，安裝也比較方便；而平床身則需要三面封閉，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本較高。天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）922數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計(jì)221數(shù)控機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的要求導(dǎo)軌主要用來文承和引導(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)的一方叫運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫做支承導(dǎo)軌。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通常是直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。日前，數(shù)控機(jī)床上的導(dǎo)軌型式主要有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)號(hào)軌和液體靜壓導(dǎo)軌等4。1導(dǎo)向精度高導(dǎo)向精度是指機(jī)床的遠(yuǎn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線性和與有關(guān)基間之間的相互位置的淮確性。無論在空載或切削狀態(tài)下導(dǎo)軌都應(yīng)有足夠的導(dǎo)向精度。影響導(dǎo)軌精度的主要原因除制造精度外，還有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌及共支承件的剛度和熱變形等。2耐磨性好導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)к壴诠ぷ鬟^程中有磨損，故應(yīng)力求減少磨損量，并在磨損歷能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整3足夠的剛度導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對(duì)位置，故要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為了減輕或平衡外力的影響，數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸提高剛度。4低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性應(yīng)使導(dǎo)軌的摩擦力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)無爬行現(xiàn)象。5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好所設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌應(yīng)使制造和維修力便，在使用時(shí)便于調(diào)整和維護(hù)222貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌1聚四展乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)摩擦性能好鑄鐵淬火導(dǎo)軌副的靜摩擦系數(shù)、動(dòng)摩擦系數(shù)相差較大，幾乎相差一倍，金屬聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)基本不變。圖22為三種不同摩擦副試驗(yàn)測(cè)得的摩擦速度曲線。內(nèi)圖看出鑄鐵一鑄鐵的摩擦速度曲線斜率為負(fù)值；而TSF一鑄鐵摩擦副和TWITEB一鑄鐵摩擦副的曲線為正斜率，對(duì)于摩擦或機(jī)油潤(rùn)滑情況是相同的，而且摩擦系數(shù)U很低，比鑄鐵導(dǎo)軌副約低一個(gè)數(shù)量級(jí)。這種良好的摩擦性能可防止低速爬行，使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)并獲得較高的定位精度。天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）10圖22摩擦速度曲線1鑄鐵鑄鐵（30機(jī)油）；2TURCITEB鑄鐵（干摩擦）3TURCITEB鑄鐵（30機(jī)油）；4TSF鑄鐵（干摩擦）5TSF鑄鐵（30機(jī)油）；耐磨性好除摩擦系數(shù)低外，聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材質(zhì)中含有青銅、二硫化鋁和石墨，因此，本身即具有潤(rùn)滑作用，對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。此外塑料質(zhì)地較軟，即便嵌入金屬碎屑、灰少等，也不至損傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶木身，可延長(zhǎng)導(dǎo)軌副的使用壽命。減振性好塑料有很好的阻尼性能，其減振消聲的性能對(duì)提高摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有很大意義。工藝性好可降低對(duì)粘貼塑料的余屬導(dǎo)軌基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工銑、刨、磨、刮，可使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表而質(zhì)量。此外還有化學(xué)穩(wěn)定性好、維修入便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)；23伺服系統(tǒng)231對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求1穩(wěn)定性所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量改變、啟動(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出顯經(jīng)過幾次衰減振蕩后能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件。它包含絕對(duì)穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性穩(wěn)定裕度。天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）112精度所謂進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出且復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度偏差，即準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差，穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結(jié)束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差及干擾誤差。3快速響應(yīng)特性所謂快速響應(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)過程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度也越高。但響應(yīng)速度過快會(huì)造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)不穩(wěn)定。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇快速響應(yīng)特性。232進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分類1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床5。2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝直線位移檢測(cè)裝置，直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流檢測(cè)裝置（如光電編碼器等），通過檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。通過測(cè)速元件和光電編碼盤可間接檢測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒有包括在控制回路中，天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）12因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。目前，在中小型性能要求較高的數(shù)控機(jī)床中，較多地采用半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。顯然半閉環(huán)控制不能自動(dòng)補(bǔ)償從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺(tái)之間的誤差，但因測(cè)量轉(zhuǎn)角比較容易，測(cè)量裝置價(jià)格也較低，同時(shí)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。因此，得到廣泛的應(yīng)用。24進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、高傳動(dòng)剛度進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的高傳動(dòng)剛度主要取決于絲桿螺母副直線運(yùn)動(dòng)或蝸輪蝸桿副回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其支承部件的剛度。剛度不足與摩擦阻力一起會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象以及造成反向死區(qū)，影響傳動(dòng)準(zhǔn)確性?？s短傳動(dòng)鏈，合理選擇絲桿尺寸以及對(duì)絲桿螺母副及支承部件等預(yù)緊是提高傳動(dòng)剛度的有效途徑。2高諧振為提高進(jìn)給系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機(jī)械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的23倍。3低摩擦進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，快速響應(yīng)特性好，必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中現(xiàn)普遍采用滾珠絲桿螺母副。4低慣量進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常需進(jìn)行起動(dòng)、停止、變速或反向，若機(jī)械傳動(dòng)裝置慣量大，會(huì)增大負(fù)載并使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變差。因此在滿足強(qiáng)度與剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的重量以及各傳動(dòng)元件的尺寸，以提高傳動(dòng)部件對(duì)指令的快速響應(yīng)能力。5無間隙機(jī)械間隙是造成進(jìn)給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一主要原因，因此對(duì)傳動(dòng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括齒輪副、絲桿螺母副、聯(lián)軸器及其支承部件等等均應(yīng)采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。25自動(dòng)換刀裝置1自動(dòng)換刀裝置自動(dòng)換刀裝置可幫助數(shù)控機(jī)床節(jié)省輔助時(shí)間，并滿足在一次安裝中完成多工序、工步加工要求。數(shù)控機(jī)床對(duì)自動(dòng)換刀裝置的要求是換刀迅速、時(shí)間短，重復(fù)定位精度高，刀具儲(chǔ)存量足夠，所占空間位置小，工作穩(wěn)定可靠。CK20采用六工位的回旋刀架，具有分度轉(zhuǎn)位快、平穩(wěn)可靠、無滲漏等優(yōu)點(diǎn)。分度控制采用編天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）13碼器和接近開關(guān)，電氣設(shè)計(jì)上增加了雙保險(xiǎn)安全保護(hù)環(huán)節(jié)以確保電機(jī)安全、換刀準(zhǔn)確。26數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1轉(zhuǎn)速高、功率大數(shù)控機(jī)床對(duì)工件能完成大切削用量的粗加工及高速旋轉(zhuǎn)下的精加工。粗加工時(shí)，扭矩大；精加工時(shí)，轉(zhuǎn)速高。而數(shù)控機(jī)床的功率PTN，無論是T大，還是N大，都會(huì)使得功率大。2變速范圍寬，且能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速滿足不同的加工要求，就要有不同的加工速度。由于數(shù)控機(jī)床的加工通常在自動(dòng)的情況下進(jìn)行，盡量減少的參與，因而要求能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)變速。3實(shí)現(xiàn)恒切削速度加工在加工端面時(shí)，為了保證端面穩(wěn)定的加工質(zhì)量，要求工件端面的各部位能保持恒定的線切削速度。4主傳動(dòng)鏈盡可能短傳動(dòng)鏈越短，則累積誤差越小。5實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸主運(yùn)動(dòng)是刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，由于機(jī)床可以進(jìn)行多工序加工，工序變換是時(shí)刀具也要更換，因此要求能夠自動(dòng)換刀天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）14第三章橫向進(jìn)給系統(tǒng)31概述帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)不僅是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于一般機(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)可歸納為定位精度要高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。本章將對(duì)數(shù)控機(jī)床的橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)中各部件的選取和校核做詳細(xì)的介紹。32數(shù)控車床主要數(shù)據(jù)工件最大回轉(zhuǎn)直徑400MM；切削直徑的最大值280MM；工件車削長(zhǎng)度最大值500MM；機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速4000R/MIN；機(jī)床主軸最低轉(zhuǎn)速45R/MIN；機(jī)床X軸向最大行程180MM；機(jī)床Z軸向最大行程650MM；機(jī)床X軸向快速進(jìn)給速度8M/MIN；機(jī)床Z軸向快速進(jìn)給速度15M/MIN；機(jī)床橫向進(jìn)給最小單位0001；機(jī)床縱向進(jìn)給最小單位0001；33數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠副參數(shù)的計(jì)算要計(jì)算及其選擇滾珠絲杠副首先要對(duì)機(jī)床在工作時(shí)刀架的受力進(jìn)行分析，受力分析如圖31所示天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）15工件刀架圖31刀架工作受力分析331滾珠絲杠主要技術(shù)參數(shù)絲杠X軸向最大工作行程；180M絲杠X軸向定位精度；2/3失動(dòng)量；4S刀架工作時(shí)最高速度；MAX8/INV查表初步確定絲杠壽命；150HL絲杠伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；JN2R/I因?yàn)榛瑒?dòng)導(dǎo)軌（塑料鑄鐵導(dǎo)軌）的摩擦系數(shù)僅為；所以初步確023定使用滑動(dòng)導(dǎo)軌，并取摩擦系數(shù)為。03F絲杠的固定方式初步定為固定固定；332計(jì)算切削功率切削功率的計(jì)算公式為10260ZZFVN切削式中V切削速度FZ主切削力由切削功率的計(jì)算公式可知要計(jì)算切削功率首先要計(jì)算切削力以及切削速度；計(jì)算步驟如下5步驟一計(jì)算切削力主切削力的計(jì)算公式為天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）16；XPZYZPZVPZPZHFCTSKK料查車工工藝學(xué)中級(jí)本得鋼淬硬淬火及低溫回火后的硬度為44HRC，45所需的單位切削力為270公斤/。切削用量各值取值范圍2M03/SR切削速度；901INV切削深度；切削深度T取5MM；5T進(jìn)給量；進(jìn)給量S??；/SR03/MR查車工工藝學(xué)6確定各參數(shù)數(shù)值如下167PZC10PZX75PZY09PZK料8ZK13ZK5HZ9VPZ綜上查表所得各數(shù)值帶入主切削力的計(jì)算公式中得數(shù)控機(jī)床的主切削力為公斤力1075631083105ZF公斤力4897N取整后得主切削力為0ZF根據(jù)以上求得的主切削力及其主切削力與進(jìn)給抗力和切深抗力比例關(guān)XFY系可計(jì)算出進(jìn)給抗力和切深抗力10254ZXYFXY進(jìn)給抗力為48000251200NX切深抗力為4800041920NY步驟二計(jì)算切削功率查車工工藝學(xué)中級(jí)本可得其切削速度取值范圍為并取9015/MINV其速度值為；將V及FZ4895公斤力帶入公式得105/MIN105/IN4893762NKW切削由公式得N電機(jī)N切削/K過K切削過電機(jī)步驟三確定主軸電機(jī)功率查表取，由上式得N切削8379KW將、K過、N切削帶入075125過公式N電機(jī)N切削/K過得天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文KWK切削電機(jī)過由上式初步確定主軸電機(jī)的功率為。K333計(jì)算滾珠絲杠工作時(shí)的等效轉(zhuǎn)速滾珠絲杠工作時(shí)的等效轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為NMNMAXT1NMINT2/T1T2式中NMAX絲杠工進(jìn)時(shí)最大轉(zhuǎn)速NMIN絲杠工進(jìn)時(shí)的最小轉(zhuǎn)速由公式可知要計(jì)算絲杠工作時(shí)的等效轉(zhuǎn)速首先要計(jì)算絲杠導(dǎo)程及其工作時(shí)的最大轉(zhuǎn)速NMAX及其最小轉(zhuǎn)速NMIN；其步驟如下步驟一計(jì)算絲杠導(dǎo)程根據(jù)公式可知要計(jì)算滾珠絲杠的導(dǎo)程首先要確定刀架的最高工進(jìn)MAX/HJPV速度VMAX及其絲杠工作時(shí)的最高轉(zhuǎn)速NJ；由331滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù)可知8000MM/MIN；因?yàn)楸緳C(jī)床的滾珠絲杠采用的是絲杠與電機(jī)直接MAX8/IN相連的方式，所以傳動(dòng)比I1所以絲杠工作時(shí)的最高轉(zhuǎn)速與伺服電機(jī)相同為；AX20/IJNR將VMAX8000MM/MIN及其NJ2000R/MIN帶入公式得MAX/HJPVNMAX/HJPV80/24取6H步驟二計(jì)算絲杠工作時(shí)的最大轉(zhuǎn)速NMAX及其最小轉(zhuǎn)速NMIN將步驟一中的VMAX及其PH帶入公式NMAXVMAX/PH及其NMINVMIN/PH得工進(jìn)速度最大時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速M(fèi)AX/806134MIHVR工進(jìn)速度最大時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速INI/步驟三計(jì)算等效轉(zhuǎn)速將NMAX及其NMIN帶入公式NMNMAXT1NMINT2/T1T2得刀架在工作時(shí)絲杠的等效轉(zhuǎn)速為天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18NMNMAXT1NMINT2/T1T2估算12T（13442T2016T2）/2T2T2890R/MIN334計(jì)算絲桿工作時(shí)承受軸向載荷滾珠絲杠承受的工作載荷是指在加工工件時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力。其數(shù)值可以用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。絲桿所受的最大牽引力為刀具斜向下進(jìn)給時(shí)所受的力，因?yàn)榇藱C(jī)床初步選定的導(dǎo)軌是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)為，所以最大工作負(fù)載公式可表示為03FMAXCOS45COS45ZYFKFGFG式中K顛覆力矩影響系數(shù)K范圍為取1101滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)03FFX進(jìn)給抗力FY切深抗力FZ主切削力G刀架及刀架座總質(zhì)量由最大工作負(fù)載計(jì)算公式可知應(yīng)首先計(jì)算刀架及刀架座總質(zhì)量步驟一計(jì)算刀架及刀架座總質(zhì)量刀架質(zhì)量參考系列數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架主要規(guī)格及參數(shù)，初步確定刀架（帶31AK刀盤）毛重M150KG；由M150KG；G98得刀架質(zhì)量為。1985047GN刀架座質(zhì)量刀架座體積V；因?yàn)?208MG98；785103KG/M3所以GVG785103981094202008051696取整后得250GN綜上數(shù)值估得刀架及刀座架總質(zhì)量為147052920N步驟二計(jì)算最大工作負(fù)載天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）19將步驟一的刀架及刀架座總質(zhì)量及其332中FX、FY、FZ各值帶入公式得最大工作負(fù)載為MAX120302/4801920/2F386419N步驟三計(jì)算絲杠等效載荷因?yàn)榻z桿自身重力沿斜向的分力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力產(chǎn)生的摩擦力，即GCOS45。GCOS45。F，由此可知絲桿的最小工作負(fù)載荷為MIN0FN因此絲杠在工作時(shí)的等效載荷為（估算1/31/3333MAX1MIN2120TTNTF，）21T21N396N335計(jì)算軸向基本額定動(dòng)載荷AC根據(jù)機(jī)床在設(shè)計(jì)時(shí)的定位要求，初步確定機(jī)床的精度等級(jí)為3級(jí)，查表得精度系數(shù)，載荷系數(shù)為，計(jì)算滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷應(yīng)按照滾珠絲10AF13WF桿副的預(yù)期工作壽命來計(jì)算，由331可知由333可知HL150HLNM890R/MIN，由334可知FM，所以絲杠的基本額定動(dòng)載荷為1396NAC360/083961/0AMHWACNFF5336估算絲杠的最小底徑2MD絲杠的最小底徑應(yīng)按其安裝方式兩端固定進(jìn)行估算，因?yàn)榘惭b方式為固定固定所以查表可得絲杠的安裝示意圖如圖32所示（圖中設(shè)）12B天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20圖32絲杠安裝示意圖查表得余程6ELM安全行程取12AHP2AHLP機(jī)械最大行程80X根據(jù)估算公式12ZXAENLBL018HHPP得LZ18012PH4818PH228306408MM滾珠絲桿允許最大彈性變形量為，其值為M14236MS根據(jù)絲杠固定固定安裝形式，可按以下公式計(jì)算MZMZLFELFD/90/0232式中允許的最大彈性變形量M彈性模量E5210/N兩端固定支承的距離ZL為檢測(cè)位置精度空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用在滾珠絲桿副上的軸向載荷0FN其中空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾珠絲杠軸向載荷為天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）210220031457FGFN綜上計(jì)算，由公式32得2039/3914578/2ZMDLM查絲杠樣表，本機(jī)床選擇型號(hào)為型號(hào)為的內(nèi)循環(huán)反向器雙GD30645P螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿。被選絲杠各參數(shù)為絲杠各參數(shù)為絲桿導(dǎo)程6HP公稱直徑為032DM底徑27軸向基本額定動(dòng)載荷1892ACN已選出的滾珠絲桿滿足，以及的要求。絲桿的具體尺寸圖如圖33所示HP2DA圖33滾珠絲桿副尺寸標(biāo)注圖GD320645P圖中032DM1DM27DM8D50396WD1B8LH721天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）22337確定滾珠絲桿副預(yù)緊力FP、行程補(bǔ)償量C、預(yù)拉伸力FT步驟一確定滾珠絲桿副預(yù)緊力FP因?yàn)殡S著預(yù)緊力的增大而增大，當(dāng)滾珠絲杠副承受最大軸向工作負(fù)載AKPFFMAX小于等于三倍預(yù)緊力FP時(shí)是一個(gè)常數(shù)，但如果預(yù)緊力FP過大則會(huì)導(dǎo)致滾AK珠絲杠發(fā)熱量增加，壽命減少所以絲杠副的預(yù)緊力應(yīng)按公式選取，所MAX/3PF以根據(jù)公式可知滾珠絲杠的預(yù)緊力為MAX/3PF201/67018291ACN由上式可知所選滾珠絲杠滿足要求、步驟二確定滾珠絲桿副行程補(bǔ)償量根據(jù)公式CTLV可知要計(jì)算行程補(bǔ)償量C首先要計(jì)算滾珠絲杠的絲桿的熱膨脹系數(shù)、絲桿的溫升T和有效行程LV，查表得絲桿的熱膨脹系數(shù)為絲桿的溫升T取為。有效行程的計(jì)算可按公式61202CULLVLX2LALN式中LX機(jī)械最大行程LA安全行程LN螺母長(zhǎng)度由336可知機(jī)械最大行程LX180安全行程2612將數(shù)值帶入公2AHLP式LVLX2LALN得有效行程為2180264180/30UXANLLM將所求有效行程及其熱膨脹系數(shù)和絲桿的溫升T值帶入公式CUTLV中得行程補(bǔ)償量為61203072TCTL步驟三確定滾珠絲桿副預(yù)拉伸力FT因?yàn)榻z杠采用的是固定固定安裝方式，所以絲杠產(chǎn)生的熱變形可采用絲桿預(yù)拉伸的方法來進(jìn)一步補(bǔ)償預(yù)拉伸力的計(jì)算公式為（33）/TTUAEL2/4TD式中絲桿的熱膨脹系數(shù)為6120絲桿的溫升，一般取，取為T4C2天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）23彈性模量E5210MPA絲桿底徑2DM由337可知有效行程300MM，將各值帶入預(yù)拉伸力的計(jì)算公式中得絲杠UL的預(yù)緊拉伸力為65212010347/97TFN338選擇滾珠絲杠的支撐軸承1確定軸承的型號(hào)因?yàn)闈L珠絲桿的安裝方式為固定固定，因?yàn)闄C(jī)床在工作時(shí)要求滾珠絲杠能承受徑向及軸向載荷，因此應(yīng)選擇面對(duì)面的接觸軸承。602確定軸承內(nèi)徑及軸承的型號(hào)規(guī)格右端軸承與絲杠之間應(yīng)選擇過盈配合所以軸承內(nèi)徑應(yīng)略小于絲桿外徑，其規(guī)格型號(hào)為312M256TAC因?yàn)閮?nèi)循環(huán)滾珠絲桿必有一端軸承內(nèi)徑小于絲桿螺紋底徑，所27DM以左端軸承的型號(hào)規(guī)格為047339工作圖的繪制及確定具體尺寸1螺紋長(zhǎng)度計(jì)算公式12108XAELL各值具體尺寸為最大行程XM安全行程6AHP余程24EL綜上螺紋長(zhǎng)度為1108XAE2641083M2兩支撐軸承間距計(jì)算公式12ZLB各值具體尺寸為螺紋長(zhǎng)度L1348MM有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得15BM230BM綜上兩支撐軸承間距為天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2412ZLB3485043M34校核滾珠絲杠副所選各值341校核滾珠絲杠副的值ND精度等級(jí)要求在時(shí)校核滾珠絲杠的值校核公式15NDNDONMAX70000式中滾珠絲桿的節(jié)圓直徑0DM滾珠絲桿副的最高轉(zhuǎn)速M(fèi)AXN/IR由339滾珠絲桿副尺寸標(biāo)注圖可知32MM將及其帶入校核公式0D0MAXNDNDONMAX70000得0MAX732647ND由上式可知滾珠絲杠的副的值滿足要求ND342校核滾珠絲桿許用轉(zhuǎn)速值C由校核公式可知要校核滾珠絲桿許2MAX60/LG/CCLERA用轉(zhuǎn)速值首先要計(jì)算許用轉(zhuǎn)速用的安裝距離CNCN因?yàn)榻z杠的安裝方式為固定固定，查表得安全系數(shù)為由公式219F得5/2564180/CAEXNLBL39M值校核公式為CN2MAX60/LG/CCNLERA式中安裝系數(shù)F絲桿螺紋底徑2DM計(jì)算許用轉(zhuǎn)速用的安裝距離CLCNM將所求的LC值帶入校核公式校核得2MAX60/LG/CCNLERA天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）257272210/910/39CFDLMAX583N由上式可知所選滾珠絲杠符合要求343校核滾珠絲桿副的臨界壓縮載荷值CP臨界壓縮載荷值校核公式為CP242MAX112/0/YCYFKEILKDL式中作用在滾珠絲桿副上的最大軸向壓縮載荷N安全系數(shù)。絲桿垂直安裝，絲桿水平安裝，本1K1/K1/3K次設(shè)計(jì)為傾斜安裝，取為4515/2與絲桿支承型式有關(guān)的系數(shù)，查表為C40C計(jì)算臨界壓縮載荷用的安裝距離，當(dāng)采用固定固定安裝方Y(jié)LM式時(shí)，有5319YL為保證絲桿的壓桿穩(wěn)定性，需要絲桿所能承受的最大壓縮負(fù)荷CP242MAX112/0/CYCYFPKEIKDL5407/39MAX896F由上式可知絲杠的值符合要求CP35橫向進(jìn)給系統(tǒng)伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算351計(jì)算電機(jī)的扭矩步驟一計(jì)算理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩0PT因?yàn)榻z杠精度為三級(jí)精度，所以其傳動(dòng)效率為理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩計(jì)算90公式為/12/1023HPPPFT式中滾珠絲杠副預(yù)緊力NFP671天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）26PH安全行程MPH6由公式得理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩為/12/1023HPPPFT9067MN38步驟二計(jì)算最大動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩AXPT最大動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為MAXP01PT式中理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩0PTP動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩公差由于絲桿定位精度誤差為級(jí)，而理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩為，查表30PT138NM得到動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩公差，將及其TP帶入計(jì)算公式得40P0PTMAX1T382NM步驟三計(jì)算驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩AT綜上MAX2013FN轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為T3MAX110/2AHFP式中作用在滾珠絲桿副上的最大軸向壓縮載荷MAXNPH安全行程正傳動(dòng)效率取為190由公式得3MAX10/2AHTFPMN4261步驟四計(jì)算支承軸承所需啟動(dòng)扭矩BT查絲桿專用軸承表得扭矩各值B天津工業(yè)大學(xué)2008屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）27軸承ATC625MNTB201軸承4705步驟五計(jì)算驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿副所需扭矩GBAPGTTMXMN6923501420步驟六估算電機(jī)額定扭矩JJGTT35則MNJ687352預(yù)選伺服電機(jī)預(yù)選用西門子的電機(jī)，具體型號(hào)為交流伺服電機(jī)，電機(jī)51FT7106AC的具體參數(shù)為額定轉(zhuǎn)速IN/20R額定轉(zhuǎn)矩MN76重量KG51轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2408計(jì)算功率W7制動(dòng)轉(zhuǎn)矩3NM同時(shí)此電機(jī)購進(jìn)時(shí)，已安裝脈沖編碼器和制動(dòng)器36導(dǎo)軌的選取和設(shè)計(jì)機(jī)床導(dǎo)軌的功用是起導(dǎo)向及其支撐作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對(duì)機(jī)床的加工精度和承載能力由直接影響。為了保證數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，同時(shí)應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的導(dǎo)軌按其接觸面間摩擦性質(zhì)不同可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。因滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。所以本機(jī)床首選滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合沈陽數(shù)控產(chǎn)的SSCK20A數(shù)控車床，通過測(cè)繪，確定為雙矩形導(dǎo)天津工業(yè)大學(xué)2008屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28002003，是鑄鐵和鑄鐵副的1/3左右，且動(dòng)靜摩擦系數(shù)相近，所以具有良好的防爬性能，耐磨性可以提高12倍，與塑料軟帶配對(duì)的金屬導(dǎo)軌，硬度在HB160以上，表面粗糙度RA06M,這種導(dǎo)軌除用在數(shù)控機(jī)床上以外，還用在精密機(jī)床、組合機(jī)床甚至重型機(jī)床上。導(dǎo)軌間隙的調(diào)整是通過壓板來實(shí)現(xiàn)的，壓板用螺釘固定在動(dòng)導(dǎo)軌上，通過刮研和修磨壓板與動(dòng)導(dǎo)軌和靜導(dǎo)軌的接觸面來調(diào)整間隙的。而用導(dǎo)向調(diào)整板來調(diào)整側(cè)向間隙，導(dǎo)向調(diào)整板是一種新型的鑲條，它被置于導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。采用導(dǎo)向調(diào)整板調(diào)整間隙，調(diào)整方便，接觸良好，磨損小。軌，并在動(dòng)導(dǎo)軌上粘貼聚四氟乙烯塑料軟帶。它是以聚四氟乙烯為基體，添加耐磨材料構(gòu)成的高分子復(fù)合材料，它與鑄鐵導(dǎo)軌夠成摩擦副時(shí)，摩擦系數(shù)僅為37滾珠絲桿的支承滾珠絲桿的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲桿的自重。因此對(duì)絲桿的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲桿和垂直進(jìn)給絲桿；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲桿；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲桿或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲桿，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度和對(duì)絲桿進(jìn)行拉伸。絲桿中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種滾針推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60角接觸軸承，在這兩種軸承中，60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。60角接觸軸承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲桿的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60角接觸軸承，以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲桿工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲桿熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲桿預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。在此課題中擬采用通過調(diào)整絲桿兩端的圓螺母來對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。天津工業(yè)大學(xué)200