1、鄭州雨辰學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： CK6140數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 趙 職稱： 講師 學(xué)生姓名： 陳 學(xué)號(hào)：1334095854 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 院（系）： 機(jī)電工程學(xué)院 答辯日期： 20 年6月18日 20 年6月12日摘 要本文通過(guò)對(duì)CK6140數(shù)控車床切削過(guò)程的觀察和研究，對(duì)主軸部件、軸系零件、帶輪傳動(dòng)、變速齒輪和主傳動(dòng)系統(tǒng)總裝圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。此數(shù)控車床設(shè)計(jì)主要由四個(gè)部分組成：機(jī)床總體、主傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力裝置計(jì)算和進(jìn)給系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)擬定了數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。確定了車床主軸、小帶輪、箱體、變速齒輪等各部件的選擇和選取方法。確定了由數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控車床主傳

2、動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬工件的精準(zhǔn)加工。利用微機(jī)控制原理將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位改造成自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工刀架，并通過(guò)電氣與機(jī)械裝置來(lái)進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，變頻電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和變速齒輪為主軸提供動(dòng)力。由現(xiàn)場(chǎng)切削運(yùn)行情況表明，該機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于安裝和維修；切削運(yùn)行過(guò)程可靠，加工精度較高；機(jī)床運(yùn)行靈便，而且能保證機(jī)床在進(jìn)行高速切削時(shí)的穩(wěn)定性；性價(jià)比高，不失為中小型企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)和教學(xué)實(shí)踐的理想選擇。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 主傳動(dòng)系統(tǒng) 帶輪傳動(dòng) 變速齒輪AbstractIn this paper, through observation and Research on the

3、 CK6140 CNC lathe cutting process, design of the main parts, shaft parts, belt drive, gear assembly diagram and main drive system. The design of CNC lathe is mainly composed of four parts: the main drive of machine tool overall, system, power plant calculation and feed system. The design of the main

4、 drive system design of CNC lathe. The spindle of the lathe, a small pulley, gear box, the choice of components and the selection method. By the numerical control system of CNC lathe main drive system and the feed system for cutting motion determined, precision machining of metal parts. The mechanic

5、al driving feed and turret indexing transformation of manual control into automatic indexing and automatic feeding machine tool control by using the principle of microcomputer, and the electrical and mechanical device for stepless variable speed, variable frequency motor through the belt drive and g

6、ear to provide power for the spindle. As indicated by the cutting condition of the spot, the structure of the machine is simple, easy to install and repair; reliable cutting process, the machining precision is high; the operation of the machine tool operation, but also can ensure stability in high-s

7、peed cutting machine tool; high performance price ratio, ideal for production and teaching practice is small and medium enterprises.Keywords: CNC lathe Main Drive System Pulley drive Transmission gear目 錄摘要IAbstractII目錄II1 緒論II1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展背景21.2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況21.2.2 國(guó)外發(fā)展情況2我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展中存在的問(wèn)題21

8、.3 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求22 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的一般途徑22.1 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的一般途徑22.1.1 總體設(shè)計(jì)22.1.2 機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度22.1.3 提高機(jī)床的抗振性22.1.4 提高速度進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度22.1.5 合理的選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式22.1.6 減小機(jī)床的熱變形22.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.2.1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)22.2.2 數(shù)控機(jī)床主軸的調(diào)速方法22.2.3 數(shù)控機(jī)床的主軸部件22.2.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求22.2.5 主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式23 傳動(dòng)裝置的動(dòng)力計(jì)算23.1 設(shè)計(jì)要求與轉(zhuǎn)速計(jì)算23.1.1 設(shè)計(jì)要求23.1.2 轉(zhuǎn)速計(jì)算23.1.3 轉(zhuǎn)速圖

9、23.1.4 切削力及功率的計(jì)算23.1.5 帶傳動(dòng)計(jì)算23.2 齒輪副計(jì)算、校核和驗(yàn)算23.2.1 基本組計(jì)算23.2.2 第一擴(kuò)大組計(jì)算23.2.3 第二擴(kuò)大組計(jì)算24 進(jìn)給系統(tǒng)24.1 進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求24.2 主要部件原理25 結(jié)論與展望2致謝2參考文獻(xiàn)21 緒 論1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展背景自動(dòng)信息處理、電子計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理的發(fā)展，給自動(dòng)化帶來(lái)了一場(chǎng)新的革命1，進(jìn)而有效推動(dòng)了機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展。將數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械加工方面的思想在20世紀(jì)40年代初已經(jīng)被提出。在當(dāng)時(shí)，美國(guó)的帕森斯公司，處于美國(guó)北部地區(qū)的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商，在制造直升飛機(jī)葉片輪廓及飛機(jī)框架用樣板

10、時(shí)，在對(duì)輪廓路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)采用了全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)技術(shù)。而且考慮到刀具直徑對(duì)路徑的影響，這大大提高了機(jī)械制造的精度2。帕森斯公司在1949年正式接受了美國(guó)空軍的委托。在伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室以及麻省理工學(xué)院的協(xié)助下，著手從事數(shù)控機(jī)床方面的研制工作并且經(jīng)過(guò)三年時(shí)間的努力研究，終于成功試制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，是一臺(tái)直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床，它采用了脈沖乘法器原理3，這就是數(shù)控機(jī)床的第一代。1959年，晶體管元器件在計(jì)算機(jī)行業(yè)研制成功，并將其和印制電路板廣泛應(yīng)用于數(shù)控裝置中，數(shù)控機(jī)床的第二個(gè)時(shí)代由此開啟。與此同時(shí)，美國(guó)麻省理工學(xué)院和美國(guó)航空工業(yè)協(xié)會(huì)一同發(fā)展了APT程序語(yǔ)言。20世紀(jì)70年代后

11、，數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。日本、英國(guó)、中國(guó)、德國(guó)一些工業(yè)國(guó)家陸續(xù)地研制、開發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床，其他機(jī)械上也逐步應(yīng)用數(shù)控技術(shù)如焊接機(jī)、包裝機(jī)、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和繞線機(jī)等。手工編程到計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的過(guò)渡也在程序編制方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)，并且在APT數(shù)控語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展了多種自動(dòng)編程語(yǔ)言5。1965年，小規(guī)模集成電路出現(xiàn)。其功耗低、體積小的特點(diǎn)大大提高了數(shù)控機(jī)床的可靠性，數(shù)控系統(tǒng)由此進(jìn)入第三代。上述數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展所經(jīng)歷的三代都應(yīng)用了專用控制計(jì)算機(jī)硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)，并將裝有此類數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為普通數(shù)控機(jī)床6。20世紀(jì)80年代末至今，微電子技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，

12、并且成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)。我國(guó)發(fā)展機(jī)床行業(yè)的市場(chǎng)空間得天獨(dú)厚，信息、高新技術(shù)和汽車等產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展強(qiáng)勁，相關(guān)機(jī)電裝備工業(yè)對(duì)機(jī)床工業(yè)提出了更高的要求。相關(guān)專家指出，我國(guó)目前成套成線設(shè)備和高檔數(shù)控機(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)能力，無(wú)論是在品種質(zhì)量還是在數(shù)量上已滿足市場(chǎng)需求，因而，加快數(shù)控機(jī)床的發(fā)展成為目前的當(dāng)務(wù)之急10。數(shù)控機(jī)床有很多種分類方式，按其數(shù)控系統(tǒng)的功能水平數(shù)控機(jī)床可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、中檔型數(shù)控需要請(qǐng)咨詢學(xué)號(hào)數(shù)字企鵝機(jī)床和高檔型數(shù)控機(jī)床12。我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展而快速發(fā)展。并且數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，其被廣泛應(yīng)用到航空航天、汽車制造和一般通用零件的制造等。數(shù)控機(jī)床儼然已成為

13、現(xiàn)代制造業(yè)的主流，起到了核心支柱的作用。尤其是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展更是一種有力的推動(dòng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的功能比較簡(jiǎn)單，精度比較高且價(jià)格比較低廉，能加工出形狀較為簡(jiǎn)單的直線、螺紋以及圓弧等。其伺服進(jìn)給系統(tǒng)是由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的開環(huán)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的控制軸的數(shù)量一般在三軸13以下，其伺服系統(tǒng)的脈沖量一般采用10，快進(jìn)速度大多采用10m/min，故經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。1.2 我國(guó)數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況自從數(shù)控機(jī)床進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)起，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)就呈現(xiàn)出平蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，通過(guò)各大機(jī)床廠的努力及采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的積極合作，引進(jìn)先進(jìn)技

14、術(shù)，消化吸收樣機(jī)等措施，我國(guó)機(jī)床制造水平有了很大提高，數(shù)控機(jī)床在切削機(jī)床中的比例越來(lái)越高。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種、規(guī)格越來(lái)越全，質(zhì)量也越來(lái)越穩(wěn)定，進(jìn)入全面使用的發(fā)展階段。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床正朝著高速切削方向發(fā)展，對(duì)加工精度的要求也不斷提高。而且將CAM技術(shù)運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床上，代替了以前繁瑣的繪圖工作，大大提高了生產(chǎn)效率，進(jìn)而使試制周期縮短，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。另外，我國(guó)數(shù)控機(jī)床也逐漸走向功能化，并且在這些方面取得了一定的進(jìn)展與突破。 國(guó)外發(fā)展情況從1951年將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到機(jī)床上起，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控兩個(gè)發(fā)展階段。目前，數(shù)控系統(tǒng)這個(gè)處于基于PC的第六代更新階段。

15、這是因?yàn)镻C可靠性高、成本低、軟硬件資源比較豐富等，正是因?yàn)镻C的這些優(yōu)點(diǎn)，故受到大部分?jǐn)?shù)控系需要請(qǐng)咨詢學(xué)號(hào)數(shù)字企鵝統(tǒng)生產(chǎn)廠家的青睞。美國(guó)空軍在1953年與麻省理工學(xué)院協(xié)作，著手研究計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程技術(shù)，這便是創(chuàng)制自動(dòng)編程系統(tǒng)的開端。并且在1955年成功研制出APT(Automatically Programmed Tools)自動(dòng)編程系統(tǒng)由此開始。第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克斯公司在1954年生產(chǎn)制造成功。美國(guó)空軍于第二年高價(jià)訂購(gòu)了約100臺(tái)數(shù)控機(jī)床，隨后兩年，數(shù)控機(jī)床在美國(guó)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，商品化的數(shù)控機(jī)床在市場(chǎng)上出現(xiàn)。20世紀(jì)60年代末，美國(guó)克耐杜利克公司率先成功研制出世界上第一臺(tái)

16、帶有換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，并將它稱之為加工中心4。英國(guó)于1967年率先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床連成具有柔韌性等特點(diǎn)的加工系統(tǒng)，并成功研制出最初的柔性制造系統(tǒng)FMSP7，隨后，美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家也陸續(xù)開發(fā)和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代初，國(guó)際上開始出現(xiàn)柔性制造單元FMC8，柔性制造系統(tǒng)逐漸完善，數(shù)控系統(tǒng)由此進(jìn)入第四代。美國(guó)英特爾公司于20世紀(jì)80年代開發(fā)和使用了微處理器。1974年，日本，美國(guó)等國(guó)家率先成功研制出以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)數(shù)控制造系統(tǒng)9，并逐漸進(jìn)入第五代數(shù)控系統(tǒng)。目前，國(guó)際數(shù)控系統(tǒng)正向智能化方向飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)可以檢測(cè)出一些重要信息，而且能自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的

17、。另外，主傳動(dòng)系統(tǒng)引入了故障診斷系統(tǒng)，能通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展中存在的問(wèn)題我國(guó)的數(shù)控機(jī)床行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，但仍然存在一些問(wèn)題需要我們?nèi)タ朔?1)機(jī)床數(shù)控化水平偏低近些年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，我國(guó)數(shù)控機(jī)床數(shù)控化率和生產(chǎn)產(chǎn)值的數(shù)控化率都處于較低水平，消耗的值的數(shù)控化率還不及發(fā)達(dá)國(guó)家的50%，高檔次的數(shù)控機(jī)床以及配套部件大多還只能依靠進(jìn)口。因此，我國(guó)機(jī)床數(shù)控化空間仍需要很大提升。(2)數(shù)控機(jī)床功能部件有差距數(shù)控功能部件是指主軸單元、數(shù)控到家和轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)、滾珠絲杠副以及滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、刀庫(kù)、機(jī)械手、高速防護(hù)裝置等

18、，數(shù)控功能部件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。性能的好壞，功能部件水平的高低以及社會(huì)的整體配套水平直接決定和影響著數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平和性能高低，同時(shí)制約著主機(jī)發(fā)展速度11。與發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床主機(jī)相比，我國(guó)功能部件的生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展比較緩慢。功能部件占到整機(jī)成本的60%左右，直接決定機(jī)床整體性能和機(jī)床的競(jìng)爭(zhēng)水平。我國(guó)目前的功能部件的生產(chǎn)企業(yè)布局分散，普遍較小。從整體水平來(lái)說(shuō)，我國(guó)功能部件發(fā)展速度較低，在品種種類、性能指標(biāo)和精度方面都還需要很大進(jìn)步。數(shù)控刀架、電主軸、需要請(qǐng)咨詢學(xué)號(hào)數(shù)字企鵝數(shù)控系統(tǒng)、滾珠絲杠等數(shù)控機(jī)床功能部件雖已初具規(guī)模，但這僅僅能適應(yīng)中低檔次的數(shù)控機(jī)床的需要。高速精密電主軸和高速滾動(dòng)部件

19、等高級(jí)部件仍然依賴進(jìn)口。功能部件在生產(chǎn)企業(yè)的體制仍須完善，把功能部件做大做強(qiáng)已成為我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展的重中之重。1.3 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和一般的數(shù)控機(jī)床一樣，在精度、效率和自動(dòng)化程度方面要高于普通機(jī)床，同時(shí)還要具有柔性，這樣對(duì)其結(jié)構(gòu)提出如下特點(diǎn)要求：(1)高可靠性可靠性是系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備或零部件在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持與完成規(guī)定功能的能力?？煽啃詫?duì)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控裝置非常重要。一個(gè)系統(tǒng)，一臺(tái)設(shè)備，無(wú)論其如何先進(jìn)，功能如何全面，精度如何高級(jí)，可靠程度差，不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，可靠地工作，那么它的使用價(jià)值就不高，經(jīng)濟(jì)效果就不佳。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)或者半自動(dòng)的狀態(tài)下工

20、作，對(duì)其可靠性的要求較高。(2)熱變形較小數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件容易產(chǎn)生熱量，為使其運(yùn)動(dòng)部件達(dá)到一定的精度，可將其立柱采用框架式結(jié)構(gòu)，這樣不僅能提高部件的剛度，使其事項(xiàng)結(jié)構(gòu)更加勻稱，而且可以防止運(yùn)動(dòng)部件由于熱變形而產(chǎn)生的微量?jī)A斜和相對(duì)移動(dòng)15。其主軸大多采用恒溫冷卻，以確保主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生最少的熱量，數(shù)控機(jī)床的電動(dòng)機(jī)宜采用安裝熱管消熱裝置或者散熱裝置進(jìn)而可以減少反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱對(duì)性能的影響16。(3)刀具要先進(jìn)刀具的先進(jìn)性是指數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行加工切削時(shí)，對(duì)刀具的切削速度和加工精度都有較高的要求。數(shù)控機(jī)床的刀具大都要有合理的結(jié)構(gòu)，而且應(yīng)具有較高的耐用度，與此同時(shí)，不同的數(shù)控車床應(yīng)有不同的刀具庫(kù)以及相應(yīng)的

21、刀片。(4)較高的剛度機(jī)床的剛度是造成彈性單位變形量時(shí)所需要的作用力。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床需要在高速切削或者中速切削的條件下工作，其刀架、主軸、立柱床身等主要運(yùn)動(dòng)部件對(duì)剛度都有很高的要求。而且在工作過(guò)程中變形或者震動(dòng)都不宜過(guò)大。(5)較高的靈敏度自動(dòng)狀態(tài)下的數(shù)控機(jī)床工作精度要求高于一般普通機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)要求具有較高的靈敏度，數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌大多采用靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌等，進(jìn)而達(dá)到低速度無(wú)爬行的目的 17。數(shù)控機(jī)床的刀架需要在交流或者直流伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，然后由靜壓絲杠或者滾珠絲杠傳動(dòng)動(dòng)力，其主軸大多宜采用靜壓或者滾動(dòng)軸承18。2 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的一般途徑2.1 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的一般途徑2.1.1 總體設(shè)計(jì)數(shù)控

22、機(jī)床的總體設(shè)計(jì)包括：邏輯設(shè)計(jì)，機(jī)床主機(jī)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)19。數(shù)控機(jī)床在功能與設(shè)計(jì)方面和普通車床有很大不同，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到切削功率要大，床身動(dòng)態(tài)剛度和靜態(tài)剛度要高，抗震性能比較好，且對(duì)穩(wěn)定性，傳動(dòng)精度，幾何精度，定位精度要求較高，其結(jié)構(gòu)部件應(yīng)實(shí)現(xiàn)輔助自動(dòng)化系統(tǒng)操作。普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床在提高動(dòng)態(tài)剛度和靜態(tài)剛度、幾何精度和熱穩(wěn)定性方面的設(shè)計(jì)都是一致的。但是對(duì)需要請(qǐng)咨詢學(xué)號(hào)數(shù)字企鵝設(shè)計(jì)要求的程度是不一樣的。以普通車床為基礎(chǔ)，對(duì)其結(jié)構(gòu)做些簡(jiǎn)單的局部改進(jìn)和調(diào)整，配以經(jīng)濟(jì)數(shù)控裝置，進(jìn)而成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床20?，F(xiàn)有普通機(jī)床數(shù)控化都采用此路徑。但是數(shù)控機(jī)床并不是簡(jiǎn)單地把數(shù)控裝置和普通機(jī)床

23、連接起來(lái)構(gòu)成。2.1.2 機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度在切削力和其他力作用下，機(jī)床抵抗變形的能力稱為機(jī)床的剛度。數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)剛度和靜態(tài)剛度的要求比普通機(jī)床的要高，而且數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)比普通機(jī)床要高50%左右21。數(shù)控機(jī)床在切削加工的過(guò)程中同時(shí)承受各種外力的作用。運(yùn)動(dòng)部件和加工零件的自重構(gòu)成了其靜態(tài)力。切削力，加減速時(shí)引起的慣性力，驅(qū)動(dòng)力等構(gòu)成了其動(dòng)態(tài)力22。機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這些力的作用下會(huì)產(chǎn)生變形，將直接或間接地引起刀具和工件之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，進(jìn)而致使工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生加工誤差，大大削弱機(jī)床切削過(guò)程的特性。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的加工狀態(tài)具有情況復(fù)雜、瞬時(shí)多變的特點(diǎn)，故在通常情況下很難計(jì)算出其結(jié)構(gòu)剛度。在設(shè)計(jì)時(shí)

24、只能采用近似計(jì)算方法來(lái)計(jì)算部件剛度，進(jìn)而對(duì)工作臺(tái)、床身、立柱、箱體等零件的扭轉(zhuǎn)和彎曲變形以及結(jié)合面的接觸變形影響很大，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果準(zhǔn)確度不高，且與實(shí)際相差很大，因而僅作為定性分析的參考。但按下面的措施和原則仍然可以合理地提高數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度。2.1.3 提高機(jī)床的抗振性機(jī)床抵抗振動(dòng)的能力叫做機(jī)床的抗振性。在切削加工的過(guò)程中容易產(chǎn)生自激和強(qiáng)迫兩種形式的振動(dòng)23。了解這兩種振動(dòng)形式的特點(diǎn)可以提高機(jī)床的抗振性。（1）強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)床強(qiáng)迫振動(dòng)的振源包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的換向沖擊力和高速旋轉(zhuǎn)零部件的動(dòng)態(tài)不平衡力。另外，呈周期性變化的切削力等外部的振源，通過(guò)機(jī)床的其他部件傳給機(jī)床也能產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。（2）自激振動(dòng)

25、當(dāng)?shù)毒咔邢鹘嵌?，工件與刀具的材料，機(jī)床彈性系統(tǒng)的剛度，切削速度和進(jìn)給量為定值時(shí)，切削寬度成為影響自激振動(dòng)的主要因素24。把機(jī)床產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大切削寬度稱為臨界寬度，并將該臨界寬度作為判定產(chǎn)生自激振動(dòng)的指標(biāo)。（3）提高機(jī)床抗振性能的措施機(jī)床的抗震性是影響數(shù)控機(jī)床切削能力以及加工精度的重要因素。應(yīng)在現(xiàn)有的切削條件下合理提高機(jī)床抗振性。改善和提高機(jī)床抗振性能主要從三個(gè)方面入手：提高機(jī)床的靜態(tài)剛度，減少機(jī)床內(nèi)部振源和增加結(jié)構(gòu)的阻尼25。2.1.4 提高速度進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度零件的加工精度是指加工后零件表面的實(shí)際尺寸、形狀、位置三種幾何參數(shù)與圖紙要求的理想幾何參數(shù)與圖紙要求的理想幾何參數(shù)的符合

26、程度。機(jī)床在進(jìn)行低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度直接影響零件的表面質(zhì)量和加工精度。對(duì)零件的位置精度、尺寸精度和形狀精度都有重要影響。零件的加工精度主要受數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響。開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)關(guān)度取決于系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)，尤其是機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件精度。2.1.5 合理的選擇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 (3.40) (3.41)因?yàn)閭鲃?dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，故不需再校核靜強(qiáng)度。3.2.3 第二擴(kuò)大組計(jì)算第二擴(kuò)大組的輸入功率即為第一擴(kuò)大組計(jì)算出的輸出功率：由基本組的第三傳動(dòng)副，其轉(zhuǎn)速為2500，傳動(dòng)比為；再由第一擴(kuò)大組第二傳動(dòng)副，小齒輪用40Cr且經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，硬度為241B286HB，取其平均為270HB，大齒輪用

27、45鋼并且經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB286HB，取其平均為240HB。預(yù)期使用壽命為10年，每年的工作時(shí)間為300個(gè)工作日，每天的工作時(shí)間為8小時(shí)。3.2.3.1 初步計(jì)算求轉(zhuǎn)矩：選取齒寬系數(shù)：取確定接觸疲勞極限：初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力：值，取初步計(jì)算小齒輪直徑： (3.42) 取初步確定齒寬b：取=453.2.3.2 校核計(jì)算求圓周速度： (3.43)精度等級(jí)選用8級(jí)確定齒數(shù)和模數(shù)，初步選取齒數(shù)，取取， （3.44）使用系數(shù)取，動(dòng)載系數(shù)??；則可確定齒間載荷分配系數(shù)，先求： (3.45) (3.46)由此可得：求齒向載荷分配系數(shù)： (3.47)計(jì)算載荷系數(shù)； (3.48)選取彈性系數(shù)：取節(jié)點(diǎn)

28、區(qū)域系數(shù)??；最小接觸安全系數(shù)取計(jì)算總工作時(shí)間：，確定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，初步估計(jì)，則指數(shù) (3.49)則原應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)正確。確定接觸壽命系數(shù)：確定許用接觸應(yīng)力 (3.50)驗(yàn)算校核： （3.51）由計(jì)算出來(lái)的結(jié)果表明接觸疲勞強(qiáng)度合適，無(wú)需再調(diào)整齒輪尺寸。3.2.3.3 確定傳動(dòng)主要尺寸計(jì)算實(shí)際分度圓直徑：因?yàn)槟?shù)選取為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，雖然齒數(shù)已經(jīng)重新確定，但是并沒(méi)有經(jīng)過(guò)圓整，故分度圓的直徑是不會(huì)改變的，即計(jì)算中心距： （3.52）求齒寬：3.2.3.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算其重合度系數(shù)：求齒間載荷分配系數(shù)：求齒向載荷分配系數(shù)：求： （3.53）確定齒形系數(shù)：確定應(yīng)力修正系數(shù)：確定彎曲疲勞極限：確定

29、最小彎曲安全系數(shù)：確定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，初步估計(jì)，則指數(shù) (3.54)原應(yīng)力循環(huán)次數(shù)估計(jì)正確。取彎曲壽命系數(shù)：求： (3.55)驗(yàn)算校核： (3.56) (3.57)因?yàn)閭鲃?dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，故不再校核靜強(qiáng)度。4 進(jìn)給系統(tǒng)4.1 進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求進(jìn)給系統(tǒng)既是數(shù)控車床的重要組成部分，有時(shí)數(shù)控車床與一般車床的主要區(qū)別。數(shù)控車床對(duì)其進(jìn)給系統(tǒng)性能的要求有如下指標(biāo)：良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，較高的定位精度和較高的跟蹤指定信號(hào)響應(yīng)能力30。(1)快速響應(yīng)特性系統(tǒng)響應(yīng)指令輸入信號(hào)的速度以及其瞬態(tài)過(guò)程終結(jié)的迅速程度叫做進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性?？焖夙憫?yīng)特性包括傳動(dòng)裝置的加速能力和系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率和加工精度都有重要

30、影響。加工效率隨系統(tǒng)響應(yīng)速度的加快而提高，但是當(dāng)響應(yīng)速度過(guò)快時(shí)，會(huì)致使系統(tǒng)走調(diào)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，快速響應(yīng)的特征選擇要適當(dāng)。(2)穩(wěn)定性進(jìn)給系統(tǒng)要穩(wěn)定，即進(jìn)給系統(tǒng)在外界干擾、啟動(dòng)狀態(tài)或者輸入量發(fā)生變化的作用下，其輸出量由幾次衰減振蕩后，能將新的或原有的平衡狀態(tài)迅速穩(wěn)定下來(lái)。進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的阻尼、剛度、慣性以及其增益量有關(guān)。電器參數(shù)和系統(tǒng)機(jī)械參數(shù)的選擇要適當(dāng)，而且要使其達(dá)到最佳匹配狀態(tài)，這也是設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的目標(biāo)之一。(3)精度系統(tǒng)的輸出量能復(fù)現(xiàn)其輸入量的精確程度稱為進(jìn)給系統(tǒng)的精度。重復(fù)定位精度、定位精度和輪廓跟隨精度都是常用的精度指標(biāo)。誤差可以反映精度的大小。定位誤差是指工

31、作臺(tái)由一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，其指定的值與實(shí)際移動(dòng)距離之間的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺(tái)由一次循環(huán)聯(lián)動(dòng)時(shí)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和指定的運(yùn)動(dòng)軌跡之間偏差的最大值。進(jìn)給系統(tǒng)的精度可由采用數(shù)字調(diào)節(jié)的方法提高。4.2 主要部件原理數(shù)控機(jī)床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)的主要部件由降速齒輪、滾珠絲杠螺母和步進(jìn)電機(jī)組成。下面就簡(jiǎn)單介紹一下這些部件的工作原理。步進(jìn)電機(jī)是由一種脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)角位移機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換參數(shù)，且確保位移量與輸入的電脈沖數(shù)量呈正比關(guān)系。轉(zhuǎn)速與電脈沖的頻率也呈正比關(guān)系。調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速可由改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的通電順序可以控制其運(yùn)動(dòng)方向，脈沖信號(hào)由步進(jìn)電機(jī)控制，脈沖的輸入量與繞組的通電

32、狀態(tài)的變換次數(shù)一一對(duì)應(yīng)31。電機(jī)軸與絲杠之間的降速可由降速齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)可采用雙片式進(jìn)給齒輪，這樣不僅可以使其完成減速32，而且消除絲杠軸向間隙，進(jìn)而可以提高數(shù)控機(jī)床的加工精度和低速切削能力，另外也有利于數(shù)控機(jī)床的壽命和維修保養(yǎng)。要確保螺母副座孔和工作螺母之間能進(jìn)行良好配合，滾珠絲杠螺母所承受的載荷主要是軸向載荷。其徑向載荷主要是數(shù)控機(jī)床臥式絲杠的自重。在進(jìn)行裝置時(shí)，要保證其孔和端面的垂直度等。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)所受載荷的大小和方向來(lái)選擇軸承。此外，裝置和配置的形式還與滾珠絲杠的強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)絲杠較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用兩支撐機(jī)構(gòu)；當(dāng)絲杠較短時(shí)，應(yīng)采用單支撐結(jié)構(gòu)。5 結(jié)論與展望通過(guò)本次對(duì)

33、數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和總結(jié)，得出了以下結(jié)論：（1) 近年來(lái)，隨著自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷地進(jìn)行調(diào)整，我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)取得進(jìn)步的同時(shí)也快速實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化道路模式的轉(zhuǎn)變。我國(guó)目前依然大多使用普通機(jī)床，普通車床數(shù)量巨大，其安全問(wèn)題也在慢慢凸顯。增加車床的安全性能，提高機(jī)床本質(zhì)安全水平，數(shù)控化水平不高，生產(chǎn)效率低等問(wèn)題都需要及時(shí)解決。普通車床實(shí)現(xiàn)數(shù)控化改造后，可大幅度提高機(jī)床的加工效率以及自動(dòng)化智能化程度，提高了操作安全性，同時(shí)減少了操作者的失誤率，提高產(chǎn)率。（2）機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造后，安全性能得到明顯改善，事故率顯著降低，帶來(lái)了巨大的安全效益。在提高安全性的同時(shí)，其生產(chǎn)效率得到明顯提高，由

34、原來(lái)的一臺(tái)機(jī)床需要一人控制發(fā)展到一人可以同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)床。機(jī)床的加工精度也有很大提高，人為失誤造成的廢品率也大大降低。降低了勞動(dòng)程度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。（3) CK6140數(shù)控車床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)其進(jìn)行安裝和維修都有很大方便，其專用性比較強(qiáng)，大大提高了機(jī)床的加工效率和生產(chǎn)效率。而且提高了數(shù)控機(jī)床的性價(jià)比，提高了其在現(xiàn)代化市場(chǎng)中的滲透性和適應(yīng)能力。而且能適應(yīng)并滿足生產(chǎn)和教學(xué)需要。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和數(shù)控化水平的提高，數(shù)控車床的普及以及應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行改造以提高其加工精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)，CK6140數(shù)控車床在精度、安全以及生產(chǎn)率方面都有了很大進(jìn)步和提高，越來(lái)越能適應(yīng)現(xiàn)代零件加工的

35、性能要求。對(duì)一般的普通中小型企業(yè)和實(shí)習(xí)教學(xué)來(lái)說(shuō)，CK6140不失為最經(jīng)濟(jì)型的理想選擇。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以及相關(guān)問(wèn)題的研究，數(shù)控車床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)如下：（1）目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床正朝著高速切削方向發(fā)展，對(duì)加工精度的要求也不斷提高。而且將CAM技術(shù)運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床上，代替了以前繁瑣的繪圖工作，大大提高了生產(chǎn)效率，進(jìn)而使試制周期縮短，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。另外，我國(guó)數(shù)控機(jī)床也逐漸走向功能化，并且在這些方面取得了一定的進(jìn)展與破。從1951年將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到機(jī)床上起，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控兩個(gè)發(fā)展階段。目前，數(shù)控系統(tǒng)這個(gè)處于基于PC的第六代更新階段。這是因?yàn)镻C可靠性高、成本低、軟

36、硬件資源比較豐富等，正是因?yàn)镻C的這些優(yōu)點(diǎn)，故受到大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的青睞。(2) 國(guó)際數(shù)控系統(tǒng)正向智能化方向飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)可以檢測(cè)出一些重要信息，而且能自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。另外，主傳動(dòng)系統(tǒng)引入了故障診斷系統(tǒng)，能通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。致謝首先我要由衷感謝指導(dǎo)我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的趙永濤和王東霞老師，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，趙老師和王老師給予我很多耐心指導(dǎo)，才能讓我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。我在這次畢業(yè)設(shè)在本次論文全套圖紙和論文咨詢企鵝壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的寫作過(guò)程中得到許多同學(xué)的幫助，同時(shí)也向我提出了許多的寶貴意見(jiàn)，在此也表示衷心的感謝。計(jì)的過(guò)程中學(xué)到了很多知識(shí)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論趙老師和王老師是多么的忙，都會(huì)抽出時(shí)間來(lái)給我們做一些指導(dǎo)和建議，才使我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中少走了很多彎路。另外，我也要感謝在大學(xué)四年中所有的任課老師，是你們教我學(xué)會(huì)了專業(yè)知識(shí)和技能，從而使我能順利完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我還要感謝四年教我知識(shí)和做人道理的母校，我們學(xué)校良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍，讓我順利完成學(xué)業(yè)。最后我要感謝的是把我含辛茹苦養(yǎng)大的父母，在我讀書的這些年里，如果沒(méi)有你們的大力支持和無(wú)私關(guān)愛(ài)，我也不能順利完成學(xué)業(yè)。有了你們的支持，我對(duì)自己以后的人生道路充滿了信心和動(dòng)力。參考文獻(xiàn)1機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第二冊(cè)M.北京：機(jī)械工藝出版社，1986