喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預(yù)覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內(nèi)，圖紙為CAD格式可編輯，有疑問咨詢QQ:414951605 或 1304139763p 畢業(yè)論文任務(wù)書 課題： 經(jīng)濟型數(shù)控機床橫向進給系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名 李 浩 班 級 B材機002 學(xué) 號 B0012218 指 導(dǎo) 教 師 沙 愛 民 教 研 室 主 任 徐 文 寬 系 主 任 葛 友 華 發(fā) 放 日 期 2004.1 一、設(shè)計（論文）內(nèi)容 本數(shù)控車床為經(jīng)濟型中檔精度機床，橫向進給運動要求用伺服電機通過柔性聯(lián)結(jié) 帶動滾珠絲杠螺母副實現(xiàn)，設(shè)計精度須達(dá)原始數(shù)據(jù)，絲杠要有安全防護罩。 二、設(shè)計（論文）依據(jù) 1、床身上最大回轉(zhuǎn)直徑φ400 mm； 2、快移速度 X軸4/min； 3、定位精度 X軸 0.035mm； 4、重復(fù)定位精度 X軸 0.0075mm，刀架0.010mm。 三、技術(shù)要求 1、橫向進給運動設(shè)計時，電機和絲杠聯(lián)結(jié)采用柔性結(jié)構(gòu)； 2、須對電機大小選擇進行驗證； 3、對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇，進行強度、剛度校核； 四.畢業(yè)設(shè)計（論文）物化成果的具體內(nèi)容及要求 (具體內(nèi)容參照機械工程系畢業(yè)設(shè)計<論文>大綱及實施細(xì)則的有關(guān)要求填寫) 設(shè)計說明書的字?jǐn)?shù)絲不少于一萬字，內(nèi)容包括總體方案，有關(guān)設(shè)計依據(jù)及數(shù)據(jù)選 擇計算及必要的校核計算等。 完成的圖紙有： 1、經(jīng)濟型數(shù)控車床總體圖 A3 1張 2、橫向進給系統(tǒng)裝配圖 A0 1張 3、床鞍零件圖 A0 1張 4、橫滑板零件圖 A1 1張 5、 電機支架零件圖 A1 1張 6、橫向滾珠絲杠副零件圖 A3 1張 7、其他零件圖 A3～A4 3～5張 繪圖總量大于3A0，全部計算機繪圖。 3、其它要求 五. 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 04.2.16-04.2.28 在實習(xí)單位和現(xiàn)場搜集設(shè)計課題的第一手資料 要有現(xiàn)場記錄和草圖 04.3.01-04.3.02 整理畢業(yè)實習(xí)資料，交實習(xí)報告一份 04.3.03-04.3.25 完成設(shè)計方案的論證及結(jié)構(gòu)設(shè)計的算書草稿和草圖 交指導(dǎo)教師初審 04.3.26-04.4.26 在計算機中繪制所有工程圖樣 總裝圖、部裝圖須附草圖 04.4.27-04.4.30 自查和交指導(dǎo)教師審查 04.5.03-04.5.10 修改圖樣 04.5.11-04.5.20 整理計算書，并全部用計算機打印 04.5.21-04.5.25 審查計算書內(nèi)容及格式 交指導(dǎo)老師審查 04.5.26-04.5.31 修改計算書，并交全套畢業(yè)設(shè)計資料 04.6.01-04.6.07 準(zhǔn)備答辯、參加答辯 六. 主要參考文獻(xiàn)： 1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 2 范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設(shè)計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7。 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 李 洪.實用機床設(shè)計手冊. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999.1 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機床設(shè)計. 東北工學(xué)院出版社 1989.10 6 成大先.機械設(shè)計手冊--單行本潤滑與密封. 北京化工出版社 2004 1 7 黃祖德. 機械設(shè)計. 北京理工大學(xué)出版社 1992.6 8 吳宗澤. 機械設(shè)計禁忌500例. 北京機械出版社 1996 9 黃鶴訂. 國家機械工業(yè)局--中國機電產(chǎn)品目錄第10冊. 北京機械出版社 2000 10 滾珠絲杠. 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 11 同步帶輪.慈溪恒力同步帶輪有限公司。 12 電機手冊 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 七、其他 5 鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計說明書 2004 0、緒論 本設(shè)計課題為：經(jīng)濟型數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng)設(shè)計 。因為我們沒有精良的加工工具或者是自動化系數(shù)等各方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不及西歐等國家。所以我國的機械制造業(yè)與他們的有著很大的差距的原因，。制造業(yè)是關(guān)系到國際民生的大事，是富民強國的必要因素，我國要有更好的發(fā)展，必須形成我們自己富有特色的現(xiàn)代化制造體系。 隨著時代的發(fā)展，科技的日新月異，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴大，數(shù)控機床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。面對我國目前機床擁有量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動強度，提高經(jīng)濟效益。 “橫向進給系統(tǒng)”“主傳動系統(tǒng)”和“縱向進給系統(tǒng)”被稱為車床的三大核心系統(tǒng)，其重要地位是不言而喻了。三大系統(tǒng)的精確性、準(zhǔn)確性、必將影響加工產(chǎn)品的性能。而實現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控機床，并對原有的機床進行數(shù)控改造。而這就是我們課題的目的。 前提條件：1.床身上最大回轉(zhuǎn)直徑?400mm 2.快移速度x軸4m/min 3.定位精度 x 軸0.035mm 4.重復(fù)定位精度x軸0.0075mm，刀架 0.010mm 設(shè)計要求：設(shè)計課題要求：橫向進給運動設(shè)計時，電機與絲杠采用柔性結(jié)構(gòu)，電機選用伺服電機，對電機的大小選擇進行驗證，及對滾珠絲杠直徑和支承形式選擇進行強度較核，設(shè)計精度達(dá)原始數(shù)據(jù)。 本課題所設(shè)計的進給系統(tǒng)是針對經(jīng)濟型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中， 將使工廠的生產(chǎn)的數(shù)字化水平加強，生產(chǎn)力水平顯著提高 ，勞動強度減輕，經(jīng)濟效益得到提高。 根據(jù)自己三個多月來的設(shè)計過程，編寫了這本《設(shè)計說明書》， 其中，書中肯定存在著相當(dāng)?shù)囊恍﹩栴}，期望領(lǐng)導(dǎo)、老師給予批評，指正。 1、國內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 從上世紀(jì)五十年代數(shù)控技術(shù)開始發(fā)展到1965年， 數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計算機和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。世界主要工業(yè)國家的數(shù)控機床己進入了指生產(chǎn)階段。數(shù)控機床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。 我國從1958看開始研究數(shù)控機械加工技術(shù)，60年代針對壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來組織了數(shù)控機床攻關(guān)會戰(zhàn)，經(jīng)過三年努力，到1975年己研制出了40多個品種300多臺數(shù)控機床。經(jīng)過30年的努力，我國數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從1975年到1979年，7年內(nèi)累計生產(chǎn)數(shù)控機床4108臺（其中約3/4以上的數(shù)控線切割機床）。進入80年代，我國重新重視發(fā) 展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國外引進控制機和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，為國內(nèi)主機配套的方針。1981年，我國從日本FANVC公司引進了FANVC3系列、5系列、7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機，直流主軸電機 技術(shù)，并在北京機床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠。于1981年底開始驗收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電機與主軸電機也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國的主機品種與技術(shù)水平都有圈套的發(fā)展與提高?！〗?jīng)濟型數(shù)控裝置有步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機驅(qū)動的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點位式經(jīng)濟型數(shù)控裝置三種。對于數(shù)控車床改造一般選用步電機驅(qū)動開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時主要考慮以下性能：CPU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動軸數(shù)、設(shè)定單位、插補類型、編程尺寸及編程標(biāo)準(zhǔn)，G、M、S、T、F功能、刀補功能、間隙補償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對編程、增量編程、程序輸入方式以及報警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應(yīng)的性能。 　　步進電機驅(qū)動單元的性能參數(shù)：步進電機性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機的接線型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時間，起動矩頻特性、起動慣頻特性、運行矩頻特性。驅(qū)動電路的型式：高低壓驅(qū)動電路、斬波驅(qū)動電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電路、細(xì)分驅(qū)動電路、電流檢測型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。 　　刀架控制與驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動刀架，或轉(zhuǎn)塔六位刀架。定位精度及重復(fù)定位精度，換刀時間、刀具選擇時刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構(gòu)型式等性能參數(shù)。我國己有少數(shù)產(chǎn)品開始進入國際市場，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機床返銷國外。目前，我國除了能獨立地設(shè)計與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機床外，還能生產(chǎn)五坐標(biāo)數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，民明機床古物 THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數(shù)控技術(shù)進入新的發(fā)展時期，預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來會趕上或超過世界先進國家水平。 2．總體方案論證 2．1選擇動力系統(tǒng) 經(jīng)濟型的數(shù)控機床動力系統(tǒng)可分為三類 1． 步進電機式 采用步進電機驅(qū)動與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，同時限于造價，不再采用其它措施補償位置誤差。由于目前功率步進電機力矩還不太大，所以機床的空選種速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有2-3種插補功能，通過軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡單外形的曲面等十分靈活。由于性價比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財力上都比較容易實現(xiàn)，因此在全國較容易推廣，普及。 2． 交流點位式 采用交流電機變頻驅(qū)動，用光柵數(shù)字點位控制，與步進電機相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達(dá)0.001mm，重復(fù)定位精度為0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機驅(qū)動，功率大，可進行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋功能上有限，而且成本高，使性能價格比相對下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠使用，國內(nèi)用的很少。 3．半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機驅(qū)動，以脈沖編碼器檢測位置，實現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機驅(qū)動，扭矩大，速度高，過載能力強，可進行強力切削。當(dāng)絲杠螺在6mm左右時，快速可達(dá)8～9m/min，且不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強電計大大簡化。 以上三種驅(qū)動方式而言，各有利弊。經(jīng)過比較選擇直流伺服電機驅(qū)動因為速度高，過載能力強，且擁有可編程序控制器，易學(xué)易用，在機床伺服控制系統(tǒng)中，步進電機人微言輕執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價格低，且適合于開環(huán)控制等特點，因此在簡易數(shù)控機床中得到廣泛的應(yīng)用。但由于步進電機步距角、功率較小，存在振蕩等弱點的限制，在高精大功率應(yīng)用場合并不很合適，故考慮采用伺服電機控制。 2.2選擇傳動裝置 數(shù)控機床半閉環(huán)進給系統(tǒng)中伺服電動機經(jīng)齒輪副（或同步齒形帶副），滾珠 絲杠拖動工作臺。反饋裝置與電動機相聯(lián)，發(fā)出反饋信號（亦可把反饋裝置裝在絲杠的端部）；伺服電機可直接與絲杠聯(lián)接 數(shù)控機床的傳動裝置是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈及其附屬結(jié)構(gòu)。包括齒輪減速機，絲杠螺母副，導(dǎo)軌、工作臺等。在數(shù)控機床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)儀式，傳動裝置是伺服系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機床的傳動裝置與普通機床中傳動裝置上有重要差別，故它的設(shè)計與通機床傳動裝置的設(shè)計不同。數(shù)控機床傳動裝置的設(shè)計要求除了有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計機械傳動裝置時，通常提出了無間隙，低磨擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率心臟有適應(yīng)阻尼比的要求。 設(shè)計任務(wù)要完成的設(shè)計是橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計，一般來說此種系統(tǒng)的傳動裝置采用螺旋傳動。 螺旋傳動主要用來把旋轉(zhuǎn)傳動變?yōu)橹本€運動，或把直線傳動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運動為主，并要求有較高的傳動精度的傳動螺旋，還有調(diào)節(jié)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動機構(gòu)又有滑動絲杠螺母，滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機構(gòu)之別。 在經(jīng)濟型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中，螺旋傳動主要來實現(xiàn)精密的進給運動，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動機構(gòu)。 選用滾珠絲杠副傳動機構(gòu)，因為此種機構(gòu)有如下特點： 1. 傳動效率高，磨擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率為η：0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了3～4倍（滑動絲杠效率為0.2 ～0.4）,因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠副的1/4 ～1/3。 2. 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。 3. 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線傳動，也可以從直線傳動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。 4. 磨損小，使用壽命長，精度保持性好。 3 、具體設(shè)計說明 3．1橫向進給滾珠絲杠副的設(shè)計選擇： 在一般情況下，設(shè)計滾珠絲杠時，必須知道下列條件：最大工作負(fù)載 Fmax（或平均工作負(fù)載Fm）作用下的使用壽命T，絲杠的工作長度L（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速n（平均轉(zhuǎn)速n），滾道的硬度HRC及絲杠的運轉(zhuǎn)情況，然后按下列步驟進行設(shè)計。 1、 計算作用在滾珠絲杠上的最大動負(fù)載Ca的數(shù)值。 2、 從滾珠絲杠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，找出相應(yīng)尺寸系列對應(yīng)的最大動載荷Ca的相近值，并初選型號。 3、 根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)果尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動效率等方面的要求，從初選的幾個型號中再挑選出比較合適的公稱直徑d0、導(dǎo)程L0、滾珠列數(shù)k、滾珠圈數(shù)j等確定某一型號。 4、 根據(jù)所選出的型號，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號，再做上述的計算和驗算直至滿足要求為止。 3．1．1確定滾珠絲杠的支承方式： 一、 滾珠絲杠常用的支承方式見下圖。 圖a為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。圖為一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝絲杠。圖c為兩端固定，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、要求高速精度、高剛度的地方。這種方式還可以預(yù)拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點顯著，但工藝比較困難。 滾珠絲杠都用滾動軸承支承?？捎玫臐L動軸承種類很多。從目前情況看來，本課題可選用角接觸球軸承： 這種軸承可以組配。( a )圖為一對背靠背，( b )圖為一以面對面。都承受兩個方向的載荷。由于螺母（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床身上）的同軸度難免有某些誤差，希望軸承有一定的自動調(diào)心作用。面對面組配時，兩接觸線與軸線交點之間的距離比背靠背時小，調(diào)心較易。所以絲杠軸承面對面配用得比較多。 這種軸承是在預(yù)加載荷的條件下組配的。背靠背組配時，內(nèi)圈端面各磨去δ裝配時壓緊內(nèi)圈。就可施加預(yù)加載荷。 簡支端常用深溝球軸承，不預(yù)緊。 本課題設(shè)計采用的是角接觸球軸承，原因在于： 1.橫向進給系統(tǒng)既承受縱向的力，又要承受橫向進給力，考慮到系統(tǒng)受力情況； 2. 為了保證加工精度，橫向進給系統(tǒng)的運動軌跡范圍決定了采用角接觸球軸承。 3.1.2 滾珠絲杠副額定載荷： （1）額定動載荷Ca 即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中，把90%達(dá)到10轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞剝傷 所能承受的純軸向載荷稱為額定動載，以Ca表示。 （2）額定靜載荷Cao: 在滾珠絲杠副靜止（或轉(zhuǎn)速〈10r/min〉狀態(tài)下，承受最大接觸應(yīng)力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量只和為滾珠直徑0.00001倍時的軸向載荷，稱為額定靜載荷，以Cao表示。 3.1.3 滾珠絲杠幅主要參數(shù)的確定： （1）按預(yù)期壽命Ln及軸向載荷Fa進行選擇： Ln=(Ca/Fa)×10（轉(zhuǎn)）[1] （3-1） 一般情況下，F(xiàn)a可以用平均載荷Fm予以代替： Fm= [1] （3-2） 式中；Ln為預(yù)期設(shè)計壽命， Fmax為最大軸向載荷， Fmin為最小軸向載荷。 對于機床Ln通常取Ln=20×10（轉(zhuǎn)） 則：Ca=Fm:2.71Fm [1] （3-3） 本課題設(shè)計的要求，系統(tǒng)最大進給力為2750N，橫向進給為一半即1375N，所以得： Fmax=680N（經(jīng)驗值） Fmin=35%Fmax =238N 所以Fm==537.7N 故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N (2)按承受的最大軸向力Fmax確定參數(shù)計算靜負(fù)荷Cmo： Cmo=KKFmax 即CmoCmo=1.5×2×680=2062.5N 故；絲杠的額定動載荷Ca≥644.2N 絲杠的額定靜載荷Ca>2062.5N 選擇：代號為2005-4型的滾珠絲杠，其基本直徑20mm，大徑19.5mm 基本導(dǎo)程5mm 4.對選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進行核算： （1）最大軸向壓縮載荷F 滾珠絲杠受壓力作用后，在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷Fc由下式計算： Fc= [4] （3-4） 式中：m=20×10（N/mm） dc為公稱直徑（mm）. d為滾珠直徑（mm） Ls為絲杠軸的支撐距離（mm） 則： 水平安置時[n]=4 [n]—許用穩(wěn)定安全系數(shù) F 即F為最大載向壓縮載荷>Fa (2). 極限轉(zhuǎn)速的計算為使絲杠副在高速運轉(zhuǎn)時不發(fā)生共振現(xiàn)象，應(yīng)對其極限轉(zhuǎn)速進行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以Nc表示： Nc=121 [4] （3-5） 式中：為公稱直徑； d為滾珠直徑 為支承結(jié)構(gòu)系數(shù) K=2.5 極限轉(zhuǎn)速n滿足： n < 0.8Nc Nc=121x10(20-3.175) （3）滾珠絲杠副的預(yù)加副載 為了消除螺母間隙，提高滾珠絲杠副的剛性，與定位精度，在絲杠和螺母 間施加預(yù)加載荷Fp，其預(yù)加載荷大小為： Fp＝Fmax/3＝229N[4] （3-6） （4） 滾珠絲杠副的剛度 滾珠絲杠副的剛度K： 式中： K為滾珠絲杠副的剛度； K j為滾珠的軸向接觸剛度； K1為螺母的安裝剛度； Kg 為絲杠軸的安裝剛度 當(dāng)有預(yù)加負(fù)荷Fp且為額定動載荷的1/10時，Kj可近似的以下式表示： [4] （3-7） 式中：F為軸向工作載荷（N） db為滾珠直徑，（mm） Z＝Z’×圈數(shù)×列數(shù) Z’為一圈滾珠數(shù) 內(nèi)循環(huán) Z’=d0/db-(3～5)粒 d0為公稱直徑 210為滾子數(shù) ∴Kj＝0.54＝5.2×103 N/μm 、螺母支撐剛度K1： K1＝[5] （3-8） 其中：A為螺母橫截面積 E＝2.1×105 Ln為螺母支承面至有效滾延間的長度 A＝0.4×103 mm2 故，K1＝（0.4×103×2.1×105）/（1000×103）＝0.85×103（N/μm） 、絲杠軸的支承剛性Kg 當(dāng)采用圖示的支承方式： Kg==(A*E)/（1546×108）＝0.7×103（N/μm）[10] （3-9） 滾珠絲杠副的剛度K： 因為： 所以K=1/( )=2.3×103 （N/μm） （5）驅(qū)動力矩及驅(qū)動功率 使絲杠旋轉(zhuǎn)運動所需驅(qū)動力矩： Ma＝（F×Ph）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10） 公稱導(dǎo)程Ph＝2.5mm η＝0.9 所以Ma＝0.61N.m 由預(yù)緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩 Mf＝K× （N.m）[10] （3-11） Mf=2.3×103×N.m 總驅(qū)動力矩：M＝Ma＋Mf M=Ma+Mf=0.63N.m[10] （3-12） 所需功率 W＝ （Kw）[1] （3-13） W= 式中：F為軸向載荷 Ph為公稱直徑 η為效率 3．1. 4 滾珠絲杠與伺服電動機的聯(lián)接 滾珠絲可通過齒輪副或步齒形帶與伺服電機相接；也可通過聯(lián)軸節(jié)與伺服電動機直接聯(lián)接。 為了消除絲杠與電機軸之間的同軸度和垂直誤差，可用撓性聯(lián)軸節(jié)或波紋管聯(lián)軸節(jié)。一般為撓性聯(lián)軸節(jié)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套相聯(lián)。通過柔性片傳遞力矩。柔性片由不銹鋼制成，每片厚0.25mm。這種聯(lián)軸節(jié)已由專門工廠生產(chǎn)，其性能尺寸見《機床設(shè)計手冊》第3冊P496。 伺服電動機有直流和交流兩類。直流伺服電動機開發(fā)較早。交流伺服電動機國外于70年代末期開始應(yīng)用于數(shù)控機床。由于交流伺服電動機沒有電刷，因此壽命長，允許的轉(zhuǎn)速高，還適當(dāng)宜于易燃易爆的環(huán)境中使用。交流伺服電動機發(fā)展得快，在國外已基本上取代了直流伺服電動機。在我國，交流服電動機也已采用，直流伺服電動機仍有應(yīng)用仍較多。 伺服控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)： 圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度控制精度；電壓控制環(huán)可實現(xiàn)對伺服放大器的電壓控制。 半閉環(huán)控制： 半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測元件輸出的反饋控制通道，而檢測元件是安裝在絲杠軸或電機軸上的，檢測同角位移后，推算出工作臺的實際位移。以偏差值實現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測元件檢測的反饋信號不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺之間的傳動鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動補償。因此這種由等效反饋信號組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制： 閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號，即要求測量元件安裝在工作臺上，而不是安裝在絲杠或電機軸上。但因直接測量工作臺的實際位移，需配備如光柵、磁柵或感應(yīng)同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測元件，這使整個系統(tǒng)的價格提高。由于閉環(huán)控制能對整個系統(tǒng)誤差進行自動補償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測元件的測量精度?？傊@種控制方式的優(yōu)點是精度高、速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜，適宜于大型和精密的數(shù)控機床。 3．2. 伺服電機型號選擇 ： 3．2.1進給電機功率的確定 在進給運動的速度較低的情況下，空載功率很小，計算時可以略去，進給電機的功率可根據(jù)進給的有效功率和傳動件的機械效率來計算： 即： (*)[11] （3-14） 式中： Ns------進給電動機功率（KW） Q-------進給抗力（公斤力） Vs------進給速度（米/分） Ys------進給傳動的總機械效率（一般可取0.15～0.20） 根據(jù)資料顯示,CDJK6140系列車床的最大切削主力F=2750N 即Pz=2750N 故進給力 ： Px=0.5Pz =1375N Ys取0.2 Vs=0.4m/min 代入(*) 式 3．1.2伺服電機型號 考慮到進給系統(tǒng)的過載現(xiàn)象, 選擇的電機功率應(yīng)該大于選擇的電機功率。（根據(jù)參照電機手冊. 南京蘇強數(shù)控機電有限公司） 所以，選擇型號為110SNMA6 I型 的永磁無刷伺服電機。 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 轉(zhuǎn)子慣量 機械時間常數(shù) 電機時間常數(shù) 1. 256kw 6N.m 2000r.Pm 5.0A 0.718×10 kg.m 0.8ms 6.14ms 3．1.3同步帶輪的選擇 為了保證傳動精度，本設(shè)計采用同步帶輪來傳動。同步帶輪傳動不僅能夠保證良好的傳動精度，還能降低傳動產(chǎn)生的噪音，對磨損的要求也同時符合要求。一般同步帶輪有統(tǒng)一生產(chǎn)，本課題設(shè)計選用的是慈溪恒力同步帶輪有限公司生產(chǎn)，規(guī)格如下： 4、結(jié)論 至今為止，基本上完成了本課程的設(shè)計要求，課題的主要設(shè)計內(nèi)容包括：絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計，伺服電機與絲杠的連接形式設(shè)計、絲杠與床鞍的連接設(shè)計、絲杠的支承方式設(shè)計、伺服電機的選擇 。 進給系統(tǒng)運轉(zhuǎn)精度、直接將導(dǎo)致整個機床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關(guān)鍵性問題是急需解決的。由于自身的經(jīng)驗有限，面對這些關(guān)鍵性問題只能從理論上去尋求解決的方法。因此，自己所設(shè)計的結(jié)構(gòu)和運用到生產(chǎn)實踐中仍相距甚遠(yuǎn)。 電機的選擇也相當(dāng)重要，對于整個進給系統(tǒng)的來說，要求嚴(yán)格。 5、參考文獻(xiàn) 1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 2 李 洪.實用機床設(shè)計手冊. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999.1 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設(shè)計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機床設(shè)計. 東北工學(xué)院出版社 1989.10 6 黃祖德. 機械設(shè)計. 北京理工大學(xué)出版社 1992.6 7 吳宗澤. 機械設(shè)計禁忌500例. 北京機械出版社 1996 8 黃鶴訂. 國家機械工業(yè)局--中國機電產(chǎn)品目錄第10冊. 北京機械出版社 2000.7 9 滾珠絲杠. 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 10 同步帶輪. 慈溪恒力同步帶輪有限公司 11 電機手冊. 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 6、設(shè)計工作小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是對我四年來學(xué)習(xí)和實踐的一個綜合鍛煉和考核， 是踏上社會前在學(xué)校的一次磨練，要充分發(fā)揮自己的知識。在設(shè)計中，我基本將四年來所學(xué)知識進行了綜合運用，并了解了本專業(yè)方面最新科技動態(tài)和發(fā)展趨勢，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，進一步加強了對以前學(xué)習(xí)的把握，增長了見識，也充分展示了自己的專業(yè)基礎(chǔ)和設(shè)計能力。 在畢業(yè)設(shè)計過程中，經(jīng)歷了實際考察、資料收集、方案論證、工程圖的繪制、說明書的書寫等設(shè)計過程，這使我掌握了設(shè)計的一般步驟，為以后走上工作崗位進行其它方面的工作奠定了結(jié)實的基礎(chǔ)。 從這次設(shè)計中體會到：在平時要搞好、搞懂每個知識點； 要虛心并誠心地向老師、同學(xué)請教； 做事需要講團體協(xié)作 ； 考慮問題應(yīng)該多方面、多角度，力爭按最嚴(yán)格的工作要求做事； 培養(yǎng)設(shè)計能力與嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，體會到了工程技術(shù)人員所應(yīng)該具備的基本素質(zhì)。 由于本人理論及實踐水平有限，設(shè)計圖樣、設(shè)計說明書定有許多錯誤和不妥之處，敬請各位老師和同學(xué)指出，提出批評和修改意見。 最后，向在設(shè)計期間給予關(guān)心指導(dǎo)的沙愛民老師謹(jǐn)以最誠摯的謝意！同時也謝謝幫助我的同學(xué)。 19 畢業(yè)論文任務(wù)書 課題： 經(jīng)濟型數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名 李 浩 班 級 B材機002 學(xué) 號 B0012218 指 導(dǎo) 教 師 沙 愛 民 教 研 室 主 任 徐 文 寬 系 主 任 葛 友 華 發(fā) 放 日 期 2004.1 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 經(jīng)濟型中擋精度數(shù)控機床橫向進給設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 李 浩 班 級 B材機002 學(xué) 號 B0012218 指導(dǎo)教師 沙 愛 民 完成日期 二00四年五月二十日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 課題： 經(jīng)濟型數(shù)控機床橫向進給系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化 學(xué)生姓名 李 浩 班 級 材機002 學(xué) 號 B0012218 指導(dǎo)教師 沙 愛 民 完成日期 2004-4-25 課題名稱：經(jīng)濟型數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng)設(shè)計 課題類型： √工程設(shè)計型 □ 工程技術(shù)研究型 □ 軟件開發(fā) □理論研究 （請在對應(yīng)類型前面打√） 一、課題簡介（課題含義、課題來源、需要解決的問題、已知條件）： 本課題是中檔數(shù)控車床進行縱向進給系統(tǒng)以及潤滑系統(tǒng)設(shè)計?？v向進給要求用伺服電機通過柔性聯(lián)接帶動滾珠絲杠螺母副實現(xiàn)，設(shè)計精度須達(dá)原始數(shù)據(jù)，絲杠要有安全防護罩。 課題來源于市場的需要，隨著社會發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，原始的車床已無法滿足市場的需要。故產(chǎn)生了本課題。 課題要求：橫向進給系統(tǒng)設(shè)計時電機與絲杠采用柔性結(jié)構(gòu)，電動機選伺服電機對電機的大小選擇進行驗證。對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇，進行強度校核 已知條件： 1. 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑400mm 2. 快移速度 X軸4/min； 3. 定位精度 X軸 0.035mm； 4. 重復(fù)定位精度 X軸 0.0075mm，刀架0.010mm。 二、本課題國內(nèi)外發(fā)展概況： 數(shù)控技術(shù)從二十世紀(jì)五十年代開始發(fā)展至今，數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計算機和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)有多種類型。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)主要包括數(shù)控裝置、坐標(biāo)軸驅(qū)動(或伺服)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、刀架及輔助功能的強電控制與驅(qū)動系統(tǒng)、接口等。 　　經(jīng)濟型數(shù)控裝置有步進電機驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控裝置、直流電機驅(qū)動的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點位式經(jīng)濟型數(shù)控裝置三種。對于數(shù)控車床改造一般選用步電機驅(qū)動開環(huán)數(shù)控裝置。選擇時主要考慮以下性能：CPU類型、用戶容量、控制軸或聯(lián)動軸數(shù)、設(shè)定單位、插補類型、編程尺寸及編程標(biāo)準(zhǔn)，G、M、S、T、F功能、刀補功能、間隙補償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對編程、增量編程、程序輸入方式以及報警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應(yīng)的性能。 　　步進電機驅(qū)動單元的性能參數(shù)：步進電機性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機的接線型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時間，起動矩頻特性、起動慣頻特性、運行矩頻特性。驅(qū)動電路的型式：高低壓驅(qū)動電路、斬波驅(qū)動電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電路、細(xì)分驅(qū)動電路、電流檢測型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。 　　刀架控制與驅(qū)動系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動刀架，或轉(zhuǎn)塔六位刀架。定位精度及重復(fù)定位精度，換刀時間、刀具選擇時刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構(gòu)型式等性能參數(shù)。 　　強電接口及弱電接口、主要根據(jù)工作需要選擇。如工件自動夾緊。加工螺紋時，主軸的脈沖編碼器與數(shù)控裝置的接線。程序輸入接口等。 　　國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的類型有：BCK2—001，BKC2—005，GWK—1A／Ⅱ/Ⅲ,JWK—20T，BKC2—8A，GSK—928，2385—1T等系列產(chǎn)品。廣泛應(yīng)在數(shù)控改裝及老產(chǎn)品改型車床中。在選擇時，除性能參數(shù)外，還要考慮其外型，安裝形式等因素。結(jié)合設(shè)計計算選擇合適的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。 ，如北京機床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，民明機床古物 THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數(shù)控技術(shù)進入新的發(fā)展時期，預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來一定會趕上甚至超過世界先進水平。 三、完成本課題的總體設(shè)計思路（本課題的技術(shù)路線簡介、總體方案論證、對本課題完成情況的預(yù)計） 設(shè)計思路： 1、 進行方案論證： a、橫向進給選用滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) b、進給系統(tǒng)采用伺服電機 2、根據(jù)滾珠絲杠副所受的力計算確定絲杠副的型號 3、 伺服電機的型號進行選擇 4、 繪制草圖并交老師檢查 5、 繪制零件圖草圖 6、 計算機繪圖 對本課題完成情況的預(yù)計： 在四月份完成草圖設(shè)計繪圖，并在計算機里進行畫圖，在五月份完成所有繪圖并整理編寫說明書 四、課題進度安排 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 04.2.16-04.2.28 在實習(xí)單位和現(xiàn)場搜集設(shè)計課題的第一手資料 要有現(xiàn)場記錄和草圖 04.3.01-04.3.02 整理畢業(yè)實習(xí)資料，交實習(xí)報告一份 04.3.03-04.3.25 完成設(shè)計方案的論證及結(jié)構(gòu)設(shè)計的計 交指導(dǎo)教師初審 算書草稿和草圖 04.3.26-04.4.26 在計算機中繪制所有工程圖樣 部裝圖須附草圖 04.4.27-04.4.30 自查和交指導(dǎo)教師審查 04.5.03-04.5.10 修改圖樣 04.5.11-04.5.20 整理計算書，并全部用計算機打印 04.5.21-04.5.25 審查計算書內(nèi)容及格式 04.526-04.5.31 修改計算書，并交全套畢業(yè)設(shè)計資料 04.6.01-04.6.11 準(zhǔn)備答辯、參加答辯 指導(dǎo)導(dǎo)師意見: 指導(dǎo)教師（簽名） 2004年 月 日 教研室意見： 教研室主任（簽字） 2004年 月 日 系部意見： 部門（公章） 系主任（簽名） 2004年 月 日 參考文獻(xiàn) 1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 2 范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設(shè)計簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 ，1994.7 4 李 洪.實用機床設(shè)計手冊. 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999.1 5 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機床設(shè)計. 東北工學(xué)院出版社 1989.10 6 成大先.機械設(shè)計手冊--單行本潤滑與密封. 北京化工出版社 2004 1 7 黃祖德. 機械設(shè)計. 北京理工大學(xué)出版社 1992.6 8 吳宗澤. 機械設(shè)計禁忌500例. 北京機械出版社 1996 9 黃鶴訂. 國家機械工業(yè)局--中國機電產(chǎn)品目錄第10冊. 北京機械出版社 2000.7 10 滾珠絲杠. 上海川浦機械實業(yè)公司樣本 11 同步帶輪. 慈溪恒力同步帶輪有限公司 12 電機手冊 南京蘇強數(shù)控機電有限公司 6