XK712數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給部件設(shè)計【含5張CAD圖紙、說明書】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：XK712數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給部件設(shè)計 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（制造技術(shù)） 班 級： 學(xué) 號: 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： Graduation Design (Thesis) XK712 CNC milling machine Z-axis feed component design By Supervised by Department of automation engineering Nanjing institute of technology May,2014 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 摘要 數(shù)控機(jī)床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，是數(shù)控機(jī)床中的典型機(jī)床，也是國家機(jī)械制造業(yè)中的最重要的組成部分之一。數(shù)控銑床的加工精度也是標(biāo)致著一個國家的機(jī)械制造業(yè)水平，因此在國內(nèi)外企業(yè)界都受到高度重視。本文設(shè)計的是XK712數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給部件,采用伺服電機(jī)與滾珠絲桿直連的傳動方式。文中包括了進(jìn)給部件的計算與選用和導(dǎo)軌選擇兩大部分，主要介紹了立式數(shù)控銑床進(jìn)給傳動系統(tǒng)中各種傳動方案優(yōu)缺點(diǎn)的比較、傳動方案的選擇和確定、部件設(shè)計、軸承的選用及其潤滑、關(guān)鍵零件的校核等設(shè)計過程。最終能夠提高傳動精度，保證運(yùn)動平穩(wěn)性，減少摩擦，消除爬行現(xiàn)象，延長其使用壽命。 關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；進(jìn)給；傳動；伺服電機(jī) ABSTRACT CNC machine is a highly functional processing CNC machine tools, CNC machine tools in the typical machine tools, machinery manufacturing industry is one of the country's most important component. CNC milling machining precision machinery manufacturing also marks the level of a country, and therefore the business community at home and abroad are highly valued. This design is XK712 CNC milling machine Z-axis feed components, servo motor and ball screw directly connected to the transmission mode. The paper includes a calculation of feed components and the selection and choice of two major rail, introduces the Vertical CNC milling machine feed drive system compares the advantages and disadvantages of various transmission schemes, selection and determine the transmission program, part design, bearing selection and lubrication, checking and other key parts of the design process. Can improve the accuracy of the final drive to ensure smooth movement, reduce friction and eliminate creeping phenomenon, extending its life. Key words: CNC machine; Feed; Transmission; Servo motor -目 錄 第一章 緒 論 1 1.1 概述 1 1.1.1數(shù)控機(jī)床簡介 1 1.1.2數(shù)控銑床的工藝范圍及分類 2 1.1.3數(shù)控銑床的組成和布局 6 1.1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和發(fā)展 8 第二章 機(jī)床總體方案設(shè)計 12 2.1 伺服系統(tǒng)設(shè)計 12 2.1.1伺服系統(tǒng)的概述 12 2.1.2伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 13 2.1.3伺服系統(tǒng)的基本要求 13 2.2 傳動方案確定及典型元件 14 2.2.1電機(jī)與滾珠絲杠的連接 14 2.2.2滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 15 2.2.3滾珠絲杠的支承方式 15 2.2.4聯(lián)軸器的選擇 17 第三章 數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 17 3.1 主切削力及其切削分力計算 18 3.2 導(dǎo)軌摩擦力的計算 18 3.3 滾珠絲杠的選擇 19 3.3.1計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 19 3.3.2數(shù)控銑床的工藝范圍及分類 19 3.3.3計算當(dāng)量負(fù)載荷Cm 19 3.3.4選取滾珠絲杠 20 3.4 伺服電機(jī)的選擇 20 3.4.1計算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載慣量 20 3.4.2計算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩 21 3.4.3選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 21 第四章 機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計 23 4.1 機(jī)床導(dǎo)軌概述 23 4.2 機(jī)床導(dǎo)軌的基本要求 24 4.3 常用機(jī)床導(dǎo)軌介紹 25 4.3.1塑料滑動導(dǎo)軌 25 4.3.2滑動導(dǎo)軌 28 4.3.3靜壓導(dǎo)軌 30 4.4 機(jī)床導(dǎo)軌選擇 31 第五章 總結(jié) 32 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 35 第二章 緒論 1.1概述 1.1.1數(shù)控機(jī)床簡介 數(shù)控機(jī)床是一種高效能自動加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：易于加工異型復(fù)雜零件；提高生產(chǎn)率；可以實現(xiàn)一機(jī)多用，多機(jī)看管；可以大大減少專用工裝卡具，并有利于提高刀具使用壽命；提高零件的加工精度，易于保證加工質(zhì)量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大減少在制品的數(shù)量；可以大大減輕工人勞動強(qiáng)度，減少所需工人數(shù)量等。 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動系統(tǒng)、支承部件、分度臺等部分組成。傳動系統(tǒng)的作用是把運(yùn)動和力由動力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件，而且要保證傳遞過程中有良好的動態(tài)特性。傳動系統(tǒng)在工作過程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用，使傳動系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)振動，從而影響機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床切削速度的提高和自動化方向的發(fā)展，傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來越簡單，但對其機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的要求卻越來越高。 數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機(jī)床，其加工過程中的動作順序、運(yùn)動部件的坐標(biāo)位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動控制的，操作者在加工過程中無法干預(yù)，不能像在普通機(jī)床上加工零件那樣，對機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行人為補(bǔ)償，所以數(shù)控機(jī)床幾乎在任何方面均要求比普通機(jī)床設(shè)計得更為完善，制造得更為精密。為滿足高精度、高效率、高自動化程度的要求，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計已形成自己的獨(dú)立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。隨著社會進(jìn)步的迅速節(jié)奏，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低、效率低、勞動度大）已無法滿足生產(chǎn)要求，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計算機(jī)技術(shù)、自動控制、精密測量和機(jī)械設(shè)計等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品---數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動化機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令（刀具移動軌跡信息）規(guī)定的程序。具體地講，把數(shù)字化了的刀具移動軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算，從而實現(xiàn)控制刀具與工件相對運(yùn)動，加工出所需要的零件的機(jī)床，即為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也很多，因此，人們在研究和開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動編程語言的軟件系統(tǒng)時，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。數(shù)控銑床機(jī)械部分與普通銑床基本相同，工作臺可以做橫向、縱向和垂直三個方向的運(yùn)動。因此普通銑床能加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控銑床度能做到。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高，更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)地提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。在機(jī)床行業(yè)，由于采用了數(shù)控技術(shù)，許多過去在普通機(jī)床上無法完成的工藝內(nèi)容得以完成，大量普通機(jī)床為數(shù)控機(jī)床所代替，這就極大地促進(jìn)了機(jī)床行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)遍布軍工、航空航天、汽車、造船、機(jī)車車輛、機(jī)床、建筑、通用機(jī)械、紡織、輕工、電子等幾乎所有制造行業(yè)。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服性能、主軸驅(qū)動、機(jī)床結(jié)構(gòu)等提出了更高的性能指標(biāo)；FMS的迅速發(fā)展和CIMS的不斷成熟，又將對數(shù)控機(jī)的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出更高的要求。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能日益完蓋，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用頷域日益擴(kuò)大。 綜上所述，數(shù)控機(jī)床在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人類生存質(zhì)量和創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會等方面，起著非常重要的作用。 1.1.2數(shù)控銑床的工藝范圍及分類 數(shù)控銑床是數(shù)控機(jī)床中最普遍、最重要也是最具代表性的種類之一。數(shù)控銑床適合于各種箱體類和板類零件的加工。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)除基礎(chǔ)部件外，還包括主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件，實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動、冷卻等系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置，特殊功能裝置，如刀具破損監(jiān)視、精度檢測和監(jiān)控裝置，為完成自動化控制功能的各種反饋信號裝置及元件。銑削加工是機(jī)械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面銑削和輪廓銑削，也可以對零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪及螺紋加工等。 數(shù)控銑床的分類可以分成以下幾類： 1．按主軸布置形式分類? 按機(jī)床主軸的布置形式及機(jī)床的布局特點(diǎn)分類，可分為數(shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床和數(shù)控龍門銑床等。 （1)?立式數(shù)控銑床? 一般可進(jìn)行三坐標(biāo)聯(lián)動加工，目前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床占大多數(shù)。如圖1-1所示，數(shù)控立式銑床主軸與機(jī)床工作臺面垂直，工件裝夾方便，加工時便于觀察，但不便于排屑。一般采用固定式立柱結(jié)構(gòu)，工作臺不升降。主軸箱做上下運(yùn)動，并通過立柱內(nèi)的重錘平衡主軸箱的質(zhì)量。為保證機(jī)床的剛性，主軸中心線距立柱導(dǎo)軌面的距離不能太大，因此，這種結(jié)構(gòu)主要用于中小尺寸的數(shù)控銑床。此外，還有的機(jī)床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中其中一個或兩個做數(shù)控回轉(zhuǎn)運(yùn)動的四坐標(biāo)和五坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。通常，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，尤其是要求聯(lián)動的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍及可選擇的加工對象也越多。但隨之而來的就是機(jī)床結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程難度更大，設(shè)備的價格也更高。數(shù)控立式銑床也可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置來擴(kuò)大它的功能、加工范圍及加工對象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。 圖1-1 立式數(shù)控銑床 (2)?臥式數(shù)控銑床? 臥式數(shù)控銑床與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面。如圖1-2所示，數(shù)控臥式銑床的主軸與機(jī)床工作臺面平行，加工時不便于觀察，但排屑順暢。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，一般配有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)四坐標(biāo)、五坐標(biāo)加工，這樣不但工件側(cè)面上的連續(xù)輪廓可以加工出來，而且可以實現(xiàn)在一次安裝過程中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進(jìn)行“四面加工”。尤其是萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤可以把工件上各種不同的角度或空間角度的加工面擺成水平來加工，這樣可以省去很多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌鹊某尚毋姷?。雖然臥式數(shù)控銑床在增加了數(shù)控轉(zhuǎn)盤后很容易做到對工件進(jìn)行“四面加工”。使其加工范圍更加廣泛。但從制造成本上考慮，單純的數(shù)控臥式銑床現(xiàn)在已比較少，而多是在配備自動換刀裝置(ATC)后成為臥式加工中心。 (3)?數(shù)控龍門銑床? 對于大尺寸的數(shù)控銑床，一般采用對稱的雙立柱結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)床的整體剛性和強(qiáng)度，這就是數(shù)控龍門銑床。如圖1-3所示，數(shù)控龍門銑床有工作臺移動和龍門架移動兩種形式。主要用于大、中等尺寸，大、中等質(zhì)量的各種基礎(chǔ)大件，板件、盤類件、殼體件和模具等多品種零件的加工，工件一次裝夾后可自動高效、高精度的連續(xù)完成銑、鉆、鏜和鉸等多種工序的加工，適用于航空、重機(jī)、機(jī)車、造船、機(jī)床、印刷、輕紡和模具等制造行業(yè)。 圖1-2臥式數(shù)控銑床 圖1-3數(shù)控龍門銑床 ?按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類，數(shù)控銑床可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床、全功能數(shù)控銑 床和高速數(shù)控銑床等。 （1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 ?經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床一般采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，如SE.MENS802S等采用開環(huán)控制，可以實現(xiàn)三坐標(biāo)聯(lián)動。這種數(shù)控銑床成本較低，功能簡單，加工精度不高，適用于一般復(fù)雜零件的加工，一般有工作臺升降式和床身式兩種類型。如圖1-4(a)所示。 （2）全功能數(shù)控銑床 ?全功能數(shù)控銑床采用半閉環(huán)控制或閉環(huán)控制，其數(shù)控系統(tǒng)功能豐富，一般 可以實現(xiàn)四坐標(biāo)以上的聯(lián)動，加工適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用最廣泛，如圖 1-4(b)所示。 （3）高速數(shù)控銑床 高速銑削是數(shù)控加工的一個發(fā)展方向，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已逐漸得到廣泛的應(yīng)用。這種數(shù)控銑床采用全新的機(jī)床結(jié)構(gòu)、功能部件和功能強(qiáng)大的數(shù)控系統(tǒng)，并配以加工性能優(yōu)越的刀具系統(tǒng)，加工時主軸轉(zhuǎn)速一般在8000～40000r/min，切削進(jìn)給速度可達(dá)10～30m/min，可以對大面積的曲面進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的加工，如圖1-5。但目前這種機(jī)床價格昂貴，使用成本比較高。 (a)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 (b)全能型數(shù)控銑床 (c)高速型數(shù)控銑床 圖1-4 1.1.3數(shù)控銑床的組成和布局 數(shù)控銑床的組成 1．?dāng)?shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)等幾大部分組成： (1)主傳動系統(tǒng) 由主軸箱、主軸電機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。 (2)進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由伺服電動機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實現(xiàn)刀具和工件之間的相對運(yùn)動，包括直線進(jìn)給運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 (3)控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運(yùn)動控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工。 (4)輔助裝置 如液壓、氣動、潤滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。 (5)機(jī)床基礎(chǔ)件 通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個機(jī)床的基礎(chǔ)和框架。 2．主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸部件。由于主傳動系統(tǒng)的變速功能一般采用變頻或交流伺服主軸電動機(jī)，通過同步齒形帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)，對于功率較大的數(shù)控銑床，為了實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩，有時加一級或二級或多級齒輪減速。對于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)，則采用普通電動機(jī)通過V帶、塔輪、手動齒輪變速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)。通過改變電動機(jī)的接線形式和手動換擋方式進(jìn)行有級變速。 主軸具有刀具自動鎖緊和松開機(jī)構(gòu)，用于固定主軸和刀具的連接。由碟形彈簧、拉桿和氣缸或液壓缸組成。主軸具有吹氣功能，在刀具松開后，向主軸錐孔吹氣，達(dá)到清潔錐孔的目的。 3．進(jìn)給傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 進(jìn)給系統(tǒng)即進(jìn)給驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置是指將伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_直線運(yùn)動的整個機(jī)械傳動鏈，主要包括減速裝置、絲桿螺母副及導(dǎo)向元件等。在數(shù)控銑床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用雙螺母滾珠絲桿螺母副。進(jìn)給系統(tǒng)的X、Y、Z軸傳動結(jié)構(gòu)是伺服電動機(jī)固定在支承座上，通過彈性聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與工作臺聯(lián)結(jié)螺母移動，實現(xiàn)X、Y、Z軸的進(jìn)給。 數(shù)控銑床的布局 1．工件的重量和尺寸與布局的關(guān)系可以有四種不同的布局方案： (1) 工件進(jìn)給運(yùn)動的升降臺銑床 (2) 銑頭垂直進(jìn)給運(yùn)動的升降臺銑床 (3) 工件一個方向進(jìn)給運(yùn)動的龍門式數(shù)控銑床 (4) 銑頭垂直進(jìn)給運(yùn)動的龍門式數(shù)控銑床 2．運(yùn)動的分配與部件的布局 一般需要對工件的頂面進(jìn)加工，則銑床主軸應(yīng)布局成立式的。 一般需要對工件的多個側(cè)面進(jìn)行加工，則主軸應(yīng)布局成臥式的。 3．銑床的布局與結(jié)構(gòu)性能 數(shù)控銑床的布局應(yīng)能兼顧銑床有良好的精度、剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)性能。 運(yùn)動要求與加工功能相同的數(shù)控機(jī)床，結(jié)構(gòu)的總體布局不同，結(jié)構(gòu)性能是有差異的。 T形床身布局的優(yōu)點(diǎn)：剛性好。 框式立柱布局的優(yōu)點(diǎn)：熱變形對加工精度的影響小。 1.1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和發(fā)展 從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。?? 進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡要分析了數(shù)控機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢，并提出了我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展中存在的一些問題。?? 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(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)、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。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(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，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力.隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械制造工程領(lǐng)域方面越來越多地采用智能化、自動化，新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍。我們對市場進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)大量采用數(shù)控機(jī)床甚至加工中心取代傳統(tǒng)的普通機(jī)床的機(jī)械加工，采用計算機(jī)集成系統(tǒng)CIMS取代原有的生產(chǎn)制造管理過程，使企業(yè)生產(chǎn)智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化。這將對生產(chǎn)第一線的工作人員提出越來越高的職業(yè)技術(shù)要求。?? 數(shù)控加工就是數(shù)控機(jī)床在加工程序的驅(qū)動下將毛坯加工成合格零件的加工過程。數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)具有普通機(jī)床所沒有的計算機(jī)數(shù)據(jù)處理功能、智能識別功能以及自動控制能力。數(shù)控加工與常規(guī)加工相比有著明顯的區(qū)別，其特點(diǎn)如下： （1）自動化程度高，易實現(xiàn)計算機(jī)控制 除了裝夾工件還需要手工外，全部加工過程都在數(shù)控程序的控制下，由數(shù)控機(jī)床自動完成，不需要人工干預(yù)。因此加工質(zhì)量主要由數(shù)控程序的編制質(zhì)量來控制。? （2）數(shù)控加工的連續(xù)性高 工件在數(shù)控機(jī)床上只需裝夾一次，就可以完成多個部位的加工，甚至完成工件的全部加工內(nèi)容。配有刀具庫的加工中心能裝有幾把甚至幾十把備用刀具，具有自動換刀功能，可以實現(xiàn)數(shù)控程序控制的全自動換刀，不需要中斷加工過程，生產(chǎn)效率高。???? （3）數(shù)控加工的一致性好 數(shù)控加工基本消除了操作者的主觀誤差，精度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好。???? （4）適合于復(fù)雜零件的加工 數(shù)控加工不受工件形狀復(fù)雜程度的影響，應(yīng)用范圍廣。它很容易實現(xiàn)渦輪葉片、成型模具等帶有復(fù)雜曲面、高精度零件的加工，并解決一些如裝配要求較高，常規(guī)加工中難以解決的難題。?? （5）便于建立網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)?? 例如建立直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC），把編程、加工、生產(chǎn)管理連成一體，建立自動化車間，走向集成化制造。甚至于CAD系統(tǒng)集成，形成企業(yè)的數(shù)字化制造體系。數(shù)控程序由CAM軟件編制，采用數(shù)字化和可視化技術(shù)，在計算機(jī)上用人機(jī)交互方式，能夠迅速完成復(fù)雜零件的編程，從而縮短產(chǎn)品的研制周期。?? 近年來，隨著數(shù)控機(jī)床的模塊化發(fā)展，使數(shù)控加工設(shè)備增加了柔性化的特點(diǎn)。先進(jìn)的柔性加工不僅適合于多品種、小批量生產(chǎn)的需要，而且增加了自動變換工件的功能，能交替完成兩種或更多種不同零件的加工，可實現(xiàn)夜間無人看管的生產(chǎn)操作。有數(shù)臺數(shù)控機(jī)床（加工中心）組成的柔性制造系統(tǒng)（FMS）是一種具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)，具有將加工、裝配和檢驗等制造過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)高度集成的自動化制造系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。其中，數(shù)控機(jī)床的精確性和重復(fù)性成為用戶考慮最多的重要因素。 數(shù)控機(jī)床自問世以來，數(shù)控機(jī)床以其系統(tǒng)自身較傳統(tǒng)機(jī)床所具有的柔性好、精度穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、勞動強(qiáng)度低、工作條件優(yōu)良、易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)等特點(diǎn)博得了廣大生產(chǎn)企業(yè)用戶的青睞。不久前我國政府頒布了《加快振興裝備制造業(yè)的若干建議》，通過這一具有全局性的總綱性文件透視出我國發(fā)展超大型、超精密和超高速數(shù)控機(jī)床的決心，加上我國工業(yè)化的快速發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床行業(yè)也有著顯著的促進(jìn)作用?！都涌煺衽d裝備制造業(yè)的若干建議》中進(jìn)一步明確和揭示了裝備制造業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)和強(qiáng)國之路建設(shè)道路中所發(fā)揮的重要作用。大力促進(jìn)我國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，實現(xiàn)裝備制造業(yè)的現(xiàn)代化是我國經(jīng)濟(jì)生活中的一件大事，是實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)科學(xué)發(fā)展，走新型工業(yè)化道路，實現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要方針。本文簡要分析了數(shù)控機(jī)床高速高效方向、自診斷方向、網(wǎng)絡(luò)化方向、模塊化方向等發(fā)展趨勢。 1、向著高速高效化方向發(fā)展 伴隨航空航天、船務(wù)運(yùn)輸、汽車行業(yè)以及高速火車等國民及國防事業(yè)的快速發(fā)展，新興材料得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著新興材料的發(fā)展，行業(yè)對于高速和超高速數(shù)控機(jī)床的需求也越來越大。高速和超高速數(shù)控機(jī)床不僅可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，同時也可以對傳統(tǒng)機(jī)床難于加工的材料進(jìn)行切削，提高加工精度。數(shù)控機(jī)床最大的優(yōu)勢和特點(diǎn)在于其主軸運(yùn)動速度轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大?，F(xiàn)在使用的數(shù)控機(jī)床通常采用64bit的較高處理器，未來數(shù)控機(jī)床將廣泛采用超大規(guī)模的集成電路與多微處理器，從而實現(xiàn)較高運(yùn)算速度，使得智能專家控制系統(tǒng)和多軸控制系統(tǒng)成為可能。數(shù)控機(jī)床也可以通過自動調(diào)節(jié)和設(shè)定工作參數(shù)，得到較高的加工精度提高設(shè)備的使用壽命和生產(chǎn)效率。 2、向著自診斷方向發(fā)展 隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，數(shù)控機(jī)床性能也得到了明顯的改善。在新一代的數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中大量采用了模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)使數(shù)控機(jī)床性能大大改善。采用高通過數(shù)控機(jī)床自身的故障診斷程序，自動實現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床硬件設(shè)備、軟件程序和其他附屬設(shè)備進(jìn)行故障診斷和自動預(yù)警。數(shù)控機(jī)床可以依據(jù)現(xiàn)有的故障信息，實現(xiàn)快速定位故障源，并給出故障排除 建議，使用者可以通過自動預(yù)警提示及時解決故障問題，實現(xiàn)故障自恢復(fù)防止和解決各種突發(fā)性事件時從而進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。 3、向著網(wǎng)絡(luò)化全球性方向發(fā)展 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與發(fā)展，在企業(yè)日常工作管理過程中網(wǎng)絡(luò)化管理模式已經(jīng)日益普及。管理者往往可以通過手中的鼠標(biāo)實現(xiàn)對企業(yè)的管理。數(shù)控機(jī)床作為企業(yè)生產(chǎn)的重要工具也逐漸進(jìn)行了數(shù)字化得改造。數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化推進(jìn)了了柔性制造自動化技術(shù)的快速發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床得發(fā)展更加具有信息集成化、智能化和系統(tǒng)化。 數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向也體現(xiàn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障處理上。當(dāng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障后，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家不用直接親臨現(xiàn)場就可以通過互聯(lián)網(wǎng)對故障數(shù)控機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷與故障排除，這樣不僅可以大大減少數(shù)控機(jī)床的維修成本，而且還可以大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向還表現(xiàn)在遠(yuǎn)程操作與培訓(xùn)上?？梢酝ㄟ^把數(shù)控機(jī)床共享到網(wǎng)絡(luò)上，從而實現(xiàn)多地、多用戶的遠(yuǎn)程操作與培訓(xùn)的需要，甚至可以依靠電子商務(wù)平臺任意組成網(wǎng)上虛擬數(shù)控車間，實現(xiàn)跨地域全球性的CAD/CAM/CNC網(wǎng)絡(luò)制造。 4、向著模塊化方向發(fā)展 模塊化的設(shè)計思想已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各設(shè)計行業(yè)。數(shù)控機(jī)床設(shè)計也不例外的廣泛使用模塊制造功能各異的設(shè)備。所設(shè)計的模塊往往是是通用的，企業(yè)用戶可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨時更換所需模塊。采用模塊化思想的數(shù)控機(jī)床增加了數(shù)控機(jī)床的靈活性，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)競爭的能力。嚴(yán)格按照模塊化的設(shè)計思想設(shè)計數(shù)控機(jī)床，不僅能有效的保障操作員和設(shè)備運(yùn)行的安全，同時也是保證數(shù)控車床能夠達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)性能、充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)；此外，模塊化的設(shè)計還有助于增強(qiáng)數(shù)控車床的使用效率，減少故障率，提高數(shù)控車床的生產(chǎn)水平。 隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)與發(fā)展，數(shù)控機(jī)床發(fā)展也是突飛猛進(jìn)，高速高效方向、自診斷方向、網(wǎng)絡(luò)化方向、模塊化方向已成為數(shù)控機(jī)床未來發(fā)展的趨勢與方向。近年來，在國家863計劃和科技攻關(guān)計劃多年連續(xù)的支持下，企業(yè)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的積極性和成果也不斷豐富起來。陸續(xù)開發(fā)研制了如華中系列、航天系列、中華系列、藍(lán)天系列等數(shù)控系統(tǒng)。我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)的創(chuàng)新水平與產(chǎn)品設(shè)計與國外仍存在較大差距這與我國的“世界工廠”地位是極不相稱的。我國的數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平不能安于現(xiàn)狀，要主動出擊抓住機(jī)遇不斷發(fā)展，加大技術(shù)引進(jìn)與吸收的能力，努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，為把我國建設(shè)成為世界制造業(yè)強(qiáng)國而努力奮斗。 第三章 機(jī)床總體方案設(shè)計 2.1伺服系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)控裝置所產(chǎn)生的進(jìn)給差插補(bǔ)脈沖信號送給伺服系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)控制伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)床上各個進(jìn)給軸，實現(xiàn)機(jī)床加工進(jìn)給運(yùn)動。 2.1.1伺服系統(tǒng)概述 如圖2-1所示，伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。 圖2-1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服 伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器，功率驅(qū)動裝置，反饋裝置和電動機(jī)?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動機(jī)之上，調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動機(jī)所需的交流電或直流電；電動機(jī)則按供電大小拖動機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。 2.1.2伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 伺服系統(tǒng)的只要特點(diǎn)： 1、精確的檢測裝置：以組成速度和位置閉環(huán)控制； 2、有多種反饋比較原理與方法：根據(jù)檢測裝置實現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種； 3、高性能的伺服電動機(jī)(簡稱伺服電機(jī))：用于高效和復(fù)雜型面加工的數(shù)控機(jī)床，伺服系統(tǒng)將經(jīng)常處于頻繁的啟動和制動過程中。要求電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)動慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動力矩。要求伺服電機(jī)在低速時有足夠大的輸出力矩且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機(jī)械運(yùn)動部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)； 4、寬調(diào)速范圍的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即速度伺服系統(tǒng)：從系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機(jī)床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可看作是位置調(diào)節(jié)為外環(huán)、速度調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實際工作過程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度給定信號后，再通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機(jī)，實現(xiàn)實際位移。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動要求調(diào)速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)。 2.1.3伺服系統(tǒng)的基本要求 對伺服系統(tǒng)的基本要求有穩(wěn)定性、精度和快速響應(yīng)性。 穩(wěn)定性好：作用在系統(tǒng)上的擾動消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行或者在輸入指令信號作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力，在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后到達(dá)新的或者回復(fù)到原有平衡狀態(tài)； 精度高：伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數(shù)控機(jī)床，要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比較高，允許的偏差一般都在 0.01～0.00lmm之間； 快速響應(yīng)性好：有兩方面含義，一是指動態(tài)響應(yīng)過程中，輸出量隨輸入指令信號變化的迅速程度，二是指動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度。快速響應(yīng)性是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，一方面要求過渡過程時間短，一般在200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒；另一方面，為滿足超調(diào)要求，要求過渡過程的前沿陡，即上升率要大。 節(jié)能高：由于伺服系統(tǒng)的快速相應(yīng)，注塑機(jī)能夠根據(jù)自身的需要對供給進(jìn)行快速的調(diào)整，能夠有效提高注塑機(jī)的電能的利用率，從而達(dá)到高效節(jié)能。 2.2傳動方案確定及典型元件 2.2.1電機(jī)與滾珠絲杠的連接 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動對位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高的要求。實現(xiàn)進(jìn)給驅(qū)動的電機(jī)主要有三種：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。目前，步進(jìn)電機(jī)只適應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，直流伺服電機(jī)在我國正廣泛使用，交流伺服電機(jī)作為比較理想的驅(qū)動元件已成為發(fā)展趨勢。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)采用不同的驅(qū)動元件時，其進(jìn)給機(jī)構(gòu)可能會有所不同。電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖2-1所示。 （1）帶有齒輪傳動的進(jìn)給運(yùn)動 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械進(jìn)給裝置中一般采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比要求，如圖2-1a）所示。由于齒輪在制造中不可能達(dá)到理想齒面要求，總存在著一定的齒側(cè)間隙才能正常工作，但齒側(cè)間隙會造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向失動量，對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動副常采用消除措施來盡量減小齒輪側(cè)隙。但這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 圖2—2 電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接形式 （2）經(jīng)同步帶輪傳動的進(jìn)給運(yùn)動 如圖2-1b）所示，這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但只能適于低扭矩特性要求的場所。安裝時中心距要求嚴(yán)格，且同步帶與帶輪的制造工藝復(fù)雜。 （3）電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接 如圖2-1c）所示，此結(jié)構(gòu)通常是電機(jī)軸與絲杠之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給傳動系統(tǒng)具有較高的傳動精度和傳動剛度，并大大簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動中，普遍采用這種聯(lián)接形式。 根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的要求及設(shè)計要求，選擇電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接，選用合適的聯(lián)軸器，吸收振動、補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差，使得機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，同時傳動平穩(wěn)，具有良好的精度。 2.2.2滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置。圖 2-3 是滾珠絲杠螺母副的原理圖。在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時形成了螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則沿著滾道滾動，螺母螺旋槽的兩端用回珠管連接起來，使?jié)L珠能作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動，管道的兩端還起著擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 圖 2-3 滾珠絲杠螺母副的原理圖 由于滾珠絲杠具有傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)、壽命高以及可以預(yù)緊 ( 以消除間隙，并提高系統(tǒng)剛度 ) 等特點(diǎn)，除了大型數(shù)控機(jī)床因移動距離大而采用齒條或蝸條外，各類中、小型數(shù)控機(jī)床的直線運(yùn)動進(jìn)給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)所用的滾珠絲杠必須具有可靠的軸向間隙消除結(jié)構(gòu)、合理的安裝結(jié)構(gòu)和有效的防護(hù)裝置。 2.2.3滾珠絲杠的支承方式 （1）一端固定，一端自由方式 一端固定，另一端自由安裝方式，固定端的軸承可以同時承受軸向力和徑向力，而滾珠絲杠軸承這種的支承方式主要是用于行程較小的短絲杠軸承或者全封閉式的機(jī)床，因為當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)的機(jī)械定位方式時，其精度是最不可靠的，尤其是長徑比大的絲杠軸承(滾珠絲杠相對細(xì)長)，其熱變形是非常明顯的。但是，如果是1.5米長的絲杠，其在冷、熱的不同環(huán)境下變化0.05~0.1mm是屬于正常正?，F(xiàn)象。盡管如此，由于其結(jié)構(gòu)較簡單，安裝調(diào)試較方便，大多高精度機(jī)床依然是采用這種結(jié)構(gòu)；但是，有一點(diǎn)需要特別注意的就是，采用這種結(jié)構(gòu)時必須加裝光柵，采用全封閉環(huán)來反饋，以便能夠充分絲杠的性能。 圖2-4一端固定，一端自由方式 （2）一端固定，另一端支承方式 一端固定，另一端支承這種安裝方式，固定端的軸承同樣也是可以同時承受軸向力和徑向力，而支承端只承受徑向力，并且能夠做微量的軸向浮動，以及可以減少或者避免因絲杠自重而出現(xiàn)的彎曲，另外，絲杠的熱變形可以自由的向一端伸長。因此，這是使用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)。比如：目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等等都是采用這種結(jié)構(gòu) 圖2-5一端固定，另一端支承方式 （3）兩端固定方式 絲杠兩端均固定。采用這種方式，固定端軸承可以同時承受軸向力，并且可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，以提高絲杠的支承剛度，同時還可以部分地補(bǔ)償絲杠的熱變形。因此，大型機(jī)床、重型機(jī)床以及高精度鏜銑床大多都是采用這種結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，其也有不足的地方，那就是采用這種結(jié)構(gòu)的話會使得調(diào)整工作比較繁瑣；此外，如果在安裝調(diào)整時兩端的預(yù)緊力過大的話，將會導(dǎo)致絲杠最終的行程比設(shè)計行程長，螺距也會比設(shè)計螺距大；而如果兩端螺母的預(yù)緊力不夠的話，就會導(dǎo)致相反的結(jié)果，從而容易引起機(jī)床振動，致使精度降低。因此，如果是采用兩端固定這種結(jié)構(gòu)的話，那么在拆裝時一定要嚴(yán)格按照說明書來進(jìn)行調(diào)整，或者是借助儀器(雙頻激光測量儀)來調(diào)整，以免造成一些不必要的損失。 圖2-6兩端固定方式 由于所設(shè)計銑床Z軸的行程較小，所有徑向力較小，對于機(jī)床精度影響不大。所以選擇一端固定一段自由的支承方式。 2.2.4聯(lián)軸器的選擇 梅花聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、無需潤滑、方便維修、便于檢查、免維護(hù)，可連續(xù)長期運(yùn)行。高強(qiáng)度聚氨酯彈性元件耐磨耐油，承載能力大，使用壽命長，安全可靠。工作穩(wěn)定可靠，具有良好的減振、緩沖和電氣絕緣性能。具有較大的軸向、徑向和角向補(bǔ)償能力。結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，適用于中高速場合。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1.中間彈性體聯(lián)接 2.可吸收振動、補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差 3.抗油與電氣絕緣 4.順時針與逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同 5.定位螺絲固定 第四章 數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的原始數(shù)據(jù)： 1）機(jī)床工作臺規(guī)格：200X500mm 2）行程：X300mm，Y200mm，300mm 3）最小設(shè)定單位：X、Y、Z：0.001mm 4）快移速度：15m/min 5）主電機(jī)功率：0.75KW,主軸最高轉(zhuǎn)速：4000rpm，主軸錐孔：ISO30 3.1主切削力及其切削分力計算 （1）計算主切削力Fz。 根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑D=125mm），主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動機(jī)的全部功率，此時銑刀的切削速度為：（已知機(jī)床主電動機(jī)的額定功率為0.75kw，主軸計算轉(zhuǎn)速（n=310r/min。） 根據(jù)公式得刀具的切削速度為： 取機(jī)床的機(jī)械效率為：，則由式得主切削力： （2）計算各切削分力 工作臺的縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別為 3.2導(dǎo)軌摩擦力的計算 在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力的計算可以查課程設(shè)計指導(dǎo)書： （1）計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。此時導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)，查表得鑲條緊固力,則 （2）計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 3.3滾珠絲杠的選擇 滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的獵術(shù)和工作圈數(shù)，應(yīng)按當(dāng)量動載荷Cm選擇。 3.3.1計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 （1）計算最大軸向負(fù)載力 （2）計算最小軸向負(fù)載力 （3）軸向工作載荷（平均載荷）： Fm===1377.7N 3.3.2計算絲杠工作壽命 已知絲杠最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，最小進(jìn)給速度為1mm/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min，可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=(4000+0)/2=2000r/min 故絲杠工作壽命為 L===180 式中L為工作壽命，以106r為1個單位 n為絲杠轉(zhuǎn)速，r/min T為絲杠使用壽命，對數(shù)控機(jī)床可取T=15000h 3.3.3計算當(dāng)量動載荷Cm 載荷性質(zhì)系數(shù)Kp無沖擊取1~1.2，一般情況取1.2~1.5，有較大沖擊振動式取1.5~2.5 精度影響系數(shù)Ka，對于1、2、3級精度的滾珠絲杠取Ka=1，對于4、5級滾珠絲杠取Ka=0.9。 所以對于本數(shù)控機(jī)床，取Kp=1.5，Ka=1 故當(dāng)量動載荷Cm===11668N=1.17kN 3.3.4選取滾珠絲杠 選取SFU255-4型滾珠絲杠，其參數(shù)如下： 動額定負(fù)載荷Ca=1280kgf=1.28kN>Cm,故滿足要求。 3.4伺服電機(jī)的選擇 3.4.1計算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載慣量 (1)計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)到慣量J。 已知滾珠絲杠的密度=7.810kg/cm,得: (2)計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量J J= 0.7810DL =0.7810(4-1.6)6.6kg/cm=1.28kg/cm (3)折算到電動機(jī)軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量的計算 已知機(jī)床執(zhí)行部件（主軸箱及箱內(nèi)部件）的總質(zhì)量m=90kg，電動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=0.5cm，得 (4)加在電動機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的計算 =++J=(1.34+1.28+0.57)=3.19 3.4.2計算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩 (1)計算切削負(fù)載力矩T。 已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力F=F=1961.62N,電動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=5mm=0.005m,進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總效率η=0.90得 T===1.73Nm (2)計算摩擦負(fù)載力矩T。 已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力（即為空載時的導(dǎo)軌摩擦力）F=1575N得T==Nm=0.19Nm (3)計算由滾珠絲杠得預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩T。 已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力F=653.87N，滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程L=5mm=0.005mm，滾珠絲杠螺母副的效率=0.94得 Tf= （4）計算最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T T=Tc+Tf=1.73+0.067=1.793N 3.4.3選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 (1)選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 根據(jù)以上計算，選擇安川SGHAM 08A型伺服電機(jī) (2) 驗算伺服電機(jī) 選定的伺服電機(jī)額定扭矩為2.39Nm，瞬間最大扭矩7.16Nm，大于最大切削負(fù)載。 旋轉(zhuǎn)慣性動量0.672 10-4kg*m2,滿足匹配要求。所以所選伺服電機(jī)滿足使用要求。 第五章 機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計 4.1機(jī)床導(dǎo)軌概述 支承和引導(dǎo)運(yùn)動構(gòu)件沿著一定軌跡運(yùn)動的零件稱為導(dǎo)軌副，也常簡稱為導(dǎo)軌。運(yùn)動部件的運(yùn)動軌跡有直線、圓或曲線，滾動圓導(dǎo)軌可歸人滾動推力軸承，曲線導(dǎo)軌在機(jī)械中極少應(yīng)用。導(dǎo)軌在機(jī)器中是個十分重要的部件，在機(jī)床中尤為重要。機(jī)床的加工精度與導(dǎo)軌精度有直接的聯(lián)系，小批量生產(chǎn)的精密機(jī)床，導(dǎo)軌的加工工作量占整個機(jī)床加工工作量的40%左右。而且，導(dǎo)軌一旦損壞，維修十分困難。按運(yùn)動學(xué)原理，所謂導(dǎo)軌就是將運(yùn)動構(gòu)件約束到只有一個自由度的裝置。導(dǎo)軌副中設(shè)在支承構(gòu)件上的導(dǎo)軌面為承導(dǎo)面，稱為靜導(dǎo)軌，它比較長；另一個導(dǎo)軌面設(shè)在運(yùn)動構(gòu)件上，稱為動導(dǎo)軌，它比較短。具有動導(dǎo)軌的運(yùn)動構(gòu)件常稱為工作臺、滑臺、常用導(dǎo)軌面有平面和圓弧面。圓弧導(dǎo)軌面構(gòu)成圓柱形導(dǎo)軌；不同的平導(dǎo)軌面組合，構(gòu)成矩形導(dǎo)軌面間的摩擦為滑動摩擦者稱為滑動導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌面間置人滾動元件，使摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦者稱為滾動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌有閉式和開式之分，閉式導(dǎo)軌可以承受傾覆力矩，而開式導(dǎo)軌則不能。 導(dǎo)軌的分類如下: 1）按工作性質(zhì)可分為： 主運(yùn)動導(dǎo)軌：動導(dǎo)軌座主運(yùn)動，導(dǎo)軌副間的相對速度較高。 進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌：動導(dǎo)軌作進(jìn)給運(yùn)動，導(dǎo)軌副之間的相對運(yùn)動速度低。 移置導(dǎo)軌：只用于調(diào)整部件之間的相對位置，在加工時沒有相對運(yùn)動，例如車床尾架用的導(dǎo)軌 2）按摩擦性質(zhì)分 滑動導(dǎo)軌：滑動導(dǎo)軌的特點(diǎn)是導(dǎo)軌副工作面之間的摩擦性質(zhì)為滑動摩擦 滑動導(dǎo)軌：混合摩擦導(dǎo)軌 邊界摩擦導(dǎo)軌 液體動壓導(dǎo)軌 液體靜壓導(dǎo)軌 滾動摩擦：導(dǎo)軌副工作面之間有滾動體，使兩導(dǎo)軌面之間為滾動摩擦 滾動導(dǎo)軌：滾珠導(dǎo)軌 滾柱導(dǎo)軌 滾針導(dǎo)軌 3）按受力情況分 開式導(dǎo)軌—依靠外載荷和部件自重，使兩導(dǎo)軌面在全長上保持貼合的導(dǎo)軌 閉式導(dǎo)軌—用壓板作為輔助導(dǎo)軌面保證主導(dǎo)軌面貼合的導(dǎo)軌，其他分類方法如： 按運(yùn)動軌跡不同分 圓周運(yùn)動導(dǎo)軌：導(dǎo)軌副的相對運(yùn)動軌跡為一圓，如立式車床的花盤和底座導(dǎo)軌 直線運(yùn)動導(dǎo)軌：導(dǎo)軌副的相對運(yùn)動軌跡為一直線。如普通車床的溜板和床身導(dǎo)軌 4.2機(jī)床導(dǎo)軌的基本要求 1.導(dǎo)向精度高 導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動的直線度或圓度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、動導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌的剛度和熱變形、裝配質(zhì)量以及動壓導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌之間油膜的剛度。 導(dǎo)軌的幾何精度綜合反映在靜止或低速下的導(dǎo)向精度。直線運(yùn)動導(dǎo)軌的檢驗內(nèi)容為導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度以廈兩導(dǎo)軌的平行度。如導(dǎo)軌全長為20m的龍門刨床，其直線度誤差為0.02/1000，導(dǎo)軌全長允許偏差為0.08mm。 圓運(yùn)動導(dǎo)軌幾何精度檢驗內(nèi)容與主軸回轉(zhuǎn)精度的檢驗方法相類似，用導(dǎo)軌周轉(zhuǎn)時端面跳動及徑向跳動表示。如最大切削直徑為4m的立式車床，其允許偏差規(guī)定為0.05mm。 2.耐磨性好及壽命長 導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。動導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌面長期運(yùn)行會引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。例如，臥式車床的鑄鐵導(dǎo)軌，若結(jié)構(gòu)欠佳、潤滑不良及維修不及時，則靠近床頭箱一段的前導(dǎo)軌，每年磨損量達(dá)0.2-0.3mm，這樣就降低了刀架移動的直線度和對主軸的平行度，加工精度也就下降了。與此同時也增加了螺母與絲杠的同軸度誤差，加劇了螺母和絲杠的磨損。 3.足夠的剛度 導(dǎo)軌的剛度是機(jī)床工作質(zhì)量的重要指標(biāo),它表示導(dǎo)軌在承受動靜載荷下抵抗變形的能力,若剛度不足,則直接影響部件之間的相對位置精度和導(dǎo)向精度,另外還使得導(dǎo)軌面上的比壓分布不均,加重導(dǎo)軌的磨損,因此導(dǎo)軌必須具有足夠的剛度。 4.低速運(yùn)動的平穩(wěn)性 在低速運(yùn)動時，作為運(yùn)動部件的動導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行，進(jìn)給運(yùn)動的爬行將加大被加工表面的表面粗糙度值，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對于高精度機(jī)床尤其重要。 5.工藝性好 在可能的情況下,設(shè)計時應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單,便于制造、調(diào)整和維護(hù)。應(yīng)盡量減少刮研量,對于鐐裝導(dǎo)軌,應(yīng)做到更換容易,力求工藝性及經(jīng)濟(jì)性好。 4.3常用機(jī)床導(dǎo)軌介紹 4.3.1塑料滑動導(dǎo)軌 在動導(dǎo)軌的摩擦表面上貼上一層由塑料等其它化學(xué)材料組成的塑料薄膜軟帶，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)軌面的摩擦系數(shù)低，且動靜摩擦系數(shù)接近，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；塑料的阻尼性能好，具有吸收振動能力，可減小振動和噪聲；耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、可加工性能好；工藝簡單、成本低。 導(dǎo)軌上的塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類。 1 ．聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀。這種軟帶有以下特點(diǎn)： (1) 摩擦特性好 圖 4-1 為廣州機(jī)床研究所對三種不同摩擦副試驗測得的摩擦速度曲線，圖中 Turcite-B 和 TSF 分別是美國霞板 (SHAMBAN) 公司和廣州機(jī)床研究所生產(chǎn)的聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。從圖可以看出，采用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的摩擦副的摩擦系數(shù)小，靜、動摩擦系數(shù)差別小，且曲線斜率為正值。這種良好的摩擦特性能防止導(dǎo)軌低速爬行，使運(yùn)行平穩(wěn)和獲得高的定位精度。 (2) 耐磨性好 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶中含有青銅、二硫化鉬和石墨，本身具有自潤滑作用，對潤滑油的供油量要求不高。此外，塑料質(zhì)地較軟，即便嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不致?lián)p傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌副的使用壽命。 (3) 減振性好 塑料的阻尼特性好，其減振消聲的性能對提高導(dǎo)軌副的相對運(yùn)動速度有很大意義。 (4) 工藝性好 可降低對待粘貼塑料的金屬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 ) ，使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。導(dǎo)軌軟帶的使用工藝簡單。首先，將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度為?3.2~1.6 的表面，為了對軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面應(yīng)加工成 0.5~ 1.0mm 深的凹槽，如圖4-2 所示。然后，用汽油或金屬清潔劑或丙酮清洗粘接面后，用膠粘劑粘合，加壓初固化 1~2 小時后再合攏到配對的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施以一定壓力，并在室溫下固化 24 小時，取下清除余膠，即可開油槽和進(jìn)行精加工。由于這類導(dǎo)軌軟帶采用粘貼方法，故習(xí)慣上稱為“貼塑導(dǎo)軌”。 圖 4-1 ? 摩擦 - 速度曲線? 1 一鑄鐵 - 鑄鐵 (?機(jī)油 ) ； ? 2 — Turcite-B- 鑄鐵 ( 干摩擦 ) ； 3 — Turcite-B- 鑄鐵 (?機(jī)油 ) ；? 4 — TSF- 鑄鐵 ( 干摩擦 ) ； 5 — TSF- 鑄鐵 (?機(jī)油 ) 圖 4-2 ? 軟帶導(dǎo)軌的粘接 2 ．環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份，以固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。它有良好的可加工性，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工；也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料，這樣可節(jié)省 許多加工工時，故它特別適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。 耐磨導(dǎo)軌涂層的使用工藝也很簡單。首先，將導(dǎo)軌涂層表面粗刨或粗銑成如圖 4-3 所示的粗糙表面，以保證有良好的粘附力。然后，與塑料導(dǎo)軌相配的金屬導(dǎo)軌面 ( 或模具 ) 用溶劑清洗后涂上一薄層硅油或?qū)Ｓ妹撃?，以防與耐磨涂層粘接。將按配方加入固化劑調(diào)好的耐磨涂層材料抹于導(dǎo)軌面上，然后疊合在金屬導(dǎo)軌面 ( 或模具 ) 上進(jìn)行固化。疊合前可放置形成油槽、油腔用的模板，固化 24 小時后，即可將兩導(dǎo)軌分離。涂層硬化三天后可進(jìn)行下一步加工。涂層面的厚度及導(dǎo)軌面與其他表面的相對位置精度可借助等高塊或?qū)Ｓ脢A具保證。由于這類塑料導(dǎo)軌采用涂刮或注入膏狀塑料的方法，故習(xí)慣上稱為“涂塑導(dǎo)軌”或“注塑導(dǎo)軌”。 圖 4-3 ? 注塑導(dǎo)軌? 1 —滑座 ； 2 —膠條； 3 —注塑層 4.3.2滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)很小，一般為0.0025～0.005，比貼塑料導(dǎo)軌還小很多，且動、靜摩擦系數(shù)很接近，因而運(yùn)動輕便靈活，在很低的運(yùn)動速度下都不出現(xiàn)爬行，低速運(yùn)動平穩(wěn)性好，位移精度