工 業(yè) 中 心本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）題 目： 數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起迄日期：設(shè)計地點： 工 程 中 心 5-206 工 業(yè) 中 心本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題 目 ： 數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 3 月 11 日本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 開題報告學(xué)生姓名 專 業(yè) 機械設(shè)計制造 及其自動化指導(dǎo)教師姓名 所在院系 工業(yè)中心課題來源 D 課題性質(zhì) A課題名稱 數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和意義 采用類比法，進行數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)的設(shè)計。達到 X 軸向受力要求，以及 X 軸進給系統(tǒng)的強度、剛度要求。畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容：1、 了解數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)主要零件2、 CAD 繪制數(shù)控車床 X 軸驅(qū)動裝配圖以及各個零件的零件圖3、 數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)驅(qū)動電動機的選擇型4、 設(shè)計計算：X 軸向慣量匹配的計算、X 軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算、X 向進給力的計 算、X 向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算5、滾珠絲杠的計算及選擇6、正確設(shè)計選擇進給系統(tǒng)的各個部件7、各個零件成本計算以及課題成本計算本課題研究的意義：本課題對數(shù)控銑床 X 軸進給系結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，其意義如下：1、設(shè)計中的 X 軸向慣性、扭矩以及進給力的計算，以及各個零件受力分析計算有利于更深層次了解數(shù)控銑床，精確的計算分析可以大大提高今給系統(tǒng)的傳動精度和傳動的平穩(wěn)性2、進給系統(tǒng)中采用了滾珠絲桿傳動，為提高進給系統(tǒng)的靈敏度和定位精度且防止爬行，必須降低數(shù)控銑床進給系統(tǒng)的摩擦，并減少靜、動摩擦系數(shù)差，一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副效率可達 85%—98%，是普通滑動絲杠副的 2-4 倍，且摩擦角小于 1°，因此不會產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。3、、進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動間的連接環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分，它包含機械、電子、機電等各種部件。伺服驅(qū)動電動機是今給系統(tǒng)的動力部件，它提高所需要的動力。在對進給系統(tǒng)設(shè)計的同時也對銑床整體有了更多的認(rèn)真，對機床進給系統(tǒng)有更多掌握。4、優(yōu)秀的進給系統(tǒng)有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量提高生產(chǎn)效率，能夠大大增加零件生產(chǎn)精度，更利于實現(xiàn)高精度高要求零件生產(chǎn)加工。文獻綜述隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需求頻繁改型，特別是在宇航.造船.軍事等領(lǐng)域所需要的機械零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機床或?qū)Ｓ没潭雀叩淖詣踊瘷C床已不能適應(yīng)這些要求。為了解決上述問題，一種新型的機床——數(shù)控機床應(yīng)運而生。 [1]這種新型機床具有適應(yīng)性強加工精度高加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電子計算機 自動控制 伺服驅(qū)動精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后數(shù)控機床發(fā)展的方向。數(shù)控銑床發(fā)展趨勢是 [2]：1952 年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機；1953 年美空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，創(chuàng)制 APT 自動編程系統(tǒng)；1958 年美國研制成功自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為“加工中心”；1965 年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代；1970 年以后美國英特爾公司開發(fā)使用了微處理器；20 世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)了柔性制造單元 FMC。國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展 [3]：中國從 1958 年開始研究數(shù)控技術(shù)，到 20 世紀(jì) 60 年代中期處于研制開發(fā)階段。1965 年進入晶體管數(shù)控裝置的研制。60 年代末至 70年代初研制成功了數(shù)控銑床。20 世紀(jì) 80 年代，中國先后從日本美國等國家引進了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服單元技術(shù)，并于 1981 年開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控裝置和伺服單元。數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)發(fā)展趨勢 [4-7]：銑刀的旋轉(zhuǎn)為主切削運動，Y 軸的驅(qū)動裝置帶動工件旋轉(zhuǎn)以及 X 軸驅(qū)動裝置通過工作臺帶動工件沿 X 向的移動為進給運動，XY 軸驅(qū)動裝置相互配合，可保證銑削沿著加工螺紋的方向進給，螺紋的加工采用分層銑削的方式來逐漸達到螺紋的深度，在每一層采用 XY 兩個軸同時進給，即 XY 平面直線進給的方式來合成螺紋的銑削進給。對于不同的螺距，可通過計算確定相應(yīng)的 XY 同時進給值來保證，對于多頭螺紋，則按照分頭加工的原則，先加工完一頭后編程讓 Y 軸驅(qū)動裝置帶動工件轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度后，再開始加工另一頭螺紋，為保證加工的精度，加工前應(yīng)保證工件軸線與 X 軸平行，同時銑刀的軸線要與工件軸線垂直相交；有許多因素均會對進給運動精度產(chǎn)生重要影響，如導(dǎo)軌的非線性、摩擦特性等。另外，單從零件精度評判機床精度的角度來看，除了伺服運動軸的動態(tài)性能外，機床的機械運動精度的影響因素包括各軸間運動關(guān)系等因素是不可忽視的，在排除工藝和環(huán)境因素外，找出最能表現(xiàn)機床精度影響加工誤差的型面有重大意義；用球桿儀和光柵尺同時測量了兩軸聯(lián)動精密工作臺的走圓運動。上述研究中基于平動軸的跟蹤誤差研究較為深入細(xì)致，而針對五軸聯(lián)動數(shù)控機床的轉(zhuǎn)動軸引起的誤差則研究較少；閉環(huán)控制系統(tǒng)中進行連續(xù)切削加工時，輪廓跟隨精度與伺服驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性關(guān)系，推導(dǎo)了跟隨誤差與輪廓誤差之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。文獻綜述伺服進給系統(tǒng)的基本要求 [8]：定位精度要高，跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。穩(wěn)定性：所謂穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量改變、啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經(jīng)過幾次衰減振蕩后仍能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的基本條件，包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性(穩(wěn)定裕度)。精度：所謂伺服進給系統(tǒng)的精度，是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度(偏差)，即準(zhǔn)確性。它包含動態(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。常用的精度指標(biāo)有定位精度、重復(fù)定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來表示，定位誤差是指工作臺由一點移動到另一點時，指令值與實際移動距離的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺進行一次循環(huán)動作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)聯(lián)動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之問的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜。采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精度。速度響應(yīng)特性：所謂快速響應(yīng)特性，是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(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)時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機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，軌跡跟隨精度也高。但響應(yīng)速度過快會造成系統(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。數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)設(shè)計要求 [9]：(1)保證實現(xiàn)規(guī)定的進給量。(2)能傳遞要求的扭矩。(3)有足夠的靜剛度和動剛度。(4)保證要求的進給傳動精度。(5)低速、微量進給系統(tǒng)要保證運動的平穩(wěn)性和靈敏度。(6)結(jié)構(gòu)緊湊、便于操縱、容易維護、加工及裝配工藝性好。數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)影響因素 [10-11]：由于數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動齒輪副存在間隙，在開環(huán)系統(tǒng)中會造成進給運動的位移值滯后于指令值；反向時，會出現(xiàn)反向死區(qū)，影響加工精度。傳動系統(tǒng)的設(shè)計，包括傳動方式的選擇，根據(jù)傳動精度要求，確定數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量；滾珠絲杠導(dǎo)程及精度等的確定，滾珠絲杠支承選擇；精度驗算等過程。英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼文獻綜述參考文獻：1、文懷興．?dāng)?shù)控銑床設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：1-32、王愛玲．現(xiàn)代數(shù)控機床．北京：國防工業(yè)出版社，2009.03：12-133、周巍松. 數(shù)控機床控制原理. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社, 2012.08:13-154、陳炳森，胡華麗，楊鴻鋒. 簡易改造立式數(shù)控銑床進行螺桿的銑削加工. 第 31 卷 第 9 期 2009-095、 謝東.丁杰雄.霍彥波.杜麗.王偉. 數(shù)控機床轉(zhuǎn)動軸進給系統(tǒng)輪廓誤差分析. 國家科技重大專項（2010ZX04015 －011）6、 陶濤，梅雪松,姜歌東.基于球桿儀和光柵尺的工作臺精度調(diào)整［Ｊ］．納米技術(shù)與精密工程，2005，3(4)：268-272 ．7、孫建仁．?dāng)?shù)控機床進給伺服系統(tǒng)特性影響加工精度的分析［Ｊ］．蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2004，30（3）：45-47．8、周利平.數(shù)控裝備設(shè)計，重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.3：73-769、陳立德,機械制造裝備設(shè)計，高等教育出版社,2010.06：4610、 文懷興．?dāng)?shù)控銑床設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2006.01：44-4811、文懷興．?dāng)?shù)控銑床系統(tǒng)設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2011.09：119-122英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼研究內(nèi)容1、 先熟悉數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)主要零件2、 進給系統(tǒng)驅(qū)動電動機的選型與計算3、 設(shè)定好進給系統(tǒng)機械傳動部分的剛度要求以及其承載能力4、 分析計算 X 軸向的受力要求5、滾珠絲杠副的選型與各方面承載能力以及拉伸力預(yù)緊力的計算，并選擇與其配合軸承型號6、各個零部件的成本分析研究計劃 研究周期與時間安排畢業(yè)設(shè)計起止日期：2.22—6.10（第 1 周—第 16 周）起 止 日 期 工 作 內(nèi) 容第 1 周 (2.22-2.26) 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻，參觀工廠，搜集設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進行學(xué)習(xí)第 2 周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法，暨完成該課題所采用的技術(shù)路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù) 第 3 周 (3.07-3.11） 完成開題報告及外文材料翻譯第 4 周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設(shè)計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖第 5 周 (3.21-3.25) 完成 X 軸向慣量,轉(zhuǎn)矩,匹配的計算和 X 向進給力第 6 周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計第 7 周 (4.04-4.08） 畢業(yè)設(shè)計中期檢查第 8 周 (4.11-4.15） 進行零件圖計算機繪圖第 9 周 (4.18-4.22) 完成零件圖計算機繪圖第 10 周 (4.25-4.29） 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本計算第 11 周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿第 12 周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿第 13 周 (5.16-5.20) 論文評審及答辯資格確定第 14 周 (5.23-5.27) 制作答辯 PPT，打印圖紙，準(zhǔn)備答辯第 15 周（5.30-6.03） 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯第 16 周（6.06-6.10） 整理資料存檔特色與創(chuàng)新本論文特色與創(chuàng)新如下： （1）設(shè)計中對進給系統(tǒng)中各個零件的應(yīng)力以及 X 軸向慣性、扭矩以及進給力的精確計算增加了進給系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。（2）數(shù)控銑床進給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺及 X/Y/Z 三軸驅(qū)動機構(gòu)組成，其中 X 軸是機床在加工時與 Y 軸聯(lián)動直接帶動工件作兩個方向的運動執(zhí)行機構(gòu)。 X軸與 Y/Z 兩軸驅(qū)動的伺服進給機構(gòu)不僅對進給運動的速度實現(xiàn)自動控制，還要對工件相對于刀具的位置實現(xiàn)自動控制。（3）對進給系統(tǒng)各個部件的強度、剛度以及各項力學(xué)要求承載能力進行了計算分析，以達到最佳的傳動效果、高精度、高效率同時最大程度降低進給系統(tǒng)的制造成本提高了社會價值。指導(dǎo)教師意 見指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 分中心意見 中心意見分中心主任簽名：年 月 日教學(xué)主任簽名：年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要摘要：本文主要設(shè)計數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分，熟悉數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)主要零件。設(shè)定好進給系統(tǒng)機械傳動部分剛度要求以及承載能力，分析計算 X 向受力要求，到進給傳動各零件進行成本分析。采用類比法，進行數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)的設(shè)計。保證工作臺行程能夠達到要求，進給系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)緊湊、便于操縱、容易維護、加工及裝配工藝性好，同時要保證足夠傳動精度，傳動要平穩(wěn)。機械結(jié)構(gòu)采用伺服電機與滾珠絲杠間接相連的方式，使用同步帶相連接。設(shè)計過程中對各個零件的受力分析以及 X 軸向慣量匹配、轉(zhuǎn)矩匹配和進給力的精確計算增加了進給系統(tǒng)的傳動精度以及平穩(wěn)性。滾珠絲杠副即承受轉(zhuǎn)矩又承受扭矩，所以選擇角接觸軸承。軸承采用串聯(lián)背靠背配置方式，絲杠采用兩端固定，在進給傳動中要求有較好的潤滑效果。本論文提高設(shè)計者對進給系統(tǒng)機械傳動零件選擇與設(shè)計，以及對零件采購與設(shè)計制造成本進行分析計算的能力。關(guān)鍵詞：進給傳動 滾珠絲杠 軸承I畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 英 文 摘 要Title Structure design of X axis feed system of NC milling machineAbstract In this paper, the design of CNC milling machine X axis feed system structure, familiar with CNC milling machine X axis feed system main parts. Set up the mechanical drive part of the feed system, as well as the load capacity, the analysis and calculation of the X to the force requirements, to feed and drive the cost analysis of the parts. The design of X axis feed system of CNC milling machine is carried out by analogy method. Ensure that the work station can meet the requirements, the system requires a compact structure, easy to operate, easy maintenance, processing and assembly process is good, but also to ensure adequate transmission accuracy, transmission to smooth. The mechanical structure adopts the method that the servo motor is connected with the ball screw in an indirect way, and the mechanical structure is connected with the synchronous belt. In the design process of the various parts of the force analysis and X axial inertia matching torque matching and the precision of the feed force to increase the transmission accuracy and stability of the feed system. Ball screw pair is bearing torque and torque, solid angle contact bearing. Bearing with series back-to-back configuration, with fixed ends, the feed drive requires a good lubrication effect. In this paper, the designer of the feed system to improve the mechanical transmission parts selection and design, as well as parts procurement and design manufacturing cost analysis and calculation of the ability.Key words: Feed drive Ball screw pair Bearing 目錄前言 1第一章 緒論 .21.1 選題背景及意義 .21.2 數(shù)控機床出現(xiàn)與影響 .21.3 數(shù)控系統(tǒng)演變 41.4 數(shù)控銑床構(gòu)成部件 51.5 數(shù)控銑床功能特點 61.6 數(shù)控機床分類及應(yīng)用 .7第二章數(shù)控銑床進給傳動部分設(shè)計 82.1 傳動方式選用 .82.1.1 進給傳動特點 82.1.2 滾珠絲杠副使用 82.2 電機與絲杠連接方式的選擇 .102.3 支承方法的選用 .102.3.1 軸承的選擇 .102.3.2 軸承的配置方式 102.3.3 預(yù)緊與間隙消除 .12第三章 X 向進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 143.1 已知條件數(shù)據(jù) 143.2 滾珠絲杠副的計算 143.3 電機匹配計算 .143.3.1 慣量匹配計算 143.3.2 轉(zhuǎn)矩匹配計算 163.4 進給力計算 .16第四章 數(shù)控銑床進給傳動的潤滑與密封 174.1 數(shù)控銑床進給傳動潤滑與密封的目的 174.2 數(shù)控銑床進給傳動的潤滑 174.3 數(shù)控銑床進給傳動的密封 18I第五章 數(shù)控銑床 X 軸進給傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟分析 195.1 技術(shù)成本分析的目的與意義 195.2 成本計算的依據(jù) 195.3 成本材料的構(gòu)成 205.3.1 非標(biāo)準(zhǔn)件費用 205.3.2 標(biāo)準(zhǔn)件購買花費 21第六章 總結(jié) 23致謝 .26參考文獻 .280前言數(shù) 控 技 術(shù) 與 數(shù) 控 機 床 是 現(xiàn) 代 工 業(yè) 制 造 的 重 要 基 礎(chǔ) ， 這 個 基 礎(chǔ) 對 一 個 優(yōu)秀 國 家 的 經(jīng) 濟 發(fā) 展 和 綜 合 實 力 有 很 大 影 響 ， 世 界 上 每 一 個 優(yōu) 秀 國 家 為 了 能 夠提 升 國 際 地 位 以 及 為 了 得 到 更 大 的 國 家 力 量 都 在 大 力 發(fā) 展 以 數(shù) 控 技 術(shù) 為 核 心的 先 進 制 造 技 術(shù) 。數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 有 很 多 子 系 統(tǒng) ， 其 中 最 主 要 的 有 進 給 伺 服 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 。 可 以把 數(shù) 控 裝 置 比 作 為 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 “大 腦 ”， 那 么 我 們 就 可 以 認(rèn) 為 進 給 伺 服 系統(tǒng) 就 是 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 的 “四 肢 ”， 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 能 夠 絕 對 正 確 地 執(zhí) 行 由 數(shù) 控系 統(tǒng) 發(fā) 出 來 的 程 序 指 令 ， 用 來 正 確 指 使 運 動 部 件 的 運 動 方 向 ， 運 動 速 度 以 及位 移 量 。 數(shù) 控 裝 置 與 機 床 本 體 之 間 的 運 動 環(huán) 節(jié) 就 是 數(shù) 控 銑 床 的 進 給 伺 服 系 統(tǒng) ，進 給 伺 服 系 統(tǒng) 的 作 用 是 接 收 數(shù) 控 裝 置 發(fā) 出 的 程 序 指 令 信 號 ， 由 伺 服 電 機 和 機械 傳 動 部 分 驅(qū) 動 數(shù) 控 機 床 的 工 作 臺 等 執(zhí) 行 部 分 來 實 現(xiàn) 工 作 臺 的 進 給 量 和 快 速運 動 。 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 可 以 根 據(jù) 編 寫 程 序 準(zhǔn) 確 地 控 制 運 動 零 件 的 位 置 量 和 移 動速 度 ， 運 動 部 件 要 按 一 定 規(guī) 律 運 動 軌 跡 移 動 。進 給 伺 服 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 主 要 包 括 電 動 機 及 及 其 控 制 和 驅(qū) 動 裝 置 等 部 件 組 成 。伺 服 電 機 是 進 給 系 統(tǒng) 的 動 力 源 ， 伺 服 電 機 能 夠 提 供 執(zhí) 行 部 件 所 需 要 的 動 力 ，伺 服 電 動 機 有 步 進 電 動 機 、 直 流 伺 服 電 動 機 、 交 流 伺 服 電 動 機 和 直 線 電 動 機 。目 前 ， 數(shù) 控 機 床 采 用 的 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 一 般 是 伺 服 電 動 機 到 滾 珠 絲 杠 到運 動 零 件 的 方 案 。 而 在 輕 載 的 設(shè) 備 上 有 些 已 經(jīng) 采 用 直 線 電 動 機 來 直 接 驅(qū) 動 運動 部 件 在 導(dǎo) 軌 上 移 動 ， 國 外 也 逐 漸 開 始 在 數(shù) 控 機 床 上 采 用 直 線 電 動 機 用 于 伺服 機 構(gòu) 驅(qū) 動 。1第一章 緒論1.1 選題背景及意義現(xiàn)代數(shù)控機床有很多從簡單的數(shù)控銑床、數(shù)控車床，又慢慢地發(fā)展到加工中心這樣的高精度機床。數(shù)控銑床用于平面和曲面零件加工，也可加工復(fù)雜面零件，如凸輪、工裝夾具、模型等。并且還可以實現(xiàn)鉆孔、擴孔、鉸孔和鏜孔加工。數(shù)控機床對進給運動準(zhǔn)確性、加工中的平穩(wěn)程度以及機器的反應(yīng)速度要求非常高。傳動精度主要表現(xiàn)在機械傳動時誤差要小；也就是運動件的移動間距要與程序輸入的數(shù)值要相同。傳動時的平穩(wěn)程度就是在零件做工的時候或者多次震動后，能迅速地平定下來或保持不動的能力。動態(tài)響應(yīng)特性。指電腦從下達指令開始到運動件完成移動之間的時間多少，以及部件瞬時加大運動速度的能力。在數(shù)控裝置中為保證數(shù)控銑床進紿系統(tǒng)的傳動精度、數(shù)控系統(tǒng)運動中的穩(wěn)定性和數(shù)控程序的響應(yīng)特性，對數(shù)控銑床機械傳動裝置總體要求是消除間隙、保證密封與潤滑、減少摩擦力、減少傳動件運動中產(chǎn)生的慣量、提高傳動零件剛度和安裝精度。優(yōu)秀的進給系統(tǒng)有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量提高生產(chǎn)效率，能夠大大增加零件生產(chǎn)精度，更利于實現(xiàn)高精度高要求零件生產(chǎn)加工。在這幾個月時間里面增加了我的自學(xué)能力以及查閱書籍的能力。在討論組中我們應(yīng)該相互學(xué)習(xí)一起交流我們的心得，要準(zhǔn)備一些需要的資料和文庫，為后面計算、畫圖以及撰寫論文做準(zhǔn)備。因此對數(shù)控銑床 X 軸進給傳動系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計有很重要的意義。1.2 數(shù)控機床出現(xiàn)與影響數(shù)控機床是數(shù)字控制機械的簡稱 [1]，它安裝了可以指示運動件移動的系統(tǒng)，而且通過寫出編寫一些數(shù)字類型的命令就可以實現(xiàn)機械加工。這樣的機械機床通過這些數(shù)字命令就可以完成制造的辦法有很好的自動化效果。數(shù)控機床按照人工輸入這些有規(guī)律的尺寸數(shù)值就能夠自己加工制造好所需要的工件。數(shù)控制造可以制造形狀不規(guī)律的工件，尺寸準(zhǔn)確性程度高的產(chǎn)品以及加工個數(shù)不多的東西加工生產(chǎn)。數(shù)控機床也成為了現(xiàn)代化制造生產(chǎn)的新目標(biāo)。2伴隨著現(xiàn)代加工水平的不停發(fā)展，對于機械零件產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率要求逐漸變高。在機械加工工藝過程機械設(shè)備的自動化生產(chǎn)是達到加工要求的最主要方法之一。它不但可以提高零件精度產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工效率，而且可以降低生產(chǎn)成本同時改善工人的工作環(huán)境減少勞動力。大批大量生產(chǎn)加工方法廣泛采用自動化機床、組合機床、標(biāo)準(zhǔn)機床和自動生產(chǎn)線，實行多個刀具、多工位、幾個零件表面同時加工，以用來提高加工效率和實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。這樣的加工方法是剛性自動化，不適用于批量小的零件加工，因為小批量加工生產(chǎn)經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類，這要求生產(chǎn)線屬于柔性自動化。數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)正好實現(xiàn)了這種加工方法。1952 年，三坐標(biāo)聯(lián)動機床問世，由美國麻省理工成功研制出利用脈沖原理的數(shù)控裝置，并且把與一臺普通立式銑床相連接。這是世界上的第一臺也是第一代數(shù)控機床。1958 年我國數(shù)控技術(shù)是起步階段，直到 63 左右我們也生產(chǎn)出了優(yōu)秀的數(shù)控裝置 [2]。剛剛開始時是一些有名的地方大學(xué)使用電子管進行生產(chǎn)制造的。我們一直到了 65 年也成功開發(fā)晶體管數(shù)控機床。1972 年開始我國數(shù)控技術(shù)在車、銑、刨、磨、鏜、鉆等領(lǐng)域全面展開，加工中心在北京上海兩地也研制成功。并且線切割機床由于結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、加工操作簡單、使用方便、使用成本低因此在模具加工生產(chǎn)中得到了廣泛推廣。我國在 80 年代向日本引進5、7、3 等一系列的數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服電機和主軸私服電機技術(shù)，并且從美國、德國引進新的數(shù)控技術(shù)。我國數(shù)控機床能夠在加工能力和產(chǎn)品質(zhì)量方面有了很大提升。90 年代以后我國主要是向高效高端數(shù)控機械靠步。當(dāng)今社會的數(shù)控裝備發(fā)的展趨勢有 7 點：1、高速、高精密化數(shù)控機床能夠高效的縮短工進行程自動生成最短的加工路線從而增加其制造速度。在如今這個年代速度和準(zhǔn)確度決定著一切，數(shù)控機床恰恰滿足了這兩個要求，能夠縮短零件生產(chǎn)用的時間與此同時還可以保證工件的形狀精度以及尺寸要求，進入 21 世紀(jì)的同時也表明使用的機械產(chǎn)品也進入了高要求高精度時期。2、CAD 化越來越多人可以使用計算機，計算機也與非常多的家用設(shè)備、機械生產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合，因此 CAD 技術(shù)也發(fā)展了起來得到了普及。從此機械零件圖的繪制工作不需要使用過多人力，它能夠取代人力畫出圖形。同時會對工件要求方面進3行設(shè)計計算，提升了零件生產(chǎn)速度之外也降低了操作者在計算時的錯誤率，減少了機械零件報廢率從而達到提高了企業(yè)經(jīng)濟效益的目的。3、功能復(fù)合化我經(jīng)常見到的加工中心就是復(fù)合化里面的一種。這樣的機床加工工件時，能夠大大減少被加工零件裝拆需要的時長。因為不需要經(jīng)常換加工刀具因此零件加工過程中出現(xiàn)的錯誤就會變少，可以大大保證工件的形狀與尺寸要求，工件加工需要的時間也得到了縮短。4、控制智能化現(xiàn)代數(shù)控機床本身可以做到自我檢測機床發(fā)生的故障，同時可以最大程度化自動修復(fù)出現(xiàn)的問題。5、極端化由于現(xiàn)代社會的需要數(shù)控生產(chǎn)正在向兩個方向發(fā)展。分別是非常小的工件加工以及體積很大的工件加工生產(chǎn)。6、加工過程綠色化數(shù)控加工生產(chǎn)能夠最大限度的使用毛坯材料，加工過后產(chǎn)生廢料會減少到最少，避免不必要的浪費。加工生產(chǎn)綠色化已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展中最為重要的一環(huán)，工業(yè)生產(chǎn)中必須要提升對環(huán)境保護。7、多媒體技術(shù)的應(yīng)用多媒體技術(shù)的使用將數(shù)控加工生產(chǎn)操作變得不再困難，可以滿足普通工人操作加工生產(chǎn)零件。能夠做到對信息處理優(yōu)越化與人工智能化，還能監(jiān)控在數(shù)控加工操作過程中發(fā)生的故障等等。1.3 數(shù)控系統(tǒng)演變最早的計算機于 1953 年投入使用，這證明人類發(fā)明了可以增進和取代腦力做一定分工的工具，它為人類步入信息時代奠定了基礎(chǔ)。以計算機為主導(dǎo)的核心技術(shù)，既可以通過現(xiàn)代通信等提高了人類生活的質(zhì)量，還可以提高生產(chǎn)效率的飛速發(fā)展，開創(chuàng)了人類生產(chǎn)史的新紀(jì)元。信息技術(shù)的快速發(fā)展直接影響了未來知識經(jīng)濟的到來。1952 年計算機與機械機床相互連接產(chǎn)生了第一臺數(shù)控機床。計算機技術(shù)及控制技術(shù)在機械制造設(shè)備中的應(yīng)用對制造業(yè)發(fā)展有著很好的提升是技術(shù)的進步。普通機床變化很大，到現(xiàn)代數(shù)控機床有兩個階段六代機床發(fā)展。4數(shù)控系統(tǒng)在過去 50 年經(jīng)歷了兩個階段的發(fā)展以及有了六代機床產(chǎn)生，從五代以后發(fā)展起來的，從根本上解決了低可靠性，價格昂貴，應(yīng)用極不方便這些極為關(guān)鍵的問題。因此在機械發(fā)達國家，大規(guī)模應(yīng)用和普及數(shù)控系統(tǒng)也是在 80年代初以后實現(xiàn)的，即數(shù)控技術(shù)經(jīng)過近 30 年的發(fā)展，得到了推廣和應(yīng)用普及。一直以來都被國外稱為計算機數(shù)控（CNC），而在中國，它通常被稱為數(shù)控（NC）。通常所說的“數(shù)控”就是“計算機數(shù)控”。1.4 數(shù)控銑床構(gòu)成部件數(shù)控銑床由五部分組成：1.信息載體。用來記錄機械加工過程中工件生產(chǎn)時的信息，比如加工時刀具走刀位置，以及加工參數(shù)。給進給系統(tǒng)發(fā)出命令進行生產(chǎn)加工。2.數(shù)控系統(tǒng)。用來保存與執(zhí)行操作者輸入的數(shù)字程序，通過計算機整理為加工程序傳達到伺服裝置，它是機床中最重要最核心的東西。我們經(jīng)常使用的數(shù)控系統(tǒng)有西門子、法蘭克等等。3.伺服系統(tǒng) [3]。是數(shù)控機床傳達運動的部分，包括動力源方面和機械傳遞運動方面，它根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)提供的命令，來指示運動零件工作。對伺服系統(tǒng)的理解要求要很好，需要在最短時間內(nèi)做出所需要的運動。4.測量反饋裝置。用來計算運動零件在工作時的移動距離以及加工速度，將得到數(shù)值再傳達到機床的大腦里面。5.機床主體。床體是數(shù)控銑床的主體，機床本體的組成部分有床身、底座、立柱、橫梁、滑塊、工作臺部分、主軸箱部分、進給系統(tǒng)、刀架等機械零件。機床本體在起步時期在通用機床上只是單單在變速裝置、工作臺、刀架換位等方面做出變化。實踐表明，數(shù)控銑削除了切削用量大、連續(xù)加工時所產(chǎn)生的熱量較多等影響加工精度外，還和是因為參與自動控制方法，在銑削加工過程中不能夠像在普通機床上那樣由人工進行干預(yù)加工或停止加工。所以數(shù)控機床設(shè)計比普通機床設(shè)計要求更高更加嚴(yán)格，制造精度要求要更精密。因此，在數(shù)控銑床設(shè)計過程中，有許多增加剛度、減少熱變形、提高安裝精度等措施，使數(shù)控銑床的外觀造型、整體布局、機械傳動系統(tǒng)和工裝都有了較大的改善。主傳動系統(tǒng)。它包括伺服電機、機械傳動部分和主運動件（主軸）組成，主傳動是將伺服電機運動和動力傳到運動部件上來實現(xiàn)主切削運動。進給驅(qū)動系統(tǒng)。它包括伺服電機、傳動部分和進給機構(gòu)（如工作平臺、刀5架）等，其功能是將專用的私服驅(qū)動裝置的運動和動力傳遞給執(zhí)行器以實現(xiàn)進給切割運動。支承件。它是指床體、立柱、運動導(dǎo)軌和工作臺等等，用來支承機械機床的各個部件，并使各個部件能夠保持相對正確位置。輔助裝置。不同的數(shù)控機床輔助裝置也有所不同，如氣壓裝置、換刀裝置、液壓裝置、冷卻潤滑系統(tǒng)等等。1.5 數(shù)控銑床功能特點數(shù)控銑床的主要功能：（1）點位控制功能。實現(xiàn)孔系之間位置精度要求高場合加工。（2）連續(xù)輪廓控制功能。實現(xiàn)直線、圓弧插補及非圓曲線加工。（3）刀具半徑補償功能。根據(jù)標(biāo)注尺寸直接編寫程序，不需要考慮加工刀具半徑，能夠縮短編寫程序計算時間減少工時。（4）刀具長度補償功能。自動調(diào)整補償所使用刀具長度。（5）旋轉(zhuǎn)功能?？蓪⒕幒玫某绦蛟谄矫婕庸r改變角度執(zhí)行。（6）宏程序功能?？梢允惯\動部分靈敏性得到提升，更方便工件加工。數(shù)控機床的加工特點：(1)加工精度高?，F(xiàn)代數(shù)控零件加工時可以有效保證零件的形狀與尺寸精度。在數(shù)控系統(tǒng)中，有對于加工刀具設(shè)定的補償技能，提升了加工誤差的校正和補償，零件機械加工精度得到了很大提升。(2)提高生產(chǎn)效率。數(shù)控生產(chǎn)會根據(jù)輸入的數(shù)字信息自動選擇最短的走刀路線，可以大大減少切削使用的時間，提升了加工速度。(3)適應(yīng)性與靈活性好。數(shù)控生產(chǎn)只要改變輸入機床大腦的數(shù)字信息就可以對另一個工件工作，可以生產(chǎn)一些傳統(tǒng)機械生產(chǎn)不了的工件。(4)一機多用?，F(xiàn)代化機械設(shè)備會安裝有刀庫，機床下達命令可以隨時更換加工中需要的刀具，這樣就可以完成工件很多個面生產(chǎn)，大大降低了機器的成本，減少了空間大小。(5)數(shù)控生產(chǎn)方便預(yù)算出生產(chǎn)線所需要的成本，為企業(yè)下一步工作帶來很多方便。（6）不需要專用夾具。在數(shù)控銑床生產(chǎn)中被加工零件可以使用螺栓、臺虎6鉗等等普通的工具就可以達到安裝固定的效果。不需要復(fù)雜的專用工具對零件進行裝夾，可以減少使用復(fù)雜機械花費的金錢。（7)自動化加工。數(shù)控機床生產(chǎn)工件時，只要輸入準(zhǔn)確的數(shù)字指令，把毛坯固定在工作臺上面，開動機器就可以加工好需要的產(chǎn)品。上班的工人不一定要死死盯在機器上面，可以監(jiān)控好幾臺機器，解放工人的同時也減低了成本。數(shù)控機床是可以生產(chǎn)任何工件又可以完成自己控制加工的機械機床。它能夠決定機器移動部件誰先工作哪一個后工作，而且可以指揮進給部分的運動快還是慢，也可以根據(jù)輸入數(shù)字信息指揮刀具運動路徑。1.6 數(shù)控機床分類及應(yīng)用按運動控制分類：點控制、線控制與連續(xù)控制按私服控制分類：開環(huán)、半閉環(huán)與閉環(huán)按功能水平分類：經(jīng)濟型、普及型與高檔型按工藝用途分類：金屬加工機床、造型機床、特別加工機床機床應(yīng)用 [4]：1、生產(chǎn)加工批量小的零件；2、零件精度要求嚴(yán)格，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如箱體類零件；3、需要進行多次改變設(shè)計的零件；4、尺寸要求高的零件；5、價格高的零件，這樣零件雖然生產(chǎn)批量不大，但是如果在加工過程中出現(xiàn)錯誤零件則會報廢，會產(chǎn)生經(jīng)濟損失。7第二章數(shù)控銑床進給傳動部分設(shè)計2.1 傳動方式選用2.1.1 進給傳動特點數(shù)控銑床進給傳動對工件輪廓精度、運動準(zhǔn)確性、反應(yīng)速度和生產(chǎn)平穩(wěn)性能都有影響 [5]。為此，進給傳動有下面三個優(yōu)點。(1)摩擦抗力小為增加進給傳動的運動準(zhǔn)確性，必須減小各個零件之間的摩擦抗性還有動靜阻力之間的差距。為了能夠縮小進給零件在運動中的摩擦抗力，在進給運動中會大量使用滾動導(dǎo)軌等等這樣的滾動摩擦。為了確保系統(tǒng)一致性，需要考慮有適當(dāng)?shù)淖枘帷?2)傳動精度和剛度高進給傳動結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的傳動精度主要由機床進給結(jié)構(gòu)、移動工件中間的空隙是按組裝零件的尺寸精度和形狀定的。所以在進給運動結(jié)構(gòu)中常常使用加大預(yù)載力量或其它措施來消除空隙。減少傳動鏈中齒輪個數(shù)，增加運動精度，增加螺釘?shù)闹睆剑梢蕴岣邉偠取?3)運動部件慣量小運動部件產(chǎn)生的慣性對伺服機構(gòu)傳動有著重要影響，特別是對在高速工作中的部件。如果在組成傳動結(jié)構(gòu)的工件達到了硬度條件以及運動條件情況下，盡量降低組成工件自身的體重以及空間尺寸大小，可以用來減少慣量。2.1.2 滾珠絲杠副使用滾珠絲杠副將轉(zhuǎn)動與移動相互轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于數(shù)控銑床中。結(jié)構(gòu)特點是在絲杠與絲杠螺母之間裝上滾珠，使絲杠圖 2-1 工作原理圖8與螺母的運動形式為滾動方式，這樣可以運動時的減少摩擦。(1)滾珠絲杠螺母副的工作原理如圖 2-1 所示是滾珠絲杠副的工作原理。如圖所示是分別加工有螺旋槽的絲杠與螺母，將滾珠安裝在絲杠與螺母之間形成螺旋滾道中，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠沿螺旋槽方向向前滾動從而帶動螺母移動，滾珠在螺旋滾道中形成一個回路。(2)滾珠的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方法。①外循環(huán) [6]。（圖 2-2）滾珠通過螺母外表面進入到螺旋滾道中的形式被稱為外循環(huán)。如圖所示。滾珠絲杠螺母副工作原理 面上的螺旋槽或插管返回絲杠間重新進入循環(huán)。圖(a)是插管式，滾珠返回螺旋滾道的方式是通過螺母外部彎管，插管式結(jié)構(gòu)形式簡單，加工工藝性能好，但由于管道在螺母外面，所以空間尺寸較大。圖(b)是螺旋槽式，螺旋槽的結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小占用的空間體積小，但是螺旋槽式的加工工藝過程復(fù)雜。②內(nèi)循環(huán) （圖 2-3）螺母上裝裝有反向器使?jié)L珠在內(nèi)部實現(xiàn)循環(huán)，在運動過程中滾珠與絲杠一直相互接觸，如圖 2-2 外循環(huán)圖 2-3 內(nèi)循環(huán)9圖所示滾珠從滾道進入反向器，通過反向器滾珠通滾道滾到絲杠通道，從而能夠?qū)崿F(xiàn)滾珠循環(huán)。內(nèi)循環(huán)式優(yōu)點是徑向尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、滾珠摩擦損失小。缺點是反小向器加工制造困難。在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計中則是使用雙螺母內(nèi)循環(huán)。2.2 電機與絲杠連接方式的選擇電機與絲杠的連續(xù)方式可分為直接連接與間接連接兩大類。使用聯(lián)軸器、聯(lián)軸套等將電動機與絲杠直接相連的連接方式為直接連接。本次進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計電機與絲杠是采用間接連接方式連接，使用同步帶傳動將電機與絲杠相連接，因為設(shè)計中有足夠大的空間滿足使用間接連接的基本要求，同時使用間接連接存在降速比以滿足轉(zhuǎn)矩匹配和慣量匹配，增加傳動效率。2.3 支承方法的選用本傳動系統(tǒng)的絲杠采用兩端固定的結(jié)構(gòu)方式，并使用兩個串聯(lián)角接觸軸承背靠背形式支承絲杠傳動。2.3.1 軸承的選擇軸承 [7]。 用于決定回轉(zhuǎn)軸與它相連接工件直間的位置，能夠達到支撐工件和達到導(dǎo)軌固定方向的做用。軸承屬于滾動摩擦因此可以減少運動工件之間產(chǎn)生的摩擦。軸承安工作方法的不一樣有滾動和滑動兩種。滾動軸承內(nèi)部的滾動體有：滾珠、圓柱、滾針等等，滾動軸承可以用于高的轉(zhuǎn)動速度場合。滑動軸承可以抵抗高的壓力，工作的時候不會有震動現(xiàn)象并且轉(zhuǎn)動時發(fā)出來的聲響低。這個大部分被安裝在動力元件上面，體型大的電動機等等。滾動軸承由外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架組成，滾動軸承體積嬌小、滾珠與內(nèi)外圈之間的阻力不高、轉(zhuǎn)動準(zhǔn)確性好、裝拆方便等因此使用廣泛。軸承的制造加工精度要求很高，與軸承配合安裝的零件加工精度要求也很高，軸承受損后就不能達到正常使用效果，可能會導(dǎo)致軸承里面的滾動體和支架出現(xiàn)卡死現(xiàn)象?，F(xiàn)代機械設(shè)備中如果出現(xiàn)由于軸承卡死而引發(fā)的故障，一般情況下都是軸承與配合件安裝沒有達到要求造成的。準(zhǔn)確的將軸承與相配合的10工件連接在一起能夠增加它的使用時長。本結(jié)構(gòu)設(shè)計使用角接觸軸承，軸承型號:25X52X15(4)/D662052.3.2 軸承的配置方式軸一般情況下需要在兩個端部都要固定，正常情況都是使用成對的軸承來做支承。如果軸就受到與軸垂直方向的力時就可以用向心軸承來固定軸的位置。在傳動中軸不但受到與軸心垂直的力量還感受到和軸線平行的力時,需要使用接觸球軸承來做固定。常用的配置與固定的方法有。（圖 2-4）1、背對背排列當(dāng)承受載荷中心位于軸承中心線外面時，此軸承配置方式稱背對背排列方式。這種排列方法支承間距離大，懸臂距離小因此剛性好。軸承受到高溫時軸承間隙增大 [8]，因此軸承不會卡死現(xiàn)象出現(xiàn)。2、面對面排列當(dāng)支承載荷作用中心位于軸承中心線里面時，此軸承配置方式稱為面對面排列方式。面對面排列結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、裝拆方便。軸受在高溫容易出現(xiàn)軸承卡死，因此這樣排列應(yīng)該嚴(yán)格控制軸承間隙。3、串聯(lián)排列當(dāng)如果受到力量作用點在軸線同一方向的方式稱為串聯(lián)排列。這種排列適合于軸向載荷大，需多個軸承聯(lián)合承載的場合。軸的徑向位置通常由兩個支承配合控制，而軸向位置的限定方式和支承方式有這些。1、兩端固定圖 2-4 軸承配置方式圖 2-5 兩端固定a 背對背排列 b 面對面排列 c 串聯(lián)排列11指軸的兩個端部都固定住的支承方法（圖 2-5）。在傳動中軸不但受到與軸心垂直的力量還感受到和軸線平行的力時，一般采用接觸球軸承。使用兩個端部固定的支撐形式軸承的開口和開口相對或者相反組合使用。在往軸上面組裝軸承是通過移動軸套所在的地方，就可以得到想要的空隙大小和松緊程度。正是因為空隙可以任意改變，所以在一些準(zhǔn)確性條件高的運動中都用軸承來支撐固定。2、固定一游動支承軸在安裝過程中將一個端部上面裝配的軸承和箱體固定在一起不可以移動，還有的那個端部裝配軸承時可以和軸產(chǎn)生相互移動。這樣可以彌補軸在高溫下申長和在零件生產(chǎn)裝配是準(zhǔn)確性不高產(chǎn)生軸尺寸變化引起的誤差。不可移動的端部位置準(zhǔn)確性要求高，通常用接觸球軸承來做支撐固定。3、兩端游動支承軸的兩個端部都是不用準(zhǔn)確局限位置的，所以在生產(chǎn)裝配時不用考慮軸線方向的間隙。在一些機械傳動中軸被一些工件固定好了位置基本上都是使用這樣的支撐方法。在傳動過程中軸受到了高溫變形，軸承都不可能被卡住不動。在速度快、準(zhǔn)確性要求高和發(fā)出聲音要求小的機械運動中使用接觸球軸承。本次設(shè)計是將兩接觸球軸承，兩個兩個裝配在一起并且兩對的開口向反采用兩端固定支承，可以承受結(jié)構(gòu)傳動中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與扭矩。122.3.3 預(yù)緊與間隙消除滾動軸承的預(yù)緊：指在軸承裝配的時候在滾珠與內(nèi)圈和外圈相互之間存在一些作用力和可以恢復(fù)的形狀改變，可以降低在機械做工時出現(xiàn)的形狀變化數(shù)值，提升準(zhǔn)確性和傳動可靠性。軸承的預(yù)緊方式有軸向預(yù)緊和徑向預(yù)緊兩種方式 [9]，軸向預(yù)緊方式有定位預(yù)緊（圖 2-7）和定壓預(yù)緊（圖 2-8）兩種方式。將軸承外圈或者內(nèi)圈磨去一定厚度，以使軸承在一定的軸向載荷作用下產(chǎn)生預(yù)變形的方法稱定位預(yù)緊。利用彈簧力承受承軸向載荷并預(yù)緊的方法稱定壓預(yù)緊。軸承與軸頸采用過盈配合連接這樣軸承內(nèi)圈膨脹，用來消除徑向間隙并且產(chǎn)生一定預(yù)變形的方法，稱軸承的徑向預(yù)緊。通常情況下這種預(yù)緊可以通過帶有錐孔的軸承內(nèi)圈在帶有錐面的襯套或者軸頸上位移來實現(xiàn)。本次數(shù)控銑床 X 軸進給結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用支承形式以及配置方法如圖 2-9 所示。圖 2-7 定位預(yù)緊圖 2-8 定壓預(yù)緊13圖 2-9 本次設(shè)計配置與支承方式本次數(shù)控銑床 X 軸進給結(jié)構(gòu)設(shè)計采用雙螺母內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，具有結(jié)構(gòu)緊湊，強度剛性好等特點，并且采用雙螺母能夠有效的消除間隙。絲杠采用角接觸球軸承串聯(lián)背靠背形式支承，具有承載能力大，不容易出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象等優(yōu)點。14第三章 X 向進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 已知條件數(shù)據(jù)數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)1、X 向最快行動速度為 10m\min2、X 向加工速度 4000mm\min 最小進給單位 X:0.0005 3、X 向絲杠型號：FFZD3206-34、X 向行程：600mm.5、X 向伺服電機型號：西門子 1FK7060-56、軸承型號:25X52X15(4)/D662057、工作臺尺寸 800X316. 工作臺 T 形槽尺寸 14H8）8、進給系統(tǒng) X 向傳動齒形皮帶降速比 30/603.2 滾珠絲杠副的計算X 向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算?L=??L??t= （3-1） m034.9102.5????——絲桿受熱申長系數(shù)，? = /℃125??t——絲桿 的溫度，?t=3℃上L——絲 桿 固 定 螺 母 中 間 的 長 度螺 紋 占 絲 杠 全 長 760/12028=73.9%絲 杠 在 不 一 樣 的 環(huán) 境 情 況 下 受 到 高 熱 量 時 形 狀 會 發(fā) 生 改 變 ， 取 滾 珠 絲 杠拉 伸 量 為 0.0279mm。 因 絲 杠 上 面 螺 紋 長 度 是 整 個 絲 杠 長 度 的 73.9%， 則 絲杠 的 方 向 目 標(biāo) 值 為 0.0113x49%=-0.00251mm3.3 電機匹配計算3.3.1 慣量匹配計算根據(jù)文獻查的公式：移動部件的慣量: (3-2)????????2SgWJI15轉(zhuǎn)動部件的慣量： （3-3）有降速比時，各部件折算到電機軸上的慣量：（3-4）工作臺及螺母質(zhì)量:通過公式得：工作臺到絲光的慣量：通過公式得：同步帶帶輪 1 轉(zhuǎn)動慣量:同步帶帶輪 2 轉(zhuǎn)動慣量:滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量: 電機電子轉(zhuǎn)動慣量為 7.95x10-4kg.m2滿足 14?MLJ所以該電動機慣量與負(fù)載慣量匹配。3.3.2 轉(zhuǎn)矩匹配計算電機轉(zhuǎn)矩計算公式為：324dLJS??????SILJJi??21其 他 Nm236108.71203683?????工 作 臺2422 10.6.03. mkgSMJiI ????????????????? ??? 244341 103.26.7.132kgLJd???? 244342 0. m?????? 24434s 10.82.98.173 kgLJ ????????24 3524107. 6010.mkgJSILi??? ???????? ????97.95.4?16M=Mamax+Mf+Mo[10] （3-5）Mamax——不做工時到電機軸上面的力矩Mf——到電機軸上阻力產(chǎn)生的力矩Mo—— 上上Mamax= （3-6）T——系統(tǒng)響應(yīng)時間常數(shù)nmax——電機最大轉(zhuǎn)速（r/min）Jr=JL+JM （3-7）T 為 ，KS 為系統(tǒng)開環(huán)增益，KS 的數(shù)值大小決定機床加工的反應(yīng)速度，KS 越大反應(yīng)速度越快，當(dāng) KS 數(shù)值非常大時反應(yīng)速度過快，使得傳動零件慣性變大，影響了位置準(zhǔn)確性。通常情況數(shù)控機床 KS=8—25。本次設(shè)計中取KS=10。根據(jù)以上公式計算 y 向的加速力矩，忽略 Mo、Mf 的影響， （3-8）MaXmx通過以上計算，電機轉(zhuǎn)矩匹配。3.4 進給力計算X 向電機能夠提供的最大靜扭矩為 6N(m，經(jīng) 1:2 降速，機械效率 0.9， 則進給力： (3-9)本章節(jié)公式 3-1 到 3-9 出自機械設(shè)計手冊.第三版。NMaX ??????? 89.41.069357.mx44）（ MNTnJ??6.9maxKSL NSMiFX 130469.014.32102 ????????17第四章 數(shù)控銑床進給傳動的潤滑與密封4.1 數(shù)控銑床進給傳動潤滑與密封的目的數(shù)控銑床進給傳動潤滑的目的 [11]：減小摩擦發(fā)熱，避免工作溫度過高，降低磨損量，防止銹蝕量，散熱(油潤滑)，密封(脂潤滑)。數(shù)控銑床進給傳動密封的目的：可以防止?jié)櫥瑵櫥偷牧魇?；防止灰塵進入機械傳動機構(gòu)內(nèi)部；4.2 數(shù)控銑床進給傳動的潤滑選擇潤滑劑時應(yīng)考慮的因素有：1)軸承的工作溫度 不一樣的潤滑劑適于的溫度范圍不同。過高溫度的工作環(huán)境下潤滑劑的粘度下降、潤滑效果降低、甚至導(dǎo)致潤滑失效。正常的工作環(huán)境，應(yīng)保證潤滑油的粘度，對于球軸承不低于 1．3×10m 2／s，對于滾子軸承不低于 2×10m2／s。2)軸承的工作載荷 潤滑油的粘度是隨工作壓力變化而變化的，當(dāng)軸承所受載荷增大時，潤滑區(qū)里面潤滑油的壓力也隨之增加、粘度會降低，會導(dǎo)致油膜厚度減薄，以至于破裂。因此，軸承工作載荷越大的場合，所選潤滑油的粘度也應(yīng)該越大。數(shù)控銑床進給傳動的潤滑一般有兩種：1、潤滑脂潤滑脂是由潤滑油、稠化劑和添加劑在高溫環(huán)境下混合制成的。根據(jù)稠化劑的種類不同潤滑脂可分為鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂等。潤滑脂的選擇依據(jù)是根據(jù)軸承的工作條件、溫度、載荷的不同進行選擇。大部分支承軸承潤滑方式都采用脂潤滑，脂潤滑油膜強度高、粘度高、使用壽命長、軸承密封簡單、防塵、防水進入軸承內(nèi)部等優(yōu)點。脂潤滑的缺點是：轉(zhuǎn)速較高時，產(chǎn)生摩擦消耗的功率比較大。潤滑脂量的不足或者過多，都會導(dǎo)致軸承在工作過程中溫升增大，過多潤滑脂會加快軸承磨損，固潤滑脂的用量要適當(dāng)。潤滑脂填充量占內(nèi)部空間的 1／3～1／2。2、潤滑油18潤滑油包括特制的礦物油、植物油和合成潤滑油。潤滑油內(nèi)部運動時所產(chǎn)生摩擦阻力叫粘度。粘度數(shù)值能夠影響潤滑油的流動性以及在軸承表面形成潤滑油膜的能力，潤滑油選擇的標(biāo)準(zhǔn)是粘度。在高速或者高溫機械傳動中的軸承，一般使用油潤滑。油潤滑的優(yōu)點是：潤滑可靠性高、摩擦系數(shù)小、有較好的冷卻和清洗作用、同時可以使用很多種潤滑方式以用來適應(yīng)不同的工作條件。潤滑油潤滑需要復(fù)雜的密封裝置以及供油設(shè)備，用來保證潤滑油不會流失以及供油的連續(xù)性。當(dāng)軸承完全淹沒在潤滑油中時，油面的高度要低于滾動體中心。轉(zhuǎn)速較高情況下應(yīng)使用滴油或油霧潤滑。4.3 數(shù)控銑床進給傳動的密封數(shù)控銑床進給傳動密封方式有靜密封和動密封兩大類。按密封件和零部件是否接觸分接觸式密封和非接觸式密封。密封方式有機械密封以及壓力密封。機械密封組成零件形狀復(fù)雜不容易加工屬于高要求工件，機械密封件的形狀、尺寸大小要求以及裝配的方式方法直接影響密封的可靠性和工作時間的長短。。機械零部件表面精度要求高且表面干凈時通常使用壓力密封。大部分是采用密封圈密封，用油液的壓力使密封元件發(fā)生形狀改變出而完成密封要求。本次設(shè)計中軸承使用潤滑油潤滑密封方式采用接觸式密封（密封圈密封）。油潤滑可以降低工作中產(chǎn)生的溫度、潤滑效果良好。接觸式密封能夠減少潤滑油的流失同時可以防止雜質(zhì)、灰塵進入，保證良好的工作環(huán)境。19第五章 數(shù)控銑床 X 軸進給傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟分析5.1 技術(shù)成本分析的目的與意義技術(shù)經(jīng)濟分析可以增加經(jīng)濟利益、帶動現(xiàn)代生產(chǎn)水平，雖然生產(chǎn)水平和經(jīng)濟科學(xué)是不相同的兩個方面，但是兩者密不可分，先進的生產(chǎn)技術(shù)可以帶動一個國家發(fā)展，但這一切都是要建立在優(yōu)秀的經(jīng)濟基礎(chǔ)上。技術(shù)經(jīng)濟是利用總體計算生產(chǎn)設(shè)備以及所用原材料在不相同的時候，企業(yè)支出的本金不一樣的問題。設(shè)計中通過對原材料的使用，加工方法設(shè)備的改變以及加工方式的改變來最大限度提升利益。通過利益分析，可以為公司帶來不同盈利額，因此合理的成本分析是機械加工生產(chǎn)中對成本規(guī)劃最有利的結(jié)果，為公司擬定經(jīng)營方案時提供了很好的指標(biāo)。在做產(chǎn)品設(shè)計的同時，要找出直接關(guān)系到生產(chǎn)本金存在的問題，加工生產(chǎn)前有一個好的利益分析計算能夠給企業(yè)帶來最大程度的利益效果。5.2 成本計算的依據(jù)在課題設(shè)計時統(tǒng)計出每一個組成零件的個數(shù)，以及每一個組成件的生產(chǎn)費用就可以準(zhǔn)確的計算出總的設(shè)計費用。依據(jù)計算公式：零件成本=材料費用+加工工時費用材料費用=材料的單價×材料的毛坯重量毛坯的重量=凈重/材料的利用率原材料的利用效率：,45 鋼是 60%-70%，尼龍 1010 為 60%-70%，LY12 鋁棒為 60%-70%。工時費：重要零件=毛坯費用×8；普通零件=毛坯費用×（4-5）熱處理工時的費用熱處理零件統(tǒng)計如表 1 所示：表 1 熱處理零件統(tǒng)計20序號 名稱 材料 熱處理要求 凈重（Kg）1 法蘭 LY12 涂灰色油漆 1.382 限位塊 45 發(fā)藍(lán) 2.53 連接套 45 調(diào)制 2.254 支承套 45 調(diào)制 1.835 絲杠 45 調(diào)制 7.646 軸套 45 發(fā)藍(lán) 0.48熱處理的價格如下表 2 所示。表 2 目前熱處理的價格序號 名稱 單價（元/Kg）1 涂油漆 1.52 發(fā)藍(lán) 13 調(diào)制 1.5根據(jù)計算得出熱處理費用為 22.55 元。5.3 成本材料的構(gòu)成5.3.1 非標(biāo)準(zhǔn)件費用裝配圖中非標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計，非標(biāo)準(zhǔn)件外購費用統(tǒng)計，如表 3 所示。表 3 非標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計序號名稱 材料 數(shù)量 凈重（Kg）1 法蘭 LY12 2 2.762 漲套 40Cr 2 0.0083 套筒 45 2 0.1874 套 40Cr 1 0.0065 接套 LY12 1 4.2836 套 45 1 0.2437 法蘭 LY12 1 0.7488 限位塊 45 1 2.5219 密封環(huán) 尼龍 1010 2 0.00110 套筒 45 3 1.4411 工作臺 45 1 15012 拖板 HT250 1 25013 左側(cè)板 45 1 3014 右側(cè)板 45 1 3045 鋼總凈重：G1=2.88Kg；尼龍凈重：G2=0.002Kg,LY12 鋁棒總凈重G6=5.171Kg；合金重：G4=0.014Kg目前，45 鋼的價格為 3400 元/噸；合金鋼的價格 5850 元/噸；尼龍 1010的價格 75000 元/噸；LY12 鋁棒的價格 28000 元/噸。45 鋼毛坯重量：（0.187+0.243+2.5+1.44+150+30+30)/0.6=357.28KgLY12 毛坯重量 ：（2.76+4.283+0.748)/0.7=11.3Kg40Cr 毛坯重量：0.02Kg材料費=357.28*3.4+11.3*28+0.02*5.85+0.001*75=1530.92 元工時費=1190*4.5=（1530.92-1190）*8=8082.36 元非標(biāo)準(zhǔn)件零件成本費用=1530.92=8082.36=9613.28 元5.3.2 標(biāo)準(zhǔn)件購買花費裝配圖中標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計，如表 4 所示。表 4 標(biāo)準(zhǔn)件外購費用統(tǒng)計序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 單價（元/件）1 內(nèi)六角螺釘 M6×12 12 0.22 內(nèi)六角螺釘 M8×25 25 0.23 內(nèi)六角螺釘 M6×25 6 0.24 內(nèi)六角螺釘 M8×35 20 0.25 內(nèi)六角螺釘 M8×16 4 0.26 內(nèi)六角螺釘 M4×12 2 0.27 銷 8×25 2 0.558 圓柱銷 M6×16 3 0.539 軸承 D66205 4 162210 密封圈 50×3.55 1 2.1611 密封圈 44×6 2 3.5612 內(nèi)六角螺釘 M5×10 6 0.213 螺母 M24×1.5 4 114 內(nèi)六角螺釘 M6×16 12 0.215 內(nèi)六角螺釘 M5×10 4 0.216 內(nèi)六角螺釘 M6×20 28 0.217 內(nèi)六角螺釘 M8×20 10 0.218 M8×45 1 0.219 M6×25 1 0.2標(biāo)準(zhǔn)件的外購件費用為 107.77 元。在本次設(shè)計中設(shè)計制造總成本為：22.55+9613.28+107.77=9743.5 元在做成本分析是購買材料和配件要懂得貨比三家，在保證達到設(shè)計制造要求的前提下要盡可能的減少采購成本，為企業(yè)經(jīng)濟效益做考慮。23第六章 總結(jié)1、主要工作及結(jié)論在這個學(xué)期剛剛開始的時候，大部分的同學(xué)都是在玩就算是到了教室也都是在玩玩電腦，同學(xué)們要么是不了解課題無從下手要么是認(rèn)為設(shè)計并不是什么困難，主要畫畫圖和做做計算就可以了，事實上并不是這樣的，在做畢業(yè)設(shè)計過程中有太多太多我們沒有學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，它所包含的知識面太多太廣，需要我們通過查閱資料文獻以及利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)更多的內(nèi)容。在設(shè)計過程中你會慢慢意識到大學(xué)四年學(xué)到的專業(yè)知識都太渺小，它給你帶來的幫助并不是簡簡單單的整理以前學(xué)習(xí)的知識，更多的是在你一個人工作時自學(xué)能力；集體工作時與同學(xué)朋友之間相互學(xué)習(xí)相互探討的團隊合作能力；鍛煉你查閱資料的能力。剛開始我同樣感覺進給運動設(shè)計不是什么困難的事，但是開始畫運動簡圖時才方向設(shè)計中要考慮的東西好多，設(shè)計要經(jīng)濟實用感覺很好的造型好多事運動不了的，甚至于有一些部分根本生產(chǎn)不出來，在傳動方面會出現(xiàn)很多缺陷，例如在剛開始設(shè)計工作臺行程是總體體積做的很大自己感覺應(yīng)該達到行程要求了，可是通過后期計算并不是這樣，需要改進的太多。本以為在大學(xué)四年學(xué)到的東西有很多，什么東西自己都會，現(xiàn)實中也確實什么都會但都是會一點點皮毛，到了真正設(shè)計時可以說是舉步維艱。所以在學(xué)習(xí)過程中有自己不會不了解甚至于自己不確定的方面都要虛心向老師學(xué)習(xí)，這樣才會有好的發(fā)展。通過幾個月的畢業(yè)設(shè)計，人是不會一口吃成胖子，所以說知識是累積起來的，你需要的是經(jīng)常查閱國家標(biāo)準(zhǔn)以及要放低姿態(tài)和同學(xué)們一起探討。在設(shè)計的過程中不單單只要查閱資料就可以了，老師與同學(xué)們同樣可以給我們很大幫助，我們需要一起學(xué)習(xí)一起進步，使得自己學(xué)到了很多已不是向之前那樣 60 分萬歲的時期，感覺到自己在三個月的學(xué)習(xí)里面過的很充實，與老師同學(xué)的關(guān)系越來越好壓力也減少了很多。三個月的設(shè)計時間很快就要結(jié)束了，自己也能夠如期完成老師擬定的設(shè)計任務(wù)，對于機械傳動的運動過程，軸承的選擇要求，軸承的支承方式要求以及滾珠絲杠副的選用多有了更深入的理解；我要很感謝在這三個月里老師和同學(xué)給我的幫助與支持。設(shè)計過程中我們從圖書館借取了大量的機械設(shè)計相關(guān)的書籍，了了更多的進給傳動類型，與討論組里面的同學(xué)一起探討研究，互相幫助24能夠相互分享自己的心得以及書籍共享，遇到比較復(fù)雜的問題能夠第一時間向老師請教，老師解答的很詳細(xì)，老師會很認(rèn)真指導(dǎo)，幫忙解決問題同時還會幫忙檢查我們制圖里面出現(xiàn)的錯誤讓我們多注意細(xì)節(jié)問題。短短三個月的時間我相信會對我將來生活有很大影響，畢業(yè)設(shè)計過程中不但培養(yǎng)了我們自主學(xué)習(xí)解決困難的能力，還培養(yǎng)了我們團隊合作資源共享以及社會交際能力?？赡茏罱K我的設(shè)計成果并不是很理想，但我同樣收獲了很多很多，通過自己雙手完成的東西自己都會感覺是美好的，可能作品有所不知但是我認(rèn)為學(xué)校安排畢業(yè)設(shè)計并不是單單的想要我們設(shè)計的成果，更重要的是鍛煉我們的自學(xué)與交流能力。二、發(fā)展與展望數(shù)控銑床 X 軸進給系統(tǒng)正往高精度高傳動效果方向發(fā)展，進給系統(tǒng)是數(shù)控機床上不可缺少的部分，我國在進給結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方面有很大發(fā)展傳動的準(zhǔn)確性、傳動靈敏性都提高了很多。我相信進給結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在未來發(fā)展中會越來越完善，越來越人性化智能化，未來的機械行業(yè)值得我們期待，值得我們?nèi)ヅ?。三、存在的問題1.設(shè)計方案不完善設(shè)計初期沒有明確的設(shè)計方案，前一分鐘文獻，過了一會又開始做尺寸計算，沒多久又開始做裝配圖以及零件圖繪制，自己都不知道先做什么后做什么。設(shè)計過程中不考慮先后順序，想到哪里就做到哪里，結(jié)果做好的東西也非常亂沒有一點點完整的東西，什么東西都做的亂七八糟的，自己都不知道重點是什么。2.自學(xué)能力薄弱在設(shè)計中難免會遇到一些國家標(biāo)準(zhǔn)與一些專用零件的設(shè)計與選擇，只時候就需要自己去上網(wǎng)或者使用書籍查閱資料，然而這并不是簡簡單單的，自己能夠查到的資料什么有限，然后只能一直去問指導(dǎo)老師，可是老師還需要上課這難免會有不方便的時候，而且老師又不是你一個人的，所以需要我們自己能夠有足夠的自學(xué)能力，懂得如何查閱資料如何利用文獻。3.專業(yè)基礎(chǔ)薄弱對于以前學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識了解迷糊，看到需要用到的知識點非常熟悉卻又想不起來具體細(xì)節(jié)方面，沒有更深入的理解。這就表明我們所學(xué)習(xí)到的知識十分薄弱，這需要我們花更多的時間去學(xué)習(xí)，通過查閱資料來鞏固我們之前所學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識。254.知識面不廣由于四年大學(xué)學(xué)習(xí)都是以考試過關(guān)為主，所以學(xué)習(xí)的知識面不廣，主要就是學(xué)習(xí)一些考試要考到的東西，其它的專業(yè)知識都是某一方面懂一點點，卻又說不出來具體的工作原理，沒有做深入理解知識面太狹窄了。5 繪圖的功底不扎實在三個月的畢業(yè)設(shè)計中會經(jīng)常使用 AUTACAD、CAXA 等制圖軟件，在畫圖過程中會出現(xiàn)很多錯誤甚至于會出現(xiàn)不會使用的功能命令，比如形狀位置公差與剖面線的使用以及圖層使用等等問題，綜合來說是自己對于機械制圖功能軟件了解不深，以及對于制圖中所使用的國家標(biāo)準(zhǔn)理解的不全面使得在裝配圖與零件圖繪制過程中做了很多無用功。機械制圖是機械設(shè)計者必須掌握的基礎(chǔ)，唯有熟悉掌握畫圖工具以及深入了解機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)才能夠算是一位合格的設(shè)計師。