數(shù)控鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 題目：數(shù)控鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2013年 3月 16日 1.設(shè)計（論文）進(jìn)展?fàn)顩r 經(jīng)過這段時間先后通過網(wǎng)上搜索相關(guān)資料、認(rèn)真學(xué)習(xí)了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計，機(jī)械設(shè)計等相關(guān)書籍后，我對機(jī)械設(shè)計中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的選取以及校核有了更多的了解。經(jīng)過幾周的努力，確定了畢業(yè)設(shè)計的具體完成過程。 通過對鏟磨床加工對象以及縱向進(jìn)給過程中的受力情況的了解，在參考了他人的機(jī)床設(shè)計步驟后，在設(shè)計過程中我選擇了從滾珠絲杠入手經(jīng)過對老師給定參數(shù)進(jìn)行的初步計算后，查閱了漢江機(jī)床廠生產(chǎn)的滾珠絲杠，初步選定了滾珠絲杠的型號，在此基礎(chǔ)上分別計算了導(dǎo)軌，電機(jī)，聯(lián)軸器的相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行了初步的校核，選出了導(dǎo)軌以及聯(lián)軸器的型號，并且閱讀了國內(nèi)一些其他的生產(chǎn)廠家的相關(guān)產(chǎn)品。 通過對他人設(shè)計的機(jī)床裝配圖的分析，繪制出了自己設(shè)計的機(jī)床裝配草圖，現(xiàn)在我正在計算機(jī)床中相關(guān)零部件的尺寸，為機(jī)床的裝配圖的繪制做好準(zhǔn)備。 查找與畢業(yè)設(shè)計論文相關(guān)的外文文獻(xiàn)，通過使用相關(guān)的英語單詞翻譯軟件，翻譯了一篇外文題目為《Cutter tool fault detection using a new spectralanalysis method》的外文文獻(xiàn)，題目主要講解了檢測刀具具到的一種新的分析方法。 2.階段性成果： 2.1根據(jù)收集資料已完成總體方案的設(shè)計，并細(xì)化了方案，對導(dǎo)軌，電機(jī)，滾珠絲杠等進(jìn)行了選型以及相關(guān)參數(shù)的校核。 2.2初步繪制了機(jī)床的零件圖。 2.3繪制了機(jī)床的裝配草圖。 2.4完成了外文翻譯。 3、存在的問題及及解決措施 3.1問題：對論文所涉及的知識認(rèn)識得不夠深刻，對命題的探討不夠深入。 解決措施：在接下來的這段時間里繼續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)零件的有關(guān)知識，并盡可能的在實(shí)際中去接觸鏟磨床。 3.2問題：對機(jī)床中鏈接部分以及具體的裝配了解的不夠深入. 解決措施：參考前人設(shè)計的數(shù)控機(jī)床中的設(shè)計方法，對已完成的內(nèi)容進(jìn)行多次審閱，從內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及用語等方面給予調(diào)整，通過與老師和同學(xué)不斷探討與交流來加強(qiáng)自己對這部分知識的理解。 3.3問題：對于畢業(yè)設(shè)計論文的編寫以及論文的表達(dá)還沒有確定。 解決措施：在編寫說明書的時候，要多參照一些前人的優(yōu)秀論文，同時多和輔導(dǎo)老師請教，來完成說明書的編寫。 5、后期工作安排 在以后的畢業(yè)設(shè)計工作中還需對已經(jīng)設(shè)計的方案進(jìn)行不斷地完善，繪制機(jī)械的零件圖，裝配圖，并撰寫畢業(yè)論文具體的安排如下： 7－9周：設(shè)計數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械零件圖； 10－12周：設(shè)計數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖； 13-14周：整理前期資料并撰寫畢業(yè)論文； 15周：提交論文并答辯； 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：1）正文：宋體小四號字，行距20磅，單面打?。黄渌袷揭笈c畢業(yè)論文相同。 2）中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題 目：數(shù)控鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2012年12月24日 5 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況） 1.1研究背景和意義 鏟磨床是滾刀、成型銑刀等復(fù)雜刀具的精加工機(jī)床，滾刀的鏟磨是由工件主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動，砂輪縱向移動，砂輪橫向進(jìn)給運(yùn)動，砂輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動這四部分所形成的空間運(yùn)動合成獲得的。工件的回轉(zhuǎn)和砂輪的縱向移動構(gòu)成螺旋運(yùn)動，砂輪的橫向進(jìn)給和砂輪的回轉(zhuǎn)構(gòu)成鏟背運(yùn)動，兩種運(yùn)動合成完成滾刀的鏟磨加工。縱向進(jìn)給系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)螺旋運(yùn)動的重要部分，也是保證產(chǎn)品達(dá)到高的加工精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量的關(guān)鍵部件。 目前，我國大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)形式還是以傳統(tǒng)機(jī)床生產(chǎn)加工為主，而且大部分的機(jī)床都是工作在十年以上，用這些機(jī)床加工出來的零件普遍存在質(zhì)量較差，生產(chǎn)的品種較少，生產(chǎn)花費(fèi)的成本較高，生產(chǎn)的效率較低，產(chǎn)品的供貨期較長。擁有這樣機(jī)床的企業(yè)，在國外和國內(nèi)的市場上的競爭力都非常的弱，直接影響了企業(yè)的競爭和長遠(yuǎn)的發(fā)展。 數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對加工過程的高效能自動或半自動控制，與普通機(jī)床相比，加工精度高，加工穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)率高，勞動條件好，有利于管理現(xiàn)代化，因而受到生產(chǎn)企業(yè)的更多重視，是制造業(yè)現(xiàn)代化的必然趨勢。 舊機(jī)床由于長期的使用，機(jī)械部件有或多或少的磨損，電器部件隨之老化，導(dǎo)致一些機(jī)床的故障率在上升，同時由于國內(nèi)外機(jī)電產(chǎn)品的不斷更新，世界上的一些知名數(shù)控系統(tǒng)公司大部分三到五年就更新一次數(shù)控系統(tǒng)，所以當(dāng)某一數(shù)控系統(tǒng)在服役了五到七年后，如果數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，即使想修理也找不到相關(guān)的零部件，給整個設(shè)備的維護(hù)和修理帶來了相當(dāng)?shù)穆闊?，甚至造成整臺機(jī)床的停產(chǎn)。對機(jī)床的整個機(jī)械部件來說，大部分機(jī)械部件都很完好，即使有的機(jī)械部件受到了部分的磨損和損傷，只要對其機(jī)械部件進(jìn)行更換還是可以繼續(xù)使用多年，甚至對一些從國外進(jìn)口進(jìn)來的機(jī)床，整個機(jī)床的機(jī)械部件的精度還能夠保證，如果將這些機(jī)床進(jìn)行淘汰，必定造成經(jīng)濟(jì)上很大的浪費(fèi)。通過數(shù)控化改造能用更少的資金提高和增強(qiáng)機(jī)床的功能和檔次，一般來說，改造一臺數(shù)控機(jī)床相對于買一臺新的數(shù)控機(jī)床可以極大地節(jié)省費(fèi)用，就是將整臺的機(jī)床進(jìn)行徹底的改造，所需要的資金也相對較少，而且無論從投資上來說還是從風(fēng)險上來說都是降低了很多。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1驅(qū)動裝置的選取，數(shù)控機(jī)床加工過程中要求工作臺能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，并且能夠精確控制整個過程的速度，伺服驅(qū)動裝置是帶有力或力矩或速度或位置反饋并可自動調(diào)節(jié)的驅(qū)動裝置，它比一般無伺服驅(qū)動的裝置性能要好的多，要求定位分辨率為1um，由于步進(jìn)電機(jī)一般只用于開環(huán)系統(tǒng)，開環(huán)系統(tǒng)的精度遠(yuǎn)不如閉環(huán)系統(tǒng)高。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的速度也遠(yuǎn)不如直流伺服驅(qū)動或交流伺服驅(qū)動高，而且功率越大速度越低。伺服電機(jī)主要靠脈沖來定位，伺服電機(jī)接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)樗欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣和伺服電機(jī)接收的脈沖形成了呼應(yīng)，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。因此初步選用伺服電機(jī)。伺服電機(jī)定位精度高，定位誤差小，快速響應(yīng)，無超調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)。 2.2在驅(qū)動中，常采用減速齒輪以作匹配。采用減速齒輪后當(dāng)速度過高時不僅能夠?qū)崿F(xiàn)減速而且能夠增大電機(jī)折算到工作臺上的扭矩。 2.3傳動裝置的選取，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，此部分的設(shè)計可選用蝸輪蝸桿或滾珠絲杠傳動均能實(shí)現(xiàn)要求，由于渦輪蝸桿嚙合輪齒間的相對滑動速度較大，摩擦磨損大，傳動效率低易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，常用較貴的減摩耐磨材料來制造渦輪，故成本較高。而滾動磨損比滑動磨損小得多，且滾動摩擦的啟動摩擦阻力很小，滾珠絲杠副的摩擦損失小，因而工作時本身溫度變化很小，絲杠尺寸穩(wěn)定。滾動摩擦幾乎與速度無關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動的平穩(wěn)性，即使在低速時仍能獲得均勻的速度，保證了較高的精度。經(jīng)過比較分析，此部分選用滾珠絲杠副。 2.4磨頭座部分用來加緊和支撐電主軸，在磨削狀態(tài)下，支撐電主軸的磨頭座剛性對高速旋轉(zhuǎn)的砂輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)影響很大，直接關(guān)系到加工工件的最終加工精度。 總體方案如圖1所示，伺服電機(jī)通過減速齒輪為工作臺提供進(jìn)給時的動力，并通過滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動。 圖1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作 此課題主要難點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床零件圖與裝配圖的繪制。重點(diǎn)是電機(jī)的和滾珠絲杠的選取以及減速器的設(shè)計。前期先進(jìn)行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，查閱相關(guān)資料，分析機(jī)床加工對象和加工要求，初步提出系統(tǒng)總體設(shè)計方案，閱讀此方面的論文，復(fù)習(xí)數(shù)控技術(shù)、電氣伺服驅(qū)動、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)等課程中的相關(guān)知識，并閱讀與此相關(guān)的書刊。 4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃（按周次填寫） 1－3周：查閱相關(guān)資料并分析機(jī)床加工對象和加工要求，初步提出系統(tǒng)總體設(shè)計方案，并撰寫開題報告； 4－6周：分析給定參數(shù)，提出各部分的設(shè)計方案，計算并選擇伺服電機(jī)、滾珠絲杠副、導(dǎo)軌副、軸承等零部件； 7－9周：設(shè)計數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械零件圖； 10－12周：設(shè)計數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖； 13-14周：整理前期資料并撰寫畢業(yè)論文； 15周：提交論文并答辯； 5、 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6、 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻(xiàn) [1].楊賀來.數(shù)控機(jī)床.北京交通大學(xué)出版社 [2].楊黎明. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1997. 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Know-how feedback based on manufacturing features(STEP-NC Server),2003 數(shù)控鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 鏟磨床是滾刀、成型銑刀等復(fù)雜刀具的精加工機(jī)床。由于傳統(tǒng)鏟磨床加工精度下降、生產(chǎn)效率低，工人勞動強(qiáng)度大，本設(shè)計對傳統(tǒng)鏟磨床的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控化改造來改善其上述不足之處。 通過對目前工廠中傳統(tǒng)的鏟磨床進(jìn)行研究，參考數(shù)控機(jī)床的相關(guān)文獻(xiàn)，了解鏟磨床縱向進(jìn)給部分的工作原理，并深入分析鏟磨床在加工的過程中各個零部件的受力情況，按壽命計算選擇了絲杠的尺寸規(guī)格，并校核了額定動載荷、傳動效率、剛度，最終選擇了漢江機(jī)床廠生產(chǎn)的滾珠絲杠。通過對主軸受力的分析選擇了用推力球軸承承受軸向力，用深溝球軸承承受徑向力的形式。導(dǎo)軌的選取參考了漢江機(jī)床廠生產(chǎn)的滾動導(dǎo)軌，對導(dǎo)軌的壽命以及額定載荷進(jìn)行了校核，均能滿足要求。電機(jī)根據(jù)滾珠絲杠的導(dǎo)程計算出的最高轉(zhuǎn)速，和傳動過程中的最大轉(zhuǎn)矩選取了富士公司的伺服電機(jī)并對轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行了校核。由于采用了閉環(huán)系統(tǒng)，在查閱了光柵尺的相關(guān)參數(shù)后，選擇FAGOR公司的光柵尺能使在規(guī)定的行程內(nèi)定位分辨率達(dá)到要求。 通過上述設(shè)計實(shí)現(xiàn)了鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造，滿足了加工精度的要求，具有加工穩(wěn)定可靠，效率高等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞: 數(shù)控鏟磨床;縱向進(jìn)給系統(tǒng);精加工;閉環(huán)系統(tǒng) Design of Longitudinal Feed System of CNC Relief Grinding Machine Abstract CNC relief grinding machine is a complex tool finishing machine for hobbing cutter, formed mill cutter. Because traditional relief grinding machine’s accuracy and production efficiency is low, the workers labor intensity is too big .The purpose of the numerical control reformation for the longitudinal feed system of traditional relief grinding machine is to improve the performance. After the traditional relief grinding machine had been researched in the factory at present, and reference related literature of CNC machine tools, The longitudinal feed part of relief grinding machine of working principle, and in-depth analysis of relief grinding machine in the process of machining force situation of every parts and components. According to the life of screw，chosed the size of screw. And checked the dynamic load rating, transmission efficiency, stiffness. Ultimately chose the ball screw produced by Hanjiang Machine Tool Factory . Through the analysis of the force acting on the spindle. A thrust ball bearing under axial force had been chosed, and a deep groove ball bearings bear radial force. With reference to the rolling guide produced by Hanjiang Machine Tool Factory, and calculating the life of rail and rated load, All parameters of guide can satisfied the requirements. According to the highest speed of the motor which is calculated according to the lead of ball screw and maximum torque of transmission process, The servo motor Fuji Corp had been chosed. And the moment of inertia is checked. Due to the adoption of the closed-loop system, the related parameters of grating ruler lookup, The grating ruler produced by FAGOR company had been chosed, which can satisfied that Positioning resolution meet the requirements stipulated in the distance. Through the design , Implementation of the NC transformation of relief grinding machine longitudinal feed system, It meet’s the requirement of processing precision , and the processing is stable and reliable, high efficiency. Key words:CNC relief grinding machine; Longitudinal feed system; Finish machining;Closed loop system 目 錄 1 緒論 1 1.1概述 1 1.2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 2 1.3數(shù)控機(jī)床的組成 3 2 總體方案設(shè)計 7 2.1機(jī)床的運(yùn)動關(guān)系 7 2.2傳動方案的設(shè)計 7 2.2.1絲杠的選型及支撐方式的設(shè)計 7 2.2.2檢系統(tǒng)的選取 8 2.2.3導(dǎo)軌的選定 8 2.2.4絲杠和電機(jī)連接零件的選取 9 2.2.5軸承類型的選取 9 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核 10 3.1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 10 3.1.1額定動載荷 10 3.1.2傳動效率校核 12 3.2軸承的計算和選型 12 3.2.1推力球軸承的選型 12 3.2.2深溝球軸承的選型 13 3.3絲杠的剛度和穩(wěn)定性校核 14 3.3.1 絲杠的剛度校核 14 3.3.2穩(wěn)定性校核 15 3.4導(dǎo)軌的計算和選型 15 3.4.1滾動直線導(dǎo)軌副行程長度的壽命 15 3.5 伺服電機(jī)的計算和選型 16 3.5.1電機(jī)轉(zhuǎn)速的選取 17 3.5.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計算 17 3.5.3轉(zhuǎn)動慣量的校核 18 3.6 編碼器的選型 18 4 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 4.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝配圖的設(shè)計 19 4.2安裝過程中應(yīng)注意的問題 19 5 總結(jié) 21 參考文獻(xiàn) 22 致 謝 23 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 24 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 25 IV 1 緒論 1 緒論 1.1概述 我國目前機(jī)床總量為380萬余臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，這說明我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。我們大多數(shù)制造業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工設(shè)備大多數(shù)是傳統(tǒng)機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、成本高等缺點(diǎn)，因此這些產(chǎn)品在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭了，這直接影響了企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須提高機(jī)床的數(shù)控化率。 在過去的幾十年，雖然金屬切削的基本原理變化不大，但隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，要求制造業(yè)向自動化和精密化方向發(fā)展，而刀具材料和電子技術(shù)的進(jìn)步，特別是微電子技術(shù)、電子計算機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，運(yùn)用到控制系統(tǒng)中，既能幫助機(jī)床的自動化，又能提高加工精度。這些都要求對舊機(jī)床進(jìn)行改造。另外，在經(jīng)濟(jì)方面，用機(jī)床的數(shù)控改造比更新設(shè)備節(jié)約50%的資金。再加上市場的原因，由于目前機(jī)床市場供給無法滿足大量的機(jī)床設(shè)備的更新需要，因此更顯示出機(jī)床數(shù)控改造的必要性。 數(shù)控改造相對于購置數(shù)控機(jī)床來說，能充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，改造后的機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有很多突出優(yōu)點(diǎn)，由于數(shù)控機(jī)床的計算機(jī)有很高的運(yùn)算能力，可以準(zhǔn)確的計算出每個坐標(biāo)軸的運(yùn)動量，加工出較復(fù)雜的曲線和曲面。其計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記憶和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可以實(shí)現(xiàn)另一工件的加工，從而實(shí)現(xiàn)“柔性自動化”。改造后的機(jī)床不像購買新機(jī)那樣，要重新了解機(jī)床操作和維修，也不了解能否滿足加工要求。改造可以精確計算出機(jī)床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，操作和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。另外，數(shù)控改造可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新機(jī)那樣需要重新構(gòu)筑地基，還可以根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和檔次，將機(jī)床改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。 由于鏟磨床已經(jīng)停止生產(chǎn)，因此將傳統(tǒng)的鏟磨床進(jìn)行數(shù)控化改造很有必要。數(shù)控機(jī)床不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時在應(yīng)用上比其他傳統(tǒng)的自動化改造方案有較大的通用性和可用性，且投入費(fèi)用低，用戶承擔(dān)得起。由于自投入使用以來取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造中主要方向之一，也為我國傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化技術(shù)方向過渡的主要內(nèi)容之一。 5 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1.2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 相對于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： (1) 提高生產(chǎn)率。數(shù)控機(jī)床能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，增加切削加工時間的比率。采用最佳參數(shù)和最佳走刀路線，縮短加工時間，從而提高生產(chǎn)率。 (2) 數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。由于它是按照程序自動加工不需要人工干預(yù)，其加工精度還可以利用軟件進(jìn)行校正及補(bǔ)償，故可以獲得比機(jī)床本身精度還要高的精度和重復(fù)精度。 (3) 有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性。通過改變程序，就可以加工新產(chǎn)品的零件，能夠完成很多普通機(jī)床難以完成或者根本不能加工的復(fù)雜型面零件的加工。 (4) 可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床，可以自動換刀，一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，節(jié)省了設(shè)備和廠房面積。 (5) 可以進(jìn)行精確的成本計算和生產(chǎn)進(jìn)度安排，減少在制品，加速資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。 (6) 不需要專用夾具。采用普通的通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求。節(jié)省了專用夾具設(shè)計制造和存放的費(fèi)用。 (7) 大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞動力（個人可以看管多臺機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。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)。 1.3數(shù)控機(jī)床的組成 機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機(jī)械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。機(jī)械傳動部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動系統(tǒng)。檢測元件與反饋電路組成檢測系統(tǒng)。 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床的一個特殊部分。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機(jī)械傳動部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上，機(jī)械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 ??? 全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機(jī)床的要求比較高，且造價也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 ??? 機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價低等特點(diǎn)而被廣泛采用。 直流伺服電動機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時機(jī)械換向器的換向能力，限制了電動機(jī)的容量和速度。電動機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電動機(jī)效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 伺服系統(tǒng)對伺服電機(jī)的要求： (1) 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 (2) 電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。 (3) 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 (4) 電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。 交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。 鏟磨床是滾刀、成型銑刀等復(fù)雜刀具的精加工機(jī)床，縱向進(jìn)給系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)螺旋運(yùn)動的重要部分，也是保證產(chǎn)品達(dá)到高的加工精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量的關(guān)鍵部件, 以伺服電機(jī)、減速裝置、滾珠絲杠副、滑動導(dǎo)軌等組成的閉環(huán)傳動系統(tǒng)能保證系統(tǒng)獲得較高的精度、剛度和穩(wěn)定性, 使之滿足數(shù)控系統(tǒng)的要求。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,增加了功能,提高了性能,簡化了結(jié)構(gòu).較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：(1)數(shù)控機(jī)床價格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有余而力不足；(2)目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會造成浪費(fèi)；(3)在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；(4)通用數(shù)控機(jī)床對某一類具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余功能。 數(shù)控機(jī)床具有一定的自動化能力，以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)。目前，國外已發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控化改造，中小企業(yè)則達(dá)74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國是擁有300多萬臺機(jī)床的國家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動化程度低。要想在近幾年用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的，因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。 機(jī)床數(shù)控化的優(yōu)點(diǎn)：(1)改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；(2)適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；(3)自動化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；(4)降低對工人的操作水平的要求；(5)數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；(6)數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。 普通機(jī)床(如C616，C618，CA6140)等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。 對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控裝置，機(jī)床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的機(jī)床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。 十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。 2 總體方案設(shè)計 2 總體方案設(shè)計 2.1機(jī)床的運(yùn)動關(guān)系 數(shù)控鏟磨床主要通過砂輪的磨削來實(shí)現(xiàn)對刀具的加工，加工的過程中的運(yùn)動主要包括工件主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動，砂輪縱向移動，砂輪橫向進(jìn)給運(yùn)動，砂輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動這四部分所形成的空間運(yùn)動。工件的回轉(zhuǎn)和砂輪的縱向移動構(gòu)成螺旋運(yùn)動，砂輪的橫向進(jìn)給和砂輪的回轉(zhuǎn)構(gòu)成鏟背運(yùn)動，兩種運(yùn)動合成完成滾刀的鏟磨加工。 2.2傳動方案的設(shè)計 縱向進(jìn)給系統(tǒng)中初步設(shè)計利用交流伺服電機(jī)驅(qū)動整個傳動系統(tǒng)運(yùn)動，并且通過絲杠將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，通過聯(lián)軸器使絲杠與電機(jī)直接連接，絲杠兩端采用一端固定一端簡直的支撐方式，絲杠螺母通過連接部分與工作臺連接，從而實(shí)現(xiàn)鏟磨床的縱向進(jìn)給運(yùn)動。初步設(shè)計如圖2.1所示。 圖2.1 方案簡圖 2.2.1絲杠的選型及支撐方式的設(shè)計 絲杠是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，是數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。滾珠絲杠具有傳動效率高、摩擦損失小，傳動精度高，磨損小、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。相對于滑動絲杠來說，滾珠絲杠僅用較小的扭矩就能獲得較大的軸向推力而且功耗損失只有滑動絲杠的1／4～1／3。滾動摩擦的啟動摩擦阻力很小，所以滾珠絲杠螺母副的動作靈敏，并且滾動摩擦阻力幾乎與運(yùn)動速度無關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動的平穩(wěn)性，即使在低速下仍可獲得均勻的運(yùn)動，保證了較高的傳動精度。因此，本次設(shè)計采用滾珠絲杠，由于絲杠有專業(yè) 19 畢業(yè)設(shè)計（論文） 的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，并且有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此在選擇時我參考了漢江機(jī)床廠生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品，并對絲杠兩端固定部分做了必要的設(shè)計。 絲杠的安裝形式有四種：(1)一端固定，一端自由：(2)兩端游動：(3)一端固定，一端游動：(4)兩端固定。 選擇兩端固定的安裝形式，其特點(diǎn)是(1)剛度最高，只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍；(2)絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定的高；(3)可以預(yù)拉伸，預(yù)緊拉伸后可見小絲杠自重的下垂和熱補(bǔ)償膨脹。 2.2.2檢系統(tǒng)的選取 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是用檢測元件出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實(shí)際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。 由于本次設(shè)計中，要求定位分辨率1μm，故采取全閉環(huán)系統(tǒng)來保證定位分辨率，提高加工工件的加工精度。 2.2.3導(dǎo)軌的選定 導(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度，精度和精度保持性。其中直線滾動導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，在很大程度上降低了二者之間的運(yùn)動摩擦阻力與滑動導(dǎo)軌相比較滾動導(dǎo)軌具有以下優(yōu)點(diǎn): 畢業(yè)設(shè)計（論文） (1) 運(yùn)動靈敏度高，滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于滑動導(dǎo)軌，并且滾動導(dǎo)軌動靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機(jī)械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。無論實(shí)在高速還是低速運(yùn)動，滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)基本上不變，一般滾動導(dǎo)軌運(yùn)動時沒有爬行現(xiàn)象。 (2) 定位精度高，一般滾動導(dǎo)軌的重復(fù)定位誤差為0.1～0.2μm.滑動導(dǎo)軌一般為10～20μm.因此滾動導(dǎo)軌能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 (3) 牽引力小，移動靈活。 (4) 鋼制淬硬導(dǎo)軌具有極高的耐磨性修理周期可達(dá)到10～15年。故導(dǎo)軌的磨損小，保持性好。 (5) 潤滑系統(tǒng)簡單，維護(hù)方便。 (6) 驅(qū)動功率大幅度下降只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。適應(yīng)高速直線運(yùn)動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動剛度。 因此采用滾動導(dǎo)軌。 2.2.4絲杠和電機(jī)連接零件的選取 由于要求工作臺的最大直線速度為500mm／s，折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)速可能很高，因此電機(jī)與絲杠的鏈接用聯(lián)軸器。這樣也大大簡化了主軸的結(jié)構(gòu)，縮短傳動鏈，提高了傳動精度同時有效的提高了主軸部件的剛度。 2.2.5軸承類型的選取 軸承按承受的外部載荷的不同來分類時可以分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承。其中向心軸承主要承受徑向載荷，也承受一定的軸向載荷。推力軸承則只能承受軸向載荷。由于本次設(shè)計中要求快速進(jìn)給時的極限轉(zhuǎn)速較高，故采用能夠達(dá)到較高轉(zhuǎn)速的球軸承。由于絲杠主要承受軸向力的作用，為了保證機(jī)床的高速度，高精度，左端選取兩個深溝球軸承承受向心力，兩個推力球軸承，承受軸向載荷，右端采取兩個深溝球軸承和一個推力球軸承的形式，這樣在機(jī)床工作的過程中既保證了受力方面的要求，有保證了機(jī)床在快速進(jìn)給的過程中有較高的速度的要求。并且保證了機(jī)床的高精度和可靠性，而且提高了傳動系統(tǒng)的剛度。 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計算與校核 3.1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 由于滾珠絲杠的承載能力用額定負(fù)荷表示，故在選取絲杠時根據(jù)額定載荷選取。在參考了傳統(tǒng)鏟磨床的切削力后，對于機(jī)床Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上的切削分力分別取500N，500N，600N。 由公式 （3.1）可得 ＝1008.4N 3.1.1額定動載荷 由于要求機(jī)床最大工作速度為500mm/s,工作時最大速度為200mm/s考慮到絲杠及電機(jī)的轉(zhuǎn)速及實(shí)際中鏟磨床中絲杠的導(dǎo)程，初選絲杠的導(dǎo)程為10mm 因此滾珠絲杠工作時的最高轉(zhuǎn)速n=1200r／min。 所以絲杠的工作速度較高。 由公式 （3.2） 其中k—工況系數(shù)； Ca—額定動載荷； Fa—軸向載荷； k的取值參見表3.1 表3.1工況系數(shù) 使用條件 k 無沖擊的平穩(wěn)運(yùn)動 1.0～1.2 一般情況 1.2～1.5 沖擊和振動情況 1.5～2.0 通過查表可知k一般情況下取1.5。 機(jī)床工作臺重1500N，且滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.0025～0.005，這里取0.005。 切削力為600N，此次設(shè)計對絲杠螺母施加預(yù)緊力，預(yù)緊力為軸向載荷的三分之一，F(xiàn)a為最大軸向載荷。 解得Fa=1512 畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)控機(jī)床的使用壽命L=15000h 由公式 （3.3） 得L=2700百萬轉(zhuǎn) 由于數(shù)控機(jī)床對滾珠絲杠副的剛度有較高要求，故選擇螺母時要注重其剛度的保證。此處選擇插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母形式，且螺母取2.52列以保證絲杠的剛度要求。 漢江機(jī)床廠HJG-S系列絲杠的具體參數(shù)以及相關(guān)尺寸如下圖3.1，圖3.2所示： 圖3.1滾珠絲杠尺寸圖 圖3.2漢江機(jī)床廠滾珠絲杠 根據(jù)動載荷和公稱導(dǎo)程值得核對最后選取的滾珠絲杠的型號FYCD4010-5。 3.1.2傳動效率校核 （3.4） 式中螺旋升角=4°33′ 摩擦角一般為8′～12′ 取10′，滾動摩擦系數(shù)0.003～0.005 取0.005 計算得=0.9773﹥0.9 故傳動效率合格。 3.2軸承的計算和選型 軸承部分絲杠的直徑為25mm。 3.2.1推力球軸承的選型 推力軸承的選取時軸向載荷按最大軸向載荷選取，來保證軸承達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度。 由軸承的計算公式 （3.5） 式中： P—軸承所受載荷; C—基本額定動載荷; —預(yù)期計算壽命; n—軸承的轉(zhuǎn)速; 已知：P=1512.6N =15000h n=3000r／min 代入后可得C=21KN 查閱機(jī)械零件手冊和選取代號為51205的推力球軸承，具體參數(shù)見表3.2所示： 表3.2 軸承51205參數(shù) 軸承代號 其它尺寸 安裝尺寸 基本額定負(fù)荷 極限轉(zhuǎn)速 重量 mm mm KN r／min Kg 51205 d D da Da Cr Coa 脂 油 m min min max 27 47 38 34 0.6 21.2 40.2 3400 4800 0.12 3.2.2深溝球軸承的選型 因?yàn)榻z杠、聯(lián)軸器、推力球軸承等的總重量為35kg所以作用在軸承上的徑向力的大小為343N。 由公式（3.5）可得，軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷為： =4776.2N 查閱機(jī)械零件手冊后選取代號為6205的深溝球軸承具體參數(shù)如下表3.3所示： 表3.3 軸承6205參數(shù) 軸承代號 基本尺寸 安裝尺寸 基本額定負(fù)荷 極限轉(zhuǎn)速 重量 mm mm KN r／min Kg 6205 d D t da Da Cr Cor 脂 油 m min min max 25 52 15 31 46 1 10.8 6.95 12000 16000 0.121 3.3絲杠的剛度和穩(wěn)定性校核 3.3.1 絲杠的剛度校核 最大切削力600N,支撐間距1206mm，絲杠及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向載荷的三分之一。 (1) 滾珠絲杠的軸向剛度 （3.6） 式中：—絲杠螺紋底徑； l—受力點(diǎn)到推力支撐端的距離； E—彈性模量，E=2.1×MPa； 當(dāng)工作臺位于兩端推力支撐的正中間時剛度為最低。 （3.7） L—安裝間距mm； 已知：=0.033m L=1.23m 代入得 =718 N／ (2) 螺母的軸向剛度K 因?qū)β菽甘┘宇A(yù)緊力故： （3.8） 式中：K—尺寸樣本中的剛度值； Fa—軸向載荷； Ca—額定動載荷； 已知： K=2250 N／ Fa=1512.6N Ca=55017N 代入得=1170.4 N／ (3) 支撐軸承的軸向剛度K （3.9） 式中：—滾珠直徑，單位mm； Z —滾動體數(shù)； F —軸向載荷，單位N； 軸承為6205帶入相關(guān)參數(shù)得 K=619.3 N／ (4) 螺母座、軸承座的軸向剛度K 在設(shè)計中應(yīng)使安裝部位有高剛度，一般可忽略不計。 由公式 （3.10） 可得=0.0038618 代入公式 （3.11） 可得=5.84 對于全長為1230mm，精度為2級的絲杠300mm單一導(dǎo)程變動量為14﹥。 3.3.2穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需作穩(wěn)定性校核。故所選取絲杠合格。 3.4導(dǎo)軌的計算和選型 3.4.1滾動直線導(dǎo)軌副行程長度的壽命 （3.12） 式中 —壽命時間，單位為h; L—行程的長度，單位為m； —每分鐘往返的次數(shù)（1／min）： 由于=15000h L=600mm =10 1／min 所以L=10800km 考慮到使用環(huán)境的影響，對壽命的計算采用如下公式： 額定壽命 （3.13） 式中: —計算載荷（N）; —接觸系數(shù)取; —硬度系數(shù)取; —載荷系數(shù)取; —溫度系數(shù)取； 已知 =1500N =0.81 =0.9 =2.0 =0.9 解得額定動載荷=27434.8N=27.4KN 查閱漢江機(jī)床廠相關(guān)滾動導(dǎo)軌的參數(shù)后取DA30AAL型號導(dǎo)軌具體參數(shù)如下圖3.4所示： 圖3.3漢江機(jī)床廠導(dǎo)軌尺寸 圖3.4 漢江機(jī)床廠滾動導(dǎo)軌 額定靜載荷的計算 =14.5﹥f f取1.3 故選取導(dǎo)軌合適。 3.5 伺服電機(jī)的計算和選型 進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)一般都采用高速、中小慣量的電機(jī)，以滿足運(yùn)動部件的高速、高精度加工要求。伺服電機(jī)的選擇包括確定電機(jī)類型、安裝形式、轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩與加減速能力等。其中電機(jī)類型、安裝形式?jīng)Q定于機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)，一般由機(jī)械設(shè)計人員確定，轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩與加減速能力，通過計算確定。 3.5.1電機(jī)轉(zhuǎn)速的選取 一般而言，伺服電機(jī)的調(diào)速范圍與調(diào)速性能都已經(jīng)能夠滿足絕大多數(shù)進(jìn)給傳動系統(tǒng)的控制要求。因此伺服電機(jī)的選擇通常只需要確定最高轉(zhuǎn)速，前面已經(jīng)確定了滾珠絲杠的具體型號以及與電機(jī)的連接方式，因此電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也就是絲杠的最高轉(zhuǎn)速，由前面的計算可知絲杠的最高轉(zhuǎn)速為3000r／min。 3.5.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計算 伺服電機(jī)連續(xù)額定輸出轉(zhuǎn)矩需要通過計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩后確定，連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩可以通過負(fù)載轉(zhuǎn)矩確定電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，對于輸出特性很硬的電機(jī)，電機(jī)的連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩幾乎與靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩相等，因此可以通過計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩來確定靜態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩。電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩但是對于理想的進(jìn)給系統(tǒng)，摩擦轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩之間應(yīng)滿足如下關(guān)系： （3.14） —摩擦阻力折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩； 摩擦轉(zhuǎn)矩 （3.15） —導(dǎo)軌摩擦轉(zhuǎn)矩; —防護(hù)罩摩擦轉(zhuǎn)矩; —絲杠支撐軸承轉(zhuǎn)矩; (1) （3.16） 式中：—滾動導(dǎo)軌的預(yù)載荷（N）； —切削力在垂直方向的分力（N）； —工件質(zhì)量（kg）； —工作臺質(zhì)量（kg）； —絲杠導(dǎo)程（m）； —絲杠傳動效率； —與導(dǎo)軌形式有關(guān)的導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； —傾斜角度； 已知:=0.005 故=1.405×10 N·m (2) （3.17） 式中： —多級伸縮防護(hù)罩產(chǎn)生的阻力； 防護(hù)罩所產(chǎn)生的摩擦阻力如下表3.4所示： 表3.4多級伸縮防護(hù)罩產(chǎn)生的阻力 寬度范圍 摩擦阻力 0—1m 180 N／m 1—2m 220N／m 2—3m 250N／m =180N／m =0.01m =0.85 故=0.3372 N·m (3)絲杠支撐軸承摩擦轉(zhuǎn)矩可以直接從軸承生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)中查到 =0.5 N·m ∴=0.01405+0.03372+0.5×4=2.05 N·m 查閱富士電機(jī)的相關(guān)參數(shù)后選取GYG202CC2-T2型號電機(jī)，即可滿足以上要求。 電機(jī)的具體參數(shù)如下表3.5所示: 表3.5 電機(jī)GYG202CC2-T2參數(shù) 電機(jī)型號 GYG202CC2-T2 額定輸出（KW） 2.0 額定轉(zhuǎn)矩（N·m） 9.55 最大扭矩（N·m） 28.6 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 2000 最大轉(zhuǎn)速（r/min） 3000 慣性矩（Kg·m） 29.51×10 額定電流（A） 12.3 最大電流（A） 36.9 3.5.3轉(zhuǎn)動慣量的校核 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量查閱相關(guān)手冊后可知J=0.5×10Kg·m 滾珠絲桿的慣量 （3.18） 已知: d=36.6mm L=1206mm 代入數(shù)據(jù)可得 ∴=1.6×10Kg·m 直線運(yùn)動部件的慣量 （3.19） 式中: m—運(yùn)動部件質(zhì)量； 已知: 工作臺質(zhì)量m=153kg ∴J=0.387×10Kg·m 負(fù)載總慣量J=2.487×10Kg·m﹤2.951×10Kg·m 故所選電機(jī)合適。 3.6 編碼器的選型 定位分辨率是指測量系統(tǒng)能檢測顯示的最小計量單位。精度是指測量的精確度。FAGOR公司直線光柵尺的精度是指在測量長度范圍內(nèi)，任選一米長度中出現(xiàn)的最大誤差。不同型號的直線光柵尺將決定機(jī)床的不同的分辨率。由于機(jī)床工作時最大進(jìn)給速度為12m／min，并且要求定位分辨率達(dá)1μm,經(jīng)過計算后絲杠的直徑為40mm，絲杠的行程為600mm，在查閱相關(guān)直線光柵尺冊相關(guān)資料后，選擇小橫截面積S系列的光柵尺，型號為SY相關(guān)參數(shù)如下圖3.5所示： 圖3.7 S系列光柵尺參數(shù) 4 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝配圖的設(shè)計 機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是畫出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖，用以表達(dá)設(shè)計者構(gòu)思，設(shè)計特點(diǎn)及計算結(jié)果的重要部分。 在繪制機(jī)械裝配圖時，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況與原機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的一些問題。 (1) 了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 (2) 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號。 (3) 考慮各部位間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、伺服電機(jī)在箱體上的聯(lián)接與定位等。 (4) 考慮密封、防護(hù)、潤滑以及安全機(jī)構(gòu)等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵、防鐵屑保護(hù)、軸承的潤滑及密封、齒輪的潤滑及密封等。 (5) 在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。 此外，注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布置及圖形畫法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。 在進(jìn)行縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，必須對整個機(jī)床的布局有所了解?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)通過法蘭和箱體相連，并在箱體內(nèi)通過聯(lián)軸器和滾珠絲杠相連接，軸承左側(cè)的深溝球軸承和推力軸承均通過與箱體設(shè)計在一起的軸承座進(jìn)行安裝，安裝時要注意安裝的順序，滾珠絲桿右端通過軸承座安裝在機(jī)床床身上。工作臺部分則通過自己設(shè)計的兩個鏈接零件與絲杠螺母相連。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4.2安裝過程中應(yīng)注意的問題 經(jīng)過計算，已知此縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用GYG202CC2-T2型伺服電機(jī)，經(jīng)過聯(lián)軸器直接連接滾珠絲杠，滾珠絲桿公稱直徑為=40mm。滾珠絲杠螺母副選用的是外循環(huán)雙螺母內(nèi)包式。 安裝的過程中注意考慮以下問題： (1) 應(yīng)保證左側(cè)箱體以及軸承座，導(dǎo)軌等均準(zhǔn)確的安裝在機(jī)床床身上。 (2) 為保證滾珠絲杠與導(dǎo)軌平行，設(shè)計時，應(yīng)注意使絲杠中心，與床尾軸承座中心線距安裝基面尺寸一致以保證水平面的絲杠與導(dǎo)軌平行。左側(cè)箱體在床身上的安裝螺釘?shù)奈恢门c車尾軸承座螺釘在床身上的安裝位置必須根據(jù)床身具體情況確定，以保證在垂直面內(nèi)絲桿與導(dǎo)軌平行。水平面內(nèi)的平行度達(dá)不到要求可刮研箱體或床尾軸承座的安裝基面，如垂直面內(nèi)平行度達(dá)不到要求，可安裝螺釘?shù)倪^孔進(jìn)行調(diào)整，調(diào)好后，插入定位銷。 (3) 保證滾珠絲杠轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，輕快，必須使?jié)L珠絲桿螺母座與絲杠兩端支承同軸，兩面端支承同軸。 (4) 在水平面內(nèi)應(yīng)使絲杠中心線距導(dǎo)軌的距離盡量小，否則將層產(chǎn)生顛覆力矩，增大磨擦力，使運(yùn)動不平穩(wěn)，利用床身的凹面，使左側(cè)箱體的孔的中心線與右側(cè)軸承座的中心線和絲杠螺母的中心保持在同一條線上。 (5) 伺服電機(jī)裝在箱體左側(cè)，利用短圓柱面中，在箱體上定位。 滾珠絲杠螺母副的選擇： 滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。因此在進(jìn)行設(shè)備改造時，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇合適以后再決定被改造設(shè)備的 其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。 聯(lián)軸器的安裝： 傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因?yàn)橥宦?lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時，往往會引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。 20 5 總結(jié) 本次設(shè)計對數(shù)控鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。主要對其中各部分零件的選取進(jìn)行了討論，通過采用一般數(shù)控機(jī)床的設(shè)計方法，對鏟磨床縱向進(jìn)給系統(tǒng)中的驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)進(jìn)行了分析，選出了各部分零件的型號，并對選擇出的主要零件進(jìn)行了計算、設(shè)計與校核。計算表明通過選取相應(yīng)的產(chǎn)品能夠使數(shù)控鏟磨床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)滿足相應(yīng)的進(jìn)給要求，并且能夠達(dá)到相應(yīng)的加工精度，與改造前的傳統(tǒng)手動換擋變速、滑動絲杠導(dǎo)軌傳動系統(tǒng)相比，在自動化程度上得到了很大的提高，滿足了設(shè)計要求。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 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Know-how feedback based on manufacturing features(STEP-NC Server),2003. 22 致 謝 致 謝 真摯的感謝這學(xué)期來我的導(dǎo)師高老師，是他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)，對工作一絲不茍的態(tài)度感染并教導(dǎo)著我。使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了堅定的目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，對于我經(jīng)后的學(xué)習(xí)和工作奠定了一定的基礎(chǔ)。在老師的循序教導(dǎo)下，我學(xué)會了如何查閱機(jī)械零件型號以及如何通過網(wǎng)絡(luò)來找出自己設(shè)計過程中所需要的零件和生產(chǎn)廠家，并且對鏟磨床有了深刻的認(rèn)識。此外，平時在高老師的講解中，我還學(xué)到了大量的專業(yè)知識。 在本次論文設(shè)計過程中，從論文選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)都是在老師的精心指導(dǎo)下完成的，他們一直給予我們細(xì)心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。是高紅紅老師在學(xué)習(xí)中以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范成為我終生學(xué)習(xí)的楷模。另外，感謝這四年中眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。 24 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。 畢業(yè)設(shè)計（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期：