Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

- I -畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )Φ630mm 的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日- II -摘要現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是未來工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。數(shù)控化設(shè)計(jì)范圍大、潛力大、投資少、見效快，促進(jìn)制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要手段。因此，數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)車床的研究具有重要意義。本文在敘述了數(shù)控技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過機(jī)床設(shè)計(jì)的總體思想，提出了數(shù)控化設(shè)計(jì)的技術(shù)方案和新數(shù)控系統(tǒng)的選型配置方案;提高了傳動(dòng)的精度，重新設(shè)計(jì)機(jī)床的控制邏輯，通過對伺服系統(tǒng)的分析，完成了機(jī)床各主要參數(shù)的優(yōu)化和匹配。關(guān)鍵詞：Φ630mm，數(shù)控車床，機(jī)床，設(shè)計(jì)，數(shù)控系統(tǒng)。 - III -AbstractModern CNC machine tools is the basis for the future of factory automation. CNC design range, potential is great, less investment, quick effect, promote manufacturing industry technological progress is an important means of. Therefore, the design of NC system for lathe has important significance to the research of.This paper describes the CNC technology history, current situation and development on the basis of machine tool design, through the overall idea, put forward the technical scheme design of NC and CNC system selection scheme; the drive to improve the accuracy, to design machine tool control logic, through the servo system of a machine tool, completed the main parameters optimization and matching.Key words:Φ 630mm, CNC lathes, machine tools, design, numerical control system.- IV -目錄摘要 .IIAbstractIII第 1 章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 .11.1 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及思考11.1.1 不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床水平的關(guān)鍵 11.1.2 制造水平與管理手段依然落后 11.1.3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占有率的一個(gè)重要因素 21.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 21.1.5 結(jié)語.21.2 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)31.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度31.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 .4第 2 章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 .7第 3 章 確定切削用量及選擇刀具 103.1 科學(xué)選擇數(shù)控刀具.103.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則103.1.2 選擇數(shù)控車削用刀具103.2 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn) 103.3 確定切削用量 113.3.1 確定主軸轉(zhuǎn)速113.3.2 確定進(jìn)給速度113.3.3 確定背吃刀量 .12第 4 章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 124.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量.134.2 切削力的確定.13- V -4.3 計(jì)算進(jìn)給牽引力.134.4 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C.144.5 傳動(dòng)效率計(jì)算.154.6 剛度計(jì)算.154.7 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算.164.7.1 確定傳動(dòng)比164.7.2 齒輪參數(shù)的計(jì)算164.8 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用.174.8.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算174.8.2 電機(jī)力矩的計(jì)算184.9 步進(jìn)電機(jī)的選擇.20結(jié)論 .22參考文獻(xiàn): 23致謝 .24- 1 -第 1 章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述1.1 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)” ，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大 的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為 39.3%34.9%。盡管如此，進(jìn) 口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從2002 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004 年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá) 94.6 億美 元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國產(chǎn)機(jī)床市場占有率連年下降，1999 年是 33.6%，2003 年僅占 27.7%。1999 年機(jī)床進(jìn)口額為 8.78 億美元 (7624 臺(tái))，2003 年達(dá) 27.1 億美元(23320 臺(tái))，相當(dāng)于同年國內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的 2.7 倍。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研 究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭 力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識(shí)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。 1.1.1 不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床水平的關(guān)鍵 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床缺乏核心技術(shù)，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進(jìn)口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可 靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對機(jī)床結(jié)構(gòu)與精度、 可靠性、人性化設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可。 1.1.2 制造水平與管理手段依然落后 一些國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普- 2 -通機(jī)床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能 得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺(tái)賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機(jī) 床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)設(shè)計(jì)和管理水平的提升。 1.1.3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占有率的一個(gè)重要因素 由于數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠(yuǎn)利益，對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。 有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床缺乏足夠了解，不會(huì)使用或使用不好數(shù)控機(jī)床，更不能指導(dǎo)用戶使用好機(jī)床；有的對先進(jìn)高效刀具缺乏基本了解，不能提供較 好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進(jìn)行設(shè)備選型，推薦先進(jìn)工藝 與工輔具，配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機(jī)床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同，提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的 市場占有率。 1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 從我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術(shù)人才：第一種是熟悉數(shù)控機(jī)床的操作及加工工藝、懂得簡單的機(jī)床維護(hù)、能夠進(jìn)行手工或自動(dòng)編程的車間技 術(shù)操作人員；第二種是熟悉數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識(shí)的中級人才，要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造知識(shí)，能夠熟練應(yīng)用 UG、PRO/E 等 CAD /CAM 軟件，同時(shí)有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)、較高的英語水平并積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；第三種是精通數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、能夠進(jìn)行數(shù)控機(jī)床 產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的數(shù)控技術(shù)高級人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大的技術(shù)人才支撐。 1.1.5 結(jié)語目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。 中國作為一個(gè)制造大國，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能 安于現(xiàn)- 3 -狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭早日 實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。1.2 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個(gè)數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)： ●對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，為模具的制造提供了合適的加工方法； ●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； ●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件； ●加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； ●機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的 3~5 倍） ； ●機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； ●有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，使用了計(jì)算機(jī)控制方法，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)； ●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高； ● 可靠性高。1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等零件的加工，能夠通過程序控制自動(dòng)完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。- 4 -由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。1、精度要求高的零件由于數(shù)控機(jī)床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。2、表面粗糙度要求高的零件數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。3、輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的零件由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的零件。4、帶特殊螺紋的零件普通車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺(tái)車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。 1.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向數(shù)控機(jī)床是由美國發(fā)明家 約翰·帕森斯上個(gè)世紀(jì)發(fā)明的。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè) 的加工母機(jī)和國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī) 床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國從 20 世紀(jì) 80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。1、美國的數(shù)控發(fā)展史美國政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù)，并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效 率” 和“創(chuàng)新”，- 5 -注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如 1952 年研制出世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床、1958 年創(chuàng)制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、 1987 年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先， 因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù) 控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重于基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì) 80 代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于 1982 年被后進(jìn)的日本超 過，并大量進(jìn)口。從 90 年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。2、德國的數(shù)控發(fā)展史德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。 ，于 1956 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，德國特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科 研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn) 實(shí)用、貨真價(jià)實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控 系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。3、日本的數(shù)控發(fā)展史日本政府對機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法” 、 “機(jī)電法”、 “機(jī)信法”等) 引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì) 量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自 1958 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，1978 年產(chǎn)量(7,342 臺(tái)) 超過美國(5,688 臺(tái))，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001 年產(chǎn)量 46,604臺(tái)，出口 27,409 臺(tái)，占 59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī) 床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀(jì) 80 年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本 FANUC 公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展 市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工 3,674 人，科研人員超過600 人，月產(chǎn)能力 7,000 套，銷售額在 世界市場上占 50%，在國內(nèi)約占 70%，對加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。4、中國數(shù)控行業(yè)現(xiàn)狀及前景“十五”期間，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量 2001 年為 17521 臺(tái)，- 6 -2002 年 24803 臺(tái)，2003 年 36813 臺(tái)，2004 年 51861 臺(tái)，2004 年產(chǎn)量是 2000 年的 3.7 倍，平均年增長 39%；2005 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量 59639 臺(tái)，接近 6 萬臺(tái)大關(guān)，是“九五” 末期的 4.24 倍。 “十五”期間，中國機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快 所致。 2006 年，中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到 85756 臺(tái)，同比增長 32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn) 量增幅 18.4 個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到 37.8%，同比增加 2.3 個(gè)百分點(diǎn)。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額 3.34 億美元，同比增長 63.14%，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅 18.58 個(gè)百分點(diǎn)。 2007 年，中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 123,257 臺(tái)，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 3,011 臺(tái)；國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約 50 萬臺(tái)，進(jìn)口約 20 萬臺(tái)。2008 年 10 月，中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)105,780 臺(tái)，比 2007 年同比增長 2.96%。 長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型” 階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水 平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了 5-10 年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了 10-15 年。同時(shí)中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的 能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng)銷量中的 80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時(shí)，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設(shè)計(jì)、開發(fā) 和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。 “十一五”期間，中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機(jī)遇，根據(jù)中國數(shù)控車床 1996-2005 年消費(fèi)數(shù)量，通過模型擬合，預(yù)計(jì)2009 年數(shù)控車床銷售數(shù)量將達(dá) 8.9 萬臺(tái)，年均增長率為 16.5%。根據(jù)中國加工中心 1996-2005 年消費(fèi)增長模型，預(yù)計(jì) 2009 年加工中心消費(fèi)數(shù)量將達(dá) 2.8 萬臺(tái)，較 2005 年年均增長率為 17.8%。技術(shù)發(fā)展趨勢- 7 -高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在： 1.機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復(fù)合，車磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精度和效率大大提高。 “一臺(tái)機(jī)床就是一個(gè)加工廠 ”、 “一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。 2．?dāng)?shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動(dòng)調(diào)整干涉防 碰撞功能、斷電后工件自動(dòng)退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測和自動(dòng)補(bǔ)償學(xué)習(xí)功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動(dòng)消除機(jī)床震動(dòng)等功能 進(jìn)入了實(shí)用化階段，智能化提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。 3．機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、 功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī) 床、水切割機(jī)床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。 4．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切機(jī)床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前 的微米級（ 0.001mm） ，有些品種已達(dá)到 0.05μm 左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到 0.05μm 左右，形狀精度可達(dá) 0.01μm 左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級（0.001μm） 。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配、采用 高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高機(jī)床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時(shí)代。 5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機(jī)、直線電機(jī)，高性能的直線滾動(dòng)組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。第 2 章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較數(shù)控機(jī)床可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密多品種及中小批零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，隨著制造技術(shù)向自動(dòng)化、柔性化方向的發(fā)展，當(dāng)前機(jī)床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。- 8 -機(jī)床的數(shù)控化設(shè)計(jì)一般是指對現(xiàn)有某臺(tái)普通車床的某些部位做一定的改裝，配上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控?cái)?shù)控系統(tǒng)，從而使原機(jī)床具有數(shù)控加工能力。這種技術(shù)工作有其獨(dú)特的特點(diǎn)。機(jī)床的數(shù)控設(shè)計(jì)，主要是對原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進(jìn)而成。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足，抗震性差，熱變形大，滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對加工精度，表面質(zhì)量，生產(chǎn)率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代機(jī)床的部件結(jié)構(gòu)，整體布局，外部造型都已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床獨(dú)特的機(jī)械部件。因此，我們在對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能的 與數(shù)控機(jī)床相接近。機(jī)床的設(shè)計(jì)主要應(yīng)具備兩個(gè)條件 1.機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛度 2.改裝的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。改裝前要對機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定，改裝后其各項(xiàng)指標(biāo)能達(dá)到數(shù)控加工的要求。機(jī)械部分?jǐn)?shù)控化設(shè)計(jì)需涉及電機(jī)的選擇、工作臺(tái)進(jìn)給結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)比分配與計(jì)算等方面的內(nèi)容。1 伺服驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)給電機(jī)選用混合式步進(jìn)電機(jī)，其不僅步距角小運(yùn)行頻率高且功耗低低頻噪音小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命長。橫垂直進(jìn)給電機(jī)均選用同一型號以便于設(shè)計(jì)和日后維修。脈沖當(dāng)量 t=0.01mm/脈沖，選用步距角θ=0.6° 。對原機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時(shí)間。2 機(jī)床導(dǎo)軌的選擇由于原機(jī)床采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，在低速時(shí)容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。較經(jīng)濟(jì)的處理方法是采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌。3 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給部分移動(dòng)元件靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、低速時(shí)無爬行。因此本設(shè)計(jì)中采用滾珠絲杠可以滿足要求。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。其工作原理為：當(dāng)絲杠和螺母相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運(yùn)動(dòng)后能通過這個(gè)裝置自動(dòng)的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副- 9 -安裝時(shí)需要預(yù)緊，通過預(yù)緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，提高傳動(dòng)剛度。本設(shè)計(jì)中的預(yù)緊方法是采用雙螺母墊片預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。即通過改變兩個(gè)螺母的軸向相對位置，使每個(gè)螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。其特點(diǎn)是預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好如圖 2-1。為消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，傳動(dòng)元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。圖 2-1 滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)- 10 -第 3 章 確定切削用量及選擇刀具3.1 科學(xué)選擇數(shù)控刀具3.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定.選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí) 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取 15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化 加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些當(dāng)某工序單位時(shí) 間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支 M 較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度 來確定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時(shí)要求安裝調(diào)整 方便，這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料( 如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金 )并使用可轉(zhuǎn)位刀片。3.1.2 選擇數(shù)控車削用刀具目前，數(shù)控機(jī)床上大多使用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化刀具，對可轉(zhuǎn) 位機(jī)夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標(biāo)準(zhǔn)及系列化型號對于加工中心及有自動(dòng)換刀裝置的機(jī)床，刀具的刀柄都已有系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，如錐柄刀 具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號為 TSG-JT，直柄刀具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號為 DSG-JZ,此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的測量以獲得精確數(shù)據(jù)， 并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。3.2 設(shè)置刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)刀具究竟從什么位置開始移動(dòng)到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動(dòng)的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對于工 件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，所以稱程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過對刀來確定，所以，該點(diǎn)又稱對刀點(diǎn)。在編制程序時(shí)，要正確選擇對刀點(diǎn)- 11 -的位置。對刀點(diǎn)設(shè)置原則 是: 便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對刀點(diǎn)可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提 高零件的加工精度，對刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基誰上。實(shí)際操作機(jī)床時(shí)，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對刀點(diǎn)上，即“刀位點(diǎn)”與“ 對 刀點(diǎn)” 的重合。所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)，車刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn);球頭銑刀是球頭的球心， 鉆頭是鉆尖等。用手動(dòng)對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對刀鏡、對刀儀、自動(dòng)對刀裝置等，以減少對刀時(shí)間，提高對刀精度。加工過程中 需要換刀時(shí)，應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”是指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時(shí)不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。3.3 確定切削用量數(shù)控編程時(shí)，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對于不同的加工方法，需要 選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限 度提高生產(chǎn)率，降低成本。3.3.1 確定主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切 削速度和工件( 或刀具) 直徑來選擇。其計(jì)算公式為:n=1000v/71D 式中:v—切削速度，單位為 m/m 動(dòng)，由刀具的耐用度決定;n 一一主軸轉(zhuǎn)速，單 位為 r/min,D—工件直徑或刀具直徑，單位為 mm。計(jì)算的主軸轉(zhuǎn)速 n，最后要選取機(jī)床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。3.3.2 確定進(jìn)給速度進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的 性能限制。確定進(jìn)給速度的原則:當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在 100 一 200mm/min 范圍內(nèi)選取 ; 在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在 20 一 50mm/min 范圍內(nèi)選取; 當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選 小些，一般在 20--50mm/min 范圍內(nèi)選取;刀具空行程時(shí)，特別是遠(yuǎn)距離“ 回零” 時(shí)，可以設(shè)定該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度。- 12 -3.3.3 確定背吃刀量背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保 證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般 0.2 一 0.5mm,總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比方法確定。同時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“ 合理的” 切削用量是指 充分利用刀具切削性能和機(jī)床動(dòng)力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。 第 4 章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算參考市場上同類型的車床參數(shù)，結(jié)合任務(wù)書要求初步擬定 Φ630mm 的數(shù)控車床機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)如表 4-1：最大回轉(zhuǎn)直徑 630mm電機(jī)功率 10KWLmax 2000mm快進(jìn)速度 縱向 2.4m/min橫向 1.2m/min切削速度 縱向 0.5m/min橫向 0.25m/min定位精度 0.015mm移動(dòng)部件重量 縱向 1200N橫向 800N加速時(shí)間 30ms機(jī)床效率 0.7表 4-1 Φ630mm 的數(shù)控車床機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)- 13 -4.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量X 軸(橫向)、Z 軸(縱向)為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)，X 軸(橫向)脈沖當(dāng)量 0.005mm/脈沖，Z 軸(縱向)脈沖當(dāng)量 0.010mm/脈沖。車床縱向脈沖當(dāng)量為 0.01/mm 脈沖；橫向脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖。4.2 切削力的確定縱切端面時(shí)的主切削力 =0.67 =10595(N)zF5.1maxD)(2649138.0NFzxy?橫切端面時(shí)的主切削力 )(2194.03)(571''''' NFzxyzz?其中： 。， 單 位 為車 床 床 身 加 工 最 大 直 徑 mmD6ax4.3 計(jì)算進(jìn)給牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的類型有關(guān)。 縱向采用三角形導(dǎo)軌： )(493)12059(16.024915.)(' NGFfKzxm ???????橫向采用燕尾形導(dǎo)軌： )(08)()(''''' fyzxm ?式中：G 為移動(dòng)部件的重量（N） ；為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形勢而不同；'fK 為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。在正常情況下，K 及 可取如下數(shù)值：'f燕尾形導(dǎo)軌： K=1.4 2.0?‘- 14 -三角形導(dǎo)軌： K=1.15 18.0~5.'?f4.4 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C選用滾珠絲杠副的直徑 d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，計(jì)算如下：縱向：初選絲杠基本導(dǎo)程 mL80?。。。。 kNCmdLFZDfCvnamws 25508 )(8.10493.1.28105.36036????? )(1207548.1507.6.61130kNCLvns????，初 選 絲 杠 基 本 導(dǎo) 程橫 向 ：查表選擇 FFZD2506, kCdLa13,,6?均為 FFZD 型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 23150, 3/1~2min/0??。 。。 。。。。wsf hThTmLv運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊狀態(tài) 1.0~1.2一般運(yùn)轉(zhuǎn) 1.2~1.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.5~2.5- 15 -表 3-2 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)4.5 傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 )(?????tg其中： 分 。其 摩 擦 角 約 為滾 動(dòng) 摩 擦 系 數(shù)摩 擦 角 ， 滾 珠 絲 杠 副 的絲 杠 螺 旋 升 角 10,04.~3.??f??縱向： %3.94)17.092.(2.58arctnarct0?????tgdL??橫向： 25.96)17.03.4(7.arctnarc?????tgdL??4.6 剛度計(jì)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量 ：1?縱向： )(076.925016.208493· 5mEFLm ???????）（?預(yù) 緊 后 滿 足 要 求 )(036.12.03 )(1.87951L?????橫向；- 16 -預(yù) 緊 后 滿 足 要 求 )(0132.561042. )(4.)(.8·401 420 mLEFm????????? ???4.7 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算4.7.1 確定傳動(dòng)比確定當(dāng)機(jī)床脈沖當(dāng)量和滾珠絲杠導(dǎo)程確定以后，可以先初選步進(jìn)電機(jī)的步距角，計(jì)算伺服系統(tǒng)的降速比 I縱向： 3401.68??i橫向： 254.7.2 齒輪參數(shù)的計(jì)算摸數(shù) m 取 2。計(jì)算如下：縱向：取小圓齒數(shù)為 36，小齒輪： )(5.2.125.7361 mhzdfa????大齒輪： 9648mzd橫向：取小圓齒數(shù)為 18小齒輪： )(5.2.125.3681 mhzdfa????大齒輪： 736zdPbLi??360?- 17 -4.8 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用4.8.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算（1）齒輪、軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算（ ）2.cmkg82MDJ?對于鋼材：34107.??LJ式中：M—圓柱體質(zhì)量（ ）kgD—圓柱體直徑（ ）cmL—圓柱體長度（ ）—鋼材的密度?23/108.7c????對于齒輪：D 可取分度圓直徑，L 取齒輪寬度； 對于絲杠：D 可近似取絲杠公稱直徑 —滾珠直徑，L 取絲杠長度。具體計(jì)算如下：縱向： ).(19402.7805369.75. 24 24cmkgJz ?????小大絲 杠橫向： ).(236.018.637.072.85.5. 24 234ckgJz ?????小大絲 杠（2）絲杠傳動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一對齒輪降速后傳到絲杠，此傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ])2()[()021?LgGJzJs???式中：- 18 -） 。絲 杠 的 導(dǎo) 程 （ ） ；件 的 重 量 （工 作 臺(tái) 及 工 件 等 移 動(dòng) 部 ；絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （ ；大 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 ；小 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 動(dòng) 慣 量 （cmLNGkgJcJS??0 22 21 2).(. );kg.cm上上具體計(jì)算如下：縱向： ).706(])28.0(91)5.72.13[()49. 2cmkgJ ?????橫向： 941.2604.8.2 電機(jī)力矩的計(jì)算電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩、快速進(jìn)給時(shí)所需力矩、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩等幾部分介紹其計(jì)算方法。（1） 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 起M0'maxMf??起式中： ） 。矩 （電 機(jī) 軸 上 的 附 加 摩 擦 力由 于 絲 杠 預(yù) 緊 時(shí) 折 算 到 ）力 矩 （折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 摩 擦 ） ；軸 上 的 加 速 力 矩 （空 載 起 動(dòng) 時(shí) 折 算 到 電 機(jī) ） ；快 速 空 載 起 動(dòng) 力 矩 （起 mNMmNf .;.0max?（2） 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 快M0f??‘快因此對運(yùn)動(dòng)部件已起動(dòng)，固不包含 ，顯然 。max起快 M?（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 切tfM??0切式中： ） 。負(fù) 載 力 矩 （折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 切 削 mNt .在采用絲杠螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種力矩可用下式計(jì)算- 19 -2max2max106106????????amx tnJnJM???式中： ） 。時(shí) 間 （最 大 進(jìn) 給 速 度 所 需 要 的運(yùn) 動(dòng) 部 件 從 停 止 加 速 到 ） ；步 進(jìn) 電 機(jī) 的 步 距 角 （） ；脈 沖 當(dāng) 量 （ ） ；電 機(jī) 最 大 轉(zhuǎn) 速 （） ；電 機(jī) 最 大 角 加 速 度 （ ） ；上 的 總 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 （傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 stmrnsNcmkgJabp???????in/ .max 2 2摩擦力矩 ）（ NMf.iLFf·20???式中： 。取傳 動(dòng) 鏈 總 效 率 ， 一 般 可 計(jì) 算 ；齒 輪 降 速 比 ， 按導(dǎo) 軌 摩 擦 系 數(shù) ； ） ；運(yùn) 動(dòng) 部 件 總 重 量 （引 力 處 摩 擦 力 的 計(jì) 算 ； ） ， 其 計(jì) 算 如 計(jì) 算 牽（， 進(jìn) 行 切 削 加 工 時(shí)空 載 快 速 起 動(dòng) 時(shí) ） ；垂 直 方 向 切 削 力 （‘85.0~7/ ''12000 ?? ??????ziif NG GFzfGfFF附加摩擦力矩 ）（ mNM.0）（ 2001·???iLFp式中： 。 動(dòng) 效 率 ， 一 般 取滾 珠 絲 杠 未 預(yù) 緊 時(shí) 的 傳滾 珠 絲 杠 導(dǎo) 程 ； ） ；為 進(jìn) 給 牽 引 力 （，般 取滾 珠 絲 杠 預(yù) 加 載 荷 ， 一 9.03/00 ????L NFFmP折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 ）（ cNMt.iLFtt·20???式中：- 20 -其 于 參 數(shù) 如 上 。 ） ；進(jìn) 給 方 向 最 大 切 削 力 （ NFt?具體計(jì)算：橫向： ).(264.108.2619 ).(05.%5.9.3/40.728.108.26.57. ).(95.0. .71234291'max mNMNmMtff ??????????????）（）（).(047.26.105.78. 890'max mNtff ???切起縱向：由上面計(jì)算知，在 、 、 三種工況下，快速空載起動(dòng)所需力矩最大，起 快M切所以只需計(jì)算 。起M).(32.416.029.87.3%41/8.02.493).(.0.16. .4591342700'max0 2'max mNMNff ?????????????起 ）（??4.9 步進(jìn)電機(jī)的選擇目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中大多數(shù)采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。1. 首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距 初 選 電 機(jī) 型 號maxj從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，86.0M/jax?起?縱向： ).(2.586.032.4/ NM?起按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號表（三相）可查出，110BYG3500 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 8N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起- 21 -動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率 Hz401.6201max???pqvf?最高工作頻率 Hz3.8psgf從電機(jī)表中查出，110BYG3500 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1600Hz，運(yùn)行頻率為30000Hz，滿足要求。橫向： mNM.3086./2/??起按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號表（三相）可查出，90BYGH3502 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 5N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率 Hz405.62101max???pqvf?最高工作頻率 Hz3.psgf從電機(jī)表中查出，90BYGH3500 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1800Hz，運(yùn)行頻率為30000Hz，滿足要求。機(jī)的具體型號選取。- 22 -結(jié)論總之，通過此課題的設(shè)計(jì)研究，本人收獲甚大：1.本人對機(jī)床，特別是車床有了深刻地了解，對車床的工作原理、組成、結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)而全面地認(rèn)識(shí)2.系統(tǒng)學(xué)習(xí)了數(shù)控機(jī)床的相關(guān)知識(shí)，閱讀了大量關(guān)于CNC系統(tǒng)、NC系統(tǒng)的說明書及相關(guān)資料，為今后從事控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ).3.學(xué)習(xí)了一些網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，訓(xùn)練了綜合運(yùn)用知識(shí)和電腦繪圖的能力，鍛煉了實(shí)踐操作能力。本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，使我對機(jī)械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，同時(shí)對機(jī)械這門學(xué)科也有了比較具體的認(rèn)識(shí)，這必將對我以后的學(xué)習(xí)和工作帶來很大的好處。- 23 -參考文獻(xiàn) :[1] 蔡春源 雷天覺 任興機(jī)，等. 機(jī)電液設(shè)計(jì)手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.[2] 徐炳松，張秀艷，張茵麥，等. 畫法幾何及機(jī)械制圖. 北京：高等教育出版社，1999.[3] 劉杰. 機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)品設(shè)計(jì). 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002，101-102.[4] 王仁德，趙春雨，張耀滿. 機(jī)床數(shù)控技術(shù). 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002，57-73.[5] 蔡光起，原所先，高航. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 沈陽：東北大學(xué)出版社，2002.[6] 宋宏遠(yuǎn)，楊天怡. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用. 重慶：重慶大學(xué)出版社，1990，92-93.[7] 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Machining Date Handbook.2nd Edition 1972.[9] Bram G, Douns C. Machining technology. Macmillan Press Ltd,1975.[10] 叢福建. 基于通用 PC 機(jī)車床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā). 東南大學(xué). 2002.[11] 王賡. 易用型數(shù)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn). 西安交通大學(xué). 2001.[12] 鄭子文. 超精密機(jī)床伺服控制技術(shù)研究. 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué). 2001.[13] 紀(jì)?；? 新一代 CK1416 高速精密數(shù)控車床建模與設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)研究. 東南大學(xué). 2003 . - 24 -致謝本文是在導(dǎo)師XX教教授的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的科研作風(fēng)給本人留下了深刻的印象，使本人受益匪淺，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡闹轮x.感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個(gè)龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí)，更讓我感覺到了知識(shí)以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。 最后，感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予過我?guī)椭娜恕? 25 -