鉆銑機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、摘要鉆銑機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)學(xué)生 ： _，機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)老師 ：_，機(jī)械工程學(xué)院 【摘要】本文是關(guān)于數(shù)控鉆銑機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，就是對(duì)其機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。其中主要是對(duì)機(jī)床工作臺(tái)的導(dǎo)軌、絲杠、步進(jìn)電機(jī)和與其相關(guān)的連接部件的選擇與校核。本設(shè)計(jì)的目的是了解和掌握鉆刻機(jī)床工作臺(tái)的傳遞方式方面的設(shè)計(jì)，并且能有所創(chuàng)新。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)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(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。數(shù)控機(jī)床加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量雜可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，所以生產(chǎn)率高。【關(guān)鍵詞】 數(shù)控加工 工作臺(tái) 機(jī)床Des

2、ign of CNC drilling and milling machine tables transmission part【Abstract】This article is a design of CNC drilling and milling machine tables transmission part .It is the mechanical transmission of its calculation. The main thing is the selection and verification of the guide, lead screw ,stepper mo

3、tor and the connected components on table. The purpose of this design is to understand and grasp the drilling machine table carved design transfer mode, and can be innovative. CNC machine tools is referred to as the digital control machine tool is equipped with an automated machine tool control syst

4、em. The control system can control the logic to deal with coding, or other symbols the procedure laid down instructions and decoding, and then action and processing machine parts. CNC machining with high precision, processing and quality of a stable hybrid can save production time, so it own high pr

5、oductivity.【Keywords】 NC machining table machine tool 第 35 頁(yè)( 共 39 頁(yè))引言1.引言1.1機(jī)床簡(jiǎn)介數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)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(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。 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)： 1).加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 2).可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件； 3).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； 4).

6、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35倍）； 5).機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 6).對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。 1.2機(jī)床組成部件數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成： 1)主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 2).數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 3).驅(qū)動(dòng)裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，

7、包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 4).輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。 5).編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。 自從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無(wú)論在硬件

8、和軟件方面，都有飛速發(fā)展。1.3數(shù)控機(jī)床分類1) 按工藝用途分類金屬切削類數(shù)控機(jī)床,包括數(shù)控車床,數(shù)控鉆床,數(shù)控銑床,數(shù)控磨床,數(shù)控鏜床發(fā)及加工中心.這些機(jī)床都有適用于單件、小批量和多品種和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，以及很高的設(shè)備柔性。金屬成型類數(shù)控機(jī)床；這類機(jī)床包括數(shù)控折彎?rùn)C(jī)，數(shù)控組合沖床、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。數(shù)控特種加工機(jī)床；這類機(jī)床包括數(shù)控線（電極）切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)床、專用組合機(jī)床等。其他類型的數(shù)控設(shè)備；非加工設(shè)備采用數(shù)控技術(shù)，如自動(dòng)裝配機(jī)、多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)和工業(yè)機(jī)器人等。2) 按運(yùn)動(dòng)方

9、式分類點(diǎn)位控制；點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件只能夠?qū)崿F(xiàn)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工工序。如數(shù)控鉆床、數(shù)按坐標(biāo)鏜床、數(shù)控焊機(jī)和數(shù)控彎管機(jī)等。直線控制；點(diǎn)位直線控制的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件不僅要實(shí)現(xiàn)一個(gè)坐標(biāo)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)和定位，而且能實(shí)現(xiàn)平行于坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或控制兩個(gè)坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)斜線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。輪廓控制；輪廓控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。它不僅要求控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)位置，而且要求控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度和位移量，即要求控制運(yùn)動(dòng)軌跡，將零件加工成在平面內(nèi)的直線、曲線或在空間的曲面。3

10、) 按控制方式分類開(kāi)環(huán)控制；即不帶位置反饋裝置的控制方式。半閉環(huán)控制；指在開(kāi)環(huán)控制伺服電動(dòng)機(jī)軸上裝有角位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)部件的位移反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入的指令進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件。閉環(huán)控制；是在機(jī)床的最終的運(yùn)動(dòng)部件的相應(yīng)位置直接直線或回轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置，將直接測(cè)量到的位移或角位移值反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令移量進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件，使運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)格按實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)。4) 按數(shù)控制機(jī)床的性能分類經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床；中檔數(shù)控機(jī)床；高檔數(shù)控機(jī)床；1.4 鉆銑機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)機(jī)身部分：1）鑄件，這是構(gòu)成機(jī)床最主要的的部分，直接影響著機(jī)床的精

11、度、穩(wěn)定性、耐磨度，機(jī)床的壽命。鑄件 做好了之后，不是馬上就用到生產(chǎn)當(dāng)中，好的鑄件是那是經(jīng)過(guò)風(fēng)吹雨打，陽(yáng)光暴曬，經(jīng)過(guò)自然風(fēng)化，有的還通過(guò)海水對(duì)其進(jìn)行浸泡，待到鑄件不變行后再拿到加工當(dāng)中，這樣做出來(lái)的機(jī)床不容易變型，能長(zhǎng)時(shí)間保持機(jī)床的穩(wěn)定性，保持精度。2）主軸，主軸是用來(lái)直接面對(duì)加工工件，他由電機(jī)帶動(dòng)工作，進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，在主軸上裝上刀柄，就可以對(duì)加工件進(jìn)行切屑，滿足各種生產(chǎn)需要，主軸的好壞也會(huì)直接影響加工精度，內(nèi)部軸承如果有磨損就容易造成主軸的搖擺加工出來(lái)的東西精度自然有偏差幾個(gè)絲?，F(xiàn)主軸的轉(zhuǎn)速一般在8000轉(zhuǎn)左右，高速機(jī)可以做到2萬(wàn)轉(zhuǎn)以上，每臺(tái)機(jī)只有一個(gè)主軸。3）絲桿，也是機(jī)身一部分，它由伺服

12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)絲桿銅套帶動(dòng)工作臺(tái)的位移，實(shí)現(xiàn)加工需要，絲桿如果有間隙，也一樣直接體現(xiàn)在加工精度，及光潔度上面。4）電機(jī)，電機(jī)有伺服電機(jī)和變頻電機(jī)兩種，用伺服電機(jī)穩(wěn)定性好，主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率大，三軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)率小。5）聯(lián)軸器，在絲桿與電機(jī)之間都加裝有聯(lián)軸器，只是一個(gè)連動(dòng)作用。6）潤(rùn)滑冷動(dòng)系統(tǒng)，由機(jī)油自動(dòng)泵油機(jī)，主軸油冷機(jī)，和切屑液循環(huán)系統(tǒng)組成。機(jī)油自動(dòng)給油，不需人工可以自動(dòng)泵油，在機(jī)床工作時(shí)，幾分鐘泵油 一次，油管接到各個(gè)角落，如絲桿，導(dǎo)軌，等處，如果油路不通極易造成導(dǎo)軌磨損，影響精度。主軸油冷是為了給主軸降溫而加的一個(gè)循環(huán)冷動(dòng)系統(tǒng)，8000轉(zhuǎn)的主軸可要可不要，8000轉(zhuǎn)以上的主軸一定要配。切屑液

13、循環(huán)系統(tǒng)由抽油馬達(dá)將油箱的油抽上來(lái)沖到正在加工的工件上。7）鈑金，對(duì)鈑金的要求不是太高，只要不漏油就行，但也牽涉到外觀美觀，形象的問(wèn)題。系統(tǒng)部分：1）顯示器，現(xiàn)在大都是用液晶彩顯的了。2）操作面板3）處理器，4）驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的構(gòu)造原理很復(fù)雜，但一般很少壞，市面上主要有日本發(fā)那克系統(tǒng)，日本三菱系統(tǒng)，德國(guó)西門子。等等1.5發(fā)展背景和趨勢(shì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無(wú)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(guó)家已先后完成了數(shù)

14、控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，仍處于發(fā)展階段?！笆濉逼陂g，中國(guó)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)，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(zhǎng)39；2005年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺(tái)，接近6萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，是“九五”末期的4.24倍。“十五”期間，中國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場(chǎng)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(zhǎng)速度加快所致。2006年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺(tái)，同比增長(zhǎng)32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅18.4個(gè)

15、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(jī)驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額3.34億美元，同比增長(zhǎng)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(guó)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(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約50萬(wàn)臺(tái)，進(jìn)口約20萬(wàn)臺(tái)。2008年10月，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)105,780臺(tái)，比2007年同比增長(zhǎng)2.96。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企

16、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(guó)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(guó)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(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)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(chǎng)營(yíng)銷能力和經(jīng)營(yíng)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(guó)外公司在中國(guó)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(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有

17、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(guó)的自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。“十一五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國(guó)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(guó)數(shù)控車床1996-2005年消費(fèi)數(shù)量，通過(guò)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(wàn)臺(tái)，年均增長(zhǎng)率為16.5%。根據(jù)中國(guó)加工中心1996-2005年消費(fèi)增長(zhǎng)模型，預(yù)計(jì)2009年加工中心消費(fèi)數(shù)量將達(dá)2.8萬(wàn)臺(tái)，較2005年年均增長(zhǎng)率為17.8%。2.鉆銑機(jī)床加工工作臺(tái)簡(jiǎn)介2.1 方案簡(jiǎn)介系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)包括：1系

18、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法。由于是數(shù)控鉆刻機(jī)床的工作臺(tái)傳動(dòng)部分與數(shù)控部分的設(shè)計(jì)，所以我們首先要作的工作就是弄清工作臺(tái)所包括的部分。其次要弄清工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式。最后才是怎么讓他們配合起來(lái)。其方框圖如下圖2：工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)導(dǎo)軌支撐滾珠絲杠 機(jī)構(gòu)軸承數(shù)控中心- 圖 22.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（1）工作臺(tái)的選型。工作臺(tái)的類型大體有以下幾中A 橋框式鉆銑機(jī)床工作臺(tái)簡(jiǎn)介B 懸臂移動(dòng)式C 立柱式橋框式和懸臂移動(dòng)式的工作臺(tái)基本固定，機(jī)床的主軸部分驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)給作業(yè)，這類驅(qū)動(dòng)在技術(shù)上要求較高，而且長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)會(huì)讓?xiě)冶圩冃?，影響精度作業(yè)。本設(shè)計(jì)選用的是X-Y工作臺(tái)，即立柱式工作臺(tái)，其結(jié)構(gòu)牢靠、精度

19、高，可以加工與檢測(cè)合為一體，但是他有一個(gè)缺點(diǎn)就是XY兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，相對(duì)占用空間大一些。（2）工作臺(tái)支撐部分的設(shè)計(jì)。 工作臺(tái)的內(nèi)部絲杠靠實(shí)干螺母副支撐，工作臺(tái)的大部分外部殼體式鑄造的。（3）驅(qū)動(dòng)電路。（4）導(dǎo)軌類型。根據(jù)需要選取合適的導(dǎo)軌標(biāo)準(zhǔn)件。2.3系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)：（1）絲杠的傳動(dòng)。 絲杠螺母副與導(dǎo)軌連接，絲杠走絲時(shí)，帶動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)進(jìn)給。（2）工作臺(tái)的移動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)。導(dǎo)軌的選擇和計(jì)算，長(zhǎng)度，寬度的選擇。2.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法：（1）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中一個(gè)比較重要的部分，其教核以及計(jì)算要仔細(xì)。（2）工作臺(tái)的移動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)的，因此選擇合適的電機(jī)很有必要。（3）數(shù)控設(shè)計(jì)是工作臺(tái)傳動(dòng)的實(shí)質(zhì)化

20、工作。2.5工作臺(tái)的類型及選擇（1）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（立式車床）電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)和工作臺(tái)的連接方式根據(jù)機(jī)床的種類，參數(shù)，和結(jié)構(gòu)不同而不同 ； （2）移動(dòng)工作臺(tái)（大多數(shù)機(jī)床）一般是通過(guò)伺服電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)聯(lián)軸器把把動(dòng)力傳遞給滾珠絲杠，以滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的前后（左右）是通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，精度是通過(guò)安裝光柵尺來(lái)保證的，工作臺(tái)的極限位置一般是先由系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)極限位置坐標(biāo)（軟限位），再就是通過(guò)裝行程開(kāi)關(guān)和擋鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)硬限位。本設(shè)計(jì)選用移動(dòng)工作臺(tái)。2.6數(shù)控機(jī)床的選用、組成和應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的合理選用 不同類型的數(shù)控機(jī)床有著不同的用途，在選用數(shù)控機(jī)床之前應(yīng)對(duì)其類型、

21、規(guī)格、性能、特點(diǎn)、用途和應(yīng)用范圍有所了解，才能選擇最適合加工零件的數(shù)控機(jī)床。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，數(shù)控機(jī)床通常最適合加工具有以下特點(diǎn)的零件。 （1）數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍不同類型的數(shù)控機(jī)床有著不同的用途，在選用數(shù)控機(jī)床之前應(yīng)對(duì)其類型、規(guī)格、性能、特點(diǎn)、用途和應(yīng)用范圍有所了解，才能選擇最適合加工零件的數(shù)控機(jī)床。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，數(shù)控機(jī)床通常最適合加工具有以下特點(diǎn)的零件。 1.多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。 2.形狀復(fù)雜，加工精度要求高，通用機(jī)床無(wú)法加工或很難保證加工質(zhì)量的零件。 3.在普通機(jī)床加工時(shí)，需要昂貴的工裝設(shè)備（I具、夾具和模具）的零件

22、。 4.具有難測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸型腔的殼體或盒型零件。 5.必須在一次裝夾中完成銑、鏜、锪、鉸或攻絲等多工序的零件。 6.價(jià)格昂貴，加工中不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件。 7.需要最短生產(chǎn)周期的急需零件。 從數(shù)控機(jī)床的類型方面考慮，數(shù)控車床適用于加工具有回轉(zhuǎn)特征的軸類和盤(pán)類零件。數(shù)控鏜銑床、立式加工中心適用于加工箱體類零件、板類零件、具有平面復(fù)雜輪廓的零件。臥式加工中心較立式加工中心用途要廣一些，適宜復(fù)雜箱體、泵體、閥體類零件的加工，如圖1所示。多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床、加工中心可以用來(lái)加工復(fù)雜的曲型面、葉輪螺旋槳以及模具，如圖2所示。 （2）把握好技術(shù)經(jīng)濟(jì)尺度，選擇數(shù)控機(jī)床 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)

23、，通常有兩種情況。一是有被加工零件要選擇合適的加工設(shè)備，二是有數(shù)控機(jī)床選擇適合的加工零件。無(wú)論哪種情況，通常都要根據(jù)被加工零件的精度、材質(zhì)、形狀、尺寸、數(shù)量和熱處理等因素來(lái)選擇。是選用普通機(jī)床加工，還是數(shù)控機(jī)床加工，或者選用專用機(jī)床來(lái)加工，究竟如何選擇，概括起來(lái)要考慮3個(gè)方面因素。 （a）.要保證被加工零件的技術(shù)要求，加工出合格的產(chǎn)品； (b）.有利于提高生產(chǎn)率； (c）.盡可能降低生產(chǎn)成本（加工費(fèi)用）。 數(shù)控機(jī)床加工范圍的定性分析如下：當(dāng)零件不太復(fù)雜、生產(chǎn)批量不大時(shí)，宜采用普通機(jī)床；隨著零件復(fù)雜程度的提高，數(shù)控機(jī)床就顯得更為適用了。同時(shí)，在多品種、小批量（100件以下）生產(chǎn)時(shí)，使用數(shù)控機(jī)床可

24、獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，零件批量的增大，對(duì)所選用的數(shù)控機(jī)床是不利的。各種數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍：數(shù)控車床：包括主軸、溜板、刀架等。數(shù)控系統(tǒng)包括顯示器、控制面板、強(qiáng)電控制等。數(shù)控車床一般具有兩軸聯(lián)動(dòng)功能，Z軸是與主軸平行方向的運(yùn)動(dòng)軸，X軸是在水平面內(nèi)與主軸垂直方向的運(yùn)動(dòng)軸。遠(yuǎn)離工件方向?yàn)檩S的正向。另外在最新的車銑加工中心，還增加了一個(gè)C軸，可用于工件的分度功能，在刀架中安放銑刀，對(duì)工件進(jìn)行銑加工。刀具超過(guò)12把稱為加工中心。數(shù)控車床主要用來(lái)加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面，圓錐面、螺紋表面、成形回轉(zhuǎn)體面等。對(duì)于盤(pán)類零件可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、鏜孔等。機(jī)床還可以完成車端面、切槽、倒角等加工。數(shù)控銑床：適于加工三

25、維復(fù)雜曲面，在汽車、航空航天、模具等行業(yè)被廣泛采用?？煞譃閿?shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床、數(shù)控仿形銑床等。加工中心：一般認(rèn)為帶有自動(dòng)刀具交換裝置（ATC）的數(shù)控鏜銑床，稱為加工中心?？梢赃M(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻絲等多種工序加工。不能包括磨削功能，因?yàn)槲⒓?xì)的磨?？赡苓M(jìn)入機(jī)床導(dǎo)軌，從而破壞機(jī)床的精度。而磨床上有特殊的保護(hù)措施。加工中心可分為立式加工中心、臥式加工中心。立式的主軸是垂直方向的，臥式的主軸是水平方向的。數(shù)控鉆床：分為立式鉆床和臥式鉆床。主要完成鉆孔、攻絲功能，同時(shí)也可以完成簡(jiǎn)單的銑削功能。刀庫(kù)可以存放多種刀具。數(shù)控磨床：用在高硬度、高精度加工表面。平面磨床、內(nèi)圓磨床、輪廓磨床等。隨著自動(dòng)

26、砂輪補(bǔ)償技術(shù)、自動(dòng)砂輪修整技術(shù)和磨削固定循環(huán)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控磨床的功能越來(lái)越強(qiáng)。數(shù)控電火花成形機(jī)床：（EDM Machine）特種加工方法，利用兩個(gè)不同極性的電極在絕緣體中產(chǎn)生放電現(xiàn)象，去除材料進(jìn)而完成加工，適用于形狀復(fù)雜的模具、難加工材料。數(shù)控線切割機(jī)床：原理與電火花成形機(jī)床一樣，就是電極是電機(jī)絲，加工液一般是去離子水3鉆銑機(jī)床加工進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1橫向?qū)к壴O(shè)計(jì)導(dǎo)軌是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞，將直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽命。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：導(dǎo)向精度、耐磨性、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、剛度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、便于間隙調(diào)整，具有良好的潤(rùn)滑和防護(hù)等要求。1.導(dǎo)軌類型的選擇 導(dǎo)軌類型很

27、多，分類不一。常用的導(dǎo)軌類型有普通滑動(dòng)導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌）、塑料導(dǎo)軌（貼塑導(dǎo)軌）、鑲金屬導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、支壓導(dǎo)軌。在一般雕刻加工機(jī)床中，選用滾動(dòng)導(dǎo)軌，這是因?yàn)闈L動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。12滾動(dòng)導(dǎo)軌類型的選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌類型很多，有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；按滾動(dòng)體的開(kāi)關(guān)分有滾珠，滾柱和滾針；按滾動(dòng)體是否循環(huán)分為滾動(dòng)體不循環(huán)和滾動(dòng)體循環(huán)導(dǎo)軌。在此次設(shè)計(jì)中選用滾動(dòng)體循環(huán)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，這是因?yàn)橹本€滾動(dòng)導(dǎo)軌副中，滾珠溝槽接觸，因而許用載荷和剛度與點(diǎn)接觸相比有較大提高，又采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、制造和裝配工作。其定位精度可達(dá)到0.1-0.2

28、m，用于精密機(jī)械加工。 3直線滾動(dòng)導(dǎo)軌類型的選擇 根據(jù)使用要求不同，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出兩種類型的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，選用適用于X-Y工作臺(tái)的GGA型，其特性和結(jié)構(gòu)如下表所示 表1直線導(dǎo)軌副的特性和結(jié)構(gòu)鉆銑機(jī)床4選擇導(dǎo)軌的尺寸、補(bǔ)償及調(diào)整裝置因?yàn)樵摴ぷ髋_(tái)為雙層，工作范圍為200*400mm,根據(jù)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（以后簡(jiǎn)稱手冊(cè)）可取上層導(dǎo)軌長(zhǎng)1000mm,下層導(dǎo)軌800mm，導(dǎo)軌外形刻間零件圖2。其補(bǔ)償調(diào)整裝置選用塞塊調(diào)整間隙，其精度和剛度均較高。 5潤(rùn)滑的選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副常用鈉基潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，為防止異物侵入和潤(rùn)滑劑的泄出，滑座兩端裝上耐油橡膠密封圈。6.材料的選擇選用CrWMn，進(jìn)行冷處理和低溫時(shí)效，使其

29、表面達(dá)到58HRC，(由于產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定，滾到硬度不得低于58HRC2)最大限度地消除導(dǎo)軌在使用中的變形。7.導(dǎo)軌的防護(hù)裝置 導(dǎo)軌常用的防護(hù)裝置有：1）刮板式 其寬度、形狀與導(dǎo)軌相同，耐熱性好但只能排除大的顆粒；2）伸縮式 有軟式皮腔式和疊層式。這類結(jié)構(gòu)可以把導(dǎo)軌全部封閉起來(lái)，防護(hù)可靠，在滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌中都能使用。其中皮腔式防護(hù)多用帆布、皮革做成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是不耐熱；而疊層式的蓋板由鋼板制成，耐熱性好，強(qiáng)度高，剛性好，壽命長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)選用伸縮疊層防護(hù)裝置。3.2橫向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)1基本傳動(dòng)方式的選擇根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)組合情況，其基本傳動(dòng)形式有四（1）螺母固定，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)；（2）絲

30、杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)；（3）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠移動(dòng)；（4）絲杠固定，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。如圖4所示。選擇螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)傳動(dòng)形式。圖4 基本傳動(dòng)形式該傳動(dòng)形式國(guó)螺母本身起著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可獲得較高的傳動(dòng)精度，且其軸向尺寸不是太長(zhǎng)，適用于300400mm的行程。2結(jié)構(gòu)形式的選擇（1）螺紋滾道型面（法向）的形狀選擇我國(guó)生產(chǎn)的滾珠絲杠有單圓弧型和雙圓弧型，因?yàn)殡p圓弧型的螺紋滾道的接觸角在工作過(guò)程中基本保持不變。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能存一定的潤(rùn)滑油以減少摩擦和磨損，應(yīng)用廣泛，因此選用雙圓弧型的螺紋滾道。（2）滾珠循環(huán)方式的選擇滾

31、珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種。選用內(nèi)循環(huán)方式，其優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小，選用浮動(dòng)式反向器，這種反向器的優(yōu)點(diǎn)是：在高頻浮動(dòng)中達(dá)到回珠圓弧槽進(jìn)出口的自動(dòng)對(duì)接，通道流暢、摩擦特性較好，適用于高速、高靈敏度、高剛性的精密進(jìn)給系統(tǒng)。3滾珠絲杠副主要技術(shù)參數(shù)的確定（1）基本導(dǎo)程的選擇基本導(dǎo)程的大小應(yīng)根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度要求確定，因此設(shè)計(jì)精度要求較高，要選取較小的基本導(dǎo)程。由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO/DIS3408-2-1991）知尺寸系列：基本導(dǎo)程：1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40盡可能選用2.5，5，1

32、0，20及40。因此選用P0=10mm（2）螺母選擇由于數(shù)控機(jī)床對(duì)滾珠絲杠副的剛度有較高的要求，故選擇螺母時(shí)應(yīng)注重其剛度的保證，按高剛度要求選擇預(yù)載的螺母形式。其中內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器法蘭直筒組合具有較好的磨擦特性，適用于各種高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給定位系統(tǒng)，材料選用45鋼。滾珠的工作圈數(shù)i和列數(shù)j的確定滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)和工作滾珠的數(shù)量N由試驗(yàn)可知：第一、第二和第三圈或列分別承受軸載荷的50%、30%和20%左右。因此，工作圈或列數(shù)一般取2.53.5，滾珠總數(shù)N一般不超過(guò)150個(gè)。因此選用為，滾珠總數(shù)取120個(gè)。法蘭形狀的選擇 按安裝由標(biāo)準(zhǔn)形狀選擇。選擇平頂法蘭盤(pán)。（3）導(dǎo)程精度選擇根據(jù)機(jī)床

33、定位精度10m，確定滾珠絲杠副導(dǎo)程的精度等級(jí)。按下式估算式中：E累計(jì)代表導(dǎo)程偏差，m 機(jī)床有效行程的定位精度由實(shí)用手冊(cè)查得選擇精度等級(jí)（4）絲杠長(zhǎng)度的計(jì)算絲杠螺紋長(zhǎng)度按下式計(jì)算式中：機(jī)床工作臺(tái)有效行程，mm余程（按表選?。?，mm螺母長(zhǎng)度，mm表2 余程導(dǎo)程（mm）456810121620余程（mm）1620243240455060 = 400 = 40 =18絲杠螺紋長(zhǎng)度：l = 498mm。支撐跨距應(yīng)略大于，取為（5）滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊的選擇滾珠絲杠副在負(fù)載時(shí)，其滾珠與滾道接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能

34、。單螺母絲杠副的間隙消除相當(dāng)困難，實(shí)際應(yīng)用中，有多種調(diào)整預(yù)緊方法，其中，雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度高，預(yù)緊可靠。（6）滾珠絲杠副支承方式的選擇（a）單推單推式(b)雙推雙推式（c） 雙推-簡(jiǎn)支式(d) 雙推自由式圖5滾珠絲杠副的支承方式實(shí)踐證明，絲杠的軸承組合及軸承座以及其它零件的連接剛性不足，將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度和剛度，常用軸承的組合方式有以下幾種：?jiǎn)瓮茊瓮剖健㈦p推雙推式、雙推簡(jiǎn)支式及雙推自由式，各如圖所示。選用雙推 簡(jiǎn)支式。（6）橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠基本導(dǎo)程P0=10mm，脈沖當(dāng)量取為0.01mm/step，步進(jìn)電機(jī)的步距角選為0.750/step。(7)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)負(fù)載

35、分析步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載有外力負(fù)載、摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載，所選電機(jī)必須克服這些負(fù)載才能作正常的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。A切削負(fù)載切削力是在切削過(guò)程中為克服被切金屬的變形抗力和刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦力所需的力。用材料力學(xué)的原理，可使用切削力的理論公式，但是在公式推倒的過(guò)程中簡(jiǎn)化了很多的因素，因此與實(shí)際情況出入較大。下面使用的是切削力的指數(shù)公式，該公式是有實(shí)驗(yàn)得到，屬于經(jīng)驗(yàn)公式的一種。FC=CFCapFCfyFCvcnFCKFC以切削材料為結(jié)構(gòu)鋼為例查表可得相關(guān)參數(shù)CFC=367 3KFC=（0.637/0.637）0.75=1其余參數(shù)均為背吃刀量（背吃刀量ap指主刀刃與工件切削表面接觸長(zhǎng)度在主運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)給

36、運(yùn)動(dòng)方向所組成平面的法線方向上測(cè)量的值）、進(jìn)給量（f 刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量）、切削速度的指數(shù)FC=3671000.720.30.811=36727.50.38=3862.1NB摩擦阻力橫向?qū)к壥菨L動(dòng)導(dǎo)軌，為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，由表1查得=0.04導(dǎo)軌形式kf燕尾形1.40.2矩形1.10.15三角形組合形1.150.150.18鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌0.015滾動(dòng)導(dǎo)軌0.030.04表1已知工作臺(tái)工作范圍為200400mm，先預(yù)算其重力約為7.852040409.8/1000=2461.8N，工件模型為100200200mm,在其重量約為312N則摩擦阻力為F=（2461.8+312+3

37、862）0.04=265.4N初選滾珠絲杠副型號(hào)為CBM4010-5,其參數(shù)如下:公稱直徑: d0=40mm基本導(dǎo)程: P0=10mm鋼球直徑: Dw=6.35mm絲杠外徑: d=39mm螺紋底徑: d1=32.3mm循環(huán)圈數(shù): 2.52額定動(dòng)載荷: Ca=29427N額定靜載荷: C0a=73409N長(zhǎng)度: l=1.0m剛度: Ke=1170N/m根據(jù)理論力學(xué)公式計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)中各回轉(zhuǎn)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。該系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為由手冊(cè)查得式中：JM步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JS滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm1m長(zhǎng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.cm.s2W工件和工作臺(tái)的重量,kgg重力加速度其中設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為

38、由手冊(cè)查得預(yù)選電機(jī)型號(hào)為130BF001工作臺(tái)的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由手冊(cè)查得可知：該系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為速度V采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用V=2000mm/min，則（8）絲杠摩擦阻力矩的計(jì)算由于絲杠受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠副產(chǎn)生摩擦力，但由于其效率高其摩擦阻力矩相對(duì)于其它負(fù)載力矩小的多，因此忽略不計(jì)。（9）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（10）啟動(dòng)慣性阻力矩（T慣）的計(jì)算以最不利于快進(jìn)速度計(jì)算時(shí)，設(shè)啟動(dòng)加速時(shí)間為t=0.3s，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速取加速曲線為等加速梯形曲線，故角加速度為則步進(jìn)電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下：33步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇上述計(jì)算未考慮機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，當(dāng)選擇機(jī)械總效

39、率為0.7時(shí)，則選擇安全系數(shù)為1.5，則步進(jìn)電機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選取為保證帶負(fù)載能正常加速啟動(dòng)，應(yīng)使查負(fù)載系數(shù)為0.87選用130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)合適。130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)性能參數(shù)如下3：相數(shù) 3 步距角 0.750電壓 80V 相電流 10A最大靜轉(zhuǎn)矩 9.5N.m空載啟動(dòng)頻率 3000步/s外形尺寸 130*165質(zhì)量 10Kg3.4滾珠絲杠的校核（1）承載能力的校核計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)載荷Q，然后根據(jù)Q值校核公稱直徑由公式Coa （1）滾珠絲杠副壽命系數(shù)L，單位為轉(zhuǎn)，式中T為使用壽命時(shí)間（h），數(shù)控機(jī)床為15000h轉(zhuǎn)載荷系數(shù)，平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí)為1.01.2，

40、取硬度系數(shù)，因?yàn)闈L道的硬度一般，所以取為絲杠的軸向所受的最大載荷，而此載荷即為絲杠在軸向所受的摩擦阻力，此摩擦阻力是由工作臺(tái)和工件的重量引起的， Pmax=F=265.4N為絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速,對(duì)于移動(dòng)部件重量較切削力為大的大型機(jī)床和高精度精密機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速是取在最大快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，即將所有數(shù)據(jù)代入公式（1）得 查手冊(cè)表,型號(hào)CBM4010-5,額定載荷，大于算出的Q值（2.7KN），所以這種絲杠是可用的。（2）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)公式PK=fK2EI/KlPmax1其中fK=2（雙推簡(jiǎn)支）取K=4，L=Ls=60cm(3)剛度檢驗(yàn)式中：L0=1.0mS=3.143.22=32.

41、2cm2I=10.3cm4將所有數(shù)據(jù)代入公式得：（4）預(yù)拉伸計(jì)算a. 溫升引起的伸長(zhǎng)量。設(shè)溫升為，則螺紋部分伸長(zhǎng)量為： 式中：為熱膨脹系數(shù)，取=可得：絲杠全長(zhǎng)的伸長(zhǎng)量為：為此，絲杠的目標(biāo)行程可定為比公稱行程小，絲杠在安裝時(shí)，進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸量為b. 預(yù)拉伸力。根據(jù)材料力學(xué)歐拉公式得35軸承的選擇橫向滾珠絲杠主要受軸向力，使用滾動(dòng)軸承。為承受其軸向負(fù)載，設(shè)計(jì)使用推力軸承?？紤]到機(jī)床在加工過(guò)程中溫度變化，為避免造成不必要的應(yīng)力，使用一端固定一端游動(dòng)的支承方案。欲選滾動(dòng)軸承61808和雙向推力球軸承52210。因?yàn)闈L動(dòng)軸承不承受徑向壓力，所以61808深溝球軸承不必驗(yàn)算，它可以滿足使用要求。滾動(dòng)軸承

42、0204的基本參數(shù)如下4：內(nèi)徑 40mm外徑 52mm寬度 7mm額定負(fù)荷 C=4.65KN C0=3.25KN極限轉(zhuǎn)速 （脂）9500r/min （油）13000r/min 雙向推力軸承5204的基本參數(shù)如下：內(nèi)徑40mm外徑 78mm厚度 39mm（1）預(yù)負(fù)荷軸承的預(yù)負(fù)荷不應(yīng)小于軸承最大載荷的1/3。絲杠兩端固定，故軸承的最大載荷等于預(yù)拉伸力加最大外載荷的一半。故符合要求（2）疲勞壽命計(jì)算軸承要求的動(dòng)載荷可按下式（3）計(jì)算：考慮到數(shù)控機(jī)床本身的特點(diǎn)，上式中使用系數(shù)、轉(zhuǎn)速變化系數(shù)、齒輪輪換工作系數(shù)均取1。速度系數(shù)，其中為壽命指數(shù)，對(duì)球軸承取=3，故有若額定壽命取，又壽命系數(shù)，故進(jìn)給力的方向是

43、可變的，軸承載荷可能是，也可能是，兩者幾乎相等，故取其平均值將所有數(shù)據(jù)代入式中得可以看出，軸承額定動(dòng)負(fù)荷4650N足夠，選用此軸承合適。36聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)聯(lián)軸器的類型很多、且已標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)床常用的聯(lián)軸器類型有剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器。由于剛性聯(lián)軸器制造容易、徑向尺寸小、裝拆時(shí)需移動(dòng)軸，用于要求兩軸對(duì)中性好、工作平衡無(wú)沖擊、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，適用于本設(shè)計(jì)，選用此聯(lián)軸器，并由手冊(cè)查得其材料為45鋼5，其大小尺寸如圖8所示。 37定位銷設(shè)計(jì)定位銷主要是用來(lái)固定零件之間的相對(duì)位置，一般不受載荷或只受很小的載荷，故不作強(qiáng)度計(jì)算。銷裝入每一個(gè)被聯(lián)接件的長(zhǎng)度約為銷的1-2倍6。在本設(shè)計(jì)中使用圓錐銷固定

44、聯(lián)軸器和軸。圓錐銷的大頭直徑dmax=8mm,小頭直徑dmin=7.9mm,錐度1：50，材料Q235鋼。38縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由圖1可知縱向進(jìn)給系統(tǒng)位于橫向進(jìn)給系統(tǒng)之上，因此受力肯定小于橫向進(jìn)給系統(tǒng)所受的力，因此可以將橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用于縱向。雖然縱橫向的有效行程不同，縱向的為400，其絲杠螺紋長(zhǎng)度由前面公式可計(jì)算為498mm，但總跨長(zhǎng)仍可取1000mm。因此它的校核完全同于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的校核，參見(jiàn)3.13.7。4機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇4.1步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介（1）結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)距圖9所示為一種反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇圖9步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖圖中電動(dòng)機(jī)定子上有6個(gè)磁極

45、：U1、U2、V1、V2、W1、W2，每個(gè)磁極上有5個(gè)均勻分布的矩形小齒。相信兩個(gè)磁極之間相隔。相對(duì)的兩個(gè)磁極組成一相，磁極上繞有一相線圈。此圖所示的為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（U1-U2相，V1-V2相，W1-W2相）。當(dāng)某一相繞組有電流通過(guò)時(shí)，該繞組所在的兩個(gè)磁極形成N極和S極。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，有40逐步形成矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個(gè)小齒之間的夾角為9o與定子上小齒的齒距相等。當(dāng)某相繞組通電時(shí)，所在的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子形成磁路。若此時(shí)該定子磁極的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒(méi)有對(duì)齊，相互之間就會(huì)產(chǎn)生圓周方向的力矩，使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，直到與定子齒對(duì)齊為止?？梢?jiàn)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中，定轉(zhuǎn)子錯(cuò)齒是使轉(zhuǎn)子得到步

46、進(jìn)轉(zhuǎn)矩的基本因素。（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向按照次序給繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。按照次序給繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。所以，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于定子繞組通電的順序。（3）工作方式三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三種工作方式：1）單三拍，通電方式為2）雙三拍，通電方式3）六拍，通電方式為42伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床的作用：接受控制機(jī)發(fā)出的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并把它變換成模擬角，徑功率放大后去驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，使工作臺(tái)進(jìn)行精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合精度并要求的零件。因此，伺服機(jī)構(gòu)的性能變是決定數(shù)控機(jī)床的加工表面質(zhì)量，生產(chǎn)率和機(jī)床的可靠性的關(guān)鍵之一。目前在數(shù)控機(jī)床改造中

47、常用的驅(qū)動(dòng)器件是步進(jìn)電機(jī)、電脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)。這些驅(qū)動(dòng)器件，配以適當(dāng)?shù)墓Ψ叛b置組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)本設(shè)計(jì)電火花線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，機(jī)床的縱橫向均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)將計(jì)算機(jī)輸出的每一個(gè)脈沖信號(hào)變成一定量的機(jī)械角位移，實(shí)際上它就是利用電磁鐵的作用原理。定子的三相繞組依次通電，轉(zhuǎn)子被吸引著一步步前進(jìn)，轉(zhuǎn)子便旋轉(zhuǎn)起來(lái)。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)如下：1步進(jìn)電機(jī)的功率小，輸出力矩小，使用于中小機(jī)電一體化系統(tǒng)。2無(wú)論從電機(jī)還是驅(qū)動(dòng)電源，體積都比較小，伺服系統(tǒng)可以不需反饋元件，因而驅(qū)動(dòng)裝置整體體積小。3 進(jìn)電機(jī)的控制性能好，可以精確地控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，有良好的緩沖定位能力。步進(jìn)電機(jī)本身

48、是一種脈沖或數(shù)字控制的裝置，極易與計(jì)算機(jī)和微處理器聯(lián)接，構(gòu)成智能化系統(tǒng)。4 控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，特別是在微機(jī)控制的情況下，硬件電路更加簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)既是驅(qū)動(dòng)元件又是脈沖角位移變換元件。不需反饋元件，因而控制方法比較簡(jiǎn)單。5 脈沖當(dāng)量很小，或細(xì)分?jǐn)?shù)較大時(shí)，很難獲得很高的速度。由于步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速性、靈活性和準(zhǔn)確性好，體積又小，也不需要反饋傳感器，因而是一種較好的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用于運(yùn)動(dòng)軌跡較復(fù)雜的、動(dòng)作要求高的中小型設(shè)備。體積小、自定位、價(jià)格低是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三大優(yōu)勢(shì)。由于它性能好，價(jià)格便宜，所以步進(jìn)電機(jī)廣泛用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中。電液脈沖馬達(dá)是利用小功率的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)隨動(dòng)滑閥，通過(guò)隨動(dòng)滑閥來(lái)控

49、制油馬達(dá)工作。油馬達(dá)容易獲得較大的輸出扭矩，故可用于大功率數(shù)控機(jī)床，但該系統(tǒng)必須有液壓站，占地面積大，且易產(chǎn)生漏油。直流伺服電機(jī)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中具有較好的轉(zhuǎn)矩連速特性。國(guó)內(nèi)的直流或交流伺服系統(tǒng)，價(jià)格較高，技術(shù)難度大，正努力改進(jìn)。因此選用步進(jìn)電機(jī)作為本機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。43步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的選擇 采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，使控制系統(tǒng)在為簡(jiǎn)化。這不僅簡(jiǎn)化了線路，降低了成本，而且控制方便，提高可靠性。圖10所示為微機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。微型計(jì)算機(jī)接口驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖10微機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖因此本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng)中，

50、脈沖的產(chǎn)生以及步數(shù)、方向和速度的控制都由微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)接口進(jìn)行信號(hào)傳遞，并作必要的隔離；驅(qū)動(dòng)器的作用是將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大。 44步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)的接口電路圖11所示為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與MCS-51的接口電路。此接口電路包括光電耦合和功率驅(qū)動(dòng)兩部分。用8031單片機(jī)P1.0、P1.1、P1.2分別控制U相、V相、W相，定時(shí)器產(chǎn)生1ms的延時(shí)，時(shí)間到P1.0輸出為1，U相繞組通電，間隔1ms，.P1.1輸出為1，V相繞組通電，再隔1ms，W相通電，周而復(fù)始。硬件工作以U相為例，當(dāng)P1.0為1時(shí)，光電耦合器的光敏三極管截止，使達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通，U繞組通電，電機(jī)步進(jìn)一步。圖11三相步

51、進(jìn)電動(dòng)機(jī)與MCS-51的接口電路45步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止的過(guò)程中，往往需要改變速度。為了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)能跟上步進(jìn)脈沖的頻率，即不失步，對(duì)于脈沖頻率是有限制的。因此，為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)盡量加快工作過(guò)程而又不致辭發(fā)生失步現(xiàn)象，應(yīng)以較低的工作頻率開(kāi)始啟動(dòng)，在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸加速，然后穩(wěn)定在較高的工作頻率。一般情況下，升速的過(guò)程約在（0.11）s之間。反之，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)進(jìn)行減速。減速過(guò)程的加速度絕對(duì)值常比加速過(guò)程的大?，F(xiàn)有以下三種變速控制的方法：1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式 利用改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式可以實(shí)現(xiàn)變速控制。2均勻地改變步進(jìn)脈沖的間隔 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加速或減速控制，可以通過(guò)均勻地減少或增加脈沖間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)就是均勻改變延時(shí)子程序中的時(shí)間常數(shù)。這種方法的變速范圍比較寬。3定時(shí)器的變速控制 步進(jìn)脈沖的時(shí)間間隔也可以由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)提供。定時(shí)器初始化的時(shí)間常數(shù)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需值。每隔一定時(shí)間定時(shí)器向CPU申請(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)中斷后，送出一次控制脈沖，同時(shí)修改時(shí)間常數(shù)，減小定時(shí)。采用這種方法也能方便地實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的