數(shù)控機床設(shè)計任務(wù)講義課件

本學(xué)期的主要任務(wù)

掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本概念、基本原理和基本知識掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中常用的傳感器、控制電機的原理、性能合應(yīng)用掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的機械系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、接口設(shè)計的基本方法初步掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計原理和綜合應(yīng)用方法

綜合應(yīng)用：完成C6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計任務(wù)：將一臺C6140普通車床改造成

經(jīng)濟型數(shù)控車床。

1-床腳

2-掛輪

3-進給箱

4-主軸箱

5-縱溜板

6-溜板箱

7-橫溜板8-刀架

9-上溜板

10-尾座

11-絲杠

12-光杠13-床身C6140普通車床的結(jié)構(gòu)布局一、準備階段1.對用戶需求進行理論抽象主要技術(shù)指標如下：

（1）床身上最大加工直徑400mm；

（2）最大加工長度1000mm；

（3）X方向(橫向)的脈沖當量δx=0.005mm/脈沖,

Z方向(縱向)δz=0.01mm/脈沖；

（4）X方向最快移動速度vxmax=3000mm/min，Z方向為vzmax=6000mm/min；

（5）X方向最快工進速度vxmaxf=400mm/min，Z方向

為vzmaxf=800mm/min；

（6）X方向定位精度±0.01mm，Z方向±0.02mm；BACK以上技術(shù)指標要求如何實現(xiàn)？（7）可以車削柱面、平面、錐面與球面等；

（8）可以車削公/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導(dǎo)程為24mm；

（9）由系統(tǒng)控制自動選刀；

（10）自動控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號；

（11）自動控制冷卻泵的啟/停；

（12）由系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開；

（13）縱、橫向安裝限位開關(guān)；

（14）數(shù)控系統(tǒng)可與PC機串行通信。1.對用戶需求進行理論抽象BACK以上功能要求如何實現(xiàn)？一.準備階段2.擬定總體方案、劃分系統(tǒng)功能要素和功能模塊系統(tǒng)總體方案文件內(nèi)容：

1）系統(tǒng)主要功能、技術(shù)指標、原理圖、文字說明

2）控制策略及方案

3）各功能模塊性能要求，模塊實現(xiàn)的初步方案及輸入輸出關(guān)系的參數(shù)指標

4）初步方案比較和選擇

5）為保證系統(tǒng)性能所采取的技術(shù)措施

6）抗干擾及可靠性策略

7）外觀造型方案及機械主體方案

8）人員組織

9）經(jīng)費和進度計劃

BACK

(2)擬定總體方案、劃分系統(tǒng)功能要素和功能模塊

繪制系統(tǒng)原理框圖的方法先兩頭（基本功能要素或子系統(tǒng)），后中間（接口）化整為零，逐漸細化。一.準備階段

工作臺運動全閉環(huán)控制系統(tǒng)例一速度、位置半閉環(huán)控制系統(tǒng)例二作業(yè)NO.11.查詢資料，繪制C6140車床的系統(tǒng)傳動原理框圖。2.擬訂該車床數(shù)控化改造的總體方案，畫出系統(tǒng)原理框圖。NO.1作業(yè)NO.1參考答案C6140車床的系統(tǒng)傳動原理框圖NO.1ANSWERC6140車床的電氣控控制原理圖一.準備階段2.擬定總體方案案、劃分系統(tǒng)統(tǒng)功能要素和和功能模塊1）系統(tǒng)主要功能、技術(shù)指標、原理圖、文文字說明2）控制策略及及方案（主軸軸運動控制、、進給運動控控制）3）各功能模塊塊性能要求，，模塊實現(xiàn)的的初步方案及及輸入輸出關(guān)關(guān)系的參數(shù)指指標（機械本體－－主體的基本本結(jié)構(gòu)？傳感單元－需需要哪些傳感感器？控制單元－采采用什么控制制器？驅(qū)動單元－采采用什么驅(qū)動動元件？執(zhí)行單元－如如何完成系統(tǒng)統(tǒng)要求的機械械運動？接口－各單元元間采用什么么元部件、電電路或程序?qū)崒崿F(xiàn)信號的傳傳輸和匹配？？）作業(yè)NO.2預(yù)習第二章相相關(guān)章節(jié)并查查找資料，設(shè)設(shè)計該數(shù)控機機床的傳動系系統(tǒng)。畫出方方案原理圖。。NO.2設(shè)計參考網(wǎng)站站參考網(wǎng)站作業(yè)NO.2參考一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計（所需相關(guān)知識識？）二.進給傳動系統(tǒng)統(tǒng)方案設(shè)計（（所需相關(guān)知識識？）NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計1.數(shù)控機床主傳傳動系統(tǒng)的基基本要求2.數(shù)控機床主軸軸的變速方式式3.本次數(shù)控改造造的主傳動方方案初步設(shè)計計NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計1.數(shù)控機床主傳傳動系統(tǒng)的基基本要求1)有較寬的調(diào)速速范圍，可增增加數(shù)控機床床加工適應(yīng)性性，便于選擇擇合理切削速速度使切削過過程始終處于于最佳狀態(tài)2)要求能在較寬寬的轉(zhuǎn)速范圍圍內(nèi)進行無級級調(diào)速，并減減少中間傳遞遞環(huán)節(jié)。3)有足夠的功率率和扭矩，使使數(shù)控加工方方便實現(xiàn)低速速時大扭矩，，高速時恒功功率，以保證證加工高效率率。4)有足夠的的傳動精度。。各零部件應(yīng)應(yīng)具有足夠精精度、剛度、、抗振性，使使主軸運動高高精度，從而而保證數(shù)控加加工高精度。。5)主軸在正、反反向轉(zhuǎn)動時均均可進行自動動加減速控制制，即要求具具有四象限驅(qū)驅(qū)動能力，并并且加減速時時間短。6)為滿足加工中中心自動換刀刀(ATC)以及某些加工工工藝的需要要，加工中心心要求主軸具具有高精度的的準停控制。。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計2.數(shù)控機床主軸軸的變速方式式數(shù)控機床一般般采用交流（（或直流）主主軸伺服電動動機實現(xiàn)主軸軸無級變速。。交流變頻驅(qū)動動裝置+交流主軸電動動機交流伺服驅(qū)動動裝置+交流流伺服電動機機在實際生產(chǎn)中中，并不需要要在整個變速速范圍內(nèi)均為為恒功率。一一般要求在中中、高速段為為恒功率傳動動，在低速段段為恒轉(zhuǎn)矩傳傳動。為了確確保數(shù)控機床床主軸低速時時有較大的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和主軸的的變速范圍盡盡可能大，有有的數(shù)控機床床在交流或直直流電動機無無級變速的基基礎(chǔ)上配以齒齒輪變速，使使之成為分段無級變速速。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計2.數(shù)控機床主軸軸的變速方式式1)電動機與主軸軸直聯(lián)的主傳傳動其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)構(gòu)緊湊，但主主軸轉(zhuǎn)速的變變化及轉(zhuǎn)矩的的輸出和電動動機的輸出特特性一致，因因而使用上受受到一定限制制，如下圖所所示。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計2.數(shù)控機床主軸軸的變速方式式2)采用同步齒形形帶傳動主軸部件剛性性好；傳動效效率高、平穩(wěn)穩(wěn)、噪聲??；；不需潤滑；；但主軸調(diào)速速范圍比仍與與電動機一樣樣，受電動機機調(diào)速范圍比比的約束，在在小型機床中中應(yīng)用較多。。如下圖所示示。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計2.數(shù)控機床主軸軸的變速方式式3)帶有變速齒輪輪的主傳動這種配置方式式通過少數(shù)幾幾對齒輪降速速，使之成為為分段無極變變速，確保低低速大轉(zhuǎn)矩，，以滿足主軸軸輸出轉(zhuǎn)矩特特性的要求，，如下圖所示示?；讫X輪的移移位可采用液液壓撥叉或電電磁離合器來來實現(xiàn)。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計2.數(shù)控機床主軸軸的變速方式式4）電主軸電主軸通常裝裝備在高速數(shù)數(shù)控機床上。。其主軸部件件結(jié)構(gòu)緊湊，，重量輕，慣慣量小，可提提高起動、停停止的響應(yīng)特特性，有利于于控制振動和和噪聲；缺點點是制造和維維護困難且成成本較高；電電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)產(chǎn)生的熱量引引起主軸的熱熱變形，影響響機床的加工工精度。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計3.本次數(shù)控改造造的主傳動方方案初步設(shè)計計1）考慮因素素基于數(shù)控機床床主傳動系統(tǒng)統(tǒng)的基本要求求，結(jié)合本次次設(shè)計具體情情況進行考慮慮。無極變速OR分段無極變速速？電機類型？如何自動變速速？如何滿足低速速時轉(zhuǎn)矩要求求？螺紋車削功能能如何實現(xiàn)？？在滿足功能要要求的基礎(chǔ)上上考慮經(jīng)濟性性。NO.2一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計3.本次數(shù)控改造造的主傳動方方案初步設(shè)計計2）改造方案對機床原主傳傳動機構(gòu)如何何處理？NO.2C6140主傳動系統(tǒng)圖圖一.主傳動系統(tǒng)方方案設(shè)計3.本次數(shù)控改造造的主傳動方方案初步設(shè)計計2）改造方案主傳動系統(tǒng)方方案原理圖及及文字說明NO.2BACK二.進給傳動系統(tǒng)統(tǒng)方案設(shè)計1.數(shù)控機床進給給傳動系統(tǒng)的的基本要求2.數(shù)控機床進給給傳動系統(tǒng)的的種類3.本次數(shù)控改造造的進給傳動動方案初步設(shè)設(shè)計NO.2二.進給傳動動系統(tǒng)方案設(shè)設(shè)計1.數(shù)控車床進給給傳動系統(tǒng)的的基本要求1)傳動精度和剛剛度較高2)響應(yīng)速度快3)進給調(diào)速范圍圍較寬4)無間隙傳動5)穩(wěn)定性好、壽壽命長NO.2二.進給傳動動系統(tǒng)方案設(shè)設(shè)計2.數(shù)控機床進給給傳動系統(tǒng)的的種類按所用電機分分類：1)步進伺服服電機伺服進進給系統(tǒng)一般用于經(jīng)濟濟型數(shù)控機床床。2)直流伺服服電機伺服進進給系統(tǒng)功率穩(wěn)定，但但因采用電刷刷，其磨損導(dǎo)導(dǎo)致在使用中中需進行更換換。3)交流伺服服電機伺服進進給系統(tǒng)應(yīng)用極為普遍遍，主要用于于中高檔數(shù)控控機床。4)直線電機機伺服進給系系統(tǒng)無中間傳動鏈鏈，精度高，，進給快，無無長度限制；；但散熱差，，防護要求特特別高，主要要用于高速機機床。NO.2二.進給傳動動系統(tǒng)方案設(shè)設(shè)計2.數(shù)控機床進給給傳動系統(tǒng)的的種類按控制方式分分類：1)開環(huán)進給給系統(tǒng)2)半閉環(huán)進進給系統(tǒng)3)全閉環(huán)進進給系統(tǒng)NO.2各自特點？分分別用于何種種情況？二.進給傳動系統(tǒng)統(tǒng)方案設(shè)計3.本次數(shù)控改造造的進給傳動動方案初步設(shè)設(shè)計1）考慮因素素基于數(shù)控機床床進給傳動系系統(tǒng)的基本要要求，結(jié)合本本次設(shè)計具體體情況進行考考慮。電機類型？控制方式？應(yīng)如何選擇傳傳動部件并采采取何種措施施，以滿足：：剛度精度要求求？快速響應(yīng)要求求？無間隙傳動要要求？縱向、橫向進進給傳動方案案是否相同？？在滿足功能要要求的基礎(chǔ)上上考慮經(jīng)濟性性。NO.2二.進給傳動系統(tǒng)統(tǒng)方案設(shè)計3.本次數(shù)控改造造的進給傳動動方案初步設(shè)設(shè)計2）改造方案對機床原進給給傳動機構(gòu)如如何處理？NO.2CA6140進給傳動系統(tǒng)統(tǒng)圖二.進給傳動動系統(tǒng)方案設(shè)設(shè)計3.本次數(shù)控改造造的進給傳動動方案初步設(shè)設(shè)計2）改造方案進給傳動系統(tǒng)統(tǒng)方案原理圖圖及文字說明明NO.2BACK作業(yè)NO.3根據(jù)課堂所學(xué)學(xué)相關(guān)章節(jié)并并繼續(xù)查找資資料，修改、、完善上次所所進行的數(shù)控控機床的傳動動系統(tǒng)設(shè)計。。（內(nèi)容要求）NO.3作業(yè)NO.4對所設(shè)計進給給傳動部件進進行選型計算算。縱向進給機構(gòu)構(gòu)方案？NO.4電機機（（步步進進/交交流流)＋＋同同步步齒齒形形帶帶/齒齒輪輪副副＋＋滾滾珠珠絲絲杠杠副副同步步齒齒形形帶帶選選型型計計算算滾珠珠絲絲杠杠副副選選型型計計算算齒輪輪副副選選型型計計算算作業(yè)業(yè)NO.4已知知參參數(shù)數(shù)工件材材料：：碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼，σb=650Mpa;刀具材材料：：硬質(zhì)合合金YT15;刀具幾幾何參參數(shù)：：主偏角角kr=60o，前角kr=10o，刃傾角角λs＝－5°；切削用用量：：背吃刀刀量ap＝3mm，進給給量f=0.6mm/r，切削削速度度vc＝105m/min。移動部部件總總重：：G=1300NNO.4還需要要哪些些數(shù)據(jù)據(jù)？車削力力及車車削功功率的的分析析與計計算1．車削削力的的分析析與計計算車削外外圓時時的切切削抗抗力如如圖3-1所示。。主切切削力力Fc與切削削速度度Vc的方向向一致致，且且垂直直向下下，這這是計計算車車床主主軸電電動機機切削削功率率的依依據(jù)；；背向向切削削力Fp與進給給方向向（即即工件件軸線線方向向）相相垂直直，對對加工工精度度的影影響較較大；；進給給切削削力Ff與進給給方向向平行行且指指向相相反。。NO.4相關(guān)知知識1．車削削力的的分析析與計計算NO.4相關(guān)知知識在上述述三個個分力力中,Fc值最大大，F(xiàn)p約為（（0.15～0.7)Fc，F(xiàn)f約為（（0.1～0.6）Fc。單位切切削面面積上上的切切削力力稱為為單位位切削削力,用Kc（N/mm2）表示示：式中Fc——主切削削力，，單位位為N；AD——切削層層公稱稱橫截截面積積，單單位為為mm2；aP——背吃刀刀量，，單位位為mm；f——每轉(zhuǎn)進進給量量，單單位為為mm/r；hD——切削層層公稱稱厚度度，單單位為為mm；bD——切削層層公稱稱寬度度，單單位為為mm。（3-1）1．車削削力的的分析析與計計算NO.4相關(guān)知知識若已知知單位位切削削力Kc，則可可通過過式（3-1）計算切切削力力。為了計計算方方便，，在生生產(chǎn)實實際中中，一一般常常用以以下經(jīng)經(jīng)驗公公式來來估算算切削削力：：（3-2）式中CFcCFpCFf——與被加加工材材料和和切削削條件件相關(guān)關(guān)的切切削力力系數(shù)數(shù)，如如表3-1所示；；xFc、xFp、xFf、yFc、yFp、yFf、nFc、nFp、nFf——分別為為三個個分力力公式式中中，背背吃刀刀量aPc,進給量量f和切削削速度度Vc的指數(shù)數(shù)，如如表3-1所示；；NO.4相關(guān)知知識1．車削削力的的分析析與計計算——當實際際加工工條件件與經(jīng)經(jīng)驗公公式的的實驗驗條件件不相相符時時，各各種影影響因因素對對各切切削分分力的的修正正系數(shù)數(shù)的乘乘積,即，，如表表3-2、表3-3所示；；vc——切削速速度，，單位位為m/min，常用用切削削用量量選用用如表表3-4所示。。NO.4相關(guān)知知識1．車削削力的的分析析與計計算表3-1車削力力公式式中的的系數(shù)數(shù)和指指數(shù)注：1.成形切切削深深度不不大、、形狀狀不復(fù)復(fù)雜的的輪廓廓時，，切削削力減減小10%～15%；2.鋼和鑄鑄鐵的的力學(xué)學(xué)性能能改變變時，，切削削力的的修正正系數(shù)數(shù)kMF可按照照表3-2進行計計算3.車刀的的幾何何參數(shù)數(shù)改變變時，，切削削力的的修正正系數(shù)數(shù)見表表3-3。表3-2鋼和鑄鑄鐵的的強度度或硬硬度改改變時時切削削力的的修正正系數(shù)數(shù)kMF表3-3加工鋼鋼或鑄鑄鐵刀刀具幾幾何參參數(shù)改改變時時切削削力的的修正正系數(shù)數(shù)表3-4國產(chǎn)焊焊接和和可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位車車刀切切削用用量選選用參參考表表消耗在在切削削過程程中的的功率率稱為為切削削功率率，用用Pc（單位位為kW）表示示。因因為在在背向向力FP方向產(chǎn)產(chǎn)生的的位移移極小小，可可忽略略不計計，所所以可可以近近似認認為FP不做功功，則則切削削功率率Pc為切削力力Fc和進給力力Ff做功所消消耗的功功率之和和：（3-3）式中Fc——切削力，，單位為為N；vc——切削速度度，單位位為m/s；Ff——進給力，，單位為為N；nW——工件轉(zhuǎn)速速，單位位為r/s；f——進給量，，單位為為mm/r。2.車削功率率的分析析與計算算NO.4相關(guān)知識識式中括號號內(nèi)第二二項是Ff消耗的功功率，與與第一項項相比很很小（一一般小于于1%），可忽忽略不計計，因此此可以認認為：（3-4）根據(jù)切削削功率選選擇機床床主電動動機時，，還要考考慮機床床的傳動動效率。。機床主主電動機機的功率率應(yīng)為：：PE≥Pc/?（3-5）式中?——機床傳動動效率，，一般取取0.70～0.85。2.車削功率率的分析析與計算算NO.4相關(guān)知識識同步帶傳傳動副的的選型與與計算一、同步步帶傳動動的特點點同步帶也也叫同步步齒形帶帶，如圖圖3-9所示，其其內(nèi)側(cè)的的工作面面制成齒齒形，帶帶輪的輪輪緣表面面也制成成相應(yīng)的的齒形，，帶與帶帶輪是靠靠齒的嚙嚙合進行行傳動的的。同步步帶通常常以鋼絲絲繩作負負載心層層，由于于鋼絲繩繩受載后后變形極極小，仍仍能保持持帶長不不變，故故帶與帶帶輪間不不會產(chǎn)生生相對滑滑動，傳傳動比恒恒定。同同步帶薄薄而輕，，可用于于高速場場合，線線速度可可達40m/s，傳動比可可達10，效率可可達98%。。因此，，同步帶帶傳動的的應(yīng)用日日益廣泛泛。相對于其其他帶傳傳動，其其不足之之處是制制造和安安裝精度度要求較較高，中中心距要要求較嚴嚴格。圖3-9同步帶傳傳動NO.4相關(guān)知識識二、同步步帶的規(guī)規(guī)格與參參數(shù)同步帶按按帶齒的的形狀可可分為梯梯形齒和和圓弧齒齒兩大類類，梯形形齒周節(jié)節(jié)制同步步帶，其其形狀如如圖3-10所示。圖3-10梯形齒同同步帶同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識1．同步帶的的型號與與尺寸同步帶的的型號、、基準額額定功率率見GB/T_11616-1989,GB/T11362-2008，齒形與與齒寬尺尺寸見GB/T_11616-1989(表3－－11)。2．同步帶的的主要參參數(shù)（1）節(jié)距帶的節(jié)距距為相鄰鄰兩齒對對應(yīng)齒間間沿節(jié)線線度量方方向所測測得的距距離。同同步帶的的節(jié)距系系列見GB/T_11361-2008。（2）帶寬各種型號號同步帶帶的標準準帶寬系系列中，，最大尺尺寸的標標準帶寬寬為該型型號同步步帶的基基本寬度度。帶寬寬系列見見GB/T11616-1989(表3－－11)。（3）節(jié)線長度度同步帶上上通過強強力層中中心、長長度不發(fā)發(fā)生變化化的中心心線稱為為節(jié)線，，節(jié)線長長度為帶帶的公稱稱帶長。。其基本本尺寸與與極限偏偏差見GB/T11616-1989。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識表3-11同同步帶齒齒形與齒齒寬尺寸寸同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識三、帶輪輪的結(jié)構(gòu)構(gòu)和主要要參數(shù)1．帶輪結(jié)結(jié)構(gòu)同步帶輪輪有整體體式和組組合式兩兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)。小直直徑帶輪輪一般做做成整體體形式，，如圖3-11所示，通通常由齒齒圈1、擋圈2和輪轂3組成。中中等以上上直徑帶帶輪常采采用組合合式結(jié)構(gòu)構(gòu)，如圖圖3-12所示，其其中圖a為幅板結(jié)結(jié)構(gòu)，圖圖b為錐度鎖鎖定套結(jié)結(jié)構(gòu)。帶輪的兩兩端面常常制有擋擋圈，以以防工作作時同步步帶滑落落。擋圈圈的厚度度一般取取1～3mm，按帶的厚厚度和長長度來選選。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識圖3-11整體式同同步帶輪輪1—齒圈2—擋圈3—輪轂圖3-12組合式同步帶帶輪a）幅板結(jié)構(gòu)b）帶錐度鎖定套套結(jié)構(gòu)同步帶傳動副副的選型與計計算NO.4相關(guān)知識2．帶輪主要參參數(shù)（1）直邊帶輪齒廓廓直邊帶輪齒廓廓形狀如圖3-13所示，其參數(shù)數(shù)見GBT_11361-2008。（2）帶輪寬度帶輪的寬度可可比同步帶稍稍寬些。無擋擋圈時，帶輪輪工作寬度比比帶寬大3～10mm；有擋圈時，一一般大1～2mm。各種型號的標標準帶輪寬度度見GB/T11361-2008。（3）帶輪齒數(shù)和直直徑帶輪直徑系列列如表3-16所示。若帶輪輪齒數(shù)為z，則節(jié)圓直徑(3-13)帶輪齒數(shù)不宜宜過少，否則則會使同時嚙嚙合的齒數(shù)減減少，導(dǎo)致帶帶齒承載過大大，而且當節(jié)節(jié)距一定時，，帶輪直徑將將減小，又使使帶的彎曲應(yīng)應(yīng)力增大。故故帶輪存在最最少齒數(shù)限制制，見GB/T11361-2008。（4）帶輪的材料帶輪材料一般般采用鑄鐵或或鋼，高速、、小功率時可可采用塑料或或輕合金。同步帶傳動副副的選型與計計算NO.4相關(guān)知識四、同步帶的的設(shè)計計算在進行同步帶帶傳動設(shè)計時時，一般給定定的原始數(shù)據(jù)據(jù)有：傳遞的的功率P；主、從動輪的的轉(zhuǎn)速n1和n2（或傳動比i）；傳動系統(tǒng)的位位置和工作條條件等。其設(shè)設(shè)計方法和步步驟如下：1.確定帶帶的設(shè)計功率率PdPd=K0P(3-14)式中K0——工作情況況系數(shù)，見GB/T11362-2008；P——傳遞遞的功率率，單位位為kW。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識2.選擇擇帶型和和節(jié)距根據(jù)Pd和n1查GB/T11361-2008中圖A.1選擇帶型型，圖中中水平坐坐標為帶帶的設(shè)計計功率Pd（kW），垂直坐標標為小帶帶輪的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n1(r/min)。當所得交交點落在在兩種節(jié)節(jié)距的分分界線上上時，盡盡可能選選擇較小小的節(jié)距距。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識3.確確定小帶帶輪齒數(shù)數(shù)z1和小帶輪輪節(jié)圓直直徑d1應(yīng)使z1≥zmin，zmin可由GB/T11361-2008查得，在在帶速v和安裝尺尺寸允許許時，z1盡可能選選用較大大值。小小帶輪節(jié)節(jié)圓直徑徑d1=Pbz1/π，見GBT_11361-2008；小帶輪輪節(jié)圓直直徑初定定后應(yīng)驗驗算帶速速，不合合適則重重取。同同步帶的的速度v應(yīng)滿足：：≤vmax（3-15）極限帶速速vmax：MXL、、XXL、XL型，vmax=40～50m/s；；L、H型，vmax=35～40m/s；；XH、XXH型，vmax=25～30m/s。。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識4.確確定大帶帶輪齒數(shù)數(shù)z2和大帶輪輪節(jié)圓直直徑d2當給定傳傳動比i后，大帶帶輪齒數(shù)數(shù)z2=iz1；大帶輪輪節(jié)圓直直徑d2=id1。計算結(jié)結(jié)果應(yīng)圓圓整為整整數(shù)，并并驗算圓圓整后的的傳動比比；若傳傳動比超超差，則則應(yīng)重選選齒數(shù)，，直至滿滿足要求求。5.初初選中心心距a0、帶的節(jié)節(jié)線長度度L0p、帶的齒齒數(shù)zm若中心距距a0未給定，，則可根根據(jù)下式式進行初初選：0.7（（d1+d2）≤a0≤2（d1+d2）（3-16）則帶的節(jié)節(jié)線長度度為：（3-17）再由節(jié)線線長度L0p根據(jù)GB/T11616-1989選取接近近的Lp標準值，，并選擇擇對應(yīng)的的帶齒數(shù)數(shù)。。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識6.計計算實際際中心距距a設(shè)計同步步帶傳動動時，中中心距a應(yīng)該可調(diào)調(diào)整，以以便獲得得適當?shù)牡膹埦o力力。中心心距的調(diào)調(diào)整范圍圍見GB/T15531-1995。此時，，實際中中心距為為：（3-18）7.校校驗帶與與小帶輪輪的嚙合合齒數(shù)(3-19）式中ent(x)為取整函函數(shù)。一一般情況況下，應(yīng)應(yīng)保證zm≥zmin=6。對于MXL、、XXL和XL型，至少少應(yīng)保證證zm≥zmin=4。當zm<zmin時，可可增大a，或d1不變時減減小節(jié)距距。。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識8.計計算基準準額定功功率P0（3-20）式中P0——所選選型號同同步帶在在基準寬寬度下所所允許傳傳遞的額額定功率率，單位位為kW；Ta——帶寬為bs0時的許用用工作拉拉力，單單位為N，見GB/T11362-2008；m——帶寬為bs0時的單位位長度的的質(zhì)量，，單位為為kg/m，見GB/T11362-2008v——同步帶的的線速度度，單位位為m/s。。9.確定實際際所需同同步帶寬寬度bsbs≥（（3-21）式中bs0——選定定型號的的基準寬寬度，見見GB/T_11362-2008；Kz——小帶帶輪嚙合合齒數(shù)系系數(shù)，根根據(jù)GB/T_11362-2008計算。由上式求求得最小小寬度后后，根據(jù)據(jù)GB/T_11616-1989選擇最接接近的標標準帶寬寬。。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識10.帶帶的工工作能力力驗算用下式來來計算同同步帶的的額定功功率P，若結(jié)果滿滿足P≥Pd（帶的設(shè)設(shè)計功率率），則則帶的工工作能力力合格。。（3-22）式中Kz——嚙合合系數(shù)，，如表3-22所示；；Kw——齒寬寬系數(shù)，，；；Ta——基準準帶寬為為bs0時的許用用工作拉拉力，單單位為N，見GB/T_11362-2008；m——帶寬為bs0時的單位位長度的的質(zhì)量，，單位為為kg/m，見GB/T_11362-2008；v——同步帶的的線速度度，單位位為m/s。。同步帶傳傳動副的的選型與與計算NO.4相關(guān)知識識滾珠絲杠杠副的主主要尺寸寸參數(shù)如如圖3-16（（GB/T17587.1-1998）所示。公稱直徑徑d0用于標識識的尺寸寸值（無無公差））。節(jié)圓直徑徑DPW滾珠與滾滾珠螺母母體及滾滾珠絲杠杠位于理理論接觸觸點時，，滾珠球球心包絡(luò)絡(luò)的圓柱柱直徑。。節(jié)圓直直徑通常常與滾珠珠絲杠的的公稱直直徑相等等。導(dǎo)程Ph滾珠螺母母相對滾滾珠絲杠杠旋轉(zhuǎn)2π弧度時的的行程。。公稱導(dǎo)程程Ph0通常用作作尺寸標標識的導(dǎo)導(dǎo)程值（（無公差差）。行程l轉(zhuǎn)動滾珠珠絲杠或或滾珠螺螺母時，，滾珠絲絲杠或滾滾珠螺母母的軸向向位移量量。有效行程程lu有指定精精度要求求的行程程部分（（即行程程加上滾滾珠螺母母體的長長度）。。此外還有有絲杠螺紋紋外徑d1、絲杠螺紋紋底徑d2、螺母體外外徑D1、螺母體螺螺紋底徑徑D2、螺母螺紋紋內(nèi)徑D3、滾珠直徑徑DW、絲杠螺紋紋全長l1等。滾珠絲杠杠副的標標準參數(shù)數(shù)組合可可查GB/T17587.2-1998，其中劃劃橫線的的為優(yōu)先先級。滾珠絲杠杠副的主要尺尺寸參數(shù)數(shù)

(GB/T17587-1998)NO.4相關(guān)知識識圖3-16主要尺寸寸參數(shù)滾珠絲杠杠副的主要尺尺寸參數(shù)數(shù)

(GB/T17587-1998)NO.4相關(guān)知識識1.標標注方法法滾珠絲杠杠副國家家標識符符號的內(nèi)內(nèi)容見GB/T17587.1-1998（如圖3-17a所示）。。不同生生產(chǎn)廠家家的標注注方法略略有不同同，一般般廠商往往往省略略GB字符，以以其產(chǎn)品品的結(jié)構(gòu)構(gòu)類型號號開頭。。以山東東濟寧博博特精密密絲杠制制造有限限公司的的滾珠絲絲杠副為為例，其其標注方方法如圖圖3-17b所示，結(jié)結(jié)構(gòu)類型型如表3-24所示。。2.精精度等級級根據(jù)GB/T17587.3-1998標準，滾滾珠絲杠杠副的精精度被分分為1、、2、3、4、、5、7、10七個等等級，其其中最高高精度為為1級，，最低精精度為10級。。不同設(shè)設(shè)備推薦薦選用的的精度等等級如表表3-25所示示。不同同的滾珠珠絲杠副副類型（（定位為為P型，傳動動為T型），需需要進行行的檢驗驗項目見見GB/T17587.3-1998，其每一一基準長長度的行行程偏差差和變動動量見GB/T17587.3-1998。滾珠絲杠杠副的標標注方法法及精度度等級NO.4相關(guān)知識識圖3-17滾珠絲杠杠副的標標注方法法a)國家標識識符號b)企業(yè)標注注示例滾珠絲杠杠副的標標注方法法及精度度等級NO.4相關(guān)知識識表3-24滾珠絲杠杠副的標標注方法法及精度度等級NO.4相關(guān)知識識表3-24滾珠絲杠杠副的標標注方法法及精度度等級NO.4相關(guān)知識識表3-25滾珠絲杠杠副的標標注方法法及精度度等級NO.4相關(guān)知識識表3-25(續(xù)續(xù))滾珠絲杠杠副的標標注方法法及精度度等級NO.4相關(guān)知識1.最大大工作載荷荷Fm的計算最大工作載載荷Fm是指滾珠絲絲杠副在驅(qū)驅(qū)動工作臺臺時所承受受的最大軸軸向力，也也叫進給牽牽引力。它它包括滾珠珠絲杠副的的走刀抗力力、移動部部件的重力力與作用在在導(dǎo)軌上的的切削分力力所產(chǎn)生的的摩擦力。。圖3-20為車削削外圓時拖拖板的受力力情況，可可以看出，，拖板所受受載荷與車車削力存在在以下對應(yīng)應(yīng)關(guān)系：進進給方向載載荷Fx=Fm，橫向載荷荷Fy=Fp，垂直載荷荷Fz=Fc。最大工作載載荷的實驗驗計算公式式如表3-29所示示。表中，F(xiàn)x為進給方向向載荷，F(xiàn)y為橫向載荷荷，F(xiàn)z為垂直載荷荷，單位均均為N；G為移動部件件總重力，，單位為N；K為考慮顛覆覆力矩影響響時的試驗驗系數(shù)；μ為導(dǎo)軌的摩摩擦系數(shù)。。滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識表3-29Fm實驗計算公公式及參考考系數(shù)滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識圖3-20車削加工時時拖板的受受力分析滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識3.規(guī)格格型號的初初選初選滾珠絲絲杠副的規(guī)規(guī)格時，應(yīng)應(yīng)使其額定定動載荷Ca≥FQ。當滾珠絲杠杠副在靜態(tài)態(tài)或低速狀狀態(tài)下（n≤10r/min）長時間承受受工作載荷荷時，還應(yīng)應(yīng)使其額定定靜載荷Coa≥(2～～3)Ca。根據(jù)額定動動載荷和額額定靜載荷荷，可從表表3-31～表3-33中選選擇滾珠絲絲杠副的規(guī)規(guī)格型號和和有關(guān)參數(shù)數(shù)。要注意意公稱直徑徑和導(dǎo)程應(yīng)應(yīng)盡量選用用優(yōu)先組合合，同時還還要滿足控控制系統(tǒng)和和伺服系統(tǒng)統(tǒng)對導(dǎo)程的的要求。4.傳動動效率的計計算滾珠絲杠副副的傳動效效率?一般在0.8～0.9之間，，可由下式式計算：?＝(3-24)式中λ——絲杠的螺旋旋升角，由由arctan(Ph/πd0)算得；φ——摩擦角，一一般取10′。滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識表3-31G、GD系列滾珠絲絲杠副尺寸寸參數(shù)滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識表3-32CM、CDM系列滾珠絲絲杠副尺寸寸參數(shù)滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識表3-33FL、LL系列滾珠絲絲杠副尺寸寸參數(shù)滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識表3-33(續(xù))FL、LL系列滾珠絲絲杠副尺寸寸參數(shù)滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識5.剛度的的驗算滾珠絲杠副副的軸向變變形將引起起絲杠導(dǎo)程程發(fā)生變化化，從而影影響定位精精度和運動動的平穩(wěn)性性。軸向變變形主要包包括絲杠的的拉伸或壓壓縮變形、、絲杠與螺螺母之間滾滾道的接觸觸變形等。。（1）絲杠杠的拉伸或或壓縮變形形量δ1δ1在總變形量量中占的比比重較大，，可按下式式計算：＝±±±(3-25)式中Fm——絲杠的的最大工作作載荷，單單位為N；a——絲杠兩端支支承間的距距離，單位位為mm；E——絲杠材料的的彈性模量量，E＝2.1x105MPa(鋼)；S——絲杠按底徑徑確確定的的截面積，，單位為mm2；M——轉(zhuǎn)矩，單位位為N·mm；；I——絲杠按底徑徑d2確定的截面面慣性矩（（I=πd24/64），單位為mm4。其中，“+”號用于于拉伸，““-”號用用于壓縮。。由于轉(zhuǎn)矩矩M一般較小，，式中第2項在計算算時可酌情情忽略。滾珠絲杠副副的選型計算算NO.4相關(guān)知識（2）滾滾珠與與螺紋紋滾道道間的的接觸觸變形形量δ2δ2可從產(chǎn)產(chǎn)品型型號中中查出出，或或由下下式計計算：：無預(yù)緊緊時(3-26)有預(yù)緊緊時(3-27)式中DW——滾珠直直徑，，單位位為mm；；ZΣ——滾珠總總數(shù)量量，ZΣ＝Z×圈數(shù)數(shù)×列列數(shù)；；Z——單圈滾滾珠數(shù)數(shù)，Z＝πd0/DW（外循循環(huán)））或Z＝（πd0/DW)-3（內(nèi)內(nèi)循環(huán)環(huán)）FYJ——預(yù)緊力力，單單位為為N。當滾珠珠絲杠杠副有有預(yù)緊緊力，，且預(yù)預(yù)緊力力達軸軸向工工作載載荷的的1/3時，δ2值可減減小一一半左左右。。滾珠絲絲杠副副的選型型計算算NO.4相關(guān)知知識（3））剛度度驗算算絲杠的的總變變形量量δ＝δ1+δ2。一般般總變變形量量δ不應(yīng)大大于機機床規(guī)規(guī)定的的定位位精度度的一一半；；也可可由絲絲杠精精度等等級，，先查查出基基準長長度上上允許許的行行程偏偏差（（見GB/T17587.3-1998），再再將折折算到到絲杠杠總長長上的的行程程偏差差與總總變形形量δ進行比比較。。當δ超差時時，應(yīng)應(yīng)選用用較大大公稱稱直徑徑的滾滾珠絲絲杠副副。滾珠絲絲杠副副的選型型計算算NO.4相關(guān)知知識6.穩(wěn)穩(wěn)定定性的的驗算算滾珠絲絲杠屬屬于受受軸向向力的的細長長桿，，如果果軸向向負載載過大大，則則可能能產(chǎn)生生失穩(wěn)穩(wěn)現(xiàn)象象。失失穩(wěn)時時的臨臨界載載荷Fk應(yīng)滿足足：≥Fm(3-28)式中Fk——臨臨界載載荷，，單位位為N；fk——絲杠支支承系系數(shù)，，如表表3-34所示示；K——壓桿穩(wěn)穩(wěn)定安安全系系數(shù)，，一般般取為為2.5～～4，，垂直直安裝裝時取取小值值；a——滾滾珠絲絲杠兩兩端支支承間間的距距離，，單位位為mm。。滾珠絲絲杠副副的選型型計算算NO.4相關(guān)知知識1.內(nèi)內(nèi)循循環(huán)G、GD系列絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸圖3-21所示為為濟寧寧博特特精密密絲杠杠制造造有限限公司司生產(chǎn)產(chǎn)的G、GD系列滾滾珠絲絲杠副副，其其安裝裝聯(lián)接接尺寸寸如表表3-31所示。。其中中，代代號1604-3表示公公稱直直徑d0=16mm，導(dǎo)程Ph=4mm，滾珠循循環(huán)列列數(shù)為為3。2.外循環(huán)環(huán)CM、、CDM系列絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸圖3-22所示為為濟寧寧博特特精密密絲杠杠制造造有限限公司司生產(chǎn)產(chǎn)的CM、CDM系列滾滾珠絲絲杠副副，其其安裝裝聯(lián)接接尺寸寸如表表3-32所示。。滾珠絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸NO.4相關(guān)知知識3．FL、、LL系列滾滾珠絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸圖3-23所示為為啟東東潤澤澤機床床附件件有限限公司司生產(chǎn)產(chǎn)的FL、、LL系列滾滾珠絲絲杠副副，其其中FL為雙螺螺母螺螺帽預(yù)預(yù)緊浮浮動反反向器器內(nèi)循環(huán)環(huán)式滾滾珠絲絲杠副副，LL為雙螺螺母螺螺旋槽槽式螺螺帽預(yù)預(yù)緊外外循環(huán)環(huán)式滾滾珠絲絲杠副副。兩兩種絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸完完全相相同，，如表表3-33所示。滾珠絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸NO.4相關(guān)知知識圖3-21G、GD系列滾滾珠絲絲杠副副a）G系列b）GD系列滾珠絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸NO.4相關(guān)知知識圖3-22CM、、CDM系列滾滾珠絲絲杠副副a）CM系列b）CDM系列滾珠絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸NO.4相關(guān)知知識圖3-23FL、、LL系列滾滾珠絲絲杠副副滾珠絲絲杠副副的安安裝聯(lián)聯(lián)接尺尺寸NO.4相關(guān)知知識運動驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)設(shè)設(shè)計一.主軸驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)方方案設(shè)設(shè)計二.進給驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)方方案設(shè)設(shè)計作業(yè)NO.5NO.5一.主軸驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)1.數(shù)控機機床主主軸電電機的的要求求1)調(diào)速范范圍寬寬。可可增加加數(shù)控控機床床加工工適應(yīng)應(yīng)性，，便于于選擇擇合理理切削削速度度使切切削過過程始始終處處于最最佳狀狀態(tài)2)有足夠夠的功功率和和扭矩矩。數(shù)數(shù)控機機床的的主軸軸負載載性質(zhì)質(zhì)近似似于“恒功率率”，要求求主軸軸驅(qū)動動裝置置要具具有“恒功率率”的性質(zhì)質(zhì)。即即當機機床的的主軸軸轉(zhuǎn)速速高時時，輸輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較較小;主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速低低時，，輸出出轉(zhuǎn)矩矩大。。3)有足足夠精精度。。一般般要求求靜差差度小小于5％，更更高的的要求求為小小于1。4)加減速時間短短。主軸在正正、反向轉(zhuǎn)動動時均可進行行自動加減速速控制，即要要求具有四象象限驅(qū)動能力力。5)具有與進給驅(qū)驅(qū)動同步控制制、準?？刂浦?、角度分度度控制等控制制功能。6)噪聲低、溫升升低、震動小小、壽命長。。NO.5相關(guān)知識一.主軸驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)2.數(shù)控機床主軸軸驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨趨勢1)交流主軸驅(qū)動動系統(tǒng)已逐漸漸取代直流主主軸驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)2)交流主軸驅(qū)動動系統(tǒng)異步電機主軸軸驅(qū)動系統(tǒng)是當前商用主主軸驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)的主流，其其功率范圍從從零點幾kW到幾百kW，廣泛地應(yīng)用用于各種數(shù)控控機床上。主主軸電機最高高轉(zhuǎn)速可達100000r／min以上。永磁無刷同步步電機主軸驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)永磁主軸