TH5940型數(shù)控加工中心進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+畢業(yè)論文答辯資料】

下載文檔送完整 紙， 14951605 或 1304139763 下載論文送 紙， 14951605 或 1304139763 摘 要 數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代制造業(yè)中扮演著一個(gè)重要的角色。本論文介紹了 要敘述了數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)及主要傳動(dòng)件滾珠絲杠及其支承的設(shè)計(jì)計(jì)算。并對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了校驗(yàn)，取得了預(yù)期的效果。 該機(jī)床適用于摩托車、汽車、輕工機(jī)械等行業(yè)提高生產(chǎn)率。不僅對(duì)刀具的位置或軌跡進(jìn)行控制，而且還具有自動(dòng)換刀和補(bǔ)償功能，具有很高的強(qiáng)度，剛度和抗震性。以前采用的專用機(jī)床加工零件，雖然效率較高，但制約被加工零件的改進(jìn)。而加工中心具有柔性，從而能適應(yīng)產(chǎn)品在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到商品化。本加工中心的設(shè) 計(jì)擬采用主機(jī)，數(shù)控系統(tǒng) (包括伺服和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) )及相關(guān)配套件三部分組成。在對(duì)以前研究成果分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，按照技術(shù)要求指標(biāo)，對(duì)初步擬訂的方案進(jìn)行細(xì)化，論證，完善和總結(jié)。 加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)承擔(dān)加工中心各直線坐標(biāo)軸的定位和切削進(jìn)給，進(jìn)給系統(tǒng)的好壞將直接影響整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精度指標(biāo)。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)使進(jìn)給穩(wěn)定性和快速響應(yīng)的特性。同時(shí)，要求有合理的控制系統(tǒng)，而且要求對(duì)驅(qū)動(dòng)元件和機(jī)械傳動(dòng)裝置的參數(shù)進(jìn)行合理的選擇，使整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性相匹配。 立式加工中心機(jī)床解決了單件，小批量，特別是復(fù)雜型面的零件的加工自動(dòng)化問題。對(duì)于提高企業(yè)的生產(chǎn)率，提高工件的加工精度以及提高機(jī)床的使用壽命都具有十分重要的意義。 經(jīng)過研究，本論文基本取得了預(yù)期效果，完成了進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究也取得一定的效果。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)控技術(shù)；數(shù)控機(jī)床；進(jìn)給系統(tǒng)；滾珠絲杠 下載文檔送完整 紙， 14951605 或 1304139763 下載論文送 紙， 14951605 或 1304139763 an in of C of s of C In We of to of in to It is of of In to a of C is so it of C C on of C C of of In of we a of So it is C of 940 of of an in of to of 下載文檔送完整 紙， 14951605 或 1304139763 下載論文送 紙， 14951605 或 1304139763 we We of we of 錄 摘 要 . I . 1 章 引言 . 1 第 2 章 介 . 4 機(jī)床的設(shè)計(jì)參數(shù) . 4 機(jī)床坐標(biāo)與進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) . 5 第 3 章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 6 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) . 6 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) . 6 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問題 . 7 傳動(dòng)過程中的關(guān)鍵元件 . 8 滾珠絲杠的選擇 . 9 絲杠拖動(dòng)電機(jī)的確定 . 9 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J . 9 電機(jī)的選擇 . 10 剛度計(jì)算 . 11 第 4 章 滾珠絲杠副的校驗(yàn)與進(jìn)給系統(tǒng)誤差分析 . 13 機(jī)床定位精度與絲杠精度 . 13 滾珠絲杠的疲勞強(qiáng)度 . 13 死區(qū)誤差的分析 . 14 由傳動(dòng)剛度的變化引起的定位誤差 . 14 第 5 章 機(jī)床的總體設(shè)計(jì)思路 . 16 主軸箱平衡和主軸箱拖動(dòng) . 16 下載文檔送完整 紙， 14951605 或 1304139763 滑座及立柱拖動(dòng) . 16 床身及滑座拖動(dòng) . 16 機(jī)床的防護(hù)系統(tǒng) . 17 結(jié) 論 . 18 參 考 文 獻(xiàn) . 19 致 謝 . 21 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第 1 章 引言 立式加工中心是為汽車 /摩托車 /輕工機(jī)械等行業(yè)提高生產(chǎn)效率而開發(fā)的新產(chǎn)品。該機(jī)床總體布局為工作臺(tái)固定，立柱移動(dòng)式。主運(yùn)動(dòng)采用數(shù)字交流伺服電機(jī)拖動(dòng) ，可無機(jī)調(diào)速。該加工中心除針對(duì)汽車零件的加工外，還可以對(duì)其它種類的零件進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、攻絲、平面及任何曲面的加工，它是輕工機(jī)械領(lǐng)域較為理想的設(shè)備，特別適合于汽車、摩托車行業(yè)以及輕工機(jī)械行業(yè)大批量生產(chǎn)的需要。該產(chǎn)品既可單機(jī)使用，也可以通過小的改動(dòng)與柔性生產(chǎn)線聯(lián)機(jī)使用。因此，產(chǎn)品使用范圍廣。 根據(jù)加工特點(diǎn)及提高生產(chǎn)率的要求，采用加工和裝夾同時(shí)進(jìn)行。使工作臺(tái)的一側(cè)為加工區(qū)，另一側(cè)為卸載區(qū)。加工時(shí)工作臺(tái)固定，加工完工作后，只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，代替交換工作臺(tái)的功能。機(jī)床的三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo) (X、 Y、 Z)均由主軸實(shí)現(xiàn)。主軸箱側(cè) 掛于立柱上，并實(shí)現(xiàn) Z 向進(jìn)給。立柱在滑座上移動(dòng)實(shí)現(xiàn) Y 向進(jìn)給?；诖采砩弦苿?dòng)實(shí)現(xiàn) X 向進(jìn)給。在工作臺(tái)兩側(cè)設(shè)有螺旋排屑槽，將切屑排至機(jī)床的后面，在通過鏈?zhǔn)脚判计?(與冷卻水箱一體 )傳至切屑集中處。整機(jī)設(shè)有防護(hù)間，電器柜在防護(hù)間一側(cè)便于操作，液壓站安置在電器柜后面，從整體上設(shè)計(jì)較為合理。 目前我國數(shù)控機(jī)床的數(shù)量和品種，尚不能完全滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求，自 2000年以來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量以平均 37%的速度增長， 2003 年國產(chǎn)數(shù)控金屬切削機(jī)床年產(chǎn)量達(dá)到 36000 多臺(tái)。但由于進(jìn)口機(jī)床的大量涌入，國產(chǎn)金切數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場(chǎng)的占有 率明顯下降。 2003 年我國國內(nèi)機(jī)床總消費(fèi)為 美元，其中進(jìn)口機(jī)床 美元，已連續(xù)三年成為世界最大的機(jī)床進(jìn)口國。進(jìn)口依存率 113%，國內(nèi)市場(chǎng)自我滿足率僅為 44%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本的 86%，意大利的 67%和德國的 59%，可以說已威脅到我國機(jī)械制造基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的安全。同時(shí)僅 2003年 1 年，就有德國吉特邁集團(tuán)，日本牧野銑床，日本豐田工，意大利利雅路集團(tuán)及韓國大宇機(jī)床等在我國開辦獨(dú)資企業(yè)。在開拓國際市場(chǎng)的同時(shí)，中國機(jī)床企業(yè)在國內(nèi)卻面臨著越來越嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)形式。 2004 年我國機(jī)床進(jìn)口突破了 55億美元大關(guān)。 1 分析 表明，中國機(jī)床市場(chǎng)目前仍分為中低端和高端兩個(gè)領(lǐng)域。眾多中國企業(yè)，通常是國有企業(yè)占據(jù)低端市場(chǎng)，“低端混戰(zhàn)“愈演愈烈，但高端市場(chǎng)則主要由外國制造商，特別是被歐洲，日本的制造商壟斷。我國汽車，航空和航天，本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 發(fā)電，船舶，特別是軍工等行業(yè)急需的高技術(shù)數(shù)控機(jī)床 75%甚至 100%依賴進(jìn)口。部分高檔數(shù)控機(jī)床仍然被作為戰(zhàn)略物資在國際市場(chǎng)上受到禁運(yùn)限制。 但如今這一切正發(fā)生改變，新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品山主導(dǎo)地位。沈陽機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼 )為上海磁懸浮快速列車線生產(chǎn)的 s 臺(tái)數(shù)控銼銑床組成的軌道梁生 產(chǎn)線就是一個(gè)例子。數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品通過政府的支持有了突破和快速發(fā)展，如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái) ;煙臺(tái)第 _機(jī)床附件 )開發(fā)為數(shù)控機(jī)床配套的多種動(dòng)力卡盤和過濾排屑裝置。我國機(jī)床市場(chǎng)正形成以數(shù)控機(jī)床為主流的消費(fèi)，但我國在數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化方面與國外仍然有很大差別。 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展由成長期進(jìn)入成熟期，我國供應(yīng)市場(chǎng)的 1500 種數(shù)控機(jī)床，覆蓋超重型機(jī)床，高精度機(jī)床，特種加工機(jī)床，鍛壓設(shè)備，前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，覆蓋面之廣可與日，德，意，美等國家媲美。目前， 我國已基本掌握了多 (五 )坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅打破了國外的技術(shù)封鎖，而且使該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入實(shí)用化階段。國際上只有 2、 3 個(gè)國家能夠生產(chǎn)數(shù)控超重型機(jī)床，我國就是其中之一。 2 我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品已延伸到成套，復(fù)合領(lǐng)域。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的神經(jīng)中樞。是長期阻礙我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在世界范圍內(nèi)，經(jīng)過多年來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝劣汰，已形成由日本發(fā)那科公司獨(dú)占世界市場(chǎng) 50%，德國西門子公司占據(jù) 25%的壟斷局面。 我國從 20 世紀(jì) 90 年代末開始，就掌握基于通用 32 位工控機(jī)開放式體系結(jié)構(gòu)，一舉步入世界先進(jìn)技術(shù)行列，開發(fā)出 能與加工中心，復(fù)合車削機(jī)床及齒輪機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)，特別是控制五軸聯(lián)動(dòng) (如用于桂林機(jī)床公司與多棱機(jī)床公司龍門式鏜銑床，齊一車銑復(fù)合加工中心 )和具備網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控，診斷，操作功能的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)出弧齒錐齒輪數(shù)控加工，三維激光視覺檢測(cè)。目前批量投入市場(chǎng)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯，正在改變國際強(qiáng)手在中國市場(chǎng)上奇貨可居的壟斷局面。 高速加工是而向 21 世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)。它以高效率、高精度和高表而質(zhì)量為基木航空航人、汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，己取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 為了實(shí)現(xiàn)高速加工 速數(shù)控機(jī)床必須同時(shí)具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng) 了實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給 最近幾年又出現(xiàn)子直線電機(jī)和“ 虛擬軸機(jī)構(gòu)”等新型的高速進(jìn)給方式 能到總體布局 形成了二種截然不同的高速進(jìn)給系統(tǒng)。 高速加工的切削速度為常規(guī)切速的 10 倍左右。為了使刀具每齒進(jìn)給量基木保持不變 而質(zhì)量和刀具的耐用度 0 倍左右 0 m/ 上 20 m/ 的進(jìn)給量和快速行程 3 機(jī)床加工零件時(shí) 因此只有在瞬間達(dá)到高速和在高速行程中瞬間準(zhǔn)停 就要求高速機(jī)床不但進(jìn)給速度高而且加速度大。最大加速度之值要達(dá)到 1- g 重力加速度 )。高的加速度運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)機(jī)床造成巨大的動(dòng)載荷。因此要采取一系列有效措施 某種意義上說 度設(shè)計(jì)”發(fā)展到子加速度 設(shè)律的新階段。 此外 有較高的定位精度和跟蹤精度 4 從以上可以看出，國外的數(shù)控機(jī)床水平比較先進(jìn)。我國在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展還面臨著以下問題：數(shù)控化水平低，缺乏發(fā)展產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系，面臨國外強(qiáng)手競(jìng)爭(zhēng)的巨大壓力。所以，我國機(jī)床裝備制造業(yè)市場(chǎng)意識(shí)的強(qiáng)化與核心技術(shù)的發(fā)展，只能通過進(jìn)一步的開放市場(chǎng)來解決，在競(jìng)爭(zhēng)中培育成長。開放式自主發(fā)展既是促進(jìn)自身快速成長的必要途徑，又是打造高端品牌的戰(zhàn)略選擇。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要，集中力量突破數(shù)控系 統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，形成國內(nèi)自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，迎接數(shù)控機(jī)床行業(yè)的每一個(gè)挑戰(zhàn)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 第 2 章 介 機(jī)床的設(shè)計(jì)參數(shù) 本機(jī)床為 立式銑鏜加工中心，產(chǎn)品規(guī)格為 400*630*2。主要的設(shè)計(jì)參數(shù)如表 2示。 表 2術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 單位 規(guī)格 型號(hào) 作臺(tái)尺寸 00重 00 立柱橫向行程 X 00 立柱縱向行 程 Y 00 主軸箱垂直行程 Z 00 工作臺(tái)回轉(zhuǎn) C 0 180 主軸錐孔 4 軸轉(zhuǎn)速 r/5軸最大扭矩 80 主電機(jī)功率 主軸中心到立柱導(dǎo)軌面距離 30 主軸端面到工作臺(tái)面最小距離 10 切削進(jìn)給 X、 Y、 Z Mm/速移動(dòng) X/Y/Z m/4/24/15 刀庫容量 把 16 定位精度 X、 Y、 Z 復(fù)定位精度 X、 Y、 Z 床重量 0000 機(jī)床外形尺寸 (長 x 寬 x 高 ) 760科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 機(jī)床坐標(biāo)與進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 5 圖 床坐標(biāo) 圖 動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng) 1 伺服電機(jī) 2 彈性聯(lián)軸器 3 滾珠絲杠 4 螺栓 立式銑鏜加工中心進(jìn)給系統(tǒng)是采用半閉環(huán)方式，反饋信號(hào)是由安裝在伺服電機(jī)上的脈沖編碼器反饋到位置偏差檢測(cè)器。脈沖編碼器與電機(jī)同軸，電機(jī)與絲杠直接連接，機(jī) 床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向如圖 1 所示，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置如圖 2 所示。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)少，同時(shí)由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，使伺服特性有較大改善，在整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)中，除了有伺服電機(jī)、檢測(cè)元件、滾珠絲杠聯(lián)軸器等運(yùn)動(dòng)部件外，導(dǎo)軌的性能對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的影響不容忽視。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 第 3 章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)承擔(dān)加工中心各直線坐標(biāo)軸的定位和切削進(jìn)給，它的性能直接影響整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精度指標(biāo)。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) 6 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)采用無級(jí)調(diào)速的 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，伺服電機(jī)經(jīng)過由進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作臺(tái)等運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件。通常進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是由一至兩級(jí)齒輪副或帶輪副和滾珠絲杠螺母副或齒輪齒條副或蝸桿蝸條副所組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪副或帶輪副的主要作用是通過降速來匹配進(jìn)給系統(tǒng)的慣量和獲得要求的輸出機(jī)械特性，對(duì)開環(huán)系統(tǒng)，還匹配所需的脈沖當(dāng)量作用。近年來由于伺服電機(jī)及其控制單元性能的提高，許多數(shù)控床的進(jìn)給系統(tǒng)去掉了降速齒輪副，直接將伺服電機(jī)與滾珠絲杠連接，其典型結(jié)構(gòu)如圖 3示，它是立式數(shù)控銑床 X 和 Y 兩坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。伺服電機(jī) 1 與滾珠絲杠 3 通過聯(lián) 軸器 2 直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái) 5。直線運(yùn)動(dòng)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，保證運(yùn)動(dòng)的精度和動(dòng)作的靈敏度。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 圖 3服電機(jī)與絲杠直聯(lián)的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 1- 伺服電機(jī)； 2345 6789設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問題 由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被加工工件的最終位置精度和輪廓精度都與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性有關(guān)。因此，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，選用傳動(dòng)零件時(shí)，必須考慮以下幾方面問題 7 (1) 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力。 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的摩擦阻力，主要來自絲杠螺母副和導(dǎo)軌。在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，為了減小摩擦阻力，消除低速進(jìn)給爬行現(xiàn)象，提高整個(gè)伺服進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)定性，廣泛采用滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌以及塑料導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。 (2) 提高傳動(dòng)精度和剛度。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和剛度，與絲杠螺母副及其支承結(jié)構(gòu)的剛度有密切的關(guān)系。為此，首先要保證各個(gè)零件的加工精度，尤其是提高滾珠絲桿螺母副的傳動(dòng)精度。其次是對(duì)滾珠絲杠和軸承進(jìn)行預(yù)緊等措施來提高進(jìn)給精度和剛度。 (3) 減少各運(yùn)動(dòng)零件的慣量。傳動(dòng)元件的慣量對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響，尤其 是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣量的影響更大。在滿足傳動(dòng)強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減少運(yùn)動(dòng)部件的慣量。 (4) 系統(tǒng)要有適度阻尼。阻尼會(huì)降低進(jìn)給伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性 8 增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)剛度不足時(shí)，運(yùn)動(dòng)件之間的運(yùn)動(dòng)阻尼對(duì)降低工作臺(tái)爬行，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性起了重要作用。因此，在減小摩擦阻力的同時(shí)，還應(yīng)考慮傳動(dòng)部件具有適度的阻尼，以保證它們抗千擾的能力。 (5) 穩(wěn)定性好、壽命長。穩(wěn)定性是伺服進(jìn)給系統(tǒng)能正常工作的基本條件，應(yīng)能保證系統(tǒng)在低速進(jìn)給時(shí)不產(chǎn)生爬行，并能適應(yīng)外加 負(fù)載的變化而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛性、阻尼及增益等有關(guān)。而進(jìn)給系統(tǒng)的壽命，主要指保持?jǐn)?shù)控機(jī)床傳動(dòng)精度和定位精度時(shí)間的長短，即各傳動(dòng)部件保持其原制造精度的能力，故應(yīng)合理選擇各傳動(dòng)件的材料、熱處理方法及加工工藝，并采用適宜的潤滑方式和防護(hù)措施，以延長壽命。 (6) 使用維護(hù)方便數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)和保養(yǎng)，最大限度地減少維修工作量，以提高機(jī)床的利用率。 傳動(dòng)過程中的關(guān)鍵元件 8 以上要求的滿足必須靠進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)元件來保證，尤其是幾個(gè)關(guān)鍵元件，分別是： 聯(lián) 軸節(jié) 用于連接伺服電機(jī)與滾珠絲杠，把伺服電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩直接傳遞到滾珠絲杠上。數(shù)控機(jī)床上常用無鍵彈性環(huán)聯(lián)軸節(jié)和套筒式聯(lián)軸節(jié)，其中彈性 環(huán)聯(lián)軸節(jié)具有定心好、承載能力強(qiáng)、沒有集中源、裝拆方便、密封和保護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。 滾珠絲杠螺母副 是實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，具有效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、壽命高及預(yù)緊等優(yōu)點(diǎn)，在各類中、小型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。 導(dǎo)軌副 機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)之一。機(jī)床加工精度和使用壽命在很大程度上決定于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求。如在高速進(jìn)給 時(shí)不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行，具有很高的靈敏度，能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性要高，精度保持性要好等?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，從類型上仍是滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌 3 種，但在材料和結(jié)構(gòu)上己發(fā)生了質(zhì)的變化， 已不同于普通機(jī)床的導(dǎo)軌。 伺服電機(jī) 主要用于接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給指令信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給系統(tǒng)伺服電機(jī)應(yīng)該 滿足如下要求：首先，精度高，輸出位移有足夠的精度，即實(shí)際位移與指令位本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 移之差要?。黄浯?，應(yīng)該具有較長時(shí)間的大過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求；再次 ，調(diào)速范圍寬，而且從最低速到最高速時(shí)，電機(jī)均能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，特別是在低速 (如 0. 1r / 更低 )時(shí)，速度平穩(wěn)而無爬行現(xiàn)象。最后，能承受頻繁振動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 進(jìn)給系統(tǒng)不僅要求有合理的控制系統(tǒng)，而且要求對(duì)驅(qū)動(dòng)元件和機(jī)械傳動(dòng)裝置的參數(shù)進(jìn)行合理選擇，以使整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)工作時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性相匹配。 滾珠絲杠的選擇 滾珠絲杠是機(jī)床坐標(biāo)移動(dòng)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的好壞和刀具可靠性的程序?qū)⒂绊懼鬏S的性能及該機(jī)床的質(zhì)量。 X 向絲杠的拖動(dòng)力在三個(gè)直線坐標(biāo)中最大，因?yàn)樗蟿?dòng)滑座、立柱、主軸箱、刀庫等，所 以初選定該絲杠直徑為 伺服電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可查文獻(xiàn) 4 m 500m ax ,則絲杠的螺距 14 m 015 0024S 。因此選擇該向絲杠螺距為 20 。 絲杠拖動(dòng)電機(jī)的確定 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 本小節(jié)用到的公式參見文獻(xiàn) 4 絲折 （ 3 1） 折J：折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 絲J：絲杠本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 折J=22 ( S（ 3 2） 式中： S：絲杠導(dǎo)程 S= W：絲杠上移動(dòng)部件總重量 計(jì) 包括：滑座、立柱、主軸箱、變速箱、刀庫、重錘等 ) g： 重力加速度 (g= 2cm/折J= 22 31 c 30 00)2 2( （ 3 3） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 絲J= 264 . g 式中： D：絲杠直徑 D= L：絲杠長度 L= J 絲 = 64 101 = J= 折=電機(jī)的選擇 所需力矩 M=(f/計(jì)算，見文獻(xiàn) 4 a:加速力矩 3 4）式中： J：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (包括電機(jī)軸慣量 ) N：電機(jī)轉(zhuǎn)速 T：加速時(shí)間常數(shù) (一般取 ) 摩擦力矩 2f 10 2 （ 3 5） 式中： P：摩擦力 P= 0 0 S：導(dǎo)程 ( ：效率 (取 20)1( 2 3 6） 式中： P ：絲杠預(yù)緊力 (取 3000N) 根據(jù)參考文獻(xiàn) 1推薦：負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的 4 倍 根據(jù)電機(jī)樣本可以選定電機(jī)的參數(shù)為： 22 1 2 4 k g . c 0 0 1 2 4 k g . 電M 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 20 2f M 0 (2 2300 2o M 從計(jì)算結(jié)果可以看出，絲杠產(chǎn)生的力矩主要是電機(jī)的加速力矩，所需力矩總和為： M=35+剛度計(jì)算 為了確保 機(jī)床的定位精度和工作穩(wěn)定性，在機(jī)械傳動(dòng)裝置上，要求是無間隙低摩擦、低慣量、高精度、高諧振以及適宜的阻尼比，其中提高剛度，降低慣量尤為重要 9 目前，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，提高傳動(dòng)剛度的方法有： (1) 將電機(jī)與滾珠絲杠直接聯(lián)系，采用錐形夾緊環(huán)的消隙聯(lián)軸器，這樣可 簡化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，消除配合間隙提高傳動(dòng)剛度。 (2) 提高絲杠及其支承剛度，采用 單型脹套聯(lián)結(jié)彈性膜片聯(lián)軸器如 圖 3示。 (3) 對(duì)滾珠絲杠螺旋副的預(yù)緊和滾珠絲杠的預(yù)拉伸。系統(tǒng)的剛度主要取決 于最后傳動(dòng)件滾珠絲杠的拉壓剛度 K 。 圖 性聯(lián)軸器 滾珠絲杠的拉壓剛度 K 2 141n n （ 3 7） 式中： d 為絲杠中徑 ( E 為模量彈性 ( 2N/；為受力點(diǎn)到支承端距離 ( n 為行程本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 比： /n l L ,L 為總行程長 (軸承剛度3 2 2 20 . 5 s i n s i nB o d Z P Z （ 3 8） 式中： 軸向載荷 (N)； Z 為滾動(dòng)體數(shù)； 滾動(dòng)體直徑 ( 為 滾動(dòng)軸承接觸角。 絲杠螺母座剛度 N/ （ 3 9） 式中： I 為支承座抗彎斷面慣性矩 ( L 為支承座中心到支承表面的高度( E 為支承座材料的彈性模量 ( 2N/. 絲杠傳動(dòng)的綜合拉壓剛度杠傳動(dòng)的綜合拉壓剛度于兩端固定，軸承預(yù)緊： 1 1 1 1 11/ 24o B B R N N K K K K (3 10) X 軸： )(196om K， )(461om a x K； Y 軸： )(235om K， m a x 4 3 1 / u m； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 第 4章 滾珠絲杠副的校驗(yàn)與進(jìn)給系統(tǒng)誤差分析 機(jī)床定位精度與絲杠精度 絲杠精度將直接影響加工中心各軸的定位精度，因此根據(jù) 機(jī)床定位精度的要求，選用相應(yīng)精度的滾珠絲杠。根據(jù)要求選 1 級(jí)精度。 在絲杠精度對(duì)機(jī)床定位精度的影響中，導(dǎo)程誤差的影響最明顯。而絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機(jī)床定位精度。 絲杠溫升引起的變形量為 10： L L t (4 式中： 絲杠膨脹系數(shù) L 絲杠長度 (由絲杠的選擇，初定 L=1290t 絲杠與床身之間的溫差，一般按 t=2 0 2 8 9 c 05 4. 2 滾珠絲杠的疲勞強(qiáng)度 絲杠的最大載荷為最大進(jìn)給力加摩擦力；最小載荷為摩擦力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取最大進(jìn)給力為 5000N?；傲⒅?、主軸箱、變速箱、刀庫、重錘等的重量約為 3000 導(dǎo) 軌 的 摩 擦 系 數(shù) 為 固 摩 擦 力 i 最大載 荷 m a x 5 0 0 0 2 9 4 5 2 9 4 平均載荷 3 6 2 4 9 45 2 9 4232 m i nm a 4 2） 絲杠的最高轉(zhuǎn)速為 1500r/絲杠的最低轉(zhuǎn)速可認(rèn)為是平均轉(zhuǎn)速 50n 絲杠的工作壽命取 h=15000h, 1, 666 0 7 5 0 1 5 0 0 0 / 1 0 6 7 5 1 0 代入式 4 7 K 2 7 /11擇 內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 副。直徑 50程 205 列，額定動(dòng)載荷為 6于計(jì)算結(jié)果(8。軸向剛度 300緊力 14K 要軸向外載荷不超過 倍，就不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。今最大載荷僅 5294N 遠(yuǎn)小于此值。 根據(jù)文獻(xiàn) 12 ，這種絲杠軸端直徑不得超過 32采用 30軸承。一端軸向固定，采用 60接觸角的 7602030推力角接觸球軸承。一對(duì)面對(duì)面組配，其參數(shù)見文獻(xiàn) 1 一端簡支，采用一個(gè) 6206195 型深溝球軸承。 4. 3 死區(qū)誤差的分析 12 死區(qū)誤差既傳動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)或反向時(shí)產(chǎn)生的輸入運(yùn)動(dòng)與輸出運(yùn)動(dòng)之間的差值。 反向死區(qū)的存在直接影響工件與刀具的定位精度，半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的死區(qū)誤差是影響定位精度的主要原因，產(chǎn)生死區(qū)誤差的主要原因有 (1)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的間隙； (2)克服導(dǎo)軌摩擦力而產(chǎn)生的摩擦死區(qū)； (3)系統(tǒng)中電氣，液壓元件的死區(qū)。其中在實(shí)際工作中的死區(qū)誤差，主要由間隙和 摩擦死區(qū)兩部分組成，而間隙可以部分消除或完全消除。摩擦間隙只能通過減少摩擦，增加傳動(dòng)剛度而控制在一定的數(shù)值內(nèi)。 通過采取間隙消除措施后死區(qū)誤差變?yōu)?13 2 2 （ 4 3） 式中：N)；N/W 為進(jìn)給方向載荷 (N)； u 為摩擦系數(shù)。 床要求的定位精度為 計(jì)算得該機(jī)床死區(qū)誤差為： X 軸死區(qū)誤差： /5)(9 Y 軸死區(qū)誤差： )5/(8 4u 由傳動(dòng)剛度的變化引起的定位誤差 14 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 m i nm a 1 （ 4 4） 式中： 數(shù)控機(jī)床主要誤差的檢驗(yàn)是在空載下進(jìn)行的 15。計(jì)算得 傳動(dòng)剛度的變化引起的定位誤差為： X 為軸向定位誤差： )5/(J ;Y 軸向定位誤差； )5/(J k t ； Z 軸向定位誤差； )5/(J k z 。 由傳動(dòng)剛度的變化引起的定位誤差遠(yuǎn)小于 (1/3) 機(jī)床定位精度的要求?？梢钥闯霰緳C(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)綜合拉壓剛度是比較好的。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 第 5 章 機(jī)床的總體設(shè)計(jì)思路 主軸箱平衡和主軸箱拖動(dòng) 本機(jī)床的立柱是移動(dòng)式的，它可沿 X 向 (與滑座一起 )和 Y 向作快速移動(dòng)和進(jìn)給。主軸箱沿立柱 導(dǎo)軌上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn) Z 向快速移動(dòng)和進(jìn)給。 X、 Y、 Z 三個(gè)坐標(biāo)均采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，移動(dòng)速度好，精度好，噪聲低。 主軸箱平衡采用重錘式的平衡方法，結(jié)構(gòu)簡單 16。為了使立柱在快速移動(dòng)時(shí)，重錘沒有沖擊，因此在重錘中加了兩個(gè)導(dǎo)向柱，因此重錘只能沿立柱上下移動(dòng)。在導(dǎo)向柱與重錘之間裝有直線導(dǎo)軌。 主軸箱拖動(dòng)由伺服電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸節(jié)傳至絲杠，使主軸箱沿立柱作 Z 向移動(dòng)。最高移動(dòng)速度可達(dá) 18m/珠絲杠直徑為 40主軸箱上下移動(dòng)極限處有極限開關(guān)，在主軸箱零位設(shè)有回零開關(guān)。 立柱上的兩根直線導(dǎo)軌的導(dǎo)條側(cè)面都有定位基面，并 有壓塊將導(dǎo)條壓緊，導(dǎo)軌上的滑塊固定在主軸箱上，共四個(gè)。 滑座及立柱拖動(dòng) 17 立柱通過直線導(dǎo)軌的滑塊坐在滑座直線導(dǎo)軌上，并可實(shí)現(xiàn) Y 向移動(dòng)。立柱底面固定有四個(gè)滑塊，每條導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊，滑塊組的一側(cè)有定位基面，并用壓塊壓緊，而另一側(cè)為浮動(dòng)。立柱拖動(dòng)由伺服電機(jī)經(jīng)練軸節(jié)傳給絲杠，使立柱在 Y 向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 24m/最高移動(dòng)速度?；显O(shè)有立柱移動(dòng)的極限開關(guān)和回零開關(guān) (Y 向回零 )。 床身及滑座拖動(dòng) 滑座通過固定在其下面的四個(gè)滑塊，在床身直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，并由伺服電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸節(jié)可實(shí)現(xiàn) Y 向移動(dòng)，其最 高速度可達(dá) 24m/且在行程兩端設(shè)有極限開關(guān)，同時(shí)設(shè)有回零開關(guān)。 床身共有 13 個(gè)與地腳連接的螺釘孔，每個(gè)地腳螺孔都可調(diào)整機(jī)床的水平，機(jī)床的防護(hù)間坐在床身的四周沿上。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 機(jī)床的防護(hù)系統(tǒng) 本機(jī)床采用全防護(hù)型，除電氣柜、冷卻箱及接屑盒，其它都在防護(hù)間內(nèi)，使機(jī)床在切削加工時(shí)，鐵屑及冷卻液不外溢，可保持機(jī)床周圍的衛(wèi)生清潔。 該機(jī)床三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)都有導(dǎo)軌防護(hù) 18。其中，主軸箱移動(dòng)導(dǎo)軌 (Z 向 )防護(hù)是直線導(dǎo)軌自身帶的，滾珠絲杠也是采用單獨(dú)防護(hù)，既螺旋保護(hù)套。 X 向、 可防 護(hù)導(dǎo)軌，又可防護(hù)絲杠。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 結(jié) 論 本論文系統(tǒng)研究了 數(shù)控鏜銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)傳動(dòng)過程中的一些常見問題進(jìn)行了分析。同時(shí)對(duì)機(jī)械元件和機(jī)械傳動(dòng)裝置的參數(shù)進(jìn)行了合理的選擇，使得整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)在工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性相匹配，有效提高了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。歸納起來本