三坐標(biāo)數(shù)控銑床設(shè)計【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 中文摘要 三坐標(biāo)數(shù)控銑床設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上 ,對其進行改造 ,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。該機床能通過三軸聯(lián)動，實現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。 所設(shè)計的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個坐標(biāo)方向的移動均由步進電機帶動，主軸電機采用交流電機，所有電機均由單片機進行控制。設(shè)計主要對數(shù)控銑床的機構(gòu)進行設(shè)計，了解單片機的工作原理，主要有以下幾個方面： X、 Y,要是滾珠絲杠的運用；機床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，了解優(yōu)缺點，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選取；單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計，進一步熟悉其應(yīng)用。 在數(shù)控機 床系統(tǒng)中，加工精度和加工可靠性是伺服系統(tǒng)決定的，本文對普通銑床的數(shù)控化改造進行了分析和設(shè)計，通過對普通銑床的數(shù)控化改造，提高了普通銑床的加工能力和加工范圍，節(jié)省了直接購買機床的部分資金，具有很好的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞 銑床 , 數(shù)控 , 改造 , 三坐標(biāo) 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 英文摘要 C on it it to a NC by x， y， by C is in by on of is to ,Y,Z of In a NC of on of a be a be 文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 目錄 中文摘要 . 1 英文摘要 . 2 目錄 . 3 前言 . 1 第 1 章 概論 . 2 數(shù)控機床的產(chǎn)生及發(fā)展 . 2 數(shù)控機床的組成及分類 . 2 控機床的特點及應(yīng)用范圍 . 4 第 2章 設(shè)計主要參數(shù)及基本思想 . 5 題要求 . 5 設(shè)計原則 . 5 總結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 5 第 3 章 立式數(shù)控銑床的設(shè)計和計算 . 8 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 . 8 主軸系統(tǒng)計算 . 11 進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計 . 13 進給傳動的計算 . 14 第 4章 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計 . 24 機控制系統(tǒng)組成及特點 . 24 微機控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 . 25 程序部分 . 28 致 謝 . 32 參考文獻 . 33 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 前言 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入自適應(yīng)控制模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理， 不但具有自動編程前饋控制模糊控制學(xué)習(xí)控制自適應(yīng)控制工藝參數(shù)自動生成三維刀具補償運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ?，而且人機截面極為友好，并且有故障診斷專家系統(tǒng)使自和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進給伺服裝置，自動識別負載并自動優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。直線電機驅(qū)動系統(tǒng)以使用化。 用數(shù)控銑床加工零件時，首先應(yīng)編制該零件的加工程序，這是數(shù)控銑床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由制機床主運動的變速啟動停止進給運動的方向速度和位移量，以及工件裝夾和冷卻潤滑的開關(guān)等動作 ，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴格按照加工序規(guī)定的順運動軌跡加工出符合要求的零件。 三坐標(biāo)數(shù)控銑床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象，不論點位控制還是連續(xù)控制，被加工工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓都受到進給運動的傳精度靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，要注意以下三點進給運動要求： (1) 減少運動件的摩擦力。進給系統(tǒng)雖有許多元件，但摩擦阻力主要來自絲杠和導(dǎo)軌。絲杠和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的滾動化是減少摩擦的重要措施之一。 (2) 提高傳動精度和剛度。在進給系統(tǒng)中滾珠絲杠和支承結(jié)構(gòu)是決定其傳動精度和剛度的主要部件，因此 ，必須首先保證它們的加工精度。 (3) 減少運動慣量。進給系統(tǒng)中每個元件的慣量對伺服機構(gòu)的啟動和制動特性都有直接的影響。尤其是處于高速運轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。 設(shè)計是在原有普通銑床的基礎(chǔ)上 ,對其進行改造 ,成為三坐標(biāo)數(shù)控銑床。該機床能通過三軸聯(lián)動，實現(xiàn)曲線直線等不同的加工路線。 所設(shè)計的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，三個坐標(biāo)方向的移動均由步進電機帶動，主軸電機采用交流電機，所有電機均由單片機進行控制。 此設(shè)計主要對數(shù)控銑床的機構(gòu)進行設(shè)計，了解單片機的工作原理，主要有以下幾個方面： X、 Y、 Z 工作臺的傳動機構(gòu)設(shè)計，主要是 滾珠絲杠的運用；機床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，了解優(yōu)缺點，充分考慮主要矛盾，擇優(yōu)選??；單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計，進一步熟悉其應(yīng)用。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第 1 章 概論 數(shù)控機床的產(chǎn)生及發(fā)展 隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型。特別是在宇航、造船、軍事等領(lǐng)域所需的零件，精度要求高，形狀復(fù)雜，批量小。普通機床已不能適應(yīng)這些需求。為了滿足上述要求，一種新型的機床 數(shù)字程序控制機床（簡稱數(shù)控機床）應(yīng)運而生。 最早進行數(shù)控機床研制的是美國人。 1952 年，美國麻省理工學(xué)院成功地研制出一 套三坐標(biāo)聯(lián)動，利用脈沖乘法器原理的數(shù)控機床。但這臺數(shù)控機床僅是一臺試驗性的機床，當(dāng)時用的電子元件是電子管。直到 1954年 11月，第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床才生產(chǎn)出來。 從此以后，世界上其他一些工業(yè)國家也多開始開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用數(shù)控機床。我國數(shù)控機床的研制是從 1958 年起步的。 1965 年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70 年代開始，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點加工等領(lǐng)域，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時期，數(shù)控線切割機床由于結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格低廉，在模具加工中得到了推廣。 80年代 ，我國從日本及美國、德國引進一些新技術(shù)。這使我國的數(shù)控機床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。1985年，我國數(shù)控機床品種有了新的發(fā)展。 早期的數(shù)控機床控制系統(tǒng)采用電子管，體積大、功耗高，只在軍事部門應(yīng)用。只有在微處理機用于數(shù)控機床后，才真正使數(shù)控機床得到了普及。目前數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：實現(xiàn)高速度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微處理機和微型計算機，向著增強功能、降低造價、方便使用的目標(biāo)進展；積極應(yīng)用計算技術(shù)、系統(tǒng)工程理論和控制技術(shù)的最新成果，像這綜合自動化方向變革。 數(shù)控機床的組成 及分類 控機床的組成 數(shù)控機床的種類繁多，但從組成一臺完整的數(shù)控機床上講，它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體絲大部分以及輔助設(shè)備組成。如圖（ 1）所示。 圖 控機床組成示意圖 （ 1） 控制介質(zhì) 控制介質(zhì)是指零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置的類型不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。另外，隨著 些數(shù)控設(shè)備利用 后通過計算機與數(shù)控系統(tǒng)通信， 將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。 （ 2） 數(shù)控裝備 控制介質(zhì) 數(shù)控裝備 伺服裝置 機床本體 輔助裝備 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的控制中心。它由輸入裝置、控制裝置和輸出裝置等組成。如圖（ 2）所示，劃線框內(nèi)位數(shù)控裝置。 輸入裝置受控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)過識別與譯碼之后，送到控制運算器。這些信息將作為控制與運算的原始依據(jù)。 控制運算器根據(jù)輸入裝置送來的信息進行運算，并將控制命令輸送往輸出裝置。 輸出裝置將控制器發(fā)出的控制命令送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)功率放大，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的動作。 圖 控裝置組成示意圖 （ 3） 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)，亦稱隨動系統(tǒng)，是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度或力輸出的自動控制系統(tǒng)。它是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，包括驅(qū)動和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床移動部件運動，以加工出符合要求的零件。指令信息是以脈沖信息體現(xiàn)的，每一脈沖使機床移動部件產(chǎn)生的位移叫脈沖當(dāng)量 (常用的脈沖當(dāng)量為 從自動控制理論的角度來分析，無論多么復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，都是有一些功能元件組成的。圖（ 3）是由各功能元件組成的伺服系統(tǒng)基本結(jié) 構(gòu)方框圖。 輸入 輸出量 指令 圖 服系統(tǒng)基本結(jié) 構(gòu)方框圖 目前數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機構(gòu)有功率步進電、直流伺服動機和交流伺服電動機，后兩者都帶有光電編碼器等位置測量元件。 （ 4） 機床本體 機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分，它是在原有的普通機床的基礎(chǔ)上改進而得到的，具有以下特點： 1) 數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服系統(tǒng)傳動系統(tǒng)，機械傳動結(jié)構(gòu)簡化，傳動鏈較短。 2) 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形小。 3) 更多地采用高效傳動部件，如滾動絲杠副，直線滾動導(dǎo)軌等。 除了上述四個主要部分外，數(shù)控機床 還有一些輔助裝置和附屬設(shè)備，如電器，控制介質(zhì) 閱讀機 輸 入 裝 備 控 制 器 輸 出 裝 置 伺 服 機 構(gòu) 比較 元件 調(diào)節(jié) 元件 執(zhí)行 元件 被控 對象 測量、反饋元件 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 液壓，氣動系統(tǒng)與冷卻、排屑、照明、儲運等裝置以及編程機、對刀塊等。 控機床的分類 （ 1）按控制系統(tǒng)的特點分類 1） 點位控制數(shù)控機床 點位控制機床的特點是只控制移動部件的終點位置，即控制移動部件由一個位置到另一個位置的精確定位，而對它們運動過程中的軌跡沒有嚴格的要求，在移動和定位過程中不進行任何加工。 2) 線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床的特點是刀具相對于工件的運動不僅要控制兩點鍵的準(zhǔn)確位置（距離），還要控制兩點之間移動的速度和軌跡。 3) 廓控 制數(shù)控機床 輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機床具有輪廓控制功能。其特點是能同時控制兩個以上的軸，具有插補功能。 4) 執(zhí)行機構(gòu)的控制方式分類 開環(huán)控制系統(tǒng) 它是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是指在機床的運動部件上安裝位移測量裝置，將加工中測量到的實際位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入值的指令相比較，用比較的差值控制移動部件，直到差值為零，即實現(xiàn)移動部件的精確定位。 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 它是在開環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠上或進給電動機的軸上裝有角位移檢測裝置。 (2)按工藝要求 金屬切 削類數(shù)控機床 金屬成型類數(shù)控機床 數(shù)控特種加工機床 其它類的數(shù)控機床 (3)按數(shù)控機床的性能分類 檔數(shù)控機床 中檔數(shù)控機床 高檔數(shù)控機床 控機床的特點及應(yīng)用范圍 控機床的特點 數(shù)控機床是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床。它是一種高度機電一體化的產(chǎn)品。特點如下： （ 1） 工精度高 （ 2） 工生產(chǎn)率高 （ 3） 減輕勞動強度、改善勞動條件 （ 4） 良好的經(jīng)濟效益 （ 5） 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 控機床的應(yīng)用范圍 從最經(jīng)濟的方面出發(fā)，數(shù)控機床適用于加工： （ 1）多品種小批量零件；（ 2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 精度要求較高的零件；（ 3）需要頻繁改型的零件；（ 4）價格昂貴，不容許報廢的關(guān)鍵零件；（ 5）需要小生產(chǎn)周期的急需零件。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第 2 章 設(shè)計主要參數(shù)及基本思想 題要求 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及技術(shù)要求 立式升降臺數(shù)控銑床 （ 1） Z 軸的行程分別為 300、 300、 250（ 2）進給精度 （ 3） X、 Y、 Z 軸快速進給速度分別為 6、 6、 3m/ （ 4）工作臺面尺寸 300（ 5）脈沖當(dāng)量 ； （ 6）重復(fù)定位精度 課題內(nèi)容及工作量 (1) 簡易數(shù)控銑床總圖 張 (2) 1一張 (3) 部分零件圖折合 張 (4) 軸部件圖 (5) 控制原理圖設(shè)計 張 (6) 計說明書一份 2萬字以上 (7) 翻譯 5000 漢字 (8) 上機編程 100句以上 注：全部圖紙用計算機繪制，說明書由計算機輸出。 設(shè)計原則 根據(jù)設(shè)計要求和銑床的具體情況，課題的基本設(shè)計方案如下： （ 1） 機床采用連續(xù)控制系統(tǒng)，定位方式采用增量坐標(biāo)控制。 （ 2） 考慮到機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū) 動。 （ 3） 進給傳動的設(shè)計是機床設(shè)計的重點，數(shù)控機床必須有精確的進給傳動系，才會有高的精度和表面質(zhì)量?？紤]到電機步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選用，為達到分辨率 要求，需采用齒輪降速傳動，利用電子控制系統(tǒng)消除誤差。 （ 4） 為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，又要求機構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 （ 5） 傳動系統(tǒng)要加上脈動裝置。 以上為基本的設(shè)計方案，除了這些，課題應(yīng)注意機床的幾何精度的修正，數(shù)控指令的顯示和使用等。 總結(jié)構(gòu)設(shè)計 控機床的機構(gòu)設(shè)計要求 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求主要有以下方面 : （ 1）有良好的抗振性能和很大的額定切削功率、高的靜、動態(tài)剛度； （ 2）有較高的熱穩(wěn)定性和較高的幾何精度、傳動精度、定位精度； （ 3）有數(shù)控系統(tǒng)及其介質(zhì)。 下面我們詳述數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 高機床的結(jié)構(gòu)剛度 機床的剛度是指切削力和其它力作用下 ,抵抗變形的能力。機床在切削過程當(dāng)中，要承受各種外力的作用，承受的靜態(tài)力有運動部件和被加工零件的自重；承受的動態(tài)力有：切削力、驅(qū)動力、加減速時引起的慣性力、摩擦阻力等。 組成機床的結(jié)構(gòu)部件在這種力作用下將產(chǎn)生變形。如固定連接表面或嚙合運動表面的接觸變形；各支撐零件不得彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以及某些支撐件的局部變形等，這些變形都會直接或間接的引起刀具和工件之間的相對位移，從而導(dǎo)致工件的加工誤差，或者影響機床切削過程的特性。 (1) 選擇及布置隔板和筋條 床身的靜剛度是直接影響機床的加工精度和其生產(chǎn)率的主要因素之一。而靜剛度及固有頻率，是影響動剛度的重要因素。支承件的隔板和筋條的合理性，可提高構(gòu)件的靜、動剛度。 (2) 結(jié)構(gòu)剛度 與普通機床相比，數(shù)控機床應(yīng)有更高的靜、動剛度， 更好的抗振性。機床的導(dǎo)軌和支承件往往是局部剛度最弱的部分，在本次設(shè)計中，采用雙臂聯(lián)接形式，X、 (3) 采用焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件 采用鋼板和型鋼而不采用鑄件的原因： 1）鋼的彈性模量約為鑄鐵的兩倍，因此采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)床身有利于提高固有頻率。在形狀和輪廓尺寸相同的前提下，如要求焊接件與鑄件的剛度相同，則焊接件的臂厚只需鑄件的一半。 2）如果要求局部剛度相同，因局部剛度與臂厚的三次方成正比，所以焊接件的臂厚只需鑄件的 80%左右。 3）鋼可以提高構(gòu)件的諧振頻率使共振不易發(fā)生。 4）鋼板焊 接能將構(gòu)件做成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)，提高剛度。焊接結(jié)構(gòu)床身的突出優(yōu)點是制造周期短，一般比鑄鐵快 。省去了制作木模和鑄造工序，不易出廢品。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，便于產(chǎn)品更新、改進結(jié)構(gòu)。焊接件能達到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高抗彎截面慣性矩，減少質(zhì)量。 合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高剛度，機床的工作頭部分由于重力作用將會使機床立柱產(chǎn)生彎曲變形，切削力將使立柱產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。這些變形將影響到加工精度。故本次設(shè)計中將采取通過在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力的方法，來減少立柱的變形，提高機床的剛度。 提高進給運動的平穩(wěn)性和精度 數(shù)控機床各坐標(biāo)軸進給運動的精度極大的影響零件的加工精度。在開環(huán)進給系統(tǒng)中運動精度取決于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)，特別是機械傳動部件的精度；在閉環(huán)和半閉環(huán)進給系統(tǒng)中，位置監(jiān)測裝置的分辨率對運動精度有決定性的影響，但是機械傳動部件的特性對運動精度也有一定的影響。通常在開環(huán)進給系統(tǒng)中，設(shè)定的脈沖當(dāng)量為 際的定位精度最好的情況也只能達到 閉環(huán)進給系統(tǒng)中，買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 設(shè)定的脈沖當(dāng)量（或稱最小設(shè)定單位）一般為 指令進給系統(tǒng)做單步進給（即每次移動 ，開始一兩個單步指令，進給部件并不動作，到第三個單步指令時才突跳一段距離，以后又如此重復(fù)。這些現(xiàn)象都是因為進給系統(tǒng)的低速爬行現(xiàn)象引起的，而低速爬行現(xiàn)象又決定于機械傳動部件的特性。 本設(shè)計采取的方案有：（ 1）減少靜、動摩擦系數(shù)之差（ 2）提高系統(tǒng)的傳動剛度。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第 3 章 立式數(shù)控銑床的設(shè)計和計算 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 主傳動系統(tǒng)一般由動力源（如電動機）、變速裝置 及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機構(gòu)等部分組成。動力源給執(zhí)行元件提供動力，并使其得到一定的運動速度和方向 ,變速裝置傳遞動力以及變換運動速度，執(zhí)行元件執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運動。 現(xiàn)代切削加工正朝著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對機床的性能提出越來越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達 1： 100 1： 1000，恒功率調(diào)速范圍達 1： 10 以上；更大的功率范圍達 250在切削加工中自動變換速度；機床結(jié)構(gòu)簡單，噪聲小，動態(tài)性能好，可靠性高等。數(shù)控機床 主傳動設(shè)計應(yīng)滿足如下特點： （ 1）動采用直流或交流電動機無級調(diào)速 （ 2）數(shù)控機床驅(qū)動電動機和主軸功率特性的匹配設(shè)計 （ 3）數(shù)控機床高速主傳動設(shè)計 （ 4）數(shù)控機床采用部件標(biāo)準(zhǔn)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 5）數(shù)控機床的柔性化、復(fù)合化 （ 6）虛擬軸機床設(shè)計 為了適應(yīng)數(shù)控機床加工范圍廣、工藝適應(yīng)性強、加工精度高和自動化程度高等特點，要求主傳動裝置應(yīng)具有以下特點： （ 1） 具有較大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。無機變速傳動在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自 動化；能在負載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 （ 2） 具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。 （ 3） 良好的抗振興和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床一般既要進行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表 面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力 抗振性?？拐裥杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。 機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進行循環(huán)潤 滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 傳動變速系統(tǒng) 普通機床一般采用機械有級變速調(diào)速傳動，而數(shù)控機床需要自動變速；且在切削階梯軸的不同直徑，且削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時，需要隨切削的直徑的變化而自買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 動變速，以保持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。 機床主傳動中常采用得無級變速裝置有三大類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。 無級變速主傳動系設(shè)計原則： 一為盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動系要求的 無級變速裝置。如銑床主傳動系要求恒功率傳動，就應(yīng)選擇恒功率無級變速裝置。二為無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調(diào)速范圍較小，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往小于機床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置宇機械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴大恒功率變速范圍和整個變速范圍。 （ 1） 主軸部件設(shè)計 主軸部件的性能要求 主軸部件是機床主要部件之一，它是機床的執(zhí)行元件。他的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成型運動。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組 成。 主軸部件的工作性能對整機性能和加工質(zhì)量以及機床生產(chǎn)效率有著直接影響，是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的重要因素。因此，對主軸部件有如下要求： 1）軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（如車床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的 7： 24錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。 2 ）剛度 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形 的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性便形時，在位移方向上所施加的作用力來定義的。主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾動軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。 3）溫升 因個相對運動處的摩擦生熱，切削取得切削熱等使主軸溫度升高將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，各類機床對溫升都有一定的限制。 4）可靠性 數(shù)控機床是高度自動化的機床 ，所以必須保證工作可靠性，可喜的地方是這方面的研究正在發(fā)展。 5）精度保持性 它指長期保持其原始制造精度的能力。對數(shù)控機床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。 （ 2）主軸部件的組成和軸承選型 1) 主軸部件，它由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。 2) 主軸的傳動件，可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后懸伸端。目前傳動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實現(xiàn)分離傳動和模塊化設(shè)計：主軸組件（稱為主軸單元）和變速箱可以做成獨立的功能部件，又專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出 售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動聯(lián)接。本三坐標(biāo)曲面數(shù)控銑床采用帶傳動聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（軸向）。角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是數(shù)控機床的坐標(biāo)原點，買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 常設(shè)定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點的位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點支推力支承之間的距離。 3) 主軸軸承，選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，長采用多聯(lián)組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對背，面對面和同向組配，背靠背和面對面 組配都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。背對背比面對面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。運轉(zhuǎn)時，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對背靠背組配將使過盈減少，于是，可以補償一部分徑向膨脹；而對于面對面組配，將使過盈進一步加大?；谏鲜龇治?，主軸受到彎距，又屬高速運轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。 4) 角接觸球軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承，還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和導(dǎo)軌之間有一定的 預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。 軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將增多，各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預(yù)緊將使壽命下降，故預(yù)緊要適量。 角接觸球軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊，衡量預(yù) 緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡稱預(yù)緊力 位為 N。多聯(lián)角接觸球軸承是根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級預(yù)緊。訂貨時可指定預(yù)緊級別。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配）或外圈（面對面組配）的端面根據(jù)預(yù)緊力磨去。裝配時擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個軸承間需要隔開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的作用下，不受力側(cè)軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個條件的最小預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的 35%。 5) 承載能力和壽命 主軸軸承通常載荷相對較輕。除上些特殊重 載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為 ，經(jīng)使用磨損后跳動精度降為 ,這個軸承就認為應(yīng)該更換了。雖然還未達到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計。 （ 3） 主軸組件的動態(tài)特性 通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動機高速主軸，電動機轉(zhuǎn)子是一個集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性，可采取下列措施： 1) 是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛體振動的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。 激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 /30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 2） 增大比尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻 尼減少，故選擇預(yù)緊時還因考慮阻尼因素。 3） 采用消振裝置。 （ 4）主軸軸承的潤滑 滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高，在這么高的壓強下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸；潤滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動體與滾道的接觸區(qū)，形成一定厚度的油膜，把兩者隔開，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動軸承所需的潤滑劑很少的。當(dāng)然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。 (1) 脂潤滑 滾動軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點之一。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果脂的選擇合 適、潔凈、密封良好，不使灰塵、油、切削液等進入，壽命是很長的。一次充填可用到大修，不需補充，也不要加脂孔。 脂潤滑可選用鋰基脂，如 用于球軸承）。 (2) 油氣潤滑 如果 需對軸承進行冷卻。如果用油兼作潤滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會增加。最好用油潤滑，用空氣冷卻。油霧潤滑需能達到這個目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方法是油氣潤滑：在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油用于潤滑，空氣用于冷卻。 主軸系統(tǒng)計算 三角膠帶 傳動的計算和選定 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命（一定的疲勞強度）。 (1) 確定計算功率 中： 工況系數(shù) P 電機額定功率 2) 選擇三角帶型號 根據(jù) 圖 7帶 (3) 確定帶輪直徑 小帶輪直徑 滿足： D 1 D 查表 7 D ,故選擇D (4) 計算膠 帶速度 25/250100100060 11 故 擇合格 D 0 010 0212 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 (5) 確定中心距 d)(1 )(2210 得 002100 初選 000 帶長 0784)()(22 0212210 查表 7 000中心距 6120 i n a x (6) 驗算小帶倫包角 1 21 得 1201621 ， 即滿足條件。 (7) 確定 z z)( 00 由表 7得 )11(10 由表 7得 得 1199.11( 由表 7 K 代入求根公式，得 取 z=6,符合表 7(8) 確定出拉力0紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 20 )00 d 由表 7 20 1 (9) 計算作用在軸上的壓力 Q 22162 進給 伺服系統(tǒng)的設(shè)計 進給伺服系統(tǒng)的基本要求 進給伺服系統(tǒng)不但是數(shù)控機床的一個重要組成部分，也是數(shù)控機床區(qū)別于一般機床的一個特殊部分。數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定位精度高；跟蹤指令信號的響應(yīng)快；系統(tǒng)的穩(wěn)定好。 (1) 穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動信號消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運行 ,或者在輸入的指令信號作用下，系統(tǒng)能夠達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)（如慣性、剛度、阻尼、增益等）， ，與外界的作用信號（包括指令信號或擾動信號）的性質(zhì)或形式無關(guān)。 (2) 精度 伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)工作過程中通常存在三種誤差：動態(tài)誤差、穩(wěn)定性誤差和靜態(tài)誤差。實際中只要保證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)就行。 (3) 快速響應(yīng)性 快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機床的加工精度和生產(chǎn)率。 給伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求 在靜態(tài)設(shè)計方面有： (1) 能夠克服摩擦力和負載 (2) 很小的進給位移量 (3) 高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度 (4) 足夠的調(diào)速范圍 (5) 進給速度均勻，在速度很低時無爬行現(xiàn)象 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 在動態(tài)設(shè)計方面的要求有： (1) 具有足夠的加速和制動轉(zhuǎn)矩 (2) 具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量 (3) 負載引起的軌跡誤差盡可能小 對于數(shù)控機床機械傳動部件則有以下要求 (1) 被加速的運動部件具有較小的慣量 (2) 高