小型龙门加工中心进给系统设计【5张图/20600字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-x轴进给装配.dwg

A0-y轴进给装配.dwg

A0-z轴进给装配.dwg

A0-总装图.dwg

A2-丝杠螺母.dwg

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关键词：: 小型龙门加工中心进给系统设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,38页,20600字左右.
英文翻译一份.
开题报告一份.
任务书一份.

图纸共5张:
A0-x轴进给装配.dwg
A0-y轴进给装配.dwg
A0-z轴进给装配.dwg
A0-总装图.dwg
A2-丝杠螺母.dwg

目录
摘要(中文)………………………………………………………………………………………………...Ⅰ
(英文)…………………………………………………………………………………………………Ⅱ
第一章概述 1
1.1调研过程 2
1.2调研内容 4
1.3方法实现及预期目标 8
1.4本章小结 12
第二章小型龙门加工中心进给系统参数设计 13
2.1切削力的分析与计算 13
2.1.1设计参数 13
2.1.2铣削力计算中的参数 13
2.1.3铣削力公式及计算 14
2.2滚珠丝杠螺母副的计算与选型 16
2.2.1滚珠丝杠的主要尺寸参数 16
2.2.2小型龙门加工中心X方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算 17
2.2.3小型龙门加工中心Y方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算 20
2.2.4小型龙门加工中心Z方向进给滚珠丝杠螺母副的选择与计算 22
2.3交流伺服电机的选型与计算 25
2.3.1机电传动系统的运动方程式 25
2.3.2转动惯量的计算 25
2.3.3传动系统的等效负载转矩计算 26
2.3.4轴承的校核 26
2.3.5联轴器的选型 29
2.3.6滚动导轨的预紧 29
第三章滚珠丝杠螺母副进给部件结构设计 30
3.1滚珠丝杠螺母副 30
3.2直线滚动导轨 32
第四章基础部件的造型及装配 33
4.1基础部件的三维建模 33
4.2装配 33
第五章装配工程图 34
5.1主视图 34
5.2侧视图 35
5.3俯视图 35
第六章毕业设计总结 36
结束语 37
参考文献 38

摘要
我国生产的龙门加工中心和数控龙门镗铣床产品的主要品种，根据机床结构布局形式划分为：按龙门架是否移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁是否在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架式；按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。
滚珠丝杠由于制造工艺已十分成熟，导程精度高、传递扭矩大，已成为标的机床功能部件，因此在进给传动中应用很普遍。滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放人了滚珠，使丝杠与螺母间传动变为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率，并具有响应灵敏度高、传动快捷的特点。其传动效率可达9O%以上。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此无论是静止还是在低速和高速传动时，摩擦转矩变化不大。在使用滚珠丝杠传动时，可以采用多种预加载荷的方法消除间隙，使反向时无空行程。
本次毕业论文中，对数控机床的进给系统进行了设计，运用了滚珠丝杠螺母副的进给方式。对滚珠丝杠螺母副的选型和计算有详细的介绍，同时也包括交流伺服电机的选型等。并对数控机床的总体布局进行了设计。

关键词：数控机床龙门加工中心进给系统滚珠丝杠伺服电机选择计算

Abstrsct
Our production of nc machining center and longmen longmen boring and milling machine main varieties of products, according to the structure arrangement forms into: according to whether move into the frame which is fabricated according to fixed workbench mobile and longmen longmen mobile, According to whether the crossbar column in motion, divided into fixed beam and beam type two kinds, In the overhead beams GaoJiaShi called upon the bed movement, Press machine net and workbench bearing capacity, light, medium and heavy (super-heavy), etc.
The ball screw due to the manufacturing process has been very mature, high precision, lead, and has become a big torque machine parts, thus subject to drive in the application is very common. The ball screw nut pair in the ball screw and nut due to the ball, placed between ball screw and nut to drive into the rolling friction between, thus greatly reduced friction resistance and improve the transmission efficiency and high sensitivity, drive fast response characteristics. The transmission efficiency can reach 9O % above. The rolling friction is due, and are, therefore, whether very factors (or in low and high-speed transmission, friction torque. In using andball bearing, can use multiple preload super method to eliminate clearances, reverse when empty.
The graduation thesis of the CNC system into the design, use a ball screw nut pair of feeding. On the ball screw nut pair of selection and calculation have detailed introduction, also including ac servo motor selection, etc. And the general layout of nc machine tools on the design.

Keywords: CNC processing center Feeding system The ball screw Selection

题目小型龙门加工中心进给系统设计
主要内容以及目标 (毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标)
1、进行小型龙门加工中心的总体研究，并进行整体布局设计；
2、设计小型龙门加工中心的X、Y和Z三个方向的运动部件模块化结构，进行关键部件的设计计算；
3、完成三种小型龙门加工中心进给系统的二维设计和三维设计；
4、完成中英文摘要，开题报告、调研报告以及设计说明书。
成果形式（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）
1、小型龙门加工中心的总装配图（1张A0图纸）、关键零件的零件图（2张A0图纸）和三维模型；
2、英文翻译：5000字；
3、开题报告：2000字、调研报告：2000字；
4、论文：1.5~2万字；1篇论文（其中包括中文摘要400字，英文摘要250~300单词）
基本要求（对完成设计任务方面的具体要求：对理工专业应提出设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备等）
1、设计的加工中心的加工范围为1.2mX1.6m；
2、设计的机床要求可以进行粗加工、半精加工和精加工。定位精度0.003mm
3、快速空行程进给速度40m/min，加工进给速度10 m/min。
实习调研
要求（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求；文、管、经专业提出对论文论点有关论据、数据和素材的搜集要求）
1、利用各种途径查找文献资料，包括网络数据库、图书馆、情报中心等，通过资料认真了解技术及设备特征，了解国内外目前的技术发展现状；
2、在机床企业，包括北京机床厂、机电研究院、机械自动化研究所等单位，现场了解、特别是小型龙门加工中心等。
3、掌握设计的基本方法；掌握基本功能结构设计方法。

主要参考文献（指导教师提供有关参考资料、工具书、期刊论文等）
1、机床设计手册 2、现代加工中心
3、设计与应用； 4、高速切削技术及应用
5、袁国梁.从展会看数控龙门机床产品的发展.WMEM，2006，(4)：45-46
6、魏志强王先逵杨志刚等. 高速加工机床及其关键技术. 制造技术与机床，1998
7、韩勇.MC2000龙门五面体加工中心.数控机床市场，2005，（3）：48
8、常全富.IMTS2006 展会和美国机床企业考察报告.制造技术与机床，2007,（1）：15-18

小型龙门加工中心进给系统设计-x轴进给装配

小型龙门加工中心进给系统设计-y轴进给装配

小型龙门加工中心进给系统设计-z轴进给装配

小型龙门加工中心进给系统设计-总装图

小型龙门加工中心进给系统设计-丝杠螺母

内容简介：: 附表 2 毕业设计 (论文 )任务书学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机 0502 学生情况指导教师情况题目类型姓名学号姓名职称单位理工专业文、管、经专业理论研究理论研究吴丹杨庆东教授机电工程学院科研开发应用研究工程设计调查研究题目小型龙门加工中心进给系统设计主要内容以及目标 (毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标 ) 1、进行小型龙门加工中心的总体研究，并进行整体布局设计； 2、设计小型龙门加工中心的 X、 Y 和 Z 三个方向的运动部件模块化结构，进行关键部件的设计计算； 3、完成三种小型龙门加工中心进给系统的二维设计和三维设计； 4、完成中英文摘要，开题报告、调研报告以及设计说明书。成果形式（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式） 1、小型龙门加工中心的总装配图（ 1 张纸）、关键零件的零件图（ 2 张纸）和三维模型； 2、英文翻译： 5000 字； 3、开题报告： 2000 字、调研报告： 2000 字； 4、论文：万字； 1 篇论文（其中包括中文摘要 400 字，英文摘要 250300 单词）基本要求（对完成设计任务方面的具体要求：对理工专业应提出设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备等） 1、设计的加工中心的加工范围为 2、设计的机床要求可以进行粗加工、半精加工和精加工。定位精度、快速空行程进给速度 40m/工进给速度 10 m/ 实习调研要求（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体内容要求；文、管、经专业提出对论文论点有关论据、数据和素材的搜集要求） 1、利用各种途径查找文献资料，包括网络数据库、图书馆、情报中心等，通过资料认真了解技术及设备特征，了解国内外目前的技术发展现状； 2、在机床企业，包括北京机床厂、机电研究院、机械自动化研究所等单位，现场了解、特别是小型龙门加工中心等。 3、掌握设计的基本方法；掌握基本功能结构设计方法。主要参考文献（指导教师提供有关参考资料、工具书、期刊论文等） 1、机床设计手册 2、现代加工中心 3、设计与应用； 4、高速切削技术及应用 5、袁国梁 2006， (4)： 45、魏志强王先逵杨志刚等 . 高速加工机床及其关键技术 . 制造技术与机床， 1998 7、韩勇门五面体加工中心 2005，（ 3）： 48 8、常全富会和美国机床企业考察报告 2007,（ 1）：15要仪器设备或开发环境（根据毕业设计题目情况需要，各学院统一填写要求）计算机一台毕业设计（论文）开始日期毕业设计（论文）完成日期毕业设计（论文）进度计划（起止时间、工作内容）（指导教师对毕业设计（论文）的进度计划提出要求 ,至少详细到前期、中期和答辩阶段）第 0102 周动员、详细安排任务，准备计算机、软件；调研，查阅资料，到图书馆、情报信息中心等；第 0304 周翻译资料（ 5000 字）；写调研报告、开题报告，论证方案，开题审查；第 0506 周整机方案设计，计算主设计参数，画出草图；整机机械结构设计，选择功能部件；第 0708 周加工中心主轴系统机械结构初步设计，主要参数计算；绘制设计图；第 0910 周修改完善进给系统机械设计；第 1112 周进给系统详细设计；第 1314 周完成进给系统三维设计模型；进行装配仿真、运动仿真；第 1516 周撰写详细的论文提纲，设计说明书；完善所有设计，打印图纸和论文，上交论文；指导教师（签字）：年月日督导教师（签字）：年月日学院毕业设计（论文）领导小组审查意见：组长（签字）：年月日小型龙门加工中心进给系统设计开题报告班级（学号）：机 0502 班 2 号姓名：吴丹指导教师：杨庆东一、综述我国生产的龙门加工中心和数控龙门镗铣床产品的主要品种，根据机床结构布局形式划分为：按龙门架是否移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁是否在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架式；按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。目前生产的主要规格范围是工作台宽度为 800米，长度为 2000米等各种规格尺寸段。应该指出，在 2005 年国内生产的龙门加工中心和数控龙门镗铣床中， 90%左右的规格都集中在 1000米尺寸段，而 95%的品种几乎都是横梁固定工作台移动式。相比之下，工作台宽度在 3 米以上，尤其是宽度为 4000米的动梁式超重型龙门加工中心和数控龙门镗铣床，技术难度较大，技术含量较高，目前国内只有一两家能生产。随着国民经济的持续发展和国家对国产数控机床的大力支持，我国许多重要行业对龙门加工中心和数控龙门镗铣床的需求愈来愈大。有需求有市场，就有生产，这是市场经济规律。所以国内不少从未涉及制造龙门镗铣床的厂家，都纷纷上阵，通过引进技术、合作生产等形式，开发研制各种龙门加工中心和数控龙门镗铣床，满足广大用户的需求。根据中国机床工具工业协会对重点骨干企业的统计资料和其他有关资料表明， 2005 年我国已有 11 个企业批量生产各种龙门加工中心 422 台，生产特种数控龙门镗铣床 75 台。其中年产超过 80 台的企业有 3 家：沈阳机床（集团）有限责任公司、宁波海天精工机械有限公司、威海华东数控股份有限公司。而沈阳机床集团在2005 年生产包括五轴联动龙门加工中心等各种产品 135 台，占龙门加工中心总产量的 32%。在近几届国内机床展览会上，看到我国龙门加工中心和数控龙门镗铣床在结构性能、技术水平、产品质量等方面，都有很大提高。但是，与发达国家同类产品相比，还有较大差距，首先是自主创新能力不够，当前多以仿制为主，或引进技术合作生产，缺乏自主知识品牌的高档产品，往往关键的核心技术，关键的功能部件，还是从国外购买。例如，在今年海机床展会上，共展出了 8 台五轴联动龙门加工中心，采用的关键部件双摆角铣头，除了济南二机和桂林机床是自己开发的以外，其余 6 台都是购买意大利意萨、菲迪亚等国外公司产品。其次是产品质量，尤其是整机可靠性，还有较大差距，这也是用户最关注的问题之一。应该看到，目前除少数企业外，龙门类产品技术含量普遍较低，数控机床产业化程度不高。这些都是国内主机厂需要下大力气认真改进、努力提高的地方。北京第一机床厂从 1960 年北一试制门铣床以来，至今已有四十多年的历史，尤其是 1984 年至今的 22 年间，北一在引进世界上生产数控龙门镗铣床著名厂家德国瓦德里希科堡公司的先进技术及合作生产的基础上，通过消化吸收和科研攻关，不但成功地合作生产了 8 台重型和超重型龙门加工中心和数控龙门镗铣床，而且掌握了其中的关键核心技术，实现了技术创新和技术进步。到目前为止，北一制定了全系列龙门产品的发展规划，并根据市场需求按产品模块化设计原则开发出动梁、定梁、工作台移动式、龙门移动式，规格范围在工作台宽度 1000作台长度 2000轻型、中型、重型、超重型产品，已累计销售达 120 台，其中，重型和超重型产品 50多台。近二年，北一为兵器工业提供了一批重型加工设备，开发了 20 动梁龙门加工中心和 0 数控龙门镗铣床。其中 20 是目前国内自行开发制造的规格最大的动龙门加工中心。其主要技术指标：工作台尺寸 400012000主功率 60/84库容量 60 把。这两种产品不但采用了早已成熟的多项先进的关键技术，例如，多功能宽调速大功率滑枕式镗铣头；静压蜗杆涂层成型蜗母条传动技术；动平衡检测和补尝技术；刀具倾角自动调整机构等十几项，而且还攻克了动梁升降同步驱动检测调整技术；机械手立、卧双向换刀技术；多功能附件铣头自动装卸等多项新技术，尤其是机床标准采用高于国际标准的德国科堡企业标准，从而使这两种产品达到当代国际先进水平。龙门加工中心横梁上的进给采用了直线电动机高速进给单元的设计。近年来为了实现高速加工，除了要有高速主轴，还必须同时大大提高进给系统的速度和加速度，才能使加工得以正常进行。传统数控进给系统采用的是 “ 旋转伺服电动机 +滚珠丝杠 ” 的传动方式。目前普通丝杠的最大进给速度为 40m/大直线加速度为一些高精密滚珠丝杠的最大速度已达 60m/大加速度达这种传动方式存在传动误差、摩擦磨损、惯量大、弹性变形引起爬行、反向死区等问题，在运动速度要求较高的场合，要达到更高的性能已非常困难。近年来，随着加工效率和质量要求的提高以及直线电动机技术的进步，出现了一种新型的直线电动机伺服驱动进给方式。它取消了从电动机到工作台间的一切中间传动环节，被称作为 “ 零传动 ” 。同滚珠丝杠传动方式相比较，直线电动机驱动方式具有进给速度高、加速度大、启动推力大、刚度和定位精度高、行程长度不受限制等优点。自 1993 年德国司第一次将直线电动机用于加工中心以来，这种新型的高速进给单元已引起世界各国的普遍关注。美、德、日、英等工业发达国家对直线电动机产品进行了深入的研究与开发，采用直线电动机驱动的高速加工中心已成为 21 世纪机床的发展方向之一。在本次设计中， X,Y,Z 轴的进给将采用精密级线性滑轨来大大提高进给精度，同时也将大大减少部件的磨损。二、研究内容本课题主要研究小型龙门加工中心进给系统的二维设计和三维设计。研究方向：第一：进行小型龙门加工中心的总体研究，并进行整体布局设计。第二：设计小型龙门加工中心的 X、 Y 和 Z 三个方向的运动部件模块化结构，进行关键部件的设计计算。第三：完成三种小型龙门加工中心进给系统的二维设计和三维设计。第四：绘制小型龙门加工中心的总装配图，关键零件的零件图。并制作其三维模型。研究重要内容：首先应了解所设计的机构有哪些基本运动，本次设计中要对小型龙门加工中心进给系统的 X,Y,Z 三个方向的运动部件进行模块化设计。其中包括：主轴箱的运动，横梁上的进给及刀架的运动。完成各部分连接的机械结构设计。三、实现方法及预期目标小型高速龙门加工中心结构精巧，以快速的自动换刀装置弥补了常见加工中心对于小型零件加工的不足。特别适用于工业生产中精密小产品（金属和非金属）的批量加工和小型精密模具的制做。为了实现本次课程设计的目标，首先要对小型龙门加工中心的进给系统的基本原理进行研究，提出问题。其次，提出针对问题的研究方案，并对依据小型龙门加工中心进给系统的工作原理和加工要求进行合理分析，细化设计方案。用件绘制出装配图，保证设计要求： 1、设计的加工中心的加工范围为 2、设计的机床要求可以进行粗加工、半精加工和精加工。定位精度 3、快速空行程进给速度 40m/工进给速度 10 m/检测进给部分设计的合理性，是否能够满足高速加工环境以及进给精度。在此基础上，对小型龙门加工中心的进给系统构造三维模型。随着高速高精度加工技术的发展，常常要对大型零件和几何形状复杂的型面进行加工。尽管龙门固定式加工中心的加工精度较高，但由于其机床运动部件重量大，且受工作台长度以及工作场所的制约，使其应用仍受到限制，对于复杂型面的高速加工已远远不能满足要求。而高速龙门移动式加工台，在满足动、静态刚度的情况下，让工作台、工件保持静止，龙门柱沿导轨纵向进给，从而克服了上述不足，被广泛地应用重型高速高精加工中。对重型高精度的龙门移动式加工中心来说，尽管龙门两侧立柱采用两套完全相同的传动机构，但由于横梁、刀架等移动部件受力不对称，刀架位置变化以及加工过程中各种不确定性扰动，使得双轴间产生所谓的同步误差，造成机械耦合，从而难以保证两立柱移动过程的高度一致性。这将导致工件加工质量的下降，甚至会造成工件报废的严重后果，对于重型精密加工部件来说这是绝对不允许的。由此可见，同步控制是确保加工精度的关键。一、传动方式的选择：传统的进给驱动方式是采用 “ 旋转电动机 +滚珠丝杠 ” 式的传动装置这种方式要经过联轴节、滚珠丝杠和螺母这些中间环节，虽然能保证一定的精度，但以牺牲速度为前提，并且由于高速进给时的受热变形，也影响了其精度。直线电动机作为一种新颖的直接驱动方式已显示出其强大的生命力。近年来，随着其价格的下降，性能的提高，已经成为数控上的一种理想的高精度、高速加工驱动方式。本设计在同步传动的驱动元件中采用直线电动机，以发挥其高速动态响应能力，实现快速同步。但是，由于直线电动机直接驱动负载，负载的变化和外部扰动将直接影响伺服系统的性能。二、进给负载动态补偿的设计：当龙门移动式镗铣加工中心实现二维运动控制时， Y 轴直线电机上刀架位置变化往往会导致 X 轴平行双直线电机等效惯量的改变，进而影响 X 轴的同步输出特性。本次设计了一种负载动态补偿的方法，依据力矩平衡原理，根据刀架位置变化调整比例增益并补偿至 X 轴两直线电机，使得系统能够保持较好的同步性能。三、各部件的设计：包括横梁的设计及各传动部件的连接设计等。四、进给同步与技工精度的保证：以设计标准（ 1、2、设计的机床要求可以进行粗加工、半精加工和精加工。定位精度 3、快速空行程进给速度 40m/工进给速度 10 m/对设计进行检测。四、对进度的具体安排第 01 周动员、详细安排任务，准备计算机、软件；第 02 周调研，查阅资料，到图书馆、情报信息中心、工厂等；第 03 周翻译资料（ 5000 字），初步设计方案，学习三维设计软件工具；第 04 周写调研报告、开题报告，论证方案，开题审查；第 05 周整机方案设计，计算主设计参数；第 06 周画出草图；整机机械结构设计，选择功能部件；第 07 周加工中心主轴系统机械结构初步设计，主要参数计算；第 08 周加工中心主轴系统机械结构初步设计，绘制设计图；第 09 周修改完善主轴系统机械设计；第 10 周完成主轴系统的详细设计；第 11 周学习件的相关应用；第 12 周学习相关应用；第 13 周完成主轴系统三维设计模型；第 14 周进行装配仿真、运动仿真；第 15 周撰写详细的论文提纲，设计说明书；第 16 周完善所有设计，打印图纸和论文，上交论文。第 17 周答辩五、参考文献 1 袁国梁 2006， (4)： 452 魏志强王先逵杨志刚等 . 高速加工机床及其关键技术 . 制造技术与机床， 1998 3 韩勇门五面体加工中心 2005，（ 3）： 48 4 常全富会和美国机床企业考察报告 2007,（ 1） 5 杨凯高架桥式龙门加工中心的直线进给系统的动力特性 2006： 1 6 王延甲 7 杨江河加工中心实用技术 , 机械工业出版社 8 夏田 . 数控加工中心设计 9 张淑兰型龙门式高速加工中心直线进给单元设计 2003,04 10王爱玲 . 现代数控机床结构与设计 11杜英滨 . 国外龙门加工中心的结构特点及先进性能 12张建润高架桥式高速五坐标龙门加工中心动态仿真与结构优化 13张步颜，一种新的横梁进给结构 14数控加工中心进给系统设计分析 15袁成荣等 . 数控木工加工中心伺服进给系统设计与仿真 1617A . L. . F. 1994 18of in a 19A K. M. 20i 指导教师：（签署意见并签字）年月日督导教师：（签署意见并签字）年月日领导小组审查意见：审查人签字：年月日小型龙门加工中心进给系统设计 I 摘要我国生产的龙门加工中心和数控龙门镗铣床产品的主要品种，根据机床结构布局形式划分为：按龙门架是否移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁是否在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架式；按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。滚珠丝杠由于制造工艺已十分成熟，导程精度高、传递扭矩大，已成为标的机床功能部件，因此在进给传动中应用很普遍。滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放人了滚珠，使丝杠与螺母间传动变为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率，并具有响应灵敏度高、传动快捷的特点。其传动效率可达 9O%以上。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此无论是静止还是在低速和高速传动时，摩擦转矩变化不大。在使用滚珠丝杠传动时，可以采用多种预加载荷的方法消除间隙，使反向时无空行程。本次毕业论文中，对数控机床的进给系统进行了设计，运用了滚珠丝杠螺母副的进给方式。对滚珠丝杠螺母副的选型和计算有详细的介绍，同时也包括交流伺服电机的选型等。并对数控机床的总体布局进行了设计。关键词：数控机床龙门加工中心进给系统滚珠丝杠伺服电机选择计算小型龙门加工中心进给系统设计 ur of nc of to to is to to in In to a to in is in to to O % is or in In to of NC a of On of ac of nc on 小型龙门加工中心进给系统设计目录摘要 (中文 ) . (英文 ) 第一章概述 . 错误 !未定义书签。研过程 . 错误 !未定义书签。研内容 . 错误 !未定义书签。法实现及预期目标 . 错误 !未定义书签。章小结 . 错误 !未定义书签。第二章小型龙门加工中心进给系统参数设计 . 错误 !未定义书签。削力的分析与计算 . 错误 !未定义书签。计参数 . 错误 !未定义书签。削力计算中的参数 . 错误 !未定义书签。削力公式及计算 . 错误 !未定义书签。珠丝杠螺母副的计算与选型 . 错误 !未定义书签。珠丝杠的主要尺寸参数 . 错误 !未定义书签。型龙门加工中心 X 方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算 . 错误 !未定义书签。型龙门加工中心 Y 方向进给滚珠丝杠螺母副的选型与计算 . 错误 !未定义书签。型龙门加工中心 Z 方向进给滚珠丝杠螺母副的选择与计算 . 错误 !未定义书签。流伺服电机的选型与计算 . 错误 !未定义书签。电传动系统的运动方程式 . 错误 !未定义书签。动惯量的计算 . 错误 !未定义书签。动系统的等效负载转矩计算 . 错误 !未定义书签。承的校核 . 错误 !未定义书签。轴器的选型 . 错误 !未定义书签。动导轨的预紧 . 错误 !未定义书签。第三章滚珠丝杠螺母副进给部件结构设计 . 错误 !未定义书签。珠丝杠螺母副 . 错误 !未定义书签。线滚动导轨 . 错误 !未定义书签。第四章基础部件的造型及装配 . 错误 !未定义书签。础部件的三维建模 . 错误 !未定义书签。配 . 错误 !未定义书签。第五章装配工程图 . 错误 !未定义书签。视图 . 错误 !未定义书签。视图 . 错误 !未定义书签。视图 . 错误 !未定义书签。第六章毕业设计总结 . 错误 !未定义书签。结束语 . 错误 !未定义书签。参考文献 . 错误 !未定义书签。小型龙门加工中心进给系统设计第 1 页共 36 页第一章概述近年来，对中国出口看好的建设机械厂家对立式车床的需求令人瞩目。从去年起，数控车床生产厂家期待着在飞机、高性能发电机、风力发电机等方面设备投资比较活跃的重电机行业的订货。由于市场在交货期、质量、价格方面的要求越来越高，一些中小规模的设备用户为缩短产品的生产周期，更青睐一次装卡、可搞多种加工的复合型加工机。考虑到环保要求而采用半干式加工的需求也在增加，根据这类用户的要求，加强了节省能源的措施，控制了电力的使用。现在，市场对于提高了通用性的、低价位的小型数控立式车床的需求仍在扩大，同时，和卧式数控车床一样，带有加工中心意识的功能型复合机的开发研制比较活跃。例如，随着对复杂形状工件成品加工要求的提高，也在研制将立式车床功能加上钻、攻丝、镗等旋转方面的加工功能。因配置了 C 轴，不同的复合加工也可通过一次装卡进行。此外，在以切削为主的同时，加上采用单刀具的双面约束铣加工功能方面也见到不少可进行重切加工的工序集约型产品。着手生产各种机型的厂家在追求高速、高精度的同时，还在如何使机体小型化及成本控制方面下功夫。也就是说此类产品的开发重点在于机体的小型化、适应形成柔性线体系方面。从技术开发动向来看，是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将对应热变位、模块化等集中体现出来。其中，作为机床基本课题的高速化研究也不断取得成果。由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间，以利提高生产效率，因此在高速进给技术方面，驱动装置采用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度 2G、快速进给速度 120 式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为 2 万 r/速进给速度为 60 m/尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响，防止精度下降，一般都采用独自的补正装置或主轴冷却结构、冷却装置等。从 1999 年第六届中国国际机床展览会上多棱数控机床股份有限公司推出国内首台五轴联动数控龙门镗铣床以来，先后有桂林机床股份有限公司、北京第一机床厂、济南二机床集团有限责任公司等企业试制生产出五轴联动数控龙门镗铣床。而且随着产品技术水平和质量可靠性的不断提高，济二和多棱等厂家已经能够为用户提供小批量商品。在本届展会上，五轴联动数控龙门加工中心镗铣床展品的技术水平又有提高。汉川机床有限责任公司推出的 X 五轴联动龙门加工中心，工作台面积 2000000配置德国西泰克公司（产的双摆角头。主轴采用高速电主轴，主电机功率 21轴最高转速 18000r/摆角头的轴两个摆轴的最大进给速度360/S ，两个旋转轴都采用具有当今国际先进水平的力矩电机直接驱动技术，结构紧凑驱动力矩大，A 轴最大扭矩 1300C 轴最大扭矩 2000用力矩电机驱动，省掉原来的齿轮机械传动，零部件几乎没有任何磨损，具有高动态性能和高速性能，提高了加工精度和工作性能。从龙门加工中心和数控龙门镗铣床展品的总体水平看，不论是国内展品或是国外展品在技术水平，质量可靠性和外观造型等方面都有较大提高。在机床的油漆色调和整体防护方面，国内展品与国外展品的差距有明显的缩短；而关键技术、关键部件和整机可靠性与国外展品还有较大的差距。例如本届参展的五轴联动龙门加工中心的关键部件双摆角头，除桂林机床股份有限公司在第一台基础上改进后自行开发研制的以外，其他国内厂家的展品几乎全部都是购买国外公司的。所以具有自主知识产权的核心技术、关键部件正是我们当前与国外展品的差距，也正是我们当前努力拚搏的方向。小型龙门加工中心进给系统设计第 2 页共 36 页研过程：接到此设计任务后不久，我便在老师的指导下，充分利用图书馆及通过网络对龙门加工中心进行了了解。近年来，大量的国内外有关资料表明，龙门加工中心和数控龙门镗铣床是能源、航空航天、船舶、机车车辆、军工、汽车、工程机械、重型机械、机床等行业不可缺少的重要工艺加工设备。尤其是配置双摆角铣头或多功能附件铣头的此类机床，可实现五轴联动或五面加工，完成各种复杂平面、曲面零件的高效率、高质量加工。由于目前市场需求较大，所以国内不少从不涉足龙门铣床的厂家也纷纷上阵，开发研制各种龙门加工中心和数控龙门镗铣床。以生产钻镗床着称的中捷机床有限公司推出三台龙门加工中心：00 桥式五轴龙门加工中心； 00 龙门五面加工中心和 0 且各有特色。其中 00 桥式龙门加工中心配置意大利轴最高转速 24000r/实现五轴联动功能，为航空航天和模具行业服务。 00 龙门五面加工中心配置立卧双主轴同时转动的单箱双主轴头，其头与滑枕为端齿联结。 572 转位，实现工件一次装夹的五面加工，结构比较紧凑。调研结果：小型龙门加工中心相关信息：对三轴行程 450轴最高移动速度 X,Y,Z=15m 轴最高加工速度三菱 65 系列 7m 轴解析度位精度重复定位精度三轴螺杆尺寸工作台尺寸 550型槽尺寸 10大载重 80大加工行程 450轴最高转速 10,0000,000 60,000主轴刀具形式 0060,0000,000) 刀具数量 8 大刀具直径 12主轴鼻端至工作台距离 80宽度 600轴马达 X,Y,Z=750w 抽水马达 1:4械外罩全罩钣金机械占地面积 1300型龙门加工中心进给系统设计第 3 页共 36 页控制器形式新代控制器 1、本机适合使用高速主轴，可选配 24， 000 0,000件表面极光细致 2、可使用 3、换刀时间 7 械介绍： 1、门型结构设计，加工快速稳定。 2、轴距离缩短，解决主轴前倾问题 3、采用内藏式主轴，加工效率高，表面细致。 4、 X， Y， 5、本机主结构体完全采用没级米汉纳铸铁制成，再经应力消除，确保机械多年不变形。 6、结构内部采用合理化肋骨强化设计，大幅提高机械刚性。 7、 X， Y，程速度快，符合高速加工之需要。 8、主轴采用速可达 30， 0000009、主轴采用）级精密轴承。适用场合： 1、铜极 /模具 2、珠宝金饰加工。 3、小型 3C 产品模壳制造。 4、鞋业模具。 5、文字雕刻。小型龙门加工中心进给系统滚珠丝杠螺母副相关信息：作为传动滑动丝杠的进一步延伸发展 , 滚珠丝杠由于其高效率、温升少、高精度、高速度、高刚性可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而在当代数控机床进给伺服机构中得到广泛应用 , 为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求 , 必须合理选择滚珠丝杠副 , 并进行必要的校核计算。滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格 ( 包括导程与公程直径、支承方式等几个方面的内容。）滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示 , 在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格 , 对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算 ; 对转速高 , 支承距离大的滚珠丝杠副作临界转速校核 ; 对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核 ; 对数控机床 , 需核算其转动惯量 ; 对全闭环系统 , 需核算其谐振频率。小型龙门加工中心交流伺服电机相关信息：交流伺服电动机的结构主要可分为两部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成 90 度电角度的两相绕组。其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组，交流伺服电动机一种两相的交流电动机。交流伺服电动机使用时，激磁绕组两端施加恒定的激磁电压制绕组两端施加控制电压定子绕组加上电压后，伺服电动机很快就会转动起来。通入励磁绕组及控制绕组的电流在电机内产生一个旋转磁场，旋转磁场的转向决定了电机的转向，当任意一个绕组上所加的电压反相时，旋转磁场的方向就发生改变，电机的方向也发生改变。小型龙门加工中心进给系统设计第 4 页共 36 页此次研究课题的主要内容为小型龙门加工中心进给系统的设计。 1、小型龙门加工中心整体布局， 2、小型龙门加工中心传动方式的选择， 3、滚珠丝杠螺母副的计算与选型， 4、交流伺服电机的计算与选型， 5、精度验证与刚度校核。此次研究课题的设计要求为对动工作台式小型龙门加工中心进给系统的研究。动横梁式小型龙门加工中心如下图所示：小型龙门加工中心 x 向进给可通过工作台的进给，龙门立柱的进给或者横梁的进给三种进给方法来实现。在本次毕业设计中，我选择了工作台进给的方式。工作台进给方式设计方便，进给平稳，一根滚珠丝杠螺母传动，两根直线滚动导轨对称安装，结构简单，方便伺服系统的控制。传动方式的选择：直线电机的传动。一般电动机工作时都是转动的但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机直线电机的原理并不复杂设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机（图）在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动这时初级要做得很长，延伸小型龙门加工中心进给系统设计第 5 页共 36 页到运动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的磁悬浮列车是一种全新的列车一般的列车，由于车轮和铁轨之间存在摩擦，限制了速度的提高，它所能达到的最高运行速度不超过 300km/n磁悬浮列车是将列车用磁力悬浮起来，使列车与导轨脱离接触，以减小摩擦，提高车速。列车由直线电机牵引直线电机的一个级固定于地面，跟导轨一起延伸到远处；另一个级安装在列车上初级通以交流，列车就沿导轨前进列车上装有磁体（有的就是兼用直线电机的线圈），磁体随列车运动时，使设在地面上的线圈（或金属板）中产生感应电流，感应电流的磁场和列车上的磁体（或线圈）之间的电磁力把列车悬浮起来悬浮列车的优点是运行平稳，没有颠簸，噪声小，所需的牵引力很小，只要几千功率就能使悬浮列车的速度达到 550h悬浮列车减速的时候，磁场的变化减小，感应电流也减小，磁场减弱，造成悬浮力下降悬浮列车也配备了车轮装置，它的车轮像飞机一样，在行进时能及时收入列车，停靠时可以放下来，支持列车要使质量巨大的列车靠磁力悬浮起来，需要很强的磁场，实用中需要用高温超导线圈产生这样强大的磁场直线电机除了用于磁悬浮列车外，还广泛地用于其他方面，例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等在我国，直线电机也逐步得到推广和应用直线电机的原理虽不复杂，但在设计、制造方面有它自己的特点，产品尚不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；二是定位精度高，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度；三是反应速度快、灵敏度高，随动性好。直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是工作安全可靠、寿命长。直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。高速磁悬浮列车磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子，目前，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车，其中日本进展最快。直线电机驱动的电梯世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是 1990 年 4 月安装于日本东京都关岛区万世大楼，该电梯载重 600度为 105m/升高度为于直线电机驱动的电梯没有曳引机组，因而建筑物顶的机房可省略。如果建筑物的高度增至小型龙门加工中心进给系统设计第 6 页共 36 页 1000 米左右，就必须使用无钢丝绳电梯，这种电梯采用高温超导技术的直线电机驱动，线圈装在井道中，轿厢外装有高性能永磁材料，就如磁悬浮列车一样，采用无线电波或光控技术控制。超高速电动机在旋转超过某一极限时，采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象。为此近年来，国外研制了一种直线悬浮电动机（电磁轴承），采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中，消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力，其转速可达 25000100000r/上，因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用。如日本安川公司新近研制的多工序自动数控车床用 5 轴可控式电磁高速主轴采用两个经向电磁轴承和一个轴向推力电磁轴承，可在任意方向上承受机床的负载。在轴的中间，除配有高速电动机以外，还配有与多工序自动数控车床相适应的工具自动交换机构。伺服电机、滚珠丝杠螺母副的传动：目前普通丝杠的最大进给速度为 40m/大直线加速度为一些高精密滚珠丝杠的最大速度已达 60m/大加速度达滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。滚珠丝杠螺母副其它特点如下：滚珠丝杠传动的优点是摩擦因数小，传动精度高，传动效率高达 85一 98，是普通滑动丝杠传动的 2 4倍。滚珠丝杠副的摩擦角小于 1 ，因此不能自锁。如果用于立式升降运动则必须有制动装置。其动、静摩擦因数之差很小，有利于防止爬行和提高进给系统的灵敏度；采用消除反向间隙并预紧的措施，有助于提高定位精度和刚度。一般情况下，滚珠丝杠可以直接从专门生产厂家订购，无需自行设计制造。由于滚珠丝杠的传动精度高、系统刚性好，在数控、精密机械和各种机电产品中广泛使用。运动极灵敏，低速时不会出现爬行；可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度，反向定位精度高；滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动；滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种，如下图所示。滚珠丝杠由于制造工艺已十分成熟，导程精度高、传递扭矩大，已成为标的机床功能部件，因此在进给传动中应用很普遍。滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放人了滚珠，使丝杠与螺母间传动变为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率，并具有响应灵敏度高、传动快捷的特点。其传动效率可达 9O%以上。由于是滚动摩擦，动、静摩擦因数相差极小，因此无论是静止还是在低速和高速传动时，摩擦转矩变化不大。在使用滚珠丝杠传动时，可以采用多种预加载荷的方法消除间隙，使反向时无空行程。此外，在安装滚珠丝杠时，给丝杠预加拉伸负载，可提高丝杠的刚度，补偿丝杠的热伸长，因而可取得很高的传动精度。滚珠丝杠副传动的一个缺点是 :当丝杠较长且水平安装时，因丝杠的自重会产生挠度弯曲，如图 1 所示。丝杠的挠度会影响到丝杠螺母运行到不同的位置时使定位精度产生变化，另外丝杠的长径比 (长度与直径之比 )如果很大 (本项目的机床工作行程 6000选长 6500径长径比高达 81，这是一种典型的细长杆 )，工作时受载荷影响，容易失稳。当丝杠转速稍高时，弯曲偏心引起的丝杠轴心离心力会加剧挠度，小型龙门加工中心进给系统设计第 7 页共 36 页使丝杠螺母受到径向力 (见图 1 中的 F)，滚珠在滚道中受力增加，运转中会产生噪声。尽管丝杠挠度可以通过丝杠预拉伸的方法得到改善，但对于大行程的机床，这种丝杠挠度是无法避免的因此在工作台行程超过 4一 5 般不使用滚珠丝杠副传动。交流伺服电机：交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差 90 电角度。固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。笼型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构如图 3外定子4，杯形转子 3和内定子 5三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同，转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴 7上。空心杯的壁很薄（小于因此转动惯量很小。内定子由硅钢片叠压而成，固定在一个端盖 1、 8上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。电机工作时，内外定子都不动，只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转动。对于输出功率较小的交流伺服电机，常将励磁绕组和控制绕组分别安放在内、外定子铁心的槽内。交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓 “ 自转 ” 现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相 180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相小型龙门加工中心进给系统设计第 8 页共 36 页反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率。在电机运行过程中，如果控制信号降为 “ 零 ” ，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。图 3出正向及反向旋转磁场切割转子导体后产生的力矩一转速特性曲线 1、 2，以及它们的合成特性曲线 3。图 3设电动机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行于 A 点，此时负载力矩是。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线 3 运行。由于转子的惯性，运行点由 A 点移到 B 点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。小型高速龙门加工中心结构精巧，以快速的自动换刀装置弥补了常见加工中心对于小型零件加工的不足。特别适用于工业生产中精密小产品（金属和非金属）的批量加工和小型精密模具的制做。为了实现本次课程设计的目标，首先要对小型龙门加工中心的进给系统的基本原理进行研究，提出问题。其次，提出针对问题的研究方案，并对依据小型龙门加工中心进给系统的工作原理和加工要求进行合理分析，细化设计方案。用件绘制出装配图，保证设计要求： 1、设计的加工中心的加工范围为 2、设计的机床要求可以进行粗加工、半精加工和精加工。定位精度 3、快速空行程进给速度 40m/工进给速度 10 m/检测进给部分设计的合理性，是否能够满足高速加工环境以及进给精度。在此基础上，对小型龙门加工中心的进给系统构造三维模型。小型龙门加工中心整体布局如下图所示小型龙门加工中心进给系统设计第 9 页共 36 页小型龙门加工中心进给系统如下图所示：方案简介：为了实现此次课题研究的设计要求，在本论文中将对以下几个有关小型龙门加工中心的部件进行研究设计。 1、滚珠丝杠螺母副的选择：螺母是分为单螺母和双螺母，一般单螺母的承载负荷是没有双螺母大，使用周期也没有双螺母寿命长，在以后的保养和维护也没有双螺母方便。所以选型要根据设备的要求，满足做设备的条件，才是最好的，不要盲目追求高精度，高负荷的丝杆，会对机器的成本增加很多，丝杆的一个级别价格就会相差好多。 2、滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整与预紧：为了提高滚珠丝杠螺母副的传动精度和轴向刚度，安装时需要消除丝杠与螺母之间的传动间隙，并对丝杠螺母进行预紧。但落幕的丝杠，在出厂前通常采用过盈滚珠预紧火变导程自预紧，丝杠与螺母之间几乎没有间隙，用户使用时不必考虑。对于双螺母的丝杠副，垫片调整预紧和螺纹调整预紧两种方式。双螺母垫片调整法小型龙门加工中心进给系统设计第 10 页共 36 页双螺母螺纹调整法锁紧螺母调整法 3、滚珠丝杠螺母副的支撑形式：双推自由式，刚度、临界转速、压杆稳定性低。设计时尽量使丝杠受拉力。适用于较短及垂直安装的丝杠。双推简支式，临界转速、压杆稳定性高。丝杠有热膨胀的余地。适用于较长的、卧式安装的丝杠。单推单推式，可根据预计温升产生的热膨胀量进行预拉伸。双推双推式，丝杠的轴向刚度高。丝杠一般不会受压，无压杆稳定性问题。可用预拉伸减小因丝杠自重引起的下垂。适用于对刚度和位移精度要求高的场合。 4、交流伺服电机的选择：目前 ,交流伺服系统广泛应用于数控机床 ,机器人等领域 ,在这些要求高精度 ,高动态性能以及小体积的场合 ,应用交流伺服系统具有明显优势。交流伺服电机具有较高的动态性能、高可靠性及非常低的维护要求 ,以其坚固耐用、经济性能好等优点越来越广泛地应用于数控龙门加工中心的进给系统。交流伺服电机的动力学参数分析及选型 ,与进给机构正常、可靠运行及制造成本密切相关。选择电机主要应考虑满足转速、转矩的要求 ,其中负载惯量的计算涉及因素比较复杂。交流伺服电机的优点，在这里将步进电机与交流伺服电机作比较 : 一、控制精度不同，两相混合式步进电机步距角一般为五相混合式步进电机步距角一般为、也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为德国百格拉公司（产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为兼容小型龙门加工中心进给系统设计第 11 页共 36 页了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为 360 /10000=对于带 17位编码器的电机而言，驱动器每接收 217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 360 /131072=步距角为步进电机的脉冲当量的 1/655。二、低频特性不同，步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同，步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300 600流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000000内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。四、过载能力不同，步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。五、运行性能不同，步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。六、速度响应性能不同，步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要 200 400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下 00静止加速到其额定转速 3000用于要求快速启停的控制场合。综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。 5、进给精度的保证：随着现代科技的发展 , 机械制造业面临着高速度、高精度等新的挑战 , 高速进给系统成为高速高精度数控车床的关键环节之一。由于进给系统刚度低、惯量大 , 难以获得高进给速度和高加速度 , 同时还产生较大的失动量 , 使传动误差增大 , 影响机床加工精度 ; 由于各传动部件之间存在间隙、摩擦、弹性变形 , 以及电动机运行误差等因素引起的失动量 , 导致执行部件滞后或引发振荡 1 ,2 。为了提高高速高精度数控车床的定位精度和传动精度 , 除了正确设计、选择进给系统部件 , 精确计算其强度、稳定性和驱动力矩外 , 还要对进给系统的刚度进行合理设计 , 减少因刚度引起的失动量 , 以确保加工定位精度。 6、直线滚动导轨副的选择：直线滚动导轨副具有摩擦因数小、不易爬行、便于安装和预紧、结构紧凑等优点，广泛应用于精密机床、数控机床和测量仪器等。其缺点是抗震性较差、成本较高。直线导轨副的外形如下图所示：直线滚动导轨副由导轨和滑块两部分组成，一般滑块中装有两组滚珠，当滚珠从工作轨道滚到滑块端部时，会经端面挡板和滑块中的返回轨道返回。在导轨和滑块之间的滚道内循环滚动。小型龙门加工中心进给系统设计第 12 页共 36 页装配时经常将两根导轨固定在支撑件上，每根导轨上一般有两个滑块，滑块固定在移动件上。若移动件较长，可在一根导轨上安装两个以上的滑块；若移动件较宽，可选可选用两根以上的导轨。两根导轨中，一根为基准导轨，另一根为从动导轨，基准导轨上有基准面 A 其上滑块有基准面 B。安装时先固定基准导轨，之后以基准导轨校正从动导轨，达到装配要求时再紧固从动导轨。产品选型，从产品样本中选定导轨型号后，可根据给定的额定动载荷计算出导轨副的距离额定寿命和小时额定寿命。常见的球导轨的距离期望寿命为 50子导轨为 100所得结果大于导轨的预期寿命，则初选的型号满足设计要求。当然，也可先给出导轨副的期望寿命，再反推出额定动载荷，据此选择合适的型号。当滚动导轨的工作速度较低、静载荷较大时，选型时还应考虑相应的额定静载荷工作静载荷的两倍。通过对市场上小型龙门加工中心的研究，和小型龙门加工中心进给系统中各部件的研究，结合以上的说明，得出小型龙门加工中心的设计方案。小型龙门加工中心的进给系统由滚珠丝杠螺母副，交流伺服电机，联轴器，滚动轴承以及直线滚动导轨副组成。在后面的章节中，对小型龙门加工中心进给系统中的各部件进行具体的选型与计算。小型龙门加工中心进给系统设计第 13 页共 36 页第二章小型龙门加工中心进给系统参数设计铣刀要求：（ 1）高速钢圆柱铣刀（ 2）铣刀直径 16 3）铣削深度 10 4）铣削宽度 5）进给量 4m/ 6）切削速度 6000r/铣削力计算中的参数本次设计的小型龙门加工中心，采用的是五轴联动铣头，按铣削力及铣削功率的分析与计算，参照资料机电一体化系统设计及金属切削原理与刀具。铣削用量、进给运动参数如下：（ 1）铣削力系数；在使用圆柱铣刀加工碳素钢时 ,取 669 (2) 铣削接触弧深；侧吃刀量 ,在平行于工作平面垂直于切削刃基点的进给运动方向上侧吃刀量。圆柱铣刀铣削时，为切削层深度。 (3) 每齿进给量； /*fa f n z (4) 铣刀直径； (5) 铣削深度；背吃刀量，在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，圆柱铣刀铣削时，为被加工表面的宽度。 (6)Z 铣刀齿数 i; （ 7） 0 铣刀前角；（ 8） k 主偏角；（ 9） s 刃倾角；（ 10） 0a 铣刀后角；（ 11） k 副偏角；小型龙门加工中心进给系统设计第 14 页共 36 页（ 12）铣刀螺旋角。切削力公式如下： 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 6t F e f t a a d a Z 按设计参数与要求：高速钢圆柱铣刀，铣刀直径： 16削深度： 1削宽度：给量 4m/削速度： 6000r/ 首先计算每齿进给量： /*fa f n z =4m/000r/ z 将设计参数带入切削力计算公式中进行计算得： 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 6F e f t pF c C a a d a Z = 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 66 6 9 1 0 . 2 1 6 1 0 3 =580 在设计机床与夹具时，为了方便测量，通常将作用在工件上的总切削力 F （与 F 大小相等，方向相反），沿机床工作台运动方向分解为三个力：（ 1）进给力在纵向进给方向上的分力。（ 2）横向进给力在横向进给方向上的分力。（ 3）垂直进给力在垂直进给方向上的分力。铣削时，各进给力和切削力下表所示，如果求出了可计算出fF，eF，铣刀总切削力的大小为： 2 2 2 2 2 2c c n p f e f F F F F F 铣削条件比值对称铣削不对称铣削逆铣顺铣圆柱铣削 0 /ea d m m 1( 0 . 1 0 . 2 ) / ( )zf m m z fF/.9 eF/.8 型龙门加工中心进给系统设计第 15 页共 36 页进给力 493 横向进给力 435 垂直进给力 232 铣削功率 : c c V进给运动也消耗一些功率般情况下，所以总的切削功率 1 . 1 5m c f P P 作为传动滑动丝杠的进一步延伸发展 , 滚珠丝杠由于其高效率、温升少、高精度、高速度、高刚性、可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而在当代数控机床进给伺服机构中得到广泛应用 , 为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求 , 必须合理选择滚珠丝杠副 , 并进行必要的校核计算。滚珠丝杠的选择包括其精度选择、尺寸规格 (包括导程与公程直径 ) 、支承方式等几个方面的内容。滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷或额定静载荷来表示 , 在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格 , 对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算 ; 对转速高 , 支承距离大的滚珠丝杠副作临界转速校核 ; 对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核 ; 对数控机床 , 需核算其转动惯量 ; 对全闭环系统 , 需核算其谐振频率。（ 1）公称直径0d，用于标注的尺寸值（无公差）。（ 2）节圆直径珠丝杠与滚珠螺母体及滚珠丝杠位于理论接触点时，滚珠球心包络的圆柱直径。节圆直径通常与滚珠丝杠的公称直径相等。（ 3）导程珠螺母相对滚珠丝杠旋转 2 弧度时的行程（无公差）。小型龙门加工中心进给系统设计第 16 页共 36 页（ 4）公称导程0常用作尺寸标识的导程值。（ 5）行程 l ，转动滚珠丝杠或滚珠螺母时，滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。（ 6）有效行程0l，有指定精度要求的行程部分（即行程加上滚珠螺母体的长度）。此外，还有丝杠螺纹外径1d，丝杠螺纹底径2d，螺母体外径1D，螺母体螺纹底径2D，螺母体螺纹内经1D，滚珠直径杠螺纹全长1标注如下图所示。方向进给的滚珠丝杠螺母副的选型 1、计算进给牵引力N）工作台重量 800件与夹具最大重量为 600 ( )m f k F f F G =93+35+13720) =中： k 考虑颠覆力矩的影响，

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