Φ125专用仪表数控车床进给系统设计【2张图/12300字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-Ф125专用仪表数控车床横向进给传动机构.dwg

A0-Ф125专用仪表数控车床纵向进给传动机构.dwg

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关键词：: 专用仪表数控车床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，39页，12300字左右。
任务书一份。
开题报告一份。

图纸共2张，如下所示
A0-Ф125专用仪表数控车床横向进给传动机构.dwg
A0-Ф125专用仪表数控车床纵向进给传动机构.dwg

摘要
目前，我国数控系统和数控车床正处于由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时刻，而 125专用仪表数控车床是常用的数控车床之一。而 125专用仪表数控车床的进给传动机构是该型车床的关键部件之一。本设计即根据 125专用仪表数控车床技术规格和主要机构对横向和纵向进给机构进行设计。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算,比如：机床功率和电动机选用，滚珠丝杠副选用与计算校核，方案设计即提出纵向和横向进给机构的设计方案，进行有关轴和齿轮强度、刚度校核，进行相关参数选择以及必要的参数校核计算等。

关键词：仪表车床、数控、传动系统

Abstract
At present, our country CNC system and CNC lathe is in by the research development phase to the popularization and application of key transitional stage moments, but 125 special instrument used CNC lathe is one of the CNC lathe. And 125 special instrument CNC lathes in transmission mechanism of this type of lathe is one of the key components. This design is 125 special instrument according to technical specifications and CNC lathe of major institutions horizontal and vertical lathe to carry on the design. In the design of the detailed specific selection and calculation of various components, such as: machine tool power and motor selection, ball screw vice selection and calculation checking, plan design will give longitudinal and transverse lathe, the design of gear on axis and the strength, stiffness checking related parameters selection, and the necessary parameters such as check calculation.

Keywords: Instrument lathe、CNC、drive system

目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1 本课题研究的目的与意义 1
1.2 专用仪表数控机床简介 1
1.3 国内外仪表数控车床的发展状况 3
第2章总体设计方案 4
2.1 专用仪表数控车床的工作原理 4
2.2 专用仪表数控车床进给运动的设计方案 5
第3章进给系统的设计与计算 7
3.1 纵向进给系统的设计与计算 7
3.1.1 纵向进给系统设计 7
3.1.2 切削力计算 8
3.1.3 滚珠丝杠设计计算 10
3.1.4 选择步进电机的有关计算 13
3.2 横向进给系统设计与计算 15
3.2.1 横向进给系统的设计 15
3.2.2 切削力计算 16
3.2.3 滚珠丝杠设计计算 17
3.2.4 选择伺服电机的有关计算 20
第4章进给系统的结构设计 23
4.1 床身和导轨 23
4.2 滚珠丝杠螺母副的设计 26
4.2.1 滚珠丝杠螺母副的形式 26
4.2.2 滚珠丝杠螺母副的计算 28
结论 33
致谢 34
参考文献 35
CONTENTS
Abstract I
Abstract II
Chapter 1 Introduction 1
1.1 This subject is the purpose of the research and meaning 1
1.2 Special instruments nc machine tools profile 1
1.3 Instruments both at home and abroad the development conditions of the CNC lathe 3
Chapter 2 The overall design scheme 4
2.1 Special instruments numerical control lathe principle of work 4
2.2 Special instruments numerical control lathe feed movement design scheme 5
Chapter 3 In the design of the system and calculated 7
3.1 The longitudinal into to the design of the system and calculated 7
3.1.1 In system design longitudinal 7
3.1.2 Cutting force calculation 8
3.1.3 Cutting force calculation 10
3.1.4 Choose the step motor relevant calculation 13
3.2 Traverse system design and calculation 15
3.2.1 Traverse the design of the system 15
3.2.2 Cutting force calculation 16
3.2.3 Ball screw design calculation 17
3.2.4 Choose the step motor relevant calculation 20
Chapter 4 The design of the structure of the system 23
4.1 Lathe bed and guide rail 23
4.2 Ball screw nut pair of design 26
4.2.1 Ball screw nut pair of form 26
4.2.2 Ball screw nut pair of computation 28
Conclusion 33
Thanks 34
References 35

一、设计题目：Φ125专用仪表数控车床进给系统设计
二、设计的主要内容：综合运用知识，全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况，进行多种方案比较，确定最优方案。设计计算——这是设计过程中工作量最大的阶段，它包括设计计算与工程图绘制和技术文件的编制。主要进行Φ125专用仪表数控车床进给系统的主要结构设计，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。
三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成Φ125专用仪表车床进给系统设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。

Φ125专用仪表数控车床进给系统设计[KT][R]

内容简介：: 黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：丁立岩任务下达日期： 2011 年 12 月 19 日设计开题日期： 2012 年 4 月 13 日设计开始日期： 2012 年 4 月 16 日中期检查日期： 2012 年 5 月 18 日设计完成日期： 2012 年 6 月 4日一、设计题目： 125专用仪表数控车床进给系统设计二、设计的主要内容：综合运用知识，全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况，进行多种方案比较，确定最优方案。设计计算这是设计过程中工作量最大的阶段，它包括设计计算与工程图绘制和技术文件的编制。主要进行 125 专用仪表数控车床进给系统的主要结构设计，其中 1 张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成 125 专用仪表车床进给系统设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：张文生院（系）主管领导： 2011 年 12 月 19日本科毕业设计开题报告题目： 125 专用仪表数控车床进给系统的设计院（系）：机械工程学院班级：机制 08 3 姓名：丁立岩学号： 2008025173 指导教师：张文生教师职称：教授黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目 125 专用仪表数控车床进给系统设计来源工程实际 1、研究目的和意义 125 专用仪表数控车床进给系统设计，是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的劳动。随着生产的发展，使用部门对专用仪表数控车床的要求也在不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使专用仪表数控车床的设计与制造获得了迅速的发展。这样，既可以加快设计进程，又可以得到比较理想的设计方案。 13 2、国内外发展情况 (文献综述 ) 数控机床集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 46 数控机床就是指采用了数控技术，用数字指令控制的机床。刀具移动轨迹的信息用代码化的数字指令穿孔在纸带或卡片上，或者记录在磁带等控制媒体上，该信息送入数控装置，经过处理与计算，发出各种控制信号，控制机床的刀具与工件的相对运动，按工件图纸要求的形状与尺寸精度，自动地把零件加工出来。而经济型数控机床就是指价格低廉，操作使用方便，适合我国国情的装有数控系统的高效自动化机床。而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性： 1)、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2)、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高 3 7 倍。 3)、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 4)、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 5)、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。此外，机床数控化还是推行性制造单元）、性制造系统）以及算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。经济型数控车床与国外广泛采用的普及型数控车床相比，技术含量较低，由于是大多数采用立式 4 工位刀架，定位精度低，刀具数少，加工范围较窄，加工精度较低，有一定的使用局限性。 78 在产品设计方面，采用计算机辅助设计（术，在加工制造方面，采用计算机辅助制造（术；从在一台设备上如何提高自动化程度来考虑，出现了多轴数控系统；从一台设备上实现多工序自动控制来考虑，出现了加工中心；从计算机运算速度高来考虑，出现了群控系统或直接控制系统；从程序编制来考虑，出现了自动编程语言系统；从切削过程是否达到最佳状态来考虑，出现了自适应控制数控车床；从机械加工高度自动化的方面来考虑，出现了柔性制造系统（从高性能的电子器件方面来考虑，用于一般的计算机工业中的各种处理器、存储器、通信链路以及高分辨率的彩色阴极射线管显示器、平面彩色液晶显示器等，正在结合到数控产品中；数控运动控制导致的另一发展趋势是伺服控制电路与数控相结合。 23 3、研究 /设计的目标：综合运用知识，全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况，进行多种方案比较，确定最优方案。设计计算是设计过程中工作量最大的阶段，它包括设计计算与工程图绘制和技术文件的编制。主要进行 125 专用仪表车床进给系统设计，其中 1 张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。 4、设计方案（研究 /设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：图 1 进给运动设计方案本设计主要是针对这台仪表车床的进给运动设计，此进给运动系统的总体设计方案。如图 1 所示。对于数控车床一般采用功率步进电机驱动，一般纵向快移速度 6m/向快移速度不大于 3m/进电机的驱动脉冲当量值通常为：纵向向动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杆副。 (1). 进给系统的设计与计算 1)、纵向进给系统的设计与计算 2)、横向进给系统设计与计算 (2). 进给系统的结构设计 1)、床身和导轨 2)、滚珠丝杆螺母副的设计 (3)5、方案的可行性分析：通过对车床方面资料的查阅以及大学四年来对机械设计、机械原理、机械制造工程学等专业课的学习为毕业设计奠定了理论基础，同时通过机械原理、机械设计、机械制造工程学等课程设计以及大物实验、电工实验等实践环节的经验积累以及张文生老师的讲解和指导，我一定能这次毕业设计做好，以最高质量最高标准来完成任务。 6、该设计的创新之处本设计利用微机对纵向和横向进给系统进行开环控制。由 I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杆转动，从而实现纵向、横向进给运动。把传统意义上的普通专用仪表车床改变成数控的车床。 7、设计产品的主要用途和应用领域：就最近的发展来看车床主要应用在四大领域：航空工业、船舶工业、汽车工业、电力工业。航空工业航空工业典型零件的结构特点是大量采用整体薄壁结构，形状复杂。为了增加航空器的机动性，增加有效载荷和航程，降低成本，进行轻量化设计和广泛采用新型轻质材料，对材料性能要求越来越高。现在大量采用铝合金、高温合金、钛合金、高强度钢、复合材料、工程陶瓷等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件形状复杂，孔、空穴、沟槽、加强筋等较多，工艺刚性差。根据航空工业加工件的结构特点和加工要求，需要带 A、 B 摆角或 A、 C 摆角的五轴联动加工中心、高速加工中心、大型双龙门立式加工中心、大型数控龙门镗铣床、精密数控车床、大型数控精密立式车削中心、车铣复合加工中心、叶盘高效加工中心、端面弧齿磨床、高速转子叶尖磨床、缓进给强力磨床、拉床、相关电加工机床、激光熔覆加工机床、板类件无模多点成形压力机、定向单晶熔炼炉、电液束流设备等。要求机床具有足够的刚性，操作简单，人机界面清楚，要求样条插补 (过程均匀控制，以减少对拐角处加工精度的影响，具有在线测量仿真功能。 9 船舶工业大型船舶的关键加工件集中在大功率柴油机的机座、机架、气缸体、缸盖、活塞杆、十字头、连杆、曲轴，以及减速箱传动轴、舵轴和推进器 (螺旋桨 )等，关键加工件材质为特种合金钢，一般为小批加工，要求加工成品率 100%。关键加工件具有重量大，形状复杂、精度高，加工难度大等特点。大型船舶关键件加工需要具有大功率、大扭矩、高可靠性以及多轴的重型、超重型数控机床和专用加工机床，如重型、超重型数控龙门镗铣床，大型旋风车床，数控重型龙门铣和重型数控落地镗、数控车、磨床、深孔钻床，以及大型钢板压制、酸洗、热处理和火焰切割机等。其中重型、超重型曲轴和大型螺旋桨加工具有典型性，需要超重型数控专门机床、超重型多轴联动机床加工。 10 汽车工业汽车发动机和车身冲压件生产线具有连续、高效、高可靠性的特点，汽车行业迫切希望机床制造厂能专门研究汽车零部件的工艺特点、与汽车行业相互交流共同研发具有模块化、系列化、可实现交钥匙工程的成套柔性生产线。柔性生产线以汽车发动机缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴、箱体等关键加工件加工为对象，适应混流生产的模块快速组合可重组生产线，掌握性能评价、误差溯源、质量控制与管理集成技术，开发高速精密加工中心、精镗机、缸孔精密磨机床、曲轴动平衡机、曲轴颈滚压机床、连杆涨断机床、曲轴内铣外铣机床、曲轴高速磨床等主机；高速取料机器人和辅助设备如具有去毛刺功能的清洗机、搬运机器人、激光焊接机、缸套压装机、在线检测设备等。要求数控机床如高速卧式加工中心、数控车床及数控磨床等必须精度稳定、性能可靠，指标要求大于 11 电力工业发电设备关键加工件重量大，形状特殊、精度高、加工难度大、价格昂贵，单件价格远超过一台重型数控机床的价格。如核电站压力容器单件重达 400500 吨，大型汽轮机和发电机的转子单件重超过百吨，要求可靠工作 30 年以上。因此，发电设备关键件制造需要的机床特点是大规格、高刚度、高可靠性。要求提供各种超重型数控机床及专机，如大型数控立式车床、大型数控卧式车床、数控落地铣镗床、龙门镗铣床及加工中心、数控钻床等，以及大型压制设备和数控弯管机等。对于某些特定加工件，要求机床具备多轴控制五轴联动及复合加工功能。 12 8、时间进程 2 月 28 号 27 号整理实习日记、撰写实习总结和开题报告 3 月 27 号 15 号设计计算、总体结构草图设计 5 月 16 号 5 号总体图和部件图设计 6 月 6 号号零件图设计 6 月 9 号 11 号整理、撰写毕业设计说明书和设计图纸 6 月 12 号 16 号答辩 9、参考文献： 1 戴曙主编 . 金属切削机床设计 . 大连：机械工业出版社， 1981 2 席伟光李波主编 . 机械设计基础课程设计 . 北京：高等教育出版社出版， 2003 3 吴宗泽机械设计课程设计手册 . 北京：高等教育出版社出版， 1999 4 孙训方主编 . 材料力学（） . 北京：高等教育出版社出版， 2002 5 王铎理论力学（） . 北京：高等教育出版社出版， 2003 6 机械设计手册编委会编著 . 机械设计手册 M 卷 / . 北京：机械工业出版社， 2004 7 机械设计手册编委会编著 . 机械设计手册 M 卷 / . 北京：机械工业出版社， 2004 8 机械设计手册编委会编著 . 机械设计手册 M 卷 / . 北京：机械工业出版社， 2004 9 吴宗泽主编 . 机械零件设计手册 . 北京：机械工业出版社， 2003 10 姚云英主编 . 公差配合与测量技术 . 北京：机械工业出版社， 2006 11 冯辛安主编 . 机械制造装备设计 . 北京：机械工业出版社， 2005 12 曾志新等编 . 机械制造技术基础 . 武汉：武汉理工大学出版社， 2004 指导教师意见教师签字：年月日开题答辩小组意见：组长签字：成员签字：年月日毕业设计领导小组意见 : 组长签字：年月日 I 摘要目前，我国数控系统和数控车床正处于由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时刻，而 125 专用仪表数控车床是常用的数控车床之一。而 125 专用仪表数控车床的进给传动机构是该型车床的关键部件之一。本设计即根据 125 专用仪表数控车床技术规格和主要机构对横向和纵向进给机构进行设计。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算 ,比如：机床功率和电动机选用，滚珠丝杠副选用与计算校核，方案设计即提出纵向和横向进给机构的设计方案，进行有关轴和齿轮强度、刚度校核，进行相关参数选择以及必要的参数校核计算等。关键词：仪表车床、数控、传动系统 t NC NC is in by to of 125 NC is of NC 125 NC in of of is of 125 to NC of to on In of of of on as 录摘要 . I . 1 章绪论 . 1 本课题研究的目的与意义 . 1 专用仪表数控机床简介 . 1 国内外仪表数控车床的发展状况 . 3 第 2 章总体设计方案 . 4 专用仪表数控车床的工作原理 . 4 专用仪表数控车床进给运动的设计方案 . 5 第 3 章进给系统的设计与计算 . 7 纵向进给系统的设计与计算 . 7 纵向进给系统设计 . 7 切削力计算 . 8 滚珠丝杠设计计算 . 10 选择步进电机的有关计算 . 13 横向进给系统设计与计算 . 15 横向进给系统的设计 . 15 切削力计算 . 16 滚珠丝杠设计计算 . 17 选择伺服电机的有关计算 . 20 第 4 章进给系统的结构设计 . 23 床身和导轨 . 23 滚珠丝杠螺母副的设计 . 26 滚珠丝杠螺母副的形式 . 26 滚珠丝杠螺母副的计算 . 28 结论 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 . I . . 1 is of . 1 nc . 1 at of NC . 3 . 4 of . 4 . 5 In of . 7 to of . 7 In . 7 . 8 . 10 . 13 . 15 of . 15 . 16 . 17 . 20 of of . 23 . 23 of . 26 of . 26 of . 28 . 33 . 34 . 35 1 第 1 章绪论本课题研究的目的与意义 125专用仪表数控车床进给系统设计，是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的劳动。随着生产的发展，使用部门对专用仪表数控车床的要求也在不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使专用仪表数控车床的设计与制造获得了迅速的发展。这样，既可以加快设计进程，又可以得到比较理想的设计方案。当今世界工业国家数控技术的拥有量反映了这个国家的经济能力和国家实力。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化 ,使制造业成为工业化的象征 ,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大 ,他对国计民生的一些重要行业车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家，但是我们的机床数控化率仅达到右，这是与西方工业国家一般能达到 20%的差距太大。数控化率低，已有数控机床利用率，开动率低，是发展我国 21 世纪制造业的必须首先解决的最紧要的任务。与发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。我国数控技术研究起步晚，质量、技术含量等与国际技术水平相差甚远，进口划片机价格昂贵，进行自主研发、提高国内数控机床的生产质量是极其必要且有意义的。因此提高国产数控技术的总体水平，将使我国的工业水平提高到一个新的档次。专用仪表数控机床简介我国目前仪表机床总量 180余万台，而其中专用仪表我国仪表机床数控化率不到 3。近 10年来，我国专用仪表数控机床年产量约为产值约为 6亿元。仪表机床的数控化率仅为 6。这些仪表机床中 ,役龄 10年以上的占 60以上； 10年以下的机床2 中，自动 /半自动机床不到 20，自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的仪表机床，而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高仪表机床的数控化率。而相对于传统仪表车床，数控仪表机床有以下明显的优越性： 1)可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2)可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高 3 7倍。 3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 4)可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 5)拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。因此，采用专用仪表数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。此外，专用仪表机床数控化还是推行性制造单元）、性制造系统）以及算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。而 125专用仪表数控车床是常用的数控车床之一。而该专用仪表数控车床的进给传动机构是该型车床的关键部件之一。本设计即根据 125专用仪表数控车床技术规格和主要机构对横向和纵向进给机构进行设计。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算 ,比如：机床功率和电动机选用，滚珠丝杠副选用与计算校核，方案设计即提出纵向和横向进给机构的设计方案，进行有关轴的强度、刚度校核，进行相关参数选择以及必要的参数校核计算及绘制装配图和典型零件图等。设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力，提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高，培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合作精神。在设计中，先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理，作用及结构特点。选择合适的算法，根据计算结果查阅手册，得出相关的结构或零件。 1,63 国内外仪表数控车床的发展状况数控车床集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控车床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。专用仪表数控车床是数控车床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。仪表数控车床就是指采用了数控技术，用数字指令控制的机床。刀具移动轨迹的信息用代码化的数字指令穿孔在纸带或卡片上，或者记录在磁带等控制媒体上，该信息送入数控装置，经过处理与计算，发出各种控制信号，控制机床的刀具与工件的相对运动，按工件图纸要求的形状与尺寸精度，自动地把零件加工出来。而经济型数控机床就是指价格低廉，操作使用方便，适合我国国情的装有数控系统的高效自动化机床。目前，国产数控仪表车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。专用仪表数控车床与国外广泛采用的普及的仪表数控车床相比，技术含量较低，由于是大多数采用立式 4 工位刀架，定位精度低，刀具数少，加工范围较窄，加工精度较低，有一定的使用局限性。在产品设计方面，采用计算机辅助设计（术，在加工制造方面，采用计算机辅助制造（术；从在一台设备上如何提高自动化程度来考虑，出现了多轴数控系统；从一台设备上实现多工序自动控制来考虑，出现了加工中心；从计算机运算速度高来考虑，出现了群控系统或直接控制系统；从程序编制来考虑，出现了自动编程语言系统；从切削过程是否达到最佳状态来考虑，出现了自适应控制数控车床；从机械加工高度自动化的方面来考虑，出现了柔性制造系统（从高性能的电子器件方面来考虑，用于一般的计算机工业中的各种处理器、存储器、通信链路以及高分辨率的彩色阴极射线管显示器、平面彩色液晶显示器等，正在结合到数控产品中；数控运动控制导致的另一发展趋势是伺服控制电路与数控相结合。 4 第 2 章总体设计方案本章提出设计的总体方案主要是针对这台仪表车床的进给运动设计，分析典型的专用仪表数控车床的工作原理，解释如何使滑鞍机构和工作台实现轴向和横向移动。最终确定具体重要零件的选取方案。专用仪表数控车床的工作原理专用仪表数控车床的工作原理简单，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，也就是根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数，将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，按规定的代码和格式编写成加工程序吗，然后送入数控系统，数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴及相关的辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工，如图 2示。图 2专用仪表数控车床系统原理图 5 专用仪表数控车床进给运动的设计方案专用仪表数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的程序可存储备用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长。专用仪表数控车床，对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。专用仪表数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制。所以，专用仪表数控车床与普通的仪表车床相比应具有更好的精度。以确保机械传动系统的传动精度和工作平稳性。数控机械传动系统的要求为： 1)尽量采用低摩擦的传动副。如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。 2)选用最佳的降速比，为达到数控机床所要求的脉冲当量，使运动位移尽可能加速达到跟踪指令。 3)尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。 4)尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差。如采用消除间隙的联轴节和消除传动齿轮间隙的机构等。 5)尽量满足低振动和高可靠性方面的要求。为此应选择间隙小、传动精度高、运动平稳、效率高以及传递扭矩大的传动元件。本设计主要是针对这台仪表车床的进给运动设计，此进给运动系统的总体设计方案如图 2 6 图 2进给运动设计方案对于数控车床一般采用功率步进电机驱动，一般纵向快移速度 6m/向快移速度不大于 3m/进电机的驱动脉冲当量值通常为：向动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。2,5,7 7 第 3 章进给系统的设计与计算纵向进给系统的设计与计算纵向进给系统设计 125 专用仪表数控车床一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置可放在丝杠的任意一端。如图39,10 图 3 125 专用仪表数控车床进给传动系统总体设计方案图纵向进给系统的设计计算：由文献 6可知，取 125 专用仪表车床的参数如下：工作台重量： 800 时间常数： 25T 滚珠丝杠基本导程： 0 5L 向进给步进电机变速箱车床主轴箱横向进给伺服电机变速箱工件纵向丝杠横向丝杠 8 行程： 870S 脉冲当量：p=距角： =14= 0 7 5 0 = 0 = 4 0 = 3 . 0 7 21 0 0 / m i n= 0 . 4 /= 1 2 5= 1 5 0 0 0= 4 5 9 6 8= 1 1 3 0 /= 0 . 0 0 3 0 . 0 0 4k k m m rD m :快速进给速度： m/ 切削力计算由文献 10可知，切削功率式中 N 电机功率，查机床说明书， 4N 主传动系统总效率，一般为，取 = K 进给系统功率系数，取为 =则 = 4 0 = 3 2CN k W9 又因为 6120C 所以 v Z 6120式中 v 切削线速度，取 1 0 0 / m 主切削力 6 1 2 0 3 . 0 7 2 = 1 8 8 0100由文献 11可知，主切削力zz F查表得 z z z 0 . 7 5 , 1 , 1 8 8 0F F F K C M P a 则可计算下表所示表 3mm)p 1 1 1 f (F （ N） 1125 1523 1891 当 =1880削深度 =2pa 刀量 =f mm r ,以此参数作为下面计算的依据。由文献 10可得知，在一般外圆车削时： F ) , F ) 取 0 . 5 0 . 5 * 1 8 8 0 9 4 0 0 . 6 0 . 6 * 1 8 8 0 1 1 2 8 10 滚珠丝杠设计计算由文献 6可知，综合导轨车床丝杠的轴向力： )( X 式中 K=f = P =40+940+800)=1664N 1. 强度计算寿命值 61060 001 00 0 主取工件直径 =125D 查表得 =15000 最大动负载查表得运转系数 1,Hw 度系数则 3 2 2 . 5 1 . 2 1 1 6 6 4 5 6 3 7 . 1 8Q 根据最大动负载选择滚珠丝杠的型号。由文献 7,8可知，型号：杠公称直径为 32本导程 0额定动载荷 =16917定静载荷1 =45968数列数 =2，丝杠螺母副的接触刚度为 = 1 1 3 0 / m，丝杠底径 27. 9母长度为 11211 丝杠的精度为 E 级。在本设计中采用双螺母垫片预紧。两边轴承分别为 20深沟球轴承，型号 6204。 25角接触球轴承，型号 7305C。 2. 效率计算由文献 12可知，丝杠螺母副的传动效率为)( tg 副的滚动摩擦系数 = 0 3 0 4f : ,其摩擦角 = 10 ，螺旋升角 192 则 9 3 2 0192(192 3. 刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，它将引起导程0滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量较小，可忽略不计，故工作负载 P 引起的导程的变化量1 式中 E=26 0 滚珠丝杠截面积 222 2( +”用于拉伸时，“ -”用于压缩时。则 61 61 6 6 4 0 . 5 5 . 2 2 1 0 c . 6 1 0 7 . 7 4L 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 2L 很小，可忽略，即 L = 1L ，所以，导程变形总误差为 601 0 0 1 0 0 5 . 2 2 1 0 1 0 . 4 4 /0 . 5L m 查表知 E 级精度丝杠允许的螺距误差（ 1m 长）为 15m/m,故刚度足够。 4. 稳定性验算 12 滚珠丝杠的支承方式对丝杠的刚度影响很大，采用两端固定的支承方式并对丝杠进行预拉伸，可以最大限度地发挥丝杠的潜能。所以设计中采用两端固定的支承方式。长压杠失稳时的临界负荷可依据材料力学中的欧拉公式计算： 22 ()() 式中 E 材料的弹性模量 E 钢 =21 106( 2/N ； L 丝杠工作长度 ( u 丝杠轴端系数， u=1/2 I 丝杠最小截面惯性矩 ( 4： 4420( 1 . 2 )6 4 6 4 wI d d d 式中丝杠公称直径 ( 滚珠直径 ( 442 . 8 4 3 . 1 964I c m 则 )( 临界负载与工作负载数一般，对于水平丝杠，考虑自重影响可取m a x 1 F 则该压杠安全，不致失稳。 13 选择步进电机的有关计算 1. 计算降速比根据系统的脉冲当量，选步进电动机的步距角 = 步进电动机的步距角，（ 0） / 脉冲当量， mm/ 丝杠螺距， . 转动惯量计算 (1) 计算丝杠的转动惯量 4 4 207 . 8 1 0 7 . 8 1 0 3 . 2 1 5 0 1 2 2 . 6 8J s d l c m (2) 计算工作台的转动惯量 2180 1 8 0 0 . 0 0 5( ) ( ) 8 0 0 . 4 63 . 1 4 0 . 7 5 c m (3) 负载折算到电机轴上的转动惯量为： 222211( ) 0 . 5 8 ( 4 . 9 1 2 2 . 6 8 ) 1 2 2 . 5 21 . 0 4r W J J c 3. 电动机力矩计算 (1) 计算加速力矩 6 当 m a xm a x 时，m a xm a 0 0 1 . 0 4 1 0 4 0 / m i 14 4m a x 1 2 . 2 5 2 1 0 4 0 1 0 5 39 . 6 0 . 0 2 5 m =. 当时，010001 0 0 0 1 0 0 0 . 3 1 . 0 4 2 1 . 2 0 / m i . 1 4 1 2 5 5 主41 2 . 2 5 2 2 1 . 2 0 1 0 0 . 1 19 . 6 0 . 0 2 5 22 000 当 f 时 0 . 2 8 0 0 . 5 0 . 1 5 22 3 . 1 4 0 . 8 1 . 0 4 )1(2 20000 当时预加载荷10 ，则 6)1()1(220020000 = =m t =m 所以，快速空载启动所需力矩 0m a x =m 切削时所需力矩 15 M = 0=m 快速进给时所需力矩0f =m 由以上分析可知，所需最大力矩发生在快速启动时m m a x MM q Nm (2) 选取电动机为满足最小步距要求 ,电动机选用五相十拍工作方式 ,查表知 , 步进电动机最大静转矩 m，步进电机最高工作频率 m a xm a x Z。根据以上计算，综合考虑 ,查表选用 130 电机。其安装尺寸及相关参数可由手册中直接查处，此处不再一一列出。在仪表数控车床进给传动系统中，驱动电动机与滚珠丝杠的连接是仪表数控车床稳定工作的重要环节之一。目前，在直线进给传动系统中，驱动电动机与滚珠丝杠的连接方式主要有联轴器、套筒、齿轮和同步带。根据本设计的初始结构与要求，纵向进给选择采用同步带将伺服电动机与滚珠丝杠相连。横向进给系统设计与计算横向进给系统的设计 125 专用仪表数控车床的横向进给系统的设计比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用16 法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。横向进给系统的设计计算由于横向进给系统的设计计算与纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。由文献 6可知，取 125 专用仪表数控车床的参数如下：工作台重量： 300 时间常数： T=25珠丝杠基本导程： 0L=5程： 230S 脉冲当量：p=距角： = 快速进给速度： m/ 切削力计算横向进给量为纵向的 3/1,3/12/1 取，则切削力约为纵向的 1/3。 311880=627N 由文献 11可知，主切削力 zz F查表得 18 8 0,1, 可计算下表所示 17 表 3mm)p 1 1 1 f (F （ N） 562 761 945 当 627N 时，切削深度刀量 f=r,以此参数作为下面计算的依据。切断工件时：F 627= 滚珠丝杠设计计算 1. 强度计算对于综合型导轨： )( y 式中 K=f =为 P=(627+400)=644N

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