VH50型数控立车X轴进给系统结构设计
34页 15000字数+论文说明书+开题报告+外文翻译+12张CAD图纸【详情如下】
VH50型数控立车X轴进给系统结构装配图A0.dwg
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VH50型数控立车X轴进给系统结构设计论文.doc
X轴传动箱A1.dwg
十字托板A1.dwg
压块A4.dwg
外文翻译--低成本紧凑的模块化小型的设计（CMSS）数控车床 英文版.doc
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定位套A4.dwg
带轮1A4.dwg
带轮2A3.dwg
挡块A4.dwg
法兰盖A4.dwg
滚珠丝杠A2.dwg
电机安装板A2.dwg
轴承座A3.dwg
摘要：
文章主要进行了VH50数控立车X轴进给系统的设计。VH50数控立车X轴进给系统主要用于实现对进给运动速度和对刀具相对于工件的位置的自动控制。课题采用了类比的方法对进给系统进行了设计。通过一级皮带联接电机和丝杠，将电机的回转运动转换为工作台的直线运动。它选用交流伺服电机，能够保证对整个速度区内的平滑控制，基本上没有振动，有很高的可靠性；选用滚动导轨和滚珠丝杠副，能够提高传动效率，也可以提高定位精度和重复定位精度；选用同步齿形带联接，结构简单、传动平稳，能缓冲吸振，传动效率高。因此这种设计方式具有极高的使用价值。
关键词：数控车床 进给系统 滚珠丝杠 导轨
Title The Design of VH 50 CNC vertical lathe X axis feed system architecture
Abstract
This paper has been designed VH50 CNC vertical lathe X-axis feed system. VH50 CNC vertical lathe X axis feed system is mainly used to achieve the velocity and position of the tool relative to the workpiece feeding automatically. Subjects using the method of analogy feed system was designed. By a belt coupling the motor and the screw, the rotary motion of the motor into linear motion table. It is the choice of AC servo motor, to ensure smooth control of the speed of the entire region, virtually no vibration, high reliability; the choice of rolling guide and ball screw can improve transmission efficiency can also be improved positioning accuracy and repeatability positioning accuracy; selected timing belt coupling, simple structure, smooth transmission, can buffer the shock-absorbing, high transmission efficiency. Therefore, this design has a very high value.
Keywords CNC lathes ; Feed System ; ball screw; the guide way.
目录
前言 1
第一章：绪论 2
1.1 引言 2
1.2 选题的背景和意义 3
1.3 研究现状 3
1.3.1 国外的发展现状 4
1.3.2 国内的发展状况 4
1.4. 发展趋势 5
第二章：总体方案设计 7
2.1 进给系统的设计要求 7
2.2 进给系统的基本结构和传动类型 7
2.2.1 进给系统的结构 7
2.2.2 进给系统传动类型的选择 8
2.3 伺服电机类型的选择 8
2.4 电动机与丝杠传动方式的选择 8
第三章：X向进给系统结构设计 10
3.1 电机型号的确定 10
3.2 丝杠的选用 10
3.2.1 丝杠型号的确定 11
3.2.2 滚珠丝杠的调整 11
3.3 轴承的选择 13
3.3.1 轴承的选择 13
3.3.2 轴承支撑方式的选择 13
3.3.3 轴承间隙的调整和预紧 14
3.4 导轨的选择 15
3.4.1 导轨的分类 15
3.4.2 导轨的选择 16
3.4.3. 导轨的安装 16
第四章：系统结构计算 17
4.1 X轴向惯量匹配分析计算 17
4.2 X轴向转矩匹配分析计算 18
4.3 X轴向进给力计算 18
4.4 X向滚珠丝杠与拉伸量的分析计算 19
第五章：润滑与防护 20
5.1. 滚珠丝杠的润滑与防护 20
5.2. 轴承的润滑 20
5.3. 导轨的润滑与防护 21
5.3.1. 导轨的润滑 21
5.3.2. 导轨的防护 21
第六章 技术经济分析 23
6.1 技术成本分析的目的与意义 23
6.2 成本计算依据 23
6.3 成本材料构成 24
6.3.1 非标准件 24
6.3.2 标准件外购费用 25
第七章 结 论 27
参 考 文 献 28
致 谢 29
前言
计算机交流现在变成了数控技术中最普遍的通讯方式，由于计算机拥有极高的精确性，使用十分简单方便，因此有很多用户都喜欢使用这种方式[1]。数字控制机床可以称为CNC，每一台数控机床上都安装了程序监控装置。数控车床也是数控机床里面的一种，也被叫做CNC车床，是我国们国家使用的最多的机床，同时该类数控机床的销售量是最高的，每年它的产量是机床生产总数的四分之一。它是一种机电一体化产品，它里面包含了电气功效，机械结构，气动机械，液压装备，信息管理和微电子技术和其他许多个技术机器,该数控机床在对工件进行粗加工的效率非常高，相当高的精度，灵活性和自动化程度高的特性。由于现在技术水平一直提高，大家对这样类型的数控车床的加工速度，柔性化，可靠性的一些要求一直增加，不过正由于这种情况数控水平才会不断发展[2]。
从数控技术出现开始，它的水平一直在发展，它的使用范围已经占据了大部分的制造（汽车制造，医疗器械，轻工业）整体市场。总括而言，数控车床的发展方向主要在以下几个方面看出来：具有高速和高精度的优点，加工又稳定，水平可靠，能够实现数控车床CAD简化设计和模块化设计。现在,我国的研发和制造能力继续进步,我国目前从进口数控车床进入到数控车床制造的国家,这几十年里的进步反映了我们数控行业已经能够与外国数控行业竞争,而且迟早会超越他们。
数控机床的进给系统，是能够自己操纵刀架的坐标和进给速度的运动机构。其控制系统的数值对进给运动进行控制，机床传动结构，数控机床坐标和工件外形的位置精度取决于几何准确度，精密度，稳定性和敏感性。
第一章：绪论
1.1 引言
数控技术指根据文字语言，外文加上一些数字还有图形等合成的一些数字指令控制机械设备按照规定的要求工作的一种技术。没有别的需求，我们通常通过计算机技术对数字程序来操控，因此此等方式也往往叫做电脑数字控制。它能够自动控制机床按照编好的程序来进行加工。
数控车床是众多自动化机床的其中之一,它的精度很高，生产效能高，再加上普遍的工艺性能，能够切削直（斜）线气瓶，圆弧和各类螺纹，它目前的数控机床也有专用功能和精密线性插值补偿可以对所有类型的复杂零件进行批量处理，为许多公司都带来了无法估量的经济价值增长。现在数控车床已经变得越来越重要了，经过这些年来一直的进步，许多国家已经开始重视它了，而且帮助它加快进步的进程。
进给系统包含了伺服电机，电机是数控系统直接操纵和运作的，并且通过实际应用和检测，最后的结果对公司的利益增长很有帮助，它可以符合国家在精度等级方面的要求。可以合适轻松地操纵进给运动，操控加工工具根据要求加工出工件的外形,然后使用其他特别的数控技术能够有效地清除干扰，以此取得稳定灵敏的进给系统[3]。
伺服电机运动时特别稳定而且操作起来方便易懂，数控车床的进给系统里大部分都是安装的伺服电机，能够简单并且精确的对X轴和Y轴这两个轴同时进给和操纵，,如此跟一般的普通机床相比更方便，操作员的工作强度降低了，这种方式的出现意味着数控技术又进步了一大步[4]。在1960年之前，大部分都是使用步进电动机来提供动力的；直流伺服电机在20世纪60到70年代里发展的很快，是开始良好起步和全面进步的阶段，可是因为直流伺服电机加装了换向装置，价钱变多了，会出现很多故障，而且保养的时候比较麻烦，会对别的机器造成电磁干扰，机床的动态性能会有改变,伺服电动机组成和操控水平和永磁材料在20世纪80年代开始，有人发明了新的电动机，这些电动机跟老的电动机相比有很多优点，它们能够一起完成弱磁升速控制，这会增加多的机器调速周期，而且这些电动机同样能够满足数控机床的各种需求[5]。
交流伺服电动机因为不具备某些额外的装置，因此当加工时能够达到正常的水平，而且关于保护以及维护相关的方面不需要有很高的要求。这样的电动机在运作的时候没有很大的震动以及杂音，定子绕组的散热功能很强，能够快速降温，和机械部件相关的惯量会比较低，所以系统反应拥有相当高的快速性。相等功率的条件下它的体积和重量会比较小，所以能够在高速重载的情况下加工零件。
1.2 选题的背景和意义
1、进给系统是用来收取系统传递的信号的，在受到放大与转换结束，再给机床提供动力，行驶设定好的动作。它有很高的灵敏性，而且它的传动精度也相当高，反应时间短，并且加工的时候很稳定，系统的组件有很高的刚度，而且各组件的使用时间也很长，而且可以解决运动时的间隔。
2、进给系统选取的一个滚珠丝杠传递动力，能够把滑动摩擦转化为滚动摩擦，并能够符合降低摩擦的必要条件。这种丝杠是滚动摩擦，所以摩擦较小，损耗小，传动的时候没有间隔。
3、选取皮带轮联接丝杠与电机，部件分布简洁，传动平稳问题，皮带驱动的组合了链传动和齿轮带动自己的优势，能够缓解震动，能够在大俯仰轴和多轴之间传递动力，结构紧凑，损耗很低，通常只有百分之二，而且其成本很低，无需润滑，保养方便。
4、用电压变化调速范围宽伺服电机的速度控制，可以在很宽的范围内不断改变。转子惯量低，就是可以执行快速开始和停止。比如说交流伺服电动机工作可靠不变、拥有极高的操控性能、反应时间很短、电机敏锐度高，拥有特别严谨的机械特质和特别严谨的调整特质的非线性度特性。
1.3 研究现状
数控机床是电脑控制，精密测量，精密机械，气动，液压，润滑技术典型的机电一体化产品的全面应用，成为了制造产业的关键。现在，数控机床企业都呼吁主要加工设备，加工各个领域里得到了非常广泛的应用。这几年，数控机床快速变化，有很多新的布局和新的功能的机床被生产出来，各种性能不同，功能不同还有价格不同的新型机床陆续涌现，普通的机床正常退出市场，这些新型的机床已经成了市第七章 结 论
本次设计的课题是VH50数控立车X轴进给系统结构的设计，我事先查询了跟课题有关的资料，然后在老师的指导下，完成了开题报告和外文翻译。完成之后我对VH50数控立车X轴进给系统进行了结构分析和设计，确定了每个部件的选型，画出CAD零件图，最后完成了毕业设计说明书。相关的工作总结如下：
一、主要工作和结论
（1）熟悉了CAD、CAXA这两种绘图软件，能够熟练使用CAD、CAXA，进行零件图的绘制。
（2）通过查阅《机床设计手册》第三部，了解了机床进给系统的结构。为课题的完成打下了坚实的基础。
（3）通过类比的方法，完成了对进给系统各部件的设计，并完成装配图的绘制。
（4）通过对课题的完成，了解了进给系统的结构，和各部件的作用，本次设计的进给系统是由伺服电机提供动力，再由同步齿形带传递给滚珠丝杠，最后带动工作台移动。
二、存在的问题
由于个人水平有限，无法对进给系统的伺服电路系统进行设计，从而无法让整个进给系统的机械结构部分和电路控制部分完全的配合起来，也就不知道中间是否还有别的问题需要改进。
三、发展展望
现在数控技术水平已经变得越来越重要了，机床的发展都是需要数控技术水平的支持，现在市场上的机床交易额已经越来越高了，而且高精度的机床可以代表一个国家制造业现代化的水平。所以数控机床有很高的发展前景，能够实现数控加工的自动化和高精度化，是现在数控机床的发展方向。
参考文献
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14.王爱玲，武文革，辛志杰等.现代数控机床.北京.国防工业出版社，2011.8:256-279.
致 谢
毕业设计已经快要结束了，在这三个月里，我从开始对课题的懵懵懂懂，到现在的了然于心，这中间的变化都是我的指导老师刘桂芝老师的功劳。每当我遇到困难的时候，刘老师总会细心的教导，教给我解决问题的办法，授我以渔。
在老师的帮助下，我完成了开题报告和外文翻译。后来老师又让我们查询了《机床设计手册》，这本书让我对整个课题的了解大大提高了，同时也完成了课题需要的设计计算。所以这里我要这向刘桂芝老师表示深深的感谢。
在做毕业设计的时候，我还遇到了很多问题，在经过和同学的讨论，和老师的指导下都解决了困难。在进行结构计算的时候，老师提供了许多参考资料，让我们去查询资料；在进行装配图设计的时候，老师为我讲解了进给系统中各部件的作用，让我能够更好的完成装配图的设计。
最后，我还要深深的感谢那些在设计过程中给与我帮助的同学们和老师们。
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