数控车床X轴进给系统结构设计
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摘要：
本课题设计的研究内容是数控车床X轴进给系统的设计。X轴的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。本文采用文献分析法，类比法进行研究设计。滚珠丝杠的精度会影响机床的运动精度和定位精度，所以选用带有双螺母的滚珠丝杠进行调隙。以交流伺服电机为动力源，通过刚性联轴器使电机和预紧滚珠丝杠连接在一起，使用涨套消除间隙，通过涨套的轴向移动和径向膨胀来传递运动和动力。使用背对背和串联的角接触球轴承来固定滚珠丝杠，滚珠丝杠的支撑方式两端采用双推的方式，并且使用垫板防止两端轴承的中心高不一致。采用直线滚动导轨。本设计结构紧凑，传动效率高。最后进行了成本分析。
关键词：进给系统 滚珠丝杠 结构设计
Title CNC lathe X axis feed system architecture design
Abstract
The subject of the research design is the design of CNC lathe X axis feed system. Directly affect the performance of the X-axis machining quality and productivity of cutting the workpiece, the machine is an important factor in determining the performance and technical and economic indicators. In this paper, literature analysis, research design analogy. Since the accuracy of the ball screw will affect the movement of the machine and positioning accuracy, use a ball screw nut be adjusted with double slot. In AC servo motor as the power source, the motor through rigid coupling and preload ball screw connected together to eliminate the gap using a set up to transmit motion and power rose by axial movement and radial expansion of the sleeve. Use back to back and a series of angular contact ball bearings to fix the ball screw, ball screw support dual-mode push both ends of the way, and using the pad to prevent the bearings at both ends of the center high-inconsistent. Using linear rolling guide. The compact design structure, high transmission efficiency. Finally, a cost analysis.
Keywords Feeding System； ball screw； Structural Design
目 录
前 言 1
第一章 绪论 2
1.1数控机床简介 2
1.2 数控机床的发展趋势 3
1.3 数控机床的国内外发展状况 4
1.3.1国内发展状况 4
1.3.2国外发展状况 5
1.4 数控机床发展中存在的问题 5
第二章 总体方案设计 7
2.1 进给系统的传动要求及传动类型的选择 7
2.1.1传动要求 7
2.1.2 传动类型的选择 7
2.2 X向伺服电机类型的选择与确定 9
2.3 电机与丝杠连接方式的确定 10
2.4 X向进给系统的设计方案确定 12
第三章 X向进给系统的结构要求 14
3.1电机型号的选择及要求 14
3.2滚珠丝杠型号的确定 14
3.3滚珠丝杠轴承的确定及支撑方式 15
3.3.1 确定轴承型号 15
3.3.2轴承支撑方式的确定 16
3.4 轴承的安装与预紧 18
3.4.1轴承的安装 18
3.4.2轴承的预紧 18
3.5 导轨的确定 19
第四章 X向系统结构计算 21
4.1 X轴向惯量匹配的计算 21
4.2 X轴向转矩匹配的计算 22
4.3 X向进给力的计算 23
4.4 X向滚珠丝杠预拉伸量的计算 23
第五章 润滑、密封与防护 25
5.1 X轴部件的润滑 25
5.1.1滚动轴承的润滑 25
5.1.2滚珠丝杆的润滑 25
5.1.3导轨的润滑 26
5.2轴承的密封 26
5.2.1 滚珠丝杠的防护 26
5.2.2滚动轴承的密封 26
5.3 X轴传动的防护 27
第六章 技术经济分析 28
6.1 技术成本分析的目的与意义 28
6.2 成本材料构成 28
6.2.1 非标准件 28
6.2.2 标准件外购费用 29
6.3 成本计算依据 30
第七章 总结 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
前 言
制造现代工业化的基础是建立在数控技术以及数控装备上的，无论哪一个国家，它的经济发展和综合国力和这个基础的牢固程度息息相关，对于一些行业的重要发展也是起着愈来愈重要的作用，甚至这个技术的发展会关系到一个国家的战略地位。正是因为如此，以数控技术为核心的先进制造技术要大力发展，这是加强一个国家经济、提高综合国力以及提高一个国家地位的重要途径。
现代工业和科学技术现在都是发展比较迅速的了，同时相关的机床产品都向着“高”的方面发展，通常的说法的就是速度要高、效率要高、并且容易实现自动化，所以对于一台机床的结构性能必须要求很高。
X轴Z轴两轴驱动机构和数控车床部件构成了数控车床的进给系统，是数控车床在加工时带动刀具作两个方向联动的运动执行机构。由两轴驱动的伺服进给系统不仅可以对进给运动的速度快慢实现自动控制，而且刀具相对于工件的位置移动可以实现自动控制。X轴部件的性能是否合格直接影响加工工件的加工质量和切削生产率，X轴的性能是决定机床性能以及经济技术指标的重要因素。
第一章 绪论
1.1数控机床简介
数字控制就是通过数字化信号来控制机床的运动方向和加工过程的一种技术方法。
数控技术就是通过数字化信息对机器的运动和工作进行控制的技术[1]。数控技术是现代化工业生产中的一个十分新颖的发展、也是一项发展十分迅速、快捷的高新技术。数控技术在各行各业都有很多的应用。通过数控技术加工零件，生产率有明显的提高，成本也会下降、加工质量还有保障、工人的劳动强度也会降低。
正是因为一台机床具控备了数技术，才有了数控机床这个说法，也可以说是一台装备了数控系统的普通机床。由于数控机床的快速发展，国际信息联盟第五技术委员会对数控机床的定义重新定义了一下：一台机床，若是装备了数控技术和程序控制，就可以称它是数控机床。使用号码或者其他的编码指令数控机床都能逻辑的处理这些程序。
一它数控机床能完成一项操作或者监控，都是要在数控单元中完成，并且它还是数控机床的大脑，是一个不可缺少的部分。数控机床与普通机床相做比较的话，数控机床的特点有如下几个：
1、无论加工对象的材料如何，数控机床都能很好地适应，在模具加工的生产中，可以适应单件生产，促进了模具行业的发展制造。
2、数控机床的加工精度高，加工质量可以得到很好地保障；
3、普通机床一般只有XZ两个坐标联动，但是数控车床能进行三轴联动甚至更多联动，对于一些形状复杂的零件，只要程序准确也可以加工出来；
4、数控加工零件，若是零件形状需要改变，一般是在数控加工工件前更改数控程序，就能完成程序要求的形状，大大减少了生产的准备时间；
5、数控机床本身的精度和刚度和普通车床相比的话都有很大的提高，这样就可以选择有利的加工用量，提高了生产的加工效率（一般为普通机床的3~5倍）；
6、由于数控机床的自动化程度很高，在加工时只需要做好安全工作就好，方便了劳动工人，而且效率还高，大大提高了生产率；
7、数控机床的生产管理要利于现代化发展，由于数控机床是通过数字信息和标准代码来出传递信息，程序又是由计算机控制的，为计算机辅助设计和机械制造以及管理一体化做出了很好的铺垫；
8、数控机床对操作工人的劳动素质要求较高，这样才可以正确的操作数控机床，并且要求对数控维修人员的维修技术要求过硬；
9、数控机床的可靠性比普通车床的可靠性高。
1.2 数控机床的发展趋势
在传统制造业这一领域当中，随着数控技术的不断和创新，也发生了天翻地覆的变化传统制造业也因此一跃而上成了现代工业化的典型代表。近年来，数控技术的发展越来越快速，而且应用领域越来越广泛，现代生活中，一些行业离开数控技术的话生产技术就会后退很多，数控技术在这些行业中起着至关重要的作用，因为这些行业的现代化发展离不开数字化发展，这是一种新的发展趋势。
（1）高速度化、高精度化、高可靠性
高速度化:不仅提升数控机床的进给速度、还要提高数控机床主轴的转速。
高精度化:数控机床的加工精度等级很高。精度不仅可以达到微米级或者亚微米级，甚至连纳米级都可以达到。
高可靠性:由于数控机床具备了成熟的数控技术，所以数控机床的可靠性很高，比普通机床的可靠性高出许多许多，大约有一个数量级的比较。由于一台高可靠性的数控机床要投入很多的人力物力，所以一台数控机床的可靠性不一定是越高越好，只要能满足加工要求就好。
（2）复合化
数控机床方面的复合化的核心内容就是要在一台数控机床上可以完成多种操作，比如车削、铣削、钻孔、攻丝、铰孔等。这样能大大节省加工时间、提高加工效率、提高生产柔性。
（3）智能化、网络化
数控机床对于智能化的要求有以下几个方面：对于加工要求的智能化、加工质量方面的智能化、提高驱动性能方面的智能化、简化编程方面的智能化、操作加工的方面智能化、界面的智能化、监控方面的智能化。
（4）柔性化、集成化
第七章 总结
本次设计的题目是数控车床X轴进给系统结构设计，一开始通过了解、熟悉课题，查阅相关资料，完成了开题报告以及外文翻译。然后通过原始数据，完成惯量匹配的计算、转矩匹配的计算、进给力的计算、滚珠丝杠预拉伸量的计算。最后绘制X轴进给系统装配图及零件图，最后完成了毕业设计说明书。相关总结如下。
一、主要工作及结论
1、通过写开题报告、外文翻译提高了自己的收集能力和整理能力。
2、通过设计计算、提高了自己的计算能力和对比能力。
3、通过绘制装配图、零件图提高了自己的绘图能力和对进给系统的了解。
4、通过编写论文提高了自己的语言组织能力和对本次课题的了解。
二、存在问题
对于个人来说，自己的绘图能力和计算能力有待提高。
对于机床来说，数控机床中X轴起着至关重要的作用，所以X轴的性能要稳定，精度高。
三、发展展望
对于自身来说，希望自己在工作和学业上勤勤恳恳、做事认认真真，以及有良好的耐心。
对于数控机床来说，应该向着高速度、高精度、高可靠性发展。
致 谢
毕业设计从开始到现在，差不多3个月多点的时间，在这段时间，我完成了开题报告、外文翻译、设计计算、零件图、装配图、论文。尽管每一项看上去都很容易，但是其中的艰辛也着实不易，能完成这些，都离不开刘桂芝老师的细心帮助，没有刘老师，就不会有这些。每个部分刘老师都帮我细心的查看，叮嘱我仔细修改。
设计计算的过程中，一开始的我是难以下手的，查阅资料的时候觉得都和自己的对不上，刘老师看我们计算都有些困惑，把我们叫到办公室指导我们为什么要计算，如何计算，叫我们多多查阅资料并举例给我们看。设计装配图和零件图的时候，刘老师都会悉心帮我们解答问题，我们的问题很多，但是刘老师都是以极大的责任心和耐心帮助我们。不仅授之我们“鱼”，更授之我们以“渔”。
老师在我设计过程中如同指明灯一样，帮助我缕清设计思路，而我同学在设计过程中也如同手中的灯光一样，缺一不可。有时候老师不在的时候，我们几个同学就在一起讨论，每个人的想法都是不一样的，大家集思广益，得出一个让大家都信服的答案。在这次设计中，感谢蒋梦雨、耿成超、珂珂等同学的帮助。
对于本次毕业设计，其中的酸甜苦辣我都会记得，通过这次毕业设计也让我明白了做事要认真、不懂的时候要多多查阅资料、天道酬勤。
最后再次刘老师的悉心教育和耐心帮助以及同学之间的互帮互助。
参 考 文 献
1.王爱玲.现代数控机床.北京：国防工业出版社，2003
2.权秀敏，尹显明.数控技术发展趋势，西南科技大学制造学院.北京：新技术新工艺，2007（6）
3.丁学生.我国数控车床现状和发展.北京.中国机床工具，2006,11
4.陶晓杰.车床进给系统，制造业自动化，2000
5.钱平.伺服系统；北京：机械工业出版社，2011.2
6.吴忠泽.机械零件设计手册；机械工业出版社，2003.11
7.王爱玲、武文革、辛志杰等.现代数控车床.北京：国工业出版社防.2014.2
8.付承云.数控功能部件选用手册.机械工业出版社.2010.12
9.戴曙主编.机床滚动轴承应用手册.北京：机械工业出版社 1992.1
10.吴祖育．数控机床．上海：上海科学技术出版社，1989：20-25
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