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数控立车进给系统及其平衡结构设计论文.doc

数控立车进给系统及其平衡结构设计【11张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】

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关键词：: 数控立车进给系统及其平衡结构设计数控立车进给系统 cad 图纸毕业论文开题报告数控立车进给系统及其平衡结构外文翻译

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数控立车进给系统及其平衡结构设计

40页 16000字数+论文说明书+开题报告+外文翻译+11张CAD图纸【详情如下】

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摘要：

本课题的研究内容是数控车车床进给系统及其平衡结构的设计,本文通过类比法和文献综述法来分析和完成本课题的研究哈设计创新。本课题车床进给系统是通过交流伺服电机通过联轴器与丝杠进行刚性直联通过联轴胀套来消除间隙和传递动力，带动丝杠螺母做进给直线运动。本课题是用背对背和串联的角接触球轴承来固定滚珠丝杠，使用双螺母来调节消除滚珠丝杠的间隙，双螺母连接法兰通过直线滚动导轨来完成刀架的进给运动。因研究内容为纵向进给系统所以为了保证数控车床进给系统的精度与延长保证滚珠丝杠的使用本课题采用重锤平衡的方式来达到平衡进给系统重量的目的。本课题研究解决数控机床Z轴的精度、平衡和生产效率问题。

关键词：数控机床伺服电机滚珠丝杠配重

Title CNC vertical lathe z-axis feed structure design and its balance

Abstract

This topic research content is the numerical control lathe into the back of the bus for the structural design of the system and its balance, based on the analogy method and the literature review method to analyze and finish this topic research, design innovation. This topic lathe feed system is by screw with ac servo motor through the coupling of rigid straight through coupling locking to eliminate the gap and transfer the power, drive the feed screw nut do linear motion. This topic is to use back to back and series of angular contact ball bearings to fixed ball screw, use double nut to adjust the clearance of the elimination of ball screw, double nut connecting flange by linear rolling guide to complete the rest of the feed movement. So for the research content is the longitudinal feed system in order to guarantee the precision of the nc lathe feed system and extend the promise that the using of ball screw this subject adopts counterweight balance to achieve the goal of balance weight feed system. This topic on the Z axis CNC machine tool accuracy, balance, and production efficiency.

Keywords Nc machine tool；Servo motor；Ball screw；weight

第一章绪论 1

1.1 数控机床的产生和发展 1

1.2 数控机床的发展趋势 2

1.3 数控机床的加工原理 2

1.4 数控机床的组成 3

1.5 本课题设计的内容及意义 3

第二章总体设计方案 4

2.1 进给系统的传动要求及传动类型的选择 4

2.1.1 进给系统的传动要求 4

2.1.2 进给系统传动类型的选择 4

2.2 伺服电机与丝杠连接方式的确定 5

2.3 Z向传动导轨的确定 6

第三章伺服电机的计算与选择 9

3.1 Z向电机型号的选择及要求 9

3.2 Z向惯量匹配计算 10

3.3 Z向转矩匹配计算 10

第四章滚珠丝杠螺母副的选择与计算 12

4.1 滚珠丝杠螺母副的种类 12

4.2 计算Z向进给牵引力Fm(N) 13

4.3 Z向滚珠丝杠预拉伸量的计算 13

4.4 滚珠丝杠支承轴承的确定 13

4.5 轴承间隙的调整和预紧 15

4.6 滚珠丝杠的预紧 20

第五章立式数车Z向平衡机构选择及计算 22

5.1 平衡的目的 22

5.2 Z向平衡机构的确定 22

5.3 Z向传动机构平衡量的计算 23

第六章润滑和密封 24

6.1 Z轴滚动轴承的润滑 24

6.1.1润滑的作用 24

6.1.2润滑剂的选择 24

6.2 润滑剂的种类 25

6.2.1润滑脂 25

6.2.2 润滑油 25

6.3 Z轴部件的密封 26

6.3.1 非接触式密封 26

6.3.2 接触式密封 27

第七章技术经济分析 30

7.1 技术成本分析的目的与意义 30

7.2 成本计算依据 30

7.3 成本材料构成 31

7.3.1 非标准件 31

7.3.2 标准件外购费用 32

第八章结论 33

致谢 34

参考文献 35

第一章绪论

1.1 数控机床的产生和发展

微电子技术、自动信息处理、数据处理以及电子计算机的发展，给自动化带来了新的概念，推动了机械制造自动化的发展

20实际40年代，美国一家小型的飞机代工公司运用数据处理技术对飞机轮廓及直升机叶片进行加工。这是数据处理技术第一次应用于机械加工中。这种加工的方式有效的提高了机械加工的精度。此后于1949年麻省理工学院与这家飞机公司联合开展数控机床的研发。3年后，世界上第一台数控机床面世。

1953年，美国空军与麻省理工学院合作研究自动编程技术。

1955年，美国空军购进100台数控机床，在此后的两年，数控机床技术得到长足的发展。

1958年，克耐.杜列克公司成功研制“加工中心”这种机床可以自己换刀，自带换刀装置。

1959年，世界计算机进入晶体管时代，随之数控机床大量采用晶体管和印制板电路，从此迎来第二代数控时代。

1960以后开始，数控技术不仅仅在机床上去取得发展与突破，并且逐步推进到切割机、包装机等方面。与此同时除了APT编程外也出现了其他许多编程语言。

1960年开始，德国、日本等其他工业国家也开始陆续使用数控机床技术。

1965年随着小规模集成电路的面试，同时数控机床进入第三代，小规模集成电路被广泛大量应用于数控机床。

1967年柔性加工系统开始应用与数控机床，这就是最初的柔性制造系统。之后美、日、德等其他国家也开始研究。

第四代数控时代的到来是伴随着小型计算机代替专用计算机的，当时小型计算价格下降，小型计算机的应用性价比更高，而计算机对机床进行直接控制的系统称为直接控制数控系统。

1970年及之后20年间微处理器的发展以及在数控机床上取得的应用，从此数控机床进入第五代数控系统。[1]

1.2 数控机床的发展趋势

当今社会科技蓬勃发展，新材料不断涌现，比如铝合金在工业以及其他各方面的应用，从而对数控机床的要求就越高，在这种大环境下高速数控机床就成为了香饽饽和发展热点。数控机床在当今社会下的发展趋势，我认为有以下几点：

（1）高速、高精密化：数控机床只有高速并与此同时保持高的精度，生产效率才会提高。

（2）高可靠性：数控系统和被控设备的可靠性前者要高一个数量级以上，但受价格的约束也不是越高越好。

（3）数控机床设计CAD化：CAD的应用能使数控机床的设计更简便，工作量更小，所以CAD的应用就更加迫切。

（4）智能、网络、柔性、集成化：数控机床的发展应该向这方面发展。

（5）开放性：数控系统的开发统一在一个平台上，形成一个具有鲜明个性的明星品牌产品。

（6）复合化：开发更多复合程度更高的数控产品。

（7）重视技术标准、规范的建立[2]

1.3 数控机床的加工原理

金属切削运动，是加工人员根据客户提供的工件形状及各项参数要求，通过不断改变刀具相对于工件的位置、速度等，来达到被加工工件所需求的尺寸、形状、精度的一种加工运动。

数控机床的加工运动，就是把整个工件看成无数个坐标点，通过程序来使刀具不断的通过这些坐标点，从而使刀具与工件之间形成相对的运动关系，来完成图纸的加工要求，从而对零件完成加工。

刀具沿各坐标轴的相对运动，是以脉冲当量ζ为单位的（mm/秒冲）

当刀具进行直线或者圆弧运动时，把工件轮廓表示成无数个坐标点，区相连两个坐标点所构成线段的中间点进行数据处理，求出一系列中间坐标点的坐标值，然后按中间的坐标值，通过数控装置发出脉冲信号，从而加工出客户所需求的直线或者圆弧轮廓。

数控装置进行这种“数据点密化”称作插补，一般数控装置都具有对基本函数（如直线函数和圆函数）进行插补的功能。[3]

第二章总体设计方案

2.1 进给系统的传动要求及传动类型的选择

2.1.1 进给系统的传动要求

1.静态设计方面的要求

（1）能够克服摩擦力和负载。电机的转矩和切削力的大小是有比例关系的。

（2）为了达到目前最小辨别力（0.1μm）的要求所以机床的进给运动的位移量一定要足够小。

（3）静态扭矩的刚度一定要保持足够高。

（4）速度的调节范围一定要足够。

（5）对速度的要求是无爬行，所以就要求速度一定要均匀。

2.动态设计方面的要求

（1）为了能够开启启动制动过程，必须具备足够的加速和制动转矩。市场上目前的伺服电机在带有调速功能的前提下其响应的时间为（20-100）N.m；换向时对进给系统的速度要求特别高，最低要求是要在最短的时间内达到额定转矩的4倍及以上。

（2）传动性能一定要够好，这直接关系到被加工工件的形状和加工表面精度要求。

（3）由于负载作用而引起的一些非必要误差应尽可能的减小或完全消除。

3.对机械传动部件的要求

（1）被加速的运动部件具有较小的惯量。

（2）部件的各种刚度一定要高。

（3）部件的阻尼的性能起码要良好。

（4）抗拉、抗压刚度和阻尼等因具有很小的非线性要求。[4]

2.1.2 进给系统传动类型的选择

直线运动和旋转运动是伺服驱动系统能够主要得到的两种运动方式，其中直线运动方式可以通过以下方法来获取：

（1）油缸、气缸在具备液压泵、空气压缩机的前提条件下，使用液压或者气压来推动缸体来实现直线的运动方式。其特点是系统结构复杂，运动过程中精度不够高，震动大不够平稳，故运用在伺服驱动的场合不多。

（2）旋转电机和丝杠通过旋转电机连接丝杠，电机旋转带动丝杠使得丝杆上的螺母达到直线运动，这种传动是把旋转运动转换成直线运动的方法。其特点是有高的传动精度和高的平稳度，是当前最常用的直线运动方式。这种传动方式丝杠与电机的连接有很多方法比如：联轴器直联、通过同步带联接等。

（3）直线电动机这种传动方式是通过直线电动机直接带动运动部件完成直线运动的一种传动方式。因为是直接连接，所以没有中间传动单元，因而传动精度高。这种传动方式具有广阔的发展前景。

旋转伺服运动如分度盘、数控回转工作台等伺服驱动主要由伺服电动机经减速机构来产生回转运动。[5]

标准件的外购件费用为4.79元。

综上所述，总成本为294.35元。

设计中，考虑到经济成本分析，再通过计算，有很大的好处。可以根据不同零件材料，它的加工工艺等合理的选型，降低零件的成本，提高性价比。这样可以给企业的经营模式产生正确性的引导作用，减少不必要的开支，提升整体经济水平，是至关重要的一个因素。在为企业发展的打下基础的同时，企业的经济效益在这项分析下也得到了长足的进步。

第八章结论

数控立式车床进给系统及其平衡结构设计：

一、主要工作及结论

(1) 熟悉数控立车进给系统的工作原理和工作过程，并了解垂直运动部件的平衡参数问题。

(2)通过查阅各种资料了解设计进给系统各部件及其组成结构。

(3)完成各项参数的计算

(4)完成整体装配的设计及各个零件图的设计绘图

二、存在的问题

(1) 目前进给系统的平衡方面还有待创新与完善。

(2) 在机构的各种构造、精度方面还得加大研究。

(3) 在机床体积与加工零件尺寸方面得加大。

在本次毕业设计过程中发现了自己学习生活中的许多缺点，这些在以后的生活工作中自己希望能够逐步改善。

致谢

本次的毕业设计和毕业设计的相关工作，是在我的指导老师（教授级高级工程师）的精心指导和细心的关怀下完成的。在设计过程中，我经常会遇到问题，每当我遇到问题无法解决时，老师总会在第一时间帮助我解决问题。老师总是不厌其烦的帮助着我，这让我感觉到了老师严谨的工作态度和对我们深深关怀。在此，我由衷的感谢我的指导老师——刘老师，并致以我深深的敬意。

经过三个多月的毕业设计，使我对数控立车进给系统的结构有了很深的了解，并且，在设计过程中使得我对专业知识的运用更加的熟练。通过此次的毕业设计，使我在学到了很多知识，关键培养了自我动手的能力，还让我知道了在遇到困难时，如何去克服解决困难。并且我还学会了在做设计时，我们应该先干什么，在干什么，通过此次设计，在我的脑海里已经形成一个框架，我相信这会在我下次设计新的项目时帮助我能够更快的完成设计。我觉得我这次设计数控立车进给系统的结构设计，虽然结构的刚度、动力、安全性等方面都能符合要求，但是在空间的设计还存在许多不足之处。

在数控立车进给系统的结构设计中，我也遇到了一些不会的问题，通过查阅资料向老师、同学们请教，解决了问题并积累了解决问题的经验。同时还学到了更多的专业知识。正是对这些困难的克服，使得我越来越自信。本次的毕业设计是在老师的全面性的指导下完成的,在毕业设计中的每一点点的提升都源自于老师的精心指导。在毕业设计完成之际，谨向刘老师表示我最深深的谢意，感谢刘老师这几个月来对我的悉心指导。

四年大学生活即将结束，感谢这几年来关心过我和帮助过我的所有老师及同学们，如果没有你们的关心和帮助，我的大学生活将不会如此充实和有意义。也借此次机会向所有关心、支持过我的亲人、朋友道一声感谢！

衷心地感谢各位老师们能在百忙之中来评阅我的毕业设计。

参考文献

1、王爱玲，武文革，辛志杰等.现代数控机床—2版.北京.国防工业出版社.2014.2

2、孙珂.从CCMT2006展会浅谈数控机床发展趋势.科技资讯.2007

3、王明坤.石油钻铤螺纹修复理论研究.兰州：兰州理工大学.2012

4、田振强.数控多刀管螺纹加工车床的设计与研究.兰州：兰州理工大学.2010

5、汪石农.倾转旋翼试验台的操纵机构及控制系统设计.南京：南京航天航空大学.2006

6、杨柳欣等.HSK系列高速刀柄简介.制造技术与机床.2003

7、郭娟.基于加工大型工件龙门刨床的改造.卷宗.2013

8、殷毅.大跨度升降式飞机接近架的设计与研究.上海：同济大学.2009

9、陈中.数控平旋盘的研究与开发.兰州：兰州理工大学.2010

10、陈兴奎，吕学智.钳工操作技术要领图解.济南.山东科学技术出版社.2004。246-251

11、彭云平，李莉敏，朱宁峰.立式机床垂直运动部件重力平衡创新设计.机械设计与制造.2009

12、机械设计手册编委会.机械设计手册—滚动轴承.北京.机械工业出版社.2007

内容简介：: 原文题目：原文来源：学生姓名：所在院 (系 )部：专业名称：微螺纹的旋风式加工旋风式切削用于细轴微螺纹的加工，为此，开发了微型旋风式切削设备。为了抑制工件的振动，细丝轴被插在在金属杆上的聚氨酯管中。通过向线轴中心施加脉冲载荷对系统进行了频率分析。由于开封的夹持系统减小夹持力的振动，系统动态响应得到改进。应用开发的机床，在简介微螺钉用于机械接头和运动控制在微器件。不锈钢和钛合金难切材料，用于医疗和牙科设备。由于其生物相容性。虽然，到现在为止，大多数微元件已通过化学腐蚀和能源束过程，一些生产成本和生产利率问题依然存在。更有效和灵活的流程是对于微细的大规模生产要求。微机械处理，一个替代的过程，有显着的进展随着微型工具和运动控制。微尺度切割、成型和注塑成型的研究最近被应用于微细 1,2制造。螺纹旋转，这是一个用工具的材料去除过程和工件旋转，已应用于螺杆制造在许多机械行业，因为它是由是用硬材料制成的，是用旋转机械加工的。刀具磨损和切屑控制方面有许多优点，旋转已被广泛应用于轴承和医疗产业。莫汉和孙姆缇提出数学控制切削过程的模型和确定的工具在旋转 4 的配置文件。提出了一个完整无缺的模型芯片形状来估计最大芯片的切削力厚度和刀具工作接触长度。他们分开了切削形成的材料去除前切边和边切割边，并估计切割力由有限元（有限元）分析 5 。歌与作一种基于等效切削体积的新模型在铁的商业工具的切屑形成， 6 等。测量切削力分量与非接触旋转工具测功机与测量使用有限元分析工具，变形和模拟力亚当斯 7 。郭等。还分析了刀具的加工角在旋转 8 。虽然旋转是有效的线程，在大直径轴上的螺丝是一般的加工。这项研究适用于旋转的细线切割细线微机械装置。本文首先提出了一个概述旋转过程及其加工优势。基于旋风机构，微旋转机床一直开发的细线上加工微螺钉。因为薄丝的刚度和阻尼较低，夹紧设备也被开发，以支持电线。振动试验已经进行了验证改进的动态工件与夹持装置的响应。微螺钉已在面精细，使用发达机床。一种机械模型描述获得。图： 1螺纹旋转刀具图 2：床在切削参数切削厚度。这个切削厚度进行验证其效果的螺纹薄丝旋风。旋转旋转是应用于机械螺丝的组合工具和工件的旋转，如图 1所示。切割工具固定在旋转环上的半径，以及环的旋转在角速度着工件半径与在旋转环旋转角速度心电子控制着切割的深度。在旋转的在低转速下旋转工件被切割切割边旋转的高转速。螺丝的铅由旋转环的倾斜和进给速度控制关于工件轴。在车削一个小直径的工件时，切削速度受到限制要低的最大限度的主轴转速，作为结果，表面光洁度变差。在旋转，切割速度是由旋转半径和旋转控制在旋转环的切削工具率此，表面可以在一个细的电线上完成，即使是高的切削速度虽然最大主轴速度是有限的。因为工具和工件旋转偏心中心，切削和非切削的交替旋转。因此，由于冷却过程中的温度上升空，工具边缘不那么高。材料的去除量也被控制要小，如切削厚度后来描述计算模型。切削力，因此，变得很小，在中断切割。因为刀具磨损取决于应力和温度 9 ，刀具磨损被抑制。因此，很难把材料是用长工具加工的，生活在旋转的。因为在旋转，芯片上执行中断的切割形成是间歇的，形成的芯片是短。图 3：安装在旋转环上的工具因此，一个精细的表面没有刮伤的芯片完成工件上。微旋转机床机床结构。图 2显示了件装夹在夹头两空心电机。一个电机安装在两个线性阶段（工件的直线度进行调整，对工件夹紧旋转轴工件空心电动机 Y 轴空心电动机刀具到旋转环的进给。电机旋转的工具旋转环。旋转电机（轴）控制的倾向旋转环；三线性阶段（ X， Y，和制切削位置和旋转环的进给。旋转的旋转环和工件同时控制，与电机的最大主轴转速 4000转。切割工具被夹紧在旋转环上，如图所示图 3。因为工具边缘对齐对加工精度，刀具的悬进行一设备如图 4所示。工件夹在相对的夹头，如图 5所示（一）。工件振动发生薄丝的刚度很低，切割被中断了旋转过程。为了支持工件，紧密贴合聚氨酯管被滑到它，一个到每边的切割区域。这些都是在一个支持的金属槽钳位酒吧，并通过旋转的环，如图 5（ b）。这为工件提供了很高的刚度和阻尼。夹紧工件的动态响应。动力响应进行了测试，以验证该支持系统的有效性，如图 6所示。薄丝的位移不被测量，因为测量面积是小的和圆形。因此，振幅和频率夹头的夹紧力的振动进行比较三当产生冲击力时，不同的夹紧条件在电线的中心。一个冲产生的切割燃烧火焰的线。由此产生的振动在夹紧用压电测功仪测量。图 7比较了（轴向）和垂直（垂直）组件夹紧力振动，如图 6所示。图 7（一）图 4：边对齐调整图 5：工件夹紧系统：（一）工作区域和（二）工件支承装置配套设备空心电动机刀具聚氨酯管弹簧夹头配套设备弹簧夹头工件空心电动机图 6：脉冲响应测试图 7：夹紧力振动：（一）不配套的电线，（二）钢丝固定在配套设备，（三）钢丝固支与聚氨酯管配套设备支撑杆工件砝码支撑杆工件弹簧夹头压电测力计零件图 8：频率分析：（一）无支撑线的电线，（二）线夹持在支护装置，和（三）钢丝固定在支撑装置上，用聚氨酯管没有支撑装置的自然振动。大振幅在和 7（乙）显示振动没有聚氨酯管支撑的金属杆限制了工件。的幅度被限制接触的槽在支撑杆上。该振动持续 1秒左右，可能在图 7（三），支持与聚氨酯管是有效的控制细导线的振动。小幅度测量的振动和高阻尼。图 8比较的频率分量的振动。一个大组件在 730赫兹出现在自然振动的薄电线，如图 8所示（一）。支撑杆降低了这一条转移到更高的频率为 982 赫兹，如图 8（乙）。图 8（碳）显示，支持与聚氨酯管安装在支撑杆消除任何突出组分。根据模型试验，所开发的支持系统工作很好。切削厚度分析切削试验，在旋转过程中切削厚度这里考虑。宋与左提出了一个模型来获得切削厚度一般在旋转的过程 6 。在线在这项研究中，在这项研究中的切割，一个模型是没有倾斜角旋转的描述戒指在这里。在模型中，只有轨迹的切割点在切削刃的中心进行了讨论。忽略工具几何。工具边缘运动。工件以角速度旋转实际切削，如图 9 所示（一）。在模刀具图 9：旋风加工：（一）实际切削过程中旋转和（二）分析模型的旋转型中，同时，工件不旋转。相反，中心在半径为半径的工件上绕工件旋转的工具角速度图 9 所示（乙）。“ y”是参考坐标工件的系统，在那里的起源，哎哟， x0 y0 工具坐标系绕流和沿工件轴线，工具在坐标系的角速度下旋转系统 y0 标（点 t 在你的角度位置的切削刃。例如，当四个边被安装在旋转环上时，角是 0， P 2， P，和 3P / 2，分别。旋转方向是顺时针方向图 9。因为起源的 x0 y0 绕流在工件的中心半径在逆时针角速度移动沿，当磷的旋转半径在 X Y Z 小于工件半径此，切削面积是通过公式确定。（ 2）及（ 3）。切削厚度图 10 显示的切割区域划分为区域的一个，乙和 B B，切削厚度由切割了位置 P 和工件表面的点地区 B C，切削厚度由点图 10：切削区被安装在旋转环上，角为 2。因为割厚度由 1或 2给出。 2的其中 1 或材料去掉， T， 1 的确定由下面的工件表面方程和方程（ 4）：其中 H 是在工件坐标系中的角 X Y Z 在区域中，在前角的前角的边缘一个 T C = 刀具工件在 2确定满足方程。（ 4）及（ 6）。因为进料沿忽视了削厚度由下式给出与确定的氮：图 11显示了在 X 图： 11 切削厚度未经切割切削厚度时间图 12：工件表面的刀具运动轨迹：（一）在四分之一的工件和（二）放大图 13：机械加工实例：（一）例 1，（二）例 2，和（三）例 3 工件转速为装在旋转环上，在旋转半径 3000转的旋转 14毫米。进给速度为分钟的切削深度是 30 流明与偏心 12（一）显示一个季度工件。在这个规模，切割面积小。图 12（乙）显示放大的数字。切削刃渗透到工件在；通过 B 在最大切削厚度；从工件到乙，被拆除的区域工件表面与刀具轨迹之间的关系。这个切削厚度的增加在高变化率在时间（图 11）从后，从除的区域是工具和以前的两个位点之间的关系工具。切削厚度逐渐减小后秒，如图 11所示。这里的分析是为了削减除了第一个削减。切削厚度是 30流明在第一次接触到工工件表面以前的边缘轨迹边缘轨迹以前扦插去除区工件表面去除区边座以前的边缘轨迹件的边缘，因为切削厚度只取决于地区之间工件表面和刀具轨迹。后二的边缘接触，最大切削厚度不超过明。这比那小得多 30流明的螺纹深度。据研究在微切削 10 ，切屑形成切削厚度时比“最小切屑厚度”，因为分析切削厚度，最小的芯片体积更小厚度，预计将发生材料去除一些切边。分析支持切割的选择切削力与切削力有关的参数厚度。表 1切削参数图 14：表面轮廓：（一）三维图像切削试验图 13 显示了在钛无旋转的例子合金（）和不锈钢丝的直径，是米。用单点工具加工的螺纹以 60为 1显示了使用的切削参数。图 13（ a）， 1 例显示在表面的锯齿在一个螺丝削减四个边。虽然对齐的四个边缘被控制在径向方向，如图 4 所示，轴向方向上有对准误差。这导致锯齿。图 13（乙），例如 2 显示一个不锈钢螺丝切割钢丝由一边。图 14（一）显示了表面轮廓沿着图 14（图 2）所指定的工件工件直径工件去除刀具刀具的楔角刀具前角刀具数刀具旋转直径刀具主轴转速进给速度部分深度润滑不锈钢不锈钢硬质合金刀具层扫描长度工件扫描线线路。表面轮廓是用激光共聚焦显微镜测量。毛刺的形成在一个高度为 10的的深度是按规定的。它演示了有效性工件支承系统的高刚度。这个提出了旋转还使一个高铅螺杆加工在一个进给速度为 2毫米 /转（ 1毫米 /分钟），如图 3图 13（丙）。因为切削速度取决于旋转的直径在旋转环上的工具，在高切削加工表面完成速度。这些例子中的切削速度， 132 米 /分钟在刀具旋转直径 14 主轴转速 3000 转。在车削时，主轴转速为140056 转需要为径相同的切削速度工件。在旋转的槽形状是一致的芯片粘连。这些例子证明，旋转是在微线程的支持装置有效工件的。结论旋转已应用于薄的微螺钉加工电线。在旋转的切割，工件和工具旋转他们中心的偏心。因为材料被移除在一个小批量的高速切削速度，旋转的优势在表面光洁度，刀具磨损，和芯片控制相比车削。一个床已开发加工上的沟槽直径小的细导线超过 1毫米。为了提高刚度和阻尼工件的线，它夹在夹头，也在金属杆上，将其插入一个紧密装配的聚氨酯管。已经进行了动态响应测试验证支撑系统的效果。振幅和夹头的夹紧力的振动频率测量时，脉冲力被加载在中心的电线。他们展示了支持系统的有效性抑制振动。一个机械模型应用于考虑小毛边切屑厚度。微槽群已加工为一个高切削速度可以保持刀具的旋转半径，无粘连的芯片表面光洁度提高。在提出的加工实例，切削厚度远小于槽深。因为没有切屑厚度与切削力、规定沟槽的深度是产生一个小的切削力，与工件保持系统的高刚度。工具书类 1 K., D., 2013, 2 F., Z., H. S., C., 2004, “of rt J. 151(13), 7079. 3 K., T., H., Y., K., 2002, “ 23(12), 24592465. 4 L. V., M. S., 2007, “ J. 185(13), 191197. 5 Y. M., W. S., J. H., K. J., S. I., G. W., H. C., 2008, “ 575578, 14021406. 6 S. Q., D. W., 2014, “ 42, 98106. 7 J. H., C. W., S. I., H. C., Y. M., 2010, “ J. B, 24(1516), 27862791. 8 Q., Y. L., H. T., i, Y., 2012, “ 433440, 635641. 9 E., T., T., 1984, “ 100(13), 129151. 10 J., S. S., T., 2006, “ J. 46(34), 313332. 2012 20 20is to of on A In to of in on a by at of in by in of up to by of of of of to of 1,2is a to it by 3, of by in of in a to in 4. et a of to by by by 5. uo on in a FE . et a E 7. et in 8. is in on to on an a on of a to to of of A is to 1 by F , 2014; 6, 2015; 3, 2015. 015, 3 / 041001, as 1. on at T; at e, of In at a is by at a of by of to a is to be by of In is by on a be on a at a is in to of is so is to be as by in on 9, is in is in is a is of on of A is by in of is on of of A on A of of on as 3. an on of 4. is in as 5(a). of is is in In to to of in a on a as 5(b)to of as 6. of be of an at of A by a by by a in a ( (of as 6. (a)2 3 on 4 of 3, 015 of (a) b) 6 7 in (a) (b) c) on 015, 3 / 041001(b) is by s. As 7(c), is in of A of a of A 30Hz in of as 8(a). it to 82 as 8(b)(c) on to to of in in uo a to in 6. In in a of In of at of is is at as 9(a). In 8 (a) (b) on c) on 9 (a) in b) of 3, 015 of , at e at to as 9(b). XYZ is of YZ is of 0of at 0of a on an 1)u is of on p/2, p, p/2, is 9. 0of e at at f, on Z is 000 12643752)is Z is (3)is (2) 3)0 B . In B, is by a 1on In , is a 2on of at c. c is u. on c is p/2. 12is on 2is 000 1264375)n is 12. n is T. In B, n 1is by of (4):5)h is 1in C, at c is of 00 12666437775)t is so 2is on of TP.n 2is to (4) 6). is in it is n Y is by n:)1 in a is on a 10 in 11 015, 3 / 041001,on a 000at a 4of 0an 2(a) a At is 2(b); at . , of at a of 11) , is of as 11. is is 0of an is by 12 of (a) in a of b)13 (a) , (b) , c) 0of 1 14000of 0 3, 015 of , no is of 0to in 10, is is is to of of 3 of on a 0 3(a), on a by of is in as 4,is in 3(b), a on by 4(a) 14(b). a at a 0lm is at of of is as It of of a to be a as in 13(c)on on at of 32m/a 4mm a In a 40,056to in of in to of on In of is a at a in of on of In to 工业中心本科毕业设计（论文）开题报告题目：数控立车专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名指导教师 2016 年 3 月日本科毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名职称研究院级高工所在院系工业中心课题来源课题性质课题名称数控立车 Z 轴进给系统及平衡结构设计毕业设计内容和意义采用比较法、文本细读法、综合分析法进行数控立车进给系统及其平衡结构的设计。使其达到对进给运动的速度及刀具相对位置实现自动控制，并且使平衡机构能促进改善立式机床 Z 轴的运动性能。毕业设计的具体内容： 1、机械制图 a)制立式加工中心 Z 轴驱动装配图 1 号图 1 张 b)绘制其它零件纸） c)绘制立式加工中心 Z 轴运动简图 ,纸折合 0 号（约 15 个零件） 2、设计计算 Z 轴（惯量匹配、转矩匹配）计算， Z 向（进给力、滚珠丝杠预拉伸量）计算， Z 向传动机构的平衡量的计算 3、技术经济分析 a)各零件成本分析 b) 课题成本计算 4、翻译有关外文资料 5、撰写毕业设计说明书（论文）本课题研究的意义：本课题对数控立车 Z 轴进给系统及其平衡结构进行了设计，其意义如下： 1、了解了立式车床的发展方向与作用 2、提升了我们独立思考、创新与动手的能力 3、对自己四年所学知识进行了综合的运用与总结归纳 4、让自己更加灵活的运用自己学习的知识 5、提高了了自己的实际运用能力文献综述从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高 1数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。进入 21 世纪，我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入激烈的市场竞争的压力。从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。而从国际上来说，代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统 2，从某种意义上来说，反映了一个国家的工业发展水平状况。 2003 年我国机床消费额达到 67 3 亿美元，居世界第一位，其中数控机床占57 (37 5 亿美元 )。国内生产数控机床 3681 3 台 (产值约 10 4 亿美元 )创历史新高。但是，我国数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有很大差距技术含量较低的简易数控车床仍占主导地位，高档数控机床及功能部件大多数依靠进口。特别应该引起注意的是国产数控机床市场占有率逐年下降， 1 999 年是 33 6， 2003 年仅占 27 7，而进口额逐年上升， 1999 年为 8 7 8 亿美元 (7624 台 )， 2003 年达 27 1 亿美元 (23320 台 )，相当于同年国内数控机床产值的 2 7 倍。因此，尽管当前市场活跃、需求旺盛如果只顾眼前生产，不了解国外数控机床的发展趋势，提高自主开发能力，积极培育新产品那么在高潮过去以后，我国的机床工业将更加缺乏竞争力，有可能在家门口就被人家打得一败涂地。 3 随着新材料和新工艺的出现，对数控机床的要求越来越高，例如，铝合金的广泛应用，高速加工数控机床就成为当前的热点。数控机床的发展趋势是什么它有那些主要特征我认为，应首先满足用户以下要求： 1、精度和可靠性高，机床的性能是稳定的，能够在不同运行条件下完成多种加工任务、并能够”保证“零件的加工质量而不是依靠加工后的检验工序。 2、工序集约化，在一台机床上尽可能加工完毕一个零件的所有工序，同时又保持机床的通用性，能够迅速适应加工对象的改变。 3、机床的信息化和智能化加工设备不仅提供”体力”，也有“头脑”能够独立自主地管理自己，并与企业的管理系统和人通信从而使企业管理人员和操作者、供应商和用户能够随时知道机床的状态和加工能力。 4、机床的效率高、运行成本低，环境污染少，人机界面友好。 3 数控车床几何精度主要包括主轴回转运动精度、线性轴直线运动精度。主轴轴承精度等级、主轴支承轴颈的圆度误差、主轴前后支承的同轴度误差、主轴箱体与主轴轴承系统的刚性、主轴及随其回转的零件的不平衡、主轴箱装配质量及主轴回文献综述转过程中热变形等因素影响了主轴的几何精度。机床床身底座刚性和动态特性一负荷切削下机床抗变形能力，导轨布置形式、导轨自身的几何精度、导轨润滑条件等因素影响了线性轴直线运动精度。 T 16462 4 2007 之线性轴定位精度是指在该轴行程内任意 1 个点定位时的误差范围，它综合反映了机床存在的几何误差、运动误差、热变形误差等，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，是数控车床最关键的技术指标。线性轴重复定位精度，反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。影响数控车床位置精度主要有丝杠的导程误差、传动链的反向间隙误差、导轨的摩擦阻尼、滚珠丝杠轴系的装配精度、伺服电机的惯量匹配等因素。数控车床的电机、液压泵、卡盘油缸等连续运转的部件在运动过程中摩擦产生的热量会引起机床结构件的温度产生波动。一方面，这些结构件会因温度变化产生线性尺寸的膨胀或收缩；另一方面，由于零件结构的不对称性，在内部热应力的作用下，必然出现结构的扭曲变形。结构件热变形也是影响数控车床位置精度的一个重要因素。只有提高数控车床的几何精度和位置精度，其工作精度才有可能得到保证。数控车床工作精度不仅与机床自身静态精度有关，还与伺服系统跟踪误差、位置检测误差、刀具系统的位置误差、工件装夹误差有关。另外，加工工艺的合理性，操作者的编程水平也影响到零件加工的稳定性。因此，数控车床工作精度是一个综合影响的结果 4。数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，机床的定位精度和轮廓加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控机床对进给系统中的传动装置和元件要求具有高的寿命、高的刚度、无传动间隙、高的灵敏度和低摩擦阻力的特点。 5 数控车床的进给运动方式和结构特点与普通车床、自动和半自动车床截然不同。它只用于伺服电动机（直流或交流）驱动，通过滚珠丝杠带动刀架完成纵向（ Z 轴）和横向（ X 轴）的进给运动 6。车床的进给系统经实际使用、检验，效果良好，满足国家对普通车床的精度要求；能够方便的控制进给，实现数控，达到控制加工零件的形状。通过必要的方法，包括上述的抗干扰方法，能有效的消除干扰，得到稳定的进给系统 7。伺服电机便于控制、工作可靠、使用方便，将伺服电机用于车床的进给系统，达到方便地对横向、纵向进给进行控制，对于现实普通车床的自动化，提高其加工的精度和生产加工效率，减轻工人的劳动强度，有着非常重要的意义 8。滚珠丝杠是数控机床的一个主要部件，因其具有精密、高效的传动特点而被广泛使用。滚珠丝杠作为传动元件，其轴向刚度直接影响了数控机床的定位精度及机床的整体性能。滚珠丝杠系统的传动部分通常由伺服电动机与滚珠丝杠直连，或者由伺服电动机经文献综述齿轮或同步带减速后再滚珠丝杠相连。滚珠丝杠的轴向刚度对数控机床进给系统的轴向定位精度有很大的影响，丝杠刚性不足会影响到加工工件的尺寸精度甚至导致加工缺陷。设计时需要考虑在不同的应用情况下选择合理的滚珠丝杠安装方式 9。随着数控车床进给运动方式的不同，控制形式的不同，数控机床对伺服系统设计要求也有所不同。对于点位控制的机床，主要应满足定位精度，尽量减少定位所需时间。而对于轮廓控制的机床，除了要求具有较高的定位精度外，尤其重要的应保证具有良好的动态响应特征 10。通常，数控车床对伺服系统的设计基本要求为：定位精度要高，跟踪指令信号的响应要快；系统的稳定性要好。反映在伺服系统性能指标上，即稳定性、精度和快速响应特征 10。影响整个伺服系统精度的因素除了伺服驱动单元和电动机外，也在很大程度上机械传动机构。因此，为保证进给伺服系统的准确性，以达到较高的定位精度指标，特别要求机械机构的传动间隙小、摩擦阻尼小。为此，对进给系统的机械传动要求提出以下要求。 1）减少摩擦阻尼 2）提高传动精度和刚度 3）消除传动间隙 4）减小运动惯量 5）宽的进给调速范围 6）响应速度要快 7）稳定性好、寿命长 8）使用维护方便 11。立式机床的主轴部件与垂直运动部件通常设计为一体。向下运动时的驱动力与重力方向一致，向上运动时的驱动力与重力方向相反，如果不消除重力的影响，不仅影响部件的运动平稳性，而且影响机床加工精度的保持性，同时可能会导致在一定工况条件下，对运动部件、刀具，工件、产生破坏性的危害。虽然现代立式数控机床的传动部件及驱动部件的性能有了极大的提高，运动部件的重力对驱动部件及传动部件的影响越来越小，但是目前的立式数控机床大多采用滚珠丝杠传动，而滚珠丝杠基本无自锁，当控制系统失电时，运动部件会因重力而下滑，这是不容许的。因此，在分析现有平衡机构的基础上，提出的平衡机构创新设计方案是一种新的独特的垂直运动部件平衡即时同步机构 12。参考文献： 1、易红北京：机械工业出版社， 2005 2、吴祖育上海：上海科学技术出版社， 1989： 203、张曙机电产品开发与创新， 2005， 5： 7、喻湘存 ,熊曙初京：清华大学出版社， 2006 5、全国数控培训网络天津分中心组编，数控机床（第二版）械工业出版社，、王爱玲等主编北京：国防工业出版社（第二版），献综述 7、陶晓杰制造业自动化， 2000， 22（ 9）， 2 8、孙宏成，易广建，静毅 004， 3： 1、宋威 014,10:10、文怀兴，夏田北京：化学工业出版社， 1、熊军北京：人民邮电出版社， 2、彭云平，李莉敏 2009（ 3）研究内容数控立车 Z 轴进给系统是机床在加工时直接带动刀具做直接运动的进给机构。本论文先从国内外数控机床的发展现状以及新趋势开始阐述，引到我国数控机床面临的挑战及发展机遇，并提出发展方向。进而对数控车床进给系统进行研究。主要从它的设计要求，结构部件，影响刚度，精度和动态性能的因素，伺服系统的分析，材料的选择，进给的特点以设计方面的注意点等方面进行分析研究。研究计划第 1 周 (搜集资料，学习文献，参观工场，学习国家标准第 2 周 (提出思路和方法，完成技术路线、方案、要完成的任务第 3 周 (成开题报告及外文材料翻译第 4 周 (完成装配图草图设计，绘制进给系统运动简图第 5 周 (完成 Z 轴的各项计算第 6 周 (滚珠丝杠预拉伸计算、平衡系统的配重确定、装配图设计第 7 周 (业设计中期检查第 8 周 (行零件图计算机绘图第 9 周 (完成零件图计算机绘图第 10 周 (零件及课题成本分析，件成本及课题成本计算第 11 周 (修改论文并定稿第 12 周 (修改论文并定稿第 13 周 (论文评审及答辩资格确定第 15 周 (毕业设计（论文）答辩第 16 周 (整理资料存档特色与创新本论文特色与创新如下：数控加工技术的应用是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的的发展进入了一个崭新的阶段。数控机床发展的新趋势，效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。本文从数控机床的历史说起延生至数控车床的创新与发展，分析了立式数控车床 Z 轴进给系统的材料、刚度、伺服机构以及其他构成部件以解决数控机床 Z 轴的精度、平衡和生产效率问题。指导教师意见指导教师签名： 2016 年月日分中心意见中心意见分中心主任签名：年月日教学主任签名：年月日工业中心本科毕业设计说明书（论文）题目：数控立车专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导教师：起迄日期：设计地点： I 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：本课题的研究内容是数控车车床进给系统及其平衡结构的设计 ,本文通过类比法和文献综述法来分析和完成本课题的研究哈设计创新。本课题车床进给系统是通过交流伺服电机通过联轴器与丝杠进行刚性直联通过联轴胀套来消除间隙和传递动力，带动丝杠螺母做进给直线运动。本课题是用背对背和串联的角接触球轴承来固定滚珠丝杠，使用双螺母来调节消除滚珠丝杠的间隙，双螺母连接法兰通过直线滚动导轨来完成刀架的进给运动。因研究内容为纵向进给系统所以为了保证数控车床进给系统的精度与延长保证滚珠丝杠的使用本课题采用重锤平衡的方式来达到平衡进给系统重量的目的。本课题研究解决数控机床衡和生产效率问题。关键词：数控机床伺服电机滚珠丝杠配重业设计说明书（论文）英文摘要 is of of on to is by ac of to do is to to of to to of of by to of So is in to of nc of to of on NC Nc 业设计说明书（论文） I 目录第一章绪论 . 1 控机床的产生和发展 . 1 控机床的发展趋势 . 2 控机床的加工原理 . 2 控机床的组成 . 3 课题设计的内容及意义 . 3 第二章总体设计方案 . 4 给系统的传动要求及传动类型的选择 . 4 给系统的传动要求 . 4 给系统传动类型的选择 . 4 服电机与丝杠连接方式的确定 . 5 Z 向传动导轨的确定 . 6 第三章伺服电机的计算与选择 . 9 向电机型号的选择及要求 . 9 向惯量匹配计算 . 10 向转矩匹配计算 . 10 第四章滚珠丝杠螺母副的选择与计算 . 12 珠丝杠螺母副的种类 . 12 算 Z 向进给牵引力 ) . 13 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 . 13 珠丝杠支承轴承的确定 . 13 承间隙的调整和预紧 . 15 滚珠丝杠的预紧 . 20 第五章立式数车 Z 向平衡机构选择及计算 . 22 平衡的目的 . 22 Z 向平衡机构的确定 . 22 Z 向传动机构平衡量的计算 . 23 第六章润滑和密封 . 24 Z 轴滚动轴承的润滑 . 24 毕业设计说明书（论文）润滑的作用 . 24 滑剂的选择 . 24 滑剂的种类 . 25 滑脂 . 25 滑油 . 25 Z 轴部件的密封 . 26 接触式密封 . 26 触式密封 . 27 第七章技术经济分析 . 30 术成本分析的目的与意义 . 30 本计算依据 . 30 本材料构成 . 31 标准件 . 31 准件外购费用 . 32 第八章结论 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 毕业设计说明书（论文） 1 第一章绪论控机床的产生和发展微电子技术、自动信息处理、数据处理以及电子计算机的发展，给自动化带来了新的概念，推动了机械制造自动化的发展。 20实际 40年代，美国一家小型的飞机代工公司运用数据处理技术对飞机轮廓及直升机叶片进行加工。这是数据处理技术第一次应用于机械加工中。这种加工的方式有效的提高了机械加工的精度。此后于 1949 年麻省理工学院与这家飞机公司联合开展数控机床的研发。 3年后，世界上第一台数控机床面世。 1953年，美国空军与麻省理工学院合作研究自动编程技术。 1955 年，美国空军购进 100 台数控机床，在此后的两年，数控机床技术得到长足的发展。 1958年，克耐工中心”这种机床可以自己换刀，自带换刀装置。 1959 年，世界计算机进入晶体管时代，随之数控机床大量采用晶体管和印制板电路，从此迎来第二代数控时代。 1960 以后开始，数控技术不仅仅在机床上去取得发展与突破，并且逐步推进到切割机、包装机等方面。与此同时除了程外也出现了其他许多编程语言。 1960年开始，德国、日本等其他工业国家也开始陆续使用数控机床技术。 1965 年随着小规模集成电路的面试，同时数控机床进入第三代，小规模集成电路被广泛大量应用于数控机床。 1967 年柔性加工系统开始应用与数控机床，这就是最初的柔性制造系统。之后美、日、德等其他国家也开始研究。第四代数控时代的到来是伴随着小型计算机代替专用计算机的，当时小型计算价格下降，小型计算机的应用性价比更高，而计算机对机床进行直接控制的系统称为直接控制数控系统。 1970年及之后 20年间微处理器的发展以及在数控机床上取得的应用，从此数控机床进入第五代数控系统。 1 毕业设计说明书（论文） 2 控机床的发展趋势当今社会科技蓬勃发展，新材料不断涌现，比如铝合金在工业以及其他各方面的应用，从而对数控机床的要求就越高，在这种大环境下高速数控机床就成为了香饽饽和发展热点。数控机床在当今社会下的发展趋势，我认为有以下几点：（ 1）高速、高精密化：数控机床只有高速并与此同时保持高的精度，生产效率才会提高。（ 2）高可靠性：数控系统和被控设备的可靠性前者要高一个数量级以上，但受价格的约束也不是越高越好。（ 3）数控机床设计：应用能使数控机床的设计更简便，工作量更小，所以（ 4）智能、网络、柔性、集成化：数控机床的发展应该向这方面发展。（ 5）开放性：数控系统的开发统一在一个平台上，形成一个具有鲜明个性的明星品牌产品。（ 6）复合化：开发更多复合程度更高的数控产品。（ 7）重视技术标准、规范的建立 2 控机床的加工原理金属切削运动，是加工人员根据客户提供的工件形状及各项参数要求，通过不断改变刀具相对于工件的位置、速度等，来达到被加工工件所需求的尺寸、形状、精度的一种加工运动。数控机床的加工运动，就是把整个工件看成无数个坐标点，通过程序来使刀具不断的通过这些坐标点，从而使刀具与工件之间形成相对的运动关系，来完成图纸的加工要求，从而对零件完成加工。刀具沿各坐标轴的相对运动，是以脉冲当量为单位的（冲）当刀具进行直线或者圆弧运动时，把工件轮廓表示成无数个坐标点，区相连两个坐标点所构成线段的中间点进行数据处理，求出一系列中间坐标点的坐标值，然后按中间的坐标值，通过数控装置发出脉冲信号，从而加工出客户所需求的直线或者圆弧轮廓。数控装置进行这种“数据点密化”称作插补，一般数控装置都具有对基本函数（如直线函数和圆函数）进行插补的功能。 3 毕业设计说明书（论文） 3 控机床的组成数控机床一般有信息载体、计算机控制装置、伺服系统和机床四部分组成。（ 1）信息载体信息载体又叫控制介质，由它来记录加工一个零件所需要的各种参数，控制机床对零件进行加工。（ 2）计算机数控系统它是数控机床的核心，负责接收载体发送信息，并经过计算处理控制机床运动。（ 3）伺服系统伺服系统是机床执行运动的部分，它接收各种命令，控制受控设备运动。（ 4）测量反馈装置检测速度及位移，同时将信息反馈给数控装置。（ 5）机床本体包括床身、箱体、导轨、主轴等机械部件。课题设计的内容及意义数控车床的进给系统是保证刀具与工件相对关系的重要单元，比加工工件的各项数据指标（精度、尺寸等）都受到进给系统灵敏度和稳定性以及传动精度的影响。本课题是采用比较法、文本细读法、综合分析法进行数控立车进给系统及其平衡结构的方案的设计。使其达到对进给运动的速度及刀具相对位置实现自动控制，并且使平衡机构能促进改善立式机床本课题设计有如下意义： 1、了解了立式车床的发展方向与作用 2、提升了我们独立思考、创新与动手的能力 3、对自己四年所学知识进行了综合的运用与总结归纳4、让自己更加灵活的运用自己学习的知识 5、提高了了自己的实际运用能力。毕业设计说明书（论文） 4 第二章总体设计方案给系统的传动要求及传动类型的选择给系统的传动要求（ 1）能够克服摩擦力和负载。电机的转矩和切削力的大小是有比例关系的。（ 2）为了达到目前最小辨别力（ m）的要求所以机床的进给运动的位移量一定要足够小。（ 3）静态扭矩的刚度一定要保持足够高。（ 4）速度的调节范围一定要足够。（ 5）对速度的要求是无爬行，所以就要求速度一定要均匀。（ 1）为了能够开启启动制动过程，必须具备足够的加速和制动转矩。市场上目前的伺服电机在带有调速功能的前提下其响应的时间为（ 20向时对进给系统的速度要求特别高，最低要求是要在最短的时间内达到额定转矩的 4 倍及以上。（ 2）传动性能一定要够好，这直接关系到被加工工件的形状和加工表面精度要求。（ 3）由于负载作用而引起的一些非必要误差应尽可能的减小或完全消除。（ 1）被加速的运动部件具有较小的惯量。（ 2）部件的各种刚度一定要高。（ 3）部件的阻尼的性能起码要良好。（ 4）抗拉、抗压刚度和阻尼等因具有很小的非线性要求。 4 给系统传动类型的选择直线运动和旋转运动是伺服驱动系统能够主要得到的两种运动方式，其中直线运动方式可以通过以下方法来获取：（ 1）油缸、气缸在具备液压泵、空气压缩机的前提条件下，使用液压或者毕业设计说明书（论文） 5 气压来推动缸体来实现直线的运动方式。其特点是系统结构复杂，运动过程中精度不够高，震动大不够平稳，故运用在伺服驱动的场合不多。（ 2）旋转电机和丝杠通过旋转电机连接丝杠，电机旋转带动丝杠使得丝杆上的螺母达到直线运动，这种传动是把旋转运动转换成直线运动的方法。其特点是有高的传动精度和高的平稳度，是当前最常用的直线运动方式。这种传动方式丝杠与电机的连接有很多方法比如：联轴器直联、通过同步带联接等。（ 3）直线电动机这种传动方式是通过直线电动机直接带动运动部件完成直线运动的一种传动方式。因为是直接连接，所以没有中间传动单元，因而传动精度高。这种传动方式具有广阔的发展前景。旋转伺服运动如分度盘、数控回转工作台等伺服驱动主要由伺服电动机经减速机构来产生回转运动。 5 本课题设计选择旋转电机和丝杠传动，采用联轴器直联的方式来连接电机与丝杠，这样机构机构紧凑，占用体积小，传动精度高。服电机与丝杠连接方式的确定（ 1）通过同步齿形带联接同步带是靠啮合齿轮传动的新型带，它兼有带传动和链传动的优点。同步齿形带是以钢丝绳为强力层，外面用氯丁橡胶或聚氨酯包裹。由于强力层中的钢丝绳在承载后变形小，能保持齿形带的周节不变。因此带与带轮之间无相对滑动，能保持准确的传动比，亦即主、从动轮能做无滑差同步传动。这种带薄而轻，惯性效应小，因而可用于高速传动，其圆周速度 0m/s。由于它不是靠摩擦传动，因此小带轮包角可减小，传动比 i 可达 10，传动效率也高达 98%99%。这种带的主要缺点是齿形带轮的制造复杂、成本高。同步齿形带传动综合了带传动和链传动的优点，运动平稳，吸振好，噪声小。缺点是对中心距要求高，带和带轮制造工艺复杂，安装要求高（ 2）通过齿轮联接齿轮传动在伺服进给系统中的作用改变运动方向，降速、增大扭矩，适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的配比等。当在伺服电机和丝杠之间安装齿轮（直齿、斜齿、锥齿等）时，必然产生齿侧间隙，造成反向运动的死区，必须设法消除。（ 3）联轴器直接联接毕业设计说明书（论文） 6 联轴器直接联接由于伺服电机性能的提高，目前许多场合都采用伺服电机与丝杠直接相连。以增量式光电编码器为例，当光电编码器与伺服电机及滚珠丝杠直联时，随着伺服电动机的转动，产生序列脉冲输出，脉冲的频率将随着转速的快慢而升降。本课题选用联轴器来联接丝杠与伺服电机，是直联的方式，通过直联可以减少机床的体积，使的机床的结构更加的紧凑。 Z 向传动导轨的确定导轨的类型选择直接影响到伺服系统摩擦阻力的大小，所以为了减少摩擦力现今大多使用减摩导轨应用于数控机床。通常我们给滚动导轨施加预载或复合、静压导轨等来增加导轨的阻尼比，因为往往得考虑到进给系统的稳定性。其中复合导轨因为其良好的阻尼比和较小的摩擦系数因其优秀的性能，所以近些年以来得到了广泛的应用。导轨是机床实行进给运动不可缺少的一部分，机床运动部件在导轨上进行运动，导轨给予其支承和引导的作用。导轨一般由动轨和定轨组成，前者在定轨上移动后者固定于机架上。导轨多用于机床来回的直线运动。导轨的承载和寿命大小直接影响着机床的承载、精度及寿命。机床工作台或者床身上常常采用滑动导轨。为了能在重型机械中滑动导轨得以运用，往往会把几种不同截面形状的导轨组合起来一起使用。滑动导轨在低速运行时有可能会产生爬行的现象把各种滚动体例如钢珠等置于导轨之间就形成了滚动导轨。滚动导轨相对与互动导轨有其优点例如：摩擦系数小、在低速时不易爬行、精度高、寿命较长等。当然滚动导轨也有其缺点，刚度较低、加工困难，对误差敏感等这些都是它的缺点。液体静压导轨等因其导轨之间存在的是流体等，所以其精度较高，阻尼比较小，几乎不会产生爬行的现象，但其因其特点所以加工特别复杂困难。液体静压导轨可分为开式和闭式导轨两种。 996 年率先开发出了带有保持器的直线滚动导轨，因保持架的作用，球体与球体之间没有直接接触所以避免了相互摩擦的发生。如果轴承没有保持架，在轴承工作时因接触点作用力方向相反所以以 2 倍的速度互相接触，所所以会造成毕业设计说明书（论文） 7 剧烈的摩擦，直接影响了轴承的寿命。轴承球体油膜在应力较大时大概在 30会产生破裂，这样因其没有油膜阻隔润滑，球体与球体之间接触完全成点接触，就会有无限大的应力产生；于此同时两球体之间呈滑动运动，直接成为滑动接触。相比之下带保持架的轴承因为保持架的作用两球体之间不会有直接的接触，且因为保持架与球体之间不是点接触，接触面积大，油膜在这样的情况下就不会产生破裂。所以所以带保持架的滚动导轨不仅具有平滑稳定的特点，还具备以下特点：（ 1）长寿命球保持架的作用是使球体时不再互相接触抑制其发热，同时增加了润滑脂的使用寿命。润滑脂在保持架内循环运动，球体在保持架能自转的时候因为保持架内充满润滑脂所以会形成油膜。这种油膜可以使作用于球体上的应力减小，从而轴承的寿命能提高至少（ 2）高速性当需高速使用时（ 300m/保持架的轴承能够满足需求。（ 3）等速性因球体在保持架内均匀分布，故球体不会做不规则运动，也不会产生剧烈的摩擦，使滚动阻力变化降到 1/10，滚动状态趋于稳定。（ 4）低噪声噪声比旧型号降低 916 （ 5）低发生性由由于球体之间不再直接接触相互之间摩擦减少，所以造成的金属粉尘也相应的较少降低，相比原来减少了 10倍。（ 6）长期免维护保养因保持架的存在每一个钢球存放空间中都充满了润滑液，钢球不断的在得到润滑，达到了长期不用保养的要求。仅仅依靠初次安装时装入的润滑脂，其行程就可达到 4万 10年内可实现免维护、免保养、自润滑。 6 直线滚动导轨的精度分为 6个等级，其中 1级最高， 6级最低。直线滚动导轨的技术要求有：两个平行度与两个极限偏差之间的要求，分别是顶面与基准面的平行度看图 2a)，两侧面之间的平行度见图 2a），以及顶面与基准面之间的偏差要求见图2b），最后是滑块需要多个安装时，侧面之间的极限偏差，并测量 c）。毕业设计说明书（论文） 8 图 2线滚动导轨的技术要求上述精度已有部颁标准，规定了导轨长度从（ 500 个分段的（ 1的公差值。整体型的直线滚动导轨，由于厂家直接生产满足用户使用条件的成型导轨，所以用户可以根据自己对预紧力的要求来选择自己所需导轨，无需再自己调整。 7 本课题选用滚动导轨，选用耐博格导轨。毕业设计说明书（论文） 9 第三章伺服电机的计算与选择向电机型号的选择及要求选择电机应综合考虑的问题（ 1）选择电机一般应该根据负载大小和工艺性质来考虑从而进一步选择电机的启动转矩、调速范围、制动以及反转要求等。（ 2）在负载所需转矩、速度变化范围、启动频繁程度等基本要求下，进而考虑电机温度变化所能承受的最大值、电机的过载能力以及启动时所需转矩，从而选择电动机功率，并且同时确定电机的冷却通风方式。选择的电机功率必须留有相应的余量，以应对突发打状况，负荷率一般取（ 3）选择电机时必须考虑到电机的使用场所，比如：潮湿、粉尘、辐射、腐蚀物等场合，并应采取相应的防护保护措施，从而选择电机的结构形式。（ 4）电机的电压等级和类型的确定必须根据企业的电压标准和功率要求来选择确定。（ 5）电动机额定转速的选择对满需电力传动系统的过渡性要求的条件下机械的最高转速，以及减速机构设计的复杂程度都是有要求的。除了上述所需条件之外，电机的选择还必须考虑节能要求、产品可靠性、价格、性价比、售后服务、后续技术处理、后期使用费用、安装费用等。 8 直流电动机的定子本身就是一个磁场，转子通过直流电形成的电场在定子内转动。由于直流电相对于交流电有可靠的优点，所以在企业工厂中直流电一般用于要求稳定或安保的机械；而同时直流电机的转速随着直流电电压和电流的变化而变化，调速比较方便，所以比如电动车等调速频繁的场合也使用直流电机。交流电机是电子产生磁场被转子感应到其电势后转子产生旋转。交流电机的转速一般是不可调节的。但由于其简单的结构和便于供电所以在家庭电源中一般都使用交流发电。一般家用电器如洗衣机等及一些工业机械如机床等都使用交流发电。由于交流发电获得和输送较便捷简单，因而现今我们使用的大部分机械设备都是交流电机发出的。交流伺服电机目前主要使用于闭环和半闭环伺服进给系统驱动元件的场合。选毕业设计说明书（论文） 10 择时可参阅有关手册中介绍的电动机性能参数或厂家提供的产品说明书，所选择的伺服电机，应满足（ 1）在进给时所能达到打所有速度的范围之内其中包括快进的速度，空载时的进给力矩应该小于电机的额度转矩；（ 2）在进行进给运动时切削力矩最大时也应该小于电机额度转矩；（ 3)加速运动和减速的时间应满足所需时间常数的要求； (4)在希望值内进行快速进给运动。本课题选用的是施耐德流伺服电机。向惯量匹配计算惯量的大小和负载的变化有着最直接的关系，我们通过对惯量的计算来检查惯量对于系统的灵敏度和加速度变化，负载的大小和加速度所需时间的大小有着密切的联系。因此惯量匹配计算就在整个设计环节中起到了至关重要的作用。一般负载惯量与电机惯量比应满足如下条件： 141 3 移动部件的惯量转化到丝杆的惯量 (JI)kgm： 232 )21010(60)2( = （ 3 滚珠丝杆的转动惯量 (Js)kgm： =32 1 3 = （ 3 其它零件的转动惯量 (Jj)kgm：折算到电机轴上的负载惯量 (JL)kgm： I+j= （ 3 = （ 3 因为，所以负载惯量匹配合格。向转矩匹配计算 M=f+ （ 3 m （ 3 毕业设计说明书（论文） 11 o S 2 10 2 m （ 3 o 2 1 102 2 ( )m （ 3 示为系统的开环增益，一般机床的灵敏度越高增益的数值也就越大，但增益值也不能够过大，如果增益值过大直接导致灵敏度过高，系的运动惯量也就越大，直接影响到了机床额定位精度。一般数控机床增益 +取 25。本机床取 0。根据以上公式计算 X、略（ 3 公式（ 3（ 3源自机械设计手册第三版。毕业设计说明书（论文） 12 第四章滚珠丝杠螺母副的选择与计算珠丝杠螺母副的种类滚珠丝杠螺母副具有如下特点：（ 1）传动效率高。滚珠丝杠螺母副传动效率 =普通丝杠传动效率的 34倍。（ 2）摩擦力小。滚珠丝杠螺母副动静摩擦系数小，传动灵敏，运行平稳，低速不易爬行，定位精度高。（ 3）可预紧。滚珠丝杠螺母副经预紧可消除轴向间隙，刚度高。（ 4）有可逆性。滚珠丝杠和螺母的运动是可逆的，即可作为主动件或从动件。（ 5）使用寿命长。（ 6）制造工艺复杂，成本高，不能实现自锁。循环方式、循环列数与圈数、预紧方式是选择滚珠丝杠副类别时应主要考虑的三个方面。在丝杠与螺母之间滚动的钢珠所形成的回路是一个循环的闭路。根据回珠方式，可分为两类：回珠器位于螺母之内的内循环式，图 4-1(a)；插管式回珠器位于螺母之外的外循环式，图 4-1(b)。图 4珠丝杠螺母副的传动原理因为螺母与丝杠之间安装总会产生不可避免的间隙，所以就可以通过人为的施加预紧来达到消除间隙的目的，使它一直在高压过盈的条件下工作。常用的滚珠丝杠副预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。有过预紧的滚珠丝杠和预紧前刚度相比可以达到其两倍。但是，在施加预紧的同时应该注意预紧施加的载荷不能过大，过大就有可能直接使其寿命下降。通常，滚珠毕业设计说明书（论文） 13 丝杠制造成成品销售的过程中厂家已经施加好预紧，并且施加的预紧载荷通常和丝杠本身额定的载荷有一定的联系，所以不用担心载荷过大而直接造成寿命的下降。算 Z 向进给牵引力 ) 为了确定电机能够驱动所有负载的的重量所以得计算牵引力。 Nm，机械效率为 0 S M = （ 4 向滚珠丝杠预拉伸量的计算本机床通过对机床丝杆进行预拉伸来消除加工过程中由于丝杆的热变形对加工精度的影响，并进一步提高丝杆的刚度。丝杆的热膨胀变形： L=Lt= = （ 4 公式（ 4（ 4源自机械设计手册第三版珠丝杠支承轴承的确定我们设计轴承的同时应该注意满足数控机床进给运动的各项要求例如数控机床的精度、刚度要求都比较高。所以我们选用轴承时应该选用精度高、摩擦力矩小的轴承。（ 1）滚动丝杠螺母副支承方式的选择为了限制两端固定轴轴向窜动，我们往往使用轴承支承轴的方式来限制其运动。当滚珠丝杠较短或者竖直安装时，一端固定一端自由的的轴承支承方式就比较合适。当滚珠丝杠水平安装并且丝杠长度较长时，一端固定一端游动的轴承支承方式就可以被采用。如果是应用于精密度较高的场合的滚珠丝杠，为了提高滚珠丝杠的刚度，可以采用两端都固定的支承方式。因滚珠丝杠自重下垂以及工作时发热产生的热膨胀，往往为了减少这种情况的发生，可以对滚珠丝杠进行预拉伸，进而提高滚珠丝杠传动精度。（ 2）所用轴承的选择因为滚珠丝杠所受的载荷都是外来的轴向载荷，除却丝杠自重外丝杠受到的径毕业设计说明书（论文） 14 向载荷几乎不存在，所以对滚珠丝杠而言丝杠的选用轴承时要注意选用轴向精度和刚度都高的轴承。另外，因为丝杠不太高速运转或者转速不高的原因，所以发热不是丝杠应该考虑的主要问题。数控机床进给一定要反应灵敏。因此要尽量选用摩擦力矩低的轴承。轴承的选择源自滚珠丝杠螺母副的支承方式，支承的不同，轴承的选用也不尽相同。而深沟球轴承一般被用于带游动支承的场合。表承使用场合及条件目前，在以上各类轴承中用的最多的是 60接触角推力角接触球轴承，其次是滚针和推力滚子组合轴承。后者多用于大牵引力、要求高刚度的大型、重型机床。（ 3） 60接触球推力角接触球轴承通常把接触角较大的轴承用于滚珠丝杠，因为滚珠丝杠对轴承有要求。如此因为 60角接触球轴承的接触角较大其就成为了与滚珠丝杠有较好配合的配套轴承。轴承的特点如下：（ 1）接触角大，保持架的材料是增强尼龙，因而可塑性较强，轴承之间容纳的球体数量增多，因此相应的轴承的刚度和承载性能都会有所增加；（ 2）径向与轴向载荷能够同时作用在轴承上，如此支承结构就可以有所简化；（ 3）较高的组合性能，可在不同场合进行不同方式的组配；（ 4）轴承是根据预紧力组配好成组提供的，所以用户自己不再需要调整，节省了人的劳动力；（ 5）当机床工作时轴承的摩擦力矩小，滚珠丝杠运动所需要的驱动力有所减小，机床的灵敏度就有了相应的提高。推力角接触球轴承有许多组配方式。基本的组配方式有三种：背靠背，面对面和串联（同向）。（ 1）背靠背组配（种组配方式在轴承受力时，其力作用在轴承上是向外发散的，所以这种组配的方式在承受轴向载荷的同时能够承受径向的载荷，说以这种方式组配的轴承能够承受较大的倾斜力矩。（ 2）面对面组配（种组配方式在轴承受到外部载荷时，其作用力额毕业设计说明书（论文） 15 度方向是向内部收敛的，这种组配和背对背一样能够同时承受轴向和径向的载荷，但其对倾斜力矩的抵抗力较差，对轴承在极限运动时的影响较大，会降低其转速，这种组配方案一般用于精密调心的场合。（ 3)串联组配（式）这种方式的组配在轴承承受外来载荷时其作用力的方向是相互平行的，所以在有双向载荷的同时，必须使用两个方向相反的轴承来使用 9 本课题根据课题性质选用的是角接触球轴承背对背串联组配的形式，如图 4 图 4轴承组配方式承间隙的调整和预紧为了改变或者说减小轴承在工作载荷下的实际变形量我们通常在轴承初始安装时给轴承滚动体和套筒之间施加一个压力，这样轴承就保持了一定的弹性变形有效的减小了实际的变形量，提高其刚度和旋转精度。轴承的预紧分轴向预紧和径向预紧，轴向预紧又分为定位预紧和定压预紧。为了提高滚动轴承的运转精度和可靠性，通常在装入轴承后对其进行预紧，以获得适当的游隙。将轴承的一个套圈固定，而另一个套圈沿径向或轴向的最大活动量叫做滚动轴承游隙。轴向游隙和径向游隙是轴承游隙的主要区分方式，两者之间的大小成正比关系。 (1)游隙的大小要求：如表隙选用时，一般高速运转的轴承采用较大的毕业设计说明书（论文） 16 工作游隙，低速、重载荷的轴承采用较小的工作游隙。表动轴承的轴向间隙要求（ 2）滚动轴承游隙的调整方法：调整滚动轴承游隙的方法常有垫片调整和螺钉调整等方法。（ 1）垫片调整游隙，如图 4过配磨垫片的厚度值，以获得适当的游隙。毕业设计说明书（论文） 17 （ a）（ b）图 4（ 2）调节螺钉调整轴承游隙方法，如图 4节时，先旋松螺母 2，然后旋紧调节螺钉 3，使轴承外圈左移，从而使轴承游隙变小。调节至规定值后，必须重新锁紧螺母 2。（ 3)推力球轴承游隙调整，可用圆螺母进行调整，见图 4 毕业设计说明书（论文） 18 图 4节螺钉调整轴承游隙图 4力球轴承的装配和调整轴承预紧是安装轴承时预先给轴承的外圈或内圈一定的轴向载荷，使内、外圈和滚动体的接触处产生一定的初变形。预紧的目的使轴承获得准确的游隙，从而提高主轴的旋转精度。滚动轴承预紧时有径向预紧和轴向预紧两种方式。 (1)径向预紧：径向预紧是利用锥孔轴承在其配合的锥面上做轴向位移，使轴承内圈被胀大，从而实现预紧，如图 4 毕业设计说明书（论文） 19 图 4整轴承锥孔轴向位置的预紧方法 (2)轴向预紧：轴承的轴向预紧常用在角接触的球轴承中，表毕业设计说明书（论文） 20 表续） 10 本课题采用垫片加螺母预紧的方法来预紧角接触球轴承。滚珠丝杠的预紧由于制造和装配时总会产生误差，因而滚珠丝杠副总是存在间隙的，同时，因为轴向载荷的作用滚珠与滚道接触部位肯定会产生弹性变形。所以，当滚珠丝杠反转时，滚珠与滚道不在接触，这样就产生了空程误差，这样滚珠丝杠的轴向刚度就会降低，最后影响滚珠丝杠的传动精度。往往人们在滚珠丝杠外施加一个力来提高各种精度。因为预紧力的存在丝杆、滚珠、螺母之间将不存在间隙，同时，因为预紧力的存在整个滚珠丝杠螺母副的弹性变形减到最小，从而滚珠丝杠螺母副的刚度有所提高。对于不同的螺母结构，有如下几种预紧方式：（ 1）单螺母滚珠丝杠副的预紧方式：这种方式的预紧是通过采用使滚珠丝杠突变的方式来实现预紧的，其原理是在滚珠丝杠的滚动链之间变化，使其有一个轴向的突变，使其错位从而实现预紧。在以这种预紧方式预紧轴承的同时，其接触角对丝杠的各项参数都有影响。接触角大和接触角小时对丝杠产生的影响完全不同，前者丝杠的刚度和承载能力都有所增加而后者随着作用在丝杠上的载荷，丝杠所能承受的轴向力增大，径向力减小，而这一系列因素直接导致丝杠寿命的减小。毕业设计说明书（论文） 21 （ 2）双螺母结构的预紧方式：这种预紧方式是通过施加压力的方法来实现预紧的，其具体是通过改变两个螺母的位置使其与丝杠不同的面直接接触，这样圆弧面和滚珠之间就产生了一些初始额压力，产生了一些变形，这样过盈的组合直接消除了丝杠的间隙，提升了丝杠的刚度。利用垫片额度薄厚来调整间隙的方法是目前使用最广泛的双螺母预紧方式。（ 3）连续可调预紧装置：预紧力在工作时不能直接测量是双螺母预紧形式最大的缺点，它的预紧力是通过拉力力矩间接测量得出的，这个缺点导致不能随时补偿磨损造成的间隙会直接影响到传动精度。因此研发了一种了连续可调预紧装置对双螺母实行预紧。本课题数控立车的进给系统综合考虑各个方式的预紧选择了双螺母的预紧形式，其可靠，结构简单，刚度够高是其最大优点。毕业设计说明书（论文） 22 第五章立式数车 Z 向平衡机构选择及计算平衡的目的设计立式机床时主轴部件通常和垂直运动部件成一体化。工作台向上运动的时候，电机驱动方向和重力方向为相反，同理如果工作台向下运动电机驱动丝杠的方向和重力的方向相同。如果我们不想方法消除重力的影响，在一些特定环境下可能对机床、工件及刀具造成破坏性的影响，同时因为重力的作用机床加工精度及其运动稳定性等都会受到影响。虽然随着现代数控技术

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