加工中心进给系统毕业设计-说明书

1、摘要随着科学技术的发展，加工技术在世界工业界得到了显着提高。但是，以加工中心为代表的我国机床产品自动化程度高、附加值高、利润高，远远落后于世界机床同行。随着我国经济的不断发展，机床行业的全球化，以及政府鼓励加强自主知识创新的力度，投资发展加工中心等高端机床的时机趋于成熟.本设计旨在设计铣床的XY轴进给系统及其仿真。一、了解铣床结构，确定方案。其次，选用滚珠丝杠、步进电机、消隙齿轮等零件，以达到提高传动精度、减少加工误差的目的。本次设计成果能够顺利满足设计任务要求，完成X、Y方向独立运行和同时运行，提高加工效率。论文研究并完成了基于虚拟样机X轴和Y轴的网格节点球型立式加工中心的设计及其仿真设计，

2、形成了机床详细结构设计的指导文件，为设计的全面实施奠定了基础。关键词：立式加工中心；机床结构；整体设计；进料系统；摘 要随着科学技术的发展，加工技术在世界范围内与全行业都有所提高显著地。在中国，以加工中心为代表的高自动化、高附加值、高利润机器已远远落后于世界同行机器。随着中国经济的持续发展，机床行业的全球化，以及政府自主权的加强，鼓励创新，投资开发中心，加工高端机床等时机成熟。本设计为xy轴铣床进给系统的设计及其仿真。首先要了解铣床的结构，确定方案。其次，选用滚珠丝杠、步进电机和消隙齿轮等零配件，以达到提高传动精度、减少加工误差的目的。设计结果可以成功地满足设计任务的要求，完成X、Y两个方向的

3、同时运行单独操作，提高了加工效率。完成基于论文的网络节点虚拟样机研究本体球立式加工中心设计-X轴和Y轴的仿真设计、机床详细结构设计，形成实施综合设计的指导文件方式并奠定了基础。关键词：立式加工中心；机器结构；设计;进料系统；目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295091696 摘要 PAGEREF _Toc295091696 h 1 HYPERLINK l _Toc295091697 摘要 PAGEREF _Toc295091697 h 2 HYPERLINK l _Toc295091698 目录 PAGEREF _Toc295091698 h 3 HYPER

4、LINK l _Toc295091699 简介 PAGEREF _Toc295091699 h 4 HYPERLINK l _Toc295091700 1.1项目背景及目的 PAGEREF _Toc295091700 h 4 HYPERLINK l _Toc295091701 1.2国外研究现状及发展趋势 PAGEREF _Toc295091701 h 4 HYPERLINK l _Toc295091702 1.2.1我国加工中心研究现状 PAGEREF _Toc295091702 h 4 HYPERLINK l _Toc295091703 1.2.2供料系统发展现状 PAGEREF _Toc

5、295091703 h 5 HYPERLINK l _Toc295091704 1.2.3加工中心发展趋势 PAGEREF _Toc295091704 h 6 HYPERLINK l _Toc295091705 2整体设计 PAGEREF _Toc295091705 h 7 HYPERLINK l _Toc295091706 2.1总体设计方案的确定 PAGEREF _Toc295091706 h 7 HYPERLINK l _Toc295091707 2.2床型设计 PAGEREF _Toc295091707 h 7 HYPERLINK l _Toc295091708 2.3导轨设计 PAG

6、EREF _Toc295091708 h 8 HYPERLINK l _Toc295091709 3.进料系统设计 PAGEREF _Toc295091709 h 9 HYPERLINK l _Toc295091710 3.1 Y轴（纵向）传动部分的设计 PAGEREF _Toc295091710 h 10 HYPERLINK l _Toc295091711 3.1.1切削力的计算 PAGEREF _Toc295091711 h 10 HYPERLINK l _Toc295091712 3.1.2滚珠丝杠的选型计算 PAGEREF _Toc295091712 h 11 HYPERLINK l

7、_Toc295091713 3.1.3传动档位选择 PAGEREF _Toc295091713 h 15 HYPERLINK l _Toc295091714 3.1.4滚动轴承的选择 PAGEREF _Toc295091714 h 16 HYPERLINK l _Toc295091715 3.1.5伺服系统选型计算 PAGEREF _Toc295091715 h 17 HYPERLINK l _Toc295091716 3.2 X轴（横向）传动部分设计 PAGEREF _Toc295091716 h 21 HYPERLINK l _Toc295091717 3.2.1切削力的计算 PAGERE

8、F _Toc295091717 h 21 HYPERLINK l _Toc295091718 3.2.2滚珠丝杠的选择与计算 PAGEREF _Toc295091718 h 21 HYPERLINK l _Toc295091719 3.2.3传动档位选择 PAGEREF _Toc295091719 h 24 HYPERLINK l _Toc295091720 3.2.4滚动轴承的选择 PAGEREF _Toc295091720 h 24 HYPERLINK l _Toc295091721 3.2.5伺服系统选型计算 PAGEREF _Toc295091721 h 25 HYPERLINK l

9、_Toc295091722 总结 PAGEREF _Toc295091722 h 29 HYPERLINK l _Toc295091723 到 PAGEREF _Toc295091723 h 30 HYPERLINK l _Toc295091724 参考文献 PAGEREF _Toc295091724 h 31介绍1.1 项目背景和目的数控加工是机械制造行业的一项先进加工技术。在生产企业中，数控机床的使用越来越广泛。为了在当前市场需求多变、竞争激烈的环境中生存和发展，企业需要快速更新产品，以最低的价格、最好的质量、最短的时间满足不断变化的市场需求。普通机床已经无法适应多品种、小批量生产的要求。

10、数控机床可以满足这些要求。加工中心是数控机床中功能更齐全、加工精度更高的工艺设备。主要用于箱体零件和复杂曲面零件的加工，可将铣、镗、钻、攻丝、螺纹等功能集中在一台设备上。加工中心已成为现代机床发展的主流，在机械制造中得到广泛应用。与普通传统机床相比，加工中心具有工序集中、加工精度高、适应性强、生产效率高、经济效益好、劳动强度大等优点。成本低、有利于生产管理现代化等优势，因此加工中心一直受到企业的高度重视。使用加工中心可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以照顾多台机床），减少工装，缩短新产品的试制周期和生产周期，能快速响应市场需求。此外，机床的数控化也是实施FMC（柔性制造单元）、FMS

11、（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已成为制造自动化的核心技术和基础技术。由于上述优点，加工中心的比重逐渐增加。在这样的背景下，我选择设计加工中心的XY轴。此外，熟悉国外数控技术和加工中心的现状和发展趋势，增强对如何发展民族加工中心产业的感性认识。1.2国外研究现状及发展趋势1.2.1我国加工中心研究现状和发展时期直到 1960 年代中期。当时，一些高校和科研单位研制的实验样机，就是从电子管开始的。目前，我国加工中心生产厂家有100多家，生产加工中心配套产品的企业有300多家。产品品种包括八大类2000多种产品。目前已新开发出80多种数控系统。分为经

12、济型、通用型和高级型3种。20多年来，加工中心的设计制造技术有了很大的提高，主要表现在三个方面：培养了一批设计、制造、使用、维修的人才；通过先进加工中心的合作生产，大大提高了设计、制造、使用和使用水平，缩小了与世界先进技术的差距；采用国外先进元件和数控系统，开始自行设计制造高速、高性能、五面或五轴加工中心。但关键技术的实验、消化、掌握和创新能力较差。迄今为止，许多重要的功能部件、自动化工具、数控系统等都依赖国外技术支持，无法自主开发。主要问题包括：缺乏日本机电法、机械信息法等指导方针；各领域专家和技术工人严重缺乏；缺乏深入系统的科学研究；部件与数控系统不匹配；与专业缺乏合作，基本上是单打独斗，

13、虽然工厂多，但无法形成合力。随着科学技术的发展，我国数控技术和装备的发展受到了高度重视，特别是在通用微机数控领域，国内基于PC平台的数控系统一直走在前列。世界。但是，我国数控技术研究和产业发展还存在不少问题，特别是在技术创新能力、商业化进程、市场占有率等方面。我们大部分制造业和企业的生产加工设备大多是传统机床，其中一半以上是使用年限在10年以上的老机床。这种设备加工出来的产品在国内外市场上缺乏竞争力，直接影响到企业的生存和发展。因此，有必要大力提高机床的数控化率。新世纪来临之际，如何有效解决这些问题，使我国数控领域走可持续发展道路，整体进入世界先进行列，使我们在国际竞争中处于举足轻重的地位，这

14、将是CNC研发的关键。行业和制造商面临的重要任务。1.2.2供料系统发展现状加工中心的进给驱动系统一般采用进给伺服系统。这也是加工中心区别于普通车床的特殊部位。加工中心的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行机构、检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件构成一个伺服驱动系统。机械传动部件和执行器组成一个机械传动系统。检测元件与反馈电路构成检测系统。进给伺服系统根据其控制方式的不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方法通常是带有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置位置的不同，闭环系统分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统有两种：位置检测装置安装在丝杠末端和电机轴末端。前者包括

15、定位环内的丝杠，而后者将机械传动部件完全置于定位环外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件全部包含在位置环中。开环系统的定位精度低于闭环系统，但结构简单，运行可靠，成本低。由于机械传动的磨损、惯性和间隙影响定位精度，开环系统的精度和快速性较差。全闭环系统控制精度高，快速性能好。但是，由于机械传动部件处于控制回路中，系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，还取决于机械传动的刚度、阻尼特性、惯性和游隙。成分。它与磨损等因素密切相关，因此必须综合考虑机电元件的结构参数才能满足系统要求。所以全闭环系统对机床的要求比较高，成本也比较高。闭环系统中使用的位置检测装置包括：脉冲编码器、

16、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪。加工中心进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机。交流伺服电机因其可靠性高、基本免维护、成本低等优点而得到广泛应用。1.2.3加工中心的发展趋势数控技术的应用不仅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，发挥了重要作用在国计民生中。 、轻工、医疗等）发挥着越来越重要的作用，因为这些行业所需的设备数字化已成为现代化的一大趋势。随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产力提出了越来越多的要求，产品的更新换代也在加速。数控机床在机械加工行业的应用越来

17、越广泛。数控机床的发展既要满足多功能、高性能的要求，又要具备自动化加工、操作维护方便等基本功能。在数控加工中心一个多世纪的发展历程中，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，电子技术的飞速发展，各种性能优良的传感器的出现和应用，使数控加工中心的功能加工中心日益完善和自动化。 ，智能化程度越来越高，加工中心正朝着高速、高精度、多功能、智能化、系统化、高可靠性的方向发展。2 整体设计2.1 总体设计方案的确定初步确定设计任务后（初步拟定了三种传动方案，即1.电机直接与丝杠相连； 2 .电机通过同步带传动带动丝杠转动； 3.电机通过齿轮传动带动丝杠转动）。数控机床分为控制模式。对于开环、闭环和半闭环，由于

18、直流型交流伺服电机采用闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试维护困难，成本也很高。闭环控制可以达到良好的机床精度，补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙和干扰对加工精度的影响。一般用于要求较高的数控设备。因为改型数控钻床的加工精度不是很高，所以没有必要使用闭环系统。如果采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度比闭环控制高，但稳定性好，成本较低，调试和维护更容易；但对于经济型数控机床则不需要。因此，在本设计中，采用开环控制步进电机驱动，既保证了改造后的性能不低于原钻机，又保证了更高的性价比。在本设计中，它用于驱动X 和 Y移动到工作台上。传动方案一结构简单，三是消除步进电机引起的振动能力差，故

19、本设计未采用方案二。同步带传动保持传动比恒定，传动精度高，运行平稳，结构紧凑，无噪音，减振性能好，但制造工艺较复杂，传动功率小，使用寿命低，所以在这种设计中使用起来并不方便，所以在这种设计中使用齿轮传动，其主要特点是效率高，结构紧凑，运行可靠，使用寿命长，传动比稳定，传动中使用消隙齿轮过程中，消除了前进档和倒档的间隙，提高了传动精度，而且性价比高。在本毕业设计工作过程中，滚珠丝杠的技术应用（工作方式为滚珠丝杠转动，滚珠丝杠副螺母移动）可以提高加工精度。拆装方面，由于缺乏设计经验，考虑了很多因素，有时在快拆的方便性上稍有疏漏；在经济性方面，使用反应式步进电机具有成本效益；在满足精度的前提下降低了

20、生产成本。在材料使用上，采用广泛使用的45号钢，加工成本低，避免使用有毒材料污染环境。也可以回收利用；消隙齿轮在环境中的应用，可以有效降低噪音，减少对人体的伤害。2.2 床型设计机床床身是整个机床的基础支撑，是机床的主体。一般用于放置导轨等重要部件。床身的结构对机床的布局有很大的影响。根据床身导轨面与水平面的相对位置，立式加工中心通常采用固定立柱式，主轴箱挂在立柱一侧，配重置于立柱内，工作台为十字滑台，可实现X、Y两个坐标轴的运动，主轴箱沿立柱导轨运动实现Z坐标运动。本设计中加工中心床身采用T型结构，立柱固定在其上，工作台采用十字滑台，在床身导轨上X、Y方向移动，主轴箱体沿立柱导轨在 Z 方向

21、移动。2.3 导轨设计导轨一般可分为滑动导轨和滚动导轨两种。该滑动导轨结构简单，制造方便，接触刚度高。但传统的滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦系数差异大，低速时容易出现爬行现象。目前，数控机床几乎不使用传统的滑动导轨，而是使用带有耐磨胶带覆盖物的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们的特点是良好的摩擦性能和较长的使用寿命。滚动导轨的优点是摩擦系数小，动静摩擦系数非常接近，没有爬行现象，可以采用脂润滑。本设计采用滚动直线导轨。3. 供料系统设计数控机床的进给系统必须保证数控装置发出的控制指令以符合要求的速度转换成相应的角位移或直线位移，并带动运动部件运动。根据工件加工的需要，机床上各运动坐标的数字

22、控制可以相互独立，也可以联动。总之，数控机床对进给系统的要求主要集中在三个方面：精度、稳定性和快速响应。要满足这一要求，首先需要高性能的伺服驱动电机，还需要高质量的机械结构与之相匹配。为提高进给系统的机械结构性能，主要措施有： 1、提高系统机械结构的传动刚度。 2. 使用低摩擦且稳定的传动副。数控机床进给系统多采用刚度高、摩擦系数小的滚动摩擦副。 ，如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨等。 3、惯量匹配 最佳惯量匹配的目的是保证伺服驱动电机的工作性能，满足传动系统对控制指令快速响应的要求. 4、提高传动部件的精度优质的机械传动和高性能的伺服电机，大大提高了现代数控机床进给系统的性能。立式加工中心的进

23、给伺服系统，尤其是进给系统的传动精度和效率，是性能的重要组成部分。为保证加工中心进给伺服系统的精度、刚性和稳定性，进给系统的结构应具有高精度、高刚性、低摩擦和低惯性。在设计过程中，应尽可能增加驱动扭矩以改善传动。效率，消除背隙，增强自动平衡等。提出的主要参数如下：桌子尺寸（长X宽）：工作台行程（X 方向）：工作台行程（Y 方向）：主轴头垂直行程（Z方向）：主轴端面至工作台距离：主电机功率：主轴转速范围（无级调速）：主轴最大输出扭矩：主轴最大轴向阻力：快速移动速度（X 、 Y 、 Z方向）：X, Y: Z:进给速度范围：工作台负载：处理：BT40坐标定位精度：X: , Y/Z:重复性：X: ,

24、Y/Z:坐标控制：三轴控制数控系统：西门子 802D3.1 Y轴（纵向）传动部分设计在设计过程中，使用了步进电机和滚珠丝杠副。步进电机与丝杆之间的传动采用齿轮一级传动方式。在设计步进电机与丝杆的连接时，应尽量减少传动间隙。轴承用于满足精度要求。3.1.1切削力的计算所用上料机示意图如图：工作台滚珠丝杆螺母副电动机消隙齿轮工作台滚珠丝杆螺母副电动机消隙齿轮切割功率：切削功率可从机床设计手册中得知：= (3-1)式中主轴电机功率， = ；主传动系数总功率，一般取= ；进料系统的功率系数，取=但= =切削功率应根据各种加工情况中经常遇到的最大铣削力（或扭矩）和最大切削速度（或速度）来计算。若按最大切

25、削速度计算，则取切削速度= ，按公式：= (3-2) 其中- 主切削力 ( );切割速度（ ）；那么主切削力为：= = =根据机床设计手册：纵向切削力： =横向切削力： =拿= = = = =3.1.2滚珠丝杠选型计算滚珠丝杠螺母副是丝杠与螺母之间以滚珠为滚动体的丝杠传动机构。它是一种将旋转运动和直线运动进行转换的新型传动装置。其结构的主要特点是普通丝杠螺母之间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，因此摩擦系数小，其传递载荷高于梯形滑动丝杠。大得多，精度高，光滑度好。在设计过程中，滚珠丝杠的选择应根据机床的实际情况和工作负荷，计算出丝杠在运行过程中的最大负荷和丝杠的工作寿命。最大动载荷必须小于螺杆动载荷的

26、额定值。滚珠丝杠螺母副为标准化生产，规格型号符合国家标准。其选型的详细计算如下：(1) 工作量计算计算进给牵引力。可根据机床设计手册中进给牵引力的实验公式计算但= + + (3-3)公式中切削力颠覆时刻影响的实验系数， = ；滑轨摩擦系数， = ，取= ；工作台的承重， =但= =(2)滚珠丝杠寿命计算根据滚珠丝杠的进给速度和螺距计算出丝杠的转速，再根据丝杠的转速计算出丝杠的寿命。滚珠丝杠转速：= (3-4)式中进给速度，取滚珠丝杠，取但= = =寿命计算公式：= (3-5) 其中，数控机床可耗时15000h，则= =万=(3)大动载荷的计算和螺杆类型的选择根据切削力引起的进给阻力和运动部件的

27、质量，计算出丝杠的轴向载荷，进而计算出丝杠副应能承受的最大动载荷最大动载荷计算公式：= (3-6)在公式中- 寿命，以单位为单位；正常操作= ，取= ；硬度系数，当= ，当小于， ，这里= ；-饲料牵引但= = =根据原理，选用滚珠丝杠的额定动载荷应大于计算得出的最大工作动载荷。根据现代实用机床设计手册，可供选用的滚珠丝杠型号为CDM32065 P4 ，公称直径为，额定动载荷为，强度满足要求。CDM32065 P4滚珠丝杠如下：表 3-1 CDM3206-5 - P4滚珠丝杠具体参数球线杆模型公称通径 /基本铅/钢球直径/螺杆外径/螺纹底径/循环转弯数量额定动载荷/额定静载荷/接触刚度/CDM

28、32065P4(4) 效率计算根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率计算公式为：= (3-7)式中： 为丝杠的螺旋角，由计算得到， =为摩擦角，取=但= =(5) 刚度检查滚珠丝杠在工作时，受到轴向力和扭矩的影响，会引起导程的变化。因为滚珠丝杠的扭矩引起的导程变化很小，可以忽略不计，所以工作负载引起的导程变化量为：= (3-8)式中滚珠丝杠导程，取= ；材料的弹性模量，对于钢，取（ ）；滚珠丝杠的截面积根据螺纹底径确定，即= ，则= = =所以= =由扭矩引起的滚珠丝杠的导程变化很小，可以忽略不计，即= ，所以总的导程变形误差为：= (3-9) 式中Y轴（纵向）的最大行程，从提出的参数可以看出，

29、= =但= = =从现代实用机床设计手册中可以看出，4级精密丝杠的内容螺距误差为，所以丝杠精度是足够的。3.1.3变速箱档位选择传动比的计算。传动比的计算公式为：= (3-10)式中步进电机的步距角-丝杠螺距- 脉冲当量根据系统的脉冲当量，一般情况下，普通数控机床取=步，步进电机的步距角选择= ， = ，则= = =可选择的齿轮齿数为：= =由于进给运动齿轮的作用力不大，根据优先选择第一级数的原则，模数 = ，齿轮传动效率= ，经验公式表明齿宽= ，则索引圈是：= = = = =中心距为：= = =3.1.4滚动轴承的选择传动系统的稳定性是检测数控机床性能的重要指标。在设计过程中，应保证加工的

30、可靠性。如果轴承的刚度过高，就会物尽其用，增加设计成本。过低会影响丝杠的传动精度和寿命。滚珠丝杠螺母副传递驱动扭矩并驱动它来回运动，因此丝杠必须由三个点支撑。传动系统各方向丝杆采用一端轴向固定，另一端浮动的结构，使丝杆有轴向移动空间。这种安装方式可以减少机床的振动和传动误差，避免轴承卡死。出现这种情况，适合长水平安装螺丝。根据额定承载能力，固定端面对面使用一对角接触球轴承76020225TVP，配对使用可限制两个方向的轴向位移。浮动端支撑采用6205/P5型深沟球轴承，仅承受丝杠的重力。根据查到的具体轴承参数，76020225TVP轴承的额定载荷= ，牵引进给力= . ，所以76020225T

31、VP轴承的承载能力满足要求。 6205/P5轴承的额定载荷= ， ，所以6205/P5轴承的承载能力也满足要求。76020225TVP轴承具体参数如下：表3-2 76020225TVP轴承具体参数轴承类型尺寸/额定负载/预载/限速/( )质量/公斤安装尺寸/胖的7602030TVP2562172850058500330022000.144385216205/P5深沟球轴承具体参数如下：表3-3 6205/P5深沟球轴承具体参数轴承类型尺寸/额定负载/预载/限速/( )质量/公斤安装尺寸/胖的油6205/P5255215108006950330012000150000.13304713.1.5伺

32、服系统选型计算伺服电机的种类很多，经济型数控设计中常使用步进电机。步进电机是将电脉冲控制信号转换为机械角位移的执行元件。通过控制输入点脉冲的个数和频率，实现与电机绕组通电的相序，单位时间内通过的脉冲越多，电机转速越高。选择私人服务电机时应考虑三个要求：最大切削负载扭矩不得超过电机额定扭矩；电机转子惯量应与负载惯量相匹配；快速移动时，扭矩步长超过伺服电机的最大扭矩。负载转动惯量计算负载的转动惯量可以通过将其转换为步进电机轴上的转动惯量来计算。计算公式为：= + + (3-11)式中换算为电机的转动惯量；齿轮的转动惯量；齿轮的转动惯量；-滚珠丝杠的转动惯量；-计算参数Workbench = , =

33、 , = ，转换为电机轴上的转动惯量为：= =在这种设计中，齿轮可以看作是由钢制成的圆柱形零件。对于钢制圆柱形零件，转动惯量的计算公式为：= (3-12)式中零件齿宽或轴向长度；- 齿轮的直径或圆形零件的直径由前面的计算可知，齿轮的直径= ， = ，齿轮的宽度= = ，则齿轮转动惯量： = =齿轮转动惯量： = =计算丝杠的转动惯量时，丝杠的直径应按其螺纹底径计算。由先前已知的丝杠直径，可以发现其螺纹底径= ，长度= ，则丝杠在电机轴上的转动惯量= =那么负载的总转动惯量为：= + +=(2) 最大切削载荷扭矩的计算根据能量守恒原理，电机的等效负载转矩可计算如下：= (3-13)取，代入上一次

34、计算得到的数据，则= =如果不考虑启动时运动部件惯性的影响，启动转矩的计算公式为：=以安全系数为= =查阅实用微电机手册，当步进电机为五相十拍时，步进电机的启动转矩与最大静转矩的关系为：= = = =由于数控机床对动态性能要求较高，在确定电机以最大静态转矩运动时，应满足快速空载启动所需的转矩要求：= (3-14)其中快速空载启动所需的转矩；- 克服摩擦所需的扭矩；丝杠预紧引起的转入电机轴的附加转矩工作台快速移动时，电机转速计算公式为：= (3-15)式中快速移动速度，由立式加工中心设定的参数可知为代入之前得到的数据，则= =从动态中我们知道：=其中， = ，为加速时间常数， = ，则= = =

35、计算公式为：= (3-16) 入数据，则= =计算公式为：= (3-17) 其中预紧力，一般为最大轴向载荷，即= = =但= = =所以= = =步进电机最大工作频率的计算步进电机最大工作频率的计算公式为：= (3-18)替换数据，然后= = =即步进电机的最大工作频率为在步进电机的选型过程中，输出转矩、启动频率、空载运行频率等参数均大于理论计算值。根据实用微型电机手册，130BF001无载运行频率足以提供这里所需的运行频率，所以可选择130BF001无功步进电机。130BF001无功步进电机具体参数如下：表3-4 130BF001无功步进电机具体参数模型阶段保持扭矩/步距角 ()静态相电流/

36、空载工作频率/空载启动频率/转动惯量/使用电压范围/质量/公斤130BF00159.310.75103000030004012-80103.2 X轴（横向）传动部分设计横向进给系统的设计方法与纵向设计方法类似，同样采用步进电机和滚珠丝杠副。轴承应能满足精度要求。3.2.1切削力的计算由前面的计算可知：= = = = = =3.2.2滚珠丝杠选型计算滚珠丝杠传动是数控机床伺服系统驱动的主要部件之一。其优点是摩擦因数小，传动精度高，传动效率高达85%98%，是普通滑动丝杠传动的24倍。其动静摩擦系数很小，有利于防止爬行，提高进料系统的灵敏度；采取消除侧隙和预紧的措施，有助于提高定位精度和刚性。采用

37、滚珠丝杠传动，一方面提高了传动精度；另一方面发挥滚珠丝杠的优点，提高了传动效率，降低了损耗。在设计过程中，滚珠丝杠的选择应根据机床的实际情况和工作负荷，计算出丝杠在运行过程中的最大负荷和丝杠的工作寿命。最大动载荷必须小于螺杆动载荷的额定值。滚珠丝杠螺母副为标准化生产，规格型号符合国家标准。横向滚珠丝杠的设计选型方案可参考纵向机械传动部分的设计计算和选型方案及选择横向滚珠丝杠的原因。(1) 工作量计算工作载荷的计算可根据机床设计手册中进给牵引力的实验公式计算，公式为：= + +替换前面的= ; = ; = ，那么= =滚珠丝杠寿命计算根据滚珠丝杠的进给速度和副距计算出丝杠的转速，再根据丝杠的转速

38、计算出丝杠的寿命。丝杠寿命可参照纵向滚珠丝杠计算，即= =万=(3) 最大动载荷计算及选型根据切削力引起的进给阻力和运动部件的质量，计算出丝杠的轴向载荷，再按要求的寿命值计算出滚珠丝杠副应能承受的最大动载荷。计算公式与纵向最大动载荷 载荷计算公式相同，即=其中，取= ; = ;替换其他数据，然后= = =根据原理，选用滚珠丝杠的额定动载荷大于计算出的最大工作动载荷。查阅现代实用机床设计手册才知道这里可以选择型号CDM4006-5-P4的滚珠丝杠。其公称通径 因此，额定动载荷为，强度可满足要求。CDM4006-5-P4滚珠丝杠具体参数如下：表3-5 CDM4006-5-P4滚珠丝杠具体参数球线杆

39、模型公称通径 /基本铅/钢球直径/螺杆外径/螺纹底径/循环转弯数量额定动载荷/额定静载荷/接触刚度/CDM32065P4(4) 效率计算根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率可由公式（3-7）计算，其中= ,= = ，那么= =(5) 刚度检查滚珠丝杠在工作时，受到轴向力和扭矩的影响，会引起导程的变化。滚珠丝杠扭矩引起的导程变化很小，可以忽略不计。工作载荷引起的导程变化量可由式(3-8)计算，其中钢材的弹性模量为= ( )；螺纹底径确定为= ，则滚珠丝杠的横截面积= = =所以= =由扭矩引起的滚珠丝杠的导程变化很小，可以忽略不计，即= ，总的导程变形误差可由公式（3-9）计算，最大行程可由建议参

40、数得知， = = ，那么= = =从现代实用机床设计手册中可以看出，4级精密丝杠的内容螺距误差为，所以丝杠精度是足够的。3.2.3变速箱档位选择横向电机与滚珠丝杠的连接也是由一对齿轮单级传动构成。这种配置的目的是减少传输链，从而减少传输错误。在纵向齿轮计算中，选择的脉冲当量为= ，这里也可以使用相同的脉冲当量，并且步距角可以选择小于垂直步距角，这里可以取= , =那么传动比是：= = =安装齿轮一般有两种方式：一种是完全暴露在齿轮外侧的，称为开式齿轮传动；另一种是在精密加工的封闭箱中，称为封闭式齿轮传动。闭式齿轮传动通常具有高速。为了提高传动的稳定性，减少冲击和振动，齿数越多越好。根据机械设计

41、中齿数的选择，小齿轮的齿数可取为= ，且= ，则= = =由于进给运动齿轮的作用力不大，根据优先选择第一级数的原则，模数 = ，齿轮传动效率= ，经验公式表明齿宽= ，则索引圈是：= = = = =中心距为：= = =3.2.4滚动轴承的选择轴承的选择会对最终的设计结果产生影响，所以轴承的选择要适当。与纵向选择计算一样，螺钉必须由三个点支撑。传动系统各方向丝杆采用一端轴向固定，另一端浮动的结构，使丝杆有轴向移动空间，可减少机床的振动和传动引起的误差，防止轴承卡死。由于横向最大动载荷相对大于纵向，因此横向轴承可使用一对角接触球轴承7602035TVP在固定端面对面组装，成对使用可限制轴向位移两个

42、方向。其额定载荷= ，远大于丝杠的最大动载荷= ，其承载能力可以满足要求。7602035TVP轴承具体参数如下：表3-6 7602035TVP轴承具体参数轴承类型尺寸/额定负载/预载/限速/( )质量/公斤安装尺寸/胖的7602035TVP3580二十一3650086500480017000.32451671.5浮动端支撑可以和纵向选项一样，使用6207/P5深沟球轴承，只承受丝杠的重力。 6205/P5轴承的额定载荷= ， ，承载能力也符合要求。6205/P5轴承的具体参数见表3-3。3.2.5伺服系统选型计算横向传动部分和纵向传动部分的传动方式相同，所以也采用步进电机。(1) 负载转动惯量

43、的计算与计算纵向负载的转动惯量一样，横向负载的转动惯量的计算也可以通过换算为步进电机轴的转动惯量来计算。首先计算换算为电机轴的转动惯量，使用与之前相同的公式= , = , = , 然后= =横向齿轮也可以看作是由钢制成的圆柱形零件。对于钢制圆柱件，转动惯量可用公式（3-12）计算齿轮转动惯量, , , 齿轮直径 = , 齿轮宽度= ,则= = =查看CDM4006-5-P4滚珠丝杠的具体参数，螺纹底径可记为= ，长度= ，则丝杠在电机轴上的转动惯量为：= =因此，负载的总转动惯量可由公式（3-1）计算：= + +=(2) 最大切削载荷扭矩的计算电机可按式（3-13）计算。= = =如果不考虑启

44、动时运动部件惯性的影响，则安全系数取为，则= =查阅实用微电机手册，当步进电机为三相六拍时，步进电机的启动转矩与最大静转矩的关系为：= =但= = =由于数控机床对动态性能要求较高，在确定电机以最大静态转矩运动时，应满足快速空载启动所需转矩如式（3-14）所示。当工作台快速移动时，电机转速的计算可按公式（3-15）计算。在公式- 快速移动速度中，可以从提出的参数中得知代入之前得到的数据，则= =从动态中我们知道：=其中， = ，为加速时间常数， = ，则= = =可以计算出方程（3-16），代入数据，我们得到= = =预紧力，一般为最大轴向载荷，即= = =可根据公式（3-17）计算代入数据得

45、= = =综合以上，我们得到= = =步进电机最大工作频率的计算步进电机的最大工作频率由公式（3-18）计算，代入数据可得= = =即步进电机的最大工作频率为在步进电机的选型过程中，输出转矩、启动频率、空载运行频率等参数均大于理论计算值。为避免步进电机选型过于复杂和麻烦，在满足要求和条件的情况下，可以在水平方向选择与立式相同的步进电机。在实用微电机手册中发现可以选择垂直方向使用的110BYG350B三相混合型。步进电机的空转频率足以提供这里所需的运行频率，所以横向伺服电机可选用110BYG350B三相混合式步进电机。110BYG350B三相混合式步进电机具体参数如下表所示：表3-7 110BY

46、G350B 三相混合式步进电机具体参数模型阶段保持扭矩/步距角 ()静态相电流/空载工作频率/空载启动频率/相电感/转动惯量/使用电压范围/质量/公斤110BYG350B3120.752.83000016003012.680-32510总结毕业设计是对我们在大学期间所学知识的总结和应用，对以往课程设计的提炼和综合，对所学知识的彻底检验，是对我们学生设计和创新思维的启发和发展。 . .在开始选题的时候，我选择了关于数控机床的题目，因为我对数控机床比较感兴趣。我所在的小组设计了一台加工中心机床，我主要设计了X轴方向，即横向进给系统和Y轴方向，即纵向进给系统。设计之初，首先在网上搜索了有关加工中心的

47、知识，对数控机床尤其是加工中心的发展现状和发展趋势有了进一步的了解，以了解整体结构、性能、和加工中心的原理。这让我学到了很多新知识。在设计的时候，我们在学校工程培训中心，特别是CNC加工中心，观察和了解了CNC机床和部分CNC车床。本课题对机床的整体布局进行了深入研究，通过查阅资料和相关目录，从图书馆借阅相关文献资料，初步确定了总体设计方案，然后利用相关文献和书籍进行辅助和指导教师。在相关老师和同学的帮助下，我通过对所有细节的整体分析计算，逐步设计出X、Y轴进给系统设计，以满足网格关节球型立式加工中心机身设计的需要。完成说明书的编写和相关装配图和零件图的绘制。毕业设计是我们上班的最后也是最重要

48、的培训。它是一个理论与实践相结合，自主创新设计的过程。在近半年的毕业设计过程中，我对课本理论知识有了非常全面、全面的巩固和运用，更加意识到理论联系实际的重要性。通过这次设计，提高了自己在复习课本知识、查阅资料、使用资料、中英文翻译、运用专业知识和CAD制图、Solidworks制图、虚拟仿真建模等方面的能力。理解，弥补了原来学习的很多不足，为以后的机械工作打下了一定的基础，积累了一定的经验和对设计工作的一定认识。总而言之，这次毕业设计的顺利完成，让我受益匪浅，不仅巩固了之前所学的东西，还学到了很多新东西，也学到了很多新技能，为我打下了坚实的基础去社会和工作。扎实的基础也让我了解了真正设计的步骤

49、和方法。至毕业设计是对大学所学知识的综合应用。由于我的基础知识不够扎实和丰富，所以在设计过程中遇到了很多困难，幸亏有在老师和同班同学的帮助下顺利完成。特别感谢老师们对我的耐心指导。在我的毕业设计过程中，他们给了我非常宝贵的帮助，尤其师董晓峰是负责我毕业设计的老老师。我的知识水平和参考资料有限。在董老师指导我设计的步骤和细节，并帮助我找到相关材料的情况下，他在绘图和建模的过程中也不厌其烦地指导和帮助我。他表现出高度的责任感和不变的热情和耐心。他在性格方面也为我树立了榜样。在整个设计过程中，董老师不仅像老师一样指导我，而且像长辈朋友一样热情耐心地指导和帮助我，他让我体会到人与人之间真正的关系。在设

50、计过程中，很多同学也给了我很大的帮助，我由衷的感谢他们。最后，衷心地感到自己在百忙之中抽出时间来回顾一下文的本论文的老师、教授和专家。参考徐继清，杰。数控铣床改造J制造技术与机床, 2001 (9)现代实用机床设计手册编委。现代实用机床设计手册M.：机械工业，2006国家机械工业局微电机研究所编制。实用微电机手册M.：科学技术，2000机床设计手册编纂组。机床设计手册M.：机械工业，1986吴宗泽，罗生国。机械设计课程手册M第 3 版：高等教育，2006 年罗永顺。机床CNC改造实例M.：机械工业，2009梦心。加工中心操作与编程培训班：中国劳动和社会保障，2006盛博浩,数控机床的现状与发展

51、J.制造技术与机床, 2005濮良贵，季明刚。机械设计（第八版）。：高等教育。 2006年东南大学机械工程系，文伟，吴克坚。力学原理（第七版）。：高等教育，1997邓兴中。机电驱动控制（第三版）。 : 华中科技大学, 2001戴舒。金属切削机床。 : 机械工业，1993陆建中，贾宁。金属切削原理与工具（第四版）。 : 机械工业, 200514 开平，左宗义描述几何与机械制图：华南理工大学，200115 中华人民共和国国家标准。技术制图和机械制图（第二版）。国家技术监督局，1999附录文件摘要摘要加工中心是为满足省工、省时、节能的要求而迅速发展起来的一种自动换刀装置。它集机械技术、电子技术、计算

52、机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量与传感技术、通讯诊断为一体。 、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心可以集中完成各种工序，因此可以减少工件装夹、测量和调整的时间，减少工件周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率达到3到4倍。比普通机床高出数倍。因此，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。关键词：加工中心；高科技产品；综合机床一、国外主体现状由于加工中心在机械加工中的重要作用，各个工业化国家对其高度重视，在技术和产量上都得到了快速的发展。日本、欧美、美国、中国和中国的生产基地最具代表性。日本市场消费能力强，年产10000多台。主要机型为

53、立式加工中心，年产量约50006000台。此外，高速、高精度、五面加工、五轴联动加工等技术不断发展。为满足特殊和杂面的加工要求，日本加工中心的生产厂家包括MAZAK、壮天、三菱等公司。德国生产质量最好、加工效率最高的加工中心，年产量在4000到5000台之间。代表机型为卧式加工中心，年产量约15002000台。其他加工中心的年产量在20003000台左右。台湾，德国生产加工中心的制造商主要有西门子、MAKA、CEISS、科恩等公司。美国是世界机床生产的代表国家之一，年产量约为50006000台。制造商有Hardinge、MAG、Hurco等公司。中国是全球加工中心生产国之一，年生产能力约400

54、0-5000台。是全球加工中心产量最大的供应基地。年产量可达16,000至18,000台。有些是没有加微电脑控制器的空机。平均单价较低。近年来，这些国家和地区竞相在中国大陆设立工厂和加工中心。未来，加工中心的生产基地可能在中国大陆。除了中国大陆企业的研发和制造，未来技术会成熟，质量会稳定，成本会降低。之后，必将成为全球供应基地之一。我国1970年代开发的加工中心大多因配件、设计、制造等方面的缺陷而难以正常使用。进入1980年代后，由于引进了日本FANUC、德国SIEMENS等公司的数控系统、进给伺服电机、主轴电机和伺服单元，数控系统的可靠性有了很大的提高。就整机而言，可靠性还是不够的。 1990年代中期以来，随着加工中心技术的进步和配套设施的完善，国内生产企业注重以标准功能部件替代部分部件，同时优先选用世界名牌产品。 -知名企业（如数控系统、滚动直线导轨、滚珠丝杠、轴承、ATC装置、液压气动元件、电气元件和检测元件等）为一体，提高国产加工