【正文】 d —— 絲杠平均直徑： L—— 絲杠長度 15934 /500TK N m r?? 扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 : ()3TTswzK JJJ? ? ?? () 式中 JW—— 運(yùn)動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量 (kg 已 知 ： 軸 承 的 接 觸 剛 度 1080 /BK N m?? ， 絲 杠 螺 母 的 接 觸 剛 度71 6. 7 /CK N m?? ，絲杠的最小拉壓剛度 m in 5 4 5 .2 /sK N m?? （見后面計(jì)算）。 1) 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本。 臨界壓縮負(fù)荷按下式計(jì)算： 211 m a x20cr f E IF K F NL??? () 式中 E—— 材料的彈性模量 E 鋼 = 1011(N/m2)； L0—— 最大受壓長度 (m)； K1—— 安全系數(shù)，取 K1=1/3； Fmax—— 最大軸向工作負(fù)荷 (N)； f1—— 絲杠支承方式系數(shù)； (支承方式為雙推 —— 雙推時，見下圖，f1=4， f2=) I—— 絲杠最小截面慣性矩 (m4)： 4420( 1 .2 )6 4 6 4 wI d d d??? ? ? ? () 式中 d0—— 絲杠公稱直徑 (mm)； dw—— 滾珠直徑 (mm)。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 Ke由絲杠本身的拉壓剛度 KS，絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 Kc，軸承的接觸剛度 KB，螺母座的剛度 KH， 按不同支承組合方式的計(jì)算而定。 3. 起動力矩小。由于采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60176。兩邊軸承分別為φ 20mm和φ 25mm。（查表得：數(shù)控機(jī)床： Th=15000。） ft—— 溫度系數(shù)；（查表：） fh—— 硬度系數(shù)；（查表：滾道實(shí)際硬度≥ HRC58 時， fh=1。 m a x 1 m i n 212 8 8 8 . 9 4 / m i nmn t n tnrtt???? 估計(jì)工作臺質(zhì)量及工作臺承重 刀架質(zhì)量： 1 15 0 9. 8 14 70GN? ? ? 滑板： 392 4 0 0 2 0 0 8 0 7 . 8 5 1 0 9 . 8 1 1 0 5 2 0?? ? ? ? ? ? ? ? 總質(zhì)量： 12 1 4 7 0 5 2 0 2 0 0 0G G G N? ? ? ? ? 確定絲杠的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。 PZk? = 0． 90 1． 0 1． 1 1． 2 1． 3 后刀面磨損限度 h= 0． 9 hPZk = 切削功率是切削時在切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。 +10176。 60176。這些系數(shù)在下列條件下制定：刀片材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼， 27 5 /b? ? 公 斤 力 毫 米， 50 /v? 米 分 ，45?? ， 10??? ， 0?? ，后刀面磨損限度 ? 毫 米，切削時不用冷卻液，車削外圓。 PZX 、 PZY —— 指數(shù)。 k—— 總的修正系數(shù)。采用螺旋傳動，計(jì)算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進(jìn)行絲杠的校核并進(jìn)行精度等驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算的扭矩選擇伺服電機(jī)。主軸水平安裝，橫向成 45176。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高 [4]。 4） 電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 2） 電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。要使它成為一個既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當(dāng)高的技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，的確是一個相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。伺服系統(tǒng)接受來自 CNC裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn) 動。 數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動機(jī)床、精密機(jī)床和萬能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動作可概括為：機(jī)床主運(yùn)動、機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動、刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償、其它輔助運(yùn)動等。 2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動作。 1. 信息載體 信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床上加工一個零件所必需的各種信息，以控制機(jī)床的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。為了滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開 放性等方向發(fā)展。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設(shè)計(jì)、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機(jī)械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準(zhǔn)停不好；安全性較差，軟硬件保護(hù)功能不夠；刀片磨損 快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計(jì)方面不規(guī)范，不符合國標(biāo)，比如使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機(jī)床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設(shè)計(jì)思想；程序設(shè)計(jì)方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，不規(guī)范，邏輯性不強(qiáng)，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進(jìn)行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標(biāo)牌線號不清，圖紙與實(shí)物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機(jī)床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品 種生產(chǎn)困難。同時大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過 60%。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品進(jìn)程，1990 年日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá) 75％，美國達(dá) 70． 1％，德國達(dá) 57％。 1970年，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng) —— 小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計(jì)算機(jī)以其無法比擬的性能價格比滲透各個行業(yè)，1974 年，第五代數(shù)控系統(tǒng) —— 微型計(jì)算機(jī) 數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。1 緒論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史 1952 年第一代數(shù)控系統(tǒng) —— 電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。應(yīng)用一個或多個計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) (CNC)。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過 15 萬臺，品種超過 1500 多種 [2]。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動技術(shù)對我們已不再是難題， m? 當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進(jìn)給數(shù)控系統(tǒng)、實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ) [1]。而國外數(shù)控車床無論是設(shè)計(jì)水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 數(shù)字控制，是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。它由硬件和軟件組成。 3. 伺服系統(tǒng) 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)和機(jī) 床移動部件 ,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設(shè)備運(yùn)動。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動等方面都有很高的要求。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服 系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。一般直流 伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 46倍而不損壞。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。 圖 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)的內(nèi)容、目的和方法 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、縱向及橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計(jì)、典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料文獻(xiàn)翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進(jìn)性，完成三張 A0 圖紙。布置。 主切削力的計(jì)算 切削力的大小可用各種測力儀測得，也可用實(shí)驗(yàn) 得出的近似公式計(jì)算： PZ PZXYZ PZP C t s k? () vPZ PZ PZ hPZPZk k k k k k??? 料 () P Z P ZXYZ P Z v P Z P Z P Z h P ZPZP C t s k k k k k??? 料 ( 公 斤 力 ) () 式中 PZC —— 系數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具幾何形狀等。一般情況下 PZX PZY 。 它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關(guān)手冊中查得。 70176。 0176。當(dāng)切削速度為已知時，切削功率可用下式計(jì)算： 1 0 2 6 0 6 1 2 0ZZP v P vN kw???切 削 () 在校驗(yàn)機(jī)床選用的電動機(jī)功率時應(yīng)使 N N k??切 削 過電 機(jī) () 式中 N電 機(jī) —— 機(jī)床電動機(jī)名義功率（千瓦）； ? —— 機(jī)床效率（一般齒輪機(jī)床 ? = ）； k過 —— 電動機(jī)超載時容許的系數(shù)（一般 k過 =） [5][7]。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為 ， K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取 ，現(xiàn)取為 ，則絲杠所受的力為（如圖）： m a x22() 1200 ( 2020 4800) 1920 2020X Z YF K F f G