【正文】 統(tǒng)折算到驅動軸上的慣量減少；盡量消除傳動間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。數(shù)控機床的進給系統(tǒng)當采用不同的驅動元件時，其進給機構可能會有所不同。因此，齒輪傳動副常采用消除措施來盡量減小齒輪側隙。安裝時中心距要求嚴格，且同步帶與帶輪的制造工藝復雜。滾珠絲杠螺母副是回轉運動與直線運動相互轉換的一種新型傳動裝置，在數(shù)控機床上得到了廣泛的應用。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當絲杠與螺母相對運動時，滾珠沿螺旋槽向前滾動，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導裝置，逐個地又滾回到絲杠與螺母之間，構成一個閉合的回路。（1）外循環(huán)，滾珠在循環(huán)過程結束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠間重新進入循環(huán)。一般一個螺母上裝有2～4個反向器，反向器沿螺母圓周等分分布。為了保證反向傳動精度和絲杠的剛度，必須消除軸向間隙。常用的螺母絲杠消除間隙方法有：墊片調(diào)隙式。如圖37所示，滾珠絲杠左右兩螺母副以平鍵與外套相聯(lián)，用平鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉動。如圖38所示，在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為z1和z2，并相差一個齒。 圖38 齒差調(diào)隙式 數(shù)控車床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結構剛度也是不可忽視的因素。這種安裝方式如圖39a）所示。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安裝位置應遠離熱源（如液壓馬達）。但這種安裝方式對熱伸長較為敏感。3計算降速比 由于步進電動機的工作特性是一個脈沖走一步，每一步都有一個加速過程，因而對負載慣量很敏感。②滾珠絲杠當量載荷與當量轉速的計算：數(shù)控機床上使用的滾珠絲杠，是在變動載荷和變動轉速的條件下工作，在進行滾珠絲杠壽命計算時，必須將滾珠絲杠的變動轉速和變動載荷折算成當量轉速與當量載荷。 初選滾珠絲杠副：初選滾珠絲杠副為內(nèi)循環(huán)、浮動反向器、雙螺母墊片預緊，公稱直徑3列，2級精度，型號為FFZD25532。螺母座只要設計合理，其變形量也可忽略不計。選用角接觸球軸承設計，型號7003C。m加速力矩 式中 T——系統(tǒng)時間常數(shù)，要求加速時間為25m/s n——電機轉速，r/min取。cm）空載啟動頻率/Hz3176。 ——脈沖當量，mm ——絲杠螺距，mm。在進行滾珠絲杠初選時，必須了解各種切削方式下軸向負載力、進給速度大小以及各種轉速的時間占總時間的百分比，目的是計算當量轉速與當量載荷的大小。參數(shù)如下表42：表42 滾珠絲杠FFZD的參數(shù)型號規(guī)格公稱直徑/mm導程/mm鋼球直徑/mm絲杠大徑/mm額定動載荷/KN額定靜載荷/KNFFZD2005205191022 滾珠絲桿副的軸向變形導程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運動平穩(wěn)性。絲桿軸承的軸向接觸形計算方法可參考機械設計手冊。1工作臺折算到絲杠上的轉動慣量：式中 ——絲杠螺距，mm ——工作臺（含工件）的質(zhì)量，kg2絲杠折算到電機軸上的轉動慣量：3傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉動慣量： 對數(shù)控機床而言，因動態(tài)性能要求較高，所以電動機力矩主要是來產(chǎn)生加速度的，而負載力矩所占的比重較小，一般都小于電機力矩的10%～30%，所以通?？砂纯焖倏蛰d啟動時電動機所需力矩計算： 式中 ——空載啟動時折算到電動機軸上的加速力矩，N摩擦力矩 式中 ——導軌摩擦力，N ——系統(tǒng)傳動鏈總效率。cm）空載啟動頻率/Hz3176。潤滑脂可采用鋰基油脂。通常采用毛氈圈對螺母副進行密封，毛氈圈的厚度為螺距的2～3倍，而且內(nèi)孔做成螺紋的形狀，使之緊密地包住絲杠，并裝入螺母或套筒兩端的槽孔內(nèi)。對于暴露在外面的絲杠，一般采用螺旋剛帶、伸縮套筒、錐形套筒以及折疊式塑料或人造革等形式的防護罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。第五章 床身與導軌第五章 床身與導軌 床身設計 床身結構的基本要求 機床的床身是整個機床的基礎支承件,一般用來放置導軌等重要部件。2. 應具有足夠的靜、動剛度，靜剛度包括：床身的自身結構剛度、局部剛度和接觸剛度，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度—質(zhì)量比。但是，對于外負載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強度的情況。對角筋截面可明顯床身的扭轉剛度，并且便于設計成全封閉的箱形結構。鑄鐵鑄造性能好，容易得到復雜的形狀，而且阻尼大，有良好的抗震性能。臥室車床為減少床身的熱變形，將床身導軌傾斜于工件后上方，使切屑不與床身接觸，避免了切屑所攜帶的切削熱的傳遞。利用沙粒良好的吸振性能，可以提高機構件的阻尼比。該次設計的數(shù)控車床采用滑動導軌。 導軌設計 設計參數(shù)如圖51： 圖51導軌尺寸參數(shù) 滑動導軌的材料采用鑄鐵,鑄鐵采用耐磨鑄鐵,牌號是HT200,表面淬火硬度為HRC45～55,～。硬件是組成系統(tǒng)的基礎，有了硬件軟件才能有效地運行。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件以及運行過程中的各種數(shù)據(jù)。信號交換電路包括A/D交換、D/A轉換等。本次設計將選用8031單片機。在選擇芯片時，要考慮CPU與EPROM時序的匹配。本控制電路中選用2732存儲芯片，74LS373地址鎖存器。單片機數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送，故需進行片選控制，選用74LS06譯碼器。系統(tǒng)的開關量控制模塊可方便地實現(xiàn)電機啟動、停止及加減速等功能。 越界報警 為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關。兩個坐標方向的工作行程為：X:30mm Z:100mm，加工精度：，加工材料：石蠟、肥皂類或鋁質(zhì)類。參考文獻參考文獻 [1] 張海云，趙玉剛，[D].山東理工大學,2009．[2] [D].武漢大學,2005．[3] 陳日曜主編.《金屬切削原理》第二版，機械工業(yè)出版社。[10] 范超毅等，《數(shù)控技術課程設計》，華中科技大學出版社。[14] 李洪主編，《實用機床設計手冊》，遼寧科學技術出版社。我由衷地感謝關懷、教誨、幫助、支持和鼓勵我完成學業(yè)的老師、朋友和親人。她淵博的知識、寬廣無私的胸懷、夜以繼日的工作態(tài)度、對事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風范和對問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益。在選題、開題及設計的其它各個階段，老師都定期跟蹤，嚴格把關，給出了很多寶貴的意見和建議，對設計的順利完成起到了關鍵性的作用。[16] 成大先，機械設計手冊第四版第3卷，北京：化學工業(yè)出版社，2002[17]張新義，經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計，機械工業(yè)出版社，1994[18]郭廣靈，利用CNC改造普通車床電氣控制系統(tǒng)，機電工程，2002（4），[19]黃珊秋，機械設計課程設計，機械工業(yè)出版社，1999[20]《機床設計手冊》編寫組，機床設計手冊第三冊，機械工業(yè)出版社，1986[21]鄭家驤、陳桂英主編，《機械制圖及計算機繪圖》，機械工業(yè)出版社，2000[22]顧維邦，金屬切削機床概論，機械工業(yè)出版社，1997[23]關穎編著，數(shù)控車床，沈陽，遼寧科學技術出版社，2005 [24]趙玉剛，宋現(xiàn)春主編.，《數(shù)控技術》， 機械工業(yè)出版社，2003.[25]上海紡織工學院等,機床設計圖冊,上海科學技術出版社，1979[26]陳嬋娟主編，數(shù)控車床設計，北京，化學工業(yè)出版社 2006[27]李剛, 的開放式數(shù)控系統(tǒng)的開李剛, 的開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)[J].機床與液壓,2006.(4):8283．致 謝致 謝在本文完成之際，無論我的設計是否能夠真的投入使用，這里面每一個控件的繪制，每一行語句的調(diào)試，每一段文本的輸入之中都有我辛勤的汗水。[12] 文懷興，夏田主編，《數(shù)控機床設計實踐指南》，化學工業(yè)出版社。[8] 劉鴻文主編，《材料力學》第四版，高等教育出版社。3. 本次設計的微型數(shù)控車床，它成本低，體積小，功能強，安全性好，系統(tǒng)柔性好，可實現(xiàn)網(wǎng)絡化，可共享PC豐富的軟硬件資源，而且便于系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)和軟件升級，可代替工業(yè)用的數(shù)控機床，是科研院所、高等院校理想的實驗和實訓設備。為了報警，可以設置發(fā)光二級管。構成調(diào)節(jié)閉環(huán)，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 單片機完成對整個系統(tǒng)的兩級監(jiān)控管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進行復雜的控制決策。本控制電路選用6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量。 存儲器擴展電路設計 單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片采用EPROM芯片。 除此以外，還應根據(jù)系統(tǒng)應用場合，選擇對象以及對各種參數(shù)要求選擇CPU。總線則是連接CPU、存儲器和I/O接口電路的紐帶，是各部分進行通信的線路。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下四部分組成：主控制器 即中央處理單元CPU；總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）；存儲器 包括可編程存儲器和隨機可讀存儲器；接口 即I/O輸入/輸出接口電路。第六章 控制系統(tǒng)設計第六章 控制系統(tǒng)設計 確定硬件電路的總體方案微機數(shù)控以高精度、高效率、使用靈活等特點適應了不斷增長的機械加工自動化的要求。滑動導軌一般用于定位精度要求不高的開環(huán)系統(tǒng)中，本次設計的伺服系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，故采用滑動導軌。 對導軌的要求,納起來有下列幾點:1. 要有一定的導向精度。 床身封沙結構是利用筋板隔成封閉箱體結構。精密機床支撐件，出粗加工前進行自然失效外，粗加工后還應進行人工時效處理，充分消除鑄造應力。需要制作木摸和鑄造工序，周期長了一些。 床身的結構 ，本次設計的數(shù)控車床屬于微型機床,故采用臥式。3. 較好的熱穩(wěn)定性，數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已成為一個突出的問題，必須在設計上要作到使整機的熱變形較小，或使熱變形對加工精度的影響較小。數(shù)控機床床身主要在下面四個方面提出了更高的要求。數(shù)控車床要求刀架能自動換刀，所以必須使用自動回轉刀架。由于密封圈和絲杠直接接觸，因此防塵效果較好，但也增加了滾珠絲杠螺母副的摩擦阻力矩。滾珠絲杠副和其它滾動摩擦的傳動元件，只要避免磨料微粒及化學活性物質(zhì)進入，就可以認為這些元件幾乎是不產(chǎn)生磨損的情況下工作的。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。m 。m ——由于絲杠預緊引起的折算到電動機軸上的附加摩擦力矩，N本車床負載很小，因此不需要進行壓桿穩(wěn)定性和靜載強度的計算。滾珠絲桿的扭轉變成較小，對縱向變形影響小，可忽略不計。4絲杠長度 絲杠螺紋部分長度為，即工作臺最大行程（30mm）加兩端余程（40mm），《使用機床設計手冊》。3滾珠絲杠螺母副軸向負載力的計算 滾珠絲杠螺母副軸向負載力是指滾珠絲杠螺母副在驅動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也稱進給牽引力，如圖：①最大軸向負載力的計算：滾珠絲杠螺母副軸的最大軸向負載力發(fā)生在機床主電動機滿功率運行的切削狀態(tài)，此時最大軸向負載力可按下式計算。2計算降速比 由于步進電動機的工作特性是一個脈沖走一步，每一步都有一個加速過程，因而對負載慣量很敏感。附加摩擦力矩 式中 ——絲杠最大軸向載荷，N計算得 ++= Nm ——折算到電動機軸上的摩擦力矩，N可供滾珠絲桿杠支承使用的滾珠軸承種類很多，目前占優(yōu)勢的有：接觸為60 的推力角接觸球軸承，可以背靠背或面對面組配，還可以三聯(lián)組配、四聯(lián)組配等，以提高剛度和承載能力；滾針——推力圓柱滾子組合軸承，從雙向軸承支承絲桿，剛度好、多用于重載。滾珠絲桿副的軸向變形包括絲桿的拉壓變形、絲桿和螺母之間滾道的接觸變形、絲桿的扭轉變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形。滾珠絲杠在各種切削方式下軸向負載力、進給速度大小以及各種轉速的時間占總時間的百分比如下表：表32滾珠絲杠在各種切削方式的參數(shù)切削方式軸向載荷/N進給速度/(m/min)時間比例/(q%)強力切削=10粗加工9030精加工=90150快速移動10計算得：。絲杠螺距為任選，根據(jù)優(yōu)化經(jīng)驗選為5mm，計算的i=1。1計算切削力： 由公式查《金屬切削原理》（陳日曜主編）表41，得 =11N，進給抗力和切深力可按下列比例分別計算：，計算的=，=。這種安裝方式如圖39c）所示。一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定支承式） 這種安裝方式如圖39b）所示。常用的支承方式有下列幾種，如圖39所示。例如，z1=81，z2=80，滾珠絲杠的導程為t=6mm時，s=6/6480≈。這種調(diào)整方法具有結構簡單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點，但預緊量不很準確。這種方式結構簡單，剛性好，調(diào)整時需要卸下調(diào)整墊圈修磨，滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊。用這種方法預緊消除軸向間隙時，應注意預緊力不宜過大，預緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。缺點是反向器加工困難。如圖34b）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種形式的結構比插管式結構徑向尺寸小，但制造較復雜。其中單圓弧工藝簡單，雙圓弧性能較好。 滾珠絲杠螺母副工作原理，如圖32所示。在加工中心和精度較高的數(shù)控機床的進給運動中，普遍采用這種聯(lián)接形式。圖31 電