【正文】 the study paperbased virtual prototyping of work nodes Ontology ball vertical machining center designXaxis and Y axis and the simulation design, detailed structural design of machine tools to form the guiding document for the design of the implementation of a prehensive way and laid the foundation.Key words: Vertical Machining Center。 機(jī)床結(jié)構(gòu)。其次，選擇滾珠絲杠、步進(jìn)電機(jī)和消隙齒輪等零件，來達(dá)到提高傳動(dòng)精度，減小加工誤差的目的。而我國以加工中心為代表的高自動(dòng)化、高附加值、高利潤的機(jī)床產(chǎn)品卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界機(jī)床同行。隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,機(jī)床行業(yè)的全球化、以及在政府加強(qiáng)自主知識(shí)創(chuàng)新舉措的鼓勵(lì)下，投資開發(fā)加工中心等高檔機(jī)床的時(shí)機(jī)趨于成熟。本次設(shè)計(jì)的結(jié)果可以順利達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，完成 X、Y 兩方向單獨(dú)運(yùn)行和同時(shí)運(yùn)行，提高了加工效率。 總體設(shè)計(jì)。 machine structure。企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變、競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展，就需要迅速地更新企業(yè)產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好質(zhì)量、最短時(shí)間取滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。它主要用于箱體類零件和復(fù)雜曲面零件的加工，能把銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和車螺紋等功能集中于一臺(tái)設(shè)備上。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國加工中心的研究現(xiàn)狀 我國從 1958 年開始研究數(shù)控機(jī)床，一直到 20 世紀(jì) 60 年代中期還處于研制、開發(fā)時(shí)期。分為 3 種型級(jí)，即經(jīng)濟(jì)型、普及型和高級(jí)型。隨著科技的發(fā)展，我國在數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展得到了高度重視特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以 PC 平臺(tái)為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 加工中心的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。 全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，除要滿足多功能、高性能的要求外，還要具有自動(dòng)加工的基本功能，操作，維修方便。若采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，精度較閉環(huán)控制的查，但是穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修較容易；但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說必要性不大。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作過程中，技術(shù)方面應(yīng)用滾珠絲杠（工作方式為滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠副螺母移動(dòng)）可以提高加工精度。床身的結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的布局有很大的影響。 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑?？傊?，數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定、和快速響應(yīng)三個(gè)方面。 高質(zhì)量的機(jī)械傳動(dòng)配合與高性能的伺服電動(dòng)機(jī)使現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲桿之間的傳動(dòng)采用齒輪一級(jí)傳動(dòng)式，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲桿的連接時(shí)，盡量減少傳動(dòng)間隙。是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是普通絲桿螺母間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而摩擦系數(shù)小，且它的傳動(dòng)負(fù)載比梯形的滑動(dòng)絲桿要大得多，精度又高，平穩(wěn)性好。可根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算mF)(N則 = + + （3—mKXFf(ZG)3）式中 ——切削分力XF)(N ——顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)， = ；KK15. ——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù)， = ，取 = ；f ~. ——工作臺(tái)承重， =GGN4則= =mFN)40253(. ????（2）滾珠絲桿壽命計(jì)算根據(jù)進(jìn)給速度和滾珠絲桿螺距計(jì)算出絲桿的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)絲桿轉(zhuǎn)速計(jì)算出絲桿的壽命。253o ——為摩擦角，取 =??39。m/?? 傳動(dòng)齒輪選擇齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算。滾珠絲桿螺母副傳遞驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)其來回移動(dòng)，因此絲桿必須采用三點(diǎn)式支撐方式。根據(jù)查得的具體的軸承參數(shù)可知，76020225TVP 軸承的額定載荷 = ,CN260而牽引進(jìn)給力 = 。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件，通過控制輸入點(diǎn)脈沖的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序等實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)通過點(diǎn)脈沖越多，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。由《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》查得，130BF001反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率為 ，足夠提供此處所需的運(yùn)行頻率，所以可選用130BF001反應(yīng)式Hz30步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 切削力的計(jì)算由前面的計(jì)算已知： = =ZF?CP6031?25N = = == = =.?6 滾珠絲桿的選擇計(jì)算滾珠絲桿傳動(dòng)是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的主要部件之一。在設(shè)計(jì)過程中，滾珠絲桿的選擇要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況及工作負(fù)載情況，計(jì)算出絲桿工作時(shí)的最大載荷及絲桿的工作壽命等參數(shù)進(jìn)行選擇，最大動(dòng)載荷必須小于絲桿的額定動(dòng)載荷?？蓞⒄湛v向滾珠絲桿計(jì)算出的絲桿壽命，即= = 萬 =t610nT6105?r萬9（3）最大動(dòng)載荷計(jì)算和型號(hào)選擇根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量引起的進(jìn)給阻力，計(jì)算出絲桿的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出滾珠絲桿副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷，其計(jì)算公式和縱向最大動(dòng)載荷計(jì)算公式一樣，即=CmHwFft3其中，取 = ； = ；代入其他數(shù)據(jù)，= = =CmwFt3 ?根據(jù) 的原則，使選取的滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作動(dòng)載荷，a?查《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，這里可選擇型號(hào)為 CDM4006—5—P4的滾珠絲桿，其公稱直徑為 ，額定動(dòng)載荷為 ，強(qiáng)度可滿足要求。2o= =?)39。這樣配置的目的是減少傳動(dòng)鏈，進(jìn)而減少傳動(dòng)誤差。各方向傳動(dòng)系統(tǒng)的絲桿采用一端軸向固定，另一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，使絲桿軸向留有移動(dòng)的空間，這樣可以減少機(jī)床的振動(dòng)和傳動(dòng)引起的誤差，防止軸承卡死的情況。6205/P5軸承的額定載荷 = ， ， 其承載能力也滿足要求。 首先計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，用和之前一樣的公式，= ， = ， = ，則GN40??o6.= =giGb2)8(?22104).0138(???? 橫向齒輪也可看做材料為鋼的圓柱形零件。為了避免步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選型太過復(fù)雜和麻煩，在符合要求和條件的情況，橫向可以選用與縱向同樣的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》查得，縱向使用的110BYG350B 三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空在運(yùn)行頻率為 ，足夠Hz30提供此處所需的運(yùn)行頻率，所以可選用110BYG350B 三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為橫向的伺服電動(dòng)機(jī)。我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)加工中心機(jī)床，我主要對(duì)其中的 X軸方向即橫向進(jìn)給系統(tǒng)和 Y 軸方向即縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使我對(duì)課本理論知識(shí)有了一個(gè)非常全面綜合性的鞏固和利用，也更加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。我特別感謝老師們對(duì)我的耐心指導(dǎo)，他們?cè)谖易稣麄€(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給了我非常寶貴的幫助，特別是負(fù)責(zé)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的指導(dǎo)老師董曉峰老師，在我知識(shí)水平和參考資料有限的情況下，董老師指導(dǎo)我設(shè)計(jì)的各個(gè)步驟和細(xì)節(jié)，并幫我查找相關(guān)資料，在制圖和建模過程中也不厭其煩的指導(dǎo)和幫助我。參考文獻(xiàn)【1】 許吉慶，【J】.制造技術(shù)與機(jī)床，2022（9）【2】 【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022【3】 【M】.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2022【4】 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》【M 】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986【5】 吳宗澤，【M 】.：高等教育出版社，2022【6】 【M 】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022【7】 ：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2022【8】 盛伯浩,數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展[J] ．制造技術(shù)與機(jī)床, 2022【9】 濮良貴，(第八版).北京：【10】 東南大學(xué)機(jī)械學(xué)學(xué)科組，鄭文偉，（第七版）. 北京：高等教育出版社，1997【11】 鄧星鐘．機(jī)電傳動(dòng)控制（第三版） ．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2022【12】 戴曙．金屬切削機(jī)床．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993【13】 陸劍中，孫家寧．金屬切削原理與刀具（第四版） ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022【14】 馮開平，：華南理工大學(xué)出版社，2022【15】 （第二版）.國家技術(shù)監(jiān)督局，1999附錄文件綜述摘 要加工中心是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能要求二迅速發(fā)展起來的自動(dòng)換刀，它是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、拖動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測(cè)量及傳感技術(shù)、通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。日本市場(chǎng)消費(fèi)能力強(qiáng)，年生產(chǎn)量超過 10000 臺(tái)，主要機(jī)種為立式加工中心，年產(chǎn)量約為 5000~6000 臺(tái)，而且不斷研發(fā)高速、高精密、五面加工、五軸聯(lián)動(dòng)加工等技術(shù)。韓國是全球加工中心生產(chǎn)國家之一，年生產(chǎn)量約為 4000~5000臺(tái)。進(jìn)入 80 年代后，由于引進(jìn)了日本 FANUC、德國 SIEMENS 等公司的數(shù)控系統(tǒng)、進(jìn)給伺服電機(jī)、主軸電機(jī)及其伺服單元之后，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性由了很大的提高。目前國內(nèi)生產(chǎn)加工中心的廠家有沈陽機(jī)械廠、大連機(jī)械廠等廠家。~~8s8~6綜上所述，高速加工中心的出現(xiàn)使得單軸加工中心的效率趕上了多軸的組合機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床。其規(guī)格（指工作臺(tái)寬度，單位 ）一般為m300、400、500、630 和 800。所謂高檔數(shù)控機(jī)床是指高速度、高精度、五軸聯(lián)動(dòng)和工藝高度復(fù)合化的數(shù)控機(jī)床；低檔次數(shù)控機(jī)床主要是指以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主要特征的開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車、鉆、銑床，其精度和速度都不高；其他數(shù)控機(jī)床則屬于中檔次數(shù)控機(jī)床，也就是人們常說的通用普及型機(jī)床。同時(shí)，要求有合理的控制系統(tǒng)，而且要求對(duì)驅(qū)動(dòng)元件和機(jī)械傳動(dòng)裝置的參數(shù)進(jìn)行合理的選擇，使整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性相匹配。交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng) 直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)雖有優(yōu)良調(diào)速功能，但所用電動(dòng)機(jī)有電刷和換向器，易磨損，且換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速受到限制。二、發(fā)展趨勢(shì)高速度、高效率機(jī)床向高速化方向發(fā)展，不僅可以大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可以提高零件表面得加工質(zhì)量和精度。高精度追求加工中心的高精度，一直世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家努力的方向。這已是眾多的數(shù)控機(jī)床制造廠家和數(shù)控系統(tǒng)制造廠家達(dá)成的共識(shí)。（3） 產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。（7） 至于外觀粗糙，漏水、漏氣、漏油等老問題仍然有不同程度的存在。（5） 刀庫和機(jī)械手的可靠性還比較低，近年來雖然有多改進(jìn)，單用戶仍然不放心。三、存在的問題（1） 技術(shù)水平上，與國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平相比大約落后 10~15 年，在高精尖技術(shù)上則更大。m?5~3?5.~1高可靠性隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域的日益普及，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床制造廠家和數(shù)控系統(tǒng)制造廠家十分注重和追求的目標(biāo)。20 世紀(jì) 90 年代以來，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家爭(zhēng)相開放應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。近 20 年來，新型大功率電力器件出現(xiàn)，新型變頻技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)等實(shí)際應(yīng)用中取了突破勝進(jìn)展，促進(jìn)了交流進(jìn)給伺服技術(shù)飛速發(fā)展，交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)已全面取代了直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)。脈寬調(diào)制方式進(jìn)給伺服系統(tǒng)（直流） 方式（PWM）調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。對(duì)于加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)而言，加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)承擔(dān)加工中心各直線坐標(biāo)軸的定位和切削進(jìn)給，進(jìn)給系統(tǒng)的好壞將直接影響整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精度指標(biāo)。國產(chǎn)立式加工