【正文】 工要求。通用機(jī)床的自動(dòng)化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，特別是一些由曲線、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿形機(jī)床，或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、模塊化、系統(tǒng)化和高可靠性等方向發(fā)展 [2]。1952 年試制成功世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)立式銑床。目前，我國已有幾十家機(jī)床廠能夠生產(chǎn)不同類型的數(shù)控機(jī)床和加工中心。其精度已從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)。高自動(dòng)化是指全部加工過程中盡量減少人的介入而自動(dòng)完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動(dòng)化。加工中心的出現(xiàn)，又把車、銑、鏜等工序集中到一臺(tái)機(jī)床來完成，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設(shè)備利用率。20 世紀(jì) 90 年代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快地更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用 PC 機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作面板、裝拆零件、關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，其他的機(jī)床動(dòng)作直至加工完畢，都是自動(dòng)連續(xù)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均大為減輕，勞動(dòng)條件也得到相應(yīng)的改善。這些特點(diǎn)都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床通常最適合加工有以下特點(diǎn)的零件。通常數(shù)控機(jī)床適宜于加工結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、在普通機(jī)床上加工需要有昂貴的工藝裝備的零件。由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，又增加了維修費(fèi)用。機(jī)床主參數(shù)反映機(jī)床規(guī)格大小和工作范圍，有些機(jī)床還規(guī)定有第二主參數(shù)。運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件，如主軸、工作臺(tái)和刀架的運(yùn)動(dòng)速度。工作臺(tái)最大移動(dòng)速度 10m/min工件最大回轉(zhuǎn)直徑 φ320mm工件最大重量 150kg工作臺(tái)重量 850kg尾架重量 200kg最大切削受力 1000N最大磨削長度 1000mm中心高 180mm最大砂輪線速度 60m/s6 / 75 MK1332 數(shù)控外圓磨床加工產(chǎn)品的主要精度外圓的粗糙度 ≤縱截面內(nèi)直徑的一致性 圓度 設(shè)計(jì)方案的確定由于工作臺(tái)最大移動(dòng)速度 10m/min，由此數(shù)據(jù)確定是由開環(huán)伺服系統(tǒng)還是由半閉環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。液壓驅(qū)動(dòng)形式由于使用工作壓力高的油性介質(zhì)，因此機(jī)構(gòu)輸出力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)更緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)可靠，易于調(diào)節(jié)和噪聲較小，但要配置液壓泵和油箱，當(dāng)油液滲漏時(shí)會(huì)污染環(huán)境，易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；而滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)可提高系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差。結(jié)合已知條件則選用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)。如圖 3—1 所示。通過同步齒形帶將伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接，傳動(dòng)精度高，作用在軸和軸承上的載荷小。機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、箱體、導(dǎo)軌、主軸、工作臺(tái)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。9 / 75 按工藝用途分類 這類機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床品種一樣，有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心等。 按控制運(yùn)動(dòng)方式分類 個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)到另一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的定位精度,而不管從一點(diǎn)到另一點(diǎn)是按照什么軌跡、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床和數(shù)控測(cè)量機(jī)等。這類數(shù)控機(jī)床包括：數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床有兩坐標(biāo)及兩坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床，可加工曲面的數(shù)控車床、加工中心等。它適用于精度、速度要求不高的場(chǎng)合。但是，由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)（尤其是慣量較大的工作臺(tái)）包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，各部件的摩擦特性、剛性及間隙等都是非線性量，直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，故閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大的難度，設(shè)計(jì)和調(diào)整的不好，很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。由于采用高分辨率的測(cè)量元件（如脈沖編碼器） ，又可以獲得比較滿意的精度和速度。m，進(jìn)給速度為 8m/min~15m/min 為低檔；分辨率為 1181。而中檔的有較齊全的 CRT 顯示，不僅有字符，而且還有圖形、人機(jī)對(duì)話、自診斷等功能。 CPU 低檔數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位 CPU，中、高檔的已經(jīng)由 16 位 CPU 發(fā)展的 32位、64 位 CPU，并具有精簡指令集的 RISC 中央處理單元。半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理（如圖 3—1 所示）為數(shù)控裝置 1 發(fā)出的指令脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng) 伺服電動(dòng)機(jī) 3 帶動(dòng)執(zhí)行部件（工作臺(tái)）4，按程序運(yùn)動(dòng)。絲杠的最高轉(zhuǎn)速 的確定，其與使用要求，如機(jī)床工作臺(tái)的工maxN作進(jìn)給速度和快進(jìn)速度相關(guān)。由文獻(xiàn)[20]選取絲杠的導(dǎo)程為 5mm，則由（r/min）maxax100125spvnh???絲杠的最高轉(zhuǎn)速 r/min。i脈沖編碼器有每轉(zhuǎn) 2022500、5000 脈沖等數(shù)種。螺母上有滾珠回路管道，在螺母上的進(jìn)出口將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成了封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。?10?，可消除絲杠和螺母螺紋間隙 適當(dāng)預(yù)緊后的滾珠絲杠副，可消除螺紋間隙，這樣反向時(shí)就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。 其加工精度要求高，表面粗糙度值要求低，一般都要求磨削成型，故制造成本高。外循環(huán)結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，使用較廣泛。這種反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求都較高。 滾珠絲杠副的精度 滾珠絲杠當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)用的是定位（p）類滾珠絲杠副 [7]。m。在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可假定絲杠的累積誤差約占機(jī)床定位誤差的 1/3～1/2，據(jù)此初選絲杠的精度，以后再進(jìn)行驗(yàn)算并修改。滾珠絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷 為 [5][14]Cm16 / 75 （N） （3—1）3mwaFLfC?所選的滾珠絲杠副，其額定動(dòng)載荷 不得小于此值，即?式中 —— 軸向平均載荷(N)；mF在“載荷—時(shí)間”變化規(guī)律不明時(shí)，（N ）maxin23F??、 —— 絲杠的最大、最小工作載荷（N） ；maxFin —— 工作壽命（ ） ；L610r?64(10)mnhLr??—— 平均轉(zhuǎn)速（r/min） ；mnmaxin2n?、 —— 絲杠的最高、最低轉(zhuǎn)速（r/min） ；maxnin—— 工作壽命。af—— 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)。（r/min）7210spcdnfL??式中 —— 極限轉(zhuǎn)速（r/min） ；—— 絲杠支承間距（mm） ；L—— 與支承方法有關(guān)的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)；f18 / 75設(shè)計(jì)過程中為了提高絲杠的剛度，選用兩端固定的支承形式，由表 3—1可知 =；由工作臺(tái)最大縱向移動(dòng)量可初步確定絲杠支承間距約為f1400mm。sph支承形式雙推——雙推 雙推——支承 單推——單推 雙推——自由 19 / 75 (r/min)?? (mm)0max7~350Ad?:由式 （3—3）2710cspnLdf?? 由 r/min≤ ；max20n?cN 將 =1400mm， =（見表 3—1）代入（3—3）得：Lf(mm)?由上面計(jì)算結(jié)果得?mm1spdmm(25~3)s??根據(jù)以上數(shù)據(jù)，從文獻(xiàn)[20]中選擇滾珠絲杠型號(hào)為 BNFN32055 雙螺母預(yù)壓型滾珠絲杠副，其參數(shù)如下：公稱直徑： 32mm20 / 75滾珠直徑： 導(dǎo) 程： 5mm循環(huán)列數(shù)： 2圈 數(shù)： 絲杠內(nèi)徑： 絲杠外徑： 32mm額定動(dòng)載荷： 額定靜載荷： 軸向剛度： 1110N/181。所以sph?(181。aF壓彎臨界載荷 可用下式計(jì)算：a (N)410spamdL??式中 —— 絲杠底徑（mm） ；spd —— 絲杠支承間距（mm） ；L22 / 75—— 與絲杠支承方法有關(guān)的臨界載荷系數(shù)， =（見表 3—2） 。支承形式雙推——雙推 雙推——支承 單推——單推 雙推——自由 23 / 75 軸端支承形式的選擇 滾珠絲杠軸端支承形式的選擇（a） “雙推—自由”支承方式；（b） “雙推—支承”支承方式；（c） “單推—單推”支承方式；（d） “雙推—雙推”支承方式；圖 4—1 滾珠絲杠支承的四種方式支承應(yīng)限制絲杠軸的軸向竄動(dòng)，較短的絲杠或豎直安裝的絲杠，可以一端固定一端自由（無支承） ，水平絲杠較長時(shí)，可以一端固定，一端游動(dòng)，用于精密和高精密機(jī)床（包括數(shù)控機(jī)床）的絲杠副。相同的一面是應(yīng)該保證足夠的精度和疲勞壽命。絲杠轉(zhuǎn)速一般不會(huì)很24 / 75高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間很短，因此發(fā)熱不是主要問題。而且價(jià)格昂貴。根據(jù)滾珠絲杠對(duì)軸承的要求，用于滾珠的角接觸球軸承應(yīng)具有較大的接觸角，60186。4）這種軸承是根據(jù)規(guī)定的預(yù)緊力組配好成組供應(yīng)的，使用時(shí)不需自己調(diào)整。 這種組配方式，力的作用線向外側(cè)發(fā)散，所以軸承間的有效支點(diǎn)距離增大，這種組配方式可以承受雙向的軸向載荷和徑向載荷，并且有較多的承受傾斜力矩的能力。基于上述分析，絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此滾珠絲杠軸承采用背靠背組配。因此，預(yù)緊可以提高旋轉(zhuǎn)精度。滾動(dòng)體與滾道接觸處是有彈性的。在一定的范圍內(nèi)隨著載荷增加滾動(dòng)26 / 75體的變形增大，接觸面積增加，滾動(dòng)體與滾道間已有預(yù)載荷和預(yù)變形，比不預(yù)緊的軸承剛度提高了。但是預(yù)緊要適當(dāng)，當(dāng)預(yù)緊不大時(shí)，阻尼是增大的，當(dāng)預(yù)緊大到一定程度時(shí)，阻尼就不在增大了。預(yù)緊對(duì)精度、壽命、阻尼和噪聲的影響都是有極限的。隨著預(yù)緊力的增加，溫升也增加，對(duì)于各種精度等級(jí)的機(jī)床軸承溫升是有限制的，預(yù)緊力也有最佳值。下面通過計(jì)算來確定最小預(yù)緊力。查文獻(xiàn)[22]選擇的軸承型號(hào)為 7602030TVP，具體參數(shù)如下：額定動(dòng)載荷： 26KN額定靜載荷： 39KN軸向最大動(dòng)負(fù)荷： 17KN摩擦力矩： 85 Nm?重 量： 軸向剛性： 917N/181。同時(shí)，它也是一種十分經(jīng)濟(jì)的傳動(dòng)裝置。同步齒形帶主要用于傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中、小功率傳動(dòng)中，如電子計(jì)算機(jī)、放映機(jī)、錄音機(jī)、磨床、紡織機(jī)械等。綜上所述，齒形帶的強(qiáng)度計(jì)算主要應(yīng)該限制作用在齒形帶單位寬度上的拉力，以保證一定的使用壽命。max i?(N)98cqvsg???將上面給出的參數(shù)代入式（4—1）得 .(m)()([])cpbsv????模數(shù)主要是根據(jù)齒形帶所傳遞的計(jì)算功率 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 ，可按圖Cp1n4—4 選取，計(jì)算功率 可按下式計(jì)算：Cpm/mm 2 3 4 5 7 10/[]s1? 15 25 29 39/(N)q? 32 / 75圖 4—4 齒形帶模數(shù)選用線圖 CgpK?式中 —— 齒形帶所傳遞的功率(kW)；p—— 工作情況系數(shù)（見表 4—2） 。由表可知 ,在此選取帶輪1Zminmin18Z?齒數(shù) =26。.(m)pLmZ???? A 中心距 用下式確定：[.()[()]()]LDLDD????????364m)35 / 75 nZ用下式計(jì)算：nZ 211[8057]63362nDAZ??????當(dāng) 時(shí)， 不小于 4；當(dāng) 時(shí)， 不小于 6。i根據(jù)文獻(xiàn)[22]查得：(N)foT??.???式中 —— 滾珠絲杠的預(yù)緊力。因此必須使電機(jī)慣量與進(jìn)給負(fù)載慣量有個(gè)合理的匹配。這種伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)展很快，已廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動(dòng)中。從帶輪上挖去一定的質(zhì)量，使慣量匹配。TN?若是 小于伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 ，則電機(jī)能以所取的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行加maxT速和減速。顯然 越大，則一定的vK42 / 75角位移能使電動(dòng)機(jī)獲得較大的角速度，即系統(tǒng)的靈敏度越高。系統(tǒng)要求的最大加速度，發(fā)生在時(shí)間常數(shù) 內(nèi)，執(zhí)行部件從 轉(zhuǎn)變到at maxV?時(shí)， （ 為執(zhí)行部件的快移速度（m/min） ） 。max?第 6 章 導(dǎo)軌的選擇與工作臺(tái)型面的確定 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌主要用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。外圓、曲軸、軋錕等磨床，都有上下兩層工作臺(tái)，上工作臺(tái)回轉(zhuǎn)一角度來調(diào)整磨削不同錐度的圓錐體工件。 導(dǎo)軌的分類：（1）開式導(dǎo)軌 靠外載荷和部件自重作用，使兩導(dǎo)軌面在全長上保持貼合的稱為開式導(dǎo)軌。3. 導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)可分為：（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌工作面之間的摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦，其中有普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、液體動(dòng)壓導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌。45 / 75②液體靜壓導(dǎo)軌的特點(diǎn)：液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液，經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面上的油腔中，形成承載油膜，將相互接觸的表面隔開，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：①運(yùn)動(dòng)靈敏度高 滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為 ～，遠(yuǎn)小于滑動(dòng)導(dǎo)軌，靜、動(dòng)摩擦力相差甚微，故一般滾動(dòng)導(dǎo)軌在低速運(yùn)行時(shí)沒有爬行現(xiàn)象。③磨損小，能長時(shí)間維持精度④適