【正文】 396m F n t F n tFNn t n t?????????? () 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 圖 受力分析 1 / 360610F f T nm w h mCNa f f f ft h a k???? ???? () fw—— 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， fw 為 ，取 fw=。在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊。對(duì)每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時(shí)不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號(hào)（＞）排列后，裝緊即可。所以設(shè)計(jì)中采用兩端固定的支承方式 [9]。 4) 絲杠本身的拉壓剛度： 對(duì)絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： 61 0 /s A E lK N ma l a ??????????? () 式中 A—— 絲杠最小橫截面， 222 ()4A d mm??； E—— 材料的彈性模量， E=?1011(N/m2)； l—— 兩支承間距 (m)； a—— 螺母至軸向固定處的距離 (m)。 m2)。它支承著數(shù)控車床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力的作用。 (2)切屑從工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器將切屑排出。為此，在設(shè)計(jì)床身截面時(shí)，綜合考慮以上因素，在滿足使用、工藝情況下，采用空心截面，加大輪廓，減小壁厚，采用全封閉的類似矩形的床身截面形式，同時(shí)，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度／重量比，在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)較小的類似圓形截面 (如圖 ) 。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) [2]。且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝。導(dǎo)軌受熱膨 脹時(shí)寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時(shí)應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。 圖 壓板結(jié)構(gòu) 6 數(shù)控系統(tǒng)選擇 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 西門子數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能，設(shè)計(jì)中選擇 SINUMERIK 802D 型號(hào)。 數(shù)控連線圖 其連線圖如圖 。 4） 車右端圓弧，留 。由于專業(yè)知識(shí)的 限制，無(wú)法對(duì)復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是，通過(guò)選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控原理有了一定的了解，并掌握了數(shù)控系統(tǒng)的一些連接方法。四年的不斷學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是為今后走上工作崗位作了準(zhǔn)備。同時(shí)，也給數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。 8） 割斷工件。硬質(zhì)合金螺紋刀為 3號(hào)刀。通過(guò)視窗化的調(diào)試工具軟件，可以便捷地設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化 ； SINUMERIK802D 集成了內(nèi)置 PLC系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床進(jìn)行邏輯控制。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。這種導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能力高，加工、檢驗(yàn)和維修都方便，而被廣泛地采用。 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。 導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。因此，在床身不太長(zhǎng)的情況下，主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能進(jìn)一步提高 [10]。 69 . 8 3 2 4 1 0 1 2 6 0 / 1 2 0 3 8 / m in 1 5 0 0 / m in2022eB K r a d s r rm? ??? ? ? ? ? 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于 1500r/min，能滿足要求。 絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計(jì)算公式： 兩端固定： 11 1 1 1 1 ( / )4e B c H S NmK K K K K ? ?? ? ? ? () 式中 Ke —— 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)； KH—— 螺母座的剛度 (N/μ m)； Kc—— 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 (N/μ m)； KS—— 絲杠本身的拉壓剛度 (N/μ m)； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。（ DF,DFD,DFF等） 校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動(dòng)固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。 滾珠絲杠支承用專用軸承： 軸承特點(diǎn)： 1. 剛性大。 ) Fm—— 等效負(fù)荷 (N)； nm—— 等效轉(zhuǎn)速 (r/min)； Tn—— 工作壽命 (h)。 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠 直接相連，傳動(dòng)比為 1i? ，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為m ax 150 0 / m innr? ，則絲杠導(dǎo)程為： maxmaxhvP n? () 38 10 hP ???，取 6hP? 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 / minhvnrP? () 由公式 (),最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速： 3m a xm a x 8 1 0 1 3 3 3 .3 3 / m in6hvnrP ?? ? ? 最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速： m inm in 1 0 .1 6 7 / m in6hvnrP? ? ? 絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 122tt? ） 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) m a x 1 m in 212 / m inmn t n tnrtt?? ? () 1t ， 2t —— 轉(zhuǎn)速 maxn ， minn 作用下的時(shí)間 (s)。 PZk? = 1． 08 1． 0 0． 94 0． 94 0． 89 前 角 γ= +20176。 下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。 PZC 大表示工件材料的加工性差； PZC 小表示工件材料的加工性好。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 2 總體方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)及總體布局 機(jī)床結(jié)構(gòu)可以布置成臥式、立式、倒立式及斜置式等，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù) —— 加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件，采用臥式斜床身形式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字 PID，使用靈活，柔性好。 伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求： 1） 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如 /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。軟件由管理軟件和控制軟件組成。數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床 (包括經(jīng)濟(jì)型機(jī)床 )品種約有 500個(gè) [2]。 我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù) (包括核心技術(shù) )，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， 1965 年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng) —— 集成電路數(shù)控系統(tǒng)。 1970 年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)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(wú)法比擬 的性能價(jià)格比滲透各個(gè)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。自“七五”以來(lái)，國(guó)家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來(lái)支持，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出具有中國(guó)版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國(guó)外一直對(duì)我國(guó)封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。 但是，與國(guó)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(guó)標(biāo)，比如使用電壓等級(jí)、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(guò)程中需不斷對(duì)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(hào)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(guó)產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電器 、接近開(kāi)關(guān)等元件，在生產(chǎn)過(guò)程中小故障連綿不斷；柔性化不強(qiáng)，多品種生產(chǎn)困難。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 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(gè)零件所必需的各種信息，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償、其它輔 助運(yùn)動(dòng)等。伺服系統(tǒng)接受來(lái)自 CNC裝置的進(jìn)給脈 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。 2） 電機(jī) 應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。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]。主軸水平安裝，橫向成 45176。 k—— 總的修正系數(shù)。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， 275 /b? ? 公 斤 力 毫 米， 50 /v? 米 分 ， 45?? ， 10??? ， 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 0?? ，后刀面磨損限度 ? 毫 米，切削時(shí)不用冷卻液，車削外圓。 +10176。 m a x 1 m i n 212 8 8 8 .9 4 / m inmn t n tnrtt???? 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重 刀架質(zhì)量： 1 150 147 0GN? ? ? 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： 12 147 0 520 200 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(shí)，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。（查表得：數(shù)控機(jī)床： Th=15000。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。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。 1) 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號(hào)樣本。 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度