【正文】 使用靈活等特點(diǎn)適應(yīng)了不斷增長的機(jī)械加工自動(dòng)化的要求。 對導(dǎo)軌的要求,納起來有下列幾點(diǎn):1. 要有一定的導(dǎo)向精度。精密機(jī)床支撐件，出粗加工前進(jìn)行自然失效外，粗加工后還應(yīng)進(jìn)行人工時(shí)效處理，充分消除鑄造應(yīng)力。 床身的結(jié)構(gòu) ，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控車床屬于微型機(jī)床,故采用臥式。數(shù)控機(jī)床床身主要在下面四個(gè)方面提出了更高的要求。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。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。m ——由于絲杠預(yù)緊引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩，N滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)變成較小，對縱向變形影響小，可忽略不計(jì)。3滾珠絲杠螺母副軸向負(fù)載力的計(jì)算 滾珠絲杠螺母副軸向負(fù)載力是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也稱進(jìn)給牽引力，如圖：①最大軸向負(fù)載力的計(jì)算：滾珠絲杠螺母副軸的最大軸向負(fù)載力發(fā)生在機(jī)床主電動(dòng)機(jī)滿功率運(yùn)行的切削狀態(tài)，此時(shí)最大軸向負(fù)載力可按下式計(jì)算。附加摩擦力矩 式中 ——絲杠最大軸向載荷，N計(jì)算得 ++= 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。滾珠絲杠在各種切削方式下軸向負(fù)載力、進(jìn)給速度大小以及各種轉(zhuǎn)速的時(shí)間占總時(shí)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(jìn)給速度/(m/min)時(shí)間比例/(q%)強(qiáng)力切削=10粗加工9030精加工=90150快速移動(dòng)10計(jì)算得：。1計(jì)算切削力： 由公式查《金屬切削原理》（陳日曜主編）表41，得 =11N，進(jìn)給抗力和切深力可按下列比例分別計(jì)算：，計(jì)算的=，=。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。例如，z1=81，z2=80，滾珠絲杠的導(dǎo)程為t=6mm時(shí)，s=6/6480≈。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，調(diào)整時(shí)需要卸下調(diào)整墊圈修磨，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。缺點(diǎn)是反向器加工困難。其中單圓弧工藝簡單，雙圓弧性能較好。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，普遍采用這種聯(lián)接形式。 數(shù)控車床在機(jī)械進(jìn)給裝置中一般采用齒輪傳動(dòng)副來達(dá)到一定的降速比要求，如圖31a）所示。為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和工作的穩(wěn)定性，對機(jī)械部分設(shè)計(jì)總的要求是消除間隙，減少摩擦，減少運(yùn)動(dòng)慣量，提高傳動(dòng)精度和剛度。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。傳動(dòng)件如齒輪、帶輪及離合器等。根據(jù)齒輪內(nèi)徑及相配合軸承的內(nèi)徑大小，初選傳動(dòng)軸前軸頸=10mm，后軸直徑=15mm。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號(hào)（常用于球軸承）。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計(jì)。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級(jí)預(yù)緊。 軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支撐主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。這種球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。如果屬于主軸的彎曲振動(dòng)，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。主軸是一個(gè)連續(xù)體，又無窮個(gè)模態(tài)。2搖擺，主軸在彈性支座上搖擺，左右振動(dòng)方向相反。這樣做，可以實(shí)現(xiàn)分離傳動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)。4 主軸材料選用主軸選用45鋼，調(diào)質(zhì)22~28HRC，局部高頻淬硬50~55HRC。主軸孔徑大小主要受主軸剛度的制約。因此，對高精度機(jī)床應(yīng)研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。它的性能對整機(jī)的性能有很大的影響。 接觸壽命系數(shù) 許用接觸應(yīng)力 = =驗(yàn)算 計(jì)算結(jié)果表明，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。變速箱實(shí)際公比： 。粗略計(jì)算切削功率=，機(jī)床效率取，計(jì)算機(jī)床電機(jī)功率。如圖21b）所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，由交流電機(jī)通過V帶直接帶動(dòng)主軸。因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)軟硬件結(jié)構(gòu)開放、功能完善、人機(jī)界面友好、操作方便的系統(tǒng)，來解決了授課過程中存在的課堂教學(xué)難、實(shí)驗(yàn)教學(xué)難、實(shí)訓(xùn)教學(xué)難的問題。日本三菱電機(jī)株式會(huì)社，最近推出的普及型CNC MELDAS 50系列及實(shí)用型CNC MELDAS 520A系列，這兩個(gè)系列都采用了32位RISC微處理器，實(shí)現(xiàn)超小型化的CNC裝置，較原來的M310及LL3A，體積大為減?。℉168mmW76mmD135mm），安裝面積減小了一半，功能還有所進(jìn)步。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動(dòng)裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。本文是對整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總結(jié)。德國SIEMENS公司最新推出的SINUMERIK 840D主控組件選用386DX或486DX，具有1～4個(gè)通道，可實(shí)現(xiàn)直線及圓弧插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、5軸螺旋線插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)等，共可控制32個(gè)軸，并有多種校正及補(bǔ)償功能，體積僅為50mm316mm207mm。加工材料：石蠟、肥皂類或鋁質(zhì)類等。圖21 主傳動(dòng)型式本數(shù)控車床選用無級(jí)變速。mKgf電動(dòng)機(jī)的最高和最低工作轉(zhuǎn)速分別為：。一級(jí)減速齒輪的校核：圓周速度 精度等級(jí) 選8級(jí)精度使用系數(shù) 動(dòng)載系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) ，先求 由此得 齒向載荷分配系數(shù) 載荷系數(shù) 彈性系數(shù) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 接觸最小安全系數(shù) 總工作時(shí)間 取應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ，估計(jì), 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算：1初選主軸直徑：主軸直徑直接影響主軸部件的剛度，直徑越粗，剛度越高，但同時(shí)與之相配的軸承等零件的尺寸也越大。計(jì)算的=，對剛度影響不大。主軸組件的構(gòu)造，主要是支撐部分的構(gòu)造。主軸支撐分徑向和軸向。每個(gè)振型都有其固有頻率。通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)高速主軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。這時(shí)主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗震性影響很大。背對背與面對面相比，支撐點(diǎn)（接觸線的交點(diǎn)）間距離前者比后者大，因而能產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎力矩，即支撐剛度較大。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。裝配時(shí)擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊。當(dāng)然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。圖210a)是利用軸承蓋與軸的間隙密封，在軸承蓋的孔內(nèi)開槽是為了提高密封效果；這種密封用于工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處。初選傳動(dòng)軸懸伸量a=。3傳動(dòng)軸軸承 選用角接觸球軸承。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號(hào)（常用于球軸承）。數(shù)控車床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)對位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高的要求。但這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦。如圖34a）所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種形式結(jié)構(gòu)工藝性好，但由于管道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。調(diào)整時(shí)，只要擰動(dòng)圓螺母1即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺母2鎖緊。螺母座、絲杠端部的軸承及其支承加工的不精確性和它們在受力后的過量變形，都會(huì)給進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度帶來影響。兩端裝止推軸承。為滿足負(fù)載慣量盡可能小的要求，也為滿足一定的脈沖當(dāng)量，常采用齒輪降速傳動(dòng)，降速比i為， 式中 ——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角， ——脈沖當(dāng)量，mm ——絲杠螺距，mm。參數(shù)如下表33：表33滾珠絲杠的參數(shù)型號(hào)規(guī)格公稱直徑/mm導(dǎo)程/mm鋼球直徑/mm絲杠大徑/mm額定動(dòng)載荷/KN額定靜載荷/KNFFZD2505255241127 滾珠絲桿副的軸向變形導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型,：1工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：式中 ——絲杠螺距，mm ——工作臺(tái)（含工件）的質(zhì)量，kg2絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：3傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：8， 對數(shù)控機(jī)床而言，因動(dòng)態(tài)性能要求較高，所以電動(dòng)機(jī)力矩主要是來產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩所占的比重較小，一般都小于電機(jī)力矩的10%～30%，所以通?？砂纯焖倏蛰d啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩計(jì)算： 式中 ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩，N80~3001400第四章 橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章 橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1初選橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 ，176。滾珠絲杠在各種切削方式下軸向負(fù)載力、進(jìn)給速度大小以及各種轉(zhuǎn)速的時(shí)間占總時(shí)間的百分比如下表41：表41滾珠絲杠在各種切削方式下的參數(shù)切削方式軸向載荷/N進(jìn)給速度/(m/min)時(shí)間比例/(q%)強(qiáng)力切削=10粗加工30精加工=150快速移動(dòng)10計(jì)算得： ?？晒L珠絲桿杠支承使用的滾珠軸承種類很多。附加摩擦力矩 式中 ——絲杠最大軸向載荷，N計(jì)算得 ++= N潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油通過殼體上的油孔注入螺母空間內(nèi)。除與導(dǎo)軌的防護(hù)罩相似外，這幾種防護(hù)罩一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，為了保證機(jī)床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過適當(dāng)增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動(dòng)而產(chǎn)身的噪聲。 該機(jī)床的床身采用HT200鑄鐵直接鑄造而成。箱體采用HT150,與導(dǎo)軌連一起的支撐件用HT200，主軸箱體采用HT300?；瑒?dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單制造方便，承載面積大，接觸剛度好，抗振性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。硬件電路的可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 主控制器CPU的選擇在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下三要素：時(shí)鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理速度）；可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng)（即變成的靈活性）；I/O擴(kuò)展的能力；開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。即8031所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM所要求的時(shí)間。 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，并采用單片機(jī)控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺(tái)移動(dòng)。[4] 李慶余，孟廣耀主編.《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》第二版[5] 趙玉剛,[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[6] 孫雅洲,梁迎春,[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005.[7] 王蘭美，殷昌貴，《畫法幾何及工程制圖》第二版，機(jī)械工業(yè)出版社。[15] 邱宣懷等，《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版，高等教育出版社。在此我謹(jǐn)向我的導(dǎo)師以及在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我很大幫助的老師、同學(xué)們致以最誠摯的謝意！