【正文】 數(shù)控鉆銑床、加工中心等這一類數(shù)控機床的床身結(jié)構與數(shù)控車床有所不同。使之既適用經(jīng)濟，有美觀大方。熱變形將直接影響機架的原有的精度，從而是產(chǎn)品精度下降，如立軸矩臺平面磨床，立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結(jié)果磨出的零件燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 36 工作表面與安裝基面不平行；有導軌的機架，由于導軌面與底面存在溫差，在垂直平面內(nèi)導軌將產(chǎn)生中凸或中凹熱變形。為此，為保 證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術要求。 第 5章 床身、橫梁導軌和工作臺 第 5 章 床身、橫梁導軌和工作臺 床身結(jié)構 對床身結(jié)構的基 本要求 機床的床身是整個機床的基礎支持件，一般用來放置導軌，主軸箱等重要部件。因此，滾珠絲杠副安裝到機床時，應注意： 1）絲杠的軸線必須和其配套導軌的軸線平行，機床的兩端軸承座與螺母座必須三點成一線； 2）安裝螺母時，應盡量靠近支撐軸承； 3）同時，安裝支撐軸承時，應盡量靠近螺母安裝部位。 3．滾珠絲杠副正常工作環(huán)境溫度為177。因此，考慮有污物異物進入時，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護起來。 ： 第 4章 進給伺服系統(tǒng)設計 31 工件和工作臺的最大質(zhì)量為 3000kg,折算到電動機軸，其慣量為 221 2 hnPvJ m mwn?????? ? ??? ???? ?? 絲杠慣量：絲杠直徑 80mm，決定長度為 。 防護方式：開啟式、封閉式、防護式、防暴式。 圖 41滾珠絲桿及螺母副結(jié)構圖 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 30 同步齒形帶的選擇 同步齒形帶的傳動裝置的優(yōu)點 :結(jié)構簡單 ,安裝調(diào)試方便 ,且在一定條件下能滿足轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的輸出要求，可以避免避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，適用于低轉(zhuǎn)矩特性的要求的主軸。 1af ? ? 故 ： 6660 2 4 0 1 010 avnhLh? ? ? 當量動載荷 3m 7 5 7 6 2 4 0 1 . 5 706211C N N???? 查 滾珠絲杠樣本，選上?？N云機械設備有限公司的型號為， SFU80104的絲杠。 為了在機床的設計中更合理的選用滾珠絲杠副，使其充分發(fā)揮效能，必須進行一系列的計算。 滾珠絲杠的選擇 在數(shù)控機床的設計中，滾珠絲杠副的作用是將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的推力。 進給伺服系統(tǒng)的設計要求 機床的位置調(diào)節(jié)對進給伺服系統(tǒng)提出了很高的要求。因此，對于點位控制的機床，主要應保證定位精度，并盡量減少定位時間。它包含系統(tǒng)的響應時間、傳動裝置的加速能力。輪廓跟隨誤差是指多坐標聯(lián)動時，實際運動軌跡與給的最大偏差值。 進給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系適當?shù)倪x擇系統(tǒng)的機械參數(shù) (主要有阻尼、剛度、諧振頻率 和失氣參數(shù)，并使它們達到最佳匹配，是進給伺服系統(tǒng)設計的目標 所謂進給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復現(xiàn)輸入量的差 )，即準確性。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 第 4 章 進給伺服系統(tǒng)設計 對進給伺服系統(tǒng)的基本要求 帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進給驅(qū)動系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。故半徑為 3 9 7 9 .20 .1 2nz MFN?? Fy== 故總切削力為： F= 22Fz Fy? = 估算時，暫取 L0/a=3,即 取 3x120=360mm. 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 前支承支反力 003 6 0 1 2 04 4 4 8 . 9 4 9 3 1 . 9360A laR F Nl??? ? ? ? ? 后支承支反力 01204 4 4 8 . 9 1 4 8 3 . 0360B aR F Nl? ? ? ? ? 取 21 3 .9 7 6 1 0 /aK N m?? 10 /bK N m?? ? 3 16aEIKa? ??? 則 0 / ? 則 0 281L mm? 因在 上式計算中，忽略了 ys的影響，故 L0應稍大一點，取 L0=300mm 計算剛度損失： 取 L=385mm,χ = 因在上式計算中，忽略了 ys的影響，故 L0應稍大一點，取 L0=300mm 計算剛度損失： 取 L=385mm,χ = 表 38 由 公式 彈 性 主 軸 y1 彈性支承 k 總 柔 度 總 剛度 彎曲變形 yb 剪切變形ys 前支承 后支承 懸伸段 跨距段 懸伸段 跨距段 L=385 107 106 107 107 107 107 5 107 105 ％ ％ ％ ％ ％ ％ 100％ L0=300 107 106 107 5 107 107 107 3 107 105 ％ ％ ％ ％ ％ ％ 100％ 由 L≠ L0 引起的剛度損失約為 ％ ,可知，主軸剛度損失較小，選用 第 3章 機床主軸箱的設計 23 的軸承型號及支承形式都能滿足剛度要求。軸向載荷為主且精度要求不高時，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時，選用向心推力軸承。 通常情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承（如配推力軸承，則極限轉(zhuǎn)速低），或者成對圓錐滾子軸承，其結(jié)構簡單，但是 極限轉(zhuǎn)速較低，如配空心圓錐滾子軸承，其極限轉(zhuǎn)速顯著提高，但成本也相應的提高了。 圖 34 齒輪的軸向間距 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 4）軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承?，F(xiàn)將主軸部件中各個齒輪的尺寸計算如表 36所示 : 表 36 各齒輪的直徑 齒輪 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ 分度圓直徑（ mm） 114 228 204 138 282 60 齒頂圓直徑（ mm） 120 234 210 144 288 66 第 3章 機床主軸箱的設計 19 齒根圓直徑（ mm） Z0 Z0’ 105 210 111 216 由表 32 可以計算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表 37 所示 : 表 37 各軸的中心距 軸 ⅠⅡ ⅡⅢ 距離（ mm） 160 175 3）確定齒輪的軸向布置 為避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)的兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距，應大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙 12mm，所以首先設計滑移齒輪。 1）傳動軸的估算 這一步在前面已經(jīng)做了計算。因此設計從畫展開圖開始，確定所有零件的位置，結(jié)構和尺寸，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。取 Z3’ =20,S=114，則 Z3=94。在畫草圖時用經(jīng)驗公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標準齒輪的模數(shù)。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度軸的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構布置和有關尺寸，驗算彎曲剛度。除了載荷比較大的情況外，可以不必驗算軸的強度。 圖 31 主傳動系統(tǒng)圖 第 3章 機床主軸箱的設計 15 圖 32轉(zhuǎn)速圖 圖 33主軸功率特性 傳動軸的估算 傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度要求。 設計變速箱時，考慮到機床結(jié)構的復雜程度，運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比Ф f 等于交流主軸電動機的恒功率調(diào)速范圍 Rdp，即Фf=Rdp=3，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的。 驅(qū)動源的選擇 機床上常用的無級變速機構是直流或交流調(diào)速電動機，直流電動機從額定轉(zhuǎn)速 nd 向上至最高轉(zhuǎn)速 nmax 是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速 nd 向下至最低轉(zhuǎn)速 nmin 是調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的，屬于恒轉(zhuǎn)矩 ；交流調(diào)速電動機是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。 主傳動系統(tǒng)的設計 主傳動功率 機床主傳動的功率 P 可由下式來確定： cPP ?? 式中 P －機床主傳動的功率 cP －切削功率 ? －主傳動鏈的總效率 數(shù)控機床的加工范圍一般都比較大， cp 可根據(jù)有代表性的加工情況，由下式確定： )(65500/60000/ KWnMvFP zc ??? 式中 zF －主切削力的切向力（ N） v －切削速度（ m/min） M －切削扭矩 （ N/cm） n －主軸轉(zhuǎn)速 （ r/min） 主傳動的總效率一般可取為 ? ＝ ～ ，數(shù)控機床的主傳動多用調(diào)速電機和有限的機械變速來實現(xiàn)，傳動鏈比較短， 因此，效率可以取較大值。 圖 11 數(shù)控龍門銑床總裝圖（主視圖 ） 第 2章 數(shù)控龍門銑床總體方案設計 11 圖 22數(shù)控龍門銑床總裝圖（右視圖） 本章小節(jié) 本章主要講解了數(shù)控龍門銑床的 總理方案設計，其主要內(nèi)容有機械部分的設計和數(shù)控部分設計，根據(jù)所給要求制定出總體設計方案 。筆者選用的聯(lián)軸器帶有過載保護裝置，在過載時聯(lián)軸器會自動脫開。首先選用帶電磁剎車的伺服電動機，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉(zhuǎn)引起主軸箱機械式下垂。這樣設計使機床的整體進給性能得以協(xié)調(diào)，各軸的進給速度和進給力得到了最佳匹配。因床身會受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設計可使龍門框架的重力直接傳入到機床的基礎上，而床身只受到工件的重力。現(xiàn)把設計過程中的重點闡述如下 ： 床身是本次設計工作的基礎，床身的尺寸設計影響著對整機的設計，而且設計的合理性直接影響到整機的剛度。工作臺移動式龍門銑床，整機長度必須兩倍于縱向行程長度，而移動式龍門銑床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可。已定設計參數(shù)： 工作臺： 3000 1200mm 工作臺最大荷重 2t 高速高效，結(jié)構簡單可靠，功能強大，性能穩(wěn)定，精度較高，可用于銑削板材以及多種工件等 。 總布局與使用要求： 。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 本章小節(jié) 本章主要講述了數(shù)控技術的發(fā)展趨勢以及數(shù)控機床的相關知識，包括數(shù)控機床的類型，其組成部分和工作原理，著重講解了其控制原理。 圖 14零件圖到成品的全過程 7 位坐標軸或執(zhí)行機構的測量裝置，用于對坐標軸（或工作臺）實際位置的測量，并反反饋到控制系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，形成全封閉控制。 4．測量反饋裝置 該裝置由檢測元件和相應的電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋出來，構成閉環(huán)控制。先導數(shù)控機床都采用計算機數(shù)控裝置，既CNC(puterized numerial control)裝置。 8．增強了企業(yè)應變能力，為提高企業(yè)競爭能了創(chuàng)造了條件。 4．能解決復雜零件的加工精度控制問題。 （ 3） .半閉環(huán)連續(xù)控制式 它采用了高性能直流伺服電機驅(qū)動，扭矩大，速度高，承載能力強，可進行強力切削，但造價太高不經(jīng)濟，不適用于中小企業(yè)。由于性能價格比合適，所以被廣泛采用。 經(jīng)濟型數(shù)控機床 經(jīng)濟型數(shù)控機床的概念 所謂經(jīng)濟型數(shù)控機床就是指價格低廉，操作使用方便，適合我國國情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。 （ 2） .半閉環(huán)控制控制數(shù) 控機床 這種控制方式對工作臺的實際位置不進行檢查測量。加工時不僅要控制起點和終點，還要控制整個過程中每點的速度和位置。 （ 4）計算機群控 它也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，是一臺大型通