【正文】 ? ? 10zJ kg m?? ? ? 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設(shè)計 14 415934 44 27 .1 / 42 29 7 / m i n4( 5. 2 1. 6 ) 103T rad s r? ?? ? ?? ? ? 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/min，可以滿足要求。 m2)； JS—— 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 (kg 69 . 8 3 2 4 1 0 1 2 6 0 / 1 2 0 3 8 / m in 1 5 0 0 / m in2021eB K r a d s r rm? ??? ? ? ? ? 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/min，能滿足要求 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計算： mT dK L? () 式中 md —— 絲杠平均直徑： L—— 絲杠長度 43 1 . 7 57 . 8 4 1 5 9 3 4 /500TK N m r?? 扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 : ()3TTswzK JJJ? ? ?? () 式中 JW—— 運動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量 (kg螺母座剛度 100 0 /HK N m?? 。 4） 絲杠本身的拉壓剛度： 對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)。 2） 軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。 絲杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke的計算公式： 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)； KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。 4 1 2 8 43 .1 4 ( 3 2 1 .2 3 .9 6 9 ) 1 0 2 .7 1 064Im ??? ? ? ? ? ? ? 絲杠螺紋部分長度 180 112 40 332uL mm? ? ? ?，取 350uL mm 支承跨距 1 400L mm? ， 絲杠全長 500L mm? 由公式 () 2 1 1 8m a x264 3 . 1 4 2 . 1 1 0 2 . 7 1 0 1 4 2 2 5 5 4 . 3 2 0 1 34 2 0 1 0 3 N F N??? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??cr F 可見 crF 遠大于 maxF ，臨界壓縮負荷滿足要求。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式 [9]。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計算。 為了易于吸收滾 珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式 （ DF,DFD,D） 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固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。 (3) 起動力矩小。 (2) 不需要預(yù)調(diào)整。由于采用特殊設(shè)計的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為 60176。選用成對絲杠專用軸承組合。兩邊軸承分別為φ 20mm 和φ 25mm。絲杠公稱直徑為φ 32mm，基本導(dǎo)程 6hP mm? ，其額定動載荷 16917aCN? ，額定靜 載荷 45968oaCN? ，圈 數(shù) ? 列數(shù) = ? 2，絲 杠螺 母副的 接觸 剛度為11 30 /cK N m?? ，絲杠底 徑 27. 9mm，螺母長度為 112mm，取絲杠的精度為 3 級。（查表得：數(shù)控機床： Th=15000。） fk—— 可靠性系數(shù)； (查表：可靠性為 90%時， fk =。） ft—— 溫度系數(shù)；（查表： 取 ft=2） fh—— 硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度≥ HRC58 時， fh=1。 n1 ， n2 —— 軸 向 載 荷 maxF ， minF 作 用 下 的 轉(zhuǎn) 速 (r/min) 。 m a x 1 m i n 212 8 8 8 .9 4 / m inmn t n tnrtt???? 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重 刀架質(zhì)量： 1 1 5 0 9 .8 1 4 7 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? ? ? ? ? 確定絲杠的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。 如表 1，取其中各參數(shù)的最大值進行估算： 取 PZC =167， PZX =， ? ， 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設(shè)計 7 PZk料=， PZk?=， PZk?=， hPZk =， vPZk = 取 切深 t=5mm，進給量 s=則由公式 ()： 0 .751 6 7 5 0 .3 1 .0 9 0 .9 1 .0 8 1 .3 1 .0 54 8 9 .547974800ZPNN? ? ? ? ? ? ? ????公 斤 力 : : 1 : 0 .2 5 : 0 .4: : 4 8 0 0 : 1 2 0 0 : 1 9 2 0XYXYFFFF ???ZZ而 F F () 切削功率：取切削速度為 105m/min，由公式 ()()得 : 4 8 9 .5 1 0 5 8 .46120Nk????切 削 NNkk??????切 削電 機過 取 11Nk??切 削 3 橫向進給系統(tǒng) 已知技術(shù)參數(shù) 橫向最大行程（ X 軸） 180 mm； 工作進給速度為 1 8000mm/min； 橫向快速進給速度： 8 m/min； 刀架估計質(zhì)量： 150kg； 滑板的估計尺寸（長 ?寬 ?高）： 400mm?200mm? 80mm； 材料選為 HT200。 PZk? = 0． 90 1． 0 1． 1 1． 2 1． 3 后刀面磨損限度 h= 0． 9 hPZk = 切削功率是切削時在切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。 10176。 +10176。 90176。 60176。 臥式數(shù)控車床橫向工作臺設(shè)計 6 表 1 系 數(shù) 及 指 數(shù) 工件材料 PZC PZX PZY 結(jié)構(gòu)鋼 167 1． 0 0． 75 修 正 系 數(shù) 工 件 材 料 b?? 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 PZk料= 0． 84 0． 90 0． 95 1． 0 1． 04 1． 09 切 削 速 度 v= 50 100 200 300 400 500 vPZk = 1． 0 0． 90 0． 82 0． 77 0． 74 0． 71 主 偏 角 φ= 30176。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??? ，0?? ，后刀面磨損限度 mm?? ，切削時不用冷卻液，車削外圓。這說明吃刀深度對切削力的影響要比走刀量對切削力的影響大。 PZX 、 PZY —— 指數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具 幾何形狀等。 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。 主切削力的計算 切削力的大小可用各種測力儀測得，也可用實驗得出的近似公式計算： PZ PZXYZ PZP C t s k? () vP Z P Z P Z hP ZPZk k k k k k??? 料 () P Z P ZXYZ P Z v P Z P Z P Z h P ZPZP C t s k k k k k??? 料 ( 公 斤 力 ) () 式中 PZC —— 系數(shù)。 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機床主 體的重要部分，在設(shè)計中，在伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。布置。 2 總體方案設(shè)計 方案設(shè)計及總體布局 機床結(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。在圖紙的繪制中，充分臥式數(shù)控車床橫向工作臺設(shè)計 5 利用 pro/E 軟件的先進性，完成 橫向進給系統(tǒng)的模擬仿真 。 在設(shè)計中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點。 設(shè)計的內(nèi)容、目的和方法 本次設(shè)計的內(nèi)容是機床總體方案設(shè)計及總體布局圖繪制、縱向及橫向伺服進給機構(gòu)的理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制裝配圖、典型零件繪制、 橫向 數(shù)控 進給 系統(tǒng) 的模擬仿真運動設(shè)計 ，并撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。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。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。電機應(yīng)具有耐受 4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在 以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 46倍而不損壞。伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求：(1) 從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如 /min 或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對于數(shù)控機床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)之一。它包含機械、電子、電機 (早期產(chǎn)品還包含液壓 )等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標軸的綜合聯(lián)動， 使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。而數(shù)控機床技術(shù)水平的提高首先依賴于進給和主軸驅(qū)動特性的改善以及功能的擴大，為此數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。 它是用于完成各種切削加工的機械部分，是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但也做了很多改進和提高，它的主要特點是：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率 [1]。 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機構(gòu)和機床移動部件 ,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設(shè)備運動。軟件由管理軟件和控制軟件組成。它由硬件和軟件組成。高級的數(shù)控系統(tǒng)可能還包含 一套自動編程機或者 CAD/CAM 系統(tǒng)。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分組成。 伺服系統(tǒng)的特點 數(shù)字控制，是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字 化信號對控制對象加以控制的一種方法。 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。而國外數(shù)控車床無論是設(shè)計水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。目前，我國數(shù)控機床 (包括經(jīng)濟型機床 )品種約有 500 個 [2]。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ) [1]。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高， MPBF 值可以在 15000h 以上。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標聯(lián)動技術(shù)對我們已不再是難題， m? 當量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給 數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。 我國數(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) )，已達到國際先進水平。目前世界數(shù)控機床年產(chǎn)量超過 15萬臺，品種超過 1500 多種 [2]。 數(shù)控機床是先進制造業(yè)的基礎(chǔ)機械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機電一體化產(chǎn)品。應(yīng)用一個或多個計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng) 稱為計算機數(shù)控系統(tǒng) (CNC)。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)。 1952 年第一代數(shù)控系統(tǒng) —— 電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。se