【正文】 最大進(jìn)給力加摩擦力 ,最小載荷即摩擦力，故： minF = Gf. = 8000=320(N)， maxF =4540+320=4860(N) 絲杠的軸向工作載荷為： mF = 32 minmax FF ? = 3 32048602 ?? ≈ (N) 絲杠的最高轉(zhuǎn)速為 1500r/min,工作態(tài)度最小進(jìn)給速度為 1mm/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為 ,則絲杠的平均轉(zhuǎn)速為 : n =(1500+)/2=750(r/min) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 絲杠的工作壽命取為 15000h,故： L=60nh/106=60 750 15000/106=675(h) 則 , mC =faLfF wm3 = 1 3?? =(N) 式中，mF―軸向工作載荷 (N) af ―精度系數(shù) ,1,2 級取 af =1。 ,據(jù)此要求查閱滾珠杠樣本 ,對于 1級 (P1) 精度絲杠 ,任意 300mm 內(nèi)導(dǎo)程允許誤差為 ,2級 (P2)精度絲杠的導(dǎo)程允差為 ,初步設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)絲杠的任意 300mm行程內(nèi)的行程變動(dòng)量 V300為定位精度的 1/3～ 1/2,即 ～ ,因此 ,取滾珠絲杠精度為 P1級 。目前生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的 冷卻介質(zhì)是水和油，但淬火用油作為冷卻介質(zhì)能夠減少淬火工件的變形與開裂，因此該絲杠用油作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行整體淬火。 進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算 絲杠材料的選擇 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 絲杠的材料選用 GCr15，因?yàn)檫@種鉻軸承鋼可用于制造耐磨，耐蝕零件。 ③ 、 良好的阻尼。 對于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件則有以下要求： ① 、 被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較小的慣量。 ② 、具有良好的動(dòng)態(tài) 傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量。 ⑤ 、 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無爬行現(xiàn)象。 ③ 、 高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度。 數(shù)控銑床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ⑴ 、 在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有： ① 、 能夠克服摩擦力和負(fù)載。 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 進(jìn)給伺 服系統(tǒng)的組成 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)組成。 ? 折合到主軸前端 ml alAA ??? 39。 主傳 動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算 1．切削力計(jì)算 T= 106p/n= 106 3/45= 105( mmN. ) 則 FC=2T/d=2 105/90=(KN) 銑削加工時(shí)，銑削進(jìn)給抗力 Ff與主切削力 cF 之間的比值，由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊查得： cf FF/ =～ 取 cf FF/ =,則： fF =4540(N) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 垂直分力與主切削力之間的比值為： cm FF/ =～ ， 取 cm FF/ =,則： mF =3405(N) 所以，導(dǎo)軌工作時(shí)所受的軸向力 mP 為： mP = )( GFFFk ncf ??? = 4540 (22700+3405+8000)=(N) 式中， k 和 f 是直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，分別取 和 ； G 為工作臺(tái)（ 300Kg）以及工件和夾具（不大于 500Kg）的總重量。 為了提高剛度和承載能力，主軸為雙支承，前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，雙列短圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷，雙向推力角接觸角接觸軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于承受軸向載荷。為了提高剛度和精度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。因此在一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要指標(biāo)。 主軸較粗，主軸軸承的直徑較大。主軸的端部是標(biāo)準(zhǔn)的。 ②、主軸組件的組成和軸承選型： 主軸組件，包括主軸、軸承、傳動(dòng)件和相應(yīng)的緊固件。這要具體問題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 以上這些要求，有的是矛盾的。 可靠性：數(shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化機(jī)床，所以必須保證工作可靠性 。 溫升：溫升將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工精度；溫升也會(huì)降低潤滑度的粘度，惡化潤滑條件。影響剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，前后支承的跨距和主軸前懸伸，傳動(dòng)件的布置方式等。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。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍也很大，所以對主軸組件的主要性能提出如下要求： 旋轉(zhuǎn)精度：主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指在裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部位的定心表面（銑床軸端的 7： 24 錐孔）的徑向和軸向跳動(dòng)。 主軸組件的設(shè)計(jì) ①、對主軸組件的性能要求： 主軸組件是機(jī)床主要部件之一。 主軸電機(jī)采用北京數(shù)控設(shè)備廠的 BESK－ 3 型調(diào)頻主軸電機(jī)，其轉(zhuǎn)速范圍為 － 4500r/min,額定功率為 3kw。因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力－抗震性。③、良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。數(shù)控銑床就要為了保證加工時(shí)能選擇合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。 銑床總布局的確定 根據(jù)以上所寫的內(nèi)容確定銑床的總布局如下圖所示 1. 立柱 2. 主軸箱 3. 床身 4 .工 作臺(tái) 5. 導(dǎo)軌圖 銑床總布局 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 3. 數(shù)銑床的設(shè)計(jì)和計(jì)算 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 序言 數(shù)控銑床是高度自動(dòng)化機(jī)床，數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：①機(jī)床有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率，以適應(yīng)高效率加工的需要；②主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠，一般能自動(dòng)變速；③主軸應(yīng)有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度；④主軸轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)很廣，如對鋁合金材料的高速切削，幾乎沒有上限的限制，主軸最高轉(zhuǎn)速取決于主傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)元件的允許極限 (如主軸軸承允許的極限轉(zhuǎn)速 )，而最低轉(zhuǎn)速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工 材料的要求來確定。 由于滾珠絲杠不能自鎖，所以在 Z 坐標(biāo)軸的伺服電機(jī)上應(yīng)加上制動(dòng)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 器。 ⑵、改善散熱和隔熱條件 主軸部件用強(qiáng)制潤滑冷卻，甚至采用制冷后的潤滑油進(jìn)行循環(huán)冷卻；切削過程中發(fā)熱最大，要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，并且要自動(dòng)及時(shí)排屑。熱變形影響加工精度的原因，主要由于熱源分布不均勻，熱源產(chǎn)生的熱量不等，各處零部件的質(zhì)量不均，形成各部位的溫升不一致，從而產(chǎn)生不均勻的溫度場和不均勻的熱膨脹變形，以致影響刀具與工件的正確相對位置。 ⑵、提高傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度 適當(dāng)加 大傳動(dòng)軸的直徑，加強(qiáng)支承座的剛度，對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身進(jìn)行預(yù)緊可以提高傳動(dòng)剛度。 提高低速進(jìn)給的平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)剛度 ⑴、減少動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差 執(zhí)行部件所受的摩擦阻力主要來自導(dǎo)軌副，因此，選用滾動(dòng)導(dǎo)軌，此外采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤滑油，這種導(dǎo)軌潤滑油中加有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改變了導(dǎo)軌的摩擦特性。裝在機(jī)床是的電機(jī)等旋轉(zhuǎn)部件需隔振安裝。本次設(shè)計(jì)的銑床工作臺(tái)只做橫向和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀具可以上下移動(dòng)，這樣可以避免加工較重零件時(shí)，升降式工作臺(tái)剛度不足的問題。在立柱的中間布置上隔板，可以提高構(gòu)件的剛度。機(jī)床的床身和立柱等支承件，采用鋼板和型鋼焊接而成具有減小質(zhì)量提高剛度的顯著優(yōu)點(diǎn)。 總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： ⑴、具有大的切削功率，高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和良好的抗震性能； ⑵、具有較高的幾何精度、傳動(dòng)精度和熱穩(wěn)定性 ； ⑶、具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件。 設(shè)計(jì)參數(shù) 工作臺(tái) 工作臺(tái)外形尺寸 1200 450mm2 工作臺(tái) T 型槽寬槽數(shù) 18mm 6 移動(dòng)范圍 X 軸 1200mm Y 軸 400mm Z 軸 470mm 主軸端面至工作臺(tái)距離 180～ 650mm 主軸箱 主軸錐孔 錐度 7： 24， BT－ 45 主軸轉(zhuǎn)速 ～ 4500r/min 主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3kw 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 北京數(shù)控設(shè)備廠的 BESK－ 3型交流調(diào)頻主軸電機(jī) 進(jìn)給速度 快速移動(dòng)速度（ 軸 ） 15m/min (Z 軸 ) 10m/min 進(jìn)給速度（ 軸） 1～ 4000mm/min 精度 定位精度 177。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)可選用進(jìn)口或國產(chǎn) 三軸數(shù)控系統(tǒng)，配置靈活，機(jī)床的三個(gè)方向定位精度達(dá) ，重復(fù)定位精度 。 由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，增加了維修的技術(shù)難度和維修費(fèi)用 。 易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 可加工復(fù)雜形狀的零件，如二維輪廓或三維輪廓加工。 零件加工精度一致性好，避免了通用機(jī)床加工時(shí)人為因素的影響。 數(shù)控機(jī)床分類 數(shù)控機(jī)床按所能實(shí)現(xiàn)的控制功能分為點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。 數(shù)控機(jī)床的組成及分類 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床由：程序、輸人 /輸出裝置、 CNC 單元、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)、機(jī)床本體組成 :（ 1）程序的存儲(chǔ)介質(zhì)，又稱程序載體（ 2）輸人 /輸出裝置 （ 3） CNC 單元 (4)伺服系統(tǒng) (5)位置反饋系統(tǒng)（檢測反饋系統(tǒng)） (6)機(jī)床的機(jī)械部件。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。提高加工效率、降低生產(chǎn)成本、提高加工質(zhì)量、快速更新產(chǎn)品，是機(jī)械制造業(yè)競爭和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)志。可以說，沒有發(fā)達(dá)的機(jī)械制造業(yè)，就不可能有國家的真正繁榮的富強(qiáng)。 關(guān)鍵詞 ： 總體結(jié)構(gòu)布局 銑床傳動(dòng)方式 主傳動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstrac In order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to plete its work, do not need highprecision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very plex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of microputer system, the continuous improvement of performance, largescale application of the universal application of a simple numerical control system to plete the work in general, the small factories in general can be achieved in full. The processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out dril