【正文】 ...................................................................................... 28 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) IV 選擇設(shè)計(jì) ....................................................................................................................... 28 其他設(shè)計(jì) ....................................................................................................................... 29 基本要求 ............................................................................................................ 29 支撐架設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 30 總 結(jié) ............................................................................................................................................. 31 致 謝 ............................................................................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 33 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 序言 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) ，是現(xiàn)代化工 業(yè)生產(chǎn)中一門新型的 ， 發(fā)展十分迅速的高新技術(shù) 。 進(jìn)給 系統(tǒng) 。 確定 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng) 后 ， 詳細(xì)論述進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)各組成部 分 ， 以及各部分的計(jì)算和選用?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在 X、 Y方向的直線移動(dòng)。 圖書分類號(hào)： 密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) MECANICAL STRUCTURE DESIGN OF CNC LATHE FEED DERIVE SYSTEM 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 2022 年 5 月 27 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 摘 要 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng) 是指能分別沿著 X 向和 Y向 做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng) ，是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱 — 橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床 和數(shù)控鉆床的 XY工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的 XY數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。 該設(shè)計(jì) 從確定小型數(shù)控 車 床的方案入 手 ， 設(shè)計(jì) 進(jìn)給 系統(tǒng)的裝配圖和主要零件 圖 。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控 車 床 。 裝配圖 。 數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表 的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)和 新型制造業(yè)的滲透 ， 形成的一種機(jī)電一體化技術(shù) 。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。 數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過計(jì)算機(jī)軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給 伺服驅(qū)動(dòng) 裝置驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 或液壓執(zhí)行元件帶 動(dòng)設(shè)備運(yùn)行。尤其是在最近幾十年了，發(fā)達(dá)的資本主義國際憑借其先進(jìn)的制造技術(shù)，利用其強(qiáng)大的科技和財(cái)政實(shí)力獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。但同時(shí)也要看到，我們國家的制造業(yè)和西方發(fā)達(dá)資本主義國家的制造業(yè)還有差距，而且在某種層度上說，差距還很大，這就要求我們國家還要付出更大的努力去提高我國的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位，使我國 的制造業(yè)對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展能夠發(fā)揮更大的作用，為人民和人類帶來更大的幫助。配備多工位刀塔或動(dòng)力刀塔，機(jī)床就具有廣泛的加 工藝性能 ，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種 螺紋 、槽、蝸桿等復(fù)雜 工件 ，可咨詢：寧波眾鑫數(shù)控機(jī)床廠。傳統(tǒng)的機(jī)械加工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的，加工時(shí)用手搖動(dòng)機(jī)械 刀具 切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產(chǎn)品的 精度 的。數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機(jī)械加工的任何領(lǐng)域，更是模具加工的發(fā)展趨勢和重要和必要的技術(shù)手段。數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、 液壓 、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的 機(jī)電一體化 產(chǎn)品?？貦C(jī)床的技術(shù)水平高低及其在 金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 設(shè)計(jì)主要任務(wù) 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的主要組成部分，主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件組成，它是實(shí)現(xiàn)成形加工運(yùn)動(dòng)所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被加工工件的最終坐標(biāo)位置精度和輪廓精度都與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。合理設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；完成進(jìn)給部件（包含滾珠絲杠螺母副、燕尾槽導(dǎo)軌、導(dǎo)軌防護(hù)罩等）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及總圖和零件圖；完成主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；完成二萬字的畢業(yè)論文及 5000字的譯文。進(jìn)給率的增加可以提高生產(chǎn)效率。但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。刀具的種類及特點(diǎn)，刀具耐用度、穩(wěn)定性，材料的種類，是必須考慮的，通常還要考慮：下切步距，刀具路徑的行距 ，主軸轉(zhuǎn)速，加工精度等。數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺(tái)面。 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的具體參數(shù)如下： X 方向行程 :100mm Y 方向行程 :1500mm 工作臺(tái)面的參考尺寸 :240? 260mm 工作臺(tái)和工件最大物重質(zhì)量 60kg 工作臺(tái)表面滑動(dòng)摩擦系數(shù)為 平均切削力 :500N 快進(jìn)進(jìn)給速度 :1000mm/min 最高運(yùn)動(dòng)速度 :10000mm/min 脈沖當(dāng)量 定位精度 : ? 工作壽命 :每天 8 小時(shí)，工作 8 年， 250 天 /年 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 車床是主要用車刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床 ， 主要用于加工軸、盤、套和其徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 他具有回轉(zhuǎn)表面的工件 。 它 是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)化，精密機(jī)械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，生產(chǎn)了機(jī)電一體化的新型機(jī)床一一數(shù)控機(jī)床。普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。 此設(shè)計(jì)的具體要求如下： （ 1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。 采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。 直線導(dǎo)軌一般為二種，一種是滾動(dòng)式，一種是滑動(dòng)式，滾動(dòng)直線滑軌是一種滾動(dòng)導(dǎo)引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動(dòng)循環(huán)，使得負(fù)載平臺(tái)能沿著滑軌輕易的以高精度作線性運(yùn)動(dòng)，其摩擦系數(shù)可降至傳 統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)引的 1/50，使之能輕易地達(dá)到 1μm 級(jí)的定位精度。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。 圖 21 工作臺(tái)草圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 （ 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)主要由一個(gè)用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。交流伺服電動(dòng)機(jī)主要由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組（其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組）。 工作臺(tái)草圖如上圖 21。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組。 交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓 Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。 通入勵(lì)磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變， 電機(jī)的方向也發(fā)生改變。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢， 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較 。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢， 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。 下面是選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)滿足的條件： （ 1）機(jī)床無負(fù)載 時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的力矩應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定力矩的 50%一下。 （ 2）加 /減速時(shí)間要短，須在電動(dòng)機(jī)的允許范圍內(nèi)。這樣我們只需計(jì)算加速力矩，并在允許時(shí)間內(nèi)核算力矩在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi)。 （ 4）電動(dòng)機(jī)以最大切削力矩運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 這里我們依據(jù)負(fù)載來選擇電動(dòng)機(jī)。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩通常由下式算出 見式 (): f2m TLFT ??? ?? 式（ ） 其中： mT —— 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩（ Nm） F —— 沿坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)部件所需的力（ kgf） 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 L —— 電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)機(jī)床的移動(dòng)距離 = ? ?21 /ZZP? fT —— 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為 每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200～ 400 毫秒。 無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸， F 值取決于工作臺(tái)的重量，摩擦系數(shù)， F 值還與平衡錘有關(guān)。 交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。其結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低，機(jī)械特性線性度好低速性能良好，可直接與絲杠連接。其特點(diǎn)如下： 1）具有獨(dú)特的磁極形狀，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最??； 2）外面沒有機(jī)殼，定于鐵心直接在空氣中冷卻，這種結(jié)構(gòu)使電動(dòng)機(jī)溫升能減到最低； 3）具有高的轉(zhuǎn)矩 /慣量比，能承受高的加減速； 4）由于采用了集中磁力線機(jī)構(gòu)，在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電動(dòng)機(jī)體積小而且重量輕； 5）由于采用高頻脈寬調(diào)制控制，電動(dòng)機(jī)只有很低的噪聲和振動(dòng)。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。由于具有很小的 摩擦阻力 ，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有 2 列、 3 列、 4 列、 5 列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有 圈、 圈和 圈等幾種。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能。滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。 根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合情況，其基本傳動(dòng) 形式一共可分為四種類型，其類型如下： （ 1）螺母固定、絲桿傳動(dòng)并移動(dòng)。但其軸向尺寸不已太長，剛性較差。 （ 2）絲桿傳動(dòng)、螺母移動(dòng)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。 （ 3）螺母傳