【正文】 能還包含一套自動編程機或者 CAD/CAM系統(tǒng)。它由硬件和軟件組成。軟件由管理軟件和控制軟件組成。 3. 伺服系統(tǒng) 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。 4. 機床 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??；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]。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。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標(biāo)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。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)。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。 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。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。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 。 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)。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。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 圖 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 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、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計、典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料文獻翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè) 計論文。 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。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進性，完成三張 A0 圖紙。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 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。布置。 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。 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)。 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。決定于工件材料、切削用量和刀具幾何形狀等。 vPZ PZ PZ hP ZPZk k k k k??料 —— 分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨損限度對 P的修正系數(shù)。一般情況下 PZX PZY 。 下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。 它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關(guān)手冊中查得。 45176。 70176。 PZk? = 1． 08 1． 0 0． 94 0． 94 0． 89 前 角 γ= +20176。 0176。 20176。當(dāng)切削速度為已知時，切削功率可用下式計算： 1 0 2 6 0 6 1 2 0ZZP v P vN kw???切 削 () 在校驗機床選用的電動機功率時應(yīng)使 N N k??切 削 過電 機 () 式中 N電 機 —— 機床電動機名義功率（千瓦）； ? —— 機床效率（一般齒輪機床 ? = ）； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 k過 —— 電動機超載時容許的系數(shù)（一般 k過 =） [5][7]。 滾珠絲杠的計算及選擇 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 在本設(shè)計中，電機和絲杠 直接相連，傳動比為 1i? ，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為m ax 150 0 / m innr? ，則絲杠導(dǎo)程為： maxmaxhvP n? () 38 10 hP ???，取 6hP? 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 / minhvnrP? () 由公式 (),最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 3m a xm a x 8 1 0 1 3 3 3 .3 3 / m in6hvnrP ?? ? ? 最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： m inm in 1 0 .1 6 7 / m in6hvnrP? ? ? 絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 122tt? ） 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 m a x 1 m in 212 / m inmn t n tnrtt?? ? () 1t ， 2t —— 轉(zhuǎn)速 maxn ， minn 作用下的時間 (s)。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為 ， K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取 ，現(xiàn)取為 ，則絲杠所受的力為（如圖 所示）： m a x22() 1200 ( 2022 4800) 1920 2022X Z YF K F f G F F G? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? =2022N () min 0FN? 其等效負(fù)載可按下式估算 （取 21tt? ， 212nn? ）： t1， t2—— 軸向載荷 maxF ， minF 作用下的時間 (s)。 133 3m a x 1 1 m i n 2 21 1 2 21396m F n t F n tFNn t n t?????????? () 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 確定絲杠所受的最大動載荷 圖 受力分析 1 / 360610F f T nm w h mCNa f f f ft h a k???? ???? () fw—— 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當(dāng)一般運轉(zhuǎn)時， fw 為 ，取 fw=。） fa—— 精度系數(shù)；（查表：當(dāng)精度等級為 3時， fa=。 ) Fm—— 等效負(fù)荷 (N)； nm—— 等效轉(zhuǎn)速 (r/min)； Tn—— 工作壽命 (h)。） 由公式 () 660 60 15 00 0 88 8. 94 80 0 10hmTn ? ? ? ? ? n?cr 13660 1684710 hma m w TnC F f N? ???????? 選擇滾珠絲杠型號 由文獻 [7,8]可 知，查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號： CDM32063。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片預(yù)緊。 本設(shè)計中絲杠采用兩端固定的支承方式。 滾珠絲杠支承用專用軸承： 軸承特點： 1. 剛性大。軸向剛性大。對每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號（＞）排列后，裝緊即可。與圓錐滾子軸承、圓 柱滾子軸承相比，起動力矩小。（ DF,DFD,DFF等） 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。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計算。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式 [9]。 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? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 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(fù)荷滿足要求。 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)； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 KB—— 軸承的接觸剛度 (N/μ m)。 2) 軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。 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