【正文】 控系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)形成半閉環(huán)控制若不需要檢測(cè)裝置到形成開環(huán)控制。全閉環(huán)系統(tǒng)適用于具有傳動(dòng)部件精度高，性能穩(wěn)定，使用過程溫度差變化不大的高精度數(shù)控機(jī)床。 2 數(shù)控龍門銑床總體方案設(shè)計(jì)微細(xì)加工機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)是靈活多變的，控制部件、驅(qū)動(dòng)部件、執(zhí)行裝置的選用也有很多的方案。微細(xì)銑削加工機(jī)床以精密 XY 移動(dòng)單元、Z 軸移動(dòng)單元和精密主軸構(gòu)成機(jī)床本體，以工控機(jī)配置 PMAC 卡作為核心控制單元，通過伺服電機(jī)和光柵檢測(cè)系統(tǒng)等構(gòu)成檢測(cè)與伺服驅(qū)動(dòng)單元，從而構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)精密檢測(cè)與控制的小型三軸聯(lián)動(dòng)銑削加工機(jī)床，機(jī)床整體尺寸為 1500mm800mm1000mm。定設(shè)計(jì)參數(shù)： 工作臺(tái)：1000600mm 工作臺(tái)最大荷重1t高速高效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，精度較高，可用于銑削板材以及多種工件等。工作臺(tái)移動(dòng)式數(shù)控龍門銑床是指工作臺(tái)縱向移動(dòng)的龍門銑床。工作臺(tái)移動(dòng)式龍門銑床，整機(jī)長(zhǎng)度必須兩倍于縱向行程長(zhǎng)度，工作臺(tái)移動(dòng)式龍門銑床的整機(jī)寬度只需床身寬度加上龍門架側(cè)面厚度即可。工作臺(tái)移動(dòng)式龍門銑床采用的是固定龍門架,工作臺(tái)移動(dòng)可以使銑刀做切削運(yùn)動(dòng)時(shí)更加穩(wěn)定，從而保證了加工精度和機(jī)床的響應(yīng)性能?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)闡述如下：床身是本次設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，床身的尺寸設(shè)計(jì)影響著對(duì)整機(jī)的設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)的合理性直接影響到整機(jī)的剛度。床身的左、右兩下腳各設(shè)計(jì)有一個(gè)狹長(zhǎng)平面，用來接觸龍門架，使龍門架和床身結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，龍門架底座直接連接機(jī)床的基座，主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。龍門框架采用的是整體龍門架的設(shè)計(jì)概念，即把橫梁與左右立柱設(shè)計(jì)成一體，雖然使鑄造和裝配調(diào)整時(shí)的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，定位精度高，更重要的是使主軸箱、滑臺(tái)等部件有了裝配基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)思如下：Z 軸的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用絲杠副和加重預(yù)壓滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，Y 軸與 X 軸采用直徑預(yù)壓滾珠絲杠副和加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動(dòng)部分貼有工程塑料，避免低速時(shí)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而且導(dǎo)軌部分設(shè)計(jì)有斜鑲條可調(diào)裝置。橫梁的上下垂直運(yùn)動(dòng)Z軸采用精密滾珠絲杠副傳動(dòng)。工作臺(tái)左右移動(dòng)為Y軸，為了保證Y軸的傳動(dòng)精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動(dòng)機(jī)與精密滾珠絲杠直聯(lián)方式。為保證定位精度為177。使用此功能，本機(jī)床可以對(duì)龍門框架進(jìn)給軸（X1，X2）實(shí)現(xiàn)無機(jī)械偏差的位移。 圖11 數(shù)控龍門銑床總裝簡(jiǎn)圖 本章小節(jié)本章主要講解了數(shù)控龍門銑床的總體方案設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容有機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和數(shù)控部分設(shè)計(jì)，根據(jù)所給要求制定出總體設(shè)計(jì)方案。2. 定位精度為177。 3. 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。主傳動(dòng)中各傳動(dòng)件的尺寸都是根據(jù)其傳動(dòng)的功率確定的，準(zhǔn)確合適的選用傳動(dòng)功率。由于交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢(shì)，因此選用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)速圖的擬定根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒定功率轉(zhuǎn)速范圍 （31）而主軸要求的恒定功率轉(zhuǎn)速范圍 ,遠(yuǎn)大于交流主軸電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。變速箱的變速級(jí)數(shù): (32) 取 Z=3 確定各齒輪副的齒數(shù)： 取S=114由u=2 得Z1=38 Z1′=76由u= 得Z2=68 Z2′=46由u= 得Z3=94 Z3′=20如取總效率η=，則電動(dòng)機(jī)功率P=。由此擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)圖、轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖3圖3圖33。軸的常用材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼 3450，最常用的是45鋼和40Cr鋼。對(duì)于受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi 等。特別是我國(guó)研制成功的稀土鎂球墨鑄鐵，沖擊韌性好，同時(shí)具有減摩、吸振和對(duì)應(yīng)力集中敏感性小等優(yōu)點(diǎn)，已用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床上的重要軸類零件，如曲軸等。根據(jù)工作條件要求，軸都要整體熱處理，一般是調(diào)質(zhì)，對(duì)不重要的軸采用正火處理。設(shè)計(jì)的40Cr主軸需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（T235）。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。剛度要求軸在載荷下（彎曲，軸向，扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上直接得出如表31所示:軸ⅠⅡIII計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）1500750173表31各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速各軸功率和扭矩計(jì)算： （包括軸承），則：Ⅰ軸：== KW Ⅱ軸：== KW III軸：== KW Ⅰ軸扭矩：=9550Ⅱ軸扭矩： =9550III軸扭矩： =9550[φ]是每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選取的原則如表32所示:表32 許用扭轉(zhuǎn)角選取原則軸主軸一般傳動(dòng)軸較低的軸[φ]（deg/m）根據(jù)表32確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表33所示:表33 許用扭轉(zhuǎn)角的確定軸ⅠⅡIII[φ]（deg/m）11把以上確定的各軸的輸入功率、計(jì)算轉(zhuǎn)速、允許扭轉(zhuǎn)角[φ]代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 (33)可得各個(gè)傳動(dòng)軸的估算直徑：Ⅰ軸： d1= 取d1=30mm Ⅱ軸： d2= 取d1=35mm主軸軸徑尺寸的確定：已知銑床最大加工直徑為Dmax=200mm, 則：主軸前軸頸直徑 D1=177。10=10～30mm 取d=20mm 按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗(yàn)用。齒輪模數(shù)的估算有兩種方法，第一種是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算，第二種是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算，而這兩種方法的前提條件是各個(gè)齒輪的齒數(shù)必須已知，所以必須先給出各個(gè)齒輪的齒數(shù)。而由于Z3,這對(duì)齒輪有最大的傳動(dòng)比，各個(gè)傳動(dòng)齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是。從轉(zhuǎn)速圖上直接看出直接可以看出Z3的計(jì)算轉(zhuǎn)速。現(xiàn)將各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下： 表34 齒輪的估算齒數(shù)和模數(shù)列表齒輪Z0Z0’Z1Z1’Z2Z2’Z3Z3’齒數(shù)3570387668469420模數(shù)（mm）33333333主軸箱展開圖是反映各個(gè)零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙。 圖34 主軸箱這一階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容是通過繪圖設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及選出軸承的型號(hào)，確定軸的支點(diǎn)距離和軸上零件力的作用點(diǎn)，計(jì)算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。所以設(shè)計(jì)時(shí)先畫主要零件，后畫其它零件，先畫傳動(dòng)零件的中心線和輪廓線，后畫結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。(2）齒輪相關(guān)尺寸的計(jì)算為了確定軸的軸向距離，齒輪齒寬的確定是必須的。這里取齒寬系數(shù)Φm=10, 則齒寬B=Φmm=103=:表35 各齒輪的齒厚齒輪Z1Z1′Z2Z2′Z3Z3′齒厚（mm）303030303030齒輪的直徑?jīng)Q定了各個(gè)軸之間的尺寸，所以在畫展開圖草圖前，各個(gè)齒輪的尺寸必須算出。Ⅱ軸上的滑移齒輪的兩個(gè)齒輪輪之間必須留有用于齒輪加工的間隙，插齒時(shí)，當(dāng)模數(shù)在12mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于5mm,，間隙必須不小于6mm，且應(yīng)留有足夠空間滑移，據(jù)此選取該滑移齒輪三個(gè)齒輪之間的間隙分別為d1= 45mm,d2=8mm?，F(xiàn)取齒輪之間的間距為82mm和45mm。軸承類型及型號(hào)選用主要應(yīng)根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承，因?yàn)楫?dāng)軸承外徑一定時(shí)，其孔徑（即主軸軸頸）較大。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25176。的接觸角。該設(shè)計(jì)的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時(shí)，剛度和速度這兩方面都要考慮。 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)