【正文】 ............................................................................. 28 I 數(shù)控銑床（ 320mm） Y 軸進(jìn)給系統(tǒng)三維設(shè)計及加工 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 5901105120 學(xué)生姓名：萬福平 指導(dǎo)教師：范美仁 摘 要 近年來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，既促進(jìn)和帶動了制造業(yè)的發(fā)展，也使其遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切地需要改造傳統(tǒng)的加工制造模式。這其中很重要的一條就是使用更高速、更精確、更可靠的數(shù)控機(jī)床來代替普通的人工機(jī)床。特別值的一提的是，本文摒棄了傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法 ，利用 UG 進(jìn)行三維參數(shù)化造型設(shè)計，直接生成工程圖紙和加式代碼，這對于縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量和產(chǎn)品的加工生產(chǎn)效率有著重要的意義。Feed System。它綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和精密機(jī)械等高新技術(shù)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。 目前，數(shù)控技術(shù)已被世界各國列為優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)，成為國際間科技競爭的重點(diǎn)。 數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今柔性自動化和智能自動化的技術(shù)基礎(chǔ)之一，它使傳統(tǒng)制造工藝發(fā)生了顯著的、本質(zhì)的變化。 在國際貿(mào)易中，很多發(fā)達(dá)國家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值 、高利潤主要電機(jī)出口產(chǎn)品。數(shù)控銑床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置。中、小批量生產(chǎn)的比例明星增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床成為一種精密、高 效、復(fù)合、集成功能和低成本的自動化加工設(shè)備。 世界數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本共識是朝著高速高效化、精密化、復(fù)合化、智能化、信息化、環(huán)?；驮O(shè)計模塊化的方向發(fā)展。其技術(shù)關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。 精密化 由于機(jī)床結(jié)構(gòu)和各組件加工的精密化，機(jī)床達(dá)到微米級精度已不是問題。同時，代表精度水平的超精密的納米級機(jī)床已開始不斷涌現(xiàn)。另一方面，產(chǎn)品周期的縮短要求加工機(jī)床能夠隨時調(diào)整和適應(yīng)新的 變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求，這就要求 1 臺機(jī)床能夠處理以往需要幾臺機(jī)床處理的工序。 智能化 現(xiàn)代智能化數(shù)控機(jī)床可以根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)工作參數(shù)，保持最佳工作狀態(tài)，得到較高的加工精度和較低的表面粗糙度值，同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)?；诰W(wǎng)絡(luò)連接，機(jī)床用戶可以及時獲得機(jī)床制造商的遠(yuǎn)程技術(shù)支持，機(jī)床制造商可準(zhǔn)確有效地得到用戶方的機(jī)床工況資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)床狀態(tài)的網(wǎng)上在線診斷，實(shí)現(xiàn)機(jī)床全生產(chǎn)周期服務(wù)的開放式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)，可以提高售后服務(wù)效率，并有助于及時改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量。通過干切削、準(zhǔn)干切削、 硬切削等措施避免冷卻液、潤滑液對周圍環(huán)境造成生態(tài)危害以及采用全封閉的罩殼，全面避免切屑或切削液外濺是主要的兩個環(huán)保化要求。模塊化設(shè)計將是貫穿產(chǎn)品設(shè)計全過 3 程的一條主線，無論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求，無論是降低成本的需要，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要，都要求在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計中，切實(shí)做好模塊化的設(shè)計工作。 數(shù)控銑床與其進(jìn)給系統(tǒng) 數(shù)控銑床可以人為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，各類銑床配置的數(shù)控系統(tǒng)不同，其功能也不盡相同，主要有點(diǎn)位控制功能、連續(xù)輪廓控制功能、刀具半徑自動補(bǔ)償功能、刀具長度自動補(bǔ)償功能、鏡像加工功能、固定循環(huán)功能和特殊功能。數(shù)控銑床 在配置了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，就具備了數(shù)據(jù)采集功能。 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床本體的傳動環(huán)節(jié)，其作用是接收數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置（直流、交流伺服電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)，電液馬達(dá)等）和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運(yùn)動。 數(shù)控銑床進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求是高精度、快的響應(yīng)速度、寬的調(diào)速范圍、低速時的大轉(zhuǎn)矩。本次設(shè)計的機(jī)床要求具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流向是單向的，也正是由于信號的單向流程，它對機(jī)床移動部件的實(shí)際位置不作檢測，所以機(jī)床的加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能，開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動。目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。這種控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)式卻比閉環(huán)方便。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電動機(jī)或交流電機(jī)驅(qū)動。 本次設(shè)計的機(jī)床精度要求高，但考慮到經(jīng)濟(jì)及調(diào)試等問題，選用半閉環(huán)型的控制系統(tǒng)。 我們這里擬采用的是滾珠絲杠副傳動，以減少摩擦系數(shù)，提高進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體剛度。 5 第二 章 機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分計算與設(shè)計 主要參數(shù)如下： 工作臺面積 (長寬 ) 900 320 mm 工作臺左右行程 (X 向 ) 630 mm 工作臺前后行程 (Y 向 ) 400 mm 主軸上、下行程 (Z向 ) 500 mm 工作臺最大承重 600 kg 主軸端 面至工作臺面距離 125625 mm 刀具最大尺寸 φ 100 250 mm 刀具最大重量 6 kg 主軸最高轉(zhuǎn)速 8000 rpm 進(jìn)給速度 55000 mm/min 快速移動速度 15000 mm/min 主電機(jī)功率 主軸最大輸出扭矩 94 定位精度 《 JB/》 X: ， Y、 Z： 進(jìn)給電機(jī)扭矩 8 起動加速時間（ ms）： 30 脈沖當(dāng)量的選擇與切削力的計算 一．選擇脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量： 橫向： 二．計算切削力 切削功率為 KNNC ?? 試中 N主電動機(jī)功率， ?主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 ~， 取為 K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 根據(jù)上述公式可得： CN =。 6 通常：縱向切削分力 縱F =（ ~) ZF 垂直切削分力 垂F =（ ~） ZF 橫向切削分力 橫F =（ ~） ZF 取 縱F = ZF = 垂F = ZF = 橫F = ZF = 滾珠絲桿螺母副的計算和選型 計算進(jìn)給軸向力 Fm(N) 絲杠上的工作載荷 Fm是指滾珠絲鋼負(fù)載驅(qū)動工作臺時滾珠絲鋼所承受 的軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。矩形導(dǎo)軌的工作載荷 Fm的計算公式為： )2( GFFfKFFm ?????? 縱垂橫 式中 K— 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗系數(shù)，矩形滑動導(dǎo)軌取 K=； f? — 滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：貼塑導(dǎo)軌為 ，取 ； G— 工作臺、夾具和刀具的重量， G=600? =5880N。故絲桿的工作壽命為 L=61060nT=610 150075060 ??=675 式中 T— — 絲桿使用壽命，按設(shè)計機(jī)床要求取 T=15000h； n—— 絲桿轉(zhuǎn)速； 代入上式得 Q=ap3 KK FmL = ??? 1 =25395N 靜強(qiáng)度計算 當(dāng)轉(zhuǎn)速 10 / minnr? 時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大的塑性變形，影響正常工作。 其名義直徑為 45mm，導(dǎo)程 6mm，滾珠直徑 。動載荷與靜載荷載均滿足要求選定精度為 1 級。 從剛度計算可以看出，絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大。 本傳動系統(tǒng)的絲桿采用兩端固定 的結(jié)構(gòu)形式。 壓桿穩(wěn)定性 細(xì)長桿在受壓縮載荷時，不會發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷 erF 。 代入數(shù)據(jù)得 wDdd ?? =? = erF =24211010 Ldf? = 2 410 ?? =61600(N) 臨界載荷 erF 與工作載荷 Fm之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) kn ，當(dāng) k n = merFF ? [ kn ],則壓桿穩(wěn)定， [ kn ]為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般 [ kn ]=； 此時 kn = ??FF ? [ kn ] 則此絲桿穩(wěn)定。 （當(dāng)一端固定，一端自由時， 2f =；當(dāng)一端固定 ，一端游動時， 2f =；兩端固定時， 2f =）。 額定壽命的校核 滾珠絲杠的額定動載荷 16758Ca ? ，已知其軸向載荷 1930NFm? ，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 min/r675n ? ，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù) ? ，則有 1675810fL 66363wm a ??????? ）（）（ F C h1725067560 10304n60L 6k ????? L 滾珠絲杠螺母副的總工作壽命 h1 50 001 72 50L k ?? ，故滿足要求。 符合要求。34tan( 39。 滾珠絲杠基本尺寸 滾珠絲杠副主要尺寸列表 傳動系統(tǒng)剛度及精度驗算 絲桿的導(dǎo)程誤差、伺服系統(tǒng)誤差、絲桿軸承的軸向跳動誤差和在載荷作用下各機(jī)械作用下各機(jī)械環(huán)節(jié)彈性環(huán)節(jié)變形引起的誤差是影響系統(tǒng)精度的因素。34? 鋼球直徑 bd 滾道法面半徑 R R= bd 螺紋升角 γ 00darctg?? L? 3