數控機床進給系統計算機輔助設計【全套cad圖紙+畢業(yè)答辯論文】

1、<p>　　數控車床進給系統計算機輔助設計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數控車床的機械結構系統組成包括：主軸傳動系統機構、進給傳動系統機構、刀架、床身、輔助裝置等部分。</p><p>　　數控車床的設計可用于對普通車床的改造,以適應當前我

2、國機床業(yè)發(fā)展的現狀,具有一定的經濟效益和社會效益。本設計主要是對數控車床進給系統的設計。進給系統由伺服驅動電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成,它的作用是接收數控系統發(fā)出的信號來驅動執(zhí)行部件的運動。</p><p>　　本設計主要包括根據一些原始數據結合實際條件和情況對車床一些參數進行擬定,再根據擬定的參數進行傳動方案的擬定,確定傳動方案。然后計算各傳動副的傳動比及齒輪齒數,再估算齒輪模數,并對齒輪的強

3、度和剛度進行校核。除此之外,還要對箱體內的主要結構進行設計,一些零件的選型等,從而完成對整個主傳動系統和進給系統的設計。最后還要通過運用Auto CAD和Pro/E等軟件對進給系統進行二維圖設計和三維建模，并進行組裝</p><p>　　關鍵詞 數控車床；進給系統；二維設計；三維建模</p><p>　　The Structural Design of CNC Feed System&l

4、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　CNC lathe in accordance with its systems, the scope of processing and the capacity of processing have a certain difference. Numerical control system

5、according to points, can be divided into economic and full-function CNC lathe . CNC lathe system includes: spindle drive system , agencies feed drive system, tool, bed , and some other assistive devices.</p><p

6、>　　The design of CNC lathe can be used for the transformation of ordinary lathe in order to adapt to the current development of China's machine tool industry, with a certain degree of economic and social benefits.

7、The design is mainly spindle CNC feed system design. Feed system driven by the servo circuit, servo drives, mechanical drive components,its role is to receive signals from numerical control system to drive implementation

8、 of parts of the movement.</p><p>　　The design includes a number of raw data in light of the actual conditions and the situation on the lathe to develop a number of parameters, and then in accordance with th

9、e parameters programming to determine the transmission program. Then calculated the transmission Deputy gear transmission ratio and the gear teeth, gear in estimating the modulus of the journal and the axis of the gear.

10、In addition to the main structure of box design, some selection and other parts. In order to complete the ent</p><p>　　Key words CNC lathe；feed system；tow dimension design；3D modeling</p><p>　　

11、不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1

12、課題背景1</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.3 數控機床的現狀2</p><p>　　1.4 數控機床的發(fā)展趨勢3</p><p>　　第2章 總體方案設計4</p><p>　　2.1 數控車床設計的基本要求4</p><p>　　2.1

13、.1 工藝范圍4</p><p>　　2.1.2 加工精度4</p><p>　　2.1.3 開放性4</p><p>　　2.1.4 柔性5</p><p>　　2.1.5 生產率和自動化5</p><p>　　2.1.6 可靠性5</p><p>　　2.1.7 車床宜人性5&

14、lt;/p><p>　　2.2 數控車床設計方法和理論5</p><p>　　2.2.1 車床設計方法5</p><p>　　2.2.2 數控車床設計的步驟6</p><p>　　2.3 車床設計的基本理論6</p><p>　　2.4 數控車床總體方案設計6</p><p>　　2.4.

15、1 幾何運動設計6</p><p>　　2.4.2 車床總體結構方案設計7</p><p>　　第3章 主傳動系統設計8</p><p>　　3.1 主傳動系統傳動方式的確定8</p><p>　　3.1.1 傳動方式和調速方式的確定8</p><p>　　3.1.2 主軸電機的選用9</p>

16、<p>　　3.1.3 傳動帶型的確定10</p><p>　　3.2 同步帶和帶輪的選擇和設計11</p><p>　　3.2.1 同步帶的設計和計算11</p><p>　　3.2.2 同步帶帶輪的設計和計算11</p><p>　　第4章 縱向進給系統設計計算14</p><p>　　4.1

17、 切削力的計算14</p><p>　　4.2 絲杠螺母的設計與計算14</p><p>　　4.2.1 強度驗算14</p><p>　　4.2.2 效率計算15</p><p>　　4.2.3 剛度驗算15</p><p>　　4.2.4 穩(wěn)定性驗算16</p><p>　　4.

18、3 電機的選擇17</p><p>　　4.3.1 計算傳動比17</p><p>　　4.3.2 轉動慣量計算18</p><p>　　4.3.3 所需傳動力矩計算18</p><p>　　4.3.4 電機的選擇19</p><p>　　4.4 軸承的選用與校核20</p><p>

19、;　　4.4.1 角接觸球軸承的選擇20</p><p>　　4.4.2 深溝球軸承的選擇21</p><p>　　第5章 橫向進給系統設計計算22</p><p>　　5.1 切削力的計算22</p><p>　　5.2 絲杠螺母的設計與計算22</p><p>　　5.2.1 強度驗算22</p&

20、gt;<p>　　5.2.2 效率計算23</p><p>　　5.2.3 剛度驗算23</p><p>　　5.2.4 穩(wěn)定性驗算24</p><p>　　5.3 電機的選擇26</p><p>　　5.3.1 計算傳動比26</p><p>　　5.3.2 轉動慣量計算26</p&g

21、t;<p>　　5.3.3 所需傳動力矩計算27</p><p>　　5.3.4 電機的選擇28</p><p>　　5.4 軸承的選用與校核28</p><p>　　5.4.1 角接觸球軸承的選擇28</p><p>　　5.4.2 深溝球軸承的選擇29</p><p>　　第6章 三維建模

22、30</p><p>　　6.1 主傳動系統的實體建模30</p><p>　　6.2 進給系統的實體建模32</p><p>　　6.3 裝配建模34</p><p><b>　　結論38</b></p><p><b>　　致謝39</b></p>

23、<p><b>　　參考文獻40</b></p><p>　　附錄 外文翻譯41</p><p>　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p&g

24、t;<p><b>　　課題背景</b></p><p>　　數控車床作為數控機床中最常見也是最典型的數控設備，被廣泛的應用到各行各業(yè)的加工和生產當中，是數控技術應用到實踐當中最典型的實例。因此，本次設計選擇數控車床作為設計對象，本設計將對數控車床的主要機械結構進行設計和計算,輔助外設部件進行選擇和校核,使其加工能力能夠達到國際上較為先進的水平。 </p><

25、;p>　　近幾年國內的制造行業(yè)發(fā)展迅速，國內一些中小型的加工類企業(yè)如雨后春筍般的發(fā)展起來，與其對先進數控設備的需求隨之而來的是我國數控業(yè)市場的火暴。但是在其火暴的背后，卻是大量國外進口數控機床充實這國內的市場，而我國國內生產的數控機床不能滿足這些中小型企業(yè)的需求，造成國內市場的流失。本次設計針對此現象，設計定位為高速高精度的較為先進的小型數控車床。因為據市場分析調查：這些新興的中小型企業(yè)生產的產品多為形狀復雜、精密、多變零件；小尺

26、寸、多品種、小批量、產品更新換代周期快。本次設計根據針對以上產品的加工需求，并參照國際上主流的小型數控車床進行全新設計。</p><p>　　課題研究的目的和意義</p><p>　　數控車床又稱為CNC(Computer Numerical Control)車床，即用計算機數字控制的車床。普通臥式車床是靠手工操作機床來完成各種切削加工，而數控車床是將編制好的加工程序輸入到數控系統中，由數

27、控系統通過車床X、Z坐標軸的伺服電動機去控制車床進給運動部件的動作順序、移動量和進給速度，再配以主軸轉速的轉向和自動換刀系統，使能加工出各種形狀不同的軸類或盤類回轉體零件。因此，數控車床是目前使用較為廣泛的機床。</p><p>　　制造業(yè)的發(fā)達程度是看一個國家的工業(yè)發(fā)達程度。有人將制造業(yè)稱之為工業(yè)經濟時代一個國家經濟增長的“發(fā)動機”。機床作為制造業(yè)中應用最多也是最常見的制造工具，也能反映出其制造業(yè)的水平。而其中

28、的數控機床更是融合了當今各種高科技數字電子技術于一身，更能代表機床中的最高水平和制造業(yè)中的尖端技術。數控機床是現代制造業(yè)的關鍵設備，一個國家數控機床的產量和技術水平在某種程度上就代表這個國家的制造業(yè)水平和競爭力。所設計的數控車床，具有調速范圍寬，傳動平穩(wěn)的特點，適于閉環(huán)控制系統，有一定的實際應用價值。</p><p><b>　　數控機床的現狀</b></p><p>

29、;　　我國數控技術起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從1958—1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術封鎖和我國基礎條件的限制，數控技術的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期問以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步建立起國產化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數控技術在研究、開發(fā)和產品的國產化方面都取得了長足的進步。第

30、三階段是在國家“八五”的后期和“九五”期間，即實施產業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產數控裝備的產業(yè)化取得了實質性進步。在“九五”末期，國產數控機床的國內市場占有率達50％，配國產數控系統(普及型)也達到了10％。目前我國一部分普及型數控機床的生產已經形成一定規(guī)模，產品技術性能指標較為成熟，價格合理，在國際市場上具有一定的競爭力。我國數控機床行業(yè)所掌握的五軸聯動數控技術較成熟，并已有成熟產品走向市場。同時，我國也已進人世界

31、高速數控機床生產國和高精度精密數控機床生產國的行列。我國現有數控機床生產廠家100多家，生產數控產品幾千種以上。產品主要分為經</p><p>　?、傩畔⒒夹g基礎薄弱，對國外技術依存度高。我國數控機床行業(yè)總體的技術開發(fā)能力和技術基礎薄弱，信息化技術應用程度不高。行業(yè)現有的信息化技術來源主要依靠引進國外技術，對國外技術的依存度較高，對引進技術的消化仍停留在掌握已有技術和提高國產化率上，沒有上升到形成產品自主開發(fā)能

32、力和技術創(chuàng)新能力的高度。具有高精、高速、高效、復合功能、多軸聯動等特點的數控機床基本上還依賴進口。</p><p>　　②產品成熟度較低，可靠性不高。國外數控系統平均無故障時問在10000h以上，國內自主開發(fā)的數控系統僅3000～5000h；整機平均無故障工作時間國外達800h以上，國內最好只有300h。</p><p>　?、蹌?chuàng)新能力低，市場競爭力不強。我國生產數控機床的企業(yè)雖達百余家，

33、但大多數未能形成規(guī)模生產，信息化技術利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產品市場競爭能力不強。</p><p><b>　　數控機床的發(fā)展趨勢</b></p><p>　?。?）數控系統結構類型</p><p>　　從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，到現在已走過了五十多年的歷程。近10年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，各種不同

34、層次的開放式數控系統應運而生，發(fā)展很快。目前正朝著標準化開放體系結構的方向前進。就結構形式而言，當今世界上的數控系統大致可分為以下四種類型：</p><p><b>　　① 傳統數控系統；</b></p><p>　?、?“PC嵌入NC”結構的開放式數控系統；</p><p>　?、?“NC嵌入PC”結構的開放式數控系統；</p>

35、<p>　　④ s0Fr型開放式數控系統。</p><p>　　（2）目前國外數控系統技術發(fā)展的總體趨勢</p><p>　?、?新一代數控系統向Pc化和開放式體系結構方向發(fā)展。</p><p>　?、?驅動裝置向交流、數字化方向發(fā)展。</p><p>　　③ 增強通信功能，向網絡化發(fā)展。</p><p>

36、　　④ 數控系統在控制性能上向智能化發(fā)展。進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經濟時代，知識將成為科技和生產發(fā)展的資本與動力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經濟發(fā)展的裝備部門，其戰(zhàn)略地位、受重視程度也將更加鮮明突出。</p><p>　　（3）智能化、開放性、網絡化、信息化將成為未來數控系統和數控機床發(fā)展的主要趨勢</p><p>　?、?向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)

37、展。</p><p>　?、?向模塊化、智能化、柔性化、網絡化和集成化方向發(fā)展。</p><p>　?、?向PC—based化和開放性方向發(fā)展。</p><p>　?、?出現新一代數控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬制造方向發(fā)展。</p><p>　　⑤ 信息技術(IT)與機床的結合，機電一體化先進機床將得到發(fā)展。</p><

38、;p>　?、?納米技術將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。</p><p>　?、?節(jié)能環(huán)保機床將加速發(fā)展，占領廣大市場。</p><p><b>　　總體方案設計</b></p><p>　　數控車床設計的基本要求</p><p><b>　　工藝范圍</b></p><p

39、>　　數控車床的工藝范圍是指車床適應不同生產要求的能力，大致包含一下內容：數控車床可以完成的工序種類；所加工零件的類型,材料和尺寸范圍；數控車床的生產率和加工成本；毛胚的種類；實用的生產規(guī)模，加工精度和表面粗糙度等。</p><p>　　數控車床的功能根據被加工的對象來選擇。大批量生產的專用車床的功能設置較少,只要滿足工藝范圍要求,達到生產效率縮短車床制造周期及降低成本等效果。單件小批量生產用的通用車床則要

40、求在同一機床上能完成多種多樣的工作,故通用車床的工藝范圍較寬。數控車床由于數字控制的優(yōu)越性,常常使用的工藝范圍比普通車床更寬,更適用于機械制造業(yè)多品種大批量的要求。</p><p><b>　　加工精度</b></p><p>　　保證加工精度就是要保證被加工零件的形狀、尺寸和相互位置等方面的正確性，是數控車床必須保證的一項性能指標。因此，除幾何精度、傳動精度及靜動態(tài)

41、特性、道具的形狀誤差、夾具定位誤差、車床調整及刀換刀誤差外，控制系統性能、寄給伺服系統性能、編程誤差等都不同程度地影響車床的加工精度。</p><p>　　為了加工出具有一定精度的工件，在車床布局階段要注意采取措施，盡量提高車床的傳動精度和剛度，減少震動和熱變形。為了提高數控車床的傳動精度,除了適當選擇傳動件的制造精度外,盡量縮短傳動鏈,實現主運動和進給鏈的零傳動。</p><p><

42、;b>　　開放性</b></p><p>　　對于單機工作的車床，是由人進行物料交接的，要求方便地使用、操作、清理和維護機床。</p><p><b>　　柔性</b></p><p>　　數控車床的柔性是指其適應加工對象變化的能力，包括空間上的柔性和時間上的柔性?？臻g柔性也就是功能柔性，指的是在同一時期內，機床能夠 多種小批

43、量的加工。時間上的柔性也就是結構柔性，指的是在不同時期，車床各部件經過重新組合，結構新的車床功能。</p><p><b>　　生產率和自動化</b></p><p>　　要提高車床的生產率，應縮短工作時間?？刹捎孟冗M刀具、提高切削速度、進給速度、加大切削深度等方法。</p><p><b>　　可靠性</b></p

44、><p>　　可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間沒完成規(guī)定能力的能力。數控車床主要由數控系統、伺服系統、機床本體三大部分組成。</p><p><b>　　車床宜人性</b></p><p>　　車床的宜人性是指為操作者提供舒適安全、方便、勝利等勞動條件的程度。數控車床設計要求布局合理、操作方便、造型每關、色彩悅目，符合人機工程學原理和工程美

45、學原理，使操作者有舒適感、輕松感，以便減少疲勞，避免事故，提高勞動生產率。</p><p>　　數控車床各部位相對應位置的安排，應考慮到便于操作和觀察加工的情況。安裝工件部位的高度和深度，應正好處于操作者手臂平伸的位置。布局應充分考慮到操作者，滿足人機工程學的設計準則。</p><p>　　數控車床設計方法和理論</p><p><b>　　車床設計方法&

46、lt;/b></p><p>　　車床設計經歷了有靜態(tài)分析向動態(tài)分心，由定性分析向定量分析，由線性分析向非線性分析，有安全設計向優(yōu)化分析，有手工計算向自動化計算的發(fā)展過程。數控技術的發(fā)展與應用,使得機床的傳動與結構發(fā)生了重大的變化。伺服驅動系統可以方便的實現機床的單軸運動及多軸聯動,從而可以省去復雜的機械傳動系統設計,使其結構和布局也有很大變化。</p><p><b>　

47、　數控車床設計的步驟</b></p><p>　　數控車床設計的步驟大體是通過調查研究，技術經濟論證，方案設計，技術設計，工作突設計，樣機實驗，最后投入正式生產。</p><p><b>　　車床設計的基本理論</b></p><p>　　車床是用來生產其他機械的工作母機，因此在剛度、精度及運動特性方面有其特殊要求。</p&g

48、t;<p>　　剛度指車床系統抵抗變形的能力。作用在車床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動力、摩擦力、沖擊力和震動干擾力等。按性質不同載荷分為靜載荷和動載荷。靜剛度對車床抗振性、生產率等均有影響，因此在設計中提高剛度是十分重要的。各部件和結合部對車床整機剛度的貢獻大小是不同的，設計時應進行剛度的合理分配或優(yōu)化。</p><p>　　精度是指車床主要部件的形狀、相互位置及其運動的精確程度，其中包括幾

49、何精度、傳動精度、定位精度及精度保持性等幾個方面。在設計階段主要從車床的精度分配、元件及材料選擇等方面來提高車床精度。</p><p>　　抗震性指車床在交變載荷作用下抵抗變形的能力。包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力兩方面。機床振動會降低加工精度工件表面質量和刀具耐用度,影響生產率并加速車床的破損,而且會產生噪音。故提高車床抗振性是車床設計中一個重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　數

50、控車床總體方案設計</p><p><b>　　幾何運動設計</b></p><p>　　車床是依靠刀具與工件之間的相對運動，加工出一定幾何形狀和尺寸精度的工件表面。車床為獲得援助面，應有主軸回轉運動和刀架溜板的縱向移動，車端面時則刀架作橫向進給運動。</p><p>　　為了完成工件表面的加工，車床上需要設置各種運動，各個運動的功能是不同的。

51、可分為成形運動和非成形運動。完成一個表面的加工所必須的最基本的運動，成為表面成形運動。</p><p>　　在進行運動功能方案設計的時候要進行五步設計,即工藝分析、選取坐標系、寫出車床幾何運動功能關系式、繪制車床運動機構原理圖和繪制車床傳動原理圖。幾何功能關系式是根據工藝要求確定的,描述了刀具與工件間的相對運動,設計時要詳細。</p><p>　　車床總體結構方案設計</p>

52、<p>　　在進行了幾何運動設計之后,還要對幾何運動功能的分配設計,分配設計確定了基礎支撐件的位置。由眾多的運動功能關系式經過評價篩選后,保留下的方案即可進行運動分配設計,再對一些運動分配式進行評價,刪除不合理方案,最終確定最合理方案。</p><p>　　機床的結構布局形式有立式、臥式及斜置式等,其中支撐件的形式又有底座式、立柱式、龍門式。本設計主要是臥式車床的設計,包括主軸及進給系統結構設計。&l

53、t;/p><p><b>　　主傳動系統設計</b></p><p>　　已知參數：床身最大回轉直徑Ф320mm，拖板最大回轉直徑Ф180mm，最大行程 500 mm，快速移動速度5m/min ，最大行程 240mm，快速移動速度3m/min ，主軸電機功率5.5kw 。</p><p>　　主傳動系統傳動方式的確定</p><

54、p>　　主傳動系統最基本原則是以最經濟合理的方式滿足既定的要求。主傳動系統設計應滿足的基本要求有：</p><p>　　滿足機床實用性能要求；首先應滿足車床的運動特性，如主軸有足夠的轉速范圍和轉速級數，直線運動有足夠的變速級數，傳動系統設計合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠。</p><p>　　滿足機床傳遞動力要求；主電動機和傳動機構能提供和傳遞足夠的功率和轉矩，具有較高傳動效率。

55、</p><p>　　滿足機床工作性能要求；主傳動中所有零件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱穩(wěn)定性。</p><p>　　滿足產品設計經濟性的要求；傳動鏈盡可能簡短，零件數目要少</p><p>　　調整維修方便，結構簡單、合理。</p><p>　　按變速連續(xù)性分類，主傳動系統的傳動方式可分為分級變速傳動和無級變速傳動兩種。分級變速傳動變速

56、級數一般不超過20～30級。有速度損失，不能在運轉中變速。無級變速可以在一定的變速范圍內連續(xù)改變轉速，以便得到最有力的切削速度；能在運轉中變速；能在負載下變速；以提高生產效率和加工質量?，F代切削加工正朝著高速、高效和高精度的方向發(fā)展，要求機床主傳動系統具有更高的轉速和更大的無級調速范圍，所以本設計采用主軸電機無級調速，并由計算機調速系統精確控制。</p><p>　　傳動方式和調速方式的確定</p>

57、<p>　　與普通車床相比，數控車床的主傳動采用交、直流調速電動機，電動機調速范圍大，并可無級調速，使主軸箱結構大為簡化。為了適應不同的加工需要，數控車床的主傳動系統有以下三種傳動方式：1.由電動機直接驅動2.定比傳動3.分檔變速傳動。根據加工需要和加工產品特點，采用定比傳動。主軸電機經定比傳動傳遞給主軸。定比傳動采用帶傳動或齒輪傳動。齒輪能傳遞較大的轉矩，是一般機床常用的傳動副。缺點是線速度不能太高，傳動也不夠平穩(wěn)。為使主

58、軸運行平穩(wěn)，可采用斜齒輪,但螺旋傾角一般不宜超過15°～20°，以免引起有太大的軸向分力。主軸上盡量不要有滑移齒輪或其它活裝零件（如離合器），以免因軸頸與活裝零件孔間有間隙而引起振動。帶傳動具有傳動噪音小、震動小的優(yōu)點，一般應用在中小型數控車床上。所以本設計選擇帶傳動作為動力的傳動方式，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3-1 主傳動方式 （定比傳動）</p><p&

59、gt;　　采用定比傳動擴大了直接驅動的應用范圍，即在一定程度上能滿足主軸功率與轉矩的要求，但其變速范圍仍與電動機的調速范圍相同,圖3-2為定比傳動時的主軸輸出特性。圖中，為輸出轉矩曲線，它在小于計算轉速時為一水平線，為橫轉矩輸出；為功率輸出曲線，它在大于計算轉速時，為一水平線，為恒功率輸出。恒轉矩輸出與恒功率輸出的變量點的轉速稱為基本轉速。這種特性一般能夠滿足低速加工所需較大恒轉矩的要求，而高轉速時多為精加工，需要較小的轉矩和恒功率輸出

60、。所以這種調速范圍多用于小型或高速的數控機床。</p><p><b>　　主軸電機的選用</b></p><p>　　主軸電機是整個數控車床的動力核心，和一般的變頻調速電動機不同，它不僅要提供功率、轉速、轉矩的輸出還要有很高的調速特性。特別是需要電機在恒功率下的調速范圍要寬，因為像數控機床這樣的高速高精加工設備，在加工時為保證加工精度,需要動力平穩(wěn)恒定的輸出，所以大

61、多數時間里需要電機在恒功率下輸出動力。主軸電機是為數控機床專門設計的具有回轉精度高、調速范圍寬、轉動速度高等特點，并配合計算機變頻調速系統實現主軸調速系統的無級調速。</p><p>　　本設計所要加工零件的加工速度范圍為1250r/min～5000r/min和加零件所需的功率3.5～5.5KW。選用AC-6型5.5KW主軸電機,其主軸電機參數如表3-1。</p><p>　　表3－1 主

62、軸電機參數表</p><p>　　AC-6主軸電機的特性曲線如圖3-3所示，主軸電機在基本轉速1500r/min以下時主軸電機為恒扭矩輸出，其轉速較慢扭矩較大適合大切削量、大進給量的粗切削加工。主軸電機在基本轉速以上1500-4500r/min為恒功率輸出，其轉速較高功率恒定轉動平穩(wěn)適合高精度的切削和高速切削，在這一調速范圍內是機床主要工作的轉速范圍。</p><p>　　圖3-3 定比傳

63、動的主軸輸出特性</p><p><b>　　傳動帶型的確定</b></p><p>　　在帶傳動中，常用的有平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動和同步帶傳動等。平帶傳動結構最簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應用較多。在一般機械傳動中，應用較廣泛的是V帶傳動。V帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力，這是V帶傳動性能上的最主要優(yōu)點。且V帶傳動允許的傳動比較大，結構

64、較緊湊，以及V帶多已標準化，因而V帶傳動的應用較廣泛。多楔帶兼有平帶和V帶的優(yōu)點。同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動或動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點：無相對滑動，平穩(wěn),傳動比準確，傳動精度高。而且齒形帶的強度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動；齒形帶無需特別張緊，故作用在軸、軸承等上的載荷小，傳動效率高。因此，齒形帶傳動在數控機床上得到廣泛的應用。本設計選用同步帶傳動。&l

65、t;/p><p>　　同步帶和帶輪的選擇和設計</p><p><b>　　同步帶的設計和計算</b></p><p>　　同步齒形帶傳動是一種新型的帶傳動，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動或動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點：無相對滑動、平均傳動比準確、傳動精度高。而且齒形帶的強度高,厚度小、重量輕，故可用于高速傳動；齒

66、形帶無需特別張緊，故作用在軸、軸承等上的載荷小，傳動效率高。因此，齒形帶傳動在數控機床上得到廣泛的應用。</p><p>　　齒形帶根據齒形的不同可分為梯形齒同步帶和圓弧齒同步帶。梯形齒同步帶在傳遞功率時由于應力集中在齒根部位，使功率傳遞能力下降，且與齒輪嚙合時，由于受力狀況不好，會產生噪音和震動。而圓弧齒同步帶均化了應力，改善了嚙合條件。所以，帶傳動總是優(yōu)先選用圓弧齒同步帶。</p><p&

67、gt;　　設計功率 由《機械零件設計手冊》表14-26查得,則： </p><p><b>　　選定帶型和節(jié)距：</b></p><p>　　根據=11kW和=5000，由《機械零件設計手冊》圖14-9確定為HX型，節(jié)距=22.225mm。</p><p><b>　　帶速v的計算：</b></p><

68、p>　　由《機械零件設計手冊》表14-24查的應選用圓弧齒形同步帶14M，其節(jié)線長2156mm。</p><p>　　傳動選用圓弧齒形同步帶14M；中心距：。</p><p>　　同步帶帶輪的設計和計算</p><p>　　同步齒形帶帶輪除了輪邊緣表面需要制出齒輪之外，其它結構與一般帶輪相似。為防止工作時齒形帶脫落，一般在小帶輪兩邊裝有擋邊,如圖 3-10(

69、a)所示；或在大、小輪的不同側邊上裝有擋邊,如圖3-10 (b)所示，當帶輪軸垂直安裝時或帶輪旋轉速度非常大時,需要兩邊都安裝擋邊見圖3-10 (c)所示 。</p><p>　　圖3-10 帶輪擋邊的安裝形式</p><p>　　設計功率 由《機械零件設計手冊》表14-26查得 </p><p><b>　?。?-3）</b></p&g

70、t;<p>　　由公式（3—3）得： </p><p>　　選定帶型和節(jié)距 根據=11kW和=5000，由《機械零件設計手冊圖》14-9確定為HX型，節(jié)距=22.225mm</p><p>　　小帶輪齒數根據帶型和小帶輪轉速，由《機械零件設計手冊》14-27查得小帶輪的最小齒數，此處取。</p><p><b>　　小帶輪直徑：</b&

71、gt;</p><p><b>　?。?-4） </b></p><p>　　由公式（3—4）得：，取 </p><p><b>　　大帶輪齒數：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　由公式（3—5）得：， 取&

72、lt;/p><p><b>　　大帶輪節(jié)圓直徑：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　由公式（3—6）得：， 取</p><p><b>　　帶速：</b></p><p>　　由前面選用圓弧齒形同步帶14M，其節(jié)線長

73、2156mm。</p><p>　　帶輪的結構和尺寸：傳動選用圓弧齒形同步帶14M；</p><p><b>　　小帶輪：，，</b></p><p><b>　　大帶輪：，，</b></p><p><b>　　中心距：</b></p><p>　　帶

74、輪的內孔直徑由主軸的軸徑來確定，前面已經算出了帶輪安裝位置的主軸軸徑。所以帶輪的內孔直徑取值如下：</p><p><b>　　小帶輪內孔直徑：</b></p><p><b>　　大帶輪內孔直徑：</b></p><p>　　同步帶帶輪的材料的選用：</p><p>　　帶輪的材料一般采用鑄鐵；在

75、轉速較高或要求力學性能較高的場合下也可以用鋼；在高速、小功率場合下，還可以采用輕合金、塑料等。由于本設計為高速數控車床的主軸傳動，鑄鐵難以滿足其對轉速的要求；而輕合金和塑料也不能滿足其對傳動功率的要求；所以本設計帶輪的材料選用45鋼。經校核,帶輪滿足要求。</p><p>　　縱向進給系統設計計算</p><p><b>　　切削力的計算</b></p>

76、<p>　　根據經驗公式，切削力</p><p>　　式中 ——工件最大回轉直徑，=320mm，從《機床設計手冊》中可得知，在一般車削外圓時，</p><p><b>　　徑向載荷： </b></p><p><b>　　軸向載荷： </b></p><p><b>　　取

77、： ,</b></p><p>　　絲杠螺母的設計與計算</p><p><b>　　強度驗算</b></p><p>　　綜合車床絲杠的軸向工作負載采用下面公式計算：</p><p><b>　　（4-1） </b></p><p>　　查《實用機床設計手冊》知

78、：</p><p>　　——顛覆力矩影響系數，采用雙三角形導軌時，取=1.2；</p><p>　　——當量摩擦因數，三角形導軌時，取=0.1；</p><p>　　——導軌承受的重力，估計重為80kg，故</p><p>　　由公式（4—1）得：</p><p>　　計算最大動載荷Ca：</p><

79、;p><b>　?。?-2） </b></p><p>　　其中，為壽命值，為當量轉速，可由下列公式計算：</p><p><b>　?。?-3） </b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中 ——數控機床絲杠推薦壽命，h；查《實用

80、機床設計手冊》表3.7-55得，數控車床壽命；</p><p>　　——滾珠絲杠導程，mm；初選=10mm；</p><p>　　——最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的1/2~1/3，此處取1/2，=7.6；</p><p>　　——負載性質系數，查《實用機床設計手冊》表3.7-53得按一般運轉取1.2~1.5，取=1.2；</p><p

81、>　　——絲杠壽命，以106轉為單位。</p><p>　　由公式（4—2），（4—3），（4—4）可得：</p><p><b>　　=23.2KN</b></p><p>　　根據額定最大動載荷，選擇滾珠絲杠型號，查《實用機床設計手冊》表3.7-61，選用FFZD型內循環(huán)浮動反向器雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副，其型號為FD4010-4-P

82、2，公稱直徑，絲杠導程為10mm，額定動載荷為40KN，大于23.2KN。滿足強度要求。</p><p><b>　　效率計算</b></p><p>　　根據機械原理公式，絲杠螺母副的傳動效率為：</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　式中 ——摩擦角， ；<

83、/p><p>　　——螺旋升角，可由下列公式計算：</p><p>　　其中，=32mm為絲杠公稱直徑，=10mm為絲杠導程。</p><p>　　由公式（4—5）得：。</p><p><b>　　剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠在軸向力作用下產生拉伸或壓縮，在扭矩的作用下發(fā)生扭轉，這

84、將引起絲杠導程的變化，從而影響其傳動精度及定位精度，因此滾珠絲杠應驗算滿載時的變形量。</p><p>　　滾珠絲杠在軸向力作用下的變形量為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中 ——工作負載,N；；</p><p>　　——滾珠絲杠的導程,mm；=10mm；</p>

85、<p>　　——絲杠材料的彈性模量,N/mm2；；</p><p>　　——滾珠絲杠內徑截面積,mm2。</p><p><b>　　絲杠滾珠直徑：</b></p><p><b>　　滾道半徑：</b></p><p><b>　　偏心距：</b></p&g

86、t;<p><b>　　滾珠絲杠內徑：</b></p><p><b>　　滾珠絲杠截面積：</b></p><p>　　由公式（4—6）得：mm</p><p>　　因扭矩M引起的導程變形量很小，可忽略，即，</p><p>　　所以絲杠長度為1000mm時，導程變形總誤差為:<

87、;/p><p><b>　　μm/m</b></p><p>　　對絲杠精度等級為：1、2、3、4、5級，查《實用機床設計手冊》表3.7-22，絲杠每1m長度上允許的變形量不大于5、10、15、30、60μm/m，對不滿足剛度要求時，可采取預拉伸結構，加大絲杠直徑等措施。本設計采用4級精度，，故剛度足夠。</p><p><b>　　穩(wěn)定

88、性驗算</b></p><p>　　縱向進給行程較長受力較大，為提高剛度減小機床自身的誤差，采用兩端軸向固定的支撐方式，如圖4-1所示：絲杠螺紋部分長度，等于工作臺最大行程加螺母長度加兩端余程。工作臺行程為=650mm，螺母長度為150mm，查表3.7-25，導程為10mm時，余程為40mm，因此絲杠螺紋部分長度mm。</p><p>　　絲杠支撐跨距，應略大于，取為=1100

89、mm</p><p>　　其中 ——核算壓桿穩(wěn)定性的支承距離,mm；</p><p>　　——核算臨界轉速的支承距離,mm。</p><p>　　查《實用機床設計手冊》表3.7-45及表3.7-61得:</p><p>　　圖4-1 絲杠兩端固定支撐方式</p><p>　　為工作行程加絲杠螺母尺寸的一半再加上固定端

90、支撐距離的一半，</p><p>　　為游動端支撐距離的一半加上工作行程加上絲杠螺母的一半，得：,</p><p><b>　　臨界轉速校核：</b></p><p>　　高速的長絲杠有可能發(fā)生共振，需驗算其臨界轉速，不會發(fā)生共振的最高轉速為臨界轉速：</p><p>　　式中 ——絲杠絲杠支承方式系數，根據《實用機床

91、設計手冊》表3.7-37，取3.927；</p><p><b>　　——受壓面直徑，</b></p><p>　　其當量轉速為，故，值均滿足規(guī)定條件，因而絲杠不會發(fā)生共振和失穩(wěn)。</p><p><b>　　電機的選擇</b></p><p><b>　　計算傳動比</b>&

92、lt;/p><p>　　閉環(huán)傳動比： （4-7）</p><p>　　式中 ——電動機額定轉速,r/min；=2000r/min；</p><p>　　——工作臺最大進給速度,mm/min；</p><p>　　=7.6m/min=7600mm/min；</p>&

93、lt;p>　　——絲杠導程,mm；根據經驗選大些,選=10mm。</p><p>　　由公式（4—7）得：</p><p>　　取，根據傳動功率，已知v=7.6m/s。擬訂減速齒輪副的齒數，，模數mm。</p><p>　　故可取齒輪為：=20， =50，=20°， ， </p><p><b>　　其分度圓直徑：&

94、lt;/b></p><p>　　中心距：。齒輪經校核,滿足要求。</p><p><b>　　轉動慣量計算</b></p><p><b>　　絲杠的轉動慣量：</b></p><p>　　式中 ——絲杠的長度。</p><p>　　工作臺，工件等折算到絲杠軸上的

95、轉動慣量：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 ——工作臺重量，取=80kg；</p><p><b>　　齒輪轉動慣量：</b></p><p>　　絲杠傳動時，一級齒輪降速時，傳動系統折算到電機軸上的總轉動慣量： </p><

96、;p><b>　　所需傳動力矩計算</b></p><p>　　快速空載啟動時所需力矩：</p><p>　　式中 ——空載啟動時，折算到電機軸上的加速力矩；</p><p>　　——折算到電機軸上的摩擦力矩，；</p><p>　　——由絲杠預緊引起的折算到電動機軸上的附加摩擦力, ；</p>&

97、lt;p><b>　　采用滾珠絲杠時：</b></p><p><b>　　最大啟動轉矩：</b></p><p>　　式中 ——折算到電機軸上的總慣量，kg.m2；</p><p>　　——系統時間常數，=25ms；</p><p>　　——電機轉速，r/min；當時計算時計算；</

98、p><p><b>　　摩擦力矩：</b></p><p>　　式中 ——導軌摩擦力,N；等于橫向進給系統重力乘以摩擦系數；</p><p>　　——絲杠螺距，mm；</p><p><b>　　——降速比；</b></p><p>　　——傳動鏈總效率，＝0.75～0.85，

99、?。?.8。</p><p><b>　　附加摩擦力矩：</b></p><p>　　式中 ——滾珠絲杠未預緊時的效率一般，?。?lt;/p><p>　　——最大軸向負載，N；</p><p><b>　　切削力矩：</b></p><p>　　對數控機床而言，因為動態(tài)性能要求

100、較高，所以電動機力矩主要是用來產生加速度的，而負載力矩占的比重很小，一般都小于電動機力矩的 10％～30％，所以按：</p><p><b>　　計算。</b></p><p><b>　　電機的選擇</b></p><p>　　選擇電動機，要使快速空載啟動力矩小于電動機的最大轉矩，即，為電動機輸出轉矩的最大值，即峰值轉矩

101、，一般，其中為電動機額定轉矩，λ為電動機轉矩的瞬時過載系數(交流伺服電機λ=1.5~2) 。</p><p>　　故選擇FANUC交流伺服電機S—1.0其最高轉速為2000r/min，最大轉矩16 ，額定轉矩2.0，轉子轉動慣量為，重量為4.5kg。交流伺服電機的電機慣量與負載慣量的匹配關系：</p><p>　　式中 ——負載慣量折算到電機軸上的總和，</p><p

102、>　　——電動機轉子慣量，</p><p><b>　　滿足慣量匹配。</b></p><p><b>　　軸承的選用與校核</b></p><p><b>　　角接觸球軸承的選擇</b></p><p>　　縱向進給系統承受軸向力和徑向力，并且承受軸向力不大，可選用角接

103、觸球軸承。根據軸的尺寸，查《實用機床設計手冊》表3.8-50，選用7006C GB/T292-94 角接觸球軸承，其基本參數見表4-1所示。</p><p>　　表4-1 7006C角接觸球軸承的基本參數</p><p><b>　　軸承壽命校核計算：</b></p><p>　　根據《機械設計》，滾動軸承壽命的校核條件為：</p>

104、;<p>　?。?-8）式中 ——軸承應具有的基本額定動載荷，N；</p><p>　　——軸承所受的載荷，N；</p><p><b>　　（4-9），</b></p><p>　　查《機械設計手冊》表13-5，得：</p><p>　　，其中e為判斷系數。</p><p>&l

105、t;b>　　故取。</b></p><p>　　由公式（4—9）得：</p><p>　　式中 ——軸承的轉速，r/min；等于絲杠的當量轉速r/min；</p><p>　　——軸承預期計算壽命，h；h；</p><p>　　——壽命指數，對于球軸承。</p><p>　　由公式（4—8）得：<

106、;/p><p><b>　　NkN</b></p><p>　　因為本設計中選用軸承基本額定動載荷為16.2kN，所以滿足要求。</p><p><b>　　深溝球軸承的選擇</b></p><p>　　深溝球軸承用在游動端，故承的軸向力可以忽略，因此只考慮其徑向力。根據軸的尺寸，查《實用機床設計手冊》

107、表3.8-44，選用6306深溝球軸承，如表4-2所示。 </p><p>　　表4-2 6306深溝球觸球軸承的基本參數</p><p>　　游動端徑向力，根據公式（4-9）X=1,Y=0, N, ,,同上，故由公式（4-8）得，軸承承受的基本動載荷為：</p><p>　　本設計選用的軸承基本額定動載荷為15.8kN，所以滿足使用要求。</p>

108、<p>　　橫向進給系統設計計算</p><p><b>　　切削力的計算</b></p><p>　　橫切端面時主切削力可取縱向主切削力的1/2，</p><p>　　按切削力各分力的比例：</p><p>　　徑向載荷： </p><p>　　軸向載荷：

109、 </p><p>　　絲杠螺母的設計與計算</p><p><b>　　強度驗算</b></p><p>　　綜合車床絲杠的軸向工作負載采用下面公式計算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　查《實用機床設計手冊》知：</p>

110、;<p>　　式中 ——考慮顛覆力矩影響的系數，=1.4；</p><p>　　——當量摩擦因數，滾動導軌取=0.003~0.005，此處取=0.004；</p><p>　　——為工作重力，估計為600N。</p><p><b>　　由公式得：</b></p><p>　　計算最大動載荷：

111、 （5-2）</p><p>　　其中，為壽命值，以106轉為單位,為當量轉速：</p><p><b>　?。?-3） </b></p><p><b>　　（5-4）</b></p><p>　　式中 ——滾珠絲杠導程，mm；初選=6mm；</p>

112、<p>　　——最大切削力下的進給速度，；可取最高進給速度的1/2~1/3，此處取1/3，=3.8</p><p>　　——數控機床絲杠推薦壽命，查《實用機床設計手冊》表3.7-55得，數控車床壽命；</p><p>　　——負載性質系數，查《實用機床設計手冊》表3.7-53，按一般運轉取1.2~1.5，取=1.2，</p><p>　　根據公式（5—

113、2）, （5—3）,（5—4）得：</p><p><b>　　==7.44kN</b></p><p>　　根據額定最大動載荷Ca=7.44kN，選擇滾珠絲杠型號，查《實用機床設計手冊》表3.7-61，選用FFZD型內循環(huán)浮動反向器雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副，其型號為FD2005-4-P2，絲杠公稱直徑為20mm，絲杠導程為5mm，額定動載荷為10kN，大于7.44k

114、N,強度滿足要求。</p><p><b>　　效率計算</b></p><p>　　根據機械原理公式，絲杠螺母副的傳動效率為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中 ——摩擦角，；</p><p><b>　　——螺旋升角，

115、</b></p><p>　　故由公式（5—5）得： </p><p><b>　　剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠在軸向力作用下產生拉伸或壓縮，在扭矩的作用下發(fā)生扭轉，這將引起絲杠導程的變化，從而影響其傳動精度及定位精度，因此滾珠絲杠應驗算滿載時的變形量。</p><p>　　滾珠絲杠在軸向力

116、作用下的變形量為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中 ——工作負載，N；</p><p>　　——滾珠絲杠的導程，mm；</p><p>　　——絲杠材料的彈性模量,；</p><p>　　——滾珠絲杠內徑截面積，mm2。</p><p

117、><b>　　絲杠滾珠直徑:，</b></p><p><b>　　滾道半徑:</b></p><p><b>　　偏心距:</b></p><p><b>　　滾珠絲杠內徑：</b></p><p>　　滾珠絲杠截面積： </p>

118、<p>　　由公式（5—6）得：mm</p><p>　　因扭矩M引起的導程變形量很小，可忽略，即，</p><p>　　所以絲杠長度為1000mm時，導程變形總誤差為：</p><p>　　對絲杠精度等級為：1、2、3、4、5級，查《實用機床設計手冊》表3.7-22，絲杠每1m長度上允許的變形量不大于5、10、15、30、60對不滿足剛度要求時，可采取

119、預拉伸結構，加大絲杠直徑等措施。本設計采用2級精度，8.64<10，故剛度足夠。</p><p><b>　　穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　數控機床的進給系統要求獲得較高的傳動精度，除了加強滾珠絲杠螺母機構本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支撐的結構剛度也是不可忽視的因素。滾珠絲杠螺母機構安裝不正確以及支撐剛度不足，還會使?jié)L珠絲杠的使用壽命大大下降。

120、</p><p>　　橫向進給系統采用兩端軸向固定的支撐方式，這種支撐形式的特點是：安裝時需保持螺母與兩端支撐同軸，故結構較復雜，工藝較困難;絲杠的軸向剛度很高;壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的一端固定，一端自由的高;絲杠受熱變行小、精度高,如圖5-1所示。</p><p>　　絲杠螺紋部分長度，等于工作臺最大行程加螺母長度加兩端余程。絲杠螺母行程為最大回轉直徑的一半，絲杠螺母長度為102m

121、m，導程為6mm時，兩端余程應為24mm。得:mm</p><p>　　支撐跨距，應略大于，取為=450mm</p><p>　　圖5-1橫向絲杠兩端固定支撐</p><p>　　注:——核算壓桿穩(wěn)定性的支承距離,mm；</p><p>　　——核算臨界轉速的支承距離,mm。</p><p>　　查《實用機床設計手冊》