機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-cjk6200數(shù)控車床設(shè)計【全套圖紙】

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　2l世紀(jì)，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機床在機械工業(yè)中的應(yīng)用比例逐漸增大，其中數(shù)控車床的應(yīng)用最為廣泛。數(shù)控車床與普通車床相比，在提高生產(chǎn)減輕工人勞動強度、降低生產(chǎn)成本和增加效益方面都有其優(yōu)越性。因此，設(shè)計一種功能全面、操作方便、安全可靠、價格經(jīng)濟的數(shù)控車床具有重要意義。</p><p>　　本文主要

2、從經(jīng)濟實用上對數(shù)控車床的總體機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。電動機通過變速箱與主軸進(jìn)行聯(lián)接，使主軸的功率、扭矩特性和電機的功率扭矩特性相匹配，這樣適用范圍就更寬，在使用方面也容易控制。為使數(shù)控車床具有更好的定位精度，本系統(tǒng)采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p>　　設(shè)計不僅對橫向進(jìn)給系統(tǒng)，縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和詳細(xì)計算。還對數(shù)控系統(tǒng)、導(dǎo)軌的設(shè)計、液壓傳動以及潤滑與冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。</p><p>

3、　　關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;電動機;調(diào)速箱;軸;定位精度</p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　21st century, with the fast development of computer technology, CNCmachine tools are

4、 enlarged in application proportion among mechanical industry, among which the numerical control lathe is the most popularapplication. Comparing with ordinary lathe, the numerical control lathe has its superiority in boo

5、sting productivity, lightening worker's labor intensity, reducing the production cost and increasing benefit. Therefore, it is meaningful to design a kind of numericai control late with overall fu</p><p>

6、;　　The overall inechanical structure of numerical control late has been</p><p>　　designed in this paper, mainly from economy and practical value. The motor</p><p>　　is linked to spindle, making

7、power and torsion characteristic of match to torsion characteristic power of the electrical machinery. In this case the scope of application is wider and it is easy to control during machining. In order to make the numer

8、ical control lathe have the better precision of localization, this system adopts servo system the half-closed loop.</p><p>　　Horizontal feed system and vertical feed system are designed and</p><p&

9、gt;　　calculated in details in this design. In addition, numerical control system, guide-design, hydraulic transmission, lubrication and cooling system are expounde.</p><p>　　Keyword:numerically controlled la

10、the；the transmission；shaft；Positioning accuracy</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<

11、/b></p><p>　　1.1 數(shù)控技術(shù)1</p><p>　　1.1.1 數(shù)字控制1</p><p>　　1.1.2 數(shù)控機床1</p><p>　　1.1.3 數(shù)控系統(tǒng)1</p><p>　　1.1.4 數(shù)控程序1</p><p>　　1.1.5 數(shù)控編程1

12、</p><p>　　1.1.6 數(shù)控加工2</p><p>　　1.2 數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展2</p><p>　　1.3 我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況3</p><p>　　1.4 數(shù)控機床的特點及適用范圍4</p><p>　　1.4.1 數(shù)控機床的特點4</p><p>　　

13、1.4.2 數(shù)控機床的適用范圍4</p><p>　　1.5 數(shù)控車床的分類5</p><p>　　1.6 簡易數(shù)控車床的特點5</p><p>　　第2章 數(shù)控車床的總體方案設(shè)計6</p><p>　　2.1 數(shù)控車床的組成6</p><p>　　2.2 工藝范圍的確定6</p>

14、<p>　　2.3 數(shù)控車床的安全防護(hù)6</p><p>　　2.3.1 熱變形的防止6</p><p>　　2.3.2 噪聲的防止6</p><p>　　2.3.3 振動的防止7</p><p>　　2.4 基本參數(shù)的確定7</p><p>　　2.4.1 主參數(shù)和尺寸參數(shù)7&l

15、t;/p><p>　　2.4.2 運動參數(shù)的確定7</p><p>　　2.4.3 動力參數(shù)8</p><p>　　第3章 機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計11</p><p>　　3.1 主傳動方案11</p><p>　　3.2 主軸轉(zhuǎn)速的確定11</p><p>　　3.2.1 計算主軸

16、轉(zhuǎn)速11</p><p>　　3.2.2 計算主軸的變速范圍12</p><p>　　3.3 傳動軸轉(zhuǎn)速的確定12</p><p>　　3.4 變速箱的設(shè)計12</p><p>　　3.4.1 選取變速箱公比12</p><p>　　3.4.2 計算變速箱的變速級數(shù)12</p>&l

17、t;p>　　3.4.3 分級變速箱轉(zhuǎn)速圖的繪制13</p><p>　　3.5 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核13</p><p>　　3.5.1 帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計13</p><p>　　3.5.2 Ⅰ軸上的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核15</p><p>　　3.5.3 Ⅱ軸上齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計21</p><p

18、>　　第4章 機床主軸部件設(shè)計23</p><p>　　4.1 主軸組件的設(shè)計23</p><p>　　4.1.1 對主軸組件的基本要求23</p><p>　　4.1.2 主軸參數(shù)的確定24</p><p>　　4.1.3 軸承的選擇及校核25</p><p>　　4.1.4 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)

19、計預(yù)校核27</p><p>　　4.2 傳動軸的設(shè)計30</p><p>　　4.2.1 傳動軸應(yīng)滿足的要求30</p><p>　　4.2.2 傳動軸的材料和構(gòu)造30</p><p>　　4.2.3 軸徑的確定和軸承的選擇31</p><p>　　第5章 伺服進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計32</p&

20、gt;<p>　　5.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計要求32</p><p>　　5.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)傳動方案32</p><p>　　5.1.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)方案32</p><p>　　5.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計要求33</p><p>　　5.2.1 穩(wěn)定性33</p><p>　　

21、5.2.2 精度33</p><p>　　5.2.3 快速響應(yīng)性33</p><p>　　5.3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計33</p><p>　　5.3.1 主要工作條件的確定33</p><p>　　5.3.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計33</p><p>　　5.3.3 滾珠絲杠的選擇34</p>

22、;<p>　　5.3.4 絲杠支撐方式的選擇35</p><p>　　5.3.5 選擇伺服電動機35</p><p>　　5.3.6 伺服系統(tǒng)增益36</p><p>　　5.3.7 精度驗算37</p><p>　　5.4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計39</p><p>　　5.4.1 主

23、要工作條件的確定39</p><p>　　5.4.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計39</p><p>　　5.4.3 滾珠絲杠的選擇40</p><p>　　5.4.4 絲杠支承方式的選擇40</p><p>　　5.4.5 選擇伺服電動機41</p><p>　　5.4.6 伺服系統(tǒng)增益42</p>

24、;<p>　　5.4.7 精度驗算43</p><p>　　5.4.8 同步齒形帶的設(shè)計計算44</p><p>　　第6章 機床總體結(jié)構(gòu)與布局47</p><p>　　6.1 機床床身結(jié)構(gòu)47</p><p>　　6.1.1 對床身結(jié)構(gòu)的基本要求47</p><p>　　6.1.2

25、 床身的結(jié)構(gòu)47</p><p>　　6.2 機床導(dǎo)軌的選擇48</p><p>　　6.2.1 導(dǎo)軌的作用48</p><p>　　6.2.2 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求48</p><p>　　6.2.3 導(dǎo)軌的主要失效形式48</p><p>　　6.2.4 選擇導(dǎo)軌49</p><

26、;p>　　6.3 支承件的選擇49</p><p>　　6.3.1 支承件的功用49</p><p>　　6.3.2 支承件的基本要求49</p><p>　　6.3.3 支承件的靜剛度50</p><p>　　6.3.4 支承件的動態(tài)特性50</p><p>　　第7章 液壓傳動52&l

27、t;/p><p>　　7.1 數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)及應(yīng)用52</p><p>　　7.1.1 卡盤動作的控制53</p><p>　　7.1.2 回轉(zhuǎn)刀架動作的控制53</p><p>　　7.1.3 尾座套筒動作的控制53</p><p>　　7.2 滑移齒輪的液壓傳動54</p><

28、;p>　　7.2.1 確定工作要求54</p><p>　　7.2.2 負(fù)載54</p><p>　　7.2.3 確定液壓缸主參數(shù)54</p><p>　　第8章 潤滑與冷卻系統(tǒng)設(shè)計56</p><p>　　8.1 潤滑系統(tǒng)設(shè)計56</p><p>　　8.1.1 主軸組件的潤滑56<

29、;/p><p>　　8.1.2 導(dǎo)軌及滾珠絲杠的潤滑56</p><p>　　8.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計56</p><p>　　8.2.1 冷卻系統(tǒng)的基本組成59</p><p>　　8.2.2 冷卻液及冷卻裝置的選擇59</p><p><b>　　結(jié)論59</b></p>

30、<p><b>　　致謝60</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)61</b></p><p><b>　　CONTENTS</b></p><p>　　AbstractI</p><p>　　Chapter 1 Introduction1<

31、/p><p>　　1.1 CNC technology1</p><p>　　1.1.2 CNC machine tools1</p><p>　　1.1.3 CNC system1</p><p>　　1.1.4 CNC program1</p><p>　　1.1.5 CNC Programming1<

32、/p><p>　　1.1.6 CNC machining2</p><p>　　1.2 The emergence and development of CNC machine tools2</p><p>　　1.3 Our CNC technology development overview3</p><p>　　1.4 CNC ma

33、chine tools, characteristics and application4</p><p>　　1.4.1 The characteristics of CNC machine tools4</p><p>　　1.4.2 The scope of application of CNC machine tools4</p><p>　　1.5

34、Classification of CNC lathes5</p><p>　　1.6 Simple CNC lathe features5</p><p>　　Chapter 2 CNC lathes overall design6</p><p>　　2.1 Composition of CNC lathes6</p><p>　

35、　2.2 Process to determine the scope6</p><p>　　2.3 CNC lathe security6</p><p>　　2.3.1 Thermal deformation to prevent6</p><p>　　2.3.2 The noise prevention6</p><p>　　2

36、.3.3 Vibration prevention7</p><p>　　2.4 The determination of basic parameters7</p><p>　　2.4.1 Main parameters and dimensions of the parameters7</p><p>　　2.4.2 The determination o

37、f motion parameters7</p><p>　　2.4.3 Dynamic Parameters8</p><p>　　Chapter 3 of the machine tool main drive system design11</p><p>　　3.1 The main drive program11</p><p&

38、gt;　　3.2 Spindle speed11</p><p>　　3.2.1 calculate the spindle speed11</p><p>　　3.2.2 Calculation of the variable speed range of spindle12</p><p>　　3.3 Driveshaft speed12</p&g

39、t;<p>　　3.4Gearbox design12</p><p>　　3.4.1 Select the transmission common ratio12</p><p>　　3.4.2 Calculate the transmission speed Series12</p><p>　　3.4.3 The classificatio

40、n of the transmission speed map rendering13</p><p>　　3.5 The main transmission system design and checking13</p><p>　　3.5.1 The structural design of the drive13</p><p>　　3.5.2 I-a

41、xis gear structure design and checking15</p><p>　　3.5.3 The structural design of the II-axis gear21</p><p>　　Chapter 4 of the spindle components design23</p><p>　　4.1 The design

42、of the spindle components23</p><p>　　4.1.1 The basic requirements of the spindle components23</p><p>　　4.1.2 Spindle parameters24</p><p>　　4.1.3 The bearing selection and checkin

43、g25</p><p>　　4.1.4 The structural design of the spindle pre-check27</p><p>　　4.2 The drive shaft design30</p><p>　　4.2.1 driveshaft shall meet the requirements30</p><

44、p>　　4.2.2 The drive shaft of the material and construction30</p><p>　　4.2.3 Shaft and bearing the choice31</p><p>　　Chapter 5 Servo feed drive system design32</p><p>　　5.1 Ser

45、vo feed system design requirements32</p><p>　　5.1.1 The vertical feed system transmission scheme32</p><p>　　5.1.2 The transverse feed system solutions32</p><p>　　5.2 Servo feed s

46、ystem design requirements33</p><p>　　5.2.1 Stability33</p><p>　　5.2.2 The accuracy33</p><p>　　5.2.3 The rapid responsiveness33</p><p>　　5.3 Vertical feed system des

47、ign33</p><p>　　5.3.1 The main conditions33</p><p>　　5.3.2 Design of Transmission System33</p><p>　　5.3.3 Ball screw selection34</p><p>　　5.3.4 Screw support mode se

48、lection35</p><p>　　5.3.5 Select the servo motor35</p><p>　　5.3.6 Servo system gain36</p><p>　　5.3.7 Accuracy checking37</p><p>　　5.4 Horizontal feed system design3

49、9</p><p>　　5.4.1 The main conditions39</p><p>　　5.4.2 Transmission System Design39</p><p>　　5.4.3 The ball screw selection40</p><p>　　5.4.4 Screw bearing mode of cho

50、ice40</p><p>　　5.4.5 Select the servo motor41</p><p>　　5.4.6 Servo system gain42</p><p>　　5.4.7 Accuracy checking43</p><p>　　5.4.8 Timing belt design calculations4

51、4</p><p>　　Chapter 6 The overall structure and layout47</p><p>　　6.1 Machine bed structure47</p><p>　　6.1.1 The basic requirements for the structure of the bed47</p><p

52、>　　6.1.2 Structure of the bed47</p><p>　　6.2 Selection of machine tool guide48</p><p>　　6.2.1 Rail's role in48</p><p>　　6.2.2 The rail shall meet the requirements48</p

53、><p>　　6.2.3 Rail main failure mode48</p><p>　　6.2.4 Select rail49</p><p>　　6.3 Supporting the choice49</p><p>　　6.3.1 Supporting the function49</p><p>　　

54、6.3.2 Support the basic requirements49</p><p>　　6.3.3 Supporting the static stiffness50</p><p>　　6.3.4 Support dynamic characteristics50</p><p>　　Chapter7 Hydraulic transmission

55、52</p><p>　　7.1 CNC lathe, hydraulic systems and applications52</p><p>　　7.1.1 Chuck controlling the motion53</p><p>　　7.1.2 Rotary turret movement control53</p><p>

56、　　7.1.3 Tailstock sleeve controlling the motion53</p><p>　　7.2 Slip gear hydraulic transmission54</p><p>　　7.2.1 Determine job requirements54</p><p>　　7.2.2 Loaded54</p>

57、<p>　　7.2.3 Determine the main parameters of the hydraulic cylinder54</p><p>　　Chapter 8 Lubrication and cooling system design56</p><p>　　8.1 Lubrication system design56</p><p

58、>　　8.1.1 Spindle components in the lubrication56</p><p>　　8.1.2 Rail and ball screw lubrication56</p><p>　　8.2 Cooling system design58</p><p>　　8.2.1 The cooling system of the

59、 basic composition59</p><p>　　8.2.2 The choice of coolant and cooling devices59</p><p>　　Conclusion59</p><p><b>　　Thanks60</b></p><p>　　References61<

60、;/p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 數(shù)控技術(shù)</b></p><p>　　1.1.1 數(shù)字控制</p><p>　　數(shù)字控制(NumericalControl，NC)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字信號對機床的運動及加工過程進(jìn)

61、行控制的一種方法。在數(shù)控技術(shù)中引用計算機技術(shù)，稱CNC(ComputerNumericalContr01)。CNC具有柔性好、功能強、可靠性高、經(jīng)濟性好以及易于實現(xiàn)機電一體化等特點，使數(shù)控技術(shù)在質(zhì)的方面完成了一次飛躍。</p><p>　　1.1.2 數(shù)控機床</p><p>　　數(shù)控機床(Numerical ControlMachineTools)是一種采用了數(shù)字控制技術(shù)的機床，或者說

62、是一種裝有數(shù)字控制系統(tǒng)的機床。</p><p>　　1.1.3 數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)(Numerical Control System)是一種控制系統(tǒng)，能自動完成信息的輸入、譯碼和運算，從而控制機床的運動。一般包括數(shù)控裝置、可編程控制器(PLC)、各類輸入／輸出接口、顯示器以及操作鍵盤等。本設(shè)計選用FANDC的Power Mate O數(shù)控系統(tǒng)。</p>&

63、lt;p>　　1.1.4 數(shù)控程序</p><p>　　數(shù)控機床嚴(yán)格按照從機床外部輸入的程序自動完成工件的加工。因此，將從外部輸入數(shù)控系統(tǒng)用于加工工件的程序稱為數(shù)控加工程序，簡稱數(shù)控程序。</p><p>　　1.1.5 數(shù)控編程</p><p>　　在數(shù)控機床上加工零件時，需要把零件的全部工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)掘，以信息的形式記錄在控制介質(zhì)上，用控制

64、介質(zhì)的信息宋控制機床，實現(xiàn)對零件的全部加工過程。故將從零件圖紙到得到數(shù)控加工程序所需控制介質(zhì)的全過程，稱為數(shù)控編程。</p><p>　　1.1.6 數(shù)控加工</p><p>　　數(shù)控加工是指在數(shù)控機床上加工零部件的一種工藝方法，數(shù)控加工技術(shù)除了用于機械加工外，還用于電加工、激光加工、繪印加工及編織加工等工藝。</p><p>　　1.2 數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展&

65、lt;/p><p>　　數(shù)控（英文名字：Numerical Control 簡稱:NC）技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C實現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計算機數(shù)控(Computerized Numerical Control )，簡稱CNC，國外一般都稱為CNC，很少再用NC這個概念了。 </p><p>　　它所控

66、制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。</p><p>　　Keaney&Tr

67、eckre公司在1959年開發(fā)成功了具有刀庫、換刀裝胃和回轉(zhuǎn)工作臺的數(shù)控銑床。從此加工中心出現(xiàn)了，并逐步成為數(shù)控機床的主力。數(shù)控車床是數(shù)控機床中的一類，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也最為普遍。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，印證了數(shù)控機床的幾個發(fā)展階段。</p><p>　　第一階段：1952年由Parson公司和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研究開發(fā)的第一臺電子管數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第二階段：1960

68、年，出現(xiàn)了晶體管和印刷電路板的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第三階段：1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第四階段：1970年，出現(xiàn)了小型計算機數(shù)控系統(tǒng)的硬件，并以軟件形式實現(xiàn)數(shù)控功能的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第五階段：1974年，出現(xiàn)微處理器或微型計算機數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　第六階段：20世

69、紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)。以PC機為控制系統(tǒng)的硬件部分，WindowsNT為PC機的操作系統(tǒng)平臺，在PC機上安裝NC軟件系統(tǒng)，即為加工中心的控制系統(tǒng)。德國Roeders公司生產(chǎn)的RFM600型加工中心就是典型的PC+CNC系統(tǒng)。PC+CNC系統(tǒng)的優(yōu)點集中表現(xiàn)為如下幾點：</p><p>　　(1)與PC硬件的完全通用，使數(shù)控系統(tǒng)能隨著PC技術(shù)的升級而升級，系統(tǒng)維護(hù)方便；</p>

70、<p>　　(2)充分共享PC豐富的軟件資源；</p><p>　　(3)由于PC機有標(biāo)準(zhǔn)化的接口，方便地聯(lián)入局域網(wǎng)及Intemet，易于實癡網(wǎng)絡(luò)化制造。</p><p>　　20世紀(jì)80年代以來，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，形成了一批著名的專)比生產(chǎn)廠。如德國的西門子、Bosh、Reoders、日本的三菱電機、FANUC、法國的NUM、西班牙的EAGOR等。</p><

71、;p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的成熟，數(shù)控機床向著高精度化、高速化、高柔性化、高自動化、智能化、復(fù)合化、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。</p><p>　　1.3 我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　我國于1958年研制出了首臺NC機床，到1979年為止，由于缺乏技術(shù)基礎(chǔ)，總體設(shè)計實力差，各種機、電、液；氣配套基礎(chǔ)元件、NC系統(tǒng)不過關(guān)，我國NC機床無法幣式塵產(chǎn)，也無法在生產(chǎn)中正式使用；從

72、1980年起，先后引進(jìn)閂、德、美、西班牙的CNC系統(tǒng)，各種NC機床，各類機、電、液、氣基礎(chǔ)元件等進(jìn)行合作生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，解決了可靠性問題，由此NC機床開始在我國批量生產(chǎn)，并正式用于生產(chǎn)制造。1980年，我國NC機床產(chǎn)量為692臺，至1999年，產(chǎn)量達(dá)9007臺，2000年超萬臺，各類NC全切機床、成形機床、激光加工機床等在品種上已經(jīng)系列化。從2000年前后起，正經(jīng)歷著一個歷史上最好的發(fā)展時期，已連續(xù)保持30%以上的增長速度。在數(shù)

73、控機床的品種看，普及型數(shù)控機床所占比例從十多年前的10％增長到目前的近40％。這個結(jié)構(gòu)的變化說明了中國數(shù)控機床行業(yè)的整體素質(zhì)有了很大的改善和提高。就今后的數(shù)控機床市場的發(fā)展趨勢而言，需求量仍將按年平均20%～30%的比例增長。同時航空航天、船舶工業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)、模具加工以及電子產(chǎn)品等零部件制造業(yè)等對數(shù)控機床提出更高質(zhì)量、高精度、高速度、高穩(wěn)定性、高操作性的要求，推動中高</p><p>　　目前，我國自主開發(fā)的比較

74、成功的數(shù)控系統(tǒng)有華中I型、中華II型、航天I型、藍(lán)天I型四個數(shù)控系統(tǒng)平臺。以華中I型為例，它是典型的PC+CNC系統(tǒng)，主要技術(shù)特色如下：</p><p>　　(1)獨創(chuàng)的SDI曲面直接插補算法：</p><p>　　(2)支持NT，Novell，Intemet網(wǎng)絡(luò)；</p><p>　　(3)具有CAD／CAM／CNC集成化的功能。</p><p

75、>　　我國的數(shù)控技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比，存在的差距主要表現(xiàn)在兩個方面：其一，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床的穩(wěn)定性差；其二，我國數(shù)控系統(tǒng)成套性差，數(shù)控裝置、驅(qū)動、電機不配套，伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動的性能和可靠性比國外產(chǎn)品低，高精度、高速度及重型設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)性能、功能比國外產(chǎn)品差。</p><p>　　1.4 數(shù)控機床的特點及適用范圍</p><p>　　1.4.1 數(shù)控機床的特點</p&g

76、t;<p>　　與其它加工設(shè)備相比，數(shù)控機床具有加工零件的適應(yīng)性強，靈活性好、加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、減少工人勞動強度、生產(chǎn)管理水平提高等特點。</p><p>　　1.4.2 數(shù)控機床的適用范圍</p><p>　　在機械加工中，大批量零件的生產(chǎn)宜采用專用機床或自動線。對于小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)品品種的變換頻繁、批量小、加工方法的區(qū)別大，宜采用數(shù)控機

77、床。</p><p>　　1.5 數(shù)控車床的分類</p><p>　　數(shù)控車床按加工工藝萬法分為：普通數(shù)控車床(簡易數(shù)控車床、經(jīng)濟型數(shù)控車床)、多功能數(shù)控車床和車削加工中心三個種類。</p><p>　　它們在功能和結(jié)構(gòu)上有很大的差別。數(shù)控車床是在普通車床的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，從而形成能夠按照預(yù)定程序，動完成預(yù)定加工過程的車床。普通數(shù)控車床是指加

78、工用途、加工工藝相對單一的數(shù)控車床，在機械制造行業(yè)數(shù)量較多。多功能數(shù)控車床采用傾斜床身或平床身一斜滑板，具有回輪式刀塔，使用滾動導(dǎo)軌支承刀塔溜扳?；剌喌都苌系毒叩霓D(zhuǎn)位可由液壓馬達(dá)或伺服電機驅(qū)動，尾架可以根據(jù)需要由液壓裝置控制其運動。車削加工中心除具有常規(guī)的X軸、Z軸控制外，均具有C軸功能。在部分車削加工中心上，還具有Y軸功能和B軸功能，使得機床的工藝 范圍進(jìn)一步的擴大。</p><p>　　1.6 簡易數(shù)控車

79、床的特點</p><p>　　目前我國簡易數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，有力地促進(jìn)了我國數(shù)控事業(yè)的發(fā)展，簡易數(shù)控車床有以下特點：</p><p>　　1．簡易數(shù)控車床與進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)車床相比，其價格便宜，性能價格比適中。 </p><p>　　2．適用于多品種、中小批量產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，對產(chǎn)品的適應(yīng)性強。保持“萬能加工”和“專業(yè)高效”兩種屬性，增強企業(yè)的應(yīng)變能力，為提高企業(yè)的競爭力

80、提供了條件。</p><p>　　3．不需專用央具，節(jié)約大量工裝費用，降低生產(chǎn)成本。</p><p>　　4．簡易數(shù)控車床可以獲得比原有車床本身精度更高的加工精度和重復(fù)精度。特別是當(dāng)要求重復(fù)加工或批量生產(chǎn)時，可以大大提高加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 </p><p>　　5．大大降低了工人的勞動強度。</p><p>　　第2章 數(shù)控車床

81、的總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 數(shù)控車床的組成</p><p>　　數(shù)控車床由程序編制及載體、輸入裝置、數(shù)控裝置（CNC）、伺服驅(qū)動及位置檢測裝置、輔助控制裝置、車床本體等幾個部分組成。</p><p>　　2.2 工藝范圍的確定</p><p>　　數(shù)控車床的工藝范圍是指在該機床適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求的能力。數(shù)控車床由于其數(shù)字控

82、制的優(yōu)越性，常常使其工藝范圍普通車床更寬，更適合用于機械制造業(yè)多品種大批量的要求。</p><p>　　數(shù)控車床能進(jìn)行多種表明加工。如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及回轉(zhuǎn)面、端面、螺紋以及進(jìn)行鉆孔、鉸空、鏜孔、切槽、切斷等工作。</p><p>　　按加工精度和表面粗糙度可分為粗加工、半精加工、精加工、光整加工等。 </p><p>　　2.3 數(shù)控車床的安全防護(hù)

83、</p><p>　　2.3.1 熱變形的防止</p><p>　　在設(shè)計機床時應(yīng)特別注意機床內(nèi)部熱源的影響。一般可采用下列措施減少熱源的發(fā)熱量：將熱源置于易散熱的位置；增加散熱面積；強迫通風(fēng)冷卻；將熱源的部分熱量移至構(gòu)件溫升較低處以減少構(gòu)件的溫差。</p><p>　　2.3.2 噪聲的防止</p><p>　　減少噪聲的主要途徑是控制

84、噪聲的生成和隔聲?？刂圃肼暤纳蓱?yīng)找出主要的噪聲源，并采取降低噪聲的措施。如傳動系統(tǒng)的合理安排，軸承及齒輪結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，提高主軸箱體和主軸系統(tǒng)的剛度，避免結(jié)構(gòu)共振，選用合理的潤滑方式個軸承結(jié)構(gòu)形式等。在隔聲方面降低噪聲主要是根據(jù)噪聲的吸收和隔離原理，采取隔聲措施。如齒輪箱嚴(yán)格密封，選用吸聲材料做箱體罩殼等。</p><p>　　2.3.3 振動的防止</p><p>　　不平衡的電動機

85、常常是機床中的一個受迫振源。為了減小由于電動機不平衡所激勵的受迫振動，應(yīng)合理安排電動機的位置。方案一：數(shù)控車床的電動機可安裝在床頭箱上面，把床頭箱、床身、床腿作為支承部分；方案二：把電動機安裝在機床底版上，把底板作為支承部件。方案二的電動機一支承件的固有頻率較高，遠(yuǎn)離激振頻率，因此機床的振動較小；選擇第二種方案。</p><p>　　2.4 基本參數(shù)的確定</p><p>　　2.4.1

86、 主參數(shù)和尺寸參數(shù)</p><p>　　該車床最大加工工件直徑D=200mm</p><p>　　2.4.2 運動參數(shù)的確定</p><p>　　1．最低和最高轉(zhuǎn)速的確定最大長度L=550mm。</p><p>　　按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑，由公式(2-1) 可計算出nmax,namin及變速范圍Rn</p>

87、<p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式(2—1)中的vmax，vmin可糧據(jù)切削用量手冊、現(xiàn)有機床使用情況調(diào)查或者切削試驗確定，通用機床的dmax和dmin。并不是指機床上可能加工的最大和最小直徑，對于通用機床，一般?。?lt;/p><p>　　dmax=KD ， dmin=Rd×dmax

88、 （2-2）</p><p>　　式中 D——機床能加工的最大直徑，mm；</p><p><b>　　K——系數(shù)；</b></p><p>　　Rd——計算直徑范圍，mm。</p><p>　　臥式車床，K=0.5 ， Rd=0.25。所以有： &l

89、t;/p><p>　?。╩m）， （mm）根據(jù)工藝分析，用硬質(zhì)合金車刀對小直徑鋼材半精車外圓時，主軸轉(zhuǎn)速為最高。參考切削用量資料取Vmax=200m/min，所以有：</p><p><b>　?。╮/min） </b></p><p>　　通常用高速鋼刀具精車合金鋼材料的梯形螺紋時主軸轉(zhuǎn)速較低，取vmin=1.5m/min，在的數(shù)控車床上加工絲杠

90、的最大直徑。則：</p><p>　　考慮到典型工藝不一定只有一種可能，同時為今后技術(shù)發(fā)展儲備，最后確定nmax=3200r/min，nmin=10r/min。</p><p>　　2.4.3 動力參數(shù)</p><p>　　1． 電動機的選擇</p><p>　　(1)主切削力的計算</p><p><b&g

91、t;　?。?-5）</b></p><p>　　式中 P ——單位切削面積上的主切削力，N/mm2；</p><p>　　Ap——切削深度，mm；</p><p>　　F ——進(jìn)給量，min/r；</p><p>　　——進(jìn)給量對Fz的修正系數(shù)；</p><p>　　——前角對Fz的修正系數(shù)；</p

92、><p>　　——刀具磨損對Fz的修正系數(shù) 。</p><p>　　p=2305N／mm2，ap=4mm，f=0.3mm/r，，，。則：</p><p><b>　　吃刀抗力：</b></p><p><b>　　～1944（N）</b></p><p><b>　　進(jìn)

93、給抗力：</b></p><p><b>　　～1196（N）</b></p><p><b>　　切削功率的計算：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中 v——切削速度，m／s；</p><p>

94、;　　A——單位切削功率，kW。</p><p>　　p=230510-6kWs/mm2其余各個參數(shù)同前一樣。</p><p>　　式中 p——電動機功率，kW；</p><p><b>　　——傳動效率。</b></p><p>　　查表7．2一l1[3]得。則：</p><p><b&

95、gt;　　(3)選取主電機</b></p><p>　　由P=5．53kW，查表23-1-67[1]。選取主電機型號為YCT225-A2YCT小型電磁調(diào)速異步電動機，標(biāo)稱功率為5．5kW，額定電流12A，額定轉(zhuǎn)矩36．5N．m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量0．0214kg．m2，重量80kg,同步轉(zhuǎn)速1500r／min，最高轉(zhuǎn)速4500r/min。</p><p>　　2． 進(jìn)給驅(qū)動電機功率

96、的確定</p><p>　　(1)進(jìn)給牽引力的計算</p><p>　　由表2-3[4]查得牽引力計算公式</p><p>　　式中 K——考慮顛覆力矩影響的系數(shù)：矩形導(dǎo)軌的K=0.1—0．15；</p><p>　　——為當(dāng)量摩擦系數(shù)：矩形導(dǎo)軌的～0.13 ； </p><p>　　G——移動件的重力，N。&l

97、t;/p><p>　　取K=I，，G=2000(N)，則：</p><p><b>　　(2)計算進(jìn)給功率</b></p><p>　　由式(2—10)[4]，得進(jìn)給功率計算公式：</p><p>　　式中 vf——進(jìn)給速度，m／min；</p><p>　　——進(jìn)給傳動系機械效率。</p&g

98、t;<p>　　由設(shè)計任務(wù)確定vf=15m/s；取。則：</p><p>　　第3章 機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　3.1 主傳動方案</p><p>　　機床主伐和系統(tǒng)可分為分級變速傳動和無級變速傳動。傳動方案有二：方案一，由電動機直接驅(qū)動，如圖3-1(a)所示。主軸電動機與主軸通過聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動機直接驅(qū)動。這種傳動

99、的特點是主軸轉(zhuǎn)速的變化，輸出轉(zhuǎn)矩與電動機的特性完全一致。但由于主軸的功率和轉(zhuǎn)矩特性直接決定于主軸電動機的性能，因而使這種變速傳動的應(yīng)用受到一定限制。方案二，采用定比傳動，如圖3-1(b)所示。主軸電動機經(jīng)定比傳動傳遞給主軸。定比傳動可采用帶傳動或齒輪傳動。帶傳動具有傳動噪聲小、振動小的優(yōu)點，一般應(yīng)用在中，小型數(shù)控車床上。采用定比傳動擴大了直接驅(qū)動的應(yīng)用范圍，即在一定程度上能滿足主軸功率與轉(zhuǎn)矩的要求。此方案采用第二套方案。</p&g

100、t;<p>　　圖3-1 傳動方案</p><p>　　3.2 主軸轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　3.2.1 計算主軸轉(zhuǎn)速</p><p>　　查表2-6[4]得計算主軸轉(zhuǎn)速公式</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　則：<

101、;/b></p><p>　　3.2.2 計算主軸的變速范圍 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　3.3 傳動軸轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　主軸的計算轉(zhuǎn)速，軸Ⅱ使主軸獲得的最低一級轉(zhuǎn)速為10r/min，不能傳動全部功率，所以軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速和主軸

102、的計算轉(zhuǎn)速相同。</p><p><b>　　軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　3.4 變速箱的設(shè)計</p><p>　　由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動機的恒功率變速范圍，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴大其恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機輸出功率的要求。</p><p>

103、　　3.4.1 選取變速箱公比</p><p>　　為了簡化變速箱結(jié)構(gòu)，變速箱級數(shù)應(yīng)少些。變速箱公比可取大于電動機的恒功率調(diào)速范圍，即。</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　取=3</b></p><p>　　3.4.2 計算變速箱的變速級數(shù)</p>

104、<p>　　由式2—26[4]得變速級數(shù)計算公式</p><p>　　= （3-3）</p><p><b>　　取Z=2。</b></p><p>　　3.4.3 分級變速箱轉(zhuǎn)速圖的繪制</p><p>　　主軸的最大轉(zhuǎn)速3200r/min，最小轉(zhuǎn)速10r/min，電動機的額定轉(zhuǎn)速為1500r

105、/min，最低轉(zhuǎn)速為45r/min。轉(zhuǎn)速圖繪制如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 分級變速箱轉(zhuǎn)速圖</p><p>　　由轉(zhuǎn)速圖可以看出帶傳動的傳動比=1/，齒輪傳動的傳動比=，=1/。</p><p>　　3.5 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核</p><p>　　3.5.1 帶傳動的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p&g

106、t;　　電動機軸與Ⅰ軸之間運動及動力的傳遞用多楔帶。多楔帶兼有平帶和V帶的優(yōu)點：柔性好，摩擦力大，能傳遞的功率大，并解決了多根V帶長短不一而使各帶受力不均的問題。</p><p><b>　　1. 設(shè)計功率</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中 ——為工況系數(shù)</p&g

107、t;<p><b>　　——傳動功率</b></p><p>　　由表13-1-11[1]查得=。則：</p><p><b>　　2. 選擇帶型</b></p><p>　　由，，查圖13-1-7[1]選取PL型多楔帶</p><p><b>　　3. 確定傳動比<

108、;/b></p><p><b>　　傳動比已由前面確定</b></p><p>　　4. 小帶輪有效直徑</p><p>　　由表13-1-23[1]查得小帶輪有效直徑，有效線差</p><p>　　5. 大帶輪有效直徑</p><p>　　＝=364（mm） （3-5）</

109、p><p>　　由表13-1-24[1]選取</p><p><b>　　6. 帶速</b></p><p>　　= （3-6）</p><p><b>　　7. 初定中心距</b></p><p><b>　　中心距范圍：</b><

110、;/p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　取=500mm</b></p><p>　　8. 帶的有效長度</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　= =1850（mm）</p>&

111、lt;p>　　查表13-1-22[1]取帶的有效長度</p><p><b>　　9. 計算中心距</b></p><p>　　= =550（mm） （3-9）</p><p>　　10. 小帶輪包角</p><p>　　=157 （3-10）</p><p>　　11.

112、 帶每楔所傳遞的額定功率</p><p>　　查表13-1-28～13-1-30[1]得</p><p>　　12. 帶每楔所傳遞的額定功率</p><p><b>　　13. 帶的楔數(shù)</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中

113、 、 ——分別為包角系數(shù)和帶長修正系數(shù)</p><p>　　查表13-1-31[1]和表13-1-32[1]得，。則：</p><p><b>　　選取楔數(shù)</b></p><p>　　14. 有效圓周力</p><p>　　= 　 （3-12）</p><p>　　15.

114、帶的緊邊拉力</p><p>　　=541 　 （3-13） </p><p>　　16. 帶的松邊拉力</p><p>　　=711.1 　 （3-14）</p><p>　　17. 作用在軸上的力</p><p>　　= （3-15）</p><p>

115、;　　3.5.2 Ⅰ軸上的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核</p><p>　　1. 選擇齒輪材料</p><p>　　兩個齒輪的材料均采用45號鋼,表面淬火，表面硬度達(dá)到56～62HRC。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2. 確定主要參數(shù) </p><p>　　(1) 確

116、定中心距</p><p>　　由表133-1-77[1]和表13-1-79[1]選取，齒數(shù)比i=</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　(2) 小齒輪傳遞扭矩</p><p>　　= （3-17）</p><p><b>　　(3)中心

117、距</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　　=453</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　取a。</b></p><p>　　3.

118、確定模數(shù)、齒數(shù)、齒寬等幾何參數(shù)</p><p><b>　　(1) 模數(shù)</b></p><p>　　查表14-1-3[1]得：</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　(2) 齒數(shù)</b></p><p>　　

119、查表14-1-3[1]得：</p><p><b>　?。?-20） </b></p><p><b>　　取Z。,取=35。</b></p><p><b>　　(3) 齒寬</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p>

120、<p>　　式中 ——為齒寬系數(shù)</p><p><b>　　。則：</b></p><p>　　(4) 小齒輪分度圓直徑 </p><p><b>　?。?-22） </b></p><p>　　(5) 大齒輪分度圓直徑</p><p><b&

121、gt;　?。?-23）</b></p><p>　　4. 按齒面接觸強度校核</p><p>　?。?） 分度圓上的圓周力</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　?。?） 使用系數(shù)</b></p><p>　　由表14-

122、1-64[1]查得=。</p><p><b>　?。?） 動載系數(shù)</b></p><p>　　由表14-1-18[1]查得=。</p><p>　?。?） 齒向載荷分布系數(shù)</p><p><b>　　（3-25）</b></p><p>　?。?） 齒間載荷分布系