數(shù)控銑床進給系統(tǒng)的設(shè)計

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目 錄 摘 要 ............................................................................................................................ I ........................................................................................................................ 一章 緒 論 ........................................................................................................... - 1 - 控技術(shù)與數(shù)控機床 ................................................................................. - 1 - 控機床的特點及發(fā)展趨式 ..................................................................... - 1 - 控銑床與其進給系統(tǒng) ............................................................................. - 3 - 體設(shè)計方案的擬定 ................................................................................. - 3 - 第二章 機床橫向進給系統(tǒng)機械部分計算與設(shè)計 ................................................. - 5 - 沖當量的選擇與切削力的計算 ............................................................. - 5 - 珠絲桿螺母副的計算和選型 .................................................................. - 6 - 服電機的選擇 ....................................................................................... - 12 - 軌的設(shè)計及滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊 ................................... - 15 - 軸器的選用 ............................................................................................ - 16 - 第三章 三維實體造型設(shè)計及圖紙生成 ............................................................... - 17 - 具軟件 介紹 ............................................................................... - 17 - 型過程 ................................................................................................... - 17 - 維圖紙的生成 ....................................................................................... - 20 - 第四章 零件的數(shù)控加工及程序編制 ................................................................... - 21 - 控工藝分析和加工 路線的確定 ........................................................... - 21 - 控機床的選型 ....................................................................................... - 21 - 位基準、裝夾方案和對刀點 ................................................................ - 21 - 擇刀具 ................................................................................................... - 22 - 定切削用量 ........................................................................................... - 22 - 控程序 ................................................................................................... - 23 - 結(jié) 論 ..................................................................................................................... - 26 - 參考文獻 ................................................................................................................. - 27 - 致謝 ......................................................................................................................... - 28 - I 數(shù)控銑床（ 320Y 軸進給系統(tǒng)三維設(shè)計及加工 專 業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 摘 要 近年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，既促進和帶動了制造業(yè)的發(fā)展，也 使其遇到了嚴峻的挑戰(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)控機床來代替普通的人工機床。本文就是在這樣的背景下，借助先進的 件 — X 過對其他數(shù)控機床的分析與觀察，根據(jù)實際要求，分析、設(shè)計數(shù)控銑床（ 320向進給系統(tǒng)。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 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。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)控銑床；進給系統(tǒng)；加工 f n is to a as as it to of C) in of is of to as is of to AX it is to of of C on by we of C 20of ’m to is a to G in of G, we is a to in we a in a C 1 - 第一章 緒 論 控技術(shù)與數(shù)控機床 數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)和精密機械等高新技術(shù)，因此廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)。數(shù)控機床替代普通機床，從而使得制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化，并帶來了巨大的經(jīng)濟效益。 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。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用將機械制造與微電子、計算機、信息處理、現(xiàn)代控制理論、檢測技術(shù)以及光電磁等多種學科技術(shù)融為一體，使制造業(yè)成為知識、技術(shù)密集的大學科范疇內(nèi)的現(xiàn)代制造 業(yè)，成為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。 數(shù)控技術(shù)是當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。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，工藝方法和制造系統(tǒng)的不斷更新，形成了 一系列具有劃時代意義的新技術(shù)、 新工藝的制造系統(tǒng)。 在國際貿(mào)易中，很多發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤主要電機出口產(chǎn)品。世界貿(mào)易強國在進行國內(nèi)機電產(chǎn)品貿(mào)易的同時，把高技術(shù)的機電產(chǎn)品出口打入國際市場，作為發(fā)展出口經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略措施，數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削 加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控銑床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置。 控機床的特點及發(fā)展趨式 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進步，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求越來越強烈。中、小批量生產(chǎn)的比例明星增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機床成為一種精密、高效、復合、集成功能和低成本的自動化加工設(shè)備。同時，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)，以及計算機集成制造系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備，也要求數(shù)控機床向更高水平發(fā)。 世界數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本共識是朝著高速高效化、精密化、復合化、智能化、信息化、環(huán)?；驮O(shè)計模塊化的方向發(fā)展。 高速高效化 高速和超高速加工技術(shù)可以提高加工效率，也是加工難削材料、提高加工精度、控制振動的重要保障。其技術(shù)關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。比如進一步提高高速電主軸最高轉(zhuǎn)速及功率、扭矩，采用傳感技術(shù)進行振動監(jiān)測和診斷，進一步輕量化進給系統(tǒng)，采用直線電機和力矩電機的直接驅(qū)動方式，由刀具 - 2 - 主軸部件實現(xiàn)機床的 3 個直線坐標運動等。 精密化 由于機床結(jié)構(gòu)和各組件加工的精密化，機床達到微米級精度已不是問題。 目前高檔數(shù)控機床定位精度（全行程）已達 復定位精度 時，代表精度水平的超精密的納米級機床已開始不斷涌現(xiàn)。 復合化 在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量不斷減少的同時，加工的產(chǎn)品形狀日益復雜，多軸化控制的機床適合加工形狀復雜的工件。另一方面，產(chǎn)品周期的縮短要求加工機床能夠隨時調(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 臺機床能夠處理以往需要幾臺機床處理的工序。在保持工序集中和減少工件重新安裝定位的前提下，使更多的不同加工過程復合在一臺機床上，以 減少占地面積，減少零件傳送和庫存，保證加工精度和節(jié)能降耗的要求。 智能化 現(xiàn)代智能化數(shù)控機床可以根據(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。此外，系統(tǒng)還可以隨時對 統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進行自診斷、檢查，實現(xiàn)故障停機、故障報警、提示發(fā)生故障的部位、原因等。智能化現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展趨勢是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。 信息化 利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，機床制造商可以建立機床遠程技術(shù)支持體系，實現(xiàn)工況信息 的傳輸、存儲、查詢和顯示，以及遠程智能診斷?；诰W(wǎng)絡(luò)連接，機床用戶可以及時獲得機床制造商的遠程技術(shù)支持，機床制造商可準確有效地得到用戶方的機床工況資料數(shù)據(jù)，進行機床狀態(tài)的網(wǎng)上在線診斷，實現(xiàn)機床全生產(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，并有助于及時改進產(chǎn)品的質(zhì)量。 環(huán)?；? 環(huán)保是機床產(chǎn)品必須達到的條件。通過干切削、準干切削、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)?；蟆? 設(shè)計模塊化 模塊化的設(shè)計在機床制造中已應(yīng)用得爐火 純青，橫向系列，縱向系列，全系列，跨系列的模塊化設(shè)計使得同樣兩臺機床，外形上看，好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。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，切實做好模塊化的設(shè)計工作。產(chǎn)品生產(chǎn)向社會協(xié)作、專業(yè)化方向發(fā)展，小而全的模式將被淘汰。 控銑床與其進給系統(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 要有點位控制功能、連續(xù)輪廓控制功能、刀具半徑自動補償功能、刀具長度自動補償功能、鏡像加工功能、固定循環(huán)功能和特殊功能。具備自適應(yīng)功能的數(shù)控銑床可以在加工過程中把感受到的切削狀況（如切削力、溫度等）的變化，通過適應(yīng)性控制系統(tǒng)及時控制機床改變切削用量，使銑床及刀具始終保持最佳狀態(tài)，從而可獲得較高的切削效率和加工質(zhì)量，延長刀具使用壽命。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。目前已出現(xiàn)既對實物掃描采集數(shù)據(jù)，又能對采集到的數(shù)據(jù)進行自動處理生成數(shù)控加工程序的系統(tǒng)，這些為進行設(shè)計制造一體化工作提供了手段。 數(shù)控機床的進給系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機床本體的傳動環(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，功率步進電機，電液馬達等）和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和快速運動。它能根據(jù)指令信號精確的控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。 數(shù)控銑床進給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。伺服系統(tǒng)按使用的驅(qū)動裝置分類可分為電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)； 按使用直流伺服電機或交流伺服電機分類可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)；按反饋比較方式分類可分為脈沖數(shù)字比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)及全數(shù)字伺服系統(tǒng)；按有無位置檢測和反饋可以分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。伺服進給系統(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。 體設(shè)計方案的擬定 一、系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計的機床要求具有定位、直線插補、順、逆圓弧插補、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)。 - 4 - 二、控制方式的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)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，它對機床移動部件的實際位置不作檢測，所以機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)主要由步進電機驅(qū)動。這類機床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修比較簡單。目前經(jīng)濟型數(shù)控機床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對工作臺的實際位置不進行檢查測量，而是是通過與伺服電 機有聯(lián)系的的測量元件，如測速發(fā)電機或光電編碼盤等間接檢測伺服電機的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位置，有此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。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)控制系統(tǒng)有機床移動部件上的檢測反饋裝置，在加工時刻檢測機床移動部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置相符合，以期達到很高的加工精度。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電動機或交流電機驅(qū)動。這類機床的優(yōu)點是精度最高的，速度快，但是調(diào)試和維修比較復雜，其關(guān)鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計時應(yīng)對其穩(wěn)定性給予足夠重視。 本次 設(shè)計的機床精度要求高，但考慮到經(jīng)濟及調(diào)試等問題，選用半閉環(huán)型的控制系統(tǒng)。 三、機械傳動方式 目前數(shù)控銑床的縱向和橫向多采用伺服電機， 進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。 我們這里擬采用的是滾珠絲杠副傳動，以減少摩擦系數(shù)，提高進給機構(gòu)的整體剛度。滾珠絲杠與電機間用聯(lián)軸器直接連接，以消除間隙。 - 5 - 第二章 機床橫向進給系統(tǒng)機械部分計算與設(shè)計 主要參數(shù)如下： 工作臺面積 (長×寬 ) 900× 320 作臺左右行程 (X 向 ) 630 作臺前后行程 (Y 向 ) 400 軸上、下行程 (Z 向 ) 500 作臺最大承重 600 軸端面至工作臺面距離 125具最大尺寸 φ 100× 250 具最大重量 6 軸最高轉(zhuǎn)速 8000 給速度 5mm/速移動速度 15000 mm/電機功率 軸最大輸出扭矩 94 位精度 《 X: Y、 Z： 程 進給電機扭矩 8 動加速時間（ 30 沖當量的選擇與切削力的計算 一．選擇脈沖當量 根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量： 橫向： ．計算切削力 切削功 率為 ? 試中 般為 為 據(jù)上述公式可得：又因為,V 為切削線速度，取 100mm/以主切削力為 - 6 - 通常：縱向切削分力縱F=（ 垂直切削分力垂F=（ 橫向切削分力橫F=（ 取 縱F=F =F=F =F=F =珠絲桿螺母副的計算和選型 1、計算進給軸向力 ) 絲杠上的工作載荷 軸向力，也叫進給牽引力。它包括三個力：滾珠絲桿的走刀抗力、工件的重力、作用在導軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。矩形導軌的工作載荷 計算公式為： )2( ????? 縱垂橫 式中 K— 考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，矩形滑動導軌取 K= f? — 滑動導軌摩擦系數(shù)：貼塑導軌為 G— 工作臺、夾具和刀具的重量， G=600? 880N。 則 ?????? 2、動載強度計算 當轉(zhuǎn)速 10 / 時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點蝕，因此要進行動載強度計算，其計算動載荷 Q 應(yīng)小于或等于滾珠絲桿螺母副的額定動負荷，即 Q=式中 載荷性質(zhì)系數(shù)，本式中去 — 精度影響系數(shù)，本式中取 1； L—— 滾珠絲桿工作壽命，以 610 r 為 1 個單位； 本次設(shè)計中，電機與絲桿通過聯(lián)軸器直接相連，減速比 i=1，工作臺的最高 - 7 - 進給速度達到 5m/用 絲桿導程為 6絲桿，絲桿的最高轉(zhuǎn)速為1500r/作臺的最小進給速度為 5mm/絲桿的最低轉(zhuǎn)速為 取為 0，則平均轉(zhuǎn)速 n=（ 1500+0） /2=750r/絲桿的工作壽命為 L=61060610150075060 ?? =675 式中 T—— 絲桿使用壽命，按設(shè)計機床要求取 T=15000h； n—— 絲桿轉(zhuǎn)速； 代入上式得 Q= ???1 25395N 3、靜強度計算 當轉(zhuǎn)速 10 / 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。因此，應(yīng)進行靜強度計算，最大計算靜載荷0中 滾珠絲桿的最大軸向負載； 靜態(tài)安全系數(shù)，當為一般運轉(zhuǎn)時，f=2式中 則，上式為f S?=930=4825N 根據(jù)計算額定動負載荷和額定靜負荷初選滾珠絲杠副型號為 4506一列 外循環(huán)螺紋預緊 滾珠絲桿副。 其名義直徑為 45程 6珠直徑 定動負荷 16758N，額定靜負荷3994N。動載荷與靜載荷載均滿足要求選定精度為 1 級。 4、滾珠絲桿支承選擇 滾珠絲杠的支承形式有四種：（ 1）一端固定，一端自由，這種安裝方式承載能力小，軸剛度低，只是用于短絲桿，一般用于數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的立向坐標中；（ 2）一端固定，一端簡支，此種可用于絲桿較長的情況；（ 3）兩端固定，這種安裝方式 適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的機床。 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。而采用兩端固定的支承方式，壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的 4倍，絲杠可以預拉伸，預拉伸后可減小絲杠自重下垂和補償熱膨脹且軸承組合的 - 8 - 剛度高。 本傳動系統(tǒng)的絲桿采用兩端固定的結(jié)構(gòu)形式。固定端用單排推力球軸承51307 和深溝球軸承 6307，推力軸承承受軸向力，深溝軸承承受徑向力，中間用套筒分開。 5、壓桿穩(wěn)定性 細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 N) ?（ m） 式中 0d— 絲桿公稱直徑， m； 滾珠直徑， m； L — 絲桿最大受壓長度， m； 1f — 絲桿支承方式系數(shù)（當一端固定，一端自由時， 1f =一 端固定，一端游動時， 1f =端固定時， 1f = 代入數(shù)據(jù)得 ?=?=61600(N) 臨界載荷m 之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)k n= [則壓桿穩(wěn)定， [許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般 [ 此時 6 0 0? [則此絲桿穩(wěn)定。 6、臨界轉(zhuǎn)速校核 對于高速長絲杠有可能發(fā)生共振，需要算其臨界轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速 ( / 9 - 2222991001 .2 wd d D??式中 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 ,取 —— 絲杠支撐方式系數(shù)。（當一端固定，一端自由時， 2f =一端固定，一端游動時， 2f =端固定時， 2f =?=m i n/22c ??遠遠大于其最大速度，故臨界轉(zhuǎn)速滿足。 7、額定壽命的校核滾珠絲杠的額定動載荷 16758，已知其軸向載荷 1930 ，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 ，運轉(zhuǎn)條件系數(shù) ，則有 6 7 5 8106363?????? ）（）（ F 2 5 06 7 560 103 0 4k ????? L 滾珠絲杠螺母副的總工作壽命 k ?? ，故滿足要求。 預緊力pF==16758/4=4190N。符合要求。 8、 傳動效率的計算 絲杠螺母副的傳動效率η為 η= )?v 摩擦角 —— Φ=10′ 摩擦角 —— v = 34? ’ 2f - 10 - η=)?v v=)01'3434?? =珠絲杠的傳動效率高，這可使絲杠副的溫度變化較小，對減小熱變形，提高剛度、強度都起了很大作用。 滾珠絲杠基本尺寸 滾珠絲杠副主要尺寸列表 9、傳動系統(tǒng)剛度及精度驗算 絲桿的導程誤差、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械作用下各機械環(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。 主要尺寸 計算公式 計算結(jié)果 公稱直徑 0本導程 0觸角 ? '34? 鋼球直徑 道法面半徑 R R=紋升角 γ 00? L?'302? 偏心距 e e=() 桿外徑 d d= 0d -（ 桿內(nèi)徑 1d 2桿接觸直徑 1d - bd 母螺紋直徑 D D= 0d R 母內(nèi)徑 1D 1D = 0d +（ - 11 - （ 1）傳動系統(tǒng)綜合剛度計算 由滾珠絲桿本身的抗壓剛度承軸承的軸向剛度珠絲桿副中滾珠與滾道的接觸剛度 算到滾珠絲桿副上伺服系統(tǒng)剛度算到滾珠絲桿副上聯(lián)軸節(jié)的剛度 1K 、滾珠絲桿副的抗扭剛度 螺母座、軸承座的剛度成的綜合剛度 K 為： m i ??????一般在校核計算中，折算到滾珠絲桿副上聯(lián)軸節(jié)的剛度、滾珠絲桿副的抗扭剛度、螺母座、軸承座的剛度、伺服剛度一般可忽略不計。則上式可簡化為： ?（ 珠絲桿本身的抗壓剛度00螺母移動到離定位點最遠位置時，距離為最遠，最大距離為 734絲桿拉壓剛度為 61126m a a xt m i n ?? ?????????? ??399（ N/ m? ） 式中 1d —— 絲桿底徑 E—— 絲桿材料鋼的彈性慣量， E= 。 （ 桿軸承的軸向剛度 單排推力球軸承 51307 的預加載荷0F=3102N，軸向外載荷為導軌摩擦力 600 ? 76N,故軸向載荷為預加載荷與軸向外載荷之和，即F + 102+176=3278(N)。 絲桿軸承軸向載荷剛度可按下式求得，即 3 23 2 ??? 505（ N/ m? ） （ 珠絲桿螺母的接觸剛度 - 12 - 300（ N/ m? ） 則傳動系統(tǒng)總和剛度 K 為 ?=23 00150 5139 911??=174（ N/ m? ） （ 2）彈性變形量 ? 數(shù)控銑床的定位精度是在不切削空載條件下檢驗的。故軸向載荷僅為導軌的摩擦力 本設(shè)計中的摩擦力 206N,故因 起的彈性變形量為 )(11 8 52 0 6 f ?? ??? （ 3）定位誤差驗 算 本設(shè)計中滾珠絲桿在任意 300的導程誤差300 m? ，加彈性變形量? =1 m? ，即 6+1=7 m? 。再加上某些次要因素，將不會超過要求的定位公差，能滿足定位精度 設(shè)計要求。 服電機的選擇 伺服電機的選用，應(yīng)考慮三個要求：最大切削負債轉(zhuǎn)矩，不得超過電機的額定轉(zhuǎn)矩，電機的轉(zhuǎn)子慣量 與負載慣量 匹配（匹配條件可根據(jù)伺服電機樣本提供的匹配條件，也可以按照一般的匹配規(guī)律）；快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩。 （ 1） 最大切削負載轉(zhuǎn)矩計算 所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。最大切削負載轉(zhuǎn)矩 T=(??2 i= ?? +) 其 中 ， 從 前 面 的 計 算 已 知 最 大 進 給 力930N ， 絲 桿 導 程0緊力 3120N ，查絲桿樣本，滾珠絲桿螺母副的機械效率 ? =滾珠絲桿預加載荷引起的附加摩擦力矩 - 13 - 3120? ) 查單個軸承的摩擦力矩為 ，故一對軸承的摩擦力矩。伺服電機與絲桿直連其傳動比 i=1。 （ 2） 負載慣量計算 伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量 與負載慣量 匹配。負 載慣量可按以下次序計算。 ?工件、夾具與工作臺折算導電機軸上的慣量 1J ： ????? 22 （）（）（ ??2) ?絲桿加在電機軸上的慣量 2J 絲桿名義直徑0D=45度 l=600m，絲桿材料鋼的密度 ? =3 m/。根據(jù)下列計算，絲桿加在電機軸上的慣量 2J 為 ??????? 43402 0 4 ?? 2) ?聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的轉(zhuǎn)動慣量33J= 則負載及機械傳動裝置總的轉(zhuǎn)動慣量為： ? ?2321r 0 0 4 9 1 5 2.0 ??????? 按照小型數(shù)控機床慣量匹配條件， 4/1 r ?? 所選伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量 范圍之內(nèi)。 根據(jù)上述計算可初步選定伺服 電機。選用直流伺服電機，可選北京數(shù)控設(shè)備廠的 直流伺服電機，其額定轉(zhuǎn)矩為 m，大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩M=m;轉(zhuǎn)子慣量 ，滿足匹配要求。 直流伺服電機的主要技術(shù)參數(shù)如下。 最高轉(zhuǎn)速 n ： 1500r/ - 14 - 額定轉(zhuǎn)矩m 。 最大轉(zhuǎn)矩154N? m 。 轉(zhuǎn)子慣量 。 反電動勢系數(shù)s V? 。 轉(zhuǎn)矩系數(shù)m/A。 電驅(qū)直流電阻 Ω。 （ 3）空載加速轉(zhuǎn)矩計算 當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速導最大移動（快速移動）時，所需的空載加速轉(zhuǎn)矩aT=空載加速時，主要克服的是慣性?？倯T量 ???N? m） 則 ?? ?? 0 4 5 5 0 00 2 N? m） 空載加速轉(zhuǎn)矩此可見，直流伺服電機的54N? m >6N? m，滿足設(shè)計要求。 （ 4）伺服系統(tǒng)增益 通常取系統(tǒng)增益~取0 1s? 。伺服系統(tǒng)的時間常數(shù)。根據(jù)aT=如選用直流伺服電機，執(zhí)行件（工作臺）達到的最大加速度為 542m a x ????? ??m/ 2s ) 伺服系統(tǒng)要求達到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時間常數(shù)行件的速度從 - 15 - ）（ 2m a xm a x s/01530 ????? 因而按照加速能力選擇0 1s? 是合適的。如適當增大 軌的設(shè)計及滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊 一、導軌的設(shè)計 銑床上的直線運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁、等支承件上的導軌進行運 動的，導軌的作用概括地說就是對運動部件起導向和支承作用，導軌的制造精度及精度保持性對機床加工精度有著重要的影響。導軌主要由機床上兩個相對運動部件的配合面組成一對導軌副，其中不動的配合面成為支承（固定）導軌，運動的配合面成為運動導軌。 滑動導軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前已不采用傳統(tǒng)滑動導軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌，且已廣泛用于數(shù)控機床上，其摩擦因數(shù)小，且動、靜摩擦因數(shù)差很小，能防 止低速爬行現(xiàn)象，耐磨性強等特點。塑料導軌多與鑄鐵導軌或淬硬鋼導軌相配使用。 二、滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊 滾珠絲杠副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動裝置，在數(shù)控銑床上得到了廣泛的應(yīng)用。 滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產(chǎn)生嚴重接觸變形，接觸剛度與接觸表面預緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較小；當滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動精度。為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向精度，必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié) 構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺紋滾道的兩個相反的側(cè)面上，用這種方法預緊消除軸向間隙時，應(yīng)注意預緊力不宜過大。預緊力過大會使空載力矩增加，從而減低傳動效率，縮短使用壽命。 通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置，使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預緊力，以達到提高軸向剛度的目的。 - 16 - 調(diào)整預緊有多種方式，上圖所示的為螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，用鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，擰動圓螺母將螺母沿軸向移動一定距離，在消除間隙之后用另一圓螺母將其鎖緊 。這種調(diào)整方法的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，調(diào)整方便，但調(diào)整較差。 軸器的選用 凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器有鍵分別與兩軸聯(lián)接，然后有螺栓把兩個半聯(lián)軸器聯(lián)成一體，以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。這種聯(lián)軸器有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式。一種是普通的凸緣聯(lián)軸器，通常是靠鉸制孔用螺栓來實現(xiàn)現(xiàn)軸對中；另一種是有對中榫的凸緣聯(lián)軸器，靠一人半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個半聯(lián)軸器睥凹緣相配合而對中。 凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，對于轉(zhuǎn)速不高、無沖擊、軸的剛性大、對中性好時常采用，本設(shè)計選用有對中榫的凸緣聯(lián)軸器。 - 17 - 第三 章 三維實體造型設(shè)計及圖紙生成 具軟件 介紹 司的 X 是一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工提供了數(shù)字化造型和驗證手段。 X 針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。X 為設(shè)計師和工程師提供了一個產(chǎn)品開發(fā)的嶄新模式 ，它不僅對幾何的操縱，更重要的是團隊將能夠根據(jù)工程需求進行產(chǎn)品開發(fā) 。 X 能夠有效地捕捉、利用和共享數(shù)字化工程完整過程中的知識，事實證明為企業(yè) 帶來了戰(zhàn)略性的收益。 來自 企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標。 含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設(shè)計方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗中所獲得的知識更早地做出關(guān)鍵性的決策。 一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過 程變更來驅(qū)動產(chǎn)品革新。 特之處是其知識管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識，根據(jù)已知準則來確認每一設(shè)計決策。 立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新， 成功已經(jīng)得到了充分的證實。這些目標使得 過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗應(yīng)用和過程自動化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成 到一個實現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中 型過程 本次設(shè)計中的三維造型全部采用 要是對電機外形、聯(lián)軸器、軸承、軸承座、絲桿、絲桿螺母、底座以及一些標準件的造型設(shè)計。 1、 底座的設(shè)計 - 18 - 底座是整個進給機構(gòu)的支撐部件，尺寸為 806? 270? 165表面用作導軌，里面的凸臺用于和軸承座配合，端面用于安裝電機，毛壞鑄造，有配合的面應(yīng)進行機加工。 2、絲桿的設(shè)計 絲桿是將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為工作臺的直 線運動，是一個重要的部件，此絲桿的公稱直徑為 45 605端用深溝球軸承和推力球軸承固定，分別承受徑向力和軸向力。 2、 軸承的設(shè)計 本設(shè)計采用了深溝球軸承 6307 和推力球軸承 51307 來固定絲桿。 - 19 - 4、聯(lián)軸器的設(shè)計 聯(lián)軸器是將電機軸和絲桿連接起來的零件，本設(shè)計采用的是標準的凸緣聯(lián)軸器， 5843 - 20 - 維圖紙的生成 本次設(shè)計中最后得到的裝配圖及零件圖，都是在各零件建模以后，在 從建模環(huán)境轉(zhuǎn)入制圖環(huán)境，完成三維到二維的轉(zhuǎn)換過程，然后轉(zhuǎn)入 行修改，最后定型為符合國家標準的圖紙。 - 21 - 第四章 零件的數(shù)控加工及程序編制 控工藝分析和加工路線的確定 當選擇并決定某個零件進行數(shù)控加工后，必須對零件圖進行仔細工藝分析，選擇哪些最合適，最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。 在選擇并作出決定時。應(yīng)結(jié)合車間的實際，立足于解決難題，攻克關(guān)鍵和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。 數(shù)控加工的工藝性問題，主要是指從數(shù)控加工的可能性與方便性兩個角度提出一些必須分析和審查的內(nèi)容。根據(jù)數(shù)控加工的特點，要求保證定位基準的可靠性；數(shù)控加工工序與普通工序的銜接。接下去便 可著手數(shù)控工序的設(shè)計，確定走刀路線和安排工步順序，為編程作準備，包括零件圖紙中的標注方法保持設(shè)計工藝，檢測基準與編程原點設(shè)置的一致性。 控機床的選型 在選擇數(shù)控機床時，應(yīng)注意以下幾點： （ 1）所選擇的機床應(yīng)能滿足零件的加工的精度要求。 （ 2）所選擇的數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能滿足加工要求。 （ 3）所選用的數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能滿足零件的需要。 （ 4）所選用數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)刀架或刀庫的容量應(yīng)足夠大，刀具數(shù)量能滿足加工要求。 （ 5）噪聲和造型。 位基準、裝夾方案和對刀點 當確定了在某臺數(shù)控機床上加工 某個零件以后，就應(yīng)該根據(jù)零件圖確定零件在機床上的定位裝夾方法。 數(shù)控機床對夾具提出了兩個基本要求：一是保證夾具在機床上定好方向；另 個是協(xié)調(diào)零件和機床坐標系的尺寸關(guān)系。為保證裝夾迅速方便，多采用氣動、液壓夾具以減少數(shù)控機床的停機時間。 為了確定夾具在機床工作臺上的位置，以及零件在夾具上或機床上的位置，就要有定位基礎(chǔ)。定位基礎(chǔ)應(yīng)盡量與設(shè)計基礎(chǔ)一致，以減少定位誤差對尺寸精度的影響。 對刀點是指在數(shù)控機床上用刀具加工零件時，刀具相對零件運動的起始點，程序就是從這一點開始的，所以對刀點也可以叫做程序原點。可以選擇刀 具上的某一點作為對刀點，也可以選擇零件外某一點。 - 22 - 對刀點應(yīng)選擇在對刀方便的地方，在采用相對坐標系的數(shù)控機床中，對刀點可選在零件孔的中心上，夾具上的專用對刀孔或垂真平面的交線上。在采用絕對坐標系的數(shù)控機床中，對刀點可選在機床坐標系或原點為確定值的點上。 擇刀具 數(shù)控機床所選擇的刀具就滿足安裝調(diào)整方便，剛性好，精度高，耐用度高。 與普通機床相比，數(shù)控加工對刀具的選擇要嚴格的多，它常常是專用的，編程時，常需預先規(guī)定好刀具的結(jié)構(gòu)尺寸和調(diào)整尺寸，尤其是自動換刀數(shù)控機床、在刀具安裝到機床上之前，應(yīng)根據(jù)編程時確 定的參數(shù)，在機床外的調(diào)整中調(diào)到所需尺寸 對一般的經(jīng)濟型數(shù)控機床，現(xiàn)在大多數(shù)配有四刀位自動轉(zhuǎn)位刀架，則各種刀架上的布置亦有嚴格的布置要求，應(yīng)按加工程序，選擇好所需的刀具，畫出刀具布置圖。 定切削用量 數(shù)控加工中切削用量應(yīng)根據(jù)加工技術(shù)要求、刀具耐用度、切削條件等加以確定，采用查表法，在缺乏數(shù)控加工切削用量表格的情況下，亦可參照普通加工切削用量表格確定。 1、主軸轉(zhuǎn)速 主軸轉(zhuǎn)速 n 就根據(jù)允許的切削用量來選取。 自動換刀數(shù)控機床往往主軸或刀庫上裝刀花費的時間比較多，所以確定切削用量要保證刀具能加工完一個零件 或保證刀具耐用度不低于一個工作班，到少不低于半個工作班。 2、切削深度 切削深度 t 主要根據(jù)機床，刀具和工件的剛性來確定的。在剛性良好的情況下，應(yīng)盡可能使加工表面的加工余量，以便減少走刀次數(shù)，提高加工效率，當加工精度和表面粗糙度要求高時，可以留一點什么是，最后光一刀，機訂的精加余量可較普通機床的精加工余量小一點。 3、 進給速度或進給量 進給速度是數(shù)控機床切削用量中的一個重要參數(shù)，通常根據(jù)加工速度各表面粗糙度要求選取。當要求較高時，進給速度應(yīng)取得小一點。 - 23 - 控程序 本文加工底座 % 40 90 0020 28 0030 06 0 0 0050 175. 0060 1 20. 0080 0090 25. 0 0110 0120 0140 1 20. 0170 25. 0 X