經(jīng)濟型數(shù)控車床進給傳動機構(gòu)設(shè)計【畢業(yè)論文+cad圖紙全套】

1、<p>　　目 錄</p><p>　　摘 要錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1前言4</b></p><p>　　2數(shù)控車床設(shè)計概述錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3機械部分設(shè)計和計算錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3.1

2、縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算5</p><p>　　3.1.1縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計5</p><p>　　3.1.2主切削力計算6</p><p>　　3.1.3滾珠絲桿的設(shè)計計算7</p><p>　　3.1.4齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算9</p><p>　　3.2橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算12</p>&

3、lt;p>　　3.2.1橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計12</p><p>　　3.2.2主切削力計算12</p><p>　　3.2.3滾珠絲桿的設(shè)計計算13</p><p>　　3.2.4齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算15</p><p>　　3.3步進電機的選擇錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的

4、設(shè)計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.1床身及導(dǎo)軌的設(shè)計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.2滾珠絲桿螺母副的設(shè)計21</p><p>　　4.3齒輪傳動副的設(shè)計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.4齒輪箱的設(shè)計錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　總結(jié)與體會2

5、7</b></p><p><b>　　致謝詞29</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p>　　數(shù)控車床進給傳動機構(gòu)設(shè)計說明書</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　目前，我國

6、數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控車床正處于由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時刻，而CA6140數(shù)控車床是最常用的數(shù)控車床之一。而CA6140數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)是該型車床的關(guān)鍵部件之一。本設(shè)計即根據(jù)CA6140數(shù)控車床技術(shù)規(guī)格和主要機構(gòu)對橫向和縱向進給機構(gòu)進行設(shè)計。在設(shè)計的時候具體進行了詳細的各部件的選型和計算,比如：機床功率和電動機選用，滾珠絲桿副選用與計算校核，方案設(shè)計即提出縱向和橫向進給機構(gòu)的設(shè)計方案，進行有關(guān)軸和齒輪強度、剛度校核，進行相

7、關(guān)參數(shù)選擇以及必要的參數(shù)校核計算等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：車床、數(shù)控、傳動系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　At present, China's CNC system and CNC lathe is now in the research and the development

8、stage to promote the use of phase transition critical moment, CNC Lathe and CA6140 are most commonly used one CNC lathe. The design of CNC lathes under CA6140 technical specifications and the main body of the horizontal

9、and vertical feed mechanism design. Designed at a time when the specific detail of the various components of selection and terms, such as: machine tools and electrical power to choose from, Ba</p><p>　　Keywo

10、rds: lathes, CNC, drive system</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的數(shù)控化率僅為6％。這些機床中,役齡10年以上的占60％以上；10年以

11、下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。

12、 </p><p>　　而相對于傳統(tǒng)機床，數(shù)控機床有以下明顯的優(yōu)越性：</p><

13、p>　　1、可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 </p><p>　　2、可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，從而效率比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。 </p><p>　　3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 </p><p>　　4、可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。 </p><p>

14、　　5、擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 </p><p>　　因此，采用數(shù)控機床，可以降低工人的勞動強度，節(jié)省勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)。 此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的

15、核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。而經(jīng)濟型數(shù)控車床是最常用的數(shù)控車床之一。而經(jīng)濟型數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)是該型車床的關(guān)鍵部件之一。本設(shè)計即根據(jù)CA6140數(shù)控車床技術(shù)規(guī)格和主要機構(gòu)對橫向和縱向進給機構(gòu)進行設(shè)計。在設(shè)計的時候具體進行了詳細的各部件的選型和計算,比如：機床功率和電動機選用，滾珠絲桿副選用與計算校核，方案設(shè)計即提出縱向和橫向進給機構(gòu)的設(shè)計方案，進行有關(guān)軸和齒輪強度、剛度校核，進行相關(guān)參數(shù)選擇以及必要的參數(shù)校核計算及繪制裝配圖和典型零件圖等。

16、設(shè)計的目的是培養(yǎng)綜合運用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，解決工程實際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)</p><p>　　在設(shè)計中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點。選擇合適的算法，根據(jù)計算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。</p&g

17、t;<p><b>　　2數(shù)控車床設(shè)計概述</b></p><p>　　用數(shù)控機床加工零件時，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息和工藝信息變成加工程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進行伺服電動機的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進行反饋控制，使刀具和工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條件不紊亂地作，

18、從而加工出零件的全部輪廓。</p><p>　　數(shù)控機床具有很好的柔性，當(dāng)加工對象變換時，只需重新編制加工程序即可，原來的程序可存儲備用，不必像組合機床那樣需要針對新加工零件重新設(shè)計機床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時間過長。</p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控車床，對于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠兩方面來實現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機床本身的機械傳動精度。數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)，由于必須對進給位移

19、的位置和速度同時實現(xiàn)自動控制。所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比應(yīng)具有有更好的精度．以確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控機械傳動系統(tǒng)的要求為：</p><p>　?。?)盡量采用低摩擦的傳動副。如滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。</p><p>　　（2)選用最佳的降速比，為達到數(shù)控機床所要求的脈沖當(dāng)量，使運動位移盡可能加速達到跟蹤指今。</p><p&

20、gt;　?。?)盡量縮短傳動鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度。</p><p>　　（4)盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)和消除傳動齒輪間隙的機構(gòu)等。</p><p>　?。?)盡量滿足低振動和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳動精度高高、運動平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動元件。</p><p>　　圖1 開環(huán)控制系統(tǒng)圖&

21、lt;/p><p>　　本設(shè)計利用微機對縱向和橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制。由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪減速后，帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。如圖1所示。</p><p>　　對于經(jīng)濟型數(shù)控車床一般采用功率步進電機驅(qū)動，一般縱向快移速度6m/min,橫向快移速度不大于3m/min步進電機的驅(qū)動脈沖當(dāng)量值通常為：縱向0.01mm,橫向0.005mm，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動

22、系統(tǒng)采用滾珠絲桿副。</p><p>　　3.機械部分設(shè)計與計算</p><p>　　（一）縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算</p><p>　　1.縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控車床一般是步進電機經(jīng)減速驅(qū)動絲桿，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電機的布置可放在絲桿的任意一端。如圖2所示。</p><

23、p>　　圖2 經(jīng)濟型數(shù)控車床進給傳動系統(tǒng)總體設(shè)計方案圖</p><p>　　2.縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p>　　查相關(guān)《機床使用說明書》取CA6140數(shù)控車床的參數(shù)如下：</p><p>　　工作臺重量： W=1000N</p><p>　　時間常數(shù)： T=25ms</p><p>　　滾珠

24、絲桿基本導(dǎo)程： =5mm</p><p>　　行程： S=870mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量：=0.01mm/step</p><p><b>　　步距角： =</b></p><p>　　快速進給速度： =5m/min</p><p><b>　　切削力計算</b>

25、</p><p>　　由《機床設(shè)計手冊》可知，切削功率</p><p>　　式中 N——電機功率，查機床說明書，N=4KW</p><p>　　——主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.6~0.7，取=0.65</p><p>　　K——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96</p><p>　　則 4*0.65*0.96=2.4

26、96KW</p><p>　　又因為 所以 </p><p>　　式中v——切削線速度，取v=100m/min</p><p>　　主切削力 =1527.6N</p><p>　　由《金屬切削原理》可知，主切削力</p><p><b>　　查表得 </b></p>

27、<p><b>　　則可計算如下表所示</b></p><p><b>　　計算結(jié)果</b></p><p>　　當(dāng)=1527.6N時，切削深度=2mm,走刀量f=0.3mm/r,以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。</p><p>　　從《機床設(shè)計手冊》中可得知，在一般外圓車削時：</p><p&

28、gt;<b>　　, </b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　滾珠絲桿設(shè)計計算</b></p><p>　　由《經(jīng)濟型數(shù)控車床系統(tǒng)設(shè)計》，機械工業(yè)出版社，得出綜合導(dǎo)軌車床絲桿的軸向力：</p><p>　　式中K=1.15,=0.15~0

29、.18,取為0.16</p><p>　　則 P=1.15*763.8+0.16(1527.6+1000)=1282.79N</p><p><b>　　1)強度計算</b></p><p><b>　　壽命值 </b></p><p>　　取工件直徑 D=80mm，查表得=15000h

30、</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　最大動負載 </b></p><p><b>　　查表得 運轉(zhuǎn)系數(shù)</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　根據(jù)最大動負載Q

31、的值，可選擇滾珠絲桿的型號。由文獻[7,8]可知，查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號： CDM3205-E。絲杠公稱直徑為φ32mm，基本導(dǎo)程，其額定動載荷，額定靜載荷，圈數(shù)列數(shù)=1.52，絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑27. 9mm，螺母長度為112mm，取絲杠的精度為E級。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片預(yù)緊。兩邊軸承分別為φ20mm和φ25mm。</p><p><b>　　2）效率計

32、算</b></p><p>　　根據(jù)《機械原理》的公式，絲桿螺母副的傳動效率為</p><p>　　滾珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù)f=0.003~0.004,其摩擦角=，螺旋升角</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　3）剛度驗算</b></p>&

33、lt;p>　　滾珠絲桿受工作負載P引起的導(dǎo)程的變化量</p><p>　　式中，E=20.6*</p><p>　　滾珠絲桿截面積 </p><p><b>　　則</b></p><p>　　滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即 =，所以，</p><p><b>

34、;　　導(dǎo)程變形總誤差為</b></p><p>　　查表知E級精度絲桿允許的螺距誤差（1m長）為15um/m,故剛度足夠。</p><p><b>　　4）穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方

35、式。</p><p>　　長壓桿失穩(wěn)時的臨界負荷可依據(jù)材料力學(xué)中的歐拉公式計算</p><p>　　式中 E——材料的彈性模量E鋼=21×106(N/cm2)；</p><p>　　l——絲桿工作長度(cm)；</p><p>　　u——絲桿軸端系數(shù)，u=1/2</p><p>　　I——絲杠最小截面慣性矩

36、()：</p><p><b>　　(3.8)</b></p><p>　　式中 d0——絲杠公稱直徑(cm)；</p><p>　　dw——滾珠直徑(cm)。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　臨界負載與工作負載P之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)</

37、p><p>　　一般=2.4~4，對于水平絲桿，考慮自重影響可取</p><p>　　則該壓桿安全，不致失穩(wěn)。</p><p>　?。?）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算</p><p><b>　　1.計算降速比</b></p><p>　　式中——步進電動機的步距角，（0）/step</p>&

38、lt;p>　　——脈沖當(dāng)量，mm/step</p><p><b>　　——絲桿螺距，mm</b></p><p>　　選齒輪，，模數(shù)m=2.5,齒寬b=20mm,,齒寬系數(shù)，</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)動慣量計算</b></p><p>　?、儆嬎阈↓X輪的轉(zhuǎn)動慣量</p>

39、<p>　?、谟嬎阈↓X輪的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p>　?、塾嬎憬z桿的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p>　?、苡嬎愎ぷ髋_的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　⑤負載折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為=</p><p><b>　　3.電動機力矩計算</b></p><p><b>　?、儆嬎慵?/p>

40、速力矩</b></p><p><b>　　當(dāng)，</b></p><p><b>　　=5.3N*m</b></p><p><b>　　當(dāng)</b></p><p><b>　　當(dāng)時</b></p><p><b&

41、gt;　　當(dāng)時預(yù)加載荷，則</b></p><p>　　==0.0463N*m</p><p>　　=0.7309N*m</p><p>　　所以，快速空載啟動所需力矩=5.3+0.153+0.0463=5.4993N*m</p><p>　　切削時所需力矩M==1.26+0.153+0.0463+0.7309=2.1962N*m

42、</p><p>　　快速進給時所需力矩=0.153+0.0463=0.1993N*m</p><p>　　由以上分析可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動時=5.4993 N*m</p><p>　　(二)橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算</p><p>　　1.橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　CA6140經(jīng)濟型數(shù)控車床的

43、橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單，一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲桿，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度，如圖2所示。</p><p>　　2. 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p>　　由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結(jié)果。</p><p>　　查相關(guān)《機床

44、使用說明書》取CA6140數(shù)控車床的參數(shù)如下：</p><p>　　工作臺重量： W=400N</p><p>　　時間常數(shù)： T=25ms</p><p>　　滾珠絲桿基本導(dǎo)程： =5mm</p><p>　　行程： S=230mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量：=0.005mm/step</p>

45、;<p><b>　　步距角： =</b></p><p>　　快速進給速度： =4m/min</p><p><b>　　切削力計算</b></p><p>　　橫向進給量為縱向的，則切削力約為縱向的1/2。</p><p>　　*1527.6=763.8N</p>&

46、lt;p>　　由《金屬切削原理》可知，主切削力</p><p><b>　　查表得 </b></p><p><b>　　則可計算如下表所示</b></p><p><b>　　計算結(jié)果</b></p><p>　　當(dāng)=763.8N時，切削深度=1mm,走刀量f=0.3

47、mm/r,以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。</p><p>　　切斷工件時：=0.5*763.8=381.8N</p><p>　　(2) 滾珠絲桿設(shè)計計算</p><p><b>　　1)強度計算</b></p><p><b>　　對于綜合型導(dǎo)軌：</b></p><p>　

48、　式中K=1.15,=0.15~0.18,取為0.16</p><p>　　則P=1.15*381.8+0.16(763.8+400)=625.3N</p><p><b>　　壽命值 </b></p><p>　　取工件直徑 D=80mm，查表得=15000h</p><p><b>　　則</

49、b></p><p><b>　　最大動負載 </b></p><p><b>　　查表得 運轉(zhuǎn)系數(shù)</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲桿的型號。由文獻[7,8]可知，查表選定絲杠為外循環(huán)插管式

50、墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號： CDM3205-E。絲杠公稱直徑為φ20mm，基本導(dǎo)程，其額定動載荷，額定靜載荷，圈數(shù)列數(shù)=1.52，絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑27. 9mm，螺母長度為112mm，取絲杠的精度為E級。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片預(yù)緊。兩邊軸承分別為φ17mm和φ20mm。</p><p><b>　　2）效率計算</b></p><p>　　根據(jù)《機

51、械原理》的公式，絲桿螺母副的傳動效率為</p><p>　　滾珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù)f=0.003~0.004,其摩擦角=，螺旋升角</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　3）剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲桿受工作負載P引起的導(dǎo)程的變化量</p>

52、;<p>　　式中，E=20.6*</p><p>　　滾珠絲桿截面積 </p><p><b>　　則</b></p><p>　　滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即 =，所以，</p><p><b>　　導(dǎo)程變形總誤差為</b></p><p

53、>　　查表知E級精度絲桿允許的螺距誤差（1m長）為15um/m,故剛度足夠。</p><p><b>　　4）穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式。</p><p>　　長壓桿失穩(wěn)時的臨界負荷可依

54、據(jù)材料力學(xué)中的歐拉公式計算</p><p>　　式中 E——材料的彈性模量E鋼=21×106(N/cm2)；</p><p>　　l——絲桿工作長度(cm)；</p><p>　　u——絲桿軸端系數(shù)，u=1/2</p><p>　　I——絲杠最小截面慣性矩()：</p><p><b>　　(3.

55、8)</b></p><p>　　式中 d0——絲杠公稱直徑(cm)；</p><p>　　dw——滾珠直徑(cm)。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　臨界負載與工作負載P之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)</p><p>　　一般=2.4~4，對于水平絲桿，考慮自重

56、影響可取</p><p>　　則該壓桿安全，不致失穩(wěn)。</p><p>　　（3）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算</p><p><b>　　1.計算降速比</b></p><p>　　式中——步進電動機的步距角，（0）/step</p><p>　　——脈沖當(dāng)量，mm/step</p>&l

57、t;p><b>　　——絲桿螺距，mm</b></p><p>　　選齒輪，，模數(shù)m=2,齒寬b=20mm,,齒寬系數(shù)，</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)動慣量計算</b></p><p>　?、儆嬎阈↓X輪的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　②計算小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 </p><

58、;p>　　③計算絲桿的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p>　?、苡嬎愎ぷ髋_的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　⑤負載折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為=</p><p><b>　　3.電動機力矩計算</b></p><p><b>　?、儆嬎慵铀倭?lt;/b></p><p><b&

59、gt;　　當(dāng)，</b></p><p><b>　　=1.86N*m</b></p><p><b>　　當(dāng)</b></p><p><b>　　當(dāng)時</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　

60、==0.0116N*m</p><p>　　=0.01827N*m</p><p>　　所以，快速空載啟動所需力矩=1.86+0.038+0.0116=1.91N*m</p><p>　　切削時所需力矩M==0.556+0.038+0.0116+0.01827=0.623N*m</p><p>　　快速進給時所需力矩=0.038+0.0116

61、=0.0496N*m</p><p>　　由以上分析可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動時=1.91N*m</p><p>　　(二)步進電機的選擇</p><p>　　1.經(jīng)濟型數(shù)控車床縱向步進電機的確定</p><p>　　為滿足最小步距要求,電動機選用三相六拍工作方式,查表知,</p><p>　　所以,步進電動機最

62、大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　步進電機最高工作頻率</p><p>　　綜合考慮,查表選用200BF001型直流步進電機,能滿足使用要求。</p><p>　　2. 1.經(jīng)濟型數(shù)控車床橫向步進電機的確定</p><p>　　為滿足最小步距要求,電動機選用三相六拍工作方式,查表知,</p><p>　　所以,步進電動機最

63、大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　步進電機最高工作頻率</p><p>　　綜合考慮,查表選用130BF001型直流步進電機,能滿足使用要求。</p><p>　　4 進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　床身和導(dǎo)軌</b></p><p><b>　?、俅采?lt;/b>&

64、lt;/p><p>　　對于數(shù)控機床來說，作為主要支承件的床身至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著機床的各項性能指標(biāo)。它支承著數(shù)控車床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本；影響著車床各部件之間的相對位置精度和車床在工作中各運動部件的相對運動軌跡的準(zhǔn)確性，從而影響著工件的加工質(zhì)量；還影響著車床所用刀具的耐用度，同時也影

65、響著機床的工作效率和壽命等。因此，床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度/質(zhì)量比；良好的動態(tài)性能；較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；并易于加工制造，裝配等，才能滿足數(shù)控車床對床身的要求。</p><p>　　數(shù)控車床工作時，受切削力的作用，床身發(fā)生彎曲，其中，影響最大的是床身水平面內(nèi)的彎曲。因此，在床身不太長的情況下，主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。所以，在設(shè)計床身時，采用與水平面傾斜45°的斜

66、面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點是：(1)在加工工件時，切屑和切削液可以從斜面的前方(即床身的一側(cè))落下，就無需在床身上開排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成一個完整的斜面。(2)切屑從工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器將切屑排出。這樣，機床在工作中，排屑性能和散熱性能要好，可以減少床身在工作中吸收由于切削產(chǎn)生的熱量，從而減少床身的熱變形，使機床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上無需開排屑孔，就可以增加與底座連接的床身底面的整體性，從而

67、可增加床身底面的剛性?；谝陨咸攸c使得床身抵抗來自切削力在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力，以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯著增強。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下，床身的變形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。材料、截面相同，但形狀不同的床身，截面的慣性矩相差很大。截面積相同時，采用空形截面，加大外輪廓尺寸，在工藝</p><p>　　床身與導(dǎo)軌為一體，床身材料的

68、選擇應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和耐磨性，易于鑄造和加工。床身材料采用機械性能優(yōu)良的HT250，其硬度、強度較高，耐磨性較好，具有很好的減震性。</p><p><b>　　② 導(dǎo)軌</b></p><p>　　車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。滑動導(dǎo)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(dǎo)軌摩擦阻</p><

69、p>　　圖 4.1 床身結(jié)構(gòu) 力大且磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。在動導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強、低速時不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點，在各類機床上都有應(yīng)用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機床的動導(dǎo)軌上。塑料

70、導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對偶摩擦副。</p><p>　　機床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機床的加工精度、工作能力和使用壽命。導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。車床的床身導(dǎo)軌屬于進給導(dǎo)軌，進給運動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌與支承的靜導(dǎo)軌之間的相對運動速度較低。</p><p>　　直線運動滑動導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形，并可互相組合。由于矩形導(dǎo)軌制造簡單，剛度高，承載能力大

71、，具有兩個相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝。再將矩形整體傾斜45°后，側(cè)面磨損能自動補償，克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動補償?shù)娜毕?，使其?dǎo)向性更好。</p><p>　　圖4.2為雙矩形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能力高，加工、檢驗和維修都方便，而被廣泛地采用。特別是數(shù)控機床，雙矩形，動導(dǎo)軌貼塑料軟帶，是滑動導(dǎo)軌的主要形式。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用

72、鑲條進行調(diào)整。圖4.3中（a）由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向，稱為窄式組合；圖（b）分別由兩條導(dǎo)軌的左、右側(cè)面導(dǎo)向，稱為寬式組合。導(dǎo)軌受熱膨脹時寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。所以，雙矩形導(dǎo)軌窄式組合比寬式用得更多一些。</p><p>　　圖 4.2 雙矩形導(dǎo)軌</p><p>　　圖4.3 雙矩形導(dǎo)軌的兩種形式</p><p>　　鑲條

73、是用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。如圖4.4，是用磨或刮壓板3的e面和d面來調(diào)整間隙。壓板的d面和e面用空刀槽分開，間隙大磨刮d面，太緊時則修e面。這種方式構(gòu)造簡單，應(yīng)用較多，但調(diào)整時比較麻煩。</p><p><b>　　圖4.4 壓板結(jié)構(gòu)</b></p><p>　

74、　滾珠絲桿螺母副的設(shè)計</p><p>　　滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母軸向移動。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副具有以下特

75、點：</p><p>　　（1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3.</p><p>　　（2）若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。</p><p>　?。?）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。

76、</p><p>　?。?）具有可逆性，既可以從螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動件。</p><p>　　（5）磨損小，使用壽命長。</p><p>　　（6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。</p><p>　?。?）不能自鎖。特別

77、是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立即停止運動，故還需要增加制動裝置。</p><p>　　本次設(shè)計采用的是外循環(huán)的絲杠螺母副，精度為E級，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為雙螺母墊片消除間隙方法。它是改變墊片的厚度尺寸，可使雙螺母重新獲得所需預(yù)緊力而實現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，剛性高，預(yù)緊可靠，不容易松動，使用中不便隨時調(diào)整預(yù)緊力。 </p>

78、<p>　　滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進行拉

79、伸。</p><p>　　絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60°角接觸軸承，在這兩種軸承中，60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。</p><p>　　60°角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背

80、靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點間的距離比背對背時小，實現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進給傳動中面對面組合用得較多。</p><p>　　在此課題中采用了以面對面配對組合的60°角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤

81、差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。</p><p>　　圖4.5為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖5.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　齒輪傳動副設(shè)計</b></p><p>　　齒輪傳動裝置主要由齒輪傳動副組成，其任務(wù)是傳遞伺服電動機輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動機與

82、負載（工作臺）之間的扭矩、轉(zhuǎn)速、以及負載慣量相匹配，使伺服電機的高速低扭矩輸出變?yōu)樨撦d所需要的低速扭矩。在開環(huán)系統(tǒng)中還可以計算所需的脈沖當(dāng)量。</p><p>　　對傳動裝置的總要求是傳動精度要求高、穩(wěn)定性好和靈敏度高（或響應(yīng)速度快），在設(shè)計齒輪傳動裝置時，也應(yīng)從有利于提高這三個指標(biāo)的角度來提出設(shè)計要求。對于開環(huán)控制系統(tǒng)而言，傳動誤差直接影響數(shù)控裝備的工作精度，因而應(yīng)盡可能縮短傳動鏈、消除傳動間隙，以提高傳動精度

83、和剛度。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動裝置完全在伺服回路中，給系統(tǒng)增加了慣性環(huán)節(jié)其性能參數(shù)將直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無論是開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動裝置都將影響整個系統(tǒng)的靈敏度（響應(yīng)速度），從這個角度考慮應(yīng)注意減少摩擦和轉(zhuǎn)動慣量，以提高傳動裝置的加速度。</p><p>　　在設(shè)計齒輪傳動裝置時，除考慮以上要求外，還應(yīng)考慮其傳動比分配及傳動級數(shù)對傳動件的轉(zhuǎn)動慣量和執(zhí)行件的失動影響。增加傳動級數(shù)，可以減少

84、傳動慣量，但級數(shù)增加，使傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動效率，增大了噪聲，同時也增大了傳動間隙和摩擦損失，對伺服系統(tǒng)不利。因此不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量來選取傳動級數(shù)，而應(yīng)綜合考慮來選取最佳的傳動，而應(yīng)綜合考慮來選取最佳的傳動級數(shù)和各級傳動比。</p><p>　　在數(shù)控設(shè)備的進給驅(qū)動系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩、或脈沖當(dāng)量的要求，有時要在電動機到絲杠之間加入齒輪傳動副，而齒輪等傳動副存在的間隙，會使進給運動反向滯后于指令信號

85、，造成反向死區(qū)而影響其傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了提高進給系統(tǒng)的傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。</p><p>　　本設(shè)計采用的是雙片齒輪錯齒調(diào)整法。兩薄片輪1和2套裝在一起，同另一個寬齒輪3相嚙合。齒輪1和2端面分別裝有凸耳4和5，并用拉簧6聯(lián)接，彈簧力使兩齒輪1和2產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，即錯齒，使兩片齒輪的左右齒面上，消除齒側(cè)間隙。如圖4.6</p><p>　　圖4.6 雙片直齒輪

86、錯齒間隙消除機構(gòu)</p><p><b>　　4.齒輪箱的設(shè)計</b></p><p>　　齒輪箱主要把齒輪裝入，通過軸連接電動機和絲杠。主要結(jié)構(gòu)是一個方形的箱，然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等等。同時還要通過兩個凸耳用螺栓與導(dǎo)軌聯(lián)接。齒輪箱結(jié)構(gòu)如圖4.7：</p><p>　　圖4.7 齒輪箱結(jié)構(gòu)</p><p&g

87、t;　　齒輪箱零件圖如圖4.8所示:</p><p>　　圖4.8 齒輪箱零件圖</p><p><b>　　總結(jié)與體會</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運用，是對以前每門課程設(shè)計的綜合，是對所學(xué)知識的徹底檢驗。剛開始選擇課題的時候，我因為對數(shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所在

88、的組設(shè)計的是一臺數(shù)控車床，我主要對其中的橫向進給系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)進行設(shè)計。開始設(shè)計之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識，對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計的時候，我們對學(xué)校的一些數(shù)控車床進行了觀察，我主要觀察了機床的進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時并結(jié)合自己的課題對機床的總體布局做了進一步的研究，并通過查閱資料和相關(guān)圖冊，設(shè)計出了滿足數(shù)控車床需要的橫向進給系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)。</p>

89、<p>　　畢業(yè)設(shè)計是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實際的重要性，只有理論而不去進行實踐是不行的。在設(shè)計過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點，取長補短，對自己其中不合理的部分進行了充分改進。通過這次設(shè)計，自己在查閱資料、運用資料、中英文翻譯、運用專業(yè)知識及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高，對如何將機、電互相結(jié)合起來有了

90、較深刻的認(rèn)識，彌補了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗，對設(shè)計工作有了一定的認(rèn)識。</p><p>　　總之，這次設(shè)計順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計的步驟以及方法。</p><p><b>　　致謝詞</b></p

91、><p>　　經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師蔣克榮。楊老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣

92、，但是蔣老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同學(xué)對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設(shè)計，我要感謝我的母校——西華大學(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家?。?！。</p>&l

93、t;p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[2] 陳鐵鳴.機械設(shè)計[M].北京：哈爾濱工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[3] 馮辛安.機械制造裝備設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2005.</p><

94、p>　　[4] 嚴(yán)曉光.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).[M]武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[5] 張新義經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計[J].機械工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 陳蟬娟.數(shù)控機床設(shè)計[J]北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[7] 王愛玲，白恩遠.現(xiàn)代數(shù)控機床[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.</p&