優秀畢業論文，支持預覽，答辯通過，歡迎下載需要CAD圖紙，咨詢QQ414951605或1304139763XX大學課程設計論文XK716數控機床Z向直流伺服進給系統系統設計所在學院專業班級姓名學號指導老師年月日I摘要數控機床即數字程序控制機床，是一種自動化機床，數控技術是數控機床研究的核心，是制造業實現自動化、網絡化、柔性化、集成化的基礎。隨著制造技術的發展，現代數控機床借助現代設計技術、工序集約化和新的功能部件使機床的加工范圍、動態性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。本文主要設計X716數控銑床Z向進給系統設計部分，機械結構采用直流伺服電機與滾珠絲杠直接相連的方式，其控制方式采用直流伺服驅動系統半閉環控制。在對進給系統機械結構進行設計的過程中，主要對滾珠絲杠螺母副和直線滾動導軌副進行了計算、校核，確保了機械傳動部件的精度和剛度；通過計算，選擇了電氣驅動部分，包括直流伺服電機和與之匹配的伺服單元。關鍵詞直線滾動導軌；滾珠絲杠螺母副；直流伺服電機IIABSTRACTNCMACHINETOOLISTHEDIGITALPROCESSCONTROLMACHINETOOL,ISANAUTOMATEDMACHINETOOLS,CNCTECHNOLOGYISTHECOREOFNUMERICALCONTROLMACHINETOOLRESEARCH,ISTHEMANUFACTURINGINDUSTRYTHATREALIZESTHEAUTOMATION,NETWORK,FLEXIBLE,INTEGRATEDFOUNDATIONWITHTHEDEVELOPMENTOFMANUFACTURINGTECHNOLOGY,MODERNCNCMACHINETOOLSWITHTHEAIDOFTHEMODERNDESIGNTECHNOLOGY,PROCESSINTENSIFICATIONANDTHENEWFUNCTIONPARTMAKEMACHINEPROCESSINGRANGE,DYNAMICPERFORMANCE,THEPROCESSINGPRECISIONANDRELIABILITYAREGREATLYIMPROVEDINTHISPAPER,THEMAINDESIGNX716ZMILLINGMACHINECNCFEEDSYSTEMDESIGNPART,THEMECHANICALSTRUCTUREOFDCSERVOMOTORANDBALLSCREWDIRECTLYCONNECTED,THECONTROLOFDCSERVODRIVESYSTEMSEMICLOSEDLOOPCONTROLONTHEFEEDINGSYSTEMOFTHEMECHANICALSTRUCTUREOFTHEDESIGNPROCESS,MAINLYONTHEBALLSCREWNUTPAIRANDTHELINEARROLLINGGUIDEWAYWERECALCULATED,VERIFICATION,TOENSURETHATTHEMECHANICALTRANSMISSIONPRECISIONANDRIGIDITYBYCALCULATING,CHOSEELECTRICALDRIVINGPART,INCLUDINGDCSERVOMOTORANDTHEMATCHEDSERVOUNITKEYWORDSLINEARROLLINGGUIDEBALLSCREWSDCSERVOMOTORIII目錄摘要IABSTRACTII目錄III第1章前言111課題研究的背景必要性112數控機床的產生和發展2121數控機床的產生2122數控系統的發展213我國數控技術的發展概況2131數控技術再國民經濟中的重要地位2132我國數控機床的發展歷程與成就3133我國數控機床發展存在的問題與對策514數控機床的發展趨勢615數控銑床的主要功能及特點716數控銑床的分類和應用7161數控銑床的分類7162數控銑床的應用715XK716數控機床的參數716本章小結8第2章Z向進給傳動系統的設計和計算921進給伺服系統的設計9211對進給伺服系統的基本要求9212進給伺服系統的設計要求9213進給伺服系統的動態響應特性及伺服性能分析1022切削參數計算10221精度10222銑削工件時銑削力的計算10IV223進給工作臺工作載荷計算11224首先初步估算工作臺的重量13225銑削用量選擇13226銑削力的計算1423Z向滾珠絲杠副計算與選擇15231動載荷計算15232選用FC1402025型絲杠16233穩定性驗算16234剛度驗算18235效率驗算1924Z向直流電機選擇計算1925導軌的設計與選型24251導軌概述24252滾動直線導軌副的計算26第3章控制系統的設計3131微機控制系統組成及特點31311微機控制系統的組成31312微機數控系統的特點3232微機控制系統設備介紹32321主控制器CPU的選擇32322存儲器電路的擴展33323I/O口電路的擴展34324直流電機驅動電路35325其它輔助電路設計3633程序部分36總結與展望41參考文獻43致謝44V1第1章前言11課題研究的背景必要性隨著科學技術的發展，機械產品日趨精密、復雜、而且產品的生產周期短、改型頻繁。這不僅對機床設備提出精度與效率的要求提出了通用性與靈活的要求。特別是航空、造船、武器、模具生產等精密加工的零件具有精度高、形狀復雜、經常變動的特點。因此機械產品部件的生產設備機床也相應的提出了高性能、高精度化的要求。利用計算機控制數控機床進行加工使得零件的加工變得十分的方便、快速，很大程度上節約了人力和物力的使用，使得工業自動化程度更高。但是許多企業由于資金等方面的約束不能及時引進先進數控機床，這樣制約了生產率的提高，不利于自動化程度的提高。因此各種機床的數控改造開發成為眾多專業技術人員研究的一。數控，用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，其對零件的加工相比普通機床有著很多的優點（1）自動化程度高，勞動強度低。（2）加工精度、加工質量穩定可靠。（3）對零件加工的適應性強，靈活性好，能加工形狀復雜的零件。（4）加工生產率高。（5）有利于生產管理的現代化。（6）對加工對像的適應性強。并且目前在機械行業中，隨著市場經濟的發展，產品更新周期越來越短，中小批量的生產所占有的比例越來越大，對機械產品的精度和質量要求也在不斷地提高與推進。所以普通機床越來越難以滿足加工的要求，同時由于技術水平的提高，數控機床的價格在不斷下降，因此，數控機床在機械行業中的使用將越來越普遍，而對原有普通機床的數控化改造也應是越來越廣泛，依照設計任務本設計對XW5032銑床進行了數控化改造。212數控機床的產生和發展隨著社會生產和科學技術的迅速發展，機械產品日趨精密復雜，且要求頻繁改型，特別是在宇航、造船、軍事等領域所需的機械零件，精度要求高，形狀復雜，批量小。加工這類產品需要經常改裝或調整設備，普通機床或專用化程度高的自動化機床一般不能適應這些要求。為了解決上述問題，一種新型的機床數控機床應運而生。這種新型機床具有適應性強、加工精度高、加工質量穩定和生產效率高等優點。他綜合應用電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密測量和新型機械結構等多方面的技術成果。121數控機床的產生世界上第一臺成功研制的數控機床是一臺三坐標的數控銑床，于1952年由美國帕森斯公司和麻省理工學院合作完成。早在1948年，美國在研制加工直升機葉片輪廓檢查用樣板的技工機床任務時，就提出了研制數控機床的初始設想。1949年，在美國空軍部門的支持下，帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學院伺服機構實驗室合作，開始從事數控機床的研制工作。經過三年時間的研究，于1952年試制成功世界上第一臺數控機床試驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續控制銑床。其控制裝置由2000多個電子管組成，占用一個普通實驗室那么大。這臺數控銑床的誕生，標志著機械制造的數字控制時代的開始。122數控系統的發展數控機床的發展是隨著數控技術的發展而發展的。數控系統的發展經歷了電子管分立式晶體管小規模集成電路大規模集成電路小型計算機超大規模集成電路微機式的數控系統等幾個發展階段。20世紀90年代以來，數控系統朝著以通用微機為基礎、體系結構開放和智能化方向發展。以上的三代數控系統是由計算機硬件和軟件組成，利用存儲器里的軟件控制系統工作，因此稱為CNC系統或軟件控制系統。這種系統容易擴大功能，柔性好，可靠性高。13我國數控技術的發展概況131數控技術再國民經濟中的重要地位數控技術是用數字信息對機械運動和過程進行控制的技術，是20世紀后半葉最重3要，發展最快的工業技術之一，它以制造過程為對象，以信息技術為手段，以數字坐標方式對運動部件進行位置控制為主要特征，為單件小批量生產的自動化開辟了可行的技術途徑，也為現代柔性制造技術奠定了重要的技術基礎。數控機床是以數控技術為代表的新技術對傳統制造業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品，其技術覆蓋很多領域。其中，精密機械制造技術，信息處理、加工、傳輸技術，自動控制技術，伺服驅動技術，傳感器及檢測技術和計算機技術是數控技術涵蓋的主要領域。數控機床還是運用高新技術對傳統產業進行改進和提升的重要載體。以信息化帶動工業化，實現社會生產力的跨越式發展，將在一定程度上取決于數控機床的技術進步。它代表著裝備工業的技術水平和現代化程度。而裝備工業的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業（如信息技術及其產業、生物技術及其產業、航空航天等國防工業產業）的使能技術和重要裝備。數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。現在世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。此外，世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業，而且在“高、精、尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊罅Πl展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。132我國數控機床的發展歷程與成就我國從1958年開始研究數控機床，一直到20世紀60年代中期還處于研制、開發時期。當時，一些高校和科研單位研制出的試驗性樣機，是從電子管數控系統起步的。1965年開始研制晶體管數控系統。從20世紀70年代起，數控技術在車、銑、銼、磨、齒輪加工、電加工等領域全面展開，加工中心在上海、北京研制成功。但是，由于元器件的質量差和產品的制造工藝水平低等原因，數控系統的可靠性、穩定性未得到解決，未能廣泛推廣。在這一時期，數控線切割機由于結構簡單、使用方便、價格低廉，在模具加工中得到推廣。直線控制、點位控制的數控車床、數控銑床和加工中心開始在生產中應用。20世紀80年代，我國從日本FANUC公司引進了3,5,6,7等系列的數控系統和直流伺服電動機、直流主軸伺服電動機等的制造技術，還引進了美國GE公司的4MCI系統和交流伺服系統、德國SIEMENS公司的VS系列晶閘管調速裝置，并進行了商品化生產。這些系統功能齊全、可靠性高，得到了推廣應用，推動了我國數控機床的穩定發展，使我國的數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。在這期間，我國在引進、消化國外技術的基礎上進行了大量的開發工作。我國數控機床的品種有了較大發展，品種不斷增多，規格齊全。許多技術復雜的大型數控機床、重型數控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現代制造技術的發展，北京機床研究所還研制出了JCSFMS1型和JCSFMS2型柔性制造單元和柔性制造系統。改革開放近30年來，我國的數控機床產業取得了舉世矚目的成就。特別是“十五”期間，數控機床發展進人了快車道。國家有關部門的統計數字表明，“十五”是我國機床工具行業發展最快的五年。2004年，我國機床工具行業產品銷售收人1032億元，大約是2000年507億元的2倍，平均年增長約19；2004年，全國金屬切削機床產量為39萬臺，大約是2000年17萬臺的23倍，平均年增長約23寫。機床工具行業的主導產品數控機床的發展速度遠高于機床工具全行業的平均發展速度。國產數控金屬切削機床年產量從“九五”計劃末期的幾千臺，增加到2001年的17521臺,2002年的24803臺，2003年的36813臺，2004年的51861臺，其中2004年的產量大約是2000年產量的37倍，平均年增長約39。金屬加工機床產值數控化率從2001年的262提高到2004年的327，形成了一批數控機床生產的主導企業，2004年數控機床年產量超千臺的企業有14家，其產量合計占全行業數控機床總產量的50以上，其中數控機床產量最高的一家企業年產量達6000多臺。連續幾年來數控機床產量快速上升，也帶動了出口，2004年全行業數控金屬加工機床出口14404臺。數控機床的年產量已經突破原國家經貿委發布的到2005年全國數控機床產量達到2500030000臺的奮斗目標。數控機床的品種也從“九五”期間的128種發展到目前的1500多種。國產數控機床產品大部分達到了國際20世紀90年代初期或中期水平，為國家重點建設提供了一批高水平的數控機床。不僅如此，“十五”期間，我國在高端數控機床關鍵技術研究方面取得重大突破。目前，我國在普及型數控機床技術上已經成熟，還基本掌握了多（五）坐標聯動的關鍵技術。這不僅打破了國外的技術封鎖，而且使該技術進人實用性階段。北京機電研究院為東方汽輪機廠開發的五軸聯動加工中心，已在東方汽輪機廠實際應用，不僅完全滿足了汽輪機葉片加工質量的要求，而且其加工效率可與進口機床的媲美，但其價格僅為進口機床的三分之一。復合加工技術的研究也取得很大成績，我國研制成功的五軸聯動車銑復合加工中心、五軸五面加工中心、雙主軸車削中心等均已實現商品化。5我國高速加工技術的研究與應用取得重要進展。其中在直線電動機應用技術的研究方面，基本掌握了負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等部分關鍵技術，填補了我國在直線電動機應用技術領域的空白，進一步縮短了與國外的差距。此外，我國還完成了1000018000R/MIN高速主軸單元的產品開發和加工制造工藝的研究，并在國產加工中心上應用。超精密加工（亞微米）技術和裝備的研究也取得突破，北京機床研究所研制的超精密加工和納米加工技術與裝備已達到世界領先水平，打破了國外對我國的技術封鎖。目前，數控機床在我國國民經濟的各行各業發揮著越來越重要的作用，數控機床已經成為企業技術改造的首先設備之一。我國已經成為數控機床的生產大國、消費大國和進口大國。國民經濟各個行業需要大量數控機床的開發人才和應用人才。133我國數控機床發展存在的問題與對策當前，國外數控技術發展很快，呈現出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復合、集成化、智能化、網絡化和環?；l展的態勢。與國外數控技術的發展相比，我國數控技術的發展仍然存在著較大差距，主要體現在以下四個方面。1在技術水平上，國外對加工中心的研究已經轉向高速、精密、多軸、復合、智能和環保等技術的研究。我國加工中心的總體技術水平與國外同類產品的先進水平相比大約落后1015年，在“高、精、尖”技術方面則更大。2在產品結構上，高端市場（即高速、精密、多軸、復合加工中心市場）基本上被美國、日本和歐洲發達工業國家所壟斷，國內開發的五軸聯動數控機床、復合加工中心、高速加工中心等產品，雖然已經投人使用，但多數產品與商品化尚有一段距離，而且在技術水平和性能參數上與歐、美、日等地的產品還有較大差距。低端市場（即普及型數控機床市場）受到周邊的日本、韓國和我國臺灣地區產品的沖擊較大，形成激烈競爭。多年來，國產數控機床產量小、進口產品量大的局面一直存在。3產品開發能力上，國內生產企業缺乏對產品競爭前數控技術的深人研究與開發，特別是對加工中心應用領域的拓展力度不強，集中體現在產品開發能力較弱，對產品標準規范的研究、制定滯后，技術創新能力不強。導致開發出的產品技術先進性不明顯，市場針對性不強，缺乏市場競爭力。4產業化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小。從總體上看，加工中心還沒有形成規模生產；功能部件專業化生產水平及配套能力較低；產品質量不高，主要體6現在可靠性不高，商品化程度不足，關鍵功能部件沒有自己配套的主渠道；數控系統的推廣應用還不夠等等。這些問題已經引起了國家有關部門的高度重視，并正在采取措施加以改進。2006年6月，國務院發布了關于加快振興裝備制造業的若干意見）（以下簡稱意見），裝備制造業得到了國家前所未有的重視，意見將在三個方面重點下四點第一，加快開發高檔數控機床品種，縮短與世界先進水平的差距，提升我國機床工具行業整體水平，對市場急需的高檔數控機床品種，要集中力量，重點突破，加大科技投人，加強基礎研究和開發研究，提高原始創新和集成創新能力，掌握一批高檔數控關鍵產品開發的核心技術，推出一批高檔數控機床品種，滿足重點用戶急需，精心培育高檔數控機床市場。第二，積極促進功能部件產業化，培育一批功能部件的龍頭企業，加大政策支持力度，重點發展高檔數控系統、高速主軸單元、精密滾動功能部件、動力刀架、精密轉臺、高速導軌防護裝置等高水平的功能部件，加快產業化進程，培育國產品牌，實現功能部件與數控機床同步發展。第三，進一步發展普及型數控機床，我國普及型數控機床技術已經成熟，產業化迫在眉捷，急需進一步提高可靠性和質量，及時供應市場，提高產業集中度，實現穩定、可靠、快速地滿足市場，以提高制造能力和生產集中度為重點，支持骨干企業快速發展。第四，努力提高國產數控機床市場占有率，是“十一五”期間行業發展的重中之重，要從質量、可靠性、服務等方面入手，創品牌、擴市場、擋進口、爭出口，爭取在五年內使國產數控機床國內市場占有率有較大提高。意見切中了我國數控機床發展中的關鍵問題，為發展國產數控機床提供了良好的政策環境。毫無疑問，隨著意見的貫徹實施，多年來困擾我國機床工具行業發展的數控機床產業化和自主開發能力偏低的問題，將得到一定程度的解決，國產數控機床在國內市場占有率長期不高的局面將被扭轉。高等學校作為國家各類人才的培養基地，為裝備制造業培養急需的數控機床開發與應用人才，是義不容辭的責任。14數控機床的發展趨勢隨著科學技術的發展，制造技術的進步，以及社會對產品質量和品種多樣化的要求越來越強烈。中、小批量生產的比例明顯增加，要求現代數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備。同時，為了滿足制造業向更高層7次發展，為柔性制造單元、柔性制造系統，以及計算機集成制造系統提供基礎設備，也要求數控機床向更高水平發展。當前，數控機床技術呈現如下發展趨勢（1）高精度化；（2）運動高速化；（3）柔性化；（4）高自動化；（5）高可靠性；（6）智能化；（7）復合化；（8）網絡化；（9）開放式體系結構。15數控銑床的主要功能及特點數控銑床的可分為立式、臥式和立臥兩用式數控銑床，各種銑床適用的數控系統不同，其功能也不盡相同。除各有其特點之外，常具有下列主要功能點位控制功能；連續輪廓控制功能；刀具半徑自動補償功能；刀具長度補償功能；鏡像加工功能；固定循環功能；特殊功能。具備自適應功能的數控銑床可以在加工過程中把感受到的切削狀況的變化，通過適應性控制系統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，從而可獲得較高的切削效率和加工質量，延長刀具使用壽命。數控銑床的主要特點（1）高柔性及工序復合化；（2）加工精度高；（3）生產效率高；（4）減輕操作者的勞動強度。16數控銑床的分類和應用161數控銑床的分類按運動方式分（1）點位控制數控銑床2）直線控制數控銑床（3）輪廓控制數控銑床；按控制方式分1）開環控制數控銑床2）閉環控制數控銑床3）半閉環控制數控銑床；按主軸的布局形式分（1）立式數控銑床（2）臥式數控銑床（3）立臥兩用式數控銑床等等162數控銑床的應用數控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復雜型面的零件、樣板、模具、螺旋槽等。同時也可以進行鉆、擴、鉸、锪和鏜孔的加工，但因數控銑床不具自動換刀功能，所以不能完成復雜孔的加工。數控銑床主要應用于汽車制造業、模具制造業、機床制造業、航空航天業、造船業、軍事工業及其他行業817XK716數控機床的參數本課題設計的立式數控銑床可以銑削平面和溝槽，也可加工空間曲面；若將銑刀換成鉆頭或絞刀，則可加工光孔或螺紋孔。銑床主要技術參數如下工作臺工作面尺寸（長寬）90M6工作臺X向最大行程3工作臺Y向最大行程4工作臺T型槽數3工作臺T型槽寬18MM工作臺T型槽間距90MM機床分辨率均為0005MM最大移動速度2M/MIN18本章小結本章節首先介紹了數控技術的背景發展歷程，進而分析了數控技術的國內外現狀及未來趨勢，最后介紹了研究的主要內容和意義。9第2章Z向進給傳動系統的設計和計算21進給伺服系統的設計211對進給伺服系統的基本要求進給伺服系統不但是數控機床的一個重要組成部分，也是數控機床區別于一般機床的一個特殊部分。數控機床對進給伺服系統的性能指標可歸納為定位精度高；跟蹤指令信號的響應快；系統的穩定好。1穩定性伺服系統的穩定性是指當作用在系統上的擾動信號消失后，系統能夠恢復到原來的穩定狀態下運行,或者在輸入的指令信號作用下，系統能夠達到新的穩定運行狀態的能力。伺服系統的穩定性是系統本身的一種特性，取決于系統的結構及組成元件的參數（如慣性、剛度、阻尼、增益等），與外界的作用信號（包括指令信號或擾動信號）的性質或形式無關。2精度伺服系統的精度是指系統的輸出量復現輸入量的精確程度。伺服系統工作過程中通常存在三種誤差動態誤差、穩定性誤差和靜態誤差。實際中只要保證系統的誤差滿足精度指標就行。3快速響應性快速響應特性是指系統對指令輸入信號的響應速度及瞬態過程結束的迅速程度。它包含系統的響應時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機床的加工精度和生產率。212進給伺服系統的設計要求在靜態設計方面有能夠克服摩擦力和負載2很小的進給位移量3高的靜態扭轉剛度4足夠的調速范圍5進給速度均勻，在速度很低時無爬行現象10在動態設計方面的要求有1具有足夠的加速和制動轉矩2具有良好的動態傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質量3負載引起的軌跡誤差盡可能小對于數控機床機械傳動部件則有以下要求1被加速的運動部件具有較小的慣量高的剛度良好的阻尼傳動部件在拉壓剛度扭轉剛度摩擦阻尼特性和間隙等方面盡可能小的非線性213進給伺服系統的動態響應特性及伺服性能分析1時間響應特性進給伺服系統的動態特性，按其描述方法的不同，分為時間響應特性和頻率響應特性。2頻率響應特性3快速性分析22切削參數計算221精度要求進給精度M05快速進給精度IN/2機床分辨率均為0005MM，選擇系統脈沖當量為0005MM/STEP。P222銑削工件時銑削力的計算銑削運動的特征主運動為銑刀繞自身軸線高速旋轉，進給運動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進給（銑鍵槽時，可使鍵槽銑刀沿軸線進給）。銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式。圓柱銑刀和端銑刀的切削部分都可以看做車刀刀頭的演變，銑刀的每一個刀齒相當于一把車刀。它的切削基本規律與車削相似，所不同的是銑刀回轉，刀齒數多。11通常假定銑削時銑刀受到的銑削抗力是作用在刀齒某點上，如圖1所示。設刀齒上受到銑削抗力的合力為F,將F沿銑刀軸線、徑向和切向進行分解，則分別為軸向銑削力F、徑向銑削力F，和切向銑削力F二。切向銑削力F二是沿銑刀主運動方向的分力，它消耗銑床主電動機功率（即銑削功率）最多。因此，切向銑削力F二可按銑削功率KW或主電動機功率（KW）算出。PEPE式中V機床主軸的計算轉速（主軸傳遞全部功率時的最低切削速度,M/S；M機床主傳動系統的傳動效率，一般取，M08。圖31銑削抗力及工作臺上的載荷223進給工作臺工作載荷計算作用在進給工作臺上的合力F與銑刀刀齒受到的銑削抗力F的合力大小相同、方向相反，如圖所示。合力F就是設計和校核工作臺進給系統時要考慮的工作載荷可以沿著銑床工作臺運動方向分解為三個力工作臺縱向進給方向載荷F1，工作臺橫向進給方向載荷FC，工作臺垂直進給方向載荷FV。進給工作臺的工作載荷F1、FC和FV與切向銑削力FZ之間有一定的經驗比值（見表1）。因此，計算出FZ后，即可計算出進給工作臺的工作載荷F1、FC和FV。NVMEZZ103312表21工作臺工作載荷與切向鐵削力的經驗比值在表21中，表示銑削寬度（MM），它是銑削用量要素之一，是垂直于銑刀軸AE線測量的切削層尺寸從圖23可知，圓柱銑削時，為待加工表面與已加工表面之間的垂直距離；端E銑時，恰為工件寬度，不是待加工表面與已加工表面之間離。E圖22順銑與逆銑圖22表示圓柱銑的順銑和逆銑的不同方式。順銑時，縱向進給方向載荷F1與進給方向一致，垂直進給方向載荷FV向下,逆銑時方向相反。圖22表示對稱端銑和不對稱端銑。對稱端銑分有順銑和逆銑之分。在表1中，D。表示圓柱銑刀直徑或端銑刀直徑（MM）,表示每齒進給量（MM/齒）AF，即銑刀每轉一個齒間角時工件與銑刀的相對移動量。每齒進給量、每轉進給量FF13和工作臺的進給速度三者之間的關系為VFMM/MINZNAVFF式中Z銑刀齒數；N銑刀轉速（R/MIN）224首先初步估算工作臺的重量首先要初步估算工作臺的重量及銑削工件的最大切削力才能進行設計。X軸方向移動的工作臺尺寸長寬高為90060080,重量約為3M33022N，最大行程630MM；Y軸方向移動的工作臺尺寸長寬高為30030080,重量約為3550368N，最大行程400MM；設夾具及工件的質量約為200KG，重量約為1960N；則XY工作臺總質量約為48083KG,總重量約為5812573N（包括夾具及工件）。225銑削用量選擇銑削用量選擇原則首先應盡可能取較大的切削深度及切削寬度然后盡可能PAEA取較大的每齒進給量，最后才盡可能取較大的銑削速度。粗銑時余量大，加工要FAV求低，主要考慮銑刀的耐用度及銑削力的影響；而精銑時余量小，加工要求高，主要考慮加工質量的提高。1銑削深度的選擇PA（1）當工件表面要求的光潔度為時，通常銑削無硬皮的鋼料時，3；銑削鑄鋼或鑄鐵時。35PAM57PAM14（2）當工件表面要求的光潔度為時,可分粗銑、半精銑、兩步銑削。粗銑45后留余量。051M（3）當工件表面要求的光潔度為時,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削。67半精銑，精銑左右。20PA05PAM2每齒進給量的選擇F當銑削深度選定后，盡可能取較大的每齒進給量。粗銑時限制每齒進給量PAFA的是銑削力及銑刀容屑空間的大小，當工藝系統剛性俞好及銑刀齒數愈少時，可FAFA取得愈大；半精銑及精銑時限制每齒進給量的是工件表面光潔度。光潔度要求愈高，F應俞小。F226銑削力的計算銑床通常用于銑削平面和溝槽。銑刀又分為圓柱銑刀、立銑刀、盤形銑刀、端銑刀、半圓弧銑刀、T形槽銑刀。其中用立銑刀銑削溝槽時的銑削力最大，故按用立銑刀銑削溝槽時計算銑削力。銑削力與銑刀材料、銑刀類型、工件材料的硬度、銑削寬度、銑削深度、每齒進給量、銑刀直徑、銑刀齒數有關?？砂唇饘偾邢髟砑皯弥械墓竭M行計算20103017568219NZDAFPFEZ銑削溝槽時采用粗齒高速鋼立銑刀，按工件材料為的碳鋼來275/B公斤力毫米設計。查金屬切削手冊，選擇銑削用量為銑刀直徑，銑刀齒數，MD106Z銑削寬度，每齒進給量，銑削深度，銑刀的切MAE60MAF180ZAP/8削速度。SV/73IN/2采用端面銑刀在主軸上的計算轉速下進行強力切削，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電15動機的全部功率。由得DNVSRV/120143/73故NFZ4983606586082592131017123Z向滾珠絲杠副計算與選擇231動載荷計算絲桿的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減最大進給力的Z向分力。根據上節NFZ498360120651806825192317根據機電一體化設計基礎計算載荷CMAHFK查表26取查表28取2101A查表27取查表24取D級精度0H則NFC598043122）計算額定動載荷AC取絲杠的工作壽命為,HLH20MIN/10RN310674HMLNCAFC3106724N5232選用FC1402025型絲杠由表29得絲杠副數據16公稱直徑MD50導程P1滾珠直徑D9530按表21種尺寸公式計算滾道半徑MDR09635250偏心距DE201048295306727絲杠內徑MREDD983061480201233穩定性驗算絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。螺母固定端游動端由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發生失穩，所以在設計時應驗算其安全系數S,其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數S絲杠不會失穩的最大載荷稱為臨界載荷CRF2LEIFACR17式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼E206GPA；L為絲杠工作長度（M）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（）；為長度系數，取。AI4M32841056DNFCR52892107314安全系數2537608MCRS查表210，S2533，SS，絲杠是安全的，不會失穩。高速絲杠工作時有可能發生共振，因此需驗算其不發生共振的最高轉速臨街轉速。要求絲杠的最大轉速。CRNCRNMAX臨街轉速按下式計算2190LDFNCCR式中為臨界轉速系數，見表210，本題取，CF9273CF3250398791CRNMIN/5234RI/6013AXRN即，所以絲杠工作時不會發生共振。MAXCR此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求ND0MIN/10740RNDMI/17I/140430RRND18234剛度驗算滾珠絲杠在工作負載FN和轉矩T共同作用下引起每個導程的變形量MNM為0LCGJTPEAF20式中A絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G為絲杠切214DCJ4132DJC變模量，對鋼；T為轉矩。PA38TN20DFTM式中為摩擦角，其正切函數值為摩擦系數；衛平均工作載荷MFNT542034TAN1024763按最不利的情況?。ㄆ渲校㎝F41212064GDTPEJTPEAFLC4922329308183508261437M079則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差為MPLL85410795320通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的1/2，即LL501219該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。L235效率驗算滾珠絲杠副的傳動效率為9470234TANTAN要求在9095之間，所以該絲杠副合格。經上述計算驗算，FC1401025各項性能均符合題目要求，所以合格。機床分辨率均為0005MM，選擇系統脈沖當量為0005MM/STEP。P24Z向直流電機選擇計算1計算工作臺、絲杠折算到電機軸上的慣量DJ根據機電一體化基礎所提供的計算公式221PGGJIJXSD式中折算到電機軸的慣量；D2CMK小大齒輪的慣量；21,J絲杠慣量；S2G橫向工作臺及夾具重量,；XGNGX2156絲杠螺距，；PCMCP80絲杠轉動慣量的計算由于有些傳動件（如齒輪、絲杠等）的轉動慣量不易精確計算，可將其等效成圓柱體來近似計算。圓柱體的轉動慣量可依據公式324LDJ式中材料密度,對鋼??；3CMKG351087CMKG圓柱體直徑對于齒輪、絲杠等就是其等效直徑；D圓柱體長度,對于齒輪、絲杠等就是其等效齒寬或長度L20則32141BDJ5478020157KGCM則可算得221PGGJIJXSD221080570784963142032KGCM2/GC2慣量匹配驗算初選的直流電機安川/R02SAKOE的轉子的轉動慣量461KGMJ2CM轉動系統與直流電機的慣量匹配條件14MDJ而203461DMJ所以慣量是匹配的。3負載轉矩計算及最大靜轉矩選擇計算快速空載起動時所需力矩起依據公式0MAXF起式中起M快速空載起動力矩CN；空載起動時折算到電機軸上最大加速力矩；MAXCMNF折算到電機軸上的摩擦力矩；由于絲杠預緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩；0又MAXJ式中慣量和，；CN203461DMJNCM21電機最大角加速度2SRAD；又260MAXTN其中電機最大轉速；AXINRT運動部件從停止起動加速到最大快進速度所需時間S取25MS又360MAXAPBVN則AX25721/MINR則602348ADS故JMAMX642180NCM又因為ILFF0式中0導軌的摩擦力N；傳動鏈總效率，一般可取，現??；8507850又0XFNGF式中垂直方向的切削力，；FN237FNCFN導軌摩擦系數，貼塑導軌；04F橫向工作臺及夾具重量，；Y0X則103N0437520F故13824067FM9CM22又2001ILFMP式中滾珠絲杠預加載荷，??；0P01387PMFN滾珠絲杠預緊時的傳動效率，；95故20387012146M9NCM140983715350MAXMF起CMN4快速進給時所需力矩快依據公式0MF快而983715NCM快故有153MC快起5最大切削負載時所需力矩切根據公式TFM0切式中折算到電機軸上的切削負載力矩；TCMN又有公式ILFFT20式中進給方向最大切削力，；FFN121508FCFN則18023467TMCM故TF0切98715NCM6最大靜轉矩選擇依據文獻實用機床設計手冊上，有23（1）對于在最大切削力下工作時所需要電機最大靜轉矩為503MAX切MJ1853076NCM（2）對于空載起動時所需要的電機最大靜轉矩為95102MAX起MJ36NCM由（1）和（2）可知，以計算得恒大于所以就以作為選取AX1JM2MAXJ1MAXJM直流電機最大靜轉矩的依據。而初選的直流電機為安川/R02SAKOE，它的最大靜轉矩為MAX1689JNCM所以初選的直流電機型號符合要求。7直流電機動載荷矩頻特性和運行矩頻特性由數控技術得動矩頻特性PVF601MAXAX25014167HZ運行矩頻特性PSEVF6其中最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度2M/MINEVMIN的，現取中間值，即。312AX7142S所以2431EF0146HZ由直流電機安川/R02SAKOE的矩頻特性和運行矩頻特性參數可以看出所選直流電機在起動時力矩是滿足要求的。所以最終就確定直流電機的型號為安川/R02SAKOE直流伺服電機。2425導軌的設計與選型251導軌概述導軌主要用來支撐和引導運動部件沿一定的軌道運動。在導軌副中，運動的一方稱為動導軌，不動的一方稱為支承導軌。動導軌相對于支承導軌運動，通常作直線運動和回轉運動。1對導軌的要求1導向精度高導向精度主要是指導軌沿支承導軌運動的直線度和圓度。影響導向精度的主要因素有導軌的幾何精度、導軌的接觸精度、導軌的結構形式、動導軌及支承導軌的剛度和熱變形，還有裝配質量。導軌的幾何精度綜合反映在靜止或低速下導軌的導向精度。直線運動導軌的檢驗內容主要是導軌在垂直平面內的直線度，導軌在水平平面內的直線度，在水平面內兩條導軌的平行度。例如導軌全長為20M的龍門刨床，其直線度誤差為002/1000，在導軌全長范圍內為008MM。圓周運動導軌幾何精度的檢驗內容與主軸回轉精度的檢驗方法相類似，用導軌回轉時端面跳動和徑向跳動表示。例如最大切削直為4M的立車，其允差規定為005MM2耐磨性好及壽命長導軌的耐磨性決定了導軌的精度保持性。動導軌沿支承導軌長期運行會引起導軌的不均勻磨損，破壞導軌的導向精度，從而影響機床的加工精度。例如臥式車床的鑄鐵導軌，若結構欠佳、潤滑不良或維修不及時，貝?？拷差^箱一段的前導軌，每年磨損量達0203MM，這樣就降低了刀架移動的直線度及對主軸的平行度，加工精度也就下降了。與此同時，也增加了溜板箱中開合螺母與絲杠的同軸度誤差，加劇了螺25母與絲杠的磨損。3足夠的剛度導軌要有足夠的剛度，保證在載荷作用下不產生過大的變形，從而保證各部件間的相對位置和導向精度。4低速運動的平穩性在低速運動時，作為運動部件的動導軌易產生爬行。進給運動的爬行將提高被加工表面的表面粗糙度值，故要求導軌低速運動平穩，不產生爬行，這對于高精度的機床尤其重要。5工藝性好設計導軌時，要注意到制造、調整和維護的方便，力求結構簡單、工藝性和經濟性好。2對導軌的技術要求1導軌的精度要求滑動導軌，不管是V一平型還是平一平型,導軌面的平面度通常取0010015MM，長度方向的直線度通常取0005001MM；側導向面的直線度取0010015MM，側導向面之間的平行度取0010015MM，側導向面對導軌底面的垂直度取0005001MM鑲鋼導軌的平面度必須控制在0005001MM以下，其平行度和垂直度控制在001MM以下。2導軌的熱處理數控機床的開動率普遍都很高，這就要求導軌具有較高的耐磨性，以提高其精度保持性。為此，導軌大多需淬火處理。導軌淬火的方式有中頻淬火、超音頻淬火、火焰淬火等，其中用的較多的是前兩種方式。26鑄鐵導軌的淬火硬度，一般為5055HRC，個別要求57HRC；淬火層深度規定經磨削后應保留1015MM鑲鋼導軌，一般采用中頻淬火或滲氮淬火方式，淬火硬度為5862HRC，滲氮層厚度為05MM2導軌的類型和特點導軌的分類方法有多種按運動軌跡可以分為直線導軌和圓導軌，按工作性質可分為主運動導軌、進給導軌和調整導軌，按受力情況可以分為開式導軌和閉式導軌，按摩擦性質可以分為滑動導軌和滾動導軌。下面首先介紹直線滑動導軌的有關內容1直線滑動導執的截面形狀直線滑動導軌有若干個平面，從制造、裝配和檢驗來說，平面的數量應盡可能少。常用的直線滑動導軌的截面形狀有矩形、三角形、燕尾形和圓形,各個平面所起的作用也各不相同。在矩形導軌和三角形導軌中,M面主要起支承作用，N面是保證直線移動精度的導向面,J面是防止運動附件抬起的壓板面；在燕尾形導軌中,M面起導向和壓板作用，J面起支承作用。根據支承導軌的凹凸狀態，又可以將導軌分成凸形導軌和凹形導軌。其中，凸三角形導軌稱為山形導軌，凹三角形導軌稱為V形導軌。凸形導軌不易存儲潤滑油，但易清除導軌面的切屑等雜物。凹形導軌易存儲潤滑油，但易落人切屑和雜物，必須設防護裝置。252滾動直線導軌副的計算1作用于滾動直線導軌副的載荷計算由于滾動直線導軌副的特殊結構，使其具有垂直向上、向下、左右和水平四個方27向額定載荷相等，且額定載荷大，剛性好，三個方向抗顛覆力矩能力大的特點，滾動導軌受力分析見圖33。下層工作臺的承載重約為5812573NW01238,30,5,9LMLM2L3L1L0L3W12CP，34CP，41328圖33滾動導軌受力分析圖36321014CLWP37322014CLP38323014CLWP3932401CLP將已知數據代入上式得15019582731404283CPN2921501958273454823CPN31501958273164283CP4150195827310283CPN載荷成分段變化，其計算載荷CP3103312NCLLP式中對應行程內的載荷；NP分段行程；L全行程等于；NL3333314027516180740759CPNK2滾動直線導軌副的額定壽命（1）額定壽命的計算公式為31350HTCACFFCLP式中L額定壽命；30C額定動載荷；計算載荷；CP溫度系數取10；TF接觸系數取081；C精度系數取10；AF載荷系數取15；硬度系數取10；HF（2）壽命時間的計算當行程的長度一定，以小時為單位的額定壽命31231026HLNL式中行程長度；LL額定壽命；每分鐘往復次數；N3133205/MIN41VL次一般情況下，滾動直線導軌副預期壽命取20000小時，則3143326012504620148HLNLKM由HTCACFFCLP31得315350TCHAFPLC取則1,8,1,5,10TCAHFFFFF334376255008TCHAFPLCKN查漢江機床公司生產的HJD系列線性滾動導軌產品樣本，其HJD系列中DA20A型滾動導軌C1260KGF12348KN，滿足要求。第3章控制系統的設計31微機控制系統組成及特點311微機控制系統的組成微機控制系統主要由微型計算機和伺服系統兩大部份組成，其中微機又包括硬件和軟件兩部分。（1）微機控制系統基本硬件組成硬件時組成系統的基礎，有了硬件軟件才能有效地運行。硬件電路的可靠性直接影響到數控系統的性能指標。數控系統的硬件電路概括起來由以下部分組成。1）主控制器，即中央處理單元CPU2）存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫數據存儲器3）接口（2）微機數控系統軟件軟件是指為實現微機控制系統各項功能編制的專用程序，它一般由以下幾部分組成1）輸入數據處理程序它接受輸入的零件加工程序，用標準代碼表示的加工指令和數據整理成便于解釋執行的格式后存放。2）插補運算程序它完成普通數控系統中插補器的功能。323）速度控制程序它根據給定的速度代碼或每分毫米數控制插補運算的頻率，以保證預定速度進給。4）管理程序和診斷程序管理程序對數據輸入、處理及切削加工過程服務的各個程序進行調度，還可以對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。診斷程序可以在運行中及時發現系統的故障，并指示故障類型。312微機數控系統的特點（1）可靠性高。由于采用大規模集成電路、軟件連接以及資診斷功能，所以大大提高了無故障運行時間，即使又極少的故障也能及時發現和排除。（2）靈活性強。由于系統的硬件是通用、標準化的，對于不同機床的控制要求只需更換可編程只讀存儲器中的系統程序就可實現。（3）易于實現機電一體化。采用大規模集成電路時控制框尺寸大為縮小，采用可編程接口又可將M、S、T等順序控制部分邏輯電路與數控裝置結合一起，使結構更為緊湊。（4）價格低。采用微機數控，使數控機床電氣部分成本大為下降，對功比較齊全的數控機床價格幅度下降更大。（5）由于微機的功能強，存儲量大，可實現多功能控制、多路運行控制及數據和圖形顯示等，給操作人員和監視生產過程帶來方便。32微機控制系統設備介紹321主控制器CPU的選擇CPU的選擇應考慮以下要素（1）控制數據處理的速度。（2）ROM/RAM的容量。（3）指令系統功能的強弱（即編程的靈活性）。（4）I/O口擴展的能力（即對外設控制的能力）。（5