VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構設計【12張CAD圖紙】【畢業(yè)論文+開題報告+外文翻譯】
VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構設計【12張CAD圖紙】【畢業(yè)論文+開題報告+外文翻譯】,12張CAD圖紙,畢業(yè)論文+開題報告+外文翻譯,VH50,數(shù)控,進給,系統(tǒng),結構設計,12,CAD,圖紙,畢業(yè)論文,開題,報告,外文,翻譯
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目： VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構設計
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 學 號
學生姓名：
指導教師：
20年 3月 10日
本科畢業(yè)設計(論文)開題報告
學生姓名
學 號
專 業(yè)
機械設計制造
及其自動化
指導教師姓名
職 稱
教授級高工
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D.自擬課題
課題性質
A.工程設計
課題名稱
VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構設計
畢業(yè)設計的內容和意義
采用比較法，綜合分析法，進行VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構的設計，使其能夠對進給運動的速度和對刀具相對于工件的位置實現(xiàn)自動控制，并且保證機床的加工精度。
畢業(yè)設計的具體內容：
1、調研并熟悉課題及有關資料，完成外文翻譯，寫出開題報告；
2、計算機繪制裝配圖、零件CAD圖（總工作量2.5張以上0號圖）；
3、完成課題的設計計算；
4、課題技術經(jīng)濟分析；
5、完成畢業(yè)設計說明書15000字以上。
本課題研究的意義：
本課題對VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構進行了設計，其意義如下：
1、對數(shù)控車床的當前水平，發(fā)展趨勢，以及國內外數(shù)控車床的發(fā)展有了詳細的了解。
2、對數(shù)控車床的進給系統(tǒng)有了深刻的了解，知道了進給系統(tǒng)中減速齒輪、聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠螺母副、絲杠支承、導軌副、傳動數(shù)控回轉工作臺的蝸桿渦輪等機械環(huán)節(jié)的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等對執(zhí)行件能否實現(xiàn)每一脈沖的微量移動有重要影響。
3、提高了自己的學習能力，查找能力，歸納能力和總結能力。
4、通過本次對數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構的設計，讓我對大學四年所學的工程制圖、工程力學、金屬材料、機械原理、機械設計、數(shù)控機床等專業(yè)課程有了一個系統(tǒng)的復習和總結。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻綜述
從20 世紀中葉數(shù)控技術出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。隨著計算機技術和現(xiàn)代設計技術的飛速發(fā)展以及裝備制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求， 數(shù)控機床的應用范圍在不斷擴大并不斷發(fā)展以更適應生產(chǎn)加工的需要。[1]
數(shù)控機床是一種綜合應用了計算機控制、精密測量、精密機械、氣動、液壓、潤滑等技術的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術的基礎。當前，數(shù)控機床已稱為企業(yè)的主要加工設備，在機械加工各領域得到了極為廣泛的應用。近年來，數(shù)控機床的變化日新月異，各種結構新穎、性能先進的車削中心、加工中心，以及五軸加工、多主軸加工、復合加工等高速、高精度機床不斷出現(xiàn)，它們正在逐步替代傳統(tǒng)結構的數(shù)控機床，而成為主要產(chǎn)品。[2]
我國在數(shù)控機床應用方面，越來越多地為航天、航空、汽車和能源等國家重點行業(yè)提供數(shù)控機床產(chǎn)品，并且開始出口；在數(shù)控系統(tǒng)方面，經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)已普及應用，還開發(fā)出了五軸聯(lián)動以及多通道多軸聯(lián)動的高檔控制系統(tǒng)，應用于國產(chǎn)數(shù)控機床，打破了國外的技術封鎖和限制，并制約了國外產(chǎn)品的價格。在數(shù)控機床品種構成方面，不僅在車、銑、鏜、磨等通用型機床方面已實現(xiàn)數(shù)控化，數(shù)控技術還在加工中心、超精密機床、混聯(lián)機床、復合機床、特種加工機床和一些專用機床產(chǎn)品上得到成功應用。[3]
國外工業(yè)發(fā)達國家對數(shù)控車床的研究時間較長，而且經(jīng)驗豐富，技術水平較高，其特點如下：（1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控車床的主流， 納米控制已經(jīng)成為高速高效加工的潮流。（2）多任務、多軸加工數(shù)控車床越來越多地應用到航空航天、能源、汽車及船舶等行業(yè)。（3）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充， 車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。（4）機床誤差檢測與補償功能越來越強大， 能夠在較短的時間內完成對機床的補償測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4 倍，同時效率得到大幅度提升。（5）最新的CAD/CAM 技術為多軸、多任務數(shù)控車床提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 [4]
數(shù)控機床的發(fā)展日新月異, 高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅動化、網(wǎng)絡化、極端化、綠色化已成為現(xiàn)代數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。[5]
本次我的設計課題是VH50數(shù)控立車的進給系統(tǒng)結構設計。立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車, 車床的主軸垂直于水平面, 有一個直徑很大的裝夾工作元件的圓形工作臺。由于本身主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件, 所以體積一般較大, 屬大型機床類。與其它機床相比, 立式數(shù)控車床的結構有以下特點:1) 體積較大, 適用于加工大型工件。2 ) 由于刀架的兩個方向運動分別由兩臺伺服電動機驅動, 所以它的傳動鏈短, 不必使用掛輪、光杠等傳動部件。3 ) 為了拖動輕便, 數(shù)控車床的潤滑都比較充分, 同時由于本身造價較高, 為延長使用時間,
文獻綜述
間, 滑動導軌也要求耐磨性好。4) 具有加工冷卻充分、防護較嚴密等特點, 自動運轉時一般都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。5 ) 一般配有排肩裝置。[6]
數(shù)控車床的進給運動是由數(shù)控裝置經(jīng)伺服系統(tǒng)控制的，進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床的一個重要組成部分，其性能的優(yōu)劣，直接影響零件的加工質量和生產(chǎn)效率。它由伺服驅動裝置、機械傳動裝置、位置檢測元件及位置調節(jié)器等組成。[7]
數(shù)控車床的進給傳動方式和結構特點與普通車床、自動和半自動車床截然不同。它只用于伺服電動機（直流或交流）驅動，通過滾珠絲杠帶動刀架完成縱向和橫向的進給運動。由于數(shù)控車床采用了脈寬調整伺服電動機及伺服系統(tǒng)，因此進給和車螺紋范圍很大?？焖僖苿雍瓦M給傳動均經(jīng)同一傳動路線。一般數(shù)控車床的快速移動速度可達（10~15）m/min。數(shù)控車床所用的伺服電動機除有較寬的調速范圍并能無級調速外，還能實現(xiàn)準確定位。在走刀和快速移動下停止，刀架的定位精度和重復定位精度誤差不超過0.01mm。[8]
數(shù)控機床對進給運動的要求主要考慮如下幾點： (1) 盡量減少運動件之間的摩擦阻力 (2) 提高進給系統(tǒng)中傳動件的精度和剛度 (3) 減少每個元件的運動慣量 (4) 各傳動部件的穩(wěn)定性要好、壽命長 (5) 使用維護要方便快捷 。機械傳動機構是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它包括減速齒輪、聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠螺母副、絲杠支承、導軌副、傳動數(shù)控回轉工作臺的蝸桿渦輪等機械環(huán)節(jié)。它們的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等對執(zhí)行件能否實現(xiàn)每一脈沖的微量移動有重要影響。為保證進給伺服系統(tǒng)的準確性，以達到較高的定位精度指標，特別要求機械機構的傳動間隙小，摩擦阻尼小。另外，進給傳動系統(tǒng)的驅動力矩很大，負載變化頻繁，故對剛度也有特殊要求。[9]
數(shù)控車床一般采用半閉環(huán)控制伺服進給系統(tǒng)控制，在正常加工過程，絲杠由伺服電機控制進行反方向運轉時，會出現(xiàn)空隙的空運轉現(xiàn)象，造成反向間隙誤差。同時數(shù)控車床的傳動和運動機構在外力作用下會產(chǎn)生彈性變形，并且加工部位與車床其他部位受力不同，造成彈性間隙發(fā)生也影響加工精度。此部分誤差為反向間隙誤差和正向傳動運轉誤差的疊加。[10]
數(shù)控車床絲杠進給系統(tǒng)剛度對系統(tǒng)的失動量和定位精度影響較大?；谶M給系統(tǒng)質量和彈簧力學模型, 給出了進給系統(tǒng)軸向剛度和扭轉剛度對失動量的影響與定位誤差的解析表達式, 為進給系統(tǒng)結構設計、降低系統(tǒng)的失動量和提高系統(tǒng)的定位精度提供了理論依據(jù);結合實例進行了應用分析計算, 取得了明顯效果。數(shù)控機床的高速高精度化, 要求機床在載荷作用下具有較小的失動量和較高的定位精度, 而它們都與進給系統(tǒng)的剛度有很大的關系。 [11]
對于現(xiàn)代數(shù)控車床而言，一般情況下，對于工件位置的控制，主要是通過伺服電機對滾珠絲杠的驅動實現(xiàn)的，如果滾珠絲杠出現(xiàn)傳動誤差，就可能影響車床的加
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻綜述
工精度，這也是造成數(shù)控車床定位精度誤差的重要因素之一。[12]
在數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)中，減速機構有齒輪傳動裝置和同步齒形皮帶傳動裝置。齒輪傳動裝置的主要目的：一是降速，將伺服電機的高速低轉矩;輸出變?yōu)樨撦d所要求的低速大轉矩： 二是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量在系統(tǒng)中占較小的比例，以保證精度。[13]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嚙合傳遞運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點;無相對滑動，平均傳動比較準確，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，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現(xiàn)已在數(shù)控機床上廣泛應用。[14]對傳動裝置的總體要求是傳動精度高，穩(wěn)定性好，靈敏度高，響應速度快。
本次我的設計課題是數(shù)控立車的X軸進給系統(tǒng)結構設計，在設計過程中，我應該考慮所有進給系統(tǒng)影響機床性能的因素，并在設計過程中采取合理的措施消除這些影響。
參考文獻
[1] 王福印.我國數(shù)控車床技術發(fā)展的現(xiàn)狀與思考［J］.西部大開發(fā)（中旬刊），2011（2）
[2] 龔仲華. 現(xiàn)代數(shù)控機床設計典例 機械工業(yè)出版社 2014.2
[3] 劉強，李冬茹.國產(chǎn)數(shù)控機床及其關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀及展望［J］.航空制造技術，2010（10）：26-30
[4] 江崇民,荀洪偉.數(shù)控車床技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.機械工程師 2012. 4
[5] 梁偉,王先.數(shù)控機床發(fā)展趨勢. 桂林航天工業(yè)高等?？茖W校學報 2010 .2
[6] 劉心雄,鄭家元. 立式數(shù)控車床的工業(yè)設計研究. 華中科技大學.2009.2
[7] 陳嬋娟. 數(shù)控車床設計. 化學工業(yè)出版設
[8] 王愛玲, 武文革. 現(xiàn)代數(shù)控機床（第2版） .國防工業(yè)出版社
[9] 熊軍. 數(shù)控機床原理與結構. 人民郵電出版社
[10] 賈東庭. 數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高措施.機械工程師 2015.9
[11] 吳南星, 胡如夫. 孫慶鴻數(shù)控車床絲杠進給系統(tǒng)剛度對定位精度的影響. 中國工程科學 2004.9
[12] 丁美玲.數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及對策機電信息. 2014.15
[13] 傅莉 數(shù)控車床實際操作手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社.2006.
[14] 王棟臣,李常峰 主編.數(shù)控銑工(加工中心)操作技能實訓圖解.濟南：山東科學技術出版社.2007.
研究內容
本次設計是數(shù)控車床進給系統(tǒng)結構設計，主要有繪制運動簡圖，完成X軸向慣量匹配、轉矩匹配的計算、完成X向進給力X向滾珠絲杠預拉伸量的計算，考慮絲杠的剛度和熱膨脹等因素選擇合適的X軸滾珠絲杠、滾珠絲杠軸承、伺服電機、聯(lián)軸器和導軌，完成裝配圖設計，繪制進給系統(tǒng)的裝配圖以及其他各個部件的零件圖。
研究計劃
第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學習有關書籍文獻，參觀工廠，搜集設
第2周 (2.29-3.04) 計過程中所要遵照的有關國家標準并進行學習提出完成課題的基本思路和方法，暨完成該課題所采用的技術路線、方案，要設計和完成的任務
第3周 (3.07-3.11） 完成開題報告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設計，繪制進給系統(tǒng)運動簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成X軸向慣量、轉矩、匹配的計算、完成X向
第6周 (3.28-4.01) 進給力X向滾珠絲杠預拉伸量的計算，完成裝配圖設計
第7周 (4.04-4.08） 畢業(yè)設計中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進行零件圖計算機繪圖
第9周 (4.18-4.22) 進行零件圖計算機繪圖
第10周 (4.25-4.29） 進行零件圖計算機繪圖
完成各零件及課題成本分析 ， 完成各零件成本及課題成本計算
第11周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿
第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿
第13周 (5.16-5.20) 論文評審及答辯資格確定
第14周 (5.23-5.27) 制作答辯PPT、打印圖紙，準備答辯
第15周（5.30-6.03） 畢業(yè)設計（論文）答辯
第16周（6.06-6.10） 整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本論文特色與創(chuàng)新如下：
(1)通過對其剛度影響因素的分析，保證了進給系統(tǒng)的定位精度。
(2)通過考慮材料的熱膨脹，保證了機床的加工精度。
(3)通過對X軸慣量匹配和轉矩匹配的計算，選擇了適合的伺服電機。
（4）通過對X向進給力和X向滾珠絲杠預拉伸量的計算，選擇了合適的滾珠絲杠和滾珠絲杠軸承。
指導教師
意 見
指導教師簽名：
2016年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學主任簽名：
年 月 日
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設計說明書（論文）
題 目： VH50型數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構設計
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 學 號：
學生姓名：
指導教師： （教授級高工）
起迄日期：
設計地點： 工程中心5號樓
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
摘要：
文章主要進行了VH50數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)的設計。VH50數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對進給運動速度和對刀具相對于工件的位置的自動控制。課題采用了類比的方法對進給系統(tǒng)進行了設計。通過一級皮帶聯(lián)接電機和絲杠，將電機的回轉運動轉換為工作臺的直線運動。它選用交流伺服電機，能夠保證對整個速度區(qū)內的平滑控制，基本上沒有振動，有很高的可靠性；選用滾動導軌和滾珠絲杠副，能夠提高傳動效率，也可以提高定位精度和重復定位精度；選用同步齒形帶聯(lián)接，結構簡單、傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，傳動效率高。因此這種設計方式具有極高的使用價值。
關鍵詞：數(shù)控車床 進給系統(tǒng) 滾珠絲杠 導軌
畢業(yè)設計說明書（論文）英文摘要
Title The Design of VH 50 CNC vertical lathe X axis feed system architecture
Abstract
This paper has been designed VH50 CNC vertical lathe X-axis feed system. VH50 CNC vertical lathe X axis feed system is mainly used to achieve the velocity and position of the tool relative to the workpiece feeding automatically. Subjects using the method of analogy feed system was designed. By a belt coupling the motor and the screw, the rotary motion of the motor into linear motion table. It is the choice of AC servo motor, to ensure smooth control of the speed of the entire region, virtually no vibration, high reliability; the choice of rolling guide and ball screw can improve transmission efficiency can also be improved positioning accuracy and repeatability positioning accuracy; selected timing belt coupling, simple structure, smooth transmission, can buffer the shock-absorbing, high transmission efficiency. Therefore, this design has a very high value.
Keywords CNC lathes ; Feed System ; ball screw; the guide way.
II
南京工程學院工業(yè)中心畢業(yè)設計說明書（論文）
目錄
前言 1
第一章：緒論 2
1.1 引言 2
1.2 選題的背景和意義 3
1.3 研究現(xiàn)狀 3
1.3.1 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.2 國內的發(fā)展狀況 4
1.4. 發(fā)展趨勢 5
第二章：總體方案設計 7
2.1 進給系統(tǒng)的設計要求 7
2.2 進給系統(tǒng)的基本結構和傳動類型 7
2.2.1 進給系統(tǒng)的結構 7
2.2.2 進給系統(tǒng)傳動類型的選擇 8
2.3 伺服電機類型的選擇 8
2.4 電動機與絲杠傳動方式的選擇 8
第三章：X向進給系統(tǒng)結構設計 10
3.1 電機型號的確定 10
3.2 絲杠的選用 10
3.2.1 絲杠型號的確定 11
3.2.2 滾珠絲杠的調整 11
3.3 軸承的選擇 13
3.3.1 軸承的選擇 13
3.3.2 軸承支撐方式的選擇 13
3.3.3 軸承間隙的調整和預緊 14
3.4 導軌的選擇 15
3.4.1 導軌的分類 15
3.4.2 導軌的選擇 16
3.4.3. 導軌的安裝 16
第四章：系統(tǒng)結構計算 17
4.1 X軸向慣量匹配分析計算 17
4.2 X軸向轉矩匹配分析計算 18
4.3 X軸向進給力計算 18
4.4 X向滾珠絲杠與拉伸量的分析計算 19
第五章：潤滑與防護 20
5.1. 滾珠絲杠的潤滑與防護 20
5.2. 軸承的潤滑 20
5.3. 導軌的潤滑與防護 21
5.3.1. 導軌的潤滑 21
5.3.2. 導軌的防護 21
第六章 技術經(jīng)濟分析 23
6.1 技術成本分析的目的與意義 23
6.2 成本計算依據(jù) 23
6.3 成本材料構成 24
6.3.1 非標準件 24
6.3.2 標準件外購費用 25
第七章 結 論 27
參 考 文 獻 28
致 謝 29
II
前言
計算機交流現(xiàn)在變成了數(shù)控技術中最普遍的通訊方式，由于計算機擁有極高的精確性，使用十分簡單方便，因此有很多用戶都喜歡使用這種方式[1]。數(shù)字控制機床可以稱為CNC，每一臺數(shù)控機床上都安裝了程序監(jiān)控裝置。數(shù)控車床也是數(shù)控機床里面的一種，也被叫做CNC車床，是我國們國家使用的最多的機床，同時該類數(shù)控機床的銷售量是最高的，每年它的產(chǎn)量是機床生產(chǎn)總數(shù)的四分之一。它是一種機電一體化產(chǎn)品，它里面包含了電氣功效，機械結構，氣動機械，液壓裝備，信息管理和微電子技術和其他許多個技術機器,該數(shù)控機床在對工件進行粗加工的效率非常高，相當高的精度，靈活性和自動化程度高的特性。由于現(xiàn)在技術水平一直提高，大家對這樣類型的數(shù)控車床的加工速度，柔性化，可靠性的一些要求一直增加，不過正由于這種情況數(shù)控水平才會不斷發(fā)展[2]。
從數(shù)控技術出現(xiàn)開始，它的水平一直在發(fā)展，它的使用范圍已經(jīng)占據(jù)了大部分的制造（汽車制造，醫(yī)療器械，輕工業(yè)）整體市場。總括而言，數(shù)控車床的發(fā)展方向主要在以下幾個方面看出來：具有高速和高精度的優(yōu)點，加工又穩(wěn)定，水平可靠，能夠實現(xiàn)數(shù)控車床CAD簡化設計和模塊化設計。現(xiàn)在,我國的研發(fā)和制造能力繼續(xù)進步,我國目前從進口數(shù)控車床進入到數(shù)控車床制造的國家,這幾十年里的進步反映了我們數(shù)控行業(yè)已經(jīng)能夠與外國數(shù)控行業(yè)競爭,而且遲早會超越他們。
數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，是能夠自己操縱刀架的坐標和進給速度的運動機構。其控制系統(tǒng)的數(shù)值對進給運動進行控制，機床傳動結構，數(shù)控機床坐標和工件外形的位置精度取決于幾何準確度，精密度，穩(wěn)定性和敏感性。
第一章：緒論
1.1 引言
數(shù)控技術指根據(jù)文字語言，外文加上一些數(shù)字還有圖形等合成的一些數(shù)字指令控制機械設備按照規(guī)定的要求工作的一種技術。沒有別的需求，我們通常通過計算機技術對數(shù)字程序來操控，因此此等方式也往往叫做電腦數(shù)字控制。它能夠自動控制機床按照編好的程序來進行加工。
數(shù)控車床是眾多自動化機床的其中之一,它的精度很高，生產(chǎn)效能高，再加上普遍的工藝性能，能夠切削直（斜）線氣瓶，圓弧和各類螺紋，它目前的數(shù)控機床也有專用功能和精密線性插值補償可以對所有類型的復雜零件進行批量處理，為許多公司都帶來了無法估量的經(jīng)濟價值增長。現(xiàn)在數(shù)控車床已經(jīng)變得越來越重要了，經(jīng)過這些年來一直的進步，許多國家已經(jīng)開始重視它了，而且?guī)椭涌爝M步的進程。
進給系統(tǒng)包含了伺服電機，電機是數(shù)控系統(tǒng)直接操縱和運作的，并且通過實際應用和檢測，最后的結果對公司的利益增長很有幫助，它可以符合國家在精度等級方面的要求?？梢院线m輕松地操縱進給運動，操控加工工具根據(jù)要求加工出工件的外形,然后使用其他特別的數(shù)控技術能夠有效地清除干擾，以此取得穩(wěn)定靈敏的進給系統(tǒng)[3]。
伺服電機運動時特別穩(wěn)定而且操作起來方便易懂，數(shù)控車床的進給系統(tǒng)里大部分都是安裝的伺服電機，能夠簡單并且精確的對X軸和Y軸這兩個軸同時進給和操縱，,如此跟一般的普通機床相比更方便，操作員的工作強度降低了，這種方式的出現(xiàn)意味著數(shù)控技術又進步了一大步[4]。在1960年之前，大部分都是使用步進電動機來提供動力的；直流伺服電機在20世紀60到70年代里發(fā)展的很快，是開始良好起步和全面進步的階段，可是因為直流伺服電機加裝了換向裝置，價錢變多了，會出現(xiàn)很多故障，而且保養(yǎng)的時候比較麻煩，會對別的機器造成電磁干擾，機床的動態(tài)性能會有改變,伺服電動機組成和操控水平和永磁材料在20世紀80年代開始，有人發(fā)明了新的電動機，這些電動機跟老的電動機相比有很多優(yōu)點，它們能夠一起完成弱磁升速控制，這會增加多的機器調速周期，而且這些電動機同樣能夠滿足數(shù)控機床的各種需求[5]。
交流伺服電動機因為不具備某些額外的裝置，因此當加工時能夠達到正常的水平，而且關于保護以及維護相關的方面不需要有很高的要求。這樣的電動機在運作的時候沒有很大的震動以及雜音，定子繞組的散熱功能很強，能夠快速降溫，和機械部件相關的慣量會比較低，所以系統(tǒng)反應擁有相當高的快速性。相等功率的條件下它的體積和重量會比較小，所以能夠在高速重載的情況下加工零件。
1.2 選題的背景和意義
1、進給系統(tǒng)是用來收取系統(tǒng)傳遞的信號的，在受到放大與轉換結束，再給機床提供動力，行駛設定好的動作。它有很高的靈敏性，而且它的傳動精度也相當高，反應時間短，并且加工的時候很穩(wěn)定，系統(tǒng)的組件有很高的剛度，而且各組件的使用時間也很長，而且可以解決運動時的間隔。
2、進給系統(tǒng)選取的一個滾珠絲杠傳遞動力，能夠把滑動摩擦轉化為滾動摩擦，并能夠符合降低摩擦的必要條件。這種絲杠是滾動摩擦，所以摩擦較小，損耗小，傳動的時候沒有間隔。
3、選取皮帶輪聯(lián)接絲杠與電機，部件分布簡潔，傳動平穩(wěn)問題，皮帶驅動的組合了鏈傳動和齒輪帶動自己的優(yōu)勢，能夠緩解震動，能夠在大俯仰軸和多軸之間傳遞動力，結構緊湊，損耗很低，通常只有百分之二，而且其成本很低，無需潤滑，保養(yǎng)方便。
4、用電壓變化調速范圍寬伺服電機的速度控制，可以在很寬的范圍內不斷改變。轉子慣量低，就是可以執(zhí)行快速開始和停止。比如說交流伺服電動機工作可靠不變、擁有極高的操控性能、反應時間很短、電機敏銳度高，擁有特別嚴謹?shù)臋C械特質和特別嚴謹?shù)恼{整特質的非線性度特性。
1.3 研究現(xiàn)狀
數(shù)控機床是電腦控制，精密測量，精密機械，氣動，液壓，潤滑技術典型的機電一體化產(chǎn)品的全面應用，成為了制造產(chǎn)業(yè)的關鍵?，F(xiàn)在，數(shù)控機床企業(yè)都呼吁主要加工設備，加工各個領域里得到了非常廣泛的應用。這幾年，數(shù)控機床快速變化，有很多新的布局和新的功能的機床被生產(chǎn)出來，各種性能不同，功能不同還有價格不同的新型機床陸續(xù)涌現(xiàn)，普通的機床正常退出市場，這些新型的機床已經(jīng)成了市場的主流。
任何國家在制造數(shù)控化機床的效率和對數(shù)控化車床的消化具體的展現(xiàn)了每個國家的機器生產(chǎn)業(yè)的技術進步能力，而且能夠體現(xiàn)出一個國家的綜合國力?，F(xiàn)在，大部分海外技術水平已經(jīng)一馬當先了，但是我國卻展現(xiàn)的十分不好，相差的還是非常大。
1.3.1 國外的發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控車床發(fā)達國家研究了很長一段時間，它已經(jīng)擁有了很多經(jīng)驗，因此與中國相比技術水平也比較高。詳細的體現(xiàn)可以在四個地方看出：（一）多軸加工和高速，高精度數(shù)控車床已成為一項基本技能，同時納米控制處理也是的發(fā)展趨勢; （二）機床的多軸加工的方法被普遍的用在了航空航天制造，能源，造船，汽車維修行業(yè); （三）由于不斷改善的處理和智能監(jiān)控技術，甚至在廠房都可以拿到機器狀況資料。經(jīng)過剖判資料，我們可以推斷機器自身的情況，再對它做一些對應的保養(yǎng)。此方法不知可以防止了損失的出現(xiàn)，同時也極好的保證看機器正常工作的穩(wěn)定性，增加了使用次數(shù); （四）機器的誤差發(fā)現(xiàn)和補償技術會更加靈敏，讓我們可以在一個適當?shù)臅r候結束機器補償?shù)目睖y。很多外國有名的公司都是通過如此的方法來制造精度極高的機床的。
我們國家生產(chǎn)的數(shù)控車床依然有著一些不好的地方，盡管經(jīng)濟型數(shù)控車床便宜，不過因為我們國家要進步，所以我們的國家是需要更高端技術的數(shù)控車床。因此，我們應該提高數(shù)控車床創(chuàng)新強度，一直革新和完備已經(jīng)擁有的功能，最后能夠處理主機雖大，但不強，數(shù)控系統(tǒng)和技術結構的發(fā)展水平地下，糟糕的經(jīng)濟利益，以促進一些問題整個核心的競爭力，以期占領更多世界市場[6]。
1.3.2 國內的發(fā)展狀況
中國的數(shù)控車床的成長起步于上世紀70年代，30年的發(fā)展出現(xiàn)了經(jīng)濟水平的數(shù)控車床，數(shù)控萬能車床，高檔數(shù)控車床三種形式的車床。便宜的車床，因為價格便宜，在很多企業(yè)起步的時候得到了普遍的使用，特別一些私營的公司，而且我們國家現(xiàn)用的大部分都是這種機床。稍微高檔一些的級別，差不多能應付國內工廠的需求，不過很多的高端的車床的都是進口的和合資制造的。這揭示了中國的數(shù)控車床弱點。雖然近幾年發(fā)展起來了一些高檔車床，比如具有Y軸車削中心，不過這么高級別的床子單單靠手段革新是沒有用的，更加要占領跟多的機床市場，然后要讓大家都稱贊這種機床?，F(xiàn)在我們國家的數(shù)控技術發(fā)展的還是很快的，不過相比與海外依然有非常大的差距，這主要體現(xiàn)在水平低的生產(chǎn)盈余但是高端機床沒有多少；我們國家現(xiàn)在還是沒有花大力氣在產(chǎn)品的研發(fā)里面，所以現(xiàn)在我們高端機床的基礎還是不行，生產(chǎn)的機床質量也不好。
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4. 發(fā)展趨勢
隨著網(wǎng)絡技術和信息技術的一直進步和數(shù)控的集成系統(tǒng)一直調整，讓數(shù)控車床和生產(chǎn)系統(tǒng)有了下面的發(fā)展方向。
（1）高速化及高精度化
生產(chǎn)速度，產(chǎn)品品質是我們現(xiàn)在發(fā)展技術的關鍵。高效還有精度級別好高的技術能夠快速提高工作速度，增加生產(chǎn)品質和等級，減小制造時間和增加銷售競爭力。高速，高精度，大部分能在主軸轉速，進給速度，運算時間相關方面看出來，選取網(wǎng)格解碼器檢測和增加機床工作路徑精密和其他相關部分?，F(xiàn)在，主軸轉速20000?40000r/ min的數(shù)控機床正變得越來越受歡迎，許多歐美的高速數(shù)控機床主軸轉速可以轉到六萬轉每分鐘，而且那些轉速更高的超高速機床已經(jīng)在研究和制造了。
（2）多軸聯(lián)動加工與復合加工
現(xiàn)在由于要達到高速，高精度，輔助功能結構的目的，那些主軸，直線電機已經(jīng)有飛速的進步了，有了更大的使用范圍。 通過5軸來加工零件的三維表面，可用于切削幾何參數(shù)的最佳工具，它的表面糙度低，同時加工速度都有了相當大的增加了。現(xiàn)在因為電主軸已經(jīng)制造出來了，從而讓5軸聯(lián)動機床來加工工件變得十分的簡單，大大減少了它的生產(chǎn)難度和價格，現(xiàn)在系統(tǒng)的成本已經(jīng)變得相當靠近了。所以那種精度高而且能夠多軸同時加工的機床得到了很好的環(huán)境來發(fā)展。
（3）智能化、開放式、網(wǎng)絡化
通過現(xiàn)在的遠程通訊技術，機器生產(chǎn)商能夠通過遠程機器建立技術支援系統(tǒng)，實現(xiàn)資料傳遞，保存，查找與觀看，從而能夠幫助使用者查找問題。正是因為現(xiàn)在的遠程通訊，使用者能夠立刻得到機床生產(chǎn)公司的技術支援，生產(chǎn)公司能夠精確無誤，確切地獲取客戶使用機器的狀態(tài)信息，然后開始在線甄別機器狀況，達到機床加工和修復的遠程化，能夠增加服務效率，而且能夠幫助增加成品的品質。
（4）高柔性化
柔性講的是數(shù)控機床中能夠符合加工材料改變的特性。數(shù)控機床從開始到現(xiàn)在，根據(jù)加工材料的不同，會做出不同的改變，而且在增加機床柔性的時候， 向著每個結構柔性化與系統(tǒng)柔性性化這個趨勢進行改變。數(shù)控車床，添補不一樣空間的刀具庫與自動換刀的機械臂，添加第二主軸與托盤部件，也可以能夠加上配套的機器人和搬運車，從而形成另一個加工中心。
（5）綠色化
現(xiàn)在數(shù)控車床一定要重視環(huán)境的保護與能源的節(jié)約，就是要體現(xiàn)出數(shù)控加工技術的綠色化。由于現(xiàn)在環(huán)境污染越來越嚴重以及資源不夠的條件下，數(shù)控加工的綠色化已經(jīng)變得十分重要，我們國家的資源和環(huán)境方面的問題特別的嚴重。所以，這些年不加或者很少添加冷卻液，進行干加工或者半干加工的節(jié)能環(huán)保型的機床已經(jīng)生產(chǎn)了很多出來了，而且正在一直研究和進步。綠色制造的發(fā)展方向會加快我們國家節(jié)能環(huán)保車床進步的進程，從而有更加多的市場占有率。
第二章：總體方案設計
1
2
2.1 進給系統(tǒng)的設計要求
進給系統(tǒng)在數(shù)控車床屬于重要組成部分，它的運動是根據(jù)反饋裝置再由數(shù)字操控，是由機械傳動組件與形成主要動力然后再加上操縱它們加工的各種動作部件組成的[7]?，F(xiàn)在機床的進給運動還是通過電機還有絲杠再加上工作臺，最后完成了整個進給的。
進給系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數(shù)控機床的定位和輪廓加工精度。從系統(tǒng)控制的角度看，決定進給系統(tǒng)性能的主要因素有系統(tǒng)的剛度、慣量、精度和動特性等。傳動系統(tǒng)的剛度和慣量，直接影響到進給系統(tǒng)的切削能力和加減速性能；穩(wěn)定性和靈敏度；傳動部件的精度與系統(tǒng)的動態(tài)特性，決定了機床的輪廓加工和定位精度，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
數(shù)控機床的進給系統(tǒng)必須要保證很高的定位精度和重復定位精度，而且還要有不錯的靈敏性。所以我們應該設計出沒有間隙、剛度高、摩擦低和阻尼比符合的機床從而保證數(shù)控機床的傳動精度與加工的穩(wěn)定。為了滿足上述的要求,在設計的時候應該選用下面的方法:
1，盡可能的解決掉工作時產(chǎn)生的間隔,降低回程時的誤差。
2，降速比一定要選取非常合適的。
3，現(xiàn)在要盡可能的選取短的傳動帶，然后用預緊的措施來增加的剛度。
4，最大可能的選取那些摩擦力比較小的機構來傳動。
所以，我們先假設這個進給系統(tǒng)是選取伺服電機來提供動力，通過一級皮帶降速傳遞給絲杠，最后帶動工作臺做直線移動,完成了數(shù)控車床的X向進給運動。
2.2 進給系統(tǒng)的基本結構和傳動類型
2.2.1 進給系統(tǒng)的結構
數(shù)控車床中進給傳動結構，一定要讓進給運動的坐標和速度兩個方面一起達到自動控制。一個完整的進給系統(tǒng)(閉環(huán)控制)，通常由位置比較和放大單元、驅動單元、機械傳動裝置及檢測反饋元件等組成。機械傳動裝置是將驅動源旋轉運動轉化為工作臺直線運動的整個機械傳動鏈，包括減速裝置和絲桿螺母副等。
2.2.2 進給系統(tǒng)傳動類型的選擇
靜壓絲杠螺母副和滾珠絲杠螺母副是進給系統(tǒng)結構中經(jīng)常使用的
1 靜壓絲杠螺母副
靜壓絲杠螺母的摩擦非常低，僅是滾珠絲杠的十分之一，它的靈敏度很高，間隙也很小，運動平穩(wěn)熱變形小，而且可以提高傳動系統(tǒng)的精度。靜壓絲杠螺母副的價錢很高，而且還需要有配套的供油系統(tǒng)，所以多用于高精度的磨削類機床。
2 滾珠絲杠螺母副
滾珠絲杠副的傳動功效能夠達到百分之八十五到百分之九十八，是一般滑動絲杠副的兩到四倍。滾珠絲杠的摩擦角小于1°，所以不能夠自鎖。若是滾珠絲杠副啟動起落活動，那么一定要有制動機器。滾珠絲杠的靜摩擦和動摩擦指數(shù)基本上不存在區(qū)別。它能夠解決反向間隔然后給與預緊力，能夠幫助增加定位精度和剛度[8]。
綜上所述，這次課題我選用的是滾珠絲杠。
2.3 伺服電機類型的選擇
伺服電機是伺服系統(tǒng)里能夠操控機械結構按某種軌跡行動的執(zhí)行部件，伺服電機能夠幫助電機迂回變速。能夠相當無誤的操控速度和坐標精度，能夠把電信號通過某種規(guī)則變?yōu)殡姍C的轉矩和轉速來使被操縱的部件運動。
伺服電機里面也有直流和交流之分。直流伺服電機它能夠嚴格的保證速度的穩(wěn)定性，而且它的本質很容易被人了解，操作起來也很順手，成本也不高，不過它不能夠高速運轉，而且它的散熱不行。
交流伺服電機可以平穩(wěn)的控制每個區(qū)域的速度，不會出現(xiàn)振動。它可以控制很高的轉速，工作效率很高，在百分之九十以上，能夠良好的散熱，可以進行精確的位置定位，在正常范圍內能夠控制恒力矩穩(wěn)定，沒什么噪音。
所以在這次的課題里我們選取的是交流伺服電機。
2.4 電動機與絲杠傳動方式的選擇
電動機和絲杠之間的常用的傳動方式有三種：
1，聯(lián)軸器傳動
聯(lián)軸器是聯(lián)接進給部件的兩根軸讓它們同時旋轉傳遞動力和運動的一種部件。目前，有許多類型的耦合，液壓，電磁和機械式聯(lián)軸器。機械耦合是使用的普遍的。
2，齒輪傳動
齒輪傳動的使用很普遍，不同機床的傳動裝置里基本上全部有齒輪傳動。數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)運用齒輪傳動的作用有：一是讓伺服電機的轉速較高但轉矩很低轉變?yōu)閳?zhí)行部件的轉速較低不過轉矩很大;二是減小滾珠絲杠和移動部件的慣量。也能夠確保開環(huán)系統(tǒng)中規(guī)定的運動精度。
要想盡可能的降低齒側間隔相對于數(shù)控機床加工精度的作用，往往在部件配合上想辦法，來降低或解決齒輪副的空程誤差。可以選用雙片齒輪錯齒法，使用偏心套調整齒輪副中心距也可以運用軸向墊片改變法解決齒輪間隔。
3，同步齒形帶傳動
同步齒形帶是不久之前研發(fā)的。主要通過皮帶的凹槽和帶輪的輪齒相互嚙合，來工作的。這讓它有了其它很多形式的帶傳動的好處；沒有相對的滑動，平均傳動十分穩(wěn)定，傳遞動力十分平穩(wěn)。同時齒形帶的強度高、厚度小、重量輕。所以經(jīng)常被用在高速運動的場所，齒形帶不用張的十分緊，所以施加在軸與軸承上的力很低，傳動時損耗特別低，所以，現(xiàn)在大部分數(shù)控機床上安裝的都是它[9]。
綜上所述，本次設計選用的是同步齒形帶傳動
帶輪與電機軸絲杠軸的連接采用的是脹緊套連接：脹套連接在進給傳動的系統(tǒng)中是消除間隙的一種比較比較好的方法，它主要依靠內外錐環(huán)的摩擦和摩擦作為動力傳遞。這樣的連接沒有像鍵連接一樣的間隙，這種方式得到了應用越來越多。
第三章：X向進給系統(tǒng)結構設計
畢業(yè)設計原始數(shù)據(jù)：
1 X向快速移動速度： 15m/min
2 X向工進速度： 15000mm/min 最小進給單位： X：0.005mm
3 X向絲杠型號：R40-10T4-FDI-627- 867-0.012.（臺灣上銀）
4 X向行程：350mm.
5 X向伺服電機型號：施耐德 BCH1304N11C，X向進給系統(tǒng)采用齒形皮帶1:1.3降速傳動
6 軸承型號: 30X52X15 (2組每組3件)/ 30TAC62BDTC10PN7A（NSK）
7 X向傳動滾動導軌為：BM45-C2-1055.5-29-29-G2-V3/施耐博格。
1
2
3
3.1 電機型號的確定
根據(jù)畢業(yè)設計原始數(shù)據(jù)確定X向伺服電機型號為施耐德BCH1304N11C。
查詢施耐德伺服電機手冊如表3.1，確定伺服電機的參數(shù)
表3.1伺服電機參數(shù)
3.2 絲杠的選用
3.2.1 絲杠型號的確定
根據(jù)畢業(yè)設計原始數(shù)據(jù)確定滾珠絲杠型號為R40-10T4-FDI-627- 867-0.012.（臺灣上銀）。
查詢資料，確定絲杠的各項參數(shù)：
公稱直徑為40mm，導程為10mm，
絲杠螺紋部分長度為627mm，
絲杠總長為867mm，
任意300mm內導程誤差不超過0.012mm。
1
2
3
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2 滾珠絲杠的調整
滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙。想要確保滾珠絲杠副的反向傳動精度與軸向剛度，一定要解決軸向間隔。往往選取雙螺母給與預緊力的方式解決軸向間隔，不過一定要防止預緊力過大，預緊力過大能夠引起傳動損耗增加、摩擦力提高、損耗增加、減少了使用的期限 [10]。
滾珠絲杠螺母上的回珠滾道形式被叫做滾珠絲杠的循環(huán)，它的方式有內循環(huán)和外循環(huán)，它有圖3.1所示的內循環(huán)和外循環(huán)兩種。
內循環(huán)滾珠絲杠的結構如圖3.1a所示，其回珠滾道布置在螺母內部，滾珠在返回過程中與絲杠接觸，回珠滾道通常為腰型槽嵌塊，一般每圈滾道都構成獨立封閉循環(huán)。內循環(huán)滾珠絲杠的結構緊湊、定位可靠、運動平穩(wěn)，而且不易發(fā)生滾珠磨損和卡塞現(xiàn)象，但其制造較復雜，此外，也不可用于多頭螺紋絲杠傳動。
外循環(huán)滾珠絲杠的結構如圖3.1b所示，其回珠滾道一般布置在螺母外部，滾珠在返回過程中與絲杠無接觸。外循環(huán)只要有一個統(tǒng)一的回珠滾道，因此，結構簡單，制造容易；但它對回珠滾道的結合面要求較高，滾道連接不良，不僅影響滾珠平穩(wěn)運動，嚴重時甚至會發(fā)生卡珠現(xiàn)象，此外，外循環(huán)絲杠運行時的噪聲也大。
a)內循環(huán) b）外循環(huán)
圖3.1滾珠絲杠的循環(huán)方式
綜上所述，本次設計選用的是雙螺母式內循環(huán)滾珠絲杠。
常用的雙螺母消除軸向間隙的結構形式有三種：
圖3.2墊片調隙式
(1) 墊片調隙式 如圖3.2，預緊的時候只需要變換墊片的厚度，就能夠改變左右螺母的軸向位移的距離，改變預緊力。墊片預緊的結構簡單、可靠性高、剛性好，但預緊的控制比較困難，而且預緊一般只能在絲杠生產(chǎn)的廠家進行。
圖3.3螺紋調隙式
(2) 螺紋調隙式 如圖3.3，通過改變預緊螺母的位置就可以改變預緊力，而且還能固定絲杠螺母。螺母預緊的方法結構比較簡單，調整方便，它可以在機床裝配、維修時現(xiàn)場調整，但預緊力的控制同樣比較困難。
(3) 齒差調隙式 齒差預緊調整時，需要把外齒輪拿下來，再將兩個螺母同向旋轉，讓兩個螺母產(chǎn)生相對的軸向位移后，再把外齒輪裝上去。齒差預緊的好處是能夠準確的調整預緊力，但是它的結構復雜、加工制造和安裝調整的步驟比較多，所以實際應用的比較少。
本次設計我們選用的是墊片調隙式。
3.3 軸承的選擇
3.3.1 軸承的選擇
因為滾珠絲杠是一根轉軸，既要承受軸向力，又要承受徑向力，而且因為是機床絲杠，要保證加工時的穩(wěn)定性，所以選擇角接觸球軸承。根據(jù)畢業(yè)設計原始參數(shù)得到軸承型號: 30X52X15 / 30TAC62BDTC10PN7A（NSK）。
3.3.2 軸承支撐方式的選擇
如圖3.4支承方式
A.‘雙推-自由’式 這樣的支承能夠用在短的絲杠上。
B.‘雙推-單推’或‘單推-單推’式 它的好處是能夠對絲杠進行預拉伸安裝，預拉伸能夠讓：
①降低絲杠由于自重產(chǎn)生的彎曲。
②絲杠的拉壓剛度能夠在推力軸承預緊力大于絲杠最大軸向載荷三分之一的情況下，增加到4倍。
③溫升影響不了絲杠的長度，所以能夠保持絲杠的精度
C.‘雙推-支承’式 這樣的方式不會產(chǎn)生由于絲杠自重而引起的彎曲和高速轉動的時候自由端的搖晃。
D.‘雙推-雙推’式 這種支承方式是四種里面剛度最高的。如果軸承沒有軸向間隙，則可提高絲杠的拉力和壓縮剛度四倍。能夠啟動安裝前的張力，解決熱膨脹。不過這種支承方式有個最嚴重的缺點：實現(xiàn)預拉伸和調整的時候比第二種繁瑣。
圖3.4支承方式
本次課題我選擇的是第四種支承方式。
3.3.3 軸承間隙的調整和預緊
軸承間隙的調整：
角接觸球軸承回轉精度高、轉速高，應用較廣泛，但調整間隙時需將軸承及調整零件全部拆卸。其原因是其結構特點決定了工作狀態(tài)中，承受徑向載荷時引起附加軸向力，使軸承的內外環(huán)產(chǎn)生分離趨勢，故都成對使用，經(jīng)調整相互壓緊達到消除軸向間隙而預緊，對于角接觸軸承的間隙以0.004mm(間隙)至-0.016mm(過盈)為宜，零間隙的壽命系數(shù)可達100%。在高速輕載機構中軸頸與內環(huán)間隙為0～0.004mm、外環(huán)與軸承座間隙以0.004～0.008mm為宜，一般安裝時用手輕推到安裝位置即可達到要求。
滾動軸承預緊的目的和使用，主要表現(xiàn)在以下五個方面：
(1)使旋轉軸在軸向和徑向能獲得正確的定位。在一定的載荷范圍內，加預緊軸承的彈性變形量比不加預緊軸承的變形量要小，因此，可以提高軸的旋轉精度和軸的剛性，如機床主軸的支承軸承。
(2)用預緊軸承支撐的軸具有較高的引導精度，因為負荷作用下軸的撓曲能力受到了預緊的限制。減少軸向和徑向的竄動量，使無載荷區(qū)滾動體能得到較好的引導，有利于減少軸承部位的振動和噪聲，如電動機軸承。
(3) 預載量能夠優(yōu)化軸承載荷的分布，增加軸承的承載面積，增加軸承承載力分布的合理性和操作的可靠性，以此增加軸承的使用期限。
(4) 滾動體的自旋與公轉時的打滑現(xiàn)象會在高速輕載運行的情況下出現(xiàn)，水平軸安裝推力軸承，預緊力能夠讓滾動機呆在正確的地方。
(5)運轉過程中，軸承的磨損與壓沉使間隙增大，但可以通過預緊加以補償適當?shù)念A緊能夠消除震動對軸承的損壞和磨損，一般而言，滾動軸承具有一定的內部間隙，不過在不同的場合，軸承無論是單次安裝或是組合在一起，用戶往往會對軸承的壓力預載，從而讓滾動體與內外套圈間引起輕微的預變形，來確定軸承內外套圈都保持在壓緊形態(tài)，如果兩個角接觸軸承作背靠背組合的情況，它的壓力中心的距離L會比軸承中心距l(xiāng)大,在面對面組合中L小于l，就是背靠背組合時，就算軸承中心距很短，也能夠承載比較高的傾覆力矩，因為力矩負荷引起的徑向力和軸承磨損都要比面對面組合時要小，若運轉時，軸的溫升比軸承箱高，則根據(jù)安裝時的環(huán)境溫度而確定的預緊將會增加，面對面組合軸承內預壓增加量比背靠背組合軸承大[11]。
無論是面對面或是背靠背，徑向熱膨脹都使間隙減少或使預緊增加。且在面對面組合軸承中，軸向熱膨脹更加劇這一趨勢，但背靠背組合中，卻削弱這一趨勢，如果兩軸承間隔不變，軸承及附件的熱膨脹系數(shù)相同，那么徑向和軸向的熱膨脹就會互相抵消，所以，預緊不會改變，不過這種特性只在背靠背組合中合適。
因此本次設計中我們選用串聯(lián)加背靠背的組合方式來安裝軸承。
3.4 導軌的選擇
3.4.1 導軌的分類
通過導軌之間不同的摩擦性質，導軌可以分為滑動導軌、靜壓導軌和滾動導軌三種。
(1) 滑動導軌。這種導軌是通過滑動摩擦來進行工作的。一般這種導軌也可以被叫做滑動摩擦導軌，因為它的支承導軌和滑塊之間主要是產(chǎn)生的滑動摩擦。這種導軌生產(chǎn)簡便，能夠承受很大的重力，有很高的抵抗震動的能力，而且它可以包容一定的外形差別，等等好處。它的不好的地方是是因為是滑動摩擦，所以它產(chǎn)生的阻力很大，損耗高。不過因為滑動導軌在機械產(chǎn)物中運用的很普遍，為了降低損耗，增加坐標位置的準確性，一般是選取用恰當?shù)膶к壊牧?，選用合適的熱處理與加工方式，可以選用好的鑄鐵，合金耐磨鑄鐵或鑄鋼導軌，導軌表面以滾動硬化，表面硬化，涂層鉻，鉬等方式，以增加導軌的耐磨性。還有，選用剛剛研發(fā)的工程塑料能夠符合導軌的低摩擦、耐磨、無匍匐的特性。
(2) 靜壓導軌。在兩個相對運動的導軌面之間，通入具有一定壓力的液壓油或氣體，并且在工作過程中，使其油腔或氣腔的壓力隨外載荷的變化而改變，就可以實現(xiàn)導軌面之間始終處于液體或氣體的摩擦狀態(tài)下運行。
靜壓導軌按運動介質分為液體靜壓導軌和氣體靜壓導軌。前者多用于中、大型機床和儀器，如磨床、鏜床、三坐標測量儀等;后者多用于精密、輕載、高速的精密機械和儀器上，如圖形發(fā)生器、自動繪圖機、三坐標測量機等。
(3) 滾動導軌。導軌之間的摩擦是滾動摩擦，導軌中間是放置在球、輥或針輥和滾動體，實現(xiàn)導軌沒有滑動的相對運動。這樣的導軌損耗低，使用壽命長，定位精度高，靈敏度高，運動穩(wěn)定，輕便靈活，低速無爬行，不過因為導軌面與滾動體之間是點或者面的形式接觸，因此抗振性能不行，接觸時產(chǎn)生的力大，對滾動體的尺寸和外形精度、導軌面的直線度等規(guī)則較高，部件之間繁雜，生產(chǎn)難度大，價格昂貴。它能夠在加工機構行動統(tǒng)一，行動敏銳和定位精度高的場所里使用，所以在高精密的機電一體化產(chǎn)物里使用很普遍。
3.4.2 導軌的選擇
綜上所述，本次設計我們選用滾動導軌。
根據(jù)本次畢業(yè)設計的原始數(shù)據(jù)，我們得到了滾動導軌的型號：
BM45-C2-1055.5-29-29-G2-V3/施耐博格
1.
2.
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.4.1.
3.4.2.
3.4.3. 導軌的安裝
數(shù)控機床的滾動導軌往往是一對一起用的，里面有一根是基準導軌，是給運動部件提供方向的；另一根為從動導軌，主要用于支承。
由于滾動導軌的平均誤差和實際誤差的移動部分通常只安裝了約三分之一的表面誤差。因此，它對安裝表面精度和表面粗糙度要求不高，因此，它對安裝基面的精度和表面粗糙度要求并不高，一般只需進行精銑或精刨加工，便可滿足要求[12]。
滾動導軌的導軌安裝一般可按照如下步驟進行。
（1）將滾動導軌貼緊安裝的側基準面，然后，輕微固定導軌的頂面螺栓，使得導軌的底面和支承面貼緊。
（2）側節(jié)調向定位螺釘、斜楔塊、壓板或定位銷，進行導軌的側向定位，使導軌的導向面貼緊側向基準面。
（3）從導軌的中心位置起手，根據(jù)穿插的次序向兩通過力矩扳手旋緊導軌頂面的安裝螺釘。
滾動導軌的滑塊安裝步驟通常如下：
（1）在滑動座座的平面上設置工作平臺，并將固定螺絲孔固定在安裝螺釘上。
（2）進行滑塊的側面定位，使滑塊的定位面貼緊安裝基準面。
（3）根據(jù)對角線的次序將滑塊上的安裝螺釘旋緊。
安裝完畢后，檢查導軌應在全行程內運行輕便、靈活，并檢查工作臺的直線度，平行度，使之符合要求。
第四章：系統(tǒng)結構計算
1
2
3
4
4.1 X軸向慣量匹配分析計算
由于需要讓進給系統(tǒng)的運動機構能夠很快的反應，一定要采用具有很高的加速能力的電動機。不過我們不能盲目要求大慣性，不然，它很好的把自己的優(yōu)勢給表現(xiàn)出來，會引起很大的損失。所以電機轉子慣量要和折算到電機軸上的慣量相符合。
根據(jù)文獻查的公式：
移動部件的慣量： （4-1）
轉動部件的慣量： (4-2)
有降速比時，各部件折算到電機軸上的慣量：
(4-3)
工作臺及螺母質量:
通過公式（4-1）得：
移動部件的慣量：
通過公式（4-2）得：
同步帶帶輪1轉動慣量：
同步帶帶輪2轉動慣量：
滾珠絲杠的轉動慣量：
通過公式（4-3）得：
滿足 的條件
所以該電動機慣量與負載慣量匹配。
4.2 X軸向轉矩匹配分析計算
電動機轉矩—轉速特性要和負載的機械特性相符合，來保證驅動系統(tǒng)能夠正常運行還能增加系統(tǒng)電能使用率。
由于數(shù)控機床對動態(tài)響應特性要求較高，所以電機的轉矩主要用來產(chǎn)生加速度。
（4-4）
Mamax——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩
Mf——折算到電機軸上的摩擦力矩
Mo——由絲桿預緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩
（4-5）
T——系統(tǒng)響應時間常數(shù)
nmax——電機最大轉速（r/min）
（4-6）
T為 ，KS為系統(tǒng)開環(huán)增益，KS值越大機床靈敏度越高，但KS值大到一定程度時，由于系統(tǒng)的靈敏度過高而使系統(tǒng)的運動部件慣量過大，從而影響定位精度。對一般數(shù)控機床取KS=8~25。本機床取KS=10。
根據(jù)以上公式計算X、Z向的加速力矩，忽略Mo、Mf的影響，
則： <
通過以上計算，本機床電機匹配合適。
4.3 X軸向進給力計算
我們可以通過對進給力的計算，來得出機床的最大切削力。
(4-7）
X向電機能夠提供的最大靜扭矩為9.55N×m，經(jīng)1:1.3降速，機械效率0.9，
則
4.4 X向滾珠絲杠與拉伸量的分析計算
為了減小機床在工作的時候絲杠因為熱變形對加工精度的影響，所以我們要對機床的絲杠采取預拉伸，而且這樣能夠增加剛度。
（4-8）
通過從前的事例，再想起絲杠也會由于別的因素從而產(chǎn)生影響，根據(jù)計算確定預拉伸量是0.0279mm。由于螺紋部分占總長的72.3%，所以確定絲桿的方向目標值為-0.0202mm。
公式（4-1）到（4-8）都是通過查找《機床設計手冊》第三冊1986年版[13]。
第五章：潤滑與防護
1.
2.
3.
4.
5.
5.1. 滾珠絲杠的潤滑與防護
對機床的滾珠絲杠必須有足夠的保護機構，因為某些細小的顆粒都會影響到絲杠工作的穩(wěn)定性，而且某些液體可能會妨礙絲杠的正常工作。對絲杠的防護機構有好幾種，如圖5.1。
圖5.1絲杠防護機構
要是要把裝絲杠的地方放在那些很多雜質不能進入的地方，那么就可以選取圖5-1（b）的方法來保護絲杠。密封分為接觸式和非接觸式。接觸式能夠讓那些材質較軟的密封圈，制造出能夠和放入滾道的外形，接觸式保護性能高，不過能提高絲桿的阻力。非接觸式普遍選用材料比較硬的，把它們做出和滾道完全不同的樣子。
我們可以用油或者脂潤滑對它來進行保養(yǎng)。油潤滑它的潤滑滾珠絲杠的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩種。油潤滑可以很快的幫助絲杠，對它進行保養(yǎng)，不過這種方法，對油的規(guī)定很高，必須非常干凈。脂潤滑這種方法使用非常簡便，而且保養(yǎng)了一次之后能夠有效很長時間。
1.
2.
3.
4.
5.
5.1.
5.2. 軸承的潤滑
軸承的潤滑。能夠降低摩擦，減少磨損，防止銹蝕。潤滑方式有脂潤滑和油潤滑，也有使用固體潤滑的。一般潤滑脂有鈣基潤滑脂與鈉基潤滑脂，且油脂充填量不應超過軸承空間的1/3～1/2。在高速、高溫下工作的軸承，宜采用油潤滑; 油粘度小，內摩擦阻力小，有冷卻作用，在整臺機器有集中供油裝置較為方便，否則油潤滑需要復雜的供油設備。
5.3. 導軌的潤滑與防護
5.3.1. 導軌的潤滑
1）導軌潤滑劑的作用
（1）導軌可以在液體摩擦的情況下移動，可減少摩擦阻力，降低驅動力，提高效率。
（2）降低導軌的損耗，消除導軌腐蝕。潤滑油也可以有清洗的功效。
（3）防止了低速重載的情況下出現(xiàn)爬行的情況，而且可以降低振動。
（4）減少高速運轉的時候產(chǎn)生的摩擦熱，降低熱變形。
2）機床導軌潤滑油的選擇
（1）如果又要潤滑油又要當作液壓油，又要當作導軌油，那么它就一定要同時滿足兩種油的要求。
（2）根據(jù)滑動的速度和平均壓力確定潤滑油的黏度。
（3）根據(jù)實際的使用來選擇潤滑油，可以參考國內外的例子。
1.
2.
3.
4.
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.3.1.
5.3.2. 導軌的防護
導軌的防護可以不讓鐵屑進入導軌等其他零部件，從而降低導軌副的損耗，使得導軌壽命得到延長。一般有以下幾種形式：如圖5.2
圖5.2 導軌常用防護罩
鋼制伸縮式導軌防護罩，能夠防止冷卻液、鐵屑和別的尖銳物品的進入導軌，降低了導軌損耗。而且這種防護罩能夠耐冷熱、耐磨損、不易腐蝕，運轉平穩(wěn)，沒有噪音，所以應用廣泛。所以本次設計中選用鋼制伸縮式導軌防護罩。
1
2
3
4
5
5.1
5.2
第六章 技術經(jīng)濟分析
1
2
3
4
5
6
6.1 技術成本分析的目的與意義
技術經(jīng)濟分析是一門以提高經(jīng)濟效益、推動技術進步為目的的學科，雖跨越了技術科學與經(jīng)濟科學兩個不同的領域，但卻有著很密切的關系，如果說技術的進步是一個國家經(jīng)濟快速發(fā)展的重要條件和手段，那么經(jīng)濟的發(fā)展則會成為技術進步的物質基礎。
技術經(jīng)濟是利用成本核算以及其他相關資料，分析成本（人力、物力、財力）的水平與構成的變化情況，用長遠的眼光去研究成本升降的各種因素及其變動原因，如在本次液壓送料支架設計過程中，通過對零件的材料、熱處理、加工工藝等的選擇去尋找提高經(jīng)濟效益的方法。成本分析是成本管理的重要組成部分，其作用是正確評價企業(yè)成本計劃的執(zhí)行結構，企業(yè)利用合理經(jīng)濟分析到了解產(chǎn)品的前期投入，洞察產(chǎn)品能否為公司帶來盈利，因此合理的成本分析是一家企業(yè)正確評價成本計劃的執(zhí)行結果，也是揭示成本升降變動的原因之一，為企業(yè)制定經(jīng)營決策時提供了很重要的依據(jù)。
成為一名合格的設計人員，在設計出相關的零件的同時，也能考慮到成本的因素，成本分析關乎到能否給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。
1
2
3
4
5
6
6.1
6.2 成本計算依據(jù)
按照零件的總量，求出所需的加工費用，就可以求得本課題設計的總成本。依據(jù)計算公式：
重量
工時費：主要件（主軸、法蘭盤、電機安裝板等）=材料費×8；一般件=材料費×（4~5）
（1）材料費的計算
由計算公式可得：45鋼毛坯重量=85.252Kg
（2）工時費的計算
主要的零件：主要的工時費用=289.52×8=2316.16元
一般的零件：一般的工時費用=4.79×4.5=21.56元
（3）
表 6.1 熱處理零件統(tǒng)計
序號
名稱
材料
熱處理要求
凈重（Kg）
1
墊圈
45
表面鍍鋅
0.93
2
墊塊
45
發(fā)藍
3.72
3
隔套
45
表面鍍鋅
3.3
4
套
45
發(fā)藍
0.03
表 6.2 目前熱處理的價格
序號
名稱
單價（元/Kg）
1
鍍鋅
1.1
2
發(fā)藍
1
3
淬火
1.5
因此熱處理加工費用為12.23元。
6.3 成本材料構成
6.3.1 非標準件
裝配圖中非標準件的統(tǒng)計，如表6.3所示；
表 6.3
序號
名稱
材料
數(shù)量
凈重（Kg）
1
隔圈
45
1
0.933
2
帶輪
鋁
1
2.181
3
套
45
4
0.181
4
塊
45
1
0.513
5
法蘭盤
45
2
10.53
6
端蓋
45
1
8.152
7
電機安裝板
45
1
53.81
目前，45鋼的價格為3400元/噸，45鋼總凈重：G=85.252Kg，非標準件購費：289.56元。
1
2
3
4
5
6
6.1
6.2
6.3
6.3.1
6.3.2 標準件外購費用
裝配圖中標準件的統(tǒng)計，如表6.4所示。
表 6.4
序號
名稱
規(guī)格
數(shù)量
單價（元/件）
1
螺釘
M6X20
M8X20
M10*30
M12X50
9
1
5
4
0.01
0.01
0.01
0.01
2
雙頭螺釘
M12*12
1
0.1
3
圓柱銷
M6X16
1
0.5
4
螺母
M3
M10
2
2
1
1
標準件的外購件費用為4.79元。
最終經(jīng)濟成本為2644.39元。
設計中，考慮到經(jīng)濟成本分析，再通過計算，有很大的好處?？梢愿鶕?jù)不同零件材料，它的加工工藝等合理的選型，降低零件的成本，提高性價比。這樣可以給企業(yè)的經(jīng)營模式產(chǎn)生正確性的引導作用，減少不必要的開支，提升整體經(jīng)濟水平，是至關重要的一個因素。不僅可以為進入企業(yè)之后的工作打下基礎，同時又能為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。
第七章 結 論
本次設計的課題是VH50數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)結構的設計，我事先查詢了跟課題有關的資料，然后在老師的指導下，完成了開題報告和外文翻譯。完成之后我對VH50數(shù)控立車X軸進給系統(tǒng)進行了結構分析和設計，確定了每個部件的選型，畫出CAD零件圖，最后完成了畢業(yè)設計說明書。相關的工作總結如下：
一、主要工作和結論
（1）熟悉了CAD、CAXA這兩種繪圖軟件，能夠熟練使用CAD、CAXA，進行零件圖的繪制。
（2）通過查閱《機床設計手冊》第三部，了解了機床進給系統(tǒng)的結構。為課題的完成打下了堅實的基礎。
（3）通過類比的方法，完成了對進給系統(tǒng)各部件的設計，并完成裝配圖的繪制。
（4）通過對課題的完成，了解了進給系統(tǒng)的結構，和各部件的作用，本次設計的進給系統(tǒng)是由伺服電機提供動力，再由同步齒形帶傳遞給滾珠絲杠，最后帶動工作臺移動。
二、存在的問題
由于個人水平有限，無法對進給系統(tǒng)的伺服電路系統(tǒng)進行設計，從而無法讓整個進給系統(tǒng)的機械結構部分和電路控制部分完全的配合起來，也就不知道中間是否還有別的問題需要改進。
三、發(fā)展展望
現(xiàn)在數(shù)控技術水平已經(jīng)變得越來越重要了，機床的發(fā)展都是需要數(shù)控技術水平的支持，現(xiàn)在市場上的機床交易額已經(jīng)越來越高了，而且高精度的機床可以代表一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化的水平。所以數(shù)控機床有很高的發(fā)展前景，能夠實現(xiàn)數(shù)控加工的自動化和高精度化，是現(xiàn)在數(shù)控機床的發(fā)展方向。
參 考 文 獻
1.李艷敏.現(xiàn)代機械加工中數(shù)控技術的應.價值工程，2014，21：1-3.
2.吳鳳和,劉成勛．數(shù)控車床的發(fā)展趨勢，制造技術與機床，2012，10：1-2.
3.陶曉杰.車床進給系統(tǒng).制造業(yè)自動化.2000,22(9)：2-2.
4.孫宏成， 易廣建， 靜毅昕.用伺服電機改造車床的進給系統(tǒng)，.MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE .004, 3：1-1.
5.徐鑫.數(shù)控進給伺服系統(tǒng)與驅動電機的發(fā)展及趨勢.裝備制造技術.2011,6：1-4.
6.陳罡，彭代波，馬蕾等.數(shù)控車床發(fā)展現(xiàn)狀研究.機械工程師.2007，1：1-4
7.錢平.伺服系統(tǒng).北京.機械工業(yè)出版社，2011.2:201.
8. 經(jīng)濤,王平雙.數(shù)控銑工、加工中心操作技術要領圖解.濟南.山東科學技術出版社.2010:258-282.
9. 王棟臣,李常峰.數(shù)控銑工(加工中心)操作技能實訓圖解.濟南.山東科學技術出版社.2007.
10.劉兆甲,王樹逵,張文明.數(shù)控銑工實際操作手冊.沈陽.遼寧科學技術出版社.2007: 53-58.
11.黃福麟,陶冉,海巖等.國內外軸承對照手冊.南京.江蘇科學技術出版社.2009:629-630.
12.龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機床設計典例.北京.機械工業(yè)出版社.2014,2:71
13.汪星橋，盛伯浩.機床設計手冊.北京.機械工業(yè)出版社.1986:510-520
14.王愛玲，武文革，辛志杰等.現(xiàn)代數(shù)控機床.北京.國防工業(yè)出版社，2011.8:256-279.
致 謝
畢業(yè)設計已經(jīng)快要結束了，在這三個月里，我從開始對課題的懵懵懂懂，到現(xiàn)在的了然于心，這中間的變化都是我的指導老師劉桂芝老師的功勞。每當我遇到困難的時候，劉老師總會細心的教導，教給我解決問題的辦法，授我以漁。
在老師的幫助下，我完成了開題報告和外文翻譯。后來老師又讓我們查詢了《機床設計手冊》，這本書讓我對整個課題的了解大大提高了，同時也完成了課題需要的設計計算。所以這里我要這向劉桂芝老師表示深深的感謝。
在做畢業(yè)設計的時候，我還遇到了很多問題，在經(jīng)過和同學的討論，和老師的指導下都解決了困難。在進行結構計算的時候，老師提供了許多參考資料，讓我們去查詢資料；在進行裝配圖設計的時候，老師為我講解了進給系統(tǒng)中各部件的作用，讓我能夠更好的完成裝配圖的設計
收藏