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湖 南 科 技 大 學
畢業(yè)設計（論文）任務書
機電工程學 院 機械設計制造及其自動化 系（教研室）
系（教研室）主任: （簽名） 2015 年 1 月 30 日
學生姓名: 李永青 學號: 1103010619 專業(yè): 機械設計制造及其自動化
1 設計（論文）題目及專題：立式加工中心橫向、縱向進給機構與床身設計
2 學生設計（論文）時間：自 2015年 1月30 日開始至 2015 年5月 25 日止
3 設計（論文）所用資源和參考資料：
①上一學期所搜集的相關文獻資料；
②相關教材及機械設計、工藝手冊；
③要求熟練使用AutoCAD、PRO/E繪圖軟件。
4 設計（論文）應完成的主要內(nèi)容：
① 分析確定立式加工中心的整體傳動方案；②橫向、縱向進給機構與床身結構的總體方案設計；③零部件的校核與設計相關的計算 ；④裝配圖的設計、零件工作圖的設計；⑤本設計的優(yōu)缺點分析 ；⑥典型零件加工工藝及圖形交互式（CAD/CAM）或手工數(shù)控程序編制 ；⑦編寫設計說明書；
5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求：
①零件圖、裝配圖（Pro/E或AutoCAD完成），折合0號圖3張；
②編寫的設計說明書不少于40頁 ；
③課題相關論文的翻譯（英譯中，不少于2000字）一篇 ；
典型零件的數(shù)控加工程序；
6 發(fā)題時間： 2015 年 1 月 30 日
指導教師： （簽名）
學 生： （簽名）
摘要
本文對所設計的立式加工中心作了比較詳盡的描述，主要內(nèi)容包括數(shù)控機床發(fā)展概況、立式加工中心總體設計、進給系統(tǒng)的設計及理論計算、床身與導軌設計和數(shù)控系統(tǒng)設計五個部分。
緒論部分介紹了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況，數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點，國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，立式加工中心的發(fā)展趨勢，伺服系統(tǒng)的特點，本次課題的設計的內(nèi)容、目的和方法。
立式加工中心的總體設計簡單介紹了此次設計的立式加工中心，給出了該加工中心的主要技術規(guī)格及參數(shù)，并對其主要結構進行了簡單的說明，并給出總體布局設計。理論計算部分包括了切削功率的計算，橫向和縱向進給中的滾珠絲桿副參數(shù)計算及選用，橫向和縱向進給中的導軌有關計算以及圓錐齒輪尺寸計算。
進給系統(tǒng)設計部分闡述了進給伺服系統(tǒng)的基本要求，進給傳動系設計的基本要求，重點說明了機械傳動部件的設計和進給機構的設計。
床身與導軌設計主要介紹了床身結構的要求，床身結構設計及導軌設計。
立式加工中心數(shù)控系統(tǒng)設計著重介紹了FUNAC 0數(shù)控系統(tǒng)，另外對所設計的典型數(shù)控程序進行了說明。
本文的最后是此次設計的總結。
關鍵詞：立式加工中心;滾珠絲;進給伺服系統(tǒng);數(shù)控系統(tǒng)
Abstract
In this paper, the design of vertical machining center made a more detailed description of the main contents include the development situation, vertical machining center CNC machine overall design, the design of feed system and the theoretical calculation, design of lathe bed and guide rail and numerical control system design of five parts.
The introduction part describes the present situation of the development of CNC system, CNC system, the advantages of the present situation of the numerical control system at home and abroad, the development trend of vertical machining center, the characteristics of the servo system, the design of this topic, purpose and the content of the method.
The overall design of a vertical machining center introduced the design of vertical machining center, presents the main technical specifications of the machining center and parameters, and its main structure is simple, and the overall layout design is given. Theoretical calculation of section includes the calculation of cutting power, horizontal and vertical feed vice parameter calculation and selection of ball screw, guide the relevant calculation of horizontal and vertical feed and cone gear size calculation.
Feed system design part expounds the basic requirements of servo system, the basic requirement of the feed drive system design, mainly illustrates the design of mechanical transmission components and the design of can feed mechanism.
Mainly introduced the structure of lathe bed lathe bed and guide rail design requirements of lathe bed and guide the structural design.
vertical machining center CNC system design FUNAC 0 CNC system are introduced, in addition to the designed to illustrate the typical CNC programs.
The end of this article is the summary of the design.
Keywords: Vertical machining center;ballscrew;servo-feeding system;numerical control system
湖 南 科 技 大 學
英文文獻翻譯
學 生 姓 名： 李永青
學 院： 機電工程學院
專業(yè)及班級： 機械設計制造及其自動化六班
學 號： 1103010619
指導教師： 萬林林
二零一五年 五月 二十八日
湖 南 科 技 大 學
畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ）
題目
立式加工中心橫向、縱向進給機構與床身設計
作者
李永青
學院
機電工程學院
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
學號
1103010619
指導教師
萬林林
二〇〇五 年 五 月 二十八日
湖 南 科 技 大 學
畢業(yè)設計（論文）任務書
院 系（教研室）
系（教研室）主任: （簽名） 年 月 日
學生姓名: 學號: 專業(yè):
1 設計（論文）題目及專題：
2 學生設計（論文）時間：自 年 月 日開始至 年 月 日止
3 設計（論文）所用資源和參考資料：
4 設計（論文）應完成的主要內(nèi)容：
5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求：
6 發(fā)題時間： 年 月 日
指導教師： （簽名）
學 生： （簽名）
湖 南 科 技 大 學
畢業(yè)設計（論文）指導人評語
[主要對學生畢業(yè)設計（論文）的工作態(tài)度，研究內(nèi)容與方法，工作量，文獻應用，創(chuàng)新性，實用性，科學性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進行綜合評價]
指導人： （簽名）
年 月 日
指導人評定成績：
湖 南 科 技 大 學
畢業(yè)設計（論文）評閱人評語
[主要對學生畢業(yè)設計（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究內(nèi)容與方法，實用性與科學性，結論和存在的不足等進行綜合評價]
評閱人： （簽名）
年 月 日
評閱人評定成績：
湖 南 科 技 大 學
畢業(yè)設計（論文）答辯記錄
日期：
學生： 學號： 班級：
題目：
提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會下列材料：
1 設計（論文）說明書 共 頁
2 設計（論文）圖 紙 共 頁
3 指導人、評閱人評語 共 頁
畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語：
[主要對學生畢業(yè)設計（論文）的研究思路，設計（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對設計（論文）的介紹，回答問題情況等進行綜合評價]
答辯委員會主任： （簽名）
委員： （簽名）
（簽名）
（簽名）
（簽名）
答辯成績：
總評成績：
湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文）
目錄
第一章 緒論 - 1 -
1.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史 - 1 -
1.2數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點 - 1 -
1.3國外數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀 - 1 -
1.4我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 - 3 -
1.4.1 數(shù)控技術狀況 - 3 -
1.4.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 - 4 -
1.5 伺服系統(tǒng)的特點 - 5 -
1.5.1信息載體 - 5 -
1.5.2計算機數(shù)控系統(tǒng) - 5 -
1.5.3伺服系統(tǒng) - 5 -
1.5.4機床 - 5 -
1.6 設計的內(nèi)容、目的和方法 - 7 -
第二章 立式加工中心總體設計 - 8 -
2.1設計目標 - 8 -
2.2機床的用途 - 8 -
2.3XH715D主要規(guī)格及技術參數(shù) - 8 -
2.4立式加工中心結構布局 - 10 -
2.6設計計算思路 - 11 -
第三章 與滾珠絲桿有關的理論計算 - 12 -
3.1橫向滾珠絲杠的計算及選擇 - 12 -
3.1.1 滾珠絲杠導程的確定 - 12 -
3.1.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 - 12 -
3.1.3 確定絲杠的等效負載 - 13 -
3.1.4 確定絲杠所受的最大動載荷 - 13 -
3.1.5 選擇滾珠絲杠型號 - 14 -
3.1.6計算行程補償值C和預拉伸力Ft - 15 -
3.1.7 校核 - 16 -
3.1.8 伺服電機計算 - 18 -
3.2 縱向滾珠絲杠的計算及選擇 - 19 -
3.2.1 滾珠絲杠導程的確定 - 19 -
I
3.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 - 19 -
3.2.3 確定絲杠的等效負載 - 20 -
3.2.4 確定絲杠所受的最大動載荷 - 20 -
3.2.5校核 - 21 -
3.2.6 伺服電機計算 - 22 -
3.2.7 電機的選擇 - 23 -
第四章 圓錐齒輪計算 - 24 -
第五章 導軌設計 - 26 -
5.1導軌簡介 - 26 -
5.2導軌設計 - 27 -
5.3 滾動直線導軌副的結構 - 28 -
5.4 滾動直線導軌副潤滑與防塵 - 28 -
5.4.1潤滑方式 - 28 -
5.4.2防塵措施 - 28 -
第六章 床身設計 - 30 -
6.1 床身結構的基本要求 - 30 -
6.2 床身結構設計 - 30 -
第七章 數(shù)控系統(tǒng)選擇 - 32 -
7.1FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡介 - 32 -
7.2FANUC公司數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品特點 - 33 -
7.3FANUC數(shù)控系統(tǒng)特點 - 34 -
第八章數(shù)控編程 - 35 -
第九章 結論 - 38 -
參考文獻 - 39 -
致 謝 - 40 -
附 錄 - 41 -
第一章 緒論
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史
1949年美國帕森公司首先提出了機床數(shù)字控制的概念。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)——電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20世紀50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)——晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術的發(fā)展，1965年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)——集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng)——小型計算機數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計算機以其無法比擬的性能價格比滲透各個行業(yè)，1974年，第五代數(shù)控系統(tǒng)——微型計算機數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應用一個或多個計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)。綜上所述，由于微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎5年左右時間就更新?lián)Q代一次[1]。
1.2數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點
1）、 環(huán)保、無污染。因為不會有油污及霧氣噴出，周圍環(huán)境不受污染；
2)、 供油精確?？梢酝ㄟ^增加調(diào)節(jié)閥，將油按照不同的需要輸送到主軸及絲杠等潤滑點；
3)、 不存在高粘度潤滑油霧化困難的問題；適合于任何油品；
4)、 自動檢測及監(jiān)控。可以檢測潤滑油是否正常，如果潤滑不良，可以報警停機，避免設備非正常運轉(zhuǎn)。
5)、 特別適用于主軸的滾動軸承，具有一定的空氣冷卻效果，可降低軸承的運行溫度，從而延長主軸的使用壽命；
6)、 耗油量小，節(jié)約成本。
1.3國外數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控機床涌現(xiàn)至今的60年,隨科技、特別是微電子、盤算機技巧的前進而不斷發(fā)展。美、德、日三國事當今世上在數(shù)控機床科研、設計、制作和應用上,技巧最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會前提不同,各有特點。美國的特點是,政府器重機床工業(yè),美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務和供給充分的經(jīng)費,且網(wǎng)羅世界人才,特別講究“效率”和“創(chuàng)新”,重視基礎科研。因而在機床技巧上不斷創(chuàng)新,如1952年研制降生界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成fms、1987年開創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國起首聯(lián)合汽車、軸承生產(chǎn)需求,充分發(fā)展了大批大批生產(chǎn)主動化所需的主動線,而且電子、盤算機技巧在世界上領先,因此其數(shù)控機床的主機設計、制作及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實,且一貫器重科研和創(chuàng)新,故其高性能數(shù)控機床技巧在世界也一直領先。當今美國不僅生產(chǎn)宇航等應用的高性能數(shù)控機床,也為中小企業(yè)生產(chǎn)便宜實用的數(shù)控機床(如haas、fadal公司等)。其存在的教訓是,著重於基礎科研,疏忽利用技巧,且在上世紀80代政府一度放松了領導,致使數(shù)控機床產(chǎn)量增長緩慢,於1982年被落后的日本超過,并大批進口。從90年代起,糾正過去傾向,數(shù)控機床技巧上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?產(chǎn)量又逐漸上升。
德國政府一貫器重機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位,在多方面大力扶植。特別講究“實際”與“實效”,保持“以人為本”,師徒相傳,不斷前進人員素質(zhì)。在發(fā)展大批大批生產(chǎn)主動化的基礎上,於1956年研制出第一臺數(shù)控機床后,一直保持實事求是,講究科學精力,不斷穩(wěn)步前進。德國特別重視科學實驗,理論與實際相聯(lián)合,基礎科研與利用技巧科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作,對用戶產(chǎn)品、加工工藝、機床布局結構、數(shù)控機床的共性和特征問題進行深入的研究,在質(zhì)量上千錘百煉。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進實用、貨真價實,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別器重數(shù)控機床主機及配套件之先進實用,其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功效部件,在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)和heidenhain公司之精密光柵,均為世界馳名,競相采用。
日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常器重,通過方案、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)領導發(fā)展。在器重人才及機床元部件配套上學習德國,在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技巧上學習美國,甚至青出於藍而勝於藍。日本也和美、德兩國類似,充分發(fā)展大批大批生產(chǎn)主動化,繼而全力發(fā)展中小批柔性生產(chǎn)主動化的數(shù)控機床。
自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后,1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺),至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺,出口27,409臺,占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng),先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床,大批出口,占逝世界寬大市場。在上世紀80年代開端進一步加強科研,向高性能數(shù)控機床發(fā)展。在策略上,起首通過學習美國全面質(zhì)量管理(tqc),變?yōu)槁毠ぷ杂X群體運動,保產(chǎn)品德量。進而加速發(fā)展電子、盤算機技巧,進入世界前列,為發(fā)展機電一體化的數(shù)控機床開道。日本在發(fā)展數(shù)控機床的過程中,狠抓要害,突出發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)。日本fanuc公司戰(zhàn)略正確,仿創(chuàng)聯(lián)合,針對性地發(fā)展市場合需各種低中高級數(shù)控系統(tǒng),在技巧上領先,在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人,科研人員超過600人,月產(chǎn)能力7,000套,銷售額在世界市場上占50%,在國內(nèi)約占70%,對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大增進作用。中國數(shù)控機床現(xiàn)狀及發(fā)展中的重要問題，數(shù)控機床的現(xiàn)狀目前,中國機床工業(yè)廠多人眾。2000年,金切機床制作廠約358家(20.6萬人),成形機床制作廠191家(約6.5萬人),共計549家(27.1萬人)。其中生產(chǎn)數(shù)控金切機床的約150家,生產(chǎn)數(shù)控成形機床的約30家,共計約180家,占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機床產(chǎn)量19.2萬臺,內(nèi)數(shù)控金切機床17,521臺,約占9%。
國外數(shù)控車床無論是在設計水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。機械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設計有專門的標準，設計規(guī)范合理，配套齊全，標牌標示清楚齊全，使用的元器件質(zhì)量，故障率低；新技術的應用及時并且領先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低[2]。
1.4我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.4.1 數(shù)控技術狀況
目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過渡的關鍵時期，也是由封閉型向開放型過渡的時期。
我國數(shù)控系統(tǒng)在技術上已趨于成熟，在重大關鍵技術(包括核心技術)，已達到國際先進水平。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關鍵技術。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標聯(lián)動技術對我們已不再是難題，0.1當量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于PC機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高，MPBF值可以在15000h以上。同時大部分數(shù)控機床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過60%。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎[1]。
我國進行改革開放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進的機床制造國家進行技術交流，并通過引進技術，到80年代初，國產(chǎn)數(shù)控機床進入實用化階段，1991年數(shù)控機床的產(chǎn)值數(shù)控化率為14．3％，到1997年數(shù)控機床產(chǎn)值數(shù)控化率為24．5％。目前，我國數(shù)控機床(包括經(jīng)濟型機床)品種約有500個[2]。
但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設計、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準停不好；安全性較差，軟硬件保護功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設計方面不規(guī)范，不符合國標，比如使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設計思想；程序設計方面缺乏標準，不規(guī)范，邏輯性不強，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標牌線號不清，圖紙與實物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電
器、接近開關等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強，多品種生產(chǎn)困難。而國外數(shù)控車床無論是設計水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。機械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設計有專門的標準，設計規(guī)范合理，配套件齊全，標牌標示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術的應用及時領先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低[3] 。
1.4.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
立式加工中心主要的用戶層面為,以看好的汽車零部件行業(yè)為首，還有模具、飛機、醫(yī)療設備、IT、光學、設備等行業(yè)。在飛機制造業(yè)因絕大多數(shù)加工件為多品種、小批量的產(chǎn)品，因此五軸加工機為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機枝零部件、半導體模具等行業(yè)也具有需求潛力。各生產(chǎn)廠家面對預期需求擴大的飛機、模具、半導體等行業(yè)，正在抓緊開發(fā)五軸加工機。和幾年前的以生產(chǎn)一般零部件為主的立式加工中心形成鮮明對比的是，突出以加工模具為主的設備方案不斷從廠家出現(xiàn)，由此可明顯地看出對高速、高效、高品位加工的需求正在增加。針對高精度加工，一些廠家比較注重研制對不易切削材質(zhì)搞重切削加工的機型。同時，以減少工件更換時間和集中工序為目的的復合化加工技術也在不斷創(chuàng)新。為進一步提高效率，有些廠家正在嘗試在立式加工中心的控制軸方面再加上l~2個軸，形成五軸控制，這樣對于形狀復雜的工件和自由曲面等工件都可完成一次裝卡加工。在產(chǎn)品開發(fā)方面，由于用戶的要求更加嚴格，不得不在保持低價位的同時不斷追求高性能的技術。由于正在加快適應環(huán)保要求的新技術開發(fā)，因此，更加需要可以調(diào)整品種、數(shù)量的可形成柔性線結構的設備?，F(xiàn)在干式切削也在研制之中，如已經(jīng)出現(xiàn)的使用高純度氮氣的干式加工系統(tǒng)，以氧化來控制精度變化。同時為改善作業(yè)環(huán)境、提高經(jīng)濟效率，對于切屑的處理也采用了易于回收的方式。隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應用領域日益擴大。為了滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。
1.5 伺服系統(tǒng)的特點
數(shù)字控制，是一種自動控制技術，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控機床是典型的數(shù)控化設備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分組成。
1.5.1信息載體
信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機床上加工一個零件所必需的各種信息，以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計算機上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級的數(shù)控系統(tǒng)可能還包含一套自動編程機或者CAD/CAM系統(tǒng)。
1.5.2計算機數(shù)控系統(tǒng)
計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計算和處理后去控制機床的動作。它由硬件和軟件組成。硬件除計算機外，其外圍設備主要包括光電閱讀機、CRT、鍵盤、面板、機床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為：機床主運動、機床的進給運動、刀具的選擇和刀具的補償、其它輔助運動等。
1.5.3伺服系統(tǒng)
它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機構和機床移動部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設備運動。伺服電動機可以是步進電機、電液馬達、直流伺服電機或交流伺服電機。
1.5.4機床
它是用于完成各種切削加工的機械部分，是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的，但也做了很多改進和提高，它的主要特點是：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結構得到了簡化，傳動鏈較短；為了適應數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結構具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導軌等；不少數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率[1]。
數(shù)控機床集中了傳統(tǒng)的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優(yōu)點，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅(qū)動特性的改善以及功能的擴大，為此數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。
伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自CNC裝置的進給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復雜的機械運動，加工出所要求的復雜形狀工件。
進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。它包含機械、電子、電機(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當高的技術性能指標的控制系統(tǒng)，的確是一個相當復雜的任務。提高伺服系統(tǒng)的技術性能和可靠性，對于數(shù)控機床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關鍵技術之一。
數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結構如下圖所示：
由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。
伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求：
1）、 從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。
2）、電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。
3）、為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。
4）、電機應能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。
隨著微電子技術、計算機技術和伺服控制技術的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高[4]。
圖1.1 伺服系統(tǒng)結構圖
1.6 設計的內(nèi)容、目的和方法
本次設計的內(nèi)容是機床總體方案設計及總體布局圖繪制、縱向及橫向進給機構的理論計算、結構設計及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)設計、典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料文獻翻譯，并撰寫畢業(yè)設計論文。
設計的目的是培養(yǎng)綜合運用基礎知識和專業(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)工程技術和科學研究工作的基本訓練，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練和提高，培養(yǎng)正確的設計思想、嚴肅認真的科學態(tài)度，加強團隊合作精神。
在設計中，先通過參觀及查閱等了解有關系統(tǒng)的工作原理，作用及結構特點。選擇合適的算法，根據(jù)計算結果查閱手冊，得出相關的結構或零件。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進性。最后，完成硬件連接設計，編制典型零件的車削程序，撰寫說明書。
第二章 立式加工中心總體設計
2.1設計目標
機床結構可以布置成臥式、立式、倒立式及斜置式等，根據(jù)設計任務——此次設計內(nèi)容為XH715D立式加工中心。
2.2機床的用途
??XH715D立式加工中心機床，是吸收國外先進制造技術，經(jīng)過多次改進升級的產(chǎn)品。該產(chǎn)品工藝手段成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，技術指標和軟硬件配置均處于國內(nèi)先進水平。采用三維同步設計 ，F(xiàn)EM有限元分析等一流研發(fā)手段，擁有自主知識產(chǎn)權。
??XH715D是工作臺不升降，十字滑座型的立式加工中心?？梢詫崿F(xiàn)三坐標聯(lián)動控制，進行直線和圓弧插補的運動。
??適用于小型零件如板件、盤件、殼體、模具等復雜零件的切削加工。
2.3XH715D主要規(guī)格及技術參數(shù)
表2.1
產(chǎn)品型號
單位
XH715D
工作臺
工作臺尺寸? (長×寬)
mm
1200×500
工作臺最大承重
kg
800
T型槽??（個數(shù)-寬度×間距）
個－mm
5-18×100
加工范圍
工作臺左右行程?(X?軸）?????????????????
mm
880
工作臺前后行程 (Y 軸）??????????????????
mm
500
主軸箱上下行程 (Z軸)??????????????????
mm
610
主軸端面至工作臺面距離???????????????
mm
125～735
主軸中心至立柱導軌面距離?????????????
mm
578
主軸
主軸電機功
率及扭矩
配FANUC -β8
kw
7.5/11
Nm
35.8/70.03
主軸轉(zhuǎn)速范圍
rpm
60～8000
主軸錐孔
?
ISO NO.40
刀具
刀柄型號
?
MAS403 BT40(45°)
拉釘型號
?
MAS403 P40T－1
進給
快速移動速度:X/Y/Z軸
mm/min
20000
進給速度:X/Y/Z軸
mm/min
5～5000
進給電
機扭矩
配FANUC系統(tǒng)時：X/Y/Z軸
Nm
6
定位精度
GB/T 20957.4-2007
X/Y/Z軸
mm
0.016/0.01/0.013
JISB6330
X/Y/Z軸
mm
±0.005/300
重復定
位精度
GB/T 20957.4-2007
X/Y/Z軸
mm
0.011/0.008/0.01
JISB6330
X/Y/Z軸
mm
±0.003
反向差值
X/Y/Z軸
mm
0.005
刀庫
刀庫容量
?
24把機械手
換刀方式
?
隨機地址
換刀時間(T-T)
?
3″
刀具最大尺寸
mm
φ100×350
刀具最大重量
Kg
8
滾珠絲杠尺寸:X/Y/Z軸
mm
φ40×10
機床重量
Kg
8500
電氣總?cè)萘?
KVA
35
機床輪廓尺寸
mm
2100×2000×3100
2.4立式加工中心結構布局
?立式加工中心是指主軸軸心線為垂直狀態(tài)設置的加工中心，其結構形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，具有3個直線運動坐標（沿X、Y、Z軸方向），適合加工盤類零件如在工作臺上安裝一個水平軸的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，就可用于加工螺旋線類零件。
圖2.1立式加工中心結構布局
1、主軸箱；2、刀庫；3、工作臺；4、床身；5、縱向進給主軸電機； 6、電器柜；7、控制臺；8、橫向進給主軸電機；9、主軸電機；10、立柱；11垂直進給主軸電機
2.6設計計算思路
數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機床主體的重要部分，在設計中，在伺服方式上選擇最廣泛應用的半閉環(huán)方式。采用螺旋傳動，計算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進行絲杠的校核并進行精度等驗算，根據(jù)計算的扭矩選擇伺服電機。
第三章 與滾珠絲桿有關的理論計算
滾珠絲杠螺母副傳動有許多的優(yōu)點，因而在當代數(shù)控機床進給伺服機構中得到廣泛應用。為滿足數(shù)控機床高進給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進行必要的校核計算。滾珠絲杠的選擇包括其精度選擇、尺寸規(guī)格、支撐方式等幾方面的內(nèi)容。滾珠絲杠副的承載能力用額定動載荷和額定靜載荷來表示，在加工中心的設計中一般按額定動載荷來確定滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，對細長而又承受壓縮載荷的滾珠絲杠要校核壓桿穩(wěn)定性校核；對轉(zhuǎn)速高、支撐距離大的滾珠絲杠副要校核臨界轉(zhuǎn)速；對精度要求高的滾珠絲杠則要進行剛度校核。
3.1橫向滾珠絲杠的計算及選擇
3.1.1 滾珠絲杠導程的確定
在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為，設電機的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導程為：
(3.1)
，取
式中，為工作臺最高移動速度（mm/min）,這里取20000mm/min；
為電機最高轉(zhuǎn)速（r/min）；i為傳動比。
3.1.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速
(3.2)
由公式(3.2),最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：
最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：
絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 ）
(3.3)
，——轉(zhuǎn)速，作用下的時間(s)。
3.1.3 確定絲杠的等效負載
工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.11.5，現(xiàn)取為1.1，則絲杠所受的力為：
(3.4)
其等效負載可按下式估算
（取 ）：
t1，t2——軸向載荷，作用下的時間(s)。
n1，n2——軸向載荷，作用下的轉(zhuǎn)速(r/min)。
(3.5)
3.1.4 確定絲杠所受的最大動載荷
(3.6)
fw——負荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當一般運轉(zhuǎn)時，fw 為1.21.5，取fw=1.5。）
ft——溫度系數(shù)；（查表：）
fh——硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度≥HRC58時，fh=1。）
fa——精度系數(shù)；（查表：當精度等級為3時，fa=1.0。）
fk——可靠性系數(shù)；(查表：可靠性為90%時，fk =1.00。)
Fm——等效負荷(N)；
nm——等效轉(zhuǎn)速(r/min)；
Tn——工作壽命(h)。（查表得：數(shù)控機床：Th=15000。）
由公式(3.6)
3.1.5 選擇滾珠絲杠型號
由《機械設計手冊》查表可得,選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型，型號： CDM4010-3-P3。絲杠公稱直徑為φ40mm，基本導程，其額定動載荷，額定靜載荷，循環(huán)列數(shù)2X1.5X2,絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑32.4mm，取絲杠的精度為3級。在本設計中采用雙螺母墊片預緊[9]。
本設計中絲杠采用兩端固定的支承方式。選用成對絲杠專用軸承組合。
滾珠絲杠支承用專用軸承：
軸承特點：
1）、 剛性大。由于采用特殊設計的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60°軸向剛性大。
2）、不需要預調(diào)整。對每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號（＞）排列后，裝緊即可。
3）、 起動力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動力矩小。
為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式。（DF、DFD、DFF等）
3.1.6計算行程補償值C和預拉伸力Ft
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拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設計中采用兩端固定的支承方式。
考慮到絲桿運轉(zhuǎn)過程中溫升對絲桿副導程精度的影響，在精度要求較高的場合，應對滾珠絲桿副適當?shù)念A拉伸。對預拉伸的滾珠絲桿副規(guī)定目標行程值C，并計算預拉伸力
（3.11）
式中，C—行程補償值(μm)；
—溫度變化值；
—絲桿的線膨脹系數(shù)/度；
—滾珠絲桿副的有效行程（mm）
取
（3.12）
（3.13）
式中，—預拉伸力（N）；
—滾珠絲桿螺紋底徑（mm）；
—楊氏彈性模量（N/mm）；
—滾珠絲桿溫升；
取
則，=4094N
3.1.7 校核
（1） 臨界壓縮負荷校核
臨界壓縮負荷按下式計算[11]：
(3.7)
式中 E——材料的彈性模量E鋼=2.1×1011(N/m2)；
L0——最大受壓長度(m)；
K1——安全系數(shù)，取K1=1/3；
Fmax——最大軸向工作負荷(N)；
f1——絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙推——雙推時，f1=4，f2=4.730)
I——絲杠最小截面慣性矩(m4)：
(3.8)
式中 d0——絲杠公稱直徑(mm)；
dw——滾珠直徑(mm)。
余程 ， 安全行程 ， 螺母長度
絲杠螺紋部分長度，
絲杠全長
受壓長度
由公式(3.7)
可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。
（2）臨界轉(zhuǎn)速校核
(3.9)
式中 A——絲杠最小橫截面：
——臨界轉(zhuǎn)速計算長度：
取 ，
——安全系數(shù)，一般取 ；
——材料的密度：；
——絲杠支承方式系數(shù)，查表得，
（3）剛度校核
1) 傳動系統(tǒng)剛度計算
（3.10）
式中，—滾珠絲桿副的拉壓剛度；
—兩支承間的距離
當時（即處在兩支承的中點時）剛度最小
當時（在行程兩端處）剛度最大
2) 傳動系統(tǒng)剛度驗算
（3.11）
（3.12）
則摩擦死區(qū)誤差 （3.13）
滿足要求。
式中，—滾珠絲桿支承軸承的軸向剛度；
—滾珠絲桿副滾珠與滾道的接觸剛度；
—機床空載時導軌上的靜摩擦力。
3.1.8 伺服電機計算
根據(jù)文獻[11]，扭矩的計算為：
（1）理論動態(tài)預緊轉(zhuǎn)矩
查表知3級滾珠絲杠 ， 而
(3.14)
（2）最大動態(tài)摩擦力矩
對于3級滾珠絲杠，，
(3.15)
（3）啟動轉(zhuǎn)矩
（F為導軌摩擦力）
（4）驅(qū)動最大負載所耗轉(zhuǎn)矩
(3.16)
根據(jù)以上計算的扭矩，再結合適應FUNAC 0數(shù)控系統(tǒng)的電機，選擇電機型號為ALPHA5.
3.2 縱向滾珠絲杠的計算及選擇
3.2.1 滾珠絲杠導程的確定
在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為，設電機的最高工作轉(zhuǎn)速為，則由公式(3.1)可得絲杠導程為：
， 取
3.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速
由公式(3.2) ，最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：
最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：
由公式(3.3) ，絲杠等效轉(zhuǎn)速為：
3.2.3 確定絲杠的等效負載
取滑動導軌摩擦系數(shù)為0.025，則絲杠所受的力為：
(3.17)
其等效負載可按公式(3.5)估算：
3.2.4 確定絲杠所受的最大動載荷
由公式(3.6)得：
查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型，型號： CDM4010-2.5。絲杠公稱直徑為φ40mm，基本導程，其額定動載荷，額定靜載荷，循環(huán)列數(shù)1X2.5X2,絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑32.4mm，螺母長度為137mm，取絲杠的精度為3級。在本設計中采用雙螺母墊片預緊。
3.2.5校核
（1) 臨界壓縮負荷
軸向固定的長絲杠在承受壓縮負荷時，應驗算其壓桿穩(wěn)定性。臨界壓縮負荷按公式(3.7)(3.8)計算：
絲杠螺紋部分長度，取
絲杠全長
可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。
(2) 臨界轉(zhuǎn)速
由公式(3.9)
取 ，
滿足要求。
(3)傳動精度計算
傳動系統(tǒng)剛度驗算
（3.18）
（3.19）
則摩擦死區(qū)誤差 （3.20）
3.2.6 伺服電機計算
扭矩的計算
(1)理論動態(tài)預緊轉(zhuǎn)矩
查表知3級滾珠絲杠 ， 而
由公式
(2)最大動態(tài)摩擦力矩
對于3級滾珠絲杠，，由式(3.18)
(3)驅(qū)動最大負載所耗轉(zhuǎn)矩
由公式
3.2.7 電機的選擇
根據(jù)以上計算的扭矩銑削功率，及適應FUNAC0 數(shù)控系統(tǒng)的電機，選擇電機型號為ALPHA5。
第四章 圓錐齒輪計算
齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦。圓錐速度可達200M/S。本說明書主要應用圓錐齒輪起到換向作用。
傳動比 模數(shù) 齒數(shù)
分度圓錐角 （4.1）
分度圓直徑 （4.2）
錐距 （4.3）
齒寬系數(shù)
齒寬 （4.4）
（圓整）
齒頂高 （4.5）
齒根高 （4.6）
齒高 （4.7）
齒頂圓直徑 （4.8）
齒根角 （4.9）
齒頂角
頂錐角 （4.10）
根錐角 （4.41）
齒頂間隙 （4.12）
分度圓齒厚 （4.13）
第五章 導軌設計
5.1導軌簡介
車床的導軌可分為滑動導軌和滾動導軌兩種。滑動導軌具有結構簡單、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。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。在動導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用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機床的動導軌上。塑料導軌可與淬硬的鑄造鐵支承導軌和鑲鋼支承導軌組成對偶摩擦副。
機床導軌的質(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。導軌的功用是導向和承載。車床的床身導軌屬于進給導軌，進給運動導軌的動導軌與支承的靜導軌之間的相對運動速度較低。
直線運動滑動導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。由于矩形導軌制造簡單，剛度高，承載能力大，具有兩個相垂直的導軌面。且兩個導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，克服了矩形導軌側(cè)面磨損不能自動補償?shù)娜毕?，使其導向性更好?
圖5.2為雙矩形導軌。這種導軌的剛度高，當量摩擦系數(shù)比三角形導軌低，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，動導軌貼塑料軟帶，是滑動導軌的主要形式。矩形導軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進行調(diào)整。圖5.3中（a）由一條導軌的兩側(cè)導向，稱為窄式組合；圖（b）分別由兩條導軌的左、右側(cè)面導向，稱為寬式組合。導軌受熱膨脹時寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時應留較大的側(cè)向間隙，因而導向性較差。所以，雙矩形導軌窄式組合比寬式用得更多一些。
圖 5.1 雙矩形導軌
圖5.2 雙矩形導軌的兩種形式
鑲條是用來調(diào)整矩形導軌和燕尾導軌的側(cè)隙，以保證導軌面的正常接觸。鑲條應放在導軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導軌面的間隙和承受顛覆力矩。如圖5.4，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。這種方式構造簡單，應用較多，但調(diào)整時比較麻煩]。
圖5.4 鑲條測隙調(diào)整
5.2導軌設計
導軌的功用是承受載荷和導向，本機床的縱向進給和橫向進給系統(tǒng)中都選用了精密滾動直線導軌，這種導軌具有優(yōu)良的以下性能：
1). 導向精度高；
2). 承載能力大，剛度好；
3). 精度保持性好；
4). 運動平穩(wěn)；
5). 動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度；
6). 能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度；
7). 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度
5.3 滾動直線導軌副的結構
滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。
圖5.5 滾動直線導軌副結構
5.4 滾動直線導軌副潤滑與防塵
5.4.1潤滑方式
?與滑動導軌相比，滾動直線導軌副需油量少且給油周期長。但是，如果在無潤滑狀態(tài)時使用，滾動接角部的磨損將增加，壽命將減少，因此必須有適當?shù)臐櫥绞健?
當滾動直線導軌副運行速度為高速時(V≥15m/min)，推薦使用20號機械油，定期潤滑或接油管強制潤滑。低速時(V<15m/min)，推薦使用鋰基潤滑脂進行潤滑。
JSA型滾動直線導軌副通過返向器端的注油杯口注入潤滑油脂。油脂經(jīng)過返向器內(nèi)的油道而流到鋼球返回溝槽，然后由于鋼球的無限循環(huán)而實現(xiàn)整體潤滑。
5.4.2防塵措施
當滑動運動時，在滑塊運動方向的后方將形成負壓區(qū)域，這樣將吸入塵埃。吸入的塵埃積累在導軌的固定螺釘內(nèi)以及導軌面上，使?jié)L動直線導軌的壽命急劇下降。
為了保證其使用壽命，必須采取適當?shù)拇胧?
1).采用密封端蓋和密封底片，以防止塵埃、雜物進入滑塊內(nèi)部。
2).為防止雜物聚集在導軌固定螺釘孔穴而混入滑塊中，使用螺孔帽將其封閉。螺孔帽選用耐油及耐磨損的優(yōu)質(zhì)合成橡膠，以保證充分的使用壽命。
3).采用拆疊式或伸縮板式防護罩，加以保護，防止污物侵蝕[16]。
第六章 床身設計
機床的床身是整個機床的基礎支承件，一般用來放置導軌、箱體等重要部件，導軌的功用是承受載荷和導向，床身對整個機床的剛度有很大的影響，導軌對機床的精度、平穩(wěn)性有很大的影響，因此這部分也是重要的環(huán)節(jié)[12]。
6.1 床身結構的基本要求
為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應有更高的靜、動剛度，更好的抗振性。對數(shù)控機床床身主要在以下3個方面有更高的要求：
（1）很高的精度和精度保持性
在床身上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要能長時間保持。另外，機床在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身上的受力很復雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝性等方面的技術要求。
（2）應具有足夠的靜、動剛度
靜剛度包括：床身的自身機構剛度、局部剛度和接觸剛度，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度——質(zhì)量比。
動剛度直接反映機床的動態(tài)特性，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動而產(chǎn)生的噪聲。
（3）較好的熱穩(wěn)定性
對數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題，必須在設計上要作到使整機的熱變形小，或使熱變形對加工精度的影響較小。
6.2 床身結構設計
根據(jù)數(shù)控機床的類型不同，床身的結構形式有各種各樣的形式。本機床采用了T型床身設計，是由橫置的前床身（亦叫橫床身）和與它垂直的后床身（亦叫縱床身）組成，并采用了整體式床身設計，這樣的床身剛性和精度保持性都比較好。前床身為箱體結構，并采用了合理的對角筋板結構，這樣可以使床身在較小的質(zhì)量下獲得較高的靜剛度和適當?shù)墓逃蓄l率。床身還采用了封砂結構，將泥砂留在鑄件中不清除，利用砂粒良好的吸振性能，可以提高結構件的阻尼比，有明顯的消振作用。封砂結構降低了床身的重心，有利于床身結構的穩(wěn)定性，還可以提高床身結構的靜剛度、抗彎和抗扭剛度。
第七章 數(shù)控系統(tǒng)選擇
7.1FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡介
FANUC公司創(chuàng)建于1956年，1959年首先推出了電液步進電機，在后來的若干年中逐步發(fā)展并完善了以硬件為主的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。進入70年代，微電子技術、功率電子技術，尤其是計算技術得到了飛速發(fā)展，F(xiàn)ANUC公司毅然舍棄了使其發(fā)家的電液步進電機數(shù)控產(chǎn)品，一方面從GETTES公司引進直流伺服電機制造技術。1976年FANUC公司研制成功數(shù)控系統(tǒng)5，隨時后又與SIEMENS公司聯(lián)合研制了具有先進水平的數(shù)控系統(tǒng)7，從這時起，F(xiàn)ANUC公司逐步發(fā)展成為世界上最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品日新月異，年年翻新。
1979年研制出數(shù)控系統(tǒng)6，它是具備一般功能和部分高級功能的中檔CNC系統(tǒng)，6M適合于銑床和加工中心；6T適合于車床。與過去機型比較，使用了大容量磁泡存儲器，專用于大規(guī)模集成電路，元件總數(shù)減少了30%。它還備有用戶自己制作的特有變量型子程序的用戶宏程序。
1980年在系統(tǒng)6的基礎上同時向抵擋和高檔兩個方向發(fā)展，研制了系統(tǒng)3和系統(tǒng)9。系統(tǒng)3是在系統(tǒng)6的基礎上簡化而形成的，體積小，成本低，容易組成機電一體化系統(tǒng)，適用于小型、廉價的機床。系統(tǒng)9是在系統(tǒng)6的基礎上強化而形成的具備有高級性能的可變軟件型CNC系統(tǒng)。通過變換軟件可適應任何不同用途，尤其適合于加工復雜而昂貴的航空部件、要求高度可靠的多軸聯(lián)動重型數(shù)控機床。
1984年FANUC公司又推出新型系列產(chǎn)品數(shù)控10系統(tǒng)、11系統(tǒng)和12系統(tǒng)。該系列產(chǎn)品在硬件方面做了較大改進，凡是能夠集成的都作成大規(guī)模集成電路，其中包含了8000個門電路的專用大規(guī)模集成電路芯片有3種，其引出腳竟多達179個，另外的專用大規(guī)模集成電路芯片有4種，厚膜電路芯片22種；還有32位的高速處理器、4兆比特的磁泡存儲器等，元件數(shù)比前期同類產(chǎn)品又減少30%。由于該系列采用了光導纖維技術，使過去在數(shù)控裝置與機床以及控制面板之間的幾百根電纜大幅度減少，提高了抗干擾性和可靠性。該系統(tǒng)在DNC方面能夠?qū)崿F(xiàn)主計算機與機床、工作臺、機械手、搬運車等之間的各類數(shù)據(jù)的雙向傳送。它的PLC裝置使用了獨特的無觸點、無極性輸出和大電流、高電壓輸出電路，能促使強電柜的半導體化。此外PLC的編程不僅可以使用梯形圖語言，還可以使用PASCAL語言，便于用戶自己開發(fā)軟件