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畢業(yè)設計(論文)
XK5036數(shù)控立式銑床總體及
橫向進給傳動機構設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
從研究銑床著手，借鑒國內外先進經驗，設計了一臺XK5036數(shù)控立式銑床，滿足了生產和設計的要求。XK5036數(shù)控立式銑床整個銑床主要包括橫縱向進給機構、垂直進給機構、立柱、橫梁、底座、工作臺等主要組部件。其中所有進給機構均采用滾珠絲杠進行傳動，并由伺服電機進行驅動。主軸箱安裝在門架上，運用類比法自行設計了滾珠絲杠螺母副的制動裝置。全面闡述了數(shù)控銑床的結構原理，設計特點，論述了采用伺服電機和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點。詳細介紹了數(shù)控銑床的結構設計及校核，并進行了分析。另外匯總了有關技術參數(shù)。
其中XK5036橫向進給傳動機構設計著重介紹了橫向進給機構，橫向進給機構主要通過滾珠絲杠執(zhí)行完成的，重點介紹了滾珠絲杠的原理及選用原則，系統(tǒng)地對滾珠絲杠生產、應用等環(huán)節(jié)進行了介紹。包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機匹配的原則以及廠家的選擇等。
關鍵詞：銑床，數(shù)控，伺服電機，滾珠絲杠
Abstract
Started from the study of milling machine, referring to the domestic and foreign advanced experience, to design a XK5036 CNC vertical milling machine, to meet the requirements of production and design. XK5036 CNC vertical milling machine milling machine mainly comprises the entire transverse and longitudinal feed mechanism, a vertical feed mechanism, column, beam, a base, etc. the main component of working table. All of which feed mechanism adopts the ball screw drive, and is driven by servo motor. The spindle box is arranged on the door frame, by using the method of analogy to design their own ball screw nut pair of braking device. Comprehensively expounds the structure principle, CNC milling machine design features, discusses the advantages of using a servo motor and a ball screw nut pair. Introduces the structure design and verification of CNC milling machine, and analyses the. In addition, a summary of the relevant technical parameters.
The design of XK5036 transverse feed transmission mechanism introduced emphatically the transverse feed mechanism, a transverse feed mechanism mainly through ball screw has finished executing, emphatically introduces the principle and the selection principle of ball lead screw, ball screw system on the production and application of such links are introduced. Including the principles and manufacturers selection, parameter selection, selection accuracy, cycle mode choice, and matching host selection.
Key Words: milling machine, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 1
1.1 數(shù)控機床及其特點 1
1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別 1
1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍 2
1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 2
1.3數(shù)控機床的經濟分析 3
1.3.1控制系統(tǒng)的選擇 4
1.3.2 選擇設計對象要適宜 4
1.3.3 機床的機械設計范圍要適當 5
1.3.4 輔助設計要合適 5
1.4 數(shù)控機床發(fā)展趨勢 6
第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 8
2.1總體方案設計的內容 8
2.2 設計方案的確定 8
第3章 確定切削用量及選擇刀具 11
3.1 科學選擇數(shù)控刀具 11
3.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則 11
3.1.2 選擇數(shù)控車削用刀具 11
3.1.3 選擇數(shù)控銑削用刀具 12
3.2 設置刀點和換刀點 12
3.3 確定切削用量 13
3.3.1 確定主軸轉速 13
3.3.2 確定進給速度 13
3.3.3 確定背吃刀量 13
第4章 傳動系統(tǒng)圖設計 14
4.1 參數(shù)的擬定 14
4.2 傳動結構或結構網的選擇 14
4.3 轉速圖擬定 16
4.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 19
第5章 橫向進給傳動機構裝配圖和零件圖的設計計算 24
5.1設計方案的確定 24
5.2 進給滾珠絲桿副的選擇 24
5.2.1 導程確定 24
5.2.2 確定絲桿的等效轉速 25
5.2.3 估計工作臺質量及負重 25
5.2.4 確定絲桿的等效負載 25
5.2.5 確定絲桿所受的最大動載荷 25
5.2.6 精度的選擇 26
5.2.7 選擇滾珠絲桿型號 27
5.3 校核 27
5.3.1 臨界壓縮負荷驗證 27
5.3.2 臨界轉速驗證 28
5.3.3 絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 28
5.4 電機的選擇 29
5.4.1 電機軸的轉動慣量 29
5.4.2 電機扭矩計算 30
結 論 32
致 謝 33
參考文獻 34
第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述
近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術已經廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設備的數(shù)控化率已達到85%以上，而我國的機械設備的數(shù)控化率不足20%，隨著我國機制行業(yè)新技術的應用，數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。1.高速、高精加工技術及裝備的新趨勢2.軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展3.智能化、開放式、網絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢4.重視新技術標準、規(guī)范的建立其中包括：a.關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范b. 關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范，加強數(shù)控銑床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練。
研究此課題的意義在于：針對大學畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過程中，加強實踐環(huán)節(jié)，把自己置身于工程背景之中，以提高我們的專業(yè)水平。通過此設計，我們可以初步掌握設計一般銑床的方法與步驟，可為我們今后工作打下良好的基礎。將大學三年所學到的知識進行匯總，考核我們所學知識的牢固度，檢驗我們運用知識的能力。
1.1 數(shù)控機床及其特點
1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別
數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有以下明顯特點：
1. 適合于復雜異形零件的加工
數(shù)控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應用。
2. 加工精度高
3. 加工穩(wěn)定可靠
實現(xiàn)計算機控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質量穩(wěn)定可靠。
4. 高柔性
加工對象改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應性，可大大節(jié)省生產準備時間。在數(shù)控機床的基礎上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)—FMS。
5. 高生產率
數(shù)控機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高，一般為普通機床的 3～5 倍，對某些復雜零件的加工，生產效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。
6. 勞動條件好
機床自動化程度高，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好。
7. 有利于管理現(xiàn)代化
采用數(shù)控機床有利于向計算機控制與管理生產方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產過程自動化創(chuàng)造了條件。
8. 投資大，使用費用高
9. 生產準備工作復雜
由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準備工作較為復雜，包含工藝確定、程序編制等。
10. 維修困難
數(shù)控機床是典型的機電一體化產品，技術含量高，對維修人員的技術要求很高。
1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍
由于數(shù)控機床的上述特點，適用于數(shù)控加工的零件有：
·批量小而又多次重復生產的零件；
·幾何形狀復雜的零件；
·貴重零件加工；
·需要全部檢驗的零件；
·試制件。
對以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。
1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度
數(shù)控銑床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等回轉體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。
由于數(shù)控銑床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控銑床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通銑床要寬得多。
由于數(shù)控銑床具有直線和圓弧插補功能，部分銑床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的回轉體零件。
1.3數(shù)控機床的經濟分析
由于歷史的原因，我國普通加工設備多，數(shù)控加工設備少；老設備多，新設備少。許多企業(yè)的機床精度差、故障率高。通過機床數(shù)控設計使普通機床不僅具有好的加工精度，而且還具有數(shù)控機床的功能。對于中小型企業(yè)，沒有足夠的資金來購買全功能的數(shù)控機床，但是使用單板機控制步進電機的經濟型開環(huán)數(shù)控機床，具有花錢少、見效快的特點。采用經濟型數(shù)控技術改裝加工批量零件的機床非常合適。微機技術實現(xiàn)機床簡易數(shù)控的工作原理采用微機技術實現(xiàn)機床簡易數(shù)控的裝置，主要由單板機、控制程序、零件加工程序、驅動電源裝置，收發(fā)信板、功率步進電機等部件組成。
圖1.1 經濟型數(shù)控銑床的系統(tǒng)裝置框圖。
在圖1.1所示的系統(tǒng)裝置中，單板機在控制程序的控制下，可以使數(shù)控系統(tǒng)具有直線插補和圓弧插補加工工件輪廓的功能；具有進給速度控制和快速回零的功能；具有刀具補償和反向間隙補償?shù)墓δ埽约捌渌喾N功能。當零件加工程序給出具體的位移尺寸、位移方向和進給速度后，控制程序就會通過單板機按照所輸入的零件加工程序發(fā)出一系列的脈沖信號。經隔離放大以后，分別驅動 向和 向功率步進電機，使刀架按照要求的方向、速度和位移量實現(xiàn)縱向和橫向運動。從而構成了一個經濟型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。用微機技術實現(xiàn)機床簡易數(shù)控優(yōu)化方案的確定原則
1.3.1控制系統(tǒng)的選擇
目前數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，選擇前應對被設計機床的功能有個充分了解，再依據(jù)價格合理、技術先進、服務方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。其中和單片機數(shù)控系統(tǒng)是用得較多的兩種系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是系列的單片微機。它用三路驅動電路，分別控制、和向步進電動機，它進行機床的位移運動，并能實現(xiàn)任意二坐標聯(lián)動或三坐標聯(lián)動。單片機是系列微機的典型產品，其硬件功能遠遠高于單板機，尤其適合實時控制、智能儀表、自動機床，是控制類型領域中最理想的八位微型計算機，在全世界都得到廣泛應用。數(shù)控裝置是三坐標（銑床）數(shù)控系統(tǒng)，它用國際標準代碼進行編程，除了能執(zhí)行本身的編程指令外，還能執(zhí)行二坐標機床數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，而且三坐標系統(tǒng)的各種操作方法（如輸入、修改、刪除及運行加工程序）相同于二坐標系統(tǒng)。
選擇控制系統(tǒng)時應該注意以下幾方面的問題：
（1）在資金充足的情況下，盡量選用質量好的產品。因為此類數(shù)控系統(tǒng)零件篩選嚴格，制造工藝規(guī)范可靠，能很好地預防電器元件的故障或提前失效引起的設備故障。
（2）應該注重數(shù)控功能的選擇，不應單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標，這對實現(xiàn)較高的性能價格比非常重要。
（3）數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準備設計的數(shù)控機床所能達到的功能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。
1.3.2 選擇設計對象要適宜
采用微機數(shù)控機床加工零件，必須首先編制出加工程序。通常適宜于加工具有一定批量的相類似零件。因此，在選擇適宜于進行設計的機床時，首先必須對各類機床的零件加工情況進行調查研究，分類統(tǒng)計，看零件有無批量，看各類批量主要在哪種機床上進行加工，以及在哪種型號的機床上進行加工，這樣才能確定出設計對象。一般中小銑床上的工件總是比較飽滿，成批量的零件也比較多。因此，用微機技術把中小銑床設計成經濟型數(shù)控銑床比較適宜。對于一些中小型企業(yè)，為了充分發(fā)揮銑床的作用，更需要經過設計的銑床。這樣既能用數(shù)控系統(tǒng)加工批量零件，又具有臥式銑床的功能，以適于加工單件零件。對于一些形狀復雜的零件，普通機床往往難于加工成形。如果采用機械仿形的方法進行加工，在不成批量的情況下很不合算。這時，用微機技術設計機床，就可以使問題得到解決，明顯提高企業(yè)加工能力。編程要比制作靠模容易得多，靈活得多。用數(shù)控機床加工形狀復雜的零件是非常適宜的。
1.3.3 機床的機械設計范圍要適當
機床設計范圍的大小，應根據(jù)機床自身精度及性能來決定。以臥式銑床為例加以說明。對于舊銑床的設計范圍，一般都是把原來的機床進給傳動系統(tǒng)，由主軸箱通過掛輪箱帶動進給變速箱，將運動傳給光杠或絲杠。然后再驅動溜板運動的傳動過程，設計為由功率步進電機通過消隙減速齒輪，直接帶動滾珠絲杠，使刀架分別實現(xiàn)縱向運動和
橫向運動，進行兩個坐標的控制。對于精度符合要求的銑床，為了實現(xiàn)簡易數(shù)控設計，一般都是對銑床的部件基本不動，只是把床鞍的縱向滑動絲杠副設計為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一套消隙減速箱和功率步進電機。同時也把中滑板的橫向滑動絲杠副設計為橫向滾珠絲杠副，在橫向滾珠絲杠的外端安裝一套消隙減速箱和功率步進電機，從而使銑床的縱向和橫向運動既能用微機系統(tǒng)進行控制，又能由操作者進行普通操作。在機床設計過程中，只要把溜板箱中的開合螺母及中滑板上的滑動螺母拆除，在合適的位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與普通操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須有電氣連鎖開關控制操作轉換。對于全新或較新銑床，在進行簡易數(shù)控設計時，一般都是全部保留機床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進電機分別按裝在縱向滑動絲杠的右端和橫向滑動絲杠的外端。從而也可以使銑床同時具有普通操作功能和簡易數(shù)控功能。
1.3.4 輔助設計要合適
如果在設計后的簡易數(shù)控銑床上，采用一把刀可以完成全部工序，就沒有必要對刀架進行設計。但有時會出現(xiàn)一個工件需要兩把刀或幾把刀來分別完成兩個或幾個工序的情況，這時可根據(jù)每把刀的使用情況，分別進行編程，通過一個程序，使用一把刀，來完成一個工序。使原來普通操作使用的刀架在數(shù)控操作時也可以使用。這樣，根據(jù)設計后銑床的主要加工對象，確定刀架是否需要進行設計，可以使設計費用使用得更加合理，避免發(fā)生設計過剩現(xiàn)象。如果設計后的簡易銑床，主要用來加工比較復雜的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行設計。一般可采用安裝有四把刀、由鼠牙盤定位、進行絕對刀位控制的自動回轉刀架比較合適。重復定位誤差可小于 ，精度持久性比較好。這種刀架出廠時，就規(guī)定了刀號位置。當需要幾號刀在加工位置時，只需對該刀控制信號口發(fā)出信號，刀架就會自動轉到需要的位置。設計后的簡易數(shù)控銑床需要加工螺紋時，可以在主軸后端同軸安裝或異軸安裝一個主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號反饋元件。目的是為了檢測主軸轉角的位置，并且將其變化情況輸送給單板機，使單板機能按照所需加工的螺距進行處理?？刂瓶v向步進電機運動，通過縱向滾珠絲杠帶動刀架完成螺紋加工。
1.4 數(shù)控機床發(fā)展趨勢
1. 高速、高效、高精度、高可靠性
（1） 高速、高效加工
進入21世紀，機床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質量和精度.上世紀90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。
（2）高精度、超精密化加工
當前，機械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達到5微米;精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級(0.001微米)，主軸回轉精度要求達到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工〔特高精度加工)，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10nm).其應用范圍日趨廣泛
（3）高可靠性
是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000小時.當前國外數(shù)控裝置的MIBF值已達60000小時以上，驅動裝置達30000小時以上.
2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化
(1)模塊化、專門化與個性化
為了適應數(shù)控機床多品種、小批量的特點.機床結構模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢.
(2)智能化
在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內容包括①為追求加工效率和加工質量方面的智能化:如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成:②為提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算等:③簡化編程、簡化操作方面的智能化:④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容等。
(3)柔性化和集成化
數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化FA)、體(CIMS,分布式網絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展.
3. 開放性
為適應數(shù)控進線、聯(lián)網、普及型個性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢是體系結構的開放性，設計生產開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數(shù)控的計劃等。
第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較
2.1總體方案設計的內容
數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應包括以下內容:系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定、計算機系統(tǒng)的選擇等內容。
2.2 設計方案的確定
在我國設備數(shù)控設計時，較多采用步給電機作為私服驅動元件。步給電機是一種特殊結構的電機，它利用通電激磁繞組產生反應力矩，將脈沖電信號的能量轉換為機械位移的機電執(zhí)行元件，當激磁繞組按一定規(guī)律獲得分配比例關系，而且轉動與輸入脈沖在時間上同步，因此可以利用這些特點控制運動的速度和位移量。
步進電機結構簡單，電氣控制和驅動電路也簡單，體積小，重量輕，價格便宜，實際制造較簡單，容易調試，使用維修方便。位移精度較好，對各種干擾因素不敏感，結構誤差不會累積。另外，機電時間常數(shù)小，反應快。但步給點饑也有缺點，主要是容易丟步，啟動頻率低，工作頻率也不夠高，低頻率振動大，沖擊大，有時還有自激振蕩。補給電機沒有過載能力，當工作條件變動時，可能造成失誤，因此步進電機多用于負載較小，負載變化不大或要求不高的經濟型簡易型數(shù)控設備中。
功率放大
光電隔離
微 機
步進電 機
橫向工作臺
步進電 機
功率放大
光電隔離
采用直流或交流伺服閉環(huán)控制方案，結構復雜，技術難度大，調試和維修困難得多，造價也高。閉環(huán)控制可以達到很好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度影響，一般應用與要求高的數(shù)控設備中。另外，由于閉環(huán)控制使機械傳動得各個環(huán)節(jié)都綜合作用于反饋信號，因此對系統(tǒng)得穩(wěn)定性造成影響因素都嚴格控制把關。由于設計數(shù)控車床的目標工件加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。
采用直流或交流伺服電機的半閉環(huán)控制，其性能介于開環(huán)和閉環(huán)之間。由于調速范圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于步給電機開環(huán)控制：反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機械傳動元件，調試比閉環(huán)簡單，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較易保證，所以比閉環(huán)容易實現(xiàn)。但是采用半閉環(huán)控制，調試比開環(huán)控制步給要困難些，設計上也要有其自身的特點；另外反饋環(huán)節(jié)外的傳動元件將會直接影響機床精度和加工精度，因此在設計也必須重視。
查看了銑床的有關資料，按銑床設計后擬加工的零件要求，確定數(shù)控系統(tǒng)的選用步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)，縱向脈沖當量為0.001mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005mm/脈沖。該系統(tǒng)的伺服驅動裝置主要是步給電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經驅動電路控制和功率放大后，使不給電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步給電機角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結構單調，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。
數(shù)控設計中主要機械部件改裝，一臺新的數(shù)控機床，在設計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控設計時應盡量達到上任要求。不恩能夠認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了數(shù)控機床的要求，還應對主要部件進行相與的設計使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的設計目的。
滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切削及硬砂粒進入渠道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。滾珠絲杠參照漢江機床廠的產品樣本選取FC1B系列，即外插管變螺距型滾珠絲杠副。其優(yōu)點是螺母的軸向尺寸小，切已經預加載荷消除間隙。
縱向進給機構的設計。拆除原機床的進給箱和溜板箱，利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲杠仍安置在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進給整體剛度只可能增加。
橫向進給機構設計。保留原手動機構，用于微進給和機床刀具對零的操作，原有的支承結構也保留。步給電機-齒輪箱體安裝在機床后側。為了便于安裝滾珠絲杠，絲杠軸不是整體的，而采用分移式，然后用套筒剛性聯(lián)接。
縱、橫向進給機構都采用一級齒輪減速，并用雙片齒輪錯齒法消除間隙。雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙。因為彈簧的彈力很難適應負載的變化。當負載變大時，彈簧力顯小，起不到消除間隙的目的；當負載小時，彈簧力有顯大，則加速齒輪的磨損。應次，采用定期人工調整、螺釘緊固的方法消除間隙。
拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。在溜板箱上安裝縱、橫向快速進給按鈕和急停按紐。
34
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1 科學選擇數(shù)控刀具
3.1.1 選擇數(shù)控刀具的原則
刀具壽命與切削用量有密切關系。在制定切削用量時,應首先選擇合理的刀具壽命,而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種,前者根據(jù)單件工時最少的目標確定,后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。?
選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具,由于換刀時間 短,為了充分發(fā)揮其切削性能,提高生產效率,刀具壽命可選得低些,一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加 工刀具,刀具壽命應選得高些,尤應保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時,該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時間 內所分擔到的全廠開支M較大時,刀具壽命也應選得低些。大件精加工時,為保證至少完成一次走刀,避免切削時中途換刀,刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來 確定。與普通機床加工方法相比,數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求,不僅需要岡牲好、精度高,而且要求尺寸穩(wěn)定,耐用度高,斷和排性能壇同時要求安裝調整方 便,這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質合金)并使用可轉位刀片。
3.1.2 選擇數(shù)控車削用刀具
數(shù)控車削常用的一般分成型銑刀、尖形銑刀、圓弧形銑刀以及三類。成型銑刀也稱樣板銑刀,其加工零件的輪廓形狀完全由銑刀刀刃的形伏和尺寸決定。數(shù)控車削加 工中,常見的成型銑刀有小半徑圓弧銑刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中,應盡量少用或不用成型銑刀。尖形銑刀是以直線形切削刃為特征的銑刀。這類 銑刀的刀尖由直線形的主副切削刃構成,如900內外圓銑刀、左右端面銑刀、切槽(切斷)銑刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔銑刀。尖形銑刀幾何參數(shù)(主要 是幾何角度)的選擇方法與普通車削時基本相同,但應結合數(shù)控加工的特點(如加工路線、加工干涉等)進行全面的考慮,并應兼顧刀尖本身的強度。?
二是圓弧形銑刀。圓弧形銑刀是以一 圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的銑刀。該銑刀圓弧刃每一點都是圓弧形銑刀的刀尖,應此,刀位點不在圓弧 上,而在該圓弧的圓心上。圓弧形銑刀可以用于車削內外表面,特別適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇銑刀圓弧半徑時應考慮兩點銑刀切削刃的圓弧 半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑,以免發(fā)生加工干淺該半徑不宜選擇太小,否則不但制造困難,還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致銑刀 損壞。
3.1.3 選擇數(shù)控銑削用刀具
在數(shù)控加工中,銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀,該刀具有關參數(shù)的經驗數(shù)據(jù)如下:一是銑刀半徑RD應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑 Rmin,一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/4-1/6)RD,以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑 削內槽底部時,由于槽底兩次走刀需要搭接,而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r,即直徑為d=2Re=2(R-r),編程時取刀具半徑為 Re=0.95(Rr)。對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。?
目前,數(shù)控機床上大多使用系列化、標準化刀具,對可轉位機夾外圓銑刀、端面銑刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號對于加工中心及有自動換刀裝置的機 床,刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規(guī)定,如錐柄刀具系統(tǒng)的標準代號為TSG-JT,直柄刀具系統(tǒng)的標準代號為DSG-JZ,此外,對所選擇的刀具,在 使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數(shù)據(jù),并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng),經程序調用而完成加工過程,從而加工出合格的工件。
3.2 設置刀點和換刀點
刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始,必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置,這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工件 運動的起點,所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定,所以,該點又稱對刀點。在編制程序時,要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是: 便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查；引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上,也可以設置在夾具上或機床上,為了提高零 件的加工精度,對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作機床時,可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上,即“刀位點”與“對刀 點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點,銑刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀是球頭的球心,鉆 頭是鉆尖等。用手動對刀操作,對刀精度較低,且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等,以減少對刀時間,提高對刀精度。加工過程中需 要換刀時,應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置,換刀點應設在工件或夾具的外部,以換刀時不碰工件及其它部件為準。
3.3 確定切削用量
數(shù)控編程時,編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法,需要選 用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度,充分發(fā)揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度,并充分發(fā)揮機床的性能,最大限度 提高生產率,降低成本。
3.3.1 確定主軸轉速
主軸轉速應根據(jù)允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:?
n=1000v/71D?
式中:v—速度,單位為m/m動,由的耐用度決定；n一一主軸轉速,單位為r/min,
D—工件直徑或刀具直徑,單位為mm。?
計算的主軸轉速n,最后要選取機床有的或較接近的轉速。
3.3.2 確定進給速度
進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù),主要根據(jù)零件的精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限 制。確定進給速度的原則:當工件的質量要求能夠得到保證時,為提高生產效率,可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min范圍內選?。辉谇?斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時,宜選擇較低的進給速度,一般在20一50mm/min范圍內選??；當加工精度,表面粗糙度要求高時,進給速度應選小 些,一般在20--50mm/min范圍內選??；刀具空行程時,特別是遠距離“回零”時,可以設定該機床數(shù)控系統(tǒng)設定的最高進給速度。
3.3.3 確定背吃刀量
背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度允許的條件下,應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這樣可以減少走刀次數(shù),提高生產效率。為了保證 加工表面質量,可留少量精加工余量,一般0.2一0.5mm,總之,切削用量的具體數(shù)值應根據(jù)機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用類比方法確定。
同時,使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應,以形成最佳切削用量。?
切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數(shù),而且其數(shù)值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充 分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩),在保證質量的前提下,獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。
第4章 傳動系統(tǒng)圖設計
4.1 參數(shù)的擬定
XK5036數(shù)控立式銑床設計參數(shù)
1、主軸轉速：30-1500轉/分
2、工作臺尺寸(長×寬)： 1250mm×360mm
3、工作臺最大行程： 縱向 600mm 橫向 320mm 垂直 360mm
4、快速移動速度： 15m/min
工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm；
5、工作臺重復定位精度 x、y、z ±0.02mm；
6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅動，滾珠絲
杠傳動，脈沖當量0.010mm/脈沖。
7、實現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。
8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止
XK5036數(shù)控立式銑床選定公比，確定各級傳送機床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當減少相對速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運動部分Z=18級，根據(jù)標準數(shù)列表，確定各級轉速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.
4.2 傳動結構或結構網的選擇
1，確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動副的數(shù)目
該機床的變數(shù)范圍較大，必須經過較長的傳動鏈減速才能把電機的轉速降到主軸所需的轉速。級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成，各傳動組分別有. .`````````個傳動副，即Z=```````。傳動副數(shù)由于結構的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應為2或3的因子：Z=x
因此，這里18=3x3x2，共需三個變速組。
2，傳動組傳動順序的安排
18級轉速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。
選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速率的具體結構，裝置和性能。I軸如果安置制動的電磁離和器時，為減少軸向尺寸。第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以2為宜，有時甚至用一個定比傳動副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2 ，或一個定比傳動副。
這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。
3，傳動系統(tǒng)的擴大順序安排
對于18=3x3x2的傳動，有3！=6種可能安排，亦即有6種機構副和對應的結構網，傳動方案中，擴大順序與傳動順序可以一致，，結構式18=xx的傳動中，擴大順序與傳動順序一致，稱為順序擴大傳動，而，18=xx的傳動順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結構式。
4驗算變速組的變速范圍
齒輪的最小傳動1/4，最大傳動比2，決定了一個傳動組的最大變速范圍=/
因此，可按下表，確定傳動方案：
根據(jù)傳動比及指數(shù) x, 的值
公比
極限值傳動比指數(shù)
1.26
x值: =1/=1/4
6
值: ==2
3
（x+）值：==8
9
因此，可選擇18=xx的傳動方案。
5、最后擴大傳動組的選擇：
正常連續(xù)順序擴大傳動（串聯(lián)式）的傳動式為：
Z=*
最后擴大傳動組的變速范圍為：
r==
按原則，導出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為：
2
3
1.26
Z=18
R=50
Z=12
R=12.7
因此，傳動方案18=3*3*2符合上述條件，其結構網如下圖4.1：
圖4.1 結構網圖
4.3 轉速圖擬定
XK5036數(shù)控立式銑床運動參數(shù)確定后，主軸各級轉速就已知，切削耗能確定電機功率。在此基礎上，選擇電機的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉速圖，確定各中間軸的轉速。
1，主電機的選擇
中型機床上，一般都采用交流異步電動機為動力源，可在下列中選用，在選擇電機型號時，應注意：
（1）電機的N：
根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率，但電機產品的功率已標準化，因此，按要求應選取相近的標準值。
（2）電機的轉速
異步電動機的轉速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動機的極對數(shù)P
=60f/p=60x50/p ( r/min)
機床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機轉速與主軸最高速度和工軸轉速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動。
根據(jù)以上要求，我們選擇功率為7.5KW，轉速為1500r/min的電機，查表，其型號為Y132M-4，其主要性能如下表
電機型號
額定功率KW
荷載轉速r/min
同步轉速r/min
Y132M-4
7.5KW
1440
1500
2、分配最小傳動比，擬定轉速圖
（1）軸的轉速：
軸從電機得到運動，經傳動系統(tǒng)轉化為主軸各級轉速，電機轉速和主軸最小轉速應相近，顯然，從動件在高速運轉下功率工作時所受扭矩最小來考慮，軸轉速不宜將電機轉速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉速也不宜也太高，軸轉速一般取700~1000r/min左右較合適。
因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結構的徑向尺寸，在電機軸I到主傳動系統(tǒng)前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機床的設計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸18級轉速一起提高或降低。
（2）中間軸的轉速
對于中間傳動軸的轉速的考慮原則是：妥善解決結構尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸轉速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些：
d, m從而可使結構緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大：
=1/(3.5+cn)KW
式中：C——系數(shù)，兩支承滾動軸承和滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10；
——所有中間軸軸徑的平均值；
——主軸前后軸徑的平均值
——中間傳動軸的轉速之和
n——主軸轉速（r/min）
=20lg-K
式中：（——所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm;
——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm;
q——傳到主軸上所經過的齒輪對數(shù)
——主軸齒輪螺旋角
,K——系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取，我國中型車床，銑床=3.5，銑床K=50.5
從上述經驗公式可知，主軸n和中間傳動軸的轉速和 對機床噪音和發(fā)熱的關系，確定中間軸轉速時，應結合實際情況做相應的修正。
a，對高速輕載或精密機床，中間軸轉速宜取低些
b,控制齒輪圓周速度v<8m/s(可用７級齒輪精度)，在此條件下，可適當選用較高的中間軸轉速。
（3），齒輪傳動比的限制
機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
a, 升速傳動中，最大傳動比 2 ，過大，容易引起振動的噪音。
b, 降速傳動中，最小傳動比 1/4。過小，則主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大將導致結構龐大。
（4）分配最小傳動比
a,決定軸V-VI和VI-的傳動比，根據(jù)臺式銑床的結構特點，及對同類車床的比較，為使傳動平穩(wěn)取其傳動比為1，
b,決定各變速組的傳動比；
由前面2軸的轉速及中間軸轉速的分析，及齒輪傳動比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/
（5）擬定轉速圖：
根據(jù)結構圖及結構網圖及傳動比的分配，擬定轉速圖，如下圖4.2所示：
圖4.2 傳動系統(tǒng)圖
4.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制
1，齒輪齒數(shù)的確定的要求：
可用計算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動比u和初步定出的傳動副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)：
選擇是應考慮：
a,傳動組小齒輪不應小于允許的最小齒數(shù)，即：
推薦：
對軸齒輪=12，特殊情況下=11，
對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，
對套裝在滾動軸承上的空套齒輪，=20；
當齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時（壓力角a=20的直齒標準，=17），一般需對齒輪進行正變位修正。
b,保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖4.3所示。
c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應相等。若摸數(shù)相等時，則齒數(shù)和亦相等，
但由于傳動比要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，
機床上可用修正齒輪，在一定范圍內調整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過3~4個齒。
2，變速傳動組中齒輪齒數(shù)的確定
為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個傳動組間的傳動比互相牽制，不能獨立地按照最緊湊的原則決定傳動件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側齒面同時嚙合會影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數(shù)。查《機床設計手冊》確定個齒輪齒數(shù)如下：
軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定：
由于公比=1.26，傳動比為=1/=，=1/=，=1/
設：傳動組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《機床設計手冊》表7.3-14
可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）
齒數(shù)和為=55
公用齒輪選為=39
軸III-IV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
傳動比為=1/ =1/ =
根據(jù)=，主動輪齒數(shù)為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）
齒數(shù)和為：=65
軸IV-V間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
由于變數(shù)組齒輪傳動比和各傳動副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結構尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。
軸IV-V間的兩對齒輪，其傳動比為=1/4, =2分別?。剑?，＝３則
／＝／＝3／4
?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120
按傳動比將齒數(shù)分配如下：
=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數(shù)確定，由于這兩個傳動組只是改變傳動方向，不起便速度作用，只需考慮其結構尺寸及磨損振動和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為29，ＶI-VII軸間齒輪齒數(shù)為67。
3、主軸轉速系列的驗算：
主軸轉速在使用上并要求十分準確，轉速稍高或稍低并無太大影響，但標牌上標準數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉速相差太大。
由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉速與傳動設計理論值難以完全相符，需要驗算主軸各級轉速，最大誤差不得超過即
%
主軸的各級實際轉速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min
==2%
而%=2.6%故符合條件
同理：經驗算，其他各級轉速也滿足要求。
4、傳動系統(tǒng)圖的繪制
轉速圖和齒輪齒數(shù)確定后，變速箱的結構復雜程度也基本確定了（如齒輪個數(shù)，軸數(shù)，支承軸，為使變速箱的結構緊湊，合理布置齒輪是一個重要的問題，因為它直接影響變速箱的尺寸，變速操作的方便性和結構實現(xiàn)的可行性問題，在考慮主軸適當?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據(jù)計算結果，繪制出傳動系統(tǒng)圖，如圖2.4所示
圖1.4 主傳動系統(tǒng)圖
主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下：
電動機I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸）
第5章 橫向進給傳動機構裝配圖和零件圖的設計計算
5.1設計方案的確定
XK5036數(shù)控立式銑床縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅動，滾珠絲杠傳動，脈沖當量0.010mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。
采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經一級齒輪減速滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向、垂直進給運動。
XK5036數(shù)控立式銑床設計參數(shù)
1、主軸轉速：30-1500轉/分
2、工作臺尺寸(長×寬)： 1250mm×360mm
3、工作臺最大行程： 縱向 600mm 橫向 320mm 垂直 360mm
4、快速移動速度： 15m/min
工作臺定位精度 x、y、z ±0.03mm；
5、工作臺重復定位精度 x、y、z ±0.02mm；
6、縱向、橫向及垂直進給為微機控制，采用步進電機或伺服電機驅動，滾珠絲
杠傳動，脈沖當量0.010mm/脈沖。
7、實現(xiàn)功能：銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。
8、操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止
5.2 進給滾珠絲桿副的選擇
滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構。他的作用就是把旋轉運動轉和直線運動進行相互轉換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉動時帶動滾珠滾動。
設水平進給最大行程為200mm, 兩側各留10mm的安全距離.最快進給速度為18m/min, 絲杠等組件大概質量為50kg,工作臺大概質量為80kg,移動部件大概質量為30kg
5.2.1 導程確定
電機與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動比i=1, 選擇電動機的最高轉速，則絲杠的導程為
取Ph=12mm
5.2.2 確定絲桿的等效轉速
基本公式
最大進給速度是絲桿的轉速
最小進給速度是絲桿的轉速
絲桿的等效轉速
式中取故
5.2.3 估計工作臺質量及負重
絲杠等組件重量
工作臺重量
移動部件重量
5.2.4 確定絲桿的等效負載
工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進給牽引力的實驗公式計算。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1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計算（式中取，）
5.2.5 確定絲桿所受的最大動載荷
fw-------負載性質系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負載
nz-------等效轉速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計算得Car=17300N
表5-1-1各類機械預期工作時間Lh
表5-1-2精度系數(shù)fa
表5-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負載性質系數(shù)fw
5.2.6 精度的選擇
滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設計時設定絲杠的任意300行程變動量應小于目標設定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。選用滾珠絲杠的精度等級絲軸為1～3級（1級精度最高），考慮到本設計的定位精度要求及其經濟性，選擇X軸精度等級為3級
5.2.7 選擇滾珠絲桿型號
計算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa