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1、摘 要本设计是把一般数控车床改导致经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用以便、比较适合国内国情的，动化的机床。采用数控机床，可以减少工人的劳动强度，节省劳动力（一种人可以看守多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出迅速反映。在设计的时候具体进行了具体的各部件的选型和计算。例如：导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。【核心词】车床、数控、传动系统AbstractThis project is to alte
2、r the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularly dealt with the choice and calculation of every a
3、ssembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballscrew. Dynamic analysis of drive electromotor and fee
4、d transmission system .【Key words】Lathe；CNC；Transmission System目 录摘 要1Abstract2前言41数控车床设计概述51.1电动机的选择61.2电动机类型和构造型式的选择72进给伺服系统概述83横向进给系统的设计计算103.1设计参数103.2切削力及其切削分力计算103.3轨摩擦力的计算103.4算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力113.5定进给传动链的传动比i和传动级数113.6珠丝杠的动载荷计算与直径估算113.7珠丝杠螺母副承载能力校核133.8计算器械传动的刚度143.9驱动电机的选型与计算153.10械传动系统的动态分析1
5、83.11机械传动系统的误差计算与分析183.12拟定滚珠丝杠螺母副的精度级别和规格型号194进给系统的构造设计204.1滚珠丝杠螺母副的设计204.2齿轮传动副的设计214.3齿轮箱的设计224.4床身及导轨224.5中间轴的设计254.6轴承端盖的设计25总结与体会26道谢词27【参照文献】28前言国内目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即国内机床数控化率不到3。近来，国内数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6。这些机床中,役龄以上的占60以上；如下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（
6、美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和公司的生产、加工装备绝大数是老式的机床，并且半数以上是役龄在以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺少竞争力，直接影响一种公司的的生存和发展。因此必须大力提高机床的数控化率。 而相对于老式机床，数控机床有如下明显的优越性：l 可以加工出老式机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 l 可以实现加工的柔性自动化，从而效率比老式机床提高37倍。 l 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 l 可实现多任务序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 l 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，
7、可实现长时间无人看守加工。 因此，采用数控机床，可以减少工人的劳动强度，节省劳动力（一种人可以看守多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出迅速反映。 此外，机床数控化还是履行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等公司信息化改造的基本。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基本技术。本次设计的内容是机床总体方案设计及总体布局图绘制、纵向及横向伺服进给机构的理论计算、构造设计及绘制装配图、典型零件绘制、数控系统（硬件连接图）设计、典型零件的数控车削加工程序编制及外文数据文献翻译，并撰写毕业设计论文。设计的目的是培养综合运用基
8、本知识和专业知识，解决工程实际问题的能力，提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据解决、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高，培养对的的设计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合伙精神。在设计中，先通过参观及查阅等理解有关系统的工作原理，作用及构造特点。选择合适的算法，根据计算成果查阅手册，得出有关的构造或零件。1数控车床设计概述用数控机床加工零件时，一方面应将加工零件的几何信息和工艺信息变成加工程序，由输入部分送入数控装置，通过数控装置的解决、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，通过转换、放大进行伺服电动机的驱动，带动各轴运
9、动，并进行回馈控制，使刀具和工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条件不紊乱地作，从而加工出零件的所有轮廓。数控机床具有较好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，本来的程序可存储藏用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长。经济型数控车床，对于保证和提高被加工零件的精度，重要依托两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床自身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同步实现自动控制。因此，数控车床与一般卧式车床相比应具有有更好的精度以保证机械传动系统的传动精度和工作平稳性。数控改造对机械传动系统的规
10、定为：（1)尽量采用低摩擦的传动副。如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。（2)选用最佳的降速比，为达到数控机床所规定的脉冲当量，使运动位移尽量加速达到跟踪指今。（3)尽量缩短传动链以及用预紧的措施提高传动系统的刚度。（4)尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差。如采用消除间隙的联轴节和消除传动齿轮间隙的机构等。（5)尽景满足低振动和高可靠性方面的规定。为此应选择间隙小、传动精度高高、运动平稳、效率高以及传递扭矩大的传动组件。 从应用的方面考虑，结合目前国内大多数的状况，可采用更换滚珠丝杠来替代原机床上的T型丝杠。也可对原车床上T型丝杠加以修复，但此时必须相应修配与与此相配合的螺母，尽量减小
11、其间隙，提高配合精度。般说来如原车床的工作性能良好精度尚未减少，则应尽量保存机床的传动系统。使改造后的数控车床同步具有微机控制和原机床操作的双重功能。如原车床使用时间较长运动部件磨损严重除了对导轨精度进行修复外还应将传动部件拆除或更换，以保证改造后车床的传动精度。 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床构成机床本体的各机械部件构成，如图1.1：图1.1数控机床的构成1.1电动机的选择(1)根据机械的负载特性和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等规定，选择电动机类型。(2)根据负载转矩、转速变化范畴和启动频繁限度等规定，考虑电动机的温升限制、超载能力额启动转矩，选择电动机功率，并
12、拟定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.80.9。(3)根据使用场合的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护措施，选择电动机的构造型式。(4)根据公司的电网电压原则和对功率因素的规定，拟定电动机的电压级别和类型。(5)根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的规定，以及机械减速机构的复杂限度，选择电动机额定转速。此外，还要考虑节能、可靠性、供货状况、价格、维护等等因素。1.2电动机类型和构造型式的选择由于不同的机床规定不同的主轴输出性能(旋转速度，输出功率，动态刚度，振动克制等)，因此，主轴选用原则与实际使用需要是紧密有关
13、的。总的来说，选择主轴驱动系统将在价格与性能之间找出一种抱负的折衷。表1.1简要给出了顾客所盼望的主轴驱动系统的性能。下面将对多种交流主轴系统进行对比、分析。表1.1 抱负主轴驱动系统性能项目内容高性能低速区要有足够的转矩宽恒功率范畴,并在高速范畴内保持一定转矩高旋转精度高动态响应高加减速,起制动能力具有强鲁棒性,能适应环境条件和参数变化高效率,低噪声低价格低购买价格,低维护价格,低服务价格通用规定耐用性,可维护性,安全可靠性感应电机交流主轴驱动系统是目前商用主轴驱动系统的主流，其功率范畴从零点几种kW到上百kW，广泛地应用于多种数控机床上。2进给伺服系统概述数控机床伺服系统的一般构造如图2.
14、1所示：图2.1 数控机床进给伺服系统由于多种数控机床所完毕的加工任务不同，它们对进给伺服系统的规定也不尽相似，但一般可概括为如下几方面：可逆运营；速度范畴宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；迅速响应并无超调；高精度；低速大转矩。伺服系统对伺服电机的规定：（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，特别在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。（2）电机应具有大的较长时间的超载能力，以满足低速大转矩的规定。一般直流伺服电机规定在数分钟内超载4-6倍而不损坏。（3）为了满足迅速响应的规定，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽量小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才干保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。（4）电机应能随频繁启动、制动和反转。随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环回馈所有数字化、软件解决数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许
