CK516立式数控车床Z向进给传动系统设计nzx

网 络 教 育育 学 院继 续 教教 育 学 院院毕 业业 设 计（ 论 文文 ）题 目函授站（学学习中心心）北京京学习中中心专业066级（春春、秋）层层次学 生生 姓姓 名名指 导导 教教 师师 年 月 日日 目 录录第一章概概述1.1数数控机床床的概念1.2 数控机机床的组组成分类类及特点点1.3 数控机机床的发发展趋势势及现状状1.4 CK5516立立式数控控车床的的总体方方案设计计1.5 本设计计的主要要内容和和方法第二章 纵向进给给传动系系统总体体方案的的确定2.1 进给传传动系统统的组成成及其原原理2.2进进给传动动控制伺伺服系统统的选择择2.3进进给驱动动电动机类型的的确定2.4确确定脉冲冲当量2.5进进给系统统的传动动要求及及传动类类型的选选择2.6电电机与丝丝杠联接接方式的的选择2.7 进给系系统的一一些其它它要求第三章 伺服服电动机机的具体体计算选选择3.1电电动机的的选型要要求3.2 电动机机工作方方式的确确定3.3 电动机机型号的确定定3.4运运动部件件惯量及及扭矩计计算第四章滚滚珠丝杠杠螺母副副的计算算和选型型4.1 滚珠丝丝杠螺母母副的种类4.2 滚珠丝丝杠支承承方式的的确定4.3 计算进进给牵引引力Fmm(N)4.4 计算最最大动负负载 CC4.5 滚珠丝丝杠螺母母副的选选型4.6 传动效效率计算算4.7 稳定性性校核第五章 联轴器器的具体体确定5.1联联轴器的的种类和和特性5.2联联轴器选选择的标标准5.3联联轴器型型号的确确定 第六六章进给给系统其其他部件件的确定定及机床床噪声控控制6.1导导轨的确确定6.2刀刀架的选选择6.3机机床噪声声的控制制结 论第一章概概述1.1数控控机床的的概念数控机床床是综合合应用计计算机、自自动控制制、自动动检测及及精密机机械等高高新技术术的产物物，是技术术密集度度及自动动化程度度很高的的典型机机电一体体化加工工设备。它与普普通机床床相比，其优越越性是显显而易见见的，不仅零零件加工工精度高高，产品质质量稳定定，且自动动化程度度极高，可减轻轻工人的的体力劳劳动强度度，大大提提高了生生产效率率，特别值值得一提提的是数数控机床床可完成成普通机机床难以以完成或或根本不不能加工工的复杂杂曲面的的零件加加工，因而数数控机床床在机械械制造业业中的地地位愈来来愈显得得重要。1.2 数控机机床的组组成分类类及特点点1.2.1 数数控机床床的组成成数控机床床一般由由控制介介质、数数控装置置、伺服服系统和和机床本本体组成成。1.控制制介质：以指令令的形式式记载各各种加工工信息；2.数控控装置：接受输输入的加加工信息息，经数数控装置置运算处处理，向向伺服系系统发出出相应的的脉冲；3.伺服服系统：把数控控装置的的脉冲信信号转换换成机床床运动部部件的机机械位移移；用于于实现数数控机床床的进给给伺服控控制和主主轴伺服服控制。4.机械械系统：包括，主主轴部分分、进给给系统、刀刀库和自自动换刀刀装置(ATCC)、自自动托盘盘交换装装置(AAPC)等。1.2.2 数数控机床床的分类类数控机机床的品品种和规规格繁多多，分类类方法不不一。根根据不完完全统计计，目前前已有近近5000种数控控机床。根据数控控机床的的功能和和组成，一一般分为为以下几几类： 按坐标轴轴数分类类：一般般数控机机床，数数控加工工中心机机床，多多坐标轴轴数控机机床；按特点分分类：点点位控制制数控机机床，直直线控制制数控机机床，轮轮廓控制制数控机机床；按有无测测量装置置分类：开环数数控系统统，半闭闭环数控控系统，闭闭环数控控系统；按功能水水平分类类：经济济型，普普及型，高高级型。1.2.3 数数控机床床的特点点数控机床床较好地地解决了了复杂、精精密、小小批、多多变的零零件加工工问题，是是一种灵灵活的、高高效能的的自动化化机床，尤尤其对于于约占机机械加工工总量880%的的单件、小小批量零零件的加加工，更更显示出出其特有有的灵活活性。概概括起来来，数控控机床有有以下几几方面的的特点：1.提高高加工精精度，尤尤其提高高了同批批零件加加工的一一致性，使使产品质质量稳定定；2.提高高生产效效率，一一般约提提高效率率3-55倍，使使用数控控加工中中心机床床则可提提高生率率5-110倍；3.可加加工形状状复杂的的零件；4.减轻轻了劳动动强度，改改善了劳劳动条件件；5.有利利于生产产管理和和机械加加工综合合自动化化的发展展。1.3 数控机机床的发发展趋势势及现状状1.3.1数控控机床在在我国的的发展趋趋势及现现状我国是世世界上机机床产量量最多的的国家，但在国国际市场场竞争中中仍处于于较低水水平；即即使国内内市场也也面临着着严峻的的形势，一方面面国内市市场对各各类机床床产品特特别是数数控机床床有大量量的需求求，而另一一方面却却有不少少国产机机床滞销销积压，国外机机床产品品充斥市市场。90年国国外数控控机床在在我国市市场的占占有率仅仅达155%左右右，而95年已已达777%。严重影影响我国国数控机机床自主主发展的的势头。这种现象的出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个主要的原因是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进，新产品(包括基型、变型和专用机床)的开发周期长，从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说，这个问题反映在下列五个方面：1.我国机床厂目前开发基型产品的周期约为1518个月，其中设计时间约为58个月，占总周期的40%左右。而国外一些先进机床厂同类基型产品的开发周期为69个月，其中设计约1.52个月，只占25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。2.我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及机床性能测试装置等)，自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计，使设计一次成功的把握性降低，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场的良机。3.用户根据使用需要,在订货时往往提出一些特殊要求，甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求，这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外，这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周，而在我国机床厂用手工操作就至少需12个月,且由于这些图纸和文件涉及多个部门，常会出现漏改和失误的现象，影响了产品的质量和交货期。4.现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数，他们的专业知识和实际经验不足，又担负着开发的重任。5.由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立，缺乏有效的协同开发的模式，不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见,容易造成产品的反复修改，延长了开发的周期。为解决这些问题，必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提高产品结构性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境,使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面，使企业取得良好的经济效益。1.3.2数控控机床在在国外的发展展趋势及及现状无人化，规规模化生生产对加加工设备备提出了了高速度度，高精精度，高高效率的的要求，交交流伺服服系统具具有高响响应，免免维护（无无碳刷，换换向器等等磨损元元部件），高高可靠性性等特点点，正好好适应了了这一需需求。例例如，日日本法努努克公司司，三菱菱电机公公司，安安川电机机公司，德德国西门门子公司司，aeeg公司司，力士乐乐inddrammat公公司，美美国抗体体公司，通通用电气气公司等等均先后后在19984年年前后将将交流伺伺服系统统付诸实实用。进进入200世纪990年代代，微电电子制造造工艺的的日臻完完善，使使得DSSP运算算速度呈呈几何数数上升，达达到了伺伺服环路路高速实实时控制制的要求求，一些些运动控控制芯片片制造商商还将电电机控制制所必需需的外围围电路(如A/D转换换器、位位置/速速度检测测倍频计计数器、PPWM发发生器等等)与DDSP内内核集成成于一体体，使得得伺服控控制回路路采样时时间达到到1000?s以以内，由由单一芯芯片实现现自动加加、减速速控制，电子齿齿轮同步步控制，位置、速速度、电电流三环环的数字字化补偿偿控制。一一些新的的控制算算法如速速度前馈馈、加速速度前馈馈、低通通滤波、凹凹陷滤波波等得以以实现。目目前一些些工业发发达国家家的伺服服系统生生产厂家家基本上上均能够够提供全全数字交交流伺服服系统或或者可以以与自己己的CNNC系统统相配套套，如日日本FAANUCC公司、三三菱电机机公司、安安川电机机公司、松松下公司司、山洋洋电机公公司、德德国Siiemeens公公司、力力士乐IIndrramaat公司司、Leenzee公司、美美国A.B公司司、Koollmmorggen公公司、RRellliannce公公司、BBalddor公公司、PPaciificcSccienntiffic公公司等。在19887年，由由德国机机床协会会和德国国电力电电子协会会联合提提出数字字驱动接接口国际际标准，即即SERRCOSS(SeeriaalReeal-timmeCCommmuniicattionnSyysteem串行行实时通通信系统统)接口口作为高高性能运运动控制制系统闭闭环数据据串行实实时通信信接口，这两个个协会将将电机、驱驱动系统统、CNNC系统统的主要要制造商商组成一一个联合合工作组组。最初初加入SSERCCOS工工作组的的公司有有AECC、ABBB、AAMK、BBanmmulller、BBoscch、IIndrramaat、SSiemmenss、PaacifficSciienttifiic等几几家公司司。与此此同时，开开发了相相应的AASICC芯片、SSERCCON8816，传传输速度度为2/4/88/166Mbbit/s，SSERCCOS与与其它串串行现场场总线相相比，有有效数据据传输率率高，例例如Etthemmentt以1000Mbbit/s速度度传输数数据时，有有效数据据传输率率为510MMbitt/s；SERRCOSS以166Mbiit/ss速度传传输数据据时，有有效数据据传输率率为111Mbiit/ss。CAAN(cconttrolllerrArreaNettworrk)用用于运动动控制时时，必须须提供额额外的存存储缓冲冲器及信信号管理理资源，其其成本大大约是SSERCCOS接接口的22倍，另另一个特特点是它它的光纤纤噪声抑抑制能力力强、传传输可靠靠性高。虽然SEERCOOS接口口初终是是为CNNC与数数字伺服服接口而而开发，迄迄今已被被广泛应应用于通通用运动动控制器器与数字字伺服之之间的接接口。目目前已能能满足在在2mss内，使使一台控控制器与与多达332个伺伺服系统统实现数数据通信信。SEERCOOS为数数字伺服服网络化化铺就了了一条宽宽阔大道道，可以以预见，在不远远的将来来，带有有SERRCOSS接口的的伺服系系统将会会进入家家庭、办办公室、工工厂车间间乃至各各个与伺伺服应用用相关的的领域。1.4 CK5516立立式数控控车床的的总体方方案设计计CK5116立式式数控车车床具有有高转速速、大扭扭矩、高高刚性等等特点，主主要用于于加工轮轮毂、刹刹车毂等等各类短短轴类、盘盘类零件件，车削螺螺纹、圆圆弧、圆圆锥、回回转体的的内外曲曲面、端端面沟槽槽、钻、扩扩、铰等等，适用用于形状状复杂的的中小批批量零件件，以及精精度、尺尺寸一致致性要求求高的大大批量零零件的加加工。CCK5116立式式数控车车床的机机械传动动部分设设计，可可以分为为主轴组组件设计计、主传传动设计计、变速速箱中传传动轴和和齿轮设设计、XX、Z向向进给伺伺服系统统设计等等小题目目，由66名同学学共同完完成。我我们6位位同学经经过调查查研究，分分析讨论论，反复复论证，最最终确定定了机床床的总体体方案。1.机床总体尺寸参数的选定根据设计要求并参考实际情况，初步选定机床主要参数如下：床身上最最大回转转直径 mmm 8000 最大车削削直径 mmm 6000最大车削削高度 mmm 6000主轴转速速范围（四四段无级级） r/mmin 45-10000主轴孔前前端锥度度 mmm 1200主电机功功率 kw 15X/Z轴轴伺服电电机 NN.m 2222.机床主主要部件件及其运运动方式式的选定定(1) 主运运动的实实现采用主轴轴箱与变变速箱分分离的传传动布局局。主传传动由变变频电机机经四级级变速箱箱、三角角带窄VV带传至至主轴。(2) 进给运动的实现机床进给给运动均均采用半半闭环伺伺服控制制，因此此在X、Z两个方向向上，进进给运动动均采用用滚珠丝丝杠螺母母副，其其动力由由伺服电机机通过联联轴器传传递。(3) 数字控控制的实实现控制制系统采采用FAANUCC-0ii系统。(5) 机床其其它零部部件的选选择考虑到生生产效率率以及生生产的经经济性，机机床附件件如油管管、行程程开关等等，以及及标准件件如滚珠珠丝杠、轴轴承等均均选择外外购形式式。1.5 本设计计的主要要内容和和方法本设计为为纵向进进给运动动的设计计，设计计内容主主要包括括：确定定系统的的负载，确确定系统统脉冲当当量，运运动部件件惯量计计算，空空载起动动及切削削力矩机机计算，确确定伺服服电机等等。设计时要要求电机机与丝杠杠采用柔柔性连接接，电机机选用伺伺服电机机对电机机的大小小选择进进行验证证，对滚滚珠丝杠杠直径及及支承形形式选择择进行强强度较核核。设计计与生产产实际相相结合，既既要满足足理论要要求，又又要满足足生产现现实实际际。设计计应遵循循先易后后难、先先局部后后全局的的规律，确确定设计计步骤时时，应把把整个CCK5116立式式数控车车床Z向向进给传传动系统统分成若若干个子子系统进进行，待待各系统统基本合合理后再再互联完完成全系系统工作作。设计计的产品品应高效效经济。本本课题所所设计的的进给系系统是针针对经济济型中档档数控车车床的，该该系统设设计成功功一旦应应用到生生产实践践中，将将给中小小规模的的加工厂厂输入新新的血液液。显著著提高生生产力水水平，减减轻劳动动强度，提提高经济济效益。第二章 纵向进进给传动动系统总总体方案案的确定定2.1 进给传传动系统统的组成成及其原原理数控机床床进给伺伺服系统统是数控控机床的的关键组组成部分分。一般般由控制制电路、电电器驱动动部件和和执行部部件组成成。进给给传动部部件一般般认为是是从电机机到工作作台之间间的传动动链。进进给传动动部件的的动态特特性的好好坏直接接影响到到一台机机床的工工作性能能和加工工精度。进进给传动动部件的的振动会会影响进进给系统统的定位位精度。另另外，机机械传动动部件的的设计好好坏对进进给伺服服系统的的伺服性性能的影影响也很很大。现现代数控控机床日日益向着着高速、高高效率、高高精度方方向发展展。对机机床进给给传动部部件的设设计要求求也越来来越高。数控机床床的进给给系统，与与普通机机床不同同。数控控机床的的进给指指令，来来自数控控系统，经经进给电电动机和和驱动机机构，使使执行部部件如刀刀架、工工作台、主主轴箱等等按程序序的规定定运动。进给传动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，决定了数控机床的档次，因此，在数控技术发展的历程中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。数控系统所发出的控制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动的。数控机床的进给传动系统是一种位置随动与定位系统，它的作用是快速、准确地执行由数控系统发出的运动命令，精确地控制机床进给传动链的坐标运动。它的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。2.2进进给传动动控制伺伺服系统统的选择择1.开环环伺服系系统开环伺服服系统是是数控机机床中最最简单的的伺服系系统，执执行元件件一般为为步进电电机。开开环进给给伺服系系统的精精度较低低，速度度也受到到步进电电动机性性能的限限制。但但由于其其结构简简单，易易于调整整，在精精度要求求不太高高的场合合中得到到较广泛泛的应用用。 2.闭环环控制系系统 因为开开环系统统的精度度不能很很好地满满足数控控机床的的要求，所所以为了了保证精精度，最最根本的的办法是是采用闭闭环控制制方式。闭闭环控制制系统是是采用直直线型位位置检测测装置对对数控机机床工作作台位移移进行直直接测量量并进行行反馈控控制的位位置伺服服系统。3.半闭闭环控制制系统 采用旋旋转型角角度测量量元件（脉脉冲编码码器、旋旋转变压压器、圆圆感应同同步器等等）和伺伺服电动动机按照照反馈控控制原理理构成的的位置伺伺服系统统，称作作半闭环环控制系系统。半半闭环控控制系统统的检测测装置有有两种安安装方式式：一种种是把角角位移检检测装置置安装在在丝杠末末端；另另一种是是把角位位移检测测装置安安装在电电动机轴轴端。根据需求求，并且且考虑到到经济的的效益，故故选择半半闭环控控制系统统。2.3进进给驱动动电动机类型的的确定早期的数数控机床床采用电电液伺服服驱动的的较多，而而现代数数控机床床基本上上都采用用全电气气伺服驱驱动系统统。它可可分为步步进电机机，直流伺伺服电动动机和交交流伺服服电动机机伺服驱驱动系统统三类。步进电动动机：步进电电动机是是一种将将脉冲信信号变换换成相应应的角位位移(或线位位移)的电磁磁装置，是是一种特特殊的电电动机。一一般电动动机都是是连续转转动的，而而步进电电动机则则有定位位和运转转两种基基本状态态，当有有脉冲输输入肘步步进电动动机一步步一步地地转动，每每给它一一个脉冲冲信号，它就转转过一定定的角度度。步进进电动机机的角位位移量和和输入脉脉冲的个个数严格格成正比比，在时时间上与与输入脉脉冲同步步，因此此只要控控制输入入脉冲的的数量、频频率及电电动机绕绕组通电电的相序序，便可可获得所所需的转转角、转转速及转转动方向向。在没没有脉冲冲输入时时，在绕绕组电源源的激励励下气隙隙磁场能能使转子子保持原原有位置置处于定定位状态态。在电电动机定定子上有有A、B、C三对磁磁极，磁磁极上绕绕有线圈圈，分别别称之为为A相、B相和C相，而而转子则则是一个个带齿的的铁心，这这种步进进电动机机称之为为三相步步进电动动机。如如果在线线圈中通通以直流流电，就就会产生生磁场，当当A、B、C三个磁磁极的线线圈依次次轮流通通电，则则A、B、C三对磁磁极就依依次轮流流产生磁磁场吸引引转子转转动。直流伺服服电动机机具有：稳定性性好；转向取取决于控控制电压压的极性性，控制制电压为为零时，转转子惯性性很小，能能立即停停止；响应迅迅速，机机械特性性和调节节特性都都是线性性的，而而且不存存在“自转”现象；控制功功率低，损耗小小；转矩大大；机械特特性和调调节特性性都是线线性的，而而且不存存在“自转”现象等等特点。交流伺服服电动机机：输出或或输入为为交流电电能的旋旋转电机机，称为交交流电机机，它实际际上就是是两相异异步电动动机，所以有有时也叫叫两相伺伺服电动动机。交交流伺服服电动机机的机械械特性是是非线性性的，电容移移相控制制时非线线性更为为严重，而且斜斜率随控控制电压压的变化化而变化化，这会给给系统的的稳定和和校正带带来困难难。机械械特性很很软，低低速段更更软，负负载转矩矩变化对对转速影影响很大大，而且机机械特性性软会使使阻尼系系数减小小，时间常常数增大大。从而降降低了系系统品质质。若交交流伺服服电动机机设计参参数选择择不当，或或制造工工艺不良良，在单相相状态下下会产生生“自转”而失控控，而且且其电动动机的转转子电阻阻相当大大，所以损损耗大，效效率低，电电动机的的利用程程度差。除此之外交流伺服电动机结构简单，维护方便，运行可靠，适宜于不易检修的场合使用。伺服电机机是根据据负载条条件来选选取的。加加在电机机轴上的的负载主主要有两两种:负载扭扭矩和负负载惯量量，其中负负载扭矩矩包括切切削扭矩矩和摩擦擦扭矩。负负载扭矩矩应小于于所选择择电机的的额定扭扭矩，负载扭扭矩与加加速扭矩矩之和应应等于所所选择电电机的最最大扭矩矩。加速速扭矩应应考虑负负载惯量量和电机机惯量的的匹配，同时还还应考虑虑连续过过载时间间在所选选电机的的允许范范围内，负载快快速运动动时所需需的电机机转速应应在电机机的最高高转速之之内。这这样可使使电机在在机床的的伺服系系统中工工作性能能得以充充分发挥挥。从上述三三种电动动机的比比较可知知，直流伺伺服电动动机是自自动控制制系统中中具有很很高的优优越性。所所以在CCK5116立式式数控车车床的进进给系统统中使用用直流伺伺服电动动机。2.4确确定脉冲冲当量脉冲增量量插补是是行程标标量插补补，每次次插补结结束产生生一个行行程增量量，以脉脉冲的方方式输出出。一个个脉冲所所产生的的坐标轴轴移动量量叫做脉脉冲当量量。脉冲冲当量是是脉冲分分配的基基本单位位，它是是衡量数数控机床床加工精精度的一一个技术术参数。立立式数控控车床常常采用的的脉冲当当量是00.0110.0055mm/steep。根根据机床床精度要要求确定定脉冲当当量，纵纵向：00.011mm/steep。2.5进进给系统统的传动动要求及及传动类类型的选选择2.5.1进给给系统的的传动要求求数控机床床进给传传动装置置的精度度、灵敏敏度和稳稳定性，将将直接影影响工件件的加工工精度。为为此，数数控机床床的进给给传动系系统必须须满足:（1）传传动精度度高；（22）摩擦擦阻力小小；（33）运动动部件惯惯量小。 2.5.2传动动类型的的选择数控机床床进给传动动系统的的基本传传动方式式常用的的有两种种：滚珠珠丝杠螺螺母副和和静压丝丝杠螺母母副。1.滚珠珠丝杠螺螺母副在数控机机床上，将将回转运运动与直直线运动动相互转转换的传传动装置置一般采采用滚珠珠丝杠螺螺母副。其其特点是是：传动动效率高高，一般般为=0.920.998；传传动灵敏敏，摩擦擦力小，不不易产生生爬行；使用寿寿命长；具有可可逆性，不不仅可以以将旋转转运动转转变为直直线运动动，亦可可将直线线运动变变成旋转转运动；轴向运运动精度度高，施施加预紧紧力后，可可消除轴轴向间隙隙，反向向时无空空行程；因此，在在数控机机床上得得到了广广泛的应应用，是是目前中中、小型型数控机机床的常常见的传传动方式式。2.静压压丝杠螺螺母副其特点是是：摩擦擦系数小小，仅为为0.000055，；平平稳性高高；反向向间隙小小；但是是，静压压丝杠螺螺母副应应有一套套供油系系统，而而且对有有的清洁洁度要求求高，如如果在运运动中供供油忽然然中断，将将造成不不良后果果。由以上比比较，根根据要求求，纵向向进给传传动系统统采用滚滚珠丝杠杠螺母副副的传动动方式。2.6电电机与丝丝杠联接接方式的的选择滚珠丝杠杠螺母副副与电动动机的联联接的型型式主要要有三种种：1.联轴轴器直联联接这是一种种最简单单的连接接型式.这种结结构型式式的优点点是:具具有最大大的扭转转刚度；传动机机构本身身无间隙隙,传动动精度高高,而且且结构简简单,安安装、调调整方便便，适用用于像中中小型号号的数控控车床。联联轴器采采用挠性性联轴器器，它能能补偿因因同轴度度及垂直直度误差差引起的的“干涉”现象.采用这这种挠性性联轴器器把电动动机与丝丝杠直接接联接，不仅可以简化结构，减少噪声，而且可以消除传动间隙，能减少中间环节带来的传动误差,提高传动刚度。2.通过过齿轮联联接 这种调整整方法的的优点是是可以在在齿轮的的齿厚和和周节变变化的情情况下,保持齿齿轮的无无间隙啮啮合；但但是结构构比较复复杂,轴轴向尺寸寸大、传传动刚度度低、传传动平稳稳性较差差，一般般用于精精度要求求低的机机床中。3.通过过同步齿齿形带联联接 同步齿轮轮带传动动具有带带传动和和链传动动的共同同优点,与齿轮轮传动相相比它结结构更简简单,制制造成本本更低,安装调调整更方方便。并并且传动动不打滑滑、不需需要大的的张紧力力； 但但是在同同步齿形形传动设设计时对对材料的的要求很很高。在满足机机床要求求的前提提下，通通过对比比本课题题采用通通过联轴轴器联接接电机与与丝杠副副，这是是一种简简单的联联接形式式具有大大的扭转转刚度，制制造成本本低，传传动精度度高，而而且结构构简单，安安装调整整方便。2.7 进给系系统的一一些其它它要求滚珠丝杠杠副和其其他滚动动摩擦的的传动器器件一样样，应避避免硬质质灰尘或或切屑污污物进入入，因此此必须装装有防护护装置。如如果滚珠珠丝杠副副在机床床上外露露，则应应采用封封闭的防防护罩，如如采用螺螺旋弹簧簧钢带套套管、伸伸缩套管管以及折折叠式套套管等。安安装时将将防护罩罩的一端端连接在在滚珠螺螺母的侧侧面，另另一端固固定在滚滚珠丝杠杠的支承承座上。如如果滚珠珠丝杆副副处于隐隐蔽的位位置，则则可采用用密封圈圈防护，密密封圈装装在螺母母的两端端。接触触式的弹弹性密封封圈采用用耐油橡橡胶或尼尼龙制成成，其内孔孔做成与与丝杠螺螺纹滚道道相配的的形状；接触式式密封圈圈的防尘尘效果好好，但由于于存在接接触压力力，使摩擦擦力矩略略有增加加。非接接触式密密封圈又又称迷宫宫式密封封圈，它采用用硬质塑塑料制成成，其内孔孔与丝杠杠螺纹滚滚道的形形状相反反，并稍有有间隙，这样可可避免摩摩擦力矩矩，但防尘尘效果差差。工作作中应避避免碰击击防护装装置，防护装装置一有有损坏应应及时更更换。另外对对滚珠丝丝杠安装装处应进进行削边边。第三章 伺服服电动机机的具体体计算选选择在第二章章初步确确定了进进给驱动动电动机的类型型为：直直流伺服服电动机机。现在在具体确确定其型型号规格格。3.1电电动机的的选型要要求伺服电动动机的选选择是根根据负载载条件来来进行的的，加在在电动机机轴上的的负载有有负载转转距和负负载惯量量两种，负负载转距距包括切切削转距距和摩擦擦转距。选选择伺服服电动机机应能满满足下述述条件：1.根据据负载转转距选择择电机，负负载转距距应小于于或等于于电动机机额定转转距。最最大切削削负载转转距不得得超过电电动机的的额定转转距折算算到电动动机轴上上的最大大切削负负载转距距。2.电动动机的转转子惯量量应与负负载惯量量相匹配配，通常常要求转转子惯量量不小于于负载惯惯量。但但也不是是转子惯惯量越大大越好，因因转子惯惯量越大大，总的的惯量就就越大，加加速性能能受影响响。为了了保证足足够的角角加速度度，以满满足系统统反应的的灵敏度度，将不不得不采采用转距距过大的的电动机机和它的的控制系系统。3.快速速移动时时，转距距不得超超过电动动机的最最大转距距，当执执行部件件从静止止状态加加速到最最大移动动速度时时，所需需要的转转距最大大。但选选择电机机时，是是按照负负载转距距小于额额定转距距，电动动机转子子惯量与与负载惯惯量的合合理匹配配，执行行部件的的快速转转距小于于电动机机的最大大转距三三个要素素来考虑虑的。根根据负载载转距的的计算，切切削转距距加上摩摩擦转距距，应小小于或等等于电动动机的额额定转距距。4.加速速转距应应等于最最大转距距减去负负载转距距。在空空载时，加加速转距距应等于于最大转转距减去去摩擦转转距，其其差值等等于全部部惯量（电电动机+负载惯惯量）乘乘于加速速度斜率率。3.2 电动机机工作方方式的确确定电动机工工作时会会发热，它不仅仅取决于于负载的的大小，也和负负载持续续的时间间的长短短密切相相关，这这是选择择额定功功率时必必须考虑虑的。按按电动机机的不同同发热情情况，可可以分为为三种工工作方式式（或称称工作制制），即即连续工工作方式式、短时时工作方方式和断断续周期期性工作作方式。 CK516立式数控车床其工作时间一般较长，温升可以达到稳定值，电机的负载可能是恒定或大小基本恒定的常值负载或变化负载，因此属于连续工作方式。3.3 电动机机型号的确定定伺服电机机是根据据负载条条件来选选取的。加加在电机机轴上的的负载主主要有两两种:负载扭扭矩和负负载惯量量,其中负负载扭矩矩包括切切削扭矩矩和摩擦擦扭矩。负负载扭矩矩应小于于所选择择电机的的额定扭扭矩,负载扭扭矩与加加速扭矩矩之和应应等于所所选择电电机的最最大扭矩矩。加速扭矩矩应考虑虑负载惯惯量和电电机惯量量的匹配配,同时还还应考虑虑连续过过载时间间在所选选电机的的允许范范围内,负载快快速运动动时所需需的电机机转速应应在电机机的最高高转速之之内。这这样可使使电机在在机床的的伺服系系统中工工作性能能得以充充分发挥挥。根据其负负载特性性和快速速性，CCK516系列加加工中心心Z轴的伺伺服电动动机选用用AC数字字经济型型电机C222/15500驱驱动，该该电机的的具体规规格及参参数如下下所示：型号：AA06BB-01145-B1777；转速：15000rppm；额额定转矩矩：222Nm；功率：1.55KW。 3.4运运动部件件惯量及及扭矩计计算3.4.1 机机床主要要参数主切削力力： PP=15500KKg=1150000N纵向进给给力：PPX =1150000.4=6600KKg=660000N纵向快速速： VV=1.2m/minn动件总重重量：WW=2550Kgg丝杠螺距距： S=88mm加减速时时间： t=00.033s3.4.2 惯惯量计算算由已知以以下数据据：050227丝杠杠 J11=0.00663066Kg.m2050226套 JJ2=0.00001644Kg.m2联轴器 J3=0.000026KKg.mm2轴承=00.00007115 KKg.mm2滑板 =00.0000422 Kgg.m22得：其中：ii为降速速比；ii=1.查电机C222/15500惯惯量J电=0.0122 Kgg.m22惯量比：J总/J电=0.007796/0.0012=0.6663结论：惯惯量比对对立式车车床可用用。3.4.3快速速进给所所需扭矩矩计算1.克服服磨擦力力所需扭扭矩其中： 导轨轨磨檫力力，=mmgf mm 质量量（Kgg），mm=2550 KKg f 磨檫檫系数，ff=0.0188 g =传动链链效率， =0.8i为降速速比；ii=12.加速速力矩其中： 要求求电机快快速进给给转速（rr/miin），=VI/P V 快速速进给速速度，VV=122m/mmini 降降速比,i=11P 丝杆螺螺距（mm），PP=0.0088 m=VI/P=112/00.0008=115000r/mmin J 总惯惯量，JJ=0.007796 Kg.m2 tt 加速速时间，t=0.03s3.附加加磨擦力力所需扭扭矩其中： 纵向向进给力力，=60000NN P 丝杆杆螺距（mm），PP=0.0088 m 传动动链效率率， =0.88i 降降速比,i=11总快速结论：查查电机在在15000r/minn进扭矩矩为9NN.m 可用3.4.4重切切时所需需扭矩1.最大大切削负负载时的的切削扭扭矩其中： Z向向最大切切削力（NN），=60000NP 丝杆螺螺距（mm），PP=0.0088 m 传动动链效率率， =0.88i 降降速比,i=112.加速速扭矩计计算其中： 要求求电机重重切时的的进给转转速，=70rr/miin J 总惯惯量，JJ=0.007796 Kg.m2t 加速时时间，tt=0.03ss重切时所所需总扭扭矩 其中中：结论：查查电机在在低速时时扭矩为为22NN.m 可用。综上，通通过运动动部件惯惯量及扭扭矩计算算，说明明所选电电机CC22/15000满足足要求，选选择正确确可用。第四章滚滚珠丝杠杠螺母副副的计算算和选型型在第二章章初步选选择了进进给饲服服系统的的传动类类型为：滚珠丝丝杠螺母母副。现现在具体体对其进进行设计计，计算算和选型型。4.1 滚珠丝丝杠螺母母副的种类丝杠传动动直接关关系到传传动链精精度。丝杠的的选用主主要取决决于加工工件的精精度要求求和拖动动扭矩要要求。一一般情况况滑动丝丝杠应不不低于66级，螺母间间隙过大大则更换换螺母。采采用滑动动丝杠相相对滚珠珠丝杠价价格较低低，但难以以满足精精度较高高的零件件加工。因因此滑动动丝杠常常用在加加工精度度要求不不是很高高的普通通车床中中。 滚滚珠丝杠杠摩擦损损失小，效效率高，其其传动效效率可在在90%以上；精度高高，寿命长长；启动动力矩和和运动时时力矩相相接近，可以降降低电机机启动力力矩。因因此可满满足较高高精度零零件加工工要求。在在数控化化改造的的车床中中，应把原原来的滑滑动丝杠杠换为滚滚珠丝杠杠，以降低低摩擦力力，提高高加工精精度。滚滚珠循环环方式可可分为外外循环和和内循环环两大类类，外循环环又分为为螺旋槽槽式和插插管式。珠珠丝杠滚滚副的预预紧方法法有：双双螺母垫垫片式预预紧，双螺母母螺纹式式预紧，双螺母母齿差式式预紧，单螺母母变导程程预紧以以及过盈盈滚珠预预紧等几几种。4.2 滚珠丝丝杠支承承方式的的确定数控机床床的进给给系统要要获得较较高的传传动刚度度，除了加加强滚珠珠丝杠螺螺母本身身的刚度度之外，滚珠丝丝杠正确确的安装装及其支支承的结结构刚度度也是不不可忽视视的因素素。螺母座座及支承承座都应应具有足足够的刚刚度和精精度。通常都都适当加加大和机机床结合合部件的的接触面面积，以提高高螺母座座的局部部刚度和和接触强强度，新设计计的机床床在工艺艺条件允允许时常常常把螺螺母座或或支承座座与机床床本体做做成整体体来增大大刚度。为为了提高高支承的的轴向刚刚度，选选择适当当的滚动动轴承也也是十分分重要的的。国内内目前主主要采用用两种组组合方式式。一种是是把向心心轴承和和圆锥轴轴承组合合使用，其结构构虽简单单，但轴轴向刚度度不足。另另一种是是把推力力轴承或或向心推推力轴承承和向心心轴承组组合使用用，其轴轴向刚度度有了提提高，但但增大了了轴承的的摩擦阻阻力和发发热而且且增加了了轴承支支架的结结构尺寸寸。在设设计中，我我采用推推力轴承承和向心心轴承组组合使用用。4.3 计算进进给牵引引力Fmm(N)作用在滚滚珠丝杠杠上的进进给牵引引力主要要包括切切屑时的的走刀抗抗力以及及移动件件的重量量和切屑屑分力作作用在导导轨上的的摩擦力力。因而而其数值值大小和和导轨的的形式有有关。纵纵向进给给为三角角形导轨轨Fm=kFZZ+f(FY+G)=1.115115000+0.04(60000+25500)= 11728840 N式中:KK考虑虑颠覆力力矩影响响的实验验系数.三角形形导轨取取k=11.155f贴塑塑导轨摩摩擦系数数:0.0300.055G溜板板及刀架架重力,取250kgg100N/kkg =2500NN4.4 计算最最大动负负载 CC选用滚珠珠丝杠副副的直径径时，必必须保证证在一定定轴向负负载作用用下，丝丝杠在回回转1000万（1006）转转后，在在它的滚滚道上不不产生点点蚀现象象。这个个轴向负负载的最最大值即即称为该该滚珠丝丝杠能承承受的最最大动负负载 CC，计算算如下：C = fwwFmLL =（60nnT）/1006n =（10000Vss）/LooLo为为滚珠丝丝杠导程程,选丝杠杠名义直直径为440,查滚珠珠丝杠转转动惯量量表,初选出出Lo=6Vs最大切切削力下下的进给给速度,可取最最高进给给速度的的1/221/33,此处处为0.15mm/miin;TT使用用寿命,按150000hh;fww运转转系数,按一般般运转取取1.221.55;L寿命以以转1006为1单位.nn=(110000Vs)/Loo=(1100000.55550.15)/6=12.5r/minnL=(60nTT)/1106=(600122.5150000)/1006=111.225C= fwwFm= 11.217775=447722.7NN运转系数运转状状态运转转系数无无冲击运运转 11.011.2一一般运转转 1.21.5有冲冲击运转转 1.52.5 4.5 滚珠丝丝杠螺母母副的选选型查阅表AA-1，可可采用WW1L440066外循环环螺纹调调整预紧紧的双螺螺母滚珠珠丝杠副副，1列2.55圈，其额定定动负载载为1664000N，精度等等级按滚滚珠丝杠杠行程公公差表，选为3级(大致相相当于老老标准EE级)4.6 传动效效率计算算 =tann/ttan(+)式中：螺螺旋升角角,W11L40006 =22444摩擦角角取100滚动动摩擦系系数0.00330.0004=taan/tann(+)=tann2444/tann(244+100)=0.9944.7 稳定性性校核滚珠丝杠杠两端采采用推力力球轴承承，不会产产生失稳稳现象，不需作作稳定性性校核。第五章 联轴器器的具体体确定在第二章章可知电电机与丝丝杠的联接方式式为：联联轴器联联接，现现在确定定联轴器器的型号号。联轴器是是机械传传动中常常用的部部件，他他们联接接轴与轴轴，以传传递运动动与转矩矩，有时时候也可可以用做做安全装装置，由由于机器器的工况况各异，因因而对联联轴器提提出了各各种不同同的要求求，如传传递转矩矩的大小小、转速速高低、扭扭转刚度度的变化化情况、体体积大小小、吸震震能力等等等，出出现了许许多新的的类型。5.1联联轴器的的种类和和特性联轴器所所联接的的两轴，由由于制造造及安装装误差、承承载后的的变形以以及温度度变化的的影响等等，往往往不能保保证严格格的对中中，而是是存在这这某种程程度的相相对位移移，这就就要求设设计联轴轴器时，要要从结构构上采用用各种不不同的措措施，使使之具有有适应一一定范围围的相对对位移的的性能。根据联轴轴器对各各种相对对位移有有无补偿偿能力，可可分为刚刚性联轴轴器和挠挠性联轴轴器两类类。挠性性联轴器器又可分分为是否否具有弹弹性元件件的挠性性联轴器器和有弹弹性元件件的挠性性联轴器器两个类类别。55.2联联轴器选选择的标标准选择合适适的联轴轴器要考考虑以下下几点：1.所需需要传递递的转矩矩大小和和性质以以及对缓缓冲减震震功能的的要求。2.联轴器的工作转速高低和引起离心力的大小。3.两轴相对位移的大小和方向。4.联轴器的可靠性和工作环境。5.联轴器的制造安装维护和成本。5.3联联轴器型型号的确确定根据此次次设计的的要求，参参照以上上标准，应应选用TTL6型型弹性联联轴器，它它的许用用转矩为为2500 N.m，需需用的最最大转速速为38800rr/miin,轴轴径为33242mmm之间间，故合合用。第六章 进进给系统统其他部部件的确确定及机机床噪声声控制6.1导导轨的确确定数控机床床导轨必必需具有有较高的的导向精精度、高高刚度、高高耐磨性性，机床床在高速速进给时时不振动动、低速速进给时时不爬行行等特性性。目前前数控机机床使用用的导轨轨主要有有3种：塑塑料滑动动导轨、滚滚动导轨轨和静压压导轨。目前滚动动导轨副副被广泛泛应用于于精密机机床、数数控机床床、测量量机和测测量仪器器上。下下面着重重介绍下下滚动导导轨副。滚动导轨轨有多种种形式，目目前数控控机床常常用的滚滚动导轨轨为直线线滚动导导轨。直线滚滚动导轨轨主要由由导轨体体、滑块块、滚柱柱或滚珠珠、保持持器、端端盖等组组成。当滑块块与导轨轨体相对对移动时时，滚动动体在导导轨体和和滑块之之间的圆圆弧直槽槽内滚动动，并通通过端盖盖内的滚滚道，从从工作负负荷区到到非工作作负荷区区，然后后再滚动动回工作作负荷区区，不断断循环，从从而把导导轨体和和滑块之之间的移移动变成成滚动体体的滚动动。为防防止灰尘尘和脏物物进入导导轨滚道道，滑块块两端及及下部均均装有塑塑料密封封垫，滑滑块上还还有润滑滑油杯。最最近新出出现的一一种在滑滑块两端端装有自自动润滑滑的滚动动导轨，使使用时无无须再配配润滑装装置。由于滚动动导轨的的诸多优优点, 综合考考虑，CCK5116的纵纵向进给给系统采采用直线线滚动导导轨。6.2刀刀架的选选择选用选用用LD44-ICCK06625型型电动刀刀架。因为设设计要求求刀架的的最大回回转直径径为1220mmm，而最最小的三三角刀架架的设计计高度大大大超过过60mmm，故故选用最最小的刀刀架型号号，因刀刀架为外外购件，其其尺寸已已成定值值，故选选用最小小的四方方刀架。即即 LDD4-IICK006255。该刀架可可以夹持持4把刀，采采用鼠牙牙盘为分分度定位位，利用用直流伺伺服电机机实现自自动转位位。6.3机床床噪声的的控制控制机床床噪声，保障操操作人员员的身体体健康是是当前机机械企业业的一个个重要课课题。因因此在设设计过程程中必须须考虑一一定的措措施来降降低机床床的噪声声。机床噪声声可分为为空运转转噪声和和切削噪噪声2种。切切削噪声声是在一一定切削削条件下下产生的的，其中包包括了刀刀具、夹夹具和工工件系统统的状况况。机床床噪声源源主要是是传动系系统声及及与切削削过程有有关的声声辐射，此外还还存在润润滑冷却却噪声、电电控系统统噪声及及背景噪噪声等。我国颁布布的金金属切削削机床通通用技术术条件规规定了机机床噪声声的允许许标准。对对于高精精度机床床 ,噪声声不大于于 755dB (A);对于于精密机机床和普普通机床床，噪声不不大于 85ddB (A)。上上述仅表表明机床床本身的的质量水水平，它是机机床的空空运转噪噪声。机床在在实际使使用中，除了机机床空运运转噪声声外，还有很很大的切切削噪声声。尤其其对那些些已经磨磨损的旧旧机床，在切削削载荷的的激发下下，噪声更更为强烈烈。切削过过程形成成的噪声声是极其其复杂的的，一般它它与切削削的材料料性质、切切削用量量和刀具具有关，还与切切削形式式(连续、断断续、崩崩裂 )有关。当当机床、刀刀具、夹夹具或工工件的刚刚度不够够时，则系统统受切力力的激发发或外界界的影响响就要发发生振动动并辐射射出强烈烈的噪声声。结 论本次设计计于20009年初初月开始始，经过2个多月月的努力力，于220099年5月初完完成，经经过9周的时时间完成成了CKK5166立式数数控车床床Z向进给给传动系系统设计计。本课课题的主主要任务务是完成成对CKK5166立式数数控车床床Z向进给给传动系系统设计计，主要包包括：确确定系统统的负载载，确定定系统脉脉冲当量量，运动动部件惯惯量计算算，空载载起动及及切削力力矩机计计算，确确定伺服服电机等等。目前前我国数数控机床床整体水水平依然然很低，现现有机床数数控化率率不到33。用用普通机机床加工工出来的的产品普普遍存在在质量差差、品种种少、档档次低、成成本高、供供货期长长，从而而在国际际、国内内市场上上缺乏竞竞争力，直直接影响响一个企企业的产产品、市市场、效效益，影影响企业业的生存存和发展展，所以必必须大力力提高机机床的数数控化率率。在设设计过程程中，我我们也学学到了很很多东西西，我们们通过查查阅大量量的资料料，把所所学的知知识应用用到设计计中，这这样既温温故了我我们在大大学期间间所学的的专业知知识，又又培养了了我们一一种独立立思考问问题、解解决问题题的能力力，对今今后的工工作必将将产生深深远的影影响。致 谢对于我们们这些即即将离开开校园的的学生来来说，毕毕业设计计是在校校园生涯涯中最后后一个重重要的环环节。它是我我们学习习能力经经验技能能的最基基本鉴定定，它更完完善了我我们的职职业工作作技能。在此感感谢教导导培育过过我们的的聂晓璐璐老师。在这次次毕业设设计期间间得到了了我的指指导老师师聂小璐璐的悉心心指导，无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每