1038-数控车床横向进给机构设计

1038-数控车床横向进给机构设计,数控车床,横向,进给,机构,设计 摘要本文作者主要研究了 400mm 经济型中档精度数控车床的横向进给机构的设计及其改造。其中,主要论述了两种不同的横向手动进给装置,亦即两种不同的设计方案。通过对两种不同设计方案的优缺点比较,根据提高定位精度、重复定位精度等因素,最终确定设计方案二为本次设计的设计方案。在设计计算中, 本文作者主要对数控车床横向进给机构的主要组成部件:滚珠丝杠副、同步带、同步带轮、交流伺服电机、导轨副及其自动转位刀架等进行了设计计算或选型。其中对滚珠丝杠副、同步带、交流伺服电机以及自动转位刀架的设计计算及选型作了重点论述。此外, 本文作者还对各个零部件进行了设计,并绘制了全部零件图以及该数控车床横向进给机构的装配图。此结构简单可靠,可应用于相似的各类数控车床上。关键词：数控车床 进给机构 进给系统 AbstractMain research 400 mm economical middle-grade precision numerical control crosswise of lathe, author of this text of summary, enter give design of organization and transform. Among them, have described two kinds of different entering horizontal and manually to the device, namely two kinds of different plans of design mainly. Compare through the pluses and minuses to two kinds of different plans of design , according to raising and orientate the precision , orient the factors, such as precision,etc. repeatedly, confirm plan of design two as the plan of design designed this time finally. In design in calculating, have lathe horizontal to enter give main composition part of organization to numerical more control authors of this text mainly: Ball guide screw vice, bring, bring wheel, exchange servo electrical machinery, vice guide and transfer to location knife rest, etc. design calculating or selecting type automatically in step in step. Among them guide screw vice to ball taking, exchange servo electrical machinery and transfer to location design of knife rest calculate and selecting type act as and expound the fact especially automatically in step. In addition author of this text go on and design to each spare part also, draw all part picture and lathe horizontal to enter give installation diagram of organization numerical control this. It is reliable that this is of simple structure, can apply to similar all kinds of numerical control lathes . Key words: Computer control lathe Feed equipment Feed system盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）10 引言该次毕业设计中,我很有幸分在“数控车床小组”,我所设计的课题为“数控车床横向进给机构的设计 (经济型中档精度数控机床)”。进行这一设计主要是为了进一步地提高数控车床横向进给机构的定位精度、重复定位精度以及改造手动进给装置以使其能够可靠地运行。而且,通过这次毕业设计也可以检验自己的学习情况,锻炼自己,对今后的学习和工作也有一定程度上的帮助。信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化到各方面的技术已越来越受关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。主要有全闭环交流伺服驱动技术（Full Closed AC Servo）、直线电机驱动技术（Linear Motor Driving）、可编程序计算机控制器（Programmable Computer Controller，PCC）和运动控制卡（Motion Controlling Board）等几项具有代表性的新技术。数控机床是一种高科技的机电一体化产品,是综合应用计算机技术、精密测量及现在机械制造技术等各种先进技术相结合的产物。数控机床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础已成为现在制造技术中不可缺少的生产手段,是机电一体化技术的重要组成部分。随着科学技术的迅速发展,数控技术的应用范围日益扩大。数控机床已成为现在机械制造业中的主要技术装备。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。经济型中档精度数控车床主要用于对中小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工，这些零件加工工艺要求机床应完成的工作内容有：控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴变速；刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具；冷却泵、润滑泵的启停；加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程。 数控车床横向进给机构的设计2数控车床的进给系统包括横向进给系统(X 轴)和纵向进给系统(Y 轴),它们是由伺服电机经同步齿形带传动,驱动滚珠丝杠螺母副机构,来实现刀架的运动。根据GB/T16462-1996数控卧式车床精度检验,机床的位置精度包括重复定位精度、反向偏差和定位精度。当机床的中心距 DC=3000mm 时,其重复定位精度 X 轴 0.007mm,Z轴 0.020mm;反向偏差 X 轴为 0.006mm,Z 轴为 0.012mm;定位精度 X 轴为 0.016mm,Z 轴为 0.050mm。可以看出,进给轴设计与主轴设计相比,具有相同的重要性。因而,进给轴的设计应从动、静两方面充分考虑,位置精度才能达到该标准的要求。 对于 X 轴，由于其位置误差值复映在零件加工尺寸上为直径值，故放大了 2 倍，X 轴移动质量不大，要求的快移速度较低，因而要求 X 轴应有更高的位置精度。因 X 轴滚珠杠直径比 Z 轴小，长度短，并且采用降速传动，使得折算在 X 轴电机上的转动惯量减小。因此，X 轴的设计应着重以达到所要求的位置精度为主要矛盾进行设计，而选用的电机扭矩比 Z 轴小些。为了达到这目标，X 轴应从提高重复定位精度、反向偏差及定位精度三个方面，从设计上解决。在数控车床进给系统的设计中,根据横向、纵向的不同精度要求,不同移动质量及转动惯量等特点,分别解决设计中的主要矛盾。以期望设计结果能满足各项性能指标的要求,达到预期的结果,即满足设计任务书的要求。限于编者水平，书中错误和不妥之处在所难免，殷切期望读者批评指正。盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）31、 总体设计方案1.1 总体设计方案论证与普通机床相比,数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度外,还具有良好的动态响应特性。为了确保数控机床的传动精度和工作平稳性,在设计机械了机构时,通常还应提出无间隙、低摩擦、高刚度以及有适宜的阻尼比要求等。为了达到这些要求,在机械传动设计中,主要采取如下措施:1、尽量采用低摩擦的传动副;2、选用最佳的降速比;3、尽量缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度;4、尽量消除传动间隙,减少反向行程误差。数控车床的总体总体设计方案示意图如下图所示： 微 机 横 向 工 作 台大离 隔 离微 电 机隔离电光 大放率功 编 码 器刀 架电 机伺 服隔电光 放率功 电 机伺 服 纵 向 工 作 台本设计数控车床要求设计为中档精度机床,为此提出以下两种设计方案:设计方案一:该方案的进给装置及动作原理如下:机床的横向进给机构由：床鞍，滚珠丝杠副，螺母座，滑板，连接套，步进电机等部分组成。由步进电机通过连接套带动滚珠丝杠副至螺母座，实现滑板的横向机动进给。在滚珠丝杠的前端加一螺孔，用内六角螺钉及套与之连接，这样用内六角扳手可实现滑板的横向手动进给运动。设计方案二:该方案的进给装置及动作原理如下:车床的横向进给机构由床鞍 4,滚珠丝杠副 5,螺母座 6,横滑板 7,同步带轮 12、19,交流伺服电机 64 等部分组成,见设计装配图 001。由交流伺服电机 64 经同步齿形带传动,驱动滚珠丝杠副 5 至螺母座 6,实数控车床横向进给机构的设计4现横滑板 7 的横向机动进给,来实现刀架的运动。在该方案中,在滚珠丝杠的前端加了一个固定销 46,床鞍上改进了支座 3,增加了滚花手柄 2,在滚花手柄 2 的前端用一个开口槽及内孔与滚珠丝杠相连, 支座 3 下用一个开槽平端紧定螺钉 45 与滚花手柄 2 上的两圆槽相连作定位作用。当需手动进给时, 滚花手柄 2 的开口槽就插到滚珠丝杠的固定销 46 中,将螺钉 45 紧到手柄 2 的相应圆槽中,这样转动滚花手柄 2 就可带动滚珠丝杠实现手动进给。当不用手动进给时,松开螺钉 45,将滚花手柄 2 出,使开口槽与滚珠丝杠的固定销分开,再将螺钉 45 紧到手柄 2 的相应圆槽中,此时手柄 2 与滚珠丝杠脱开了。在方案一中,由于在机动进给时,套 8 仍在转动,不安全。用内六角扳手时,在作螺纹的反向运动时,会使内六角螺钉松动,而不能使手动进给可靠进行。在方案二中,在机动进给时, 滚花手柄不再转动,使车床的安全可靠性得以加强。同时,这样做也使得在车床检验后的工作过程中,不至于被他人转动手柄而破坏现场工作状态。在方案一中,采用步进电机,起精度受到一定程度上的限制。因为本设计要求中档精度,所以在方案二中改用交流伺服电机,以提高相应的精度。并且在方案二中以同步带传动代替方案一中的连接套,其益处在参考文献4106-107 页中可以见到,这里就不再重复了。1.2 总体设计方案的确定经总体设计方案的比较和论证后,确定的经济型中档精度数控车床横向进给机构设计的总体方案示意图如装配图 001 所示。该横向进给机构既可以进行机动进给,也可以进行手动进给。该横向进给机构采用交流伺服电机驱动, 经同步齿形带传动,驱动滚珠丝杠转动,从而实现数控车床的横向进给运动。刀架采用 LD-1 型列电动刀架。2 横向进给机构的设计与计算横向进给机构设计与计算的主要内容有: 滚珠丝杠副的设计计算及选型、同步带的设计计算与选型、同步带轮的选择、交流伺服电机的计算及选型、导轨副的选择、自动转位刀架的选择。绘制横向进给机构的装配图以及各零件图等。2.1 已知条件(1)、床身上最大回转直径:400mm；(2)、加工最大工件长度:1000mm ；(3)、快移速度:X 轴 4m/min,Z 轴 8m/min；(4)、定位精度:X 轴 0.035mm, Z 轴 0.04mm； (5)、重复定位精度:X 轴 0.0075mm, Z 轴 0.01mm；盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）5(6)、数控车床工作台质量 W:根据图形尺寸粗略计算 W=60Kg；(7)、横向进给切削力 Fx 的确定:根据参考文献5查出:Pdf/ Pa =35% 5 11式中: P df进给系统所需电机功率;Pa主传动电机功率。已知 Pa 为 5.5Kw,取比例系数为 5%,则由公式 11 可得：Pdf= Pa5%=5.55%=0.275Kw 根据参考文献查出:F=61200 fPdf/Vf5 12式中: f进给系统效率,其范围为 0.150.20,取 f=0.20;Vf进给速度,m/min;查出:Vf=(1/21/3)V ixmax5 13 取 Vf=1/3 Vixmax由公式 12： Fx=612000.200.275/(41/3) =2524.5(w) 为了安全起见,取安全系数为 1.85,则:Fx=2524.51.854680N 2.2 滚珠丝杠副的设计滚珠丝杠副已经标准化,因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。一般情况下,设计滚珠丝杠时,已知条件为:最大工作负载 Fd(或平均工作负载 Fm)作用下的使用寿命,丝杠的工作长度(或螺母的有效行程),丝杠的转速(或平均转速),滚道的硬度及丝杠的运转情况。2.2.1 设计步骤通常的设计步骤为:A、计算作用在滚珠丝杠上的最大动载荷;B、从滚珠丝杠列表指出相应最大动负载的近似值,并初选几个型号;数控车床横向进给机构的设计6C、根据具体工作要求，对于结构尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑出比较合适的直径、导程、滚珠列数等，确定某一型号；D、根据所选的型号,列出或计算出其主要参数的数值 ,计算传动效率,并验算刚度及稳定系数是否满足要求。如不满足要求,则另选其他型号,再作上述计算和验算,直至满足要求为止。2.2.2 设计计算简况选用 CPG 系列滚珠丝杠副。A、 CPG 系列滚珠丝杠副主要参数的确定:按预期寿命 Ln 及轴向载荷 Fa 进行选择:Ln=(Ca/Fa)106(转) 11 21式中: C a额定动载荷;一般情况下 Fa 可以用平均轴向载荷 Fm 予以代替:Fm=(2Fmax+Fmin)/3 11 22式中: F max最大轴向载荷;Fmin最小轴向载荷。Fmax=mg+F11 23=609.8+4680=5268N Fmin=mg=609.8=588N 所以：F m=(2Fmax+Fmin)/3=3078N 对于机车和精密机械通常取 Ln=20106(转) 11则:： Ca=(20)1/3Fm=2.71Fm11=8341.38N 24计算出 Ca,可通过查表得到对应的滚珠丝杠副的尺寸,选取 2505-4 型号滚珠丝杠副,基本直径为 25mm,大径位 24.5mm,丝杠导程 L0 为 5mm, 滚珠直径为 3.175mm, 滚珠列数为四列。B、 对选用的滚珠丝杠副的参数进行核算a、轴向压缩载荷 F:对各种支承条件下所支承的最大轴向载荷,是否会超过临界载荷而失去稳定性,造成稳定失效,因此对保持丝杠不失去稳定性的轴向压缩载荷进行验算。盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）7滚珠丝杠受压力作用后在弹性范围内的临界稳定载荷 Fc 由下式计算:Fc=m(d0-db)4/Ls2 11 25式中:m 为支承系数;G-J 形式:m=2010 4(N/mm2);d0 为公称直径(mm);db 为滚珠直径(mm);Ls 为丝杠轴的支承距离(mm)。所以: Fc=20104(25-3.175)4/5552 =1.47105 N则: Fc/F=1.47105/5268n 式中: n为许用稳定安全系数,当丝杠垂直安置时 n=2.5, 水平安置时n=4;F 为最大轴向压缩载荷。由以上计算可知条件满足。a、 极限转速的计算:为使丝杠副在高速运转时不发生共振现象,应对其极限转速进行核算。当丝杠发生共振时的转速称为临界转速,以 Nc 表示:Nc=121106(d0-db)K1/2/L2 11 26式中: d 0 为公称直径(mm);db 为滚珠直径(mm);K 为支承结构系数, G-J 形式: K=2.5。极限转速 n 应满足:n0.8 N c11=0.81.36104=1.08104r/min 27n0=v/(2) 11 28=4000/(2)=6.410 2r/min 因为 n0n,所以条件满足。b、滚珠丝杠副的预加负载:为了消除螺母与丝杠间的轴向间隙,提高滚珠丝杠副的刚度与定位精度,在丝杠和螺母间施加负载 Fp,其预加负载的大小为 :Fp= Ca/1011=834Nc、 临界转速的核算:丝杠的名义直径：d 0=25mm；nmax=vmax/L05=200r/min 29查参考文献5图 5.7-91,支承为“固定-固定”支承长度 L=1568mm, 查参考文献数控车床横向进给机构的设计85图 5.7-91, L 与 n 的交线点在 d0=25mm 左侧,所以安全。d、效率计算:查参考文献：=tan/tan(+) 5 210 式中: 螺纹的螺旋升角,可参考文献55.7-41 表,取 =3 o3;摩擦角, tan=0.003 0.004。所以: =1345则: =tan3 o3/ tan(3o3+1345)=93% e、 刚度检验:查参考文献:=100F/(EA)+50T/(GJ c), 5m/m 211 式中: E弹性摸量,E=2.110 2GPa;F工作负载 , F=4680 N ; A滚珠丝杠横截面积, A=/4（d 0-db） 2=（25-3.175） 2=3.37cm2;db滚珠直径(mm);G切变摸量，G=8.410GP a;Jc滚珠丝杠截面惯性矩， Jc=2.2710-7m4;代入公式 211 得： =10.3m/m查参考文献5表 5-10 和表 5-17，B 级精度为 40m/300mm，七级精度=15m ，八级精度 =30m，所以 2005-5 型丝杠的刚度是足够的。由于选用滚珠丝杠的直径为 25mm,支承方式为 G-J 型，所以稳定性不成问题。2.3 同步带的设计计算2.3.1 设计计算简况A、根据同步带传动的工作条件确定传动的设计功率 :Pd=KPm 4 212 K=1.41.5 取 K=1.6 则代入公式 212 得：Pd=1.61.5=2.4Kw盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）9B、确定带的型号和节距，根据设计功率 Pd 和小带轮转速 n1 由同步带选型图中确定所需采用带的型号和节距分别为 L 型，节距=9.525mm。同步带选型图选自美国同步带传动标准 ANS11RMA IP-24-1983,如参考文献4图 6-2 所示。 C、选择带轮齿数 Z1 和 Z2:根据型号及小带轮转速 n1， 查参考文献4表 6-1 所列带轮最小许用齿数，确定一带轮齿数为：Z 1=32，另一带轮齿数为：Z2=132=32。D、带轮节圆直径： d1=TbZ1/ 4 213=9.52532/ =97 d2=TbZ2/ 4 214=9.52532/ =97 E、确定同步带的节线长度带的节线长度 Lp 可根据带围绕两带轮的周长计算得出：Lp=2Acos+(d 1+d2)/2+(d 1-d2)/3604 215=2125cos0+97=554。58mm 圆整为 554。式中：A 为两传动轮的中心距； 如参考文献4图 6-3 所示。F、计算同步带齿数 Zb：Zb=Lp/Tb4 216=554/9.525=58.163圆整为 59。G、计算精确的中心距：AM+M 2-1/8T b(Z2-Z1)/ 2 1/24 217=2M=2 Tb(2Zb -Z2-Z1)/8=121.5mmH、确定同步=3.39Kw 带设计功率为 Pd 下所需的带宽：a、计算所选型号同步带的基准额定功率 P0（Kw）为：P0=（F-mv 2）v10 -34 2数控车床横向进给机构的设计1018式中：v带速（m/s） ，其计算公式为：v=T bZ110-3/2 4 219=（30002/60）9.5253210 -3=15.24 m/s由公式 219 得：P0=（244.46-0.09515.24 2）15.2410 -3=3.39KwF、M 的值可根据参考文献4表 6-2 查出。b、计算小带轮的啮合齿数 Zm，计算公式如下：Zm= Z1/2- TbZ1(Z2-Z1)/（2 2A） 4 220=16/2-0=8c、确定实际所需带宽 bs：根据设计要求，带的设计功率 Pd 应小于或等于带所能传递的额定功率，即 PdP 0,额定功率可根据近似公式计算得出，如下所示：PP 0KzKw4 221式中：K z啮合系数，当啮合齿数 Zm6 时，K z=1；Kw宽度系数，即Kw=(bs/b0)1/1.144 222式中：b s实际带宽；b0该种型号同步带的基准带宽；将上式化简为： PP 0Kz(bs/b0)1/1.14P d4 223移项得： bsb 0Pd/( Kz P0) 1/1.144 224=25.4(2.4/3.39) 1/1.14 =19.94mm根据参考文献4表 6-2 圆整为 25.4mm。2.3.2 带的工作的验算可根据下列公式进行验算：P= KzKwF-(bs/b0)mv2v10 -34 225盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）11（11244.46-10.09515.4 2）15.2410 -3=3.39Kw由于：P d=2.4Kw所以：PP d，满足条件要求。综上所述，可选用的规格为 220L，其接线长为 558.80mm，齿数为 59。2.4 同步带轮的选型同步带轮已经标准化,因此同步带轮设计归结为同步带轮型号的选择。根据同步带传送的计算，查参考文献3中同步带选型表，可选择规格为 T5-32 的 A 型同步带。其齿数为：Z=32mm，节径为：T p=50.93mm，外径为：De=50.08mm，内孔径为：d=20mm，台肩知觉为： Dm=35mm。2.5 交流伺服电机的计算与选择1、选用螺杆驱动方式的交流伺服电机，如下图所示：其中：运动部件重量 W 为： 60Kg；摩檫系数 为：0.15；外界施加的力 F 为：4680/9.8=477.5Kg；螺杆螺距 P 为： 0,5cm；螺杆直径 D 为：2.5cm螺杆长度 L 为：35cm ；传递效率 为：085；驱动部件比重 为：7.210 -3Kg/cm3；传动装置减速比 1/G 为：1/2。2、求换算到电机轴上的负荷力矩（T L）：TL=9.8（F+ ）D/（22100G） 14 225=9.8(150+0.1560)/（221000.85）数控车床横向进给机构的设计12=2.23(Nm)要求：T LT R3、求换算到电机轴上的负荷惯性（J L）：运动部件的惯性 JB：JB=D 4A/（3210 4G4） 14 226将各个参数代入式 226 可得：J B=0.2410-4Kgm2。工件的惯性 Jw：Jw=(1/G)2/10 -4(P/2) 214 227将各个参数代入式 227 可得：J w=0.09510-4Kgm2。注：上述的“A”代表螺杆长度（L） ；对于螺杆： D/2=P/2 14。 228 JL= JB +Jw14 229=0.3410-4Kgm24、电机的假拟选定：从产品目录中选出满足上述（J L） 、 （T L） 、 （N p）条件的电机，其型号为：P20B10150DS 100 。5、加减速力矩（T a、T b）的计算：加速力矩 Ta：Ta=2（N 1-N2）（J L +JM）/（60t a） +T L14 230 将各个参数代入式 230 可得：T a =2.45(Nm)减速力矩 Tb:Tb=2（ N1-N2）（J L +JM）/（60t b） -T L14 231将各个参数代入式 231 可得：T b =-2(Nm)由上述计算可以看出，假拟选定电机满足上述（J L） 、 （T L） 、 （N p）的计算条盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）13件。6、实际力矩（Trms）的计算：Trms= （T a2 ta+ Tb2 tb+ TL2 tL）/t 1/214 232取 t=1/2,则： ta= tb=tL=t/3=1/6将各个参数代入式 232 可得：Trms =-2.236(N m)由上述计算可以看出，假拟选定电机满足上述（Trms）的计算条件。7、总结：根据上述计算和论述可得：应选用 P20B10150DS 100型交流伺服电机。2.6 导轨副的选择导轨的作用是支承和导向,也就是支承运动部件并保证运动部件在外力作用,精确的沿着确定的轨迹运动,为此对装配基准的导轨提出如下要求。1、导向精度；2、耐磨性；3、刚度；4、低速运动平稳性。目前机床上常用的导轨，根据接触角的摩擦情况可分为滑动导轨，滚动导轨和静压导轨。数控机床伺服进给系统导轨主要直线型。滚动摩擦导轨具有摩擦系数小，动静摩擦系数差别小，启动阻力小，能微量准确移动，低速运动平稳，无爬行，因而运动灵活，定位精度高，通过预紧可以提高刚度和抗震性，承受较大的冲击和振动。和静压导轨，滑动导轨相比，其结构简单，保养方便，是适合数控机床进给系统应用比较理想的导轨。综上所述，本设计应选用滚动导轨。2.7 自动转位刀架的设计自动转位刀架的设计是普通数控机床设计机械方面的关键。由微机控制的自动转位刀架具有重复定位精度高，工作刚度好，性能可靠，使用可靠以及工艺性好等特点。在进行经济型中档精度数控机床的设计时，多采用外购自动转位刀架。一些机床数控设备厂为用户生产了系列自动刀架，一些长是参加了全国联合计划组织设计了 LD14，LD24，LD34 刀架后，又结合该厂生产刀架的经验，吸收了 LD 型刀架结构，原理之优点，还参考了国外专利自动刀架的特点，使刀架设计更为合理，更为完美，具有同类产品最先进的水平，如常州武进机床数控设备厂生产的系列自动刀架就是一例。本设计就选用该厂生产的 LD4-1 型系列选用于 AC140，CC620 的四工数控车床横向进给机构的设计14位自动刀架 LD4-C620。选用自动转位刀架必须搞清原理，自行设计的话要求更高。自动转位刀架按其原理可分为：1、螺旋转位刀架；2、十字槽轮转位刀架；3、凸台棘式转位刀架；4、电磁式转位刀架；5、液压式转位刀架。自动刀架设计时，刀架要能自动完成抬起，回转，选位，下降，定位和压紧，既要设计出合理的机构，又要检测出各顺序动作的电信号，以便由控制系统加以控制。刀架的抬起常采用的有：利用压缩弹簧的恢复力；利用螺纹传动，将旋转运动变成轴向直线运动，从而达到刀架抬起。刀架的回转常采用微电机通过蜗轮蜗杆使刀架抬到一定高度时，由拨块带动刀架转动。刀架的迭位由刀架位置的编码和微机程序来实现。刀架的下降常采用微机控制使微电机反转，由于斜面销的棘轮作用，刀架不跟随转，只是下降。精度常采用锥型定位销定位，端面键定位，后者优于前者，所以端面定位是最常用的。压紧刀架的压紧力由微电机下降到位后而继续转动产生，合选的压紧力应呈切削力的两倍以上，压紧力还应能调整。本设计选用的 LD4-1 型自动刀架的工作原理类似于螺旋转位刀架。微机发出换刀信号，使微电机工转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升到一定位置时，离合转盘起作用，带动上刀体旋转，旋转到所选刀位，发信盘发出刀位信号，使微电机反转，反靠初定位，上刀体下降，齿轮盘啮合，完成精定位，并通过蜗轮蜗杆，锁紧螺母，使刀架固紧。当夹紧力达到预先调好状态时，过流继电器动作，切断电源，电机停转，并向微机发出回答信号，开始执行下道工序。刀架的动作顺序简明的表示为：微电机减速器升降机构上刀体上升转位信息符合粗定位机构上刀体下降精定位刀体锁定微电停转换刀回答信号加工顺序执行。2.8 预计结果本人所设计的数控车床横向进给系统满足经济型中档精度机床的要求，伺服电机的大小满足要求，对滚珠丝杠直径的选择也满足强度和刚度的要求，并在横向行程中有电控极限行程限位装置。也就是说所设计的结果满足各项性能指标的要求，达到了预期性的效果，即到达了设计任务书中的技术要求和工作要求。盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）153、结论本设计主要研究了经济型中档精度数控车床横向进给机构的设计及改造，其中主要是改造横向手动进给装置以及进一步提高数控车床横向进给机构的定位精度、重复定位精度及可靠性等。通过设计达到了经济型中档精度数控车床横向进给机构的各项性能指标的要求。而且，通过这次设计使我较好地了解和掌握了数控车床的工作原理及组成等，特别是对机械传动装置有了深刻地认识与了解。本次设计主要解决了手动进给装置的可靠性问题以及数控车床横向进给系统的定位精度、重复定位精度等问题。在手动进给装置的可靠性问题中主要是针对先前手动进给装置的不安全问题和不能可靠运行等因素加以改造，其具体改造见设计部分，这里就不再累述了。通过改造，使数控车床横向进给机构的安全可靠性得到加强，同时也使得在机床检验好后的工作过程中，不至于被他人转动而破坏现场工作状态。总而言之，此结构既简单又可靠。至于精度问题，由于所做的设计为经济型中档精度的数控车床，所以应适当地提高其各精度（定位精度、重复定位精度、反向偏差等） 。为此本设计采取以下各措施提高其精度：1、用交流伺服电机代替以前的步进电机；数控车床横向进给机构的设计162、采用同步带传动代替连接套传动；3、优化导轨结构；4、选取适宜的滚珠丝杠直径，在保证数控机床必须的惯量匹配的前提下，加大滚珠丝杠的直径以提高滚珠丝杠的轴向刚度。这些做法的优点在各个参考文献中均有论述，这里也就不加以重复了。这样做后，使数控车床横向进给机构的各精度都得以提高，以达到中档精度机床的设计要求。由于安全可靠性的加强和精度的进一步提高，所以该横向进给机构与以前的横向进给机构相比有加工精度高、质量好、效率高以及效益好等特点。当然，由于本人的水平有限，该横向进给机构再所难免存在一些不足之处。主要是机床的动静摩擦死区及爬行等问题，为了减少爬行，应选用具有良好防爬行性能的优质聚四氟乙烯软带，减少摩擦副的综合摩擦系数。此外，还应设计更佳的油沟形式，选用黏度高的润滑油（如 HJ40、HJ50 等） ，以提高油膜的刚度。工作小结与致谢短暂而宝贵的毕业设计（论文）即将结束了，通过这次毕业设计的锻炼，使我从中受益非浅。毕业设计是我们大学四年学习生活的最后一个阶段，也是检查我们四年以来学习情况的阶段，是我们大学生活必不可少的一个阶段。我对该次毕业设计比较重视，一来是为了把握好这次学习的机会；二来是为了使自己通过这次毕业设计检验一下自己的学习情况，发现自己的不足之处，以为将来的学习和工作做好充分的准备。因此，虽然有“非典”的干扰，但是我还是静下心来去做这次毕业设计，每天到教室或机房做设计。毕业设计包括许多的小的环节，如文献综述、毕业实习、绘制装配图和零件图以及写设计说明书等部分。其中，每一个环节都是必不可少的，都对是我们有帮助的。通过文献综述，使我对自己所做课题以及相关内容有了进一步了解，且为设计做好了一定的准备；通过毕业实习，使我能够理论与实践相结合，并且巩固了所学的专业知识，同时也为毕业设计积累了一些经验和资料。通过绘图、写论文，使我的 CAD 绘图能力进一步提高，同时也提高了打字速度和Word 的操作能力。总之，通过这次设计使我受益非浅，虽然毕业设计的时间不长，盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）17但是我从中学到的知识和方法是丰富的。当然，通过这次毕业设计也发现了自己的一些不足之处，这对进一步提高自己起了一定程度的积极作用。因此，这次毕业设计为将来从事实际工程技术工作奠定了良好的基础。本次毕业设计由盐城市机床高级工程师沙爱民老师的指导，在整个设计过程中，沙老师教给我许多设计的方法以及一些实用的技巧，在此对沙老师的热情指导表示衷心的感谢。在设计过程中姜煜林等多位老师以及许多同学也给予了帮助及指导在此也表示衷心的感谢，同时，也感谢学校及机械系的大力支持。参考文献1 沙爱民.数控车床横向自动进给装置的设计改进，机械科学和技术，1998 年 5 月第27 卷，第 3 期：55 页2 徐亚明，大型车控车床的进给系统设计与分析，机械制造，1998 年，第 6 期：1122 页3 陈秀宁，施高义，机械设计课程设计，第一版.浙江:浙江大学出版社.1995.143299页4 刘文信,孙学社.机床数控技术.第 1 版.北京:机械工业出版社 .1995 年.85148 页5 机床设计手册联合编写组编.机械设计手册.第 2 册.北京,机械工业出版社.19876 大连理工大学工程图教室编.机械制图.第 4 版.北京:高等教育出版社.1991 年.211页,194283 页7 机电一体化技术应用实例编委会编.机电一体化技术应用实例.第 1 版.北京:机械工业出版社.1998 年.86117 页数控车床横向进给机构的设计188 北京航空学院机械加工教室编.数控机床的机床与传动.北京:国防工业出版社.第 1版 1991 年 73156 页9 徐锦康.机械设计.第 2 版.北京:机械工业出版社.2001 年 9 月.10 王爱玲.现代数控机床结构设计.第 1 版.北京:兵器出版社 .1999 年.214323 页.11 上海川浦机械实业公司.滚珠丝杠产品目录.上海.220 页12 慈溪恒力同步带轮产品目录.宁波.242 页13 武进机床数控设备厂.LD-1 型列电动刀架产品目录.常州14 广州数据设备厂.交流伺服电机产品目录.广州附件清单1 数控车床横向进给机构装配图 CK001：A 0,1 张；2：滚花手柄零件图 CK102：A 4,1 张；3 支座零件图 CK103：A3,1 张；4 床鞍零件图 CK104：A 0,1 张；5 横向滚珠丝杠零件图 CK105：A 3,1 张；6 螺母座零件图 CK106：A 3,1 张；7 横滑板零件图 CK107：A 1,1 张；8 护罩零件图 CK110：A 2,1 张；盐城工学院机械工程系毕业设计说明书（论文）199 小护罩零件图 CK111：A 3,1 张；10 同步带轮零件图 CK112：A 4,1 张；11 轴套零件图 CK113；A 4,1 张；12 隔套零件图 CK115：A 4,1 张；13 防护罩零件图 CK116：A 3,1 张；14 法兰座零件图 CK117：A 3,1 张；15 电机支架零件图 CK118：A 1,1 张；16 同步带轮零件图 CK119：A 4,1 张；17 挡边零件图 CK120：A 4,1 张；18 内隔套零件图 CK121：A 4,1 张；19 外隔套零件图 CK122：A 4,1 张；20 垫板零件图 CK123：A 4,1 张；21 垫块零件图 CK124：A 4,1 张；22 挡板零件图 CK127：A 4,1 张；23 电缆罩零件图 CK136：A3,1 张；24 挡块零件图 CK137：A 4,1 张；25 挡块零件图 CK138：A 4,1 张；26 堵塞零件图 CK139：A 4,1 张；27、总装图 CK000：A 3,1 张。一、设计（论文）内容在进行横向进给系统设计时需对电机大小选择进行验算, 对滚珠丝刚直径选择进行强度和刚度校核，电机带有防护罩。二、设计（论文）依据床身上最大回转直径：400mm；加工最大工件长度：1000mm；快移速度：Z 轴 8m/min,X 轴 4 m/min；定位精度：Z 轴 0.04mm,X 轴 0.035mm；重复定位精度：Z 轴 0.01mm,X 轴 0.0075mm。三、技术要求本数控车床要求设计为经济型中档精度机床，横向进给传动要求用伺服电机通过同步带轮带动滚珠丝杠螺母副实现，在横向行程中要有电控极限行程限位装置。四.毕业设计（论文）物化成果的具体内容及要求1、横向进给系统装配图 A1+ 1 张；2、床鞍零件图 A0 1 张；3、横滑板零件图 A1 1 张；4、电机支架零件图 A1 1 张；5、横向滚珠丝杠副零件图 A3 1 张；6、其它件零件图 A3A 4 21 张。其中计算机绘图不少于总量的 2/3。结合课题在工厂实习时，构些有关课题的结构草图，便于设计时作参考。五. 毕业设计（论文）进度计划起讫日期 工作内容 备 注3.314.5 工厂实习，完成实习报告并收集资料4.64.20 资料整理，确定设计方案，编写计算书草稿4.214.30 绘制结构草图并初审5.26.3 绘制工程图6.46.15 编写设计说明书6.166.20 审图、改图6.216.22 准备答辩资料6.236.27 参加答辩六. 主要参考文献：机电一体化技术应用实例.机械工业出版社.机电一体化技术应用实例编委编.数控机床的结构与传动.国防工业出版社.北京航空学院机械加工教研室编.机床数控技术.机械工业出版社.刘文信，孙学礼主编.七、其他要求设计说明书的字数不少于 1 万字，内容包括设计总体方案，有关设计依据。参数选择计算以及必要的参数校核计算。