CK数控车床总体及主轴部件设计方案

PAGEPAGEVPAGEV摘要随着机械制造业的飞速进展,为进一步提高教同学产类中小型数控车床的性价比,提高主轴转速,增加机床刚性，对原有的数控车床作了肯定的结构改进设计。本次课题我不但担当了CK61３2数控车床机床本体设计、而且还担当了主轴部件等的设计。在设计中，CK6132车床不但可以选择步进电机，而且可以选择伺服电机。选择恰当的主轴支承方式以及轴承选用及润滑等也是相当的重要，同时，主轴组件的安装如何保证精度等,在本课题中有相应的叙述。本次完成了进给驱动的相关设计问题，能满意教同学产类中小型数控车床加工相关零件的要求,同时该机床也有较好的性价比，最终达到本次设计的综合训练的目的.关键词:数控车床主轴床身ＡbstrａｃtAlｏｎｇｗiｔｈmechａnｉｃａlmanuｆacturinｇinｄuｓｔｒｙdevelopｆasｔ.Onｏnｅhaｎd,tｏｒaｉsetheraｔioｏfpeｒformａnｃeanｄｉnｃreasetheｒigｉdｉtｙoｆｍachｉneaｎdprｉｃeｏftｈｅteａcｈingkiｎｄoｆｓmalｌ—sizｅdｍaｃhinetoｏloｆnumeriｃalcontｒol。Onｔheotherhａnd，toraisｅthｅｒotatespeedofthespindｌeｓ。Thisprogramhａscarriedouｔtｈedeｓignofthelａｔｈebedｂall-ｂｅａringnutoｆnumerｉcaｌcontroｌofｔuｒniｎgｍachiｎeCK6132.Intheｄesign,wecannotonlyｃhoｏｓｅunitmoｔorｆorｔｈｅCK61３2lathe，butalsocanchoｏsｅtｈeｓervｏｍｏtorfｏrtｈeＣK6132lathe.Thefｅedaｎddrｉvｅpartswitｈapprｏｐriateoptionｔheｂaｌlｔhreadshａftaｒealsｏcoｎｓiderａbleiｍpｏｒtaｎｔ.Aｔｔhｅsametime,howtogｕaraｎtｅepreｃisionbytheｉnstallatiｏnoｆfｅeｄａnddrivepaｒtsｗhicｈhascorrｅspｏndingstａtementiｎthisｐｒoｇｒam。Ｔhisdｅsｉgnhassolｖｅｄthｅrelatｅdpｒｏblemoｆfeedａｎddrivepartｓbasicallｙ。Itcａnreacｈtｈereqｕireｍｅｎtofthｅｔｅachiｎgkindofsmａｌl—ｓiｚedmaｃhｉnetｏolofnumeｒicaｌｃonｔrol。Itaｌsogetscertaｉｎecｏnoｍｙaｎdreachesthｅpｕｒpｏseｏfｔhisdｅsigｎ。Ｋｅyｗords:ｔｕrnｉｎgｍachiｎeSpｉndｌelathｅbｅd名目ＴOＣ＼o"1-３＂\h＼z＼uHＹPERLIＮK摘要 PＡGERＥF_Toc３2６８3１４8６\hＩHYPERLIＮＫ\l＂_Ｔoc32６831４87"Abstract PＡGERＥF＿Tｏc３268３14８７＼hIＩHYPERLINK\l＂_Toc32６8３148９＂第1章绪论ﻩPAＧEREF＿Ｔｏｃ３２6831489\h1ＨＹPERLIＮK\l＂_Ｔoc326831４９0＂1．１数控机床简介ﻩＰAＧEＲEF_Toc3268３1４90＼ｈ1HYPEＲＬIＮK\l”_Toc3268３1４9１"1。2课题意义及本文主要工作ﻩＰAGＥREF＿Toc32683１491\h１HＹＰERLINＫ\l"＿Toc3268314９2”１.2．１选题意义ﻩPＡGEREF_Tｏc３2６831492\h１HYＰEＲLＩNK第2章数控车床简介 PＡGEＲＥF_Tｏc3２６8３1494＼h３ＨYPEＲＬINＫ\l"_Ｔoｃ32６831４９５＂2．１数控车床的结构特点 PAＧEREF_Ｔoc３268３1495\h3HＹPＥRＬINK\l"_Toｃ3２6831496”2．1．1工艺范围与分类ﻩPＡGERＥF_Toc32６８3１４９6\h3HYPERLIＮK\ｌ"_Toc3268３1497"2.1。2数控车床的特点与进展ﻩPAGERＥＦ＿Toc３2６８314９７＼h３HＹＰＥRLIＮＫ\l”_Toｃ３２683１498”2．１.3数控车床的组成 PＡGERＥF＿Toｃ3268３1498＼ｈ４ＨYPEＲLＩNK\l＂_Toc3２683149９"2.2数控车床的总体布局ﻩPＡＧERＥＦ_Ｔoｃ32６83１499\h4HYＰＥＲLＩNK２。２。1数控机床总体布局的概念ﻩPAＧＥREF_Tｏc326831５00\h4HYPERLINK\l＂＿Ｔｏc326831５01"2。２．2数控车床布局的结构特点及影响布局的因素 PAGEREF＿Tｏｃ32６８31501\h6HＹPERLINK\l”_Toｃ３26831502”2．3ＣＫ6132数控车床的总体布局ﻩＰAGEＲＥＦ_Toc326８31502\h9HYPERＬＩNK\l＂＿Toｃ３26８3１50３＂第３章主传动系统的设计 ＰＡＧERＥF_Tｏc3２683150３\ｈ10HYPＥRLINK\l"_Toc３2683150４"3．1主传动系统变速方式ﻩPAGEREF_Ｔoc326８3１504＼ｈ10HYPＥRLIＮＫ＼l"＿Tｏｃ326831505”3。２主运动功率的确定ﻩPＡGEＲEF_Toc３268３1５05＼h１2ＨYPＥRLINK\l＂_Toc3２6８３１506"3．2．1切削用量的选择 PAGEＲEF＿Toc326831506＼h１２ＨYPEＲLINK＼l"_Toｃ326831507"3．2．2车削时切削力的计算 PAGEＲEF_Toc326831５07＼h1３HＹPＥRLINＫ\l＂_Toｃ326831５08”３。２.3主传动中电机的功率和型号的确定 PAGEREF＿Toｃ３２6831508\ｈ14HYPＥRLINK\l”_Toc32６831509"3。3皮带轮的设计计算 PＡGEREＦ_Ｔoc32６83150９\h1５ＨYPERLINK4.1．１车削时切削力的计算 ＰAGEREF＿Tｏc3268３1５12\h１8HYPＥRLIＮK\l＂＿Ｔｏc32６83151３"４.１。2主轴内径 PAGEＲEF＿Ｔoｃ326831513＼h１8ＨYＰERＬINK\ｌ"_Ｔoc3２6８31514＂４．１．３主轴前端悬伸量ａ确定 PAGＥＲEF_Toc3２6831５14\ｈ1９ＨYPＥRLINK4。1．4主轴跨距的确定 PＡGEＲEＦ_Tｏc３26831５1５\h２0ＨYPERLINK4.1。5主轴的刚度计算 ＰＡGＥRＥＦ_Toc32６83１516＼ｈ2５HYPEＲLINK\l”_Toc32683１５17"4．2主轴轴承的选择ﻩPAGEREF_Ｔoc３2６８3１517＼h２6HYPERLＩＮK４．2．2角接触球轴承 PＡGEREF_Ｔoc3２６83１５19\ｈ27HYPEＲLINK\l”_Toc3268３152０"４。3轴承间隙调整和预紧ﻩPAGERＥF_Toｃ３２6831５20＼h2８HYPEＲLINK\l”_Toｃ326831521"4．4主轴组件的润滑和密封ﻩＰAGＥREＦ_Toc３26８31521\h29HYＰERLINK5．1。1数控机床进给传动系统要求 PAGEREF＿Toc３２683152６\h3２ＨYPEＲLINK\l"＿Tｏc3２683152７＂5.1．2计算进给部件传动功率的相关公式及原理 PAＧERＥF_Ｔｏｃ3268３１527\h33HYPEＲLＩNＫ\ｌ"_Toc3268３1528＂5．1。3进给驱动部件的功率和扭矩的计算ﻩPAGERＥF_Ｔoｃ32６831528＼h３5HYPEＲＬINＫ\l”_Ｔｏc32683１529”5.2滚珠丝杠副的型号 PAGＥREF＿Tｏc３2683１529＼h39HＹPERＬIＮK5．3滚珠丝杠副轴承的选用ﻩPＡGＥRＥF_Ｔｏc326831５30\ｈ40HYPERLIＮK＼l"＿Toｃ３2６831531"第6章导轨、导轨架及床身的设计 PAGＥREＦ_Ｔoc32６831５３1\h41HYＰＥRLINK６．３床身的设计ﻩＰAＧＥＲEF_Toｃ３２6831５39＼h45ＨYPERＬＩNK\l＂＿Toc3２68315４０"结论ﻩPAGEＲEF＿Toｃ326８31540＼h46ＨＹPEＲＬINK\ｌ＂＿Toｃ3268３15４1＂致谢ﻩPAGEREF_Ｔoc３２683154１\h47HYPERLＩNK\ｌ"_Toｃ３26831542"参考文献ﻩ３1542\h48COＮTENTSTＯC\o＂1—3＂\ｈ\z\uHＹＰＥRLＩNK\l”_Ｔoc3268３１486”Abstrａct PAGEＲＥＦ_Ｔoc３26８３148６\ｈＩＨYＰERＬINK\l＂_Toｃ3２68３14８9＂Chapteｒ１Inｔrｏｄuctｉon PAGERＥF＿Toc3268３1489＼h1HＹPEＲLＩNK\l"＿Toｃ３26831４9０＂1。1CＮＣｍachｉnetoolsIntroductionﻩPＡGEＲEＦ＿Toc32６831４９0\h１HYPERＬIＮＫ１.２。２Ｉnthiｓpaper，thewｏrkaｎdsｔructure ＰAGＥREF_Toc3２68３１493\h2HYPEＲLＩNK\l"＿Toc326８3１４９４”Chapter２ＣNＣlatheIntrｏdｕctioｎ ＰAGERＥF＿Ｔoｃ３2６8３１４94＼h3HＹＰEＲＬINK２。1TｈｅｓｔructuｒaｌｃhaｒaｃｔｅrisｔicsofCＮＣlａtｈes ＰAGＥREF_Ｔoc3２６831495＼h3HＹPEＲＬINK\ｌ”_Toc3268３1496”2.1．１PｒocessScoｐｅａndClａsｓificatiｏn ＰAGEREF_Toc32６831496＼ｈ3HYPEＲＬINK\l”_Tｏｃ326８314９７”2。1．2CNＣlaｔhｅfeaｔureｓanddeｖeloｐmentﻩPAＧEＲEＦ＿Tｏc3２683１497＼h３ＨYPEＲＬIＮK2．２．2CNCｌａtheslaｙoｕtoｆthestrｕcturaｌfeatureｓﻩPAＧEREF＿Ｔoc３268３15０1\h6HYPERLINK＼ｌ”_Toｃ326８３１502"2。３ＣＫ61３2CNClaｔｈｅ,ｔhｅｏverallｌayouｔofﻩPAGＥREF_Ｔｏc32６８31５02＼ｈ9ＨYPERＬIＮK＼ｌ”_Toc３２6831５０3”Cｈapter3ThemaｉntranｓmissiｏｎﻩPＡGEREF_Toc32683150３\ｈ1０ＨYPＥRLINK＼ｌ＂_Toc３26８３1504"3。1TheｍａｉnｄrivesyｓteｍofvariaｂlｅｓpｅedwayﻩPAＧＥＲＥF_Toｃ３26８31５04\h1０HYPEＲＬINＫ＼l＂_Ｔoｃ3２683１505”3.２Tｈeｍainｓpｏrtspｏwer PＡGEＲEF_Ｔoc3２６8315０5\ｈ１2HYPＥRLINK\l”_Ｔoｃ３２68315０６"３.２.1ThｅchoiceｏfcutｔiｎgpaｒａmetersﻩPAGEREＦ_Tｏｃ３26831506＼ｈ12HYPEＲLIＮK＼l"_Toc3268３1507"3．２.２TheｍaindrｉveｍotorpowｅraｎｄｍｏdｅｌｓﻩPAGERＥF_Ｔoc３２6８３１507\h1３HYPＥRＬＩNK3．3ＰulｌｅydesｉgncａlculatioｎsﻩPＡGEＲＥF_Tｏc32６８3１50９\h1５HYＰERLINＫ\l”_Ｔoc3２６8３1５１0＂Cｈapｔer4ofthｅspindleａssemblyｄeｓignﻩPＡGＥREＦ_Ｔoc326831510\h18HYPERLINK\l”＿Toｃ32６8315１１”4.１Spｉndlｅmaｉnparａmetersofｔhｅcalｃulationof １1\h18ＨＹPＥＲＬINK4。1.１Turnｉngcutｔｉｎgforcecalculａtｉon ＰAGEＲEF＿Toc32６８31512\ｈ18HYPERLIＮＫ４。1．5Sｐｉndlｅｓtｉｆfnessｃalculatｉｏn PＡGERＥF＿Ｔｏc32683１516\h25＿Ｔoc3２6831519"4。2．2ＴheangularｃonｔａcｔbaｌlbｅaｒingﻩPAGEＲＥF＿Toc３2６83１５１9\h27ＨYPERＬINＫ\l”_Toc32６831520”4.3Bｅariｎgcｌearanｃeaｄjuｓtmｅntandpreload ＰAGEＲＥF_Toc32６83152０\h２8HYPERLINＫ\ｌ"_Toc32６8３1521”4。4Spｉｎdlecomｐonｅnts，lubriｃatiｏnａndsｅalinｇ PAGEＲＥF_Toc３2683１５２1\h29HYPERLＩＮK4．４.1Spiｎdleｌuｂrｉｃatioｎofｒｏlｌingbｅariｎgs PAGＥREF_Tｏc32６8３1522\ｈ29HYPＥRLINK\l"_Tｏｃ3268３1523”4。4。２Ｔhesｅaｌiｎgoｆthesｐｉｎｄlecomｐｏnentｓ PAGEREF_Ｔoｃ3268３１５23\h3０HＹPERLINK5.1．1ＴhｅCＮCmacｈｉｎｅtoｏlｆeｅｄdrivesyｓtemreｑuｉｒemenｔsﻩPＡGEＲEF＿Ｔoc32６83１５26\ｈ32ＨYＰERLIＮK６。１ＧｕidetｈedesignﻩPＡGEREF＿Tｏc326831532\ｈ４1HＹＰEＲＬINK\l”_Ｔoc３2６83１53３＂6．１.1TｙｐesoｆslidiｎgｒａｉlsﻩPＡGEＲEF_Ｔoc３２6831533\ｈ4１ＨYPERLINＫ6。１.2ThesliｄｅrａｉｌsgapadjustingmechanismﻩPAGEＲEF_Tｏｃ326831５３4\h4３HＹPERＬＩＮK６。1.３SlidingrａiｌlubrｉｃatiｏnﻩPAGERＥF＿Ｔoｃ3２6831535\ｈ4３HYPＥＲLINＫ\l”_Toc32６8315３６”6.2Ｒaｉlfrａｍedeｓign PAＧＥＲEF_Tｏｃ326831５3６\ｈ43HYＰEＲLINＫ＼ｌ"_Toc３26831537”6．2.1Tｈｅｂaｓｉcrｅquiremeｎｔｓofｒaiｌstｒuｃtｕre PAGＥREF_Ｔoc３26８31５37\h43HYPERLIＮK＼l”_Toc32683１5３８”6．2.２CK６１３2CNＣlａtherailframestrｕｃtｕｒeﻩPAGEREF_Ｔoｃ32683153８＼h44ＨYPERLINK\l”_Toc32６831５３9"6.3BodydesigｎﻩＰAGＥREＦ_Ｔoｃ326８31５39\ｈ４5HＹPEＲＬINKSumｍaｒyﻩPＡGEREF_Toc３2683154０\h46HYPEＲＬINＫ\l＂＿Toc32６83１５４1"ThanksﻩPAGERＥＦ_Ｔoc326８31５41\ｈ４7HYPERLＩＮK\l”_Tｏc326８3１542＂Reｆｅrenceｓ ＰＡGEREF_Tｏｃ3268３1542\ｈ48第1章绪论１.1数控机床简介随着科学技术的进展,机电产品日趋精密简洁。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短,从而促进了现代制造业的进展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业,用一般机床进行加工(精度低、效率低、劳动度大）已无法满意生产要求，从而一种新型的用数字程序掌握的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动掌握、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序掌握系统(数控系统）的自动化机床。该系统能够规律地处理具有使用号码,或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息)规定的程序.简略地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算,从而实现掌握刀具与工件相对运动,加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。1。2课题意义及本文主要工作1。２。1选题意义目前,世界各国对数控机床各种新技术的讨论与进展进程,是与各国经济形势紧密相连的。机床工业与国家的经济相互促进和进展，进入2１世纪知识机警时代，人们的知识所起的作用更加突出，而机床工业作为机器制造业的基础,其重点地位与战略意义也更加明显。在世界范围内，对新工艺、新材料、新结构、新单元、新元件的讨论开发工作正在大力开展，如对新的主轴结构、高速电主轴、高速直线电机等方面提出了更高的要求。对加工超硬、难切削材料及特殊复合材料及简洁零件、不规章曲面等也有了更多的需求。我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平,即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类机床产品格外是数控机床有大量的需求,而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外产品机床充斥市场,严重影响我国数控机床自主进展的势头。这种现象的消灭，除了有经营上、产品质量上和促销手段上的缘由外，还有一个主要的缘由就是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进,新产品的开发周期长，不能即使针对用户的需求供应满意的产品.虽然高、尖、新的数控机床固然重要，但在此背后，假如教学类数控机床也用类似的机床似乎有些不合适,市场也需要中小型的数控机床来作为教学时使用.原有的教学类数控车床转速相对来说不高，在此基础上公司盼望通过提高转速来扩大市场竞争力。1.２．2本文主要工作及结构本次毕业设计主要设计数控车床机械本体部分，其中本课题主要完成机床本体的设计、主轴部件及主要零部件的设计。在此次设计中，其次章简洁介绍了数控车床的结构特点及总体布局对机床的影响。第三章主要介绍了主传动系统的计算,如主传动系统变速方式、主运动功率的确定、皮带轮的设计计算等.其中主要进行了主电机的选择.第四章是主轴部件设计。第五章是滚珠丝杠的选用及校核,主要叙述了滚珠丝杠的型号、滚珠丝杠螺母副的预紧方式，此后对所选的滚珠丝杠进行了校核。第六章介绍了导轨、导轨架及床身的设计.对导轨架的尺寸进行了估算.由于时间较短,本文主要商量的是关于数控机床机械本体的设计。对于数控车床电气设备只是在设计过程中有初步的了解,本文没有深化商量此方面的问题.第2章数控车床简介2.１数控车床的结构特点２。1．1工艺范围与分类车床主要是用于车削加工,在车床上一般可以加工各种回转表面,如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。在数控车床上还可以加工高精度的曲面与端面螺纹。用的刀具主要是车刀，各种孔加工用刀具（如钻头、绞刀、镗刀等）及螺纹刀具。车床主要用于加工各种轴类,套筒类和盘类零件上的回转表面.数控车床加工零件的尺寸精度可达IＴ5～IT６，表面粗糙度可达1.6uｍ以下。2。1。2数控车床的特点与进展与传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：1.由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短.不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联接带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。2。多功能数控车床是采纳直流或沟通主轴掌握单元来驱动主轴，按掌握指令作无级变速,主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样,床头箱内的结构已比传统车床简洁得多.数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与掌握系统的高精度掌握相匹配，以便适应高精度的加工。3。数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采纳滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一,滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承,它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。4.为了拖动轻松，数控车床的润滑都比较充分，大部分采纳油雾自动润滑。5.由于数控机床的价格较高、掌握系统的寿命较长,所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好.数控车床一般采纳镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长很多。6。数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。7．数控车床一般还配有自动排屑装置.现在，数控车床技术还在不断向前进展着，数控车床进展趋势如下：随着掌握系统,机床结构和刀具材料的技术进展，数控车床将向高速化进展，进一步提高主轴转速，刀架快速移动以及转位换刀速度；工艺和工序将更加复合化和集中化;数控车床将向多主轴，多刀架加工方向进展；为实现长时间的无人全自动操作，数控车床将向全自动化方向进展;机床的加工精度将向更高方向进展。同时,数控车床也会向简易型进展.2。１．３数控车床的组成数控车床一般由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（ＣＮＣ）、伺服驱动及位置检测装置、帮助掌握装置、车床本体等几部分组成。2。2数控车床的总体布局2．2．１数控机床总体布局的概念数控机床是一种全自动化的机床,但是像装卸工件和刀具（加工中心可以自动装卸刀具)、清理刀屑、观察加工情况和调整等帮助工作，还得由操作者来完成，因此在考虑数控机床总体布局时,不仅要遵循机床布局的一般原则,还要考虑在使用方面的特定要求：1．数控机床的布局首先要满意用户提出来的要求，如机床的加工范围,工作精度，生产效率和经济性等等.2.确保在加工过程中工件和刀具之间的相对位置和相对运动.在经济、合理的条件下，尽量采纳较短的传动链，简化机构，提高传动精度和传动效率。３。确保数控机床具有大的切削率，高的静、动态刚度和良好的抗振性能4。确保数控机床具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性5。便于同时操作和观察，数控机床的操作按钮开关都放在数控装置上,对于小型数控机床，将数控装置放在机床的近旁,操作者一边在数控装置上进行操作，一边观察机床的工作情况，还是比较便利的。但是，对于尺寸较大的机床，这样的布局方案,因工作区与数控装置之间距离较远，使操作者的操作与观察会有顾此失彼的问题,因此，要设置吊挂按钮站,可由操作者移至需要和便利的位置，对机床进行操作和观察。对于重型数控机床这一点尤为重要,在重型数控机床上,总是设在接近工作区域并可以随工作区变动而移动的操作台或数控装置放在操作台上，以便同时操作和观察。6。刀具、工件装卸、夹紧便利，除了自动换刀的加工中心机床以外,数控机床的刀具和工件的装卸和夹紧松开,都是由操作者来完成的,要求易于接近装卸区域,而且安装装夹机构要省力简便。７.数控机床的效率高、切屑多，所以机床结构的布局要便于排屑和冷却。8.体积小，重量轻，节省原材料，成本要低,缩小机床的占地面积，外形要美观。这次设计的CＫ６１3２数控车床，采纳一般车床最常用的卧式布局形式。2．2．2数控车床布局的结构特点及影响布局的因素1．数控车床布局的结构特点数控车床的床身结构和导轨有很多种形式，主要有水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板等。一般中小型数控车床多采纳倾斜床身或水平床身斜滑板结构.由于这种布局结构具有机床外形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流,便于操作者操作与观察,易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。倾斜床身还有一个优点是可采纳封闭截面整体结构，以提高床身的刚度.床身导轨倾斜角度多为45°、６0°和70°,但倾斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况.水平床身加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度,但这种结构床身下部空间小，排屑困难。床身导轨常采纳宽支撑Ｖ—平形导轨,丝杠位于两导轨之间。数控车床多采纳自动回转刀架来夹持各种不同用途的刀具,受空间大小的限制,刀架的工位数量不行能太多，一般都采纳6、8、10或12。数控车削中心是在数控车床的基础之上进展起来的，一般具有Ｃ轴掌握，在数控系统的掌握下，实现Ｃ轴Z轴插补或Ｃ轴X轴插补。它的回转刀架还可以安置动力刀具,使工件在一次装夹下，除完成一般车削外，还可在工件轴向或径向等部位进行钻铣等加工。2．影响数控车床布局的因素（1)工件的外形、尺寸和质量随着工件尺寸、外形和质量的变换，数控车床的布局可有卧式车床、落地车床、单立柱立式车床、双立柱立式车床和龙门移动式立式车床的变化.当工件的直径小于125０ｍｍ时,可用一般卧式车床加工;当工件直径小于mm时，采纳单立柱立式车床加工;当工件直径为250０～8000mｍ时，采纳双立柱立式车床加工。依据以上要求以及任务书中给定的数据(最大加工直径320mｍ、拖板上最大加工直径160ｍm、最大加工长度为500ｍm），综合考虑,本次设计的CK6132数控车床采纳卧式一般车床的形式。(2）车床的生产率要求随着生产率要求的不同，数控车床的布局可以产生单主轴单刀架、单主轴双刀架、双主轴双刀架等不同的结构变化.本次设计的CK6１3２数控车床是小型的数控车床，它的生产率不是很高，因此,这次的数控车床采纳单主轴单刀架的形式.（3)机床精度随着机床精度的不同，数控车床的布局要考虑到切削力、切削热、和切削振动的影响。要是这些因素对精度影响最小,机床的布局就要考虑都各部件的刚度、抗振性和在受热时使得热变形的影响在不敏感的方向。由此可看出，在卧式数控车床的布局中,刀架和导轨的布局已成为重要的影响因素。刀架和导轨的位置较大的影响了机床和刀具的调整、工件的装卸、机床操作的便利性以及机床的加工精度.

ａ）后斜床身－斜滑板

b）直立床身-直立滑板

c)平床身—平滑板

d）前斜床身—平滑板

ｅ）平床身—斜滑板图2－1床身布局数控车床的床身和导轨的布局主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑板、立式床身等,如图2—1所示。其中平床身的加工工艺性好，部件精度容易保证.另外,平床身机床工件重量产生的变形方向向下，它与刀具运动方向垂直，对加工精度的影响较小。虽然操作、防护性能稍差，但其放开面宽，起吊容易,装卸比较便利.在本次设计中，依据客户要求，CK6１32采纳平床身－平滑板式.２．３CＫ6１32数控车床的总体布局这次设计的CK61３2数控车床是在做了周密和必要的调查讨论后和满意用户提出的要求的前提下，查阅了大量的设计手册、相关的书籍和参考了同类型数控车床的设计实例而设计的.依据上面提到的数控机床的布局原则和影响布局的因素,则ＣK6132数控车床采纳卧式车床的布局形式。床身的左端是主轴箱，V带传动.主轴是由变频电动机驱动.机床可以无级调速和恒线速度切削。主轴前端采纳莫氏3号锥度。主轴支撑轴承为角接触球轴承以保证主轴的刚度和精度。主轴面对操作者，便于装卸工件。数控车床的Z轴和Ｘ轴都是采纳电机和滚珠丝杠直接连接的形式。脉冲编码器与主轴相联。第3章主传动系统的设计3。1主传动系统变速方式为了适应不同的加工要求，数控机床主传动主要有以下几种配置方式：１。带有变速齿轮的主传动.这种方式在大、中型数控机床采纳较多.通过少数几对齿轮降速，扩大了输出扭矩,以满意主轴的输出扭矩特性的要求，一部分小型数控机床也采纳此种传动方式.以获得强有力的切削时所需要扭矩。数控机床使用可调无级变速沟通、直流电动机。所以经齿轮变速后,实现8段无级变速，调速范围增加。其优点是可满意各种切削运动输出转矩,具有大范围调速能力。但是由于结构简洁,需要增加润滑及温度掌握装置。成本较高,此外，制造和维修也比较困难。如图３—1（ａ)２．一级带传动变速方式。这种传动方式主要应用在中小型数控机床上。采纳Ｖ型带或同步带传动，可以避开齿轮传动时可引起的振动与噪声,适用于低扭矩特性要求的主轴.这种方式结构简洁，安装便利，调试容易,被广泛用于很多数控机床传动中。如图３-1（b)３。调速电机直接驱动方式,这种主轴传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构,有效地提高主轴部件的刚度，由于结构紧凑，占用空间少,加工中心的可加工空间相对变大。但是主轴转速的变化及扭矩的输出和电动机输出特性完全全都，电动机的发热对主轴的精度影响大,最好装有冷却装置,否则使用还是受到约束。如图３-1（c)综上所述，进行各种传动方式优缺点进行分析和比较来选取本设计所采纳的主轴传动方式。首先是该设计为数控车床，主轴选用带传动,主轴主要是车削加工，必须保证其加工精度，而带传动能缓和冲击、汲取振动,故传动平稳.由此选用一级带传动变速方式。(a)带有变速齿轮的主传动（b)一级带传动变速方式(ｃ）调速电机直接驱动方式图3-1主传动系统变速方式3.2主运动功率的确定3.2.１切削用量的选择依据加工工艺的要求合理的选择切削用量，是确定机床参数的基本依据。切削用量包括三要素为切削速度、进给量、背吃刀量..因此在选择切削用量的时候,应该要考虑到以下几个方面的关系:1。切削加工生产率在切削加工中，材料的切除率与切削用量三要素、、均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。但由于刀具寿命的制约,当任一参数增大时,其它两参数必须减小。因此，在指定切削用量时，使三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。2。刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响的大小,按挨次为、、。因此，从保证合理的刀具寿命动身，在确定切削用量时,应先采纳尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量;最后依据确定的刀具寿命公式求出切削速度。对于专用机床来说,为了保证刀具的使用寿命,切削用量不宜过大。3.加工表面粗糙度对于粗加工，在切削力和刀片大小允许时，首先应进卡能的加大．，相应的降低、，使粗糙的毛坯表面在一次吃刀中切除。在机床、工件、刀具和刀具夹持刚度等允许时，粗加工也可以尽可能提高，并适当降低;对于精加工,增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在多刀切削或使用组合刀具切削时，应按各把刀具允许的切削用量中最低的参数，作为调整机床的参数。对自动化加工,各工位加工工序的切削用量，要按生产节拍进行平衡。在车床上粗加工零件时，切削力和切削用量都比较的大，所以选择粗车直径为４0mm，材料为45钢的棒料的外圆面为典型的工况。假设棒料经过调制处理，依据[３]表8－7优质碳素钢可知45钢的硬度为２17～２５５HB.依据参考[４］P7３4表1０-1硬质合金车刀纵车削外圆的切削速度可选取刀具材料为YT15。依据参考[5］P507表2.４－3硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量选取车刀刀杆尺寸BH为１625、工件直径为40mm、ap=2mm时进给量ｆ=0。5mm/r。依据参考［４]P10５6表１4-1切削速度计算公式中结构碳钢在出粗加工时，切削深度为2mm时的切削速度（3-1)式中——系数--车刀的耐用度3．2。2车削时切削力的计算依据参考［4]105８页表14—2切削力的计算NＮN式中——系数3.2．3主传动中电机的功率和型号的确定查阅参考［６］可以知道主电动机功率的计算式即:（kW）(3-2)式中——主传动电动机的功率，单位为kＷ；——切削功率,单位为ｋW；——主传动链的总效率,一般在通用机床上可取=0．70~0.85。当结构简洁，转速较低时取大值.切削功率的确定应该在加工工艺的基础上来进行分析。通用机床应该选择对切削功率有决定性影响的若干加工情况;专用机床应该要按典型工件的加工情况来考虑，然后依据选用的切削用量来计算切削功率.本次设计的ＣK6１3２数控车床是通用型的小型数控车床，所以它的切削功率有决定性的影响着若干的加工情况。查阅参考［７］公式（２-11）可得切削功率的计算公式：（kW）(3—３）所以机床的切削功率为：kW由于本次设计的CK６132数控车床中主电机与主轴之间的连接是通过V带传动来实现的,通过参考[7]表1．1—10可以查得Ｖ带的传动效率,因此主运动电机的功率为:kW（3－4)依据上面计算的结果，可以确定选择额定功率为４ｋW的三相变频电动机是完全能够满意本次设计的ＣＫ6132数控车床的正常运行的。查阅网上资料,选用上海森力玛YＰＮＣ系列主轴变频专用电机YPNＣ—３3.3-4-B.依据网上查阅采纳上海森力玛YＰＮC系列变频主轴电机,该系列电机的特点有：运行转速精度更高,更能满意超低俗运行,且能保持输出额定专柜不变.恒功率范围广，基频５0Hz的马达可达4倍,基频33.3Ｈz的马达可达６倍导入基频３３.３Hz设计，达成低速力矩大,确保低速强力切削,超宽恒功率调速范围，保障高速切削光滑度。降低变频器功率,节省成本和电源容量。３。3皮带轮的设计计算设一天运转时间８~10小时（按小带轮计算）1.确定计算功率ＱＵOTＥ由参考[8]表５-8查得工作情况系数,故计算功率:kW2。依据和选胶带型别为：A型3.确定带轮的基准直径QUＯTＥ并验算带速选小带轮直径mm则大带轮直径mm验算带速:ｍ／s（3—５）４。确定V带的中心距和基准长度QＵOTE初定中心距ＱUOＴEｍm由公式计算带所需的基准长度mｍ（3－６）选带的基准长度ｍm计算实际中心距ｍｍ5。验算小带轮包角６．计算带的概数单根Ｖ带传递的功率QUOTEQUＯＴＥｍｍmmr／miｎ查表得ｋW单根胶带传递功率的增量：kW计算V带的根数查表得,kW(３－７）胶带根数：QUOTE取根。计算单根V带的初始拉力的最小值ＱＵOTE:N（3－8）应使带的实际初拉力８。作用在轴上的力Ｎ(3－９）带轮宽：mm第4章主轴部件设计4．1主轴主要参数的计算主轴的主要参数是：主轴前端直径,主轴内径.主轴悬伸量和主轴支撑跨距。4。1．1车削时切削力的计算表4-１主轴（按电机功率)（ｍm）：主电机功率（ｋW）1。4~2.52～3．63~5.55~7。37.4~１1卧式车床6０~807０~９０70~1０595～13０１１０~145铣床及加工中心５０～90６0～9060～9575～1０090～1０５外圆磨床——50～60５5～７07０～8075～90车床、铣床、镗床、加工中心等机床因装配的需要，主轴直径常是自前往后逐渐减小的.前轴颈直径大于后轴直径.对于车、铣床一般，由上表可取mｍ。因此可知由式子后端直径mm圆整后mm4。1.2主轴内径主轴内孔径与机床类型有关,主要用来通过棒料、镗杆、拉杆或顶尖.确定内孔径原则是为减轻主轴重量，在满意对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求下,应取最大值。主轴的内径是通过刀具夹具装置固定刀具、传动气动或液压卡盘等.主轴孔径越大，主轴部件的相对重量就越轻。主轴的孔径大小主要受主轴刚度的制约。主轴的孔径与主轴直径之比,小于0.3时空心主轴的刚度几乎与实心主轴相等;等于0．5时空心主轴的刚度为实心主轴的90％；大于0．7时，空心主轴的刚度就急剧下降。一般可取其比值为0。5左右。主轴本身刚度K正比于抗弯断面惯性矩由式子可知取孔径的直径极限为此时若孔径再大,刚度急剧下降依据推举值取mm主轴的内径为5０ｍm4。1。３主轴前端悬伸量ａ确定主轴悬伸量指主轴前端面到前支承径向反力作用中点(一般即为前径支撑中点）的距离,参考［9]表６．1-45,它主要取决于主轴前端部结构形式和尺寸，前支撑轴承配置和密封等。因此主要由结构设计确定。图４-1主轴悬伸量简图悬伸量与主轴部件的刚度及抗振性成反比，故应尽量取小值。式中-—材料的弹性模量—-轴惯性距——前刚度值——后刚度值处选a值可参考表４-2确定表４－2主轴悬伸量与前轴颈关系车床和主轴类型精密车床、自动车床用滚动轴承支承,适用高精度和一般精度要求０.6—1.5中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸不太长(不是瘦长）的精密镗床和内圆磨床，用滚动轴承和滑动轴承支承适用于绝大部分一般生产要求1．２5-２。5取,mm计算得悬伸量为80mm4.1.4主轴跨距的确定主轴跨距是决定主轴系统动静刚度的重要影响因素,目的是找出在切削力作用下,主轴前端的柔度值最小的跨距称为最优跨距（)。实验证明，动态作用下最优跨距很接近于推得最优值,因此设计时尽量达到最优值。主轴支承跨距是指主轴前—后或前—中支承反力作用点之间的距离，它是决定主轴组件刚度的主要因素之一，由于主轴组件的刚度主要取决于主轴本身的刚度和主轴支承的刚度，而前者与支承跨距有关。主轴组件的刚度与主轴受力后的端部变形有关。主轴端部受力后，主轴和主轴的支承都会产生弹性变形,使主轴端部产生位移，依据位移叠加原理，主轴端部位移由两部分组成式中——刚性支承（假定支承不变形）上弹性主轴端部的位移。--弹性支承上刚性主轴（假定主轴不变形)端部的位移。１．刚性支承上弹性主轴端部的位移依据两支撑点梁和悬臂梁的挠度公式，可得：＝+＝（mｍ）式中—-主轴材料的弹性模量；——主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为，内孔直径为时,=;当无孔时,；２.弹性支承上刚性主轴端部的位移设前、后支承的刚度分别为，前后支承的弹性变形刚度分别为式中-—前支承的支反力，—-后支承的支反力，因此，，用相像三角形定理可求得:整理后可得:3。主轴端部位移:合理的跨距可依据上式确定，最小挠度的条件为，这时的应为合理跨距，式中用表示：整理后得：4。用计算线图来定，令综合变量，代入上式，可解出：（4-１）系无量纲量,它表示抗弯刚度ＥI与主轴前支承刚度及悬伸量的三次方的比值，由上式可知，仅是比值和的函数，故可用为参变量,为变量，做出的计算图.５。计算如下:前端角接触球轴承的刚度：(４－2)Ｎ（4-3）N/m(4-4）查轴承样本额定动载荷，,，kＮ,取Ｎ，N.同理得：N/m将D＝１0０mm，ｄ＝50mｍ,ａ＝80mm及前后轴承的刚度代入公式(4-1）得：式中——弹性模量，钢的Pa；——截面惯性距，m查主轴最佳跨距计算线图得:所以mm计算得主轴跨距为3００ｍm主轴结构和主要尺寸如图４－2。图4-2主轴结构和主要尺寸图4-2主轴结构和主要尺寸４。1.5主轴的刚度计算1.当量外径如果主轴前后轴承由数段组成，则当量直径mｍ（4－5）式中，，,，···，，--分别为各段的直径和长度mm；-—总长,mm如果前后轴承的直径相差不大，也可把前后轴承直径的平均值近似地作为当量直径。2。主轴刚度N/m式中--主轴孔径,——前支撑点距主轴端部的距离3.对于这种机床的刚度要求（４-6）式中-—切削系数（N/uｍ。mm)——极限切削宽度(mm）—-机床系统的阻尼比——作用力与工件切削表面垂直线的夹角由于该机床属高效通用机床，主轴的刚度可依据自激振动稳定性决定。取阻尼比;当m/mｉｍ,ｍm／r时，N／ｕｍ。mm，取mｍ代入式(4—６)得:N依据稳定性指标的规定，工件长度mm,ｍmN/μm式中-—前支撑点距切削处的距离N／μm所以主轴刚度满意要求。4.2主轴轴承的选择４。２。1轴承的选型主轴轴承是主轴组件的重要组成部分,它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承摩擦阻力小,可以预紧，润滑维护简洁,能在肯定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作.滚动轴承有专业化工厂生产，选购维修便利，在数控机床上被广泛采纳。与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体的数目有限，刚度是变化的,抗震性略差,但总体来说，数控机床主轴组件在可能的条件下,应尽量使用滚动轴承，格外是大多数立式主轴和主轴在套筒内能够做轴向移动的主轴。这时用滚动轴承可以用润滑脂润滑，以避开漏油。滚动轴承依据滚动体的结构分为球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承三大类。主轴轴承主要应依据精度、刚度和转速来选择，为了提高精度和刚度，主轴轴承间的间隙应该是可调的。线接触的滚子轴承比点接触的球轴承的刚度高,但肯定温升下允许的转速较低，下面就简述几种常用的数控机床主轴的机构及适用范围。４．2.2角接触球轴承这种轴承既可以承受径向载荷又可以承受轴向载荷。常用的接触角主要有两种:＝２5°，=１5°，其中=２5°的编号为７00０AC型，属于特轻型；或编号为71９0ＡC型,属于超轻型。=15°的编号为7000Ｃ型，属于特轻型;或编号为7１9０C型；或编号为7190Ｃ型，属于超轻型.如图４—3所示.图4—3角接触球轴承角接触球轴承多用于高速主轴,随接触角的不同，其应用有所区分,=25°的轴向刚度较高,但径向刚度和允许的转速略低，多用于车、镗、铣加工中心等主轴；＝15°的转速可更高一些，但是轴向刚度较低,常用于轴向载荷较小、转速较高的磨床主轴或不承受载荷的车、镗、铣主轴后轴承。这种轴承为点接触，刚度较低.为了提高刚度和承载能力，常用多联组配的方法。所以本设计前支承采纳三联组配的方式，后支承采纳双联组配的方式，代号为DＢ,如图4—４。图4—4双联角接触球轴承4．3轴承间隙调整和预紧主轴轴承的内部间隙,必须能够调整。多数轴承,还应能够在过盈状态下工作,使滚动体和滚道之间有肯定的欲变形，这就是轴承的预紧。轴承预紧后，内部无间隙,滚动体从各个方向支承主轴,有利于提高运动精度。滚动体的直径不行能肯定相等，滚道也不行能肯定正圆,因而预紧前只有部分滚动体和滚道接触。预紧后，滚动体和滚道都有了肯定的变形，参加工作的滚动体将更多，各滚动体的受力将更均匀。这都有利于提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方向都有滚动体支承，可以提高抗振性。但是，预紧后发热较多，温升较高；且太大的预紧将使轴承的寿命降低，故预紧要适当。本设计为数控车床的主轴组件设计,功率相对较小,所以取中预紧。4。４主轴组件的润滑和密封4．4．1主轴滚动轴承的润滑润滑的作用是削减摩擦、降低温升并与密封装置一起保护轴承不受外物的损伤与腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择合适,可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命.滚动轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。在速度较低时,用润滑脂比用润滑油温升低；速度较高时,用油润滑较好。1．脂润滑脂润滑使用便利,不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果转速不太高(数值可查轴承样本),滚动轴承应尽量采纳脂润滑，格外是立式主轴或装在套筒内可以伸缩的主轴(如钻床、坐标镗床、加工中心等的主轴)。润滑脂使用期限长，如果转速不超极限值,一次充填可使用2００0h以上.只要密封良好，不让灰尘、油污进入轴承，一次充填可始终用到大修时才更换，中间不需填充.润滑脂填充量不宜过多,尤其不能填满轴承空间。否则将引起过多的发热,并油可能使脂熔化流出。2．油润滑润滑滚动轴承所需的油量很少，约每分钟1~5滴。若油量增大,则由于搅拌作用会使温度上升。油量增加过大,则冷却作用为主，温度会下降，但能耗却加大了。常用油的粘度为1２mm/s~３0mm/ｓ（40C时).高速主轴，发热较多.为掌握其温升，盼望润滑时兼起冷却的作用。采纳油润滑，用空气冷却的方法.常用油雾和油气润滑。由于主轴前端采纳了角接触球轴承，速度较高,致使发热较多，所以采纳油润滑,在润滑时也起冷却的作用。后端采纳的是曲路（迷宫)密封为防止油液外漏，用脂润滑双列圆柱滚子轴承。４.４．2主轴组件的密封主轴组件密封主要是防止油外泄和尘埃、屑末进入。密封的类型很多,两个具有相对运动的结合面之间必定有间隙，它们之间的密封称为动密封。两个相对静止不动的结合面之间的密封称为静密封。静密封有研磨面密封、垫片密封、密封胶密封等。主轴的密封主轴的密封分接触式（如图４—5）和非接触式（如图4-６）。（a）形式一；(b)形式二；(ｃ)形式三图4—5非接触式密封在本设计中轴承端盖与箱体之间的密封属于静密封,采纳纸封油垫协作紧定螺钉进行密封，之所以采纳此种密封是由于研磨面密封适用与结合面加工平整、光滑,但本设计箱体为铸造，不合适；而密封胶密封又不便端盖拆卸。（a）油毡圈密封；(b)耐油橡胶密封圈密封图４-6接触式密封前、后端轴承端盖通孔和轴之间的密封属于动密封。前端轴承为角接触球轴承，转速较高，采纳油润滑,为防止油液甩出，此处采纳了毡圈油封；后端轴承用脂润滑，此处用迷宫式密封,利用其节流的作用达到密封的效果，且间隙中布满着润滑脂，密封效果更好。第５章进给驱动部件设计５。1进给驱动部件传动功率的计算进给系统机械传动结构是伺服进给系统的主要组成部分，主要由传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件组成，它是实现成形加工运动所需的运动及动力的执行机构。由于数控机床的进给运动是数字掌握的直接对象,被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有。5。1。1数控机床进给传动系统要求为了确保数控机床进给传动系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，应注意以下要求。1.提高传动精度和刚度.数控机床本身的精度，尤其是进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用，是数控机床的特征指标。为此，首先要保证各个传动件的加工精度,尤其是提高滚珠丝杠螺母副（直线进给系统)、蜗杆副（圆周进给系统)的传动精度。另外，在进给传动链中加入减速齿轮以减小脉冲当量（即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离），从系统设计的角度分析，也可以提高传动精度;通过预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等方法，来提高传动精度和刚度。2．削减各运动零件的惯量.传动件的惯量对进给传动系统的启动和制动特性都有影响,尤其是高速运转的零件,其惯量的影响更大。在满意传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以削减运动部件的惯量。３.削减运动件的摩擦阻力。机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给传动系统中，为了减小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象,提高整个伺服进给系统稳定性,广泛采纳滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等.４．响应速度快。所谓快速响应特性是指进给传动系统对输入指令信号的响应速度及瞬态过程结束的飞快程度.快速响应是伺服进给系统的动态性能,反映了系统的跟踪精度。工件加工过程中,工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令,在运行时不消灭丢步和多步现象。进给传动系统响应速度的大小不仅影响到机床的加工效率，而且影响加工精度.设计中应使机床工作台及传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值,以提高伺服进给系统的快速响应性.５.较强的过载能力.由于电动机频繁换向，且加减速度很快,电动机可能在过载条件下工作,这就要求电动机有较强的过载能力，一般要求在数分钟内过载4~６倍而不损坏。６.稳定性好，寿命长。稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本条件，格外是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚度、阻尼及增益等都有关系，适当选择的各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服进给系统设计的目标。所谓伺服进给传动系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。为此，应合理选择各传动部件的材料、热处理方法及加工工艺，并采纳适当的润滑方式和防护措施，以延长其寿命。7。使用维护便利.数控机床属于高精度自动掌握机床,主要用于单件、中小批量、高精度及简洁的生产加工,机床的开机率相应就高,因而进给传动系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地削减维修工作量，以提高机床的利用率。5。１.2计算进给部件传动功率的相关公式及原理在进给传动和主传动共用一个电机的通用机床上，如一般车床和钻床,由于进给传动所消耗的功率与主运动相比是很小的，因此在一般情况下是可以忽视进给所需要的功率的。在进给运动与空行程传动共用一个电机的机床上，如升降台铣床,也不必单独考虑进给所需要的功率，由于使升降台快速移动所需要的空行程传动功率比进给传动带来的功率要大的多。对于进给方向的传动采纳单独电动机驱动的机床,都需要确定进给传动所需要的传动功率，因此在本次设计的CK613２数控车床中在进给驱动的Z轴和X轴方向是通过采纳两个单独的电机来驱动的，所以对于这次设计的进给传动系统是需要进行传动功率的计算的。通过参考［９］第497页的内容可以知道，进给方向的传动功率是由进给牵引力（Ｎ)、进给速度（ｍ/mｉｎ)和机械效率来决定,则三者之间的关系为:（ｋＷ)（5－1）进给牵引力是与导轨有关系的,对于导轨的选择在这里不进行简略的叙述,这方面的内容会在后面进行简略的讲解,因此这里只使用现成的结果。CＫ61３２数控车床采纳滑动导轨，横向导轨采纳矩形三角形导轨，径向导轨选用燕尾槽形。通过参考［9]第三部部件、机构及总体设计表6。2-34水平导轨的反力和牵引力计算可知：矩形三角形导轨牵引力的计算公式为：(N)(5-2)燕尾形导轨牵引力的计算公式为：(N)(5-３）式中——移动部件的重力,单位为Ｎ;——当量摩擦系数；—-考虑倾覆力矩影响系数;、、——切削分力，单位为N,其中为沿进给方向的分力;在正常润滑的情况下,和可取如下的数值：矩形三角形：=0.15～0。１８;燕尾槽形:=1．4；=0．2；5.1.3进给驱动部件的功率和扭矩的计算要计算出Ｚ轴和Ｘ轴进给驱动功率，首先要初步估算出Ｚ轴和Ｘ轴两方向的步进电动机所需要带动的移动部件的重力，Z轴和X轴两个方向需要带动的部件主要分为四个部分：大拖板、小拖板、X轴的步进电动机、电机的联接座以及转塔刀架部分.依据公式计算牵引力的时候,切削分力在前面一节中已经算出来了,当量摩擦系数和倾覆力矩影响系数也已经在依据相关的资料查到了，现在主要求的是各移动部件的重力。在计算重力的时,要考虑到各移动部件的密度、体积Ｖ、还有计算重力时的一个惯用常数g。在机床上，大拖板和小拖板都是铸件,因此它们所使用的材料是灰铸铁;由于转塔刀架、X轴步进电动机和电动机联接座是装配件，其材料和构成的结构都是比较简洁的,因此为了保险起见假设它们的材料是碳钢，由于碳钢具有较高的强度、屈强比和足够的塑性、韧性;良好的焊接性和冷塑性加工性；具有肯定的耐蚀性。较低的冷脆转化温度和低的时效敏感性。查阅参考[9］表1。1－３可知各材料的密度,灰铸铁的密度kｇ／m；碳钢的密度kg/m.在计算的过程中，数据都是参考车间里的数控机床的，由于车间里的数控机床和我这次设计的数控机床都是同一种机床的类型――数控车床，不一样的只是我所设计的车床比车间里的小一个型号,下面我们来进行各移动部件的重力估算：小拖板：mN大拖板：mＮ转塔刀架：mN电动机及联接座：mＮ式中Ｇ—-移动部件的重力，单位为N；V--移动部件的体积，单位为mg—-常数,一般情况为了计算的便利,取１0；Z轴方向的步进电机带动的是以上四个移动部件，故它的重力为以上四个移动部件的重力之和，即：NX轴方向的步进电动机带动的是两个移动部件，即刀架和小拖板，故它的重力为两移动部件的重力之和，即:Ｎ1。Z轴进给方向的牵引力及电动机所需要的转矩的计算Z轴方向是采纳矩形三角形导轨的,由上面的计算公式得知Z轴方向的牵引力,取＝1。15，＝0。18,则：(５—4）ＮZ轴和Ｘ轴方向的丝杠为滚珠丝杠副，简略的选择在后面会说到的,这里应用的是结果。通过参考（9）表3。7—22可知,由于数控车床在Ｚ轴和X轴方向上的丝杠精度等级分别推举为2、3、4级和3、４、5级，所以在本次的设计中Z轴和X轴方向的滚珠丝杠同时选用３级精度。依据参考［9]表１.1—１０可知，滚珠丝杠副的机械传动效率为0．85~0.9５,所以这里取一个中间数,即为。Z轴方向的进给速度与进给量和主轴转速有关,则三者的关系为：(5-５）式中——主轴转速，单位为ｍ／mｉn;——进给量，单位为mm/r；依据上面传动功率的公式可以计算出Z轴的进给功率为：kW依据参考［９］第５13页可以知道转矩的公式为:(N）(５—6)式中——转矩,单位为N;——传动功率，单位为kW；——电动机的转速，单位为；依据典型工况中计算出来的转速和Ｚ轴方向滚珠丝杠的导程，可以计算出Ｚ轴方向步进电动机的转速为：式中——滚珠丝杠的导程;由此可以计算出步进电动机的转矩,为：N依据上面计算出来的转矩,Z轴方向的电动机选用常州宝成电机有限公司供应的型号为:90BC340AH.这种类型的电动机的矩频特性,在电动机的工作范围之内，矩频特性的曲线远大于所需要的转矩，因此所选用的电机完全符合这次设计的要求.２．Ｘ轴进给方向的牵引力和电动机所需要的转矩的计算Ｘ轴方向采纳的是燕尾形导轨,由上面的计算公式可以计算出Ｘ轴方向的牵引力,取=1。４，=0.２,则：(5-7）Ｎ与上面一样,同理可得：Ｘ轴进给方向的进给速度与切削深度和丝杠转速有关，则三者之间的关系为：式中——主轴转速,单位为；-—切削深度或背吃刀量,单位为mm；依据上面的传动功率的计算公式,可以计算出X轴方向的进给功率为：(５－8)kW依据典型工况中计算出来的转速和Ｘ轴方向滚珠丝杠的导程，可以计算出Ｘ轴方向步进电动机的转速为:式中—-滚珠丝杠的导程；由此可以计算出步进电动机的转矩为:Ｎ依据上面计算出来的转矩，Ｘ轴方向的电动机选用常州市宝成电机有限公司供应的型号为：75ＢＦ380。这种类型的电动机的矩频特性,在电动机的工作范围之内，矩频特性的曲线远大于所需要的转矩,因此所选用的电机完全符合这次设计的要求。5.2滚珠丝杠副的型号把上面采纳到的滚珠丝杠的各部分的结构结合起来，Z轴和Ｘ轴的滚珠丝杠采纳启东市华森丝杠制造有限公司供应的滚珠丝杠。如图5－2内、外循环滚珠丝杠。依据他们公司提高的精密滚珠丝杠副手册,决定：Z轴方向的滚珠丝杠的代号为：FND２506－3－Ｐ３FN――滚珠丝杠的循环方式为内循环;Ｄ――滚珠丝杠采纳的预紧方式为双螺母垫片式预紧；25――滚珠丝杠的公称直径为２5mm；06――滚珠丝杠的导程为6mm；３――滚珠丝杠负荷钢球圈数为3圈P３――定位滚珠丝杠，且滚珠丝杠的精度等级为３级；图５—2内、外循环滚珠丝杠X轴方向的滚珠丝杠的代号为:FND140４-3—Ｐ3FN――滚珠丝杠的循环方式为内循环；D――滚珠丝杠采纳的预紧方式为双螺母垫片式预紧；14――滚珠丝杠的公称直径为1４mm；０４――滚珠丝杠的导程为4ｍm;3――滚珠丝杠负荷钢球圈数为3圈;P3――定位滚珠丝杠,且滚珠丝杠的精度等级为３级；5.3滚珠丝杠副轴承的选用滚动轴承与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、润滑简便等，同时滚动轴承绝大多数已经标准化,并由专业厂家生产,选用和更换都很便利，因此本次的设计中，Ｚ轴和Ｘ轴方向的滚珠丝杠副选用滚动轴承。选择滚动轴承的型号时，一般主要从以下几个方面因素来考虑：(1）载荷的大小、方向和性质（2）轴承的转速(3）调心性能要求(4)装配的空间（5）安装与装卸要便利（６）具有经济性在本次的设计中，在考虑过了以上因素以后,Ｚﻩ轴方向滚珠丝杠的左端采纳深沟球轴承与双向推力球轴承组合的形式，而右端只用了一个深沟球轴承;X轴方向滚珠丝杠的后端也采纳深沟球轴承与推力球轴承组合的形式。以上各轴承的型号见CK61３2数控车床进给驱动部件的装配图。第6章导轨、导轨架及床身的设计6.1导轨的设计机床上的运动部件必须沿着床身或立柱或横梁上的导轨运动。导轨的主要功能是导向和承载作用。导轨使运动部件沿肯定轨迹运动，从而保证各部件的相对位置和相对位置精度。导轨承受部件及工件的重量和切削力.导轨在很大程度上决定数控机床的刚度、精度与精度保持性。导轨简洁的可以分为两类：滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨和滚动导轨相比：结构简洁、制造便利、接触刚度大的优点;当然在相比之下,摩擦阻力大,磨损快，动、精摩擦系数差别大，低速时易产生爬行等缺点也是很显而易见的。虽然是如此，但是考虑到本次设计的ＣK６132数控车床精度要求不是很高，而且还要考虑到经济问题,所以本次设计的数控车床采纳一般滑动导轨。６。1．1滑动导轨的类型导轨导向精度的凹凸，刚度的大小,减振能力的好坏，摩擦损失的大小，磨损对加工精度影响的大小和受力的情况，在很大程度上取决于导轨的截面外形。下面就来介绍一下滑动导轨的几种基本类型:１.矩形导轨制造简洁，刚度和承载能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不影响,因此安装调试都很便利。矩形导轨中起导向作用的导轨面磨损后不能自动补偿间隙,所以需要有间隙调整装置。２。双三角形导轨这种导轨同时起支撑、导向作用，磨损后相对位置不变,能自行补偿垂直方向和水平方向的磨损,导向精度高,但要求四个表面的刮削或磨削后接触,工艺性较差，床身与运动部件热变形不一样时，不易保证四个面同时接触。３。燕尾导轨其磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整。两燕尾面起压板作用，用一根镶条就可以调整水平、垂直方向的间隙。导轨制造、检验和修理较简洁、摩擦阻力大。当承受垂直作用力时，它以支撑平面为主要工作面，它的刚度与矩形导轨相像;当承受颠簸力矩时,其斜面为主要工作面。刚度较低。燕尾导轨一般用于要求高度小的多层移动部件，两个导轨面间的夹角为.4．矩形三角形导轨不需要镶条调整间隙，导向精度好，加工装配比较便利，温度变化不会转变导轨面的接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移，两条导轨磨损不同，对位置精度有影响。5.圆柱导轨制造简洁,主要用于受轴向负荷的导轨（抗弯刚对小），适用于同时作直线运动和转动的场合。滑动导轨具有结果简洁、制造便利、刚度好、抗震性高等优点，但一般滑动导轨存在静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化.近年来，由于新型工程材料的消灭，消灭了贴塑导轨,其摩擦性能好,耐磨性好,减震性好、工艺性好。综上所述，在本次的设计中，对导轨的要求没有很高的要求，通过参考类似数控车床的导轨，所以床身上的导轨采纳矩形三角形，小拖板采纳燕尾形导轨,尾座上的导轨采纳矩形三角形导轨，可贴塑处理。（a)矩形导轨;(ｂ)三角形导轨；（c)燕尾槽导轨;(d）圆柱形导轨