CK516立式数控车床伺服系统.doc

1、内容摘要：随着世界科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，是国防军工装备发展的战略物资。数控机床的拥有量及其性能水平的高低,是衡量一个国家综合实力的重要标志，所以发展数控机床的水平是现时代赋予我们机械类人员的使命。本课题是关于CK516立式数控车床X向进给伺服系统的设计。设计内容包括确定电机类型，系统的负载，系统脉冲当量，运动部件惯量，空载起动及切削力矩，绘制机械部分装配图及零件工作图等。设计从传动方案的确定，传动结构的选择，以及传动部件的选型选择等方面开展，并通过比较选择其控制方式为半闭环伺服系统。机械传动部分选用滚珠丝杠螺母副作为传动

2、元件，伺服电机作为驱动电机，并选择连轴器连接伺服电动机和丝杠，这种联接不仅结构简单，传动扭矩大，并且传动误差小，经济性能好。关键词: 数控车床 进给系统 导轨 丝杠Abstract ：Along with the world advance in technology and machine tool industrys development, the numerically-controlled machine tool takes the machine tool industry the mainstream product, has become realizes the equip

3、ment manufacturing industry modernization key equipment, is the national defense war industry equips the development the strategic resources. CNC machine tools capacity and performance capabilitys height, is weighs a national synthesis strength the important symbol, therefore the development numeric

4、ally-controlled machine tools level is the present time entrusts with us the machinery personnels mission. This topic is about the CK516 vertical numerical control lathe X feed transmission systems design, the design content includes: Definite systems load, definite system pulse equivalent, moving p

5、art inertia computation, idling starting and cutting moment of force machine computation, definite servo electrical machinery, plan machine part assembly drawing and components shop drawing and so on. The design from the transmission plans determination, the transmission structures choice, as well a

6、s transmission parts shaping and so on aspects develops one by one. To feed transmission server may divide into three kinds: Split-ring, half closed loop and closed loop server. Through the comparison, selects the semi-closure according to the operation requirements to lie in wait from all sides the

7、 clothing system. The mechanical drive structure selects the shaft coupling direct connection servo motor and the guide screw, this kind of structure is simple, the transmission torque is big, and the transmission error is small, the economical performance is good, meets the design requirements. Tra

8、nsmission parts choice including guide rail type choice and operation requirements, ball bearing guide screw nut vice-shaping and servo motors choice.Key words ： Numerically controlled lathe Feeding system Guide rail Guide screw1.概述1.1数控机床的概念和优点数控机床是集计算机、自动控制、自动检测及精密机械等技术于一体的高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的机

9、电一体化加工设备。它与普通机床相比，加工精度和自动化程度高，大大提高了生产效率，减轻了工人的劳动强度。此外，数控机床还可以完成普通机床难以完成或根本不能完成的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈重要。1.2 数控机床的组成分类及特点1.2.1 数控机床的组成数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。1.控制介质：以指令的形式记载各种加工信息。2.数控装置：接受输入的加工信息，经数控装置运算处理，向伺服系统发出相应的脉冲。3.伺服系统：把数控装置的脉冲信号转换成机床运动部件的机械位移；用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。4.机械系统：包括主轴部分、

10、进给系统、刀库和自动换刀装置(ATC)、自动托盘交换装置(APC)等。1.2.2 数控车床的分类 1.按数控车床的档次分类：(1)简易数控车床: 简易数控车床一般用单扳机或单片机进行控制,属于较低档次数控车床。(2)经济行数控车床: 经济型数控车床一般有单显CRT、程序储存和编辑功能,属于中档次数控车床。(3)全功能数控车床: 全功能数控车床主轴一般采用能调速的直流或交流主轴控制单元来驱动。(4)高精度数控车床: 高精度数控车床主要用于加工类似于磁鼓、磁盘的合金铝基板等的需要镜面加工零件，以及形状、尺寸精度都要求很高的零部件，可以代替后续的磨削加工；这种车床的主轴采用超精密空气轴承，进给采用超

11、精密空气静压导向面，主轴与驱动电动机之间采用磁性联轴器连接等。(5)高效率数控车床: 高效率数控车床两个主轴和两个回转刀架同时工作，提高了机床的工作效率。(6)车削中心: 在数控车床上增加刀库和C轴控制后，除了能车削、镗削外，还能对端面和圆周面任意进行钻、铣、攻螺纹等加工；而且在具有插补的情况下，还能铣削曲面，这样就构成了车削中心。(7)FMC车床: FMC车床实际上是一个有数控车床、机器人等构成的一个柔性加工单元，它除了具备车削中心的功能外，还能实现工件的搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。2.按加工零件的基本类型分类：卡盘式数控车床和顶尖式数控车床。3.按数控车床主轴位置分类：立式数

12、控车床和卧式数控车床。1.2.3 数控车床的结构特点1.采用高性能的主轴部件，具有传递功率大、刚度高、抗震性好及热变形小等优点。2.进给伺服传动一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等高性能传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等优点。3.高档的数控车床，还具有较完善的刀具总动交换和管理系统。工件在车床上一次安装后，能自动地完成工件多道加工工序。1.3CK516立式数控车床的特点和相关参数CK516立式数控车床具有高转速、大扭矩、高刚性等特点，主要用于加工轮毂、刹车毂等各类短轴类、盘类零件，车削螺纹、圆弧、圆锥、回转体的内外曲面、端面沟槽、钻、扩、铰等，适用于形状复杂的中小批量零件，以及精度、

13、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工。规格参数床身上最大回转直径 mm 800最大车削直径 mm 600最大车削高度 mm 600主轴转速范围（四段无级） r/min 45-1000主轴孔前端锥度 mm 120主电机功率 kw 15X/Z轴伺服电机 N.m 222.X进给伺服系统的总体设计2.1数控机床进给伺服系统概述数控机床的伺服系统是指以数控机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，也就是位置随动系统。进给伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。进给伺服系统的作用是接受来自数控机床的指令信息，严格按照指令信息的要求通过驱动装置带动机床执行部分的运动，以加工出符合符合图纸要

14、求的零件。伺服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等指标。 伺服系统的基本要求主要是稳定性好、精确度高以及快速响应性2.2 进给伺服系统种类介绍及选择伺服系统按其控制方式分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。1.开环伺服系统 开环伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，驱动电机一般为步进电机，开环进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。 2.闭环控制系统 因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方

15、式。闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。3.半闭环控制系统 采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统。半闭环控制系统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是把角位移检测装置安装在电动机轴端。由上述三种方式对比，考虑使用要求和经济性要求，本设计选用半闭环控制系统。2.3进给驱动电动机类型的确定早期的数控机床采用电液伺服驱动的较多，而现代数控机床基本上都采用全电气伺服驱动系统。它可分为步进电机，直流伺服电动机和交流伺

16、服电动机伺服驱动系统三类。步进电动机：步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量与输入脉冲的个数成严格的正比关系，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为A相、B相和C相，

17、而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当A、B、C三个磁极的线圈依次轮流通电，则A、B、C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。直流伺服电动机：稳定性好；转向取决于控制电压的极性，控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止； 响应迅速，机械特性和调节特性都是线性的，而且不存在“自转”现象；控制功率低，损耗小；转矩大；机械特性和调节特性都是线性的，而且不存在“自转”现象等特点。交流伺服电动机：输出或输入为交流电能的旋转电机，称为交流电机，它实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。交流伺服电动机的机械特性是非线性的，电容移

18、相控制时非线性现象更为严重，而且斜率随控制电压的变化而变化，这会给系统的稳定和校正带来困难。机械特性很差，低速段更差，负载转矩变化对转速影响很大，而且机械特性差会使阻尼系数减小，时间常数增大。从而降低了系统品质。若交流伺服电动机设计参数选择不当，或制造工艺不良，在单相状态下会产生“自转”而失控，而且其电动机的转子电阻大，损耗大，效率低，电动机的利用程度差。但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。伺服电机是根据负载条件来选取的。加在电机轴上的负载主要有两种:负载扭矩和负载惯量，其中负载扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机的额定扭矩，负载扭矩与加速扭矩之

19、和应等于所选择电机的最大扭矩。加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量的匹配，同时还应考虑连续过载时应在所选电机的允许范围内，负载快速运动时所需的电机转速应在电机的最高转速之内。这样可使电机在机床的伺服系统中工作性能得以充分发挥。通过上述三种电动机的比较可知，直流伺服电动机是自动控制系统中具有很高的优越性。所以在本中使用直流伺服电动机。2.4确定脉冲当量脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，它是衡量数控机床加工精度的一个技术参数。立式数控车床常采用的脉冲当量是0.010.005mm/step。

20、根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step。2.5进给系统的传动要求及传动类型的选择2.5.1进给系统的传动要求数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。为此，数控机床的进给传动系统必须满足:（1）传动精度高；（2）摩擦阻力小；（3）运动部件惯量小。 2.5.2传动类型的选择数控机床进给传动系统的基本传动方式常用的有两种：滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。1.滚珠丝杠螺母副在数控机床上，将回转运动与直线运动相互转换的装置一般采用滚珠丝杠螺母副。其特点是：传动效率高，传动灵敏，摩擦力小，不易产生爬行；使用寿命长；具有可逆性，不仅可以将旋转运动转变为直线运

21、动，亦可将直线运动变成旋转运动；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程；因此，在数控机床上得到了广泛的应用，是目前中、小型数控机床的常见的传动方式。2.静压丝杠螺母副其特点是：摩擦系数小，平稳性高，反向间隙小；但是，静压丝杠螺母副应有一套供油系统，而且对油的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断，将造成不良后果。由以上比较，X向进给传动系统采用滚珠丝杠螺母副的传动方式。2.6电机与丝杠联接方式的选择滚珠丝杠螺母副与电动机的联接的型式主要有三种：1.联轴器联接这是一种最简单的连接型式.这种结构型式的优点是:具有最大的扭转刚度；传动机构本身无间隙,传动精度高,而且结构简单,安

22、装、调整方便，适用于像中小型号的数控车床。采用挠性联轴器能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象.采用这种挠性联轴器把电动机与丝杠直接联接，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.通过齿轮联接 这种调整方法的优点是可以在齿轮的齿厚和周节变化的情况下,保持齿轮的无间隙啮合；但是结构比较复杂,轴向尺寸大、传动刚度低、传动平稳性较差，一般用于精度要求低的机床中。3.通过同步齿形带联接 同步齿轮带传动具有带传动和链传动的共同优点,与齿轮传动相比它结构更简单,制造成本更低,安装调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的张紧力； 但是在同步齿形传动

23、设计时对材料的要求很高。在满足机床要求的前提下，本课题采用通过联轴器联接电机与丝杠副，这是一种简单的联接形式具有较大的扭转刚度，制造成本低，传动精度高，而且结构简单，安装调整方便。3. 机械传动部分的具体计算和选型3.1滚珠丝杠副的选型3.1.1滚珠丝杠副的工作原理及特点滚珠丝杠螺母副是目前中、小型数控机床使用最为广泛的传动型式。滚珠丝杠螺母副是将回转运动与直线运动的相互传动装置，在数控机床进给系统中使用最为广泛的传动装置，其工作时在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形螺旋槽，这两个圆弧形槽合起来形成螺旋滚道，在滚道内装入滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内滚动，迫使二者发生轴向相对位移。当

24、丝杠固定时，螺母即可产生相对直线运动，从而带动工作台做直线运动。为了防止滚珠从螺旋槽中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能返回丝杠螺母之间构成一个闭和回路。由于滚珠的存在，丝杠与螺母之间是滚动摩擦，仅在滚珠之间存在滑动摩擦，因此传动效率很高。由于摩擦系数小，不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性，而且滚珠丝杠螺母副有专业厂生产，选用配套方便。3.1.2滚珠丝杠副循环方式和预紧力的选择 滚珠丝杠副根据滚珠的循环方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，

25、不存在卡死和脱落现象。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好。按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的1/3。所以在本设计中，采用双螺母内循环的形式，用双螺母垫片预紧。3.1.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选用型号(1) 计算进给牵引力Fm(N) 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切屑时的走刀抗力以及移动件的重量和切屑分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的形式有关。纵向进给为三角形导轨Fm=kFZ+f(FY+G

26、)=1.1515000+0.04(6000+2500)= 172840 N式中: K考虑颠覆力矩影响的实验系数.三角形导轨取k=1.15f贴塑导轨摩擦系数:0.030.05G溜板及刀架重力,取250kg10N/kg =2500N(2)计算最大动负载 C 选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万（106）转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C，计算如下：C = fwFmL =（60nT）/106n =（1000Vs）/LoLo为滚珠丝杠导程,选丝杠名义直径为40,查滚珠丝杠转动惯量表,初选出Lo=6Vs最大切削

27、力下的进给速度,可取最高进给速度的1/21/3,此处为0.15m/min; T使用寿命,按15000hfw运转系数,按一般运转取1.21.5; L寿命以转106为1单位. C= fwFm= 1.21775=4772.7NL=(60nT)/106=(6012.515000)/106=11.25n=(1000Vs)/Lo=(10000.5550.15)/6=12.5r/min查阅表A-1，可采用W1L4006外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N，精度等级按滚珠丝杠行程公差表，选为3级(大致相当于老标准E级)3.1.4 传动效率计算 =tan/tan(+)式

28、中：螺旋升角,W1L4006 =244摩擦角取10滚动摩擦系数0.0030.004=tan/tan(+)=tan244/tan(244+10)=0.943.1.5 滚珠丝杠支承安装方式的确定数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。滚珠丝杠螺母副安装不正确以及支承刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。常见的丝杠安装有以下几种形式（1）一端固定，一端自由（2）两端游动（3）一端固定，一端游动（4）两端固定。有时为了补偿丝杠的热变形和保持预紧力，可在丝杠的一端安装

29、碟形弹簧和调整螺母，这种支承形式刚度最高，只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，安装时需保持螺母与两端支承同轴，丝杠一般不会受压，固有频率比一端固定要高，可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和补偿热膨胀，要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小于公称行程，丝杠的支撑轴承采用滚珠丝杠专用轴承，这是一种特殊的向心推力球轴承，其接触角增大到60度，增加了滚珠数目并相应减少了滚珠直径，使轴向刚度增大到普通向心推力球轴承的两倍。该轴承一般是成套出售，出厂时已调好预紧力，使用极为方便。在设计中，我采用一端轴向固定，一端游动的方法。固定端采取一对推力角轴承，面对面组配，型号为7602030TVP/

30、DF。通过计算其寿命能满足要求。游动端采用相同的型号，无需校核。3.1.6 滚珠丝杆的润滑和防护 机床在运行过程中，各运动件之间存在摩擦，必须采用一定的润滑及防护措施来减小其相对摩擦，从而提高丝杠和滚珠的使用寿命。使用润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑脂的特点是黏度大，不易流失，因此不需经常加换，使用方便，密封也较简单。但其摩擦阻力大，机械效率低；流动性差，导热系数小。因此仅适用于转速不高的轴承，外露的齿轮和某些不易密封的主轴件等。润滑油一般为全损耗系统用油。在此进给系统中,滚珠丝杠的转速不高,因此在滚珠丝杠副中，也只能采用润滑脂。此外，滚珠丝杠副和其他滚动摩

31、擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避

32、免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。另外对滚珠丝杠安装处应进行削边.3.2 联轴器的选型3.2.1 联轴器的种类和特性联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在这某种程度的相对位移，这就要求设计联轴器时，要从结构上采用各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力，可分为刚性联轴器和挠性联轴器两类。挠性联轴器又可分为是否具有弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。3.2.2 联轴器选择的标准选择合适的联轴器要考虑以下几点：(1)所需要传递的转矩大小和性质以及对缓冲减

33、震功能的要求。(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。3.2.3 联轴器型号的确定根据此次设计的要求，参照以上标准，应选用TL6型弹性联轴器，它的许用转矩为250 N.m，需用的最大转速为3800r/min,轴径为3242mm之间，故合用。3.3 导轨的类型及选取 导轨副是数控机床的重要部件之一，导轨的作用是使运动部件能沿一定轨迹运动，并承受运动部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时

34、不振动、低速进给时不爬行等特性。目前数控机床使用的导轨主要有3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。 1.塑料滑动导轨 目前，数控机床所使用的滑动导轨材料为铸铁对塑料或镶钢对塑料滑动导轨。导轨塑料常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨涂层两类。（1）聚四氟乙烯导轨软带的特点：摩擦特性好、耐磨特性好、减振性好和工艺性好。（2）环氧型耐磨涂层：环氧型耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。2.滚动导轨直线滚动导轨副具有以下特点：（1）摩擦因数小，运动灵活；（2）动、静摩擦因数基本相同，因而起动阻力小，而不易产生爬行；（3）可以预紧，

35、刚度高；（4）寿命长；（5）精度高；（6）润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；（7）由专业厂生产，可以外购选用。因此滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。 3.液体静压导轨 液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小，机械效率高：由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但静压导轨结构复杂，制造成本较高由于滚动导轨的诸多优点, 综合考虑，CK516的纵向进给系统采用直线滚动导轨。3.3 刀架的选择选用选用LD

36、4-ICK0625型电动刀架。 因为设计要求刀架的最大回转直径为120mm，而最小的三角刀架的设计高度大大超过60mm，故选用最小的刀架型号，因刀架为外购件，其尺寸已成定值，故选用最小的四方刀架。即 LD4-ICK0625。该刀架可以夹持4把刀，采用鼠牙盘为分度定位，利用直流伺服电机实现自动转位。3.4 机床噪声的控制控制机床噪声，保障操作人员的身体健康是当前机械企业的一个重要课题。因此在设计过程中必须考虑一定的措施来降低机床的噪声。机床噪声可分为空运转噪声和切削噪声2种。切削噪声是在一定切削条件下产生的，其中包括了刀具、夹具和工件系统的状况。机床噪声源主要是传动系统声及与切削过程有关的声辐射

37、，此外还存在润滑冷却噪声、电控系统噪声及背景噪声等。对于高精度机床 ,噪声不大于 75dB (A);对于精密机床和普通机床，噪声不大于 85dB (A)。上述仅表明机床本身的质量水平，它是机床的空运转噪声。机床在实际使用中，除了机床空运转噪声外，还有很大的切削噪声。尤其对那些已经磨损的旧机床，在切削载荷的激发下，噪声更为强烈。切削过程形成的噪声是极其复杂的，一般它与切削的材料性质、切削用量和刀具有关，还与切削形式(连续、断续、崩裂 )有关。当机床、刀具、夹具或工件的刚度不够时，则系统受切力的激发或外界的影响就要发生振动并辐射出强烈的噪声。4. 伺服电动机的具体计算选择在第二章初步确定了进给驱动

38、电动机的类型为：直流伺服电动机。现在具体确定其型号规格。4.1电动机的选型要求伺服电动机的选择是根据负载条件来进行的，加在电动机轴上的负载有负载转距和负载惯量两种，负载转距包括切削转距和摩擦转距。选择伺服电动机应能满足下述条件：1.根据负载转距选择电机，负载转距应小于或等于电动机额定转距。最大切削负载转距不得超过电动机的额定转距折算到电动机轴上的最大切削负载转距。2.电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配，通常要求转子惯量不小于负载惯量。但也不是转子惯量越大越好，因转子惯量越大，总的惯量就越大，加速性能受影响。为了保证足够的角加速度，以满足系统反应的灵敏度，将不得不采用转距过大的电动机和它的控制系

39、统。3.快速移动时，转距不得超过电动机的最大转距，当执行部件从静止状态加速到最大移动速度时，所需要的转距最大。但选择电机时，是按照负载转距小于额定转距，电动机转子惯量与负载惯量的合理匹配，执行部件的快速转距小于电动机的最大转距三个要素来考虑的。根据负载转距的计算，切削转距加上摩擦转距，应小于或等于电动机的额定转距。4.加速转距应等于最大转距减去负载转距。在空载时，加速转距应等于最大转距减去摩擦转距，其差值等于全部惯量（电动机+负载惯量）乘于加速度斜率。4.2 电动机工作方式的确定电动机工作时会发热，它不仅取决于负载的大小，也和负载持续的时间的长短密切相关，这是选择额定功率时必须考虑的。按电动机

40、的不同发热情况，可以分为三种工作方式（或称工作制），即连续工作方式、短时工作方式和断续周期性工作方式。 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。4.3 电动机型号的确定伺服电机是根据负载条件来选取的。加在电机轴上的负载主要有两种:负载扭矩和负载惯量,其中负载扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机的额定扭矩,负载扭矩与加速扭矩之和应等于所选择电机的最大扭矩。加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量的匹配,同时还应考虑连续过载时间在所选电机的允许范围内,负载快速运动时所需的电机转速应在电机的最

41、高转速之内。这样可使电机在机床的伺服系统中工作性能得以充分发挥。根据其负载特性和快速性，CK516系列加工中心X轴的伺服电动机选用AC数字经济型电机C22/1500驱动，该电机的具体规格及参数如下所示：型号：A06B-0145-B177；转速：1500rpm；额定转矩：22Nm；功率：1.5KW。 4.4运动部件惯量及扭矩计算4.4.1 机床主要参数主切削力： P=1500Kg=15000N纵向进给力： PX =15000.4=600Kg=6000N纵向快速： V=1.2m/min动件总重量： W=250Kg丝杠螺距： S=8mm加减速时间： t=0.03s4.4.2 惯量计算由已知以下数据：

42、05027丝杠 J1=0.006306Kg.m205026套 J2=0.000164Kg.m2联轴器 J3=0.00026Kg.m2轴承 =0.000715 Kg.m2滑板 =0.00042 Kg.m2得：其中：i为降速比；i=1.查电机C22/1500惯量J电=0.012 Kg.m2惯量比：J总/J电=0.00796/0.012=0.663结论：惯量比对立式车床可用。综上，通过运动部件惯量及扭矩计算，说明所选电机C22/1500满足要求，选择正确可用。4.4.3 快速进给所需扭矩计算1.克服磨擦力所需扭矩 其中： 导轨磨檫力，=mgf m 质量（Kg），m=250 Kg f 磨檫系数，f=0

43、.018 g = 传动链效率， =0.8 i为降速比；i=12.加速力矩其中： 要求电机快速进给转速（r/min），=VI/P V 快速进给速度，V=12m/min i 降速比,i=1 P 丝杆螺距（m），P=0.008 m =VI/P=12/0.008=1500r/min J 总惯量，J=0.00796 Kg.m2 t 加速时间，t=0.03s3.附加磨擦力所需扭矩 其中： 纵向进给力，=6000N P 丝杆螺距（m），P=0.008 m 传动链效率， =0.8 i 降速比,i=1 总快速结论：查电机在1500r/min进扭矩为9N.m 可用4.4.4 重切时所需扭矩1.最大切削负载时的切削

44、扭矩其中： Z向最大切削力（N），=6000N P 丝杆螺距（m），P=0.008 m 传动链效率， =0.8 i 降速比,i=12.加速扭矩计算其中： 要求电机重切时的进给转速，=70r/min J 总惯量，J=0.00796 Kg.m2t 加速时间，t=0.03s重切时所需总扭矩 其中：结论：查电机在低速时扭矩为22N.m 可用。综上，通过运动部件惯量及扭矩计算，说明所选电机C22/1500满足要求，可以选用参考文献 1 赵玉刚，宋现春等编数控技术北京：机械工业出版社，2003.62 张建民主编机电一体化系统设计北京：高考教育出版社,2001.83 张新义主编经济型数控机床系统设计北京：机

45、械工业出版社，19984 余英良主编机床数控改造设计与实例北京：机械工业出版社，19945 李洪主编实用机床设计手册沈阳：辽宁科学技术出版社,19996 李云主编机械制造工艺及设备设计指导手册北京：机械工业出版社，1997.8 7 王爱玲主编现代数控机床结构与设计北京：兵器工业出版社，19998 卜云峰主编机械工业及自动化简明设计手册上下册北京：机械工业出版社，19999 机床设计手册编写组机床设计手册（第三册）北京：机械工业出版社，198610 孙桓等主编机械原理北京：高等教育出版社, 199511 机械工程手册机械工程手册北京：机械工业出版社,1990 12 张建纲，胡大锋主编数控技术武汉

46、：华中科技大学出版社，200013 余英良主编机床数控改造设计与实例北京：机械工业出版社，1994 14 赵大兴主编工程制图北京：高等教育出版社,2004.715 屈本宁主编机床设计手册北京：机械工业出版社，1980年第1版16 明兴祖数控机床与系统北京：中国人民大学出版社，2000致谢本设计题目是CK516立式数控车床X向进给伺服系统的设计，也是大学阶段最后一次十分最重要的设计毕业设计。这次设计不仅让我学会了很多东西，还培养了我综合运用所学基本知识的技能，提高了我分析解决问题的能力，检验了我的综合素质与实践能力，为我们进入社会和就业作好了准备。此次毕业设计是在王老师的悉心指导和严格要求下完成。从课题选择到具体的设计过程，论文初稿与定稿无不凝聚着王老师的心血和汗水。在我的毕业设计期间，王老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，王老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的老师的帮助和关怀，