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任務(wù)
姓名： 吳彬
一、設(shè)計(jì)題目： 320mm數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
二、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用的320mm數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)，其主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、能保證一定的加工的精度和表面質(zhì)量。能熟練使用PRO/E?、AUTOCAD,?等三維CAD,CAM繪圖軟件。隨著數(shù)控加工技術(shù)在汽車、船舶、飛機(jī)、模具等各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求量日益增加，數(shù)控機(jī)床在加工制造業(yè)中的重要性也日益突出。數(shù)控機(jī)床作為一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家加工制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一 。
三、設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：論文包括說(shuō)明書(shū)和圖紙兩部分，說(shuō)明書(shū)主要包括：⑴零件的工藝分析和工藝方案的確定；⑵工藝與設(shè)計(jì)計(jì)算；⑶各主要零件尺寸的確定。圖紙包括：繪制主軸零件的2D圖；主軸箱的總裝配圖，并繪制箱體零件的2D圖；可以附加機(jī)床結(jié)構(gòu)的示意圖；（繪圖量不少于折成A0號(hào)圖紙2張）
四、設(shè)計(jì)目標(biāo)：根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)和工藝特性設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的主傳動(dòng)系統(tǒng)，其主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、能保證一定的加工的精度和表面質(zhì)量。又能為學(xué)生將來(lái)從事相關(guān)設(shè)計(jì)工作打下了良好的基礎(chǔ)，并通過(guò)設(shè)計(jì)完成能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。
320mm數(shù)控車床
320mm數(shù)控車床簡(jiǎn)介[3]
該車床為水平床身結(jié)構(gòu)，機(jī)床外觀造型為半封閉滑動(dòng)防護(hù)門結(jié)構(gòu)。車床的床座采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵整體鑄造而成，不但提高了機(jī)床的整體剛性，而且具有較好的吸振性。主軸變速有兩種方式，一種為手動(dòng)集中變速方式，所有變速機(jī)構(gòu)都集中在主軸箱內(nèi)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)雙速電機(jī)的控制，在每一個(gè)手動(dòng)變速檔下，可以有高、低兩檔自動(dòng)變速。另一種為無(wú)級(jí)變速方式，由交流變頻調(diào)速電機(jī)通過(guò)三角膠帶直接帶動(dòng)主軸，在這種情況下，車床主軸采用高精度主軸專用角接觸球軸承支承，并采用高速潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。車床的進(jìn)給軸由混合式步進(jìn)電機(jī)（或交流伺服電機(jī)）直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副，帶動(dòng)溜板運(yùn)動(dòng)。為了提高進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，減少摩擦和磨損，車床的移動(dòng)副都采用了貼塑工藝。車床的移動(dòng)導(dǎo)軌副和滾珠絲杠副的潤(rùn)滑采用手動(dòng)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)（或間歇式自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)），方便了各潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑。該車床配置了立式四工位電動(dòng)刀架，可一次裝夾四把刀具，便于工件一次裝夾，多工序加工。對(duì)進(jìn)給軸進(jìn)行開(kāi)環(huán)（或半閉環(huán)）控制。該車床適用于中、小型軸類、盤套類零件的內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面和螺紋面的加工，特別適用于批量生產(chǎn)的加工中。
機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)和連接尺寸
表1-1 機(jī)床的技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
單位
參數(shù)
床身上最大回轉(zhuǎn)直徑
mm
Ф320
最大工件長(zhǎng)度
mm
750
刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑
mm
Ф170
主軸通孔直徑
mm
Ф55
主軸內(nèi)孔錐度
?
莫氏6號(hào)
主軸頭部形式
?
A2－5
主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)
?
無(wú)級(jí)
主軸轉(zhuǎn)速范圍
r.p.m
50~2500
進(jìn)給軸快速移動(dòng)速度
mm/min
7000（X軸減半）
進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率
kw
1.0
進(jìn)給軸最小設(shè)定單位
mm
0.001
進(jìn)給軸重復(fù)定位精度
mm
X軸：±0.007?
Z軸：±0.01
主電機(jī)功率
kw
>=5.5
電動(dòng)刀架刀具容量
支
4
尾座套筒內(nèi)孔錐度
?
莫氏6號(hào)
加工標(biāo)準(zhǔn)試件的表面粗糙度Ra
μm
≤1.6
外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）
mm
2100×1050×1500
機(jī)床凈重/機(jī)床總重
kg
1900/2100
機(jī)床精度的選擇
選擇機(jī)床的精度等級(jí)應(yīng)根據(jù)典型零件關(guān)鍵部位加工精度的要求來(lái)定。
表1-2 (mm)
精度項(xiàng)目
普通型
精密型
單軸定位精度
0.01/0.300或全長(zhǎng)
0.005/全長(zhǎng)
單軸重復(fù)定位精度
0.006
0.003
銑圓精度
0.03~0.04
0.02
數(shù)控機(jī)床的其它精度與表中所列數(shù)據(jù)都有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動(dòng)元部件的綜合精度。尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該控制軸在行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性。這是衡量該控制軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。目前的數(shù)控系統(tǒng)軟件功能比較豐富，一般都具有控制軸的螺距誤差和累積誤差可以用螺距補(bǔ)償功能，能對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。如絲杠的螺距補(bǔ)償來(lái)消除。但這是一種理想的做法，實(shí)際造成這反向運(yùn)動(dòng)量損失的原因是，存在驅(qū)動(dòng)元部件的反向死區(qū)、傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)的間隙、彈性變形和接觸剛度等變化因素。其中有些誤差是隨機(jī)誤差，它們往往隨著工作臺(tái)的負(fù)載大小、移動(dòng)距離長(zhǎng)短、移動(dòng)定位的速度改變等反映出不同的損失運(yùn)動(dòng)量。這不是一個(gè)固定的電氣間隙補(bǔ)償值所能全部補(bǔ)償?shù)摹Ｋ?，即使是?jīng)過(guò)仔細(xì)的調(diào)整補(bǔ)償，還是存在單軸定位重復(fù)性誤差，不可能得到高的重復(fù)定位精度。
總之，力求提高每個(gè)數(shù)控坐標(biāo)軸的重復(fù)定位精度是機(jī)床制造廠和用戶的共同愿望。
銑圓精度是綜合評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床有關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)。由于數(shù)控機(jī)床具有一些特殊功能，因此在加工中等精度的典型工件時(shí)，一些大孔徑、圓柱面和大圓弧面可以采用高切削性能的立銑刀銑削。測(cè)定每臺(tái)機(jī)床的銑圓精度的方法是用一把精加工立銑刀銑削一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件；中小型機(jī)床圓柱試件的直徑一般在左右。將標(biāo)準(zhǔn)圓柱試件放到圓度儀上，測(cè)出加工圓柱的輪廓線，取其最大包絡(luò)圓和最小包絡(luò)圓，兩者間的半徑差即為其精度（一般圓輪廓曲線僅附在每臺(tái)機(jī)床的精度檢驗(yàn)單中，而機(jī)床樣本只給銑圓精度允差）
從機(jī)床的定位精度可估算出該機(jī)床在加工時(shí)的相應(yīng)有關(guān)精度。如在單軸上移動(dòng)加工兩孔的孔距精度約為單軸定位精度的1.5~2倍（具體誤差值與工藝因素密切相關(guān)）。因此，普通型加工中心可以批量加工出8級(jí)精度零件，精密型加工中心可以批量加工出6~7級(jí)精度零件。這些都是選擇數(shù)控機(jī)床的一些基本參考因素。此外，普通型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大都采用半閉環(huán)方式，對(duì)滾珠絲杠受溫度變化造成的位置伸長(zhǎng)無(wú)法檢測(cè)，因此會(huì)影響工件的加工精度。