摘要數控技術可以說就是先進制造技術的技術基本，自然，體現著數控技術的數控機床和數控技術本身就理所當然地成為制造業關注的焦點。微機控制的數控機床、數控加工中心的高精度、高度柔性化及適合加工復雜零件的性能，正好滿足當今市場競爭和工藝發展的需要。可以說，微機數字控制技術的應用是機械制造行業現代化的標志，在很大程度上決定了企業在市場競爭中的成敗。數控精密工作臺采用滾珠直線導軌副為導向支承，滾珠絲杠副為運動執行元件的結構。具有精度高、效率高、壽命長、磨損小、節能低耗、磨擦系數小、結構緊湊、通用性強等特點。目前已廣泛應用于測量、激光焊接、激光切割，涂膠、打孔，插件、小型數控機床、射線掃描、雕銑機及實用教學等場合。關鍵詞：數控技術，數控工作臺，交流電機全套圖紙加V信153893706或扣3346389411AbstractCNCtechnologycanbesaidthatadvancedtechnologyisthebasictechnology,natural,embodiesthenumericalcontroltechnologyofCNCmachinetoolsandCNCtechnologyitself,ofcourse,becomethefocusofthemanufacturingsector。Computer-controlledCNCmachinetools,CNCmachiningcenterofhighprecision,highlyflexibleandsuitableforprocessingcomplexpartsoftheperformance,justtomeettheneedsoftoday'smarketcompetitionandprocessdevelopment。Itcanbesaidthattheapplicationofcomputernumericalcontroltechnologyisasignofmodernizationofthemachinerymanufacturingindustry,toalargeextentdeterminethesuccessorfailureofenterprisesinthemarketcompetition。CNCprecisiontablewithball-orientedlinearguideforthebearing,ballscrewfortheimplementationofthestructureofthecomponents。Withhighprecision,highefficiency,longlife,lowwear,lowenergyconsumption,smallfrictioncoefficient,compactstructure,versatilityandsoon。Hasbeenwidelyusedinmeasurement,laserwelding,lasercutting,coating,drilling,plug-in,smallCNCmachinetools,rayscanning,engravingandmillingmachineandpracticalteachingandotheroccasions。Keywords:numericalcontroltechnology,CNCtable,ACmotor目錄摘要 1Abstract 2TOC\o"1-2"\h\z\u1、前言 41.1數控技術的應用和發展 41.2數控技術的特點 52、數控機床 72.1數控機床的分類 72.2數控機床的基本組成 102.3數控機床的發展狀況 103、直線進給系統的設計 133.1伺服進給系統的分類 133.2滾珠絲桿螺母機構 143.3X、Y直線進給系統的設計計算 164、回轉工作臺的設計 214.1傳動方案分析 214.2伺服電機的選擇 214.3齒輪傳動的設計計算 224.4輸出軸的校核 24總結 26致謝 27參考文獻 281前言1.1數控技術的應用和發展隨著社會生產和科學技術的發展，機械加工產品的形狀和結構不斷改進，對加工質量的要求越來越高。由于產品更新換代的速度加快，目前在一般機械加工中，單件、小批量生產的產品約占70％~80％。為了保證產品的質量，提高生產率和降低成本，要求機床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且加工過程要盡可能實現自動化。數控技術就是在這種條件下發展起來的，適用與精度高、零件形狀負責的單件及小批量生產，以數字的形式實現控制的一門技術。數字控制，簡稱為數控，是指用數字化型號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。即是用數字指令來控制機械動作的一種方式。數控機床就是指采用了數控技術，用數字指令控制的機床。刀具移動軌跡的信息用代碼化的數字指令穿孔在直待或卡片上，或者記錄在磁帶等控制媒體上，該信息送入數控裝置，經過處理與計算，發出各種控制信號，控制機床的刀具與工件的相對運動，按工作圖紙要求的形狀與尺寸筋骨的，自動地把零件加工出來。數控技術就是以數字程序的形式實現控制的一門技術，它是隨著電子計算機的發展而發展起來的，綜合了各個技術領域里的新成就，具有廣泛的通用性，是高自動化程度的工業自動控制技術。現代數控技術所涉及到的技術領域、學科很多，范圍較廣，除機械技術本體之外，歸納起來還有以下關鍵技術：（1）計算機及其接口技術新的技術革命對機械工業的影響，突出地表現在計算機技術的應用上。現代數控技術就是把計算機作為主控單元，只能化地把能量、物質、信息等互相交換，使機械各部件見互相聯系成一個整體系統，從而完成人們給定的工作。接口技術就是上述聯系的一個紐帶，雙向地傳遞人和計算機，機和計算機之間的信息。計算機及其接口技術應用和發展的水平，代表著現代數控技術乃至整個機械工業的前沿水平。（2）自動控制技術如果說計算機及其接口技術是現代數控技術的心臟，那么，自動控制技術就是現代數控技術的血液。機械各部件之間相互聯系、相互作用構成一個運動的系統，自動控制技術的租用就是使全部運動部件按預先規定的程序自動地進行操作。因而，機械工業的自動化只有在自動控制技術高度發展的時代，才能成為顯示。現代自動空駛技術的研究，除用機器和裝置代替和模仿人去工作外，進而延伸和擴展了人體的器官功能和腦力活動量，并可使有些設備具備一定的“智能”，可以“自動”選擇最合適的工作程序，使生產達到最佳目標。（3）傳感器技術現代數控技術以及其基礎上發展起來的ACM、FMS、IMS系統，都少不了要從被控現場獲得各種信號，供中央控制器分析、判斷和決策。傳感器就是完成信號采集任務的部件，它象人的五官，沒有它，自動化裝置就成為“瞎子”和“聾子”，無法達到測控的目的。數控技術中要求傳感器要快速、精確地獲得信息，并且經受各種嚴酷環境的考驗。（4）信息技術現代數控技術所完成的工作，已遠不止是加工工件本身，她要英里用計算機、自動控制等科學技術和手段，綜合管理科學、行為科學、人機工程學、系統工程學等學科的人機信息處理的理論和實踐。它對于人工難以處理的數據、量大而結構又不明確的作業條件的情況，能夠借助適用的計算機技術、通訊技術、系統科學等手段來實現自動處理。現代數控技術的發展，需要信息技術解決的問題是：信息的采集、信息的處理、信息的實施以及信息的復制和保存，同時也要開發有面向實際環境的應用軟件。數控技術首先在機床行業獲得廣泛應用，現在已有數控車床、數控銑床、數控磨床、數控加工中心、數控鉆床以及數控線切割昂等。隨著省會生產和科學技術的發展，數控技術不僅用于機床的控制，還用于控制其他設備，如造船行業的火焰切割機，飛機制造業的彎管機、壓力機、檢查機、繪圖機以及坐標測量機、沖剪機、電火花加工機等都實現了數控化，其技術經濟效益很好。數控技術的應用前景很廣闊。1.2數控技術的特點計算機在數控技術方面的應用，出現于70年代，突出的應用產品就是CNC。計算機數控多以通用的小型或微型計算機為核心，再增加適當的接口電路及外圍設備，來代替NC數控柜中的專用電子計算裝置。計算機數控系統不僅比原來的NC數控系統使用范圍廣、功能全，而且還有相當大的通用行，改善了對機床操作的控制。計算機數控系統有以下特點：（1）靈活性強這是CNC系統的突出特點。對于傳統的NC系統，一旦提供了某些控制功能，就不能被改變，除非改變相應的硬件。而對于CNC系統，硬件是通用的、標準化的，對于各種不同機床進行控制的要求，只需改變相應的控制程序即可，不必制造新的硬件。軟件在任何時候都可以方便地被更改。CNC系統能夠隨著工廠的發展而發展，也能適應將來改變工藝的要求。在CNC設備安裝之后，新的技術還可以補充到系統中去，這就延長了系統的使用期限，同時為適應將來的發展趨勢提供了基礎。因此，CNC系統具有很大的“柔性”，即靈活性。（2）通用性好這是CNC系統的主要優點之一，硬件系統采用模塊結構，依靠軟件的變化來滿足被控設備的要求。另外，接口電路可由標準部件組成。標準化機床制造廠和數控用戶都帶來許多好處，只要用一種CNC系統就能讓機床制造廠滿足大部分數控機床的要求，還能滿足某些別的設備的應用。當用戶要求某些特殊功能時，僅僅是改變某些軟件而已，由于在工廠中使用同一類型的控制系統，培訓和學習十分方便。（3）可靠性高在CNC系統中，加工程序常常是一次送入計算機存貯器內，避免了在加工過程中由于直待輸入機的故障而產生的停機現象。同時，由于許多功能均由軟件實現，硬件系統所需元器件數目大為減少，整個系統的可靠性大大改善，特別是隨著大規模集成電路的采用，系統的可靠性大為提高，連續無故障時間為20000小時以上。此外，CNC系統中，還可方便地采用冗余技術來提高系統的可靠性。（4）易于實現多功能、高復雜程度的控制由于計算機有豐富的指令系統，能高速地進行復雜的計算，所以實現多功能高復雜程度控制比用硬件系統方便得多。（5）使用維修方便CNC系統的一個吸引人的特點是引進一套診斷程序。有了這套診斷程序，即使是不很熟練的操作人員也能利用診斷操作功能，即使發現和排除各種故障，也就是說把故障隔離到模塊或器件一級，使停機時間減到最小。此外，CNC系統的零件程序編輯功能對程序編制也是十分方便的。（6）具有通信功能隨著制造技術的發展，要求CNC系統能集中控制，因此，CNC系統具有通信功能。2數控機床2.1數控機床的分類數控機床是數字控制機床（Computernumericalcontrolmachinetools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。1、按照機床的運動控制軌跡分類：(1)點位控制數控機床。點位控制數控機床只要求控制機床的移動部件從一點移動到另一點的準確定位，對于點與點之間的運動軌跡的要求并不嚴格，在移動過程中不進行加工，各坐標軸之間的運動是不相關的。為了實現既快又精確的定位，兩點間位移的移動一般先快速移動，然后慢速趨近定位點，從而保證定位精度。如圖1.1所示為點位控制的加工軌跡。具有點位控制功能的機床主要有數控鉆床、數控惶床和數控沖床等。(2)直線控制數控機床。直線控制數控機床也稱為平行控制數控機床，其特點是除了控制點一與點之間的準確定位外。還要控制兩相關點之間的移動速度和移動軌跡，但其運動路線只是與機床坐標軸平行移動，也就是說同時控制的坐標軸只有一個，在移位的過程中刀具能以指定的進給速度進行切削。其有直線控制功能的機床主要有數控車床、數控銑床和數控磨床等。(3)輪廓控制數控機床。輪廓控制數控機床也稱連續控制數控機床，其控制特點是能夠對兩個或兩個以上的運動坐標方向的位移和速度同時進行控制。為了滿足刀具沿工件輪廓的相對運動軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標方向運動的位移控制和速度控制按照規定的比例關系精確地協調起來。因此，在這類控制方式中。就要求數控裝置具有插補運算功能，通過數控系統內插補運算器的處理，把直線或圓弧的形狀描述出來，也就是一邊計算，一邊根據計算結果向各坐標軸控制器分配脈沖量，從而控制各坐標軸的聯動位移量與要求的輪廓相符合。在運動過程中刀具對工件表面連續進行切削，可以進行各種直線、圓弧、曲線的加工。輪廓控制的加工軌跡如圖1.2所示。圖1.1點位控制型的加工軌跡圖1.2輪廓控制型的加工軌跡2、按照聯動坐標的軸數分類：（1）二軸聯動。它主要用于數控車床加工旋轉曲面或數控銑床加工曲線柱面。（2）二軸半聯動。它主要用于三軸以上機床的控制，其中兩根軸可以聯動，而另外一根軸可以作周期性進給。如圖1.3所示就是采用這種方式加工三維空問曲面的。（3）三軸聯動。它一般分為兩類，一類就是X，Y，Z三個直線坐標軸聯動，比較多地用于數控銑床和加工中心等，如圖1.4所示為用球頭銑刀銑削三維空間曲面；另一類是除了同時控制X，Y，Z其中兩個直線坐標軸外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標軸旋轉的旋轉坐標軸，如車削加工中心，它除了縱向((Z軸)、橫向(X軸)兩個直線坐標軸聯動外，還要同時控制圍繞Z軸旋轉的主軸(C軸)聯動。（4）四軸聯動。它同時控制X，Y，Z三個直線坐標軸與某一旋轉坐標軸聯動。如圖1.5所示為同時控制X，Y，Z三個直線坐標軸與一個工作臺回轉軸聯動的數控機床。（5）五軸聯動。除同時控制X,Y,Z三個直線坐標軸聯動外，還同時控制圍繞這些直線坐標軸旋轉的A,B,C坐標軸中的兩個坐標軸，形成同時控制五個軸聯動。這時刀具可以被定在空間的任意方向，如圖1.6所示。比如控制刀具同時繞X軸和Y軸兩個方向擺動.使得刀具在其切削點上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，減小被加工表面的粗糙度。3、按加工工藝及機床用途分類（1）金屬切削類。金屬切削類數控機床指采用車、銑、長、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數控機床。它又可分為以下兩類。1)普通型數控機床。如數控車床、數控銑床、數控磨床等。2)加工中心。其主要特點是具有自動換刀機構和刀具庫，工件經一次裝夾后，通過自動更換各種刀具，在同一臺機床上對工件各加工面連續進行銑〔車)、銳、鉸、鉆、攻螺紋等多種工序的加工，如(惶/銑類)加工中心、車削中心、鉆削中心等。（2）金屬成形類.金屬成形類數控機床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數控機床.常用的有數控壓力機、數控折彎機、數控彎管機、數控旋壓機等。（3）特種加工類。特種加工類數控機床主要有數控電火花線切割機、數控電火花成形機、數控火焰切割機、數控激光加工機等。2.2數控機床的基本組成（1）控制介質

控制介質是儲存數控加工所需要的全部動作和刀具相對于工件位置信息的媒介物，它記載著零件的加工程序，因此，控制介質就是指將零件加工信息傳送到數控裝置去的信息載體。控制介質有多種形式，它隨著數控裝置類型的不同而不同，常用的有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。隨著數控技術的發展，穿孔帶、穿孔卡趨于淘汰，而利用CAD/CAM軟件在計算機編程，然后通過計算機與數控系統通信，將程序和數據直接傳送給數控裝置的方法應用越來越廣泛。

（2）數控裝置數控裝置是數控機床的核心，人們喻為“中樞系統”。現代數控機床都采用計算機數控裝置，即CNC（ComputerNumericalControl）。數控裝置包括輸入裝置及中央處理器(CPU)和輸出裝置等構成數控裝置能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現各種控制功能。

（3）伺服系統

伺服系統是接收數控裝置的指令、驅動機床執行機構運動的驅動部件。包括主軸驅動單元、進給驅動單元、主軸電機和進給電機等。工作時，伺服系統接受數控系統的指令信息，并按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號相比較后，帶動機床的移動部件或執行部件動作，加工出符合圖紙要求的零件。（4）機床本體

機床本體也稱主機，它包括機床的主運動部件、進給運動部件、執行部件和基礎部件。

2.3數控機床的發展狀況我國數控機床的研制工作起步比較晚，于1958年由清華大學和北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數控銑床，并于1958年開始試制成功第一臺電子管數控機床。1965年開始研制晶體管數控系統，直到20世紀60年代末至70年代初成功研制。從1980年起，我國加大改革開放的力度，先后從日、德、美、西班牙等西方國家引進CNC系統，對各種機、電、液、氣等基礎原件進行合作生產，極大地提高了產品的質量。

總體來說，從1958年研制出第一臺數控機床到現在，我國數控機床的發展大體可以分為三個階段：1958至1979年為第一階段，在這一階段內我國受到西方國家的封鎖和國內環境的影響，數控機床的發展采用的是封閉式摸索前進，數控機床的一些關鍵技術，如電、氣、液等核心技術達不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年為第二階段，我國提出了改革開放的政策，積極引進國外的先進數控技術，利用國外的先進產品配置和技術，期間我國的數控機床取得了長足的發展，逐漸縮小與國外先進國家的差距，但總體來說，這個階段屬于我國的仿制時期，自主研發的產品占少數；1996年至今為第三階段，我國實施產業化的戰略，數控機床進入自主研發的時期，數控機床的產值比重也逐漸增大，數控機床無論從數量上還是在質量上都取得了較大的進步，某些核心的關鍵技術已經接近或者領先于世界水平。例如，2010年，世界28個主要機床生產國家和地區產值達663億美元，較2009年增長了21％，其中，中國機床占全球機床產值的31％。中國為世界機床第一大生產國，日本居第二位，德國位列第三位，但是排名世界前7位的數控機床生產企業我國沒有一家。20世紀90年代開始，我國數控機床系統完成了16位機向32位機轉變，伺服驅動從直流向交流全數字式轉化，系統體系結構從封閉向開放轉變，控制系統由專用計算機向通用計算機轉變，加快了數控機床技術前進的步伐，具體來說數控機床會朝著以下幾個方向發展。1、高速化

隨著新型刀具和其他關鍵部件的采用，數控機床進入高速切削的時代。高速加工采用遠高于常規加工切削速度進給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時，同時還可獲得很高加工精度。高速切削機床是實現高速切削加工的前提和關鍵，具有高精度的高轉速主軸，具有控制精度高的高軸向進給速度和進給加速度的軸向進給系統，是實現高速切削的關鍵。例如，現在數控機床的主軸轉速由原來的幾千轉提高到現在的上萬轉，甚至幾十萬轉；進給速度由原來的每分鐘幾米提高到現在100～200m/min；換刀的時間也越來越短，從原來的十幾秒降到現在的1ms，這些都極大地提高了生產率。2、精密與超精密化

精密與超精密加工是今后金屬切削加工的發展方向。近幾年，隨著數控機床關鍵技術的發展，通過機床結構優化、制造和裝配的精化，數控系統和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補償技術的應用等，從而提高數控機床加工的幾何精度、運動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。據資料分析，數控機床加工精度平均每8年提高1倍，從數控機床的產生到現在，數控機床的加工精度提高了大約了100倍。近10多年來，精密級加工中心的加工精度則從（±3～5）μm提高到（±1～1.5）μm。3、開放化

基于通用計算機的開放式體系結構的數控機床系統已經成為其發展的主要方向，開放化的系統可以使數控機床應用于不同的平臺之上，可以與其他不同的系統相互操作，增加數控機床系統的兼容性，這種開放的、交互的數控機床具有操作簡便、維護方便等特點，提高了數控機床在企業中的普及率。4、技術集成化和技術復合化

技術集成和技術復合是今后數控機床發展的另一趨勢。為了提高生產率，出現復合加工機床，復合加工機床突出體現了工件在一次裝卡中完成大部分或全部加工工序，從而達到減少機床和夾具、免去工序間的搬運和儲存、提高工件加工精度、縮短加工周期和節約作業面積的目的。這類機床可以進行復合工序的操作，例如車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術復合，甚至還可以跨加工類別的技術復合，如激光-沖壓、金屬切割-激光等技術復合，這類復合加工機床的出現極大地縮短了輔助時間，提高了生產率。5、智能化

智能化指工作過程智能化，利用計算機、信息、網絡等智能化技術有機結合，對數控機床加工過程實行智能監控和人工智能自動編程等。智能監控是指在加工過程中，數控機床可以實現對工件的自動找正、自動換刀、自動補償以及對加工過程出現的故障問題等自動解決，而人工智能編程是指數控機床可以根據設定程序自動加工出所需要的零件。隨著網絡信息技術的發展，網絡控制（遠程控制）已經成為數控機床可持續發展的新方向之一。6、綠色化

人口、資源和環境已經成為制約人類發展的三大問題。為尋求符合環保要求的機床，干式和微量冷卻類型數控機床應用越來越廣泛。操作工人的環境、加工材料、冷卻液的使用會成為衡量數控機床的綠色水平，因此綠色清潔的數控機床成為今后數控機床的主導方向。

3直線進給系統的設計3.1伺服進給系統的分類數控機床的伺服進給系統由伺服驅動電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構及執行部件組成。它的作用是接受數控系統發出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅動電路作轉換和放大后，經伺服驅動裝置（直流、交流伺服電動機，功率步進電動機，電液脈沖馬達等）和機械傳動機構，驅動機床的工作臺、主軸頭架等執行部件實現工作進給和快速遠東。數控機床的伺服進給系統與一般機床的進給系統有本質上的差別，它能根據指令信號精確地控制執行部件的運動速度與位置，以及幾個執行部件按一定規律運動所合成的運動軌跡。如何選用伺服驅動系統，必須根據機床的實現要求來確定。各種數控機床所完成的加工任務不同，所以它們對進給驅動的要求也不盡相同，但大致可概括為以下幾個方面。（1）精度要求伺服系統必須保證機床的定位精度和加工精度。對于低檔型數控系統，驅動控制精度一般為0.1mm；而對于高性能數控系統，驅動控制精度為1μm，甚至為0.1μm。（2）響應速度為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令型號的響應要快。（3）調速范圍調速范圍Rn是指生產機械要求電動機能提供的最高轉速nmax和最底轉速nmin之比。在各種數控機床中，由于加工用刀具、被加工材質以及零件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進給驅動系統必須具有足夠寬的調速范圍。（4）低速、大轉矩根據機床的加工特點，經常在低速下進行重切削，即在低速下進給驅動系統必須有大的轉矩輸出。數控伺服進給系統按有無位置檢測和反饋進行分類，有以下兩種。（1）開環伺服系統它由步進電動機機器驅動線路等組成。其功能是每輸入一個指令脈沖，步進電動機就旋轉一定角度，轉角的大小由指令脈沖數所決定。步進電動機的旋轉速度取決與指令脈沖的頻率。由于系統中沒有位置檢測器其反饋線路，因此開環系統的精度較差，但結構簡單、易與調整，在精度不太高的場合中仍得到較廣泛的應用。（2）閉環伺服系統它由伺服電動機、檢測裝置、比較電路、伺服放大系統等部分組成。閉環伺服系統根據來自檢測裝置的反饋信號與指令信號比較的結果進行速度和位置的控制。對部分數控機床來說，其檢測反饋信號是從伺服電動機軸或滾珠絲杠上取得的；對高精度或大型機床，直接從安裝在工作臺等移動部件上的檢測裝置中取得反饋信號。為區別兩者，前者稱之為半閉環系統。閉環系統通過直接測量工作臺等移動部件的位移從而實現高精度的反饋控制。但這種測量裝置的安裝及調整都比較復雜且不易保養。相比之下，半閉環系統中的轉角測量就比較容易實現，但由于后繼傳動鏈傳動誤差的影響，測量補償精度比閉環系統差。半閉環系統由于系統簡單而且調整方便，現在已廣泛地應用在數控機床上。3.2滾珠絲桿螺母機構1、工作原理滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置，是數控機床伺服進給系統中使用最為廣泛的傳動裝置。滾珠絲杠螺母機構具有下列特點。（1）摩擦損失小、傳動效率高滾珠絲杠螺母機構的傳動效率可達0.92~0.96，是普通滑動絲杠螺母機構的3~4倍，而驅動轉矩僅為滑動絲杠螺母機構的四分之一。（2）運動聘問，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行，由于主要存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦因數都很小，而其差值很小，因而啟動轉矩小，動作靈敏，即使在低速情況下也不會出現爬行現象。（3）軸向剛度高、反向定位精度高由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實現滾珠的預緊，因而軸向剛度高，凡響時無空行程，定位精度高。（4）磨損小、壽命長、維護簡單使用壽命是普通滾動絲杠的4~10倍。（5）傳動具有可逆性、不能自鎖由于摩擦因數小、不能自鎖，因而使該機構的傳動具有可逆性，即不僅可以把旋轉運動轉化為直線運動，而且還可以把直線運動轉化為旋轉運動。由于不能自鎖，在某些場合，如傳動垂直運動時必須附加制動裝置或防止逆轉的裝置，以免工作臺等因自重下降。（6）同步性好用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性。（7）有專業廠生產，選用配套方便目前滾珠絲杠不僅廣泛用與數控機床，而且越來越多地代替普通活動絲杠螺母機構，用與各種景慕機床和精密裝置。2、滾珠絲桿的安裝數控機床的進給系統要區獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母機構本身的剛度外，滾珠紀綱的正確安裝及其支承的結構剛度也是不可忽視的因素。滾珠絲杠螺母機構安裝不正確以及支承剛度不足，還會使滾珠絲杠的使用壽命大大下降。常見的絲杠安裝有以下幾種形式。（1）一端固定，一端自由這種支承形式結構簡單，絲杠的軸向剛度比兩端固定的低，絲杠的壓桿穩定性和臨界轉速都較低，設計時盡量使絲杠受拉伸。對于行程小、轉速較低的短絲杠和豎直的紀綱可采用懸臂支承結構。（2）兩端游動兩端支持的安裝方法屬于一般的按扎方法，適合與中等轉速的場合。（3）一端固定，一端游動對于高精度、中等轉速的較長的臥式安裝絲杠，為了防止熱變形絲杠伸長，常采用一端軸向篤定的支承方式。這種支承形式的特點是：安裝時需保持螺母與兩端支承同軸，故結構較復雜，工藝較困難；絲杠的軸向剛度和一端固定，一端自由的相同；壓桿穩定性和臨界轉速比同長度的軸向力，而另一端只承受徑向力，并能作微量軸向浮動。（4）兩端固定對于高精度、高速旋轉的滾珠應該采用兩端固定的安裝方式。為了給絲杠施加預緊力，又能讓彈簧來補償絲杠的熱變形，保持預緊力近乎不變。這種支承形式的特點是：剛度最高，只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍。安裝時需保持螺母與兩端支承同軸，故結構較復雜，工藝較困難；絲杠一般不會受壓，無壓桿穩定問題，固有頻率比一端固定要高；可以預拉伸，預拉伸后可減少絲杠自重的下垂和補償熱膨脹，但需一套預拉伸結構，結構及工藝都比較復雜；要進行預拉伸的絲杠，其目標行程應略小與公稱行程，減少量等于拉伸量。因此這種形式使用與對剛度和位移精度要求高的場合。絲杠的支承軸承應采用滾絲杠哪個專用軸承，這是一種特殊的向心推力球軸承，其接觸角增大到60°，增加了滾珠樹木并相應減少了滾珠直徑，使軸向剛度增大到普通向心推力球軸承的兩倍。該軸承一般是成套出售，出廠時已調好預緊力，使用極為方便。若選用通用軸承，可采用向心推力球軸承或向心球軸承同推力球軸承的組合，一般會增加軸承支座的結構尺寸、增加軸承的摩擦力和發熱。絲杠兩端軸承座孔與滾珠螺母座孔應保證嚴格的同軸度，同時要保證滾珠螺母與座孔的配合良好以及孔對端面的垂直度，保證軸承支座和螺母支座的整體剛度、局部剛度和接觸剛度等。3.3X、Y直線進給系統的設計計算3.3.1伺服進給系統設計的基本要求數控機床的進給系統必須保證由數控裝置發出的控制指令轉換成速度符合要求的相應角位移或直線位移，帶動運動部件運動。根據工件加工的需要，在機床上各運動坐標的數字控制可以是相互獨立的，也可以是聯動的。總之，數控機床對進給系統的要求集中在精度、穩定和快速響應三個方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅動電動機，同時也高質量的機械結構與之匹配。為提高進給系統機械結構性能只要采取如下措施。（1）提高系統機械結構的傳動剛度傳動剛度高對開環數控進給系統的重要性在于開環進給系統需將幾控制指令忠實可靠地轉換成要求的機械位移。由于開環系統不再有檢測元件檢查運動部件的實際位移，這種轉換精度決定了加工的精度。對于閉環數控進給系統，傳動剛度高有利于見效進給運動的超調和振蕩，有助于改善系統的動態品質。為提高進給系統機械結構傳動剛度，采取的措施有以下幾項①提高傳動元件的剛度。傳動元件的變形會導致指令脈沖的丟失或傳動系統的不穩定，影響加工精度和質量。②消除傳動元件之間的間隙。運動反向時指令脈沖的丟失或系統運動不穩定。盡管穩定的系統誤差可采取輸入補償脈沖的方法加以補償，但由于剛度不足和反向間隙造成的誤差帶有很大的隨機性，完全精確補償是不可能的。③盡可能縮短進給傳動運動鏈的長度。縮短進給傳動運動鏈的長度有助于提高數控機床的傳動剛度，然而，進給傳動運動鏈的首先要求伺服電動機調速范圍和輸出轉矩能滿足加工精度、生產率和快速運動的需要。目前一般數控機床進給驅動的調速范圍為0~24m/min，最先進的已4達到0~240m/min。已經實現了驅動電動機不通過減速環節直接聯接絲杠帶動運動部件進行運動的方案。隨著直線伺服驅動電動機新更的不斷提高，由電動機直接帶動工作臺運動已為可能。直接驅動取消了包括絲杠在內的所有機械傳動元件，實現了數控機床的“零傳動”。④采用預緊措施。預加載荷可以消除滾動摩擦傳動副的間隙和提高其傳動剛度，也可以提高傳動元件的剛度。如絲杠可采用兩端軸向篤定和預拉伸的方法來提高其傳動剛度。（2）采用低而穩定的摸才傳動副數控機床進給系統多采用剛度高摩擦因數小而穩定的滾動摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌等。（3）慣量匹配最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅動電動機的工作性能和滿足傳動系統對控制指令的快速響應的要求。由于在通常情況下，傳動系統機械結構的慣量總是大欲要求的數值，故而在設計時為得到最佳的慣量匹配，總是希望傳動系統中元件的質量和慣量要小一些，降速比則要大一些。（4）提高傳動件精度高質量的機械傳動配合與高性能的伺服電動機使現代數控機床進給系統性能有了大幅度提高，隨著控制系統分辨率從0.001mm提高到0.0001mm，普通精度級數控機床的定位精度目前已從0.012mm/300mm提高到0.005~0.008mm/300mm,精密級的定位精度已從0.005mm/全行程提高到0.0015~0.003mm/全行程，重要定位精度也已提高到0.001mm。由于在提高傳動精度和剛度、消除間隙以及慣量匹配等方面的努力，使數控機床進給傳動系統的快速響應能力，既伺服系統的響應能力和機械傳動裝置的加速能力方面已有了大幅度提高，過渡過程時間已能控制在200ms之內，正在向提高到幾是毫秒之內發展。3.3.2伺服進給系統主要參數設定本設計的任務定為立式加工中心工作臺，工作臺承擔運動功能為縱向（X）軸和橫向（Y）軸兩個方向的移動，方案擬定為工作臺是縱向（X）軸、橫向（Y）軸兩個方向的移動直線工作臺，分兩個進給系統進行設計計算。直線工作臺面尺寸（長×寬×高）：900mmx500mmx50mm;縱向（X向）工作行程為750mm，橫向（Y向）工作行程為500mm；銑削刀具最大直徑為100mm；工作進給速度為1～1500mm/min，快速進給速度15m/min；材料選為HT200；3.3.3縱向伺服進給系統的設計計算1、工作臺質量及工作臺承重初估直線工作臺質量G1=Vg=7.8510900500509.8110=1733N工作臺承重初估為G2=3200N根據以上估算得總的質量為G=G1+G2=1733+3200≈4933N2、滾珠絲桿副的設計計算（1）滾珠絲桿的導程確定在本次的在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機FB-15D，最大轉速為，最大轉矩（2）確定絲桿的等效轉速最大轉速：最小轉速：（3）確定絲桿的最大動載荷查手冊，取絲桿的額定壽命，同時取精度系數，溫度系數，硬度系數，可靠性系數，以平均轉速1000r/min計算。根據上銀滾珠絲桿的選型手冊，選擇雙螺母墊片預緊滾珠絲桿副，具體型號為CMD5010-3，絲桿的公稱直徑為50mm，導程為10mm，額定動載荷C=49381N，額定靜載荷為1129753N。請選擇精度分級為1級。由于本次設計中，絲桿的長度較大，所以采用一端固定、另一端游動的支承方式，固定端選用成對絲杠專用軸承組合，型號為30TAC62A，其額定動載Ca=33320N，預緊力Ft為3040N。（4）伺服電機的計算①慣量計算與加速度計算根據結構圖計算各部分折算至絲杠軸的轉動慣量，見中已列出負載及機械傳動裝置總的轉動慣量為電機FB-15的轉動慣量為全部轉動慣量為Jr滿足慣量匹配原則，即（5）滾珠直線導軌的選擇使用兩個滾珠直線導軌平行安裝，每支導軌上安裝兩個滑塊，其總負載為每個滑塊承受的載荷為根據上銀滑軌的選型手冊，選擇型號為HG-35，額定動載荷C=29.4KN，額定靜載荷C0=46KN。3.3.4橫向伺服進給系統的設計計算1、工作臺質量及工作臺承重初估直線工作臺質量G1=Vg=7.8510900500509.8110=1733N工作臺承重初估為G2=4000N根據以上估算得總的質量為G=G1+G2=1733+3200≈6523N2、滾珠絲桿副的設計計算（1）滾珠絲桿的導程確定在本次的在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機FB-15D，最大轉速為，最大轉矩（2）確定絲桿的等效轉速最大轉速：最小轉速：（3）確定絲桿的最大動載荷查手冊，取絲桿的額定壽命，同時取精度系數，溫度系數，硬度系數，可靠性系數，以平均轉速1000r/min計算。根據上銀滾珠絲桿的選型手冊，選擇雙螺母墊片預緊滾珠絲桿副，具體型號為CMD5010-3，絲桿的公稱直徑為50mm，導程為10mm，額定動載荷C=49381N，額定靜載荷為1129753N。請選擇精度分級為1級。由于本次設計中，絲桿的長度較大，所以采用一端固定、另一端游動的支承方式，固定端選用成對絲杠專用軸承組合，型號為30TAC62A，其額定動載Ca=33320N，預緊力Ft為3040N。（4）伺服電機的計算①慣量計算與加速度計算根據結構圖計算各部分折算至絲杠軸的轉動慣量，見中已列出負載及機械傳動裝置總的轉動慣量為電機FB-15的轉動慣量為全部轉動慣量為Jr滿足慣量匹配原則，即（5）滾珠直線導軌的選擇使用兩個滾珠直線導軌平行安裝，每支導軌上安裝兩個滑塊，其總負載為每個滑塊承受的載荷為根據上銀滑軌的選型手冊，選擇型號為HG-35，額定動載荷C=29.4KN，額定靜載荷C0=46KN。

4回轉工作臺的設計4.1傳動方案分析為滿足機床加工的需要，需要在X\Y直線工作臺的基礎上，增加一個回轉工作臺，以實現機床加工過程中的回轉運動。回轉工作臺的基本結構如下圖，回轉工作臺主要有工作臺、齒輪副、傳動軸、滾動軸承等組成。傳動方式主要采用齒輪傳動。因為齒輪傳動可以實現傳遞功率的范圍大，速度廣能保證瞬時傳動比恒定，平穩性較高，傳遞運動準確可靠。傳動效率高，使用壽命長，工作可靠。主軸設計使用雙列圓柱滾子軸承、交叉滾柱軸承和圓錐滾子軸承組合支撐，具有很高的剛性，及滿足了主軸的告訴旋轉，有能夠保證回轉的精度要求。輸入軸與電機的連接采用V帶傳動，通過多跟V帶于伺服電機連接，提供強勁的動力，并且能夠保持傳動的平穩。傳動能力強，結構緊湊。綜合以上分析，該方案設計比較合理，結構可靠，具有較高的可行性。圖4.1回轉工作臺的傳動結構4.2電機的選擇在選擇回轉工作臺驅動電機的時候，首先要考慮的因素是因為摩擦引起的負載轉矩和工作臺以及臺面上各負載產生的轉動慣量。根據轉動慣量的計算公式式中，為軸的轉動慣量為工作臺的轉動慣量這里提供一種較為簡單的慣量計算方法，借助Solidworks三圍繪圖軟件的質量分析，通過計算機計算出工作臺的轉動慣量再根據電機的初定轉速，叉機械設計手冊的，交流伺服電機的型號為IFT5073-0AF01,額定轉速為3000r/min。4.3齒輪傳動的設計計算1、選擇齒輪的類型、制造精度、材料這里，選擇斜齒圓柱齒輪，初步選擇螺旋角12度，制造精度等級為7級，大齒輪材料選擇45鋼，經調制處理，硬度為280HBS，小齒輪材料為40Cr，調制處理，硬度為240HBS。2、齒輪模數M=6，大齒輪的齒數，小齒輪的齒數，傳動比為3、其他尺寸的計算徑向間隙：=0.5104mm齒頂高：h=0.75m=2.233mm齒根高：h=h+C=2.7434mm全齒高：h=h+h=4.9764mm3、重合度的確定試選Kt=1.3，由βt=12°查機械設計手冊得區域系數ZH=2.455；

查取彈性影響系數；選取齒寬系數；根據βt=12°，，得端面重合度4、齒輪的校核計算影響齒輪傳動的承載能力的主要因素有兩點：1、齒輪齒面的膠合影響2、齒根的剪切強度的影響。所以，在校核的時候，需要在確定好傳動功率的前提之下，然后對齒根強度進行校齒輪渦輪發生斷齒的主要原因是由于齒根部的剪切強度不夠。校核：其中——作用于齒面上的及摩擦力影響的載荷;——齒數——嚙合齒間載荷分配系數;——齒根受剪面積;公式中各參數的計算（1）的計算=——作用在輪齒上的圓周力，——螺旋角——當量齒厚，將數據帶入公式得=N計算得=5齒根受剪面積——齒輪齒根圓齒厚；由上可知——齒輪端面周節；——齒輪理論半包角；——齒輪分度圓齒厚所對中心角。數據帶入公式得=7.03mm由上可得取查手冊取抗拉強度=225MPa，則<故得出結論，符合強度要求。4.4輸出軸的的強度校核圖4.2軸的受力分析圖計算危險截面的應