1、摘 要摘 要本文主要综述了车削中心的应用和机械部分的设计计算和校核过程。其中包括主传动系统、X向滚珠丝杠、Z向滚珠丝杠、主轴及主轴组件、床身与导轨的设计计算与校核，并进行伺服电机的选型。本次设计只针对车削中心的机械部分进行初步的设计。设计中纵向和横向进给机构都采用滚珠丝杠与伺服电机轴端的锥环连接方式。工件最大回转直径400mm，Z行程1500mm，X，Z轴最快移动速度10m/min，脉冲当量0.001mm/pulse。选择倾斜床身倾斜导轨的布局形式，在设计中，车削中心的床身截面形状选择米字形筋板。关键词：伺服系统；滚珠丝杠；主轴组件；床身；导轨AbstractAbstractThis arti
2、cle reviews the applications and turning the center part of the design of mechanical calculation and verification process. Including the main drive system, X to the ball screws, Z to the ball screws, spindle and spindle assembly, and the rail bed and checking design calculations, and the selection o
3、f the servo motor. The turning center designed only for preliminary design of mechanical parts. The design of vertical and horizontal ball screw feed mechanism are used with the servomotor shaft of the cone ring connection.Workpiece swing diameter of 400mm, Z travel 1500mm, X,Z-axis fastest speed 10
4、m/min, pulse equivalent 0.001mm/pulse. Select tilt bed rail tilt the layout form, in the design, turning the center bed section shape selected rice-shaped rib. KeyWords：Servo system,Ball Screw,Spindle Components,Bed,Guid目 录目 录摘 要.IAbstract.II1 数控机床的基本概念.11.1 数控机床的定义.11.1.1 数控机床.11.1.2 数字控 和数控 .11.2
5、数控机床的 和 .21.2.1 数控机床的 .21.2.2 数控机床的 .32 车削中心的 构 .52.1 车削中心的 工 .52.2 车削中心的 .53 机床机械部分的 构.73.1 主轴的 构.73.2进给传动系统.83.2.1数控车床对进给系统的要 .83.2.2滚珠丝杠 传动.93.2.3纵向 动 .93.2.4床 和横向进给机构.103.3床身和导轨.103.3.1床身的 构设计.103.3.2导轨的 构及其 .133.4 的布局.143.5 的 构设计.153.6机床的布局设计和主要部件的 .153.7主传动系统的设计.163.8主轴组件设计.17III目 录4 主轴及主轴组件的设
6、计与校核.214.1 主轴 构设计与校核.214.1.1主轴电机的选择.214.1.2主轴主要 数的初步 定.224.1.3主轴 度的校核.234.1.4主轴 度的校核.264.2 轴 的选择与校核.264.2.1选择轴 .264.2.2计算轴 和 转速.274.2.3轴 和.294.3 轴步currency1的设计与计算.304.3.1 V的设计.305 导轨的设计计算.335.1 x向导轨的设计计算.335.2 z向导轨的设计计算.346 滚珠丝杠的设计.356.1 z方向滚珠丝杠的选型.356.2 x方向滚珠丝杠的选型.42.50“文.51 .52IV1 数控机床的基本概念1 数控机床的
7、基本概念1.1 数控机床的定义1.1.1 数控机床数控机床fi采用了数控 的机床，fl fi 了数控系统的机床。 ” ，对数控机床 定义：数控机床fi 了程控系统的机床。系统 用fl其 定的程。数控机床fi 数字 了的 移动轨 的 数控 ， 过 算，控 工件与 对 动， 工 件的机床。 ” 对数控机床的定义fi:数控机床fi 程控 系统的机床，系统 用fl其 定的程。数控机床fi采用了数控 的机床fl 了数控 的机床。数控机床 了 、 、 的 件 工 ，fi的、的 动 机床。 造业不断追 优质、低成本、及时、清洁卫 的目标， 代 造业的主流 造 的数控机床，在速、 、工 合、功 、柔性 和系统
8、 方面 了新的 。数控机床已 成 代 造业的主流 造 。在全世界 的1400万台机床中，数控机床约占100万台，机床拥 量数控率约7%，数控机床己成 我 造业中的基础 造 。工业部门对数控机床的要 ，优先“虑的侧重 略 不。例，汽车工业主要要 速度更快， 速 工; 航空航天工业希望更 部件的完全 工，工件在次 夹中完成全部fl大部分 工;中 型企业则更重视机床的柔性12。1.1.2 数字控制和数控技术数字控 (Numerical control)fi用数字 对机床的 动及其 工过程进行控的控 方法。数控 fi用数字 对机械 动和工 过程进行控 的 ，fi代 工的门新型的， 十分迅速的新 。数控
9、 fi以数控 代表的新 对传统 造 业和新兴 造业的渗透形成的机电体 品， 谓的数字 ；11 数控机床的基本概念其 覆盖的领域 ：机械 造 ；微电子 ； 、 工、传 ； 动控 ；伺服 动 ；检测监控 、传感器 ；软件 等。数控 及 fi 新兴新 业和尖端工业( 及其 业、 物 及其 业、航空、航天等防工业 业)的 和最基本的 。在提牛 率、降低成本、保证 工质量及改善工人劳动 度等方面，都 突的优 ；待别fi在适应机械 品迅速更新换代、 量、 品 方面，各类数控 fi 先进 造 的关键。1.2 数控机床的产生和发展1.2.1 数控机床的产生在机械 造业， 保证 品质量，大 大量的 品，汽车，拖
10、拉机，与家用电器的 件的 ，在20 80年代以前 采用专用的工艺设，专用的 动 机床fl 动 线进行 ，但fi应用这些专用 设进行 周期长、 品改性不易， 且新 品的开 周期延长。另类机械 品单件 品的 般都通过通用机床进行。当 品改时，工艺 ，甚至机床均 要做 应的换和。通用机床的 动 程度不，基本上由人 ， 以提 率和保证 品质量， 别fi些由 线、 面组成currency1 的 件，只 和 形机床，fl 线和 板用 工 的方法 工， 工 度和 率均 大 。数控机床及由其组成的 工中心 MC，Maching Center 、柔性 造系统FMS，Flexible Manufacturing
11、System 等， fi 了 上述 ，以 新 品的开 周期， 型面 件的 工 动 的 并保证 品质量 的。1952年台数控机床 世 的50 年中，以电子 基础， 传统的机械 造 、计算机 、代控 、传感器 、 、 通、 动 、 电 与体的数控 迅速的 的应用， 通机械率、 度的数控机械 代、 形成大的 ，导 造业 了本的改。数控 已 成 代 造 的基础，数控 currency1的低，数控机床的拥 量的 “已 成 量 家工业代 currency1的重要标13。21 数控机床的基本概念1.2.2 数控机床的发展目前数控 中最 的 fi 主要方面。fl 速 和速 工速 工不但以大度提 工率、 工时
12、、降低 工成本， 且以 件 工质量和 工 度 更currency1。数控机床只 通过速 ，大度削工时， 进步提其 率。数控机床的全面速 ，主要体在fi方面的主轴转速、的快速移动速度和进给速度，各标轴的 速度，的换 速度(换 时 fl 转时 )，控 系统更的数”速度。速工的削速度传统的 ，进给速度 应提，目前，速 工中心大部分采用速电主轴。主轴最转速 目前 主轴速度甚至 分万转，主轴功率般 。 和 工提数控机床的 工 度，通过“数控系统的 和采用 ，提数控系统的分 率 控 单 提 检测 度( 本 流伺服电动机 的己 转 fl万 脉冲的 检测器， 检测 度 fl 脉冲)。目前 工中心的定 度 已由
13、过 的 提 fl 。工 合 和 合 工类 工中心fi工 合 数控机床的型代表， 、键、 等工 合在台机床上， 、 工 ，“了工件在其 工过程中的 夹次数和定时 ，提了 工 度和率。工 合 在 工中心概念的动渗透 各类数控机床上，了车削中心、车 中心、 削中心、 currency1 工中心及各 合 工中心。车削中心 轴功和动 车 中心 了 轴和fl 轴功，工件在次 夹 完成全部 工。 合 工的工艺 在不断大，削和 削、削与电 工，以及削和 工 合在。对 式主轴转 的车削中心fl车 中心， 了工件夹 端的 工 ， 了全部工。 柔性 、系统 、 由 计算机 和 的飞速 ，推动数控系统更快更新换代。世
14、界上许 厂家利用P 机丰富的软硬件源，开 开放式体系 构， 31 数控机床的基本概念更的通用性、柔性、适应性、 性，并适应向 、 的 要。开放式体系 构的新代 系统，由 其硬、软件 都fi对外开放的，这 造商和用户进行系统集成都 利的支 ， 针对用户的二次开 大方便，促进了 档次， 品的开 和 应用，通过 构成不类型数控机床的 系统。数控机床在控 性上的 趋势fi 。 系统引 了 适应控 ， 糊控 和神 的控 机， 学习控 、工艺 数 动 成，三维 、 动 数动态 、前馈控 等功。在 行故障诊断中，专家系统 诊断和故障监控功更趋完善。 伺服系统主轴 动和进给系统 动识别负载并 动优 数。 型
15、数控系统通过全闭环的 传递 律控 ， 保 工过程以最优性 标稳态 行。各 律控 器型数控机床适应 控 系统的要 。 先进 造系统柔性 造单 (FMC-Flexible Manufacturing Cell)fifi乎不用人 与 连续对类型 件中不 件进行 动 工的最 工单 ，既以做 独立用的 工设， 以 柔性 造系统fl柔性 动线的基本组成 块。柔性造系统(FMS-Flexible Manufacturing System)fi由 工系统、物 动储 系统和控 系统三 合并 动 转的 造系统。这系统按任意顺 工组不工与不 工节拍的 件，工艺过程随 工 件的不 适当，在设的 动适应 工 件和 厂
16、的 。计算机集成 造系统(CIMS-Computer IntergratedManufacturing System)fifl97年美的约瑟夫哈林顿博首先提的。 MSfi企业 营管的哲， 企业的 营fi 体，必须用系统工程的观 研究 营中的 。集成fi核心，不仅fi设的集成，更主要的fi以 主导的 集成和功集成13。42 车削中心的 构 2 车削中心的结构特点2.1 车削中心的加工范围车床主要fi用 进行车削 工，在车床上般以 工各回转表面， 外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及 面等。在数控车床上还 工 度的 面与端面 。用的 主要fi车 、各孔 工 (头、 、锤 等)及 。车床主要用 工各抽类
17、、套筒类和盘类 件 的回转表面。数控车床 工 件的尺寸 度 ，表面 糙度fl 以。数控车床的类 ，各类卧式车床都 数控 的。数控车床主要分 数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床(数控 轴车床、数控丝杠车床等)；fl分通数控车床和车削 工中心。 2.2 车削中心的特点数控车床 工 度、稳定性、 率、工 等优 。车床主要用 对圆柱形、圆锥形和各成形的回转表面，车削各 ，以及对盘形 件的、和镗孔 工。数控车床与卧式车床 ， fi ：1 度 数控车床控 系统的性不断提，机械 构不断完善，机床度 益提。2 率 随着新 材 的应用和机床 构的完善，数控车床的 工率、主轴转速、传动功率不断提，的新型数控
18、车床的空转动时 大 。其工率卧式车床 。 工 件越 ，越体数控车床的率工 。柔性 数控车床 柔性，适应7以上的 品、 量 件的动 工。 性 随着数控系统的性提，数控机床的无故障工 时 迅速提。 工艺 数控车床既用 工 用 工，以在次 夹中完成 件全部fl大部分工。52 车削中心的 构 块 设计 数控车床的设计 采用 块 原则设计。在，数控车床 还在不断向前 着。数控车床 趋势：随着数控系统、机床 构和 材 的 ，数控车床将向速 ，进步提主轴转速、 快速移动以及转换 速度：工艺和工将更 合 和集中 ；数控车床 主轴、 工方向 ； 长时 无人 全 动 ，数控车床向全 动 方向 ；机床的 工 度向更方向 。时，数控车床 向简易型 14。6
