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数控机床故障诊断与维任务17、19、20进给伺服系统的连接和调试
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75KG的重物（主轴等）竖直方向进给,由伺服直连丝杠完成,需要多大功率的伺服
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5.5KW是够了,可是为了安全你最好加个平衡缸,或者选择带刹车的伺服电机,毕竟是垂直方向,安全第一扫扫二维码，随身浏览文档
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纵向伺服进给系统的设计
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3秒自动关闭窗口郑州大学自考本科毕业论文专 姓业 名数控技术 赵帅昌 准考证号论文题目立式磨床进给系统的设计与分析年月日目录摘 要.
............................................................. I Abstract........................................................... II 1 概述............................................................. 2 1.1 立式磨床的简介.................................................. 2 1.2 立式磨床的特点.................................................. 2 1.3 立式磨床横向进给系统的深入研究.................................. 2 1.3.1 传动系统的选择................................................ 2 1.3.2 研究方向和内容................................................ 6 1.4 设计方法实现及预期目标.......................................... 6 1.4.1 滚珠丝杠螺母副................................................ 7 1.4.2 丝杠中常用的滚动轴承.......................................... 8 1.4.3 滚珠丝杠螺母副的支撑形式...................................... 8 1.5 交流伺服电机的选择.............................................. 9 1.6 进给精度的保证................................................. 10 1.7 直线滚动导轨副的选择........................................... 10 2 立式磨床横向进给系统的整体设计.................................. 12 2.1 计算进给牵引力 Fc （N） ......................................... 12 2.2 2.3 2.4 2.5 导轨摩擦力的计算............................................... 12 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力................................. 13 确定进给传动链的传动比......................................... 14 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算................................. 142.6 最大动载荷 FQ 的计算 ............................................ 14 2.7 规格型号的选择................................................. 15 2.8 伺服电机的选择................................................. 16 2.9 滚珠丝杠螺母副承载能力校核..................................... 17 3 三维造型........................................................ 19 4 床身材料的选择及壁厚的设计...................................... 21 4.1 对立式磨床总体研究，进行立磨总体布局机构设计................... 21 4.2 立式磨床的材料及床身分析....................................... 22 结束语............................................................. 25 参考文献........................................................... 26摘要立式磨床由工作台、动力及传动装置、导轨基座、横向导轨和导板台、纵向 导轨及导板、磨具及抛光轮组成。工作台是立式的，与动力及传动装置相连；导 板基座与工作台相对而立， 横向导轨装配在导轨基座上，横向导板台套装在横向 导轨上， 两个纵向导轨则固定在横向导板台上，磨具与抛光轮装置均安装在纵向 导板上。通过操作台控制可使磨具及抛光轮沿横向与纵向任意移动,消除了卧式 磨床工作台水平放置所造成周边下垂，并降低了运动阻力，节约能耗。由于适用 范围更广、加工精度更高、功能更全面、可靠性更好等。突出的进步就是均能一 次装夹在一个工位上完成零件的外圆、 内圆、 端面等多个磨削表面的多工序加工， 克服了重复装夹带来的累积误差及辅助时间的浪费，从而达到高效率、高精度、 【1】 高可靠性。 横向进给系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节， 是数控机床的 重要组成部分。它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件，并 涉及到强电与弱电控制， 是一个比较复杂的控制系统。横向进给的确是一个相当 复杂的任务。提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数控机床具有重大意义， 研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 关键词 立式磨床，横向进给，数控，传动系统IAbstractVertical grinder from the bench, power and transmission equipment, rail base, horizontal rails and the guide plate units, the vertical rails and guide, composed of abrasive and polishing wheel. Table is vertical, and connected with the power and guide base and the table relative standing, grinding and polishing wheel devices are installed in the vertical guide plate. By grinding and polishing wheels can console control along an arbitrary horizontal and vertical movement, eliminating horizontal horizontal grinding table caused by peripheral sag, and reduce the movement resistance, saving energy consumption. As for the broader, higher precision, more comprehensive, better reliability and so on. to overcome the accumulated errors caused by repeated clamping and supporting a waste of time, So as to achieve high efficiency, high precision and high reliability. Horizontal feed system is the machine tool numerical control devices and mechanical transmission connecting link between parts, is an important part of CNC machine tools. It includes machinery, electronics, motor (early product also contains hydraulic), and other components, and relate to the strong electric and electronic control, is a more complex control systems. Traverse is indeed a very complex task. Servo system to improve the technical performance and reliability, high-performance servo systems research and development of modern CNC machine tools has been one of the key.Key words Vertical Grinder，Cross feed，CNC，TransmissionII11.1 立式磨床的简介概述立式磨床由工作台、动力及传动装置、导轨基座、横向导轨和导板台、纵 向导轨及导板、磨具组成(如下图 1.1)。工作台是立式的，与动力及传动装置相 连；导板基座与工作台相对而立，横向导轨装配在导轨基座上，横向导板台套装 在横向导轨上， 两个纵向导轨则固定在横向导板台上，磨具与抛光轮装置均安装 在纵向导板上。 通过操作台控制可使磨具及抛光轮沿横向与纵向任意移动。本发 明消除了卧式磨床工作台水平放置所造成周边下垂，并降低了运动阻力，节约能 耗。 对被加工的工件研磨和抛光可在同一设备上进行，方便操作人员随时观察或 【2】 检验研磨或抛光状态。 在立式磨床上，工件直立安装在卡盘中。在卧式磨床上，夹紧力必须保证工 件不会落在卡盘的外面。竖直夹紧的工件只要求有足够的夹紧力来抵抗磨削力。 重力有利于磨削过程， 而不是阻碍磨削。由于固定在立式磨床上只需要较小的夹 紧力，所以工件变形可能较少。这减小了圆度误差的几率。根据试验工件得到的 结果来看，立式磨床可以达到小于±0.39μ m 的圆度误差。图 1.11.2立式磨床的特点立式磨床可以从事外径、内径和表面磨削。根据工件的形状，这三项工作全 都可以在一次装卡内实施。 当这种情况可能时，就避免了由于多次装卡而引起的 误差。可以更精确地保持内径和外径之间的圆度，以及内径、外径与表面的垂直 度。因为工件和磨削主轴是竖直的，所以实际上没有下弯的问题要解决。机床结 【3】 构本来就是刚性的。2立式磨床更易装载和卸载。手工装载和卸载无需在起动卡盘的同时支撑工 件。 操作者只需简单地将工件向下安装到卡盘中即可。使工件对中也发生得更加 自然， 因为当卡爪闭合时没有不均匀的重力。用起重机或机械手装载和卸载也可 能变得更加简单，因为卡盘内的工件在回转车或传输盘上具有相同的稳定定位。 例如，像齿轮这样的碟形零件可以水平向下传送，以便拾取安装。同样地将它水 平向下放置在磨床的卡盘内。立式磨床通常还比与其相当的卧式磨床更加小巧。 立式磨床占用更多高度空间， 而占地面积较少。这就在机床旁边为自动装载机或 机械手留出了空间，使自动化成为一项更具吸引力的选择。 用于对各种外形的金属、非金属薄形精密零件（轴承、阀片、密封件、油泵 叶片、活塞环等）上下两平行端面的同时磨削。机床采用立式龙门结构，上，下 磨头垂直安置于同一中心线上，刚性和热稳定性可靠。 上，下磨头的进给机构 采用伺服控制系统。磨头主轴采用交流变频无级调速，适应各种磨削工艺要求。 在卧式磨床上，X 和 Z 轴的滑动面比磨削作用的点低。立式磨床将这些轴的 导轨置于磨削作用点之上。磨削粉尘不会落入这些运动表面上。这减小了磨损， 【4】 延长了机床的使用寿命，而保持了它的精度。 对立式磨床进行全方面的了解，并要熟悉其结构原理和工作原理。 由于适用范围更广、加工精度更高、功能更全面、可靠性更好等。突出的进 步就是均能一次装夹在一个工位上完成零件的外圆、内圆、端面等多个磨削表面 的多工序加工， 克服了重复装夹带来的累积误差及辅助时间的浪费，从而达到高 效率、高精度、高可靠性。另外，更高功能数控系统的应用，各个厂家分别开发 了四轴或五轴的数控立式磨床，并都能实现联动，配合金刚滚轮的应用，可以实 现圆弧面、沟道、偏心孔（轴）以及其他多种复杂曲面的磨削。还有对静压主轴 回转工作台以及动静压砂轮主轴轴系的应用，使机床的加工精度、承载力、刚性 以及使用寿命都有大幅度的提高，配合变频电机无级调速的使用，使加工过程更 灵活、效率更高。1.3立式磨床横向进给系统的深入研究横向进给系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节， 是数控磨床的 重要组成部分。它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件，并 涉及到强电与弱电控制， 是一个比较复杂的控制系统。横向进给的确是一个相当 复杂的任务。提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数控磨床具有重大意义， 研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 进给传动系统承担了数控机床各直线坐标轴和回转坐标轴的定位， 以及切削 进给系统的传动精度、 灵敏度和稳定性，它直接影响被加工件的最后轮廓精度和 加工精度。进给单元包括伺服驱动部件、滚动单元、位置监测单元等。要求进给 单元运转灵活， 分辨率高， 定位精度高， 没有爬行， 既要适合空行程时的快进给， 又要适应加工时的小进给或者微进给，既要有较大的加速度，又要有足够大的推 力 ，刚性高，动态响应快，定位精度好。数控机床普遍采用旋转电机(交直流伺 服电机)与滚动丝杠组合的轴向进给方案。 1.3.1 传动系统的选择2数控机床的伺服系统是连接数控系统和机床主体的重要部分，在设计中，在 伺服方式上选择最广泛应用的半闭环方式。采用螺旋传动，计算滚珠丝杠副尺寸 规格，接着进行丝杠的校核并进行精度等验算，根据计算的扭矩选择伺服电机。 机床进给系统采用直线电动机直接驱动与原旋转电动机传动方式的最大区 别是取消了从电动机到工作台（拖板）之间的一切机械中间传动环节。即把机床 进给传动链的长度缩短为零。故这种传动方式即称“直接驱动” 。带来了原旋转 电动机驱动方式无法达到的性能指标和一定优点。但也带来了新的矛盾和问题。 它有响应速度快、 精度高 、传动刚度高、推力平稳 速度快、加减速过程 短等优点。 但也存在着 滑台要保持高刚度的同时还要轻、 环境要求、 冷却问题、 隔 磁及防护问题等。 所以要综合考虑价格方面直线电机的价格要高出很多， 这也是限制直线电机 被更广泛应用的原因。 并且直线电机在提供同样转矩时的能耗是“旋转伺服电机+滚珠丝杠”一倍 以上，旋转伺服电机+滚珠丝杠”属于节能、增力型传动部件，直线电机可靠性 受控制系统稳定性影响， 对周边的影响很大必须采取有效隔磁与防护措施，隔断 强磁场对滚动导轨的影响和对铁屑磁尘的吸附。 从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如 0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 电机应具有大的较长时间的 过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载 4-6 倍而不损坏。 为了满足快速响应的要求， 电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具 有尽可能的时间常数和启动电压。电机应具有耐受 4000rad/s2 以上的角加速度 的能力，才能保证电机可在 0.2s 以内从静止启动到额定转速。电机应能随频繁 启动、制动和反转。 随着微电子技术、 计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统 已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合 方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处 理数字 PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进 伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 所以根据对比直线电机传动系统和滚珠丝杠传动系统， 并依据于要加工的元 件和要求和设计要求，我们最终选择伺服电机+滚珠丝杠的结构（如图 1.2） 。 运动进给系统主要构成： 大规格预负载直线滚柱导轨支撑运动部件、大扭矩 伺服电机直连大直径预负荷滚珠丝杠驱动运动部件、 高精度直线光栅尺实现全闭 环位置控制。 传动方式的选择：3图 1.2 滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。 以传 动形式分为两种： （1）将回转运动转化成直线运动。 （2）将直线运动转化成回转运动。 传动效率高：滚珠丝杠传动系统的传动效率高达 90%～98%，为传统的滑动 丝杠系统的 2～4 倍，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转 为旋转运动（运动可逆） 。 运动平稳：滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏 度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 高精度： 滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝 杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 高耐用性：钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削， 循环体系过程纯属滚动，相对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 同步性好：由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠 丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 高可靠性： 与其它传动机械， 液压传动相比， 滚珠丝杠传动系统故障率很低， 维修保养也较简单， 只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下 工作。 无背隙与高刚性： 滚珠丝杠传动系统采用歌德式沟槽形状，使钢珠与沟槽达 到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更 佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。 交流伺服电机： 交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯 形转子两种结构形式。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定 子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差 90°电角度。 固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。 笼型转子交流伺服电机的转子 和普通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构如图 3-12 由外定子 4， 杯形转子 3 和内定子 5 三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同， 转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴 7 上。空心杯的壁很薄（小于 0.5mm） ，因此转动惯量很小。内定子由硅钢片叠压 而成，固定在一个端盖 1.8 上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。电机工作时， 内﹑外定子都不动，只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转动。对于输出功 率较小的交流伺服电机， 常将励磁绕组和控制绕组分别安放在内、外定子铁心的 【5】 槽内。4交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺 服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无 控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能 立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在 继续转动。 当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组 通电产生脉动磁场。 可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁 场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割 笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流） ， 这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为 零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之 相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一 个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。 这两个圆形旋转 磁场幅值不等 （与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转 磁场小） ，但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势 和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成 力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强， 磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩 变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相 180o， 旋转磁场的转向相反， 因而产生的合成力矩方向也相反， 伺服电机将反转。 若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场， 转子很快地停下来。 为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电 阻做得特别大，使它的临界转差率 Sk 大于 1。在电机运行过程中，如果控制信 号降为“零” ，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视 为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。图 3-13 画出正向及反向旋转磁场切割 转子导体后产生的力矩一转速特性曲线 1、2，以及它们的合成特性曲线 3。图 3-13b 中，假设电动机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行于 A 点，此时负载 力矩是。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场 和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线 3 运行。由于转子的惯性，运行 点由 A 点移到 B 点， 此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。 在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。 必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工 作， 不对称运行属于故障状态。 而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行 【6】 来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。 可见，为了适应高密度、高速度的磨床发展，在以下几个方面应重点研究： （1）减少运动部件的摩擦阻力小； （2）提高传动精度和刚度； （3）运动部件惯量小。 a 根据所给参数，和一些相关资料，对立式磨床进行整体设计，在经过运动 分析、 受力分析、 和强度校核的前提下， 设计出立式磨床的主要结构和布局特点。 b 用 AutoCAD 与 Pro/E 设计出进给系统的结构，作出二维图与三维图。根据 零件图和产品装配图，对零件进行分析。 c 掌握进给系统的传动情况，了解该系统的主要机电部件，并设计出各部件5之间联系的总体构想。 d 分析选用零件的特点，以各部件的尺寸精度、形状精度、位置精度、等方 面的技术要求；对全部技术要求应进行归纳整理。 e 确定零件的选用和配合方法。 f 如何保证滚珠丝杠螺母副的防护与润滑。 g 分析伺服电机+滚珠丝杠与直线电机的优缺点， 并选取最优化的设计。 1.3.2 研究方向和内容 对立式磨床的进给系统进行了解研究和设计（如图 1.3） 。 伺服电机+滚珠丝杠的结构的进给传动系统的主要机电部件有： (1)运动部件(如工作台、导轨、横梁、立柱等)； (2)伺服电动机； (3)检测元件； (4)联轴节； (5)丝杠轴承； (6)滚珠丝杠螺母副(或齿轮齿条副)； (7)减速机构(齿轮副和带轮)。图 1.31.4设计方法实现及预期目标为了实现本次课程设计的目标， 首先要对立式磨床的进给系统的基本原理进 行研究，提出问题。其次，提出针对问题的研究方案，并对依据立式磨床进给系 【7】 统的工作原理和加工要求进行合理分析，细化设计方案。 用 CAD，PRO/ENGINEE 软件绘制出装配图，保证设计要求： 1、设计横向进给行程为 1200mm，进给速度为 12m/min； 2、 检测进给部分设计的合理性，是否能够满足高速加工环境以及进给精度。 在此基础上，对进给系统构造三维模型。 下图为进给系统结构图 (图 1.4)：6图 1.4 方案简介： 为了实现此次课题研究的设计要求， 在本论文中将对立式磨床进给系统的几 【8】 个部件进行研究设计。 1.4.1 滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置， 在丝杠 和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当他们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚 道。 螺母上有滚珠的回路管道， 将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的螺旋 滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环 转动，因而迫使螺母轴向移动。 滚珠丝杠螺母副具有以下特点： （1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率为 0.92-0.96， 比普通丝杠高 3-4 倍。因此，功率消耗只相当于普通丝杠的 1/4-1/3。 （2）若给于适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时还可 以消除空载死区，从而使丝杠的定位精度高，刚度好。 （3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。 （4）具有可逆性，既可以从螺旋运动转换成直线运动，也可以从直线运动 转换成旋转运动。也就是说，丝杠和螺母可以作为主动件。 （5）磨损小，使用寿命长。 （6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙 度也要求高，故制造成本高。 （7）不能自锁。特别是垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的不同，下 降时当传动切断后，不能立即停止运动，故还需要增加制动装置。 本次设计采用的是内循环的丝杠螺母副，精度为 2 级，两端采用了小圆螺母 为轴向定位丝杠螺母副采用的预紧方式为单螺母消除间隙方法。 它是在滚珠螺母 体内的两列循环滚珠链之间， 使内螺纹滚道在轴向产生一个的导程突变量，从而 使两列滚珠在轴向错位而实现预紧。这种调隙方法结构简单，但载荷量须预先设 定而且不能改变。 滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对 丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求，其两端支承的配置情况有：一端轴向 固定一端自由的支承配置方式， 通常用于短丝杠和垂直进给丝杠；一端固定一端 浮动的方式，常用于较长的卧式安装丝杠；以及两端固定的安装方式，常用于长 丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠，这种配置方式可对丝杆进行预拉伸。因 此在此课题中采用两端固定的方式， 以实现高刚度、 高精度以及对丝杠进行拉伸。71.4.2 丝杠中常用的滚动轴承 有以下两种： 滚针—推力圆柱滚子组合轴承和接触角为 60°角接触轴承，在 这两种轴承中，60°角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要进行组 合，但刚度较后者低，目前在一般中小型数控机床中被广泛应用。滚针—圆柱滚 子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。 60°角接触轴承的组合配置形式有面对面的组合、背靠背组合、同向组合、 一对同向与左边一个面对面组合。 由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中 难免有误差， 又由于面对面组合方式，两接触线与轴线交点间的距离比背对背时 小，实现自动调整较易。因此在进给传动中面对面组合用得较多。 滚珠丝杠螺母副的选择： 螺母是分为单螺母和双螺母，一般单螺母的承载负 荷是没有双螺母大， 使用周期也没有双螺母寿命长，在以后的保养和维护也没有 双螺母方便。 所以选型要根据设备的要求，满足做设备的条件，才是最好的，不要盲目追 求高精度，高负荷的丝杆，会对机器的成本增加很多，丝杆的一个级别价格就会 相差好多。 1.4.3 滚珠丝杠螺母副的支撑形式 双推—自由式， 刚度、 临界转速、 压杆稳定性低。 设计时尽量使丝杠受拉力。 【9】 适用于较短及垂直安装的丝杠（如下图 1.5）。图 1.5 双推—简支式，临界转速、压杆稳定性高。丝杠有热膨胀的余地。适用于较 长的、卧式安装的丝杠（如下图 1.6）。图 1.6 双推—双推式，丝杠的轴向刚度高。丝杠一般不会受压，无压杆稳定性问 题。 可用预拉伸减小因丝杠自重引起的下垂。适用于对刚度和位移精度要求高的 场合（如图 1.7）。8图 1.71.5交流伺服电机的选择目前,交流伺服系统广泛应用于数控机床,机器人等领域,在这些要求高精度, 高动态性能以及小体积的场合,应用交流伺服系统具有明显优势。 交流伺服电机 具有较高的动态性能、高可靠性及非常低的维护要求,以其坚固耐用、经济性能 好等优点越来越广泛地应用于数控龙门加工中心的进给系统。 交流伺服电机的 动力学参数分析及选型,与进给机构正常、可靠运行及制造成本密切相关。 选择电机主要应考虑满足转速、转矩的要求,其中负载惯量的计算涉及因素 比较复杂。【10】 交流伺服电机的优点，在这里将步进电机与交流伺服电机作比较: (1)控制精度不同，两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、1.8°，五相 混合式步进电机步距角一般为 0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步 距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为 0.09°； 德国百格拉公司生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设 置为 1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°， 兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。 以松下全数字式 交流伺服电机为例，对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采 用了四倍频技术，其脉冲当量为 360°/°。对于带 17 位编码器的 电机而言， 驱动器每接收 217=131072 个脉冲电机转一圈， 即其脉冲当量为 360° /.89 秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655。 (2)低频特性不同，步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负 载情况和驱动器性能有关， 一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种 由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。 当 步进电机工作在低速时， 一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机 上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在 低速时也不会出现振动现象。 交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚 性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调 整。 (3)矩频特性不同，步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速 时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300～600RPM。交流伺服电机为恒力 矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM 或 3000RPM）以内，都能输出额定转 矩，在额定转速以上就是为恒功率输出。9(4)过载能力不同，步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强 的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最 大转矩为额定转矩的三倍， 可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电 机因为没有这种过载能力， 在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大 转矩的电机， 而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费 的现象。 (5)运行性能不同，步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大 易出现丢步或堵转的现象， 停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控 制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接 对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进 电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 (6)速度响应性能不同，步进电机从静止加速到工作转速需要 200～400 毫 秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下 MSMA 400W 交流伺服电机为例，从静 止加速到其额定转速 3000RPM 仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。1.6进给精度的保证随着现代科技的发展, 机械制造业面临着高速度、 高精度等新的挑战, 高速 进给系统成为高速高精度数控车床的关键环节之一。由于进给系统刚度低、惯量 大, 难以获得高进给速度和高加速度, 同时还产生较大的失动量, 使传动误差 增大, 影响机床加工精度; 由于各传动部件之间存在间隙、摩擦、弹性变形, 以 及电动机运行误差等因素引起的失动量, 导致执行部件滞后或引发振荡。 为了提 高高速高精度数控车床的定位精度和传动精度, 除了正确设计、 选择进给系统部 件, 精确计算其强度、 稳定性和驱动力矩外, 还要对进给系统的刚度进行合理设 计, 减少因刚度引起的失动量, 以确保加工定位精度。【11】1.7直线滚动导轨副的选择直线滚动导轨副具有摩擦因数小、不易爬行、便于安装和预紧、结构紧凑等 优点，广泛应用于精密机床、数控机床和测量仪器等。其缺点是抗震性较差、成 本较高。 直线滚动导轨副由导轨和滑块两部分组成，一般滑块中装有两组滚珠，当滚 珠从工作轨道滚到滑块端部时， 会经端面挡板和滑块中的返回轨道返回。在导轨 和滑块之间的滚道内循环滚动。 装配时经常将两根导轨固定在支撑件上，每根导轨上一般有两个滑块，滑块 固定在移动件上。若移动件较长，可在一根导轨上安装两个以上的滑块；若移动 件较宽，可选用两根以上的导轨。两根导轨中，一根为基准导轨，另一根为从动 导轨，基准导轨上有基准面 A 其上滑块有基准面 B。安装时先固定基准导轨，之 后以基准导轨校正从动导轨，达到装配要求时再紧固从动导轨。 产品选型， 从产品样本中选定导轨型号后，可根据给定的额定动载荷计算出 导轨副的距离额定寿命和小时额定寿命。常见的球导轨的距离期望寿命为 50km，10滚子导轨为 100km。若所得结果大于导轨的预期寿命，则初选的型号满足设计要 求。当然，也可先给出导轨副的期望寿命，再反推出额定动载荷，据此选择合适 的型号。 当滚动导轨的工作速度较低、静载荷较大时，选型时还应考虑相应的额定静 【12】 载荷不小于工作静载荷的两倍。112立式磨床横向进给系统的整体设计设计机床的第一步， 是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依 据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周 密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。 首先对立式磨床进给系统进行全方面的了解， 并深入了解其横向进给系统的 结构和原理，在图书馆、网上、期刊各种渠道获取相关知识，并实地参观机床总 体布局，归纳总结出最优的方案，设计出立式磨床横向进给的相关数据和图形。2.1计算进给牵引力 Fc （N）查表： 力的指数形式xfc Fc ? Cfc ? ap ? f yfc ? Kfc= Cfc ? ap ? f yfc ? Kvfc ? Krfc ? Kkfc ? KLfc ? Kvb fcxfc= .?1.1?1.05?1?1.2 =3158N 横向进给力 Fx 垂直进给力 Fy 根据要求查表 总切削力 Fc 在横向进给方向上的分力。 总切削力 Fc 在垂直进给方向上的分力。Fx =0.85 Fc =0..85*NFy =0.75 Fc =0.75*N2.2导轨摩擦力的计算车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造 方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大且磨损快，动、静摩擦系 数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而 是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。 它们具有摩擦性 能良好和使用寿命长等特点。在动导轨上镶装塑料具有摩擦系数低、耐磨性高、 抗撕伤能力强、低速时不易爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低等 优点，在各类机床上都有应用，特别是用在精密、数控和重型机床的动导轨上。 【13】 塑料导轨可与淬硬的铸造铁支承导轨和镶钢支承导轨组成对偶摩擦副。 机床导轨的质量在一定程度上决定了机床的加工精度、工作能力和使用寿 命。导轨的功用是导向和承载。车床的床身导轨属于进给导轨，进给运动导轨的12动导轨与支承的静导轨之间的相对运动速度较低。 直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并可互相 组合。 由于矩形导轨制造简单， 刚度高， 承载能力大， 具有两个相垂直的导轨面。 且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。再将矩形整体倾斜 45°后，侧 面磨损能自动补偿， 克服了矩形导轨侧面磨损不能自动补偿的缺陷，使其导向性 更好（如图 2.1） 。图 2.1 导轨受到垂向切削分力 3158N，纵向切削分力 Fy ? 2368.5N，移动部件的全 部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=1200kg(所受重力 W=12000N)，查表得 镶条紧固力 f g ? 2000 N ，由于采用直线滚柱导轨支撑运动部件， ? =0.01。F? ? ? (W ? f g ? Fv ? Fc )=0.01(+） =195.265N 在不切削状态下导轨的摩擦力 f ? 0f? 0 = ? （W + f g ）=0.01() =140N2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力图 2.213计算最大轴向负载力 Fa max （.265）=N 计算最小轴向负载力 Fa minFa min = f ? 0 = 140N2.4确定进给传动链的传动比由于是电机与滚珠丝杠直接连接固定，所以传动比为 1。2.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷。 已知数控机床的预期工作时间 Lh ? 15000h 。 滚珠丝杠的当量载荷 Fm ? Fa max =1447.2N，查表得载荷系数 f w?1.5 ；初步选 择滚珠丝杠的精度等级为 2 级精度， 取精度系数 f a ? 1 ； 查表得可靠性系数 f c ? 1 。 取滚珠丝杠的当量转速 nm ? nmax ，已知 vmax ? 1m / min，滚珠丝杠的基本导程 L=8mm，则nmax ?1000v max ? 1500r / m LFm f w 100 f a f c ?1.5 100 ?1? 1Cam ? 3 60nm Lh= 3 60 ? 1500 ? 8 =3446.78N2.6 最大动载荷 FQ 的计算最大动载荷 FQ 的计算公式如下：FQ ? 3 L0 f w f h Fm其中： L0 滚珠丝杠副的寿命，单位为 106 r。 L0 =60nT/ 106 (其中，T 为使用 寿命，普通机械取 T=h，数控机床一般机电设备取 T=15000h；n 为丝14杠每分钟转数)。 在本次设计中， L0 =1950。f w 载荷系数，由下表（表 2.1）查得： f w =1.5。表 2.1 运转状态 平稳或轻度冲击 中等冲击 较大冲击或震动【14】fw1.0~1.2 1.2~1.5 1.5~2.5f h 硬度系数， ? 58HRC 时，取 1.0；等于 55HRC 时，取 1.11；等于 52.5HRC时，取 1.35；等于 50HRC 时，取 1.56；等于 45HRC 时，取 2.40。 在本次设计中fh=1.0。Fm 滚珠丝杆副的最大工作载荷，单位为 N。将所选参数带入 FQ ? 3 L0 f w f h Fm 式中，得：FQ ? 3 L0 f w fh Fm=33763.1N2.7规格型号的选择【15】 初选滚珠丝杠副的规格时，应使其额定动载荷 Ca ? FQ 。当滚珠丝杠副在静态或低速状态下（n ? 10r/min）长时间承受工作载荷时， 还应使其额定静载荷 Coa ? Fm 。 通过上述计算以及对滚珠丝杠副规格型号选择的描述，在本次设计中，额定 动载荷 Ca ? 33763.1N，而额定静载荷 Coa ? 18000N。 根据额定动载荷Ca和额定静载荷 Coa ， 可从表中选择滚珠丝杆副的规格型号和有关参数。公称直径 d0 和导程 Ph 应尽量选择优先组合，同时还要满足控制系 统和伺服系统对导程的要求。 通 过 上 述 计 算 中 得 出 的 结 论 ， 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 导 程 Ph =8 ， 查 表 选 择 CDM5008-5。 其滚珠丝杠参数为：15公称直径， 基本导程， 丝杠外径， 丝杠底径， 循环圈数，d0 =50mm Ph =8mm d1 =49.5mm d3 =44.2mmn =2刚度 N / ? m ， K c =2735 如图 2.3。图 2.32.8 伺服电机的选择=24KW 选用的膜片联轴器 ， 系数为? ? 0.95 。P P E??=24/0.98 =24.5KW 所以，选取伺服电机的功率为 25KWFn?2.7F max ? 837216所以，我们选用的电机型号是西门子电机 1PM4101。2.9滚珠丝杠螺母副承载能力校核已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径 34.2，已知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度 L1?500 ，丝杠水平安装时，取 K1 ? 1/ 3 ，查表得 K 2 ? 2 ，则有1 44.24 = ? 2? ?105 = 3 500本机床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向压缩载荷为Fa m a ? N，远小于其临界压缩载荷 Fc 的值，故满足要求。 x滚 珠 丝 杠 螺 母 副 临 界 转 速 的 计 算 长 度 L2?500mm ， 其 弹 性 模 量E ? 2 . 1 1 0 P a 密度 ? ? ? 5M ，1 ? 7.8 ?10?5 N / mm3 ， 重力加速度 g ? 9.8 ?103 mm / s 2 。 g滚珠丝杠的最小惯性矩为 ? 3.14 I? d 24 ? ? 44.24?
mm4 64 64 滚珠丝杠的最小截面积为 2 mm2 取 K1 ? 0.8 ，查表得 ? ? 3.927 ，则有=r/min 本横向进给传动链的滚珠丝杠螺母副的最高转速为 1500r/min，远小于其临 界转速，故满足要求。 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校核,滚珠丝杠的额定动载荷 C A?23886N ， 已知 其轴向载荷 Fa max?14472 N ，滚珠丝杠的转速 nmax?1500r / min ，运转条件系 . 数 f w?1.5 ，则有17=
r .=2539h 滚珠丝杠母副的总工作寿命 Lh?h，故满足要求。183三维造型由于涉及的计算我们已经完成，并且知道了零部件的尺寸和床身的尺寸，所 【16】 以我们可以为这次设计画出三维造型。 我们可以画出零件图。图 3.1 滚珠丝杠螺母副图 3.2 轴套19图 3.3 滚珠丝杠和导轨块固定于床身上图 3.4 滚珠丝杠间位置和关系 三维建模可以让我们更清楚零件之间的配合，让我们更直观的了解其结构。 并且在零件与零件装配的时候更能发现问题，更能设计出好的装配方式。204床身材料的选择及壁厚的设计4.1 对立式磨床总体研究，进行立磨总体布局机构设计对于机床来说， 作为主要支承件的床身至关重要，其结构性能的好坏直接影 响着机床的各项性能指标。 其结构的合理性和性能的好坏直接影响着数控车床的 制造成本； 影响着车床各部件之间的相对位置精度和在工作中各运动部件的相对 运动轨迹的准确性， 从而影响着工件的加工质量；同时也影响着机床的工作效率 和寿命等。 因此， 床身特别是数控机床的床身具有足够的静态刚度和较高的刚度 /质量比；良好的动态性能；较小的热变形和内应力；并易于加工制造，装配等， 才能满足数控车床对床身的要求。 数控机床工作时，受磨削力的作用，床身发生弯曲，其中，影响最大的是床 身水平面内的弯曲。因此，在床身不太长的情况下，主要应提高床身在水平面内 的弯曲刚度。所以，在设计床身时，采用与水平面倾斜45°的斜面床身。这种结 构的特点是： (1)在加工工件时，切屑和切削液可以从斜面的前方(即床身的一侧)落下， 就无需在床身上开排屑孔，这样，床身斜面就可以做成一个完整的斜面。 (2)磨屑从工件上落到位于床身前面的排屑器中，再由排屑器将切屑排出。 这样，机床在工作中，排屑性能和散热性能要好，可以减少床身在工作中吸收由 于切削产生的热量，从而减少床身的热变形，使机床更好地保持加工精度。 (3)由于在床身上无需开排屑孔，就可以增加与底座连接的床身底面的整体 性， 从而可增加床身底面的刚性。基于以上特点使得床身抵抗来自切削力在水平 和垂直面内的分力所产生的弯曲变形能力， 以及它们的合力产生的扭转变形能力 显著增强。从而大幅度提高了床身的抗弯和抗扭刚度。床身在弯曲、扭转载荷作 用下，床身的变形与床身的截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料、截面相 同， 但形状不同的床身， 截面的惯性矩相差很大。 截面积相同时， 采用空形截面， 加大外轮廓尺寸，在工艺允许的情况下，尽可能减小壁厚，可以大大提高截面的 抗弯和抗扭刚度； 矩形截面的抗弯刚度高于圆形截面，但圆形截面的抗扭刚度较 高；封闭截面的刚度显著高于不封闭截面的刚度。为此，在设计床身截面时，综 合考虑以上因素，在满足使用、工艺情况下，采用空心截面，加大轮廓，减小壁 厚，采用全封闭的类似矩形的床身截面形式，同时，为了提高床身的抗扭刚度和 床身的刚度／重量比，在大截面内设计一个较小的类似圆形截面。 床身与导轨为一体， 床身材料的选择应根据导轨的要求选择。铸铁具有良好 的减震性和耐磨性，易于铸造和加工。床身材料采用机械性能优良的HT250，其 硬度、强度较高，耐磨性较好，具有很好的减震性。 立式磨床采用整体立式结构布局，高刚度床身，立柱上直接安装水平移动导 轨， 两个可垂直移动磨头左右布置。 左侧可摆角立磨头加工工件的内外圆和锥面， 右侧水平磨头加工端面， 可保证工件一次装夹完成除底面外全部加工内容。测量 【17】 装置采用单独滑枕带动测头伸缩并水平、垂直移动，在机测量工件尺寸。 图 4.1 为机床整体图。21图 4.1 立式磨床根据其技术特点采用框架结构双立柱，主轴箱在其中移动，构成 Y 坐标轴。框架结构的双立柱由于结构对称，主轴箱在两立柱中间上下运动，与传 动的主轴箱侧挂式结构相比，大大提高了整机的结构刚度。另外，主轴箱是从左 右两导轨的内侧进行定位， 热变形产生的主轴中心变位被限制在垂直方向上，因 此，可以通过对 Y 轴的补偿，减小热变形的影响。并且型床身结构可以使工作台 沿着床身作 向移动时，在全行程范围内，工作台和工件完全支撑在床身上，因 此，机床刚性好，工作台承载能力强，加工精度容易得到保证。 立式磨床可利用重力固定工件， 主轴不会变形。此外，与卧式磨床相比， 用于固定工件的夹紧力较小， 工件本身几乎不会发生变形。通过利用工件本身的 质量，可与固定侧端面紧密相贴，而使工件的落座位置保持稳定。复合磨床的主 要是以圆工作台为中心， 周围分布有不同的磨头。主要结构有可 360°旋转的转 塔式立柱，磨头安装在转塔不同的面上。这种结构比较紧凑，但制造难度较大。 另外有采用整体铸造的和横梁连成一体的立柱，具有较好的刚性，有利于提高加 工精度，适用于中型机床使用。4.2 立式磨床的材料及床身分析因为立式磨床体积比较庞大，工作时的大部分力都作用在床身上，因此床身 的材料选择非常重要，选择合理，不但能满足设计要求，而且能节约材料，降低 成本，减轻自身重量。作为主要支承件的床身至关重要，其结构性能的好坏直接 影响着机床的各项性能指标。 其结构的合理性和性能的好坏直接影响着机床的制 造成本； 影响着各部件之间的相对位置精度和车床在工作中各运动部件的相对运 动轨迹的准确性， 从而影响着工件的加工质量； 还影响着车床所用刀具的耐用度， 同时也影响着机床的工作效率和寿命等。因此，床身特别是具有足够的静态刚度 和较高的刚度/质量比；良好的动态性能；较小的热变形和内应力；并易于加工 制造，装配等，才能满足机床对床身的要求。 【18】 如表 4.1.显示出机床常用的几种箱体材料的结构性能特点。22表 4.1 类 灰 铸 铁 件 球 墨 铸 铁 件 别 性能特点 流动性好，体收缩和线收缩性 小。综合力学性能低，抗压强 度 比 抗 拉 强 度 高 3— 4 倍 。 振 吸 性好。弹性模量低。 流动性与灰铸铁相近；体收缩 比灰铸铁大，而线收缩小，易 形成缩孔、疏松。综合力学性 能高；抗磨性好；冲击韧性、 疲劳强度较好。消振能力比灰 铸铁低。 流动性比灰铸铁差，体收缩很 大，退火前，很脆，毛坯易损 坏。综合力学性能稍次于球墨 铸铁，冲击韧性比灰铸铁大 3 —4 倍。 结构特点 形 状 可 以 复 杂 ，结 构 允 许 不对称，有箱体形、筒形 等。用于发动机的汽缸 体 、筒 套 、各 种 机 床 床 身 、 底版、平板、平台等。 一般多设计成均匀壁厚； 对 于 厚 大 断 面 件 ，可 采 用 空 心 结 构 ，如 球 墨 铸 铁 曲 轴轴颈部分。由 于 铸 态 要 求 白 口 ，一 般 薄 壁 均 匀 件 ，常 用 厚 度 为 可 5-16 ㎜ 。 为 了 增 加 其 刚 铸 性 ，截 面 形 状 多 加 工 成 工 铁 字 形 或 箱 形 ，避 免 十 字 截 件 面 ；零 件 突 出 部 分 应 用 肋 条加固。 流动性差，体收缩、线收缩和 结 构 应 具 有 最 少 的 热 节 裂 纹 敏 感 性 都 较 大 。 综 合 力 学 点 ，并 创 造 顺 序 凝 固 的 条 性 能 高 ； 抗 拉 强 度 与 抗 压 强 度 件 。相 邻 壁 的 连 接 和 过 度 几乎相同，吸振性差。 更 应 圆 滑 ；铸 件 截 面 应 采 铸 用箱行和槽形等近似封 钢 闭 状 的 结 构 ；一 些 水 平 壁 件 应 改 成 斜 壁 或 波 浪 形 ；整 体 改 成 带 窗 口 的 壁 ，窗 口 形状最好为椭圆形或圆 形，窗口边缘须作出凸 台 ，以 减 少 产 生 裂 纹 的 可 能。 机床支撑大件，主要指床身、底座、立柱、横梁、横臂和顶梁等大件。根据 机床的不同要求，可以进行不同的组合和布局。 目前， 机床整体布局的设计还没有一套规范的构建方法。一般以同类型的机 床的相应零部件作为参考，然后在对主要问题进行一些力学的定性分析与比较， 也就是采用类比设计的方法。在布局设计时应注意以下几个方面： ①应尽量减少固定结合面。 ②改善大件的支撑条件。 ③设置抵消和补偿部件。 ④机床支撑大件的设计特点 ⑤结构刚度和固有频率要高，阻尼特性要好。 ⑥要减少热变形对加工精度的影响。23⑦大件结构形式与布局设计应有较大的灵活性。 由于知道了工作台直径φ 1000mm；工作台面高度 1050mm 和 X 轴进给行程 1200mm，根据调研和查找资料，归纳总结所，以我们可以初步设定出机床的外部 结构，因为此立式磨床采用的是双向磨头运动，所以各个磨头的行程进给各为 1200mm， 并且主轴磨头需要固定在运动块上实现横向进给，所以还要考虑带动磨 头运动的运动块的长度，设定运动块的长度为 500mm，丝杠是 1950mm，工作台 1000mm，考虑到一些加工范围问题，由此可以确定床身的长度为 3500mm，工作 台的的高度为 1050mm，宽度为 2250mm。最大加工直径：φ 1000mm；最大加工高 度：500mm，所以可以参考同类其他产品初步设定出床身的上半部分为 1700mm。 然后我们可以继续确定床身的壁厚为当量尺寸 C。 C=(2L*L+b+h)/3 =( 2 ?
)/3 =4 式中，L、B、H—床身的长、宽、高。 由下表 4.2 可查得床身的壁厚为 20mm。 表 4.2当量 尺寸 C 壁 厚0.75 81.0 101.5 122.0 143 163.5 184 204.5 225 25（ mm）由于机床床身的设计是要考虑到筋板固定于床身上起到加固的作用，所以 我们更多的是参考此类机床的设计经验，研究其中部件的机构设计。 【19】 具体设计可以参照同类的立式磨床。 对相关机床的参照可以画出床身三维立体图（如图 4.2） 。图 4.324结束语本次设计是在宋志峰老师的悉心指导下完成的。导师敏锐的学术思想，严谨 的治学态度，认真的工作作风使学生受益非浅。值此成文之际，特向老师致以忠 心的感谢和诚挚的敬意。 在设计过程当中， 得到同窗好友的支持以及帮助， 在此作者向他们表示深深 的谢意。 非常感谢他们同我一起学习和生活， 在美丽的濮大留下我们真挚的友谊。 特别感谢我的父母， 是他们对我的支持和无私的奉献，使得我能够顺利完成 学业。 最后，谨以此文献给所有关心和帮助过我的人！25参考文献[1] 陈心昭，权义鲁.现代实用机床设计手册 [2] 《机械设计手册》 （2，3）卷.机械工业出版社 [3] 王爱玲主编.《现代数控机床》.国防工业出版社 [4] 吴振彪主编.《机电综合设计指导》.中国人民大学出版社 [5] 任殿阁,张佩勤主编.《机床设计指导》.辽宁科技出版社 [6] 《机床设计图册》.上海科技出版社 [7] 胡宝珍主编《金属切削机床》 （下册）.上海科学技术出版社 [9] 中国机械工业教育协会组编.《数控技术》.机械工业出版社 [10] 王爱玲主编.《数控机床结构及应用》.机械工业出版社 [11] 韩鸿鸾,荣维芝主编.《数控机床的结构与维修》.机械工业出版社 [12] 濮良贵,纪名刚主编.《机械设计》 （第七版）.高等教育出版社 [13] 傅水根主编.《机械制造工艺基础》.清华大学出版社 [14] 唐增宝,何永然,刘安俊主编.《机械设计课程设计》.华中科技大学出版社 [15] 唐金松.《机械设计手册》.上海:上海科学技术出版社,1993 [16] 徐灏.《机械设计手册》(第 3 版) .北京：机械工业出版社,2004 [17] 杨叔子.《机械加工工艺师手册》.北京:机械工业出版社,2001 [18] 冯辛安.《机械制造装备设计》.（第二版).北京:机械工业出版社,2005 [19] 王建华,毕万全.《机械制造装备设计》.北京:国防工业出版社,200426
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