數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計

第1章 數(shù)控機床概述 1
1．1 數(shù)控機床的特點 1
1．1．1 數(shù)控機床的優(yōu)點 1
1．1．2 數(shù)控機床加工零件的特點 2
1．2 數(shù)控機床的工作原理和組成 3
1．2．1 數(shù)控機床的工作原理 3
1．2．2 數(shù)控機床的組成 3
1．3 數(shù)控機床的分類 5
1．3．1 按運動方式分類 5
1．3．2 按控制方式分類 5
1．3．3 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類 7
1．4 控制軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù) 7
1．5 數(shù)控機床性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 8
1．5．1 數(shù)控機床的精度指標(biāo) 8
1．5．2 典型數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 8
1．6 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 14
1．6．1 數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展 14
1．6．2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 14
第2章 數(shù)控機床的總體設(shè)計 18
2．1 數(shù)控機床設(shè)計的基本要求 18
2．1．1 工藝范圍 18
2．1．2 加工精度 18
2．1．3 柔性 18
2．1．4 開放性 19
2．1．5 噪聲 19
2．1．6 生產(chǎn)率和自動化 19
2．1．7 成本 19
2．1．8 生產(chǎn)周期 19
2．1．9 可靠性 19
2．1．10 機床宜人性 20
2．1．11 符合綠色工程的要求 20
2．2 數(shù)控機床設(shè)計方法和理論 21
2．2．1 機床設(shè)計方法 21
2．2．2 機床設(shè)計步驟 21
2．2．3 機床設(shè)計的基本理論 22
2．2．4 并聯(lián)機床設(shè)計創(chuàng)新 27
2．3 系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 27
2．3．1 機床系列化設(shè)計 27
2．3．2 零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 28
2．3．3 模塊化設(shè)計 29
2．4 數(shù)控機床總體方案設(shè)計 31
2．4．1 幾何運動設(shè)計 32
2．4．2 機床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 37
2．5 機床主要參數(shù)的設(shè)計 42
2．5．1 主參數(shù)和尺寸參數(shù) 42
2．5．2 運動參數(shù) 42
第3章 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計 50
3．1 概述 50
3．1．1 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的特點 50
3．1．2 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求 50
3．1．3 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)配置方式 50
3．1．4 主傳動系統(tǒng)的類型 51
3．2 分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 52
3．2．1 轉(zhuǎn)速圖的概念 52
3．2．2 變速規(guī)律 54
3．2．3 結(jié)構(gòu)網(wǎng)及結(jié)構(gòu)式 54
3．2．4 擬定轉(zhuǎn)速圖的方法 55
3．2．5 齒輪齒數(shù)的確定 57
3．2．6 主傳動系統(tǒng)計算轉(zhuǎn)速 57
3．3 無級變速傳動鏈的設(shè)計 59
3．3．1 無級變速裝置的分類 59
3．3．2 機械無級變速與分級變速機構(gòu)的串聯(lián) 60
3．3．3 采用直流或交流電動機無級調(diào)速 61
3．4 現(xiàn)代數(shù)控機床主傳動系統(tǒng) 65
3．4．1 高速主傳動設(shè)計 65
3．4．2 柔性化、復(fù)合化設(shè)計 65
3．5 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 67
3．5．1 變速機構(gòu) 67
3．5．2 齒輪在軸上的布置 68
3．5．3 主傳動的開停、制動裝置 69
3．5．4 立式加工中心主軸箱的構(gòu)造 70
3．5．5 數(shù)控車床主軸箱構(gòu)造 71
第4章 主軸組件設(shè)計 74
4．1 主軸組件的基本要求 74
4．2 主軸 75
4．2．1 主軸的構(gòu)造 75
4．2．2 主軸的材料和熱處理 76
4．2．3 主軸的技術(shù)要求 77
4．3 主軸滾動支承 77
4．3．1 主軸常用滾動軸承的類型 78
4．3．2 主軸滾動軸承的選擇 81
4．3．3 主軸軸承的配置形式 81
4．3．4 滾動軸承精度等級的選擇 84
4．3．5 主軸滾動軸承的預(yù)緊 85
4．4 主軸滑動軸承 86
4．4．1 動壓軸承 86
4．4．2 液體靜壓軸承 68
4．4．3 氣體靜壓軸承 89
4．5 主軸組件的設(shè)計計算 90
4．5．1 初選主軸直徑 90
4．5．2 主軸懸伸量的確定 91
4．5．3 主軸最佳跨距的選擇 91
4．6 數(shù)控機床主軸組件的結(jié)構(gòu)形式 94
4．6．1 土軸的支承與潤滑 94
4．6．2 刀具自動裝卸及切屑清除裝置 95
4．6．3 主軸準(zhǔn)停裝置 96
4．7 高速主軸單元 97
4．7．1 高速電主軸的結(jié)構(gòu) 97
4，7．2 高性能的CNC控制系統(tǒng) 98
4．7．3 冷卻潤滑技術(shù)的研究 98
4．7．4 高速精密軸承 99
4，7．5 電主軸的動平衡 100
4．7．6 刀具的夾緊 100
4．7．7 軸上零件的聯(lián)接 101
4．8 提高主軸組件性能的措施 101
4．8．1 提高旋轉(zhuǎn)精度 101
4．8．2 改善動態(tài)特性 102
4．8．3 控制主軸組件溫升 103
第5章 伺服進給傳動系統(tǒng)設(shè)計 104
5．1 伺服進給傳動系統(tǒng)概述 104
5．1．1 伺服進給系統(tǒng)分類 104
5．1．2 伺服進給系統(tǒng)的基本要求 105
5．2 直線運動機構(gòu)--滾珠絲杠螺母機構(gòu) 105
5．2．1 工作原理及其特點 105
5．2．2 結(jié)構(gòu)類型 106
5．2．3 滾珠絲杠的安裝 108
5．2．4 滾珠絲杠螺母的計算和選用 109
5．3 數(shù)控機床消隙機構(gòu)及其常用的聯(lián)接方式 111
5．3．1 進給系統(tǒng)傳動齒輪間隙消除 111
5．3．2 數(shù)控機床常用的聯(lián)接方式 114
5．4 伺服電動機及其調(diào)速 117
5．4．1 步進電動機 117
5．4．2 直流伺服電動機及其調(diào)速系統(tǒng) 123
5．4．3 交流伺服電動機及其調(diào)速 126
5．4．4 直線電動機 128
5．5 典型進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 130
5．6 伺服進給系統(tǒng)設(shè)計的基本要求 131
5．7 伺服進給系統(tǒng)機械傳動裝置的設(shè)計步驟及計算 132
5．7．1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 132
5．7．2 負(fù)載慣量的計算 134
5．7．3 伺服電動機的選擇 135
5．7．4 電動機慣量與負(fù)載慣量的匹配 135
5．8 伺服進給系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性及精度 137
5．8．1 動態(tài)性能指標(biāo) 137
5．8．2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 138
5．8．3 開環(huán)、半閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)的死區(qū)誤差及定位精度 140
5．8．4 靜態(tài)誤差與伺服剛度 142
5．8．5 傳動鏈的自然頻率 143
5．8．6 剛度計算 143
第6章 數(shù)控機床檢測裝置 146
6．1 數(shù)控機床測量系統(tǒng)分類與特點 146
6．1．1 檢測裝置的分類 146
6．1．2 數(shù)控測量裝置的性能指標(biāo)及要求 147
6．2 常用測量元件的工作原理及應(yīng)用 148
6．2．1 旋轉(zhuǎn)變壓器 148
6．2．2 感應(yīng)同步器 149
6．2．3 光柵 152
6．2．4 磁柵 155
6．2．5 脈沖編碼器 159
第7章 數(shù)控機床本體設(shè)計 163
7．1 支承件設(shè)計 163
7．1．1 數(shù)控機床支承件的功用和應(yīng)滿足的要求 163
7．1．2 支承件的靜剛度 164
7．1．3 支承件的動態(tài)特性 172
7．1．4 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 177
7．1．5 支承件的有限元計算簡介 179
7．2 導(dǎo)軌設(shè)計 181
7．2．1 導(dǎo)軌的分類 181
7．2．2 對導(dǎo)軌的基本要求 186
7．2．3 滑動導(dǎo)軌 187
7．2．4 滾動導(dǎo)軌 194
7．2．5 提高導(dǎo)軌耐磨性的措施 201
第8章 自動換刀和自動交換工件系統(tǒng) 204
8．1 自動換刀裝置 204
8．1．1 回轉(zhuǎn)刀架換刀 204
8．1．2 更換主軸換刀 206
8．1．3 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 207
8．2 工件自動交換系統(tǒng) 213
8．2．1 托盤交換裝置 213
8．2．2 裝卸料機器人 214
8．2．3 有軌小車(RGV) 215
8．2．4 無軌小車(AGV) 215
8．3 數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)工作臺 216
8．3．1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 216
8．3．2 分度工作臺 217
第9章 數(shù)控機床輔助裝置 221
9．1 刀具測量裝置 221
9．1．1 機外對刀儀 221
9．1．2 機內(nèi)對刀儀 222
9．2 工件尺寸精度的自動檢測 222
9．2．1 坐標(biāo)測量機檢測技術(shù) 222
9．2．2 在機檢測--測量頭 224
9．2．3 機器人輔助測量技術(shù) 225
9．3 數(shù)控機床的自動排屑 227
9．4 典型數(shù)控機床的安全防護系統(tǒng) 228
9．4．1 皮腔防護系統(tǒng) 228
9．4．2 鋼制伸縮式導(dǎo)軌防護罩 230
9．4．3 卷簾防護罩、防護板 231
第10章 普通機床的數(shù)控化改造 232
10．1 概述 232
10．1．1 機床數(shù)控化改造的必要性 232
10．1．2 機床數(shù)控化改造的市場 233
10．1．3 數(shù)控化改造的內(nèi)容 234
10．2 機床數(shù)控改造主要步驟 234
10．2．1 改造方案的確定 234
10．2．2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備 235
10．2．3 改造的實施 235
10．2．4 驗收及后期工作 235
10．3 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 236
10．4 數(shù)控改造中主要機械部件改裝 237
10．5 普通車床的數(shù)控化改造 237
10．5．1 數(shù)控改造對機械傳動系統(tǒng)的要求 237
10．5．2 機械傳動系統(tǒng)的改造 238
10．5．3 機械部分改造設(shè)計計算 242
10．6 普通銑床的數(shù)控化改造 244
10．6．1 坐標(biāo)軸聯(lián)動方式的確定 244
10．6．2 設(shè)計方案的確定 245
10．7 機械部分改造設(shè)計計算實例 246
10．8 數(shù)控改造幾個實例 248
參考文獻 250