數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章 數(shù)控機(jī)床概述 1
1．1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 1
1．1．1 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 1
1．1．2 數(shù)控機(jī)床加工零件的特點(diǎn) 2
1．2 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成 3
1．2．1 數(shù)控機(jī)床的工作原理 3
1．2．2 數(shù)控機(jī)床的組成 3
1．3 數(shù)控機(jī)床的分類 5
1．3．1 按運(yùn)動(dòng)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(dòng)軸數(shù) 7
1．5 數(shù)控機(jī)床性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 8
1．5．1 數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo) 8
1．5．2 典型數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 8
1．6 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 14
1．6．1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 14
1．6．2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 14
第2章 數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 18
2．1 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)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(dòng)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(jī)床宜人性 20
2．1．11 符合綠色工程的要求 20
2．2 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)方法和理論 21
2．2．1 機(jī)床設(shè)計(jì)方法 21
2．2．2 機(jī)床設(shè)計(jì)步驟 21
2．2．3 機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論 22
2．2．4 并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)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(jī)床系列化設(shè)計(jì) 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(jì) 29
2．4 數(shù)控機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) 31
2．4．1 幾何運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 32
2．4．2 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 37
2．5 機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 42
2．5．1 主參數(shù)和尺寸參數(shù) 42
2．5．2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 42
第3章 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 50
3．1 概述 50
3．1．1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 50
3．1．2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 50
3．1．3 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式 50
3．1．4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的類型 51
3．2 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(dòng)系統(tǒng)計(jì)算轉(zhuǎn)速 57
3．3 無級(jí)變速傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì) 59
3．3．1 無級(jí)變速裝置的分類 59
3．3．2 機(jī)械無級(jí)變速與分級(jí)變速機(jī)構(gòu)的串聯(lián) 60
3．3．3 采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速 61
3．4 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 65
3．4．1 高速主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 65
3．4．2 柔性化、復(fù)合化設(shè)計(jì) 65
3．5 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 67
3．5．1 變速機(jī)構(gòu) 67
3．5．2 齒輪在軸上的布置 68
3．5．3 主傳動(dòng)的開停、制動(dòng)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(jì) 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(dòng)支承 77
4．3．1 主軸常用滾動(dòng)軸承的類型 78
4．3．2 主軸滾動(dòng)軸承的選擇 81
4．3．3 主軸軸承的配置形式 81
4．3．4 滾動(dòng)軸承精度等級(jí)的選擇 84
4．3．5 主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊 85
4．4 主軸滑動(dòng)軸承 86
4．4．1 動(dòng)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(jì)計(jì)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(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)特性 102
4．8．3 控制主軸組件溫升 103
第5章 伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 104
5．1 伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)概述 104
5．1．1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類 104
5．1．2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 105
5．2 直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)--滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 105
5．2．1 工作原理及其特點(diǎn) 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(jì)算和選用 109
5．3 數(shù)控機(jī)床消隙機(jī)構(gòu)及其常用的聯(lián)接方式 111
5．3．1 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙消除 111
5．3．2 數(shù)控機(jī)床常用的聯(lián)接方式 114
5．4 伺服電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速 117
5．4．1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 117
5．4．2 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng) 123
5．4．3 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速 126
5．4．4 直線電動(dòng)機(jī) 128
5．5 典型進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 130
5．6 伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 131
5．7 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算 132
5．7．1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 132
5．7．2 負(fù)載慣量的計(jì)算 134
5．7．3 伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 135
5．7．4 電動(dòng)機(jī)慣量與負(fù)載慣量的匹配 135
5．8 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性及精度 137
5．8．1 動(dòng)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(jìn)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(dòng)鏈的自然頻率 143
5．8．6 剛度計(jì)算 143
第6章 數(shù)控機(jī)床檢測裝置 146
6．1 數(shù)控機(jī)床測量系統(tǒng)分類與特點(diǎn) 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(jī)床本體設(shè)計(jì) 163
7．1 支承件設(shè)計(jì) 163
7．1．1 數(shù)控機(jī)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(dòng)態(tài)特性 172
7．1．4 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 177
7．1．5 支承件的有限元計(jì)算簡介 179
7．2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 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(dòng)導(dǎo)軌 187
7．2．4 滾動(dòng)導(dǎo)軌 194
7．2．5 提高導(dǎo)軌耐磨性的措施 201
第8章 自動(dòng)換刀和自動(dòng)交換工件系統(tǒng) 204
8．1 自動(dòng)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(dòng)換刀系統(tǒng) 207
8．2 工件自動(dòng)交換系統(tǒng) 213
8．2．1 托盤交換裝置 213
8．2．2 裝卸料機(jī)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(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 216
8．3．1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 216
8．3．2 分度工作臺(tái) 217
第9章 數(shù)控機(jī)床輔助裝置 221
9．1 刀具測量裝置 221
9．1．1 機(jī)外對刀儀 221
9．1．2 機(jī)內(nèi)對刀儀 222
9．2 工件尺寸精度的自動(dòng)檢測 222
9．2．1 坐標(biāo)測量機(jī)檢測技術(shù) 222
9．2．2 在機(jī)檢測--測量頭 224
9．2．3 機(jī)器人輔助測量技術(shù) 225
9．3 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)排屑 227
9．4 典型數(shù)控機(jī)床的安全防護(hù)系統(tǒng) 228
9．4．1 皮腔防護(hù)系統(tǒng) 228
9．4．2 鋼制伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩 230
9．4．3 卷簾防護(hù)罩、防護(hù)板 231
第10章 普通機(jī)床的數(shù)控化改造 232
10．1 概述 232
10．1．1 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 232
10．1．2 機(jī)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(jī)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(shí)施 235
10．2．4 驗(yàn)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(jī)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(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 237
10．5．2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 238
10．5．3 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)計(jì)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(dòng)方式的確定 244
10．6．2 設(shè)計(jì)方案的確定 245
10．7 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例 246
10．8 數(shù)控改造幾個(gè)實(shí)例 248
參考文獻(xiàn) 250