（终稿）半闭环数控车床进给部件设计（全套完整有CAD）

目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。

立式刀架有四六工位两种形式，主要用于简易数控车床卧式刀架有八十十二等工位，可正反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。

另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。

数控刀架的市场分析国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架伺服刀架立式刀架等品种，近年来需要量可达台发展方向是高速可靠，追求的目标是换刀时间尽量的短，以换取加工中心和车削中心的高效性二是简单实用造价低使用可靠，但换刀速度不快。

数控刀架的功能数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。

这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。

随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电液换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。

加工中心则进步采用了刀库和换刀机械手，定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。

因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。

基本要求换刀时间短，以减少非加工时间。

减少换刀动作对加工范围的干扰。

刀具重复定位精度高。

识刀选刀可靠，换刀动作简单可靠。

刀库刀具存储量合理。

刀库占地面积小，并能与主机配合，使机床外观协调美观。

刀具装卸调整维修方便，并能得到清洁的维护。

.各种刀架的方案比较及选择排式刀架排式刀架般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。

其结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的坐标轴方向排列在横向滑板上。

这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿轴移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。

这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。

回转刀架回转刀架是数控车床最常用的种典型换刀刀架，般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装把把或更多的刀具。

回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。

它的动作是由数控系统发出指令完成的。

回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。

带刀库的自动换刀装置上述排刀式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架，对刀具的数目也有定限制。

当由于种原因需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。

额定负荷比为，极限转速中等。

限制轴的单向轴向移动。

它可分别安装内圈和外圈，在安装使用中可调整径向和轴向游隙，允许偏差分。

推力球轴承承受单向轴向负荷，额定负荷比为，极限转速低，限制轴的单向轴向移动，工作中必须加以最小的轴向力。

为消除可能不同心会轴线与外壳支撑面不垂直的不良影响，安装时应使活圈外径与外壳孔之间保留.的间隙，有时还可以在支撑面上垫以弹性材料如皮革耐油橡胶等。

推力滚子轴承承受单向轴向负荷，额定负荷比为，极限转速低，限制轴的双轴向移动，工作中必须加以最小的轴向力，此类轴承用于承受大的轴向负荷，用于重型机械。

⑩角接触球轴承该轴承受轴向单向和径向负荷的联合负荷，额定负荷比为.，极限转速高，能限制轴的双向轴向移动。

该轴承接触角大，承受轴向负荷的能力就大。

当轴承受径向负荷时引起附加轴向力，固定此类轴承般均成对使用安装时同名端面相对安装。

结论选用角接触球轴承型号为.轴承的校核已知丝杠轴的上的圆周力为，径向力为，轴向力为，丝杠最大转速为，丝杠有螺纹直径为，轴承预期寿命为。

丝杠轴承间距离为。

表轴承的校核设计计算项目计算公式或说明结果续表.求轴承的径向力设和分别为轴承说承受的两个垂直分力，和分别为两个轴承所受的水平分力。

.求轴承的实际轴向力和根据表机械设计根据式求两轴的当量动载荷和根据表，.由表，查的.，.，由表，查的，去.验算轴承寿命因为，所以只验算轴承，又有轴承样本可知的额定动载荷为验算结果因为.选用.导向机构的设计导轨概述导轨有金属其它材料制成的槽或脊，可承受固定引导移动装置或设备并减少其摩擦的种装置。

导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引固定机器部件专用设备仪器等。

导轨又称滑轨线性导轨线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。

导轨的设计任务根据导轨的特点对导轨的基本要求，可得出设计导轨应包括以下几个方面根据工作条件选择合适的导轨类型选择适当的截面形状，保证必要的导向精度选择适当的导轨结构尺寸，保证导轨有足够的刚度，并使单位面积上的比压不宜过大，以免磨损过快选择导轨磨损补偿装置，通过调查方式，使导轨经常获得需要的导向精度选择合适的导轨材料，热处理方法，精加工方法以及摩擦表面恰当的硬度匹配，以提高导轨的使用寿命选择合理的润滑系统，使导轨在良好的条件下工作，以减少摩擦和磨损设计良好的防护装置，以防止切削赃物等掉入导轨面上方案比较确定滑动导轨它具有结构较简单，制造较容易，承载能力大，刚性好，抗震性强，对几何形状误差不敏感等优点其缺点是磨损快，精度保持性差，摩擦阻力大，运动灵活性较差，动静摩擦系数差值大，重载或低速移动时易产生“爬行”，高速运动时容易发热等。

滚动导轨滚动直线滑轨胀的余地，该支撑方式适用于较长的卧式安装丝杠。

两端固定该形式的长度同的长度，只要轴承间隙，丝杠的轴向刚度为端固定的四倍，丝杠般不会受压，无压杆稳定性问题，固有频率比端固定要高可以拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和热补偿膨胀。

但需套预拉伸机构，结构及工艺都比较困难，要进行欲拉伸的丝杠起目标行程应略微小于公称行程，减少量等于预拉伸量。

该支撑方式适用于对刚度和唯精度要求高的场合。

结论选择两端固定方式。

滚珠丝杠副的设计选用已知工作台重量刀架及电动机重量工作台最大行程动摩擦系数.静摩擦系数.快速进给速度定位精度全行程重复定位精度要求寿命两班制工作十年丝杠轴承的选用滑动轴承与滚动轴承的比较．滑动轴承的特点及分类普通滑动轴承，结构简单制造方便，成本低廉，并可以做成开式以适应安装要求而液体滑动轴承可在很高的转速下工作。

运转平稳，旋转精度高，寿命长，抗振动性能好，可在强冲击和重载下工作。

由于其工作平稳，噪声低，吸振性好，因此他在高速重载场合得到广泛应用。

但它不是标准件，设计维护都比较复杂，因此在很多场合已被滚动轴承所取代。

滚动轴承的特点滚动轴承摩擦阻力小，启动轻快效率高不易磨损。

典型的滚动轴承有内圈外圈滚动体和保持架等部分组成。

内圈用来与颈轴配合，外圈般与轴承座装配。

常用的滚动轴承有球圆柱滚子圆锥滚子球面滚子及非球面滚子等。

滚动轴承的内外圈及滚动体是用铬轴承钢制成的，工作表面经过磨削和抛光，硬度般不低于，保持架使用较软的材料如低碳钢钢合金铝合金夹布胶木和尼龙塑料等。

滚动轴承已经标准化，由于工厂大量生产。

所以在设计时，般需要.根据工作条件受力情况结构要素等因素，选择合适的滚动轴承类型精度尺寸。

并由滚动轴承目录中查出滚动轴承代号.确定滚动轴承的组合结构设计，即考虑滚动轴承如何装拆固定调整润滑和密封等问题。

结论选用滚动轴承．滚动轴承的选择和比较．滚动轴承类型选择注意点轴承负荷轴承负荷是选用轴承类型的主要要素，通常应根据负荷的大小方向和性质选用轴承。

负荷的大小与性质通常球轴承适用于承受轻中及较小波动的负荷滚子轴承使用于承受重的及较大波动的负荷。

负荷的方向纯径向的负荷可选用深沟球轴承及滚针轴承。

纯轴向负荷可选用推力轴承。

当径向负荷和轴向负荷联合作用时，般选用角接触球轴承和圆锥轴承和圆锥滚子轴承若径向负荷较大和轴向负荷较小时，也可选用深沟球轴承若轴向负荷很大时，径向负荷很小时，可选用推力角接触球轴承推力圆滚子轴承，也可选用圆柱滚子轴承或深沟球轴承和推力轴承联合使用。

轴承的转速球轴承比滚子轴承有较大的极限转速，故而高速时应选用球轴承。

在内径相同的条件下，外径愈小，滚动体愈小轻其离心力小摩擦阻力小发热量小所以在定条件下，工作转速较高时宜选用超轻特轻系列的轴承。

高速重要的轴承要验算其转速。

些提高轴承极限转速的措施，都对高速运转有利，如实体保持架青铜或夹布胶木架，提高精度等级，适量加大球轴承的游隙，用喷油或油雾润滑改善冷却条件等。

调心性能当轴或壳体变形大，以及安装对中性差时，应选用具有调心性能的轴承及补偿上述变形及误差引起的偏斜，从而保证轴承是正常工作的。

在零速时，般希望驱动装置能够处于伺服“锁定”状态。

．快速的应变能力和较长时间的过载能力应能受频繁的起动制动反向运动加速减速的冲击。

为满足低速大力矩的要求，应能承受较长时间的过载。

伺服驱动装置课根据功率的大小来分类伺服驱动装置，也可以按精度要求的高低来分类，但最常用的分类方法是根据采用动力源的类型，把伺服驱动装置分为液压伺服驱动装置，气压伺服驱动装置和电气伺服驱动装置等三大类型。

由于交流电机性能最可靠，基本用不着维护，造价低，结构简单，输出功率大，动态响应好，不需配置直流电源，且控制技术得到了解决，因此国外交流电机正在取代直流电机，国内交流电机已经占半以上，有了明显的优势。

结论选用交流伺服电机。

.交流伺服电机的设计交流伺服电机的类型的确定交流伺服电机主要分为交流鼠笼式伺服电机和永磁式交流同步电机。

其中永磁式交流同步电机的转速与近接电源的频率之间存在着种严格的关系，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变的。

随着新型永磁材料的应用及永磁电动机构的不断改进，永磁交流同步电动机将会越来越多的用语数控系统中。

结论选择永磁交流同步电动机。

确定伺服电机的型号由于设计要求规定向伺服电机的功率为.，转速为量大不超过。

通过转速功率的类比，最终选择系类的大惯量带制动永磁式交流同步伺服电机，其规格额定功率.额定转矩.最大转矩.电机惯量.额定转速最大转速制动器电源无极性编码器增量式位增量式绝对式公用防护等级温度，保存时。

重量.传动结构的设计伺服电机与进给丝杠的联接确定方案在进给驱动系统中，伺服电机与滚珠丝杠联接要保证传动无间隙，所以，数控机床采用种联接方式直接连接齿轮减速式。

联轴器的比较选用联轴器的分类及特点联轴器的性能可分为刚性联轴器和扰性联轴器，刚性联轴器或称固式联轴器，这种联轴器虽然不具有补偿性能，但结构简单制造容易不须维护成本低特点而乃有其应用范围。

扰性联轴器中又分为无弹性元件扰性联轴器和带弹性元件扰性联轴器，千类具有补偿两轴相对位移的能力，后类由于含有产生较大弹性变形的元件，除有补偿性能外还具有缓冲作用和减震作用。

弹性联轴器除了能补偿两轴相对位移，降低对联轴器安装的精度对中要求外，更重要的是能够缓和冲击，改变轴系的自身频率，避免发生严重危险性振动。

结论选用弹性联轴器选用要求强度高，承载能力强，在有可能发生扭振或存在瞬间尖峰载荷的场合，要求联轴器的许用瞬时最大扭矩为许用长期扭矩的三倍以上。

弹性高，阻力大，具有足够的减震能力，把冲击和振动长生的振幅降低到允许的范围以内。

具有足够的补偿性能，满足安装和工作时两轴相对位移时的需要。

工作可靠，性能稳定，对橡胶性弹性原件还应具有耐热性，不易老化等优点。

结构简单，体积小，