准及准确性，为确保加工质量，除要求系统稳定外，还必须有较高的准确定位精度。数控机床是由数控系统发出指令自动完成整个加工过程，它不象普通机床那样，中间可以由操作者测量工件后再通过操纵手轮来修正加工偏差。由于数控机床是按加工程序次完成加工，所以进给系统的定位精度直接决定了工件的加工精度，这也是考核数控机床的项至关重要的性能指标。通常影响数控加工精度的主要因素有数控系统精度主要取决于插补运算精度伺服系统精度机床机械精度如主轴刀架工作台回转精度，刀具工件装夹精度等。其中伺服系统精度起主要作用。快即快速响应性。机床进给伺服系统实际上就是种高精度的位置随动系统，它不但要求静态误差小，也要求动态响应快，具体表现在起停的升降速过程短，有较高的加速度，即要求系统的机电时间常数小，反应灵敏。宽即有较宽的调速范围。通常数控机床在实际运行中，对工作台的进给速度要求满足两项指标轻载快速趋近定位速度即编程指令的速度切削进给速度即编程指令等后面的值所要求的速度。足即有足够的输出扭矩或驱动功率。特别是要满足强力切削和高速切削的要求，并且还要求系统有相应的过载能力，以确保稳定性。对进给伺服系统除了上述五项主要性能指标外，也要求温升低噪声小效率高体积小价格低控制方便线性度好如输出速度与输入电压成线性可靠性高，维修保养方便，对温度湿度等环境要求宽等等。.伺服进给机构的设计内容和设计计算数控机床的伺服进给系统的控制方式有多种，如开环控制闭环控制以及半闭环控制。正如总体设计方案论证中所说，本设计任务的精度要求不高，结合经济型改造的特点，设计者采用以步进电机为驱动的开环控制方式来设计其伺服进给系统。下面对开换系统的控制形式及特点加以简要分析。工作原理及控制特点开环控制系统利用脉冲马达的伺服性能，即对应定的脉冲，必定有定的转角，从而通过丝杠螺母机构使工作台移动定的距离。定位精度虽然开环控制系统很难保证较高的位置控制精度，对于影响定位精度的机械传动装置的刚度摩擦惯量间隙等的要求较高，般在之间但对于经济型数控车床来说，定位精度要求并不高。稳定性结构简单，调试方便，工作可靠，稳定性好。纵向进给系统的设计与计算进给系统的设计内容经济型数控车床的改造般是将丝杠光杠及安装座拆去，配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电动机及减速箱安装在车床的车尾。书控车床通过步进电动机经减速驱动滚珠丝杠，带动刀架左右移动。纵向进给系统设计的主要内容有滚珠丝杠副的设计计算及选择减速比的确定及减速箱的设计步进电动机的选择等。纵向进给系统的设计计算已知条件纵向脉冲当量.脉冲纵向最高进给速度车床工作台质量根据图形尺寸粗略计算。时间常数纵向进给切削力的确定根据机床设计手册查出，式中随转速下降而上升。至点为主轴输出的最大转矩。为转矩区。至也是由三段拼成的。分段有级变速传动方案确定传动方案的设计计算由前面计算得，带传动的传动比取故取齿轮的设计计算大小齿轮都采用号钢调质，选小齿轮硬度为，大齿轮硬度为，精度选用六级，模数.,齿宽,螺旋角所以还应该校核齿轮表面接触疲劳强度，弯曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过程略。.电磁离合器的设计计算有级变速的自动变换方法般有液压或电磁离合器两种。液压变速机构是通过液压缸活塞杆带动拔叉推动滑移齿轮移动来实现变速，双联滑移齿轮用个液压缸，而三联滑移齿轮必须使用两个液压缸实现三位移位。电磁离合器是应用电磁效用接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操作元件。电磁离合器用于数控机床的主转动时，能简化变速机构，操作方便，通过若干个安装在各转动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。图电磁离合器变速的主传动系统图图是采用电磁离合器变速的传动系统图，该传动系统由四对相互啮合的齿轮构成二级齿轮变速。每对相啮合的齿轮中有个空套在传动轴上，并与电磁离合器的联接件联接，离合器与传动轴采用花键联接，空套齿轮与传动轴之间只有在电磁离合器吸合时才能传动。因此，通过各离合器的吸合和分离的不同组合可以改变运动的传动路线，实现主轴的变速。对所示系统，四个离合器有种可实现传动的组合，由于有两组齿轮的齿数样，因而有条不同的传动路线，可获得档机械变速表.表.电磁离合器动作与传动比电动机转速•主轴转速•传动比电磁离合器当从装置中输出主轴转速主时，此主轴转速主经过比较器进行比较当•主•时电磁离合器和吸合，和分离，此时整个系统的转动比是，交流电动机的进行恒转矩传动。其转速为电主••。当•主•时电磁离合器和吸合，和分离，此时整个系统的转动比是，交流电动机的进行恒功率传动。其转速为电主••。当•主•时电磁离合器和吸合，和分离，此时整个系统的转动比是，交流电动机的进行恒功率传动。主传动机械总效率系数η.，最大切削功率为，最小切削功率为。则电机初选功率应为,根据电机规格，可选用或者的电机。表格.电机选择两种方案对比交流主轴电机主轴与变速机构型号.电机最小输出功率计算主轴在最底转速达到最小功率是电机应输出的算电机实用的最底转速公式计算结果的电机为的电机为公式中电机的基本转速电机额定功率。由此，设计者选用功率为型号为的交流调频电机。主传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析电机额定转速的计算电机的选择电机额定转矩为•电机最小转矩•.•其中电机最大转速电机实用恒转矩区变速范围.主轴恒转矩区变速范围.电机恒功率区变速范围主轴参数计算主轴计算转速主轴恒功率变速范围分级变速机构的变速范围.其中主轴恒功率区变速范围电机恒功率区变速范围主传动系统总降速比数控机床分级变速箱的设计数控机床主轴转速自动变换过程在数控机床上,特别是在自动换刀的数控机床上应根据刀具与工艺要求进行主轴转速的自动变速。在零件加工工程序中用两位代码指定主轴转速的序号，或用四位代码指定主轴转速的没分钟转数，并且用两位代码指定主轴的正反向启动和停止。采用直流或交流调速电动机的主运动无级变速系统中，主轴的正反启动和停止制动是直接控制电动机来实现的，主轴转速的变换则由电动机转速的变换与齿轮有级变速机构的变换相配合来实现的。机床主运动变速系统中主轴的转速是如何由电动机的转速齿轮有级变速级数相配合来实现的，为了获得主轴的转速必须接通相应的有级变速级数和电动机的调压转速或调磁转速。理论上说电动机的转速可以无级调速，但是，主轴转速代码最多只有种，即使是使用四位代码直接指定主轴转速，也只能按转递增，而且分级越多指令信号的个数越多，更难于实现。因此，实际上还是将主轴转速按等比数列分成若干级，根据主轴转速的代码发出相应的有级级数与电机的调速信号来实现主轴的住动变速。电机的调压或调磁变速，由电动机的驱动电路根据转速指令电压信号来变换。齿轮有级变速则才用夜压或电磁离合器实现。分级变速箱的设计数控机床的分级变速箱由于位于调速电机与主轴之间,因此,设计时除遵循般有级变速箱设计原则外,必须处理好公比的选择.在设计数控机床分级变速箱时,公比的选取有以下三种情况取变速箱的公比等于电机的恒功率调速范围,即。如果为了简化变速箱的结构，希望变速级数少些，则不得不取较大的公比。数控车床在切削阶梯轴成行螺旋面或端面时，有时需要进行恒线速切削。经综合分析比较选有第种情况的公比。为了适应各种工序和各种加工材质的要求，主运动的调速范围还应进步扩大。具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面进行高频感应加热淬火增加耐磨性最后级采用斜齿轮传动，使传动平稳采用高精度轴承及合理的支承跨距等，以提高主轴件的刚性。具有良好的抗振性和热稳定性。加工时可能由于断续切削加工余量不均匀运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具和或零件，使加工无法进行。因此在主传动系统中的各主要零部件不但要求有定的静刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力抗振性。抗震性用动刚度或动柔度来衡量。如果把主轴组件视为个等效的单自由度系统，则动刚度与动力参数的关系为式中机床主轴结构系统的静刚度外加激振力的激振频率主轴组件的固有频率，为当量质量，为当量静刚度阻尼比，是阻尼系数，是临界阻尼系数，。由上式可见，为提高主轴组件的抗震性，须使值较大，为此应尽量使阻尼比当量刚度值或固有频率的值较高。在设主传动系统时，要注意选择上述几个参数的合理关系。.主传动部分改造方案拟定和设计的内容异步电动机的调速方法有变频调速变极调速辩转差调速三种。异步电动机的转速公式为从该公式中可以看出，若均匀地改变电源的频率，就可以连续地改变电动机的同步转速。这种调速方法称为变频调速，它完全不同于其它的调速方法。改变异步电动机的磁极对数调速的方法称为变极调速。改变电动机转差率的调速方法称为变转差率调速。表.异步电动机各种调速方法性能指标的比较项目调速方法变频变极变转差率转子串电阻串极调速调压调速电磁调速电机是否改变同步转速变变不变不变不变不变调速指标静差率小好小好大差小好开环时大闭环时小开环时大闭环时小调速范围较大以上较小小较小闭环时较大闭环时较大调速平滑性好无级调速差有级调速差有级调速好无级调速好无级调速好无级调速适应负载类型恒转矩恒功率恒转矩恒功率恒转矩恒转矩通风机恒转矩通风机恒转矩设备投资多少少较多较少较少电能损耗较小小大较小大大异步电动机变频调速有调速范围广平滑性较高机械特性较好的优点，可以方便地实现恒功率或恒转矩变速，整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似，并可与直流调速相媲美。目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方法。通过上序的比较本课程设计中电动机的调速方法采用变频调速的方法。改换主轴电动机，换成调速电动机.通过对电动机的变频调速控制再加以简单的齿轮调速来实现自动变速，齿轮调速部分用磁离合器控制齿轮啮合。图主轴变频调速系统原理图数控机床主轴变速方式主要有无级调速分段无级调速和内置电机变速等。在本设计中采用分段无级调速。无级变速能够选用最合理的切削用量，可在运转中变速，操作方便，简化机械结构。无级变速主要是利用直流和适应机床向高速和高精度方向发展的需要。向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。应用自适应控制技术数