摘 要
数控机床在现代制造业中扮演着一个重要的角色。本论文介绍了THY5940型立式加工中心设计思想和设计过程。主要叙述了数控进给系统的传动设计及主要传动件滚珠丝杠及其支承的设计计算。并对进给系统进行了校验，取得了预期的效果。
该机床适用于摩托车、汽车、轻工机械等行业提高生产率。不仅对刀具的位置或轨迹进行控制，而且还具有自动换刀和补偿功能，具有很高的强度，刚度和抗震性。以前采用的专用机床加工零件，虽然效率较高，但制约被加工零件的改进。而加工中心具有柔性，从而能适应产品在最短时间内达到商品化。本加工中心的设计拟采用主机，数控系统(包括伺服和驱动系统)及相关配套件三部分组成。在对以前研究成果分析总结的基础上，按照技术要求指标，对初步拟订的方案进行细化，论证，完善和总结。
加工中心的进给系统承担加工中心各直线坐标轴的定位和切削进给，进给系统的好坏将直接影响整机的运行状态和精度指标。设计过程中应使进给稳定性和快速响应的特性。同时，要求有合理的控制系统，而且要求对驱动元件和机械传动装置的参数进行合理的选择，使整个进给系统工作时的动态特性相匹配。
THY5940型立式加工中心机床解决了单件，小批量，特别是复杂型面的零件的加工自动化问题。对于提高企业的生产率，提高工件的加工精度以及提高机床的使用寿命都具有十分重要的意义。
经过研究，本论文基本取得了预期效果，完成了进给系统的设计计算。同时，对数控机床的进给系统设计方法的研究也取得一定的效果。
关键词：数控技术；数控机床；进给系统；滚珠丝杠
Abstract
Numerical control machine tools play an important role in nowadays manufacturing. This article integrate the design method and design process of the entering system of NC machining center of type of THY 5940.It specifies the driving design and important driving accessory –ball bearing and it，s bearing of the entering system of NC machining center .In the same way ,checkout the entering system . We have achieved the method of intelligent design.
This machine applies to car/motorcycle and light industry of engine in order to improve their production ratio. It is not only control the position and track of the falchion, but also has the function of change the falchion automatically and compensates; have high intension/Steelton and non-shake. In the old days, people often use special machine to product accessories. Although have a high production ratio, hobble the improving of producing accessories. But NC machining center is flexible, so it can adopt the changed production and organize production and shorten regulate period of production possibly. The NC machine center design adopt main –frame\NC machining center system and correlative accessories, on the base of the former study progeny.
The entering system of NC machining bears NC machining all line coordinate ordination and cutting entering. The advantage and disadvantage of entering system will influence the driving station of the whole machine and precision guideline. In the process of design, we should make sure that the interring system meets the stability and response quickly. Contemporary, require reasonable control system. Furthermore, have a logical choose for the parameter of driving settings. So the whole entering system can match the machine when it is working.
The entering system of NC machining center of type of THY 5940 settle the problems of the product automatically of one accessory small production and complex accessories. This machine has an important role in improving the production of enterprise to improve the product precision and advance the longevity of machine.
After this study, we have realized the anticipate purpose. We have completed the antitype of the intelligent design system, and we have achieved the method of intelligent design.
Key words： Numerical control technology； Numerical control machine tool；Feed system；Ball bearing guide screw
THY5940型立式加工中心是为汽车/摩托车/轻工机械等行业提高生产效率而开发的新产品。该机床总体布局为工作台固定，立柱移动式。主运动采用数字交流伺服电机拖动，可无机调速。该加工中心除针对汽车零件的加工外，还可以对其它种类的零件进行铣、镗、钻、扩、攻丝、平面及任何曲面的加工，它是轻工机械领域较为理想的设备，特别适合于汽车、摩托车行业以及轻工机械行业大批量生产的需要。该产品既可单机使用，也可以通过小的改动与柔性生产线联机使用。因此，产品使用范围广。
根据加工特点及提高生产率的要求，采用加工和装夹同时进行。使工作台的一侧为加工区，另一侧为卸载区。加工时工作台固定，加工完工作后，只做旋转运动，代替交换工作台的功能。机床的三个移动坐标(X、Y、Z)均由主轴实现。主轴箱侧挂于立柱上，并实现Z向进给。立柱在滑座上移动实现Y向进给。滑座在床身上移动实现X向进给。在工作台两侧设有螺旋排屑槽，将切屑排至机床的后面，在通过链式排屑器(与冷却水箱一体)传至切屑集中处。整机设有防护间，电器柜在防护间一侧便于操作，液压站安置在电器柜后面，从整体上设计较为合理。
目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求，自2000年以来，我国数控机床年产量以平均37%的速度增长，2003年国产数控金属切削机床年产量达到36000多台。但由于进口机床的大量涌入，国产金切数控机床在国内市场的占有率明显下降。2003年我国国内机床总消费为67.3亿美元，其中进口机床41.3亿美元，已连续三年成为世界最大的机床进口国。进口依存率113%，国内市场自我满足率仅为44%，远远低于日本的86%，意大利的67%和德国的59%，可以说已威胁到我国机械制造基础产业的安全。同时仅2003年1年，就有德国吉特迈集团，日本牧野铣床，日本丰田工，意大利利雅路集团及韩国大宇机床等在我国开办独资企业。在开拓国际市场的同时，中国机床企业在国内却面临着越来越严峻的竞争形式。2004年我国机床进口突破了55亿美元大关。[1]
分析表明，中国机床市场目前仍分为中低端和高端两个领域。众多中国企业，通常是国有企业占据低端市场，“低端混战“愈演愈烈，但高端市场则主要由外国制造商，特别是被欧洲，日本的制造商垄断。我国汽车，航空和航天，发电，船舶，特别是军工等行业急需的高技术数控机床75%甚至100%依赖进口。部分高档数控机床仍然被作为战略物资在国际市场上受到禁运限制。
但如今这一切正发生改变，新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品山主导地位。沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊)为上海磁悬浮快速列车线生产的s台数控锉铣床组成的轨道梁生产线就是一个例子。数控机床发展的关键配套产品通过政府的支持有了突破和快速发展，如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台;烟台第_机床附件)开发为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置。我国机床市场正形成以数控机床为主流的消费，但我国在数控机床网络化方面与国外仍然有很大差别。
本机床为THY5940型立式铣镗加工中心，产品规格为400*630*2。
技术参数
项目 单位 规格
型号 THY5940
工作台尺寸 mm 400x630x2
承重 kg 500
立柱横向行程X mm 600
立柱纵向行程Y mm 400
主轴箱垂直行程Z mm 600
工作台回转C 0°\180°
主轴锥孔 ISO7:24 No.40
主轴转速 r/min 45-6000
主轴最大扭矩 N.m
180
主电机功率 kw 7
主轴中心到立柱导轨面距离 mm 530
主轴端面到工作台面最小距离 mm 210
切削进给X、Y、Z Mm/min 1-10000
快速移动X/Y/Z m/min 24/24/15
刀库容量 把 16
定位精度X、Y、Z mm ±0.005
重复定位精度X、Y、Z mm ±0.003
机床重量 kg 10000
机床外形尺寸(长x宽x高) mm 2760x2850x2725
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
第2章 THY5940简介 4
2.1 机床的设计参数 4
2.2 机床坐标与进给传动机构 5
第3章 进给系统的设计计算 6
3.1 数控机床进给传动系统机械结构 6
3.1.1 进给传动系统的机械结构 6
3.1.2 设计传动系统时应注意的问题 7
3.1.3 传动过程中的关键元件 8
3.2 滚珠丝杠的选择 9
3.3 丝杠拖动电机的确定 9
3.3.1 丝杠的转动惯量J 9
3.3.2 电机的选择 10
3.4 刚度计算 11
第4章 滚珠丝杠副的校验与进给系统误差分析 13
4.1 机床定位精度与丝杠精度 13
4.2 滚珠丝杠的疲劳强度 13
4.3 死区误差的分析 14
4.4 由传动刚度的变化引起的定位误差 14
第5章 机床的总体设计思路 16
5.1 主轴箱平衡和主轴箱拖动 16
5.2 滑座及立柱拖动 16
5.3 床身及滑座拖动 16
5.4 机床的防护系统 17
结 论 18
参 考 文 献 19
致 谢 21
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