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第1章　数控机床设计理论与方法1

1.1 数控机床概述1

1.1.1 数控机床的组成及特点1

1.1.2 数控机床工作过程2

1.1.3 数控机床的类型3

1.2 数控机床设计方法和步骤5

1.2.1 设计类型5

1.2.2　设计方法的特点6

1.2.3 数控机床的设计步骤7

1.3 数控机床设计的基本理论8

1.3.1 精度8

1.3.2 刚度9

1.3.3 抗振性9

1.3.4 热变形10

1.3.5 噪声11

1.3.6　低速运动平稳性12

1.4　数控机床总体布局13

1.4.1 总体布局与工件形状、尺寸和质量的关系13

1.4.2　运动分配与部件的布局14

1.4.3 总体布局与机床的结构性能15

1.4.4 机床的使用要求与总体布局16

1.5 数控机床主要性能指标及功能16

1.5.1 数控机床的主要技术指标16

1.5.2 数控机床的主要功能17

1.6　结构工艺性评价18

1.6.1 加工工艺性18

1.6.2　装配工艺性19

1.6.3　维修工艺性20

1.7 课程设计的目的任务20

1.7.1 设计要求20

1.7.2 主要目的20

第2章　数控机床主传动系统设计22

2.1 主传动系统设计概述22

2.1.1 主传动系统基本要求22

2.1.2 数控机床主轴的变速方式23

2.1.3 主传动变速系统的主要参数24

2.2　分级变速传动系统25

2.2.1 主轴转速数列25

2.2.2 拟定转速图的方法27

2.2.3 齿轮齿数的确定29

2.2.4 主传动系统的计算转速33

2.3 采用直流或交流电动机无级调速系统35

2.3.1 调速电动机的功率和转矩特性35

2.3.2 驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计36

2.4 主轴组件39

2.4.1 对主轴组件的性能要求40

2.4.2 主轴轴承40

2.4.3 刀具自动装卸及切屑清除装置44

2.4.4 主轴定向停止45

2.4.5 主轴转速的自动变换45

2.4.6 主轴旋转与进给轴的同步控制47

2.4.7 主轴组件润滑与密封48

2.5 电主轴50

2.5.1 电主轴概述50

2.5.2 电主轴的基本参数与结构51

2.5.3 电主轴的性能参数55

2.5.4 电主轴的选用57

2.6 主传动系统结构设计58

2.6.1 齿轮在轴上的布置58

2.6.2 箱体内各传动轴的轴向固定59

2.6.3 主轴结构60

2.6.4 结构图例64

第3章　主传动系统主要传动件计算70

3.1 工作载荷分析与计算70

3.1.1 车削抗力分析70

3.1.2 铣削抗力分析71

3.1.3 钻削抗力分析72

3.2 传动零件初步计算73

3.2.1 按扭转刚度估算轴的直径74

3.2.2 齿轮模数的估算75

3.2.3 主轴轴颈的确定75

3.3 主要传动件的验算76

3.3.1 齿轮模数的验算76

3.3.2 传动轴刚度验算79

3.4 主轴部件刚度计算81

3.4.1 主轴合理跨距的选择81

3.4.2 主轴部件刚度计算84

第4章　数控机床进给传动装置设计92

4.1 数控机床伺服进给系统的分类及设计要求92

4.1.1 类型92

4.1.2 伺服系统的基本设计要求92

4.1.3 伺服进给系统机械传动结构设计主要内容94

4.1.4　伺服系统机械传动结构设计特点94

4.2　胀紧连接套94

4.2.1 胀套选用计算94

4.2.2　胀套基本尺寸及参数96

4.2.3　胀套连接特点98

4.3 消隙联轴器98

4.3.1　胀套刚性联轴器98

4.3.2　胀套膜片联轴器98

4.4 齿轮传动的消隙和预载101

4.4.1 刚性调整法101

4.4.2　柔性调整法102

4.5 滚珠丝杠副传动机构103

4.5.1 特点103

4.5.2 滚珠丝杠副的结构形式104

4.5.3 滚珠丝杠副的预紧105

4.5.4 滚珠丝杠副的支承与轴端形式106

4.5.5 丝杠热位移及其补偿112

4.5.6 滚珠丝杠螺母的计算和选用113

4.5.7 刚度计算115

第5章　数控机床伺服进给传动装置的设计计算118

5.1 伺服系统设计步骤及计算公式118

5.1.1 控制类型选择118

5.1.2 降速比计算118

5.1.3 负载惯量的计算118

5.1.4 负载转矩的计算121

5.2 开环、半闭环伺服进给系统的死区误差及定位精度123

5.2.1 死区误差123

5.2.2 定位精度124

5.3　伺服电机的选择125

5.4 开环伺服进给系统的设计计算步骤126

5.5 伺服驱动装置127

5.5.1 步进电机127

5.5.2　直流伺服电机130

5.5.3 交流伺服电机134

5.6　设计计算举例136

5.6.1 功率步进电机驱动的开环数控车床的设计与校验136

5.6.2 宽调速直流电机驱动半闭环控制的立式加工中心139

附录144

参考文献161