天津工业大学2014届本科生毕业设计
1.2国内外相关现状
按机床加工分类，可以分为车削和铣削二大类，而机床行业通常将使用最广的铣削
中心称为加工中心，以铣削加工为主的加工中心从机构上可以分为如下图所示的种类。
图1-1 种类分类
1.2.1 国外现状
机床最先是由国外公司研制出来的，所以国外有关机床的技术水平，改善情况都有很多记载。德国的好多大学都专门设有从事车铣技术研究的工作人员，在1981年，奥地利林茨公司开发出世界上第一台车铣一体得 数控机床——WVC500S加工中心，在之后的几十年里林茨公司经过千万种尝试与努力，终于于2002年再次推出新一代数控复合机床——M40-M。奥地利是车铣行业的领头羊，开拓者，日本于二十世纪七十年代研制出车铣机床，论加工精度最高的当属瑞典和德国的车铣机床，综合起来，日本产值最大，但是德国技术水平最高。
1.2.2国内现状
我国在“十五”期间，在相关政策的扶持下，包括沈阳机床在内的机床行业通过自主创新，顽强拼搏的劲头，已经在数控机床领域有了很大突破与进展。譬如沈阳机床，，从上个世纪开始，通过自主开发设计，借鉴国外经验等，现在已发展为具有卧式五轴联动功能的车铣加工中心系列，集车，铣，钻，镗等于一体的高柔韧性机床，对于一些形状复杂，精度要求要的异形回转体零件可在一次装夹中完成全部或大部分的加工工序，即可保证精度，又可提高效率，降低成本，缩短生产周期。
2005五月左右，沈阳机床部分引进了德国大型有关车铣机床的图纸和工艺方案，并在有关专家的协助下大大的扩大了可切削的直径大小，也从重量上从几吨扩展到百吨级别。并且在机床的主轴方面也取得了重大突破，加快了主轴的转速，和主轴本身的强度、，还有关于刀架的形状，刀具到头的角度问题，机床若在长久加工零件后出现的热平衡问题，
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刀具在工作数个小时后对工件产生的磨损造成的精度补偿问题，等等诸多技术性问题得到了改善，主传动轴的大扭矩输出和高速输出，直接关系到机床的运行动力，效率问题，，尾台的设计也要充分考虑到操作员的安全性，和机床的自动化。
1.3课题研究的主要内容
本文主要研究了三大模块，第一模块，车削系统的方案分析及确定，车削电机的选择，车削系统的传动方案确定。带轮的传动比等等，第二模块，铣削系统方案的分析及确定，铣削电机的选型，铣削传动方案的选择，滚珠丝杠的选择及校核。第三模块，X,Y方向上回转工作台的运动，各方向上全行程的确定，电机的型号，功率的选择，滚珠丝杠的型号选择及校核等等。
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第二章 机床设计方案分析及确定
2.1伺服进给系统的基本要求
伺服系统的概念很大，总的来说带有PID数字调节的进给驱动系统都可以称之为伺服系统。而且伺服系统是数控机床的核心组成部分之一，也是机床之间互相区别的一个特殊部分，不同的伺服系统决定着数控机床的定位精度是否高，跟踪指令信号的响应快慢问题，机床的稳定性好与坏。 （1） 精度
精度指的是系统输入输出之间的偏差，或者是精准程度，即准确性。当然有些误差是在所难免的，譬如机床就存在动态误差和稳态误差，动态误差指的是瞬态过程中出现的偏差，是变动的，而稳态误差值得则是瞬态过程结束后系统出现的偏差，是静态的。影响到精度的因素很多，关系也很复杂，采用数字调节技术可以在很大程度少减少误差，提高机床的精度。
（2） 快速响应特性
快速响应特性指的是当操作员对系统输入指令后即输入信号，表示输入信号的响应速度和瞬态误差过程的快与慢。提高快速反应对加工效率，轨迹的跟踪精度都有好处，但是并不是速度越快越好，响应速度过快会造成系统超调现象，引起系统的不稳定。因此快速响应特性要视具体情况具体分析，选择一个最优的，在保证定位精度的情况下，并最好缩短定位时间，避免超调现象的发生。 （3） 系统的稳定性
系统在外界干扰下，譬如启动状态，输入量状态改变等情况下作用下，输出量经过几次衰减震荡后，能后很快的恢复到原有状态，或者很快适应新的状态，并正常运行。他是数控机床运行的基本条件，也是加工零件保证精度的前提条件。
2.2驱动方案的分析及确定
方案一：X,Y,Z三个方向上均采用直线电机进给
优点：如果采用直线电机直驱技术，那么久不需要将旋转运动转化为直线运动，零件 损耗少，并且精度高。
缺点：新型的直输技术还不是很成熟，有些地方不完善，譬如失电自锁保护功能，并 且对于直线电机来说，数值安装技术不成熟，成功率低。
方案二：X,Y,Z三方向均采用伺服电机带动滚珠丝杠实现进给
优点：实现三轴进给，技术很成熟，导致控制很方便，成本也相对来说很低 缺点：在丝杠和滚珠间存在间隙，导致加工精度一般
方案三：X,Y水平方向采用直线电机，竖直Z方向采用滚珠丝杠
优点：既然直线电机直驱技术在竖直方向上不成熟，那么在水平方向上采用直线电 机，竖直方向上采用丝杠，这样使得直线电机与滚动丝杠配合使用，最大的发挥了
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他们的精度，效率，并且Z轴也实现了自锁功能
缺点：这样混合使用，给编程控制带来了很大不便。
结合这三种方案，由于本沦为设计的机床主要是为打学生展示机床的各个机构及运动过程，所以对于加工精度要求不高，并且此机床的控制，机械部分要适合大众学生，不能仅仅让一些学习好的学生能看懂，操作编程要简单明了，所以最终选择方案二。
2.3传动方案分析及确定
方案一：
先将伺服电机与联轴器相连，在通过齿轮减速降比传动移动部件驱动
图2-1进给系统简图
优点：可以通过齿轮放大电机的扭矩，使得可以采用小功率电机，降低成本 缺点：齿轮间存在间隙，使得传动精度差 方案二：
采用伺服电机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连接，实现对工件的移动驱动
图2-2进给系统简图
优点：精度有保证
缺点：需要功率大的电机，提供大扭矩，成本高
结合这两种方案的优缺点，为了保证机床必要的精度要求，所以最后采用方案二作为最终方案。
2.4铣削主轴系统方案分析及确定
方案一：
使用带有C轴功能的主轴电机带动，通过一级皮带轮降速后驱动主轴
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方案特点：成本低，结构简单，精度能达到要求 方案二：
采用步进电机作为主动力源，通过二级齿轮变速箱控制速度，在主轴上在加一个能够实现C轴的动力源——伺服电机
方案特点：加装的伺服分度系统能保证C轴功能，成本较低，但是采用了齿轮传动，存在误差，并且这样做使得系统太复杂，体积大，成本升高
方案三：
直接使用带有C轴功能的电主轴做动力源
方案特点：精度非常高，结构很简单，但是成本相当高
方案确定：由于本论文机床对精度要求一般，所以如果采用方案三显得浪费，而方案二太复杂，使得最后体积大，成本高，所以最终采用方案一
2.5 车削主轴系统方案分析及确定
方案一：
采用铣削用电主轴 方案特点：
结构简单，加工精度高，可控性强，成本高，不过能带有铣刀换刀功能 方案二：
采用普通铣床主轴铣头 方案特点：
设计成本低，有标准件可供购买，但是体积大，可控性差
方案确定：所选铣削主轴铣头不宜过大，重量不宜过重，所以最终选择方案一
2.6 车铣一体整体三维结构布局示意图
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