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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