一种自动对中心仪器的设计(附件)
本课题是数控铣床用自动对中心仪器的设计。本文在研究分析国内外产品以及查阅大量技术资料的基础上提出了自己的设计方案，主要进行了三部分工作。首先对国内外对中心仪器产品进行分析，明确了对中心仪器的工作任务和性能要求。然后进行对中心仪器机械系统的方案论证，并设计出对中心仪器的机械部分内容。本设计采用手动方式，通过手轮的转动带动蜗轮蜗杆的传动，进而带动滚珠丝杆的旋转，推动工作台上下左右运动，利用光栅尺进行精确测量，从而实现准确测量刀具的目的。关键词 对中心仪器；滚珠丝杆；蜗轮蜗杆；主轴系统
目 录
1 绪 论 1
1.1 课题背景 2
1.2 对中心仪器的国内外发展现状 3
2 对中心仪器的整体设计方案 4
2.1 总体技术方案 4
2.2 驱动方式的选择 5
2.3 机械位移检测系统 6
3 机械位移传动系统 7
3.2 横向滚珠丝杆副的计算与选型 8
3.3 纵向滚珠珠丝杆副的计算与选型 12
3.4 直线导轨的设计计算与选型 15
3.5 蜗轮蜗杆设计 16
4 主轴系统分析设计 21
4.1 主轴传动机构的设计 21
4.2 轴承的选用 24
4.3 轴的设计 24
5 基础件的设计 26
5.1 底座的设计 26
5.2 Z向导轨座的设计 27
5.3 Z向滑座的设计 28
5.4 主轴箱体的设计 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪 论
近年来，随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其精度高、效率高和劳动强度低等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备。目前，一个企业设备数控化程度的高低已经直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
少的资金，把原有机床进行升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。现在，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
首先，要考虑被改造机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能要与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因偏面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。
其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内公司主要有中华数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。如中华数控公司，就凭借已其达到国际领先水平，且具有自主版权的数控技术和现代化的产业基地在中国大地迅速崛起。该公司的中华数控系统曾在2004年举行的第一届全国数控技能大赛上与西门子、发那科等著名系统同台全方位竞技，充分发挥了其强大功能优势。使用此系统的参赛选手，有多人取得了很好的成绩。可见，国内系统功能也会越来越完善。
第三，要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。
另外，在资金允许的条件下，尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，也有利于维修。 数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。
我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步"空芯"。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际"加工中心"和"组装中心"，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定。
1.1 课题背景
对中心仪器是数控机床及加工中心的必要设备。对中心仪器用于测量数控设备、加工中心数控刀具刀尖位置相对于设定原点的坐标尺寸。其作用是快速测量出数控机床或者加工中心的刀库中刀具的尺寸参数数据，从而进行刀具补偿，这样在加工过程中随时控制调整刀具的运动轨迹，达到较高精度的加工。能否迅速准确地确定数控机床以及加工中心的刀具的尺寸参数，直接影响到机床生产工件的周期以及加工精度。
目 录
1 绪 论 1
1.1 课题背景 2
1.2 对中心仪器的国内外发展现状 3
2 对中心仪器的整体设计方案 4
2.1 总体技术方案 4
2.2 驱动方式的选择 5
2.3 机械位移检测系统 6
3 机械位移传动系统 7
3.2 横向滚珠丝杆副的计算与选型 8
3.3 纵向滚珠珠丝杆副的计算与选型 12
3.4 直线导轨的设计计算与选型 15
3.5 蜗轮蜗杆设计 16
4 主轴系统分析设计 21
4.1 主轴传动机构的设计 21
4.2 轴承的选用 24
4.3 轴的设计 24
5 基础件的设计 26
5.1 底座的设计 26
5.2 Z向导轨座的设计 27
5.3 Z向滑座的设计 28
5.4 主轴箱体的设计 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪 论
近年来，随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其精度高、效率高和劳动强度低等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备。目前，一个企业设备数控化程度的高低已经直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
少的资金，把原有机床进行升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。现在，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
首先，要考虑被改造机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能要与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因偏面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。
其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内公司主要有中华数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。如中华数控公司，就凭借已其达到国际领先水平，且具有自主版权的数控技术和现代化的产业基地在中国大地迅速崛起。该公司的中华数控系统曾在2004年举行的第一届全国数控技能大赛上与西门子、发那科等著名系统同台全方位竞技，充分发挥了其强大功能优势。使用此系统的参赛选手，有多人取得了很好的成绩。可见，国内系统功能也会越来越完善。
第三，要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。
另外，在资金允许的条件下，尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，也有利于维修。 数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。
我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步"空芯"。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际"加工中心"和"组装中心"，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定。
1.1 课题背景
对中心仪器是数控机床及加工中心的必要设备。对中心仪器用于测量数控设备、加工中心数控刀具刀尖位置相对于设定原点的坐标尺寸。其作用是快速测量出数控机床或者加工中心的刀库中刀具的尺寸参数数据，从而进行刀具补偿，这样在加工过程中随时控制调整刀具的运动轨迹，达到较高精度的加工。能否迅速准确地确定数控机床以及加工中心的刀具的尺寸参数，直接影响到机床生产工件的周期以及加工精度。
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