數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)(二)要點(diǎn)

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1、西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 【摘要】 本設(shè)計(jì)是把普通數(shù)控車(chē)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床就是指價(jià) 格低廉、操作使用方便、比較適合我國(guó)國(guó)情的，動(dòng)化的機(jī)床。采用數(shù)控機(jī)床，可 以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝， 縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候具 體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算。比如：導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型、滾珠絲杠螺母副 的選型與計(jì)算。還進(jìn)行了進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)特性分析等。 【

2、關(guān)鍵詞】車(chē)床、數(shù)控、傳動(dòng)系統(tǒng) Abstract : This project is to alter the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularl

3、y dealt with the choice and calculation of every assembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballsc

4、rew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system . [Key words] Lathe； CNC Transmission System 20 摘 要 1 Abstract 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 、戶(hù) > - 刖百 1數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)概述 1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 5 1.2 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 6 2進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 3橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 9 3.2 切削力及其切削分力計(jì)算 9 3.3 軌摩擦力的計(jì)算 9 3.4 算滾珠絲杠

5、螺母副的軸向負(fù)載力 10 3.5 定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 10 3.6 珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 11 3.7 珠絲杠螺母副承載能力校核 12 3.8 計(jì)算器械傳動(dòng)的剛度 13 3.9 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 14 3.10 械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 17 3.11 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 18 3.12 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 18 19 4進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 19 4.2 齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì) 20 4.3 齒輪箱的設(shè)計(jì) 21 4.4 床身及導(dǎo)軌 21 4.5 中間軸的設(shè)計(jì) 23 4

6、.6 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 23 總結(jié)與體會(huì) 23 致謝詞 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽 【參考文獻(xiàn)】 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽 刖百 我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我 國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6?0.8萬(wàn)臺(tái)， 年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化率僅為6%。這些機(jī)床中，役齡10年以上的 占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20% , FMC/FM等自動(dòng) 化生產(chǎn)線(xiàn)更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60%以上）。可見(jiàn)我們 的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上 是役齡在10年

7、以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上缺乏 競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： （1）、可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線(xiàn)、曲面等復(fù)雜的零件。 （2）、可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3?7倍。 （3）、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 （4）、可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 （5）、擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí) 問(wèn)無(wú)人看管加工。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一

8、個(gè)人可以 看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作 出快速反應(yīng)。止匕外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制 造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù) 已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)及總體布局圖繪制、 縱向及橫向伺服進(jìn) 給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連 接圖）設(shè)計(jì)、典型零件的數(shù)控車(chē)削加工程序編制及外文數(shù)據(jù)文獻(xiàn)翻譯， 并撰寫(xiě)畢 業(yè)設(shè)計(jì)論文。 設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能 力，提高綜合素質(zhì)

9、和創(chuàng)新能力，受到本專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練， 使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、程序編制、使用手冊(cè)等基本技能得到訓(xùn) 練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。 在設(shè)計(jì)中，先通過(guò)參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理， 作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊(cè)，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件 。 1數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)概述 用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息和工藝信息變成加工 程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)軸的分 量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng), 并進(jìn)行回饋控制，使刀具和

10、工件及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順 序、軌跡和參數(shù)有條件不紊亂地作，從而加工出零件的全部輪廓。 數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對(duì)象變換時(shí)，只需重新編制加工程序即可， 原來(lái)的程序可存儲(chǔ)備用，不必像組合機(jī)床那樣需要針對(duì)新加工零件重新設(shè)計(jì)機(jī) 床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞矫鎭?lái)實(shí) 現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng) 系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。所以，數(shù)控車(chē)床與 普通臥式車(chē)床相比應(yīng)具有有更好的精度.以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作 平穩(wěn)性。數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為

11、： (1)盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副。如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦 力。 (2)選用最佳的降速比，為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng)位移盡 可能加速達(dá)到跟蹤指今。 (3)盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。 (4)盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)和 消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等。 (5)盡景滿(mǎn)足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳動(dòng)精度 高高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)組件。 從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的情況，可采用更換滾珠絲杠來(lái)代 替原機(jī)床上的T型絲杠。也可對(duì)原車(chē)床上T型絲杠加以修復(fù)，但此時(shí)必須相應(yīng)修

12、 配與與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提高配合精度。 一般說(shuō)來(lái).如原車(chē)床的工作性能良好.精度尚未降低，則應(yīng)盡量保留機(jī)床的 傳動(dòng)系統(tǒng)。使改造后的數(shù)控車(chē)床同時(shí)具有微機(jī)控制和原機(jī)床操作的雙重功能。如 原車(chē)床使用時(shí)間較長(zhǎng).運(yùn)動(dòng)部件磨損嚴(yán)重.除了對(duì)導(dǎo)軌精度進(jìn)行修復(fù)外.還應(yīng)將 傳動(dòng)部件拆除或更換，以確保改造后車(chē)床的傳動(dòng)精度。 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床組成機(jī)床本體的各機(jī)械 部件組成，如圖1.1 : 圖1.1數(shù)控機(jī)床的組成 1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 (1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等 要求，選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型。 (2)根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速

13、變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫 升限制、超載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電 動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 0.8?0.9。 (3)根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕 和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。 (4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí) 和類(lèi)型。 (5) 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程的要求，以 及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。 止匕外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素。 1.2電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式的

14、選擇 由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能（旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng)態(tài)剛度, 振動(dòng)抑制等），因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的?？偟膩?lái)說(shuō)， 選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。表1.1簡(jiǎn)要給出了 用戶(hù)所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。 表1.1理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能 項(xiàng)目 內(nèi)容 高性能 低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩 寬包功率范圍，并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩 局旋轉(zhuǎn)相度 局動(dòng)態(tài)響應(yīng) 高加減速，起制動(dòng)能力 具有強(qiáng)魯棒性，能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化 局效率，低噪聲 低價(jià)格 低購(gòu)買(mǎi)價(jià)格，低維護(hù)價(jià)格，低服務(wù)價(jià)格 通用要求 耐

15、用性,可維護(hù)性，安全可靠性 感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流， 其功率范圍從 零點(diǎn)幾個(gè)kW到上百kW廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。 2進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示: 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不 盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng) 剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求： (1)從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如 0.1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。

16、 (2)電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的超載能力， 以滿(mǎn)足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般 直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)超載 4-6倍而不損壞。 (3)為了滿(mǎn)足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩， 并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受 4000rad/s2以上的 角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在 0.2s以?xún)?nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。 (4)電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) 已開(kāi)始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合 方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)回饋全部數(shù)字化

17、、 軟件處 理數(shù)字PID,使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn) 伺服性能的措施，使控制精度和質(zhì)量大大提高。 數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車(chē)床區(qū)別于 普通車(chē)床的一個(gè)特殊部分。 數(shù)控車(chē)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、 驅(qū)動(dòng)組件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行 件和檢測(cè)回饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)組件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳 動(dòng)部件和執(zhí)行組件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測(cè)組件與回饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng)。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和死循環(huán)系統(tǒng)。 死循環(huán)控制 方式通常是具有位置回饋的伺服系統(tǒng)。 根據(jù)位置檢測(cè)裝置所在位置的不同， 死循 環(huán)系統(tǒng)又

18、分為半死循環(huán)系統(tǒng)和全死循環(huán)系統(tǒng)。半死循環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測(cè)裝置 裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類(lèi)型。 前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完 全置機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全死循環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái) 上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度比死循環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。 由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損、 慣性及間隙的存在，故開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精 度和快速性較差。 全死循環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)， 所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件 的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很

19、大關(guān)系，故必須對(duì)機(jī)電部件的 結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。因此全死循環(huán)系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的要求比 較高，且造價(jià)也較昂貴。死循環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋 轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺 服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維 護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用。 直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常 因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)機(jī)械換向器的 換向能力，限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使

20、得電動(dòng)機(jī)效 率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位， 并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完 善，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)裝置中的電力電子器件不斷向高頻 化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺(tái)技 術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能 。 3橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 縱向：工作臺(tái)重量：W=800N 行程：S=650mm 脈沖當(dāng)量：、p =0.006mm/P

21、p 最大進(jìn)給速度：Vax =2m/min max 橫向：工作臺(tái)重量：W=300N 行程：S=200mm 脈沖當(dāng)量：、p =0.004mm/P p 最大進(jìn)給速度：Vmax =1m/min 3.2 切削力及其切削分力計(jì)算 已知機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的額定功率 Pm為7.5kw,最大工件直徑D=400mm主軸計(jì) 算轉(zhuǎn)速n=85r/m。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，道具的切削速度為 二 Dn 3.14 400 10，85 ,「， v = = = 1.78m / s 60 60 取機(jī)床的機(jī)械效率刈=0.8,則有 P 3 Fz =-m 10 N =3370.79 N v 走刀方

22、向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力 Fy為 Fx =0.25Fz =0.25 3370.79N =842.7N Fy =0.4Fz=0.4 3370.79N =1348.32N 3.3 軌摩擦力的計(jì)算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力Fv = Fz =3370.79N ,縱向切削分力 Fc =Fy =1348.32N ,移動(dòng)部件的全部質(zhì)量(包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量) m=30.61kg(所受重力W=300N)查表得鑲條緊固力f =2000N ,取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系 g 數(shù) N=0.15 ,貝U F ，(W fg 匕 Fc) = 0.15 (300 2000 3370.79 1348.3

23、2) = 1052.87 N 計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 F出和F0 F-0 - (W fg) =0.15 (300 2000) =345N F0 =」oW fg) = 0.2 (300 2000) =460N 3.4 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 計(jì)算最大軸向負(fù)載力Famax Famax =Fy Fj = (1348.32 1052.87)N = 2401.19N 計(jì)算最小軸向負(fù)載力Famin Famin = F-0 = 345N 3.5 定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角口 =1.5。，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程L0=6mm,進(jìn)給傳動(dòng) 鏈的脈沖當(dāng)量

24、6P =0.004mm/P ,則有 p 二 L0 360 p 1.5 6 360 0.004 = 6.25 按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用2級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以分別取i1=3、i2 = 2.1。 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為 Zi=20、Z2=60、Z3=20、Z4=42, 模數(shù)m=Z齒寬b=20mm 3.6 珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 (1)按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間Lh =15000h ,滾珠絲杠的當(dāng)量載荷Fm = Famax = 2370.34N ,查表得載荷系數(shù)fw=1.3;初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為 3級(jí)

25、精 度，取精度系數(shù)fa=1；查表得可靠性系數(shù)fc=1。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm =nmax,已知Vmax =1m/min ,滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 Lo =6mm,則 nmax 1000Vmax 1000 1 Lo = 166.67r/m q 2370.34 1.3 = 3 60 166.67 15000 N =16585.8N 100 1 1 (2)根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知本車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為 40 Nm,重復(fù)定位精度為16 Nm,則 有 max1 =(1 L1) 16」m =5.33_

26、8」m 3 2 iXlL1) 40」m=8_10」m 5 4 取上述計(jì)算結(jié)果白較小值，即6max=5.33Rm。 (3)估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 d2m 滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用一端固定、一端游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺 母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L= 行程+安全行程+2 乂余程+螺母長(zhǎng)度+支承 ?(1.2 ?1.4)行程 + (25?30) L0 取 L=(1.4 X 200+30X 6)mm=460mm d2m 至0.078 =0.078 父 ■. ；max 460—460 “ 廣， 15.54mm 5.33 (4)初步確定滾珠絲杠螺母副的型號(hào)

27、根據(jù)以上計(jì)算所得的L。、Cam、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備 公司生產(chǎn)的FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號(hào)為FF3206-5,其公稱(chēng)直徑d、基本導(dǎo)程L0、 額定動(dòng)載荷Ca和螺紋底徑d2如下： d0 =32mm L0 =6mm Ca=20200N Cam =16585.80N d2 = 27.9mm d2m = 15.54mm 3.7珠絲杠螺母副承載能力校核 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑d2= 27.9mm,已知滾珠絲杠螺母副的最大 受壓長(zhǎng)度Li = 300mm,絲杠水平安裝時(shí)，取 Ki =1/3,查表得（=2,則有 4 一 4 dn . 1 27 9 口 d2 105 J 2

28、 2 105N =448831.21N L； 3 3002 本車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為 Famax=2401.19N，遠(yuǎn) 小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿(mǎn)足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度 L2 =300mm,其彈性模量E=2.1><105 MPa ,密度 P = -x7.8x10^N/mm3 ,重力加速度 g =9.8黑 103mm/s2 滾珠絲杠的g小慣性矩為 I = —d4 =314 27.94 = 29728.05mm4 64 64 滾珠絲杠的最小截面積為 二 2 3.14 2 2 A = —d； 27.92 =611.05mm2

29、 4 4 取K1 =0.8,查表得人=3.927 ,則有 一 2 IX 60 EI cc 60 3.9272 21 105 29728.05 9.8 103 =0.8 2 : _5 2 3.14 3002 7.8 10 611.05 = 4692249r/min 本橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 166.67r/m ,遠(yuǎn)小于其臨 界轉(zhuǎn)速，故滿(mǎn)足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核，滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷Ca=20200N,已知 其軸向載荷Fa =Famax =2401.19N ,滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速n = nmax =166.67r/min ,運(yùn)轉(zhuǎn) a a max

30、max 條件系數(shù)fw=1.2,則有 L =( Ca )3 106 =( Fafw 20200 2401.19 1.2 、3 6 )10 r = 344.533 106 r ^ _ 6 , L 344.533 10 . Lh = = h = 34453h 60n 60 166.67 本車(chē)床數(shù)控化改造后,滾珠絲杠螺母副的總工作壽命 Lh = 34453b > 15000h , 故滿(mǎn)足要求。 3.8計(jì)算器械傳動(dòng)的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量 E =2.1>d05MPa ,滾珠絲杠的底徑d2=27.9mm。 當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離 a =

31、 LY=300mm時(shí)，滾珠絲杠螺 母副具有最小拉壓剛度Ksmin = 427.73N/」m 二 d；E 23.14 27.92 2.1 105 smin ——10 = 4LY 4 300 當(dāng)a = Lj =100mm時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 Ksmax 二 d2E J3 Ksmax -10 4Lj 3.14 27.92 2.1 105 4 100 = 1283.21N/」m 已知滾動(dòng)體直徑dQ = 6.75mm滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=15.軸承接觸角P=60。。軸承最 大軸向工作載荷FBmax =Famax =2401.19N。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度 K

32、b 為： Kb =2 2.34 3 dQZ2FamaxSin” =2 M 2.34M，6.75M152 M 2401.19M (g2 = 654.49N /」m 查表得滾珠與滾道的接觸剛度 K =683N / Rm ,滾珠絲杠的額定動(dòng)載Ca = 20200 N o已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 Famax = 2401.19N則： Kc F 1 =K(_Fm^)3 =683 ( 0.1Ca 2401.19 0.1 20200 1 )3 N /」m = 723.51N/」m  Kmax =0.003689 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 Ksma

33、x Kb Kc 1283.21 654.49 723.51 si iax c 故 Kmax = 723.51N/Nm。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 1 1111 1 1 ——= 一 一 = =0.005248 Kmin Ksmin Kb Kc 427.73 654.49 723.51 故 Kmin =191N/」m 已知扭矩作用點(diǎn)之間的距離L2 = 355mm,滾珠絲杠的剪切模量G=8.1 二 d4G 32L2 x104MPa ,滾珠絲杠的底徑d2=27.9mm,則有 32 355 10* 3.14 27.94 10」2 8.1 104 106 =1

34、3566.04N *m/rad 3.9驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 (1)計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲杠的密度 P = 7.8M10&kg/cm3,則有 n Jr =〉，0.78 10“D：Lj -1.38kg *cm2 j 1 (2)計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知橫向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為 m=30.61kg;絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí) 行部件在軸向移動(dòng)的距離L=0.6cm則 L 2 0.6 2 2 JL =m(——)=30.61 ( - ) =0.28kg，cm 2 二 2 3.14 (3)計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 . . _3 .4_. 2 2

35、 Jz1 = Jz3 =0.78 10 4 2kg ? cm = 0.4kg *cm 3_4_ 2 2 Jz2 =0.78 10 124 2kg*cm2 -32.3kg*cm2 -3 42 4 2 2 Jz4=0.78 10 (—) 2kg，cm =7.8kg，cm 5 (4)計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd , , 1 , . . 、 1 Jd = Jz1 72(Jz2 Jz3) 72 (Jz4 Jr JL ) ii 1 1 = 0.4 (32.3 0.4) 2(7.8 1.38 0.28) 9 6.252 2 =4.275kg *cm (5)計(jì)算折算

36、到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 Tc 已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力 Fa =Famax =2401.19N ,絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī) 床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離L=6mm=0.006m進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i=6.25總效 率4=0.85 ,則有 2401.19 0.006 2 3.14 0.85 6.25 N *m = 0.43N *m (6)計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩 T」 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩 F% =345N ,則有 F-bL 2二 i 345 0.006 2 3.14 0.85 6.25 = 0.062N *m (7)計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到

37、電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 Tf 已知滾珠絲杠螺母副的效率”0 =0.98,滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力Fp為 L 1 L …一 Fp = 一 Famax = 800.4N 3 Tf = FL0(1 - o)= 2二 i( 0) 800.4 0.006 2、 (1 -0.98 )- 2 3.14 0.85 6.25 0.0057N *m 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算。 空載時(shí)(快進(jìn)力矩)，為 TKJ=Tj Tf -(0.062 0.0057)N *m -0.068N *m 切削時(shí)(工進(jìn)力矩)，為 TGJ =Tc Tf =(0.43 0.0057)N *m =

38、 0.436N *m 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表初選130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm = 4.6kg ,cm2 ；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量Jd = 2.8kg *cm2 ；對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)， 一般取加速時(shí)間ta=0.05s。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度v = 1000mm/min運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng) 機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為: nmax 1000 6 6.25r/min = 1041.67r /min Tap 2 二 in max 60 980ta (Jm Jd) 2 3.14 1041.67 6.25 - c c、 = (4.6 2.8) 60 980 0.05

39、-102.9kgf .cm u10.08N .m (8)計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 計(jì)算空載啟動(dòng)力矩Tq q Tq =Tap (T」Tf) =(10.08 0.062 0.0057)N *m = 10.15N，m 計(jì)算快進(jìn)力矩Tkj Tkj =Tj Tf =(0.062 0.0057)N ?m = 0.068N *m 計(jì)算工進(jìn)力矩Tgj Tgj =Tc Tf =(0.43 0.0057)N ?m = 0.44N，m (9)選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算和查表選擇國(guó)產(chǎn)150BF002型電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如下：相數(shù)， 5;步距角，0.75r71.5% 最

40、大靜轉(zhuǎn)矩，13.72N?m；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，9.8kg*cm2 ;最 高空載啟動(dòng)頻率，2800Hz;運(yùn)行頻率，8000Hz;分配方式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts: 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩Tq與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Ts1的關(guān)系 為： Tq —=0.951 Tq 10 15 Ts1 = -^― =-0-^ N *m =10.67N *m 0.951 0.951 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩Tq與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Ts2的關(guān)系 為： T 0.44 Ts2 — N ? m = 1.47 N ? m 0.3 0.3 取Ts1和Ts2中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最

41、大靜轉(zhuǎn)矩 Ts = 10.67N，m。 本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N?m,大于Ts,可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常啟動(dòng)， 故滿(mǎn)足要求。 驗(yàn)算慣量匹配，為了使機(jī)械傳動(dòng)的慣量達(dá)到較合理的匹配， 系統(tǒng)的負(fù)載慣量JL與 伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm之比一般應(yīng)滿(mǎn)足下式： 0.25 < Jd < 1 Jm J 4 725 因?yàn)椤埂?= -- = 0.436 w [0.25,1],故滿(mǎn)足慣量匹配要求。 Jm 9.8 3.10 械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 K = Kmin =191M106N/m,機(jī)床執(zhí)行部件的 質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為 m、ms ,滾珠絲杠

42、螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件 的等效質(zhì)量為md=m + 1/3ms,已知m=30.61kg,則: 2 3 ms 3.22 64 7.8 10 =4.01kg 1 1 md =m — ms=(30.61 — 4.01)kg = 31.95kg 6 31.95 Ko mid 3 3 nc 191 10 一 八 一 rad /s = 2445rad /s 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ? ? ，__ 2 2 2 Js=Ji =(9.8 4.275) 6.25kg *cm =88kg*cm = 0.0088kg *m 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 K

43、s = K@ = 13566.04N ?m/rad , WJ , nt 13566.04 1241.6rad /s 0.0088 由以上計(jì)算可知，絲杠一工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 0nc、扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率6nt都比較高。一般按 *=300rad/s的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械傳 動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿(mǎn)足要求。 3.11 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 (1)計(jì)算器械傳動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū)△ 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值 Kmin =191x106N/mm,導(dǎo)軌的 靜摩擦力為F0 =460N ,則 2Fn 3 2 460 3 3 ：=2、i = 10 = 6 1

44、0 mm =4.82 10，mm 「 Kmin 191 106 即△ =4.82Nm <8Nm ,故滿(mǎn)足要求。 (2)計(jì)算器械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 dkmax 1 1 Q 、kmax=F0(=-「)103 Kmin K max 1 13 _3 =460 ( 6■- 6) 10 =0.71 10 mm 191 10 271 10 即6kmax =0.71Nm <6^m ,故滿(mǎn)足要求。 (3)計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負(fù)載力矩T =Tkj =68N *mm ,扭矩作用點(diǎn)之間的距離 L2 = 355mm, 絲杠底徑d2 = 27.9mm,則有

45、 2 TL2 2 68 355 -7.21 10 42=7.21 10 1=0.0029 d2 27.9 由該扭轉(zhuǎn)變形日引起的軸向移動(dòng)滯后量6將影響工作臺(tái)的定位精度，有 u 0.0029 ? 、=L0 6 mm : 0.05」m 360 360 3.12確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)，本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿(mǎn) 足如下要求： V300p +ep W0.8M（定位精度—6kmax—5） =0.8x（40 — 0.71—0.05）Nm = 31.39Nm ep +Vup M0.8M（定位精度-"max—&）Nm = 31.39N

46、m 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為 3級(jí)，查表得V300p =12Nm ,當(dāng)螺紋長(zhǎng)度約 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 為 350mm寸，e =l3Rm, VUD =12km ； V300P+e0 = 25Nm W31.39Nm ; z p up p p ep Vup =25」mM31.39」m 故滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與橫向進(jìn)給系統(tǒng)類(lèi)似，不在此贅述了。 4進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置， 在絲杠 和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾 道。螺母

47、上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的螺旋 滾道，并在滾道內(nèi)裝滿(mǎn)滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán) 轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)： (1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 0.92-0.96 , 比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的 1/4-/3. (2)若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可 以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 (3)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 (4)具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也可以從直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)

48、運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。 (5)磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 (6)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等組件的加工精度要求高，表面粗糙 度也要求高，故制造成本高。 (7)不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下 降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副， 精度為3級(jí)，兩端采用了小圓螺母 為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。 它是在滾珠螺母 體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè) AL。的導(dǎo)程突變量， 從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。 這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但載荷量須預(yù) 先

49、設(shè)定而且不能改變。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì) 絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求， 其兩端支承的配置情況有：一端軸向 固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠； 一端固定一端 浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng) 絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因 此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種：滾針一推力圓柱滾子組合軸承和接觸角 為60角接觸軸承，在這兩種軸承中，60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者， 而且

50、可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被 廣泛應(yīng)用。滾針一圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 600角接觸軸承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、 一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中 難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線(xiàn)與軸線(xiàn)交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí) 小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。 在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的 60角接觸軸承，組合方式為 DDB 以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲 杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)

51、構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于 熱膨脹量。 4.2 齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)裝置主要由齒輪傳動(dòng)副組成，其任務(wù)是傳遞伺服電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩 和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動(dòng)機(jī)與負(fù)載（工作臺(tái)）之間的扭矩、轉(zhuǎn)速、以及負(fù)載慣量相 匹配，使伺服電機(jī)的高速低扭矩輸出變?yōu)樨?fù)載所需要的低速扭矩。 在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中 還可以計(jì)算所需的脈沖當(dāng)量。 對(duì)傳動(dòng)裝置的總要求是傳動(dòng)精度要求高、 穩(wěn)定性好和靈敏度高（或響應(yīng)速度 快），在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，也應(yīng)從有利于提高這三個(gè)指標(biāo)的角度來(lái)提出設(shè)計(jì) 要求。對(duì)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)而言，傳動(dòng)誤差直接影響數(shù)控裝備的工作精度，因而應(yīng) 盡可能縮短傳動(dòng)鏈、消除傳動(dòng)間隙，以提高傳動(dòng)精度和剛度。對(duì)于死循環(huán)控制系 統(tǒng)，

52、齒輪傳動(dòng)裝置完全在伺服回路中，給系統(tǒng)增加了慣性環(huán)節(jié)其性能參數(shù)將直接 影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無(wú)論是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)還是死循環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)裝 置都將影響整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度（響應(yīng)速度），從這個(gè)角度考慮應(yīng)注意減少摩擦和 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高傳動(dòng)裝置的加速度。 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，除考慮以上要求外，還應(yīng)考慮其傳動(dòng)比分配及傳動(dòng) 級(jí)數(shù)對(duì)傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和執(zhí)行件的失動(dòng)影響。 增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)，可以減少傳動(dòng)慣 量，但級(jí)數(shù)增加，使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動(dòng)效率，增大了噪聲，同時(shí)也 增大了傳動(dòng)間隙和摩擦損失，對(duì)伺服系統(tǒng)不利。因此不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)選 取傳動(dòng)級(jí)數(shù)，而應(yīng)綜合考慮來(lái)選取最佳的傳動(dòng)，而應(yīng)綜合考慮來(lái)選取最佳

53、的傳動(dòng) 級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比。 在數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩、或脈沖當(dāng)量的要求，有 時(shí)要在電動(dòng)機(jī)到絲杠之間加入齒輪傳動(dòng)副， 而齒輪等傳動(dòng)副存在的間隙，會(huì)使進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)反向滯后于指令信號(hào)，造成反向死區(qū)而影響其傳動(dòng)精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 因此，為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，必須消除齒輪副的間隙。 本設(shè)計(jì)采用的是雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。兩片齒輪周向可調(diào)彈簧錯(cuò)齒消除間隙 結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個(gè)寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對(duì)回轉(zhuǎn)。 在兩個(gè)薄片齒輪的端面均勻分布著四個(gè)螺孔，分別裝上凸耳。其中一個(gè)齒輪的端 面還有另外四個(gè)通孔，凸耳可以在其中穿過(guò)，彈簧的兩端分別鉤在凸耳和調(diào)節(jié)螺 釘上。通過(guò)螺

54、母調(diào)節(jié)彈簧的拉力，調(diào)節(jié)完后用螺母鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪 錯(cuò)位，即兩個(gè)薄片齒輪的左右齒面分別貼在寬齒輪槽的左、 右齒面上，從而消除 了齒側(cè)間隙。 4.3 齒輪箱的設(shè)計(jì) 齒輪箱主要把齒輪裝入，通過(guò)軸連接電動(dòng)機(jī)和絲杠。主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)方形的 箱，然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等等。在右側(cè)內(nèi)壁也要加工一個(gè)孔來(lái) 支承軸承。同時(shí)還要通過(guò)兩個(gè)凸耳用螺栓與導(dǎo)軌聯(lián)接。 4.4 床身及導(dǎo)軌 對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，作為主要支承件的床身至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直 接影響著機(jī)床的各項(xiàng)性能指針。它支承著數(shù)控車(chē)床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座 等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理

55、 性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車(chē)床的制造成本； 影響著車(chē)床各部件之間的相對(duì) 位置精度和車(chē)床在工作中各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性， 從而影響著工件 的加工質(zhì)量；還影響著車(chē)床所用刀具的耐用度，同時(shí)也影響著機(jī)床的工作效率和 壽命等。因此，床身特別是數(shù)控車(chē)床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度 / 品質(zhì)比；良好的動(dòng)態(tài)性能；較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；并易于加工制造，裝配等， 才能滿(mǎn)足數(shù)控車(chē)床對(duì)床身的要求。 數(shù)控車(chē)床工作時(shí)，受切削力的作用，床身發(fā)生彎曲，其中，影響最大的是床 身水平面內(nèi)的彎曲。因此，在床身不太長(zhǎng)的情況下，主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi) 的彎曲剛度。所以，在設(shè)計(jì)床身時(shí)，采用與水平面傾斜 45

56、的斜面床身。這種結(jié) 構(gòu)的特點(diǎn)是：（1）在加工工件時(shí)，切屑和切削液可以從斜面的前方（即床身的一側(cè)） 落下，就無(wú)需在床身上開(kāi)排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成一個(gè)完整的斜面。 ⑵ 切屑從工件上落到位于床身前面的排屑器中， 再由排屑器將切屑排出。這樣, 機(jī)床在工作中，排屑性能和散熱性能要好，可以減少床身在工作中吸收由于切削 產(chǎn)生的熱量，從而減少床身的熱變形，使機(jī)床更好地保持加工精度。 （3）由于在 床身上無(wú)需開(kāi)排屑孔，就可以增加與底座連接的床身底面的整體性， 從而可增加 床身底面的剛性?；谝陨咸攸c(diǎn)使得床身抵抗來(lái)自切削力在水平和垂直面內(nèi)的分 力所產(chǎn)生的彎曲變形能力，以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯

57、著增強(qiáng)。從而 大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。 床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下，床身的變 形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。 材料、截面相同，但形狀不同 的床身，截面的慣性矩相差很大。截面積相同時(shí)，采用空形截面，加大外輪廓尺 寸，在工藝允許的情況下，盡可能減小壁厚，可以大大提高截面的抗彎和抗扭剛 度；矩形截面的抗彎剛度高于圓形截面， 但圓形截面的抗扭剛度較高；封閉截面 的剛度顯著高于不封閉截面的剛度。 為此，在設(shè)計(jì)床身截面時(shí)，綜合考慮以上因 素，在滿(mǎn)足使用、工藝情況下，采用空心截面，加大輪廓，減小壁厚，采用全封 閉的類(lèi)似矩形的床身截面形式，同時(shí)，為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度/

58、重量比，在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)較小的類(lèi)似圓形截面。 床身與導(dǎo)軌為一體，床身材料的選擇應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好 的減震性和耐磨性，易于鑄造和加工。床身材料采用機(jī)械性能優(yōu)良的 HT25Q其 硬度、強(qiáng)度較高，耐磨性較好，具有很好的減震性。 車(chē)床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造 方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大且磨損快，動(dòng)、靜摩擦系 數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車(chē)床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌，而 是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。 它們具有摩擦性 能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高

59、、 抗撕傷能力強(qiáng)、低速時(shí)不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低等 優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)機(jī)床上都有應(yīng)用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌上。 塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對(duì)偶摩擦副。 機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機(jī)床的加工精度、工作能力和使用壽 命。導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。車(chē)床的床身導(dǎo)軌屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌與支承的靜導(dǎo)軌之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、 矩形、燕尾形和圓形，并可互相組合。 由于矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，剛度高，承載能力大，具有兩個(gè)相垂直的導(dǎo)軌面。且兩 個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝。再將矩形整體傾

60、斜 45。后，側(cè) 面磨損能自動(dòng)補(bǔ)償，克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜毕荩?使其導(dǎo)向性 更好。本次設(shè)計(jì)我采用的是燕尾槽導(dǎo)軌。 鑲條是用來(lái)調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲 條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力 矩。如圖4.1 ,是用磨或刮壓板3的e面和d面來(lái)調(diào)整間隙。壓板的d面和e面 用空刀槽分開(kāi)，間隙大磨刮d面，太緊時(shí)則修e面。這種方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，應(yīng)用較 多，但調(diào)整時(shí)比較麻煩。 29 圖4.1鑲條 4.5 中間軸的設(shè)計(jì) 中間軸上的齒輪是電機(jī)輸出與滾珠絲杠的傳力結(jié)構(gòu), 它主要通過(guò)鍵連接齒輪 2和齒輪3.

61、所以要設(shè)計(jì)鍵槽，可設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽為兩個(gè)齒輪傳力。 4.6 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠兩端有軸承端蓋，它的作用是軸承外圈的軸向定位，和防塵和密封, 除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達(dá)到密封的作用。左側(cè)端蓋因 為滾珠絲杠要通過(guò)所以設(shè)計(jì)了一個(gè)孔用氈墊來(lái)封油。 右邊可以設(shè)計(jì)成封閉式的端 蓋可以減小加工難度。 總結(jié)與體會(huì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與運(yùn)用， 是對(duì)以前每門(mén)課程 設(shè)計(jì)的綜合，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的徹底檢驗(yàn)。剛開(kāi)始選擇課題的時(shí)候，我因?yàn)閷?duì)數(shù)控 機(jī)床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控機(jī)床方面的課題。 我所在的組設(shè)計(jì)的是一 臺(tái)數(shù)控車(chē)床，我主要對(duì)其中的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)

62、行設(shè)計(jì)。開(kāi)始設(shè)計(jì) 之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車(chē)床方面的知識(shí)， 對(duì)數(shù)控車(chē)床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨 勢(shì)有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識(shí)。 設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校 的一些數(shù)控車(chē)床進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)并結(jié)合自 己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究， 并通過(guò)查閱資料和相關(guān)圖冊(cè)，設(shè) 計(jì)出了滿(mǎn)足數(shù)控車(chē)床需要的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵， 是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合 的過(guò)程。在近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我更加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性， 只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我參考了一些圖紙，在參考 的基礎(chǔ)上，理解并

63、分析其優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)自己其中不合理的部分進(jìn)行了充 分改進(jìn)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己在查閱數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)據(jù)、中英文翻譯、運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知 識(shí)及CA港圖等方面的能力有了較大地提高，對(duì)如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來(lái)有了 較深刻的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)了原來(lái)學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作 打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識(shí)。 總之，這次設(shè)計(jì)順利完成使我受益匪淺， 不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西， 而 且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會(huì)打下了深厚的基礎(chǔ)。同時(shí)也使我懂得了一個(gè) 真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 致謝詞 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師郭老師。郭老師平日里工作繁多，但在我做畢 業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階

64、段，從查閱數(shù)據(jù)到設(shè)計(jì)草案的確定和修改， 中期檢查，后期詳細(xì) 設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣， 但是郭老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩郭老師的專(zhuān)業(yè)水平外，她的 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣， 并將積極影響我今后的學(xué)習(xí) 和工作。其次要感謝我的同學(xué)對(duì)我無(wú)私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正 因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母校--日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，是母 校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位 老師，是你們教會(huì)我專(zhuān)業(yè)識(shí)。在此，我再說(shuō)一次謝謝！謝謝大家！ ！ ！。 【參考文獻(xiàn)】 [1]范超毅.數(shù)控

65、技術(shù)課程設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007. [2]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001. [3]劉朝儒.機(jī)械制圖.[M]北京：高等教育出版社，2001. [4]鄧志平.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).[M]成都：西南交通大學(xué)出版社，2004. [5]胡秋.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2004 (6) : 55-56. [6]鄒小琦.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)，1997(4) : 84-87. [7]王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn).現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003. [8]陳立德，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).3版.北京：高等教育出版社,2007 [9]徐曉峰，電機(jī)及拖動(dòng).北京：高等教育出版社,2004 [10]楊長(zhǎng)能，電力拖動(dòng)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996