機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-Φ125專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-Φ125專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-Φ125專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】（40頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、I I 摘 要 目前，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控車床正處于由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過 渡的關(guān)鍵時(shí)刻，而125 專用儀表數(shù)控車床是常用的數(shù)控車床之一。而125 專用儀表數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是該型車床的關(guān)鍵部件之一。本設(shè)計(jì)即根據(jù) 125 專用儀表數(shù)控車床技術(shù)規(guī)格和主要機(jī)構(gòu)對(duì)橫向和縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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：機(jī)床功率和電動(dòng) 機(jī)選用，滾珠絲杠副選用與計(jì)算校核，方案設(shè)計(jì)即提出縱向和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行有關(guān)軸和齒輪強(qiáng)度、剛度校核，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)選擇以及必要的 參數(shù)校核計(jì)算等。 關(guān)鍵詞：儀表車床、數(shù)控、傳動(dòng)系統(tǒng) 全套圖紙，加全套圖紙，加 1538937

2、06153893706 II II Abstract At present, our country CNC system and CNC lathe is in by the research development phase to the popularization and application of key transitional stage moments, but125 special instrument used CNC lathe is one of the CNC lathe. And125 special instrument CNC lathes in trans

3、mission mechanism of this type of lathe is one of the key components. This design is125 special instrument according to technical specifications and CNC lathe of major institutions horizontal and vertical lathe to carry on the design. In the design of the detailed specific selection and calculation

4、of various components, such as: machine tool power and motor selection, ball screw vice selection and calculation checking, plan design will give longitudinal and transverse lathe, the design of gear on axis and the strength, stiffness checking related parameters selection, and the necessary paramet

5、ers such as check calculation. Keywords: Instrument lathe、CNC、drive system IIIIII 目 錄 摘 要I AbstractII 第 1 章 緒論 .1 1.1 本課題研究的目的與意義 .1 1.2 專用儀表數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 .1 1.3 國(guó)內(nèi)外儀表數(shù)控車床的發(fā)展?fàn)顩r .3 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 .4 2.1 專用儀表數(shù)控車床的工作原理 .4 2.2 專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案 .5 第 3 章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .7 3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .7 3.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) .7 3.1.2 切

6、削力計(jì)算 .8 3.1.3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 .10 3.1.4 選擇步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算 .13 3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .15 3.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .15 3.2.2 切削力計(jì)算 .16 3.2.3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 .17 3.2.4 選擇伺服電機(jī)的有關(guān)計(jì)算 .20 第 4 章 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .23 4.1 床身和導(dǎo)軌 .23 4.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) .26 4.2.1 滾珠絲杠螺母副的形式 .26 4.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算 .28 結(jié) 論 .33 致 謝 .34 參考文獻(xiàn) .35 IVIV CONTENTS Abstract.I Abstract.

7、II Chapter 1 Introduction1 1.1 This subject is the purpose of the research and meaning.1 1.2 Special instruments nc machine tools profile.1 1.3 Instruments both at home and abroad the development conditions of the CNC lathe.3 Chapter 2 The overall design scheme.4 2.1 Special instruments numerical co

8、ntrol lathe principle of work4 2.2 Special instruments numerical control lathe feed movement design scheme5 ChapterChapter 3 3 In the design of the system and calculated7 3.1 The longitudinal into to the design of the system and calculated 7 3.1.1 In system design longitudinal7 3.1.2 Cutting force c

9、alculation.8 3.1.3 Cutting force calculation.10 3.1.4 Choose the step motor relevant calculation.13 3.2 Traverse system design and calculation.15 3.2.1 Traverse the design of the system.15 3.2.2 Cutting force calculation.16 3.2.3 Ball screw design calculation17 3.2.4 Choose the step motor relevant c

10、alculation.20 Chapter 4 The design of the structure of the system 23 4.1 Lathe bed and guide rail.23 4.2 Ball screw nut pair of design26 4.2.1 Ball screw nut pair of form .26 4.2.2 Ball screw nut pair of computation.28 Conclusion33 Thanks34 References35 1 1 第 1 章 緒論 1.1 本課題研究的目的與意義 125 專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)

11、計(jì)，是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門的要求 和制造部門的可能，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，所進(jìn)行的創(chuàng)造性的勞動(dòng)。隨著 生產(chǎn)的發(fā)展，使用部門對(duì)專用儀表數(shù)控車床的要求也在不斷地提高，而科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)使用要求的條件，從而 使專用儀表數(shù)控車床的設(shè)計(jì)與制造獲得了迅速的發(fā)展。這樣，既可以加快設(shè)計(jì) 進(jìn)程，又可以得到比較理想的設(shè)計(jì)方案。 當(dāng)今世界工業(yè)國(guó)家數(shù)控技術(shù)的擁有量反映了這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)能力和國(guó)家實(shí) 力。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工 業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 ,他對(duì)國(guó)計(jì)民生 的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)

12、療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。 目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家，但是我們的機(jī)床數(shù)控化率僅達(dá) 到 1.9%左右，這是與西方工業(yè)國(guó)家一般能達(dá)到 20%的差距太大。數(shù)控化率低， 已有數(shù)控機(jī)床利用率，開動(dòng)率低，是發(fā)展我國(guó) 21 世紀(jì)制造業(yè)的必須首先解決 的最緊要的任務(wù)。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍 然存在很多不足。我國(guó)數(shù)控技術(shù)研究起步晚，質(zhì)量、技術(shù)含量等與國(guó)際技術(shù)水 平相差甚遠(yuǎn)，進(jìn)口劃片機(jī)價(jià)格昂貴，進(jìn)行自主研發(fā)、提高國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn) 質(zhì)量是極其必要且有意義的。因此提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控技術(shù)的總體水平，將使我國(guó)的 工業(yè)水平提高到一個(gè)新的檔次。 1.2 專用儀表數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 我國(guó)目

13、前儀表機(jī)床總量 180 余萬(wàn)臺(tái)，而其中專用儀表數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 1.34 萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)儀表機(jī)床數(shù)控化率不到 3。近 10 年來，我國(guó)專用儀表數(shù) 控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.20.4 萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為 6 億元。儀表機(jī)床的數(shù)控化率 僅為 6。這些儀表機(jī)床中,役齡 10 年以上的占 60以上；10 年以下的機(jī)床 2 2 中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到 20，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó) 和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60以上） ?？梢娢覀兊拇蠖鄶?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)的儀表機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上 的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直

14、接影響 一個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高儀表機(jī)床的數(shù)控化率。 而相對(duì)于傳統(tǒng)儀表車床，數(shù)控儀表機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： 1)可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、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 37 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)多工序的集中，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)間無 人看管加工。 因此，采用專用儀表數(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

15、求作出快速反應(yīng)。此外，專用儀表機(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)。而125 專用儀表數(shù)控車床是常用的數(shù)控車床之一。而該專用儀表數(shù)控車 床的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是該型車床的關(guān)鍵部件之一。本設(shè)計(jì)即根據(jù)125 專用儀表 數(shù)控車床技術(shù)規(guī)格和主要機(jī)構(gòu)對(duì)橫向和縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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：機(jī)床功率和電動(dòng)機(jī)選用，滾珠 絲杠副選用與計(jì)算校核，方案設(shè)計(jì)即提出縱向和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn) 行有關(guān)軸的強(qiáng)度、剛度校核，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)

16、選擇以及必要的參數(shù)校核計(jì)算及繪 制裝配圖和典型零件圖等。設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)， 解決工程實(shí)際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(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。1,6 3 3 1.3 國(guó)內(nèi)外儀表數(shù)控車床的發(fā)展?fàn)顩r 數(shù)控車床集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的 機(jī)電一體化

17、產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性 化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。數(shù)控車床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量 和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要 標(biāo)志之一。專用儀表數(shù)控車床是數(shù)控車床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占 有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國(guó)的普遍重視并得到了迅速的發(fā) 展。 儀表數(shù)控車床就是指采用了數(shù)控技術(shù)，用數(shù)字指令控制的機(jī)床。刀具移動(dòng) 軌跡的信息用代碼化的數(shù)字指令穿孔在紙帶或卡片上，或者記錄在磁帶等控制 媒體上，該信息送入數(shù)控裝置，經(jīng)過處理與計(jì)算，發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī) 床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，按工件圖紙要求的形狀與

18、尺寸精度，自動(dòng)地把零 件加工出來。而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指價(jià)格低廉，操作使用方便，適合我國(guó)國(guó) 情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。 目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控儀表車床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已 進(jìn)入實(shí)用和全面發(fā)展階段。 專用儀表數(shù)控車床與國(guó)外廣泛采用的普及的儀表 數(shù)控車床相比，技術(shù)含量較低，由于是大多數(shù)采用立式 4 工位刀架，定位精度 低，刀具數(shù)少，加工范圍較窄，加工精度較低，有一定的使用局限性。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)，在加工制造方面， 采用計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)；從在一臺(tái)設(shè)備上如何提高自動(dòng)化程度來 考慮，出現(xiàn)了多軸數(shù)控系統(tǒng)；從一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)控制來考

19、慮，出現(xiàn) 了加工中心；從計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度高來考慮，出現(xiàn)了群控系統(tǒng)或直接控制系統(tǒng)； 從程序編制來考慮，出現(xiàn)了自動(dòng)編程語(yǔ)言系統(tǒng)；從切削過程是否達(dá)到最佳狀態(tài) 來考慮，出現(xiàn)了自適應(yīng)控制數(shù)控車床；從機(jī)械加工高度自動(dòng)化的方面來考慮， 出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)（FMS） ；從高性能的電子器件方面來考慮，用于一般的 計(jì)算機(jī)工業(yè)中的各種處理器、存儲(chǔ)器、通信鏈路以及高分辨率的彩色陰極射線 管顯示器、平面彩色液晶顯示器等，正在結(jié)合到數(shù)控產(chǎn)品中；數(shù)控運(yùn)動(dòng)控制導(dǎo) 致的另一發(fā)展趨勢(shì)是伺服控制電路與數(shù)控相結(jié)合。 4 4 第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案 本章提出設(shè)計(jì)的總體方案主要是針對(duì)這臺(tái)儀表車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，分析 典型的專用儀表數(shù)控車

20、床的工作原理，解釋如何使滑鞍機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)軸向 和橫向移動(dòng)。最終確定具體重要零件的選取方案。 2.1 專用儀表數(shù)控車床的工作原理 專用儀表數(shù)控車床的工作原理簡(jiǎn)單，首先要將被加工零件圖上的幾何信息 和工藝信息數(shù)字化，也就是根據(jù)零件形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等技術(shù)要 求制定加工工藝，選擇加工參數(shù)，將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過程中 主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作， 按規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序嗎，然后送入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)則按照 程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主 軸及相關(guān)的輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)

21、動(dòng)，自動(dòng)完成零件的 加工，如圖 2-1 所示。 圖 2-1 專用儀表數(shù)控車床系統(tǒng)原理圖 5 5 2.2 專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案 專用儀表數(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)間過長(zhǎng)。 專用儀表數(shù)控車床，對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞矫?來實(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。專用儀表數(shù)控 車床的進(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，專用儀表數(shù)控車床與普通的儀表車床相比應(yīng)具有更好的精度。以確保機(jī) 械傳動(dòng)系

22、統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為： 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)到跟蹤指令。 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)盡量滿足低振動(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、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)元件。 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)這臺(tái)儀表車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，此進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì)方案如圖 2-2 所示： 6 6 圖 2-

23、2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案 對(duì)于數(shù)控車床一般采用功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一般縱向快移速度6m/min, 橫向快移速度不大于 3m/min 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖當(dāng)量值通常為：縱向 0.01mm,橫向 0.005mm，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。 2,5,7 7 7 第 3 章 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 125 專用儀表數(shù)控車床一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜 板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的布置可放在絲杠的任意一端。如圖 3-1 所示。9,10 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) 變速箱 車床主軸箱 橫向進(jìn)給伺服電機(jī) 變速箱 工件 縱向

24、絲杠 橫向絲杠 圖 3-1 125 專用儀表數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案圖 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由文獻(xiàn)6可知，取125 專用儀表車床的參數(shù)如下： 工作臺(tái)重量： 800WN 時(shí)間常數(shù)： 25Tms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： 0 5Lmm 8 8 行程： 870Smm 脈沖當(dāng)量：=0.005mm/step p 步距角： = 1 4 =0.8 0.750.85 =0.96 =4 0.8 0.96=3.072 100/ min =0.4/ =125 =15000 =45968 =1130/ =0.0 030.004 C i a C NkW K NkW vm fmm r Dmm Th CN KNm

25、f E : : 快速進(jìn)給速度： =2m/min max v 3.1.2 切削力計(jì)算 由文獻(xiàn)10可知，切削功率KNNC 式中電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N4NkW 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為，取0.750.85:=0.8 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96K 則 =4 0.8 0.96=3.072 C NkW 9 9 又因?yàn)?所以 6120 vF N Z C v N F C Z 6120 式中 v切削線速度，取100/ minvm 主切削力 6120 3.072 =1880 100 Z FN 由文獻(xiàn)11可知，主切削力 zz z z F Y X pFZ KfaCF F F 查表得 zzzz 1,0.75

26、,1,1880 FFFF XYKCMPa 則可計(jì)算如下表所示 Z F 表 3-1 (mm) p 111 f (mm)0.2 0.30.4 （N） Z F 112515231891 當(dāng)時(shí)，切削深度,走刀量,以此參數(shù)作為下=1880 Z FN=2 p amm=0.4/fmm r 面計(jì)算的依據(jù)。 由文獻(xiàn)10可得知，在一般外圓車削時(shí)： , ZX FF)6 . 01 . 0( ZY FF)7 . 015 . 0 ( 取 0.50.5*1880940 XZ FF 0.60.6*18801128 YZ FF 1010 3.1.3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 由文獻(xiàn)6可知，綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： )( WFfKFP

27、 ZX 式中 K=1.4,=0.2 f 則 =1.4940+0.2(940+800)=1664NP 1. 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值 6 10 60 ii i Tn L 00 1000 DL vf L fn ni 主 取工件直徑 ，查表得=125Dmm=15000 i Th 則r/min 4 . 20 512514 . 3 4 . 01001000 i n 5 . 22 10 15000 4 . 2060 6 i L 最大動(dòng)負(fù)載 Hwi fPfLQ 3 查表得 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)1, 2 . 1 Hw ff硬度系數(shù) 則 3 22.5 1.2 1 16645637.18Q 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的

28、型號(hào)。由文獻(xiàn)7,8可知，型 號(hào)：CDM3205-E。絲杠公稱直徑為32mm，基本導(dǎo)程PK=10mm，其額定動(dòng)載 荷，額定靜載荷，圈數(shù) 列數(shù)=1.5 2，絲杠螺母副的=16917 a CN 1=45968a CN 接觸剛度為，絲杠底=1130/ C KNm 1111 徑 27. 9mm，螺母長(zhǎng)度為 112mm，取絲杠的精度為 E 級(jí)。在本設(shè)計(jì)中采用雙 螺母墊片預(yù)緊。兩邊軸承分別為20mm 的深溝球軸承，型號(hào) 6204。25mm 的角接觸球軸承，型號(hào) 7305C。 2. 效率計(jì)算 由文獻(xiàn)12可知，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 )( tg tg 滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù),其摩擦角=，螺=0.0030.00

29、4f:arctgf 10 旋升角 192 則9328 . 0 )10192( 192 tg tg 3. 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，因 0 L 滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量較小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載 P 引起 的導(dǎo)程的變化量 EF PL L 0 1 式中cm，E=20.65 . 0mm5 0 L 26 cm/10 滾珠絲杠截面積 222 cm74 . 7 14 . 3 ) 2 14 . 3 () 2 ( d F “+”用于拉伸時(shí)， “-”用于壓縮時(shí)。 則 6 1 6 1664 0.5 5.22 10 cm 20.6 107.74 L 滾珠絲杠受扭矩引

30、起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即 =， 2 LL 1 L 所以，導(dǎo)程變形總誤差為 6 0 100100 5.22 1010.44/ 0.5 Lm m L 查表知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m 長(zhǎng)）為 15m/m,故剛度足夠。 1212 4. 穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠的支承方式對(duì)絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并 對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計(jì)中采用兩端 固定的支承方式。 長(zhǎng)壓杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)荷可依據(jù)材料力學(xué)中的歐拉公式計(jì)算： 2 2 () () K EI PN uL 式中 E材料的彈性模量 鋼=21106( )；E 2 /Ncm L絲杠工作長(zhǎng)度(cm)； u

31、絲杠軸端系數(shù)，u=1/2 I絲杠最小截面慣性矩()： 4 cm 44 20 (1.2) 6464 w Iddd 式中 d0絲杠公稱直徑(cm)； dw滾珠直徑(cm)。 44 2.843.19 64 Icm 則)( 8 . 264197 )1005 . 0( 19 . 3 1021 2 62 NPK 臨界負(fù)載與工作負(fù)載P之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) k n 45.20640 16 . 0 80 8 . 264197 k KK k n Wf P P P n 一般，對(duì)于水平絲杠，考慮自重影響可取2.54 k n max1a FFF 則該壓杠安全，不致失穩(wěn)。 1313 3.1.4 選擇步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算

32、1. 計(jì)算降速比 根據(jù)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 = 0 75 . 0 04 . 1 01 . 0 360 575 . 0 360 h p i 式中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，（0）/step 脈沖當(dāng)量，mm/step 絲杠螺距，mm h p 2. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 (1) 計(jì)算絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 s J 44442 0 7.8 107.8 103.2150122.68Jsd lcm (2) 計(jì)算工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 w J 222 180 180 0.005 ()()800.46 3.14 0.75 p w JWcm (3) 負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2 2 22 11 ()0.58(4.9

33、122.68)122.52 1.04 rWS JJJJcm i 3. 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 (1) 計(jì)算加速力矩 a M 4 10 9.6 r a J n MN m T 當(dāng)， aa MMnn maxmax時(shí)， max max 0 5000 1.04 1040 / min 5 vi nr L 1414 4 max 12.252 1040 105 3 9.6 0.025 a MN m = . 當(dāng) aatt MMnn時(shí)， 0 1000 1000 100 0.3 1.04 21.20 / min 53.14 125 5 i i t v f n f D nr L 主 4 12.252 21.20 100.11

34、 9.6 0.025 at Mm i WLf i LF M f 22 0 00 當(dāng)時(shí)2 . 0, 8 . 0 f 0.2 80 0.5 0.152 2 3.14 0.8 1.04 f Mm )1 ( 2 2 0 00 0 i LP M 當(dāng)時(shí)預(yù)加載荷，9 . 0 0 x FP 3 1 0 則 i LF i LP M X 6 )1 ( )1 ( 2 2 00 2 0 00 0 = =0.0569Nm69 . 5 569 . 0 04 . 1 8 . 014 . 3 6 )9 . 01 (5 . 094 2 =0.8995Nm95.89 04 . 1 8 . 014 . 3 2 5 . 094 2

35、0 i LF M X t 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 =5.3+0.152+0.0569=5.5089Nm 0max MMMM fa 切削時(shí)所需力矩 1515 =1.26+0.152+0.0569+0.8995=2.3684NmM tfat MMMM 0 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩=0.153+0.0569=0.2099Nm 0 MMM f 由以上分析可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)=5.5089Nm max M Nm77.13 4 . 0 5089 . 5 4 . 0 max M Mq (2) 選取電動(dòng)機(jī) 為滿足最小步距要求,電動(dòng)機(jī)選用五相十拍工作方式,查表知, 866 . 0 / jmq MM

36、所以,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Nm，90.19 866 . 0 77.13 866 . 0 q jm M M 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率HZ。 7 . 6666 005 . 0 60 2000 60 1000 max max p v f 根據(jù)以上計(jì)算，綜合考慮,查表選用 130BF003 型電機(jī)。其安裝尺寸及相關(guān)參數(shù) 可由手冊(cè)中直接查處，此處不再一一列出。 在儀表數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接是儀表數(shù) 控車床穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)之一。目前，在直線進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 與滾珠絲杠的連接方式主要有聯(lián)軸器、套筒、齒輪和同步帶。根據(jù)本設(shè)計(jì)的初 始結(jié)構(gòu)與要求，縱向進(jìn)給選擇采用同步帶將伺服電

37、動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠相連。 3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 125 專用儀表數(shù)控車床的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電 機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法 蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 1616 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，所用到的公式不再詳細(xì)說明，只計(jì) 算結(jié)果。 由文獻(xiàn)6可知，取125 專用儀表數(shù)控車床的參數(shù)如下： 工作臺(tái)重量： 300WN 時(shí)間常數(shù)： T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =5mm 0 L 行程： 230Smm 脈沖當(dāng)量：=0.005mm/

38、step p 步距角： = 75 . 0 快速進(jìn)給速度： =1m/min max v 3.2.2 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的，則切削力約為縱向的 1/3。3/1, 3/12/1取 1880=627N 3 1 z F 由文獻(xiàn)11可知，主切削力 zz z z F YX pFZ KfaCF F F 查表得 MPa1880, 1,75 . 0 , 1 zzzzFFFF CKYX 則可計(jì)算如下表所示 Z F 1717 表 3-2 (mm) p 111 f (mm)0.2 0.30.4 （N） Z F 562761945 當(dāng)=627N 時(shí)，切削深度=1mm,走刀量f=0.3mm/r,以此參數(shù)作為下面計(jì)

39、算 Z F p a 的依據(jù)。 切斷工件時(shí)：=0.5 627=313.5N Zy FF5 . 0 3.2.3 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于綜合型導(dǎo)軌： )( WFfKFP Zy 式中 K=1.4,=0.180.22,取為 0.2 f 則 P=1.4 313.5+0.2 (627+400)=644N 壽命值 6 10 60 ii i Tn L 1818 00 1000 DL vf L fn ni 主 取工件直徑 D=125mm，查表得=15000h i T 則 min/ r38.20 512514 . 3 4 . 01001000 i n 3 . 18 10 1500038.2060 6

40、 i L 最大動(dòng)負(fù)載 Hwi fPfLQ 3 查表得 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)1, 2 . 1 Hw ff硬度系數(shù) 則 N 5 . 203664412 . 1 3 . 18 3 Q 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。由文獻(xiàn)7,8可知，型 號(hào)： CDM3205-E。絲杠公稱直徑為20mm，基本導(dǎo)程PK=10mm，其額定動(dòng) 載荷 Ca =16917N，額定靜載荷 Cal=45968N，圈數(shù) 列數(shù)=1.5 2，絲杠螺母副 的接觸剛度為 Kc=1130N/m，絲杠底徑 15.9mm，螺母長(zhǎng)度為 112mm，取絲杠 的精度為 E 級(jí)。在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊。軸承為17mm 的深溝球軸 承，型號(hào) 6203

41、。 2. 效率計(jì)算 由文獻(xiàn)12可知，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 )( tg tg 滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù),其摩擦角=，螺0 0030 004f:= arctgf 10 旋升角 192 則9328 . 0 )10192( 192 tg tg 3. 剛度驗(yàn)算 1919 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 EF PL L 0 1 式中E=20.6N/cm2，cm5 . 0 0 L 6 10 滾珠絲杠截面積 222 1.925 ( )()3.142.91 22 d Fcm “+”用于拉伸時(shí)， “-”用于壓縮時(shí)。 則 6 1 6 644 0.5 5.4 10 20.6 102.91 Lcm 滾珠絲

42、杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即 =，所 2 LL 1 L 以， 導(dǎo)程變形總誤差為 6 0 100100 5.4 1010.8 0.5 Lm m L / 查表知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m 長(zhǎng)）為 15m/m,故剛度足夠。 4. 穩(wěn)定性驗(yàn)算 絲杠的支承方式對(duì)絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對(duì)絲 杠進(jìn)行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計(jì)中采用兩端固定 的支承方式。 長(zhǎng)壓杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)荷可依據(jù)材料力學(xué)中的歐拉公式計(jì)算： （N） 2 2 )(uL EI PK 式中 E材料的彈性模量 E鋼=21106(N/cm2)； L絲杠工作長(zhǎng)度(cm)； u絲杠軸端系數(shù)，

43、u=1/2 I絲杠最小截面慣性矩()： 4 cm 44 20 (1.2) 6464 w Iddd 2020 式中 d0絲杠公稱直徑(cm)； dw滾珠直徑(cm)。 44 cm35 . 0 64 . 1 64 I 則（N）29394 )1005 . 0( 35 . 0 1021 2 62 K P 臨界負(fù)載與工作負(fù)載P之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) k n 5 . 4592 16 . 0 40 29394 k KK k n Wf P P P n 一般，對(duì)于水平絲杠，考慮自重影響可取2.44 k n4 k n 則該壓杠安全，不致失穩(wěn)。 3.2.4 選擇伺服電機(jī)的有關(guān)計(jì)算 1. 計(jì)算降速比 根據(jù)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)

44、量，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 = 0 75 . 0 08 . 2 005 . 0 360 575 . 0 360 h p i 式中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，（0）/step 脈沖當(dāng)量，mm/step 絲杠螺距，mm h p 2. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 (1) 計(jì)算絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 s J 2121 44442 0 7.8 107.8 10215018.72Jsd lcm (2) 計(jì)算工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 w J 222 180 180 0.005 ()()400.584 3.14 0.75 p w JWcm (3) 負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 )( 1 2 2 SWr JJ i JJ 2 2 1 30.584(7

45、7.7 18.72)26.86 2.08 cm 3. 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 (1) 計(jì)算加速力矩 a M 4 10 9.6 r a J n Mm T 當(dāng)， aa MMnn maxmax時(shí)， max max 0 1000 2.08 416 / min 5 vi nr L =0.465Nm 4 max 10 025 . 0 6 . 9 416686 . 2 a M 當(dāng) aatt MMnn時(shí)， 0 1000 1000 100 0.3 2.08 31.80 / min 53.14 125 5 i i t v f n f D nr L 主 4 2.686 31.80 100.036 9.6 0.025 at

46、Mm i WLf i LF M f 22 0 00 當(dāng)時(shí)2 . 0, 8 . 0 f 2222 0.2 40 0.5 0.038 2 3.14 0.8 2.08 f Mm )1 ( 2 2 0 00 0 i LP M 則 i LF i LP M y 6 )1 ( )1 ( 2 2 002 0 00 0 = =0.0095Nm95 . 0 095 . 0 08 . 2 8 . 014 . 3 6 )9 . 01 (5 . 035.31 2 =0.015Nm5 . 1 08 . 2 8 . 014 . 3 2 5 . 035.31 2 0 i LF M y t 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 =0.4

47、65+0.038+0.0095=0.5125Nm 0max MMMM fa 切削時(shí)所需力矩 M=0.036+0.038+0.0095+0.015=0.0985Nm tfat MMMM 0 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩=0.038+0.0095=0.0475Nm 0 MMM f 由以上分析可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)=0.5125Nm max M Nm281 . 1 4 . 0 5125 . 0 4 . 0 max M Mq (2) 選取電動(dòng)機(jī) 為滿足最小步距要求,電動(dòng)機(jī)選用五相十拍工作方式，查表知 866 . 0 / jmq MM 所以,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Nm479 . 1 866 . 0 28

48、1 . 1 866 . 0 q jm M M 2323 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率HZ 3 . 33333 005 . 0 60 1000 60 1000 max max p v f 根據(jù)以上計(jì)算，綜合考慮,查表選用 110BF003 型電機(jī)。其安裝尺寸及相關(guān) 參數(shù)可由手冊(cè)中直接查處，此處不再一一列出。 在儀表數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接是儀表數(shù) 控車床穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)之一。目前，在直線進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 與滾珠絲杠的連接方式主要有聯(lián)軸器、套筒、齒輪和同步帶。根據(jù)本設(shè)計(jì)的初 始結(jié)構(gòu)與要求，橫向進(jìn)給選擇采用套筒將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直連。 第 4 章 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

49、 4.1 床身和導(dǎo)軌 1. 床身 對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，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)性能指標(biāo)。它支撐著數(shù)控車床的床頭箱，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) 的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本；影響著車床各部件之 間的相對(duì)位置精度和車床在工作中各運(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；還影響著車床所用刀具的耐用度，同時(shí)也影響著機(jī)床 2424 的工作效率和壽命等。因此，床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度 和較高的剛度/質(zhì)量比；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

50、工制造，裝配等，才能滿足數(shù)控車床對(duì)床身的要求。 數(shù)控車床工作時(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，就無需在床身上開排屑孔，這樣，床身斜面就可以做成一個(gè) 完整的斜面。(2)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

51、好地保持 加工精度。(3)由于在床身上無需開排屑孔，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。基于以上特點(diǎn)使得床身抵抗來自切 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及抗扭慣性矩有 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；

52、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/重量比，在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)較 小的類似圓形截面如圖4-1。 2525 圖4-1 床身結(jié)構(gòu) 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 HT250，其硬度、強(qiáng)度較高，耐磨性較好，具有很好的減震性。3,4 2. 導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制 造方便、接

53、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、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。車床的床身導(dǎo)軌屬

54、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。再將矩形整體傾斜 2626 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。 綜上，本數(shù)控銑床對(duì)導(dǎo)軌的確定方案為：工作臺(tái)的導(dǎo)軌采用三角形導(dǎo)軌， 在與之相配的動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼聚四氟乙烯（PT-FE）導(dǎo)軌板。同時(shí)采用斜鑲 條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面的間隙，在背板上通過設(shè)計(jì)偏心輪結(jié)構(gòu)來消除導(dǎo)軌背面與背 板的間隙，并在

55、與工作臺(tái)導(dǎo)軌相接觸的斜鑲條接觸面上和背板接觸面上貼塑。 圖 4-2 為三角形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比其他導(dǎo)軌低， 承載能力高，加工、檢驗(yàn)和維修都方便，而被廣泛地采用。特別是數(shù)控機(jī)床， 三角形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。 滾珠絲杠 螺栓 鑲條 圖 4-2 三角形導(dǎo)軌 鑲條是用來調(diào)整三角形形導(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)。8 2727 4.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 4.2.1 滾珠絲杠螺母副的形式 滾珠絲杠螺母副是直線運(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

56、旋 滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的 螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，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)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

57、。也就是說，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。滾珠絲杠和螺母等元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)采用的是外循環(huán)的絲杠螺母副，精度為E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)緊方式為雙螺母墊片消除間隙方法。它是改 變墊片的厚度尺寸，可使雙螺母重新獲得所需預(yù)緊力而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方 法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性高，預(yù)緊可靠，不容易松動(dòng)，使用中不便隨時(shí)調(diào)整預(yù)緊力。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷

58、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， 2828 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)絲杠進(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

59、數(shù)控機(jī) 床中被廣泛應(yīng)用。 348 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)構(gòu)，使預(yù)拉 伸量略大于熱膨脹量，如圖 4-5 為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 軸 工作臺(tái) 軸 工作臺(tái) 圖 4-5 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 4.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算 1、 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的徑向負(fù)載力 （1） 按式， FFFa 1max -主切削力的縱向切削力 1 F 2929 max1 1043.482311.963355.44 a FFFNN （2） 按式N 計(jì)算最小

60、徑向負(fù)載力)( 0minga fWFF mina F 0 min 1725 a FFN 2、 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) （1） 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則由式 max 1500 / minnr （3.3） max 0 max v L in 得： max 0 max 15000 =10 1 1500 v Lmmmm in （2） 計(jì)算滾珠絲杠螺母副得平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 估算在各種切削方式下滾珠絲杠的徑向載荷。將強(qiáng)力切削時(shí)的徑向載荷定 為最大徑向載荷，快速移動(dòng)時(shí)的徑向載荷定為最小徑向載荷。一般 maxa F mina F 切削(粗加工)和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，

61、滾珠絲杠螺母副的徑向載荷、分 2 F 3 F 別可按下列公式計(jì)算： maxmin2 %20 aa FFF maxmin3 %5 aa FFF 并將計(jì)算結(jié)果填入下表： 專用儀表數(shù)控車床滾珠絲杠螺母副的計(jì)算表 切削方式徑向載荷/N 進(jìn)給速度/( )m min 時(shí)間比 例/() 備注 3030 強(qiáng)力切削3355.446 . 0 1 v10 max1a FF 一般切削 （粗加工） 2396.098 . 0 2 v30 maxmin2 %20 aa FFF 精細(xì)加工（精 加工） 1892.771 3 v50 maxmin3 %5 aa FFF 快移和定鏜定 位 1725=15 max4 vv 10 mi

62、n4a FF （3） 計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速： i n 1 1 3 0 0.6 / min60 / min 10 10 v nrr L 2 2 3 0 0.8 / min80 / min 10 10 v nrr L 3 3 3 0 1 / min100 / min 10 10 v nrr L 4 4 3 0 15 / min1500 / min 10 10 v nrr L （4）按式 12 12 . 100100100 n mn qqq nnnn 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速： m n 12 12 . 100100100 10305010 (60801001500) / min230 / min 100100100100 n mn qqq nnnn rr （4）按式 333 1122 3 12 . 100100100 nn mn mmm nqnqnq FFFF