加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【加工中心XY向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】
加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【加工中心XY向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】,加工中心XY向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),加工,中心,xy,進(jìn)給,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),系統(tǒng),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）任 務(wù) 書
（指導(dǎo)教師填表）
填表時(shí)間：年月 日
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
指導(dǎo)教師
課題類型
工程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)（論文）題目
加工中心X/Y向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主要研
究內(nèi)容
完成加工中心X/Y向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并撰寫設(shè)計(jì)說明書
主要技
術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))
設(shè)計(jì)基本要求
全部圖紙折合0號圖 不少于3張
設(shè)計(jì)說明書一份（要求撰寫字?jǐn)?shù)12000字以上；翻譯10000印刷符的外文資料。計(jì)算機(jī)打印）
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及計(jì)算項(xiàng)目
完成加工中心X/Y向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算。
設(shè)計(jì)參數(shù)或原始數(shù)據(jù)
X/Y= 850 mm /850 mm ；最大進(jìn)給速度24000mm/min。
說明書內(nèi)容及要求
1、說明書的編寫應(yīng)符合學(xué)校的格式要求；
2、說明書的主要內(nèi)容應(yīng)包括設(shè)計(jì)方案的選擇比較，設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容等；說明書還應(yīng)有中文摘要（及譯文）、前言、總結(jié)等。
進(jìn)度計(jì)劃
5～8周：調(diào)研、資料收集、方案論證、英文翻譯、相關(guān)軟件學(xué)習(xí)等，并寫出開題報(bào)告；
9～15周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作
16周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫及其他工作，如：說明書審查，圖紙檢查，準(zhǔn)備答辯
17周：答辯
主要參
考文獻(xiàn)
1、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，機(jī)工出版社，2004-9
2、《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，機(jī)工出版社，2006-8
3、《機(jī)械工程師手冊》，機(jī)工出版社，趙明生，2000-06
4、《機(jī)械加工工藝手冊》，王先逵，機(jī)工出版社，2007-01
5、《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用》，機(jī)工出版社，王愛玲，2006-3
6、《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》，化工出版社，文懷興/夏田，2008-1
7、《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》，兵器工業(yè)出版社，王愛玲，1999-5
8、《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu) 原理與應(yīng)用》，北理工出版社，陳子銀,陳為華，2006-8
9、《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)叢書-數(shù)控銑床設(shè)計(jì)》，化工出版社，文懷興，2006-1
10、《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)叢書-數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)》，化工出版社，夏田，2006-07
11、《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)叢書-數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，化工出版社，文懷興，2005-06
教研室主任簽字： 2012年03月 1
寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
33
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本全面闡述了加工中心的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)特點(diǎn)，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。
其中著重介紹了滾珠絲杠的原理及選用原則，系統(tǒng)地對滾珠絲杠生產(chǎn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)進(jìn)行了介紹。包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則以及廠家的選擇等。
關(guān)鍵詞：加工中心，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠
Abstract
Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machine's structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machine's structural design and the examination, and have carried on the analysis. And has compiled the related technical parameter.
In which introduced emphatically the ball bearing guide screw principle and selects the principle，To ball bearing links and so on guide screw production, application has systematically carried on the introduction. Including the type choice, the parameter choice, the precision choice, the round-robin mode choice, the principle as well as the factory choice which matches with the main engine and so on.
Key Words: Processing center, Numerical control, Step-by-step, serve motor, Ball bearing guide screw nut
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒 論 6
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢 6
1.2 加工中心加工的基本原理 7
1.3 課題研究的目的和意義 8
第2章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 9
2.1 設(shè)計(jì)題目 9
2.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 9
2.2.1 數(shù)控裝置總體方案的確定 9
2.2.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 9
2.2.3 編寫設(shè)計(jì)說明書 9
第3章 XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體方案的確定 10
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 10
3.1.1 導(dǎo)軌副的選用 10
3.1.2 絲杠螺母副的選用 10
3.1.3 減速裝置的選用 10
3.1.4 伺服電動(dòng)機(jī)的選用 10
3.1.5 檢測裝置的選用 10
3.2 繪制總體方案圖 11
第4章 XY向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì) 11
4.1.1 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理 12
4.1.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn) 12
4.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整 12
4.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法 14
4.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 16
4.2.1 精度的選擇 16
4.2.2絲杠導(dǎo)程的確定 16
4.2.3 最大工作載荷的計(jì)算 16
4.2.4 最大動(dòng)載荷的計(jì)算 17
4.2.5 滾珠絲杠螺母副的選型 17
4.2.6 滾珠絲杠副的支承方式 18
3.4.3 傳動(dòng)效率的計(jì)算 18
4.2.8 剛度的驗(yàn)算 18
4.2.9 穩(wěn)定性校核 19
4.2.10 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證 20
4.3 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算 21
4.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 21
4.5導(dǎo)軌的特點(diǎn) 24
4.6 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 25
4.7 滾珠絲杠副的安全使用 27
4.7.1 潤滑 27
4.7.2 防塵 27
4.7.3使用 28
4.7.4 安裝 28
結(jié) 論 29
參考文獻(xiàn) 30
致 謝 31
第1章 緒 論
1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢
1946年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。
數(shù)控NC階段（1952年-1970年）
早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段經(jīng)歷了三代，即1952年的第一代—電子管；1959年的第二代—晶體管；1965年的第三代—小規(guī)模集成電路。
計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年-現(xiàn)在）
到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的“通用”兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件—運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。
到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。
到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。
總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代—小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代—微處理器和1990年的第六代—基于PC（國外稱為PC-BASED）。
還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。
3.數(shù)控未來發(fā)展的趨勢
(1) 繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。
(2) 向高速化和高精度化發(fā)展
這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。
(3) 向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
1.2 加工中心加工的基本原理
數(shù)控控制（Numerical Control）是用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種控制方法。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門新型的，發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍所覆蓋的領(lǐng)域又：機(jī)械制造技術(shù)；微電子技術(shù)；信息處理加工傳輸技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；檢驗(yàn)監(jiān)控技術(shù)；傳感技術(shù)；軟件技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的是能技術(shù)和最基本的裝備。在提高生產(chǎn)率，降低成本，保證加工質(zhì)量及改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都有突出的優(yōu)點(diǎn)；特別是在適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，小批量，多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵。
數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國際信息處聯(lián)盟（International Federation of Information Processing, IEIP）第五技術(shù)委員會，對數(shù)控機(jī)床作了如下的定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯的處理具有使用碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。
加工中心，簡稱cnc，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有自動(dòng)換刀功能，是對工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具、自動(dòng)對刀、自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時(shí)間、測量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，對加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。
1.3 課題研究的目的和意義
我國近幾年加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)雖然發(fā)展較快，但與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應(yīng)變能力差。
針對傳統(tǒng)加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，有必要在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上研究出新型加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。通過對傳統(tǒng)銑床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，加入新技術(shù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。
加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)；在性能上將研制以鋼為材料的XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，大幅度提高XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制多軸并聯(lián)，甚至于五軸并聯(lián)的XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
綜上所訴，加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的開發(fā)和設(shè)計(jì)具有很高研究的意義.本課題采用類似的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果的方法，進(jìn)行加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)更好的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。
本課題對加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，研究加工中心的結(jié)構(gòu)，主要部件及典型零件的設(shè)計(jì)方法，其意義如下：
1、通過對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究掌握機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和方法；
2、通過對課題的研究，了解國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；
3、通過畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神，提供分析問題和解決問題的能力。
第2章 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求
2.1 設(shè)計(jì)題目
加工中心XY向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
已知條件：
X/Y= 850 mm /850 mm ；最大進(jìn)給速度24000mm/min。
2.2 設(shè)計(jì)的內(nèi)容
2.2.1 數(shù)控裝置總體方案的確定
(1).數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定；
(2).方案的分析，比較，論證。
2.2.2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
(1).確定脈沖當(dāng)量；
(2).機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；
(3).傳動(dòng)元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；
(4).確定伺服電機(jī)；
(5).繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；
(6).系統(tǒng)等效慣量計(jì)算；
(7).系統(tǒng)精度分析。
2.2.3 編寫設(shè)計(jì)說明書
(1) 說明書是設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括提方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，選用元器件參數(shù)的說明；
(2)論文正文不少于10000字。
第3章 XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體方案的確定
3.1 機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇
3.1.1 導(dǎo)軌副的選用
要設(shè)計(jì)XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度高，因此選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。
3.1.2 絲杠螺母副的選用
伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足0.001mm沖當(dāng)量和mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副為能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到要求，滾珠絲桿副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。
3.1.3 減速裝置的選用
選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲桿副以后，考慮到傳動(dòng)精度和緩和減速機(jī)工作時(shí)軸上的扭轉(zhuǎn)沖擊及減輕軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，所以采用聯(lián)軸器。
3.1.4 伺服電動(dòng)機(jī)的選用
任務(wù)書沒規(guī)定的脈沖當(dāng)量，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動(dòng)速度也有24000mm/min，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性價(jià)比。
3.1.5 檢測裝置的選用
選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說還是偏高，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。
考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。
3.2 繪制總體方案圖
總體方案圖如圖所示。
其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。
第4章 XY向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)
銑床XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)車床絲杠傳動(dòng)。在數(shù)控車床上的絲杠傳動(dòng)，可以用普通的絲杠傳動(dòng)，也還有應(yīng)用滾珠絲杠來轉(zhuǎn)動(dòng)。原因是普通絲杠傳動(dòng)摩，但總是不太穩(wěn)定。
所以，在加工中心上要擦系數(shù)大，效率低，傳動(dòng)中有間隙。雖然傳動(dòng)中的間隙可以用一些辦法來補(bǔ)償，修正采用滾珠絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠傳動(dòng)有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但制造工藝較為復(fù)雜，成本高，在某些應(yīng)用上受到一定的限制，但隨著數(shù)控車床的發(fā)展，它的使用將會更加廣泛。
滾珠絲杠傳動(dòng)都使用防護(hù)罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進(jìn)入。
滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)－角位移，變換成數(shù)控車床XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的的直線位移。
滾珠絲杠螺母副，也簡稱為滾珠絲杠副，是一種新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.1.1 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理
絲杠和螺母上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線的滾道,在滾道內(nèi)裝有許多滾珠.當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí),滾珠相對于螺母上的滾道滾動(dòng),因此絲杠與螺母之間滾道的摩擦為滾動(dòng)摩擦.為防止?jié)L珠從螺母中吊出來,在螺母的螺旋槽兩端應(yīng)用擋住器擋住,并設(shè)有回路滾道是他的兩端連接起來.使?jié)L珠從滾道的一端滾出后,沿著這個(gè)回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環(huán)進(jìn)行不斷地滾動(dòng)。
4.1.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn)
滾珠絲杠副的優(yōu)點(diǎn)是:傳動(dòng)效率高,因?yàn)樗菨L動(dòng)摩擦,傳動(dòng)效率可達(dá)0.92~0.96,比普通的絲杠傳動(dòng)提高3~4倍.由此帶來了一系列的優(yōu)點(diǎn),如功率損耗小,傳動(dòng)平穩(wěn),磨損小,無爬行現(xiàn)象等等.除此而外還有兩個(gè)特點(diǎn),一是:一般的絲杠傳動(dòng)總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)反向時(shí),可以沒有空程,提高了反向的定位精度,,也增強(qiáng)了傳動(dòng)剛度.二是:一般的絲杠傳動(dòng)只能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),而滾珠絲杠副由于傳動(dòng)的摩擦系數(shù)小,所以既能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\(yùn)動(dòng),具有傳動(dòng)的可逆性,因此可以作為主動(dòng)件,也可以作為從動(dòng)件.
它也有缺點(diǎn),主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復(fù)雜,成本也高.對于絲杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用.
又由于傳動(dòng)的可逆性,所以不能自鎖,當(dāng)應(yīng)用在垂直傳動(dòng)裝置時(shí),由于自重和慣性的關(guān)系,在下降過程中不能立刻停止,因此還需要備有制動(dòng)裝置.
4.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整
滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)盡管在形式上有很多類型，但其主要區(qū)別是在螺紋滾到的型面形狀，滾珠循環(huán)的方式，軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法等三個(gè)方面。
（1）螺紋滾道型面的形狀
螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國內(nèi)正式投產(chǎn)的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖所示。滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)法線與絲杠軸線的垂線之間的夾角，稱為接觸角（）。
（a）單圓弧 (b) 雙圓弧
圖4-1 滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形
（2）單圓弧型面
一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑稍大一些。對于單圓弧型面的螺紋滾道，接觸角是隨著軸向負(fù)載大小而變化的，當(dāng)軸向負(fù)載為零時(shí)，接觸角也為零；當(dāng)負(fù)載逐漸增大，接觸角也逐漸增大。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)接觸角增大時(shí)，傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力都隨之增大。
（3）雙圓弧型面
雙圓弧型面螺紋滾道的接觸角是不變的。在偏心距（e）決定后，滾珠與滾道的圓弧角接處，會有很小的空隙。這些空隙雖然能容納一些臟物，但不至于堵塞，反而對滾柱的滾動(dòng)有利。從傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力等要求出發(fā)，接觸角大一些好，但接觸角過大制造就會困難。一般接觸角為，滾道的圓弧半徑也同樣比滾柱的半徑稍大一些。
滾珠的循環(huán)方式
目前國內(nèi)常用的滾珠循環(huán)方式由外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。
（1）外循環(huán)方式
如圖所示為外循環(huán)方式，滾柱在循環(huán)過程中與絲杠脫離接觸，通過外面的循環(huán)回路稱為外循環(huán)（W系列）。這種外循環(huán)是直接在螺母的外圓上銑出螺旋槽，用擋珠器從螺母內(nèi)部切斷螺紋滾道，擋珠滾珠的去路，迫使?jié)L珠導(dǎo)入通向外圓螺旋槽中，構(gòu)成了外面的旋環(huán)回路。外循環(huán)的結(jié)構(gòu)和制造較為簡單容易，因此應(yīng)用較廣，他可以制成單列或式雙列兩種的結(jié)構(gòu)形式。
（2）內(nèi)循環(huán)方式
滾柱在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)（N系列），如圖所示。這種內(nèi)循環(huán)是在螺母外側(cè)孔中裝了一個(gè)接通相鄰滾道的反向器，借助這個(gè)反向器迫使?jié)L珠翻過絲杠的牙頂，而進(jìn)入相鄰的滾道。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副回路短，工作滾珠數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，流暢性好，摩擦磨損小，傳動(dòng)效率高，軸向剛度和承載能力都較高，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但制造困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不及外循環(huán)方式應(yīng)用的廣泛。
圖4-2 外循環(huán)的滾珠絲杠 圖4-3 內(nèi)循環(huán)的滾珠絲杠
4.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法
對于滾珠絲杠副，除了單一方向的進(jìn)給傳動(dòng)精度有一定的要求外，對它的軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動(dòng)的精度。要把軸向間隙完全消除，也是相當(dāng)困難的。通常采用雙螺母，并加預(yù)緊力的方法來消除其軸向間隙。雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后，能基本上消除軸向間隙。單螺母的滾珠絲杠副是不能調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力的，其軸向間隙只能依靠滾珠絲杠副本的精度和安裝時(shí)絲杠和螺母的連接精度來保證。
雙螺母加預(yù)緊力消除軸向間隙必須注意兩點(diǎn)，一是：通過預(yù)緊后產(chǎn)生的力，可促使預(yù)拉變形，以減少彈性變形所引起的位移。但預(yù)緊力不能太大，否則會使驅(qū)動(dòng)力矩增大，傳動(dòng)效率反而降低，使用壽命也隨之縮短。二是：軸向間隙的消除，不能忽視絲杠的安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的軸向間隙，應(yīng)同時(shí)調(diào)整是它減少到最小。目前常用的雙螺母預(yù)緊力調(diào)整方法有下面三種。
（1）墊片調(diào)隙式
如圖所示為墊片調(diào)隙式，一般用螺釘來連接滾珠絲杠上的兩個(gè)螺母的凸緣處，在中間加墊片。墊片的厚度是螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。
這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可靠，裝拆方便。但缺點(diǎn)是調(diào)整很費(fèi)時(shí)，在工作狀態(tài)下不能隨意調(diào)整，因?yàn)橐鼡Q不同厚度的墊片才能消除間隙，所以是用于一般精度的機(jī)構(gòu)中使用。
（2）螺紋調(diào)隙式
如圖所示為螺紋調(diào)隙式。它是一個(gè)螺母的外端有凸緣，而另一個(gè)螺母的外端沒有凸緣，車有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個(gè)圓螺母調(diào)整好間隙后，再用一圓螺母鎖緊螺母鎖緊就可以了。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，所以應(yīng)用廣泛，但調(diào)整的位移量不太精確。
圖4-4 墊片調(diào)隙式 圖4-5螺紋調(diào)隙式
齒差調(diào)隙式
如圖所示為齒差調(diào)隙式。它是在兩個(gè)螺母的凸緣上各有圓齒輪2，兩者的齒數(shù)值相差一個(gè)齒，裝入內(nèi)齒圓3中，內(nèi)齒圓3是用螺釘1和定位銷4固定在套筒5上的。調(diào)整是先取下內(nèi)齒圓3，轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱齒輪2，在兩個(gè)滾柱螺母相對于滾筒5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使兩個(gè)螺母相互產(chǎn)生角位移，這樣滾柱螺母對于滾珠絲杠的螺旋滾道也相對移動(dòng)是兩個(gè)螺母中的滾柱分別貼近在螺旋滾到的兩個(gè)相反的側(cè)面上。消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力后，把內(nèi)齒圓3套上用定位銷4固定。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是調(diào)整精確可靠，定位精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅在高精度的數(shù)控機(jī)床有所應(yīng)用。
1——螺釘； 2——圓柱齒輪； 3——內(nèi)齒圓；
4——定位銷； 5——套筒。
圖4-6 齒差調(diào)隙式
4.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型
滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長工作壽命，可設(shè)置潤滑件和密封件。
4.2.1 精度的選擇
滾珠絲杠副的精度直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度最明顯。一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定絲杠的任意300行程變動(dòng)量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。對于車床，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設(shè)計(jì)的定位精度要求和改造的經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸精度等級為3級，Z軸為4級。
4.2.2絲杠導(dǎo)程的確定
選擇導(dǎo)程跟所需要的運(yùn)動(dòng)速度、系統(tǒng)等有關(guān)，通常在：4、5、6、8、10、12、20中選擇，規(guī)格較大，導(dǎo)程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。在速度滿足的情況下，一般選擇較小導(dǎo)程（利于提高控制精度），本設(shè)計(jì)中初選縱向絲杠導(dǎo)程為8，橫向絲杠導(dǎo)程為8。
4.2.3 最大工作載荷的計(jì)算
最大工作載荷是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動(dòng)工作臺時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力,其實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式如表4-1所示。
表4-1 實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù)
導(dǎo)軌類型
實(shí)驗(yàn)公式
矩形導(dǎo)軌
1.1
0.15
燕尾導(dǎo)軌
1.4
0.2
綜合或三角導(dǎo)軌
1.15
0.15-0.18
表中為考慮顛覆力矩影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)；為滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；為移動(dòng)部件總重量。G=1000 N
查表3-1選擇綜合導(dǎo)軌，取1.15,取0.18,為1000；
算得=1.15×1197+0.18×（3420+1000）
=2171.55
4.2.4 最大動(dòng)載荷的計(jì)算
載荷隨時(shí)間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力），此類載荷為動(dòng)載荷。比如起重機(jī)以等速度吊起重物，重物對吊索的作用為靜載，起重機(jī)以加速度吊起重物，重物對吊索的作用為動(dòng)載。
對于滾珠絲杠螺母副的最大動(dòng)載荷計(jì)算公式如下：
式中：—滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為r，（T為使用壽命，普通機(jī)床T取5000-10000h，數(shù)控機(jī)床T取15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）；
—載荷系數(shù)，一般取1.2～1.5，本設(shè)計(jì)取1.2；
—硬度系數(shù)（HRC58時(shí)取1.0；等于55時(shí)取1.11；等于52.5時(shí)取1.35；等于50時(shí)取1.56；等于45時(shí)取2.40）；
—滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。
本設(shè)計(jì)中XY向承受最大條件下最快的進(jìn)給速度,初選絲杠基本導(dǎo)程，則絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠使用壽命，帶入得=90；取，代入，求得 ：=17390N。
4.2.5 滾珠絲杠螺母副的選型
初選滾珠絲桿副時(shí)應(yīng)使其額定動(dòng)載荷, 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下長時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使額定靜載荷。
根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷,選擇江蘇啟東潤澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL5008-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母螺紋式預(yù)緊，精度等級為4級，其參數(shù)如表3-2所示。
表3-2 FL5008-3型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)
公稱直徑/
導(dǎo)程/
鋼球直徑/
絲杠外徑/
絲杠底徑/
額定載荷/
接觸剛度
/
1897
50
8
4.763
48.6
45.24
66
31
4.2.6 滾珠絲杠副的支承方式
滾珠絲杠副的支承主要用來約束絲杠的軸向竄動(dòng)，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合?？紤]到縱向絲杠長度較大，本設(shè)計(jì)縱向絲杠采用雙推—簡支支承方式，該方式臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高，有熱膨脹的余地。
3.4.3 傳動(dòng)效率的計(jì)算
滾珠絲杠的傳動(dòng)效率一般在0.8～0.9之間，其計(jì)算公式如下：
=
式中：—螺距升角，根據(jù),可得=2°91′；
—摩擦角，一般取=10′。
算得： ==96.67%
4.2.8 剛度的驗(yàn)算
滾珠絲杠副工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母間滾道的接觸變形、支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形。
因轉(zhuǎn)矩和絲杠-螺母滾道接觸對絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：
=（“+”號代表拉伸，“-”代表壓縮）
式中：—絲杠的最大工作載荷，單位為；
—絲杠縱向最大有效行程，單位為；
—絲杠材料的彈性模量，鋼；
—絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。
根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，為3234.36，取1665，為45.24，算得：
==±0.01597=±15.97
查表3-3可知，,所以剛度足夠。
表3-3 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和行程變動(dòng)量
有效行程
精度等級
1
2
3
4
5
大于
至
—
315
6
6
8
8
12
12
16
16
23
23
400
500
8
7
10
9
15
13
20
19
27
26
1600
2000
18
13
25
18
35
25
48
36
65
51
4.2.9 穩(wěn)定性校核
由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過大，則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足：
=
式中：—絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時(shí)，取2，其他方式如表3-4所示；
—滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.5～4，垂直安裝時(shí)取最小值，本設(shè)計(jì)取4；
—滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為1500；
（其中工件加工范圍為850，取1500，留650的兩端余量）
—按絲杠底徑確定的截面慣性矩（，單位為）,本設(shè)
中將代入算出=205513.36。
由以上數(shù)據(jù)可以算出：==
臨界載荷遠(yuǎn)大于工作載荷（3234.36N），故絲杠不會失穩(wěn)。
表3-4 絲杠支承系數(shù)
支承方式
雙推-雙推
雙推-簡支
單推-單推
雙推-自由
取值
4
2
1
0.25
4.2.10 臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證
滾珠絲杠副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速：
式中：—絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時(shí)，取值如表3-5所示；
—臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為2300；
—絲杠內(nèi)徑，單位；
—安全系數(shù)，可取=0.8
表3-5 絲杠支承系數(shù)
支承方式
雙推-雙推
雙推-簡支
單推-單推
雙推-自由
取值
27.4
18.9
12.1
4.3
經(jīng)過計(jì)算，得出=1293，由已知，可以算出，該值小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。
4.3 齒輪傳動(dòng)的計(jì)算
有關(guān)齒輪計(jì)算
傳動(dòng)比
故取
； ； ； ； ；
4.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇
（1）工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
式中 ——滾珠絲杠的公稱直徑；
——絲杠長度。
則
齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。
因此，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（2）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算
快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩
最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩
快速進(jìn)給時(shí)所需力矩
式中 ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；
——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；
——由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；
——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；
——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。
當(dāng)時(shí)
當(dāng)時(shí)
當(dāng)時(shí)， 時(shí)
當(dāng)時(shí)預(yù)加載荷，則
所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩
切削時(shí)所需力矩
快速進(jìn)給時(shí)所需力矩
由上分析計(jì)算可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)：
（3）縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定
為了滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知
所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為
步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率
綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，能滿足要求[7-12]。
4.5導(dǎo)軌的特點(diǎn)
滑動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和抗振性良好；缺點(diǎn)是磨損快。
為了提高耐磨性，國內(nèi)外主要采用鑲鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌和塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。
滑動(dòng)導(dǎo)軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。
1．鑄鐵 鑄鐵有良好的耐磨性、抗振性和工藝性。常用鑄鐵的種類有：
（1）灰鑄鐵 一般選擇HT200，用于手工刮研、中等精度和運(yùn)動(dòng)速度較低的導(dǎo)軌，硬度在HB180以上；
（2）孕育鑄鐵 把硅鋁孕育劑加入鐵水而得，耐磨性高于灰鑄鐵；
（3）合金鑄鐵 包括：含磷量高于0.3％的高磷鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵一倍以上；磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵二倍以上；各種稀土合金鑄鐵，有很高的耐磨性和機(jī)械性能；
鑄鐵導(dǎo)軌的熱處理方法，通常有接觸電阻淬火和中高頻感應(yīng)淬火。接觸電阻淬火，淬硬層為0.15~0.2mm。硬度可達(dá)HRC55。中高頻感應(yīng)淬火， 淬硬層為2~3mm，硬度可達(dá)HRC48~55，耐磨性可提高二倍，但在導(dǎo)軌全長上依次淬火易產(chǎn)生變形，全長上同時(shí)淬火需要相應(yīng)的設(shè)備。
2．鋼 鑲鋼導(dǎo)軌的耐磨性較鑄鐵可提高五倍以上。常用的鋼有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整體淬硬處理，硬度為52~58HRC；20Cr、20CrMnTi、15等滲碳淬火，滲碳淬硬至56~62HRC；38C rMoAlA等采用氮化處理。
3．有色金屬 常用的有色金屬有黃銅HPb59-l，錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6，鋁青銅ZQAl9-2和鋅合金ZZn-Al10-5，超硬鋁LC4、鑄鋁ZL106等，其中以鋁青銅較好。
4．塑料 鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好(但略低于鋁青銅)，抗振性能好，工作溫度適應(yīng)范圍廣(-200~+260℃)，抗撕傷能力強(qiáng)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn)定件好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前在各類機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌及圖形發(fā)生器工作臺的導(dǎo)軌上都有應(yīng)用。塑料導(dǎo)軌多與不淬火的鑄鐵導(dǎo)軌搭配。
導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法、以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長時(shí)期內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長設(shè)備的使用壽命。常用的提高導(dǎo)軌耐磨性的方法有：采用鑲裝導(dǎo)軌、提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度、采用卸荷裝置減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力(即比壓)等。
4.6 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
一．作用力合作用點(diǎn)位置，作用力方向和作用點(diǎn)的位置唏噓合理安置。一邊導(dǎo)軌傾斜的力矩盡量小。否則會使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨加劇，從而降低導(dǎo)軌的靈活性和導(dǎo)向精度。嚴(yán)重時(shí)甚至還可能卡死，不能正常工作。
作用在運(yùn)動(dòng)件上的推力有三種情況：
1.推力通過運(yùn)動(dòng)件在軸線
2.推力作用點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)件的軸線上。但推力的方向與軸線成一夾角
3.推力平行于運(yùn)動(dòng)件的軸線上
對于第一種情況，導(dǎo)軌鎮(zhèn)南關(guān)的摩擦力只受到載荷及運(yùn)動(dòng)件本身重量的影響，推力不會產(chǎn)生附加摩擦力。猶豫結(jié)構(gòu)上的限制，實(shí)際的結(jié)構(gòu)中往往出項(xiàng)第二第三中情況。為了保證導(dǎo)軌的靈活性，要對導(dǎo)軌進(jìn)行驗(yàn)算，在已知的條件先，確定各部分的集合尺寸。
推力F與運(yùn)動(dòng)件軸線組成夾角a,如圖所示
推力F的作用將使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生傾斜，從而使運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)體的倆點(diǎn)處壓緊，
設(shè)正壓力分別為 .，相應(yīng)摩擦力，，作用間的距離為L，軸向阻力為
根據(jù)靜力平衡條件,運(yùn)動(dòng)件的直徑較小時(shí)，上式中含有d的各項(xiàng)可以略去?？?
解得：
欲推動(dòng)運(yùn)動(dòng)件，則必須使
若要保證不卡死的條件是：
由此，可得到當(dāng)推力F與運(yùn)動(dòng)件有一夾角a時(shí)，運(yùn)動(dòng)件正常工作的條件是
為當(dāng)量摩擦系數(shù)
在燕尾形和三角形導(dǎo)軌中:
--滑動(dòng)摩擦系數(shù)
--燕尾輪廓角與三角底角
二．選與運(yùn)動(dòng)件軸線與軸線相距h，圖中為軸向阻力和為反作用力，為當(dāng)量摩擦系數(shù)，根據(jù)靜力平衡條件
解得：
推動(dòng)運(yùn)動(dòng)件則必須：
保證運(yùn)動(dòng)件不卡死條件
即：
為了保證運(yùn)動(dòng)靈活，可取值
當(dāng)取f=0.25時(shí)，則有：
對圓柱形導(dǎo)軌：
對矩形導(dǎo)軌：
對燕尾形或三角形導(dǎo)軌：
在本設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌中：h=200mm L=360 因此：
符合相關(guān)要求.
4.7 滾珠絲杠副的安全使用
4.7.1 潤滑
為使?jié)L珠絲杠副充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，潤滑的方式主要有以下兩種：
1．潤滑脂
潤滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1／3，滾珠絲杠副出廠時(shí)在螺母內(nèi)部已經(jīng)加注GB7324—942#鋰基潤滑脂。
2．潤滑油
運(yùn)動(dòng)粘度28．5—74cst(400T)的潤滑油，給油量隨使用條件等的不同而有所變化。
4.7.2 防塵
滾珠絲杠與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨損，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物進(jìn)入時(shí)，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護(hù)起來。另外，如沒有異物，但有浮沉?xí)r可以在滾珠螺母兩端增加防塵圈。
4.7.3使用
滾珠絲杠副在使用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1．滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)在行程兩端配置限位，以免螺母約程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。
2．滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動(dòng)使，如部件重量未加平衡，必須防止傳動(dòng)停止或電機(jī)失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)。
3．滾珠絲杠副正常工作環(huán)境溫度為±60C。
4.7.4 安裝
滾珠絲杠副在安裝時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1.滾珠絲杠副僅用于承受軸向載荷。徑向載荷、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等負(fù)荷，從而造成絲杠的永久性破壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機(jī)床時(shí)，應(yīng)注意：
1）絲杠的軸線必須和其配套導(dǎo)軌的軸線平行，機(jī)床的兩端軸承座與螺母座必須三點(diǎn)成一線；
2）安裝螺母時(shí)，應(yīng)盡量靠近支撐軸承；
3）同時(shí)，安裝支撐軸承時(shí)，應(yīng)盡量靠近螺母安裝部位。
2.滾珠絲杠安裝到機(jī)床時(shí)，盡量不要把螺母從絲杠上卸下來，如
必須卸下來時(shí)要使用輔助套，否則裝卸時(shí)滾珠有可能脫落。螺母裝卸時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1-0.2 mm
2）輔助套早使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩；
3）裝卸時(shí)，不可使用過大力以免螺母損壞；
4）裝入安裝孔時(shí)要避免撞擊和偏心。
結(jié) 論
在這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我認(rèn)真分析了指導(dǎo)老師提供的基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和要求，之后在查閱了大量工具書和期刊資料；對現(xiàn)在我國的加工中心XY向進(jìn)給機(jī)構(gòu)總體趨勢進(jìn)行分析，在網(wǎng)上和圖書館搜集了大量的第一手的資料，首先初步確定了本次設(shè)計(jì)的基本方案，然后設(shè)計(jì)出了具體的方案。
伺服系統(tǒng)采用了步進(jìn)電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠連接驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)，而且其軸承采用的是角接觸軸承保證其主軸不竄動(dòng)，采用一個(gè)深溝來保證其徑向的圓跳動(dòng)。在設(shè)計(jì)中我們兼顧經(jīng)濟(jì)性，考慮滿足精度的要求，因此對于設(shè)備及元件的選擇都要求具有高精度，因此設(shè)計(jì)的成本較高。
參考文獻(xiàn)
[1]馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19991.0
[2]盛伯浩主編.機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1.
[3]王愛玲，白恩遠(yuǎn)等編著.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：國防工業(yè)出版社，2003.4
[4]關(guān)穎主編，數(shù)控車床.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005.1
[5] 盛曉敏，鄧朝暉.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[6] 謝紅.數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2004，8
[7]高葉玲主編.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng).北京：國防工業(yè)出版社，1977.7
[8]孫恒，陳作模主編.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2000.8
[9]濮良貴,剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2004.2
[10]卜云峰主編.械工程及自動(dòng)化簡明手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.6
[11]陳遠(yuǎn)齡，黎亞元主編.機(jī)床電器自動(dòng)控制.北京：重慶大學(xué)出版社，2000.7
[12]賈志新，艾東梅主編.數(shù)控車床的致命性分析[J] 2000.4 81～82
[13]許洪基，雷光主編.現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.5
[14]卜炎主編.實(shí)用軸承設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1
[15]章宏甲，黃誼，王積偉主編.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5
[16]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1
[17]王積偉，黃誼等主編.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5
[18]張平格主編.液壓傳動(dòng)與控制.北京：治金工業(yè)出版社，2004.8
[19]沈興全，吳秀玲主編.液壓傳動(dòng)與控制.北京：國防工業(yè)出版社，2005.1
致 謝
本論文是在導(dǎo)師XXX的悉心指導(dǎo)下完成的，在這次設(shè)計(jì)中得到了很多老師和同學(xué)的熱心幫助，在這里我要一一向他們表示感謝。首先我要感謝我們的指導(dǎo)老師教授。從畢業(yè)設(shè)計(jì)開始到期末答辯，老師一直嚴(yán)格要求我們，為我們安排了理合的作息時(shí)間，避免了由于作息時(shí)間無序而出現(xiàn)的懶散現(xiàn)象的發(fā)生。為了能使我們按時(shí)勝利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，XX老師多次帶領(lǐng)我們小組的同學(xué)實(shí)地參觀數(shù)控加工中心，加深了我們對數(shù)控機(jī)床的理性認(rèn)識。有的同學(xué)設(shè)計(jì)的課題可查閱的相關(guān)資料較少，老師親就親自通過不同途徑為這些同學(xué)找到相關(guān)的資料，保證了這些同學(xué)的進(jìn)度。正是在老師有效的指導(dǎo)下，使得我們小組每個(gè)同學(xué)的進(jìn)度都達(dá)到了學(xué)院的要求。我很欣賞老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，敬佩他的為人；感謝他對我們的耐心指導(dǎo)。我相信他對我的教誨一定會使我終身受益。
其次我要感謝我們小組的所有同學(xué)，在設(shè)計(jì)過程中他們給了我無私的幫助。特別是李建同學(xué)，他勤奮、樂于助人而又富有知識。在許多方面都走在我們的前面，讓我覺得他就好比是身邊的一本手冊，隨時(shí)都能解決我在設(shè)計(jì)中遇到的困惑。
再次我要感謝機(jī)自實(shí)驗(yàn)室的所有老師以及曾在數(shù)控機(jī)床操作方面給予我們幫助的學(xué)長們。感謝他們?yōu)槲覀兲峁┝水厴I(yè)設(shè)計(jì)的場所以及無私的幫助。
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