《數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)設(shè)計要點》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)設(shè)計要點（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘要 本設(shè)計是把普通數(shù)控車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床。經(jīng)濟 型數(shù)控車床就是指價格低廉、操作使用方便、比較適合我國 國情的，動化的機床。采用數(shù)控機床，可以降低工人的勞動 強度，節(jié)省勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少工裝， 縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反 應(yīng)。在設(shè)計的時候具體進行了詳細的各部件的選型和計算。 比如：導(dǎo)軌的設(shè)計選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計算。還 進行了進給傳動系統(tǒng)的剛度計算、 進給傳動系統(tǒng)的誤差分析、 驅(qū)動電機的選型計算、驅(qū)動電機與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動電 機與進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析等。 【關(guān)鍵詞】車床、數(shù)控、傳動系統(tǒng) 30 A

2、bstract 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 particularly dealt with the c

3、hoice 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 ballscrew. Dynamic analy

4、sis of drive electromotor and feed transmission system . 【 Key words 】 Lathe ； CNC； Transmission System 摘 要 1 Abstract 2 前言 4 1 數(shù)控車床設(shè)計概述 5 1.1 電動機的選擇 6 1.2 電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 7 2 進給伺服系統(tǒng)概述 8 3 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 10 3.1 設(shè)計參數(shù) 10 3.2 切削力及其切削分力計算 10 3.3 軌摩擦力的計算 10 3.4 算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 11 3.5 定進

5、給傳動鏈的傳動比 i 和傳動級數(shù) 11 3.6 珠絲杠的動載荷計算與直徑估算 11 3.7 珠絲杠螺母副承載能力校核 13 3.8 計算器械傳動的剛度 14 3.9 驅(qū)動電機的選型與計算 15 3.10 械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 18 3.11 機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 18 3.12 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號 19 4 進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 20 4.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 20 4.2 齒輪傳動副的設(shè)計 21 4.3 齒輪箱的設(shè)計 22 4.4 床身及導(dǎo)軌 22 4.5 中間軸的設(shè)計 25 4.6 軸承端蓋的設(shè)計 25

6、 總結(jié)與體會 26 致謝詞 27 【參考文獻】 28 、， 、. 前言 我國目前機床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有 11.34 萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到 3％。近 10 年來，我國數(shù)控機床年 產(chǎn)量約為0.6?0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的數(shù)控化率僅為 6％。 這些機床中 , 役齡 10 年以上的占 60％以上； 10 年以下的機床中， 自動/半自動機床不到20%, FMC/FM等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美 國和日本自動和半自動機床占 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)的機床， 而且半數(shù)以上是 役

7、齡在 10 年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市 場上缺乏競爭力， 直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。 所以必須大力 提高機床的數(shù)控化率。 而相對于傳統(tǒng)機床，數(shù)控機床有以下明顯的優(yōu)越性： 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、 曲面等復(fù)雜的零件。 可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，從而效率比傳統(tǒng)機床提高 3?7 倍。 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”。 可實現(xiàn)多任務(wù)序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，可實 現(xiàn)長時間無人看管加工。 因此， 采用數(shù)控機床， 可以降低工人的勞動強度， 節(jié)省勞動

8、力 （一 個人可以看管多臺機床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周 期，可對市場需求作出快速反應(yīng)。 此外，機床數(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 （計算機集成制 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)自動化 的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 本次設(shè)計的內(nèi)容是機床總體方案設(shè)計及總體布局圖繪制、 縱向及 橫向伺服進給機構(gòu)的理論計算、 結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制裝配圖、 典型零件繪 制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計、典型零件的數(shù)控車削加工程序編 制及外文數(shù)據(jù)文獻翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。 設(shè)計的目的是培養(yǎng)綜合運用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識， 解決工程

9、實際 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、外文文獻閱讀、程序 編制、使用手冊等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想、 嚴(yán)肅認真的科學(xué)態(tài)度，加強團隊合作精神。 在設(shè)計中， 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。選擇合適的算法，根據(jù)計算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的 結(jié)構(gòu)或零件。 1 數(shù)控車床設(shè)計概述 用數(shù)控機床加工零件時， 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)過數(shù)控裝置的處理、 運算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進行

10、 伺服電動機的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進行回饋控制，使刀具和工件 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)控機床具有很好的柔性， 當(dāng)加工對象變換時， 只需重新編制加 工程序即可， 原來的程序可存儲備用， 不必像組合機床那樣需要針對 新加工零件重新設(shè)計機床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時間過長。 經(jīng)濟型數(shù)控車床，對于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠 兩方面來實現(xiàn)： 一是系統(tǒng)的控制精度； 二是機床本身的機械傳動精度。 數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)， 由于必須對進給位移的位置和速度同時實 現(xiàn)自動控制。所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比應(yīng)

11、具有有更好的精 度．以確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控改造對機械 傳動系統(tǒng)的要求為： （ 1） 盡量采用低摩擦的傳動副。如滾動導(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，為達到數(shù)控機床所要求的脈沖當(dāng)量，使 運動位移盡可能加速達到跟蹤指今。 （ 3）盡量縮短傳動鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度。 （ 4） 盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差。如采用消除間隙 的聯(lián)軸節(jié)和消除傳動齒輪間隙的機構(gòu)等。 （ 5）盡景滿足低振動和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙 小、傳動精度高高、運動平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動組件。 從應(yīng)用的方面考慮，

12、 結(jié)合目前國內(nèi)大多數(shù)的情況， 可采用更換滾 珠絲杠來代替原機床上的 T型絲杠。也可對原車床上T型絲杠加以修 復(fù)，但此時必須相應(yīng)修配與與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提 高配合精度。 一般說來.如原車床的工作性能良好.精度尚未降低，則應(yīng)盡量 保留機床的傳動系統(tǒng)。使改造后的數(shù)控車床同時具有微機控制和原機 床操作的雙重功能。如原車床使用時間較長.運動部件磨損嚴(yán)重.除 了對導(dǎo)軌精度進行修復(fù)外.還應(yīng)將傳動部件拆除或更換，以確保改造 后車床的傳動精度。 數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床組成機床 本體的各機械部件組成，如圖1.1: 圖1.1數(shù)控機床的組成 1.1電動機

13、的選擇 (1)根據(jù)機械的負載特性和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反 轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。 (2)根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮 電動機的溫升限制、超載能力額啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機功率，并確定 冷卻通風(fēng)方式。所選電動機功率應(yīng)留有余量，負荷率一般取0.8?0.9 (3)根據(jù)使用場所的環(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措施，選擇電動機的結(jié) 構(gòu)型式。 (4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對功率因素的要求，確定電動機 的電壓等級和類型。 (5)根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程 的要求，以及機械減速機構(gòu)的

14、復(fù)雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。 止匕外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價格、維護等等因素。 1.2電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 由于不同的機床要求不同的主軸輸出性能（旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率, 動態(tài)剛度，振動抑制等），因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實際使用需要是緊 密相關(guān)的?？偟膩碚f，選擇主軸驅(qū)動系統(tǒng)將在價格與性能之間找出一 種理想的折衷。表1.1簡要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動系統(tǒng)的性 能。下面將對各種交流主軸系統(tǒng)進行對比、分析。 表1.1理想主軸驅(qū)動系統(tǒng)性能 項目 內(nèi)容 高性能 低速區(qū)要有足夠的轉(zhuǎn)矩 寬恒功率范圍，并在高速范圍內(nèi)保持一定轉(zhuǎn)矩 局旋轉(zhuǎn)精度 高動態(tài)響應(yīng) 高加減速，起制動能

15、力 具有強魯棒性，能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化 局效率，低噪聲 低價格 低購買價格，低維護價格，低服務(wù)價格 通用要求 耐用性，可維護性，安全可靠性 感應(yīng)電機交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動系統(tǒng)的主流， 其 功率范圍從零點幾個kW到上百kW廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機床上。 2進給伺服系統(tǒng)概述 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示: 由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進給伺服系統(tǒng) 的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范 圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)； 高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求： (

16、1)從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其 在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 (2)電機應(yīng)具有大的較長時間的超載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的 要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)超載 4-6倍而不損壞。 (3)為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應(yīng)具有 耐受4000rad/s 2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在 0.2s 以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 (4)電機應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)控機床 的伺服系統(tǒng)已開始采用

17、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、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)和改進伺服性能的措施， 使控 制精度和質(zhì)量大大提高。 數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)一般均采用進給伺服系統(tǒng)。 這也是數(shù)控 車床區(qū)別于普通車床的一個特殊部分。 數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動組件、機械 傳動部件、 執(zhí)行件和檢測回饋環(huán)節(jié)等組成。 驅(qū)動控制單元和驅(qū)動組件 組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 機械傳動部件和執(zhí)行組件組成機械傳動系統(tǒng)。 檢 測組件與回饋電路組成檢測系統(tǒng)。 進給伺服系統(tǒng)

18、按其控制方式不同可分為開環(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 裝置所在位置的不同， 死循環(huán)系統(tǒng)又分為半死循環(huán)系統(tǒng)和全死循環(huán)系 統(tǒng)。 半死循環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端 兩種類型。 前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)， 后者則完全置機械傳動部件 于位置環(huán)之外。 全死循環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上， 機械 傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比死循環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作 可靠、造價低廉。 由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣性及 間隙的存在，故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 全死循環(huán)系統(tǒng)控制

19、精度高、快速性能好，但由于機械傳動部 件在控制環(huán)內(nèi)， 所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)，而且還與機械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等 因素有很大關(guān)系， 故必須對機電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行綜合考慮才能滿 足系統(tǒng)的要求。 因此全死循環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比較高， 且造價也較 昂貴。死循環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有：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)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。伺 服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。 交流伺服電機由于具有 可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用。 直流

20、伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護 困難， 經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)， 并對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干 擾。同時機械換向器的換向能力，限制了電動機的容量和速度。電動 機的電樞在轉(zhuǎn)子上， 使得電動機效率低， 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)的動態(tài)性能。 交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導(dǎo)地位， 并隨著新技術(shù)的發(fā) 展而不斷完善， 具體體現(xiàn)在三個方面。 一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電 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技術(shù)的成熟， 將促進先進控制算法 的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式

21、的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟， 將使基 于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。 3橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 3.1 設(shè)計參數(shù) 設(shè)計參數(shù)如下： 縱向：工作臺重量： W=800N 行程：S=650mm 脈沖當(dāng)量：p=0.006mm/P p 最大進給速度：Vmax =2m/min 橫向：工作臺重量： W=300N 行程：S=200mm 脈沖當(dāng)量：p =0.004mm/P p 最大進給速度：Vmax=1m/min 3.2 切削力及其切削分力計算 已知機床主電動機的額定功率 pm為7.5kw,最大工件直徑 D=400mm主軸計算轉(zhuǎn)速n=85r/m。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩 和功率，道

22、具的切削速度為 二 Dn v 二 60 3.14 400 10 85 60 = 1.78m/s 取機床的機械效率刈=0.8,則有 Pm 3 Fz = - 10 N =3370.79N v 走刀方向的切削分力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 軌摩擦力的計算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力 匕=Fz =3370.79N ,縱向切削分力 Fc =Fy =1348.32N，移動部件的全部質(zhì)量(包括機床夾具和工件的質(zhì)量) m=30.

23、61kg(所受重力W=300N)查表得鑲條緊固力fg =2000N ,取導(dǎo)軌 動摩擦系數(shù)N=0.15,則 F」= J(W fg Fv Fc) = 0.15 (300 2000 3370.79 1348.32) = 1052.87N 計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力Fp0和F0 F.0 = 口(W fg) =0.15 (300 2000)=345N F0 =」o(W fg) = 0.2 (300 2000) = 460N 3.4 算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 計算最大軸向負載力Famax Famax = Fy F」= (1348.32 1052.87)N = 2401.19N 計

24、算最小軸向負載力Fa min Famin = F .。= 345N 3.5 定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù) 取步進電動機的步距角口 =1.5口，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程L=6mm, 進給傳動鏈的脈沖當(dāng)量6p =0.004mm/P,則有 p 二 Lo 360 p p 1.5 6 360 0.004 = 6.25 按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用 2級傳動，傳動比可以分別取 i[=3、i2=2.1。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為 乙=20、 z2=60、z3=20、z4=42,模數(shù) m=Z 齒寬 b=20mm 3.6 珠絲杠的動載荷計算與直徑估算 (1)按預(yù)期工作

25、時間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷 已知數(shù)控機床的預(yù)期工作時間Lh =15000h ,滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 Fm - Fa max = 2370.34 N ,查表得載荷系數(shù)fw=1.3；初步選擇滾珠絲杠的精度等級為 3級精度，取精度系數(shù)fa=1；查表得可靠性系數(shù)*=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L0 =6mm, 則 nmax 1000Vmax 1000 1 " L二 6 = 166.67r/m Cam= 360nmLh Fmfw am m h 100 fa fc a c 3 2370.34

26、1.3 = 360 166.67 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。 已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為 40 Rm,重復(fù)定位精度為 16 Tm,則有 、’max1 ,=(-：-)16」m =5.33 : 8」m 3 2 1 1 , , 、max2 二( )40-m = 8 ： 10.Lm 5 4 取上述計算結(jié)果的較小值，即6max=5.33Nm。 (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、一端游動支承方式, 滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距

27、離為 L= 行程佞全行程+2 乂余程+螺母長度+支承 ?(1.2 ?1.4)行程 + (25?30) L0 d2m -0.078 取 L=(1.4 X200+30X 6)mm=460mm FL 460 460 —=0.078 15.54mm ,max 5.33 (4)初步確定滾珠絲杠螺母副的型號 根據(jù)以上計算所得的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，型號為FF3206-5,其公稱直 徑d、基本導(dǎo)程L0、額定動載荷Ca和螺紋底徑d2如下： d0 = 32mm L0 =6mm Ca =20200N Cam =16585.80N

28、a am d2 = 27.9mm d2m = 15.54mm 3.7珠絲杠螺母副承載能力校核 27.94 3002 105N =448831.21N 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 副的最大受壓長度L=300mm,絲杠水平安裝時，取( = 1/3,查表得 七=2,則有 _ d4 51_ Fc =K1K2 dl 105 =12 c 1 2 L2 3 本車床橫向進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為 Famax =2401.19N ,遠小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度 L2 = 300mm

29、 ,其彈性模量 _ _ 一 5 E =2.1 10 MPa,密度 P = 1><7.8 義 101N/mm3,重力加速度 g = 9.8x103mm/s2 滾珠絲杠阻最小慣性矩為 二 4 3.14 4 4 I = - d；=— 27.94 =29728.05mm4 64 64 滾珠絲杠的最小截面積為 A = —d2 =314 27.92 =611.05mm2 一 4 4 , 取九=0.8,查表得人= 3.927,則有 = 0.8 60 3.9272 2 3.14 3002 2.1 105 29728.05 9.8 103 \ 7.8 10, 61

30、1.05 = 4692249r/min 本橫向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 166.67r/m ,遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 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 ,運轉(zhuǎn)條件系數(shù) fw =1.2 ,則有 L -( Ca )3 106 =( 20200 )3 106r Fafw 2401.19 1.2 =344.533 106r L 60n 344.533 106 60 166.67 h =34453h

31、 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命 Lh =34453h至1500Oh ,故滿足要求。 3.8計算器械傳動的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量E=2.1>d05MPa ,滾珠絲杠的底徑 d2 = 2 7. 9nm。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離 a=Ly =300mm時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 Ksmin smin 二 d；E 4Ly 10， 3.14 27.92 2.1 105 4 300 = 427.73N/」m 當(dāng)a =Lj =100mm時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 （田,、 二 d；E 3 3.14 27.92

32、 2.1 105 Ksmax = 1283.21N/」m —10 二 4LJ 4 100 已知滾動體直徑dQ = 6.75 mm滾動體個數(shù) Z=15.軸承接觸角 6 =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 Kb為： Kb =2 2.34 3 dQZ2FamaxSin”： =2 2.34 36.75 152 2401.19 ( ；)2 = 654.49 N /」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 載Ca = 20200 N o已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 Fa

33、max=2401.19N則 Kc =K( F 1 3aL)3 =683 ( 0.1Ca a - 1 2401.19、3 )3 0.1 20200 N/」m = 723.51N/」m 進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 K max 1 1 1 1 十 十 = Ksmax Kb Kc 1283.21 s max b c  1 1 故 Kmax=723.51N/Nm。 進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 Kmin smin 1 1 +——十—— Kb Kc 1 1 1 =0.005248 4

34、27.73 654.49 723.51 故 Kmin =191N/」m 已知扭矩作用點之間的距離 L2 = 355mm ,滾珠絲杠的剪切模量 G =8.1 M104MPa ,滾珠絲杠的底徑d2=27.9mm,則有 二 d4G 3.14 27.94 10」 8.1 104 106 32L2 32 355 10* =13566.04 N *m/rad 3.9驅(qū)動電機的選型與計算 (1)計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 已知滾珠絲杠的密度P = 7.8M10^kg/cm=4.275kg *cm ,則有 n Jr =、0.78 10J3D4Lj = 1.38kg *

35、cm2 j 1 (2)計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量 已知橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為 m=30.61kg;絲杠軸每轉(zhuǎn) 一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離 L=0.6cm則 , ,L、2 C …,0.6 、2 c 2 J L = m() =30.61 ( ) = 0.28kg *cm 2 二 2 3.14 (3)計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 Jz1=Jz3=0.78 10，44 2kg ? cm2 = 0.4kg ? cm2 Jz2 =0.78 10 3 124 2kg *cm2 = 32.3kg *cm2 3 42 4 2 2 Jz4 =0.78 10 (——) 2

36、kg ? cm =7.8kg,cm 5 (4)計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量 Jd 1 1 Jd = Jz1 ”(Jz2 Jz3)”(Jz4 Jr Jl) Ii i 1 _ 1 _ _ _ = 0.4 (32.3 0.4) 2(7.8 1.38 0.28) 9 6.25 (5)計算折算到電動機軸上的切削負載力矩 Tc 已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力Fa =Famax=2401.19N，絲杠每轉(zhuǎn)一 圈，機床執(zhí)行部件軸向移動的距離 L=6mm=0.006m進給傳動系統(tǒng)的 傳動比i=6.25總效率刀=0.85 ,則有 FaL 2二 i 2401.19 0.006 2 3.

37、14 0.85 6.25 N *m = 0.43N *m (6)計算折算到電動機上的摩擦負載力矩 Q F0L 27-i 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力矩 小=345N ,則有 =0.062N *m 345 0.006 2 3.14 0.85 6.25 (7)計算由滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附 加負載力矩Tf 已知滾珠絲杠螺母副的效率 * =0.98 ,滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 Fp為 L 1「 Fp - Famax =800.4N 3 Tf FpLo 2二 i (1- 2)= 800.4 0.006 2 3.14 0.85

38、6.25 2 (1-0.98 )= 0.0057N *m 折算到電動機軸上的負載力矩 T的計算。 空載時(快進力矩)，為 TKJ =T」Tf =(0.062 0.0057)N *m = 0.068N *m 切削時(工進力矩)，為 TGJ =Tc Tf =(0.43 0.0057)N，m = 0.436N，m 根據(jù)以上計算結(jié)果和查表初選 130BF001型反應(yīng)式步進電動機， 其轉(zhuǎn)動慣量Jm=4.6kg，cm 二 1n max (Jm Jd) 60 980ta a ;而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量 Jd =2.8kg?cm2;對于開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間ta=0

39、.05s。當(dāng)機床以 最快進給速度v=1000mm/min運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速為： nmax 1000 6.25r/min = 1041.67r / min 6 (4.6 2.8) 2 3.14 1041.67 6.25 60 980 0.05 =102.9kgf .cm =10.08N .m (8)計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上的各種力矩 計算空載啟動力矩Tq q Tq = Tap (T」Tf) = (10.08 0.062 0.0057)N ? m = 10.15N ? m 計算快進力矩Tkj Tkj =Tj Tf =(0.062 0.0057)N *m

40、 = 0.068N *m 計算工進力矩Tgj Tgj =Tc Tf =(0.43 0.0057)N ?m=0.44N ?m (9)選擇驅(qū)動電動機的型號 根據(jù)以上計算和查表選擇國產(chǎn) 150BF002型電動機，其主要參數(shù) 如下：相數(shù)，5；步距角，0.750/1.5。；最大靜轉(zhuǎn)矩，13.72N，m;轉(zhuǎn)動 慣量，9.8kg .cm2;最高空載啟動頻率，2800Hz;運行頻率，8000Hz; 分配方式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts： 機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩Tq與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn) 矩Tsi的關(guān)系為： —=0.951 Tsi Tq 10.15 Tsi =-q - N *m

41、-10.67N *m 0.951 0.951 機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩Tq與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn) q 矩Ts2的關(guān)系為： Ts2 = TGJ = 044 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電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩 Ts=10.67N?m。本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N?m,大于T,，可以在 規(guī)定的時間內(nèi)正常啟動，故滿足要求。 驗算慣量匹配，為了使機械傳動的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng) 的負載慣量Jl與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量Jm之比一般應(yīng)滿足下式： 0.25 < Jd <1 Jm 因為2^=4125 = 0.436 w [

42、0.25,1],故滿足慣量匹配要求 Jm 9.8 3.10械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 K=Kmin =191x106N/m,機床執(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,滾珠絲杠螺母 副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為 md=m + 1/3ms,已知m=30.61kg,則: 2 3 ms = - 3.2 64 7.8 10 =4.01kg 1 md 二 m 3 ms md K。 ,nc 1 二 (30.61 3 4.01)kg 31.95kg 191 106 rad / s = 2445rad / s 31.95 折算到滾珠絲杠軸上的系

43、統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為 Js = Ji =(9.8 4.275) 6.25kg *cm2 =88kg *cm2 = 0.0088kg *m2 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 Ks = K = 13566.04N ?m/rad ,則 Ks 13566.04 nt 1241.6rad / s \ Js . 0.0088 由以上計算可知，絲杠一工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率 心、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率 露t者B比較高。一般按8n = 300rad/s 的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 3.11機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 (1)計算器械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū) 二 已知進給傳動系

44、統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值 Km. = 191父106 N / mm , 導(dǎo)軌的靜摩擦力為F =460N ,則 2F 3 2 460 3 a =2 10 = 6 10 mm = 4.82 10 mm Kmin 191 106 即△ =4.82 Nm <8Nm ,故滿足要求。 (2)計算器械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 ■：;k max 1 1 3 ■：;kmax = F0(——-——)10 K K min max 1 1 3 _3 = 460 ( 6 6) 10 =0.71 10 mm 191 10 271 10 即6皿* =0.71Nm<6Nm

45、,故滿足要求。 (3)計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負載力矩T=Tkj =68N?mm ,扭矩作用點之間的距離 L2 = 355mm,絲杠底徑 d2= 27.9mm,則有 nTL2 .68 355 - 7.21 10 怖=7.21 10 1=0.0029 d24 27.94 由該扭轉(zhuǎn)變形8引起的軸向移動滯后量6將影響工作臺的定位精度, 有 、=L0 二=6 0.0029 mm : 0.05」m 360 360 3.12確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級， 本進給傳動系統(tǒng)采用開環(huán)控制 系統(tǒng)，應(yīng)滿足如下要求： V300p +ep E

46、0.8M(定位精度—6kmax—5)=0.8父(40 — 0.71 —0.05)Nm = 31.39Nm ep 小 Vup M0.8X(定位精度-6kmax—6)Nm = 31.39Nm 取滾珠絲杠螺母副的精度等級為 3級，查表得V300p =12^m ,當(dāng)螺 紋長度約為 350mm寸，ep=13Nm, Kp=12Nm; V300 p+ep =25^m<31.39^m ; ep Vup =25」m 三31.39口m 故滿足設(shè)計要求。 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計方法與橫向進給系統(tǒng)類似，不在此贅述了。 4進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相

47、互轉(zhuǎn)換的新型傳動 裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋梢， 當(dāng)他們套裝在一起時 便形成了滾珠的螺旋滾道。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，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動， 因而迫使螺母軸 向移動。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點： (1)傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 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， 反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 (

48、3)運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 (4)具有可逆性，既可以從螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可以 從直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動件。 (5)磨損小，使用壽命長。 (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，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立即停止運動，故還需要增加制 動裝置。 本次設(shè)計采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副， 精度為3級，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

49、內(nèi)螺紋滾道 在軸向產(chǎn)生一個&L0的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位而實 現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但載荷量須預(yù)先設(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 杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安 裝絲杠； 以及兩端固定的安裝方式， 常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、 高剛度、 高精度的絲杠， 這種配置方式可對絲桿進行預(yù)拉伸。 因此在此課題中 采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進行拉伸。 絲

50、杠中常用的滾動軸承有以下兩種： 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)需要進行組合， 但剛度較后者低， 目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應(yīng)用。 滾針—圓柱滾子軸承多用 于重載和要求高剛度的地方。 60角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、 同向組合、 一對同向與左邊一個面對面組合。 由于螺母與絲杠的同軸 度在制造安裝的過程中難免有誤差， 又由于面對面組合方式， 兩接觸 線與軸線交點間的距離比背對背時小， 實現(xiàn)自動調(diào)整較易。 因此在進 給傳動中面對面組合用得較多。 在此課題中

51、采用了以面對面配對組合的 60角接觸軸承，組合 方式為DDB以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度 高于床身。 為了補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。 4.2 齒輪傳動副的設(shè)計 齒輪傳動裝置主要由齒輪傳動副組成， 其任務(wù)是傳遞伺服電動機 輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動機與負載（工作臺）之間的扭矩、 轉(zhuǎn)速、 以及負載慣量相匹配， 使伺服電機的高速低扭矩輸出變?yōu)樨撦d 所需要的低速扭矩。在開環(huán)系統(tǒng)中還可以計算所需的脈沖當(dāng)量。 對傳動裝置的總要求是傳動精度要求高、穩(wěn)定性好和靈敏度高 （或響應(yīng)速度快），在設(shè)計齒輪傳動

52、裝置時，也應(yīng)從有利于提高這三 個指標(biāo)的角度來提出設(shè)計要求。 對于開環(huán)控制系統(tǒng)而言， 傳動誤差直 接影響數(shù)控裝備的工作精度， 因而應(yīng)盡可能縮短傳動鏈、 消除傳動間 隙，以提高傳動精度和剛度。對于死循環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動裝置完 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 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 無論是開環(huán)控制系統(tǒng)還是死循環(huán)控制系統(tǒng)， 齒輪傳動 裝置都將影響整個系統(tǒng)的靈敏度（響應(yīng)速度），從這個角度考慮應(yīng)注 意減少摩擦和轉(zhuǎn)動慣量，以提高傳動裝置的加速度。 在設(shè)計齒輪傳動裝置時， 除考慮以上要求外， 還應(yīng)考慮其傳動比 分配及傳動級數(shù)對傳動件的轉(zhuǎn)動慣量和執(zhí)行件的失動影響。 增

53、加傳動 級數(shù)，可以減少傳動慣量，但級數(shù)增加，使傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低 了傳動效率，增大了噪聲， 同時也增大了傳動間隙和摩擦損失，對伺 服系統(tǒng)不利。 因此不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量來選取傳動級數(shù)， 而應(yīng)綜合 考慮來選取最佳的傳動， 而應(yīng)綜合考慮來選取最佳的傳動級數(shù)和各級 傳動比。 在數(shù)控設(shè)備的進給驅(qū)動系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩、或脈沖當(dāng)量 的要求， 有時要在電動機到絲杠之間加入齒輪傳動副， 而齒輪等傳動 副存在的間隙， 會使進給運動反向滯后于指令信號， 造成反向死區(qū)而 影響其傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 因此， 為了提高進給系統(tǒng)的傳動精 度，必須消除齒輪副的間隙。 本設(shè)計采用的是雙片齒

54、輪錯齒調(diào)整法。 兩片齒輪周向可調(diào)彈簧錯 齒消除間隙結(jié)構(gòu)。 兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個寬齒輪嚙合， 兩 薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個薄片齒輪的端面均勻分布著四個螺孔， 分別裝上凸耳。 其中一個齒輪的端面還有另外四個通孔， 凸耳可以在 其中穿過， 彈簧的兩端分別鉤在凸耳和調(diào)節(jié)螺釘上。 通過螺母調(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位，即兩 個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 齒輪箱主要把齒輪裝入， 通過軸連接電動機和絲杠。 主要結(jié)構(gòu)是 一個方形的箱，然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等等。

55、在右側(cè) 內(nèi)壁也要加工一個孔來支承軸承。 同時還要通過兩個凸耳用螺栓與導(dǎo) 軌聯(lián)接。 4.4 床身及導(dǎo)軌 對于數(shù)控機床來說， 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床的各項性能指針。 它支承著數(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位置精度和車床在工作 中各運動部件的相對運動軌跡的準(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， 同時也影響著機床的工作效率 和壽命等。 因此， 床身特別是數(shù)控

56、車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，才能滿足數(shù)控車床對床身的要求。 數(shù)控車床工作時，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)計床身時，采用與水 平面傾斜 45的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點是： (1) 在加工工件時， 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，

57、再由排屑器將切屑排出。 這 樣，機床在工作中，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， 使機床更好地 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。 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

58、差很大。截面積相同時， 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)計床身截面時，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， 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)計一個較小的類似圓形截 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

59、。 床身材料采用機械 性能優(yōu)良的HT25Q其硬度、強度較高，耐磨性較好，具有很好的減 震性。 車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu) 簡單、制造方便、 接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大且 磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù) 控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑 動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等 特點。在動導(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、低速時不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等 優(yōu)點，在各類機床上都有應(yīng)用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機床的

60、 動導(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 對偶摩擦副。 機床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機床的加工精度、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)軌屬于進給導(dǎo) 軌，進給運動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌與支承的靜導(dǎo)軌之間的相對運動速度較 低。 直線運動滑動導(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)軌制造簡單，剛度高，承載能力大，具有 兩個相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝。 再將矩形整體傾斜45后，側(cè)面磨損能自動補償，克服了矩形導(dǎo)軌 側(cè)面磨損不能自動補償?shù)娜毕?，使其?dǎo)向性更好。本次設(shè)計我采用的 是燕尾梢導(dǎo)軌。 鑲條

61、是用來調(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 來調(diào)整間隙。壓板的d面和e面用空刀梢分開，間隙大磨刮d面，太 緊時則修e面。這種方式構(gòu)造簡單，應(yīng)用較多，但調(diào)整時比較麻煩。 圖4.1鑲條 4.5 中間軸的設(shè)計 中間軸上的齒輪是電機輸出與滾珠絲杠的傳力結(jié)構(gòu)， 它主要通過 鍵連接齒輪 2 和齒輪 3. 所以要設(shè)計鍵槽， 可設(shè)計一個鍵槽為兩個齒輪 傳力。 4.6 軸承端蓋的設(shè)計 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

62、密封，除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達到 密封的作用。 左側(cè)端蓋因為滾珠絲杠要通過所以設(shè)計了一個孔用氈墊 來封油。右邊可以設(shè)計成封閉式的端蓋可以減小加工難度。 總結(jié)與體會 畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運用， 是對以 前每門課程設(shè)計的綜合， 是對所學(xué)知識的徹底檢驗。 剛開始選擇課題 的時候， 我因為對數(shù)控機床比較感興趣， 所以選擇了關(guān)于數(shù)控機床方 面的課題。 我所在的組設(shè)計的是一臺數(shù)控車床， 我主要對其中的橫向 進給系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)進行設(shè)計。 開始設(shè)計之前， 我首先上網(wǎng)搜索 了有關(guān)車床方面的知識， 對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進一 步的了

63、解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計的時候，我們對學(xué)校 的一些數(shù)控車床進行了觀察， 我主要觀察了機床的進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 同 時并結(jié)合自己的課題對機床的總體布局做了進一步的研究， 并通過查 閱資料和相關(guān)圖冊， 設(shè)計出了滿足數(shù)控車床需要的橫向進給系統(tǒng)及縱 向進給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計是我們走向工作崗位的最后一次練兵， 是一次理論和實 踐完美結(jié)合的過程。 在近三個月的畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中， 使我更加認識到理 論聯(lián)系實際的重要性， 只有理論而不去進行實踐是不行的。 在設(shè)計過 程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點， 取長補短， 對自己其中不合理的部分進行了充分改進。 通過這次設(shè)計

64、， 自己在查閱數(shù)據(jù)、運用數(shù)據(jù)、中英文翻譯、運用專業(yè)知識及 CA膾圖 等方面的能力有了較大地提高， 對如何將機、 電互相結(jié)合起來有了較 深刻的認識， 彌補了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處， 為以后從事機械方 面的工作打下了一定的基礎(chǔ)， 積累了一定的經(jīng)驗， 對設(shè)計工作有了一 定的認識。 總之， 這次設(shè)計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，為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。 同時也使我懂得了一個真正設(shè)計的步驟以及方法。 致謝詞 經(jīng)過 3 個月的忙碌和工作， 本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲， 作為一 個專科生的畢業(yè)設(shè)計， 由于經(jīng)驗的匱乏， 難免有許多考慮不

65、周全的地 方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要 完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師孫老師。 孫老師平日里工作繁多， 但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段， 從查閱數(shù)據(jù) 到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整 個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣， 但是孫老 師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。 除了敬佩孫老師的專業(yè)水平外， 他 的治學(xué)嚴(yán)謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(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)對我無私的幫助，特別 是在軟件的使用方面， 正因為如此我才能順利的完成設(shè)計， 我要感

66、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課的每一位老師，是你們教會 我專業(yè)識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家！??！。 【參考文獻】 [1] 范超毅 . 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計 [M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2007. [2] 濮良貴 . 機械設(shè)計 [M]. 北京：高等教育出版社， 2001. [3] 劉朝儒 . 機械制圖 .[M] 北京：高等教育出版社， 2001. [4] 鄧志平 . 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) .[M] 成都：西南交通大學(xué)出版社， 2004. [5] 胡秋 . 數(shù)控機床進給系統(tǒng)的設(shè)計 [J]. 機床與液壓， 2004（ 6 ）： 55-56. [6] 鄒小琦 . 數(shù)控機床進給系統(tǒng)的定位精度 [J]. 南昌大學(xué)學(xué)報， 1997 （ 4）： 84-87. [7] 王愛玲， 白恩遠 . 現(xiàn)代數(shù)控機床 [M]. 北京： 國防工業(yè)出版社， 2003. [8] 陳立德，機械設(shè)計基礎(chǔ) .3 版. 北京 : 高等教育出版社 ,2007 [9] 徐曉峰 , 電機及拖動 .