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南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給
機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： D機(jī)加工122 學(xué) 號(hào)：231120412
學(xué)生姓名： 耿成超
指導(dǎo)教師： 劉桂芝、卞榮
2016年 3月 11 日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
耿成超
學(xué) 號(hào)
231120412
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造
及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名
劉桂芝、卞榮
職 稱
研究員級(jí)高級(jí)工程師、講師
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
D、自擬課題
課題性質(zhì)
A、工程設(shè)計(jì)
課題名稱
車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
內(nèi)容和意義?
采用比較法，文獻(xiàn)分析法對(duì)車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)課題進(jìn)行分析與研究，畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容：主要零件包括:副主軸本體安裝板、滾珠絲杠(W)副、軸承座、軸承、隔套、鎖緊螺母、聯(lián)軸器、聯(lián)接漲套、法蘭、限位擋塊等。
1、機(jī)械制圖
CAD繪制數(shù)控可編程尾架傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖0號(hào)圖 1張，繪制其它零件CAD圖紙，CAD圖紙折合0號(hào)1.5張。
2、設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)慣量匹配的計(jì)算，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計(jì)算。
3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
各零件成本分析，課題成本計(jì)算。
本課題研究的意義：
1、車銑復(fù)合加工機(jī)床的意義：通過一次裝夾零件完成多種加工工序，縮短了加工時(shí)間，提高了加工精度，因而受到用戶的歡迎。數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床是復(fù)合加工機(jī)床的一種主要機(jī)型，通常是在數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削以及鏜削等復(fù)合功能，能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾、全部完工的加工理念。
2、W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的意義：車銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)第二主軸軸向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度自動(dòng)控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。
3、通過分析與研究使自己了解到W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重要性，W軸進(jìn)給軸作為第二主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個(gè)組成部分。
4、通過本次課題設(shè)計(jì)，提高了我的分析問題、解決問題的能力，在自己所研究的課題上有了較為深入的了解，對(duì)我自己四年專業(yè)學(xué)習(xí)是一個(gè)很大的提高。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號(hào)：起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
數(shù)控機(jī)床的發(fā)展背景與趨勢(shì)：
現(xiàn)狀：我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制工作起步比較晚，于1958年由清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠合作研制了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床，并于1958年開始試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。1965 年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20 世紀(jì)60年代末至70年代初成功研制。從1980年起，我國(guó)加大改革開放的力度，先后從日、德、美、西班牙等西方國(guó)家引進(jìn)CNC系統(tǒng)，對(duì)各種機(jī)、電、液、氣等基礎(chǔ)原件進(jìn)行合作生產(chǎn)，極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。總體來說，從1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床到現(xiàn)在，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：1958至1979年為第一階段，在這一階段內(nèi)我國(guó)受到西方國(guó)家的封鎖和國(guó)內(nèi)環(huán)境的影響，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展采用的是封閉式摸索前進(jìn)，數(shù)控機(jī)床的一些關(guān)鍵技術(shù)，如電、氣、液等核心技術(shù)達(dá)不到可靠性要求，故障常出；1980年至1995年為第二階段，我國(guó)提出了改革開放的政策，積極引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，利用國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品配置和技術(shù)，期間我國(guó)的數(shù)控機(jī)床取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，逐漸縮小與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的差距，但總體來說，這個(gè)階段屬于我國(guó)的仿制時(shí)期，自主研發(fā)的產(chǎn)品占少數(shù)；1996年至今為第三階段，我國(guó)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略，控機(jī)床進(jìn)入自主研發(fā)的時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比重也逐漸增大，數(shù)控機(jī)床無論從數(shù)量上還是在質(zhì)量上都取得了較大的進(jìn)步，某些核心的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)接近或者領(lǐng)先于世界水平[2]。
趨勢(shì)：20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)完成了16位機(jī)向32機(jī)位轉(zhuǎn)變，伺服驅(qū)動(dòng)從直流向交流全數(shù)字式轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉向開放轉(zhuǎn)變，控制系統(tǒng)由專用計(jì)算機(jī)向通用計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)前進(jìn)的步伐，具體來說數(shù)控機(jī)床會(huì)朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術(shù)集成化與技術(shù)復(fù)合化、智能化幾個(gè)方向發(fā)展[3]。
本課題主要研究車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)給系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響數(shù)控機(jī)床的定位和輪廓加工精度。從車銑復(fù)合加工機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是由復(fù)合加工機(jī)床的C軸、拖板部件的X/Z兩軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及第二主軸軸向進(jìn)給W軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是車銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)第二主軸軸向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度自動(dòng)控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。從系統(tǒng)控制的角度看，決定進(jìn)給系統(tǒng)性能的主要因素有系統(tǒng)的剛度、慣量、精度和動(dòng)特性等[4]。傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和慣量，直接影響到進(jìn)給系統(tǒng)的切削能力和加減速性能；穩(wěn)定性和靈敏度；傳動(dòng)部件的精度與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，決定了機(jī)床的輪廓加工和定位精度，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號(hào)：起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
剛度：
提高絲杠的剛度勢(shì)必可以提高系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和加速性，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的加減速轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，進(jìn)給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度；滾珠絲杠由于具有傳動(dòng)效率高、磨損小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，在機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。滾珠絲杠作為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的重要元件，其性能直接影響了進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。滾珠絲杠的剛度是造成進(jìn)給系統(tǒng)失動(dòng)的重要因素，因此需要對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行剛度分析，以獲得最大失動(dòng)量，為進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和定位精度提高提供依據(jù)。
慣量：
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的加減速轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，進(jìn)給系統(tǒng)的慣量直接決定了系統(tǒng)的加速度。數(shù)控機(jī)床是一種高效加工設(shè)備，它對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對(duì)于高速加工機(jī)床，為了在有限的行程內(nèi)，使得運(yùn)動(dòng)軸達(dá)到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進(jìn)給系統(tǒng)的加減速需要達(dá)到或超過1g（9.8m/s2），因此，在滿足系統(tǒng)剛度的前提下，其傳動(dòng)部件應(yīng)盡可能減輕重量、縮小直徑，以降低慣量、加高快速性。
間隙：
傳動(dòng)部件的間隙會(huì)影響系統(tǒng)的系統(tǒng)的定位精度，因此必須采取有效措施以消除傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙。滾珠絲杠螺母副和支承軸承的預(yù)緊是消除傳動(dòng)系統(tǒng)間隙的常用措施，大部分傳動(dòng)部件的消隙措施都會(huì)增加系統(tǒng)的摩擦阻力、引發(fā)發(fā)熱、甚至影響傳動(dòng)部件的使用壽命[6]。
摩擦：
進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦阻力不但會(huì)降低傳動(dòng)效率、導(dǎo)致發(fā)熱；且還直接影響系統(tǒng)快速性。此外，由于動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的變化，可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)部件的彈性變形而產(chǎn)生非線性的摩擦死區(qū)，從而影響系統(tǒng)的加工、定位精度，甚至引起低速爬行和動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定[7]。
通過對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾個(gè)問題進(jìn)行分析與探討，并提出如下解決方法：
1、提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械剛度的措施：
滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度與滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)和軸承的結(jié)構(gòu)及布置、預(yù)緊力大小有關(guān)。因此，要提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度主要從以下方面著手：
（1）當(dāng)減小滾珠直徑 ；
（2）適當(dāng)加大螺旋升角；
（3）施加合適的預(yù)緊力；
（4）改進(jìn)滾珠循環(huán)；
（5）進(jìn)一步提高滾珠絲杠螺母副的加工精度；
（6）從根本上改進(jìn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，合理布置支承形式，采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床[8]。
文獻(xiàn)綜述
2、減小慣量對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的影響：
數(shù)控機(jī)床是以在自動(dòng)加工中實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)精度和高性能穩(wěn)定性為其主要特征的，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量，直接影響其固有頻率，從而影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性。慣量越小，剛度越大，則固有頻率越高，所以應(yīng)選擇較小的慣量[9]。實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)表明，在當(dāng)今數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于提高固有頻率、滿足穩(wěn)定性要求環(huán)節(jié)，主要是采取以下的方式：
（1）通過慣量匹配和加速度校核環(huán)節(jié)，確保較小的機(jī)械傳動(dòng)慣量，從而保證進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較大的固有頻率。
（2）不再采用低固有頻率的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而普遍采用高剛性、低摩擦系數(shù)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
（3）當(dāng)今數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，已普遍采用數(shù)字交流伺服形式，性能有了大幅度提高，一般系統(tǒng)本身設(shè)有自動(dòng)測(cè)試共振點(diǎn)的功能，并設(shè)置有多個(gè)對(duì)應(yīng)不同頻率的抑制共振的濾波器，通過電氣調(diào)節(jié)，消除共振[10]。
3、減小間隙的措施：
采用滾珠絲杠螺母副和支承螺母的預(yù)緊等方式。
4、減小摩擦的措施：
需要配套減少對(duì)部件之間的摩擦有助于提高系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度，進(jìn)給系統(tǒng)部件必須有良好的防護(hù)措施，以避免灰塵或切屑、冷卻液的進(jìn)入。
總結(jié)：
一個(gè)良好的進(jìn)給系統(tǒng)需滿足剛度高、小慣量、無間隙、低摩擦等要素，剛度高會(huì)提高系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性；小的慣量減小系統(tǒng)的加速度，提高進(jìn)給系統(tǒng)的加速精度；消除間隙會(huì)提高進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；部件之間的潤(rùn)滑可減少系統(tǒng)摩擦阻力，提高運(yùn)動(dòng)精度，避免低速爬行。
文獻(xiàn)總素
參考文獻(xiàn)：
[1]廖朝洋,董大華.CKD6183數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床的設(shè)計(jì).數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用[A].2011
[2]吳南星，胡如夫，孫慶鴻．?dāng)?shù)控車床絲杠進(jìn)給系統(tǒng)剛度對(duì)定位精度的影響［Ｊ］．中國(guó)工程科學(xué)，２００４，９６（９）：４６－４８．
[3] 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1992.1
[4]機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組主編 .機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).第三卷部件機(jī)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)
[5]龔仲華.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)典例.機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2：50-51
[6]吳南星，胡如夫，孫慶鴻．?dāng)?shù)控車床絲杠進(jìn)給系統(tǒng)剛度對(duì)定位精度的影響[J]．中國(guó)工程科學(xué)，2004，6(9)：46—49．
[7]黃祖堯．精密滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)高速化的前景[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2001(3)：5—7．
[8]張伯霖，黃曉明，范夢(mèng)吾．高速數(shù)控機(jī)床三種進(jìn)給系統(tǒng)的分析與評(píng)價(jià)[J]．產(chǎn)品與技術(shù)，2003，2(4)：88—92．
[9]黃祖堯．精密高速滾珠絲杠副的最新發(fā)展及其應(yīng)用[J]．航空制造技術(shù)，2003(4)：36—40．
[10]張政潑.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量分析和校核[A].裝備制造技術(shù)，2010:37-38.
研究?jī)?nèi)容
解決車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)存在的問題：
在剛度方面：如果進(jìn)給傳動(dòng)部件的剛度不足，必將會(huì)產(chǎn)生彈性變形，影響系統(tǒng)的加工精度、穩(wěn)定性和快速性。
在慣量方面：車銑復(fù)合加工機(jī)床是一種高效的加工設(shè)備，它對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的快速性要求較高，特別對(duì)于高速加工機(jī)床，為了在有效的行程內(nèi)，使得運(yùn)動(dòng)軸達(dá)到每分鐘數(shù)十米、甚至上百米的高速，進(jìn)給系統(tǒng)的加減速需要達(dá)到要求。
在間隙方面：它直接影響系統(tǒng)的定位精度，而且還影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，因此，必須采取有效的措施以消除進(jìn)給系統(tǒng)的間隙。
在摩擦方面：摩擦阻力不但會(huì)降低傳動(dòng)效率、導(dǎo)致發(fā)熱；而且還直接影響系統(tǒng)快速性。
研究計(jì)劃
研究周期與時(shí)間安排
第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn)，參觀工廠，搜集設(shè)計(jì)過程
中所要遵照的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí)
第2周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法， 完成該課題所采用的技
路線、方案，要設(shè)計(jì)和完成的任務(wù)
第3周 (3.07-3.11） 完成開題報(bào)告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設(shè)計(jì)，繪制進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
第5周 (3.21-3.25) 完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)慣量匹配的計(jì)算、完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計(jì)算
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計(jì)
第7周 (4.04-4.08） 設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進(jìn)行零件圖計(jì)算機(jī)繪圖
第9周 (4.18-4.22） 完成零件圖計(jì)算機(jī)繪圖
第10周 (4.25-4.29） 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本
計(jì)算
第11周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿
第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿
第13周 (5.16-5.20) 論文評(píng)審及答辯資格確定
第14周（5.23-5.30）答辯
第15周 (5.30-6.03) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯
第16周（6.06-6.10） 整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本文的特色與創(chuàng)新如下：
1、 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)加大絲杠的直徑，對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，對(duì)絲杠螺母副、支承部件進(jìn)行預(yù)緊，以提高剛度并消除間隙。
2、 經(jīng)過慣量匹配計(jì)算，來降低慣量，提高了進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。
3、 由于滾動(dòng)滾珠絲杠、軸承、導(dǎo)軌，良好的潤(rùn)滑使本課題具有良好定位精度和高靈敏度。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
2016年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學(xué)主任簽名：
年 月 日
南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）
題 目： 車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： D機(jī)加工122 學(xué) 號(hào)： 231120412
學(xué)生姓名： 耿成超
指導(dǎo)教師：卞榮/劉桂芝（講師/教授級(jí)高工）
起迄日期： 2016.02.22--2016.06.03
設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程實(shí)踐中心5號(hào)樓
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
摘要：
本課題是對(duì)車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析剛度、慣量、間隙、摩擦對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的影響。通過采用比較法、文獻(xiàn)分析法對(duì)車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，以交流伺服電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過直接剛性聯(lián)軸器使?jié)L珠絲杠和電機(jī)連接在一起，使用漲套消除間隙，通過漲套的軸向移動(dòng)和徑向膨脹來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。采用背對(duì)背和串聯(lián)的角接觸球軸承來固定滾珠絲杠，滾珠絲杠的支撐方式兩端采用雙推的方式，并且使用墊板防止兩端軸承的中心高不一致，采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，使機(jī)構(gòu)具有更高定位精度和高靈敏度，并對(duì)此次W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)零部件進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)成本分析。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 車銑 進(jìn)給系統(tǒng) W軸 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要
Title Lathe-milling machine tool X-axis feed mechanism
Abstract
This topic is of milling machine tool W-axis feed mechanism design, analysis, rigidity, inertia, backlash, friction influence on the feed system. By using the comparative method, document analysis of the milling machine tool W-axis feed mechanism study designed to AC servo motor as the power source, through direct rigid coupling ball screw and motor are connected together, use up the sleeve eliminate the gap, to transmit motion and power rose by axial movement and radial expansion of the sleeve. Back to back and adopt a series of angular contact ball bearings to fix the ball screw, ball screw support both ends of the double way push mode, and use the pad to prevent the bearings at both ends of the center high-inconsistent, using linear rolling guide, making mechanism has higher positioning accuracy and high sensitivity, and the W-axis feed mechanism components were economic cost analysis.
Keywords CNC machine tools; Milling;Feeding System;W axis;Structural Design
II
南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）
目錄
前 言 1
第一章 緒 論 2
1.1 車銑復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展 2
1.1.1車銑復(fù)合加工技術(shù)概述 3
1.1.2車銑復(fù)合加工的發(fā)展趨勢(shì) 4
1.1.3車銑復(fù)合加工機(jī)床的優(yōu)勢(shì) 4
1.2 本次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 5
1.3 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容的分析方法 5
第二章 進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 6
2.1 W軸進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 6
2.2 W軸進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)方案的選擇與設(shè)計(jì) 6
2.2.1 W軸進(jìn)給傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與布局 6
2.2.2 傳動(dòng)類型的選擇 7
2.2.3 軸承的選擇 8
2.2.4 軸承的配置方式 9
2.2.5 軸承的潤(rùn)滑與密封 12
2.2.6 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 15
2.2.7 電機(jī)與滾珠絲杠副聯(lián)接方式的選擇 17
2.2.8 W軸進(jìn)給傳動(dòng)導(dǎo)軌類型的選擇 20
第三章 車銑復(fù)合機(jī)床W軸進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 22
3.1 伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定 22
3.2 W軸進(jìn)給力的計(jì)算 23
3.3 W軸慣量匹配的計(jì)算 23
第四章 車銑復(fù)合機(jī)床W軸滾珠絲杠副的選型及校核 25
4.1 滾珠絲杠副工作原理 25
4.1.1 滾珠絲杠副的選型 25
4.1.2 滾珠絲杠副的間隙消除與預(yù)緊 26
4.2 W軸滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算 28
4.3 滾珠絲杠副的潤(rùn)滑與密封 28
第5章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 31
5.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的與意義 31
5.2 成本計(jì)算依據(jù) 31
5.3 成本材料構(gòu)成 32
5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用 32
5.3.2 非標(biāo)準(zhǔn)件 33
總 結(jié) 34
致 謝 35
- IV -
前 言
車銑復(fù)合技術(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)械與精密制造兩者的基礎(chǔ)上，融入了先進(jìn)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)與CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)，是在九十年代之后逐步發(fā)展起來的先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)。車銑復(fù)合機(jī)床作為世界范圍內(nèi)最先進(jìn)的機(jī)械加工設(shè)備之一，現(xiàn)已成為各類加工機(jī)床之中的佼佼者，集銑削與車削于一身，可在一臺(tái)車銑復(fù)合加工機(jī)床上，只通過一次裝夾，便可完成全部車、銑、鉆、鏜、攻絲等多種加工，大大節(jié)省了非加工時(shí)間，提高加工效率。
本課題主要研究設(shè)計(jì)車銑復(fù)合機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)作為第二主軸軸向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度自動(dòng)控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。通過分析與研究使自己了解到W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重要性，W軸進(jìn)給軸作為第二主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個(gè)組成部分。
設(shè)計(jì)W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案，綜合各方面因素，考慮采用滾珠絲杠進(jìn)行傳動(dòng)，分析軸承潤(rùn)滑與密封對(duì)絲杠的影響，減小由摩擦引起的溫升對(duì)工作造成的故障。分析研究得出兩端固定軸承支承方式和直聯(lián)剛性伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接方式對(duì)W軸的定位精度和加工精度影響較小，計(jì)算進(jìn)給力和慣量匹配避免過大的負(fù)載對(duì)W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)造成故障。
由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)等方面的因素，在本次設(shè)計(jì)中難有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)糾正。
第一章 緒 論
1.1 車銑復(fù)合加工機(jī)床的發(fā)展
我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制工作起步相對(duì)較晚，目前來說，數(shù)控機(jī)床發(fā)展歷程大致可以分為以下三個(gè)階段：
1958至1979年為第一階段，我國(guó)于1958年在清華大學(xué)和北京第一機(jī)床廠共同努力下，聯(lián)合研制成功了中國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床，并于同年試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床[1]。從1965年開始，我國(guó)集合各方面的科技人才開始大力研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，終于在1960末期至19070初成功研制出第一臺(tái)晶體管數(shù)控系統(tǒng)。由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)環(huán)境相對(duì)落后，西方國(guó)家對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)的封鎖，我國(guó)數(shù)控的研究工作迎來了巨大的挑戰(zhàn)，由于尚未掌握技術(shù)與參數(shù)，只能采取著封閉式摸索著前進(jìn)。在數(shù)控機(jī)床的一些關(guān)鍵技術(shù)上仍然依靠著發(fā)達(dá)國(guó)家的支持，列如電、氣、液等核心技術(shù)，由于早期發(fā)展技術(shù)相對(duì)不太成熟，整個(gè)發(fā)展過程都處于初級(jí)階段，很大程度上要西方發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)借鑒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到可靠性要求，因此故障頻出，大大影響了加工制造水平。
1980年至1995年為第二階段，鄧小平同志提出了改革開放的政策，國(guó)內(nèi)響應(yīng)號(hào)召，大力發(fā)展重工業(yè)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)迅速被我國(guó)引進(jìn)，或通過購(gòu)買實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，進(jìn)行拆卸之后分析內(nèi)部構(gòu)造，大量科研前輩學(xué)習(xí)了國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)、操作技術(shù)與維修技術(shù)等，以提高我國(guó)本土的數(shù)控技術(shù)水平。從八十年代后，我國(guó)先后從日本、德國(guó)、美國(guó)、西班牙等西方發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，合作開放研制生產(chǎn)各種機(jī)、電、液、氣等基本零部件，很大程度上提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量，與之前的相比有了一個(gè)質(zhì)的變化[2]。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在這一段時(shí)間內(nèi)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)一批機(jī)床生產(chǎn)廠家看到機(jī)床廣闊的發(fā)展前景，加強(qiáng)了與西方國(guó)家廠家的技術(shù)合作，數(shù)控機(jī)床的勢(shì)頭發(fā)展迅猛，努力縮短與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的差距。但令人遺憾的是，我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)在這一階段，借鑒與仿制仍占很大比重，依靠自主研發(fā)與自主生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床占相對(duì)少數(shù)一部分。
1996年至今為第三階段，我國(guó)工業(yè)化戰(zhàn)略全面打響，只有大力發(fā)展科技方可興國(guó)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)入自主研發(fā)的時(shí)期，國(guó)家的科學(xué)和技術(shù)正全面加速發(fā)展，科研技術(shù)人員的增加和科研資金的大量投入是我國(guó)數(shù)控機(jī)床水平得到了顯著的提高，數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)值比重也逐漸增大，我國(guó)數(shù)控機(jī)床在數(shù)量上得到很大的增大，在質(zhì)量方面更是取得了較大的進(jìn)步，相對(duì)于發(fā)展早期，現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)的良性競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，進(jìn)步的腳步也正在加快，特別是在某些核心的關(guān)鍵技術(shù)上，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床水平已經(jīng)接近或者領(lǐng)先于世界水平，成為行業(yè)旗幟，離不開我國(guó)一代數(shù)控人的努力。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開我們當(dāng)代每一位科研人員的努力，正因?yàn)橛心銈儾晃菲D險(xiǎn)的付出，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的距離越來越短。
1.1.1車銑復(fù)合加工技術(shù)概述
車銑復(fù)合加工技術(shù)：是一種將現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)于三者集一體的先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)，經(jīng)過一次裝夾之后，可對(duì)零件多個(gè)表面或復(fù)雜形面加工,便可減少裝夾次數(shù)，很大程度上簡(jiǎn)化刀具系統(tǒng)的復(fù)雜性，縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。車銑復(fù)合加工技術(shù)不僅能夠在綠色節(jié)能減排的前提下，減少零件傳送和庫(kù)存與占地面積等方面的需求，同時(shí)也可保證較高的加工生產(chǎn)效率，以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的，并且具有較強(qiáng)的加工能力和較廣的工藝范圍，已然成為目前全球范圍內(nèi)最為先進(jìn)的機(jī)械加工設(shè)備之一。列如：在航空航天、軍工產(chǎn)業(yè)、遠(yuǎn)洋船舶和醫(yī)療設(shè)備等制造領(lǐng)域的發(fā)展，車銑復(fù)合加工技術(shù)都在先進(jìn)制造技術(shù)的舞臺(tái)上扮演著十分重要角色之一，特別對(duì)一些形狀復(fù)雜的異形零件更具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。目前隨著航空航天、軍工、船舶等領(lǐng)域的產(chǎn)品更新?lián)Q代速度愈加迅猛，工序分散的加工設(shè)備勢(shì)必將會(huì)被淘汰，工序集中優(yōu)勢(shì)由此更加凸顯，車銑復(fù)合加工機(jī)床將會(huì)迎來更為廣闊的發(fā)展的發(fā)展前景，應(yīng)用方向也更為寬泛。舉例，車銑復(fù)合加工機(jī)床如圖1-1所示：
圖1-1車銑復(fù)合加工機(jī)床
1.1.2車銑復(fù)合加工的發(fā)展趨勢(shì)
隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)防建設(shè)對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)也提出了較高的要求，因此我國(guó)的高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生了較大的剛性需求，發(fā)展數(shù)控機(jī)床刻不容緩。經(jīng)過科研前輩的艱難探索實(shí)踐，研究國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)并加以大力創(chuàng)新，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)終于在科研工作者的努力下取得了較大的成就。一些機(jī)床生產(chǎn)廠家在研究車銑復(fù)合加工機(jī)床方面取得了很大的突破，尤其是沈陽機(jī)床廠更是打破了外國(guó)對(duì)我國(guó)的核心技術(shù)的封鎖，取得了質(zhì)的突破。但是，國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比，在數(shù)控機(jī)床總體制造技術(shù)差距仍然較為明顯，核心競(jìng)爭(zhēng)力較弱，尤其是在進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、加工精度等方面有著大約15年的差距。總的來說，數(shù)控機(jī)床會(huì)朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術(shù)集成化與技術(shù)復(fù)合化、智能化等方向，大型化和微小化兩個(gè)極端發(fā)展，機(jī)床配套裝置和功能也日益完善。
1.1.3車銑復(fù)合加工機(jī)床的優(yōu)勢(shì)
1、合理選擇產(chǎn)品制造工藝，縮短工藝鏈，提高生產(chǎn)效率。車銑復(fù)合加工可在刀庫(kù)中安裝各種專用工具和合理的刀具安排,大大縮短刀具更換時(shí)間,實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部或者大部分加工工序，已提高加工效率，最大程度上增加客戶效益。
2、減少裝夾次數(shù)，從而提高機(jī)床的加工精度。過多的裝夾次數(shù)會(huì)產(chǎn)生定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的誤差積累，易生產(chǎn)出不合格的零部件，增加了非加工時(shí)間。
3、減少占用空間，大大地降低了生產(chǎn)成本。車銑復(fù)合加工機(jī)床具有緊湊的外觀設(shè)計(jì),能夠充分合理利用空間,機(jī)床在發(fā)生故障之后，保養(yǎng)維護(hù)修理較為方便。
1.2 本次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容
1、W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)在車銑復(fù)合加工機(jī)床中，是第二主軸軸向的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)機(jī)床第二主軸的軸向進(jìn)給，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度自動(dòng)控制，保證機(jī)床第二主軸的準(zhǔn)確定位。
2、通過分析與研究使自己了解到W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重要性，W軸進(jìn)給軸作為第二主軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個(gè)組成部分。
3、了解滾珠絲杠副傳動(dòng)的工作原理，減小慣量，提高進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度，研究軸承和滾珠絲杠摩擦發(fā)熱對(duì)機(jī)構(gòu)的影響，考慮伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的連接方式，計(jì)算進(jìn)給力和滾珠絲杠的慣量匹配。
1.3 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容的分析方法
采用比較法，文獻(xiàn)分析法對(duì)車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)課題進(jìn)行分析與研究。在設(shè)計(jì)過程中，我一直與設(shè)計(jì)小組成員積極探討機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成，相互學(xué)習(xí)，分析工作原理，選擇更為合理的傳動(dòng)方式，上網(wǎng)查閱專業(yè)期刊、文獻(xiàn)保證以本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容的準(zhǔn)確性。
第二章 進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2.1 W軸進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
車銑復(fù)合機(jī)床在進(jìn)給系統(tǒng)中位置調(diào)節(jié)提出了較高的要求，其中：
1、在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面：
1）能夠克服摩擦力和負(fù)載，能夠在負(fù)載較大的工作場(chǎng)合中正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
2）較小的進(jìn)給位移量，保證加工精度；
3）較高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；
4）足夠的調(diào)速范圍，滿足快進(jìn)、工進(jìn)和快退時(shí)的速度需要；?
5）進(jìn)給速度均勻，工作平穩(wěn)，無低速爬行現(xiàn)象。?
2、在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面：
1）足夠的加速度和制動(dòng)力矩，保證快速啟動(dòng)與制動(dòng)；
2）良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能，保證軌跡精度和較高的表面質(zhì)量；
3）盡可能小的軌跡誤差，保證較高的加工精度；
3、對(duì)于數(shù)控機(jī)床機(jī)械中的傳動(dòng)部件，則有如下要求：
1）加速過程中，運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生較小的慣量；
2）高的剛度；
3）良好的阻尼；
4）在拉伸和壓縮剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼和部件間隙等方面，傳動(dòng)件應(yīng)有較小的非線性要求[4]。
2.2 W軸進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)方案的選擇與設(shè)計(jì)
2.2.1 W軸進(jìn)給傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與布局
W軸進(jìn)給傳動(dòng)如圖2-1所示：
圖 2-1 進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.2.2 傳動(dòng)類型的選擇
在眾多數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，使用頻率較高的機(jī)械傳動(dòng)裝置如下：
1、 滾珠絲杠螺母副
滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)：減小運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦以提高進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)精度。滾珠絲杠副具有較高的傳動(dòng)效率，由于滾動(dòng)摩擦的動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差較小，因此低速不易爬行，可以保證平穩(wěn)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。為了提高滾珠絲杠的軸向剛度，并且機(jī)床具有較高的定位精度和加工精度，在機(jī)床加工零件之前，必須消除絲杠螺母的軸向間隙，使之無反向空行程，因此采用適當(dāng)預(yù)緊方式來消除軸向間隙。
2、 靜壓蝸桿-蝸母條
靜壓蝸桿-蝸母條傳動(dòng)：在蝸桿與蝸母條的嚙合齒面之間注入適量的壓力油，形成一層油膜之后，兩嚙合面產(chǎn)生了足夠的液體摩擦，由此達(dá)到減小摩擦阻力的目的。主要適用于重型數(shù)控機(jī)床。列如：龍門式銑床的工作臺(tái)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。
3、 預(yù)加載荷雙齒輪-齒條
雙齒輪-齒條傳動(dòng)：大型數(shù)控機(jī)床因行程尺寸較大，為保證傳動(dòng)精度，可考慮采用齒輪-齒條傳動(dòng)，并且在使用過程中必須消除齒側(cè)間隙。消除間隙方式：采取兩個(gè)齒輪與齒條嚙合，使用特定預(yù)加載機(jī)構(gòu)使兩齒輪以相反方向預(yù)轉(zhuǎn)過微小的角度，使每個(gè)齒輪與齒條的兩側(cè)齒面貼緊，以達(dá)到消除間隙的目的。
4、 雙導(dǎo)程蝸桿
雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)：這種傳動(dòng)方式應(yīng)有較高的制造精度和裝配精度，由于渦輪與蝸桿之間存在間隙，還必須采取一定的措施，以消除蝸輪與蝸桿副之間的傳動(dòng)間隙，通常的方法是雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)。適用于追求較高生產(chǎn)率的場(chǎng)合。
將以上各種進(jìn)給傳動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，綜合各類因素考慮，在進(jìn)給傳動(dòng)中，滾珠絲杠傳動(dòng)具有傳動(dòng)精度高，具備快速響應(yīng)能力和較高的傳動(dòng)效率。因此我在W軸的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，選擇滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)作為本機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)方式。
2.2.3 軸承的選擇
各種不同類型的工作場(chǎng)合應(yīng)選用不同的軸承，在選擇軸承類型時(shí)，就需充分考慮各類軸承的結(jié)構(gòu)特性，且綜合考慮以下各主要因素：
1、載荷情況
在選用軸承時(shí)，第一應(yīng)考慮載荷情況，載荷直接影響著軸承的使用壽命，應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)幾個(gè)方面進(jìn)行初步選擇。
1） 載荷大小 在一般情況下，由于滾子軸承是線接觸，與球軸承相比，整個(gè)與軸承的內(nèi)外圈接觸面積較大，因此承載能力也相對(duì)較大，適用于重載的工作場(chǎng)合；而球軸承是點(diǎn)接觸，接觸面積相對(duì)較小，所以承載能力也較小，只適用于輕、中載的工作場(chǎng)合。
2）載荷方向 在純徑向力單獨(dú)作用時(shí)，應(yīng)考慮選用圓柱滾子軸承、深溝球軸承和滾針軸承等；在純軸向載荷單獨(dú)作用時(shí)，可考慮選用推力球軸承、推力滾子軸承；在徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，通?？紤]選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承[5]。在徑向載荷較大而軸向載荷較小的場(chǎng)合中，可選用深溝球軸承。則在軸向載荷較大，并且徑向載荷較小的工作場(chǎng)合中，可考慮選用推力角接觸球軸承或是推力圓錐滾子軸承。
3）載荷性質(zhì) 當(dāng)工作場(chǎng)合中產(chǎn)生沖擊載荷時(shí)，應(yīng)考慮選用滾子軸承。
2、高速性能 一般來講，摩擦力矩和發(fā)熱量?jī)蓚€(gè)因素直接影響著軸承高速性能，保證小的摩擦力矩和發(fā)熱量可提高軸承的高速性能。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，所以在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下應(yīng)優(yōu)先考慮選用球軸承。在相同內(nèi)徑時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體作用在外圈上的離心力與外徑、滾動(dòng)體成正比，在高速重載場(chǎng)合中，必須驗(yàn)算軸承的極限轉(zhuǎn)速。
3、軸向游動(dòng)性能 通常機(jī)械工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸會(huì)由于摩擦和工作介質(zhì)而引起發(fā)熱，從而會(huì)發(fā)生熱脹冷縮的情況。軸有軸向游動(dòng)可避免產(chǎn)生熱脹冷縮影響機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。方法：選用內(nèi)圈或是外圈無擋邊的圓柱滾子軸承配置在軸的兩端，可產(chǎn)生微量軸向位移并留有熱脹冷縮的空間。
4、調(diào)心性能 良好的軸承調(diào)心性可避免由制造誤差或安裝誤差所致的同軸性，應(yīng)考慮選用調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承。
5、允許的空間 設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，一般先根據(jù)負(fù)載的大小來確定軸的大小，然后根據(jù)軸的尺寸來確定軸承的尺寸。小軸采用球軸承，大軸則采用滾子軸承。
6、安裝與拆卸方便 由于軸承使用壽命較短，在工作場(chǎng)合中軸承作為易損件，需要經(jīng)常進(jìn)行裝拆更換。具有良好的裝拆方便性能軸承有：可分離型的角接觸球軸承、推力軸承和調(diào)心球軸承等。
根據(jù)機(jī)床實(shí)際情況，由于在工作運(yùn)轉(zhuǎn)中，滾珠絲杠同時(shí)承受軸向和徑向兩個(gè)方向的載荷，應(yīng)采用角接觸球軸承。背靠背組配的角接觸球軸承可以產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎強(qiáng)度，具有較大的支承剛度，且可補(bǔ)償徑向膨脹。因此在進(jìn)給系統(tǒng)中分別在滾珠絲杠的左右兩端采用一組串聯(lián)和背對(duì)背的角接觸球軸承進(jìn)行支撐。
2.2.4 軸承的配置方式
一般來講，對(duì)軸進(jìn)行支撐主要是在徑向和軸向的兩個(gè)方向。為提高傳動(dòng)剛度，一個(gè)很重要的步驟就是如何選擇支承結(jié)構(gòu)以及正確安裝滾珠絲杠，下面介紹幾種軸承的配置方式。
1、固定—自由式
當(dāng)一端裝止推軸承時(shí)，軸承承載能力較小，軸向剛度較低，僅適用于短絲杠、精度較低，輕載的場(chǎng)合。配置方式如圖2-2所示：
圖 2-2 “固定—自由”型的軸承配置方式
2、固定-游動(dòng)式??
在軸一端裝止推軸承，則軸另一端同時(shí)裝深溝球軸承。止推軸承與深溝球軸承配合使用，軸承的安裝位置必須遠(yuǎn)離熱源，以避免絲杠受溫度過高熱變形的影響，主要適用于中轉(zhuǎn)速、精度較高的場(chǎng)合。配置方式如圖2-3所示：
圖 2-3 “固定—游動(dòng)”型的軸承配置方式
3、支承-支承式????
兩端裝止推軸承，并對(duì)滾珠絲杠施加預(yù)緊拉力以提高傳動(dòng)剛度。但此安裝方式對(duì)溫升較為敏感，適用于中速中精度的場(chǎng)合。配置方式如圖2-4所示：
圖 2-4 “支承—支承”型的軸承配置方式
4、固定-固定式??
這種結(jié)構(gòu)形式可以很大程度上提高傳動(dòng)剛度，使?jié)L珠絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，普遍適用于高速、高精度的場(chǎng)合。配置方式如圖2-5所示：
圖 2-5 “固定—固定”型的軸承配置方式
綜合車銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)際情況，兩端固定的支承方式可以提高機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)剛度，通過絲杠的熱變形轉(zhuǎn)為成軸承的預(yù)緊力。我在設(shè)計(jì)過程中采取的軸承配置方式如圖2-6所示。
圖2-6 本次課題軸承所采用配置方式
2.2.5 軸承的潤(rùn)滑與密封
2.2.5.1 軸承的潤(rùn)滑
對(duì)軸承來而言，采取合理的潤(rùn)滑是提高其綜合性能的重要方式之一。合適的潤(rùn)滑劑和良好的潤(rùn)滑方式直接影響軸承的使用壽命和機(jī)床的工作穩(wěn)定性，采用合理的潤(rùn)滑可更利于運(yùn)動(dòng)部件工作運(yùn)轉(zhuǎn)。
潤(rùn)滑的作用：在兩者摩擦面之間，加入適量潤(rùn)滑劑，使兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)體形成液體或半液體摩擦，降低摩擦系數(shù)，以降低對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的磨損。由于在相對(duì)運(yùn)動(dòng)體的油膜形成，避免了兩摩擦表面的長(zhǎng)時(shí)間接觸，減少了兩摩擦表面的摩擦和軸承的過量發(fā)熱；同時(shí)，當(dāng)潤(rùn)滑油流經(jīng)潤(rùn)滑表面時(shí)，一部分熱量被帶走，減小因摩擦發(fā)熱對(duì)運(yùn)動(dòng)件的影響，有利于運(yùn)動(dòng)部件的正常運(yùn)行。
滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的潤(rùn)滑劑種類一般可分為油潤(rùn)滑、脂潤(rùn)滑和和固體潤(rùn)滑三大類[6]。其中油潤(rùn)滑相對(duì)于其他潤(rùn)滑方式而言，油潤(rùn)滑可以在更大的溫度范圍內(nèi)使用，主要適用于高速和高負(fù)荷條件下工作的軸承，并且能在設(shè)備保養(yǎng)和更換潤(rùn)滑劑的過程中同時(shí)潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，就目前而言，滾動(dòng)軸承使用油潤(rùn)滑最為普遍。油潤(rùn)滑與脂潤(rùn)滑性能對(duì)比如表2-1所示，脂潤(rùn)滑具有密封裝置簡(jiǎn)單、維修費(fèi)用低、低成本等優(yōu)點(diǎn)，通常應(yīng)用低速、中溫操作的工作場(chǎng)合中。當(dāng)使用油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑達(dá)不到工作條件的時(shí)，例如不允許污染的食品、紡織、醫(yī)療等機(jī)械，可以考慮采用固體潤(rùn)滑劑。
表 2-1 油潤(rùn)滑與脂潤(rùn)滑性能對(duì)比表
（續(xù)表2-1 油潤(rùn)滑與脂潤(rùn)滑對(duì)比表）
循環(huán)工作原理：潤(rùn)滑油通過油泵從油箱吸出后，經(jīng)過油路輸送到需要潤(rùn)滑的工作部位，再由回油口返回油箱經(jīng)濾網(wǎng)過濾后，達(dá)到重復(fù)使用和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的目的。循環(huán)潤(rùn)滑具有充分潤(rùn)滑、油量易控、散熱和去除雜質(zhì)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使用可靠性較高。但必須具有一套獨(dú)立的供油系統(tǒng)，整體制造成本較高。循環(huán)油潤(rùn)滑廣泛適用于高速高溫、重載的場(chǎng)合。
綜合分析：在高速、高精度、高負(fù)荷的車銑復(fù)合加工機(jī)床的工作場(chǎng)合中，應(yīng)對(duì)滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)部件采用循環(huán)油潤(rùn)滑，車銑復(fù)合加工機(jī)床作為一臺(tái)高端高精度設(shè)備，具有獨(dú)立的供油系統(tǒng)，可以滿足潤(rùn)滑條件。
2.2.5.2 軸承的密封
軸承的密封形式可分為三種類型：接觸式密封、非接觸式密封和組合式密封。
1、 接觸式密封
接觸式密封可分為：氈圈密封和橡膠油封。
1） 氈圈密封：在軸承蓋上梯形槽內(nèi)，放置矩形剖面細(xì)毛氈，適用于V<4～5m/s的工作場(chǎng)合。密封方式如圖2-7所示：
圖 2-7 氈圈密封
2）橡膠油封（較為常用)：將油橡膠制唇形密封圈緊緊貼合彈簧壓緊在軸上，唇口向里以防止油流失，唇口向外防灰塵、雜質(zhì)，組合放置時(shí)具有綜合作用，起到良好的密封效果。密封方式如圖2-8所示：
圖2-8 圖（a)開口向內(nèi)和圖（b）開口向外橡膠油封圖
2、 非接觸式密封可分為油溝密封、甩油密封和曲路密封。
1） 油溝密封（間隙密封）：在軸與蓋之間留有大約0.1～0.3mm間隙，軸承蓋上車出溝槽，并在槽內(nèi)填滿潤(rùn)滑脂，油溝密封的整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于v<5～6m/s的工作場(chǎng)合，密封方式如圖2-9所示。
圖2-9 非接觸式密封圖
2）甩油密封：在軸上開出一個(gè)溝槽，沿徑向油液通過慣性甩開，最終再經(jīng)軸承蓋上集油腔及油孔流回軸承，以達(dá)到潤(rùn)滑工作部件的效果。
3）曲路密封：曲路將旋轉(zhuǎn)與固定密封零件之間間隙做成密封結(jié)構(gòu)，在縫隙中間填入適量潤(rùn)滑脂，整體密封效果相對(duì)較好，適用于v<30m/s的工作場(chǎng)合。
3、 組合式密封
采用兩種以上的密封形式組合在一起，具有更好的密封效果。密封方式如圖2-10所示：
圖 2-10 組合式密封圖
綜合分析：在進(jìn)給系統(tǒng)工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果密封件直接接觸配合件，產(chǎn)生的摩擦將會(huì)引起發(fā)熱量增大，容易造成潤(rùn)滑不良，加快磨損，縮短運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。因此，在密封件與配合件應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙，選用非接觸式的橡膠油封。因?yàn)榻z杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生壓力，應(yīng)采取圖（a）的碗式開口向內(nèi)的橡膠密封，內(nèi)部壓力越大，密封效果越好。
2.2.6 軸承端蓋的設(shè)計(jì)
軸承端蓋用于固定軸承、調(diào)整軸承間隙并承受軸向力，還具有防塵與密封的作用。
軸承端蓋的結(jié)構(gòu)主要分為：嵌入式和凸緣式兩種。
嵌入式軸承端蓋具有外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，外伸軸結(jié)構(gòu)尺寸較小，整體重量較小的優(yōu)勢(shì)。但裝卸端蓋過程相對(duì)復(fù)雜，調(diào)整軸承間隙困難，整體密封性能較差，固定時(shí)須在座孔上開槽，加工制造較難。嵌入式軸承端蓋更適合重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的工作場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)和尺寸圖2-11所示：
圖 2-11 嵌入式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸
凸緣式軸承端蓋易調(diào)整軸承間隙，部件裝卸簡(jiǎn)單方便，密封性能良好，目前應(yīng)用廣泛。但缺點(diǎn)是外形輪廓尺寸較大，又需一組螺釘來聯(lián)接。其結(jié)構(gòu)和尺寸圖2-12所示。
圖 2-12 凸緣式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)和尺寸
綜合分析：在車銑復(fù)合W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，采用的軸承端蓋如下圖（a)平板式軸承端蓋和圖（b）凸緣式軸承端蓋。
圖 2-13 圖（a)平板式端蓋與圖(b)凸緣式端蓋
2.2.7 電機(jī)與滾珠絲杠副聯(lián)接方式的選擇
電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)接的三種方式的特點(diǎn) :
（1） 通過齒輪聯(lián)接；
齒輪傳動(dòng)在伺服進(jìn)給系統(tǒng)中，起改變運(yùn)動(dòng)方向，降低從動(dòng)件轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩等作用，還可適應(yīng)不同螺距、脈沖當(dāng)量比。當(dāng)在伺服電動(dòng)機(jī)和絲杠之間安裝齒輪時(shí)，兩個(gè)齒輪相互嚙合，齒側(cè)間隙易造成反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)，運(yùn)動(dòng)精度得不到保障。目前普遍采取雙片齒輪結(jié)構(gòu)消除齒輪中的間隙，如2-14圖（a）和(b)所示。圖（c）為斜齒輪傳動(dòng)消隙結(jié)構(gòu)，薄片結(jié)構(gòu)將齒輪左、右兩側(cè)面緊緊貼合，消除了間隙[7]。這種消除間隙的方法整體結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但是調(diào)整費(fèi)時(shí)費(fèi)力，沒有自動(dòng)補(bǔ)償間隙功能，應(yīng)用并不普遍。圖（c）所示錐齒輪消除間隙的原理也與圖（a）的直齒圓柱齒輪相同。當(dāng)錐齒輪與軸聯(lián)接時(shí)，其措施如圖（a）所示，并采用緊定螺釘頂緊；圖（b）在其中一個(gè)鍵灌環(huán)氧樹脂，但是不易拆卸維修。
1、2—齒輪；3、4—螺釘；5—彈簧
圖2-14 齒輪間隙的消除
1、采用齒輪傳動(dòng)副來達(dá)到一定的降速比要求； ?
2、齒側(cè)間隙會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性； ?
3、整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于電動(dòng)機(jī)與絲杠不能直接聯(lián)接，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大、需放大伺服電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。
（2） 通過同步齒形帶聯(lián)接
同步帶兼具帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn)，是一種靠嚙合齒輪傳動(dòng)新型帶傳動(dòng)方式。
同步齒形帶以鋼絲繩為強(qiáng)力層，外面包裹著氯丁橡膠或聚氨酯。[8]由于鋼絲繩在強(qiáng)力層中承受載荷，整體皮帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形相對(duì)較小，并能保持傳動(dòng)比恒定的齒形帶。故此帶與帶輪之間無相對(duì)滑，亦可做無滑差同步傳動(dòng)。這種齒形帶薄而輕，慣性效應(yīng)較小，因而可應(yīng)用于高速傳動(dòng)，其圓周速度v可達(dá)到40m/s。由于齒形帶不是靠帶與帶輪之間的摩擦傳動(dòng)，沒有摩擦損失，傳動(dòng)比i可達(dá)到10，傳動(dòng)效率可高達(dá)98%~99%。齒形帶輪的制造復(fù)雜、制造成本相對(duì)高是目前齒形帶的不足之處。
如圖2-15所示，同步齒形有梯形和圓弧齒兩類：
圖2-15 同步帶梯形齒和圓弧齒
其中，模數(shù)制梯形齒是我國(guó)最先開發(fā)的同步帶，現(xiàn)仍有使用，但不推薦用于新設(shè)計(jì)。周節(jié)制梯形齒按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（CB11616-89）執(zhí)行。圓弧齒同步帶只有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)電行業(yè)中已有廣泛的應(yīng)用。
同步齒形帶傳動(dòng)兼具了帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，吸振好，噪聲小。缺點(diǎn)是中心距位置要求較高，帶和帶輪制造工藝制造復(fù)雜，安裝過程中的技術(shù)要求較高。選擇同步齒形帶時(shí)，首先根據(jù)要求傳遞的功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選擇同步齒形帶的帶型和節(jié)距，然后根據(jù)要求傳遞的變速比確定小帶輪和大帶輪的直徑。通常在帶速和安裝尺寸條件允許時(shí)，小帶輪直徑盡量取大一些，根據(jù)原軸的主軸線的長(zhǎng)度，選擇標(biāo)準(zhǔn)的同步齒帶，最后確定的帶寬和帶輪的結(jié)構(gòu)和大小 。
同步齒形帶傳動(dòng)中的主要失效形式是：同步齒形帶疲勞斷裂，帶齒剪切、壓饋以及同步齒形帶兩側(cè)和帶齒的磨損。[9]為確保傳動(dòng)過程中的工作平穩(wěn)性，必須對(duì)單元齒寬的拉力進(jìn)行校核，在特定情況下，還校對(duì)工作齒面的壓力 。
1、同步帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn)；
2、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，安裝調(diào)整方便；
3、傳動(dòng)不打滑，傳動(dòng)效率高。
（3） 絲杠、聯(lián)軸器直接聯(lián)接 ：
就目前的形勢(shì)而言，在很多工作場(chǎng)合中由于伺服電動(dòng)機(jī)綜合性能的提升都采用伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠直接相連的方式。
1、 傳動(dòng)精度高；
2、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便；
3、 適用于中、小型機(jī)床或高速加工機(jī)床。
方案一：
通過伺服電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器相連，傳動(dòng)件由齒輪來驅(qū)動(dòng)，降低轉(zhuǎn)速。方案如圖2-16所示：
圖 2-16 利用齒輪降比傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
方案優(yōu)缺點(diǎn)：在設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)本方案可放大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)采用較小功率的電動(dòng)機(jī)，從而降低經(jīng)濟(jì)成本，但是齒輪間隙直接影響著機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。
方案二：
通過采用聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直接相連，傳動(dòng)比為1。方案如圖2-17所示：
圖 2-17 利用聯(lián)軸器直接傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
方案優(yōu)缺點(diǎn)：直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)精度由電機(jī)直接保證，但是需要電機(jī)扭矩較大。
當(dāng)前，很大一部分的伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠的連接方式是采用聯(lián)軸器直連，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：一是大大節(jié)約了機(jī)床的內(nèi)部空間，不占橫向空間但必須確保足夠的直向空間，二是能夠保持傳動(dòng)比恒定，與其他傳動(dòng)方式相比，傳動(dòng)效率相對(duì)較高。對(duì)于齒輪連接而言，齒輪連接結(jié)構(gòu)相對(duì)比較緊湊，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也相對(duì)比較高，適用于有加、減速比的位置場(chǎng)合；在橫向空間較大，傳動(dòng)效率和精度要求不高的場(chǎng)合時(shí)，可采用鏈條和皮帶連接。
綜合情況考慮，采用聯(lián)軸器直接剛性聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)精度可以由伺服電動(dòng)機(jī)直接保證，以保證車銑復(fù)合機(jī)床W軸傳動(dòng)精度相對(duì)較高。
2.2.8 W軸進(jìn)給傳動(dòng)導(dǎo)軌類型的選擇
工作臺(tái)導(dǎo)軌是影響數(shù)控機(jī)床的加工精度與運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的重要因素，工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦特性直接影響了工作臺(tái)的定位精度和低速進(jìn)給的工作平穩(wěn)性，制造導(dǎo)軌的制造誤差直接影響了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的幾何精度，在設(shè)計(jì)制造工作臺(tái)導(dǎo)軌的過程中，應(yīng)盡量減少制造誤差和摩擦力，以提高機(jī)床的加工精度[10]。導(dǎo)軌是用來支撐和引導(dǎo)部件在機(jī)床上沿著固定運(yùn)行軌跡具有準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)或夾緊定位作用的軌道。保證良好的軌道準(zhǔn)確度和移動(dòng)精度，可提高機(jī)床加工精度，減少因軌道誤差而造成不良產(chǎn)品零件。
數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌共分為：滾動(dòng)導(dǎo)軌、滑動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。滾動(dòng)導(dǎo)軌、滑動(dòng)導(dǎo)軌與靜壓導(dǎo)軌的性能對(duì)比如表2-2所示：
表2-2 導(dǎo)軌性能對(duì)比表
機(jī)床導(dǎo)軌的整體行程相對(duì)長(zhǎng)，采用滾動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，滾動(dòng)體必須循環(huán)，并且應(yīng)采取合適的潤(rùn)滑，減少因摩擦發(fā)熱影響工作精度。常用的有直線導(dǎo)軌副和滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。滾動(dòng)導(dǎo)軌如圖2-18所示：
1. 導(dǎo)軌條 2.端面擋板 3.密封墊 4.滑塊 5.滾珠
圖 2-18 直線滾珠導(dǎo)軌副
綜合分析，在車銑復(fù)合加工機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，滾動(dòng)導(dǎo)軌與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，具有較小的摩擦，對(duì)溫度的影響較小。為減少摩擦對(duì)滾珠絲杠定位精度的影響，并控制溫升，應(yīng)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌作為機(jī)床導(dǎo)軌。
第三章 車銑復(fù)合機(jī)床W軸進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1 伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定
轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速可由伺服電動(dòng)機(jī)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化而成，從而驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，伺服電動(dòng)機(jī)具有控制速度快，位置精度精確等優(yōu)勢(shì)[11]。在控制系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，在最短時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)，通常用作執(zhí)行元件。電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度可以由伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)接收到電信號(hào)直接轉(zhuǎn)化而成。
伺服電動(dòng)機(jī)一般可分為：直流與交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類。
直流伺服電動(dòng)機(jī)：可以準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)矩速度特性的硬速度，工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但是電機(jī)的換向裝置對(duì)轉(zhuǎn)速有很大的局限性，并且還存在附加阻力，工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，散熱能力較差。
交流伺服電動(dòng)機(jī)：可實(shí)現(xiàn)大功率、大慣量，最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度隨著功率增大而減小，因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的工作場(chǎng)合。
目前常用的伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)如下表3-1所示，本課題已知條件交流伺服電動(dòng)機(jī)siemens 1FK7060-5。
表3-1 伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)表
3.2 W軸進(jìn)給力的計(jì)算
電機(jī)最大扭矩，機(jī)械效率0.9；
（3-1）
x的最大值主要在機(jī)床進(jìn)行粗切端面時(shí)出現(xiàn)，假設(shè)下列切削條件：
刀具材料：YT5車刀，Kr=90°
切削用量：t=2m，f=0.3，Cpy=141
工件材料：結(jié)構(gòu)鋼，sb=65kg/mm2
Fgw==1050N （3-2）
，故電機(jī)滿足要求。
3.3 W軸慣量匹配的計(jì)算
移動(dòng)部件的慣量轉(zhuǎn)化到絲杠的慣量：
（3-3）
滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（3-4）
其它零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（聯(lián)軸器）：
（3-5）
（3-6）
折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量：
（3-7）
負(fù)載慣量與電機(jī)慣量Jm之比：
（3-8）
負(fù)載慣量與電機(jī)慣量Jm之比：
；，滿足設(shè)計(jì)要求。
本章節(jié)公式來源于《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
第四章 車銑復(fù)合機(jī)床W軸滾珠絲杠副的選型及校核
4.1 滾珠絲杠副工作原理
在適量的滾珠放入絲杠與螺母兩者之間，并采取合理的潤(rùn)滑方式使絲杠與螺母之間由滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)為滾動(dòng)摩擦，減少摩擦造成的能量損失，以達(dá)到控制滾珠絲杠溫度的目的。在現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)中，使用滾珠絲杠副可將直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
4.1.1 滾珠絲杠副的選型
目前，常用的數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)可分為：外循環(huán)插管式與內(nèi)循環(huán)反向器式，簡(jiǎn)稱外環(huán)與內(nèi)環(huán)。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)式反向器整體尺寸較長(zhǎng)，承載的鋼球數(shù)較少，且鋼球高速時(shí)流暢性差；而外循環(huán)插管式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力大，不受導(dǎo)程的限制[12]。外循環(huán)插管式滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)常被采用在高速滾珠絲杠副的導(dǎo)程的較大的場(chǎng)合。
滾珠絲杠具有以下特點(diǎn)：
1、傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率較高，與普通絲杠相比傳動(dòng)效率高達(dá)3-4倍，效率達(dá)到92%-96%，并且功率消耗較低。
2、適當(dāng)預(yù)緊，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)緊方式在反向工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消除空載死區(qū)，從而提高絲杠的定位精度和絲杠剛度。
3、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。
4、具有良好的可逆性能，既可將螺旋回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，又可將直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺旋回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
5、磨損小，使用壽命長(zhǎng)。
6、整體制造工藝比較復(fù)雜，滾珠絲杠與螺母等組件的加工精度較高，故此制造成本也較高，在選用滾珠絲杠傳動(dòng)時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)成本等因素。
7、不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，因此需增加制動(dòng)裝置。
根據(jù)已知條件，滾珠絲杠選用FF滾珠絲杠副,規(guī)格代號(hào)為2505-3。FF滾珠絲杠部分代號(hào)與參數(shù)表格如下所示：
表4-1 FF滾珠絲杠副部分代號(hào)與參數(shù)表
4.1.2 滾珠絲杠副的間隙消除與預(yù)緊
4.1.2.1滾珠絲杠副的間隙消除
消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙可以保證滾珠絲杠的反向傳動(dòng)精度與軸向剛度。常用的消隙方式一般分為：墊片消隙式、螺紋消隙式和齒差消隙式。
1、墊片消隙：通常情況，通過調(diào)整墊片的厚度來改變螺母的軸向位移，以達(dá)到消除間隙和提高預(yù)緊力的目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、可靠性好、剛度高以及裝卸方便。不足之處：由于采用不同厚度的墊片，調(diào)整耗時(shí)。
2、 螺紋消隙：一個(gè)螺母的外端結(jié)構(gòu)設(shè)有凸緣，而另一個(gè)螺母的外端結(jié)構(gòu)車制螺紋。通過旋轉(zhuǎn)圓螺母的方式，即可消除兩者間隙，并且能夠產(chǎn)生一定的預(yù)拉緊力，以達(dá)到鎖緊并減小間隙的目的。
3、 齒差消隙：在螺母凸緣表面制造外圓柱齒輪，并分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合,齒數(shù)差數(shù)為1。消隙過程中，兩螺母的齒輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒數(shù)，則兩螺母便產(chǎn)生相對(duì)角位移，以達(dá)到消隙目的。
綜合分析:在對(duì)本進(jìn)給系統(tǒng)中的滾珠絲杠采取墊片消隙方式，具體方式如圖4-1所示。
1、墊板 2、滾珠絲杠 3、軸承
圖 4-1 墊片式調(diào)隙方式
4.1.2.2滾珠絲杠螺母副預(yù)緊??
在滾珠絲杠傳動(dòng)中，首先應(yīng)保證傳動(dòng)精度及傳動(dòng)剛度，必須消除傳動(dòng)間隙之外，還必須要求預(yù)緊。預(yù)緊力計(jì)算公式為:
Fv=1/3Fmax式中,?Fmax為軸向最大工作載荷。 （4-1）
增大鋼球直徑、變位導(dǎo)程和墊片方式三種預(yù)緊方式特點(diǎn)對(duì)比如下表4-2所示，可通過表格清楚地看到各自特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。
表4-2 預(yù)緊方式類型表
綜合分析：在車銑復(fù)合加工機(jī)床工作中，由于要求定位精度較高，負(fù)載較大，應(yīng)采取墊片的預(yù)緊方式。
4.2 W軸滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算
通過對(duì)機(jī)床絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，來消除加工過程中由于絲杠的熱變形對(duì)加工精度的影響，并進(jìn)一步提高絲杠的剛度。
a.W軸絲杠方向目標(biāo)值的確定：
絲杠的熱膨脹變形：
a:絲杠的熱膨脹系數(shù)，a=/℃
Dt:絲杠與床身之間的溫升，Dt=3℃
L:絲杠兩鎖緊螺母之間的距離
DL= (4-2)
根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，考慮到絲杠除環(huán)境溫度的變化而引起絲杠變形外，還有其它因素的影響，取絲杠的預(yù)拉伸量為0.035mm。因絲杠螺紋整個(gè)絲杠部分全長(zhǎng)為67.35%，則絲杠的方向目標(biāo)值為-0.0235mm。
4.3 滾珠絲杠副的潤(rùn)滑與密封
4.3.1滾珠絲杠副的潤(rùn)滑：
在滾珠絲杠的使用過程中，工作部件必須要有足夠的潤(rùn)滑，采用合理的潤(rùn)滑將會(huì)給機(jī)床帶來良好的接觸，如果潤(rùn)滑不夠，將會(huì)導(dǎo)致摩擦和磨損的增加，造成滾珠絲杠副使用壽命縮短，更嚴(yán)重的后果直接影響設(shè)備的損壞等。
4.3.1.1油潤(rùn)滑
通常情況下，礦物油都適用于滾動(dòng)軸承。在高轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，油潤(rùn)滑比脂潤(rùn)滑具有更佳潤(rùn)滑效果，并且溫升較小。油潤(rùn)滑的補(bǔ)充潤(rùn)滑量和間隔，按下表4-3所示，可以達(dá)到大約8小時(shí)的補(bǔ)充潤(rùn)滑時(shí)間。
表4-3 滾珠絲杠油潤(rùn)滑量表
公稱直徑
首次潤(rùn)滑量
補(bǔ)充潤(rùn)滑量
16
0.3
0.05
20
0.6
0.08
續(xù)表4-3滾動(dòng)絲杠油潤(rùn)滑量表
25
0.8
0.1
32
1.0
0.2
40
2.0
0.5
50
2.0
1.0
63
4.0
1.0
80
6.0
1.5
100
10.0
2.0
4.3.1.2脂潤(rùn)滑
脂潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)：不必經(jīng)常補(bǔ)充填充，間隔時(shí)間較久，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)在一段很長(zhǎng)時(shí)間后才需進(jìn)行補(bǔ)充。補(bǔ)充潤(rùn)滑脂的最大限量?jī)H為填入螺母內(nèi)空間容積的一半。
綜合分析：在車銑復(fù)合機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，油潤(rùn)滑相對(duì)于脂潤(rùn)滑具有更好的潤(rùn)滑性能，且產(chǎn)生的溫升較小，因此在W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的滾珠絲杠副潤(rùn)滑采用油潤(rùn)滑。
4.3.2滾珠絲杠副的密封：
隨著數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的高速化發(fā)展，對(duì)滾珠絲杠副密封是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之一。接觸產(chǎn)生的摩擦使得滾珠絲杠的溫度持續(xù)上升，直接影響整個(gè)伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，因此高速數(shù)控機(jī)床廣泛采取非接觸式密封方式。高端數(shù)控機(jī)床的加工環(huán)境就要求該密封結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)期有效密封和防塵作用，且具有較小的摩擦阻力和安裝誤差，來保證數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服精度，并要求密封結(jié)構(gòu)易裝卸、維護(hù)保養(yǎng)便捷。
車銑復(fù)合機(jī)床W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)密封結(jié)構(gòu)是采用主動(dòng)稀油連續(xù)潤(rùn)滑的方式，適合于水平或垂直方向安裝的伺服軸，通過多種組合密封結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，有效地阻止了絲杠上流淌的廢油和環(huán)境中灰塵對(duì)絲杠的影響，提高了機(jī)床的使用壽命。密封機(jī)構(gòu)如圖4-2所示：
1. 碰撞緩沖墊2.滾珠絲杠專用60°角接觸球軸承3.軸承壓蓋4.精密鎖緊螺母5.聯(lián)軸器6.交流伺服電動(dòng)機(jī)7.電動(dòng)機(jī)安裝座8.滾珠絲杠螺母 9.碰撞緩沖墊10.軸承座11.60°角接觸球軸承12.法蘭蓋13.精密鎖緊螺母
圖 4-2 非接觸式密封圖
綜合分析：在W軸進(jìn)給系統(tǒng)中，非接觸式密封的摩擦阻力相對(duì)較小，由此產(chǎn)生的溫升也比較小，可以獲得較高的定位精度。綜合考慮，滾珠絲杠副采用非接觸式密封。
本章節(jié)來源于《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
第5章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
5.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的與意義
技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與提高經(jīng)濟(jì)效益、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步息息相關(guān)，技術(shù)科學(xué)與經(jīng)濟(jì)科學(xué)密不可分，兩者相輔相成，相對(duì)較高的經(jīng)濟(jì)成本勢(shì)必能夠支持更為前沿先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。經(jīng)濟(jì)是決定一切科學(xué)技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)，控制經(jīng)濟(jì)成本方可在最大程度上合理利用資源。
通過查閱相關(guān)資料，進(jìn)行對(duì)整個(gè)W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行成本核算，分析人力、物力和財(cái)力三者之間的關(guān)系，研究對(duì)經(jīng)濟(jì)成本影響的各類因素。在本次設(shè)計(jì)的過程中，通過對(duì)整體零部件的材料、熱處理、加工工藝等進(jìn)行成本計(jì)算，合理的選擇材料、熱處理、加工工藝改善經(jīng)濟(jì)效益，提高效率。在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，由于大批量的生產(chǎn)，成本分析是企業(yè)成本管理的重要組成部分。通過前期對(duì)整期產(chǎn)品的成本分析，能夠洞察該類產(chǎn)品是否能為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，從而避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
一名合格的設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)相關(guān)零件的同時(shí)，也必須充分考慮到經(jīng)濟(jì)成本等因素，成本分析直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，一個(gè)合格的零件也包含有一個(gè)合理的經(jīng)濟(jì)成本。
5.2 成本計(jì)算依據(jù)
本次設(shè)計(jì)的總成本就是購(gòu)置零件所花費(fèi)的費(fèi)用和加工費(fèi)用。
依據(jù)計(jì)算公式：
零件成本=材料費(fèi)用+加工工時(shí)費(fèi)用
材料費(fèi)用=材料的單價(jià)×材料的毛坯重量
毛坯的重量=凈重/材料的利用率
材料的利用率：45鋼為0.6-0.7，合金鋼為0.6-0.7，尼龍1010為0.6-0.7，
LY12鋁棒為0.6-0.7。
工時(shí)費(fèi)：主要件=材料費(fèi)×8
一般件=材料費(fèi)×（4-5）
（1）材料費(fèi)的計(jì)算
由計(jì)算公式可得：
45鋼毛坯重量=15.23/0.65=23.43Kg
尼龍1010件=0.001/0.65=0.002Kg
LY12鋁棒=4.13/0.65=6.35Kg
（2）工時(shí)費(fèi)的計(jì)算
主要的零件：主要的工時(shí)費(fèi)用=257.61×8=2060.88元
一般的零件：一般的工時(shí)費(fèi)用=9.13×4.5=41.09元
（3）熱處理工時(shí)的費(fèi)用
熱處理零件統(tǒng)計(jì)如表 5-1 所示：
表 5-1 熱處理零件統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
材料
熱處理要求
凈重（Kg）
1
法蘭
LY12
涂灰色油漆
0.93
2
夾緊塊
45
發(fā)藍(lán)
2.43
3
聯(lián)軸套
45
表面鍍鋅
2.87
4
滑套
45
調(diào)質(zhì)
4.32
5
墊板
45
調(diào)質(zhì)
1.37
熱處理的價(jià)格如下表 5-2 所示。
表 5-2 目前熱處理的價(jià)格
序號(hào)
名稱
單價(jià)（元/Kg）
1
鍍鋅
1.1
2
涂油漆
1.5
3
發(fā)藍(lán)
1.0
4
調(diào)質(zhì)
1.5
因此熱處理加工費(fèi)用為16.267元。
5.3 成本材料構(gòu)成
5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用
裝配圖中標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計(jì)，如表5-3所示。
表5-3 標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
規(guī)格
數(shù)量
單價(jià)（元/件）
1
螺釘
M6X20
M4X20
M5X30
M8X50
M12X20
9
4
2
2
2
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
2
圓柱銷
M6X35
1
0.5
3
圓錐銷
M6X35
1
0.5
4
密封圈
45×3.5
4
2.16
標(biāo)準(zhǔn)件的外購(gòu)件費(fèi)用為9.83元。
5.3.2 非標(biāo)準(zhǔn)件
裝配圖中非標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計(jì)，如表5-4所示；非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，如表6-2所示。
表 5-4 非標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
材料
數(shù)量
凈重（Kg）
1
法蘭
LY12
6
0.93
2
隔圈
45
1
0.78
3
軸套
45
5
0.45
4
緊定螺釘
45
1
0.01
5
限位塊
45
4
1.00
6
密封環(huán)
尼龍1010
1
0.01
45剛總凈重：G1=15.23kg，
尼龍1010件的總凈重：G2=0.01kg，
LY12鋁棒總凈重G3=4.13kg
目前，
45鋼的價(jià)格為3400元/噸，
尼龍1010的價(jià)格75000元/噸，
LY12鋁棒的價(jià)格28000元/噸。
非標(biāo)準(zhǔn)件采購(gòu)費(fèi)用為257.61元。
綜合分析：在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)整體進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析：
經(jīng)濟(jì)成本=材料費(fèi)用+工時(shí)費(fèi)用+熱處理費(fèi)用+標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用+非標(biāo)準(zhǔn)件采購(gòu)費(fèi)用
材料費(fèi)用=257.161+9.13=266.291元
工時(shí)費(fèi)用=257.61×8+9.13×4.5=2060.88+41.09=2101.97元
熱處理加工費(fèi)用=16.267元
標(biāo)準(zhǔn)件的外購(gòu)件費(fèi)用=9.83元
非標(biāo)準(zhǔn)件購(gòu)費(fèi)=257.61元
經(jīng)濟(jì)成本=266.291+2101.97+16.267+9.83+257.61=2642.138元
通過對(duì)零部件的經(jīng)濟(jì)成本計(jì)算，使我們可以更合理地進(jìn)行選型，以提高性價(jià)比。一個(gè)合格的設(shè)計(jì)人員，應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)成本計(jì)算能力，以避免不合理的經(jīng)濟(jì)成本對(duì)企業(yè)效益造成損失。合理的成本計(jì)算是衡量企業(yè)管理水平的重要指標(biāo)之一，通過前期對(duì)整期產(chǎn)品的成本分析，能夠洞察該類產(chǎn)品是否能為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，從而避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
總 結(jié)
經(jīng)過近3個(gè)月的工作，相關(guān)工作總結(jié)如下:
本次設(shè)計(jì)的題目是車銑復(fù)合機(jī)床W軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一開始通過了解、熟悉課題，查閱相關(guān)資料，完成了開題報(bào)告以及外文翻譯。然后通過原始數(shù)據(jù)，完成進(jìn)給力的計(jì)算、慣量匹配的計(jì)算、滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計(jì)算。繪制W軸進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖及零件圖，最后并撰寫了畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。
一、主要工作及結(jié)論
1、通過寫開題報(bào)告、外文翻譯提高了自己的收集能力和整理能力。
2、通過設(shè)計(jì)計(jì)算，提高了自己的計(jì)算能力和對(duì)比能力。
3、通過繪制裝配圖、零件圖提高了自己的繪圖能力和對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的了解。
4、通過編寫論文提高了自己的語言組織能力和對(duì)本次課題的了解。
二、存在問題
對(duì)于個(gè)人來說，自己的繪圖能力和計(jì)算能力有待提高。
對(duì)于機(jī)床來說，應(yīng)提高車銑復(fù)合W軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度，以提高機(jī)床的加工精度。
三、發(fā)展展望
車銑復(fù)合加工機(jī)床正向著高速度、高精度、高可靠性的方向發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新日新月異，我們通過大學(xué)四年的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，在數(shù)控機(jī)床方面上奉獻(xiàn)一份屬于自己的力量。
致 謝
經(jīng)過三個(gè)月的時(shí)間，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作也即將畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)。在這段時(shí)間內(nèi)，我完成了資料收集、開題報(bào)告、外文翻譯、設(shè)計(jì)計(jì)算、零件圖、裝配圖和畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書等內(nèi)容。這是一段值得自己深深牢記的時(shí)光，每一天都過得非常充實(shí)，按照著設(shè)計(jì)進(jìn)度一步一步地完成這些設(shè)計(jì)工作。劉桂芝老師每周都會(huì)對(duì)我們的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行監(jiān)督與答疑解難，在開題報(bào)告期間，劉老師就幫助我充分理解自己的W軸進(jìn)給的設(shè)計(jì)內(nèi)容及其工作原理，萬事開頭難，良好的開頭是成功的一半，充分了解自己設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容方可更好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
通過三個(gè)月與劉老師的接觸，劉老師平易近人與認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度給我留下了深刻的印象。一開始，我在理論計(jì)算就遇到了難題，完全不知道如何下手，由于對(duì)設(shè)計(jì)公式?jīng)]有過多的了解，所以工作遲遲沒有進(jìn)展。劉老師在發(fā)