金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)

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1、第二章 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) 第一節(jié) 概 述 一 、 機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 1 工藝范圍 機(jī)床工藝范圍是指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。 大批量生產(chǎn)模式，工序分散，但要求加工效率高，自動(dòng) 化程度高，應(yīng)采用專(zhuān)用機(jī)床。 單件小批量生產(chǎn)模式，要求機(jī)床具有較寬的加工范圍， 對(duì)加工效率和自動(dòng)化程度的要求相對(duì)低一些，應(yīng)采用普通機(jī)床 或通用機(jī)床。 多品種小批量生產(chǎn)模式，要求機(jī)床能適應(yīng)多品種工件的 加工，具有一定的工藝范圍，較高的加工效率和自動(dòng)化程度， 應(yīng)采用專(zhuān)門(mén)化機(jī)床。 一、機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 2柔性 機(jī)床的柔性是指其適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。機(jī)床的柔 性包括空間上的柔性和時(shí)間上的柔性。 3與物流系統(tǒng)的可接近性 可接

2、近性是指機(jī)床與物流系統(tǒng)之間進(jìn)行物料 (工件、刀具、 切屑等 )流動(dòng)的方便程度。 對(duì)于普通機(jī)床，是由人工進(jìn)行物料流動(dòng)的，要求機(jī)床的 使用、操作、清理和維護(hù)方便和安全。 對(duì)于自動(dòng)化制造系統(tǒng)，是采用工件傳送帶、自動(dòng)換刀系 統(tǒng)和自動(dòng)排屑系統(tǒng)等裝置自動(dòng)進(jìn)行物料流動(dòng)的，要求機(jī)床的 結(jié)構(gòu)便于物料的自動(dòng)流動(dòng)，可靠性好。 一、機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 4剛度 機(jī)床的剛度是指加工過(guò)程中，在切削力的作用下，抵 抗刀具相對(duì)于工件在影響加工精度方向變形的能力。剛度 包括靜態(tài)剛度、動(dòng)態(tài)剛度、熱態(tài)剛度。 機(jī)床的剛度直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率，因此 機(jī)床應(yīng)有足夠的剛度。 5精度 要保證能加工出一定精度的工件，作為工作母機(jī)的機(jī)

3、床必須具有更高的精度要求。機(jī)床精度分為機(jī)床本身的精 度，即空載條件下的精度 (包括幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、傳動(dòng) 精度、定位精度等 )和工作精度 (加工精度 )。 一、機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 6生產(chǎn)率 機(jī)床的生產(chǎn)率通常是指單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件 數(shù)量。機(jī)床的切削效率越高，輔助時(shí)間越短，則它的生產(chǎn)率 越高。 7自動(dòng)化 機(jī)床的自動(dòng)化程度越高，加工精度的穩(wěn)定性越好，還可 以有效地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于一個(gè)工人看管多臺(tái)機(jī)床， 大大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 8成本 成 本是衡量產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，應(yīng)盡可能在保 證機(jī)床性能要求的前提下，提高其性能價(jià)格比。 一、機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 9生產(chǎn)周期 生產(chǎn)周期 (包括

4、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造周期 )是衡量產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求變化，應(yīng)盡可能縮 短機(jī)床的生產(chǎn)周期。 10可靠性 應(yīng)保證機(jī)床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完 成規(guī)定的加工功能時(shí)，無(wú)故障運(yùn)行的概率要高。 11造型與色彩 機(jī)床的外觀造型與色彩，要求簡(jiǎn)潔明快、美觀大方、宜 人性好。應(yīng)根據(jù)機(jī)床功能、結(jié)構(gòu)、工藝及操作控制等特點(diǎn)， 按照人機(jī)工程學(xué)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 二、機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 按新的原理進(jìn)行加工的 機(jī)床應(yīng)按 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 的步驟進(jìn)行； 成系列的機(jī)床產(chǎn)品應(yīng)按 系列化設(shè)計(jì) 的步驟進(jìn)行； 通用化程度較高的機(jī)床 產(chǎn)品，應(yīng)按 模塊化設(shè)計(jì) 的步驟 進(jìn)行。 機(jī)床技術(shù)設(shè)計(jì)階段的主 要內(nèi)容，如圖 3-1

5、所示。 第二節(jié) 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論 一、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理 不同的機(jī)床因其加工功能（能夠采用的加工方法、 工件的類(lèi)型、加工表面形狀等）的不同，實(shí)現(xiàn)加工功能所 需要的運(yùn)動(dòng)也不同。 機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究、分析和實(shí)現(xiàn)機(jī)床期望的加工功 能所需要的運(yùn)動(dòng)功能配置。 即配置什么樣的運(yùn)動(dòng)功能，才 能實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需要的加工功能。 一、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理 (一 ) 機(jī)床的工作原理 機(jī)床的基本工作原理是 ： 通過(guò)刀具與工件之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，由刀具切除工件上多余的金屬材料，使工件具有要 求的尺寸和精度的幾何形狀。 工件的加工表面是通過(guò)機(jī)床上刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 而形成的，因此 要分析機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能，需要先了解工件 表面

6、的形成方法。 （二） 工件表面形成及形成方法 1. 機(jī)械零件表面的基本形狀 2. 工件表面的形成 母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)生線 ， 任何表面都可以看作是母線 沿著導(dǎo)線軌跡運(yùn)動(dòng)而形成的 。 （ 圖 3-2） 2. 工件表面的形成 有些表面的兩條發(fā)生線完全相同，只因母線的原 始位置不同也可形成不同表面。 (1) 軌跡法 ： 軌跡法形成發(fā)生線需要一個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng) 。 (2) 成形法 ：不需要專(zhuān)門(mén)的成形運(yùn)動(dòng) 。 (3) 相切法 ：相切法形成發(fā)生線需要兩個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng) 。 (4) 展成法 ：用展成法形成發(fā)生線需要刀具和工件之間保持 嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系 ， 即由 (B21+B22)組合成的展成運(yùn)動(dòng)是復(fù)合運(yùn) 動(dòng)

7、 。 3. 發(fā)生線的形成 發(fā)生線的形成圖示 a)點(diǎn)刃車(chē)刀車(chē)外圓柱面 b)寬刃車(chē)刀車(chē)外圓柱面 c)砂輪磨外圓柱面 d)盤(pán)銑刀銑外圓柱面 e)滾齒加工 1 f n n 1 . . f n1 n2 1 a) c) b) f n1 n2 f d) e) (三 ) 運(yùn)動(dòng)分類(lèi) 1按運(yùn)動(dòng)的功能分類(lèi) 為了完成工件表面的加工，機(jī)床上需要設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)， 可以分為成形運(yùn)動(dòng)和非成形運(yùn)動(dòng)。 (1) 成形運(yùn)動(dòng) 完成一個(gè)表面的加工所必須的最基本的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為表面 成形運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)成形運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)在表面形成中所完成的 功能，成形運(yùn)動(dòng)又分為主運(yùn)動(dòng)和形狀創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)。 1) 主運(yùn)動(dòng) 。它是切除加工表面上多余的金屬材料的主 要運(yùn)動(dòng)，因此

8、運(yùn)動(dòng)速度高，消耗機(jī)床的大部分動(dòng)力，故稱(chēng)為 主運(yùn)動(dòng)，也可稱(chēng)為切削運(yùn)動(dòng)。它是形成加工表面必不可少的 成形運(yùn)動(dòng)。 2) 形狀創(chuàng)成運(yùn)動(dòng) 形狀創(chuàng)成 運(yùn)動(dòng)的功能是 用來(lái)形成工件 加工表面的發(fā) 生線。同樣的 加工表面，采 用的刀具不同， 發(fā)生線的形成 方法不同，所 需的形狀創(chuàng)成 運(yùn)動(dòng)的數(shù)目也 不同。 (2) 非成形運(yùn)動(dòng) 除了上述成形運(yùn)動(dòng)之外，機(jī)床上還需設(shè)置一些其它運(yùn)動(dòng)， 稱(chēng)之為非成形運(yùn)動(dòng)。如： 切入運(yùn)動(dòng) (刀具切入工件的運(yùn)動(dòng) )； 分度運(yùn)動(dòng) (當(dāng)工件加工表面由多個(gè)表面組成時(shí)，由一個(gè)表 面過(guò)渡到另一個(gè)表面所需的運(yùn)動(dòng) )； 輔助運(yùn)動(dòng) (如刀具的接近、退出、返回等 )；控制運(yùn)動(dòng) (如 一些操縱運(yùn)動(dòng) )。 2按運(yùn)動(dòng)

9、之間的關(guān)系分類(lèi) 可分為： 簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng) ： 如果一個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng) ， 是由單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)或直 線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的 ， 稱(chēng)為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)；如圖中 Bl、 A2 復(fù)合運(yùn)動(dòng) ：如果一個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng) ， 是由兩個(gè)或兩個(gè)以上 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng) ， 按照某種確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系組合 而成 ， 稱(chēng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng) 。 如圖中 (B21+B22)、 (B11+A12)、 (B21+A22) 二、精 度 機(jī)床的精度會(huì)直接影響到被加工工件的尺寸精度、 形位誤差和表面粗糙度。 機(jī)床精度包括 幾何精度、傳動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)精度、定 位和重復(fù)定位精度、工作精度和精度保持性等 。 各類(lèi)機(jī)床按精度可分為普通精度級(jí)、精密級(jí)和超精 密級(jí)。在設(shè)計(jì)階段主要從

10、機(jī)床的精度分配、元件及材料 選擇等方面來(lái)提高機(jī)床精度。 三、剛 度 機(jī)床剛度指機(jī)床受載時(shí)抵抗變形的能力 。 機(jī)床整機(jī)剛度不能用某零部件的剛度評(píng)價(jià)，而是指整臺(tái) 機(jī)床在靜載荷作用下，各構(gòu)件及結(jié)合面抵抗變形的綜合能力。 顯然，刀具和工件間的相對(duì)位移影響加工精度，同時(shí)靜剛度 對(duì)機(jī)床抗振性、生產(chǎn)率等均有影響。因此，在機(jī)床設(shè)計(jì)中對(duì) 如何提高其剛度是十分重視的。 在設(shè)計(jì)中既要考慮提高各部件剛度，同時(shí)也要考慮結(jié)合 部剛度及各部件間的剛度匹配。 四、振 動(dòng) 機(jī)床抗振能力是指機(jī)床在交變載荷作用下，抵抗變形的 能力。 它包括： 抵抗受追振動(dòng)的能力 和 抵抗自激振動(dòng)的能力 。 前者習(xí)慣上稱(chēng)之為抗振性，后者常稱(chēng)為切削穩(wěn)

11、定性。 影響機(jī)床振動(dòng)的主要原因有： 1)機(jī)床的剛度 。如構(gòu)件的材料選擇、截面形狀、尺寸、 肋板分布，接觸表面的預(yù)緊力、表面粗糙度、加工方法、幾 何尺寸等。 2)機(jī)床的阻尼特性 。提高阻尼是減少振動(dòng)的有效方法。 3)機(jī)床系統(tǒng)固有頻率 。若激振頻率遠(yuǎn)離固有頻率，將不 出現(xiàn)共振。在設(shè)計(jì)階段通過(guò)分析計(jì)算預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)機(jī)床的各階 固有頻率是很必要的。 五、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)件勻速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件往往 出現(xiàn)明顯的速度不均勻的跳躍式運(yùn)動(dòng)，即時(shí)走時(shí)?；蛘邥r(shí)快 時(shí)慢的現(xiàn)象。這種在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)性稱(chēng)為 爬 行 。 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生爬行， 會(huì)影響機(jī)床的定位精度、工件 的加工精度和表面粗糙

12、度。在 精密、自動(dòng)化及大型機(jī)床上， 爬行的危害更大，是評(píng)價(jià)機(jī)床 質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。 第二節(jié) 金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì) 一、機(jī)床系列型譜的制定 二、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì) 三、機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 四、機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 中型臥式機(jī)床的簡(jiǎn)略系列型譜表 型式 最大 工件直徑 /mm 萬(wàn) 能 式 馬 鞍 式 提 高 精 度 無(wú) 絲 杠 式 卡 盤(pán) 式 球 面 加 工 端 面 車(chē) 床 250 320 400 500 630 800 1000 注： 基型， 變型 一、 機(jī)床系列型譜的制定 二、 機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì) （ 1）選取坐標(biāo)系 （ 2）寫(xiě)出機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能式 （ 3）畫(huà)出機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理圖 (例：滾齒機(jī)） （ 4

13、）繪制機(jī)床傳動(dòng)原理圖 運(yùn)動(dòng)原理圖形符號(hào) a) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) b) 直線運(yùn)動(dòng) Zf Ba Ya Cp Cf W/Cf Ya Zf Ba Cp/T 機(jī)床運(yùn)動(dòng) 原理 圖 機(jī)床運(yùn)動(dòng) 原理 圖 掌握了機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理 圖的原理和方法，可以對(duì) 任何復(fù)雜原理的機(jī)床進(jìn)行 運(yùn)動(dòng)功能分析，它是一種 運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)的有用工具。 機(jī)床傳動(dòng)原理圖 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)原理圖只表示運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式、功能及排 列順序，不表示運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)關(guān)系。若將動(dòng)力源與執(zhí)行件、 各執(zhí)行件之間的運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)關(guān)系同時(shí)表示出來(lái)，就是傳動(dòng)原 理圖。圖 26給出了傳動(dòng)原理圖的所用的主要圖形符號(hào)及傳 動(dòng)原理圖例子。 1、運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì) 2、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)： 立式、臥式、

14、斜置式 3、機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是 ：機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖，驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng) 設(shè)計(jì)結(jié)果，機(jī)床動(dòng)力參數(shù)及加工空間尺寸參數(shù)以及機(jī)床整機(jī)的剛 度及精度分配。 設(shè)計(jì)過(guò)程 ： P73(P78) 1）確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸； 2）確定與末端執(zhí)行件相結(jié)合的下一個(gè)功能部件結(jié)合部分的 概略形狀與尺寸 3）確定下一個(gè)功能部件的概略形狀與尺寸 機(jī)床總體方案的綜合評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)的主要因素有： P73(P78 79) 三、 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 機(jī)床的主要技術(shù)性能參數(shù)包括： 尺寸參數(shù) 、 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 、 動(dòng)力參數(shù) 。 （ 一 ） 尺寸參數(shù) 機(jī)床的 尺寸參數(shù) 包括： 決定機(jī)床規(guī)格或加工范圍的 主

15、參數(shù) ， 以及確定 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù) 。 四、主要參數(shù)的確定 （二） 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1 主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 切削速度 專(zhuān)用機(jī)床的切削速度：根據(jù)加工工件的某一特定工序設(shè) 計(jì) ， 只須一種最佳的切削速度； 通用機(jī)床的切削速度： 考慮機(jī)床的工藝內(nèi)容和范圍 ， 為一個(gè)切削速度系列 。 對(duì)主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床 ， 主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 是 主軸的轉(zhuǎn)速： n = 1000 v / d (r/min) 對(duì)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床 ， 主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 是刀具或工件 每分鐘直線 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù) 。 主運(yùn)動(dòng)速度可采用 無(wú)級(jí)變速 或 有級(jí)變速 兩種方式 。 （ 1） 最低轉(zhuǎn)速 (nmin) 、 最高轉(zhuǎn)速 (nmax) nmin=100

16、0 vmin / dmax nmax=1000 vmax / dmin nmax 和 nmin的比值是變速范圍 Rn = nmax / nmin （二） 運(yùn)動(dòng)參數(shù) （二） 運(yùn)動(dòng)參數(shù) （ 2） 分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列 、 變速范圍 主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列一般按等比數(shù)列排列 。 這樣可以使 最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失 Amax為一常數(shù) 。 什么是 最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失 Amax： ？ 如某機(jī)床的分級(jí)變速系統(tǒng)共有 Z級(jí)： n1， n2， n3， nj， nj+1， nz 加工工件所需的最有利轉(zhuǎn)速為 n， 而 n 處在 nj 與 nj+1 之 間 ， 相對(duì)轉(zhuǎn)速損失： A =（ n- n j） / n 最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失 A

17、max = （ n- n j） / n =（ nj+1-nj） / nj+1 = 1 -（ nj / nj+1 ） = 1- 1/ 級(jí)比 = nj +1 / nj lim 1jnn 機(jī)床轉(zhuǎn)速按等比數(shù)列排列 ， 其公比為 ， 各級(jí)轉(zhuǎn)速為： n1 = nmim； n2 = n1 ； n3 = n2 = n1 2 nZ = nz-1 = nz-2 2= n1 Z-1=nmax 變速范圍： Rn = nmax /nmim = n1 Z-1/ n1= Z-1 （二） 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 例：有一臺(tái)鉆床 ， 主軸轉(zhuǎn)速為： 20， 28， 40， 56， 80， 112， 160， 224， 315， 450， 63

18、0， 900， 共 12級(jí) ， 等比數(shù)列 ， 公比 =1.41， 最 大 相 對(duì) 轉(zhuǎn) 速 損 失 Amax= （ -1 ） / = （ 1.41-1 ） /1.41 29% 若按等差數(shù)列排列，取 公差為 20， 主軸轉(zhuǎn)速為： 20， 40， 60， 80， 100， 120， 140， 160， 180， 200， 220， 240， 260， 280， 300， 320， ， 900，共 45級(jí)， 最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失 Amax： Amax1=（ 40-20） /40 = 0.5 Amax2=（ 900-880） /900 = 0.0222 等比數(shù)列同樣適用于 直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)次數(shù)數(shù)列 、 進(jìn)

19、 給數(shù)列以及尺寸和功率參數(shù)系列 。 機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)是以進(jìn)給量來(lái)表示 ， 進(jìn)給量的變換 可采用無(wú)級(jí)變速或有級(jí)變速兩種方式 。 當(dāng)進(jìn)給量的變化要影響生產(chǎn)率時(shí) ， 進(jìn)給量的數(shù)列也要按 等比數(shù)列 。 對(duì)于各種加工螺紋和機(jī)床和利用棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的機(jī) 床 ， 進(jìn)給量的數(shù)列為等差數(shù)列 。 對(duì)于用交換齒輪調(diào)整進(jìn)給量的自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床 ， 進(jìn)給 量沒(méi)有一定的規(guī)則 。 2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù) 3 標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 (表 3-5)標(biāo)準(zhǔn)公比值： 1.06; 1.12; 1.26; 1.41; 1.58; 1.78; 2。 標(biāo)準(zhǔn)公比值能滿足以下要求： 1） 標(biāo)準(zhǔn)公比 ： 1 2； 2） 為 1.06的整數(shù)次方； 3）

20、 為 2的整數(shù)次方根； 4） 為 10的整數(shù)次方根 。 確定公比 的值要考慮相對(duì)轉(zhuǎn)速損失和機(jī)床結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面 的因素 。 公比 與級(jí)數(shù) Z有以下關(guān)系： 由 Rn = nmax / nmin = Z-1 得： Z = ( lgRn / lg )+1 公比的選用 :當(dāng)變速范圍一定時(shí) ， 愈小 ， 級(jí)數(shù) Z便愈多 ， 使用方便 ， 但使機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 。 愈大 ， 級(jí)數(shù) Z便愈少 ， 機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 相對(duì)轉(zhuǎn)速損失 大 。 4 公比的選用 （三） 動(dòng)力參數(shù) 動(dòng)力參數(shù)包括： 1） 電機(jī)功率； 2） 液壓缸的牽引力 ， 3） 液壓馬達(dá) 、 伺服電機(jī) 、 步進(jìn)電機(jī)的額定扭矩 。 各傳動(dòng)件的參數(shù)都是根據(jù)動(dòng)力

21、參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的 。 1 主運(yùn)動(dòng)功率的確定 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)功率 P主 =P切 + P附 + P空 = P切 / 機(jī) + P空 P空 = k1 (d平 n + k2 d主 n主 ) 10-6 P切 = T切 * n / 9550 (T切 = 9550 P切 /n ) 電動(dòng)機(jī)的額定功率 : P額定 = P主 /K (kw) 2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功率的確定 1） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電機(jī) ， 其功率可忽略； P進(jìn) = (0.03 0.05)P主 2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與空行程 （ 快速運(yùn)動(dòng) ） 共用一個(gè)電機(jī)時(shí) ， 也不必 單獨(dú)考慮進(jìn)給功率； 3） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用單獨(dú)電機(jī)或采用液壓傳動(dòng)時(shí) ， 需要確定進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)的功率 。

22、 普通電機(jī)： 進(jìn)給功率 P進(jìn) = FV進(jìn) /60000 數(shù)控機(jī)床上的伺服電機(jī)按轉(zhuǎn)矩選擇： T進(jìn)電 = 9550 P進(jìn) /n進(jìn)電 3. 空行程功率的確定 P空 = P慣 + P摩 快速 （ 空 ） 行程電機(jī)往往是滿載起動(dòng)的 ， 移動(dòng)件較重 ， 加速 度較大 ， 計(jì)算時(shí)必須考慮慣性力 。 克服慣性力需要的功率為： P慣 = Te* n / 9550k1 克服質(zhì)量和摩擦力需要的功率為： 升降運(yùn)動(dòng)： P摩 = （ mg + fF ） v / 60000 水平運(yùn)動(dòng)： P摩 = fmgv / 60000 2 1 2 1 e )()( 30 j j j i i ie a e a e v mJJ t n J

23、t JT 一 、 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用 1 把一定的功率或力矩從動(dòng)力機(jī)傳遞給執(zhí)行件； 2 保證運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件具有要求的運(yùn)動(dòng)速度和一定的變 速范圍； 3 根據(jù)需要 ， 能夠方便地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng) 、 停止 、 換 向和制動(dòng) 。 第四節(jié) 機(jī)床的主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 二、傳動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)和傳動(dòng)方式 分類(lèi)： 1、 按驅(qū)動(dòng)方式可分為： 交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 。 2、 按傳動(dòng)裝置類(lèi)型可分為： 機(jī)械傳動(dòng)裝置；液 壓傳動(dòng)裝置；電氣傳動(dòng)裝置以及它們的組合 。 3、 按變速的連續(xù)性可分為 ：分級(jí)變速傳動(dòng)和無(wú) 級(jí)變速傳動(dòng) 。 二、傳動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)和傳動(dòng)方式 傳動(dòng)方式： 1.集中傳動(dòng)方式 全部傳動(dòng)和變速機(jī) 構(gòu)集中裝在一個(gè)主軸 箱

24、中 二、傳動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)和傳動(dòng)方式 2分離傳動(dòng)方式 主傳動(dòng)系中的大部 分的傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)裝 在遠(yuǎn)離主軸的單獨(dú)變速 箱中，然后通過(guò)帶傳動(dòng) 將運(yùn)動(dòng)傳到主軸箱的傳 動(dòng)方式， 三、傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 1定比傳動(dòng)裝置 絲杠車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng) 2變速裝置 常用的變速裝置有以下幾種： 1）變換齒輪變速機(jī)構(gòu) 絲杠車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng) 2）滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) (CA6140) 3）離合器變速機(jī)構(gòu) (CA6140) 3起停和換向裝置 起停和換向裝置的典型結(jié)構(gòu)： (CA6140) 1） 齒輪 摩擦離合器換向機(jī)構(gòu) 2） 齒輪換向機(jī)構(gòu) 三、傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 摩擦離合器 齒輪換向機(jī)構(gòu) 4 制動(dòng)裝置 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與安裝應(yīng)考慮如下問(wèn)題： 1） 制動(dòng)

25、器與離合器必需互鎖； 2） 合理確定制動(dòng)器的安裝位置； 若要求制動(dòng)扭矩較小 ， 則制動(dòng)器安裝在轉(zhuǎn)速較高 的軸上 。 若要求制動(dòng)時(shí)間短 ， 制動(dòng)靈活 ， 則制動(dòng)器可直接 安裝在主軸或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)上 。 通常 ， 制動(dòng)器安裝在轉(zhuǎn)速較高 、 變速范圍較小的軸上 。 閘帶式制動(dòng)器的操縱力應(yīng)作用在制動(dòng)帶的松邊 。 制動(dòng)器 . 三、傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 三、傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 5安全保護(hù)裝置 如果傳動(dòng)鏈中有帶、摩擦離合器等摩擦副，則具有過(guò)載 保護(hù)作用，否則應(yīng)在傳動(dòng)鏈中設(shè)置安全離合器或安全銷(xiāo)等過(guò) 載保護(hù)裝置。 安全保護(hù)裝置宜放在靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)且轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)構(gòu) 件上。 常用的安全保護(hù)裝置有以下幾種： 1）銷(xiāo)釘安全聯(lián)軸器

26、 （ 見(jiàn)圖 ） 2）鋼珠安全離合器 （ 見(jiàn)圖 ） 3）摩擦安全離合器（ 見(jiàn)圖 ） 絲杠車(chē)床 返回 返回 制動(dòng)器 返回 銷(xiāo)釘安全聯(lián)軸器 返回 摩擦安全離合器 返回 鋼珠安全離合器 返回 四、 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）變級(jí)變速機(jī)構(gòu) 的轉(zhuǎn)速圖 轉(zhuǎn)速圖中： 1）垂直線代表傳動(dòng)軸線； 2）水平線代表各級(jí)轉(zhuǎn)速； 3）各軸之間連線的傾斜方 式代表傳動(dòng)副的傳動(dòng)比；前一 軸上同一點(diǎn)向后一軸聯(lián)出的聯(lián) 線的條數(shù)代表兩軸間的傳動(dòng)副 數(shù)； 4）沿運(yùn)動(dòng)傳遞方向，穿過(guò) 各相連線的途徑是傳動(dòng)路線； 返回 （ 1） 變速規(guī)律 主軸為了得到連續(xù)的等比數(shù)列 ， 需要的傳動(dòng)組數(shù)和每個(gè)傳動(dòng)組 中的傳動(dòng)副數(shù)為： Z = Pa *

27、Pb * Pc * Pw （ 2） 轉(zhuǎn)速圖原理 從轉(zhuǎn)速圖中可以看出 ， 各變速組中傳動(dòng)比的關(guān)系為： a組： （ 基本組 ） 級(jí)比 X j 級(jí)比指數(shù) Xj ua1: ua2: ua3:=1/2 : 1/: 1 = 1 : : 2 1 1 b組： （ 第一擴(kuò)大組 ） ub1 : ub2 = 1/3 : 1 = 1:3 3 3 = Pa c組： （ 第二擴(kuò)大組 ） uc1: uc2 = 1/4 : 2 = 1:6 6 6= Pa* Pb 第 W變速組： （ 第 W-1擴(kuò)大組 ） Pa * Pb * Pc * Pw-1 （一） 變級(jí)變速機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速圖 r= umax / umin 基本組的變速范圍： r

28、0 = ua3 / ua1 = 2 = X0（ P0-1） 第一擴(kuò)大組的變速范圍： r1 = ub2 / ub1 =3 =X1 （ P1-1） 第二擴(kuò)大組的變速范圍： r2 = uc2 / uc1 =6 =X2 （ P2-1） 第 j擴(kuò)大組的變速范圍： rj =Xj（ Pj-1） 主軸的變速范圍： Rn = nmax / nmin = r0 r1 r2 rw-1 在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí) ， 遵循上述規(guī)律 ， 傳動(dòng)系統(tǒng) 可得到轉(zhuǎn)速數(shù)列是連續(xù)的等比數(shù)列 ， 即正常的 傳動(dòng)系統(tǒng) 。 （ 3）各變速組的變速范圍 (圖 3-13) （ 4）結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)式： 為了便于分析和比較不同傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案 ， 常使

29、用結(jié)構(gòu)式 形式 。 如： 12 = 31 23 26 結(jié)構(gòu)網(wǎng)： 只表示傳動(dòng)比的相對(duì)關(guān)系，而不表示具體轉(zhuǎn)速值的線圖 稱(chēng)為結(jié)構(gòu)網(wǎng)。 （ 結(jié)構(gòu)網(wǎng) ) （ 3）各變速組的變速范圍 返回 結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng) 返回 結(jié)構(gòu)式和結(jié) 構(gòu)網(wǎng) a)12=31 23 26 b)12=31 26 23 c)12=32 21 26 d)12=34 21 22 e)12=32 26 21 f)12=34 22 21 返回 （ 1） 變速組及其傳動(dòng)副數(shù)的確定 為使傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪總處數(shù)為最少 ， 每個(gè)變速組的傳動(dòng)副 數(shù)最好取 P=2或 3。 （ 12=3 2 2） （ 2） 確定傳動(dòng)順序 一般應(yīng)遵循 “ 前多后少 ” 的原則 。

30、（ 3） 確定變速順序 一般應(yīng)采用基本組在前 ， 擴(kuò)大組在后 的方案 ， 即 “ 前密后疏 ” 的原則 。 （ 12=31 23 26） （ 4） 確定各變速組的傳動(dòng)比 1） 各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比不應(yīng)超出極限傳動(dòng)比 ， umin 1/4 umax2； 若用斜齒輪傳動(dòng) umax2.5 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)： umin 1/5 umax2.8； 2） 盡量提高中間軸的最低轉(zhuǎn)速 ， 遵循 “ 前緩后急 ” 的 原則 。 （二）轉(zhuǎn)速圖的擬定 前多后少 前密后疏 返回 前緩后急 返回 Ua2 Ub2 Ua1 Uc2 Ud2 Ub1 Uc1 Ud1 1600 1250 1000 800 630 500 400 315

31、 250 200 160 125 100 80 63 50 40 31.5 25 例： 某機(jī)床公比 =1.26，主軸轉(zhuǎn)速級(jí) 數(shù) Z=16， n1=25r min， 試擬定出結(jié)構(gòu)式， 畫(huà)出結(jié)構(gòu)網(wǎng)； 若電動(dòng)機(jī)功率 P=4kW，額定轉(zhuǎn)速 nm=1440r min，確 定齒輪齒數(shù)，畫(huà)出轉(zhuǎn) 速圖。 （ 5）齒輪齒數(shù)的確定 A)齒輪齒數(shù)的確定的原則 在確定齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意： 1） 實(shí)際轉(zhuǎn)速 n與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 n的相對(duì)轉(zhuǎn)速誤差 : n=(n n) / n 。 fdNR dNR 3、若需要在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，功率特性圖上需要恒功率線有 小段重合，變速箱 公比 可取 小于 電動(dòng)機(jī)的 恒功率調(diào)速范 圍 ，即 ，則變速級(jí)數(shù)會(huì)多些

32、。 f dNR dNR f （三）數(shù)控機(jī)床高速主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 提高主傳動(dòng)系中主軸轉(zhuǎn)速是提高切削速度最直接最有效 的方法。 數(shù)控車(chē)床的主軸轉(zhuǎn)速目前到 5000 7000r/min。 數(shù)控高速磨削的砂輪線速度到 100200m/s。 要求主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)化，減小慣性，主軸旋轉(zhuǎn)精 度要高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要好，振動(dòng)和噪聲要小。 高速和超高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)，一般采用兩種設(shè)計(jì)方式： 一種是采用聯(lián)軸器將機(jī)床主軸和電動(dòng)機(jī)軸串接成一體， 將中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)減少到僅剩聯(lián)軸器； 另一種是將電動(dòng)機(jī)與主軸合為一體，制成內(nèi)裝式電主軸， 實(shí)現(xiàn)無(wú)任何中間環(huán)節(jié)的直接驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)冷卻液循環(huán)冷卻方 式減少發(fā)熱， 電主軸 電主軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與

33、主軸為一體，置于前后軸承之間， 電動(dòng)機(jī)定子則在套筒內(nèi)，一般前支承采用二個(gè)徑向推力軸承。 由于轉(zhuǎn)動(dòng)的零件少，主軸直接支承在前后軸承之間，所以可實(shí) 現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 電主軸的無(wú)級(jí)變速方式，廠家提供變頻和矢量控制兩種 選擇。 （四）數(shù)控機(jī)床采用部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整機(jī)數(shù)控車(chē)床的模塊化設(shè)計(jì)是在幾個(gè)基礎(chǔ)模塊部件（床身、底座 等）基礎(chǔ)上，按加工要求靈活配置若干功能部件（如主軸、刀架、尾 座等）和附加模塊化裝置（各式機(jī)械手、檢測(cè)裝置等）， （五）并聯(lián)機(jī)床原理 前面討論的機(jī)床形狀創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)， 工件和刀具的各個(gè)運(yùn)動(dòng) 是串聯(lián)關(guān)系。 近年來(lái) 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)原理 在機(jī)床中得到了應(yīng)用。 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)比串聯(lián)運(yùn)動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 精

34、度高 (各分支的運(yùn)動(dòng)誤差不疊加 )、 剛度高 (桿的受力狀態(tài)好 )、 運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小、速度高 等， 這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于機(jī)床來(lái)說(shuō)是非常重要的。 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 一、機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1)恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。 當(dāng)進(jìn)給量較大時(shí)，一般采用較小的背吃刀量；當(dāng)進(jìn)給量 較小時(shí)，多采用較大的背吃刀量；在各種不同進(jìn)給量的情況 下，其切削分力大致相同，即都有可能達(dá)到最大進(jìn)給力， 因此，在各種進(jìn)給速度下，傳動(dòng)系統(tǒng)最后輸出軸的轉(zhuǎn)矩 可近似地認(rèn)為相等。 傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速（速度）是該傳動(dòng)件可能出現(xiàn)的 最大 轉(zhuǎn)速 （速度）。 進(jìn)給傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖為前疏后密的結(jié)構(gòu)。這樣可以使進(jìn)給 系統(tǒng)內(nèi)更多的傳動(dòng)件至末端輸出軸的傳動(dòng)比較小，承受的轉(zhuǎn) 矩也

35、較小 第五節(jié) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度低、受力小、消耗功率少。 3)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)數(shù)目多 。 不同的機(jī)床對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的種類(lèi)和數(shù)量要求也不相同。 立式鉆床只有一個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 臥式鏜床則有五個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； 普通車(chē)床中，車(chē)螺紋傳動(dòng)是內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，而縱車(chē)外圓 則是外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。 4)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) （特別是數(shù)控機(jī)床）中應(yīng) 采用各種消除間 隙措施 ，以提高傳動(dòng)精度。 5)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中常應(yīng)用快速進(jìn)給機(jī)構(gòu) ，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行件在 空行程內(nèi)的快速移動(dòng)。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求： 1) 有較高的靜剛度。 2) 具有良好的快速響應(yīng)性； 抗振性能好；噪聲低；有良 好的防爬行性能；切削穩(wěn)定性

36、好。 3) 有較高的傳動(dòng)精度和定位精度。 4) 能滿足工藝需求，有足夠的變速范圍。 5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好， 調(diào)整維修方便，操縱輕便 靈活。 6) 制造成本低，有較好的經(jīng)濟(jì)性。 二、進(jìn)給傳動(dòng)的基本要求 沒(méi)有特殊需要，盡量采用等比數(shù)列； 對(duì)于等差數(shù)列進(jìn)給傳動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)以滿足工藝需求為目的； 隨機(jī)數(shù)列進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，如車(chē)床的非標(biāo)準(zhǔn)螺紋進(jìn)給傳動(dòng) 鏈等，采用交換齒輪機(jī)構(gòu)。 等比進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)遵循以下原則： 1進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的極限傳動(dòng)比、極限變速范圍 極限傳動(dòng)比為 imin1/5 ， imax2.8 ， 極限總變速范圍為 R=2.8 5=14。 2進(jìn)給傳動(dòng)擴(kuò)大順序的原則、最小傳動(dòng)比原則 轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)比成反比，

37、降速傳動(dòng)，傳動(dòng)比小于 1，輸出 轉(zhuǎn)矩增加。 三、分級(jí)進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)的原則 等比進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)遵循以下原則： 由于進(jìn)給系統(tǒng)是恒 轉(zhuǎn)矩變速，末端旋轉(zhuǎn)傳 動(dòng)件的轉(zhuǎn)矩一定，一般 情況下擴(kuò)大順序應(yīng)采用 前疏后密的原則 ；（為 什么？） 根據(jù)誤差傳遞規(guī)律， 最小傳動(dòng)比應(yīng)采用 前緩 后急的原則 ，以提高進(jìn) 給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度。 四、 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng) (一 )電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分類(lèi) 電氣伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床之間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，電氣 伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)檢測(cè)和反饋裝置分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉 環(huán)系統(tǒng)。 (二 )電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部件 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組 成。伺服驅(qū)動(dòng)部件如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺

38、服電動(dòng)機(jī)、交流伺 服電動(dòng)機(jī)等，機(jī)械傳動(dòng)部件如齒輪、滾珠絲杠螺母等。 (二 ) 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部件 1對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件的基本要求 1)調(diào)速范圍要寬，低速運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)爬行。 2)快速響應(yīng)性好，電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 3)抗負(fù)載振動(dòng)能力強(qiáng)，切削中受負(fù)載沖擊時(shí)，系統(tǒng)的速 度仍基本不變。 4)可承受頻繁起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 5)振動(dòng)和噪聲小，可靠性高，壽命長(zhǎng)。 6) 調(diào)整、維修方便。 2進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件的類(lèi)型和特點(diǎn) 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件種類(lèi)很多，用于機(jī)床上的有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、 小慣量直流電動(dòng)機(jī)、大慣量直流電動(dòng)機(jī)、交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)和 直線電動(dòng)機(jī)等。 (三 )電伺服進(jìn)給傳動(dòng)系中的機(jī)械傳動(dòng)部件 1機(jī)械傳動(dòng)部件應(yīng)滿足的要求

39、 1) 機(jī)械傳動(dòng)部件要采用低摩擦傳動(dòng) 如：導(dǎo)軌可以采用 靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌；絲杠傳動(dòng)可采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)； 2) 伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系匹配要合適。如果慣性矩和齒 輪等匹配不當(dāng)，就達(dá)不到快速反應(yīng)的性能。 3) 選擇最佳降速比來(lái)降低慣量，最好采用直接傳動(dòng)方式。 4) 采用預(yù)緊辦法來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的剛度。 5) 采用消除傳動(dòng)間隙的方法，減小反向死區(qū)誤差，提高 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度。 為保證伺服系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和定位精度，要求機(jī)械傳 動(dòng)部件無(wú)間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振和適宜阻 尼比。 2機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 機(jī)械傳動(dòng)部件主要指齒輪或同步齒形帶和絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。 電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)

40、是靠脈沖信號(hào)來(lái)控制， 要求運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作靈敏、低慣量、定位精度好、適宜的阻尼比 及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不能有反向間隙。 (1) 最佳降速比的確定 傳動(dòng)副的最佳降速比應(yīng)按最大加 速能力和最小慣量的要求確定，以降低機(jī)械傳動(dòng)部件的慣量。 對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)主要是由機(jī)床所要求的脈沖 當(dāng)量與所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角決定。 降速比為： 式中， 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 ( /脈沖 )； L為滾珠絲杠 的導(dǎo)程 (mm)； Q為脈沖當(dāng)量 (mm/脈沖 )。 QLu 360 (1) 最佳降速比的確定 對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng) ， 主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩與 機(jī)床要求的最大進(jìn)給速度或負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定， 降速比為 式中， ndma

41、x為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r min)； L為滾珠絲 杠導(dǎo)程 (mm)； vmax為工作臺(tái)最大移動(dòng)速度 (mm min)。 設(shè)計(jì)中、小型數(shù)控車(chē)床時(shí)，通過(guò)選用最佳降速比來(lái)降低 慣量，應(yīng)盡可能使傳動(dòng)副的傳動(dòng)比 u=1，這樣可選用驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)直接與絲杠相聯(lián)接的方式。 m a x m a x vLnu d 伺服電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接： （ 2）齒輪傳動(dòng)的間隙消除 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī) 構(gòu) 1）偏心軸套調(diào)整法 這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ) 償。 2）雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 如圖中所示，轉(zhuǎn)動(dòng)螺 母 7(螺母 6用于鎖緊 )可改 變彈簧 8的張力大小，調(diào) 節(jié)齒輪 l、 2的相對(duì)位置， 達(dá)到錯(cuò)齒。這種

42、錯(cuò)齒調(diào)整 法的齒側(cè)間隙可自動(dòng)補(bǔ)償， 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 。 斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1）墊片調(diào)整法 與錯(cuò)齒調(diào)整法基本相 同該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在 使用時(shí)需要反復(fù)調(diào)節(jié)墊片 的厚度才能達(dá)到要求，而 且齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。 2）軸向壓簧調(diào)整法 用彈簧 3的軸向力來(lái) 獲得薄片斜齒輪 1、 2之間 的錯(cuò)位，使其齒側(cè)面分別 緊貼寬齒輪 7的齒槽的兩側(cè) 面。該方法的特點(diǎn)是齒側(cè) 間隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，但軸 向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。 齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)， 可采用雙齒輪調(diào)整法。 如圖所示，通過(guò)預(yù)載裝 置 4向齒輪 3上預(yù)加負(fù)載， 使大齒輪 2、 5同時(shí)向兩 個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而 帶動(dòng)小齒輪 1、 6轉(zhuǎn)動(dòng)， 其齒便分別緊

43、貼在齒條 7上齒槽的左、右側(cè)， 消除了齒側(cè)間隙。 同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依 次相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳 動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，能方便地實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)中心距的傳動(dòng)，傳動(dòng)過(guò)程無(wú)相 對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，且齒形帶的強(qiáng)度 高，厚度小，重量輕，故可用于低速及高速傳動(dòng)；齒形帶無(wú) 需特別張緊，作用在軸和軸承等處的載荷小，傳動(dòng)效率高， 因此在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等伺服傳動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。 （ 3）滾珠絲杠及其支承 1） 工作原理與特點(diǎn) （ 圖 3-46） 2）滾珠絲杠的支承方式 一端裝推力軸承，另一端自由； 一端裝推力軸承，另一端裝向心軸承；

44、 兩端裝推力軸承； 兩端裝雙向推力軸承， 2）滾珠絲杠的支承方式 一端裝圓錐軸承，另一端自由 2）滾珠絲杠的支承方式 一端裝推力軸承，另一端裝向心軸承 2）滾珠絲杠的支承方式 兩端裝角接觸軸承（向心推力軸承） 2）滾珠絲杠的支承方式 (4)絲杠的拉壓剛度計(jì)算 絲杠傳動(dòng)的綜合拉壓剛度 主要由絲 杠的拉壓剛度，支承剛度和螺母剛度三 部分組成。 絲杠的拉壓剛度不是一個(gè)定值，它 隨螺母至軸向固定端的距離而變。一端 軸向固定的絲杠 (圖 349a和 b)的拉壓剛 度 K(N/m)為： K=(AE/L1) 10-6 式中， A為螺紋底徑處的截面積 (mm2)； E為彈性模量 (鋼的彈性模量 E=2 101

45、1N m2)； L1為螺母至固定端 的距離 (m)。 兩端固定的絲杠 (圖 349c)，剛度 K(N/m)為： K=(4AE/L) 10-6 (4)絲杠的拉壓剛度計(jì)算 可以看出，一端固定，當(dāng)螺母至固定端的距離 L1等于兩 支承端距離 L時(shí)，剛度最低。在 A、 B、 L相同的情況下，兩端 固定絲杠的剛度為一端固定時(shí)的四倍。 （ 5） 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外， 對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其反向傳動(dòng)精度。通常 采用雙螺母預(yù)緊的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以 減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。 目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間

46、隙達(dá) 0.05mm， 雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙。 應(yīng)用該方法消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： 1)預(yù)緊力大小必須合適，過(guò)小不能保證無(wú)隙傳動(dòng)，過(guò)大將 使驅(qū)動(dòng)力矩增大，效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超過(guò)最 大軸向負(fù)載的 1 3。 2)要特別注意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙，這些 間隙用頂緊的方法是無(wú)法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影 響。 （ 5） 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 （ 5） 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 (1)墊片調(diào)隙式 (圖 3-50a) 調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生微量 的軸向位移，以達(dá)到消除軸向間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。該 形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用廣， 但不很準(zhǔn)確， 并且當(dāng)滾道磨損時(shí)不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈。故適用于 一般精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 (2)螺紋調(diào)隙式 (圖 ) 旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn) 生 預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。該形式結(jié)構(gòu)緊湊、工作可 靠、調(diào)整方便，缺點(diǎn)是不很精確。 (3)齒差調(diào)隙式 (圖 50b)該形式的調(diào)整精度很高，工作可 靠。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能較差。 第二章 習(xí)題（四） P140： 23-33， 35， 38 （ 第 2版： P2093-33， 35， 38，）