數(shù)控車床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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1、0 引言 該次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 , 我很有幸分在 “數(shù)控車床小組” , 我所設(shè)計(jì)的課題為 “數(shù)控車床 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ( 經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控機(jī)床 ) ”。進(jìn)行這一設(shè)計(jì)主要是為了進(jìn)一 步地提高數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度、 重復(fù)定位精度以及改造手動(dòng)進(jìn)給裝置以 使其能夠可靠地運(yùn)行。 而且 , 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也可以檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)情況 , 鍛煉自己 , 對今后的學(xué)習(xí)和工作也有一定程度上的幫助。 信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)， 引起后者的深刻變革。 作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的 機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變， 微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息

2、、智能與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備相結(jié)合， 促使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 電子電力 技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀 表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以 及工業(yè)機(jī)器人、 智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。 機(jī)電一體化到各方面 的技術(shù)已越來越受關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消 耗、 增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。 在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)， 運(yùn) 動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分， 也得到前所未有的大發(fā)展， 國內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推

3、 出運(yùn)動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。主要有全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)( Full Closed AC Servo )、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)( Linear Motor Driving )、可編程序計(jì)算機(jī)控制器 (Programmable Computer Controller , PCC 和運(yùn)動(dòng)才5制卡(Motion Controlling Board) 等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。 數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品 , 是綜 合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、 精密測量及現(xiàn)在機(jī)械制造技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 數(shù) 控機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)、 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和未來工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)已成為 現(xiàn)在制造技

4、術(shù)中不可缺少的生產(chǎn)手段 , 是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分。隨著科學(xué) 技術(shù)的迅速發(fā)展 , 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)在機(jī)械制造業(yè)中 的主要技術(shù)裝備。 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品， 在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大 的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問 題， 且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量， 大幅度地提高生產(chǎn)效率。 經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床主 要用于對中小型軸類、 盤類以及螺紋零件的加工， 這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成 的工作內(nèi)容有： 控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速； 刀架能實(shí)現(xiàn)縱向 和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)

5、改變四個(gè)刀位完成選擇刀具； 冷卻泵、 潤滑 泵的啟停； 加工螺紋時(shí)， 應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)， 刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С獭? 數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)包括橫向進(jìn)給系統(tǒng) (X 軸)和縱向進(jìn)給系統(tǒng) (Y 軸), 它們是由 伺服電機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng) , 驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu) , 來實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng)。根據(jù) GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)》，機(jī)床的位置精度包括重復(fù)定位精度、反 向偏差和定位精度。當(dāng)機(jī)床的中心距 DC=3000mm,其重復(fù)定位精度X軸0.007mmz 軸0.020mm;反向偏差X軸為0.006mmz軸為0.012mm定位精度X軸為0.016mmz軸 為0.050mm

6、可以看出，進(jìn)給軸設(shè)計(jì)與主軸設(shè)計(jì)相比，具有相同的重要性。因而，進(jìn)給 軸的設(shè)計(jì)應(yīng)從動(dòng)、靜兩方面充分考慮 , 位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。 對于 X 軸， 由于其位置誤差值復(fù)映在零件加工尺寸上為直徑值，故放大了 2 倍， X 軸移動(dòng)質(zhì)量不 大，要求的快移速度較低，因而要求X軸應(yīng)有更高的位置精度。因X軸滾珠杠直徑比 Z 軸小， 長度短， 并且采用降速傳動(dòng)， 使得折算在 X 軸電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小。 因此， X 軸的設(shè)計(jì)應(yīng)著重以達(dá)到所要求的位置精度為主要矛盾進(jìn)行設(shè)計(jì)， 而選用的電機(jī)扭矩 比 Z 軸小些。為了達(dá)到這目標(biāo)， X 軸應(yīng)從提高重復(fù)定位精度、反向偏差及定位精度三 個(gè)方面，從設(shè)計(jì)上解

7、決。在數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 , 根據(jù)橫向、縱向的不同精度 要求 , 不同移動(dòng)質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等特點(diǎn) , 分別解決設(shè)計(jì)中的主要矛盾。 以期望設(shè)計(jì)結(jié)果 能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求 , 達(dá)到預(yù)期的結(jié)果 , 即滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。 限于編者水 平，書中錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，殷切期望讀者批評指正。 9 1、總體設(shè)計(jì)方案 1.1 總體設(shè)計(jì)方案論證 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求除了具有較高的定位精度外，還具 有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。為了確保數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性 ，在設(shè)計(jì)機(jī)械了 機(jī)構(gòu)時(shí)，通常還應(yīng)提出無間隙、低摩擦、高剛度以及有適宜的阻尼比要求等。為了達(dá) 到這些要

8、求，在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，主要采取如下措施： 1、盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副； 2、選用最佳的降速比； 3、盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的方法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 ； 4、盡量消除傳動(dòng)間隙，減少反向行程誤差。 數(shù)控車床的總體總體設(shè)計(jì)方案示意圖如下圖所示： 本設(shè)計(jì)數(shù)控車床要求設(shè)計(jì)為中檔精度機(jī)床，為此提出以下兩種設(shè)計(jì)方案： 設(shè)計(jì)方案一：該方案的進(jìn)給裝置及動(dòng)作原理如下： 機(jī)床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)由：床鞍，滾珠絲杠副，螺母座，滑板，連接套，步進(jìn)電機(jī) 等部分組成。由步進(jìn)電機(jī)通過連接套帶動(dòng)滾珠絲杠副至螺母座，實(shí)現(xiàn)滑板的橫向機(jī)動(dòng) 進(jìn)給。在滾珠絲杠的前端加一螺孔，用內(nèi)六角螺釘及套與之連接，這樣用內(nèi)六角扳手

9、 可實(shí)現(xiàn)滑板的橫向手動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)方案二：該方案的進(jìn)給裝置及動(dòng)作原理如下：車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)由床鞍4,滾 珠絲杠副5,螺母座6,橫滑板7,同步帶輪12、19,交流伺服電機(jī)64等部分組成，見設(shè)計(jì) 裝配圖001。由交流伺服電機(jī)64經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副5至螺母座6,實(shí) 現(xiàn)橫滑板7的橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給，來實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng)。在該方案中，在滾珠絲杠的前端加了 一個(gè)固定銷46,床鞍上改進(jìn)了支座3,增加了滾花手柄2,在滾花手柄2的前端用一個(gè)開 口槽及內(nèi)孔與滾珠絲杠相連 , 支座 3 下用一個(gè)開槽平端緊定螺釘 45 與滾花手柄 2 上 的兩圓槽相連作定位作用。 當(dāng)需手動(dòng)進(jìn)給時(shí) , 滾花手柄 2 的

10、開口槽就插到滾珠絲杠的 固定銷 46 中,將螺釘 45緊到手柄 2 的相應(yīng)圓槽中 ,這樣轉(zhuǎn)動(dòng)滾花手柄 2 就可帶動(dòng)滾珠 絲杠實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給。 當(dāng)不用手動(dòng)進(jìn)給時(shí) ,松開螺釘 45,將滾花手柄 2 出,使開口槽與滾珠 絲杠的固定銷分開 ,再將螺釘 45緊到手柄 2的相應(yīng)圓槽中 ,此時(shí)手柄 2與滾珠絲杠脫開 了。 在方案一中 ,由于在機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí) ,套 8仍在轉(zhuǎn)動(dòng) ,不安全。 用內(nèi)六角扳手時(shí) ,在作螺紋 的反向運(yùn)動(dòng)時(shí) ,會(huì)使內(nèi)六角螺釘松動(dòng) ,而不能使手動(dòng)進(jìn)給可靠進(jìn)行。 在方案二中 ,在機(jī)動(dòng) 進(jìn)給時(shí) , 滾花手柄不再轉(zhuǎn)動(dòng) ,使車床的安全可靠性得以加強(qiáng)。同時(shí) ,這樣做也使得在車 床檢驗(yàn)后的工

11、作過程中 ,不至于被他人轉(zhuǎn)動(dòng)手柄而破壞現(xiàn)場工作狀態(tài)。在方案一中 ,采 用步進(jìn)電機(jī) ,起精度受到一定程度上的限制。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求中檔精度 ,所以在方案二 中改用交流伺服電機(jī) ,以提高相應(yīng)的精度。并且在方案二中以同步帶傳動(dòng)代替方案一 中的連接套 ,其益處在參考文獻(xiàn)[ 4] 106-107頁中可以見到 ,這里就不再重復(fù)了。 1.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的比較和論證后 ,確定的經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)的總體方案示意圖如裝配圖 001 所示。該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)既可以進(jìn)行機(jī)動(dòng)進(jìn)給 ,也 可以進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)給。 該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) , 經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng) ,

12、驅(qū)動(dòng) 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) ,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀架采用 LD-1 型列電動(dòng)刀架。 2 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算的主要內(nèi)容有 : 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型、 同步帶 的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型、同步帶輪的選擇、交流伺服電機(jī)的計(jì)算及選型、導(dǎo)軌副的選擇、 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇。繪制橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖以及各零件圖等。 2.1 已知條件 (1) 、床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 :400mm； (2)、加工最大工件長度 :1000mm； (3) 、快移速度 :X 軸 4m/min,Z 軸 8m/min ； (4)、定位精度 :X 軸 0.035mm, Z 軸 0.04mm

13、； (5)、重復(fù)定位精度：X軸 0.0075mm, Z軸 0.01mm； (6)、數(shù)控車床工作臺質(zhì)量W:根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算W=60Kg; (7)、橫向進(jìn)給切削力 Fx 的確定 : 根據(jù)參考文獻(xiàn)[ 5]查出 : Pdf/ Pa =3 ?5%[5] 1 — 1 式中：Pdf一進(jìn)給系統(tǒng)所需電機(jī)功率； Pa-主傳動(dòng)電機(jī)功率。 已知Pa為5.5Kw,取比例系數(shù)為5%,則由公式1 — 1可得： Pdf= Pax 5% =5.5X5%=0.275Kw 根據(jù)參考文獻(xiàn)查出 : F=61200Tl f Pdf/Vf[5] 1—2 式中：“f—進(jìn)給系統(tǒng)效率，其范圍為0.15?0.20,取

14、“f=0.20; Vf一進(jìn)給速度，m/min;查出： Vf=(1/2 ?1/3)V ixmax [5] 1— 3 取 Vf=1/3 Vixmax 由公式 1—2: Fx=61200X0.20X 0.275/(4 ? 1/3) =2524.5(w) 為了安全起見 ,取安全系數(shù)為 1.85,則: Fx=2524.5X 1.85弋 4680N 2.2滾珠絲杠副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 ,因此滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。 一般情況下，設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，已知條件為：最大工作負(fù)載Fd(或平均工作負(fù)載Fm) 作用下的使用壽命 ,絲杠的工作長度 (或螺母的有效行程 ),絲

15、杠的轉(zhuǎn)速 (或平均轉(zhuǎn)速 ),滾 道的硬度及絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 2.2.1 設(shè)計(jì)步驟 通常的設(shè)計(jì)步驟為 : A 、計(jì)算作用在滾珠絲杠上的最大動(dòng)載荷 ; B 、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動(dòng)負(fù)載的近似值 ,并初選幾個(gè)型號 ; C、根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面 的要求，從初選的幾個(gè)型號中再挑出比較合適的直徑、導(dǎo)程、滾珠列數(shù)等，確定某一 型號； D 、 根據(jù)所選的型號 ,列出或計(jì)算出其主要參數(shù)的數(shù)值 ,計(jì)算傳動(dòng)效率 ,并驗(yàn)算剛度 及穩(wěn)定系數(shù)是否滿足要求。 如不滿足要求 ,則另選其他型號 ,再作上述計(jì)算和驗(yàn)算 ,直至 滿足要求為止。 2.2.2 設(shè)

16、計(jì)計(jì)算簡況 選用 CPG 系列滾珠絲杠副。 A 、 CPG 系列滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定 : 按預(yù)期壽命Ln及軸向載荷Fa進(jìn)行選擇： Ln=(Ca/Fa)Xl06(轉(zhuǎn))[11] 2—1 式中：Ca一額定動(dòng)載荷； 一般情況下Fa可以用平均軸向載荷Fm予以代替： Fm=(2Fmax+Fmin)/3 [11] 2— 2 式中：Fmax—最大軸向載荷； Fmin一最小軸向載荷。 Fmax=mg+F[11] 2— 3 =60X9.8+4680=5268N Fmin=mg=60X9.8=588N 所以： Fm=(2Fmax+Fmin)/3=3078N 對于機(jī)車和精密機(jī)械通常取

17、Ln=20X 106(轉(zhuǎn))[11] 則:： Ca=(20)1/3Fm=2.71F[m[11]=8341.38N 2— 4 計(jì)算出Ca,可通過查表得到對應(yīng)的滾珠絲杠副的尺寸，選取2505-4型號滾珠絲杠 副，基本直徑為25mm,大徑位24.5mm,絲杠導(dǎo)程L0為5mm,滾珠直徑為3.175mm,滾 珠列數(shù)為四列。 B 、 對 選用的滾珠絲杠副的參數(shù)進(jìn)行核算 a、軸向壓縮載荷F: 對各種支承條件下所支承的最大軸向載荷 ,是否會(huì)超過臨界載荷而失去穩(wěn)定性 , 造成穩(wěn)定失效 ,因此對保持絲杠不失去穩(wěn)定性的軸向壓縮載荷進(jìn)行驗(yàn)算。 滾珠絲杠受壓力作用后在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷 Fc 由下式計(jì)

18、算 : Fc=m(d0-db)4/Ls2 [11] 2— 5 式中:m為支承系數(shù)；G-J形式:m=20X 104(N/mm2); d0 為公稱直徑 (mm); db為滾珠直徑(mm); Ls 為絲杠軸的支承距離 (mm) 。 所以： Fc=20X 104X (25-3.175)4/5552 =1.47X 105 N 5 WJ: Fc/F=1.47X 10/5268> [n] 式中：[n]為許用穩(wěn)定安全系數(shù)，當(dāng)絲杠垂直安置時(shí)[n] =2.5，水平安置時(shí)[n] =4; F 為最大軸向壓縮載荷。 由以上計(jì)算可知條件滿足。 a、 極 限轉(zhuǎn)速的計(jì)算 : 為使絲杠副在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不

19、發(fā)生共振現(xiàn)象 ,應(yīng)對其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。 當(dāng)絲杠發(fā) 生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以Nc表示： Nc=12ix 106(d0-db) ? K1/2/L2[11] 2—6 式中 : d0 為公稱直徑 (mm); db 為滾珠直徑 (mm); K 為支承結(jié)構(gòu)系數(shù) , G-J 形式 : K=2.5 。 極限轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)滿足 : n<0.8 Nc[11]=0.8X 1.36X 104=1.08 x 104r/min 2—7 no=v/(2 冗)[11] 2—8 =4000/(2 兀)=6.4 X102r/min 因?yàn)閚0

20、母與絲杠間的軸向間隙 ,提高滾珠絲杠副的剛度與定位精度 ,在絲杠 和螺母間施加負(fù)載Fp,其預(yù)加負(fù)載的大小為： Fp= Ca/10[11]=834N c、 臨 界轉(zhuǎn)速的核算 : 絲杠的名義直徑： d0=25mm； nmax=vmax/L0[5] =200r/min 2— 9 查參考文獻(xiàn) [5] 圖 5.7-91,支承為 “固定 -固定” 支承長度 L=1568mm, 查參考文獻(xiàn) [5] 圖5.7-91, L與n的交線點(diǎn)在d0=25mm左側(cè)，所以安全。 d、效率計(jì)算： 查參考文獻(xiàn)： y] =tan B /tan( B + 小)[5] 2—10 式中：B 一螺紋的螺旋升角，可參

21、考文獻(xiàn)[5] 5.7-41表，取B =33; 小一摩擦角,tan(|)=0.003?0.004。 所以：小二1345 貝業(yè) ”二tan33/tan(303+1345 )=93% e、 剛 度檢驗(yàn) : 查參考文獻(xiàn) : △ 二100F/(EA)+50T/(兀 GJc), [5] m/m 2—11 式中：E—彈性摸量，E=2.1 X 102GPa； F一工作負(fù)載，F(xiàn)=4680 N ; A一滾珠絲杠橫截面積,A=tt/4 ? (do-db) 2= (25-3.175) 2=3.37cm2; db一滾珠直徑(mm); G一切變摸量，G=8.4X 10GPa; Jc一滾珠絲杠截面慣性

22、矩，Jc=2.27X 10-7m4; 代入公式2—11得： △=10.3 ^m/m 查參考文獻(xiàn)［5］表5-10和表5-17, B級精度為40仙m/300mm,七級精度4 =15 ^m,八級精度4 =30 ^m,所以2005-5型絲杠的剛度是足夠的。 由于選用滾珠絲杠的直徑為25mm,支承方式為G-J型，所以穩(wěn)定性不成問題。 2.3 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算簡況 A 、根據(jù)同步帶傳動(dòng)的工作條件確定傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率 : Pd=KPm［4］ 2— 12 K=1.4?1.5取K=1.6則代入公式2—12得： Pd=1.6X 1.5=2.4Kw B 、確定帶的型號和節(jié)距，

23、根據(jù)設(shè)計(jì)功率 Pd 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 由同步帶選型圖中 確定所需采用帶的型號和節(jié)距分別為 L型，節(jié)距=9.525mm。同步帶選型圖選自美國 同步帶傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) ANS11RMA IP-24-1983，如參考文獻(xiàn)［4］圖6-2所示。 C、選擇帶輪齒數(shù)Z1和Z2:根據(jù)型號及小帶輪轉(zhuǎn)速n1,查參考文獻(xiàn)［4］表6-1所 列帶輪最小許用齒數(shù)，確定一帶輪齒數(shù)為： 乙二32,另一帶輪齒數(shù)為：Z2=1X 32=32。 D、帶輪節(jié)圓直徑： d1=TbZ1/J4］ 2—13 =9.525X32/兀=97 d2=TbZ2/ tt ［4］ 2—14 =9.525X32/兀=97 E、確定同步帶的節(jié)線長度

24、帶的節(jié)線長度 Lp 可根據(jù)帶圍繞兩帶輪的周長計(jì)算得出： Lp=2Acos a + 兀(d1+d2)/2+ 兀 a (d1-d2)/360［4］ 2—15 =2X125cos0+tt 97=554。58mm 圓整為 554。 式中： A 為兩傳動(dòng)輪的中心距； a如參考文獻(xiàn)［4］圖6-3所示。 F、計(jì)算同步帶齒數(shù)Zb： Zb=Lp/Tb[4] 2— 16 =554/9.525=58.163 圓整為 59。 G、計(jì)算精確的中心距： A^M+ {M2-1/8 [Tb(Z2-Zi)/兀]2} 1/2[4] 2—17 =2M=2 Tb(2Zb -Z2-Z1)/8=121.5mm H、

25、確定同步=3.39Kw帶設(shè)計(jì)功率為Pd下所需的帶寬： a、計(jì)算所選型號同步帶的基準(zhǔn)額定功率 P0 (Kw)為： Po= (F-mv2) vX10-3[4] 2—18 式中：v一帶速(m/s),其計(jì)算公式為： v=wTbZ1X 10-3/2 J4] 2—19 =(3000X 2兀/60) X 9.525X 32 X10-3 =15.24 m/s 由公式 2— 19得： P0= (244.46-0.095X 15.242) X 15.24X 10-3 =3.39Kw F、 M 的值可根據(jù)參考文獻(xiàn)[ 4]表 6-2 查出。 b、計(jì)算小帶輪的嚙合齒數(shù) Zm,計(jì)算公式如下： Zm= Z

26、1/2- TbZ1(Z2-Z1)/ (2tt2A) [4] 2—20 =16/2-0=8 c、確定實(shí)際所需帶寬bs：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，帶的設(shè)計(jì)功率 Pd應(yīng)小于或等于帶所能 傳遞的額定功率，即Pd Pd[4] 2—23 移項(xiàng)得： bs>b0Pd/( Kz

27、P0) 1/1.14[4] 2—24 =25.4(2.4/3.39) 1/1.14 =19.94mm 根據(jù)參考文獻(xiàn)[ 4]表 6-2 圓整為 25.4mm。 2.3.2 帶的工作的驗(yàn)算 可根據(jù)下列公式進(jìn)行驗(yàn)算： P= [ KzKwF-(bs/bo)mv2] vX 10-3[4] 2—25 =( 1X 1X 244.46-1 X0.095X 15.42) X 15.24X 10-3 =3.39Kw 由于：Pd=2.4Kw 所以：P> Pd,滿足條件要求。 綜上所述，可選用的規(guī)格為 220L,其接線長為558.80mm,齒數(shù)為59。 2.4 同步帶輪的選型 同步帶輪已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)

28、化，因此同步帶輪設(shè)計(jì)歸結(jié)為同步帶輪型號的選擇。 根據(jù)同步帶傳送的計(jì)算，查參考文獻(xiàn)[3]中同步帶選型表，可選擇規(guī)格為T5-32 的A型同步帶。其齒數(shù)為：Z=32mm,節(jié)徑為：Tp=50.93mm,外徑為：De=50.08mm, 內(nèi)孔徑為：d=20mm,臺肩知覺為：Dm=35mm。 2.5 交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選擇 其中：運(yùn)動(dòng)部件重量 W為：60Kg; 摩榛系數(shù)以為：0.15; 外界施加的力F為：4680/9.8=477.5Kg; 螺桿螺距P為：0,5cm； 螺桿直徑D為：2.5cm 螺桿長度L為：35cm； 傳遞效率”為：085; 驅(qū)動(dòng)部件比重p為：7.2X10-3K

29、g/cm3; 傳動(dòng)裝置減速比1/G為：1/2。 2、求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩(Tl)： Tl=9.8 (F+pco) D/ (2X2 兀 X 100Tl G) [14] 2—25 =9.8(150+0.15X 60)/ (2X2 兀 X100X 0.85) =2.23(N - m) 要求：TlWTr 3、求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性（ JL ） ： 運(yùn)動(dòng)部件的慣性 JB： Jb=tt p D4A/ （32X 104G4） [14] 2—26 將各個(gè)參數(shù)代入式2—26可得：JB=0.24Xl0-4Kg - m2。 工件的慣性 Jw ： Jw=（1/G）2 ⑴/10-4 ?

30、 （P/2 冗）2[14] 2—27 將各個(gè)參數(shù)代入式2—27可得：Jw=0.095X 10-4Kg ? m2。 注：上述的“ A”代表螺桿長度（L）; 對于螺桿： D/2=P/2 兀[14]。 2—28 JL= JB +Jw[14] 2— 29 =0.34X10-4Kg - m2 4、電機(jī)的假擬選定： 從產(chǎn)品目錄中選出滿足上述（Jl）、（Tl）、（Np）條件的電機(jī)，具型號為： P20B10150DX S 《100》。 5、加減速力矩（Ta、Tb）的計(jì)算： 加速力矩 Ta： Ta= [2 兀（N1-N2） ? （Jl +Jm） / （60? ta）] +Tl[14] 2—3

31、0 將各個(gè)參數(shù)代入式2—30可得：Ta =2.45（N ? m） 減速力矩 Tb: Tb= [2 兀（N1-N2） ? （Jl +Jm） / （60 - tb） ] -Tl[14] 2—31 將各個(gè)參數(shù)代入式2—31可得：Tb =-2（N m） 由上述計(jì)算可以看出， 假擬選定電機(jī)滿足上述 （JL） 、 （TL） 、 （ Np） 的計(jì)算條件。 6、實(shí)際力矩（Trms）的計(jì)算： Trms= [（Ta2 ta+ Tb2 tb+ TL2 tL） /t] 1/2[14] 2— 32 取 t=1/2，則： ta= tb=tL=t/3=1/6 將各個(gè)參數(shù)代入式 2—32可得：Trms =-2

32、.236（N ? m） 由上述計(jì)算可以看出，假擬選定電機(jī)滿足上述（Trms）的計(jì)算條件。 7、總結(jié)： 根據(jù)上述計(jì)算和論述可得：應(yīng)選用 P20B10150DX S《100》型交流伺服電機(jī)。 2.6 導(dǎo)軌副的選擇 導(dǎo)軌的作用是支承和導(dǎo)向 ,也就是支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用 ,精確 的沿著確定的軌跡運(yùn)動(dòng) ,為此對裝配基準(zhǔn)的導(dǎo)軌提出如下要求。 2、耐磨性； 3、剛度； 4、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 目前機(jī)床上常用的導(dǎo)軌， 根據(jù)接觸角的摩擦情況可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌， 滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜 壓導(dǎo)軌。 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)導(dǎo)軌主要直線型。 滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小， 動(dòng) 靜摩擦系數(shù)差別小，啟動(dòng)

33、阻力小，能微量準(zhǔn)確移動(dòng)，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行，因而運(yùn) 動(dòng)靈活，定位精度高，通過預(yù)緊可以提高剛度和抗震性，承受較大的沖擊和振動(dòng)。和 靜壓導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，其結(jié)構(gòu)簡單，保養(yǎng)方便，是適合數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)用比 較理想的導(dǎo)軌。 綜上所述，本設(shè)計(jì)應(yīng)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌。 2.7 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì) 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)機(jī)械方面的關(guān)鍵。 由微機(jī)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn) 位刀架具有重復(fù)定位精度高， 工作剛度好， 性能可靠， 使用可靠以及工藝性好等特點(diǎn)。 在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)時(shí)， 多采用外購自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 一些機(jī)床 數(shù)控設(shè)備廠為用戶生產(chǎn)了系列自動(dòng)刀架，一些長是參加了全國聯(lián)合計(jì)劃組

34、織設(shè)計(jì)了 LD14 ， LD24 ， LD34 刀架后，又結(jié)合該廠生產(chǎn)刀架的經(jīng)驗(yàn)，吸收了 LD 型刀架結(jié)構(gòu)， 原理之優(yōu)點(diǎn)，還參考了國外專利自動(dòng)刀架的特點(diǎn)，使刀架設(shè)計(jì)更為合理，更為完美， 具有同類產(chǎn)品最先進(jìn)的水平， 如常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的系列自動(dòng)刀架就是一 例。本設(shè)計(jì)就選用該廠生產(chǎn)的 LD4-1 型系列選用于 AC140， CC620 的四工位自動(dòng)刀 架 LD4-C620 。選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架必須搞清原理，自行設(shè)計(jì)的話要求更高。 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架按其原理可分為： 1、螺旋轉(zhuǎn)位刀架； 2、十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架； 3、凸臺棘式轉(zhuǎn)位刀架； 4、電磁式轉(zhuǎn)位刀架； 5、液壓式轉(zhuǎn)位刀架。

35、 自動(dòng)刀架設(shè)計(jì)時(shí)，刀架要能自動(dòng)完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降，定位和壓緊，既 要設(shè)計(jì)出合理的機(jī)構(gòu)，又要檢測出各順序動(dòng)作的電信號，以便由控制系統(tǒng)加以控制。 刀架的抬起常采用的有： 利用壓縮彈簧的恢復(fù)力； 利用螺紋傳動(dòng)， 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變 成軸向直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到刀架抬起。 刀架的回轉(zhuǎn)常采用微電機(jī)通過蝸輪蝸桿使刀架抬到一定高度時(shí)， 由撥塊帶動(dòng)刀架 轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架的迭位由刀架位置的編碼和微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。 刀架的下降常采用微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)， 由于斜面銷的棘輪作用， 刀架不跟隨 轉(zhuǎn)，只是下降。精度常采用錐型定位銷定位，端面鍵定位，后者優(yōu)于前者，所以端面 1、導(dǎo)向精度； 11 定位是最常

36、用的。 壓緊刀架的壓緊力由微電機(jī)下降到位后而繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生， 合選的壓緊力應(yīng)呈切削 力的兩倍以上，壓緊力還應(yīng)能調(diào)整。 本設(shè)計(jì)選用的 LD4-1 型自動(dòng)刀架的工作原理類似于螺旋轉(zhuǎn)位刀架。微機(jī)發(fā)出換 刀信號， 使微電機(jī)工轉(zhuǎn)， 通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升到一定位置時(shí)， 離合 轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到所選刀位，發(fā)信盤發(fā)出刀位信號，使微電機(jī)反 轉(zhuǎn)，反靠初定位，上刀體下降，齒輪盤嚙合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿，鎖緊螺 母，使刀架固緊。當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好狀態(tài)時(shí)，過流繼電器動(dòng)作，切斷電源，電機(jī) 停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出回答信號，開始執(zhí)行下道工序。刀架的動(dòng)作順序簡明的表示為： 微

37、電機(jī) — 減速器 — 升降機(jī)構(gòu) — 上刀體上升 — 轉(zhuǎn)位 — 信息符合 — 粗定位機(jī)構(gòu) — 上刀體 下降 — 精定位 — 刀體鎖定 — 微電停轉(zhuǎn) — 換刀回答信號 — 加工順序執(zhí)行。 2.8 預(yù)計(jì)結(jié)果 本人所設(shè)計(jì)的數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滿足經(jīng)濟(jì)型中檔精度機(jī)床的要求， 伺服電機(jī) 的大小滿足要求， 對滾珠絲杠直徑的選擇也滿足強(qiáng)度和剛度的要求， 并在橫向行程中 有電控極限行程限位裝置。 也就是說所設(shè)計(jì)的結(jié)果滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求， 達(dá)到了 預(yù)期性的效果，即到達(dá)了設(shè)計(jì)任務(wù)書中的技術(shù)要求和工作要求。 15 3、結(jié)論 本設(shè)計(jì)主要研究了經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及改造， 其

38、中主 要是改造橫向手動(dòng)進(jìn)給裝置以及進(jìn)一步提高數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度、 重復(fù) 定位精度及可靠性等。 通過設(shè)計(jì)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各項(xiàng) 性能指標(biāo)的要求。 而且， 通過這次設(shè)計(jì)使我較好地了解和掌握了數(shù)控車床的工作原理 及組成等， 特別是對機(jī)械傳動(dòng)裝置有了深刻地認(rèn)識與了解。 本次設(shè)計(jì)主要解決了手動(dòng) 進(jìn)給裝置的可靠性問題以及數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度、重復(fù)定位精度等問 題。 在手動(dòng)進(jìn)給裝置的可靠性問題中主要是針對先前手動(dòng)進(jìn)給裝置的不安全問題和不 能可靠運(yùn)行等因素加以改造， 其具體改造見設(shè)計(jì)部分， 這里就不再累述了。 通過改造， 使數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的安

39、全可靠性得到加強(qiáng)， 同時(shí)也使得在機(jī)床檢驗(yàn)好后的工作 過程中，不至于被他人轉(zhuǎn)動(dòng)而破壞現(xiàn)場工作狀態(tài)。總而言之，此結(jié)構(gòu)既簡單又可靠。 至于精度問題， 由于所做的設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)型中檔精度的數(shù)控車床， 所以應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣咂? 各精度（定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差等） 。為此本設(shè)計(jì)采取以下各措施提高 其精度： 1、用交流伺服電機(jī)代替以前的步進(jìn)電機(jī)； 2、采用同步帶傳動(dòng)代替連接套傳動(dòng)； 3、優(yōu)化導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)； 4、選取適宜的滾珠絲杠直徑，在保證數(shù)控機(jī)床必須的慣量匹配的前提下，加大 滾珠絲杠的直徑以提高滾珠絲杠的軸向剛度。 這些做法的優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)參考文獻(xiàn)中均有 論述， 這里也就不加以重復(fù)了。 這樣做

40、后， 使數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各精度都得以 提高，以達(dá)到中檔精度機(jī)床的設(shè)計(jì)要求。 由于安全可靠性的加強(qiáng)和精度的進(jìn)一步提高， 所以該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與以前的橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu)相比有加工精度高、質(zhì)量好、效率高以及效益好等特點(diǎn)。當(dāng)然，由于本人的 水平有限， 該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)再所難免存在一些不足之處。 主要是機(jī)床的動(dòng)靜摩擦死區(qū) 及爬行等問題，為了減少爬行，應(yīng)選用具有良好防爬行性能的優(yōu)質(zhì)聚四氟乙烯軟帶， 減少摩擦副的綜合摩擦系數(shù)。 此外， 還應(yīng)設(shè)計(jì)更佳的油溝形式， 選用黏度高的潤滑油 （如HJ40、HJ50等），以提高油膜的剛度。 工作小結(jié)與致謝 短暫而寶貴的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）即將結(jié)束了，通過這次

41、畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，使我從 中受益非淺。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的最后一個(gè)階段， 也是檢查我們四年 以來學(xué)習(xí)情況的階段， 是我們大學(xué)生活必不可少的一個(gè)階段。 我對該次畢業(yè)設(shè)計(jì)比較 重視， 一來是為了把握好這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)； 二來是為了使自己通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)檢驗(yàn) 一下自己的學(xué)習(xí)情況， 發(fā)現(xiàn)自己的不足之處， 以為將來的學(xué)習(xí)和工作做好充分的準(zhǔn)備。 因此，雖然有“非典”的干擾，但是我還是靜下心來去做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，每天到教室 或機(jī)房做設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)包括許多的小的環(huán)節(jié)，如文獻(xiàn)綜述、畢業(yè)實(shí)習(xí)、繪制裝配圖 和零件圖以及寫設(shè)計(jì)說明書等部分。 其中， 每一個(gè)環(huán)節(jié)都是必不可少的， 都對是我們 有幫

42、助的。 通過文獻(xiàn)綜述， 使我對自己所做課題以及相關(guān)內(nèi)容有了進(jìn)一步了解， 且為 設(shè)計(jì)做好了一定的準(zhǔn)備； 通過畢業(yè)實(shí)習(xí)， 使我能夠理論與實(shí)踐相結(jié)合， 并且鞏固了所 學(xué)的專業(yè)知識，同時(shí)也為畢業(yè)設(shè)計(jì)積累了一些經(jīng)驗(yàn)和資料。通過繪圖、寫論文，使我 的 CAD 繪圖能力進(jìn)一步提高，同時(shí)也提高了打字速度和 Word 的操作能力。總之， 通過這次設(shè)計(jì)使我受益非淺， 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間不長， 但是我從中學(xué)到的知識和方 法是豐富的。 當(dāng)然， 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足之處， 這對進(jìn)一步提 高自己起了一定程度的積極作用。 因此， 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為將來從事實(shí)際工程技術(shù)工作 奠定了良好的基礎(chǔ)。

43、本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由鹽城市機(jī)床高級工程師沙愛民老師的指導(dǎo)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中， 沙老師教給我許多設(shè)計(jì)的方法以及一些實(shí)用的技巧， 在此對沙老師的熱情指導(dǎo)表示衷 心的感謝。 在設(shè)計(jì)過程中姜煜林等多位老師以及許多同學(xué)也給予了幫助及指導(dǎo)在此也 表示衷心的感謝，同時(shí)，也感謝學(xué)校及機(jī)械系的大力支持。 參考文獻(xiàn) 1 沙愛民 .數(shù)控車床橫向自動(dòng)進(jìn)給裝置的設(shè)計(jì)改進(jìn)，機(jī)械科學(xué)和技術(shù)， 1998 年 5 月第 27 卷，第 3 期： 55頁 2 徐亞明， 大型車控車床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析， 機(jī)械制造， 1998 年， 第 6 期： 11~22 頁 3 陳秀寧，施高義，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，第一版 .浙江 :浙江

44、大學(xué)出版社 .1995.143~299 頁 4 劉文信 ,孫學(xué)社 .機(jī)床數(shù)控技術(shù) .第 1 版.北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 .1995年.85~148頁 5 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊聯(lián)合編寫組編 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 .第 2冊 .北京 ,機(jī)械工業(yè)出版社 .1987 6 大連理工大學(xué)工程圖教室編 .機(jī)械制圖 .第 4 版.北京 :高等教育出版社 .1991 年.2~11 頁,194~283頁 7 機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例編委會(huì)編 .機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 .第 1 版.北京 :機(jī)械工 業(yè)出版社 .1998年.86~117頁 8 北京航空學(xué)院機(jī)械加工教室編 .數(shù)控機(jī)床的機(jī)床與傳動(dòng) .北京 :國防工業(yè)出版社 .第 1 版 1991 年 73~156 頁 9 徐錦康 .機(jī)械設(shè)計(jì) .第 2 版.北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 .2001 年 9 月 . 10 王愛玲 .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .第 1 版.北京 :兵器出版社 .1999年.214~323頁. 11 上海川浦機(jī)械實(shí)業(yè)公司 .滾珠絲杠產(chǎn)品目錄 .上海 .2~20頁 12慈溪恒力同步帶輪產(chǎn)品目錄 .寧波 .2~42頁 13武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠 .LD-1 型列電動(dòng)刀架產(chǎn)品目錄 .常州 14 廣州數(shù)據(jù)設(shè)備廠 .交流伺服電機(jī)產(chǎn)品目錄 .廣州