數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、摘要 本設(shè)計(jì)是把普通數(shù)控車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床就 是指價(jià)格低廉、操作使用方便、比較適合我國(guó)國(guó)情的，動(dòng)化的機(jī)床。采用 數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái) 機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出 快速反應(yīng)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候具體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算。比如： 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算。還進(jìn)行了進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動(dòng)電機(jī) 與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析等。 【關(guān)鍵詞】車床、數(shù)控、傳動(dòng)系統(tǒng) Abstract This pro

2、ject 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 choice and calcul

3、ation 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 analysis of drive el

4、ectromotor and feed transmission system . 【Key words 】Lathe ；CNC；Transmission System 目錄 摘 要 1 Abstract 2 前言 4 1 數(shù)控車床設(shè)計(jì)概述 5 1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 6 1.2 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 7.. 2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 8 3 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1..0. 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 1...0.. 3.2 切削力與其切削分力計(jì)算 1..0. 3.3 軌摩擦力的計(jì)算 1..1.. 3.4 算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力

5、1...1 3.5 定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比 i 和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 1..1 3.6 珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 1...2 3.7 珠絲杠螺母副承載能力校核 1..3. 3.8 計(jì)算器械傳動(dòng)的剛度 1..4.. 3.9 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 1..5. 3.10 械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 1..8. 3.11 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 1..8 3.12 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 1. 9 4 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2..0.. 4.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 2..0. 4.2 齒輪傳動(dòng)副的設(shè)計(jì) 2..1.. 4.3 齒輪箱的設(shè)計(jì) 2..2

6、.. 4.4 床身與導(dǎo)軌 2..2.. 4.5 中間軸的設(shè)計(jì) 2..4.. 4.6 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 2..4.. 總結(jié)與體會(huì) 2...5.. 致謝詞 2..6... 【參考文獻(xiàn)】 2...7.. 、八 、、 前言 我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬 臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3％。近 10 年來，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約 為0.6?0.8萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化率僅為 6 %。這些 機(jī)床中 ,役齡 10 年以上的占 60 ％以上； 1 0 年以下的機(jī)床中，自動(dòng) /半自動(dòng) 機(jī)床不到 20%， FMC/FMS 等自動(dòng)化

7、生產(chǎn)線更屈指可數(shù) （美國(guó)和日本自動(dòng) 和半自動(dòng)機(jī)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(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī) 床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一 個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)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(shí)現(xiàn)多任務(wù)序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 擁有自動(dòng)報(bào)警

8、、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng) 時(shí)間無人看管加工。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè) 人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可 對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。 此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC （柔性制造 單元）、 FMS （柔性制造系統(tǒng)）以與 CIMS （計(jì)算機(jī)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(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ) 技術(shù)。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)與總體布局圖繪制、 縱向與橫向 伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控 系統(tǒng)（硬件連接圖）設(shè)計(jì)、典型零件的數(shù)控車削加工程

9、序編制與外文數(shù)據(jù) 文獻(xiàn)翻譯，并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)， 解決工程實(shí)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(xiàn)閱讀、程序編制、使用手 冊(cè)等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài) 度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。 在設(shè)計(jì)中，先通過參觀與查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用與結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)。選擇合適的算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果查閱手冊(cè)，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零 件。 1 數(shù)控車床設(shè)計(jì)概述 用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)， 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，

10、經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運(yùn)算，按 各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行回饋控制，使刀具和工件與其它輔助裝置嚴(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(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對(duì)象變換時(shí)，只需重新編制加工程 序即可，原來的程序可存儲(chǔ)備用，不必像組合機(jī)床那樣需要針對(duì)新加工零 件重新設(shè)計(jì)機(jī)床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過長(zhǎng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞?面來實(shí)現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車 床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)， 由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同

11、時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比應(yīng)具有有更好的精度．以確保機(jī)械傳 動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為： （1） 盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副。如滾動(dòng)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(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng) 位移盡可能加速達(dá)到跟蹤指今。 （3） 盡量縮短傳動(dòng)鏈以與用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。 （4） 盡量消除傳動(dòng)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(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等。 （5） 盡景滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳 動(dòng)精度高高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高以與傳遞扭矩大

12、的傳動(dòng)組件。 從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的情況，可采用更換滾珠絲 杠來代替原機(jī)床上的 T型絲杠。也可對(duì)原車床上 T型絲杠加以修復(fù)，但此 時(shí)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。 —般說來?如原車床的工作性能良好?精度尚未降低，貝y 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床組成機(jī)床本體的 各機(jī)械部件組成，如圖i.i: 控制介質(zhì) 匚 數(shù)控裝置 j 伺服系統(tǒng) IbL. 機(jī)床 ? 1 1 1 1 1 1 - 測(cè)量裝置 ;——」 圖i.i數(shù)控機(jī)床的組成 i.i電動(dòng)機(jī)的選擇 制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)

13、 （i）根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、 速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。 (2) 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī) 的溫升限制、超載能力額啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方 式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 0.8?0.9 o (3) 根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以與 腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)措施，選擇電動(dòng)機(jī)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(duì)功率因素的要求， 確定電動(dòng)機(jī)的電壓 等級(jí)和類型。 (5) 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的要 求，以與機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)

14、雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。 此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素。 1.2電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 由于不同的機(jī)床要求不同的主軸輸出性能 (旋轉(zhuǎn)速度，輸出功率，動(dòng) 態(tài)剛度，振動(dòng)抑制等)，因此，主軸選用標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際使用需要是緊密相關(guān)的。 總的來說，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷。 表1.1簡(jiǎn)要給出了用戶所期望的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。下面將對(duì)各種交流 主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。 表1.1理想主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能 項(xiàng)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，并在冋速范圍內(nèi)保扌寸 定轉(zhuǎn)矩 咼旋轉(zhuǎn)精度 咼動(dòng)態(tài)響應(yīng) 高加減速，起制動(dòng)能

15、力 具有強(qiáng)魯棒性，能適應(yīng)環(huán)境條件和參數(shù)變化 高效率，低噪聲 低價(jià)格 低購(gòu)買價(jià)格，低維護(hù)價(jià)格，低服務(wù)價(jià)格  通用要求 耐用性，可維護(hù)性,安全可靠性 感應(yīng)電機(jī)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前商用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流， 其功率 范圍從零點(diǎn)幾個(gè)kW到上百kW，廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上。 2進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同， 它們對(duì)進(jìn)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\(yùn)行；速度范圍寬；具 有足夠的傳動(dòng)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(duì)伺服電機(jī)的要求： （1 ）從最低速到最高速電機(jī)都能平

16、穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低 速如0.1r/min 或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 （2） 電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)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(jī)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(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)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(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜 止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。 （4 ）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺 服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺

17、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(jìn)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(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)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(gè)特殊部分。 數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)組件、機(jī)械傳動(dòng)部件、 執(zhí)行件和檢測(cè)回饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)組件組成伺服驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行組件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測(cè)組件與回饋電路組 成檢測(cè)系統(tǒng)。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和死循環(huán)系

18、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(cè)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(cè)裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)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(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全死循環(huán)系統(tǒng) 的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)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(jiǎn)單、 工作可靠、 造價(jià) 低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損、慣性與間隙的存在，故 開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 全死循環(huán)系統(tǒng)控制精度高、 快速性能好， 但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán) 內(nèi)，所以系統(tǒng)的

19、動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī) 械傳動(dòng)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(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)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(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)也較昂貴。死循環(huán)系統(tǒng)中采用的位 置檢測(cè)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(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。 伺服電機(jī)有直 流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本 上不需要維護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用。 直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。 其成本高，故障多，維護(hù)困難, 經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而

20、影響生產(chǎn)，并對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)機(jī) 械換向器的換向能力，限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子 上，使得電動(dòng)機(jī)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(dòng)態(tài)性能。 交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)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(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)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與與應(yīng)用；二是基于微 處理器嵌入式平臺(tái)技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化 制造模式的推廣與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可 3橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參

21、數(shù)如下： 縱向：工作臺(tái)重量：W=800N 行程：S=650mm 脈沖當(dāng)量： p=0.006mm/P 最大進(jìn)給速度：Vmax =2m/min 橫向：工作臺(tái)重量：W=300N 行程：S=200mm 脈沖當(dāng)量： p =0.004mm/P 最大進(jìn)給速度：Vmax =1m/min 3.2切削力與其切削分力計(jì)算 已知機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm為7.5kw，最大工件直徑 D=400mm ，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 n=85r/m 。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩 和功率，道具的切削速度為 Dn v 60 3 3.14 400 10 85 — 1.78m/s 60 取機(jī)床的機(jī)械效率 0.8，

22、則有 P 3 Fz m 10 N 3370.79 N 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(jì)算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力 Fv Fz 3370.79N，縱向切削分力 Fc Fy 1348.32N，移動(dòng)部件的全部質(zhì)量(包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量) m=30.61kg(所受重力 W=300N)，查表得鑲條緊固力fg 2000N，取導(dǎo)軌 動(dòng)摩擦系數(shù) 0.15，則 F (W fg Fv Fc) 0.15 (300 2000

23、 3370.79 1348.32) 1052.87 N 計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 F °和F。 F 0 (W fg) 0.15 (300 2000) 345N F0 0(W fg) 0.2 (300 2000) 460N 3.4算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 計(jì)算最大軸向負(fù)載力Fa max Famax Fy F (1348.32 1052.87)N 2401.19N 計(jì)算最小軸向負(fù)載力Fa min Famin F 0 345N 3.5定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 1.5，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 Lc 6mm,進(jìn) 給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量 p 0.00

24、4mm/ P，則有 L0 360 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(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以分別取i1 3、 i2 2.1。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為 z 20、z2 60、 z3 20、Z4 42，模數(shù) m=2，齒寬 b=20mm 。 3.6珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 (1)按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間 Lh 15000h，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 a max Fm 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(jí)為 3 級(jí)精度，取精度系數(shù)f

25、a 1 ；查表得可靠性系數(shù)fc 1。取滾珠絲杠的當(dāng)量 轉(zhuǎn)速nm nmax，已知v^x 1m/min，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 Lo 6mm，貝V n max 1000Vmax L0 1000 1 6 166.67r/m am 3 60nmLh Fm 100 fafc 3 60 166.67 15000 3 —— 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(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為 40 m,重復(fù)定位精度為16 m，則有 max1 (丄-丄)16 m 5.33- 8 m 3 2 max2

26、 1 1 ( )40 m 8-10 m 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即 max 5.33 m。 (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(dòng)支承方式，滾珠 絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L=行程+安全行程+2 X余程+螺母長(zhǎng)度+支承 "(1.2 ?1.4 )行程 + ( 25 ?30 ) L0 取 L=(1.4 X200+30 X6)mm=460mm d2m 0.078 460 460 ■ 5.33 15.54mm (4) 初步確定滾珠絲杠螺母副的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得的L°、Cam、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初

27、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(hào)為 FF3206-5，其公稱直徑d。、基 本導(dǎo)程Lo、額定動(dòng)載荷Ca和螺紋底徑d2如下: d0 32mm Lo 6mm Ca 20200N Cam 16585.80N d2 27.9mm d2m 15.54mm 3.7珠絲杠螺母副承載能力校核 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(zhǎng)度L, 300mm，絲杠水平安裝時(shí)，取 K, 1/3,查表得K2 2， 則有 Fc K,K2 L2 105 1 2 27.9 2 2" 3 3002 105N 448831.21N 本

28、車床橫向進(jìn)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(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷 巳的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度L2 300mm，其彈性模量 5 E 2.1 10 MPa，密度 1 7.8 10 5N/mm3，重力加速度 g 9.8 10‘mm/s2 滾珠絲杠的最小慣性矩為 4 3.14 4 4 I d2 27.9 29728.05 mm 64 64 滾珠絲杠的最小截面積為 A d； 314 27.92 611.05mm2 4 4 取K1 0.8，查表得 3.927，則有 0.8 60 3.9272 ,'2.1 105

29、29728.05 9.8 103 2 3.14 3002 ； 7.8 10 5 611.05 4692249 r/ min 本橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 166.67r/m ，遠(yuǎn) 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(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw 1.2，貝V有 L 詵)3106 翳九)3106r 344.533 106r L 60n 6 344.533 10 , h 60 166.67 344

30、53h 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命 - 34453h 15000h，故滿足要求。 3.8計(jì)算器械傳動(dòng)的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量E 2.1 105MPa，滾珠絲杠的底徑 d2 27.9mm。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(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 ?min Ksmin d；E 10 3 3.14 27.92 2.1 105 4Ly 4 300 427.73N / m 當(dāng)a Lj 100mm時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 ?max Ksmax 覽 10 3 3?14 27?92 21 105 4Lj 4

31、 100 1283.21N/ m 已知滾動(dòng)體直徑 dQ 6.75 mm，滾動(dòng)體個(gè)數(shù) Z=15.軸承接觸角 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 dQZ2FamaxSin2 2 2.34 #6.75 152 2401.19 (^)2 654.49 N / m 查表得滾珠與滾道的接觸剛度 K 683N/ m，滾珠絲杠的額定動(dòng)載 Famax 2401.19N 則 20200 N。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 F - 2401 19 - 心 K(0^)3 683 (0J

32、EN/ m 723^N/ m 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 0.003689 1 1 1 1 1 1 max Ksmax Kb Kc 1283.21 654.49 723.51 故 Kmax 723.51N / m。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 0.005248 723.51 1 1 1 1 1 min K7 427.73 654.49 L, 355mm，滾珠絲杠的剪切模量 故 Kmin 191N/ m 已知扭矩作用點(diǎn)之間的距離 G 8.1 d：G 32L2 104MPa，滾珠絲杠的底徑d2 27.9mm，則有 32 355 10 3

33、.14 27.94 10 12 8.1 104 106 13566.04 N ?m/rad 3.9驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 (1) 計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲杠的密度 7.8 103kg/cm3，則有 n Jr 0.78 10 3D：Lj 1.38kg?cm2 j 1 (2) 計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知橫向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為 m=30.61kg;絲杠軸每轉(zhuǎn) 圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離 L=0.6cm貝V L 2 0 6 2 2 JL m(一)2 30.61 ( )2 0.28kg ?cm2 2 2 3.14 (3 )計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)

34、動(dòng)慣量 Jz1 Jz3 0.78 10 3 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 ( ) 2kg ?cm 7.8kg ?cm 5 (4 )計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd Jd Jz1 沁2 Jz3 ) 1 7T(Jz4 J r JL) I 1 1 0.4 (32.3 0.4) 2(7.8 1.38 0.28) 9 6.25 2 4.275kg ?cm (5) 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 Tc 已知在切削狀態(tài)下的

35、軸向負(fù)載力 Fa Famax 2401.19N，絲杠每轉(zhuǎn)一圈, 機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離 L=6mm=0.006m ，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比 i=6.25 總效率n =0.85，則有 FaL 2 I 2401.19 0.006 2 3.14 0.85 6.25 N ?m 0.43N ?m (6 )計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩 T F°L 2 I 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩 F ° 345N，貝V有 0.062N?m 345 0.006 2 3.14 0.85 6.25 (7 )計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力 Fp產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù) 載力矩

36、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 Tf FpL0(1 o) 8004 0006 (1 0.982) 0.0057N?m 2 3.14 0.85 6.25 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 T的計(jì)算。 空載時(shí)(快進(jìn)力矩)，為 Tkj T Tf (0.062 0.0057)N?m 0.068N?m 切削時(shí)(工進(jìn)力矩)，為 Tgj Tc Tf (0.43 0.0057)N?m 0.436N ?m 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表初選 130BF001型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量Jm 4.6kg?cm2 ;而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量 Jd 2.8k

37、g?cm2 ;對(duì)于 幵環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間ta 0.05s。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度 v 1000mm/min運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為： nmax 6.25r / min 1041.67r/min 2 in max (Jm 60 980ta Jd) 2 3.14 1041.67 6.25 (4.6 2.8) 60 980 0.05 102.9kgf ?cm 10.08N ?m (8)計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 計(jì)算空載啟動(dòng)力矩Tq T, Tap (T Tf) (10.08 0.062 0.0057)N ?m 10.15N?m 計(jì)算快進(jìn)力

38、矩Tkj Tkj T Tf (0.062 0.0057)N?m 0.068N?m 計(jì)算工進(jìn)力矩Tgj Tgj Tc Tf (0.43 0.0057)N?m 0.44N?m (9)選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算和查表選擇國(guó)產(chǎn) 150BF002型電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如 下：相數(shù)，5 ；步距角，0.75 /1.5 ;最大靜轉(zhuǎn)矩，13.72N?m ；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 9.8kg ?cm2;最高空載啟動(dòng)頻率，2800Hz ;運(yùn)行頻率，8000Hz ;分配方 式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts: 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩 Tq與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Ts1 的關(guān)系為： —— 101

39、5 N?m 10.67N ?m 0.951 0.951 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩Tq與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Ts2 的關(guān)系為： Tgj 0.44 Ts2 耳 N ?m 1.47N ?m 0.3 0.3 取T1和Ts2中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Ts 10.67N?m。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為 13.72N?m ,大于Ts，可以在規(guī) 定的時(shí)間內(nèi)正常啟動(dòng)，故滿足要求。 驗(yàn)算慣量匹配，為了使機(jī)械傳動(dòng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù) 載慣量Jl與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm之比一般應(yīng)滿足下式： 因?yàn)?蟲 4725 0.436 [0.25,1]，故滿足

40、慣量匹配要求。 Jm 9.8 3.10械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 Ko Kmin 191 106N/m，機(jī)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(jī)床 執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為 md m 1/3ms，已知m=30.61kg 則: ms n 3.22 64 7.8 10 3 4.01kg md m 丄 ms (30.61 1 4.01)kg 3 3 31.95kg nc md K。 191 106 ,, rad / s 31.95 2445rad / s 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2 2

41、 2 Js Ji (9.8 4.275) 6.25kg ?cm 88kg ?cm 0.0088kg ?m 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 Ks K 13566.04N?m/rad，貝U nt 13566.04 \ 0.0088 1241.6rad /s 由以上計(jì)算可知，絲杠一工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nc、 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nt都比較高。一般按 n 300rad /s的要求來 設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 3.11機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 (1 )計(jì)算器械傳動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值 Kmin 191 106N / m

42、m，導(dǎo) 軌的靜摩擦力為F° 460N，則 4.82 （2） kmax Fo（丄丄）103 K min Kmax 藝103 血 103mm 4.82 10 3mm m 8 m，故滿足要求。 kmax 計(jì)算器械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 460 （ 1 6 1 6） 103 0.71 10 3mm 191 10 27

43、1 10 kmax 0.71 m 6 m，故滿足要求。 (3 )計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負(fù)載力矩T Tj 68N ?mm，扭矩作用點(diǎn)之間的距離 L2 355mm，絲杠底徑d2 27.9mm，則有 7.21 10 2TL2 7.21 10268 355 0.0029 d； 27.94 由該扭轉(zhuǎn)變形 弓I起的軸向移動(dòng)滯后量 將影響工作臺(tái)的定位精度，有 L0 6 0^mm 0.05 m 360 360 3.12確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)， 本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用幵環(huán)控制系統(tǒng), 應(yīng)滿足如下要求： V300P e

44、p 0.8 （定位精度 kmax ） 0.8 （40 0.71 0.05） m 31.39 m ep Vup 0.8 （定位精度-kmax ） m 31.39 m 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為 3級(jí)，查表得V300p 12 m,當(dāng)螺紋長(zhǎng) 度約為 350mm 時(shí)，ep 13 m， Vup 12 m; V300P ep 25 m 31.39 m; ep Vup 25 m 31.39 m 故滿足設(shè)計(jì)要求。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與橫向進(jìn)給系統(tǒng)類似，不在此贅述了 4 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置， 在絲杠

45、和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)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(shí)，滾珠在滾 道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(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(shí) 還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高

46、。 （4）具有可逆性， 既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)， 也可以從直線 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。 （5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 （ 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(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副， 精度為 3 級(jí)，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，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)

47、Lo的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方 法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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(jìn)給 絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以與兩端 固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種 配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以 實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以與對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種： 滾針—推力圓柱滾子

48、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(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小 型數(shù)控機(jī)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(duì)面的組合、背靠背組合、同向 組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)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(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn) 間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組 合用得較多。 在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的 60 °角接觸軸承，組合方式為 DDB 。以容

49、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。 為了補(bǔ)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(dòng)副的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)裝置主要由齒輪傳動(dòng)副組成， 其任務(wù)是傳遞伺服電動(dòng)機(jī)輸出 的扭矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動(dòng)機(jī)與負(fù)載（工作臺(tái)）之間的扭矩、轉(zhuǎn)速、以 與負(fù)載慣量相匹配，使伺服電機(jī)的高速低扭矩輸出變?yōu)樨?fù)載所需要的低速 扭矩。在開環(huán)系統(tǒng)中還可以計(jì)算所需的脈沖當(dāng)量。 對(duì)傳動(dòng)裝置的總要求是傳動(dòng)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(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，也應(yīng)從有利于提高這三個(gè)指標(biāo)的角 度來提出設(shè)計(jì)要求。對(duì)于開環(huán)控制系統(tǒng)而言，傳動(dòng)誤

50、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(dòng)鏈、消除傳動(dòng)間隙，以提高傳動(dòng)精度 和剛度。對(duì)于死循環(huán)控制系統(tǒng)，齒輪傳動(dòng)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(gè)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(dòng)裝置都將影響整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度 （響應(yīng)速度），從這個(gè)角度考慮應(yīng)注意減少摩擦和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高傳動(dòng) 裝置的加速度。 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，除考慮以上要求外，還應(yīng)考慮其傳動(dòng)比分配 與傳動(dòng)級(jí)數(shù)對(duì)傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和執(zhí)行件的失動(dòng)影響。增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)，可 以減少傳動(dòng)慣量，但級(jí)數(shù)增加，使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了傳動(dòng)效率， 增大了噪聲，同時(shí)也增大了傳動(dòng)間隙和摩擦損

51、失，對(duì)伺服系統(tǒng)不利。因此 不能單純根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來選取傳動(dòng)級(jí)數(shù)，而應(yīng)綜合考慮來選取最佳的傳 動(dòng)，而應(yīng)綜合考慮來選取最佳的傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比。 在數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，考慮到慣量、扭矩、或脈沖當(dāng)量的要 求，有時(shí)要在電動(dòng)機(jī)到絲杠之間加入齒輪傳動(dòng)副，而齒輪等傳動(dòng)副存在的 間隙，會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反向滯后于指令信號(hào)，造成反向死區(qū)而影響其傳動(dòng)精 度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，必須消除齒輪 副的間隙。 本設(shè)計(jì)采用的是雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。 兩片齒輪周向可調(diào)彈簧錯(cuò)齒消 除間隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個(gè)寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪 可相對(duì)回轉(zhuǎn)。 在兩個(gè)薄片齒輪的端面均勻分布著四個(gè)螺孔

52、， 分別裝上凸耳。 其中一個(gè)齒輪的端面還有另外四個(gè)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(cuò)位，即兩個(gè)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(jì) 齒輪箱主要把齒輪裝入，通過軸連接電動(dòng)機(jī)和絲杠。主要結(jié)構(gòu)是一個(gè) 方形的箱，然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等等。在右側(cè)內(nèi)壁也要 加工一個(gè)孔來支承軸承。同時(shí)還要通過兩個(gè)凸耳用螺栓與導(dǎo)軌聯(lián)接。 4.4 床身與導(dǎo)軌 對(duì)于數(shù)控機(jī)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(jī)床的各項(xiàng)性能指針

53、。 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(dòng)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(duì)位置精度和車床在工作中各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)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(shí)也影響著機(jī)床的工作效率和壽命等。因此，床身特別是數(shù)控 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(dòng)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(duì) 床身的要求。 數(shù)控車床工作時(shí)，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)

54、的彎曲。因此，在床身不太長(zhǎng)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(jì)床身時(shí)，采用與水平面傾斜 45 ° 的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是： (1) 在加工工件時(shí)，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(gè)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，再由排屑器將切屑排出。這樣，機(jī)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(jī)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

55、可增加床身底面的剛 性?；谝陨咸攸c(diǎn)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，以與它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯著增強(qiáng)。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，截面的慣性矩相差很大。截面積相同時(shí)，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(jì)床身截面時(shí)，綜合考慮以上因素，在滿足

56、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(shí)，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(jì) 一個(gè)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。床身材料采用機(jī)械性能優(yōu)良 的 HT250 ，其硬度、強(qiáng)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(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、制造方便、 接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。 但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大且磨損快， 動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)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(dòng)導(dǎo)軌

57、，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌和新型塑料 滑動(dòng)導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在動(dòng)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(qiáng)、低速時(shí)不易爬行、加工 性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各類機(jī)床上都有應(yīng)用， 特別是用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動(dòng)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(duì)偶摩擦副。 機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機(jī)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(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌與支承的靜導(dǎo)軌之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。 直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形

58、和圓形，并 可互相組合。由于矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，剛度高，承載能力大，具有兩個(gè)相 垂直的導(dǎo)軌面。且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)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(dòng)補(bǔ)償，克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自 動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜毕荩蛊鋵?dǎo)向性更好。本次設(shè)計(jì)我采用的是燕尾槽導(dǎo)軌。 鑲條是用來調(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面用空刀槽分幵，間隙大磨刮d面，太緊時(shí)則修e面。這 種方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多，但調(diào)整時(shí)比較麻煩。 1

59、圖4.1鑲條 4.5中間軸的設(shè)計(jì) 中間軸上的齒輪是電機(jī)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(jì)鍵槽，可設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽為兩個(gè)齒輪傳力。 4.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 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 和密圭寸，除它本身可以防塵和密圭寸外，它常和密圭寸件配合以達(dá)到密圭寸的作 用。左側(cè)端蓋因?yàn)闈L珠絲杠要通過所以設(shè)計(jì)了一個(gè)孔用氈墊來封油。右邊 可以設(shè)計(jì)成封閉式的端蓋可以減小加工難度。 總結(jié)與體會(huì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與運(yùn)用， 是對(duì)以前每 門課程設(shè)計(jì)的綜合，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的徹底檢驗(yàn)。剛開始選擇課題的時(shí)候， 我因?yàn)閷?duì)數(shù)控機(jī)

60、床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控機(jī)床方面的課題。我 所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)數(shù)控車床，我主要對(duì)其中的橫向進(jìn)給系統(tǒng)與縱向進(jìn) 給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 開始設(shè)計(jì)之前， 我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識(shí)， 對(duì)數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很 多新的知識(shí)。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校的一些數(shù)控車床進(jìn)行了觀察，我主 要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)并結(jié)合自己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局 做了進(jìn)一步的研究，并通過查閱資料和相關(guān)圖冊(cè)，設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車床 需要的橫向進(jìn)給系統(tǒng)與縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵， 是一次理論和實(shí)踐完 美結(jié)合的過程。在近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我

61、更加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí) 際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)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(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)自己 其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計(jì)，自己在查閱數(shù)據(jù)、運(yùn) 用數(shù)據(jù)、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知識(shí)與 CAD 繪圖等方面的能力有了較大 地提高，對(duì)如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來有了較深刻的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)了原來學(xué) 習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積 累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識(shí)。 總之，這次設(shè)計(jì)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(huì)打下了深厚的基礎(chǔ)。同時(shí)也使 我懂

62、得了一個(gè)真正設(shè)計(jì)的步驟以與方法。 致謝詞 經(jīng)過 3 個(gè)月的忙碌和工作， 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲， 作為一個(gè)專 科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果 沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以與一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì) 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(jì)的每個(gè)階段，從查閱數(shù)據(jù)到設(shè)計(jì)草案的確定和修 改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的 指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣， 但是孫老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。 除了敬佩孫老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永 遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將

63、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(duì)我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌?完成設(shè)計(jì)，我要感謝我的母校 -- 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(huì)我專業(yè)識(shí)。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家?。?！。 【參考文獻(xiàn)】 [1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) [M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2007. [2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001. [3] 文V朝儒.機(jī)械制圖.[M]北京：高等教育出版社，2001. [4] 鄧志平 .機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) .[M] 成都：西南交通大學(xué)出版社， 2004. ⑸ 胡秋數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J].機(jī)床與液壓，2004 （ 6）： 55-56. [6] 鄒小琦.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度 [J] .南昌大學(xué)學(xué)報(bào)， 1997 （4）： 84-87. [7] 王愛玲，白恩遠(yuǎn) .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 [M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2003. [8] 陳立德，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .3 版.北京:高等教育出版社 ,2007 [9] 徐曉峰,電機(jī)與拖動(dòng) .北京:高等教育出版社 ,2004 [10] 楊長(zhǎng)能，電力拖動(dòng)基礎(chǔ) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1996