端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計

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附表4： 寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）任務書 所在學院 機電學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 08機自4（本） 學生姓名 任豪 學號 08141010418 指導教師 謝建平 題 目 端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計 一、畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求：（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數(shù)據）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁） （一）設計基本參數(shù) 1、 砂輪主軸轉速1200r/min 2、 產品主軸轉速100r/min 3、 磨削進給速度：0.002mm/min(精磨)；0.02mm/min(粗磨) 4、 加工材料：氧化鋯（ZrO2） 5、 產品磨削面積：3500平方毫米（吸盤直徑125毫米），產品規(guī)格：直徑2.5毫米，長度10.5毫米。 6、 砂輪：端面金剛石砂輪（精磨、粗磨兩種） 7、 磨削精度：產品長度10.5±0.005 8、 操作基本要求：產品經人工裝上吸盤后，設備自動完成磨削并停機，等待下一次磨削。 （二）課題設計途徑與方法： 1、了解氧化鋯及其用途，常用的加工方法。（了解加工對象） 2、了解常用材料的性能特點及加工方法、熱處理方法（加工工藝方法）。 3、了解端面磨削基本結構。（總體構思與布局） 4、軸承種類與形式、特點及計算。 5、絲桿種類與形式、特點及計算。 6、受力分析、與計算。 7、設計繪圖。 8、設計研討會，改進設計。（集思廣益） 9、編制設計計算書，加工工藝等。（計算） 10、綜述、參考索引、編制。 二、畢業(yè)論文進度計劃 畢業(yè)設計（論文）時間： 2011年6月25日至 2012年3 月 15 日 計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 4 月15 日 三、專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 工作任務與工作量要求：原則上查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻綜述不少于3000字；文獻翻譯不少于2000字；畢業(yè)論文1篇不少于8000字，理工科類論文或設計說明書不少于6000字（同時提交有關圖紙和附件），外語類專業(yè)論文不少于相當6000漢字。 提交相關圖紙、實驗報告、調研報告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范及有關要求，請查閱《寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）指導手冊》。 備注：學生一人一題，指導教師對每一名學生下達一份《畢業(yè)設計（論文）任務書》。 大學 畢業(yè)設計(論文) 端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 年 月 日 摘 要 磨床作為機電液氣一體化的典型產品，能解決機械制造中結構復雜、精密、批量、零件多變的問題，加工質量穩(wěn)定，生產效率較高。 本文的主要內容有： 1．對普通磨床經濟性評價詳細論證，確定普通磨床方案； 2．對進給系統(tǒng)的滾珠絲杠型號選擇與裝配設計，支承方式的設計與軸承型號選擇，步進電機選擇等進行了詳細研究； 關鍵詞：普通磨床，進給機構 Abstract As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. The main contents is: 1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is marked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle. 2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed. Key Words: General purpose milling，F(xiàn)eed mechanism 目 錄 Abstract IV 目 錄 V 第1章 緒 論 8 1.1 磨床的類型與用途 8 1.1.1 磨床的類型及其特點 8 1.1.2 磨床的用途 9 1.1.3 端面磨床 10 1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 10 1.3 端面磨床的設計任務要求 11 第2章 端面磨床總體設計方案 12 2.1 端面磨床總體設計 12 2.2、總體設計注意事項 12 2.3 端面磨床總體布局設計 12 2.3.1 加工零件 12 2.3.2 初步估計組成部分 12 2.3.3 總體布局初步設計 12 2.3.4 縱向與橫向尺寸的確定 13 第3章 端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計 15 3.1 Z軸進給傳動設計 15 3.1.1 計算步驟 15 3.1.2 確定滾珠絲杠導程Ph 16 3.1.3 滾珠絲杠副載荷及轉速計算 17 3.1.4 確定預期額定動載荷 17 3.1.5 按精度要求確定允許的滾珠絲杠最小螺紋底d2m 18 3.1.6 確定滾珠絲杠副規(guī)格代號 20 3.1.7 確定預緊滾珠絲杠副預緊力Fp 20 3.1.8 計算行程補償值C和預拉伸力F1 21 3.1.9確定滾珠絲杠副支承用軸承規(guī)格型號 21 3.1.10 滾珠絲杠副工作圖設計 22 3.1.11 電機的選擇 22 3.1.12 傳動系統(tǒng)剛度計算 23 3.1.13 傳動系統(tǒng)剛度驗算及滾珠絲杠副的精度選擇 24 3.1.14、滾珠絲杠副臨界壓縮載荷F的校驗（驗算壓桿穩(wěn)定性） 25 3.1.15 滾珠絲杠副極限轉速nc校驗（避免高速運轉時產生共振) 26 3.1.16 Dn值校驗 26 3.1.17 滾珠絲杠副形位公差的標注 26 3.1.18 基本軸向額定靜載荷Coa驗算 27 3.2 Z軸傳動裝置設計 27 3.2.1電動機的選擇 28 3.2.2皮帶設計 28 3.2.3帶輪設計 30 結 論 33 致 謝 34 參考文獻 35 端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計 第1章 緒 論 1.1 磨床的類型與用途 機械制造業(yè)在國民經濟中占有重要的地位，是國民經濟各部門賴以發(fā)展的基礎，是國民經濟的重要支柱，是生產力的重要組成部分。機械制造業(yè)不僅為工業(yè)、農業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種生產設備、儀器儀表和工具，而且為制造業(yè)包括機械制造業(yè)本身提供機械制造裝備。機械制造業(yè)的生產能力和制造水平標志著一個國家或地區(qū)的科學技術水平、經濟實力。 機械制造業(yè)的生產能力和制造水平，主要取決于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心是金屬切削機床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達到所需要的精度。金屬切削機床所擔負的工作量約占機器制造總工作量的40%～60%，金屬切削機床的技術水平直接影響到機械制造業(yè)的產品質量和勞動生產率。換言之，一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產能力和科學技術水平。顯然，金屬切削機床在國民經濟現(xiàn)代化建設中起著不可替代的作用。 縱觀幾十年來的歷史，機械制造業(yè)從早期降低成本的競爭，經過20世紀70年代、80年代發(fā)展到20世紀90年代乃至21世紀初的新的產品的競爭。目前，我國已加入世界貿易組織，經濟全球化時代已經到來，我國機械制造業(yè)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，也面臨著新的形勢：知識——技術——產品的更新周期越來越短，產品的批量越來越小，產品的性能和質量的要求越來越高，環(huán)境保護意識和綠色制造的呼聲越來越強，因而以敏捷制造為代表的先進制造技術將是制造業(yè)快速響應市場需要、不斷推出新產品、贏得競爭、求得生存和發(fā)展的主要手段。 1.1.1 磨床的類型及其特點 用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床（英文為Grinding machine），它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的[1]。 磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等[2]。 對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等 以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。 磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點： 1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉運動（一般砂輪圓周線速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）； 2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件； 3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度； 4、易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產； 5、磨床通常是電動機---油泵---發(fā)動部件，通過機械，電氣，液壓傳動---傳動部件帶動工件和砂輪相對運動---工件部分組成[1]。 1.1.2 磨床的用途 磨床可以加工各種表面，如內、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。 隨著科學技術的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中，磨床在機床總數(shù)中的比例已達30%----40%。據1997年歐洲機床展覽會(EMO)的調查數(shù)據表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%[3]。由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求： 高幾何精度。 精密磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉精度和導軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般應小于1um，軸向圓跳動應限制在2—3um以內。 2.低速進給運動的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導程要求10—15mm/min，因此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。 3.減少振動。 精密磨削時如果產生振動，會對加工質量產生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結構上應考慮減少振動。 4.減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的50％，故機床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙。 1.1.3 端面磨床 端面磨床是高精度端面加工設備，有著高強度機械構造和穩(wěn)定的精度。 應用領域：液壓氣動元件、液壓馬達部件、汽車轉向泵零部件、制冷壓縮機零部件、油泵油嘴零部件、發(fā)動機零部件、高精密軸承、密封件、活塞環(huán)、量刃具、模具、儀表、硬質合金刀片、陶瓷閥芯、磁性材料等產品的雙面研磨加工。 機床特點：高精度精密軸承，保證機床剛性及精度。 氣動控制，實現(xiàn)輕壓、重壓、輕壓三階段壓力任意調整和自動轉換?！び|摸屏控制界面，方便、快捷。高效率、高精度的金剛石磨盤研磨，備有修整環(huán)。 端面磨床及其特點： 端面磨床是外圓磨床的一種變形機床，它宜于大批量磨削軸類端面工件，有較高的生產率。它的特點如下 （1）這種磨床的布局形成和運動聯(lián)系與外圓磨床相似，為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。 （2）由于它適用于大批量生產，所以具有自動磨削循環(huán)，完成快速進給（長切入）---粗磨---精磨—無花磨削。由定程裝置或自動測量控制工件尺寸。 （3）裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向對刀裝置。 1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 隨著機械產品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應用增多，磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展[4]，如用于超精密磨削的樹脂結合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4μm、磨削精度高達0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產中常用的砂輪線速度為40－60m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復定位精度≤±1μm的機床已越來越多；從主軸轉速來看，8.2kw主軸達60000r/min，13kw達42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。 此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。 1.3 端面磨床的設計任務要求 （一）設計基本參數(shù) 砂輪主軸轉速1200r/min 產品主軸轉速100r/min 磨削進給速度：0.002mm/min(精磨)；0.02mm/min(粗磨) 加工材料：氧化鋯（ZrO2） 產品磨削面積：3500平方毫米（吸盤直徑125毫米），產品規(guī)格：直徑2.5毫米，長度10.5毫米。 砂輪：端面金剛石砂輪（精磨、粗磨兩種） 磨削精度：產品長度10.5±0.005 操作基本要求：產品經人工裝上吸盤后，設備自動完成磨削并停機，等待下一次磨削。 （二）課題設計途徑與方法： 1、了解氧化鋯及其用途，常用的加工方法。（了解加工對象：陶瓷插芯） 2、了解常用主軸的性能特點、種類、及加工方法、熱處理方法（加工工藝方法）。 3、了解金剛石砂輪的特點與加工性能。 4、了解端面磨削基本結構。（總體構思與布局） 5、軸承種類與形式、選用、特點及計算。 6、受力分析、與計算。 7、設計繪圖。 8、設計研討會，改進設計。 9、編號設計計算書，工藝文件等。（計算） 10、綜述、參考索引、編制。 第2章 端面磨床總體設計方案 2.1 端面磨床總體設計 1.加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術條件，批量，加工余量等）； 2.調查研究 比較國內，外同類機床，經驗總結，進行改革創(chuàng)新； 3.圖紙設計（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標準件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合格證）； 4.制造，裝配，調試； 5.小批量生產，設計改進； 2.2、總體設計注意事項 1.保證機床滿足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好； 2.傳動系統(tǒng)力求簡短； 3.操作調整方便； 4.安全保護，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。 2.3 端面磨床總體布局設計 2.3.1 加工零件 氧化鋯（ZrO2）等； 2.3.2 初步估計組成部分 a.床身；b.工作臺面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f 修整器；g 測量裝置；h 砂輪進給電機；I 修整器進給電機；j 電器框；k工作臺進給電機；l 工件旋轉電機；m 潤滑冷卻裝置；n數(shù)控裝置； 2.3.3 總體布局初步設計 1.T型床身； 2.工作臺移動； 3.工作臺型面； 4.砂輪架主軸與床身導軌傾斜0°角； 5.頭尾架中心線平行； 6.采用成型砂輪修整器（金剛石滾輪） 7.數(shù)控系統(tǒng)的四坐標軸 X軸：砂輪架進給 Y軸：修整器進給 Z軸：工作臺移動 W軸：工件旋轉 各軸采用交流伺服電機，通過精密無間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連； 8.液壓油箱單獨（減小熱變形，簡化機床結構，易實現(xiàn)標準化，通用化，便于維修）； 9.電器框與機床采用空中走線； 10.機床前防護罩采用全封閉結構； 2.3.4 縱向與橫向尺寸的確定 1.縱向尺寸 ①工件最大長度 ； ②頭架長度 ； ③尾架長度 ； ④上臺面長度 ； ⑤下臺面長度 ； ⑥床身長度 ； ⑦后床身長度 （考慮砂輪架和修整器大小按經驗給定）； ⑧整個床身寬度 （視覺效果）； ⑨砂輪架中心與機床床身對稱線相距 2.橫向尺寸 1）畫出橫向尺寸床身的V型導軌作為橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導軌作為高度尺寸的基準線，根據確定的工作臺參數(shù)，導軌參數(shù)B1’，B2’中心畫出左視圖 2）確定上，下工作臺厚度和寬度 （1）厚度：用類比法 上工作臺 中心　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－1）　 下工作臺 中心 （3－2） 為工作臺導軌的中心距，工作臺導軌選用8075250 取 =0.3250=75mm =0.38250=95mm （2）寬度 （3－3） ∵ ∴ ∵ 　 ∴ 3）確定頭，尾架頂尖中心位置 頂尖中心安排在V型導軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大，故常適當加寬V型導軌的寬度。 4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度H1 左右[1] 根據工人身高，經驗。類比取 5）工作臺回轉中心位置B9 6）確定機床總高H 所以H取2000mm。 第3章 端面磨床Z軸往復進給系統(tǒng)設計 3.1 Z軸進給傳動設計 根據設計要求，選擇滾珠絲杠機構作為進給傳動型式。 3.1.1 計算步驟 3.1.2 確定滾珠絲杠導程Ph 根據工作臺最高移動速度Vmax , 電機最高轉速nmax, 傳動比等確定Ph。按下式計算，取較大圓整值。 Ph= 3.1.3 滾珠絲杠副載荷及轉速計算 這里的載荷及轉速，是指滾珠絲杠的當量載荷Fm與當量轉速nm。滾珠絲杠副在n1、n2、n3······nn轉速下，各轉速工作時間占總時間的百分比t1%、t2%、t3%······tn%，所受載荷分別是F1、F2、F3······Fn。 當負荷與轉速接近正比變化時，各種轉速使用機會均等，可按下列公式計算： (nmax: 最大轉速，nmin: 最小轉速，F(xiàn)max: 最大載荷（切削時），F(xiàn)min: 最小載荷（空載時） 3.1.4 確定預期額定動載荷 ①按滾珠絲杠副預期工作時間Ln（小時）計算： ②按滾珠絲杠副預期運行距離Ls（千米）計算： ③有預加負荷的滾珠絲杠副還需按最大軸向負荷Fmax計算：Cam=feFmax(N) 式中： Ln-預期工作時間（小時，見表5) Ls-預期運行距離(km),一般取250km。 fa-精度系數(shù)。根據初定的精度等級（見表6)選。 fc-可靠性系數(shù)。一般情況fc=1。在重要場合，要求一組同樣的滾珠絲杠副在同樣條件下使用壽命超過希望壽命的90％以上時fc見表7選 fw-負荷系數(shù)。根據負荷性質（見表8）選。 fe-預加負荷系數(shù)。（見表9) 表－5 各類機械預期工作時間Ln 表－6 精度系數(shù)fa 機械類型 Ln(小時） 普通機械 5000～10000 普通機床 10000～20000 數(shù)控機床 20000 精密機床 20000 測示機械 15000 航空機械 1000 精度等級 1.2.3 4.5 7 10 fa 1.0 0.9 0.8 0.7 表－7 可靠性系數(shù)fc 可靠性% 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表－8 負荷性質系數(shù)fw 負荷性質 無沖擊(很平穩(wěn)） 輕微沖擊 伴有沖擊或振動 fw 1～1.2 1.2～1.5 1.5～2 表－9 預加負荷系數(shù)fe 預加負荷類型 輕預載 中預載 重預載 fe 6.7 4.5 3.4 以上三種計算結果中，取較大值為滾珠絲杠副的Camm。 3.1.5 按精度要求確定允許的滾珠絲杠最小螺紋底d2m a.滾珠絲杠副安裝方式為一端固定，一端自由或游動時（見圖-5） 式中：E-楊氏彈性模量21×105N/mm2 dm-估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量（mm） Fo-導軌靜摩擦力（N)。Fo＝mow(mo為靜摩擦系數(shù)） L-滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支承的最大距離（mm) L≈行程＋安全行程＋余程＋螺母長度一半＋支承長度的一半 ≈行程＋(2～4)Ph+4Ph+(4～6)Ph+(1/20～1/10)行程 ≈(1.05～1.1)行程＋(10～14)Ph b.滾珠絲杠副安裝為兩端支承或兩端固定（見圖-5) 式中： L-兩個固定支承之間的距離（mm) L≈行程＋安全行程＋兩個余程＋螺母長度＋一支承長度≈(1.1～1.2)行程＋(10～14)Ph 其中重復定位精度或定位精度， 上述兩種方法估算出的小值為為系統(tǒng)剛性最小處剛度值，見下文12、13項計算) 滾珠絲杠副公稱中徑dom≈d2m+Dw（鋼球直徑） 圖－5 一端固定，一端自由G-Z 一端固定，一端游動G-Y 二端支承J-J 二端固定G-G 3.1.6 確定滾珠絲杠副規(guī)格代號 按照計算出的Ph,Cam及傳動方式，使用情況，可在樣本中先查出對應的滾珠絲杠公稱直徑do，應注意do≥dom, Ca≥Cam，但不宜過大，否則會使?jié)L珠絲杠副轉動慣量偏大，結構尺寸也偏大。接著確定循環(huán)圈數(shù)，滾珠螺母規(guī)格代號及相關的安裝連接尺寸。 3.1.7 確定預緊滾珠絲杠副預緊力Fp 當選擇預緊螺母型式的滾珠絲杠副時需確定預緊力Fp。 當最大軸向工作載荷Fmax能確定時 Fp=1/3 Fmax 當最大軸向工作載荷不能確定時 Fp=ξCa 其中ξ值按表10選擇，Ca是額定動載荷，可在樣本上查到。 表－10 預加負荷類型 輕載荷 中載荷 重載荷 ξ 0.05 0.075 0.1 3.1.8 計算行程補償值C和預拉伸力F1 考慮到絲杠運轉過程中溫升對絲杠副導程精度的影響，在精級要求較高的場合，應對滾珠絲杠副適當?shù)念A拉伸。對預拉伸的滾珠絲杠副規(guī)定目標行程值C,并計算預拉伸力。 式中： C-行程補償值（mm) Dt-溫度變化值2℃～3℃ a-絲桿的線膨脹系數(shù)11.8×10-6度 Lu-滾珠絲杠副的有效行程（mm) Lu≈工作臺行程＋螺母長度＋兩個安全行程≈行程＋(8～14)Ph 式中： F1-預位伸力（N) d2-滾珠絲杠螺紋底徑（mm) E-楊氏彈性模量2.1×105(N/mm2) Dt-滾珠絲杠溫升2℃～3℃ d2≈do-Dw (Dw：鋼球半徑） 3.1.9確定滾珠絲杠副支承用軸承規(guī)格型號 ●計算軸承所受的最大軸向載荷FBmax,有預拉伸的滾珠絲杠副應考慮到預拉伸力Ft。 ●按滾珠絲杠副支承的要求選擇軸承的型號。 ●確定軸承內徑：為便于絲杠加工，軸承內徑最好不大于滾珠絲杠的大徑。在選用內循環(huán)滾珠絲杠副時必須有一端軸承內徑略小于絲杠底徑d2。其次軸承樣本上規(guī)定的預緊力應大于軸承所承受最大載荷FBmax的1/3。 ●有關軸承的其它驗算項目可查軸承樣本。 3.1.10 滾珠絲杠副工作圖設計 ●滾珠絲杠副的螺紋長度LS=Lu+2Le Le余程見表-2　　Lu=行程＋螺母長度 ●滾珠絲杠副螺母的安裝連接尺寸可查樣本。 ●滾珠螺母不應該承受徑向載荷及顛覆力矩，應使作用在螺母上的軸向合力通過絲杠軸心。 ●可以用螺母的外圓柱面及法蘭凸緣的內側作安裝基準，同時要求螺母座孔與絲杠軸承孔同心。螺母座孔端面與螺母座孔軸線垂直。當所受載荷沖擊力不大時，可僅用螺母法蘭凸緣的內側面作安裝基準面，這時應保證螺母座面與導軌垂直。裝配時應找螺母外圓與絲杠支承軸承孔同心。 ●插管式滾珠絲杠副水平放置時，為使?jié)L珠的循環(huán)更加滾暢，應將插管置于滾珠絲杠軸線的上方。 ●設計螺母座，軸承座及緊固螺釘時要注意保證足夠的剛性。在承載方向設計加強筋。 ●由工作圖確定滾珠絲杠長度尺寸。 3.1.11 電機的選擇 ●作用在滾珠絲杠副上各種轉矩計算。外加載荷產生的摩擦力矩TF(N.m) 滾珠絲杠副預加載荷Fp產生的預緊力矩Tp(N.m) 式中 Ph-滾珠絲杠副導程 h - 未預緊的滾珠絲杠副效率 1、2、3級精度的絲杠h =0.9 4級精度以下的絲杠h =0.85 F-作用在滾珠絲杠副上的外加軸向載荷，不同情況下取值不一樣。若計算電機啟動轉矩時，機械是空載起動，F(xiàn)是導軌摩擦力（垂直運動F還包括機構重量）；若計算電機工作轉矩時，F(xiàn)包括導軌摩擦力和工作載荷（垂向運動F還包括機構重量）。 ●其他計算，請查找電機樣本及相關資料。 3.1.12 傳動系統(tǒng)剛度計算 ●一般校核計算按： 式中 KS - 滾珠絲杠副的拉壓剛度。計算見下面說明 Kb - 滾珠絲杠支承軸承的軸向剛度。可查軸承樣本及有關資料。 Kc - 滾珠絲杠副滾珠與滾道的接觸剛度可查樣本。 ●精確計算時，還需考慮伺服剛度，聯(lián)接軸剛度，扭轉剛度，螺母座、軸承座剛度等，詳請查閱相關資料。 ●KS的計算 a. 絲杠支承形式為一端固定，一端游動或自由。 Ks= ×10-3 =1.65 ×102 式中 E -楊氏彈性模量2.1×105 (N/mm2) d2 - 絲杠底徑(mm) 當a=L1(滾珠螺母至固定支承的最大距離）時剛度最小 Ks min =1.65 ×102 當a=Lo (靠固定端的行程起點處）時剛度最大 Ks max =1.65 ×102 b.支承形式為兩端支承或兩端固定。 Ks = = 6.6 ×102 當a=L·1/2時（即處在兩支承的中點時）剛度最小 Ks min = 6.6 ×102 式中 L1-兩支承間的距離 當a=Lo時(螺母在行程兩端處)剛度最大 Ks max =6.6 ×102 3.1.13 傳動系統(tǒng)剛度驗算及滾珠絲杠副的精度選擇 將Ksmax, Kb, Kc及其它有關值代入 將Ksmin 替換Ksmax 代入得Kmin。 由于數(shù)控機床精度在機床空載下驗收，△=2FO/Kmin, 稱摩擦死區(qū)誤差。FO是機床空載時導軌上的靜摩擦力。 ξK=Fo() 稱為傳動系數(shù)剛度變化引起的定位誤差。按JB/GQ1140-89規(guī)定，數(shù)控機床反向差值主要取決于△，而定位誤差主要取決于滾珠絲杠副的精度，其次是ξK。 ●傳動系數(shù)剛度驗算 0.8△≤反向差值，即Kmin≥1.6Fo/反向差值 ●滾珠絲杠副的精度選擇 開環(huán)控制系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠副 ep+Vup≤0.8x(定位精度-ξK) ep+V300p≤0.8x(300mm定位精度-ξK) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)或可以行程補償?shù)拈_環(huán)系統(tǒng): ep≤0.8x(定位精度-ξK) V300p≤0.8x(300mm定位精度-ξK) 先根據使用情況選擇滾珠絲杠副的類型（P類或T類），然后參照滾珠絲杠副的精度標準表（見表-1)，按上述兩式計算結果確定滾珠杠副的ep,Vup或V300p，從而確定滾珠絲杠副的精度等級。 3.1.14、滾珠絲杠副臨界壓縮載荷F的校驗（驗算壓桿穩(wěn)定性） 式中： d2-滾珠絲杠螺紋底徑，d2≈do-Dw, do-公稱中徑，取樣本數(shù)據。 Lc1-滾珠絲杠副的最大受壓長度(mm)(見表11) F′max- 滾珠絲杠副承受最大軸向壓縮載荷(N)。 若滾珠絲杠承受最大載荷不是壓縮載荷時，F(xiàn)′max不等于Fmax, 視工作情況進行計算 K1- 安全系數(shù)。絲杠垂直安裝K1=1/2 絲杠水平安裝K1=1/3 K2- 支承系數(shù)。與支承方式有關（見表11) 表－11 支承方式 簡 圖 K2 λ f 一端固定 一端自由 0.25 1.875 3.4 一端固定 一端游動 2 3.927 15.1 二端支承 1 3.142 9.7 二端固定 4 4.730 21.9 3.1.15 滾珠絲杠副極限轉速nc校驗（避免高速運轉時產生共振) 式中： nc-極限轉速(r/min) Lc2-臨界轉速計算長度(mm) (見表11) E-楊氏彈性模量2.1×105(N/mm2), r-材料密度，鋼密度 I-絲杠的最小慣性矩 I= A-絲杠的最小橫截面積 K1-安全系數(shù)。一般取0.8 f, λ-與支承形式有關的系數(shù)（見表-11) 3.1.16 Dn值校驗 dom·nmax≤70000 式中： dom-滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑（mm)，dom≈d2+Dw(mm) nmax-滾珠絲杠副的最高轉速 3.1.17 滾珠絲杠副形位公差的標注見表－3及下圖 某些傳動類（T類）滾珠絲杠副，對精度要求低，但傳遞的載荷較大，這時可不進行有關傳動精度及傳動系統(tǒng)剛度的計算，但需進行以下兩項計算： 3.1.18 基本軸向額定靜載荷Coa驗算 fsFamax≤Coa 式中： Coa-滾珠絲杠副的基本軸向額定靜載荷（N)。可在樣本上查到。 fs-靜態(tài)安全系數(shù)。一般載荷fs= 1～2， 　　　　　　　　有沖擊或振動的載荷：fs= 2～3　 Famax- 最大軸向載荷（N) 3.2 Z軸傳動裝置設計 為了提高主軸的旋轉精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨的支架上，并用花鍵套帶動主軸旋轉，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖4－2所示。這個方案的優(yōu)點是，減少了主軸的變形，同時還提高了承載能力。 圖3－2 卸荷皮帶輪 3.2.1電動機的選擇 = （2.35~~8.82）+3.8 = 12.62kw 通過以上計算，取=15kw，選擇Y100L—4型電動機 3.2.2皮帶設計 因為多楔帶兼有V帶和平帶的優(yōu)點，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶[5]。多楔帶以平帶為基體，內表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動。工作面為楔側面，有橡膠和聚氨酯兩種[5]。 1）皮帶材料的選用 皮帶材料選用聚氨酯。 2）設計計算 已知小帶輪轉速，即 =1500r/min，傳動比i=2.5； （1）計算功率 由《機械設計》表8.7查得，工作情況系數(shù)為1.1，故 （4－5） （2）由和選擇帶型 由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取帶型為L型。 （3）確定帶輪基準直徑 由《金屬切削機床設計簡明手冊》表4—43，取主動輪基準直徑=80mm。 ，由此得。 （4）驗算帶速 （4－6） = 6.28 m/s < 30 m/s，所以帶速合格。 （5）初定軸向間距 由公式（4－5） 0.7（+）< < 2（+）， （4－7） 可知196< < 560，取=400。 （6）所需基準帶長 （4－8） =1248.82mm 由《金屬切削機床設計簡明手冊》表4—5，取相近的基準帶長= 1250 mm[6]。 （7）實際軸向間距 （4－9） = 401.18mm 所以皮帶的實際軸向間距?。?01mm。 （8）多楔帶每楔的基本額定功率 由《金屬切削機床設計簡明手冊》表4—40，可以查得＝0.34kw。 （9）小帶輪的包角 （4－10） ＝162.85° （10）多楔帶楔數(shù)的確定 （4－11） 其中 查表得， ，代入的計算公式中，得＝0.849kw。 又已知＝0.955，＝1.00，得： 由此可以確定，取Z＝15。 3.2.3帶輪設計 1）帶輪設計的要求： （1）質量小，結構工藝性好，無過大的鑄造應力； （2）質量分布均勻，轉速高時要經過動平衡校證； （3）槽輪工作面要經過精細加工，以減少帶的磨損； （4）輪槽的尺寸和角度應有一定的精度，以使載荷分布均勻。 2）帶輪的材料選用 帶輪的材料選用HT200。 3）帶輪的結構 （1）小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實心式。 （2）大帶輪< 300，所以采用腹板式結構。 4）小帶輪的結構尺寸 圖4－3 小帶輪的結構尺寸 （4－12） 其中——帶輪的外徑， ——軸的直徑， ——基準線上槽深。 （4－13） ，圓整后得＝165mm （4－14） ， （4－15） 其中——多楔帶的楔數(shù)， ——多楔帶的槽間距， ——第一槽對稱面到端面的距離。 5）大帶輪的結構尺寸 圖4－4 大帶輪的結構尺寸 結 論 本次設計的是Z向進給機械部分改造，完成了尺寸計算及結構設計，并對其進行一系列的校核，各項性能指標完全滿足要求，說明設計的結構是合理的。然后選擇軸承和電機。。 數(shù)控機床是促進國民經濟發(fā)展的巨大源動力，它給機械制造業(yè)帶來了高倍率的效益增長和現(xiàn)代化的生產方式。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，高品質，高可靠性，高性價比的CNC系統(tǒng)具有豐富的功能，為數(shù)控技術的發(fā)展提供了充足的物質技術條件。同時，也給數(shù)控機床的機械結構提出了更高的要求。因此，研究一臺數(shù)控車床對現(xiàn)代加工具有重要的意義。 致 謝 眨眼間，四年的大學生活就在本論文的完成之際即將宣告結束。四年的不斷學習，不僅是為了今天的畢業(yè)設計，也是為今后走上工作崗位作了準備。 在設計成過程中，感謝很多人的幫助和指點，首先我要感謝我的母校——廣西工學院的辛勤培育，感謝院系各位老師四年來的諄諄教誨，感謝他們四年來默默的栽培我。 本次設計是在我的導師李健教授的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，李老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持，在此，謹向鄧朝暉教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！。 此外，在畢業(yè)設計過程中，也得到了其他老師和同學的幫助，設計任務一直在很好的氛圍中進行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！ 再次向設計中所有提供過幫助的人表示感謝！ 參考文獻 [1] 蘭雄侯，王繼先，高航磨削溫度理論研究的現(xiàn)狀與進展[A]，沈陽：東北大學機械工程及自動化學院. 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