畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）龍門數(shù)控火焰切割機(jī)設(shè)計(jì)（單獨(dú)論文不含圖）

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1、（輸入章及標(biāo)題） 理工類畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）模版 （此行字體打印時(shí)刪除） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 龍門數(shù)控火焰切割機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）燕山大學(xué)里仁學(xué)院 年級(jí)專業(yè) 05機(jī)制2班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 答辯日期 全套CAD圖紙，加153893706 II 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 本課題所設(shè)計(jì)的數(shù)控火焰切割機(jī)是一種中型切割設(shè)備，它可以很方便的對(duì)金屬材料進(jìn)行直線或曲線切割，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、化工、航天等行業(yè)。 首先，本文

2、通過對(duì)火焰切割技術(shù)及數(shù)控火焰切割機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，對(duì)火焰切割機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，整體采用龍門式結(jié)構(gòu)，縱向、橫向和垂直三個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均選用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。其次，由于火焰切割機(jī)切割工件時(shí)無(wú)切削力，所以縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。最后，為了加工制造的方便還繪制了切割機(jī)的所有零部件和裝配體的工程圖。 關(guān)鍵詞　數(shù)控火焰切割機(jī)，龍門式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) IV Abstract The CNC flame cutter designed in this topic is intermediate cutting equipment. I

3、t can easily cut metal materials with linear or curvilinear drawings and can be widely used in machining, architecture, chemical industry, spaceflight and other industry. Firstly, through the analysis of research actuality about the flame cutting technology and the CNC flame cutting machine at home

4、 and abroad the whole structure of the flame cutter is designed in this article. The whole structure uses the gantry structure, the open-loop control systems, using stepping motor to drive ball screws, were chosen at longitudinal, horizontal and vertical directions. Secondly, Since there is no cutti

5、ng power when the flame cutter cuts work-piece, therefore, the vertical movement is provided by the movement of worktable driven directly by stepping motor. In the end, all the drawings of parts and assembly are protracted in order to facilitate the manufacture. Keywords　 Numerical control flame

6、cutter, gantry type, Structural design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1．1切割技術(shù)的種類及發(fā)展 1 1．2數(shù)控火焰切割簡(jiǎn)介 2 1．2．1 火焰切割及數(shù)控火焰切割技術(shù) 2 1．2．2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控火焰切割技術(shù)的發(fā)展 3 1．2．3 數(shù)控火焰切割機(jī)的市場(chǎng)及發(fā)展 4 第二章 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 7 2．1總體方案的確定 7 2．2控制及傳動(dòng)系統(tǒng)選用 8 第三章 火焰切割機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 10 3．1螺旋傳動(dòng) 10 3．1．1 滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 11 3

7、.1.1.1縱向傳動(dòng)滾珠絲杠、支撐件的設(shè)計(jì)計(jì)算及電機(jī)的選擇.....14 3.1.1.2橫向、垂直向滾珠絲杠、支撐件的設(shè)計(jì)計(jì)算及電機(jī)的選擇..21 第四章 導(dǎo)軌 32 4．1導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 32 第五章 機(jī)床的維護(hù).........................................47 結(jié)論 50 參考文獻(xiàn) 51 致謝 53 附錄1 54 附錄2 61 附錄3...........................

8、..........................69 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 緒論 1.1 切割技術(shù)的種類及發(fā)展 切割是焊接生產(chǎn)備料工序的重要加工方法，包括冷、熱兩類切割，而熱切割又有氣體火焰切割、電弧切割、等離子切割和激光切割等各種工藝方法。目前各種金屬和非金屬切割已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)（特別是焊接生產(chǎn)）中的一個(gè)重要工序，被焊工件所需要的幾何形狀和尺寸，絕大多數(shù)是通過切割來(lái)實(shí)現(xiàn)的。切割技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域里。 近年來(lái)，由于機(jī)械工業(yè)飛速發(fā)展的需求和國(guó)外

9、先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，我國(guó)切割技術(shù)無(wú)論在新工藝的開發(fā)方面，還是在新能源的利用方面都有了長(zhǎng)足的發(fā)展。自動(dòng)化、半自動(dòng)化切割技術(shù)的發(fā)展，使得切割技術(shù)可以代替部分機(jī)械加工，大大提高了工作效率，還可以提高金屬材料的利用率。 氣體火焰切割是熱切割中最早被采用和最常用的工藝方法，這種切割方法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便靈活、投資費(fèi)用少、切割質(zhì)量好等特點(diǎn)。尤其是能夠切割各種含曲線形狀的零件和大厚度工件等一系列特點(diǎn)使得它自進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域以來(lái)一直作為工業(yè)生產(chǎn)中切割碳鋼和低合金鋼的基本方法而被廣泛采用。而本文介紹的數(shù)控火焰切割機(jī)就是在早期切割機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合近年來(lái)高速發(fā)展的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出的一種新型

10、切割設(shè)備 。 1.2 數(shù)控火焰切割簡(jiǎn)介 1.2.1火焰切割及數(shù)控火焰切割技術(shù) 火焰切割就是利用氣體火焰的熱能將工件切割處金屬預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧氣流使預(yù)熱處的金屬燃燒并放出熱量實(shí)現(xiàn)切割的方法。最常見的氣體切割是氧-乙炔火焰切割。 鋼材的氣割是利用氣體火焰（稱預(yù)熱火焰）將鋼材表面加熱到能夠在氧氣流中燃燒的溫度（即燃點(diǎn)），然后送進(jìn)高純度，高流速切割氧，使鋼材中的鐵在氧氛圍中燃燒生成氧化鐵熔渣，同時(shí)放出大量熱，借助這些燃燒熱和熔渣不斷加熱鋼材的下層和切口邊緣，使之也達(dá)到燃點(diǎn)，直至工件的底部。與此同時(shí)，切割氧流把氧化鐵熔渣吹掉，從而形成切口將鋼材切割開。 數(shù)控火焰切割機(jī)是應(yīng)用計(jì)

11、算機(jī)數(shù)字程序控制（Computer Numerical program Control）的全自動(dòng)化切割設(shè)備，人們借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，把所要切割零件的形狀、尺寸、切割順序及切割過程中的各項(xiàng)輔助功能按一定的語(yǔ)言程序規(guī)則進(jìn)行編程，然后輸入控制機(jī)，經(jīng)運(yùn)算后發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制及輔助功能指令，再有伺服行走系統(tǒng)和切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)動(dòng)作，從而完成所需零件的切割。 數(shù)控火焰切割機(jī)的特點(diǎn)： ⑴．功能齊全，自動(dòng)化程度高．具有割炬自動(dòng)升降和自動(dòng)調(diào)高、自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)穿孔、自動(dòng)切割、噴粉畫線、噴印字碼、噴水冷卻、割縫自動(dòng)補(bǔ)償、熄火返回重割、動(dòng)態(tài)圖形跟蹤顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了切割全過程的自動(dòng)控制。 ⑵．可配置多個(gè)割炬工作，省

12、去了制作樣板和劃線的工時(shí)，生產(chǎn)效率高． 采用套料程序，提高鋼板利用率。 ⑶．能合理選定切割工藝參數(shù)及切割路徑，可減小熱變形，加工精度高，切割質(zhì)量好，能夠減少后續(xù)打磨和裝焊工時(shí)。 ⑷．切割信息易于準(zhǔn)備、修改和保存。 ⑸．機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便 1.2.2國(guó)內(nèi)外數(shù)控火焰切割技術(shù)的發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)也迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床、數(shù)控切割機(jī)等已被人熟悉和利用。1 9 5 2年之后，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)作為生產(chǎn)自動(dòng)化的強(qiáng)有力手段得到了迅速推廣，并且也引入到龐大而繁雜的造船工業(yè)之中了。1 9 5 8 年，英國(guó)氧氣公司首先試制成功了世界上第一臺(tái)數(shù)控切割機(jī)，并于1 9 6

13、1 年正式投入挪威斯托德造船廠的造船生產(chǎn)使用中，隨后不少造船工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開展了數(shù)控切割機(jī)的研制熱潮。到了六十年代中、后期，己有相當(dāng)數(shù)量的數(shù)控切割機(jī)投產(chǎn)使用。它們編程簡(jiǎn)單、操作方便、加工質(zhì)量穩(wěn)定，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低加工周期，增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，發(fā)展前景廣闊。進(jìn)一步開展微機(jī)控制機(jī)床的研究和生產(chǎn)工作，將是我國(guó)機(jī)械工業(yè)改造舊設(shè)備， 研制新機(jī)型的一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的途徑。數(shù)控切割機(jī)在造船工業(yè)中的應(yīng)用是造船工藝的一項(xiàng)重大改革，是實(shí)現(xiàn)船廠現(xiàn)代化改造的一個(gè)重要內(nèi)容。 ……數(shù)控火焰切割機(jī)屬于對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行切割下料的氣割設(shè)備。在機(jī)械、船舶、壓力容器、冶金行業(yè)中，各種形狀的厚鋼板的切割下料工作量非常大。

14、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，切割設(shè)備也不例外。目前，國(guó)內(nèi)許多大型結(jié)構(gòu)件企業(yè)為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率，不惜耗資以每臺(tái)五六十萬(wàn)元的價(jià)格從國(guó)外購(gòu)進(jìn)數(shù)控切割設(shè)備。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的該類設(shè)備一般每臺(tái)也在三四十萬(wàn)元以上，這樣的價(jià)位對(duì)于中小金屬結(jié)構(gòu)件企業(yè)來(lái)說(shuō)望塵莫及。因此，面向中小企業(yè)，開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控火焰切割機(jī)床，有很大的市場(chǎng)潛力，必將取得明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)外的數(shù)控火焰切割機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)相當(dāng)成熟的階段，各種型號(hào)，適用于各種場(chǎng)合的切割機(jī)應(yīng)有盡有，且性能比國(guó)產(chǎn)的要好很多，國(guó)內(nèi)的技術(shù)要落后很多，國(guó)內(nèi)有些行業(yè)所需的高檔數(shù)控火焰切割機(jī)還得進(jìn)口，由于國(guó)外對(duì)核

15、心技術(shù)的封鎖，再加上國(guó)內(nèi)對(duì)高檔機(jī)床的消化吸收能力有限，一直沒有較好的數(shù)控火焰切割機(jī)。 1.2.3數(shù)控火焰切割機(jī)的市場(chǎng)及發(fā)展 目前,我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)中鋼板下料普遍采用手工氧—乙炔切割,這種現(xiàn)象不僅存在于小規(guī)模單件生產(chǎn)的小型企業(yè),也存在于大批量生產(chǎn)的大型企業(yè)中。而國(guó)外企業(yè)的下料工序大部分采用了數(shù)控氧—乙炔或數(shù)控等離子切割方法,這不僅可提高材料利用率,還大大改善了產(chǎn)品質(zhì)量,優(yōu)化了工作環(huán)境,使工作效率得到了提高。近來(lái),隨著我國(guó)制造業(yè)的日益發(fā)展,數(shù)控火焰/等離子切割機(jī)床已經(jīng)成為市場(chǎng)需求熱點(diǎn)。為此,我們自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一種面向大部分用戶、適合我國(guó)國(guó)情的大型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控切割機(jī)——龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)。它

16、廣泛應(yīng)用于機(jī)械、船舶、壓力容器、冶金行業(yè)等生產(chǎn)廠家。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)： 隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，要求工業(yè)生產(chǎn)必須滿足高精度、高效率、高靈活性、高速、自動(dòng)化、節(jié)能、環(huán)保、少或無(wú)切削的要求。這些需求要求數(shù)控系統(tǒng)在未來(lái)的生產(chǎn)應(yīng)用中，必然向著開放化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 1開放化 傳統(tǒng)的專用控制系統(tǒng)是控制器制造商針對(duì)特定的機(jī)床開發(fā)的，它是封閉、不兼容和不可擴(kuò)展的，很難二次開發(fā)和更新?lián)Q代。而開放數(shù)控系統(tǒng)要求整個(gè)系統(tǒng)向用戶開放，向數(shù)控技術(shù)再開發(fā)人員開放，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和功能擴(kuò)展。這就要求系統(tǒng)有一個(gè)開放的軟、硬件平臺(tái)、開放的系統(tǒng)接口，最重要是有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，

17、這樣才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的兼容和互換。開放式控制系統(tǒng)的基本特征是以通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的硬件和軟件為基礎(chǔ)構(gòu)建的。由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟、硬件上均有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和接口，因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)便具有了可擴(kuò)展性、可移植性、互換性、互操作性和可配置性等特征?？刂破髦圃焐炭梢詫?duì)系統(tǒng)功能任意剪裁和組配以滿足不同用戶的需求，也可以就一些功能模塊賦予用戶再開發(fā)的權(quán)利和方便，這樣就便于系統(tǒng)的維修和升級(jí)。 2集成化 集成化的最佳體現(xiàn)是一種全新的制造系統(tǒng)-一計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)計(jì) 算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cIMS)的基本思想是用計(jì)算機(jī)技術(shù)將制造企業(yè)中的市場(chǎng)分析、經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、乃至銷售

18、與售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)集合成的一個(gè)綜合優(yōu)化的整體。由上述定義可以明了數(shù)控系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工的必要環(huán)節(jié);但由于系統(tǒng)集成化的需要，數(shù)控系統(tǒng)還需要建立和完善相應(yīng)的集成技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。集成制造系統(tǒng)是當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，且系統(tǒng)的研究己進(jìn)入了相對(duì)成熟的階段。但目前的系統(tǒng)的集成度還不是很高，各模塊的信息獲取和轉(zhuǎn)換仍不是很理想，目前各國(guó)學(xué)者正研究各種使系統(tǒng)集成度更高的技術(shù)。隨著工業(yè)生產(chǎn)要求的不斷提升，目前的集成系統(tǒng)將向著更加高度集成方向的方向發(fā)展。 3網(wǎng)絡(luò)化 隨著近兩年來(lái)Internet技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)一些企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)傳播自己的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)和信息集成技術(shù)，為美國(guó)及

19、其它國(guó)家的企業(yè)實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)提供了非常好的示范和參考作用。由于90年代信息技術(shù)的發(fā)展，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、萬(wàn)維網(wǎng)技術(shù)和分布計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為創(chuàng)造新一代的制造思想和模式提供了空間。在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用敏捷制造的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和建筑于信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上的網(wǎng)上設(shè)計(jì)制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的不可缺少的因素。網(wǎng)上設(shè)計(jì)技術(shù)的研究主要是在工Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)展先進(jìn)的制造技術(shù)，使得在技術(shù)層次上能實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的實(shí)時(shí)合作。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得遠(yuǎn)程控制技術(shù)迅速崛起，諸多研究機(jī)構(gòu)和廠商紛紛對(duì)此投入了巨大的精力，希望向企業(yè)數(shù)控全球聯(lián)盟方向靠攏。由于目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的局限使得這一目標(biāo)在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn);但數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化已是數(shù)控技術(shù)發(fā)展

20、不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。開放式熱切割機(jī)數(shù)控軟件系統(tǒng)的研究 本課題研究一種基于PC和WindowS平臺(tái)的，用于火焰切割、開放式熱切割數(shù)控系統(tǒng)。它具有全中文的人性化操作界面，可以進(jìn)行任意形狀的二維零件加工。本系統(tǒng)還有動(dòng)態(tài)加工過程仿真、加工條件自動(dòng)選定及優(yōu)化等功能。另外還具有豐富的圖庫(kù)，可以進(jìn)入相應(yīng)的控制界面調(diào)用相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)常用圖形零件的便捷加工。該部分實(shí)現(xiàn)是通過相應(yīng)圖形的調(diào)用，進(jìn)行參數(shù)的輸入，并將該參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的G代碼，傳送給主控制程序?qū)崿F(xiàn)各圖形的加工開放式切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用PC十運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)卡，軟件平臺(tái)采用Windows98/NT，開發(fā)平臺(tái)采用vC+十，替代原DOS系統(tǒng)下的數(shù)控系統(tǒng)。這種方式

21、下Pc機(jī)只負(fù)責(zé)常規(guī)的系統(tǒng)管理和維護(hù)，而具體的數(shù)控系統(tǒng)的核心功能，則由運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)直接實(shí)現(xiàn)。由控制卡硬件直接控制電機(jī)的動(dòng)作，從而解決了WINDows平臺(tái)下計(jì)算機(jī)控制中經(jīng)常碰到的實(shí)時(shí)控制問題所帶來(lái)的困擾。本系統(tǒng)研制成功提高了該類產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)地位，本系統(tǒng)研制成功必然取代現(xiàn)有封閉的、或DOS平臺(tái)下的數(shù)控系統(tǒng)，全面提升切割機(jī)的整機(jī)性能，提高切割機(jī)的性能價(jià)格比，增強(qiáng)其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，是較為先進(jìn)的熱切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。 第2章 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1總體方案的確定 數(shù)控火焰切割機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)

22、、精密機(jī)械制造、電機(jī)拖動(dòng)、數(shù)字控制、焊接等多門學(xué)科,所以在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試、安裝、維護(hù)等各環(huán)節(jié)都會(huì)遇到許多問題 1.1 適用方向 要求該設(shè)備適用面廣,既可用于大型企業(yè)的下料車間,進(jìn)行大型零件的批量切割,又可用于小型機(jī)械廠,進(jìn)行小型零件的小批量生產(chǎn)。 1.2 技術(shù)水平 該設(shè)備的綜合技術(shù)水平要求超過國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品,接近世界先進(jìn)水平。 1.3 加工精度 該設(shè)備的運(yùn)行精度應(yīng)超過目前的國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 1.4 適用材料 該設(shè)備可用來(lái)切割碳鋼、不銹鋼、有色金屬等板材。 1.5 工作方式 工作方式為連續(xù)工作。 1.6 運(yùn)行速度 定位速度要求±0.012/300 mm;切割速度為

23、1 mm~60 mm/s。 擬解決的主要問題： 中型火焰切割機(jī)設(shè)計(jì)最困難,使用時(shí)可靠性最差的要害在于軸的驅(qū)動(dòng)， 可有以下幾種方案以供選擇： 方案一： 大型加工中心、 數(shù)控機(jī)床上常用的設(shè)計(jì)是采用長(zhǎng)滾 動(dòng)導(dǎo)軌與長(zhǎng)滾珠絲杠 主要問題在長(zhǎng)滾珠絲杠的制造成本極高， 安裝上難度很大。 方案二： 采用精密齒輪齒條傳動(dòng)滿足長(zhǎng)行程的需要， 中捷友 誼廠為上海磁懸浮項(xiàng)目提供的大型加工中心就采用該方案。齒 條固定、 齒輪安裝在龍門架上， 由伺服電機(jī)通過同步帶減速驅(qū)動(dòng) 齒輪。該方案也是目前大型火焰切割機(jī)的常用方案。當(dāng)支撐龍 門架的兩根導(dǎo)軌問距很大時(shí)， 一般采用雙驅(qū)動(dòng)， 可靠性不高。 …由上面兩

24、種方案的對(duì)比，　加上滾珠絲杠副的特長(zhǎng)： 1、動(dòng)力更省 驅(qū)動(dòng)力矩僅為滑動(dòng)絲杠副的1/3，具有較高的運(yùn)動(dòng)效率，可以更加省電。 2、高精度的保證 滾珠絲杠副都是由高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，制作精度更高。 3、微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4、無(wú)側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性。 5、高速進(jìn)給 滾珠絲杠副由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。 可得出：在追求設(shè)計(jì)出一臺(tái)高精度，高性能數(shù)控機(jī)床，方案一比較好。 2.2控制及

25、傳動(dòng)系統(tǒng)選用 數(shù)控火焰切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 縱向?qū)к夐L(zhǎng)度／m 6 跨距／m 2 有效切割寬度／m 1.6 有效切割長(zhǎng)度／m 5 切割厚度／mm 6～160 切割精度／mm ±0．5 最高行動(dòng)

26、速度，m．min 15 割炬組數(shù) 單割炬 割炬升降范圍／mm 800 定位精度/mm ±0.012/300 根據(jù)本緊急系統(tǒng)定位精度的要求,應(yīng)選用全閉伺服系統(tǒng)。從產(chǎn)品目錄中查得伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為或2000r/min。如果伺服電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠接，即i=1。工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到。取電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速,則絲杠的最高轉(zhuǎn)速也為1500r/min。基本絲杠導(dǎo)程

27、 綜上所述，采用螺母絲杠副作為傳動(dòng)，全閉環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。 第3章 火焰切割機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 3.1 　螺旋傳動(dòng) 利用螺桿和螺母的嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。主要用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成推力。按工作特點(diǎn)，螺旋傳動(dòng)用的螺旋分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋。①傳力螺旋:以傳遞動(dòng)力為主,它用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力,一般為間歇工作,工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機(jī)和螺旋千斤頂上的螺旋。②傳導(dǎo)螺旋：以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，常要求具有高的運(yùn)動(dòng)

28、精度，一般在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高，如機(jī)床的進(jìn)給螺旋（絲杠）。③調(diào)整螺旋：用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對(duì)位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，要求自鎖，有時(shí)也要求很高精度，如機(jī)器和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋。按螺紋間摩擦性質(zhì)，螺旋傳動(dòng)可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)又可分為普通滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)和靜壓螺旋傳動(dòng)。 　　滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 通常所說(shuō)的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)就是普通滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)?；瑒?dòng)螺旋通常采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應(yīng)用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差強(qiáng)度較低等原因應(yīng)用很少;對(duì)于受力不大和精密機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺旋，有時(shí)也采用三角螺紋。 　　一般螺紋升程和摩擦系數(shù)都不

29、大，因此雖然軸向力F相當(dāng)大，而轉(zhuǎn)矩T則相當(dāng)小。傳力螺旋就是利用這種工作原理獲得機(jī)械增益的。升程越小則機(jī)械增益的效果越顯著。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的效率低，一般為30～40％，能夠自鎖。而且磨損大、壽命短，還可能出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象。 　　靜壓螺旋傳動(dòng) 螺紋工作面間形成液體靜壓油膜潤(rùn)滑的螺旋傳動(dòng)。靜壓螺旋傳動(dòng)摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率可達(dá)99％,無(wú)磨損和爬行現(xiàn)象,無(wú)反向空程,軸向剛度很高,不自鎖,具有傳動(dòng)的可逆性,但螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且需要有一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定和過濾要求高的供油系統(tǒng)。靜壓螺旋常被用作精密機(jī)床進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu)的傳導(dǎo)螺旋。這種螺旋采用牙較高的梯形螺紋。在螺母每圈螺紋中徑處開有3～6個(gè)間隔均勻的油腔。同一

30、母線上同一側(cè)的油腔連通，用一個(gè)節(jié)流閥控制。油泵將精濾后的高壓油注入油腔，油經(jīng)過摩擦面間縫隙后再由牙根處回油孔流回油箱。當(dāng)螺桿未受載荷時(shí)，牙兩側(cè)的間隙和油壓相同。當(dāng)螺桿受向左的軸向力作用時(shí)，螺桿略向左移，當(dāng)螺桿受徑向力作用時(shí)，螺桿略向下移。當(dāng)螺桿受彎矩作用時(shí)，螺桿略偏轉(zhuǎn)。由于節(jié)流閥的作用，在微量移動(dòng)后各油腔中油壓發(fā)生變化，螺桿平衡于某一位置，保持某一油膜厚度。 　　滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 用滾動(dòng)體在螺紋工作面間實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦的螺旋傳動(dòng)，又稱滾珠絲杠傳動(dòng).滾動(dòng)體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的摩擦系數(shù)、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動(dòng)精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動(dòng)稍差，但遠(yuǎn)比滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)為好。滾

31、動(dòng)螺旋傳動(dòng)的效率一般在90％以上。它不自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、飛機(jī)、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場(chǎng)合。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式，按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)的導(dǎo)路為一導(dǎo)管,將螺母中幾圈滾珠聯(lián)成一個(gè)封閉循環(huán)。內(nèi)循環(huán)用反向器，一個(gè)螺母上通常有2～4個(gè)反向器，將螺母中滾珠分別聯(lián)成2～4個(gè)封閉循環(huán)，每圈滾珠只在本圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)。外循環(huán)的螺母加工方便，但徑向尺寸較大。為提高傳動(dòng)精度和軸向剛度，除采用滾珠與螺紋選配外，常用各種調(diào)整方法以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。 　　在JB/T3162-1991中，將滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)稱為滾珠絲桿副。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滾珠絲桿副

32、分為定位滾珠絲桿副（稱P類）和傳動(dòng)滾珠絲桿副（稱T類）。前者是通過旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量的滾珠絲桿副，后者是與旋轉(zhuǎn)角度無(wú)關(guān)用于傳遞動(dòng)力的滾珠絲桿副?！? 3.1.1 滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置。它以代替絲桿螺母副中的滑動(dòng)，摩擦力小，具有良好的性能。 組成及工作滾珠的滾動(dòng)原理： 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖 ·組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。 ·工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。

33、而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。    特點(diǎn)： ·傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá)92%~98%。 ·摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。 ·軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。 ·使用壽命長(zhǎng)、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。 滾珠絲桿螺母副的消隙 ·雙螺母墊片調(diào)隙： 修磨墊片厚度消隙     滾珠絲桿螺母副采用雙螺母結(jié)構(gòu)

34、（類似于齒輪副中的雙薄片齒輪結(jié)構(gòu)）。通過改變墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，從而使兩個(gè)螺母分別與絲桿的兩側(cè)面貼合。當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，由于消除了側(cè)隙，工作臺(tái)會(huì)跟隨CNC的運(yùn)動(dòng)指令反向而不會(huì)出現(xiàn)滯后。 ·雙螺母螺紋調(diào)隙： 用鎖緊螺母消隙 差齒式調(diào)整法    圖示為利用兩個(gè)鎖緊螺母調(diào)整預(yù)緊力的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)工作螺母以平鍵與外套相聯(lián)，其中右邊的一個(gè)螺母外伸部分有螺紋。當(dāng)兩個(gè)鎖緊螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，正是由于平鍵限制了工作螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，才使得帶外螺紋的工作螺母能相對(duì)于鎖緊螺母軸向移動(dòng)。間隙調(diào)整好后，對(duì)擰兩鎖緊螺母即可。結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，應(yīng)用較廣。 ·雙螺母齒差

35、調(diào)隙：    兩個(gè)工作螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)為Z1、Z2的齒輪，且Z1、Z2相差一個(gè)齒，即： Z2-Z1=1，兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合，內(nèi)齒圈緊固在螺母座上。 設(shè)其中的一個(gè)螺母Z1轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，絲桿的軸向移動(dòng)量為S1，則有： Z1:1=T:S1 則S1=T/Z1 如果兩個(gè)齒輪同方向各轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，則絲桿的軸向位移為：ΔS=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2 例：當(dāng)Z1=99，Z2=100時(shí)，ΔS≈1μ?？梢赃_(dá)到很高的調(diào)整精度。 滾珠絲桿螺母副的安裝     滾珠絲桿螺母副所承受的主要是軸向載荷。它的徑向

36、載荷主要是臥式絲桿的自重。安裝時(shí)，要保證螺母座的孔與工作螺母之間的良好配合，并保證孔與端面的垂直度等。這時(shí)主要是根據(jù)載荷的大小和方向選擇軸承。另外安裝和配置的形式還與絲桿的長(zhǎng)短有關(guān)，當(dāng)絲桿較長(zhǎng)時(shí)，采用兩支撐結(jié)構(gòu)；當(dāng)絲桿較短時(shí)，采用單支撐結(jié)構(gòu)。 滾珠絲杠兩端支撐形式 圖a：一端固定，一端自由：適用于短絲桿及垂直絲桿。 圖b：一端固定，一端浮動(dòng)：一端同時(shí)承受軸向力和徑向力，另一端徑向力，當(dāng)絲桿受熱伸長(zhǎng)時(shí)，可以通過一端做微量的軸向浮動(dòng)。 圖c：兩端固定的支撐形式：通常在它的一端裝有碟形彈簧和調(diào)整螺母，這樣既能對(duì)滾珠絲桿施加預(yù)緊力，又能在絲桿熱變形后保持不變的預(yù)緊力. 3．1

37、．1.1 縱向滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及電機(jī)的選擇 1. 滾珠絲杠精度 由于本系統(tǒng)要求達(dá)到的定位精度,根據(jù)此要求查閱滾珠絲杠樣本,對(duì)于1級(jí)精度絲杠,任意300內(nèi)導(dǎo)程允許誤差為0.006mm,2級(jí)精度絲杠的導(dǎo)程允差為0.008mm。初步設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)絲杠的任意300mm行程內(nèi)的行程變動(dòng)量為定位精度的1/3~1/2,即0.004mm~0.006mm,因此,取滾珠絲杠精度為級(jí),即1級(jí)精度絲杠。 2. 滾珠絲杠選擇 滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)，應(yīng)按當(dāng)量動(dòng)載荷選擇。 絲杠的最大載荷，為切削時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力；最小載荷即摩擦力。由于此機(jī)床采用火焰切割所以切屑力忽

38、略不計(jì)。本參數(shù)可估計(jì)工作臺(tái)及能加工工件的最大重量為M則鋼的密度查表可得為。工作臺(tái)的質(zhì)量為500kg則 M=m+500 加工工件的質(zhì)量 帶入數(shù)據(jù)可得M=18074.8kg 導(dǎo)軌材料選塑料-鑄鐵摩擦系數(shù)為。故絲杠的最小載荷為 絲杠的最大載荷為 平均載荷為 絲杠的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺(tái)的最小進(jìn)給速度為1mm/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為

39、0.1r/min，可取為0。則平均轉(zhuǎn)速為n=(1500+0)/2=750r/min。絲杠使用壽命取 T=15000h， ，，故絲杠工作壽命 得絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷為 查滾珠絲杠樣本，選擇FFZ4010型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠副。名義直徑40mm，導(dǎo)程10mm。額定動(dòng)載荷為，， 符合設(shè)計(jì)要求。軸向剛度。預(yù)緊力 只要軸向載荷值不達(dá)到或超過預(yù)緊力的3倍，就不必對(duì)預(yù)緊力提出額外的要求。 此設(shè)計(jì)中絲杠最大載荷為5.314KN，遠(yuǎn)

40、小于。故合理使用。 3. 絲杠支承選擇 本傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式如圖(b)F-S 固定端采用一對(duì)接觸的7602030TVP型角接觸球軸承面對(duì)面組配，簡(jiǎn)支端支承采用6206/P5型深溝球軸承，只承受絲杠的重力。 4. 選擇電機(jī) 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)公式計(jì)算 從前面的計(jì)算，已知最大進(jìn)給力，絲杠導(dǎo)程，預(yù)緊力，查絲杠樣本，滾珠絲杠螺母副的機(jī)械效率。因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩

41、 查角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件，得7602030TVP單個(gè)軸承的摩擦力矩為，故一對(duì)軸承的摩擦力矩。簡(jiǎn)支端軸承部預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計(jì)。伺服電機(jī)于絲杠直聯(lián)，其傳動(dòng)比i=1。則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1.負(fù)載慣量的計(jì)算 伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。 負(fù)載慣量可按以下次序計(jì)算。工件和工作臺(tái)的最大質(zhì)量為18074.8kg折算到電機(jī)軸上的慣量 絲杠的名義直徑，長(zhǎng)度l=5.2m，絲杠材料鋼的密度為。 絲杠加在電機(jī)軸上的慣量

42、 聯(lián)軸節(jié)加上鎖緊螺母等的慣量，查表可得 故負(fù)載總慣量 代入數(shù)據(jù)可得 按照中小型數(shù)控機(jī)床的慣量匹配條件，，所選電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)該在 范圍之內(nèi)。 根據(jù)上述計(jì)算可初步選定伺服電機(jī)?？蛇xBESK-20型，其額定轉(zhuǎn)矩為22.5；轉(zhuǎn)子慣量為0..139。其最大轉(zhuǎn)矩為154。 3 空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動(dòng)時(shí)，所需的空載加速轉(zhuǎn)矩為 空在加速時(shí)，主要克服慣性。總慣量

43、 加速時(shí)間通常取的3~4倍，故帶入數(shù)據(jù)可得為63~84 空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過伺服電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩由此可見所選電機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。 5 精度的驗(yàn)算 機(jī)床的定位精度要求為0.012/300mm，其絲杠的導(dǎo)程誤差為0.006mm。其余誤差為伺服系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動(dòng)和在載荷作用下個(gè)機(jī)械環(huán)節(jié)彈性形變引起的位移誤差等。 1 伺服剛度 伺服剛度為 是伺服電機(jī)的增益，而則帶入數(shù)據(jù)可得 折合到工作臺(tái)部件的直線剛度 2 滾珠絲杠的拉壓剛度 絲杠

44、為一端軸向定位結(jié)構(gòu)。其最小拉壓剛度發(fā)生在工作臺(tái)螺母離定位點(diǎn)最遠(yuǎn)的位置。 一直絲杠的行程則根據(jù)公式 可計(jì)算得 3 絲杠軸承的軸向剛度 7602030TVP型軸承的鋼球直徑，鋼球數(shù)Z=17，接觸角，預(yù)加載荷為，軸向外載荷為導(dǎo)軌摩擦力故軸向載荷為預(yù)加載荷 與軸向外載荷之和。絲杠軸承軸向載荷剛度 4 滾珠絲杠螺母副的接觸剛度 查樣本手冊(cè)得 5撓性聯(lián)軸節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度 查文獻(xiàn)得

45、 折合到工作臺(tái)部件的直線剛度為 6 綜合剛度K 計(jì)算出伺服剛度折算到工作臺(tái)部件的直線剛度、滾珠絲杠最小拉壓剛度、絲杠軸承軸向剛度、滾珠絲杠螺母接觸剛度、折算到工作臺(tái)部件直線剛度和聯(lián)軸節(jié)剛度后，按彈簧串聯(lián)原則合成求得綜合剛度K。 故 7 彈性變形 加工中心的定位精度是在不切削空載條件下檢驗(yàn)的，故軸向載荷僅為導(dǎo)軌的摩擦力。 則 8定位誤差驗(yàn)證 滾珠絲杠在任意300

46、mm內(nèi)的導(dǎo)程誤差為6，加彈性形變量，即為 9。再加上某些次要因素，將不會(huì)超過要求的定位誤差，能滿足定位精度 0.012/300mm的設(shè)計(jì)要求。 3．1．1.2 橫向滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及電機(jī)的選擇 橫向與垂直方向的滾珠絲杠的計(jì)算與電機(jī)的選擇的計(jì)算過程與縱向的設(shè)計(jì)與計(jì)算過程相似，所以就簡(jiǎn)單敘述下過程。 1 額定動(dòng)載荷和額定靜載荷 滾珠絲杠螺母副的承載能力是以額定動(dòng)載荷和靜載荷來(lái)表示的。是設(shè)計(jì)選用螺母絲杠的主要依據(jù)。 2 滾珠絲杠的計(jì)算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷選用。滾珠絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷

47、 式中軸向工作載荷，當(dāng)量載荷按單調(diào)式變化規(guī)律變化，各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)相同時(shí)， L為工作壽命，以轉(zhuǎn)為1單位， N為絲杠轉(zhuǎn)速 T為使用壽命，隊(duì)數(shù)控機(jī)床可取15000h 如果軸向工作載荷和絲杠轉(zhuǎn)速時(shí)變化的，應(yīng)按當(dāng)量軸向載荷和當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算，器計(jì)算公式為 如果考慮到實(shí)際運(yùn)動(dòng)中載荷的沖擊和絲杠精度隊(duì)壽命的影響，當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)為

48、 按上式求出當(dāng)量動(dòng)載荷后，查產(chǎn)品目錄與 相近的額定動(dòng)載荷 并使，然后由值確定滾珠絲杠副的型號(hào)和尺寸規(guī)格。 3 滾珠絲杠的靜載荷強(qiáng)度的計(jì)算 低速運(yùn)轉(zhuǎn)是的滾珠絲杠副，應(yīng)按最大軸向工作載荷，即按計(jì)算靜載荷為選擇依據(jù)。其計(jì)算公式為 按上式求出靜載荷后，查產(chǎn)品目錄中與其相近的額定動(dòng)載荷 并使 再由確定絲杠的型號(hào)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。 3電機(jī)的選用 一般考慮3個(gè)問題 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不得超過電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T。

49、 式中 絲杠上的最大軸向載荷，等于最大軸向進(jìn)給力加導(dǎo)軌摩擦力 絲杠導(dǎo)程 滾珠絲杠的機(jī)械效率 因絲杠螺母預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩 滾珠絲杠承受的摩擦力矩 伺服電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比。 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。匹配條件為 重型機(jī)床的負(fù)載慣量很大，如果電機(jī)與絲杠直聯(lián)很難滿足此條件。常用的辦法是電機(jī)通過一對(duì)齒輪降速后傳動(dòng)絲杠。 負(fù)載慣量可按以下公式

50、計(jì)算 式中 各旋動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 各旋動(dòng)件的角速度 各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量 各直線運(yùn)動(dòng)件的速度 伺服電機(jī)的角速度 實(shí)心圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 空心圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 式中

51、 m 質(zhì)量 D，d 外徑和孔徑 L 長(zhǎng)度 密度 快速移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。當(dāng)執(zhí)行部件從靜止?fàn)顟B(tài)的階躍指令加速到最大移動(dòng)速度時(shí)，所需要的轉(zhuǎn)矩最大。其轉(zhuǎn)矩為 式中 電機(jī)在執(zhí)行部件快移時(shí)的轉(zhuǎn)速 加速時(shí)間 加速時(shí)間通常為電動(dòng)機(jī)機(jī)械時(shí)間常數(shù)的3~4

52、倍。可見伺服電機(jī)主參數(shù)是輸出功率，這是區(qū)分其大小的公稱值。但選擇伺服電機(jī)時(shí)，卻是按照負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量的合理匹配、執(zhí)行部件的快移轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩3個(gè)要求來(lái)考慮的。 綜上所訴，橫向的滾珠絲杠選用FFZD2510-4型參數(shù)為 公稱直徑 25mm 公稱導(dǎo)程 10mm 絲杠外徑 29.5mm 螺紋底徑 24.5mm 額定動(dòng)載荷 18687N 額定靜載荷 41004N 接觸剛度R 913 電機(jī)選用FB-15型直流伺服電機(jī)主要參數(shù)為

53、: 最高轉(zhuǎn)速 1500r/min 額定轉(zhuǎn)矩 17.6 最大轉(zhuǎn)矩 154 轉(zhuǎn)子慣量 0.019 垂直方向的絲杠和電機(jī)的型號(hào)為: 絲杠選用CBM2204-3主要參數(shù)為 公稱直徑 22mm 公稱導(dǎo)程 4mm 絲杠外徑 28.7mm 螺紋底徑 23.7mm 額定動(dòng)載荷 4628N 額定靜載荷 14175N 接觸剛度R 552 電機(jī)選用110SZ56直流伺服電機(jī)參數(shù)為: 最高轉(zhuǎn)速 1000r/

54、min 額定轉(zhuǎn)矩 6.5 最大轉(zhuǎn)矩 85.6 轉(zhuǎn)子慣量 0.012 支承選用: 固定端選用7602030TVP型角接觸球軸承面對(duì)面組配，簡(jiǎn)支端支承采用6206/P5型深溝球軸承，只承受徑向力。計(jì)算和驗(yàn)算步驟均與縱向相仿。經(jīng)檢驗(yàn)均能合理使用。 聯(lián)軸器的選用: 得出電機(jī)的傳動(dòng)力矩后，結(jié)合下圖的工作系數(shù)表，確定矯正系數(shù)K 所選聯(lián)軸器的型號(hào)為:ZQ4384-86型滑塊聯(lián)軸器。 第四章 導(dǎo)軌 機(jī)床上兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合面組成一對(duì)導(dǎo)軌副，不動(dòng)的配合面為支撐導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)的配合面為動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的

55、主要功能是導(dǎo)和承載，為此，導(dǎo)軌副只允許具有一個(gè)自由度。 1 導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求 當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)導(dǎo)軌的要求如下： 1.一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準(zhǔn)確性。 2.運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)。工作時(shí)，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時(shí)應(yīng)無(wú)爬行現(xiàn)象。 3.良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。

56、 4.足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓；設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。 5.溫度變化影響小。應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。 6.結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、測(cè)量、裝配和調(diào)整，降低成本。 不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須作具體分析，對(duì)其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是相互影響的。 2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容： 1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。 2.選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。

57、 3.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運(yùn)動(dòng)輕便和平穩(wěn)。 4.選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長(zhǎng)期使用后，通過調(diào)整能保持需要的導(dǎo)向精度。 5.選擇合理的潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測(cè)量方法等。 3 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 滑動(dòng)導(dǎo)軌 (1) 基本形式（見圖） 三角形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90°。為增加承載面積，

58、減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110°～120°）；為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角（60°）。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對(duì)稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。 矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高；導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。 燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡(jiǎn)便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動(dòng)速度不高，受力不大，高度

59、尺寸受限制的場(chǎng)合。 圓形導(dǎo)軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場(chǎng)合。 (2)常用導(dǎo)軌組合形式 三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)用最廣。 這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導(dǎo)軌易儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導(dǎo)軌不能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，只用于低速移動(dòng)。見圖。 雙三角形導(dǎo)軌：由于采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，磨損后對(duì)稱位置位置不變，故加工精度影響小。接觸剛

60、度好，導(dǎo)向精度高，但工藝性差，四個(gè)表面刮削或磨削也難以完全接觸，如果運(yùn)動(dòng)部件熱變形不同，也不能保證四個(gè)面同時(shí)接觸，故不宜用在溫度變化大的場(chǎng)合。 (3）間隙調(diào)整 為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來(lái)保證，要廢很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。 矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個(gè)方向上調(diào)整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調(diào)整它的低面間隙，其方法有：a）刮研或配磨下壓板的結(jié)合面；b）用螺釘調(diào)整鑲條位置；c）改變墊片的片數(shù)或厚度；

61、見下圖。 在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調(diào)整它的側(cè)面間隙。見下圖。 夾緊裝置 有些導(dǎo)軌（如非水平放置的導(dǎo)軌）在移動(dòng)之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。見下圖 (4） 提高耐磨性措施 導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。提高導(dǎo)軌耐磨性的措施有： 1)選擇合理的比壓 單位面積上的壓力成為比壓，即 p=P/S（公斤/厘米2） 式中 P-作用在導(dǎo)軌上的力（

62、公斤） S-導(dǎo)軌的支承面積（厘米2） 由上式可知，要減小導(dǎo)軌的比壓，應(yīng)減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量和增大導(dǎo)軌支承面的面積。減小兩導(dǎo)軌面之間的中心距，可以減小外形尺寸和減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量。但減小中心距受到結(jié)構(gòu)尺寸的限制，同時(shí)中心距太小，將導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。 降低導(dǎo)軌比壓的另一辦法，是采用卸荷裝置，即在導(dǎo)軌載荷的相反方向，增加彈簧或液壓作用力，以抵消導(dǎo)軌所承受的部分載荷。 2)選擇合適材料 目前常采用的導(dǎo)軌材料有以下幾種： 鑄鐵- 導(dǎo)軌與承導(dǎo)件或運(yùn)動(dòng)件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。在潤(rùn)滑和防護(hù)良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是

63、HT200～HT400，硬度以HB=180～200較為合適。適當(dāng)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導(dǎo)軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180～220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應(yīng)力較大，易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)蔫T造工藝。 此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。 鋼-要求較高的或焊接機(jī)架上的導(dǎo)軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導(dǎo)軌的耐磨性比普通灰鑄鐵高5～10倍。常用的有20Cr鋼滲碳淬火和40Cr高頻淬火。 鋼導(dǎo)軌鑲接的

64、方法有： 螺釘連接，應(yīng)使螺釘不受剪切；為避免導(dǎo)軌上有孔（孔內(nèi)積存贓物而加速磨損），一般采用倒裝螺釘。結(jié)構(gòu)上不便于從下面伸入螺釘固定時(shí)，可采用下圖所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平，使導(dǎo)軌上的螺釘孔和螺釘頭之間沒有間隙。 用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過0.25毫米。膠粘導(dǎo)軌具有一定的膠接剛度和強(qiáng)度，尚有一定的抗沖擊性能，工藝簡(jiǎn)單，成本較低。 塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導(dǎo)軌材料。它具有耐磨、抗振以及動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低（0.04），可消除低速爬行現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。 3)熱處理 為提高鑄鐵導(dǎo)軌的耐磨性，常對(duì)導(dǎo)軌表面進(jìn)行淬火處理

65、。表面淬火方法有：火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。 4)潤(rùn)滑和防護(hù) 潤(rùn)滑油能使導(dǎo)軌間形成一層極薄的油膜，阻止或減少導(dǎo)軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命。同時(shí)，對(duì)低速運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑可以防止"爬行"；對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，可減少摩擦熱，減少熱變形。 導(dǎo)軌潤(rùn)滑的方式有澆杯、油杯、手動(dòng)油泵和自動(dòng)潤(rùn)滑等。 導(dǎo)軌的防護(hù)裝置用來(lái)防止切削、灰塵等贓物落到導(dǎo)軌表面，以免使導(dǎo)軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此，在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護(hù)罩，使導(dǎo)軌不外露等辦法。 (6) 結(jié)構(gòu)尺寸的驗(yàn)算 1)校核溫度變化對(duì)導(dǎo)軌間隙的影響 導(dǎo)軌在溫度變化較大的環(huán)

66、境中工作，應(yīng)在選定精度和配合后，作導(dǎo)軌間隙驗(yàn)算。為了保證工作時(shí)不致卡住，導(dǎo)軌的最小間隙應(yīng)大于或等于零，即 Δmin≥0 導(dǎo)軌的最小間隙用下式計(jì)算： Δmin=Dmin[1+αk(t-t0)]-dmax[1+αz(t-t0)] (mm) 式中t-工作溫度（°C） t0-制造時(shí)溫度（°C） Dmin-包容件在t0時(shí)的最小尺寸（mm） dmax-被包容件在t0時(shí)的最大尺寸（mm） αk-包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/°C） αz-被包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/°C） 為保證導(dǎo)向精度，導(dǎo)軌的最大間隙Δmax應(yīng)小于

67、或等于允許值，即Δmax≤[Δmax] 導(dǎo)軌的最大間隙用下式計(jì)算： Δmax=Dmax[1+αk(t-t0)]-dmin[1+αz(t-t0)] (mm) 式中 Dmax-包容件在t0時(shí)的最大尺寸（mm） dmin-被包容件在t0時(shí)的最小尺寸（mm） 2)不自鎖條件和導(dǎo)軌間隙計(jì)算 當(dāng)初定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和尺寸后，應(yīng)注意作用力的方向和作用點(diǎn)的位置，力求使導(dǎo)軌的傾斜力矩小，否則使導(dǎo)軌的摩擦力增大，磨損加快，從而降低導(dǎo)軌的靈活性和導(dǎo)向精度，甚至回使導(dǎo)軌卡住。其驗(yàn)算公式見下表 。 綜上所述，縱向?qū)к壊捎镁匦螌?dǎo)軌。材料選用塑料-鑄鐵，采用壓板調(diào)整的方式進(jìn)行調(diào)整。 2.滾動(dòng)導(dǎo)軌 在承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件之間放入一些滾動(dòng)體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個(gè)導(dǎo)軌面不直接接觸的導(dǎo)軌，稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌