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南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）
題 目： 車銑復(fù)合加工機床W軸進給機構(gòu)
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： D機加工122 學(xué) 號： 231120412
學(xué)生姓名： 耿成超
指導(dǎo)教師：卞榮/劉桂芝（講師/教授級高工）
起迄日期： 2016.02.22--2016.06.03
設(shè)計地點： 工程實踐中心5號樓
畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要
摘要：
本課題是對車銑復(fù)合加工機床W軸進給機構(gòu)設(shè)計，分析剛度、慣量、間隙、摩擦對進給系統(tǒng)的影響。通過采用比較法、文獻(xiàn)分析法對車銑復(fù)合加工機床W軸進給機構(gòu)進行研究設(shè)計，以交流伺服電動機為動力源，通過直接剛性聯(lián)軸器使?jié)L珠絲杠和電機連接在一起，使用漲套消除間隙，通過漲套的軸向移動和徑向膨脹來傳遞運動和動力。采用背對背和串聯(lián)的角接觸球軸承來固定滾珠絲杠，滾珠絲杠的支撐方式兩端采用雙推的方式，并且使用墊板防止兩端軸承的中心高不一致，采用直線滾動導(dǎo)軌，使機構(gòu)具有更高定位精度和高靈敏度，并對此次W軸進給機構(gòu)零部件進行了經(jīng)濟成本分析。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床 車銑 進給系統(tǒng) W軸 結(jié)構(gòu)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要
Title Lathe-milling machine tool X-axis feed mechanism
Abstract
This topic is of milling machine tool W-axis feed mechanism design, analysis, rigidity, inertia, backlash, friction influence on the feed system. By using the comparative method, document analysis of the milling machine tool W-axis feed mechanism study designed to AC servo motor as the power source, through direct rigid coupling ball screw and motor are connected together, use up the sleeve eliminate the gap, to transmit motion and power rose by axial movement and radial expansion of the sleeve. Back to back and adopt a series of angular contact ball bearings to fix the ball screw, ball screw support both ends of the double way push mode, and use the pad to prevent the bearings at both ends of the center high-inconsistent, using linear rolling guide, making mechanism has higher positioning accuracy and high sensitivity, and the W-axis feed mechanism components were economic cost analysis.
Keywords CNC machine tools; Milling;Feeding System;W axis;Structural Design
II
南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）
目錄
前 言 1
第一章 緒 論 2
1.1 車銑復(fù)合加工機床的發(fā)展 2
1.1.1車銑復(fù)合加工技術(shù)概述 3
1.1.2車銑復(fù)合加工的發(fā)展趨勢 4
1.1.3車銑復(fù)合加工機床的優(yōu)勢 4
1.2 本次課題設(shè)計的內(nèi)容 5
1.3 本次設(shè)計內(nèi)容的分析方法 5
第二章 進給系統(tǒng)的總體設(shè)計 6
2.1 W軸進給系統(tǒng)的設(shè)計要求 6
2.2 W軸進給系統(tǒng)傳動方案的選擇與設(shè)計 6
2.2.1 W軸進給傳動方案的設(shè)計與布局 6
2.2.2 傳動類型的選擇 7
2.2.3 軸承的選擇 8
2.2.4 軸承的配置方式 9
2.2.5 軸承的潤滑與密封 12
2.2.6 軸承端蓋的設(shè)計 15
2.2.7 電機與滾珠絲杠副聯(lián)接方式的選擇 17
2.2.8 W軸進給傳動導(dǎo)軌類型的選擇 20
第三章 車銑復(fù)合機床W軸進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 22
3.1 伺服電動機型號的確定 22
3.2 W軸進給力的計算 23
3.3 W軸慣量匹配的計算 23
第四章 車銑復(fù)合機床W軸滾珠絲杠副的選型及校核 25
4.1 滾珠絲杠副工作原理 25
4.1.1 滾珠絲杠副的選型 25
4.1.2 滾珠絲杠副的間隙消除與預(yù)緊 26
4.2 W軸滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算 28
4.3 滾珠絲杠副的潤滑與密封 28
第5章 技術(shù)經(jīng)濟分析 31
5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析的目的與意義 31
5.2 成本計算依據(jù) 31
5.3 成本材料構(gòu)成 32
5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)件外購費用 32
5.3.2 非標(biāo)準(zhǔn)件 33
總 結(jié) 34
致 謝 35
- IV -
前 言
車銑復(fù)合技術(shù)是在傳統(tǒng)機械與精密制造兩者的基礎(chǔ)上，融入了先進控制技術(shù)、精密測量技術(shù)與CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)，是在九十年代之后逐步發(fā)展起來的先進機械加工技術(shù)。車銑復(fù)合機床作為世界范圍內(nèi)最先進的機械加工設(shè)備之一，現(xiàn)已成為各類加工機床之中的佼佼者，集銑削與車削于一身，可在一臺車銑復(fù)合加工機床上，只通過一次裝夾，便可完成全部車、銑、鉆、鏜、攻絲等多種加工，大大節(jié)省了非加工時間，提高加工效率。
本課題主要研究設(shè)計車銑復(fù)合機床W軸進給機構(gòu)，W軸進給機構(gòu)作為第二主軸軸向的運動執(zhí)行機構(gòu)，該機構(gòu)不僅要實現(xiàn)機床第二主軸的軸向進給，還要實現(xiàn)進給運動的速度自動控制，保證機床第二主軸的準(zhǔn)確定位。通過分析與研究使自己了解到W軸進給機構(gòu)的重要性，W軸進給軸作為第二主軸的進給機構(gòu)對于整個進給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個組成部分。
設(shè)計W軸進給機構(gòu)的傳動方案，綜合各方面因素，考慮采用滾珠絲杠進行傳動，分析軸承潤滑與密封對絲杠的影響，減小由摩擦引起的溫升對工作造成的故障。分析研究得出兩端固定軸承支承方式和直聯(lián)剛性伺服電動機與滾珠絲杠的連接方式對W軸的定位精度和加工精度影響較小，計算進給力和慣量匹配避免過大的負(fù)載對W軸進給機構(gòu)造成故障。
由于時間和經(jīng)驗等方面的因素，在本次設(shè)計中難有不當(dāng)之處，敬請糾正。
第一章 緒 論
1.1 車銑復(fù)合加工機床的發(fā)展
我國數(shù)控機床的研制工作起步相對較晚，目前來說，數(shù)控機床發(fā)展歷程大致可以分為以下三個階段：
1958至1979年為第一階段，我國于1958年在清華大學(xué)和北京第一機床廠共同努力下，聯(lián)合研制成功了中國第一臺數(shù)控銑床，并于同年試制成功第一臺電子管數(shù)控機床[1]。從1965年開始，我國集合各方面的科技人才開始大力研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，終于在1960末期至19070初成功研制出第一臺晶體管數(shù)控系統(tǒng)。由于當(dāng)時國內(nèi)環(huán)境相對落后，西方國家對我國數(shù)控技術(shù)的封鎖，我國數(shù)控的研究工作迎來了巨大的挑戰(zhàn)，由于尚未掌握技術(shù)與參數(shù)，只能采取著封閉式摸索著前進。在數(shù)控機床的一些關(guān)鍵技術(shù)上仍然依靠著發(fā)達(dá)國家的支持，列如電、氣、液等核心技術(shù)，由于早期發(fā)展技術(shù)相對不太成熟，整個發(fā)展過程都處于初級階段，很大程度上要西方發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)借鑒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到可靠性要求，因此故障頻出，大大影響了加工制造水平。
1980年至1995年為第二階段，鄧小平同志提出了改革開放的政策，國內(nèi)響應(yīng)號召，大力發(fā)展重工業(yè)，西方發(fā)達(dá)國家的先進數(shù)控技術(shù)迅速被我國引進，或通過購買實驗樣機，進行拆卸之后分析內(nèi)部構(gòu)造，大量科研前輩學(xué)習(xí)了國外的先進產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)、操作技術(shù)與維修技術(shù)等，以提高我國本土的數(shù)控技術(shù)水平。從八十年代后，我國先后從日本、德國、美國、西班牙等西方發(fā)達(dá)國家引進先進的數(shù)控系統(tǒng)，合作開放研制生產(chǎn)各種機、電、液、氣等基本零部件，很大程度上提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量，與之前的相比有了一個質(zhì)的變化[2]。我國的數(shù)控機床在這一段時間內(nèi)取得了長足的進步，國內(nèi)一批機床生產(chǎn)廠家看到機床廣闊的發(fā)展前景，加強了與西方國家廠家的技術(shù)合作，數(shù)控機床的勢頭發(fā)展迅猛，努力縮短與國外先進國家的差距。但令人遺憾的是，我國數(shù)控機床技術(shù)在這一階段，借鑒與仿制仍占很大比重，依靠自主研發(fā)與自主生產(chǎn)的數(shù)控機床占相對少數(shù)一部分。
1996年至今為第三階段，我國工業(yè)化戰(zhàn)略全面打響，只有大力發(fā)展科技方可興國，數(shù)控機床技術(shù)進入自主研發(fā)的時期，國家的科學(xué)和技術(shù)正全面加速發(fā)展，科研技術(shù)人員的增加和科研資金的大量投入是我國數(shù)控機床水平得到了顯著的提高，數(shù)控機床的產(chǎn)值比重也逐漸增大，我國數(shù)控機床在數(shù)量上得到很大的增大，在質(zhì)量方面更是取得了較大的進步，相對于發(fā)展早期，現(xiàn)在整個行業(yè)的良性競爭非常激烈，進步的腳步也正在加快，特別是在某些核心的關(guān)鍵技術(shù)上，我國的數(shù)控機床水平已經(jīng)接近或者領(lǐng)先于世界水平，成為行業(yè)旗幟，離不開我國一代數(shù)控人的努力。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開我們當(dāng)代每一位科研人員的努力，正因為有你們不畏艱險的付出，我國的數(shù)控機床技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家的距離越來越短。
1.1.1車銑復(fù)合加工技術(shù)概述
車銑復(fù)合加工技術(shù)：是一種將現(xiàn)代先進控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)于三者集一體的先進機械加工技術(shù)，經(jīng)過一次裝夾之后，可對零件多個表面或復(fù)雜形面加工,便可減少裝夾次數(shù)，很大程度上簡化刀具系統(tǒng)的復(fù)雜性，縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。車銑復(fù)合加工技術(shù)不僅能夠在綠色節(jié)能減排的前提下，減少零件傳送和庫存與占地面積等方面的需求，同時也可保證較高的加工生產(chǎn)效率，以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的，并且具有較強的加工能力和較廣的工藝范圍，已然成為目前全球范圍內(nèi)最為先進的機械加工設(shè)備之一。列如：在航空航天、軍工產(chǎn)業(yè)、遠(yuǎn)洋船舶和醫(yī)療設(shè)備等制造領(lǐng)域的發(fā)展，車銑復(fù)合加工技術(shù)都在先進制造技術(shù)的舞臺上扮演著十分重要角色之一，特別對一些形狀復(fù)雜的異形零件更具有得天獨厚的優(yōu)勢。目前隨著航空航天、軍工、船舶等領(lǐng)域的產(chǎn)品更新?lián)Q代速度愈加迅猛，工序分散的加工設(shè)備勢必將會被淘汰，工序集中優(yōu)勢由此更加凸顯，車銑復(fù)合加工機床將會迎來更為廣闊的發(fā)展的發(fā)展前景，應(yīng)用方向也更為寬泛。舉例，車銑復(fù)合加工機床如圖1-1所示：
圖1-1車銑復(fù)合加工機床
1.1.2車銑復(fù)合加工的發(fā)展趨勢
隨我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，國防建設(shè)對數(shù)控機床技術(shù)也提出了較高的要求，因此我國的高端數(shù)控機床產(chǎn)生了較大的剛性需求，發(fā)展數(shù)控機床刻不容緩。經(jīng)過科研前輩的艱難探索實踐，研究國外的先進技術(shù)并加以大力創(chuàng)新，我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)終于在科研工作者的努力下取得了較大的成就。一些機床生產(chǎn)廠家在研究車銑復(fù)合加工機床方面取得了很大的突破，尤其是沈陽機床廠更是打破了外國對我國的核心技術(shù)的封鎖，取得了質(zhì)的突破。但是，國內(nèi)與國外相比，在數(shù)控機床總體制造技術(shù)差距仍然較為明顯，核心競爭力較弱，尤其是在進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、加工精度等方面有著大約15年的差距?？偟膩碚f，數(shù)控機床會朝著高速化、精密與超精密化、開放化、技術(shù)集成化與技術(shù)復(fù)合化、智能化等方向，大型化和微小化兩個極端發(fā)展，機床配套裝置和功能也日益完善。
1.1.3車銑復(fù)合加工機床的優(yōu)勢
1、合理選擇產(chǎn)品制造工藝，縮短工藝鏈，提高生產(chǎn)效率。車銑復(fù)合加工可在刀庫中安裝各種專用工具和合理的刀具安排,大大縮短刀具更換時間,實現(xiàn)一次裝夾完成全部或者大部分加工工序，已提高加工效率，最大程度上增加客戶效益。
2、減少裝夾次數(shù)，從而提高機床的加工精度。過多的裝夾次數(shù)會產(chǎn)生定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的誤差積累，易生產(chǎn)出不合格的零部件，增加了非加工時間。
3、減少占用空間，大大地降低了生產(chǎn)成本。車銑復(fù)合加工機床具有緊湊的外觀設(shè)計,能夠充分合理利用空間,機床在發(fā)生故障之后，保養(yǎng)維護修理較為方便。
1.2 本次課題設(shè)計的內(nèi)容
1、W軸進給機構(gòu)在車銑復(fù)合加工機床中，是第二主軸軸向的運動執(zhí)行機構(gòu)。該驅(qū)動伺服進給系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)機床第二主軸的軸向進給，還要實現(xiàn)進給運動的速度自動控制，保證機床第二主軸的準(zhǔn)確定位。
2、通過分析與研究使自己了解到W軸進給機構(gòu)的重要性，W軸進給軸作為第二主軸的進給機構(gòu)對于整個進給系統(tǒng)來講，是不可缺少的一個組成部分。
3、了解滾珠絲杠副傳動的工作原理，減小慣量，提高進給機構(gòu)的定位精度，研究軸承和滾珠絲杠摩擦發(fā)熱對機構(gòu)的影響，考慮伺服電動機與滾珠絲杠的連接方式，計算進給力和滾珠絲杠的慣量匹配。
1.3 本次設(shè)計內(nèi)容的分析方法
采用比較法，文獻(xiàn)分析法對車銑復(fù)合加工機床W軸進給機構(gòu)課題進行分析與研究。在設(shè)計過程中，我一直與設(shè)計小組成員積極探討機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成，相互學(xué)習(xí)，分析工作原理，選擇更為合理的傳動方式，上網(wǎng)查閱專業(yè)期刊、文獻(xiàn)保證以本次設(shè)計的內(nèi)容的準(zhǔn)確性。
第二章 進給系統(tǒng)的總體設(shè)計
2.1 W軸進給系統(tǒng)的設(shè)計要求
車銑復(fù)合機床在進給系統(tǒng)中位置調(diào)節(jié)提出了較高的要求，其中：
1、在靜態(tài)設(shè)計方面：
1）能夠克服摩擦力和負(fù)載，能夠在負(fù)載較大的工作場合中正常運轉(zhuǎn)；
2）較小的進給位移量，保證加工精度；
3）較高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；
4）足夠的調(diào)速范圍，滿足快進、工進和快退時的速度需要；?
5）進給速度均勻，工作平穩(wěn)，無低速爬行現(xiàn)象。?
2、在動態(tài)設(shè)計方面：
1）足夠的加速度和制動力矩，保證快速啟動與制動；
2）良好的動態(tài)傳遞性能，保證軌跡精度和較高的表面質(zhì)量；
3）盡可能小的軌跡誤差，保證較高的加工精度；
3、對于數(shù)控機床機械中的傳動部件，則有如下要求：
1）加速過程中，運動部件產(chǎn)生較小的慣量；
2）高的剛度；
3）良好的阻尼；
4）在拉伸和壓縮剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼和部件間隙等方面，傳動件應(yīng)有較小的非線性要求[4]。
2.2 W軸進給系統(tǒng)傳動方案的選擇與設(shè)計
2.2.1 W軸進給傳動方案的設(shè)計與布局
W軸進給傳動如圖2-1所示：
圖 2-1 進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
2.2.2 傳動類型的選擇
在眾多數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)中，使用頻率較高的機械傳動裝置如下：
1、 滾珠絲杠螺母副
滾珠絲杠螺母副傳動：減小運動件之間的摩擦以提高進給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性和運動精度。滾珠絲杠副具有較高的傳動效率，由于滾動摩擦的動靜摩擦系數(shù)相差較小，因此低速不易爬行，可以保證平穩(wěn)的高速運轉(zhuǎn)。為了提高滾珠絲杠的軸向剛度，并且機床具有較高的定位精度和加工精度，在機床加工零件之前，必須消除絲杠螺母的軸向間隙，使之無反向空行程，因此采用適當(dāng)預(yù)緊方式來消除軸向間隙。
2、 靜壓蝸桿-蝸母條
靜壓蝸桿-蝸母條傳動：在蝸桿與蝸母條的嚙合齒面之間注入適量的壓力油，形成一層油膜之后，兩嚙合面產(chǎn)生了足夠的液體摩擦，由此達(dá)到減小摩擦阻力的目的。主要適用于重型數(shù)控機床。列如：龍門式銑床的工作臺進給驅(qū)動。
3、 預(yù)加載荷雙齒輪-齒條
雙齒輪-齒條傳動：大型數(shù)控機床因行程尺寸較大，為保證傳動精度，可考慮采用齒輪-齒條傳動，并且在使用過程中必須消除齒側(cè)間隙。消除間隙方式：采取兩個齒輪與齒條嚙合，使用特定預(yù)加載機構(gòu)使兩齒輪以相反方向預(yù)轉(zhuǎn)過微小的角度，使每個齒輪與齒條的兩側(cè)齒面貼緊，以達(dá)到消除間隙的目的。
4、 雙導(dǎo)程蝸桿
雙導(dǎo)程蝸桿傳動：這種傳動方式應(yīng)有較高的制造精度和裝配精度，由于渦輪與蝸桿之間存在間隙，還必須采取一定的措施，以消除蝸輪與蝸桿副之間的傳動間隙，通常的方法是雙導(dǎo)程蝸桿傳動。適用于追求較高生產(chǎn)率的場合。
將以上各種進給傳動方式的優(yōu)缺點進行對比，綜合各類因素考慮，在進給傳動中，滾珠絲杠傳動具有傳動精度高，具備快速響應(yīng)能力和較高的傳動效率。因此我在W軸的進給傳動系統(tǒng)中，選擇滾珠絲杠螺母副傳動作為本機床進給系統(tǒng)的傳動方式。
2.2.3 軸承的選擇
各種不同類型的工作場合應(yīng)選用不同的軸承，在選擇軸承類型時，就需充分考慮各類軸承的結(jié)構(gòu)特性，且綜合考慮以下各主要因素：
1、載荷情況
在選用軸承時，第一應(yīng)考慮載荷情況，載荷直接影響著軸承的使用壽命，應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)幾個方面進行初步選擇。
1） 載荷大小 在一般情況下，由于滾子軸承是線接觸，與球軸承相比，整個與軸承的內(nèi)外圈接觸面積較大，因此承載能力也相對較大，適用于重載的工作場合；而球軸承是點接觸，接觸面積相對較小，所以承載能力也較小，只適用于輕、中載的工作場合。
2）載荷方向 在純徑向力單獨作用時，應(yīng)考慮選用圓柱滾子軸承、深溝球軸承和滾針軸承等；在純軸向載荷單獨作用時，可考慮選用推力球軸承、推力滾子軸承；在徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用時，通?？紤]選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承[5]。在徑向載荷較大而軸向載荷較小的場合中，可選用深溝球軸承。則在軸向載荷較大，并且徑向載荷較小的工作場合中，可考慮選用推力角接觸球軸承或是推力圓錐滾子軸承。
3）載荷性質(zhì) 當(dāng)工作場合中產(chǎn)生沖擊載荷時，應(yīng)考慮選用滾子軸承。
2、高速性能 一般來講，摩擦力矩和發(fā)熱量兩個因素直接影響著軸承高速性能，保證小的摩擦力矩和發(fā)熱量可提高軸承的高速性能。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，所以在高速運轉(zhuǎn)下應(yīng)優(yōu)先考慮選用球軸承。在相同內(nèi)徑時，運轉(zhuǎn)時滾動體作用在外圈上的離心力與外徑、滾動體成正比，在高速重載場合中，必須驗算軸承的極限轉(zhuǎn)速。
3、軸向游動性能 通常機械工作運轉(zhuǎn)時，軸會由于摩擦和工作介質(zhì)而引起發(fā)熱，從而會發(fā)生熱脹冷縮的情況。軸有軸向游動可避免產(chǎn)生熱脹冷縮影響機械的正常運轉(zhuǎn)。方法：選用內(nèi)圈或是外圈無擋邊的圓柱滾子軸承配置在軸的兩端，可產(chǎn)生微量軸向位移并留有熱脹冷縮的空間。
4、調(diào)心性能 良好的軸承調(diào)心性可避免由制造誤差或安裝誤差所致的同軸性，應(yīng)考慮選用調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承。
5、允許的空間 設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計之初，一般先根據(jù)負(fù)載的大小來確定軸的大小，然后根據(jù)軸的尺寸來確定軸承的尺寸。小軸采用球軸承，大軸則采用滾子軸承。
6、安裝與拆卸方便 由于軸承使用壽命較短，在工作場合中軸承作為易損件，需要經(jīng)常進行裝拆更換。具有良好的裝拆方便性能軸承有：可分離型的角接觸球軸承、推力軸承和調(diào)心球軸承等。
根據(jù)機床實際情況，由于在工作運轉(zhuǎn)中，滾珠絲杠同時承受軸向和徑向兩個方向的載荷，應(yīng)采用角接觸球軸承。背靠背組配的角接觸球軸承可以產(chǎn)生一個較大的抗彎強度，具有較大的支承剛度，且可補償徑向膨脹。因此在進給系統(tǒng)中分別在滾珠絲杠的左右兩端采用一組串聯(lián)和背對背的角接觸球軸承進行支撐。
2.2.4 軸承的配置方式
一般來講，對軸進行支撐主要是在徑向和軸向的兩個方向。為提高傳動剛度，一個很重要的步驟就是如何選擇支承結(jié)構(gòu)以及正確安裝滾珠絲杠，下面介紹幾種軸承的配置方式。
1、固定—自由式
當(dāng)一端裝止推軸承時，軸承承載能力較小，軸向剛度較低，僅適用于短絲杠、精度較低，輕載的場合。配置方式如圖2-2所示：
圖 2-2 “固定—自由”型的軸承配置方式
2、固定-游動式??
在軸一端裝止推軸承，則軸另一端同時裝深溝球軸承。止推軸承與深溝球軸承配合使用，軸承的安裝位置必須遠(yuǎn)離熱源，以避免絲杠受溫度過高熱變形的影響，主要適用于中轉(zhuǎn)速、精度較高的場合。配置方式如圖2-3所示：
圖 2-3 “固定—游動”型的軸承配置方式
3、支承-支承式????
兩端裝止推軸承，并對滾珠絲杠施加預(yù)緊拉力以提高傳動剛度。但此安裝方式對溫升較為敏感，適用于中速中精度的場合。配置方式如圖2-4所示：
圖 2-4 “支承—支承”型的軸承配置方式
4、固定-固定式??
這種結(jié)構(gòu)形式可以很大程度上提高傳動剛度，使?jié)L珠絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，普遍適用于高速、高精度的場合。配置方式如圖2-5所示：
圖 2-5 “固定—固定”型的軸承配置方式
綜合車銑復(fù)合加工機床實際情況，兩端固定的支承方式可以提高機構(gòu)中的傳動剛度，通過絲杠的熱變形轉(zhuǎn)為成軸承的預(yù)緊力。我在設(shè)計過程中采取的軸承配置方式如圖2-6所示。
圖2-6 本次課題軸承所采用配置方式
2.2.5 軸承的潤滑與密封
2.2.5.1 軸承的潤滑
對軸承來而言，采取合理的潤滑是提高其綜合性能的重要方式之一。合適的潤滑劑和良好的潤滑方式直接影響軸承的使用壽命和機床的工作穩(wěn)定性，采用合理的潤滑可更利于運動部件工作運轉(zhuǎn)。
潤滑的作用：在兩者摩擦面之間，加入適量潤滑劑，使兩者相對運動體形成液體或半液體摩擦，降低摩擦系數(shù)，以降低對運動部件的磨損。由于在相對運動體的油膜形成，避免了兩摩擦表面的長時間接觸，減少了兩摩擦表面的摩擦和軸承的過量發(fā)熱；同時，當(dāng)潤滑油流經(jīng)潤滑表面時，一部分熱量被帶走，減小因摩擦發(fā)熱對運動件的影響，有利于運動部件的正常運行。
滾動軸承潤滑的潤滑劑種類一般可分為油潤滑、脂潤滑和和固體潤滑三大類[6]。其中油潤滑相對于其他潤滑方式而言，油潤滑可以在更大的溫度范圍內(nèi)使用，主要適用于高速和高負(fù)荷條件下工作的軸承，并且能在設(shè)備保養(yǎng)和更換潤滑劑的過程中同時潤滑的優(yōu)點，就目前而言，滾動軸承使用油潤滑最為普遍。油潤滑與脂潤滑性能對比如表2-1所示，脂潤滑具有密封裝置簡單、維修費用低、低成本等優(yōu)點，通常應(yīng)用低速、中溫操作的工作場合中。當(dāng)使用油潤滑和脂潤滑達(dá)不到工作條件的時，例如不允許污染的食品、紡織、醫(yī)療等機械，可以考慮采用固體潤滑劑。
表 2-1 油潤滑與脂潤滑性能對比表
（續(xù)表2-1 油潤滑與脂潤滑對比表）
循環(huán)工作原理：潤滑油通過油泵從油箱吸出后，經(jīng)過油路輸送到需要潤滑的工作部位，再由回油口返回油箱經(jīng)濾網(wǎng)過濾后，達(dá)到重復(fù)使用和經(jīng)濟環(huán)保的目的。循環(huán)潤滑具有充分潤滑、油量易控、散熱和去除雜質(zhì)能力強等特點，使用可靠性較高。但必須具有一套獨立的供油系統(tǒng)，整體制造成本較高。循環(huán)油潤滑廣泛適用于高速高溫、重載的場合。
綜合分析：在高速、高精度、高負(fù)荷的車銑復(fù)合加工機床的工作場合中，應(yīng)對滾珠絲杠的運動部件采用循環(huán)油潤滑，車銑復(fù)合加工機床作為一臺高端高精度設(shè)備，具有獨立的供油系統(tǒng)，可以滿足潤滑條件。
2.2.5.2 軸承的密封
軸承的密封形式可分為三種類型：接觸式密封、非接觸式密封和組合式密封。
1、 接觸式密封
接觸式密封可分為：氈圈密封和橡膠油封。
1） 氈圈密封：在軸承蓋上梯形槽內(nèi)，放置矩形剖面細(xì)毛氈，適用于V<4～5m/s的工作場合。密封方式如圖2-7所示：
圖 2-7 氈圈密封
2）橡膠油封（較為常用)：將油橡膠制唇形密封圈緊緊貼合彈簧壓緊在軸上，唇口向里以防止油流失，唇口向外防灰塵、雜質(zhì)，組合放置時具有綜合作用，起到良好的密封效果。密封方式如圖2-8所示：
圖2-8 圖（a)開口向內(nèi)和圖（b）開口向外橡膠油封圖
2、 非接觸式密封可分為油溝密封、甩油密封和曲路密封。
1） 油溝密封（間隙密封）：在軸與蓋之間留有大約0.1～0.3mm間隙，軸承蓋上車出溝槽，并在槽內(nèi)填滿潤滑脂，油溝密封的整體結(jié)構(gòu)相對簡單，適用于v<5～6m/s的工作場合，密封方式如圖2-9所示。
圖2-9 非接觸式密封圖
2）甩油密封：在軸上開出一個溝槽，沿徑向油液通過慣性甩開，最終再經(jīng)軸承蓋上集油腔及油孔流回軸承，以達(dá)到潤滑工作部件的效果。
3）曲路密封：曲路將旋轉(zhuǎn)與固定密封零件之間間隙做成密封結(jié)構(gòu)，在縫隙中間填入適量潤滑脂，整體密封效果相對較好，適用于v<30m/s的工作場合。
3、 組合式密封
采用兩種以上的密封形式組合在一起，具有更好的密封效果。密封方式如圖2-10所示：
圖 2-10 組合式密封圖
綜合分析：在進給系統(tǒng)工作運轉(zhuǎn)時，如果密封件直接接觸配合件，產(chǎn)生的摩擦將會引起發(fā)熱量增大，容易造成潤滑不良，加快磨損，縮短運動部件的使用壽命。因此，在密封件與配合件應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙，選用非接觸式的橡膠油封。因為絲杠在運轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生壓力，應(yīng)采取圖（a）的碗式開口向內(nèi)的橡膠密封，內(nèi)部壓力越大，密封效果越好。
2.2.6 軸承端蓋的設(shè)計
軸承端蓋用于固定軸承、調(diào)整軸承間隙并承受軸向力，還具有防塵與密封的作用。
軸承端蓋的結(jié)構(gòu)主要分為：嵌入式和凸緣式兩種。
嵌入式軸承端蓋具有外形結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，外伸軸結(jié)構(gòu)尺寸較小，整體重量較小的優(yōu)勢。但裝卸端蓋過程相對復(fù)雜，調(diào)整軸承間隙困難，整體密封性能較差，固定時須在座孔上開槽，加工制造較難。嵌入式軸承端蓋更適合重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的工作場合。其結(jié)構(gòu)和尺寸圖2-11所示：
圖 2-11 嵌入式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸
凸緣式軸承端蓋易調(diào)整軸承間隙，部件裝卸簡單方便，密封性能良好，目前應(yīng)用廣泛。但缺點是外形輪廓尺寸較大，又需一組螺釘來聯(lián)接。其結(jié)構(gòu)和尺寸圖2-12所示。
圖 2-12 凸緣式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)和尺寸
綜合分析：在車銑復(fù)合W軸進給機構(gòu)中，采用的軸承端蓋如下圖（a)平板式軸承端蓋和圖（b）凸緣式軸承端蓋。
圖 2-13 圖（a)平板式端蓋與圖(b)凸緣式端蓋
2.2.7 電機與滾珠絲杠副聯(lián)接方式的選擇
電動機與絲杠的聯(lián)接的三種方式的特點 :
（1） 通過齒輪聯(lián)接；
齒輪傳動在伺服進給系統(tǒng)中，起改變運動方向，降低從動件轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩等作用，還可適應(yīng)不同螺距、脈沖當(dāng)量比。當(dāng)在伺服電動機和絲杠之間安裝齒輪時，兩個齒輪相互嚙合，齒側(cè)間隙易造成反向運動死區(qū)，運動精度得不到保障。目前普遍采取雙片齒輪結(jié)構(gòu)消除齒輪中的間隙，如2-14圖（a）和(b)所示。圖（c）為斜齒輪傳動消隙結(jié)構(gòu)，薄片結(jié)構(gòu)將齒輪左、右兩側(cè)面緊緊貼合，消除了間隙[7]。這種消除間隙的方法整體結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是調(diào)整費時費力，沒有自動補償間隙功能，應(yīng)用并不普遍。圖（c）所示錐齒輪消除間隙的原理也與圖（a）的直齒圓柱齒輪相同。當(dāng)錐齒輪與軸聯(lián)接時，其措施如圖（a）所示，并采用緊定螺釘頂緊；圖（b）在其中一個鍵灌環(huán)氧樹脂，但是不易拆卸維修。
1、2—齒輪；3、4—螺釘；5—彈簧
圖2-14 齒輪間隙的消除
1、采用齒輪傳動副來達(dá)到一定的降速比要求； ?
2、齒側(cè)間隙會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性； ?
3、整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于電動機與絲杠不能直接聯(lián)接，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大、需放大伺服電動機輸出轉(zhuǎn)矩的場合。
（2） 通過同步齒形帶聯(lián)接
同步帶兼具帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點，是一種靠嚙合齒輪傳動新型帶傳動方式。
同步齒形帶以鋼絲繩為強力層，外面包裹著氯丁橡膠或聚氨酯。[8]由于鋼絲繩在強力層中承受載荷，整體皮帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形相對較小，并能保持傳動比恒定的齒形帶。故此帶與帶輪之間無相對滑，亦可做無滑差同步傳動。這種齒形帶薄而輕，慣性效應(yīng)較小，因而可應(yīng)用于高速傳動，其圓周速度v可達(dá)到40m/s。由于齒形帶不是靠帶與帶輪之間的摩擦傳動，沒有摩擦損失，傳動比i可達(dá)到10，傳動效率可高達(dá)98%~99%。齒形帶輪的制造復(fù)雜、制造成本相對高是目前齒形帶的不足之處。
如圖2-15所示，同步齒形有梯形和圓弧齒兩類：
圖2-15 同步帶梯形齒和圓弧齒
其中，模數(shù)制梯形齒是我國最先開發(fā)的同步帶，現(xiàn)仍有使用，但不推薦用于新設(shè)計。周節(jié)制梯形齒按照國家標(biāo)準(zhǔn)（CB11616-89）執(zhí)行。圓弧齒同步帶只有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在機電行業(yè)中已有廣泛的應(yīng)用。
同步齒形帶傳動兼具了帶傳動與鏈傳動的優(yōu)點，運動平穩(wěn)，吸振好，噪聲小。缺點是中心距位置要求較高，帶和帶輪制造工藝制造復(fù)雜，安裝過程中的技術(shù)要求較高。選擇同步齒形帶時，首先根據(jù)要求傳遞的功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選擇同步齒形帶的帶型和節(jié)距，然后根據(jù)要求傳遞的變速比確定小帶輪和大帶輪的直徑。通常在帶速和安裝尺寸條件允許時，小帶輪直徑盡量取大一些，根據(jù)原軸的主軸線的長度，選擇標(biāo)準(zhǔn)的同步齒帶，最后確定的帶寬和帶輪的結(jié)構(gòu)和大小 。
同步齒形帶傳動中的主要失效形式是：同步齒形帶疲勞斷裂，帶齒剪切、壓饋以及同步齒形帶兩側(cè)和帶齒的磨損。[9]為確保傳動過程中的工作平穩(wěn)性，必須對單元齒寬的拉力進行校核，在特定情況下，還校對工作齒面的壓力 。
1、同步帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點；
2、機械結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，安裝調(diào)整方便；
3、傳動不打滑，傳動效率高。
（3） 絲杠、聯(lián)軸器直接聯(lián)接 ：
就目前的形勢而言，在很多工作場合中由于伺服電動機綜合性能的提升都采用伺服電動機與絲杠直接相連的方式。
1、 傳動精度高；
2、 結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便；
3、 適用于中、小型機床或高速加工機床。
方案一：
通過伺服電動機與聯(lián)軸器相連，傳動件由齒輪來驅(qū)動，降低轉(zhuǎn)速。方案如圖2-16所示：
圖 2-16 利用齒輪降比傳動進給系統(tǒng)簡圖
方案優(yōu)缺點：在設(shè)計過程中，可以根據(jù)本方案可放大轉(zhuǎn)矩的特點采用較小功率的電動機，從而降低經(jīng)濟成本，但是齒輪間隙直接影響著機構(gòu)的傳動精度。
方案二：
通過采用聯(lián)軸器將伺服電動機與滾珠絲杠直接相連，傳動比為1。方案如圖2-17所示：
圖 2-17 利用聯(lián)軸器直接傳動進給系統(tǒng)簡圖
方案優(yōu)缺點：直接驅(qū)動，驅(qū)動精度由電機直接保證，但是需要電機扭矩較大。
當(dāng)前，很大一部分的伺服電動機和滾珠絲杠的連接方式是采用聯(lián)軸器直連，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：一是大大節(jié)約了機床的內(nèi)部空間，不占橫向空間但必須確保足夠的直向空間，二是能夠保持傳動比恒定，與其他傳動方式相比，傳動效率相對較高。對于齒輪連接而言，齒輪連接結(jié)構(gòu)相對比較緊湊，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也相對比較高，適用于有加、減速比的位置場合；在橫向空間較大，傳動效率和精度要求不高的場合時，可采用鏈條和皮帶連接。
綜合情況考慮，采用聯(lián)軸器直接剛性聯(lián)接，驅(qū)動精度可以由伺服電動機直接保證，以保證車銑復(fù)合機床W軸傳動精度相對較高。
2.2.8 W軸進給傳動導(dǎo)軌類型的選擇
工作臺導(dǎo)軌是影響數(shù)控機床的加工精度與運動平穩(wěn)性的重要因素，工作臺導(dǎo)軌的摩擦特性直接影響了工作臺的定位精度和低速進給的工作平穩(wěn)性，制造導(dǎo)軌的制造誤差直接影響了工作臺運動的幾何精度，在設(shè)計制造工作臺導(dǎo)軌的過程中，應(yīng)盡量減少制造誤差和摩擦力，以提高機床的加工精度[10]。導(dǎo)軌是用來支撐和引導(dǎo)部件在機床上沿著固定運行軌跡具有準(zhǔn)確運動或夾緊定位作用的軌道。保證良好的軌道準(zhǔn)確度和移動精度，可提高機床加工精度，減少因軌道誤差而造成不良產(chǎn)品零件。
數(shù)控機床導(dǎo)軌共分為：滾動導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。滾動導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌與靜壓導(dǎo)軌的性能對比如表2-2所示：
表2-2 導(dǎo)軌性能對比表
機床導(dǎo)軌的整體行程相對長，采用滾動導(dǎo)軌時，滾動體必須循環(huán)，并且應(yīng)采取合適的潤滑，減少因摩擦發(fā)熱影響工作精度。常用的有直線導(dǎo)軌副和滾動導(dǎo)軌塊。滾動導(dǎo)軌如圖2-18所示：
1. 導(dǎo)軌條 2.端面擋板 3.密封墊 4.滑塊 5.滾珠
圖 2-18 直線滾珠導(dǎo)軌副
綜合分析，在車銑復(fù)合加工機床W軸進給機構(gòu)中，滾動導(dǎo)軌與滑動導(dǎo)軌相比，具有較小的摩擦，對溫度的影響較小。為減少摩擦對滾珠絲杠定位精度的影響，并控制溫升，應(yīng)選用滾動導(dǎo)軌作為機床導(dǎo)軌。
第三章 車銑復(fù)合機床W軸進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算
3.1 伺服電動機型號的確定
轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速可由伺服電動機的電壓信號轉(zhuǎn)化而成，從而驅(qū)動控制對象，伺服電動機具有控制速度快，位置精度精確等優(yōu)勢[11]。在控制系統(tǒng)中，伺服電動機的輸入信號控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，在最短時間內(nèi)做出響應(yīng)，通常用作執(zhí)行元件。電動機軸上的角位移或角速度可以由伺服電動機系統(tǒng)接收到電信號直接轉(zhuǎn)化而成。
伺服電動機一般可分為：直流與交流伺服電動機兩大類。
直流伺服電動機：可以準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)矩速度特性的硬速度，工作原理相對簡單，但是電機的換向裝置對轉(zhuǎn)速有很大的局限性，并且還存在附加阻力，工作運轉(zhuǎn)時，散熱能力較差。
交流伺服電動機：可實現(xiàn)大功率、大慣量，最大轉(zhuǎn)動速度隨著功率增大而減小，因而適合做低速平穩(wěn)運行的工作場合。
目前常用的伺服電動機型號如下表3-1所示，本課題已知條件交流伺服電動機siemens 1FK7060-5。
表3-1 伺服電動機型號表
3.2 W軸進給力的計算
電機最大扭矩，機械效率0.9；
（3-1）
x的最大值主要在機床進行粗切端面時出現(xiàn)，假設(shè)下列切削條件：
刀具材料：YT5車刀，Kr=90°
切削用量：t=2m，f=0.3，Cpy=141
工件材料：結(jié)構(gòu)鋼，sb=65kg/mm2
Fgw==1050N （3-2）
，故電機滿足要求。
3.3 W軸慣量匹配的計算
移動部件的慣量轉(zhuǎn)化到絲杠的慣量：
（3-3）
滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：
（3-4）
其它零件的轉(zhuǎn)動慣量（聯(lián)軸器）：
（3-5）
（3-6）
折算到電機軸上的負(fù)載慣量：
（3-7）
負(fù)載慣量與電機慣量Jm之比：
（3-8）
負(fù)載慣量與電機慣量Jm之比：
；，滿足設(shè)計要求。
本章節(jié)公式來源于《現(xiàn)代數(shù)控機床》、《機床設(shè)計手冊》。
第四章 車銑復(fù)合機床W軸滾珠絲杠副的選型及校核
4.1 滾珠絲杠副工作原理
在適量的滾珠放入絲杠與螺母兩者之間，并采取合理的潤滑方式使絲杠與螺母之間由滑動摩擦轉(zhuǎn)為滾動摩擦，減少摩擦造成的能量損失，以達(dá)到控制滾珠絲杠溫度的目的。在現(xiàn)代機械傳動中，使用滾珠絲杠副可將直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動，也將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線往復(fù)運動。
4.1.1 滾珠絲杠副的選型
目前，常用的數(shù)控機床滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)可分為：外循環(huán)插管式與內(nèi)循環(huán)反向器式，簡稱外環(huán)與內(nèi)環(huán)。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)式反向器整體尺寸較長，承載的鋼球數(shù)較少，且鋼球高速時流暢性差；而外循環(huán)插管式結(jié)構(gòu)簡單，承載能力大，不受導(dǎo)程的限制[12]。外循環(huán)插管式滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)常被采用在高速滾珠絲杠副的導(dǎo)程的較大的場合。
滾珠絲杠具有以下特點：
1、傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率較高，與普通絲杠相比傳動效率高達(dá)3-4倍，效率達(dá)到92%-96%，并且功率消耗較低。
2、適當(dāng)預(yù)緊，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)緊方式在反向工作運轉(zhuǎn)時消除空載死區(qū)，從而提高絲杠的定位精度和絲杠剛度。
3、運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。
4、具有良好的可逆性能，既可將螺旋回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動，又可將直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)換成螺旋回轉(zhuǎn)運動。
5、磨損小，使用壽命長。
6、整體制造工藝比較復(fù)雜，滾珠絲杠與螺母等組件的加工精度較高，故此制造成本也較高，在選用滾珠絲杠傳動時應(yīng)考慮經(jīng)濟成本等因素。
7、不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，因此需增加制動裝置。
根據(jù)已知條件，滾珠絲杠選用FF滾珠絲杠副,規(guī)格代號為2505-3。FF滾珠絲杠部分代號與參數(shù)表格如下所示：
表4-1 FF滾珠絲杠副部分代號與參數(shù)表
4.1.2 滾珠絲杠副的間隙消除與預(yù)緊
4.1.2.1滾珠絲杠副的間隙消除
消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙可以保證滾珠絲杠的反向傳動精度與軸向剛度。常用的消隙方式一般分為：墊片消隙式、螺紋消隙式和齒差消隙式。
1、墊片消隙：通常情況，通過調(diào)整墊片的厚度來改變螺母的軸向位移，以達(dá)到消除間隙和提高預(yù)緊力的目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)勢是構(gòu)造簡單、可靠性好、剛度高以及裝卸方便。不足之處：由于采用不同厚度的墊片，調(diào)整耗時。
2、 螺紋消隙：一個螺母的外端結(jié)構(gòu)設(shè)有凸緣，而另一個螺母的外端結(jié)構(gòu)車制螺紋。通過旋轉(zhuǎn)圓螺母的方式，即可消除兩者間隙，并且能夠產(chǎn)生一定的預(yù)拉緊力，以達(dá)到鎖緊并減小間隙的目的。
3、 齒差消隙：在螺母凸緣表面制造外圓柱齒輪，并分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合,齒數(shù)差數(shù)為1。消隙過程中，兩螺母的齒輪同時轉(zhuǎn)動一個齒數(shù)，則兩螺母便產(chǎn)生相對角位移，以達(dá)到消隙目的。
綜合分析:在對本進給系統(tǒng)中的滾珠絲杠采取墊片消隙方式，具體方式如圖4-1所示。
1、墊板 2、滾珠絲杠 3、軸承
圖 4-1 墊片式調(diào)隙方式
4.1.2.2滾珠絲杠螺母副預(yù)緊??
在滾珠絲杠傳動中，首先應(yīng)保證傳動精度及傳動剛度，必須消除傳動間隙之外，還必須要求預(yù)緊。預(yù)緊力計算公式為:
Fv=1/3Fmax式中,?Fmax為軸向最大工作載荷。 （4-1）
增大鋼球直徑、變位導(dǎo)程和墊片方式三種預(yù)緊方式特點對比如下表4-2所示，可通過表格清楚地看到各自特點與優(yōu)勢。
表4-2 預(yù)緊方式類型表
綜合分析：在車銑復(fù)合加工機床工作中，由于要求定位精度較高，負(fù)載較大，應(yīng)采取墊片的預(yù)緊方式。
4.2 W軸滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算
通過對機床絲杠進行預(yù)拉伸，來消除加工過程中由于絲杠的熱變形對加工精度的影響，并進一步提高絲杠的剛度。
a.W軸絲杠方向目標(biāo)值的確定：
絲杠的熱膨脹變形：
a:絲杠的熱膨脹系數(shù)，a=/℃
Dt:絲杠與床身之間的溫升，Dt=3℃
L:絲杠兩鎖緊螺母之間的距離
DL= (4-2)
根據(jù)以往經(jīng)驗，考慮到絲杠除環(huán)境溫度的變化而引起絲杠變形外，還有其它因素的影響，取絲杠的預(yù)拉伸量為0.035mm。因絲杠螺紋整個絲杠部分全長為67.35%，則絲杠的方向目標(biāo)值為-0.0235mm。
4.3 滾珠絲杠副的潤滑與密封
4.3.1滾珠絲杠副的潤滑：
在滾珠絲杠的使用過程中，工作部件必須要有足夠的潤滑，采用合理的潤滑將會給機床帶來良好的接觸，如果潤滑不夠，將會導(dǎo)致摩擦和磨損的增加，造成滾珠絲杠副使用壽命縮短，更嚴(yán)重的后果直接影響設(shè)備的損壞等。
4.3.1.1油潤滑
通常情況下，礦物油都適用于滾動軸承。在高轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的情況下，油潤滑比脂潤滑具有更佳潤滑效果，并且溫升較小。油潤滑的補充潤滑量和間隔，按下表4-3所示，可以達(dá)到大約8小時的補充潤滑時間。
表4-3 滾珠絲杠油潤滑量表
公稱直徑
首次潤滑量
補充潤滑量
16
0.3
0.05
20
0.6
0.08
續(xù)表4-3滾動絲杠油潤滑量表
25
0.8
0.1
32
1.0
0.2
40
2.0
0.5
50
2.0
1.0
63
4.0
1.0
80
6.0
1.5
100
10.0
2.0
4.3.1.2脂潤滑
脂潤滑的優(yōu)點：不必經(jīng)常補充填充，間隔時間較久，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)在一段很長時間后才需進行補充。補充潤滑脂的最大限量僅為填入螺母內(nèi)空間容積的一半。
綜合分析：在車銑復(fù)合機床運轉(zhuǎn)過程中，油潤滑相對于脂潤滑具有更好的潤滑性能，且產(chǎn)生的溫升較小，因此在W軸進給機構(gòu)中的滾珠絲杠副潤滑采用油潤滑。
4.3.2滾珠絲杠副的密封：
隨著數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)的高速化發(fā)展，對滾珠絲杠副密封是數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的重要設(shè)計環(huán)節(jié)之一。接觸產(chǎn)生的摩擦使得滾珠絲杠的溫度持續(xù)上升，直接影響整個伺服系統(tǒng)的傳動精度，因此高速數(shù)控機床廣泛采取非接觸式密封方式。高端數(shù)控機床的加工環(huán)境就要求該密封結(jié)構(gòu)具有長期有效密封和防塵作用，且具有較小的摩擦阻力和安裝誤差，來保證數(shù)控機床進給伺服精度，并要求密封結(jié)構(gòu)易裝卸、維護保養(yǎng)便捷。
車銑復(fù)合機床W軸進給機構(gòu)密封結(jié)構(gòu)是采用主動稀油連續(xù)潤滑的方式，適合于水平或垂直方向安裝的伺服軸，通過多種組合密封結(jié)構(gòu)的運用，有效地阻止了絲杠上流淌的廢油和環(huán)境中灰塵對絲杠的影響，提高了機床的使用壽命。密封機構(gòu)如圖4-2所示：
1. 碰撞緩沖墊2.滾珠絲杠專用60°角接觸球軸承3.軸承壓蓋4.精密鎖緊螺母5.聯(lián)軸器6.交流伺服電動機7.電動機安裝座8.滾珠絲杠螺母 9.碰撞緩沖墊10.軸承座11.60°角接觸球軸承12.法蘭蓋13.精密鎖緊螺母
圖 4-2 非接觸式密封圖
綜合分析：在W軸進給系統(tǒng)中，非接觸式密封的摩擦阻力相對較小，由此產(chǎn)生的溫升也比較小，可以獲得較高的定位精度。綜合考慮，滾珠絲杠副采用非接觸式密封。
本章節(jié)來源于《現(xiàn)代數(shù)控機床》、《機床設(shè)計手冊》。
第5章 技術(shù)經(jīng)濟分析
5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析的目的與意義
技術(shù)經(jīng)濟分析與提高經(jīng)濟效益、推動技術(shù)進步息息相關(guān)，技術(shù)科學(xué)與經(jīng)濟科學(xué)密不可分，兩者相輔相成，相對較高的經(jīng)濟成本勢必能夠支持更為前沿先進的科學(xué)技術(shù)。經(jīng)濟是決定一切科學(xué)技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)，控制經(jīng)濟成本方可在最大程度上合理利用資源。
通過查閱相關(guān)資料，進行對整個W軸進給機構(gòu)進行成本核算，分析人力、物力和財力三者之間的關(guān)系，研究對經(jīng)濟成本影響的各類因素。在本次設(shè)計的過程中，通過對整體零部件的材料、熱處理、加工工藝等進行成本計算，合理的選擇材料、熱處理、加工工藝改善經(jīng)濟效益，提高效率。在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，由于大批量的生產(chǎn)，成本分析是企業(yè)成本管理的重要組成部分。通過前期對整期產(chǎn)品的成本分析，能夠洞察該類產(chǎn)品是否能為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，從而避免不必要的經(jīng)濟損失。
一名合格的設(shè)計人員必須在設(shè)計相關(guān)零件的同時，也必須充分考慮到經(jīng)濟成本等因素，成本分析直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟效益，一個合格的零件也包含有一個合理的經(jīng)濟成本。
5.2 成本計算依據(jù)
本次設(shè)計的總成本就是購置零件所花費的費用和加工費用。
依據(jù)計算公式：
零件成本=材料費用+加工工時費用
材料費用=材料的單價×材料的毛坯重量
毛坯的重量=凈重/材料的利用率
材料的利用率：45鋼為0.6-0.7，合金鋼為0.6-0.7，尼龍1010為0.6-0.7，
LY12鋁棒為0.6-0.7。
工時費：主要件=材料費×8
一般件=材料費×（4-5）
（1）材料費的計算
由計算公式可得：
45鋼毛坯重量=15.23/0.65=23.43Kg
尼龍1010件=0.001/0.65=0.002Kg
LY12鋁棒=4.13/0.65=6.35Kg
（2）工時費的計算
主要的零件：主要的工時費用=257.61×8=2060.88元
一般的零件：一般的工時費用=9.13×4.5=41.09元
（3）熱處理工時的費用
熱處理零件統(tǒng)計如表 5-1 所示：
表 5-1 熱處理零件統(tǒng)計
序號
名稱
材料
熱處理要求
凈重（Kg）
1
法蘭
LY12
涂灰色油漆
0.93
2
夾緊塊
45
發(fā)藍(lán)
2.43
3
聯(lián)軸套
45
表面鍍鋅
2.87
4
滑套
45
調(diào)質(zhì)
4.32
5
墊板
45
調(diào)質(zhì)
1.37
熱處理的價格如下表 5-2 所示。
表 5-2 目前熱處理的價格
序號
名稱
單價（元/Kg）
1
鍍鋅
1.1
2
涂油漆
1.5
3
發(fā)藍(lán)
1.0
4
調(diào)質(zhì)
1.5
因此熱處理加工費用為16.267元。
5.3 成本材料構(gòu)成
5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)件外購費用
裝配圖中標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計，如表5-3所示。
表5-3 標(biāo)準(zhǔn)件外購費用統(tǒng)計
序號
名稱
規(guī)格
數(shù)量
單價（元/件）
1
螺釘
M6X20
M4X20
M5X30
M8X50
M12X20
9
4
2
2
2
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
2
圓柱銷
M6X35
1
0.5
3
圓錐銷
M6X35
1
0.5
4
密封圈
45×3.5
4
2.16
標(biāo)準(zhǔn)件的外購件費用為9.83元。
5.3.2 非標(biāo)準(zhǔn)件
裝配圖中非標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計，如表5-4所示；非標(biāo)準(zhǔn)件外購費用統(tǒng)計，如表6-2所示。
表 5-4 非標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計
序號
名稱
材料
數(shù)量
凈重（Kg）
1
法蘭
LY12
6
0.93
2
隔圈
45
1
0.78
3
軸套
45
5
0.45
4
緊定螺釘
45
1
0.01
5
限位塊
45
4
1.00
6
密封環(huán)
尼龍1010
1
0.01
45剛總凈重：G1=15.23kg，
尼龍1010件的總凈重：G2=0.01kg，
LY12鋁棒總凈重G3=4.13kg
目前，
45鋼的價格為3400元/噸，
尼龍1010的價格75000元/噸，
LY12鋁棒的價格28000元/噸。
非標(biāo)準(zhǔn)件采購費用為257.61元。
綜合分析：在本次設(shè)計中，對整體進給機構(gòu)進行經(jīng)濟成本分析：
經(jīng)濟成本=材料費用+工時費用+熱處理費用+標(biāo)準(zhǔn)件外購費用+非標(biāo)準(zhǔn)件采購費用
材料費用=257.161+9.13=266.291元
工時費用=257.61×8+9.13×4.5=2060.88+41.09=2101.97元
熱處理加工費用=16.267元
標(biāo)準(zhǔn)件的外購件費用=9.83元
非標(biāo)準(zhǔn)件購費=257.61元
經(jīng)濟成本=266.291+2101.97+16.267+9.83+257.61=2642.138元
通過對零部件的經(jīng)濟成本計算，使我們可以更合理地進行選型，以提高性價比。一個合格的設(shè)計人員，應(yīng)具有良好的經(jīng)濟成本計算能力，以避免不合理的經(jīng)濟成本對企業(yè)效益造成損失。合理的成本計算是衡量企業(yè)管理水平的重要指標(biāo)之一，通過前期對整期產(chǎn)品的成本分析，能夠洞察該類產(chǎn)品是否能為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，從而避免不必要的經(jīng)濟損失。
總 結(jié)
經(jīng)過近3個月的工作，相關(guān)工作總結(jié)如下:
本次設(shè)計的題目是車銑復(fù)合機床W軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，一開始通過了解、熟悉課題，查閱相關(guān)資料，完成了開題報告以及外文翻譯。然后通過原始數(shù)據(jù)，完成進給力的計算、慣量匹配的計算、滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算。繪制W軸進給系統(tǒng)裝配圖及零件圖，最后并撰寫了畢業(yè)設(shè)計說明書。
一、主要工作及結(jié)論
1、通過寫開題報告、外文翻譯提高了自己的收集能力和整理能力。
2、通過設(shè)計計算，提高了自己的計算能力和對比能力。
3、通過繪制裝配圖、零件圖提高了自己的繪圖能力和對進給系統(tǒng)的了解。
4、通過編寫論文提高了自己的語言組織能力和對本次課題的了解。
二、存在問題
對于個人來說，自己的繪圖能力和計算能力有待提高。
對于機床來說，應(yīng)提高車銑復(fù)合W軸進給機構(gòu)的定位精度，以提高機床的加工精度。
三、發(fā)展展望
車銑復(fù)合加工機床正向著高速度、高精度、高可靠性的方向發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新日新月異，我們通過大學(xué)四年的專業(yè)知識學(xué)習(xí)，在數(shù)控機床方面上奉獻(xiàn)一份屬于自己的力量。
致 謝
經(jīng)過三個月的時間，整個畢業(yè)設(shè)計工作也即將畫上一個圓滿的句號。在這段時間內(nèi)，我完成了資料收集、開題報告、外文翻譯、設(shè)計計算、零件圖、裝配圖和畢業(yè)設(shè)計說明書等內(nèi)容。這是一段值得自己深深牢記的時光，每一天都過得非常充實，按照著設(shè)計進度一步一步地完成這些設(shè)計工作。劉桂芝老師每周都會對我們的設(shè)計工作進行監(jiān)督與答疑解難，在開題報告期間，劉老師就幫助我充分理解自己的W軸進給的設(shè)計內(nèi)容及其工作原理，萬事開頭難，良好的開頭是成功的一半，充分了解自己設(shè)計的具體內(nèi)容方可更好的完成設(shè)計任務(wù)。
通過三個月與劉老師的接觸，劉老師平易近人與認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度給我留下了深刻的印象。一開始，我在理論計算就遇到了難題，完全不知道如何下手，由于對設(shè)計公式?jīng)]有過多的了解，所以工作遲遲沒有進展。劉老師在發(fā)