2047 C6140液壓尾座 1

2047 C6140液壓尾座 1,c6140,液壓 蘭州理工大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目：C6140 型臥式車床的數(shù)控化改造及液壓尾座設(shè)計(jì)院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起止時(shí)間： 目 錄摘要 ………………………………………………………………………………………2Abstract …………………………………………………………………………………3緒論 ………………………………………………………………………………………4第一章 C6140 車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)改造方案的擬訂………………………………………61.1 總體方案確定 …………………………………………………………………61.2 C6140 車床的設(shè)計(jì)參數(shù)…………………………………………………………………… 7第二章 C6140 車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………82.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的改造方案……………………………………………………82.2 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………92.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型、校核……………………………………………… 92.4 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)………………………………………………142.5 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算……………………………………………………………………… 15第三章 C6140 車床進(jìn)給部分電機(jī)的選擇……………………………………163.1 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算 ………………………………………………………………163.2 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算……………………………………………………………… 19第四章 液壓尾座部分設(shè)計(jì)………………………………………………………234.1 液壓尾座研究背景和意義……………………………………………………………… 234.2 液壓尾座研究背景和意義……………………………………………………………… 234.3 液壓尾座的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………… 234.4 尾座精度設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………… 23總結(jié)………………………………………………………………………………………25參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………26致謝………………………………………………………………………………………27外文資料及中文翻譯……………………………………………………………………28摘 要數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,但數(shù)控機(jī)床一次性投資較大,對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造不失為一良策。C6140 車床主軸轉(zhuǎn)速部分保留原車床的手動(dòng)變速功能,改造簡單易行,可降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率。主要介紹了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給(縱向)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算。闡述了 C6140 普通數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)的改進(jìn)及機(jī)床控制系統(tǒng)的改造。本課題的目的在于設(shè)計(jì)出與數(shù)控臥式車床C6140相匹配的液壓尾座系統(tǒng)。本課題將以數(shù)控臥式車床C6140的液壓尾座為研究對象，設(shè)計(jì)出符合數(shù)控臥式車床C6140的液壓尾座。為了完成本課題的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，包括國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢；液壓技術(shù)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本資料；同等機(jī)床液壓尾座的圖紙和資料等。其次是初步確定液壓尾座的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于尾座的設(shè)計(jì)。C6140 數(shù)控機(jī)床液壓尾座設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是尾座體、套筒、頂尖、尾座孔系、尾座導(dǎo)軌，撓度、轉(zhuǎn)角、液壓缸內(nèi)徑及壓板處螺栓直徑、鎖緊力的計(jì)算及校核。其中選擇莫氏4 號錐度的尾座頂尖，是利用莫氏錐度自身的結(jié)構(gòu)特性來卡緊尾座頂尖的，它解決了頂尖在工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。在套筒中設(shè)計(jì)了滑鍵槽和頂尖頂出孔，解決了頂尖在工作時(shí)會(huì)隨套筒轉(zhuǎn)動(dòng)從而影響工件的加工精度；還在套筒中設(shè)計(jì)了頂卸的裝置，便于頂尖的拆卸。關(guān)鍵詞：C6140 車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 尾座 液壓系統(tǒng) 液壓缸 設(shè)計(jì) 校核Numerical Control Transform of C6140Common LatheAnd Design of C6140 CNC Machine Tailstock Hydraulic SystemAbstractThe NC machine plays a verygreat role in mechanical engineering. Although the investment needs a great deal of money, it is a good way to try digital modification for ordinary lathe. The spindle speed of C6140 remains the manual function of shifting gears. The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency. Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools. It also tells us howto improve the spindle and the control system of C6140 NC lathe.The main purpose of the research is based on C6140 CNC machine tools to design requirements, designed to match its hydraulic Tailstock to meet the rotation accuracy, rigidity, temperature rise, and so on seismic requirements, to enhance the overall performance of machine tools.To accomplish this design, I collected and analysed the information before the design, including domestic and international development of CNC machine tools; hydraulic system of hydraulic technology and the basic information; equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information . Then is tentatively determined the overall layout of hydraulic Tailstock, including the allocation of form, layout and the hydraulic system of hydraulic energy, and select the appropriate matching components, such as. This was followed by the main Tailstock the design and calculation.The main design of C6140CNC machine tools is that the tailstock, top and the hole, the tailstock, and they are allowed to produce cantilever deflections corner, hydraulic cylinder bore diameter and pressed the bolt in place, the locking force of the school. One of the nuclear option morse the cone at the end of the top and is using its own structure of the cone morse the nature of the top card up its tail, it addresses the top of the work that is coming loose. The turning or pivoting in the design of cylinder and the top of a punch to the top of the work will turn to the influence of the processing of precision ;It was set in the design of the top of the device to the top down.Key words：The C6140 lathe; digital modification; ball screw; stepping motor； machine;tailstock;hydraulicsystem;hydraulic cylinder inside diameter;design;examination緒 論隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床最早是從美國開始研制的。1948 年，美國帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于 1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，于 1955 年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到 20 世紀(jì) 50 年代末，由于價(jià)格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了 60 年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展自 1952 年，美國研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。第一代數(shù)控：1952-1959 年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從 1959 年開始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從 1965 年開始采用小、中規(guī)模集成電路的 NC 系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從 1970 年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從 1974 年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢。三、我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況我國從 1958 年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從 1965 年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到 60 年代末和 70 年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。與此同時(shí)，還開展了數(shù)控加工平面零件自動(dòng)編程的研究。1972-1979 年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場。從 80 年代初開始，隨著我國開放政策的實(shí)施，先后從日本、美國、德國等國家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國 GE 公司的 MTC-1 數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出 BSO3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4 全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部 706 所研制出 MNC864 數(shù)控系統(tǒng)等。進(jìn)而推動(dòng)了我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國的數(shù)控機(jī)床已跨入一個(gè)新的發(fā)展階段。四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢。對單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的 FANCU，德國的 SIEMENS 和美國的 A-B 公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了 16 位和 32 位微機(jī)處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到 1MB 以上，機(jī)床分辨率可達(dá) 0.1 微米，高速進(jìn)給可達(dá) 100m/min,控制軸數(shù)可達(dá) 16 個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。五、數(shù)控機(jī)床改造的意義數(shù)控機(jī)床改造在國外已發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門，早在 60 年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場和生產(chǎn)上的原因。我國是擁有 300 多萬臺(tái)機(jī)床的國家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，不論資金和我國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動(dòng)化改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的 1/3 至 1/5，用戶承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時(shí)，它還可以作為全功能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化的方向過渡的主要內(nèi)容之一第一章 C6140 車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)改造方案的擬訂1.1 總體方案確定C6140 車床數(shù)控改造方案本文改造后的結(jié)構(gòu)是一種非常典型臥式車床的數(shù)控改造結(jié)構(gòu)，改造時(shí)拆除原機(jī)床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱、掛輪箱的掛輪、原手動(dòng)刀架及手柄等部件，用滾珠絲杠替換原有普通絲杠、用電動(dòng)刀架替換原有的普通刀架。縱向和橫向進(jìn)給采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器驅(qū)動(dòng)，橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器裝置安裝在機(jī)床床鞍的后部，縱向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器裝置安裝在機(jī)床的右端。由于被改裝的機(jī)床本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)不是按數(shù)控機(jī)床的要求設(shè)計(jì)的，其精度和剛度等性能指標(biāo)往往不能滿足數(shù)控機(jī)床的要求，因此將普通機(jī)床改造為全功能的數(shù)控機(jī)床，一味追求先進(jìn)指標(biāo)則會(huì)得不償失，所以確定總體方案的原則應(yīng)當(dāng)是在滿足生產(chǎn)需要的前提下，對原機(jī)床盡可能減少機(jī)械部分的改動(dòng)量，選擇簡單易用的數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到合理的性價(jià)比。本次改造設(shè)計(jì)要求就是根據(jù)這一原則提出的。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及機(jī)床數(shù)控改造的理解，總體方案確定如下：（1）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（2）.機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)度，盡量減少摩擦量力，選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。1.2 C6140 車床的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)型普通原始數(shù)據(jù)及數(shù)控改造設(shè)計(jì)要求，確定主要如下：最大加工直徑：車床身上： 400mm車床鞍上： 210mm最大加工長度： 1000mm快進(jìn)速度： 縱向 2.4m/min橫向 1.2m/min最大切削進(jìn)給速度： 縱向 0.6m/min橫向 0.3m/min脈沖當(dāng)量：縱向 0.01mm/step橫向 0.005mm/step 脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法控制坐標(biāo)數(shù)： 2機(jī)床定位精度： ±0.015溜板及刀架重力：縱向： 800N橫向： 600N自動(dòng)生降速性能： 有起動(dòng)加速時(shí)間： 30ms主電機(jī)功率： 7.5Kw第二章機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算2.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案2.1.1 縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案拆除原機(jī)床的進(jìn)給像、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安置在原來的位置，兩端仍采用原固定方式。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時(shí)，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負(fù)載小時(shí)，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的辦法消除間隙。2.1.2 橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案拆除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時(shí)消除傳動(dòng)過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用二級傳動(dòng)，從動(dòng)輪采用雙薄片錯(cuò)位消除間隙。2.2 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算此機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算如下：2.2.1 進(jìn)擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向:0.01mm/步，橫向:0.005mm/步(半徑)。2.2.1 計(jì)算切削力（1）縱車外圓主切削力 Fz(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估算:Fz=0.67Dmax1.5=0.67 x 4001.5 =5360按切削力各分力比例: F z:Fx:Fy=l:0.25:0.4Fx = 5360 x 0.25 = 1340Fy = 5360 x 0.4 = 2144（2）橫切端面主切削力 F’z(N)可取縱切的 1/2:26801' ?z此時(shí)走刀抗力為 F’y(N)，吃刀抗力為 F’x(N)。仍按上述比例粗略計(jì)算:F’z:F’y:F’x=1:0.25:0.4F’y=2680 x 0.25 = 670F’x=2680 x 0.4 = 10722.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑 d0（絲杠外徑d） 、導(dǎo)程 L0、滾珠的工作圈數(shù) j、列數(shù) K、精度等級等。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。我們在此選用螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，同螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進(jìn)入通孔。擋珠器用圓鋼彎成弧形桿，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。它的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡單，螺母外徑尺寸較小。缺點(diǎn)是：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確，擋珠器鋼性差、耐磨性差。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。2.3.1 縱向進(jìn)給絲杠（1）計(jì)算進(jìn)給率引力 Fm(N)縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌：2530)85360(1.34015.)(' ?????GFfKzxm式中： K－－考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K＝1.15;--滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) :0.15--0.18;'fG ----溜板及刀架重力: G = 800N。（2） 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 c:mwFfLc3?610Tn?0Lvs?式中:L 0 ——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L0=6mm;vs——最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2 ～1/3） ，此處vs＝ 0.6m/min；fw——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 fw＝1.2～1.5；L——壽命、以 106 轉(zhuǎn)為 1 單位。 NFfLCTnrvmws 7.1098253.44016min/5.3360 ????（3）滾珠絲杠螺母副的選型和校核可采用外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1 列 2.5 圈，其額定動(dòng)負(fù)載為16400N，精度等級選 3 級。傳動(dòng)效率計(jì)算)(?????tg式中：γ——螺旋升角，W 1L4O0bγ=2 044'φ——摩擦角取 10'滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0.003～0.00494.)'1042()(????tgt??（4）剛度驗(yàn)算一般滾珠絲杠比較細(xì)長，它的剛度應(yīng)該給與充分重視。先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖。最大牽引力為 2530N。支承間距L=15OOmm 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。圖 4-1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖（4.1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 δ 1根據(jù) Pm=2530N,Do=40mm, 查資料可查出 δL/L=l.2﹡lO -5，可算出:δ 1=δ L/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2(mm)由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高 4倍。其實(shí)際變形量 δ ‘1 (mm)為:211045.' ????（4.2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 δ 2查資料 W 系列 1 列 2.5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 δ QmQ??4.6?因進(jìn)行了預(yù)緊， Q?2.312?? (4.3)、支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 δ 3采用 8107 型推力球軸承，d 1=35mm，滾動(dòng)體直徑 dQ=6.35mm，滾動(dòng)體數(shù)量 z=18,)(075.835.6204.024.32 mZFQmc ??????注意，此公式中 Fm 單位應(yīng)為 kgf因施加預(yù)緊力，故 C038.75.213????根據(jù)以上計(jì)算：定位精度????m015..2.4.321（5）穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。2.3.2 橫向進(jìn)給絲杠（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力 F‘m:橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下: NGfFxZym 203)6107268(.074.1)'2('4. ''' ??????????（2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 c mFfLcTnvmws 72830.127'53610.036????（3）選擇滾珠絲杠螺母副查資料，W1L20051 列 2.5 圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額定動(dòng)載荷為 8800N，可滿足要求，選定精度為 3 級。（4）傳動(dòng)效率計(jì)算 965.0)'134()(0?????tgt??（5）剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲杠支承方式如（2-1）圖所示，最大牽引力為 2425N，支承間距L=45Omm，因絲杠長度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。圖（2-1 ）計(jì)算如下:(5.1)、絲杠的拉伸或壓縮變形量 δ 1 (mm)查圖 4-6，根據(jù) F'm＝2023N，D。=2Omm，查出 δ L /L=5×lO-5，可算出mL251 089.4102. ???????圖 4-2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖(5.2)、滾珠與螺紋滾道間接觸變形 δ 2查資料： mQ??5.8?因進(jìn)行了預(yù)緊 δ 2=1/2δ Q=0.5*8.5=4.25μm(5.3)、支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 δ 3采用 8102 推力球軸承，d Q=4.763,z=12，d=l5mm )(094.12763.40.'024.32 mzpQmc ??????考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故 c.9.213?綜合以上幾項(xiàng)變形量之和: m0279.4.03.8.321 ??????顯然此變形量已大于定位精度的要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)，因橫向溜板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力。重新計(jì)算如下: NGFfFxzym 15)601722680(4.7.1)'2(''4.1' ????????從資料查出，當(dāng) Fm’=1155N 時(shí)，δ L/L=2.4×lO-508.450.1??L?δ 2 和 δ 3 不變，則 δ＝δ 1＋δ 2＋δ 3＝0.0108＋0.0043＋0.0047＝0.0198mm 定位精度為±0.lmm，故此變形量仍不能滿足，如果將滾珠絲杠再經(jīng)過預(yù)拉伸，剛度還可提高四倍，則變形量可控制在要求的范圍之內(nèi)。 m017.4.03.18.44132 ????????從上面計(jì)算過程可以看出，設(shè)計(jì)的過程要經(jīng)過反復(fù)修改參數(shù)，反復(fù)計(jì)算才能達(dá)到滿意的結(jié)果。（6）穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載其 FK(N)2LEIfFZK??式中： E——材料彈性模量，鋼:E＝20.6×1O 6N/cm2I——截面慣性矩（cm 4）絲杠： ，di 為絲杠內(nèi)徑；41dI??L——絲杠兩支承端距離 (cm)；fZ-一絲杠支承方式系數(shù)，從表 4-13 中查出，一端固定，一端簡支 fZ =2.00][7.615824' 782144539.01.2389067.1662 4441kmkZKnFn NLIEf cmdI??? ??????（一般[n k]=2.5～4）此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。2.4 縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)。其幾何參數(shù)如下:名稱 符號 公式 35061LW2051L公稱直徑 35 200d導(dǎo)程 6 5L接觸角 3°7’ 4°33’?鋼球直徑(㎜) 3.969 3.175qd滾道法面半徑 2.064 1.651Rqd52.0?偏心距 0.056 0.045e?sin)/(?螺紋升角 3°7’ 4°33’?0dLarctg??螺桿外徑 34 19.4dq)25.~(0??螺桿內(nèi)徑 30.984 16.781 Re1?螺桿紋接觸直徑 31.258 16.835Z ?cos0qZd螺母螺紋直徑 39.365 23.212De2??螺母內(nèi)徑 36.125 20.6351 q)5.~(01?2.5 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算2.5.1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δ p＝0.01 滾珠絲杠導(dǎo)程 L0=6mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.750?？捎?jì)算出傳動(dòng)比 i 8.0675.1360???Libp??可選定齒輪齒數(shù)為， 或40321zi52.5.2 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δ p＝O.005，滾珠絲杠導(dǎo)程 L0＝5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 0.750 可計(jì)算傳動(dòng)比 i:48.057.3620???Libp??考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級齒輪降速: 250453421???zi因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù) m 取 2。相關(guān)參數(shù)如下表：齒數(shù)32 40 24 40 20 25分度圓zd?64 80 48 80 40 50齒頂圓ma2?68 84 52 84 44 54齒根圓df 5.1*??59 75 43 75 35 45齒寬（6~10） m20 20 20 20 20 20中心距2/)(1dA??72 64 45第三章 C6140 車床進(jìn)給部分電機(jī)的選擇3.1 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算3.1.1 等效傳動(dòng)慣量計(jì)算方法計(jì)算如下表示。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量 JΣ(kg ?cm2)可有下式計(jì)算：JΣ=Jm+J1+ （Z 1÷Z2）2〔(J2+Js)+ G÷g(L0÷2π)2〕式中：Jm —步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2)J1，J2—齒輪 Z1、Z2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2)Js—滾珠絲杠傳動(dòng)慣量(kg?cm2)參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=10(kg?cm2)J1=0.78×10－3×d14·L1=0.78 ×10－3×6.42×2=2.6 kg?cm2J2=0.78×10－3×d24·L2=0.78 ×10－3×82×2=6.39 kg?cm2Js=0.78×10－ 3×44×150=29.952 kg?cm2G=800N代入上式：JΣ=Jm+J1+（Z 1÷Z2）2〔(J2+Js)+ G÷g(L0÷2π )2〕=10+2.62+(32÷40)2〔(6.39+29.592)+80 0÷9.8(0.6÷2π)2〕=36.355 kg?cm2考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題。Jm÷JΣ=10÷36.355=0.275基本滿足慣量匹配的要求。3.1.2 電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面分別按各階段計(jì)算：A.快速空載啟動(dòng)力矩 M 起在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：M 起=Mamax+Mf+MaMamax=JΣ·ε= JΣnnax×10－2/(60×ta/2 π)= JΣ×2π·nmax×10－2/(60 ×ta)nmax=νmax·θb÷δp·360將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。nmax=νmax·θb÷δp·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/min啟動(dòng)加速時(shí)間 ta=30msMamax=JΣ×2π·nmax×10－2/(60× ta)=36.355×2π× 500×10-2/(60×0.03)=634.5N·cm折算到電機(jī)軸上的摩擦力距 Mf：Mf=FOL0÷2πηi=f1(Pz+G) ×L0÷(2πη Z2÷Z1)=0.16×(5360+800)×0.6÷(2π×0.8×1.25)=94 N ·cm附加摩擦力距 M0MO=FPOL0(1－η02)/2πη i=1÷3×Ft×L0(1－η 02)÷(2πηZ 2÷Z1)=1÷3×2530×0.6×(1－0.92)÷( 2π×0.8×1.25)=805.3×0.19=15.3N·cm上述三項(xiàng)合計(jì)：M 起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cmB．快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 M 快。M 快=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cmC．快速切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M 切M 切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0÷2πηi=94+15.3+1340×0.6÷(2π×0.8×1.25)=94+15.3+127.96=237.26N·cm從上面計(jì)算可以看出，M 起、M 快和 M 切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從下表查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí) λ=Mq÷Mjmax=0.951最大靜力矩 Mjmax=743.8÷0.951=782N·cm按此最大靜力矩從下表查出，150BF002 型最大靜轉(zhuǎn)矩為 13.72N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。3.1.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率= = =4000 HZkfpv??601max01.42= = =1000 HZefps.6從表中查出 150BF002 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為 2800Hz 運(yùn)行頻率為8000Hz,再從下表中查出 130BF001 型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如圖 2-3，2-4 所示。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f 起=2500 時(shí)， M=100N·cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（782N·cm）直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)） ，將起動(dòng)頻率降到 1000Hz 時(shí)，起動(dòng)力矩可增加到 588.4N·cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，130BF001 型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。3.2 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算3.2.1 等效傳動(dòng)慣量計(jì)算橫向傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 可由下式計(jì)算JΣ=Jm+J1+（Z 1÷Z2）2{(J2+J3)+Z3÷Z ф〔(Jφ+Jξ)+G÷g(L0÷2π)2}式中各符號意義同前，其中J1=0.78×10－3×d14·L1=0.78 ×10－3×4.82×2=0.83kg?cm2J2=0.78×10－3×d24·L2=0.78 ×10－3×84×2=6.4 kg?cm2J3=0.78×10－3×d24·L3=0.78 ×10－3×44×2=0.4 kg?cm2J4=0.78×10－3×d24·L4=0.78 ×10－3×54×2=0.98 kg?cm2Js=0.78×10－ 3×24×45=0.56kg?cm2G=600nJm=4.7 （初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為 110BF）代入上式為：JΣ=Jm+J1+（Z 1÷Z2）2{(J2+J3)+Z3÷Z ф〔(Jφ+Jξ)+G÷g(L0÷2π)2〕} =4.7+0.83+(24÷10)2{(6.4+0.4)+(20÷25)2[(0.98+0.56)+600÷10(0.5÷2π)2]}=8.42kg·cm2考慮到步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量的匹配問題Jm÷JΣ=4.7÷8.42=0. 558基本滿足慣量匹配要求3.2.2 電機(jī)力矩計(jì)算A.快速空載起動(dòng)力矩 MM 起=Mamax+Mf+MaMamax=JΣ·ε= JΣnnax×10－2÷(60×ta÷2π)= JΣ×2π·nmax×10-2÷(60 ×ta)式中： nmax=νmax·θb÷δp·360=1200×0.75÷(0.005×360)=500r/minta=30msMamax=JΣ×2π·nmax×10-2÷(60×ta)=8.42×2π× 500×10-2÷(60×0.03)=147N·cm折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 MfMf=FOL0÷2πηi=f 1(Pz+G)×L0÷(2πηZ2÷Z1)=0.2×(2680+600)×0.5×0.48÷(2π×0.8)=31.3N·cm附加摩擦力矩 M0MO=FPOL0(1－η02)÷2πηi=1÷3×Fˊt×L0(1－η02)÷(2πηZ2÷Z1)=1÷3×2023×0.5×0.48×(1－0.92)÷( 2π×0.8)=6.1N·cm上述三項(xiàng)合計(jì)：M 起=Mamax+Mf+Ma=147+31.3+6.1=184.4N·cmB．快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 M 快。M 快=Mf+M0=31.3+6.1=37.4N·cmC.最大切削福載時(shí)所需力矩 M 切M 切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0÷2πηi =37.4+1072×0.5×0.48÷(2π×0.8)=88.6N·cm由上面計(jì)算可以看出, M 起、M 快和 M 切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，故以此項(xiàng)作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 Mq 與最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax的關(guān)系可知，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)：λ=Mq÷ Mjmax=0.866最大靜力矩 Mjmax=184.4÷0.866=213N·cm查 BF 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)得， 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 7.84N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。3.2.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率Fk=1000Vmax÷60δp =1000×2.4÷60×0.01=4000HzFe=1000Vs÷60δp =1000×0.6÷60×0.01=1000Hz由 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其最高空載起動(dòng)頻率為 1500Hz，運(yùn)行頻率為7000Hz。根據(jù) 110BF003 型電機(jī)的起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí) F=1500Hz，M=98N·cm，小于機(jī)床所需的起動(dòng)力矩（184.4N·cm ） ，直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)） 。將起動(dòng)頻率降為 1000Hz 時(shí)，既可滿足要求。當(dāng)機(jī)床快速起動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，則完全滿足運(yùn)行矩頻要求。第四章 液壓尾座部分設(shè)計(jì)液壓尾座研究背景和意義從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來革命性的變化，近年來，由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、磨練磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。液壓傳動(dòng)技術(shù)在數(shù)控自動(dòng)化機(jī)床上的應(yīng)用也越來越廣泛，而且也為機(jī)床工業(yè)的自動(dòng)化程度的提高上起到了重要的力量。盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。液壓傳動(dòng)是以流體作為工作介質(zhì)對能量進(jìn)行傳動(dòng)和控制的一種傳動(dòng)形式。利用有壓的液體經(jīng)由一些機(jī)件控制之后來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。相對于電力拖動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)而言，液壓傳動(dòng)具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械，建筑機(jī)械和機(jī)床等設(shè)備上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的 2%~3.5%，而我國只占 1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動(dòng)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)；氣動(dòng)傳動(dòng)具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動(dòng)技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門。但是近年來，液壓氣動(dòng)技術(shù)面臨與機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)的競爭，如：數(shù)控機(jī)床、中小型塑機(jī)已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動(dòng)。其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏、維護(hù)性差等缺點(diǎn)。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動(dòng)技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動(dòng)產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還是相當(dāng)落后的，標(biāo)準(zhǔn)化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛在準(zhǔn)備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上?？梢灶A(yù)見，為滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，液壓技術(shù)也將繼續(xù)獲得飛速的發(fā)展，它在各個(gè)部門中的應(yīng)用越來越廣泛。 在這樣一種背景下，我的課題選擇為數(shù)控臥式車床 C6140 液壓尾座的設(shè)計(jì)，用以提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度及降低企業(yè)成本。此外，力求完成課題之余，熟悉國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢,增強(qiáng)對如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識(shí)。1.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀液壓傳動(dòng)相對于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新興的技術(shù)。液壓技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:功率重量比大；可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級變速；體積?。活l響高；壓力、流量可控性好；可柔性傳送動(dòng)力；易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)；并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動(dòng)控制系統(tǒng) [4]。基于以上一系列優(yōu)點(diǎn)，液壓技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和其它國民經(jīng)濟(jì)方面。以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國家的機(jī)械與電子工業(yè)水平 [6]。它的推廣應(yīng)用對提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改變我國制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制與機(jī)電液一體的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的 2%-3.5%，而我國只占 1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。首先我們看下面的表格可清楚的看出國內(nèi)國外液壓技術(shù)發(fā)展的狀況。表 1.1 國內(nèi)外液壓發(fā)展方向國 外 國 內(nèi)高集成化、高功率、高密度 高性能、高質(zhì)量、高可靠性、系統(tǒng)成套機(jī)電一體化集成元件和系統(tǒng) 低能耗、低噪聲、低振動(dòng)、智能化自動(dòng)控制元件和系統(tǒng) 集成化、輕小型微型、多樣化水基介質(zhì)傳動(dòng)與控制技術(shù) 機(jī)電一體化1.2.1、液壓產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢：1、減少損耗，充分利用能量 液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個(gè)問題：減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和蓄能器回路。2、泄漏控制 泄漏控制包括：防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染和外部環(huán)境對系統(tǒng)的侵害兩個(gè)方面。今后，將發(fā)展無泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭，電機(jī)油泵組合裝置等。無泄漏將是世界液壓界今后努力的重要方向之一。 3、污染控制 過去，液壓行業(yè)主要致力于控制固體顆粒的污染，而對水、空氣等的污染控制往往不夠重視，今后應(yīng)重視并解決。嚴(yán)格控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染，發(fā)展封閉式系統(tǒng)，防止外部污染物侵入系統(tǒng)；應(yīng)改進(jìn)元件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使之具有更大的耐污染能力。同時(shí)開發(fā)耐污染能力強(qiáng)的高效濾材和過濾器。研究對污染的在線測量；開發(fā)油水分離凈化裝置和分離元件，以及開發(fā)能清除油中的氣體、水分、化學(xué)物質(zhì)和微生物的過濾元件及檢測裝置。 4、主動(dòng)維護(hù) 開展液壓系統(tǒng)的故障預(yù)測，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)技術(shù)。必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的開發(fā)研究，建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識(shí)庫，并利用計(jì)算機(jī)和知識(shí)庫中的知識(shí)，推算出引起故障的原因，提出維修方案和預(yù)防措施。 5、機(jī)電液一體化 機(jī)電液一體化可實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)動(dòng)力大、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，其主要發(fā)展方向如下：液壓系統(tǒng)將有過去的電液系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，同時(shí)對壓力、流量、位置、溫度、速度等傳感器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；提高液壓元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更適應(yīng)機(jī)電液一體化需求，發(fā)展與計(jì)算機(jī)直接接口的高頻，低功耗的電磁電控元件；液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油污染度等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量和診斷；電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電控液壓泵，可實(shí)現(xiàn)液壓泵的各種調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、合理分配功率、自動(dòng)保護(hù)等；借助現(xiàn)場總線，實(shí)現(xiàn)高水平信息系統(tǒng)，簡化液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、爭端和維護(hù)。 6、液壓 CAD 技術(shù) 充分利用現(xiàn)有的液壓 CAD 設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行二次開發(fā)，建立知識(shí)庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計(jì)-制造-銷售-使用-設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)。下一個(gè)目標(biāo)是，利用 CAD 技術(shù)實(shí)現(xiàn)液壓產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)，并把 CAD/CAM/CAPP/CAT，以及現(xiàn)代管理系統(tǒng)集成在一起建立集成計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)（CIMS） ，使液壓設(shè)計(jì)與制造技術(shù)有一個(gè)突破性的發(fā)展。 7、新材料、新工藝的應(yīng)用 新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液壓的發(fā)展引起新的飛躍。為了保護(hù)環(huán)境，研究采用生物降解迅速的壓力流體，如采用菜油基和合成脂基或者水基海水等介質(zhì)替代礦物液壓油。鑄造工藝的發(fā)展，將促進(jìn)液壓元件性能的提高，如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內(nèi)部流動(dòng)，減少壓力損失和降低噪聲，實(shí)現(xiàn)元件小型化。1.3 論文的主要研究內(nèi)容 1、根據(jù)數(shù)控臥式車床 C6140 的整體要求，設(shè)計(jì)出與其相對應(yīng)的液壓尾座，使其滿足諸如旋轉(zhuǎn)精度等眾多要求，以使其達(dá)到預(yù)想的目的。 2、搜集和分析資料，包括液壓技術(shù)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本資料；同等機(jī)床液壓尾座的圖紙和資料等。 3、初步確定液壓尾座的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的附屬元件等。 4、尾座部分的設(shè)計(jì)及計(jì)算，包括尾座頂尖、套筒、尾座體的設(shè)計(jì)，尾座孔系、尾座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，撓度、轉(zhuǎn)角及壓板處螺栓直徑以及鎖緊力的計(jì)算及校核。 5、尾座精度的確定，包括尾座體表面粗糙度的確定、尾座與機(jī)床形位公差的確定、底面及立導(dǎo)向面形位公差的確定。 6、C6140 數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)。2.4 尾座的整體設(shè)計(jì)1、機(jī)床采用標(biāo)準(zhǔn)