1041-數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1041-數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)控車(chē)床,縱向,進(jìn)給,導(dǎo)軌,潤(rùn)滑,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)10 前言一．我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀當(dāng)前，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開(kāi)發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期。也是由封閉型系統(tǒng)向開(kāi)放型系統(tǒng)過(guò)渡的時(shí)期。我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)） ，已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。目前，已新開(kāi)發(fā)出數(shù)控系統(tǒng) 80 種。自“七五”以來(lái)，國(guó)家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來(lái)支持，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出具有中國(guó)版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國(guó)外一直對(duì)我國(guó)封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。二．?dāng)?shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問(wèn)題當(dāng)前,我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率偏低。據(jù)有關(guān)資料表明,1999 年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占有率僅為 38.88%。造成這種嚴(yán)峻的形勢(shì),除客觀(guān)原因外,主要是產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性不過(guò)硬。 “十五”期間,我國(guó)機(jī)械制造工業(yè)正朝著精密化、柔性化、集成化、自動(dòng)化、智能化方面迅速發(fā)展,國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床需求強(qiáng)勁,我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)適逢極好的發(fā)展機(jī)遇。然而,我國(guó)加入ＷＴＯ后,國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床將會(huì)更多的進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更為激烈。提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率,關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性。幾年來(lái),經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)剖析和使用性能的調(diào)研,探索和總結(jié)了數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的新技術(shù)?，F(xiàn)時(shí)主要存在有以下幾個(gè)問(wèn)題：1．缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模2．缺乏發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系3．缺乏技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新和產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在動(dòng)力4．面臨國(guó)外強(qiáng)手競(jìng)爭(zhēng)的巨大壓力三．?dāng)?shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品,是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測(cè)量及現(xiàn)在機(jī)械制造技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和未來(lái)工廠(chǎng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)已成為現(xiàn)在制造技術(shù)中不可缺少的生產(chǎn)手段,是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)在機(jī)械制造業(yè)中的主要技術(shù)裝備。四．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的改造縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)原機(jī)床掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠,光杠等全部拆除,縱、橫向以伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件,經(jīng)一級(jí)齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后,由滾珠絲杠傳動(dòng)?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)：縱向伺服電機(jī)為 P20B200DxS，2.0 的交流伺服電機(jī),滾珠絲杠仍利用原絲杠位置,其螺母副通過(guò)托架安裝在床鞍底部,滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承,與床身尾部步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接。伺服電機(jī)經(jīng)減速后,減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2絲杠直接聯(lián)接,這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,徑向尺寸小,可防止被聯(lián)接軸的位移和偏斜所帶來(lái)裝配困難和附加應(yīng)力。改造后的數(shù)控機(jī)床應(yīng)有以下發(fā)展方向：?jiǎn)我坏臄?shù)字控制應(yīng)向數(shù)控中心發(fā)展，數(shù)控機(jī)床總體布局更加合理，機(jī)床控制系統(tǒng)的控制和運(yùn)算功能更進(jìn)一步加強(qiáng)，機(jī)床的伺服系統(tǒng)采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)代替直流伺服系統(tǒng)，編程更趨合理化，加工工藝更趨簡(jiǎn)單化 90%機(jī)床的檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類(lèi)生活水平的提高，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，產(chǎn)品品種越來(lái)越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來(lái)越少，而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加。作為實(shí)現(xiàn)單件小批量加工自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床，由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前,國(guó)外數(shù)控機(jī)床的性能正朝著高精度、高效率、高柔性、高自動(dòng)化方向迅速發(fā)展,這將對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求。 “十五”期間,我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)必須瞄準(zhǔn)國(guó)際數(shù)控機(jī)床發(fā)展的科學(xué)前沿,開(kāi)拓創(chuàng)新,消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù),開(kāi)創(chuàng)我國(guó)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的新局面。鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)31 總體設(shè)計(jì)方案1．1 總體設(shè)計(jì)方案論證數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)包括橫向進(jìn)給系統(tǒng)(X 軸)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)(Z 軸),它們是由伺服電機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng),驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu),來(lái)實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車(chē)床精度檢驗(yàn)》,機(jī)床的位置精度包括重復(fù)定位精度、反向偏差和定位精度。當(dāng)機(jī)床的中心距 DC=3000mm 時(shí),其重復(fù)定位精度 X 軸0.0075mm,Z 軸 0.010mm;反向偏差 X 軸為 0.006mm,Z 軸為 0.012mm;定位精度 X 軸為0.035mm,Z 軸為 0.040mm?？梢钥闯?進(jìn)給軸設(shè)計(jì)與主軸設(shè)計(jì)相比,具有相同的重要性。因而,進(jìn)給軸的設(shè)計(jì)應(yīng)從動(dòng)、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。在數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,根據(jù)橫向、縱向的不同精度要求,不同移動(dòng)質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等特點(diǎn),分別解決設(shè)計(jì)中的主要矛盾。以期望設(shè)計(jì)結(jié)果能滿(mǎn)足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求,達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,即滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。1．1．1 驅(qū)動(dòng)元件：各種數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)象不同，工藝要求不同，所以對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的要求不盡相同，但基本要求是一樣的，大致有四個(gè)方面。（1）高精度 使用數(shù)控機(jī)床主要是解決零件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性，一致性，減少?gòu)U品率；解決復(fù)雜空間曲面零件的加工；解決復(fù)雜零件的加工精度，縮短制造周期等。為了滿(mǎn)足這些要求，必須保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度。要求定位精度和輪廓切削精度能達(dá)到機(jī)床要求的指標(biāo)。在位置控制中要求有高的定位精度，而在速度控制中，要求有高的調(diào)速精度，強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)速度降盡可能小。（2）快速響應(yīng) 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。（3）調(diào)速范圍寬 在各種數(shù)控機(jī)床中，由于加工用刀具，被加工零件的材質(zhì)及加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。（4）低速大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn)，大都是在低速進(jìn)行重切削，即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。(一)元件選擇（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)，交流伺服電動(dòng)機(jī)是目前常用的驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)是一種將電的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線(xiàn)位移的機(jī)電執(zhí)行元件，它能快數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4速的啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；在一定頻率范圍內(nèi)各種運(yùn)動(dòng)方式都能任意的改變且不會(huì)失步，具有自整步的能力；沒(méi)有一周累計(jì)誤差，所以定位精度很高；價(jià)格便宜。但由于步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)不如交，直流伺服電機(jī)，尤其是運(yùn)行的可靠性得不到保證，目前已使用的較少。（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，因此在對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求較高的設(shè)備中，大都采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在著一些固有的缺點(diǎn)，如它的電刷和換向器易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)；換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；此外，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高，因此，現(xiàn)在已很少選用直流伺服電動(dòng)機(jī)。（3）交流伺服電動(dòng)機(jī)則沒(méi)有直流伺服電動(dòng)機(jī)的上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電動(dòng)機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)上響應(yīng)更好。一般來(lái)說(shuō)，在同樣的體積下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率可比直流伺服電動(dòng)機(jī)提高 10%—70%，另外，交流伺服電動(dòng)機(jī)的容量也比直流伺服電動(dòng)機(jī)大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。因此，本課題選用的是交流伺服電動(dòng)機(jī)。1．1．2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本課題選用的是滾珠絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副是一種新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的傳動(dòng)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母之間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件。當(dāng)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動(dòng)，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。由于滾珠絲杠螺母副屬于滾動(dòng)摩擦，故與普通滑動(dòng)螺母副相比有以下優(yōu)點(diǎn):（1）傳動(dòng)效率高。可達(dá) 90%--95%，是普通絲杠傳動(dòng)的 2—4 倍。（2）因摩擦系數(shù)小，無(wú)自鎖現(xiàn)象，即運(yùn)動(dòng)有可逆性，一般需要制動(dòng)裝置。（3）摩擦力小。因靜動(dòng)摩擦系數(shù)相差較小，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行，隨動(dòng)精度和定位精度高。（4）滾珠絲杠螺母副主要零件均經(jīng)過(guò)熱處理，其滾道表面的硬度值可達(dá) 60—62HRC，因而耐磨性好，壽命長(zhǎng)，精度穩(wěn)定性好。（5）可消除軸向間隙和預(yù)緊，提高軸的剛度。因?yàn)闈L珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副相比有這么多的優(yōu)點(diǎn)，因此，作者選用滾珠絲杠螺母副。1．1．3 聯(lián)軸器聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器之分，本課題選用的是 ML-02 型彈性膜片式聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但它無(wú)補(bǔ)償性能，不能緩沖減振，且對(duì)兩軸安裝精度要求較高，用于振動(dòng)很小的工況條件，聯(lián)接中，高速和剛性不大的鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5且要求對(duì)中性較高的兩軸。彈性膜片式聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，且承載能力大，強(qiáng)度高，傳動(dòng)效率高，精度高，可用于高，低溫，高，中速，大轉(zhuǎn)矩和有油，水的場(chǎng)合，且可部分代替齒式聯(lián)軸器，工作溫度-20--250℃。ML-02 型彈性膜片式聯(lián)軸器主要性能特點(diǎn)有:（1） 定位方便可靠,相位可調(diào)；（2） 無(wú)反向間隙,傳動(dòng)精度高,可不用鍵和錐銷(xiāo),不須止推機(jī)構(gòu),傳遞扭矩大,能承受沖擊載荷和振動(dòng)；（3） 可以反復(fù)裝卸,重復(fù)使用,不影響精度,拆裝方便；（4） 可補(bǔ)償軸的角度偏差,偏心,軸向竄動(dòng).無(wú)噪音,無(wú)磨損,能量損失小。1．1．4 潤(rùn)滑方式：常用的潤(rùn)滑方式大致有以下幾種：1. 手工加潤(rùn)滑油或手工加潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑手工潤(rùn)滑是人工的分散潤(rùn)滑方式，大多用于各種軸承，開(kāi)式齒輪和鏈條等處。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于執(zhí)行，加油次數(shù)和油量靠人工掌握。2. 油池飛濺潤(rùn)滑油池飛濺潤(rùn)滑常用在閉式齒輪箱內(nèi)，它依靠箱內(nèi)旋轉(zhuǎn)的齒輪或附加在軸上的甩油機(jī)件，將箱體內(nèi)底部的存油濺散到應(yīng)該潤(rùn)滑的機(jī)件軸承，或其他應(yīng)該潤(rùn)滑的位置上。有些軸承和潤(rùn)滑點(diǎn)隱蔽在箱體內(nèi)部時(shí)，則通過(guò)油槽油路或油管油路進(jìn)行潤(rùn)滑。3.自動(dòng)送油潤(rùn)滑 自動(dòng)送油潤(rùn)滑主要是自動(dòng)送油裝置。它的形式較多，有簡(jiǎn)單也有復(fù)雜，常常用在機(jī)床或其他設(shè)備的齒輪箱內(nèi)。自動(dòng)送油也可以采用潤(rùn)滑油泵送油，但大多應(yīng)用于集中潤(rùn)滑的系統(tǒng)內(nèi)，例如大量的潤(rùn)滑點(diǎn)話(huà)潤(rùn)滑部位，甚至整個(gè)車(chē)間的潤(rùn)滑系統(tǒng)。本課題選用的是 TM 型電動(dòng)潤(rùn)滑器。TM 型電動(dòng)潤(rùn)滑器采用彈簧活塞式往復(fù)泵，由微型同步電機(jī)和集成減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，注油量可在 0.2—5 毫升范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，注油周期時(shí)間可在 6—145 分鐘內(nèi)選擇，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油罐液化的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，適用于中小型機(jī)床周期潤(rùn)滑系統(tǒng)。該潤(rùn)滑器配套安裝聯(lián)接件，計(jì)量件，配油管等附件后，可潤(rùn)滑 1-50 個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，組成周期集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。TM 型電動(dòng)潤(rùn)滑器由微型伺服電機(jī)經(jīng)蝸輪傳動(dòng)系統(tǒng)減速，與蝸輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪，帶動(dòng)擺桿上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞升起時(shí)，大氣將油罐內(nèi)的油液通過(guò)單向閥壓入油缸；壓縮彈簧使活塞復(fù)位，潤(rùn)滑液通過(guò)出口后進(jìn)入輸油管路中并到達(dá)各潤(rùn)滑點(diǎn)。注油頻率由定時(shí)機(jī)確定。潤(rùn)滑器配有液位報(bào)警傳感器（低油位開(kāi)關(guān)） ，在油罐潤(rùn)滑液低于規(guī)定液位時(shí)，可自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，以確定及時(shí)向油罐添加潤(rùn)滑液。TM 型電動(dòng)潤(rùn)滑器具有下列特點(diǎn)：數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6（1） 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。（2） 清潔安全，潤(rùn)滑液經(jīng)精細(xì)過(guò)濾后輸出至各潤(rùn)滑點(diǎn)。（3） 能按事先確定的注油周期輸供潤(rùn)滑液。（4） 潤(rùn)滑液的流量可調(diào)，并能精確的控制。（5） 潤(rùn)滑時(shí)，無(wú)須中斷生產(chǎn)過(guò)程。（6） 維護(hù)容易，經(jīng)濟(jì)耐用。（7） 可以延長(zhǎng)機(jī)器的壽命，對(duì)中小型機(jī)器更為理想。1.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定的 CA6140 經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及導(dǎo)軌潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案圖如圖 1-2 所示。該系統(tǒng)由 MCS-51 系列單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口，軟件環(huán)形分配器與放大控制功率伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)床的縱，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀架改成由微機(jī)控制的經(jīng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號(hào)：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)和一個(gè)同步信號(hào)，經(jīng)隔離電路以及 I/O接口送給微機(jī)。同時(shí)選用 TM 型電動(dòng)潤(rùn)滑器，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑功能。微 機(jī) 光電隔離 功率放大 步 進(jìn)電 機(jī)光電隔離 功率放大 步 進(jìn)電 機(jī)微 電 機(jī) 刀 架隔 離 編 碼 器 縱 向 工 作 臺(tái)橫 向 工 作 臺(tái)圖 1-2 CA6140 車(chē)床數(shù)控改造的總體方案示意圖1．2．1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造:（1）撤除原機(jī)床的進(jìn)給箱，溜板箱,光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)及減速箱安裝在車(chē)床的床尾，并不占據(jù)絲杠空鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7間。利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和重新配作銷(xiāo)釘安裝新設(shè)計(jì)的齒輪箱體;（2）滾珠絲桿仍安置在原絲桿的位置,兩端仍采用原固定方式,為便于安裝滾珠絲桿螺母副,絲桿不是整體的,而是采用分體式,即用連接套筒剛性連接。由于采用了滾珠絲杠可提高系統(tǒng)的精度和縱向進(jìn)給整體剛度。（3）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)均由伺服電動(dòng)機(jī)、滾珠絲桿螺母副和中間傳動(dòng)齒輪副(一級(jí)傳動(dòng))組成。2 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算縱向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇，伺服電機(jī)的選擇，繪制縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖，導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)裝配圖以及各零件圖等。2.1 已知條件(1)、床身上最大回轉(zhuǎn)直徑:400mm;(2)、加工最大工件長(zhǎng)度:1000mm(3)、快移速度:X 軸 4m/min,Z 軸 8m/min(4)、定位精度:X 軸 0.035mm, Z 軸 0.04mm (5)、重復(fù)定位精度:X 軸 0.0075mm, Z 軸 0.01mm(6)、數(shù)控車(chē)床工作臺(tái)質(zhì)量 W:根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算 W=120Kg;2．2 滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)中,滾珠絲杠副的作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng),用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得很大的推力。滾珠絲杠副的傳動(dòng)是一種應(yīng)用較廣的機(jī)構(gòu),尤其是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)構(gòu)中,滾珠絲杠副的傳動(dòng)是最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而又可靠的。所以滾珠絲杠副的選擇對(duì)整個(gè)機(jī)床的制造起著不可忽視的作用。滾珠絲杠副的精度是影響機(jī)床的定位精度及重復(fù)定位精度的最主要的因素。為了在機(jī)床的設(shè)計(jì)中更合理的選用滾珠絲杠副,使其充分發(fā)揮效能,必須進(jìn)行一系列的計(jì)算。滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,因此滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。一般情況下,設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí),已知條件為:最大工作負(fù)載 Fd(或平均工作負(fù)載 Fm)作用下的使用壽命,絲杠的工作長(zhǎng)度(或螺母的有效行程),絲杠的轉(zhuǎn)速(或平均轉(zhuǎn)速),滾道的硬度及絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。2.2.1 設(shè)計(jì)步驟通常的設(shè)計(jì)步驟為:A、計(jì)算作用在滾珠絲杠上的最大動(dòng)載荷;B、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動(dòng)負(fù)載的近似值,并初選幾個(gè)型號(hào);C、根據(jù)具體工作要求，對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面的數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8要求，從初選的幾個(gè)型號(hào)中再挑出比較合適的直徑、導(dǎo)程、滾珠列數(shù)等，確定某一型號(hào)。D、根據(jù)所選的型號(hào),列出或計(jì)算出其主要參數(shù)的數(shù)值 ,計(jì)算傳動(dòng)效率,并驗(yàn)算剛度及穩(wěn)定系數(shù)是否滿(mǎn)足要求。如不滿(mǎn)足要求,則另選其他型號(hào),再作上述計(jì)算和驗(yàn)算,直至滿(mǎn)足要求為止。2.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)況（1）選用 CPG 系列滾珠絲杠副。A、 CPG 系列滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定:按預(yù)期壽命 Ln 及軸向載荷 Fa 進(jìn)行選擇:Ln=(Ca/Fa)×106(轉(zhuǎn)) [2—1]式中: C a—額定動(dòng)載荷;一般情況下 Fa 可以用平均軸向載荷 Fm 予以代替:Fm=(2Fmax+Fmin)/3 [2—2]式中: F max—最大軸向載荷;Fmin—最小軸向載荷。Fmax=mg+F=120×9.8+3860=5036 [2—3]Fmin=mg=120×9.8=1176 [ 2—4]所以：F m=(2Fmax+Fmin)/3=3749N [2—5]對(duì)于機(jī)車(chē)和精密機(jī)械通常取 Ln=20×106(轉(zhuǎn))則:： Ca=(20)1/3Fm=2.71Fm=10161N　　　 [2—6]計(jì)算出 Ca,可通過(guò)查表得到對(duì)應(yīng)的滾珠絲杠副的尺寸,選取 4006-6 型號(hào)滾珠絲杠副,基本直徑為 40mm,大徑位 39.5mm,絲杠導(dǎo)程 L0 為 6mm, 滾珠直徑為 3.969mm, 滾珠列數(shù)為四列。B、 對(duì)選用的滾珠絲杠副的參數(shù)進(jìn)行核算a、 最大軸向壓縮載荷 F:對(duì)各種支承條件下所支承的最大軸向載荷,是否會(huì)超過(guò)臨界載荷而失去穩(wěn)定性,造成穩(wěn)定失效,因此對(duì)保持絲杠不失去穩(wěn)定性的軸向壓縮載荷進(jìn)行驗(yàn)算。滾珠絲杠受壓力作用后在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷 Fc 由下式計(jì)算:Fc=m(d0-db)4/Ls2 [2—7]鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)9式中:m 為支承系數(shù);G-J 形式:m=20×10 4(N/mm2);d0 為公稱(chēng)直徑(mm);db 為滾珠直徑(mm);Ls 為絲杠軸的支承距離(mm)。所以: F c=20×104×(40-3.969)4/15772 =1.36×105 N [2—8]則: Fc/F＞［n］ F〈（1/4 F c ）=3.4 ×104 N＞F max 式中: ［n］為許用穩(wěn)定安全系數(shù),當(dāng)絲杠垂直安置時(shí)［ n］=2.5, 水平安置時(shí)［n］=4;F 為最大軸向壓縮載荷。由以上計(jì)算可知條件滿(mǎn)足。b、極限轉(zhuǎn)速的計(jì)算:為使絲杠副在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生共振現(xiàn)象,應(yīng)對(duì)其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速,以 Nc 表示:Nc=121×106(d0-db)·K1/2/L2 =2.80×103 ［2-9］式中: d 0 為公稱(chēng)直徑(mm);db 為滾珠直徑(mm);K 為支承結(jié)構(gòu)系數(shù), G-J 形式: K=2.5。極限轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)滿(mǎn)足:n＜0.8 N c=0.8×2.80×103=2.24×103r/min ［2-10］n0=v/(2π)=8000/(2π)=1.27×10 3r/min [2-11］因?yàn)?n0＜n,所以條件滿(mǎn)足。c、 滾珠絲杠副的預(yù)加負(fù)載:為了消除螺母與絲杠間的軸向間隙,提高滾珠絲杠副的剛度與定位精度,在絲杠螺母間施加負(fù)載 Fp,其預(yù)加負(fù)載的大小為 :Fp= Ca/10=1016Nd、臨界轉(zhuǎn)速的核算:絲杠的名義直徑 d0=40mm,nmax=vmax/L0=200r/min ［2-12］查參考文獻(xiàn)［5］支承為“固定-自由”支承長(zhǎng)度 L=1577mm, 查參考文獻(xiàn)［5］5.7-91,的交線(xiàn)點(diǎn)在 d0=40mm 左側(cè),所以安全。e、 效率計(jì)算:查參考文獻(xiàn)［5］201 頁(yè)上:η=tanβ/tan(β+φ) ［2-13］式中: β—螺紋的螺旋升角,可參考文獻(xiàn)［5］5.7-41 表,取 β=3 o3’;數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)10φ—摩擦角, tanφ=0.003 ～0.004。所以: φ=13’45’’則: η=tan3 o3’/ tan(3o3’+13’45’’)=93% ［2-14］f、 剛度檢驗(yàn):查參考文獻(xiàn)［5］202 頁(yè)上:△=100F/(EA)+50T/(Πgj c),μm/m ［2-15］式中: E—彈性摸量,E=2.1×10 2GPa;F—工作負(fù)載 , F=5036 N ; A—滾珠絲杠橫截面積, A=π/4·（d 0-db） 2=0.785×（40-3.969） 2=10.19cm2;db—滾珠直徑(mm);G—切變模量，G=8.4×10 4GPa;Jc—滾珠絲杠截面慣性矩， Jc=2.27×10-7m4;代入公式［21］得： △=8.03μm/m查參考文獻(xiàn)［5］表 5-10 和表 5-17，B 級(jí)精度為 40μm/300mm，七級(jí)精度△=15μm ，八級(jí)精度 △=30μm，所以 FYND4006-6 型絲杠的剛度是足夠的。由于選用滾珠絲杠的直徑為 40mm,支承方式為 G-J 型，所以穩(wěn)定性不成問(wèn)題。2．3 伺服電機(jī)的選擇 2．3．1 選用螺桿驅(qū)動(dòng)方式的伺服電機(jī) 運(yùn)動(dòng)部重量 W 120 Kg摩擦系數(shù) μ 0.15外界施加的力 F 3860N/9.8螺桿螺距 P 6 mm螺桿直徑 D 40 mm螺桿長(zhǎng)度 L 1350 mm傳遞效率 η 0.85驅(qū)動(dòng)部件比重 7.2×10-3?傳動(dòng)裝置減速比 1/G 3/5鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)112．3．2 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩TL=（F+μW）/η·D/2·1/G·9.8/100 [3-1]=(3860/9.8+0.15×120)/0.85·(P/2π)×(3/5)×(9.8/100)=(3860/9.8+0.15×120)/0.85×(6/2π) ×(3/5)×(9.8/100)=2.72 N·m要求 T L TR ?2．3．3 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性 (JL不大于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的 5 倍)·運(yùn)動(dòng)部的慣性JB=(1/G) 2·(π D4 A)/32×104 [3-2]?=(3/5) 2·(3.14×7.2×10-3×404×1.35)/32×104=0.88×10-4 Kg·m2·工作慣性JW =(1/G) 2·W/104·(D/2π) 2 [3-3]=(3/5) 2·120/104·(6/2π) 2=0.39×10 -4 Kg·m2JL = JB+ JW =9.17×10 -4 Kg·m2 [3-4]2．3．4 電機(jī)的假擬選定從產(chǎn)品目錄中選出滿(mǎn)足上述(T L, JL,NP)條件的電機(jī), 假擬選用P20B10200D×S，2.0 的交流伺服電動(dòng)機(jī)。2．3．5 加減速力矩(T a, Tb)的計(jì)算：·加速力矩Ta=2π（N 1—N2）·（J L+ JM）/60·t a+ TL [3-5]=2×3.14(4500-3000)(9.17+2.04) ×10 -4/(60·1/6)+ 2.72=3.78Tb=2π（N 1—N2）·（J L+ JM）/60·t a- TL [3-6]=-1.662．3．6 實(shí)際力矩的計(jì)算Trms= [3-tcTtbtaT/)(222???數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)127]= 5.0/)612/6.1/78.3(22 ???=2.65假擬選用的 P20B10200D×S，2.0 的交流伺服電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)足上述條件。備注：標(biāo)注公式[2-1]--[2-15]出自參考文獻(xiàn)[5]備注：標(biāo)注公式[3-1]--[3-7]出自參考文獻(xiàn)[6]小結(jié)通過(guò)對(duì) CA6140 經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及導(dǎo)軌潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造，使其尤其適合我國(guó)機(jī)床擁有量大,生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。數(shù)控機(jī)床以伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行位置控制,減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),改善了傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,避免了多級(jí)傳動(dòng)帶來(lái)的累積誤差。經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實(shí)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制, 加工的零件精度高,尺寸一致性好,自動(dòng)化程度高,提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度.而且使用方便,改造費(fèi)用低，采用數(shù)控技術(shù)對(duì)企業(yè)原有機(jī)床進(jìn)行改造,即發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前工礦企業(yè)機(jī)床技術(shù)改造的有效途徑。當(dāng)然，由于本人經(jīng)驗(yàn)有限，在設(shè)計(jì)與改造過(guò)程中難免有缺陷和欠慮的地方，有待今后不斷的提高與完善。鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)13致謝通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們受到了很大的啟發(fā)，學(xué)到了很多東西。在此要特別感謝我們的指導(dǎo)老師沙愛(ài)民工程師，她在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過(guò)程中為我們盡心盡力，排憂(yōu)解難。讓我們進(jìn)一步學(xué)會(huì)了如何查閱文獻(xiàn)，如何分析處理設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如何寫(xiě)好論文、做好答辯等。當(dāng)然取得這樣的成績(jī)是多方面的：有學(xué)校圖書(shū)館為我們準(zhǔn)備的充足完備的專(zhuān)業(yè)資料；有計(jì)算機(jī)房通宵達(dá)旦的辛勤工作；有系領(lǐng)導(dǎo)給予的多方面的大力支持等等。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，請(qǐng)?jiān)试S我向他們表示衷心的感謝！數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)14參考文獻(xiàn)1 余良英 . 機(jī)床數(shù)控技術(shù)改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 .第 1 版.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ，19822 李峻勤 ,費(fèi)仁元 . 數(shù)控機(jī)床及其使用與維修 .北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ，19853 楊學(xué)桐 ,李冬茹 . 我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展舉措 . 中國(guó)機(jī)械工程 ，1999（10） 4 徐亞明.大型數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.甘肅： 機(jī)械制造 ，1998(6)5 陳秀義，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).浙江：浙江大學(xué)出版社，1995（1）6 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001（2）7 袁國(guó)定，朱洪海.機(jī)械制造基礎(chǔ).南京：東南大學(xué)出版社，2000（2）8 鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理.南京：高等教育出版社，19959 王辰寶.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ). 南京：東南大學(xué)出版社，199610 龐懷玉。機(jī)械制造工程學(xué). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)15附件清單1.畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 份2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份3.總裝圖 CK000 A3 1 份4. 進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 CK001 A0 1 份5.潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)裝配圖 CK002 A1 1 份6. 床鞍零件圖 CK124 A1 1 份7.電機(jī)支座零件圖 CK117 A1 1 份8.螺母支架零件圖 CK110 A2 1 份9．連接軸零件圖 CK101 A3 1 份 10．面板零件圖 CK102 A3 1 份11．端蓋零件圖 CK106 A3 1 份 12．法蘭零件圖 CK108 A3 1 份 13．滾珠絲杠副零件圖 CK112 A3 1 份14．支座零件圖 CK114 A3 1 份15．墊圈零件圖 CK103 A4 1 份16．套筒零件圖 CK104 A4 1 份17．連接法蘭零件圖 CK105 A4 1 份18．側(cè)板零件圖 CK107 A4 1 份19．法蘭零件圖 CK109 A4 1 份 20．法蘭零件圖 CK111 A4 1 份21．法蘭零件圖 CK113 A4 1 份22．小端蓋零件圖 CK115 A4 1 份23．防護(hù)罩零件圖 CK116 A4 1 份數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1624．錐銷(xiāo)零件圖 CK118 A4 1 份 25．連接管零件圖 CK119 A4 1 份26．墊板零件圖 CK121 A4 1 份27．防護(hù)罩零件圖 CK122 A4 1 份28．接頭零件圖 CK123 A4 1 份