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摘 要
對(duì)內(nèi)圓弧曲面專用數(shù)控車床的工作臺(tái)設(shè)計(jì),首先對(duì)此類工件的外形結(jié)構(gòu)以及加工工藝進(jìn)行分析，初步選擇加工方案。根據(jù)方案，選擇切削刀具，分析刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和工件的加工步驟，分析方案的合理性。然后對(duì)工作臺(tái)的零部件進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，如小刀夾的設(shè)計(jì)、工作臺(tái)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌的選擇、進(jìn)給電機(jī)的選用、滾珠絲杠副的計(jì)算與校核等。根據(jù)以上計(jì)算和分析的結(jié)構(gòu)，用AutoCAD繪制各零件圖與裝配圖。此外，通過(guò)機(jī)床不同部位的精度檢測(cè)方法進(jìn)行闡述說(shuō)明，分析工作臺(tái)在制造要求。最后，模擬工作臺(tái)工作的動(dòng)作，編寫該類工件的加工程序。
關(guān)鍵詞：內(nèi)圓弧曲面；專用工作臺(tái)；直排式刀架
Abstract
Design for the workbench of the circular arc surface in special nc lathe. Firstly, analyze the shape and structure of the workpiece, and then analyze its processing technic. Preliminary select the machining process plan. Choose the cutting tool according to the plan and analyze the movement locus. Analyze the processing steps and the rationality of the machining process plan. Secondly, calculate and design the components and parts of the workbench, such as the design of knife dip, the structure of the workbench, the guide rail, the selection of the feed motor and the calculation of the ball screw. Use AutoCAD to draw the parts drawing and erection drawing according to calculated results. In addition, expound and analyze the workbench build requirements through the precision testing method from different parts of the machine tool. Finally, simulate the action of the workbench and write the work program of this kind of workpiece.
Keywords：Arc surface in；special workbench；in-line tool rest
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 內(nèi)圓弧曲面類工件的日常應(yīng)用 1
1.2 加工該類工件在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題 1
1.3 研發(fā)內(nèi)圓弧曲面類專用數(shù)控機(jī)床目的與意義 1
第二章 工件工藝分析 3
2.1 工件的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求 3
2.1.1 工件的外形結(jié)構(gòu)分析 3
2.1.2 工件的加工部位 3
2.1.3 工件的加工精度要求 4
2.2 工件的加工精度要求 4
第三章 加工方案的確定 6
3.1 數(shù)控車床刀架的功用 6
3.2 數(shù)控車床刀架的分類 6
3.2.1 轉(zhuǎn)塔式刀架 6
3.2.2 直排式刀架 7
3.3 數(shù)控車床刀架的選用 7
第四章 刀架運(yùn)動(dòng)分析 8
4.1 車刀的選用 8
4.1.1 車刀的分類 8
4.1.2 加工部位的車刀選擇 9
4.1.3 刀桿尺寸確定 9
4.2 直排式刀架的加工運(yùn)動(dòng)分析 9
4.2.1 刀具的切削軌跡 9
4.2.2 刀具的切削動(dòng)作分析 10
4.2.3 刀具的切削步驟 11
4.3 刀具的安裝位置 12
4.3.1 外圓車刀和仿形車刀 12
4.3.2 端面車刀和仿形車刀 12
4.3.3 刀具的安裝位置 12
4.3.4 刀具與卡盤的安全距離 13
第五章 小刀夾設(shè)計(jì) 15
第六章 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
6.1 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu) 17
6.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 17
6.2.1 導(dǎo)軌的功用和分類 17
6.2.2 導(dǎo)軌的選用 17
6.2.3 滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀 18
6.2.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合 19
6.3 工作臺(tái)的表面粗糙度和潤(rùn)滑 20
第七章 工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
7.1 電機(jī)的選擇 21
7.1.1 切削力分析 21
7.1.2 電機(jī)的選擇 22
7.2 滾珠絲杠副的選擇 24
7.2.1 機(jī)床的日常使用條件 24
7.2.2 滾珠絲杠副計(jì)算設(shè)計(jì) 24
7.3 軸承的選擇 26
7.3.1 滾珠絲杠的軸端形式 26
7.3.2 軸承的選擇 26
第八章 工作臺(tái)的總裝 28
8.1 工作臺(tái)的總裝配圖 28
8.2 工作臺(tái)在機(jī)床的安裝 29
第九章 機(jī)床精度檢驗(yàn) 30
9.1 機(jī)床精度內(nèi)容 30
9.2 機(jī)床精度保持性 30
9.3 機(jī)床精度檢驗(yàn)方法 30
第十章 加工程序編寫 39
結(jié) 論 41
致 謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附件一 英文文獻(xiàn)翻譯 44
2
第一章 緒論
1.1 內(nèi)圓弧曲面類工件的日常應(yīng)用
內(nèi)圓弧曲面類工件，在我國(guó)家電、模具、汽車制造及社會(huì)其它的各個(gè)領(lǐng)域，都廣泛被應(yīng)用。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，僅僅是湛江地區(qū)，光是電飯煲這類家電，年產(chǎn)量達(dá)5000萬(wàn)個(gè)/年，可見(jiàn)該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)量是相當(dāng)大的。而電飯煲的其中主要元件發(fā)熱盤，是典型的雙內(nèi)圓弧曲面工件。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，該元件的使用要求要具備高的傳熱效率功能。則在產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)方面，盡量和電飯煲膽外形一致；尺寸和表面精度方面，尺寸精度要求高，內(nèi)圓弧曲面表面的幾何精度和粗糙度要求嚴(yán)格，是重要的技術(shù)指標(biāo)，其精度的優(yōu)劣直接影響傳熱效果。因此對(duì)其加工工藝，提出了更高的要求，為了達(dá)到加工目的，所使用的工藝裝備需具備高效率、高精度、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
1.2 加工該類工件在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題
對(duì)內(nèi)圓弧曲面類工件的加工，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的加工方法是專用普通車床結(jié)合靠模，但由于普通電機(jī)轉(zhuǎn)速限制，已不能滿足產(chǎn)品的切削效率和精度的要求。而采用數(shù)控車床，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品主要還是以中、低端的低附加值產(chǎn)品為主，且存在加工精度不穩(wěn)定和效率不高的缺點(diǎn)。
當(dāng)前專用的內(nèi)圓弧曲面數(shù)控車床在國(guó)內(nèi)外較為少見(jiàn)，一些進(jìn)口的高精度數(shù)控車床，可以滿足加工此類零件的需要，但需配套相應(yīng)的工裝裝備。而且價(jià)格較高價(jià)格從幾十萬(wàn)到一百多萬(wàn)不等。成本相當(dāng)高，不適合我國(guó)國(guó)情。而目前我國(guó)自行開發(fā)研制的主要有普通專用液壓車床，實(shí)現(xiàn)了多刀聯(lián)動(dòng)的功能，加工效率由原來(lái)通用的數(shù)控車床：件/2-3分鐘，提高到:件/0.6～0.7分鐘，加工效率提高了3～5倍，造價(jià)低。但由于全部依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，液壓傳動(dòng)定位，因而定位精度相對(duì)數(shù)控機(jī)床要低，且不穩(wěn)定，又電機(jī)轉(zhuǎn)速不夠高，因而加工質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差。
1.3 研發(fā)內(nèi)圓弧曲面類專用數(shù)控機(jī)床目的與意義
隨著國(guó)內(nèi)外制造業(yè)的不斷發(fā)展，各種加工方法日新月異，尤其一些帶內(nèi)圓弧曲面工件的加工方法，由原來(lái)的傳統(tǒng)方法到現(xiàn)代的數(shù)控制造，由普通車床到專用車床，多種多樣，但目的是為了達(dá)到低成本、高效率和高精度。傳統(tǒng)加工方法的特點(diǎn)是低成本；普通專用機(jī)床的加工特點(diǎn)是高效；數(shù)控機(jī)床加工方法的特點(diǎn)是高精度，各有其特點(diǎn)。
目前，內(nèi)圓弧曲面類工件的加工方法，以電飯煲的碗形發(fā)熱盤為例，用數(shù)控車床車削，加工成本達(dá)二十元，而且加工效率低（每件加工時(shí)間要2～3分鐘）。不能發(fā)揮數(shù)控設(shè)備高效、高精度的優(yōu)點(diǎn)。因此通用數(shù)控車床加工不能提高生產(chǎn)效率。而用普通的專用車床，由于轉(zhuǎn)速不能太高及機(jī)械控制定位精度的局限性，內(nèi)圓弧面的加工精度不穩(wěn)定。
從上述看出內(nèi)圓弧曲面工件的加工制造方法存在著不少的問(wèn)題(精度和成本)，因此研制一種數(shù)控專用加工車床很有必要。該車床既能提高加工效率、又能滿足加工精度。該工藝裝備目前在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)開發(fā)研究的實(shí)例。項(xiàng)目立項(xiàng)建設(shè)將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)內(nèi)圓弧曲面類工件專用數(shù)控車床的空白，有效地提高國(guó)內(nèi)自制專用數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量及性能，加強(qiáng)企業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)企業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)內(nèi)圓弧曲面類工件專用數(shù)控車床的銷售量。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。而開發(fā)研制集普通專用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床一體的針對(duì)加工內(nèi)圓弧曲面工件的專用數(shù)控車床，具智能化、高速化、成本低、精度高等特點(diǎn)，適合我國(guó)現(xiàn)有以中、小型規(guī)模的企業(yè)為主的國(guó)情，市場(chǎng)前境廣闊。開發(fā)內(nèi)圓弧曲面數(shù)控專用車床根據(jù)中國(guó)的實(shí)際情況，消化吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為社會(huì)提供高精度、高效率、低消耗的生產(chǎn)設(shè)備。本項(xiàng)目開發(fā)的內(nèi)圓弧曲面數(shù)控專用車床，先以電飯煲發(fā)熱盤為試切工件，產(chǎn)品切削成功后，再通過(guò)調(diào)整安裝刀具的位置，加工其它規(guī)格同類型的產(chǎn)品，具有專用性的同時(shí)也具備通用特點(diǎn)。該設(shè)備集普通專用車床和數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格定位低，目標(biāo)是8萬(wàn)元/臺(tái)，并且產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率都能滿足需要，符合國(guó)內(nèi)加工內(nèi)圓弧面曲面工件的要求。高精度高效率數(shù)控專用機(jī)床的研制是我國(guó)數(shù)控機(jī)床研制發(fā)展的一個(gè)重要方向。產(chǎn)品研制成功，投入使用，不但可解決部分人的就業(yè)情況，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益。將會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
51
第二章 工件工藝分析
2.1 工件的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求
2.1.1 工件的外形結(jié)構(gòu)分析
如圖2.1所示，該電飯煲的發(fā)熱盤屬于旋轉(zhuǎn)類外形內(nèi)圓弧曲面類工件，一般可以通過(guò)車削加工或銑削加工的方式生產(chǎn)。發(fā)熱盤的碗型托面由2~3個(gè)弧面組成，該曲面結(jié)構(gòu)與電飯煲內(nèi)膽的外形結(jié)構(gòu)相似，可以大幅度的增加發(fā)熱盤傳熱的接觸面積，提高熱能的傳遞效果和效率，節(jié)能的效果佳。另外，在圓弧面上分別有3處工藝夾頭位，適用于通用夾具裝夾。
圖2.1 電飯煲發(fā)熱盤工件
2.1.2 工件的加工部位
該工件的毛坯位精鑄件，材料為硅鋁合金。毛坯精加工的余量為0.4~0.5mm。根據(jù)其結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)熱盤需要加工的部位如圖2.2所示，分別有外圓柱面1、端面2、倒圓角3、雙內(nèi)圓弧曲面4、內(nèi)孔倒角5、內(nèi)孔面6。
圖2.2 工件的加工部位
2.1.3 工件的加工精度要求
各加工部位的表面要求：刀紋路細(xì)膩均勻，清晰美觀，不留刀痕；尺寸精度控制在IT7級(jí)之內(nèi)。
對(duì)于內(nèi)圓弧面，其表面粗糙度要求在Ra1.6以內(nèi)，形狀精度要求達(dá)到0.001~0.01mm之間。
2.2 工件加工工藝分析
碗型發(fā)熱盤選用的毛坯位硅鋁合金的精鑄鑄件，且加工余量較小，故切削力較小，屬于很容易切削的材料。所以，車削加工與銑削加工均可滿足工件的加工要求。但是，該工件一般為大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，因此，從加工效率的角度上考慮，工件采用效率更高的車削加工方式。
對(duì)于內(nèi)圓弧曲面類工件的加工方法，通常由普通的專用車床和數(shù)控車床加工。采用普通的專用車床加工。雖然加工的效率較高（0.6~0.7分鐘/件），但是由于普通的專用車床加工全部事依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，液壓傳動(dòng)定位，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，所以，加工工件，特別是內(nèi)圓弧面的精度不穩(wěn)定，可靠性較差。而使用普通的數(shù)控車床車削，加工的成本較高，而且加工效率較低（2~3分鐘/件），不能發(fā)揮數(shù)控設(shè)備高效率、高精度的優(yōu)點(diǎn)。而且在加工過(guò)程中，由于工件的外形結(jié)構(gòu)，刀具容易產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象。
因此，針對(duì)該類內(nèi)圓弧曲面的工件，應(yīng)該設(shè)計(jì)一種集普通的專用車床與數(shù)控車床一體的專用數(shù)控車床，該車床兼有智能化、高速化、低成本、高精度等特點(diǎn)。
加工內(nèi)圓弧曲面類工件的專用數(shù)控車床的總體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，它是由機(jī)械系統(tǒng)、強(qiáng)電系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)3部分組成得幾點(diǎn)一體化集成系統(tǒng)。其中強(qiáng)電系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)與一般的車床相類似。本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明。
圖2.3 專用數(shù)控車床結(jié)構(gòu)成框圖
第三章 加工方案的確定
3.1 數(shù)控車床刀架的功用[1]
數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，刀架用于夾持切削用的刀具，因此其性能和結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受加工時(shí)的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。此外，刀架的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等要求。
3.2 數(shù)控車床刀架的分類[1]
3.2.1 轉(zhuǎn)塔式刀架
轉(zhuǎn)塔式刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型刀架，如圖3.1（a）所示。刀架通過(guò)旋轉(zhuǎn)分度定位來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換到動(dòng)作。根據(jù)刀架回旋軸與安裝地面的相對(duì)位置，刀架一般分為立式刀架和臥式刀架；根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或者圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或者更多的刀具。轉(zhuǎn)塔式刀架的轉(zhuǎn)刀東為可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟。它的動(dòng)作時(shí)由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。
（a） 轉(zhuǎn)塔式刀架
（b） 直排式刀架
圖3.1 數(shù)控車床刀架
3.2.2 直排式刀架
直排式刀架是數(shù)控車床用刀架的一種特殊形式。它一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。該刀架的結(jié)構(gòu)形式為，夾持著各種不同用途刀具的小刀夾沿著機(jī)床X軸方向排列在橫向滑板上。刀架的典型布置方式如圖3.1（b）所示，這種刀架在刀具布置和機(jī)床換到都較方便、迅速?？梢园凑樟慵能囅鞴に囈?，任意組合成各種不同用途的刀具，并按機(jī)床形成的大小來(lái)確定刀具的安裝數(shù)量。一把刀完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸方向移動(dòng)至預(yù)先設(shè)定的距離，第二把刀就準(zhǔn)備到達(dá)加工位置。這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。這種換刀方式快速省時(shí)，可以大大提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率。而且刀架也可以安裝各種不同用途的動(dòng)力刀具， 鉆、銑、攻螺紋等加工工序，使零件在一次裝夾中完全全部或大部分的工序。
3.3 數(shù)控車床的刀架的選用
轉(zhuǎn)塔式刀架的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高，而且加工時(shí)，動(dòng)作較多，效率較低。因?yàn)榘l(fā)熱盤的外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，回轉(zhuǎn)直徑不大，且加工工序較小。故該數(shù)控專用車床的刀架采用直排式刀架。
第四章 刀架運(yùn)動(dòng)分析
4.1 車刀的選用
4.1.1 車刀的分類[5]
車刀一般可以分為整體式車刀、焊接式車刀、機(jī)械夾固定式車刀、可轉(zhuǎn)位式車刀四種。
整體式車刀，如圖4.1（a）所示，一般使用高速鋼材料整刀制造，刀材比較浪費(fèi)且切削的性能不理想。焊接式車刀，如圖如圖4.1（b）所示，是把一定形狀的硬質(zhì)合金刀片釬焊在普通碳鋼刀桿上，再經(jīng)刃磨制成。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但是焊接容易導(dǎo)致刀片強(qiáng)度下降，而且其換刀和對(duì)刀的時(shí)間較長(zhǎng)，且一般都是整刀報(bào)廢，與現(xiàn)代化生產(chǎn)理念不相符。故本次設(shè)計(jì)不采用上述兩種車刀。
（b） 焊接式車刀
（a） 整體式車刀
（d） 可轉(zhuǎn)位式車刀
（c） 機(jī)械夾固定式車刀
圖4.1 車刀的分類
機(jī)械夾固定式車刀式將標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀片用機(jī)械夾固定的方法安裝在刀桿上，如圖4.1（c）所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，有效避免焊接式車刀因焊接帶來(lái)的缺陷。但是它仍然存在著重磨刀刃時(shí)可能引起的裂紋問(wèn)題。而可轉(zhuǎn)位式車刀可通過(guò)可轉(zhuǎn)位刀片快速換刀，如圖4.1（d）所示，避免了焊接、重磨帶來(lái)的缺陷，生產(chǎn)效率和質(zhì)量大大提高。綜合上述，本次設(shè)計(jì)采用可轉(zhuǎn)位式車刀。
4.1.2 加工部位的車刀選擇
因?yàn)橹迸攀降都艿慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，刀具的刀桿與機(jī)床主軸平行。因此，根據(jù)工件加工部位的特點(diǎn)，對(duì)于外圓柱面，采用裝SN型刀片偏頭外圓車車刀加工；對(duì)于端面，采用裝TN型刀片的直頭端面車刀加工；對(duì)于內(nèi)孔面、內(nèi)孔倒角、雙內(nèi)圓弧面、倒圓角，均可采用裝DN型刀片的仿形車刀加工。
4.1.3 刀桿尺寸確定[5]
因?yàn)楣ぜ鞯募庸び嗔亢苄?，只?.4~0.5mm，材料為硅鋁合金，切削力很小，故可以可以采用截面面積較小的刀桿。根據(jù)可轉(zhuǎn)位式車刀的標(biāo)準(zhǔn)尺寸（GB5343.2-85），采用刀桿截面為20X20的方形，長(zhǎng)度為125mm的刀桿。
4.2 直排式刀架的加工運(yùn)動(dòng)分析
4.2.1 刀具的切削軌跡
因?yàn)闄C(jī)床采用直排式刀架加工工件，所以刀架上的刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡分別包括X軸方向的橫向直線運(yùn)動(dòng)、Z軸方向的縱向直線運(yùn)動(dòng)和兩周聯(lián)動(dòng)所作的圓弧運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工件外形結(jié)構(gòu)、加工部位分析以及直排式刀架的特點(diǎn)，工件可以一次加工成形。
根據(jù)圖4.2刀具的切削軌跡分析，可知刀具的切削軌跡，見(jiàn)表4.1。
表4.1 刀具的切削軌跡
加工部位
圖示位置
加工部位
圖示位置
外圓柱端面
雙內(nèi)圓弧曲面
端面
內(nèi)孔倒角
倒圓角
和
內(nèi)孔面
X軸方向
Z軸方向
圖4.2 刀具的切削軌跡分析圖
4.2.2 刀具的切削動(dòng)作分析
對(duì)于外圓柱面和內(nèi)孔面，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡均屬于Z軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。因此，可以根據(jù)外圓柱面與內(nèi)孔面之間的相對(duì)距離，設(shè)置好外圓車刀和仿形車刀的相對(duì)位置，直排式刀架一次的Z軸進(jìn)給中就能同時(shí)加工外圓柱面和內(nèi)孔面。
對(duì)于內(nèi)孔倒角，因?yàn)槠涑叽绾苄。ǎ?，所以只要注意仿形車刀刀片的切削角度，避免過(guò)切發(fā)生，可以與內(nèi)孔面一并加工完成。
對(duì)于端面，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡與直排式刀架的換刀動(dòng)作一樣均為X軸方向的直線運(yùn)動(dòng)。因此，只要設(shè)置好端面車刀與工件端面的垂直距離，在直排式刀架換刀的時(shí)候，端面可以一并加工完成。
對(duì)于雙內(nèi)圓弧曲面和倒圓角和，仿形車刀是通過(guò)X軸和Z軸共同聯(lián)動(dòng)完成切削軌跡。因?yàn)樵摷庸げ课慌c內(nèi)孔面采用同一把車刀，所以可以將內(nèi)孔面與雙圓弧曲面一并加工。但是需要注意的是，由于偏頭仿形車刀刀桿的形狀和刀片的角度，如果車刀加工圓角的時(shí)候，直接從點(diǎn)加工至點(diǎn)， 刀片不可避免的會(huì)發(fā)生過(guò)切的現(xiàn)象。因此，仿形車刀加工圓角時(shí)，應(yīng)該先從工件的一端加工外圓角(或內(nèi)圓角),然后再?gòu)墓ぜ牧硪欢思庸?nèi)圓角（或外圓角）。
4.2.3 刀具的切削步驟
根據(jù)刀具的切削軌跡及其動(dòng)作分析，并將其最優(yōu)化，可得工件的加工步驟如圖4.3所示：
a）加工開始，直排式刀架運(yùn)動(dòng)，仿形車刀到達(dá)點(diǎn)，開始加工外圓角；
b）外圓角加工完成，端面車刀到達(dá)加工位置，開始加工端面；
c）刀架沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，端面車刀加工端面完成，外圓車刀和仿形車刀同時(shí)到達(dá)加工位置；
d）刀架沿Z軸方向進(jìn)給，外圓車刀加工外圓柱面完成，仿形車刀加工內(nèi)孔面完成；
e）刀架沿Z軸方向進(jìn)給反方向退刀，仿形車刀到達(dá)點(diǎn)，開始加工內(nèi)孔倒角；
f）刀架通過(guò)X軸和Z共同聯(lián)動(dòng)，仿形車刀加工內(nèi)孔倒角完成，仿形車刀到達(dá)點(diǎn)，開始加工雙內(nèi)圓弧曲面；
g）刀架通過(guò)X軸和Z共同聯(lián)動(dòng)，仿形車刀加工雙內(nèi)圓弧曲面完成，仿形車刀到達(dá)點(diǎn)，開始加工內(nèi)圓角；
h）刀架通過(guò)X軸和Z共同聯(lián)動(dòng)，仿形車刀加工內(nèi)圓角完成，待直排式刀架退至原始位置，加工結(jié)束。
d）
c）
b）
a）
h）
g）
f）
e）
圖4.3 工件的加工步驟圖
4.3 刀具的安裝位置
直排式刀架上各刀具的安裝位置取決刀具刀尖的相對(duì)位置，根據(jù)上述刀具的運(yùn)動(dòng)分析可以計(jì)算出各刀具刀尖的相對(duì)位置。
4.3.1 外圓車刀和仿形車刀
a）軸向距離
當(dāng)仿形車刀到達(dá)內(nèi)孔面的加工位置時(shí)，外圓車刀也要到達(dá)外圓柱面加工位置，因?yàn)閮?nèi)孔面比外圓柱面的加工距離要長(zhǎng)，所以，兩刀的軸向距離要大于或者等于點(diǎn)與的水平距離，即，故取。
b）徑向距離
因?yàn)橥鈭A車刀和仿形車刀同時(shí)加工外圓柱面和內(nèi)孔面，因此，兩刀的的徑向距離等于與的垂直距離，即。
4.3.2 端面車刀和仿形車刀
a）軸向距離
當(dāng)仿形車刀加工外圓角完成后，此時(shí)，端面車刀應(yīng)該到達(dá)加工位置，即與工件的端面平齊，因此，兩刀的軸向距離等于點(diǎn)與的的軸向距離，即。
b）徑向距離
當(dāng)仿形車刀加工外圓角時(shí)，端面車刀位于工件之內(nèi)，但不能與工件內(nèi)圓弧面發(fā)生接觸，因此，兩刀的徑向距離要大于點(diǎn)到雙內(nèi)圓弧面而的徑向距離，即，但是考慮刀片的形狀以及小刀夾的安裝位置，故取。
4.3.3 刀具的安裝位置
a）仿形車刀的伸出距離
當(dāng)仿形車刀完成加工內(nèi)孔面完成時(shí)，直排式刀架沿Z軸方向進(jìn)給距離最大，此時(shí)，刀架不能工件發(fā)生接觸，因此，仿形車刀刀尖與刀架的軸向距離要大于點(diǎn)與的水平距離，即，故取。
b）各刀具的安裝位置如圖4.4所示。
圖4.4 刀具的安裝位置圖
4.3.4 刀具與卡盤的安全距離
a）卡盤的選擇
從圖2.1工件的外形尺寸圖可以看出，發(fā)熱盤的碗型托面有3處工藝夾頭位，因此裝夾可以選用通用的短圓柱三爪自定心卡盤。
卡盤的外形尺寸根據(jù)工件的內(nèi)孔大小和工藝夾頭位確定。工件的內(nèi)孔直徑為，工藝夾頭位直徑為，因此選擇直徑為，內(nèi)孔直徑為的短圓柱三爪自定心卡盤，其具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.5所示。
圖4.5 短圓柱三爪自定心卡盤基本結(jié)構(gòu)尺寸
b）刀具的安全距離
當(dāng)?shù)都芗庸すぜ?，刀具不能與卡盤發(fā)生接觸，這樣會(huì)損壞刀具和卡盤。根據(jù)刀具安裝位置和卡盤尺寸，通過(guò)作圖，如圖4.6所示，當(dāng)仿形車刀加工內(nèi)孔面完成時(shí)，刀架進(jìn)給距離最大，外圓車刀與端面車刀與卡盤均沒(méi)有發(fā)生接觸，即刀具和卡盤的安全距離足夠，所以，刀具的安裝位置符合安全要求，不需要調(diào)整。
圖4.6 刀架進(jìn)給最大時(shí)刀具與卡盤的相對(duì)位置
第五章 小刀夾設(shè)計(jì)
因?yàn)榈毒呒庸すぜ枰那邢髁苄?，因?yàn)榈毒叩墓潭梢圆捎贸Ｓ玫穆菪龏A緊方式固定。因?yàn)橹迸攀降都苁怯眠^(guò)橫向滑板沿X軸方向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀的動(dòng)作，因此每把的刀具均采用單刀夾裝夾。
裝夾刀具，可以通過(guò)刀具的懸伸長(zhǎng)度調(diào)整刀尖的軸向距離。而調(diào)整刀具的徑向距離，可在橫向滑板上加工T型槽，通過(guò)小刀夾在橫向滑板上的安裝位置，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。
小刀夾的結(jié)構(gòu)尺寸如圖5.1所示。
圖5.1 小刀夾結(jié)構(gòu)尺寸
小刀夾的安裝如圖5.2所示。
圖5.2 小刀夾的安裝
第六章 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)
數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)的的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分，其中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滾珠絲杠副、滾動(dòng)軸承、伺服電機(jī)等部件，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括滑板和滑板座，兩者之間用導(dǎo)軌連接。
因?yàn)榈都艿倪\(yùn)動(dòng)軌跡分別有X軸、Z軸的直線運(yùn)動(dòng)以及兩軸聯(lián)動(dòng)所作的曲線運(yùn)動(dòng)，因此，工作臺(tái)根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方向分為兩部分，一部分對(duì)應(yīng)X軸方向，X軸向的滾動(dòng)絲杠置于橫向滑板底座之中，通過(guò)伺服電機(jī)傳動(dòng)，滾動(dòng)絲杠帶動(dòng)橫向滑板沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，橫向滑板上固定各種刀具；另一部分是對(duì)應(yīng)Z軸方向，其結(jié)構(gòu)基本一樣，只是該部分置于X軸向部分的下方，橫向滑板底座固定在縱向滑板上，縱向滑板運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)整個(gè)X軸向部分作沿Z軸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)。
工作臺(tái)的滑板和滑板底座均采用鑄造制成，材料為灰鑄鐵HT200。鑄造出來(lái)的毛坯再經(jīng)過(guò)機(jī)床精加工軌道和底座內(nèi)腔。綜合考慮工作臺(tái)的加工性能，初步取橫向滑板的長(zhǎng)度為1500mm，寬度為350mm，X軸向絲杠的有效行程為750mm，Z軸向絲杠的有效行程為450mm。
6.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)
6.2.1 導(dǎo)軌的功用和分類[2]
導(dǎo)軌主要用來(lái)支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合面組成一隊(duì)導(dǎo)軌副。導(dǎo)軌是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞，將直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽命。
常用的導(dǎo)軌分別有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、動(dòng)壓導(dǎo)軌和鑲金屬導(dǎo)軌等等。
6.2.2 導(dǎo)軌的選用
一般的機(jī)床或者數(shù)控機(jī)床應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)軌分別有滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。
滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，但是磨損較大、壽命低、運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定；而滾動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)靈敏度高、定位精度高、磨損少，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛醒和抗振性差，導(dǎo)向精度低，成本較高。
本次設(shè)計(jì)的工作臺(tái)導(dǎo)軌的精度要求如下：導(dǎo)軌縱向的直線度，橫向平行度。
雖然滑動(dòng)導(dǎo)軌的精度沒(méi)有滾動(dòng)導(dǎo)軌高，但是滑動(dòng)導(dǎo)軌也能滿足工作臺(tái)設(shè)計(jì)的精度要求，因此，從成本化與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化考慮，工作臺(tái)采用滑動(dòng)導(dǎo)軌
6.2.3 滑動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀[2]
滑動(dòng)導(dǎo)軌截面的基本形狀主要有4種：三角形、矩形、燕尾形和圓柱形，每種之中還有凸凹之分，如圖6.1所示。
圖6.1 導(dǎo)軌的截面形狀
圖6.1（a）是三角形導(dǎo)軌，它的導(dǎo)向性能隨頂角的大小而不同，越小導(dǎo)向性越好。但是當(dāng)減少時(shí)導(dǎo)軌面的當(dāng)量摩擦系數(shù)加大。通常去三角形導(dǎo)軌取三角形導(dǎo)軌的頂角為。對(duì)于大型或重型機(jī)床，由于載荷大，常取較大的頂角，如，不僅保證了必要的導(dǎo)向性，而且在一定的壓強(qiáng)下使導(dǎo)軌高度最低。當(dāng)導(dǎo)軌面有了磨損時(shí)，三角形導(dǎo)軌的工作臺(tái)會(huì)自動(dòng)下沉補(bǔ)償磨損量。支承導(dǎo)軌為凸三角（山）形時(shí)，不易寄存較大的鐵屑，但也不易存留潤(rùn)滑油，因此，適合于不易防護(hù)、速度較低的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軌跡。支承導(dǎo)軌為凹三角（V）形時(shí)，由于能得到較充足的潤(rùn)滑，可用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，但是必須很好地防護(hù)，以免落入鐵屑和灰塵。
圖6.1（b）是矩形導(dǎo)軌，與三角型導(dǎo)軌相比，摩擦系數(shù)低，剛性高，加工、檢驗(yàn)和維修都較方便。但是矩形導(dǎo)軌不可避免地存在側(cè)面間隙，因而導(dǎo)向性差，需要有間隙調(diào)整裝置。矩形導(dǎo)軌適合于載荷較大、而導(dǎo)向性要求略低的機(jī)床。
圖6.1（c）是燕尾形導(dǎo)軌，它的高度較小，間隙調(diào)整方便，可以承受顛覆力矩；但剛性較差，加工、檢驗(yàn)和維修都不大方便。這種導(dǎo)軌適用于手里小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的地方，例如車床刀架。
圖6.1（d）是圓柱形導(dǎo)軌，它制造方便，不易積存較大的鐵屑，但磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。與上述幾種形狀相比，應(yīng)用最少。
6.2.4 滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合[2]
滑動(dòng)通常由兩條導(dǎo)軌組合而成，如圖6.2所示
圖6.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌的形狀和組合
圖6.2（a）為雙三角形導(dǎo)軌，它的導(dǎo)向性和精度保持性都高，但是由于超定位，加工、檢驗(yàn)和維修都比較困難。因此它多用于精度要求較高的機(jī)床，例如絲杠車床、單柱坐標(biāo)鏜床和齒輪加工機(jī)床等，頂角常取為。
圖6.2（b）為雙矩形導(dǎo)軌，它的剛度高，承載能力高，加工、檢驗(yàn)和維修都方便，多用于普通精度的機(jī)床和重型機(jī)床，例如組合機(jī)床、龍門銑床、臥式鏜床、拉床和重型車床的床身導(dǎo)軌。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。
圖6.2（c）是三角形和矩形導(dǎo)軌的組合，它兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。例如，車床溜板、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機(jī)、坐標(biāo)鏜床的工作臺(tái)軌道。
圖6.2（d）是燕尾形導(dǎo)軌，它是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)，間隙調(diào)整方便，用一根鑲條就可以調(diào)節(jié)各接觸面的間隙。常用于牛頭刨床和插床得滑枕導(dǎo)軌，升降臺(tái)銑床的刀架導(dǎo)軌以及儀表機(jī)床等。
圖6.2（e）是矩形和燕尾形導(dǎo)軌的組合，它兼有調(diào)整方便和能承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)。多用于橫梁、立柱和搖臂等的導(dǎo)軌，以及多刀車床的刀架導(dǎo)軌等。
圖6.2（f）是雙圓柱導(dǎo)軌，常用于只受軸向力的場(chǎng)合。如推床、攻絲機(jī)和機(jī)械手等。
因?yàn)榈都艿那邢髁苄?，故選擇導(dǎo)軌優(yōu)先考慮導(dǎo)軌精度和制造的方便性。因此，根據(jù)上述各軌道組合的特點(diǎn)，橫向滑板與其底座之間采用燕尾形導(dǎo)軌，圖6.2（d）所示；縱向滑板與其底座之間采用雙三角形導(dǎo)軌，如圖圖6.2（a）所示。
6.3 工作臺(tái)的表面粗糙度和潤(rùn)滑[1]
因?yàn)楣ぷ髋_(tái)選用滑動(dòng)導(dǎo)軌，所以機(jī)床直接從滑板和底座加工而成。為了保證軌道精度，滑板上的動(dòng)軌道，表面粗糙度要求為；底座上的固定軌道，表面粗糙度要求為，兩軌道之間用軌道油做潤(rùn)滑劑。而工作臺(tái)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用潤(rùn)滑脂（黃油）作潤(rùn)滑劑。
第七章 工作臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1 電機(jī)的選擇
7.1.1 切削力分析
a）切削合力分解[11]
切削合力是切削加工過(guò)程中的重要問(wèn)題之一。它直接影響切削熱的產(chǎn)生和刀具磨損，進(jìn)一步影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。在生產(chǎn)中切削合力又是計(jì)算切削功率、設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、刀具、夾具的必要依據(jù)。
切削合力是一個(gè)非常復(fù)雜的空間里，其大小和方向不易直接測(cè)定，也無(wú)測(cè)定的必要。為了適應(yīng)設(shè)計(jì)和工藝分析的需要，而將切削合力分解為三個(gè)相互垂直的切削分離，如圖7.1所示
圖7.1 切削合力的分解
1）切削力（切向力）
是切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小約占總切削合力的85%~90%。消耗的功率最多，約占車削90%以上。
2）背向力（徑向力）
是切削合力在切削深度方向上的分力。它在基面內(nèi)與切深方向相反。
3）進(jìn)給力（軸向力）
是切削合力在進(jìn)給方向上的分力。它在基面內(nèi)，與進(jìn)給方向平行，但方向相反。做功很小，只占總功的1%~5%。
b）切削力及切削功率計(jì)算[1]
假如機(jī)床適用于通用材料工件的切削加工，假定有盤類工件直徑為，材料為調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼（40Cr），硬度HBS為229；現(xiàn)用該機(jī)床進(jìn)行外圓粗加工，刀具為硬質(zhì)合金，切削深度，工作臺(tái)進(jìn)給量，根據(jù)工件材料、切削深度和進(jìn)給量，選擇車刀的切削速度。
1）車削時(shí)切削力
式（7.1）
式中，、、、為系數(shù)，對(duì)于刀具材料為硬質(zhì)合金，加工形式為縱車或者橫車的情況下，、、、；為使用條件改變時(shí)切削力的修正系數(shù)，對(duì)于刀具材料為硬質(zhì)合金，工件為硬度HBS為229的結(jié)構(gòu)鋼，。
2）切削力消耗的功率
式（7.2）
3）車削合力消耗的總功率
式（7.3）
4）進(jìn)給傳動(dòng)消耗的總功率
式（7.4）
5）電機(jī)所需要的總功
電機(jī)與滾珠絲杠用聯(lián)軸器相連，所以，
式（7.5）
式中，、分別為聯(lián)軸器和絲杠的傳動(dòng)效率。
7.1.2 電機(jī)的選擇
a）根據(jù)電機(jī)所需要的功率，初步選擇伺服電機(jī)EDSMT-2T130-040B，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為，額定力矩為，峰值力矩為。因?yàn)樵搶Ｓ脵C(jī)床一般用于精加工材料為硅鋁合金，直徑小于的盤類鑄件，加工余量很小，所有條件均遠(yuǎn)小于上述假設(shè)條件，因此，電機(jī)的功率條件完全滿足機(jī)床工作臺(tái)實(shí)際的工作條件。
b）校核伺服電機(jī)的力矩
對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言，因?yàn)閯?dòng)態(tài)性能要求較高，所以用電動(dòng)機(jī)力矩主要是用不斷產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載力矩占的比重很小，一般小于電動(dòng)機(jī)力矩的10%~30%，所以可以先計(jì)算快速空載啟動(dòng)力矩，據(jù)此校核電機(jī)。
橫向滑板的長(zhǎng)度，寬度，因?yàn)樯媳砻嬉庸型槽，因此取厚度。
1）橫向滑板的質(zhì)量
式（7.6）
式中，為灰鑄鐵的密度，。
2）工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
假設(shè)橫向滑板底座和縱向滑板的總質(zhì)量為橫向滑板質(zhì)量的兩倍，對(duì)于Z軸向的滾珠絲杠，所以，
式（7.7）
式中，為絲杠螺距，初選絲杠。
3）絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
因?yàn)闈L珠絲杠與電機(jī)用聯(lián)軸器連接，所以，
4）電機(jī)的最大加速力矩
式（7.8）
式中，為電機(jī)的轉(zhuǎn)速；為進(jìn)給系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，這里取。
工作臺(tái)對(duì)電機(jī)的最大的加速力矩加速力小于伺服電機(jī)EDSMT-2T130-040B的峰值力矩（），因此，改用伺服電機(jī)EDSMT-2T130-077B，該電機(jī)的具體參數(shù)見(jiàn)表7.1。
表7.1 伺服電機(jī)參數(shù)表
伺服電機(jī)EDSMT-2T130-077B
額定功率（）
反電勢(shì)()
額定線電壓（）
力矩系數(shù)（）
額定線電流（）
轉(zhuǎn)子慣量（）
額定轉(zhuǎn)速（）
線組（線間）電阻（）
額定力矩（）
線組（線間）電感（）
峰值力矩（）
電氣時(shí)間常數(shù)（）
7.2 滾珠絲杠副的選擇[1]
7.2.1 機(jī)床的日常使用條件
假如數(shù)控車床的的可靠性為，各種切削方式的進(jìn)給力，進(jìn)給速度和時(shí)間比例如見(jiàn)表7.2。
表7.2 機(jī)床日常使用條件
切削方式
進(jìn)給力（）
進(jìn)給速度（）
時(shí)間比例（）
強(qiáng)力切削
2000
0.6
10
一般切削
1000
0.8
25
精細(xì)切削
500
1
70
快速定位
0
10
5
7.2.2 滾珠絲杠副計(jì)算設(shè)計(jì)
因?yàn)閆軸向的絲杠負(fù)荷較大，所以先對(duì)Z軸向絲杠計(jì)算設(shè)計(jì)。如果Z軸向絲杠可以滿足機(jī)床傳動(dòng)要求，X軸向絲杠肯定滿足。
a）絲杠的導(dǎo)程和轉(zhuǎn)速
電動(dòng)額定轉(zhuǎn)速為。電動(dòng)機(jī)與絲杠直連，工作臺(tái)最大的速度，故選擇絲杠導(dǎo)程為。
絲杠轉(zhuǎn)速：強(qiáng)力切削，一般切削，精細(xì)切削，快速定位。
b）導(dǎo)軌的摩擦力和絲杠工作負(fù)荷
式（7.9）
式中，為滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，對(duì)于雙三角形導(dǎo)軌，。
工作載荷：強(qiáng)力切削：, 一般切削：, 精細(xì)切削：,快速定位。
c）當(dāng)量轉(zhuǎn)速和當(dāng)量載荷
式（7.10）
式（7.11）
d）初選滾珠絲杠副
假定該數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠使用壽命。
由，可得
式（7.12）
初選絲杠為內(nèi)循環(huán)、浮動(dòng)返向器、雙螺母墊片預(yù)緊。，，，3列。型號(hào)為FFZD4010×10-3，額定動(dòng)負(fù)荷，大于算出的值（）。預(yù)緊力,大于最大軸向載荷的,這種絲杠是可用的。
e）校核極限轉(zhuǎn)速
式（7.13）
式中，為滾珠絲杠支承系數(shù)，當(dāng)絲杠支承結(jié)構(gòu)為兩端固定式時(shí)，；；為絲杠安裝距離，考慮絲杠行程與底座的結(jié)構(gòu)，這里取。
f）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算
因?yàn)榻z杠兩端固定，絲杠一般不會(huì)受壓，故不需進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。
型號(hào)為FFZD4010×10-3的滾珠絲杠副具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。
因?yàn)閄軸向絲杠所需要的工作載荷沒(méi)有Z軸向的絲杠大，因此，X軸向絲杠可選取與Z軸向絲杠一樣的型號(hào)為FFZD4010X10-3的滾珠絲杠副。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖7.2所示
圖7.2 FFZD4010X10-3滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸圖
7.3 軸承的選擇[1]
7.3.1 滾珠絲杠的軸端形式
根據(jù)絲杠的的安裝與應(yīng)用，其軸端形式如圖7.3所示
（b）連接電機(jī)端
（a）無(wú)電機(jī)端
圖7.3 絲杠軸端形式
7.3.2 軸承的選擇
軸承采用60°接觸角推力角接觸球軸承，型號(hào)7602030TVP，內(nèi)徑，外徑，寬度，額定動(dòng)負(fù)荷，加負(fù)荷，具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖7.4所示
圖7.3 7602030TVP軸承結(jié)構(gòu)尺寸圖
軸承采用面對(duì)面組配，這種組配方式的受力作用線內(nèi)向收斂，所以軸承間的有效支點(diǎn)距離縮小，這種組配方式也可承受雙向的軸向載荷和徑向載荷，但承受傾斜力矩的能力較差，并較多地降低軸承的極限轉(zhuǎn)速，一般適用于需要精密調(diào)心的場(chǎng)合。
第八章 工作臺(tái)的總裝
8.1 工作臺(tái)的總裝配圖
經(jīng)過(guò)上述一系列的設(shè)計(jì)與計(jì)算，工作臺(tái)的總裝配圖如圖8.1所示。
圖8.1 工作臺(tái)的總裝配圖
8.2 工作臺(tái)在機(jī)床的安裝
該工作臺(tái)的機(jī)床上的安裝如圖8.2所示。
1.床身機(jī)架；2.Z軸進(jìn)給伺服電機(jī)；3.縱向滑板；4. 橫向滑板；5.小刀夾；6.主軸驅(qū)動(dòng)部件；
7.數(shù)控顯示器；8.卸荷大皮帶輪；9.小皮帶輪；10.電動(dòng)機(jī)；11.X軸進(jìn)給伺服電機(jī)；12.電器柜
圖8.2 數(shù)控機(jī)床的總裝配圖
第九章 機(jī)床精度檢驗(yàn)
9.1 機(jī)床精度內(nèi)容[1]
機(jī)床精度能夠反映機(jī)床本身誤差的大小，包括下列內(nèi)容：
（a）幾何精度
幾何精度是指機(jī)床在無(wú)負(fù)載不運(yùn)動(dòng)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下的精度，如主軸的軸向竄動(dòng)，定心軸頸的徑向跳動(dòng)等。幾何精度高低主要取決于加工和裝配質(zhì)量。
（b）運(yùn)動(dòng)精度
運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床主要零部件在以工作狀態(tài)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。包括回轉(zhuǎn)精度和直線運(yùn)動(dòng)不均勻精度，這對(duì)于加工精度要求較高的機(jī)床尤為重要。運(yùn)動(dòng)精度取決于機(jī)床傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)、元件制造與裝配質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度及其它特性的影響。
（c）傳動(dòng)精度
傳動(dòng)精度是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩端件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。它主要取決于傳動(dòng)鏈各元件，特別是末端件（如母蝸輪或母絲杠）的加工、裝配精度以及傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)的合理性。
（d）定位精度
定位精度是指機(jī)床有關(guān)部件在所有坐標(biāo)（直線和回轉(zhuǎn)坐標(biāo)）中定位的準(zhǔn)確性，它取決于機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及有關(guān)特性的影響。
（e）工作精度
工作精度是指機(jī)床在有負(fù)載和正常工作速度時(shí)的精度。它主要取決于機(jī)床的剛度、抗振性和熱變形。
9.2 機(jī)床精度保持性[1]
精度保持形是指機(jī)床長(zhǎng)期保持其原始精度的能力。該項(xiàng)指標(biāo)是由機(jī)床某些關(guān)鍵零件的首次大修期所決定。為提高零件耐磨性，需注意選材、熱處理、潤(rùn)滑與防護(hù)等。中型機(jī)床的首次大修期應(yīng)保持在8~10年以上。
9.3 機(jī)床精度檢驗(yàn)方法[19]
機(jī)床的精度檢驗(yàn)方法見(jiàn)表9.1。
表9.1 機(jī)床精度檢驗(yàn)方法
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G1
A-床身
導(dǎo)軌調(diào)平
a.縱向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度
精密水平儀或光學(xué)儀器
在溜板上靠近前導(dǎo)軌處，縱向放一水平儀。等距離（近似等于規(guī)定的局部誤差的測(cè)量長(zhǎng)度）移動(dòng)溜板檢驗(yàn)。
將水平儀的讀數(shù)一次排列。畫出導(dǎo)軌誤差曲線，曲線相對(duì)其兩端點(diǎn)連線的最大坐標(biāo)值就是導(dǎo)軌全長(zhǎng)的直線度誤差，曲線上任意局部測(cè)量長(zhǎng)度的兩端點(diǎn)相對(duì)曲線兩端點(diǎn)連線的坐標(biāo)差值，就是導(dǎo)軌的局部誤差。
也可將水平儀直接放在導(dǎo)軌上進(jìn)行檢驗(yàn)。
(凸)
(凸)
(凸)
(凸)
局部公差
在任意250測(cè)量長(zhǎng)度上為
最大工件長(zhǎng)度每增加1000公差增加：
局部公差
在任意500測(cè)量長(zhǎng)度上為
b.橫向?qū)к壍钠叫卸?
精密水平儀
在溜板上橫向放一水平儀，等距離移動(dòng)溜板檢驗(yàn)（移動(dòng)距離同a）。
水平儀在全部測(cè)量長(zhǎng)度上讀數(shù)的最大代數(shù)差值就是導(dǎo)軌的平行度誤差。
也可將水平儀放在專用橋板上，在導(dǎo)軌上進(jìn)行檢驗(yàn)。
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G2
B-溜板
溜板移動(dòng)在水平面內(nèi)的直線度
（盡可能在兩頂尖軸線和刀尖所確定的平面內(nèi)檢驗(yàn)）
a指示器和檢驗(yàn)棒或指示器和平尺
b鋼絲和顯微鏡或光學(xué)儀器
a.將指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭觸及主軸和尾座的頂尖間的檢驗(yàn)棒表面上，調(diào)整尾座，使指示器在檢驗(yàn)棒兩端的讀數(shù)相等。移動(dòng)溜板在全部行程上檢驗(yàn)。指示器讀數(shù)的最大代數(shù)差值就是直線度誤差。
b.用鋼絲和顯微鏡檢驗(yàn)。在機(jī)床中心高的位置上繃緊一根鋼絲，顯微鏡固定在溜板上，調(diào)整鋼絲，使顯微鏡在鋼絲兩端的讀數(shù)相等。等距離（移動(dòng)距離同G1移動(dòng)溜板，在全部行程上檢驗(yàn)。
顯微鏡讀數(shù)的最大代數(shù)差值就是直線度誤差。
最大工件長(zhǎng)度每增加1000公差增加：
最大公差
G3
尾座移動(dòng)對(duì)溜板的平行度：
a.在垂直平面內(nèi)；
b．在水平面內(nèi)
a和b0.03/a和d0.04
局部公差
在任意500測(cè)量長(zhǎng)度上為0.02
指示器
將指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭觸及尾底體端面的頂尖套上；
a.在垂直平面內(nèi)；b在水平面內(nèi)。鎖緊頂尖套，使尾座與溜板儀器移動(dòng)，在溜板全部行程上檢驗(yàn)。
a、b的誤差分別計(jì)算，指示器在任意500mm行程上和全部行程上的最大差值就是局部長(zhǎng)度和全長(zhǎng)上的平行度誤差。
a和b0.04
局部公差
在任意500測(cè)量長(zhǎng)度上為0.03
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G4
C-主軸
a主軸的軸向竄動(dòng)；
b主軸軸肩支承面的跳動(dòng)
a．
a．
指示器和專用檢具
固定指示器，使其測(cè)頭觸及，a.插入主軸錐孔的檢驗(yàn)棒端部的鋼球上；b.主軸軸肩支承面上。
沿主軸軸線加一力F，旋轉(zhuǎn)主軸檢驗(yàn)。
a、b誤差分別計(jì)算。指示器讀數(shù)的最大差值就是軸向竄動(dòng)誤差和軸肩支承面的跳動(dòng)誤差。
b．
b．
（包括軸向竄動(dòng)）
G5
主軸定心軸頸的徑向跳動(dòng)
指示器
固定指示器使其測(cè)頭垂直觸及軸頸（包括圓錐軸頸）的表面。沿主軸軸線加一力F。旋轉(zhuǎn)主軸檢驗(yàn)。指示器讀數(shù)的最大差值就是徑向跳動(dòng)誤差。
G6
主軸錐孔軸線的徑向跳動(dòng)：
a.靠近主軸端面；
b.距主軸端面L處
a．
b.在300測(cè)量長(zhǎng)度上為
a．
b.在500測(cè)量長(zhǎng)度上為
指示器和檢驗(yàn)棒
將指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭觸及尾底體端面的頂尖套上；
a.在垂直平面內(nèi)；b在水平面內(nèi)。鎖緊頂尖套，使尾座與溜板儀器移動(dòng)，在溜板全部行程上檢驗(yàn)。
a、b的誤差分別計(jì)算，指示器在任意500mm行程上和全部行程上的最大差值就是局部長(zhǎng)度和全長(zhǎng)上的平行度誤差。
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G7
主軸軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度：
a．在垂直平面內(nèi)；
b.在水平面內(nèi)
a．在300測(cè)量長(zhǎng)度上為0.02
a．在500測(cè)量長(zhǎng)度上為0.04
指示器和檢驗(yàn)棒
指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭觸及檢驗(yàn)棒的表面：a.在垂直平面內(nèi)
b.在水平面內(nèi)。移動(dòng)溜板檢驗(yàn)。
將主軸旋轉(zhuǎn)180°，再同樣檢驗(yàn)一次，
a、b誤差分別計(jì)算。兩次測(cè)量結(jié)果的代數(shù)和之半，就是平行度誤差。
（只許向上軸）
b．在300測(cè)量長(zhǎng)度上為0.015
b．在500測(cè)量長(zhǎng)度上為0.03
（只許向前偏）
G8
頂尖的跳動(dòng)
指示器和專用頂尖
頂尖插入主軸孔內(nèi)，固定指示器。
使其測(cè)頭垂直觸及頂尖錐面上。沿主軸軸線加一力F，旋轉(zhuǎn)主軸檢驗(yàn)。
指示器讀數(shù)除以COSα（α為錐體半角）后，就是頂尖跳動(dòng)誤差。
G9
D-尾座
尾座套簡(jiǎn)軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度：
a.在垂直平面內(nèi)；
b.在水平面內(nèi)
a．在100測(cè)量長(zhǎng)度上為0.015
a．在100測(cè)量長(zhǎng)度上為0.02
指示器
尾座的位置同G11。尾座頂尖套伸出量約為最大伸出長(zhǎng)度的一般，并鎖緊。
將指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭觸及尾座套簡(jiǎn)的表面：a.在垂直平面內(nèi)；b.在水平面內(nèi)。移動(dòng)溜板檢驗(yàn)。
a、b誤差分別計(jì)算。指示器讀數(shù)的最大差值，就是平行度誤差。
（只許向上偏）
b．在100測(cè)量長(zhǎng)度上為0.01
b．在100測(cè)量長(zhǎng)度上為0.015
（只許向前偏）
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G10
尾座套簡(jiǎn)錐孔軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度：
a.在垂直平面內(nèi)；
b.在水平面內(nèi)
a.在300測(cè)量長(zhǎng)度為0.03
a.在500測(cè)量長(zhǎng)度為0.05
指示器和檢驗(yàn)棒
尾座的位置同G11。頂尖套簡(jiǎn)退入尾座孔內(nèi)，并鎖緊。在尾座套簡(jiǎn)錐孔中，插入檢驗(yàn)棒。將指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭觸及檢驗(yàn)棒表面：a.在垂直平面內(nèi)。b.在水平面內(nèi)。移動(dòng)溜板檢驗(yàn)。
拔出檢驗(yàn)棒，旋轉(zhuǎn)180°重新插入尾座頂尖套錐孔中，重復(fù)檢驗(yàn)一次。
a、b誤差分別計(jì)算。兩次測(cè)量結(jié)果的代數(shù)和之半，就是平行度誤差。
（只許向上偏）
b.在300測(cè)量長(zhǎng)度為0.03
b.在500測(cè)量長(zhǎng)度為0.05
（只許向前偏）
G11
E-兩頂尖
床頭和尾座兩頂尖的等高度
指示器和檢驗(yàn)棒
在主軸與尾座頂尖間裝入檢驗(yàn)棒，將指示器固定在溜板上，使其測(cè)頭在垂直平面內(nèi)觸及檢驗(yàn)棒。移動(dòng)溜板在檢驗(yàn)棒的兩極限位置上檢驗(yàn)。
指示器在檢驗(yàn)棒兩端讀數(shù)的差值，就是等高度誤差。
當(dāng)DC小于或等于500mm時(shí)，尾座應(yīng)緊固在床身導(dǎo)軌的末端。當(dāng)DC大于500mm時(shí)，尾座堅(jiān)固在DC/2處，但最小不于200mm。檢驗(yàn)時(shí)，尾座頂尖套應(yīng)退入尾座孔內(nèi)，并鎖緊。
（只許尾座高）
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G12
F-橫刀架
橫刀架橫向移動(dòng)對(duì)主軸軸線的垂直度
（偏差方向）
指示器和平盤或平尺
將平盤固定在主軸上，指示器固定在橫刀架上，使其測(cè)頭觸及平盤。移動(dòng)橫刀架進(jìn)行檢驗(yàn)。
將主軸旋轉(zhuǎn)180°再同樣檢驗(yàn)一次。
兩次測(cè)量結(jié)果的代數(shù)和之半，就是垂直度誤差。
G13
刀盤工具孔軸線與主軸軸線的重合度:
a.在垂直平面內(nèi)；
d.在水平面內(nèi)
（只適用于刀盤有工具孔的車床)
a和d
指示器和專用檢具
指示器裝在主軸端部的專用檢具上，使其側(cè)頭觸及刀盤工具孔表面或觸及緊密插入工具孔中的檢驗(yàn)棒表面。旋轉(zhuǎn)主軸，分別在a垂直平面內(nèi)及b.水平面內(nèi)檢驗(yàn)（刀盤依次轉(zhuǎn)位）。
a、b誤差分別計(jì)算，誤差以指示器讀數(shù)差值之半計(jì)。
檢驗(yàn)時(shí)刀盤盡量接近主軸端部，觸頭盡量靠近刀盤，每個(gè)工具孔均檢驗(yàn)。
序號(hào)
簡(jiǎn)圖
檢驗(yàn)項(xiàng)目
公差
檢驗(yàn)工具
檢驗(yàn)方法
G14
刀盤工具孔軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度
a在垂