XK714D數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要1Abstract2第1章 緒論3第2章 XK714D數(shù)控銑床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.1 XK714D數(shù)控銑床特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)目標(biāo)5 2.1.1 XK714D數(shù)控銑床的特點(diǎn)5 2.1.2 數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)目標(biāo)52.2 確定機(jī)床的總體布局6第3章 主軸部件設(shè)計(jì)83.1主軸組件設(shè)計(jì)83.2主軸的設(shè)計(jì)83.2.1主軸的選材83.2.2主軸機(jī)械工藝93.3主軸支承93.3.1主軸支承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則93.3.2軸承的選取及設(shè)計(jì)93.4主軸組件的設(shè)計(jì)計(jì)算103.5主軸其他組件設(shè)計(jì)12第4章 XK714D數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.1 主傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)134.2 主傳動(dòng)功率的選擇134.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)15第5章

2、 伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)175.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路175.2 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置的設(shè)計(jì)175.2.1滾珠絲杠總體設(shè)計(jì)175.2.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算185.3 伺服電機(jī)的選擇225.3.1 計(jì)算參數(shù)并選取電機(jī)225.3.2 齒輪設(shè)計(jì)235.4工作臺(tái)導(dǎo)軌及傳動(dòng)間隙消除25總結(jié)26參考文獻(xiàn)27致謝28摘 要XK714D數(shù)控銑床是一臺(tái)可進(jìn)行連續(xù)銑、鉆、鉸等多種工序的加工的小型立式數(shù)控銑床，其可進(jìn)行板類件、盤類件外殼等多樣化零件的加工。機(jī)床總體設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)字控制單元，數(shù)字控制系統(tǒng)與氣動(dòng)系統(tǒng)安裝在床身，方便了搬運(yùn)和安裝，另外，它通過(guò)交流伺服電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸節(jié)和滾珠絲杠付直聯(lián)，使伺服進(jìn)給系統(tǒng)在X、Y

3、、Z軸三向獲得20米/分的高速移動(dòng)，同時(shí)保證高速進(jìn)給機(jī)床的震動(dòng)幅度小，低速進(jìn)給時(shí)無(wú)位置偏移，且有較高的穩(wěn)定性和精度。機(jī)床的主要構(gòu)件剛度高，以進(jìn)行強(qiáng)力切削，它的設(shè)計(jì)滿足了高精度、高速度、高柔性、自動(dòng)化程度高、可靠性高、智能化高等現(xiàn)代開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；控制；機(jī)電一體化；總體設(shè)計(jì)；開(kāi)放式體系A(chǔ)BSTRACTXK714Da kind of miniature vertical NC milling machine can process work-piece continuously by many working processes，such as：milling，b

4、oring，reaming，and it can manufacture transaction of panel，tray shell，molds and so onMechanical-electrical structure is the main part of design for milling machine，control cabinet，NC cabinet，and pneumatics device into milling machine for transit and installationFurthermore，it combines shaft couping a

5、nd ball-screw pairs by AC servo electrical machine so that the milling machine can slip along x-axis，y-axis or z-axis at speed of 20 meters an minute smoothly and accuratelyThe main components of the machine is high rigidity for heavy cutting, its designed to meet the development trend of high-preci

6、sion, high-speed, high flexibility, high degree of automation, high reliability, intelligent, modern open architecture machine tool.Key words: NC Milling Machine；Control；Mechatronics；Overall design；Opening System 1 緒論數(shù)控銑床是由傳統(tǒng)銑床的結(jié)構(gòu)上演變而來(lái)的，其制造工藝流程基本相同，結(jié)構(gòu)方面也相似，由于數(shù)控銑床引入自動(dòng)程序控制加工，所以其工作能力與普通銑床有較大的區(qū)別。在機(jī)械制造行業(yè)

7、高速發(fā)展的今天，數(shù)控銑床形式五花八門，盡管不同類型的數(shù)控銑床在結(jié)構(gòu)組成上有所差異，然而仍有許多相似的地方?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)合了高度的智能化對(duì)工件加工過(guò)程中的加工效率及其精度進(jìn)行只能檢測(cè)，對(duì)所需加工各個(gè)物理量做出檢測(cè)、建模、特征獲取進(jìn)而自動(dòng)進(jìn)行反饋，再結(jié)合系統(tǒng)的綜合工作環(huán)境迅速敏捷的進(jìn)行智能操縱，使自動(dòng)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代數(shù)控銑床有很大的用武之地，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，并使機(jī)床在工作加工過(guò)程中保持最佳的工作狀態(tài)。從數(shù)控技術(shù)方面看由于數(shù)控銑床采用了伺服電機(jī)，利用電子技術(shù)完成了對(duì)機(jī)床工作部件工作順序及運(yùn)動(dòng)的直接操控，傳統(tǒng)的機(jī)床的變速箱部件不再需要，從而也簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床還還需要具有較高傳動(dòng)

8、剛度和微傳動(dòng)間隙的系統(tǒng)，從而使機(jī)床有更好的可控性和精確度。而且，由于日益發(fā)展的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，在同一臺(tái)機(jī)床上將能有更多功能部件用來(lái)執(zhí)行多任務(wù)及其各項(xiàng)工作，所以數(shù)控銑床的集成度與機(jī)械精度比普通機(jī)床有更高的要求。但從制造業(yè)方面發(fā)展考慮，隨著日益變化的機(jī)械制造業(yè)以及新材料和新工藝的出現(xiàn)，以及降低成本來(lái)應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，金屬的加工朝著高精度、高速度、高生產(chǎn)效率、高可靠度的方向發(fā)展。從而對(duì)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的功率、機(jī)械動(dòng)靜剛度、熱態(tài)時(shí)機(jī)械的穩(wěn)定性及剛度、工作可靠性等多方面提出更加嚴(yán)格的要求，同時(shí)為了保證正常的生產(chǎn)效率，對(duì)機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的可靠性也有待提高。典型的數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)除了基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、

9、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)等一般常見(jiàn)主件外，還需要一些附件來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的功能和更好地操縱性，機(jī)床的由底座、立柱、主軸箱等主要部件組成，而且其中主要構(gòu)件的有較高的要求，一般采用強(qiáng)度較高的優(yōu)質(zhì)鑄件，使其組織穩(wěn)定，從而保證了整個(gè)機(jī)床具有良好的機(jī)械性能和高度可靠性及其精度保持性。三軸導(dǎo)軌副均采用高頻淬火及貼塑導(dǎo)軌組合，保證機(jī)床運(yùn)行精度、降低磨擦阻力及損耗。為了了解目前國(guó)內(nèi)外機(jī)床的現(xiàn)狀，參考目前市場(chǎng)上一些機(jī)床成品，三軸傳動(dòng)系統(tǒng)是一種常見(jiàn)的傳動(dòng)方式，其有精密的滾珠絲桿和伺服電動(dòng)機(jī)，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的潤(rùn)滑裝置?，F(xiàn)代機(jī)床不僅實(shí)現(xiàn)總體功能的提升與多樣化，在結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的理論成果，創(chuàng)造出更適合工人操作，生產(chǎn)效率更高，工作環(huán)境更好，

10、且機(jī)床本身配備的操控箱可旋轉(zhuǎn)，操作方便。能完成各種銑削、鏜孔、剛性攻絲等，具有良好地經(jīng)濟(jì)型，成為機(jī)械制造行業(yè)比不可少的組成部分?；厥走^(guò)去，最早時(shí)出現(xiàn)的是數(shù)控銑床。經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，點(diǎn)對(duì)位的控制機(jī)床發(fā)展迅速，并逐漸衍生出數(shù)控鉆床、沖床、坐標(biāo)鏜床等一系列產(chǎn)品。這一系列類機(jī)床在傳統(tǒng)加工中產(chǎn)生了不可磨滅的作用，其不需要復(fù)雜的控制過(guò)程就能完成加工過(guò)程。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造行業(yè)的重要代表，從某種程度上來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平即代表了一個(gè)國(guó)家制造行業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。 近年來(lái)，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)量逐漸增長(zhǎng)，數(shù)控化率也顯著提高，另一方面我國(guó)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平和自主創(chuàng)新水平也有所提高。目前我國(guó)生產(chǎn)的普通數(shù)控機(jī)

11、床已能滿足工業(yè)發(fā)展的需要，生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)也頗為成熟，并在國(guó)際市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)上具有良好地影響力。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床擁有多軸聯(lián)動(dòng)等創(chuàng)新數(shù)控技術(shù)，且已有成型商品走入市場(chǎng)。從數(shù)控技術(shù)方面角度來(lái)看伺服電機(jī)是效控機(jī)床的重要部分，應(yīng)用電子技術(shù)完成對(duì)機(jī)床工作部件和工作方式的操作， 近年來(lái)，自金融危機(jī)之后，綠色制造在國(guó)際機(jī)床行業(yè)的有著舉足輕重的影響嗎，現(xiàn)代的機(jī)床制造業(yè)不同以往，更高的集成度和更好地環(huán)境適應(yīng)能力迫在眉睫，世界上各大機(jī)床制造廠商大力支持發(fā)展高新科技技術(shù)、增強(qiáng)自主開(kāi)發(fā)能力，為更好地適應(yīng)國(guó)際形勢(shì)貢獻(xiàn)自己的力量，為下一輪機(jī)械行業(yè)升級(jí)做好技術(shù)準(zhǔn)備。同時(shí)，日本也提高了機(jī)械工業(yè)再制造的要求。數(shù)控機(jī)床關(guān)系著制造行業(yè)的

12、興衰，因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研究成為現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的重要課題。目前我國(guó)的機(jī)械制造行業(yè)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，但是相比以前，近些年的發(fā)展還是喜人的，相信不遠(yuǎn)的將來(lái)，數(shù)控機(jī)床是一種加工效率更高，集成度更高，用途更廣泛的機(jī)床，主導(dǎo)并廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的更多領(lǐng)域，本次設(shè)計(jì)我選擇對(duì)XK714D數(shù)控立式銑床進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方面的設(shè)計(jì)，對(duì)于XK714D數(shù)控立式銑床的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，并對(duì)其控制系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。2 XK714D數(shù)控銑床的總體方案設(shè)計(jì)2.1 XK714D數(shù)控銑床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1XK714D數(shù)控銑床的特點(diǎn)XK714D立式數(shù)控銑床可完成強(qiáng)力切削

13、，動(dòng)力由主軸寬幅調(diào)速電機(jī)，經(jīng)同步齒形帶遞傳到主軸部件，低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩比較大，機(jī)床的主要固定構(gòu)件剛度高，并且由于主軸系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的作用使機(jī)床在強(qiáng)力切削時(shí)震動(dòng)小、噪聲低、熱變形小。交流伺服電機(jī)與滾珠絲杠副相連，使X、Y、Z軸獲得20米/分的高速位移。機(jī)床為滿足現(xiàn)代自動(dòng)化加工要求，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，機(jī)床設(shè)計(jì)采用了機(jī)電一體化的結(jié)構(gòu)，結(jié)合控制柜、數(shù)控柜、氣動(dòng)裝置于一體，使得機(jī)床更加精致實(shí)用，使占地面積減小，簡(jiǎn)化了搬運(yùn)安裝，并且方便操作。2.1.2 數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要參數(shù)如下：工作臺(tái)外形尺寸 (工作臺(tái)) 400800 mm工作臺(tái)梯型 槽寬槽數(shù) 18 mm3工作臺(tái)左右行程 (X軸) 630 mm

14、工作臺(tái)前后行程 (Y軸) 400 mm 主軸箱上下行程 (Z軸) 500 mm主軸端面與工作臺(tái)面距離 127627 mm主軸錐孔 ISO 60主軸轉(zhuǎn)速 608000 r/min 主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率 5.5 kw快速移動(dòng)速度 (X、Y軸) 20000 mm/min 快速移動(dòng)速度(Z軸) 15000 mm/min進(jìn)給速度 (X、Y、Z軸) 15000 mm/min刀具型式 MAS 403最大刀具尺寸 100250 mm工作臺(tái)容許負(fù)載 600 滾珠絲杠尺寸 (X、Y、Z軸) 4010定位精度 0.012/300 mm重負(fù)定位精度 0.006 mm占地面積 21242580當(dāng)選用鏈板式排屑裝置時(shí)占地

15、面積 33862710 通過(guò)搜集有關(guān)資料，我了解一些機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)的基本要求如機(jī)床的工藝范圍，對(duì)加工精度的要去，噪聲，生產(chǎn)率和性能指標(biāo)，人機(jī)工程學(xué)特性等，為了使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更好的適應(yīng)生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮如上因素。本章確立了該銑床的總體設(shè)計(jì)要求，對(duì)銑床的總體設(shè)計(jì)定下了基調(diào)。機(jī)床總體方案的產(chǎn)生方法通過(guò)參考一些成型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)有關(guān)資料和相關(guān)知識(shí)采用分析式設(shè)計(jì)或創(chuàng)新試式設(shè)計(jì)。通過(guò)類比分析，推理的方法產(chǎn)生方案，并且用創(chuàng)成解析的方法生成方案，我是采用類比分析的方法形成銑床總體設(shè)計(jì)方案的。 2.2 確定機(jī)床的總體布局根據(jù)以上所提到的數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿足的基本要求，進(jìn)行數(shù)控銑床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以遵

16、循工藝要求的原則，決定了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，從而通過(guò)運(yùn)動(dòng)方式對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件形態(tài)以及相互位置關(guān)系對(duì)機(jī)床的各個(gè)部件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，從而確定機(jī)床的布局。通過(guò)參考工業(yè)生產(chǎn)所用的成型數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)主要設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，而對(duì)銑床的結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的數(shù)控銑床已經(jīng)經(jīng)過(guò)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，其擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于集中布置等特點(diǎn)，所以我所設(shè)計(jì)的銑床將以傳統(tǒng)銑床作為參考便準(zhǔn)，由于該銑床采用機(jī)電一起化，同時(shí)從機(jī)床內(nèi)部考慮，要處理好工件與刀具位置與運(yùn)動(dòng)工件重量以及形狀特點(diǎn)也是需要考慮的因素，另外還要考慮到機(jī)床外部結(jié)構(gòu)因素，為了方便操作，數(shù)控柜控制臺(tái)需滿足人機(jī)工程學(xué)。綜合考慮，我所采用的是立式布局，其基礎(chǔ)支承件的結(jié)

17、構(gòu)有一體式和分離式等。與普通機(jī)床類似，運(yùn)動(dòng)形式包含有主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和一些輔助運(yùn)動(dòng)。從機(jī)床的加工考慮入手，結(jié)合工件形狀，尺寸及其位置等因素，確定各部件之間的相對(duì)關(guān)系。以傳統(tǒng)銑床為參考，確定末端執(zhí)行件的形狀，以運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部作為主要運(yùn)動(dòng)形式，確定執(zhí)行件即滑臺(tái)的尺寸，根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式，結(jié)合機(jī)床的剛度要求確定各個(gè)功能部件的大約形狀，以逐推法進(jìn)行余下部件的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了機(jī)床總體的結(jié)構(gòu)布局。底座經(jīng)由床身固定，用于組裝支撐機(jī)床各個(gè)部件。操縱臺(tái)上裝有液晶顯示器、機(jī)床操縱按鍵及其開(kāi)關(guān)、指示燈。工作臺(tái)組裝在在升降臺(tái)，其分別通過(guò)縱向、橫向、垂直升降進(jìn)給伺服電機(jī)，從而完成X軸、Y軸、Z軸方向的進(jìn)給。主軸

18、變速手柄用于手動(dòng)調(diào)整主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止及切削液開(kāi)停等。強(qiáng)電柜中安有機(jī)床電氣部分的接觸器、繼電器等。變壓器箱安裝在床身立柱的后面。數(shù)控柜內(nèi)裝有機(jī)床數(shù)字控制系統(tǒng)。主軸變速手柄用于手動(dòng)調(diào)整主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止及切削液開(kāi)停等。如圖3.1所示：圖3.1 XK714D數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)3 主軸組件設(shè)計(jì)3.1主軸組件設(shè)計(jì)主軸的設(shè)計(jì)直接對(duì)機(jī)器整體性能有很大的影響，是機(jī)床重要的部件，也是機(jī)床的執(zhí)行件。其功用是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。主軸組件由主軸和其支承并組裝在主軸上的密封及動(dòng)力傳動(dòng)件等組成。由于本次設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床需要高轉(zhuǎn)速、大功率，而且加工過(guò)程時(shí)不方便人工操作，

19、所以主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的精度，其結(jié)構(gòu)的剛度與振動(dòng)抗性及維持精度的能力是必不可少的。在我設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮的是旋轉(zhuǎn)精度、主軸的剛度、主軸的溫升，可靠性以及精度的保持性，其中，溫度溫升將引起熱變形使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會(huì)降低潤(rùn)滑油的粘度，惡化潤(rùn)滑條件。精度保持性對(duì)數(shù)控機(jī)床的主軸部件要求有足夠的耐磨性，從而使其長(zhǎng)期保持精度。3.2主軸的設(shè)計(jì)3.2.1主軸選材我設(shè)計(jì)時(shí)考慮主軸安裝的刀具、夾具、軸承等零件的類型以及位置關(guān)系和安裝定位方法和主軸加工工藝性和裝配工藝性。采用空心階梯軸，在高溫、高速工作條件下必須有良好的力學(xué)性能，所以主軸的材料選擇用45鋼，主前端形式考慮機(jī)床類型和安裝夾

20、具或刀具的形式。通過(guò)查參考資料錐度號(hào)為60 的主軸端部。下圖為我設(shè)計(jì)的XK714D數(shù)控銑床的主軸端部，銑刀或刀桿在前端7:26的錐孔內(nèi)定位，并由拉桿從主軸后端拉緊，且由前端的端面鍵來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。圖3-1 XK714D數(shù)控銑床主軸前端3.2.2主軸機(jī)械工藝在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到主軸的技術(shù)要求，還有制造的經(jīng)濟(jì)成本機(jī)器可行性，檢測(cè)維護(hù)的方便性等我盡量做到檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)、工藝基準(zhǔn)的一致性。為保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度，軸頸表面的精度和粗糙度需嚴(yán)格要求。普通精度機(jī)床主軸軸頸尺寸取IT5，形狀公差數(shù)值選擇為1/3。主軸錐孔應(yīng)保證與軸頸中心線同心，以軸頸為基準(zhǔn)面最后精磨錐孔。分別在主軸端部和距主軸端部300mm處。主軸安裝滾

21、動(dòng)軸承處的軸頸表面粗糙度Ra為0.004mm，安裝滑動(dòng)軸承的軸徑表面粗糙度為0.002mm。3.3主軸的支承設(shè)計(jì)3.3.1主軸支承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則參考相關(guān)文獻(xiàn)，主軸支撐的核心元件是軸承，其是主軸軸承和多種零件的組合體，我根據(jù)主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速、載重能力等要求方面考慮，根據(jù)傳統(tǒng)銑床作為參考，一般的中小型數(shù)控機(jī)床的主軸組件中采用滾動(dòng)軸承較多；而重型數(shù)控銑床多采用液靜壓軸承件；精度搞得數(shù)控銑床則用氣態(tài)靜壓軸件；滾動(dòng)軸對(duì)承轉(zhuǎn)速和負(fù)載適應(yīng)性非常強(qiáng)，且變速幅度大；在微小空隙或過(guò)盈條件下運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動(dòng)精度是比較高的；軸承易于潤(rùn)滑，且人工護(hù)理、圣餐方便，摩擦阻力不大，但是滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體的數(shù)量相對(duì)較少，導(dǎo)

22、致剛度產(chǎn)生波動(dòng)，克服阻力也較小，徑向尺寸較大。3.3.2軸承的選取及設(shè)計(jì)主軸組件的滾動(dòng)軸承需要徑向軸承和推力軸承來(lái)承受徑向和其他兩個(gè)方向軸向載荷。我在選取軸承類型參考了有關(guān)書(shū)籍，保證軸承剛度和負(fù)載、還有轉(zhuǎn)速、振動(dòng)抗性等參數(shù)，且結(jié)構(gòu)要求合理進(jìn)行選定還要根據(jù)工作環(huán)境，中高速重載、高速輕載、軸向載荷為主等載荷條件，而且尺寸相同的軸承，線式接觸比點(diǎn)式接觸的球軸承的機(jī)械剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低。根據(jù)主軸軸承的的結(jié)構(gòu)組成參考結(jié)合剛度與，轉(zhuǎn)速和振動(dòng)抵抗能力及其工作環(huán)境等要求來(lái)選擇。查閱相關(guān)資料，有速度型(主軸前后軸承都采用角接觸球軸承)、剛度型（前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和小角度接觸兩列向心推

23、力球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承）、剛度速度型（前軸承用三聯(lián)角接觸球軸承，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承）、三支承主軸（有時(shí)由于結(jié)構(gòu)上的原因，主軸箱長(zhǎng)度較大，主軸支承跨距超過(guò)兩支承合理跨距很多，則增加中間支承有利于提高剛度和抗振性）等幾種典型的配置形式。 所以根據(jù)本次設(shè)計(jì)目的及其條件和軸承選取的要求，主軸前支承我采用成組三聯(lián)向心球軸承，軸承型號(hào)為7019C，后支承采用成對(duì)雙聯(lián)向心球軸承，軸承型號(hào)為7012C。 主軸軸承中、前、后軸承的精度對(duì)主軸在工作過(guò)程精度的作用是不同的。后作用比前作用主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度的影響要更小一些。因此在選取主軸精度時(shí)，我采用前軸承的精度高一點(diǎn)，后軸承精

24、度低一級(jí)。此外，在安裝主軸軸承時(shí)，我將前、后軸承的偏移方向放在一側(cè)，以有效地減少主軸端部的偏移。由于機(jī)床主軸軸承的精度常常采用P2、P4、P5、P6級(jí)，我設(shè)計(jì)的前支承滾動(dòng)軸承選擇6級(jí)精度，后支承滾動(dòng)軸承選擇5級(jí)精度。 在機(jī)床組裝時(shí)，軸承滾道需預(yù)先承受一些載荷，用以消除間隙，并使得滾動(dòng)體與滾道之間發(fā)生一定的變形，增大接觸面積，軸承受力時(shí)變形減小，抵抗變形的能力增大。通常的辦法，通過(guò)使軸承內(nèi)、外圈相對(duì)軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承預(yù)緊。我采用通過(guò)調(diào)整法蘭盤的螺栓，使法蘭盤軸向壓緊軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的軸向預(yù)緊的。3.4主軸組件的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于主軸直徑對(duì)主軸部件的剛度有影響。在滿足精度時(shí)直徑不要太大，且與它組裝的

25、軸承等零件的尺寸不大。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)統(tǒng)相關(guān)資料綜合考慮選擇主軸直徑。主軸直徑采用自前往后逐步減小。前軸頸直徑D1大于后軸頸直徑D2?？紤]傳統(tǒng)銑床銑床，一般D2=(0.70.9) D1。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)所選電動(dòng)機(jī)的功率可初選主軸的前軸徑D1=80mm，后軸徑D2=0.75D1=60mm。傳統(tǒng)機(jī)床主軸常常有中心孔，用來(lái)通過(guò)棒料和工具的安裝。一定程度內(nèi)主軸內(nèi)徑的尺寸對(duì)主軸強(qiáng)度影響不大，但有些時(shí)候可能使主軸強(qiáng)度迅速下降。由材料力學(xué)相關(guān)原理知?jiǎng)偠菿越大，截面慣性矩I越大，其相關(guān)關(guān)系如下： (3.1)式中，K0、I0空心主軸的剛度和截面慣性矩； K、I實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩。通常情況下，0.8對(duì)

26、剛度影響不大；若0.8將使剛度急劇下降。由此可知除主軸端部外，主軸內(nèi)孔直徑d應(yīng)小于64mm?，F(xiàn)確定主軸的前面與主軸前作用徑向支反力的作用處間距即懸伸量a，即主。參考相關(guān)文獻(xiàn)分析可知，為了提高主軸組件的剛度和抗振性使其滿足剛度要求，我在設(shè)計(jì)時(shí)滿足結(jié)構(gòu)要求的同時(shí)，對(duì)懸伸量a進(jìn)行了縮減。根據(jù)先前選擇的主軸前端尺寸以及軸承長(zhǎng)度可知a=244mm。確定主軸的跨距（即前后支承的距離），根據(jù)參考文獻(xiàn)可知：) (3.2) (3.3)通常L/a=23.5，通過(guò)計(jì)算后得出L=2.5a=610mm，符合要求。 先驗(yàn)算主軸，因?yàn)橹鬏S為傳動(dòng)軸，其承受的彎矩很小，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算其強(qiáng)度。根據(jù)參考文獻(xiàn)查得：對(duì)于實(shí)心軸，其

27、強(qiáng)度條件為 (3.4)式中，T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩(Nmm)；WT為軸的抗扭截面模量(mm)；P為軸傳遞的功率(Kw)；n為軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；為軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力(MPa)； 由上式得軸徑d(mm)的計(jì)算公式 (3.5) 式中， A為由材料與受載情況系數(shù)，由表18-2可查取。對(duì)于空心軸，則有 (3.6)式中， =/d，即空心軸內(nèi)徑與外徑之比，通常取=0.50.6。上式中n為計(jì)算轉(zhuǎn)速可由下式求得 (3.7)將所求得數(shù)值代入式(5-6)可得 mm初選的后支承軸徑為最小軸徑d=60mm，d35mm由上述計(jì)算可確定主軸直徑的選取合理。3.5主軸其他組件設(shè)計(jì)為滿足精加工時(shí)精度較高的要求，且具備粗加工時(shí)高

28、效切削的能力，旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。局部結(jié)構(gòu)上，參考傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主軸部件與其他高效、精密自動(dòng)化機(jī)床。本機(jī)床主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等一般組成部分外，還有刀具自動(dòng)裝卸、吹屑裝置、主軸準(zhǔn)停裝置等。主軸前支承采用成組三聯(lián)向心球軸承，軸承型號(hào)為7019C，后支承采用背對(duì)背成對(duì)雙聯(lián)向心球軸承，軸承型號(hào)為7012C。前后軸承均用油脂潤(rùn)滑。刀具的自動(dòng)夾緊裝置是為了實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)裝卸，其裝在主軸內(nèi)。本次設(shè)計(jì)機(jī)床是由拉緊機(jī)構(gòu)拉緊錐柄刀夾尾端的軸徑來(lái)實(shí)現(xiàn)刀夾的定位及夾緊的。夾緊刀夾時(shí)，汽缸上腔接通回氣，活塞被向上推移，拉桿在彈簧的作用下向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于此時(shí)拉桿前端徑向孔

29、中所裝的鋼球進(jìn)入主軸孔較小處，壓桿徑向回收而卡進(jìn)拉釘?shù)膱A環(huán)形槽內(nèi)，從而使刀桿被拉桿拉緊，通過(guò)阻尼作用固定在主軸上。換刀前需將刀夾松開(kāi)時(shí)，壓力氣體進(jìn)入汽缸上腔，拉桿在活塞推動(dòng)向下移動(dòng)，使碟形彈簧壓縮；當(dāng)鋼球隨拉桿一起向下移至進(jìn)入主軸孔中較大處時(shí)，拉釘?shù)念^部不再被約束，緊接著刀夾碰到拉釘，使其松動(dòng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，換刀裝置隨后取下刀夾。同時(shí)由壓縮空氣清理積屑，由管接頭進(jìn)入中心通孔處吹入主軸刀孔內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 4 XK714D數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，變速功能大部分通過(guò)主軸電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，由于

30、變速功能大部分是通過(guò)主軸電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)，所以其結(jié)構(gòu)也被大大簡(jiǎn)化了。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，我設(shè)計(jì)時(shí)主要參考如下準(zhǔn)則:速范圍更廣，且能進(jìn)行無(wú)級(jí)變速。在保證工作時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)的同時(shí)取用合理的切削用量并能發(fā)揮刀具的切削能力，在工人生產(chǎn)工作時(shí)效率更好，生產(chǎn)零件獲得更高的精度，所以速度調(diào)節(jié)范圍需要更大。機(jī)床的剛度和機(jī)械性能更加優(yōu)秀，傳動(dòng)系統(tǒng)在正常的工作環(huán)境下噪音較低，以滿足加工所預(yù)期的工精度的提高，其傳動(dòng)過(guò)程中所需的各個(gè)零件都要達(dá)到一定的精度，需要一定工藝生產(chǎn)手段，如齒輪齒面進(jìn)行高頻的感應(yīng)加熱增加耐磨性。振動(dòng)及高熱下的工作穩(wěn)定性。為了在機(jī)床高轉(zhuǎn)速時(shí)主軸回轉(zhuǎn)時(shí)正常工作，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)部件的失衡和切削

31、過(guò)程中的自動(dòng)振動(dòng)的情況盡量避免，否則可能產(chǎn)生振動(dòng)影響加工精度及其表面加工的質(zhì)量的影響，嚴(yán)重的時(shí)候可能破壞刀具或者零件等情況考慮在內(nèi)，以防意外。4.2 主傳動(dòng)功率選擇 機(jī)床主傳動(dòng)的功率為P，根據(jù)切削功率Pc與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率P=Pc/ (4.1)由于數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，參考相關(guān)資料切削功率PC由其主切削抗力Fz按下式來(lái)確定(kW) (4.2)FZ主切削力的切向分力（N），F(xiàn)Z取170N；V切削速度（mm/min），V取25m/s；M切削扭矩（Ncm）；n主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。代如公式4.2中得： (kW)主傳動(dòng)的總效率一般可取為 =0.700.85，我在計(jì)算時(shí)取0.85。機(jī)床的

32、主傳動(dòng)功率 P=4.5/0.85=5.29(kW)為了避免造成浪費(fèi)，由傳動(dòng)功率確定主傳動(dòng)中各傳動(dòng)件尺寸來(lái)避免浪費(fèi)。電機(jī)常在低負(fù)荷下工作，功率因素很小而浪費(fèi)資源。并且功率不能定得過(guò)小，否則將限制機(jī)床的切削能力而降低生產(chǎn)率。所以，根據(jù)所算得的數(shù)據(jù)，查閱電機(jī)手冊(cè)，選取FANUC8的交流無(wú)級(jí)變速電機(jī)，電機(jī)的功率為5.5kW，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，最高轉(zhuǎn)速為8000r/min?，F(xiàn)計(jì)算主軸在最低轉(zhuǎn)速達(dá)到最小功率，電機(jī)應(yīng)輸出的功率電機(jī)適用的最低轉(zhuǎn)速(kW) 電機(jī)適用的最低轉(zhuǎn)速計(jì)算如下 nDsmin=PDSinm/PDnd(r/min) (4.3)nd電機(jī)的基本轉(zhuǎn)速（r/min），nd=1500

33、r/minPD電機(jī)額定功率（kW），PD=5.5(kW)所以電機(jī)適用的最低轉(zhuǎn)速nDsmin=（0.22/5.5）1500=60r/min。4、計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩根據(jù)上述計(jì)算畫(huà)出電機(jī)實(shí)用轉(zhuǎn)速范圍的功率轉(zhuǎn)矩特性圖，圖中電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TDd(Nm)按下式計(jì)算：TDd=9550PD/nd=95505.5/60=875(Nm) (4.4)電機(jī)的最小轉(zhuǎn)矩TDmin(Nm)計(jì)算 TDmin=9550Pd/ndmax=95505.5/4500=35(Nm) (4.5) 式中 nkmax為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為4500（r/min）電機(jī)實(shí)用的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍RDT為：RDT=nd/ndsmin=1500/60=25 (4.6)

34、電機(jī)實(shí)用的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的變速范圍RD既是主軸恒轉(zhuǎn)矩區(qū)高精尖速范圍的對(duì)應(yīng)值RnT，RnT=RDT圖4-1 功率特性曲線圖4-2 轉(zhuǎn)矩特性曲線4.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)同步帶是靠帶與輪嚙合傳動(dòng)，齒形的環(huán)形傳動(dòng)帶是其工作面。它具有傳軸壓力、結(jié)構(gòu)緊湊、小動(dòng)比準(zhǔn)確、等優(yōu)點(diǎn)，而且?guī)л喼睆娇煽刹捎幂^小的值和較小的軸間距，以及可在低速下傳遞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。參考相關(guān)資料一般參數(shù)如下：功率P300kW，傳動(dòng)比i10，線速度v50m/s，效率=0.920.98，工作溫度-2080，主要用于同步的或低速的運(yùn)動(dòng)。XK714D數(shù)控銑床主軸的動(dòng)力來(lái)自裝在主軸箱上的交流主軸電機(jī)，電機(jī)軸上裝有帶輪，通過(guò)同步齒形帶傳至主軸上的帶輪，從而使主軸獲

35、得動(dòng)力。同步帶傳動(dòng)最基本參數(shù)節(jié)距Pb，即相鄰兩齒沿節(jié)線的長(zhǎng)度。其中在帶中保持原長(zhǎng)不變的周線為節(jié)線，節(jié)線周長(zhǎng)Lp稱為公稱長(zhǎng)度。同步帶按節(jié)距大小共分為7種帶，根據(jù)同步帶選型圖，本次設(shè)計(jì)選用XH(特重)型同步帶，節(jié)距為22.225mm。查參考文獻(xiàn)10P537P547可知同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。 計(jì)算功率 Pc=KP=1.25.5=6.6(kW)式中 P傳遞功率； K工況系數(shù)。 選取帶型 已選取XH型 小帶輪齒數(shù) Z1Zmin，查表3.2-29得 Zmin=18，取Z1=18。 查文獻(xiàn)10表 3.2-33可知小帶輪節(jié)圓直徑D=127mm，外徑d=125mm。 大帶輪齒數(shù) Z2=iZ1=(n1/n2)Z

36、1=72。 查文獻(xiàn)10表 3.2-33可知大帶輪節(jié)圓直徑D=510mm，外徑d=507mm。 初定中心距a0 根據(jù)機(jī)床布局而定，a00.7(d1+d2)446mm。 帶節(jié)線長(zhǎng)及其齒數(shù) 根據(jù)a0，L0的數(shù)值再通過(guò)查表3.2-26取帶長(zhǎng)Lp=2134，Z=96，帶長(zhǎng)代號(hào)840。 根據(jù)Lp的數(shù)值，查表3.2-27取帶寬為76.24.8，帶寬代號(hào)300。 根據(jù)同步帶的型號(hào)查表3.2-31可知同步帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，查表3.2-36可知同步帶輪公差和表面粗糙度。 綜上所訴，該銑床采用交流主軸電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。通過(guò)同步帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振

37、動(dòng)與噪聲，以適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性的要求。165 伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路在機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在表態(tài)設(shè)計(jì)方面需要能夠克服摩擦力和負(fù)載。目前快進(jìn)速度通常為 60100m/min。進(jìn)給時(shí)要速度平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象。具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便快速的完成啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程。良好的動(dòng)態(tài)傳遞性能非常重要，用來(lái)保證在加工過(guò)程中獲得軌跡精度和滿意的粗糙度。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件時(shí)要使被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有較波折慣量，部件高的剛度，且有良好的阻尼，傳動(dòng)部件在拉壓強(qiáng)度與扭轉(zhuǎn)時(shí)的力矩，磨擦阻尼與間隙等不成比例。5.2 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置的設(shè)計(jì)機(jī)床所具有的加工精度、機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)

38、計(jì)對(duì)加工工件表面精度及其生產(chǎn)率和進(jìn)給伺服系統(tǒng)的伺服性能有較大的影響。除此此外還要求伺服電機(jī)速度環(huán)的動(dòng)特性與機(jī)械部分動(dòng)特性相協(xié)調(diào)。1、工作原理滾珠絲杠螺母將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換，是傳動(dòng)數(shù)控機(jī)床伺進(jìn)給系統(tǒng)中常用的的傳動(dòng)裝置。其原理是：在絲杠和螺母上分別加工出弧狀螺旋槽，這兩個(gè)合起來(lái)的圓弧槽形成了螺旋滾道，滾珠在絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)在螺旋滾道內(nèi)滾動(dòng)從而使二者發(fā)生一定方向的相對(duì)位移。2、特點(diǎn) 摩擦損失小，傳動(dòng)效率高； 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無(wú)爬行； 軸向剛度高、反向定位精度高； 傳動(dòng)具有可逆性、不能自鎖； 同步性好； 有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。5.2.1 滾珠絲杠總體設(shè)計(jì) 滾珠絲杠

39、螺母?jìng)鲃?dòng)裝置主要有兩種：（1）外循環(huán)插管式（2）內(nèi)循環(huán)反向器式。在設(shè)計(jì)時(shí)我采用了內(nèi)循環(huán)反向器式滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置。這種內(nèi)特環(huán)反向器式與外循環(huán)插管式相比，其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，磨擦損失也小。滾珠絲杠螺母在安裝時(shí)還要進(jìn)行消除間隙和預(yù)加載荷，實(shí)現(xiàn)這些功能有很多方法，采有的是齒輪差消隙法。齒輪差消隙法是在兩個(gè)螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)為Z1和Z2的圓柱齒輪，且Z1和Z2僅相差一個(gè)齒，兩個(gè)圓柱齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒輪相嚙合。內(nèi)齒輪用螺釘和定位銷固定在套筒上。預(yù)緊時(shí)先脫開(kāi)內(nèi)齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)其中的一個(gè)螺母，然后再合上內(nèi)齒輪。當(dāng)兩個(gè)滾珠絲杠螺母相對(duì)于套筒方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)

40、，則其鈾向位移量S=hsp/z1。如果兩齒輪沿同一方向各轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒時(shí)，其軸向位移量S=()hsp。當(dāng)z1=99，z2=100，hsp=10mm時(shí)，則S=10/99001m，即兩個(gè)螺母在軸向上產(chǎn)生1m，的位移。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整精確可靠，精度較高。目前在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較廣泛。本次設(shè)計(jì)采用了一端固定，一端浮動(dòng)的安裝方式，從而使剛度較高，軸承間隙很小時(shí)絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍。絲杠的支承一端采用7306C/DF型角接觸球軸承面對(duì)面組配，另一端采用6206/P5型深溝球軸承。5.2.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算1、滾珠絲杠螺母副的參數(shù) 公稱直徑d0滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)

41、滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠的特征尺寸。 導(dǎo)程L絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上的基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 基本導(dǎo)程L0絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2rad時(shí)，螺母上的基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 接觸角在螺紋滾道法向剖面內(nèi)滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想的接觸角等于45o。 滾珠直徑db滾珠直徑應(yīng)根據(jù)軸承廠提供的尺寸選用。 滾珠總數(shù)N一般N不超過(guò)150個(gè)。2、計(jì)算過(guò)程基本參數(shù)的選取及計(jì)算絲杠的公稱直徑d0，導(dǎo)程L，滾珠直徑db，基本導(dǎo)程L0都是按照文獻(xiàn)10來(lái)選取的。接觸角為45o。根據(jù)最大工作負(fù)載pmax作用下的使用壽命T，和絲杠的轉(zhuǎn)速n及工作長(zhǎng)度L，計(jì)算出作用在滾珠絲剛上的最大動(dòng)載荷

42、Q，帶入Q=fwfhP中，經(jīng)過(guò)計(jì)算，我選擇FFZ74010型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠副。名義直徑d0為40mm，基本導(dǎo)程為10mm，每個(gè)螺母滾珠有5列，根據(jù)X、Y軸最大行程可確定X、Y兩個(gè)傳動(dòng)方向的絲杠工作長(zhǎng)度。強(qiáng)度計(jì)算滾珠絲杠在工作過(guò)程中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道面之間產(chǎn)生接觸應(yīng)力，對(duì)滾道型面上某一點(diǎn)，是交變接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)后，滾珠或滾道產(chǎn)生疲勞損失，從而使?jié)L珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠失效的主要原因。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證它在一定的軸向負(fù)載的作用下，在回轉(zhuǎn)了106轉(zhuǎn)后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應(yīng)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)所能隨

43、的軸向載荷稱為這種絲杠能隨的最大動(dòng)載荷Q。最大動(dòng)載荷Q通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定，一般采用滾珠絲杠在轉(zhuǎn)速n=33r/min條件下，運(yùn)行500h為標(biāo)準(zhǔn)。工作負(fù)載P是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力。它的數(shù)值可以由下列進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算：(以下公式均由參考文獻(xiàn)3P146179查得)對(duì)于矩形導(dǎo)軌的機(jī)床 P=KPx+f(Pz+Py+G)(N) (5.1)對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌的機(jī)床 P=KPx+f(Pz+2Py+G)(N) (5.2)式中 Px，Py，Pz為各個(gè)方向的切削分力，大約各為300N，200N，500N左右； f導(dǎo)軌上的磨擦系數(shù)，對(duì)于矩形導(dǎo)軌取0.15，對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌為0.2； K

44、考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)于矩形導(dǎo)軌取1.1，對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌為1.4。所以 對(duì)于矩形導(dǎo)軌的機(jī)床 P=1.1300+0.15(300+200+400)=465N對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌的機(jī)床 P=1.4300+0.2(300+200+400)=600N在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，從工作負(fù)載P計(jì)算出最大動(dòng)負(fù)載Q，設(shè)計(jì)時(shí)采用滾珠軸承的方法，由疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式： s=（）3=（）3=3.79 (5.3)式中 Q最大動(dòng)載荷（N），Q=78.29N P工作載荷，500N；L工作壽命 工作壽命L的值可以由下面的公式來(lái)計(jì)算：N滾珠絲杠的轉(zhuǎn)數(shù)，800r/min；T使用壽命時(shí)間15000h。預(yù)緊力的計(jì)算在滾珠絲杠上施加預(yù)緊力后

45、，可提高軸向則度和傳動(dòng)精度。但預(yù)緊力不能太大，過(guò)大則影響使用壽命。因此，要在滿足所需的使用壽命和精度的要求下，合理的決定預(yù)緊力的大小。滾珠和螺紋滾道間由于受軸向力的作用而產(chǎn)生軸向變形，在彈性變形范圍內(nèi)，變形量的大小可按赫茲公式計(jì)算： =KP (5.4) 式中 K與道的半徑曲率，材料的彈性模量有關(guān)的系數(shù)，取21106N/cm2；對(duì)于確定的滾珠絲杠來(lái)說(shuō)，K是常數(shù)。只是P的函數(shù)。設(shè)對(duì)螺母A，B施加了預(yù)緊力P，相應(yīng)的變形量為P，當(dāng)外加軸向載荷P時(shí)，螺母B在接觸點(diǎn)處又產(chǎn)生了的彈性變形。而螺母A由于彈性恢復(fù)，其接觸點(diǎn)上的變形量反而減少了，其結(jié)果螺母A，B在P和P的共同作用下，總變形量為： A=- (5.5

46、) B=+ (5.6)此時(shí)，若繼續(xù)增大P，則螺母A中的滾珠和滾道剛好接觸，如果再繼續(xù)增大P，就會(huì)出現(xiàn)間隙。因此，要保證絲杠在最大軸向載荷Pmax作用下沒(méi)有間隙，P就必須要滿足一定的關(guān)系：當(dāng)A=0-=0時(shí)。0=，此時(shí)螺母B的變形為：B=0+=20又 B=KP =KP KP=2KP于是得 P0=P預(yù)= (57)由此得到結(jié)論：在雙螺母預(yù)緊的滾珠絲杠副中，為使螺母和絲杠之間不出現(xiàn)大的間隙，應(yīng)使預(yù)緊力近似等于最大軸向載荷的1/3。P過(guò)小，不能保證無(wú)間隙傳動(dòng)；P0過(guò)大，會(huì)降低傳動(dòng)效率和承載能力。所以在這里，可以選擇的預(yù)緊力是最大載荷的1/3。效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： = (5.8

47、)式中 y螺紋的螺旋升角，大約為3.31o 磨擦角。滾珠絲杠副的滾動(dòng)磨擦系數(shù)f=0.0030.004，其磨擦角可計(jì)算為=arctgf=0.1718。計(jì)算得： =0.862滾珠絲杠的傳動(dòng)效率較高（可在0.80.9之間）。這可使絲杠副的溫度變化較小，對(duì)減少熱變形，提高剛度，強(qiáng)度都起了很大的作用。剛度驗(yàn)算滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床中精密傳動(dòng)部件，軸向力可使其產(chǎn)生一定伸縮變化，扭矩的作用可使其產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，從而絲杠的導(dǎo)程發(fā)生變化，影響其動(dòng)力傳動(dòng)和位置精度，因此驗(yàn)算滾珠絲杠在高載荷情況下的形變。滾珠絲杠受工作負(fù)載P的作用而引起導(dǎo)程LO的變化量L1，其值可按下式計(jì)算： (5.9)式中 P工作負(fù)載500N； L滾珠絲杠

48、的基本導(dǎo)程，取1cm；E彈性模量，取2.1106N/cm2；F滾珠絲杠的截面積，取0.812cm2；“+” 號(hào)用于拉伸的時(shí)候，“-”號(hào)用于壓縮的時(shí)候。滾珠絲杠因受扭矩作用而引起導(dǎo)程的變化量L2，可按下式計(jì)算：L2=(cm) (5.10)式中，在扭矩M的作用下，滾珠絲杠每一導(dǎo)程長(zhǎng)度兩截面上的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，可取為0.0054dec/mm。綜合上述結(jié)果，滾珠絲杠在工作負(fù)載P和扭矩M的作用下，每引起的每一導(dǎo)程變形量L為： (5.11)如果滾珠絲杠長(zhǎng)度為1m，則其上共有100/LO個(gè)導(dǎo)程。它的導(dǎo)程變形總誤差為：=L=1.6310-5(cm/m) (5.12)具體的誤差值與精度等級(jí)可以通過(guò)查閱相關(guān)滾珠絲杠的

49、資料來(lái)確定。穩(wěn)定性驗(yàn)算機(jī)床的進(jìn)給絲杠通常是受軸向力的壓桿，若軸向力太大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲。長(zhǎng)壓桿失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載Pk可根據(jù)材料力學(xué)中的歐拉公式計(jì)算： Pk=(N) (5.13)式中 E絲杠材料彈性模量，取E=3.5106N/cm2l絲杠的工作長(zhǎng)度，90cmJ截面慣性矩，取1.2108cm4絲杠軸端系數(shù)，這是有支承條件決定，這里可以取為1則計(jì)算上式： Pk=511N nk=臨界負(fù)載Pk與工作載荷P之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)nk。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)nk大于許用的穩(wěn)定性安全系數(shù)nk。則該壓桿安全，不致失穩(wěn)。對(duì)于水平的絲杠，考慮到自重可取nk4。而1.02遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于4，所以混珠絲杠是可以穩(wěn)定的。經(jīng)

50、過(guò)上述驗(yàn)算，取公稱直徑d為40mm的滾珠絲杠是足可以滿足設(shè)計(jì)要求的。5.3 伺服電機(jī)的選擇5.3.1 電機(jī)的選取為了選取滿足上述條件的電機(jī)，需要進(jìn)行負(fù)載扭矩計(jì)算，慣量匹配計(jì)算和加減速扭矩計(jì)算。1、負(fù)載扭矩計(jì)算 考慮到工作過(guò)程中機(jī)床傳動(dòng)效率和機(jī)床磨擦因素，滾珠絲杠所克服的外部載荷P保持運(yùn)動(dòng)所需力矩，應(yīng)按下式計(jì)算： Ml= (5.14)式中M1等速運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩（Nmm）； Fa預(yù)緊力，通常預(yù)緊力取最大軸向工作載荷Fmax的1/3，即Fa=Fmax/3，大約為300N；K雙螺母滾珠絲杠的預(yù)緊力矩，500Nmm；Lsp絲杠導(dǎo)程，10mm；P滾珠絲杠軸向外部載荷，1000N；F作用于絲杠的軸向的切削力，大約為200N；W法向載荷； 導(dǎo)軌磨擦系數(shù)，取=0.0030.004；1滾珠絲杠的效率，取0.900.95；MB支承軸承的磨擦力矩，大約為2.5Nm；Z1齒輪一的齒數(shù)40；Z2齒輪二的齒數(shù)80。代入上面的公式得：M1=（500+2.5）=1134.6 Nmm最后按滿足下式的條件選伺服電機(jī)：M1MS (5.15) 式中 Ms一伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。2、慣量匹配的計(jì)算 為了增加伺服進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給部件響應(yīng)速度，選用的電動(dòng)機(jī)要有一定的加速能力，且有較快的響