畢業(yè)設計（論文）CK6132數(shù)控車床總體及進給驅(qū)動部件設計（全套圖紙）

1、ck6132 數(shù)控車床總體及進給驅(qū)動部件設計 姓 名： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師 摘摘要要 隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，為進一步提高教學生產(chǎn)類中小型數(shù)控車床的 性價比，提高主軸轉(zhuǎn)速，增加機床剛性，對原有的數(shù)控車床作了一定的結構改進 設計，使之不僅能滿足教學用途外還能用于生產(chǎn)實際上半精、精加工。 設計的內(nèi)容為主要介紹了數(shù)控機床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，數(shù)控機床的概述和分 類等，主要設計為 ck6132 車床總體及驅(qū)動部件設計，首先是主要動力參數(shù)的確 定，主運動功率確定和切削量的選擇，切削功率的選擇等，進給驅(qū)動部件的設計， 滾珠絲杠的選用，之后對其進行校核，介紹了導軌、導軌架及床身的設計。對

2、導軌 架的尺寸進行了估算。 完成了進給驅(qū)動的相關設計問題，能滿足教學生產(chǎn)類中小型數(shù)控車床加工相 關零件的要求，同時該機床也有較好的性價比，有一定的應用價值 關關鍵鍵詞詞 數(shù)控車床 床身 滾珠絲杠 全全套套圖圖紙紙， ，加加 153893706 ck6132 lathe to drive and the overall design of component name：lizilong major：mechanical design e p 切削功率，單位為 kw； cm p 主傳動鏈的總效率，一般在通用機床上可取0.700.85。當結構 簡單，轉(zhuǎn)速較低時取大值。 切削功率的確定應該在加工工藝的

3、基礎上來進行分析。通用機床應該選擇對 切削功率有決定性影響的若干加工情況；專用機床應該要按典型工件的加工情況 來考慮，然后根據(jù)選用的切削用量來計算切削功率。本次設計的 ck6132 數(shù)控車 床是通用型的小型數(shù)控車床，所以它的切削功率有決定性的影響著若干的加工情 況。 查閱機械制造技術公式（211）可得切削功率的計算公式： （公式 6）kw vf p cc c 3 1060 所以機床的切削功率為： （公式 7）kw vf p cc c 78 . 3 1060 5 .165 2 . 1370 1060 33 由于本次設計的 ck6132 數(shù)控車床中主電機與主軸之間的連接是通過 v 帶 傳動來實現(xiàn)的

4、，通過查閱實用機床設計手冊表 1.1-10 可以查得 v 帶的傳動效 率，因此主運動電機的功率為：96 . 0 （公式 8）kw kwp p c e 94. 3 96 . 0 78 . 3 按照上面計算的結果，可以確定選擇額定功率為 4kw 的三相變頻電動機是 完全能夠滿足本次設計的 ck6132 數(shù)控車床的正常運行的。查閱網(wǎng)上資料，選用 上海森力瑪 ypnc 系列主軸變頻專用電機 ypnc-33.3-4-b。 3 3. .2 2 進給驅(qū)動部件傳動功率的計算 進給系統(tǒng)機械傳動結構是伺服進給系統(tǒng)的主要組成部分，主要由傳動機構、 運動變換機構、導向機構、執(zhí)行件組成，它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及

5、動 力的執(zhí)行機構。由于數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象，被加工工件的 最終位置精度和輪廓精度都與進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性有關。 3 3. .2 2. .1 1 數(shù)數(shù)控控機機床床進進給給傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)要要求求 為了確保數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設計機械傳動 裝置時，應注意以下要求。 （1） 提高傳動精度和剛度。數(shù)控機床本身的精度，尤其是進給傳動裝置的傳 動精度和定位精度對零件的加工精度起著關鍵性的作用，是數(shù)控機床的特征指標。 為此，首先要保證各個傳動件的加工精度，尤其是提高滾珠絲杠螺母副(直線進給 系統(tǒng))、蝸桿副(圓周進給系統(tǒng))的傳動精度。另外，在進給傳動鏈

6、中加入減速齒輪 以減小脈沖當量(即伺服系統(tǒng)接收一個指令脈沖驅(qū)動工作臺移動的距離)，從系統(tǒng) 設計的角度分析，也可以提高傳動精度；通過預緊傳動滾珠絲杠，消除齒輪、蝸輪 等傳動件的間隙等辦法，來提高傳動精度和剛度。 （2）減少各運動零件的慣量。傳動件的慣量對進給傳動系統(tǒng)的啟動和制動特 性都有影響，尤其是高速運轉(zhuǎn)的零件，其慣量的影響更大。在滿足傳動強度和剛 度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部件的質(zhì)量，減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量，以減少 運動部件的慣量。 （3） 減少運動件的摩擦阻力。機械傳動結構的摩擦阻力，主要來自絲杠螺母 副和導軌。在數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中，為了減小摩擦阻力，消除低速進給爬行 現(xiàn)象，提高整個

7、伺服進給系統(tǒng)穩(wěn)定性，廣泛采用滾珠絲杠和滾動導軌以及塑料導 軌和靜壓導軌等。 （4）響應速度快。所謂快速響應特性是指進給傳動系統(tǒng)對輸入指令信號的響應 速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度?？焖夙憫撬欧M給系統(tǒng)的動態(tài)性能，反映了 系統(tǒng)的跟蹤精度。工件加工過程中，工作臺應能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)靈敏而精確 地跟蹤指令，在運行時不出現(xiàn)丟步和多步現(xiàn)象。進給傳動系統(tǒng)響應速度的大小不 僅影響到機床的加工效率，而且影響加工精度。設計中應使機床工作臺及傳動機 構的剛度、間隙、摩擦以及轉(zhuǎn)動慣量盡可能達到最佳值，以提高伺服進給系統(tǒng)的 快速響應性。 （5） 較強的過載能力。由于電動機頻繁換向，且加減速度很快，電動機可能在 過載

8、條件下工作，這就要求電動機有較強的過載能力，一般要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 46 倍而不損壞。 （6） 穩(wěn)定性好，壽命長。穩(wěn)定性是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本條件， 特別是在低速進給情況下不產(chǎn)生爬行，并能適應外加負載的變化而不發(fā)生共振。 穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼及增益等都有關系，適當選擇的各項參數(shù)，并能 達到最佳的工作性能，是伺服進給系統(tǒng)設計的目標。所謂伺服進給傳動系統(tǒng)的壽 命，主要指其保持數(shù)控機床傳動精度和定位精度的時間長短，即各傳動部件保持 其原來制造精度的能力。為此，應合理選擇各傳動部件的材料、熱處理方法及加 工工藝，并采用適當?shù)臐櫥绞胶头雷o措施，以延長其壽命。 （7）使用維護方便。

9、數(shù)控機床屬于高精度自動控制機床，主要用于單件、中小 批量、高精度及復雜的生產(chǎn)加工，機床的開機率相應就高，因而進給傳動系統(tǒng)的 結構設計應便于維護和保養(yǎng)，最大限度地減少維修工作量，以提高機床的利用率。 3 3. .2 2. .2 2 計計算算進進給給部部件件傳傳動動功功率率的的相相關關公公式式及及原原理理 在進給傳動和主傳動共用一個電機的通用機床上，如普通車床和鉆床，由于 進給傳動所消耗的功率與主運動相比是很小的，因此在一般情況下是可以忽略進 給所需要的功率的。在進給運動與空行程傳動共用一個電機的機床上，如升降臺 銑床，也不必單獨考慮進給所需要的功率，因為使升降臺快速移動所需要的空行 程傳動功率比

10、進給傳動帶來的功率要大的多。 對于進給方向的傳動采用單獨電動機驅(qū)動的機床，都需要確定進給傳動所需 要的傳動功率，因此在本次設計的 ck6132 數(shù)控車床中在進給驅(qū)動的 z 軸和 x 軸 方向是通過采用兩個單獨的電機來驅(qū)動的，所以對于這次設計的進給傳動系統(tǒng)是 需要進行傳動功率的計算的。 通過實用機床設計手冊10第 p497 頁的內(nèi)容可以知道，進給方向的傳動功 率是由進給牽引力、進給速度和機械效率來決定，則三者之間 nqmin/mvf f 的關系為： （ 公式kw qv p f f f 60000 9） 進給牽引力是與導軌有關系的，對于導軌的選擇在這里不進行詳細的敘述， 這方面的內(nèi)容會在后面進行詳

11、細的講解，因此這里只使用現(xiàn)成的結果。 ck6132 數(shù)控車床采用滑動導軌，橫向?qū)к壊捎镁匦稳切螌к?，徑向?qū)к夁x 用燕尾槽形。 通過機床設計手冊第三部 部件、機構及總體設計 表 6.2-34 水平導軌的 反力和牽引力計算可知： 矩形三角形導軌牽引力的計算公式為： （公式 10） ngffkfq cf 燕尾形導軌牽引力的計算公式為： （公式 11） ngfffkfq pcf 2 式中： g移動部件的重力，單位為 n; 當量摩擦系數(shù)； f 考慮傾覆力矩影響系數(shù)；k 、切削分力,單位為 n，其中為沿進給方向的分力； c f p f f f f f 在正常潤滑的情況下，k 和 f可取如下的數(shù)值： 矩形

12、三角形： k=1.11.15 ; f=0.150.18 ; 燕尾槽形： k=1.4 ; f=0.2 ; 3 3. .2 2. .3 3 進進給給驅(qū)驅(qū)動動部部件件的的功功率率和和扭扭矩矩的的計計算算 要計算出 z 軸和 x 軸進給驅(qū)動功率，首先要初步估算出 z 軸和 x 軸兩方向 的步進電動機所需要帶動的移動部件的重力，z 軸和 x 軸兩個方向需要帶動的部 件主要分為四個部分：大拖板、小拖板、x 軸的步進電動機、電機的聯(lián)接座以及轉(zhuǎn) 塔刀架部分。 根據(jù)公式計算牽引力的時候，切削分力在前面一節(jié)中已經(jīng)算出來了，當量摩 擦系數(shù)和傾覆力矩影響系數(shù)也已經(jīng)在根據(jù)相關的資料查到了，現(xiàn)在主要求的是各 移動部件的重

13、力。在計算重力的時，要考慮到各移動部件的密度、體積 v、還有 計算重力時的一個慣用常數(shù) g。 在機床上，大拖板和小拖板都是鑄件，因此它們所使用的材料是灰鑄鐵；由于 轉(zhuǎn)塔刀架、x 軸步進電動機和電動機聯(lián)接座是裝配件，其材料和構成的結構都是 比較復雜的，因此為了保險起見假設它們的材料是碳鋼，因為碳鋼具有較高的強 度、屈強比和足夠的塑性、韌性；良好的焊接性和冷塑性加工性；具有一定的耐蝕 性。較低的冷脆轉(zhuǎn)化溫度和低的時效敏感性。 查閱實用機床設計手冊10表 1.1-3 可知各材料的密度，灰鑄鐵的密度 ；碳鋼的密度。 3 3 /100 . 7mkg 33 /1085 . 7 mkg 在計算的過程中，數(shù)據(jù)

14、都是參考車間里的數(shù)控機床的，因為車間里的數(shù)控機 床和我這次設計的數(shù)控機床都是同一種機床的類型數(shù)控車床，不一樣的只是 我所設計的車床比車間里的小一個型號，下面我們來進行各移動部件的重力估算： 小拖板： 3 1 00186 . 0 04 . 0 3 . 015 . 0 mv ngvg 2 . 1301000186 . 0 100 . 7 3 11 大拖板： 3 2 00845 . 0 079. 0078 . 0 349 . 0 39 . 0 0935 . 0 29 . 0 mv ngvg 5 . 5911000845. 0100 . 7 3 22 轉(zhuǎn)塔刀架： 3 3 00461. 0180 . 0

15、 16 . 0 16. 0mv ngvg3621000461 . 0 1085 . 7 3 33 電動機及聯(lián)接座： 32 4 00231 . 0 051. 0279. 0mv ngvg1811000231 . 0 1085 . 7 3 44 式中： g移動部件的重力，單位為 n； v移動部件的體積，單位為 3 m g常數(shù)，一般情況為了計算的方便，取 10； z 軸方向的步進電機帶動的是以上四個移動部件，故它的重力為以上四個移 動部件的重力之和，即： ngggggz 7 . 1264181362 5 . 5912 .130 4321 x 軸方向的步進電動機帶動的是兩個移動部件，即刀架和小拖板，故

16、它的重 力為兩移動部件的重力之和，即： ngggx2 .492362 2 . 130 31 3.2.3.1 z 軸進給方向的牽引力及電動機所需要的轉(zhuǎn)矩的計算 z 軸方向是采用矩形三角形導軌的，由上面的計算公式得知 z 軸方向的牽引 力，取 k1.15，0.18，則： f （公式 zcfz gffkfq 12） n7 .1197 7 . 1264 6 . 133818 . 0 63415. 1 z 軸和 x 軸方向的絲杠為滾珠絲杠副，詳細的選擇在后面會說到的，這里應 用的是結果。通過實用機床設計手冊10表 3.7-22 可知，由于數(shù)控車床在 z 軸 和 x 軸方向上的絲杠精度等級分別推薦為 2、

17、3、4 級和 3、4、5 級，所以在本次的 設計中 z 軸和 x 軸方向的滾珠絲杠同時選用 3 級精度。 根據(jù)實用機床設計手冊10表 1.1-10 可知，滾珠絲杠副的機械傳動效率為 0.850.95，所以這里取一個中間數(shù)，即為。9 . 0 z 軸方向的進給速度與進給量和主軸轉(zhuǎn)速有關，則三者的關系為： （公式min/25 . 0 min/2505005 . 0mmmnfvf 13） 式中： n主軸轉(zhuǎn)速，單位為 m/min; f進給量，單位為 mm/r; 根據(jù)上面?zhèn)鲃庸β实墓娇梢杂嬎愠?z 軸的進給功率為： （公式 14） f fz f vq p 60000 kw0055 . 0 9 . 060

18、000 25 . 0 7 . 1197 根據(jù)實用機床設計手冊第 p513 頁可以知道轉(zhuǎn)矩的公式為： （公式 15）mn n p t 9550 式中： t轉(zhuǎn)矩，單位為；mn p傳動功率，單位為 kw； n電動機的轉(zhuǎn)速，單位為；min/r 按照典型工況中計算出來的轉(zhuǎn)速和 z 軸方向滾珠絲杠的導程，可以計算出 z 軸方向步進電動機的轉(zhuǎn)速為： （公式 16）min/67.41 6 250 r p v n f 式中： p滾珠絲杠的導程； 由此可以計算出步進電動機的轉(zhuǎn)矩，為： （公式 17）mn n p t26 . 1 67.41 0055 . 0 95509550 根據(jù)上面計算出來的轉(zhuǎn)矩，z 軸方向的電

19、動機選用常州市寶成電機有限公司 提供的型號為：90bc340ah。這種類型的電動機的矩頻特性，在電動機的工作范 圍之內(nèi)，矩頻特性的曲線遠大于所需要的轉(zhuǎn)矩，因此所選用的電機完全符合這次 設計的要求。 3.2.3.2 x 軸進給方向的牽引力和電動機所需要的轉(zhuǎn)矩的計算 x 軸方向采用的是燕尾形導軌，由上面的計算公式可以計算出 x 軸方向的牽 引力，取 k=1.4, f=0.2，則： （公式 18） xpcfx gfffkfq2 n92.1358 2 . 492 9 . 26226 .13382 . 06344 . 1 與上面一樣，同理可得： x 軸進給方向的進給速度與切削深度和絲杠轉(zhuǎn)速有關，則三者之

20、間的關系為： mimmmmnav pf /1min/10005002 式中： n主軸轉(zhuǎn)速，單位為；min/r 切削深度或背吃刀量，單位為 mm； p a 根據(jù)上面的傳動功率的計算公式，可以計算出 x 軸方向的進給功率為： f fx f vq p 60000 kw025. 0 9 . 060000 192.1358 根據(jù)金屬切削手冊10第 p513 頁可以知道轉(zhuǎn)矩的計算公式為： mn n p t9550 式中： t轉(zhuǎn)矩，單位為；mn p傳動功率，單位為 kw； n電動機的轉(zhuǎn)速，單位為；min/r 按照典型工況中計算出來的轉(zhuǎn)速和 x 軸方向滾珠絲杠的導程，可以計算出 x 軸方向步進電動機的轉(zhuǎn)速為：

21、 min/250 4 1000 r p v n f 式中： p滾珠絲杠的導程； 由此可以計算出步進電動機的轉(zhuǎn)矩，為： mn n p t955 . 0 250 025 . 0 95509550 根據(jù)上面計算出來的轉(zhuǎn)矩，x 軸方向的電動機選用常州市寶成電機有限公司 提供的型號為：75bf380。這種類型的電動機的矩頻特性，在電動機的工作范圍之 內(nèi)，矩頻特性的曲線遠大于所需要的轉(zhuǎn)矩，因此所選用的電機完全符合這次設計 的要求。 4 滾珠絲杠的選用及校核 4.1 滾珠絲杠福傳動的概述 在絲杠螺母的傳動中，它四種類型的絲杠螺母傳動，即：滑動絲杠螺母傳動、 滾珠絲杠螺母傳動、滾動絲杠螺母傳動和液體靜壓絲杠螺

22、母傳動。在現(xiàn)在的機床 應用中用的最多的是滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動。 滾珠絲杠螺母機構是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，是數(shù)控機床 伺服進給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。其工作原理如圖 5-1 所示。在絲杠和 螺母上分別加工出圓弧形旋槽，這兩個圓弧形旋槽合起來便形成了螺旋滾道，在 滾道內(nèi)加入滾珠。當絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動，迫使二者發(fā) 生軸向相對位移。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設有回程 引導裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構成一個閉合回路。由于滾珠的存在，絲 杠與螺母之間是滾動摩擦，僅在滾珠之間存在滑動摩擦。 圖 4-1 滾珠絲杠螺母機構 fig

23、ure 4-1 ball screw nut 滾珠絲杠螺母副與滑動絲杠螺母副相比有以下的優(yōu)點： （1） 摩擦小，效率高。一般情況下，它的機械效率在 90以上，約比滑動絲 杠傳動的機械效率高 24 倍。因此，在同樣負荷下，驅(qū)動扭矩較滑動絲杠減少 2/33/4。同時它的逆?zhèn)鲃有室埠芨撸咏谡齻鲃有?，因此它可以比較容易 地把直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。 （2） 由于是滾動摩擦，動、靜摩擦系數(shù)相差極小，無論是靜止還是高、低速時， 摩擦扭矩幾乎不變，因此靈敏度高，傳動平穩(wěn)。 （3）磨損少，壽命長。滾珠絲杠副中的主要零件，如絲杠、螺母、滾珠和滾珠循 環(huán)返回裝置中部分零件，均經(jīng)熱處理，并有很高的表面光潔度

24、，再加上滾動摩擦 的磨損很少，因此具有很好的耐磨性。 （4） 可消除軸向間隙，提高軸向剛度。滾珠絲杠副因其摩擦小、效率高，預緊 后仍能輕快的傳動，因此它能通過預緊完全消除間隙，使反向時沒有空行程，且 可通過預緊給予一定的預變形來提高軸向剛度。 （5） 使用可靠、潤滑簡單、維修方便。 （6）有專業(yè)廠生產(chǎn)，使用配套方便 上面是滾珠絲杠螺母傳動的優(yōu)點，任何的事物都是有兩面性的，有優(yōu)點就必 然也有缺點，因此滾珠絲杠螺母傳動的缺點為： （1） 不自鎖。因其逆?zhèn)鲃有屎芨?，滾珠絲杠副一般不能自鎖。因此在不允 許產(chǎn)生逆?zhèn)鲃拥牡胤?，如橫梁的升降系統(tǒng)等，必須增設制動或自鎖機構。 （2） 結構較復雜，工藝性差，成

25、本高。 4 4. .2 2 滾珠絲杠的結構形式、型號及支承形式的選用 4 4. .2 2. .1 1 滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的結結構構形形式式 滾珠絲杠副的滾珠循環(huán)類型分為：外循環(huán)滾珠絲杠和內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠兩種。 外循環(huán)滾珠絲杠又可以分為螺旋槽式和插管式兩種。 圖 4-2 內(nèi)、外循環(huán)滾珠絲杠 figure4-2 internal and external circular ball screw 外循環(huán)滾珠絲杠又可以分為螺旋槽式和插管式兩種。 它們的特點分別為： 螺旋槽式外循環(huán)滾珠絲杠的優(yōu)點：工藝簡單，螺母外徑較??；缺點：螺旋槽同 通孔不易連接準確，擋珠器剛性差，耐磨性差。 插管式外循環(huán)滾珠絲杠的

26、優(yōu)點：彎管有兩半合成，采用工壓件，工藝性好；缺 點：螺母徑向尺寸較大，如用彎管端部作擋珠器，則剛性差，易磨損。 內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠的優(yōu)點：一列只有一圈滾珠，因而工作的滾珠數(shù)目少，流暢 性好，摩擦損失少，效率高，螺母徑向尺寸??；缺點：制造較困難，在大螺距的情況 下，螺母的軸向尺寸偏大。 經(jīng)過上面三種滾珠絲杠的優(yōu)點和缺點的比較，決定本次設計中 z 軸和 x 軸方 向的滾珠絲杠采用內(nèi)循環(huán)式的滾珠絲杠。 數(shù)控機床中，一般都是采用雙螺母來進行預緊的。在雙螺母的預緊中又可以 分為：墊片式、螺紋式和齒差式三種。 它們的特點分別為： 雙螺母墊片式的特點：結構簡單，剛性好，裝卸方便，但是調(diào)整不便，當滾道 有磨損時

27、，不能隨時消除間隙和進行預緊。如圖 4-3 所。示 圖 4-3 雙螺母墊片調(diào)隙式滾珠絲杠螺母副 figure 4-3 double nut gaskets adjustable gap type ball screw nut pair 雙螺母螺紋式的特點：結構較緊湊，工作可靠，滾道磨損是可隨時調(diào)整，但是 預緊量不很準確，應用較普遍。如圖 4-4 所示。 圖 4-4 雙螺母螺紋調(diào)隙式滾珠絲杠螺母副 figure4-4 double nut threaded adjustable gap type ball screw nut pair 雙螺母齒差式的特點：能精確調(diào)整預緊量，但是結構尺寸較大，裝配

28、調(diào)整比較 復雜。多用于高精度的傳動。如圖 4-5 所示。 圖 4-5 齒差調(diào)隙式滾珠絲杠螺母副 figure4-5 tooth differenced adjustable gap type ball screw nut pair 1、5螺母 2滾珠 3套筒 4絲杠 6內(nèi)齒圈 1, 5-2-3 - nuts screw sleeve screw 6-4 - in gear 通過上面三種預緊方式的特點，然后再結合使用中的調(diào)查，在本次的設計中 z 軸和 x 軸的滾珠絲杠決定采用雙螺母墊片式的預緊方式。 由于螺母內(nèi)的各圈滾珠所承受的載荷是不等，第一圈滾珠約承受軸向載荷的 3045，第五圈以后，承載已

29、極小，所以多于五圈的結構是不合理的。為了提 高滾珠的流暢性，在一列循環(huán)回路內(nèi)，滾珠數(shù)應小于 150 個，且不得超過 3.5 全， 否則應該改成雙列或多列結構。 在本次的設計的中參考機械設計手冊12第二部 零件設計 上冊 表 5.719，在內(nèi)循環(huán)雙螺母一欄中采用 1 圈 x3 列的形式。 4 4. .2 2. .2 2 滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的型型號號 把上面采用到的滾珠絲杠的各部分的結構結合起來，z 軸和 x 軸的滾珠絲杠 采用啟東市華森絲杠制造有限公司提供的滾珠絲杠。按照他們公司提高的精密滾 珠絲杠副手冊，決定： z 軸方向的滾珠絲杠的代號為：fnd25063p3 fn滾珠絲杠的循環(huán)方式為內(nèi)

30、循環(huán)； d 滾珠絲杠采用的預緊方式為雙螺母墊片式預緊； 25滾珠絲杠的公稱直徑為 25mm； 06滾珠絲杠的導程為 6mm； 3 滾珠絲杠負荷鋼球圈數(shù)為 3 圈 p3定位滾珠絲杠，且滾珠絲杠的精度等級為 3 級； x 軸方向的滾珠絲杠的代號為：fnd14043p3 fn滾珠絲杠的循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)； d 滾珠絲杠采用的預緊方式為雙螺母墊片式預緊； 14滾珠絲杠的公稱直徑為 14mm； 04滾珠絲杠的導程為 4mm； 3 滾珠絲杠負荷鋼球圈數(shù)為 3 圈； p3定位滾珠絲杠，且滾珠絲杠的精度等級為 3 級； 4 4. .2 2. .3 3 滾滾珠珠絲絲杠杠副副支支承承的的選選擇擇 絲杠的軸承組合及軸

31、承座以及其它零件的連接剛性不足，將嚴重影響到滾珠 絲杠副的傳動精度和剛度，因此，在設計安裝時應該認真考慮到這個問題。為了 提高軸向剛度，常用以止推軸承為主的軸承組合來支承絲杠，當軸向載荷較小時， 也可用角接觸球軸承來支承絲杠。 常用的絲杠安裝有以下幾種： 圖 4-6 珠絲杠在機床上的支承形式 figure4-6 bead wire poles in the form of bearing on the machine 第一種支承方式：一端固定，一端自由。如圖 4-6（a）所示，這種支撐結構簡單， 絲杠的軸向剛度比兩端的低，絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低，設計時盡量 使絲杠受拉伸。對于行程小、

32、轉(zhuǎn)速較低的短絲杠和豎直的絲杠可采用懸臂支承結 構。 第二種支承方式：兩端游動。如圖 4-6（b）所示，兩端支承的安裝方式屬于一 般的安裝方式，適合于中等轉(zhuǎn)速的場合。 第三種支承方式：一端固定，一端游動。如圖 4-6（c）所示，即一端安裝推力軸 承與深溝球軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，使用時應 注意減少絲杠熱變形的影響。特點是：雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命 較高，適用于中速、傳動精度高的長絲杠傳動系統(tǒng)。 第四種支承方式：兩端固定。如圖 4-6（d）所示，即兩端分別安裝推力軸承與 深溝球軸承的組合，并施加預緊力，其軸向剛度最高。特點是：適合于高剛度、高 轉(zhuǎn)速、高精度

33、的精密絲杠傳動系統(tǒng)，但隨溫度的升高會使絲杠的預緊力增大，易 造成兩端支承的預緊力的不對稱。 在本次的設計中，z 軸方向的滾珠絲杠采用的是長絲杠，它的左端既要承受 軸向力又要承受徑向力，而它的右端就只要承受一個徑向力；再通過上面滾珠絲 杠的四種支承方式及它們各自的特點的比較，故 z 軸方向的滾珠絲杠采用第三種 支承方式，即“一端固定，一端游動”式。 x 軸方向的滾珠絲杠，它的前端是懸空的，通過聯(lián)接套直接與電機連接的，而 它的后端承受軸向力和徑向力，和通過上面滾珠絲杠的四種支承方式及它們各自 的特點的比較，故 x 軸方向的滾珠絲杠采用第一種支承方式，即“一端固定，一端 自由”式。由于 x 軸方向的

34、絲杠是垂直安裝的，為了防止因驅(qū)動力中斷而發(fā)生逆 傳動，因此要安裝自鎖、制動或重力平衡的裝置。一般常用的裝置是體積小、重量 輕、易于安裝的超越離合器。 4 4. .3 3 滾珠絲杠副軸承的選用 滾動軸承與滑動軸承相比，具有摩擦阻力小、效率高、起動容易、潤滑簡便等， 同時滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)，選用和更換都很方便， 因此本次的設計中，z 軸和 x 軸方向的滾珠絲杠副選用滾動軸承。 選擇滾動軸承的型號時，一般主要從以下幾個方面因素來考慮： （1）載荷的大小、方向和性質(zhì) （2）軸承的轉(zhuǎn)速 （3）調(diào)心性能要求 （4）裝配的空間 （5）安裝與裝卸要方便 （6）具有經(jīng)濟性 在本次的設計

35、中，在考慮過了以上因素以后，z軸方向滾珠絲杠的左端采用 深溝球軸承與雙向推力球軸承組合的形式，而右端只用了一個深溝球軸承；x 軸 方向滾珠絲杠的后端也采用深溝球軸承與推力球軸承組合的形式。以上各軸承的 型號見 ck6132 數(shù)控車床進給驅(qū)動部件的裝配圖。 4 4. .4 4 滾珠絲杠的計算和校核 滾珠絲杠的計算除強度計算外，剛度和穩(wěn)定性計算與滑動絲杠計算相同。滾 動絲杠不需要進行耐磨性計算。它的強度計算的原則與滾珠軸承相同。 參考金屬切削機床設計第四章第九節(jié)，來進行滾珠絲杠的計算和校核。 4 4. .4 4. .1 1 靜靜載載強強度度的的計計算算 當滾珠絲杠副在低速運轉(zhuǎn)時（轉(zhuǎn)速10 轉(zhuǎn)/分）

36、，其破壞形式主要是在滾珠接n 觸面上產(chǎn)生塑性變形，規(guī)定其塑性變形量不得超過滾珠直徑的萬分之一，產(chǎn)生這 個塑性變形量的載荷稱為滾珠絲杠副的最大靜載荷。最大靜載荷根據(jù)絲杠的 c p 直徑、一圈內(nèi)的鋼球數(shù)、圈數(shù)、列數(shù)和接觸角而定的。 按靜載計算時，應滿足下列計算式： （公式 19） cd ppf 式中： p滾珠絲杠的軸向工作載荷，單位為 n； 動載荷系數(shù)； d f z 軸和 x 軸方向滾珠絲杠的軸向工作載荷也就是 z 軸和 x 軸方向移動所需 要的牽引力，則 z 軸和 x 軸方向滾珠絲杠的牽引力在前面的第三章中已經(jīng)計算 出來了。即： z 軸方向滾珠絲杠的軸向工作載荷為： nqp zz 7 .1197

37、 x 軸方向滾珠絲杠的軸向工作載荷為： nqp xx 92.1358 動載荷系數(shù)查金屬切削機床設計表 421 可知，但是為了安全起見，選用 載荷性質(zhì)選中等沖擊，則取。5 . 12 . 1 d f3 . 1 d f 查閱啟東市華森絲杠制造有限公司提供的精密滾珠絲杠副可知，z 軸和 x 軸的滾珠絲杠的額定靜載荷分別為：26.69kn 和 13.35kn。 ； ； knpcz69.26 knpcx62.10 下面分別進行 z 軸和 x 軸方向滾珠絲杠的靜載荷強度的計算： z 軸方向滾珠絲杠靜載荷強度的計算： （公式 knpknnpf czzd 69.26557 . 1 01.1557 7 . 119

38、73 . 1 20） z 軸方向所選用的滾珠絲杠的靜載荷強度滿足要求。 x 軸方向滾珠絲杠靜載荷強度的計算： （公式 21） knpknnpf cxxd 62.1077 . 1 6 . 176692.13583 . 1 x 軸方向所選用的滾珠絲杠的靜載荷強度滿足要求。 4 4. .4 4. .2 2 疲疲勞勞強強度度的的計計算算 當轉(zhuǎn)速10 轉(zhuǎn)/分時，主要的破壞形式是疲勞點蝕。這時，應按疲勞強度計n 算，計算原則與滾珠軸承相同。 根據(jù)機械設計中的滾動軸承計算公式可以求出當量動載荷。 d p （公式 22） nplpd 3 式中： p滾珠絲杠副的軸向工作載荷，單位為 n； l滾珠絲杠的壽命，以轉(zhuǎn)

39、為 1 單位； 6 10 （公式 23） 66 1010 60cnt l c循環(huán)次數(shù)，c=60nt； t滾珠絲杠的適用壽命，單位為 h； n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，單位為 mm/min; 由于軸向工作載荷 p 和要求的壽命 l 計算出的當量動載荷應小于絲杠最 d p 大額定動載荷。 d p （公式 24） dd pp 查閱啟東市華森絲杠制造有限公司提供的精密滾珠絲杠副13可知，z 軸和 x 軸方向的滾珠絲杠的額定動載荷分別為： ； ； knpdz2 .12 knpdx88 . 4 首先應計算 z 軸方向滾珠絲杠的當量動載荷，用第三章里面已經(jīng)計算出來 的 n41.67r/min 代入公式。查閱現(xiàn)代數(shù)控機

40、床表 512 可知，數(shù)控機床滾珠絲 杠副的預期工作壽命為 15000h。則： （公式 25） 7 . 1197 10 1500067.4160 10 60 3 6 3 6 3 p nt plpdz knpknn dz 2 .12009 . 4 4009 再計算 x 軸方向滾珠絲杠的當量動載荷，用第三章里面已經(jīng)計算出來的 n250r/min 代入公式。查閱現(xiàn)代數(shù)控機床表 512 可知，數(shù)控機床滾珠絲杠副 的預期工作壽命為 15000h。則： （公式 26）92.1358 10 1500025060 10 60 3 6 3 6 3 p nt plpdx knpkn dx 88 . 4 55. 4

41、經(jīng)過計算可以知道，兩根滾珠絲杠的疲勞強度都是滿足要求的，所以，初選 的滾珠絲杠的型號就沒有必要去改變了。z 軸方向滾珠絲杠選用 fnd2506 型；x 軸方向滾珠絲杠選用 fnd1404 型14。 5 導軌、導軌架及床身的設計 5.1 導軌的設計 機床上的運動部件必須沿著床身或立柱或橫梁上的導軌運動。導軌的主要功 能是導向和承載作用。導軌使運動部件沿一定軌跡運動，從而保證各部件的相對 位置和相對位置精度。導軌承受部件及工件的重量和切削力。導軌在很大程度上 決定數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性。 導軌簡單的可以分為兩類：滑動導軌和滾動導軌?；瑒訉к壓蜐L動導軌相比： 結構簡單、制造方便、接觸剛度大

42、的優(yōu)點；當然在相比之下，摩擦阻力大，磨損快， 動、精摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行等缺點也是很顯而易見的。 雖然是如此，但是考慮到本次設計的 ck6132 數(shù)控車床精度要求不是很高， 而且還要考慮到經(jīng)濟問題，所以本次設計的數(shù)控車床采用普通滑動導軌。 5.1.1 滑滑動動導導軌軌的的類類型型 導軌導向精度的高低，剛度的大小，減振能力的好壞，摩擦損失的大小，磨損 對加工精度影響的大小和受力的情況，在很大程度上取決于導軌的截面形狀。下 面就來介紹一下滑動導軌的幾種基本類型： （1） 矩形導軌 制造簡單，剛度和承載能力大，水平方向和垂直方向上的 位移互不影響，因此安裝調(diào)試都很方便。矩形導軌中起導向作

43、用的導軌面磨損后 不能自動補償間隙，所以需要有間隙調(diào)整裝置。 （2） 雙三角形導軌 這種導軌同時起支撐、導向作用，磨損后相對位置不 變，能自行補償垂直方向和水平方向的磨損，導向精度高，但要求四個表面的刮 削或磨削后接觸，工藝性較差，床身與運動部件熱變形不一樣時，不易保證四個 面同時接觸。 （3） 燕尾導軌 其磨損后不能自動補償間隙，需用鑲條調(diào)整。兩燕尾面起 壓板作用，用一根鑲條就可以調(diào)整水平、垂直方向的間隙。導軌制造、檢驗和修理 較復雜、摩擦阻力大。當承受垂直作用力時，它以支撐平面為主要工作面，它的剛 度與矩形導軌相似；當承受顛簸力矩時，其斜面為主要工作面。剛度較低。燕尾導 軌一般用于要求高度

44、小的多層移動部件，兩個導軌面間的夾角為。 55 （4） 矩形三角形導軌 不需要鑲條調(diào)整間隙，導向精度好，加工裝配比較 方便，溫度變化不會改變導軌面的接觸情況，但熱變形會使移動部件水平偏移， 兩條導軌磨損不同，對位置精度有影響。 （5） 圓柱導軌 制造簡單，主要用于受軸向負荷的導軌（抗彎剛對?。?，適 用于同時作直線運動和轉(zhuǎn)動的場合。 滑動導軌具有結果簡單、制造方便、剛度好、抗震性高等優(yōu)點，但普通滑動導 軌存在靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化。近年來，由于新型工 程材料的出現(xiàn)，出現(xiàn)了貼塑導軌，其摩擦性能好，耐磨性好，減震性好、工藝性好。 綜上所述，在本次的設計中，對導軌的要求沒有很高的

45、要求，通過參考類似 數(shù)控車床的導軌，所以床身上的導軌采用矩形三角形，小拖板采用燕尾形導軌， 尾座上的導軌采用矩形三角形導軌，可貼塑處理。 5.1.2 滑滑動動導導軌軌的的間間隙隙調(diào)調(diào)整整機機構構 為保證導軌的正常運行，運動件與承載件之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙如果 過小，就會增加摩擦力，使運動不靈活，會使導向精度降低。所以調(diào)整方法如下： （1） 采用磨、刮相應的接合面或加墊片的方法，以獲取適當?shù)拈g隙。 （2） 鑲條的調(diào)整，這是側向間隙常用的調(diào)整方法，鑲條有直鑲條和斜鑲條兩 種。 在本次設計中，為了調(diào)整床身上的矩形三角形導軌的間隙，采用了在導軌兩 側各放置一套鑲條及壓板，這樣能保證導軌間隙調(diào)整后，

46、中心位置不變。而在拖 板上的燕尾形導軌采用了燕尾導軌常用的平頭斜鑲條調(diào)整間隙，平頭斜鑲條由兩 個特制的螺釘固定，避免了鑲條隨導軌一起滑動而喪失了調(diào)整間隙的效果。 5.1.3 滑滑動動導導軌軌的的潤潤滑滑 為了減小摩擦，提高機械效率；為了延長壽命，降低溫度；為了改善工作條件 和防止生銹，導軌必須要進行潤滑。在本次的設計中，導軌采用潤滑油的潤滑，通 過用手的潤滑泵，使?jié)櫥徒?jīng)過油管通過各個部件進行潤滑。這種方法的潤滑效 果最好，潤滑可靠，經(jīng)濟又方便。 5 5. .2 2 導軌架的設計 5 5. .2 2. .1 1 導導軌軌架架結結構構的的基基本本要要求求 機床的導軌架是整個機床的機床支承件，一般

47、用來加工出導軌、放置主軸箱、 大小拖板等主要部件的。為了滿足數(shù)控車床的高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠 性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應有更高的靜、動剛度，更 好的抗振性。對數(shù)控車床導軌架主要在以下三個方面提出了更高的要求，即： 5.2.1.1 具有很高的精度和精度保持性 在導軌架上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導軌面，這些面本身的 精度和相互位置精度要求都很高，而且要能長時間保持。另外，機床在切削加工 時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到導軌架上，所以導軌架上的受力很復雜。為 此，為保持零部件之間的相互位置關系或相對運動精度，除滿足幾何尺寸位置精 度等要求外，還需要滿足

48、靜、動剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術要 求。 5.2.1.2 具有足夠的靜、動剛度 靜剛度包括：導軌架自身的結構剛度、局部剛度、接觸剛度，都應該采取相應 的措施，最后達到有較高的剛度質(zhì)量比。 動剛度直接反映機床的動態(tài)特征，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高 的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當增加阻尼、 提高固有頻率等措施來避免共振及因薄壁振動而產(chǎn)生的噪聲。 5.2.1.3 較好的熱穩(wěn)定性 對數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成為一個突變的問 題，必須在設計上要做到使整機的熱變形變小，是熱變形對加工精度的影響較小。 5 5. .2 2. .2

49、 2 c ck k6 61 13 32 2 數(shù)數(shù)控控車車床床導導軌軌架架的的結結構構 在本次的設計中，導軌架的結構采用水平床身。由于 ck6132 數(shù)控車床是小 型車床，所以導軌架采用整體式鑄造結構，這樣其剛度和精度保持性都比較好。 前后導軌架連接處刮研，連接時用定位件和專用定位銷定位，然后沿截面四周， 用大螺栓固緊。 本機床的導軌架采用箱體結構，合理的截面形狀，合理布置的肋板結構在較 小質(zhì)量下獲得了較高的靜剛度和適當?shù)墓逃蓄l率。 5.2.2.1 導軌架的長度確定 導軌架的長度，除了行程外，還有主軸箱的長度，導lmml500 1 mml400 3 軌上好要裝上拖板和尾座，因此還要加上拖板的長度

50、，和尾座的長度mml260 3 ，除此之外，還要加上一定的余量。mml300 4 mml40 5 所以導軌架的長度為： mmllllll150040300260400500 54321 .5.2.2.2 導軌架的寬度確定 因為拖板取值為 630mm，為了不致使拖板因?qū)к壧蝿犹?，一般取?軌跨矩為拖板尺寸的一半左右，即 340mm，因此導軌架的寬度為 340mm。 5 5. .3 3 床身的設計 與普通車床相比，數(shù)控車床對總體結構剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性以及低速穩(wěn) 定性等都提出更高的要求。從總體設計的角度，車床床身的要求有： （1） 高的靜、動剛度、 （2） 良好的熱穩(wěn)定性 （3） 高的運

51、動精度和良好的低速運動平穩(wěn)性 （4） 宜人設計 為此，我們增加了機床底座的壁厚，這樣就增加了底座的重量，提高了底座 的穩(wěn)定性、承載能力及強度。 除此之外，我們?yōu)榱嗽诠?jié)省材料的同時提高底座的強度，在底座中添加了一 些肋板，并盡量保證了壁厚的均勻，較好地提高了鑄件的鑄造工藝性，避免了局 部壁厚過厚，而導致材料的浪費。 6 結 論 本設計的主要內(nèi)容為 ck6132 數(shù)控車床的總體布局方案的選定，主要完成了 機床主參數(shù)的計算，如切削用量的選擇、切削力的計算、進給驅(qū)動部件的計算等。其中主 要進行了主電機的選擇。是滾珠絲杠的選用及校核，主要敘述了滾珠絲杠的型號、滾珠 絲杠螺母副的預緊方式以及滾珠絲杠的安裝

52、方法，此后對所選的滾珠絲杠進行了校核。 介紹了導軌、導軌架及床身的設計，完成了對導軌架的尺寸進行了估算，達到了本次設 計的目的。 在數(shù)控車床的總體設計的過程中，我在于春海老師的帶領下，查閱相關的文 獻、收集資料、繪圖、還有相關技術上面的分析，在近四個月的時間的畢業(yè)設計過 程中，加強了我們理論與實際相結合的能力，鍛煉了我們的設計思維，開拓了我 們在專業(yè)方面的知識視野。 在 ck6132 數(shù)控車床的設計過程中，我查閱了大量的機械設計手冊，綜合運 用了在大學里所學到的專業(yè)基礎知識和專業(yè)基礎技能，使自己的專業(yè)知識得到了 鞏固并且還學到了以前沒有接觸過的東西，鍛煉了我們學習新知識、運用新知識 解決實際問

53、題的能力。與此同時也提高了我們的繪圖和鉆研資料手冊的能力。 總之，畢業(yè)設計讓我認識到獨立思考、團隊協(xié)作是保證高質(zhì)量完成任務的兩 大重要的因素，這樣產(chǎn)生的成果才可以將錯誤控制在最小的范圍之內(nèi)。我將會把 在本次畢業(yè)設計中獲得的工作經(jīng)驗運用在今后的學習和工作中，以便取得更大的 成績。 參考文獻 1 陳嬋娟. 數(shù)控車床設計. 北京： 化學工業(yè)出版社， 2006 2 文懷興 ，夏田. 數(shù)控機床系統(tǒng)設計. 北京：化學工業(yè)出版社， 2006 3 文懷興. 數(shù)控銑床設計. 北京：化學工業(yè)出版社， 2006 4 熊光華. 數(shù)控機床. 北京：機械工業(yè)出版社，2001 5 韓鴻鸞. 數(shù)控機床的結構與維修. 北京：機

54、械工業(yè)出版社，2006 6 徐錦康主編. 機械設計 第二版. 北京：機械工業(yè)出版社. 2001 7 裘文言，張祖繼，瞿元賞. 機械制圖. 北京： 高等教育出版社.2003 8 機床設計手冊 編寫組. 機床設計手冊 3 部件、機構及總體設計. 北京： 機械工業(yè)出版社. 1986 9 趙如福. 金屬機械加工工藝人員手冊. 上海：上?？茖W技術出版社，1990 10 陳家芳. 實用切削加工工藝手冊. 上海：上?？茖W技術出版社，2005 11 李洪. 機械加工工藝手冊. 北京：北京出版社，1990 12 成大先、姜勇. 機械設計手冊-機械傳動，軸承，機構，聯(lián)接與緊固. 北 京：化學工業(yè)出版社，2004

55、13 啟東市華森絲杠制造有限公司. 精密滾珠絲杠副 14 太倉東元微電機有限公司.電機產(chǎn)品目錄 15 professor h.-j. warnockandr.steinhilper .flexible manufacturing systems. uk:springer-verlag berlin heidelberg new york tokyo, 1985 16 g.e.thyer computer numerical control of machine tools. ptinted and bound in great britain gy the press,aoon 1991. 致

56、謝 在本次畢業(yè)設計中，設計一臺 ck6132 數(shù)控機床，難免會遇到許多困難，但是 在指導老師于老師和郭老師耐心、細致的指導及其他同學熱心的幫助下，經(jīng)過 三個多月的不懈努力，對我為將來工作所要從事的項目有很大的益處；也使我能 將大學四年所學知識與實踐相結合起來，并且通過學習教科書、手冊等使我們學 到了許多新的東西，鍛煉了我們運用新知識解決實際問題的能力。在次特向在此 期間幫助我的老師和同學及所有在大學四年里幫助過我的師長和同學們表示由 衷的感謝！ 雖說在本次設計中我盡力認真對待設計中的每個環(huán)節(jié)，力求做到完美，但是 由于是初次設計再加上本人的水平有限，設計中肯定會有許多不足之處，敬請各 位老師給予

57、批評指正。 附 錄 the machine tool the machine tools suitable and available for producing the component must be known. it is no use writing a program for a particular machine tool if it is overloaded with work. other factors to be considered are the machine running costs and the capacity of the machines in

58、relation to the work size. the capacity of the machine tool has to be known in terms of factors such as: (a) power of drive motors, which will decide material removal rates and depths of cut (b) spindle speeds available (c) amount of movement possible on all axes 2cl contouring control on two axes a

59、nd line motion control on the third axis 3d positioning, line motion and contouring control on three axes the type of tool and the tool holding facilities available must be considered. manual or automatic tool changing will influence the program. if automatic tool changing facilities are available.

60、it is important that the tools normally held in the tool magazine should be known, together with the capacity of the tool magazine. usually the tools are changed, either manually or automatically. when the spindle is fully retracted; this position is- frequently referred to as the home position. wit