CK514立式數(shù)控車床X向進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上CK514立式數(shù)控車床X向進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為機(jī)床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床的擁有量及其性能水平的高低,是衡量一個國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，所以發(fā)展數(shù)控機(jī)床的水平是現(xiàn)時代賦予我們機(jī)械類人員的使命。本課題是關(guān)于CK514立式數(shù)控車床X向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動部件慣量計(jì)算，空載起動及切削力矩計(jì)算，確定伺服電機(jī)，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖等。設(shè)計(jì)從傳動方案的確定，傳動結(jié)構(gòu)的選擇，以及傳動部件的選型等等方面逐一開

2、展。進(jìn)給傳動伺服系統(tǒng)可分為三種：開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。通過比較，按照使用要求選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)選用同步齒形帶連接伺服電動機(jī)和絲杠，這種結(jié)構(gòu)簡單，傳動扭矩大，并且傳動誤差小，經(jīng)濟(jì)性能好，符合設(shè)計(jì)要求。傳動部件的選擇包括導(dǎo)軌類型的選擇及其使用要求，滾珠絲杠螺母副選型和伺服電動機(jī)的選擇。關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床 進(jìn)給系統(tǒng) 導(dǎo)軌 絲杠X-axis feeding system design of CK514 CNC latheAbstract Along with the world advance in technology and machine tool industry'

3、s development, the numerically-controlled machine tool takes the machine tool industry the mainstream product, has become realizes the equipment manufacturing industry modernization key equipment, is the national defense war industry equips the development the strategic resources. CNC machine tool&#

4、39;s capacity and performance capability's height, is weighs a national synthesis strength the important symbol, therefore the development numerically-controlled machine tool's level is the present time entrusts with us the machinery personnel's mission. This topic is about the CK514 ver

5、tical numerical control lathe X feed transmission system's design, the design content includes: Definite system's load, definite system pulse equivalent, moving part inertia computation, idling starting and cutting moment of force machine computation, definite servo electrical machinery, pla

6、n machine part assembly drawing and components shop drawing and so on. The design from the transmission plan's determination, the transmission structure's choice, as well as transmission part's shaping and so on aspects develops one by one. To feed transmission server may divide into thr

7、ee kinds: Split-ring, half closed loop and closed loop server. Through the comparison, selects the semi-closure according to the operation requirements to lie in wait from all sides the clothing system. The mechanical drive structure selects the shaft coupling direct connection servo motor and the g

8、uide screw, this kind of structure is simple, the transmission torque is big, and the transmission error is small, the economical performance is good, meets the design requirements. Transmission part's choice including guide rail type choice and operation requirements, ball bearing guide screw n

9、ut vice-shaping and servo motor's choice.Key words Numerically controlled lathe Feeding system Guide rail Guide screw目錄引言 1 第一章 概述 11.1 數(shù)控車床的概述11.1.1數(shù)控車床的分類 11.1.2數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 21.2 CK514立式數(shù)控車床的簡介 21.2.1 CK514立式數(shù)控車床的功能 21.2.2 CK514立式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 21.2.3 CK514立式數(shù)控車床的技術(shù)參數(shù) 3第二章 車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 32.1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)

10、概述 32.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)種類介紹及選擇 32.3電機(jī)與絲杠聯(lián)結(jié)方式的選擇 5第三章 車床進(jìn)給系統(tǒng)傳動部件的選擇 53.1進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)要求 53.2滾珠絲杠螺母副的選型 53.2.1滾珠絲杠的工作原理及選用要求 53.2.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選用型號 63.2.3滾珠絲杠的安裝、潤滑和防護(hù) 83.3同步齒形帶設(shè)計(jì) 93.3.1同步齒形帶特點(diǎn) 93.3.2同步齒形帶設(shè)計(jì)計(jì)算 93.4導(dǎo)軌的類型及選取 10第四章 進(jìn)給系統(tǒng)電動機(jī)的選擇11 4.1電動機(jī)類型的確定 114.2電動機(jī)的選擇 124.2.1電動機(jī)選型的要求 124.2.2伺服電動機(jī)的選型 12結(jié)論 13致謝 14參考文獻(xiàn)

11、15 引言本設(shè)計(jì)題目是CK514立式數(shù)控車床X向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這是我在大學(xué)學(xué)習(xí)階段最后一次設(shè)計(jì)，也是最重要的一次設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，使我學(xué)會了很多東西。他培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識和基本技能，提高分析解決實(shí)際問題的能力，檢驗(yàn)我的綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力，是學(xué)生畢業(yè)的重要依據(jù),為我們就業(yè)和進(jìn)入社會作好準(zhǔn)備。隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為機(jī)床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床的擁有量及其性能水平的高低,是衡量一個國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。我國是制造業(yè)大國，制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占重要地位，所以我們要重點(diǎn)發(fā)展數(shù)控技術(shù)

12、，使我國數(shù)控機(jī)床制造水平站在世界前列。數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)是其最重要的部分，它們制造水平的高低直接影響機(jī)床的性能，這也是本課題研究的目的。第一章 概述1.1 數(shù)控車床的概述1.1.1 數(shù)控車床的分類 數(shù)控車床種類繁多、歸格不一,可按如下方法進(jìn)行分類。1.按數(shù)控車床的檔次分類：(1)簡易數(shù)控車床: 簡易數(shù)控車床一般用單扳機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行控制,屬于第檔次數(shù)控車床。(2)經(jīng)濟(jì)行數(shù)控車床: 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般有單顯CRT、程序儲存和編輯功能,屬于中檔次數(shù)控車床。(3)全功能數(shù)控車床: 全功能數(shù)控車床主軸一般采用能調(diào)速的直流或交流主軸控制單元來驅(qū)動。(4)高精度數(shù)控車床: 高精度數(shù)控車床主要用于加

13、工類似磁鼓、磁盤的合金鋁基板等需要鏡面加工，并且形狀、尺寸精度都要求很高的零部件，可以代替后續(xù)的磨削加工；這種車床的主軸采用超精密空氣軸承，進(jìn)給采用朝精密空氣靜壓導(dǎo)向面，主軸與驅(qū)動電動機(jī)之間采用磁性聯(lián)軸器連接等。(5)高效率數(shù)控車床: 高效率年數(shù)控車床主要有一個主軸兩個回轉(zhuǎn)刀架及兩個主軸兩個回轉(zhuǎn)刀架等形式，兩個主軸和來年感個回轉(zhuǎn)刀架同時工作，提高了機(jī)床的工作效率。(6)車削中心: 在數(shù)控車床上增加刀庫和C軸控制后，除了能車削、鏜削外，還能對端面和圓周面任意進(jìn)行鉆、銑、攻螺紋等加工；而且在具有插補(bǔ)的情況下，還能銑削曲面，這樣就構(gòu)成了車削中心。(7)FMC車床: FMC車床實(shí)際上是一個有數(shù)控車床、

14、機(jī)器人等構(gòu)成的一個柔性加工單元，它出來具備車削中心的功能外，還能實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)、裝卸的自動化和加工調(diào)整準(zhǔn)備的自動化。2.按加工零件的基本類型分類：卡盤式數(shù)控車床和頂尖式數(shù)控車床。3.按數(shù)控車床主軸位置分類：立式數(shù)控車床和臥式數(shù)控車床。1.1.2 數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 數(shù)控車床是由主軸箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)、床身以及液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)等部分組成，數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)的區(qū)別。普通車床的進(jìn)給運(yùn)動是經(jīng)過交換齒輪架、進(jìn)給箱、溜板箱傳到刀架實(shí)現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動的，而數(shù)控車床上采用伺服電動機(jī)將滾珠絲杠傳到滑板和刀架，實(shí)現(xiàn)Z（縱）向和X（橫）向進(jìn)給運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)較普通車床大為簡化。

15、 數(shù)控車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：1.采用高性能的主軸部件，具有傳遞功率大、剛度高、抗震性好及熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。2.進(jìn)給伺服傳動一般采用滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副等高性能傳動件，具有傳動鏈短、結(jié)果簡單、傳動精度高等特點(diǎn)。3.高檔數(shù)控車床，具有較完善的刀具總動交換和管理系統(tǒng)。工件在車床上一次安裝后，能總動地完成工件多道加工工序。1.2 CK514立式數(shù)控車床的簡介1.2.1 CK514立式數(shù)控車床的功能CK514立式數(shù)控車床，它主要用于盤類、短軸零件的加工，可完成車削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、切槽、倒角、車螺紋等工序，適合于中小批量的輪番加工，也可正、倒結(jié)合，組成生產(chǎn)線大批生產(chǎn)。1.2.2

16、CK514立式數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CK514數(shù)控立式車床，機(jī)床采用組合式防護(hù)，造型新穎美觀,具有時代感，安裝、維修方便，安全性高；機(jī)床布置正、倒兩種形式，并配有自動輸料裝置，可自動裝夾工件進(jìn)行加工，機(jī)床可根據(jù)加工工藝需要，選擇單機(jī)或正倒、正正、倒倒等，組成自動線，正倒組合，工件連線加工，無需正、反需翻轉(zhuǎn)。電氣控制采用SIEMENS半閉環(huán)控制系統(tǒng)，機(jī)床工藝適應(yīng)性強(qiáng)，加工效率高，廢品率低，成品一致性好，對工人技術(shù)熟練程度的要求低，且編程容易，操作簡單，機(jī)床性價比高。 1.2.3 CK514立式數(shù)控車床的技術(shù)參數(shù)最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 520最大切削直徑 mm 400 最大切削高度 mm 250

17、 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 50-2000（無級）最大扭矩 N·m 550 刀架工作行程X/Z mm 2410.5/450 刀架快移速度X/Z m/min 15/15 刀臺形式 臥式八工位 刀具尺寸 40 加工精度 IT6 表面粗造度 Ra1.6 主電機(jī)功率 kw 28.8 第二章  車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以數(shù)控機(jī)床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，也就是位置隨動系統(tǒng)。它的作用是接受來自數(shù)控裝置中插補(bǔ)器或計(jì)算機(jī)插補(bǔ)軟件生成的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換、放大將其轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床移動部件的位移，并保證動作的快

18、速和準(zhǔn)確。伺服系統(tǒng)的性能，在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能，如數(shù)控機(jī)床的定位精度、跟蹤精度、最高移動速度等重要指標(biāo)。 伺服系統(tǒng)由執(zhí)行元件和驅(qū)動控制電路構(gòu)成。 伺服系統(tǒng)的基本要求主要是穩(wěn)定性好、精確度高以及快速響應(yīng)性。2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)種類介紹及選擇伺服系統(tǒng)按其控制方式分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。1.開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中最簡單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步進(jìn)電機(jī)，其控制原理如圖1所示。開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進(jìn)電動機(jī)性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場合中得到較廣泛的應(yīng)用。 圖1 開環(huán)控制系統(tǒng)2.閉環(huán)控制系統(tǒng) 因?yàn)殚_環(huán)

19、系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機(jī)床的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測裝置對數(shù)控機(jī)床工作臺位移進(jìn)行直接測量并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)，其控制原理見圖2。圖2 閉環(huán)控制系統(tǒng)3.半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電動機(jī)按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制原理見圖3。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機(jī)軸端。圖3 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由上述三種方式對比，考慮使用要求和經(jīng)濟(jì)性要求，本設(shè)計(jì)選用半閉環(huán)控制

20、系統(tǒng)。2.3 電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種：1.聯(lián)軸器直聯(lián)接 這是一種最簡單的連接型式。這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動機(jī)構(gòu)本身無間隙,傳動精度高,而且結(jié)構(gòu)簡單,安裝、調(diào)整方便，適用于像中小型號的數(shù)控車床。聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器，這是數(shù)控機(jī)床上廣泛采用的一種聯(lián)軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象。采用這種撓性聯(lián)軸器把電動機(jī)與絲杠直接聯(lián)接，不僅可以簡化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消除傳動間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差,提高傳動剛度。2.通過齒輪聯(lián)接 這種調(diào)整方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下,保持齒輪的無間隙嚙合；但是

21、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,軸向尺寸大、傳動剛度低、傳動平穩(wěn)性較差，一般用于精度要求低的機(jī)床中。3.通過同步齒形帶聯(lián)接 同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點(diǎn),與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便。并且傳動不打滑、不需要大的張緊力； 但是在同步齒形傳動設(shè)計(jì)時對材料的要求很高。在滿足機(jī)床要求的前提下，通過對比本課題采用通過同步齒形帶聯(lián)接電機(jī)與絲杠副，這是一種簡單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動精度高，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。第三章 車床進(jìn)給系統(tǒng)傳動部件的選擇3.1 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)要求 進(jìn)給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，數(shù)控機(jī)床的

22、進(jìn)給傳動系統(tǒng)必須滿足:1.傳動精度高;2.摩擦阻力小;3.運(yùn)動部件慣量小。3.2 滾珠絲杠螺母副的選型3.2.1 滾珠絲杠的工作原理及選用要求滾珠絲杠螺母副是目前中、小型數(shù)控機(jī)床使用最為廣泛的傳動型式。滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動的傳動裝置，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中是使用最為廣泛的傳動裝置，其工作時在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個圓弧形槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠。當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(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。當(dāng)絲杠固定時，螺母即可以產(chǎn)生相對直線運(yùn)動，從而帶動工作臺做直線運(yùn)動。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使

23、滾珠能返回絲杠螺母之間構(gòu)成一個閉和回路。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。因此傳動效率很高。由于摩擦系數(shù)小，不能自鎖，因而使該機(jī)構(gòu)的傳動具有可逆性，而且滾珠絲杠螺母副有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。以下幾點(diǎn)是其選擇要求。1.滾珠絲杠傳動的優(yōu)點(diǎn) 傳動效率高，以極小的滾動摩擦代替了傳統(tǒng)的滑動摩擦，大大減小的摩擦使?jié)L珠絲杠副的傳動效率獲得極大地提高，傳動效率達(dá)90%以上。進(jìn)而，整個傳動副的驅(qū)動力矩減少至滑動絲杠副的1/3左右。因此，滾珠絲杠能夠順滑地實(shí)現(xiàn)兩種傳動方式-將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動或者將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。傳動精度高，由于滾珠絲杠副傳動效率達(dá)到90%以上，

24、因而發(fā)熱率大大降低，熱變形就小，若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，使設(shè)備獲得很高的定位精度和重復(fù)定位精度。摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長。滾珠絲杠副中的主要零件，均經(jīng)熱處理，具有很高的硬度及表面光潔度，再加上滾動摩擦的摩損很小，因而具有良好的耐磨性，實(shí)際壽命往往大于理論壽命。 2.滾珠絲杠的選擇    滾珠絲杠已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所選擇的滾珠絲杠是根據(jù)金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊類比所得。 3.滾珠絲杠副及預(yù)緊方式的選擇 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形

25、式又可以分為雙螺母和單螺母。由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好。按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。所以在本設(shè)計(jì)中，采用雙螺母內(nèi)循環(huán)的形式，用雙螺母墊片預(yù)緊。 3.2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選用型號1.計(jì)算絲杠最大載荷Fmax(N) 絲杠最大載荷，為切削時的最大進(jìn)給力加摩擦力。

26、最大切削力Fc等于最大扭矩比最小切削半徑，計(jì)算可知為5500N。作為粗略的估計(jì)，最大進(jìn)給力Ff=0.5Fc=2750N；最大背向力Fp=0.5Fc=1375N?？芍z杠最大載荷為Fmax=KFc+f(Fc+Fp+G)=1.1×2750+0.04(5500+1375+800×9.8)N =3614N式中K考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取K=1.1；f滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.04；G溜板及刀架最大重力，取800gN。2.計(jì)算最大動負(fù)載C絲杠的最小載荷為摩擦力 Fmin = Fg =0.04×800×9.8=314N平均載荷為 Fm=（2Fmax+Fmin）/3

27、=2514N由已知可得絲杠的平均轉(zhuǎn)速n=1350 r/min用下面公式可求的其最大動載荷CC= （3-1） L= （3-2）式中T使用壽命，按15000h;運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.21.5;L壽命以百萬轉(zhuǎn)為單位。L=（60×1350×15000）/=1215C=40239N根據(jù)計(jì)算出的最大動負(fù)載，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，可采用FFZD4010-5-1內(nèi)循環(huán)螺紋滾珠絲杠。額定動載荷為56KN，符合要求。絲杠直徑40mm，鋼珠直徑7.144mm導(dǎo)程0.5mm，浮動反向器內(nèi)循環(huán)。每個螺母滾珠有5列，雙螺母墊片預(yù)緊。絲杠副精度等級選P1級。 3.2.3 滾珠絲杠的安裝、潤滑和防護(hù)1.滾

28、珠絲杠的安裝數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。滾珠絲杠螺母副安裝不正確以及支承剛度不足，還會使?jié)L珠絲杠的使用壽命大大下降。常見的絲杠安裝有以下幾種形式（1）一端固定，一端自由（2）兩端游動（3）一端固定，一端游動（4）兩端固定。有時為了補(bǔ)償絲杠的熱變形和保持預(yù)緊力，可在絲杠的一端安裝碟形彈簧和調(diào)整螺母，這種支承形式剛度最高，只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，安裝時需保持螺母與兩端支承同軸，絲杠一般不會受壓，固有頻率比一端固定要高，可以預(yù)拉伸，預(yù)

29、拉伸后可減少絲杠自重的下垂和補(bǔ)償熱膨脹，要進(jìn)行預(yù)拉伸的絲杠，其目標(biāo)行程應(yīng)略小于公稱行程，絲杠的支撐軸承采用滾珠絲杠專用軸承，這是一種特殊的向心推力球軸承，其接觸角增大到60度，增加了滾珠數(shù)目并相應(yīng)減少了滾珠直徑，使軸向剛度增大到普通向心推力球軸承的兩倍。該軸承一般是成套出售，出廠時已調(diào)好預(yù)緊力，使用極為方便。在設(shè)計(jì)中，我采用一端軸向固定，一端游動的方法。固定端采取一對推力角軸承，面對面組配，型號為TVP/DF。通過計(jì)算其壽命能滿足要求。游動端采用相同的型號，無需校核。2.滾珠絲桿的潤滑機(jī)床在運(yùn)行過程中，各運(yùn)動件之間存在摩擦，必須采用一定的潤滑及防護(hù)措施來減小其相對摩擦，從而提高絲杠和滾珠的使用

30、壽命。使用潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑脂的特點(diǎn)是黏度大，不易流失，因此不需經(jīng)常加換，使用方便，密封也較簡單。但其摩擦阻力大，機(jī)械效率低；流動性差，導(dǎo)熱系數(shù)小。因此僅適用于轉(zhuǎn)速不高的軸承，外露的齒輪和某些不易密封的主軸件等。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油。在此進(jìn)給系統(tǒng)中,滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速不高,因此在滾珠絲杠副中，也只能采用潤滑脂。3.滾珠絲桿的防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時將防護(hù)罩的一端連接

31、在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時更換。另外，對滾珠絲杠的安裝處應(yīng)進(jìn)行削邊。3.3 同步齒形帶的設(shè)計(jì)3.3.1 同步齒形帶特點(diǎn)同步齒形帶的工作面有齒，帶輪的輪緣也制有相應(yīng)的齒，帶與帶輪是靠嚙

32、合進(jìn)行運(yùn)動的。它通常以鋼絲或玻璃纖維為強(qiáng)力層，氯丁橡膠或聚氨脂為基體。由于強(qiáng)力層受載后變形極小，仍能保持同步帶周節(jié)不變，故帶與帶輪間沒有相對滑動，傳動比恒定。這種帶薄而且輕，故可用于較高速度，傳動時的線速度可達(dá)40m/s,傳動比可達(dá)10，效率可達(dá)98%。因此同步齒形帶的應(yīng)用日益廣泛。其主要缺點(diǎn)是制造和安裝要求較高，中心距要求嚴(yán)格。3.3.2 同步齒形帶設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動機(jī)輸出功率P為0.4KW,系統(tǒng)傳動比i為1，轉(zhuǎn)速n為1350r/min,載荷變動小，每天工作8小時，由此可計(jì)算其主要參數(shù)如下。1.模數(shù)m P0=KAP=1.2×0.4=0.48KW,其中KA為工作情況系數(shù)，有表可查為1.

33、2。根據(jù)P0=KAP和轉(zhuǎn)速查圖可得：模數(shù)m選用2。2.齒數(shù)z由轉(zhuǎn)速查表可知:z最小為16，考慮實(shí)際情況和加工難度初選為一輪z1為48，因?yàn)閭鲃颖葹?，所以二輪z2也為48。3.帶輪節(jié)圓直徑D D1=D2=mz=2×48=96 4.帶速vv=D1n=3.14×96×1350=/min=6.78m/s查表知當(dāng)m為2時，轉(zhuǎn)速最大為40m/s，可知符合要求。 5.初定中心距a0由公式0.7（D1D2）a02（D1D2），再考慮床身結(jié)構(gòu)及安裝要求，初選為373。6.帶寬b (3-3) 式中kz和ki查表可知都取1；P為單位寬度許用拉力，由模數(shù)查表知為6N/；Fc為帶的離心拉

34、力，查表為0.11 N/；把它們代人上式可求得：b=127.帶長L 由簡化公式知：L（D1D2）/22a0,帶入數(shù)值可得L=10478.中心距a0 由于D1和D2相等，再結(jié)合公式可知：a0=373 同步齒形帶的具體結(jié)構(gòu)參看零件圖。3.4 導(dǎo)軌的類型及選取 導(dǎo)軌副是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動部件能沿一定軌跡運(yùn)動，并承受運(yùn)動部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度和精度保持性。數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時不振動、低速進(jìn)給時不爬行等特性。目前數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌主要有3種：塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。 1.塑料滑動

35、導(dǎo)軌 目前，數(shù)控機(jī)床所使用的滑動導(dǎo)軌材料為鑄鐵對塑料或鑲鋼對塑料滑動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨涂層兩類。（1）聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)：摩擦特性好、耐磨特性好、減振性好和工藝性好。（2）環(huán)氧型耐磨涂層：環(huán)氧型耐磨涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份和固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。2.滾動導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌副具有以下特點(diǎn)：（1）摩擦因數(shù)小，運(yùn)動靈活；（2）動、靜摩擦因數(shù)基本相同，因而起動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；（3）可以預(yù)緊，剛度高；（4）壽命長；（5）精度高；（6）潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；（7）由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外

36、購選用。因此滾動導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)和測量儀器上。滾動導(dǎo)軌副的主要缺點(diǎn)是抗沖擊載荷的能力較差，且滾動導(dǎo)軌副對灰塵屑末等較敏感,應(yīng)有良好的防護(hù)罩。 3.液體靜壓導(dǎo)軌 液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面的油腔，形成承載油膜，將相互接觸的金屬表面隔開，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。這種導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)小，機(jī)械效率高：由于導(dǎo)軌面間有一層油膜，吸振性好；導(dǎo)軌面不相互接觸，不會磨損，壽命長，而且在低速下運(yùn)行也不易產(chǎn)生爬行。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高。塑料滑動導(dǎo)軌是最常用的導(dǎo)軌，其他類型的導(dǎo)軌都是在滑動導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，由于滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單、具有良好的工藝性、剛度和

37、精度易于保證，所以在一般機(jī)床上仍然得到廣泛應(yīng)用。由于塑料滑動導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn), 本次設(shè)計(jì)采用聚四氟乙烯滑動導(dǎo)軌。第四章 進(jìn)給系統(tǒng)電動機(jī)的選擇4.1 電動機(jī)類型的確定早期的數(shù)控機(jī)床采用電液伺服驅(qū)動的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床基本上都采用全電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。它可分為步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)三類。 1.步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)：步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)一般與脈沖增量插補(bǔ)算法相配合，目前均選用功率型步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件。它主要有反應(yīng)式和混合式兩類。反應(yīng)式價格較低，混合式價格較高，但混合式步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，運(yùn)行頻率及升降速度快，因而性能更好。為克服步進(jìn)電機(jī)低頻共振的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高精度，出現(xiàn)了性能更好的帶細(xì)

38、分功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，并得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)在我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控領(lǐng)域和老式機(jī)床改造中起到了極其重要的作用。 2.直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)：直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代中期，在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。大慣量直流電動機(jī)具有具有良好的寬調(diào)速特性，其輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。由于電動機(jī)自身慣量較大，與機(jī)床傳動部件的慣量相當(dāng)，因此，所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)安裝到機(jī)床上。此類電動機(jī)大多配有晶閘管全控或半控橋SCR-D調(diào)速裝置。為適于部分?jǐn)?shù)控機(jī)床頻繁啟動、制動及快速定位的要求，又開發(fā)了直流中，小慣量伺服電動機(jī)以及大功率晶體管脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動裝置。 3.交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)：由于直流伺服

39、電動機(jī)使用機(jī)械換向，因此存在許多缺點(diǎn)。而直流伺服電動機(jī)優(yōu)良的調(diào)速特性正是通過機(jī)械換向得到的，因而這些缺點(diǎn)無法克服。多年來，人們一直試圖用交流電動機(jī)代替直流電動機(jī)，其困難在于交流電動機(jī)很難達(dá)到直流電動機(jī)的調(diào)速性能。80年代之后，由于交流伺服電動機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)以及控制理論與方法的突破性進(jìn)展，以及微電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使交流驅(qū)動裝置發(fā)展很快。交流伺服電動機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于不需要維護(hù)，制造簡單，適合于在惡劣環(huán)境下工作。 比較上述三種系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)要求，在本次設(shè)計(jì)中，我采用直流伺服電動機(jī)驅(qū)動。4.2 電動機(jī)的選擇4.2.1 電動機(jī)選型的要求伺服電動機(jī)的選擇是根據(jù)負(fù)載條件來進(jìn)行的，加在電動機(jī)軸上的

40、負(fù)載有負(fù)載轉(zhuǎn)距和負(fù)載慣量兩種，負(fù)載轉(zhuǎn)距包括切削轉(zhuǎn)距和摩擦轉(zhuǎn)距。選擇伺服電動機(jī)應(yīng)能滿足下述條件：1.根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距選擇電機(jī) 負(fù)載轉(zhuǎn)距應(yīng)小于或等于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)距。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距折算到電動機(jī)軸上的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)距。 2.電動機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配 通常要求轉(zhuǎn)子慣量不小于負(fù)載慣量。但也不是轉(zhuǎn)子慣量越大越好，因轉(zhuǎn)子慣量越大，總的慣量就越大，加速性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏度，將不得不采用轉(zhuǎn)距過大的電動機(jī)和它的控制系統(tǒng)。 3.快速移動時，轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距，當(dāng)執(zhí)行部件從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最大移動速度時，所需要的轉(zhuǎn)距最大。但選擇電機(jī)時，是按照

41、負(fù)載轉(zhuǎn)距小于額定轉(zhuǎn)距，電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量的合理匹配，執(zhí)行部件的快速轉(zhuǎn)距小于電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距三個要素來考慮的。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距的計(jì)算，切削轉(zhuǎn)距加上摩擦轉(zhuǎn)距，應(yīng)小于或等于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距。 4.加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去負(fù)載轉(zhuǎn)距，在空載時，加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去摩擦轉(zhuǎn)距，其差值等于全部慣量（電動機(jī)+負(fù)載慣量）乘于加速度斜率。4.2.2 伺服電動機(jī)的選型1.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 最大載荷Fmax=3614N，絲杠導(dǎo)程Ph=0.5mm。查絲杠樣本，其磨檫系數(shù)=0.9，磨檫力矩Tf1=0.3N·m。軸承的為320N·mm，故一對軸承Tf2=0.64N·m。絲杠與伺服電動機(jī)直聯(lián)，故傳動比為1。由上條件可知：最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=1.26N·m。2.慣量計(jì)算的要求: 絲杠