數(shù)控車床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)

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1、0 引言該次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 ,我很有幸分在“數(shù)控車床小組” ,我所設(shè)計(jì)的課題為 “數(shù)控車床 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （ 經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控機(jī)床 ） ”。進(jìn)行這一設(shè)計(jì)主要是為了進(jìn)一 步地提高數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度、 重復(fù)定位精度以及改造手動(dòng)進(jìn)給裝置以 使其能夠可靠地運(yùn)行。而且,通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也可以檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)情況,鍛煉自己 ,對今后的學(xué)習(xí)和工作也有一定程度上的幫助。信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)， 引起后者的深刻變革。 作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的 機(jī)械工業(yè)，在這場新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變， 微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備相結(jié)合， 促

2、使機(jī)械工業(yè)開始了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 電子電力 技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀 表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以 及工業(yè)機(jī)器人、 智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。 機(jī)電一體化到各方面 的技術(shù)已越來越受關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消 耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。 在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)， 運(yùn) 動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分， 也得到前所未有的大發(fā)展， 國內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推 出運(yùn)動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。主要有全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技

3、術(shù)（ ）、直線電機(jī) 驅(qū)動(dòng)技術(shù)（ ）、可編程序計(jì)算機(jī)控制器（ ，）和運(yùn)動(dòng)控制卡（ ）等幾項(xiàng)具有代 表性的新技術(shù)。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)和未來工廠自動(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。 數(shù)控 機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品， 在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用， 很好地解決了 現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜

4、、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加 工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床主要用于對中小型軸類、 盤類以及螺紋零件的加工， 這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有： 控制主 軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速； 刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 并 具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具； 冷卻泵、潤滑泵的啟停； 加工螺紋時(shí)， 應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?。?shù)控車床的進(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)（Y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) , 來實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)16462-199

5、6數(shù)控臥式車床精度檢驗(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 3000時(shí)，其重復(fù)定位精度X軸0.007軸0.020;反向 偏差X軸為0.006軸為0.012;定位精度X軸為0.016軸為0.050?？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。對于X軸，由于其位置誤差值復(fù)映在零件加工尺寸上為直徑值，故放大了 2倍，X軸移動(dòng)質(zhì)量不大，要求的快移速度較低，因而 要求X軸應(yīng)有更高的位置精度。因X軸滾珠杠直徑比Z軸小，長度短，并且采用降速 傳動(dòng)，使得折算在X軸電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)

6、慣量減小。因此，X軸的設(shè)計(jì)應(yīng)著重以達(dá)到所要 求的位置精度為主要矛盾進(jìn)行設(shè)計(jì)，而選用的電機(jī)扭矩比Z軸小些。為了達(dá)到這目標(biāo)， X軸應(yīng)從提高重復(fù)定位精度、反向偏差及定位精度三個(gè)方面，從設(shè)計(jì)上解決。在數(shù)控 車床進(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)果能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求 , 達(dá)到 預(yù)期的結(jié)果,即滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。限于編者水平，書中錯(cuò)誤和不妥之處在所難 免，殷切期望讀者批評指正。1、 總體設(shè)計(jì)方案1.1總體設(shè)計(jì)方案論證與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求除了具有較高的定位精度外，還具 有良好的動(dòng)態(tài)響

7、應(yīng)特性。為了確保數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械了機(jī)構(gòu)時(shí)，通常還應(yīng)提出無間隙、低摩擦、高剛度以及有適宜的阻尼比要求等。為了達(dá) 到這些要求,在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，主要采取如下措施：1、盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副；2、選用最佳的降速比；3、 盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的方法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；4、盡量消除傳動(dòng)間隙，減少反向行程誤差。數(shù)控車床的總體總體設(shè)計(jì)方案示意圖如下圖所示：本設(shè)計(jì)數(shù)控車床要求設(shè)計(jì)為中檔精度機(jī)床，為此提出以下兩種設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)方案一：該方案的進(jìn)給裝置及動(dòng)作原理如下：機(jī)床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)由：床鞍，滾珠絲杠副，螺母座，滑板，連接套，步進(jìn)電機(jī) 等部分組成。由步進(jìn)電機(jī)通過連接套帶動(dòng)滾珠絲杠副

8、至螺母座，實(shí)現(xiàn)滑板的橫向機(jī)動(dòng) 進(jìn)給。在滾珠絲杠的前端加一螺孔，用內(nèi)六角螺釘及套與之連接，這樣用內(nèi)六角扳手 可實(shí)現(xiàn)滑板的橫向手動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)方案二：該方案的進(jìn)給裝置及動(dòng)作原理如下：車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)由床鞍4,滾 珠絲杠副5,螺母座6,橫滑板7,同步帶輪12、19,交流伺服電機(jī)64等部分組成，見設(shè)計(jì) 裝配圖001。由交流伺服電機(jī)64經(jīng)同步齒形帶傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副5至螺母座6,實(shí) 現(xiàn)橫滑板7的橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給，來實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng)。在該方案中，在滾珠絲杠的前端加了 一個(gè)固定銷46,床鞍上改進(jìn)了支座3,增加了滾花手柄2,在滾花手柄2的前端用一個(gè)開 口槽及內(nèi)孔與滾珠絲杠相連，支座3下用一個(gè)開槽平端緊定螺釘4

9、5與滾花手柄2上 的兩圓槽相連作定位作用。當(dāng)需手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，滾花手柄2的開口槽就插到滾珠絲杠的 固定銷 46中,將螺釘 45緊到手柄 2的相應(yīng)圓槽中 ,這樣轉(zhuǎn)動(dòng)滾花手柄 2就可帶動(dòng)滾珠 絲杠實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給。當(dāng)不用手動(dòng)進(jìn)給時(shí) ,松開螺釘 45,將滾花手柄 2 出,使開口槽與滾珠 絲杠的固定銷分開 ,再將螺釘 45 緊到手柄 2的相應(yīng)圓槽中 ,此時(shí)手柄 2與滾珠絲杠脫開 了。在方案一中 ,由于在機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí) ,套 8仍在轉(zhuǎn)動(dòng) ,不安全。用內(nèi)六角扳手時(shí) ,在作螺紋 的反向運(yùn)動(dòng)時(shí) ,會(huì)使內(nèi)六角螺釘松動(dòng) ,而不能使手動(dòng)進(jìn)給可靠進(jìn)行。 在方案二中 ,在機(jī)動(dòng) 進(jìn)給時(shí) , 滾花手柄不再轉(zhuǎn)動(dòng) ,使車床的安全可靠性得以

10、加強(qiáng)。同時(shí) ,這樣做也使得在車 床檢驗(yàn)后的工作過程中 ,不至于被他人轉(zhuǎn)動(dòng)手柄而破壞現(xiàn)場工作狀態(tài)。在方案一中,采用步進(jìn)電機(jī) ,起精度受到一定程度上的限制。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求中檔精度,所以在方案二中改用交流伺服電機(jī) ,以提高相應(yīng)的精度。并且在方案二中以同步帶傳動(dòng)代替方案一 中的連接套 ,其益處在參考文獻(xiàn) 4106-107 頁中可以見到 ,這里就不再重復(fù)了。1.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的比較和論證后 ,確定的經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)的總體方案示意圖如裝配圖 001 所示。該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)既可以進(jìn)行機(jī)動(dòng)進(jìn)給 ,也 可以進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)給。 該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) , 經(jīng)同步

11、齒形帶傳動(dòng) ,驅(qū)動(dòng) 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) ,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀架采用1 型列電動(dòng)刀架。2 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算的主要內(nèi)容有 : 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型、 同步帶 的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型、同步帶輪的選擇、交流伺服電機(jī)的計(jì)算及選型、導(dǎo)軌副的選擇、 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇。繪制橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的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 :400；(2) 、加工最大工件長度 :1000；(3) 、快移速度軸4 軸 8；(4) 、定位精度軸0.035, Z 軸 0.04；(5) 、重復(fù)定位精度軸 0.0075, Z 軸 0.01；(6) 、數(shù)控車床工作臺(tái)

12、質(zhì)量 W:根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算60;(7) 、橫向進(jìn)給切削力的確定 :根據(jù)參考文獻(xiàn) 5查出 :=3 5%1 1式中: 進(jìn)給系統(tǒng)所需電機(jī)功率 ;主傳動(dòng)電機(jī)功率。已知為 5.5,取比例系數(shù)為 5%,則由公式 11 可得：X 5%=5.5X 50.275根據(jù)參考文獻(xiàn)查出 ：61200n51 2式中：n f進(jìn)給系統(tǒng)效率，其范圍為0.150.20取n 0.20;進(jìn)給速度 ;查出：(1/21/3)513取 1/3由公式 1 2：61200X 0.20X 0.275/(4 1/3)=2524.5(w)為了安全起見 ,取安全系數(shù)為 1.85,則:2524.5X 1.85 4680N2.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì) 滾

13、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 （或平均工作負(fù)載 ）作用 下的使用壽命 ,絲杠的工作長度 （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；C、根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面 的要求，從初選的幾個(gè)型號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；D、根據(jù)所選的型號，列

14、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)是否滿足要求。 如不滿足要求 ,則另選其他型號 ,再作上述計(jì)算和驗(yàn)算 ,直至 滿足要求為止。2.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算簡況選用系列滾珠絲杠副。A、系列滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定按預(yù)期壽命及軸向載荷進(jìn)行選擇 ：()X1O6(轉(zhuǎn))11式中 : 額定動(dòng)載荷 ; 一般情況下可以用平均軸向載荷予以代替 :(2)/3 11式中 : 最大軸向載荷 ; 最小軸向載荷。11=60 X 9.8+4680=5268N60X 9.8=588N 所以： (2)/3=3078N對于機(jī)車和精密機(jī)械通常取 20X 106(轉(zhuǎn)) 11則:：(20)1/32.71Fm11=

15、8341.38N21222324計(jì)算出,可通過查表得到對應(yīng)的滾珠絲杠副的尺寸 ,選取 2505-4型號滾珠絲杠副 ,基本直徑為25大徑位24.5絲杠導(dǎo)程Lo為5,滾珠直徑為3.175,滾珠列數(shù)為四列。B、對選用的滾珠絲杠副的參數(shù)進(jìn)行核算a軸向壓縮載荷F:對各種支承條件下所支承的最大軸向載荷 ,是否會(huì)超過臨界載荷而失去穩(wěn)定性 , 造成穩(wěn)定失效 ,因此對保持絲杠不失去穩(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)定載荷由下式計(jì)算 : (d0)42 11 25 式中為支承系數(shù)形式 20X 104(2);d0 為公稱直徑 (); 為滾珠直徑 ();為絲杠軸的支承距離 ()。所以

16、:20X104X(25-3.175)4/5552 =1.47X105 N則：1.47X 105/5268 n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)算可知條件滿足。a、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)速稱為臨界轉(zhuǎn)速 ,以表示 ：121X 106(d0) K1/221126式中:d0為公稱直徑();為滾珠直徑 ();K 為支承結(jié)構(gòu)系數(shù) , 形式: 2.5。 極限轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)滿足 :nv 0.8 11=0.8X1.36X 104=1.08X 1042 7no

17、(2 n ) 112 8=4000/(2 n )=6.4 X 102因?yàn)閚ovn,所以條件滿足。b、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 和螺母間施加負(fù)載 ,其預(yù)加負(fù)載的大小為 ：1011=834Nc、臨界轉(zhuǎn)速的核算 ： 絲杠的名義直徑： d0=25；05=20029查參考文獻(xiàn) 5圖 5.7-91,支承為“固定 -固定”支承長度 1568, 查參考文獻(xiàn) 5圖 5.7-91, L與n的交線點(diǎn)在d0=25左側(cè),所以安全。d、效率計(jì)算： 查參考文獻(xiàn)：nB (B + ) 5210式中：B螺紋的螺旋升角，可參考文獻(xiàn)5 5.7-41表，取B =3

18、3;摩擦角， =0.0030.004。所以： =1345則：n 3o3/(3o3+1345)=93%e、剛度檢驗(yàn) ： 查參考文獻(xiàn) ： =100()+50( n ), 5卩211式中：E彈性摸量2.1 X 102;F工作負(fù)載，4680 N ;A 滾珠絲杠橫截面積，冗 /4 (d0)2= (25-3.175) 2=3.372; 滾珠直徑 ();G切變摸量，8.4X 10; 滾珠絲杠截面慣性矩， 2.27X10-7m4;代入公式2 11得：=10.3 fl查參考文獻(xiàn)5表5-10和表5-17, B級精度為401 300, 七級精度 =15 i m, 八級精度厶=30i m,所以2005-5型絲杠的剛度

19、是足夠的。由于選用滾珠絲杠的直徑為 25,支承方式為型,所以穩(wěn)定性不成問題。2.3 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算簡況A 、根據(jù)同步帶傳動(dòng)的工作條件確定傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率 :42121.41.5取1.6則代入公式212得：1.6 X 1.5=2.4B、確定帶的型號和節(jié)距，根據(jù)設(shè)計(jì)功率和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由同步帶選型圖中確定 所需采用帶的型號和節(jié)距分別為 L 型，節(jié)距=9.525。同步帶選型圖選自美國同步帶傳 動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) 11 24-1983,如參考文獻(xiàn) 4圖 6-2 所示。C、 選擇帶輪齒數(shù)乙和Z2：根據(jù)型號及小帶輪轉(zhuǎn)速n1,查參考文獻(xiàn)4表6-1所 列帶輪最小許用齒數(shù)，確定一帶輪齒數(shù)為：Z1=32，

20、另一帶輪齒數(shù)為：Z2=1 X 32=32。D、帶輪節(jié)圓直徑：d11/n213=9.525 X 32/n =97d22/n 214=9.525 X 32/n =97E、確定同步帶的節(jié)線長度帶的節(jié)線長度可根據(jù)帶圍繞兩帶輪的周長計(jì)算得出：2a + n (d12)/2+ na 2)/360215=2X 1250+n 97=554。58圓整為 554。式中： A 為兩傳動(dòng)輪的中心距；a如參考文獻(xiàn)4圖6-3所示。F、計(jì)算同步帶齒數(shù)：4 216=554/9.525=58.163圓整為 59。G、計(jì)算精確的中心距：A M2-1/8 (Z21)/ n 2 1/2217=22 (2 21)/8=121.5H、確定

21、同步=3.39帶設(shè)計(jì)功率為下所需的帶寬：a計(jì)算所選型號同步帶的基準(zhǔn)額定功率P0 ()為：P0=(2) vX10-34218式中：v帶速()，其計(jì)算公式為：3 1X 10-3/2 n 4219=(3000X 2n /60)X 9.525X 32X 10-3 =15.24由公式 219得：P0=(X15.242)X 15.24X10-3 =3.39F、M 的值可根據(jù)參考文獻(xiàn) 4表 6-2 查出。b、計(jì)算小帶輪的嚙合齒數(shù)，計(jì)算公式如下：Zi/2- i(Z2i)/ (2n 2A)220=16/2-0=8c、確定實(shí)際所需帶寬：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，帶的設(shè)計(jì)功率應(yīng)小于或等于帶所能傳遞 的額定功率，即V P0,額定

22、功率可根據(jù)近似公式計(jì)算得出，如下所示：P P0221式中：一嚙合系數(shù)，當(dāng)嚙合齒數(shù)6時(shí)，1;寬度系數(shù)，即(0)i/i.i44222式中：實(shí)際帶寬；b。一該種型號同步帶的基準(zhǔn)帶寬；將上式化簡為：PP0(0)1/1.14223移項(xiàng)得： b0( P0) 1/1.1442 24=25.4(2.4/3.39) 1/1.14 =19.94根據(jù)參考文獻(xiàn) 4表 6-2 圓整為 25.4。2.3.2 帶的工作的驗(yàn)算可根據(jù)下列公式進(jìn)行驗(yàn)算： (0)2vX 10-342一25=(1X 1X 244.46-1 X 0.095X 15.42)X 15.24X 10-3=3.39由于： 2.4所以：P,滿足條件要求。綜上所

23、述，可選用的規(guī)格為220L，其接線長為558.80,齒數(shù)為59。2.4 同步帶輪的選型同步帶輪已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 ,因此同步帶輪設(shè)計(jì)歸結(jié)為同步帶輪型號的選擇。根據(jù)同步帶傳送的計(jì)算， 查參考文獻(xiàn)3中同步帶選型表， 可選擇規(guī)格為 T5-32 的 A 型同步帶。其齒數(shù)為： 32，節(jié)徑為： 50.93，外徑為： 50.08，內(nèi)孔徑為： 20，臺(tái) 肩知覺為： 35。2.5交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選擇1、選用螺桿驅(qū)動(dòng)方式的交流伺服電機(jī)，如下圖所示:其中：運(yùn)動(dòng)部件重量 W為：60;摩檫系數(shù)卩為：0.15;外界施加的力F為：4680/9.8=477.5;螺桿螺距P為：0,5;螺桿直徑D為：2.5螺桿長度L為：35;傳遞效

24、率n為：085;驅(qū)動(dòng)部件比重P為：7.2 X 10-33;傳動(dòng)裝置減速比1為：1/2。2、求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩():2262272 282299.8 (卩)(2X2nX 100n G) 142 25=9.8(150+0.15X 60)/ (2X 2nX 100X 0.85) =2.23(N m)要求：w3、求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性(): 運(yùn)動(dòng)部件的慣性：np D4 (32 X 104G4) 14將各個(gè)參數(shù)代入式226可得：0.24X 10-4 m2 工件的慣性：2 /10-4 (2n )214將各個(gè)參數(shù)代入式227可得：0.095X 10-4m2。注：上述的“ A”代表螺桿長度(L);

25、對于螺桿：22 n 14。14=0.34X 10-4 m24、電機(jī)的假擬選定： 從產(chǎn)品目錄中選出滿足上述 ()、()、()條件的電機(jī)， 其型號為： P20B10150Dx S100。5、加減速力矩(、)的計(jì)算：加速力矩：2n( N12) ( ) / (60 門14230將各個(gè)參數(shù)代入式2 30可得：=2.45(N m)減速力矩 :2n( N12) ( ) / (60 ) 142 31將各個(gè)參數(shù)代入式2 31可得：2(N m)由上述計(jì)算可以看出，假擬選定電機(jī)滿足上述()、()、()的計(jì)算條件6、實(shí)際力矩()的計(jì)算：( 2 22)1/214232取 1/2,則：3=1/6將各個(gè)參數(shù)代入式 232可

26、得：2.236(N m)由上述計(jì)算可以看出，假擬選定電機(jī)滿足上述()的計(jì)算條件7、總結(jié)：根據(jù)上述計(jì)算和論述可得：應(yīng)選用 P20B10150Dx S 100型交流伺服電機(jī)2.6 導(dǎo)軌副的選擇導(dǎo)軌的作用是支承和導(dǎo)向 ,也就是支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用 ,精確 的沿著確定的軌跡運(yùn)動(dòng) ,為此對裝配基準(zhǔn)的導(dǎo)軌提出如下要求。1 、導(dǎo)向精度；2、耐磨性；3、剛度；4、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。目前機(jī)床上常用的導(dǎo)軌， 根據(jù)接觸角的摩擦情況可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌， 滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜 壓導(dǎo)軌。 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)導(dǎo)軌主要直線型。 滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小， 動(dòng) 靜摩擦系數(shù)差別小，啟動(dòng)阻力小，能微量準(zhǔn)確移動(dòng)，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，

27、無爬行，因而運(yùn) 動(dòng)靈活，定位精度高，通過預(yù)緊可以提高剛度和抗震性，承受較大的沖擊和振動(dòng)。和 靜壓導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，其結(jié)構(gòu)簡單，保養(yǎng)方便，是適合數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)用比 較理想的導(dǎo)軌。綜上所述，本設(shè)計(jì)應(yīng)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌。2.7 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)機(jī)械方面的關(guān)鍵。 由微機(jī)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn) 位刀架具有重復(fù)定位精度高， 工作剛度好，性能可靠，使用可靠以及工藝性好等特點(diǎn)。 在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)時(shí)， 多采用外購自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 一些機(jī)床 數(shù)控設(shè)備廠為用戶生產(chǎn)了系列自動(dòng)刀架，一些長是參加了全國聯(lián)合計(jì)劃組織設(shè)計(jì)了 14，24，34 刀架后，又結(jié)合該廠生產(chǎn)刀架的經(jīng)驗(yàn)，吸收

28、了型刀架結(jié)構(gòu)，原理之優(yōu)點(diǎn)， 還參考了國外專利自動(dòng)刀架的特點(diǎn)， 使刀架設(shè)計(jì)更為合理， 更為完美， 具有同類產(chǎn)品 最先進(jìn)的水平， 如常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的系列自動(dòng)刀架就是一例。 本設(shè)計(jì)就 選用該廠生產(chǎn)的 4-1 型系列選用于 140，620 的四工位自動(dòng)刀架 4620。選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位 刀架必須搞清原理，自行設(shè)計(jì)的話要求更高。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架按其原理可分為：1、螺旋轉(zhuǎn)位刀架；2、十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架；3、凸臺(tái)棘式轉(zhuǎn)位刀架；4、電磁式轉(zhuǎn)位刀架；5、液壓式轉(zhuǎn)位刀架。 自動(dòng)刀架設(shè)計(jì)時(shí)，刀架要能自動(dòng)完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降，定位和壓緊，既 要設(shè)計(jì)出合理的機(jī)構(gòu)，又要檢測出各順序動(dòng)作的電信號，以便由控制系統(tǒng)加以控

29、制。刀架的抬起常采用的有： 利用壓縮彈簧的恢復(fù)力； 利用螺紋傳動(dòng)， 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變 成軸向直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到刀架抬起。刀架的回轉(zhuǎn)常采用微電機(jī)通過蝸輪蝸桿使刀架抬到一定高度時(shí)， 由撥塊帶動(dòng)刀架 轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架的迭位由刀架位置的編碼和微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。刀架的下降常采用微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)， 由于斜面銷的棘輪作用， 刀架不跟隨 轉(zhuǎn)，只是下降。精度常采用錐型定位銷定位，端面鍵定位，后者優(yōu)于前者，所以端面 定位是最常用的。壓緊刀架的壓緊力由微電機(jī)下降到位后而繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生， 合選的壓緊力應(yīng)呈切削 力的兩倍以上，壓緊力還應(yīng)能調(diào)整。本設(shè)計(jì)選用的 4-1 型自動(dòng)刀架的工作原理類似于螺旋轉(zhuǎn)位刀架。 微機(jī)發(fā)出換刀信 號，使

30、微電機(jī)工轉(zhuǎn)， 通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升到一定位置時(shí)， 離合轉(zhuǎn)盤 起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到所選刀位，發(fā)信盤發(fā)出刀位信號，使微電機(jī)反轉(zhuǎn)， 反靠初定位，上刀體下降，齒輪盤嚙合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿，鎖緊螺母， 使刀架固緊。 當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好狀態(tài)時(shí)， 過流繼電器動(dòng)作， 切斷電源，電機(jī)停轉(zhuǎn)， 并向微機(jī)發(fā)出回答信號， 開始執(zhí)行下道工序。 刀架的動(dòng)作順序簡明的表示為： 微電機(jī) 減速器升降機(jī)構(gòu)上刀體上升 轉(zhuǎn)位信息符合粗定位機(jī)構(gòu) 上刀體下降 精定位 刀體鎖定 微電停轉(zhuǎn) 換刀回答信號 加工順序執(zhí)行。2.8 預(yù)計(jì)結(jié)果本人所設(shè)計(jì)的數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滿足經(jīng)濟(jì)型中檔精度機(jī)床的要求， 伺服電機(jī)

31、的大小滿足要求， 對滾珠絲杠直徑的選擇也滿足強(qiáng)度和剛度的要求， 并在橫向行程中 有電控極限行程限位裝置。 也就是說所設(shè)計(jì)的結(jié)果滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求， 達(dá)到了 預(yù)期性的效果，即到達(dá)了設(shè)計(jì)任務(wù)書中的技術(shù)要求和工作要求。3、結(jié)論本設(shè)計(jì)主要研究了經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及改造， 其中主 要是改造橫向手動(dòng)進(jìn)給裝置以及進(jìn)一步提高數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度、 重復(fù) 定位精度及可靠性等。 通過設(shè)計(jì)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各項(xiàng) 性能指標(biāo)的要求。 而且，通過這次設(shè)計(jì)使我較好地了解和掌握了數(shù)控車床的工作原理 及組成等， 特別是對機(jī)械傳動(dòng)裝置有了深刻地認(rèn)識(shí)與了解。 本次設(shè)計(jì)主要

32、解決了手動(dòng) 進(jìn)給裝置的可靠性問題以及數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度、重復(fù)定位精度等問 題。在手動(dòng)進(jìn)給裝置的可靠性問題中主要是針對先前手動(dòng)進(jìn)給裝置的不安全問題和不 能可靠運(yùn)行等因素加以改造， 其具體改造見設(shè)計(jì)部分， 這里就不再累述了。 通過改造， 使數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的安全可靠性得到加強(qiáng)， 同時(shí)也使得在機(jī)床檢驗(yàn)好后的工作 過程中，不至于被他人轉(zhuǎn)動(dòng)而破壞現(xiàn)場工作狀態(tài)。總而言之，此結(jié)構(gòu)既簡單又可靠。至于精度問題， 由于所做的設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)型中檔精度的數(shù)控車床， 所以應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣咂?各精度（定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差等） 。為此本設(shè)計(jì)采取以下各措施提高 其精度：1、用交流伺服電機(jī)代替以前的步進(jìn)電機(jī)

33、；2、采用同步帶傳動(dòng)代替連接套傳動(dòng)；3、優(yōu)化導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；4、選取適宜的滾珠絲杠直徑，在保證數(shù)控機(jī)床必須的慣量匹配的前提下，加大 滾珠絲杠的直徑以提高滾珠絲杠的軸向剛度。 這些做法的優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)參考文獻(xiàn)中均有 論述，這里也就不加以重復(fù)了。 這樣做后， 使數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各精度都得以 提高，以達(dá)到中檔精度機(jī)床的設(shè)計(jì)要求。由于安全可靠性的加強(qiáng)和精度的進(jìn)一步提高， 所以該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與以前的橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu)相比有加工精度高、質(zhì)量好、效率高以及效益好等特點(diǎn)。當(dāng)然，由于本人的 水平有限， 該橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)再所難免存在一些不足之處。 主要是機(jī)床的動(dòng)靜摩擦死區(qū) 及爬行等問題，為了減少爬行，應(yīng)選用具有良好防爬行性

34、能的優(yōu)質(zhì)聚四氟乙烯軟帶， 減少摩擦副的綜合摩擦系數(shù)。 此外，還應(yīng)設(shè)計(jì)更佳的油溝形式， 選用黏度高的潤滑油 （如 40、50 等），以提高油膜的剛度。工作小結(jié)與致謝短暫而寶貴的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）即將結(jié)束了，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，使我從 中受益非淺。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活的最后一個(gè)階段， 也是檢查我們四年 以來學(xué)習(xí)情況的階段， 是我們大學(xué)生活必不可少的一個(gè)階段。 我對該次畢業(yè)設(shè)計(jì)比較 重視，一來是為了把握好這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)； 二來是為了使自己通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)檢驗(yàn) 一下自己的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)自己的不足之處， 以為將來的學(xué)習(xí)和工作做好充分的準(zhǔn)備。 因此，雖然有“非典”的干擾，但是我還是靜下心來去

35、做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，每天到教室 或機(jī)房做設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)包括許多的小的環(huán)節(jié)，如文獻(xiàn)綜述、畢業(yè)實(shí)習(xí)、繪制裝配圖 和零件圖以及寫設(shè)計(jì)說明書等部分。 其中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是必不可少的， 都對是我們 有幫助的。通過文獻(xiàn)綜述， 使我對自己所做課題以及相關(guān)內(nèi)容有了進(jìn)一步了解， 且為 設(shè)計(jì)做好了一定的準(zhǔn)備； 通過畢業(yè)實(shí)習(xí)， 使我能夠理論與實(shí)踐相結(jié)合， 并且鞏固了所 學(xué)的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也為畢業(yè)設(shè)計(jì)積累了一些經(jīng)驗(yàn)和資料。通過繪圖、寫論文，使我 的繪圖能力進(jìn)一步提高， 同時(shí)也提高了打字速度和的操作能力。 總之，通過這次設(shè)計(jì) 使我受益非淺，雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間不長，但是我從中學(xué)到的知識(shí)和方法是豐富的。 當(dāng)然，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)

36、也發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足之處， 這對進(jìn)一步提高自己起了一 定程度的積極作用。 因此，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為將來從事實(shí)際工程技術(shù)工作奠定了良好的 基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由鹽城市機(jī)床高級工程師沙愛民老師的指導(dǎo)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中， 沙老師教給我許多設(shè)計(jì)的方法以及一些實(shí)用的技巧， 在此對沙老師的熱情指導(dǎo)表示衷 心的感謝。在設(shè)計(jì)過程中姜煜林等多位老師以及許多同學(xué)也給予了幫助及指導(dǎo)在此也 表示衷心的感謝，同時(shí)，也感謝學(xué)校及機(jī)械系的大力支持。參考文獻(xiàn)1 沙愛民 . 數(shù)控車床橫向自動(dòng)進(jìn)給裝置的設(shè)計(jì)改進(jìn)，機(jī)械科學(xué)和技術(shù)， 1998 年 5 月第27 卷，第 3 期： 55 頁2 徐亞明，大型車控車床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析， 機(jī)

37、械制造， 1998年，第 6 期：1122 頁3 陳秀寧，施高義，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，第一版 .浙江 :浙江大學(xué)出版社 .1995.143299 頁4 劉文信 ,孫學(xué)社 .機(jī)床數(shù)控技術(shù) .第 1 版.北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 .1995年.85148頁5 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊聯(lián)合編寫組編 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 .第 2 冊.北京 ,機(jī)械工業(yè)出版社 .19876 大連理工大學(xué)工程圖教室編 .機(jī)械制圖 .第 4 版.北京 :高等教育出版社 .1991 年.211 頁,194283頁7 機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例編委會(huì)編 .機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 .第 1 版.北京 :機(jī)械工 業(yè)出版社 .1998 年.86117頁8 北京航空學(xué)院機(jī)械加工教室編 .數(shù)控機(jī)床的機(jī)床與傳動(dòng) .北京 :國防工業(yè)出版社 .第 1 版 1991年 73156 頁9 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì) .第 2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社 .2001年9 月.10 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .第 1版.北京:兵器出版社.1999年.214323頁.11 上海川浦機(jī)械實(shí)業(yè)公司 .滾珠絲杠產(chǎn)品目錄 .上海 .220頁12 慈溪恒力同步帶輪產(chǎn)品目錄 .寧波.242頁 13武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠 1 型列電動(dòng)刀架產(chǎn)品目錄 .常州14 廣州數(shù)據(jù)設(shè)備廠 .交流伺服電機(jī)產(chǎn)品目錄 .廣州