CA6140普通車床改為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)及進(jìn)給系統(tǒng)的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】

購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 摘 要 隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來(lái)越高，加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來(lái)越高。而在中國(guó)的機(jī)械加工設(shè)備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來(lái)越制約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對(duì)機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改造很是必要。本篇論文是在對(duì)普通臥式車床 作者在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床自動(dòng)化改造技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)改造過(guò)程主要對(duì)車床縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，選用自 動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，由脈沖發(fā)生器來(lái)加工所需要的螺紋。整個(gè)控制系統(tǒng)以單片機(jī)為中心，通過(guò)編程對(duì)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制以達(dá)到所需要的加工程度。 關(guān)鍵詞： 機(jī)床改造； 自動(dòng)化機(jī)床； 控制系統(tǒng) 2 of of is of is a in of N is So it is a to to is in of 6150 it on of of on of of to is to to in be by PU 031 is to a an to on to of 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 目 錄 第 1 章 緒 論 .未定義書(shū)簽。 第 2 章 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 . 5 第 3 章 總體方案論證 . 6 . 6 . 6 . 7 第 4 章 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 . 8 . 9 . 9 . 9 . 10 . 11 . 12 . 13 第 5 章 結(jié)論 . 22 參考文獻(xiàn) . 23 附件清單 . 24 4 1 緒論 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)及進(jìn)給系統(tǒng)的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)?！爸鱾鲃?dòng)系統(tǒng)”“縱向進(jìn)給系統(tǒng)”和“橫向進(jìn)給系統(tǒng)”可稱為車床的三大核心系統(tǒng)，其重要地位更是不言而喻的。三大系統(tǒng)的精確性、準(zhǔn)確性、必將影響加工產(chǎn)品的性能。為什么我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)與西歐等國(guó)家的制造業(yè)有著很大的差距，這就是因?yàn)槲覀儧](méi)有精良的加工工具或者是自動(dòng)化系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不及他們。制造業(yè)是關(guān)系到國(guó)際民生的大事，是富民強(qiáng)國(guó)的必要因素，必須在較短的時(shí)間內(nèi)形成我們獨(dú)立自主的現(xiàn)代化制 造體系。 隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的日新月異，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機(jī)器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。鑒于我國(guó)機(jī)床擁有量大、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控，并對(duì)原有的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。這就是本課題的來(lái)由。 前提條件： 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑為 400 加工最大工作長(zhǎng)度 1000 快進(jìn)速度 m/ 定位精度 重復(fù)定位精度 設(shè)計(jì)要求： 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)與絲杠采用柔性連接，電機(jī)選用伺服電機(jī)對(duì)電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核。潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)要做到潤(rùn)滑充分且達(dá)到各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)。 本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產(chǎn)力水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)自己幾個(gè)月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫(xiě)了這本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，由于自己的經(jīng)驗(yàn)不足，所學(xué)的知識(shí)有 限，書(shū)中肯定存在著相當(dāng)?shù)囊恍﹩?wèn)題，期望領(lǐng)導(dǎo)、老師給予批評(píng)、指正。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 1 自從第一臺(tái)商品數(shù)控機(jī)床問(wèn)世以來(lái) ，到 1965 年，世界主要工業(yè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床己進(jìn)入了大批量生產(chǎn)階段。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。 1970年前美國(guó)處于領(lǐng)先地位。 1971 年蘇聯(lián)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床 2538臺(tái)，一舉超過(guò)美國(guó)，名列世界第一。1977年以前，蘇聯(lián)一直保持產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，以后日本的半導(dǎo)體技術(shù)及計(jì)算 機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)機(jī)床的生產(chǎn)。 1976年日本數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量是 3300臺(tái)， 1978年時(shí)為 7300臺(tái)， 1980年為 22000 臺(tái)，到 1981 年僅用 4 年時(shí)間便超過(guò)了其他各國(guó)而成為世界上最大的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量達(dá)到 26000 臺(tái)，基本上兩年翻一番。 1981年，日本、美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)五國(guó)的數(shù)控機(jī)床總產(chǎn)量為 39000 臺(tái)，其中日本占 美國(guó)占 聯(lián)邦德國(guó)占 法國(guó)占 英國(guó)占 到期 988年，日本年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床約為 50000臺(tái)，數(shù)控化率達(dá) 70%. 我國(guó)從 1958 開(kāi)始研究數(shù)控機(jī)械 加工技術(shù)， 60 年代針對(duì)壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。 70年代針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從 1973年以來(lái)組織了數(shù)控機(jī)床攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)三年努力，到 1975 年己研制出了 40多個(gè)品種 300 多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過(guò) 30 年的努力，我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從 1975年到 1979年， 7 年內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床 4108 臺(tái)（其中約 3/4 以上的數(shù)控線切割 機(jī)床）。進(jìn)入 80年代，我國(guó)重新重視發(fā)展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國(guó)外引進(jìn)控制機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)主機(jī)配套的方針。 1981 年，我國(guó)從日本 司引進(jìn)了 列、 5 系列、 7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī) 技術(shù)，并在北京機(jī)床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠。于 1981年底開(kāi)始驗(yàn)收投產(chǎn)， 1982 年生產(chǎn)約 40套系統(tǒng)， 1982 年生產(chǎn)約 100套系統(tǒng)， 1985年生產(chǎn)約 400套系統(tǒng)，伺服電機(jī)與主軸電機(jī)也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國(guó)70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機(jī)床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機(jī)床有了可靠的基礎(chǔ) ，使我國(guó)的主機(jī)品種與技術(shù)水平都有成套的發(fā)展與提高。我國(guó)己有少數(shù)產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機(jī)床返銷國(guó)外。目前，我國(guó)除了能獨(dú)立地設(shè)計(jì)與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機(jī)床外，還能生產(chǎn)五坐標(biāo)數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機(jī)床研究所開(kāi)發(fā)研制的 ， 明機(jī)床床廠 全閉環(huán)精密加工中心，沈陽(yáng)中捷友誼廠的 式銑削加工中心，青海第一機(jī)床廠的 一切都說(shuō)明，我國(guó)的機(jī)床數(shù)控技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，預(yù) 計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)趕上或超過(guò)世界先進(jìn)國(guó)家水平。 6 3 總體方案論證 3 1 確定何種傳動(dòng)系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床動(dòng)力系統(tǒng)可分為三類 步進(jìn)電機(jī)式 : 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)限于造價(jià)，不再采用其它措施補(bǔ)償位置誤差。由于目前功率步進(jìn)電機(jī)力矩還不太大，所以機(jī)床的空選擋速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有 2過(guò)軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡(jiǎn)單外形的曲面等十分靈活。由于性價(jià)比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財(cái)力上都比較容易實(shí)現(xiàn)，因此在全國(guó)較容易推廣和普及。 交流點(diǎn)位式 : 采用交 流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制，與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達(dá) 復(fù)定位精度為 以加工精度較高。由于采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率大，可進(jìn)行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點(diǎn)位式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋，功能上有限，而且成本高，使性能價(jià)格比相對(duì)下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠使用，國(guó)內(nèi)用的很少。 半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以脈沖編碼器檢測(cè)位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，過(guò)載能力強(qiáng)，可 進(jìn)行強(qiáng)力切削。當(dāng)絲杠螺母在 6右時(shí)，快速可達(dá) 8 9m/不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強(qiáng)操作大大簡(jiǎn)化。 以上三種驅(qū)動(dòng)方式而言，各有利弊。經(jīng)過(guò)比較選擇直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)因?yàn)樗俣雀?，過(guò)載能力強(qiáng)，且擁有可編程序控制器，易學(xué)易用，在機(jī)床伺服控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價(jià)格低，且適合于開(kāi)環(huán)控制等特點(diǎn)，因此在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)步距角、功率較小，存在振蕩等弱點(diǎn)的限制，在高精度大功率應(yīng)用場(chǎng)合并不很合適，故考慮采用伺服電機(jī)控制。 擇傳動(dòng)裝置 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬結(jié)構(gòu)。包括齒輪減速機(jī)，絲杠螺母副，導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)當(dāng)中，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置與普通機(jī)床中傳動(dòng)裝置上有重要差別，故它的設(shè)計(jì)與普通機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無(wú)間隙， 低摩擦、低慣量、高剛度、高 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 諧振頻率有適應(yīng)阻尼比的要求。 設(shè)計(jì)任務(wù)要完成的設(shè)計(jì)是縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)此種系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置采用螺旋傳動(dòng)。 螺旋傳動(dòng)主要用來(lái)把旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或把直線傳動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高的傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋；還有調(diào)節(jié)零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母、滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，螺旋傳動(dòng)主要來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 選用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇?種機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)： a. 傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為： 常規(guī)的絲杠螺母副提高了 3 4倍（滑動(dòng)絲杠效率為 ,因此，功率消耗只當(dāng)于常規(guī)絲杠副的 1/4 1/3。 b. 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。 c. 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線傳動(dòng)，也可以從直線傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 d. 磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好。 3 3 選擇潤(rùn)滑方式 潤(rùn)滑方式總體來(lái)說(shuō)分為手動(dòng) 潤(rùn)滑和自動(dòng)潤(rùn)滑，前者在現(xiàn)代化的加工制造業(yè)中使用己變得越來(lái)越少。 本課題的潤(rùn)滑系統(tǒng)有六個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)： 床鞍的兩個(gè)導(dǎo)軌（ 2點(diǎn)） 拖板上的兩個(gè)導(dǎo)軌（ 2點(diǎn)） 縱向進(jìn)給絲杠螺母副的潤(rùn)滑（ 1點(diǎn)） 橫向滾珠絲杠副的潤(rùn)滑（ 1點(diǎn)） 子程控潤(rùn)滑器 C 型。由一套電子裝置控制電子齒輪泵，以時(shí)間或計(jì)數(shù)的周期方式工作，適用于單阻尼的潤(rùn)滑系統(tǒng)。廣泛用于機(jī)械制造、紡織、沖壓、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域，是一種多用途，高性能的程控潤(rùn)滑設(shè)備。因此選擇 子程控潤(rùn)滑器能滿足潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求。 8 4 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 伺服控制系統(tǒng) 一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)： 圖 3服控制系統(tǒng)框圖 圖 3給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個(gè)三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度大小控制精度；電壓控制環(huán)可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服放大器的電壓控制。 半閉環(huán)控制： 圖 3半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測(cè)元件輸出的反饋控制通道，而檢測(cè)元件 是安裝在絲杠軸或電機(jī)軸上的，檢測(cè)同角位移后，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移。以偏差值實(shí)現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測(cè)元件檢測(cè)的反饋信號(hào)不包含 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動(dòng)補(bǔ)償。因此這種由等效反饋信號(hào)組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制： 圖 3閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺(tái)（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號(hào)，即要求測(cè)量元件安裝在工作臺(tái)上，而不是安裝在絲杠或電機(jī)軸上。但因直接 測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，需配備如光柵、磁柵或感應(yīng)同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測(cè)元件，這使整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格提高。由于閉環(huán)控制能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測(cè)元件的測(cè)量精度?？傊@種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜，適宜于大型和精密的數(shù)控機(jī)床。 4 1 伺服電機(jī)型號(hào)選擇 4 給電機(jī)功率的確定 2 在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低的情況下，空載功率很小，計(jì)算時(shí)可以略去，進(jìn)給電機(jī)的功率可根據(jù)進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械效率來(lái)計(jì)算： 即： 6120(3式中： 斤力） /分） 般可取 根據(jù)資料顯示 ,=2750N 即 750N 故進(jìn)給力 ： 1375N s=8m/入 (3式 0 813 75 10 4 服電機(jī)型號(hào) 考慮到進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)載現(xiàn)象 ,選擇型號(hào)為 110永磁無(wú)刷伺服電機(jī)。 參數(shù)如下表： 表 參數(shù)表 額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 轉(zhuǎn)子慣量 電機(jī)時(shí)間常數(shù) 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 2 縱向進(jìn)給滾珠絲杠副的 設(shè)計(jì)選擇 在一般情況下，設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，必須知道下列條件：最大工作負(fù)載 平均工作負(fù)載 用下的使用壽命 T，絲杠的工作長(zhǎng)度 L（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速 n（平均轉(zhuǎn)速 n），滾道的硬度 后按下列步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。 a、 計(jì)算作用在滾珠絲杠上的最大動(dòng)負(fù)載 b、 從滾珠絲杠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，找出相應(yīng)尺寸系列對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)載荷 初選型號(hào)。 c、 根據(jù)具體工作要求，對(duì)于結(jié)果尺寸、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(hào)中再挑選出比較合適的公 稱直徑 程 珠列數(shù) k、滾珠圈數(shù) d、 根據(jù)所選出的型號(hào)，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗(yàn)算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號(hào)，再做上述的計(jì)算和驗(yàn)算直至滿足要求為止。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 4 2 1確定滾珠絲杠的支承方式： 螺母座，絲杠的軸承及其支架等剛度不足將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度。因此螺母座應(yīng)有加強(qiáng)筋，以減少受力后的變形，螺母與床身的接觸面積宜大些，其聯(lián)接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)與高位銷要緊密配合，不能松動(dòng)。 滾珠絲杠常用推力軸承支承， 以提高軸向剛度，當(dāng)滾珠絲杠的軸向負(fù)荷很小時(shí)，也可用角接觸球軸承支承，滾珠絲杠在機(jī)床上的安裝支承方式有以下幾種： 一端固定： 圖 4 滾珠絲杠一端固定圖 這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低。只適用于短絲杠，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的立向坐標(biāo)中。 兩端支持： 圖 4 滾珠絲杠兩端支持 此種方式可用于絲杠較長(zhǎng)的情況。應(yīng)將止推軸承離液壓馬達(dá)及絲杠的常用段，以減 12 少絲杠熱變形的影響。 一端固定，一端支持： 圖 4 滾珠絲杠一端固定一端支持 把角 接觸球軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并旋加預(yù)緊拉力，這樣有助于提高剛度，但這種安裝時(shí)絲杠的熱變形較為敏感，軸承壽命較兩端裝推力軸承及向心球軸承方式低。 兩端固定： 圖 4 滾珠絲杠兩端固定 兩端裝推力軸承，為使絲杠具有最大的剛度的兩端可用雙重支承，并加預(yù)緊力。這種結(jié)構(gòu)方式不能精確地預(yù)先測(cè)定預(yù)緊力，預(yù)緊力大小是由絲杠的溫度轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的設(shè)計(jì)時(shí)要求提高推力軸承的承載能力和支架強(qiáng)度。 根據(jù)設(shè)計(jì)所要的絲杠副的高精度，中等轉(zhuǎn)速，選擇 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 4 2 滾珠絲杠副參數(shù)的確定： 2 額定 動(dòng)載荷 滾珠絲杠在工作過(guò)程中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面產(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。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，滾珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠副破壞的主要形式。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) 10 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)所能隨的軸向負(fù)載稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)荷 工作負(fù)荷 P 是指數(shù)按機(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)值可用下列進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算： 對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌的機(jī)床 )2( 式中： Y、 Z 方向上的切削分力（ N） G 動(dòng)部件的質(zhì)量（ N）； f 在正常情況下， K、 f 可以下列數(shù)值： 對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌 K= f =設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，首先從工作負(fù)荷 算出最大動(dòng)負(fù)荷 計(jì)時(shí)可采用計(jì)算滾珠軸承的方法，由疲勞強(qiáng)度公式知： 3 即： 3 式中 106轉(zhuǎn)為單位 1） 61060 式中 (r/通機(jī)床 10000h） 14 L=20× 610 轉(zhuǎn) 如果工作負(fù)荷在 其平均負(fù)荷按下式近似計(jì)算 3 m a 式中 大工作負(fù)荷 (N)； 小工作負(fù)荷 (N)。 則： 375N 5%以： 2 7 5 0 4 8 1 . 2 5 10773F m N故： 912N 額定靜載荷 如果滾珠絲杠副是在低速（ n=要求，從系列列表中選定所設(shè)計(jì)絲杠副的公稱直徑的 查處相應(yīng)的其它尺寸。 計(jì)算靜負(fù)荷 r× 2× 1375=4125N 根據(jù) 919N； 125N 來(lái)選擇絲杠，選擇 滾珠絲杠副，其參數(shù)如下： 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 表 滾珠絲杠參數(shù)表 主要尺寸： 計(jì)算公式 公稱直徑 0本導(dǎo)程 珠直徑 觸角 滾道圓弧半徑 R 211.1 =旋升角 172o 滾道圓弧偏心距 e 52 =杠大徑 d 杠小徑 母大徑 D 43220 母小徑 對(duì)選定的滾珠絲杠副參數(shù)進(jìn)行核算： 1 滾珠絲杠副的預(yù)加負(fù)荷： 在滾珠絲杠副上施加預(yù)緊力后，可提高軸向剛度和傳動(dòng)精度。但預(yù)緊力不可過(guò)大，過(guò)大則影響絲杠副的使用壽命。因此，要在 滿足所需壽命和精度要求的條件下，合理決定預(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： 32 式中 k與滾道的曲率半徑、材料的彈性模具有關(guān)的系數(shù)。 對(duì)與一確定的絲杠副來(lái)說(shuō)， K 是常數(shù)。因此，只是 P 的函數(shù)，將隨 P 的變化關(guān) 16 系做出曲線，如圖所示，在曲線起始段，隨 P 的變化較快，當(dāng) P 增加到 ，變化較慢，接近于某斜率直線。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，總希望受載后絲杠變形 盡可能小些，即剛度性能好。據(jù)此，可施加一定的預(yù)緊力 P 預(yù) =P 0,對(duì)應(yīng)于絲杠變形為 0，這樣在受到軸向工作載荷 P>，變形就進(jìn)入曲線后半部的直線段了，載荷的變化對(duì)變形的影響就非常小了。 圖 4 預(yù)緊力確定關(guān)系圖 在上圖中，設(shè)對(duì)螺母 A、 B 施加了預(yù)緊力 應(yīng)的變形 0。當(dāng)外加軸向工作載荷 P 時(shí)，螺母 B 在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生了的彈性變形，而螺母 A 由于彈性恢復(fù)（ P 與 向之故），其接觸點(diǎn)上的變形量反而減少了，其結(jié)果螺母 A、 B 在 共同作用下，總變形量為： A =0 B =0此時(shí)，若繼續(xù)增大 P，則螺母 A 中的滾珠負(fù)荷減少，變形 A 亦隨之減少，當(dāng) P 增加到一定數(shù)值時(shí)，與 0 相等， A 0 0，這時(shí)螺母 A 中滾珠和滾道剛好接觸，如果再繼續(xù)增大 P，就會(huì)出現(xiàn)間歇。因此，要保證絲杠在最大軸向載荷 用下沒(méi)有間歇， 必須滿足一定的關(guān)系。下面求出這種關(guān)系： 當(dāng) A 0 0 時(shí)， 0，此時(shí)螺母的變形為： B =0+ =20又因?yàn)?購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 B = 32=K 320 32 K 320 預(yù) =31此得到結(jié)論：在雙螺母預(yù)緊力的滾珠絲杠副中，為使螺母和絲杠之間不出現(xiàn)間歇，應(yīng)使預(yù)緊力近似等于最大軸向載荷的 1/3。 小，不能保證無(wú)間歇傳動(dòng)； 大，會(huì)降低傳動(dòng)效率和承載能力。 =458N 最大軸向壓縮載荷： 機(jī)床的進(jìn)給絲杠通常是受軸向力的壓桿，若軸向力過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲。 滾珠絲杠受壓力作用后在彈性范圍的臨界穩(wěn)定載荷 24 采用 撐形式時(shí)： m=20× 104 （2 L 為絲杠軸的支撐距離（ 則： 水平位置時(shí)許用穩(wěn)定安全系數(shù) n =4 244 4 6 1 7 c 即： F 為絲杠最大軸向壓縮載荷珠絲杠的極限轉(zhuǎn)速 : 18 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(duì)其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時(shí)轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速，以 示： m i n )/(1012126 式中 ： 絲杠軸的支撐結(jié)構(gòu)系數(shù)，采用 式 K=限轉(zhuǎn)速 n 滿足： 21 m 4 6 26 rN<0 3 r 滾珠絲杠副的剛度 : 滾珠絲杠副的剛度 K： 式中： K 為滾 珠絲杠副的剛度； K j 為滾珠的軸向接觸剛度； 螺母的安裝剛度； 絲杠軸的安裝剛度 當(dāng)有預(yù)加負(fù)荷 為額定動(dòng)載荷的 1/10 時(shí)， )/( 2 式中： N） 滾珠直徑，（ Z Z ×圈數(shù)×列數(shù) Z 為一圈滾珠數(shù) 內(nèi)循環(huán) Z =d0/ 5)粒 4 3 9 61 7 （ 103 N/ m 螺母支撐剛度 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 )/(10 其中： E 105 螺母支承面至有效滾延間的長(zhǎng)度 A 103 ， 103× 105） /（ 1000× 103） 103（ N/ m） 絲杠軸的支承剛性 4 滾珠絲杠一端固定一端支持 當(dāng)采用圖示的支承方式： 10=( )/（ 1546× 108） 103（ N/ m） 滾珠絲杠副的剛度 K： 因?yàn)椋?所以 K=1/( )=103 （ N/ m） 驅(qū)動(dòng)力矩及驅(qū)動(dòng)功率： 使絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力矩： F× （ 2000× × ） (公稱導(dǎo)程 5 所以 預(yù)緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩 20 K×8102 （ 103×81025458v 驅(qū)動(dòng)力矩： M =f=需功率 W95500M（ W= )( 式中： F 為軸向載荷 公稱直徑 為效率 選擇絲杠軸承 3： 絲杠采取一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式，固定端采取一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配。型號(hào) 為 7205C。內(nèi)徑×外徑×寬為 255215定動(dòng)載荷為C 加載荷 58N,平均載荷 077N 所選絲杠的基本導(dǎo)程 求快進(jìn)速度 8m/3 38 1 0 1 . 6 1 05 r/絲杠的最小轉(zhuǎn)速 r/平均速度 3 32 1 . 6 1 0 1 1 . 0 6 7 1 03 r/承壽命： L )10(109045810771 5 8 0 0 630 66 431 0 1 0 9 0 1 0 1 . 7 1 06 0 6 0 1 . 0 6 7 1 0h 能滿足要求。簡(jiǎn)支端軸承只承受絲杠的部分重量，不需計(jì)算。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 滾珠絲杠與伺服電機(jī)的連接 : 圖 4 連軸器關(guān)系圖 滾珠絲杠可通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)直接聯(lián)結(jié)，為了消除絲杠與電機(jī)軸之間的同軸度和垂直度誤差，可用彈性聯(lián)軸器。如上圖所示，彈性片分別用螺釘和兩邊的聯(lián)軸器通過(guò)柔性片傳遞力矩。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了滿足絲杠既能電動(dòng)控制又能手動(dòng)調(diào)整的特點(diǎn)，在絲杠與電機(jī)之 間設(shè)計(jì)了連接軸，三者的連接方式如下圖。 圖 4 連接軸關(guān)系圖 22 結(jié) 論 至今為止，基本上完成了本課程的設(shè)計(jì)要求，課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：伺服電機(jī)的選擇，絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)與絲杠的連接形式設(shè)計(jì)、絲杠與床鞍的連接設(shè)計(jì)、絲杠的支承方式設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)。 進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度、直接將導(dǎo)致整個(gè)機(jī)床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關(guān)鍵性問(wèn)題是急需解決的。由于自身的經(jīng)驗(yàn)有限，面對(duì)這些關(guān)鍵性問(wèn)題只能從理論上去尋求解決 的方法。因此，自己所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中仍相距甚遠(yuǎn)。 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 參考文獻(xiàn) 1張新義 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2范云漲 ,陳兆年 . 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 械工業(yè)出版社， 3戴曙 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 4李 洪 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 ,5王啟義 ,蔡群禮 ,胡寶珍 東北工學(xué)院出版社 , 6成大先 北京 :化工出版社 ,2004. 1 7黃祖德 北京 :理工大學(xué)出版社 ,8吳宗澤 00例 機(jī)械出版社 , 1996 9黃鶴訂 0冊(cè) 機(jī)械出版社 ,10滾珠絲杠 川浦機(jī)械實(shí)業(yè)公司樣本 11電動(dòng)潤(rùn)滑泵 貝奇爾機(jī)械產(chǎn)品有限公司樣本 12鋼帶保護(hù)套 長(zhǎng)城機(jī)械制品有限公司樣本 24 附件清單 縱向進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 1 張 連接軸 1 張 隔套 1 1 張 隔套 2 1 張 隔套 3 1 張 隔套 4 1 張 軸承端蓋 1 張 法蘭支架 1 張 螺母座側(cè)護(hù)殼 2 張 法蘭 A 1 張 法蘭 B 1 張 螺母座 1 張 法蘭 C 1 張 縱向滾珠絲杠副 1 張 法蘭 D 1 張 絲杠支架封蓋 1 張 絲杠支架 1 張 連軸器護(hù)殼 1 張 電機(jī)支座 1張 8圓錐銷 1 張 前擋板 1 張 絲杠防護(hù)罩 1 張 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購(gòu)買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖 紙 油管 1 張 床鞍 1 張 潤(rùn)滑系統(tǒng)裝配圖 1 張