臥式數(shù)控車床縱向工作臺設計 機械設計及其自動化專業(yè)

臥式數(shù)控車床縱向工作臺設計摘 要 CK20數(shù)控車床是一種采用機電一體化設計，外形美觀，結構合理，用途廣泛，操作方便的機床。能夠實現(xiàn)自動控制，能夠完成車削多種零件的內外圓，端面、切槽、任意錐面、球面及公、英制螺紋、圓錐螺紋等工序。并配有完備的STM功 能，可發(fā)出和接收多種信號，控制自動加工過程。對于大、中、小批量、多品種、多規(guī)格零件的輪番加工有較強的適應能力，尤其是加工圓錐面、圓球面等特形零件更能顯示出它效率高、質量穩(wěn) 定可靠的優(yōu)越性。關鍵詞 數(shù)控車床；工作臺；三維造型；Horizontal Nc Lathe Workbench Longitudinal DesignMechanical Design andManufacturing and Automation Major FAN Kun-jieAbstract: CK20 nc lathe is an electromechanical integration design, beautiful appearance, reasonable structure, convenient operation, widely used in machine tools. To realize the automatic control, can finish machining various parts of the internal and external circular, face, cutting, cone, the sphere and male, inch thread, taper thread etc. With complete S.T.M power can, can send and receive various signal, automatic control process. For large, medium and small batch, many varieties and specifications of parts processing has strong adaptability, especially the conical surface processing, such as spherical shape parts can show it is with high efficiency, quality steady reliable fixed superiority.Key words:nc lathe; workbench; three-dimensional modeling臥式數(shù)控車床縱向工作臺設計目 錄1 緒論11.1 課題背景和目的11.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.2.1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀21.2.2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢31.3 課題研究內容和方法41.3.1 課題研究內容41.3.2 課題研究方法42 總體設計42.1 床身和導軌設計42.2 主軸系統(tǒng)設計53 縱向工作臺機構設計53.1 縱向工作臺機構設計的基本要求53.2 縱向工作臺機構設計63.2.1 方案設計63.2.2 滾珠絲杠副的研究設計63.2.3 導軌設計133.2.4 滾珠絲杠的支承153.2.5 滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊164 縱向工作臺三維裝配174.1 繪制縱向工作臺零件的CAD圖形和三維圖174.2 把繪制的三維圖進行裝配18結束語19參考文獻20致謝211 緒論1.1 課題背景和目的在我國，數(shù)控技術與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領域，以PC平臺為基礎的國產數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術研究和產業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術創(chuàng)新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品國內、外市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產廠家所面臨的重要任務。而相對于傳統(tǒng)機床，數(shù)控機床有以下明顯的優(yōu)越性：(1)提高生產率。數(shù)控機床能縮短生產準備時間，增加切削加工時間的比率。采用最佳參數(shù)和最佳走刀路線，縮短加工時間，從而提高生產率。(2)數(shù)控機床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產品質量。由于它是按照程序自動加工不需要人工干預，其加工精度還可以利用軟件進行校正及補償，故可以獲得比機床本身精度還要高的精度和重復精度。(3)有廣泛的適應性和較大的靈活性。通過改變程序，就可以加工新產品的零件，能夠完成很多普通機床難以完成或者根本不能加工的復雜型面零件的加工。(4)可以實現(xiàn)一機多用。一些數(shù)控機床，可以自動換刀，一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，節(jié)省了設備和廠房面積。(5)可以進行精確的成本計算和生產進度安排，減少在制品，加速資金周轉，提高經(jīng)濟效益。(6)不需要專用夾具。采用普通的通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求。節(jié)省了專用夾具設計制造和存放的費用。(7)大大減輕了工人的勞動強度。因此，采用數(shù)控機床，可以降低工人的勞動強度，節(jié)省勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少工裝，縮短新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數(shù)控技術已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。 由于以上優(yōu)越性，數(shù)控機床所占的比例逐漸增大。從2004年的市場消費內容也可可看出,普通機床的市場份額在下降,數(shù)控機床則強烈增長，尤其是中高檔數(shù)控機床供不應求。可以預見，未來幾年普通機床的市場份額將不斷下滑, 數(shù)控機床的消費會逐漸擴大。在這樣一種背景下，我的課題選擇為設計一臺數(shù)控車床CK20，用于對轉體零件的圓柱面、圓弧面、圓錐面、端面、切槽、及各種公、英制螺紋等進行批量、高效、高精度的自動加工，以提高生產效率和產品質量和降低工人勞動強度。此外，力求完成課題之余，熟悉國內外數(shù)控技術及數(shù)控機床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,增強對如何發(fā)展民族數(shù)控機床產業(yè)的感性認識。1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀我國從1958年開始研究數(shù)控機床，一直到20世紀60年代中期還處于研制、開發(fā)時期。當時，一些高等院校、科研單位研制出試驗性樣機，是從電子管起步的。目前我國數(shù)控機床生產廠家有100多家，生產數(shù)控機床配套產品的企業(yè)有300余家，產品品種包括八大類2000種以上。目前以新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種。分為3種型級，即經(jīng)濟型、普及型和高級型?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機床發(fā)展已進入實現(xiàn)產業(yè)化階段，數(shù)控機床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產數(shù)控機床產品大部分達到國際上20世紀80年代中期水平，部分達到90年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平數(shù)控機床。進入20世紀90年代以來，我國數(shù)控機床生產企業(yè)都經(jīng)歷了結構調整、轉變機制的艱苦磨礪過程。近期，國家為擴大內需，通過加大技改投資和基礎設施建設投資的措施來拉動國內市場消費。目前，中國機床工業(yè)廠多人眾。2000年，金切機床制造廠約358家(20.6萬人)，成形機床制造廠191家(約6.5萬人)，共計549家(27.1萬人)。其中生產數(shù)控金切機床的約150家，生產數(shù)控成形機床的約30家，共計約180家，占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機床產量19.2萬臺，內數(shù)控金切機床17,521臺，約占9%?？偟膩碚f：數(shù)控機床產量不斷增長，2001年為1991年的3.6倍；進口量增長較快，達29倍，出口量有所增加，但數(shù)目較小，為4.8倍；數(shù)控機床消費量增加較快，達7.9倍。產量滿足不了社會發(fā)展的需求。在20余年間，數(shù)控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數(shù)控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機電法”、“機信法”那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。1.2.2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。當前世界上數(shù)控技術及其裝備的發(fā)展呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：（1）高精度化 現(xiàn)代科學技術的發(fā)展、新材料及新零件的出現(xiàn)，對精密加工技術不斷提出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機床，完善精密加工技術，適應現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)控機床的發(fā)展之一。其精度已從微米級到亞微米級，乃至納米級。提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度，一般可通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機床誤差補償技術來實現(xiàn)提高數(shù)控機床的加工精度。（2）高速化 提高生產率是數(shù)控機床追求的基本目標之一。數(shù)控機床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度，對制造野實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低成本生產具有廣泛的適用性。（3）高柔性化 采用柔性自動化設備或系統(tǒng)，是提高加工精度和效率，縮短生產周期，適應市場變化需求和提高競爭力的有效手段。數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時，朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。（4）高自動化 高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成規(guī)定的任務，它包括物料流和信息流的自動化。（5）智能化 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透與發(fā)展，為適應制造業(yè)生產柔型化、自動化發(fā)展需要，智能化正成為數(shù)控機床研究和發(fā)展的熱點，它不僅貫穿在生產加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控），還貫穿在長品的售后服務和維修中。（6）復合化 復合化包含工序復合化和功能復合化。數(shù)控機床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。（7）高可靠性 數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關心的。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。（8）網(wǎng)絡化 為了適應FMC、FMS以及進一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，先進的CNC系統(tǒng)為用戶提供了強大的聯(lián)網(wǎng)能力，除有RS232串行接口、RS422等接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。（9）開放式體系結構 20世紀90年代以后，計算機技術的飛速發(fā)展推動數(shù)控機床技術更快地更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數(shù)控系統(tǒng)。1.3 課題研究內容和方法1.3.1 課題研究內容（1）機床總體設計方案及總體布局圖繪制（2）縱向工作臺機構理論計算、結構設計及繪制裝配圖（3）縱向工作臺機構中典型零件的繪圖（4）縱向工作臺三維實體圖繪制并裝配（5）撰寫畢業(yè)設計論文（說明書）1.3.2 課題研究方法此次設計任務主要是數(shù)控機床CK20縱向工作臺的設計，三維圖繪制及裝配。通過查閱文獻資料，咨詢老師和工人師傅，以及和同學的商量討論，初步擬定如下設計方案：（1） 機床整體方案采用45斜床身，矩形滑動導軌。（2） 對于縱向工作臺的設計，主要要考慮滾珠絲桿副的計算選擇，對此采用參照滾珠絲桿的計算資料進行計算選擇。滾珠絲杠的安裝方式，擬采用固定固定方式，滾珠絲杠是通過墊片預緊的。（3） 繪制縱向工作臺三維實體圖，并進行裝配。2 總體設計2.1床身和導軌設計(1) 床身 機床的床身是整個機床的基礎支承件，是機床的主體，一般用來放置導軌、主軸箱等重要部件。床身的結構對機床的布局有很大的影響。按照床身導軌面與水平面的相對位置，床身有圖1所示的5種布局形式。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對提高刀架的運動精度有好處，但床身下部空間小，排屑困難；刀架橫滑板較長，加大了機床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結構，再配置上傾斜的導軌防護罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點，床身寬度也不會太大。斜床身和平床身斜滑板結構在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應用，是因為這種布局形式具有以下特點：1）容易實現(xiàn)機電一體化；2）機床外形整齊、美觀，占地面積??；3）容易設置封閉式防護裝置；4）容易排屑和安裝自動排屑器； 5）從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導軌上影響導軌精度； 6）宜人性好，便于操作； 7）便于安裝機械手，實現(xiàn)單機自動化。這次設計中，我們采用的是45度斜床身。(2) 導軌 車床的導軌可分為滑動導軌和滾動導軌兩種。 滑動導軌具有結構簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。滾動導軌的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)很接近，不會產生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。這次設計中采用的是新型塑料滑動導軌。2.2 主軸系統(tǒng)設計經(jīng)濟型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉，或通過帶傳動和主軸箱內的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動主軸旋轉。由于主軸電機調速范圍廣，又可無級調速，使得主軸箱的結構大為簡化。主軸電機在額定轉速時可輸出全部功率和最大轉矩。這次設計中采用二級機械變速機構。3 縱向工作臺機構設計3.1縱向工作臺機構設計的基本要求數(shù)控機床的進給系統(tǒng)必須保證由數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令轉換成速度符合要求的相應角位移或直線位移，帶動運動部件運動。根據(jù)工件加工的需要，在機床上各運動坐標的數(shù)字控制可以是相互獨立的，也可以是聯(lián)動的?？傊?，數(shù)控機床對進給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定、和快速響應三個方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅動電動機，同時也需要高質量的機械結構與之匹配。為提高進給系統(tǒng)機械結構性能主要采取以下措施：(1)提高系統(tǒng)機械結構的傳動剛度(2)采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動副 數(shù)控機床進給系統(tǒng)多采用剛度高摩擦因數(shù)小而穩(wěn)定的滾動摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌等。(3)慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅動電機的工作性能和滿足傳動系統(tǒng)對控制指令的快速響應的要求。(4)提高傳動件精度 高質量的機械傳動配合與高性能的伺服電動機使現(xiàn)代數(shù)控機床進給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。3.2 縱向工作臺機構設計3.2.1 方案設計目前數(shù)控車床的縱向和橫向多采用交流伺服電機，進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。這里擬采用的是滾珠絲杠副傳動，以減少摩擦系數(shù)，提高進給機構的整體剛度。滾珠絲杠與電機間用聯(lián)軸器直接連接，以消除間隙。滾珠絲杠的支撐形式有四種：（1）一端固定，一端自由，此種形式適用于中小載荷，低速，短絲杠垂直安裝；（2）一端固定，一端游動，此種形式適用于中等載荷，中等轉速；（3）兩端支撐，此種形式適用于中等轉速，高速度，高精度；（4）兩端固定適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的車床。滾珠絲杠螺母副也有兩種循環(huán)方式，一種是外循環(huán)式，還有一種是內循環(huán)式。從剛度計算可以看出，絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大。而采用兩端固定的支承方式壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，絲杠可以預拉伸，預拉伸后可減小絲杠自重下垂和補償熱膨脹且軸承組合的剛度高。因此我擬采用兩端固定的支撐方式。這種支承方式的特點是：剛度最高，只要軸承無間隙。絲杠的軸向剛度為一端固定的四倍。安裝時需保持螺母與4支承同軸，故結構復雜，工藝較困難；絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高；可以預拉伸，預拉伸后可以減少絲杠自重的下垂和補償熱膨脹，但需一套預拉伸機構，結構及工藝都比較復雜；要進行預拉伸的絲杠，其目的行程應略小于公稱行程，減少量等于拉伸量。因此這種形式適用于對剛度和位移精度要求高的場合。3.2.2 滾珠絲杠副的研究設計(1)主切削力計算及主電機選擇1)主切削力的計算由參考文獻可知 3-1取=167 =1.0 =0.75 =1.09 =1.08 =1.05切削速度取 =1.0查車工工藝學中級本： 鋼淬硬(淬火及低溫回火),硬度44HRC，單位切削力為270公斤/(),其切削用量范圍為 切削速度 切削深度 進給量 切深t取5mm，進給量取0.3mm/n,代入3-1得：取=4800由數(shù)控機床機器人機械系統(tǒng)設計指導所示，進給抗力和切深抗力，可以按以下比例分別求出：2)切削功率計算：由上所示，切削速度取為，根據(jù)公式根據(jù)公式 查表取，選電機功率為(2)工作臺質量及工作臺承重初估刀架：參考系列數(shù)控轉塔刀架主要規(guī)格及參數(shù)，初估刀架(帶刀盤)毛重為，刀架座：長寬高即 圓整后 床鞍： 根據(jù)以上估算得總的重量為G=2000+1386=3386N(3)初選滾珠絲杠已知條件：最大行程：650mm縱向定位精度： 失動量：工作臺最高速度：查表選擇絲桿預期壽命： 小時電機直聯(lián)絲杠，最高轉速： 初步考慮用滑動導軌，摩擦系數(shù)絲杠用固定固定的安裝方式設計計算過程：由文獻7-13可知步驟1：在本設計中，電機與絲桿直接相連，傳動比為，絲桿的最高工作轉速為，則絲桿的導程為：取=10（mm）步驟2：確定絲杠等效轉速最大進給時，絲杠的轉速為：最小進給時，絲杠的轉速：則絲杠的等效轉速為（）步驟3：確定絲杠的等效負載絲杠所受的最大牽引力：（受力分析如下圖所示） 圖3.1最小工作負載荷為摩擦力：故等效載荷為： 步驟4：根據(jù)機床的定位精度要求，預選精度等級級，查表得精度系數(shù)，載荷系數(shù)，按滾珠絲桿副的預期工作時間計算，查表得： 則其動載荷為：步驟5：用固定固定安裝方式最大彈性變形量： 空載時,絲杠的軸向載荷： 3-2代入數(shù)據(jù)得： 上式中 允許的最大彈性變形量彈性模量 兩端固定支承的距離為檢測位置精度空運轉時，作用在滾珠絲桿副上的軸向載荷步驟6：根據(jù)已經(jīng)計算出的,以及的下限值選擇滾珠絲杠副選擇內循環(huán)反向器雙螺母墊片預緊GD3210-3-P3 =10 =22329 。如下圖所示： 圖3.2可以看出滿足步驟1.4.5的要求(4)滾珠絲杠校核:步驟1:滾珠絲杠副值的校核 (滿足要求)滾珠絲桿的節(jié)圓直徑滾珠絲桿副的最高轉速步驟2:預緊力的校核 (滿足要求) 步驟3:取有效行程：預拉伸力：上兩公式中： 絲桿的熱膨脹系數(shù)為 絲桿的溫升，一般取，取為 彈性模量 絲桿底徑步驟4：選軸承型號(1) 因滾珠絲杠安裝方式為：固定固定 故選背對背接觸軸承。(2) 確定軸承內徑，確定軸承型號規(guī)格右端軸承內徑應略小于絲杠外徑，取，型號規(guī)格為25TAC62A。內循環(huán)滾珠絲杠必須有一端軸承內徑小于螺紋底徑。選左斷軸承內徑。型號規(guī)格為20TAC47A。步驟5：繪制工作圖 最大行程： 余程： 安全行程： 所選絲杠的螺母長度為： 由結構設計得到： 螺紋長度： 兩支承軸承間距：步驟6：最高轉速校核： 滾珠絲杠副轉速過高，會產生共振，影響正常運轉，損壞機器，為確保不發(fā)生共振，所容許的最高轉速為：取 （符合要求）安裝系數(shù)絲桿螺紋底徑計算許用轉速用的安裝距離步驟7：滾珠絲杠的臨界壓縮載荷校核：絲杠水平安裝 查表得 （符合要求）作用在滾珠絲桿副上的最大軸向壓縮載荷安全系數(shù)。絲桿垂直安裝 ，絲桿水平安裝 與絲桿支承型式有關的系數(shù)，查表為計算臨界壓縮載荷用的安裝距離，當采用固定固定安裝方式時，有 步驟8：（1） 取由上可知：則 滾珠絲桿副的預緊力 樣本上的額定動載荷 （2）計算 ， 則 （3）查軸承可得25TAC62A的剛性 20TAC47A的剛性 由公式得 （4）絲杠系統(tǒng)軸向拉壓系統(tǒng)剛度的計算絲杠采用固定固定支承方式，則有：絲杠副內滾道的接觸剛度（）軸承的接觸剛度（）螺母座剛度（絲杠本身的拉壓剛度 計算可得：（5） 固有頻率的驗算絲杠拉壓振動的固有頻率為 （符合要求）3.2.3 導軌設計數(shù)控機床上都有導軌。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行。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的軌跡運動，從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。導軌承受運動部件及工件的重量以及切削力（承載作用）。導軌在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度.精度和精度保持性。導軌主要由機床上兩個相對運動部件的配合面組成一對導軌副，其中不動的配合面成為支承（固定）導軌，運動的配合面成為運動導軌。（1）導軌的功用和應滿足的基本要求導軌的功用是承受載荷和導向。它承受安裝在導軌上的運動部件及工件的質量和切削力，運動導軌可以沿導軌運動。運動的導軌稱為動導軌，不動的導軌稱為靜導軌或支承導軌。動導軌相對于靜導軌可以作直線運動或者回轉運動。導軌設計要滿足以下要求：導向精度高；承載能力大，剛度好；精度保持性好；低速運動平穩(wěn)；結構簡單、工藝性好。（2）導軌的選擇滑動導軌具有結構簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。圖3.3為雙矩形導軌。這種導軌的剛度高，當量摩擦系數(shù)比三角形導軌低，承載能力高，加工、檢驗和維修都方便，而被廣泛地采用。特別是數(shù)控機床，雙矩形，動導軌貼塑料軟帶，是滑動導軌的主要形式。矩形導軌存在側向間隙，必須用鑲條進行調整。圖3.4中（a）由一條導軌的兩側導向，稱為窄式組合；圖（b）分別由兩條導軌的左、右側面導向，稱為寬式組合。導軌受熱膨脹時寬式組合比窄式的變形量大，調整時應留較大的側向間隙，因而導向性較差。所以，雙矩形導軌窄式組合比寬式用得更多一些。圖3.3 雙矩形導軌圖3.4 雙矩形導軌的兩種形式結合沈陽數(shù)控產的SSCK20A 數(shù)控車床，確定為雙矩形窄式導軌，并在動導軌上粘貼聚四氟乙烯塑料軟帶。這種截面導軌制造維修方便，承載能力大，新導軌導向精度高。它是以聚四氟乙烯為基體，添加耐磨材料構成的高分子復合材料，它與鑄鐵導軌夠成摩擦副時，摩擦系數(shù)僅為0.020.03，是鑄鐵和鑄鐵副的1/3左右，且動靜摩擦系數(shù)相近，所以具有良好的防爬性能，耐磨性可以提高12倍，。導軌間隙的調整是通過壓板來實現(xiàn)的，壓板用螺釘固定在動導軌上，通過刮研和磨壓板與動導軌和靜導軌的接觸面來調整間隙的。如圖3.5所示圖3.5而用導向調整板來調整側向間隙，導向調整板是一種新型的鑲條，它被置于導軌受力較小的一側。采用導向調整板調整間隙，調整方便，接觸良好，磨損小。3.2.4 滾珠絲杠的支承滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進行拉伸。絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60角接觸軸承，在這兩種軸承中，60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應用。滾針圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。60角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點間的距離比背對背時小，實現(xiàn)自動調整較易。因此在進給傳動中面對面組合用得較多。在此課題中采用了以面對面配對組合的60角接觸軸承，以容易實現(xiàn)自動調整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預拉伸的結構，使預拉伸量略大于熱膨脹量。3.2.5 滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊滾珠絲杠螺母機構是回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置，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。滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產生嚴重接觸變形，接觸剛度與接觸表面預緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較??；當滾珠絲杠反向旋轉時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動精度。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。滾珠絲杠螺母副通常采用雙螺母結構，如下圖所示 1.滾珠螺母；2.緊定螺釘；3.支座；4.滾珠絲杠；5.調整墊片圖3.6雙螺母滾珠絲杠圖中1代表滾珠螺母，3代表支座，螺母與支座之間有調整墊片，通過調整墊片來調節(jié)滾珠螺母與滾珠絲杠螺紋之間的間隙。通過調整兩個螺母之間的軸向位置，使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個不同的側面接觸，產生一定的預緊力，以達到提高軸向剛度的目的。調整預緊有多種方式，上圖所示的為墊片調整式，通過改變墊片的厚薄來改變兩個螺母之間的軸向距離，實現(xiàn)軸向間隙消除和預緊。這種方式的優(yōu)點是結構簡單、剛度高、可靠性好。4 縱向工作臺三維裝配4.1 繪制縱向工作臺零件的CAD圖形和三維圖運用CAD畫出各個零件的二維圖形并用Proe生成實體如圖圖4.14.2把繪制的三維圖進行裝配 CK20數(shù)控車床縱向工作臺裝配圖圖4.2結束語畢業(yè)設計是對我們大學期間所學知識的一次總結與運用，是對以前每門課程設計的綜合，是對所學知識的徹底檢驗。剛開始選擇課題的時候，我因為對數(shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關于數(shù)控車床方面的課題，我主要對其中的縱向進給工作臺進行設計。開始設計之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關車床方面的知識，對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進一步的了解，也讓我學習到了很多新的知識。設計的時候，我們對學校的數(shù)控車床進行了觀察，我主要觀察了機床的縱向工作臺部分，同時并結合自己的課題對機床的總體布局做了進一步的研究，并通過查閱資料和相關圖冊，設計出了滿足數(shù)控車床需要的縱向工作臺。畢業(yè)設計是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實踐完美結合的過程。在近三個月的畢業(yè)設計當中，使我更加認識到理論聯(lián)系實際的重要性，只有理論而不去進行實踐是不行的。在設計過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎上，理解并分析其優(yōu)缺點，取長補短，對自己其中不合理的部分進行了充分改進。通過這次設計，自己在查閱資料、運用資料、中英文翻譯、運用專業(yè)知識及CAD，Proe繪圖等方面的能力有了較大地提高，彌補了原來學習中的很多不足之處，為以后從事機械方面的工作打下了一定的基礎，積累了一定的經(jīng)驗，對設計工作有了一定的認識?？傊?，這次設計順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學習的東西，而且學到了很多新東西，為我走向社會打下了深厚的基礎。同時也使我懂得了一個真正設計的步驟以及方法。 參考文獻1. 張建干. 胡大澤主編. 數(shù)控技術. 武漢：華中科技大學出版社2 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機床. 北京：國防工業(yè)出版社3 盛伯浩. 數(shù)控機床的現(xiàn)狀與發(fā)展 . 制造技術與機床 2005.14 文懷興. 夏田主編. 數(shù)控機床系統(tǒng)設計. 北京：化學工業(yè)出版社.2005.65 許兆豐. 車工工藝學.北京：機械工業(yè)出版社.19806 中華人民共和國機械工業(yè)部統(tǒng)編. 車工工藝學中級本. 科學普及出版社.P110-1187 成大先主編. 機械設計手冊單行本.軸及其聯(lián)接 北京：化學工業(yè)出版社 2004.18 啟尖絲杠公司. 滾珠絲杠副參數(shù)計算與選用.產品簡介說明書.9 謝紅主編.數(shù)控機床機器人機械系統(tǒng)設計指導. 上海：同濟大學出版社。2004.810 王昆、何小柏、汪信遠主編. 機械設計課程設計 北京：高等教育出版社 199611 中國紡織大學機械系手冊編寫組編. 機械設計與制造簡明手冊 上海：同濟大學出版社12 溫松明. 互換性與測量技術基礎. 長沙：湖南大學出版社 2001.413 卜云峰. 機械工程及自動化簡明手冊. 北京：機械工業(yè)出版社 2001.6 14 章宏甲 黃誼 王積偉. 液壓與氣壓傳動. 北京：機械工業(yè)出版社 15 SIEMENS公司.SINUMERIK802S base line. 簡明安裝調試手冊.2003.08.16 SIEMENS公司.SINUMERIK802S base line. 簡明操作手冊.2003.08.17 關雄飛主編. 數(shù)控加工技術綜合訓練. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.1致謝眨眼間，兩年的大學生活就在本論文的完成之際即將宣告結束。兩年的不斷學習，不僅是為了今天的畢業(yè)設計，也是為今后走上工作崗位作了準備。在三個多月的畢業(yè)設計中，在XXX老師的嚴格要求及悉心指導下，按時完成了設計任務，并在此過程中鞏固了本專業(yè)的知識，分析解決問題的能力也得到了進一步的提高。在此，謹向孫新國老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！此外，在畢業(yè)設計過程中，也得到了其他老師和同學的幫助，設計任務一直在很好的氛圍中進行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！再次向設計中所有提供過幫助的人表示感謝！20