兩軸實(shí)驗(yàn)型數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙和說明書】

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X、Y軸銑削工作時(shí)銑削力的計(jì)算其中主轉(zhuǎn)動(dòng)中主軸功率N=0.79KW.則=0.79/1.1=0.718電動(dòng)機(jī)的額定功率N=1.1KW。銑削力同樣遇刀具材料、被銑削工件的材料、切削量等因素有關(guān)，現(xiàn)以刀具材料為高速鋼，共建材料為碳鋼進(jìn)行計(jì)算。主轉(zhuǎn)動(dòng)功率包括切削功率N，空載功率N，附加功率N三部分，即：N= N+ N+ N，一般輕載高速的中、小型機(jī)床中，N=0.5N/(2-)N，故總功率為：N= N+0.5 N+（1-）N，N=0.5N/(2-)，再進(jìn)給傳動(dòng)中切削功率：N=K0.5N/(2-)，N=0.850.51.1/(2-0.718)=0.36KW切削時(shí)主軸上的扭短為：M=974000 N/n則主軸上最大扭矩為：M=9740000.36/397=883（NCM）銑刀的最大直徑為：10mm。主切削力F=883/1=880N。銑削加工時(shí)主切削力F與銑削進(jìn)給抗力F之間的值由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查得F/ F=1.01.2，取F/ F=1.2。則F=1.2 F=1059.6N，垂直部分力F的幣值為0.750.8，取F/ F=0.8，F(xiàn)=0.8 F=706.4N。3.2 機(jī)械構(gòu)件的選擇3.2.1電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)用中的注意點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過要考慮溫升。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少。電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。 應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。（2）步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。選用1.5度。靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)。電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循步驟如圖2所示： 圖2 選擇電機(jī)的步驟力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：P= M=2n/60P=2nM/60其中P為功率，單位為瓦；為每秒角速度，單位為弧度；n為每分鐘轉(zhuǎn)速；M為力矩，單位為牛頓米。P=2fM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS）。（3）混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)正是由混合式步進(jìn)電機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的，簡(jiǎn)而言之它具有穩(wěn)定可靠、性能好、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，以和最具有可比性的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)相比為例。首先，混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性較高，由于驅(qū)動(dòng)器是系統(tǒng)中可靠性最薄弱的一個(gè)部分，所以系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性主要是由驅(qū)動(dòng)器的可靠性來(lái)決定的?；旌鲜诫姍C(jī)轉(zhuǎn)子上有永磁體，部分磁場(chǎng)已由轉(zhuǎn)子上的磁鋼產(chǎn)生，所以混合式電機(jī)繞組電流可以設(shè)計(jì)得比較小，而反應(yīng)式電機(jī)磁場(chǎng)完全由繞組電流產(chǎn)生，故欲和混合式電機(jī)產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)體積相差不太大的情況下，反應(yīng)式電機(jī)所需電流就要大得多。在當(dāng)前電力電子器件水平限制下，混合式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器就比反應(yīng)式電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器要可靠得多，同時(shí)由于大的繞組電流，反應(yīng)式電機(jī)本體的發(fā)熱情況也要嚴(yán)重的多。實(shí)際上，為產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，反應(yīng)式電機(jī)不僅線圈電流大，而且定子線圈匝數(shù)多，電機(jī)體積大，繞組電感也大。由于繞組電感大，反應(yīng)式驅(qū)動(dòng)器必須要以高壓驅(qū)動(dòng)才會(huì)有比較好的高頻性能，但這樣驅(qū)動(dòng)器的可靠性會(huì)明顯變差；如果反應(yīng)式驅(qū)動(dòng)器取和混合式驅(qū)動(dòng)器一樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，電機(jī)的高頻轉(zhuǎn)矩明顯要小，這也是反應(yīng)式電機(jī)系統(tǒng)性能比混合式電機(jī)系統(tǒng)差的一個(gè)重要原因。混合式步進(jìn)電機(jī)一般步距角較小，再加上混合式步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)不明顯，振蕩較小，在控制步進(jìn)電機(jī)升降頻規(guī)律一致的情況下，運(yùn)行要比反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于混合式步進(jìn)電機(jī)的制造比較復(fù)雜，電機(jī)的成本相對(duì)較高；其次是雖然混合式步進(jìn)電機(jī)共振區(qū)不明顯，振蕩較小，但依然影響性能。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)精度要求來(lái)確定，一般取為0.010.02mm。如取得太大，無(wú)法滿足系統(tǒng)精度要求，如取得太小，或者機(jī)械系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或者對(duì)其精度和動(dòng)態(tài)性能提出過高要求，使經(jīng)濟(jì)性降低。所以根據(jù)數(shù)控鉆銑床的精度要求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖當(dāng)量：=0.02/Step，步角距=1.8/ Step。由于無(wú)減速裝置，所以由=/360P可知，滾珠絲杠螺距，即基本導(dǎo)程P=4mm。一般來(lái)講，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)步距角較小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大，永磁式步進(jìn)電機(jī)功耗較小，斷電后仍有制動(dòng)力矩，但步距角較大，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，混合式步進(jìn)電機(jī)由上述兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高。考慮到該機(jī)床垂直進(jìn)給方向需用自鎖機(jī)構(gòu)，所以選用具有自鎖功能的混合式步進(jìn)電機(jī)。（4） 計(jì)算選擇1. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算銑削時(shí)：F=26.1N, F=65.27NT=360.0126.1+0.03（300+65.27）/21.80.85=40.8 N.cm根據(jù)以上計(jì)算可知，銑削時(shí)啟動(dòng)力矩遠(yuǎn)大于鉆削啟動(dòng)力矩，為滿足鉆銑要求，以銑削時(shí)所需要求為宜。由手冊(cè)可知：T/T=0.866，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩T= T/0.866=40.8/0.866=47.1 N.cm2. 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率f=1000v/，v=0.025(m/s)f=10000.025/0.02=1250(HZ)根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進(jìn)電機(jī)。57BYGH6403采用兩相四拍的通電方式。相數(shù)，3；步距角，1.8；電流，2.5A；靜力矩,110Ncm；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，280gcm引線數(shù)，4。接線圖 圖33.2.2 絲杠的選擇1.滾珠絲杠的特點(diǎn)滾珠絲杠螺母副（以下簡(jiǎn)稱滾珠絲杠副）是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間元件的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠副。在數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)中，經(jīng)常用于代替滑動(dòng)絲杠，以提高傳動(dòng)精度。絲杠螺母副的特點(diǎn)：（1）用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。（2）可達(dá)到很大的降速比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈的以縮短。（3）能達(dá)到較高的傳動(dòng)精。用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)時(shí),還可兼作測(cè)量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小數(shù)值可達(dá)0.0001mm。（4）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率=0.920.96,而一般的常規(guī)（滑動(dòng)）絲杠螺母副的=0.200.40。所以滾珠絲杠的傳動(dòng)效率比常規(guī)絲杠的傳動(dòng)效率提高了34倍。因此功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的。（5）給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，這樣反向時(shí)就可以沒有空程死區(qū)，反向定位精度高。與常規(guī)絲杠螺母副比較有較高的軸向精度。（6）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小幾乎和運(yùn)動(dòng)速度完全無(wú)關(guān)，這樣就可以保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。由于滾珠絲杠基本上是滾動(dòng)摩擦，與常規(guī)絲杠螺母副比較不宜出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，故傳動(dòng)精度高。（7）有可逆性，由于滾珠絲杠副摩擦系數(shù)小，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件，也可以作為從動(dòng)件。（8）制造工藝復(fù)雜，滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高，光潔度要求也高，故制造成本高。例如絲杠和螺母上的螺旋槽滾道，一般都要求磨削成型表面的。（9）不能自鎖，特別是垂直絲杠，由于自重慣性力的關(guān)系，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需要添加制動(dòng)裝置。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先要確定其名義直徑、螺距及滾珠直徑等。確定滾珠絲杠的上述參數(shù)時(shí)，目前采用的方法是，在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，即滾性絲杠在工作過程中受軸向負(fù)載時(shí)，在滾珠和滾道型面間使產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，就要使?jié)L珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，而使?jié)L珠副喪失其工作性能，這是滾球絲杠副的主要破壞形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，這種名義直徑D和螺距t的滾珠絲杠在回轉(zhuǎn)一百萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在他的滾道上由于受滾珠的壓力而不致有點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載的最大值稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載。2. 滾珠絲杠的選擇計(jì)算(1) 動(dòng)載荷Cae的計(jì)算 Q= ffP 其中f載荷系數(shù)取為1.0，f硬度系數(shù)取為1.2，P最大的工作負(fù)載L使用壽命工作負(fù)載P是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，他的數(shù)據(jù)可用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算：對(duì)于類似燕尾型尋軌的機(jī)床P=kP+f(P+2P+G)PX方向的切削力PY方向的切削力Pz方向的切削力G移動(dòng)部件的重量f導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)k考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌，在正常潤(rùn)滑情況下，對(duì)于類似燕尾型尋軌k=1.4 f=0.03由于銑削時(shí)所需切削力均大于鉆削的切削力，故意下計(jì)算均按銑削設(shè)計(jì)。在銑削過程中，P=706.4N ，P=0， P=1059.6N ，G=300N P=1.40+0.03(706.4+21059.6+300)=93.7N而L=60nT/10式中n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）T使用壽命（小時(shí)）對(duì)于數(shù)控機(jī)床，n一般取1250 r/min，T一般取15000h，因?yàn)長(zhǎng)=60125015000/10=1125Q=1.01.293.7=1169N查表初步選用的型號(hào)為N系列1604-3，3列Q=4612N較為合適，這是一種內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)隙單螺母的滾珠絲杠副，其主要參數(shù)如下：名義直徑：D=20mm，基本導(dǎo)程t=5mm，剛求直徑：D=3.725 mm ，絲杠內(nèi)徑d=17.96mm ，絲杠外徑d =19.4mm ，循環(huán)列數(shù)3，額定動(dòng)負(fù)載C=6367 N ，螺母外徑D=72 mm，螺母內(nèi)徑 D=32 mm，螺母長(zhǎng)度 L=40 mm。(2) 校核（1）效率計(jì)算 從機(jī)械原理中得知，滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率=tg/tg(+)式中：-螺紋的螺旋升角；=arctg=arctg=4.55-摩擦角；滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004，其摩擦角約等于10(tg= f=0.0030.004)。=0.965(3) 剛度的驗(yàn)算數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠是一種精密的傳動(dòng)元件，它在工作負(fù)載P的作用下，將伸長(zhǎng)或縮短，在扭矩M的作用下，將向一方或另一方扭轉(zhuǎn)，這樣，滾珠絲杠的螺距就要產(chǎn)生變化，從而影響其傳動(dòng)精度和定位精度，因此，滾珠絲杠應(yīng)驗(yàn)算其滿載時(shí)的變形量。從材料力學(xué)中得知，滾珠絲杠受工作負(fù)載（軸向力）P的作用而引起一個(gè)螺距t的變化量t,可按下式計(jì)算： t=其中：P-工作負(fù)載；t-滾珠絲杠螺距 ；E-彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言（E=20.110）；F-滾珠絲杠的橫截面積（按內(nèi)徑而定）； t=0.1410cm滾珠絲杠受扭矩M作用而引起一個(gè)螺距t的變化量t，可以按下式計(jì)算：t=(cm) 其中-在扭矩M的作用下，滾珠絲杠每一螺距長(zhǎng)度兩截面上的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角；= 其中，M-扭矩（Ncm）,M=6.18NcmG扭轉(zhuǎn)彈性對(duì)鋼而言，G=84110N/cmJ滾珠絲杠載面積的極慣性矩J=/32d（cm）（其中d滾珠絲杠的內(nèi)徑，cm） J=3.14/3213.1=2889cm=Mt/ GJ=6.180.4/84102889=0.110t=t/2=0.40.110/23.14=0.610cm(可忽略不計(jì))如果Y方向的滾珠絲杠的長(zhǎng)度為100m,則整個(gè)工作長(zhǎng)度上的螺距變形總誤差： =100/0.40.1410=3.510cm/m查表得對(duì)E級(jí)絲杠，允許誤差=15um/m ，故該滾珠絲杠滿足要求。(4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算機(jī)床的進(jìn)給絲杠通常是一種受軸向力的壓桿，如果軸向力過大，可使絲杠失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生翹曲。機(jī)床上的進(jìn)給絲杠一般均為長(zhǎng)柱。長(zhǎng)柱壓桿失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載P，可用材料力學(xué)中的歐拉公式計(jì)算P=（N）E-絲杠材料的彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言E=2.110 N/cm；J-截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓桿而言，J=1445cm；l-絲杠的工作長(zhǎng)度,l=28.6cm；u-絲杠的軸端系數(shù)，由支撐條件決定，本設(shè)計(jì)是兩端向心軸承，u=1。 P=3.610N 臨界負(fù)載P與工作負(fù)載P之比成為穩(wěn)定性安全系數(shù)n。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)n大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) n，則該壓桿安全不致失穩(wěn)。n=3.810 n=4故此滾珠絲杠不致失穩(wěn)。（5）由于鉆、銑工作時(shí)，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速比較低，滾珠絲杠傳動(dòng)時(shí)的振動(dòng)就會(huì)非常小，所以臨界轉(zhuǎn)速就不用校核了。 3.2.3 軸承的選擇機(jī)床傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承的失效形式，主要是在循環(huán)接觸應(yīng)力下的作用，滾動(dòng)體和滾道表面上出現(xiàn)疲勞破環(huán)。即通常所說的疲勞剝落。而絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠和工作臺(tái)的重量外，一般無(wú)外載荷，對(duì)絲杠軸承的要求主要是軸向精度和剛度較高，摩擦力矩要小。所以選用60角接觸球軸承，該軸承是與滾珠絲杠配合的專用軸承，其主要特點(diǎn)如下：（1）接觸角大，鋼球數(shù)多，承載能力高，剛度高。（2）既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷，支撐結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化。（3）軸承啟動(dòng)摩擦力矩小，降低絲杠副的驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度。現(xiàn)選用7000C型號(hào)，基本尺寸為:d=10mm,外徑D=26mm,寬度B=8mm,基本額定動(dòng)負(fù)荷C=4.29KN,基本額定靜載荷C=2.25KN，極限轉(zhuǎn)速（油潤(rùn)滑）為28000。對(duì)軸承的疲勞壽命進(jìn)行校核：由機(jī)械設(shè)計(jì)可知,軸承的基本額定壽命為：L=式中：P-當(dāng)量動(dòng)載荷； L-基本額定壽命； 壽命指數(shù)，球軸承=3；n軸承工作轉(zhuǎn)速，n=1250；C基本額定動(dòng)載荷，C=2250N；其中：P=f(X+YF) f沖擊載荷系數(shù)，取1.1； F徑向載荷；X、Y徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)。X=0.44,Y=1；P=1.1(0.44305+415)=604NL=21000h15000h所以該軸承的選用也是合格的。3.2.4 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌（Guideways）的功用是導(dǎo)向和承載。在導(dǎo)軌副（如工作臺(tái)和床身導(dǎo)軌）中，運(yùn)動(dòng)的另一方（如工作臺(tái)導(dǎo)軌）叫作動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的另一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。按摩擦性質(zhì)分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。在滑動(dòng)導(dǎo)軌中有靜壓導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和普通滑動(dòng)導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的原理和靜壓滑動(dòng)軸承相同，該導(dǎo)軌多用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。動(dòng)壓倒軌，當(dāng)導(dǎo)軌面間的相對(duì)滑動(dòng)速度達(dá)到一定值后，液體的動(dòng)壓效應(yīng)是導(dǎo)軌的油腔處出現(xiàn)壓力油楔，把兩導(dǎo)軌面分開，從而形成以液體摩擦，這種導(dǎo)軌只能用于高速的場(chǎng)合，故僅用作主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，例如立式銑床導(dǎo)軌。普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦狀態(tài)有的為混合摩擦。按受力狀態(tài)可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。在部件自重和外載作用下，導(dǎo)軌面在導(dǎo)軌全長(zhǎng)上可以始終貼合的稱為開式導(dǎo)軌，如龍門銑床的工作臺(tái)和床身導(dǎo)軌。部件的自重不能使主導(dǎo)軌面始終貼合，就必須增加壓板，形成輔助導(dǎo)軌面，稱為閉式導(dǎo)軌。導(dǎo)軌選擇考慮的因素：1. 導(dǎo)向精度導(dǎo)軌在空載下運(yùn)動(dòng)和在切削條件下運(yùn)動(dòng)時(shí)，都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。保證軸承運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，是保證導(dǎo)軌工作質(zhì)量的前提。（1）幾何精度直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度一般包括：導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度（簡(jiǎn)稱A項(xiàng)精度）；導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度（簡(jiǎn)稱B項(xiàng)精度）；兩導(dǎo)軌面間的平行度，也叫作扭曲（簡(jiǎn)稱C項(xiàng)精度）。在A、B兩項(xiàng)精度中，都規(guī)定了導(dǎo)軌在每米長(zhǎng)度上和導(dǎo)軌全長(zhǎng)上，兩導(dǎo)軌面間在橫向每米長(zhǎng)度上的扭曲值。（2）接觸精度磨削和刮研的導(dǎo)軌表面，接觸精度按的規(guī)定，采用著色法進(jìn)行檢查。用接觸面所占的百分比或面積內(nèi)接觸點(diǎn)數(shù)衡量。精度保持性影響精度保持性的主要因素是磨損。提高耐磨性以保持精度，是提高機(jī)床質(zhì)量的主要內(nèi)容之一，也是科學(xué)研究的一大課題。常見的磨損形式有磨料（硬粒）磨損、粘著磨損（或咬焊）和接觸疲勞。磨料磨損經(jīng)常發(fā)生在邊界摩擦和混合摩擦狀態(tài)。磨粒夾在導(dǎo)軌面間隨之相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)導(dǎo)軌面的切削，使導(dǎo)軌面產(chǎn)生劃傷。磨料的硬度越高，相對(duì)滑動(dòng)速度越大，壓強(qiáng)越大，對(duì)摩擦副的危害也越大。磨料磨損很難避免，是導(dǎo)軌防護(hù)的重點(diǎn)。粘著磨損也稱為分子機(jī)械磨損。當(dāng)兩個(gè)摩擦表面相互接觸時(shí)，在高壓強(qiáng)下材料產(chǎn)生塑性變形，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦，又使表面層的氧化膜破壞，在新暴露出來(lái)的金屬表面之間，就會(huì)產(chǎn)生分子間的相互吸引和滲透，使接觸點(diǎn)粘結(jié)而發(fā)生咬焊。接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)又要將咬焊點(diǎn)拉開，就造成撕裂性破壞。咬焊是不允許發(fā)生的。接觸疲勞發(fā)生在滾動(dòng)摩擦副中，也是無(wú)法避免的。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性當(dāng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，即不出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料和潤(rùn)滑，與動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，與傳動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈的剛度有關(guān)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單平穩(wěn)性好大多數(shù)機(jī)床的導(dǎo)軌都要淬硬，因此導(dǎo)軌的精加工，不能淬硬。設(shè)計(jì)時(shí)要注意使導(dǎo)軌的制造和維修方便，刮研量少。如果采用鑲裝導(dǎo)軌，則應(yīng)盡量做到更換容易。導(dǎo)軌的潤(rùn)滑潤(rùn)滑的目的、要求與方式潤(rùn)滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。潤(rùn)滑要求供給導(dǎo)軌清潔的潤(rùn)滑油。油量可以調(diào)節(jié)。盡量采取自動(dòng)和強(qiáng)制潤(rùn)滑。潤(rùn)滑元件要可靠。要有安全裝。例如靜壓導(dǎo)軌在未形成油膜之前不能開車和潤(rùn)滑不正常有報(bào)警信號(hào)等。導(dǎo)軌的潤(rùn)滑方式有很多?？梢匀斯ざㄆ谙?qū)к壝鏉灿?。此法?jiǎn)單易行，但不能經(jīng)常保證足夠的潤(rùn)滑。也可在運(yùn)動(dòng)部件上裝油杯，使油沿油孔流或滴向?qū)к壝?，也可在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌面上裝潤(rùn)滑電磁泵?；蚴謩?dòng)潤(rùn)滑油泵，定時(shí)拉動(dòng)幾下供油。為使?jié)櫥驮趯?dǎo)軌面上較均勻的分布，保證潤(rùn)滑效果，需在導(dǎo)軌面上開出油溝。2. 潤(rùn)滑油的選擇導(dǎo)軌常用的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，滑動(dòng)導(dǎo)軌用潤(rùn)滑油，滾動(dòng)導(dǎo)軌兩者都可用。導(dǎo)軌潤(rùn)滑油的粘度可根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件和潤(rùn)滑方式選擇。高速低載荷可用粘度較低的潤(rùn)滑油，反之，則用粘度較高的潤(rùn)滑油。低載荷，高、中速的中、小型機(jī)床進(jìn)給導(dǎo)軌，可用導(dǎo)軌油；中載荷的中低速導(dǎo)軌，可采用導(dǎo)軌油；重型機(jī)床的低速導(dǎo)軌，可用或?qū)к売?。三嗪的合成路線3.2.5 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接兩進(jìn)給機(jī)構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)的一種裝置。目前聯(lián)軸器的類型繁多，有液力式、電磁式和機(jī)械式。機(jī)械式聯(lián)軸器的應(yīng)用最為廣泛。套筒聯(lián)軸器構(gòu)造簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，但裝卸困難（軸需作軸向移動(dòng)）。且要求兩軸嚴(yán)格對(duì)中，不允許有徑向或角度偏差，因此使用時(shí)受到一定限制。繞行聯(lián)軸器采用錐形夾緊環(huán)傳遞載荷，可使動(dòng)力傳遞沒有方向間隙。凸緣式聯(lián)軸器構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本的、可傳遞較大扭矩，常用于轉(zhuǎn)速低、五種及、軸的剛性大及對(duì)中性好的場(chǎng)合。他的主要缺點(diǎn)是對(duì)兩軸的對(duì)中性要求很高。若兩軸間存在位移與傾斜，救在機(jī)件內(nèi)引起附加載荷，使工作狀況惡化。根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，需要的轉(zhuǎn)距不是很大，精度不高，又因?yàn)檩S徑較小，所以選擇了套同式聯(lián)軸器3.2.6 傳動(dòng)裝置的選擇傳動(dòng)裝置選用閉式標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)的適用范圍很廣，傳遞功率可高達(dá)數(shù)萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá)150m/s(最高可達(dá)300m/s)。和其他機(jī)械傳動(dòng)比較，齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。齒輪的設(shè)計(jì)1）材料的選取因傳動(dòng)載荷小，生產(chǎn)批量少，故大齒輪選用45鋼,硬度為229-286HB，平均取240HB；小齒輪選用45，調(diào)制處理，硬度為240-280HB，平均取250HB。2）尺寸計(jì)算初選兩齒輪的模數(shù)m=1，大齒輪的齒數(shù)為,小齒輪的齒數(shù)為,根據(jù)公式，計(jì)算得齒輪的傳動(dòng)比=1.255，符合齒輪單級(jí)減速的條件。中心距小齒輪: 齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓直徑大齒輪: 齒頂高齒根高=1.25齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓直徑據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)校核計(jì)算得知，齒輪的設(shè)計(jì)符合要求。3.3 Y軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例1、步進(jìn)電機(jī)的選擇和脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)數(shù)控鉆銑床的精度要求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖當(dāng)量：=0.02/Step，步角距=1.8/ Step。由于無(wú)減速裝置，所以由=/360P可知，滾珠絲杠螺距，即基本導(dǎo)程P=5mm。2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算T=36F+(G+F)/2（）其中：F水平方向的切削抗力 F=260N；摩擦系數(shù) =0.03；F垂直方向的切削抗力 F=650N；G移動(dòng)部件的總重量 G=50N；總機(jī)械效率 =0.85；代入得： =47Ncm；由手冊(cè)可知：T/T=0.866，則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩T= T/0.866=60N.cm（3）確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率f=1000v/，v=0.025(m/s)f=10000.025/0.02=1250(HZ)根據(jù)以上參數(shù)，初選混合式步進(jìn)電機(jī)。57BYGH6403采用兩相四拍的通電方式。相數(shù)，3；步距角，1.8；電流，2.5A；靜力矩,110Ncm；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，280gcm引線數(shù)，4。3. 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）最大動(dòng)負(fù)載Q的計(jì)算 Q= ffP 其中f載荷系數(shù)取為1.0，f硬度系數(shù)取為1.2，P最大的工作負(fù)載，L使用壽命。工作負(fù)載P是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，他的數(shù)據(jù)可用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算：對(duì)于類似圓柱導(dǎo)軌的機(jī)床： P=kP+f(P+2P+G)PX方向的切削力，取260N；PY方向的切削力，由于Y方向不進(jìn)行切削，所以為0N；Pz方向的切削力，取為650N。G移動(dòng)部件的重量,取50N,f導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),k考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌，在正常潤(rùn)滑情況下，對(duì)于類似燕尾型尋軌:k=1.4 ,f=0.03。 代入公式得: P=1.4*260+0.03*(650+0+50)=285N。而L=60nT/10式中n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）T使用壽命（小時(shí)）對(duì)于數(shù)控機(jī)床，n一般取1250 r/min，T一般取15000h，因?yàn)長(zhǎng)=60125015000/10=1125Q=1.01.2285=3358.9N查表初步選用的型號(hào)為N系列1604-3，3列Q=4612N較為合適，這是一種內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)隙單螺母的滾珠絲杠副，其主要參數(shù)如下：名義直徑：D=20mm，基本導(dǎo)程t=4mm，鋼球直徑：D=3.725 mm ，絲杠內(nèi)徑d=17.1 mm ，絲杠外徑d =19.3mm ，循環(huán)列數(shù)3，額定動(dòng)負(fù)載C=6612 N ，螺母外徑D=72 mm，螺母內(nèi)徑 D=28 mm，螺母長(zhǎng)度 L=40 mm。 （2）效率計(jì)算 從機(jī)械原理中得知，滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率=tg/tg(+)式中：-螺紋的螺旋升角；-摩擦角；=arctg=arctg=4.55滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.0030.004，其摩擦角約等于10(tg= f=0.0030.004)。=0.965 （3）剛度的驗(yàn)算 從材料力學(xué)中得知，滾珠絲杠受工作負(fù)載（軸向力）P的作用而引起一個(gè)螺距t的變化量t,可按下式計(jì)算： t=其中：P-工作負(fù)載；t-滾珠絲杠螺距 ；E-彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言（E=20.110）；F-滾珠絲杠的橫截面積（按內(nèi)徑而定）；t=0.3110cm由于扭矩引起的螺距誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軸向力引起的螺距誤差，所以可以忽略不計(jì)。如果Y方向的滾珠絲杠的長(zhǎng)度為100m,則整個(gè)工作長(zhǎng)度上的螺距變形總誤差：=100/0.40.3110=7.110cm/m查表得對(duì)E級(jí)絲杠，允許誤差=15um/m，故該滾珠絲杠滿足要求。(4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算機(jī)床的進(jìn)給絲杠通常是一種受軸向力的壓桿，如果軸向力過大，可使絲杠失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生翹曲。機(jī)床上的進(jìn)給絲杠一般均為長(zhǎng)柱。長(zhǎng)柱壓桿失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載P，可用材料力學(xué)中的歐拉公式計(jì)算：P=（N）E-絲杠材料的彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言E=2.110 N/cm；J-截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓桿而言，J=1445cm；l-絲杠的工作長(zhǎng)度,l=290cm；u-絲杠的軸端系數(shù)，由支撐條件決定，本設(shè)計(jì)是兩端向心軸承，u=1。 P=3.510N 臨界負(fù)載P與工作負(fù)載P之比成為穩(wěn)定性安全系數(shù)n。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)n大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) n，則該壓桿安全不致失穩(wěn)。n=3.710 n=4所以該滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。(5) 由于鉆、銑工作時(shí)，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速比較低，滾珠絲杠傳動(dòng)時(shí)的振動(dòng)就會(huì)非常小，所以臨界轉(zhuǎn)速就不用校核了。5 滾動(dòng)軸承的選用計(jì)算絲杠軸承的載荷主要是軸向載荷，徑向除絲杠和工作臺(tái)的重量外，一般無(wú)外載荷，對(duì)絲杠軸承的要求主要是軸向精度和剛度較高，摩擦力矩要小。所以選用60角接觸球軸承，該軸承是與滾珠絲杠配合的專用軸承， 現(xiàn)選用7000C型號(hào)，基本尺寸為:d=10mm,外徑D=26mm,寬度B=8mm,基本額定動(dòng)負(fù)荷C=4.29KN,基本額定靜載荷C=2.25KN，極限轉(zhuǎn)速（油潤(rùn)滑）為28000。由于橫向與縱向的切削力相差不大，所以橫向的滾動(dòng)軸承也能滿足要求。就不進(jìn)行滾動(dòng)軸承壽命的校核了。6、滾動(dòng)導(dǎo)軌的選用本設(shè)計(jì)選用的滑動(dòng)導(dǎo)軌中的圓柱的導(dǎo)軌， 該滾動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)部套有銅套，提高了耐磨性，并且其導(dǎo)向精度能滿足一般數(shù)控鉆銑床的要求，同時(shí)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，耐磨性和剛度都能符合要求。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式及選用原則，分別對(duì)其他兩個(gè)方向的各個(gè)部件進(jìn)行選擇，為了提高互換性，并且在裝配時(shí)統(tǒng)一，首先分別進(jìn)行計(jì)算，然后選取性能更高的零部件，這樣不但保證個(gè)各個(gè)性能要求。其余計(jì)算過程在此將不再一一贅述。- 27 -