畢業(yè)設(shè)計數(shù)控滑臺的設(shè)計

1、摘要數(shù)控機床是綜合應(yīng)用計算機自動控制，自動檢測級精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志，我國正在成為世界制造中心。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備?，F(xiàn)代的cad/cam、fms、cims、敏捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。因此，大量普及應(yīng)用數(shù)控機床，振興制造業(yè)就成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。近年來，我國數(shù)控機床的產(chǎn)量以每年超過30%的速度遞增，目前我國在役數(shù)控機床約20萬臺。因此，掌握現(xiàn)代數(shù)控機床知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學(xué)

2、生必不可少的一項基本技能。本設(shè)計對數(shù)控機床的滑臺部分進(jìn)行了研究，報告了對我國數(shù)控機床的原理進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：設(shè)備 滑臺 選擇abstractcnc machine tool is a comprehensive application of computer automatic control, auto-detection-level high-tech products such as precision machinery, with the rapid development of science and technology, numerical control machine t

3、ool is to measure the level of a countrys machinery manufacturing industry an important sign that china is the worlds manufacturing center. cnc technology and cnc machine tool widely used for industrial machinery manufacturing industry, product type and grade as well as the mode of production has br

4、ought a revolutionary change. cnc machine tool is the most important modern processing plant equipment. modern cad / cam, fms, cims, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are based on numerical control technology on top of. therefore, a large number of universal application o

5、f numerical control machine tools, to revitalize the manufacturing sector has become chinas economic development priority. in recent years, chinas annual output of cnc machine tools more than 30% of the rate of increase, the current in-service cnc machine tools in china about 20 million units. thus,

6、 taking advantage of modern cnc machine tools of modern mechanical and electrical knowledge is essential to a class of professional students in basic skills.the design of the cnc machine tool slide parts of taiwan have been studied, reported on the principle of cnc machine tools in china were analyz

7、ed.key words: equipment slide selection目 錄摘要1引言5第一章 數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計方案61.1 數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計61.2 數(shù)控滑臺的總體設(shè)計方案6第二章 數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)件的設(shè)計82.1 導(dǎo)軌的設(shè)計82.1.1 塑料滑動導(dǎo)軌92.1.2 滾動導(dǎo)軌92.1.3 靜壓導(dǎo)軌102.1.4 動壓導(dǎo)軌112.1.5 卸荷導(dǎo)軌112.2 滑鞍的設(shè)計122.2.1 概述122.2.2 滑鞍的結(jié)構(gòu)與尺寸要求122.3 滑鞍連接座的設(shè)計13第三章 數(shù)控滑臺傳動件的選擇153.1. 電動機類型的選擇153.1.1 交流伺服電動機的運行特點：153.1.2 電動機的選擇原

8、則：153.1.3 確定電動機的型號153.2 聯(lián)軸器的設(shè)計與選擇173.2.1 聯(lián)軸器的作用173.2.2 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)原理及型號選擇173.3 滾珠絲杠的選擇193.3.1 滾珠絲杠的設(shè)計193.3.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計203.4 軸承的選擇213.4.1 概述213.4.2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)213.4.3 滾動軸承的選擇22結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)26引言數(shù)字控制機床（numerically controlled machine tool），是近代發(fā)展起來的一種自動控制機床，通過數(shù)字信息控制機床的運轉(zhuǎn)。數(shù)控機床的發(fā)展完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。自1952年美國研制出第一臺數(shù)控銑床起，數(shù)控

9、系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。1. 數(shù)控（nc）階段（1952-1970年）早期計算機的運算速度低，這雖然對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響不大但卻不能適應(yīng)機床適時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，這被稱為硬件連接數(shù)控（hard-wired nc），簡稱為數(shù)控（nc）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代，即：第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用nc裝置。第二代數(shù)控：1959-1964年采用晶體管電路的nc裝置。第三代數(shù)控：1965-1970年采用小、中規(guī)模集成電路的nc裝置。2. 計算機數(shù)控（cnc）階段（1970至今） 到197

10、0年，通用小型計算機已批量生產(chǎn)，其運算速度比五六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高，于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機數(shù)控（cnc）階段。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，這個階段也經(jīng)歷了三代，即： 第四代數(shù)控：1970-1974年采用大規(guī)模集成電路的小型通用計算機數(shù)控系統(tǒng)。 第五代數(shù)控：1974-1990年應(yīng)用微機處理的計算機數(shù)控系統(tǒng)。 第六代數(shù)控：1990年以后，pc（個人計算機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于pc（pc-based）的時代。在20余年間，數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高，主要

11、表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計、制造、使用和維護(hù)的人才;通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機床，使設(shè)計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距;通過利用國外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)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(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)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(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處於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(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)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

12、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。本課題的總體思路是：在滿足基本傳動的前提下，采用合理的傳動方式，導(dǎo)軌采用合理的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)交流伺服電機聯(lián)軸器滾珠絲杠絲杠螺母座滑鞍。本設(shè)計要解決的主要問題是伺服電機的型號的選擇，聯(lián)軸器的設(shè)計與選擇，滾珠絲杠的設(shè)計及滑鞍的設(shè)計等問題。第一章 數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計方案1.1 數(shù)控滑臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計本章主要對數(shù)控滑臺的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，其機械結(jié)構(gòu)主要包括：交流伺服電機、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、軸承、導(dǎo)軌、滑鞍等零部件的設(shè)計。所采用的機械結(jié)構(gòu)具有如下特點：進(jìn)給系統(tǒng)采用進(jìn)給伺服電機直接帶動滾珠絲杠，取消了齒輪減速機構(gòu)，使機械傳動結(jié)構(gòu)簡單，提高位移

13、精度，減少傳動誤差；軸承采用深溝球軸承，它主要承受徑向載荷，亦能承受一定的雙向軸向載荷，高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷，并且價格便宜。機床整體結(jié)構(gòu)的剛度較高，運動控制精確及傳動平穩(wěn)。1.2 數(shù)控滑臺的總體設(shè)計方案對數(shù)控滑臺而言，主要是縱橫方向兩個坐標(biāo)的傳動，根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，決定采用點位控制，用伺服電機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)，這樣可以使控制系統(tǒng)簡單，成本低，調(diào)試維修容易，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，此工作臺采用滾珠絲杠螺母副和滾珠滾動導(dǎo)軌，為盡量消除齒側(cè)間隙。1. 交流伺服電機-交流電動機與直流伺服電機相比，交流電動機輸出功率可比直流電動機提高1070，此外，交流電動機的容量可比直流電動

14、機造得大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)代數(shù)控機床都傾向采用交流伺服驅(qū)動，交流伺服驅(qū)動已有取代直流伺服驅(qū)動之勢。2. 聯(lián)軸器采用機械式結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器的特點是大扭矩承載、高扭矩剛性和卓越靈敏度；免維護(hù)、超強抗油和耐腐蝕性；零回轉(zhuǎn)間隙；體積小巧的聯(lián)軸器，總長度短 ，結(jié)構(gòu)簡單。3. 滾珠絲杠選用的滾珠絲杠精度高，并通過使用高純凈度的合金鋼并采取特殊的表面熱處理方式，使產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐久性。4. 絲杠螺母座采用徑向安裝尺寸小，安裝簡便的絲杠螺母座。5. 滑鞍采用田字格結(jié)構(gòu)，徹底減輕滑鞍的重量，數(shù)控滑臺的總體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示：圖1-1 數(shù)控滑臺的總體結(jié)構(gòu)第二章 數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)件的設(shè)計2.1 導(dǎo)軌的設(shè)

15、計數(shù)控機床的運動部件（如刀架、工作臺等）都是沿著床身、立柱、橫梁等基礎(chǔ)件的導(dǎo)軌面運動的，因此，導(dǎo)軌的功用就是支撐和導(dǎo)向，也就是支撐運動部件并保證運動部件在外力（運動部件本身的重量、工件的重量、切削力、牽引力等）的作用下，能準(zhǔn)確地沿著一定的方向運動。所以導(dǎo)軌副作為數(shù)控機床的重要部件之一，它在很大程度上決定著數(shù)控機床的剛度、精度和精度保持性。數(shù)控機床導(dǎo)軌應(yīng)滿足以下基本要求。（1）高導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指機床的運動部件沿導(dǎo)軌移動時的直線性和它與有關(guān)基面之間相互位置的準(zhǔn)確性。無論在空載或切削加工時，導(dǎo)軌都應(yīng)有足夠的剛度和導(dǎo)向精度。影響導(dǎo)軌精度的主要因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌的制造精度和裝配質(zhì)量以及導(dǎo)軌

16、與基礎(chǔ)件的剛度等。（2）良好的精度保持性 精度保持性是指導(dǎo)軌在長期的使用中保持導(dǎo)向精度的能力。導(dǎo)軌的耐磨性是保持精度的決定性因素，它與導(dǎo)軌的摩擦性能、導(dǎo)軌的材料等有關(guān)。導(dǎo)軌面除了力求減少磨損量外，還應(yīng)使導(dǎo)軌面在磨損后能自動補償和便于調(diào)整。（3）低速運動平穩(wěn)性 運動部件在導(dǎo)軌上低速運動或微量位移時，運動應(yīng)平穩(wěn)、無爬行現(xiàn)象，這一要求對數(shù)控機床尤為重要。低速運動平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、潤滑條件等有關(guān)，其要求導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要小，以減少摩擦阻力，而且動摩擦、靜摩擦系數(shù)應(yīng)盡量接近并有良好的阻尼特性。（4）耐磨性好 導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。耐

17、磨性受到導(dǎo)軌副的材料、硬度、潤滑和載荷的影響。導(dǎo)軌的磨損形式可綜合為以下三種。硬粒磨損 導(dǎo)軌面間存在著堅硬微粒、由外界或潤滑油帶入的切屑或磨粒以及微觀不平的磨損面上的高峰，在運動過程中均會在導(dǎo)軌面上產(chǎn)生溝痕和劃傷，進(jìn)而使導(dǎo)軌面受到破壞。導(dǎo)軌面之間的相互速度越大，壓強越大，對導(dǎo)軌摩擦副表面的危害也越大。咬合和熱焊 導(dǎo)軌面覆蓋著氧化膜及氣體、蒸汽或液體的吸附膜，這些薄膜由于導(dǎo)軌面上局部比壓或剪切力過高而排除時，裸露的金屬表面因摩擦熱而使分子運動加快，在分子力作用下就會產(chǎn)生分子之間的相互吸引和滲透而吸附在一起，導(dǎo)致冷焊。如果導(dǎo)軌面之間的摩擦熱使金屬表面溫度達(dá)到熔點而引起局部焊接，這種現(xiàn)象成為熱焊。接

18、觸面的相對運動又要將焊點拉開，從而造成撕裂性破壞。疲勞與壓潰 導(dǎo)軌面由于過載或接觸應(yīng)力不均勻而是導(dǎo)軌面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)進(jìn)行多次后，就會發(fā)展成為塑性變形，表面形成龜裂和剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象叫壓潰。滾動導(dǎo)軌失效的主要原因就是表面的疲勞和壓潰。為此，應(yīng)控制滾動導(dǎo)軌承受的最大載荷和受載的均勻性。（5）足夠的剛度 剛度受到導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和尺寸的影響，導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度，以保證在載荷作用下不產(chǎn)生過大的變形，從而保證各部件間的相對位置和導(dǎo)向精度。（6）溫度變化影響小 應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下仍能正常工作。（7）結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，要便于加工、裝配、調(diào)整和維修 數(shù)控機床的導(dǎo)軌按運動軌跡可分為直線運動導(dǎo)

19、軌和圓周運動導(dǎo)軌；按工作性質(zhì)可分為主運動導(dǎo)軌、進(jìn)給運動導(dǎo)軌和調(diào)整導(dǎo)軌；按受力情況可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。目前，數(shù)控機床使用的導(dǎo)軌主要有三種：塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。2.1.1 塑料滑動導(dǎo)軌目前，數(shù)控機床所使用的塑料導(dǎo)軌材料為塑料或鑲鋼對塑料導(dǎo)軌。導(dǎo)軌塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌圖層這兩類。塑料導(dǎo)軌與其它導(dǎo)軌相比，具有以下特點(1) 摩擦因數(shù)低而穩(wěn)定，比鑄鐵導(dǎo)軌低一個數(shù)量級(2) 動、靜摩擦因數(shù)相近，運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好(3) 吸收振動。具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌(4) 耐磨性好。有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作，灰塵磨

20、粒的嵌入性好(5) 化學(xué)穩(wěn)定性好。耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、耐強氧化劑及各種有機溶劑(6) 維護(hù)修理方便。軟帶耐磨，損壞后更換容易(7) 經(jīng)濟(jì)性好。結(jié)構(gòu)簡單，成本低，約為滾動導(dǎo)軌成本的1/20，為三層復(fù)合材料du導(dǎo)軌成本的1/42.1.2 滾動導(dǎo)軌1. 滾動導(dǎo)軌的特點滾動導(dǎo)軌作為滑動摩擦副的一類，其摩擦系數(shù)?。?0.0020.005），動、靜摩擦系數(shù)很接近，且不受運動速度變化的影響，因而運動輕便靈活，所需驅(qū)動功率小。摩擦發(fā)熱少、磨損小、精度保持性好。低速運動時，不易出現(xiàn)爬行，定位精度高。滾動導(dǎo)軌可以預(yù)緊，顯著提高了精度。適用于要求移動部件運動平穩(wěn)、靈敏和實現(xiàn)精密定位的場合，在精密機床、數(shù)控機

21、床、測量機和測量儀器上得到了廣泛的應(yīng)用。1. 滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式滾動導(dǎo)軌可分為開式和閉式兩種。開式用于加工過程中載荷變化較小、顛覆力矩較小的場合。當(dāng)顛覆力矩較大、載荷變化較大時則用閉式，此時采用預(yù)加載荷能消除其間隙，減小工作時的振動，并能大大提高導(dǎo)軌的接觸剛度。滾動軸承的滾動體可采用滾珠、滾針、滾柱。滾珠導(dǎo)軌的承載能力小、剛度低，適用于運動部件質(zhì)量不大，切削力和顛覆力矩都較小的機床；滾柱導(dǎo)軌的承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的機床；滾針導(dǎo)軌的特點是滾針尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊，適用于導(dǎo)軌尺寸受到限制的機床。近代數(shù)控機床普遍采用一種做成獨立標(biāo)準(zhǔn)部件的滾動導(dǎo)軌支撐塊，其特點是剛度高，承載能力大

22、，便于拆裝，可直接裝在任意行程長度的運動部件上。當(dāng)運動部件移動時，滾柱在支撐部件的導(dǎo)軌面與本體之間滾動，同時又繞本體循環(huán)滾動，滾柱與運動部件的導(dǎo)軌面并不接觸，因而該導(dǎo)軌面不需淬硬磨光。3.直線滾動導(dǎo)軌（1） 直線滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)和特點。該種導(dǎo)軌副有多種形式，目前數(shù)控機床常用的滾動導(dǎo)軌為直線滾動導(dǎo)軌。直線滾動導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾柱或滾珠、保持器、端蓋等組成。當(dāng)滑塊與導(dǎo)軌體相對移動時，滾動體在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動回工作負(fù)荷區(qū)不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動變成滾動體的滾動。為了防止灰塵和贓物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及

23、下部均裝有塑料密封墊，滑塊上還有潤滑油杯。最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動潤滑的滾動導(dǎo)軌，使用時無需再配潤滑裝置。（2）直線滾動導(dǎo)軌的安裝 該導(dǎo)軌的安裝形式有水平、豎直或傾斜等形式，可以兩根或多根平行安裝，也可以把兩根或多根短導(dǎo)軌接長，以適應(yīng)各種行程和用途的需要。采用直線滾動導(dǎo)軌副，可以簡化機床導(dǎo)軌部分的設(shè)計、制造和裝配工作。滾動導(dǎo)軌副安裝基面的精度要求不太高，通常只要精銑或精刨。由于直線滾動導(dǎo)軌對誤差有均化作用，安裝基面的誤差不會完全反映到滑座的運動上來，通?；倪\動誤差約為基面誤差的1/3。安裝前必須檢查導(dǎo)軌是否有合格證，是否有碰傷或銹蝕，用防銹油清洗干凈，清除裝配表面的毛刺、撞擊突起

24、物等；檢查裝配連接部位的螺栓孔是否吻合，如果發(fā)生錯位而強行擰入螺栓，將會降低運行精度。2.1.3 靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌分為液體靜壓導(dǎo)軌和氣體靜壓導(dǎo)軌兩類。1.液體靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌的工作原理與靜壓軸承相同，是將具有一定壓力的潤滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔中，形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。（1）靜壓導(dǎo)軌的特點 液體靜壓導(dǎo)軌是數(shù)控機床上經(jīng)常使用的一種液壓導(dǎo)軌。液壓導(dǎo)軌的潤畫面之間開有油腔，將有一定壓力的油通過節(jié)流器輸入油腔，形成壓力油膜，浮起運動部件，使導(dǎo)軌表面處于純液體摩擦，不產(chǎn)生磨損，精度保持好。同時，摩擦系數(shù)也極低（約0.0005），使驅(qū)動功率大大降低，機械效率高；其運動

25、不受速度和負(fù)載的限制，低速無爬行，承載能力大，剛度好；油液有吸振作用，抗振性好，導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱也小。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要有供油系統(tǒng)，油的清潔度要求高。它主要用于精密機床的進(jìn)給運動和低速運動的導(dǎo)軌。（2）靜壓導(dǎo)軌的分類：按導(dǎo)軌的形式可分為開式和閉式兩種，數(shù)控機床上常采用閉式靜壓導(dǎo)軌。由于開式靜壓導(dǎo)軌只設(shè)置在床身的一邊，依靠運動件自重和外載荷保持運動件不從床身上分離，因此只能承受單向載荷，而且承受偏載力矩的能力差。開式靜壓導(dǎo)軌適用于載荷較均勻，偏載和傾覆力矩小的水平放置的場合。由于閉式靜壓導(dǎo)軌設(shè)置在床身的幾個方向，各方向?qū)к壝嫔隙奸_有油腔，能限制運動件從床身上分離，因此能承受正、反向載荷，承受偏載荷

26、及傾覆力矩的能力較強，油膜剛度高，可應(yīng)用于載荷不均勻、偏載大及有正反向載荷的場合。按供油方式又可分為恒壓（即定壓）供油和恒流（即定量）供油兩種。2.氣體靜壓導(dǎo)軌氣體靜壓導(dǎo)軌是利用恒定壓力的空氣膜，使運動部件之間形成均勻分離，已得到高精度的運動，摩擦系數(shù)小，不易引起發(fā)熱變形。但是，氣體靜壓導(dǎo)軌會隨著空氣壓力的波動而使空氣膜發(fā)生變化，且承載能力小，故常用于負(fù)荷不大的場合，如數(shù)控坐標(biāo)磨床和三坐標(biāo)測量機。2.1.4 動壓導(dǎo)軌動壓導(dǎo)軌的工作原理與動壓軸承相同，是借助于導(dǎo)軌之間的相對運動產(chǎn)生壓力油膜將運動部件微微抬起，從而使兩個導(dǎo)軌面隔離，形成液體摩擦，提高了導(dǎo)軌的耐用度。形成壓力油膜的條件是：兩導(dǎo)軌面之

27、間應(yīng)有楔形間隙和一定的相對速度，此外還需要有一定黏度的潤滑油流進(jìn)楔形間隙。因此，速度越高，油膜的承載能力越大。所以，動壓導(dǎo)軌適用于運行速度高的主運動導(dǎo)軌，如立式車床工作臺、龍門刨床工作臺等。2.1.5 卸荷導(dǎo)軌采用卸荷導(dǎo)軌可以減輕支撐導(dǎo)軌的負(fù)荷，降低導(dǎo)軌的靜摩擦系數(shù)，從而提高導(dǎo)軌的耐磨性和低速運動的平穩(wěn)性，提高導(dǎo)軌的運動精度。卸荷導(dǎo)軌應(yīng)用于要求精度高和接觸剛度高的機床。導(dǎo)軌的卸荷方式有液壓卸荷、機械卸荷和氣壓卸荷，液壓和機械卸荷應(yīng)用較多。采用液壓卸荷導(dǎo)軌的機床有立式車床、龍門刨床、外圓磨床和平面磨床等。采用機械卸荷導(dǎo)軌的機床有普通車床、立式車床、臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床和仿形銑床等。根據(jù)以上導(dǎo)軌的類

28、型選出本設(shè)計適合的導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1 導(dǎo)軌2.2 滑鞍的設(shè)計2.2.1 概述滑鞍在數(shù)控機床中的作用是連接絲杠和回轉(zhuǎn)工作臺，它在數(shù)控機床中的作用是不可或缺的部件。2.2.2 滑鞍的結(jié)構(gòu)與尺寸要求滑鞍的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示： 圖2-2 滑鞍的結(jié)構(gòu)滑鞍要求：1.滑鞍長約0.7m，寬約0.6m，采用矩形結(jié)構(gòu)方式；2.潤滑方式為：油浸潤滑；3.滑鞍硬度在165195hbs；4.材料為鑄鐵，并經(jīng)熱處理。2.3 滑鞍連接座的設(shè)計滑鞍連接座是把滾珠絲杠和滑鞍連接在一起的一個重要部件，其材料為鑄件。本次設(shè)計的滑鞍連接座的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示： 圖2-3 滑鞍連接座的結(jié)構(gòu)第三章 數(shù)控滑臺傳動件的選擇

29、3.1. 電動機類型的選擇3.1.1 交流伺服電動機的運行特點：1. 反應(yīng)靈敏、起動迅速由于轉(zhuǎn)子繞組的電阻值較大，其起動轉(zhuǎn)矩大，且近似為最大轉(zhuǎn)矩。再加上轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)動慣量很小，所以交流伺服電動機對控制信號反應(yīng)靈敏。只要控制信號一出現(xiàn)，電動機就會立即起動，沒有失控現(xiàn)象。2. 無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象交流伺服電動機在控制信號突然消失時，會依靠自身的工作原理（單相脈沖磁場），產(chǎn)生一個制動轉(zhuǎn)矩，使電動機立即停轉(zhuǎn)。即不存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象3. 穩(wěn)定運行區(qū)寬由于轉(zhuǎn)子繞組的電阻值較大，機械特性曲線顯示，交流伺服電動機有寬廣的穩(wěn)定運行區(qū)和調(diào)速范圍。3.1.2 電動機的選擇原則：電動機類型的選擇要從負(fù)載的要求出發(fā)，考慮機床的

30、工作條件、負(fù)載性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、供電情況等，要盡量滿足下述方面的要求：1. 機械特性：由電動機類型決定的電動機機械特性與數(shù)控機床的機械特性配合要適當(dāng)，機組穩(wěn)定工作；電動機的起動轉(zhuǎn)矩，牽入轉(zhuǎn)矩等性能均能滿足數(shù)控機床的要求。2. 轉(zhuǎn)速：電動機的轉(zhuǎn)速要滿足本數(shù)控機床的要求，其最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化率，穩(wěn)速，調(diào)速，高速等性能均能適應(yīng)工作機械的運行要求。3. 運行經(jīng)濟(jì)性：從降低整個電動機驅(qū)動系統(tǒng)的能耗及電動機的綜合成本來考慮。選擇電動機類型，針對使用情況選擇不同效率水平的電動機類型;對一些使用時間很短，年使用時數(shù)也不高的機械，電動機效率低些也不會使總能耗產(chǎn)生較大的變化，所以并不注重電動機的效率。4. 價格低廉

31、：滿足數(shù)控機床的運行要求前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，造價低廉的電動機。3.1.3 確定電動機的型號用統(tǒng)計法選擇電動機的功率統(tǒng)計法是對大量的拖動系數(shù)統(tǒng)用電動機容量的統(tǒng)計為基礎(chǔ)，進(jìn)行分析，找出電動機功率與生產(chǎn)機械主要參數(shù)之間的關(guān)系而得出的實用公式，已知本機床工件的最大直徑為150mm，按統(tǒng)計法計算拖動電動機功率為：p=36.5d1.54 =36.50.151.54kw =1.96kw實際選用2kw的交流伺服電動機，與計算結(jié)果相近表3-1 電動機主要性能型號額定功率空載時轉(zhuǎn)速r/min頻率hz額定電壓v1fk7101-32kw300050220選用西門子1fk7101-3系列電動機，電機軸

32、的直徑為35mm如圖3-1所示：圖3-1 西門子電動機3.2 聯(lián)軸器的設(shè)計與選擇聯(lián)軸器是用來連接進(jìn)給機構(gòu)的兩根軸使之一起回轉(zhuǎn)與傳遞扭矩的一種裝置。目前，聯(lián)軸器的類型繁多，有液壓式、電磁式和機械式。其中，機械式聯(lián)軸器的應(yīng)用最為廣泛。3.2.1 聯(lián)軸器的作用聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。20世紀(jì)后期國內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，

33、在產(chǎn)品設(shè)計時如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機器要求的聯(lián)軸器，對多數(shù)設(shè)計人員來講，始終是一個困擾的問題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 ，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。 3.2.2 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)原理及型號選擇在數(shù)控機床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中，伺服電動機軸，傳動軸和滾珠絲杠之間的傳動聯(lián)結(jié)只有確保無間隙才能保證傳動精度，準(zhǔn)確執(zhí)行脈沖指令，而不丟掉脈沖。在數(shù)控機床中伺服電動機與滾珠絲杠之間采用直連式。直連式（如圖3-2）的聯(lián)結(jié)原理為：連軸套3與軸之間用錐環(huán)7連接，錐環(huán)7分為內(nèi)錐環(huán)和外錐環(huán)，是一對經(jīng)相互配合接觸良好的彈性錐形帳套，當(dāng)通過擰緊壓圈2上螺釘將錐環(huán)壓緊時

34、，內(nèi)錐環(huán)的內(nèi)孔縮小，外錐環(huán)的外圈脹大，產(chǎn)生了彈性變形，消除了配合間隙；并在被連接的軸與內(nèi)錐環(huán)，內(nèi)錐環(huán)與外錐環(huán)，外錐環(huán)與聯(lián)軸器之間的接合面上產(chǎn)生很大的接觸壓力，依靠這個接觸壓力所產(chǎn)生的摩擦力可以傳遞轉(zhuǎn)矩。連軸套間采用柔性片5傳遞扭矩，柔性片5分別用螺釘和球面墊圈4、6與兩邊連軸套3聯(lián)結(jié)，兩端連軸套的位置誤差（同軸度和垂直度誤差）由柔性片的變形抵消。 1.名義轉(zhuǎn)矩t（nm）t=9550p/n=95501.96/6000=3.12nm2.計算轉(zhuǎn)矩tc考慮機器啟動時的彈性力和過載等影響，應(yīng)將名義轉(zhuǎn)矩修正為計算轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩tc（nm）可按下式計算：tc=kt式中k的工作情況系數(shù)為1.251.5

35、tc=1.53.12=4.68nm所以聯(lián)軸器選擇的型號為：yl11yld11，其中d1=d2=35mm注：d1為電機軸的直徑，d2為滾珠絲杠的直徑錐環(huán)是這種無鍵、無間隙直連方式的關(guān)鍵元件。這種聯(lián)軸節(jié)稱為膜片彈性聯(lián)軸器。在加工中心進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中用的較多。這種撓性聯(lián)軸器不僅可簡化結(jié)構(gòu)，減小噪聲，而且對消除傳動間隙，提高傳動剛度有利圖3-2 電機與絲杠直連式。圖3-3 聯(lián)軸器3.3 滾珠絲杠的選擇3.3.1 滾珠絲杠的設(shè)計滾珠絲杠在數(shù)控機床中的作用是傳遞力和扭矩，滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。（設(shè)計的絲杠如圖3-4）。滾珠絲杠的特點： 1、與滑動絲杠副相

36、比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2、高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3、微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4、無側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠屬于高精度的機械設(shè)備，所

37、使用的材料與精度都有特殊的要求，所以要保證絲杠無側(cè)隙、剛性高等。圖3-4 滾珠絲杠3.3.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計工作原理與特點滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅(qū)動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個方面的優(yōu)良特性： 傳動效率高、 定位精度高、 傳動

38、可逆性、 使用壽命長、 同步性能好. 滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠螺母副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖3-5所示。在絲杠1和螺母2上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道4，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠3。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使絲杠軸向移動。圖3-5 滾珠絲杠螺母副機構(gòu)滾珠絲杠螺母副的特點：（2） 傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率=0.920.96，是普通滾珠絲杠螺母

39、副的34倍（=0.200.40），功率消耗只相當(dāng)于普通滾珠絲杠螺母副的1/41/3。（3） 定位精度高，剛性好。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)。（4）（5）（6） 待添加的隱藏文字內(nèi)容2運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。（7） 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。（8） 磨損小，使用壽命長。（9） 制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。（10） 不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立即停止運動，故常需附加制動

40、裝置。3.4 軸承的選擇3.4.1 概述軸承是用來支撐軸或軸上回轉(zhuǎn)零件的部件，主要用來減輕軸與支撐件的摩擦和磨損，并保持軸的回轉(zhuǎn)精度和安裝位置。根據(jù)軸承工作時接觸面的摩擦性質(zhì)不同，軸承可分為滾動摩擦軸承-滾動軸承和滑動摩擦軸承-滑動軸承。滾動軸承是各類機械中普遍使用的支撐部件。他的類型很多，用量極大，是由專業(yè)化德軸承廠大量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件。因此，在一般機械設(shè)計中主要是根據(jù)具體的載荷、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度和工作條件等方面的要求，選擇合適的類型和尺寸，并進(jìn)行軸承的組合設(shè)計?；瑒虞S承可以根據(jù)工作情況進(jìn)行自行設(shè)計、自行制造，可制成部分式的，它的使用量比滾動軸承要少。滑動軸承按摩擦狀態(tài)可分為非液體摩擦軸承和液體摩

41、擦軸承兩大類。非液體摩擦軸承的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可承受沖擊載荷，但其它性能較差。液體摩擦軸承的設(shè)計復(fù)雜，制造的精度要求高，但其性能；優(yōu)異，是滾動軸承達(dá)不到的。滾動軸承在一般機器中應(yīng)用非常廣泛。但在高速、高精度、重載，或在結(jié)構(gòu)上要求剖分的場合，或在低速而帶有沖擊的機器上，滑動軸承則突顯出其較優(yōu)異的性能。因此，在高速離心機、燃?xì)廨啓C、精密磨床的主軸上高速運轉(zhuǎn)的軸承；承受沖擊載荷或變載荷的內(nèi)燃機、活塞式壓縮機和鍛壓機的軸承；曲軸的軸承都采用滑動軸承。3.4.2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承的典型結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，通常由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4組成。內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈裝在軸承座孔內(nèi)，多數(shù)情況

42、下內(nèi)圈與軸一起轉(zhuǎn)動，外圈保持不動。工作時，滾動體在內(nèi)外圈間滾動，保持架將滾動體均勻地隔開，以減少滾動體之間的摩擦和磨損。滾動體的形狀有球、圓柱滾子、圓錐滾子、鼓形滾子、長圓柱滾子和滾針等。滾動軸承的內(nèi)、外圈和滾動體采用強度高、耐磨性好的含鉻合金鋼制造，工作表面必須經(jīng)過磨削和拋光。保持架多用軟鋼沖壓而成，高速軸承多采用銅合金或塑料保持架。圖3-6 滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)1內(nèi)圈 2外圈 3滾動體 4保持架3.4.3 滾動軸承的選擇在進(jìn)行軸承的選擇設(shè)計時，對滾動軸承的選擇在設(shè)計中分為兩步：選擇滾動軸承的型號；選擇軸承的尺寸。（一） 滾動軸承類型的選擇在進(jìn)行軸承的選擇設(shè)計時，首先要選擇適當(dāng)?shù)念愋?。一般機械

43、中滾動軸承類型的選擇，主要應(yīng)考慮一下五個方面的問題。2. 載荷情況載荷方向、大小和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。（1）載荷方向 當(dāng)軸承主要承受徑向載荷時，選用向心軸承；承受純軸向載荷時，選用推力軸承；同時承受徑向載荷和軸向載荷時，可選用角接觸軸承。（2）載荷大小 在其它條件相同的情況下，滾子軸承一般比球軸承的承載能力大。因此承受較大載荷時，應(yīng)選用滾子軸承。（3）載荷性質(zhì) 當(dāng)載荷平穩(wěn)時，可選用球軸承；有沖擊和振動時，應(yīng)選用滾子軸承。2.轉(zhuǎn)速情況滾動軸承在一定的載荷和潤滑條件下允許的最高轉(zhuǎn)速為極限轉(zhuǎn)速。球軸承比滾子軸承有更高的極限轉(zhuǎn)速。高速或要求旋轉(zhuǎn)精度時，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。3.調(diào)心性能軸承內(nèi)外圈軸線間的角偏差應(yīng)控制在極限值內(nèi)，否則會增加軸承的附加載荷而使其壽命降低。當(dāng)角偏差值較大時，應(yīng)選用調(diào)心軸承。4.和調(diào)整性能安裝和調(diào)整也是選擇軸承主要考慮的因素。例如，當(dāng)安裝尺寸受到限制，必須要減小軸承徑向尺寸時，宜選用輕系列好特輕系列的軸承或滾針軸承；當(dāng)軸向尺寸受到限制時，宜選用窄系列的軸承；當(dāng)軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承。5.經(jīng)濟(jì)性在滿足使用要求的情況下，盡量選用價格低的軸承，以降低成本。一般，普通結(jié)構(gòu)的軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜。同型號不同公差等級的軸承的價格比