畢業(yè)設(shè)計CK6163數(shù)控車床橫向進給的設(shè)計

1、anyang institute of technology 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書ck6163數(shù)控車床橫向進給的設(shè)計design for cross feed direction in cnc lathe ck6163 系（院）名稱： 機械工程學(xué)院 專業(yè)班級： 07級機制2班 學(xué)生姓名： 王發(fā)旺 學(xué)生學(xué)號： 200701020025 指導(dǎo)教師姓名： 翟 雁 指導(dǎo)教師職稱： 講 師 2011年5月畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，

2、不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學(xué)院及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解安陽工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄中文摘

3、要、關(guān)鍵詞1英文摘要、關(guān)鍵詞2引言3第1章 數(shù)控系統(tǒng)的簡述41.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀41.2 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢41.2.1 數(shù)控技術(shù)狀況41.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢51.3 伺服系統(tǒng)的特點5第2章 總體方案設(shè)計92.1 方案設(shè)計及總體布局92.2 總方案的確定9第3章 橫向進給系統(tǒng)113.1 已知技術(shù)參數(shù)113.2 滾珠絲杠的計算及選擇113.2.1 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定113.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速113.2.3 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重123.2.4 確定絲杠的等效負載123.2.5 確定絲杠所受的最大動載荷133.2.6 選擇滾珠絲杠型號133.3 絲

4、杠的校核143.4 滾動軸承的校核183.5 伺服電機的選擇203.6 滾珠絲杠螺母機構(gòu)21第4章 導(dǎo)軌的選擇24結(jié)論27致謝28參考文獻29ck6163數(shù)控車床橫向進給的設(shè)計摘要：隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。為了滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。因此提高數(shù)控車床各項性能也是我國制造業(yè)向前發(fā)展的一個重要因素。本文進行了對數(shù)控車床ck6163總體結(jié)構(gòu)的確定、滾珠絲杠的選擇與校核、及其對電機的選擇與校核。在原有的基礎(chǔ)上對橫向進給系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，如采用滾珠絲杠螺母傳動副

5、、滾動導(dǎo)軌，采用預(yù)加負載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等，在傳動上采用消隙齒輪的傳動方式，不僅簡化了同步帶傳動裝置的結(jié)構(gòu)，而且傳動速度更快、更精準。通過本次對ck6163型數(shù)控車床橫向進給系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，確保了數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，滿足了在設(shè)計機械傳裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求，同時，為解決絲杠因磨損而造成的精度下降提供幫助，進而提高加工工件的精度要求。也提高工作效率，降低生產(chǎn)強度，降低對工人師傅技能要求。關(guān)鍵詞：ck6163車床 橫向進給 數(shù)控系統(tǒng)design for cross feed direction in ck6163 cnc lathea

6、bstract: as the development of microelectronics and computer technology, numerical control systems performance becomes ever-improving, numerical control systems application domain becomes widening. in order to meet the social economic development and scientific and technical development needs, numer

7、ical control system are heading for high precision, high speed, high reliability, multi-function, intelligent and openness direction. so improving each performance of numerical control lathe is an important factor of moving forward in chinese manufacturing industry. this paper gives a determination

8、of overall structure of numerical control lathe ck6163, ball screw choice and checking, and the choice and checking for motor. cross feed direction traverse system is optimized designed on the original foundation, such as using the ball screw nut transmission vice, rolling guide rail, using pre plus

9、 load guides and ball screw vice and so on the transmission way, the directly connection of motor and screw not only simplifies the structure of transmission device, but also improves transmission speed and accuracy. the optimized design of cross feed direction traverse system on numerical controlle

10、d lathe ck6163 can ensure the transmission accuracy and working stability. in the design of mechanical device, the optimized design can meet the demand of low friction, low inertia, high stiffness, no clearance, high resonance, and a suitable damp rate requirement. at the same time, the optimized de

11、sign gives a hand to solve the decline of screw machining accuracy, improve the efficiency, reduce production strength, lower the worker skills requirements.key words: ck6163 lathe; horizontal feed; cnc引 言本次設(shè)計的內(nèi)容是機床總體方案設(shè)計、橫向伺服進給機構(gòu)的理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制裝配圖、典型零件繪制，并撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。ck6163數(shù)控車床是安陽機床廠根據(jù)國際市場上數(shù)控車床的最新發(fā)展趨勢研制

12、開發(fā)的具有半閉環(huán)控制功能的普及型數(shù)控車床。該機床用途廣泛，操作靈活，適宜加工各種形狀復(fù)雜的軸、套、盤類零件。橫向進給系統(tǒng)在連續(xù)的使用過程中，由于磨損等原因，使絲杠與絲母間隙過大，產(chǎn)生軸向竄動，影響進給精度。通過本次設(shè)計，希望能夠改善ck6163數(shù)控車床x向進給的進給精度，為解決絲杠因磨損而造成的精度下降提供幫助，進而提高加工工件的精度要求。對ck6163數(shù)控車床橫向進給進行優(yōu)化設(shè)計，使之性能得到提高，從而提高工作效率，降低生產(chǎn)強度，降低對工人師傅技能要求。在設(shè)計中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點。選擇合適的算法，根據(jù)計算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。在圖紙的繪制

13、中，充分利用軟件的先進性，完成兩張a0圖紙。最后，完成ck6163型數(shù)控車床橫向進給方向系統(tǒng)的設(shè)計，撰寫說明書。第1章 數(shù)控系統(tǒng)的簡述1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀1949年美國帕森公司首先提出了機床數(shù)字控制的概念。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。20世紀50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，1965年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)集成電路數(shù)控系統(tǒng)。1970年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng)小型計算機數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計算機以

14、其無法比擬的性能價格比滲透各個行業(yè)，1974年，第五代數(shù)控系統(tǒng)微型計算機數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應(yīng)用一個或多個計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)(cnc)。綜上所述，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎5年左右時間就更新?lián)Q代一次。數(shù)控機床是先進制造業(yè)的基礎(chǔ)機械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機電一體化產(chǎn)品。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)品進程，1990年日本機床產(chǎn)值數(shù)控化率達75，美國達701，德國達57。目前世界數(shù)控機床年產(chǎn)量超過15萬臺，品種超過1500多種。1.2 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1

15、.2.1 數(shù)控技術(shù)狀況目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時期，也是由封閉型向開放型過渡的時期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)(包括核心技術(shù))，已達到國際先進水平。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標聯(lián)動技術(shù)對我們已不再是難題，0.1當量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于pc機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能

16、既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高，mpbf值可以在15000h以上。同時大部分數(shù)控機床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過60%。這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。我國進行改革開放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進的機床制造國家進行技術(shù)交流，并通過引進技術(shù)，到80年代初，國產(chǎn)數(shù)控機床進入實用化階段，1991年數(shù)控機床的產(chǎn)值數(shù)控化率為143，到1997年數(shù)控機床產(chǎn)值數(shù)控化率為24.5。目前，我國數(shù)控機床(包括經(jīng)濟型機床)品種約有500個。 但是，與國外數(shù)控車床相比，

17、在性能、質(zhì)量 設(shè)計、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及卡盤剛性差，主軸定位準停不好；安全性較差，軟硬件保護功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設(shè)計方面不規(guī)范，不符合國標，比如使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設(shè)計思想；程序設(shè)計方面缺乏標準，不規(guī)范，邏輯性不強，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標牌線號不清，圖紙與實物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機床廠家為了降成本卻忘

18、記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器、繼電器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強，多品種生產(chǎn)困難。而國外數(shù)控車床無論是設(shè)計水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。機械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設(shè)計有專門的標準，設(shè)計規(guī)范合理，配套件齊全，標牌標示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術(shù)的應(yīng)用及時領(lǐng)先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低。1.2.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。為了滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和科技發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、

19、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。1.3 伺服系統(tǒng)的特點數(shù)字控制，是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控機床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分組成。1、信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機床上加工一個零件所必需的各種信息，以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計算機上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級的數(shù)控系統(tǒng)可能還包

20、含一套自動編程機或者cad/cam系統(tǒng)。2、計算機數(shù)控系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計算和處理后去控制機床的動作。它由硬件和軟件組成。硬件除計算機外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機、crt、鍵盤、面板、機床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為：機床主運動、機床的進給運動、刀具的選擇和刀具的補償、其它輔助運動等。3、伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機構(gòu)和機床移動部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設(shè)備運動。伺服電動機可以是步進電機、電液馬達、直流伺服電機或交流伺服電機。4、機床它是用于完成各種切削加工的機

21、械部分，是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但也做了很多改進和提高，它的主要特點是：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率。數(shù)控機床集中了傳統(tǒng)的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優(yōu)點，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機床技術(shù)水平的提高首先依賴于進給和主軸驅(qū)動特性的改善以及功能的擴大，為此數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制

22、、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來自cnc裝置的進給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。它包含機械、電子、電機(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個既能使各部件互相

23、配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當高的技術(shù)性能指標的控制系統(tǒng)，的確是一個相當復(fù)雜的任務(wù)。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對于數(shù)控機床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖1.1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務(wù)不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求：（1）從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行

24、現(xiàn)象。（2）電機應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。（3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。（4）電機應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字pid，使用靈活，

25、柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。第2章 總體方二案設(shè)計2.1 方案設(shè)計及總體布局數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機床主體的重要部分，在設(shè)計中，在伺服方式上選擇最廣泛應(yīng)用的半閉環(huán)方式。采用螺旋傳動，計算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進行絲杠的校核并進行精度等驗算，根據(jù)計算的扭矩選擇伺服電機。2.2 總方案的確定1、系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補、順圓和逆圓插補、暫停、循環(huán)加工公英螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用半閉環(huán)控制系

26、統(tǒng)。2、機械傳動方式為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用伺服電機通過斜齒消隙齒輪機構(gòu)與絲杠相連。利用數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動，使傳動更加精確、快速。3、運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位值線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。由于ck6163數(shù)控車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本次設(shè)計采用連續(xù)控制系統(tǒng)。4、系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)過比較，由于ck6163車床加工精度要求不高，所以決定采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。5、機構(gòu)傳動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點

27、：（1）盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。（2）盡量消除傳動間隙。例如采用絲杠與電機直接相連代，或采用消隙齒輪，本設(shè)計中，考慮到電機尺寸及其導(dǎo)油孔的位置，采用消隙齒輪的傳動方式。（3）提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。6、消隙齒輪的的確定在本次設(shè)計中，傳動方式采用斜齒圓柱齒輪消隙機構(gòu)。如圖2.1所示，其主要工作原理為：寬齒輪同時與相同齒數(shù)的窄齒輪圓柱齒輪相嚙合。兩個窄齒輪和鍵槽均拼裝起來同時加工，加工時兩窄齒圓柱齒輪間裝入一定厚度的墊片。裝配時，通過改變

28、墊片的厚度，使兩齒輪的螺旋面錯位，兩齒輪的左右兩齒面分別與寬齒輪齒面接觸，以消除齒側(cè)間隙。圖2.1 斜齒輪軸向墊片消除間隙結(jié)構(gòu)第3章 橫向進給系統(tǒng)3.1 已知技術(shù)參數(shù)橫向最大行程（x軸） 390mm；工作進給速度為18000mm/min；橫向快速進給速度：7m/min；刀架估計質(zhì)量：150kg；滑板的估計尺寸（長寬高）：400mm200mm80mm；材料選為ht200。3.2 滾珠絲杠的計算及選擇3.2.1 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定在本設(shè)計中，傳動比為，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導(dǎo)程為： (3-1)，取 3.2.2 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 (3-2)由公式(3.2),最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 最小

29、進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 ） (3-3)，轉(zhuǎn)速，作用下的時間(s)。3.2.3 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重刀架質(zhì)量：滑板：總質(zhì)量：3.2.4 確定絲杠的等效負載工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，k為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.11.5，現(xiàn)取為1.1，則絲杠所受的力為（如圖3.1所示）： (3-4)圖3.1 受力分析其等效負載可按下式估算（取，）：t1，t2軸向載荷，作用下的時間(s)。n1，n2軸向載荷，作用下的轉(zhuǎn)速(r/min)。 (3-5)3.2.5 確定絲杠所受的最大動

30、載荷 (3-6)負荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當一般運轉(zhuǎn)時，為1.21.5，取=1.5。）溫度系數(shù)；硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度hrc58時，=1。）精度系數(shù)；（查表：當精度等級為3時，=1.0。）可靠性系數(shù)；(查表：可靠性為90%時，=1.00。)等效負荷(n)；等效轉(zhuǎn)速(r/min)；工作壽命(h)。（數(shù)控機床：=15000。）由公式(3-6)：3.2.6 選擇滾珠絲杠型號查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號：gq25。絲杠公稱直徑為25mm，基本導(dǎo)程，取絲杠的精度為3級。在本設(shè)計中采用單螺母變位螺距預(yù)緊。兩邊軸承都采用內(nèi)徑都為20mm。本設(shè)計中絲杠采用兩端固定的支承方式。右支撐

31、選用成對絲杠專用軸承組合。左支撐選用深溝球軸承，其型號為6004。滾珠絲杠支承用專用軸承，軸承特點：1、剛性大。由于采用特殊設(shè)計的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60°軸向剛性大，如圖3.2所示。圖3.2 滾珠絲杠專用60角接觸球軸承2、不需要預(yù)調(diào)整。對每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號（）排列后，裝緊即可。3、起動力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動力矩小。為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式。（df,dfd,dff等）3.3 絲杠的校核滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影

32、響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度由絲杠本身的拉壓剛度ks，絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度，軸承的接觸剛度kb，螺母座的剛度kh，按不同支承組合方式的計算而定。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計算。1、臨界壓縮負荷絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式。臨界壓縮負荷按下式計算： (3-7)式中：材料的彈性模量e鋼=2.1×1011(n/m2)；最大受壓長度(m)；安全系數(shù)，取=1/3；最大軸向工作負荷(n)；絲杠支承方式系數(shù)；(支承

33、方式為雙推雙推時，=4，=4.730)絲杠最小截面慣性矩(m4)： (3-8)式中：絲杠公稱直徑(mm)；滾珠直徑(mm)。絲杠螺紋部分長度，取支承跨距，絲杠全長由公式(3-7)可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。2、臨界轉(zhuǎn)速 (3-9)式中：絲杠最小橫截面，臨界轉(zhuǎn)速計算長度，取，安全系數(shù)，一般??；材料的密度：；絲杠支承方式系數(shù)，查表得;滿足要求。3、絲杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度的計算公式：兩端固定： (3-10)式中：滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(n/m)；螺母座的剛度(n/m)；絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(n/m)；絲杠本身的拉壓剛度(n/m)；軸承的接觸剛度(n/m)

34、。（1）絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本。（2）軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。（3）螺母座的剛度可近似估算為1000。（4）絲杠本身的拉壓剛度。對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： (3-11)式中：絲杠最小橫截面，；材料的彈性模量，e=2.11011(n/m2)；兩支承間距(m)；螺母至軸向固定處的距離(m)。已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度（見后面計算）。螺母座剛度。絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率： (3-12)式中：絲杠末端的運動部件與工件的質(zhì)量和(n/m)；絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(n/m)。顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于1500r/m

35、in，能滿足要求。4、絲杠扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計算 (3-13)式中：絲杠平均直徑：絲杠長度扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率： (3-14)式中：運動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量()；絲杠傳上動件的轉(zhuǎn)動慣量()；絲杠的轉(zhuǎn)動慣量()。平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為絲杠轉(zhuǎn)動慣量：顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于1500r/min，可以滿足要求。5、傳動精度計算滾珠絲杠的拉壓剛 (3-15)導(dǎo)軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，l值分別為300mm和100mm。最大與最小機械傳動剛度：最大和最小機械傳動剛度：由于機械傳動裝置引起的定位誤差為： (3-16)對于3級滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)程公

36、差為 ，機床定位精度，所以，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機床定位精度的要求。再加上半閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高。3.4 滾動軸承的校核上節(jié)初選深溝球軸承為6004，所以只需校核此軸承的額定動載荷c。初步計算當量動載荷p由上節(jié)可知，工作臺的總重量為2000n，滾珠絲杠重量估算為100n。由滾珠絲杠工作的條件可知：(為深溝球軸承受力，為角接觸軸承受力)本次設(shè)計中，由于軸向載荷主要由接觸角為60角接觸球軸承承受，所以對于深溝球軸承主要承受的徑向載荷，軸向載荷可忽略不計。故深溝球軸承的當量動載荷為。軸承基本額定動載荷的計算式為 (3-17)式中：軸承的動載

37、荷當量動載荷工作時的溫度系數(shù)；取=1轉(zhuǎn)速；取=1500r/min軸承使用壽命表3.1 推薦的軸承預(yù)期計算壽命機器類型預(yù)期計算壽命短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴重后果，如手動機械等30008000間斷使用的機械，中斷使用后果嚴重，如發(fā)動機輔助設(shè)計、流水作業(yè)線自動傳送裝置、長降機、車間吊車、不常使用的機床等800012000每日8小時工作的機械（利用率較高），如一般的齒輪傳動、某些固定電電動機等1200020000每日8小時工作的機械（利用率不高），如金屬切削機床、連續(xù)使用的起重機、木材加工機械、印刷機械等2000030000由于數(shù)控車床h，所以取=20000由式3-17可知，對于深溝球

38、軸承其載荷-壽命曲線如下圖：圖3.3 軸承的載荷-壽命曲線由圖可知，軸承6004的基本額定動載荷約為，所以深溝球軸承滿足要求。3.5 伺服電機的選擇1、理論動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩查表知3級滾珠絲杠，而 (3-18)2、最大動態(tài)摩擦力矩對于3級滾珠絲杠， (3-19)3、驅(qū)動最大負載所耗轉(zhuǎn)矩 (3-20)4、支承軸承所需啟動扭矩查軸承表：對于內(nèi)徑的軸承，其，則。5、驅(qū)動滾珠絲杠副所需扭矩 6、電機的額定扭矩根據(jù)以上計算的扭矩，選擇電機型號為siemens的1ft5066，其額定轉(zhuǎn)矩為，額定轉(zhuǎn)速為。3.6 滾珠絲杠螺母機構(gòu)1、滾珠絲杠螺母副的工作原理與特點滾珠絲杠螺母副（簡稱滾珠絲杠副）是一種在絲杠與螺母間

39、裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖3.4所示。在絲杠1和螺母3上都裝有半圓弧形的螺旋槽，當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（在圖中4所指的位置），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4。當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母（或絲杠）軸向移動。圖3.4 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)原理與傳統(tǒng)的滑動絲杠螺母副比較，滾珠絲杠螺母副具有以下優(yōu)點：（1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率h=0.920.96，是普通絲杠螺母副的34倍，因此功率消耗只相當于普通絲杠傳動的1/41/3。同時由于發(fā)熱小，因此可實現(xiàn)高

40、速運動。（2）運動平穩(wěn)無爬行。由于摩擦阻力小，動、靜摩擦系數(shù)之差極小，因此運動平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。（3）傳動精度高，反向時無空程。滾珠絲杠副經(jīng)預(yù)緊后，可消除軸向間隙，因而無反向死區(qū)，同時也提高了傳動剛度。（4）磨損小，精度保持性好，使用壽命長。（5）具有運動的可逆性。由于摩擦系數(shù)小，不能自鎖，因而可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母均可作主動件或從動件。2、滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙，其數(shù)值是指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，二者之間的最大軸向竄動量，除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，還包括施加軸向載荷后產(chǎn)生的彈性變形所造成的軸向竄動量。由于

41、存在軸向間隙，當絲杠反向轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生空回誤差，從而影響傳動精度和軸向剛度。通常采用預(yù)加載荷（預(yù)緊）的方法來減小彈性變形所帶來的軸向間隙，以保證反向傳動精度和軸向剛度。但過大的預(yù)加載荷會增大摩擦阻力，降低傳動效率，縮短使用壽命。因此，一般需要經(jīng)過多次調(diào)整，以保證既消除間隙又能靈活運轉(zhuǎn)。調(diào)整時，除螺母預(yù)緊外還應(yīng)特別注意使絲杠安裝部分的間隙盡可能小，并且具有足夠剛度，同時應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法主要有兩種，雙螺母消隙和單螺母消隙。其中常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法包括墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式。單螺母消隙

42、的方法包括單螺母變位螺距預(yù)緊消隙和單螺母螺釘預(yù)緊消隙。本次設(shè)計中采用單螺母變位螺距預(yù)緊消隙的方法。如圖3.5所示，將螺母的內(nèi)螺紋滾道在中部的一圈上，產(chǎn)生一個軸向的導(dǎo)程突變量，從而使左右端滾珠在軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運動平穩(wěn)，特別適用于小型絲杠螺母副，但負荷量須預(yù)先設(shè)定且不能隨意改變。圖3.5 單螺母變位螺距預(yù)緊第4章 導(dǎo)軌的選擇對于數(shù)控機床來說，作為主要支承件的床身至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著機床的各項性能指標。它支承著數(shù)控車床的床頭箱，床鞍，刀架，尾座等部件，承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本

43、；影響著車床各部件之間的相對位置精度和車床在工作中各運動部件的相對運動軌跡的準確性，從而影響著工件的加工質(zhì)量；還影響著車床所用刀具的耐用度，同時也影響著機床的工作效率和壽命等。因此，床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度/質(zhì)量比；良好的動態(tài)性能；較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力；并易于加工制造，裝配等，才能滿足數(shù)控車床對床身的要求。床身與導(dǎo)軌為一體，床身材料的選擇應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和耐磨性，易于鑄造和加工。床身材料采用機械性能優(yōu)良的ht250，其硬度、強度較高，耐磨性較好，具有很好的減震性。車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種?；瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸

44、剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大且磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。在動導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強、低速時不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點，在各類機床上都有應(yīng)用，特別是用在精密、數(shù)控和重型機床的動導(dǎo)軌上。塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對偶摩擦副。機床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機床的加工精度、工作能力和使用壽命。導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。車床的床身導(dǎo)軌屬于進給導(dǎo)軌，進給運動

45、導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌與支承的靜導(dǎo)軌之間的相對運動速度較低。直線運動滑動導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形，并可互相組合。由于矩形導(dǎo)軌制造簡單，能自動剛度高，承載能力大，具有兩個相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝。再將矩形整體傾斜45°后，側(cè)面磨損補償，克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動補償?shù)娜毕荩蛊鋵?dǎo)向性更好。圖5.1為雙矩形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的剛度高，當量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)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(dǎo)軌貼塑料軟帶，是滑動導(dǎo)軌的主要形式。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進行調(diào)整。圖5.2中a由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向，稱為窄式組合；圖b分別由兩條導(dǎo)軌的左、右側(cè)面導(dǎo)向，稱為寬式組合。導(dǎo)軌受熱膨脹時寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。所以，雙矩形導(dǎo)軌窄式組合比寬式用得更多一些。圖4.1 雙矩形導(dǎo)軌圖4.2 雙矩形導(dǎo)軌的兩種形式這種導(dǎo)軌的剛度高，當量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)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(dǎo)軌貼塑料軟帶，是滑動導(dǎo)軌的主要形式。燕尾形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進行調(diào)整。鑲條是用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接