基于MJ-50數(shù)控車床進(jìn)行數(shù)控旋壓機(jī)的改造

1、安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文基于MJ-50數(shù)控車床進(jìn)行數(shù)控旋壓機(jī)的改造系 別 數(shù)控工程系 專 業(yè) 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) 班 級 數(shù)設(shè)3082 姓 名 劉歡 學(xué) 號 1403083068 指導(dǎo)教師 馬進(jìn)中 2010 2011 學(xué)年第 一 學(xué)期開 題 報(bào) 告課題 ：基于MJ-50數(shù)控車床進(jìn)行數(shù)控旋壓機(jī)的改造20世紀(jì)60年代初，為了解決某些產(chǎn)品成形問題，部分軍工部門（例如航空部）開始應(yīng)用旋壓技術(shù)加工諸如飛機(jī)副油箱、發(fā)動機(jī)燃燒室等產(chǎn)品，開始采用自制的非常簡單的旋壓設(shè)備來加工成形制品。這些設(shè)備大多為機(jī)械、手動和簡單液壓裝置。這是國內(nèi)自制的旋壓機(jī)初型。進(jìn)入21世紀(jì)，大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備

2、絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且多數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床，生產(chǎn)裝備和技術(shù)陳舊而落后。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場，軍品和民品市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高旋壓機(jī)的數(shù)控化率。 本文以數(shù)控車床為基礎(chǔ)來進(jìn)行數(shù)控旋壓機(jī)的改造，進(jìn)一步對旋壓機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，并提高自己的動手思考能力和如何在遇到難題時(shí)調(diào)動自己的知識儲備來分析解決難題。指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目錄第一章 概論4 第二章 MJ-50數(shù)控車床簡介 第一節(jié) MJ-50數(shù)控車床概述8第二節(jié) MJ-50數(shù)控車

3、床的加工范圍及特點(diǎn)11 第三節(jié) MJ-50數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)12 第四節(jié) MJ-50數(shù)控車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)及傳動裝置15第三章 總體改造方案18 第四章 改造的實(shí)施 第一節(jié) 主軸脈沖編碼器的運(yùn)用20 第二節(jié) 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及選型21 第三節(jié) 旋輪頭的設(shè)計(jì)26 第四節(jié) 旋輪座的設(shè)計(jì)28 第五節(jié) 旋壓機(jī)主軸裝置設(shè)計(jì)與驅(qū)動功率計(jì)算31 第五章 改造效果35 致謝與心得36 參考文獻(xiàn)37第一章 概論1. 國產(chǎn)旋壓機(jī)床的回顧20世紀(jì)60年代初，為了解決某些產(chǎn)品成形問題，部分軍工部門（例如航空部）開始應(yīng)用旋壓技術(shù)加工諸如飛機(jī)副油箱、發(fā)動機(jī)燃燒室等產(chǎn)品，開始采用自制的非常簡單的旋壓設(shè)備來加工成

4、形制品。這些設(shè)備大多為機(jī)械、手動和簡單液壓裝置。這是國內(nèi)自制的旋壓機(jī)初型。70年代初，冶金部門為了滿足國內(nèi)軍工、化工等部門對大型、高精度薄壁管件以及異型件（錐形件、封頭、曲母形件等）的需求，開始研制大型的臥式、 立式旋壓機(jī)床。隨后，機(jī)械部、兵總、航天、航空等部門先后研制了多臺中、小型筒形件和異形件的旋壓機(jī)床。這些設(shè)備絕大部分為簡單的機(jī)械或液壓仿形旋壓機(jī)床。由于受當(dāng)時(shí)國內(nèi)機(jī)械制造業(yè)水平所限，機(jī)床性能較低。表現(xiàn)在可靠性差， 機(jī)床故障多；液壓等系統(tǒng)的原器件（泵、閥、密封件）質(zhì)量不過關(guān)，各種機(jī)床普遍存在著跑冒滴漏現(xiàn)象；由于電子工業(yè)發(fā)展滯后，機(jī)床的操作系統(tǒng)落后，使旋壓工藝不連貫，旋壓制品質(zhì)量低下；加之研

5、制機(jī)床的技術(shù)人員對工藝不熟，設(shè)計(jì)的機(jī)床有功能不完善的缺陷。針對80年代旋壓機(jī)床在實(shí)際使用過程中暴露的問題，在1987年于桂林召開的“第四屆旋壓技術(shù)交流會”上，筆者再三強(qiáng)調(diào)，旋壓機(jī)床的發(fā)展和進(jìn)步是制約國內(nèi)旋壓技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，要想趕上世界旋壓技術(shù)發(fā)展水平，必須下大力氣解決國內(nèi)設(shè)備研制問題。這個(gè)問題一直講了3屆年會，即10年時(shí)間。80年代后期至90年代末，隨著國內(nèi)各領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各部門陸續(xù)引進(jìn)多臺進(jìn)口旋壓機(jī)床，大多為德國、西班牙、俄羅斯、美國等國家制造。通過對引進(jìn)旋壓設(shè)備的使用、 消化、吸收，各單位反映進(jìn)口機(jī)床的優(yōu)勢為：設(shè)備系列化，使用性能相對穩(wěn)定可靠；機(jī)床制造裝配的專業(yè)化程度較高；控制系統(tǒng)為計(jì)算

6、機(jī)，操作方便；液壓系統(tǒng)穩(wěn)定不漏油；工藝成熟并能與機(jī)床設(shè)計(jì)相結(jié)合?？吹搅藝鴥?nèi)外設(shè)備對比后的差距，國內(nèi)的專家們有了比、學(xué)、趕的目標(biāo)。此后，全國旋壓學(xué)會于1993年第六屆年會、1996年第七屆年會、1999年第八屆年會上，先后推出了幾臺設(shè)計(jì)思想很好旋壓機(jī)床。在這10余年中，國內(nèi)幾家從事旋壓機(jī)床研制的企業(yè)和院所，例如北京航空航天大學(xué)現(xiàn)代所、航空工藝研究所、長春五五所、福州機(jī)械研究院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位先后設(shè)計(jì)制造了多臺水平較高的旋壓機(jī)床，不僅滿足了國內(nèi)的需求，還出口到南亞、東南亞和香港等國家和地區(qū)。2. 國內(nèi)旋壓設(shè)備的水平進(jìn)入21世紀(jì)，縱觀國內(nèi)各機(jī)床企業(yè)、各研究院所以及其它企業(yè)開發(fā)、研制的各種用途用

7、旋壓機(jī)，總體看較80年代制造的設(shè)備有了長足的進(jìn)步，表現(xiàn)為以下幾方面。2.1 旋壓機(jī)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想上明確，特點(diǎn)突出，專業(yè)性較強(qiáng)。例如北京航空航天大學(xué)生產(chǎn)的數(shù)控帶輪旋壓機(jī)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位生產(chǎn)的封頭旋壓機(jī)，航空工藝研究所生產(chǎn)的氣瓶熱收口旋壓機(jī)，兵器總公司長春五五所生產(chǎn)的輪輻旋壓機(jī)等。這些旋壓機(jī)使用過程中的共同特點(diǎn)是實(shí)用性較好，按照產(chǎn)品旋壓過程的特點(diǎn)，吸取了國外設(shè)備先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，又結(jié)合了企業(yè)的生產(chǎn)條件，因此得到國內(nèi)廠家的好評。2.2旋壓機(jī)的控制系統(tǒng)一臺高水平的旋壓機(jī)床，其控制系統(tǒng)均采用了計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，這一特點(diǎn)在幾年前是國內(nèi)制造的設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備重要差距之一。一臺數(shù)控旋壓機(jī)床不僅可以減輕工作人員的

8、勞動強(qiáng)度，在提高旋壓產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和成品率等方面起到關(guān)鍵性的作用，而且對于一些高精度技術(shù)要求和形狀復(fù)雜的旋壓產(chǎn)品，數(shù)控旋壓機(jī)更有其特殊的作用。近年來，一些發(fā)達(dá)國家針對旋壓機(jī)液壓驅(qū)動與數(shù)控加工機(jī)床電機(jī)驅(qū)動二者區(qū)別，開發(fā)了專為電液伺服驅(qū)動的液壓模塊，設(shè)有多項(xiàng)可調(diào)參數(shù)，如PID前饋控制、死區(qū)補(bǔ)償、摩擦力、非線性補(bǔ)償?shù)?。這些參數(shù)顯示在人機(jī)界面上，可通過鍵盤方便地進(jìn)行設(shè)置和修改，與所選用的伺服閥和油缸相匹配，比較容易達(dá)到動-靜特性的要求，克服了旋壓機(jī)由于液壓驅(qū)動帶來的系統(tǒng)剛性差、電液控制閥非線性、液壓元件響應(yīng)頻率低等缺陷，滿足旋壓產(chǎn)品加工的要求。這些控制系統(tǒng)技術(shù)已被國內(nèi)多數(shù)機(jī)床設(shè)計(jì)單位掌握和使用。近年來

9、國內(nèi)的一些旋壓機(jī)床， 控制系統(tǒng)內(nèi)裝PLC，通過分布式輸入輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的采集和控制。系統(tǒng)的操作采用友好的人機(jī)界面，應(yīng)用超薄的TFT彩色監(jiān)視器，所有的機(jī)床參數(shù)、實(shí)時(shí)信息、報(bào)警文本等都可以顯示。字母、數(shù)字、功能鍵可用于編程及設(shè)置。加工程序、子程序、零點(diǎn)偏置等通過操作面板上的按鍵輸入，操作支持則通過軟件及菜單實(shí)現(xiàn)。位置檢測采用光柵尺和編碼器，分辨率達(dá)到了0.001mm?？刂葡到y(tǒng)持續(xù)不斷地對NC、接口控制器和機(jī)床的故障進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)首先中斷加工過程，停止驅(qū)動，故障原因通過報(bào)警信息顯示出來，排除故障后方可運(yùn)行。在采用全閉環(huán)和半閉環(huán)位置控制和速度控制的前提下，采取提高檢測的分辨率以及調(diào)節(jié)放大

10、器PID參數(shù)的方法，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，提高系統(tǒng)的控制精度。2.3 旋壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國內(nèi)旋壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著重考慮了旋壓變形過程中力能參數(shù)的大小和變化規(guī)律， 采用有限元分析的方法科學(xué)地設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)床具有足夠的系統(tǒng)剛度， 從而提高了機(jī)床穩(wěn)定性和機(jī)床的加工精度，特別是核心部件上更是如此。(1) 旋輪座拖板。為了提高其剛度，增加穩(wěn)定性，減小導(dǎo)軌比壓，在可能的情況下適當(dāng)加長了總接觸長度，可獲得較大的安全系數(shù)。為了防止拖板爬行導(dǎo)軌面可采取貼塑措施，并配以良好的潤滑。（2）尾頂系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)盡量考慮在旋壓過程中減小或不承受傾倒力矩。導(dǎo)軌底面可采用鑲銅合金技術(shù)，通過改變摩擦副，能有效地防止導(dǎo)軌面拉

11、傷，減小磨損， 提高使用壽命。（3）床身。床身均采用整體鑄造，導(dǎo)軌采用整體鑲鋼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌用螺釘與床身連接，安裝后整體磨削，表面調(diào)質(zhì)處理，有較高的耐磨性，直線度達(dá)到了0.02mm/m0.03mm/m全長。（5）旋輪安裝。旋輪與軸之間的配合，也采用了特殊的裝置，既保證了旋輪安裝后使用時(shí)能承受較大扭矩，也可減少旋輪退讓量，有的設(shè)計(jì)者在旋輪前部增加一個(gè)輔助支承，該裝置可有效地減少旋輪前軸承的負(fù)荷。（6） 潤滑、冷卻系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末，國內(nèi)設(shè)計(jì)制造的旋壓機(jī)床，對這兩方面的技術(shù)要求都給予了充分的注意和完善的技術(shù)處理。旋壓機(jī)床在加工過程中，各部分受力軸承能得到充分的潤滑；旋壓件在變形過程中，也能得到很

12、好的冷卻，以便及時(shí)帶走旋壓制品塑性變形過程中產(chǎn)生的熱量，保證旋壓生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行和旋壓制品的精度要求。3. 國內(nèi)旋壓機(jī)床的精度20世紀(jì)90年代末至今，經(jīng)對多家企業(yè)設(shè)計(jì)制造的旋壓機(jī)床檢測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，我國的旋壓機(jī)床已達(dá)到較高的精度指標(biāo)。橫向定位精度0.0120.015mm；重復(fù)定位精度0.080.010mm；縱向定位精度0.0120.015mm；重復(fù)定位精度0.0060.008mm；主軸的縱向跳動0.010mm ，主軸端面跳動0.01.mm。總之，經(jīng)過幾十年的努力，國內(nèi)旋壓機(jī)床的設(shè)計(jì)、加工制造、安裝調(diào)試等總體水平已經(jīng)達(dá)到了國外旋壓技術(shù)較發(fā)達(dá)的國家20世紀(jì)90年代的先進(jìn)水平，完全有能力用國產(chǎn)的旋壓設(shè)備

13、裝備國內(nèi)企業(yè)需求的旋壓機(jī)床。4. 旋壓設(shè)備發(fā)展趨勢我國加入WTO后，國外各企業(yè)紛紛到國內(nèi)尋找商機(jī)，將中國視為他們的加工基地和零部件供應(yīng)的合作者，加上國內(nèi)積極擴(kuò)大需求，因此旋壓產(chǎn)品近兩年呈現(xiàn)一片繁榮景象。根據(jù)市場需求，筆者建議從以下幾方面著手開展對旋壓設(shè)備進(jìn)行研發(fā)工作。軍工產(chǎn)品用旋壓設(shè)備需求仍然旺盛由于軍工產(chǎn)品的特殊需要，國內(nèi)仍然需要一批高精度數(shù)控旋壓機(jī)床以滿足軍工產(chǎn)品不斷增長的需求。特別是高精度筒形件旋壓機(jī)床，應(yīng)該能夠加工大口徑、薄壁筒形件。這樣的機(jī)床可用來加工各種口徑的彈體、火箭彈燃燒室、回轉(zhuǎn)加速器轉(zhuǎn)筒、電機(jī)屏蔽套管等產(chǎn)品。近兩年來，軍工企業(yè)進(jìn)口十余臺強(qiáng)力旋壓機(jī)，有的質(zhì)量并不理想，但價(jià)格是國

14、內(nèi)生產(chǎn)的同類機(jī)床的 1.54倍，且售后服務(wù)存在較大的困難。隨著我國軍工產(chǎn)品繼續(xù)發(fā)展，一些大口徑（大于800mm）的高精度、 薄壁管件需求日旺，如果僅僅依靠進(jìn)口，將會受到國外發(fā)達(dá)國家的限制。筆者建議，國內(nèi)有實(shí)力的大機(jī)床公司屬下的研發(fā)單位應(yīng)為我國的軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，設(shè)計(jì)制造出我國自己的高水平旋壓機(jī)床。專用的旋壓機(jī)床需求量大國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，各種行業(yè)的零部件加工需求非常迫切。以汽車用旋壓帶輪為例，近年來每年增加設(shè)備20余臺，帶輪產(chǎn)品數(shù)百萬件，仍然供不應(yīng)求，也有大量國外的訂單。此外，風(fēng)機(jī)翻邊專業(yè)機(jī)床、封頭專用機(jī)、燈具專用機(jī)等都需求旺盛。多功能旋壓機(jī)床的應(yīng)用一種形如切削加工中心的旋壓機(jī)床也是目前企

15、業(yè)所需求的。與其他旋壓機(jī)床相比其旋輪座不是一個(gè)旋輪，而是多個(gè)旋輪，也可稱為是一個(gè)工具庫（旋輪庫）。在這臺機(jī)床上可對工件進(jìn)行旋薄、翻邊、收口、搭接、縮頸、整形等多項(xiàng)成形。這些變形過程在計(jì)算機(jī)的控制和操作下，調(diào)動了不同用途的旋輪在短時(shí)間內(nèi)可成形一個(gè)形狀非常復(fù)雜的零件。節(jié)約了工時(shí)和原材料，由于是一次裝卡，也可成形一個(gè)高精度產(chǎn)品。5. 旋壓機(jī)床數(shù)控改造的必要性我國旋壓機(jī)總量幾百臺，而其中數(shù)控機(jī)床非常少。大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且多數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床，生產(chǎn)裝備和技術(shù)陳舊而落后。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國

16、內(nèi)市場，軍品和民品市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高旋壓機(jī)的數(shù)控化率。 改造成的數(shù)控旋壓機(jī)投入使用后，系統(tǒng)操作靈活，使用方便，加工功能增強(qiáng)，適合于較為復(fù)雜型面工件的加工，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工精度。第一章 MJ-50數(shù)控車床簡介MJ-50數(shù)控車床配有或等數(shù)控系統(tǒng)，可完成零件內(nèi)外圓柱面、圓錐面、螺紋表面、成形回轉(zhuǎn)體表面等的加工，對于盤類零件能進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔等加工。機(jī)床還可以完成車端面、切槽、倒角等加工。在加工時(shí)，通過主軸和刀架運(yùn)動的相互配合來完成對工件的車削加工。其加工的尺寸精度可以打到IT5IT6，加工的表面粗糙度可以達(dá)

17、到Ra1.6um一下。由于數(shù)控車床具有加工靈活、通用性強(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點(diǎn)，能夠滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和多品種、小批量、生產(chǎn)自動化的要求，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，例如汽車制造廠、發(fā)動機(jī)制造廠等。第一節(jié) MJ-50數(shù)控車床的組成和主要技術(shù)參數(shù)1機(jī)床的組成圖1 MJ-50數(shù)控車床外觀圖圖1中，床身14為平床身，床身導(dǎo)軌面上承著30°傾斜布置的滑板13，排屑方便。導(dǎo)軌的橫截面為矩形，支撐剛性好，且導(dǎo)軌上配置有導(dǎo)軌防護(hù)罩8.床身的左上方安裝有主軸箱4，主軸由電動機(jī)經(jīng)1：1帶傳動直接驅(qū)動主軸，結(jié)構(gòu)十分簡單。為了快速而省力地裝夾工件，主軸卡盤3的夾緊與松開是由主軸尾端的液壓缸來

18、控制的。床身右上方安裝有尾座12.該機(jī)床有兩種可配置的尾座，一種是標(biāo)準(zhǔn)尾座，另一種是液壓尾座?；宓膬A斜導(dǎo)軌上安裝有回轉(zhuǎn)刀架11，其刀盤上有10個(gè)工位，最多安裝10把刀具?；迳戏謩e安裝有X軸和Z軸的進(jìn)給傳動裝置。根據(jù)用戶的需要，主軸箱前端面上可以安裝對刀儀2，用于機(jī)床的機(jī)內(nèi)對刀。檢測刀具時(shí)，對刀儀轉(zhuǎn)臂9擺出，其上端的接觸式傳感器測頭對所用刀具進(jìn)行檢測。檢測完成后，對刀儀轉(zhuǎn)臂擺回圖1所示的原位，且測頭被鎖在對刀儀防護(hù)罩7中。10是操作面板，5是機(jī)床防護(hù)門，可以配置手動防護(hù)門，也可以配置氣動防護(hù)門。液壓系統(tǒng)的壓力由壓力表6顯示。1是主軸卡盤夾緊與松開的腳踏開關(guān)。2機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù) 允許最大工件

19、回轉(zhuǎn)直徑 500mm 最大切削直徑 310mm 最大切削長度 650mm 主軸轉(zhuǎn)速范圍 35-3500r/min（連續(xù)無級） 其中恒扭矩范圍 35-437 r/min 其中恒功率范圍 437-3500 r/min 主軸通孔直徑 80mm 拉管通孔直徑 65mm 刀架有效行程 X軸182mm；Z軸675mm 快速移動速度 X軸10 m/min；Z軸15 m/min 安裝刀具數(shù) 10把 刀具規(guī)格 車刀25mmX25mm；鏜刀桿12mm-45mm 選刀方式 刀盤就近轉(zhuǎn)位 分度時(shí)間 單步0.8s；180°2.2s 尾座套筒直徑 90mm 尾座套筒行程 130mm 主軸調(diào)速電動機(jī)功率 11/1

20、5kW（連續(xù)/30min超載） 進(jìn)給伺服電動機(jī)功率 X軸0.9kW（交流）；Z軸1.8kW（交流） 機(jī)床外形尺寸（長X寬X高） 2995mmX1667mmX1769mm3. 數(shù)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)FANUC-0TE系統(tǒng)的主要技術(shù)規(guī)格見表第二節(jié) MJ-50車床的加工范圍及特點(diǎn)1加工范圍MJ-50車床的工藝范圍很廣，它能完成車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車削端面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。特別適應(yīng)于加工形狀復(fù)雜的軸類或盤類零件。其典型表如圖1所示。MJ-50車床主運(yùn)動由工件隨主軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，而進(jìn)給運(yùn)動由刀架的橫向動來完成。由

21、于機(jī)械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。車床的工藝范圍又較廣泛，因此MJ-50車床使用十分廣泛。圖2 車床加工的典型零件2MJ-50車床的加工特點(diǎn)1）加工范圍較大。 2）加工時(shí)，主運(yùn)動是工件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動是刀具的縱向和橫向移動。3）正常情況下，在車削加工過程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。 4）在車削加工過程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以MJ-50車床在加工過程中一般可以不使用切削液。第三節(jié) MJ-50數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)1、主運(yùn)動傳動系統(tǒng)圖3 MJ-50數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)圖MJ-50數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)如

22、圖3所示。其中住運(yùn)動傳動系統(tǒng)由功率為11KW的主軸調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)一級1：1的帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，使主軸在35-3500r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，主軸向內(nèi)部省去了齒輪傳動變速機(jī)構(gòu)，因此減少了齒輪傳動對主軸精度的影響，并且維修方便。2.主軸箱結(jié)構(gòu) （1）主軸箱結(jié)構(gòu) MJ-50數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)如圖4所示。主軸電動機(jī)通過帶輪15將運(yùn)動傳給主軸7。主軸有前后兩個(gè)支承，前支承由一個(gè)圓錐孔雙列圓柱滾子軸承11和一對角接觸球軸承10組成，軸承11用來承受徑向載荷，兩個(gè)角接觸球軸承，用來承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支承的間隙用螺母8來調(diào)整，螺釘12用來防止螺母8回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列

23、圓柱滾子軸承14，軸承間隙由螺母1和6來調(diào)整。螺釘17和13是分別用來防止螺母1和6回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適應(yīng)高速大載荷的需要。主軸的運(yùn)動經(jīng)過同步帶輪16和3一級同步帶2帶動脈沖編碼器4，使其與主軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)。脈沖編碼器4用螺釘5固定在主軸箱體9上。圖4 MJ-50數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)簡圖（2）液壓卡盤結(jié)構(gòu)如圖5(a)所示，液壓卡盤固定安裝在主軸前端，回轉(zhuǎn)液壓缸1與接套5用螺釘7連接，接套通過螺釘與主軸后斷面連

24、接，使回轉(zhuǎn)液壓缸隨主軸一起轉(zhuǎn)動?？ūP的夾緊與松開由回轉(zhuǎn)液壓缸通過一根空心拉桿2來驅(qū)動，拉桿后端與液壓缸內(nèi)的活塞6用螺紋連接，連接套3的兩端螺紋分別與拉桿2和滑套4連接。圖4（b）為卡盤內(nèi)楔形機(jī)構(gòu)示意圖，當(dāng)液壓缸內(nèi)的壓力油推動活塞和拉桿向卡盤方向移動時(shí)，滑套4向右移動，由于滑套上楔形槽的作用，使得卡爪座11帶著卡爪12沿徑向向外移動，則卡盤松開。反之液壓缸內(nèi)的壓力油推動活塞和拉桿想主軸后端移動時(shí)，通過楔形機(jī)構(gòu)，使卡盤夾緊工件?？ūP體9用螺釘10固定安裝在主軸前端。8為回轉(zhuǎn)液壓缸箱體。圖5 液壓卡盤結(jié)構(gòu)簡圖第四節(jié) MJ-50數(shù)控車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)及傳動裝置1、進(jìn)給傳動系統(tǒng)如圖3所示，MJ-50數(shù)控

25、車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)分為X軸進(jìn)給傳動和Z軸進(jìn)給傳動。X軸進(jìn)給由功率為0.9KW的交流伺服電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)20/24的同步帶輪傳動到滾珠絲杠上螺母帶動回轉(zhuǎn)刀架移動，滾珠絲杠螺距為6mm。Z軸進(jìn)給也是由交流伺服電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)24/30的同步帶輪傳動到滾珠絲杠，其上螺母帶動滑板移動。該滾珠絲杠螺距為10mm，電動機(jī)功率為1.8KW。2、進(jìn)給系統(tǒng)傳動裝置 圖6是MJ-50數(shù)控車床X軸進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。如圖6（a）所示，AC伺服電動機(jī)15經(jīng)同步帶輪14和10以及同步帶12帶動滾珠絲杠6回轉(zhuǎn)，其上螺母7帶動（圖6（b）所示）刀架21沿滑板1的導(dǎo)軌移動，實(shí)現(xiàn)X軸的進(jìn)給運(yùn)動。電動機(jī)軸與同步帶輪14用鍵13連接。

26、滾珠絲杠有前后兩個(gè)支承。前支承3由三個(gè)角接觸球軸承組成其中一個(gè)軸承大口向前，兩個(gè)軸承大口向后，承受雙向載荷。前支承的軸承由螺母2進(jìn)行預(yù)緊。其后支承為一對角接觸球軸承9，軸承大口相背放置，由螺母11進(jìn)行預(yù)緊。這種絲杠兩端固定的支承形式，其結(jié)構(gòu)和工藝都較復(fù)雜，但是可以保證和提高絲桿的軸向剛度。脈沖編碼器16安裝在伺服電動機(jī)的尾部。圖6中5和8是緩沖塊，在出現(xiàn)意外碰撞時(shí)起保護(hù)作用。 A-A剖面圖表示滾珠絲杠前支承的軸承座4用螺釘20固定在滑板上?；鍖?dǎo)軌如B-B剖面圖所示為矩形導(dǎo)軌，鑲條17、18、19用來調(diào)整刀架與滑板導(dǎo)軌的間隙。 圖6（b）中22為導(dǎo)軌護(hù)板，26、27為機(jī)床參考點(diǎn)限位開關(guān)和撞塊。

27、鑲條23、24、25用于調(diào)整滑板與床身導(dǎo)軌的間隙。 因?yàn)閾Q班頂面導(dǎo)軌與水平面傾斜30°，回轉(zhuǎn)刀架的自身重力使其下滑，滾珠絲杠和螺母不能以自鎖阻止下滑，故機(jī)床依靠AC伺服電動機(jī)的電磁制動來實(shí)現(xiàn)自鎖。圖6 MJ-50數(shù)控車床X軸進(jìn)給傳動裝置的結(jié)構(gòu)簡圖3、Z軸進(jìn)給傳動裝置圖 7是MJ50數(shù)控車床Z軸進(jìn)給傳動裝置簡圖。如圖7（a）所示AC伺服電動機(jī)14經(jīng)同步帶輪12和2以及同步帶11傳動到滾珠絲杠5，由螺母4帶動滑板連同刀架沿床身13的矩形導(dǎo)軌移動（見圖7b）。實(shí)現(xiàn)Z軸的進(jìn)給傳動。如圖7（b）所示電動機(jī)軸與同步帶輪12之間用錐環(huán)無鍵聯(lián)接，局部放大視圖中19和20是錐面相互配合的內(nèi)外錐環(huán)，當(dāng)擰

28、緊螺釘17時(shí)，法蘭18的端面壓迫外錐環(huán)20，使其向外膨脹，內(nèi)錐環(huán)19受力后向電動機(jī)軸收縮，從而使電動機(jī)與同步帶輪連接在一起。這種連接方式無需在被連接件上開槽，而且兩錐環(huán)的內(nèi)外圓錐面緊壓后，使連接配合面無間隙，對中性較好。選用錐環(huán)對數(shù)的多少，取決于所傳遞扭矩的大小。滾珠絲杠的左支承由三個(gè)角接觸球軸承15組成，其中右邊兩個(gè)軸承與左邊一個(gè)軸承的大口相對布置，由調(diào)整螺母16進(jìn)行預(yù)緊。如圖7（a）所示，滾珠絲杠的右軸承？為一個(gè)圓柱滾子軸承，只用于承受徑向載荷，軸承間隙用調(diào)整螺母8來調(diào)整。滾珠絲杠的支承形式為左端固定，右端浮動，留有絲杠受熱膨脹后軸向伸長的余地。3和6為緩沖擋塊，起超程保護(hù)作用。B向視圖中

29、的螺釘10將滾珠絲杠的右支承座9固定在床身13上。如圖7（b）所示，Z軸進(jìn)給裝置的脈沖編碼器1與滾珠絲杠5相連接，直接檢測絲杠的回轉(zhuǎn)角度，從而提高系統(tǒng)對Z向進(jìn)給的精度控制。圖7 MJ-50數(shù)控車床Z軸進(jìn)給傳動裝置簡圖第三章 改造的總體方案一、改造的內(nèi)容 （1）旋壓機(jī)縱橫方向走刀量的控制；（2）對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；（3）結(jié)合加工工藝要求進(jìn)行重要元件的更換；（4）對機(jī)械部分重要部位進(jìn)行替換。二、改造的基本原則確定具體改造方案的基本原則是：在滿足使用要求的前提下對機(jī)床的改動盡可能少，以降低成本、增強(qiáng)抗干擾性。三、改造的總體方案 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，依據(jù)工藝要求和被改機(jī)床的完

30、好程度，可采用不同的改造方案。1、機(jī)械改造改造成的數(shù)控旋壓機(jī)，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動態(tài)剛度；運(yùn)動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。（1）滑動導(dǎo)軌副對數(shù)控旋壓機(jī)來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通旋壓機(jī)導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。（2）滾珠絲杠絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，

31、壽命長；啟動力矩和運(yùn)動時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。2、主軸驅(qū)動改造選型根據(jù)旋壓工藝的要求，主軸一般都設(shè)計(jì)成無級調(diào)速。對于交流主軸電機(jī)，采用變頻調(diào)速控制。如西門子6SE70矢量控制三相交流電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，其調(diào)速和起制動性能好，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。對于直流主軸電機(jī)，如采用西門子6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置代替原有的調(diào)速系統(tǒng)。6RA70是三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，用于直流電機(jī)電樞和勵(lì)磁供電完成調(diào)速任務(wù)。這一裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需

32、要其它的任何附加設(shè)備即可完成參數(shù)的設(shè)定，并且所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實(shí)現(xiàn)。3、數(shù)控及進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外聞名公司的如德國SIEMENS公司、法國NUM公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求等具體情況進(jìn)行選擇（1）交/直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)

33、系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。比如西門子的1FT5、1FT6交流伺服電機(jī)，穩(wěn)定可靠，伺服性能好。（2）異步電動機(jī)或直流電機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)。（3）伺服閥/伺服油缸，光柵測量反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)在行程較短，旋壓力要求大的場合，由伺服閥，伺服油缸組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇。四、進(jìn)給系統(tǒng)改造的要求

34、具有較高的定位精度、有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應(yīng)要好、穩(wěn)定性要好，為了確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的傳動精度和工作穩(wěn)定性。要求進(jìn)給系統(tǒng)達(dá)到無間隙、低慣量、高剛度和高諧頻率以及適應(yīng)的阻尼等。第四章 改造的實(shí)施第一節(jié) 主軸脈沖編碼器的運(yùn)用一、主軸脈沖編碼器的概述脈沖編碼器又稱脈沖發(fā)生器，它是一種直接用數(shù)字代碼表示角位移及線位移的檢測器。能把機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床上使用廣泛的位置控制裝置。脈沖編碼器控制方式的特點(diǎn)：1）控制方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動力矩小。2）由于光電交換器性能的提高，可得到較快的響應(yīng)速度。3）由于照像腐蝕技術(shù)的提高，可以制造高分辨率、高精度的光電盤，母盤制

35、作后，復(fù)制很方便，且成本底。4）抗污染能力差，容易損壞。二、加工過程中編碼器的作用雖然主軸的轉(zhuǎn)速由機(jī)械控制，但在車螺紋加工中必須知道主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸計(jì)算進(jìn)給速度。必須在主軸上安裝光電編碼器，光電編碼器通常與主軸直接聯(lián)結(jié)（傳動比1：1），為保證切削螺紋的螺距準(zhǔn)確，要求主軸轉(zhuǎn)一周工作臺移動一個(gè)導(dǎo)程，必須有固定的起刀點(diǎn)的退刀點(diǎn)。安裝在軸上的光電編碼器在切削螺紋時(shí)就可解決主軸旋轉(zhuǎn)與坐標(biāo)軸進(jìn)給的同步控制。保證主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具準(zhǔn)確地移動一個(gè)導(dǎo)程。此外，螺紋加工要經(jīng)過幾次切削才能完成，每次重復(fù)切削時(shí)，開始進(jìn)刀的位置必須相同。為了重復(fù)切削不亂牙，數(shù)控系統(tǒng)在接收到光電編碼器的一轉(zhuǎn)脈沖才開始螺紋切削的計(jì)算。其

36、傳動路線是：主軸齒輪副脈沖編碼器數(shù)控裝置步進(jìn)電動機(jī)縱、橫向進(jìn)給。三、編碼器的選擇根據(jù)加工精度的要求，選擇了長春第一光學(xué)儀器廠leelf型編碼器（每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為1200個(gè)）。第二節(jié) 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及選型1、滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠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8所示。為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?將滾珠3引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。圖8 滾珠絲杠副1-壓塊 2-擋珠器 3-滾珠 4-螺紋滾道 5-回路管道 6-螺母

37、 7-絲杠（1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點(diǎn)：傳動效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率=0.920.94，是普通滑動絲杠的34倍（=0.200.40）。摩擦力小 因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運(yùn)動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。可預(yù)緊 經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動，也可將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。使用壽命長 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達(dá)60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用

38、壽命長。 因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以進(jìn)給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （2）、 滾珠絲杠副的缺點(diǎn)是：制造工藝復(fù)雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復(fù)雜。不能實(shí)現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。2、滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。3、滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要

39、。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測出具體的間隙所在。珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負(fù)載必小于滾珠絲杠的額定動負(fù)載Cm(N)即必須滿足C<Cm。4、滾珠絲杠的承載能力的計(jì)算選擇縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里Fm又因?yàn)镕m=KFf+f(Fc+w) 式中Ff、Fp、Fc切削分力（N）K顛覆里矩影響取K=1.15F導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f=0.16W移動部件的重量（N） 代入式中：Fm=kFf+f(fc+w)=1.15×1684.8+0.16×(28

40、08+800)=2514.8Na、壽命L 最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/21/5（取為1/2），縱向最大進(jìn)給速度為0.6m/min,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=絲杠使用壽命時(shí)間一般為15000h，則絲杠的計(jì)算壽命L為L=b、載荷Cm 當(dāng)量動載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動載荷Cm式中：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)精度系數(shù) =14908.11N根據(jù)C<Cm的原則，查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，（P12-21）

41、選取滾軸絲桿的型號為：CMD4006-2.5E左，坐標(biāo)直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈2.5列。滾珠直徑為39.69mm，導(dǎo)程為6mm，摩擦級選用5級，螺紋升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/×40）=arctg0.047=.C、傳動功率 滾軸絲桿副的傳動功率為：=tgr/tg（r+）=0.94式中：r絲杠的螺紋升角摩擦角。滾動絲桿副的滾動摩擦因數(shù)f=0.003，摩擦角約等于10所以=10d、穩(wěn)定性驗(yàn)算臨界壓縮載荷，對于受壓的細(xì)長的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時(shí)是否會產(chǎn)生縱向彎曲。式中 E絲桿材料彈性量，對綱E=2.06×10N/

42、mL絲杠兩支承端距離（m），L=1.5m;f絲杠的支承方式系數(shù)，f=2.00f許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，f=3I絲杠截面慣性矩（m）I= = =0.001md絲杠螺紋底徑（m），d=d-1.02d=40-1.02×3.969=36.02mm.=2256.75Ne、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動平穩(wěn)性，因此驗(yàn)算滿載時(shí)候的軸向變形量。（1）、絲杠的拉伸或壓縮變形量。在總變形量中占的比重教大式中-滾珠絲杠支撐間的受力長度(mm)-滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm)-在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量(mm)又式中-軸向平衡載荷-材料彈性模量 鋼=-滾珠絲杠橫截面積 A=mm“+”號用

43、于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為。（2）、滾珠與螺紋接觸變形量，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時(shí)，之值可減少一半，又式中 軸向工作載荷（N）預(yù)緊力滾珠直徑滾珠數(shù)量其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)外循環(huán)Z=d-滾珠絲杠公稱直徑= 據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為: =0.009（3）、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d =35mm，滾球直徑滾動體數(shù)量=18 軸承的軸向接觸變形為：mm因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量mm注意單位為k總變形量=+

44、=0.0044+0041+0.003758=0.012258又有前面已知條件可得：0.012258mm0.015mm的定位精度。符合要求。第三節(jié) 旋輪頭的設(shè)計(jì)一、旋壓力的計(jì)算旋壓力指毛坯對旋輪的接觸反力。機(jī)床作用力則應(yīng)加上具體操縱機(jī)構(gòu)的摩擦力和損耗，通常可達(dá)旋壓力的100-150。旋壓力是選擇旋壓成形設(shè)備的依據(jù)，也是影響旋壓件成形質(zhì)量的重要工藝參數(shù)之一。所設(shè)計(jì)的旋壓機(jī)床主要用于加工口部直徑達(dá)600 mm、高度為700mm的大型杯形件。杯形件材料為防銹鋁LF21，底部厚度為6 mm、壁厚t為3 mm，如圖9所示。所使用的毛坯直徑達(dá)1200 mm，厚度為6 mm。因該杯形件底部與壁部厚度不一樣，現(xiàn)

45、為其成形制定了兩條工藝路線：(1)先采用錐形件剪切旋壓其壁部減薄，錐角為30°，再采用普通旋壓使其成形；(2)先采用普通旋壓毛坯變成筒型，再用流動旋壓使其壁部減薄。圖9 杯形件簡圖與變薄旋壓相比，普通旋壓所需的旋壓力較小?，F(xiàn)計(jì)算剪切旋壓和流動旋壓所需的旋壓力，以此來設(shè)計(jì)旋壓設(shè)備。1、剪切旋壓力計(jì)算據(jù)工程計(jì)算法，簡化后切向分力與三向投影面積之間的關(guān)系如下：切向分力：軸向分力和徑向分力根據(jù)軸向、徑向和切向三向投影面積的比例求出，即：，其中，。根據(jù)幾何關(guān)系可得到三向投影接觸面積的公式：切向接觸面積：；徑向接觸面積：；軸向接觸面積：式中：f為旋輪進(jìn)給比；為坯料壁厚(mm)；為真實(shí)應(yīng)力(MPa

46、)；為旋輪圓角半徑(mm)；為芯模半錐角(°)；為變形區(qū)工件半徑(mm)，其中，和分別為工件變形前后半徑；為變形區(qū)在工件截面內(nèi)的夾角(rad)。根據(jù)以上式子代人工件的各個(gè)參數(shù)：=15mm，f=1 mm，=30°，=600 mm，=500 MPa，=6mm，=0.08 rad，得三向投影接觸面積為： 求解三向旋壓分力得：2、流動旋壓力計(jì)算杯形件流動旋壓的應(yīng)力和變形狀態(tài)較復(fù)雜，流動旋壓力計(jì)算繁瑣。根據(jù)工程實(shí)用要求，可簡化計(jì)算。旋壓力的計(jì)算依據(jù)三向投影接觸面積，每個(gè)旋輪的三向旋壓分力R，R，R的計(jì)算公式如下：式中：m為旋輪的個(gè)數(shù)；為材料平均應(yīng)力(MPa)；為旋輪直徑(mm)；為旋

47、輪工作角(°)。已知：=6mm，f=1mm，=245mm，=25°，=200 MPa，m =1。求解三向旋壓分力得：。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，考慮到具體操縱機(jī)構(gòu)的摩擦力和損耗通?？蛇_(dá)旋壓力的100150和不同工藝參數(shù)對旋壓力的影響，將旋輪座的進(jìn)給力設(shè)計(jì)為：縱向進(jìn)給力為60 kN，徑向進(jìn)給力為60 kN。二、旋輪頭結(jié)構(gòu)形式與軸承配置考慮避免發(fā)生干涉，采用單支架懸臂梁支承結(jié)構(gòu)，通過加大軸承尺寸系列來提高其承載能力，內(nèi)部采用常用的旋輪與轉(zhuǎn)軸組裝在一起的結(jié)構(gòu)。由于所設(shè)計(jì)的旋輪座，其徑向和縱向旋壓力均達(dá)到60 kN，屬于中型旋壓機(jī)床，故此將承受徑向力和軸向力的軸承分開來考慮，軸向旋壓力由推

48、力軸承承受，徑向力由向心軸承承受，軸承配置如圖10所示圖10 旋輪頭結(jié)構(gòu)在旋輪軸兩端分別配置圓錐滾子軸承與圓柱滾子軸承，其中：圓柱滾子軸承用于承受徑向載荷；圓錐滾子軸承則能承受較大的徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷，其承受的軸向載荷主要是旋輪反旋時(shí)的軸向旋壓力。在旋輪軸中間配置單向推力球軸承，用于承受旋輪正旋時(shí)的軸向旋壓力。第四節(jié) 旋輪座的設(shè)計(jì)1、旋輪座的基本結(jié)構(gòu)旋輪座是用來安裝旋輪頭并使旋輪按照工藝過程的要求實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速行程，即完成旋壓成形的基本運(yùn)動循環(huán)的部件，對旋壓機(jī)的應(yīng)用范圍、加工精度、生產(chǎn)率和使用的方便程度等都有直接的影響。為此，旋輪座應(yīng)滿足以下的要求：(1)滿足旋壓工藝過程所提出的要求

49、；(2)要求旋輪在旋輪座上相應(yīng)的裝夾部位能牢固安裝，并且比較方便，有時(shí)還要求在安裝時(shí)可以精確調(diào)整其位置；(3)旋輪座的整個(gè)部件應(yīng)具有足夠的剛度，保證必要的加工精度和避免產(chǎn)生振動現(xiàn)象；(4)運(yùn)動精度應(yīng)該高；(5)要求操作方便和安全。旋輪座的橫向、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)多采用滾珠絲桿驅(qū)動，使其有足夠的旋壓力，以克服較大的徑向和軸向旋壓分力，并能進(jìn)行平穩(wěn)的調(diào)速，保證精度，滿足工藝要求。所設(shè)計(jì)的旋輪座機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖11所示圖11 旋輪座的結(jié)構(gòu)整個(gè)旋輪座分兩層結(jié)構(gòu)，縱向滑架通過直線導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)在基座上的縱向進(jìn)給，橫向滑架通過直線導(dǎo)軌副在縱向滑架上實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給。進(jìn)給動力由伺服電機(jī)帶動滾珠絲桿提供。旋輪頭與旋輪頭支承是通

50、過燕尾槽聯(lián)接并由液壓頂緊裝置頂緊固定。旋輪頭支承通過螺釘與橫向滑架聯(lián)接，并用圓柱銷定位。2、直線導(dǎo)軌副的選用機(jī)床導(dǎo)軌的作用：是使機(jī)床運(yùn)動部件沿一定運(yùn)動軌跡運(yùn)動，它是機(jī)床主要基本結(jié)構(gòu)要素之一。機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，從類型上仍是滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。為提高機(jī)床的伺服進(jìn)給的精度和定位精度，數(shù)控機(jī)床使用導(dǎo)軌都具有較低的摩擦系數(shù)和有利于消除低速爬行的摩擦特性。機(jī)床導(dǎo)軌一般分為：滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌機(jī)床對導(dǎo)軌的要求（1）、導(dǎo)向精度高 導(dǎo)向精度是指機(jī)床的運(yùn)動部件沿導(dǎo)軌移動時(shí)的直線性和與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。無論在空載或切削狀態(tài)下

51、都應(yīng)有足夠的導(dǎo)向精度。影響導(dǎo)軌精度的主要原因除制造精度外，還有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形等。（2）、耐磨性好 導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長期使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)к壴诠ぷ鬟^程中有磨損，故應(yīng)力求減小磨損量，并在磨損后能自動補(bǔ)償或便于調(diào)整。（3）、足夠的剛度 導(dǎo)軌受力變形會影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對位置，故要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為了減輕或平衡外力的影響，數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸提高剛度。（4）、低速運(yùn)動平穩(wěn)性 應(yīng)使導(dǎo)軌的摩擦阻力小，運(yùn)動輕便，低速運(yùn)動時(shí)無爬行現(xiàn)象。（5）、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好 所設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌應(yīng)使制造和維修方便，在使用時(shí)便于調(diào)整和維護(hù)。（6）、而對于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌則應(yīng)有更高要求。高速進(jìn)給時(shí)不振動，低速進(jìn)給時(shí)不爬行，有高的運(yùn)動靈敏性；能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性好，精度保持性好等。數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，從類型上仍是滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。為提高機(jī)床的伺服進(jìn)給的精度和定位精度。滾動直線導(dǎo)軌副實(shí)際使用大約有20年，作為一種新型的滾動功能部件，已被廣泛應(yīng)用于精密儀器、數(shù)控機(jī)床等方面。對滾動直線導(dǎo)軌副最重要的是要了解其負(fù)荷性能，如果知道載荷分布狀態(tài)，就可以估算滾動直線導(dǎo)軌副的靜動負(fù)荷能力、運(yùn)行壽命和可靠性。在計(jì)算導(dǎo)軌的載荷時(shí)，可建立如圖12所示的系統(tǒng)。系統(tǒng)上作用有如下