數(shù)控車床的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

1、鄭州華信學(xué)院畢業(yè)論文題目：數(shù)控車床的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：*所在院系：機(jī)電工程學(xué)院所學(xué)專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)指導(dǎo)老師：曲全鵬所在班級(jí)：* 鄭州華信學(xué)院畢業(yè)論文摘 要數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numerical control，簡稱NC）機(jī)床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動(dòng)裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縱向機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，其中還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) AbstractMake a su

2、mmary: The numerically controlled lathe calls digital control (Numerical control , shorter form NC) a machine tool. That it has been digital control-based , has adopt the numerical control technology, is that a dress has controlling the systematic machine tool by program. It is from the lead plane ,

3、 CNC , driving device, numerical control machine tool auxiliary device , what programming machine and their his some subsidiary equipment is composed of. Design designing that the mechanical drive including a machine tool betokens motion system this time, longitudinal mechanical drive feeds systemat

4、ic motion design ,Keywords: Numerically controlled lathe mechanical drive system betokens systematic feed drive of motion system目 錄1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史12數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)12.1與普通車床相比，數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)有以下特點(diǎn)12.2數(shù)控車床主軸變速方式12.3主軸組件22.4主軸22.5主軸軸承33. 主軸組件的潤滑與密封33.1主軸潤滑33.2主軸的密封34.主軸的準(zhǔn)停44.1概述44.2電機(jī)與絲杠之間的聯(lián)接54.3滾珠絲杠螺母副54.4滾珠絲杠螺母副軸向間

5、隙的調(diào)整74.5滾珠絲杠的支承方式84.6制動(dòng)裝置94.7滾珠絲杠的保護(hù)95.機(jī)床數(shù)控化改造的必要性105.1微觀看改造的必要性105.2宏觀看改造的必要性105.3車床改造的效益分析11結(jié)束語12致 謝13參考文獻(xiàn)14 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。2數(shù)控

6、車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)是指數(shù)控機(jī)床的工運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。主運(yùn)動(dòng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)切削的最基本的運(yùn)動(dòng)。在切削過程個(gè)，主運(yùn)動(dòng)為切除丁什毛坯卜多余的金屬提供所需的切削速度和動(dòng)力，是切削過程中速度最高、消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)。土運(yùn)動(dòng)也是切削加獲得要求的表c幣形狀所必需的成形運(yùn)動(dòng)。2.1與普通車床相比，數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)有以下特點(diǎn)2.1.1所選用數(shù)控機(jī)床電動(dòng)機(jī)的區(qū)別目前數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)已不再采用普通的交流異步電動(dòng)機(jī)或傳統(tǒng)的自流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它們已逐漸被新型的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)和直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)所代替。 2.1.2數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)速高，功率大數(shù)控機(jī)床和上傳動(dòng)系統(tǒng)能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行人功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率切削

7、。 2.1.3變速范圍：轉(zhuǎn)速高、功率大這能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高速大功率切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工.2.1.4 數(shù)控機(jī)床主軸速度的變換迅速、可靠數(shù)控機(jī)床的變速是按照摔制指令自動(dòng)進(jìn)行的因此變速必須適應(yīng)門動(dòng)操作的要求。目前直流利交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，不儀能方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍的尤級(jí)變速，而且減少丁中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。2.2數(shù)控車床主軸變速方式目前，主傳動(dòng)系統(tǒng)大致可分為以下大類。2.2.1帶有變速齒輪的主傳動(dòng)如圖3-1a）所示，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，以滿足主軸低速時(shí)對(duì)扭矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級(jí)變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸

8、和撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。 2.2.2通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖3-1b）所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，由交流電機(jī)通過V帶直接帶動(dòng)主軸。這種傳動(dòng)方式可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)與噪聲，但只能適用于低扭矩特性要求的主軸。 2.2.3調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖3-1c）所示，這種主傳動(dòng)方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。圖3-1 主傳動(dòng)型式2.3主軸組件 數(shù)控車床主軸部件是影響機(jī)床加工精度的主要部件，它的回轉(zhuǎn)精度，影響工件的加工精度；它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度，影響加工效率；它的自動(dòng)變速、準(zhǔn)停、換刀等，影響機(jī)床

9、的自動(dòng)化程度。因此，要求主軸部件具有與本機(jī)床工作性能相適應(yīng)的高的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、耐磨性和低的溫升；在結(jié)構(gòu)上，必須很好地解決刀具或工件的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調(diào)整、潤滑密封等問題 2.3.1主軸組件的類型 主軸組件按運(yùn)動(dòng)方式可分為五類: 只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸組件。此類主軸結(jié)構(gòu)較為簡單，如車床、銑床和磨床的主軸組件。 既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。如鉆床和鏜床等的主軸組件。其主軸組件與軸承裝在套筒內(nèi)，主軸在套筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，套筒在主軸箱的導(dǎo)向孔內(nèi)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有軸向調(diào)整移動(dòng)的主軸組件。如滾齒機(jī)、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，并可根據(jù)需要

10、隨主軸套筒一起作軸向調(diào)整移動(dòng)。 既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的主軸組件。如臥式鏜床的平旋盤主軸部件、組合機(jī)床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，裝在主軸前端平旋盤上的徑向 塊可帶動(dòng)刀具作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作行星運(yùn)動(dòng)的主軸組件。2.4主軸 主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料及熱處理等，對(duì)主軸組件的工作性能有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而有多種形式。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨度。評(píng)價(jià)和考慮主軸主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適用范圍。 2.4.1主軸直徑 主軸直徑越大，其剛

11、性越高，但軸承和軸上其它零件的尺寸也相應(yīng)增大。軸承的直徑越大，同等級(jí)精度軸承的公差值也就越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難，同時(shí)極限轉(zhuǎn)速也下降。 2.4.2 主軸內(nèi)孔直徑 主軸內(nèi)孔用來通過棒料，用于通過刀具夾緊裝置固定刀具以及傳動(dòng)氣動(dòng)或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑就越大，機(jī)床的使用范圍就越寬，同時(shí)主軸部件也越輕。主軸孔徑大小主要受主軸剛度的制約。當(dāng)主軸的孔徑與主軸直徑之比小于0.3時(shí)，空心主軸的剛度幾乎與實(shí)心主軸的剛度相當(dāng)；為0.5時(shí)，空心主軸的剛度為實(shí)心主軸剛度的90%；大于0.7時(shí)，空心主軸的剛度急劇下降。 2.4.3懸伸長度 主軸的懸伸長度與主軸前端結(jié)構(gòu)的形狀尺寸、前軸承的

12、類型和組合方式以及軸承的潤滑與密封有關(guān)。主軸的懸伸長度對(duì)主軸的剛度影響很大，主軸懸伸長度越短，其剛度越好。 2.4.4主軸的支承跨距 主軸組件的支承跨距對(duì)主軸本身的剛度都有很大的影響。主軸的軸端用于安裝夾具和刀具，要求夾具和刀具在軸端定位精度高，定位剛度好，裝卸方便，同時(shí)使主軸的懸伸長度短。2.5主軸軸承 主軸軸承也是主軸組件的重要組成部分，應(yīng)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、精度采用不同的主軸軸承。一般中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床（如車床、銑床、鉆鏜床、加工中心、磨床等）的主軸部件多采用成組高精度滾動(dòng)軸承，重型數(shù)控機(jī)床采用液體靜壓軸承，高精度數(shù)控機(jī)床（如坐標(biāo)磨床）采用氣體靜壓軸承，轉(zhuǎn)速達(dá)（210）×10

13、4r/min的主軸可采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。3. 主軸組件的潤滑與密封 主軸組件的潤滑與密封是使用和維護(hù)過程中值得重視的問題。良好的潤滑效果可以降低軸承的工作溫度，延長其使用壽命。密封不僅要防止灰塵、屑末和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥偷男孤?.1主軸潤滑數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速高，為減少主軸發(fā)熱，必須改善軸承的潤滑方式。潤滑的作用是在摩擦副表面形成一層薄油膜，以減少摩擦發(fā)熱。在數(shù)控機(jī)床上的潤滑一般采用高級(jí)油脂封入方式潤滑，每加一次油脂可以使用710年。也有用油氣潤滑，除在軸承中加入少量潤滑油外，還引入壓縮空氣，使?jié)L動(dòng)體上包有油膜起到潤滑作用，再用空氣循環(huán)冷卻。3.2主軸的密封主軸的密

14、封有接觸式和非接觸式兩種。 圖3-2 非接觸式密封幾種非接觸密封的形式如圖3-2所示。圖3-2a)是利用軸承蓋與軸的間隙密封，在軸承蓋的孔內(nèi)開槽是為了提高密封效果；這種密封用于工作環(huán)境比較清潔的油脂潤滑處。圖3-2b)是在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽，當(dāng)油向外流時(shí)，靠主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力把油沿斜面甩到端蓋的空腔內(nèi)，油液再流回箱內(nèi)。圖3-2c)是迷宮式密封的結(jié)構(gòu)，在切屑多、灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可靠的密封效果；這種結(jié)構(gòu)適用于油脂或油液潤滑的密封。接觸式密封主要有油氈圈和耐油橡膠密封圈密封兩種。4.主軸的準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)停功能又稱主軸定位功能（spindle specified position stop）,

15、即當(dāng)主軸停止時(shí)能控制其停于固定位置。它是自動(dòng)換刀所必需的功能。在自動(dòng)換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵傳遞的。這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能，如圖3-3所示。圖3-3 主軸準(zhǔn)停換刀 圖3-4 磁傳感器準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。機(jī)械準(zhǔn)停采用機(jī)械凸輪等機(jī)構(gòu)和光電盤方式進(jìn)行初定位，然后由定位銷（液壓或氣動(dòng)）插入主軸上的銷孔或銷槽完成定位，換刀后定位銷退出，主軸才可旋轉(zhuǎn)。采用此方法定向比較可靠、準(zhǔn)確，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。電氣準(zhǔn)停有磁傳感器準(zhǔn)停、編碼器型準(zhǔn)停和數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停。常用的磁傳感器準(zhǔn)停裝置如圖3-4所示，它是在主軸上安裝一個(gè)發(fā)磁體，使之與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離

16、發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡12mm處固定一個(gè)磁傳感器。磁傳感器經(jīng)過放大器與主軸控制單元連接，當(dāng)主軸需要定向準(zhǔn)停時(shí)，便控制主軸停止在調(diào)整好的位置上。第六章 數(shù)控車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)4.1概述數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，必須對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置和運(yùn)動(dòng)的速度兩個(gè)方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，與普通機(jī)床相比，要求其進(jìn)給系統(tǒng)有較高的定位精度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。一個(gè)典型數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常由位置比較放大單元、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置及檢測反饋元件等幾部分組成。這里所說的機(jī)械傳動(dòng)裝置是指將驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括減速裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)變移動(dòng)的絲杠螺母副及導(dǎo)向元件等等。為確

17、保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和工作的穩(wěn)定性，對(duì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)總的要求是消除間隙，減少摩擦，減少運(yùn)動(dòng)慣量，提高傳動(dòng)精度和剛度。另外，進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載變化較大，響應(yīng)特性要求很高，故對(duì)剛度、慣量匹配都有很高的要求。為了滿足上述要求，數(shù)控機(jī)床一般采用低摩擦的傳動(dòng)副，如減摩滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌及靜壓導(dǎo)軌、滾珠絲杠等；保證傳動(dòng)元件的加工精度，采用合理的預(yù)緊、合理的支承形式以提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；選用最佳降速比，以提高機(jī)床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅(qū)動(dòng)軸上的慣量減少；盡量消除傳動(dòng)間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。4.2電機(jī)與絲杠之間的聯(lián)接數(shù)控車床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)對(duì)位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高的要求。

18、實(shí)現(xiàn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的電機(jī)主要有三種：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。目前，步進(jìn)電機(jī)只適應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，直流伺服電機(jī)在我國正廣泛使用，交流伺服電機(jī)作為比較理想的驅(qū)動(dòng)元件已成為發(fā)展趨勢。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)采用不同的驅(qū)動(dòng)元件時(shí)，其進(jìn)給機(jī)構(gòu)可能會(huì)有所不同。電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖3-5所示。4.2.1帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)數(shù)控車床在機(jī)械進(jìn)給裝置中一般采用齒輪傳動(dòng)副來達(dá)到一定的降速比要求，如圖3-5a）所示。由于齒輪在制造中不可能達(dá)到理想齒面要求，總存在著一定的齒側(cè)間隙才能正常工作，但齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向失動(dòng)量，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)間隙會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常

19、采用消除措施來盡量減小齒輪側(cè)隙。但這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 圖3-5 電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接形式4.2.2經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)如圖3-5b）所示，這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡單。同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但只能適于低扭矩特性要求的場所。安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，且同步帶與帶輪的制造工藝復(fù)雜。4.2.3電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接如圖3-5c）所示，此結(jié)構(gòu)通常是電機(jī)軸與絲杠之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，并大大簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，普遍采用這種聯(lián)接

20、形式。4.3滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的一種新型傳動(dòng)裝置，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦。4.3.1滾珠絲杠螺母副工作原理滾珠絲杠螺母副工作原理，如圖3-6所示。圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們對(duì)合起來就形成了螺旋滾道。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過數(shù)圈以后通過回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)地又滾回到絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉合的回路。 圖3-6 滾珠絲杠螺母副工作原理圖 圖3-7 螺紋滾道法向截面形式4.3.2滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)滾珠絲杠的螺紋

21、滾道法向截面有單圓弧和雙圓弧兩種不同的形狀，如圖3-7所示(a)為單圓弧、b)為雙圓弧)。其中單圓弧工藝簡單，雙圓弧性能較好。4.3.3滾珠的循環(huán)方式滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式。外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠間重新進(jìn)入循環(huán)。如圖3-8a）所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種形式結(jié)構(gòu)工藝性好，但由于管道突出于螺母體外，徑向尺寸較大。如圖3-8b）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種形式的結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。內(nèi)循環(huán) 這種循環(huán)靠螺母上安裝的反向器接通相鄰滾道,使?jié)L珠成

22、單圈環(huán), 如圖3-9所示,滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器,借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道,實(shí)現(xiàn)循環(huán)。一般一個(gè)螺母上裝有24個(gè)反向器，反向器沿螺母圓周等分分布。其優(yōu)點(diǎn)是徑向尺寸緊湊，剛性好，因其返回滾道較短，摩擦損失小。缺點(diǎn)是反向器加工困難。 圖3-8 外循環(huán)滾珠絲杠 圖3-9 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠4.4滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動(dòng)精度和絲杠的剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力過大會(huì)使

23、空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。此外還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。常用的螺母絲杠消除間隙方法有：4.4.1墊片調(diào)隙式。如圖3-10所示，調(diào)整墊片厚度使左右兩螺母不能相對(duì)旋轉(zhuǎn)，只產(chǎn)生軸向位移，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，調(diào)整時(shí)需要卸下調(diào)整墊圈修磨，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。 圖3-10 墊片調(diào)隙式 圖3-11 螺紋調(diào)隙式4.4.2螺紋調(diào)隙式。如圖3-11所示，滾珠絲杠左右兩螺母副以平鍵與外套相聯(lián)，用平鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，只要擰動(dòng)圓螺母1即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，然后用螺母2鎖緊。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、調(diào)整方

24、便的優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)緊量不很準(zhǔn)確。4.4.3齒差調(diào)隙式。如圖3-12所示，在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為z1和z2，并相差一個(gè)齒。調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于套筒同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，然后再插入內(nèi)齒圈，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生相對(duì)角位移，其軸向位移量 。例如，z1=81，z2=80，滾珠絲杠的導(dǎo)程為t=6mm時(shí)，s=6/64800.001mm。這種調(diào)整方法能精確調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動(dòng)。 圖3-12 齒差調(diào)隙式 圖3-13單螺母變位螺距式4.4.4單螺母變位螺距預(yù)加負(fù)荷。如圖3-13所示，它是在滾珠螺母體內(nèi)的

25、兩列循環(huán)滾珠鏈之間使用螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)L0的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但負(fù)荷量須預(yù)先設(shè)定且不能改變。4.5滾珠絲杠的支承方式數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座、絲杠端部的軸承及其支承加工的不精確性和它們在受力后的過量變形，都會(huì)給進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度帶來影響。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持良好的配合，并應(yīng)保證孔對(duì)端面的垂直度，螺母座應(yīng)增加適當(dāng)?shù)睦甙?，并加大螺母座和機(jī)床結(jié)合部件的面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸剛度。滾珠絲杠的不正確及支承結(jié)構(gòu)的剛

26、度不足，會(huì)使?jié)L珠絲杠的壽命大大下降。因此要注意軸承的選用和組合，尤其是軸向剛度要求較高，為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承及其支承方式是十分重要的。常用的支承方式有下列幾種，如圖3-14所示。4.5.1一端裝止推軸承（固定-自由式）。這種安裝方式如圖3-14a）所示。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控機(jī)床的垂直坐標(biāo)中。 圖3-14 滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)4.5.2一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式） 這種安裝方式如圖3-14b）所示。當(dāng)滾珠絲杠較長時(shí)，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安

27、裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源（如液壓馬達(dá)）。4.5.3兩端裝止推軸承。這種安裝方式如圖3-14c）所示。將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動(dòng)剛度。但這種安裝方式對(duì)熱伸長較為敏感。4.5.4兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式）。這種安裝方式如圖3-14d）所示。為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。4.6制動(dòng)裝置由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，無自鎖作用，故必須裝有制動(dòng)裝置（特別是滾珠絲杠處于垂直傳動(dòng)時(shí)）。 圖3-15所示為數(shù)控臥式銑鏜床主軸箱進(jìn)給絲杠的制動(dòng)裝置示意圖。當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，電

28、磁鐵線圈通電吸住壓彈簧，打開摩擦離合器。此時(shí)步時(shí)電動(dòng)機(jī)受控制系統(tǒng)的指令脈沖后，通過液壓轉(zhuǎn)矩放大器及減速齒輪，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸鐵線圈亦同時(shí)斷電，在彈簧作用下摩擦離合器壓緊，使得滾珠絲杠不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸箱就不會(huì)因自重而下沉了。超越離合器也可用作滾珠絲杠的制動(dòng)裝置。4.7滾珠絲杠的保護(hù)滾珠絲杠副可用潤滑來提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤滑劑分為潤滑油及潤滑脂兩大類。潤滑油用機(jī)油、90180號(hào)透平油或140號(hào)主軸油。潤滑脂可采用鋰基油脂。潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油通過殼體上的油孔注入螺母空間內(nèi)。滾珠絲杠副和其它滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)元件，只要避免磨料微粒及化學(xué)活性物質(zhì)進(jìn)入，就可以認(rèn)為這

29、些元件幾乎是不產(chǎn)生磨損的情況下工作的。但如果在滾道上落入臟物，或使用骯臟的潤滑油，不僅會(huì)妨礙滾珠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且使磨損急劇增加。通常采用毛氈圈對(duì)螺母副進(jìn)行密封，毛氈圈的厚度為螺距的23倍，而且內(nèi)孔做成螺紋的形狀，使之緊密地包住絲杠，并裝入螺母或套筒兩端的槽孔內(nèi)。密封圈除了采用柔軟的毛氈之外，還可以采用耐油橡膠或尼龍材料。由于密封圈和絲杠直接接觸，因此防塵效果較好，但也增加了滾珠絲杠螺母副的摩擦阻力矩。為了避免這種摩擦阻力矩，可以采用由較硬塑料制成的非接觸式迷宮密封圈，內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相反的形狀，并留有一定的間隙。對(duì)于暴露在外面的絲杠，一般采用螺旋剛帶、伸縮套筒、錐形套筒以及折疊式塑料或人

30、造革等形式的防護(hù)罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。除與導(dǎo)軌的防護(hù)罩相似外，這幾種防護(hù)罩一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。5.機(jī)床數(shù)控化改造的必要性5.1微觀看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 5.1.1可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 5.1.2可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程

31、序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。 5.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。 5.1.4可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 5.1.5 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。 5.1.6 由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少 了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期

32、，可對(duì)市場需求作出快速反應(yīng)等等。 5.2宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。由于采用信息技術(shù)對(duì)國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達(dá)20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。數(shù)控化改造的市場空間，機(jī)床的數(shù)控制化改造是一個(gè)方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光

33、明的，例如："在美國，日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造人作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是一個(gè)"永恒"的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看出： 5.2.1國內(nèi)的市場我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機(jī)床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更

34、屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60以上）。可見我們的大多數(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，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)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。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 5.2.2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從19791988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我

35、國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的

36、存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。5.3車床改造的效益分析提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個(gè)途徑：一是購買新的數(shù)控機(jī)床；二是對(duì)舊的機(jī)床進(jìn)行改造而對(duì)于一個(gè)機(jī)床擁有量大，經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機(jī)床改造來提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個(gè)極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點(diǎn)： 5.3.1 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費(fèi)用，改造的費(fèi)用大大減低。 5.3.2機(jī)械的穩(wěn)定性可靠 機(jī)床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄

37、鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。 5.3.3熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修，購買的新設(shè)備，事先很難前面了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對(duì)數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間，機(jī)床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。 5.3.4可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機(jī)時(shí)重新構(gòu)筑新基，同時(shí)工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。 5.3.5可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機(jī)床，往往對(duì)一個(gè)具體的生

38、產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個(gè)專用的特殊功能，如向機(jī)床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費(fèi)用大，交貨的日期又長。而采用改造方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設(shè)計(jì)改造成專用的數(shù)控機(jī)床。 5.3.6可及時(shí)采用最新技術(shù)，充分利用社會(huì)資源 由于技術(shù)進(jìn)步和我國機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機(jī)床方面的改造 ，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會(huì)資源，可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度，及時(shí)地采用最新技術(shù)來提高生產(chǎn)設(shè)備的

39、自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)場改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。結(jié)束語通過參與畢業(yè)生設(shè)計(jì)工作，因?yàn)橛H身的體驗(yàn)，感覺與眾不同，這是最重要的一點(diǎn)。我學(xué)會(huì)了很多東西，就說不是本專業(yè)的，計(jì)算機(jī)的基本操作的吧！word以前我根本就不會(huì)排版，但我通過這次的設(shè)計(jì)過程我會(huì)了，對(duì)于完全不熟練的AUTOCAD那些的快鍵，我也會(huì)了，感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)，我開始借閱資料，這個(gè)過程也是很重要的，因?yàn)橘Y料的借閱，不是什么樣的資料都行的，必須是本專業(yè)的，數(shù)控編程，公差，刀具，夾具，刀具的切削用量，機(jī)床的操作事項(xiàng)等等這些都是必須去準(zhǔn)備的，當(dāng)然這是一項(xiàng)綜合性的工作，有些東西是靠經(jīng)驗(yàn)去解決的，一個(gè)人完全不可能完成的，比如我設(shè)計(jì)的這道題當(dāng)中的工件的同軸度怎么去保證，我沒有去考慮這方面的問題，當(dāng)我聽了指導(dǎo)老師的討論之后我才去注意這樣的問題，還有以前我不會(huì)看