數(shù)控安裝于調(diào)試課件

數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)裝調(diào)制做人：陶芮——工作臺模塊的裝配與調(diào)試數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)裝調(diào)制做人：陶芮——工作臺模塊的裝配與調(diào)試1工作任務(wù)㈠工作臺的組成零件㈡工作臺的選型及其計算步驟立式數(shù)控機床工作臺臥式數(shù)控機床工作臺工作任務(wù)㈠工作臺的組成零件立式數(shù)控機床工作臺臥式數(shù)2㈠工作臺的概述及其組成工作臺含義：支撐工件通過傳動機構(gòu)完成相應的回轉(zhuǎn)、直線曲線、角度分度等運動，并配有夾緊裝置。功能：支撐工件傳遞運動定位基準功能要求：尺寸容量形體尺寸應能容納加工零件的最大輪廓尺寸性能要求靜剛度要高動剛度要好溫度分布均勻受力合理耐磨性好㈠工作臺的概述及其組成工作臺含義：支撐工件通過傳動機構(gòu)完成相3工作臺的組成工作臺螺釘支座定位銷大齒輪活塞步進電機軸承螺栓底座擋塊液壓缸矩形工作臺彈簧工作臺的組成工作臺軸承4設(shè)計流程根據(jù)加工形式選型確定工作臺的參數(shù)支撐結(jié)構(gòu)傳動形式（消隙機構(gòu)）潤滑密封裝置定位結(jié)構(gòu)計算校核設(shè)計流程根據(jù)加工形式選型確定工作臺的參數(shù)支撐結(jié)構(gòu)傳動形式（消5一.工作臺的形式根據(jù)機床的不同，工作臺有三種外型方形工作臺:工作面上可加工V形，T形U型槽和圓孔，長孔等.一般適用于鏜床鉆床銑床轉(zhuǎn)臺：適用于磨床立式車床專用機床移動轉(zhuǎn)臺：

適用于鏜銑加工中心等一.工作臺的形式根據(jù)機床的不同，工作臺有三種外型6二.工作臺參數(shù)

HTK160x180面積mm1600×1800承重kg10000行程mm2000(選項1000,3000,4000)轉(zhuǎn)數(shù)r/min1移動速度mm/min1-6000定位精度mm0.026B(4×90°)"18(4)重復定位精度mm0.015B(4×90°)"10(4)外形尺寸mm5000×2300×1110重量kg13000技術(shù)參數(shù)：承載、尺寸、行程、轉(zhuǎn)速、定位精度、移動速度二.工作臺參數(shù)

HTK160x180面積mm1600×187三. 支撐結(jié)構(gòu)臺面材料：以大型和重型化為目標的機床，材料的力學性能起著決定性的作用；以超速、超精加工為目標的現(xiàn)代化數(shù)控機床，其結(jié)構(gòu)材料還要求具備高的減震性、熱穩(wěn)定性和抗腐性等綜合的性能?；诣T鐵材料：易于鑄造，且切削加工性好，制造成本低，并具有良好的耐磨性和減震性，是傳動的機床結(jié)構(gòu)材料三. 支撐結(jié)構(gòu)臺面材料：以大型和重型化為目標的機床，材料的8數(shù)控安裝于調(diào)試課件9四.定位機構(gòu)分度工作臺：分度工作臺的功能只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，提高工作效率.分度工作臺的分度精度要求較高（普通級±10″精密級±5″高精密級±3″）常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、齒盤定位和鋼球定位等幾種。齒盤可承受很大的外載，定位剛度高，精度保持性好。四.定位機構(gòu)分度工作臺：分度工作臺的功能只是將工件轉(zhuǎn)位換面，10數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺：除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實現(xiàn)數(shù)控圓周進給運動。注：常用有轉(zhuǎn)動角度的測量元件(圓光柵或圓感應同步器)，由伺服電機控制使轉(zhuǎn)臺定位精度更高。分度定位機構(gòu)又分為：

插銷定位反靠定位齒盤定位鋼球定位數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺：除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實現(xiàn)數(shù)控圓周11⑴插銷定位基本定位機構(gòu)是定位銷和定位套。操縱定位銷的插入和拔出，有的是用杠桿或凸輪并與分度回轉(zhuǎn)、夾緊等動作一起實現(xiàn)機械強制控制，有的則是用單獨的油缸控制。⑴插銷定位基本定位機構(gòu)是定位銷和定位套。操縱定位銷的插入和拔12⑵齒盤定位定位精度高、剛性好、機構(gòu)簡單、改變分度工位時調(diào)整方便。在花盤底面和底座頂面上都裝有齒盤，由齒盤的嚙合使工作臺定位。工作臺轉(zhuǎn)位時，須將花盤抬起，使兩個齒盤脫開。注：承受軸向力，徑向力，切向力⑵齒盤定位定位精度高、剛性好、機構(gòu)簡單、改變分度工位時調(diào)整方13⑶反靠定位用兩個定位塊，一個固定不動，另一個由彈簧和不動定位塊的作用上下移動。

缺點：移動導向桿和導向套仍有磨損。⑶反靠定位用兩個定位塊，一個固定不動，另一個由彈簧和不動定位14(4)鋼球定位除了用一圈相互擠緊的鋼球代替了端面齒盤外，其分度傳動的工作原理、分度延續(xù)時間、可調(diào)性及自動化程度等，均與前面介紹的齒盤定位分度相似，分度精度高于齒盤。(4)鋼球定位除了用一圈相互擠緊的鋼球代替了端面齒盤外，其分15五、傳動形式—兩種伺服電機進給機構(gòu)⒈靜壓蝸桿蝸母條副傳動能滿足加工中心進給元件沒有間隙、磨損小、剛度高、阻尼性好、傳動效率高的要求,它是絲杠螺母機構(gòu)的一種特殊形式,適用于龍門鏜銑床、數(shù)控落地銑鏜床。其優(yōu)點表現(xiàn)在摩擦阻力小、使用壽命長、抗振性能好,且有足夠的軸向剛度,蝸母條能無限接長。五、傳動形式—兩種伺服電機進給機構(gòu)⒈靜壓蝸桿蝸母條副傳動能滿16數(shù)控安裝于調(diào)試課件17滾珠絲杠螺母副傳動⒉滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置,一般應用于機械加工的高速加工中心和經(jīng)濟型高速數(shù)控機床,它具有以下特點：①傳動效率高,摩擦損失小;②給予適當?shù)念A緊,可消除絲杠和螺母螺紋間隙;③運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象,傳動精度高;④有可逆性;⑤磨損小,使用壽命長。滾珠絲杠螺母副傳動⒉滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)18滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副19齒輪傳動齒輪傳動形式多應用廣泛，其主要特點是：工作可靠傳動比穩(wěn)定等。漸開線齒輪傳動錐齒輪傳動齒輪傳動齒輪傳動形式多應用廣泛，其主要特點是：工作可靠傳動比20六、潤滑密封裝置回轉(zhuǎn)部分的潤滑：一般采用循環(huán)噴油潤滑，可以沖掉傳動過程中齒輪嚙合區(qū)的磨粒、減少磨損、延長使用壽命、對渦輪蝸桿進行很好的冷卻與潤滑等。密封裝置：為防止工作過程中切屑與雜質(zhì)進入旋轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)部分與下箱之間要用密封圈封好，這樣還能起到潤滑軸承的作用。密封圈：依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。六、潤滑密封裝置回轉(zhuǎn)部分的潤滑：一般采用循環(huán)噴油潤滑，可以沖21數(shù)控安裝于調(diào)試課件22七、計算校核數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動部分的計算圓柱齒輪傳動設(shè)計計算主要包括：材料選擇、精度及參數(shù)選擇、螺旋角選擇、齒寬系數(shù)確定、計算齒輪各個直徑、中心距、齒輪寬度、齒面接觸強度設(shè)計、校核彎曲疲勞強度等等。渦輪蝸桿傳動設(shè)計計算主要包括：渦輪蝸桿材料、硬度、頭數(shù)、齒數(shù)、螺旋升角、渦輪齒寬、彎曲疲勞強度校核、效率計算、熱平衡計算等等。七、計算校核數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動部分的計算23工作臺設(shè)計舉例圖臺面密封裝置傳動機構(gòu)底座靜壓塊工作臺設(shè)計舉例圖臺面密封裝置傳動機構(gòu)底座靜壓塊24設(shè)計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3最大銑削寬度ac=15mm最大背吃刀量ap=8mm加工材料為碳素鋼或有色金屬X、Y方向的脈沖當量=0.01mm

X、Z方向的定位精度均為±0.04mm工作臺面尺寸為250mm×250mm加工范圍為300mm×120mm工作臺空載進給最快移動速度：Vxmax=Vymax=1500mm/min，工作臺進給最快移動速度:加減速0.3s。例題解析設(shè)計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：25設(shè)計主要步驟1確定設(shè)計總方案機械傳動部件的選擇控制系統(tǒng)的設(shè)計2機械傳動部件的計算和選擇工作臺外形尺寸及重量初步估算計算切削力滾動導軌的設(shè)計計算滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗

設(shè)計主要步驟26一、確定設(shè)計總方案

1、機械傳動部件的選擇

1）絲杠螺母副的選擇步進電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，需要滿足初選0.01mm脈沖當量，因為定位精度±0.04mm，對于機械傳動要有一定的精度損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是±0.02mm和±0.04mm的定位精度，滑動絲杠副無法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙。

一、確定設(shè)計總方案

1、機械傳動部件的選擇27

同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損失小，傳動效率高，徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。由于定位精度不高，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙方式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，裝卸方便。由于工作臺最快的移動速度Vxmax=Vymax=1500mm/min所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動的軸承配置形式。同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損282）、導軌副的選用要設(shè)計數(shù)控銑床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當量小，定位精度高，因此選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預緊方便等優(yōu)點。2）、導軌副的選用293）、伺服電機的選用選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進電動機來說還是偏低，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務(wù)書初選的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有1500mm/min,故本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電機，因此可以選用混合式步進電機，以降低成本，提高性價比。3）、伺服電機的選用304）、減速裝置的選用選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應有消間隙機構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應選用無間隙齒輪傳動減速箱。4）、減速裝置的選用312、控制系統(tǒng)的設(shè)計

1）設(shè)計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應該具有輪廓控制，兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計成連續(xù)控制型。2）對于步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標。3）要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴展程序存儲器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。4）選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。2、控制系統(tǒng)的設(shè)計1）設(shè)計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床32二、機械傳動部件的計算和選擇

1）工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程,估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。XY工作臺如圖所示:二、機械傳動部件的計算和選擇

1）工作臺外形尺寸及重量初步33X向拖板(上拖板)尺寸為:長*寬*高=320*270*40重量:按重量=體積*材料比重估算為:=N=270NY向拖板(下拖板)尺寸為:長*寬*高=重量=N=320N上導軌(含電機)估算重量為：240N夾具及工件重量:150NX-Y工作臺運動部分總重量為:270N+320N+240N+150N=800N 按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為800N。X向拖板(上拖板)尺寸為:34

2）計算切削力根據(jù)設(shè)計任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：立銑刀最大直徑的d=15mm立銑刀齒數(shù)Z=3最大切削寬度=15mm最大背吃刀量=8mm設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進給量fz=0.1mm銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min立銑時切削力計算公式為：代入上式得：

2）計算切削力35采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值范圍如下：Ff/Fc=(1.0~1.2)取1.1/Fc=(0.2~0.3)取0.25Fe/Fc=（0.35~0.4）取0.38考慮逆銑時受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險的情況。由此可估算三個方向的銑削力分別為： （與絲杠軸線平行） （與工作臺面垂直） （與絲杠軸線垂直）考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向，則縱向銑削力Fx，徑向銑削力為Fy。

采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值范圍如下：36

3)滾動導軌的設(shè)計計算1、工作載荷的計算工作載荷是影響導軌副壽命的重要因素，對于水平布置的十字工作臺多采用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為：

其中，移動部件重量G=800N,外加載荷外加載荷得最大工作載荷

3)滾動導軌的設(shè)計計算372、小時額定工作壽命的計算預期工作臺的工作壽命為5年，一年365天，取工作時間為360天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命2、小時額定工作壽命的計算383、距離額定壽命計算由公式，從而得到式中：為小時額定工作壽命。n為移動件每分鐘往復次數(shù)（4—6）取5S為移動件行程長度，由加工范圍為300mm×120mm取330mm代入數(shù)據(jù)得：L=2851km.3、距離額定壽命計算394、額定動載荷計算由公式從而得到：式中：Ca為額定動載荷L為距離工作壽命，由上式可知為2851kmF為滑塊的工作載荷，由上式可知為668N代入數(shù)據(jù)得：Ca=5120N4、額定動載荷計算405、產(chǎn)品選型根據(jù)額定動載荷，選擇滾動導軌，查滾動導軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB16BA型，相關(guān)尺寸如下所示可知其額定動載荷C=6.07KN，大于4580N，故可知滿足要求。5、產(chǎn)品選型可知其額定動載荷C=6.07KN，大于4580N41

4)滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗1、最大工作載荷的計算已知移動部件總重量G=800N，按滾動導軌計算，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動導軌上的摩擦系數(shù)u=0.0025—0.005,現(xiàn)取u=0.005，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：=1.1×1352+0.005×(307+468+800) =1495N

4)滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗422、最大計算動載荷的確定設(shè)工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲杠導程P=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。預計滾珠絲杠的工作5年,每年算360天，每天工作8小時，由此得使用壽命為：T=5×360×8=14400h，公式得：= 其中T——使用壽命14400h N——循環(huán)次數(shù) ——滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速80r/min 求得：≈69（）2、最大計算動載荷的確定43受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由式代入數(shù)據(jù)得：≈7971N受中等沖擊載荷取值范圍443、規(guī)格型號的初選根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GDM系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，導程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2系列，精度等級取5級，螺母安裝尺寸L=80mm，額定動載荷為9309N，大于最大計算動載荷Cc=7971,滿足要求。3、規(guī)格型號的初選根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查45名稱符號計算公式和結(jié)果

絲杠滾道公稱直徑d020螺距P5接觸角β鋼球直徑dw3.175螺紋滾道法面半徑R偏心距e螺紋升角γ絲桿絲杠外徑d119.3絲杠底徑d216.2螺桿接觸直徑dz絲杠螺母螺母螺紋外徑D螺母內(nèi)徑（內(nèi)循環(huán)）D120.14滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)（單位mm）名稱符號計算公式和結(jié)果公稱直徑d020螺464、傳動效率的計算將公稱直徑d0=20mm,導程P=5mm,代入λ=arctan[P/(d0)]，得絲杠螺旋升角λ=4°33′。將摩擦角ψ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+ψ),得傳動效率η=96.4%。5、剛度的驗算X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定—-一端游動”的軸承配置形式?？芍@種安裝適用于較高精度、中等載荷的絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對背對背角接觸球軸承,這樣能承受集中力。4、傳動效率的計算47絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。a、滾珠絲杠滾道間的接觸變形量δ根據(jù)公式求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為3×2，代入公式Z×圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=120。絲杠預緊時，取軸向預緊力/3=498N。查相關(guān)公式，得，滾珠與螺紋滾道間接觸變形

式中Pa==因為絲杠有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可以減少一半，取=0.0007mm。絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。48b)絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形絲杠采用的是一端采用深溝球軸承，一端采用一對背對背角接觸球軸承的配置形式，軸承的中心距a=500mm,鋼的彈性模量E=2.1×105MPa,滾珠直徑=3.175mm,絲杠底徑=16.2mm，則絲杠的截面積S==206.12由公式其中最大工作載荷=1495N中心距a=500mm彈性模量E=2.1×105MPa截面積S==206.12代入以上數(shù)據(jù)，得=0.0172mm則δ總=δ1+δ2=0.0007+0.0172=0.0179mm=17.9b)絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形49本例中，絲杠的有效行程取330mm，由表知，5級精度滾珠絲杠有效行程在315~400mm時，行程偏差允許達到25可見絲杠剛度足夠。本例中，絲杠的有效行程取330mm，由表知，5級精度滾珠絲杠506)穩(wěn)定性的驗算根據(jù)公式取支承系數(shù)=2；由絲杠底徑d2=16.2mm求得截面慣性矩3380mm；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離L取最大值415mm。代入公式，得Pa=27089N=F大于CC=7533N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。6)穩(wěn)定性的驗算517)臨界轉(zhuǎn)速的驗算 對于絲杠有可能發(fā)生共振，需驗算其臨界轉(zhuǎn)速，不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速，

其中20-1.2×3.175=16.19mm Lc為臨界轉(zhuǎn)速計算長度 f2為絲杠支承方式系數(shù)=3.927（一端固定，一端游動） 代入數(shù)據(jù)得：nc=9428r/min 臨界轉(zhuǎn)速遠大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會發(fā)生共振7)臨界轉(zhuǎn)速的驗算528）滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定 由以上驗算可知，選用GDM2005型的絲杠，完全符合滿足所需要求，故確定選用該型號

8）滾珠絲杠的選型及安裝連接尺寸的確定53數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)裝調(diào)制做人：陶芮——工作臺模塊的裝配與調(diào)試數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)裝調(diào)制做人：陶芮——工作臺模塊的裝配與調(diào)試54工作任務(wù)㈠工作臺的組成零件㈡工作臺的選型及其計算步驟立式數(shù)控機床工作臺臥式數(shù)控機床工作臺工作任務(wù)㈠工作臺的組成零件立式數(shù)控機床工作臺臥式數(shù)55㈠工作臺的概述及其組成工作臺含義：支撐工件通過傳動機構(gòu)完成相應的回轉(zhuǎn)、直線曲線、角度分度等運動，并配有夾緊裝置。功能：支撐工件傳遞運動定位基準功能要求：尺寸容量形體尺寸應能容納加工零件的最大輪廓尺寸性能要求靜剛度要高動剛度要好溫度分布均勻受力合理耐磨性好㈠工作臺的概述及其組成工作臺含義：支撐工件通過傳動機構(gòu)完成相56工作臺的組成工作臺螺釘支座定位銷大齒輪活塞步進電機軸承螺栓底座擋塊液壓缸矩形工作臺彈簧工作臺的組成工作臺軸承57設(shè)計流程根據(jù)加工形式選型確定工作臺的參數(shù)支撐結(jié)構(gòu)傳動形式（消隙機構(gòu)）潤滑密封裝置定位結(jié)構(gòu)計算校核設(shè)計流程根據(jù)加工形式選型確定工作臺的參數(shù)支撐結(jié)構(gòu)傳動形式（消58一.工作臺的形式根據(jù)機床的不同，工作臺有三種外型方形工作臺:工作面上可加工V形，T形U型槽和圓孔，長孔等.一般適用于鏜床鉆床銑床轉(zhuǎn)臺：適用于磨床立式車床專用機床移動轉(zhuǎn)臺：

適用于鏜銑加工中心等一.工作臺的形式根據(jù)機床的不同，工作臺有三種外型59二.工作臺參數(shù)

HTK160x180面積mm1600×1800承重kg10000行程mm2000(選項1000,3000,4000)轉(zhuǎn)數(shù)r/min1移動速度mm/min1-6000定位精度mm0.026B(4×90°)"18(4)重復定位精度mm0.015B(4×90°)"10(4)外形尺寸mm5000×2300×1110重量kg13000技術(shù)參數(shù)：承載、尺寸、行程、轉(zhuǎn)速、定位精度、移動速度二.工作臺參數(shù)

HTK160x180面積mm1600×1860三. 支撐結(jié)構(gòu)臺面材料：以大型和重型化為目標的機床，材料的力學性能起著決定性的作用；以超速、超精加工為目標的現(xiàn)代化數(shù)控機床，其結(jié)構(gòu)材料還要求具備高的減震性、熱穩(wěn)定性和抗腐性等綜合的性能。灰鑄鐵材料：易于鑄造，且切削加工性好，制造成本低，并具有良好的耐磨性和減震性，是傳動的機床結(jié)構(gòu)材料三. 支撐結(jié)構(gòu)臺面材料：以大型和重型化為目標的機床，材料的61數(shù)控安裝于調(diào)試課件62四.定位機構(gòu)分度工作臺：分度工作臺的功能只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，提高工作效率.分度工作臺的分度精度要求較高（普通級±10″精密級±5″高精密級±3″）常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、齒盤定位和鋼球定位等幾種。齒盤可承受很大的外載，定位剛度高，精度保持性好。四.定位機構(gòu)分度工作臺：分度工作臺的功能只是將工件轉(zhuǎn)位換面，63數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺：除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實現(xiàn)數(shù)控圓周進給運動。注：常用有轉(zhuǎn)動角度的測量元件(圓光柵或圓感應同步器)，由伺服電機控制使轉(zhuǎn)臺定位精度更高。分度定位機構(gòu)又分為：

插銷定位反靠定位齒盤定位鋼球定位數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺：除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實現(xiàn)數(shù)控圓周64⑴插銷定位基本定位機構(gòu)是定位銷和定位套。操縱定位銷的插入和拔出，有的是用杠桿或凸輪并與分度回轉(zhuǎn)、夾緊等動作一起實現(xiàn)機械強制控制，有的則是用單獨的油缸控制。⑴插銷定位基本定位機構(gòu)是定位銷和定位套。操縱定位銷的插入和拔65⑵齒盤定位定位精度高、剛性好、機構(gòu)簡單、改變分度工位時調(diào)整方便。在花盤底面和底座頂面上都裝有齒盤，由齒盤的嚙合使工作臺定位。工作臺轉(zhuǎn)位時，須將花盤抬起，使兩個齒盤脫開。注：承受軸向力，徑向力，切向力⑵齒盤定位定位精度高、剛性好、機構(gòu)簡單、改變分度工位時調(diào)整方66⑶反靠定位用兩個定位塊，一個固定不動，另一個由彈簧和不動定位塊的作用上下移動。

缺點：移動導向桿和導向套仍有磨損。⑶反靠定位用兩個定位塊，一個固定不動，另一個由彈簧和不動定位67(4)鋼球定位除了用一圈相互擠緊的鋼球代替了端面齒盤外，其分度傳動的工作原理、分度延續(xù)時間、可調(diào)性及自動化程度等，均與前面介紹的齒盤定位分度相似，分度精度高于齒盤。(4)鋼球定位除了用一圈相互擠緊的鋼球代替了端面齒盤外，其分68五、傳動形式—兩種伺服電機進給機構(gòu)⒈靜壓蝸桿蝸母條副傳動能滿足加工中心進給元件沒有間隙、磨損小、剛度高、阻尼性好、傳動效率高的要求,它是絲杠螺母機構(gòu)的一種特殊形式,適用于龍門鏜銑床、數(shù)控落地銑鏜床。其優(yōu)點表現(xiàn)在摩擦阻力小、使用壽命長、抗振性能好,且有足夠的軸向剛度,蝸母條能無限接長。五、傳動形式—兩種伺服電機進給機構(gòu)⒈靜壓蝸桿蝸母條副傳動能滿69數(shù)控安裝于調(diào)試課件70滾珠絲杠螺母副傳動⒉滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置,一般應用于機械加工的高速加工中心和經(jīng)濟型高速數(shù)控機床,它具有以下特點：①傳動效率高,摩擦損失小;②給予適當?shù)念A緊,可消除絲杠和螺母螺紋間隙;③運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象,傳動精度高;④有可逆性;⑤磨損小,使用壽命長。滾珠絲杠螺母副傳動⒉滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)71滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副72齒輪傳動齒輪傳動形式多應用廣泛，其主要特點是：工作可靠傳動比穩(wěn)定等。漸開線齒輪傳動錐齒輪傳動齒輪傳動齒輪傳動形式多應用廣泛，其主要特點是：工作可靠傳動比73六、潤滑密封裝置回轉(zhuǎn)部分的潤滑：一般采用循環(huán)噴油潤滑，可以沖掉傳動過程中齒輪嚙合區(qū)的磨粒、減少磨損、延長使用壽命、對渦輪蝸桿進行很好的冷卻與潤滑等。密封裝置：為防止工作過程中切屑與雜質(zhì)進入旋轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)部分與下箱之間要用密封圈封好，這樣還能起到潤滑軸承的作用。密封圈：依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。六、潤滑密封裝置回轉(zhuǎn)部分的潤滑：一般采用循環(huán)噴油潤滑，可以沖74數(shù)控安裝于調(diào)試課件75七、計算校核數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動部分的計算圓柱齒輪傳動設(shè)計計算主要包括：材料選擇、精度及參數(shù)選擇、螺旋角選擇、齒寬系數(shù)確定、計算齒輪各個直徑、中心距、齒輪寬度、齒面接觸強度設(shè)計、校核彎曲疲勞強度等等。渦輪蝸桿傳動設(shè)計計算主要包括：渦輪蝸桿材料、硬度、頭數(shù)、齒數(shù)、螺旋升角、渦輪齒寬、彎曲疲勞強度校核、效率計算、熱平衡計算等等。七、計算校核數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動部分的計算76工作臺設(shè)計舉例圖臺面密封裝置傳動機構(gòu)底座靜壓塊工作臺設(shè)計舉例圖臺面密封裝置傳動機構(gòu)底座靜壓塊77設(shè)計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：立銑刀最大直徑的d=15mm，立銑刀齒數(shù)Z=3最大銑削寬度ac=15mm最大背吃刀量ap=8mm加工材料為碳素鋼或有色金屬X、Y方向的脈沖當量=0.01mm

X、Z方向的定位精度均為±0.04mm工作臺面尺寸為250mm×250mm加工范圍為300mm×120mm工作臺空載進給最快移動速度：Vxmax=Vymax=1500mm/min，工作臺進給最快移動速度:加減速0.3s。例題解析設(shè)計一套供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺，主要參數(shù)如下：78設(shè)計主要步驟1確定設(shè)計總方案機械傳動部件的選擇控制系統(tǒng)的設(shè)計2機械傳動部件的計算和選擇工作臺外形尺寸及重量初步估算計算切削力滾動導軌的設(shè)計計算滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗

設(shè)計主要步驟79一、確定設(shè)計總方案

1、機械傳動部件的選擇

1）絲杠螺母副的選擇步進電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，需要滿足初選0.01mm脈沖當量，因為定位精度±0.04mm，對于機械傳動要有一定的精度損失，大約是1/3-1/2的定位精度，現(xiàn)取為1/2，即是±0.02mm和±0.04mm的定位精度，滑動絲杠副無法做到，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙。

一、確定設(shè)計總方案

1、機械傳動部件的選擇80

同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損失小，傳動效率高，徑向尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，軸向剛度高。由于定位精度不高，故選擇的調(diào)隙方式是墊片調(diào)隙方式，這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，裝卸方便。由于工作臺最快的移動速度Vxmax=Vymax=1500mm/min所需的轉(zhuǎn)速不高，故可以采用一般的安裝方法，即一端固定，一端游動的軸承配置形式。同時選用內(nèi)循環(huán)的形式，因為這樣摩擦損812）、導軌副的選用要設(shè)計數(shù)控銑床工作臺，需要承受的載荷不大，而且脈沖當量小，定位精度高，因此選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊，安裝預緊方便等優(yōu)點。2）、導軌副的選用823）、伺服電機的選用選用步進電動機作為伺服電動機后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對于步進電動機來說還是偏低，為了確保電動機在運動過程中不受切削負載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用開環(huán)控制，任務(wù)書初選的脈沖當量尚未達到0.001mm，定位精度也未達到微米級，空載最快移動速度也只有1500mm/min,故本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電機，因此可以選用混合式步進電機，以降低成本，提高性價比。3）、伺服電機的選用834）、減速裝置的選用選擇了步進電動機和滾珠絲桿副以后，為了圓整脈沖當量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應有消間隙機構(gòu)，如果要選用減速裝置，則應選用無間隙齒輪傳動減速箱。4）、減速裝置的選用842、控制系統(tǒng)的設(shè)計

1）設(shè)計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應該具有輪廓控制，兩坐標直線插補與圓弧插補的基本功能，所以控制系統(tǒng)設(shè)計成連續(xù)控制型。2）對于步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)，選用MCS-51系列的8位單片機AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU，能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標。3）要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還要擴展程序存儲器，I/O接口電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，串行接口電路等。4）選擇合適的驅(qū)動電源，與步進電動機配套使用。2、控制系統(tǒng)的設(shè)計1）設(shè)計的X-Y工作臺準備用在數(shù)控銑床85二、機械傳動部件的計算和選擇

1）工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程,估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。XY工作臺如圖所示:二、機械傳動部件的計算和選擇

1）工作臺外形尺寸及重量初步86X向拖板(上拖板)尺寸為:長*寬*高=320*270*40重量:按重量=體積*材料比重估算為:=N=270NY向拖板(下拖板)尺寸為:長*寬*高=重量=N=320N上導軌(含電機)估算重量為：240N夾具及工件重量:150NX-Y工作臺運動部分總重量為:270N+320N+240N+150N=800N 按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為800N。X向拖板(上拖板)尺寸為:87

2）計算切削力根據(jù)設(shè)計任務(wù)，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：立銑刀最大直徑的d=15mm立銑刀齒數(shù)Z=3最大切削寬度=15mm最大背吃刀量=8mm設(shè)零件的加工方式為立式加工，采用硬質(zhì)合金銑刀，工件材料為碳素鋼。d=15mm的硬質(zhì)合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進給量fz=0.1mm銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min立銑時切削力計算公式為：代入上式得：

2）計算切削力88采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值范圍如下：Ff/Fc=(1.0~1.2)取1.1/Fc=(0.2~0.3)取0.25Fe/Fc=（0.35~0.4）取0.38考慮逆銑時受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險的情況。由此可估算三個方向的銑削力分別為： （與絲杠軸線平行） （與工作臺面垂直） （與絲杠軸線垂直）考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向，則縱向銑削力Fx，徑向銑削力為Fy。

采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值范圍如下：89

3)滾動導軌的設(shè)計計算1、工作載荷的計算工作載荷是影響導軌副壽命的重要因素，對于水平布置的十字工作臺多采用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為：

其中，移動部件重量G=800N,外加載荷外加載荷得最大工作載荷

3)滾動導軌的設(shè)計計算902、小時額定工作壽命的計算預期工作臺的工作壽命為5年，一年365天，取工作時間為360天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命2、小時額定工作壽命的計算913、距離額定壽命計算由公式，從而得到式中：為小時額定工作壽命。n為移動件每分鐘往復次數(shù)（4—6）取5S為移動件行程長度，由加工范圍為300mm×120mm取330mm代入數(shù)據(jù)得：L=2851km.3、距離額定壽命計算924、額定動載荷計算由公式從而得到：式中：Ca為額定動載荷L為距離工作壽命，由上式可知為2851kmF為滑塊的工作載荷，由上式可知為668N代入數(shù)據(jù)得：Ca=5120N4、額定動載荷計算935、產(chǎn)品選型根據(jù)額定動載荷，選擇滾動導軌，查滾動導軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的GGB16BA型，相關(guān)尺寸如下所示可知其額定動載荷C=6.07KN，大于4580N，故可知滿足要求。5、產(chǎn)品選型可知其額定動載荷C=6.07KN，大于4580N94

4)滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗1、最大工作載荷的計算已知移動部件總重量G=800N，按滾動導軌計算，取顛覆力影響系數(shù)K=1.1，滾動導軌上的摩擦系數(shù)u=0.0025—0.005,現(xiàn)取u=0.005，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：=1.1×1352+0.005×(307+468+800) =1495N

4)滾珠絲杠傳動設(shè)計計算及校驗952、最大計算動載荷的確定設(shè)工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲杠導程P=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速=v/P=80r/min。預計滾珠絲杠的工作5年,每年算360天，每天工作8小時，由此得使用壽命為：T=5×360×8=14400h，公式得：= 其中T——使用壽命14400h N——循環(huán)次數(shù) ——滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速80r/min 求得：≈69（）2、最大計算動載荷的確定96受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由式代入數(shù)據(jù)得：≈7971N受中等沖擊載荷取值范圍973、規(guī)格型號的初選根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GDM系列2005-3型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為20mm，導程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×2系列，精度等級取5級，螺母安裝尺寸L=80mm，額定動載荷為9309N，大于最大計算動載荷Cc=7971,滿足要求。3、規(guī)格型號的初選根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查98名稱符號計算公式和結(jié)果

絲杠滾道公稱直徑d020螺距P5