畢業(yè)設計(論文)-龍門數(shù)控火焰切割機設計(全套圖紙)

燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文）（輸入章及標題）PAGEIIPAGEII理工類畢業(yè)設計（論文）模版（此行字體打印時刪除）畢業(yè)設計（論文）龍門數(shù)控火焰切割機設計學院（系）燕山大學里仁學院年級專業(yè)05機制2班學生姓名指導教師答辯日期MacroButtonNoMacro[輸入答辯日期]全套CAD圖紙，加153893706燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文）燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文）PAGEIIPAGEIII摘要本課題所設計的數(shù)控火焰切割機是一種中型切割設備，它可以很方便的對金屬材料進行直線或曲線切割，可廣泛應用于機械、建筑、化工、航天等行業(yè)。首先，本文通過對火焰切割技術及數(shù)控火焰切割機的國內外研究現(xiàn)狀的分析，對火焰切割機的總體結構進行了設計，整體采用龍門式結構，縱向、橫向和垂直三個方向進給運動均選用電動機帶動滾珠絲杠傳動的開環(huán)控制系統(tǒng)。其次，由于火焰切割機切割工件時無切削力，所以縱向進給運動采用電機直接驅動來完成。最后，為了加工制造的方便還繪制了切割機的所有零部件和裝配體的工程圖。關鍵詞數(shù)控火焰切割機，龍門式，結構設計AbstractTheCNCflamecutterdesignedinthistopicisintermediatecuttingequipment.Itcaneasilycutmetalmaterialswithlinearorcurvilineardrawingsandcanbewidelyusedinmachining,architecture,chemicalindustry,spaceflightandotherindustry.Firstly,throughtheanalysisofresearchactualityabouttheflamecuttingtechnologyandtheCNCflamecuttingmachineathomeandabroadthewholestructureoftheflamecutterisdesignedinthisarticle.Thewholestructureusesthegantrystructure,theopen-loopcontrolsystems,usingsteppingmotortodriveballscrews,werechosenatlongitudinal,horizontalandverticaldirections.Secondly,Sincethereisnocuttingpowerwhentheflamecuttercutswork-piece,therefore,theverticalmovementisprovidedbythemovementofworktabledrivendirectlybysteppingmotor.Intheend,allthedrawingsofpartsandassemblyareprotractedinordertofacilitatethemanufacture.KeywordsNumericalcontrolflamecutter,gantrytype,Structuraldesign燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文）目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 IAbstract II第1章緒論 11．1切割技術的種類及發(fā)展 11．2數(shù)控火焰切割簡介 21．2．1火焰切割及數(shù)控火焰切割技術 21．2．2國內外數(shù)控火焰切割技術的發(fā)展 31．2．3數(shù)控火焰切割機的市場及發(fā)展 4第二章機床總體設計 72．1總體方案的確定 72．2控制及傳動系統(tǒng)選用 8第三章火焰切割機傳動裝置設計 103．1螺旋傳動 103．1．1滾珠絲杠副的工作原理及特點 11縱向傳動滾珠絲杠、支撐件的設計計算及電機的選擇14橫向、垂直向滾珠絲杠、支撐件的設計計算及電機的選擇..21第四章導軌 324．1導軌設計 32第五章機床的維護47結論 50參考文獻 51致謝 53附錄1 54附錄2 61附錄369

燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文）PAGE97第1章緒論1.1切割技術的種類及發(fā)展切割是焊接生產(chǎn)備料工序的重要加工方法，包括冷、熱兩類切割，而熱切割又有氣體火焰切割、電弧切割、等離子切割和激光切割等各種工藝方法。目前各種金屬和非金屬切割已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)（特別是焊接生產(chǎn)）中的一個重要工序，被焊工件所需要的幾何形狀和尺寸，絕大多數(shù)是通過切割來實現(xiàn)的。切割技術被廣泛的應用在國民經(jīng)濟建設的各個領域里。近年來，由于機械工業(yè)飛速發(fā)展的需求和國外先進技術的引進，我國切割技術無論在新工藝的開發(fā)方面，還是在新能源的利用方面都有了長足的發(fā)展。自動化、半自動化切割技術的發(fā)展，使得切割技術可以代替部分機械加工，大大提高了工作效率，還可以提高金屬材料的利用率。氣體火焰切割是熱切割中最早被采用和最常用的工藝方法，這種切割方法設備簡單、操作方便靈活、投資費用少、切割質量好等特點。尤其是能夠切割各種含曲線形狀的零件和大厚度工件等一系列特點使得它自進入工業(yè)領域以來一直作為工業(yè)生產(chǎn)中切割碳鋼和低合金鋼的基本方法而被廣泛采用。而本文介紹的數(shù)控火焰切割機就是在早期切割機的基礎上結合近年來高速發(fā)展的微型計算機技術被廣泛應用于工業(yè)領域的實際情況設計出的一種新型切割設備。1.2數(shù)控火焰切割簡介1.2.1火焰切割及數(shù)控火焰切割技術火焰切割就是利用氣體火焰的熱能將工件切割處金屬預熱到一定溫度后，噴出高速切割氧氣流使預熱處的金屬燃燒并放出熱量實現(xiàn)切割的方法。最常見的氣體切割是氧-乙炔火焰切割。鋼材的氣割是利用氣體火焰（稱預熱火焰）將鋼材表面加熱到能夠在氧氣流中燃燒的溫度（即燃點），然后送進高純度，高流速切割氧，使鋼材中的鐵在氧氛圍中燃燒生成氧化鐵熔渣，同時放出大量熱，借助這些燃燒熱和熔渣不斷加熱鋼材的下層和切口邊緣，使之也達到燃點，直至工件的底部。與此同時，切割氧流把氧化鐵熔渣吹掉，從而形成切口將鋼材切割開。數(shù)控火焰切割機是應用計算機數(shù)字程序控制（ComputerNumericalprogramControl）的全自動化切割設備，人們借助計算機輔助設計程序，把所要切割零件的形狀、尺寸、切割順序及切割過程中的各項輔助功能按一定的語言程序規(guī)則進行編程，然后輸入控制機，經(jīng)運算后發(fā)出運動控制及輔助功能指令，再有伺服行走系統(tǒng)和切割執(zhí)行機構協(xié)調動作，從而完成所需零件的切割。數(shù)控火焰切割機的特點：⑴．功能齊全，自動化程度高．具有割炬自動升降和自動調高、自動點火、自動穿孔、自動切割、噴粉畫線、噴印字碼、噴水冷卻、割縫自動補償、熄火返回重割、動態(tài)圖形跟蹤顯示等功能，實現(xiàn)了切割全過程的自動控制。⑵．可配置多個割炬工作，省去了制作樣板和劃線的工時，生產(chǎn)效率高．采用套料程序，提高鋼板利用率。⑶．能合理選定切割工藝參數(shù)及切割路徑，可減小熱變形，加工精度高，切割質量好，能夠減少后續(xù)打磨和裝焊工時。⑷．切割信息易于準備、修改和保存。⑸．機器運行穩(wěn)定可靠，操作方便1.2.2國內外數(shù)控火焰切割技術的發(fā)展隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)控技術和微型計算機技術也迅猛發(fā)展，數(shù)控機床、數(shù)控切割機等已被人熟悉和利用。1952年之后，數(shù)字控制技術已經(jīng)作為生產(chǎn)自動化的強有力手段得到了迅速推廣，并且也引入到龐大而繁雜的造船工業(yè)之中了。1958年，英國氧氣公司首先試制成功了世界上第一臺數(shù)控切割機，并于1961年正式投入挪威斯托德造船廠的造船生產(chǎn)使用中，隨后不少造船工業(yè)發(fā)達國家相繼開展了數(shù)控切割機的研制熱潮。到了六十年代中、后期，己有相當數(shù)量的數(shù)控切割機投產(chǎn)使用。它們編程簡單、操作方便、加工質量穩(wěn)定，大大減輕了勞動強度，降低加工周期，增加經(jīng)濟效益和社會效益，發(fā)展前景廣闊。進一步開展微機控制機床的研究和生產(chǎn)工作，將是我國機械工業(yè)改造舊設備，研制新機型的一個經(jīng)濟有效的途徑。數(shù)控切割機在造船工業(yè)中的應用是造船工藝的一項重大改革，是實現(xiàn)船廠現(xiàn)代化改造的一個重要內容。……數(shù)控火焰切割機屬于對金屬結構件進行切割下料的氣割設備。在機械、船舶、壓力容器、冶金行業(yè)中，各種形狀的厚鋼板的切割下料工作量非常大。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，數(shù)控技術已應用于國民經(jīng)濟的各個部門，切割設備也不例外。目前，國內許多大型結構件企業(yè)為減輕工人的勞動強度，提高產(chǎn)品質量和勞動效率，不惜耗資以每臺五六十萬元的價格從國外購進數(shù)控切割設備。國內生產(chǎn)的該類設備一般每臺也在三四十萬元以上，這樣的價位對于中小金屬結構件企業(yè)來說望塵莫及。因此，面向中小企業(yè)，開發(fā)一種經(jīng)濟型數(shù)控火焰切割機床，有很大的市場潛力，必將取得明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。目前國外的數(shù)控火焰切割機已經(jīng)發(fā)展到了一個相當成熟的階段，各種型號，適用于各種場合的切割機應有盡有，且性能比國產(chǎn)的要好很多，國內的技術要落后很多，國內有些行業(yè)所需的高檔數(shù)控火焰切割機還得進口，由于國外對核心技術的封鎖，再加上國內對高檔機床的消化吸收能力有限，一直沒有較好的數(shù)控火焰切割機。1.2.3數(shù)控火焰切割機的市場及發(fā)展目前,我國機械加工行業(yè)中鋼板下料普遍采用手工氧—乙炔切割,這種現(xiàn)象不僅存在于小規(guī)模單件生產(chǎn)的小型企業(yè),也存在于大批量生產(chǎn)的大型企業(yè)中。而國外企業(yè)的下料工序大部分采用了數(shù)控氧—乙炔或數(shù)控等離子切割方法,這不僅可提高材料利用率,還大大改善了產(chǎn)品質量,優(yōu)化了工作環(huán)境,使工作效率得到了提高。近來,隨著我國制造業(yè)的日益發(fā)展,數(shù)控火焰/等離子切割機床已經(jīng)成為市場需求熱點。為此,我們自行設計生產(chǎn)了一種面向大部分用戶、適合我國國情的大型經(jīng)濟型數(shù)控切割機——龍門式數(shù)控火焰切割機。它廣泛應用于機械、船舶、壓力容器、冶金行業(yè)等生產(chǎn)廠家。數(shù)控技術的發(fā)展趨勢：隨著社會和科學技術的發(fā)展，特別是微機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，要求工業(yè)生產(chǎn)必須滿足高精度、高效率、高靈活性、高速、自動化、節(jié)能、環(huán)保、少或無切削的要求。這些需求要求數(shù)控系統(tǒng)在未來的生產(chǎn)應用中，必然向著開放化、集成化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。1開放化傳統(tǒng)的專用控制系統(tǒng)是控制器制造商針對特定的機床開發(fā)的，它是封閉、不兼容和不可擴展的，很難二次開發(fā)和更新?lián)Q代。而開放數(shù)控系統(tǒng)要求整個系統(tǒng)向用戶開放，向數(shù)控技術再開發(fā)人員開放，以便對系統(tǒng)進行維護和功能擴展。這就要求系統(tǒng)有一個開放的軟、硬件平臺、開放的系統(tǒng)接口，最重要是有統(tǒng)一的標準，這樣才能實現(xiàn)系統(tǒng)的兼容和互換。開放式控制系統(tǒng)的基本特征是以通用的個人計算機(PC)的硬件和軟件為基礎構建的。由于個人計算機的軟、硬件上均有標準的規(guī)范和接口，因此計算機系統(tǒng)便具有了可擴展性、可移植性、互換性、互操作性和可配置性等特征。控制器制造商可以對系統(tǒng)功能任意剪裁和組配以滿足不同用戶的需求，也可以就一些功能模塊賦予用戶再開發(fā)的權利和方便，這樣就便于系統(tǒng)的維修和升級。2集成化集成化的最佳體現(xiàn)是一種全新的制造系統(tǒng)-一計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)計算機集成制造系統(tǒng)(cIMS)的基本思想是用計算機技術將制造企業(yè)中的市場分析、經(jīng)營決策、產(chǎn)品設計、工藝設計、質量控制、生產(chǎn)計劃調度、乃至銷售與售后服務等各個環(huán)節(jié)集合成的一個綜合優(yōu)化的整體。由上述定義可以明了數(shù)控系統(tǒng)是計算機集成制造系統(tǒng)的一個組成部分，是實現(xiàn)產(chǎn)品加工的必要環(huán)節(jié);但由于系統(tǒng)集成化的需要，數(shù)控系統(tǒng)還需要建立和完善相應的集成技術和標準。集成制造系統(tǒng)是當前先進制造技術的重要組成部分，且系統(tǒng)的研究己進入了相對成熟的階段。但目前的系統(tǒng)的集成度還不是很高，各模塊的信息獲取和轉換仍不是很理想，目前各國學者正研究各種使系統(tǒng)集成度更高的技術。隨著工業(yè)生產(chǎn)要求的不斷提升，目前的集成系統(tǒng)將向著更加高度集成方向的方向發(fā)展。3網(wǎng)絡化隨著近兩年來Internet技術的發(fā)展，美國一些企業(yè)通過網(wǎng)絡傳播自己的先進管理經(jīng)驗和信息集成技術，為美國及其它國家的企業(yè)實現(xiàn)這些技術提供了非常好的示范和參考作用。由于90年代信息技術的發(fā)展，如網(wǎng)絡技術、萬維網(wǎng)技術和分布計算技術的發(fā)展，為創(chuàng)造新一代的制造思想和模式提供了空間。在數(shù)控系統(tǒng)中的應用敏捷制造的信息基礎結構和建筑于信息基礎結構之上的網(wǎng)上設計制造技術是實現(xiàn)網(wǎng)絡開發(fā)的不可缺少的因素。網(wǎng)上設計技術的研究主要是在工Internet網(wǎng)絡環(huán)境下發(fā)展先進的制造技術，使得在技術層次上能實現(xiàn)企業(yè)間的實時合作。網(wǎng)絡技術的發(fā)展使得遠程控制技術迅速崛起，諸多研究機構和廠商紛紛對此投入了巨大的精力，希望向企業(yè)數(shù)控全球聯(lián)盟方向靠攏。由于目前的網(wǎng)絡技術的局限使得這一目標在短期內難以實現(xiàn);但數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化已是數(shù)控技術發(fā)展不可逆轉的趨勢。開放式熱切割機數(shù)控軟件系統(tǒng)的研究本課題研究一種基于PC和WindowS平臺的，用于火焰切割、開放式熱切割數(shù)控系統(tǒng)。它具有全中文的人性化操作界面，可以進行任意形狀的二維零件加工。本系統(tǒng)還有動態(tài)加工過程仿真、加工條件自動選定及優(yōu)化等功能。另外還具有豐富的圖庫，可以進入相應的控制界面調用相應的功能，實現(xiàn)常用圖形零件的便捷加工。該部分實現(xiàn)是通過相應圖形的調用，進行參數(shù)的輸入，并將該參數(shù)轉化為相應的G代碼，傳送給主控制程序實現(xiàn)各圖形的加工開放式切割機數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺采用PC十運動驅動卡，軟件平臺采用Windows98/NT，開發(fā)平臺采用vC+十，替代原DOS系統(tǒng)下的數(shù)控系統(tǒng)。這種方式下Pc機只負責常規(guī)的系統(tǒng)管理和維護，而具體的數(shù)控系統(tǒng)的核心功能，則由運動控制卡實現(xiàn)直接實現(xiàn)。由控制卡硬件直接控制電機的動作，從而解決了WINDows平臺下計算機控制中經(jīng)常碰到的實時控制問題所帶來的困擾。本系統(tǒng)研制成功提高了該類產(chǎn)品在市場上的競爭地位，本系統(tǒng)研制成功必然取代現(xiàn)有封閉的、或DOS平臺下的數(shù)控系統(tǒng)，全面提升切割機的整機性能，提高切割機的性能價格比，增強其在市場上的競爭實力，是較為先進的熱切割機數(shù)控系統(tǒng)。第2章機床總體設計2.1總體方案的確定數(shù)控火焰切割機是一個復雜的系統(tǒng)工程,它綜合了計算機技術、精密機械制造、電機拖動、數(shù)字控制、焊接等多門學科,所以在設計、生產(chǎn)、調試、安裝、維護等各環(huán)節(jié)都會遇到許多問題1.1適用方向要求該設備適用面廣,既可用于大型企業(yè)的下料車間,進行大型零件的批量切割,又可用于小型機械廠,進行小型零件的小批量生產(chǎn)。1.2技術水平該設備的綜合技術水平要求超過國內同類產(chǎn)品,接近世界先進水平。1.3加工精度該設備的運行精度應超過目前的國家相關標準。1.4適用材料該設備可用來切割碳鋼、不銹鋼、有色金屬等板材。1.5工作方式工作方式為連續(xù)工作。1.6運行速度定位速度要求±0.012/300mm;切割速度為1mm~60mm/s。擬解決的主要問題：中型火焰切割機設計最困難,使用時可靠性最差的要害在于軸的驅動，可有以下幾種方案以供選擇：方案一：大型加工中心、數(shù)控機床上常用的設計是采用長滾動導軌與長滾珠絲杠主要問題在長滾珠絲杠的制造成本極高，安裝上難度很大。方案二：采用精密齒輪齒條傳動滿足長行程的需要，中捷友誼廠為上海磁懸浮項目提供的大型加工中心就采用該方案。齒條固定、齒輪安裝在龍門架上，由伺服電機通過同步帶減速驅動齒輪。該方案也是目前大型火焰切割機的常用方案。當支撐龍門架的兩根導軌問距很大時，一般采用雙驅動，可靠性不高?！缮厦鎯煞N方案的對比，加上滾珠絲杠副的特長：

1、動力更省

驅動力矩僅為滑動絲杠副的1/3，具有較高的運動效率，可以更加省電。

2、高精度的保證

滾珠絲杠副都是由高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出來的，制作精度更高。

3、微進給可能

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)精確的微進給。

4、無側隙、剛性高

滾珠絲杠副可以加預壓，由于預壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性。

5、高速進給

滾珠絲杠副由于運動效率高、發(fā)熱小，所以可實現(xiàn)高速進給(運動)?？傻贸觯涸谧非笤O計出一臺高精度，高性能數(shù)控機床，方案一比較好。2.2控制及傳動系統(tǒng)選用數(shù)控火焰切割機的主要技術參數(shù)縱向導軌長度／m6跨距／m2有效切割寬度／m1.6有效切割長度／m5切割厚度／mm6～160切割精度／mm±0．5最高行動速度，m．min15割炬組數(shù)單割炬割炬升降范圍／mm800定位精度/mm±0.012/300根據(jù)本緊急系統(tǒng)定位精度的要求,應選用全閉伺服系統(tǒng)。從產(chǎn)品目錄中查得伺服電機的最高轉速為或2000r/min。如果伺服電機通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠接，即i=1。工作臺快速進給的最高速度要求達到。取電機的最高轉速,則絲杠的最高轉速也為1500r/min?；窘z杠導程綜上所述，采用螺母絲杠副作為傳動，全閉環(huán)伺服系統(tǒng)進行控制。第3章火焰切割機傳動裝置設計MacroButtonNoMacro[單擊此處輸入章標題]3.1螺旋傳動利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。主要用于將旋轉運動轉換成直線運動，將轉矩轉換成推力。按工作特點，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋。①傳力螺旋:以傳遞動力為主,它用較小的轉矩產(chǎn)生較大的軸向推力,一般為間歇工作,工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機和螺旋千斤頂上的螺旋。②傳導螺旋：以傳遞運動為主，常要求具有高的運動精度，一般在較長時間內連續(xù)工作，工作速度也較高，如機床的進給螺旋（絲杠）。③調整螺旋：用于調整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經(jīng)常轉動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機器和精密儀表微調機構的螺旋。按螺紋間摩擦性質，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動?；瑒勇菪齻鲃佑挚煞譃槠胀ɑ瑒勇菪齻鲃雍挽o壓螺旋傳動?；瑒勇菪齻鲃油ǔＫf的滑動螺旋傳動就是普通滑動螺旋傳動?；瑒勇菪ǔ２捎锰菪温菁y和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差強度較低等原因應用很少;對于受力不大和精密機構的調整螺旋，有時也采用三角螺紋。一般螺紋升程和摩擦系數(shù)都不大，因此雖然軸向力F相當大，而轉矩T則相當小。傳力螺旋就是利用這種工作原理獲得機械增益的。升程越小則機械增益的效果越顯著?；瑒勇菪齻鲃拥男实?，一般為30～40％，能夠自鎖。而且磨損大、壽命短，還可能出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象。靜壓螺旋傳動螺紋工作面間形成液體靜壓油膜潤滑的螺旋傳動。靜壓螺旋傳動摩擦系數(shù)小，傳動效率可達99％,無磨損和爬行現(xiàn)象,無反向空程,軸向剛度很高,不自鎖,具有傳動的可逆性,但螺母結構復雜,而且需要有一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定和過濾要求高的供油系統(tǒng)。靜壓螺旋常被用作精密機床進給和分度機構的傳導螺旋。這種螺旋采用牙較高的梯形螺紋。在螺母每圈螺紋中徑處開有3～6個間隔均勻的油腔。同一母線上同一側的油腔連通，用一個節(jié)流閥控制。油泵將精濾后的高壓油注入油腔，油經(jīng)過摩擦面間縫隙后再由牙根處回油孔流回油箱。當螺桿未受載荷時，牙兩側的間隙和油壓相同。當螺桿受向左的軸向力作用時，螺桿略向左移，當螺桿受徑向力作用時，螺桿略向下移。當螺桿受彎矩作用時，螺桿略偏轉。由于節(jié)流閥的作用，在微量移動后各油腔中油壓發(fā)生變化，螺桿平衡于某一位置，保持某一油膜厚度。滾動螺旋傳動用滾動體在螺紋工作面間實現(xiàn)滾動摩擦的螺旋傳動，又稱滾珠絲杠傳動.滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數(shù)、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在90％以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結構復雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應用于機床、飛機、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋傳動的結構型式，按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和內循環(huán)。外循環(huán)的導路為一導管,將螺母中幾圈滾珠聯(lián)成一個封閉循環(huán)。內循環(huán)用反向器，一個螺母上通常有2～4個反向器，將螺母中滾珠分別聯(lián)成2～4個封閉循環(huán)，每圈滾珠只在本圈內運動。外循環(huán)的螺母加工方便，但徑向尺寸較大。為提高傳動精度和軸向剛度，除采用滾珠與螺紋選配外，常用各種調整方法以實現(xiàn)預緊。在JB/T3162-1991中，將滾動螺旋傳動稱為滾珠絲桿副。該標準規(guī)定，滾珠絲桿副分為定位滾珠絲桿副（稱P類）和傳動滾珠絲桿副（稱T類）。前者是通過旋轉角度和導程控制軸向位移量的滾珠絲桿副，后者是與旋轉角度無關用于傳遞動力的滾珠絲桿副。MacroButtonNoMacro[單擊此處輸入正文內容(宋體、小四號字)]3.1.1滾珠絲杠副的工作原理及特點滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機床中回轉運動轉換為直線運動常用的傳動裝置。它以代替絲桿螺母副中的滑動，摩擦力小，具有良好的性能。

組成及工作滾珠的滾動原理：

滾珠絲杠螺母副的結構原理圖

·組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。

·工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成螺旋滾道，并在滾道內裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復始的循環(huán)運動?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。

特點：

·傳動效率高：機械效率可高達92%~98%。

·摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動代替了普通絲桿螺母副的滑動。

·軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預緊后可消除間隙。

·使用壽命長、制造成本高：主要采用優(yōu)質合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。

滾珠絲桿螺母副的消隙

·雙螺母墊片調隙：

修磨墊片厚度消隙

滾珠絲桿螺母副采用雙螺母結構（類似于齒輪副中的雙薄片齒輪結構）。通過改變墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，從而使兩個螺母分別與絲桿的兩側面貼合。當工作臺反向時，由于消除了側隙，工作臺會跟隨CNC的運動指令反向而不會出現(xiàn)滯后。

·雙螺母螺紋調隙：

用鎖緊螺母消隙

差齒式調整法

圖示為利用兩個鎖緊螺母調整預緊力的結構。兩個工作螺母以平鍵與外套相聯(lián)，其中右邊的一個螺母外伸部分有螺紋。當兩個鎖緊螺母轉動時，正是由于平鍵限制了工作螺母的轉動，才使得帶外螺紋的工作螺母能相對于鎖緊螺母軸向移動。間隙調整好后，對擰兩鎖緊螺母即可。結構緊湊，工作可靠，應用較廣。

·雙螺母齒差調隙：

兩個工作螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)為Z1、Z2的齒輪，且Z1、Z2相差一個齒，即：Z2-Z1=1，兩個齒輪分別與兩端相應的內齒圈相嚙合，內齒圈緊固在螺母座上。

設其中的一個螺母Z1轉過一個齒時，絲桿的軸向移動量為S1，則有：

Z1:1=T:S1則S1=T/Z1

如果兩個齒輪同方向各轉過一個齒，則絲桿的軸向位移為：ΔS=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2

例：當Z1=99，Z2=100時，ΔS≈1μ?？梢赃_到很高的調整精度。

滾珠絲桿螺母副的安裝

滾珠絲桿螺母副所承受的主要是軸向載荷。它的徑向載荷主要是臥式絲桿的自重。安裝時，要保證螺母座的孔與工作螺母之間的良好配合，并保證孔與端面的垂直度等。這時主要是根據(jù)載荷的大小和方向選擇軸承。另外安裝和配置的形式還與絲桿的長短有關，當絲桿較長時，采用兩支撐結構；當絲桿較短時，采用單支撐結構。

滾珠絲杠兩端支撐形式

圖a：一端固定，一端自由：適用于短絲桿及垂直絲桿。

圖b：一端固定，一端浮動：一端同時承受軸向力和徑向力，另一端徑向力，當絲桿受熱伸長時，可以通過一端做微量的軸向浮動。

圖c：兩端固定的支撐形式：通常在它的一端裝有碟形彈簧和調整螺母，這樣既能對滾珠絲桿施加預緊力，又能在絲桿熱變形后保持不變的預緊力.3．1．1.1縱向滾珠絲杠副的設計及電機的選擇滾珠絲杠精度由于本系統(tǒng)要求達到的定位精度,根據(jù)此要求查閱滾珠絲杠樣本,對于1級精度絲杠,任意300內導程允許誤差為0.006mm,2級精度絲杠的導程允差為0.008mm。初步設計時先設絲杠的任意300mm行程內的行程變動量為定位精度的1/3~1/2,即0.004mm~0.006mm,因此,取滾珠絲杠精度為級,即1級精度絲杠。滾珠絲杠選擇滾珠絲杠的名義直徑、滾珠的列數(shù)和工作圈數(shù)，應按當量動載荷選擇。絲杠的最大載荷，為切削時的最大進給力加摩擦力；最小載荷即摩擦力。由于此機床采用火焰切割所以切屑力忽略不計。本參數(shù)可估計工作臺及能加工工件的最大重量為M則鋼的密度查表可得為。工作臺的質量為500kg則M=m+500加工工件的質量帶入數(shù)據(jù)可得M=18074.8kg導軌材料選塑料-鑄鐵摩擦系數(shù)為。故絲杠的最小載荷為絲杠的最大載荷為平均載荷為絲杠的最高轉速為1500r/min，工作臺的最小進給速度為1mm/min，故絲杠的最低轉速為0.1r/min，可取為0。則平均轉速為n=(1500+0)/2=750r/min。絲杠使用壽命取T=15000h，，，故絲杠工作壽命得絲杠的當量動載荷為查滾珠絲杠樣本，選擇FFZ4010型內循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預緊滾珠絲杠副。名義直徑40mm，導程10mm。額定動載荷為，，符合設計要求。軸向剛度。預緊力只要軸向載荷值不達到或超過預緊力的3倍，就不必對預緊力提出額外的要求。此設計中絲杠最大載荷為5.314KN，遠小于。故合理使用。絲杠支承選擇本傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動的結構形式如圖(b)F-S固定端采用一對接觸的7602030TVP型角接觸球軸承面對面組配，簡支端支承采用6206/P5型深溝球軸承，只承受絲杠的重力。選擇電機最大切削負載轉矩的計算所選伺服電機的額定轉矩應大于最大切削負載轉矩。最大切削負載轉矩T可根據(jù)公式計算從前面的計算，已知最大進給力，絲杠導程，預緊力，查絲杠樣本，滾珠絲杠螺母副的機械效率。因滾珠絲杠預加載荷引起的附加摩擦力矩查角接觸推力球軸承組配技術條件，得7602030TVP單個軸承的摩擦力矩為，故一對軸承的摩擦力矩。簡支端軸承部預緊，其摩擦力矩可忽略不計。伺服電機于絲杠直聯(lián)，其傳動比i=1。則最大切削負載轉矩1.負載慣量的計算伺服電機的轉子慣量應與負載慣量相匹配。負載慣量可按以下次序計算。工件和工作臺的最大質量為18074.8kg折算到電機軸上的慣量絲杠的名義直徑，長度l=5.2m，絲杠材料鋼的密度為。絲杠加在電機軸上的慣量聯(lián)軸節(jié)加上鎖緊螺母等的慣量，查表可得故負載總慣量代入數(shù)據(jù)可得按照中小型數(shù)控機床的慣量匹配條件，，所選電機的轉子慣量應該在范圍之內。根據(jù)上述計算可初步選定伺服電機?？蛇xBESK-20型，其額定轉矩為22.5；轉子慣量為0..139。其最大轉矩為154。3空載加速轉矩計算當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動時，所需的空載加速轉矩為空在加速時，主要克服慣性?？倯T量加速時間通常取的3~4倍，故帶入數(shù)據(jù)可得為63~84空載加速轉矩不允許超過伺服電機的最大輸出轉矩由此可見所選電機滿足設計要求。5精度的驗算機床的定位精度要求為0.012/300mm，其絲杠的導程誤差為0.006mm。其余誤差為伺服系統(tǒng)誤差、絲杠軸承的軸向跳動和在載荷作用下個機械環(huán)節(jié)彈性形變引起的位移誤差等。1伺服剛度伺服剛度為是伺服電機的增益，而則帶入數(shù)據(jù)可得折合到工作臺部件的直線剛度2滾珠絲杠的拉壓剛度絲杠為一端軸向定位結構。其最小拉壓剛度發(fā)生在工作臺螺母離定位點最遠的位置。一直絲杠的行程則根據(jù)公式可計算得3絲杠軸承的軸向剛度7602030TVP型軸承的鋼球直徑，鋼球數(shù)Z=17，接觸角，預加載荷為，軸向外載荷為導軌摩擦力故軸向載荷為預加載荷與軸向外載荷之和。絲杠軸承軸向載荷剛度4滾珠絲杠螺母副的接觸剛度查樣本手冊得5撓性聯(lián)軸節(jié)扭轉剛度查文獻得折合到工作臺部件的直線剛度為6綜合剛度K計算出伺服剛度折算到工作臺部件的直線剛度、滾珠絲杠最小拉壓剛度、絲杠軸承軸向剛度、滾珠絲杠螺母接觸剛度、折算到工作臺部件直線剛度和聯(lián)軸節(jié)剛度后，按彈簧串聯(lián)原則合成求得綜合剛度K。故7彈性變形加工中心的定位精度是在不切削空載條件下檢驗的，故軸向載荷僅為導軌的摩擦力。則8定位誤差驗證滾珠絲杠在任意300mm內的導程誤差為6，加彈性形變量，即為9。再加上某些次要因素，將不會超過要求的定位誤差，能滿足定位精度0.012/300mm的設計要求。3．1．1.2橫向滾珠絲杠副的設計及電機的選擇橫向與垂直方向的滾珠絲杠的計算與電機的選擇的計算過程與縱向的設計與計算過程相似，所以就簡單敘述下過程。1額定動載荷和額定靜載荷滾珠絲杠螺母副的承載能力是以額定動載荷和靜載荷來表示的。是設計選用螺母絲杠的主要依據(jù)。2滾珠絲杠的計算滾珠絲杠應根據(jù)額定動載荷選用。滾珠絲杠的當量動載荷式中軸向工作載荷，當量載荷按單調式變化規(guī)律變化，各種轉速使用機會相同時，L為工作壽命，以轉為1單位，N為絲杠轉速T為使用壽命，隊數(shù)控機床可取15000h如果軸向工作載荷和絲杠轉速時變化的，應按當量軸向載荷和當量轉速計算，器計算公式為如果考慮到實際運動中載荷的沖擊和絲杠精度隊壽命的影響，當量動載荷應為按上式求出當量動載荷后，查產(chǎn)品目錄與相近的額定動載荷并使，然后由值確定滾珠絲杠副的型號和尺寸規(guī)格。3滾珠絲杠的靜載荷強度的計算低速運轉是的滾珠絲杠副，應按最大軸向工作載荷，即按計算靜載荷為選擇依據(jù)。其計算公式為按上式求出靜載荷后，查產(chǎn)品目錄中與其相近的額定動載荷并使再由確定絲杠的型號和結構參數(shù)。3電機的選用一般考慮3個問題最大切削負載轉矩，不得超過電機的額定轉矩折算到電機軸上的最大切削負載轉矩T。式中絲杠上的最大軸向載荷，等于最大軸向進給力加導軌摩擦力絲杠導程滾珠絲杠的機械效率因絲杠螺母預加載荷引起的附加摩擦力矩滾珠絲杠承受的摩擦力矩伺服電機至絲杠的傳動比。電動機的轉子慣量應與負載慣量相匹配。匹配條件為重型機床的負載慣量很大，如果電機與絲杠直聯(lián)很難滿足此條件。常用的辦法是電機通過一對齒輪降速后傳動絲杠。負載慣量可按以下公式計算式中各旋動件的轉動慣量各旋動件的角速度各直線運動件的質量各直線運動件的速度伺服電機的角速度實心圓柱體的轉動慣量空心圓柱體的轉動慣量式中m質量D，d外徑和孔徑L長度密度快速移動時，轉矩不得超過伺服電機的最大轉矩。當執(zhí)行部件從靜止狀態(tài)的階躍指令加速到最大移動速度時，所需要的轉矩最大。其轉矩為式中電機在執(zhí)行部件快移時的轉速加速時間加速時間通常為電動機機械時間常數(shù)的3~4倍?？梢娝欧姍C主參數(shù)是輸出功率，這是區(qū)分其大小的公稱值。但選擇伺服電機時，卻是按照負載轉矩小于額定轉矩、電機轉子慣量與負載慣量的合理匹配、執(zhí)行部件的快移轉矩小于電機的最大轉矩3個要求來考慮的。綜上所訴，橫向的滾珠絲杠選用FFZD2510-4型參數(shù)為公稱直徑25mm公稱導程10mm絲杠外徑29.5mm螺紋底徑24.5mm額定動載荷18687N額定靜載荷41004N接觸剛度R913電機選用FB-15型直流伺服電機主要參數(shù)為:最高轉速1500r/min額定轉矩17.6最大轉矩154轉子慣量0.019垂直方向的絲杠和電機的型號為:絲杠選用CBM2204-3主要參數(shù)為公稱直徑22mm公稱導程4mm絲杠外徑28.7mm螺紋底徑23.7mm額定動載荷4628N額定靜載荷14175N接觸剛度R552電機選用110SZ56直流伺服電機參數(shù)為:最高轉速1000r/min額定轉矩6.5最大轉矩85.6轉子慣量0.012支承選用:固定端選用7602030TVP型角接觸球軸承面對面組配，簡支端支承采用6206/P5型深溝球軸承，只承受徑向力。計算和驗算步驟均與縱向相仿。經(jīng)檢驗均能合理使用。聯(lián)軸器的選用:得出電機的傳動力矩后，結合下圖的工作系數(shù)表，確定矯正系數(shù)K所選聯(lián)軸器的型號為:ZQ4384-86型滑塊聯(lián)軸器。第四章導軌機床上兩相對運動部件的配合面組成一對導軌副，不動的配合面為支撐導軌，運動的配合面為動導軌。導軌的主要功能是導和承載，為此，導軌副只允許具有一個自由度。1導軌的作用和設計要求

當運動件沿著承導件作直線運動時，承導件上的導軌起支承和導向的作用，即支承運動件和保證運動件在外力（載荷及運動件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進行直線運動。對導軌的要求如下：

1.一定的導向精度。導向精度是指運動件沿導軌移動的直線性，以及它與有關基面間的相互位置的準確性。

2.運動輕便平穩(wěn)。工作時，應輕便省力，速度均勻，低速時應無爬行現(xiàn)象。

3.良好的耐磨性。導軌的耐磨性是指導軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導軌在使用過程中要磨損，但應使磨損量小，且磨損后能自動補償或便于調整。

4.足夠的剛度。運動件所受的外力，是由導軌面承受的，故導軌應有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導軌面寬度，以降低導軌面比壓；設置輔助導軌，以承受外載。

5.溫度變化影響小。應保證導軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。

6.結構工藝性好。在保證導軌其它要求的前提下，應使導軌結構簡單，便于加工、測量、裝配和調整，降低成本。

不同設備的導軌，必須作具體分析，對其提出相應的設計要求。必須指出，上述六點要求是相互影響的。

2導軌設計的主要內容

設計導軌應包括下列幾方面內容：

1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導軌類型。

2.選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度。

3.選擇適當?shù)膶к壗Y構及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運動輕便和平穩(wěn)。

4.選擇導軌的補償及調整裝置，經(jīng)長期使用后，通過調整能保持需要的導向精度。

5.選擇合理的潤滑方法和防護裝置，使導軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。

6.制訂保證導軌所必須的技術條件，如選擇適當?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和測量方法等。

3導軌的結構設計

1.滑動導軌

(1)基本形式（見圖）三角形導軌：該導軌磨損后能自動補償，故導向精度高。它的截面角度由載荷大小及導向要求而定，一般為90°。為增加承載面積，減小比壓，在導軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110°～120°）；為提高導向性，采用較小的頂角（60°）。如果導軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導軌面。

矩形導軌：優(yōu)點是結構簡單，制造、檢驗和修理方便；導軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應用廣泛。但它的導向精度沒有三角形導軌高；導軌間隙需用壓板或鑲條調整，且磨損后需重新調整。

燕尾形導軌：燕尾形導軌的調整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調節(jié)各面的間隙，且高度小，結構緊湊；但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合。

圓形導軌：制造方便，外圓采用磨削，內孔珩磨可達精密的配合，但磨損后不能調整間隙。為防止轉動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。

(2)常用導軌組合形式

三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導軌為導向面，導向精度較高，而平導軌的工藝性好，因此應用最廣。

這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導軌易儲存潤滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導軌不能儲存潤滑油，只用于低速移動。見圖。雙三角形導軌：由于采用對稱結構，兩條導軌磨損均勻，磨損后對稱位置位置不變，故加工精度影響小。接觸剛度好，導向精度高，但工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸，如果運動部件熱變形不同，也不能保證四個面同時接觸，故不宜用在溫度變化大的場合。

(3）間隙調整

為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，而且導軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調整，故導軌應有間隙調整裝置。

矩形導軌需要在垂直和水平兩個方向上調整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調整它的低面間隙，其方法有：a）刮研或配磨下壓板的結合面；b）用螺釘調整鑲條位置；c）改變墊片的片數(shù)或厚度；見下圖。

在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調整它的側面間隙。見下圖。夾緊裝置

有些導軌（如非水平放置的導軌）在移動之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機械鎖緊和液壓鎖緊。見下圖提高耐磨性措施

導軌的使用壽命取決于導軌的結構、材料、制造質量、熱處理方法，以及使用與維護。提高導軌的耐磨性，使其在較長的時間內保持一定的導向精度，就能延長設備的使用壽命。提高導軌耐磨性的措施有：

1)選擇合理的比壓單位面積上的壓力成為比壓，即

p=P/S（公斤/厘米2）

式中P-作用在導軌上的力（公斤）

S-導軌的支承面積（厘米2）

由上式可知，要減小導軌的比壓，應減輕運動部件的重量和增大導軌支承面的面積。減小兩導軌面之間的中心距，可以減小外形尺寸和減輕運動部件的重量。但減小中心距受到結構尺寸的限制，同時中心距太小，將導致運動不穩(wěn)定。

降低導軌比壓的另一辦法，是采用卸荷裝置，即在導軌載荷的相反方向，增加彈簧或液壓作用力，以抵消導軌所承受的部分載荷。

2)選擇合適材料目前常采用的導軌材料有以下幾種：

鑄鐵-導軌與承導件或運動件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點。在潤滑和防護良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200～HT400，硬度以HB=180～200較為合適。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180～220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應力較大，易產(chǎn)生裂紋，應采用適當?shù)蔫T造工藝。

此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。

鋼-要求較高的或焊接機架上的導軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導軌的耐磨性比普通灰鑄鐵高5～10倍。常用的有20Cr鋼滲碳淬火和40Cr高頻淬火。

鋼導軌鑲接的方法有：

螺釘連接，應使螺釘不受剪切；為避免導軌上有孔（孔內積存贓物而加速磨損），一般采用倒裝螺釘。結構上不便于從下面伸入螺釘固定時，可采用下圖所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平，使導軌上的螺釘孔和螺釘頭之間沒有間隙。用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過0.25毫米。膠粘導軌具有一定的膠接剛度和強度，尚有一定的抗沖擊性能，工藝簡單，成本較低。

塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導軌材料。它具有耐磨、抗振以及動、靜摩擦系數(shù)低（0.04），可消除低速爬行現(xiàn)象，在實際應用中取得良好的效果。

3)熱處理為提高鑄鐵導軌的耐磨性，常對導軌表面進行淬火處理。表面淬火方法有：火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。

4)潤滑和防護潤滑油能使導軌間形成一層極薄的油膜，阻止或減少導軌面直接接觸，減小摩擦和磨損，以延長導軌的使用壽命。同時，對低速運動，潤滑可以防止"爬行"；對高速運動，可減少摩擦熱，減少熱變形。

導軌潤滑的方式有澆杯、油杯、手動油泵和自動潤滑等。

導軌的防護裝置用來防止切削、灰塵等贓物落到導軌表面，以免使導軌擦傷、生銹和過早的磨損。為此，在運動導軌端部安裝刮板；采用各種式樣的防護罩，使導軌不外露等辦法。

(6)結構尺寸的驗算

1)校核溫度變化對導軌間隙的影響導軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應在選定精度和配合后，作導軌間隙驗算。為了保證工作時不致卡住，導軌的最小間隙應大于或等于零，即Δmin≥0

導軌的最小間隙用下式計算：

Δmin=Dmin[1+αk(t-t0)]-dmax[1+αz(t-t0)](mm)

式中t-工作溫度（°C）

t0-制造時溫度（°C）

Dmin-包容件在t0時的最小尺寸（mm）

dmax-被包容件在t0時的最大尺寸（mm）

αk-包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/°C）

αz-被包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/°C）

為保證導向精度，導軌的最大間隙Δmax應小于或等于允許值，即Δmax≤[Δmax]

導軌的最大間隙用下式計算：

Δmax=Dmax[1+αk(t-t0)]-dmin[1+αz(t-t0)](mm)

式中Dmax-包容件在t0時的最大尺寸（mm）

dmin-被包容件在t0時的最小尺寸（mm）

2)不自鎖條件和導軌間隙計算

當初定導軌的結構形式和尺寸后，應注意作用力的方向和作用點的位置，力求使導軌的傾斜力矩小，否則使導軌的摩擦力增大，磨損加快，從而降低導軌的靈活性和導向精度，甚至回使導軌卡住。其驗算公式見下表。綜上所述，縱向導軌采用矩形導軌。材料選用塑料-鑄鐵，采用壓板調整的方式進行調整。2.滾動導軌

在承導件和運動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個導軌面不直接接觸的導軌，稱為滾動導軌。

滾動導軌的特點是摩擦阻力小，運動輕便靈活；磨損小，能長期保持精度；動、靜摩擦系數(shù)差別小，低速時不易出現(xiàn)"爬行"現(xiàn)象，故運動均勻平穩(wěn)。因此，滾動導軌在要求微量移動和精確定位的設備上，獲得日益廣泛的運用。

滾動導軌的缺點是：導軌面和滾動體是點接觸或線接觸，抗振性差，接觸應力大，故對導軌的表面硬度要求高；對導軌的形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高。

(1)結構形式

滾珠導軌-下圖為V-平截面的滾珠導軌、雙V形截面的滾珠導軌和圓形截面滾珠導軌。由于滾珠和導軌面是點接觸，故運動輕便，但剛度低，承載能力小。常用于運動件重量、載荷不大的場合。滾柱（滾針）導軌-滾柱導軌中的滾柱與導軌面是線接觸，故它的承載能力和剛度比滾珠導軌大，耐磨性較好，靈活性稍差。如下圖，滾柱對導軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側向偏移和滑動，而使導軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。滾柱的直徑越大，對導軌的不平度越為敏感。當結構尺寸受限制時，可采用直徑較小的滾柱，這種導軌稱為滾針導軌。

滾柱導軌支承為標準部件，具有安裝、潤滑簡單，調整防護容易等優(yōu)點。其結構如下圖所示。由于滾柱在封閉的滾道內滾動，故可用于行程很大的導軌上。滾柱導軌可采用標準的滾動軸承，裝在偏心軸上，如下圖所示，以便于調整。其偏心量一般取0.2-0.5毫米。滾動導軌設計的一般問題

1)結構形式的選擇：滾動導軌按其結構特點，分為開式和閉式兩種。開式滾動導軌用于外加載荷作用在兩條導軌中間，依靠運動件本身重量即可保持導軌良好接觸的場合。閉式導軌則相反。

滾珠導軌的靈活性最好，結構簡單，制造容易，但承載能力小，剛度低，常用于精度要求高、運動靈活、輕載的場合。滾柱（針）導軌剛度大，承載能力強，但對位置精度要求高。滾動導軌采用標準滾動軸承，結構簡單，制造容易，潤滑方便。宜用于中等精度的場合。為了增加滾動導軌的承載能力，可施預加載荷。這時剛度大，且沒有間隙，精度相應提高，但阻尼比無預加載荷時大，制造復雜，成本高。故多用于精密導軌。

2)選擇長度：一般應在滿足導軌運動行程的前提下，盡可能使導軌的長度短一些。

為防止?jié)L動體在行程的極端位置時脫落，運動件的長度應為

L=l+2a+Smax/2

式中L-運動件或承導件的長度，計算時取較短者的長度（毫米）；

l-支承點的距離（毫米）；

a-在極端位置時的余量；如下圖。采用循環(huán)式的滾動導軌支承時，運動件的行程長度不受限制。

滾動體尺寸和數(shù)目：滾動體直徑大，承載能力大，摩擦阻力小。對于滾珠導軌，滾珠直徑增大，剛度增高（滾柱導軌的剛度與滾柱直徑無關）。因此，如果不受結構的限制，應有限選用尺寸較大的滾動體。

滾針導軌的摩擦阻力較大，且滾針可能產(chǎn)生滑動。所以盡可能不采用滾針導軌（特別是滾針直徑小于4毫米時）。

當滾動體的數(shù)目增加時，導軌的承載能力和剛度也增加。但滾動體的數(shù)目不宜太多，過多會增加載荷在滾動體上分布的不均勻性，剛度反而下降。若滾動體數(shù)目太少，制造誤差將會顯著地影響運動件的導向精度。一般在一個滾動帶歸上，滾動體的數(shù)目最少為12個。經(jīng)驗表明：運動部件的重量，使?jié)L柱單位長度上的載荷q≥4公斤/厘米時；對于滾珠導軌，在每個滾珠上的載荷為p≥3（d）1/2公斤時，（d為滾珠直徑，毫米），載荷的分布比較均勻。

在滾柱導軌中，增加滾柱的長度，可減小接觸應力和增大剛度，但載荷分布的不均勻性也增大。對于鋼制摸削導軌，滾柱導軌和直徑之比l/d<1.5，對于鑄鐵導軌，l/d可增大些（滾柱直徑一般不小于6毫米，滾針直徑不小于4毫米）。

試驗證明：隨著過盈量的增加，導軌的剛度開始急劇增加，達到一定程度后，再增加過盈量，剛度不會顯著提高。牽引力隨著過盈量增加而增大，但在一定限度內變化不大，過盈量超過一定值后，則急劇增加。因此，合理的過盈量應使導軌剛度較好而牽引力不大。

3)技術要求：導軌的質量取決于它的制造精度和安裝精度，設計時應根據(jù)使用要求，制定出滾動導軌的若干技術條件，下列項目和數(shù)據(jù)可供參考：

兩導軌面間的不平度一般為3微米；

導軌不直度一般為10-15微米，精密的小于10微米。

滾動體的直徑差，對于一般的導軌，全部滾動體的直徑差不大于2微米，每組滾動體的直徑差不大于1微米；對于精密導軌，全部滾動體的直徑差不大于1微米，每組滾動體的直徑差不大于0.5微米；

滾柱的錐度在滾柱長度范圍內，大小端直徑差小于0.5-1微米；

表面光潔度通常應刮研；在25×25厘米2內，其接觸斑點為20-25個點，精密的取上限，一般的取下限。故橫向和垂直方向選用滾動導軌。材料為合金工具鋼CrWMn62HRC。第五章機床的維護數(shù)控機床機械部分的維護與保養(yǎng)主要包括：機床主軸部件、進給傳動機構、導軌等的維護與保養(yǎng)。此機床則主要考慮進給傳動機構和導軌的維護與保養(yǎng)。進給傳動機構的機電部件主要有：伺服電動機及檢測元件、滾珠絲杠螺母副、絲杠軸承、運動部件。這里主要對滾珠絲杠螺母副的維護與保養(yǎng)問題加以說明。滾珠絲杠螺母副軸向的間隙的調整滾珠絲杠螺母副除了對本身單一方向的進給運動精度有要求外，對軸向間隙也有嚴格的要求，以保證反向傳動精度。因此，在操作使用中要注意由于絲杠螺母副的磨損而導致的軸向間隙采用調整方法加以消除。雙螺母墊片式消隙，如圖所示此種形式結構簡單可靠、剛度好，應用最為廣泛，在雙螺母間加墊片的形式可由專業(yè)生產(chǎn)廠根據(jù)用戶要求事先調整好預緊力，使用時裝卸非常方便。雙螺母螺紋式消隙，下圖所示利用一個螺母上的外螺紋，通過圓螺母調整兩個螺母的相對軸向位置實現(xiàn)預緊，調整好后用另一個圓螺母鎖緊，這種結構調整方便，且可在使用過程中，隨時調整，但預緊力大小不能準確控制。齒差式消隙，下圖所示在兩個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齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為Z1、Z2，并相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉動一個齒，然后再插入內齒圈，則兩個螺母便產(chǎn)生相對角位移，其軸向位移量為：式中Z1、Z2為齒輪的齒數(shù)，Ph為滾珠絲杠的導程。（2）滾珠絲杠螺母副的密封與潤滑的日常檢查滾珠絲杠螺母副的密封與潤滑的日常檢查是我們在操作使用中要注意的問題。對于絲杠螺母的密封，就是要注意檢查密封圈和防護套，以防止灰塵和雜質進入滾珠絲杠螺母副。對于絲杠螺母的潤滑，如果采用油脂，則定期潤滑；如果使用潤滑油時則要注意經(jīng)常通過注油孔注油。機床導軌的維護與保養(yǎng)機床導軌的維護與保養(yǎng)主要是導軌的潤滑和導軌的防護。導軌潤滑的目的是減少摩擦阻力和摩擦磨損，以避免低速爬行和降低高溫時的溫升。因此導軌的潤滑很重要。對于滑動導軌，采用潤滑油潤滑；而滾動導軌，則潤滑油或者潤滑脂均可。數(shù)控機床常用的潤滑油的牌號有：L-AN10、15、32、42、68。導軌的油潤滑一般采用自動潤滑，我們在操作使用中要注意檢查自動潤滑系統(tǒng)中的分流閥，如果它發(fā)生故障則會造成導軌不能自動潤滑。此外，必須做到每天檢查導軌潤滑油箱油量，如果油量不夠，則應及時添加潤滑油；同時要注意檢查潤滑油泵是否能夠定時啟動和停止，并且要注意檢查定時啟動時是否能夠提供潤滑油。導軌的防護在操作使用中要注意防止切屑、磨?；蛘咔邢饕荷⒙湓趯к壝嫔希駝t會引起導軌的磨損加劇、擦傷和銹蝕。為此，要注意導軌防護裝置的日常檢查，以保證導軌的防護。結論歷時一個學期的畢業(yè)設計將近尾聲，在導師王軍老師的指導和同學們的熱情幫助下，我順利完成了設計任務，為我的大學生活畫上了圓滿的一筆。在設計的過程中，我對自動機械有了更深入的認識，通過對以前所學知識的運用，鞏固了專業(yè)知識；還有通過這次設計了解了一般設計的程序。我對龍門數(shù)控火焰切割機設計的認識如下:數(shù)控特種加工是將來機械加工發(fā)展的主要方向，所以這次設計我感覺很有意義。設計中的傳動裝置主要是用滾珠絲杠螺母副之所以才用這種方式是經(jīng)過詳細的考慮而得出的，其優(yōu)點也十分適合作為此類機床的首選?；鹧媲懈钋邢髁梢院雎圆挥?，所以在設計計算時工作臺和工件的重量就成為了考慮的重點。再合理的選用導軌，計算摩擦力。由此來確定絲杠和電機的參數(shù)及其型號。支承件的選用，看是否要考慮到軸向力選擇合理的軸承來滿足設計的要求。機床的維護十分重要，影響到機床的壽命和能否進行正常的加工。應該特別注意。整體來說本設計滿足任務書的要求，但仍不可避免存在一些疏漏極不妥之處，懇請各位老師批評指正。參考文獻1.邱宣懷，機械設計.第三版北京：高等教育出版社，1989；2.韓曉娟，機械課程設計.北京：機械工業(yè)出版社，2000；3.詹啟賢，自動機械設計.北京：輕工業(yè)出版社，1987；4.明興祖，數(shù)控加工技術.北京:化學工業(yè)出版社,2004楊祖孝，進給滾珠絲杠副傳動剛度的計算[J]．制造技術與機床，2000(7)杜文君，機械制造技術裝備及設計.天津:天津大學出版社，1998；王啟義，機械制造裝備設計.北京:冶金工業(yè)出版社，2002；成大先，機械設計手冊單行本變速器、電機與電器.北京：化學工業(yè)出版社，20049.廉元國，張永洪．加工中心設計與應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005．許鎮(zhèn)宇等，機械零件.北京:人民教育出版社,2000焦振學.微機數(shù)控技術.北京:北京理工大學出版社,2001吳宗澤，機械設計師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2002；丁乃建.數(shù)控機床的控制系統(tǒng)發(fā)展概況.基礎自動化.2007(5)14.陳金成，周向東，黃健.基于工業(yè)PC機的數(shù)控火焰切割機數(shù)控系統(tǒng)開發(fā).機床與液壓.200015.張伯霖，黃曉明，范夢吾、高速數(shù)控機床三種進給系統(tǒng)的分析與評價[J]．產(chǎn)品與技術，2003，2(4)：88—92．16.趙松年，張奇鵬．機電一體化機械系統(tǒng)設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，200617.WuMinggen.ReseachonLowCostMoaularUitraprecisionMachineTools.2ndinternationalConference0nManufacturingTechnology,HongKong20033—1218.Yepsen,Rhodes;Goldstein,Nora.BioCycleVol.Thecaseoftheexplodinggrinder.\o"MachineDesign"MachineDesign;50Issue1,p16-22,7p;19.Sun-Waterhouse,Dongxiao;Farr,Judie;Wibisono,Reginald;Saleh,Zaid.InternationalJournalofFoodScience&Technology,Dec2008,Vol.43Issue12,p2113-2122,10p;DOI:10.1111/j.1365-2621.2008.01806.x;20.EEngineeringNews-Record,\o"Products."Products.Preview.12/15/2008,Vol.261Issue19,p117-118,2p,6color;(AN35940839)21.ModernApplicationsNews,\o"GrinderManufacturerTurns100."GrinderManufacturerTurns100.Jan/Feb2009,Vol.43Issue1/2,p10-10,1/8p;致謝MacroButtonNoMacro[單擊此處輸入致謝內容]此次畢業(yè)設計是在王軍老師的精心指導下進行的。王老師知識淵博，實踐經(jīng)驗豐富。設計中嚴肅認真，以身作則，鼓勵學生大膽創(chuàng)新，突破陳舊。對學生提出的方案，對的地方予以肯定，不對的地方耐心的講解，指出以后應該注意的問題。并且指導學生如何聯(lián)系實際，盡最大可能拿出最好的切實可行的設計方案。在生活中，王老師平易近人，幽默詼諧，是我們大家的好朋友。能遇到如此的良師益友，是我莫大的榮幸。在此，向王老師致以真摯的謝意，并誠摯的祝愿王老師的事業(yè)突飛猛進，萬事如意！此外，還要感謝在此次設計中幫助我的同學們，他們給我提出了很多好的建議，并且經(jīng)常鼓勵我，使我受益頗多。由于本人知識水平有限，說明書和圖中的缺點和錯誤在所難免，誠懇的希望各位答辯老師給予批評指正，在此一并致謝。學生:袁金坡2009.6.9附錄1燕山大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱：龍門數(shù)控火焰切割機設計機械工程學院學生姓名：袁金坡指導教師：王軍完成日期：2009-3-12綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義數(shù)控切割機的發(fā)展和現(xiàn)狀:隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)控技術和微型計算機技術也迅猛發(fā)展，數(shù)控機床、數(shù)控切割機等已被人熟悉和利用。1952年之后，數(shù)字控制技術已經(jīng)作為生產(chǎn)自動化的強有力手段得到了迅速推廣，并且也引入到龐大而繁雜的造船工業(yè)之中了。1958年，英國氧氣公司首先試制成功了世界上第一臺數(shù)控切割機，并于1961年正式投入挪威斯托德造船廠的造船生產(chǎn)使用中，隨后不少造船工業(yè)發(fā)達國家相繼開展了數(shù)控切割機的研制熱潮。到了六十年代中、后期，己有相當數(shù)量的數(shù)控切割機投產(chǎn)使用。它們編程簡單、操作方便、加工質量穩(wěn)定，大大減輕了勞動強度，降低加工周期，增加經(jīng)濟效益和社會效益，發(fā)展前景廣闊。進一步開展微機控制機床的研究和生產(chǎn)工作，將是我國機械工業(yè)改造舊設備，研制新機型的一個經(jīng)濟有效的途徑。數(shù)控切割機在造船工業(yè)中的應用是造船工藝的一項重大改革，是實現(xiàn)船廠現(xiàn)代化改造的一個重要內容。經(jīng)過若千年的工程實踐，數(shù)控切割機體現(xiàn)了以下幾個顯著優(yōu)點:1.采用數(shù)控切割，可促進數(shù)學放樣的研究;2.大大提高了零件精度。數(shù)控切割機的切割精度一般達到士0.5毫米左右，重復精度達土0.2毫米/10米，而一般手工切割誤差為士43.減少以后的裝配工作量。由于提高了零件精度，可使以后的焊接與裝配工時減少5%左右，數(shù)控切割機是實現(xiàn)船廠流水作業(yè)和公差造船等新工藝中不可缺少的重要手段之一。4.提高切割效率，降低生產(chǎn)成本.5.配合數(shù)控繪圖機實行零件套料，提高鋼板利用率。6.適用范圍廣，經(jīng)濟效益好.數(shù)控切割機按其使用的介質不同可劃分為火焰切割、等離子切割、激光切割及高壓水射流切割。近十年來，在切割方法中，火焰切割和等離子切割已使工件切割尺寸精度和表面質量達到令人滿意的程度。國際建議將熱切割技術和設施的發(fā)展放到與焊接技術和設施的發(fā)展同等重要的地位。數(shù)控火焰切割機因其切割效率高、能切割復雜工件、尺寸精確而越來越受到企業(yè)的廣泛青睞。有著廣闊的應用前景。選題的依據(jù)和意義:數(shù)控火焰切割機屬于對金屬結構件進行切割下料的氣割設備。在機械、船舶、壓力容器、冶金行業(yè)中，各種形狀的厚鋼板的切割下料工作量非常大。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，數(shù)控技術已應用于國民經(jīng)濟的各個部門，切割設備也不例外。目前，國內許多大型結構件企業(yè)為減輕工人的勞動強度，提高產(chǎn)品質量和勞動效率，不惜耗資以每臺五六十萬元的價格從國外購進數(shù)控切割設備。國內生產(chǎn)的該類設備一般每臺也在三四十萬元以上，這樣的價位對于中小金屬結構件企業(yè)來說望塵莫及。因此，面向中小企業(yè)，開發(fā)一種經(jīng)濟型數(shù)控火焰切割機床，有很大的市場潛力，必將取得明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的火焰切割機,屬于專用機械切割設備,一般采用手動加工,其切割精度低、有級調速、加工質量不穩(wěn)定,工人的勞動強度大,加工效率低,不能加工任意的平面輪廓,適應性差。本設計為龍門橋式結構的多功能數(shù)控火焰切割機,主要用于工程機械制造，數(shù)控火焰切割機在工業(yè)生產(chǎn)和加工過程中能切割各種形狀的零件，廣泛應用于汽車、機床制造、造船、壓力容器、工程機械、礦山機械、電力、橋梁建筑、鋼結構、石化設備、輕工機械、航空航天、壓力容器以及裝飾、大型標牌制造等各行各業(yè)，適合碳鋼（火焰切割）、不銹鋼以及銅、鋁（等離子切割）等行業(yè)。具有效率高、切割精度高、操作方等顯著優(yōu)點，極大地改善勞動強度和勞動環(huán)境，廣泛適用于各大、中型企業(yè)的板材下料。該設備是替代手持式火焰切割設備、手持式等離子切割裝置、仿形切割機以及半自動切割小車的理想的升級換代產(chǎn)品。二、研究的基本內容，擬解決的主要問題研究的基本內容是：設計一臺龍門式數(shù)控火焰切割機。數(shù)控火焰切割機是一個復雜的系統(tǒng)工程,它綜合了計算機技術、精密機械制造、電機拖動、數(shù)字控制、焊接等多門學科,所以在設計、生產(chǎn)、調試、安裝、維護等各環(huán)節(jié)都會遇到許多問題:1.1適用方向要求該設備適用面廣,既可用于大型企業(yè)的下料車間,進行大型零件的批量切割,又可用于小型機械廠,進行小型零件的小批量生產(chǎn)。1.2技術水平該設備的綜合技術水平要求超過國內同類產(chǎn)品,接近世界先進水平。1.3加工精度該設備的運行精度應超過目前的國家相關標準。1.4適用材料該設備可用來切割碳鋼、不銹鋼、有色金屬等板材。1.5工作方式工作方式為連續(xù)工作。1.6運行速度定位速度大于6000mm/min;切割速度為1mm~60mm/s。擬解決的主要問題：中型火焰切割機設計最困難,使用時可靠性最差的要害在于軸的驅動，可有以下幾種方案以供選擇：方案一：大型加工中心、數(shù)控機床上常用的設計是采用長滾動導軌與長滾珠絲杠主要問題在長滾珠絲杠的制造成本極高，安裝上難度很大。方案二：采用精密齒輪齒條傳動滿足長行程的需要，中捷友誼廠為上海磁懸浮項目提供的大型加工中心就采用該方案。齒條固定、齒輪安裝在龍門架上，由伺服電機通過同步帶減速驅動齒輪。該方案也是目前大型火焰切割機的常用方案。當支撐龍門架的兩根導軌問距很大時，一般采用雙驅動，可靠性不高?！缮厦鎯煞N方案的對比，加上滾珠絲杠副的特長：

1、動力更省

驅動力矩僅為滑動絲杠副的1/3，具有較高的運動效率，可以更加省電。

2、高精度的保證

滾珠絲杠副都是由高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出來的，制作精度更高。

3、微進給可能

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)精確的微進給。

4、無側隙、剛性高

滾珠絲杠副可以加預壓，由于預壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性。

5、高速進給

滾珠絲杠副由于運動效率高、發(fā)熱小，所以可實現(xiàn)高速進給(運動)?？傻贸觯涸谧非笤O計出一臺高精度，高性能數(shù)控機床，方案一比較好。三、研究步驟、方法及措施本課題研究步驟如下：1.先查找有關資料，了解有關數(shù)控機床及切割機的一些問題。2.機床總體方案設計3.傳動系統(tǒng)設計4.參數(shù)定制5.部件草圖設計6.裝配圖及零件圖繪制7.說明書答辯準備各步驟的方法及措施：1.上網(wǎng)或者在圖書館數(shù)據(jù)庫中查找有關論文科技文摘。2.在對前人的研究基