機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計【全套圖紙】

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1、編編 號號 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文） 題目：題目： 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 信機 系系機械工程及自動化專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號： . 學(xué)生姓名： . 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 半閉環(huán)數(shù)控 車床進(jìn)給部件設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取 得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引 用，表示致謝的內(nèi)容外，本

2、畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他 個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 92 學(xué) 號： 0923061 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 無錫太湖學(xué)院無錫太湖學(xué)院 信信 機機 系系 數(shù)數(shù) 控控 專業(yè)專業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 . 2、專題 . 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 校企合作開發(fā)課題 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 在數(shù)控車總體布局的基礎(chǔ)上，完成 X 向、Z 向兩個方向進(jìn)給部件 的設(shè)計。繪制兩個

3、方向的伺服進(jìn)給裝置部件圖。 完成部分非標(biāo)零件設(shè)計，繪出 12 張零件圖。 完成設(shè)計說明書一份，有必要的分析、比較、計算、闡述。 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 92 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 II 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長研究所學(xué)科組組長研究所 所長所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘要摘

4、要 本文對數(shù)控車床進(jìn)給部件系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了重點論述，對該機構(gòu)的主要組 成部件：滾珠絲杠副、步進(jìn)電機、傳動齒輪等進(jìn)行了設(shè)計計算與選型。其中對 滾珠絲杠副、伺服電機的設(shè)計計算及選型作了詳細(xì)論述。進(jìn)行這一設(shè)計主要是 為了進(jìn)一步地提高數(shù)控車床進(jìn)給機構(gòu)的定位精度，重復(fù)定位精度，以使其能夠 可靠地運行，且能滿足各項性能指標(biāo)的要求，達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，即滿足設(shè)計任 務(wù)書的要求。最后，本文還對典型零件進(jìn)行了數(shù)控編程，并繪制了數(shù)控車床典 型零件編程圖、數(shù)控車床傳動示意圖、數(shù)控車床液壓原理圖以及該數(shù)控車床進(jìn) 給機構(gòu)的裝配圖。此結(jié)構(gòu)簡單可靠，可應(yīng)用于相似的各類數(shù)控車床上。當(dāng)今的 世界，制造業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展中占有十分重要的地

5、位，機械制造業(yè)更加是制造業(yè)中 的支柱與核心。數(shù)控車床技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化， 使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大， 它對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重 要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。 關(guān)鍵字：伺服進(jìn)給、滾珠絲杠、數(shù)控。 IV Abstract The article made a brilliant exposition on the designing and transformation scheme of the system of NC machine. The

6、article also exposed brilliantly the mechanisms mail parts: the ball-screw pairs, Stepper motor, Transmission gear and so on. Doing the design is for the sake of improving the site precision and duplicate site precision of the system. So it can work credibility, meet the require of design assignment

7、 list. Besides, the author has writed typical parts of the NC programming, designed and drawed CNC lathe programming diagram of typical components, CNC lathe drive diagram, CNC hydraulic schematic diagram and the CNC lathe feed mechanism assembly drawing. This mechanism is simple and reliable, it ca

8、n apply to every similar NCmachine.In todays world, the manufacturing industry occupies a very important position in the economic development, machinery manufacturing industryy is the pillar and more core in the manufacturing industry. Application of numerical control lathe technology has brought th

9、e revolutionary change for the traditional manufacturing industry, causes the manufacturing industry to become a symbol of industrialization, but also expands unceasingly along with the development of numerical control technology and applications, it beneficial to the peoples livelihood of some impo

10、rtant industries (IT, automobile, light industry, medical etc) plays a more and more important role in the development of, digital equipment required for these industries is a major trend of modern development. Keywords: servo feed, ball screw, nc. V 目錄目錄 摘要III ABSTRACT IV 目錄V 1 緒論1 2 雙軸半閉環(huán)數(shù)控車床總體布局3

11、 3 伺服進(jìn)給部件的方案比較和確定5 3.1 數(shù)控系統(tǒng)的比較 5 3.1.1 點位控制系統(tǒng).5 3.1.2 直線控制系統(tǒng).5 3.1.3 聯(lián)系軌跡控制系統(tǒng).5 3.2 控制方式的選擇 5 3.2.1 開環(huán)系統(tǒng).5 3.2.2 半閉環(huán)系統(tǒng).6 3.2.3 閉環(huán)系統(tǒng).6 3.3 增量系統(tǒng)和絕對系統(tǒng)的比較 6 3.3.1 增量系統(tǒng).7 3.3.2 絕對系統(tǒng).7 4 X 向伺服進(jìn)給部件的設(shè)計 9 4.1 伺服驅(qū)動裝置的設(shè)計 9 4.1.1 伺服驅(qū)動裝置的特點.9 4.1.2 伺服驅(qū)動裝置.9 4.2 交流伺服電機的設(shè)計 .10 4.2.1 交流伺服電機的類型的確定10 4.2.2 確定伺服電機的型號1

12、0 4.3 傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .10 4.3.1 伺服電機與進(jìn)給絲杠的聯(lián)接確定方案10 4.3.2 聯(lián)軸器的比較選用10 4.3.3 滾珠絲杠副的特點11 4.3.4 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法11 4.3.5 滾珠絲杠副支撐形式的確定 12 4.3.6 滾珠絲杠副的設(shè)計選用13 4.3.7 絲杠軸承的選用13 4.4 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 .17 4.4.1 導(dǎo)軌概述 17 4.4.2 導(dǎo)軌的設(shè)計任務(wù)17 4.4.3 方案比較確定 17 4.4.4 導(dǎo)軌材料的選擇18 VI 4.4.5 直線滾動導(dǎo)軌副的精度選擇18 4.4.6 直線滾動導(dǎo)軌副型號的確定 18 5 刀架的設(shè)計 19 5

13、.1 數(shù)控車床刀架系統(tǒng)簡介 .19 5.2 各種刀架的方案比較及選擇 .20 5.2.1 排式刀架20 5.2.2 回轉(zhuǎn)刀架20 5.2.3 帶刀庫的自動換刀裝置20 5.3 幾種典型回轉(zhuǎn)刀架的選擇與比較 .21 5.3.1 電機傳動的回轉(zhuǎn)刀架21 5.3.2 液壓回轉(zhuǎn)刀架21 5.3.3 用于車削中心的可安置動力刀具的轉(zhuǎn)檔刀架21 6 Z 向伺服進(jìn)給部件的設(shè) 計27 6.1 方案選擇與確定 .27 6.1.1 機械傳動系統(tǒng)方案的選擇27 6.1.2 絲杠的選擇28 6.1.3 導(dǎo)軌的選擇29 6.1.4 聯(lián)軸器的選擇29 6.1.5 伺服電機的選擇30 6.1.6 確定方案31 6.2 伺服

14、進(jìn)給裝置的設(shè)計 .31 6.2.1 懸臂處的滾珠絲杠副31 6.3 滾動直線導(dǎo)軌 .32 6.3.1 結(jié)構(gòu)與特征 32 6.3.2 滾動直線導(dǎo)軌的優(yōu)點 33 6.3.3 導(dǎo)軌鑲裝結(jié)構(gòu) 33 6.4 機械系統(tǒng)設(shè)計分析 .34 6.4.1 計算傳動比 i.34 6.4.2 系統(tǒng)剛度計算 35 6.4.3 固有頻率計算 35 6.5 錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器 .35 6.6 滾動軸承的選擇 .36 6.6.1 常用滾動軸承的類型、特性和應(yīng)用36 6.6.2 滾動軸承類型選擇 36 6.6.3 分析對比 36 7 小結(jié) 39 致謝 41 參考文獻(xiàn) 43 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 1 1 緒論 目前的數(shù)控車床大

15、多采用交流伺服電機，控制系統(tǒng)半閉環(huán)形式，進(jìn)給方向 的精度一般為：X 向 0.005 毫米，Z 向 0.01 毫米。傳動機構(gòu)主要為滾珠絲杠副， 導(dǎo)向機構(gòu)多為滾動導(dǎo)軌、少數(shù)為滑動導(dǎo)軌（小型數(shù)控機床） 。刀架形式一般為回 轉(zhuǎn)或液壓式。電機一般為通常通過聯(lián)軸器（多為彈性聯(lián)軸器）直接與絲杠相連 接，排屑裝置多為平板履帶式。 為提高設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量，要重視所有的資料，深入探索研究；要重視考察 實際現(xiàn)有產(chǎn)品與理論的結(jié)合；要重視采用有效的設(shè)計方法和現(xiàn)代化的設(shè)計工具， 要積極推廣應(yīng)用價值工程，優(yōu)化設(shè)計，可靠性設(shè)計等方面。 數(shù)控機床是新型的自動化機床，它對解決復(fù)雜型面和高精度零件的加工， 對單件小批量的自動化等，都

16、具有重要意義。 數(shù)控車床利用數(shù)字化的信息對車床運動及加工過程進(jìn)行控制，是一種可編 程的通用加工設(shè)備，能自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、螺紋等 工序的切削加工，所以特別適合加工形狀復(fù)雜的軸類和盤套類零件。 與通用機 床和專用機床相比，數(shù)控車床具有加工靈活、通用性強、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和 規(guī)格頻繁變化的特點，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，是一種柔性的、高性能的自動化車床，代表了現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展方 向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，因此被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)。 數(shù)控車床 的主傳動系統(tǒng)包括主軸電機、傳動系統(tǒng)與主軸組件，與普通機床相比，變速功 能絕大部分由主軸電機的無

17、級調(diào)速來承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速機構(gòu)，結(jié)構(gòu) 簡單，有些只有兩極或三級齒輪變速機構(gòu)系統(tǒng)用以擴大電機無級調(diào)速的范 數(shù)控機床作為高自動化的機電一體化設(shè)備，其主傳動系統(tǒng)的設(shè)計一般應(yīng)滿 足以下基本要求。 使用性能要求高 首先應(yīng)滿足機床的運動特性。如機床主軸 有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)，不僅有低速大轉(zhuǎn)矩功能而且還要有較高的轉(zhuǎn)速。 傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠。 傳遞動力要求 主電動 機和傳動機構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)速，具有較高的傳遞效率。 工作性 能要求 主傳動中所有零部件要有足夠的剛度、精度、和抗振性、熱變形特性穩(wěn) 定，才能保證加工零件有較高的質(zhì)量。電動機、主軸及傳動部件都是熱

18、源，低 溫升、小變形是對主軸傳動系統(tǒng)的重要指標(biāo)；主軸要較高的旋轉(zhuǎn)精度與運動精 度；主軸軸頸尺寸、軸承類型及裝配方式，軸承預(yù)緊量大小、主軸組件的質(zhì)量 分布是否均勻及主軸組件的阻尼對主軸組件的靜剛度和抗振性都會產(chǎn)生影響； 主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之保持良好的精度；軸承處還要有良好的潤 滑。 此外，還要求主創(chuàng)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整與維修；工藝性好，便于加 工與裝配；防護(hù)性好；使用壽命長。 數(shù)控機床以其高效率、高精度和高柔性而占據(jù)大部分市場，數(shù)控機床的進(jìn) 給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床技術(shù)水平的標(biāo)志，因此進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度控制、位置 控制、伺服電機控制都必須具有很高的質(zhì)量控制要求，基于數(shù)控機床的各式加

19、工任務(wù)，其對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求有以下幾點： 隨時可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。實際加 工工件的時候，要求機床執(zhí)行部件要靈活地正反轉(zhuǎn)運行，這些工作指令是隨機 的，而且是根據(jù)加工軌跡要求來完成的。 精度相對較高。數(shù)控機床的定位精 度和進(jìn)給跟蹤精度是保證數(shù)控機床加工精度的重要內(nèi)容，也是保證精度的關(guān)鍵。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 傳動剛性高且速度穩(wěn)定性好。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)在負(fù)載發(fā)生變化或者切削 條件產(chǎn)生波動時應(yīng)保證進(jìn)給速度恒定，這樣就能使負(fù)載力矩變化對進(jìn)給速度不 影響或者影響很小。 可實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩。在低速大進(jìn)給量加工零件時要求 伺服系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動輸出較大的轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)（servomechanism）使物體的

20、位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能 夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來 定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到 1 個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1 個脈沖對 應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺 服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的 脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服 電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從 而實現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到 0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。 有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需

21、要維護(hù)， 但維護(hù)不方便（換碳刷） ，產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成 本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力 矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或 正弦波換相。電機免維護(hù)，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命， 可用于各種環(huán)境。 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 3 2 雙軸半閉環(huán)數(shù)控車床總體布局 車床為機、電、液三位一體，按照人體工程學(xué)宜人化進(jìn)行布局設(shè)計，全封 閉防護(hù)，操作簡便，使用方便。 （1）機床采用臥式車身，45傾斜道軌布局形式，以利于排屑。床身 為整體高剛性結(jié)構(gòu)。 （2）矩形導(dǎo)軌

22、，采用寬支撐窄導(dǎo)向的設(shè)計以增加運動的平穩(wěn)性。 （3）床身左端為主軸箱，其結(jié)構(gòu)簡單，無齒輪傳動。主軸由交流調(diào)速 主軸電機驅(qū)動，機床在低速下也具有高功率輸出，恒功率區(qū)寬。 （4）主軸軸承為超精密角接觸球軸承和雙列圓柱滾子軸承以保證主軸 的剛度和精度。主軸軸承采用高潤滑，溫度低，熱變形小。 （5）機床縱向和橫向運動均采用交流伺服電機，它們兩者均直接采用 消隙聯(lián)軸器把電機與滾珠絲杠連接起來?？v向驅(qū)動直接安裝在縱 向床身道軌之間。 （6）機床卡盤采用液壓控制。液壓夾緊油缸為高速卡盤液壓缸?？ūP 的松緊由控制面板上的按鈕來控制。 （7）機床尾座亦采用液壓控制。通過液壓油來控制尾座套筒的進(jìn)退， 它也是由控制

23、面板上的按鈕來控制的。 （8）機床的床鞍溜板道軌上裝有 8 位的電動軌塔刀架，具有分度轉(zhuǎn)位 快、平穩(wěn)可靠、無滲漏等優(yōu)點。 （9）機床配有自動對刀儀，通過接觸式傳感器，可以快而準(zhǔn)確的測出 刀具安裝時的偏差值，傳輸給計算機系統(tǒng)，在加工時可以進(jìn)行刀 具的自動補償。 （10）機床具有良好的擴展性，機床配有排屑器，實現(xiàn)自動排屑。機床 配有防護(hù)外殼。 （11）機床數(shù)控系統(tǒng)配有日本 FANUC-6T CNC 系統(tǒng)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 5 3 3 伺服進(jìn)給部件的方案比較和確定伺服進(jìn)給部件的方案比較和確定 3.13.1 數(shù)控系統(tǒng)的比較數(shù)控系統(tǒng)的比較 3.1.13.1.1

24、點位控制系統(tǒng)點位控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)只要求控制每次移動行程終點的坐標(biāo)位置，即每個程序段的 行程，終點都能準(zhǔn)確定位，坐標(biāo)移動過程中，刀具脫離工件，不進(jìn)行切削加工， 通常各坐標(biāo)意最快速度獨立運動，為避免到達(dá)終點時產(chǎn)生超調(diào)，實現(xiàn)精確定位， 多采用分級降速的方法控制進(jìn)給運動。 3.1.23.1.2 直線控制系統(tǒng)直線控制系統(tǒng) 運動軌跡是直線。通常是單坐標(biāo)運動，即每個程序段只移動一個坐標(biāo)軸， 運動中要進(jìn)行切削加工，這種系統(tǒng)多用于簡易車床和銑床。 3.1.33.1.3 聯(lián)系軌跡控制系統(tǒng)聯(lián)系軌跡控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)用于平面曲線的空間曲線的加工，應(yīng)用廣泛。選擇連續(xù)軌跡 控制系統(tǒng). 3.23.2 控制方式的選

25、擇控制方式的選擇 3.2.13.2.1 開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，但精度差。沒一步有起制動的微觀變 化，故運動不平穩(wěn)，影響加工光潔度。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3.2.23.2.2 半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)它的位移測量元件不是直接測量移動部件的位移量，而是用測量 絲杠的轉(zhuǎn)動來間接測量移動部件的移動量，由絲杠的轉(zhuǎn)動變換為移動部件的移 動量。雖然半閉環(huán)精度低于閉環(huán)伺服系統(tǒng)，但是由于角位移測量元件比直線位 移測量元件結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，所以半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用很普遍。 3.2.33.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)為誤差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括位置檢測元件，在該系統(tǒng)

26、中的執(zhí)行 部件的位移、轉(zhuǎn)角、速度等通過測量元件變換成電信號，反饋到系統(tǒng)的輸入器， 與控制系統(tǒng)給定的標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，得出誤差信號的大小和極性，控制伺服 系統(tǒng)的運行，知道誤差為零。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于測量元 件的精度，但是機械傳動誤差也是影響伺服系統(tǒng)精度的重要因素。該系統(tǒng)主要 用于大型數(shù)控機床、超精車床和超精磨床等。 結(jié)論：選擇半閉環(huán)系統(tǒng)。 3.33.3 增量系統(tǒng)和絕對系統(tǒng)的比較增量系統(tǒng)和絕對系統(tǒng)的比較 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 7 3.3.13.3.1 增量系統(tǒng)增量系統(tǒng) 若系統(tǒng)中使用增量方式測量元件，即為增量系統(tǒng)。增量尺隨工作臺移動時 只發(fā)出逐個脈沖，在沒有輔助電路的情況下，

27、停電后要重新開機不能得知工作 臺當(dāng)前所停的實際位置。因此每次啟動機床后操作者的首要任務(wù)就是將各坐標(biāo) 軸回零，然后才可以使用機床。 3.3.23.3.2 絕對系統(tǒng)絕對系統(tǒng) 該系統(tǒng)工作臺的位置永遠(yuǎn)對應(yīng)著檢尺的某一確定值。通常使用的檢尺為絕 對式編碼盤或是多級旋變感應(yīng)同步器，機床的零點與檢尺的某一確定值，通常 使用檢尺時候的移動位置都是以該零點計算的，并可直接從檢尺上讀出來。 結(jié)論：選擇絕對系統(tǒng)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 9 4 4 X X 向伺服進(jìn)給部件的設(shè)計向伺服進(jìn)給部件的設(shè)計 4.14.1 伺服驅(qū)動裝置的設(shè)計伺服驅(qū)動裝置的設(shè)計 4.1.14.1.1 伺服驅(qū)動裝

28、置的特點伺服驅(qū)動裝置的特點 驅(qū)動裝置是使機械結(jié)構(gòu)運動的裝置。 伺服驅(qū)動都是動力源，要設(shè)計好伺服驅(qū)動裝置，首先應(yīng)了解機電一體化系 統(tǒng)對驅(qū)動裝置的要求，要求一般為： A.高精度 對高精度要求主要在兩方面：一是要求驅(qū)動裝置滿足定位準(zhǔn)確的要求，定 位誤差，特別是重復(fù)定位誤差要小。二是要求跟隨精度要求高，即在運動過程 中，位置實際值與給定值的差值要小，也就是說，跟隨誤差要小，這是機電一 體化伺服驅(qū)動裝置的動態(tài)性能指標(biāo)之一。 B.快速響應(yīng)，無超調(diào) 也是對伺服驅(qū)動裝置動態(tài)性能的要求，它也包括兩個方面：一是在機電一 體化系統(tǒng)的運動過程中，伺服系統(tǒng)可能會頻繁的起動、制動、加速和減速。一 般是要求伺服驅(qū)動裝置從速

29、度為零升到最高速，或從最高速度降到零，時間在 200s 以內(nèi)，甚至有時要求在幾十毫秒。同時，速度變化時，不應(yīng)有超調(diào)。另一 方面，當(dāng)負(fù)載突變時，要求速度的恢復(fù)時間短，且無振蕩。 C.調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指伺服驅(qū)動著裝置所能提供的最高速度與最低速度（常常是最 高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速）之比：RN max/Nmin 式中指額定負(fù)載的最高速度（或轉(zhuǎn) 速）和最低速度（或轉(zhuǎn)速） 。 R-調(diào)速范圍的含義如下： （1）R 大，并在該調(diào)速范圍內(nèi)，要求速度均勻、穩(wěn)定、無爬行。 （2）無論是在高速還是低速驅(qū)動時，輸出的力或轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。當(dāng)速度變化時， 驅(qū)動裝置能平滑運行，力矩波動要小。在很低速驅(qū)動時，速度平穩(wěn)，并能輸出 額定

30、的力或力矩。 （3）在零速時，一般希望驅(qū)動裝置能夠處于伺服“鎖定”狀態(tài)。 D快速的應(yīng)變能力和較長時間的過載能力 應(yīng)能受頻繁的起動、制動、反向運動、加速、減速的沖擊。為滿足低速大 力矩的要求，應(yīng)能承受較長時間的過載。 4.1.24.1.2 伺服驅(qū)動裝置伺服驅(qū)動裝置 課根據(jù)功率的大小來分類伺服驅(qū)動裝置，也可以按精度要求的高低來分類， 但最常用的分類方法是根據(jù)采用動力源的類型，把伺服驅(qū)動裝置分為液壓伺服 驅(qū)動裝置，氣壓伺服驅(qū)動裝置和電氣伺服驅(qū)動裝置等三大類型。 由于交流電機性能最可靠，基本用不著維護(hù)，造價低，結(jié)構(gòu)簡單，輸出功 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 率大，動態(tài)響應(yīng)好，不需配置直流電源，且控制

31、技術(shù)得到了解決，因此國外交 流電機正在取代直流電機，國內(nèi)交流電機已經(jīng)占一半以上，有了明顯的優(yōu)勢。 結(jié)論：選用交流伺服電機。 4.24.2 交流伺服電機的設(shè)計交流伺服電機的設(shè)計 4.2.14.2.1 交流伺服電機的類型的確定交流伺服電機的類型的確定 交流伺服電機主要分為交流鼠籠式伺服電機和永磁式交流同步電機。其中 永磁式交流同步電機的轉(zhuǎn)速與近接電源的頻率之間存在著一種嚴(yán)格的關(guān)系，即 在電源電壓和頻率固定不變時，它的轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定不變的。隨著新型永磁材料的 應(yīng)用及永磁電動機構(gòu)的不斷改進(jìn)，永磁交流同步電動機將會越來越多的用語數(shù) 控系統(tǒng)中。 結(jié)論：選擇永磁交流同步電動機。 4.2.24.2.2 確定伺服電

32、機的型號確定伺服電機的型號 由于設(shè)計要求規(guī)定 X 向伺服電機的功率為 0.9kw，轉(zhuǎn)速為量大不超過 4000r/min。通過轉(zhuǎn)速功率的類比，最終選擇 mdma 系類的大慣量帶制動永磁式 交流同步伺服電機，其規(guī)格： 額定功率：0.9kw 額定轉(zhuǎn)矩：4.8nm 最大轉(zhuǎn)矩：21.5 電機慣量：42.9 額定轉(zhuǎn)速：2000r/min 最大轉(zhuǎn)速：3000 r/min 制動器：dc 24v 電源無極性 編碼器：2500p/r 增量式 17 位增量式/絕對式公用 防護(hù)等級：溫度 0-40，保存時 20-8。 重量：10kg 4.34.3 傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4.3.14.3.1 伺服電機與進(jìn)給絲杠

33、的聯(lián)接確定方案伺服電機與進(jìn)給絲杠的聯(lián)接確定方案 在進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中，伺服電機與滾珠絲杠聯(lián)接要保證傳動無間隙，所以， 數(shù)控機床采用一種聯(lián)接方式：直接連接、齒輪減速式。 4.3.24.3.2 聯(lián)軸器的比較選用聯(lián)軸器的比較選用 A) 聯(lián)軸器的分類及特點 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 11 聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和擾性聯(lián)軸器，剛性聯(lián)軸器或稱固式聯(lián)軸 器，這種聯(lián)軸器雖然不具有補償性能，但結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、不須維護(hù)、成 本低特點而乃有其應(yīng)用范圍。 a) 擾性聯(lián)軸器中又分為無彈性元件擾性聯(lián)軸器和帶彈性元件擾性聯(lián)軸器，千 一類具有補償兩軸相對位移的能力，后一類由于含有產(chǎn)生較大彈性變形的元件， 除有補償性能

34、外還具有緩沖作用和減震作用。 b) 彈性聯(lián)軸器除了能補償兩軸相對位移，降低對聯(lián)軸器安裝的精度對中要求 外，更重要的是能夠緩和沖擊，改變軸系的自身頻率，避免發(fā)生嚴(yán)重危險性振 動。 結(jié)論：選用彈性聯(lián)軸器 B）選用要求 a） 強度高，承載能力強，在有可能發(fā)生扭振或存在瞬間尖峰載荷的場合， 要求聯(lián)軸器的許用瞬時最大扭矩為許用長期扭矩的三倍以上。 b） 彈性高，阻力大，具有足夠的減震能力，把沖擊和振動長生的振幅降低 到允許的范圍以內(nèi)。 c） 具有足夠的補償性能，滿足安裝和工作時兩軸相對位移時的需要。 d） 工作可靠，性能穩(wěn)定，對橡膠性彈性原件還應(yīng)具有耐熱性，不易老化等 優(yōu)點。 e） 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重

35、量輕。拆裝方便，維護(hù)容易。 結(jié)論：選用柱銷式 4.3.34.3.3 滾珠絲杠副的特點滾珠絲杠副的特點 a）傳動效率高 效率可達(dá) 90%95%,耗費的能量僅為絲杠的三分之一。 b） 運動具有可逆性 既可將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，又可將直線運動變?yōu)榛?轉(zhuǎn)運動，且逆轉(zhuǎn)動效率幾乎與正轉(zhuǎn)動效率相同。 c） 系統(tǒng)剛度好 通過螺母組件內(nèi)施加預(yù)壓獲得較高的系統(tǒng)剛度，可滿足各種 機械傳動要求，無爬行現(xiàn)象，始終保持運動的平穩(wěn)性和靈敏性。 d） 傳動精度高 經(jīng)過淬硬并經(jīng)磨紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有很高的制 造精度，又由于摩擦小，絲杠副工作時溫升和熱變形小，容易獲得較高的傳動 精度。 e） 使用壽命長 滾珠是在淬硬

36、的滾道上作滾動運動，磨損極小，長期使用后 仍能保持其精度，因而壽命長，具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動絲杠高 56 倍。 f） 不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠。當(dāng)運動停止后，螺母將在重力的作用 下下滑，顧需設(shè)置制動裝置。 g） 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件的加工精度、表面粗糙度要求高， 制造成本較高。 結(jié)論：由于滾珠絲杠副獨特的性能而受到極高的評價，因而已成為數(shù)控機 床、精密機械設(shè)備及各種機電一體化產(chǎn)品中不可缺少的傳動機構(gòu)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 4.3.44.3.4 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法 滾珠絲杠副除本身單一方

37、向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格 的要求，以保證其反向傳動精度。滾珠絲杠副低軸向間隙是承載時在與滾道型 面接觸點的彈性形變所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用雙 螺母預(yù)緊的方法，把彈性形變控制在最小的限度內(nèi)。以減小或消除軸向間隙， 并可以提高滾珠絲杠副的精度。 消除滾珠絲杠副的軸向間隙應(yīng)注意以下兩點： A 預(yù)緊力大小必須合適，過小不能保證無間隙傳動，過大將使驅(qū)動力矩增大， 效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超過最大軸向負(fù)載的三分之一。 B 要特別注意減小絲杠安裝部分的驅(qū)動部分的間隙。這些間隙用預(yù)緊力的方 法是無法消除的。而它對傳動精度有直接影響。 常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)

38、構(gòu)形式有三種： a 墊片調(diào)隙式 采用螺釘鏈接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣加墊片，并在凸緣加墊片。調(diào)整墊 片的厚度使螺母產(chǎn)生微量的軸向位移，以達(dá)到消除軸向間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目 的。該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但很不準(zhǔn)確，并且當(dāng)滾 道損壞時不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈。故適合于一般精度的傳動機構(gòu)。 b 螺紋調(diào)隙式 雙螺母中的一個外端有凸緣；一個外端無凸緣，它伸出套筒外，用兩個螺 母固定鎖緊，并用鍵防止兩螺母相對傳動。旋轉(zhuǎn)圓周可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù) 緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。該型結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便。目前使 用很廣。 c 齒差調(diào)隙式 在兩個螺母的凸緣上各位置有圓柱外齒輪(齒數(shù)為 Z

39、1 和 Z2，且 Z1-Z2=1)分 別與內(nèi)齒輪嚙合，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時，先取下兩端 的內(nèi)齒圈，使兩螺母產(chǎn)生相對位移，相應(yīng)地產(chǎn)生軸向的相對位移，從而亮螺母 中的滾珠分別緊貼在螺母滾道的兩個相反的側(cè)面上，然后將內(nèi)齒圈復(fù)位固定， 故而消除間隙，產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。可見，該形式的調(diào)整精度很高，工作可靠。 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能較差。 結(jié)論：選用螺紋調(diào)隙式 4.3.54.3.5 滾珠絲杠副支撐形式的確定滾珠絲杠副支撐形式的確定 A 一端固定一端自由（FO） 該支撐方式結(jié)構(gòu)簡單，絲杠的軸向剛度比兩端固定低，且壓桿穩(wěn)定性和臨 界轉(zhuǎn)速都比較低，設(shè)計時盡量使絲杠拉伸，該支撐方式適用

40、于較短的豎直的絲 杠。 B 一端固定一端游動（FS） 該支撐方式需要保持螺母與兩端支撐同軸，故結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工藝?yán)щy， 絲杠的軸向和 FO 相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都比同長度的 FO 型高，且 絲杠內(nèi)有熱膨脹的余地，該支撐方式適用于較長的臥式安裝絲杠。 A 兩端固定（FF） 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 13 該形式的長度同 FS 的長度，只要軸承間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定 的四倍，絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定性問題，固有頻率比一端固定要高； 可以拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲杠自重的下垂和熱補償膨脹。但需一套預(yù)拉伸機 構(gòu)，結(jié)構(gòu)及工藝都比較困難，要進(jìn)行欲拉伸的絲杠起目標(biāo)行程應(yīng)略微小于公稱 行程，減

41、少量等于預(yù)拉伸量。該支撐方式適用于對剛度和唯一精度要求高的場 合。 結(jié)論：選擇兩端固定方式。 4.3.64.3.6 滾珠絲杠副的設(shè)計選用滾珠絲杠副的設(shè)計選用 已知：工作臺重量 500N 刀架及電動機重量 200N 工作臺最大行程 100mm 動摩擦系數(shù) 0.1 靜摩擦系數(shù) 1.2 快速進(jìn)給速度 100m/min 定位精度 20m/mm 全行程 25um 重復(fù)定位精度 10um 要求壽命 20000h（兩班制工作十年） 4.3.74.3.7 絲杠軸承的選用絲杠軸承的選用 A 滑動軸承與滾動軸承的比較 a滑動軸承的特點及分類 普通滑動軸承，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，成本低廉，并可以做成開式以適應(yīng) 安裝要

42、求；而液體滑動軸承可在很高的轉(zhuǎn)速下工作。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)精度高， 壽命長，抗振動性能好，可在強沖擊和重載下工作。由于其工作平穩(wěn)，噪聲低， 吸振性好，因此他在高速重載場合得到廣泛應(yīng)用。但它不是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計、維 護(hù)都比較復(fù)雜，因此在很多場合已被滾動軸承所取代。 B 滾動軸承的特點 滾動軸承摩擦阻力小，啟動輕快、效率高、不易磨損。典型的滾動軸承有 內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架等部分組成。內(nèi)圈用來與頸軸配合，外圈一般與 軸承座裝配。常用的滾動軸承有球、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子及非球面 滾子等。滾動軸承的內(nèi)、外圈及滾動體是用鉻軸承鋼制成的，工作表面經(jīng)過磨 削和拋光，硬度一般不低于 60HRC，保持架使用

43、較軟的材料（如低碳鋼、鋼合 金、鋁合金、夾布膠木和尼龍塑料等） 。 滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由于工廠大量生產(chǎn)。所以在設(shè)計時，一般需要：a. 根據(jù)工作條件、受力情況、結(jié)構(gòu)要素等因素，選擇合適的滾動軸承類型、精度、 尺寸。并由滾動軸承目錄中查出滾動軸承代號；b.確定滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè) 計，即考慮滾動軸承如何裝拆、固定、調(diào)整、潤滑和密封等問題。 結(jié)論：選用滾動軸承 B滾動軸承的選擇和比較 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 a滾動軸承類型選擇注意點 1 軸承負(fù)荷 (1) 軸承負(fù)荷是選用軸承類型的主要要素，通常應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的大小、方向和 性質(zhì)選用軸承。 負(fù)荷的大小與性質(zhì) 通常球軸承適用于承受輕、中及較小波動的

44、負(fù)荷；滾子 軸承使用于承受重的及較大波動的負(fù)荷。 (2) 負(fù)荷的方向 純徑向的負(fù)荷可選用深溝球軸承及滾針軸承。純軸向負(fù)荷可 選用推力軸承。當(dāng)徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷聯(lián)合作用時，一般選用角接觸球軸承和 圓錐軸承和圓錐滾子軸承；若徑向負(fù)荷較大和軸向負(fù)荷較小時，也可選用深溝 球軸承；若軸向負(fù)荷很大時，徑向負(fù)荷很小時，可選用推力角接觸球軸承、推 力圓滾子軸承，也可選用圓柱滾子軸承（或深溝球軸承）和推力軸承聯(lián)合使用。 2 軸承的轉(zhuǎn)速 球軸承比滾子軸承有較大的極限轉(zhuǎn)速，故而高速時應(yīng)選用球軸承。在內(nèi)徑 相同的條件下，外徑愈小，滾動體愈小、輕；其離心力小、摩擦阻力小、發(fā)熱 量?。凰栽谝欢l件下，工作轉(zhuǎn)速較高時宜選

45、用超輕、特輕系列的軸承。 高速重要的軸承要驗算其轉(zhuǎn)速。一些提高軸承極限轉(zhuǎn)速的措施，都對高速 運轉(zhuǎn)有利，如實體保持架、青銅或夾布膠木架，提高精度等級，適量加大球軸 承的游隙，用噴油或油霧潤滑改善冷卻條件等。 (1) 調(diào)心性能 當(dāng)軸或殼體變形大，以及安裝對中性差時，應(yīng)選用具有調(diào)心性能的軸承及補償 上述變形及誤差引起的偏斜，從而保證軸承是正常工作的。這時宜選用調(diào)心球 軸承或調(diào)心滾子軸承。 (2)安裝與拆卸 對于安裝與拆卸較為頻繁的機械，可選用分離型角接觸軸承、圓錐滾子軸承， 圓周滾子軸承和推力軸承。當(dāng)軸承在長軸安裝時，為方便拆卸可選用一些內(nèi)圈 為圓錐孔的、帶緊定套或退套的調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承。

46、(3)滾動軸承方案的比較 深溝球軸承 與尺寸相同的的其它類型軸承相比較，此種軸承摩擦損失最小。在軸承內(nèi) 外圈相對傾斜 816時(根據(jù)游隙確定)仍可正常工作（但壽命有一定影響） 。 當(dāng)加大軸承的徑向游隙時，具有向心推力球軸承的性質(zhì)，在轉(zhuǎn)速較高不宜采用 此類軸承的情況下，可采用此類軸承承受軸向力。圓圈有止動槽的深溝，放入 止動環(huán)后可簡化軸承在外殼孔（可做成通孔）軸向緊固，也可縮小軸向尺寸， 此類軸承所受徑向負(fù)荷能力與基本類型軸承相同，但允許的軸向負(fù)荷應(yīng)適當(dāng)降 低。它主要能夠承受徑向負(fù)荷，也可同時承受少量雙向軸向的負(fù)荷極限轉(zhuǎn)速高， 它可將軸的雙向移動限制在軸承的游隙范圍內(nèi)。 調(diào)心球軸承 具有自動調(diào)心

47、性能允許內(nèi)圈（軸）對外圈（外殼）的傾斜不超過 3 度。此 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 15 類軸承主要用 負(fù)荷作用下彎曲較大的傳動軸以及支撐座孔不易保證嚴(yán)格的部件中。主要承受 徑向負(fù)荷。也 同時承受少量的雙向軸向負(fù)載，額定負(fù)荷比為 0.60.9，極限轉(zhuǎn)速高，也可將軸 的雙向移動限制在軸承的軸向游隙范圍內(nèi)。 它不宜承受純的軸向負(fù)荷，此種情況將使負(fù)荷有一系列僅有一列鋼球承受。 其中圓錐孔調(diào)心球軸承安裝在軸頸上，通過軸向移動內(nèi)圈可微量調(diào)整軸承的徑 向游隙。 圓柱滾子軸承 僅能承受徑向負(fù)荷，額定負(fù)荷比為 1.53，極限轉(zhuǎn)速高，不能限制軸的軸向 移動。 帶擋邊的引導(dǎo)套圈與保持架和滾子組成一組合件可與另一

48、無擋邊的套圈分離， 安裝拆卸比較方便，與同尺寸向心軸承相比，徑向負(fù)荷能力較大，但允許外圈 與內(nèi)圈軸線偏移斜度較小，故只能由于剛性較大的軸上，并要求支撐座孔能夠 很好的隊中。內(nèi)圈無擋邊的圓柱滾子軸承常用于受外力彎曲較小的固定短軸上； 也常用于因發(fā)熱而使長軸伸長的機件上。此時，于一個支點上安裝無擋邊的滾 子軸承，另一個支點上則安裝使軸與軸箱能固定起來的軸承。 調(diào)心滾子軸承 它主要受徑向負(fù)荷，也可同時承受少量的雙向軸向負(fù)荷，額度比為 1.84， 極限轉(zhuǎn)速低。能限制軸的雙向移動。它具有自動調(diào)心功能，允許內(nèi)圈（軸）對 外圈（外殼）的傾斜度不超過 0.52 度。此類軸承多用于長軸和負(fù)載后彎曲的 多支撐軸上

49、。 滾針軸承 僅能承受徑向力，極限轉(zhuǎn)速低。不能限制軸的雙向移動。 在徑向負(fù)荷相同的情況下與其他類型軸承相比較，外徑最小，故適合徑向尺寸 受限制的部件（特別是軸的周圍有擺動性運動的部件；如活塞銷、軸擺桿等） 。 它安裝時軸承外軸線與內(nèi)圈線不允許有偏斜。 螺旋滾子軸承 僅能承受徑向力，極限轉(zhuǎn)速低。不能限制軸的雙軸向移動。 適用于旋轉(zhuǎn)精度要求不高并承受沖擊負(fù)荷的機件中，每一套和帶保持架的滾子 都可以分別安裝。 圓錐滾子軸承 承受以徑向負(fù)荷為主的徑向和軸向（單向）負(fù)荷的聯(lián)合負(fù)荷。 額定負(fù)荷比為 1.12.5，極限轉(zhuǎn)速中等。限制軸的單向軸向移動。它可分別安裝 內(nèi)圈和外圈，在安裝使用中可調(diào)整徑向和軸向游隙

50、，允許偏差 2 分。 推力球軸承 承受單向軸向負(fù)荷，額定負(fù)荷比為 1，極限轉(zhuǎn)速低，限制軸的單向軸向移 動，工作中必須加以最小的軸向力。 為消除可能不同心會軸線與外殼支撐面不垂直的不良影響，安裝時應(yīng)使活圈外 徑與外殼孔之間保留 0.51mm 的間隙，有時還可以在支撐面上墊以彈性材料如 皮革、耐油橡膠等。 推力滾子軸承 承受單向軸向負(fù)荷，額定負(fù)荷比為 1.71.9，極限轉(zhuǎn)速低，限制軸的雙軸向 移動，工作中必須加以最小的軸向力，此類軸承用于承受大的軸向負(fù)荷，用于 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 重型機械。 角接觸球軸承 該軸承受軸向（單向）和徑向負(fù)荷的聯(lián)合負(fù)荷，額定負(fù)荷比為 11.4，極限 轉(zhuǎn)速高，

51、能限制軸的雙向軸向移動。該軸承接觸角大，承受軸向負(fù)荷的能力就 大。當(dāng)軸承受徑向負(fù)荷時引起附加軸向力，固定此類軸承一般均成對使用(安裝 時同名端面相對安裝)。 結(jié)論：選用角接觸球軸承型號為 7005C GB/T 292-94 d.軸承的校核 已知：絲杠軸的上的圓周力為 800N，徑向力 Fr 為 350N，軸向力 Fa 為 150N，絲杠最大轉(zhuǎn)速為 3000r/min,絲杠有螺紋直徑為 32mm，軸承預(yù)期壽命為 20000h。絲杠軸承間距離為 338mm。 表 4-1 軸承的校核 設(shè)計計算項目計算公式或說明結(jié)果 續(xù)表 4-1 1.求軸承的徑 向力 設(shè) RV1 和 RV2 分別為軸承說承受的兩個

52、垂直分力，RH1 和 RH2 分別為兩個軸承所 受的水平分力。 RV1=（208*Fr+Fa*16）/338=222N RV2=Fr-RV1=127.5N RH1=208*Ft/(208+150)=492.31N RH2=Ft-RH1=800-492.31=307.69N R1=540.25N RV1 + RH1 R2=333.06N RV2 + RH2 R1=54.25N R2=333.06N 2.求軸承的實 際軸向力 A1 和 A2 根據(jù)表（10-6） （機械設(shè)計） S1=0.68R1=367.37N S2=0.68R2=226.48N 根據(jù)式（10-4） A1=Fa+S2=150+226

53、.48=376.48N A2=S2=226.48N A1=376.48N A2= 226.48N 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 17 3.求兩軸的當(dāng) 量動載荷 P1 和 P2 根據(jù)表（10-4） ，e=0.68 A1/R1=376.48/540.25=0.7e A2/R2=226.48/333.06=0.68 由表（10-5） ，查的 X1=0.41,Y1=0.87 X2=1，Y2=0 由表（10-5） ，查的 fp=1.2-1.8,去 fp=1.5 P1=fp(X1R1+Y1A1) =1.5(0.41*540.25+0.87*376.48) =823.55N P2=fp（X2R2+Y2A2）

54、=499.59N P1=823.55N P2=499.59N 4.驗算軸承壽 命 因為 P1P2,所以只驗算軸承 1，又有軸 承樣本可知：7005C 的額定動載荷為 12500N =/60n(C/P1 =/60*3000(12500/823.55 =22012.1h =22012.1h 5.驗算結(jié)果因為 90761.6420000h選用 7005C 4.44.4 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 4.4.14.4.1 導(dǎo)軌概述導(dǎo)軌概述 導(dǎo)軌有金屬其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動裝置或設(shè)備 并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機器部 件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又

55、稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù) 運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時可以承擔(dān)一定的扭矩，可在 高負(fù)載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。 4.4.24.4.2 導(dǎo)軌的設(shè)計任務(wù)導(dǎo)軌的設(shè)計任務(wù) 根據(jù)導(dǎo)軌的特點對導(dǎo)軌的基本要求，可得出設(shè)計導(dǎo)軌應(yīng)包括以下幾個方面： 1 根據(jù)工作條件選擇合適的導(dǎo)軌類型； 2 選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤?，保證必要的導(dǎo)向精度； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 3 選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸，保證導(dǎo)軌有足夠的剛度，并使單位面積上的比 壓不宜過大，以免磨損過快； 4 選擇導(dǎo)軌磨損補償裝置，通過調(diào)查方式，使導(dǎo)軌經(jīng)常獲得需要的導(dǎo)向精度； 5 選擇合適的導(dǎo)軌材料，熱處理方法，精加工

56、方法以及摩擦表面恰當(dāng)?shù)挠捕?匹配，以提高導(dǎo)軌的使用壽命； 6 選擇合理的潤滑系統(tǒng)，使導(dǎo)軌在良好的條件下工作，以減少摩擦和磨損； 7 設(shè)計良好的防護(hù)裝置，以防止切削、贓物等掉入導(dǎo)軌面上； 4.4.34.4.3 方案比較確定方案比較確定 1 滑動導(dǎo)軌 它具有結(jié)構(gòu)較簡單，制造較容易，承載能力大，剛性好，抗震性強，對幾 何形狀誤差不敏感等優(yōu)點；其缺點是磨損快，精度保持性差，摩擦阻力大，運 動靈活性較差，動、靜摩擦系數(shù)差值大，重載或低速移動時易產(chǎn)生“爬行” ，高 速運動時容易發(fā)熱等。 2 滾動導(dǎo)軌 滾動直線滑軌是一種滾動導(dǎo)引，它由鋼珠在滑塊與滑軌之間作無限滾動循 環(huán)，使得負(fù)載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度

57、作線性運動，其摩擦系數(shù)可降至 傳統(tǒng)滑動導(dǎo)引的 1/50，使之能輕易地達(dá)到 m 級的定位精度。現(xiàn)在滑塊與滑軌 間的末制單元設(shè)計，使得線形滑軌可同時承受上下左右等各方向的負(fù)荷，專利 的回流系統(tǒng)及精簡化的結(jié)構(gòu)設(shè)計使線性滑軌有更平順且低噪音的運動。 與滑動導(dǎo)軌相比： 優(yōu)點： 靈敏度高，且其動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差甚微，因而運動平穩(wěn)， 低速移動時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 定位精度高，重復(fù)定位精度可達(dá) 0.2m。 摩擦阻力小，移動輕便，磨損小、精度保持性好。 缺點：滾動導(dǎo)軌的抗震性較差，對防護(hù)要求較高。 3 滾珠導(dǎo)軌 導(dǎo)軌以滾珠作為滾動體，運動靈敏度好，定位度高；但其承載能力和剛度 較小，一般都需要通過預(yù)緊提高承

58、載能力和剛度。為了避免在導(dǎo)軌上壓出凹坑 而喪失精度，一般采用淬火鋼制造導(dǎo)軌面。滾珠導(dǎo)軌適用于運動部件質(zhì)量不大， 切削力較小的數(shù)控機床。 4 滾柱導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的承載力及剛度都比滾珠導(dǎo)軌要大，但對于安裝的要求也高。安裝不 良，會引起偏移和側(cè)向滑動，使導(dǎo)軌磨損加快、降低精度。目前數(shù)控機床、特 別是載荷較大的機床，通常都采用滾柱導(dǎo)軌。 5 滾針導(dǎo)軌 滾針導(dǎo)軌的滾針比同直徑的滾柱長度更長。滾針導(dǎo)軌的特點是尺寸小，結(jié) 構(gòu)緊湊。為了提高工作臺的移動精度，滾針的尺寸應(yīng)按直徑分組。滾針導(dǎo)軌適 用于導(dǎo)軌尺寸受限制的機床上。 結(jié)論：選擇滾珠導(dǎo)軌 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 19 4.4.44.4.4 導(dǎo)軌材料的選擇導(dǎo)

59、軌材料的選擇 選擇直線導(dǎo)軌材料時，應(yīng)注意它們的耐磨性能、摩擦系數(shù)、溫度膨脹系數(shù)、 加工后可能達(dá)到的粗粕度及熱處理性能等。導(dǎo)軌的品質(zhì)往往決定了直線導(dǎo)軌價 格，圓柱面直線導(dǎo)軌一般采用鋼 40、50、T8A、TloA(均需經(jīng)淬火)與非淬火鋼 或青銅相配；棱柱面直線導(dǎo)軌可用鋼與青銅、鋼與非淬火鋼、鋼與鑄鐵等相配。 結(jié)論：選擇淬硬鋼 4.4.54.4.5 直線滾動導(dǎo)軌副的精度選擇直線滾動導(dǎo)軌副的精度選擇 由于直線滾動導(dǎo)軌副具有誤差均化效應(yīng)，在同一平面內(nèi)使用兩套活兩套以 上時，可選用較低的安裝精度達(dá)到較高的運動精度。直線滾動導(dǎo)軌副分四個精 度等級，即 2、3、4、5 級，其中 2 級精度最高。期中 2、3

60、、4 級精度主要適用 于數(shù)控床的 X 方向進(jìn)給系統(tǒng)。由于本設(shè)計要求較高，故選用 3 級精度。 結(jié)論：選用 3 級精度。 4.4.64.4.6 直線滾動導(dǎo)軌副型號的確定直線滾動導(dǎo)軌副型號的確定 各項要求選擇 GGB 16 AA 2 P1 2*375-3 其中 GG 為直線滾動導(dǎo)軌副代號 B 為導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)類型為四個方向等載荷型 16 為公稱尺寸 AA 分別為滑塊寬度和滑塊上連接孔形式，其中第 1 個指款型，第 2 個指螺孔 2 為每根導(dǎo)軌上使用滑塊數(shù)為 2 P1 為直線導(dǎo)軌副預(yù)加為中載荷 2 為同一平面內(nèi)使用導(dǎo)軌數(shù)為 2 375 為導(dǎo)軌長度 3 為等級精度 5 刀架的設(shè)計 5.15.1 數(shù)控車床刀架

61、系統(tǒng)簡介數(shù)控車床刀架系統(tǒng)簡介 數(shù)控刀架是數(shù)控車床最普遍的一種輔助裝置，它可使數(shù)控車床在工件一次 裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時間，減少加工過程 中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機床的加工效率和加工精度。 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、 電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 10 工位刀塔 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六 工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可 正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀 架和伺服驅(qū)

62、動刀架。 數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及 型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架 等品種，近年來需要量可達(dá) 1000050000 臺 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、 電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六 工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可 正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀 架和伺服驅(qū)動刀架。 數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及 型數(shù)控刀

63、架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架 等品種，近年來需要量可達(dá) 1000050000 臺 發(fā)展方向：一是高速、可靠，追求的目標(biāo)是換刀時間盡量的短，以換取加 工中心和車削中心的高效性； 二是簡單實用、造價低、使用可靠，但換刀速度不快。 數(shù)控刀架的功能：數(shù)控機床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還 直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式 轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀 具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng) 中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，機床的刀架也有了許多變化，特

64、別 是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動刀架，有的還使用兩個回轉(zhuǎn)刀盤。加工中 心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機械手，定現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動交換刀具 的功能，這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從 十幾秒減少到幾秒甚至零點幾秒。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機 床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。 基本要求： 1）換刀時間短，以減少非加工時間。 2）減少換刀動作對加工范圍的干擾。 3）刀具重復(fù)定位精度高。 4）識刀、選刀可靠，換刀動作簡單可靠。 半閉環(huán)數(shù)控車床進(jìn)給部件設(shè)計 21 5）刀庫刀具存儲量合理。 6）刀庫占地面積小，并能與主機配合，使機床外觀協(xié)調(diào)美觀。 7）刀具裝卸、調(diào)整、維修方便，并能得到清潔的維護(hù)。 5.25.2 各種刀架的方案比較及選擇各種刀架的方案比較及選擇 5.2.15.2.1 排式刀架排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。其結(jié)構(gòu) 形式為： 夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機床的 X 坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板 上。這種刀架在刀具布置和機床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的 車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫 向滑板只要按程序沿 X 軸移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置， 這