數(shù) 控 機(jī) 床 畢 業(yè) 論 文 題 目：某數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 概述數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品,是綜合應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、精密測量及現(xiàn)在機(jī)械制造技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)和未來工廠自動化的基礎(chǔ)已成為現(xiàn)在制造技術(shù)中不可缺少的生產(chǎn)手段,是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。數(shù)機(jī)床已成為現(xiàn)在機(jī)械制造業(yè)中的主要技術(shù)裝備。 縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)原機(jī)床掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動絲杠,光杠等全部拆除,縱、橫向以伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件,經(jīng)一級齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后,由滾珠絲杠傳動?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)：縱向伺服電機(jī)為P20B200DxS，2.0的交流伺服電機(jī),滾珠絲杠仍利用原絲杠位置,其螺母副通過托架安裝在床鞍底部,滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承,與床身尾部步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接。伺服電機(jī)經(jīng)減速后,減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠直接聯(lián)接,這種結(jié)構(gòu)簡單徑向尺寸小,可防止被聯(lián)接軸的位移和偏斜所帶來裝配困難和附加應(yīng)力。 改造后的數(shù)控機(jī)床應(yīng)有以下發(fā)展方向：單一的數(shù)字控制應(yīng)向數(shù)控中心發(fā)展，數(shù)控機(jī)床總體布局更加合理，機(jī)床控制系統(tǒng)的控制和運(yùn)算功能更進(jìn)一步加強(qiáng)，機(jī)床的伺服系統(tǒng)采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)代替直流伺服系統(tǒng)，編程更趨合理化，加工工藝更趨簡單化90%機(jī)的檢測和監(jiān)控系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)自動化。 隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類生活水平的提高，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品品種越來越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來越少，而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加。作為實(shí)現(xiàn)單件小批量加工自動化的數(shù)控機(jī)床，由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前,國外數(shù)控機(jī)床的性能正朝著高精度、高效率、高柔性、高自動化方向迅速發(fā)展,這將對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求?！笆濉逼陂g,我國機(jī)械制造行業(yè)必須瞄準(zhǔn)國際數(shù)控機(jī)床發(fā)展的科學(xué)前沿,開拓創(chuàng)新,消化吸收國外先進(jìn)技術(shù),開創(chuàng)我國數(shù)控機(jī)床設(shè)計和制造技術(shù)的新局面?？傮w設(shè)計方案論證數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)包括橫向進(jìn)給系統(tǒng)(X軸)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)(Z軸),它們是由伺服電機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動,驅(qū)動滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動。根據(jù)GB/T16462-1996數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn),機(jī)床的位置精度包括重復(fù)定位精度、反向偏差和定位精度。當(dāng)機(jī)床的中心距DC=3000mm時,其重復(fù)定位精度X軸0.0075mm,Z軸0.010mm;反向偏差X軸為0.006mm,Z軸為0.012mm;定位精度X軸為0.035mm,Z軸為0.040mm?？梢钥闯?進(jìn)給軸設(shè)計與主軸設(shè)計相比,具有相同的重要性。因而,進(jìn)給軸的設(shè)計應(yīng)從動、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。在數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計中,根據(jù)橫向、縱向的不同精度要求,不同移動質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量等特點(diǎn),分別解決設(shè)計中的主要矛盾。以期望設(shè)計結(jié)果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。驅(qū)動元件： 各種數(shù)控機(jī)床加工的對象不同，工藝要求不同，所以對進(jìn)給驅(qū)動的要求不盡相同，但基本要求是一樣的，大致有四個方面。（1）高精度 使用數(shù)控機(jī)床主要是解決零件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性，一致性，減少廢品率；解決復(fù)雜空間曲面零件的加工；解決復(fù)雜零件的加工精度，縮短制造周期等。為了滿足這些要求，必須保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度。要求定位精度和輪廓切削精度能達(dá)到機(jī)床要求的指標(biāo)。在位置控制中要求有高的定位精度，而在速度控制中，要求有高的調(diào)速精度，強(qiáng)的抗負(fù)載擾動的能力，即靜態(tài)和動態(tài)速度降盡可能小。（2）快速響應(yīng) 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。（3）調(diào)速范圍寬 在各種數(shù)控機(jī)床中，由于加工用刀具，被加工零件的材質(zhì)及加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進(jìn)給驅(qū)動必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。（4）低速大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn)，大都是在低速進(jìn)行重切削，即在低速時進(jìn)給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。目錄概述 2一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)61.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述61.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類61.3伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求61.4主要設(shè)計任務(wù)6二、運(yùn)動設(shè)計72.1傳動方案擬定72.2降速比計算82.3絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計算82.3.1確定滾珠絲杠螺母副的導(dǎo)程82.3.2強(qiáng)度計算9三、動力計算123.傳動件轉(zhuǎn)動慣量的計算123.1齒輪轉(zhuǎn)動慣量的計算123.2工作臺的轉(zhuǎn)動慣量133.3絲杠的轉(zhuǎn)動慣量133.4負(fù)載折算到電動機(jī)上的轉(zhuǎn)動慣量143.5電動機(jī)力矩計算143.6絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動剛度計算15四、機(jī)構(gòu)設(shè)計164.1滾珠絲杠的安裝設(shè)計164.2滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊16五、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)分析185.1滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn)185.2滾珠絲杠安裝方式特點(diǎn)185.3滾珠絲杠副的防護(hù)和潤滑19六、設(shè)計體會21參考文獻(xiàn)22一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)1.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置（直流、交流伺服電動機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)，電業(yè)脈沖馬達(dá)等）和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺、主軸刀架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速移動。數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)的差別，他能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定運(yùn)動規(guī)律所合成的運(yùn)動軌跡。 1.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類數(shù)控私服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋進(jìn)行分類，有以下三種：(1)開環(huán)伺服系統(tǒng)(2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)1.3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 (1)精度要求 (2)響應(yīng)速度 (3)調(diào)速范圍 (4)低速、大轉(zhuǎn)矩1.4 主要設(shè)計任務(wù)已知參數(shù)：最大加工直徑Dmax=400mm，工作臺及刀架重：30；最大軸向力：130；導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)：0.2；行程：360mm；步進(jìn)電機(jī)：110BF003；步距角：0.75°；電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量：J=1.8×10-2 .cm.s-2；設(shè)計要求：車床控制精度：0.005mm（即為脈沖當(dāng)量）；加速時間：25ms；最大進(jìn)給速度：Vmax=2.5m/min。二、運(yùn)動設(shè)計 2.1 傳動方案擬定數(shù)控機(jī)床按控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)，由于采用直流式交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難，造價也高。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于數(shù)控車床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。若采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，精度較閉環(huán)控制的查，但是穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修較容易；但是對于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說必要性不大。故在本次設(shè)計中，采用開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。確定設(shè)計任務(wù)后，初步擬定三種傳動方案 即 1 電機(jī)直接與絲杠相連；2 電機(jī)通過同步帶的傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動；3電機(jī)通過齒輪傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。 步進(jìn)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn) :(1)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比，故控制輸入步進(jìn)電動機(jī)的脈沖個數(shù)就能控制位移量；(2)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，與要控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3)停止送入脈沖時，只要維持繞組內(nèi)電流不變，電動機(jī)軸可以保持在某個固定位置上，不需要機(jī)械制動裝置； (4)變通電相序即可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向； (5)進(jìn)電動機(jī)存在齒間相鄰誤差，但是不會產(chǎn)生累積誤差；(6)進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停止迅速。滾珠絲杠副具有摩擦數(shù)小傳動效率高，所需的傳動轉(zhuǎn)矩小；靈敏度高，傳動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；隨著精度和定位精度高，磨損小，壽命長，精度保持性好，可通過預(yù)緊間隙消除措施提高軸承剛度和反向精度，運(yùn)動具有可性。故在本次設(shè)計中采用步進(jìn)電機(jī)帶動X向工作臺移動。傳動方案1的結(jié)構(gòu)簡單，但是消除由步進(jìn)電動機(jī)引起的振動等現(xiàn)象能力較差，故在本次設(shè)計中不采用方案1；傳動方案2采用同步帶傳動保持恒定傳動比，傳動精度高工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無噪聲，有良好減振性能，但制造工藝比較復(fù)雜，傳遞功率較小，壽命較低，故在本次設(shè)計中不易采用。所以本次設(shè)計中采用方案3的齒輪傳動，其主要特點(diǎn)是效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比穩(wěn)定，傳動過程中采用消隙齒輪，消除正反轉(zhuǎn)齒輪間隙提高傳動精度，性價比高。2.2 降速比計算 由于選用的步進(jìn)電機(jī)型號為110BF003，步距角為0.75。數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量為0.005mm。降速比i按下式計算： 式中 步進(jìn)電機(jī)的步距角，（°）； 脈沖當(dāng)量，mm； s絲杠螺距，； 取s=6。 2.3 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計算2.3.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 滾珠絲杠副的導(dǎo)程按下式計算： (2-1)式中 滾珠絲杠副的導(dǎo)程，（）；Vmax工作臺最高移動速度，（）；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，（）；由設(shè)計任務(wù)查得：查閱數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計得：步進(jìn)電機(jī)110BF003的最高轉(zhuǎn)速。將數(shù)值代入上式可得：。故取。2.3.2 強(qiáng)度計算1.動載強(qiáng)度計算 1）對于燕尾型導(dǎo)軌的牽引力計算F=KF+f(F+2F+G) (2-2)取 K=1.4 f=0.2考慮工作臺在移動過程中只受G影響故 F=fG=0.2×30×9.8=58.8(N)考慮工作臺在加工時靜止只受FX影響故 F= KF=1.4×9.8×130=1783.6(N)取F= F2.計算最大動載荷 C 當(dāng)轉(zhuǎn)速時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點(diǎn)蝕，因此要進(jìn)行動載強(qiáng)度計算，其計算動載荷應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動載荷，即 (2-3)式中 動載荷系數(shù)； 硬度影響系數(shù)； 當(dāng)量動載荷，N； 滾珠絲杠螺母副的額定動載荷，N； 壽命，以為一個單位。 (2-4)式中 T使用壽命，h； N循環(huán)次數(shù)； 滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，。查表取 T=15000 h代入數(shù)據(jù)可的：查 1表5-1取 查 1表5-2取f=1.0當(dāng)工作載荷單調(diào)連續(xù)或周期性單調(diào)連續(xù)變化時，則 式中 、最大和最小工作載荷，N。所以 計算可的： 查手冊選取CBM4006-5型滾珠絲杠副（），所以剛度滿足要求。3.靜載強(qiáng)度計算 當(dāng)轉(zhuǎn)速時，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大塑性變形，影響正常工作。為此進(jìn)行靜載強(qiáng)度計算，最大計算靜載荷為： 式中 硬度影響系數(shù)；查手冊可得：CBM4006-5型滾珠絲杠副額定靜載荷，所以滿足要求。滾珠絲杠螺母的主要參數(shù)如表2-1所示： 表2-1滾珠絲杠螺母副的主要參數(shù)滾珠絲杠副型號CBM4006-5公稱直徑導(dǎo)程鋼球直徑絲杠外徑螺紋底徑額定動載荷額定靜載荷接觸剛度 三、動力計算3. 傳動件轉(zhuǎn)動慣量的計算3.1 齒輪轉(zhuǎn)動慣量的計算1、傳動比的計算2、 初步分配傳動比 按獲得最小轉(zhuǎn)動慣量的原則分配傳動比 i=ii i= (3-1) 得 i=1.52 i=1.643、 初步估計齒輪 模數(shù)m=1.25小齒輪Z=27 大齒輪 小齒輪大齒輪 4、 轉(zhuǎn)動慣量的計算 有下式計算齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： (3-2) 式中 d齒輪分度圓直徑，mm； b齒輪寬度，mm。 將數(shù)值代入上式可得： · · · ·3.2 工作臺的轉(zhuǎn)動慣量 工作臺的轉(zhuǎn)動慣量按下式計算： (3-3) 式中 W工作臺（包括工件）的質(zhì)量，； S絲杠螺距，。 將數(shù)值代入上式可得： ·3.3 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量按下式計算： (3-4) 式中 滾珠絲杠直徑，； L支承距，。 由珠絲杠的參數(shù)可得：，。 所以 ·3.4 負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： ·3.5 電動機(jī)力矩計算3.2.1 計算加速力矩 =0.092N·m3.2.2 計算摩擦力矩 N·m 式中 傳動鏈總效率，取。計算附加摩擦力矩 N·m 式中 傳動鏈總效率，取； 滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率，取。 根據(jù)公式計算快速空載啟動時電動機(jī)所需力矩 =0.532N·m3.6 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動剛度計算滾珠絲杠一端軸向支撐，絲杠的最小拉壓剛度和最大拉壓剛度分別為： 式中 E彈性模量。 按取近似估算，將絲杠本身的拉壓剛度乘以，作為傳動的綜合拉壓剛度，即： 反向死區(qū)誤差計算： 所以能夠滿足單脈沖進(jìn)給的要求。 計算由于傳動剛度的變化引起的定位誤差： 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計 4.1滾珠絲杠的支承 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此設(shè)計中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進(jìn)行拉伸。絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60°角接觸軸承，在這兩種軸承中，60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。60°角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對背時小，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動中面對面組合用得較多。在此設(shè)計中采用了以面對面配對組合的60°角接觸軸承，以容易實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。4.2滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，是數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產(chǎn)生嚴(yán)重接觸變形，接觸剛度與接觸表面預(yù)緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙，接觸剛度較小；當(dāng)滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動精度。因此，滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。滾珠絲杠螺母副采用偏心軸套式調(diào)整法達(dá)到消除齒輪間隙的目的,如圖所示： 圖 偏心軸套調(diào)整法1.齒輪；2.偏心軸套；3.齒輪。 圖中1代表齒輪，2代表偏心軸套，電動機(jī)通過偏心軸套2安裝在齒輪箱上，偏心軸套可以在一定程度上消除因齒厚誤差和中心距誤差引起的齒側(cè)間隙。 通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置，使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，以達(dá)到提高軸向剛度的目的。調(diào)整預(yù)緊有多種方式，上圖所示的為墊片調(diào)整式，通過改變墊片的厚薄來改變兩個螺母之間的軸向距離，實(shí)現(xiàn)軸向間隙消除和預(yù)緊。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、可靠性好。五、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)分析 5.1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn) 如下圖所示，在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個圓弧形槽合起來便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠。當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動，迫使二者發(fā)生軸向相對位移。為防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構(gòu)成一個閉合回路。由于滾珠的存在，絲杠與螺母之間是滾動摩擦，僅在滾珠之間存在滑動摩擦。 圖 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有下列特點(diǎn)： （1）摩擦損失小、傳動效率高； （2）運(yùn)動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行； （3）軸向剛度高、反向定位精度高； （4）摩損小、壽命長、維護(hù)簡單； （5）傳動具有可逆性、不能自鎖； （6）同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性； （7）有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。 5.2 滾珠絲杠安裝方式特點(diǎn) 采用兩端固定的安裝方式，這種支承剛度最高，只要軸承無軸向間隙，絲杠的拉壓剛度可提高四倍。可以進(jìn)行預(yù)拉伸安裝，克服熱膨脹。當(dāng)溫升超過預(yù)計的溫升時，不會像雙向游動那樣產(chǎn)生軸向間隙，但實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸及其調(diào)整方法較為復(fù)雜。5.3滾珠絲杠副的防護(hù)和潤滑(1)滾珠絲杠副的防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時將防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時更換。(2)滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油：潤滑脂可采用鋰基潤滑脂。潤滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。每半年對滾珠絲杠上的潤滑脂更換一次，清洗絲杠上的舊潤滑脂，涂上新的潤滑脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠副，可在每次機(jī)床工作前加油一次。3滾珠絲杠副在高速數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用高速加工是面向21世紀(jì)的一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在航天航空、汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)高速加工，首先要有高速數(shù)控機(jī)床。高速數(shù)控機(jī)床必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)材料切削過程的高速化。為了實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給，國內(nèi)外有關(guān)制造廠商不斷采取措施，提高滾珠絲杠的高速性能。主要措施有：1)適當(dāng)加大絲杠的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導(dǎo)程滾珠絲杠名義直徑與導(dǎo)程的匹配為：40mm×20mm，50mm×25mm，50mm×30mm等，其進(jìn)給速度均可達(dá)到60m/min以上。為了提高滾珠絲杠的剛度和承載能力，大導(dǎo)程滾珠絲杠一般采用雙頭螺紋，以提高滾珠的有效承載圈數(shù)。2)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高滾珠運(yùn)動的流暢性。改進(jìn)滾珠循環(huán)反向裝置，優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù)，采用三維造型的導(dǎo)珠管和回珠器，真正做到沿著內(nèi)螺紋的導(dǎo)程角方向?qū)L珠引進(jìn)螺母體中，使?jié)L珠運(yùn)動的方向與滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。3)采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)。高速滾珠絲杠在運(yùn)行時由于摩擦產(chǎn)生高溫，造成絲杠的熱變形，直接影響高速機(jī)床的加工精度。采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)，就是將恒溫切削液通入空心絲杠的孔中，對滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，保持滾珠副溫度的恒定。這個措施是提高中、大型滾珠絲杠高速性能和工作精度的有效途徑。4)對于大行程的高速進(jìn)給系統(tǒng)，可采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式。此時，螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動，由于絲杠不動，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運(yùn)動靈活，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。5)進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量。通過采用上述種種措施后，可在一定程度上克服傳統(tǒng)滾珠絲杠存在的一些問題。日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國際領(lǐng)先地位，其最大快速移動速度可達(dá)60m/min，個別情況下甚至可達(dá)90m/min，加速度可達(dá)15m/s2。由于滾珠絲杠歷史悠久、工藝成熟、應(yīng)用廣泛、成本較低，因此在中等載荷、進(jìn)給速度要求并不十分高、行程范圍不太大(小于45m)的一般高速加工中心和其他經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床上仍然經(jīng)常被采用。 六、設(shè)計體會 課程設(shè)計是綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。 回顧起此次<<數(shù)控車床橫向系統(tǒng)設(shè)計>>課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從從拿到題目到完成整個課程設(shè)計，從理論到實(shí)踐，在五個多月的日子里，可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說分配齒輪的傳動比通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。 參考文獻(xiàn)1 文懷興 夏田編著 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計 化學(xué)工業(yè)出版社 北京2 文懷興 夏田編著 數(shù)控機(jī)床設(shè)計實(shí)踐指南 化學(xué)工業(yè)出版社 北京3 濮良貴 紀(jì)名剛主編 機(jī)械設(shè)計高等教育出版社 北京4 吳克堅 鄭文偉主編 機(jī)械原理高等教育出版社 北京5 盧秉恒主編 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社 北京 6 曹金榜主編 機(jī)床主軸/變速箱設(shè)計指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社 北京7 周開勤主編 機(jī)械零件手冊高等教育出版社 北京8 上海紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編 機(jī)床設(shè)計圖冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 上海第22頁