《某數(shù)控車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《某數(shù)控車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（22頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 數(shù) 控 機(jī) 床 畢 業(yè) 論 文 題 目：某數(shù)控車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測(cè)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和未來(lái)工廠自動(dòng)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)

2、構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠,光杠等全部拆除,縱、橫向以伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件,經(jīng)一級(jí)齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后,由滾珠絲杠傳動(dòng)?？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(guò)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(jiǎn)單 徑向尺寸小,可防止被聯(lián)接軸的位移和偏斜所帶來(lái)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：?jiǎn)我坏臄?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

3、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(jiǎn)單化90%機(jī) 的檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類(lèi)生活水平的提高，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，產(chǎn)品品種越來(lái)越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來(lái)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(dòng)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(guó)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(dòng)化方向迅速發(fā)展,這將對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求。“十五”期間,我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)必須瞄準(zhǔn)國(guó)際數(shù)控機(jī)床發(fā)展的科學(xué)前沿,開(kāi)拓創(chuàng)新,消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù),開(kāi)創(chuàng)我國(guó)數(shù)

4、控機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的新局面。 總體設(shè)計(jì)方案論證 數(shù)控車(chē)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(dòng),驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu),來(lái)實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車(chē)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(shí),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(jì)與主軸設(shè)計(jì)相比,具有相同的重要性。因而,進(jìn)給軸的設(shè)計(jì)應(yīng)從動(dòng)、靜兩方面充分考慮,

5、位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。在數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,根據(jù)橫向、縱向的不同精度要求,不同移動(dòng)質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等特點(diǎn),分別解決設(shè)計(jì)中的主要矛盾。以期望設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求,達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,即滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。 驅(qū)動(dòng)元件： 各種數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)象不同，工藝要求不同，所以對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的要求不盡相同，但基本要求是一樣的，大致有四個(gè)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?gòu)U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

6、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(dòng)的能力，即靜態(tài)和動(dòng)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(hào)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(dòng)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(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 目錄 概

7、述 ……………………………………………………………………2 一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)……………………………………………6 1.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述…………………………………………………6 1.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類(lèi)…………………………………………………6 1.3伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求…………………………………………6 1.4主要設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………6 二、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………7 2.1傳動(dòng)方案擬定………………………………………………………7 2.2降速比計(jì)算…………………………………………………………8 2.3絲杠螺母機(jī)構(gòu)

8、的選擇與計(jì)算………………………………………8 2.3.1確定滾珠絲杠螺母副的導(dǎo)程……………………………………8 2.3.2強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………9 三、動(dòng)力計(jì)算……………………………………………………………12 3.傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算……………………………………………12 3.1齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算……………………………………………12 3.2工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量………………………………………………13 3.3絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量…………………………………………………13 3.4負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量………………………………14 3.5電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算

9、……………………………………………………14 3.6絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)剛度計(jì)算………………………………………15 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………16 4.1滾珠絲杠的安裝設(shè)計(jì)…………………………………………………16 4.2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………………………………………18 5.1滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn)……………………………18 5.2滾珠絲杠安裝方式特點(diǎn)…………………………………………18 5.3滾珠絲杠副的防護(hù)和潤(rùn)滑………………………………………19 六、設(shè)計(jì)體會(huì)…………

10、………………………………………………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(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)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(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置（直流、交流伺服電動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、主軸刀架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速移動(dòng)。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

11、統(tǒng)有本質(zhì)的差別，他能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 1.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類(lèi) 數(shù)控私服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋進(jìn)行分類(lèi)，有以下三種： (1)開(kāi)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(jì)任務(wù) 已知參數(shù)：最大加工直徑Dmax=400mm，工作臺(tái)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

12、機(jī)：110BF003；步距角：0.75°；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1.8×10-2 ㎏.cm.s-2； 設(shè)計(jì)要求：車(chē)床控制精度：0.005mm（即為脈沖當(dāng)量）；加速時(shí)間：25ms；最大進(jìn)給速度：Vmax=2.5m/min。 二、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)方案擬定 數(shù)控機(jī)床按控制方式分為開(kāi)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(jià)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(dòng)系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)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(chē)床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。

13、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(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)必要性不大。故在本次設(shè)計(jì)中，采用開(kāi)環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 確定設(shè)計(jì)任務(wù)后，初步擬定三種傳動(dòng)方案 即 1 電機(jī)直接與絲杠相連；2 電機(jī)通過(guò)同步帶的傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)；3電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn) : (1)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，故控制輸入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)就能控制位移量； (2)電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； (3)停止送入脈沖時(shí)，只要維持繞組內(nèi)電流不

14、變，電動(dòng)機(jī)軸可以保持在某個(gè)固定位置上，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置； (4)變通電相序即可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向； (5)進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在齒間相鄰誤差，但是不會(huì)產(chǎn)生累積誤差； (6)進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止迅速。滾珠絲杠副具有摩擦數(shù)小傳動(dòng)效率高，所需的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩小；靈敏度高，傳動(dòng)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(zhǎng)，精度保持性好，可通過(guò)預(yù)緊間隙消除措施提高軸承剛度和反向精度，運(yùn)動(dòng)具有可性。 故在本次設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)X向工作臺(tái)移動(dòng)。傳動(dòng)方案1的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是消除由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)等現(xiàn)象能力較差，故在本次設(shè)計(jì)中不采用方案1；傳動(dòng)方案2采用同步帶傳

15、動(dòng)保持恒定傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度高工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)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(jì)中不易采用。所以本次設(shè)計(jì)中采用方案3的齒輪傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)過(guò)程中采用消隙齒輪，消除正反轉(zhuǎn)齒輪間隙提高傳動(dòng)精度，性價(jià)比高。 2.2 降速比計(jì)算 由于選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF003，步距角為0.75。數(shù)控車(chē)床的脈沖當(dāng)量為0.005mm。 降速比i按下式計(jì)算： 式中 —步進(jìn)電機(jī)的步距角，（°）； —脈沖當(dāng)量，mm；

16、 s—絲杠螺距，㎜； 取s=6㎜。 2.3 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)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(jì)算： (2-1) 式中 —滾珠絲杠副的導(dǎo)程，（㎜）； Vmax—工作臺(tái)最高移動(dòng)速度，（）； —電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，（）； 由設(shè)計(jì)任務(wù)查得： 查閱《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》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(jì)算 1.動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算 1）對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌的牽引力計(jì)算

17、F=KF+f(F+2F+G) (2-2) 取 K=1.4 f=0.2 考慮工作臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中只受G影響 故 F=fG =0.2×30×9.8 =58.8(N) 考慮工作臺(tái)在加工時(shí)靜止只受FX影響 故 F= KF =1.4×9.8×130 =1783.6(N) 取F= F 2.計(jì)算最大動(dòng)載荷 C 當(dāng)轉(zhuǎn)速時(shí)，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(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算，其計(jì)算動(dòng)載荷應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)載荷，即

18、 (2-3) 式中 —?jiǎng)虞d荷系數(shù)； —硬度影響系數(shù)； —當(dāng)量動(dòng)載荷，N； —滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)載荷，N； —壽命，以為一個(gè)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(shí)，則 式中 、—最大和最小

19、工作載荷，N。 所以 計(jì)算可的： 查手冊(cè)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(jì)算 當(dāng)轉(zhuǎn)速時(shí)，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(jì)算，最大計(jì)算靜載荷為： 式中 —硬度影響系數(shù)； 查手冊(cè)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(hào) CBM4006-5 公稱直徑 ㎜ 導(dǎo)程 ㎜ 鋼

20、球直徑 ㎜ 絲杠外徑 ㎜ 螺紋底徑 ㎜ 額定動(dòng)載荷 額定靜載荷 接觸剛度 三、動(dòng)力計(jì)算 3. 傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 3.1 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 1、傳動(dòng)比的計(jì)算 2、 初步分配傳動(dòng)比 按獲得最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原則分配傳動(dòng)比 i=ii i= (3-1) 得 i=1.52 i=1.64 3、 初步估計(jì)齒輪 模數(shù)m=1.25 小齒輪Z=27 大齒輪

21、㎜ ㎜ 小齒輪 大齒輪 4、 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 有下式計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算： (3-3) 式中 W—工作臺(tái)（包括工件）的質(zhì)量，㎏； S—絲杠螺距，㎜。 將數(shù)值代入上式可得：

22、 ㎏·㎡ 3.3 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)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(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ㎏·㎡ 3.5 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 3.2.1 計(jì)算加速力矩

23、 =0.092N·m 3.2.2 計(jì)算摩擦力矩 N·m 式中 —傳動(dòng)鏈總效率，取。 計(jì)算附加摩擦力矩 N·m 式中 —傳動(dòng)鏈總效率，取； —滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，取。 根據(jù)公式計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩 =0.532N·m 3.6 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)剛度計(jì)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：

24、 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(dòng)的綜合拉壓剛度，即： 反向死區(qū)誤差計(jì)算： 所以能夠滿足單脈沖進(jìn)給的要求。 計(jì)算由于傳動(dòng)剛度的變化引起的定位誤差： 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其

25、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(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此設(shè)計(jì)中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)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

26、承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。 在此設(shè)計(jì)中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60°角接觸軸承，以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)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(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置，是數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中使用最為廣泛

27、的傳動(dòng)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(huì)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?。划?dāng)滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母不會(huì)立即反向，存在死區(qū)，影響絲杠的傳動(dòng)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(méi)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(dòng)機(jī)通過(guò)偏心軸套2安裝在齒輪箱上，偏心軸套

28、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(guò)調(diào)整兩個(gè)螺母之間的軸向位置，使兩個(gè)螺母的滾珠在承受載荷之前，分別與絲杠的兩個(gè)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(guò)改變墊片的厚薄來(lái)改變兩個(gè)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(jiǎn)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(gè)圓弧形槽合起來(lái)便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)螺

29、母旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動(dòng)，迫使二者發(fā)生軸向相對(duì)位移。為防止?jié)L珠從螺母中滾出來(lái)，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(gè)閉合回路。由于滾珠的存在，絲杠與螺母之間是滾動(dòng)摩擦，僅在滾珠之間存在滑動(dòng)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(dòng)效率高； （2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時(shí)無(wú)爬行； （3）軸向剛度高、反向定位精度高； （4）摩損小、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單； （5）傳動(dòng)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(shí)傳

30、動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置時(shí)，可獲得較好的同步性； （7）有專(zhuān)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(wú)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(guò)預(yù)計(jì)的溫升時(shí)，不會(huì)像雙向游動(dòng)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(rùn)滑 (1)滾珠絲杠副的防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)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

31、套管以及折疊式套管等。安裝時(shí)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(shí)更換。 (2)滾珠絲杠副的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑可提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩大類(lèi)。潤(rùn)滑油一般為

32、全損耗系統(tǒng)用油：潤(rùn)滑脂可采用鋰基潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤(rùn)滑油則經(jīng)過(guò)殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。每半年對(duì)滾珠絲杠上的潤(rùn)滑脂更換一次，清洗絲杠上的舊潤(rùn)滑脂，涂上新的潤(rùn)滑脂。用潤(rùn)滑油潤(rùn)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(xiàng)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(chē)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(lái)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(shí)具有高速主軸

33、系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)材料切削過(guò)程的高速化。為了實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給，國(guó)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(dòng)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(dòng)的方向與

34、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(shí)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(duì)滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，保持滾珠副溫度的恒定。這個(gè)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(duì)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(dòng)方式。此時(shí)，螺母一邊轉(zhuǎn)動(dòng)、一邊沿固定的絲杠作軸向移動(dòng)，由于絲杠不動(dòng)，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長(zhǎng)滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的種種問(wèn)題。螺母慣性小、運(yùn)動(dòng)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

35、質(zhì)量。通過(guò)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(wèn)題。日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其最大快速移動(dòng)速度可達(dá)60m/min，個(gè)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4～5m)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(jì)體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。

36、 回顧起此次<<數(shù)控車(chē)床橫向系統(tǒng)設(shè)計(jì)>>課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從從拿到題目到完成整個(gè)課程設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，在五個(gè)多月的日子里，可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)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(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說(shuō)分配齒輪的傳動(dòng)比

37、……通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)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(jì) 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(jì)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(jì)高等教育出版社 北京 [4] 吳克堅(jiān) 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(jì)指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社 北京 [7] 周開(kāi)勤主編 機(jī)械零件手冊(cè)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(jì)圖冊(cè) 上海科學(xué)技術(shù)出版社 上海 第22頁(yè)