定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板進給系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計全套,數(shù)控,龍門,銑床,進給,系統(tǒng),畢業(yè)設(shè)計,全套 【摘要】 數(shù)控龍門鏜銑床是能源、航空、航天、船舶、艦船推進器、機車車輛、軍工、汽車、機械工程、重型機床行業(yè)不可缺少的重要工藝加工設(shè)備。本文內(nèi)容關(guān)于定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進給系統(tǒng)的設(shè)計，包括機床的整體方案、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、導軌、液壓系統(tǒng)等方面的研究。通過對定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進給系統(tǒng)的設(shè)計，使我們初步熟悉數(shù)控機床主運動系統(tǒng)的設(shè)計方法、步驟，提高對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的分析能力及設(shè)計計算能力，培養(yǎng)我們熟悉查閱資料、手冊和運用資料、手冊的能力以提高我們專業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神、團隊合作精神，增強參與競爭的能力。 【關(guān)鍵詞】 數(shù)控龍門鏜銑床；溜板箱進給系統(tǒng)；導軌液壓 【Abstract】 CNC boring and milling machine gantry energy, aviation, aerospace, ship, ship propulsion, rolling stock, military, automotive, mechanical engineering, heavy machine tool industry an important and indispensable processing equipment. In this paper, the content on the fixed beam gantry CNC boring and milling machine crate slipped into the design of the system, including the machine's overall program, transmission structures, rail, hydraulic systems research. Beams of CNC boring and milling machine gantry crate slipped into the design of the system so that we are familiar with numerical control machine tool main preliminary design methods movement, steps to improve the structure of the CNC machine tool design and calculation of analytical capacity and ability to nurture our familiar with available information, manuals and the use of information, the ability of the manual in order to improve our professionalism, dedication, team spirit and enhance the ability to compete. 【Key Words】 CNC boring and milling machine gantry; crate slipped into the system; Guide hydraulic 目錄 第1章 總體方案比較、論證 1.1 課題技術(shù)要求……………………………………………… …………….4 1.2 控制型式的選擇和分析 1.2.1 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)……………………..…………… …………..4 1.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)……………………….. …………..4 1.3 伺服驅(qū)動裝置的選擇和分析……………………………… .………….5 1.4 傳動部件的選擇和分析 1.4.1齒輪傳動…………………………………………………....…...…..6 1.4.1帶傳動……………………………………………………....…...…..6 1.4.3鏈傳動……………………………………………………....…...…..6 1.4.4蝸桿傳動…………………………………………………....…...…..6 1.4.5滾珠絲杠螺母副……………………...……...………….………….6 1.5 導軌 1.5.1導軌的基本類型……………………...……...…………….……..………….7 1.5.2導軌的基本要求……………………...……...…….…….………………….7 1.5.3常用的導軌及其特點……………………...……...………….….…………7 1.5.4導軌間隙的調(diào)整、潤滑、防護……………………...……...…….…………13 1.5.5選擇導軌的種類確定阻尼比……………………...……...…….…………14 1.6 總體方案的試選………………………………………………………….14 第2章 設(shè)計計算 2.1 伺服系統(tǒng)傳動系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………….15 2.1.1 降速比的計算…………………………………..……………..……15 2.1.2 慣量計算………………………………………….…………..….…16 2.1.3 電動機力矩計算………………………………….……...…………18 2.1.4 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析……………………......………………..21 2.1.5系統(tǒng)增益的確定…………………….……..….…………………22 2.1.6 驗算移動部件能達到的最大加速度………………………………22 致謝……………………………..…………………………………………22 主要參考文獻…………………………….……………………………….23 設(shè)計說明書 數(shù)控龍門鏜銑床是能源、航空、航天、船舶、艦船推進器、機車車輛、軍工、汽車、機械工程、重型機床行業(yè)不可缺少的重要工藝加工設(shè)備。本文內(nèi)容關(guān)于定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進給系統(tǒng)的設(shè)計，包括機床的整體方案、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、導軌、液壓系統(tǒng)等方面的研究。通過對定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進給系統(tǒng)的設(shè)計，使我們初步熟悉數(shù)控機床主運動系統(tǒng)的設(shè)計方法、步驟，提高對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的分析能力及設(shè)計計算能力，培養(yǎng)我們熟悉查閱資料、手冊和運用資料、手冊的能力以提高我們專業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神、團隊合作精神，增強參與競爭的能力。 第1章 總體方案比較、論證 1.1 課題技術(shù)要求 1.通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學生綜合運用過去所學知識來獨立分析問題、解決問題的能力。 2.初步熟悉數(shù)控機床主運動系統(tǒng)的設(shè)計方法、步驟；提高對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的分析能 力及設(shè)計計算能力。 3.培養(yǎng)學生熟悉查閱資料、手冊和運用資料、手冊的能力。 4.本課題內(nèi)容較多，參加課題學生每人負責一部分；在畢業(yè)設(shè)計過程中要求既有獨立性又有合作精神，以提高學生專業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神 、團隊合作精神，增強參與競爭的能力。 1.2 控制型式的選擇和分析 1.2.1 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)： 開環(huán)伺服系統(tǒng)由步進電動機和步進電動機驅(qū)動線路組成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入指令，經(jīng)過運算發(fā)出脈沖指令給步進電動機驅(qū)動線路，從而驅(qū)動工作臺移動一定距離。這種伺服系統(tǒng)比較簡單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。只用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機床，特別是簡易經(jīng)濟型數(shù)控機床。 1.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)： 閉環(huán)： 閉環(huán)伺服機構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機構(gòu)相同，只是位置檢測器安裝在工作臺上，可直接測出工作臺的實際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機床。閉環(huán)伺服機構(gòu)所用伺服馬達與半閉環(huán)相同，位置檢測器則用長光柵、長感應同步器或長磁柵。 閉環(huán)控制數(shù)控機床是在機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。 閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復雜，成本高。 半閉環(huán)： 半閉環(huán)伺服機構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達、速度檢測器和位置檢測器組成。位置檢測器裝在絲杠或伺服馬達的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測出工作臺的位置。常用的伺服馬達有寬調(diào)速直流電動機、寬調(diào)速交流電動機和電液伺服馬達。位置檢測器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機構(gòu)所能達到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機床所采用。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設(shè)計成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。 所以選擇半閉環(huán)控制形式。 圖 1–1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1.3伺服驅(qū)動裝置的選擇和分析 進給伺服以數(shù)控機床的各坐標為控制對象，產(chǎn)生機床的切削進給運動。為此，要求進給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標軸的運動速度，并能精確地進行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機，進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。所選驅(qū)動元件為： FANUC30交流伺服電動機 交流伺服系統(tǒng)特點： 針對直流電動機的缺陷，如果將其做“里翻外”的處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動機，同時隨著矢量控制方法的實用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性。其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應及四象限運行等良好的技術(shù)性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應了高性能伺服驅(qū)動的要求。 目前，在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機實現(xiàn)。數(shù)字伺服可實現(xiàn)一機多用，如做速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng) 。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機的監(jiān)控程序以軟件實現(xiàn)。使用時可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變工作方式、更換電動機規(guī)格時，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。 交流伺服已占據(jù)了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。 步進伺服電機伺服進給系統(tǒng)---經(jīng)濟型數(shù)控機床 直流伺服電機伺服進給系統(tǒng)---中檔數(shù)控機床 交流伺服電機伺服進給系統(tǒng)---中高檔數(shù)控機床 直線電動機伺服進給系統(tǒng)---高速機床 1.4傳動部件的選擇和分析 1.4.1齒輪傳動裝置? 齒輪傳動是應用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機（如步進電機、直流和交流伺服電機等）的輸出改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸入；另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。此外，對于開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運動精度。? 為了盡量減小齒側(cè)間隙對數(shù)控機床加工精度的影響，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯齒法、利用偏心套調(diào)整齒輪副中心距或采用軸向墊片調(diào)整法消除齒輪側(cè)隙。? 與采用同步齒形帶相比，在數(shù)控機床進給傳動鏈中采用齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機構(gòu)中常配置阻尼器來改善動態(tài)性能。? 1.4.2帶傳動 帶傳動時一種應用很廣泛的機械傳動。帶傳動又主動輪，從動輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)傳動帶組成，它時利用傳動帶作為中間的擾性件，依靠傳動帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動的。 1.4.3鏈傳動 鏈傳動是由閉合的撓性環(huán)形兩條和主，從動輪說組成，鏈輪時特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒的鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力，鏈傳動時屬于帶有中間撓性的嚙合傳動。 1.4.4蝸桿傳動 蝸桿傳動是用來傳遞空間年交錯軸之間的運動與動力，一般兩軸交角為90°。 所選傳動方式為齒輪傳動（根據(jù)總體方案選定）。 1.4.5滾珠絲杠螺母副? 為了提高進給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機床進給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。因此，形成不太長的直線運動機構(gòu)常用滾珠絲杠副。? 滾珠絲杠副的傳動效率高達85%-98%，是普通滑動絲杠副的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅(qū)動升降運動（如主軸箱或升降臺的升降），則必須有制動裝置。? 滾珠絲杠的靜、動摩擦系數(shù)實際上幾乎沒有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專門工廠制造。? 數(shù)控加工時，需將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，故采用絲杠螺母傳動機構(gòu)。數(shù)控機床上一般采用滾珠絲杠，它可將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，滿足進給系統(tǒng)減少摩擦的基本要求。該傳動副傳動效率高，摩擦力小，并可消除間隙，無反向空行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機床的直線進給。 滑動絲杠螺母副用于舊機床的數(shù)控改造、經(jīng)濟型數(shù)控機床等；滾珠絲杠螺母副用于中、高檔數(shù)控機床；靜壓絲杠螺母副用于高精度數(shù)控機床、重型機床。 滾珠絲杠螺母副滾珠循環(huán)方式常用有兩種：外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)。 所以選擇滾珠絲杠傳動部件。 1.5導軌的選擇與設(shè)計 導軌的主要功能是導向和承載。導軌使運動部件沿一定的軌跡運動，從而保證各部件之間的相對位置精度。導軌主要由機床上兩個相對運動部件的配合而組成一對導軌副，其中，不動的配合面稱為支承導軌，運動的配合面稱為運動導軌。 1.5.1導軌的基本類型 導軌按運動軌跡可以分為直線運動導軌和圓周運動導軌；按摩擦性質(zhì)可以分 為滑動導軌和滾動導軌。其中滾動導軌又有普通滑動導軌、液體動壓導軌、液體靜壓導軌之分。滾動導軌按滾動體的形狀又可以分為滾珠導軌和滾柱導軌。滾動導軌在進給運動導軌中使用較多。 1.5.2導軌的基本要求 （1）導向精度。導向精度主要是指運動部件沿導軌運動軌跡的直線度（對直線運動導軌）或圓度（對圓周運動導軌）導軌的幾何精度直接影響導向精度，因此在導軌檢驗標準中對縱向直線度及兩導軌面平行度都有規(guī)定。影響導向精度的主要因素除制造誤差外，還與導軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導軌及其支承件的剛度和熱變形等有關(guān)。 （2）耐磨性。耐磨性直接影響機床的精度壽命，是導軌設(shè)計、制造的關(guān)鍵，也是衡量機床質(zhì)量好壞的重要標志。提高導軌的耐磨性是提高導軌使用壽命的重要途徑。影響導軌耐磨性的主要因素有導軌的摩擦性質(zhì)、材料、熱處理及其加工方法、受力情況、潤滑和保護等。 （3）剛度。導軌受力后變形會影響部件之間的相對位置和導向精度，因此要求導軌有足夠高的剛度。導軌變形包括導軌受力后的接觸變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形，以及由于導軌支承件的變形而引起的導軌變形。導軌變形主要取決于導軌的形式、尺寸及與支承件的連接方式與受力情況等。 （4）低速運動平穩(wěn)性。運動部件低速移動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。進給運動時出現(xiàn)爬行，會使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動，增大被加工表面的粗糙度；定位運動時出現(xiàn)爬行，會降低定位精度，故要求導軌低速運動平穩(wěn)。影響導軌低速運動平穩(wěn)性的因素有：靜、動摩擦系數(shù)的差值，傳動系統(tǒng)的剛度，運動部件的質(zhì)量及導軌的結(jié)構(gòu)和潤滑情況。 1.5.3常用的導軌及其特點 　1．滑動導軌 　?。?)滑動導軌的結(jié)構(gòu) 　　滑動導軌常見的截面形狀如圖1－1所示。其各個平面所起的作用各不相同。在矩形和三角形導軌中，M面主要起支撐作用，N面是保證直線移動精度的導向面，J面是防止運動部件抬起的壓板面；而在燕尾形導軌中，M面起導向和壓板作用，J面起支撐作用。 圖1－2　滑動導軌常見的截面形狀(a)矩形導軌； (b)三角形導軌； (c)燕尾槽導軌； (d)圓柱形導軌 ① 矩形導軌。圖1－1所示的矩形導軌制造簡單，剛度和承載力大，水平方向和豎直方向上的位移互不影響，因此安裝、調(diào)整都較方便。M面既是保證垂直面內(nèi)直線移動精度的導向面，又是承受載荷的主要支承面；N面是保證水平面內(nèi)直線移動精度的導向面。因N面磨損后不能自動補償間隙，所以需要有間隙調(diào)整裝置。 ② 三角形導軌。圖1－1所示的山形導軌及V形導軌均稱為三角形導軌，當其水平布置時，在豎直載荷的作用下，導軌磨損后能自動補償，不會產(chǎn)生間隙，因此導向性好。但壓板面仍需要有間隙調(diào)整裝置。導向性能與頂角有關(guān)，頂角越小，導向性越好；頂角加大，承載能力增加。支承導軌為凸三角形時，不易積存較大切削，也不易積存潤滑油。 ③ 燕尾槽導軌。圖1－1所示的燕尾導軌可視為三角形導軌的變形，磨損后不能自動補償間隙，需用鑲條調(diào)整。兩燕尾面起壓板面作用，用一根鑲條就可以調(diào)整水平、豎直方向的間隙。這種導軌制造、檢驗和修理均較復雜，摩擦阻力大。當承受豎直作用力時，它以支承面為主要工作面，其剛度與矩形導軌的相近；當承受顛覆力矩時，其斜面為主要工作面，其剛度較低。燕尾形導軌一般用于高度小的多層移動部件。兩個導軌面間的夾角為55°。 ④ 圓柱形導軌。圖1－1所示的圓柱形導軌制造簡單，內(nèi)孔可珩磨，外圓經(jīng)過磨削可達到精密配合，但磨損后調(diào)整間隙困難。為防止轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面上開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的轉(zhuǎn)矩。圓柱形導軌主要用于承受軸向載荷的場合，適用于同時作直線運動和轉(zhuǎn)動的場合，如拉床、珩磨機及機械手等。 （2）滑動導軌的組合形式與應用 　　滑動導軌一般由兩條導軌組成，不同的組合形式是為了滿足不同機床的工作要求。在數(shù)控機床上，滑動導軌的組合形式主要是三角形配矩形式和矩形配矩形式。只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾式。 ① 雙三角形組合。這種導軌同時起支承、導向作用，磨損后相對位置不變，能自行補償豎直方向及其水平方向的磨損，導向精度高，但要求四個表面刮削或磨削后接觸，工藝性較差。床身與運動部件熱變形不一樣時，不易保證四個表面同時接觸。這種導軌常用于龍門刨床與高精度車床。 ② V形-平導軌組合。V形-平導軌組合，不需要用鑲條調(diào)整間隙，導向精度高，加工裝配也較方便，溫度變化不會改變導軌面的接觸情況，但熱變形會使移動部件水平偏移，常用于磨床、精密鏜床上。 ③ 雙矩形導軌是用側(cè)邊導向，當采用一條導軌的兩側(cè)邊導向時稱為窄式導向（圖1－2（a）），若分別采用兩條導軌的兩個側(cè)面邊導向則稱為寬式導向（圖1－2（b））。窄式導向制造容易，受熱變形影響小。 　 圖1－3　窄式導向與寬式導向 (a)窄式導向； (b)寬式導向 ④ 三角形-矩形組合。三角形-矩形組合導軌兼有導向性好、制造方便等優(yōu)點，應用最為廣泛，常用于車床、磨床、精密鏜床、滾齒機等機床上。三角形導軌作主要導向面，其導向性比雙矩形組合導軌要好。三角形導軌磨損后不能調(diào)整，對位置精度有影響。 ⑤ 平-平-三角形組合。當龍門銑床工作臺寬度大于3000mm、龍門刨床工作臺寬度大于5000mm時，為了不使工作臺中間撓度過大，可用三根導軌的組合導軌。該導軌是重型龍門刨床工作臺導軌的一種形式，三角形導軌主要起導向作用，平導軌主要起承載作用，不需要鑲條調(diào)整間隙。 （3）圓周運動導軌。這種導軌主要用于圓形工作臺、轉(zhuǎn)臺和轉(zhuǎn)塔等旋轉(zhuǎn)運動部件，常用的圓周運動導軌有平面圓環(huán)導軌、錐形圓環(huán)導軌、V形圓環(huán)導軌。 ① 平面圓環(huán)導軌。這種導軌容易制造，熱變形后仍能接觸，適用于大直徑的工作臺和轉(zhuǎn)盤，便于鑲裝耐磨材料及采用動壓、靜壓導軌，減少摩擦。當它只能承受軸向力，不能單獨承受徑向力，需與帶徑向滾動軸承的主軸相配合來承受徑向力。此種導軌摩擦損失小，精度高，目前使用較多，如用于滾齒機、立式車床等。 ② 錐形圓環(huán)導軌。這種導軌能承受軸向力與較大的徑向力，但不能承受較大的顛覆力，熱變形也不影響導軌接觸，其導向性比平面圓環(huán)導軌的好，但要保持錐面和主軸的同軸度較困難，母線傾斜角一般為30°，常用于徑向力較大的機床。 ③ V形圓環(huán)導軌。這種導軌能承受較大的軸向力、徑向力和顛覆力矩，能保持很好的潤滑，當制造較復雜，需保證兩個V形錐面和主軸同心。V形一般用非對稱形狀。當床身熱變形量和工作臺的熱變形量不同時，兩導軌面將不同時接觸。 （4）塑料滑動導軌。 傳統(tǒng)的鑄鐵—鑄鐵和鑄鐵—淬火鋼的導軌副，靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，低速時易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，影響運動平穩(wěn)性和定位精度，因此在數(shù)控機床上已很少采用，取而代之的是鑄鐵—塑料滑動導軌或鑲鋼—塑料滑動導軌。目前，塑料導軌的材料可分為兩種：貼塑材料和涂塑材料。 目前在國內(nèi)生產(chǎn)使用的貼塑材料主要有塑料導軌板和塑料導軌軟帶兩種，它們是由聚四氟乙烯和多種金屬材料制成的復合材料。例如，ＦＱ－１塑料導軌板采用的是在渡銅鋼板上燒結(jié)一層多孔青銅，在青銅層間隙中扎入聚四氟乙烯及其他填料，再經(jīng)適當處理形成金屬-氟塑料的復合體導軌板。這種材料的導軌板的摩擦系數(shù)?。s為0.04～0.08），并具有良好的自潤滑作用，特別適用于垂直導軌。 塑料導軌軟帶是以聚四氟乙烯PTFE為基體，添加青銅粉二硫化鉬和石墨等多種填料所構(gòu)成的復合材料。在油潤滑狀態(tài)下，其摩擦系數(shù)約為0.06，使用壽命為普通鑄鐵導軌的8～10倍。塑料導軌軟帶有各種厚度規(guī)格，長與寬由用戶自行裁剪，采用粘貼的方法固定。由于塑料導軌軟帶較軟，容易被硬物刮傷，因此要有良好的密封防護措施。概括起來，塑料導軌軟帶與其他導軌相比，有以下特點： （1）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，比鑄鐵導軌副低一個數(shù)量級。 　 （2）動、靜摩擦系數(shù)相近，運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導軌副好。 （3）吸收振動，具有良好的阻尼特性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導軌和易漂浮的靜壓導軌。 （4）耐磨性好，有自身潤滑作用，無潤滑劑也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。 （5）化學穩(wěn)定性好，耐低溫，耐強酸、強堿、強氧化劑及各種有機溶劑。 （6）維護修理方便，軟帶耐磨，損壞后更換容易。 （7）經(jīng)濟性好，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，約為滾動導軌成本的1／20。 圖1－4　鑲粘塑料—金屬導軌結(jié)構(gòu) 塑料滑動導軌可分為兩種： ① 注塑導軌。導軌注塑的材料或耐磨涂料的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成膏狀為一組分，固化劑為另一組分的雙組分塑料。這種塑料附著力強，具有良好的可加工性，可經(jīng)車削、銑削、刨削、鉆削、磨削和刮削加工，也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且其抗壓強度比聚四氟乙烯導軌軟帶的要高，固化時體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。這種導軌的另一特性是可在調(diào)整好固定導軌和運動導軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料，因此可節(jié)省許多加工工時，特別適用于重型機床和不能用導軌軟帶的復雜配合型面。 ② 貼塑導軌。這種導軌是在導軌滑動面上貼一層耐磨的塑料導軌軟帶，對與之相配的導軌滑動面進行淬火和磨削加工。塑料導軌軟帶以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物制成。塑料導軌軟帶可切成任意大小和形狀，用膠黏劑黏接在導軌基面上。由于這類導軌軟帶用黏接方法加工，故稱為貼塑導軌。 軟帶的粘貼工藝工程是：先將導軌粘貼面加工至表面粗糙度Ra 為3.2~1.6μm(為了對軟帶起定位作用，導軌粘貼面應加工成0.5~1.0mm深的凹槽)，再以丙酮清洗粘貼面，用膠黏劑把軟帶粘貼在凹槽上，加壓初固化1~2小時后，合攏到配對的固定導軌（或?qū)Ｓ脢A具）上，施加一定的壓力，并在室溫下固化24h，然后取下配對的導軌，清除余膠，在軟帶上面開出油槽，進行精加工。 2．滾動導軌 1）滾動導軌的結(jié)構(gòu)形式 ?。?）滾動導軌塊。這是一種以滾動體作循環(huán)的滾動體。移動部件移動時，滾動體沿封閉軌道作循環(huán)運動。滾動體為滾珠或滾柱。數(shù)控機床上采用的滾柱式滾動導軌塊如圖1－4所示，它多用于中等負荷導軌。滾動導軌塊由專業(yè)廠家生產(chǎn)，有多種規(guī)格、形式供用戶選用。使用時，導軌塊裝在運動部件上，每一導軌應至少用兩塊或更多塊，導軌塊的數(shù)目取決于導軌的長度和負載的大小。與之相對的導軌多用鑲鋼淬火導軌。 圖1－5　滾柱式滾動導軌塊 (a)單元滾動塊; (b)在加工中心上的應用 　 (2)直線滾動導軌。直線滾動導軌又稱單元直線滾動導軌。它除導向外還能承受顛覆力矩，其制造精度高，可高速運行，并能長時間保持精度，通過預加負載可提高剛性，具有自調(diào)的能力，安裝基面允許誤差大。直線滾動導軌的外形和結(jié)構(gòu)如圖1－5所示。導軌體固定在不動部件上，滑塊固定在運動部件上。當滑塊沿導軌體移動時，滾珠在導軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負荷到非工作負荷區(qū)，然后再滾動回到工作負載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把滾動體和滑塊之間的移動變成了滾珠的滾動。為防止灰塵和臟物進入導軌滾道，滑塊兩端及下部均有塑料密封墊?；瑝K上還有潤滑油注油杯，只要定期將鋰基潤滑脂放入潤滑油注油杯即可實現(xiàn)潤滑。  圖1－6　直線滾動導軌的外形和結(jié)構(gòu) 2）滾動導軌的類型 滾動導軌根據(jù)滾動體的形式不同，可以分為滾珠導軌、滾柱（或滾針）導軌等。 （1）滾珠導軌。這種導軌的結(jié)構(gòu)特點為滾珠與導軌之間點接觸，摩擦阻力小，承載能力較差，剛度低，其結(jié)構(gòu)緊湊、制造容易、成本較低。通過合理設(shè)計滾道圓弧可大幅度降低接觸應力，提高承載能力。滾珠導軌一般適用于運動部件質(zhì)量小于200kg，切削力矩和顛覆力矩都較小的機床。 （2）滾柱導軌。這種導軌的結(jié)構(gòu)特點為滾動體與導軌之間是線接觸，承載能力較同規(guī)格滾珠導軌高一個數(shù)量級，剛度高。滾柱導軌對導軌面的平面度敏感，制造精度要求比滾珠導軌高，適用于載荷較大的機床。 　3)滾動導軌的預緊 　　為了提高滾動導軌的剛度，應對滾動導軌進行預緊。預緊可提高接觸剛度，消除間隙；在立式滾動導軌上，預緊可防止?jié)L動體脫落和歪斜。常見的預緊方法有以下兩種： 　?。?）采用過盈配合。預加載荷大于外載荷，預緊力產(chǎn)生過盈量2～3μm，過大會使牽引力增加。若運動部件較重，其重力可起預加載荷作用，若剛度滿足要求，可不施預加載荷。 　?。?）調(diào)整法。調(diào)整螺釘、斜塊或偏心輪來進行預緊。 圖1－6為滾動導軌的預緊方法。 圖1－7　滾動導軌的預緊方法 (a)滾柱或滾針導軌自由支撐;(b)滾柱或滾針導軌預加載荷；(c)交叉式滾柱導軌; (d)循環(huán)式滾動導軌塊 　 3.液壓導軌 液壓導軌在機床上的使用主要是靜壓導軌。在靜壓導軌兩個相對運動的導軌面間通入壓力油，可使運動件浮起。在工作過程中，導軌面上油腔中的油壓能隨外加負載的變化自動調(diào)節(jié)，以平衡外加負載，保證導軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài)。所以靜壓導軌的摩擦系數(shù)極?。s0.0005）、功率消耗小、導軌不會磨損，因而導軌的精度保持性好，壽命長。油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性高、吸振性良好，導軌運行平穩(wěn)，既無爬行，也不會產(chǎn)生振動。但靜壓導軌結(jié)構(gòu)復雜，并需要一套有良好過濾效果的液壓裝置，因此制造成本較高。目前，靜壓導軌較多應用在大型、重型數(shù)控機床上。 靜壓導軌按導軌形式可分為開式和閉式兩種，數(shù)控機床用閉式的靜壓導軌。閉式靜壓導軌按供油方式可分為恒壓（即定壓）供油和恒流（即定量）供油兩種。恒壓供油方式中以毛細管節(jié)流和單面薄膜反饋節(jié)流用得較多，其原理如圖1－7所示。 圖1－8　閉式靜壓導軌恒壓供油原理 1.5.4導軌間隙的調(diào)整、潤滑與防護 　　1．導軌的潤滑 　　1)潤滑方法 導軌最簡單的潤滑方式是人工定期加油或用油杯供油。這種方法簡單、成本低，但不可靠，一般用于調(diào)節(jié)輔助導軌及運動速度低、工作不頻繁的滾動導軌。對運動速度較高的導軌大都采用潤滑泵，以壓力油強制潤滑。這樣不但可連續(xù)或間歇供油給導軌進行潤滑，而且可利用油的流動沖洗和冷卻導軌表面。為實現(xiàn)強制潤滑，機床必須備有專門的供油系統(tǒng)。圖1－8為某加工中心導軌的潤滑系統(tǒng)。 圖1－9　加工中心導軌的潤滑系統(tǒng) 　 2)對潤滑油的要求 在工作溫度變化時，潤滑油粘度變化要小，要有良好的潤滑性能和足夠的油膜剛度，油中雜質(zhì)盡量少且不浸蝕機件。常用的全損耗系統(tǒng)用油有L—AN10、15、32、42、68，精密機床導軌油L—HG68，汽輪機油L—TSA32、46等。 2．導軌的防護 為了防止切屑、磨粒或冷卻液散落在導軌面上而引起磨損、擦傷和銹蝕，導軌面上應有可靠的防護裝置。常用的刮板式、卷簾式和疊層式防護罩，大多用于長導軌機床上，如龍門刨床、導軌磨床等。另外，還有手風琴式的伸縮式防護罩等。在機床使用過程中應防止損壞防護罩，對疊層式防護罩應經(jīng)常用刷子蘸機油清理移動接縫，以避免發(fā)生碰殼現(xiàn)象。 3. 間隙調(diào)整方法：（1）采用壓板來調(diào)整間隙并承受顛覆力矩。 （2）采用鑲條來調(diào)整矩形和燕尾形導軌的間隙 （3）采用壓條鑲條來調(diào)整間隙。（這種方法已標準化） 1.5.5選擇導軌的種類確定阻尼比 進給系統(tǒng)中摩擦阻力的大小主要決定于導軌類型。為了盡可能減少摩擦力，廣泛采用各種類型的減摩導軌。其中考慮到進給系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并為適當增加導軌阻尼比，常常采用滾動導軌加預載的結(jié)構(gòu)以及采用滾動、滑動復合導軌和靜壓卸荷導軌等等。其中滾動、滑動復合導軌同時具有滾動和滑動導軌的優(yōu)點，也就是具有較小的摩擦系數(shù)，很好的剛性和阻力特性，因此近幾年來應用日益增多。 導軌阻尼比 導軌種類 等價阻尼比 滑動導軌 0.02～0.3（一般0.15） 靜壓導軌 0.02 滾動導軌 0.02～0.05 由于我們設(shè)計是數(shù)控龍門鏜銑床的溜板箱進給系統(tǒng)，數(shù)控龍門鏜銑床屬于重型機床，承載能力大，導向精度要求較好，所以可以選用截面是雙矩形的組合導軌，同時塑料滾動導軌具有良好的定位精度和運動平穩(wěn)性，維護維修方便，經(jīng)濟性好，可以采用貼塑導軌。數(shù)控龍門鏜銑床承受的顛覆力矩較大，故采用閉式導軌形式。 所以選擇貼塑導軌。 1.6總體方案的選擇 采用半閉環(huán)控制型式；導軌為貼塑導軌；滾珠絲杠螺距：10mm；驅(qū)動元件為FANUC30交流伺服電動機。 （注：初選滾珠絲杠螺距：12mm驅(qū)動元件為FANUC30R交流伺服電動機。經(jīng)校核不滿足要求，計算過程省略，最后選擇方案計算過程如下） 第2章 設(shè)計計算 2.1 伺服系統(tǒng)傳動系統(tǒng)的設(shè)計 驅(qū)動元件為FANUC30交流伺服電動機，這種型號的驅(qū)動電機參數(shù)如下： 輸出功率：3.3 kW 額定轉(zhuǎn)矩：37.2 N·m 最大轉(zhuǎn)矩：225 N·m 轉(zhuǎn)子慣量：0.025 機械時間常數(shù)：5ms 最高轉(zhuǎn)速：1200r/min ； 2.1.1 降速比的計算： 對于半閉環(huán)，工作原理和閉環(huán)相似，主要是由驅(qū)動馬達的額定速度或轉(zhuǎn)矩與機床要求的進給速度或負載轉(zhuǎn)矩所決定。 絲杠傳動時降速比公式為： 其中：電機最大轉(zhuǎn)速 絲杠螺距 最大進給速度 帶入數(shù)據(jù)則： 按最小慣量的要求，該減速器采用1級傳動，傳動比為i=3。 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定傳動齒輪的齒數(shù)分別為=20、=60，模數(shù)m=4，齒寬=40mm、=35mm，那么 小齒輪的直徑 大齒輪的直徑 兩齒輪嚙合時的中心距 小齒輪齒頂圓直徑 小齒輪齒根圓直徑 大齒輪齒頂圓直徑 大齒輪齒根圓直徑 2.1.2 慣量計算： 根據(jù)經(jīng)驗必須對所得降速比進行驗算，以滿足折算到電機軸上的負載慣量不能過大的要求。對于半閉環(huán)，應滿足以下的慣量匹配： 交流電機驅(qū)動時： 其中：——電機本身的慣量 ——折算到電機軸上的總慣量 根據(jù)實踐經(jīng)驗，值具有一定的范圍。這一比值不能太大，也不能太小。如果比值太小，則機床動態(tài)特性主要決定于負載特性，此時不同質(zhì)量和行程的各坐標的特性將有很大區(qū)別，并且很容易受切削力、摩擦力等干擾的影響。所以為便于調(diào)整以及為保證穩(wěn)定運行，應規(guī)定的最小值。另外也不能過大。 1）計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 一般慣量計算公式為 絲杠總轉(zhuǎn)動慣量為： 2）工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 其中：W——工作臺重量，W=50000N； ——絲杠的螺距，=10mm； g=9.8m/ 代入數(shù)據(jù)計算得： 3） 計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為： 其中：質(zhì)量， （1）小齒輪轉(zhuǎn)動慣量為： （2）大齒輪轉(zhuǎn)動慣量為 ： 4）計算折算到電機軸上的總慣量 絲杠傳動時傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的負載慣量為： 其中：——小齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——大齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 ——工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 絲杠傳動時傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總慣量為： 其中：——為絲杠傳動時傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的負載慣量， 為電機本身的慣量， 符合慣量匹配 2.1.3 電動機力矩計算： 快速空載啟動時所需力矩： 最大切削負載時所需力矩： 快速進給時所需力矩： 式中：——空載啟動時折算到電動機軸上的加速力矩（） ——折算到電動機軸上的摩擦力矩（） ——由于絲杠預緊引起的折算到電動機軸上的附加摩擦力矩（） ——切削時折算到電動機軸上的加速力矩（） ——折算到電動機軸上的切削負載力矩（） 對數(shù)控機床而言，因為動態(tài)要求較高，所以電動機力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的，負載力矩占的比重很小，所以通?？上劝词竭x擇電動機，要快速空載啟動力矩小于電動機最大轉(zhuǎn)矩，即，式中為電動機輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，即峰值轉(zhuǎn)矩。 1） 計算空載啟動時折算到電動機軸上的加速力矩 空載啟動時，折算到電動機軸上的加速力矩公式為： 式中：——折算到電動機軸上的總慣量（）； T——系統(tǒng)時間常數(shù)（s）； n——電動機轉(zhuǎn)速（r/min）； 當時，計算；當時，計算。 當時，由于選擇的是FANUC30型號的交流伺服電機，其最大轉(zhuǎn)速=1200r/min ， ，那么 2）計算折算到電動機軸上的摩擦力矩 折算到電動機軸上的摩擦力矩公式為： 式中： ——空載時的導軌摩擦力（N）， ——絲杠的螺距，=10mm； ——傳動鏈效率，=0.8； 那么 3）計算由絲杠預緊力產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加摩擦力矩 由絲杠預緊力產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加摩擦力矩公式為： 式中：——滾珠絲杠預加載荷（N）， ——絲杠螺距，=10mm； ——傳動鏈總效率，=0.8； ——滾珠絲杠未預緊時的效率，，??； 4）計算折算到電動機軸上的切削力矩 折算到電動機軸上的切削力矩的計算公式為： 式中：——在切削狀態(tài)下的軸向負載力（N），； ——絲杠螺距，=10mm； ——傳動鏈的總效率，=0.8； ——齒輪的降速比，=3； =(3000×1×)/(2×0.8×3)×10=19.9 則電動機快速空載啟動時的力矩M為： 快速進給時所需力矩： 最大切削負載時所需力矩： FANUC 30型號的交流伺服電機，其最大轉(zhuǎn)矩，其額定轉(zhuǎn)矩。進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上的各種力矩都要小于電動機的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，符合轉(zhuǎn)矩匹配。 2.1.4 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析： 1）計算絲杠—工作臺縱振系統(tǒng)的最低固有頻率 式中：——滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度（N/m），取=； M——滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量（kg）， （其中、分別是機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量） 2）計算扭振系統(tǒng)的扭振最低固有頻率 式中： J——折算到滾珠絲杠上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量（）； ——絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度（），取； 由以上計算可知，絲杠—工作臺縱振系統(tǒng)的最低固有頻率、扭振系統(tǒng)的最低扭振固有頻率，都比較高。一般按的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 2.1.5系統(tǒng)增益的確定： 現(xiàn)有機床因速度控制環(huán)加有校正環(huán)節(jié)，導軌為經(jīng)預緊的靜壓導軌，近似取阻尼比，則為保證系統(tǒng)具有50°左右的相角穩(wěn)定裕度和5~10dB的幅值穩(wěn)定裕度，按公式 其中：——為機床的綜合諧振頻率， 那么 2.1.6驗算移動部件能達到的最大加速度： 其計算公式為： 若系統(tǒng)增益取為=36~54的中間值，即取=45，則系統(tǒng)換向時要求的最大加速度為： 致 謝 這次畢業(yè)設(shè)計給我提供一個自我自我鍛煉和總結(jié)的機會，感謝帶領(lǐng)我的指導老師李列老師，在畢業(yè)設(shè)計過程中，李老師都始終給予我們細心的指導和不懈的支持，使我更有信心去做好，同時在設(shè)計的過程中也學到了很多新知識，為以后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)！ ?? 一個人的成長絕不是一件孤立的事，沒有別人的支持與幫助絕不可能辦到！團隊合作精神是很重要的，在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，我們同組的同學遇到問題相互討論，克服了一個個困難，所以我要謝謝和我同組的伙伴們：萬強、黃恒的合作、支持與幫助！ 同時也感謝院領(lǐng)導對我們畢業(yè)設(shè)計的大力支持和幫助，總之感激的話很多，我想只有認真地做好畢業(yè)設(shè)計才是對老師，對院領(lǐng)導最大的回報！ 主要參考文獻 [1] 濮良貴、紀名剛 《機械設(shè)計》 第七版 高等教育出版社 [2] 王昆、何小柏、汪信遠 《機械設(shè)計-課程設(shè)計》 高等教育出版社 [3] 廖效果、朱啟逑 《數(shù)字控制機床》 華中理工大學出版社 [4] 于永泗、齊民 《機械工程材料》 第五版 大連理工大學出版社 [5] 廖效果、劉又午、朱劍英 《數(shù)控技術(shù)》 湖北科學技術(shù)出版社 [6] 鄭文緯、吳克堅 《機械原理》 第七版 高等教育出版社 [7] 戴曙 《金屬切削機床設(shè)計》 修訂版 機械工業(yè)出版社 [8] 鄧文英、郭曉鵬 《 金屬工藝學》 第四版 高等教育出版社 [9] 劉鴻文 《材料力學Ⅰ》 第四版 高等教育出版社 [10] 葉邦彥、陳統(tǒng)堅 《機械工程英語》 第二版 機械工業(yè)出版社 [11] 張永智、苗志毅 《 數(shù)控機床主傳動無級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方法探討》 河南廣播電視大學學報 [12] 李列 《XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計》武漢汽車工業(yè)大學學報 [13] 李列《XK2116數(shù)控龍門鏜銑床主傳動方案設(shè)計》 江漢大學學報 [14] 袁國梁 《國產(chǎn)龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床的現(xiàn)狀及發(fā)展》 [15] 孔偉 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