《臥式數(shù)控車床縱向工作臺設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《臥式數(shù)控車床縱向工作臺設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化專業(yè)（22頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、臥式數(shù)控車床縱向工作臺設(shè)計(jì) [摘 要] CK20數(shù)控車床是一種采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，外形美觀，結(jié)構(gòu)合理，用途廣泛，操作方便的機(jī)床。能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，能夠完成車削多種零件的內(nèi)外圓，端面、切槽、任意錐面、球面及公、英制螺紋、圓錐螺紋等工序。并配有完備的S．T．M功 能，可發(fā)出和接收多種信號，控制自動加工過程。對于大、中、小批量、多品種、多規(guī)格零件的輪番加工有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，尤其是加工圓錐面、圓球面等特形零件更能顯示出它效率高、質(zhì)量穩(wěn) 定可靠的優(yōu)越性。 [關(guān)鍵詞] 數(shù)控車床；工作臺；三維造型； Horizontal Nc Lathe Workbench Longitudi

2、nal Design Mechanical Design andManufacturing and Automation Major FAN Kun-jie Abstract: CK20 nc lathe is an electromechanical integration design, beautiful appearance, reasonable structure, convenient operation, widely used in machine tools. To realize the automatic control, can finish machining

3、 various parts of the internal and external circular, face, cutting, cone, the sphere and male, inch thread, taper thread etc. With complete S.T.M power can, can send and receive various signal, automatic control process. For large, medium and small batch, many varieties and specifications of parts

4、processing has strong adaptability, especially the conical surface processing, such as spherical shape parts can show it is with high efficiency, quality steady reliable fixed superiority. Key words:nc lathe; workbench; three-dimensional modeling 臥式數(shù)控車床縱向工作臺設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 1 1.1 課題背景和目的 1

5、1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.2.1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀 2 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 3 1.3 課題研究內(nèi)容和方法 4 1.3.1 課題研究內(nèi)容 4 1.3.2 課題研究方法 4 2 總體設(shè)計(jì) 4 2.1 床身和導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 4 2.2 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3 縱向工作臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 3.1 縱向工作臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 5 3.2 縱向工作臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 3.2.1 方案設(shè)計(jì) 6 3.2.2 滾珠絲杠副的研究設(shè)計(jì) 6 3.2.3 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 13 3.2.4 滾珠絲杠的支承 15 3.2.5 滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 16 4 縱向

6、工作臺三維裝配 17 4.1 繪制縱向工作臺零件的CAD圖形和三維圖 17 4.2 把繪制的三維圖進(jìn)行裝配 18 結(jié)束語 19 參考文獻(xiàn) 20 致謝 21 1 緒論 1.1 課題背景和目的 在我國，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進(jìn)程、市場占有率等方面情況尤為突出。我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備

7、加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。在新世紀(jì)到來時(shí)，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。而相對于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： (1)提高生產(chǎn)率。數(shù)控機(jī)床能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比率。采用最佳參數(shù)和最佳走刀路線，縮短加工時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。 (2)數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。由于它是按照程序自動加工不需要人工干預(yù)，其加工精度還可以利用軟件進(jìn)行校正及

8、補(bǔ)償，故可以獲得比機(jī)床本身精度還要高的精度和重復(fù)精度。 (3)有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性。通過改變程序，就可以加工新產(chǎn)品的零件，能夠完成很多普通機(jī)床難以完成或者根本不能加工的復(fù)雜型面零件的加工。 (4)可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床，可以自動換刀，一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，節(jié)省了設(shè)備和廠房面積。 (5)可以進(jìn)行精確的成本計(jì)算和生產(chǎn)進(jìn)度安排，減少在制品，加速資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。 (6)不需要專用夾具。采用普通的通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求。節(jié)省了專用夾具設(shè)計(jì)制造和存放的費(fèi)用。 (7)大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動強(qiáng)度，

9、節(jié)省勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 由于以上優(yōu)越性，數(shù)控機(jī)床所占的比例逐漸增大。從2004年的市場消費(fèi)內(nèi)容也可可看出,普通機(jī)床的市場份額在下降,數(shù)控機(jī)床則強(qiáng)烈增長，尤其是中高檔數(shù)控機(jī)床供不應(yīng)求?？梢灶A(yù)見，未來幾年普通機(jī)床的市場份額將不斷下滑, 數(shù)控機(jī)床的消費(fèi)會逐漸擴(kuò)大。 在這樣一種背景下，我的課題選擇為設(shè)計(jì)一臺數(shù)控車床——CK20，用于對轉(zhuǎn)體零

10、件的圓柱面、圓弧面、圓錐面、端面、切槽、及各種公、英制螺紋等進(jìn)行批量、高效、高精度的自動加工，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量和降低工人勞動強(qiáng)度。此外，力求完成課題之余，熟悉國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,增強(qiáng)對如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 我國數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀 我國從1958年開始研究數(shù)控機(jī)床，一直到20世紀(jì)60年代中期還處于研制、開發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，一些高等院校、科研單位研制出試驗(yàn)性樣機(jī)，是從電子管起步的。 目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家有100多家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)有300余家，產(chǎn)品品種包括八大類2000種以上。目前以新

11、開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種。分為3種型級，即經(jīng)濟(jì)型、普及型和高級型?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，數(shù)控機(jī)床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到國際上20世紀(jì)80年代中期水平，部分達(dá)到90年代水平，為國家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)都經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變機(jī)制的艱苦磨礪過程。近期，國家為擴(kuò)大內(nèi)需，通過加大技改投資和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資的措施來拉動國內(nèi)市場消費(fèi)。 目前，中國機(jī)床工業(yè)廠多人眾。2000年，金切機(jī)床制造廠約358家(20.6萬人)，成形機(jī)床制造廠191家(約6.5萬人)，共計(jì)549家(

12、27.1萬人)。其中生產(chǎn)數(shù)控金切機(jī)床的約150家，生產(chǎn)數(shù)控成形機(jī)床的約30家，共計(jì)約180家，占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機(jī)床產(chǎn)量19.2萬臺，內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床17,521臺，約占9%。 總的來說：數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量不斷增長，2001年為1991年的3.6倍；進(jìn)口量增長較快，達(dá)29倍，出口量有所增加，但數(shù)目較小，為4.8倍；數(shù)控機(jī)床消費(fèi)量增加較快，達(dá)7.9倍。產(chǎn)量滿足不了社會發(fā)展的需求。 在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過利用國外

13、先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。 1.2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(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

14、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(kuò)大，它對國計(jì)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?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢： （1）高精度化 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、新材料及新零件的出現(xiàn)，對精密加工技術(shù)不斷提出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展之一。其精度已從微米級到亞微米級，乃至納米級。提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度，一般可通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)來實(shí)現(xiàn)提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。

15、（2）高速化 提高生產(chǎn)率是數(shù)控機(jī)床追求的基本目標(biāo)之一。數(shù)控機(jī)床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度，對制造野實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的適用性。 （3）高柔性化 采用柔性自動化設(shè)備或系統(tǒng)，是提高加工精度和效率，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)市場變化需求和提高競爭力的有效手段。數(shù)控機(jī)床在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。 （4）高自動化 高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動化。 （5）智能化 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透與發(fā)展，為

16、適應(yīng)制造業(yè)生產(chǎn)柔型化、自動化發(fā)展需要，智能化正成為數(shù)控機(jī)床研究和發(fā)展的熱點(diǎn)，它不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控），還貫穿在長品的售后服務(wù)和維修中。 （6）復(fù)合化 復(fù)合化包含工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。 （7）高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。 （8）網(wǎng)絡(luò)化 為了適應(yīng)FMC、FMS以及進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，先進(jìn)的CNC系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力，除有RS232串行接口、RS422等接

17、口外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)幾臺數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。 （9）開放式體系結(jié)構(gòu) 20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快地更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。 1.3 課題研究內(nèi)容和方法 1.3.1 課題研究內(nèi)容 （1）機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案及總體布局圖繪制 （2）縱向工作臺機(jī)構(gòu)理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制裝配圖 （3）縱向工作臺機(jī)構(gòu)中典型零件的繪圖 （4）縱向工作臺三維實(shí)體圖繪制并裝配 （5）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 1.3.2 課題研究方法 此次設(shè)

18、計(jì)任務(wù)主要是數(shù)控機(jī)床CK20縱向工作臺的設(shè)計(jì)，三維圖繪制及裝配。通過查閱文獻(xiàn)資料，咨詢老師和工人師傅，以及和同學(xué)的商量討論，初步擬定如下設(shè)計(jì)方案： （1） 機(jī)床整體方案采用45斜床身，矩形滑動導(dǎo)軌。 （2） 對于縱向工作臺的設(shè)計(jì)，主要要考慮滾珠絲桿副的計(jì)算選擇，對此采用參照滾珠絲桿的計(jì)算資料進(jìn)行計(jì)算選擇。滾珠絲杠的安裝方式，擬采用固定—固定方式，滾珠絲杠是通過墊片預(yù)緊的。 （3） 繪制縱向工作臺三維實(shí)體圖，并進(jìn)行裝配。 2 總體設(shè)計(jì) 2.1床身和導(dǎo)軌設(shè)計(jì) (1) 床身 機(jī)床的床身是整個機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，是機(jī)床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。床身的結(jié)構(gòu)對機(jī)床的布局有很

19、大的影響。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置，床身有圖1所示的5種布局形式。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對提高刀架的運(yùn)動精度有好處，但床身下部空間小，排屑困難；刀架橫滑板較長，加大了機(jī)床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，床身寬度也不會太大。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)檫@種布局形式具有以下特點(diǎn)： 1）容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； 2）機(jī)床外形整齊、美觀，占地面積

20、??； 3）容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置； 4）容易排屑和安裝自動排屑器； 5）從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度； 6）宜人性好，便于操作； 7）便于安裝機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化。 這次設(shè)計(jì)中，我們采用的是45度斜床身。 (2) 導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)。滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系

21、數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)很接近，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。 這次設(shè)計(jì)中采用的是新型塑料滑動導(dǎo)軌。 2.2 主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時(shí)，只能把機(jī)床停止，然后手動變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。主軸電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)可輸出全部功率和最大轉(zhuǎn)矩。 這次設(shè)計(jì)中采用二級機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。 3 縱向工作臺機(jī)構(gòu)

22、設(shè)計(jì) 3.1縱向工作臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)必須保證由數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成速度符合要求的相應(yīng)角位移或直線位移，帶動運(yùn)動部件運(yùn)動。根據(jù)工件加工的需要，在機(jī)床上各運(yùn)動坐標(biāo)的數(shù)字控制可以是相互獨(dú)立的，也可以是聯(lián)動的?？傊?，數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定、和快速響應(yīng)三個方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動電動機(jī)，同時(shí)也需要高質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)與之匹配。為提高進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能主要采取以下措施： (1)提高系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動剛度 (2)采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動副 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)多采用剛度高摩擦因數(shù)小而穩(wěn)定的滾動摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌等。

23、 (3)慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅(qū)動電機(jī)的工作性能和滿足傳動系統(tǒng)對控制指令的快速響應(yīng)的要求。 (4)提高傳動件精度 高質(zhì)量的機(jī)械傳動配合與高性能的伺服電動機(jī)使現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。 3.2 縱向工作臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1 方案設(shè)計(jì) 目前數(shù)控車床的縱向和橫向多采用交流伺服電機(jī)，進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。這里擬采用的是滾珠絲杠副傳動，以減少摩擦系數(shù)，提高進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體剛度。滾珠絲杠與電機(jī)間用聯(lián)軸器直接連接，以消除間隙。 滾珠絲杠的支撐形式有四種：（1）一端固定，一端自由，此種形式適用于中小載荷，低

24、速，短絲杠垂直安裝；（2）一端固定，一端游動，此種形式適用于中等載荷，中等轉(zhuǎn)速；（3）兩端支撐，此種形式適用于中等轉(zhuǎn)速，高速度，高精度；（4）兩端固定適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的車床。滾珠絲杠螺母副也有兩種循環(huán)方式，一種是外循環(huán)式，還有一種是內(nèi)循環(huán)式。從剛度計(jì)算可以看出，絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大。而采用兩端固定的支承方式壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，絲杠可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減小絲杠自重下垂和補(bǔ)償熱膨脹且軸承組合的剛度高。因此我擬采用兩端固定的支撐方式。這種支承方式的特點(diǎn)是：剛度最高，只要軸承無間隙。絲杠的軸向剛度為一端固定的四倍。安裝時(shí)需保持螺

25、母與4支承同軸，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝較困難；絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高；可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可以減少絲杠自重的下垂和補(bǔ)償熱膨脹，但需一套預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)及工藝都比較復(fù)雜；要進(jìn)行預(yù)拉伸的絲杠，其目的行程應(yīng)略小于公稱行程，減少量等于拉伸量。因此這種形式適用于對剛度和位移精度要求高的場合。 3.2.2 滾珠絲杠副的研究設(shè)計(jì) (1)主切削力計(jì)算及主電機(jī)選擇 1)主切削力的計(jì)算 由參考文獻(xiàn)可知 3-1 取=167 =1.0 =0.75 =1.09 =1.08 =1.05 切削速度 取 =1.0 查《

26、車工工藝學(xué)》中級本： 鋼淬硬(淬火及低溫回火),硬度44HRC，單位切削力為270公斤/(),其切削用量范圍為 切削速度 切削深度 進(jìn)給量 切深t取5mm，進(jìn)給量取0.3mm/n,代入3-1得： 取=4800 由《數(shù)控機(jī)床機(jī)器人—機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》所示，進(jìn)給抗力和切深抗力，可以按以下比例分別求出： 2)切削功率計(jì)算： 由上所示，切削速度取為，根據(jù)公式 根據(jù)公式 查表取， 選電機(jī)功率為 (2)工作臺質(zhì)量及工作臺承重初估 刀架：參考系列數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架主要規(guī)格及參數(shù)，初估刀架(帶刀盤)毛重為， 刀架座：長

27、寬高即 圓整后 床鞍： 根據(jù)以上估算得總的重量為G=2000+1386=3386N (3)初選滾珠絲杠 已知條件： 最大行程：650mm 縱向定位精度： 失動量： 工作臺最高速度： 查表選擇絲桿預(yù)期壽命： 小時(shí) 電機(jī)直聯(lián)絲杠，最高轉(zhuǎn)速： 初步考慮用滑動導(dǎo)軌，摩擦系數(shù) 絲杠用固定——固定的安裝方式 設(shè)計(jì)計(jì)算過程： 由文獻(xiàn)[7-13]可知 步驟1： 在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)與絲桿直接相連，傳動比為，絲桿的最高工作轉(zhuǎn)速為 ，則絲桿的導(dǎo)程為： 取=10（mm）

28、 步驟2：確定絲杠等效轉(zhuǎn)速 最大進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為： 最小進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速： 則絲杠的等效轉(zhuǎn)速為（） 步驟3：確定絲杠的等效負(fù)載 絲杠所受的最大牽引力：（受力分析如下圖所示） 圖3.1 最小工作負(fù)載荷為摩擦力： 故等效載荷為： 步驟4： 根據(jù)機(jī)床的定位精度要求，預(yù)選精度等級級，查表得精度系數(shù)，載荷系數(shù)，按滾珠絲桿副的預(yù)期工作時(shí)間計(jì)算， 查表得： 則其動載荷為： 步驟5：用固定——固定安裝方式 最大彈性變形量： 空載時(shí),絲杠的軸向載荷：

29、 3-2 代入數(shù)據(jù)得： 上式中 —允許的最大彈性變形量 —彈性模量 —兩端固定支承的距離 —為檢測位置精度空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用在滾珠絲桿副上的軸向載荷 步驟6：根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的,以及的下限值選擇滾珠絲杠副 選擇內(nèi)循環(huán)反向器雙螺母墊片預(yù)緊 GD3210-3-P3 =10 =22329 。如下圖所示： 圖3.2 可以看出滿足步驟1.4.5的要求 (4)滾珠絲杠校核: 步驟1:滾珠絲杠副值的校核 (滿足要求) —滾珠絲桿的節(jié)圓

30、直徑 —滾珠絲桿副的最高轉(zhuǎn)速 步驟2:預(yù)緊力的校核 (滿足要求) 步驟3:取 有效行程： 預(yù)拉伸力： 上兩公式中： —絲桿的熱膨脹系數(shù)為 —絲桿的溫升，一般取，取為 —彈性模量 —絲桿底徑 步驟4：選軸承型號 (1) 因滾珠絲杠安裝方式為：固定——固定 故選背對背接觸軸承。 (2) 確定軸承內(nèi)徑，確定軸承型號規(guī)格 右端軸承內(nèi)徑應(yīng)略小于絲杠外徑，取，型號規(guī)格為25TAC62A。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠必須有一端軸承內(nèi)徑小于螺紋底徑。選左斷軸承內(nèi)徑。型號規(guī)格為20TAC47A。 步驟5：繪制工作圖

31、 最大行程： 余程： 安全行程： 所選絲杠的螺母長度為： 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到： 螺紋長度： 兩支承軸承間距： 步驟6：最高轉(zhuǎn)速校核： 滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速過高，會產(chǎn)生共振，影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞機(jī)器，為確保不發(fā)生共振，所容許的最高轉(zhuǎn)速為： 取 （符合要求） —安裝系數(shù) —絲桿螺紋底徑 —計(jì)算許用轉(zhuǎn)速用的安裝距離 步驟7：滾珠絲杠的臨界壓縮載荷校核： 絲杠水平安裝 查表得 （符合要求） —作用在

32、滾珠絲桿副上的最大軸向壓縮載荷 —安全系數(shù)。絲桿垂直安裝 ，絲桿水平安裝 —與絲桿支承型式有關(guān)的系數(shù)，查表為 —計(jì)算臨界壓縮載荷用的安裝距離，當(dāng)采用固定—固定安裝方式時(shí)，有 步驟8： （1） 取 由上可知： 則 —滾珠絲桿副的預(yù)緊力 —樣本上的額定動載荷 （2）計(jì)算 ， 則 （3）查軸承可得 25TAC62A的剛性 20TAC47A的剛性 由公式得 （4）絲杠系統(tǒng)軸向拉壓系統(tǒng)剛度的計(jì)算 絲杠采用固定—固定支承方式，則有： ——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度（）

33、 ——軸承的接觸剛度（） ——螺母座剛度（ ——絲杠本身的拉壓剛度 計(jì)算可得： （5） 固有頻率的驗(yàn)算 絲杠拉壓振動的固有頻率為 （符合要求） 3.2.3 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床上都有導(dǎo)軌。機(jī)床上的運(yùn)動部件必須沿著床身或立柱或橫梁上的導(dǎo)軌運(yùn)行。導(dǎo)軌的主要功能是導(dǎo)向和承載作用。導(dǎo)軌使運(yùn)動部件沿一定的軌跡運(yùn)動，從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。導(dǎo)軌承受運(yùn)動部件及工件的重量以及切削力（承載作用）。導(dǎo)軌在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度.精度和精度保持性。 導(dǎo)軌主要由機(jī)床上兩個相對運(yùn)動部件的配合面組成一對導(dǎo)軌副，其中不動的配合

34、面成為支承（固定）導(dǎo)軌，運(yùn)動的配合面成為運(yùn)動導(dǎo)軌。 （1）導(dǎo)軌的功用和應(yīng)滿足的基本要求 導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向。它承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動部件及工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動導(dǎo)軌可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動。運(yùn)動的導(dǎo)軌稱為動導(dǎo)軌，不動的導(dǎo)軌稱為靜導(dǎo)軌或支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于靜導(dǎo)軌可以作直線運(yùn)動或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)要滿足以下要求：導(dǎo)向精度高；承載能力大，剛度好；精度保持性好；低速運(yùn)動平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好。 （2）導(dǎo)軌的選擇 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶

35、有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)。 圖3.3為雙矩形導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能力高，加工、檢驗(yàn)和維修都方便，而被廣泛地采用。特別是數(shù)控機(jī)床，雙矩形，動導(dǎo)軌貼塑料軟帶，是滑動導(dǎo)軌的主要形式。矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。圖3.4中（a）由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向，稱為窄式組合；圖（b）分別由兩條導(dǎo)軌的左、右側(cè)面導(dǎo)向，稱為寬式組合。導(dǎo)軌受熱膨脹時(shí)寬式組合比窄式的變形量大，調(diào)整時(shí)應(yīng)留較大的側(cè)向間隙，因而導(dǎo)向性較差。所以，雙矩形導(dǎo)軌窄式組合比寬式用得更多一些。 圖3.3 雙矩形導(dǎo)軌 圖3.4 雙

36、矩形導(dǎo)軌的兩種形式 結(jié)合沈陽數(shù)控產(chǎn)的SSCK20A 數(shù)控車床，確定為雙矩形窄式導(dǎo)軌，并在動導(dǎo)軌上粘貼聚四氟乙烯塑料軟帶。這種截面導(dǎo)軌制造維修方便，承載能力大，新導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高。它是以聚四氟乙烯為基體，添加耐磨材料構(gòu)成的高分子復(fù)合材料，它與鑄鐵導(dǎo)軌夠成摩擦副時(shí)，摩擦系數(shù)僅為0.02~0.03，是鑄鐵和鑄鐵副的1/3左右，且動靜摩擦系數(shù)相近，所以具有良好的防爬性能，耐磨性可以提高1~2倍，。 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整是通過壓板來實(shí)現(xiàn)的，壓板用螺釘固定在動導(dǎo)軌上，通過刮研和 磨壓板與動導(dǎo)軌和靜導(dǎo)軌的接觸面來調(diào)整間隙的。如圖3.5所示 圖3.5 而用導(dǎo)向調(diào)整板來調(diào)整側(cè)向間隙，導(dǎo)向調(diào)整板是一種新

37、型的鑲條，它被置于導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。采用導(dǎo)向調(diào)整板調(diào)整間隙，調(diào)整方便，接觸良好，磨損小。 3.2.4 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。因此在此課題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

38、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(shí)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。 在此課題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(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲

39、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。 3.2.5 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(shí)，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。 滾珠絲杠螺母副通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，

40、如下圖所示 1.滾珠螺母；2.緊定螺釘；3.支座；4.滾珠絲杠；5.調(diào)整墊片 圖3.6雙螺母滾珠絲杠 圖中1代表滾珠螺母，3代表支座，螺母與支座之間有調(diào)整墊片，通過調(diào)整墊片來調(diào)節(jié)滾珠螺母與滾珠絲杠螺紋之間的間隙。 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。 4 縱向工作臺三維裝配 4.1 繪制縱向工

41、作臺零件的CAD圖形和三維圖 運(yùn)用CAD畫出各個零件的二維圖形并用Proe生成實(shí)體如圖 圖4.1 4.2把繪制的三維圖進(jìn)行裝配 CK20數(shù)控車床縱向工作臺裝配圖 圖4.2 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運(yùn)用，是對以前每門課程設(shè)計(jì)的綜合，是對所學(xué)知識的徹底檢驗(yàn)。剛開始選擇課題的時(shí)候，我因?yàn)閷?shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題，我主要對其中的縱向進(jìn)給工作臺進(jìn)行設(shè)計(jì)。開始設(shè)計(jì)之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識，對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對學(xué)校的數(shù)控車床進(jìn)行了觀察，我主要

42、觀察了機(jī)床的縱向工作臺部分，同時(shí)并結(jié)合自己的課題對機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過查閱資料和相關(guān)圖冊，設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車床需要的縱向工作臺。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，取長補(bǔ)短，對自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計(jì)，自己在查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知識及CAD，Proe繪圖等方面的能力有了較大地提高，彌補(bǔ)了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的

43、工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識。 總之，這次設(shè)計(jì)順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時(shí)也使我懂得了一個真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 參考文獻(xiàn) [1]. 張建干. 胡大澤主編. 數(shù)控技術(shù). 武漢：華中科技大學(xué)出版社 [2] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 北京：國防工業(yè)出版社 [3] 盛伯浩. 數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展 . 制造技術(shù)與機(jī)床 2005.1 [4] 文懷興. 夏田主編. 數(shù)

44、控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2005.6 [5] 許兆豐. 車工工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1980 [6] 中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部統(tǒng)編. 車工工藝學(xué)中級本. 科學(xué)普及出版社.P110-118 [7] 成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊．單行本.軸及其聯(lián)接 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2004.1 [8] 啟尖絲杠公司. 滾珠絲杠副參數(shù)計(jì)算與選用.產(chǎn)品簡介說明書. [9] 謝紅主編.數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo). 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社。2004.8 [10] 王昆、何小柏、汪信遠(yuǎn)主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社 1996 [11] 中國紡織大學(xué)機(jī)械系手冊編寫

45、組編. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡明手冊 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 [12] 溫松明. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ). 長沙：湖南大學(xué)出版社 2001.4 [13] 卜云峰. 機(jī)械工程及自動化簡明手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2001.6 [14] 章宏甲 黃誼 王積偉. 液壓與氣壓傳動. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [15] SIEMENS公司.SINUMERIK802S base line. 簡明安裝調(diào)試手冊.2003.08. [16] SIEMENS公司.SINUMERIK802S base line. 簡明操作手冊.2003.08. [17] 關(guān)雄飛主編. 數(shù)控加工技術(shù)

46、綜合訓(xùn)練. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1 致謝 眨眼間，兩年的大學(xué)生活就在本論文的完成之際即將宣告結(jié)束。兩年的不斷學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是為今后走上工作崗位作了準(zhǔn)備。 在三個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在XXX老師的嚴(yán)格要求及悉心指導(dǎo)下，按時(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，并在此過程中鞏固了本專業(yè)的知識，分析解決問題的能力也得到了進(jìn)一步的提高。在此，謹(jǐn)向?qū)O新國老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！ 此外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！ 再次向設(shè)計(jì)中所有提供過幫助的人表示感謝！ 20