數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）,數(shù)控車(chē)床,縱向,進(jìn)給,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),CAD,圖紙 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 機(jī)電工程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)生： 題目： 數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)從 2013 年 12 月 22 日 起到 2014年 1 月 5 日 1、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容： （1）設(shè)計(jì) 數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)計(jì) ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 主要零件設(shè)計(jì)（選擇一個(gè)主要零件軸或齒輪） （2）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 主要內(nèi)容包括：機(jī)床的用途及主要技術(shù)參數(shù)，數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給 系統(tǒng)傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì)、動(dòng)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、結(jié)果分析 、設(shè)計(jì)體會(huì)及今后的改進(jìn)等設(shè)計(jì)過(guò)程 設(shè)計(jì)要求： 車(chē)床控制精度：0.01mm（即為脈沖當(dāng)量）；最大進(jìn)給速度： Vmax=5m/min。 設(shè)計(jì)參數(shù)： 最大加工直徑為Dmax=400mm，工作臺(tái)及刀架重：110㎏；最大軸 向力=160㎏；導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)=0.2；行程=1280mm；步進(jìn)電機(jī)：110BF003；步距角：0.75°；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1.8×10-2 ㎏.cm.s-2； 主要參考資料： 機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，掛圖 ，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)、數(shù)控機(jī)床等教材 2、對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求〔包括圖表、實(shí)物等硬件要求〕： （1）圖紙 進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖A1一張 ； 消隙齒輪箱裝配圖A1 一張； 零件圖A4一張（手畫(huà)或坐標(biāo)紙畫(huà)） （2）說(shuō)明書(shū) 方案設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、結(jié)果分析、 體會(huì)及今后的改進(jìn)、參考資料 3、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃： 時(shí)間 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 12.22~24 方案設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算、傳動(dòng)設(shè)計(jì)，繪制傳動(dòng)圖 12.25~27 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配結(jié)構(gòu)圖 12.28~30 對(duì)裝配結(jié)構(gòu)圖不合理結(jié)構(gòu)修改；繪制典型零件圖。 12.31~元.5 編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。按要求整理說(shuō)明書(shū)，打印，出圖，上交 指導(dǎo)教師： 日期： 教研室主任： 日期： 目 錄 一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)概述 1 二、主要設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù) 3 三、數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì) 3 1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 3 1、帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)................................... ......3 2、經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 4 3、電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接 5 四、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 5 1、降速比計(jì)算 5 2、減速齒輪的確定 6 五、絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算 6 1、動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算 6 2、靜強(qiáng)度計(jì)算 7 3、臨界轉(zhuǎn)速校核 8 4、額定壽命的校核 8 六、動(dòng)力計(jì)算 8 1、傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 8 2、電動(dòng)機(jī)力矩的計(jì)算 9 七、絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)剛度計(jì)算 10 八、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 1、滾珠絲杠的支承 11 2、滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 12 九、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)的分析 12 十、總結(jié)與體會(huì) 13 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 14 目 錄 一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)概述 1 二、主要設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù) 3 三、數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì) 3 1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 3 1、帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)................................... ......3 2、經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 4 3、電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接 5 四、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 5 1、降速比計(jì)算 5 2、減速齒輪的確定 6 五、絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算 6 1、動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算 6 2、靜強(qiáng)度計(jì)算 7 3、臨界轉(zhuǎn)速校核 8 4、額定壽命的校核 8 六、動(dòng)力計(jì)算 8 1、傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 8 2、電動(dòng)機(jī)力矩的計(jì)算 9 七、絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)剛度計(jì)算 10 八、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 1、滾珠絲杠的支承 11 2、滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 12 九、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)的分析 12 十、總結(jié)與體會(huì) 13 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 14 一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖圖1-1所示： 圖1-1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服 相對(duì)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(dòng)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(guò)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度[2]。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)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(duì)市場(chǎng)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(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面：可逆運(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車(chē)床區(qū)別于普通車(chē)床的一個(gè)特殊部分。 ??? 數(shù)控車(chē)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測(cè)元件與反饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng)。 ??? 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測(cè)裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測(cè)裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類(lèi)型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上，機(jī)械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 ??? 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 ??? 全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動(dòng)部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對(duì)機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 ??? 數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用。 直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置。其成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，并對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。同時(shí)機(jī)械換向器的換向能力，限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，使得電動(dòng)機(jī)效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉(zhuǎn)子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求： （1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。 （2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4-6倍而不損壞。 （3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。 （4）電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開(kāi)始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。 交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)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(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)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(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺(tái)技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場(chǎng)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。 二、主要設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù) 車(chē)床控制精度：0.01mm（即為脈沖當(dāng)量）；最大進(jìn)給速度：Vmax=5m/min。 最大加工直徑為Dmax=400mm，工作臺(tái)及刀架重：110㎏；最大軸 ，向力=160㎏；導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)=0.2；行程=1280mm；步進(jìn)電機(jī)：110BF003；步距角：0.75°；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1.8×10-2 ㎏.cm.s-2； 三、數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì) 用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息和工藝信息變成加工程序，由輸入部分送入數(shù)控裝置，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行反饋控制，使刀具和工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條件不紊亂地作，從而加工出零件的全部輪廓。 數(shù)控機(jī)床具有很好的柔性，當(dāng)加工對(duì)象變換時(shí)，只需重新編制加工程序即可，原來(lái)的程序可存儲(chǔ)備用，不必像組合機(jī)床那樣需要針對(duì)新加工零件重新設(shè)計(jì)機(jī)床，致使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞矫鎭?lái)實(shí)現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。所以，數(shù)控車(chē)床與普通臥式車(chē)床相比應(yīng)具有有更好的精度．以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為： （1)盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副。如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。 （2)選用最佳的降速比，為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng)位移盡可能加速達(dá)到跟蹤指今。 （3)盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。 （4)盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差。如采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等。 （5)盡景滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小、傳動(dòng)精度高高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)元件。 從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的情況，可采用更換滾珠絲杠來(lái)代替原機(jī)床上的T型絲杠。也可對(duì)原車(chē)床上T型絲杠加以修復(fù)，但此時(shí)必須相應(yīng)修配與與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提高配合精度。 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)對(duì)位置精度、快速響應(yīng)特性、調(diào)速范圍等有較高的要求。實(shí)現(xiàn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的電機(jī)主要有三種：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。目前，步進(jìn)電機(jī)只適應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，直流伺服電機(jī)在我國(guó)正廣泛使用，交流伺服電機(jī)作為比較理想的驅(qū)動(dòng)元件已成為發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)采用不同的驅(qū)動(dòng)元件時(shí)，其進(jìn)給機(jī)構(gòu)可能會(huì)有所不同。電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接主要有三種形式，如圖1-1所示。 1縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工件加工的需要，在機(jī)床上各運(yùn)動(dòng)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(dòng)的?？傊瑪?shù)控機(jī)床對(duì)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(gè)方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(dòng)剛度 （2） 采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動(dòng)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(dòng)摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。 （3） 慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作性能和滿足傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)控制指令的快速響應(yīng)的要求。 （4） 提高傳動(dòng)件精度 高質(zhì)量的機(jī)械傳動(dòng)配合與高性能的伺服電動(dòng)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。 2、帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械進(jìn)給裝置中一般采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降速比要求，如圖1-2a）所示。由于齒輪在制造中不可能達(dá)到理想齒面要求，總存在著一定的齒側(cè)間隙才能正常工作，但齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向失動(dòng)量，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用消除措施來(lái)盡量減小齒輪側(cè)隙。但這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 圖1-2 電機(jī)與絲杠間的聯(lián)接形式 3、經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 如圖1-2b）所示，這種聯(lián)接形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但只能適于低扭矩特性要求的場(chǎng)所。安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，且同步帶與帶輪的制造工藝復(fù)雜。 4、電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接與絲杠聯(lián)接 如圖1-2c）所示，此結(jié)構(gòu)通常是電機(jī)軸與絲杠之間采用錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，并大大簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。在加工中心和精度較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中，普遍采用這種聯(lián)接形式。 根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的要求及設(shè)計(jì)要求，選擇帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，選用最佳降速比，可以提高機(jī)床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅(qū)動(dòng)軸上的慣量減少；盡量消除傳動(dòng)間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。 四、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1、降速比計(jì)算 功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BF003，其主要技術(shù)參數(shù)為最大靜轉(zhuǎn)矩為7.84,步距角0.75°,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1.8×10-2 ㎏.m2；快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量.選滾珠絲杠的螺距為12mm. 由 式中 ——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 ——脈沖當(dāng)量，mm S ——絲杠螺距, mm 2、減速齒輪的確定 選擇一級(jí)減速器，選齒輪，，模數(shù)，齒寬。 五、絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算 已知條件：工作臺(tái)及刀架重：100㎏,所以重量為 (1—1） 最大行程：1280mm，失動(dòng)量：，工作臺(tái)最高速度： 查表選擇絲桿預(yù)期壽命： 小時(shí) ， 摩擦系數(shù)。 則導(dǎo)軌的靜摩擦力FO。 （1—2） 最大軸向負(fù)載 （1—3） 1、動(dòng)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)小于或等于滾珠絲桿螺母副的額定動(dòng)負(fù)荷，即 （1—4) 式中 ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，見(jiàn)表1 —1; ——硬度影響系數(shù)，見(jiàn)表1-2; ——當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，N; ——滾珠絲杠；螺母副的額定動(dòng)負(fù)荷，N； ——壽命，以r為一個(gè)單位。 (1-5) 式中 T——使用壽命，h；按設(shè)計(jì)機(jī)床要求取T=15000h N——循環(huán)次數(shù)： ——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，r/min。 (1—6） 代入上式得 （1—7） 表1-1 動(dòng)載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 載荷性質(zhì) 平穩(wěn)輕微沖擊 較大沖擊和振動(dòng) 中等沖擊 表1-2 硬度影響系數(shù)、 硬度 55 52.5 50 47.5 45 40 1.0 1.11 1.35 1.56 1.92 2.40 3.85 1.0 1.11 1.40 1.67 2.10 2.64 4.50 當(dāng)工作載荷單調(diào)連續(xù)或周期行單調(diào)連續(xù)變化時(shí)，則 （1—8） 式中 ——最大和最小工作載荷，N。 查表1—1 1—2取=1.5 =1.56代入上式得 （1—9） 2、靜強(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)生較大的塑性變形，影響正常工作。因此，應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，最大計(jì)算靜載荷為 （1—10） 式中 ——硬度硬度影響系數(shù)，見(jiàn)表5—2；取=1.67. ——滾珠絲杠螺母副的額定靜負(fù)荷，N。代入得 （2—1） 根據(jù)計(jì)算額定動(dòng)負(fù)載荷和額定靜負(fù)荷初選滾珠絲杠副型號(hào)為。 其基本參數(shù)為公稱直徑，導(dǎo)程，滾珠直徑。額定動(dòng)負(fù)荷，額定靜負(fù)荷。動(dòng)載荷與靜載荷載均滿足要求。 3、臨界轉(zhuǎn)速校核 對(duì)于高速長(zhǎng)絲杠有可能發(fā)生共振，需要算其臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速 （2—2） （2—3） 式中 ——臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，m； ——絲杠支撐方式系數(shù)。兩端固定時(shí)， 代入數(shù)據(jù)得 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最大速度，故臨界轉(zhuǎn)速滿足。 4、額定壽命的校核 滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則有 （2—4） （2—5） 滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 六、動(dòng)力計(jì)算 1、傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 1.1、小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （2—6） 式中 ——齒輪分度圓直徑，mm， ； （2—7） ——齒輪寬度，mm。 1.2、大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （2—8） 式中 ——齒輪分度圓直徑，mm （2—9） 1.3、計(jì)算工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JW （2—10) 式中 W——工作臺(tái)（包括工件）的質(zhì)量， kg； S——絲杠螺距，mm。 1.4、計(jì)算絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js (3—1） 式中L——支撐距，mm。 1.5、負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （3—2） 2、電動(dòng)機(jī)力矩的計(jì)算 2.1、計(jì)算加速力矩Ma （3—3） 2.2、計(jì)算摩擦力矩Mf （3—4） 式中 ——傳動(dòng)鏈總效率，取=0.8。 2.3、計(jì)算附加摩擦力矩 （3—5） 式中 ——傳動(dòng)鏈總效率，取=0.8； ——滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，取=0.9。 2.4、空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)所需力矩： （3—6） 因此，選用7.84的步進(jìn)電機(jī)滿足要求。 七、絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)剛度計(jì)算 滾珠絲杠一段軸向支撐，絲杠的最小拉壓剛度和最大拉壓剛度分別為： （3—7) (3—8） 式中 E——彈性模量。 按近似估算，將絲杠本身的拉壓剛度乘以1/3，作為傳動(dòng)的綜合拉壓剛度，即： （3—9） （4—1） 反向死區(qū)誤差計(jì)算 （4—2） 所以能滿足單脈沖進(jìn)給的要求。 計(jì)算由于傳動(dòng)剛度的變化的定位誤差，應(yīng)使 （4—3） 滿足由于傳動(dòng)剛度變化引起的定位誤差小于機(jī)床定位精度的要求。 八、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(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。 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??；當(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。 滾珠絲杠螺母副通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，如圖1.3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1.3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(guò)調(diào)整墊片來(lái)調(diào)節(jié)滾珠螺母與滾珠絲杠螺紋之間的間隙。 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。 九、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)的分析 在本設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)零件是滾珠螺母絲杠，以下簡(jiǎn)要介紹其傳動(dòng)的形式及主要主要特點(diǎn)。 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。滾珠絲杠副有多種結(jié)構(gòu)型式。按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類(lèi)。外循環(huán)回珠器用插管式的較多，內(nèi)循環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無(wú)預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。 滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠螺母副比較有很多優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高、靈敏度高、傳動(dòng)平穩(wěn)：磨損小、壽命長(zhǎng)；可消除軸向間隙，提高軸向剛度等。 十、 總結(jié)與體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用，是對(duì)以前每門(mén)課程設(shè)計(jì)的綜合，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)。我主要對(duì)數(shù)控車(chē)床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。開(kāi)始設(shè)計(jì)之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車(chē)床方面的知識(shí)，對(duì)數(shù)控車(chē)床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識(shí)。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校的數(shù)控車(chē)床進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的縱向進(jìn)給部分，同時(shí)并結(jié)合自己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過(guò)查閱資料和相關(guān)圖冊(cè)，設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車(chē)床需要的縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 課程設(shè)計(jì)是我們對(duì)所學(xué)的理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過(guò)程。在近兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我更加認(rèn)識(shí)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(guò)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(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過(guò)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(shí)及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高，彌補(bǔ)了原來(lái)學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識(shí)。 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(huì)打下了深厚的基礎(chǔ)。同時(shí)也使我懂得了一個(gè)真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 參考文獻(xiàn)資料 [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] 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