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學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )汽車缸套專用鏜床設(shè)計所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔里的插圖，原稿更清晰，可編輯目 錄第 1 章 緒 論..........................................................................................................................11.1 課題研究意義...........................................................................................................11.2 課題任務(wù)及要求.......................................................................................................1第 2 章 缸套專用鏜床設(shè)總體設(shè)計........................................................................................22.1 設(shè)計適用對象...........................................................................................................22.2 缸套的加工工藝.......................................................................................................22.2.1 缸套類零件內(nèi)孔加工....................................................................................32.2.2 本課題缸套工藝路線的確定.........................................................................62.3 缸套專用鏜床總體設(shè)計方案...................................................................................8第 3 章 進給工作臺設(shè)計........................................................................................................93.1 進給工作臺總體方案................................................................................................93.3 滾珠絲杠副的選擇...................................................................................................93.3.1 滾珠絲杠副的特點.........................................................................................93.3.2 滾珠絲杠副的支承形式..............................................................................103.3.3 滾珠絲杠副的設(shè)計計算..............................................................................113.3.4 滾珠絲杠副的傳動原理..............................................................................113.3.5 滾珠絲杠副的傳動特點..............................................................................123.3.6 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整..........................................................................123.3.7 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法..........................................................143.4 滾珠絲杠的選擇......................................................................................................153.4.1 滾珠絲杠的精度...........................................................................................153.4.2 滾珠絲杠參數(shù)的計算..................................................................................153.5 伺服電機的選擇......................................................................................................193.5.1 最大切削負載轉(zhuǎn)矩的計算...........................................................................193.5.2 負載慣量的計算...........................................................................................203.5.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計算.......................................................................................213.6 滑動導(dǎo)軌的選擇計算..............................................................................................213.6.1 工作載荷的計算...........................................................................................223.6.2 額定工作壽命的計算...................................................................................223.6.3 距離額定工作壽命的計算...........................................................................223.6.4 額定動載荷計算及選型...............................................................................233.7 聯(lián)軸器的選擇..........................................................................................................233.8 軸承的選擇..............................................................................................................243.9 滾珠絲杠副的安全使用.........................................................................................25第 4 章 床身的設(shè)計..............................................................................................................26第 5 章 鏜桿傳動部分的設(shè)計..............................................................................................285.1 鏜桿傳動部分功率計算..........................................................................................285.2 齒輪部分設(shè)計.........................................................................................................295.3 軸的設(shè)計計算.........................................................................................................33第 6 章 缸套專用夾具設(shè)計..................................................................................................356.1 工件在夾具中的定位.............................................................................................356.2 缸套夾緊設(shè)計..........................................................................................................356.3 裝配圖......................................................................................................................36結(jié)論........................................................................................................................................37參考文獻................................................................................................................................38致 謝......................................................................................................................................39買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 130413976312買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 130413976334買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 130413976356買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 130413976378買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 1304139763910買文檔就送全套 CAD 圖紙 QQ:414951605 或 130413976311第 1 章 緒 論1.1 課題研究意義專用機床是一種專用高效自動化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。特別是汽車工業(yè)，是專用機床和自動線最大的用戶。如德國大眾汽車廠在 Salzgitter 的發(fā)動機工廠，90 年代初所采用的金屬切削機床主要是自動線(60%)、專用機床(20%)和加工中心(20%)。顯然，在大批量生產(chǎn)的機械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是專用機床和自動線。因此，專用機床及其自動線的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。所以對專用機床的設(shè)計研究具有十分重要的意義。本設(shè)計主要是專用鏜床的設(shè)計，此次設(shè)計所涉及的內(nèi)容包括了缸套的加工工藝設(shè)計——夾具設(shè)計—鏜床的設(shè)計。專用機床及其自動線的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。所以對專用機床的設(shè)計研究具有十分重要的意義。121.2 課題任務(wù)及要求該課題首先對目前缸套類零件加工工藝與裝備的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進行分析，展望缸套類零件加工工藝與裝備設(shè)計的方向和發(fā)展趨勢，然后簡述缸套類零件加工工藝與裝備設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題。最后提出自己的設(shè)計方案。主要完成：1、完成缸套零件加工工藝與裝備設(shè)計的綜述，外文資料的翻譯（2000 字符） ；2、完成缸套粗加工工藝路線的擬定（生產(chǎn)類型為大批） ；完成粗鏜鏜床的草圖。3、根據(jù)擬定的缸套粗鏜鏜床草圖，完成所有參數(shù)、尺寸的計算、查表和確定。校核主要零件的強度和剛度。第 2 章 缸套專用鏜床總體設(shè)計13第 2 章 缸套專用鏜床設(shè)總體設(shè)計2.1 設(shè)計適用對象本課題擬定的是對如下圖所示的一種代表性質(zhì)的缸套進行專用鏜床設(shè)計。2.2 缸套的加工工藝缸套類零件加工的主要工藝問題是如何保證其主要加工表面（內(nèi)孔和外圓）之間的相互位置精度，以及內(nèi)孔本身的加工精度和表面粗糙度要求。尤其是薄壁、深孔的缸套零件，由于受力后容易變形，加上深孔刀具的剛性及排屑與散熱條件差，故其深孔加工經(jīng)常成為缸套零 件加工的技術(shù)關(guān)鍵。缸套類零件的加工順序一般有兩種情況：第一種情況為：粗加工外圓——粗、精加工內(nèi)孔——最終精加工外圓。這種方案適用于外圓表面是最重要表面的缸套類零件加工14第二種情況為：粗加工內(nèi)孔——粗、精加工外圓——最終精加工內(nèi)孔。這種方案適用于內(nèi)孔表面是 最重要表面的缸套類零件加工。缸套類零件的外圓表面加工方法，根據(jù)精度要求可選擇車削和磨削。內(nèi)表面加工方法的選擇則需考慮零件的結(jié)構(gòu)特點、孔徑大小、長徑比、材料、技術(shù)要求及生產(chǎn)類型等多種因素。2.2.1 缸套類零件內(nèi)孔加工 內(nèi)孔是缸套類零件的主要加工表面，加工方法選擇的原則具體根據(jù)孔的大小，深度，精度，結(jié)構(gòu)形狀等面定。①當(dāng)孔徑較小時（〈Φ50mm〉宜采用鉆擴，較方案②孔較大時采用鉆孔后鏜或直接鏜孔③箱體上孔多采用精鏜，浮動鏜，缸筒件用精鏜，珩磨，滾壓④淬硬缸套，宜采用磨孔⑤精密孔用高精度磨削，研磨，珩磨或拋光等孔的加工方法：鉆孔擴孔 鉸孔鏜孔拉孔磨孔、珩孔，研磨孔（一） 、鉆孔鉆孔是在實心材料上加工孔的第一道工序。它主要用于精度要求較高孔的預(yù)加工或精度低于 IT11 級的孔的終加工。鉆孔刀具常用麻花鉆。由于麻花鉆具有寬而深的容屑槽、鉆頭頂部有橫刃及鉆頭只有兩條很窄的螺旋棱帶與孔壁接觸等結(jié)構(gòu)特點，因而鉆頭的剛性差、導(dǎo)向性能差，鉆孔時容易引偏，易出現(xiàn)孔徑擴大現(xiàn)象，孔壁加工質(zhì)量較差。措施：加工前先加工孔的端面，采用工件回轉(zhuǎn)方式或先鉆引導(dǎo)錐等使用范圍：孔徑≤φ75mm，當(dāng)孔徑≥φ35mm 時分兩次鉆，第一次鉆孔的直徑為所需孔徑的 1/2-7/10。第二次鉆到所需孔徑，這時橫刃不參加切削，軸向抗力小，切削第 2 章 缸套專用鏜床總體設(shè)計15較輕小。(二)、擴孔擴孔是用擴孔鉆對工件上已鉆出、鑄出或鍛出孔作進一步加工的方法。擴孔加工有如下特點：1、加工精度比鉆孔高：切深小，鉆頭無橫刃，刀體剛度大，導(dǎo)向作用好IT11~10，Ra6.3~3.22、擴孔能糾正原孔軸線的歪斜3、生產(chǎn)率高，由于余量小（1/8φ）擴孔齒數(shù)較多， f=0.4-2mm/r4、孔徑>φ100 的孔，多用鏜孔而不用擴孔（三） 、鉸孔鉸孔是未淬硬的中小尺寸孔進行精加工的一種方法，加工的孔徑范圍一般為φ3~ φ80mm.鉸孔的工藝特點：1、 鉸孔精度主要取決于鉸刀精度。2、 鉸孔比鏜孔容易保證尺寸精度和形狀精度，且生產(chǎn)率較高。一般 IT7～IT8，手鉸達 IT6。 Ra1.6～0.2。3、 適應(yīng)性差，一種鉸刀只能加工一種尺寸和一種精度的孔。4、 不能校正原孔軸線的偏斜。（四） 、鏜孔鏜孔是常用的孔的加工方法，可作為粗加工，也可以作精加工。其主要工藝特點：1、加工范圍廣，非標(biāo)孔、大直徑孔、短孔以及盲孔、有色金屬孔及孔系等加工。2、獲得較高的精度與低表面粗糙度，IT8～IT6 ， Ra1.6～0.4 用金剛鏜則更低3、修正前道工序的孔軸線的偏斜和不直，生產(chǎn)率較低4、可在車,銑,鏜及數(shù)控機床上進行（五） 、磨孔磨孔是單件小批生間中常用的孔精加工方法，它特別適宜于加工淬硬的孔，表面精度斷續(xù)的孔和長度很短的精密孔。對于中小型回轉(zhuǎn)零件，磨孔在內(nèi)圓磨床或萬能磨床上進行對于大型薄零件，可采16用無心內(nèi)圓磨削。內(nèi)圓磨削的工藝特點：1、砂輪直徑 D 受到工件孔徑刀的限制（D=0.5～0.9D）,砂輪尺寸小,損耗快,經(jīng)常要更換影響效益2、磨削速度低因此,磨削精度較難控制3、砂輪軸受孔徑與長度限制,剛性差,易彎曲,振動,影響加工精度與表面粗糙度4、砂輪與工件內(nèi)切,接觸面積大,散熱條件差,易燒傷,宜用較砂輪5、切削液不易進入磨削區(qū),排屑困難。內(nèi)孔磨削方法：中心圓磨：用于中小型工件，在萬能磨，內(nèi)圓磨床上進行磨削方法行星式內(nèi)圓磨：用于重量大，形狀不對稱的內(nèi)孔，用行星或磨床無心內(nèi)圓磨：用于直徑短套孔。（五） 、拉孔：拉孔是拉刀在拉床上對已預(yù)加工的孔進行半精加工或精加工的方法拉孔方法的特點：1、尺寸精度高，表面質(zhì)量好 IT7~9，Ra1.6~0.12、不能糾正軸線的偏斜3、拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，制造周期長4、一把拉刀只拉一種規(guī)格尺寸的孔，要求工件材質(zhì)均勻。薄壁孔，盲孔，階梯孔，深孔，大直徑孔和很小的孔及淬硬孔不宜拉。拉削范圍為 φ10~100三、孔的精密加工當(dāng)缸套類零件內(nèi)孔的加工精度和表面粗糙度要求很高時，則精加工后還需進行精密加工。孔的精密加工方法 研磨，珩磨（一） 、精細鏜滾壓精細鏜是由于最初使用金剛石作鏜刀材料而得名。精細鏜的工藝特點：1、用精度高，剛度大，高轉(zhuǎn)速的金剛鏜床（轉(zhuǎn)速高達 500r/min）第 2 章 缸套專用鏜床總體設(shè)計17切鑄鐵 100m/min，鋼 200 m/min，鋁 300 m/min2、削用量小，切削刀熱小，加工精度高3、生產(chǎn)率高加工范圍廣（二） 、珩磨珩磨是用若干細粒度磨條組成的珩磨頭進行內(nèi)孔光整加工的方法，通常在磨削或精鏜后進行。1、珩磨工作原理2、珩磨孔的工藝特點：（1）加工范圍廣（2）磨頭與主軸浮動聯(lián)接（3）精度高，IT6 ，Ra0.8~0.025 能修正幾何誤差交叉網(wǎng)紋有利于油膜形成。1、影響珩磨質(zhì)量和生產(chǎn)率的因素（1）珩磨的圓周速度 VP 和往復(fù)速度 Vw 的因素VP ↑、Vw↑質(zhì)量好效率高，但磨損↑、熱↑、易堵塞VP/ Vw 的比值影響網(wǎng)紋交叉角 α α=40～60°（2）珩磨頭行程 L 與越程量 aL=Lk+2a-Ls式中 Lk：被加工表面長度Ls：磨條長度但磨條不宜過長（3）珩磨壓力。F ↑η↑ F↑磨損↑切削能力↓（4）冷卻與潤滑。（三）研磨略（四）滾壓2.2.2 本課題缸套工藝路線的確定經(jīng)過上節(jié)介紹進行比較，得出綜合考慮缸套內(nèi)孔加工的工藝性和經(jīng)濟性，內(nèi)孔采用鏜孔加工。套筒類零件由于其功用、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料及熱處理等的不同，其工藝差別很大。就結(jié)構(gòu)形狀而言，可分為短套筒與長套筒兩類，這兩類套筒在裝夾與加工方法18上有很大的差別。下面分別分析其工藝特點。如圖為某氣缸零件圖，由于 L/D<3，屬短套。內(nèi)孔 G 是重要表面，其加工工藝過程如下：氣缸套零件加工工藝工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 定位夾緊010 鑄造毛坯 020 人工時效 030 粗鏜內(nèi)孔 鏜內(nèi)孔至 Φ118mm。 外圓040 粗車外圓 粗車各級外圓 內(nèi)孔 氣壓脹胎夾具050 熱處理 正火 060 半精車 半精車法蘭凸臺端面及外圓 內(nèi)孔氣壓脹胎夾具第 2 章 缸套專用鏜床總體設(shè)計19070 半精鏜 半精鏜內(nèi)孔 Φ119mm 及總長 270mm。 外圓法蘭凸臺端面及外圓080 精 車 精車法蘭凸臺端面，外圓割槽 內(nèi)孔氣壓脹胎夾具090 去氧化皮 用圓弧車刀 R10 車外圓并用靠模樣板100 半精車 半精車密封槽 外圓法蘭凸臺端面及外圓110 精 鏜 鏜精內(nèi)孔 Φ120mm 外圓法蘭凸臺端面及外圓120 精 車 精車外圓 Φ141.5mm，Φ140mm 內(nèi)孔氣壓脹胎夾具130 粗 珩 粗珩磨內(nèi)孔 Φ120 外圓法蘭凸臺端面及外圓140 精珩 精珩磨內(nèi)孔 Φ120 外圓法蘭凸臺端面及外圓(公差加上)2.3 缸套專用鏜床總體設(shè)計方案1、動力頭通過齒輪傳導(dǎo)給絲杠然后通過絲杠帶動工作臺(或另外動力機)。2、通過動力頭把轉(zhuǎn)速傳導(dǎo)給鏜桿，注意進給和速度相互配合和各方面的數(shù)據(jù)參數(shù)。3、缸套裝夾部分的設(shè)計.。20第 3 章 進給工作臺設(shè)計3.1 進給工作臺總體方案由于本課題設(shè)計的鏜床只需要單方向進給運動，故本課題只討論一個方向的進給工作臺設(shè)計。系統(tǒng)控制框圖如下：圖 3－1 工作臺系統(tǒng)控制框圖1 電機 2 減速裝置 3 支承裝置 4 絲杠 5 托板圖 3－2 工作臺結(jié)構(gòu)示意圖3.3 滾珠絲杠副的選擇3.3.1 滾珠絲杠副的特點1.傳動效率高 效率高達 90%~95%,耗費的能量僅為滑動絲杠的 1/3。2.運動具有可逆性 即可將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動,又可將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動,且21逆?zhèn)鲃有蕩缀跖c正傳動效率相同。3.系統(tǒng)剛度好 通過給螺母組件內(nèi)施加預(yù)壓來獲得較高的系統(tǒng)剛度,可滿足各種機械傳動要求,無爬行現(xiàn)象,始終保持運動的平穩(wěn)性和靈敏性。4.傳動精度高 經(jīng)過淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,絲桿副工作時溫升和熱變形小,容易獲得較高的傳動精度。5.使用壽命長 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動運動,磨損極小,長期使用后仍能保持其精度,因而壽命長,且具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動絲杠高 5~6 倍。6.不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，當(dāng)運動停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設(shè)置制動裝置。7.制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。由于滾珠絲杠副獨特的性能而受到極高的評價,因而已成為數(shù)控機床,精密機械,各種省力機械設(shè)備及各種機電一體化產(chǎn)品中不可缺少的傳動機構(gòu)。3.3.2 滾珠絲杠副的支承形式支承應(yīng)限制絲杠的軸向竄動.較短的絲杠或垂直安裝的絲杠,可以一端固定,一端無支承.水平安裝絲杠較長時, 可以一端固定,一端游動 ;對于精密和高精度機床的滾珠絲杠副,為了提高絲杠的拉壓剛度,可以兩端固定.為了補償熱膨脹和減少絲杠下垂,兩端固定絲杠時還可以進行預(yù)拉伸。一般情況下,應(yīng)以固定端作為軸向定位基準(zhǔn),從固定端起計算絲桿杠副的長度誤差.此外,應(yīng)盡可能固定端作為驅(qū)動端?？紤]到本設(shè)計的結(jié)構(gòu)與要求,我們決定采用一端固定一端游動(F-S)的支承形式, 如圖 1.1 所示。一端固定一端游動（F~S） 。固定端采用深溝球軸承 2 和雙向推力球軸承 4，可分別承受徑向和軸向負載，螺母 1、擋圈 3、軸肩、支撐座 5 臺肩、端蓋 7 提供軸向限位，墊圈 6 可調(diào)節(jié)推力軸承 4 的軸向預(yù)緊力。游動端需徑向約束，軸向無約束。采用深溝球軸承 8，其內(nèi)圈由擋圈 9 限位，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮。22滾珠絲杠固定方式圖（一端固定一端游動支承）這種支承形勢有以下一些特點： 1.需保持螺母與兩端支撐同軸,故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,工藝較困難。2.絲杠的軸向剛度較高。3.壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速較高。4.絲杠有熱膨脹的余地。5.適用于較長的臥式安裝絲杠。3.3.3 滾珠絲杠副的設(shè)計計算機床進給機構(gòu)的進給運動，由進電機的轉(zhuǎn)動，然后帶動機床絲杠傳動。在數(shù)控機床上的絲杠傳動，可以用普通的絲杠傳動，也還有應(yīng)用滾珠絲杠來轉(zhuǎn)動。原因是普通絲杠傳動摩，但總是不太穩(wěn)定。所以，在機床上要擦系數(shù)大，效率低，傳動中有間隙。雖然傳動中的間隙可以用一些辦法來補償，修正采用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠傳動有一系列的優(yōu)點，但制造工藝較為復(fù)雜，成本高，在某些應(yīng)用上受到一定的限制，但隨著數(shù)控機床的發(fā)展，它的使用將會更加廣泛。滾珠絲杠傳動都使用防護罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進入。滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進電機的轉(zhuǎn)動－角位移，變換成數(shù)控機床進給機構(gòu)的的直線位移。滾珠絲杠螺母副，也簡稱為滾珠絲杠副，是一種新的傳動機構(gòu)，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動機構(gòu)。3.3.4 滾珠絲杠副的傳動原理絲杠和螺母上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線的滾道,在滾道內(nèi)裝有許多滾珠.當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時,滾珠相對于螺母上的滾道滾動,因此絲23杠與螺母之間滾道的摩擦為滾動摩擦.為防止?jié)L珠從螺母中吊出來,在螺母的螺旋槽兩端應(yīng)用擋住器擋住,并設(shè)有回路滾道是他的兩端連接起來.使?jié)L珠從滾道的一端滾出后,沿著這個回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環(huán)進行不斷地滾動。3.3.5 滾珠絲杠副的傳動特點滾珠絲杠副的優(yōu)點是:傳動效率高,因為它是滾動摩擦,傳動效率可達 0.92~0.96,比普通的絲杠傳動提高 3~4 倍.由此帶來了一系列的優(yōu)點,如功率損耗小,傳動平穩(wěn),磨損小,無爬行現(xiàn)象等等.除此而外還有兩個特點,一是:一般的絲杠傳動總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動反向時,可以沒有空程,提高了反向的定位精度,,也增強了傳動剛度.二是:一般的絲杠傳動只能使旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,而滾珠絲杠副由于傳動的摩擦系數(shù)小,所以既能把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\動,具有傳動的可逆性,因此可以作為主動件,也可以作為從動件.它也有缺點,主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復(fù)雜,成本也高.對于絲杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用.又由于傳動的可逆性,所以不能自鎖,當(dāng)應(yīng)用在垂直傳動裝置時,由于自重和慣性的關(guān)系,在下降過程中不能立刻停止,因此還需要備有制動裝置.3.3.6 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)盡管在形式上有很多類型，但其主要區(qū)別是在螺紋滾到的型面形狀，滾珠循環(huán)的方式，軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法等三個方面。（1）螺紋滾道型面的形狀螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國內(nèi)正式投產(chǎn)的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖所示。滾珠與滾道型面接觸點法線與絲杠軸線的垂線之間的夾角，稱為接觸角（ ） 。?（a）單圓弧 (b) 雙圓弧24圖 4-1 滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形（2）單圓弧型面一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑稍大一些。對于單圓弧型面的螺紋滾道，接觸角是隨著軸向負載大小而變化的，當(dāng)軸向負載為零時，接觸角也為零；當(dāng)負載逐漸增大，接觸角也逐漸增大。實驗證明：當(dāng)接觸角增大時，傳動效率，軸向剛度，承載能力都隨之增大。（3）雙圓弧型面雙圓弧型面螺紋滾道的接觸角是不變的。在偏心距（e）決定后，滾珠與滾道的圓弧角接處，會有很小的空隙。這些空隙雖然能容納一些臟物，但不至于堵塞，反而對滾柱的滾動有利。從傳動效率，軸向剛度，承載能力等要求出發(fā)，接觸角大一些好，但接觸角過大制造就會困難。一般接觸角為 ，滾道的圓弧半徑也同樣比滾柱的半徑?45稍大一些。滾珠的循環(huán)方式目前國內(nèi)常用的滾珠循環(huán)方式由外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。（1）外循環(huán)方式如圖所示為外循環(huán)方式，滾柱在循環(huán)過程中與絲杠脫離接觸，通過外面的循環(huán)回路稱為外循環(huán)（W 系列） 。這種外循環(huán)是直接在螺母的外圓上銑出螺旋槽，用擋珠器從螺母內(nèi)部切斷螺紋滾道，擋珠滾珠的去路，迫使?jié)L珠導(dǎo)入通向外圓螺旋槽中，構(gòu)成了外面的旋環(huán)回路。外循環(huán)的結(jié)構(gòu)和制造較為簡單容易，因此應(yīng)用較廣，他可以制成單列或式雙列兩種的結(jié)構(gòu)形式。（2）內(nèi)循環(huán)方式滾柱在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)（N 系列） ，如圖所示。這種內(nèi)循環(huán)是在螺母外側(cè)孔中裝了一個接通相鄰滾道的反向器，借助這個反向器迫使?jié)L珠翻過絲杠的牙頂，而進入相鄰的滾道。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副回路短，工作滾珠數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，流暢性好，摩擦磨損小，傳動效率高，軸向剛度和承載能力都較高，具有一系列優(yōu)點，但制造困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不及外循環(huán)方式應(yīng)用的廣泛。25圖 4-2 外循環(huán)的滾珠絲杠 圖 4-3 內(nèi)循環(huán)的滾珠絲杠3.3.7 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法對于滾珠絲杠副，除了單一方向的進給傳動精度有一定的要求外，對它的軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動的精度。要把軸向間隙完全消除，也是相當(dāng)困難的。通常采用雙螺母，并加預(yù)緊力的方法來消除其軸向間隙。雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后，能基本上消除軸向間隙。單螺母的滾珠絲杠副是不能調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力的，其軸向間隙只能依靠滾珠絲杠副本的精度和安裝時絲杠和螺母的連接精度來保證。雙螺母加預(yù)緊力消除軸向間隙必須注意兩點，一是：通過預(yù)緊后產(chǎn)生的力，可促使預(yù)拉變形，以減少彈性變形所引起的位移。但預(yù)緊力不能太大，否則會使驅(qū)動力矩增大，傳動效率反而降低，使用壽命也隨之縮短。二是：軸向間隙的消除，不能忽視絲杠的安裝部分和驅(qū)動部分的軸向間隙，應(yīng)同時調(diào)整是它減少到最小。目前常用的雙螺母預(yù)緊力調(diào)整方法有下面三種。（1）墊片調(diào)隙式如圖所示為墊片調(diào)隙式，一般用螺釘來連接滾珠絲杠上的兩個螺母的凸緣處，在中間加墊片。墊片的厚度是螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。這種結(jié)構(gòu)特點是結(jié)構(gòu)簡單，可靠，裝拆方便。但缺點是調(diào)整很費時，在工作狀態(tài)下不能隨意調(diào)整，因為要更換不同厚度的墊片才能消除間隙，所以是用于一般精度的機構(gòu)中使用。（2）螺紋調(diào)隙式如圖所示為螺紋調(diào)隙式。它是一個螺母的外端有凸緣，而另一個螺母的外端沒有凸緣，車有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個圓螺母調(diào)整好間隙后，再用一圓螺母鎖緊螺母鎖緊就可以了。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，所以應(yīng)用廣泛，但調(diào)整的位移量不太精確。26圖 4-4 墊片調(diào)隙式 圖 4-5 螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式如圖所示為齒差調(diào)隙式。它是在兩個螺母的凸緣上各有圓齒輪 2，兩者的齒數(shù)值相差一個齒，裝入內(nèi)齒圓 3 中，內(nèi)齒圓 3 是用螺釘 1 和定位銷 4 固定在套筒 5 上的。調(diào)整是先取下內(nèi)齒圓 3，轉(zhuǎn)動圓柱齒輪 2，在兩個滾柱螺母相對于滾筒 5 轉(zhuǎn)動時，可以使兩個螺母相互產(chǎn)生角位移，這樣滾柱螺母對于滾珠絲杠的螺旋滾道也相對移動是兩個螺母中的滾柱分別貼近在螺旋滾到的兩個相反的側(cè)面上。消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力后，把內(nèi)齒圓 3 套上用定位銷 4 固定。這種結(jié)構(gòu)的特點是調(diào)整精確可靠，定位精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅在高精度的數(shù)控機床有所應(yīng)用。1——螺釘； 2——圓柱齒輪； 3——內(nèi)齒圓；4——定位銷； 5——套筒。圖 4-6 齒差調(diào)隙式3.4 滾珠絲杠的選擇3.4.1 滾珠絲杠的精度工作臺工作行程為：300；（工件長度為 270，進給行程要略微大點）3.4.2 滾珠絲杠參數(shù)的計算（1）最大工作載荷的計算27絲杠的最大載荷為工作時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設(shè)此臺Z 向的最大進給力 =5000N，導(dǎo)軌上面移動部件的重量約為 500㎏，貼塑導(dǎo)軌的摩擦Ff系數(shù)為 0.04，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）（N） (4.3)1968.504.min???fg絲杠最大載荷是：5000＋196＝5196（N） (4.4)Fax平均載荷是：= × = ≈3529（N） (4.5)m??ina2?31??319652??（2）當(dāng)量動載荷的計算 滾珠絲杠副類型的選擇主要是根據(jù)導(dǎo)程和動載荷兩個參數(shù),其選擇的原則為:①滾珠絲杠的靜載荷 Coa 不能大于額定靜載荷 Coam,即 Coa≤Coam;②滾珠絲杠的動載荷 Ca不能大于額定動載荷 Cam,即 Ca≤Cam。驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速 2000 r/min絲杠最高轉(zhuǎn)速為 2000r/min，工作臺最小進給速度為 0.5m/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為 0.1r/min，可取為 0，則平均轉(zhuǎn)速 n=1000r/min。絲杠使用壽命 T=15000h，故絲杠的工作壽命= =675（ r） (4.6)106nTL?1065?106?當(dāng)量動載荷值： (4.7)KaLpFmC3?式中： ——載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊取 1-1.2，一般情況取 1.2-1.5，有較大沖擊振Kp動時取 1.5-2.5；——精度影響系數(shù)，對 1、2、3 級精度的滾珠絲杠取 =1.0，對 4、5 級a Ka精度的絲杠取 =0.9。Ka根據(jù)要求去 =1.5， =0.9，代入數(shù)據(jù)得p≈51.59（KN） (4.8)9.0367512??Cm根據(jù)計算所得最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查滾珠絲杠樣本，選擇 FF6310-5 型內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預(yù)緊滾珠絲杠副，其公稱直徑為 63mm，導(dǎo)程為 10mm，28循環(huán)滾珠為 5 圈×2 列，精度等級取 5 級，額定動載荷為 55600N，大于最大計算動載荷 =51590N，符合設(shè)計要求。Cm表 4.1 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果公稱直徑（mm）0d63螺距(mm) P 10接觸角 ?6.30鋼球直徑(mm) wd7.144螺紋滾道法面半徑(mm)R715.352.0?dW偏心距(mm) e0.009螺紋升角(mm) ?=Pharctg??6.0絲杠外徑(mm) 1d62.5絲杠底徑(mm) 257.3螺桿接觸直徑(mm)z55.87螺母螺紋外徑(mm)D412.7020????Red螺母內(nèi)徑(mm)（內(nèi)循環(huán)）162.64（3）傳動效率的計算將公稱直徑 =63mm，導(dǎo)程 =10mm，代入 λ=arctan[ ]，的絲杠螺旋升角d0PdP0?λ= 。將摩擦角 ，代入 = ，得傳動效率 =94.7%。6.01'????????tan?（4）剛度的驗算本傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動的結(jié)構(gòu)形式。固定端采用一對面對面角接觸球軸承和一個角接觸球軸承，另一端也采用角接觸球軸承，這種安裝適應(yīng)于較高精度、中等載荷的絲杠。滾珠絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。a、滾珠絲杠滾道間的接觸變 ?1根據(jù)公式 Z= ，求得單圈滾珠數(shù) Z=22，改型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)dw0?×列數(shù)為 5×2，代入公式 圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 =220。絲杠預(yù)緊時，???ZZ?取軸向預(yù)緊力 =1732（N） 。查相關(guān)公式得滾珠絲杠與螺紋滾道間接觸變形3maxFy29(4.9)301.ZFydwPa???式中 = 51590N。代入數(shù)據(jù)得；PaCm= = 0.013(mm)301.Zyd?? 3320174.5190.0??因為絲杠有預(yù)緊力，且為軸向負載 ，所以實際變形量可以減少一半，取=0.0065mm。1b、絲杠在工作載荷 作用下的抗壓變形Fmax?2絲杠采用的是兩端都為角接觸球軸承，軸承的中心距 a=1100mm，鋼的彈性模量E= ,由表 2.1 中可知，滾珠直徑 =7.144mm，絲杠底徑 =44.3mm，則105.2?PaMdwd2絲杠的截面積： =1540.6( )42S??m2根據(jù)公式 代入數(shù)據(jù)得：EFeq??2=0.018(mm)6.1540.29??C、總的變形 總= =0.0065+0.018=0.0245mm,絲杠的有效行程為 600， 絲杠在有效行程?總 21?500—630mm 時，行程偏差允許達到 30μm,，可見絲杠剛度足夠。（5）穩(wěn)定性的驗算(4.10)KLEIfkPa2??公式中取支撐系數(shù) =2，fk由絲杠底徑 =44.3mm 求的截面慣性矩 =188957.7( )，壓桿穩(wěn)定d2642dI?m4安全系數(shù) K 取 3（絲杠臥式水平安裝） ，滾珠螺母至軸向固定處的距離 取最大值aL?1200mm，代入公式得：=181129.6(㎏)31207.895.4.3???Pa則 f=181129.6N 大于 =51590N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。Cm（6）臨界轉(zhuǎn)速的驗算 30對于滾珠絲杠還有可能發(fā)生共振，需要驗算其臨界轉(zhuǎn)速，設(shè)不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速 。nc查資料得公式 ： (4.11)Lcdfc2910?其中： (mm)；43.5.7632.10????dwd為臨界轉(zhuǎn)速計算長度 =1200(mm)；Lcc為絲杠支承方式系數(shù) （一端固定，一端游動）f 92.f代入數(shù)據(jù)得： 4397(r/min),臨界速度遠大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會發(fā)生共振。?n（7）滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定由以上驗算可以知道，絲杠型號為 FF6310—5，完全符合所需要求，故確定選用該型號，安裝尺寸查表可知。（8）絲杠支承的選擇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為軸向固定方式。本次設(shè)計絲杠支承選用一端固定，另一端浮動。 3.5 伺服電機的選擇3.5.1 最大切削負載轉(zhuǎn)矩的計算所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。最大切削負載轉(zhuǎn)矩 T 可根據(jù)以下公式計算，即(4.12)iTfpPhFT????????02max??從前面的計算可以知道，最大載荷 N，絲杠導(dǎo)程 =10mm=0.01m，預(yù)緊5196?Ph力 = N，根據(jù)計算的滾珠螺母絲杠的機械效率 =0.947，因CaFp41?139056? ?為滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩：（N ·m） (4.13)7.48.2901.0???PhFTp查手冊得單個軸承的摩擦力矩為 0.32N·m，故一對軸承的摩擦力矩=0.64N·m。簡支端軸承步預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計。伺服電動機與絲杠直Tf0接相連，其傳動比 =1，則最大切削負載轉(zhuǎn)矩：i31(N·m)7.146.0947.02156?????T所選的伺服電機額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于此值。3.5.2 負載慣量的計算伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量 應(yīng)與負載慣量 相匹配。JMJL負載慣量可以按一下次序計算。立柱與主軸箱的質(zhì)量為 500㎏，折算到電動機軸上的慣量 可按下式計算，J1(kg·㎡) (4.14)??025.1.802??????????Phmv絲杠名義直徑 =63mm=0.063m，長度 L=1.2m 絲杠材料（鋼）的密度d0ρ=7.8 ㎏· 。根據(jù)公式計算絲杠加在電動機軸上的慣量13?(㎏·㎡) (4.15)057.32.4108.7402??????dlJ聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的慣量 可直接查手冊得到，即 (㎏· ㎡)J01.3?J故負載總的慣量為(㎏· ㎡)92.01.57.02.313????J電動機的轉(zhuǎn)子慣量 應(yīng)與負載慣量 相匹配。通常要求 不小于 ，但MJLJMJL也不是越大越好。因 越大，總的慣量 就越大，加速度性能受影響。為了保JM證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏的，將采用轉(zhuǎn)矩較大的伺服電動機和它的伺服控制系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)資料的推薦，匹配條件為：(4.16)41?JL則所選交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量 應(yīng)在 0.0092—0.036㎏·㎡范圍之內(nèi)。M根據(jù)上述計算可選用表 4.2 中的交流伺服電機 α22/3000i 型，其額定轉(zhuǎn)矩為22N·m，最高 ，轉(zhuǎn)動慣量 J=0.012㎏·㎡。min30axrn?表 4.2 FANUCα(HV)i 系列交流伺服電機型號 α1/ 5000iα2/ 5000iα4/ 4000iα8/ 3000iα12/ 3000iα22/3000i32輸出功率/kw0.5 0.75 1.4 1.6 3 4額定轉(zhuǎn)矩(N·m)1 2 4 8 12 22最高轉(zhuǎn)速min1?5000 5000 4000 3000 3000 3000轉(zhuǎn)動慣量(㎏·㎡)0.00031 0.00053 0.0014 0.0026 0.0026 0.012質(zhì)量㎏ 3 4 8 12 18 29伺服放大器規(guī)格 20i 20i 20i 40i 80i 80i3.5.3 空載加速轉(zhuǎn)矩計算當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動（快速）速度時，所需要的空載加速轉(zhuǎn)矩 按下式求，Ta(4.17)tacnJT60mx2??空載加速時，主要克服的是慣性，選用的 α22/3000i 型交流伺服電動機,總慣量0.0120+0.0092=0.0212(㎏·㎡)?LM加速度時間 通常取 的 3~4 倍，故 =(3~4) =(3~4)×6=18~24(ms)，則tacttactm(N·m)173~060154.321.0???tT3.6 滑動導(dǎo)軌的選擇計算 常用的導(dǎo)軌截面有矩形、三角形、燕尾形和圓形的。如圖 4.2 所示。根據(jù)支承導(dǎo)軌的凸凹狀 [4]態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類導(dǎo)軌。凹形容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于具有良好的防護環(huán)境。凸形需要有良好的潤滑條件。目前數(shù)控機床使用的導(dǎo)軌主要有三種：塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。33圖 4.43.6.1 工作載荷的計算影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素是工作載荷，假設(shè)立柱所有重量加在貼塑滑動導(dǎo)軌的一根導(dǎo)軌上，則導(dǎo)軌所承受的最大垂直方向上的載荷是：(4.18)2maxGF?上式中 G 是重量，即 G=500×10=5000(N)，代入上式得：=2500(N)3.6.2 額定工作壽命的計算預(yù)計機床的工作壽命是 10 年，一年是 365 天，工作時間是 350 天，每天工作 8小時，因此得到小時額定工作壽命 28000(h)。??83501Lh3.6.3 距離額定工作壽命的計算根據(jù)公式 得：60213nSLh???(4.19)10362??nSLh公式中： 為小時額定工作壽命；Lhn 為移動部件每分鐘往返次數(shù)(4-6)取 5：S 為移動部件的行程，即 S=600mm。代入數(shù)據(jù)得：L=10080km 。343.6.4 額定動載荷計算及選型由公式 得：??FCaL325.6?(4.20)325.6L?公式中： 為額定動載荷；aL 為距離工作壽命，由上面的計算可以知道為 10080km；F 為導(dǎo)軌的工作載荷，即 F=2500N。代入數(shù)據(jù)得： =29318N。 C由計算的動載荷值本次設(shè)計選用的是貼塑滑動導(dǎo)軌，它是在數(shù)控機床的動導(dǎo)軌 [4]面，是塑料導(dǎo)軌的一種。導(dǎo)軌副的另一固定導(dǎo)軌面為淬火磨削面。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉（青銅粉、二硫化鉬） 、玻璃纖維和氧化物的高分子復(fù)合材料。其厚度有 0.8、1.1、1.4、1.7、2mm，寬 150mm、300mm 等幾種。塑料滑動導(dǎo)軌與其他導(dǎo)軌相比，具有以下特點：（1）動靜摩擦系數(shù)相近：運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。（2）吸收振動：具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。（3）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定：比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個數(shù)量級。（4）化學(xué)穩(wěn)定性好：耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、強氧化性劑及各種有機溶劑。（5）耐磨性好：有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。（6）維護修理方便：軟帶耐磨，損壞后更換容易。（7）經(jīng)濟型好：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，約為滾動導(dǎo)軌的 1/20，為三層復(fù)合材料 DU導(dǎo)軌成本的 1/4。其中導(dǎo)軌貼塑板選用揚中市天一高分子新材料有限公司生產(chǎn)的 TY 導(dǎo)軌貼塑板。3.7 聯(lián)軸器的選擇 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器是由各種片狀、圓柱狀、卷板狀等形狀的金屬彈簧，利用金屬彈簧的弱性變形以達到補償兩軸相對偏移 和減振、緩沖功能，構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)、性能的撓性聯(lián)軸器。金屬彈性元件比非金屬彈性元件強度高，使用壽命長，傳遞載荷能力大，,適用于高溫工況，彈性模最大且穩(wěn)定。如圖 4.5 所示膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼薄板）用螺栓交錯地與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸呂靠膜片的彈性變形來補償報聯(lián)兩軸的相對位移，是一種高性能的金屬弱性元件撓性聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)較緊湊，強度高，不用潤滑，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污35影響，具有耐酸、耐堿、防腐蝕的特點，適用于高速、高溫、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動，廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動 。圖 4.5 DJM5 金屬膜片撓性聯(lián)軸器3.8 軸承的選擇滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動軸承有以下兩類。（1）接觸角為 的角接觸球軸承 60這是目前國內(nèi)外廣泛采用的滾珠絲杠軸承，這種軸承可以組合配置。一種為面對面方式，另一種為背靠背組合方式。這兩種方式都可承受雙向軸向推力，還有一種是通向組合方式，其承受能力較高，但只承受一個方向的軸向力，同向組合時的額定動載荷 等于單個軸承的 乘下列系數(shù)：2 個為 1.63;3 個為 2.16；4 個為 2.64。由于螺CaCa母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，而且采用面對面組合方式時兩接觸線與軸線交點間的距離 a 比背對背的小，故容易實現(xiàn)自動調(diào)整。因此在進給傳動中面對面組合用的較多。（2）滾針—推力圓柱滾子組合軸承 外圈與箱體固定不轉(zhuǎn)，內(nèi)圈和隔套內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動，滾針承受徑向載