數(shù)控車床縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　0 前言………………………………………………………………………………1</p><p>　　1總體設(shè)計(jì)方案…………

2、………………………………………………………….3</p><p>　　1總體設(shè)計(jì)方案論證……………………………………………………………3</p><p><b>　　1驅(qū)動(dòng)元件</b></p><p><b>　　2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　3聯(lián)軸器</b>

3、</p><p><b>　　4潤滑方式</b></p><p>　　2總體設(shè)計(jì)方案的確定…………………………………………………………6</p><p>　　1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造</p><p>　　2縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………7</p><p>　　2．1

4、已知條件……………………………………………………………………….7</p><p>　　2．2滾珠絲桿副主要參數(shù)的確定………………………………………………….7</p><p><b>　　2．2．1設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　2．2．2設(shè)計(jì)計(jì)算簡況</p><p>　　2．3伺服電機(jī)的選擇…………………………

5、……………………………………10</p><p>　　2．3．1選用螺桿驅(qū)動(dòng)方式的伺服電機(jī)</p><p>　　2．3．2求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩</p><p>　　2．3．4求換算到電機(jī)軸上的慣性力矩</p><p>　　2．3．5加減速力矩的計(jì)算</p><p>　　2．3．6實(shí)際力矩的計(jì)算</p>

6、<p>　　小結(jié)………………………………………………………………………………….12</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………..13</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………..14</p><p>　　附件清單………………………………………………………………

7、……………..15</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要研究了CA6140經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床的縱向進(jìn)給及導(dǎo)軌潤滑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其改造。本文對數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造方案進(jìn)行了重點(diǎn)論述，對該機(jī)構(gòu)的主要組成部件:滾珠絲杠副、交流伺服電機(jī)、聯(lián)軸器等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算與選型。其中對滾珠絲杠副、交流伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型作了詳細(xì)論述。進(jìn)

8、行這一設(shè)計(jì)主要是為了進(jìn)一步地提高數(shù)控車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的定位精度，重復(fù)定位精度以及改造手動(dòng)進(jìn)給裝置，以使其能夠可靠地運(yùn)行，且能滿足各項(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)書的要求。最后, 本文還對各個(gè)零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì),并繪制了全部零件圖以及該數(shù)控車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖。此結(jié)構(gòu)簡單可靠,可應(yīng)用于相似的各類數(shù)控車床上。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床 進(jìn)給系統(tǒng) 潤滑機(jī)構(gòu)</p&

9、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article mainly told the research, the designing and transformation on the longitudinal motion system and track lubrication mechanism of CA6140 econom

10、ic medium precision NC machine. The article made a brilliant exposition on the designing and transformation scheme of the longitudinal motion system and track lubrication mechanism of NC machine. The article also exposed

11、 brilliantly the mechanism’s mail parts: the ball-race bearing, the servo-electric machine, the coupling and so on. Doing the </p><p>　　Key words: NC machine Longitudinal motion system Track lubri

12、cation mechanism</p><p><b>　　0前言</b></p><p>　　一．我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)前，我國的數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時(shí)期。也是由封閉型系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時(shí)期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)），已達(dá)到國外先進(jìn)水平。目前，已

13、新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80種。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　二．?dāng)?shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題</p><p>　　當(dāng)前,我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國內(nèi)市場占有率偏低。據(jù)有關(guān)資料表明,1999年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場占有率僅為38.88%。造成這種嚴(yán)峻的形勢,除客觀原因外,主要是產(chǎn)

14、品的質(zhì)量、可靠性不過硬?！笆濉逼陂g,我國機(jī)械制造工業(yè)正朝著精密化、柔性化、集成化、自動(dòng)化、智能化方面迅速發(fā)展,國內(nèi)數(shù)控機(jī)床需求強(qiáng)勁,我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)適逢極好的發(fā)展機(jī)遇。然而,我國加入ＷＴＯ后,國外生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床將會更多的進(jìn)入我國市場,市場競爭更為激烈。提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場占有率,關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性。幾年來,經(jīng)過對國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)剖析和使用性能的調(diào)研,探索和總結(jié)了數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的新技術(shù)?，F(xiàn)時(shí)主要存在有以下幾個(gè)問

15、題：</p><p><b>　　1．缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模</b></p><p>　　2．缺乏發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系</p><p>　　3．缺乏技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新和產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在動(dòng)力</p><p>　　4．面臨國外強(qiáng)手競爭的巨大壓力</p><p><b>　　三．?dāng)?shù)控機(jī)床簡介&

16、lt;/b></p><p>　　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)控機(jī)床已成為現(xiàn)在機(jī)械制造業(yè)中的主要技術(shù)裝備。</p>

17、<p>　　四．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造</p><p>　　縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)原機(jī)床掛輪機(jī)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)

18、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)簡單,徑向尺寸小,可防止被聯(lián)接軸的位移和偏斜所帶來裝配困難和附加應(yīng)力。</p><p>　　改造后的數(shù)控機(jī)床應(yīng)有以下發(fā)展方向：單一的數(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，加工工藝更趨簡單化90%機(jī)床的檢測和監(jiān)控系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。<

19、;/p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類生活水平的提高，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品品種越來越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來越少，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?！笆濉逼陂g,我國機(jī)械制造行業(yè)必須瞄準(zhǔn)國際數(shù)控

20、機(jī)床發(fā)展的科學(xué)前沿,開拓創(chuàng)新,消化吸收國外先進(jìn)技術(shù),開創(chuàng)我國數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的新局面。</p><p><b>　　1總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1．1總體設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　數(shù)控車床的進(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),來實(shí)現(xiàn)刀架

21、的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車床精度檢驗(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。可以看出,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,位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求

22、。在數(shù)控車床進(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)書的要求。</p><p>　　1．1．1驅(qū)動(dòng)元件：</p><p>　　各種數(shù)控機(jī)床加工的對象不同，工藝要求不同，所以對進(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。</p>

23、<p>　?。?）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，減少廢品率；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。</p><p>　?。?

24、）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的響應(yīng)要快。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）低速大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn)，

25、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。</p><p><b>　　(一)元件選擇</b></p><p>　?。?）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)，交流伺服電動(dòng)機(jī)是目前常用的驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)是一種將電的脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，它能快速的啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；在一定頻率范圍內(nèi)各種運(yùn)動(dòng)方式都能任意的改變且不會失步，具有自整步的能

26、力；沒有一周累計(jì)誤差，所以定位精度很高；價(jià)格便宜。但由于步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)不如交，直流伺服電機(jī)，尤其是運(yùn)行的可靠性得不到保證，目前已使用的較少。</p><p>　?。?）直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，因此在對伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求較高的設(shè)備中，大都采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。但由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在著一些固有的缺點(diǎn)，如它的電刷和換向器易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)；換向器換向時(shí)會產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速

27、受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制；此外，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高，因此，現(xiàn)在已很少選用直流伺服電動(dòng)機(jī)。</p><p>　?。?）交流伺服電動(dòng)機(jī)則沒有直流伺服電動(dòng)機(jī)的上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流伺服電動(dòng)機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)上響應(yīng)更好。一般來說，在同樣的體積下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率可比直流伺服電動(dòng)機(jī)提高10%—70%，另外，交流伺服電動(dòng)機(jī)的容量也比直流伺服電動(dòng)機(jī)大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。因此，

28、本課題選用的是交流伺服電動(dòng)機(jī)。</p><p><b>　　1．1．2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　本課題選用的是滾珠絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副是一種新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的傳動(dòng)特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母之間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件。當(dāng)絲杠和螺母相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動(dòng)，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。</p><p>　　

29、由于滾珠絲杠螺母副屬于滾動(dòng)摩擦，故與普通滑動(dòng)螺母副相比有以下優(yōu)點(diǎn):（1）傳動(dòng)效率高?？蛇_(dá)90%--95%，是普通絲杠傳動(dòng)的2—4倍。</p><p>　?。?）因摩擦系數(shù)小，無自鎖現(xiàn)象，即運(yùn)動(dòng)有可逆性，一般需要制動(dòng)裝置。</p><p>　?。?）摩擦力小。因靜動(dòng)摩擦系數(shù)相差較小，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行，隨動(dòng)精度和定位精度高。</p><p>　?。?）滾珠絲杠

30、螺母副主要零件均經(jīng)過熱處理，其滾道表面的硬度值可達(dá)60—62HRC，因而耐磨性好，壽命長，精度穩(wěn)定性好。</p><p>　?。?）可消除軸向間隙和預(yù)緊，提高軸的剛度。</p><p>　　因?yàn)闈L珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副相比有這么多的優(yōu)點(diǎn)，因此，作者選用滾珠絲杠螺母副。</p><p><b>　　1．1．3聯(lián)軸器</b></p>

31、;<p>　　聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器之分，本課題選用的是ML-02型彈性膜片式聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器雖然結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但它無補(bǔ)償性能，不能緩沖減振，且對兩軸安裝精度要求較高，用于振動(dòng)很小的工況條件，聯(lián)接中，高速和剛性不大的且要求對中性較高的兩軸。彈性膜片式聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，且承載能力大，強(qiáng)度高，傳動(dòng)效率高，精度高，可用于高，低溫，高，中速，大轉(zhuǎn)矩和有油，水的場合，且可部分代替齒式聯(lián)軸器，工作溫度-

32、20--250℃。</p><p>　　ML-02型彈性膜片式聯(lián)軸器主要性能特點(diǎn)有:</p><p>　　定位方便可靠,相位可調(diào)；</p><p>　　無反向間隙,傳動(dòng)精度高,可不用鍵和錐銷,不須止推機(jī)構(gòu),傳遞扭矩大,能承受沖擊載荷和振動(dòng)；</p><p>　　可以反復(fù)裝卸,重復(fù)使用,不影響精度,拆裝方便；</p><p&

33、gt;　　可補(bǔ)償軸的角度偏差,偏心,軸向竄動(dòng).無噪音,無磨損,能量損失小。</p><p>　　1．1．4潤滑方式：</p><p>　　常用的潤滑方式大致有以下幾種：</p><p>　　手工加潤滑油或手工加潤滑脂進(jìn)行潤滑</p><p>　　手工潤滑是人工的分散潤滑方式，大多用于各種軸承，開式齒輪和鏈條等處。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于執(zhí)行，加

34、油次數(shù)和油量靠人工掌握。</p><p>　　2. 油池飛濺潤滑</p><p>　　油池飛濺潤滑常用在閉式齒輪箱內(nèi)，它依靠箱內(nèi)旋轉(zhuǎn)的齒輪或附加在軸上的甩油機(jī)件，將箱體內(nèi)底部的存油濺散到應(yīng)該潤滑的機(jī)件軸承，或其他應(yīng)該潤滑的位置上。有些軸承和潤滑點(diǎn)隱蔽在箱體內(nèi)部時(shí)，則通過油槽油路或油管油路進(jìn)行潤滑。</p><p><b>　　3.自動(dòng)送油潤滑 </

35、b></p><p>　　自動(dòng)送油潤滑主要是自動(dòng)送油裝置。它的形式較多，有簡單也有復(fù)雜，常常用在機(jī)床或其他設(shè)備的齒輪箱內(nèi)。自動(dòng)送油也可以采用潤滑油泵送油，但大多應(yīng)用于集中潤滑的系統(tǒng)內(nèi)，例如大量的潤滑點(diǎn)話潤滑部位，甚至整個(gè)車間的潤滑系統(tǒng)。</p><p>　　本課題選用的是TM型電動(dòng)潤滑器。TM型電動(dòng)潤滑器采用彈簧活塞式往復(fù)泵，由微型同步電機(jī)和集成減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，注油量可在0.

36、2—5毫升范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，注油周期時(shí)間可在6—145分鐘內(nèi)選擇，可實(shí)現(xiàn)對油罐液化的自動(dòng)監(jiān)測和報(bào)警，適用于中小型機(jī)床周期潤滑系統(tǒng)。該潤滑器配套安裝聯(lián)接件，計(jì)量件，配油管等附件后，可潤滑1-50個(gè)潤滑點(diǎn)，組成周期集中潤滑系統(tǒng)。</p><p>　　TM型電動(dòng)潤滑器由微型伺服電機(jī)經(jīng)蝸輪傳動(dòng)系統(tǒng)減速，與蝸輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪，帶動(dòng)擺桿上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞升起時(shí)，大氣將油罐內(nèi)的油液通過單向閥壓入油缸；壓縮彈簧使活塞復(fù)位，潤滑液通過出口

37、后進(jìn)入輸油管路中并到達(dá)各潤滑點(diǎn)。注油頻率由定時(shí)機(jī)確定。</p><p>　　潤滑器配有液位報(bào)警傳感器（低油位開關(guān)），在油罐潤滑液低于規(guī)定液位時(shí)，可自動(dòng)發(fā)出信號，以確定及時(shí)向油罐添加潤滑液。</p><p>　　TM型電動(dòng)潤滑器具有下列特點(diǎn)：</p><p>　　結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。</p><p>　　清潔安全，潤滑液經(jīng)精細(xì)過濾后輸出至各潤滑

38、點(diǎn)。</p><p>　　能按事先確定的注油周期輸供潤滑液。</p><p>　　潤滑液的流量可調(diào)，并能精確的控制。</p><p>　　潤滑時(shí)，無須中斷生產(chǎn)過程。</p><p>　　維護(hù)容易，經(jīng)濟(jì)耐用。</p><p>　　可以延長機(jī)器的壽命，對中小型機(jī)器更為理想。</p><p>　　1.

39、2 總體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定的CA6140經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及導(dǎo)軌潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案圖如圖1-2所示。該系統(tǒng)由MCS-51系列單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口，軟件環(huán)形分配器與放大控制功率伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車床的縱，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀架改成由微機(jī)控制的經(jīng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋

40、的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)和一個(gè)同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機(jī)。同時(shí)選用TM型電動(dòng)潤滑器，實(shí)現(xiàn)潤滑功能。</p><p>　　圖1-2 CA6140車床數(shù)控改造的總體方案示意圖</p><p>　　1．2．1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造:</p><p>　?。?）撤除原機(jī)床的進(jìn)

41、給箱，溜板箱,光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)及減速箱安裝在車床的床尾，并不占據(jù)絲杠空間。利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和重新配作銷釘安裝新設(shè)計(jì)的齒輪箱體;</p><p>　?。?）滾珠絲桿仍安置在原絲桿的位置,兩端仍采用原固定方式,為便于安裝滾珠絲桿螺母副,絲桿不是整體的,而是采用分體式,即用連接套筒剛性連接。由于采用了滾珠絲杠可提高系統(tǒng)的精度和縱向進(jìn)給整體剛度。</p

42、><p>　?。?）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)均由伺服電動(dòng)機(jī)、滾珠絲桿螺母副和中間傳動(dòng)齒輪副(一級傳動(dòng))組成。</p><p>　　2縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　縱向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇，伺服電機(jī)的選擇，繪制縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖，導(dǎo)軌潤滑機(jī)構(gòu)裝配圖以及各零件圖等。</p><p><b&

43、gt;　　2.1 已知條件</b></p><p>　　(1)、床身上最大回轉(zhuǎn)直徑:400mm;</p><p>　　(2)、加工最大工件長度:1000mm</p><p>　　(3)、快移速度:X軸 4m/min,Z軸 8m/min</p><p>　　(4)、定位精度:X軸 0.035mm, Z軸 0.04mm &l

44、t;/p><p>　　(5)、重復(fù)定位精度:X軸 0.0075mm, Z軸 0.01mm</p><p>　　(6)、數(shù)控車床工作臺質(zhì)量W:根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算W=120Kg;</p><p>　　2．2滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)中,滾珠絲杠副的作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),用較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得

45、很大的推力。滾珠絲杠副的傳動(dòng)是一種應(yīng)用較廣的機(jī)構(gòu),尤其是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)構(gòu)中,滾珠絲杠副的傳動(dòng)是最簡單、經(jīng)濟(jì)而又可靠的。所以滾珠絲杠副的選擇對整個(gè)機(jī)床的制造起著不可忽視的作用。滾珠絲杠副的精度是影響機(jī)床的定位精度及重復(fù)定位精度的最主要的因素。為了在機(jī)床的設(shè)計(jì)中更合理的選用滾珠絲杠副,使其充分發(fā)揮效能,必須進(jìn)行一系列的計(jì)算。</p><p>　　滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,因此滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠

46、副型號的選擇。一般情況下,設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí),已知條件為:最大工作負(fù)載Fd(或平均工作負(fù)載Fm)作用下的使用壽命,絲杠的工作長度(或螺母的有效行程),絲杠的轉(zhuǎn)速(或平均轉(zhuǎn)速),滾道的硬度及絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。</p><p>　　2.2.1 設(shè)計(jì)步驟</p><p><b>　　通常的設(shè)計(jì)步驟為:</b></p><p>　　A、計(jì)算作用在滾珠絲杠上的

47、最大動(dòng)載荷;</p><p>　　B、從滾珠絲杠列表指出相應(yīng)最大動(dòng)負(fù)載的近似值,并初選幾個(gè)型號;</p><p>　　C、根據(jù)具體工作要求，對于結(jié)構(gòu)尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面的要求，從初選的幾個(gè)型號中再挑出比較合適的直徑、導(dǎo)程、滾珠列數(shù)等，確定某一型號。</p><p>　　D、根據(jù)所選的型號,列出或計(jì)算出其主要參數(shù)的數(shù)值,計(jì)算傳動(dòng)效率,并驗(yàn)算剛度及穩(wěn)

48、定系數(shù)是否滿足要求。如不滿足要求,則另選其他型號,再作上述計(jì)算和驗(yàn)算,直至滿足要求為止。</p><p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算簡況</p><p>　?。?）選用CPG系列滾珠絲杠副。</p><p>　　CPG系列滾珠絲杠副主要參數(shù)的確定:</p><p>　　按預(yù)期壽命Ln及軸向載荷Fa進(jìn)行選擇:</p><p&g

49、t;　　Ln=(Ca/Fa)×106(轉(zhuǎn)) [2—1]</p><p>　　式中: Ca—額定動(dòng)載荷;</p><p>　　一般情況下Fa可以用平均軸向載荷Fm予以代替:</p><p>　　Fm=(2Fmax+Fmin)/3 [2—2]</p><p>

50、　　式中: Fmax—最大軸向載荷;</p><p>　　Fmin—最小軸向載荷。</p><p>　　Fmax=mg+F=120×9.8+3860=5036 [2—3]</p><p>　　Fmin=mg=120×9.8=1176 [ 2—4]</p><p>　　所以：Fm=(2F

51、max+Fmin)/3=3749N [2—5]</p><p>　　對于機(jī)車和精密機(jī)械通常取Ln=20×106(轉(zhuǎn))</p><p>　　則:： Ca=(20)1/3Fm=2.71Fm=10161N　　　 [2—6]</p><p>　　計(jì)算出Ca,可通過查表得到對應(yīng)的滾珠絲杠

52、副的尺寸,選取4006-6型號滾珠絲杠副,基本直徑為40mm,大徑位39.5mm,絲杠導(dǎo)程L0為6mm, 滾珠直徑為3.969mm, 滾珠列數(shù)為四列。</p><p>　　對選用的滾珠絲杠副的參數(shù)進(jìn)行核算</p><p>　　最大軸向壓縮載荷F:</p><p>　　對各種支承條件下所支承的最大軸向載荷,是否會超過臨界載荷而失去穩(wěn)定性,造成穩(wěn)定失效,因此對保持絲杠不

53、失去穩(wěn)定性的軸向壓縮載荷進(jìn)行驗(yàn)算。</p><p>　　滾珠絲杠受壓力作用后在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷Fc由下式計(jì)算:</p><p>　　Fc=m(d0-db)4/Ls2 [2—7]</p><p>　　式中:m為支承系數(shù);G-J形式:m=20×104(N/mm2);</p><

54、;p>　　d0為公稱直徑(mm);</p><p>　　db為滾珠直徑(mm);</p><p>　　Ls為絲杠軸的支承距離(mm)。</p><p>　　所以: Fc=20×104×(40-3.969)4/15772 =1.36×105 N [2—8]</p><p>　　則: Fc

55、/F＞［n］ F〈（1/4 Fc ）=3.4×104 N＞Fmax </p><p>　　式中: ［n］為許用穩(wěn)定安全系數(shù),當(dāng)絲杠垂直安置時(shí)［n］=2.5,水平安置時(shí)［n］=4;</p><p>　　F為最大軸向壓縮載荷。</p><p>　　由以上計(jì)算可知條件滿足。</p><p><b>　　極限轉(zhuǎn)速的計(jì)算:<

56、/b></p><p>　　為使絲杠副在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生共振現(xiàn)象,應(yīng)對其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速,以Nc表示:</p><p>　　Nc=121×106(d0-db)·K1/2/L2 =2.80×103 ［2-9］</p><p>　　式中: d0為公稱直徑(mm);<

57、/p><p>　　db為滾珠直徑(mm);</p><p>　　K為支承結(jié)構(gòu)系數(shù), G-J形式: K=2.5。</p><p><b>　　極限轉(zhuǎn)速n應(yīng)滿足:</b></p><p>　　n＜0.8 Nc=0.8×2.80×103=2.24×103r/min ［2-10］&

58、lt;/p><p>　　n0=v/(2π)=8000/(2π)=1.27×103r/min [2-11］</p><p>　　因?yàn)?n0＜n,所以條件滿足。</p><p>　　滾珠絲杠副的預(yù)加負(fù)載:</p><p>　　為了消除螺母與絲杠間的軸向間隙,提高滾珠絲杠副的剛度與定位精度,在絲杠螺母間施加負(fù)載

59、Fp,其預(yù)加負(fù)載的大小為:</p><p>　　Fp= Ca/10=1016N</p><p><b>　　臨界轉(zhuǎn)速的核算:</b></p><p>　　絲杠的名義直徑d0=40mm,nmax=vmax/L0=200r/min ［2-12］</p><p>　　查參考文獻(xiàn)［5］支承為“固定-自由”支承長度L=

60、1577mm, 查參考文獻(xiàn)［5］5.7-91,的交線點(diǎn)在d0=40mm左側(cè),所以安全。</p><p><b>　　效率計(jì)算:</b></p><p>　　查參考文獻(xiàn)［5］201頁上:</p><p>　　η=tanβ/tan(β+φ) ［2-13］</p><p>

61、　　式中: β—螺紋的螺旋升角,可參考文獻(xiàn)［5］5.7-41表,取β=3o3’;</p><p>　　φ—摩擦角, tanφ=0.003～0.004。</p><p>　　所以: φ=13’45’’</p><p>　　則: η=tan3o3’/ tan(3o3’+13’45’’)=93% ［2-14］</p><

62、;p><b>　　剛度檢驗(yàn):</b></p><p>　　查參考文獻(xiàn)［5］202頁上:</p><p>　　△=100F/(EA)+50T/(Πgjc),μm/m ［2-15］</p><p>　　式中: E—彈性摸量,E=2.1×102GPa;</p><p>　　F—工

63、作負(fù)載, F=5036 N ; </p><p>　　A—滾珠絲杠橫截面積, A=π/4·（d0-db）2=0.785×（40-3.969）2=10.19cm2;</p><p>　　db—滾珠直徑(mm);</p><p>　　G—切變模量，G=8.4×104GPa;</p><p>　　Jc—滾珠絲杠截面慣

64、性矩，Jc=2.27×10-7m4;</p><p>　　代入公式［21］得： △=8.03μm/m</p><p>　　查參考文獻(xiàn)［5］表5-10和表5-17，B級精度為40μm/300mm，七級精度△=15μm，八級精度△=30μm，所以FYND4006-6型絲杠的剛度是足夠的。</p><p>　　由于選用滾珠絲杠的直徑為40mm,支承方式為G-J型

65、，所以穩(wěn)定性不成問題。</p><p>　　2．3 伺服電機(jī)的選擇 </p><p>　　2．3．1選用螺桿驅(qū)動(dòng)方式的伺服電機(jī) </p><p>　　2．3．2求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩</p><p>　　TL=（F+μW）/η·D/2·1/G·9.8/100

66、 [3-1]</p><p>　　=(3860/9.8+0.15×120)/0.85·(P/2π)×(3/5)×(9.8/100)</p><p>　　=(3860/9.8+0.15×120)/0.85×(6/2π) ×(3/5)×(9.8/100)</p>

67、<p><b>　　=2.72 N·m</b></p><p>　　要求 TLTR </p><p>　　2．3．3求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性 </p><p>　　(JL不大于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的5倍)</p><p><b>　　·運(yùn)動(dòng)部的慣性</b><

68、;/p><p>　　JB=(1/G) 2·(πD4 A)/32×104 [3-2]</p><p>　　=(3/5) 2·(3.14×7.2×10-3×404×1.35)/32×104</p>&l

69、t;p>　　=0.88×10-4 Kg·m2</p><p><b>　　·工作慣性</b></p><p>　　JW =(1/G) 2·W/104·(D/2π)2 [3-3]</p>&

70、lt;p>　　=(3/5) 2·120/104·(6/2π) 2</p><p>　　=0.39×10 -4 Kg·m2</p><p>　　JL = JB+ JW =9.17×10 -4 Kg·m2 [3-4]

71、</p><p>　　2．3．4電機(jī)的假擬選定</p><p>　　從產(chǎn)品目錄中選出滿足上述(TL, JL,NP)條件的電機(jī), 假擬選用P20B10200D×S，2.0的交流伺服電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　2．3．5加減速力矩(Ta, Tb)的計(jì)算：</p><p><b>　　·加速力矩</b>&

72、lt;/p><p>　　Ta=2π（N1—N2）·（JL+ JM）/60·ta+ TL [3-5]</p><p>　　=2×3.14(4500-3000)(9.17+2.04) ×10 -4/(60·1/6)+ 2.72</p><p><b>　

73、　=3.78</b></p><p>　　Tb=2π（N1—N2）·（JL+ JM）/60·ta- TL [3-6]</p><p><b>　　=-1.66</b></p><p>　　2．3．6實(shí)際力矩的計(jì)算</p>&

74、lt;p>　　Trms= [3-7]</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=2.65</b></p><p>　　假擬選用的P20B10200D×S，2.0的交流伺服電動(dòng)機(jī)滿足上

75、述條件。</p><p>　　備注：標(biāo)注公式[2-1]--[2-15]出自參考文獻(xiàn)[5]</p><p>　　備注：標(biāo)注公式[3-1]--[3-7]出自參考文獻(xiàn)[6]</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　通過對CA6140經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及導(dǎo)軌潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造，使其尤其適合

76、我國機(jī)床擁有量大,生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。數(shù)控機(jī)床以伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行位置控制,減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),改善了傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,避免了多級傳動(dòng)帶來的累積誤差。經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實(shí)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制, 加工的零件精度高,尺寸一致性好,自動(dòng)化程度高,提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度.而且使用方便,改造費(fèi)用低，采用數(shù)控技術(shù)對企業(yè)原有機(jī)床進(jìn)行改造,即發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前工礦企業(yè)機(jī)床技術(shù)改造的有效途徑。當(dāng)然

77、，由于本人經(jīng)驗(yàn)有限，在設(shè)計(jì)與改造過程中難免有缺陷和欠慮的地方，有待今后不斷的提高與完善。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們受到了很大的啟發(fā)，學(xué)到了很多東西。在此要特別感謝我們的指導(dǎo)老師沙愛民工程師，她在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過程中為我們盡心盡力，排憂解難。讓我們進(jìn)一步學(xué)會了如何查閱文獻(xiàn)，如何分析處理設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題

78、，如何寫好論文、做好答辯等。當(dāng)然取得這樣的成績是多方面的：有學(xué)校圖書館為我們準(zhǔn)備的充足完備的專業(yè)資料；有計(jì)算機(jī)房通宵達(dá)旦的辛勤工作；有系領(lǐng)導(dǎo)給予的多方面的大力支持等等。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，請?jiān)试S我向他們表示衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 余良英. 機(jī)床數(shù)控技術(shù)改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，198

79、2</p><p>　　2 李峻勤 ,費(fèi)仁元. 數(shù)控機(jī)床及其使用與維修.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985</p><p>　　3 楊學(xué)桐 ,李冬茹. 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展舉措. 中國機(jī)械工程，1999（10） </p><p>　　徐亞明.大型數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.甘肅：機(jī)械制造，1998(6)</p><p>　　陳秀義，

80、施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).浙江：浙江大學(xué)出版社，1995（1）</p><p>　　徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001（2）</p><p>　　袁國定，朱洪海.機(jī)械制造基礎(chǔ).南京：東南大學(xué)出版社，2000（2）</p><p>　　鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理.南京：高等教育出版社，1995</p><p>　　王辰寶.機(jī)械加工工