【正文】 ............................................ 31 致 謝 ............................................................................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 33 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 序言 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù) ，是現(xiàn)代化工 業(yè)生產(chǎn)中一門(mén)新型的 ， 發(fā)展十分迅速的高新技術(shù) 。 確定 數(shù)控車(chē)床數(shù)控系統(tǒng) 后 ， 詳細(xì)論述進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)各組成部 分 ， 以及各部分的計(jì)算和選用。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在 X、 Y方向的直線移動(dòng)。模塊化的 XY數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。 該設(shè)計(jì) 從確定小型數(shù)控 車(chē) 床的方案入 手 ， 設(shè)計(jì) 進(jìn)給 系統(tǒng)的裝配圖和主要零件 圖 。 裝配圖 。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成，處理生成的微觀指令傳送給 伺服驅(qū)動(dòng) 裝置驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 或液壓執(zhí)行元件帶 動(dòng)設(shè)備運(yùn)行。但同時(shí)也要看到，我們國(guó)家的制造業(yè)和西方發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家的制造業(yè)還有差距，而且在某種層度上說(shuō)，差距還很大，這就要求我們國(guó)家還要付出更大的努力去提高我國(guó)的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位，使我國(guó) 的制造業(yè)對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展能夠發(fā)揮更大的作用，為人民和人類帶來(lái)更大的幫助。傳統(tǒng)的機(jī)械加工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的，加工時(shí)用手搖動(dòng)機(jī)械 刀具 切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測(cè)量產(chǎn)品的 精度 的。數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、 液壓 、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的 機(jī)電一體化 產(chǎn)品。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 設(shè)計(jì)主要任務(wù) 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的主要組成部分，主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件組成，它是實(shí)現(xiàn)成形加工運(yùn)動(dòng)所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。合理設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；完成進(jìn)給部件（包含滾珠絲杠螺母副、燕尾槽導(dǎo)軌、導(dǎo)軌防護(hù)罩等）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及總圖和零件圖；完成主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；完成二萬(wàn)字的畢業(yè)論文及 5000字的譯文。但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺(tái)面。 它 是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。普通車(chē)床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器連接。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副動(dòng)靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動(dòng)性極好。交流伺服電動(dòng)機(jī)主要由一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。 工作臺(tái)草圖如上圖 21。 交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓 Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較 。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)， 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。 下面是選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)滿足的條件： （ 1）機(jī)床無(wú)負(fù)載 時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的力矩應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定力矩的 50%一下。這樣我們只需計(jì)算加速力矩，并在允許時(shí)間內(nèi)核算力矩在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi)。 這里我們依據(jù)負(fù)載來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。 無(wú)論是否在切削，是垂直軸還是水平軸， F 值取決于工作臺(tái)的重量，摩擦系數(shù)， F 值還與平衡錘有關(guān)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。其特點(diǎn)如下： 1）具有獨(dú)特的磁極形狀，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小； 2）外面沒(méi)有機(jī)殼，定于鐵心直接在空氣中冷卻，這種結(jié)構(gòu)使電動(dòng)機(jī)溫升能減到最低； 3）具有高的轉(zhuǎn)矩 /慣量比，能承受高的加減速； 4）由于采用了集中磁力線機(jī)構(gòu)，在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電動(dòng)機(jī)體積小而且重量輕； 5）由于采用高頻脈寬調(diào)制控制，電動(dòng)機(jī)只有很低的噪聲和振動(dòng)。由于具有很小的 摩擦阻力 ，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有 2 列、 3 列、 4 列、 5 列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有 圈、 圈和 圈等幾種。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高。但其軸向尺寸不已太長(zhǎng)，剛性較差。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。 （ 4）絲桿固定、螺母?jìng)鲃?dòng)并 移動(dòng)。 滾珠絲杠副特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件 — 滾珠。 由于 滾珠絲杠副 的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。 滾珠絲杠副是用 日本 制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使 軸向間隙 達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力 ,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) ,由于滾珠的斥徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。我國(guó)生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。由于單圓弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡(jiǎn)單， 故容易得到較高的加工精度。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗(yàn)均比較困難，故加工成本較高。 （ 4）防止熱變形：熱變形對(duì)精密螺旋傳動(dòng)的定位精度有著重要的影響。設(shè)計(jì)細(xì)長(zhǎng)絲杠時(shí)，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 （ 7）合理潤(rùn)滑是減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、提高傳動(dòng)效率、延長(zhǎng)螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。 （ 8）用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 d2,否則無(wú)法裝配螺母。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào)，使用中調(diào)整方便。 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 22()acr EIF l??? 式（ ） 其中 E=206Gpa L= 44 841 1064 64a dIm?? ?? ? ? ? 式（ ） 取23? ? 則2 9 8 52206 10 10 102( )3crFN? ?? ? ?? ? ?? 安全系數(shù)5 1 10crmFS F ?? ? ?? 式（ ） 由 [S]=，顯然 S[S]成立，故絲杠是安全的 ,不會(huì)失穩(wěn) （ 2）速長(zhǎng)絲杠工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 — 臨界轉(zhuǎn)速 crn ，要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 crn?maxn ? ? m i n/32uldf5011n22212ccr ??????? ????? 式（ ） 所以 crn?maxn 所以絲杠不會(huì)發(fā)生共振。 (5)效 率驗(yàn)算 見(jiàn)式 ()： 39。密封可分為靜密封和動(dòng)密封兩大類。動(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。根據(jù)潤(rùn)滑膜壓力的產(chǎn)生方式不同又可分為流體動(dòng)壓潤(rùn)滑（靠摩擦表面的幾何形狀和相對(duì)運(yùn)動(dòng)由粘性流體的動(dòng)力作用產(chǎn)生 壓力平衡 外載荷 )和流體靜壓潤(rùn)滑 (由外部將一定壓力的流體送入摩擦表面間 ， 靠流體的靜壓平衡外載荷）兩種 ； 邊界摩擦 潤(rùn)滑 ， 摩擦表面間存在一層薄膜 (邊界膜 )時(shí)的潤(rùn)滑狀態(tài)；它可分為吸附膜（潤(rùn)滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜，包括物理吸附膜和化學(xué)吸附膜）和 化學(xué)反應(yīng) 膜（潤(rùn)滑油中的添加劑與金屬表面起化學(xué)作用生成能承受較大載荷的表面膜）兩類。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。防護(hù)套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。因此，滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高。此種方式用于絲杠較長(zhǎng)的情況，當(dāng)熱變形造成絲杠伸長(zhǎng)時(shí)，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動(dòng)，安裝時(shí)應(yīng)注意使推力軸承端遠(yuǎn)離熱源及絲杠的常用段，以減少絲杠熱變形的影響。它的兩端均采用雙重支撐并施加預(yù)緊，使絲桿具有較大的剛度，這種方式還可使絲杠 的溫度變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計(jì)時(shí)要求提高推力軸承的承載能力和支撐剛度。滾珠絲杠一般配用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承。舉例如下： （ 1）深溝球軸承。因此在輕載時(shí)應(yīng)用廣泛。 （ 3）圓錐滾子軸承。推力軸 承一般軸向承載能力很強(qiáng)，支承剛度很大，但極限轉(zhuǎn)速較低，運(yùn)動(dòng)造勢(shì)較大。該軸承的 數(shù)據(jù)表 210： 表 27 角接觸軸承的數(shù)據(jù) d(mm) D(mm) B(mm) minad(mm) maxaD(mm) maxar(mm) 2d (mm) 2D (mm) minr (mm) rC (kN) orC (kN) 15 32 9 軸承配合與潤(rùn)滑 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤(rùn)滑效用如下 ： （ 1） 減少摩擦及摩損。相反地，油粘度低，潤(rùn)滑油膜厚度不好，則縮短。 （ 4） 也有防止異物侵入軸承內(nèi)部，或防止生銹、腐蝕之效果。但是，脂徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 潤(rùn)滑有可以簡(jiǎn)化軸承周?chē)Y(jié)構(gòu)的特長(zhǎng)，將脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑的利弊比較。軸承外圈 與座孔一般選用 J K MH7 等較松的配合。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸聯(lián)接。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對(duì)偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 （ 4） 非金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器 在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時(shí)有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬 （橡膠、尼龍等）彈性元件強(qiáng)度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場(chǎng)合 （ 5） 金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場(chǎng)合。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 聯(lián)軸器基本要求 在選擇標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件 ,如承載能力 ,轉(zhuǎn)速 ,兩軸相對(duì)位移 ,緩沖吸振以及裝拆 ,維修更換易損元件等綜合分析來(lái)確定。這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇 ,是選型的首要依據(jù)之一。 (3)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速高低 ,對(duì)于需告訴運(yùn)轉(zhuǎn)的兩軸連接 ,應(yīng)考慮選擇聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)具有高平衡精度特性 ,以消除離心力而產(chǎn)生的振動(dòng)和躁聲 ,增加相關(guān)元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動(dòng)質(zhì)量和使用壽命。 (6)聯(lián)軸器的可靠性 ,使用壽命和工作環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器選購(gòu)方便，價(jià)格比自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器要便宜很多。 表 28 聯(lián)軸器性能 類別 聯(lián)軸器名稱 轉(zhuǎn)矩范圍 軸徑范圍 mm 最高轉(zhuǎn)速r/min 特點(diǎn)及應(yīng)用說(shuō)明 固定式 套筒聯(lián)軸器 圓錐銷(xiāo) 3~4000 平鍵 71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵 150~12500 4~100 20~100 10~35 25~102 一般小于等200~250 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，徑 向尺寸小，成本低。當(dāng)兩軸對(duì)中精度較低時(shí)，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動(dòng)，高速傳動(dòng)時(shí)需要有高的對(duì)中和制造精度。 初選 d=12mm 的 圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器，其具體數(shù)據(jù)如下表 212： 表 29 d=12mm 的圓錐銷(xiāo)套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱轉(zhuǎn)矩（ N?m） D L l C 圓錐銷(xiāo) （ 2個(gè)） 12 22 40 8 224? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 聯(lián)軸器校核 轉(zhuǎn)矩校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式 見(jiàn)式 ()： n9550 PKTKT AAC ???? 式（ ） 式中： K—— 工作情況系數(shù) P—— 輸出功率（ kw） T—— 理論轉(zhuǎn)矩 CT — — 計(jì)算轉(zhuǎn)矩