【正文】 ............................................ 31 致 謝 ............................................................................................................................................. 31 參考文獻 ....................................................................................................................................... 33 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 1 緒論 序言 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù) ，是現(xiàn)代化工 業(yè)生產(chǎn)中一門新型的 ， 發(fā)展十分迅速的高新技術(shù) 。 確定 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng) 后 ， 詳細(xì)論述進給傳動系統(tǒng)各組成部 分 ， 以及各部分的計算和選用。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運動，完成工作臺在 X、 Y方向的直線移動。模塊化的 XY數(shù)控工作臺，通常由導(dǎo)軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構(gòu)成。 該設(shè)計 從確定小型數(shù)控 車 床的方案入 手 ， 設(shè)計 進給 系統(tǒng)的裝配圖和主要零件 圖 。 裝配圖 。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床。由于采用計算機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、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給 伺服驅(qū)動 裝置驅(qū)動 電機 或液壓執(zhí)行元件帶 動設(shè)備運行。但同時也要看到，我們國家的制造業(yè)和西方發(fā)達(dá)資本主義國家的制造業(yè)還有差距，而且在某種層度上說，差距還很大，這就要求我們國家還要付出更大的努力去提高我國的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位，使我國 的制造業(yè)對我國的經(jīng)濟發(fā)展能夠發(fā)揮更大的作用，為人民和人類帶來更大的幫助。傳統(tǒng)的機械加工都是用手工操作普通機床作業(yè)的，加工時用手搖動機械 刀具 切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產(chǎn)品的 精度 的。數(shù)控機床是集機械、電氣、 液壓 、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的 機電一體化 產(chǎn)品。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 設(shè)計主要任務(wù) 進給系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)是伺服進給系統(tǒng)的主要組成部分，主要由傳動機構(gòu)、運動變換機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、執(zhí)行件組成，它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及動力的執(zhí)行機構(gòu)。合理設(shè)計進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；完成進給部件（包含滾珠絲杠螺母副、燕尾槽導(dǎo)軌、導(dǎo)軌防護罩等）的結(jié)構(gòu)設(shè)計及總圖和零件圖；完成主傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算；完成二萬字的畢業(yè)論文及 5000字的譯文。但是最大進給速度要受到設(shè)備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。數(shù)控車床進給系統(tǒng)的機械主體部分直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，聯(lián)軸器，工作臺面。 它 是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。為提高傳動剛度和消除間隙，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。 滾動直線導(dǎo)軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。交流伺服電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。 工作臺草圖如上圖 21。 交流伺服電動機使用時，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。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(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， 運動控制系統(tǒng) 中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。 交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 下面是選擇電機時應(yīng)滿足的條件： （ 1）機床無負(fù)載 時，加在電動機上的力矩應(yīng)小于電動機的連續(xù)額定力矩的 50%一下。這樣我們只需計算加速力矩，并在允許時間內(nèi)核算力矩在電動機的機械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi)。 這里我們依據(jù)負(fù)載來選擇電動機。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。 無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸， F 值取決于工作臺的重量，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)計過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。其特點如下： 1）具有獨特的磁極形狀，使轉(zhuǎn)矩波動最小； 2）外面沒有機殼，定于鐵心直接在空氣中冷卻，這種結(jié)構(gòu)使電動機溫升能減到最低； 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構(gòu)，在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電動機體積小而且重量輕； 5）由于采用高頻脈寬調(diào)制控制，電動機只有很低的噪聲和振動。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)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。滾動絲杠螺母機構(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，剛性較差。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲桿剛性較好。 （ 4）絲桿固定、螺母傳動并 移動。 滾珠絲杠副特點 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構(gòu)，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動元件 — 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運動 ,所以能得到較高的運動效率。 滾珠絲杠副是用 日本 制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對溫度、濕度進行了嚴(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 ,進而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 ,在實際用于機械裝置等時 ,由于滾珠的斥徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 力可使絲母部的剛性增強 )。我國生產(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、檢驗均比較困難，故加工成本較高。 （ 4）防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。設(shè)計細(xì)長絲杠時，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。 （ 7）合理潤滑是減小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、提高傳動效率、延長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,否則無法裝配螺母。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 可實現(xiàn)定量調(diào)整即可進行精密微調(diào)，使用中調(diào)整方便。 根據(jù)防塵防護條件以及對調(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 (論文 ) 15 絲杠不會發(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 ,不會失穩(wěn) （ 2）速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需驗算其不會發(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 所以絲杠不會發(fā)生共振。 (5)效 率驗算 見式 ()： 39。密封可分為靜密封和動密封兩大類。動密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。根據(jù)潤滑膜壓力的產(chǎn)生方式不同又可分為流體動壓潤滑（靠摩擦表面的幾何形狀和相對運動由粘性流體的動力作用產(chǎn)生 壓力平衡 外載荷 )和流體靜壓潤滑 (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 潤滑 ， 摩擦表面間存在一層薄膜 (邊界膜 )時的潤滑狀態(tài)；它可分為吸附膜（潤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的情況，當(dāng)熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動，安裝時應(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)計時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)滾動軸承。舉例如下： （ 1）深溝球軸承。因此在輕載時應(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，支承剛度很大，但極限轉(zhuǎn)速較低，運動造勢較大。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 軸承配合與潤滑 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下 ： （ 1） 減少摩擦及摩損。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，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 (論文 ) 20 潤滑有可以簡化軸承周圍結(jié)構(gòu)的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。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，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 （ 4） 非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 在轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)時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、輕載和常溫的場合 （ 5） 金屬彈性元件的撓性聯(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合。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 聯(lián)軸器基本要求 在選擇標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器時應(yīng)根據(jù)使用要求和工作條件 ,如承載能力 ,轉(zhuǎn)速 ,兩軸相對位移 ,緩沖吸振以及裝拆 ,維修更換易損元件等綜合分析來確定。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)工作機的轉(zhuǎn)速高低 ,對于需告訴運轉(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)生的振動和躁聲 ,增加相關(guān)元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動質(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)軸器選購方便，價格比自行設(shè)計的非標(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 特點及應(yīng)用說明 固定式 套筒聯(lián)軸器 圓錐銷 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)簡單，制造容易，徑 向尺寸小，成本低。當(dāng)兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度。 初選 d=12mm 的 圓錐銷套筒聯(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 （ 2個） 12 22 40 8 224? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 聯(lián)軸器校核 轉(zhuǎn)矩校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計算公式 見式 ()： 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 — — 計算轉(zhuǎn)矩