【正文】 照程序邏輯，一步步處理生產(chǎn)過程的機床 。 制造業(yè)是作為衡量一個國家經(jīng)濟的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了一個國家或一個民族的科技實力，是一個時代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最明顯的突出體現(xiàn)。 數(shù)控車床、 車削中心 ，是一種高精度、高效率的自動化 機床 ?，F(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機床進行作業(yè)了，數(shù)控機床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動對任何產(chǎn)品和零部件直接進行加工了。是機械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。由于數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象，被加工工件的最終 位置精度和輪廓精度都與進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性有關(guān)。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 2 進給系統(tǒng)設(shè) 計 總體方案設(shè)計 概述 主軸轉(zhuǎn)速與進給速度，沒有定值，通常是靠經(jīng)驗值來設(shè)置，主要根據(jù)刀具和工件材料來選擇。刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容。電氣部分的關(guān)聯(lián)性及傳動裝置的保護性，X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關(guān)，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點開關(guān)的位置可以打距離的調(diào)節(jié)。銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機械都是從車床引伸出來的 ， 普通機床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。 按其實現(xiàn)系統(tǒng)功能角度看主要包括動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)。 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。 （ 2）導(dǎo)向機構(gòu)采用滾動直線導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。 伺服電機設(shè)計 伺服電機概述 交流伺服電動機 的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動機很快就會轉(zhuǎn)動起來。隨著全數(shù)字式 交流伺服系統(tǒng) 的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。 1)在整個調(diào)速范圍內(nèi)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該在電動機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩的范圍以內(nèi)； 2)工作負(fù)載與過載時間應(yīng)該在規(guī)定的范圍以內(nèi)； 3)應(yīng)使加速度與希望的時間常數(shù)一樣； 下表 22 為交流伺服電動機的特性實例： 表 22 交流伺服電動機特性舉例 電動機 特性 SM 型伺服電機 IM 型伺服電機 輸出功率 /W 1100 1100 峰值電流（ A/相 ) 峰值電壓（ V/相） 功率因素 /% 功率 /% 電阻 /? 感應(yīng)電壓常數(shù)/ )]min([ 1??? rmV 100 100 轉(zhuǎn)動慣量 / ）（ 2mkg? ?? ?? 功率變化率 / )sk 1??W（ 12 16 伺服電機選擇 伺服電機選擇原則 步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代 數(shù)字控制技術(shù) 有著本質(zhì)的聯(lián)系。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（ FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。否則，在切削或加速 /減速時電動機就可能過熱。 （ 3）頻繁地定位和加 /減速會使電動機發(fā)熱，此時需要計算出電動機承受的力矩的均方根值 Trms，使其小于電動機的額定力矩 Tc。 伺服電機設(shè)計計算 步進電機一般不具有過載能力。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。對于水平工作臺， F 值可按下式計算 : W—— 工作臺與工件重量 =60kg ? —— 滑動表面摩擦系數(shù) = ? —— 驅(qū)動系統(tǒng)的效率 = Fg—— 鑲條鎖緊力 =5kgf CF —— 反切削力 =50kgf cfF —— 由切削力矩引起的滑動表面上工作臺上收到的力 =30kgf （設(shè) fT =2kgf? cm=? m） 不切削時 見式 ()： ）fg( ?? WF ? 式（ ） )5060( ????F kgf ）（（ ) ???? ?T m0 . 1 Ncmk g ???? 切削時 見式 ()： ）（ cfC fg FWFF ???? ? 式（ ） )305060( ?????F kgf57? 2)( ????? ?）（T m1mk g f10 ???? N 為滿足運行條件，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動機，其負(fù)載力矩在不切削時應(yīng)大于 ? m，最高轉(zhuǎn)速應(yīng)小于 20xxr? 1min 。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 伺服電機選擇 綜上所述，選擇 FANUC 系列交流伺服電動機，電動機的型號為 FANUC40 該類型伺服電動機是由日本法納克公司為滿足 CNC 機床和工業(yè)機器人的需要開發(fā)的，這種伺服交流電動機都是永磁式同步型伺服電動機，其特點都是定子為三相繞組，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵。 表 23FANUC40 的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號） 輸出功率（ KW） 額定轉(zhuǎn)矩（ Nm） 最大轉(zhuǎn)矩(Nm) 最高轉(zhuǎn)速(r/min) 轉(zhuǎn)動慣量(kg/ 2m ) 機械時間常數(shù) (ms) 熱時間常數(shù)(min) 質(zhì)量(kg) 40 3000 ? 11 15 滾珠絲杠副介紹 滾珠絲杠副概述 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動 轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)?扭矩 轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點 常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。 （ 1） 外循環(huán)外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環(huán)。 絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦之分。但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高，因此選用滾動絲杠螺母機構(gòu)。因此只適合用于行程較小的場合。適用于工作行程較大的場合。該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用極不方便，故很少應(yīng)用。滾珠絲杠螺母機構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。與過去的滑動絲杠副 相比驅(qū)動力矩達到1/3 以下 ,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。 (3)微進給可能 。 (5)高速進給可能 。滾道形面和滾珠接觸點之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角，一般為 45 度。單圓弧形面的滾道圓弧半徑R 稍大于滾珠半徑。 滾珠絲杠副 設(shè)計 設(shè)計滾珠絲杠副原理 （ 1）為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應(yīng)使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機械部件工作時產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。 （ 6）防護與密封：塵埃和雜質(zhì)進入滾道會妨礙滾動體運動流暢，會加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動噪聲和沖 洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見下表： 表 25 初選滾珠絲桿副參數(shù) 公稱直徑 /mm 導(dǎo)程 /mm 余量 /mm 節(jié)距 /mm 25 5 20 8 根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度： 初選 X 方向絲杠的工作長度為 410mm 初選 Y 方向絲杠的工 作長度為 460mm 滾珠絲杠的工作載荷計算公式 見式 ()： MAHFC KKKKF ? 式（ ） 由條件，取 FK =，取 HK =， 取 D 精度，取 AK =， X 方向絲杠工作載荷： XF = 600=864N Y 方向絲杠工作載荷 ： YF = 600=864N 額定動載荷值 Ca? 計算 見式 ()： 導(dǎo)程初選為 5mm，則 m in/r2 0 05/1 0 0 0n m ?? m in/r20xx5/10000n m a x ?? Ca? = 34hmC nF ?L=864 ???? 3 16000200 5011N 式（ ） 根據(jù) Ca? 值選擇滾珠絲杠副 ， 假設(shè)選用按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca 等于或稍大于 Ca? 的原則，查表選以下型號規(guī)格： Ca=5011N 公稱直徑 D=25mm 導(dǎo)程 P=5mm 螺旋角 833 ??。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當(dāng)困難。 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 結(jié)構(gòu)簡單剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。例如，當(dāng)允許有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必需有預(yù)緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預(yù)緊力時，可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。 （ 3）此外滾珠絲杠副還受 Dn 值的限制，通常要求： Dn 4107?? mm/min Dn=25 m in/mm105m in/mm200 3??? min/mm107 4? (4)滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T(N?m)共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形量為 見式 ()： 20 2 CpF pTL EA GJ?? ?? ? 式（ ） 式中， A 為絲杠截面積 見式 ()： A ? ?；221 md41?? 式（ ） CJ 為絲杠的極慣性矩 見式 ()： ? ?；441 md321 ??CJ 式（ ） G 為絲杠切變模量，對鋼 G= a。39。靜密封主要有墊密封、 密封膠 密封和直接接觸密封三大類。按 密封件與其作相對運動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機械密封。潤滑可以延長機器設(shè)備的壽命，提高精度、節(jié)約能源。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或 尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。 滾軸絲杠副支撐選擇 及軸承選用 支撐方式選擇 在機械設(shè)計中，構(gòu)件的固定和支撐有很多種，各種又各有各的特點。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 圖 23 支撐方式 (a)一端裝推力軸承。 (c)兩端裝推力軸承。 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給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠 ，這種配置方式可對絲桿進行預(yù)拉伸。滾動軸承已標(biāo)準(zhǔn)化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類型。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 （ 2）雙列向心短圓柱滾子軸承。圓錐滾子軸承由內(nèi)圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。 考慮到輕載，初選 。在構(gòu)成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 （ 3） 排出摩擦熱、冷卻。 軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。 滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)呐浜?，以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度和 軸承的周向固定。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質(zhì)；軸承類型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。 （ 2） 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補償被聯(lián) 兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 （ 6） 安全聯(lián)軸器 ：在結(jié)構(gòu)上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。具體選擇 時可順序考慮以下幾點。對于載荷平穩(wěn)的 ,則可選用剛性聯(lián)軸器 ,否則宜選用彈性聯(lián)軸器。其中膜片聯(lián)軸器對高速運轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大。 (7)聯(lián)軸器的制造 ,安裝和維護的成本 ,在滿足使用要求的條件下 ,應(yīng)使選擇的聯(lián)軸器成本低 ,不需維護以降低經(jīng)常費用。在眾多的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器中，正確選擇適合自己需要的最佳聯(lián)軸器，關(guān)系到機械產(chǎn)品軸系傳動的工作性能、可靠性、使用壽命、振動、噪聲、節(jié)能、傳動效率、傳動精度、經(jīng)濟性等一系列問題，也關(guān)系到機械產(chǎn)品的質(zhì)量。但裝拆時需沿軸向移動較大的 距離。 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （ HG5— 213— 1965）