【正文】 照程序邏輯，一步步處理生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)床 。 制造業(yè)是作為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家或一個(gè)民族的科技實(shí)力，是一個(gè)時(shí)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最明顯的突出體現(xiàn)。 數(shù)控車(chē)床、 車(chē)削中心 ，是一種高精度、高效率的自動(dòng)化 機(jī)床 ?，F(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機(jī)床進(jìn)行作業(yè)了，數(shù)控機(jī)床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動(dòng)對(duì)任何產(chǎn)品和零部件直接進(jìn)行加工了。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被加工工件的最終 位置精度和輪廓精度都與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)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(jì) (論文 ) 3 2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 概述 主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度，沒(méi)有定值，通常是靠經(jīng)驗(yàn)值來(lái)設(shè)置，主要根據(jù)刀具和工件材料來(lái)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(dòng)裝置的保護(hù)性，X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器，同時(shí)可選配在工作臺(tái)的兩端配有限位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，部分工作臺(tái)的配有原點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)光，并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制，原點(diǎn)開(kāi)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(jī)械都是從車(chē)床引伸出來(lái)的 ， 普通機(jī)床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。 按其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能角度看主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、傳動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。 （ 2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度要求高。電動(dòng)機(jī)利用通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象而制成的。 伺服電機(jī)設(shè)計(jì) 伺服電機(jī)概述 交流伺服電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)很快就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。隨著全數(shù)字式 交流伺服系統(tǒng) 的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。 1)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該在電動(dòng)機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩的范圍以內(nèi)； 2)工作負(fù)載與過(guò)載時(shí)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(shí)間常數(shù)一樣； 下表 22 為交流伺服電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)例： 表 22 交流伺服電動(dòng)機(jī)特性舉例 電動(dòng)機(jī) 特性 SM 型伺服電機(jī) IM 型伺服電機(jī) 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(dòng)慣量 / ）（ 2mkg? ?? ?? 功率變化率 / )sk 1??W（ 12 16 伺服電機(jī)選擇 伺服電機(jī)選擇原則 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)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(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)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(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（ FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。否則，在切削或加速 /減速時(shí)電動(dòng)機(jī)就可能過(guò)熱。 （ 3）頻繁地定位和加 /減速會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，此時(shí)需要計(jì)算出電動(dòng)機(jī)承受的力矩的均方根值 Trms，使其小于電動(dòng)機(jī)的額定力矩 Tc。 伺服電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)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(fèi)的現(xiàn)象。對(duì)于水平工作臺(tái)， F 值可按下式計(jì)算 : W—— 工作臺(tái)與工件重量 =60kg ? —— 滑動(dòng)表面摩擦系數(shù) = ? —— 驅(qū)動(dòng)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(dòng)表面上工作臺(tái)上收到的力 =30kgf （設(shè) fT =2kgf? cm=? m） 不切削時(shí) 見(jiàn)式 ()： ）fg( ?? WF ? 式（ ） )5060( ????F kgf ）（（ ) ???? ?T m0 . 1 Ncmk g ???? 切削時(shí) 見(jiàn)式 ()： ）（ cfC fg FWFF ???? ? 式（ ） )305060( ?????F kgf57? 2)( ????? ?）（T m1mk g f10 ???? N 為滿足運(yùn)行條件，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動(dòng)機(jī)，其負(fù)載力矩在不切削時(shí)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(jì) (論文 ) 9 伺服電機(jī)選擇 綜上所述，選擇 FANUC 系列交流伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 FANUC40 該類(lèi)型伺服電動(dòng)機(jī)是由日本法納克公司為滿足 CNC 機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的需要開(kāi)發(fā)的，這種伺服交流電動(dòng)機(jī)都是永磁式同步型伺服電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)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(hào)） 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(dòng)慣量(kg/ 2m ) 機(jī)械時(shí)間常數(shù) (ms) 熱時(shí)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)?扭矩 轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn) 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(guò)程結(jié)束后通過(guò)螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。 絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦之分。但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高，因此選用滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。因此只適合用于行程較小的場(chǎng)合。適用于工作行程較大的場(chǎng)合。該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副 相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3。 (3)微進(jìn)給可能 。 (5)高速進(jìn)給可能 。滾道形面和滾珠接觸點(diǎn)之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱(chēng)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(jì) 設(shè)計(jì)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(guò)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(jī)械部件工作時(shí)產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長(zhǎng)。 （ 6）防護(hù)與密封：塵埃和雜質(zhì)進(jìn)入滾道會(huì)妨礙滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)流暢，會(huì)加速滾動(dòng)體與滾道的磨損，使?jié)L動(dòng)螺旋副喪失精度。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動(dòng)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(jì) (論文 ) 13 初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見(jiàn)下表： 表 25 初選滾珠絲桿副參數(shù) 公稱(chēng)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(zhǎng)度： 初選 X 方向絲杠的工作長(zhǎng)度為 410mm 初選 Y 方向絲杠的工 作長(zhǎng)度為 460mm 滾珠絲杠的工作載荷計(jì)算公式 見(jiàn)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(dòng)載荷值 Ca? 計(jì)算 見(jiàn)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(dòng)載荷 Ca 等于或稍大于 Ca? 的原則，查表選以下型號(hào)規(guī)格： Ca=5011N 公稱(chēng)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(jiǎn)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(shí)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(guò)程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，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(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)導(dǎo)程的變形量為 見(jiàn)式 ()： 20 2 CpF pTL EA GJ?? ?? ? 式（ ） 式中， A 為絲杠截面積 見(jiàn)式 ()： A ? ?；221 md41?? 式（ ） CJ 為絲杠的極慣性矩 見(jiàn)式 ()： ? ?；441 md321 ??CJ 式（ ） G 為絲杠切變模量，對(duì)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(lèi)。按 密封件與其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jì) (論文 ) 17 位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱(chēng)為機(jī)械密封。潤(rùn)滑可以延長(zhǎng)機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)中，構(gòu)件的固定和支撐有很多種，各種又各有各的特點(diǎn)。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(jì) (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(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠 ，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。滾動(dòng)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(lèi)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(jì) (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(dòng)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(rùn)滑方法，分為脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑。 滾動(dòng)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(lèi)型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。一般動(dòng)力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。 （ 2） 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被聯(lián) 兩軸軸線相對(duì)偏移的能力，最大量隨型號(hào)不同而異。 （ 6） 安全聯(lián)軸器 ：在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷(xiāo)釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。具體選擇 時(shí)可順序考慮以下幾點(diǎn)。對(duì)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(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)適應(yīng)性較大。 (7)聯(lián)軸器的制造 ,安裝和維護(hù)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(hù)以降低經(jīng)常費(fèi)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(jī)械產(chǎn)品軸系傳動(dòng)的工作性能、可靠性、使用壽命、振動(dòng)、噪聲、節(jié)能、傳動(dòng)效率、傳動(dòng)精度、經(jīng)濟(jì)性等一系列問(wèn)題，也關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。但裝拆時(shí)需沿軸向移動(dòng)較大的 距離。 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （ HG5— 213— 1965）