【文章內(nèi)容簡介】 ：mm平均轉(zhuǎn)速：nav=100045%+5035%+10020%=根據(jù)物理學知識，在去路和回路的加減速階段，滾珠絲杠承受較大軸向力。一共可以分為四個過程：去路加速軸向負荷：Fa1=μm1+m2g+f+m1+m2a=4000+35+4000=去路減速軸向負荷：Fa2=μm1+m2g+fm1+m2a回路加速軸向負荷：Fa3=Fa1回程減速軸向負荷小于去路等速軸向負荷，故不作考慮。綜上可得，最大軸向力Fmax==查閱相關(guān)文獻，滾珠絲杠壽命的表示方法有兩種：以圈數(shù)計：L=(CFa)3106其中，C為額定動載荷（kgf）以回轉(zhuǎn)次數(shù)換算成小時：Lh=Lnav60由此可以推算出當量載荷C=Fa3(L/106)=310560106=查閱相關(guān)技術(shù)手冊，參考滾珠絲杠選型為HIWIN FSV 8010B3。 Z軸導軌及滾珠絲杠的選型與計算基本條件主軸箱質(zhì)量：m1=3000Kg行程長度：L=1000mm快移速度：10m/min=加、減速時間：t=加速度：a=V/t=使用壽命：100000h導軌面摩擦系數(shù)：μ= 無負荷時：f=35N導軌設計：圖33 導軌垂直放置受力計算P1~P4=W?h2d=3=C=P360LhVe50103=360100000250103=C0=fSLP=4=參考導軌型號為HIWIN HGL 45HA滾珠絲杠的設計：導程計算：平均轉(zhuǎn)速：nav=100030%=300rpm由Y軸滾珠絲杠計算經(jīng)驗，容易算出上升加速時有最大軸向負荷：Fa1=mg+ma=3000+3000=32700N=查閱相關(guān)文獻，滾珠絲杠壽命的表示方法有兩種：以圈數(shù)計：L=(CFa)3106其中，C為額定動載荷（kgf）以回轉(zhuǎn)次數(shù)換算成小時：Lh=Lnav60由此可以推算出當量載荷C=Fa3(L/106)=310530060106=查閱相關(guān)技術(shù)手冊，參考滾珠絲杠選型為HIWIN FSV 8012B3。圖34滾珠絲杠示例圖圖35導軌示例圖 滾動導軌和滾珠絲杠的安裝及使用注意事項：滾動導軌：（1）小心輕拿輕放，避免磕碰以影響導軌副的直線精度。不允許將滑塊拆離導軌或超過行程又推回去。（2）正確區(qū)分基準導軌副與非基準導軌副。（3）認清導軌副安裝時所需的基準側(cè)面。（4）當使用接長導軌時，采用同一套導軌副編同一英文大寫字母，連續(xù)阿拉伯數(shù)字表示連接順序，對接端頭由同一阿拉伯數(shù)字相連。（5）緊固螺栓時，建議采用恒扭矩扳手并按規(guī)定推薦扭矩值進行。（6）滾動直線導軌副的防護與潤滑：要注意工作環(huán)境與裝配過程中的清潔，不能有鐵屑、雜質(zhì)、灰塵等粘附在導軌副上。若工作環(huán)境有粉塵時，除利用導軌的密封外，還應考慮增加防塵裝置。潤滑的主要目的是減小磨擦和磨損以防止過熱，破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響導軌副的運動功能。當滾動直線導軌副的運行速度為高速時（V≥15m/min）,推薦使用N32潤滑油（GGB44384）,40℃~, 相當于舊標準的20號機械油，定期潤滑或接油管強制潤滑（如下圖所示）。低速時（V15m/min）推薦使用鋰基潤滑脂潤滑。滾珠絲杠： 1. 滾珠絲杠副僅用于承受軸向載荷。徑向載荷、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應力等負荷，從而造成絲杠的永久性破壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機床時，應注意：（1）絲杠的軸線必須和其配套導軌的軸線平行，機床的兩端軸承座與螺母座必須三點成一線。（2）安裝螺母時，應盡量靠近支撐軸承；（3）同時，安裝支撐軸承時，應盡量靠近螺母安裝部位。 2. .滾珠絲杠安裝到機床時，盡量不要把螺母從絲杠上卸下來，如果必須卸下來時要使用輔助套，否則裝卸時滾珠有可能脫落。螺母裝卸時應注意以下幾點：（1） mm（ 2）輔助套早使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩；（3）裝卸時，不可使用過大力以免螺母損壞；（4）裝入安裝孔時要避免撞擊和偏心。3. 滾珠絲杠副在使用時應注意以下事項：（1）滾珠螺母應在有效行程內(nèi)運動，必要時在行程兩端配置限位，以免螺母約程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。 （2）滾珠絲杠副由于傳動效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動使，如部件重量未加平衡，必須防止傳動停止或電機失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃印?（3）滾珠絲杠副正常工作環(huán)境溫度為177。60C。 4. 潤滑和防塵：為使?jié)L珠絲杠副充分發(fā)揮機能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，潤滑的方式主要有以下兩種：（1）潤滑脂；潤滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1／3，滾珠絲杠副出廠時在螺母內(nèi)部已經(jīng)加注GB7324—942鋰基潤滑脂。（2）潤滑油 運動粘度28．5—74cst(400T)的潤滑油，給油量隨使用條件等的不同而有所變化。滾珠絲杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨損，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物進入時，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護起來。另外，如沒有異物，但有浮沉時可以在滾珠螺母兩端增加防塵圈。 本章小結(jié)本章主要是對三軸滾珠絲杠和導軌進行計算和選型，這樣基本確定了進給傳動要求。最后介紹了絲杠導軌使用時的注意事項。第4章 其他有關(guān)零部件設計 床身設計 床身設計的基本要求機床的床身是整個機床的基礎支持件，一般用來放置導軌，主軸箱等重要部件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應有高的靜、動剛度，更好的抗振性。 一、對數(shù)控機床的床身主要在以下3 個方面提出了更高的要求： 1．很高的精度和精度保持性 在床身上有很多安裝零部件的加工面和運動部件的導軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要長時間保持。另外，機床在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身受力很復雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術(shù)要求。 2．應具有足夠的靜、動剛度 靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度質(zhì)量比。動剛度直接反映機床的動態(tài)性能，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動而產(chǎn)生噪音。 3．較好的熱穩(wěn)定性 對數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題，必須在設計上要做到使整機的熱變形小，或使熱變形對加工精度的影響小。熱變形將直接影響機架的原有的精度，從而是產(chǎn)品精度下降，如立軸矩臺平面磨床，立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結(jié)果磨出的零件工作表面與安裝基面不平行；有導軌的機架，由于導軌面與底面存在溫差，在垂直平面內(nèi)導軌將產(chǎn)生中凸或中凹熱變形。因此，床身結(jié)構(gòu)設計時應使熱變形盡量小。 二、床身機架設計的一般要求 ：1） 在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應要求輕、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振動振幅限制在允許范圍內(nèi)； 3） 躁聲?。?4） 溫度場分布合理，熱變形對精度的影響小； 5） 結(jié)構(gòu)設計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工； 6） 結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件； 7） 有導軌的機架要求導軌面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既適用經(jīng)濟，有美觀大方。 具體設計內(nèi)容及步驟:對于龍門移動式機床,床身部分要承受整個立柱橫梁以及滑鞍和主軸箱的部分的重量。同時，床身表面還要安放X軸方向滾動直線導軌。床身采用鑄件整體鑄出，具體加工設計的考量主要集中在以下兩個方面：截面形狀由于所設計機床屬于大型和重型機床，采用雙層壁結(jié)構(gòu)床身，以便進一步調(diào)整剛度。圖41床身截面圖肋板和肋條的布置：肋板是連接支承件四周外壁的內(nèi)板，它能使支承件外壁的局部在和傳遞給其他壁板，從而使整個支承件承受載荷，加強支承件的自身和整體剛度。這里采用正方形布置，能夠提高支承件垂直平面內(nèi)的抗彎剛度。壁厚的選擇：查閱相關(guān)文獻，鑄鐵件的外壁厚可以根據(jù)當量尺寸C來確定。當量尺寸C可由下式確定：C=(2L+B+H)/3式中L、B、H分別為支承件的長、寬、高。根據(jù)算出的C值查表格選擇最小壁厚t, 再綜合考慮工藝條件，受力情況，可適當增加壁厚。壁厚應盡量均勻。經(jīng)過計算，選擇床身壁厚為500，肋板厚為400。 工作臺的設計機床工作時，工作臺不動。其尺寸為300015000。設計T型槽數(shù)量為10。壁厚和肋板選擇原則上，與床身設計原理相同。由于工作臺稱重不及床身大，所以壁厚的選擇與床身相比可以適當縮小。設計工作臺截面形狀如圖：圖42 工作臺截面圖 橫梁與立柱的設計本次設計采用的是定梁型龍門移動式，所以設計中將橫梁與立柱作為整體結(jié)構(gòu)鑄出。這樣減少了結(jié)合位置，為YZ軸的穩(wěn)定提供了更多的保障。 滑座的設計滑座上安放主軸箱，并在滾珠絲杠的傳動下帶動Y軸的移動。同時滑座上面還要和Z軸導軌的滑塊相固結(jié)，以實現(xiàn)主軸箱的上下往返運動，及Z軸運動。圖43 滑座 本章小結(jié)這一章主要介紹了機床床身的設計要求，集中在精度、剛度和熱穩(wěn)定性方面。設計了包括床身、工作臺、滑座等在內(nèi)的關(guān)鍵零部件。結(jié)論本次設計的課題為龍門移動式數(shù)控機床。一般常見的龍門機床多為定柱型，即工作臺移動，龍門不動，此次設計的類型則為工作臺不動，龍門框架的移動為機床X軸方向的運動。移動式龍門銑床的最大優(yōu)點是機床占地面積小并且動態(tài)響應性能好設計過程中參考了包括山東永華機械公司在內(nèi)的等許多機床廠、零件生產(chǎn)公司生產(chǎn)的類似機床及主要部件。本次設計主要是對純機械部分的設計，即傳統(tǒng)意義上的“光機設計”，是個非常接近于實際的題目，也是個較現(xiàn)實的想法。整個龍門銑床的設計主要包括主傳動系統(tǒng)、橫縱向進給傳動機構(gòu)、立柱、橫梁、工作臺等主要組部件。其中除X方向的進給傳動為齒輪齒條副傳動外，所有進給機構(gòu)均采用滾珠絲杠進行傳動，并由伺服電機進行驅(qū)動。并且三軸的導軌均采用滾動導軌（X方向為滾柱型，YZ方向為滾珠型）。從整體上說，本次設計較好的實現(xiàn)了設計要求，控制簡單，加工精度比較高等特點，基本達到了設計目的。當然由于經(jīng)驗上的欠缺，本設計還存在一些不足，真誠地希望老師和同學們給予批評指正。參考文獻［1］邱宣懷 主編. 機械設計（第四版） 高等教育出版社,2010年［2］關(guān)慧貞 馮辛安 主編. 機械制造裝備設計 第三版 機械工業(yè)出版社,2009年11月[3] 李凱嶺 主編. 機械制造技術(shù)基礎 清華大學出版社,2010年4月［4］隋秀凜 高安邦 主編. 實用機床設計手冊 機械工業(yè)出版社,2010年4月［5］陳宏鈞 主編. 簡明機械加工工藝手冊 ,2007年［6］陳易新 編. 金屬切削機床設計指導書 機械工業(yè)出版社,1987年［7］東南大學機械學學科組 .《機械原理》第七版 高等教育出版社,1997年5月[8] 林宋 田建君 編. 現(xiàn)代數(shù)控機床 ,2003年[9] 張堅. 移動式數(shù)控龍門銑床的總體設計 制造技術(shù)與機床,2006年第2期[10]臺灣 HIWIN線性滑軌 Liner Guideway技術(shù)手冊,2011 FORM G99TC161111[11] 臺灣HIWIN 滾珠絲杠 Ballscrew 技術(shù)手冊,2009 FORM S99TC100911 [12] 山東永華機械 GL系列龍門加工中心機床樣本[13] 羅傳林 李鍛能. 龍門式機床橫梁的結(jié)構(gòu)設計研究 機電工程技術(shù),2006年第35卷第3期[14] 周華 石彥華. XK5020動梁型高架橋式龍門加工中心的研制 制造技術(shù)與機床,2008年第6期[15] 隋連香 百麗艷 李欣. 高架式五軸車銑加工中心的設計 制造技術(shù)與機床 ,2011年第2期[16] 王亞東. 重型數(shù)控龍門鏜銑床工作臺導軌結(jié)構(gòu)分析與應用實例 機床與液壓,2012年7月,第40卷第14期[17] 李初曄 楊潔 馮長征. 數(shù)控機床關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設計 機械設計與制造,2012年7月,第7期[18] 桂 林 吳俊庭 陳定方. 橋式龍門直線同步運動的位置控制方案分析