【文章內(nèi)容簡介】 是徑向約束。較短的絲杠或垂直安裝的絲杠，可以采用單支承形式（一端固定，一端自由）；水平安裝絲杠較長時，可以一端固定，一端 游動；對于精密和高精度機(jī)床的滾珠絲杠副，為了提高絲杠的拉壓剛度，可以兩端固定；為了補(bǔ)償熱膨脹和減少絲杠因自重下垂，兩端固定絲杠還可以進(jìn)行預(yù)拉伸。 （ 2）滾珠絲杠副的潤滑與防護(hù) 潤滑可以提高滾珠絲杠螺母副的耐磨性和傳動效率。潤滑劑分為潤滑脂和潤滑油。潤滑脂用鋰基潤滑脂，潤滑油為一般機(jī)油或 90~180 號透平油或 140 號主軸油，可通過螺母上的油孔將其注入螺紋滾道，潤滑脂加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。 滾珠絲杠副在使用時常采用一些密封裝置進(jìn)行防護(hù)。為防止雜質(zhì)和水進(jìn)入絲杠，對于預(yù)計(jì)會帶入雜質(zhì)處以波紋管或伸縮罩以 完全覆蓋住絲杠軸，對于螺母，還應(yīng)在其兩端進(jìn)行密封。 本設(shè)計(jì)采用滾珠絲杠副作為伺服進(jìn)給系統(tǒng)的傳動元件。 支承方式采用角接觸球軸承支撐，兩端固定，不考慮受熱膨脹，利用間隙調(diào)節(jié)塊調(diào)節(jié)間隙消除軸向竄動。 防護(hù)形式采用絲杠外包波紋管，全部密封，防止切屑以及灰塵粘到絲杠表面影響精度。 直線滾動導(dǎo)軌 工作原理及特點(diǎn)： 直線滾動導(dǎo)軌副，又稱單元式滾動直線導(dǎo)軌，是近年來出現(xiàn)的一種滾動導(dǎo)軌。這種滾動導(dǎo)軌可以預(yù)緊，剛度和精度較高。直線滾動導(dǎo)軌副主要由導(dǎo)軌條、滑塊、滾珠、端蓋等組成，如圖 所示。滾動導(dǎo)軌工作時，導(dǎo)軌固定在不運(yùn)動 部件上，滑塊固定在運(yùn)動部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌移動時，滾動體在導(dǎo)軌體和滑塊體之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道從工作負(fù)載區(qū)到非工作負(fù)載區(qū)，然后再滾動回工作負(fù)載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動變成了滾動。與傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌相比，直線滾動導(dǎo)軌副具有以下特點(diǎn)： 定位精度高； 能長期保持高精度； 承載力大； 可高速運(yùn)行、功耗低； 具有自調(diào)整能力。 導(dǎo)軌的防護(hù)：由于滾動導(dǎo)軌對臟物較敏感，必須要有良好的防護(hù)措施。應(yīng)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(dǎo)軌副上。若在工作環(huán)境有灰塵，除利 用導(dǎo)軌本身的密封外，還應(yīng)考慮增加防塵裝置。 另外，普通滑動導(dǎo)軌近年來為了提高其性能，近年來，由于新型工程材料的出現(xiàn)，滑動導(dǎo)軌的材料已不僅僅局限于金屬材料及對金屬材料的加工上。目前各種鑲貼塑料導(dǎo)軌已紛紛出現(xiàn)，這不僅滿足了機(jī)床對導(dǎo)軌的低摩擦、耐磨、無爬行、高剛度的要求，同時又具有生產(chǎn)成本低、應(yīng)用工藝簡單、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)中，從低成本和結(jié)構(gòu)簡單以及高性能的方面考慮，選用直線軸承與光軸配合的直線滾動導(dǎo)軌副，此種導(dǎo)軌副只有一個自由度，并且有足夠的剛度強(qiáng)度，足以滿足本設(shè)計(jì)的精度要求。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 車床 數(shù)控系統(tǒng)必須具備控制數(shù)控車床的全部功能和要求。車床數(shù)控系統(tǒng)與一般的數(shù)控系統(tǒng)組成基本相同，由硬件和軟件共同完成數(shù)控任務(wù)。主要由輸入 /輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和可編程邏輯控制器（ PLC）四部分組成。 數(shù)控系統(tǒng)（ CNC 系統(tǒng)）的主要功能 數(shù)控系統(tǒng)采用微處理器以后，實(shí)質(zhì)上就是一臺專用微型計(jì)算機(jī)，通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)全部的數(shù)控功能。 （ 1）軸控制功能：軸控制功能主要反映數(shù)控裝置能夠控制的軸數(shù)以及能夠同時控制（聯(lián)動）的軸數(shù)。 （ 2）準(zhǔn)備功能：準(zhǔn)備功能（ G 功能）是指機(jī)床動作方式的功能。主要有基本移動、程序暫停、坐 標(biāo)平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、基準(zhǔn)點(diǎn)返回、公英制轉(zhuǎn)換、絕對值與相對值轉(zhuǎn)換等指令。 （ 3）插補(bǔ)功能：插補(bǔ)功能指數(shù)控裝置可以實(shí)現(xiàn)各種曲線軌跡插補(bǔ)加工的能力，如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)和其他二次曲線與多坐標(biāo)插補(bǔ)。 （ 4）進(jìn)給功能：它反映移動部件的進(jìn)給速度，一般用 F 代碼直接指定各軸的進(jìn)給速度。 （ 5）刀具功能。 （ 6）主軸功能：指主軸轉(zhuǎn)速的功能，用字母 S 和它后面的 2~4 位數(shù)字表示。有恒轉(zhuǎn)速（ r/min）和表面恒線速（ mm/min 兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式。 （ 7）輔助功能，補(bǔ)償功能等。 數(shù)控系統(tǒng)的分類 按機(jī)床的運(yùn)動軌 跡可把數(shù)控系統(tǒng)分為三大類： （ 1）點(diǎn)位控制系統(tǒng) 點(diǎn)位控制系統(tǒng)只控制機(jī)床移動部件的終點(diǎn)位置，而不管移動所走的軌跡如何，可以一個坐標(biāo)移動，也可以兩個坐標(biāo)同時移動，在移動過程中不進(jìn)行切削。 （ 2）直線切削控制系統(tǒng)。 （ 3）連續(xù)切削控制系統(tǒng) 連續(xù)切削控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)（如圖），它能對刀具與工件相對移動的軌跡進(jìn)行連續(xù)控制，能加工曲面、凸輪、錐度等復(fù)雜形狀的零件，數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床均采用連續(xù)切削控制系統(tǒng)。連續(xù)切削控制系統(tǒng)的核心裝置就是插補(bǔ)器。插補(bǔ)器的功能是按給定的尺寸和加工速度用脈沖信號 使刀具或工件走任意斜線或圓弧，分別稱為直 圖 MACH3 軟件界面 線插補(bǔ)器和圓弧插補(bǔ)器。高級的連續(xù)控制系統(tǒng)插補(bǔ)器還有拋物線、螺旋線插補(bǔ)功能。 本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)作為 CNC 裝置的核心，采用 MACH3 TURN 軟件（控制界面如圖 ），通過并口將控制信號輸出到東達(dá)數(shù)控生產(chǎn)的東達(dá)電控箱， 再連接 XY 軸步進(jìn)電機(jī)。無刷電機(jī)的控制采用相同原理，但是需要做一塊控制信號轉(zhuǎn)接板，直接連接到計(jì)算機(jī)并口上，這里不詳述。 基本尺寸的確定 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中的數(shù)控車床定位為桌面型數(shù)控車床，因此，對于尺寸的要求就是要小。各向 尺寸以能夠放在桌面上為準(zhǔn)，主要面向于加工微小零件。 參考市場上已經(jīng)推出的一些桌面型數(shù)控設(shè)備，將尺寸定為長 400mm 左右、寬300mm 左右、高 250mm 左右。 這樣加工范圍在直徑 2~70mm 左右，長度在 300mm 左右的圓柱區(qū)域，精度按照普通車床的精度，定為 ，即。 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以清晰地看到該車床的進(jìn)給平面與水平面成 60176。角。通過計(jì)算，得到 X 軸工作臺質(zhì)量， Y 軸工作臺質(zhì)量。 本章小結(jié) 本章通過分析確定了桌面型數(shù)控車床的基本結(jié)構(gòu)方案和基本結(jié)構(gòu)尺寸，并對桌面型數(shù)控車床的技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了初 步確定。 第 3 章以在絲杠軸端徑向深入 1mm 銑出兩個平行平面，同步帶輪輪齒面對稱開 6mm 螺紋孔，用緊定螺釘將同步帶輪與絲杠連接為一體。絲杠為 12mm 滾珠絲杠，兩端為階梯軸肩，沿螺紋向軸端方向分別為 10mm 和 8mm，支承件為角接觸球軸承，由于各向尺寸過小軸承的防塵圈套用螺釘用油封皮圈，起到防塵的作用，絲杠外覆波紋管，起到防塵密封作用。 圖 橫向進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 另外，關(guān)于絲杠的預(yù)緊與受熱膨脹，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)內(nèi)容所涉及的數(shù)控車床為簡易型數(shù)控車床，同時絲杠長度較短，受 熱膨脹伸長長度很小，相較于本車床的加工精度，可忽略不計(jì)，且絲杠材料與光軸和機(jī)床本體都為鋼鐵材料，在小尺寸情況下，可近似認(rèn)為它們的受熱伸長量相等，這樣對于絲杠的受熱膨脹在這里不予以考慮，只考慮絲杠的預(yù)緊，保證絲杠的軸向位置和運(yùn)動精度。兩端各用一個角接觸球軸承卡住軸肩，在機(jī)床右側(cè)板上有 X 軸絲杠間隙調(diào)節(jié)塊，可以調(diào)節(jié)上面的四個螺絲來精確調(diào)節(jié) X 軸絲杠的壓縮預(yù)緊力，在壓縮預(yù)緊力較小的情況下，不考慮壓縮力對絲杠剛度的影響。 絲杠螺母與 X 軸滑塊的連接方式為法蘭盤連接，但滾珠絲杠螺母為標(biāo)準(zhǔn)件，其法蘭盤尺寸不符合本設(shè)計(jì)的要求， 需要對其法蘭盤進(jìn)行再加工，法蘭盤的具體尺寸要求見零件圖。 光軸的定位。光軸作為本設(shè)計(jì)中數(shù)控車床的導(dǎo)軌，對于加工精度起著決定性影響。其定位主要靠螺釘擰緊產(chǎn)生的壓緊力來實(shí)現(xiàn)，但是在找正相對位置時，螺釘與側(cè)板上的孔的配合是重要的參考基準(zhǔn)。因此要求機(jī)床的左側(cè)板與右側(cè)板加工精度高，安裝時也要盡可能精確地安裝。 直線軸承與 X 軸滑塊的連接。在 X 軸滑塊側(cè)向設(shè)計(jì)一個貫通的窄縫，將直線軸承裝入 X 軸滑塊后，擰緊 X 軸滑塊背后的螺絲使窄縫間隙變小即可固定直線軸承，其具體連接形式見圖 。 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各個零件普遍采用 QTH330 球墨鑄鐵，該種材料硬度在280~360，主要金相組織為貝氏體或回火馬氏體，伸長率，是一種脆性材料，強(qiáng)度足夠，價格經(jīng)濟(jì)，密度適中，能夠與伺服系統(tǒng)達(dá)到慣量匹配。 橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選擇 由滾珠絲杠當(dāng)量動載荷公式： （ ） 式中 ――導(dǎo)軌系數(shù)； ――密封阻力； ――工作臺重力； 因?yàn)閷?dǎo)軌為滾動導(dǎo)軌，故??；密封阻力，由 X 軸滑塊質(zhì)量得； 所以。 本機(jī)床的橫向進(jìn)給絲杠選擇 SFU 10243 滾珠絲杠，其額定動載荷，遠(yuǎn)大于當(dāng)量動載 荷，因此可以選擇 SFU 10243 滾珠絲杠作為本設(shè)計(jì)中的橫向進(jìn)給絲杠，SFU12043 滾珠絲杠的螺距為 4mm。 絲杠的支承軸承選用 708C 角接觸球軸承，接觸角為 40176。 橫向進(jìn)給伺服電機(jī)選擇 伺服電機(jī)的選擇主要就是按系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的要求來進(jìn)行。 最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩， 及當(dāng)量靜態(tài)轉(zhuǎn)矩： （ ） 式中： ――進(jìn)給方向的切削力， N； ――工件和工作臺總重量， Kg； ――導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； ――包括帶輪和絲杠在內(nèi)的總效率； ――減速比； ――絲 杠螺距； 要求。 由上式及前面的計(jì)算結(jié)果得： 在這里，因?yàn)槭遣捎脻L動導(dǎo)軌，故導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；帶輪和絲杠的總效率?。灰?yàn)槭?1： 1 傳動，故減速比；絲杠螺距為 4mm；另外，由前面第 2 章 節(jié)可知進(jìn)給方向切削力為 ，以及 節(jié)可知 X 軸工作臺和工件總重。 故橫向進(jìn)給所需轉(zhuǎn)矩為： 在這里，選擇 57BYGH64401A 步進(jìn)電機(jī)作為伺服電動機(jī)，其最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需求的，故該步進(jìn)電機(jī)滿足了設(shè)計(jì)要求，可以作為橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)使用，且其步距角為 176。，由絲杠螺距，可得橫向進(jìn)給 最小分度為，即橫向進(jìn)給精度為 。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)同樣采用采用伺服步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠通過同步帶 1:1 傳動的方式，導(dǎo)軌也同樣采用滑動軸承與直線光軸配合的滾動導(dǎo)軌形式。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 縱向進(jìn)給傳