【文章內容簡介】 新型塑料滑動導軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。滾動導軌的優(yōu)點是摩擦系數小，動、靜摩擦系數很接近，不會產生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。 這次設計中采用的是新型塑料滑動導軌。 主軸系統(tǒng)設計 經濟型數控車床大多數是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。而全功能數控車床的主傳動系統(tǒng)大 多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉，或通過帶傳動和主軸箱內的減速齒輪 (以獲得更大的轉矩 )帶動主軸旋轉。由于主軸電機調速范圍廣，又可無級調速，使得主軸箱的結構大為簡化。主軸電機在額定轉速時可輸出全部功率和最大轉矩。 這次設計中采用二級機械變速機構。 3 縱向 工作臺 機構設計 縱向 工作臺 機構 設計的基本要求 數控機床的進給系統(tǒng)必須保證由數控裝置發(fā)出的控制指令轉換成速度符合要求的相應角位移或直線位移，帶動運動部件運動。根據工 件加工的需要，在機床上各運動坐標的數字控制可以是相互獨立的，也可以是聯(lián)動的?？傊?，數控機床對進給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定、和快速響應三個方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅動電動機，同時也需要高質量的機械結構與之匹配。為提高進給系統(tǒng)機械結構性能主要臥式數控車床縱向工作臺設計 6 采取以下措施： (1)提高系統(tǒng)機械結構的傳動剛度 (2)采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動副 數控機床進給系統(tǒng)多采用剛度高摩擦因數小而穩(wěn)定的滾動摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動導軌等。 (3)慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅動電機的工作性能和滿足傳動系統(tǒng)對控制指令的快速響應的要求。 (4)提高傳動件精度 高質量的機械傳動配合與高性能的伺服電動機使現(xiàn)代數控機床進給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。 縱向工作臺 機構設計 方案設計 目前數控車床的縱向和橫向多采用交流伺服電機， 進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠、靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。 這里擬采用的是滾珠絲杠副傳動，以減少摩擦系數，提高進給機構的整體剛度。滾珠絲杠與電機間用聯(lián)軸器直接連接，以消除間隙。 滾珠絲杠的支撐形式有四種：（ 1）一端固定，一端自由，此種形式適用于中小載荷，低速 ，短絲杠垂直安裝；（ 2）一端固定，一端游動，此種形式適用于中等載荷，中等轉速；（ 3）兩端支撐，此種形式適用于中等轉速，高速度，高精度；（ 4）兩端固定適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的車床。滾珠絲杠螺母副也有兩種循環(huán)方式，一種是外循環(huán)式，還有一種是內循環(huán)式。從剛度計算可以看出，絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大。而采用兩端固定的支承方式壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的 4倍，絲杠可以預拉伸，預拉伸后可減小絲杠自重下垂和補償熱膨脹且軸承組合的剛度高。因此我擬采用兩端固定的支撐方式。這種支承 方式的特點是：剛度最高，只要軸承無間隙。絲杠的軸向剛度為一端固定的四倍。安裝時需保持螺母與 4支承同軸，故結構復雜，工藝較困難；絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高；可以預拉伸，預拉伸后可以減少絲杠自重的下垂和補償熱膨脹，但需一套預拉伸機構，結構及工藝都比較復雜；要進行預拉伸的絲杠，其目的行程應略小于公稱行程，減少量等于拉伸量。因此這種形式適用于對剛度和位移精度要求高的場合。 滾珠絲杠副的研究設計 (1)主切削力計算 及主電機選擇 1)主切削力的計算 由 參考 文獻可知 ppzzz z z z zzxyz p v p p v p n ppp c t s k k k k k?? 料 31 臥式數控車床縱向工作臺設計 7 取 zpc =167 zpx = zpy = zpk料 = zpk? = znpk = 切削速度 取 zvpk = 查《車工工藝學》中級本： 45 鋼淬硬 (淬火及低溫回火 ),硬度 44HRC，單位切削力為 270 公斤 / 2m ( /s mm r? ),其切削用量范圍為 切削速度 9 0 ~ 1 0 5 / m invm? 切削深度 1~5t mm? 進給 量 0. 1 ~ 0. 5 /s mm r? 切深 t取 5mm，進給量取 ,代入 31得： 6 7 5 0 . 3 1 . 0 9 0 . 9 1 . 0 8 1 . 3 1 . 0 54 8 9 . 5 4 7 9 7zp N? ? ? ? ? ? ? ???公 斤 力 取 zF =4800 由《數控機床機器人 — 機械系統(tǒng)設計指導》所示，進給抗力 xF 和切深抗力 yF ，可以按以下比例分別求出： : : 1 : 0 .2 5 : 0 .4 4 8 0 0 : 1 2 0 0 : 1 9 2 0z x yF F F ?? 2)切削功率計 算： 由上所示，切削速度 v 取為 105 /minm ，根據公式 4 8 9 . 5 1 0 5 8 . 3 9 8 8 . 41 0 2 6 0 6 1 2 0zPvN k w?? ? ? ??切 削 根據公式 N N K? ???切 削 過電 機 查表取 ?? ， ?過 選電機功率為 11kw (2)工作臺質量及工作臺承重初估 刀架：參考 31Ak 系列數控轉塔刀架主要規(guī)格及參數，初估刀架 (帶刀盤 )毛重為 150kg ，1 9 .8 1 5 0 1 4 7 0GN? ? ? 刀架座：長 ?寬 ?高即 420 200 80( )mm?? 392 7. 85 10 9. 8 10 40 0 20 0 80G V g ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 8 0 4 0 0 0 3 5 1 6 .8 / m in1 0 0 0 1 0 0 0dnvm?? ??? ? ?臥式數控車床縱向工作臺設計 8 圓整后 2 520GN? 床鞍： ? ?60 0 30 0 10 0 mm? ? ? ? ?長 寬 高 3 3 5 10 1 10 300 600 100 138 6G gV N? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 根據以上估算得總的重量為 G=2021+1386=3386N (3)初選滾珠絲杠 已知條件： 最大行程： 650mm 縱向定位精度： 0 .0 1 2 / 3 0 0mm mm? 失動量： mm? ? 工作臺最高速度： max 15 / minvm? 查表選擇絲桿預期壽命： 15000hL ? 小時 電機直聯(lián)絲杠，最高轉速： m ax 200 0 / m innr? 初步考慮用滑動導軌，摩擦系數 ?? 絲杠用固定 —— 固定的安裝方式 設計計算過程： 由文獻 [713]可知 步驟 1： 在本設計中，電機與絲桿直接相連，傳動比為 1i? ，絲桿的最高工作轉速為 m a x 2 0 0 0 / m injn n r?? ，則絲桿的導程為： 取 ph =10（ mm） 步驟 2：確定絲杠等效轉速 最大進給時，絲杠的轉速為： / 150 00 / 10 150 0 / m inm a x m a xn v p rh? ? ? 最小進給時，絲杠的轉速： m in m in / 1 / 10 / m inhn v p r? ? ? 則絲杠的等效轉速為（ 122tt? ） m a x 1 m i n 212 1 0 0 0 / m inmn t n tnrtt???? 步驟 3： 確定絲杠的等效負載 絲杠所受的最大牽引力： （受力分析如下圖所示） 圖 臥式數控車床縱向工作臺設計 9 m a x222222120 0 338 6 192 0 480 0 133 x y zF F f G F FN??? ? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ????? 最小工作負載荷為摩擦力： m i n 0. 02 5 33 86 84 .6 5F fG N? ? ? ? 故等效載荷為： 2 1 2 1( , 2 )t t n n?? 1333m a x 1 1 m in 2 21 1 2 2133 3111133 2 84. 65 3F n t F n tFmn t n tn t n t Nnt??????????????????? 步驟 4： 根據機床的定位精度要求，預選精度等級 3 級，查表得精度系數 ? ，載荷系數 ? ， aC 按滾珠絲桿副的預期工作時間 hL 計算， 查表得： ? 1af ? 則其動載荷為： ? ? ? ?336 0 / 1 0 06 0 1 0 0 0 1 5 0 0 0 9 2 6 .3 1 .3 / 1 0 0 1 1 1 6 2 5m h m w aC o n L F f fN?? ? ? ? ? ? ? 步驟 5：用固定 —— 固定安裝方式 1 2 2 8 2 8 1 43 2 6 5 0 3 2 1 0 9 7 0z x a e n x h h h hxhL L b L L L L P P P PLP? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 臥式數控車床縱向工作臺設計 10 最大彈性變形量： 111 0 1 .6 766ms??? ? ? ? ? 空載時 ,絲杠的軸向載荷： 0 338 6 25 84. 65F fG N? ? ? ? 2 0 01 0 1 0 / 0 .0 3