【導讀】得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。當今世界，現(xiàn)代化工業(yè)技術飛速發(fā)展，日新月異。在機械制造領域，人們對于機械零。件加工的質(zhì)量、精度和效率等的要求也越來越高。新?lián)Q代也與日俱增。在此趨勢的推動下，數(shù)控機床的結(jié)構優(yōu)化改造設計變得非常重大。批的數(shù)控機床正如雨后春筍般進軍機械制造業(yè)。比如數(shù)控雕刻機在模具加工、PCB電路板。以及廣告招牌等領域發(fā)揮著重要作用。后利用CAD繪圖軟件繪制了機床的總裝配圖、部分零件圖及相關結(jié)構示意圖。

　　

【正文】 961660126 課件之家的資料精心整理好資料 但是因為它存在運動的可逆性，即一方面它能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，相應的反過來它也可以把直線運動轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運動，它不能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。因此當它用于水平放置或者垂直傳動的高速度、大慣量的傳動中一定要配有制動裝置。其中，采用具有制動裝置的伺服電動機來進行驅(qū)動 是最簡單有效的解決方法。另外，在安裝和使用中為了防止螺母會脫離絲杠滾道，一般在機床上還要安裝超程保護裝置。就高速加工數(shù)控機床而言，這點至關重要。 （ 2）靜壓絲杠螺母副 靜壓絲杠螺母副的工作原理：在絲杠和螺母接觸面之間，通過油壓產(chǎn)生一層保持一定厚度，以及擁有一定剛度的壓力油膜，從而使得絲杠和螺母之間的摩擦由原來的邊界摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w摩擦，大大降低了摩擦阻力。絲杠轉(zhuǎn)動時，通過油膜的推動螺母將作直線運動，反之，螺母轉(zhuǎn)動時，可使絲杠作直線移動。靜壓絲杠螺母的特點是： 1）摩擦系數(shù)很小，僅為 ，比滾珠絲 杠的摩擦損失更小，因此，其起動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行。 2）油膜可以吸振，提高了運動的平穩(wěn)性。 3）由于油液的不斷流動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機床的加工精度和光潔度。 4）油膜層具有一定剛度，減少了反向間隙。 5）油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動誤差小于絲杠本身的制造誤差。 6）承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關。但靜壓絲杠螺母副應有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 （ 3）齒輪齒條副 大型數(shù)控機床 不宜采用絲杠傳動，因長絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動精度；同時軸向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度也難提高。如果加大絲杠直徑，則轉(zhuǎn)動慣量增大，伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性不易保證，故常用齒輪齒條副。齒輪齒條副傳動用于行程較長的大型機床上，可以得到較大的傳動比，進行高速直線運動，剛度及機械效率也高。但其傳動不夠平穩(wěn)，傳動精度不高，而且還不能自鎖。采用齒輪齒條副傳動時，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當傳動負載小時，也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。當傳動負載大時，可采用雙厚齒輪傳動結(jié)構。 （ 4）直線電動機驅(qū)動 采用直線電動機驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動相比，它具有以下優(yōu)點： 1）采用直線電動機驅(qū)動，不需要絲杠、齒輪齒條等轉(zhuǎn)換裝置即能直接實現(xiàn)直線運動，因此，它大大簡化了進給系統(tǒng)結(jié)構，提高了傳動效率。 2）旋轉(zhuǎn)電動機本身機械結(jié)構由于受到離心力的作用，其旋轉(zhuǎn)速度受到限制；滾珠絲杠又受轉(zhuǎn)速特征值的約束，轉(zhuǎn)速不能太高。對于高速加工機床來說，雖然可以通過加大螺距提高進給速度，但是難以提高加速度。采用直線電動機驅(qū)動時，則可以不受此限制。 3）旋轉(zhuǎn)電動機必須通過絲杠、齒條等轉(zhuǎn)換機構轉(zhuǎn)換成直線運動，傳動環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響無法避免；并且，這些轉(zhuǎn)換機構在運動中必然會帶來噪聲。畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 直線電動機從根本上消除傳動環(huán)節(jié)，故進給系統(tǒng)的精度高、剛度、快速性和穩(wěn)定性好，噪聲很小或無噪聲。 直線電動機的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）與同容量旋轉(zhuǎn)電動機相比，直線電動機的效率和功率因數(shù)要低，特別在低速時更明顯。 （ 2）直線電動機，特別是直線感應電動機的起動推力受電源電壓的影響較大，故對驅(qū)動器的要求較高，應采用措施保證或改變電動機的有關特性來減少或消除這種影響。 （ 3）在金屬加工機床上，由于電動機直 接和導軌、工作臺做成一體，必須采取措施以防止磁力和熱變形對加工的影響。綜上所述，本次 數(shù)控雕刻機進給系統(tǒng) X/Y/Z 三向均采用滾珠絲杠副作為傳動系統(tǒng)，機床 X/Y 軸均采用高精度直線導軌。 Z 軸采用圓柱導軌 [12]。 滾珠絲杠系統(tǒng) 滾珠絲杠副的選擇 選 定進給傳動用滾珠絲杠副時，主要考慮的內(nèi)容是：與機床定位精度要求相適應的絲杠精度、絲杠的剛性與轉(zhuǎn)動慣量。在開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機床中，滾珠絲杠的精度將直接影響機床的定位精度和隨動精度。為了獲得高精度、高剛度的進給系統(tǒng)，應選用精度高的滾珠絲杠傳動副。但是， 隨著絲杠精度的提高，其價格也將大大上升。因此，在滿足機床精度要求的前提下，選擇相應精度的絲杠是 設計者的一項重要工作。本機床所選 3個方向滾珠絲杠副的精度等級均為 3級。 3級精度的絲杠經(jīng)采用一些如消隙、螺距誤差補償?shù)却胧?，完全能滿足機床的定位精度要求。 本設計中工作臺的絲桿選用的是滾珠絲桿副。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動效率高。 絲杠的剛度與直徑的大小直接相關，直徑大、剛度 就好。要想使進給驅(qū)動系統(tǒng)有足夠的剛性，就要選用直徑粗大的絲杠。但是，隨著直徑的增大，其轉(zhuǎn)動慣量也 大大增大。因此一般是在兼顧二者的情況下 ， 選取最佳直徑。本機床 經(jīng)設計計算后選定 X、 Z軸的公稱直徑為 20mm。 Y軸滾珠絲杠的公稱直徑為 32mm。 滾珠絲杠支承結(jié)構 一般來說， 加強滾珠絲杠螺母本身的剛度可以提高數(shù)控機床的進給系統(tǒng)的傳動剛度。此外，要想提高進給系統(tǒng)的傳動剛度，滾珠絲杠的支承的結(jié)構剛度和它正確的安裝方式也是重要的因素。絲杠螺母座和絲杠支承座都應該有可靠的剛度和精度。提高絲杠螺母座的局部剛度和接 觸強度一般可以通過適當加大其與機床結(jié)合部件的有關接觸面積來實現(xiàn)。目前，一般在工藝條件允許時，新設計的機床通常都把絲杠螺母座或者絲杠支承座和機床本體做為一體式結(jié)構，從而增大了剛度。為了提高支承的軸向剛度，應選擇適當?shù)臐L動軸承。 目前，就軸承的安裝方式而言，國內(nèi)主要采用兩種組合方式：其一是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，它的結(jié)構雖然簡單，但它的軸向剛度不夠。其二是把推力軸承或者向心推力軸承和向心軸承組合使用，它的軸向剛度有所提高，但是軸承的摩擦阻力和發(fā)熱增大了而且還增加了軸承支架的結(jié)構尺寸。由此，近年來國內(nèi)外的軸 承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一種滾珠絲杠專用的軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的特殊向心推力球軸承，和一般的向畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 心推力球軸承相比而言，它的接觸角增大到了 60186。，從而增加了滾珠的數(shù)目并相應減小滾珠的直徑。與一般軸承相比，這種新型結(jié)構的軸承的軸向剛度提高了兩倍以上。而且它的產(chǎn)品成對出售，使用極為方便，而且在它出廠時，內(nèi)外環(huán)的厚度都已經(jīng)選配好，裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就可以得到出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預緊力。 滾珠絲杠副支承方式通常有以下幾種： （ 1） 雙推一自由方式 即絲杠一端固定，另一端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力。這種支承方式用于行程小的短絲杠。 （ 2） 雙推一支承方式 即絲杠一端固定，另一端支承。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力；支承端軸承只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以避免或減少絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。同時絲杠熱變形可以自由地向一端伸長。 （ 3） 雙推一雙推方式 即絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當?shù)念A拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。 （ 4） 采用絲杠固定、螺 母旋轉(zhuǎn)的傳動方式 即螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動。由于絲杠不動，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細長滾珠絲杠高速運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。此種方式可以對絲杠施加較大的預拉力，提高絲杠支承剛度，補償絲杠的熱變形 本次數(shù)控雕刻機床 X、 Y向絲杠均采用一端固定，另一端簡支承的方式。 Z向采用一端固定，另一端自由的方式。 數(shù)控雕刻機 X、 Y向的滾珠絲杠副的支承結(jié)構見圖 。 圖 X、 Y向的滾珠絲 杠副的 支承結(jié)構 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 支承軸承的選擇 一般來說，在機床運動系統(tǒng)的設計過程中，要想得到高剛度、高精度的進給傳動系統(tǒng)，選用高剛度、高精度的滾珠絲杠副以及十分重視滾珠絲杠副的支承的設計至關重要。由于軸向載荷是滾珠絲杠的主要載荷，徑向載荷通常是臥式絲杠自身重量。所以，對于滾珠絲杠的軸向剛度以及精度的要求比較高。 由于要求數(shù)控雕刻機擁有運動靈活的進給系統(tǒng)，對于微小位移 (絲杠微小轉(zhuǎn)角 )的響應要靈敏，所以要選用摩擦力矩小、軸向剛度強、運轉(zhuǎn)精度高的滾動軸承。 當前，推力角接觸球軸承是各大類軸承中 間用得最多最廣的一種。數(shù)控機床在選用此類角接觸球軸承時，一般都要把 2個以上的軸承配對組合起來，再加以預緊力才能使用。其組合的形式有三類：面對面組配 (即 DF方式 )、背靠背組配 (即 DB方式 )、串聯(lián)組 配 (即 DT方式 )。當在數(shù)控機床上選取這類軸承時，為了便于對軸承和滾珠螺母之間不同軸度的吸收，一般都選取 DF組配的方式。 滾珠絲杠副的制動裝置 因為滾珠絲杠副的逆?zhèn)鲃有时容^高 ,而它的 逆向傳動又不可以自鎖 , 所以 當滾珠絲杠處于垂直安置狀態(tài)時必須另外配有制動裝置， 這樣就可以 防止伺服電機停止了轉(zhuǎn)動 , 運動部件 由于自身重量而產(chǎn)生了逆向傳動 , 也能夠防止由于偶然因素而造成的事故。 步進 電機經(jīng)彈性聯(lián)軸器帶動絲杠 , 實現(xiàn)工作臺的移動。防止工作臺及其主軸組件由于自重而產(chǎn)生逆?zhèn)鲃拥年P鍵部件是單向逆止軸承和摩擦阻尼裝置 (由聯(lián)結(jié)套、摩擦環(huán)、碟簧、調(diào)整螺母等組成 )。單向逆止軸承僅允許一方向旋轉(zhuǎn) , 而另一方向止動。單向逆止軸承的內(nèi)環(huán)與絲杠上端固定聯(lián)結(jié) , 其外環(huán)通過鍵與聯(lián)結(jié)套裝配在一起。 當機床工作臺上升時 , 單向逆止軸承像普通軸承一樣 , 沒有逆止的作用 , 伺服電機帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動并用螺母帶動工作臺向上運動。當伺服電機停止轉(zhuǎn)動時 (電 機帶制動 )，機床 工作臺由于自重將要向下滑懂動 , 螺母有推動絲杠轉(zhuǎn)動的逆向傳動 , 這時 ,單向逆止軸承的內(nèi)環(huán)和滾珠將帶動軸承的外環(huán)反向轉(zhuǎn)動。因為單向逆止軸承的外環(huán)是通過鍵與摩擦阻尼裝置相互連結(jié)在一起的 ，軸承的 外環(huán)被摩擦阻尼裝置所產(chǎn)生的摩擦扭矩剎住 , 從而防止了逆向傳動。通過調(diào)整螺母可以調(diào)整阻止逆向傳動的摩擦扭矩的大小。 這種結(jié)構的優(yōu)點是結(jié)構簡單，作用可靠，運動穩(wěn)定。 這種結(jié)構的缺點是在工作臺垂直向下傳動時 , 傳動力 必須先克服這個額外加上去的摩擦扭矩，增加了一定的能耗 [13]。 步進電機與進給絲杠的 聯(lián)結(jié)結(jié)構 在數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中，要保證步進電機和滾珠絲杠的聯(lián)結(jié)傳動結(jié)構沒有間隙，這樣才可以準確地執(zhí)行脈沖的指令，使得脈沖不會丟掉，從而避免造成的“失步”，最終使得機床的傳動精度與加工精度不會被影響。在雕刻機床中， X、 Y 軸采用直聯(lián)式，即通過非金屬彈性元件聯(lián)軸器 （ 屬于帶彈性元件擾性聯(lián)軸器） 把步進電機和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)起來。 帶彈性元件擾性聯(lián)軸器除了擁有補償?shù)墓δ芡猓€具備減震和緩沖的作用。而且，非金屬彈性元件聯(lián)軸器能夠保證步進電機與絲杠的同軸度，即如果步進電機和絲杠在安裝過程中的同軸度并不很精確時，通過非金屬彈性 元件連軸器也可以得到來調(diào)節(jié)。非金屬彈性元件聯(lián)軸器制造方便，方便得到各種結(jié)構形狀。 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 更重要的是，它具有較高的阻尼性能，而高的阻尼性能，又可以提高機床的抗震性。彈性聯(lián)軸器的裝卸也非常方便。 滾動導軌的安裝定位 通常導軌的安裝應滿足如下要求：剛度好、承載能力大、精度高、摩擦阻力小、精度保持性好、運動平穩(wěn)、壽命長、結(jié)構簡單、工藝性好、便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等。 由于數(shù)控雕刻機床要求具有良好的靈活性來滿足機床的高速雕刻的要求，本機床 X、 Y、軸方向上均采用 GGB型（四方向等載荷型）高精度直線導軌。直 線滾動導軌通常是兩條組合配套成對使用，它可以水平式安裝，也可以垂直或傾斜式安裝。為了確保兩條導軌能夠平行，通常把其中一條導軌作為基準導軌。它的安裝形式又分為單導軌定位以及雙導軌定位兩種，數(shù)控雕銑機床 X、 Y軸方向上均采用雙導軌定位。 Z軸方向采用圓柱式導軌定位。例如，其中 X向?qū)к壊季址绞饺缦聢D ： 圖 滾動導軌的安裝示意圖 如上圖 , 可以有效抵消在高速加工工件時的所產(chǎn)生的強烈振動和沖擊 , 而且這種安裝方式簡單，調(diào)整快捷簡便。 本章小結(jié) 本章主要闡述了機床的進 給系統(tǒng)的布局方式。包括進給系統(tǒng)的各種結(jié)構及其比較和所采取的布局方式，滾珠絲杠副的選擇、安裝布局的比較及所采用的安裝方式，導軌的安裝布局。 畢業(yè)設計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 5 主傳動及 X向進給系統(tǒng)部分零件計算和校核 主傳動零部件計算及校核 主軸參數(shù)設計 （ 1）主軸上、下軸頸的設計 查 171。金屬切削機床手冊 187。下冊表 428可得： 取上軸頸 1 40D mm? 則下軸頸 210 .7 5 3 0D D m m? ? ? （ 2）主軸內(nèi)孔直徑 d 因為式 D??? （ ） 所以有 ( D 1 2 )0 .5 0 .5 1 7 .52