【導讀】大學畢業(yè)實踐用紙。1．數(shù)控機床的概述²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²3. 1．2數(shù)控銑床與雕刻機的介紹²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²4. 1．3數(shù)控雕銑機產(chǎn)品介紹²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²20. 2．TLNC-X-2030工作臺及Y軸傳動部件設計²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²26. 2．1輪廓概況設計²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²26. 2．2元件的選擇²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²26. 2．2．2底座²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²27. 2．2．3滾珠絲杠副²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²28. 2．2．4滑動導軌²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²40

　　

【正文】 臺而造成加工面不穩(wěn)定的情況出現(xiàn)，固選用此尺寸。 3 .26.3 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 28 2． 2． 3 滾珠絲杠副 1滾珠絲杠副的選擇 本設計中 Y 向的 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。 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。本機床 Y 向進給方向的滾珠絲杠副的精度等級為 4 級。 4 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。 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。本機床經(jīng)設計計算后選定 Y 軸滾珠絲杠的公稱直徑為 16mm，導程為 4mm。 2 滾珠絲杠副的支撐軸承的選擇 為了獲得高精度、高剛度的進給系統(tǒng)，不僅應選用高精度高剛度的滾珠絲杠副，而且必須十分重視滾珠絲杠支承的設計。因滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來自于臥式絲杠的自重，因此，滾珠絲 杠的軸向精度和剛度要求很高。因數(shù)控上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 29 雕銑機的進給系統(tǒng)要求運動靈活，對微小位移 (絲杠微小轉(zhuǎn)角 )響應要靈敏，因此應選用運轉(zhuǎn)精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動軸承。目前，各類軸承中用得最多的是推力角接觸球軸承。數(shù)控機床選用這種角接觸球軸承，通常需要把 2 個以上的軸承組合起來，且施加預緊力來使用。 其組合形式有背靠背組配 (DB 方式 )、面對面組配 (DF 方式 )、串聯(lián)組配 (DT 方式 )。在數(shù)控機床上選用此種軸承時，為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，一般采用 DF 組配方式 3支撐軸承簡圖 4 滾珠絲杠副的制動裝置 由于滾珠絲杠副的逆?zhèn)鲃有屎芨?，逆向傳動不能自鎖，因此當它處于垂直安置時必須另外設有制動裝置，以防止伺服電機在停止轉(zhuǎn)動時，運動部件由于自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?，也可以防止因偶然因素造成的事故?4040S 雕銑機 采用拉伸彈簧和伺服電機的制動來作為滾珠絲杠副的制動裝置。 Z向伺服電機經(jīng)連軸器帶動 Z軸絲杠，實現(xiàn) Z向工作臺的升降。防止 Z向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 Z向彈簧拉板裝置 (由彈簧拉板、拉伸彈簧、 M8內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)冉M成 )和伺服電機的制 動器。當工作臺上升時，拉伸彈簧無逆止作用，伺服電機帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動從而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 )，工作臺及其主軸組件由于自重而要下滑，這時， Z向彈簧拉板裝置對工作臺及其主軸組件自重的反作用力和伺服電機的制動作用，阻礙其上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 30 下滑的運動，從而防止了逆?zhèn)鲃?。這種結(jié)構(gòu)的特點結(jié)構(gòu)簡單。 5 進給結(jié)構(gòu)和絲杠的聯(lián)合結(jié)構(gòu) 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中，伺服電機與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)要保證傳動無間隙，這樣才能準確執(zhí)行脈沖指令，而不會丟掉脈沖造成“失步”，影響機床的加工精度和傳動精度。在 4040S 數(shù)控雕銑機床中， 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） 把伺服電機和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)起來。 帶彈性元件擾性聯(lián)軸器除有補償性能外，還具有緩沖和減震作用，此外非金屬彈性元件聯(lián)軸器能保證伺服電機與絲杠的同軸度，即使伺服電機與絲杠安裝時的同軸度不是很精確，也可通過非金屬彈性元件連軸器來調(diào)節(jié)。非金屬彈性元件聯(lián)軸器制造方便，易獲得各種結(jié)構(gòu)形狀，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。 6 滾珠絲杠的計算 1)確定滾珠絲杠副的導程 Ph Ph =maxmaxniV? （ 2） Ph：滾珠絲杠副的導程 mm Vmax: 工作臺最高移動速度 m/min nmax: 電機最高轉(zhuǎn)速 r/min i: 傳動比 因 4040S 雕銑機伺服電機與滾珠絲杠副通過聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動比 i=1 根據(jù)表 [21]的技術參數(shù)可知， Vmax =5m/min 。 根據(jù)電動機功率為 400W, 查得 nmax =3000r/min 代入式（ 2）得 Ph = 51 3000? = 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 31 根據(jù) [16]表 1 P1 選擇導程為 5mm 的滾珠絲杠副 2）確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷 當負荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化時，各種轉(zhuǎn)速使用機會均等時，可采用下列公式計算。 ? 當量轉(zhuǎn)速 nm = ?max min2nn （ 3） nm:當量轉(zhuǎn)速 r/min nmax：滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速。因 4040S 雕銑機伺服電機與滾珠絲杠副采用直聯(lián)方式連接，傳動比 i=1。電動機所能達到的最高轉(zhuǎn)速即為 滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速，所以 nmax =3000r/min nmin：滾珠絲杠副的最低轉(zhuǎn)速。 nmin =0 代入式（ 3）得 nm =300002? =1500r/min ? 當量載荷 Fm = ?max min2 3FF （ 4） Fm：當量載荷 N； Fmax：機器承受最大負荷時滾珠絲杠副的傳動力。 Fmax= G1+G2+G 電主軸 + μFy =+ = 。 Fmin：機器空載時滾珠絲杠副的傳動力。因所計算的絲杠帶動 Z軸方向的運動。所以 Fmin=G1+G2+G 電主軸 =（ ++98） N= 代入式（ 4）得 Fm =2 ?? ≈ 3）確定預期額定動載荷 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 32 ? 按滾珠絲杠副的預期工作時間 Lh（小時）計算： Cam =3 60 hmLn 179。cawm fffF100 （ N） （ 5） Cam：確定預期額定動載荷 N Lh：預期工作時間（小時）。查 [1]表 6 P19 取 Lh=20210h。 fa：精度系數(shù)。根據(jù)初定的精度等級 P4，查 [1]表 7 P19 取 fa=。 fc：可靠性系數(shù)。一般情況下為 fc=1。在重要場合，要求一組同樣的滾珠絲杠副在同樣條件下使用壽命超過希望壽命的 90%以上時 fc根據(jù) [1]表 8 P19 選。 fw：負荷系數(shù)。根據(jù)負荷性質(zhì)選擇，查 [1]表 9 取 fw=1。 代入式（ 5）得 Cam= 3 20210150060 ?? 179。 1100 1??? ≈9396N ? 擬采用預緊滾珠絲杠副，按最大載荷 Fmax計算 Cam =feFmax （ 6） fe：預加負荷系數(shù)。查 [1]表 10 P19 取 fe= 代入式（ 6）得 Cam ==3139N 取以上 2 種結(jié)果的最大值 Cam =9396N 4）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 d2m ? 估算滾珠絲杠的最大允許軸向變形量 δm ① δm ≤（ 31 ～ 41 ） 179。重復定位精度 ② δm ≤（ 41 ～ 51 ） 179。定位精度 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 33 δm：最大軸向變形量 μm 由表 [21]可知，重復定位精度為 ，定位精度為 ① δm= ② δm=2μm 取兩種結(jié)果的小值 δm= ? 估算滾珠絲杠副的底徑 d2m 絲杠無預拉伸要求，取一端固定，一端游動的支承形式 d2m≥2179。 10ELFm??010=?0mFL （ 7） d2m：最小螺紋底徑 mm E：楊氏彈性模量。 E=105N/mm2 δm：估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量（ μm）已求得為 δm= F0：導軌靜摩擦力（ N） F0 =μ0W（ μ0 為靜摩擦系數(shù)）。根據(jù) [1]表查得 μ0=； W =G1+G2+G 電主軸= F0 =μ0W ==138N L為滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支撐的最大距離（ mm） L ≈ 行程 + 安全行程 + 兩個余程 + 螺母長度 + 一個支承長度 ≈ （ ～ ）行程 + (10～ 14) Ph 由表 21： Z向最大行程為 150mm L ≈ 179。 150 + 14179。 5 =250mm 代入式（ 7）得 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 34 d2m≥ 138 250? = 5）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 ? 根據(jù)傳動方式以及使用情況，選擇法蘭式雙螺母內(nèi)循環(huán)形式； ? 由計算出的 Ph、 Cam、 d2m， 可選擇相應規(guī)格的滾珠絲杠副： FFZD25053 Ph =5 Ca =10200N＞ Cam =9396N d2 =＞ d2m = 6）確定滾珠絲杠副預緊力 Fp =13 Fmax （ 8） 其中 Fmax= Fp≈ 233N 7）行程補償值與預拉伸力 ? 行程補償值 C =106 （ 9） 其中， C：行程補償值 μm Δt：溫度變化值 2℃ 3℃ ,取 Δt=℃ Lu：滾珠絲杠副的有效行程 (mm) Lu≈工作臺行程 + 螺母長度 + 兩個安全行程 ≈行程 + (8～ 14)Ph = 150 + 14179。 5 = 210mm 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 35 代入式（ 9）得 C =210103106 ≈ 6μm ? 預拉伸力 Ft =LIAE?= （ 10） = ≈ 2338N 8）確定滾珠絲杠副支撐用的軸承型號規(guī)格 ? 軸承所承受的最大軸向載荷 FBmax = Ft + Fmax （ 11） = 2338 + =3035N ? 軸承類型 一端固定，一端游動的支承形式，選面對面（ DF）角接觸球軸承 ? 軸承內(nèi)徑 d略小于 d2= ， FBP =31 FBmax 取 d =20mm 代入得 FBP =31 3035 =1011N ? 軸承預緊力 預加負荷 ≥FBP =1011N ? 選擇軸承型號規(guī)格 當 d =20mm,預加負荷 ≥FBP =1011N 所以選擇 7204AC 型軸承 9）滾珠絲杠副工作圖 ? 絲杠螺紋長度 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 36 Ls= Lu + 2Le （ 12） 由 [1]表 2 P11 查得余程 Le=20 代入 式（ 12） 得 Ls= 210+220=250 10）傳動系統(tǒng)剛度 ? 絲杠最小抗壓剛度 ? 絲杠最小抗壓剛度 Ksmin =122Ld102 （ 13） Ksmin：最小 抗壓剛度 N/μm 2d ： 絲杠底徑 1L： 固定支承距離 。 1L = 2SLL? =250 5002? =375 代入 式（ 13） 得 Ksmin = 102=211N/μm ? 絲杠最大抗壓剛度 Ksmax=)(4 010 122LLL Ld ?102 （ 14） Ksmax：最大 抗壓剛度 N/μm L0：行程起點離固定支承距離 ，查 [1]表，其滾珠螺母的全長為 84mm， 取 L0≈75mm Ksmax= 3754 75(375 75)???102 =330N/μm 上海。大學 畢業(yè)實踐用紙 37 11）滾珠絲杠