【導(dǎo)讀】大學(xué)畢業(yè)實(shí)踐用紙。1．?dāng)?shù)控機(jī)床的概述²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²3. 1．2數(shù)控銑床與雕刻機(jī)的介紹²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²4. 1．3數(shù)控雕銑機(jī)產(chǎn)品介紹²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²20. 2．TLNC-X-2030工作臺(tái)及Y軸傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²26. 2．1輪廓概況設(shè)計(jì)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(dòng)導(dǎo)軌²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²40

　　

【正文】 臺(tái)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(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 28 2． 2． 3 滾珠絲杠副 1滾珠絲杠副的選擇 本設(shè)計(jì)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(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。 選定進(jìn)給傳動(dòng)用滾珠絲杠副時(shí)，主要考慮的內(nèi)容是：與機(jī)床定位精度要求相適應(yīng)的絲杠精度、絲杠的剛性與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在開(kāi)環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中，滾珠絲杠的精度將直接影響機(jī)床的定位精度和隨動(dòng)精度。為了獲得高精度、高剛度的進(jìn)給系統(tǒng)，應(yīng)選用精度高的滾珠絲杠傳動(dòng)副。但是，隨著絲杠精度的提高，其價(jià)格也將大大上升。本機(jī)床 Y 向進(jìn)給方向的滾珠絲杠副的精度等級(jí)為 4 級(jí)。 4 級(jí) 精度的絲杠經(jīng)采用一些如消隙、螺距誤差補(bǔ)償?shù)却胧耆軡M足機(jī)床的定位精度要求。 絲杠的剛度與直徑的大小直接相關(guān)，直徑大、剛度就好。要想使進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(dòng)慣量也大大增大。本機(jī)床經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算后選定 Y 軸滾珠絲杠的公稱直徑為 16mm，導(dǎo)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(jìn)給系統(tǒng)，不僅應(yīng)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(shè)計(jì)。因滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來(lái)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(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 29 雕銑機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)靈活，對(duì)微小位移 (絲杠微小轉(zhuǎn)角 )響應(yīng)要靈敏，因此應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動(dòng)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(jī)床選用這種角接觸球軸承，通常需要把 2 個(gè)以上的軸承組合起來(lái)，且施加預(yù)緊力來(lái)使用。 其組合形式有背靠背組配 (DB 方式 )、面對(duì)面組配 (DF 方式 )、串聯(lián)組配 (DT 方式 )。在數(shù)控機(jī)床上選用此種軸承時(shí)，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(jiǎn)圖 4 滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置 由于滾珠絲杠副的逆?zhèn)鲃?dòng)效率很高，逆向傳動(dòng)不能自鎖，因此當(dāng)它處于垂直安置時(shí)必須另外設(shè)有制動(dòng)裝置，以防止伺服電機(jī)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件由于自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)，也可以防止因偶然因素造成的事故。 4040S 雕銑機(jī) 采用拉伸彈簧和伺服電機(jī)的制動(dòng)來(lái)作為滾珠絲杠副的制動(dòng)裝置。 Z向伺服電機(jī)經(jīng)連軸器帶動(dòng) Z軸絲杠，實(shí)現(xiàn) Z向工作臺(tái)的升降。防止 Z向工作臺(tái)及其主軸組件由于自重而產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)的關(guān)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(jī)的制 動(dòng)器。當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)，拉伸彈簧無(wú)逆止作用，伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)工作臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) (電機(jī)帶制動(dòng) )，工作臺(tái)及其主軸組件由于自重而要下滑，這時(shí)， Z向彈簧拉板裝置對(duì)工作臺(tái)及其主軸組件自重的反作用力和伺服電機(jī)的制動(dòng)作用，阻礙其上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 30 下滑的運(yùn)動(dòng)，從而防止了逆?zhèn)鲃?dòng)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 5 進(jìn)給結(jié)構(gòu)和絲杠的聯(lián)合結(jié)構(gòu) 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，伺服電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)要保證傳動(dòng)無(wú)間隙，這樣才能準(zhǔn)確執(zhí)行脈沖指令，而不會(huì)丟掉脈沖造成“失步”，影響機(jī)床的加工精度和傳動(dòng)精度。在 4040S 數(shù)控雕銑機(jī)床中， Y軸采 用直聯(lián)式，即通過(guò) 非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器 （ 屬于帶彈性元件擾性聯(lián)軸器） 把伺服電機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)起來(lái)。 帶彈性元件擾性聯(lián)軸器除有補(bǔ)償性能外，還具有緩沖和減震作用，此外非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器能保證伺服電機(jī)與絲杠的同軸度，即使伺服電機(jī)與絲杠安裝時(shí)的同軸度不是很精確，也可通過(guò)非金屬?gòu)椥栽B軸器來(lái)調(diào)節(jié)。非金屬?gòu)椥栽?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(jī)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(jì)算 1)確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph Ph =maxmaxniV? （ 2） Ph：滾珠絲杠副的導(dǎo)程 mm Vmax: 工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 m/min nmax: 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 r/min i: 傳動(dòng)比 因 4040S 雕銑機(jī)伺服電機(jī)與滾珠絲杠副通過(guò)聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動(dòng)比 i=1 根據(jù)表 [21]的技術(shù)參數(shù)可知， Vmax =5m/min 。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率為 400W, 查得 nmax =3000r/min 代入式（ 2）得 Ph = 51 3000? = 上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 31 根據(jù) [16]表 1 P1 選擇導(dǎo)程為 5mm 的滾珠絲杠副 2）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷 當(dāng)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化時(shí)，各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)均等時(shí)，可采用下列公式計(jì)算。 ? 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm = ?max min2nn （ 3） nm:當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r/min nmax：滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速。因 4040S 雕銑機(jī)伺服電機(jī)與滾珠絲杠副采用直聯(lián)方式連接，傳動(dòng)比 i=1。電動(dòng)機(jī)所能達(dá)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(dāng)量載荷 Fm = ?max min2 3FF （ 4） Fm：當(dāng)量載荷 N； Fmax：機(jī)器承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力。 Fmax= G1+G2+G 電主軸 + μFy =+ = 。 Fmin：機(jī)器空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力。因所計(jì)算的絲杠帶動(dòng) Z軸方向的運(yùn)動(dòng)。所以 Fmin=G1+G2+G 電主軸 =（ ++98） N= 代入式（ 4）得 Fm =2 ?? ≈ 3）確定預(yù)期額定動(dòng)載荷 上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 32 ? 按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間 Lh（小時(shí)）計(jì)算： Cam =3 60 hmLn 179。cawm fffF100 （ N） （ 5） Cam：確定預(yù)期額定動(dòng)載荷 N Lh：預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)）。查 [1]表 6 P19 取 Lh=20210h。 fa：精度系數(shù)。根據(jù)初定的精度等級(jí) 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(chǎng)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(guò)希望壽命的 90%以上時(shí) fc根據(jù) [1]表 8 P19 選。 fw：負(fù)荷系數(shù)。根據(jù)負(fù)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(yù)緊滾珠絲杠副，按最大載荷 Fmax計(jì)算 Cam =feFmax （ 6） fe：預(yù)加負(fù)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(fù)定位精度 ② δm ≤（ 41 ～ 51 ） 179。定位精度 上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 33 δm：最大軸向變形量 μm 由表 [21]可知，重復(fù)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(wú)預(yù)拉伸要求，取一端固定，一端游動(dòng)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(dǎo)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(gè)余程 + 螺母長(zhǎng)度 + 一個(gè)支承長(zhǎng)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(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 34 d2m≥ 138 250? = 5）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) ? 根據(jù)傳動(dòng)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(jì)算出的 Ph、 Cam、 d2m， 可選擇相應(yīng)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(yù)緊力 Fp =13 Fmax （ 8） 其中 Fmax= Fp≈ 233N 7）行程補(bǔ)償值與預(yù)拉伸力 ? 行程補(bǔ)償值 C =106 （ 9） 其中， C：行程補(bǔ)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(tái)行程 + 螺母長(zhǎng)度 + 兩個(gè)安全行程 ≈行程 + (8～ 14)Ph = 150 + 14179。 5 = 210mm 上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 35 代入式（ 9）得 C =210103106 ≈ 6μm ? 預(yù)拉伸力 Ft =LIAE?= （ 10） = ≈ 2338N 8）確定滾珠絲杠副支撐用的軸承型號(hào)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(dòng)的支承形式，選面對(duì)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(yù)緊力 預(yù)加負(fù)荷 ≥FBP =1011N ? 選擇軸承型號(hào)規(guī)格 當(dāng) d =20mm,預(yù)加負(fù)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(zhǎng)度 上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)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(dòng)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(diǎn)離固定支承距離 ，查 [1]表，其滾珠螺母的全長(zhǎng)為 84mm， 取 L0≈75mm Ksmax= 3754 75(375 75)???102 =330N/μm 上海。大學(xué) 畢業(yè)實(shí)踐用紙 37 11）滾珠絲杠