【導讀】是該YAG激光器的主要組成部分。它決定了激光器的加工精度，它的每個方向的。傳動系統(tǒng)應結構簡單，制造、維修方便?？偝杉傲?、部件的設計。應能滿足零件標準化、部件通用化和產品系列化及機床變型的要求。機械制造業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，美國68％的社會財富來源于。而機械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平，則是反映國民經濟實力和科學技。術水平的重要標志之一。提高加工效率、降低生產成本、提高加工質量、快速更。而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。越來越被人們所認識。數(shù)控加工技術是直接創(chuàng)造社會財富的重要手段，是一個國。國防力量的競爭在一定程度上就是先進制造技術的競爭。進國防裝備產業(yè)化的技術基礎。

　　

【正文】 由表 13 兩端固定支承 Kb=2 KBO Kb= N/um Kb :支承軸承組合剛度 N/um 3）滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 KC：滾珠和滾道的接觸剛度 (N/um) KC ：查樣本上的剛度 (N/um) FP：滾珠絲杠副預緊力 (N) 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） xlv Ca：額定動載荷 (N) 由樣本查得： 得 KC=200N/um (12) 剛度驗算及精度選擇 （ 1） = = N/ m = N/ m F0 = 已知 W1=294 N ， = F0= N F0 ：靜摩擦 力（ N） ：靜摩擦系數(shù) W1：正壓力 （ N） （ 2）驗 算傳動系統(tǒng)剛度 反向差值 0m in FK ? 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） xlvi minK ：傳動系統(tǒng)剛度 （ N） 已知反向差值或重復定位精度為 16 minK =＞ （ 3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 = （ 4）確定精度 V300p：任意 300mm 內的行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)言， V300p≤179。 定位精度 定位精度為 16um/300 V300p＜ 絲杠精度取為 3 級 V300p=12um＜ (5)確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 已確定的型號： FF 公稱直徑： 16 導程： 5 螺紋長度： 380 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） xlvii 絲杠全長： 570 P 類 1級精度 FF16051P3 /380179。 570 （ 13)驗算臨界轉速 72c 2c2dn f 10L?? :臨界轉速 （ n/min） f：與支承形式有關的系數(shù) ：絲杠底徑 ：臨界轉速計算長度 （ mm） 由表得 f= 由樣本得 d2= 由工作圖及表 14 得： Lc2= L1 L0 2097＞ maxn =1500 （ 14)驗算： maxnDD wn ? wD —— 滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑 （ mm） maxn —— 滾珠絲杠副最高轉速 （ n/min） 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） xlviii wD ≈ maxn =1200r/min 19680＜ 70000 Z 向導軌設計計算 對于 Z 方向因為該工作臺不受切削力，因此采用雙燕尾形的截面，為了進一步減小摩擦系數(shù)和防止爬行，在數(shù)控機床的動導軌和鑲條上貼有以聚四氟乙稀為基體的的塑料導軌軟帶 。 貼塑導軌是被廣泛用在數(shù) 控機床進給系統(tǒng)中的一種滑動摩擦導軌。貼塑導軌將塑料基的自潤滑復合材料覆蓋并粘貼于滑動部件的導軌上，與鑄鐵或鑲鋼的床身導軌配用，可改變原機床導軌的摩擦狀態(tài)。目前，使用較普遍的自潤滑復合材料是填充聚四氟乙烯軟帶。與滑動摩擦導軌相比，它的摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)差小，低速無爬行，吸振，耐磨，抗撕傷能力強，成本低，黏結工藝簡單，加工性和化學穩(wěn)定性好，并有良好的自潤滑性和抗振性，可在干摩擦狀態(tài)下工作。 聚四氟乙烯貼塑導軌可在原滑動導軌的基礎上粘貼，不受幾何形狀的限制。使用貼塑導軌主要根據(jù)其 p— v 值，應使滑動速度和比 壓的交點位于圖 7— 35 曲線的下方，在無法滿足要求時，可加大導軌面積以降低比壓值。考慮到加工余量，一般選擇厚度為 。 貼塑導軌 p— v 圖 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） xlix 4 Z 方向平衡機構設計 對于該數(shù)控系統(tǒng)的 Z 方向，最重要的是工作臺及工件向下移動時，不能夠產生所謂的因慣性力而引起的“急落”現(xiàn)象，因為 YAG 激光加工器進行的時高精度的加工，不容許出現(xiàn)這種現(xiàn)象，因此就需要在 Z 方向加裝平衡系統(tǒng)： 近年來，隨著數(shù)控機床的發(fā)展，垂直移動部件的重量越來越重，為減小垂直方向拖動電機的功率，往往對垂直部件采取重力平衡措施 ，以下介紹幾種數(shù)控機床常用的平衡方法。 重錘平衡法 這種方法是目前應用最為廣泛的一種平衡方式，運動部件的平衡是由鏈條通過其兩頭的耳環(huán)分別連接在主軸和重錘上，并通過安裝在支架上的導輪來實現(xiàn)。為使重錘上下運動平穩(wěn)，在重錘的兩側面開有導向槽。這種平衡方法結構簡單，安裝方便，一般用于固定立柱 結構的機床，但由于加入了重錘，使垂向運動部件的慣量增大而不利于高速運動。 蓄能器平衡法 這種方法是利用了囊式蓄能器吸收和釋放能量的功能來實現(xiàn)的，工作原理如圖 41 所示。 圖 41 在蓄能器 2 的下側油口接一單向閥 4，并聯(lián)一個溢流閥 3，液壓油通過單向閥 4 打進蓄能器，通過調整溢流閥 3，將所需液壓油的壓力值調至要求值，并向蓄能器內充人一定壓力的氮氣。運動部件 5 通過安裝在支架上的導輪 6 實現(xiàn)與平機械工程學院畢業(yè)設計（論文） l 衡油缸的連接。當垂向運動部件作 上下運動時，平衡油缸 7 的有桿腔中的液壓油被擠壓，排出蓄能器，運動部件運動過程中產生的壓力被轉換為受壓液體而輸入到蓄能器中成為儲備能量，這時蓄能器氣囊中的氮氣被壓縮，使液體的壓力與氣囊的壓力相同而獲得能量儲備，達到對垂向運動部件的平衡作用。這種結構使系統(tǒng)運動部件的響應速度很快，且對機床的結構型式沒有限制，但受到平衡動速度的約束。 平衡閥平衡法 其工作原理如圖 42 所示。液壓油經單向閥 5 輸入到平衡閥 6 后分成兩路：一路接到平衡油缸 10 的有桿腔內，另一路接到蓄能器 2 上，為了檢測平衡閥的壓力，在其上面并接一個壓力 繼電器和壓力表以確保安全，垂向運動部件 7 通過安裝在支架上的導輪 9 實現(xiàn)與平衡油缸 10 的連接。這種結構的平衡方式能夠隨著運動部件重量的變化而變化，平衡比較精確且隨動，而且可以平衡掉一部分的切削力，使主軸的轉動更平穩(wěn)，但是平衡閥對油質的要求高，不易做好。 圖 42 在本設計中我們采用了一個小型的的單向節(jié)流閥來控制工作臺在 Z軸方向的平衡，結構簡單 。 在其運動過程或靜止過程中，要受到自身重力作用從而影響機床的工作性能。對此一般都 采用機械配重的方法。但機械配重導致結構復雜、體積加大、驅動慣量加大。因此在一些數(shù)控機床上常采用液壓反向加載的方式來實現(xiàn)運動部件的重力平衡。 數(shù)控機床中主軸箱的升降是由伺服電機驅動的，對主軸箱的重力就可以用液壓平衡油缸來平衡，這要求平衡油缸不僅平衡重量，而且運動響應速度?？?。下機械工程學院畢業(yè)設計（論文） li 圖就是常用的平衡回路。 是采用普通平衡閥 1 和單向閥 2 在油缸上下移動時保持油缸內壓力來實現(xiàn)重力平衡。當油缸向上移動時 (主軸箱向上運動 )，油泵來的壓力油通過單向閥 2 進入油缸下油腔，使活塞產生向上的推力，以平衡重量；而油缸向下移動 時 (主軸箱向下運動 )，油缸活塞往下移，油液通過平衡閥外溢，同時在油缸腔內產生背壓力平衡主軸箱自重，平衡閥的壓力調整要重量平衡要求。 圖中采用一個特殊平衡閥 3 來實現(xiàn)重力平衡。這種平衡閥能依據(jù)平衡油缸的壓差進行自動調整，以保證在不同位置的平衡。 平衡回路 a）普通平衡閥 b）特殊平衡閥 1— 普通平衡閥 2— 單向閥 3— 特殊平衡閥 本設計所采用得結構如下圖所示： 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） lii 5 機床總體布局的 CAD 機床總體布局設計中要完成下列任務，初步確定各部件形狀、尺寸，安排機床各部件的相互位置，協(xié)調各部件間的尺寸關系，設計機床外形和人機界面。它是機床設計過程中的一個十分煩瑣和復雜的工作，它直接影響著機床設計的效率和質量。因此，應用 CAD 進行機床總體布局設計是一個值得重視的研究課題， 由于機床的類型干差萬別，而且各種類型機床的總體布局又各有特點。對于一般通用機床和一些專門化機床，雖已形成固定的類別和系列型譜，其部件的具體型式尚未標準化，且其運動比較復雜。對外形美觀和人機界面的要求 也高，故該類機床的總體布局設計沒有嚴格的規(guī)律可循。而數(shù)控機床代表了機床發(fā)展的方向，為提高我國機床的數(shù)控化率，又快又好地生產滿足國內各部門要求的各類數(shù)控機床，開發(fā)適合機床布局的 CAD 系統(tǒng)，在經濟上和技術上都有重大的意義。 機床總體布局設計信息的計算機描述 機床的設計過程是一個對信息進行加工和處理的過程，而計算機則是人對信息進行加工和處理的工具。 CAD 系統(tǒng)實際上就是一個通過對信息的有機組織，使計算機和人均能高度發(fā)揮效率的計算機輔助設計系統(tǒng)。這里介紹基于機床的模塊化設計思想提出的一種布局信息的分類層描述方法。 機 床總體布局設計所需信息可分為兩類：第一類是描述機床的“硬特性”，即機床的機械結構描述；第二類是描述機床的“軟特征”，即機床的布局規(guī)則描述 (見圖 7— 18)。它們是有效地解決機床設計過程中設計信息的自動傳遞，運動干涉的自動檢驗和機床各模塊間尺寸自動協(xié)調等問題的基礎?？紤]到對機床布局描述的靈活性和方便性，對第一類機械結構信息采用“拓樸結構描述” (指對各幾何形體之間相互關系的描述 )加“數(shù)據(jù)描述”來完成。而第二類信息則用文件形式加以描述。對整個信息，又分成不周的層次，形成對不同層次信息的分別描述，使信息的表達得以最大 的靈活性和方便性。 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） liii 圖 5— 1 1．布局信息的第一層描述 該層描述了機床總體布局型式的結構，以及與布局型式密切相關的機床基本運動信息、機床的協(xié)調信息和機床的約束信息。 機床總體布局型式是由機床布局型式的三維結構描述圖描述的。該描述圖記錄了機床各模塊間的相互位置關系以及所需要模塊的功能類型和名稱。故該圖確定了機床布局的結構。圖 5— 1 是用三維結構描述圖描述的某臥式加工中心的模塊相互位置關系示意圖。由于圖上裝入的模塊是可更換的，故用此一張圖就可代表許多種具有相同布局型式的 不同種類和規(guī)格的機床。 機床整機的協(xié)調信息由信息協(xié)調文件描述。對應于一張布局型式的結構描述圖，相應有一個信息協(xié)調文件與之對應。此文件描述組成該布局型式所需的模塊之間以及總體和模塊之間存在的協(xié)調關系和聯(lián)接關系。例如對于工作臺和床身這樣的模塊單元對，它們的導軌之間以及絲杠與絲杠螺母座之間必然存在著協(xié)調和聯(lián)接關系。再如機床所需的加工空間與各方向行程以及各模塊尺寸必然也有一定的協(xié)調關系。這些協(xié)調和聯(lián)接關系信息都由該文件記錄。 機床的基本運動信息由基本運動描述文件描述。這是實現(xiàn)機床運動動畫仿真，進行運動干涉自動檢驗的 需要。應用上述兩個文件雖確定了該布局型式所需模塊的組合信息，但只是完成了機床的幾何形狀描述，需通過該文件才能確定哪些模塊是運動的，以及它們的運動軌跡和運動參數(shù)。 機械工程學院畢業(yè)設計（論文） liv 圖 5— 2 與機床總體布局有關的最后一項信息是機床的各種約束條件，是指對模塊的形體以及模塊的組合在實際中的不可能性和不合理性進行的約束。 2．布局信息的第二層描述 該層描述組成一臺機床所需模塊的結構與尺寸。它由模塊結構三維描述和模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫聯(lián)合完成。模塊結構三維描述圖描述了模塊的結構特征，由 該描述圖表示的模塊具有一般性和互換性。 （ 1）一般性：結構描述圖只對模塊進行了拓樸描述，它代表一組具有相同結構特征的模塊，只有用模塊參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)加以‘定量’描述之后，才代表某一具體幾何尺寸的模塊。 （ 2）互換性：是指具有相同功能的模塊之間，盡管外形不一，性能不同，但裝入布局型式描述圖時，可以進行互換；互換的結果不影響與機床總體以及其它相關模塊之間的設計信息自動傳遞，以及機床運動動畫仿真的進行。 相同功能的模塊之間具有互換性是經過規(guī)范化處理的結果。規(guī)范化處理是指對構成機床的各個模塊進行詳細的功能分析和功 能概括，抽出模塊對機床總體以及其它模塊有影響的主要特性，并從具有相同功能的模塊之間，歸納出具有相同的對外聯(lián)系參數(shù)。如臥式加工中心的工作臺有數(shù)控轉臺和分度轉臺之分，經過規(guī)范化處理，它們的對外聯(lián)系參數(shù)均可歸納為：工作臺面的尺寸、工作臺的高度、工作臺導軌的尺寸參數(shù)及工作臺上絲杠螺母座位置。這樣，這兩種工作臺就具有了相同的對外聯(lián)系參數(shù)，可以進行互換。 通過上述分析可以看出，任何一種型號的機床均可通過對它的第一層描述加第二層描述完全確定下來