【正文】 金屬切削機(jī)床手冊 187。包括進(jìn)給系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)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(dǎo)軌的安裝布局。例如，其中 X向?qū)к壊季址绞饺缦聢D ： 圖 滾動導(dǎo)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(qiáng)烈振動和沖擊 , 而且這種安裝方式簡單，調(diào)整快捷簡便。它的安裝形式又分為單導(dǎo)軌定位以及雙導(dǎo)軌定位兩種，數(shù)控雕銑機(jī)床 X、 Y軸方向上均采用雙導(dǎo)軌定位。直 線滾動導(dǎo)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。 滾動導(dǎo)軌的安裝定位 通常導(dǎo)軌的安裝應(yīng)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(gòu)簡單、工藝性好、便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等。 畢業(yè)設(shè)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(jī)床的抗震性。而且，非金屬彈性元件聯(lián)軸器能夠保證步進(jìn)電機(jī)與絲杠的同軸度，即如果步進(jìn)電機(jī)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)。在雕刻機(jī)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(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)起來。 這種結(jié)構(gòu)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]。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。當(dāng)伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動時 (電 機(jī)帶制動 )，機(jī)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。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。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(guān)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 )。 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(dāng)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(jī)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。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(dāng)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。所以，對于滾珠絲杠的軸向剛度以及精度的要求比較高。 圖 X、 Y向的滾珠絲 杠副的 支承結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)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(jī)床運動系統(tǒng)的設(shè)計過程中，要想得到高剛度、高精度的進(jìn)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(shè)計至關(guān)重要。 Z向采用一端固定，另一端自由的方式。螺母慣性小、運動靈活，可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。 （ 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。 （ 3） 雙推一雙推方式 即絲杠兩端均固定。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。這種支承方式用于行程小的短絲杠。 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。與一般軸承相比，這種新型結(jié)構(gòu)的軸承的軸向剛度提高了兩倍以上。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(shè)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。 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(gòu)雖然簡單，但它的軸向剛度不夠。目前，一般在工藝條件允許時，新設(shè)計的機(jī)床通常都把絲杠螺母座或者絲杠支承座和機(jī)床本體做為一體式結(jié)構(gòu)，從而增大了剛度。絲杠螺母座和絲杠支承座都應(yīng)該有可靠的剛度和精度。 滾珠絲杠支承結(jié)構(gòu) 一般來說， 加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度可以提高數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的傳動剛度。本機(jī)床 經(jīng)設(shè)計計算后選定 X、 Z軸的公稱直徑為 20mm。但是，隨著直徑的增大，其轉(zhuǎn)動慣量也 大大增大。 絲杠的剛度與直徑的大小直接相關(guān)，直徑大、剛度 就好。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(jìn)一步延伸發(fā)展。 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(jī)床的定位精度要求。因此，在滿足機(jī)床精度要求的前提下，選擇相應(yīng)精度的絲杠是 設(shè)計者的一項重要工作。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副。 滾珠絲杠系統(tǒng) 滾珠絲杠副的選擇 選 定進(jìn)給傳動用滾珠絲杠副時，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)動慣量。綜上所述，本次 數(shù)控雕刻機(jī)進(jìn)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(jī)床 X/Y 軸均采用高精度直線導(dǎo)軌。 （ 2）直線電動機(jī)，特別是直線感應(yīng)電動機(jī)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(yīng)采用措施保證或改變電動機(jī)的有關(guān)特性來減少或消除這種影響。畢業(yè)設(shè)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(jī)從根本上消除傳動環(huán)節(jié)，故進(jìn)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。采用直線電動機(jī)驅(qū)動時，則可以不受此限制。 2）旋轉(zhuǎn)電動機(jī)本身機(jī)械結(jié)構(gòu)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。當(dāng)傳動負(fù)載大時，可采用雙厚齒輪傳動結(jié)構(gòu)。但其傳動不夠平穩(wěn)，傳動精度不高，而且還不能自鎖。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。但靜壓絲杠螺母副應(yīng)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。 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。 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(jī)床的加工精度和光潔度。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）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。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(jī)床上還要安裝超程保護(hù)裝置。因此當(dāng)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。因此，這種結(jié)構(gòu)在數(shù)控機(jī)床上運用相當(dāng)廣泛，是當(dāng)前中、小型數(shù)控機(jī)床中最為普遍的傳動形式。 （ 3）采用直線電動機(jī)直接進(jìn)行進(jìn)給驅(qū)動。 在數(shù)控機(jī)床上，能夠?qū)崿F(xiàn)直線進(jìn)給運動的主要有以下三種形式： （ 1）通過絲杠（一般為靜壓絲杠或滾珠絲杠）螺母副，把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動。直線進(jìn)給運動又包括了機(jī)床的基本坐標(biāo) X/Y/Z 軸以及與基本坐標(biāo)軸相互平行的坐標(biāo)軸 U/V/W 軸的直線運動；而圓周進(jìn)給運動指的是環(huán)繞基本坐標(biāo)軸 X、 Y、 Z 回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸的運動。所以，就數(shù)控機(jī)床而言，其對機(jī) 械傳動系統(tǒng)的基本要求可以總結(jié)如下： 1）盡量降低傳動部件的慣量； 2）盡量提高傳動部件的剛度； 3）盡量將傳動部件的間隙減?。? 4) 盡量減少傳動系統(tǒng)的 摩擦阻力 。 通常機(jī)床傳動系統(tǒng)的慣性以及剛度主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計來決定。如果就控制系統(tǒng)的角度來進(jìn)行分析，其中能夠起到?jīng)Q定性作用的主要因素有： （ 1）機(jī)床傳動系統(tǒng)的傳動慣量和剛度，它們將直接影響到機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度以及穩(wěn)定性。而且簡單介紹了高新技術(shù)電主軸，包括其優(yōu)點、結(jié)構(gòu)布局、安裝形式等。 此種裝配的夾緊機(jī)構(gòu)的對中性好 ， 夾緊剛度強(qiáng) ，便于 操縱 ， 夾緊有效可靠 。 電主軸的外圓部分與外部的支座結(jié)構(gòu)采用內(nèi)孔式配合定位 ， 電主軸的主軸支座 8被固定在機(jī)床 Z軸數(shù)控工作臺滑塊上，電主軸在支座上的鎖緊是通過手動式彈簧脹套夾緊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的。一般來講，如果采用脂潤滑的方式 ，那么 其相應(yīng)運轉(zhuǎn)的速度就油氣潤滑相比要低 [11]。通常機(jī)床的電主軸都采用水冷卻 ， 其冷卻裝置布置在機(jī)床床身的后部。 （ 6）由于采用了電機(jī)和主軸一體化布局結(jié)構(gòu) ，從而制造商們可 以對 電主軸進(jìn)行規(guī)?；⑾盗谢约皩I(yè)化的生產(chǎn) ，由此 電主軸就以商品的形式投人到市場中 ，作為一類 專業(yè)化的數(shù)控機(jī)床零部件 ，方便于 主機(jī)挑選使用 ，最終帶動 促進(jìn)了機(jī)床的模塊化生產(chǎn)和其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與運用。 在 數(shù)控機(jī)床加工中進(jìn)行高速度的切削以及對零件的精密加工，電主軸能夠滿足此類要求，而傳統(tǒng)的機(jī)械主軸則存在欠缺。 （ 3）通過利用內(nèi)裝式電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)、閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)技術(shù) ，既保證了 機(jī)床在進(jìn)行低速粗切削加工時產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩、在高速精加工時對大功率的需求 ，又能夠 實現(xiàn)機(jī)器停車時各向的準(zhǔn)確定位 (也就是所謂的準(zhǔn)停 )以及 C軸傳動的功能 ，同時還 適應(yīng)了需要具備 C軸功能以及準(zhǔn)停的數(shù)控機(jī)床、加工中心以及其它一些數(shù) 控機(jī)床的需求。 （ 1）主軸是通過內(nèi)裝式電機(jī)聯(lián)結(jié)直接驅(qū)動的，除去了齒輪、皮帶、聯(lián)軸器等中間媒介的變速及傳動裝置 ，這 種結(jié)構(gòu)的 特點是：結(jié)構(gòu)緊湊簡單、噪聲低、效率高、產(chǎn)生振動低和加工精度高等等。這樣的主軸聯(lián)結(jié)形式被稱作直聯(lián)式和分離式主軸，也可都稱其為機(jī)械主軸。其結(jié)構(gòu)如圖 。相對于傳統(tǒng)機(jī)床采用的皮帶式或齒輪傳動式的主軸系統(tǒng)相比，它克服了它們在主軸高速轉(zhuǎn)動下發(fā)生 打滑、噪音大和振動、傳動慣量大、穩(wěn)定性差等缺點。這種結(jié)構(gòu)使得變頻電機(jī)和機(jī)床的主軸的連接形成“零傳動”方式，就是直接相連，沒有任何傳導(dǎo)媒介 ，大大提高了傳動效率。 電主軸的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 電主軸的結(jié)構(gòu)是采用變頻電機(jī)和機(jī)床的主軸合為一體 ，即具備 有冷卻套的定子裝配在主軸結(jié)構(gòu)的腔體內(nèi)部再與機(jī)床直接連接 ，成為一體，是一 種集成式的電機(jī)主軸。目前，伴隨著高速加工制造技術(shù)的迅猛發(fā)展和普遍運用 , 多種 工業(yè)制造部門，尤其在航空航天、汽車摩托配、電子電路板加工、廣告招牌及模具加工等行業(yè) , 對于高精度、高速度的數(shù)控機(jī)床的需求量正日益增加。所以，它被 廣泛應(yīng)用于超高速機(jī)床領(lǐng)域。這種結(jié)構(gòu)的 優(yōu)點是：重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、動態(tài)特性好、慣性小、穩(wěn)定性好。 由于對高速電主軸這類新型事物還未深入研究，在此對其作一些簡單的介紹。 雖然在本次設(shè)計的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床中，機(jī)床的主軸傳動系統(tǒng)采用的是電機(jī)直聯(lián)主軸傳動方式 ， 但 就電主軸來講，無論從其功能還是其在未來的發(fā)展趨勢都有著很大的優(yōu)勢和潛力。因此，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過改變頻率 f 來實現(xiàn)，當(dāng)頻率 f 在 0～ 50Hz 的范圍內(nèi)變動時 ， 電動機(jī) 轉(zhuǎn)速的調(diào)畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 節(jié)范圍比較大。此類變頻器的工作原理如式（ ）所示： 60 (1 ) /n f s p?? () 式（ ）中：異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 n，異步電動機(jī)的頻率為 f，電動機(jī)轉(zhuǎn)差率為 s，電動機(jī)極對數(shù)為 p。其中，變壓器的作用是改變電壓而且可以隔離輸入 /輸出的電路，補償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失由電池來實現(xiàn)。 一般，變頻器主要由逆變器、整流器還有直流部分等 3 個部分所組成。變頻器是一種電氣設(shè)備，主要 用來改變交流電的電頻率。 主軸轉(zhuǎn)速是通過用變頻器來改變電動機(jī)的電源頻率，從而控制主軸的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，確保主軸的轉(zhuǎn)速范圍控制在 1500 到 24000r/min 之內(nèi)，從而實現(xiàn)了無級轉(zhuǎn)速。 因此本次設(shè)計采用直流電機(jī)直聯(lián)帶動主軸機(jī)構(gòu)的方案。 （ 2）調(diào)速范圍寬 其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在寬廣的范圍 內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)并穩(wěn)定運行。 這種方式所采用的直流電機(jī)所具有的特點如下： （ 1）特性保持線性關(guān)系 無論機(jī)械特性還是調(diào)節(jié)特性都呈現(xiàn)良好的線性度。它的結(jié) 構(gòu)緊湊 , 慣量小 , 重量輕、精度高、能耗小 , 提高了機(jī)床啟動、停止的系統(tǒng)響應(yīng)特性 , 還有 控制振動及噪音等優(yōu)點。將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的主軸傳動方式 ,。由于數(shù)控雕刻機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速較高 ，對于 傳統(tǒng)的“主軸電機(jī) +皮帶傳動 + 齒輪變速”傳動的方式已經(jīng)不再適合 ，因此，目前采用 電主軸來完成主傳動的方式已經(jīng) 廣泛運用于大多機(jī)床的主軸系統(tǒng) 。根據(jù)實際情況，還對機(jī)床工作臺移動的實現(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，確立了工作臺的結(jié)構(gòu)布局方式。 本章小結(jié) 本章主要講述了本次設(shè)計的雕刻機(jī)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局，包括介紹了影響機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)布局的一些因素，并分析了它們的區(qū)別，優(yōu)缺點。機(jī)床工作臺與 X向滑板之間加防護(hù)罩，固定在機(jī)床底座上。 工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計 綜合考慮到機(jī)床的總體美觀及安全性能等各個方面的因素，機(jī)床的滾珠絲杠和導(dǎo)軌系統(tǒng)不可以裸露在外面，因此需要在機(jī)床工作臺的下方布置一個防護(hù)罩。 圖 數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)械