【正文】 Engineering，1959(23)：1418．18ofBallFrictionandBall．B1952(48)：4445．17BasicJournalBearingsRolling在此由衷感謝。在此由衷感謝。在此我由衷的感謝鐘老師為我的幫助。首先我要感謝我的指導老師——鐘華燕老師，從設(shè)計的選題、材料的收集、結(jié)構(gòu)的選定、鐘老師都進行細心地指導和幫助。希望以后能改正這次設(shè)計的不足，使這臺銑床更加完善。在Y軸導軌和絲杠上安裝防護罩。應(yīng)預先留出行程開關(guān)和走線固定孔。能切削木頭、石料、鋁合金等軟材料。本設(shè)計最終加工裝配成樣機，行程X軸155mm、Y軸200mm、Z軸126mm。在設(shè)計中學生要結(jié)合實際生產(chǎn)情況來進行設(shè)計，在設(shè)計加工的過程中發(fā)現(xiàn)問題解決問題，從而提高自身的能力。圖53 裝配成品結(jié) 論論文對微型精密三軸聯(lián)動數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)、主軸系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、CATIA軟件在本設(shè)計當中的應(yīng)用等等都進行了詳細的論述和計算。圖52 總裝配效果圖當在CATIA中裝配時發(fā)現(xiàn)問題就可以直接修改，直到把所有問題解決，當在CATIA中裝配沒有問題時才可以進行零件機械加工，這樣加工出的零部件裝配成的樣機基本不會出現(xiàn)問題。CATIA軟件裝配設(shè)計中的干涉檢查功能能更快更方便的發(fā)現(xiàn)這一個問題，當發(fā)現(xiàn)有干涉問題時，在裝配圖中就可以直接修改，而零件圖中的尺寸也會隨之變化，這也體現(xiàn)了CATIA軟件參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)勢，這些功能很大的程度上縮短了設(shè)計周期。同時零部件模型數(shù)據(jù)的合理流動與彼此共享是實施虛擬裝配技術(shù)的基礎(chǔ)。實現(xiàn)三維設(shè)計過程與零部件制造、裝配過程高度統(tǒng)一。如圖51可以很清楚的比較兩種方案的優(yōu)劣。盡量使需要修改尺寸不要與重要尺寸相關(guān)聯(lián)，這樣的設(shè)計就會使修改的時候很方便，否則一個參數(shù)的變化就會引起很多重要尺寸的變化，或者說設(shè)計者不想變動的尺寸的變化。CATIA軟件一直是本次設(shè)計的主要輔助軟件，軟件的參數(shù)化設(shè)計和裝配設(shè)計為本次設(shè)計提供了很多方便，尤其是在解決一些修改的問題上，充分的體現(xiàn)了CATIA軟件的優(yōu)越性能，隨著使用者的經(jīng)驗的提高，其優(yōu)勢越來越明顯，使用起來越來越方便。CATIA的解決方案是一個可以信賴的、經(jīng)過實踐檢驗的、先進的解決方案。從概念設(shè)計到最終產(chǎn)品，CATIA廣泛的集成解決方案加快了產(chǎn)品研發(fā)的全過程。應(yīng)將步進電動機的步距誤差、負載引起的定位誤差和傳動機構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機床允許的定位誤差。為了加大機床的過載能力，選擇二相混合式步進電機57BYG HS步進電機，參數(shù)為：步距角，步距精度，電阻精度，電感精度，溫升80度，環(huán)境溫度20度至+50度，絕緣電阻100，耐壓500V AC，定位力矩，轉(zhuǎn)動慣量，機身長76mm，引線數(shù)4，重量1060g，另外步進電動機的步距角從理論上說是固定的，但實際上還是有誤差的。 ——折算到電機軸上的切削負載力矩。 ——由絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量為3. 所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩 (413)最大切削負載時所需力矩 (414)快速進給時所需力矩 (415)式中 ——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。 綜上所述交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進電機性能的限制。由文獻[24]可知，在系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進電機。 安裝注意事項1. 導軌在螺釘緊固狀態(tài)下進行線性檢測和調(diào)整，使導軌呈直線狀態(tài)；2. 兩根或兩根以上平行使用時需檢測和調(diào)整平行度和等高；3. 接長導軌安裝時需使對接端的編號相同，任何情況下均需避免滑座脫出導軌；4. 保證充分的潤滑，在高速(≥15m/min)時建議使用N32潤滑油(20號機械油)，在低速(15m/min)時建議使用鋰基潤滑脂；5. 在開放工況下建議采用伸縮防護罩整體防護。橫梁長度及跨度mm；橫梁半徑r=8mm；材料為45號鋼彈性模量；慣性矩。撓度由下式求得。在機械工程中，對于主要的軸，；對于傳動軸還要求限制在安裝齒輪處和軸承處的轉(zhuǎn)角，rad。則由公式(48)求得時間壽命3. X軸橫梁的剛度校核對于產(chǎn)生彎曲變形的桿件，在滿足強度條件的同時，為保證其正常工作還需對彎曲位移加以限制，即應(yīng)該滿足剛度條件 (411)式中 l——跨長，mm；——許可的撓度與跨長之比(簡稱許可撓度比)；——許可轉(zhuǎn)角，rad。通常滾珠直線導軌副的硬度為HRC58，故取。由此可得滾珠直線導軌副的額定行程壽命L為：km (49)式中 ——滑座的額定動載荷, kN； ——計算載荷, kN；——硬度系數(shù)。所以則由公式(48)求得載荷=++選擇SBR16型承載式導軌，=2350,長度400mm，直徑，安裝尺寸，=40，=30，=，=5，=，=，h。由文獻[23]可知載荷的選取圍繞單個滑座所受的合力進行(靜態(tài)受力分析按照理論力學常規(guī)計算)，通常根據(jù)載荷在行程內(nèi)的變化分段核算，若某個滑座在總行程L內(nèi)的段內(nèi)所受的載荷分別為KN則計算載荷為對于載荷呈線性變化的情況，可簡化成 對于荷呈全波正弦曲線變化的情況，可簡化成對于載荷呈半波正弦曲線變化的情況，可簡化成Pc=對于同時承受扭矩M(Nm)負載的情況，式中 —— 載荷合力，N；——滑座的額定靜載荷，N；——對應(yīng)方向的額定扭矩。 載荷計算1. 計算載荷滾珠直線導軌副除具有抗上下、左右四方向的力以外，還能承受左右扭轉(zhuǎn)、前后翻轉(zhuǎn)和平面扭轉(zhuǎn)三個方向的扭矩。(4) 圓形截面：制造簡單，可以做到精密配合，但是，它是封閉結(jié)構(gòu)，對溫度變化比較敏感，磨損后很難進行調(diào)整和補償，故這種導軌多用于承受垂直載荷很小的場合。(2) 矩形截面：結(jié)構(gòu)簡單、制造和檢修方便、精度高、承載能力大優(yōu)點，但是，該導軌不可避免的 存在側(cè)向間隙，因而，導向精度差，磨損后用鑲條來補償間隙。滑動摩擦導軌的類型主要包括：(1) 圓柱截面：導向精度高，導軌磨損后會自動下降補償，不會產(chǎn)生間隙，但是該導軌在水平、垂直兩方向上的誤差相互影響，故給制造、檢驗和維修帶來一定的困難，一般頂角取90176。故液體靜壓導軌主要用于大型、重型數(shù)控機床上。當滑塊相對于導軌條移動時，每一組滾珠(滾柱)都在各自的滾道內(nèi)循環(huán)運動2. 液體靜壓導軌液體靜壓導軌由于其導軌的工作面完全處于純液體摩擦下，因而工作時摩擦系數(shù)極低()；導軌的運動不受負載和速度的限制，且低速時移動均勻，無爬行現(xiàn)象；由于液體具有吸振作用，因而導軌的抗振性好；承載能力大、剛性好；摩擦發(fā)熱小，導軌溫升小。目前，數(shù)控機床上的導軌型式主要有滑動導軌、直線滾動導軌和液體靜壓導軌等。 X、Z方向進給系統(tǒng)設(shè)計對于Y、Z方向的進給，因移動部件的重量和所受的力都比X方向的小，為了減少設(shè)計部件的數(shù)量和加工的要求，此方向的可選用與X方向相同的絲杠、電機和軸承及其他零件，但對于有裝配調(diào)整的零件還需另行設(shè)計以滿足要求。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[]，則該壓桿安全不失穩(wěn)。機床上的進給絲杠一般均為長柱。則由公式(46)求得： =如果Y方向的滾珠絲杠的長度為40cm，則整個工作長度上的螺距變形總誤差=40/=允許誤差△=15，故該滾珠絲杠滿足要求。則由公式(45)求得一個螺距的變化量=cm滾珠絲杠受扭矩M作用而引起一個螺距t的變化量，可以按下式計算 (46)式中 ——在扭矩M的作用下，絲杠每一螺距長度兩截面上的相對扭轉(zhuǎn)角；G——扭轉(zhuǎn)彈性；對鋼而言，G=；——滾珠絲杠載面積的極慣性矩。 則由公式(44)求得效率： 剛度的驗算數(shù)控機床的滾珠絲杠是一種精密的傳動元件，它在工作負載P的作用下，將伸長或縮短，在扭矩M的作用下，將向一方或另一方扭轉(zhuǎn)，這樣，滾珠絲杠的螺距就要產(chǎn)生變化，從而影響其傳動精度和定位精度，因此，滾珠絲杠應(yīng)驗算其滿載時的變形量。預緊力3. 效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率 (44)式中：——螺紋的螺旋升角，度；——摩擦角，度；滾珠絲杠副的滾動摩擦=~, 其摩擦角 (=~)。在絲杠螺母預緊的滾珠絲杠副中，為便于螺母和絲杠之間不出現(xiàn)間隙，應(yīng)使預緊力近似等于最大軸向載荷的1/3。2. 預緊力計算由文獻[21,22]可知，在滾珠絲杠副上施加力后，可提高軸向剛度和傳動精度，但預緊力不可過大，過大影響絲杠副的使用壽命。則由公式(42)求得最大銑削力=145+(+2638+200)= (43)式中 ——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，；T——使用壽命，h。工作負載是指數(shù)控機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，其值可用進給牽引力的經(jīng)驗公式計算，即 (42)式中 ——X方向的切削力，N；——Y方向的切削力，N；——Z方向的切削力，N；——移動部件的重量，N；——導軌上的摩擦系數(shù)；——考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù)。 Y方向進給系統(tǒng)設(shè)計 基本導程系統(tǒng)為開環(huán)，電機與絲杠直接由聯(lián)軸器連接，傳動比i=1，工作臺快進速度要求達到。 支撐軸承選型 為了承受滾珠絲杠的軸向推力，所以必須選用角接觸球軸承，本設(shè)計選用7201C，接觸角為60o，為市場上最常見的角接觸球軸承。圖44 “固定—自由”型考慮調(diào)試安裝的方便和對精度的影響，本設(shè)計選擇常用的安裝方式：固定—游動形式安裝?！肮潭ā杂尚汀毙陀袝r也被錯誤地叫做“雙推－自由型”。圖43 “支承—支承”型4. “固定—自由”型：K2=適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，軸向長度短的場合。由于支承點隨受力方向變化，定位可控性較低。圖42 “固定—游動”型3. “支承—支承”型：K2=1適用于中轉(zhuǎn)速，中精度的場合。此形式結(jié)構(gòu)較簡單，效果良好，應(yīng)用廣泛。該形式一端由一對軸承約束軸向和徑向自由度，另一端由單個軸承約束徑向自由度，負荷由一對