【正文】 Ca = 38547N（ Ca ?aC ），額定靜載荷 Coa=112978N，圈數(shù)179。 7600≈ 20N 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 故其等效載荷可按下式計(jì)算（估算 t2=t1。 1715+179。 （一） 絲杠的導(dǎo)程確定 Ph=Vm ax/nmax=15000/1500=10mm （二） 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最大進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmax= Vmax/ Ph =15000/10=1500r/min 最慢進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmin= Vmin/ Ph=1/10=則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估算 t1=2t2）為 Nm = 212min1max tt tntn ?? = 1000r/min （三） 確定絲桿的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。 cm，工作負(fù)載的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。下面就加工中心進(jìn)給傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) —— 滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌和伺服電動(dòng)機(jī)的選擇問題等進(jìn)行討論。 工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重初估 直線工作臺(tái)質(zhì)量 G1 = ρVg = 103 9005005010 9 = 1733N 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)質(zhì)量 G2 = ρVg = 103 π160222210 9 = 1362N 工作臺(tái)承重初估為 G3=4500N 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 根據(jù)以上估算得總的質(zhì)量為 G= G1+ G2+ G3=1733+1363+4500≈7600N 切削力估算 根據(jù)最大切削條件為：端銑刀直徑為 100mm, Z=10 齒，每齒進(jìn)給量 S 齒 =，工件寬度 B=80mm,加工 σb=80kg/mm 的高碳鋼。 222 ,材料為 HT200。 50 ，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)面尺寸 (直徑179。高）： 900 179。 工作臺(tái)的主要參數(shù)及結(jié)構(gòu) 主要參數(shù)的確定 工作臺(tái)面尺寸（長179。使用時(shí) ,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)如夾具固定在直線進(jìn)給工作臺(tái)的 T 形槽內(nèi) , 不用時(shí)即可拆下。因此 , 研究和開發(fā)高性能伺服進(jìn)給系統(tǒng) ,始終是研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵之一。第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 第三章 加工中心的工作臺(tái)和伺服進(jìn)給的設(shè)計(jì) 加工中心工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是通過伺服驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)軌通常有兩根，裝在支承件上，每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上。 e. 加工工藝性要好 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意到制造、調(diào)整和維護(hù)的方便；力求結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好和經(jīng) 濟(jì)性好，而且要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑措施等等。 d. 有良好的摩擦特性 機(jī)床在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行，將影響低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。如果導(dǎo)軌在載荷的作用下產(chǎn)生過大的變形，不僅破壞 了導(dǎo)向精度，惡化了導(dǎo)軌的工作條件，而且使機(jī)床各部件間的相對位置發(fā)生變化。此外，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式和導(dǎo)軌材料也與精度保持性有關(guān)。導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。在水平面內(nèi)，兩條導(dǎo)軌的還有平行度的要求。導(dǎo)軌的幾何精度一般用低速下的導(dǎo)向精度來衡量。 對導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的基本要求是： a. 導(dǎo)向精度要高 導(dǎo)向精度是指機(jī)床執(zhí)行部件的動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌的直線度（對于直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌）或圓度。 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 由于加工中心的進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)都是通過其執(zhí)行部件沿著它的床身、立柱、橫梁等支承大件的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 16 （ 5）其他 支承件還應(yīng)使排屑通暢，操作方便，吊運(yùn)安全，切削液及潤滑油的回收方便，加工及裝配工藝性好等。在使用中，由于內(nèi)應(yīng)力的重新分布和逐漸消失會(huì)使變形增大，超出許用的誤差范圍。通過采用熱對稱結(jié)構(gòu)、隔離熱源、強(qiáng)制冷卻、快速排屑等措施減少熱變形。因此應(yīng)對支承件的熱變形及熱應(yīng)力加以控制。實(shí)際中常常通過 選擇高阻尼的材料、采用高阻尼部件、增加消振墊改善支承件的支撐情況等措施來增加支承件的抗振性。抵抗受迫振動(dòng)的能力是指受迫振動(dòng)的振幅不超過許用值，即要求有足夠的靜剛度。 （ 2）抗振性要求 支承件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。靜剛度取決于支承件本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。它們應(yīng)滿足下列要求： （ 1）剛度要求 支承件的剛度是指支 承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵抗變形的能力。 加工中心本體設(shè)計(jì) 支承件的基本要求 支承件受力受熱后的變形和振動(dòng)將直接影響機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量。范圍內(nèi)）進(jìn)行分度旋轉(zhuǎn)；二是實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)圓周方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即在進(jìn)行切削時(shí)，與X、 Y、 Z 三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，加工復(fù)雜的空間曲面。這些運(yùn)動(dòng)通常用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)。 圖 26 常用普通平鍵 普通平鍵分 A 型、 B 型、 C 型，本設(shè)計(jì)中所用到的鍵有普通 A 型平鍵、 C 型平鍵、半圓鍵。 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 14 伺服電動(dòng)機(jī)與 絲杠的連接 采用鍵連接，鍵用于連接軸和軸上的傳動(dòng)件 ,使軸和傳動(dòng)件不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，以傳遞扭矩或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對于細(xì)長承受壓縮的滾珠絲杠副需做壓桿穩(wěn)定性計(jì)算；對于高速、支承距大的滾珠絲杠副需要做臨界轉(zhuǎn)速的校核；對于精度要求高的傳動(dòng)要進(jìn)行剛度驗(yàn)算，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量校核，對閉環(huán)控制系統(tǒng)還要進(jìn)行諧振頻率的驗(yàn)算。一般根據(jù)額定負(fù)載表示，其動(dòng)、靜載強(qiáng)度計(jì)算原則與滾動(dòng)軸承相類似。絲杠兩端軸承座孔與滾珠螺母座孔保證嚴(yán)格的同軸度，同時(shí)保證滾珠絲杠螺母與座孔的配合良好以及孔對端面的垂直度，保證軸承支座和螺母支座的整體剛度、局部剛度、接觸剛度等。安裝時(shí)需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難；絲杠一般不會(huì)受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高；可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲杠自重的下垂和補(bǔ)償熱膨脹，但第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 13 需一套預(yù)拉伸機(jī) 構(gòu)，結(jié)構(gòu)及工藝都比較復(fù)雜；要進(jìn)行預(yù)拉伸的絲杠，其目標(biāo)行程應(yīng)略小于公稱行程，減少量等于拉伸量。 （ 2）兩端固定 對于高精度、高速旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠應(yīng)該采用兩端固定的安裝方式，為了給絲杠施加預(yù)緊拉力，可采用兩端固定方式，并可在絲杠一端安裝碟型彈簧和調(diào)整螺母，既能對絲杠施加預(yù)緊力，又能讓彈簧來補(bǔ)償絲杠的熱變形，保持預(yù)緊力幾乎不變。 （ 1）一端固定一端游動(dòng) 對于高精度、中等轉(zhuǎn)速較長的臥式安裝絲杠，為了防止熱變形造成絲杠伸長的影響，常采用一端軸向固定的支承方式。 滾珠絲杠的安裝 加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。 （ 3）齒差調(diào)隙式 在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪。 （ 2）螺紋調(diào)隙式 其中一個(gè)螺母的外端有凸緣而另一螺母的外端沒有凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個(gè)圓螺母固定。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、可靠性好、剛度第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 12 高以及裝卸方便。 （ 1）墊片調(diào)隙式 通常用螺釘來連接滾珠絲杠兩個(gè)螺母的 凸緣，并在凸緣間加墊片。但滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)間隙調(diào)整的精度要求高，要求能做微調(diào)以獲得準(zhǔn)確的間隙或預(yù)緊量。 以上 1 中 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 11 圖 23 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠及滾珠回流方式 圖 24 外循環(huán)滾珠絲杠及滾珠回流方式 軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法 加工中心通常采用施加預(yù)緊力來消除間隙、提高傳動(dòng)剛度。 1 以上 2 列以上 小 蓋板結(jié)構(gòu) 通過蓋板組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)螺母一個(gè)蓋板，每個(gè)蓋板組成至少 圈滾珠鏈。 以上 1 列以上 大 端蓋結(jié)構(gòu) 通過螺母兩端的端蓋組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)回路至少 1 圈滾珠鏈，承載大。 1 2 列以上 小 外循環(huán)結(jié)構(gòu) 通過插管組成滾珠循環(huán)回路，每一個(gè)插管至少 圈滾珠鏈，因此，承載大。因此承載小。 （ 2）外循環(huán) 滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)，根據(jù)滾珠回路結(jié)構(gòu)形式的不同可分為螺旋槽式、插管式、蓋板式。 （ 1）內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 （ 7）有專業(yè)廠生產(chǎn)，選 用配套方便。 （ 5）傳動(dòng)具有可逆性、不能自鎖。 （ 3）軸向剛度高、反向定位精度高 由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 10 可實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，反向時(shí)無空行程。 （ 1）摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率可達(dá) ，使普通滑動(dòng)絲杠螺母 機(jī)構(gòu)的 34 倍，而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的四分之一。 交流伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子慣量比直流電動(dòng)機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，輸出的功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高 10%70%，可達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。 在加工中心的閉環(huán)或半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要采用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)。 （ 3）調(diào)速范圍寬，而且從最低速到最高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)均能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，特別是在低速（如 ）時(shí)，速度平穩(wěn)而無爬行現(xiàn)象。 （ 2）應(yīng)該具有較長時(shí)間的大過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。 （ 1）精度高。 圖 21 半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)原理圖 伺服驅(qū)動(dòng)裝置 伺服驅(qū)動(dòng)裝置接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給指令信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件 實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)。而且，在半閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)角測量表較容易實(shí)現(xiàn)。 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 8 此次設(shè)計(jì)采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)就是采用了這個(gè)方案來獲取快的響應(yīng)速度。 （ 3）快的響應(yīng)速度 所謂快速響應(yīng)，是指進(jìn)給系統(tǒng)對指令信號(hào)的變化跟蹤要快，并能迅速趨于穩(wěn)定。 （ 2）寬的進(jìn)給調(diào)速范圍 為保證加工中心在不同工況下對進(jìn)給速度的選擇，進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)該有較大的調(diào)速范圍。 （ 1）高的傳動(dòng)精度與定位精度 加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度，是機(jī)床最重要的性能指標(biāo)。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)也需要高質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)與之匹配。加工中心的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對象被加工工件最終坐標(biāo)位置精度和輪廓精度都會(huì)受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。加工中心性能在很大程度上取決于進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能。 第一章 引言 6 軸伺服電機(jī) 軸電機(jī) 箱 圖 11 立式加工中心的組成 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 7 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng) 加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng)是一機(jī)床移動(dòng)位置為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。工作臺(tái)的進(jìn)給精度和性能，直接影響加工中心的加工精度和性能。 本文設(shè)計(jì)的可拆卸夾具式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) , 具有兩大優(yōu)點(diǎn)： 第一 , 使用時(shí) , 工作臺(tái)如夾具固定在直線進(jìn)給工作臺(tái)的 T 形槽內(nèi) , 不用時(shí) , 即可拆下 , 工作臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立體 , 可以由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床共用 。分度工作臺(tái)的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的加工。為了實(shí)現(xiàn)任意角度和在切削過程中轉(zhuǎn)臺(tái)能夠回轉(zhuǎn)，加工中心還要設(shè)置數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，這樣加工中心就多了一個(gè) NC 坐標(biāo)，能夠完成更加復(fù)雜的見曲面的加工。與普通切削機(jī)床不同的是，加工中心的工作臺(tái)是在數(shù)控系統(tǒng)的控制下自動(dòng)完成進(jìn)給的，能夠自動(dòng)完成各種輪廓和曲面的加工。 本次設(shè)計(jì)是以數(shù)控機(jī)床立式加工中心為參考，設(shè)計(jì)加工中心的工作臺(tái)，這一部件結(jié)構(gòu)上兼有一般機(jī)械的基本特點(diǎn)，又采用了滾珠絲杠、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌、無級調(diào)速電機(jī)等新型機(jī)電產(chǎn)品，對提高我們的學(xué)習(xí)和 設(shè)計(jì)能力很有幫助。由于第一章 引言 5 加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床 3~4倍，達(dá) 80%以上。 設(shè)計(jì)方案的可行性分析 立式加工中心是一種備有刀庫并能自動(dòng)更換刀具對工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。 （ 5） 控制系統(tǒng)功能較全，其智能化程度越來越高。 （ 3） 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無齒輪箱變速系統(tǒng)。 加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （ 1） 機(jī)床的剛度高、抗震性好。 （ 2） 按機(jī)床形態(tài)分為立式加工中心、臥式加工中心、龍門式加工中心、虛軸加工中心。這些裝置雖然不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。當(dāng)完成一個(gè)托盤上工件的加工后，便自動(dòng)交換托盤，進(jìn)行新零件的 加工，這樣可以減少輔助時(shí)間，提高加工效率。 （ 5）自動(dòng)托盤交換系統(tǒng) 有的加