【正文】 之間采用錐環(huán)無鍵聯(lián)接或高精度十字聯(lián)軸器聯(lián)接，從而使進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)剛度，并大大簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。（1）單盤式刀庫 一般存放15~40把刀，為適應(yīng)機(jī)床主軸的布局，刀庫上刀具軸線可以按不同方向配置，如軸向、徑向或斜向。單盤式結(jié)構(gòu)簡單，取刀也很方便，因此采用廣泛。在相同的空間里，它的刀庫容量最大，但選刀和取刀的動(dòng)作比較復(fù)雜。為增加鏈?zhǔn)降稁斓膬Υ媪?，可采用多排鏈?zhǔn)降稁臁Ｓ眠^的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。選刀符合要求的刀具時(shí)，刀庫會將刀具送到換刀位置，等待機(jī)械手來拾取。角接觸雙列向心推力軸承組合，后支承采用向心推力球軸承。因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床的主軸。③雙列和單列圓錐滾子軸承，這種軸承能承受較大的徑向和軸向力，能承受重載荷尤其是能承受較強(qiáng)的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能好，但這種配置方式限制了主軸最高轉(zhuǎn)速和精度，因此，適用于中等精度、低速與重載數(shù)控機(jī)床主軸。但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對主軸精度精度影響大。②電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶帶動(dòng)主軸 如圖81（b） 所示，電動(dòng)機(jī)將其運(yùn)動(dòng)經(jīng)同步齒形帶以定比傳動(dòng)傳遞給主軸。③電機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動(dòng)主軸 如圖81（c）所示，主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，使之成為分段無級調(diào)速，這種現(xiàn)置方法在大中型數(shù)控機(jī)床中采用較多，通過齒輪傳動(dòng)減速后，輸出轉(zhuǎn)矩可以擴(kuò)大，以滿足主軸低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。；、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)地剛度計(jì)算、伺服電機(jī)的選型與計(jì)算。6. 設(shè)計(jì)方案要求：確定滾珠絲杠支承方式、型號與結(jié)構(gòu)；選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌型號與 支承方式；選擇交流伺服電機(jī)型號與安裝方式；確定主軸支承方 式。 由于本課題加工中心刀庫中裝有24刀具，刀具數(shù)量不多，屬于是中小型的加工中心，為簡化刀庫結(jié)構(gòu)和換刀動(dòng)作，同時(shí)能盡量減小刀庫的體積，故選擇了盤式刀庫，將刀庫置于立柱上方，取刀簡便，方便換刀動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。用過的刀具放回原來的刀座中，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座中。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量的刀庫的容量，這無形中降低了刀庫的使用率，增大了刀庫的體積。故在現(xiàn)今加工中心設(shè)計(jì)中使用較少。但是每把刀具上都有相應(yīng)的的編碼，在執(zhí)行換刀指令時(shí)，刀庫旋轉(zhuǎn)，每一把刀具都將經(jīng)過刀具識別器，根據(jù)數(shù)控指令來選擇所需要的刀具。任意選擇刀具法的特點(diǎn)是刀庫中刀具的擺放順序和加工順序無關(guān)，刀具可以循環(huán)使用。這種選刀方式的三種編碼方式如下：①刀具編碼此種方式是把每一把刀具進(jìn)行編碼，因而每一把刀具都有一個(gè)不同于其他刀具的代碼，所以刀具可以在刀庫中任意擺放。同時(shí)，縮短了換刀用的時(shí)間，簡化了換刀動(dòng)作。這種編碼方式不需要編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大大簡化。缺點(diǎn)是換刀時(shí)，刀具必須擺放在編碼對應(yīng)的刀座中，增加了換刀動(dòng)作，降低了換刀效率。這種方式在每把刀具上都系一把記錄該刀具編碼的編碼鑰匙，每把刀具放回刀座中時(shí)，編碼鑰匙將放入旁邊鑰匙孔里面，這樣就可以把每把刀具的編碼轉(zhuǎn)記到刀座上，對刀座進(jìn)行了編碼。此種編碼方式為臨時(shí)性的編碼，當(dāng)?shù)毒呷〕鰰r(shí)，刀座中的編碼也會隨之消失，因此具有更大的靈活性。 本課題中加工中心刀具數(shù)為24把，屬于中小型加工中心，從降低成本、減小刀庫體積、提高換刀效率、簡化換刀動(dòng)作等方面綜合考慮來看。 刀庫為保證換刀動(dòng)作的順利完成，常采用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置。其基本組成零件為帶輪（主動(dòng)輪和從動(dòng)輪）以及傳動(dòng)帶。這種傳動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在機(jī)械中應(yīng)用很廣。通過鏈輪齒和鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，鏈傳動(dòng)在機(jī)械設(shè)備中使用廣泛。但是鏈傳動(dòng)只能平行軸間的同向傳動(dòng)，無法保證瞬時(shí)傳動(dòng)比的恒定，工作時(shí)存在噪聲，無法在高速、載荷變化大的情況下工作?？蛇m應(yīng)大功率、高速度的傳動(dòng)。②結(jié)構(gòu)緊湊，同等傳動(dòng)條件下，齒輪傳動(dòng)的所需的空間最??；③傳動(dòng)可靠、壽命長，一般的齒輪傳動(dòng)，只有結(jié)構(gòu)合理正確，及時(shí)進(jìn)行良好的潤滑維護(hù)，壽命可長達(dá)數(shù)十年。具有以下特點(diǎn)：①使用單頭蝸桿時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳動(dòng)比范圍為5~80；②由于蝸桿傳動(dòng)是逐漸嚙合和逐漸退出嚙合，所以蝸桿嚙合比齒輪傳動(dòng)更加平穩(wěn)，噪聲更??；③具有自鎖性能；④嚙合處存在滑動(dòng)，若工作調(diào)件比較惡劣時(shí)，容易產(chǎn)生劇烈摩擦而發(fā)熱嚴(yán)重，會損壞零件，降低傳動(dòng)效率。同時(shí)這兩種傳動(dòng)方式傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，將會影響換刀動(dòng)作的精確完成。本刀庫采用漸開線蝸桿，考慮到傳動(dòng)比和效率的因素，確定蝸桿的頭數(shù)為2。同時(shí)為了使刀庫傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不與刀盤產(chǎn)生干涉，必須將蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傾斜15176。 電機(jī)和蝸桿之間采用彈性膜片聯(lián)軸器直聯(lián)，可以減小刀庫箱體的體積，有利于簡化結(jié)構(gòu)提高傳動(dòng)件的剛度。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊做相對直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的滾道滾動(dòng)（導(dǎo)軌上有四條經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的滾道）。鋼球就這樣周而復(fù)始進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：①導(dǎo)軌動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小，隨動(dòng)性好，即驅(qū)動(dòng)信號與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔短，有效的提高了數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度；②可以實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度；③成對使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”從而可以降低基礎(chǔ)件的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度；④簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 一般是依據(jù)導(dǎo)軌的承載量，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定導(dǎo)軌的的規(guī)格，然后進(jìn)行壽命計(jì)算。 表51導(dǎo)軌承載量與導(dǎo)軌規(guī)格對應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系承載量/N3000以下3000~50005000~1000010000~2500025000~5000050000~80000導(dǎo)軌規(guī)格 30 35 45 55 65 85（1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的計(jì)算由于給定承載量為4000N，且采用了平衡油缸使其平衡了大約承載量的95%，故實(shí)際的承載量為200N。導(dǎo)軌的距離額定壽命L和時(shí)間額定壽命可以用以下公式來計(jì)算： km （5—1）式中：——硬度系數(shù)，一般要求滾道的硬度不得低于58HRC，故可通常取=1。 （5—2）式中：l——形成長度（m） N——每分鐘往次數(shù)。C 100 ≥100~150 ≥150~200 ≥200~250 表53接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 表54精度系數(shù) 精度等級 2 3 4 5 表55載荷系數(shù) 工作條件 無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)（速度小于15m/min）場合無明顯沖擊或振動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)（速度小于15~60m/min）場合有外部沖擊或振動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)(速度大于60m/min）場合 1~ ~ ~根據(jù)表格選擇=，=， =，=，= 根據(jù)預(yù)選滾動(dòng)直線導(dǎo)軌查得=帶入式（51）得L=291600km50km ,同時(shí)算得=2016900h故所預(yù)選的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌完全滿足立柱機(jī)構(gòu)所需條件，故選擇型號為GGB30A的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母（或滾珠絲杠）軸向移動(dòng)。 圖52 絲杠裝配圖 (1)技術(shù)要求 工作臺、工件所受重力W=4000N；工作臺最大行程=600mm；工作臺快速移動(dòng)速度=18000mm/min。m，重復(fù)定位精度為10181。 機(jī)床采用主軸伺服電動(dòng)機(jī)，額定功率=,機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑刀直徑D=125mm，主軸轉(zhuǎn)速n=1500r/min,切削狀況如表所示。 ①工作臺工作面尺寸（寬度長度）確定為400mm1200mm。 ③對滾珠絲杠螺母副進(jìn)行預(yù)緊。 ⑥采用膜片彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直連。根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑D=125mm），主軸具有最大扭矩并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率，此時(shí)銑刀的切削速度為 （5—3）若機(jī)械效率m=，則由下式可以計(jì)算主切削力Fz： （5—4）②計(jì)算各切削分力。 （5—9） （5—10）（4）計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力①由式（210a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力Famax。 （5—12）(5)進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算①確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax=1800r/min，由下式得 （5—13）②計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷，將估算結(jié)果填入下表。 （5—14） （5—15） （5—16） （5—17）④由式（217）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速nm。（519）⑥確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷Cam由預(yù)定工作時(shí)間按式（520）計(jì)算。 （5—20）因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以還可以按式（521）估算最大軸向載荷。取以上兩種結(jié)果的最大值，即。已知X軸工作臺的定位精度為20，重復(fù)定位精度為10，根據(jù)式（522）、式（523）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求得 （5—22） （5—23）取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。本工作臺（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定的支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度 ≈（~）行程+（25~30）L0則970mm≤L≤1140mm又==，由式（224）得 （5—24）⑧初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計(jì)算所得的L0、Cam、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號為：FFZD40103,其公稱直徑d0、基本導(dǎo)程L0、額定動(dòng)載荷Ca和絲杠底徑d2如下： 故滿足要求。 （5—26）計(jì)算軸承的預(yù)緊力。 （5—28）由式（229）計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷C。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為 （5—29） （5—30）因?yàn)椋圆楸淼?，DF組合徑向系數(shù)X軸向系數(shù)Y1分別為。故 （5—33） （5—34）（6）確定軸承的規(guī)格型號。角接觸球軸承背對背安裝，以承受兩個(gè)方向的軸向力。選擇國產(chǎn)60176。該軸承的預(yù)載荷能力為N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力。該軸承的額定動(dòng)載荷，而該軸承在20000h工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷，故也滿足要求。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問題。滾珠絲杠的最小慣性矩為 （5—35）滾珠絲杠的最小截面積為 （5—36）（5—37）本工作臺滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n=1800r/min,則計(jì)算可得 （5—38） （5—39）一般來講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠螺母副的總工作壽命≥20000h，故滿足要求。 本加工中心的絲杠支承方式為兩端固定。 已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷=，可得（2—42）③計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度。傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最大值為 （5—44） 故傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 （5—45） ⑤滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 由計(jì)算簡圖可知，扭矩作用點(diǎn)之間的距離1182mm,剪切模量G=，滾珠絲杠的底徑=，故可得 （5—46） (1)計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 ①計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （