【正文】 0N ⒄ 絲杠軸拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算 p? π 22d /4=200 240 /4 = 510 ≥ maxaF 知絲杠的拉壓強(qiáng)度足夠。由于 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 20 頁 共 36 頁 一 端固定 ，一端游動 的安裝方式 適用于水平安裝的較長絲杠， 但裝配復(fù)雜 。 其特點(diǎn)為： ⑴ 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)； ⑵ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ，兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠 壓桿穩(wěn)定性比較高 ； ⑶ 軸向剛度 較大，絲杠有熱膨 脹的余地 ； ⑷ 適用于對剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠的安裝； ⑸ 適用于較長的絲杠安裝。圖33（ b）是采用不同厚度的墊片 2 來預(yù)緊。圖 33（ d）為單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊，為內(nèi)預(yù)緊方式。圖 33（ f）靠兩個六角鎖緊螺母軸向拉緊絲杠達(dá)到預(yù)緊的目的。適用于高剛度、重載荷的傳動，目前應(yīng)用最廣泛。 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方 便、剛度好抗、振性高等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)床上使用最廣圖 33 滾珠絲杠副預(yù)緊方式 （ a）雙螺母差齒預(yù)緊（ b）雙螺母墊片預(yù)緊（ c）雙螺母螺紋預(yù)緊（ d）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊（ e）單螺母增大剛球預(yù)緊（ f）六角鎖緊螺母預(yù)緊 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 22 頁 共 36 頁 泛的導(dǎo)軌形式。 滾動導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱、滾針滾動體，使導(dǎo)軌面間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。適用于運(yùn)動靈敏及定位精度高的場合。 根據(jù)滾動體的類型，滾動導(dǎo)軌有下列三種形式： ⑴ 滾珠導(dǎo)軌 這種導(dǎo)軌的承載能力小，剛度低。 滾珠導(dǎo)軌適用于運(yùn)動的工作部件質(zhì)量不大和切削力不大的機(jī)床上。 ⑵ 滾柱導(dǎo)軌 這導(dǎo)軌的承載能力及剛度都比滾珠導(dǎo)軌大。小滾柱（小于 φ10mm）比大滾柱（大于 φ25mm）對導(dǎo)軌 面不平行敏感些，但小滾柱的抗振性高。為了提高工作臺的移動精度，滾針的尺寸應(yīng)按直徑分組。 根據(jù)導(dǎo)軌是否預(yù)加負(fù)載，滾動導(dǎo)軌可分為預(yù)加負(fù)載和不預(yù)加負(fù)載兩類。但這種導(dǎo)軌制造比較復(fù)雜，成本較高。無預(yù)加負(fù)載的滾動導(dǎo)軌常用于數(shù)控鏜銑床或加工中心的機(jī)械手、刀庫等傳送機(jī)構(gòu)。安裝形式如圖 34 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 23 頁 共 36 頁 導(dǎo)軌長度： X 向?qū)к墸?1450mm Y 向?qū)к?： 1050mm 導(dǎo)軌負(fù)荷的計算：在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)軌負(fù)荷由于受許多因素影響而發(fā)生變化，如：工作臺重心位置、切削力的變化等，在選擇時應(yīng)充分考慮上述條件，從而確定系統(tǒng)負(fù)荷。 4 電機(jī)的選擇與確定 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM） ，反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB） 永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度； 反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。 保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE）是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。m 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)，一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130℃ 以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 ℃ 以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80～ 90 ℃ 完全正常。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 28 頁 共 36 頁 矩下降。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。 步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來克服： ⑴ 如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機(jī)械傳動避開共振區(qū)； ⑵ 采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的 方法； ⑶ 換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)； ⑷ 換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高； ⑸ 在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。 m P— X、 Y 方向電機(jī)功率，本加工中心 P=2 kw n— 絲杠轉(zhuǎn)速， n=pv1000= 20351000? =1750rad/min 本設(shè)計選擇 BF 系列 150BF002 磁阻式步進(jìn)電動機(jī)，電機(jī)輸出功率 2kw，最高轉(zhuǎn)速4000r/min，最大轉(zhuǎn)矩 安裝方式如圖 41 所示： 圖 41 步進(jìn)電機(jī)的安裝方式 該 步進(jìn) 電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下： 最高轉(zhuǎn)速 nmax： 4000r/min。 電機(jī)步距角 θb： 。) 相數(shù) 電壓(V) 相 電流 (A) 最大靜轉(zhuǎn)矩(N在這次的設(shè)計中為了減少機(jī)床零件個數(shù)，遵照 越簡單越可靠的設(shè)計原則將機(jī)床床身底座直接設(shè)計成可以與 Y 向?qū)к壪噙B的基座。為機(jī)床工作提供足夠的空間。 底座的設(shè)計主要是一個箱體的設(shè)計。主要有立柱的安裝孔，機(jī)床外罩的安裝位置，還有進(jìn)給系統(tǒng)的安裝位置。減少機(jī)床加工時的震動，所以在機(jī)床底座上要準(zhǔn)備一系列的地腳螺栓。 地腳螺栓直徑取 M16。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 30 頁 共 36 頁 6 機(jī)床的潤滑與防塵 潤滑方式 機(jī)床中潤滑是必不可少的，在此次的設(shè)計中潤滑主要是絲杠螺母副之間的潤滑和直線導(dǎo)軌副之間的潤滑。但是如果在沒有潤滑油的狀態(tài)下使用，滾動接觸部分的磨損將增加，壽命將減少，因此必須有適當(dāng)?shù)臐櫥绞健? JSA 型滾動直線導(dǎo)軌副是通過返向器端部的注油杯口注入潤滑油脂，油脂經(jīng)過返向器內(nèi)的油道而流到鋼球返回溝槽中，然后由于鋼球的無限循環(huán)而實(shí)現(xiàn)整體潤滑。 防塵措施 當(dāng)滑塊運(yùn)動時，在滑塊運(yùn)動方向的后方將形成負(fù)壓區(qū)域，這樣將吸入塵埃。 為了保證其使用壽命，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧? ⑴ 采用密封端蓋和密封底片，以防止塵埃、雜物進(jìn)入滑塊內(nèi)部。螺孔帽選用耐油及耐磨損的優(yōu)質(zhì)合成橡膠，以保證充分的使用壽命。 7 精度驗(yàn)算與校核 剛度以及定位誤差的驗(yàn)算 本次設(shè)計數(shù)控機(jī)床要求的定位精度為 ? ，其絲杠的導(dǎo)程誤差 V300 為。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 31 頁 共 36 頁 ⑴ 伺服剛度 KR 伺服剛度可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計算，即 ? ? ?? ?????MMsR RK KK (Nm/rad) ① KM 是伺服電動機(jī)的增益 ,等于電機(jī)的角速度與輸入電壓的比值 .輸入電壓 ,除少量消耗于電樞回路的阻抗外 ,大部分被反電動勢所平衡 .估算時 ,可以近似地認(rèn)為輸入電壓等于反電動勢 .因而可以近似的認(rèn)為 KM=1/Ke=1/(S Ke 是伺服電機(jī)的反向電動勢系數(shù)，是伺服 電機(jī)單位角速度所產(chǎn)生的反電動勢（ V）。 m/A，因?yàn)樗欧到y(tǒng)增益 Ks=20S1，速度控制環(huán)的開環(huán)增益 Kv0=2 ～ 4Ks ，取 Kv0=2 Ks=220=40(S1) ；反向電動勢系數(shù)Ke=v)；電樞直流電阻 Rm=。其最小拉壓剛 度發(fā)生在工作臺螺母離定位點(diǎn)最遠(yuǎn)的位置。因而絲杠最大距離為lmax=+=。 E－絲杠材料鋼的彈性模量， GPaE 2102?? 。 絲杠軸承軸向載荷剛度 kba 可按下式求得，即 i i 3 523 52 ??????? ?ZdFK b a ba(N/μm) ⑷ 滾珠絲杠螺母的接觸剛度 Kc 查絲杠螺母樣本手冊得 Kc=3800N/mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 32 頁 共 36 頁 ⑸ 撓性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度 K1 查文獻(xiàn)得 41 ??K Nm/rad 折合到工作臺部件的直線剛度為： 2870002KK 2211 ?????????????????? ??hP(N/μm) ⑹ 綜合剛度 K 計算出伺服剛度折算到工作臺部件的直線剛度 Kr、滾珠絲杠最小拉壓剛度 Ktmin、絲杠軸承軸向載荷剛度 Kba、滾珠絲杠螺母接觸剛度、折算到工作臺部件直線剛度 Kc 和連軸器扭轉(zhuǎn)剛度 K1 后，按彈簧串聯(lián)原則合成求得綜合剛度 K。故軸向載荷僅為導(dǎo)軌的摩擦力 Ff。再加上某些次要因素，將不會超過要求的定位公差，能滿足定位精度 。絲杠螺母間的接觸剛度和聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度很高，其變形量很小，可以忽略不計。這是提高剛度的有效措施。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 33 頁 共 36 頁 影響定位誤差的諸多因素中，最大的一項(xiàng)是絲杠的誤差。若精度很高，采用高精度絲杠和螺距自動補(bǔ)償措施后仍達(dá)不到設(shè)計要求，可考慮采用全閉環(huán)進(jìn)給伺服系 統(tǒng)。 hL10 =???????PCn60106 = 43336 10 ?????????? ???? hL10 －軸承的基本額定壽命（可靠度為 90%）， h N－軸承工作轉(zhuǎn)速， r/min C－基本額定動載荷， C=310 N P－當(dāng)量動載荷，查機(jī)械設(shè)計手冊表 6119 得 P= ? ?arp YFXFf ? = ? ?1 4 0 105 . 3 ????? = 310? N ? －壽命指數(shù)，對球軸承 ? =3 pf －載荷性質(zhì)系數(shù) ,取 pf = X－徑向系數(shù) , 取 X= Y－軸向系數(shù) , 取 Y= 對于滿載荷每天 16 小時運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床來說 ,一般軸承的預(yù)期壽命為 20200～ 30000h,由此可知 ,本機(jī)床所選擇的軸承基本滿足了設(shè)計的使用要求 。本次設(shè)計是 對 我 大學(xué) 里所學(xué)知識 的 一個 深化和總結(jié) ，為我以后走出校園， 邁上工作崗位奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 通過本 次 畢業(yè)設(shè)計，特別是對實(shí)際產(chǎn)品 的 設(shè)計， 使 我認(rèn)識到了理論和實(shí)際 之間 的差距。設(shè)計 過程中 的 任何 一點(diǎn)失誤， 都可能 對加工造成很大的影響， 有時 甚 至 是 無法彌補(bǔ) 的； 設(shè)計 過程中 的一點(diǎn) 點(diǎn) 改進(jìn)，就 可能 大幅度提高效率，降低加工難度，節(jié)約 加工費(fèi)用 ， 提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性 能 。通過畢業(yè)設(shè)計， 使 我對 立式加工中心的 設(shè)計過程有了一個系統(tǒng)地了解，深深地感受到了設(shè)計過程是一個反復(fù)思考、反復(fù)改進(jìn)的艱苦過程。本次畢業(yè)設(shè)計是對我原理分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝與加工方法的最重要的演練。并且，通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對課堂所學(xué)理論知識有了更透徹的理解，對如何將理論公式應(yīng)用于實(shí)際問題有了進(jìn)一步的認(rèn)識。 總之，在陳老師的指導(dǎo)與幫助下，這次畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺，必定對以后的 工作與 學(xué)習(xí) 起到十分重要的作用。 由于 設(shè)計者水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，加之時間有限，不足之處在所難免。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 35 頁 共 36 頁 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是我人生中一段十分重要的經(jīng)歷， 經(jīng)過三個月的努力 ， 在老師和同學(xué)的幫助下 ， 我終于完成了所承擔(dān)的畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 。陳老師治學(xué)的態(tài)度，給我無形的感染，使我學(xué)會了治學(xué)要嚴(yán)謹(jǐn)；陳老師淵博的知識，給我以教益，讓我在緊張的設(shè)計中能夠保持清醒的意識，積極進(jìn)取、奮發(fā)向上，最終完成設(shè)計任務(wù)。 畢業(yè)設(shè) 計貫穿了大學(xué)四年所學(xué)的大多數(shù)專業(yè)課程，它不僅提高了我計算機(jī)繪圖 能力，還為今后熟練運(yùn)用計算機(jī)繪圖打下了良好的基礎(chǔ)。 總之，沒有平日里各位任課老師的嚴(yán)格要求，我就不可能打下堅實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，沒有 陳老師及其他指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助，我就不可能很好的完成畢業(yè)設(shè)計任