【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 初步設(shè)計(jì)數(shù)控雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)布局如圖 。 正因?yàn)椴捎昧艘陨弦幌盗写胧?，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的最大優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)比較細(xì)小、輕 便的零件進(jìn)行加工，而且加工精度較高，對(duì)軟金屬可進(jìn)行高速切削加工 。所以機(jī)床的工作臺(tái)將不能與滾珠絲杠的滑塊和導(dǎo)軌底座直接連接，之間需有一塊 X向的滑板作為引導(dǎo)，來(lái)固定機(jī)床工作臺(tái)。其裝配關(guān)系如下圖 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 圖 工作臺(tái)布局圖 為了減輕數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量，機(jī)床工作臺(tái)的材質(zhì)選用鋁合金，輕便牢固，易于加工，而且鋁的材料特性較好，不易生銹，提高了機(jī)床使用的可靠性。對(duì)機(jī)床橫梁導(dǎo)軌的布局進(jìn)行了改進(jìn)，由一般的平面式布局改為空間式布局，提高了機(jī)床的穩(wěn)定性和加工精度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控雕刻機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主雕刻運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng) ，其 特點(diǎn)是：主軸的轉(zhuǎn)速較高 ， 傳遞的功率較大 ，因此是 數(shù)控機(jī)床中的一種重要部分。 電主軸是一種新型技術(shù)，是為高速數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)而專門研發(fā)出來(lái)的一種新型產(chǎn)物。當(dāng)前其 在高速雕削機(jī)床領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)楸敬嗡O(shè)計(jì)的數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)比較小，加上高速電主軸價(jià)格昂貴，所以主傳動(dòng)方式采直流電機(jī)直聯(lián)帶動(dòng)主軸機(jī)構(gòu)，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，運(yùn)動(dòng)可靠。即在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系或是轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系都是線性的。 （ 3）反應(yīng)速度迅捷 由于輸入控制信號(hào)的作用，電機(jī) 轉(zhuǎn)子可以快速地反應(yīng)并相應(yīng)地動(dòng)作，其時(shí)間常數(shù)比較小。直流電機(jī)通過(guò)彈性?shī)A頭直接與刀具連接。變頻器是通過(guò)電腦所給的信息，發(fā)出一種脈沖，再通過(guò)脈沖來(lái)控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了 1500 至 24000r/min之內(nèi) 的不同轉(zhuǎn)速。另外，其還具備改變交流電壓的輔助功能。其中，輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電是通過(guò)整流器來(lái)實(shí)現(xiàn)，直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電是由逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同種類的變頻器可以處理的電源功率是不同的，大概范圍在幾瓦到幾兆瓦。通過(guò)公式（ ）可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 是正比關(guān)系。變頻器的速度調(diào)節(jié)就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ，它 是一種理想的、高效率、高性能的調(diào)速手段。因此保留電主軸作為預(yù)備方案。 電主軸 電主軸的介紹 目前，高速電主軸是高速切削機(jī)床的關(guān)鍵核心部件之一 , 其 結(jié)構(gòu)是將機(jī)床的主軸與變頻電機(jī)軸做為一體，合二為一 , 也就是把變頻 主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子直接裝在主軸部件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部 , 因此也把它稱 做內(nèi)裝式電主軸 ,它們之間將 不需使用齒輪或皮帶作為傳動(dòng)副 , 其結(jié)構(gòu)也就 實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸部件系統(tǒng)的 “ 零傳動(dòng) ” 。它還有利于機(jī)床動(dòng)平衡的改善 , 避免了加工過(guò)程中的振動(dòng)及噪音 。 對(duì)于在不同機(jī)床中的適用程度，電主軸又可分為好多類，如 : 鉆銑主軸、雕刻機(jī)主軸、加工中心主軸、磨床加工電主軸等等。因此，對(duì)于研發(fā)出性能更加優(yōu)越的高速電主軸迫在眉睫 [10]。 通俗來(lái)講，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子也就是機(jī)床的主軸部件 ， 機(jī)床的主軸部件的腔體就是電機(jī)的機(jī)座。 這對(duì)于數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講是一項(xiàng)的重大突破的改革。 這種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了主軸高速化的轉(zhuǎn)速 ，能夠強(qiáng)有力地改善提高了 主軸的高速綜合性能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 圖 電主軸結(jié)構(gòu)裝配示意圖 傳統(tǒng)機(jī)床的主軸系統(tǒng)是由電機(jī)在中間媒介產(chǎn)生變速和傳動(dòng)裝置，比如齒輪、皮帶、聯(lián)軸器等的驅(qū)動(dòng)下使得主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行工作。與機(jī)械主軸相比較 ， 電主軸具備以下優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）通過(guò)采用交流變頻的技術(shù) ， 電主軸能夠在額定的轉(zhuǎn)速范圍之間發(fā)生無(wú)級(jí)變速 ，從而 適應(yīng)了機(jī)床在工作時(shí)的各種不同工作情況以及負(fù)載發(fā)生變化的需求。 （ 4）電主軸與其它結(jié)構(gòu)形式的主軸系統(tǒng)相比 ，其 更有利于實(shí)現(xiàn)響應(yīng)快、轉(zhuǎn)動(dòng)高速化的需求 ，而且電主軸的 動(dòng)態(tài)精度以及穩(wěn)定性更加優(yōu)秀。 （ 5）由于電機(jī)主軸采用直聯(lián)一體式，不存在中間傳動(dòng)的環(huán)節(jié) ，因此 電主軸工作時(shí)將運(yùn)行地更為平穩(wěn) ，幾乎 沒有外來(lái)的沖擊現(xiàn)象 ，由于 主軸軸承所能夠承受的動(dòng)、負(fù)載荷比較小 ，所以這種結(jié)構(gòu)也 延長(zhǎng)了它的精度壽命。 電主軸在工作中轉(zhuǎn)速極高 ， 為了能夠讓高速運(yùn)行的電主軸快速地散去熱量 ，一般在 電主軸的外壁加以不斷循環(huán)冷卻液。就而言，電主軸的潤(rùn)滑方式通常有脂潤(rùn)滑與油氣潤(rùn)滑兩類 ， 用戶可以按其畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 需求任選其一。 電主軸的安裝 電主軸在機(jī)床上的安裝如圖 。安裝時(shí)旋緊螺母從而使得螺栓 1朝上移動(dòng)，此過(guò)程中壓蓋 7被帶動(dòng)著和 1一起向上移動(dòng) ， 夾緊力之所以能被均勻地傳遞到壓環(huán) 6上是通過(guò)兩個(gè)過(guò)渡壓塊 5與螺栓 1垂直布局的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ，再 通過(guò)壓環(huán) 6上的 4個(gè)壓塊 2（與過(guò)渡壓塊成 45度布局），這樣夾緊力就能夠均勻地傳遞到彈簧漲套 4上面 ，此時(shí) 彈 簧漲套外壁向外部彎曲變形 ，從而將外圍 與支座基體頂緊 ，同時(shí) 彈簧漲套內(nèi)壁向里收縮變形 ，從而把 主軸緊緊抱住。 圖 電主軸安裝示意圖 本章小結(jié) 本章主要敘述了機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，采用了電機(jī)與主軸直聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)切削，包括其傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)和直流電機(jī)的特性。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 4 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選擇 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 一般來(lái)講，機(jī)床的進(jìn) 給傳動(dòng)系統(tǒng)的 靈敏度、精度、穩(wěn)定性是數(shù)控機(jī)床的輪廓加工精度以及定位精度的直接影響因素。 （ 2）機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的非線性以及傳動(dòng)部件精度，它們將直接影響機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的加工輪廓精度和位置定位精度。然而，造成傳動(dòng)系統(tǒng)非線性的主要原因是傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦死區(qū)、傳動(dòng)間隙。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般可以分為直線運(yùn)動(dòng)以及圓周運(yùn)動(dòng)這兩大類。本次設(shè)計(jì)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)系統(tǒng)采取的是直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 （ 2）通過(guò)齒輪、齒條副的過(guò)渡，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 以上幾種傳動(dòng)方案的簡(jiǎn)介和比較 （ 1）滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠螺母副擁有如下的特點(diǎn)： 1）系統(tǒng)傳動(dòng)過(guò)程中的效率高，摩擦損失較小； 2）在絲杠螺母之間加以預(yù)緊后，能夠有效地消除間隙，大大提高了進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度； 3）系統(tǒng)傳 動(dòng)過(guò)程中的摩擦阻力較小，而且?guī)缀鹾瓦M(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)和靜摩擦力的變化也較小，較難出現(xiàn)低速爬行情況； 4）系統(tǒng)長(zhǎng)期工作不會(huì)產(chǎn)生較大的磨損，其使用壽命較長(zhǎng)，保持精度特性良好。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 但是因?yàn)樗嬖谶\(yùn)動(dòng)的可逆性，即一方面它能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的反過(guò)來(lái)它也可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它不能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。其中，采用具有制動(dòng)裝置的伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 是最簡(jiǎn)單有效的解決方法。就高速加工數(shù)控機(jī)床而言，這點(diǎn)至關(guān)重要。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)油膜的推動(dòng)螺母將作直線運(yùn)動(dòng)，反之，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使絲杠作直線移動(dòng)。 2）油膜可以吸振，提高了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。 4）油膜層具有一定剛度，減少了反向間隙。 6）承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。 （ 3）齒輪齒條副 大型數(shù)控機(jī)床 不宜采用絲杠傳動(dòng)，因長(zhǎng)絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動(dòng)精度；同時(shí)軸向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度也難提高。齒輪齒條副傳動(dòng)用于行程較長(zhǎng)的大型機(jī)床上，可以得到較大的傳動(dòng)比，進(jìn)行高速直線運(yùn)動(dòng)，剛度及機(jī)械效率也高。采用齒輪齒條副傳動(dòng)時(shí)，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小時(shí)，也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。 （ 4）直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需要絲杠、齒輪齒條等轉(zhuǎn)換裝置即能直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，因此，它大大簡(jiǎn)化了進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了傳動(dòng)效率。對(duì)于高速加工機(jī)床來(lái)說(shuō)，雖然可以通過(guò)加大螺距提高進(jìn)給速度，但是難以提高加速度。 3）旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)必須通過(guò)絲杠、齒條等轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響無(wú)法避免；并且，這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中必然會(huì)帶來(lái)噪聲。 直線電動(dòng)機(jī)的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）與同容量旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相比，直線電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)要低，特別在低速時(shí)更明顯。 （ 3）在金屬加工機(jī)床上，由于電動(dòng)機(jī)直 接和導(dǎo)軌、工作臺(tái)做成一體，必須采取措施以防止磁力和熱變形對(duì)加工的影響。 Z 軸采用圓柱導(dǎo)軌 [12]。在開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中，滾珠絲杠的精度將直接影響機(jī)床的定位精度和隨動(dòng)精度。但是， 隨著絲杠精度的提高，其價(jià)格也將大大上升。本機(jī)床所選 3個(gè)方向滾珠絲杠副的精度等級(jí)均為 3級(jí)。 本設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的絲桿選用的是滾珠絲桿副。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高。要想使進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有足夠的剛性，就要選用直徑粗大的絲杠。因此一般是在兼顧二者的情況下 ， 選取最佳直徑。 Y軸滾珠絲杠的公稱直徑為 32mm。此外，要想提高進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠的支承的結(jié)構(gòu)剛度和它正確的安裝方式也是重要的因素。提高絲杠螺母座的局部剛度和接 觸強(qiáng)度一般可以通過(guò)適當(dāng)加大其與機(jī)床結(jié)合部件的有關(guān)接觸面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高支承的軸向剛度，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承。其二是把推力軸承或者向心推力軸承和向心軸承組合使用，它的軸向剛度有所提高，但是軸承的摩擦阻力和發(fā)熱增大了而且還增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。從而增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。而且它的產(chǎn)品成對(duì)出售，使用極為方便，而且在它出廠時(shí)，內(nèi)外環(huán)的厚度都已經(jīng)選配好，裝配時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就可以得到出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。固定端軸承同時(shí)承受軸向力和徑向力。 （ 2） 雙推一支承方式 即絲杠一端固定，另一端支承。同時(shí)絲杠熱變形可以自由地向一端伸長(zhǎng)。固定端軸承都可以同時(shí)承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對(duì)絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補(bǔ)償絲杠的熱變形。由于絲杠不動(dòng)，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長(zhǎng)滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的種種問題。此種方式可以對(duì)絲杠施加較大的預(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，補(bǔ)償絲杠的熱變形 本次數(shù)控雕刻機(jī)床 X、 Y向絲杠均采用一端固定，另一端簡(jiǎn)支承的方式。 數(shù)控雕刻機(jī) X、 Y向的滾珠絲杠副的支承結(jié)構(gòu)見圖 。由于軸向載荷是滾珠絲杠的主要載荷，徑向載荷通常是臥式絲杠自身重量。 由于要求數(shù)控雕刻機(jī)擁有運(yùn)動(dòng)靈活的進(jìn)給系統(tǒng)，對(duì)于微小位移 (絲杠微小轉(zhuǎn)角 )的響應(yīng)要靈敏，所以要選用摩擦力矩小、軸向剛度強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)精度高的滾動(dòng)軸承。數(shù)控機(jī)床在選用此類角接觸球軸承時(shí)，一般都要把 2個(gè)以上的軸承配對(duì)組合起來(lái)，再加以預(yù)緊力才能使用。當(dāng)在數(shù)控機(jī)床上選取這類軸承時(shí)，為了便于對(duì)軸承和滾珠螺母之間不同軸度的吸收，一般都選取 DF組配的方式。 步進(jìn) 電機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠 , 實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的移動(dòng)。單向逆止軸承僅允許一方向旋轉(zhuǎn) , 而另一方向止動(dòng)。 當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)上升時(shí) , 單向逆止軸承像普通軸承一樣 , 沒有逆止的作用 , 伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并用螺母帶動(dòng)工作臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閱蜗蚰嬷馆S承的外環(huán)是通過(guò)鍵與摩擦阻尼裝置相互連結(jié)在一起的 ，軸承的 外環(huán)被摩擦阻尼裝置所產(chǎn)生的摩擦扭矩剎住 , 從而防止了逆向傳動(dòng)。 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，作用可靠，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。 步進(jìn)電機(jī)與進(jìn)給絲杠的 聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，要保證步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的聯(lián)結(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)沒有間隙，這樣才可以準(zhǔn)確地執(zhí)行脈沖的指令，使得脈沖不會(huì)丟掉，從而避免造成的“失步”，最終使得機(jī)床的傳動(dòng)精度與加工精度不會(huì)被影響。 帶彈性元件擾性聯(lián)軸器除了擁有補(bǔ)償?shù)墓δ芡猓€具備減震和緩沖的作用。非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器制造方便，方便得到各種結(jié)構(gòu)形狀。彈性聯(lián)軸器的裝卸也非常方便。 由于數(shù)控雕刻機(jī)床要求具有良好的靈活性來(lái)滿足機(jī)床的高速雕刻的要求，本機(jī)床 X、 Y、軸方向上均采用 GGB型（四方向等載荷型）高精度直線導(dǎo)軌。為了確保兩條導(dǎo)軌能夠平行，通常把其中一條導(dǎo)軌作為基準(zhǔn)導(dǎo)軌。 Z軸方向采用圓柱式導(dǎo)軌定位。 本章小結(jié) 本章主要闡述了機(jī)床的進(jìn) 給系統(tǒng)的布局方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 5 主傳動(dòng)及 X向進(jìn)給系統(tǒng)部分零件計(jì)算和校核 主傳動(dòng)零部件計(jì)算及校核 主軸參數(shù)設(shè)計(jì) （ 1）主軸上、下軸頸的設(shè)計(jì) 查 171。下冊(cè)表 428可得： 取上軸頸 1 40D mm? 則下軸頸 210 .7 5 3 0D D m m? ? ? （ 2）主軸內(nèi)孔直徑 d 因?yàn)槭? 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