CA6140普通车床改为经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计【优秀课程毕业设计含26张CAD图纸】-jxsj54

CA6140普通车床改为经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计【优秀课程毕业设计含26张CAD图纸】-jxsj54CA6140普通车床改为经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计【含26张CAD图纸】摘  要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床C6140的基础上对其进行自动化改造。作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。关键词：机床改造； 自动化机床； 控制系统ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system目    录第1章  绪论1第2章  国内外发展概况及现状介绍5第3章  总体方案论证63.1确定何种传动系统63.2选择传动装置63.3选择润滑方式7第4章  具体设计说明84.1伺服电机型号选择94.1.1进给电机功率的确定94.1.2伺服电机型号94.2纵向进给滚珠丝杠副的设计选择104.2.1确定滚珠丝杠的支承方式114.2.2滚珠丝杠副参数的确定124.2.3对选定的滚珠丝杠副参数进行核算13第5章 结论22参考文献23【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】A0-床鞍.dwgA0-纵向进给系统装配图.dwgA1-润滑系统装配图.dwgA1-电机支座.dwgA1-螺母座.dwgA2-纵向滚珠丝杠副.dwgA3-丝杠支架.dwgA3-丝杠防护罩.dwgA3-法兰C.dwgA3-联轴器护罩.dwgA3-车床联系尺寸图.dwgA3-连接轴.dwgA4-丝杠支架封盖.dwgA4-圆锥销.dwgA4-油管.dwgA4-法兰A.dwgA4-法兰B.dwgA4-法兰D.dwgA4-法兰支架.dwgA4-螺母座侧护壳.dwgA4-螺母座被护罩.dwgA4-轴承端盖.dwgA4-隔套1.dwgA4-隔套2.dwgA4-隔套3.dwgA4-隔套4.dwgCA6140普通车床改为经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计说明书正文.doc摘  要.doc文件清单.txt目录.doc 1 摘 要 随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床 作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自 动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。 关键词： 机床改造； 自动化机床； 控制系统 2 of of is of is a in of N is So it is a to to is in of 6150 it on of of on of of to is to to in be by PU 031 is to a an to on to of 3 目 录 第 1 章 绪 论 .未定义书签。 第 2 章 国内外发展概况及现状介绍 . 5 第 3 章 总体方案论证 . 6 . 6 . 6 . 7 第 4 章 具体设计说明 . 8 . 9 . 9 . 9 . 10 . 11 . 12 . 13 第 5 章 结论 . 22 参考文献 . 23 附件清单 . 24 4 1 绪论 经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计。“主传动系统”“纵向进给系统”和“横向进给系统”可称为车床的三大核心系统，其重要地位更是不言而喻的。三大系统的精确性、准确性、必将影响加工产品的性能。为什么我国的机械制造业与西欧等国家的制造业有着很大的差距，这就是因为我们没有精良的加工工具或者是自动化系数远远的不及他们。制造业是关系到国际民生的大事，是富民强国的必要因素，必须在较短的时间内形成我们独立自主的现代化制 造体系。 随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。鉴于我国机床拥有量大、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控，并对原有的机床进行数控改造。这就是本课题的来由。 前提条件： 床身上最大回转直径为 400 加工最大工作长度 1000 快进速度 m/ 定位精度 重复定位精度 设计要求： 纵向进给运动设计时，电机与丝杠采用柔性连接，电机选用伺服电机对电机的大小选择进行验证，对滚珠丝杠直径及支承形式选择进行强度较核。润滑系统设计要做到润滑充分且达到各个润滑点。 本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的，该系统设计成功一旦应用到生产实践中，将给中小规模的加工厂输入新的血液。显著提高生产力水平，减轻劳动强度，提高经济效益。 根据自己几个月来的设计过程，编写了这本设计说明书，由于自己的经验不足，所学的知识有 限，书中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评、指正。 5 2 国内外发展概况及现状介绍 1 自从第一台商品数控机床问世以来 ，到 1965 年，世界主要工业国家的数控机床己进入了大批量生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。 1970年前美国处于领先地位。 1971 年苏联生产数控机床 2538台，一举超过美国，名列世界第一。1977年以前，苏联一直保持产量优势，以后日本的半导体技术及计算 机技术迅猛发展，促进了数机床的生产。 1976年日本数控机床产量是 3300台， 1978年时为 7300台， 1980年为 22000 台，到 1981 年仅用 4 年时间便超过了其他各国而成为世界上最大的数控机床生产国，产量达到 26000 台，基本上两年翻一番。 1981年，日本、美国、联邦德国、法国、英国五国的数控机床总产量为 39000 台，其中日本占 美国占 联邦德国占 法国占 英国占 到期 988年，日本年产数控机床约为 50000台，数控化率达 70%. 我国从 1958 开始研究数控机械 加工技术， 60 年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。 70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从 1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到 1975 年己研制出了 40多个品种 300 多台数控机床。经过 30 年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从 1975年到 1979年， 7 年内累计生产数控机床 4108 台（其中约 3/4 以上的数控线切割 机床）。进入 80年代，我国重新重视发展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。 1981 年，我国从日本 司引进了 列、 5 系列、 7系列的数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机 技术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂。于 1981年底开始验收投产， 1982 年生产约 40套系统， 1982 年生产约 100套系统， 1985年生产约 400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国70年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础 ，使我国的主机品种与技术水平都有成套的发展与提高。我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的 ， 明机床床厂 全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的 式铣削加工中心，青海第一机床厂的 一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预 计在不远的将来会赶上或超过世界先进国家水平。 6 3 总体方案论证 3 1 确定何种传动系统 经济型的数控机床动力系统可分为三类 步进电机式 : 采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选挡速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有 2过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广和普及。 交流点位式 : 采用交 流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达 复定位精度为 以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点位式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹，功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。 半闭环连续控制式 采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可 进行强力切削。当丝杠螺母在 6右时，快速可达 8 9m/不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强操作大大简化。 以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机开环执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精度大功率应用场合并不很合适，故考虑采用伺服电机控制。 择传动装置 数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术当中，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与普通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙， 低摩擦、低惯量、高刚度、高 7 谐振频率有适应阻尼比的要求。 设计任务要完成的设计是纵向进给系统的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。 螺旋传动主要用来把旋转传动变为直线运动，或把直线传动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋；有以传递运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋；还有调节零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母、滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构。 在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。 选用滚珠丝杠副传动机构，因为此 种机构有如下特点： a. 传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率为： 常规的丝杠螺母副提高了 3 4倍（滑动丝杠效率为 ,因此，功率消耗只当于常规丝杠副的 1/4 1/3。 b. 给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区。定位精度高，刚度好。 c. 有可逆性，可以从旋转运动转化为直线传动，也可以从直线传动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。 d. 磨损小，使用寿命长，精度保持性好。 3 3 选择润滑方式 润滑方式总体来说分为手动 润滑和自动润滑，前者在现代化的加工制造业中使用己变得越来越少。 本课题的润滑系统有六个润滑点： 床鞍的两个导轨（ 2点） 拖板上的两个导轨（ 2点） 纵向进给丝杠螺母副的润滑（ 1点） 横向滚珠丝杠副的润滑（ 1点） 子程控润滑器 C 型。由一套电子装置控制电子齿轮泵，以时间或计数的周期方式工作，适用于单阻尼的润滑系统。广泛用于机械制造、纺织、冲压、包装机械、印刷机械等领域，是一种多用途，高性能的程控润滑设备。因此选择 子程控润滑器能满足润滑系统的要求。 8 4 具体设计说明 伺服控制系统 一般都是闭环或半闭环控制系统： 图 3服控制系统框图 图 3给出了典型的伺服控制系统的框图。这是一个三环控制系统，外环是位置控制环，是决定系统主要性质的基本控制环，它决定着系统的位置控制精度；速度控制环用于实现速度的调节和速度大小控制精度；电压控制环可实现对伺服放大器的电压控制。 半闭环控制： 图 3半闭环控制系统不但有前向的指令控制通道，而且有检测元件输出的反馈控制通道，而检测元件 是安装在丝杠轴或电机轴上的，检测同角位移后，推算出工作台的实际位移。以偏差值实现位置控制。此系统由于检测元件检测的反馈信号不包含 9 从旋转轴到工作台之间的传动链的误差，这部分误差将不能被自动补偿。因此这种由等效反馈信号组成的控制系统为半闭环控制系统。 闭环控制： 图 3闭环控制与半闭环控制其组成原理及控制方法基本相同。在闭环控制系统中，要求以工作台（或刀架）的最终控制输出作为反馈信号，即要求测量元件安装在工作台上，而不是安装在丝杠或电机轴上。但因直接 测量工作台的实际位移，需配备如光栅、磁栅或感应同步器等安装和维修要求都比较高的位置检测元件，这使整个系统的价格提高。由于闭环控制能对整个系统误差进行自动补偿，因此，其精度比半闭环控制要高，精度取决于位置检测元件的测量精度。总之，这种控制方式的优点是精度高、速度快，但调试和维修比较复杂，适宜于大型和精密的数控机床。 4 1 伺服电机型号选择 4 给电机功率的确定 2 在进给运动的速度较低的情况下，空载功率很小，计算时可以略去，进给电机的功率可根据进给的有效功率和传动件的机械效率来计算： 即： 6120(3式中： 斤力） /分） 般可取 根据资料显示 ,=2750N 即 750N 故进给力 ： 1375N s=8m/入 (3式 0 813 75 10 4 服电机型号 考虑到进给系统的过载现象 ,选择型号为 110永磁无刷伺服电机。 参数如下表： 表 参数表 额定功率 额定转矩 额定转速 额定电流 转子惯量 电机时间常数 机械时间常数 2 纵向进给滚珠丝杠副的 设计选择 在一般情况下，设计滚珠丝杠时，必须知道下列条件：最大工作负载 平均工作负载 用下的使用寿命 T，丝杠的工作长度 L（或螺母的有效行程），丝杠的转速 n（平均转速 n），滚道的硬度 后按下列步骤进行设计。 a、 计算作用在滚珠丝杠上的最大动负载 b、 从滚珠丝杠设计标准中，找出相应尺寸系列对应的最大动载荷 初选型号。 c、 根据具体工作要求，对于结果尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑选出比较合适的公 称直径 程 珠列数 k、滚珠圈数 d、 根据所选出的型号，列出（或算出）其主要参数的数值；验算其刚度及稳定性系数是否满足要求。若不满足要求，则需要另选其它型号，再做上述的计算和验算直至满足要求为止。 11 4 2 1确定滚珠丝杠的支承方式： 螺母座，丝杠的轴承及其支架等刚度不足将严重影响滚珠丝杠副的传动刚度。因此螺母座应有加强筋，以减少受力后的变形，螺母与床身的接触面积宜大些，其联接螺钉的刚度也应与高位销要紧密配合，不能松动。 滚珠丝杠常用推力轴承支承， 以提高轴向刚度，当滚珠丝杠的轴向负荷很小时，也可用角接触球轴承支承，滚珠丝杠在机床上的安装支承方式有以下几种： 一端固定： 图 4 滚珠丝杠一端固定图 这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。只适用于短丝杠，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向坐标中。 两端支持： 图 4 滚珠丝杠两端支持 此种方式可用于丝杠较长的情况。应将止推轴承离液压马达及丝杠的常用段，以减 12 少丝杠热变形的影响。 一端固定，一端支持： 图 4 滚珠丝杠一端固定一端支持 把角 接触球轴承装在滚珠丝杠的两端，并旋加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装时丝杠的热变形较为敏感，轴承寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方式低。 两端固定： 图 4 滚珠丝杠两端固定 两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，并加预紧力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度转化而产生的设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架强度。 根据设计所要的丝杠副的高精度，中等转速，选择 13 4 2 滚珠丝杠副参数的确定： 2 额定 动载荷 滚珠丝杠在工作过程中承受轴向负载，使得滚珠和滚道型面产生接触应力，对滚道型面上某一点，是交变接触应力。在这种交变应力的作用下，经过一定的应力循环次数后，滚珠或滚道型面产生疲劳损伤，从而使得滚珠丝杠丧失工作性能，这是滚珠丝杠副破坏的主要形式。在设计滚珠丝杠副时，必须保证它在一定的轴向负载的作用下，在回转 10 转后，滚道上虽然受滚珠压力，但不应有点蚀现象发生，此时所能随的轴向负载称为这种滚珠丝杠能承受的最大动负荷 工作负荷 P 是指数按机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向 压力，它的数值可用下列进给牵引力的实验公式计算： 对于燕尾形导轨的机床 )2( 式中： Y、 Z 方向上的切削分力（ N） G 动部件的质量（ N）； f 在正常情况下， K、 f 可以下列数值： 对于燕尾形导轨 K= f =设计滚珠丝杠副时，首先从工作负荷 算出最大动负荷 计时可采用计算滚珠轴承的方法，由疲劳强度公式知： 3 即： 3 式中 106转为单位 1） 61060 式中 (r/通机床 10000h） 14 L=20 610 转 如果工作负荷在 其平均负荷按下式近似计算 3 m a 式中 大工作负荷 (N)； 小工作负荷 (N)。 则： 375N 5%以： 2 7 5 0 4 8 1 . 2 5 10773F m N故： 912N 额定静载荷 如果滚珠丝杠副是在低速（ n=要求，从系列列表中选定所设计丝杠副的公称直径的 查处相应的其它尺寸。 计算静负荷 r 2 1375=4125N 根据 919N； 125N 来选择丝杠，选择 滚珠丝杠副，其参数如下： 15 表 滚珠丝杠参数表 主要尺寸： 计算公式 公称直径 0本导程 珠直径 触角 滚道圆弧半径 R 211.1 =旋升角 172o 滚道圆弧偏心距 e 52 =杠大径 d 杠小径 母大径 D 43220 母小径 对选定的滚珠丝杠副参数进行核算： 1 滚珠丝杠副的预加负荷： 在滚珠丝杠副上施加预紧力后，可提高轴向刚度和传动精度。但预紧力不可过大，过大则影响丝杠副的使用寿命。因此，要在 满足所需寿命和精度要求的条件下，合理决定预紧力的大小。 滚珠和螺纹滚道间由于受轴向力的作用而产生轴向变形，在弹性变形范围内，变形量的大小可按赫兹公式计算： 32 式中 k与滚道的曲率半径、材料的弹性模具有关的系数。 对与一确定的丝杠副来说， K 是常数。因此，只是 P 的函数，将随 P 的变化关 16 系做出曲线，如图所示，在曲线起始段，随 P 的变化较快，当 P 增加到 ，变化较慢，接近于某斜率直线。在实际应用时，总希望受载后丝杠变形 尽可能小些，即刚度性能好。据此，可施加一定的预紧力 P 预 =P 0,对应于丝杠变形为 0，这样在受到轴向工作载荷 P，变形就进入曲线后半部的直线段了，载荷的变化对变形的影响就非常小了。 图 4 预紧力确定关系图 在上图中，设对螺母 A、 B 施加了预紧力 应的变形 0。当外加轴向工作载荷 P 时，螺母 B 在接触点处产生了的弹性变形，而螺母 A 由于弹性恢复（ P 与 向之故），其接触点上的变形量反而减少了，其结果螺母 A、 B 在 共同作用下，总变形量为： A =0 B =0此时，若继续增大 P，则螺母 A 中的滚珠负荷减少，变形 A 亦随之减少，当 P 增加到一定数值时，与 0 相等， A 0 0，这时螺母 A 中滚珠和滚道刚好接触，如果再继续增大 P，就会出现间歇。因此，要保证丝杠在最大轴向载荷 用下没有间歇， 必须满足一定的关系。下面求出这种关系： 当 A 0 0 时， 0，此时螺母的变形为： B =0+ =20又因为 17 B = 32=K 320 32 K 320 预 =31此得到结论：在双螺母预紧力的滚珠丝杠副中，为使螺母和丝杠之间不出现间歇，应使预紧力近似等于最大轴向载荷的 1/3。 小，不能保证无间歇传动； 大，会降低传动效率和承载能力。 =458N 最大轴向压缩载荷： 机床的进给丝杠通常是受轴向力的压杆，若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生翘曲。 滚珠丝杠受压力作用后在弹性范围的临界稳定载荷 24 采用 撑形式时： m=20 104 （2 L 为丝杠轴的支撑距离（ 则： 水平位置时许用稳定安全系数 n =4 244 4 6 1 7 c 即： F 为丝杠最大轴向压缩载荷珠丝杠的极限转速 : 18 极限转速的计算为使丝杠副在高速运转时不发生共振现象，应对其极限转速进行核算。当丝杠发生共振时转速称为临界转速，以 示： m i n )/(1012126 式中 ： 丝杠轴的支撑结构系数，采用 式 K=限转速 n 满足： 21 m 4 6 26 rN0 3 r 滚珠丝杠副的刚度 : 滚珠丝杠副的刚度 K： 式中： K 为滚 珠丝杠副的刚度； K j 为滚珠的轴向接触刚度； 螺母的安装刚度； 丝杠轴的安装刚度 当有预加负荷 为额定动载荷的 1/10 时， )/( 2 式中： N） 滚珠直径，（ Z Z 圈数列数 Z 为一圈滚珠数 内循环 Z =d0/ 5)粒 4 3 9 61 7 （ 103 N/ m 螺母支撑刚度 19 )/(10 其中： E 105 螺母支承面至有效滚延间的长度 A 103 ， 103 105） /（ 1000 103） 103（ N/ m） 丝杠轴的支承刚性 4 滚珠丝杠一端固定一端支持 当采用图示的支承方式： 10=( )/（ 1546 108） 103（ N/ m） 滚珠丝杠副的刚度 K： 因为： 所以 K=1/( )=103 （ N/ m） 驱动力矩及驱动功率： 使丝杠旋转运动所需驱动力矩： F （ 2000 ） (公称导程 5 所以 预紧力所产生的摩擦力矩 20 K8102 （ 10381025458v 驱动力矩： M =f=需功率 W95500M（ W= )( 式中： F 为轴向载荷 公称直径 为效率 选择丝杠轴承 3： 丝杠采取一端轴向固定，一端简支的方式，固定端采取一对推力角接触球轴承，面对面组配。型号 为 7205C。内径外径宽为 255215定动载荷为C 加载荷 58N,平均载荷 077N 所选丝杠的基本导程 求快进速度 8m/3 38 1 0 1 . 6 1 05 r/丝杠的最小转速 r/平均速度 3 32 1 . 6 1 0 1 1 . 0 6 7 1 03 r/承寿命： L )10(109045810771 5 8 0 0 630 66 431 0 1 0 9 0 1 0 1 . 7 1 06 0 6 0 1 . 0 6 7 1 0h 能满足要求。简支端轴承只承受丝杠的部分重量，不需计算。 21 滚珠丝杠与伺服电机的连接 : 图 4 连轴器关系图 滚珠丝杠可通过联轴器与伺服电机直接联结，为了消除丝杠与电机轴之间的同轴度和垂直度误差，可用弹性联轴器。如上图所示，弹性片分别用螺钉和两边的联轴器通过柔性片传递力矩。 在实际生产过程中，为了满足丝杠既能电动控制又能手动调整的特点，在丝杠与电机之 间设计了连接轴，三者的连接方式如下图。 图 4 连接轴关系图 22 结 论 至今为止，基本上完成了本课程的设计要求，课题的主要设计内容包括：伺服电机的选择，丝杠结构设计，伺服电机与丝杠的连接形式设计、丝杠与床鞍的连接设计、丝杠的支承方式设计、进给系统的润滑设计。 进给系统运转精度、直接将导致整个机床的加工精度。因此，丝杠精度的选择，丝杠的支承如何保证轴向定位精度等关键性问题是急需解决的。由于自身的经验有限，面对这些关键性问题只能从理论上去寻求解决 的方法。因此，自己所设计的结构和运用到生产实践中仍相距甚远。 23 参考文献 1张新义 北京：机械工业出版社， 2范云涨 ,陈兆年 . 金属切削机床设计简明手册 械工业出版社， 3戴曙 北京：机械工业出版社 4李 洪 沈阳：辽宁科学技术出版社 ,5王启义 ,蔡群礼 ,胡宝珍 东北工学院出版社 , 6成大先 北京 :化工出版社 ,2004. 1 7黄祖德 北京 :理工大学出版社 ,8吴宗泽 00例 机械出版社 , 1996 9黄鹤订 0册 机械出版社 ,10滚珠丝杠 川浦机械实业公司样本 11电动润滑泵 贝奇尔机械产品有限公司样本 12钢带保护套 长城机械制品有限公司样本 24 附件清单 纵向进给系统装配图 1 张 连接轴 1 张 隔套 1 1 张 隔套 2 1 张 隔套 3 1 张 隔套 4 1 张 轴承端盖 1 张 法兰支架 1 张 螺母座侧护壳 2 张 法兰 A 1 张 法兰 B 1 张 螺母座 1 张 法兰 C 1 张 纵向滚珠丝杠副 1 张 法兰 D 1 张 丝杠支架封盖 1 张 丝杠支架 1 张 连轴器护壳 1 张 电机支座 1张 8圆锥销 1 张 前挡板 1 张 丝杠防护罩 1 张 25 油管 1 张 床鞍 1 张 润滑系统装配图 1 张 1 摘 要 随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床 作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自 动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。 关键词： 机床改造； 自动化机床； 控制系统 2 of of is of is a in of N is So it is a to to is in of 6150 it on of of on of of to is to to in be by PU 031 is to a an to on to of 3 目 录 第 1 章 绪 论 .未定义书签。 第 2 章 国内外发展概况及现状介绍 . 5 第 3 章 总体方案论证 . 6 . 6 . 6 . 7 第 4 章 具体设计说明 . 8 . 9 . 9 . 9 . 10 . 11 . 12 . 13 第 5 章 结论 . 22 参考文献 . 23 附件清单 . 24 4 1 绪论 经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计。“主传动系统”“纵向进给系统”和“横向进给系统”可称为车床的三大核心系统，其重要地位更是不言而喻的。三大系统的精确性、准确性、必将影响加工产品的性能。为什么我国的机械制造业与西欧等国家的制造业有着很大的差距，这就是因为我们没有精良的加工工具或者是自动化系数远远的不及他们。制造业是关系到国际民生的大事，是富民强国的必要因素，必须在较短的时间内形成我们独立自主的现代化制 造体系。 随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。鉴于我国机床拥有量大、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控，并对原有的机床进行数控改造。这就是本课题的来由。 前提条件： 床身上最大回转直径为 400 加工最大工作长度 1000 快进速度 m/ 定位精度 重复定位精度 设计要求： 纵向进给运动设计时，电机与丝杠采用柔性连接，电机选用伺服电机对电机的大小选择进行验证，对滚珠丝杠直径及支承形式选择进行强度较核。润滑系统设计要做到润滑充分且达到各个润滑点。 本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的，该系统设计成功一旦应用到生产实践中，将给中小规模的加工厂输入新的血液。显著提高生产力水平，减轻劳动强度，提高经济效益。 根据自己几个月来的设计过程，编写了这本设计说明书，由于自己的经验不足，所学的知识有 限，书中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评、指正。 5 2 国内外发展概况及现状介绍 1 自从第一台商品数控机床问世以来 ，到 1965 年，世界主要工业国家的数控机床己进入了大批量生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。 1970年前美国处于领先地位。 1971 年苏联生产数控机床 2538台，一举超过美国，名列世界第一。1977年以前，苏联一直保持产量优势，以后日本的半导体技术及计算 机技术迅猛发展，促进了数机床的生产。 1976年日本数控机床产量是 3300台， 1978年时为 7300台， 1980年为 22000 台，到 1981 年仅用 4 年时间便超过了其他各国而成为世界上最大的数控机床生产国，产量达到 26000 台，基本上两年翻一番。 1981年，日本、美国、联邦德国、法国、英国五国的数控机床总产量为 39000 台，其中日本占 美国占 联邦德国占 法国占 英国占 到期 988年，日本年产数控机床约为 50000台，数控化率达 70%. 我国从 1958 开始研究数控机械 加工技术， 60 年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。 70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从 1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到 1975 年己研制出了 40多个品种 300 多台数控机床。经过 30 年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从 1975年到 1979年， 7 年内累计生产数控机床 4108 台（其中约 3/4 以上的数控线切割 机床）。进入 80年代，我国重新重视发展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。 1981 年，我国从日本 司引进了 列、 5 系列、 7系列的数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机 技术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂。于 1981年底开始验收投产， 1982 年生产约 40套系统， 1982 年生产约 100套系统， 1985年生产约 400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国70年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础 ，使我国的主机品种与技术水平都有成套的发展与提高。我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的 ， 明机床床厂 全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的 式铣削加工中心，青海第一机床厂的 一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预 计在不远的将来会赶上或超过世界先进国家水平。 6 3 总体方案论证 3 1 确定何种传动系统 经济型的数控机床动力系统可分为三类 步进电机式 : 采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选挡速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有 2过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广和普及。 交流点位式 : 采用交 流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达 复定位精度为 以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点位式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹，功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。 半闭环连续控制式 采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可 进行强力切削。当丝杠螺母在 6右时，快速可达 8 9m/不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强操作大大简化。 以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机开环执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精度大功率应用场合并不很合适，故考虑采用伺服电机控制。 择传动装置 数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术当中，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与普通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙， 低摩擦、低惯量、高刚度、高 7 谐振频率有适应阻尼比的要求。 设计任务要完成的设计是纵向进给系统的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。 螺旋传动主要用来把旋转传动变为直线运动，或把直线传动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋；有以传递运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋；还有调节零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母、滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构。 在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。 选用滚珠丝杠副传动机构，因为此 种机构有如下特点： a. 传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率为： 常规的丝杠螺母副提高了 3 4倍（滑动丝杠效率为 ,因此，功率消耗只当于常规丝杠副的 1/4 1/3。 b. 给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区。定位精度高，刚度好。 c. 有可逆性，可以从旋转运动转化为直线传动，也可以从直线传动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。 d. 磨损小，使用寿命长，精度保持性好。 3 3 选择润滑方式 润滑方式总体来说分为手动 润滑和自动润滑，前者在现代化的加工制造业中使用己变得越来越少。 本课题的润滑系统有六个润滑点： 床鞍的两个导轨（ 2点） 拖板上的两个导轨（ 2点） 纵向进给丝杠螺母副的润滑（ 1点） 横向滚珠丝杠副的润滑（ 1点） 子程控润滑器 C 型。由一套电子装置控制电子齿轮泵，以时间或计数的周期方式工作，适用于单阻尼的润滑系统。广泛用于机械制造、纺织、冲压、包装机械、印刷机械等领域，是一种多用途，高性能的程控润滑设备。因此选择 子程控润滑器能满足润滑系统的要求。 8 4 具体设计说明 伺服控制系统 一般都是闭环或半闭环控制系统： 图 3服控制系统框图 图 3给出了典型的伺服控制系统的框图。这是一个三环控制系统，外环是位置控制环，是决定系统主要性质的基本控制环，它决定着系统的位置控制精度；速度控制环用于实现速度的调节和速度大小控制精度；电压控制环可实现对伺服放大器的电压控制。 半闭环控制： 图 3半闭环控制系统不但有前向的指令控制通道，而且有检测元件输出的反馈控制通道，而检测元件 是安装在丝杠轴或电机轴上的，检测同角位移后，推算出工作台的实际位移。以偏差值实现位置控制。此系统由于检测元件检测的反馈信号不包含 9 从旋转轴到工作台之间的传动链的误差，这部分误差将不能被自动补偿。因此这种由等效反馈信号组成的控制系统为半闭环控制系统。 闭环控制： 图 3闭环控制与半闭环控制其组成原理及控制方法基本相同。在闭环控制系统中，要求以工作台（或刀架）的最终控制输出作为反馈信号，即要求测量元件安装在工作台上，而不是安装在丝杠或电机轴上。但因直接 测量工作台的实际位移，需配备如光栅、磁栅或感应同步器等安装和维修要求都比较高的位置检测元件，这使整个系统的价格提高。由于闭环控制能对整个系统误差进行自动补偿，因此，其精度比半闭环控制要高，精度取决于位置检测元件的测量精度。总之，这种控制方式的优点是精度高、速度快，但调试和维修比较复杂，适宜于大型和精密的数控机床。 4 1 伺服电机型号选择 4 给电机功率的确定 2 在进给运动的速度较低的情况下，空载功率很小，计算时可以略去，进给电机的功率可根据进给的有效功率和传动件的机械效率来计算： 即： 6120(3式中： 斤力） /分） 般可取 根据资料显示 ,=2750N 即 750N 故进给力 ： 1375N s=8m/入 (3式 0 813 75 10 4 服电机型号 考虑到进给系统的过载现象 ,选择型号为 110永磁无刷伺服电机。 参数如下表： 表 参数表 额定功率 额定转矩 额定转速 额定电流 转子惯量 电机时间常数 机械时间常数 2 纵向进给滚珠丝杠副的 设计选择 在一般情况下，设计滚珠丝杠时，必须知道下列条件：最大工作负载 平均工作负载 用下的使用寿命 T，丝杠的工作长度 L（或螺母的有效行程），丝杠的转速 n（平均转速 n），滚道的硬度 后按下列步骤进行设计。 a、 计算作用在滚珠丝杠上的最大动负载 b、 从滚珠丝杠设计标准中，找出相应尺寸系列对应的最大动载荷 初选型号。 c、 根据具体工作要求，对于结果尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑选出比较合适的公 称直径 程 珠列数 k、滚珠圈数 d、 根据所选出的型号，列出（或算出）其主要参数的数值；验算其刚度及稳定性系数是否满足要求。若不满足要求，则需要另选其它型号，再做上述的计算和验算直至满足要求为止。 11 4 2 1确定滚珠丝杠的支承方式： 螺母座，丝杠的轴承及其支架等刚度不足将严重影响滚珠丝杠副的传动刚度。因此螺母座应有加强筋，以减少受力后的变形，螺母与床身的接触面积宜大些，其联接螺钉的刚度也应与高位销要紧密配合，不能松动。 滚珠丝杠常用推力轴承支承， 以提高轴向刚度，当滚珠丝杠的轴向负荷很小时，也可用角接触球轴承支承，滚珠丝杠在机床上的安装支承方式有以下几种： 一端固定： 图 4 滚珠丝杠一端固定图 这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。只适用于短丝杠，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向坐标中。 两端支持： 图 4 滚珠丝杠两端支持 此种方式可用于丝杠较长的情况。应将止推轴承离液压马达及丝杠的常用段，以减 12 少丝杠热变形的影响。 一端固定，一端支持： 图 4 滚珠丝杠一端固定一端支持 把角 接触球轴承装在滚珠丝杠的两端，并旋加预紧拉力，这样有助于提高刚度，但这种安装时丝杠的热变形较为敏感，轴承寿命较两端装推力轴承及向心球轴承方式低。 两端固定： 图 4 滚珠丝杠两端固定 两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，并加预紧力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度转化而产生的设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架强度。 根据设计所要的丝杠副的高精度，中等转速，选择 13 4 2 滚珠丝杠副参数的确定： 2 额定 动载荷 滚珠丝杠在工作过程中承受轴向负载，使得滚珠和滚道型面产生接触应力，对滚道型面上某一点，是交变接触应力。在这种交变应力的作用下，经过一定的应力循环次数后，滚珠或滚道型面产生疲劳损伤，从而使得滚珠丝杠丧失工作性能，这是滚珠丝杠副破坏的主要形式。在设计滚珠丝杠副时，必须保证它在一定的轴向负载的作用下，在回转 10 转后，滚道上虽然受滚珠压力，但不应有点蚀现象发生，此时所能随的轴向负载称为这种滚珠丝杠能承受的最大动负荷 工作负荷 P 是指数按机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向 压力，它的数值可用下列进给牵引力的实验公式计算： 对于燕尾形导轨的机床 )2( 式中： Y、 Z 方向上的切削分力（ N） G 动部件的质量（ N）； f 在正常情况下， K、 f 可以下列数值： 对于燕尾形导轨 K= f =设计滚珠丝杠副时，首先从工作负荷 算出最大动负荷 计时可采用计算滚珠轴承的方法，由疲劳强度公式知： 3 即： 3 式中 106转为单位 1） 61060 式中 (r/通机床 10000h） 14 L=20 610 转 如果工作负荷在 其平均负荷按下式近似计算 3 m a 式中 大工作负荷 (N)； 小工作负荷 (N)。 则： 375N 5%以： 2 7 5 0 4 8 1 . 2 5 10773F m N故： 912N 额定静载荷 如果滚珠丝杠副是在低速（ n=要求，从系列列表中选定所设计丝杠副的公称直径的 查处相应的其它尺寸。 计算静负荷 r 2 1375=4125N 根据 919N； 125N 来选择丝杠，选择 滚珠丝杠副，其参数如下： 15 表 滚珠丝杠参数表 主要尺寸： 计算公式 公称直径 0本导程 珠直径 触角 滚道圆弧半径 R 211.1 =旋升角 172o 滚道圆弧偏心距 e 52 =杠大径 d 杠小径 母大径 D 43220 母小径 对选定的滚珠丝杠副参数进行核算： 1 滚珠丝杠副的预加负荷： 在滚珠丝杠副上施加预紧力后，可提高轴向刚度和传动精度。但预紧力不可过大，过大则影响丝杠副的使用寿命。因此，要在 满足所需寿命和精度要求的条件下，合理决定预紧力的大小。 滚珠和螺纹滚道间由于受轴向力的作用而产生轴向变形，在弹性变形范围内，变形量的大小可按赫兹公式计算： 32 式中 k与滚道的曲率半径、材料的弹性模具有关的系数。 对与一确定的丝杠副来说， K 是常数。因此，只是 P 的函数，将随 P 的变化关 16 系做出曲线，如图所示，在曲线起始段，随 P 的变化较快，当 P 增加到 ，变化较慢，接近于某斜率直线。在实际应用时，总希望受载后丝杠变形 尽可能小些，即刚度性能好。据此，可施加一定的预紧力 P 预 =P 0,对应于丝杠变形为 0，这样在受到轴向工作载荷 P，变形就进入曲线后半部的直线段了，载荷的变化对变形的影响就非常小了。 图 4 预紧力确定关系图 在上图中，设对螺母 A、 B 施加了预紧力 应的变形 0。当外加轴向工作载荷 P 时，螺母 B 在接触点处产生了的弹性变形，而螺母 A 由于弹性恢复（ P 与 向之故），其接触点上的变形量反而减少了，其结果螺母 A、 B 在 共同作用下，总变形量为： A =0 B =0此时，若继续增大 P，则螺母 A 中的滚珠负荷减少，变形 A 亦随之减少，当 P 增加到一定数值时，与 0 相等， A 0 0，这时螺母 A 中滚珠和滚道刚好接触，如果再继续增大 P，就会出现间歇。因此，要保证丝杠在最大轴向载荷 用下没有间歇， 必须满足一定的关系。下面求出这种关系： 当 A 0 0 时， 0，此时螺母的变形为： B =0+ =20又因为 17 B = 32=K 320 32 K 320 预 =31此得到结论：在双螺母预紧力的滚珠丝杠副中，为使螺母和丝杠之间不出现间歇，应使预紧力近似等于最大轴向载荷的 1/3。 小，不能保证无间歇传动； 大，会降低传动效率和承载能力。 =458N 最大轴向压缩载荷： 机床的进给丝杠通常是受轴向力的压杆，若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生翘曲。 滚珠丝杠受压力作用后在弹性范围的临界稳定载荷 24 采用 撑形式时： m=20 104 （2 L 为丝杠轴的支撑距离（ 则： 水平位置时许用稳定安全系数 n =4 244 4 6 1 7 c 即： F 为丝杠最大轴向压缩载荷珠丝杠的极限转速 : 18 极限转速的计算为使丝杠副在高速运转时不发生共振现象，应对其极限转速进行核算。当丝杠发生共振时转速称为临界转速，以 示： m i n )/(1012126 式中 ： 丝杠轴的支撑结构系数，采用 式 K=限转速 n 满足： 21 m 4 6 26 rN0 3 r 滚珠丝杠副的刚度 : 滚珠丝杠副的刚度 K： 式中： K 为滚 珠丝杠副的刚度； K j 为滚珠的轴向接触刚度； 螺母的安装刚度； 丝杠轴的安装刚度 当有预加负荷 为额定动载荷的 1/10 时， )/( 2 式中： N） 滚珠直径，（ Z Z 圈数列数 Z 为一圈滚珠数 内循环 Z =d0/ 5)粒 4 3 9 61 7 （ 103 N/ m 螺母支撑刚度 19 )/(10 其中： E 105 螺母支承面至有效滚延间的长度 A 103 ， 103 105） /（ 1000 103） 103（ N/ m） 丝杠轴的支承刚性 4 滚珠丝杠一端固定一端支持 当采用图示的支承方式： 10=( )/（ 1546 108） 103（ N/ m） 滚珠丝杠副的刚度 K： 因为： 所以 K=1/( )=103 （ N/ m） 驱动力矩及驱动功率： 使丝杠旋转运动所需驱动力矩： F （ 2000 ） (公称导程 5 所以 预紧力所产生的摩擦力矩 20 K8102 （ 10381025458v 驱动力矩： M =f=需功率 W95500M（ W= )( 式中： F 为轴向载荷 公称直径 为效率 选择丝杠轴承 3： 丝杠采取一端轴向固定，一端简支的方式，固定端采取一对推力角接触球轴承，面对面组配。型号 为 7205C。内径外径宽为 255215定动载荷为C 加载荷 58N,平均载荷 077N 所选丝杠的基本导程 求快进速度 8m/3 38 1 0 1 . 6 1 05 r/丝杠的最小转速 r/平均速度 3 32 1 . 6 1 0 1 1 . 0 6 7 1 03 r/承寿命： L )10(109045810771 5 8 0 0 630 66 431 0 1 0 9 0 1 0 1 . 7 1 06 0 6 0 1 . 0 6 7 1 0h 能满足要求。简支端轴承只承受丝杠的部分重量，不需计算。 21 滚珠丝杠与伺服电机的连接 : 图 4 连轴器关系图 滚珠丝杠可通过联轴器与伺服电机直接联结，为了消除丝杠与电机轴之间的同轴度和垂直度误差，可用弹性联轴器。如上图所示，弹性片分别用螺钉和两边的联轴器通过柔性片传递力矩。 在实际生产过程中，为了满足丝杠既能电动控制又能手动调整的特点，在丝杠与电机之 间设计了连接轴，三者的连接方式如下图。 图 4 连接轴关系图 22 结 论 至今为止，基本上完成了本课程的设计要求，课题的主要设计内容包括：伺服电机的选择，丝杠结构设计，伺服电机与丝杠的连接形式设计、丝杠与床鞍的连接设计、丝杠的支承方式设计、进给系统的润滑设计。 进给系统运转精度、直接将导致整个机床的加工精度。因此，丝杠精度的选择，丝杠的支承如何保证轴向定位精度等关键性问题是急需解决的。由于自身的经验有限，面对这些关键性问题只能从理论上去寻求解决 的方法。因此，自己所设计的结构和运用到生产实践中仍相距甚远。 23 参考文献 1张新义 北京：机械工业出版社， 2范云涨 ,陈兆年 . 金属切削机床设计简明手册 械工业出版社， 3戴曙 北京：机械工业出版社 4李 洪 沈阳：辽宁科学技术出版社 ,5王启义 ,蔡群礼 ,胡宝珍 东北工学院出版社 , 6成大先 北京 :化工出版社 ,2004. 1 7黄祖德 北京 :理工大学出版社 ,8吴宗泽 00例 机械出版社 , 1996 9黄鹤订 0册 机械出版社 ,10滚珠丝杠 川浦机械实业公司样本 11电动润滑泵 贝奇尔机械产品有限公司样本 12钢带保护套 长城机械制品有限公司样本 24 附件清单 纵向进给系统装配图 1 张 连接轴 1 张 隔套 1 1 张 隔套 2 1 张 隔套 3 1 张 隔套 4 1 张 轴承端盖 1 张 法兰支架 1 张 螺母座侧护壳 2 张 法兰 A 1 张 法兰 B 1 张 螺母座 1 张 法兰 C 1 张 纵向滚珠丝杠副 1 张 法兰 D 1 张 丝杠支架封盖 1 张 丝杠支架 1 张 连轴器护壳 1 张 电机支座 1张 8圆锥销 1 张 前挡板 1 张 丝杠防护罩 1 张 25 油管 1 张 床鞍 1 张 润滑系统装配图 1 张