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2009屆學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 存檔編號(hào)：__________
江漢大學(xué)文理學(xué)院
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))
論文題目 定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；導(dǎo)軌、液壓系統(tǒng)方案制定）
(英 文) Beams Gantry CNC boring and milling
machine to slide into the system design(The
structural design of transmission and Rail,
hydraulic system programming)
部 （系） 機(jī)械與建筑工程學(xué)部___
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名 彭偉雄
學(xué) 號(hào) 20051503010109
指導(dǎo)教師 李 列
2009年 月 日
【摘要】
數(shù)控龍門鏜銑床是能源、航空、航天、船舶、艦船推進(jìn)器、機(jī)車車輛、軍工、汽車、機(jī)械工程、重型機(jī)床行業(yè)不可缺少的重要工藝加工設(shè)備。本文內(nèi)容關(guān)于定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括機(jī)床的整體方案、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、液壓系統(tǒng)等方面的研究。通過對(duì)定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們初步熟悉數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、步驟，提高對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析能力及設(shè)計(jì)計(jì)算能力，培養(yǎng)我們熟悉查閱資料、手冊(cè)和運(yùn)用資料、手冊(cè)的能力以提高我們專業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神、團(tuán)隊(duì)合作精神，增強(qiáng)參與競(jìng)爭(zhēng)的能力。
【關(guān)鍵詞】 數(shù)控龍門鏜銑床；溜板箱進(jìn)給系統(tǒng)；導(dǎo)軌液壓
【Abstract】 CNC boring and milling machine gantry energy, aviation, aerospace, ship, ship propulsion, rolling stock, military, automotive, mechanical engineering, heavy machine tool industry an important and indispensable processing equipment. In this paper, the content on the fixed beam gantry CNC boring and milling machine crate slipped into the design of the system, including the machine's overall program, transmission structures, rail, hydraulic systems research. Beams of CNC boring and milling machine gantry crate slipped into the design of the system so that we are familiar with numerical control machine tool main preliminary design methods movement, steps to improve the structure of the CNC machine tool design and calculation of analytical capacity and ability to nurture our familiar with available information, manuals and the use of information, the ability of the manual in order to improve our professionalism, dedication, team spirit and enhance the ability to compete.
【Key Words】
CNC boring and milling machine gantry; crate slipped into the system; Guide hydraulic
目錄
第1章 總體方案比較、論證
1.1 課題技術(shù)要求……………………………………………… …………….4
1.2 控制型式的選擇和分析
1.2.1 開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)……………………..…………… …………..4
1.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)……………………….. …………..4
1.3 伺服驅(qū)動(dòng)裝置的選擇和分析……………………………… .………….5
1.4 傳動(dòng)部件的選擇和分析
1.4.1齒輪傳動(dòng)…………………………………………………....…...…..6
1.4.1帶傳動(dòng)…………………………………………………....…...…..6
1.4.3鏈傳動(dòng)…………………………………………………....…...…..6
1.4.4蝸桿傳動(dòng)…………………………………………………....…...…..6
1.4.5滾珠絲杠螺母副……………………...……...…….………….6
1.5 導(dǎo)軌
1.5.1導(dǎo)軌的基本類型……………………...……...…….………….7
1.5.2導(dǎo)軌的基本要求……………………...……...…….………….7
1.5.3常用的導(dǎo)軌及其特點(diǎn)……………………...……...…….…………7
1.5.4導(dǎo)軌間隙的調(diào)整、潤(rùn)滑、防護(hù)……………………...……...…….…………13
1.5.5選擇導(dǎo)軌的種類確定阻尼比……………………...……...…….…………14
1.6 總體方案的試選………………………………………………………….14
第2章 設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………….15
2.1.1 降速比的計(jì)算…………………………………..……………..……15
2.1.2 慣量計(jì)算………………………………………….…………..….…16
2.1.3 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算………………………………….……...…………18
2.1.4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析……………………......………………..21
2.1.5系統(tǒng)增益的確定…………………….……..….…………………22
2.1.6 驗(yàn)算移動(dòng)部件能達(dá)到的最大加速度………………………………22
致謝……………………………..…………………………………………22
主要參考文獻(xiàn)…………………………….……………………………….23
設(shè)計(jì)說明書
數(shù)控龍門鏜銑床是能源、航空、航天、船舶、艦船推進(jìn)器、機(jī)車車輛、軍工、汽車、機(jī)械工程、重型機(jī)床行業(yè)不可缺少的重要工藝加工設(shè)備。本文內(nèi)容關(guān)于定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括機(jī)床的整體方案、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌、液壓系統(tǒng)等方面的研究。通過對(duì)定梁數(shù)控龍門鏜銑床溜板箱進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們初步熟悉數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、步驟，提高對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析能力及設(shè)計(jì)計(jì)算能力，培養(yǎng)我們熟悉查閱資料、手冊(cè)和運(yùn)用資料、手冊(cè)的能力以提高我們專業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神、團(tuán)隊(duì)合作精神，增強(qiáng)參與競(jìng)爭(zhēng)的能力。
第1章 總體方案比較、論證
1.1 課題技術(shù)要求
1.通過畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用過去所學(xué)知識(shí)來獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。
2.初步熟悉數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、步驟；提高對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析能
力及設(shè)計(jì)計(jì)算能力。
3.培養(yǎng)學(xué)生熟悉查閱資料、手冊(cè)和運(yùn)用資料、手冊(cè)的能力。
4.本課題內(nèi)容較多，參加課題學(xué)生每人負(fù)責(zé)一部分；在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中要求既有獨(dú)立性又有合作精神，以提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神 、團(tuán)隊(duì)合作精神，增強(qiáng)參與競(jìng)爭(zhēng)的能力。
1.2 控制型式的選擇和分析
1.2.1 開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)：
開環(huán)伺服系統(tǒng)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路組成。數(shù)控裝置根據(jù)輸入指令，經(jīng)過運(yùn)算發(fā)出脈沖指令給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一定距離。這種伺服系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。只用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。
開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。
1.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)：
閉環(huán)：
閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)的工作原理和組成與半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)相同，只是位置檢測(cè)器安裝在工作臺(tái)上，可直接測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位置，故反饋精度高于半閉環(huán)控制，但掌握調(diào)試的難度較大，常用于高精度和大型數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)所用伺服馬達(dá)與半閉環(huán)相同，位置檢測(cè)器則用長(zhǎng)光柵、長(zhǎng)感應(yīng)同步器或長(zhǎng)磁柵。
閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝直線位移檢測(cè)裝置，直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，也與傳動(dòng)鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。
閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。
半閉環(huán)：
半閉環(huán)伺服機(jī)構(gòu)是由比較線路、伺服放大線路、伺服馬達(dá)、速度檢測(cè)器和位置檢測(cè)器組成。位置檢測(cè)器裝在絲杠或伺服馬達(dá)的端部，利用絲杠的回轉(zhuǎn)角度間接測(cè)出工作臺(tái)的位置。常用的伺服馬達(dá)有寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)、寬調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)和電液伺服馬達(dá)。位置檢測(cè)器有旋轉(zhuǎn)變壓器、光電式脈沖發(fā)生器和圓光柵等。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。
半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。
所以選擇半閉環(huán)控制形式。
1.3伺服驅(qū)動(dòng)裝置的選擇和分析
進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對(duì)象，產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。所選驅(qū)動(dòng)元件為： FANUC30交流伺服電動(dòng)機(jī)
交流伺服系統(tǒng)特點(diǎn)：
針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺陷，如果將其做“里翻外”的處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測(cè)出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動(dòng)機(jī)，同時(shí)隨著矢量控制方法的實(shí)用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性。其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，使其動(dòng)、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。
目前，在機(jī)床進(jìn)給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號(hào)，位置控制通常由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字伺服可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，如做速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報(bào)警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng)
。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機(jī)的監(jiān)控程序以軟件實(shí)現(xiàn)。使用時(shí)可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變工作方式、更換電動(dòng)機(jī)規(guī)格時(shí)，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。
交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺(tái)技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。
步進(jìn)伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)---經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床
直流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)---中檔數(shù)控機(jī)床
交流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)---中高檔數(shù)控機(jī)床
直線電動(dòng)機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)---高速機(jī)床
1.4傳動(dòng)部件的選擇和分析
1.4.1齒輪傳動(dòng)裝置?
齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種機(jī)床的傳動(dòng)裝置中幾乎都有齒輪傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采用齒輪傳動(dòng)裝置的目的有兩個(gè)。一是將高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)、直流和交流伺服電機(jī)等）的輸出改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸入；另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在系統(tǒng)中專有較小的比重。此外，對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的運(yùn)動(dòng)精度。?
為了盡量減小齒側(cè)間隙對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)上采取措施，以減小或消除齒輪副的空程誤差。如采用雙片齒輪錯(cuò)齒法、利用偏心套調(diào)整齒輪副中心距或采用軸向墊片調(diào)整法消除齒輪側(cè)隙。?
與采用同步齒形帶相比，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈中采用齒輪減速裝置，更易產(chǎn)生低頻振蕩，因此減速機(jī)構(gòu)中常配置阻尼器來改善動(dòng)態(tài)性能。?
1.4.2帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)時(shí)一種應(yīng)用很廣泛的機(jī)械傳動(dòng)。帶傳動(dòng)又主動(dòng)輪，從動(dòng)輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)傳動(dòng)帶組成，它時(shí)利用傳動(dòng)帶作為中間的擾性件，依靠傳動(dòng)帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)的。
1.4.3鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)是由閉合的撓性環(huán)形兩條和主，從動(dòng)輪說組成，鏈輪時(shí)特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒的鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，鏈傳動(dòng)時(shí)屬于帶有中間撓性的嚙合傳動(dòng)。
1.4.4蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)是用來傳遞空間年交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，一般兩軸交角為90°。
所選傳動(dòng)方式為齒輪傳動(dòng)（根據(jù)總體方案選定）。
1.4.5滾珠絲杠螺母副?
為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差。因此，形成不太長(zhǎng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副。?
滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá)85%-98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖。如果滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)（如主軸箱或升降臺(tái)的升降），則必須有制動(dòng)裝置。?
滾珠絲杠的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)實(shí)際上幾乎沒有什么差別。它可以消除反向間隙并施加預(yù)載，有助于提高定位精度和剛度。滾珠絲杠由專門工廠制造。?
數(shù)控加工時(shí)，需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，故采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床上一般采用滾珠絲杠，它可將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，滿足進(jìn)給系統(tǒng)減少摩擦的基本要求。該傳動(dòng)副傳動(dòng)效率高，摩擦力小，并可消除間隙，無反向空行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給。
滑動(dòng)絲杠螺母副用于舊機(jī)床的數(shù)控改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；滾珠絲杠螺母副用于中、高檔數(shù)控機(jī)床；靜壓絲杠螺母副用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。
滾珠絲杠螺母副滾珠循環(huán)方式常用有兩種：外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)。
所以選擇滾珠絲杠傳動(dòng)部件。
1.5導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計(jì)
導(dǎo)軌的主要功能是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌使運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而保證各部件之間的相對(duì)位置精度。導(dǎo)軌主要由機(jī)床上兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合而組成一對(duì)導(dǎo)軌副，其中，不動(dòng)的配合面稱為支承導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)的配合面稱為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。
1.5.1導(dǎo)軌的基本類型
導(dǎo)軌按運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；按摩擦性質(zhì)可以分
為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。其中滾動(dòng)導(dǎo)軌又有普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、液體動(dòng)壓導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌之分。滾動(dòng)導(dǎo)軌按滾動(dòng)體的形狀又可以分為滾珠導(dǎo)軌和滾柱導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌中使用較多。
1.5.2導(dǎo)軌的基本要求
（1）導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度主要是指運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的直線度（對(duì)直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌）或圓度（對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌）導(dǎo)軌的幾何精度直接影響導(dǎo)向精度，因此在導(dǎo)軌檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)縱向直線度及兩導(dǎo)軌面平行度都有規(guī)定。影響導(dǎo)向精度的主要因素除制造誤差外，還與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形等有關(guān)。
（2）耐磨性。耐磨性直接影響機(jī)床的精度壽命，是導(dǎo)軌設(shè)計(jì)、制造的關(guān)鍵，也是衡量機(jī)床質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志。提高導(dǎo)軌的耐磨性是提高導(dǎo)軌使用壽命的重要途徑。影響導(dǎo)軌耐磨性的主要因素有導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、材料、熱處理及其加工方法、受力情況、潤(rùn)滑和保護(hù)等。
（3）剛度。導(dǎo)軌受力后變形會(huì)影響部件之間的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度，因此要求導(dǎo)軌有足夠高的剛度。導(dǎo)軌變形包括導(dǎo)軌受力后的接觸變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形，以及由于導(dǎo)軌支承件的變形而引起的導(dǎo)軌變形。導(dǎo)軌變形主要取決于導(dǎo)軌的形式、尺寸及與支承件的連接方式與受力情況等。
（4）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。運(yùn)動(dòng)部件低速移動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)爬行，會(huì)使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，增大被加工表面的粗糙度；定位運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)爬行，會(huì)降低定位精度，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。影響導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的因素有：靜、動(dòng)摩擦系數(shù)的差值，傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量及導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑情況。
1.5.3常用的導(dǎo)軌及其特點(diǎn)
1．滑動(dòng)導(dǎo)軌
?。?)滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)
滑動(dòng)導(dǎo)軌常見的截面形狀如圖1－1所示。其各個(gè)平面所起的作用各不相同。在矩形和三角形導(dǎo)軌中，M面主要起支撐作用，N面是保證直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面，J面是防止運(yùn)動(dòng)部件抬起的壓板面；而在燕尾形導(dǎo)軌中，M面起導(dǎo)向和壓板作用，J面起支撐作用。
圖1－1 滑動(dòng)導(dǎo)軌常見的截面形狀(a)矩形導(dǎo)軌； (b)三角形導(dǎo)軌； (c)燕尾槽導(dǎo)軌； (d)圓柱形導(dǎo)軌
① 矩形導(dǎo)軌。圖1－1所示的矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，剛度和承載力大，水平方向和豎直方向上的位移互不影響，因此安裝、調(diào)整都較方便。M面既是保證垂直面內(nèi)直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面，又是承受載荷的主要支承面；N面是保證水平面內(nèi)直線移動(dòng)精度的導(dǎo)向面。因N面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，所以需要有間隙調(diào)整裝置。
② 三角形導(dǎo)軌。圖1－1所示的山形導(dǎo)軌及V形導(dǎo)軌均稱為三角形導(dǎo)軌，當(dāng)其水平布置時(shí)，在豎直載荷的作用下，導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生間隙，因此導(dǎo)向性好。但壓板面仍需要有間隙調(diào)整裝置。導(dǎo)向性能與頂角有關(guān)，頂角越小，導(dǎo)向性越好；頂角加大，承載能力增加。支承導(dǎo)軌為凸三角形時(shí)，不易積存較大切削，也不易積存潤(rùn)滑油。
③ 燕尾槽導(dǎo)軌。圖1－1所示的燕尾導(dǎo)軌可視為三角形導(dǎo)軌的變形，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整。兩燕尾面起壓板面作用，用一根鑲條就可以調(diào)整水平、豎直方向的間隙。這種導(dǎo)軌制造、檢驗(yàn)和修理均較復(fù)雜，摩擦阻力大。當(dāng)承受豎直作用力時(shí)，它以支承面為主要工作面，其剛度與矩形導(dǎo)軌的相近；當(dāng)承受顛覆力矩時(shí)，其斜面為主要工作面，其剛度較低。燕尾形導(dǎo)軌一般用于高度小的多層移動(dòng)部件。兩個(gè)導(dǎo)軌面間的夾角為55°。
④ 圓柱形導(dǎo)軌。圖1－1所示的圓柱形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，內(nèi)孔可珩磨，外圓經(jīng)過磨削可達(dá)到精密配合，但磨損后調(diào)整間隙困難。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面上開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的轉(zhuǎn)矩。圓柱形導(dǎo)軌主要用于承受軸向載荷的場(chǎng)合，適用于同時(shí)作直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合，如拉床、珩磨機(jī)及機(jī)械手等。
（2）滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式與應(yīng)用
滑動(dòng)導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組成，不同的組合形式是為了滿足不同機(jī)床的工作要求。在數(shù)控機(jī)床上，滑動(dòng)導(dǎo)軌的組合形式主要是三角形配矩形式和矩形配矩形式。只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾式。
① 雙三角形組合。這種導(dǎo)軌同時(shí)起支承、導(dǎo)向作用，磨損后相對(duì)位置不變，能自行補(bǔ)償豎直方向及其水平方向的磨損，導(dǎo)向精度高，但要求四個(gè)表面刮削或磨削后接觸，工藝性較差。床身與運(yùn)動(dòng)部件熱變形不一樣時(shí)，不易保證四個(gè)表面同時(shí)接觸。這種導(dǎo)軌常用于龍門刨床與高精度車床。
② V形-平導(dǎo)軌組合。V形-平導(dǎo)軌組合，不需要用鑲條調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度高，加工裝配也較方便，溫度變化不會(huì)改變導(dǎo)軌面的接觸情況，但熱變形會(huì)使移動(dòng)部件水平偏移，常用于磨床、精密鏜床上。
③ 雙矩形導(dǎo)軌是用側(cè)邊導(dǎo)向，當(dāng)采用一條導(dǎo)軌的兩側(cè)邊導(dǎo)向時(shí)稱為窄式導(dǎo)向（圖1－2（a）），若分別采用兩條導(dǎo)軌的兩個(gè)側(cè)面邊導(dǎo)向則稱為寬式導(dǎo)向（圖1－2（b））。窄式導(dǎo)向制造容易，受熱變形影響小。
圖1－2 窄式導(dǎo)向與寬式導(dǎo)向
(a)窄式導(dǎo)向； (b)寬式導(dǎo)向
④ 三角形-矩形組合。三角形-矩形組合導(dǎo)軌兼有導(dǎo)向性好、制造方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛，常用于車床、磨床、精密鏜床、滾齒機(jī)等機(jī)床上。三角形導(dǎo)軌作主要導(dǎo)向面，其導(dǎo)向性比雙矩形組合導(dǎo)軌要好。三角形導(dǎo)軌磨損后不能調(diào)整，對(duì)位置精度有影響。
⑤ 平-平-三角形組合。當(dāng)龍門銑床工作臺(tái)寬度大于3000mm、龍門刨床工作臺(tái)寬度大于5000mm時(shí)，為了不使工作臺(tái)中間撓度過大，可用三根導(dǎo)軌的組合導(dǎo)軌。該導(dǎo)軌是重型龍門刨床工作臺(tái)導(dǎo)軌的一種形式，三角形導(dǎo)軌主要起導(dǎo)向作用，平導(dǎo)軌主要起承載作用，不需要鑲條調(diào)整間隙。
（3）圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌主要用于圓形工作臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)和轉(zhuǎn)塔等旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，常用的圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌有平面圓環(huán)導(dǎo)軌、錐形圓環(huán)導(dǎo)軌、V形圓環(huán)導(dǎo)軌。
① 平面圓環(huán)導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌容易制造，熱變形后仍能接觸，適用于大直徑的工作臺(tái)和轉(zhuǎn)盤，便于鑲裝耐磨材料及采用動(dòng)壓、靜壓導(dǎo)軌，減少摩擦。當(dāng)它只能承受軸向力，不能單獨(dú)承受徑向力，需與帶徑向滾動(dòng)軸承的主軸相配合來承受徑向力。此種導(dǎo)軌摩擦損失小，精度高，目前使用較多，如用于滾齒機(jī)、立式車床等。
② 錐形圓環(huán)導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌能承受軸向力與較大的徑向力，但不能承受較大的顛覆力，熱變形也不影響導(dǎo)軌接觸，其導(dǎo)向性比平面圓環(huán)導(dǎo)軌的好，但要保持錐面和主軸的同軸度較困難，母線傾斜角一般為30°，常用于徑向力較大的機(jī)床。
③ V形圓環(huán)導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌能承受較大的軸向力、徑向力和顛覆力矩，能保持很好的潤(rùn)滑，當(dāng)制造較復(fù)雜，需保證兩個(gè)V形錐面和主軸同心。V形一般用非對(duì)稱形狀。當(dāng)床身熱變形量和工作臺(tái)的熱變形量不同時(shí)，兩導(dǎo)軌面將不同時(shí)接觸。
（4）塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。
傳統(tǒng)的鑄鐵—鑄鐵和鑄鐵—淬火鋼的導(dǎo)軌副，靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，低速時(shí)易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，因此在數(shù)控機(jī)床上已很少采用，取而代之的是鑄鐵—塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌或鑲鋼—塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。目前，塑料導(dǎo)軌的材料可分為兩種：貼塑材料和涂塑材料。
目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)使用的貼塑材料主要有塑料導(dǎo)軌板和塑料導(dǎo)軌軟帶兩種，它們是由聚四氟乙烯和多種金屬材料制成的復(fù)合材料。例如，ＦＱ－１塑料導(dǎo)軌板采用的是在渡銅鋼板上燒結(jié)一層多孔青銅，在青銅層間隙中扎入聚四氟乙烯及其他填料，再經(jīng)適當(dāng)處理形成金屬-氟塑料的復(fù)合體導(dǎo)軌板。這種材料的導(dǎo)軌板的摩擦系數(shù)?。s為0.04～0.08），并具有良好的自潤(rùn)滑作用，特別適用于垂直導(dǎo)軌。
塑料導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯PTFE為基體，添加青銅粉二硫化鉬和石墨等多種填料所構(gòu)成的復(fù)合材料。在油潤(rùn)滑狀態(tài)下，其摩擦系數(shù)約為0.06，使用壽命為普通鑄鐵導(dǎo)軌的8～10倍。塑料導(dǎo)軌軟帶有各種厚度規(guī)格，長(zhǎng)與寬由用戶自行裁剪，采用粘貼的方法固定。由于塑料導(dǎo)軌軟帶較軟，容易被硬物刮傷，因此要有良好的密封防護(hù)措施。概括起來，塑料導(dǎo)軌軟帶與其他導(dǎo)軌相比，有以下特點(diǎn)：
（1）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
（2）動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相近，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。
（3）吸收振動(dòng)，具有良好的阻尼特性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動(dòng)導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。
（4）耐磨性好，有自身潤(rùn)滑作用，無潤(rùn)滑劑也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。
（5）化學(xué)穩(wěn)定性好，耐低溫，耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑。
（6）維護(hù)修理方便，軟帶耐磨，損壞后更換容易。
（7）經(jīng)濟(jì)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，約為滾動(dòng)導(dǎo)軌成本的1／20。
圖1－3 鑲粘塑料—金屬導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)
塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌可分為兩種：
① 注塑導(dǎo)軌。導(dǎo)軌注塑的材料或耐磨涂料的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成膏狀為一組分，固化劑為另一組分的雙組分塑料。這種塑料附著力強(qiáng)，具有良好的可加工性，可經(jīng)車削、銑削、刨削、鉆削、磨削和刮削加工，也有良好的摩擦特性和耐磨性，而且其抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的要高，固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。這種導(dǎo)軌的另一特性是可在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌間的相關(guān)位置精度后注入涂料，因此可節(jié)省許多加工工時(shí)，特別適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合型面。
② 貼塑導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼一層耐磨的塑料導(dǎo)軌軟帶，對(duì)與之相配的導(dǎo)軌滑動(dòng)面進(jìn)行淬火和磨削加工。塑料導(dǎo)軌軟帶以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物制成。塑料導(dǎo)軌軟帶可切成任意大小和形狀，用膠黏劑黏接在導(dǎo)軌基面上。由于這類導(dǎo)軌軟帶用黏接方法加工，故稱為貼塑導(dǎo)軌。
軟帶的粘貼工藝工程是：先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度Ra 為3.2~1.6μm(為了對(duì)軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面應(yīng)加工成0.5~1.0mm深的凹槽)，再以丙酮清洗粘貼面，用膠黏劑把軟帶粘貼在凹槽上，加壓初固化1~2小時(shí)后，合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌（或?qū)Ｓ脢A具）上，施加一定的壓力，并在室溫下固化24h，然后取下配對(duì)的導(dǎo)軌，清除余膠，在軟帶上面開出油槽，進(jìn)行精加工。
2．滾動(dòng)導(dǎo)軌
1）滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式
?。?）滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。這是一種以滾動(dòng)體作循環(huán)的滾動(dòng)體。移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體沿封閉軌道作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)體為滾珠或滾柱。數(shù)控機(jī)床上采用的滾柱式滾動(dòng)導(dǎo)軌塊如圖1－4所示，它多用于中等負(fù)荷導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊由專業(yè)廠家生產(chǎn)，有多種規(guī)格、形式供用戶選用。使用時(shí)，導(dǎo)軌塊裝在運(yùn)動(dòng)部件上，每一導(dǎo)軌應(yīng)至少用兩塊或更多塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和負(fù)載的大小。與之相對(duì)的導(dǎo)軌多用鑲鋼淬火導(dǎo)軌。
圖1－4 滾柱式滾動(dòng)導(dǎo)軌塊
(a)單元滾動(dòng)塊; (b)在加工中心上的應(yīng)用
(2)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌又稱單元直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。它除導(dǎo)向外還能承受顛覆力矩，其制造精度高，可高速運(yùn)行，并能長(zhǎng)時(shí)間保持精度，通過預(yù)加負(fù)載可提高剛性，具有自調(diào)的能力，安裝基面允許誤差大。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu)如圖1－5所示。導(dǎo)軌體固定在不動(dòng)部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體移動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動(dòng)回到工作負(fù)載區(qū)，不斷循環(huán)，從而把滾動(dòng)體和滑塊之間的移動(dòng)變成了滾珠的滾動(dòng)。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均有塑料密封墊?；瑝K上還有潤(rùn)滑油注油杯，只要定期將鋰基潤(rùn)滑脂放入潤(rùn)滑油注油杯即可實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。
圖1－5 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu)
2）滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型
滾動(dòng)導(dǎo)軌根據(jù)滾動(dòng)體的形式不同，可以分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱（或滾針）導(dǎo)軌等。
（1）滾珠導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為滾珠與導(dǎo)軌之間點(diǎn)接觸，摩擦阻力小，承載能力較差，剛度低，其結(jié)構(gòu)緊湊、制造容易、成本較低。通過合理設(shè)計(jì)滾道圓弧可大幅度降低接觸應(yīng)力，提高承載能力。滾珠導(dǎo)軌一般適用于運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小于200kg，切削力矩和顛覆力矩都較小的機(jī)床。
（2）滾柱導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為滾動(dòng)體與導(dǎo)軌之間是線接觸，承載能力較同規(guī)格滾珠導(dǎo)軌高一個(gè)數(shù)量級(jí)，剛度高。滾柱導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)軌面的平面度敏感，制造精度要求比滾珠導(dǎo)軌高，適用于載荷較大的機(jī)床。
3)滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊
為了提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度，應(yīng)對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行預(yù)緊。預(yù)緊可提高接觸剛度，消除間隙；在立式滾動(dòng)導(dǎo)軌上，預(yù)緊可防止?jié)L動(dòng)體脫落和歪斜。常見的預(yù)緊方法有以下兩種：
（1）采用過盈配合。預(yù)加載荷大于外載荷，預(yù)緊力產(chǎn)生過盈量2～3μm，過大會(huì)使?fàn)恳υ黾?。若運(yùn)動(dòng)部件較重，其重力可起預(yù)加載荷作用，若剛度滿足要求，可不施預(yù)加載荷。
（2）調(diào)整法。調(diào)整螺釘、斜塊或偏心輪來進(jìn)行預(yù)緊。
圖1－6為滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊方法。
圖1－6 滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊方法
(a)滾柱或滾針導(dǎo)軌自由支撐;(b)滾柱或滾針導(dǎo)軌預(yù)加載荷；(c)交叉式滾柱導(dǎo)軌; (d)循環(huán)式滾動(dòng)導(dǎo)軌塊
3.液壓導(dǎo)軌
液壓導(dǎo)軌在機(jī)床上的使用主要是靜壓導(dǎo)軌。在靜壓導(dǎo)軌兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，可使運(yùn)動(dòng)件浮起。在工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油壓能隨外加負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，以平衡外加負(fù)載，保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài)。所以靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極小（約0.0005）、功率消耗小、導(dǎo)軌不會(huì)磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長(zhǎng)。油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性高、吸振性良好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，既無爬行，也不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要一套有良好過濾效果的液壓裝置，因此制造成本較高。目前，靜壓導(dǎo)軌較多應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。
靜壓導(dǎo)軌按導(dǎo)軌形式可分為開式和閉式兩種，數(shù)控機(jī)床用閉式的靜壓導(dǎo)軌。閉式靜壓導(dǎo)軌按供油方式可分為恒壓（即定壓）供油和恒流（即定量）供油兩種。恒壓供油方式中以毛細(xì)管節(jié)流和單面薄膜反饋節(jié)流用得較多，其原理如圖1－7所示。
圖1－7 閉式靜壓導(dǎo)軌恒壓供油原理
1.5.4導(dǎo)軌間隙的調(diào)整、潤(rùn)滑與防護(hù)
1．導(dǎo)軌的潤(rùn)滑
1)潤(rùn)滑方法
導(dǎo)軌最簡(jiǎn)單的潤(rùn)滑方式是人工定期加油或用油杯供油。這種方法簡(jiǎn)單、成本低，但不可靠，一般用于調(diào)節(jié)輔助導(dǎo)軌及運(yùn)動(dòng)速度低、工作不頻繁的滾動(dòng)導(dǎo)軌。對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的導(dǎo)軌大都采用潤(rùn)滑泵，以壓力油強(qiáng)制潤(rùn)滑。這樣不但可連續(xù)或間歇供油給導(dǎo)軌進(jìn)行潤(rùn)滑，而且可利用油的流動(dòng)沖洗和冷卻導(dǎo)軌表面。為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制潤(rùn)滑，機(jī)床必須備有專門的供油系統(tǒng)。圖1－8為某加工中心導(dǎo)軌的潤(rùn)滑系統(tǒng)。
圖1－8 加工中心導(dǎo)軌的潤(rùn)滑系統(tǒng)
2)對(duì)潤(rùn)滑油的要求
在工作溫度變化時(shí)，潤(rùn)滑油粘度變化要小，要有良好的潤(rùn)滑性能和足夠的油膜剛度，油中雜質(zhì)盡量少且不浸蝕機(jī)件。常用的全損耗系統(tǒng)用油有L—AN10、15、32、42、68，精密機(jī)床導(dǎo)軌油L—HG68，汽輪機(jī)油L—TSA32、46等。
2．導(dǎo)軌的防護(hù)
為了防止切屑、磨粒或冷卻液散落在導(dǎo)軌面上而引起磨損、擦傷和銹蝕，導(dǎo)軌面上應(yīng)有可靠的防護(hù)裝置。常用的刮板式、卷簾式和疊層式防護(hù)罩，大多用于長(zhǎng)導(dǎo)軌機(jī)床上，如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等。另外，還有手風(fēng)琴式的伸縮式防護(hù)罩等。在機(jī)床使用過程中應(yīng)防止損壞防護(hù)罩，對(duì)疊層式防護(hù)罩應(yīng)經(jīng)常用刷子蘸機(jī)油清理移動(dòng)接縫，以避免發(fā)生碰殼現(xiàn)象。
3. 間隙調(diào)整方法：（1）采用壓板來調(diào)整間隙并承受顛覆力矩。
（2）采用鑲條來調(diào)整矩形和燕尾形導(dǎo)軌的間隙
（3）采用壓條鑲條來調(diào)整間隙。（這種方法已標(biāo)準(zhǔn)化）
1.5.5選擇導(dǎo)軌的種類確定阻尼比
進(jìn)給系統(tǒng)中摩擦阻力的大小主要決定于導(dǎo)軌類型。為了盡可能減少摩擦力，廣泛采用各種類型的減摩導(dǎo)軌。其中考慮到進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并為適當(dāng)增加導(dǎo)軌阻尼比，常常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌加預(yù)載的結(jié)構(gòu)以及采用滾動(dòng)、滑動(dòng)復(fù)合導(dǎo)軌和靜壓卸荷導(dǎo)軌等等。其中滾動(dòng)、滑動(dòng)復(fù)合導(dǎo)軌同時(shí)具有滾動(dòng)和滑動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)，也就是具有較小的摩擦系數(shù)，很好的剛性和阻力特性，因此近幾年來應(yīng)用日益增多。
導(dǎo)軌阻尼比
導(dǎo)軌種類
等價(jià)阻尼比
滑動(dòng)導(dǎo)軌
0.02～0.3（一般0.15）
靜壓導(dǎo)軌
0.02
滾動(dòng)導(dǎo)軌
0.02～0.05
由于我們?cè)O(shè)計(jì)是數(shù)控龍門鏜銑床的溜板箱進(jìn)給系統(tǒng)，數(shù)控龍門鏜銑床屬于重型機(jī)床，承載能力大，導(dǎo)向精度要求較好，所以可以選用截面是雙矩形的組合導(dǎo)軌，同時(shí)塑料滾動(dòng)導(dǎo)軌具有良好的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，維護(hù)維修方便，經(jīng)濟(jì)性好，可以采用貼塑導(dǎo)軌。數(shù)控龍門鏜銑床承受的顛覆力矩較大，故采用閉式導(dǎo)軌形式。
所以選擇貼塑導(dǎo)軌。
1.6總體方案的選擇
采用半閉環(huán)控制型式；導(dǎo)軌為貼塑導(dǎo)軌；滾珠絲杠螺距：10mm；驅(qū)動(dòng)元件為FANUC30交流伺服電動(dòng)機(jī)。
（注：初選滾珠絲杠螺距：12mm驅(qū)動(dòng)元件為FANUC30R交流伺服電動(dòng)機(jī)。經(jīng)校核不滿足要求，計(jì)算過程省略，最后選擇方案計(jì)算過程如下）
第2章 設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)元件為FANUC30交流伺服電動(dòng)機(jī)，這種型號(hào)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)如下：
輸出功率：3.3 kW 額定轉(zhuǎn)矩：37.2 N·m 最大轉(zhuǎn)矩：225 N·m
轉(zhuǎn)子慣量：0.025 機(jī)械時(shí)間常數(shù)：5ms 最高轉(zhuǎn)速：1200r/min ；
2.1.1 降速比的計(jì)算：
對(duì)于半閉環(huán)，工作原理和閉環(huán)相似，主要是由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的額定速度或轉(zhuǎn)矩與機(jī)床要求的進(jìn)給速度或負(fù)載轉(zhuǎn)矩所決定。
絲杠傳動(dòng)時(shí)降速比公式為：
其中：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速
絲杠螺距
最大進(jìn)給速度
帶入數(shù)據(jù)則：
按最小慣量的要求，該減速器采用1級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比為i=3。
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為=20、=60，模數(shù)m=4，齒寬=40mm、=35mm，那么
小齒輪的直徑
大齒輪的直徑
兩齒輪嚙合時(shí)的中心距
小齒輪齒頂圓直徑
小齒輪齒根圓直徑
大齒輪齒頂圓直徑
大齒輪齒根圓直徑
2.1.2 慣量計(jì)算：
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)必須對(duì)所得降速比進(jìn)行驗(yàn)算，以滿足折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量不能過大的要求。對(duì)于半閉環(huán)，應(yīng)滿足以下的慣量匹配：
交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)：
其中：——電機(jī)本身的慣量
——折算到電機(jī)軸上的總慣量
根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，值具有一定的范圍。這一比值不能太大，也不能太小。如果比值太小，則機(jī)床動(dòng)態(tài)特性主要決定于負(fù)載特性，此時(shí)不同質(zhì)量和行程的各坐標(biāo)的特性將有很大區(qū)別，并且很容易受切削力、摩擦力等干擾的影響。所以為便于調(diào)整以及為保證穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)規(guī)定的最小值。另外也不能過大。
1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
一般慣量計(jì)算公式為
絲杠總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
2）工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
其中：W——工作臺(tái)重量，W=50000N；
——絲杠的螺距，=10mm；
g=9.8m/
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：
3） 計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為：
其中：質(zhì)量，
（1）小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
（2）大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ：
4）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的總慣量
絲杠傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量為：
其中：——小齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——大齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
——工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
絲杠傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總慣量為：
其中：——為絲杠傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量，
為電機(jī)本身的慣量，
符合慣量匹配
2.1.3 電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算：
快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩：
最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：
快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：
式中：——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩（）
——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩（）
——由于絲杠預(yù)緊引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩（）
——切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩（）
——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩（）
對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，因?yàn)閯?dòng)態(tài)要求較高，所以電動(dòng)機(jī)力矩主要是用來產(chǎn)生加速度的，負(fù)載力矩占的比重很小，所以通?？上劝词竭x擇電動(dòng)機(jī)，要快速空載啟動(dòng)力矩小于電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即，式中為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，即峰值轉(zhuǎn)矩。
1） 計(jì)算空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩
空載啟動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩公式為：
式中：——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣量（）；
T——系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)（s）；
n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；
當(dāng)時(shí)，計(jì)算；當(dāng)時(shí)，計(jì)算。
當(dāng)時(shí)，由于選擇的是FANUC30型號(hào)的交流伺服電機(jī)，其最大轉(zhuǎn)速=1200r/min ， ，那么
2）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩
折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩公式為：
式中：
——空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力（N），
——絲杠的螺距，=10mm；
——傳動(dòng)鏈效率，=0.8；
那么
3）計(jì)算由絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩
由絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩公式為：
式中：——滾珠絲杠預(yù)加載荷（N），
——絲杠螺距，=10mm；
——傳動(dòng)鏈總效率，=0.8；
——滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的效率，，??；
4）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削力矩
折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削力矩的計(jì)算公式為：
式中：——在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力（N），；
——絲杠螺距，=10mm；
——傳動(dòng)鏈的總效率，=0.8；
——齒輪的降速比，=3；
=(3000×1×)/(2×0.8×3)×10=19.9
則電動(dòng)機(jī)快速空載啟動(dòng)時(shí)的力矩M為：
快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：
最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：
FANUC 30型號(hào)的交流伺服電機(jī)，其最大轉(zhuǎn)矩，其額定轉(zhuǎn)矩。進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩都要小于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，符合轉(zhuǎn)矩匹配。
2.1.4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析：
1）計(jì)算絲杠—工作臺(tái)縱振系統(tǒng)的最低固有頻率
式中：——滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度（N/m），取=；
M——滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量（kg）， （其中、分別是機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量）
2）計(jì)算扭振系統(tǒng)的扭振最低固有頻率
式中： J——折算到滾珠絲杠上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；
——絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度（），?。?
由以上計(jì)算可知，絲杠—工作臺(tái)縱振系統(tǒng)的最低固有頻率、扭振系統(tǒng)的最低扭振固有頻率，都比較高。一般按的要求來設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。
2.1.5系統(tǒng)增益的確定：
現(xiàn)有機(jī)床因速度控制環(huán)加有校正環(huán)節(jié)，導(dǎo)軌為經(jīng)預(yù)緊的靜壓導(dǎo)軌，近似取阻尼比，則為保證系統(tǒng)具有50°左右的相角穩(wěn)定裕度和5~10dB的幅值穩(wěn)定裕度，按公式
其中：——為機(jī)床的綜合諧振頻率，
那么
2.1.6驗(yàn)算移動(dòng)部件能達(dá)到的最大加速度：
其計(jì)算公式為：
若系統(tǒng)增益取為=36~54的中間值，即取=45，則系統(tǒng)換向時(shí)要求的最大加速度為：
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)給我提供一個(gè)自我自我鍛煉和總結(jié)的機(jī)會(huì)，感謝帶領(lǐng)我的指導(dǎo)老師李列老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，李老師都始終給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，使我更有信心去做好，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中也學(xué)到了很多新知識(shí)，為以后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)！
?? 一個(gè)人的成長(zhǎng)絕不是一件孤立的事，沒有別人的支持與幫助絕不可能辦到！團(tuán)隊(duì)合作精神是很重要的，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我們同組的同學(xué)遇到問題相互討論，克服了一個(gè)個(gè)困難，所以我要謝謝和我同組的伙伴們：萬強(qiáng)、黃恒的合作、支持與幫助！
同時(shí)也感謝院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的大力支持和幫助，總之感激的話很多，我想只有認(rèn)真地做好畢業(yè)設(shè)計(jì)才是對(duì)老師，對(duì)院領(lǐng)導(dǎo)最大的回報(bào)！
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承 諾 書
本人的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）無抄襲、剽竊現(xiàn)象。本人熟知學(xué)校對(duì)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）抄襲、剽竊現(xiàn)象按作弊處理，對(duì)已畢業(yè)的學(xué)生，學(xué)校將追回畢業(yè)證和學(xué)位證書。如本人畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）有以上違紀(jì)現(xiàn)象，所造成的知識(shí)產(chǎn)權(quán)等糾紛，一切后果由本人承擔(dān)。
承諾人:彭偉雄
2009年 月 日
25