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課程設(shè)計(jì)(論文)橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)三維設(shè)計(jì)

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1、華 北 科 技 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 目錄 摘要 1、前言 2、進(jìn)給傳動系統(tǒng)的計(jì)算 2.1、設(shè)計(jì)方案的確定 2.2、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.3、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3(1)、切削力計(jì)算 2.3(2)、進(jìn)給工作臺工作載荷計(jì)算 2.3(3)、絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3(4)、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 2.3(5)、步進(jìn)電機(jī)的選擇 3、進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 3.2齒輪傳動副的設(shè)計(jì) 3.3齒輪箱的設(shè)計(jì) 3.4床身及導(dǎo)軌 3.5中間軸的設(shè)計(jì) 3.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 總結(jié)與體會 參考文獻(xiàn) 摘 要 本設(shè)計(jì)是把普通數(shù)控車床改造成經(jīng)

2、濟(jì)型數(shù)控車床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床就是指價格低廉、操作使用方便、比較適合我國國情的,動化的機(jī)床。采用數(shù)控機(jī)床,可以降低工人的勞動強(qiáng)度,節(jié)省勞動力(一個人可以看管多臺機(jī)床),減少工裝,縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期,可對市場需求作出快速反應(yīng)。在設(shè)計(jì)的時候具體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算。比如:導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型、絲杠螺母副的選型與計(jì)算。還進(jìn)行了進(jìn)給傳動系統(tǒng)的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動電機(jī)與絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動電機(jī)與進(jìn)給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析等。 【關(guān)鍵詞】車床、數(shù)控、傳動系統(tǒng) 一、前言 我國目前機(jī)床總量380余萬臺,而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺,即我國機(jī)床數(shù)控

3、化率不到3%。近10年來,我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6~0.8萬臺,年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化率僅為6%。這些機(jī)床中,役齡10年以上的占60%以上;10年以下的機(jī)床中,自動/半自動機(jī)床不到20%,F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機(jī)床占60%以上)??梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床,而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市場上缺乏競爭力,直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。

4、 而相對于傳統(tǒng)機(jī)床,數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性: 1、可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 2、可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動化,從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。 3、加

5、工零件的精度高,尺寸分散度小,使裝配容易,不再需要“修配”。 4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中,減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 5、擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能,可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。 因此,采用數(shù)控機(jī)床,可以降低工人的勞動強(qiáng)度,節(jié)省勞動力(一個人可以看管多臺機(jī)床),減少工裝,縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期,可對市場需求作出快速反應(yīng)。 此外,機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 二、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1、設(shè)計(jì)方案的確定

6、 利用微機(jī)對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制,脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖,驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī),傳動系統(tǒng)采用絲杠副。 采用微機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖,經(jīng)一級齒輪減速絲杠轉(zhuǎn)動,從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動。 2.2、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用半閉環(huán)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng),步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級減速齒輪傳動副,絲桿拖動工作臺。傳感器與電機(jī)軸相聯(lián),用來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速,并把它們轉(zhuǎn)換為電信號反饋給數(shù)控裝置,傳感器采用脈沖編碼器。 2.3、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺重量: mT=600Kg F=1500N 時間常數(shù): T=25 ms 絲杠基本導(dǎo)程:

7、 Lo=6mm 行程: Sw=700mm 步距角: /step 快速進(jìn)給速度: (1)切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知,切削功率 式中:N---電機(jī)功率,查機(jī)床說明書,N=7.5 KW; ---主傳動系統(tǒng)總效率,一般為0.7~0.85取=0.7; K---進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù),取為K=0.96。 則有: Nc=7.50.70.96=5.04 kw 切向銑削力: F=10 N 式中: V---主軸傳遞全部功率時的最底切削速度(m/s) 則有:

8、 V=D95/60000=1.7m/s=102m/min F==2964(N) (2)進(jìn)給工作臺工作載荷計(jì)算: 從《數(shù)控銑床》中表2-1可得知,在一般立式銑削時,工作臺進(jìn)給方向載荷: F=0.4Fz=0.42964=1185 N (3)絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算: 由《數(shù)控技術(shù)》可知,采用燕尾導(dǎo)軌,導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力: 采用矩型導(dǎo)軌: 式中K=1.1 =0.15 則有: 1)強(qiáng)度計(jì)算: 壽命值: 式中:n---為絲桿轉(zhuǎn)速(r/min) v---為最大切削力下的進(jìn)給速度(m/min),取最高進(jìn)給速度的1/3 T---額定壽命,查表得 T=15000

9、h ---絲桿導(dǎo)程,取=6mm 則有: v= r/min L 最大動負(fù)載C : C 查表得:運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 根據(jù)最大動負(fù)荷C的值,可選則絲杠的型號。查表2-5得,選取絲杠直徑為50mm,型號為ND5006,其額定載荷為29350N,所以強(qiáng)度足夠。 2) 效率計(jì)算: 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式,絲杠螺母副的傳動效率為: 式中:---為絲桿螺旋升角,查得: ---為摩擦角,絲桿副的滾動摩擦系數(shù)f=0.003~0.004,其摩擦角約等于 則有: 3) 剛度驗(yàn)算: 絲杠受工作負(fù)載F引起的導(dǎo)程的變化量,絲桿的拉壓變形

10、量 式中:mm=0.6cm; E---為材料彈性模量,對鋼 A---為絲杠截面積 則有: 與螺紋滾道間的接觸變形量 ,有預(yù)緊: 式中:---為直徑,查表得=3.969mm Z圈數(shù)列數(shù) 2513=75 ---為預(yù)緊力 則有: 則絲桿的總變形量 : 查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差(1m長)為15um/m 故剛度足夠。 4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 失穩(wěn)時的臨界載荷 式中:E---為絲桿材料彈性模量,對鋼 I---為截面慣性矩,對絲桿圓截面 ---為絲桿底徑,=48mm 則有: L---為絲

11、桿最大工作長度,取L=375mm ---為絲桿支承方式系數(shù),參考圖2-13和表2-7,取=2.0 則有: 穩(wěn)定安全系數(shù): 所選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù),查表得: 則有 ,故穩(wěn)定性不存在問題。 (4)齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1)有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動比 故取 m=2 mm B=20 mm 則有 2)轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算: 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很少,可以忽略 因此,總的轉(zhuǎn)動慣量

12、 所需轉(zhuǎn)動力矩計(jì)算 快速空載啟動時所需力矩 式中 ---空載啟動時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩; ---折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩; ---由于絲杠預(yù)金所引起,折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩; 式中:---為傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量( ---為電機(jī)最大角加速度() ---為運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速() t---為運(yùn)動部件從靜止啟動加速到最大快進(jìn)進(jìn)給速度所需時間(s),取t=0

13、.025s 則有: 空載摩擦力矩: 式中: G---運(yùn)動部件總重力(N) ---為導(dǎo)軌摩擦系數(shù),取0.2 i---齒輪傳動降速比,i=1.25 ---傳動系統(tǒng)總效率,取=0.8 ---基本導(dǎo)程,取=0.6cm 則有: 附加摩擦力矩: 式中: ---為絲桿預(yù)加載荷,取的1/3 ---為絲桿預(yù)緊是的傳動效率,取=0.9 則有: (5) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的名義啟

14、動轉(zhuǎn)矩 為滿足最小步距要求,電機(jī)選用五相十拍工作方式,查表知 所以,步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩: 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率: 綜合考慮,查表選用 130BF001 型直流步進(jìn)電機(jī),能滿足使用要求。 三、進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 絲杠螺母副是直線運(yùn)動與回轉(zhuǎn)運(yùn)動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置,在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽,當(dāng)他們套裝在一起時便形成了的螺旋滾道。螺母上有的回路管道,將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道,并在滾道內(nèi)裝滿,當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時,在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動,因而迫使螺母軸向移動。 絲杠螺母副具有以下特點(diǎn): (1)傳動效

15、率高,摩擦損失小。絲杠螺母副的傳動效率為0.92-0.96,比普通絲杠高3-4倍。因此,功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3. (2)若給于適當(dāng)預(yù)緊,可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙,反向時還可以消除空載死區(qū),從而使絲杠的定位精度高,剛度好。 (3)運(yùn)動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象,傳動精度高。 (4)具有可逆性,既可以從螺旋運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動,也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。也就是說,絲杠和螺母可以作為主動件。 (5)磨損小,使用壽命長。 (6)制造工藝復(fù)雜。絲杠和螺母等元件的加工精度要求高,表面粗糙度也要求高,故制造成本高。 (7)不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠,由于其自重和慣性力的不同

16、,下降時當(dāng)傳動切斷后,不能立即停止運(yùn)動,故還需要增加制動裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副,精度為3級,兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)鏈之間,使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個的導(dǎo)程突變量,從而使兩列在軸向錯位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單,但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且不能改變。 絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種:滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60角接觸軸承,在這兩種軸承中,60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者,而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合,但剛度較后者低,目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高

17、剛度的地方。 60角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差,又由于面對面組合方式,兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對背時小,實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動中面對面組合用得較多。 3.2齒輪傳動副的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是雙片齒輪錯齒調(diào)整法。兩片齒輪周向可調(diào)彈簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個寬齒輪嚙合,兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個薄片齒輪的端面均勻分布著四個螺孔,分別裝上凸耳。通過螺母調(diào)節(jié)彈簧的拉力,調(diào)節(jié)完后用螺母鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位,從而消除了齒側(cè)間隙。 3.3

18、齒輪箱的設(shè)計(jì) 齒輪箱主要把齒輪裝入,通過軸連接電動機(jī)和絲杠。主要結(jié)構(gòu)是一個方形的箱,然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等等。在右側(cè)內(nèi)壁也要加工一個孔來支承軸承。同時還要通過兩個凸耳用螺栓與導(dǎo)軌聯(lián)接。 3.4床身及導(dǎo)軌 對于數(shù)控機(jī)床來說,作為主要支承件的床身至關(guān)重要,其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)。它支承著數(shù)控車床的床頭箱,床鞍,刀架,尾座等部件,承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本;影響著車床各部件之間的相對位置精度和車床在工作中各運(yùn)動部件的相對運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確性,從而影響著工件的加工質(zhì)量;還影響著車床所用刀

19、具的耐用度,同時也影響著機(jī)床的工作效率和壽命等。因此,床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度/質(zhì)量比;良好的動態(tài)性能;較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力;并易于加工制造,裝配等,才能滿足數(shù)控車床對床身的要求。 數(shù)控車床工作時,受切削力的作用,床身發(fā)生彎曲,其中,影響最大的是床身水平面內(nèi)的彎曲。因此,在床身不太長的情況下,主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。所以,在設(shè)計(jì)床身時,采用與水平面傾斜45的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:(1)在加工工件時,切屑和切削液可以從斜面的前方(即床身的一側(cè))落下,就無需在床身上開排屑孔,這樣,床身斜面就可以做成一個完整的斜面。(2)切屑從工件上落到位于床身前面

20、的排屑器中,再由排屑器將切屑排出。這樣,機(jī)床在工作中,排屑性能和散熱性能要好,可以減少床身在工作中吸收由于切削產(chǎn)生的熱量,從而減少床身的熱變形,使機(jī)床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上無需開排屑孔,就可以增加與底座連接的床身底面的整體性,從而可增加床身底面的剛性?;谝陨咸攸c(diǎn)使得床身抵抗來自切削力在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力,以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯著增強(qiáng)。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下,床身的變形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。材料、截面相同,但形狀不同的床身,截面的慣性矩相差很大。截面積相同時,采用空形截面,加大外輪廓

21、尺寸,在工藝允許的情況下,盡可能減小壁厚,可以大大提高截面的抗彎和抗扭剛度;矩形截面的抗彎剛度高于圓形截面,但圓形截面的抗扭剛度較高;封閉截面的剛度顯著高于不封閉截面的剛度。為此,在設(shè)計(jì)床身截面時,綜合考慮以上因素,在滿足使用、工藝情況下,采用空心截面,加大輪廓,減小壁厚,采用全封閉的類似矩形的床身截面形式,同時,為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度/重量比,在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個較小的類似圓形截面。 床身與導(dǎo)軌為一體,床身材料的選擇應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和耐磨性,易于鑄造和加工。床身材料采用機(jī)械性能優(yōu)良的HT250,其硬度、強(qiáng)度較高,耐磨性較好,具有很好的減震性。 車床的導(dǎo)

22、軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種?;瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大且磨損快,動、靜摩擦系數(shù)差別大,低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前,數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌,而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)。在動導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、低速時不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn),在各類機(jī)床上都有應(yīng)用,特別是用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動導(dǎo)軌上。塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對偶摩擦副。 直線運(yùn)動滑動導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形

23、,并可互相組合。由于矩形導(dǎo)軌制造簡單,剛度高,承載能力大,具有兩個相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響,便于安裝。再將矩形整體傾斜45后,側(cè)面磨損能自動補(bǔ)償,克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動補(bǔ)償?shù)娜毕荩蛊鋵?dǎo)向性更好。本次設(shè)計(jì)我采用的是燕尾槽導(dǎo)軌。 鑲條是用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙,以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。如圖5.5,是用磨或刮壓板3的e面和d面來調(diào)整間隙。壓板的d面和e面用空刀槽分開,間隙大磨刮d面,太緊時則修e面。這種方式構(gòu)造簡單,應(yīng)用較多,但調(diào)整時比較麻煩。 3.5中間軸的設(shè)計(jì) 中間軸上

24、的齒輪是電機(jī)輸出與絲杠的傳力結(jié)構(gòu),它主要通過鍵連接齒輪2和齒輪3.所以要設(shè)計(jì)鍵槽,可設(shè)計(jì)一個鍵槽為兩個齒輪傳力。兩邊要留軸頸上軸承。 絲杠兩端有軸承端蓋,它的作用是軸承外圈的軸向定位,和防塵和密封,除它本身可以防塵和密封外,它常和密封件配合以達(dá)到密封的作用。左側(cè)端蓋因?yàn)榻z杠要通過所以設(shè)計(jì)了一個孔用氈墊來封油。右邊可以設(shè)計(jì)成封閉式的端蓋可以減小加工難度。 總結(jié)與體會 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運(yùn)用,是對以前每門課程設(shè)計(jì)的綜合,是對所學(xué)知識的徹底檢驗(yàn)。剛開始選擇課題的時候,我因?yàn)閷?shù)控車床比較感興趣,所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所

25、在的組設(shè)計(jì)的是一臺數(shù)控車床,我主要對其中的進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。開始設(shè)計(jì)之前,我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識,對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進(jìn)一步的了解,也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計(jì)的時候,我們對學(xué)校的一些數(shù)控車床進(jìn)行了觀察,我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu),同時并結(jié)合自己的課題對機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究,并通過查閱資料和相關(guān)圖冊,設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車床需要的進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵,是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中,使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性,只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)過程中,我參

26、考了一些圖紙,在參考的基礎(chǔ)上,理解并分析其優(yōu)缺點(diǎn),取長補(bǔ)短,對自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計(jì),自己在查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知識及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高,對如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來有了較深刻的認(rèn)識,彌補(bǔ)了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處,為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ),積累了一定的經(jīng)驗(yàn),對設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識。 總之,這次設(shè)計(jì)順利完成使我受益匪淺,不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西,而且學(xué)到了很多新東西,為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 目錄 摘要 1、前言 2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)

27、概述 3、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算 3.1、設(shè)計(jì)方案的確定 3.2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.3、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3(1)、切削力計(jì)算 3.3(2)、進(jìn)給工作臺工作載荷計(jì)算 3.3(3)、滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3(4)、齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 3.3(5)、步進(jìn)電機(jī)的選擇 4、進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 4.2齒輪傳動副的設(shè)計(jì) 4.3齒輪箱的設(shè)計(jì) 4.4床身及導(dǎo)軌 4.5中間軸的設(shè)計(jì) 4.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 總結(jié)與體會 參考文獻(xiàn) 摘 要 本設(shè)計(jì)是把普通數(shù)控車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床就是指價格低廉、操作使

28、用方便、比較適合我國國情的,動化的機(jī)床。采用數(shù)控機(jī)床,可以降低工人的勞動強(qiáng)度,節(jié)省勞動力(一個人可以看管多臺機(jī)床),減少工裝,縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期,可對市場需求作出快速反應(yīng)。在設(shè)計(jì)的時候具體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算。比如:導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算。還進(jìn)行了進(jìn)給傳動系統(tǒng)的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動電機(jī)與進(jìn)給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析等。 【關(guān)鍵詞】車床、數(shù)控、傳動系統(tǒng) 一、前言 我國目前機(jī)床總量380余萬臺,而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺,即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來,我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)

29、量約為0.6~0.8萬臺,年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化率僅為6%。這些機(jī)床中,役齡10年以上的占60%以上;10年以下的機(jī)床中,自動/半自動機(jī)床不到20%,F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機(jī)床占60%以上)??梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床,而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi)、外市場上缺乏競爭力,直接影響一個企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。

30、 而相對于傳統(tǒng)機(jī)床,數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性: 1、可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 2、可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動化,從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。 3、加工零件的精度高,尺寸分散度小,使裝配容易,

31、不再需要“修配”。 4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中,減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 5、擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能,可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。 因此,采用數(shù)控機(jī)床,可以降低工人的勞動強(qiáng)度,節(jié)省勞動力(一個人可以看管多臺機(jī)床),減少工裝,縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期,可對市場需求作出快速反應(yīng)。 此外,機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示: 由于各種數(shù)控機(jī)床所完成

32、的加工任務(wù)不同,它們對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同,但通??筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\(yùn)行;速度范圍寬;具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性;快速響應(yīng)并無超調(diào);高精度;低速大轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)對伺服電機(jī)的要求: (1)從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動要小,尤其在低速如0.1r /min或更低速時,仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 (2)電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力,以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。 (3)為了滿足快速響應(yīng)的要求,電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的

33、角加速度的能力,才能保證電機(jī)可在0.2s以內(nèi)從靜止啟動到額定轉(zhuǎn)速。 (4)電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同,閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi),后者則完全置機(jī)械傳動部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上,機(jī)械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低,但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動裝置的磨損、慣

34、性及間隙的存在,故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好,但由于機(jī)械傳動部件在控制環(huán)內(nèi),所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù),而且還與機(jī)械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系,故必須對機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機(jī)床的要求比較高,且造價也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有:脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和

35、造價低等特點(diǎn)而被廣泛采用。 三、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1、設(shè)計(jì)方案的確定 利用微機(jī)對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制,脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖,驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī),傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。 采用微機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖,經(jīng)一級齒輪減速滾珠絲杠轉(zhuǎn)動,從而實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給運(yùn)動。 3.2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用半閉環(huán)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng),步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級減速齒輪傳動副,滾珠絲桿拖動工作臺。傳感器與電機(jī)軸相聯(lián),用來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速,并把它們轉(zhuǎn)換為電信號反饋給數(shù)控裝置,傳感器采用脈沖編碼器。 3.3、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺重量: W

36、=889.2Kgf=8892N 時間常數(shù): T=25 ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程: Lo=6mm 行程: S=375mm 步距角: /step 快速進(jìn)給速度: (1)切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知,切削功率 式中:N---電機(jī)功率,查機(jī)床說明書,N=7.5 KW; ---主傳動系統(tǒng)總效率,一般為0.7~0.85取=0.7; K---進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù),取為K=0.96。 則有: Nc=7.50.70.96=5.04 kw 切向銑削力: F

37、=10 N 式中: V---主軸傳遞全部功率時的最底切削速度(m/s) 則有: V=D95/60000=1.7m/s=102m/min F==2964(N) (2)進(jìn)給工作臺工作載荷計(jì)算: 從《數(shù)控銑床》中表2-1可得知,在一般立式銑削時,工作臺橫向進(jìn)給方向載荷: F=0.4Fz=0.42964=1185 N (3)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算: 由《數(shù)控技術(shù)》可知,采用燕尾導(dǎo)軌,導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力: 采用矩型導(dǎo)軌: 式中K=1.1 =0.15 則有: 1)強(qiáng)度計(jì)算: 壽命值: 式中:n---為絲桿轉(zhuǎn)速(r/min) v---為最

38、大切削力下的進(jìn)給速度(m/min),取最高進(jìn)給速度的1/3 T---額定壽命,查表得 T=15000h ---滾珠絲桿導(dǎo)程,取=6mm 則有: v= r/min L 最大動負(fù)載C : C 查表得:運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 根據(jù)最大動負(fù)荷C的值,可選則滾珠絲杠的型號。查表2-5得,選取滾珠絲杠直徑為50mm,型號為ND5006,其額定載荷為29350N,所以強(qiáng)度足夠。 2) 效率計(jì)算: 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式,絲杠螺母副的傳動效率為: 式中:---為絲桿螺旋升角,查得: ---為摩擦角,滾珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù)f=0.003~0.004,其摩擦角約等于 則有:

39、 3) 剛度驗(yàn)算: 滾珠絲杠受工作負(fù)載F引起的導(dǎo)程的變化量,絲桿的拉壓變形量 式中:mm=0.6cm; E---為材料彈性模量,對鋼 A---為滾珠絲杠截面積 則有: 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 ,有預(yù)緊: 式中:---為滾珠直徑,查表得=3.969mm Z圈數(shù)列數(shù) 2513=75 ---為預(yù)緊力 則有: 則絲桿的總變形量 : 查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差(1m長)為15um/m 故剛度足夠。 4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 失穩(wěn)時的臨界載荷 式中:E---為

40、絲桿材料彈性模量,對鋼 I---為截面慣性矩,對絲桿圓截面 ---為絲桿底徑,=48mm 則有: L---為絲桿最大工作長度,取L=375mm ---為絲桿支承方式系數(shù),參考圖2-13和表2-7,取=2.0 則有: 穩(wěn)定安全系數(shù): 所選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù),查表得: 則有 ,故穩(wěn)定性不存在問題。 (4)齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1)有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動比 故取 m=2 mm B=20 mm 則有 2)轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算: 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸

41、上的轉(zhuǎn)動慣量 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很少,可以忽略 因此,總的轉(zhuǎn)動慣量 所需轉(zhuǎn)動力矩計(jì)算 快速空載啟動時所需力矩 式中 ---空載啟動時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩; ---折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩; ---由于絲杠預(yù)金所引起,折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩; 式中:---為傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量( ---為電機(jī)最大角加速度() ---為運(yùn)動

42、部件最大快進(jìn)速度對應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速() t---為運(yùn)動部件從靜止啟動加速到最大快進(jìn)進(jìn)給速度所需時間(s),取t=0.025s 則有: 空載摩擦力矩: 式中: G---運(yùn)動部件總重力(N) ---為導(dǎo)軌摩擦系數(shù),取0.2 i---齒輪傳動降速比,i=1.25 ---傳動系統(tǒng)總效率,取=0.8 ---基本導(dǎo)程,取=0.6cm 則有: 附加摩擦力矩: 式中: ---為滾珠絲桿預(yù)加載荷,取的1

43、/3 ---為滾珠絲桿預(yù)緊是的傳動效率,取=0.9 則有: (5) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩 為滿足最小步距要求,電機(jī)選用五相十拍工作方式,查表知 所以,步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩: 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率: 綜合考慮,查表選用 130BF001 型直流步進(jìn)電機(jī),能滿足使用要求。 四、進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動與回轉(zhuǎn)運(yùn)動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置,在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽,當(dāng)他們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道,將幾圈螺旋滾道的

44、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,滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動,因而迫使螺母軸向移動。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn): (1)傳動效率高,摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率為0.92-0.96,比普通絲杠高3-4倍。因此,功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3. (2)若給于適當(dāng)預(yù)緊,可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙,反向時還可以消除空載死區(qū),從而使絲杠的定位精度高,剛度好。 (3)運(yùn)動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象,傳動精度高。 (4)具有可逆性,既可以從螺旋運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動,也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。也就是說,絲杠和螺母可以作為主動件。 (5)磨

45、損小,使用壽命長。 (6)制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高,表面粗糙度也要求高,故制造成本高。 (7)不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠,由于其自重和慣性力的不同,下降時當(dāng)傳動切斷后,不能立即停止運(yùn)動,故還需要增加制動裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副,精度為3級,兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間,使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個的導(dǎo)程突變量,從而使兩列滾珠在軸向錯位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單,但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且不能改變。 絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種:滾針—推力圓柱滾子組合軸承

46、和接觸角為60角接觸軸承,在這兩種軸承中,60角接觸軸承的摩擦力矩小于后者,而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合,但剛度較后者低,目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 60角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差,又由于面對面組合方式,兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對背時小,實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動中面對面組合用得較多。 下圖為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 4.2齒輪傳動副的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是雙片齒輪錯齒調(diào)整法。兩片齒輪周向可調(diào)彈

47、簧錯齒消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個寬齒輪嚙合,兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。在兩個薄片齒輪的端面均勻分布著四個螺孔,分別裝上凸耳。通過螺母調(diào)節(jié)彈簧的拉力,調(diào)節(jié)完后用螺母鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位,從而消除了齒側(cè)間隙。齒輪傳動副的零件圖見下圖: 4.3齒輪箱的設(shè)計(jì) 齒輪箱主要把齒輪裝入,通過軸連接電動機(jī)和絲杠。主要結(jié)構(gòu)是一個方形的箱,然后要加工出一些孔裝軸、絲杠、端蓋等等。在右側(cè)內(nèi)壁也要加工一個孔來支承軸承。同時還要通過兩個凸耳用螺栓與導(dǎo)軌聯(lián)接。齒輪箱結(jié)構(gòu)如下圖: 4.4床身及導(dǎo)軌 對于數(shù)控機(jī)床來說,作為主要支承件的床身至關(guān)重要,其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著

48、機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)。它支承著數(shù)控車床的床頭箱,床鞍,刀架,尾座等部件,承受著切削力、重力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力的作用。其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著數(shù)控車床的制造成本;影響著車床各部件之間的相對位置精度和車床在工作中各運(yùn)動部件的相對運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確性,從而影響著工件的加工質(zhì)量;還影響著車床所用刀具的耐用度,同時也影響著機(jī)床的工作效率和壽命等。因此,床身特別是數(shù)控車床的床身具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的剛度/質(zhì)量比;良好的動態(tài)性能;較小的熱變形和內(nèi)應(yīng)力;并易于加工制造,裝配等,才能滿足數(shù)控車床對床身的要求。 數(shù)控車床工作時,受切削力的作用,床身發(fā)生彎曲,其中,影響最大的是床身水平面內(nèi)的彎曲。

49、因此,在床身不太長的情況下,主要應(yīng)提高床身在水平面內(nèi)的彎曲剛度。所以,在設(shè)計(jì)床身時,采用與水平面傾斜45的斜面床身。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:(1)在加工工件時,切屑和切削液可以從斜面的前方(即床身的一側(cè))落下,就無需在床身上開排屑孔,這樣,床身斜面就可以做成一個完整的斜面。(2)切屑從工件上落到位于床身前面的排屑器中,再由排屑器將切屑排出。這樣,機(jī)床在工作中,排屑性能和散熱性能要好,可以減少床身在工作中吸收由于切削產(chǎn)生的熱量,從而減少床身的熱變形,使機(jī)床更好地保持加工精度。(3)由于在床身上無需開排屑孔,就可以增加與底座連接的床身底面的整體性,從而可增加床身底面的剛性。基于以上特點(diǎn)使得床身抵抗來自切

50、削力在水平和垂直面內(nèi)的分力所產(chǎn)生的彎曲變形能力,以及它們的合力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形能力顯著增強(qiáng)。從而大幅度提高了床身的抗彎和抗扭剛度。床身在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用下,床身的變形與床身的截面的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有關(guān)。材料、截面相同,但形狀不同的床身,截面的慣性矩相差很大。截面積相同時,采用空形截面,加大外輪廓尺寸,在工藝允許的情況下,盡可能減小壁厚,可以大大提高截面的抗彎和抗扭剛度;矩形截面的抗彎剛度高于圓形截面,但圓形截面的抗扭剛度較高;封閉截面的剛度顯著高于不封閉截面的剛度。為此,在設(shè)計(jì)床身截面時,綜合考慮以上因素,在滿足使用、工藝情況下,采用空心截面,加大輪廓,減小壁厚,采用全封閉的類似矩形的床

51、身截面形式,同時,為了提高床身的抗扭剛度和床身的剛度/重量比,在大截面內(nèi)設(shè)計(jì)一個較小的類似圓形截面。 床身與導(dǎo)軌為一體,床身材料的選擇應(yīng)根據(jù)導(dǎo)軌的要求選擇。鑄鐵具有良好的減震性和耐磨性,易于鑄造和加工。床身材料采用機(jī)械性能優(yōu)良的HT250,其硬度、強(qiáng)度較高,耐磨性較好,具有很好的減震性。 車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種?;瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大且磨損快,動、靜摩擦系數(shù)差別大,低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前,數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌,而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)。在動

52、導(dǎo)軌上鑲裝塑料具有摩擦系數(shù)低、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、低速時不易爬行、加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn),在各類機(jī)床上都有應(yīng)用,特別是用在精密、數(shù)控和重型機(jī)床的動導(dǎo)軌上。塑料導(dǎo)軌可與淬硬的鑄造鐵支承導(dǎo)軌和鑲鋼支承導(dǎo)軌組成對偶摩擦副。 直線運(yùn)動滑動導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形,并可互相組合。由于矩形導(dǎo)軌制造簡單,剛度高,承載能力大,具有兩個相垂直的導(dǎo)軌面。且兩個導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響,便于安裝。再將矩形整體傾斜45后,側(cè)面磨損能自動補(bǔ)償,克服了矩形導(dǎo)軌側(cè)面磨損不能自動補(bǔ)償?shù)娜毕荩蛊鋵?dǎo)向性更好。本次設(shè)計(jì)我采用的是燕尾槽導(dǎo)軌。 鑲條是用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾導(dǎo)軌的側(cè)隙

53、,以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)。壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。如圖5.5,是用磨或刮壓板3的e面和d面來調(diào)整間隙。壓板的d面和e面用空刀槽分開,間隙大磨刮d面,太緊時則修e面。這種方式構(gòu)造簡單,應(yīng)用較多,但調(diào)整時比較麻煩。 床身及導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)見下圖: 4.5中間軸的設(shè)計(jì) 中間軸上的齒輪是電機(jī)輸出與滾珠絲杠的傳力結(jié)構(gòu),它主要通過鍵連接齒輪2和齒輪3.所以要設(shè)計(jì)鍵槽,可設(shè)計(jì)一個鍵槽為兩個齒輪傳力。兩邊要留軸頸上軸承,中間軸的裝配見下圖: 中間軸的零件圖見下圖: 4.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠兩端有軸承端蓋,它的作用是軸承外圈的軸向定位,

54、和防塵和密封,除它本身可以防塵和密封外,它常和密封件配合以達(dá)到密封的作用。左側(cè)端蓋因?yàn)闈L珠絲杠要通過所以設(shè)計(jì)了一個孔用氈墊來封油。右邊可以設(shè)計(jì)成封閉式的端蓋可以減小加工難度。軸承端蓋見下圖: 總結(jié)與體會 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運(yùn)用,是對以前每門課程設(shè)計(jì)的綜合,是對所學(xué)知識的徹底檢驗(yàn)。剛開始選擇課題的時候,我因?yàn)閷?shù)控車床比較感興趣,所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺數(shù)控車床,我主要對其中的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。開始設(shè)計(jì)之前,我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識,對數(shù)控車床

55、的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進(jìn)一步的了解,也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計(jì)的時候,我們對學(xué)校的一些數(shù)控車床進(jìn)行了觀察,我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu),同時并結(jié)合自己的課題對機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究,并通過查閱資料和相關(guān)圖冊,設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車床需要的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵,是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中,使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性,只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)過程中,我參考了一些圖紙,在參考的基礎(chǔ)上,理解并分析其優(yōu)缺點(diǎn),取長補(bǔ)短,對自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計(jì),自己在查閱資料、運(yùn)

56、用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知識及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高,對如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來有了較深刻的認(rèn)識,彌補(bǔ)了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處,為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ),積累了一定的經(jīng)驗(yàn),對設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識。 總之,這次設(shè)計(jì)順利完成使我受益匪淺,不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西,而且學(xué)到了很多新東西,為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 【參考文獻(xiàn)】 [1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2007. [2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2001. [3] 劉朝儒.機(jī)械制圖.[M]北京:高等教育出版社,2001. [4] 鄧志平.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).[M]成都:西南交通大學(xué)出版社,2004. [5] 胡秋.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2004(6):55-56. [6] 鄒小琦.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度[J].南昌大學(xué)學(xué)報,1997(4):84-87. [7] 王愛玲,白恩遠(yuǎn).現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M].北京:國防工業(yè)出版社,2003. - 42 -

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