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某數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 數(shù) 控 機(jī) 床 畢 業(yè) 論 文 題 目:某數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品,是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測量及現(xiàn)在機(jī)械制造技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和未來工廠自動化的基礎(chǔ)已成為現(xiàn)在制造技術(shù)中不可缺少的生產(chǎn)手段,是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。數(shù)機(jī)床已成為現(xiàn)在機(jī)械制造業(yè)中的主要技術(shù)裝備。 縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)原機(jī)床掛輪機(jī)

2、構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動絲杠,光杠等全部拆除,縱、橫向以伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件,經(jīng)一級齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后,由滾珠絲杠傳動??v向進(jìn)給機(jī)構(gòu):縱向伺服電機(jī)為P20B200DxS,2.0的交流伺服電機(jī),滾珠絲杠仍利用原絲杠位置,其螺母副通過托架安裝在床鞍底部,滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承,與床身尾部步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接。伺服電機(jī)經(jīng)減速后,減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠直接聯(lián)接,這種結(jié)構(gòu)簡單 徑向尺寸小,可防止被聯(lián)接軸的位移和偏斜所帶來裝配困難和附加應(yīng)力。 改造后的數(shù)控機(jī)床應(yīng)有以下發(fā)展方向:單一的數(shù)字控制應(yīng)向數(shù)控中心發(fā)展,數(shù)控機(jī)床總體布局更加合理,機(jī)床控制系統(tǒng)的控制和運(yùn)算功能更進(jìn)一步加強(qiáng),機(jī)床

3、的伺服系統(tǒng)采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)代替直流伺服系統(tǒng),編程更趨合理化,加工工藝更趨簡單化90%機(jī) 的檢測和監(jiān)控系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)自動化。 隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類生活水平的提高,對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,產(chǎn)品品種越來越多,中大批量的產(chǎn)品需求越來越少,而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加。作為實(shí)現(xiàn)單件小批量加工自動化的數(shù)控機(jī)床,由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前,國外數(shù)控機(jī)床的性能正朝著高精度、高效率、高柔性、高自動化方向迅速發(fā)展,這將對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求?!笆濉逼陂g,我國機(jī)械制造行業(yè)必須瞄準(zhǔn)國際數(shù)控機(jī)床發(fā)展的科學(xué)前沿,開拓創(chuàng)新,消化吸收國外先進(jìn)技術(shù),開創(chuàng)我國數(shù)

4、控機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的新局面。 總體設(shè)計(jì)方案論證 數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)包括橫向進(jìn)給系統(tǒng)(X軸)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)(Z軸),它們是由伺服電機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動,驅(qū)動滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)刀架的運(yùn)動。根據(jù)GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)》,機(jī)床的位置精度包括重復(fù)定位精度、反向偏差和定位精度。當(dāng)機(jī)床的中心距DC=3000mm時,其重復(fù)定位精度X軸0.0075mm,Z軸0.010mm;反向偏差X軸為0.006mm,Z軸為0.012mm;定位精度X軸為0.035mm,Z軸為0.040mm??梢钥闯?進(jìn)給軸設(shè)計(jì)與主軸設(shè)計(jì)相比,具有相同的重要性。因而,進(jìn)給軸的設(shè)計(jì)應(yīng)從動、靜兩方面充分考慮,

5、位置精度才能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求。在數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,根據(jù)橫向、縱向的不同精度要求,不同移動質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量等特點(diǎn),分別解決設(shè)計(jì)中的主要矛盾。以期望設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求,達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,即滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。 驅(qū)動元件: 各種數(shù)控機(jī)床加工的對象不同,工藝要求不同,所以對進(jìn)給驅(qū)動的要求不盡相同,但基本要求是一樣的,大致有四個方面。 (1)高精度 使用數(shù)控機(jī)床主要是解決零件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性,一致性,減少廢品率;解決復(fù)雜空間曲面零件的加工;解決復(fù)雜零件的加工精度,縮短制造周期等。為了滿足這些要求,必須保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度。要求定位精度和輪廓切削精度能達(dá)到

6、機(jī)床要求的指標(biāo)。在位置控制中要求有高的定位精度,而在速度控制中,要求有高的調(diào)速精度,強(qiáng)的抗負(fù)載擾動的能力,即靜態(tài)和動態(tài)速度降盡可能小。 (2)快速響應(yīng) 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應(yīng)特性,即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。 (3)調(diào)速范圍寬 在各種數(shù)控機(jī)床中,由于加工用刀具,被加工零件的材質(zhì)及加工要求的不同,為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件,就要求進(jìn)給驅(qū)動必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。 (4)低速大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床的加工特點(diǎn),大都是在低速進(jìn)行重切削,即在低速時進(jìn)給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 目錄 概

7、述 ……………………………………………………………………2 一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)……………………………………………6 1.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述…………………………………………………6 1.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類…………………………………………………6 1.3伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求…………………………………………6 1.4主要設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………6 二、運(yùn)動設(shè)計(jì)……………………………………………………………7 2.1傳動方案擬定………………………………………………………7 2.2降速比計(jì)算…………………………………………………………8 2.3絲杠螺母機(jī)構(gòu)

8、的選擇與計(jì)算………………………………………8 2.3.1確定滾珠絲杠螺母副的導(dǎo)程……………………………………8 2.3.2強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………9 三、動力計(jì)算……………………………………………………………12 3.傳動件轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算……………………………………………12 3.1齒輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算……………………………………………12 3.2工作臺的轉(zhuǎn)動慣量………………………………………………13 3.3絲杠的轉(zhuǎn)動慣量…………………………………………………13 3.4負(fù)載折算到電動機(jī)上的轉(zhuǎn)動慣量………………………………14 3.5電動機(jī)力矩計(jì)算

9、……………………………………………………14 3.6絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動剛度計(jì)算………………………………………15 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………16 4.1滾珠絲杠的安裝設(shè)計(jì)…………………………………………………16 4.2滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊………………………………16 五、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)分析………………………………………18 5.1滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn)……………………………18 5.2滾珠絲杠安裝方式特點(diǎn)…………………………………………18 5.3滾珠絲杠副的防護(hù)和潤滑………………………………………19 六、設(shè)計(jì)體會…………

10、………………………………………………21 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………22 一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng) 1.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號,由伺服驅(qū)動電路作轉(zhuǎn)換和放大后,經(jīng)伺服驅(qū)動裝置(直流、交流伺服電動機(jī),功率步進(jìn)電機(jī),電業(yè)脈沖馬達(dá)等)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu),驅(qū)動機(jī)床的工作臺、主軸刀架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速移動。數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系

11、統(tǒng)有本質(zhì)的差別,他能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動速度與位置,以及幾個執(zhí)行部件按一定運(yùn)動規(guī)律所合成的運(yùn)動軌跡。 1.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類 數(shù)控私服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋進(jìn)行分類,有以下三種: (1)開環(huán)伺服系統(tǒng) (2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) (3)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 1.3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 (1)精度要求 (2)響應(yīng)速度 (3)調(diào)速范圍 (4)低速、大轉(zhuǎn)矩 1.4 主要設(shè)計(jì)任務(wù) 已知參數(shù):最大加工直徑Dmax=400mm,工作臺及刀架重:30㎏;最大軸向力:130㎏;導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù):0.2;行程:360mm;步進(jìn)電

12、機(jī):110BF003;步距角:0.75°;電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量:J=1.8×10-2 ㎏.cm.s-2; 設(shè)計(jì)要求:車床控制精度:0.005mm(即為脈沖當(dāng)量);加速時間:25ms;最大進(jìn)給速度:Vmax=2.5m/min。 二、運(yùn)動設(shè)計(jì) 2.1 傳動方案擬定 數(shù)控機(jī)床按控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán),由于采用直流式交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)難度大,調(diào)試和維修困難,造價也高。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度,能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中各種誤差,消除間隙、干擾等對加工精度的影響,一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中,由于數(shù)控車床加工精度不十分高,采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。

13、若采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制,精度較閉環(huán)控制的查,但是穩(wěn)定性好,成本較低,調(diào)試維修較容易;但是對于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說必要性不大。故在本次設(shè)計(jì)中,采用開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 確定設(shè)計(jì)任務(wù)后,初步擬定三種傳動方案 即 1 電機(jī)直接與絲杠相連;2 電機(jī)通過同步帶的傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動;3電機(jī)通過齒輪傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。 步進(jìn)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn) : (1)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比,故控制輸入步進(jìn)電動機(jī)的脈沖個數(shù)就能控制位移量; (2)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比,與要控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速; (3)停止送入脈沖時,只要維持繞組內(nèi)電流不

14、變,電動機(jī)軸可以保持在某個固定位置上,不需要機(jī)械制動裝置; (4)變通電相序即可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向; (5)進(jìn)電動機(jī)存在齒間相鄰誤差,但是不會產(chǎn)生累積誤差; (6)進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小,啟動、停止迅速。滾珠絲杠副具有摩擦數(shù)小傳動效率高,所需的傳動轉(zhuǎn)矩小;靈敏度高,傳動平穩(wěn),不易產(chǎn)生爬行;隨著精度和定位精度高,磨損小,壽命長,精度保持性好,可通過預(yù)緊間隙消除措施提高軸承剛度和反向精度,運(yùn)動具有可性。 故在本次設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)帶動X向工作臺移動。傳動方案1的結(jié)構(gòu)簡單,但是消除由步進(jìn)電動機(jī)引起的振動等現(xiàn)象能力較差,故在本次設(shè)計(jì)中不采用方案1;傳動方案2采用同步帶傳

15、動保持恒定傳動比,傳動精度高工作平穩(wěn),結(jié)構(gòu)緊湊,無噪聲,有良好減振性能,但制造工藝比較復(fù)雜,傳遞功率較小,壽命較低,故在本次設(shè)計(jì)中不易采用。所以本次設(shè)計(jì)中采用方案3的齒輪傳動,其主要特點(diǎn)是效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠,壽命長,傳動比穩(wěn)定,傳動過程中采用消隙齒輪,消除正反轉(zhuǎn)齒輪間隙提高傳動精度,性價比高。 2.2 降速比計(jì)算 由于選用的步進(jìn)電機(jī)型號為110BF003,步距角為0.75。數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量為0.005mm。 降速比i按下式計(jì)算: 式中 —步進(jìn)電機(jī)的步距角,(°); —脈沖當(dāng)量,mm;

16、 s—絲杠螺距,㎜; 取s=6㎜。 2.3 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算 2.3.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 滾珠絲杠副的導(dǎo)程按下式計(jì)算: (2-1) 式中 —滾珠絲杠副的導(dǎo)程,(㎜); Vmax—工作臺最高移動速度,(); —電機(jī)最高轉(zhuǎn)速,(); 由設(shè)計(jì)任務(wù)查得: 查閱《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》得: 步進(jìn)電機(jī)110BF003的最高轉(zhuǎn)速。 將數(shù)值代入上式可得:㎜。 故取㎜。 2.3.2 強(qiáng)度計(jì)算 1.動載強(qiáng)度計(jì)算 1)對于燕尾型導(dǎo)軌的牽引力計(jì)算

17、F=KF+f(F+2F+G) (2-2) 取 K=1.4 f=0.2 考慮工作臺在移動過程中只受G影響 故 F=fG =0.2×30×9.8 =58.8(N) 考慮工作臺在加工時靜止只受FX影響 故 F= KF =1.4×9.8×130 =1783.6(N) 取F= F 2.計(jì)算最大動載荷 C 當(dāng)轉(zhuǎn)速時,滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點(diǎn)蝕,因此要進(jìn)行動載強(qiáng)度計(jì)算,其計(jì)算動載荷應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動載荷,即

18、 (2-3) 式中 —動載荷系數(shù); —硬度影響系數(shù); —當(dāng)量動載荷,N; —滾珠絲杠螺母副的額定動載荷,N; —壽命,以為一個單位。 (2-4) 式中 T—使用壽命,h; N—循環(huán)次數(shù); —滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速,。 查表取 T=15000 h 代入數(shù)據(jù)可的: 查 [1]表5-1取 查 [1]表5-2取f=1.0 當(dāng)工作載荷單調(diào)連續(xù)或周期性單調(diào)連續(xù)變化時,則 式中 、—最大和最小

19、工作載荷,N。 所以 計(jì)算可的: 查手冊選取CBM4006-5型滾珠絲杠副(),所以剛度滿足要求。 3.靜載強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)轉(zhuǎn)速時,滾珠絲杠螺母的主要破壞形式為滾珠接觸面上產(chǎn)生較大塑性變形,影響正常工作。為此進(jìn)行靜載強(qiáng)度計(jì)算,最大計(jì)算靜載荷為: 式中 —硬度影響系數(shù); 查手冊可得:CBM4006-5型滾珠絲杠副額定靜載荷,所以滿足要求。滾珠絲杠螺母的主要參數(shù)如表2-1所示: 表2-1 滾珠絲杠螺母副的主要參數(shù) 滾珠絲杠副型號 CBM4006-5 公稱直徑 ㎜ 導(dǎo)程 ㎜ 鋼

20、球直徑 ㎜ 絲杠外徑 ㎜ 螺紋底徑 ㎜ 額定動載荷 額定靜載荷 接觸剛度 三、動力計(jì)算 3. 傳動件轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 3.1 齒輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 1、傳動比的計(jì)算 2、 初步分配傳動比 按獲得最小轉(zhuǎn)動慣量的原則分配傳動比 i=ii i= (3-1) 得 i=1.52 i=1.64 3、 初步估計(jì)齒輪 模數(shù)m=1.25 小齒輪Z=27 大齒輪

21、㎜ ㎜ 小齒輪 大齒輪 4、 轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 有下式計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)動慣量: (3-2) 式中 d—齒輪分度圓直徑,mm; b—齒輪寬度,mm。 將數(shù)值代入上式可得: ㎏·㎡ ㎏·㎡ ㎏·㎡ ㎏·㎡ 3.2 工作臺的轉(zhuǎn)動慣量 工作臺的轉(zhuǎn)動慣量按下式計(jì)算: (3-3) 式中 W—工作臺(包括工件)的質(zhì)量,㎏; S—絲杠螺距,㎜。 將數(shù)值代入上式可得:

22、 ㎏·㎡ 3.3 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量按下式計(jì)算: (3-4) 式中 —滾珠絲杠直徑,㎜; L—支承距,㎜。 由珠絲杠的參數(shù)可得:㎜,㎜。 所以 ㎏·㎡ 3.4 負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為: ㎏·㎡ 3.5 電動機(jī)力矩計(jì)算 3.2.1 計(jì)算加速力矩

23、 =0.092N·m 3.2.2 計(jì)算摩擦力矩 N·m 式中 —傳動鏈總效率,取。 計(jì)算附加摩擦力矩 N·m 式中 —傳動鏈總效率,取; —滾珠絲杠未預(yù)緊時的效率,取。 根據(jù)公式計(jì)算快速空載啟動時電動機(jī)所需力矩 =0.532N·m 3.6 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動剛度計(jì)算 滾珠絲杠一端軸向支撐,絲杠的最小拉壓剛度和最大拉壓剛度分別為:

24、 式中 E—彈性模量。 按取近似估算,將絲杠本身的拉壓剛度乘以,作為傳動的綜合拉壓剛度,即: 反向死區(qū)誤差計(jì)算: 所以能夠滿足單脈沖進(jìn)給的要求。 計(jì)算由于傳動剛度的變化引起的定位誤差: 四、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1滾珠絲杠的支承 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷,徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求,其

25、兩端支承的配置情況有:一端軸向固定一端自由的支承配置方式,通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠;一端固定一端浮動的方式,常用于較長的臥式安裝絲杠;以及兩端固定的安裝方式,常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠,這種配置方式可對絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此設(shè)計(jì)中采用兩端固定的方式,以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進(jìn)行拉伸。 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剛度的地方。 60°角接觸軸

26、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。 在此設(shè)計(jì)中采用了以面對面配對組合的60°角接觸軸承,以容易實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱,其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差,可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu),使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。 4.2滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置,是數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中使用最為廣泛

27、的傳動裝置。 滾珠絲杠在軸向載荷作用下,滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產(chǎn)生嚴(yán)重接觸變形,接觸剛度與接觸表面預(yù)緊力成正比。如果滾珠絲杠螺母副間存在間隙,接觸剛度較小;當(dāng)滾珠絲杠反向旋轉(zhuǎn)時,螺母不會立即反向,存在死區(qū),影響絲杠的傳動精度。因此,滾珠絲杠螺母副必須消除間隙,并施加預(yù)緊力,以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙,提高滾珠絲杠螺母副的接觸剛度。 滾珠絲杠螺母副采用偏心軸套式調(diào)整法達(dá)到消除齒輪間隙的目的,如圖所示: 圖 偏心軸套調(diào)整法 1.齒輪;2.偏心軸套;3.齒輪。 圖中1代表齒輪,2代表偏心軸套,電動機(jī)通過偏心軸套2安裝在齒輪箱上,偏心軸套

28、可以在一定程度上消除因齒厚誤差和中心距誤差引起的齒側(cè)間隙。 通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置,使兩個螺母的滾珠在承受載荷之前,分別與絲杠的兩個不同的側(cè)面接觸,產(chǎn)生一定的預(yù)緊力,以達(dá)到提高軸向剛度的目的。調(diào)整預(yù)緊有多種方式,上圖所示的為墊片調(diào)整式,通過改變墊片的厚薄來改變兩個螺母之間的軸向距離,實(shí)現(xiàn)軸向間隙消除和預(yù)緊。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、可靠性好。 五、主要結(jié)構(gòu)性能及特點(diǎn)分析 5.1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理及特點(diǎn) 如下圖所示,在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽,這兩個圓弧形槽合起來便形成了螺旋滾道,在滾道內(nèi)裝入滾珠。當(dāng)絲杠相對螺

29、母旋轉(zhuǎn)時,滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動,迫使二者發(fā)生軸向相對位移。為防止?jié)L珠從螺母中滾出來,在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置,使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構(gòu)成一個閉合回路。由于滾珠的存在,絲杠與螺母之間是滾動摩擦,僅在滾珠之間存在滑動摩擦。 圖 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有下列特點(diǎn): (1)摩擦損失小、傳動效率高; (2)運(yùn)動平穩(wěn),摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行; (3)軸向剛度高、反向定位精度高; (4)摩損小、壽命長、維護(hù)簡單; (5)傳動具有可逆性、不能自鎖; (6)同步性好,用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳

30、動幾個相同的部件或裝置時,可獲得較好的同步性; (7)有專業(yè)廠生產(chǎn),選用配套方便。 5.2 滾珠絲杠安裝方式特點(diǎn) 采用兩端固定的安裝方式,這種支承剛度最高,只要軸承無軸向間隙,絲杠的拉壓剛度可提高四倍??梢赃M(jìn)行預(yù)拉伸安裝,克服熱膨脹。當(dāng)溫升超過預(yù)計(jì)的溫升時,不會像雙向游動那樣產(chǎn)生軸向間隙,但實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸及其調(diào)整方法較為復(fù)雜。 5.3滾珠絲杠副的防護(hù)和潤滑 (1)滾珠絲杠副的防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣,應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入,因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露,則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩,如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮

31、套管以及折疊式套管等。安裝時將防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面,另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置,則可采用密封圈防護(hù),密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成,其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀;接觸式密封圈的防塵效果好,但由于存在接觸壓力,使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈,它采用硬質(zhì)塑料制成,其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反,并稍有間隙,這樣可避免摩擦力矩,但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置,防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時更換。 (2)滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑油一般為

32、全損耗系統(tǒng)用油:潤滑脂可采用鋰基潤滑脂。潤滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi),而潤滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。每半年對滾珠絲杠上的潤滑脂更換一次,清洗絲杠上的舊潤滑脂,涂上新的潤滑脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠副,可在每次機(jī)床工作前加油一次。 3.滾珠絲杠副在高速數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用 高速加工是面向21世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù),它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征,在航天航空、汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用,并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)高速加工,首先要有高速數(shù)控機(jī)床。高速數(shù)控機(jī)床必須同時具有高速主軸

33、系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng),才能實(shí)現(xiàn)材料切削過程的高速化。為了實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給,國內(nèi)外有關(guān)制造廠商不斷采取措施,提高滾珠絲杠的高速性能。主要措施有: 1)適當(dāng)加大絲杠的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導(dǎo)程滾珠絲杠名義直徑與導(dǎo)程的匹配為:40mm×20mm,50mm×25mm,50mm×30mm等,其進(jìn)給速度均可達(dá)到60m/min以上。為了提高滾珠絲杠的剛度和承載能力,大導(dǎo)程滾珠絲杠一般采用雙頭螺紋,以提高滾珠的有效承載圈數(shù)。 2)改進(jìn)結(jié)構(gòu),提高滾珠運(yùn)動的流暢性。改進(jìn)滾珠循環(huán)反向裝置,優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù),采用三維造型的導(dǎo)珠管和回珠器,真正做到沿著內(nèi)螺紋的導(dǎo)程角方向?qū)L珠引進(jìn)螺母體中,使?jié)L珠運(yùn)動的方向與

34、滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。 3)采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)。高速滾珠絲杠在運(yùn)行時由于摩擦產(chǎn)生高溫,造成絲杠的熱變形,直接影響高速機(jī)床的加工精度。采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù),就是將恒溫切削液通入空心絲杠的孔中,對滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)制冷卻,保持滾珠副溫度的恒定。這個措施是提高中、大型滾珠絲杠高速性能和工作精度的有效途徑。 4)對于大行程的高速進(jìn)給系統(tǒng),可采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式。此時,螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動,由于絲杠不動,可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制,避免了細(xì)長滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運(yùn)動靈活,可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。 5)進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造

35、質(zhì)量。通過采用上述種種措施后,可在一定程度上克服傳統(tǒng)滾珠絲杠存在的一些問題。日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國際領(lǐng)先地位,其最大快速移動速度可達(dá)60m/min,個別情況下甚至可達(dá)90m/min,加速度可達(dá)15m/s2。由于滾珠絲杠歷史悠久、工藝成熟、應(yīng)用廣泛、成本較低,因此在中等載荷、進(jìn)給速度要求并不十分高、行程范圍不太大(小于4~5m)的一般高速加工中心和其他經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床上仍然經(jīng)常被采用。 六、設(shè)計(jì)體會 課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。

36、 回顧起此次<<數(shù)控車床橫向系統(tǒng)設(shè)計(jì)>>課程設(shè)計(jì),至今我仍感慨頗多,的確,從從拿到題目到完成整個課程設(shè)計(jì),從理論到實(shí)踐,在五個多月的日子里,可以學(xué)到很多很多的的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識,而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來,從理論中得出結(jié)論,才能真正為社會服務(wù),從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題,可以說得是困難重重,同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處,對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,比如說分配齒輪的傳動比

37、……通過這次課程設(shè)計(jì)之后,一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。 參考文獻(xiàn) [1] 文懷興 夏田編著 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 北京 [2] 文懷興 夏田編著 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南 化學(xué)工業(yè)出版社 北京 [3] 濮良貴 紀(jì)名剛主編 機(jī)械設(shè)計(jì)高等教育出版社 北京 [4] 吳克堅(jiān) 鄭文偉主編 機(jī)械原理高等教育出版社 北京 [5] 盧秉恒主編 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社 北京 [6] 曹金榜主編 機(jī)床主軸/變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社 北京 [7] 周開勤主編 機(jī)械零件手冊高等教育出版社 北京 [8] 上海紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊 上海科學(xué)技術(shù)出版社 上海 第22頁

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