龍門式可換頭五軸聯(lián)動加工中心3D設(shè)計-論文

1、摘 要本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務是龍門式可換頭五軸聯(lián)動加工中心3D設(shè)計。該機床具有很強的數(shù)控功能，是高效率高精度加工空間曲面類零件，如各類模具、水輪機和汽輪機葉片、三元流離心壓氣機、船用螺旋漿和推進器及螺旋錐齒輪的關(guān)鍵設(shè)備?？梢淮窝b夾工件在多種空間角度進行銑、鏜、鉆等工序加工，加工各種具有復雜輪廓表面、型腔的工件，可作銑鏜、鉆孔等加工。廣泛適用于各種機械制造業(yè)，特別是模具制造業(yè)。它可以實現(xiàn)五軸控制、五軸聯(lián)動，高速運轉(zhuǎn)。主軸電機采用交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)主軸的自動無級變速。該部分的主要內(nèi)容是龍門立柱、床身及進給部件的3D設(shè)計。在掌握PRO/E軟件的基本功能后，對機床的各部件進行造型設(shè)計，然后，進行

2、裝配和運動仿真，達到設(shè)計的目的。第一章 概 述第一節(jié) 加工中心加工中心是有機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于復雜零件加工的高效自動化機床。由于它具有自動換刀能力，能在一次裝卡后完成多道工序，如鉆、銑、鏜、鉸、攻螺紋、切內(nèi)槽等加工，形成多工序自動換刀數(shù)控鏜銑床，它用于加工各種箱體類、板類復雜零件。各種高精床加工中心，可代替精密坐標鏜床，還可作為基礎(chǔ)組成柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。一、加工中心的定義 加工中心(Machining Center簡稱MC)是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及

3、傳感技術(shù)及通訊診斷、刀具和應用編程技術(shù)的高技術(shù)產(chǎn)品，它綜合了數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能并聚集在一臺加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動換刀裝置和刀庫，可在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內(nèi)外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可以減少工件裝卡、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床34倍，達80%以上。所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。二、加工

4、中心的發(fā)展歷程及在我國的發(fā)展狀況1952年，美國麻省理工學院首次實現(xiàn)了三坐標銑床數(shù)控化，數(shù)控裝置采用真空管電路。1955年第一次進行數(shù)控機床的批量制造，年產(chǎn)量為100臺。數(shù)控銑床是電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)的結(jié)合運用，是機械加工領(lǐng)域劃時代重大技術(shù)性突破，數(shù)控機床利用編程軟件，可方便地將簡單工序集中起來，從而大大提高了零件的加工效率和加工質(zhì)量，并具有相當大的柔性。在復雜零件工序高度集中時，必須頻繁更換刀具，以便提高生產(chǎn)效率，為了解決自動換刀問題，最早出現(xiàn)了轉(zhuǎn)塔頭立式鉆鏜銑床，在轉(zhuǎn)塔頭上有6-12根短主軸，每根主軸上裝有一把刀具，當處于工作位置的刀具加工完畢之后，機床控制轉(zhuǎn)塔頭松開，轉(zhuǎn)位，讓

5、下一工序的刀具進入工作位置，夾緊轉(zhuǎn)塔頭之后，再繼續(xù)加工，直至完成全部工序。1958年，美國K&T公司首先把銑鉆鏜等多種工序集中于一臺機床上，通過換刀方式實現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。該產(chǎn)品出現(xiàn)后，引起了日、美、德、英、法、意等先進工業(yè)國家高度重視，競相開發(fā)生產(chǎn)，不斷擴大和完善機床的功能，成為數(shù)控機床中發(fā)展最快，需求量最大的商品之一。如今，世界上出現(xiàn)了立式、臥式、龍門式、落地式等各種加工中心，據(jù)不完全統(tǒng)計，大約有一千多個品種規(guī)格。 北京機床研究所于1973年研制出了JCS013型臥式加工中心。1980年該所引進了日本FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)制造技術(shù)，并投入批量生產(chǎn)，為我國數(shù)控機床的進一

6、步發(fā)展準備了先決條件，使我國的加工中心的研制出現(xiàn)了良好的局面，加工中心的產(chǎn)量出現(xiàn)了穩(wěn)定上升的趨勢。在第七屆中國國際機床展覽會上，展出數(shù)控龍門鏜銑床、龍門加工中心11臺，其中龍門加工中心8臺數(shù)控龍門鏜銑床3臺，除3臺是臺灣廠商生產(chǎn)的展品外，其余8臺是大陸展品。這表明我國加工中心的發(fā)展取得神速進步，引起了國內(nèi)外的關(guān)注，但離世界的先進水平還有很大的差距。 三、加工中心的工作原理加工中心的工作原理如圖11所示，根據(jù)零件圖紙，制定工藝方案，采用手工或計算機編程進行零件的程序編制，把零件所需的機床各種動作及全部工藝參數(shù)變成機床數(shù)控裝置能接受的信息、代碼，并把這些代碼存儲在信息載體上，將信息載體送到輸入裝置

7、，讀出信息，并送入數(shù)控裝置。進入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過一系列處理和運算能變成脈沖信號，有的信號送到機床的伺服系統(tǒng)，通過伺服機構(gòu)對其進行轉(zhuǎn)換和放大，再經(jīng)過傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床有關(guān)部件，使刀具和工件嚴格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應運動，還有的信號，送到可編程控制器中，以順序控制機床的其它輔助動作，實現(xiàn)刀具的自動更換。手工編程穿孔機零件圖計算機自動編程穿孔帶輸入裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機 床自動換刀裝置 圖11 加工中心的工作原理四、加工中心的組成加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不同。機床本身分基本部件和選擇部件，數(shù)控系統(tǒng)由基本功能和選用功能，機床參數(shù)有主參數(shù)和其它參數(shù)。但同類型機床產(chǎn)品的基本

8、功能和部件組成一般差別不大。從總體上看加工中心大體由以下幾部分組成。（1）基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心的基礎(chǔ)構(gòu)件，它們可以是鑄鐵件、也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削載荷。故必須是剛度很高的部件，亦是加工中中心質(zhì)量和體積最大的部件。（2）主軸部件 它由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。（3）控制系統(tǒng) 單臺加工中心的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程系控制器、伺服驅(qū)動裝置以及電機等部分組成。們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程中的控制中心。（4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，其性能是決定機

9、床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。加工中心普遍采用半封閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種控制方式。（5）自動換刀裝置 它由刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等部件組成。刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置。（6）輔助系統(tǒng) 包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓河水及檢測系統(tǒng)等部分。它們是加工中心不可缺少的部分。（7）自動托盤更換系統(tǒng) 有的加工中心為進一步縮短非切屑時間，配有兩個自動交換工件托盤，一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外進行裝卸工件。五、加工中心的特點及應用 （1） 應變能力強 適用于多品種、單件小批量零件的加工。 （2） 加工精度高 多軸聯(lián)動可實現(xiàn)復雜輪廓的插補運動， （3）大大減

10、輕了工人的體力勞動，適用于工序集中且工序較多的零件加工（4） 有較高的加工生產(chǎn)率和較低的加工成本（5） 有利于實現(xiàn)加工的現(xiàn)代管理第二節(jié) 虛擬制造虛擬制造技術(shù)是剛提出的面向21世紀的先進制造技術(shù)，目前仍處于研究和探索階段，它是以信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支持，在高性能計算機及高速網(wǎng)絡(luò)中，采用群組協(xié)同工作，通過虛擬模型來模擬和預估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)產(chǎn)品制造的全過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，并進行過程管理與控制。綜合國內(nèi)外學者們已有的觀點，都認同把虛擬制造分為三類：以設(shè)計為中心的虛擬制造（Design-Center

11、ed VM）、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造(Production-Centered VM)和以控制為中心的虛擬制造(Control-Centered VM)。其中，由于CAD技術(shù)的應用和發(fā)展，以CAD為基礎(chǔ)的以設(shè)計為中心的虛擬制造得到了更快、更廣泛的應用，同時，也更容易獲得實際效果。虛擬制造被譽為21世紀的新型生產(chǎn)模式，是制造業(yè)迎接21世紀挑戰(zhàn)的有效技術(shù)，盡管對它的研究只有短短的幾年，但它對制造業(yè)起著革命性的影響，成為制造業(yè)領(lǐng)域研究的熱點之一。本課題采用虛擬制造技術(shù)開發(fā)五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心，對研究虛擬制造技術(shù)在機床開發(fā)領(lǐng)域起著重要的作用，它將促進虛擬制造理論系統(tǒng)的研究和應用實施。虛擬制造技術(shù)重點研究

12、工作集中在產(chǎn)品的虛擬仿真技術(shù)和應用上。例如應用運動學和動力學分析軟件分析產(chǎn)品的功能。特別是在機床的虛擬制造技術(shù)中，最早是進行切削過程的仿真。在虛擬制造的另一各方面，應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的裝配仿真、生產(chǎn)過程仿真、新產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)組織仿真等也是虛擬制造技術(shù)研究的熱點。制造領(lǐng)域中應用虛擬技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品開始于90年代中期，首先是在少數(shù)發(fā)達國家開始應用，與此同時，虛擬產(chǎn)品制造的理論和相關(guān)技術(shù)研究也在同步進行。運用三維CAD建立虛擬模型是首要的工作。在虛擬建模技術(shù)基礎(chǔ)上，提出虛擬產(chǎn)品模型，它是一個集成的數(shù)字模型，包含產(chǎn)品各方面的信息，以便于進一步進行產(chǎn)品虛擬現(xiàn)實分析和基于網(wǎng)絡(luò)的分析制造等。在國

13、內(nèi)，虛擬制造的研究開始于90年代中期。上海交通大學CIMS研究所和機械院機電研究所分別得到國家自然科學基金的資助，開始虛擬制造基本技術(shù)的研究應用。清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室也是我國最早的虛擬制造技術(shù)研究部門之一。綜合上述資料分析，虛擬制造技術(shù)的發(fā)展應用已成為近階段新技術(shù)開發(fā)應用的主流技術(shù)，由于采用該技術(shù)硬件設(shè)備和資金的投入少、見效快，在國際國內(nèi)都引起了足夠的重視。但是，目前虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域中尚存許多有待研究的題目，如合理的虛擬制造體系、虛擬產(chǎn)品設(shè)計、虛擬產(chǎn)品制造的理論與相關(guān)技術(shù)，以及構(gòu)筑虛擬制造系統(tǒng)（VMS）的各種支撐技術(shù)和異構(gòu)環(huán)境下的實驗平臺等。盡管虛擬制造發(fā)展迅速，但是目前

14、還缺乏從產(chǎn)品設(shè)計全過程的高度開展虛擬制造的研究。在應用虛擬制造技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品的基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，國內(nèi)尚未自行開發(fā)成熟的應用軟件，幾乎都是在國外商品工具軟件的平臺上進行應用和二次開發(fā)。第三節(jié) 五軸聯(lián)動數(shù)控機床隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。高技術(shù)、高性能數(shù)控機床是發(fā)展國民經(jīng)濟和加強國防建設(shè)的重要條件，數(shù)控機床發(fā)展趨勢是高精度、高速度、高效率化（精度、速度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標）、柔性化、工藝復合性和多軸化、實時智能化。五軸數(shù)控機床和三軸數(shù)控加工相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更復雜型面工件的加工，得到更好

15、的表面加工質(zhì)量。隨著機床制造技術(shù)的發(fā)展，五軸機床越來越多的應用于國家重要工業(yè)的各個領(lǐng)域。五軸加工機床由于生產(chǎn)制造技術(shù)上的難度遠遠大于三軸機床，很長時間沒有解決國產(chǎn)化問題。主要存在三方面的問題：1）五軸聯(lián)動機床控制系統(tǒng)；2）可實現(xiàn)五個坐標進給運動的機床結(jié)構(gòu)復雜；3）五軸聯(lián)動加工數(shù)控程序的編制。目前主要問題正在逐步解決，對五軸加工中心的開發(fā)和國產(chǎn)化提供了條件。近年來，在國外一些發(fā)達國家中，五軸聯(lián)動已經(jīng)普遍應用于數(shù)控滑枕銑床、數(shù)控龍門銑床和數(shù)控加工中心，實現(xiàn)四面和五面加工，大大提高了銑床的自動化水平和工藝范圍以及工作效率。在國內(nèi)五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的開發(fā)中，目前國內(nèi)已有廠家開發(fā)和生產(chǎn)，但是對于自動萬

16、能銑頭目前國內(nèi)還沒有廠家開發(fā)和生產(chǎn)，主要還處于搜集技術(shù)資料和研究階段。在國內(nèi)，通過合作生產(chǎn)、引進技術(shù)、合資、自主開發(fā)，數(shù)控機床取得了可喜的進步.普及型數(shù)控機床基本滿足國內(nèi)需要。但是，對于汽車工業(yè)、航天航空工業(yè)、船舶工業(yè)、兵器工業(yè)急需的高速、高精、復合、多軸聯(lián)動的數(shù)控機床,如,五軸聯(lián)動的立臥轉(zhuǎn)換加工中心，高速加工中心，精密加工中心，五軸龍門加工中心，高精度數(shù)控機床，高性能車削中心，高精度電加工機床等等，有的處于攻關(guān)階段，有的正處于試制和試生產(chǎn)階段，與國外同類產(chǎn)品相比尚有不小差距。高性能數(shù)控機床是發(fā)展我國國民經(jīng)濟和加強國防建設(shè)的重要條件，國際上發(fā)達國家常把它作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度，對社會主

17、義國家實行禁運，限制其國防軍事工業(yè)發(fā)展、高技術(shù)發(fā)展和綜合國力的提高。近年來，高速銑及高速加工中心；五面體龍門加工中心及龍門仿型加工中心成為兩大進口熱點，反映了面臨入世的中國機床市場需求結(jié)構(gòu)升級。五軸加工中心可實現(xiàn)多軸結(jié)構(gòu)，可用于更復雜曲面的加工，工業(yè)用途范圍大，使用靈活，易于實現(xiàn)高速，是一些產(chǎn)品加工必須使用的機床設(shè)備，也是數(shù)控機床產(chǎn)品中的高技術(shù)難度產(chǎn)品。第二章 總體方案設(shè)計機械設(shè)計是機械產(chǎn)品制造全過程中的第一步。設(shè)計師經(jīng)過構(gòu)思、分析和計算，并充分考慮制造工藝及產(chǎn)品使用和維修等多方面的問題，將產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)和全部細節(jié)通過圖紙、技術(shù)文件和計算機軟件，具體和確切地描述出來，以之作為制造工作的全面和唯

18、一的依據(jù)。機械設(shè)計的水平和質(zhì)量不但對產(chǎn)品的技術(shù)性能，而且也對產(chǎn)品在制造和使用過程中的經(jīng)濟性和環(huán)境影響都起全面的和決定性的作用?？傮w設(shè)計是機床設(shè)計的中心環(huán)節(jié)，它對機床產(chǎn)品的技術(shù)性能、經(jīng)濟指標和外觀造型具有決定意義。總體方案的擬定，就是要提出和確定所設(shè)計機床設(shè)備的工藝方法、運動和布局、傳動和結(jié)構(gòu)、控制和性能等方面的方案?？傮w方案設(shè)計包括下列內(nèi)容：（1） 查研究 包括調(diào)查和分析工件，了解所設(shè)計機床的使用要求和制造條件，調(diào)查研究同類型機床和有關(guān)科技成就等文獻資料；（2） 工藝方案的確定。在進行機床總體設(shè)計時，應對不同類型的工藝方案進行分析比較，選擇符合實際情況的具有先進性的工藝方案。（3） 確定機床的

19、總體參數(shù)?？傮w參數(shù)是表明機床技術(shù)性能的主要指標，包括機床性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)兩方面。性能參數(shù)是指生產(chǎn)率、載荷、速度、功率和重量等。結(jié)構(gòu)參數(shù)是指主要結(jié)構(gòu)尺寸。（4） 機床運動系統(tǒng)方案設(shè)計和確定機床運動簡圖。根據(jù)工藝動作過程選用合適執(zhí)行機構(gòu)，完成各個基本運動，再用一定的組合方式構(gòu)成機械系統(tǒng)來實現(xiàn)產(chǎn)品的功能。（5） 機床總體布置。主要是確定主要機床設(shè)備和輔助設(shè)備的相互位置和連接方式。并考慮安全操作、整體造型等問題。（6） 機床驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)所需的載荷，選擇或設(shè)計機床的工作構(gòu)件，本機床采用滾珠絲杠驅(qū)動工作臺和滑枕座進給運動。（7） 動力源特性分析。采用交流伺服電機。（8） 機器造型設(shè)計。對機器外形、

20、色彩進行藝術(shù)處理。（9） 畫出總裝配圖、零件施工圖。（10） 編寫全部設(shè)計技術(shù)文件。2.1 總體方案設(shè)計的依據(jù)總體方案設(shè)計的主要依據(jù)包括零部件、同類型機床的有關(guān)科技成就、使用要求以及制造條件等。（1） 充分調(diào)查，掌握有關(guān)資料，本次設(shè)計任務是五軸聯(lián)動加工中心，主要用于曲面加工，切削力不大，但要求被加工面的尺寸精度、位置精度較高，表面粗糙度較好，生產(chǎn)率高。（2） 本課題來源于1999年底，北京機械工業(yè)學院、北京航天航空大學和桂林機床股份有限公司開始共同開發(fā)研制五軸聯(lián)動加工中心。在設(shè)計過程中參考了該機床的一些具體方案。2.2 工藝分析、方案確定本次設(shè)計的五軸聯(lián)動加工中心，主要任務是完成立柱、橫梁、床

21、身、工作臺和鐵屑輸送裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模和裝配，并完成立柱、橫梁的運動仿真。通過調(diào)研并在導師的指導下，確定設(shè)計的具體方案為： 整機采用固定龍門式結(jié)構(gòu)，剛性好，外形美觀，上下工件與操作方便。 主軸采用高速電主軸，主軸轉(zhuǎn)速高，加工效率高。 工作臺面及三向行程參數(shù)大，加工范圍廣，整機剛性高，承載重量大。 主要大件采用箱形結(jié)構(gòu)，強度與剛性好。 縱向?qū)к壊捎镁匦未慊鹳N塑結(jié)構(gòu)，橫向?qū)к壊捎镁匦闻c燕尾形的組合結(jié)構(gòu)，導軌強度高，剛性好，耐磨性強，運動靈敏度高。 三向進給采用精密滾珠絲桿傳動。 采用自動集中潤滑裝置。 配置兩組平板鏈式自動排屑裝置，自動化程度高。 可選擇配置四周封閉式防護圍罩，密封性好。2.

22、3設(shè)計的數(shù)據(jù)及來源：基本數(shù)據(jù)（長度單位：）：工作臺面積（寬長）：16004000工作臺縱向行程：4000滑枕行程： 橫向：1000；縱向：2500主軸斷面到工作臺面的距離：最?。?5；最大：1095主電機功率：28 機床主軸轉(zhuǎn)速范圍（rpm）：010000A（B）軸擺角100、C軸轉(zhuǎn)角180、刀庫容量40機床體積（長寬高）：940043003900工作臺最大承受重量：10000數(shù)據(jù)來源：桂林機床股份有限公司XK2316/3-5X五軸聯(lián)動數(shù)控銑床第三章 機床設(shè)計計算第一節(jié) 機架設(shè)計計算機器的床身、立柱、橫梁、工作臺通稱為機架。機架在機器的總重量中占有很大的比例（約占機床總質(zhì)量的7090）。機架支

23、撐著機器中所有基本部件，并承受作用在機器中的全部作用力。機架對機器的安裝精度、工作精度、耐磨性、抗振性及可靠性有很大影響。因此，在計算機架零件時，合理選用機架材料和正確設(shè)計其結(jié)構(gòu)形式及尺寸，是減小機器質(zhì)量，節(jié)約金屬材料，提高工作精度，增強機器剛度及耐磨性等重要途徑。在設(shè)計機架零件的過程中應滿足下列一些基本要求：1.要有足夠的剛度和強度。機架零件經(jīng)常以剛度作為主要設(shè)計準則。實踐證明，機架零件的剛度滿足了，則強度一般也是足夠的。2.要有合適的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，便于安裝、操作、制造及維修。3.要有較好的吸振性能；對于帶有導軌的機架零件，還應有良好的耐磨性。4.材料價格低廉，工藝性好，易于制造。5.在滿

24、足使用要求和經(jīng)濟要求的前提下，力求造型美觀。一. 機架的結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)在進行機床機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須綜合考慮機架的工作性能和工藝性，應在滿足工作性能的前提下，減輕機架重量，節(jié)約金屬，提高機架的靜剛度和動態(tài)性能，減少機架鑄造和加工的工作量。 因此，靜剛度的提高和重量的減輕，同時都可提高機架的固有頻率。在大多數(shù)情況下，提高固有頻率可改善機架的動態(tài)特性。1.斷面形狀的選擇(1) 一般概念根據(jù)材料力學的理論和實踐證明,桿件的抗拉和抗壓剛度取決于桿件斷面面積的大小,而與斷面的形狀無關(guān);而桿件的抗彎剛度和抗扭剛度則除與斷面的面積大小有關(guān)外,還取決于斷面的形狀。桿件的抗彎和抗扭剛度與桿件斷面慣性矩成正比。

25、(2) 床身斷面形狀的選擇圖1 床身斷面形狀這類床身工作時，主要承受彎曲載荷，由于無需經(jīng)床身排除切屑，所以頂面多采用封閉的，臺面也不能太高，以便與工件安裝調(diào)整。斷面尺寸的h/b比一般小于1。適用于小型無升降臺式銑床、龍門刨床、龍門銑床、鏜床、插床等。(3) 立柱斷面形狀的選擇矩形閉式斷面結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有筋板和筋條，抗扭及抗彎剛度高，應用于復雜空間載荷的機床，如銑床鏜床等機床。斷面尺寸h/b約為1。圖2 立柱斷面形狀(4) 橫梁斷面形狀的選擇龍門機床的橫梁工作時承受復雜的空間載荷，其龍門垂直方向上的剛度，對機床總剛度影響很大。剛度小的橫梁的變形量，有時在機床的綜合變形量中可占到2040，其中又以扭轉(zhuǎn)

26、變形為主，占60。根據(jù)受力情況，橫梁的斷面一般選取矩形封閉式斷面。在橫梁內(nèi)部均布置有縱、橫筋板合筋條。圖3 橫梁斷面形狀2.筋板和筋條的布置（1） 基本概念開式斷面的結(jié)構(gòu)和半開式斷面結(jié)構(gòu)的抗扭剛度較差，在其內(nèi)部安置筋板，可增加抗扭剛度。閉式斷面結(jié)構(gòu)，當尺寸大而壁薄時，在其內(nèi)部安裝筋板，可減小其局部變形和斷面形狀的畸變。合理布置大件內(nèi)部的筋板是提高大件剛度、減輕大件重量的重要途徑之一。筋板之所以能夠提高大件的剛度，是因為筋板能使大件外壁的局部載荷傳遞給其它壁板，使它們均衡地承受載荷，并將外壁的彎曲變形轉(zhuǎn)化為筋板的拉伸和壓縮變形，由于這類變形的值很小，因此可阻止外壁的彎曲變形，筋板可大大地加強大件

27、的四壁一個整體的作用，在承受扭矩時，可減小形狀的畸變。（1） 的筋板布置龍門銑床的床身相當于斷面中三面封閉的鉸支梁。半封閉式斷面的鉸支梁抗扭剛度較低，內(nèi)部必須布置筋板。圖4 床身筋板布置形狀（1） 橫梁的筋板布置龍門型機床的橫梁一般均為封閉式斷面。閉式斷面的鉸支梁較其它斷面的鉸支梁的抗彎和抗扭剛度都高，但機床橫梁的變形對機床加工精度的影響很大，所以內(nèi)部一般仍多布置有各種筋板或筋條。 圖5 橫梁內(nèi)部筋板布置形狀（2） 立柱的筋板布置立柱由于支承條件不利并承受復雜載荷，所以斷面形狀一般為閉式矩形或雙矩形。長度和斷面尺寸較大時，內(nèi)部均布置有縱、橫的筋板和筋條，以減少大件的局部變形和斷面畸變，并提高抗

28、彎和抗扭剛度。圖6 橫梁內(nèi)部筋板布置形狀（3） 工作臺的結(jié)構(gòu)和筋板布置 本機床采用矩形工作臺，其寬度較大，為了減輕重量，提高剛度，均取斷面為封閉式的箱形結(jié)構(gòu)，為了保證工作臺有足夠的抗彎剛度，閉式斷面的工作臺內(nèi)部均應布置縱向筋和大量的橫向筋。橫向筋一般每隔300400mm布置一條，縱向筋布置在T形槽下，以減小臺面卡緊時的局部變形。工作臺周圍需安排水槽供排泄切屑液用。圖7 工作臺結(jié)構(gòu)示意圖 其中 槽數(shù) 9 槽寬 22 槽距 160 （單位：mm）3.機架外壁上的窗孔機架內(nèi)部由于安置傳動機構(gòu)、液壓、電氣裝置及線道管道等，因而在外壁及內(nèi)部筋板上需要作出各種窗孔。窗孔的形狀、大小及位置，對機架的剛度有一

29、定影響，設(shè)計時需適當考慮。4.機架壁厚的選擇機架的重量在一臺機床的總重量中占很大比例，在節(jié)約金屬材料方面有較大的潛力。機架的壁厚應在剛度要求和鑄造工藝允許的條件下，盡量采用較小的值。根據(jù)實踐的經(jīng)驗，鑄鐵機架的壁厚可根據(jù)大件外形的最大尺寸或外性空間尺寸來選定。筋板的厚度一般取壁厚的80。機架在導軌處、與其它機架聯(lián)結(jié)處及安裝軸承和軸承支架處的壁板和筋板，除需合理布筋外，還應適當增加厚度，以局部變形。外壁和縱向主筋 1020mm筋 816mm導軌支承壁 2332mm5.機架間的聯(lián)接與固定機床的床身、立柱、橫梁等機架，在裝配時用螺釘互相聯(lián)接成為整體。，一般機床在工作時，床身或底座大都需用螺釘固定在地基

30、上。機架的這些聯(lián)接部分的結(jié)構(gòu)必須設(shè)計適當，否則在工作中容易產(chǎn)生較大的局部變形。機架接合面處的變形和位移主要來源于接合面的接觸變形、固定螺釘?shù)淖冃我约皺C架聯(lián)接部位的局部變形。為了保證機架的聯(lián)接剛度，設(shè)計時應注意以下幾點：a.重要的固定接合面的光潔度應規(guī)定的適當，一般不應低于6，最好能經(jīng)過初刮工序，每25*25mm2面積內(nèi)的接觸點數(shù)不少于48點。B.固定螺釘?shù)闹睆綉銐虼?，以期有足夠的抗拉剛度。?shù)量需充分，一般用812個，布置在接合部分的整個四周。裝配時應保證接合面上的預壓力為1520kgf/cm2 C.機架的聯(lián)接部位應選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。機架連接部位的構(gòu)造有三類：爪座式、翻邊式、壁龕式二. 機架剛度

31、、變形及其對刀具工件相對位移量的影響 在機床和大件的主要尺寸、結(jié)構(gòu)初步確定后，即可用一定方法核算機架的剛度、變形和所引起的刀具工件相對位移量的大小。機架變形與相對移量的計算，大致按以下步驟進行：（1） 繪制機床和機架結(jié)構(gòu)尺寸的計算簡圖；（2） 選定大件的代表性斷面，計算其抗彎和抗扭慣性矩I、In,或直接計算抗彎和抗扭斷面剛度系數(shù)EI、GIn ;（3） 根據(jù)機架的結(jié)構(gòu)情況,確定有關(guān)修正系數(shù),如剪切分配系數(shù),輪廓畸變系數(shù)等；（4） 列出機架變形反應至刀具與工件相對位于量的計算式,將以上已確定的數(shù)據(jù)代入,計算相對位移量的大小。1.切削力的計算高速鋼銑刀銑削力計算式(查表7.1-27) 在什么地方或標

32、準？Fc=CFae1.1af0.8dt-1.1ap0.95Z式中 CF系數(shù) 見表7.1-28ae銑削接觸弧(mm)af每齒進給量( mm/齒)dt銑刀直徑( mm)ap銑削深度(mm)z銑刀齒數(shù) 各系數(shù)的取值CF =82 ae =50mm af =0.3m/z dt =50mm ap =5.4mm z=4 工件材料為45# 計算結(jié)果P(所需功率)=27.92 KW進給力約為 1382 N徑向力約為 2303 N主切削力約為 4606 N切削分力的計算 (查表7.1-16) FH/FG=0.3 FH=1380 N FV/FG=1 FV=4600 N Fa/FG=0.5 Fa=2300 N 2.立

33、柱剛度對刀具工件相對位移量的影響計算公式（查表5.1596）fx=pxlp3/3EIy+u2lp/GF+yp2lpN3/k0GIn-pyxpyplpN4/koGIn-pzxplpN1/px2EIy fy=py-lp3/3EIy-u1lp/GF-xp2lpN5/k0GIn+pxxpypN4/pyk0GIn+pzyplpN6/py2EIx fz=pz-yp2/EIx-xp2lpN2/EIy+pylp2ypN6/pz2EIx+pxlp2xpN1/pz2EIy式中 L立柱高度 (cm) b立柱寬度 (cm) h立柱長度 (cm) c刀具至立柱側(cè)面距離 (cm) lp立柱的計算高度(cm) 取2L/3

34、xc立柱側(cè)面至立柱主形心軸距離 (cm) Ix、IZ立柱斷面抗彎慣性矩(cm4)In立柱斷面抗扭慣性矩(cm4)F力柱斷面面積(cm2)Px 、Py 、Pz切削分力(kgf) 建議比例取0.3：0.5：1u1 u2剪切分配系數(shù)，見圖5.1590K0窗孔系數(shù)，見圖5.1591N1 N2 N3 N4 N5 N6 斷面畸變系數(shù)，確定方法見表5.1599或表5.15100其中 L=300cm b=60cm h=70cm c=68cm lp=200cm xc=30cm a=50cm Ix=2.0*105cm4 Iz=1.5*105cm4 u1=2.3 u2=2.5K0=0.5 N1=0.32 N2=0.

35、4 N3=1.5 N4=3.5 N5=15N6=0.1 F=256cm2 In=3.4*105cm4 E=1*106kgf/cm2G=0.4*106kgf/cm2計算結(jié)果fx=0.09mm fy=0.012mm fz=0.01mm3.橫梁剛度對刀具工件相對位移量的影響計算公式（見表5.15102）fx=pxL3/48EIz+(PxZp-pzxp)Lzp/4GInfz=pz/E(zp2L/12Ix+xp2L/12Iz)fy=pyL3/48EIx-(pxzp-pzxp)LS/4GIn 式中 L立柱跨距（cm）h橫梁高度 (cm)x1 z1橫梁重心位置(cm)xp=zp=x1Ix Iz In橫梁斷面

36、的抗彎和抗扭慣性矩(cm4)G主軸箱系統(tǒng)的重量(kgf)其中 L=240cm h=70cm x1 =z1=200cm Ix=Iz=2.2*105cm4 In=3.7*105cm4 E=1*106kgf/cm2 G=0.4*106kgf/cm2計算結(jié)果 fx=0.03mm fy=0.06mm fz=0.02mm結(jié)論？是否滿足要求？第二節(jié) 導軌設(shè)計計算導軌的作用是使運動部件能沿一定軌跡運動，并承受運動部件及工件的重量和切削力。導軌的設(shè)計應滿足：精度高、壽命長、剛度及承載能力大、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、便于加工、裝配、調(diào)整、維修、成本低。一.縱向?qū)к売捎诠ぷ髋_只做直線往復運動，承受的載荷較大

37、，且不受向上的力和大的顛覆力矩；因此，工作臺導軌選用兩條淬火貼塑矩形滑動導軌。矩形導軌制造維修方便，承載能力大，新導軌導向精度高，磨損后不能自動補償，可用鑲條調(diào)節(jié)，保證導向精度。1. 導軌的截面形狀 圖8 導軌的截面形狀這種導軌的特點：承載能力大，制造簡便；必須留有側(cè)面間隙，磨損后不能自動補償，需用鑲條調(diào)整，將降低導向精度；應注意導軌的防護。2. 導軌的尺寸（查表6.29 矩形導軌型式尺寸 單位：mm） 圖9 矩形導軌型式尺寸H=80 B=280 B1=65 A=1360 h=50 h1=h-1=49 b=203. 導軌的比壓計算（1） 計算目的導軌的損壞形式主要是磨損，而導軌的磨損又與導軌表

38、面的比壓有密切的關(guān)系，隨著比壓的增加，導軌的磨損量也增加。此外，導軌面的接觸變形又與比壓近似成正比。在初步選定導軌的結(jié)構(gòu)尺寸后，應核算導軌面的比壓，時期限制在允許范圍內(nèi)。此外，通過導軌的受力計算，可以求出牽引力的大小，判斷其配置是否合理；得知是否必須設(shè)置壓板。分析導軌面上比壓的分布情況，還可檢驗設(shè)計是否合理。（2） 導軌面比壓的分布規(guī)律及比壓計算公式導軌面比壓分布比較復雜，為了能進行工程計算，作如下假設(shè)：A 導軌所在部件本身剛度很高，受力后導軌接觸面仍保持為一平面；B 導軌面上的接觸變形與比壓成正比例；C 導軌面寬度遠比接觸長度小，沿導軌寬度方向上的比壓各處相等。導軌面平均比壓 圖10 導軌的

39、壓強如圖10所示，由F和M在導軌上引起的壓強為 Pm=F/S (Mpa) S=La式中 F作用在導軌面上的法向力（N） S動導軌的承載面積(mm2) L導軌接觸面長度（mm） a 導軌接觸面寬度( mm) 其中 F=20000kg L=4000mm a280mmP m=0.2 (Mpa)Pm=1/2(Pmax+Pmin)按梯型分布的比壓與一個按矩形分布的比壓等效時,按矩形分布比壓圖形的高度就等于平均比壓。這時只要平均比壓不超過許用的平均比壓，則最大比壓必然不會超過許用的最大比壓。如果導軌受力后導軌面沒有脫離接觸，則只須計算平均比壓。鑄鐵導軌的許用平均比壓Pm=0.40.5 (Mpa) 由于導軌

40、的平均比壓在許用平均比壓范圍內(nèi),因此,導軌的結(jié)構(gòu)尺寸符合要求。4. 導軌的間隙調(diào)整裝置 平面導軌的間隙調(diào)整裝置廣泛采用了鑲條和壓板。設(shè)計時，除了考慮保證調(diào)整容易外，應注意增強它們的剛性。當壓板受力不大，或?qū)к壒ぷ鏖L度較長時，只須在運動部件的兩端或中間（受力區(qū)）裝短的壓板。短壓板的長度可取為導軌工作長度的1/31/4。（1）鑲條、壓板的材料和技術(shù)要求查表6.225 材料與熱處理 ZQSn6-6-3 ZQAl9-4特點 加工、配刮容易，耐磨性好，成本高應用場合 用于較大壓力，中等尺寸，運動平穩(wěn)性、移動精度和耐磨性要求較高的精密機床作鑲條查表6.226鑲條滑動接合面平面度 由接觸點保證接觸點 101

41、2點/25*25mm裝配后允許間隙 0.03mm塞尺塞入滑動接合面接觸點 68點/25*25mm接觸點 1012點/25*25mm 壓 板滑動接合面平面度 由接觸點保證接觸點 68點/25*25mm接觸點 1012點/25*25mm滑動接合面平面度 由接觸點保證接觸點 1012點/25*25mm裝配后允許間隙 0.03mm塞尺塞入鑲條或壓板上可開適當?shù)臐櫥筒郏ＷC有足夠的潤滑油。5.導軌的材料與熱處理用于機床導軌的材料，應具有以下性能：（1） 良好的耐磨性。導軌的磨損不但影響機床加工精度的保持性，而且在許多情況下還影響與導軌相聯(lián)系的摩擦副的工作性能。決定搗鬼耐磨性的因素很多，但最重要的四導軌

42、配合副所用的材料以及工作表面的加工質(zhì)量。材料硬度本身并不一定能保證導軌具有較高的耐磨性能，有時在同樣使用條件下，硬的材料反而比軟的材料容易磨損。（2） 良好的摩擦特性。包括較小的靜摩擦系數(shù)和它受靜接觸延續(xù)時間的影響小，較小的動摩擦系數(shù)和它在低速進給范圍內(nèi)受滑動速度的影響小等。還希望靜、動摩擦系數(shù)較小。（3） 加工與使用中由于殘留內(nèi)應力產(chǎn)生的變形小。（4） 工作環(huán)境與自身溫升的尺寸穩(wěn)定，強度不變。導軌摩擦副應盡量由異種材料相配組成。在直線運動的導軌副中，較長的一條導軌用較耐磨的和較硬的材料制造，這是因為：長導軌在全長上磨損不均勻，而且磨損后不能用調(diào)整的辦法來補償，對加工精度影響較大；短導軌耐磨性

43、較低，使用中誤差會較快地消除，且便于刮研，減少修理的勞動量；長導軌通常是外露的，容易受到意外的損傷。 表6.237 導軌材料匹配及其相對壽命序號導軌材料和熱處理 相 對 壽 命 1鑄鐵/鑄鐵 1 2 鑄鐵/淬火鑄鐵 23 3鑄鐵/淬火鋼 2 4 淬火鑄鐵/淬火鑄鐵 45 6 塑料/鑄鐵 主要用于不易潤滑和能保護下導軌，提高耐磨性 7 有色金屬板/鑄鐵塑料具有化學穩(wěn)定性高、摩擦系數(shù)低而且靜、動摩擦系數(shù)接近與穩(wěn)定、能在各種液體或無潤滑條件下工作、耐磨損、耐腐蝕、吸振性好以及比重小、強度大、加工簡便等許多優(yōu)點，很適合做導軌材料；塑料還有良好的對異物的埋沒性，極細小的磨粒等異物能埋入塑料內(nèi)，減少金屬表

44、面的磨粒磨損。而且磨損后，更換塑料貼片容易。導軌材料選用 鑄鐵/淬火鋼 表面采用刮研貼塑材料選用 聚四氟乙烯F-4 （查表6.240）6.導軌的潤滑滑動導軌潤滑的目的：（1） 使導軌盡量接近純液體摩擦，以減小摩擦阻力、降低驅(qū)動功率、提高效率。（2） 減少導軌磨損，延長使用壽命，防止導軌銹蝕。流動的潤滑油還起沖洗作用。（3） 避免低速爬行并減小振動。（4） 降低高速時摩擦熱，減少熱變形。潤滑方式：查表6.291 采用連續(xù)供油壓力潤滑方式7.導軌的防護裝置設(shè)計完善的防護裝置,是改善導軌工作條件, 提高導軌壽命的重要措施。剛性的防護裝置還能防止工件、扳手等物偶然掉落而損傷導軌。導軌的防護裝置應滿足下

45、列要求：（1） 能擋住外物進入導軌，以免擦傷表面；（2） 能耐紅熱的切屑和冷卻液的腐蝕；（3） 清理導軌時便于裝卸；（4） 具有一定強度、剛度和使用壽命；（5） 外形美觀，制造容易，成本低。參照表6.296 本方案采用伸縮板式防護裝置伸縮板式防護裝置用于水平導軌時，一般采用三面封閉，具有較大剛度的罩殼形式；用于移動速度不大和行程較短的垂直導軌時，可采用平板在槽內(nèi)滑動的形式。其運動形式為：防護板在固定的支承板上移動。支承板的一側(cè)彎曲，以防切屑掉入導軌。防護板用青銅板條導向。防護板的最后面一塊固定在床身末端。在其余防護板周圍有板條。與前一個防護板的板條配合用以導向。此外，板條還可以做防護板之間的密

46、封（約0.30.4mm）。板條也可以放在防護板內(nèi)側(cè)。所有板條都鉚接在防護板上。二. 橫梁導軌橫梁導軌采用矩形與燕尾形的組合，其結(jié)構(gòu)形式如下圖，其結(jié)構(gòu)特點：采用矩形導軌來承受較大的顛覆力矩，用燕尾導軌作側(cè)導向面，減少一個壓板接觸面，調(diào)整間隙簡便，卡緊容易。由于移動的滑枕較重，垂直向上的切削力相對來說較??；移動部件的重量作用在矩形導軌頂部水平面上，并且一部分重量由體重塊裝置來承擔，這就減少了該面上的比壓，同時卸荷力產(chǎn)生的力距可減少重力產(chǎn)生的顛覆力矩。第四節(jié) 絲杠螺母的設(shè)計一. 概述絲桿螺母傳動的特點：（1） 用較小的扭矩轉(zhuǎn)動絲杠（或螺母），可使螺母（或絲杠）獲得較大的軸向牽引力。（2） 可達到很大

47、的降速傳動比，使降速機構(gòu)大為簡化，傳動鏈得以縮短。（3） 能達到較高的傳動精度。用于進給機構(gòu)時，還可兼作測量元件。（4） 傳動平穩(wěn)，無噪聲。（5） 在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃?。此特點特別適用于作部件升降傳動，可防止部件因自重而自動降落。1. 絲桿螺母傳動的導程、效率和驅(qū)動扭矩的計算（1） 導程S 絲杠螺母傳動時，當回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速為n(r/min),移動件的線速度為v(m/min)時，則絲杠的導程S S=1000v/n(mm) 設(shè)螺紋頭數(shù)為k,則s=kt,t為螺距。當k=時，s=t. s=1*10=10 mm(2)效率正傳動效率，即由回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的效率為： tg/tg(

48、+) 式中 中徑處的螺紋升角（deg）,tg=s/d2 d2螺紋中徑（mm）；當量摩擦角(deg)。對滾珠絲杠：tg-1f/dosina, 一般為812式中 a滾珠與滾道的接觸角(deg)，一般a=450; do滾珠直徑(cm); (查表5.735) f-滾動摩擦系數(shù)（f=0.001cm）查表5.735 tg=3039 8.17 0.97397.3%（3） 驅(qū)動扭矩由參數(shù)可知縱向進給電機扭矩為39Nm二. 滾珠絲杠螺母傳動1.工作原理和特點滾珠絲桿螺母傳動時在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠，使絲杠與螺母之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的螺旋傳動。它由絲杠、螺母、滾珠、及滾珠循環(huán)返回裝置等4個部分組成。

49、 圖11 滾珠絲杠當絲杠和螺母相對運動時，滾珠就沿絲杠螺旋滾道面滾動。為防止?jié)L珠沿滾道面滾出，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運動后，能通過這個裝置自動地返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母傳動的優(yōu)點：（1） 摩擦小，效率高。一般情況下，它的機械效率在90以上，約比滑動絲杠傳動的機械效率高24倍。因此，在同樣負荷下，驅(qū)動扭矩較滑動絲杠減少2/33/4。同時它的逆?zhèn)鲃有室埠芨?，接近于正傳動效率，因此它可以較容易地把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。（2） 由于是滾動摩擦，動、靜摩擦系數(shù)相對極小，無論是靜止，還是高、低速時，摩擦扭矩幾乎不變，因而靈敏度高，傳動平穩(wěn)。（3） 磨損少、壽命長

50、。滾珠絲杠副中的主要零件，如絲杠、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置中部分零件，均經(jīng)熱處理，并有橫傲的表面光潔度，再加上滾動摩擦的磨損很少，因而具有良好的耐磨性。（4） 可消除軸向間隙，提高軸向剛度。滾珠絲杠副因其摩擦小、效率高，預緊后仍能輕快地傳動，因此它能通過預緊完全消除間隙，是反向時無空行程，且可通過預緊給予一定的預緊變形來提高軸向剛度。滾珠絲杠螺母傳動的缺點：（1） 不自鎖。因其逆?zhèn)鲃有屎芨?，滾珠絲杠副一般不能自鎖。因此在不允許產(chǎn)生逆?zhèn)鲃拥牡胤?，如橫梁的升降系統(tǒng)等，必須增設(shè)制動或自鎖機構(gòu)。（2） 結(jié)構(gòu)較復雜，工藝性差，成本高。2.材料及熱處理滾珠絲杠副的零件材料及熱處理可按下表零件名稱 材

51、 料 熱處理與硬度滾珠絲杠GCr15,GCr15SiMn G60 C60 CrWMn,9Mn2V C5638CrMoAlA D-850 50(限用于P級精度) G56滾珠螺母 GCr15，CrWMn C60 內(nèi)循環(huán)用反相器 40Cr D-HRC56外循環(huán)擋珠器 45，65Mn =HRC56具有抗腐蝕性的滾珠絲杠 9Cr18 中頻加熱表面淬火4. 預緊為了消除軸向間隙，提高軸向剛度，對滾珠絲杠副常采用雙螺母預緊，預緊后的絲杠與螺母的接觸剛度近似為常數(shù)，（若剛度為常數(shù)，其諧振頻率也為常數(shù)，這樣有利于閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機床的調(diào)試）。（1） 預緊力的確定預緊力一般為最大軸向載荷的1/3。當預緊力小于這個數(shù)值

52、時，在最大軸向載荷作用下，不僅非工作螺母的預緊變形將完全恢復，而且將產(chǎn)生間隙。但預緊力過大，將使效率和壽命降低，驅(qū)動扭矩增加。但出現(xiàn)最大軸向載荷的機會很少，且此時略有軸向間隙，對工作無多大影響時，預緊力可以小于最大軸向載荷的1/3。這對效率、壽命和驅(qū)動扭矩均有利。當預緊力為最大軸向載荷的1/3時，在軸向載荷作用下，絲杠與螺母的接觸變形量比無預緊力是減少一半。 Pa=Nf Py=1/3Pa式中 Pa-最大軸向載荷（Mpa） Py-預緊力（kgf） N移動部件的最大重量（kgf） f-導軌摩擦系數(shù)，f=0.05(查表5.723)其中 N=20000(kgf) Pa=20000*0.05=1000

53、(kgf) Py=1/3*1000=333(kgf)(2)預緊后的附加摩擦扭矩雙螺母預緊后，使摩擦力增加，引起的附加摩擦扭矩My為：MyPyS(1-2 )/2 (kgf.cm)式中 Py預緊力（kgf）； S-導程（cm）； 未預緊時的效率其中 Py333(kgf) S=1(cm) =97.3% My=3.2(kgf)(3)預緊后的傳動效率滾珠絲杠副預緊后的傳動效率y 為：y /1+(1-2)/n0式中 n0 預緊系數(shù)，n0 Pa/Py; Pa,Py, 意義同上式其中 0.97 n0 1/3y 0.95195.15. 安裝（1） 支承方式實踐證明：螺母座、軸承及其支架的剛度不足，將嚴重影響滾珠絲杠副系統(tǒng)的剛度。為此，螺母座和軸承支架宜增添加強筋，以減少受力變形；另外，它們與工作臺或床身的接觸面積要大，要有足夠的接觸剛度；聯(lián)接螺釘要粗而緊；定位銷要緊密配合，以免松動。由于絲杠主要承受軸向力，大多采用推力