畢業(yè)設計（論文）-CK6150總體及縱向進給和尾座部件的設計

1、蘭州理工大學畢業(yè)設計（論文）設 計 內(nèi) 容主要結論前言隨著社會生產(chǎn)和科學技術的飛速發(fā)展，機械生產(chǎn)的日益復雜，需要越來越復雜的技術，普通的機床已經(jīng)不能滿足這些要求，所以數(shù)控機床得到了發(fā)展。這種新型的機床具有適應性強，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高的優(yōu)點而得到普遍的應用。它綜合應用了電子計算機，自動控制，伺服驅(qū)動，機密測量和新型機械結構等多方面的技術成果，是未來機床發(fā)展的主流趨勢。數(shù)控機床主要有數(shù)控裝置，伺服機構和機床主題組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或有數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入。數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和有電子線路促成的輸入部分，運算部分，控制分布和輸

2、出部分等。數(shù)控裝置按所能實現(xiàn)的控制功能分為點保持性。進給系統(tǒng)的機械傳動鏈采用滾珠絲杠，靜壓絲杠和無間隙齒輪副等，以盡量減小反向間隙。機床采用塑料減摩導軌，滾動導軌或靜壓導軌，以提高運動的平穩(wěn)性病是低速運動是不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。由于采用了寬調(diào)速的進給伺服電動機和寬調(diào)速的主軸電動機，可以不用或少用處輪傳動和齒輪變速，這就簡化了機床的床動機構。機床布局便于排屑和工件裝卸部分數(shù)控機床位控制，直線公職，連續(xù)軌跡控制三類。伺服機構分為開環(huán)，半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型.為了保證機床具有很大的工藝適應性能和連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，數(shù)控機床結構設計的特點是具有足夠的剛度，精度，抗震性，熱穩(wěn)定性和精度帶有自動排屑器和自動工件交

3、換裝置。大部分數(shù)控機床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強電柜中大量的繼電器，提高了機床搶點控制的可靠性和靈活性.隨著微電子技術，計算機技術和軟件技術的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能，具備完善的自診斷功能：可靠性也大大提高：數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。未來的數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多：激光加工等技術將應用在切削加工機床山，從而擴大多工序集中的工藝范圍：數(shù)控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。全套圖紙加V信153893706或扣 3346389411摘

4、 要 3第一章 概 述4第二章 總體方案的制定與比較52.1機床總體設計 52.2機床主要部件及運動方式的選定 5 2.3機床的主要設計參數(shù)52.4各組成部件的特性與所應達到的要求62.5主傳動系統(tǒng)的傳動方式及變速方式7第三章 部件的設計與計算14 3.1 縱向進給的設計計算14 3.1.1滾珠絲杠螺母副的計算和選型14 3.1.2電動機的計算和選型15 3.1.3聯(lián)軸器的選擇19 3.1.4 齒輪傳動的消隙和預載19 3.1.5軸承的潤滑和密封20 3.2.車床尾座的設計計算20 3.2.1尾座組成部分作用及其設計21 3.2.2尾座的固定方式22 3.2.3螺旋傳動的設計計算22 3.2.

5、4尾座的調(diào)整機構24 3.2.5尾座的潤滑25第四章 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控車床的加工經(jīng)濟性27外文原文和譯文30參考文獻47致 謝48 摘要 本次設計是對CK6150車床的設計。在這里主要包括:總體方案的設計 主傳動系統(tǒng)的設計、縱向進給系統(tǒng)的設計、橫向進給系統(tǒng)的設計、床身零件的設計以及尾座的設計。而我主要是針對縱向進給系統(tǒng)和尾座進行機械設計。這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件。數(shù)控設計主要傳動系統(tǒng)的機械設計。由于對經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工精度要求不高，為簡化結構、降低成本。為實現(xiàn)機床所要求的傳動效率，采用伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器再傳動

6、絲杠；為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。關鍵詞：數(shù)控車床， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠，尾座 AbstractThis design is about the CK6150 lathe design. Main tasks are: the overall scheme design, the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform, machine par

7、ts and tailstock design.While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation and the end of the mechanical design. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain

8、 condition for general NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system.Mechanical design of main drive system for numerical control design. it is order to simplify the structure and reduce costs.To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize frictio

9、n, a ball screw pair is needed. Key words: Numerical control lathe, coupling, Ball screw, Tail base 一.概述 本課題主要是對車床的主傳動系統(tǒng)進行研究，并根據(jù)給定的參數(shù)進行主傳動系統(tǒng)的設計。1.課題的目的及意義畢業(yè)設計是大學中的一項重要內(nèi)容，是完成教學計劃達到教學目標，是培養(yǎng)我創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，也是自己知識和能力深化和升華的重要過程。本畢業(yè)設計應達到以下目的：進一步加深我對機械制造方面理論知識的理解；培養(yǎng)我的綜合應用機械制造工藝學和其它多門課程的理論知識解決實際問題的能力及工程設計能力；熟練掌握

10、二維繪圖軟件Auto CAD和三維繪圖軟件Pro/E;培養(yǎng)我指定機械加工工藝規(guī)程的原則、步驟和方法；培養(yǎng)我編寫技術文件的能力。2.需要解決的問題500mm數(shù)控車床縱向進給系統(tǒng)，尾座及傳動零件工藝設計，主要有三大部分，即縱向進給設計，尾座設計和傳動零件工藝設計。進給系統(tǒng)采用數(shù)字化控制，因此在X,Y方向上，為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，若直接將電機與滾珠絲杠聯(lián)必會引起絲杠溫度過高即磨損加劇使其壽命降低。故在其兩者之間加一消隙齒輪，一使絲杠速度降低，二則消除系統(tǒng)傳動中的間隙，提高傳動精度，并有效減少反向運動死區(qū)現(xiàn)象，消隙齒輪與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接.總之

11、，數(shù)控車床是典型的機電一體化課題，通過畢業(yè)設計可使所學機械學、力學、電工學知識得到綜合應用。 二.總體方案的制定與比較1. 機床總體設計2. 數(shù)控機床的總體設計內(nèi)容包括：系統(tǒng)設計（含數(shù)控裝置的功能設計，元件和部件設計程序段，格式設計及系統(tǒng)的總體結構設計）和邏輯設計。對數(shù)控車床的結構設計要求可歸納如下幾個方面：有大的切削功率，高的靜動態(tài)剛度和良好的抗震性能。具有較高的幾何精度，傳動精度，定位精度和熱穩(wěn)定性。具有實現(xiàn)輔助操作自動化的結構部件。機床總體方案設計的目的，在于整體上保證設計的優(yōu)化，機床總體方案設計有以下幾個方面組成：技術參數(shù)設計：主要尺寸規(guī)格運動參數(shù)（轉(zhuǎn)速和進給范圍）動力參數(shù)（電機功率，

12、最大拉力）總體布局設計：相互位置關系運動分配運動仿真（干涉檢查）外觀造型其目的在于便于同時操作和觀察刀具，工件裝卸，夾緊方便排屑和冷卻結構優(yōu)化設計：整體靜剛性整體運動性能整體熱特性主傳動的設計要求機床的主軸須有足夠的變速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)以及滿足實際要求。主電動機和傳動機構必須能承受和傳遞足夠的功率和扭矩，并且有較高的傳動效率。執(zhí)行件必須有足夠的精度和小于許可限度的熱變形和溫升。噪聲應在允許范圍內(nèi)。操縱要輕便靈活，迅速，安全，可靠必須便于調(diào)整和維修。結構簡單，潤滑與密封良好便與加工和裝配，成本低。2.機床主要部件及運動方式的選定主運動的實現(xiàn) 根據(jù)設計要求，本次設計機床主運動系統(tǒng)采用無級變速，包括變

13、速箱和主軸兩部分。其中，變速箱與電動機置于機座內(nèi)，主軸箱與變速箱采用傳動聯(lián)接。進給運動的實現(xiàn) 進給系統(tǒng)采用數(shù)字化控制，因此在X,Y方向上，為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，若直接將電機與滾珠絲杠聯(lián)必會引起絲杠溫度過高即磨損加劇使其壽命降低。故在其兩者之間加一消隙齒輪，一使絲杠速度降低，二則消除系統(tǒng)傳動中的間隙，提高傳動精度，并有效減少反向運動死區(qū)現(xiàn)象，消隙齒輪與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接.3.機床的主要設計參數(shù) 本次設計機床主運動系統(tǒng)采用無級變速，進給系統(tǒng)采用數(shù)字化控制，主要承擔各種車削工作。通過微機控制，能夠自行車削各種零件的外圓、內(nèi)圓、端面、多級臺階、

14、切槽、錐度、圓弧及任意球面以及螺紋等表面，并可承擔鉆孔、鉸孔等多種加工，四工位電動刀架自動轉(zhuǎn)位。本次設計要求完成機床的機械結構設計，設計的具體要求如下；床身上加工最大直徑：500mm拖板上加工最大直徑：280mm最大工件長度：1500mm主軸通過棒料直徑：80mm主軸無級變速，正反轉(zhuǎn)由電機控制脈沖當量: Z軸：0.01mm, X軸：0.005mm4.各組成部件的特性與所應達到的要求床身機床床身應采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵，內(nèi)部筋采用U型布局，床身整體剛性好?；瑒訉к壝娌捎弥卸却慊?，淬硬層深，硬度達HRC52，拖板滑動面貼塑，使得進給系統(tǒng)的剛度，摩擦 阻尼系數(shù)等動靜特性都處于最佳狀態(tài)。床頭箱結構機床主傳動采用

15、液壓操縱機構，可實現(xiàn)四級轉(zhuǎn)速。機床主軸箱內(nèi)的傳動齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動比穩(wěn)定，運轉(zhuǎn)噪音低。機床主軸為二支撐結構，前支撐采用C級高精度軸承，潤滑油潤滑，提高了回轉(zhuǎn)精度，時機床主軸具有良好的精度和剛度。進給系統(tǒng)機床兩軸進給采用伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠的傳動方式，采用半閉環(huán)控制伺服進給系統(tǒng)。由于機械制造水平的提高及速度檢測元件和絲桿螺距精度的提高，半閉環(huán)數(shù)控機床已能達到相當高的進給精度，控制靈敏度適中，大多數(shù)的機床廠家廣泛采用了半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。刀架機床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛度好。尾座尾座采用手動尾座冷卻系統(tǒng)冷卻箱放在后床腿中卡盤機床標準配置為_250手動卡盤電氣系統(tǒng)電氣的動力回路，均

16、有過流、短路保護，機床相關動作都有相應的互鎖，以保障設備和人身安全，電氣系統(tǒng)具有自診斷功能，操作及維修人員可根據(jù)指示燈及顯示器等隨時觀察到機床各部分的運行狀態(tài)。安全保護當機床遇到外部突然斷電或自身故障時，由控制電路的設計，機床可動進給軸，進入停止狀態(tài)，確保了機床的安全。另外由于機床計算機內(nèi)的控制程序是固化在芯片中的，而零件加工程序是由電池提供保護的，所以意外斷電或故障時，不會丟失計算機內(nèi)存儲的程序菜單。機床具有報警裝置及緊急停止裝置，可防止各種突發(fā)狀況給機床造成損傷。綜上，可得該數(shù)控機床的總體傳動方案如下圖所示：5.主傳動系統(tǒng)的傳動方式及變速方式主傳動的組成部分主傳動由動力源、變速裝置及執(zhí)行元

17、件（如主軸、刀架、工作臺）部分組成，主傳動系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳動鏈。主傳動包括動力源（電動機）、變速裝置、定比傳動機構、主軸組件、操縱機構等十一部分組成。動力源:電動機或液壓馬達，它給執(zhí)行見提供動力，并使其獲得一定的運動速度和方向定比傳動機構：即有固定的傳動比的傳動機構，用來實現(xiàn)降速或升速，一般常用齒輪，皮帶及鏈傳動等。有時也可以用聯(lián)軸節(jié)直接傳動。變速裝置：機床中的變速裝置有齒輪變速機構，機械無級變速以及液壓無級變速裝置等。主軸組件：機床的主軸組件是執(zhí)行件，它由主軸，主軸支承和安裝在主軸上的傳動件等組成。開停裝置：用來控制機床執(zhí)行件的啟動和停止，通常采用離合器或直接開停電動機。本次畢業(yè)設計要求直接

18、開停電動機。制動裝置：用來使機床主運動執(zhí)行件盡快的停止運動以減少輔助時間，通?？梢圆捎脵C械的液壓的電氣的或電動的制動方式。換向裝置：用來改變機床主運動方向，用于主運動換向的機床，在主傳動中應該有換向裝置，它們可以是機械的液壓的或直接改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向（制動裝置及開停裝置都是由電動機完成的）操縱機構：機床的開停，變速，換向和制動等，一般度需要操縱機構來控制，在設計機床時，一般是聯(lián)系起來考慮主傳動與操縱機構的設計方案。潤滑與密封：為了保證主傳動裝置的正常工作和使用壽命，必須有良好的潤滑裝置與可靠的密封裝置。箱體：用來安裝上述各組成部分，封閉式箱體不僅能保護傳動機構，免受塵土，切屑等侵入而且可以減

19、少這些機構所發(fā)生的噪聲。刀架：數(shù)控機床中為了實現(xiàn)對刀架的控制，采用制動轉(zhuǎn)為刀架主傳動系統(tǒng)的傳動方式主傳動的布局主要有集中傳動式和分離傳動式兩種，主傳動的全部變速機構和主軸組件裝在同一箱體內(nèi)，稱為集中傳動布局。分別裝在變速箱和主軸箱兩箱體內(nèi)，其間用帶，鏈條等傳動時稱為分離傳動式布局。集中傳動式優(yōu)點是結構緊湊，便于集中操縱，箱體少。缺點是傳動機構運動中的振動和發(fā)熱會影響到傳動的工作精度。該傳動用于主傳動為旋轉(zhuǎn)運動的普通精度的中、大型機床。分離傳動式優(yōu)點是變速箱所產(chǎn)生的振動和熱量不傳給過或少量傳給主軸。從而減少了主軸的振動和熱變形。高速時不用齒輪傳動。而由帶直接傳動，運動平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量好。其缺點

20、是要兩個箱體，低速時帶負荷大，帶根數(shù)多，容易打滑；當帶安裝在主軸中段時調(diào)整、檢修都不方便。本次畢業(yè)設計的車床是普通簡易經(jīng)濟型車床，采用無級變速，傳動鏈短，主要加工的是各類軸類，套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面,主運動的速度很高。所以決定采用集中傳動式。主傳動系統(tǒng)的變速方式本課題設計的車床要求變速范圍大，變速級數(shù)多，能夠傳遞較大的功率和扭矩，所以采用滑移齒輪變速。滑移齒輪變速的優(yōu)點是變速范圍大，變速級數(shù)也較多，變速方便也省時間，在較大的變速范圍內(nèi)可傳遞較大的功率和扭矩，不工作的齒輪不嚙合，因而空載功率損失較小等。其缺點是變速箱內(nèi)的結構較復雜，不能在運轉(zhuǎn)中變速，為了使滑移齒輪進入嚙合，多用直齒圓柱齒輪

21、傳動，但傳動平穩(wěn)性不如斜齒輪傳動等。主傳動系統(tǒng)的設計： 本次畢業(yè)設計課題設計的車床是簡易經(jīng)濟型車床，主要加工的是各類軸類，套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面。主運動的速度很高。所以決定采用集中傳動式。 （1）、主運動的速度范圍 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類、工藝要求、刀具和工件材料等因素。允許的切削極限值如«機床主軸變速箱設計指導書»。根基需要選取如下： 計算主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別取 =(0.2-0.25)和=(0.5-0.6),由于=500mm,則主軸極限轉(zhuǎn)速應為1910r/min考慮發(fā)展需要=2000r/min 20r/min則主軸轉(zhuǎn)

22、速范圍R=100 （2）、主軸計算轉(zhuǎn)速 79.6 r/min考慮到所設計的機床為數(shù)控機床，其計算轉(zhuǎn)速應比上述值高，則取則主軸要求的恒功率調(diào)速范圍是： （3）切削力的計算 刀具在切削工件時，存在切屑與工件內(nèi)部彈，塑性變形的抗力。切屑與工件對刀具產(chǎn)生的摩擦力，兩者作用在刀具上的合力為。合力作用在切削刃工作空間某方面，所以，由于大小與方向都不易確定，因此，為便于測量計算和反應實際工作的需要，可將合力分解為3個分力： 切削力-在主運動方向上的分力 背向力-在垂直于假定工作平面上的分力 進給力-在進給運動方向上的分力背向力與進給力也是推力的分力，推力是在基面上且垂直于主切削刃的合力。合力F、推力與各分力

23、之間關系： 切削力公式 式中， -各切削分力單位為 ， -公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實驗確定 ， -表示各因素對切削力的影響程度指數(shù) , , -不同加工條件對各切削分力的影響修正系數(shù) 假設工件材料為碳素結構鋼，=650MPa,選用刀具為CBN刀具BN-S30。，計算。查切削用量手冊確定切削用量=3mm,v=105m/min,f=0.6mm/r。 由 ，。 將其代入公式得: 2673.4N 1069.36N 935.39N（4）切削功率的計算及電機的選擇 主切削功率為: ； 由機電裝備設計中的公式，估算主軸電機功率 式中為機床主傳動系統(tǒng)總機械效率，主運動為回轉(zhuǎn)運動時 ， 電機選取 參考法拉克常用

24、伺服電機規(guī)格，主軸電機規(guī)格，選取8/8000型號電機，額定功率7.5kw,30min最大功率11kw,額定轉(zhuǎn)速1500r/min，額定功率上線速度6000r/min，最高轉(zhuǎn)速8000r/min，堵轉(zhuǎn)扭矩。5.無級變速系統(tǒng)設計無級變速器傳動系統(tǒng) 機床主傳動中常采用的無級變速器裝置有三大類：變速電動機、機械無極變速裝置和液壓變速裝置。 其特點是可以得到最有利的切削用量，并可在負載下隨時改變。切削用量可以客觀自動控制，簡化變速齒輪箱，減少制造工作量，縮短傳動鏈，提高傳動平穩(wěn)性。電機的調(diào)速采用變頻調(diào)速，變頻器選用深圳市鉑塞爾科技有限公司的abb變頻器，變頻范圍是0-300HZ，由此可得電機的最高轉(zhuǎn)速額

25、定轉(zhuǎn)速，電機的恒功率調(diào)速范圍是: 主軸要求的恒功率調(diào)速范圍大于電機所能提供的恒功率調(diào)速范圍，故必須配以分級變速箱來實現(xiàn)主軸的恒功率調(diào)速范圍，如取變速箱公比則由于無級變速時： 故變速箱的變速級數(shù)： 變速組數(shù)為: 轉(zhuǎn)速圖如下：總體布局圖如下所示：（5）進給伺服系統(tǒng)的組成進給伺服系統(tǒng)由輸入輸出系統(tǒng)、位置調(diào)節(jié)器、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動裝置和位置檢測元件組成。 .伺服驅(qū)動裝置由伺服電動機和控制單元構成，開環(huán)進給系統(tǒng)一般采用步進電動機；閉環(huán)（半閉環(huán)）系統(tǒng)一般采用直線或交流伺服電動機，采用直流伺服電動機時，電刷易磨損，換向器會出現(xiàn)運行火花，從而限制轉(zhuǎn)速和輸出功率。因此在本次設計中進給系統(tǒng)采用交流伺服電動機。

26、.位置檢測元件決定數(shù)控機床的加工精度，主要的作用是檢測和發(fā)出信號到位置調(diào)節(jié)器從而構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。常用的位置檢測元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、光柵、磁柵。.位置調(diào)節(jié)器即常說的計算機，主要用于采樣，屬于離散型控制方式。該系統(tǒng)精度高，動態(tài)性好.機械傳動裝置：主要作用是轉(zhuǎn)換伺服電動機的運行，并帶動工作臺移動，大慣量直流伺服電動機或交流伺服電動機直接通過滾珠絲杠副帶動工作臺。：進給伺服系統(tǒng)的基本要求:.高精度 .快速響應，穩(wěn)定運行 .調(diào)速范圍寬：進給伺服系統(tǒng)的控制方式 .開環(huán)控制：采用開環(huán)控制的進給系統(tǒng)一般采用步進電動機作為驅(qū)動元件，它不需要位置與速度控制元件，也沒有反饋電路，具有結構簡單，工作可靠，

27、造價低廉等優(yōu)點，但是精度和快速性較差，一般用于精度不高的經(jīng)濟型數(shù)控車床進給系統(tǒng).閉環(huán)控制：閉環(huán)控制的進給系統(tǒng)常采用伺服電動機作為驅(qū)動元件，根據(jù)其檢測元件安裝位置的不同可進一步分為全閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制 半閉環(huán)控制系統(tǒng)不能糾正絲杠的導程誤差和絲杠軸承的軸向跳動及受力后絲杠，軸承的變形，在使用過程中，應保證系統(tǒng)的定位精度。 全閉環(huán)系統(tǒng)將位移與速度傳感器安裝在工作臺或其他執(zhí)行元件上，機械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。由于傳動系統(tǒng)的剛度、誤差和間隙都已經(jīng)被包含在反饋控制回路內(nèi)，所以最終實現(xiàn)的精度僅僅取決于檢測元件的測量誤差。 全閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上具有精度最高的控制品質(zhì)，是最理想的控制方式。但不方便安

28、裝，穩(wěn)定性差。綜合以上敘述，在本次設計中橫向進給系統(tǒng)選用半閉環(huán)控制方式。 ：進給系統(tǒng)的驅(qū)動方式：.旋轉(zhuǎn)伺服電動機+滾珠絲杠 .直線電動機直接驅(qū)動.旋轉(zhuǎn)伺服電動機+滾珠絲杠副，最常用，工藝成熟，成本較低，在較低載荷，進給速度要求不十分高（20m/min），行程范圍不太大（4m）的數(shù)控機床和加工中心上廣泛使用。.直線電動機驅(qū)動方式：將機床的進給傳動鏈縮短為零，故又稱為“直接驅(qū)動”，“零傳動”，能夠快速響應，結構簡單，無磨損，使用壽命長，維護簡單，傳動鋼度高推力平穩(wěn)，傳動效率高，精度與重復定位精度高，速度高，加速度大，行程不受限制；控制系統(tǒng)復雜，直線電動機處于全閉環(huán)控制，當工作負載變化是，影響系統(tǒng)的

29、穩(wěn)定性，發(fā)熱大在機床內(nèi)部散熱條件差；能耗大造價昂貴，成本高。 綜合上面所說，本次設計采用伺服電動機與絲杠連接帶動刀架運動。 三.部件的設計和計算（1） 縱向進給的設計計算 3.1數(shù)控車床中滾珠絲杠的工作原理及其特點 滾珠絲杠螺母機構是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，是數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中使用最為廣泛的傳動裝置。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螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠。當絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動，迫使二者發(fā)生相對位移，為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構成一個閉合回路。由于滾珠的存在，

30、絲杠與螺母之間是滾動摩擦，滾珠絲杠螺母機構具有以下特點： （1）.摩擦損失小，傳動效率高，滾珠螺母機構的傳動效率可達0.920.96，是普通滑動絲杠螺母機構的四分之一。 （2）.運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速運動是無爬行現(xiàn)象，由于主要存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦因素都很小，且其差值較小，因而啟動轉(zhuǎn)矩小，動作靈敏，即使是在低速情況下也不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 （3）.軸向剛度高、反向定位精度高，由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實現(xiàn)滾珠的預緊，因而軸向剛度高，反向是無空行程，定位精度高。 （4）.磨損小、壽命長、維護簡單，使用壽命是普通滑動絲杠的410倍。 （5）.傳動具有可逆性、不能自

31、鎖， 由于摩擦因素小、不能自鎖，因而使該機構的傳動具有可逆性，即不僅可以吧旋轉(zhuǎn)運動化為直線運動，而且還可以吧直線運動轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運動。由于不能自鎖，在某些場合，如傳動垂直運動時必須附加制動裝置或者防止逆轉(zhuǎn)的裝置，以免工作臺等因自重下降。 （6）.同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳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)的工廠生產(chǎn)，選用配套方便，目前滾珠絲杠不僅廣泛用于數(shù)控機床，而且越來越多地代替普通滑動絲杠螺母機構，用于各種精密機床和精密裝置。 3.2：滾珠絲杠的結構類型滾珠絲杠螺母機構的類型很多，主要表現(xiàn)在滾珠循環(huán)方式和軸向間隙的調(diào)整預緊方式兩個方面：滾珠的循環(huán)方式可

32、分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類型，我們采用的是內(nèi)循環(huán)的滾珠循環(huán)方式，滾珠在循環(huán)過程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。在螺母上裝有回珠器，迫使?jié)L珠完成接近一圈的滾動后，越過絲杠外徑返回前一個相鄰的滾道，形成滾珠的單圈循環(huán)。為了保證承載能力，一個螺母中藥保證有34圈滾珠在工作。內(nèi)循環(huán)滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動效率高，切徑向尺寸緊湊，軸向剛度高。但這種循環(huán)方式不能用于多頭螺紋的傳動，回珠器槽形復雜，需要三坐標數(shù)控銑床加工。在訂購滾珠絲杠副時，可根據(jù)絲杠受力情況通知廠家所需預緊力的大小，以便廠家按照給定的預緊力預緊。若預緊力選擇得當，滾珠絲杠就可以處于最佳工作狀態(tài)，如果預緊力增加，

33、鋼珠與滾道之間的接觸剛度增加，傳動精度也會提高，但是過大的預緊力將導致鋼珠與滾道之間的接觸應力增加，從而降低工作壽命和傳動效率。滾珠絲杠預緊力的大小應使得滾珠絲杠副在承受最大軸向工作載荷時，絲杠螺母副不出現(xiàn)軸向間隙為最好，要求預緊力的數(shù)值應大于最大軸向工作載荷的三分之一，由于雙螺母機構加預載荷后會引起附加摩擦力矩，因此還要考慮效率與壽命問題。所以一般取預緊力為： 式中：這時滾珠絲杠與螺母的接觸變形量比無預緊力時少一半。3.3：滾珠絲杠的設計3.3.1:滾珠絲杠的類型選擇與安裝方式.本設計采用內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)隙式滾珠絲杠螺母機構。這種結構滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失少，傳動效率高，且

34、徑向尺寸緊湊，軸向剛度高。另外墊片調(diào)隙方法結構簡單，剛性好，裝卸方便。.數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母機構本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支撐的機構剛度也是不可忽略的因素。滾珠絲杠螺母機構安裝不正確以及支撐剛度不足，還會使?jié)L珠絲杠的使用壽命大大下降。常見的絲杠安裝方式有一下幾種形式： （1）：一端固定，一端自由 （2）：兩端游走 兩端支持的安裝方法屬于一般的安裝方法，適合于中等轉(zhuǎn)速的場合。 （3）：一端固定，一端搖動 對于高剛度、中等轉(zhuǎn)速的較長的臥式安裝絲杠，為了防 止熱變形造成絲杠伸長，常采用一端軸向固定的支撐方式 （4）：兩端固定 對于高剛度、高速旋轉(zhuǎn)的

35、滾珠絲杠應該采用兩端固定的支撐方式，為了給絲杠施加預緊拉力，可采用兩端固定方式，并可在絲杠一端安裝蝶形彈簧和調(diào)整螺母，既能對絲杠施加預緊力，又能讓彈簧來補償絲杠的熱變形，保持預緊力幾乎不變。這種支撐形式的特點是：剛度最高，只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍。安裝時需保持螺母與兩端支撐同軸，故結構較復雜，工藝困難；絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定較高：可以預拉伸，預拉伸后可減少絲杠自重的下垂和補償熱膨脹，但需一套預拉伸機構，結構及工藝都比較復雜，要進行預拉伸的絲杠，其目標行程應略小于公稱行程，減少量等于拉伸量。因此這種形式使用于對剛度和位移精度要求高的場合。對于行

36、程小，轉(zhuǎn)速低的短絲杠和豎直的絲杠可采用懸臂支撐機構。我們采用的滾珠絲杠支撐是一端固定，一端游走，這種支撐形式結構簡單，絲杠的軸向剛度比兩端固定的低。絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低，設計時盡量使絲杠受拉伸。絲杠的兩端軸承座孔與滾珠螺母座孔應保持嚴格的同軸度，同時要保證滾珠螺母與座孔的配合良好以及對兩端面的垂直度，保證軸承支座和螺母支座的整體剛度，局部剛度，接觸剛度等。 3.3.2：滾珠絲杠螺母副的計算與選用根據(jù)查閱相關資料，初步確定CK6150機床橫向進給系統(tǒng)的相關參數(shù)： 工作臺重量=5000N； 工件及夾具最大重量=3000N； 工作臺導軌的動摩擦系數(shù)=0.1、靜摩擦系數(shù)=0.2； 快速進給

37、速度=10m/min； 絲杠最大轉(zhuǎn)速1000r/min； 定位精度20，重復定位精度為10； 壽命20000h； （1）：確定滾珠絲杠的導程因為選擇的絲杠與電動機直接相連，故： =（10×1000÷1000）mm=10mm取=10mm （2）：確定當量載荷估算各種切削方式下滾珠絲杠的切削力切削方式縱向切削（）N垂直切削（）N進給速度（m/min）工作時間（%）絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）強力切削10006000.61060一般切削5001000.83080精切削250100150100快速進給0010101000：各種切削方式下絲杠的轉(zhuǎn)速：=×（=10mm）：絲杠轉(zhuǎn)速；

38、：進給速度由上表可得：=60，=80，=100，=1000；：各種切削方式下絲杠的軸向載荷：（：絲杠的軸向載荷）由上列公式可求出：=1560N，；：當量轉(zhuǎn)速和當量載荷： 式中：當量轉(zhuǎn)速，r/min； 當量載荷，N；將數(shù)據(jù)帶入得：=180r/min； =769.3N；（3）：確定預期額定動載荷：按滾珠絲杠副的預期工作時間計算 式中：預期工作時間，去=2×h； 精度系數(shù)；查手冊取=1； 輕微沖擊動載荷，取=1.3； 可靠性系數(shù)，查手冊取=0.44；帶入數(shù)據(jù)解得： =13637.6N：按滾珠絲杠副的預期運行距離計算: ：絲杠的預期運行距離，對于數(shù)控車床來說，取250km；帶入數(shù)據(jù)，解得=6

39、486.9N取上述兩種結果的較大值：即=13637.6N（4）：按精度要求確定允許的最小螺紋底徑 ：估算絲杠的最大允許軸向變形量 由已知條件可知重復定位精度為10，定位精度為25帶入公式得取兩種結果的最小值： 即=3 ：估算最小螺紋底徑 選擇安裝方式為一端固定，一端游走式中：導軌的靜摩擦力，=0.2*3000=600N L滾珠絲杠螺母至絲杠固定端支撐的最大距離 L（1.11.2）行程+（1012）取行程為320，則L=1.2*320+13*10=514mm將數(shù)據(jù)帶入上式得：=25mm（5）：確定滾珠絲杠的規(guī)格代號 選用內(nèi)循環(huán)墊片式滾珠絲杠螺母副，由計算的，查樣本，最終選用DF,UO4O1O-4

40、型絲杠，其相應參數(shù)為： 導程 =10mm 額定動載荷 =25700N> 最小螺紋底徑=32mm>（6）：確定滾珠絲杠預緊力 =其中=1560N，則=520N（7）：確定滾珠絲杠所用軸承 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛使用的部件之一，它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐傳動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承的摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點，并且常用的滾動軸承絕大部分已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。本次設計中絲杠的支撐在固定端采用背對背角接觸推力求你軸承，根據(jù)所設計的絲杠，選用軸承型號為7205B/DB。游動端采用深溝球軸承6205。（8）：滾珠

41、絲杠副工作圖設計 ：滾珠絲杠有效行程 =320+12*10=440mm ：絲杠螺紋長度 查資料得 帶入公式得（9）：驗算系統(tǒng)剛度 ：傳動系統(tǒng)剛度K的計算 式中： R軸向接觸剛度：查資料得R=772N/將上述數(shù)據(jù)帶入公式得：剛度驗算 有 故系統(tǒng)剛度K合格（10）：驗算滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性 臨界壓縮載荷為 式中：帶入公式得故滾珠絲杠副壓桿穩(wěn)定性合格。（11）：驗算滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速 式中：支撐方式系數(shù)，查手冊得15.1 絲杠軸承點到螺母中點的極限距離，680mm 帶入公式解得 =1184.3>故滾珠絲杠副的極限轉(zhuǎn)速合格（12）：檢驗值由經(jīng)驗公式得： 帶入數(shù)據(jù)可得：故值可用（13）：驗算靜載荷

42、查樣本得滾珠絲杠副基本軸向額定靜載荷為 查手冊取靜安全系數(shù)為 則：（14）：驗算絲杠抗彎剛度 取絲杠材料為Y40Mn，其許用抗拉應力則： 故絲杠的抗彎剛度足夠3.4：伺服電動機的選擇 3.4.1：負載轉(zhuǎn)矩的計算 .切削負載力矩 式中：機床在切削狀態(tài)下，滾珠絲杠的軸向負載力 滾珠絲杠的傳動效率，取=0.96 將數(shù)據(jù)帶入公式得： ：導軌摩擦力產(chǎn)生的摩擦負載力矩 式中： G托板重力，取G=150×10=1500N 將以上數(shù)據(jù)帶入公式得： ：運動部件重力轉(zhuǎn)矩： ：電動機負載轉(zhuǎn)矩 3.4.2：負載慣量的計算 ：回轉(zhuǎn)體零件轉(zhuǎn)動慣量 式中： ：直線運動部件向絲杠折算的慣量 式中：m移動部件質(zhì)量，取

43、托板，刀架等直線運動件的質(zhì)量為m=150Kg 帶入數(shù)據(jù)可得： ：聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 選擇聯(lián)軸器為HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器 查的聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量為： ：折算到電動機上的總慣量 .3.4.3：伺服電動機的選擇 在選擇伺服電動機時，要滿足以下條件： ：根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩選擇電動機 負載轉(zhuǎn)矩應小于或等于電動機額定轉(zhuǎn)矩。最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機的額定轉(zhuǎn)矩，折算到電動機軸上的最大切削負載轉(zhuǎn)矩 ：電動機的轉(zhuǎn)動慣量應與負載慣量相匹配，通常要求轉(zhuǎn)動慣量 ：快速移動時，轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電動機的最大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)以上要求選擇伺服電動機FT0720AC01，其額定轉(zhuǎn)速為2000r/min，轉(zhuǎn)動 慣量。 對于選好的電動機，電動

44、機慣量與負載轉(zhuǎn)矩的匹配應與快速移動速度相適應，負載慣量與電動機慣量的匹配關系式為： 由上述公式算的0.6667，滿足匹配關系式，即所選電動機滿足要求。3.聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機械傳動中的重要部件，聯(lián)軸器可以聯(lián)接主。從動軸，使其一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩，有時也可以做安全裝置。聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后變形，溫度變化和軸承磨損等原因，不能保證嚴格對中，是兩軸線之間出現(xiàn)相對位移，如果聯(lián)軸器對各種位移沒有補償能力，工作中將會產(chǎn)生附加動載荷，使工作情況惡化，因此要求聯(lián)軸器具有補償一定范圍內(nèi)兩軸線相對位移量的能力，對于經(jīng)常負載起動或工作載荷變化的場合，要求聯(lián)軸器中具有其緩沖，減震作用的彈性元

45、件，以保護原動機和工作機不受或少受損傷，同時還要求聯(lián)軸器安全，可靠。有足夠的強度和使用壽命，常采用撓性聯(lián)軸器。彈性膜片聯(lián)軸器是一種高性能的金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，不用潤滑，結構較緊湊，強度高，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受油溫和油污影響，具有耐酸、耐堿、防腐蝕的特點，結構比較簡單，裝拆方便，適用于高溫、高速、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動。彈性元件的聯(lián)接沒有間隙，可靠性高，承載大，效率高使用壽命長。主要用于載荷較平穩(wěn)的中、高速傳動軸系，能補償兩軸相對位移。綜上所述選擇彈性膜片聯(lián)軸器，型號為JMJ-20，額定轉(zhuǎn)矩9.8N·M，最高轉(zhuǎn)速20000r/min，轉(zhuǎn)動慣量0.0003 kg

46、3;c4.齒輪傳動的消隙和預載由于數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動齒輪副存在間隙，在半閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋作用，滯后量雖然可得到補償，但反向時會造成伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。數(shù)控車床進給系統(tǒng)中所采用的齒輪傳動，采用消隙和預緊的措施按照調(diào)整后齒側間隙是否能夠自動補償，可分為剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法剛性調(diào)整法。剛性調(diào)整法師指調(diào)整后的齒側間隙不能自動補償?shù)?，這種方法結構比較簡單，傳動剛度高，單要求嚴格控制齒輪的齒厚及齒距公差，否則將影響運動的靈活性。剛性調(diào)整法有偏心軸套調(diào)整法，變齒厚圓柱齒輪調(diào)整法和斜齒輪軸向墊片調(diào)整法。柔性調(diào)整法。柔性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側間隙可以自動補償?shù)恼{(diào)整方法，這種方法結構比較復雜，傳動

47、剛度低，會影響傳動的平穩(wěn)性。柔性調(diào)整法有雙片直齒輪錯齒調(diào)整法、錐齒輪雙齒圈錯齒調(diào)整法和雙齒輪彈簧預緊調(diào)整法。為了不影響運動的平穩(wěn)性，也為了在結構上簡化，將雙片直齒輪錯齒調(diào)整法改造，將兩片齒輪用螺釘之間連接，提高了剛度，也簡化了結構。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋作用，滯后量雖然可得到補償，但反向時會造成伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定，影響加工精度，為了消除間隙以及增強剛度，提高進給系統(tǒng)性能，必須對齒輪進行消隙。5.軸承的潤滑和密封軸承的潤滑軸承在運動過程中，軸承內(nèi)部各元件間，均存在不同程度的相對滑動從而發(fā)生摩擦發(fā)熱和零件的磨損，因此必須對工作中的軸承進行可靠的潤滑，潤滑的作用主要是利用潤滑劑在摩擦面見形

48、成隔離作用的潤滑油膜。此外，潤滑劑也能防止軸承生銹，降低軸承噪聲以及起冷卻作用。在結構和工作環(huán)境可得出，該處的軸承采用脂潤滑。軸承的密封為了防止?jié)櫥瑒┬孤?，防止切屑、灰塵及其它雜物、水分侵入，軸承必須進行過必要的密封。因為絲杠是轉(zhuǎn)動的，所以只能采用間隙式密封。軸向迷宮式密封裝拆方便，軸蓋不須剖分，應用較徑向迷宮廣泛。右端軸承的密封采用端蓋就可以達到目的。6.絲杠的預拉伸結構絲杠兩段固定結構，其一端軸承座的軸向位置可調(diào)，拉伸量等于或大于熱伸長量，絲杠熱伸長后，會使預拉伸力下降以至于消失。卻不會產(chǎn)生行程誤差。軸承軸向位置結構可調(diào)。預拉伸后絲杠行程在全長上大于預拉伸量。因此絲杠在制造時，應該使絲杠的

49、目標行程小于，既按行程比目標值小，拉伸后，行程等于標準值。（二）尾座的設計計算尾座是臥式車床的重要組件，其主要作用是為軸類零件定心，同時具有輔助支撐和加緊的功能。CK6150臥式車床采用的是整體式結構，整體式結構尾座由尾座體、套筒、芯軸結構、尾座和套筒移動結構、尾座和套筒加緊與放松結構等組成。芯軸結構選用高精度的進口軸承，動、靜剛度好、精度高。套筒和尾座的移動均為手動，套筒和尾座的夾緊，放松均采用蝶形彈簧夾緊。放松結構夾緊力足夠大、安全可靠、人工操作簡單、方便、效率高。其優(yōu)點在于：剛度好，抗震性能好，精度高精度保持性好。整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，采用整體式箱形結構設計，經(jīng)

50、有限元分析、計算，通過對尾座內(nèi)部筋板的合理布局，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強度低應力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座體變形小，抗震性能好，滿足臥式車床精度檢驗標準的要求。結構更加簡單、優(yōu)化、合理。整體式尾座將分體式尾座上、下體的裝配環(huán)節(jié)。加工、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費用，降低了尾座的總重量和總成本。1.尾座組成部分作用及其設計尾座的組成部分及其作用頂尖：頂住工件，用來定位和支撐工件。套筒固定手柄：定位尾座體套筒的位置。套筒：支撐工件，在套筒中可以裝不同的道具如鉆頭、鉸刀、圓板牙等刀具來加工零件。螺桿：用來連接套筒的，

51、可以使套筒伸長和收縮。尾座固定手柄：固定尾座，防止在加工時尾座后移，影響加工質(zhì)量。 手輪：主要用來轉(zhuǎn)動螺桿。底板：用來固定螺桿。滑座：與導軌相配合，它的兩個燕尾槽可以在導軌上滑動。尾座的組成部分設計尾座套筒的設計臥式車床CK6150的尾座套筒的主要尺寸是根據(jù)尾座體的尺寸選擇的。套筒的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖，利用液壓缸提供的壓力和莫氏錐度體本身的結構特性頂緊頂尖，使頂尖在頂著工件加工時不會隨工件一起轉(zhuǎn)動。為了使套筒不隨工件一起轉(zhuǎn)動，在套筒上部設計了滑鍵槽，在尾座體上設計有滑鍵槽。尾座工作時滑鍵在滑鍵槽中滑動，這樣套筒就不會跟著轉(zhuǎn)了。同時，頂尖在頂著工件加工時也不會隨工件一起轉(zhuǎn)動了。從而提高了套筒的使用壽命。由于頂尖是利用莫氏錐度本身的結構特性卡緊的，但是在工作中需要拆卸頂尖，因此需要在尾座套筒上設計頂尖退套孔，用于拆卸頂尖。當需要拆卸頂尖時，把退套楔插入頂尖退套孔，