立式加工中心工作臺及部分零件設(shè)計

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It has become the traditional mechanical manufacturing, flexible, an important means to commemorate production integration. CNC precision table elements is to use directional linear guide ball bearings running, ball screw movement. High precision, high efficiency, long life, low wear, low energy, low coefficient of friction, it is this versatility in a compact. It is widely used measurement, laser welding, laser cutting, welding, drilling, plug-ins, a small CNC machine tools, line scan, and has been used in sculpture and milling and practical education and other opportunities. Keywords: machining centers; NC; Table 目 錄 第一章 緒論 …………………………………………………………………………1 1.1課題背景 ……………………………………………………………………………1 1.2課題選材 ………………………………………………………………………1 第二章 數(shù)控機床的概述 ……………………………………………………3 2.1概述………………………………………………………………………………3 2.2數(shù)控機床的分類…………………………………………………………………5 2.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用…………………………………………………………8 第3章 加工中心簡介 ………………………………………………………………10 3.1加工中心分類……………………………………………………………………10 3.2加工中心組成……………………………………………………………………10 3.3加工中心特點……………………………………………………………………11 第4章 工作臺進給驅(qū)動部件的設(shè)計…………………………………………………13 4.1工作臺的設(shè)計……………………………………………………………………13 4.2滾珠絲杠副的計算、選用………………………………………………………13 4.3滾珠絲杠的計算和校核…………………………………………………………20 4.4滾動軸承組合結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………24 4.5進給電機的選擇…………………………………………………………………25 4.6導(dǎo)軌的設(shè)計………………………………………………………………………28 結(jié)束語 …………………………………………………………………………………30 致謝 ……………………………………………………………………………………31 參考文獻 ………………………………………………………………………………32 第一章 緒論 1.1課題背景 1.1.1立式加工中心簡介 刀庫和自動換刀立式加工中心，你可以工作在特定范圍內(nèi)的各種數(shù)控機床加工操作。處理是在各部分的特性的中心，是如下。份的夾具后進行處理，數(shù)控自動選擇另一個進程，改變工具可以用來控制機器。加工中心自動完成的各種處理不集中，以避免操作錯誤，降低了工作夾具，調(diào)整時間和工件和機器周轉(zhuǎn)措施的處理和儲存時間，因此，能夠極大地提高處理效率和準(zhǔn)確性，并具有良好的經(jīng)濟效益。 1.2課題選材 機械化和自動化工業(yè)生產(chǎn)是社會專業(yè)的集中，高節(jié)奏的加快。機械制造中高精度，高穩(wěn)定性，高效率的數(shù)控機床，高適應(yīng)性方向的發(fā)展?；谠谥行图靶⌒蛿?shù)控機床的效率，在保持原來的同時，小型化已變得日益重要。 1.1.2選題意義 目前，研究和新技術(shù)的發(fā)展過程中數(shù)控機床的世界，一直緊扣中國的經(jīng)濟形勢。機床行業(yè)和相互促進，經(jīng)濟發(fā)展時代的21世紀(jì)的知識覺醒，新技術(shù)的重要作用發(fā)揮人民的很多知識，機床行業(yè)作為基礎(chǔ)，機械制造行業(yè)，其重要性和戰(zhàn)略意義變得更加明顯。從全球來看，研究和開發(fā)，新材料，新結(jié)構(gòu)，新單元，猛烈一直有一個新的元素，那就是削減硬超材料和特種復(fù)合材料和復(fù)雜零件是困難的，不規(guī)則的表面用于加工，同時，我們也有更多的需求。 我國是世界上最大的機床原籍國，在國內(nèi)市場即使是在數(shù)控機床產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，我們正面臨著一個艱難的局面，甚至仍然很低。這種現(xiàn)象，有除業(yè)務(wù)，從產(chǎn)品的高品質(zhì)的外部和促銷最好的原因，其中最重要的原因，開發(fā)周期的長度的一個新產(chǎn)品（基本型，突變體，特殊工具，包括一臺機器）是，它不能是對誰需要提供令人滿意的產(chǎn)品的用戶。 1.1.3本設(shè)計主要工作及結(jié)構(gòu) 本設(shè)計對800×350加工中心工作臺以及部分零件主要參數(shù)的確定及設(shè)計。相對于更常規(guī)的數(shù)控銑床的設(shè)計，該工作臺寬一點。工作臺進給驅(qū)動機構(gòu)的一部分也發(fā)生變化，也可以使用本機的工作臺進給，是一個四向和其他載荷滾動導(dǎo)軌，低摩擦，與運動精度特性相比，導(dǎo)軌和滑動導(dǎo)軌，從而增強了精密加工中心。 第1章闡明課題的背景及意亦；第2章主要敘述了數(shù)控的定義，數(shù)控機床的基本組成特點以及機床的應(yīng)用和發(fā)展；第3章主要講述了加工中心的基本組成，分類和特點；第4章主要講述了數(shù)控機床的總體設(shè)計，提出了機床總體設(shè)計要求和加工中心布局的影響因素及設(shè)計步驟，同時提出本課題的布局；第5章主要設(shè)計了工作臺進給驅(qū)動，確定了驅(qū)動部件，對切削力的計算以及滾珠絲桿的較核和驗算，材料的選擇和潤滑的措施。 第二章 數(shù)控機床的概述 2.1概述 2.1.1數(shù)控的定義 用數(shù)字指令來控制機械動作的一種方式。數(shù)控機床就是指采用了數(shù)控技術(shù)，用數(shù)字指令控制機床刀具移動的軌跡。通過信息用代碼化的數(shù)字指令穿孔在直待或卡片上或者其他控制媒體上。該信息送入數(shù)控裝置，經(jīng)過處理與計算，發(fā)出各種控制信號，控制機床的刀具與工件的相對運動按工作圖紙要求的形狀與寸筋骨的，自動地把零件加工出來。 2.1.2數(shù)控機床的組成及特點 1.數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床主要由程序、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床組成，如圖2.1所示。 圖2.1數(shù)控機床的組成 程序是對于所有包含在加工零件信息，媒體計劃。零件加工過程中，工藝參數(shù)，位移數(shù)據(jù)，并斷開連接。程序載體通常有磁盤和磁帶等。 數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床電器控制裝置四部分組成，機床為被控制對象。這是高度集成的。為了實現(xiàn)機器的控制，有必要有一些過程參數(shù)的信息，和使用所述幾何描述的刀具和工件之間的相對運動，將描述的處理步驟您必須使用。例如：速度，主軸轉(zhuǎn)速，進給主軸旋轉(zhuǎn)，具有特定格式.此信息的形式處理的文件（即，稱為正常加工程序）被存儲在（磁帶，磁帶，等等，等等沖孔盤）的信息載體，向上通過直接機床隨后（或數(shù)字控制系統(tǒng)對應(yīng)鍵盤輸入，或輸入通過讀取數(shù)控系統(tǒng)），通過它的編碼，然后與加工件為的操作。通用數(shù)控設(shè)備和軟件研究的重大進展的智能全功能的開放式架構(gòu)的硬件和發(fā)展。數(shù)控加工的自動化技術(shù)，是核心技術(shù)關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位水平數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，它不會反映綜合國力的水平。伺服系統(tǒng)已配置與伺服馬達和伺服驅(qū)動裝置由所述執(zhí)行單元的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控裝置中，為了完成零件的自動加工，以便接收一個指令脈沖信號，機器的運行速度，方向和進料，是其基本的控制功能。 數(shù)控系統(tǒng)一般由伺服系統(tǒng)和數(shù)控裝置組成。 機床，包括機器的主要運動部件以及基本部件，總稱為主機。其中提供給移動部件，組件和所述底座，立柱，鞍座，刀架，導(dǎo)軌運行的數(shù)控機床，如軸的主運動與進給一般機器，是從行使不同，因為它們是由獨立的伺服驅(qū)動，很短的驅(qū)動鏈，它是一個相對簡單的結(jié)構(gòu)。為了保證數(shù)控機床的快速響應(yīng)，數(shù)控機床廣泛精密滾珠絲桿也將直線滾動導(dǎo)軌使用。與此同時，冷卻，如以促進全功能，自動排屑，自動潤滑的數(shù)控機床，一些很好的設(shè)施，如保護刀具。此外，高精密數(shù)控機床，高效率和高度自動化的過程，也為了保證數(shù)控機床等機械結(jié)構(gòu)，它可以產(chǎn)生很大的改變。 2. 數(shù)控機床的特點 與其他加工設(shè)備相比，數(shù)控機床具有如下顯著特點： (1) 能加工復(fù)雜型的零件，具有較強的適應(yīng)性和柔性。 (2) 可以保證較高的加工精度，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，一致性好。 (3) 具有較高的生成效率。 (4) 便于聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)代化管理及規(guī)模大的自動化生產(chǎn)。 2.1.3數(shù)控機床的主要技術(shù)參數(shù) 1. 主要規(guī)格尺寸 床身上和刀架上的最大工件回轉(zhuǎn)直徑、加工零件的最大工件長度和產(chǎn)品的最大車削直徑等是數(shù)控車床的主要規(guī)格。銑床和加工中心的尺寸有工作臺面尺寸、T形槽、工作行程等。 2. 主軸系統(tǒng) 主軸抗破壞性好，穩(wěn)定性高。如今數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速一般都能達到5000r/min～10000r/min有的更高。 2.2數(shù)控機床的分類 2.2.1按數(shù)控機床 運動軌跡分類 1.點位數(shù)控系統(tǒng) 如數(shù)控機床的要求，以確保正確的定位點和點。這是因為這兩個點之間的軌道，其中所述行程終點不是絕對必要的，可以控制的座標(biāo)值。通過切割控制點孔機只的情況下，你不需要讓孔刀具運動的精確坐標(biāo)。如圖2.2所示。 圖2.2點位控制 2.直線數(shù)控系統(tǒng) 這種類型的數(shù)控機床，不僅切割，而且終點坐標(biāo)的筆觸，兩點之間的機床的值，以確保該直線分開，往往直上的過程它的特征在于控制步行。如圖2.3所示。 3.輪廓控制數(shù)控機床 這種類型的數(shù)控機床，不僅行程結(jié)束點控制的坐標(biāo)值，而不是只有兩個點之間的軌跡，以確保由一個特定的曲線，其特征。也就是說，這樣的系統(tǒng)必須能夠調(diào)節(jié)所述至少兩個方向而受到嚴(yán)格控制的連續(xù)運動。如圖2.4所示。 圖2.3直線控制 圖2.3輪廓控制 2.2.2按伺服系統(tǒng)的類型分類 1. 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 如圖2.5所示。 圖2.5開環(huán)伺服系統(tǒng) 這些機器的優(yōu)點，經(jīng)濟的，但很容易保持一個簡單的服務(wù)，低的速度和精度，該精度是不適合使用小型和中型機的舊數(shù)控機床的改造。 2.半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 使用，如在飼料中安裝的數(shù)控機床，電動機側(cè)頭部角度測量裝置用于測量所述螺桿或螺桿旋轉(zhuǎn)角度，將獲得的位置反饋間接。 閉環(huán)，這個系統(tǒng)中，螺桿，不含堅果和表圈，你可以得到一個穩(wěn)定的控制特性。而在高分辨率由于測量設(shè)備，你將能夠獲得精度和速度足夠程度。大部分的數(shù)控機床，數(shù)控車床，銑床，加工中心等，是一個半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 3.閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 位置檢測裝置，直接表的位移量被測量，已被安裝在這樣的機器。供給的信號發(fā)出后，數(shù)控裝置，移動伺服驅(qū)動階段。圖2.6所示。 圖2.6閉環(huán)伺服系統(tǒng) 在這樣的數(shù)控機床事業(yè)非常高的精度，結(jié)果，你將能夠消除為了使工件目前生產(chǎn)傳動件的精度誤差的影響。許多機械傳輸鏈路，所以被包括在閉環(huán)控制回路，然而，組件，影響剛度和間隙的摩擦特性參數(shù)來直接伺服系統(tǒng)的調(diào)整，都是非線性。因此，設(shè)計的閉環(huán)伺服系統(tǒng)和調(diào)整是非常困難的。 2.2.3按功能水平分類 數(shù)控機床按功能水平可分為：經(jīng)濟型，普及型和高檔型。有機床重要技術(shù)指標(biāo)、功用、關(guān)鍵技術(shù)水平?jīng)Q定。包含下列內(nèi)容： 1.CPU 分別對應(yīng)為8位、16位32位以及64位。 2.分辨率和進給速度 分別為分辨率10μm，進給速度為6m/min～15m/min；分辨率1μm，進給速度為12m/min～24m/min；分辨率為0.1μm以下，進給速度為24m/min～100m/min以上。 3.多軸聯(lián)動功能 分別為2～3軸聯(lián)動；3～5軸聯(lián)動或更多。 4.顯示功能 分別為普通的數(shù)碼顯示功能；較全的CRT 顯示功能；有三維動態(tài)圖形顯示功能。 5.通信功能 分別為無通信功能；有RS232C或直接數(shù)控等接口；有制造自動化協(xié)議(MAP)等高性能通信接口，并且能聯(lián)網(wǎng)。 2.3數(shù)控機床的發(fā)展與作用 2.3.1數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 計算機，微電子，信息，自動化控制，具有高精度檢測和機械制造技術(shù)，機床數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，取得了很大進展。在最近幾年中，數(shù)控這樣的開發(fā)工具和新材料，主軸伺服及進給伺服，超高速切削技術(shù)，以及與一些相關(guān)的技術(shù)，如機械產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展的都來請求更多和更優(yōu)質(zhì)我們將加快機床的發(fā)展。數(shù)控機床，當(dāng)前高速度，高精度的過程中，在高復(fù)雜性和可靠的發(fā)展方向已經(jīng)移動。在以下幾個方面： 1. 高速高效高精度 2. 柔性化 3. 工藝復(fù)合化和多軸化 4. 實時智能化 5. 結(jié)構(gòu)新型化 6. 編程技術(shù)自動化 7. 集成化 8. 開放式閉環(huán)控制模式 2.3.2數(shù)控機床在先進制造技術(shù)中的作用 自20世紀(jì)中期，人們被要求機器控制的廣泛和深入的發(fā)展。數(shù)控車床參照計算機技術(shù)曲線控制加工數(shù)控技術(shù)的飛機的機翼復(fù)雜的模型，數(shù)控鉆床其次是數(shù)控銑床，并啟動機數(shù)控鏜床，加工中心，車削中心，數(shù)控沖床，數(shù)控折彎機，其次是數(shù)控折彎機。高精度，高速度，高效率，保證了高度的靈活性現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展方向，已成為重要的現(xiàn)代制造業(yè)的設(shè)備。 由于數(shù)控機床，CAD/ CAM技術(shù)，更高水平發(fā)展到一個更高的水平，實際以促進進一步發(fā)展。項目開發(fā)的問世，計算機技術(shù)和CAD/的特別快速發(fā)展為首的計算機輔助工藝設(shè)計的CAM技術(shù)（CAPP）數(shù)據(jù)庫。相關(guān)信息將自動集成制造系統(tǒng)，自動化加工，產(chǎn)生了一種自動變速器。此兩個接觸數(shù)控技術(shù)的CAD / CAM鏈路，也可以導(dǎo)致的CAD / CAM橋進一步整合。 微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對高性能數(shù)控系統(tǒng)大大提高。在20世紀(jì)，功能不斷自動交換工具數(shù)控機床的機床需要，（如托盤，表立場，你豐富，以滿足包括水平轉(zhuǎn)換）自動切換文物。和數(shù)控機床，以及更多的比賽，自動變速器，為了形成需要靈活的制造單元（柔性制造單元，F(xiàn)MC）之間，增加了工作托盤站（APC）或工件的自動轉(zhuǎn)移。盤站(APC)或機器人傳輸工件，構(gòu)成柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell，F(xiàn)MC)的需要；以及實現(xiàn)了由多臺數(shù)控機床(含加工中心、車削中心)傳送帶、自動制導(dǎo)車輛(Automated Guide Vehicles，AGV)、工業(yè)機器人(robot)以及專用的起吊運送機等組成的柔性制造系統(tǒng)(FMS)的控制。此外，還有由加工中心、CNC 機床、專用機床或數(shù)控專用機床組成的柔性制造線(Flexible Manufacturing Line，F(xiàn)ML)；或多條FMS 配備自動化立體倉庫連接起來的柔性制造工廠(Flexible Manufacturing Factory，F(xiàn)MF)。 第三章 加工中心簡介 3.1 加工中心的分類 從不同的方面對加工中心分類。 3.1.1 按主軸的布置方式分類 可以區(qū)分立式加工中心（盤式）和臥式加工中心（鏈?zhǔn)剑?。臥式加工中心，一般每邊有可能來處理一個工件，具有一個轉(zhuǎn)盤和數(shù)控刀架分度。此外，有可能比在使用更和調(diào)整鉸接用于加工復(fù)雜的空間表面。普通立式加工中心僅加工頂面。垂直和水平兩個主軸，通過將主軸的加工中心，可以調(diào)整立式和臥式加工中心的水平或垂直軸，它們可在工件5個表面處理。 3.1.2 按換刀方式分類 加工中心區(qū)分為用機械手和不用機械手換刀。該機械手換刀于刀庫和主軸兼交換。由抓刀、拔刀、換刀、插刀和復(fù)位5個過程組成。不用機械手則通過刀庫和主軸的運動來換刀具。 3.1.3 按刀具選擇方式分類 有按順序選刀和任意選刀兩種方式。 3.1.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類 可分為高檔（大型）、中檔（中型）和低檔（小型）加工中心三類。 3.2 加工中心的組成 不同形狀作為一個整體，基座構(gòu)件，主軸組件，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它是一個自動換刀由輔助裝置。組成了三十年以來加工中心的外觀，在世界上，加工中心的類型一些主要的部分。 3.2.1 基礎(chǔ)部件 床身是機床的基礎(chǔ)部件之一，它的受力情況比較特殊。 床身，重量和滑架的運動。不僅承受工作站等運動部件的沖擊，還要承受數(shù)控柜，操縱器和刀庫或其他組分的重量和沖擊。機床的精度收到床身抵抗破壞性的影響，所以可以加強床身穩(wěn)定性來提高機床精度。其它的基礎(chǔ)部件有立柱和工作臺等。 3.2.2 主軸部件 由軸傳動結(jié)構(gòu)、主軸結(jié)構(gòu)、刀具自動夾緊機構(gòu)、主軸定向機構(gòu)、主軸電動機等部分組成。 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計時要注意合理地配置軸承。合理的軸承配置方式可以避免高速旋轉(zhuǎn)下主軸發(fā)熱對加工精度的影響。另外，還需對軸承進行預(yù)加負(fù)荷調(diào)整，從而提高軸承的接觸剛度。主軸前端錐孔要采用專門淬火工藝，使其硬度達到60HRC以上。 采用拉刀結(jié)構(gòu)形式的刀具自動夾緊機構(gòu)一般由拉桿、蝶形彈簧、松刀液壓缸和拉桿鋼球等部分組成。需要一個壓縮空氣至桿孔中，在釋放過程中間，在新的工具柄吹灰塵和污垢，并且從主軸孔吹氣。 在主軸驅(qū)動使用交流變頻電機時要結(jié)合主軸準(zhǔn)停。一般是在帶輪端部裝有主軸定向用的發(fā)磁體和磁性傳感器等電子定向元件，組成準(zhǔn)停定向機構(gòu)，以實現(xiàn)主軸快速定向。當(dāng)發(fā)出主軸定向指令，只要狀態(tài)的主軸線，以確定在基準(zhǔn)點的磁傳感器的頭發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)基準(zhǔn)孔，主軸是很容易立即調(diào)整取向力，具有結(jié)構(gòu)簡單，會很快停下來。 普通主軸電動機使用交流變頻電動機或者伺服電動機。交流變頻電動機在直流電動機基礎(chǔ)上改善而來的。緊閉的結(jié)構(gòu)既能防塵又有較快的轉(zhuǎn)速。由于控制伺服單元采用大功率晶體管脈沖寬度調(diào)整方法，實現(xiàn)了寬范圍的無級調(diào)速，使電動機具有高速制動和正、反轉(zhuǎn)快速響應(yīng)以及大功率輸出時性能穩(wěn)定等特點。 如果主軸驅(qū)動使用交流伺服電動機，那么就不需要考慮主軸的準(zhǔn)停了。由于電動機的旋轉(zhuǎn)編碼器和交流伺服電動機本身是閉環(huán)控制，有可能實現(xiàn)精確停止，但非常高的定位精度，價格相對交流變頻電機是昂貴的。 3.3 加工中心的特點 自動換刀裝置是數(shù)控加工中心中顯著特點。機床多個工件加工操作可在一定范圍內(nèi)進行。加工中心分別處理各部分的特性，各部分夾具后進行處理，數(shù)控自動選擇另一個進程，改變工具可以用來控制機器。 自動控制主軸轉(zhuǎn)速，進給速度和工作等輔助功能，它會改變工件加工自動鉆孔，锪孔，鉸孔，絲錐，刀具相對銑削等加工工序的連續(xù)表面的軌跡。處理中心被接通時，自動對焦，以避免操作人員的失誤，能夠完成各種處理，以顯著提高加工效率和精度，處理和儲存時間，虛擬機和壓腳的工作周轉(zhuǎn)時間，降低了測量和調(diào)節(jié)和良好的經(jīng)濟效益。 是否一個立式加工中心還是臥式加工中心，多步驟的過程來實現(xiàn)的，它都有一個自動換刀。 “機械收”在大多數(shù)加工中心 的自動換刀。編程加工中心，控制自動換刀程序，這種程序自帶的制備方法的不同的加工中心換刀程序。 第四章 工作臺進給驅(qū)動部件的設(shè)計 4.1工作臺的設(shè)計 工作臺是數(shù)控機床的重要部件，其形式尺寸往往體現(xiàn)了數(shù)控機床的規(guī)格和性能。數(shù)控銑床—般采用上表面帶有T型槽矩形工作臺。T形槽主要用來協(xié)助裝夾工件，不同工作臺的T型槽的深度和寬度不一定一樣。通常情況下，混合物回流冷卻劑通過數(shù)控銑床圍繞一個表中的凹槽來排出。不升降銑床有十字型，立柱移動型，滑枕移動型。初選十字工作臺型。 現(xiàn)在工作臺用Ⅰ級鑄鐵，其硬度一般不低于HB170～240。并且要求時效處理。 立式數(shù)控銑床，工作臺寬度尺寸系列有：250、320、400、500、630、800等，單位mm。而工作臺長度尺寸則有：630、710、800、900、1000、1120、1250、1400、1600、1800、2000mm等 立式銑床臺面通常都用T形槽形式。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，工作臺尺寸是800×350mm。 分配T型槽。根據(jù)工作臺寬度為350mm，分配為3個T型槽。據(jù)《機械加工工藝設(shè)計實用手冊》 T型槽寬度A=14mm，T型槽間距P=80mm，分配3個。 表5.1機床與通用機床附件配套時T形槽尺寸的選擇（mm） 工作臺寬度 125 160 200 250 320 400 500 630 T型槽寬度A 12 12 14 14 18 18 22 22 （10） （10） （12） （12） （14） （14） （18） （18） T型槽間距P 50 50 63 63 80 100 125 125 4.2滾珠絲杠副的計算、選用 4.2.1工作原理和特點 一定的滾珠數(shù)量放在螺紋軌道上，絲桿，螺母組成滾珠絲杠。（圖4.1）螺母軌道珠，以防止球在工作過程中，用于從兩個螺母剝奪，齒輪配備，使用循環(huán)的一個管道，球形成連續(xù)工作的循環(huán)路徑，就會導(dǎo)致回球。 圖4.1滾珠絲桿螺母副 滾珠絲杠副的優(yōu)點是摩擦因數(shù)小。傳動效率高，η可達0.92—0.96，所需傳動轉(zhuǎn)矩小；靈活性好，穩(wěn)定性好，并力求簡潔，定位準(zhǔn)世代移動精度高；磨損小，壽命長，精度保持性好；旋轉(zhuǎn)運動與直線運動可以相互轉(zhuǎn)換。缺點是制造難度高，價格貴；無法自動固定需要另加固定機構(gòu)。 4.2.2滾珠絲杠副的計算選用 由于滾珠絲杠系列是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的，所以血藥計算后選取使用。選定進給傳動用滾珠絲杠副時，應(yīng)權(quán)衡下列幾項內(nèi)容： 1、機床定位精度與絲杠精度。 2、絲杠的剛性與轉(zhuǎn)動慣量。 3、絲杠的臨界轉(zhuǎn)速。 4、絲杠的壓曲載荷 5、絲杠壽命 滾珠絲杠副的承載能力用額定負(fù)載表示，其定義、計算和選用方法與滾動軸承基本相同。一般根據(jù)額定動載荷選用滾珠絲杠副，只有當(dāng)n＜10r/min時按額定靜負(fù)荷選用。對于細(xì)長承受壓縮的滾珠絲杠副需作壓桿穩(wěn)定性計算；對轉(zhuǎn)速高、支承距大的滾珠絲杠副需作臨界轉(zhuǎn)速的校核；對精度要求高的傳動要進行剛度驗算，轉(zhuǎn)動慣量校核，對閉環(huán)控制系統(tǒng)還要進行諧振頻率的驗算。 1.切削要素 表4.2切削力、速度、時間比例 切削方式 縱向切削力Fa(N) 速度v(m/min) 時間比例q(%) 強力銑削 2000 0.6 15 一般銑削 1000 0.8 30 精細(xì)銑削 500 1 60 快移和鉆鏜定位 0 10 5 滾珠絲杠精度 由于本系統(tǒng)要求達到±0.012/300mm的定位精度，根據(jù)樣本，對于1級（P1）精度絲杠，任意300mm內(nèi)導(dǎo)程允差為0.006mm，2級（P2）精度絲杠的導(dǎo)程允差為0.008mm。設(shè)絲杠的任意300mm行程內(nèi)的行程變量為定位精度的1/3～1/2，即0.004～0.006mm, 因此，取滾珠絲杠精度為P1級，即1級精度絲杠。 滾珠絲杠選擇 1）選擇銑刀直徑 根據(jù)《金屬機械加工手冊》 表5-3 各種類型銑刀的應(yīng)用范圍 硬質(zhì)合金立銑刀 粗銑及半精銑平面 銑槽 按靠模銑曲面表面 取d =20mm ，齒數(shù)z = 6 2）計算銑削用量 假設(shè)選擇一零件進行工況分析如圖： ①銑削深度 已知的數(shù)據(jù) ②銑削寬度 參考《金屬切削加工技術(shù)》表3-1 取 ③銑削進給量 以完成在每切割器的粗糙小進料的高速鋼齒是限制處理系統(tǒng)剛性的量，考慮到工件的剛性和切割器的強度，研磨力，每其中的齒限制的表面粗糙度是進給量。 查《金屬機械加工手冊》表14-69 取 ④銑削速度 v 參考《金屬機械加工手冊》第1113頁表14-67 （4-1） 式中： ——系數(shù)，查表14-67取53； t ——刀具耐用度，查《機械加工工藝手冊》表2.4-72 取60； ——銑削寬度； ——每齒進給量； d ——銑刀直徑(mm)； ——銑削深度(mm)； Z ——銑刀齒數(shù)； V——切削速度(m/min)； ⑤計算銑刀轉(zhuǎn)速 參考《金屬機械加工手冊》表10-106 （4-2） ⑥計算進給速度 （4-3） ⑦計算有效動力 查《金屬機械加工手冊》 表14-67 取 （4-4） 3) 計算銑削力 ①銑刀上的切削力 參考《實用金屬切削加工工藝手冊》第164頁 （4-5） 式中： ——銑削時的主切削力(N)； ——加工材料的影響系數(shù)（表13-16）； FC B ——銑削寬度(mm)； D ——銑刀直徑(mm)； 表4-4 加工材料 系數(shù) 圓柱銑刀 端面銑刀 45鋼 68 82 鑄鐵 30 50 青銅 22.5 37.5 ②工件所受的切削力 參考《金屬切削加工技術(shù)》表3-1 縱向切削力 （4-6） 取 橫向切削力 （4-7） 取 2.滾珠絲杠副的計算 以Y向為例。已知條件：工作臺重量：，工件最大重量，工作臺最大行程：，摩擦系數(shù)：。各種切削方式的縱向切削力、速度v和時間比例q見表5-2。絲杠壽命10年，工作可靠性為95%。 1）工作臺和工件夾具量 連接板的質(zhì)量 X 軸絲杠底座質(zhì)量 絲杠的最大載荷，為切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即摩擦力。查《數(shù)控加工中心設(shè)計》，貼塑導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)為0.005。 2）絲杠的最小載荷 （4-8） 3 3）絲杠最大載荷 （4-9） 4）軸向工作載荷 （4-10） 絲杠的最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，工作臺的最小進給速度為1mm/min， 故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min，可取為0。 則平均轉(zhuǎn)速為 （4-11） 故絲杠的工作壽命為 （4-12） 式中： L——工作壽命，以為為1個單位； n——絲杠轉(zhuǎn)速，r/min； T——絲杠使用壽命，對數(shù)控機床可取T=15000h； 5）計算當(dāng)量動載荷為 （4-13） 式中：——載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊取1～1.2，一般情況取1.2～1.5,有較大沖擊振動時取1.5～2.5，本例取。 ——精度影響系數(shù)，對于1、2、3級精度的滾珠絲杠取，對于4、5級滾珠絲杠取，本例取。 查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本中與相近的額定動載荷，使得，設(shè)計符合要求。然后由此確定滾珠絲杠副的型號和尺寸。查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本《華森精密滾珠絲杠副》，選擇內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副FNZ2506型。 主要參數(shù)如下： 公稱直徑=25mm,導(dǎo)程=6mm,，則預(yù)緊力 （4-14） 只要軸向載荷值不達到或不超過預(yù)緊力的3倍，就不必對預(yù)緊力提出額外的要求，本例中絲杠最大載荷為1615.4N，遠(yuǎn)小于。 4.3 滾珠絲杠的計算和校核 滾珠絲杠的計算出強度計算外，剛度和穩(wěn)定性計算與滑動絲杠計算相同。滾動絲杠不需要進行耐磨性計算。它的強度計算的原則與滾珠軸承相同。 參考《金屬切削機床設(shè)計》第四章第九節(jié)，來進行滾珠絲杠的計算和校核。 4.3.1 靜載強度的計算 當(dāng)滾珠絲杠副在低速運轉(zhuǎn)時（轉(zhuǎn)速10≤n轉(zhuǎn)/分），其破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生塑性變形，規(guī)定其塑性變形量不得超過滾珠直徑的萬分之一，產(chǎn)生這個塑性變形量的載荷稱為滾珠絲杠副的最大靜載荷。最大靜載荷根據(jù)絲杠的直徑、一圈內(nèi)的鋼球數(shù)、圈數(shù)、列數(shù)和接觸角而定的。 按靜載計算時，應(yīng)滿足下列計算式： （4-15） 式中： P ――滾珠絲杠的軸向工作載荷，單位為N； ――動載荷系數(shù)； Y軸方向滾珠絲杠的軸向工作載荷也就是Y軸方向移動所需要的牽引力，則Y軸方向滾珠絲杠的牽引力在前面的第三章中已經(jīng)計算出來了。即： Y軸方向滾珠絲杠的軸向工作載荷為： 動載荷系數(shù)查《金屬切削機床設(shè)計》表4－21可知，但是為了安全起見，選用載荷性質(zhì)選中等沖擊，，則取。 查閱知Y軸的滾珠絲杠的額定靜載荷為：。 下面分別進行Y軸方向滾珠絲杠的靜載荷強度的計算： Y軸方向滾珠絲杠靜載荷強度的計算： Y軸方向所選用的滾珠絲杠的靜載荷強度滿足要求。 4.3.2 疲勞強度的計算 當(dāng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分時，主要的破壞形式是疲勞點蝕。這時，應(yīng)按疲勞強度計算，計算原則與滾珠軸承相同。 根據(jù)《機械設(shè)計》中的滾動軸承計算公式可以求出當(dāng)量動載荷。 （4-16） 式中： P――滾珠絲杠副的軸向工作載荷，單位為N； L――滾珠絲杠的壽命，以為1單位； （4-17） 式中： C――循環(huán)次數(shù)，C=60nT； T――滾珠絲杠的適用壽命，單位為h； n――滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，單位為mm/min; 由于軸向工作載荷P和要求的壽命L計算出的當(dāng)量動載荷應(yīng)小于絲杠最大額定動載荷。 （4-18） 查閱可知Y軸方向的滾珠絲杠的額定動載荷分別為： （4-19） 首先應(yīng)計算Y軸方向滾珠絲杠的當(dāng)量動載荷，用第三章里面已經(jīng)計算出來的n＝40.6r/min代入公式。查閱《現(xiàn)代數(shù)控機床》表5－12可知，數(shù)控機床滾珠絲杠副的預(yù)期工作壽命為1500h。則： （4-20） 經(jīng)過計算可以知道，滾珠絲杠的疲勞強度都是滿足要求的，所以，初選的滾珠絲杠的型號就沒有必要去改變了。X、Y軸方向滾珠絲杠選用FND2506型。 絲杠螺紋部分長度 等于工作臺最大行程500mm加螺母長度100mm加兩端余程50mm： 支撐跨距應(yīng)略大于，取為。 兩端固定，絲杠一般不會受壓故不需進行壓桿穩(wěn)定性驗算。 型號為FNZ2506型，公稱直徑為，，，額定動載荷，大于算出的值這種絲杠是可用的。該系列采用反向器實現(xiàn)滾動循環(huán)。 4.3.3滾珠絲杠副的支撐方式 滾珠絲杠的幾種支承方式如圖4.4所示。 圖4.4滾珠絲杠在機床上的支承方式 圖(a)為一端裝推力軸承； 圖(b)為一端裝推力軸承，另一端裝向心球軸承；、 圖(c)為兩端裝止推軸承。 圖(d)為兩端裝止推軸承及向心球軸承。 4.3.4潤滑、防護和密封 ①潤滑。滾珠絲杠必須潤滑，滾動軸承用的各種潤滑劑原則上都可用。主軸用的各種潤滑劑和潤滑方式都可以用于精密滾珠絲杠。一般情況下采用鋰基潤滑脂，高速和需要嚴(yán)格控制溫升時，可采用汽輪機油，循環(huán)潤滑或噴霧潤滑。 ②防護和密封。有專業(yè)廠生產(chǎn)，應(yīng)用較廣。 密封圈使用是要格外小心避免螺旋式密封圈松動，否則密封圈將成為一個鎖緊螺母，增大摩擦力矩，影響絲杠的正常運轉(zhuǎn)。 螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運轉(zhuǎn)。必要時，在行程的兩端配置限位裝置，以避免螺母部分而使?jié)L珠失散。 4.4滾動軸承組合結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4.1軸承的配置 機床傳動軸一般采用雙支承結(jié)構(gòu)，各個支承由1～2個軸承組成，多數(shù)為1個軸承。 表4-5軸承配置基本方式 布置形式 特點 背對背（外圈寬邊相對） 負(fù)載作用中心在軸承中心線之外，支承跨距大，懸臂長度小，剛度大。受熱伸 長游隙增加、不易卡死 面對面（外圈窄邊相對） 負(fù)載作用中心在軸承中心線之內(nèi)，支承跨距小、結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，軸受拉伸易卡死，一般用于短承，注意間隙調(diào)整 串聯(lián) 在同一側(cè)的承載核心作用，這種安排是合適的用于軸向加載，向承載聯(lián)合承諾和更需要 根據(jù)表中情況，采用背對背的形式。 4.4.2軸承的選擇與校核 根據(jù)《機械工程及自動化簡明手冊》表D-7初選軸承采用的是兩個推力球軸承（51204） 預(yù)負(fù)荷軸承的預(yù)負(fù)荷不應(yīng)小于軸承最大載荷的1/3。在這軸承的最大載荷等于預(yù)拉伸力加最大外載荷的一半。 （4-21） 故符合要求 疲勞壽命的計算 軸承要求的動負(fù)荷可按下式計算 （4-22） 考慮到數(shù)控機床本身特點，上式中系數(shù)、、、均取1。進給力方向是可變的，軸承負(fù)荷取其平均值，P==3812N當(dāng)量轉(zhuǎn)速＝238r/min，故 如壽命為1500h，則。代入（5-22）式得 可以看出51204形軸承(推力球軸承)得額定動負(fù)荷大于軸承要求的動負(fù)荷。所以按上述方法可選擇出兩個深溝球軸承的型號為6004。 4.4.3軸承游隙的調(diào)整 有些軸承在裝配后，內(nèi)外圈就有一定的游隙。對于一端固定的支承形式，固定端的軸承承受雙向軸向力，內(nèi)外圈都要軸向固定，內(nèi)圈選用軸上的螺母來調(diào)整，外圈用調(diào)整墊片來調(diào)整間隙。 4.5進給電機的選擇 正確選擇電動機的類型、型號及容量是機床設(shè)計的重要問題之一。通常選用三相交流異步電動機。同一類型的電動機又具有幾種安裝形式，應(yīng)根據(jù)安裝條件選定。 伺服電機的選用，應(yīng)考慮三個要求： 1.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電機的額定轉(zhuǎn)矩； 2.電機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩契合； 3.快速移動時實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過交流伺服電機的保持轉(zhuǎn)矩。 4.5.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)下式計算，即 （4-23） 滾珠絲杠螺母副的機械效率η=0.9，因滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩 （4-24） 查《角接觸推力球軸承組配技術(shù)條件》，得單個軸承的摩擦力矩為0.0085Nm，故一對軸承的摩擦力矩。簡支端軸承不預(yù)緊，其摩擦力矩可以忽略不計。交流伺服電機與絲杠直連，其傳動比i=1。 4.5.2負(fù)載慣量計算 工件、夾具與工作臺折算到電機軸上的慣量。 （4-25） 式中： v——工作臺移動速度，m/s； w——伺服電機的角速度，rad/s； m——直線移動件工件、夾具和工作臺的質(zhì)量，kg。 絲杠加在電機軸上的慣量 絲杠公稱直徑為25mm,長度為800mm，絲杠材料鋼的密度為 （4-26） 聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊得到 負(fù)載總慣量 （4-27） 按照小型數(shù)控機床慣量匹配條件，1＜＜4，所選交流伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在6.24～24.94之間。 根據(jù)上述計算可初步選定電機。如選用交流伺服電機，可選TSB13202B交流伺服電機。 TSB13102B交流伺服電機的主要技術(shù)參數(shù)如下： 最高轉(zhuǎn)速n：2000r/min 額定扭矩：9.545Nm 最大扭矩：28.645Nm 轉(zhuǎn)子慣量：12.25kg·cm 轉(zhuǎn)矩系數(shù)比：1.139N·m/A 機械時定數(shù)：6.59ms 4.5.3空載加速轉(zhuǎn)矩計算 空載加速轉(zhuǎn)矩為 （4-28） 空載加速時，主要克服的是慣性?？倯T量 （4-29） 加速時間通常取的3～4倍 取 （4-30） 空載加速轉(zhuǎn)矩不允許超過伺服電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩。TSB13202B型交流伺服符合條件可以使用。 經(jīng)計算，該電機符合加工要求。同理，以同樣的計算方法算得Y向的電動機也選型號為TSB13202B伺服電機。電機與進給絲杠的聯(lián)結(jié)采用直聯(lián)的方式。 4.6導(dǎo)軌的設(shè)計 查閱知，在本設(shè)計中立柱Z向?qū)к壊捎镁匦位瑒訉?dǎo)軌。 4.6.1導(dǎo)軌的額定壽命 以X向為例，已知：工作臺質(zhì)量m=1200N，負(fù)載F=10KN，有效行程L=1m,每分鐘往復(fù)次數(shù)n=4,移動速度v＜15m/min.運動條件：常溫，平穩(wěn)無沖擊和震動。選用GGA25直線滾動導(dǎo)軌副。試計算其預(yù)期壽命。 解：查表得，這種導(dǎo)軌的額定動、靜載荷分別是 各項系數(shù)，，，，，按下面的計算公式得： （4-31） 按下面計算公式得： （4-32） 按年工作日為300天，二班工作制，每班8h,開機率為80%，則預(yù)期壽命年限為： 5.6.3導(dǎo)軌的精度要求 滑動導(dǎo)軌的精度要求 滑動導(dǎo)軌，不管是壽命類型的的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面度通常取0.01～0.015mm，長方向直線度通常取為0.005～0.01mm；側(cè)導(dǎo)向面的直線度為0.01～0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度為0.010～0.015mm，側(cè)導(dǎo)向面對導(dǎo)軌底面的垂直度為0.005～0.010mm。 4.6.4導(dǎo)軌的材料 在這加工中心的床身的導(dǎo)軌是鑄鐵。鑄鐵是價格低，穩(wěn)定性好和耐磨，易于鑄造和切削加工的金屬材料。 4.6.5導(dǎo)軌的潤滑 減少摩擦，提高機械效率；減少磨損，延長壽命；降低溫度，改善工作條件和防止生銹。導(dǎo)軌的潤滑方法很多，最簡單的潤滑方法就是人工定期地直接在導(dǎo)軌上澆油。有的銑床在運動部件上裝有手動或自動油泵，通過油泵來進行潤滑。 結(jié)束語 立式加工中心工作臺的設(shè)計基本完成了，我的大學(xué)也即將結(jié)束了。最后的畢業(yè)設(shè)計，讓我了解到細(xì)節(jié)決定成敗。在設(shè)計中往往是那不起眼的小錯誤，就會引起一連串的錯誤。量變引起質(zhì)變。 面對即將踏入的社會，特別是在工作中，更需要我們對細(xì)節(jié)的掌握。不僅需要對細(xì)節(jié)的把握，還要注重理論和實踐的結(jié)合。從實踐中檢驗理論，在理論的基礎(chǔ)上進行實踐。 致 謝 這篇論文的完成，也代表的我學(xué)業(yè)的結(jié)束，邁向社會。再次感謝老師們的諄諄教導(dǎo)。特別是在沈?qū)煹南ば闹笇?dǎo)，讓我圓滿完成了這次畢業(yè)設(shè)計。在此表示衷心的感謝。 在次期間，宿舍的小伙伴對我提供了極大的幫助，在此想他們表示感謝。 另外也感謝我的父母，感謝他們提供了一切，讓我安心的完成了學(xué)業(yè)。在此衷心感謝！ 參考文獻 [1]李洪．機械加工工藝手冊[M]． 北京大學(xué)出版社,2008 [2]夏田．?dāng)?shù)控加工中心設(shè)計[M]．化學(xué)工業(yè)出版社,2009 [3]陳家芳．實用金屬切削加工工藝手冊[M]．上?？茖W(xué)技術(shù)出版,2013 [4]成大先．機械設(shè)計手冊[M]． 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