最大加工直徑為400毫米的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、題目：最大加工直徑為400毫米的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘要2Abstract2第一章 概述31.1 數(shù)控車床的概念31.2 數(shù)控車床的組成和特點(diǎn)41.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的發(fā)展與趨勢(shì)與現(xiàn)狀51.4 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的選擇61.5 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中主要機(jī)械部分71.6 數(shù)控機(jī)床的性能和精度選擇8第二章 進(jìn)給系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)92.1進(jìn)給系統(tǒng)的組成和原理92.2 進(jìn)給傳動(dòng)伺服系統(tǒng)的選擇102.3數(shù)控系統(tǒng)的選擇102.4 機(jī)械傳動(dòng)方式的選擇11第三章 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算133.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算133.2 數(shù)控車床的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)193.3 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)23第四章 經(jīng)濟(jì)型

2、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)244.1 概述242529結(jié)束語(yǔ)32參考文獻(xiàn)32第一章 概述1.1數(shù)控車床的概念 數(shù)控車床又稱為 CNC車床，即計(jì)算機(jī)數(shù)字控制車床，是目前國(guó)內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。 數(shù)控機(jī)床數(shù)控車床，是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)各種補(bǔ)償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟(jì)效果。1.2 數(shù)控車床的組成

3、和特點(diǎn)車床機(jī)械部分主要由如下部件組成：床身、主軸箱、進(jìn)給裝置、刀架、尾座、卡盤、安全防護(hù)、托架、其他輔助裝置等。1)床身車床床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。床身部分最關(guān)鍵的部位是導(dǎo)軌，導(dǎo)軌一般要經(jīng)過二次時(shí)效、中頻淬火和精密磨削后才能使用。常用的導(dǎo)軌形式有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和直線導(dǎo)軌。導(dǎo)軌是關(guān)系到機(jī)床精度和穩(wěn)定性的部件。2)主軸車床主軸是車床輸出動(dòng)力的主要部件。隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，土軸的結(jié)構(gòu)形式越來越簡(jiǎn)單， 由原來的齒輪傳動(dòng)逐步發(fā)展成了電動(dòng)主軸、主軸單元等多種形式。轉(zhuǎn)速也越來越高，由原來 的幾千轉(zhuǎn)分，發(fā)屜到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)分甚至幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)分3)進(jìn)給裝置一般車床有兩個(gè)方向的進(jìn)給，橫向(x軸)和縱向(z軸)。伺服電

4、機(jī)帶動(dòng)旗珠絲杠拖動(dòng)床鞍等，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的自動(dòng)加工。4)刀架一般數(shù)控車床都配有電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓或伺服刀架。刀架是數(shù)控車床最重要的輔助裝置之一，刀架的檔次是評(píng)判數(shù)控車床高中低的依據(jù)之一。5)尾座為了滿足重型切削和較長(zhǎng)丁件的加工要求，一般車床都配有尾座。尾座分手動(dòng)、電動(dòng)、 氣動(dòng)和液壓尾座等。6)卡盤卡盤安裝在主軸上，用來夾持工件，分為手動(dòng)三爪自定心卡盤、電動(dòng)卡盤、氣動(dòng)F盤、液壓卡盤和四爪卡盤等等。數(shù)控車床的標(biāo)準(zhǔn)配置一般為三爪自定心卡盤。7)安全防護(hù)數(shù)控車床一般都有全封閉防護(hù)或半封閉防護(hù)來滿足勞動(dòng)生產(chǎn)要求。機(jī)床的防護(hù)和外 觀越來越受到用戶的關(guān)注。8)托架托架一般包含中心架和跟刀架。數(shù)控車床的標(biāo)準(zhǔn)配置一

5、般不含托架，托架是滿足特殊加工要求而配備。 1.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀1.4 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的選擇     數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。    (1) 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)    該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速

6、度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易成功。    (2) 異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)    該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際

7、位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。    (3) 交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問題。選擇

8、數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控設(shè)計(jì)后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求1.5數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)中主要機(jī)械部分   一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無間隙；功率大；便于操作和維修。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，方能獲得預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。    (1) 滑動(dòng)導(dǎo)軌副    對(duì)數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌

9、變形。    (2) 齒輪副    一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。    (3) 滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于

10、6級(jí)，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長(zhǎng)；啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。(5) 安全防護(hù)改造效果必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對(duì)防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌1.6 數(shù)控機(jī)床的性能和精度選擇為能讓設(shè)計(jì)的車床得到更深一處的應(yīng)用，和體現(xiàn)更有

11、價(jià)值觀和使用年數(shù)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)前需要考慮的一系列的車床的性能和精度的選擇有以下幾點(diǎn)： （1）軸變速方法、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動(dòng)停車等。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給速度：X向（通常為8400mm/min）；X向（通常為2100 mm/min）?？焖僖苿?dòng)：X向（通常為1.24m/min）；X向（通常為1.23m/min）。脈沖當(dāng)量：在0.0250.005mm內(nèi)選取，通常Z向?yàn)閄向的2倍。加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達(dá)到。(3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式（一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)）。(4）給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是否要滾珠絲杠傳動(dòng)。(5）刀架是否

12、需要配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。(6）其他性能指標(biāo)選擇：插補(bǔ)功能：車床加工需具備直線和圓弧插補(bǔ)功能。刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償功能。顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示，顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實(shí)際需要確定，一般來說，顯示越簡(jiǎn)單成本越低，也容易實(shí)現(xiàn)。診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯(cuò)和隨之出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作，可在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入必要的器件和軟件，使其能指示出機(jī)床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實(shí)現(xiàn)有限的診斷功能。以上是數(shù)控車床設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一些通用性能指標(biāo)，有的數(shù)控車床根據(jù)需要還會(huì)有些專門的要求，如車削大螺距螺紋、在惡劣

13、的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對(duì)刀等，這個(gè)時(shí)候應(yīng)有針對(duì)性的專門設(shè)計(jì)。第二章 進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 進(jìn)給系統(tǒng)的組成和原理2.2 進(jìn)給傳動(dòng)伺服系統(tǒng)的選擇第三章 數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證同軸度，提高傳動(dòng)精度。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)重（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算） W=30kgf=300N時(shí)間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L=4mm左旋行程 S=230mm脈沖當(dāng)量 =0.005mm/step步距角 =0.

14、75 °/step快速進(jìn)給速度 max=1mm/minA.切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3,取1/2,則切削力約為縱向的1/2 F=(1/2)×152.76=76.38kgf=763.8N （3-1）在切斷工件時(shí)：F=0.5F=0.50×76.38=38.19kgf=381.9N （3-2）B.滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算a.強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：P=KFy+f(Fz+W) （3-3）取K=1.4 f=0.2則 P=1.4×38.19+0.2×（76.38+30） =74.74kgf=747.4N （3-4）壽命值 L =13.5 （3-5）最

15、大動(dòng)負(fù)載 Q=×1.2×1×74.74=213.55kgf=2135.5N （3-6）根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。型號(hào)為WL2004-2.5X1B左，其額定動(dòng)負(fù)荷為6100N，所以強(qiáng)度足夠用。b.效率計(jì)算螺旋升角=3°39，摩擦角=10則傳動(dòng)效率 =0.956 （3-7）c.剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量L=5.96×10-6cm （3-8）滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小，可忽略，即：L=L。所以，導(dǎo)程變形總誤差為=L=×5.96×10-6=14.9m/m （3-9）知E級(jí)精度絲杠允許

16、的螺距誤差1m長(zhǎng)為15m/m，故剛度足夠。d.穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不用驗(yàn)算。C.齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算a.有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比 i= （3-10）故取 Z=18 Z=30 m=2mm b=20mm =20°d=36mm d=60mm d=40mm d=64mma=48mmb.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JI=（）2W=（）2×30×0.01=0.0439kgfcm2（3-11）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS=7.8×10-4×24&#

17、215;50=0.624kgfcm2 （3-12）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=7.8×10-4×3.64×2=0.262kgfcm2 （3-13）J=7.8×10-4×64×2=2.022kgfcm2 （3-14）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J= =1.258kgfcm2 （3-15）c所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 n=41607r/min （3-16） M=Nm=2.23kgfcm （3-17） （3-18）m=0.1775kgfcm （3-19）= （3-20） （3-20） （3-22）所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 （3-23）切削時(shí)所需

18、力矩： （3-24）快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： （3-25）從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，=2.633kgfcm=26.33Ncm步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型一) 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 式中 1.326 4.192 0.3996 0.975 0.562 代入公式得6.788初選混合式步進(jìn)電機(jī)BS86HB3L103-02，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)力矩的計(jì)算（1）快速空載起動(dòng)力矩在快速空載起動(dòng)階段，加速例句所占的比例較大 333.33r/min，=35ms 67.66N cm折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 18.29N cm附加摩擦力矩 0.718 N

19、cm上述三項(xiàng)合計(jì) 113.74 N cm(2) 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 19.008N cm(3)最大切削載時(shí)所需力矩 104.56N cm從上面計(jì)算可以看出，在三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選電機(jī)的依據(jù)。查得，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，=0.866 得到 最大靜力矩=113.74/0.866=172.3 N cm 按此最大靜轉(zhuǎn)矩從下表查出，BS86HB3L103-02型最大靜轉(zhuǎn)矩大于2.545 N·cm。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行起動(dòng)矩頻。3計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 可查出：BS86HB3L103

20、-05型號(hào)步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2500HZ, 從圖中查出步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí),頻率,力矩均能滿足此機(jī)床的要求。3.2數(shù)控車床的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是指將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬機(jī)構(gòu)。包括絲杠螺母副、導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因此，數(shù)控車床的傳動(dòng)裝置與普通車床中傳動(dòng)裝置在概念上有重要差別，它的設(shè)計(jì)與普通車床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。數(shù)控車床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。為確保數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)

21、的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無間隙、低摩擦、高剛度等要求。為了達(dá)到這些要求，采取主要措施如下：a盡量采用低摩擦的傳動(dòng)，以減少摩擦力；b鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；c量消除傳動(dòng)間隙，減少反向死區(qū)誤差。螺旋傳動(dòng)A概述 螺旋傳動(dòng)主要用來把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或把直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，有以傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋，還有調(diào)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母、滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)中，螺旋傳動(dòng)主要用來實(shí)現(xiàn)精密進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 滾珠絲

22、杠副傳動(dòng)是在具有螺旋滾道的絲杠和螺母間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠。這些滾珠作為中間傳動(dòng)件，使螺桿和螺母之間的摩擦由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種傳動(dòng)裝置。它由絲杠、螺母、滾珠及滾珠循環(huán)返回裝置等四個(gè)部分組成。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)時(shí)，滾珠則沿螺桿螺旋滾道面滾動(dòng)，在螺桿上滾動(dòng)數(shù)圈后，滾珠從滾道的一端滾出并沿返回裝置返回另一端，重新進(jìn)入滾道，從而構(gòu)成閉和回路。B滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn)a傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。b給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。c啟動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高，同步性好。d有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換

23、為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。e磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好。f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，表面粗糙度值別別小，故制造成本高。g不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于中立的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，所以需要添加制動(dòng)裝置。 為了滿足高精度、高剛度進(jìn)給系統(tǒng)的需要，必須充分重視滾珠絲杠副支承的設(shè)計(jì)。a一端固定 一端自由a) 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都很低。b) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單c) 軸向剛度小d) 適用于較短的滾珠絲杠安裝和垂直的滾珠絲杠安裝b兩端鉸支a) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單b) 軸向剛度小c) 適用于對(duì)剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝d) 對(duì)絲杠的熱伸長(zhǎng)

24、較敏感e) 適用于中等回轉(zhuǎn)速度c一端固定 一端鉸支a) 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉(zhuǎn)速度b) 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜c) 軸向剛度大d) 適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠安裝e) 推力球軸承應(yīng)安置在離熱源（步進(jìn)電機(jī)）較遠(yuǎn)的一端d兩端固定a) 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)b) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力c) 軸向剛度最大d) 適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的滾珠絲杠安裝e) 適用于較長(zhǎng)的絲杠安裝綜上所述，本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠副支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ǎ欢藦较蛑С?。D滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整滾珠絲杠

25、的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。此外，還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A軸CAJJX6140-02-04的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由前面滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)可知：滾珠絲杠的直徑為20mm。由于絲杠與軸CAJJX6140-02-04通過聯(lián)接套聯(lián)接，考慮到軸的加工方便性和整體的連貫性，軸CAJJX6140-02-04的軸身部分直徑與滾

26、珠絲杠的直徑相同，均為20mm，其長(zhǎng)度根據(jù)原車床實(shí)際需要的尺寸而定，軸頸部分直徑為17mm。圖3-1 軸CAJJX6140-02-04B軸CAJJX6140-02-08的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮與軸承內(nèi)經(jīng)的配合，所以該軸兩端支承部分直徑為17mm。由于該軸需與法蘭盤聯(lián)接，而且該軸相對(duì)較長(zhǎng)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)為了方便安裝，降低裝配難度，將軸身部分增加一個(gè)軸肩，直徑適當(dāng)減小，使其有一過渡，軸身直徑為15mm。因?yàn)樵撦S的右端還需安裝一個(gè)透蓋，用雙螺母對(duì)其緊固。軸與透蓋用一鍵使其周向固定。查參考文獻(xiàn)3可知，根據(jù)軸的直徑選用型號(hào)為GB/T1098-1979的鍵，鍵槽寬度為3mm，深度為3.8mm。圖3-2 軸CAJJX6

27、140-02-08透蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)透蓋的內(nèi)徑和長(zhǎng)度由與之配合的軸CAJJX6140-02-08的直徑和長(zhǎng)度決定，所以透蓋的直徑為16mm,長(zhǎng)33mm。因?yàn)檫x用型號(hào)為GB/T1098-1979的鍵，可知，轂t1=1.4mm，上偏差為+0.1，下偏差為0。外圓的直徑由法蘭盤的直徑?jīng)Q定，為96mm。圖3-3 透蓋CAJJX6140-02-01螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺母座的長(zhǎng)度根據(jù)滾珠螺母的長(zhǎng)度而定。螺母座與滾珠螺母通過鍵進(jìn)行軸向固定，該鍵型號(hào)選用GB/T1096-1979，4×4×30。滾珠絲杠副通過螺母座帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，因此螺母座通過螺釘與工作臺(tái)聯(lián)接。螺釘型號(hào)選用GB/T70-1985

28、。圖3-4 螺母座CAJJX6140-02-073.3自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì) 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵。在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造時(shí)，多采用外購(gòu)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。由微機(jī)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架具有重復(fù)定位精度高,工件剛性好,性能可靠,使用壽命長(zhǎng)以及工藝性好等特點(diǎn)。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計(jì)時(shí),刀架要能自動(dòng)完成抬起、回轉(zhuǎn)、選位、下降、定位和壓緊,即要設(shè)計(jì)出合理的機(jī)構(gòu)又要檢測(cè)出個(gè)順序動(dòng)作的電信號(hào),以便由控制系統(tǒng)加以控制。刀架的回轉(zhuǎn)常采用微電機(jī)通過蝸輪蝸桿使刀架抬到一定高度時(shí),由撥塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架的選位由刀架位置的編碼和微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。這里選用的是LD4-1型自動(dòng)刀架，其工作原理是由微機(jī)發(fā)

29、出換刀信號(hào),使微電機(jī)正轉(zhuǎn),通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體升至一定位置時(shí),離合轉(zhuǎn)盤起作用,帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)到所選刀位,發(fā)信盤發(fā)出刀位信號(hào),使微電機(jī)反轉(zhuǎn),反靠初定位,上刀體下降,齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿，鎖緊螺母，使刀架固緊。當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時(shí)，過流繼電器動(dòng)作，切斷電源，電機(jī)停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出回答信號(hào)，開始執(zhí)行下道工序。刀架的動(dòng)作順序簡(jiǎn)明地表示為：微電機(jī)減速機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)上刀體上升轉(zhuǎn)位信號(hào)符合粗定位機(jī)構(gòu)上刀體下降精定位刀體鎖緊微電機(jī)停轉(zhuǎn)換刀回答信號(hào)加工順序執(zhí)行。第四章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1概述數(shù)控機(jī)械的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行驅(qū)動(dòng)元件，因此又稱為開換步進(jìn)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)不使用位置、速度檢測(cè)和反饋裝置，沒有閉環(huán)控