立式铣床毕业论文精选版

1、DoCUment Serial number KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108吉林化工学院本科毕业设计立式数控铳床传动系统VertiCal CNC milling machine transmission design性质：毕业设计 毕业论文教学机电工程学院院:系机械电子系别:学生学号:学生姓孟凡华名:专业班机自1102级:指导教田爱华/申东辉师:职教授/助教称：起止日期：吉林化工学院JiIin InStitUte Of ChemiCaI TeChnOIOg摘要数字控制是近代发展起来的一种自动化控制技术是用数字化信号对机床运 动及其加工过程进行控制的一种方法，随着科

2、学技术的迅猛发展，数控机床已 经是一个国家机械工业水平的重要标准。数控机床是装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号 码，或其他符号编辑指令规定的程序。数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统执照产业的渗透形成的机电 一体化产品，起技术规范覆盖很多领域：（1）机械制造技术（2）信息处理，加 工，传输技术；（3）自动控制技术：（4）伺服驱动技术；（5）传感技术；（6）软 件技术等。计算机对传统机械业的渗透，完全改变了制造业。制造业不但成为 工业化的象征，而且山于信息技术的渗透，使制造业犹如朝阳产业，具有广阔 的发展天地。数控机床就是将加工过工程所需要的各种步骤以及刀具与弓箭之间的相

3、对 位移量都是用数字化的代码来显示。通过控制介质数字信息传入专用区域通用 的讣算机。讣算机对输入的信息处理，发出各种指令来控制机床的伺服系统或 者其他执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。关键词：机械设计；数控三坐标铳床；主轴：数控AbStraCtDigitaI COntrOI the modern development Of automation COntrOI Of digital technology is a SignaI for machine tools are PrOCeSSeS to COntrOI movement, as a method Of SCienCe and

4、technology has developed rapidly and NUmeriCaI COntrOI machine is a national machinery industry StandardS Of important Standard, the machine is a PrOgrain NUmeriCaI COntrOI COntrOI SyStem Of machine tools, the SyStem to be IOgiCaI to USe a number Or Other SymbOIS SPeCified instruction encodingNUmeri

5、CaI COntrOI machine tools in NUmeriCaI COntrOI technology Of new technology industries through the traditional manufacturing a PrOdUCt Of the electromechanical integration many areas: (One) machinery manufacturing technology (two)information PrOCeSsing, PrOCeSSing and transmission technology:(three)

6、automatic technology;(four) SerVO driving technological;(five)sensing technology; (SiX) SOftWare technology, COmPUter to traditional SerViCe trade the manufacturing industry, has Changed has become industrialized, and because Of the information technology, manufacturing into a rising industry, have

7、broad development Of the WOrldNUmeriCaI COntrOI machine tools are the PrOCeSSeS Of the VariOUS StePS and the tool relative to the WOrkPieCe between the amount Of displacement is the USe Of digital COde to represent information media by COntrOlIing figures into a SPeCiaI area Of the COmPUter PUter fo

8、r the PrOCeSSing Of information and instructions to COntrOI the machine tools Or Other enforcement SerVO SyStem COmPOnentS and tools automatically PrOCeSSed OUt the WOrkKey WOrdS MeChaniCaI design NUmeriCaI COntrOI threeCOOrdinateS Of InilIing目录第1章绪论数控铳床的现状和发展讣算机技术的E速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数 控铳床的高精、

9、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数 控系统生产商利用丄控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式 体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，通过 改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的 特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的 开发。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并 向智能化、网络化方向发展。近儿年来，山于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，其相应产品在 我国的市场需求量也逐年上升。在我国的数控铳床设备生产行业中，由于缺乏 切割理论研究与生产实践相转换的

10、机制，因此新技术运用不广、新产品开发速 度不快，制约了数控铳床技术的进一步发展和运用。毕业设计的目的和意义装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程 度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产 业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的 装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么，而在于怎样生 产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资 料，而数控乂是当今先进制造技术和装备最核心和技术。当今世界各国制造业 广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和适应能 力和竞争能

11、力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资， 不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关 键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和 国家地位的重要途径。第2章设计方案的确定整体方案的确定本次立式数控铳床要达到的技术要求：电机功，进给速度为4ms,换刀的 时间靠打刀缸的性能来保证。工作台面积为840x300的行程480x250x250,工 作台所加工零件的类型为铝件和一些钢件。主轴采用BT50、的刀柄和拉抓。本次立式数控铳床具有加工中心的特点，能够实现

12、自动换刀，自动变速， 变速方法采用无级变速。由中空电机连接主轴直接转动，本次设计选择采用的 是有欧非机械有限公司型号为0口-FK的中空电机，它的额定扭矩为,额定转速为 40OrPm本次立式数控铳床主轴部件的设计主要有轴以及轴上零件、拉杆的设计； 气缸的选择，首先根据换刀所要达到的时间，其次，根据碟形弹簧拉紧刀柄的 力，气缸动作是所产生的力应稍大于弹簧的拉紧力。主轴传动方案的类型和选择(b)(C)数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动 操作的要求。在主传动系统中，LJ前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机 无级凋速系统。为扩大调速。为了适应不同的加工要求，口前主传动系统

13、主要有三种变速方式1. 具有变速齿轮的主传动如上图a所示这种配置方式大中型数控铳床中比较普遍。它通过少数儿对齿轮进行降速，使 之能够够分段变速，确保低速时拥有足够的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性。 但也有一小部分数控铳床也釆用这种传动方式，以获得强有力切削时所需要的 扭矩。2. 通过带传动的主传动如上图b所示主要应用字中小数控铳床上，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声，但它 只能适用于地扭矩特性要求的主轴。同步带有多楔带，齿形带，圆弧带等，是 一种综合了带传动和链传动有点的新型传动。带的工作面及带轮外圆上均制成 齿形，通过带轮和轮齿相嵌合，做吴华东的齿合运动。带内采用了承载后无弹 性伸长的材料做强

14、力层，以保持带的节距不变，使主动和从动带轮可做无相对 滑动的同步传动。与一般带传动相比，同步带传动具有以下优点；1) 无滑动，传动比准确。2) ,传动效率高，可达98%以上3) .出动平稳可靠，噪音小。4) .使用范围广泛，速度可达到50ms,速比可达10左右，传动功率由儿 瓦到数千瓦。5) .维修保养方便，不需要润滑。但是同步带也有不足之处，其安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复 杂，成本高。3. 由调速电机直接驱动的主传动如上图C所示这种主传动方式打打简化了主轴箱和主轴的结构，有效地提高了主轴部件 的刚度。但主轴输出扭矩小，电动机转动时发出的热量对主轴的精度影响比较 大。在低于额定转

15、速时为恒转输出，高于额定转矩时为恒功率输岀。使用这种 电动机可以实现电气定向。我们把机床主轴驱动与一般工业的驱动相比较，便 可以知道机床要求其驱动系统有较高的速度精度和动态刚度，而且要求具有能 连续输出的高转矩能力和非常矿的恒功率运动范围。随着功率电子，讣算机技 术，控制理论，新材料和电动机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流主轴 电动机驱动系统的性能已经达到了其至超过了直流电动机驱动系统，交流主轴 驱动系统正逐步取代直流系统。总的来说，笫一第二两种类型对减速配置要求很高，第三种类型要考虑它 的转动惯量。本次设讣是有中空电机通过键连接主轴，直接带动主轴转动，这 样既简化了主轴箱体与主轴的结构，

16、也有效地提高了主轴部件的刚度。此设讣 方案利用电机控制转速，因此对减速配置要求不高，乂由于电机在主轴外部连 接，也不需考虑转动惯量，而且成本更低。综上讨论，所以，本次设计选择这种主转动方案。第3章轴类零件的设计和计算主轴的材料选择从多方面考虑选用40Cr为本次数控铳床主轴材料。主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈DI和D2,主轴内孔直径d, 主轴主要支撑间的跨距LO这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴的刚度。主轴最小直径的估算估算最小轴径：式中：d一主轴的最小直径(Cm)P主轴传递的功率(kw) , P=X-主轴的转速(rmin),前面已给出 n-400rpm查机械设计取4

17、)为112,取0二代人数值得：d56mm取主轴的最小直径乩二60mm,最小直径本应该是后轴颈，但是考虑到轴承的轴 向固定采用锁紧螺母，应留锁紧螺母的位置。考虑到轴上装轴承，有配合要 求，应将后轴颈的直径圆整到标准直径，同时要考虑到选择轴承的类型，还有 一个键槽的关系，还有主轴是中空电机直接带动主轴转动的，考虑到主轴的刚 度和强度，因此选择后轴颈的直径20,主轴内孔直径d及拉杆直径的确定一般铳床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大3Ionim。由于机床使用场合多种 多样，为了适应加工工艺及刀具特点，机床工具行业已经开发了多种轴端结 构，并已形成专业标准，铳床常用的主轴端部结构前端带有7:24的锥孔.供插

18、 入铳刀尾部锥柄定位，拉杆从主轴后端拉紧刀具，常用的是BT-50刀柄，因 此我采用BT-50的外螺纹拉杆，为了满足拉杆的刚性要求，取拉杆的直径为 40mm,根据拉杆的直径确定主轴内孔的最小直径为"50即可主轴支承跨距L的确定合理确定主轴主要支承间的跨距L,是获得主轴部件最大静刚度的重要条件 之一。支厶承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前 轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量 尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前端较大的位移。因此存 在一个最佳跨距乙），在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端 的总位移量为最小

19、。一般取厶。二（2）本文所设计的主轴暂取L二475mm, 但是实际结构设计时，山于结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低， 主轴主要支承间的实际跨距L往往大于最佳跨距Lo。初选轴承本文所设计的铳床主要用于铳削平面和打孔，轴承承受径向载荷，故选择角 接触球轴承背对背的组合。根据工作要求，山轴承产品IJ录中选取型号为 7320C的角接触球轴承主轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案本文所设计的主轴要用原有的主轴箱，根据主轴箱的结构、轴上零件定 位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设讣的基本要求，得出 如图所示的轴结构。图3-1主轴确定轴各段的直径轴段1山于选用的是BToO,查机床设计D

20、nW=I28.57M简明手册，考虑主 轴前端部收到的径向力较大，所以轴段1的直径D=140mm轴段2要轴承配合，因为要承受很大的径向力，故选的角接触球轴承是重型 的，故取轴段2的直径P二130mm。轴段3由于轴段2安装螺母的关系，轴段3的直径比轴段2小23mm,故 D3=126mm轴段4有个轴肩，又由于乂轴承配合和键的关系，故直径=I2Ommo确定各轴段的长度轴段1由于主轴内孔要装拉杆、拉刀抓及BT50刀柄，整体装配起来应该让 拉杆不要伸出主轴内孔太长，否则铳床的整体动刚度不好，根据主轴和主动轴 的整体装配关系，故厶二66mm。轴段2山于有轴承，套筒和螺母安装的缘故根据轴承和螺母的选择标准查出

21、 它们的宽度，故厶=164""轴段3主要考虑的是碟形弹簧导程的关系，根据计算取厶二80mm轴段4主要是轴承和键的配合，并且要连接中空电机，故长度取厶=165劝主轴刚度的计算、当量直径d：d = "Ji +心厶，+ 丿"1式中：",是各段的直径:IxJI,.In是各段的长度/ = / +2. + In,140×66+130× 164+126×80+120×165 cU = 12/.2Inm475、主轴切削力F切的计算根据公式P = F得：F犷匕，则当线速度”最小时,切削力最大VV 一 Sn3.14x100x

22、145 飞mn 1000×601000x60F -I)- 15 - 切 V 0.76(3)、挠度的计算主轴的前悬伸部分较粗，刚度较高，其变形可以忽略不计。后悬伸部分不影响 刚度。当主轴前端作用一外载F切，则挠度y二如口 (mm) =2×103EI3EI式中F切一典型切削工艺的切削力前悬伸，等于载荷作用点至前支承点间的距离(mm)1跨距，等于前后支承之间的距离(mm)E弹性模量，钢取E=2×105 (MPa)I截面惯性矩，I二(d1 d； ) (Innl4 )d, di主轴的外径和孔径(mm)将E和I的值待人，可得_ FwT _2.1x103x202 x 475_y

23、 一: 一J； - M m¾-30(J4 一/4)30×(1264 - 584)(4)、偏转角主轴切削工件时承受很大的切削力，主轴前端产生弯曲变形，查机床设计手册得I)=6EI(21 +3)式中D主轴前端偏转角(rad)F切、&、1、E、I与前面相同代入数据得2.1×103×20-§,4× (2×475+3×20)- rad6×2×105×0.05(1264 -584)所以0» 1= rad综上所述 主轴的刚度满足条件，不必重新设计。第4章轴承的设计与计算本文所设计的

24、数控铳床主要用于铳削平而和打孔，轴承承受径向载 荷的同时，还承受不大的轴向载荷，根据轴承承受载荷的特性，选 择角接触球轴承的背对背的组合方式。轴承当量动载荷的计算L =I21轴承寿命可山式"60“ P 进行校核，轴承只承受径向载荷的作用, 由于工作温度不高且冲击不大，故查表13-4和13-6可取UP "丄取£ = 3基本额定动负荷为C = 23xl0'N切削力的计算根据公式P=FUIV得：F出=片,根据典型切削工艺取n=1200rminWn 3.14×100×1200 乙“ ZV = 6.28/n Z S1000×601000

25、x60F _P_ 15 _FW=V6s"径向力的确定角接触球轴承背对背组合，可知： = -× ="373二耳+F切二+二计算两轴承的派生轴向力S查机械设计手册得，角接触球轴承的派生轴向力为S=Fr/(2Y),则 S 一 你一 °22 _,2Y 2x1.4S1=QAeKN计算两轴承的轴向载荷轴承外加的轴向力F=2KNS2 + Fa=+2=> Sl所以轴承I被“压紧”，轴承1【被“放松”，故FalS2+FA=239KNF=S,= 0.16 KN计算两轴承的当量动载荷P查机械设计基础得：载荷系数几二 轴承I的当量动载荷闩：>e=FrI 0.22查机

26、械设计手册得：Xl =, r1 =PLfP(X凡+YFJ = X WX二轴承II的当量动载荷P1：l = .<e.Fr2 0.45查机械设计手册得：X2 =1，Y2二0Pl=fp2× =验算轴承的寿命由于轴承是在正常温度下工作，t <120OC,查表机械设计手册得齐二1角接触球轴承 =10/3,则轴承I的寿命轴承II的寿命厶OJU= XlO5IO6 fCr _ IO6 1x175 60 (P) 一60><1200( 62)'% 综上所述，轴承满足5年，一年工作300天、每天24小时的寿命，不必重新选 择第5章 碟形弹簧的设计和计算碟形弹簧的设计与计算碟

27、形弹簧的组合方式有叠合组合、对合组合和复合组合，本文设计的铳床釆 用对合组合方式，这种方式结构简单，对合片数少。主轴釆用的是BT50的刀柄，通常BT50的刀柄需要用吨的力才能拉紧，既工 作载荷F2=3500×=34300N,在装配时用锁紧螺母固定弹簧，预紧力为 F1=2000X,使用过程中要求弹簧的最大变形量为，根据要求设计合适的弹簧组 合。(1)、根据要求查机械设计手册，从A、B、C系列中选取一个规格.、由C = - = 二查机械设计手册得碟簧有支承面时,取K广a 51当碟簧压平时碟簧载荷I-/4 KID2其中：E弹性模量(MPa),弹簧钢取E二2.06x10'泊松比，弹簧

28、钢取U =带入数据解得FC =4x2.06xl()56jtx2.2 乙 6?二 1.47l'Nl-0.340.686 × IOO2、根据如=器二和旦=34300 =,山查得N二t 6 Fc 1.47x10o山此变形量/1=» h满足总变形量E二，所需的碟簧片数为i=4 = -= »取i二18片10.48对合碟簧组的总自山高度为承受载荷吨时的高度-18× =碟形弹簧的校核(1)、由仟、FI 求 p f2根据上面的讣算知：FC =1.47×10sV因此FjFC= 2（K）O-1.47×105FJFC= 34?（）（）1.47x10

29、按照如查图3-1得到厶二 邑/h° o山此1 =0.03o = × =f2 =O.22o = × =、疲劳破坏的关键部位由心牛二和C二，查图8-3得，疲劳强度破坏的关键部位在二点 牛或心牛 (3)、计算应力CT*并检验碟簧寿命当£二时，由下式得:6=dIt当厶二时，曲下式得:巳=7的”2t碟簧的计算应力幅为a =bw-bin 二一二 MPa由图 52b 查得：当nr = Mpa,寿命 2X10°时的CrrmaX=720 MPa IlldX即疲劳强度应力幅为bg 一 6ma 6min 一720一 即6 5,能够满足无限寿命的要求。至此碟型弹簧的设

30、计与校核已全部完成，选用A型支承面、共18片对合组合 的碟型弹簧。第6章进给机构的设计滚珠丝杆副设计步骤通常的滚珠丝杆副设讣步骤为：A、计算作用在滚珠丝杠上的最大动载荷；B、从滚珠丝杠列表指出相应最大动负载的近似值,并初选儿个型号；C、根据具体工作要求，对于结构尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面 的要求，从初选的儿个型号中再挑出比较合适的直径、导程、滚珠列数等，确 定某一型号。D、根据所选的型号，列出或计算出其主要参数的数值,计算传动效率,并验算刚 度及稳定系数是否满足要求。如不满足要求，则另选其他型号,再作上述计算和 验算,直至满足要求为止。滚珠丝杠的计算丝杠导程的计算根据进给系统定位

31、精度的要求，初步选用半闭环伺服系统。如果经计算后半 闭环系统不能满足定位精度要求，改用全闭环伺服系统。从产品Ll录中查得伺服电动的最高转速为fax = 300OMmin伺服电机通过联 轴器与丝杠直接，即工作台快速进给的最高速度要求达到VmaX = 2mmin。取电动机的最高转速HmaX = 3000r/nin ,则丝杠的最高转速“max也为3000rmin。基本丝杠导程公式如下：PlI =I(XX)VmaxmaxIOoOX303000=IOnWn根据精度要求，数控机床的脉冲当量可定为« = 0.005mm脉冲。伺服电机每 转应发岀的脉冲数由以下公式可知：P10Z? = / =X1 =

32、 2000a0.005伺服系统中常用的位置反馈器有旋转变压器和脉冲编码器。如果采用旋转变压器方案，因旋转变压器的分解精度为每转2000个脉冲，则在伺服电动机和旋转变圧器轴之间安装1： 1的升速齿轮。当采用脉冲编码器方案时，因脉冲编曲码器有每转2000、2500、5000脉冲等数种产品，故编码器后应加倍频器。如选用每转2500脉冲的编码器，则位频器的倍数为。在速度反馈装置中，与旋转变圧器配套的，可采用测速发电机的转速为 IOOOrmin时，输出一定的电压量匕（例如，IOOormm输出6V）。如釆用脉 冲编码器方案，则可在倍频器后加频率/电压转换器（F/V）,其转换比例为每 IO7p/min输出电

33、压为匕（例如6V）。即相当于测速发电机转速达到 IOOOrmin时，才能输出6V的电压，而此时脉冲编码应实现107pmin<>图4一1为上述2种方案的传动系统图。这2种方案目前都有使用，各配不 同的数控系统。本设计采用图b方案。垂 OOOOIo 墩位置反馈 每分IooOO脉冲aI = I I Il = 1 OrZ,rIr r> =G速度反馈： I rinb图6-1伺服系统的传动系统图滚珠丝杠精度山于本系统要求达到土 mm的定位精度，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对 于1级（PI）精度丝杠，任意30Omm内导程允差为，2级（P2）精度丝杠的导 程允差为。初步设计时先设计丝杠的任意

34、30Omm行程内的行程变动量匕0。为定 位精度的1/31/2,即，因此，取滚珠丝杠精度滚珠丝杠选择滚珠丝杠的名义直径、滚珠的列数和丄作圈数应按当量动载荷选择。丝杠的最大载荷为切削力的最大进给力加摩擦力；最小载荷即摩擦力。已 知最大进给力Ff =50,工作台加工件与夹具的重力为4000N,贴塑导轨的 摩擦系数为，故丝杠的最小载荷(即摩擦力)in = =4×4=16O7V丝杠最大载荷aX = 5000 +160 = 5160平均载荷2x5160+16033493N则平均转速n = (3000+0)2 = 1500rnin。丝杠使用命取KP=I.5,故丝杠工作寿命由公式可知：._60丁_

35、60X 1500x15000L = =Z= 132)0IO6IO6以100为一个单位；/nin ；丝杠最高转速3000rmin,工作台最小进给速度为ImmZmin,故丝杠的最低 转速为min,可取为0,T = 15000. K =I9式中L工作寿命，n 丝杠转速，T丝杠的使用寿命，对数控机床可取 = 15000,本题选取 = 150o代入公式可得丝杠的当量动载荷C”为C =处空-3493质 ×15册,”U1式中-精度响影系数，对于1、2、3级精度的滚珠丝杠取= 1,对 于4、5级精度滚珠丝杠取Ka=O.9,本题取Kfl = 1；载荷性质系数，无冲击取广一般情况取有较大冲振动时取、，本

36、 题取© =1.5。查滚珠丝杠样本中与C,”相近的额定动载荷Q,使得选择C,1<C,然后由 此确定滚珠丝杠副的型号和尺寸。查滚珠丝杠产品中样本，选择FFZ4010型内 循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副。其名义直径为40mm,导程为 IOmrn,每个螺母滚珠有5列。额定动载荷Ca=56kN, Cm < Ca ,符合设计要求。轴向刚度K,=23OON""°预紧力FP=CJ4 = 534 = 4kN。只要轴向载 荷值不达到或超过预紧力坊的3倍，就不必对预紧力提岀额外的要求。本题中 丝杠最大载荷代和为，远小于3巧。滚珠丝杠支承选择滚珠丝杠的主要

37、载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对 丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求。其两端支承的配置情况如图6-2所 示的轴向固定方式。其中图Q为一端轴向固定一端自山的支承配置方式，通 常用于短杠和垂直进给丝杠杠；图b）为一端轴向固定一端自山的支承配置方 式，常用于较长的卧式安装丝杠；图C）为两端固定方式，常用于长丝杠或高转 速、高刚度的丝杠，这种配置方式可对丝杠进行预拉伸。作轴向载荷支承间距离L.a）一 轴向载荷支承间距离Llb)工作台图6-2滚珠丝杠的支承配置滚珠丝杠中经常使用的滚动轴承有以下2类。1）接触角为60。的角接触球轴承这是LJ前国内外广泛采用的滚珠丝杠轴承，这种轴承可组

38、配置。图书6 3b）为1对背靠背组合方式，图6-3C）为一对面对面方式。这两种方式可承受 双向轴向推力。图6-3d）为一同向组合方式，其承受能力较高，但只承受1个 方向的轴向力，同向组合时的额定动载荷Q等于单个轴承的C“乘下列数：2个 为；3个为；4个为.图6-3e）为1对同向与左边1个面对面组合方式。用上述 方法还能派生出三联、四联等多种组合方式。山于螺母与丝杠的同轴度在制造 安装的过程中难免有误差，而且采用面对面组合方式时两接触与轴线交点间的 距离"比背对背的小，故容易实现自动调整。因此在进给传动中面对面组合用 得较多。2）滚珠一推力圆柱滚子组合轴承外圈3与箱体固定不转，只圈1、

39、5和隔套内圈6随轴转动，滚针7承受径 向载荷，圆柱滚子（或球）2和4分别承受两个方向的轴向载荷，修磨隔套内 圈6的宽度可调整轴承的轴向预紧量。3C)C)滚珠丝杠用轴承上述2类轴承中，60°角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要 进行组合，但刚度较后者低，口前在一般中，小型数控机床中被广泛应用。滚 针一圆柱滚子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。经过分析在此设计中本传 动系统的丝杠采用一端轴向固定，一端浮动的结构形式如图6-3所示。固定端 釆用1对60°接触球轴承面对面组配，以容易实现自动调整。简支端支承釆用深 沟球轴承，只承受丝杠的重力。同时滚珠丝杠工作时要发热，其温

40、度高于床 身。为了补偿因丝杠热膨胀而引起的定位精度误差，可采用丝杠预拉伸的结 构，使预拉伸量略大于热膨胀量。滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺 服进给系统中使用最为广泛的传动装置。滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区会产生严重接触变形， 接触刚度与接触表面预紧力成正比。如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙，接触刚 度较小；当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的 传动精度。因此，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝 杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高滚珠丝杠螺母副的接触刚度。滚珠丝杠螺母副通常采用双螺

41、母结构，如图64所示图6-4滚珠丝杠螺母副1 一滚珠螺母；2紧定螺钉；3 支座；4一滚珠丝杠；5调整垫片图6-4双螺母滚珠丝杠图中1代表滚珠螺母，3代表支座，螺母与支座之间有调整垫片，通过调整 垫片来调节滚珠螺母与滚珠丝杠螺纹之间的间隙。通过调整两个螺母之间的轴向位置，使两个螺母的滚珠在承受载荷之前，分 别与丝杠的两个不同的侧面接触，产生一定的预紧力，以达到提高轴向刚度的 Ll的。调整预紧有多种方式，上图所示的为垫片调整式，通过改变垫片的厚薄 来改变两个螺母之间的轴向距离，实现轴向间隙消除和预紧。这种方式的优点 是结构简单、刚度高、可靠性好。第7章伺服电机的选择伺服电机的选择用，应考虑三个要求

42、：最大切削负载转矩，不得超过电机的 额定转矩；电机的转子惯量丿.样应与负载惯量人相匹配（匹配条件可根据伺服 电机样本提供的匹配条件，也可以按照一般的匹配规律）；快速移动时，转矩 不得超过伺服电机的最大转矩。最大的切削负载转矩计算所选伺服电动机的额定转矩应大于最大切削负载转矩。最大切削负载矩T可 根据公式计算可得，即Ph2切其中，从前面的计算已知，最大进给力fmax=516O7V,丝杠导程=IOWH = 0.01/H,预紧力FP = 1407V ,查丝杠样本，滚珠丝杠螺母副的机 械效率 = 0.9。因滚珠丝杠预加载荷引起的附加摩擦力矩2鑒= ,400fj×0014.7V.29.8查哈尔

43、滨轴承总厂角接触推力球轴承组配技术条件,得7602030TVP单 个轴承的摩擦力矩为N加，故一对轴承的摩擦力矩7O=O.64V加。简支端轴承 不预紧，其摩擦力矩可忽略不计。伺服电动机丝杠直连，其传动比7 = 1:1,则最大切削负载转矩T _ 5160x 0.01 + 4 7 + 0 64 _ 14.477V m2r×0.9故所选伺服电机的额定转矩应大于此值。负载惯量计算伺服电动机的转子惯量丿样应与负载惯量人相匹配。负载惯量可按以下次序 计算。工件夹具与工作台的最大质量为，折算到电动机轴上的惯量人可按公式 计算得：人=也（2） =彳警、=加（2 =40&2x（罗=0.0010w

44、2式中卩一工作台移动速度,mis;伺服电机的角速度，radS:加一直线移动工件夹具和工作台的 ' 质量，kgo丝杠名义直径£（）=40/肿=0.04?，长度/ = 1.2,丝杠材料（钢）的密度 p = 7.8×105o则丝杠加在电动机轴上的惯量，根据公式可知：×7.8×103×1.2×0.04432=0.0024 72联轴器节加上锁紧螺母等的惯量入可直接查手册得到，即J3=O-OQikgm2故负载总惯量JL=Jl+J2+J3= 0.00103 + 0.24 + 0.001 = 0.0Q44 kg m2按式一4中小型数控机床惯量

45、匹配条件，IV厶/几v4,所选伺服电动机 的转子惯量JM应在kgm2范围之内。根据上述讣算可初步选定伺服电动机，如果选用直流伺服电动机，可选北京 数控设备厂的FB-15型直流伺服电动机，其额定转矩为门6Nm,大于最大切 削负载转矩14.475；转子惯量Jw=O.015j,满足匹配要求。如选用交流 伺服电动机，可选用交流伺服电动机，可选BESK-20型。其额定转矩为 22.5Nmf转子惯量JM =0.014n2,最大输出转矩Tn =Nm 机械时 间常数tM= 6ms,满足要求。空载加速转矩计算当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动（快移）速度时，所需的空载加速转矩7；按公式求得，即T = J 2帀'“ax° %空载加速时，主要克服的是惯性。如选用FB-15直流伺服电机，总惯量:J = JM + JI = 0.014 + 0.0044 = 0.0184 n2加速时间G通常取切的34倍，故toc=（34）切=（34）X=r= 0.0184 X2×1500=N nBESK20型交流伺服电动机的如=6ms,故tac = 18 ms'24 ms =、空载加速转矩7；不允许超过伺服电动机的最大输出转矩maxo Ill此可见，FB 15型直流伺服电动机的TmM = I54Nm>Ta =N mf满足