毕业设计（论文）-CK6150总体及纵向进给和尾座部件的设计

1、兰州理工大学毕业设计（论文）设 计 内 容主要结论前言随着社会生产和科学技术的飞速发展，机械生产的日益复杂，需要越来越复杂的技术，普通的机床已经不能满足这些要求，所以数控机床得到了发展。这种新型的机床具有适应性强，加工精度高，加工质量稳定，生产效率高的优点而得到普遍的应用。它综合应用了电子计算机，自动控制，伺服驱动，机密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是未来机床发展的主流趋势。数控机床主要有数控装置，伺服机构和机床主题组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或有数控装置的键盘直接手动输入。数控装置包括程序读入装置和有电子线路促成的输入部分，运算部分，控制分布和输

2、出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠，静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨，滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性病是低速运动是不出现爬行现象。由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用处轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的床动机构。机床布局便于排屑和工件装卸部分数控机床位控制，直线公职，连续轨迹控制三类。伺服机构分为开环，半闭环和闭环三种类型.为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度，精度，抗震性，热稳定性和精度带有自动排屑器和自动工件交

3、换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床抢点控制的可靠性和灵活性.随着微电子技术，计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能，具备完善的自诊断功能：可靠性也大大提高：数控系统本身将普遍实现自动编程。未来的数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多：激光加工等技术将应用在切削加工机床山，从而扩大多工序集中的工艺范围：数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。全套图纸加V信153893706或扣 3346389411摘

4、 要 3第一章 概 述4第二章 总体方案的制定与比较52.1机床总体设计 52.2机床主要部件及运动方式的选定 5 2.3机床的主要设计参数52.4各组成部件的特性与所应达到的要求62.5主传动系统的传动方式及变速方式7第三章 部件的设计与计算14 3.1 纵向进给的设计计算14 3.1.1滚珠丝杠螺母副的计算和选型14 3.1.2电动机的计算和选型15 3.1.3联轴器的选择19 3.1.4 齿轮传动的消隙和预载19 3.1.5轴承的润滑和密封20 3.2.车床尾座的设计计算20 3.2.1尾座组成部分作用及其设计21 3.2.2尾座的固定方式22 3.2.3螺旋传动的设计计算22 3.2.

5、4尾座的调整机构24 3.2.5尾座的润滑25第四章 数控系统及数控车床的加工经济性27外文原文和译文30参考文献47致 谢48 摘要 本次设计是对CK6150车床的设计。在这里主要包括:总体方案的设计 主传动系统的设计、纵向进给系统的设计、横向进给系统的设计、床身零件的设计以及尾座的设计。而我主要是针对纵向进给系统和尾座进行机械设计。这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。数控设计主要传动系统的机械设计。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高，为简化结构、降低成本。为实现机床所要求的传动效率，采用伺服电机经联轴器再传动

6、丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。关键词：数控车床， 联轴器，滚珠丝杠，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 本课题主要是对车床的主传动系统进行研究，并根据给定的参数进行主传动系统的设计。1.课题的目的及意义毕业设计是大学中的一项重要内容，是完成教学计划达到教学目标，是培养我创新能力的重要环节，也是自己知识和能力深化和升华的重要过程。本毕业设计应达到以下目的：进一步加深我对机械制造方面理论知识的理解；培养我的综合应用机械制造工艺学和其它多门课程的理论知识解决实际问题的能力及工程设计能力；熟练掌握

10、二维绘图软件Auto CAD和三维绘图软件Pro/E;培养我指定机械加工工艺规程的原则、步骤和方法；培养我编写技术文件的能力。2.需要解决的问题500mm数控车床纵向进给系统，尾座及传动零件工艺设计，主要有三大部分，即纵向进给设计，尾座设计和传动零件工艺设计。进给系统采用数字化控制，因此在X,Y方向上，为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，若直接将电机与滚珠丝杠联必会引起丝杠温度过高即磨损加剧使其寿命降低。故在其两者之间加一消隙齿轮，一使丝杠速度降低，二则消除系统传动中的间隙，提高传动精度，并有效减少反向运动死区现象，消隙齿轮与丝杠可采用联轴器形式连接.总之

11、，数控车床是典型的机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。 二.总体方案的制定与比较1. 机床总体设计2. 数控机床的总体设计内容包括：系统设计（含数控装置的功能设计，元件和部件设计程序段，格式设计及系统的总体结构设计）和逻辑设计。对数控车床的结构设计要求可归纳如下几个方面：有大的切削功率，高的静动态刚度和良好的抗震性能。具有较高的几何精度，传动精度，定位精度和热稳定性。具有实现辅助操作自动化的结构部件。机床总体方案设计的目的，在于整体上保证设计的优化，机床总体方案设计有以下几个方面组成：技术参数设计：主要尺寸规格运动参数（转速和进给范围）动力参数（电机功率，

12、最大拉力）总体布局设计：相互位置关系运动分配运动仿真（干涉检查）外观造型其目的在于便于同时操作和观察刀具，工件装卸，夹紧方便排屑和冷却结构优化设计：整体静刚性整体运动性能整体热特性主传动的设计要求机床的主轴须有足够的变速范围和转速级数以及满足实际要求。主电动机和传动机构必须能承受和传递足够的功率和扭矩，并且有较高的传动效率。执行件必须有足够的精度和小于许可限度的热变形和温升。噪声应在允许范围内。操纵要轻便灵活，迅速，安全，可靠必须便于调整和维修。结构简单，润滑与密封良好便与加工和装配，成本低。2.机床主要部件及运动方式的选定主运动的实现 根据设计要求，本次设计机床主运动系统采用无级变速，包括变

13、速箱和主轴两部分。其中，变速箱与电动机置于机座内，主轴箱与变速箱采用传动联接。进给运动的实现 进给系统采用数字化控制，因此在X,Y方向上，为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，若直接将电机与滚珠丝杠联必会引起丝杠温度过高即磨损加剧使其寿命降低。故在其两者之间加一消隙齿轮，一使丝杠速度降低，二则消除系统传动中的间隙，提高传动精度，并有效减少反向运动死区现象，消隙齿轮与丝杠可采用联轴器形式连接.3.机床的主要设计参数 本次设计机床主运动系统采用无级变速，进给系统采用数字化控制，主要承担各种车削工作。通过微机控制，能够自行车削各种零件的外圆、内圆、端面、多级台阶、

14、切槽、锥度、圆弧及任意球面以及螺纹等表面，并可承担钻孔、铰孔等多种加工，四工位电动刀架自动转位。本次设计要求完成机床的机械结构设计，设计的具体要求如下；床身上加工最大直径：500mm拖板上加工最大直径：280mm最大工件长度：1500mm主轴通过棒料直径：80mm主轴无级变速，正反转由电机控制脉冲当量: Z轴：0.01mm, X轴：0.005mm4.各组成部件的特性与所应达到的要求床身机床床身应采用优质铸铁，内部筋采用U型布局，床身整体刚性好。滑动导轨面采用中度淬火，淬硬层深，硬度达HRC52，拖板滑动面贴塑，使得进给系统的刚度，摩擦 阻尼系数等动静特性都处于最佳状态。床头箱结构机床主传动采用

15、液压操纵机构，可实现四级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，时机床主轴具有良好的精度和刚度。进给系统机床两轴进给采用伺服电机驱动滚珠丝杠的传动方式，采用半闭环控制伺服进给系统。由于机械制造水平的提高及速度检测元件和丝杆螺距精度的提高，半闭环数控机床已能达到相当高的进给精度，控制灵敏度适中，大多数的机床厂家广泛采用了半闭环数控系统。刀架机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚度好。尾座尾座采用手动尾座冷却系统冷却箱放在后床腿中卡盘机床标准配置为_250手动卡盘电气系统电气的动力回路，均

16、有过流、短路保护，机床相关动作都有相应的互锁，以保障设备和人身安全，电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观察到机床各部分的运行状态。安全保护当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给轴，进入停止状态，确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程序是固化在芯片中的，而零件加工程序是由电池提供保护的，所以意外断电或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。机床具有报警装置及紧急停止装置，可防止各种突发状况给机床造成损伤。综上，可得该数控机床的总体传动方案如下图所示：5.主传动系统的传动方式及变速方式主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元

17、件（如主轴、刀架、工作台）部分组成，主传动系统属于外联系传动链。主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十一部分组成。动力源:电动机或液压马达，它给执行见提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向定比传动机构：即有固定的传动比的传动机构，用来实现降速或升速，一般常用齿轮，皮带及链传动等。有时也可以用联轴节直接传动。变速装置：机床中的变速装置有齿轮变速机构，机械无级变速以及液压无级变速装置等。主轴组件：机床的主轴组件是执行件，它由主轴，主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成。开停装置：用来控制机床执行件的启动和停止，通常采用离合器或直接开停电动机。本次毕业设计要求直接

18、开停电动机。制动装置：用来使机床主运动执行件尽快的停止运动以减少辅助时间，通常可以采用机械的液压的电气的或电动的制动方式。换向装置：用来改变机床主运动方向，用于主运动换向的机床，在主传动中应该有换向装置，它们可以是机械的液压的或直接改变电动机的旋转方向（制动装置及开停装置都是由电动机完成的）操纵机构：机床的开停，变速，换向和制动等，一般度需要操纵机构来控制，在设计机床时，一般是联系起来考虑主传动与操纵机构的设计方案。润滑与密封：为了保证主传动装置的正常工作和使用寿命，必须有良好的润滑装置与可靠的密封装置。箱体：用来安装上述各组成部分，封闭式箱体不仅能保护传动机构，免受尘土，切屑等侵入而且可以减

19、少这些机构所发生的噪声。刀架：数控机床中为了实现对刀架的控制，采用制动转为刀架主传动系统的传动方式主传动的布局主要有集中传动式和分离传动式两种，主传动的全部变速机构和主轴组件装在同一箱体内，称为集中传动布局。分别装在变速箱和主轴箱两箱体内，其间用带，链条等传动时称为分离传动式布局。集中传动式优点是结构紧凑，便于集中操纵，箱体少。缺点是传动机构运动中的振动和发热会影响到传动的工作精度。该传动用于主传动为旋转运动的普通精度的中、大型机床。分离传动式优点是变速箱所产生的振动和热量不传给过或少量传给主轴。从而减少了主轴的振动和热变形。高速时不用齿轮传动。而由带直接传动，运动平稳，加工表面质量好。其缺点

20、是要两个箱体，低速时带负荷大，带根数多，容易打滑；当带安装在主轴中段时调整、检修都不方便。本次毕业设计的车床是普通简易经济型车床，采用无级变速，传动链短，主要加工的是各类轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面,主运动的速度很高。所以决定采用集中传动式。主传动系统的变速方式本课题设计的车床要求变速范围大，变速级数多，能够传递较大的功率和扭矩，所以采用滑移齿轮变速。滑移齿轮变速的优点是变速范围大，变速级数也较多，变速方便也省时间，在较大的变速范围内可传递较大的功率和扭矩，不工作的齿轮不啮合，因而空载功率损失较小等。其缺点是变速箱内的结构较复杂，不能在运转中变速，为了使滑移齿轮进入啮合，多用直齿圆柱齿轮

21、传动，但传动平稳性不如斜齿轮传动等。主传动系统的设计： 本次毕业设计课题设计的车床是简易经济型车床，主要加工的是各类轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面。主运动的速度很高。所以决定采用集中传动式。 （1）、主运动的速度范围 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。允许的切削极限值如«机床主轴变速箱设计指导书»。根基需要选取如下： 计算主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取 =(0.2-0.25)和=(0.5-0.6),由于=500mm,则主轴极限转速应为1910r/min考虑发展需要=2000r/min 20r/min则主轴转

22、速范围R=100 （2）、主轴计算转速 79.6 r/min考虑到所设计的机床为数控机床，其计算转速应比上述值高，则取则主轴要求的恒功率调速范围是： （3）切削力的计算 刀具在切削工件时，存在切屑与工件内部弹，塑性变形的抗力。切屑与工件对刀具产生的摩擦力，两者作用在刀具上的合力为。合力作用在切削刃工作空间某方面，所以，由于大小与方向都不易确定，因此，为便于测量计算和反应实际工作的需要，可将合力分解为3个分力： 切削力-在主运动方向上的分力 背向力-在垂直于假定工作平面上的分力 进给力-在进给运动方向上的分力背向力与进给力也是推力的分力，推力是在基面上且垂直于主切削刃的合力。合力F、推力与各分力

23、之间关系： 切削力公式 式中， -各切削分力单位为 ， -公式中系数，根据加工条件由实验确定 ， -表示各因素对切削力的影响程度指数 , , -不同加工条件对各切削分力的影响修正系数 假设工件材料为碳素结构钢，=650MPa,选用刀具为CBN刀具BN-S30。，计算。查切削用量手册确定切削用量=3mm,v=105m/min,f=0.6mm/r。 由 ，。 将其代入公式得: 2673.4N 1069.36N 935.39N（4）切削功率的计算及电机的选择 主切削功率为: ； 由机电装备设计中的公式，估算主轴电机功率 式中为机床主传动系统总机械效率，主运动为回转运动时 ， 电机选取 参考法拉克常用

24、伺服电机规格，主轴电机规格，选取8/8000型号电机，额定功率7.5kw,30min最大功率11kw,额定转速1500r/min，额定功率上线速度6000r/min，最高转速8000r/min，堵转扭矩。5.无级变速系统设计无级变速器传动系统 机床主传动中常采用的无级变速器装置有三大类：变速电动机、机械无极变速装置和液压变速装置。 其特点是可以得到最有利的切削用量，并可在负载下随时改变。切削用量可以客观自动控制，简化变速齿轮箱，减少制造工作量，缩短传动链，提高传动平稳性。电机的调速采用变频调速，变频器选用深圳市铂塞尔科技有限公司的abb变频器，变频范围是0-300HZ，由此可得电机的最高转速额

25、定转速，电机的恒功率调速范围是: 主轴要求的恒功率调速范围大于电机所能提供的恒功率调速范围，故必须配以分级变速箱来实现主轴的恒功率调速范围，如取变速箱公比则由于无级变速时： 故变速箱的变速级数： 变速组数为: 转速图如下：总体布局图如下所示：（5）进给伺服系统的组成进给伺服系统由输入输出系统、位置调节器、伺服驱动装置、机械传动装置和位置检测元件组成。 .伺服驱动装置由伺服电动机和控制单元构成，开环进给系统一般采用步进电动机；闭环（半闭环）系统一般采用直线或交流伺服电动机，采用直流伺服电动机时，电刷易磨损，换向器会出现运行火花，从而限制转速和输出功率。因此在本次设计中进给系统采用交流伺服电动机。

26、.位置检测元件决定数控机床的加工精度，主要的作用是检测和发出信号到位置调节器从而构成闭环控制系统。常用的位置检测元件有旋转变压器、脉冲编码器、光栅、磁栅。.位置调节器即常说的计算机，主要用于采样，属于离散型控制方式。该系统精度高，动态性好.机械传动装置：主要作用是转换伺服电动机的运行，并带动工作台移动，大惯量直流伺服电动机或交流伺服电动机直接通过滚珠丝杠副带动工作台。：进给伺服系统的基本要求:.高精度 .快速响应，稳定运行 .调速范围宽：进给伺服系统的控制方式 .开环控制：采用开环控制的进给系统一般采用步进电动机作为驱动元件，它不需要位置与速度控制元件，也没有反馈电路，具有结构简单，工作可靠，

27、造价低廉等优点，但是精度和快速性较差，一般用于精度不高的经济型数控车床进给系统.闭环控制：闭环控制的进给系统常采用伺服电动机作为驱动元件，根据其检测元件安装位置的不同可进一步分为全闭环控制和半闭环控制 半闭环控制系统不能纠正丝杠的导程误差和丝杠轴承的轴向跳动及受力后丝杠，轴承的变形，在使用过程中，应保证系统的定位精度。 全闭环系统将位移与速度传感器安装在工作台或其他执行元件上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。由于传动系统的刚度、误差和间隙都已经被包含在反馈控制回路内，所以最终实现的精度仅仅取决于检测元件的测量误差。 全闭环控制系统理论上具有精度最高的控制品质，是最理想的控制方式。但不方便安

28、装，稳定性差。综合以上叙述，在本次设计中横向进给系统选用半闭环控制方式。 ：进给系统的驱动方式：.旋转伺服电动机+滚珠丝杠 .直线电动机直接驱动.旋转伺服电动机+滚珠丝杠副，最常用，工艺成熟，成本较低，在较低载荷，进给速度要求不十分高（20m/min），行程范围不太大（4m）的数控机床和加工中心上广泛使用。.直线电动机驱动方式：将机床的进给传动链缩短为零，故又称为“直接驱动”，“零传动”，能够快速响应，结构简单，无磨损，使用寿命长，维护简单，传动钢度高推力平稳，传动效率高，精度与重复定位精度高，速度高，加速度大，行程不受限制；控制系统复杂，直线电动机处于全闭环控制，当工作负载变化是，影响系统的

29、稳定性，发热大在机床内部散热条件差；能耗大造价昂贵，成本高。 综合上面所说，本次设计采用伺服电动机与丝杠连接带动刀架运动。 三.部件的设计和计算（1） 纵向进给的设计计算 3.1数控车床中滚珠丝杠的工作原理及其特点 滚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。在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形螺旋槽，这两个圆弧形槽合起来便形成螺旋滚道，在滚道内装入滚珠。当丝杠相对螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内滚动，迫使二者发生相对位移，为了防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能返回丝杠螺母之间构成一个闭合回路。由于滚珠的存在，

30、丝杠与螺母之间是滚动摩擦，滚珠丝杠螺母机构具有以下特点： （1）.摩擦损失小，传动效率高，滚珠螺母机构的传动效率可达0.920.96，是普通滑动丝杠螺母机构的四分之一。 （2）.运动平稳，摩擦力小、灵敏度高、低速运动是无爬行现象，由于主要存在的是滚动摩擦，不仅动、静摩擦因素都很小，且其差值较小，因而启动转矩小，动作灵敏，即使是在低速情况下也不会出现爬行现象。 （3）.轴向刚度高、反向定位精度高，由于可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，反向是无空行程，定位精度高。 （4）.磨损小、寿命长、维护简单，使用寿命是普通滑动丝杠的410倍。 （5）.传动具有可逆性、不能自

31、锁， 由于摩擦因素小、不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性，即不仅可以吧旋转运动化为直线运动，而且还可以吧直线运动转化成旋转运动。由于不能自锁，在某些场合，如传动垂直运动时必须附加制动装置或者防止逆转的装置，以免工作台等因自重下降。 （6）.同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。 （7）.有专业的工厂生产，选用配套方便，目前滚珠丝杠不仅广泛用于数控机床，而且越来越多地代替普通滑动丝杠螺母机构，用于各种精密机床和精密装置。 3.2：滚珠丝杠的结构类型滚珠丝杠螺母机构的类型很多，主要表现在滚珠循环方式和轴向间隙的调整预紧方式两个方面：滚珠的循环方式可

32、分为内循环和外循环两大类型，我们采用的是内循环的滚珠循环方式，滚珠在循环过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环。在螺母上装有回珠器，迫使滚珠完成接近一圈的滚动后，越过丝杠外径返回前一个相邻的滚道，形成滚珠的单圈循环。为了保证承载能力，一个螺母中药保证有34圈滚珠在工作。内循环滚珠的回路短，滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失小，传动效率高，切径向尺寸紧凑，轴向刚度高。但这种循环方式不能用于多头螺纹的传动，回珠器槽形复杂，需要三坐标数控铣床加工。在订购滚珠丝杠副时，可根据丝杠受力情况通知厂家所需预紧力的大小，以便厂家按照给定的预紧力预紧。若预紧力选择得当，滚珠丝杠就可以处于最佳工作状态，如果预紧力增加，

33、钢珠与滚道之间的接触刚度增加，传动精度也会提高，但是过大的预紧力将导致钢珠与滚道之间的接触应力增加，从而降低工作寿命和传动效率。滚珠丝杠预紧力的大小应使得滚珠丝杠副在承受最大轴向工作载荷时，丝杠螺母副不出现轴向间隙为最好，要求预紧力的数值应大于最大轴向工作载荷的三分之一，由于双螺母机构加预载荷后会引起附加摩擦力矩，因此还要考虑效率与寿命问题。所以一般取预紧力为： 式中：这时滚珠丝杠与螺母的接触变形量比无预紧力时少一半。3.3：滚珠丝杠的设计3.3.1:滚珠丝杠的类型选择与安装方式.本设计采用内循环垫片调隙式滚珠丝杠螺母机构。这种结构滚珠的回路短，滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失少，传动效率高，且

34、径向尺寸紧凑，轴向刚度高。另外垫片调隙方法结构简单，刚性好，装卸方便。.数控机床的进给系统要求获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母机构本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及其支撑的机构刚度也是不可忽略的因素。滚珠丝杠螺母机构安装不正确以及支撑刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。常见的丝杠安装方式有一下几种形式： （1）：一端固定，一端自由 （2）：两端游走 两端支持的安装方法属于一般的安装方法，适合于中等转速的场合。 （3）：一端固定，一端摇动 对于高刚度、中等转速的较长的卧式安装丝杠，为了防 止热变形造成丝杠伸长，常采用一端轴向固定的支撑方式 （4）：两端固定 对于高刚度、高速旋转的

35、滚珠丝杠应该采用两端固定的支撑方式，为了给丝杠施加预紧拉力，可采用两端固定方式，并可在丝杠一端安装蝶形弹簧和调整螺母，既能对丝杠施加预紧力，又能让弹簧来补偿丝杠的热变形，保持预紧力几乎不变。这种支撑形式的特点是：刚度最高，只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍。安装时需保持螺母与两端支撑同轴，故结构较复杂，工艺困难；丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定较高：可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和补偿热膨胀，但需一套预拉伸机构，结构及工艺都比较复杂，要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小于公称行程，减少量等于拉伸量。因此这种形式使用于对刚度和位移精度要求高的场合。对于行

36、程小，转速低的短丝杠和竖直的丝杠可采用悬臂支撑机构。我们采用的滚珠丝杠支撑是一端固定，一端游走，这种支撑形式结构简单，丝杠的轴向刚度比两端固定的低。丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低，设计时尽量使丝杠受拉伸。丝杠的两端轴承座孔与滚珠螺母座孔应保持严格的同轴度，同时要保证滚珠螺母与座孔的配合良好以及对两端面的垂直度，保证轴承支座和螺母支座的整体刚度，局部刚度，接触刚度等。 3.3.2：滚珠丝杠螺母副的计算与选用根据查阅相关资料，初步确定CK6150机床横向进给系统的相关参数： 工作台重量=5000N； 工件及夹具最大重量=3000N； 工作台导轨的动摩擦系数=0.1、静摩擦系数=0.2； 快速进给

37、速度=10m/min； 丝杠最大转速1000r/min； 定位精度20，重复定位精度为10； 寿命20000h； （1）：确定滚珠丝杠的导程因为选择的丝杠与电动机直接相连，故： =（10×1000÷1000）mm=10mm取=10mm （2）：确定当量载荷估算各种切削方式下滚珠丝杠的切削力切削方式纵向切削（）N垂直切削（）N进给速度（m/min）工作时间（%）丝杠转速（r/min）强力切削10006000.61060一般切削5001000.83080精切削250100150100快速进给0010101000：各种切削方式下丝杠的转速：=×（=10mm）：丝杠转速；

38、：进给速度由上表可得：=60，=80，=100，=1000；：各种切削方式下丝杠的轴向载荷：（：丝杠的轴向载荷）由上列公式可求出：=1560N，；：当量转速和当量载荷： 式中：当量转速，r/min； 当量载荷，N；将数据带入得：=180r/min； =769.3N；（3）：确定预期额定动载荷：按滚珠丝杠副的预期工作时间计算 式中：预期工作时间，去=2×h； 精度系数；查手册取=1； 轻微冲击动载荷，取=1.3； 可靠性系数，查手册取=0.44；带入数据解得： =13637.6N：按滚珠丝杠副的预期运行距离计算: ：丝杠的预期运行距离，对于数控车床来说，取250km；带入数据，解得=6

39、486.9N取上述两种结果的较大值：即=13637.6N（4）：按精度要求确定允许的最小螺纹底径 ：估算丝杠的最大允许轴向变形量 由已知条件可知重复定位精度为10，定位精度为25带入公式得取两种结果的最小值： 即=3 ：估算最小螺纹底径 选择安装方式为一端固定，一端游走式中：导轨的静摩擦力，=0.2*3000=600N L滚珠丝杠螺母至丝杠固定端支撑的最大距离 L（1.11.2）行程+（1012）取行程为320，则L=1.2*320+13*10=514mm将数据带入上式得：=25mm（5）：确定滚珠丝杠的规格代号 选用内循环垫片式滚珠丝杠螺母副，由计算的，查样本，最终选用DF,UO4O1O-4

40、型丝杠，其相应参数为： 导程 =10mm 额定动载荷 =25700N> 最小螺纹底径=32mm>（6）：确定滚珠丝杠预紧力 =其中=1560N，则=520N（7）：确定滚珠丝杠所用轴承 滚动轴承是现代机器中广泛使用的部件之一，它是依靠主要元件的滚动接触来支撑传动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承的摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点，并且常用的滚动轴承绝大部分已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。本次设计中丝杠的支撑在固定端采用背对背角接触推力求你轴承，根据所设计的丝杠，选用轴承型号为7205B/DB。游动端采用深沟球轴承6205。（8）：滚珠

41、丝杠副工作图设计 ：滚珠丝杠有效行程 =320+12*10=440mm ：丝杠螺纹长度 查资料得 带入公式得（9）：验算系统刚度 ：传动系统刚度K的计算 式中： R轴向接触刚度：查资料得R=772N/将上述数据带入公式得：刚度验算 有 故系统刚度K合格（10）：验算滚珠丝杠压杆稳定性 临界压缩载荷为 式中：带入公式得故滚珠丝杠副压杆稳定性合格。（11）：验算滚珠丝杠副极限转速 式中：支撑方式系数，查手册得15.1 丝杠轴承点到螺母中点的极限距离，680mm 带入公式解得 =1184.3>故滚珠丝杠副的极限转速合格（12）：检验值由经验公式得： 带入数据可得：故值可用（13）：验算静载荷

42、查样本得滚珠丝杠副基本轴向额定静载荷为 查手册取静安全系数为 则：（14）：验算丝杠抗弯刚度 取丝杠材料为Y40Mn，其许用抗拉应力则： 故丝杠的抗弯刚度足够3.4：伺服电动机的选择 3.4.1：负载转矩的计算 .切削负载力矩 式中：机床在切削状态下，滚珠丝杠的轴向负载力 滚珠丝杠的传动效率，取=0.96 将数据带入公式得： ：导轨摩擦力产生的摩擦负载力矩 式中： G托板重力，取G=150×10=1500N 将以上数据带入公式得： ：运动部件重力转矩： ：电动机负载转矩 3.4.2：负载惯量的计算 ：回转体零件转动惯量 式中： ：直线运动部件向丝杠折算的惯量 式中：m移动部件质量，取

43、托板，刀架等直线运动件的质量为m=150Kg 带入数据可得： ：联轴器的转动惯量 选择联轴器为HL1型弹性柱销联轴器 查的联轴器的转动惯量为： ：折算到电动机上的总惯量 .3.4.3：伺服电动机的选择 在选择伺服电动机时，要满足以下条件： ：根据负载转矩选择电动机 负载转矩应小于或等于电动机额定转矩。最大切削负载转矩不得超过电动机的额定转矩，折算到电动机轴上的最大切削负载转矩 ：电动机的转动惯量应与负载惯量相匹配，通常要求转动惯量 ：快速移动时，转矩不得超过伺服电动机的最大转矩 根据以上要求选择伺服电动机FT0720AC01，其额定转速为2000r/min，转动 惯量。 对于选好的电动机，电动

44、机惯量与负载转矩的匹配应与快速移动速度相适应，负载惯量与电动机惯量的匹配关系式为： 由上述公式算的0.6667，满足匹配关系式，即所选电动机满足要求。3.联轴器的选择联轴器是机械传动中的重要部件，联轴器可以联接主。从动轴，使其一同回转并传递转矩，有时也可以做安全装置。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差，承载后变形，温度变化和轴承磨损等原因，不能保证严格对中，是两轴线之间出现相对位移，如果联轴器对各种位移没有补偿能力，工作中将会产生附加动载荷，使工作情况恶化，因此要求联轴器具有补偿一定范围内两轴线相对位移量的能力，对于经常负载起动或工作载荷变化的场合，要求联轴器中具有其缓冲，减震作用的弹性元

45、件，以保护原动机和工作机不受或少受损伤，同时还要求联轴器安全，可靠。有足够的强度和使用寿命，常采用挠性联轴器。弹性膜片联轴器是一种高性能的金属弹性元件挠性联轴器，不用润滑，结构较紧凑，强度高，使用寿命长，无旋转间隙，不受油温和油污影响，具有耐酸、耐碱、防腐蚀的特点，结构比较简单，装拆方便，适用于高温、高速、有腐蚀介质工况环境的轴系传动。弹性元件的联接没有间隙，可靠性高，承载大，效率高使用寿命长。主要用于载荷较平稳的中、高速传动轴系，能补偿两轴相对位移。综上所述选择弹性膜片联轴器，型号为JMJ-20，额定转矩9.8N·M，最高转速20000r/min，转动惯量0.0003 kg

46、3;c4.齿轮传动的消隙和预载由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在半闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量虽然可得到补偿，但反向时会造成伺服系统产生振荡而不稳定。数控车床进给系统中所采用的齿轮传动，采用消隙和预紧的措施按照调整后齿侧间隙是否能够自动补偿，可分为刚性调整法和柔性调整法刚性调整法。刚性调整法师指调整后的齿侧间隙不能自动补偿的，这种方法结构比较简单，传动刚度高，单要求严格控制齿轮的齿厚及齿距公差，否则将影响运动的灵活性。刚性调整法有偏心轴套调整法，变齿厚圆柱齿轮调整法和斜齿轮轴向垫片调整法。柔性调整法。柔性调整法是指调整后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法，这种方法结构比较复杂，传动

47、刚度低，会影响传动的平稳性。柔性调整法有双片直齿轮错齿调整法、锥齿轮双齿圈错齿调整法和双齿轮弹簧预紧调整法。为了不影响运动的平稳性，也为了在结构上简化，将双片直齿轮错齿调整法改造，将两片齿轮用螺钉之间连接，提高了刚度，也简化了结构。在半闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量虽然可得到补偿，但反向时会造成伺服系统产生振荡而不稳定，影响加工精度，为了消除间隙以及增强刚度，提高进给系统性能，必须对齿轮进行消隙。5.轴承的润滑和密封轴承的润滑轴承在运动过程中，轴承内部各元件间，均存在不同程度的相对滑动从而发生摩擦发热和零件的磨损，因此必须对工作中的轴承进行可靠的润滑，润滑的作用主要是利用润滑剂在摩擦面见形

48、成隔离作用的润滑油膜。此外，润滑剂也能防止轴承生锈，降低轴承噪声以及起冷却作用。在结构和工作环境可得出，该处的轴承采用脂润滑。轴承的密封为了防止润滑剂泄露，防止切屑、灰尘及其它杂物、水分侵入，轴承必须进行过必要的密封。因为丝杠是转动的，所以只能采用间隙式密封。轴向迷宫式密封装拆方便，轴盖不须剖分，应用较径向迷宫广泛。右端轴承的密封采用端盖就可以达到目的。6.丝杠的预拉伸结构丝杠两段固定结构，其一端轴承座的轴向位置可调，拉伸量等于或大于热伸长量，丝杠热伸长后，会使预拉伸力下降以至于消失。却不会产生行程误差。轴承轴向位置结构可调。预拉伸后丝杠行程在全长上大于预拉伸量。因此丝杠在制造时，应该使丝杠的

49、目标行程小于，既按行程比目标值小，拉伸后，行程等于标准值。（二）尾座的设计计算尾座是卧式车床的重要组件，其主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和加紧的功能。CK6150卧式车床采用的是整体式结构，整体式结构尾座由尾座体、套筒、芯轴结构、尾座和套筒移动结构、尾座和套筒加紧与放松结构等组成。芯轴结构选用高精度的进口轴承，动、静刚度好、精度高。套筒和尾座的移动均为手动，套筒和尾座的夹紧，放松均采用蝶形弹簧夹紧。放松结构夹紧力足够大、安全可靠、人工操作简单、方便、效率高。其优点在于：刚度好，抗震性能好，精度高精度保持性好。整体式尾座将分体式尾座上、下体合为一个尾座整体，采用整体式箱形结构设计，经

50、有限元分析、计算，通过对尾座内部筋板的合理布局，提高了尾座的刚度和固有频率，尾座采用高强度低应力铸铁铸造，经良好的时效处理，热变形小，在承受最大工件重量和最大额定切削力的情况下。尾座体变形小，抗震性能好，满足卧式车床精度检验标准的要求。结构更加简单、优化、合理。整体式尾座将分体式尾座上、下体的装配环节。加工、装配工艺性更好，节约了加工、装配总费用，降低了尾座的总重量和总成本。1.尾座组成部分作用及其设计尾座的组成部分及其作用顶尖：顶住工件，用来定位和支撑工件。套筒固定手柄：定位尾座体套筒的位置。套筒：支撑工件，在套筒中可以装不同的道具如钻头、铰刀、圆板牙等刀具来加工零件。螺杆：用来连接套筒的，

51、可以使套筒伸长和收缩。尾座固定手柄：固定尾座，防止在加工时尾座后移，影响加工质量。 手轮：主要用来转动螺杆。底板：用来固定螺杆。滑座：与导轨相配合，它的两个燕尾槽可以在导轨上滑动。尾座的组成部分设计尾座套筒的设计卧式车床CK6150的尾座套筒的主要尺寸是根据尾座体的尺寸选择的。套筒的作用就是安装尾座活塞轴和顶尖，利用液压缸提供的压力和莫氏锥度体本身的结构特性顶紧顶尖，使顶尖在顶着工件加工时不会随工件一起转动。为了使套筒不随工件一起转动，在套筒上部设计了滑键槽，在尾座体上设计有滑键槽。尾座工作时滑键在滑键槽中滑动，这样套筒就不会跟着转了。同时，顶尖在顶着工件加工时也不会随工件一起转动了。从而提高了套筒的使用寿命。由于顶尖是利用莫氏锥度本身的结构特性卡紧的，但是在工作中需要拆卸顶尖，因此需要在尾座套筒上设计顶尖退套孔，用于拆卸顶尖。当需要拆卸顶尖时，把退套楔插入顶尖退套孔，