機械畢業(yè)設(shè)計-三自由度工作臺設(shè)計（全套含CAD圖紙）

機械畢業(yè)設(shè)計-三自由度工作臺設(shè)計（全套含CAD圖紙）,機械,畢業(yè)設(shè)計,自由度,工作臺,設(shè)計,全套,cad,圖紙 桂林電子科技大學信息科技學院 畢業(yè)設(shè)計(論文) 題 目： 三自由度工作臺設(shè)計 院 （系）： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 桂林電子科技大學 姓 名： 唐 良 寶 職 稱： 教 授 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設(shè)計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) 2014年4月 日 摘 要 本文全面闡述了三自由度工作臺的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計特點，詳細介紹了三自由度工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核，并進行了分析。 高速度、高精度、高效率和高剛度已成為當今數(shù)控機床發(fā)展的主要方向，普通龍門機床一般只能進行單面，當零件的另一個表面時，需要加裝一個直角轉(zhuǎn)換頭或者調(diào)轉(zhuǎn)零件的面后重新裝夾，這不但增加了機床操作者的勞動強度，影響效率，并且重新定位裝夾也降低了零件的精度，為了彌補這些不足，龍門三自由度工作臺便應運而生。五面體三自由度工作臺一次裝夾就能實現(xiàn)工件五個表面的，這大大提高了零件的精度和效率，降低生產(chǎn)成本，因此五面體三自由度工作臺成為當前數(shù)控機床行業(yè)重點研究的對象之一。 關(guān)鍵詞：三自由度工作臺，數(shù)控，伺服電機，滾珠絲杠 3 Abstract This paper describes the structure and principle, five axis surface induction hardening machine design features, discusses the advantages of using servo motor and ball screw nut pair. This paper introduces in detail the structure design and calculation of five axis surface induction hardening machine, and analyses the. In addition a summary of the relevant technical parameters. High speed, high precision, high efficiency and high stiffness has become the main direction of the development of CNC machine tools, general Longmen machine tool generally only one side quenching, when another surface hardening of parts, need to install a right angle conversion or transfer quenching surface after the heavy clothes clip, which not only increase the labor intensity the effect of quenching machine tool operators, efficiency, and re positioning and clamping also decreases the quenching accuracy of parts, in order to make up for these deficiencies, Longmen five axis surface induction hardening machine will emerge as the times require. Five sides of five axis surface induction hardening machine once clamping workpieces can be realized five surface quenching, which greatly improves the accuracy of quenching and the quenching efficiency, reduce the production cost, so the five sides of five axis surface induction hardening machine has become one of the key research object number controlled machine tool industry. The paper introduces the principle and selection of ball screw, ball screw system of production, application and other aspects were introduced. Including the principle and type selection, parameter selection, manufacturer of precision, circulation mode selection, selection and matching host selection. Key Words: five axis surface induction hardening machine, CNC system, servo motor, ball screw 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 緒 論 1 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢 1 1.2 三自由度工作臺的基本原理 2 1.3工作臺伺服進給系統(tǒng) 3 1.4 伺服驅(qū)動裝置 5 1.5 課題研究的目的和意義 5 第2章 設(shè)計的內(nèi)容及要求 7 2.1課題的主要內(nèi)容和基本要求 7 2.2進度計劃與應完成的工作 7 2.3 設(shè)計的內(nèi)容 8 2.3.1 數(shù)控裝置總體方案的確定 8 2.3.2 機械部分的設(shè)計 8 2.3.3 編寫設(shè)計說明書 8 2.4 機床主要部件及運動方式的選定 8 第3章 絲杠進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 10 3.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計 10 3.1.1 滾珠絲杠副的傳動原理 11 3.1.2 滾珠絲杠副的傳動特點 11 3.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整 12 3.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預緊力的方法 13 3.2滾珠絲杠的選擇 15 3.2.1滾珠絲杠的精度 15 3.2.2 滾珠絲杠參數(shù)的計算 15 3.3伺服電機的選擇 19 3.3.1最大切削負載轉(zhuǎn)矩的計算 19 3.3.2負載慣量的計算 19 3.3.3空載加速轉(zhuǎn)矩計算 21 3.4滑動導軌的選擇計算 21 3.3.1工作載荷的計算 21 3.3.2小時額定工作壽命的計算 22 3.3.3距離額定工作壽命的計算 22 3.3.4額定動載荷計算及選型 22 3.5聯(lián)軸器的選擇 23 3.6軸承的選擇 23 3.7 滾珠絲杠副的安全使用 24 3.7.1 潤滑 24 3.7.2 防塵 25 3.7.3使用 25 3.7.4 安裝 25 第4章 硬件電路圖的設(shè)計 26 4.1微機控制系統(tǒng)組成及特點 26 4.1.1微機控制系統(tǒng)的組成 26 4.1.2微機數(shù)控系統(tǒng)的特點 26 4.2微機控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 27 4.2.1主控制器CPU的選擇 27 4.2.2存儲器電路的擴展 28 4.2.3 I/O口電路的擴展 29 4.2.4 步進電機驅(qū)動電路 29 4.2.5其它輔助電路設(shè)計 30 4.3程序部分 31 總結(jié) 35 參考文獻 36 致 謝 37 第1章 緒 論 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 1946誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它創(chuàng)造和農(nóng)業(yè)的人，那些只是增加相比，手工工具的工業(yè)社會，從一個質(zhì)的飛躍，為信息時代的到來奠定了基礎(chǔ)。6年后，在1952，計算機技術(shù)應用到本機，在美國出世第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代。 數(shù)控相（1952 - 1970年） 早期計算機的運算速度低，當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理的影響很小，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路；作為一個專用計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床，稱為數(shù)控硬件連接（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個時期經(jīng)歷了三代，1952的第一代管；1959晶體管的第二代；小規(guī)模集成電路第三代1965。 電腦數(shù)值控制（CNC）階段（1970至今） 1970，通用汽車一直在電腦的小批量生產(chǎn)。所以它將被移植作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，開始進入計算機數(shù)控（CNC）階段（計算機和它的“通用”兩個字省略前面）。1971，美國英特爾公司在世界上首次將兩個計算機算術(shù)單元和控制器的核心部件，集成在一個芯片采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，稱為微處理器（微處理器），也被稱為中央處理單元（CPU）。 1974微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為計算機的功能太小，機床的控制能力富裕（時間已被用來控制機床，稱為組），如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。微處理器是計算機的核心部件，它仍稱為計算機數(shù)控。 1990，PC機（個人計算機，國內(nèi)習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)的要求為核心部件。數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)進入了基于PC的階段 總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。1970的小型計算機第四代；1974第五代和第六代1990基于PC微處理器（國外稱為PC-BASED）。 同時指出，雖然國外已改名為電腦數(shù)值控制（CNC），而在中國，它仍然是指數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｕf：數(shù)控實質(zhì)上是指計算機數(shù)值控制。 3數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢 （1）繼續(xù)開放的，基于PC機開發(fā)的第六代 隨著開放，成本低，可靠性高的PC，豐富的軟硬件資源特點的基礎(chǔ)上，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，解決了人機界面，編程，網(wǎng)絡(luò)通信的問題，通過對原系統(tǒng)的數(shù)控任務。PC機具有友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更常見。 （2）高速度和高精度的發(fā)展 這是為了滿足機床的高速度和高精度方向發(fā)展的需要。 （3）向智能化方向發(fā)展 在計算機領(lǐng)域的不斷滲透人工智能的發(fā)展而發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 1.2 三自由度工作臺的基本原理 數(shù)控控制（Numerical Control）是用數(shù)字化信號對機床的運動及其過程進行控制的一種控制方法。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門新型的，發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍所覆蓋的領(lǐng)域又：機械制造技術(shù)；微電子技術(shù)；信息處理傳輸技術(shù)；自動控制技術(shù)；伺服驅(qū)動技術(shù)；檢驗監(jiān)控技術(shù)；傳感技術(shù)；軟件技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的是能技術(shù)和最基本的裝備。在提高生產(chǎn)率，降低成本，保證質(zhì)量及改善工人勞動強度等方面，都有突出的優(yōu)點；特別是在適應機械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，小批量，多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實現(xiàn)先進制造技術(shù)的關(guān)鍵。 數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處聯(lián)盟（International Federation of Information Processing, IEIP）第五技術(shù)委員會，對數(shù)控機床作了如下的定義：數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯的處理具有使用碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。 龍門加工中心經(jīng)過長期的技術(shù)發(fā)展和推動，已從傳統(tǒng)的單軸式發(fā)展到多軸 式，從傳統(tǒng)龍門加工中心發(fā)展到現(xiàn)代化智能的加工中心，從單面的加工發(fā)展到多 面的加工，發(fā)展速度快，技術(shù)比較成熟。但是對于龍門五面體加工中心，由于我 國基礎(chǔ)技術(shù)薄弱，研究方法落后，資金投入不足等原因，以及國外對核心技術(shù)的 封鎖，導致我國五面體加工中心發(fā)展緩慢[4]。從龍門加工中心主要部件的發(fā)展情況來看，國內(nèi)外龍門加工中心的龍門和滑枕的機構(gòu)基本都具有以下特點： 1. 龍門 主要是由一個橫梁和兩個立柱構(gòu)成。分為橫梁固定、橫梁靠定位塊 鎖定分段升降和橫梁任意升降三種類型。橫梁固定式結(jié)構(gòu)機床剛性好，但不適合 加工大型工件，因為在加工靠近工作臺面的工件部位時，滑枕伸出長度過大，加 工剛性較差，影響加工尺寸精度；橫梁靠定位塊鎖定分段升降型結(jié)構(gòu)機床剛性較 好，但橫梁升降運動不能與滑枕上下移動聯(lián)動，且操作較復雜；橫梁任意升降型 結(jié)構(gòu)橫梁升降運動可以與滑枕上下移動聯(lián)動，加工范圍較廣，適合新產(chǎn)品開發(fā)。 立柱和橫梁的橫截面為矩形，剛性好，可耐重切削并長期保持高精度。主軸箱在 橫梁上的導軌有自重平衡裝置，其動作靈活、迅速且準確。由于主軸箱左右移動 時，橫梁升降用滾珠絲杠所受負載有變動，使精度降低，所以采用配置在橫梁左 右兩側(cè)的油缸來平衡主軸箱左右移動造成的變動負載和橫梁本身的自重，以提高 機床的精度。 2. 滑枕 從結(jié)構(gòu)上可分為開式和閉式兩種型式。開式結(jié)構(gòu)的滑枕通過壓板夾 緊在主軸箱上，滑枕的截面積大；閉式結(jié)構(gòu)的滑枕被夾緊在主軸箱內(nèi)，滑枕的截 面積小。主軸箱內(nèi)有液壓平衡裝置，使滑枕上下移動靈活，可實現(xiàn)強力重切削。 主軸滑枕內(nèi)部采用強制內(nèi)冷卻，即使作長時間連續(xù)重切削，也可保持高精度?；? 枕的行程以滿足工件側(cè)面下部的加工要求為宜，不宜太長，以免影響加工時的機 床剛度?；聿捎靡惑w型的結(jié)構(gòu)，以提高機床的整體剛性。 1.3工作臺伺服進給系統(tǒng) 工作臺伺服進給系統(tǒng)是一機床移動位置為控制量的自動控制系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置輸出的電脈沖信號，是機床工作臺、主軸等移動部件按照規(guī)定的運動速度、運動方向和位置要求做相應的移動，并對其定位精度加以控制。工作臺性能在很大程度上取決于進給伺服系統(tǒng)的性能。 進給運動是機床成型運動的一個重要部分，其傳動質(zhì)量直接關(guān)系到機床的加工性能。工作臺的進給運動是數(shù)字控制的直接對象被加工工件最終坐標位置精度和輪廓精度都會受到進給運動的傳動的影響。對進給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定和快速響應等方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動電機，同時也需要高質(zhì)量的機械結(jié)構(gòu)與之匹配。因此工作臺的進給傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)需滿足如下要求。 （1）高的傳動精度與定位精度 工作臺進給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度，是機床最重要的性能指標。傳動精度直接影響機床加工輪廓面的精度，定位精度直接關(guān)系到加工的尺寸精度。 （2）寬的進給調(diào)速范圍 為保證工作臺在不同工況下對進給速度的選擇，進給系統(tǒng)應該有較大的調(diào)速范圍。工作臺的伺服進給系統(tǒng)一般為3-10000mm/min。 （3）快的響應速度 所謂快速響應，是指進給系統(tǒng)對指令信號的變化跟蹤要快，并能迅速趨于穩(wěn)定。目前，工作臺已較普遍的采用了伺服電動機不通過減速環(huán)節(jié)直接連接絲杠帶動運動部件實現(xiàn)運動的方案。本次設(shè)計就是采用了這個方案來獲取快的響應速度。 （4）低速、大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機床的加工特點，經(jīng)常在低速下進行重切削，即在低速下進給驅(qū)動系統(tǒng)必須有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 此次設(shè)計采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的精度雖然比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)整比較簡單。而且，在半閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)角測量表較容易實現(xiàn)。應用非常廣泛。 圖2-1 半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)原理圖 1.4 伺服驅(qū)動裝置 伺服驅(qū)動裝置接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進給指令信號，并將其轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移，從而驅(qū)動執(zhí)行部件實現(xiàn)要求的運動。伺服驅(qū)動裝置應該滿足如下要求。 （1）精度高。輸出位移有足夠的精度，即實際位移與指令位移之差要小。 （2）應該具有較長時間的大過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電動機要求數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。 （3）調(diào)速范圍寬，而且從最低速到最高速時，電動機均能平滑運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動小，特別是在低速（如0.1r/min或更低）時，速度平穩(wěn)而無爬行現(xiàn)象。 （4）能承受頻繁振動、制動和反轉(zhuǎn)。 在工作臺的閉環(huán)或半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置主要采用交、直流伺服電動機。 直流伺服電動機具有良好的啟動、制動和調(diào)速特性，可以方便地在寬調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑無極調(diào)速，故多用在對伺服電機的調(diào)速性能要求較高的工作臺上。 交流伺服電動機，轉(zhuǎn)子慣量比直流電動機小，動態(tài)響應好，輸出的功率可比直流電動機提高10%-70%，可達到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。 1.5 課題研究的目的和意義 工作臺是一種在計算機控制下帶有自動換刀系統(tǒng)的能完成多工序復合加工的自動化機床，并正向高速高效、高精度、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和復合化方向發(fā)展。由于工作臺是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，其生產(chǎn)效率高、柔性好、一機多用和易于加工復雜的曲線、曲面零件等特點，早已成為工業(yè)發(fā)達國家軍民機械工業(yè)的主力加工設(shè)備。 一個國家的工作臺擁有量、消費量及總體技術(shù)水平與這個國家機械工業(yè)的加工制造技術(shù)水平息息相關(guān)。我國的工作臺從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠遠不能適應我國的經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展的需要。進入21世紀以后，中國工作臺的消費量隨著軍民機械工業(yè)的大規(guī)模技術(shù)改造而迅速增長，如2001年中國工作臺的消費量僅為2662臺（其中進口2290臺），而同年美國、日本和德國的工作臺消費量分別為11505、6090和5291臺。到了2005年，中國工作臺的消費量猛增至約13200臺（估計值，工作臺的產(chǎn)量數(shù)據(jù)未公布），其中進口10343臺。2005年工作臺的消費量是2001年的4.96倍，年均增幅達49.2%，一舉超過美、日、德諸國，成為世界上消費工作臺最多的國家。 根據(jù)《機械工人》雜志社等單位的調(diào)查，從近600份重點用戶的有效問卷中得出的結(jié)果是，工作臺機床的應用已遍及全國26個行業(yè)，其中汽車、摩托車及其零部件制造業(yè)占24%，航空航天和軍工行業(yè)占18%，機床工具業(yè)占11%，模具行業(yè)占8%，輕工機械行業(yè)占4%。在這些企業(yè)擁有的工作臺中，雖然普及型的立式和臥式工作臺仍占多數(shù)，但多軸聯(lián)動、高速、大型精密等高檔工作臺也占有一定比重，如在所調(diào)查的近600戶用戶中，擁有5軸聯(lián)動工作臺的占24%。說明中國市場消費的工作臺雖然以普及型的中檔機為主，但高檔機在消費量中所占比重估計已達15%至20%。 中國消費的工作臺大部分依靠進口（2005年進口量占消費量的七成多），進口金額12.97億美元，居各類機床進口額之首，主要從日本、中國臺灣、德國和韓國等地進口。2006年上半年，中國進口工作臺5511臺，金額6.88億美元，同比分別增長20%和11%，仍保持兩位數(shù)增長，說明中國工作臺市場的規(guī)模還有增長空間。 工作臺用于安裝工件，并帶動工件進給，以完成各種切削加工，是任何切削機床必不可少的重要部件。與普通切削機床不同的是，工作臺的工作臺是在數(shù)控系統(tǒng)的控制下自動完成進給的，能夠自動完成各種輪廓和曲面的加工。工作臺直線工作臺主要在數(shù)控系統(tǒng)控制下完成縱向（X方向）和橫向（Y方向）進給。為了實現(xiàn)任意角度和在切削過程中轉(zhuǎn)臺能夠回轉(zhuǎn)，工作臺還要設(shè)置數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，這樣工作臺就多了一個NC坐標，能夠完成更加復雜的見曲面的加工。工作臺常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，它們的功用各不相同。分度工作臺的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的加工。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺除了分度和轉(zhuǎn)位的功能外，還能實現(xiàn)圓周進給運動。 我國近幾年三自由度工作臺進給機構(gòu)雖然發(fā)展較快，但與國際先進水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應變能力差。 針對傳統(tǒng)三自由度工作臺進給機構(gòu)的不足之處及生產(chǎn)中存在的問題，有必要在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上研究出新型三自由度工作臺進給機構(gòu)。通過對傳統(tǒng)銑床手動的進給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計，加入新技術(shù)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化，降低勞動強度及工作量。 三自由度工作臺進給機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢是：在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型進給機構(gòu)；在性能上將研制以鋼為材料的進給機構(gòu)，大幅度提高進給機構(gòu)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制多軸并聯(lián)，甚至于五軸并聯(lián)的進給機構(gòu)。 綜上所訴，三自由度工作臺進給機構(gòu)的開發(fā)和設(shè)計具有很高研究的意義.本課題采用類似的機床結(jié)構(gòu)設(shè)計成果的方法，進行三自由度工作臺進給機構(gòu)的設(shè)計，使其能夠?qū)崿F(xiàn)更好的工業(yè)生產(chǎn)自動化。 本課題對三自由度工作臺進給機構(gòu)部件進行了設(shè)計，研究了結(jié)構(gòu)，主要部件及典型零件的設(shè)計方法，其意義如下： 1、通過對數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計和研究掌握機構(gòu)設(shè)計的一般步驟和方法； 2、通過對課題的研究，了解國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機床的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢； 3、通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神，提供分析問題和解決問題的能力。 第2章 設(shè)計的內(nèi)容及要求 2.1課題的主要內(nèi)容和基本要求 本課題要求設(shè)計一臺三自由度工作臺，X、Y軸采用滾珠絲杠螺母副傳動方式實現(xiàn)運動變換，機床主要設(shè)計參數(shù)下表所示： X軸有效行程 5000 mm Y軸有效行程 3000 mm Z軸有效行程 1000 mm 工作臺尺寸 2500 mm×5000 mm 加工進給速度 0.5 m/min 快速進給速度 10 m/min 驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速 2000 r/min 2.2進度計劃與應完成的工作 應完成的工作： 1、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計說明書，其中包括400字左右的中文摘要，英文摘要應與中文摘要內(nèi)容完全相同； 2、完成與課題相關(guān)，不少于3000漢字的英文資料翻譯（附英文原文）； 3、完成總體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計； 4、繪制裝配圖及所有非標件零件圖。 進度計劃： 1、第1-2周，查閱相關(guān)資料，了解表面感應加熱機床技術(shù)技術(shù)要求，完成開題報告； 2、第3周，翻譯一篇與設(shè)計相關(guān)的英文論文； 3、第4-5周，根據(jù)設(shè)計要求確定總體方案及計算； 4、第6周，根據(jù)設(shè)計要求完成AC軸選型，查找其技術(shù)參數(shù)； 5、第7-11周，完成機床總體結(jié)構(gòu)、Z軸結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計； 6、第12-14周，繪制圖紙； 7、第15周，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書，準備答辯。 2.3 設(shè)計的內(nèi)容 2.3.1 數(shù)控裝置總體方案的確定 (1). 明確研究思路和方向，確定設(shè)計參數(shù)； (2). 在廣泛調(diào)研、收集資料后，完成三自由度工作臺多種方案設(shè)計（兩種以上設(shè)計方案）。通過分折、比較、論證，選出最佳設(shè)計方案。 2.3.2 機械部分的設(shè)計 (1).脈沖當量的確定； (2).估計機械部件的總體尺寸及重量； (3).設(shè)計，計算和選用傳動元件及導向元件； (4).電機的確定； (5).繪制裝配圖； (6).計算系統(tǒng)等效慣量； (7).分析系統(tǒng)的精度。 2.3.3 編寫設(shè)計說明書 (1) 設(shè)計任務、擬定多種方案、分析論證、評價選擇的較佳方案、理論分析、強度校核、系統(tǒng)控制原理、方法、電路配置圖、裝配圖設(shè)計及零件設(shè)計等。 (2)論文20000字左右。 2.4 機床主要部件及運動方式的選定 （1）伺服電機的選擇 本次設(shè)計選用交流伺服電機，根據(jù)本進給系統(tǒng)定位精度的要求，初步選用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。如果經(jīng)計算后半閉環(huán)系統(tǒng)不能滿足定位精度要求，可改用全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。交流伺服電機有交流同步電機和交流感應電機。交流感應電機結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的直流伺服電動機相比較，質(zhì)量輕、價格便宜。缺點是不能經(jīng)濟的實現(xiàn)范圍較大的平滑調(diào)速。所以數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中一般不采用這種電動機。 交流同步電動機的轉(zhuǎn)速與所用電源的頻率之間存在一種嚴格的關(guān)系，即在電源電壓和頻率固定不變時，它的轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定不變得。其結(jié)構(gòu)雖然比感應電動機復雜，但比直流電動機簡單。同步電動機又分為電磁式和非電磁式兩大類。在后一類中又有磁滯式、永磁式和反應式多種。在數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)中，多采用永磁式同步電動機。在數(shù)控機床進給驅(qū)動中，采用具有大轉(zhuǎn)矩、寬調(diào)速并裝有反饋元件的機電一體化的永磁式交流同步電動機已十分普及。 （2）滾珠絲杠螺母副的選擇 滾珠螺母副[4]的滾珠循環(huán)方式一般會分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。對于內(nèi)循環(huán)方式，滾珠在循環(huán)過程中始終保持與滾珠絲杠接觸。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副工作滾珠數(shù)目少，徑向尺寸緊湊，摩擦損失少，流暢性好，傳動效率高，軸向剛度好，但回珠器槽行比較復雜，需三坐標數(shù)控機床才能進行加工。外循環(huán)過程中滾珠與絲杠脫離接觸，目前使用插管完成滾珠循環(huán)的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，但滾道管子突出于螺母外面，所以外循環(huán)滾珠絲杠螺母徑向尺寸較大。滾珠和滾珠絲杠螺母副接觸處有過盈配合，即兩者達到預緊；滾珠絲杠螺母副事先通過調(diào)節(jié)左右螺母的相互離開和靠近消除間隙。常用的消除間隙或預緊的辦法有墊片是調(diào)隙結(jié)構(gòu)、螺紋式調(diào)隙結(jié)構(gòu)和齒差式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計采用墊片式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 （3）導軌副的選用 要設(shè)計的進給機構(gòu)的導軌選用貼塑導軌，它屬于滑動導軌，是在機床的動導軌面上貼上一層抗磨軟帶，導軌副的另一個固定導軌面為磨削面。這樣就會使導軌摩擦系數(shù)變?yōu)?.03—0.05，導軌速度可達30m/min，剛度比較高，動、靜摩擦系數(shù)差值小，沒有爬行。耐磨性與鑄鐵對鑄鐵導軌副相比可提高1—3倍。 第3章 絲杠進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 3.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計 送料機構(gòu)的進給運動，通過電機的轉(zhuǎn)動，進而帶動工作臺絲杠傳動。在數(shù)控工作臺絲杠，可以使用普通的螺旋傳動，有絲杠轉(zhuǎn)動中的應用。原因是普通螺旋傳動的摩擦，但總是不很穩(wěn)定。 因此，在工作臺的三度的摩擦系數(shù)大，效率低，傳動間隙。雖然在傳輸間隙可通過一些措施補償，由滾珠絲杠傳動改性。滾珠絲杠傳動具有一系列的優(yōu)點，但其制造工藝相對復雜，成本高，受一定的限制，在一些應用，但數(shù)控工作臺的發(fā)展，它將得到更廣泛的應用。 滾珠絲杠驅(qū)動器使用防護罩，以防止空氣中的灰塵和其他雜物進入。 滾珠螺桿和滾珠絲杠螺母副滾珠螺母，它是把角位移的步進電機，轉(zhuǎn)化為直線位移工作臺進給機構(gòu)。 滾珠絲杠螺母副，也被稱為滾珠絲杠傳動機構(gòu)，是一個新的，它是球在螺桿和螺母的螺旋槽之間，作為一個中間元件的傳動機構(gòu)。 3.1.1 滾珠絲杠副的傳動原理 絲杠和螺母的螺旋槽圓弧滾道的螺旋槽，兩個弧形在一起形成一個螺旋線，在比賽中有很多的球。當滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，相對在滾道的螺母，因此滾道的螺絲和螺母之間的摩擦為滾動摩擦。為了防止掛球從螺母，螺母在螺旋槽應用兩端阻塞，和電路連接兩端的滾道。從他推出的一端球，從新回到道沿軋環(huán)的另一端，可以回收不斷滾動。 3.1.2 滾珠絲杠副的傳動特點 滾珠絲杠的優(yōu)點是：傳動效率高，因為它是滾動摩擦，傳動效率可以達到0.92 ~ 0.96，3 ~高4倍，比普通螺旋傳動。它帶來了一系列的優(yōu)點，如功耗低，傳動平穩(wěn)，磨損小，無爬行等。另外有兩個特點，一是：螺旋傳動通常是有差距的，和滾珠絲杠可以消除間隙，所以當螺桿轉(zhuǎn)動時，相反的，不可能有空的距離，提高反，定位精度，也提高了傳動剛度。兩種：普通螺旋傳動只能使旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，和滾珠絲杠副的摩擦系數(shù)，由于傳輸小，這樣可以使旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，也可以從線性運動的螺旋運動，可逆的傳輸，因此可以作為活性組分，也可以作為一個信徒。 它也有缺點，是高精度的主要組成部分，平整度要求很高，所以制造工藝復雜，成本高。螺旋槽用螺釘和螺母，磨削的一般要求，因此很難制造，具有有限的使用。 由于可逆的驅(qū)動，所以不能鎖，當施加在垂直傳動裝置，由于重力和慣性之間的關(guān)系，不能立即停止在下降的過程中，因此還需要有制動裝置。 3.1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整 滾珠螺桿的結(jié)構(gòu)在許多類型的形式，但最主要的區(qū)別是在滾絲的形狀，滾珠循環(huán)方式，對軸向間隙和預緊的方法調(diào)整等三個方面。 （1）螺紋滾道表面形狀 螺紋滾壓成型路面有很多種，目前國內(nèi)正式投入運行，只有一個單一的圓弧和雙圓弧形兩種，如圖4-1所示。垂直球和滾道表面接觸正常和螺旋軸之間的夾角。稱為接觸角（）。 （a）單圓弧 (b) 雙圓弧 圖4-1 滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形 （2）單圓弧齒廓 半徑比一般滾輥半徑稍大。對于單線程的曲面滾道，接觸角與軸向載荷的大小，軸負荷為零，接觸角為零；當負載的增加，接觸角增大。實驗結(jié)果表明：當接觸角增大，傳動效率，軸向剛度，承載力提高。 （3）雙圓弧 雙圓弧螺紋滾道接觸角是恒定的。在偏移（E）的決定，球和滾道圓弧角接頭，將有一個很小的間隙。這些空隙可以容納一些污垢，但不擁擠，反而有利輥軋制。從傳輸效率，軸向剛度，承載力和其他要求，接觸角大一些好，但接觸角太大的制造業(yè)將是困難的。一般的接觸角，半徑的圓弧滾道也略大于滾子半徑。 循環(huán)球 目前常用的滾珠循環(huán)通過內(nèi)、外環(huán)兩。 （1）的外循環(huán) 在外部循環(huán)顯示，輥是由于在循環(huán)過程中螺桿的接觸，通過循環(huán)，外界稱為外循環(huán)（系列）。外環(huán)的外圓螺母直接銑螺旋槽，切斷從螺母內(nèi)螺紋滾道與擋珠，珍珠球的方式，迫使球進入圓柱螺旋槽，轉(zhuǎn)動外環(huán)。的結(jié)構(gòu)和制造周期是簡單和容易的，所以應用較廣，他可制成單排或雙排兩。 （2）內(nèi)循環(huán)方式 輥在循環(huán)過程中，螺桿始終保持接觸稱為內(nèi)循環(huán)（N系列），如圖所示。內(nèi)回路上設(shè)有相鄰道反向器螺母孔的側(cè)邊，通過換向器手段迫使球在螺牙，并進入相鄰的跑道。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副回路短，工作球小，緊湊的尺寸，數(shù)量小摩擦光滑，好，傳動效率高，軸向剛度和承載力高，具有一系列的優(yōu)點，但制造難度大，結(jié)構(gòu)復雜，所以不到外循環(huán)方式的廣泛應用。 圖4-2 外循環(huán)的滾珠絲杠 圖4-3 內(nèi)循環(huán)的滾珠絲杠 3.1.4 軸向間隙的調(diào)整和加預緊力的方法 滾珠絲杠進給精度，但單方向有一定的要求，它的軸向間隙也有嚴格要求，確保倒檔齒輪的精度。軸向間隙完全消除，這是非常困難的。通常采用雙螺母，方法和增加預緊力消除軸向間隙。用雙螺母預緊力的調(diào)整，基本上可以消除軸向間隙。滾珠絲杠的單螺母無法調(diào)整軸向間隙和預緊力，軸向間隙只能依靠滾珠絲杠的復制精度和安裝精度的絲杠和螺母連接保證。 雙螺母預緊力消除軸向間隙必須注意兩點，一是：通過預緊力，使預拉伸變形，以減少由彈性變形引起的位移。但是，預緊力不能太大，否則會使驅(qū)動扭矩增大，傳動效率降低，使用壽命縮短。二是：消除軸向間隙，驅(qū)動程序的安裝部分的軸向間隙，不可忽視的一部分螺紋應同時調(diào)整，這是減少到最低限度。目前，有三個調(diào)整方法常用的雙螺母預緊力。 （1）間隙可調(diào) 如圖所示的間隙調(diào)整墊片，法蘭螺絲連接的兩個螺母滾珠絲杠，在墊片中。墊片的厚度是產(chǎn)生軸向位移螺母，以消除間隙和預緊的目的。 結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)可靠，拆裝方便。但缺點是調(diào)整費時，在工作狀態(tài)下不可調(diào)節(jié)，由于墊片的厚度不同，可消除間隙，所以它是用于一般精度的機理。 （2）螺紋間隙可調(diào) 如圖所示的間隙可調(diào)線。它是在法蘭的外端的螺母，而另一個是無凸緣螺母，螺紋，它伸出套筒，和兩個圓螺母來調(diào)整間隙，和圓螺母鎖緊螺母可。 這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)方便，所以應用廣泛，但不太精確的位移調(diào)整。 圖4-4 墊片調(diào)隙式 圖4-5螺紋調(diào)隙式 齒差調(diào)整方法 在齒差調(diào)顯示的方法。它是在兩個螺母的圓形齒輪2法蘭，齒輪的數(shù)值之間的差異是一個齒，齒圓3，內(nèi)齒圈3用螺釘1和銷4固定在套筒5。調(diào)整是一個內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)圓柱齒輪3，2，二輥螺母相對轉(zhuǎn)動的滾筒5之間的角位移，可以使兩個螺母，使螺桿螺母滾道輥相對移動的兩個相對側(cè)輥兩個螺母接近在紙卷上。消除間隙和預緊力，內(nèi)齒環(huán)3套由定位銷4固定。 這種結(jié)構(gòu)調(diào)整的特點是準確、可靠，定位精度高，但結(jié)構(gòu)復雜，只用于高精度數(shù)控機床。 1——螺釘； 2——圓柱齒輪； 3——內(nèi)齒圓； 4——定位銷； 5——套筒。 圖4-6 齒差調(diào)隙式 3.2滾珠絲杠的選擇 3.2.1滾珠絲杠的精度 查閱滾珠絲杠的樣本選擇絲杠精度為5級精度等級，有效行程1000 mm，初步設(shè)計現(xiàn)設(shè)絲杠在有效行程1180mm時，行程偏差允許達到30μm。 3.2.2 滾珠絲杠參數(shù)的計算 （1）最大工作載荷的計算 絲杠的最大載荷為工作時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設(shè)此臺Z向的最大進給力=5000N，導軌上面移動部件的重量約為500㎏，貼塑導軌的摩擦系數(shù)為0.04，故絲杠的最小載荷（即摩擦力） （N） (3.3) 絲杠最大載荷是： 5000＋196＝5196（N） (3.4) 平均載荷是： =×=≈3529（N） (3.5) （2）當量動載荷的計算 滾珠絲杠副類型的選擇主要是根據(jù)導程和動載荷兩個參數(shù),其選擇的原則為:①滾珠絲杠的靜載荷Coa不能大于額定靜載荷Coam,即Coa≤Coam;②滾珠絲杠的動載荷Ca不能大于額定動載荷Cam,即Ca≤Cam。 驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速2000 r/min 絲杠最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，工作臺最小進給速度為0.5m/min，故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min，可取為0，則平均轉(zhuǎn)速n=1000r/min。絲杠使用壽命T=15000h，故絲杠的工作壽命 ==675（r） (3.6) 當量動載荷值： (3.7) 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； ——精度影響系數(shù)， 1、2、3級=1.0， 4、5級絲杠=0.9。 根據(jù)要求去=1.5，=0.9，代入數(shù)據(jù)得 ≈51.59（KN） (3.8) 根據(jù)計算所得最大動載荷和初選的絲杠導程，查滾珠絲杠樣本，選擇FF6310-5型內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預緊滾珠絲杠副，其公稱直徑為63mm，導程為10mm，循環(huán)滾珠為5圈×2列，精度等級取5級，額定動載荷為55600N，大于最大計算動載荷=51590N，符合設(shè)計要求。 表3.1 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果 公稱直徑（mm） 63 螺距(mm) P 10 接觸角 鋼球直徑(mm) 7.144 螺紋滾道法面半徑(mm) 偏心距(mm) 0.009 螺紋升角(mm) = 絲杠外徑(mm) 62.5 絲杠底徑(mm) 57.3 螺桿接觸直徑(mm) 55.87 螺母螺紋外徑(mm) 螺母內(nèi)徑(mm)（內(nèi)循環(huán)） 62.64 （3）傳動效率的計算 將公稱直徑=63mm，導程=10mm，代入λ=arctan[]，的絲杠螺旋升角λ=。將摩擦角，代入=，得傳動效率=93.7%。 （4）剛度的驗算 本傳動系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動的結(jié)構(gòu)形式。固定端采用一對面對面角接觸球軸承和一個角接觸球軸承，另一端也采用角接觸球軸承，這種安裝適應于較高精度、中等載荷的絲杠。 滾珠絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。 a、滾珠絲杠滾道間的接觸變 根據(jù)公式Z=，求得單圈滾珠數(shù)Z=22，改型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為5×2，代入公式圈數(shù)×列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=220。絲杠預緊時，取軸向預緊力=1732（N）。查相關(guān)公式得滾珠絲杠與螺紋滾道間接觸變形 (3.9) 式中=51590N。代入數(shù)據(jù)得； ==0.013(mm) 因為絲杠有預緊力，且為軸向負載，所以實際變形量可以減少一半，取=0.0065mm。 b、絲杠在工作載荷作用下的抗壓變形 絲杠采用的是兩端都為角接觸球軸承，軸承的中心距a=1100mm，鋼的彈性模量E=,由表2.1中可知，滾珠直徑=7.144mm，絲杠底徑=43.3mm，則絲杠的截面積： =1540.6() 根據(jù)公式代入數(shù)據(jù)得： =0.018(mm) C、總的變形 ==0.0065+0.018=0.0245mm,絲杠的有效行程為600， 絲杠在有效行程500—630mm時，行程偏差允許達到30μm,，可見絲杠剛度足夠。 （5）穩(wěn)定性的驗算 (3.10) 公式中取支撐系數(shù)=2， 由絲杠底徑=43.3mm求的截面慣性矩=188957.7()，壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝），滾珠螺母至軸向固定處的距離取最大值1200mm，代入公式得： =181129.6(㎏) 則f=181129.6N大于=51590N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。 （6）臨界轉(zhuǎn)速的驗算 臨界轉(zhuǎn)速。 查資料得公式 ： (3.11) 其中： (mm)； 為臨界轉(zhuǎn)速計算長度=1200(mm)； 為絲杠支承方式系數(shù)（一端固定，一端游動） 代入數(shù)據(jù)得：4397(r/min),臨界速度遠大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會發(fā)生共振。 （7）滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定 由以上驗算可以知道，絲杠型號為FF6310—5，完全符合所需要求，故確定選用該型號，安裝尺寸查表可知。 （8）絲杠支承的選擇 滾珠絲杠的軸向載荷的主要載荷，徑向負荷主要是重力水平螺旋。因此，螺桿軸向精度和軸向剛度應該有更高的要求。兩端支承結(jié)構(gòu)的軸向固定方式。本次設(shè)計絲杠支承選用一端固定，另一端浮動。 3.3伺服電機的選擇 3.3.1最大切削負載轉(zhuǎn)矩的計算 所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應大于最大切削負載轉(zhuǎn)矩。最大切削負載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)以下公式計算，即 (3.12) 從前面的計算可以知道，最大載荷N，絲杠導程=10mm=0.01m，預緊力=N，根據(jù)計算的滾珠螺母絲杠的機械效率=0.947，因為滾珠絲杠預加載荷引起的附加摩擦力矩： （N·m） (3.13) 查手冊得單個軸承的摩擦力矩為0.32N·m，故一對軸承的摩擦力矩=0.64N·m。簡支端軸承步預緊，其摩擦力矩可忽略不計。伺服電動機與絲杠直接相連，其傳動比=1，則最大切削負載轉(zhuǎn)矩： (N·m) 所選的伺服電機額定轉(zhuǎn)矩應該大于此值。 3.3.2負載慣量的計算 伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量應與負載慣量相匹配。 負載慣量可以按一下次序計算。立柱與主軸箱的質(zhì)量為500㎏，折算到電動機軸上的慣量可按下式計算， (kg·㎡) (3.14) 絲杠名義直徑=50mm=0.05m，長度L=1.2m絲杠材料（鋼）的密度ρ=7.8㎏·。根據(jù)公式計算絲杠加在電動機軸上的慣量 (㎏·㎡) (3.15) 聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊得到，即(㎏·㎡) 故負載總的慣量為 (㎏·㎡) 電動機的轉(zhuǎn)子慣量應與負載慣量相匹配。通常要求不小于，但也不是越大越好。因越大，總的慣量就越大，加速度性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應的靈敏的，將采用轉(zhuǎn)矩較大的伺服電動機和它的伺服控制系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)資料的推薦，匹配條件為： (3.16) 則所選交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量應在0.0092—0.036㎏·㎡范圍之內(nèi)。 根據(jù)上述計算可選用表3.2中的交流伺服電機α22/3000i型，其額定轉(zhuǎn)矩為22N·m，最高，轉(zhuǎn)動慣量J=0.012㎏·㎡。 表3.2 FANUCα(HV)i系列交流伺服電機 型號 α1/ 5000i α2/ 5000i α4/ 4000i α8/ 3000i α12/ 3000i α22/3000i 輸出功率/kw 0.5 0.75 1.4 1.6 3 4 額定轉(zhuǎn)矩(N·m) 1 2 4 8 12 22 最高轉(zhuǎn)速 5000 5000 4000 3000 3000 3000 轉(zhuǎn)動慣量(㎏·㎡) 0.00031 0.00053 0.0014 0.0026 0.0026 0.012 質(zhì)量㎏ 3 4 8 12 18 29 伺服放大器規(guī)格 20i 20i 20i 40i 80i 80i 3.3.3空載加速轉(zhuǎn)矩計算 當執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動（快速）速度時，所需要的空載加速轉(zhuǎn)矩按下式求， (3.17) 空載加速時，主要克服的是慣性，選用的α22/3000i型交流伺服電動機,總慣量 0.0120+0.0092=0.0212(㎏·㎡) 加速度時間通常取的3~4倍，故=(3~4)=(3~4)×6=18~24(ms)，則 (N·m) 3.4滑動導軌的選擇計算 常用的導軌截面有矩形、三角形、燕尾形和圓形的。如圖3.2所示。根據(jù)支承導軌的凸凹狀[4]態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類導軌。凹形容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于具有良好的防護環(huán)境。凸形需要有良好的潤滑條件。目前數(shù)控機床使用的導軌主要有三種：塑料導軌、靜壓導軌和滾動導軌。 圖3.4 3.3.1工作載荷的計算 影響導軌副壽命的重要因素是工作載荷，假設(shè)立柱所有重量加在貼塑滑動導軌的一根導軌上，則導軌所承受的最大垂直方向上的載荷是： (3.18) 上式中G是立柱和主軸箱的重量，即G=500×10=5000(N)，代入上式得： =2500(N) 3.3.2小時額定工作壽命的計算 預計機床的工作壽命是10年，一年是365天，工作時間是350天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命28000(h)。 3.3.3距離額定工作壽命的計算 根據(jù)公式得： (3.19) 公式中：為小時額定工作壽命； n為移動部件每分鐘往返次數(shù)(4-6)取5： S為移動部件的行程，即S=600mm。 代入數(shù)據(jù)得：L=10080km 。 3.3.4額定動載荷計算及選型 由公式得： (3.20) 公式中：為額定動載荷； L為距離工作壽命，由上面的計算可以知道為10080km； F為導軌的工作載荷，即F=2500N。 代入數(shù)據(jù)得：=29318N。 由計算的動載荷值本次設(shè)計選用的是貼塑滑動導軌，它是在數(shù)控機床的動導軌[4]面，是塑料導軌的一種。導軌副的另一固定導軌面為磨削面。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉（青銅粉、二硫化鉬）、玻璃纖維和氧化物的高分子復合材料。其厚度有0.8、1.1、1.4、1.7、2mm，寬150mm、300mm等幾種。塑料滑動導軌與其他導軌相比，具有以下特點： （1）動靜摩擦系數(shù)相近：運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導軌副好。 （2）吸收振動：具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導軌和易漂浮的靜壓導軌。 （3）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定：比鑄鐵導軌副低一個數(shù)量級。 （4）化學穩(wěn)定性好：耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、強氧化性劑及各種有機溶劑。 （5）耐磨性好：有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。 （6）維護修理方便：軟帶耐磨，損壞后更換容易。 （7）經(jīng)濟型好：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，約為滾動導軌的1/20，為三層復合材料DU導軌成本的1/4。 其中導軌貼塑板選用揚中市天一高分子新材料有限公司生產(chǎn)的TY導軌貼塑板。 3.5聯(lián)軸器的選擇 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器是由各種片狀、圓柱狀、卷板狀等形狀的金屬彈簧，利用金屬彈簧的弱性變形以達到補償兩軸相對偏移 和減振、緩沖功能，構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)、性能的撓性聯(lián)軸器。金屬彈性元件比非金屬彈性元件強度高，使用壽命長，傳遞載荷能力大，,適用于高溫工況，彈性模最大且穩(wěn)定。 如圖3.5所示膜片聯(lián)軸器膜片，由幾組（不銹鋼）加上兩個半聯(lián)軸器螺栓交錯，其中每個由多個層疊設(shè)置隔膜和隔膜，整片到連桿式和不同的形狀。膜片聯(lián)軸器，彈性變形的隔膜的相對位移補償報紙相連的兩個軸，是一種高性能低金屬元件的柔性耦合，結(jié)構(gòu)緊湊，強度高，不需潤滑，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)的差距，通過溫度和油，不影響的耐酸性，耐堿性，具有抗腐蝕的特點，適用于高速，高溫度，驅(qū)動軸的工作環(huán)境介質(zhì)的腐蝕，驅(qū)動軸被廣泛應用于各種機械設(shè)備。 圖3.5 DJM5金屬膜片撓性聯(lián)軸器 3.6軸承的選擇 （1）接觸角為的角接觸球軸承 這是滾珠絲杠在國內(nèi)外廣泛使用的軸承，軸承可以組合配置。1種面，其他1個背靠背組合。這兩種方法能承受雙向軸向推力，和1的組合方式，其承受較大的軸向力的能力，但只有在1方向，同向組合時的等于單個軸承的乘下列系數(shù)：2個為1.63;3個為2.16；4個為2.64。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，但結(jié)合兩個面對面的接觸線和軸之間的距離比小，易于實現(xiàn)自動調(diào)整。因此在進給驅(qū)動面的結(jié)合更多。 （2）滾針—推力圓柱滾子組合軸承 外圈與箱體固定不轉(zhuǎn)，繞軸轉(zhuǎn)動的內(nèi)圈和軸套內(nèi)圈，滾針軸承徑向載荷，軸向負荷的軸承圓柱滾子分