SK125数控铣床的主要部件设计【9张CAD图纸+毕业论文+任务书+开题报告+文献综述】

SK125数控铣床的主要部件设计【9张CAD图纸+毕业论文+任务书+开题报告+文献综述】,9张CAD图纸+毕业论文+任务书+开题报告+文献综述,SK125,数控,铣床,主要,部件,设计,CAD,图纸,毕业论文,任务书,开题,报告,文献,综述 SK125 数控铣床的主要部件设计 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，而且由于信息技术的渗透，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计算机。计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，数控三坐标铣床，主轴，数控系统。 英文摘要 Abstract Summary： Digital control the modern development of automation control of digital technology is a signal for machine tools are processes to control movement, as a method of science and technology has developed rapidly and Numerical Control machine is a national machinery industry standards of important standard, the machine is a program Numerical Control control system of machine tools, the system to be logical to use a number or other symbols specified procedure.the instruction encoding. Numerical control machine tools in Numerical Control technology of new technology industries through the traditional manufacturing a product of the electromechanical integration technology.covering many areas:（one）machinery manufacturing technology (two)information processing,processing and transmission technology:(three)automatic technology；（four）servo driving technological;(five)sensing technology;(six) software technology,etc.the computer to traditional service trade the manufacturing industry,has changed completely.and has become industrialized,and because of the information technology,manufacturing into a rising industry,have broad development of the world. Numerical Control 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 controlling figures into a special area of the computer .computer for the processing of information and instructions to control the machine tools or other enforcement servo system components and tools automatically processed out the work. Key words:Mechanical design,Numerical Control three coordinates of milling 目录 目录 1绪论 1 1.1数控铣床的现状和发展 1 1.2毕业设计的目的和意义 1 2 设计方案的确定 2 2.1 整体方案的确定 2 2.2 主轴传动方案的类型和选择 2 3 轴类零件的设计和计算 4 3.1主轴的材料选择 4 3.2主轴主要结构参数的确定 4 3.2.1 主轴最小直径的估算 4 3.2.2主轴内孔直径d及拉杆直径的确定 4 3.3.3主轴支承跨距L的确定 5 3.3.4初选轴承 5 3.3主轴的结构设计 5 3.3.1 拟定轴上零件的装配方案 5 3.3.2确定轴各段的直径 6 3.3.3 确定各轴段的长度 6 3.3.4主轴刚度的计算 7 4 轴承的设计与计算 9 4.1 轴承当量动载荷的计算 9 4.1.1 切削力的计算 9 4.1.2 径向力的确定 9 4.1.3. 计算两轴承的派生轴向力s 10 4.1.4 计算两轴承的轴向载荷 10 4.1.5 计算两轴承的当量动载荷P 10 4.2 验算轴承的寿命 11 5 碟形弹簧的设计和计算 12 5.1 碟形弹簧的设计与计算 12 5.2 碟形弹簧的校核 13 6进给机构的设计 15 6.1滚珠丝杆副设计步骤 15 6.2滚珠丝杠的计算 15 6.2.1丝杠导程的计算 15 6.2.2滚珠丝杠精度 17 6.2.3滚珠丝杠选择 17 6.3滚珠丝杠支承选择 18 6.4滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 21 7伺服电机的选择 23 7.1最大的切削负载转矩计算 23 7.2负载惯量计算 23 7.3空载加速转矩计算 24 8气体缸的选择 26 致谢 28 参考文献 29 I 宁波工程学院毕业设计(论文) 1绪论 1.1数控铣床的现状和发展 计算机技术的飞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铣床的高精、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工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。 近几年来，由于对切割质量、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。在我国的数控铣床设备生产行业中，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，制约了数控铣床技术的进一步发展和运用。 1.2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，而数控又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。 2 设计方案的确定 2.1 整体方案的确定 本次立式数控铣床要达到的技术要求：电机功1.5W，进给速度为4m/s，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。 本次立式数控铣床具有加工中心的特点，能够实现自动换刀，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O口-FK的中空电机，它的额定扭矩为179N.m,额定转速为400rpm 本次立式数控铣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。 2.2 主轴传动方案的类型和选择 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，目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，目前主传动系统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铣床中比较普遍。它通过少数几对齿轮进行降速，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铣床也采用这种传动方式，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铣床上，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，速度可叨叨50m/s，速比可达10左右，传动功率由几瓦到数千瓦。 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。在低于额定转速时为恒转输出，高于额定转矩时为恒功率输出。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，计算机技术，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甚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，第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。本次设计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，也有效地提高了主轴部件的刚度。此设计方案利用电机控制转速，因此对减速配置要求不高，又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。 3 轴类零件的设计和计算 3.1主轴的材料选择 从多方面考虑选用40Cr为本次数控铣床主轴材料。 3.2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D1和D2，主轴内孔直径d，主轴主要支撑间的跨距L。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴的刚度。 3.2.1 主轴最小直径的估算 估算最小轴径: 式中：d—主轴的最小直径（cm） P—主轴传递的功率(kw)，P=1.5kw0.8=1.2kw n—主轴的转速(r/min)，前面已给出n=400rpm 查机械设计取为112，取=0.5 代人数值得：d≥56mm 取主轴的最小直径=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=120， 3.2.2主轴内孔直径d及拉杆直径的确定 一般铣床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大5～10mm。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，铣床常用的主轴端部结构前端带有7:24的锥孔.供插入铣刀尾部锥柄定位,，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φ40mm，根据拉杆的直径确定主轴内孔的最小直径为φ50即可 3.3.3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，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。一般取=（2～3.5），本文所设计的主轴暂取L=475mm，但是实际结构设计时，由于结构上的原因，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。 3.3.4初选轴承 本文所设计的铣床主要用于铣削平面和打孔，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，由轴承产品目录中选取型号为7320C的角接触球轴承 3.3主轴的结构设计 3.3.1 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，参考轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的轴结构。 3.3.2确定轴各段的直径 轴段1由于选用的是BT50，查机床设计简明手册，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=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2～3mm，故=126mm 轴段4有个轴肩，又由于又轴承配合和键的关系，故直径=120mm。 3.3.3 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，否则铣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=66mm。 轴段2由于有轴承，套筒和螺母安装的缘故根据轴承和螺母的选择标准查出它们的宽度，故 轴段3主要考虑的是碟形弹簧导程的关系，根据计算取=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 3.3.4主轴刚度的计算 (1)、当量直径d： 式中：；是各段的长度 (2)、主轴切削力的计算 根据公式得：，则当线速度最小时,切削力最大 ==0.76m/s ==2.1KN (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，则挠度 y=（mm）=×10（μm） 式中 —典型切削工艺的切削力 a—前悬伸，等于载荷作用点至前支承点间的距离（mm） l—跨距，等于前后支承之间的距离（mm） Ｅ—弹性模量，钢取Ｅ＝2×10（Mpa） I—截面惯性矩，I=0.05（）（mm） d，—主轴的外径和孔径（mm） 将E和I的值待人，可得 y===7.5μm≤0.0002L=0.0950mm (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 式中 —主轴前端偏转角(rad) 、a、l、Ｅ、Ｉ与前面相同 代入数据得 ×(2×475+3×20)=0.0028 rad 所以 ≤[θ]=0.005 rad 综上所述 主轴的刚度满足条件，不必重新设计。 4 轴承的设计与计算 本文所设计的数控铣床主要用于铣削平面和打孔，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。 4.1 轴承当量动载荷的计算 轴承寿命可由式进行校核，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可取取 基本额定动负荷为 4.1.1 切削力的计算 根据公式P=得：，根据典型切削工艺取n=1200r/min ==0.23KN 4.1.2 径向力的确定 角接触球轴承背对背组合，可知： =×0.86=0.22KN ==0.22+0.23=0.45KN 4.1.3. 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=/(2Y)，则0.08KN 4.1.4 计算两轴承的轴向载荷 轴承外加的轴向力=2KN +=0.16+2=2.16KN＞ 所以轴承Ⅰ被“压紧”，轴承Ⅱ被“放松”，故 4.1.5 计算两轴承的当量动载荷P 查机械设计基础得：载荷系数=1.5 轴承Ⅰ的当量动载荷P1： =10.8＞e=0.42 查机械设计手册得： =0.4， =1.4 =1.5×(0.4×0.22+1.4×2.39)=5.2KN 轴承Ⅱ的当量动载荷P1： =0.32＜e=0.44 查机械设计手册得： =1， =0 1.5×0.45=0.68KN 4.2 验算轴承的寿命 由于轴承是在正常温度下工作，t <120℃，查表机械设计手册得=1 角接触球轴承ε=10/3，则轴承I的寿命 =46500 h 轴承Ⅱ的寿命 =9.9×10 h 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 5 碟形弹簧的设计和计算 5.1 碟形弹簧的设计与计算 碟形弹簧的组合方式有叠合组合、对合组合和复合组合，本文设计的铣床采用对合组合方式，这种方式结构简单，对合片数少。 主轴采用的是BT50的刀柄，通常BT50的刀柄需要用3.5吨的力才能拉紧，既工作载荷=3500×9.8=34300N，在装配时用锁紧螺母固定弹簧，预紧力为=2000N，使用过程中要求弹簧的最大变形量为8.5mm，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. (2)、由=1.96查机械设计手册得＝0.686，碟簧有支承面时,取=1.6 当碟簧压平时碟簧载荷 其中： Ｅ—弹性模量（Ｍpa），弹簧钢取E= μ—泊松比，弹簧钢取μ=0.3 带入数据解得 =N (3)、根据=0.4和0.23，由查得=0.22 由此变形量 =0.22，=0.48mm 满足总变形量=8.5，所需的碟簧片数为i=17.7，取i=18片 对合碟簧组的总自由高度为 =i=18×8.2=147.6mm 承受载荷3.5吨时的高度 ==147.6—18×0.48=138.96mm 5.2 碟形弹簧的校核 (1)、由 求 根据上面的计算知： 因此 0.03 0.23 按照 =0.4，查图5-1得到= 0.03 =0.22 由此 =0.03×2.2=0.066mm =0.22×2.2=0.48mm (2)、疲劳破坏的关键部位 由=0.64和C=1.96，查图8-3得，疲劳强度破坏的关键部位在二点 或 (3)、计算应力并检验碟簧寿命 当=0.066mm时，由下式得： =55.34Mpa 当=0.22时，由下式得： =200.7Mpa 碟簧的计算应力幅为 =200.6—55.34=145.26 Mpa 由图5—2b查得：当=55.34 Mpa，寿命2×10时的=720 Mpa 即疲劳强度应力幅为 =720—55.34=664.66Mpa 即，能够满足无限寿命的要求。 至此碟型弹簧的设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。 6进给机构的设计 6.1滚珠丝杆副设计步骤 通常的滚珠丝杆副设计步骤为: 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,并初选几个型号; 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，从初选的几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。 6.2滚珠丝杠的计算 6.2.1丝杠导程的计算 根据进给系统定位精度的要求，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。 从产品目录中查得伺服电动的最高转速为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。取电动机的最高转速，则丝杠的最高转速也为。基本丝杠导程公式如下： 根据精度要求，数控机床的脉冲当量可定为mm/脉冲。伺服电机每转应发出的脉冲数由以下公式可知： 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压器轴之间安装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0.8。 在速度反馈装置中，与旋转变压器配套的，可采用测速发电机的转速为1000r/min时，输出一定的电压量（例如，1000r/mm输出6V）。如采用脉冲编码器方案，则可在倍频器后加频率/电压转换器（F/V），其转换比例为每输出电压为（例如6V）。即相当于测速发电机转速达到1000r/min时，才能输出6V的电压，而此时脉冲编码应实现。 图4－1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。 图6－1 伺服系统的传动系统图 6.2.2滚珠丝杠精度 由于本系统要求达到±0.015 mm的定位精度，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对于1级（P1）精度丝杠，任意300mm内导程允差为0.006mm，2级（P2）精度丝杠的导程允差为0.008mm。初步设计时先设计丝杠的任意300mm行程内的行程变动量为定位精度的1/3～1/2，即0.005～0.0075，因此，取滚珠丝杠精度为P1级，即为1级精度丝杠。 6.2.3滚珠丝杠选择 滚珠丝杠的名义直径、滚珠的列数和工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，工作台加工件与夹具的重力为4000N，贴塑导轨的摩擦系数为0.04，故丝杠的最小载荷（即摩擦力） 丝杠最大载荷 平均载荷 丝杠最高转速3000r/min，工作台最小进给速度为1mm/min，故丝杠的最低转速为0.1r/min,可取为0，则平均转速。丝杠使用命取，，，故丝杠工作寿命由公式可知： 式中 —工作寿命，以为一个单位； —丝杠转速，； —丝杠的使用寿命，对数控机床可取，本题选取。 代入公式可得丝杠的当量动载荷为 式中 —精度响影系数，对于1、2、3级精度的滚珠丝杠取，对于4、5级精度滚珠丝杠取，本题取； —载荷性质系数，无冲击取1~1.2一般情况取1.2~1.5，有较大冲振动时取1.5~2.5，本题取。 查滚珠丝杠样本中与相近的额定动载荷，使得选择＜，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10mm，每个螺母滚珠有5列。额定动载荷，＜，符合设计要求。轴向刚度。预紧力。只要轴向载荷值不达到或超过预紧力的3倍，就不必对预紧力提出额外的要求。本题中丝杠最大载荷为5.16kN，远小于。 6.3滚珠丝杠支承选择 滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，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a）为一端轴向固定一端自由的支承配置方式，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由的支承配置方式，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。 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） 接触角为的角接触球轴承 这是目前国内外广泛采用的滚珠丝杠轴承，这种轴承可组配置。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等于单个轴承的乘下列数：2个为1.63；3 个为2.16；4个为2.64.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。由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—推力圆柱滚子组合轴承 外圈3与箱体固定不转，只圈1、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。 滚珠丝杠用轴承 上述2类轴承中，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，目前在一般中，小型数控机床中被广泛应用。滚针—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。固定端采用1对接触球轴承面对面组配，以容易实现自动调整。简支端支承采用深沟球轴承，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。 6.4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母结构，如图3－4所示 1－滚珠螺母；2－紧定螺钉；3－支座；4－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目的。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。 7伺服电机的选择 伺服电机的选择用，应考虑三个要求：最大切削负载转矩，不得超过电机的额定转矩；电机的转子惯量应与负载惯量相匹配（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。 7.1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。最大切削负载矩可根据公式计算可得，即 其中，从前面的计算已知，最大进给力，丝杠导程，预紧力，查丝杠样本，滚珠丝杠螺母副的机械效率。因滚珠丝杠预加载荷引起的附加摩擦力矩 查哈尔滨轴承总厂《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0.32,故一对轴承的摩擦力矩。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，则最大切削负载转矩 故所选伺服电机的额定转矩应大于此值。 7.2负载惯量计算 伺服电动机的转子惯量应与负载惯量相匹配。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408.2kg，折算到电动机轴上的惯量可按公式计算得： 式中 —工作台移动速度，； —伺服电机的角速度，； —直线移动工件夹具和工作台的``` 质量，kg。 丝杠名义直径，长度，丝杠材料（钢）的密度。则丝杠加在电动机轴上的惯量，根据公式可知： 联轴器节加上锁紧螺母等的惯量可直接查手册得到，即 故负载总惯量 按式3.4－4中小型数控机床惯量匹配条件， ，所选伺服电动机的转子惯量应在0.0044～0.0176范围之内。 根据上述计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，大于最大切削负载转矩；转子惯量，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，转子惯量，最大输出转矩，机械时间常数，满足要求。 7.3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按公式求得，即 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： 加速时间通常取的3～4倍，故 （3~4）＝(3~4)×15.2=45.6~60.8ms=0.0456~0.0608s 则 49.32～65.76 BESK—20型交流伺服电动机的＝6ms,故 18 ms~24 ms＝0.018s~0.024ms 则 120~160 空载加速转矩不允许超过伺服电动机的最大输出转矩。由此可见，FB—15型直流伺服电动机的>49.32～65.76,满足设计要求；BESK—20型交流伺服电动机的略小于，也可使用，但加速时间较长。 经过比较从成本与造价方面考虑本题采用BESK—20型交流伺服电动机。 8气体缸的选择 气缸其实就是一种增压缸，将压缩空气的压力能转化高的推力输出。气缸的系列很多，我选用的是上海健椿机械有限公司”生产的KTL系列气缸，也称KTL系列增压缸。 KTL系列增压缸为一中气液转换增压缸。具有增压比大，动作时间短，动力来源取得方便，无油压系统温升困扰等优点，主要用于数控铣床、加工中心机床的松刀系统。 对于BT50主轴，通常选用KTL450A/KTL600型增压缸，对于BT50拉抓需要3.5t的力就可以拉紧，因此选择KTL450A型增压缸即可，可以将5公斤的力转换成3815N的力。 对与一般的铣床选择BT50刀柄拉抓和适合于BT50的KTL450A型的气缸，这样不仅满足了要求，同时在维护、购买、操作上都非常的方便 设计液压缸时，要在对液压系统工作情况分析的基础上，根据液压缸在机构中所要完成的任务来选择液压缸的结构形式，然后按负载、运动要求、运动要求、最大行程等确定主要尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后进行具体的结构设计。 此次设计选用的是双杆活塞式液压缸，这种液压缸是缸筒固定的双杆活塞缸，活塞的两侧的活塞杆直径相等，它的进油口和出油口位于缸筒的两端，当工作压力和输入流量向同时，两个方向上的推力和速度是相等的。 图8-1液压缸 （1）液压缸的基座必须有足够的刚度，如果按装基座不够坚固，加压时，缸筒将会呈弓形和向上翘起，致使活塞杆弯曲或折损，还有得就是尽量使活塞杆在受拉力状态下能够承受最大负载，或在受压状态下活塞杆具有良好的纵向稳定性。 （2）液压缸轴向两端不要固定死， 因为液压缸热膨胀等因素，会在轴向伸缩，假若两端固定死，将会使液压缸的整体向上弯曲，而导致个部分变形，当活塞移动时，会产生阻滞现象，活塞和活塞杆的导向套等表面产生不均匀的磨损等不良现象，所以必须避免这种安装方法。 结束语 感谢我的导师尚伟燕老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢我的陈老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室. 感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。但愿远赴M国的C平平安安，留守复旦的快快乐乐，挥师北上的G顺顺利利，也愿离开我们寝室的开开心心。我们在一起的日子，我会记一辈子的。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 致谢 毕业设计很快已经结束了，在这段时间里，不仅仅感觉到的是忙碌，还有忙碌后作完一件令自己心动的东西时的那种无声的喜悦。 在写致谢信的这个时候心里想有一些说出的东西，想想自己在做毕业设计时的种种困难，在老师的用心帮助下也一一解决了，说句实话，凭自己的能力要作完毕业设计是有些太困难了，但是在你的身边总有一些人会给你带来惊喜，自己的能力毕竟有限，在面对别人无私帮助的时候我的内心十分感激，带自己毕业设计的杨老师会有问必答，有难必解，虽然接触不是很多，但有些东西是用心感觉的，杨老师让我学到了很多，他这次毕业设计中给于我很大的帮助，我非常的感激。当然还有我身边的那些同学，在我有疑惑的时候总是不厌其烦的给我解释清楚。在我设计的时候，因为我以前从没接触过的东西，一开始很是迷茫，我的好几位同学都在这时候一边忙自己的事，一边还要在我有疑惑的时候为我帮忙分析，共同解决。最终自己终于完成了主传动系统设计这一部分的毕设要求。现在想起来，有时候最能让自己感动的事就发生在自己的身边。 这次毕业设计不仅给我带来了知识上的收获，在做人方面也教会了我许多许多，在对待事情方面，尤其是有选择的时候自己该放弃什么，该抓住什么。什么是该自己作的，什么时候做，我明白了好多。 在此，我对给我帮助的老师，同学至以诚挚的谢意和由衷的感激。感谢您们对我的帮助，和教会我那些人生的道理。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的感谢！ 参考文献 [1]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2000. [2]濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001. [3]文怀兴，夏田.数控机床系统设计[M]. 北京: 化学工业出版社，2005.5 [4]夏田.数控加工中心设计[M].北京:化学工业出版社，2006.4 [5]陈立德.机械制造装备设计[M].北京：高等教育出版社，2006.4 [6]王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.9 [7]华楚生.机械制造技术基础[M].重庆：重庆大学出版社，2003. [8]甘永立. 几何量公差与检测[M]. 上海：上海科学技术出版社，2005. [9] William Orthwein. Machine Component Design. West Publishing Company,St.Paul,MN,USA. 1990； [10] T.A.Harris etc. Rolling Element Bearings Dynamics[J]. Journal of Basic Engineering, 1959. [11] A .B .Janes. Ball Motion and sliding Friction in Ball Bearings[J].Journal of Basic Engineering, 1959. [12]叶邦彦，陈统坚. Mechanical Engineering English 北京: 机械工业出版社 [13]杜迎辉等.高速精密角接触球轴承刚度计算[J]. 机械科学与技术，2001(11). [14]陈宗农.角接触球轴承静态刚度计算[J]. 机械科学与技术，1993(3). [15]梁波.主轴轴承结构及其高速性[J]. 机械科学与技术，1997(9). 28