【溫馨提示】====【1】設(shè)計(jì)包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線(xiàn)預(yù)覽，所見(jiàn)即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無(wú)任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======【2】若題目上備注三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數(shù)量較多，為保證預(yù)覽的簡(jiǎn)潔性，店家將三維文件夾進(jìn)行了打包。三維預(yù)覽圖，均為店主電腦打開(kāi)軟件進(jìn)行截圖的，保證能夠打開(kāi)，下載后解壓即可。======【3】特價(jià)促銷(xiāo)，，拼團(tuán)購(gòu)買(mǎi)，，均有不同程度的打折優(yōu)惠，，詳情可咨詢(xún)QQ：1304139763 或者 414951605======【4】 題目最后的備注【YC系列】為店主整理分類(lèi)的代號(hào)，與課題內(nèi)容無(wú)關(guān)，請(qǐng)忽視
天河學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
汽車(chē)缸套專(zhuān)用鏜床設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2 課題任務(wù)及要求 1
第2章 缸套專(zhuān)用鏜床設(shè)總體設(shè)計(jì) 2
2.1 設(shè)計(jì)適用對(duì)象 2
2.2 缸套的加工工藝 2
2.2.1 缸套類(lèi)零件內(nèi)孔加工 3
2.2.2本課題缸套工藝路線(xiàn)的確定 6
2.3 缸套專(zhuān)用鏜床總體設(shè)計(jì)方案 8
第3章 進(jìn)給工作臺(tái)設(shè)計(jì) 9
3.1進(jìn)給工作臺(tái)總體方案 9
3.3 滾珠絲杠副的選擇 9
3.3.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 9
3.3.2 滾珠絲杠副的支承形式 10
3.3.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.3.4 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理 11
3.3.5 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn) 12
3.3.6 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整 12
3.3.7 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法 14
3.4滾珠絲杠的選擇 15
3.4.1滾珠絲杠的精度 15
3.4.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算 15
3.5伺服電機(jī)的選擇 19
3.5.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 19
3.5.2負(fù)載慣量的計(jì)算 20
3.5.3空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 21
3.6滑動(dòng)導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 21
3.6.1工作載荷的計(jì)算 22
3.6.2額定工作壽命的計(jì)算 22
3.6.3距離額定工作壽命的計(jì)算 22
3.6.4額定動(dòng)載荷計(jì)算及選型 23
3.7聯(lián)軸器的選擇 23
3.8軸承的選擇 24
3.9 滾珠絲杠副的安全使用 25
第4章 床身的設(shè)計(jì) 26
第5章 鏜桿傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 28
5.1鏜桿傳動(dòng)部分功率計(jì)算 28
5.2 齒輪部分設(shè)計(jì) 29
5.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 33
第6章 缸套專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì) 35
6.1 工件在夾具中的定位 35
6.2缸套夾緊設(shè)計(jì) 35
6.3裝配圖 36
結(jié)論 37
參考文獻(xiàn) 38
致 謝 39
第1章 緒 論
1.1 課題研究意義
專(zhuān)用機(jī)床是一種專(zhuān)用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。特別是汽車(chē)工業(yè)，是專(zhuān)用機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)最大的用戶(hù)。如德國(guó)大眾汽車(chē)廠在Salzgitter的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，90年代初所采用的金屬切削機(jī)床主要是自動(dòng)線(xiàn)(60%)、專(zhuān)用機(jī)床(20%)和加工中心(20%)。顯然，在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門(mén)，大量采用的設(shè)備是專(zhuān)用機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)。因此，專(zhuān)用機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門(mén)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。所以對(duì)專(zhuān)用機(jī)床的設(shè)計(jì)研究具有十分重要的意義。
本設(shè)計(jì)主要是專(zhuān)用鏜床的設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容包括了缸套的加工工藝設(shè)計(jì)——夾具設(shè)計(jì)—鏜床的設(shè)計(jì)。專(zhuān)用機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門(mén)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。所以對(duì)專(zhuān)用機(jī)床的設(shè)計(jì)研究具有十分重要的意義。
1.2 課題任務(wù)及要求
該課題首先對(duì)目前缸套類(lèi)零件加工工藝與裝備的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，展望缸套類(lèi)零件加工工藝與裝備設(shè)計(jì)的方向和發(fā)展趨勢(shì)，然后簡(jiǎn)述缸套類(lèi)零件加工工藝與裝備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。最后提出自己的設(shè)計(jì)方案。
主要完成：
1、完成缸套零件加工工藝與裝備設(shè)計(jì)的綜述，外文資料的翻譯（2000字符）；
2、完成缸套粗加工工藝路線(xiàn)的擬定（生產(chǎn)類(lèi)型為大批）；完成粗鏜鏜床的草圖。
3、根據(jù)擬定的缸套粗鏜鏜床草圖，完成所有參數(shù)、尺寸的計(jì)算、查表和確定。校核主要零件的強(qiáng)度和剛度。
39
第2章 缸套專(zhuān)用鏜床總體設(shè)計(jì)
第2章 缸套專(zhuān)用鏜床設(shè)總體設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)適用對(duì)象
本課題擬定的是對(duì)如下圖所示的一種代表性質(zhì)的缸套進(jìn)行專(zhuān)用鏜床設(shè)計(jì)。
2.2 缸套的加工工藝
缸套類(lèi)零件加工的主要工藝問(wèn)題是如何保證其主要加工表面（內(nèi)孔和外圓）之間的相互位置精度，以及內(nèi)孔本身的加工精度和表面粗糙度要求。尤其是薄壁、深孔的缸套零件，由于受力后容易變形，加上深孔刀具的剛性及排屑與散熱條件差，故其深孔加工經(jīng)常成為缸套零 件加工的技術(shù)關(guān)鍵。
缸套類(lèi)零件的加工順序一般有兩種情況：
第一種情況為：粗加工外圓——粗、精加工內(nèi)孔——最終精加工外圓。這種方案適用于外圓表面是最重要表面的缸套類(lèi)零件加工
第二種情況為：粗加工內(nèi)孔——粗、精加工外圓——最終精加工內(nèi)孔。這種方案適用于內(nèi)孔表面是 最重要表面的缸套類(lèi)零件加工。
缸套類(lèi)零件的外圓表面加工方法，根據(jù)精度要求可選擇車(chē)削和磨削。內(nèi)表面加工方法的選擇則需考慮零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、孔徑大小、長(zhǎng)徑比、材料、技術(shù)要求及生產(chǎn)類(lèi)型等多種因素。
2.2.1 缸套類(lèi)零件內(nèi)孔加工
內(nèi)孔是缸套類(lèi)零件的主要加工表面，加工方法選擇的原則具體根據(jù)孔的大小，深度，精度，結(jié)構(gòu)形狀等面定。
①當(dāng)孔徑較小時(shí)（〈Φ50mm〉宜采用鉆擴(kuò)，較方案
②孔較大時(shí)采用鉆孔后鏜或直接鏜孔
③箱體上孔多采用精鏜，浮動(dòng)鏜，缸筒件用精鏜，珩磨，滾壓
④淬硬缸套，宜采用磨孔
⑤精密孔用高精度磨削，研磨，珩磨或拋光等
孔的加工方法：
鉆孔
擴(kuò)孔
鉸孔
鏜孔
拉孔
磨孔、珩孔，研磨孔
（一）、鉆孔
鉆孔是在實(shí)心材料上加工孔的第一道工序。它主要用于精度要求較高孔的預(yù)加工或精度低于IT11級(jí)的孔的終加工。
鉆孔刀具常用麻花鉆。由于麻花鉆具有寬而深的容屑槽、鉆頭頂部有橫刃及鉆頭只有兩條很窄的螺旋棱帶與孔壁接觸等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而鉆頭的剛性差、導(dǎo)向性能差，鉆孔時(shí)容易引偏，易出現(xiàn)孔徑擴(kuò)大現(xiàn)象，孔壁加工質(zhì)量較差。
措施：加工前先加工孔的端面，采用工件回轉(zhuǎn)方式或先鉆引導(dǎo)錐等
使用范圍：孔徑≤φ75mm，當(dāng)孔徑≥φ35mm時(shí)分兩次鉆，第一次鉆孔的直徑為所需孔徑的1/2-7/10。第二次鉆到所需孔徑，這時(shí)橫刃不參加切削，軸向抗力小，切削較輕小。
(二)、擴(kuò)孔
擴(kuò)孔是用擴(kuò)孔鉆對(duì)工件上已鉆出、鑄出或鍛出孔作進(jìn)一步加工的方法。
擴(kuò)孔加工有如下特點(diǎn)：
1、加工精度比鉆孔高：切深小，鉆頭無(wú)橫刃，刀體剛度大，導(dǎo)向作用好
IT11~10，Ra6.3~3.2
2、擴(kuò)孔能糾正原孔軸線(xiàn)的歪斜
3、生產(chǎn)率高，由于余量?。?/8φ）擴(kuò)孔齒數(shù)較多，f=0.4-2mm/r
4、孔徑>φ100的孔，多用鏜孔而不用擴(kuò)孔
（三）、鉸孔
鉸孔是未淬硬的中小尺寸孔進(jìn)行精加工的一種方法，加工的孔徑范圍一般為φ3~φ80mm.
鉸孔的工藝特點(diǎn)：
1、 鉸孔精度主要取決于鉸刀精度。
2、 鉸孔比鏜孔容易保證尺寸精度和形狀精度，且生產(chǎn)率較高。一般IT7～I(xiàn)T8，手鉸達(dá)IT6。Ra1.6～0.2。
3、 適應(yīng)性差，一種鉸刀只能加工一種尺寸和一種精度的孔。
4、 不能校正原孔軸線(xiàn)的偏斜。
（四）、鏜孔
鏜孔是常用的孔的加工方法，可作為粗加工，也可以作精加工。
其主要工藝特點(diǎn)：
1、加工范圍廣，非標(biāo)孔、大直徑孔、短孔以及盲孔、有色金屬孔及孔系等加工。
2、獲得較高的精度與低表面粗糙度，IT8～I(xiàn)T6，Ra1.6～0.4用金剛鏜則更低
3、修正前道工序的孔軸線(xiàn)的偏斜和不直，生產(chǎn)率較低
4、可在車(chē),銑,鏜及數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行
（五）、磨孔
磨孔是單件小批生間中常用的孔精加工方法，它特別適宜于加工淬硬的孔，表面精度斷續(xù)的孔和長(zhǎng)度很短的精密孔。
對(duì)于中小型回轉(zhuǎn)零件，磨孔在內(nèi)圓磨床或萬(wàn)能磨床上進(jìn)行對(duì)于大型薄零件，可采用無(wú)心內(nèi)圓磨削。
內(nèi)圓磨削的工藝特點(diǎn)：
1、砂輪直徑D受到工件孔徑刀的限制（D=0.5～0.9D）,砂輪尺寸小,損耗快,經(jīng)常要更換影響效益
2、磨削速度低因此,磨削精度較難控制
3、砂輪軸受孔徑與長(zhǎng)度限制,剛性差,易彎曲,振動(dòng),影響加工精度與表面粗糙度
4、砂輪與工件內(nèi)切,接觸面積大,散熱條件差,易燒傷,宜用較砂輪
5、切削液不易進(jìn)入磨削區(qū),排屑困難。
內(nèi)孔磨削方法：
中心圓磨：用于中小型工件，在萬(wàn)能磨，內(nèi)圓磨床上進(jìn)行
磨削方法行星式內(nèi)圓磨：用于重量大，形狀不對(duì)稱(chēng)的內(nèi)孔，用行星或磨床
無(wú)心內(nèi)圓磨：用于直徑短套孔。
（五）、拉孔：
拉孔是拉刀在拉床上對(duì)已預(yù)加工的孔進(jìn)行半精加工或精加工的方法拉孔方法的特點(diǎn)：
1、尺寸精度高，表面質(zhì)量好IT7~9，Ra1.6~0.1
2、不能糾正軸線(xiàn)的偏斜
3、拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，制造周期長(zhǎng)
4、一把拉刀只拉一種規(guī)格尺寸的孔，要求工件材質(zhì)均勻。
薄壁孔，盲孔，階梯孔，深孔，大直徑孔和很小的孔及淬硬孔不宜拉。
拉削范圍為φ10~100
三、孔的精密加工
當(dāng)缸套類(lèi)零件內(nèi)孔的加工精度和表面粗糙度要求很高時(shí)，則精加工后還需進(jìn)行精密加工。
孔的精密加工方法 研磨，珩磨
（一）、精細(xì)鏜滾壓
精細(xì)鏜是由于最初使用金剛石作鏜刀材料而得名。
精細(xì)鏜的工藝特點(diǎn)：
1、用精度高，剛度大，高轉(zhuǎn)速的金剛鏜床（轉(zhuǎn)速高達(dá)500r/min）
切鑄鐵100m/min，鋼200 m/min，鋁300 m/min
2、削用量小，切削刀熱小，加工精度高
3、生產(chǎn)率高加工范圍廣
（二）、珩磨
珩磨是用若干細(xì)粒度磨條組成的珩磨頭進(jìn)行內(nèi)孔光整加工的方法，通常在磨削或精鏜后進(jìn)行。
1、珩磨工作原理
2、珩磨孔的工藝特點(diǎn)：
（1）加工范圍廣
（2）磨頭與主軸浮動(dòng)聯(lián)接
（3）精度高，IT6，Ra0.8~0.025能修正幾何誤差交叉網(wǎng)紋有利于油膜形成。
1、影響珩磨質(zhì)量和生產(chǎn)率的因素
（1）珩磨的圓周速度VP和往復(fù)速度Vw的因素
VP ↑、Vw↑質(zhì)量好效率高，但磨損↑、熱↑、易堵塞
VP/ Vw的比值影響網(wǎng)紋交叉角α α=40～60°
（2）珩磨頭行程L與越程量a
L=Lk+2a-Ls
式中Lk：被加工表面長(zhǎng)度
Ls：磨條長(zhǎng)度但磨條不宜過(guò)長(zhǎng)
（3）珩磨壓力。F↑η↑F↑磨損↑切削能力↓
（4）冷卻與潤(rùn)滑。
（三）研磨略
（四）滾壓
2.2.2本課題缸套工藝路線(xiàn)的確定
經(jīng)過(guò)上節(jié)介紹進(jìn)行比較，得出綜合考慮缸套內(nèi)孔加工的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，內(nèi)孔采用鏜孔加工。
套筒類(lèi)零件由于其功用、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料及熱處理等的不同，其工藝差別很大。就結(jié)構(gòu)形狀而言，可分為短套筒與長(zhǎng)套筒兩類(lèi)，這兩類(lèi)套筒在裝夾與加工方法上有很大的差別。下面分別分析其工藝特點(diǎn)。
如圖為某氣缸零件圖，由于L/D<3，屬短套。內(nèi)孔G是重要表面，其加工工藝過(guò)程如下：
氣缸套零件加工工藝
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
工 序 內(nèi) 容
定位夾緊
010
鑄造毛坯
?
020
人工時(shí)效
?
030
粗鏜內(nèi)孔
鏜內(nèi)孔至Φ118mm。
外圓
040
粗車(chē)外圓
粗車(chē)各級(jí)外圓
內(nèi)孔 氣壓脹胎夾具
050
熱處理
正火
?
060
半精車(chē)
半精車(chē)法蘭凸臺(tái)端面及外圓
內(nèi)孔氣壓脹胎夾具
070
半精鏜
半精鏜內(nèi)孔Φ119mm及總長(zhǎng)270mm。
外圓法蘭凸臺(tái)端面及外圓
080
精 車(chē)
精車(chē)法蘭凸臺(tái)端面，外圓割槽
內(nèi)孔氣壓脹胎夾具
090
去氧化皮
用圓弧車(chē)刀R10車(chē)外圓并用靠模樣板
100
半精車(chē)
半精車(chē)密封槽
外圓法蘭凸臺(tái)端面及外圓
110
精 鏜
鏜精內(nèi)孔Φ120mm
外圓法蘭凸臺(tái)端面及外圓
120
精 車(chē)
精車(chē)外圓Φ141.5mm，Φ140mm
內(nèi)孔氣壓脹胎夾具
130
粗 珩
粗珩磨內(nèi)孔Φ120
外圓法蘭凸臺(tái)端面及外圓
140
精珩
精珩磨內(nèi)孔Φ120
外圓法蘭凸臺(tái)端面及外圓
(公差加上)
2.3 缸套專(zhuān)用鏜床總體設(shè)計(jì)方案
1、動(dòng)力頭通過(guò)齒輪傳導(dǎo)給絲杠然后通過(guò)絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)(或另外動(dòng)力機(jī))。
2、通過(guò)動(dòng)力頭把轉(zhuǎn)速傳導(dǎo)給鏜桿，注意進(jìn)給和速度相互配合和各方面的數(shù)據(jù)參數(shù)。
3、缸套裝夾部分的設(shè)計(jì).。
第3章 進(jìn)給工作臺(tái)設(shè)計(jì)
3.1進(jìn)給工作臺(tái)總體方案
由于本課題設(shè)計(jì)的鏜床只需要單方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，故本課題只討論一個(gè)方向的進(jìn)給工作臺(tái)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)控制框圖如下：
圖3－1 工作臺(tái)系統(tǒng)控制框圖
1電機(jī) 2 減速裝置 3 支承裝置 4 絲杠 5 托板
圖3－2 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖
3.3 滾珠絲杠副的選擇
3.3.1滾珠絲杠副的特點(diǎn)
1.傳動(dòng)效率高 效率高達(dá)90%~95%,耗費(fèi)的能量?jī)H為滑動(dòng)絲杠的1/3。
2.運(yùn)動(dòng)具有可逆性 即可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng),又可將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),且逆?zhèn)鲃?dòng)效率幾乎與正傳動(dòng)效率相同。
3.系統(tǒng)剛度好 通過(guò)給螺母組件內(nèi)施加預(yù)壓來(lái)獲得較高的系統(tǒng)剛度,可滿(mǎn)足各種機(jī)械傳動(dòng)要求,無(wú)爬行現(xiàn)象,始終保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏性。
4.傳動(dòng)精度高 經(jīng)過(guò)淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,絲桿副工作時(shí)溫升和熱變形小,容易獲得較高的傳動(dòng)精度。
5.使用壽命長(zhǎng) 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),磨損極小,長(zhǎng)期使用后仍能保持其精度,因而壽命長(zhǎng),且具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動(dòng)絲杠高5~6倍。
6.不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設(shè)置制動(dòng)裝置。
7.制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。
由于滾珠絲杠副獨(dú)特的性能而受到極高的評(píng)價(jià),因而已成為數(shù)控機(jī)床,精密機(jī)械,各種省力機(jī)械設(shè)備及各種機(jī)電一體化產(chǎn)品中不可缺少的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3.3.2 滾珠絲杠副的支承形式
支承應(yīng)限制絲杠的軸向竄動(dòng).較短的絲杠或垂直安裝的絲杠,可以一端固定,一端無(wú)支承.水平安裝絲杠較長(zhǎng)時(shí), 可以一端固定,一端游動(dòng);對(duì)于精密和高精度機(jī)床的滾珠絲杠副,為了提高絲杠的拉壓剛度,可以?xún)啥斯潭?為了補(bǔ)償熱膨脹和減少絲杠下垂,兩端固定絲杠時(shí)還可以進(jìn)行預(yù)拉伸。
一般情況下,應(yīng)以固定端作為軸向定位基準(zhǔn),從固定端起計(jì)算絲桿杠副的長(zhǎng)度誤差.此外,應(yīng)盡可能固定端作為驅(qū)動(dòng)端。
考慮到本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與要求,我們決定采用一端固定一端游動(dòng)(F-S)的支承形式, 如圖1.1所示。
一端固定一端游動(dòng)（F~S）。固定端采用深溝球軸承2和雙向推力球軸承4，可分別承受徑向和軸向負(fù)載，螺母1、擋圈3、軸肩、支撐座5臺(tái)肩、端蓋7提供軸向限位，墊圈6可調(diào)節(jié)推力軸承4的軸向預(yù)緊力。游動(dòng)端需徑向約束，軸向無(wú)約束。采用深溝球軸承8，其內(nèi)圈由擋圈9限位，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動(dòng)端自由伸縮。
滾珠絲杠固定方式圖（一端固定一端游動(dòng)支承）
這種支承形勢(shì)有以下一些特點(diǎn)：
1.需保持螺母與兩端支撐同軸,故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,工藝較困難。
2.絲杠的軸向剛度較高。
3.壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速較高。
4.絲杠有熱膨脹的余地。
5.適用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠。
3.3.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算
機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)機(jī)床絲杠傳動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床上的絲杠傳動(dòng)，可以用普通的絲杠傳動(dòng)，也還有應(yīng)用滾珠絲杠來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。原因是普通絲杠傳動(dòng)摩，但總是不太穩(wěn)定。
所以，在機(jī)床上要擦系數(shù)大，效率低，傳動(dòng)中有間隙。雖然傳動(dòng)中的間隙可以用一些辦法來(lái)補(bǔ)償，修正采用滾珠絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠傳動(dòng)有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但制造工藝較為復(fù)雜，成本高，在某些應(yīng)用上受到一定的限制，但隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，它的使用將會(huì)更加廣泛。
滾珠絲杠傳動(dòng)都使用防護(hù)罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進(jìn)入。
滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)－角位移，變換成數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的的直線(xiàn)位移。
滾珠絲杠螺母副，也簡(jiǎn)稱(chēng)為滾珠絲杠副，是一種新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3.3.4 滾珠絲杠副的傳動(dòng)原理
絲杠和螺母上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線(xiàn)的滾道,在滾道內(nèi)裝有許多滾珠.當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí),滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng),因此絲杠與螺母之間滾道的摩擦為滾動(dòng)摩擦.為防止?jié)L珠從螺母中吊出來(lái),在螺母的螺旋槽兩端應(yīng)用擋住器擋住,并設(shè)有回路滾道是他的兩端連接起來(lái).使?jié)L珠從滾道的一端滾出后,沿著這個(gè)回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環(huán)進(jìn)行不斷地滾動(dòng)。
3.3.5 滾珠絲杠副的傳動(dòng)特點(diǎn)
滾珠絲杠副的優(yōu)點(diǎn)是:傳動(dòng)效率高,因?yàn)樗菨L動(dòng)摩擦,傳動(dòng)效率可達(dá)0.92~0.96,比普通的絲杠傳動(dòng)提高3~4倍.由此帶來(lái)了一系列的優(yōu)點(diǎn),如功率損耗小,傳動(dòng)平穩(wěn),磨損小,無(wú)爬行現(xiàn)象等等.除此而外還有兩個(gè)特點(diǎn),一是:一般的絲杠傳動(dòng)總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)反向時(shí),可以沒(méi)有空程,提高了反向的定位精度,,也增強(qiáng)了傳動(dòng)剛度.二是:一般的絲杠傳動(dòng)只能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng),而滾珠絲杠副由于傳動(dòng)的摩擦系數(shù)小,所以既能把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng),也可以從直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\(yùn)動(dòng),具有傳動(dòng)的可逆性,因此可以作為主動(dòng)件,也可以作為從動(dòng)件.
它也有缺點(diǎn),主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復(fù)雜,成本也高.對(duì)于絲杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用.
又由于傳動(dòng)的可逆性,所以不能自鎖,當(dāng)應(yīng)用在垂直傳動(dòng)裝置時(shí),由于自重和慣性的關(guān)系,在下降過(guò)程中不能立刻停止,因此還需要備有制動(dòng)裝置.
3.3.6 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)與調(diào)整
滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)盡管在形式上有很多類(lèi)型，但其主要區(qū)別是在螺紋滾到的型面形狀，滾珠循環(huán)的方式，軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法等三個(gè)方面。
（1）螺紋滾道型面的形狀
螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國(guó)內(nèi)正式投產(chǎn)的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖所示。滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)法線(xiàn)與絲杠軸線(xiàn)的垂線(xiàn)之間的夾角，稱(chēng)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）單圓弧型面
一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑稍大一些。對(duì)于單圓弧型面的螺紋滾道，接觸角是隨著軸向負(fù)載大小而變化的，當(dāng)軸向負(fù)載為零時(shí)，接觸角也為零；當(dāng)負(fù)載逐漸增大，接觸角也逐漸增大。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)接觸角增大時(shí)，傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力都隨之增大。
（3）雙圓弧型面
雙圓弧型面螺紋滾道的接觸角是不變的。在偏心距（e）決定后，滾珠與滾道的圓弧角接處，會(huì)有很小的空隙。這些空隙雖然能容納一些臟物，但不至于堵塞，反而對(duì)滾柱的滾動(dòng)有利。從傳動(dòng)效率，軸向剛度，承載能力等要求出發(fā)，接觸角大一些好，但接觸角過(guò)大制造就會(huì)困難。一般接觸角為，滾道的圓弧半徑也同樣比滾柱的半徑稍大一些。
滾珠的循環(huán)方式
目前國(guó)內(nèi)常用的滾珠循環(huán)方式由外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。
（1）外循環(huán)方式
如圖所示為外循環(huán)方式，滾柱在循環(huán)過(guò)程中與絲杠脫離接觸，通過(guò)外面的循環(huán)回路稱(chēng)為外循環(huán)（W系列）。這種外循環(huán)是直接在螺母的外圓上銑出螺旋槽，用擋珠器從螺母內(nèi)部切斷螺紋滾道，擋珠滾珠的去路，迫使?jié)L珠導(dǎo)入通向外圓螺旋槽中，構(gòu)成了外面的旋環(huán)回路。外循環(huán)的結(jié)構(gòu)和制造較為簡(jiǎn)單容易，因此應(yīng)用較廣，他可以制成單列或式雙列兩種的結(jié)構(gòu)形式。
（2）內(nèi)循環(huán)方式
滾柱在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終保持接觸的稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)（N系列），如圖所示。這種內(nèi)循環(huán)是在螺母外側(cè)孔中裝了一個(gè)接通相鄰滾道的反向器，借助這個(gè)反向器迫使?jié)L珠翻過(guò)絲杠的牙頂，而進(jìn)入相鄰的滾道。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副回路短，工作滾珠數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，流暢性好，摩擦磨損小，傳動(dòng)效率高，軸向剛度和承載能力都較高，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但制造困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不及外循環(huán)方式應(yīng)用的廣泛。
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
3.3.7 軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法
對(duì)于滾珠絲杠副，除了單一方向的進(jìn)給傳動(dòng)精度有一定的要求外，對(duì)它的軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證反向傳動(dòng)的精度。要把軸向間隙完全消除，也是相當(dāng)困難的。通常采用雙螺母，并加預(yù)緊力的方法來(lái)消除其軸向間隙。雙螺母經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后，能基本上消除軸向間隙。單螺母的滾珠絲杠副是不能調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力的，其軸向間隙只能依靠滾珠絲杠副本的精度和安裝時(shí)絲杠和螺母的連接精度來(lái)保證。
雙螺母加預(yù)緊力消除軸向間隙必須注意兩點(diǎn)，一是：通過(guò)預(yù)緊后產(chǎn)生的力，可促使預(yù)拉變形，以減少?gòu)椥宰冃嗡鸬奈灰?。但預(yù)緊力不能太大，否則會(huì)使驅(qū)動(dòng)力矩增大，傳動(dòng)效率反而降低，使用壽命也隨之縮短。二是：軸向間隙的消除，不能忽視絲杠的安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的軸向間隙，應(yīng)同時(shí)調(diào)整是它減少到最小。目前常用的雙螺母預(yù)緊力調(diào)整方法有下面三種。
（1）墊片調(diào)隙式
如圖所示為墊片調(diào)隙式，一般用螺釘來(lái)連接滾珠絲杠上的兩個(gè)螺母的凸緣處，在中間加墊片。墊片的厚度是螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。
這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，裝拆方便。但缺點(diǎn)是調(diào)整很費(fèi)時(shí)，在工作狀態(tài)下不能隨意調(diào)整，因?yàn)橐鼡Q不同厚度的墊片才能消除間隙，所以是用于一般精度的機(jī)構(gòu)中使用。
（2）螺紋調(diào)隙式
如圖所示為螺紋調(diào)隙式。它是一個(gè)螺母的外端有凸緣，而另一個(gè)螺母的外端沒(méi)有凸緣，車(chē)有螺紋，它伸出在套筒外，并用兩個(gè)圓螺母調(diào)整好間隙后，再用一圓螺母鎖緊螺母鎖緊就可以了。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，所以應(yīng)用廣泛，但調(diào)整的位移量不太精確。
圖4-4 墊片調(diào)隙式 圖4-5螺紋調(diào)隙式
齒差調(diào)隙式
如圖所示為齒差調(diào)隙式。它是在兩個(gè)螺母的凸緣上各有圓齒輪2，兩者的齒數(shù)值相差一個(gè)齒，裝入內(nèi)齒圓3中，內(nèi)齒圓3是用螺釘1和定位銷(xiāo)4固定在套筒5上的。調(diào)整是先取下內(nèi)齒圓3，轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱齒輪2，在兩個(gè)滾柱螺母相對(duì)于滾筒5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使兩個(gè)螺母相互產(chǎn)生角位移，這樣滾柱螺母對(duì)于滾珠絲杠的螺旋滾道也相對(duì)移動(dòng)是兩個(gè)螺母中的滾柱分別貼近在螺旋滾到的兩個(gè)相反的側(cè)面上。消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力后，把內(nèi)齒圓3套上用定位銷(xiāo)4固定。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是調(diào)整精確可靠，定位精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅在高精度的數(shù)控機(jī)床有所應(yīng)用。
1——螺釘； 2——圓柱齒輪； 3——內(nèi)齒圓；
4——定位銷(xiāo)； 5——套筒。
圖4-6 齒差調(diào)隙式
3.4滾珠絲杠的選擇
3.4.1滾珠絲杠的精度
工作臺(tái)工作行程為：300；（工件長(zhǎng)度為270，進(jìn)給行程要略微大點(diǎn)）
3.4.2 滾珠絲杠參數(shù)的計(jì)算
（1）最大工作載荷的計(jì)算
絲杠的最大載荷為工作時(shí)的最大進(jìn)給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設(shè)此臺(tái)Z向的最大進(jìn)給力=5000N，導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量約為500㎏，貼塑導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，故絲杠的最小載荷（即摩擦力）
（N） (4.3)
絲杠最大載荷是：
5000＋196＝5196（N） (4.4)
平均載荷是：
=×=≈3529（N） (4.5)
（2）當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算
滾珠絲杠副類(lèi)型的選擇主要是根據(jù)導(dǎo)程和動(dòng)載荷兩個(gè)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(dòng)載荷Ca不能大于額定動(dòng)載荷Cam,即Ca≤Cam。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速2000 r/min
絲杠最高轉(zhuǎn)速為2000r/min，工作臺(tái)最小進(jìn)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） (4.6)
當(dāng)量動(dòng)載荷值： (4.7)
式中： ——載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊取1-1.2，一般情況取1.2-1.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.5-2.5；
——精度影響系數(shù)，對(duì)1、2、3級(jí)精度的滾珠絲杠取=1.0，對(duì)4、5級(jí)精度的絲杠取=0.9。
根據(jù)要求去=1.5，=0.9，代入數(shù)據(jù)得
≈51.59（KN） (4.8)
根據(jù)計(jì)算所得最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查滾珠絲杠樣本，選擇FF6310-5型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返回器雙螺母對(duì)旋預(yù)緊滾珠絲杠副，其公稱(chēng)直徑為63mm，導(dǎo)程為10mm，循環(huán)滾珠為5圈×2列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為55600N，大于最大計(jì)算動(dòng)載荷=51590N，符合設(shè)計(jì)要求。
表4.1 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)
名 稱(chēng)
符 號(hào)
計(jì)算公式和結(jié)果
公稱(chēng)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(dòng)效率的計(jì)算
將公稱(chēng)直徑=63mm，導(dǎo)程=10mm，代入λ=arctan[]，的絲杠螺旋升角λ=。將摩擦角，代入=，得傳動(dòng)效率=94.7%。
（4）剛度的驗(yàn)算
本傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。固定端采用一對(duì)面對(duì)面角接觸球軸承和一個(gè)角接觸球軸承，另一端也采用角接觸球軸承，這種安裝適應(yīng)于較高精度、中等載荷的絲杠。
滾珠絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用接觸量來(lái)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(hào)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(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)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
(4.9)
式中=51590N。代入數(shù)據(jù)得；
==0.013(mm)
因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載，所以實(shí)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=44.3mm，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(shí)，行程偏差允許達(dá)到30μm,，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。
（5）穩(wěn)定性的驗(yàn)算
(4.10)
公式中取支撐系數(shù)=2，
由絲杠底徑=44.3mm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(huì)失穩(wěn)，滿(mǎn)足使用要求。
（6）臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算
對(duì)于滾珠絲杠還有可能發(fā)生共振，需要驗(yàn)算其臨界轉(zhuǎn)速，設(shè)不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。
查資料得公式 ：
(4.11)
其中： (mm)；
為臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度=1200(mm)；
為絲杠支承方式系數(shù)（一端固定，一端游動(dòng)）
代入數(shù)據(jù)得：4397(r/min),臨界速度遠(yuǎn)大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會(huì)發(fā)生共振。
（7）滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定
由以上驗(yàn)算可以知道，絲杠型號(hào)為FF6310—5，完全符合所需要求，故確定選用該型號(hào)，安裝尺寸查表可知。
（8）絲杠支承的選擇
滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求。其兩端支承的配置情況為軸向固定方式。本次設(shè)計(jì)絲杠支承選用一端固定，另一端浮動(dòng)。
3.5伺服電機(jī)的選擇
3.5.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根據(jù)以下公式計(jì)算，即
(4.12)
從前面的計(jì)算可以知道，最大載荷N，絲杠導(dǎo)程=10mm=0.01m，預(yù)緊力=N，根據(jù)計(jì)算的滾珠螺母絲杠的機(jī)械效率=0.947，因?yàn)闈L珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩：
（N·m） (4.13)
查手冊(cè)得單個(gè)軸承的摩擦力矩為0.32N·m，故一對(duì)軸承的摩擦力矩=0.64N·m。簡(jiǎn)支端軸承步預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計(jì)。伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠直接相連，其傳動(dòng)比=1，則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩：
(N·m)
所選的伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于此值。
3.5.2負(fù)載慣量的計(jì)算
伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。
負(fù)載慣量可以按一下次序計(jì)算。立柱與主軸箱的質(zhì)量為500㎏，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量可按下式計(jì)算，
(kg·㎡) (4.14)
絲杠名義直徑=63mm=0.063m，長(zhǎng)度L=1.2m絲杠材料（鋼）的密度ρ=7.8㎏·。根據(jù)公式計(jì)算絲杠加在電動(dòng)機(jī)軸上的慣量
(㎏·㎡) (4.15)
聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的慣量可直接查手冊(cè)得到，即(㎏·㎡)
故負(fù)載總的慣量為
(㎏·㎡)
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)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(mǎn)足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏的，將采用轉(zhuǎn)矩較大的伺服電動(dòng)機(jī)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：
(4.16)
則所選交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.0092—0.036㎏·㎡范圍之內(nèi)。
根據(jù)上述計(jì)算可選用表4.2中的交流伺服電機(jī)α22/3000i型，其額定轉(zhuǎn)矩為22N·m，最高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.012㎏·㎡。
表4.2 FANUCα(HV)i系列交流伺服電機(jī)
型號(hào)
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(dòng)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
3.5.3空載加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算
當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動(dòng)（快速）速度時(shí)，所需要的空載加速轉(zhuǎn)矩按下式求，
(4.17)
空載加速時(shí)，主要克服的是慣性，選用的α22/3000i型交流伺服電動(dòng)機(jī),總慣量
0.0120+0.0092=0.0212(㎏·㎡)
加速度時(shí)間通常取的3~4倍，故=(3~4)=(3~4)×6=18~24(ms)，則
(N·m)
3.6滑動(dòng)導(dǎo)軌的選擇計(jì)算
常用的導(dǎo)軌截面有矩形、三角形、燕尾形和圓形的。如圖4.2所示。根據(jù)支承導(dǎo)軌的凸凹狀[4]態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類(lèi)導(dǎo)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(hù)環(huán)境。凸形需要有良好的潤(rùn)滑條件。目前數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌主要有三種：塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。
圖4.4
3.6.1工作載荷的計(jì)算
影響導(dǎo)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(dòng)導(dǎo)軌的一根導(dǎo)軌上，則導(dǎo)軌所承受的最大垂直方向上的載荷是：
(4.18)
上式中G是重量，即G=500×10=5000(N)，代入上式得：
=2500(N)
3.6.2額定工作壽命的計(jì)算
預(yù)計(jì)機(jī)床的工作壽命是10年，一年是365天，工作時(shí)間是350天，每天工作8小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命28000(h)。
3.6.3距離額定工作壽命的計(jì)算
根據(jù)公式得：
(4.19)
公式中：為小時(shí)額定工作壽命；
n為移動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)(4-6)取5：
S為移動(dòng)部件的行程，即S=600mm。
代入數(shù)據(jù)得：L=10080km 。
3.6.4額定動(dòng)載荷計(jì)算及選型
由公式得：
(4.20)
公式中：為額定動(dòng)載荷；
L為距離工作壽命，由上面的計(jì)算可以知道為10080km；
F為導(dǎo)軌的工作載荷，即F=2500N。
代入數(shù)據(jù)得：=29318N。
由計(jì)算的動(dòng)載荷值本次設(shè)計(jì)選用的是貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌，它是在數(shù)控機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌[4]面，是塑料導(dǎo)軌的一種。導(dǎo)軌副的另一固定導(dǎo)軌面為淬火磨削面。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(fù)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(dòng)導(dǎo)軌與其他導(dǎo)軌相比，具有以下特點(diǎn)：
（1）動(dòng)靜摩擦系數(shù)相近：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。
（2）吸收振動(dòng)：具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動(dòng)導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌。
（3）摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定：比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
（4）化學(xué)穩(wěn)定性好：耐磨、耐低溫、耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化性劑及各種有機(jī)溶劑。
（5）耐磨性好：有自身潤(rùn)滑作用，無(wú)潤(rùn)滑油也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。
（6）維護(hù)修理方便：軟帶耐磨，損壞后更換容易。
（7）經(jīng)濟(jì)型好：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，約為滾動(dòng)導(dǎo)軌的1/20，為三層復(fù)合材料DU導(dǎo)軌成本的1/4。
其中導(dǎo)軌貼塑板選用揚(yáng)中市天一高分子新材料有限公司生產(chǎn)的TY導(dǎo)軌貼塑板。
3.7聯(lián)軸器的選擇
金屬?gòu)椥栽闲月?lián)軸器是由各種片狀、圓柱狀、卷板狀等形狀的金屬?gòu)椈?，利用金屬?gòu)椈傻娜跣宰冃我赃_(dá)到補(bǔ)償兩軸相對(duì)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?gòu)椥栽确墙饘購(gòu)椥栽?qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，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4.5所示膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼薄板）用螺栓交錯(cuò)地與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸呂靠膜片的彈性變形來(lái)補(bǔ)償報(bào)聯(lián)兩軸的相對(duì)位移，是一種高性能的金屬弱性元件撓性聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，不用潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、耐堿、防腐蝕的特點(diǎn)，適用于高速、高溫、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動(dòng)，廣泛用于各種機(jī)械裝置的軸系傳動(dòng) 。
圖4.5 DJM5金屬膜片撓性聯(lián)軸器
3.8軸承的選擇
滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動(dòng)軸承有以下兩類(lèi)。
（1）接觸角為的角接觸球軸承
這是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的滾珠絲杠軸承，這種軸承可以組合配置。一種為面對(duì)面方式，另一種為背靠背組合方式。這兩種方式都可承受雙向軸向推力，還有一種是通向組合方式，其承受能力較高，但只承受一個(gè)方向的軸向力，同向組合時(shí)的額定動(dòng)載荷等于單個(gè)軸承的乘下列系數(shù)：2個(gè)為1.63;3個(gè)為2.16；4個(gè)為2.64。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中難免有誤差，而且采用面對(duì)面組合方式時(shí)兩接觸線(xiàn)與軸線(xiàn)交點(diǎn)間的距離a比背對(duì)背的小，故容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用的較多。
（2）滾針—推力圓柱滾子組合軸承
外圈與箱體固定不轉(zhuǎn)，內(nèi)圈和隔套內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滾針承受徑向載荷，圓柱滾子分別承受兩個(gè)方向的軸向載荷，修磨隔套內(nèi)圈的寬度可調(diào)整軸承的軸向預(yù)緊量。
本次設(shè)計(jì)選用角接觸球軸承，根據(jù)軸的直徑選用型號(hào)為表4.3中的7009 GB/T 292—1994。
表4.3 角接觸球軸承
3.9 滾珠絲杠副的安全使用
3.9.1 潤(rùn)滑
為使?jié)L珠絲杠副充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤(rùn)滑，潤(rùn)滑的方式主要有以下兩種：
1．潤(rùn)滑脂
潤(rùn)滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1／3，滾珠絲杠副出廠時(shí)在螺母內(nèi)部已經(jīng)加注GB7324—942#鋰基潤(rùn)滑脂。
2．潤(rùn)滑油
運(yùn)動(dòng)粘度28．5—74cst(400T)的潤(rùn)滑油，給油量隨使用條件等的不同而有所變化。
3.9.2 防塵
滾珠絲杠與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨損，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物進(jìn)入時(shí)，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護(hù)起來(lái)。另外，如沒(méi)有異物，但有浮沉?xí)r可以在滾珠螺母兩端增加防塵圈。
3.9.3使用
滾珠絲杠副在使用時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1．滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)，必要時(shí)在行程兩端配置限位，以免螺母約程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。
2．滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動(dòng)使，如部件重量未加平衡，必須防止傳動(dòng)停止或電機(jī)失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?dòng)。
3．滾珠絲杠副正常工作環(huán)境溫度為±60C。
3.9.4 安裝
滾珠絲杠副在安裝時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1.滾珠絲杠副僅用于承受軸向載荷。徑向載荷、彎矩會(huì)使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等負(fù)荷，從而造成絲杠的永久性破壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機(jī)床時(shí)，應(yīng)注意：
1）絲杠的軸線(xiàn)必須和其配套導(dǎo)軌的軸線(xiàn)平行，機(jī)床的兩端軸承座與螺母座必須三點(diǎn)成一線(xiàn)；
2）安裝螺母時(shí)，應(yīng)盡量靠近支撐軸承；
3）同時(shí)，安裝支撐軸承時(shí)，應(yīng)盡量靠近螺母安裝部位。
2.滾珠絲杠安裝到機(jī)床時(shí)，盡量不要把螺母從絲杠上卸下來(lái)，如
必須卸下來(lái)時(shí)要使用輔助套，否則裝卸時(shí)滾珠有可能脫落。螺母裝卸時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1-0.2 mm
2）輔助套早使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩；
3）裝卸時(shí)，不可使用過(guò)大力以免螺母損壞；
4）裝入安裝孔時(shí)要避免撞擊和偏心。
第4章 床身的設(shè)計(jì)
床身是鑄造而成的，因此就與鑄造工藝有關(guān)，對(duì)于一些相關(guān)的數(shù)據(jù)可以從表5.1，表5.2，表5.3中看出。比如根據(jù)床身的尺寸可以知道鑄件的最小壁厚、筋厚的選擇和加強(qiáng)筋的高度選擇。通過(guò)圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較厚，床身的設(shè)計(jì)如圖5.4所示，床身的最小壁厚為30mm。
表4.1 砂型鑄造鑄鐵件的最小厚壁 （mm）
表5.2 灰鑄鐵件的壁厚與筋厚 (mm)
表5.3 鑄鐵平板加強(qiáng)筋的高度 (mm)
第4章 鏜桿傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
第5章 鏜桿傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
本課題傳動(dòng)部分?jǐn)M定通過(guò)鏜床主軸箱提供動(dòng)力，帶動(dòng)一對(duì)外嚙合齒輪傳動(dòng)，齒輪帶動(dòng)軸傳動(dòng)，而鏜桿就是固定在這根軸上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
5.1鏜桿傳動(dòng)部分功率計(jì)算
（1）加工條件
工件材料：灰鑄鐵
加工要求：粗鏜缸套Φ110mm內(nèi)孔，留加工余量0.3mm，加工2.2mm
機(jī)床：專(zhuān)用鏜床
刀具：YT30鏜刀
量具：塞規(guī)
（2）計(jì)算鏜削用量
粗鏜孔至Φ109.4mm，單邊余量Z=0.3mm, 切削深度ap=2.2mm,走刀長(zhǎng)度分別為l1=270mm,
確定進(jìn)給量f：
根據(jù)《工藝手冊(cè)》，表2.4—60,確定fz=0.37mm/Z
切削速度：
參考有關(guān)手冊(cè)，確定V=300m/min
根據(jù)表《工藝手冊(cè)》3.1—41,取nw=800r/min,
刀具：YT30鏜刀
主切削力 FZ=9.8CFZfVKFZ
式中 CFZ=92 XFZ=1.0 YFZ=0.75 N=0 KFZ=1
則FZ=9.8*92*1.75*0.45*1*1=867N
徑向切削力 Fy=9.8CFY*aPXFYFyfyVn*KF2y
式中 CFy=54 xfY=0.9 yFy=0.75 n=0 KFy=1
則Fy=9.8*54*1.75*0.45*1*1=482N
功率估算:p= F*V=6kw (計(jì)算大體估算)
轉(zhuǎn)速：n=970
輸入功率：P=P=6.0KW
輸出轉(zhuǎn)矩：T=9.55=9.55
=5.9N
轉(zhuǎn)速：n=
輸入功率：P=P
輸入轉(zhuǎn)矩
T=9.55
5.2 齒輪部分設(shè)計(jì)
1.選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及模數(shù)
1）按要求的傳動(dòng)方案，選用圓柱直齒輪傳動(dòng)；
2）運(yùn)輸機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故用8級(jí)精度；（GB10095—88）
3）材料的選擇。由[2]表10-1選擇小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，大齒輪的材料為45鋼（正火）硬度為200HBS，兩者硬度差為40HBS；
4）選小齒輪齒數(shù)為Z=24，大齒輪齒數(shù)Z可由Z=得 Z=112.8，取113；
2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按公式：
（1）確定公式中各數(shù)值
1）試選K=1.3。
2）由[2]表10-7選取齒寬系數(shù)=1。
3）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，由前面計(jì)算可知：
T=1.3N。
4）由[2]表10-6查的材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8MP
5）由[2]圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=580MP；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=560MP。
6）由[2]圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.95；
K=1.05。
7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1，安全系數(shù)S=1，有
[]==0.95580=551MP
[]==1.05560=588MP
(2) 計(jì)算 確定小齒輪分度圓直徑d，代入 []中較小的值
1）計(jì)算小齒輪的分度圓直徑d，由計(jì)算公式可得：
=66.7mm
2)計(jì)算圓周速度。
v==1.54m/s
3）計(jì)算齒寬b
b==166.7=66.7mm
4）計(jì)算模數(shù)與齒高
模數(shù)
齒高
5) 計(jì)算齒寬與齒高之比
6）計(jì)算載荷系數(shù)K。
已知使用系數(shù)K=1，據(jù)v=1.54，8級(jí)精度。由[2]圖10-8得K=1.07，K=1.46。由[2]圖10-13查得K=1.40，由[2]圖10-3查得K=K=1
故載荷系數(shù)：
K=KKKK
=1=1.56
7)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑：
8）計(jì)算模數(shù)m
m=
3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
按公式：
（1）確定計(jì)算參數(shù)
1）計(jì)算載荷系數(shù)。
K=KKKK=1
=2.35
2）查取齒形系數(shù)
由[2]表10-5查得Y=2.65，Y=2.17
3）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由[2]表10-5查得Y=1.58，Y=1.80
4）由[2]圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極=330MP，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=310MP
5）由[2]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.90，K=0.95
6）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則有：
[]=212Mp
[]=210MP
7）計(jì)算大、小齒輪的，并加以比較
=0.01975
==0.0186
經(jīng)比較大齒輪的數(shù)值大。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
m=2.35
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 m =2.5mm，已可滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度。于是有：
==28.36
取Z=28，則Z4.7=131.6
取=132，新的傳動(dòng)比i4.71
4.幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
mm
（2）計(jì)算中心距
a
=200mm
（3）計(jì)算齒輪寬度
b=
B=75mm，B=70mm
5. 大小齒輪各參數(shù)見(jiàn)下表
高速級(jí)齒輪相關(guān)參數(shù)(單位mm)表6-1
名稱(chēng)
符號(hào)
計(jì)算公式及說(shuō)明
模數(shù)
m
2.5
壓力角
齒頂高
2.5
齒根高
=(+)m=3.75
全齒高
=(+)m=5.625
分度圓直徑
=m Z=70
330
齒頂圓直徑
=m=75
=（）m=335
齒根圓直徑
=63.75
=323.75
中心距
5.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
由前面算得P=6KW，n=970r/min，T =1.3N
2.求作用在齒輪上的力
已知高速級(jí)小齒輪的分度圓直徑為d=70mm
而