經(jīng)濟型數(shù)控儀表車床的設(shè)計

1、<p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1金屬切削機床及其在國民經(jīng)濟中的地位</p><p>　　金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，他是制造機器的機器，所以又被稱為“工作母機”或“工具機”。</p><p>　　機床的母機屬性決定了它在國民經(jīng)濟中的地位。機床工業(yè)為各種類型的機械制造廠提

2、供先進的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的機床設(shè)備，促進機械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)?？梢?，機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機床則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國際機床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。</p&g

3、t;<p>　　1.2數(shù)控機床的優(yōu)越性</p><p>　　數(shù)控機床是綜合應(yīng)用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設(shè)備。它與普通機床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動化程度極高,可減輕工人的體力勞動強度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加

4、工,因而數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。</p><p>　　1.3數(shù)控機床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓,國外機床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機床在我國市場的占有率僅達15%左右,而

5、95年已達77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。</p><p>　　這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進,新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機床)的開發(fā)周期長,從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個問題反映在下列五個方面:</p><p>　　(1) 我國機床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期

6、約為15～18個月,其中設(shè)計時間約為5～8個月,占總周期的40%左右。而國外一些先進機床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個月,其中設(shè)計約1.5～2個月,只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計所占的時間比例均與國外先進水平有很大的差距。</p><p>　　(2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計的科學(xué)分析工具(如分析和評價軟件、整機結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設(shè)計

7、,使設(shè)計一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。</p><p>　　(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外,這項修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機床廠用手工操作就至少需1～2個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門,常會出現(xiàn)漏改和失誤的

8、現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。</p><p>　　(4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。</p><p>　　(5)由于長期以來形成的設(shè)計、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。</p><p>　　為解決這些

9、問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應(yīng)用計算機技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.4機床數(shù)控化改造的必要性</p><p>　　我國目前機

10、床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡

11、在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。 </p><p>　　經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：用較

12、少的資金，將普通機床改造升級為數(shù)控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.5數(shù)控化改造的方法</p><p>　　其改造涉及到機械、電氣、計算機等領(lǐng)域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結(jié)合，先易后難、先局部后全局。</p><p>　　由于本次設(shè)計是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以

13、在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。我們主要的任務(wù)是對其主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)進行改造，通過改造使其具有數(shù)控機床的一般特性。</p><p>　　1.5.1主軸系統(tǒng)改造</p><p>　　拆除了原來的主軸變速箱，采用機械無級變速器和分級齒輪變速相結(jié)合的方案，分級齒輪采用撥叉的方式，主軸的調(diào)速范圍可以從100rpm到4000rpm，與原來

14、的多級齒輪調(diào)速相比，其機械結(jié)構(gòu)大大簡化，而且實現(xiàn)了從有級調(diào)速到無級調(diào)速的跨越。</p><p>　　1.5.2進給系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制, 驅(qū)動元件采用直流步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠。步進電機經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設(shè)計時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設(shè)計 ，如滾珠絲杠副

15、、齒輪副等。</p><p><b>　　1.6機床主要參數(shù)</b></p><p>　　床身最大回轉(zhuǎn)直徑 250mm</p><p>　　最大工作長度 350mm</p><p>　　刀架最大回轉(zhuǎn)直徑

16、 120mm</p><p>　　主軸孔徑 20mm</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速范圍（無級） 100～4000r/min</p><p>　　進給速度范圍（無級） 10～1800mm/min</p><p>　　控制軸數(shù)

17、 X軸、Z軸</p><p>　　中拖板脈沖當(dāng)量/mm 0.005</p><p>　　大拖板脈沖當(dāng)量/mm 0.01</p><p>　　主電機功率 1.5KW</p><p&

18、gt;　　外形尺寸 <13007001500</p><p>　　第二章 主運動傳動系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　2.1主運動傳動系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　主傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要是根據(jù)變速傳動系統(tǒng)的不同類型而決定的，而變速系統(tǒng)的類型應(yīng)兼顧縮短變速所需的時間并能簡化傳動系統(tǒng)機構(gòu)等因素綜合來選擇

19、、設(shè)計。</p><p>　　變速系統(tǒng)的類型主要有三種：</p><p>　　2.1.1無級變速傳動系統(tǒng)</p><p>　　無級變速傳動系統(tǒng)是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）在一定的范圍內(nèi)連續(xù)地變化，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中變速，也便于實現(xiàn)自動化等。機械系統(tǒng)中常用的無級變速裝置有以下三種。</p><p>　　（1）機械無級

20、變速器</p><p>　　機械無級變速器有鋼球式（科普型）、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們是依靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副的工作半徑來實現(xiàn)無級變速。由于其結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、噪聲小、使用維修方便、效率高，所以在各類機械（如機床、印刷機械、電工機械、鐘表機械、輕工機械、紡織機械、塑料機械、化工機械等）中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于摩擦副的彈性滑動，存在轉(zhuǎn)速損失，故不能用于調(diào)速精度高的場合。另外，它的變速范圍小

21、，通常變速范圍Rb為4～6，少數(shù)可達10～15，因此，為了滿足執(zhí)行件變速范圍的需要，常串聯(lián)有級變速機構(gòu)（如齒輪變速箱）。</p><p>　　（2）液壓無級變速裝置</p><p>　　液壓無級變速裝置是利用油液為介質(zhì)來傳遞動力，通過連續(xù)改變輸入液動機（或油缸）的油液流量來實現(xiàn)無級變速。它的傳動平穩(wěn)、運動換向沖擊小、易于實現(xiàn)直線運動。因此，常用于執(zhí)行件要求直線運動的機械系統(tǒng)中。如刨床、拉床

22、的主運動以及組合機床的動力滑臺等。</p><p>　?。?）電氣無級變速裝置</p><p>　　電氣無級變速裝置是以直流并勵電動機、交流變頻電動機或交、直流伺服電動機、步進電動機等為動力源，通過連續(xù)地變換這些電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)無級調(diào)速。</p><p>　　機械系統(tǒng)中的執(zhí)行件在工作過程中,要求在整個變速范圍內(nèi)為功率、轉(zhuǎn)矩特性不同，而電動機的功率、轉(zhuǎn)矩特性必須與之

23、適應(yīng)，但是，不論是直流并勵電動機、交流變頻電動機或是交、直流伺服電動機，只是在額定轉(zhuǎn)速以上至最高轉(zhuǎn)速之間為恒功率調(diào)速，變速范圍小，而在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩的，變速范圍很寬。如果執(zhí)行件要求在整個變速范圍內(nèi)為恒功率調(diào)速，上述的無級調(diào)速器均不能適應(yīng)，則須串聯(lián)一個有級變速裝置來擴大恒功率調(diào)速范圍，如一些大型機床（立式車床、龍門刨床、鏜床等）和數(shù)控機床以及數(shù)控纖維纏繞機，數(shù)控布帶纏繞機等的主運動。而對于數(shù)控機床的直線進給運動，則要求在整個變速范圍

24、內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時可通過簡單的固定傳動鏈與執(zhí)行件相連來滿足要求。</p><p>　　2.1.2 有級變速傳動系統(tǒng)</p><p>　　由滑移齒輪、交換齒輪、交換皮帶輪等變速傳動副組成的傳動系統(tǒng)可使執(zhí)行件得到若干個所需要的轉(zhuǎn)速，這種變速在范圍內(nèi)不能連續(xù)地變速，屬于有級變速。它傳遞的功率大，變速范圍寬，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，但有轉(zhuǎn)速損失。有級變速較廣泛地應(yīng)用于通用機床，尤其是中小型通用機床中。

25、</p><p>　　2.1.3固定傳動比的傳動系統(tǒng)</p><p>　　如果機械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的轉(zhuǎn)速（速度）工作，則連接動力源與執(zhí)行件的傳動系統(tǒng)屬于固定傳動比的傳動系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干個固定傳動比串聯(lián)組成。</p><p>　　經(jīng)過調(diào)研、查閱資料可知，大部分?jǐn)?shù)控機床采用分級變速機構(gòu)，并采用電磁離合器進行自動變速，而經(jīng)濟型數(shù)控機床大多數(shù)是在原有普通機床

26、的基礎(chǔ)上進行改進，并采用簡單的數(shù)控系統(tǒng)變速進給機構(gòu)，自動刀架，具有經(jīng)濟的突出特點，現(xiàn)在這種機床在小型、私營企業(yè)正被大量使用，但也存在一些如在加工過程中不能自動變速等缺點，為了使能設(shè)計的機床在時常上更具競爭力，因此采用無級變速傳動系統(tǒng)中的機械無級變速器。</p><p>　　但是光靠機械無級變速器變速范圍較窄，不能滿足100～4000r/min的設(shè)計要求，為了擴大機床的變速范圍，常在無級變速系統(tǒng)后面串聯(lián)分級變速機構(gòu)

27、。</p><p>　　在本設(shè)計中，我采用的是無級變速與分級變速綜合的分級變速系統(tǒng)。這種變速方式是在大、中型數(shù)控機床中采用較多的一種變速方式，常通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需的扭矩。其傳動原理如下圖2.1所示：</p><p><b>　　圖2.1</b></p>&

28、lt;p><b>　　2.2電動機的選擇</b></p><p>　　2.2.1.電動機工作方式的確定</p><p>　　電動機工作時會發(fā)熱，它不僅取決于負(fù)載的大小，也和負(fù)載持續(xù)的時間的長短密切相關(guān)，這是選擇額定功率時必須考慮的。按電動機的不同發(fā)熱情況，可以分為三種工作方式（或稱工作制），即連續(xù)工作方式、短時工作方式和斷續(xù)周期性工作方式。</p>

29、<p>　　我設(shè)計的數(shù)控儀表車床其工作時間一般較長，溫升可以達到穩(wěn)定值，電機的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定的常值負(fù)載或變化負(fù)載，因此屬于連續(xù)工作方式。</p><p>　　2.2.2電動機類型的確定</p><p>　　由于電動機為連續(xù)工作方式，負(fù)載平穩(wěn)，且經(jīng)常啟動、制動和正反轉(zhuǎn)，因此因優(yōu)先采用鼠籠式異步電動機。</p><p>　　2.2.3電動機型號

30、的選擇.</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求主電動機功率為1.5kw，且電動機類型為異步電動機，根據(jù)參考書籍《機械設(shè)計實用手冊》，選擇電動機型號為Y90L－4的電動機。</p><p>　　其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：額定功率P=1.5kw，滿載時轉(zhuǎn)速1400r/min，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，電流3.65A，效率為79%，額定轉(zhuǎn)矩2.2N·m，噪聲67dB（A），凈重27kg。外型尺寸

31、為LBH為335180190mm。</p><p>　　2.3箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　箱體材料選用中等強度的灰鑄鐵HT200。箱體鑄造時的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸而定，其外形尺寸為長寬高<500500300mm。</p><p>　　為了減少材料、減輕重量，應(yīng)選擇較小尺寸。而為了減小箱體的傳聲作用，降低噪聲，則應(yīng)適當(dāng)增加箱壁厚度，以增加阻尼系數(shù)。

32、為此，選取壁厚為14mm。由于箱體軸承孔的影響，將使扭轉(zhuǎn)剛度下降，彎曲剛度也將下降。為了使其有足夠的剛度，凸臺厚度為16mm。</p><p>　　箱體在床身上的安裝方式，采用固定式安裝。用箱體底部平面與底部突起的兩個小垂直面定位，并用螺釘和壓板固定。</p><p>　　第三章 主軸組件的設(shè)計</p><p>　　3.1主軸組件的基本要求</p>&

33、lt;p>　　主軸組件的工作性能對整機性能和加工質(zhì)量以及機床生產(chǎn)率有著直接影響，是決定機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的重要因素。因此，對主軸組件有較高的要求。</p><p>　　3.1.1旋轉(zhuǎn)精度 </p><p>　　主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后在無載荷、低轉(zhuǎn)速條件下，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動。旋轉(zhuǎn)精度主要取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。</p

34、><p>　　3.1.2剛度 </p><p>　　主軸組件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義。主軸組件的剛度不足，將對工件的加工精度、表面質(zhì)量以及機床的工作平穩(wěn)性有著直接影響。</p><p>　　主軸組件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、滾

35、動軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動件的布置方式、主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸組件的剛度。</p><p>　　提高主軸剛度的主要措施有：加粗主軸直徑，特別是主軸工作端懸伸量部分的直徑；盡可能縮短主軸工作端懸伸量，選擇最佳跨距；采用高剛度的軸承；合理安排傳動件在主軸上的布置等。</p><p>　　3.1.3抗振性 </p><p>　　主軸組件的

36、抗振性是指主軸組件抵抗振動、保持主軸平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力。主軸組件抗振性差，工作時易產(chǎn)生振動，從而影響工件表面質(zhì)量，限制機床切削速度，降低刀具耐用度和主軸軸承壽命，并產(chǎn)生噪聲污染工作環(huán)境等。因此，提高抗振興對主軸組件是十分重要的。</p><p>　　影響主軸組件抗振興的主要因素是主軸組件的剛度、阻尼特性和固有頻率等。提高主軸組件的剛度可以有效地抑制主軸組件產(chǎn)生振動。</p><p>　　提高主

37、軸抗振性的主要措施有：提高主軸組件的剛度；盡量采用阻尼比大的主軸軸承；盡量是主軸組件的固有頻率遠大于工作頻率；盡量減小主軸組件重量。</p><p>　　3.1.4熱穩(wěn)定性 </p><p>　　主軸組件在運轉(zhuǎn)過程中，因摩擦、攪油和切削熱等產(chǎn)生熱量，使主軸組件溫度升高，形狀尺寸和位置發(fā)生變化，造成主軸組件的熱變形。主軸熱變形可引起軸承間隙變化，破壞正常的潤滑條件，加快軸承磨損，降低加

38、工精度。</p><p>　　影響主軸組件熱穩(wěn)定性的主要因素是軸承的類型、配置方式和預(yù)緊力的大小以及潤滑方式和散熱條件等。</p><p>　　3.1.5精度保持性 </p><p>　　主軸組件的精度保持性是指長期保持其原始制造精度的能力。主軸組件喪失其原始精度的主要原因是磨損。因此必須以通過改善主軸、軸承的材料、熱處理方式、軸承類型及潤滑防護等方式提高其耐

39、磨性。</p><p>　　3.2主軸軸承配置形式的選擇</p><p>　　主軸組件的精度、剛度和熱穩(wěn)定性等對加工質(zhì)量有著直接影響，由于數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴(yán)重。</p><p>　　目前數(shù)控機床主軸軸承的配置形式主要有三種：①前支承采用雙列圓柱滾子軸承和雙列60度角接觸球軸承組合，后支承采用成對角接觸球軸承。②采用高精度雙列角接觸球

40、軸承；③采用雙列和單列圓錐軸承。</p><p>　　我采用的是第二種，即采用高精度雙列角接觸球軸承，角接觸球軸承具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min ，可通過預(yù)緊提高軸承剛度，但其承載能力小。因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機床主軸。</p><p>　　3.3主軸軸承的選擇</p><p>　　機床主軸用的軸承，有滾動和滑動兩大類，從旋轉(zhuǎn)精度來

41、看，兩大類軸承都能滿足要求。滾動軸承比滑動軸承相比的優(yōu)缺點：①滾動軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定地工作，能在無間隙，甚至在預(yù)緊的條件下工作。②摩擦系數(shù)小，易于潤滑，有利于散熱。但滾動軸承的不足是：滾動軸承的阻尼較低，徑向尺寸比滑動軸承大；其次由于滾動軸承滾動體的數(shù)量有限，在旋轉(zhuǎn)中的徑向剛度是變化的，易引起振動。因此選用滾動軸承更為合適。</p><p>　　主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸

42、承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推理軸承。軸承類型及型號選用主要應(yīng)根據(jù)主軸組件的剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、抗振性及結(jié)構(gòu)等要求綜合考慮進行選定。</p><p>　　通常情況下，可按下列條件選用滾動軸承：</p><p>　　①中高速重載 雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承（如配推力軸承則極限轉(zhuǎn)速低）。成對圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)簡單，但極限轉(zhuǎn)速較低?？招膱A錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高但成本較高。

43、</p><p>　　②高速輕載 成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用接觸角。</p><p>　?、圯S向載荷為主 精度要求不高時，選用推力軸承配深溝球軸承；精度要求較高時，選用向心推力軸承。</p><p>　　由于我所設(shè)計的機床主軸箱里有兩對齒輪，是二支承結(jié)構(gòu)，主軸轉(zhuǎn)速范圍為100～4000r/min ,極限轉(zhuǎn)速很高,所以應(yīng)選用極限轉(zhuǎn)速高的軸

44、承組合；另外由于主電動機的功率為1.5kw，為小功率。因此該機床屬于輕載、高速的結(jié)構(gòu)形式。滾動軸承精度等級選用5級精度，公稱接觸角選用，型號為7000AC型角接觸球軸承。</p><p>　　3.4主軸端部的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　在機床上車床主軸端部大都采用法蘭式結(jié)構(gòu)，按卡盤等附件的不同連接方式，主軸端部結(jié)構(gòu)可分為以下五種類型：</p><p>　　3.4.

45、1 A型通過螺孔螺釘連接 </p><p>　　其特點是內(nèi)外兩圈均有螺栓穿過卡盤體，緊固卡盤，因而安裝牢靠、軸端懸伸量短、剛性好。但其螺孔多，工藝性差。主要用于高速、重切削的大功率車床。</p><p>　　3.4.2 B型通過通孔螺栓或螺柱連接 </p><p>　　其特點是卡盤通過中間法蘭盤與主軸端部連接，只有外圈有緊固螺栓，軸端懸伸量短、剛性好，螺孔較

46、少、工藝性好。適用于內(nèi)圓磨床、萬能磨床、小型車床。</p><p>　　3.4.3 C型通過插銷螺柱及轉(zhuǎn)墊實現(xiàn)快接連接 </p><p>　　連接在卡盤上的特種緊固螺栓，從軸端穿入法蘭盤孔和轉(zhuǎn)墊孔后，將轉(zhuǎn)墊轉(zhuǎn)動一定角度，再擰緊螺栓，即可將卡盤夾緊。其軸端懸伸較短、剛性較好，無螺孔、工藝性好，更換卡盤等附件迅速。</p><p>　　3.4.5 D型通過凸輪縮緊

47、連接</p><p>　　轉(zhuǎn)動凸輪后拉動拉桿，就可將卡盤夾緊，其軸端懸伸短，剛性好，操作方便，但其工藝復(fù)雜，易磨損。主要應(yīng)用于精密車床、高精度車床。</p><p>　　比較以上主軸端部類型，選取B型主軸端部結(jié)構(gòu)。主軸懸伸量取a=50mm。由于主軸懸伸量a值對主軸組件的剛度、抗振性影響都很大。采用B型主軸端部可減少主軸懸伸量。</p><p>　　3.5主軸箱內(nèi)部結(jié)

48、構(gòu)的布局</p><p>　　主軸箱的設(shè)計既要考慮主軸中心高度，又要考慮箱體的寬度和滑移齒輪滑移方便性及其滑移性是否會產(chǎn)生干涉等的問題。</p><p>　　主軸箱箱體內(nèi)有兩根軸。主軸傳動軸和光電編碼器的傳動軸。經(jīng)過安排，把傳動軸放在箱體的后端較好。這樣在主軸靠近前端時，便于加工操作。</p><p>　　主軸中心線與機床導(dǎo)軌中心線之間的偏心矩e，為降低床身導(dǎo)軌的扭

49、轉(zhuǎn)、彎曲變形，希望切削力盡可能落在前后兩導(dǎo)軌之間，主軸中心線越后越好。但考慮到在實際應(yīng)用中，為便于工件裝卸，減輕工人勞動強度，主軸中心線應(yīng)盡量向前移。由于本機床采用無級變速機構(gòu)，底部比較寬敞，因此選擇主軸中心前移5mm。</p><p>　　主軸傳遞至光電編碼器的傳動比為1：1傳動，兩個齒輪齒數(shù)均為56，這樣能保證主軸的傳遞準(zhǔn)確地反映在光電編碼器上，保證傳動準(zhǔn)確性。在數(shù)控機床上，齒側(cè)間隙會造成進給運動反向運動是丟

50、失指令脈沖，并產(chǎn)生反向死區(qū)，從而影響加工精度。因此在齒輪傳動中消除間隙是必要的，光電編碼器上的傳動齒輪通常用雙片薄齒輪錯齒法消除間隙。它主要是利用彈簧的作用將兩齒輪錯位，分別與寬齒輪齒槽左右兩側(cè)貼緊，從而起到消除齒側(cè)間隙的作用。光電編碼器上軸承的選擇、軸頸的確定等必須都要滿足主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。</p><p>　　3.6主軸機械加工工藝規(guī)程的編制</p><p>　　3.6.1 機床主軸

51、選材原則</p><p>　　主軸是機床主軸部件的關(guān)鍵零件之一 ，主要起支承傳動件和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。對主軸用材的合理選擇 ，應(yīng)遵循下列諸原則：</p><p>　　（1）選材應(yīng)滿足使用性能要求</p><p>　　這是主軸零件選材的首要原則。由于機床的主運動由其提供，主軸工作時的運動精度對工件加工質(zhì)量將產(chǎn)生直接影響 ，因此必須保證主軸工作時具有很高的運動精度。而主軸

52、回轉(zhuǎn)精度除了受主軸原始加工精度和裝配精度等靜態(tài)因素影響外，還受其工作時的受力變形、運動副磨損、沖擊載荷、熱變形、振動等動態(tài)因素的影響。因此，主軸零件不但應(yīng)保證很高的原始幾何精度 ,還必須保證其剛度、強度、耐磨性、耐沖擊性、熱穩(wěn)定性和抗振性等力學(xué)性能，而這些性能與主軸用材有密切關(guān)系。</p><p>　?。?）選材應(yīng)滿足加工工藝性要求</p><p>　　具有很好力學(xué)性能的材料不一定具有良好

53、的加工工藝性，主軸零件由于高幾何精度的要求而常采用多次磨削工藝，雖然有些有色金屬合金材料具有符合使用要求的力學(xué)性能，但磨削工藝性很差，幾乎不可能用磨削手段來保證其表面幾何質(zhì)量要求，這些材料自然不適宜用作主軸零件。</p><p>　?。?）選材應(yīng)滿足經(jīng)濟性要求</p><p>　　如果符合使用要求的材料，其工藝成本、供應(yīng)難度、環(huán)境損害等資源要素的代價很高，那么這種材料的選用顯然是不符合市場

54、經(jīng)濟環(huán)境和社會發(fā)展要求的。因此，選材必須滿足經(jīng)濟性和社會發(fā)展性要求。</p><p>　?。?）選材應(yīng)滿足用材習(xí)慣性要求</p><p>　　在工程實際中，符合使用性、工藝性、經(jīng)濟性要求的材料往往不是唯一的，這就要考慮用材習(xí)慣的問題。</p><p>　　3.6.2　機床主軸的技術(shù)要求</p><p>　　1)支承軸頸的直徑精度為 IT5，圓

55、度、圓柱度應(yīng)限制在直徑公差之內(nèi)；</p><p>　　2)配合軸頸(裝配傳動件的軸頸)相對支承軸頸(裝配軸承的軸頸)的徑向圓跳動為0.01～0.03mm,端面圓跳動為0.005～0.010 mm；</p><p>　　3)支承軸頸的表面粗糙度為 Ra0.63～0.16μm,配合軸頸為 Ra2.5～0.63μm.</p><p>　　從幾何精度要求和經(jīng)濟性兩方面考慮，

56、主軸的加工一般采用車削基礎(chǔ)上的磨削工藝來實現(xiàn)，可見，主軸用材必須同時具有良好的車削工藝性和磨削工藝性。</p><p>　　3.6.3 　主軸的選材</p><p>　　軸類零件應(yīng)根據(jù)不同工作條件和使用要求選用不同的材料和熱處理，以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。45鋼是一般軸類常用的材料，40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸，軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn可制造較高精度的軸。

57、我設(shè)計的車床選用45鋼作為主軸材料。</p><p><b>　　熱處理工藝</b></p><p>　　軸的質(zhì)量除與所選鋼材料種類有關(guān)，還與熱處理有關(guān)。軸的鍛造毛坯在機械加工之前，均需進行正火或退火處理，使鋼材的晶粒細化，以消除鍛造后的殘余應(yīng)力，降低毛坯硬度，改善切削加工性能。</p><p>　　凡要求局部表面淬火以提高耐磨性的軸，需在淬火

58、前安排調(diào)質(zhì)處理（有時采用正火）。當(dāng)毛坯加工余量較大時，調(diào)質(zhì)放在粗車之后、半精車之前，使粗加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力能在調(diào)質(zhì)時消除；當(dāng)毛坯余量較小時，調(diào)質(zhì)可安排在粗車之前進行。表面淬火一般放在精加工之前，可保證淬火引起的局部變形在精加工中得到糾正。</p><p>　　主軸的具體加工過程及工序步驟詳見下頁的主軸機械加工工藝卡：</p><p>　　主軸機械加工工藝流程卡</p><

59、;p>　　第四章機床進給傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　車床的進給系統(tǒng)由橫向和縱向運動組成，橫向進給系統(tǒng)如圖所示</p><p><b>　　圖4.1</b></p><p>　　設(shè)計和選用進給系統(tǒng)應(yīng)注意充分減少摩擦阻力，提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙以及減小運動件的慣性。摩擦阻力主要來自絲杠和導(dǎo)軌，因此，絲杠的導(dǎo)軌的滾動化是減

60、小摩擦的重要措施之一。</p><p>　　4.1傳動方式的選擇</p><p>　　絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。因此，滑動絲杠常用在加工精度要求不是很高的普通車床中。 </p><p>　　滾珠

61、絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。在數(shù)控化改造的車床中，應(yīng)把原來的滑動絲杠換為滾珠絲杠，以降低摩擦力，提高加工精度。</p><p>　　4.2滾珠絲杠的支承方式</p><p>　　數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝

62、及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設(shè)計的機床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機床本體做成整體來增大剛度。 </p><p>　　為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)雖簡單，但軸向剛度不足。另一種是

63、把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。在設(shè)計中，我采用推力軸承和向心軸承組合使用。</p><p>　　4.3．電機與絲杠的聯(lián)接</p><p>　　在滿足機床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實際情況來定。一般對于小型車床如C6116型，由于

64、空間尺寸有限，特別是X軸，電機與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如C6150,床身長5米的車床，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的問題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問題，往往電機都要通過幾級減速來傳動。無論是采用齒輪還是同步帶論來傳動，其傳動間隙的消除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。</p><p

65、>　　由步進電機到絲杠傳動過程的工作原理如下：</p><p>　　步進電機發(fā)生一個脈沖→轉(zhuǎn)過α角度為1.5°→（如果通過聯(lián)軸器則為1：1）→絲杠轉(zhuǎn)過1.5°→橫托板脈沖當(dāng)量0.005mm</p><p>　　即絲杠轉(zhuǎn)過β角，拖板移動0.005mm,所以該絲杠螺距為t，則</p><p>　　所選擇的滾珠絲桿為FF型1604，其螺距為4&l

66、t;/p><p><b>　　β=0.45°</b></p><p>　　由此可見，由步進電機到絲杠1：1傳動不能同步，必須通過一對齒輪傳動，使兩者都轉(zhuǎn)角一致，其傳動比為</p><p>　　i=1.5/0.45=3.3333</p><p>　　步進電機轉(zhuǎn)過1.5°，則通過一對齒輪傳動使絲杠轉(zhuǎn)過0.4

67、5°，拖板前進0.005mm，因而這對齒輪是降速運動。選擇Z1=21,Z2=70,m=1.5 選擇一級傳動。</p><p>　　4.4．齒輪傳動的消除間隙</p><p>　　采用齒輪傳動時，齒側(cè)間隙會造成開環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的死區(qū)誤差，影響定位精度。為了消除齒側(cè)間隙并獲得強剛性，必須采用各種具有消除間隙或預(yù)緊措施的齒輪副。</p><p>　　對于直

68、齒圓柱齒輪傳動，常用的方法有雙片齒輪錯齒法，a．兩個完全相同的薄片齒輪套裝在一起與另一個寬齒輪嚙合。當(dāng)兩個薄片齒輪的齒完全對齊時，相當(dāng)于一個齒輪在工作。正轉(zhuǎn)時，它們貼向?qū)掿X輪輪齒的一側(cè)；一旦反向，它們會一起走過一段側(cè)隙后貼向輪齒的另一側(cè)。設(shè)想：若將兩個薄片齒輪的輪齒錯開一定的距離，使它們分別貼向?qū)掿X輪輪齒的兩側(cè)，正向時一個齒輪起作用，反向時另一個齒輪起作用。則當(dāng)運動反向時，馬上會帶動從動輪工作，每一個薄片齒輪與寬齒輪間雖然分別都存在側(cè)隙

69、，但它們的共同作用卻消除了側(cè)隙對傳動的影響。</p><p>　　一方面是由于結(jié)構(gòu)的需要，另一方面由于偏心套調(diào)整法只能補償齒厚誤差與中心距誤差引起的齒隙，不能補償偏心誤差引起的齒隙，采用周向彈簧的雙片齒輪錯齒法比較簡單，但應(yīng)保證彈簧力產(chǎn)生的預(yù)緊扭矩M不應(yīng)過大或過小。如果M過小起不到消隙的作用，M過大會加大齒面的摩擦力而加劇磨損。</p><p>　　4.5．進給系統(tǒng)的潤滑</p>

70、;<p>　　機床在運行過程中，各運動件之間存在摩擦，必須采用一定的潤滑及防護措施來減小其相對摩擦，從而提高機床的使用壽命。使用潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑脂的特點是黏度大，不易流失，因此不需經(jīng)常加換，使用方便，密封也較簡單。但其摩擦阻力大，機械效率低；流動性差，導(dǎo)熱系數(shù)小。因此僅適用于轉(zhuǎn)速不高的軸承，外露的齒輪和某些不易密封的主軸件等。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油。</p>

71、;<p>　　在此進給系統(tǒng)中，齒輪的轉(zhuǎn)速比較低，因此不能使油飛濺潤滑，在齒輪和軸承處采用潤滑脂來潤滑。在滾珠絲杠副中，也只能采用潤滑脂。</p><p>　　4.6．進給系統(tǒng)的一些其它要求</p><p>　　滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進入，因此必須裝有防護裝置。如果滾珠絲杠副在機床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸

72、縮套管以及折疊式套管等。安裝時將防護罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果

73、差。工作中應(yīng)避免碰擊防護裝置，防護裝置一有損壞應(yīng)及時更換。</p><p>　　另外，對滾珠絲杠的安裝處應(yīng)進行削邊。</p><p>　　第五章 機床進給部件的設(shè)計與選擇</p><p>　　5.1伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選擇</p><p>　　早期的數(shù)控機床采用電液伺服驅(qū)動的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機床基本上都采用全電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。它可分為步進電機，直

74、流伺服電動機和交流伺服電動機伺服驅(qū)動系統(tǒng)三類。</p><p>　　5.1.1步進驅(qū)動系統(tǒng)</p><p>　　步進驅(qū)動系統(tǒng)一般與脈沖增量插補算法相配合，目前均選用功率型步進電機作為驅(qū)動元件。它主要有反應(yīng)式和混合式兩類。反應(yīng)式價格較低，混合式價格較高，但混合式步進電機的輸出力矩大，運行頻率及升降速度快，因而性能更好。為克服步進電機低頻共振的缺點，進一步提高精度，出現(xiàn)了性能更好的帶細分功能的

75、步進電機驅(qū)動裝置，并得到了廣泛的應(yīng)用。步進驅(qū)動系統(tǒng)在我國經(jīng)濟型數(shù)控領(lǐng)域和老式機床改造中起到了極其重要的作用。</p><p>　　5.1.2直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)</p><p>　　直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代中期，在數(shù)控機床領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。大慣量直流電動機具有具有良好的寬調(diào)速特性，其輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。由于電動機自身慣量較大，與機床傳動部件的慣量相當(dāng)，因此，所

76、構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)安裝到機床上。此類電動機大多配有晶閘管全控或半控橋SCR-D調(diào)速裝置。為適于部分?jǐn)?shù)控機床頻繁啟動、制動及快速定位的要求，又開發(fā)了直流中，小慣量伺服電動機以及大功率晶體管脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動裝置。</p><p>　　5.1.3交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)</p><p>　　由于直流伺服電動機使用機械換向，因此存在許多缺點。而直流伺服電動機優(yōu)良的調(diào)速特性正是通過機械換向得到的，因而這些

77、缺點無法克服。多年來，人們一直試圖用交流電動機代替直流電動機，其困難在于交流電動機很難達到直流電動機的調(diào)速性能。進入20世紀(jì)80年代之后，由于交流伺服電動機的材料、結(jié)構(gòu)以及控制理論與方法的突破性進展，以及微電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使交流驅(qū)動裝置發(fā)展很快，目前已逐漸取代了直流伺服電動機。交流伺服電動機的最大優(yōu)點在于不需要維護，制造簡單，適合于在惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　　在本次設(shè)計中，我采用步進電

78、動機驅(qū)動。根據(jù)設(shè)計要求：步進電機的步距角為0.45°，拖板脈沖當(dāng)量為0.005，絲杠螺距為4mm。通過查閱《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》P600.表13-43。符合的型號有JBF-7，JBH-17，JBH-33，通過類比以后，我選擇JBF-7，其通電方式為三相六拍，最大靜力矩為13N﹒m。</p><p>　　5.2導(dǎo)軌的類型及選取</p><p>　　導(dǎo)軌副是數(shù)控機床的重要部件之

79、一，導(dǎo)軌的作用是使運動部件能沿一定軌跡運動，并承受運動部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度、精度和精度保持性。數(shù)控機床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機床在高速進給時不振動、低速進給時不爬行等特性。目前數(shù)控機床使用的導(dǎo)軌主要有3種：塑料滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。 </p><p>　　5.2.1、塑料滑動導(dǎo)軌 </p><p>　　目前，數(shù)控機床所使

80、用的滑動導(dǎo)軌材料為鑄鐵對塑料或鑲鋼對塑料滑動導(dǎo)軌。導(dǎo)軌塑料常用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶和環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層兩類。</p><p>　　(1)聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點</p><p>　　1)摩擦特性好：金屬—聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的動靜摩擦因數(shù)基本不變。</p><p>　　2)耐磨特性好：聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材料中含有青銅、二硫化銅和石墨，因此其本身即具有自潤滑作用，對潤滑油

81、的要求不高。此外，塑料質(zhì)地較軟，即使嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不致?lián)p傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌副的使用壽命。</p><p>　　3)減振性好：塑料的阻尼性能好，其減振效果、消聲的性能較好，有利于提高運動速度。</p><p>　　4)工藝性好：可降低對粘貼塑料的金屬基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工(銑、刨、磨、刮)，使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶被廣

82、泛用于中小型數(shù)控機床的運動導(dǎo)軌中。</p><p>　　作為移動部件的工作臺導(dǎo)軌面(包括下壓板和鑲條)都粘貼有聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。</p><p>　　導(dǎo)軌軟帶使用工藝簡單。首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度Rα3.2μm左右。用汽油或丙酮清洗粘結(jié)面后，用膠粘劑粘合。加壓初固化1~2h后合攏到配對的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施加一定的壓力，并在室溫固化24h后，取下清除余膠，即可開油槽和精加工。

83、</p><p>　　(2)環(huán)氧型耐磨涂層 </p><p>　　環(huán)氧型耐磨涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份和固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。德國生產(chǎn)的SKC3和我國生產(chǎn)的HNT環(huán)氧型耐磨涂層都具有以下特點：</p><p>　　1)良好的加工性：可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削。</p><p&g

84、t;<b>　　2)良好的摩擦性。</b></p><p><b>　　3)耐磨性好。</b></p><p><b>　　4)使用工藝簡單。</b></p><p>　　5.2.2．滾動導(dǎo)軌</p><p>　　(1)直線滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)和特點  滾動導(dǎo)軌作為滾動摩

85、擦副的一類，具有以下特點：①摩擦因數(shù)小(0.003~0.005)，運動靈活；②動、靜摩擦因數(shù)基本相同，因而起動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；③可以預(yù)緊，剛度高；④壽命長；⑤精度高；⑥潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；⑦由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。因此滾動導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器上。滾動導(dǎo)軌副的主要缺點是抗沖擊載荷的能力較差，且滾動導(dǎo)軌副對灰塵屑末等較敏感，應(yīng)有良好的防護罩。</p>&l

86、t;p>　　滾動導(dǎo)軌有多種形式，目前數(shù)控機床常用的滾動導(dǎo)軌為直線滾動導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu)</p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾柱或滾珠、保持器、端蓋等組成。</p><p>　　當(dāng)滑塊與導(dǎo)軌體相對移動時，滾動體在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動回工作負(fù)荷區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動變成滾

87、動體的滾動。為防止灰塵和臟物進入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊上還有潤滑油杯。最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動潤滑的滾動導(dǎo)軌，使用時無須再配潤滑裝置。</p><p>　　(2)直線滾動導(dǎo)軌的安裝 </p><p>　　直線滾動導(dǎo)軌的安裝形式可以水平、豎直或傾斜，可以兩根或多根平行安裝，也可以把兩根或多根短導(dǎo)軌接長，以適應(yīng)各種行程和用途的需要。采用直線滾動導(dǎo)軌副

88、，可以簡化機床導(dǎo)軌部分的設(shè)計、制造和裝配工作。滾動導(dǎo)軌副安裝基面的精度要求不太高，通常只要精銑或精刨。由于直線滾動導(dǎo)軌對誤差有均化作用，安裝基面的誤差不會完全反映到滑座的運動上來；通?；倪\動誤差約為基面誤差的1/3。</p><p>　　導(dǎo)軌和滑塊座與側(cè)基面靠上定位臺階后，應(yīng)先從另一面頂緊然后再固定。</p><p><b>　　導(dǎo)軌安裝步驟如下：</b><

89、/p><p>　　1)將導(dǎo)軌基準(zhǔn)面緊靠機床裝配表面的側(cè)基面，對準(zhǔn)螺孔，將導(dǎo)軌輕輕地用螺栓予以固定。2)上緊導(dǎo)軌側(cè)面的頂緊裝置，使導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面緊緊靠貼床身的側(cè)面。</p><p>　　3)按《機械設(shè)計手冊》參考值，用力矩扳手?jǐn)Q緊導(dǎo)軌的安裝螺釘；從中間開始按交叉順序向兩端擰緊。</p><p>　　滑塊座安裝步驟如下：</p><p>　　1)將工

90、作臺置于滑塊座的平面上，并對準(zhǔn)安裝螺釘孔，輕輕地壓緊。</p><p>　　2)擰緊基準(zhǔn)側(cè)滑塊座側(cè)面的壓緊裝置，使滑塊座基準(zhǔn)側(cè)面緊緊靠貼工作臺的側(cè)基面。</p><p>　　3)按對角線順序擰緊基準(zhǔn)側(cè)和非基準(zhǔn)側(cè)滑塊座上各個螺釘。</p><p>　　安裝完畢后，檢查其全行程內(nèi)運行是否輕便、靈活，有無打頓、阻滯現(xiàn)象；摩擦阻力在全行程內(nèi)不應(yīng)有明顯的變化。達到上述要求后，

91、檢查工作臺的運行直線度、平行度是否符合要求。 </p><p>　　5.2.3．液體靜壓導(dǎo)軌</p><p>　　液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面的油腔，形成承載油膜，將相互接觸的金屬表面隔開，實現(xiàn)液體摩擦。這種導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)小(約0.0005)，機械效率高：由于導(dǎo)軌面間有一層油膜，吸振性好；導(dǎo)軌面不相互接觸，不會磨損，壽命長，而且在低速下運行也不易產(chǎn)生爬行。但靜壓導(dǎo)

92、軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高。靜壓導(dǎo)軌按導(dǎo)軌形式可分為開式和閉式兩種；按供油方式分為恒壓(即定壓)供油和恒流(即定量)供油兩種。</p><p>　　通過以上的類比，本次設(shè)計采用聚四氟乙烯滑動導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌是最常用的導(dǎo)軌，其他類型的導(dǎo)軌都是在滑動導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，由于滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單、具有良好的工藝性、剛度和精度易于保證，所以在一般機床上仍然得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b

93、>　　5.3導(dǎo)軌的材料</b></p><p>　　對導(dǎo)軌材料的主要要求是耐磨性好、工藝性好、成本低。常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料，其中以鑄鐵應(yīng)用最為普遍。</p><p>　　為了提高耐磨性和防止咬焊，動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同的材料。如果選用相同的材料，也一定要采取不同的熱處理方式以使其具有不同的硬度。</p><p>　　材料

94、以鑄鐵為例，鑄鐵是一種成本低，良好減震性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。導(dǎo)軌常用的鑄鐵材料有灰鑄鐵、孕育鑄鐵和耐磨鑄鐵等。</p><p>　　灰鑄鐵常用的牌號是HT200。在較好的潤滑與防護條件下，具有一定的耐磨性。適用于不經(jīng)常工作且對精度保持性要求不高的導(dǎo)軌。</p><p>　　孕育鑄鐵常用的牌號是HT300。耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用于較精密的機

95、床導(dǎo)軌。</p><p>　　耐磨鑄鐵中應(yīng)用較多的是高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵及釩鈦鑄鐵。與孕育鑄鐵相比，其耐磨性提高1~2倍，但成本較高，常用于精密機床導(dǎo)軌。</p><p>　　通過對材料的類比，由于我設(shè)計的是經(jīng)濟型儀表車床，考慮經(jīng)濟性等原因，選用灰鑄鐵作為導(dǎo)軌材料。</p><p><b>　　5.4導(dǎo)軌的熱處理</b></p>

96、<p>　　為了提高鑄鐵導(dǎo)軌的硬度，以增強抗硬粒磨損的能力和防止撕裂，鑄鐵導(dǎo)軌經(jīng)常采用高頻淬火、中頻淬火機電皆出自冷淬火等表面淬火方法。</p><p>　　高頻淬火是借助200~300kHz的高頻電流對導(dǎo)軌面加熱，淬火溫度一般為900~950℃，淬火深度可達1.5～2倍，硬度達HRC48～55，可使普通鑄鐵耐磨性提高2倍左右。</p><p>　　中頻淬火可采用8kHz左右的中

97、頻電流進行，淬火溫度一般為950℃左右，淬硬層可達2～3mm，表面硬度可達HRC40～50。高頻及中頻淬火的優(yōu)點是淬火質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，缺點是淬火后必須進行磨削加工。</p><p>　　電接觸自冷淬火表面硬度可達HRC55～60，淬硬深度可達0.2～0.4 mm。這種淬火方法具有設(shè)備簡單、操作方便、成本低、淬火變形小等優(yōu)點，但由于淬硬深度較淺等原因，對導(dǎo)軌耐磨性提高幅度不大，目前主要用于維修。</p&

98、gt;<p>　　綜上所述，本次設(shè)計的導(dǎo)軌采用灰鑄鐵作為材料的滑動導(dǎo)軌，并通過高頻淬火作為熱處理，以提高導(dǎo)軌的硬度和耐磨性。</p><p>　　5.5導(dǎo)軌的間隙調(diào)整</p><p>　　為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力，而且會加速導(dǎo)軌磨損；間隙過大，會降低導(dǎo)向精度，還容易產(chǎn)生振動。導(dǎo)軌的間隙如果依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，

99、而且導(dǎo)軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。常用的間隙調(diào)整方式有壓板和鑲條。</p><p><b>　　5.5.1壓板</b></p><p>　　壓板用于調(diào)整間隙和承受顛覆力矩，如圖所示是常用的幾種壓板裝置：</p><p><b>　　圖5.1</b></p>&l

100、t;p>　　a圖所示的壓板裝置用磨削或刮壓板3與動導(dǎo)軌1相接觸的d面，或磨、刮與支承導(dǎo)軌2相接觸的e面來調(diào)整垂直方向的間隙。間隙過大時磨、刮d面；間隙過小則磨、刮e面。壓板上的d、e面需用空刀槽分開。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整比較麻煩。</p><p>　　b圖所示是在壓板與支承導(dǎo)軌間用平鑲條5來調(diào)整間隙。只要擰動帶有鎖緊螺母的螺釘6即可調(diào)整間隙，故調(diào)整方便。但由于鑲條下面只與幾只螺釘接觸，因此剛度較差。&l

101、t;/p><p>　　c圖所示是采用在壓板與動導(dǎo)軌接處放幾層薄墊片4來調(diào)整垂直方向的間隙。隨著摩擦表面的不斷磨損，逐次取下一層墊片。這種方法比磨、刮省力，但調(diào)整量受墊片厚度限制。</p><p><b>　　5.5.2鑲條</b></p><p>　　鑲條用來調(diào)整矩形和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)面間隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。&

102、lt;/p><p><b>　　圖5.2</b></p><p>　　a圖所示的平鑲條制造容易，調(diào)整方便，但因各螺釘單獨分別擰緊，難以保證鑲條受力均勻，因此容易變形，剛度較低。</p><p>　　b圖所示的斜鑲條兩側(cè)面分別與動導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌均勻接觸，故剛度比平鑲條高，但制造困難。</p><p>　　綜上所述，我設(shè)計的車床

103、導(dǎo)軌一端采用圖5.1中壓板與支承導(dǎo)軌間用平鑲條調(diào)整間隙。只要擰動帶有鎖緊螺母的螺釘就可調(diào)整間隙， 另一端采用在壓板與動導(dǎo)軌接觸處放幾層薄墊片來調(diào)整垂直方向的間隙。</p><p>　　5.6滾珠絲杠副的選擇</p><p>　　5.6.1滾珠絲杠傳動的優(yōu)點</p><p>　　傳動效率高，以極小的滾動摩擦代替了傳統(tǒng)的滑動摩擦，大大減小的摩擦使?jié)L珠絲杠副的傳動效率獲得

104、極大地提高，傳動效率達90%以上。進而，整個傳動副的驅(qū)動力矩減少至滑動絲杠副的1/3左右。因此，滾珠絲杠能夠順滑地實現(xiàn)兩種傳動方式——將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或者將直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，絲杠立式和傾斜使用時，應(yīng)增加制動裝置或平衡裝置。</p><p>　　精度高，由于滾珠絲杠副傳動效率達到90%以上，因而發(fā)熱率大大降低，熱變形就小，若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除

105、間隙，使設(shè)備獲得很高的定位精度和重復(fù)定位精度。</p><p>　　摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；</p><p>　　磨損小、壽命長。滾珠絲杠副中的主要零件，均經(jīng)熱處理，具有很高的硬度及表面光潔度，再加上滾動摩擦的摩損很小，因而具有良好的耐磨性，實際壽命往往大于理論壽命。</p><p>　　5.6.2滾

106、珠絲杠的選擇</p><p>　　滾珠絲杠已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所選擇的滾珠絲杠是根據(jù)《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》類比所得。規(guī)格代號FD16×04-3.5-3.5/360×190。</p><p>　　5.6.3滾珠絲杠副及預(yù)緊方式的選擇</p><p>　　滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺

107、母。在進行改造時應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。</p><p>　　按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑

108、向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。</p><p>　　在本設(shè)計中，我采用雙螺母內(nèi)循環(huán)的形式，用雙螺母墊片預(yù)緊。</p><p>　　5.6.4滾珠絲杠的材料及熱處理</p><p>　　根據(jù)《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》P298表4-156，選擇的材料為CrWMn，所選熱處理為整體

109、淬火。</p><p><b>　　5.7刀架的選擇</b></p><p>　　選用選用LD4-ICK0625型電動刀架</p><p>　　因為設(shè)計要求刀架的最大回轉(zhuǎn)直徑為120mm，而最小的三角刀架的設(shè)計高度大大超過60mm，故選用最小的刀架型號，因刀架為外購件，其尺寸已成定值，故選用最小的四方刀架。即 LD4-ICK0625。該刀架可以