傳動軸的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文) </p><p>　　題目 Z軸傳動的設(shè)計(jì) </p><p>　　系部 機(jī)械工程系 專業(yè) 機(jī)電一體化 </p><p>　　姓名 學(xué)號 &

2、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師 祁連祥 </p><p>　　2012 年 3 月 1 日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　通過在校期間對傳動軸的學(xué)習(xí)和認(rèn)識對傳動軸進(jìn)行一下系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，支承傳動件的

3、零件稱為軸。軸類零件畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義</p><p>　　傳動軸是組成機(jī)器零件的主要零件之，一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安裝在傳動軸上才能進(jìn)行運(yùn)動及動力的傳動，傳

4、動軸常用于變速箱與驅(qū)動橋之間的連接。這種軸一般較長，且轉(zhuǎn)速高，只能承受扭矩而不承受彎矩。應(yīng)該使傳動軸具有足夠的剛度和高臨界轉(zhuǎn)速，在強(qiáng)度計(jì)算中，由于所取的安全系數(shù)較大，從而使軸的尺寸過大，本文討論的傳動軸工藝設(shè)計(jì)方法，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范增添了些表面處理的方式比如表面發(fā)蘭。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：傳動軸，零件，剛度，強(qiáng)度，表面發(fā)蘭</p><p><b>　　目 錄<

5、/b></p><p>　　第一章 概述 </p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床的概念······················

6、3;············</p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點(diǎn)··················

7、;······</p><p>　　1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀························

8、</p><p>　　1.4 CK1440立式數(shù)控車床的總體方案設(shè)計(jì)················</p><p>　　1.5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法······

9、3;··················</p><p>　　第二章 縱向進(jìn)給傳動系統(tǒng)總體方案的確定</p><p>　　2.1 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成及其原理····

10、3;···············</p><p>　　2.2進(jìn)給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇···············

11、;·····</p><p>　　2.3進(jìn)給驅(qū)動電動機(jī)類型的確定······················</p><p&g

12、t;　　2.4確定脈沖當(dāng)量··················</p><p>　　2.5進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇·······</p>&l

13、t;p>　　2.6電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇·······················</p><p>　　2.7 進(jìn)給系統(tǒng)的一些其它要求···&#

14、183;····················</p><p>　　第三章 伺服電動機(jī)的具體計(jì)算選擇</p><p>　　3.1電動機(jī)的選型要求···

15、3;··························</p><p>　　3.2 電動機(jī)工作方式的確定····&

16、#183;····················</p><p>　　3.3 電動機(jī)型號的確定··········

17、···················</p><p>　　3.4運(yùn)動部件慣量及扭矩計(jì)算···········

18、83;···········</p><p>　　第四章 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型</p><p>　　4.1 滾珠絲杠螺母副的種類············

19、·</p><p>　　4.2 滾珠絲杠支承方式的確定············</p><p>　　4.3 計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N)···········

20、;··</p><p>　　4.4 計(jì)算最大動負(fù)載 C···············</p><p>　　4.5 滾珠絲杠螺母副的選型·······&#

21、183;·····</p><p>　　4.6 傳動效率計(jì)算·························

22、83;·······</p><p>　　4.7 穩(wěn)定性校核··················</p><p>　　第五章 聯(lián)軸器的具體確定

23、</p><p>　　5.1聯(lián)軸器的種類和特性··············</p><p>　　5.2聯(lián)軸器選擇的標(biāo)準(zhǔn)···········&

24、#183;···</p><p>　　5.3聯(lián)軸器型號的確定···············</p><p>　　第六章 進(jìn)給系統(tǒng)其他部件的確定及機(jī)床噪聲控制</p><p>　　6.1導(dǎo)軌

25、的確定································</p><p>　　6.

26、2刀具的選擇·······························</p><p>　　6.3數(shù)控

27、車刀的類型與刀片選擇················</p><p>　　6.4機(jī)床噪聲的控制·············

28、83;················</p><p>　　結(jié) 論···············

29、83;·······················</p><p>　　第一章 概述1.1數(shù)控機(jī)床的概念</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動控

30、制、自動檢測及精密機(jī)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(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)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(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。</p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床的組成分類及特點(diǎn)

31、</p><p>　　1.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成</p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體組成。</p><p>　　1.控制介質(zhì)：以指令的形式記載各種加工信息；</p><p>　　2.數(shù)控裝置：接受輸入的加工信息，經(jīng)數(shù)控裝置運(yùn)算處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖；</p><p>　　3

32、.伺服系統(tǒng)：把數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床運(yùn)動部件的機(jī)械位移；用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。</p><p>　　4.機(jī)械系統(tǒng)：包括，主軸部分、進(jìn)給系統(tǒng)、刀庫和自動換刀裝置(ATC)、自動托盤交換裝置(APC)等。</p><p>　　1.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的品種和規(guī)格繁多，分類方法不一。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有近500種數(shù)控機(jī)床。</p><

33、;p>　　根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能和組成，一般分為以下幾類： </p><p>　　按坐標(biāo)軸數(shù)分類：一般數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工中心機(jī)床，多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床；</p><p>　　按特點(diǎn)分類：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，直線控制數(shù)控機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)床；</p><p>　　按有無測量裝置分類：開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；</p><p>　

34、　按功能水平分類：經(jīng)濟(jì)型，普及型，高級型。</p><p>　　1.2.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動化機(jī)床，尤其對于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來，數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的特點(diǎn)：</p><p>　　1.提高加工精度，尤其提

35、高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；</p><p>　　2.提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率3-5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生率5-10倍；</p><p>　　3.可加工形狀復(fù)雜的零件；</p><p>　　4.減輕了勞動強(qiáng)度，改善了勞動條件；</p><p>　　5.有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動化的發(fā)展。</p>

36、<p>　　1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀</p><p>　　我國是世界上機(jī)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(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓，國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率

37、僅達(dá)15%左右，而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。 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(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn)，新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長，從而不能及時(shí)針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說，這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面： 1.我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個(gè)月，其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為5～8個(gè)月，占總周期的4

38、0%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個(gè)月，其中設(shè)計(jì)約1.5～2個(gè)月，只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。 2.我國工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測試裝置等)，自行開發(fā)的新產(chǎn)品</p><p>　　1.3.2 數(shù)控機(jī)床在國外的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀</p><p>

39、;　　無人化，規(guī)?；a(chǎn)對加工設(shè)備提出了高速度，高精度，高效率的要求，交流伺服系統(tǒng)具有高響應(yīng)，免維護(hù)（無碳刷，換向器等磨損元部件），高可靠性等特點(diǎn)，正好適應(yīng)了這一需求。例如，日本法努克公司，三菱電機(jī)公司，安川電機(jī)公司，德國西門子公司，aeg公司，力士樂indramat公司，美國抗體公司，通用電氣公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實(shí)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，微電子制造工藝的日臻完善，使得DSP運(yùn)算速度呈幾何數(shù)上升，達(dá)到了伺服環(huán)

40、路高速實(shí)時(shí)控制的要求，一些運(yùn)動控制芯片制造商還將電機(jī)控制所必需的外圍電路(如A/D轉(zhuǎn)換器、位置/速度檢測倍頻計(jì)數(shù)器、PWM發(fā)生器等)與DSP內(nèi)核集成于一體，使得伺服控制回路采樣時(shí)間達(dá)到100?s以內(nèi)，由單一芯片實(shí)現(xiàn)自動加、減速控制，電子齒輪同步控制，位置、速度、電流三環(huán)的數(shù)字化補(bǔ)償控制。一些新的控制算法如速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等得以實(shí)現(xiàn)。目前一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的伺服系統(tǒng)生產(chǎn)廠家基本上均能夠提供全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)或者可以與

41、自己的CNC系統(tǒng)相配套，如日本FANUC公司、三菱電機(jī)公司、安川電機(jī)公司、松下公司、山洋電機(jī)公司、德國Siemens公司、力士</p><p>　　在1987年，由德國機(jī)床協(xié)會和德國電力電子協(xié)會聯(lián)合提出數(shù)字驅(qū)動接口國際標(biāo)準(zhǔn)，即SERCOS(SerialReal-time Communication System串行實(shí)時(shí)通信系統(tǒng))接口作為高性能運(yùn)動控制系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)串行實(shí)時(shí)通信接口， 這

42、兩個(gè)協(xié)會將電機(jī)、驅(qū)動系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)的主要制造商組成一個(gè)聯(lián)合工作組。最初加入SERCOS工作組的公司有AEC、ABB、AMK、Banmuller、Bosch、Indramat、Siemens、Pacific Scientific等幾家公司。與此同時(shí)，開發(fā)了相應(yīng)的ASIC芯片、SERCON816，傳輸速度為2/4/8/16 Mbit/s，SERCOS與其它串行現(xiàn)場總線相比，有效數(shù)據(jù)傳輸率高，例如Ethement以100

43、Mbit/s速度傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，有效數(shù)據(jù)傳輸率為5～10Mbit/s；SERCOS以16Mbit/s速度傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，有效數(shù)據(jù)傳輸率為11Mbit/s。CAN(controller Area Network)用于運(yùn)動控制時(shí)，必須提供額外的存儲緩沖器及信號管理資源，其成本大約是SERCOS接口的2倍，另一個(gè)特點(diǎn)是它的光纖噪聲抑制能力強(qiáng)、傳輸可靠性高</p><p>　　雖然SERCOS接口初終是為CN

44、C與數(shù)字伺服接口而開發(fā)，迄今已被廣泛應(yīng)用于通用運(yùn)動控制器與數(shù)字伺服之間的接口。目前已能滿足在2ms內(nèi)，使一臺控制器與多達(dá)32個(gè)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。SERCOS為數(shù)字伺服網(wǎng)絡(luò)化鋪就了一條寬闊大道，可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，帶有SERCOS接口的伺服系統(tǒng)將會進(jìn)入家庭、辦公室、工廠車間乃至各個(gè)與伺服應(yīng)用相關(guān)的領(lǐng)域。</p><p>　　1.4 CK440 立式數(shù)控車床的總體方案設(shè)計(jì) </p><p

45、>　　CK440 立式數(shù)控車床具有高轉(zhuǎn)速、大扭矩、高剛性等特點(diǎn)，主要用于加工輪轂、剎車轂等各類短軸類、盤類零件，車削螺紋、圓弧、圓錐、回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面、端面溝槽、鉆、擴(kuò)、鉸等，適用于形狀復(fù)雜的中小批量零件，以及精度、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工。 CK440 立式數(shù)控車床的機(jī)械傳動部分設(shè)計(jì)，可以分為主軸組件設(shè)計(jì)、主傳動設(shè)計(jì)、變速箱中傳動軸和齒輪設(shè)計(jì)、X、Z向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)等小題目，由6名同學(xué)共同完成。我們6位同學(xué)經(jīng)過調(diào)查研

46、究，分析討論，反復(fù)論證，最終確定了機(jī)床的總體方案。1.機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下：</p><p>　　床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 800 </p><p>　　最大車削直徑 mm 600</p><p>　　最大車削高度

47、 mm 600</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速范圍（四段無級） r/min 45-1000</p><p>　　主軸孔前端錐度 mm 120</p><p>　　主電機(jī)功率 kw 15

48、</p><p>　　X/Z軸伺服電機(jī) N.m 222.機(jī)床主要部件及其運(yùn)動方式的選定(1) 主運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　采用主軸箱與變速箱分離的傳動布局。主傳動由變頻電機(jī)經(jīng)四級變速箱、三角帶窄V帶傳至主軸。 (2) 進(jìn)給運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動均采用半閉環(huán)伺服控制，因此在X、Z

49、兩個(gè)方向上，進(jìn)給運(yùn)動均采用滾珠絲杠螺母副，其動力由伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器傳遞。</p><p>　　(3) 數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)采用FANUC-0i系統(tǒng)。</p><p>　　(5) 機(jī)床其它零部件的選擇</p><p>　　考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)床附件如油管、行程開關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。</p><p&g

50、t;　　1.5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法</p><p>　　本設(shè)計(jì)為縱向進(jìn)給運(yùn)動的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動部件慣量計(jì)算，空載起動及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)等。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)要求電機(jī)與絲杠采用柔性連接，電機(jī)選用伺服電機(jī)對電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核。設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，既要滿足理論要求，又要滿足生產(chǎn)

51、現(xiàn)實(shí)實(shí)際。設(shè)計(jì)應(yīng)遵循先易后難、先局部后全局的規(guī)律，確定設(shè)計(jì)步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè) CK440 立式數(shù)控車床Z向進(jìn)給傳動系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，待各系統(tǒng)基本合理后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)高效經(jīng)濟(jì)。本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產(chǎn)力水平，減輕勞動強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　縱向進(jìn)給傳動系統(tǒng)總體方案的

52、確定</p><p>　　2.1 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成及其原理</p><p>　　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵組成部分。一般由控制電路、電器驅(qū)動部件和執(zhí)行部件組成。進(jìn)給傳動部件一般認(rèn)為是從電機(jī)到工作臺之間的傳動鏈。進(jìn)給傳動部件的動態(tài)特性的好壞直接影響到一臺機(jī)床的工作性能和加工精度。進(jìn)給傳動部件的振動會影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。另外，機(jī)械傳動部件的設(shè)計(jì)好壞對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的伺服性能的影響

53、也很大?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床日益向著高速、高效率、高精度方向發(fā)展。對機(jī)床進(jìn)給傳動部件的設(shè)計(jì)要求也越來越高。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，與普通機(jī)床不同。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給指令，來自數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)進(jìn)給電動機(jī)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行部件如刀架、工作臺、主軸箱等按程序的規(guī)定運(yùn)動。進(jìn)給傳動系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，決定了數(shù)控機(jī)床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的研制和發(fā)展總是放在首要的位置。數(shù)

54、控系統(tǒng)所發(fā)出的控制指令，是通過進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動機(jī)械執(zhí)行部件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動的。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)是一種位置隨動與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)動命令，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的坐標(biāo)運(yùn)動。它的性能決定了數(shù)控機(jī)床的許多性能，如最高移動速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。</p><p>　　2.2進(jìn)給傳動控制伺服系統(tǒng)的選擇</p><p><b>

55、;　　1.開環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中最簡單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步進(jìn)電機(jī)。開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進(jìn)電動機(jī)性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場合中得到較廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　2.閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　因?yàn)殚_環(huán)

56、系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機(jī)床的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測裝置對數(shù)控機(jī)床工作臺位移進(jìn)行直接測量并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.半閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　采用旋轉(zhuǎn)型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電動機(jī)按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺

57、服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機(jī)軸端。</p><p>　　根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，故選擇半閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3進(jìn)給驅(qū)動電動機(jī)類型的確定</p><p>　　早期的數(shù)控機(jī)床采用電液伺服驅(qū)動的較多，而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床基本上都采用全電氣

58、伺服驅(qū)動系統(tǒng)。它可分為步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)三類。</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)：步進(jìn)電動機(jī)是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機(jī)。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入肘步進(jìn)電動機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個(gè)脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進(jìn)電動機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同

59、步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。在電動機(jī)定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個(gè)帶齒的鐵心，這種步進(jìn)電動機(jī)稱之為三相步進(jìn)電動機(jī)。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場，當(dāng)A、B、C三個(gè)磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子

60、轉(zhuǎn)動。</p><p>　　直流伺服電動機(jī)具有：①穩(wěn)定性好；②轉(zhuǎn)向取決于控制電壓的極性，控制電壓為零時(shí)，轉(zhuǎn)子慣性很小，能立即停止； ③響應(yīng)迅速，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；④控制功率低，損耗小；⑤轉(zhuǎn)矩大；⑥機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的，而且不存在“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象等特點(diǎn)。</p><p>　　交流伺服電動機(jī)：輸出或輸入為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為交流電機(jī)，它實(shí)際上就是兩相

61、異步電動機(jī)，所以有時(shí)也叫兩相伺服電動機(jī)。交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是非線性的，電容移相控制時(shí)非線性更為嚴(yán)重，而且斜率隨控制電壓的變化而變化，這會給系統(tǒng)的穩(wěn)定和校正帶來困難。機(jī)械特性很軟，低速段更軟，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化對轉(zhuǎn)速影響很大，而且機(jī)械特性軟會使阻尼系數(shù)減小，時(shí)間常數(shù)增大。從而降低了系統(tǒng)品質(zhì)。若交流伺服電動機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng)，或制造工藝不良，在單相狀態(tài)下會產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”而失控，而且其電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻相當(dāng)大，所以損耗大，效率低，電動機(jī)的利用程度

62、差。除此之外交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，適宜于不易檢修的場合使用。</p><p>　　伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載條件來選取的。加在電機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種:負(fù)載扭矩和負(fù)載慣量，其中負(fù)載扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。負(fù)載扭矩應(yīng)小于所選擇電機(jī)的額定扭矩，負(fù)載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于所選擇電機(jī)的最大扭矩。加速扭矩應(yīng)考慮負(fù)載慣量和電機(jī)慣量的匹配，同時(shí)還應(yīng)考慮連續(xù)過載時(shí)間在所選電機(jī)的允許范圍內(nèi)，負(fù)載快速運(yùn)動時(shí)所需的

63、電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使電機(jī)在機(jī)床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。</p><p>　　從上述三種電動機(jī)的比較可知，直流伺服電動機(jī)是自動控制系統(tǒng)中具有很高的優(yōu)越性。所以在 CK440 立式數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)中使用直流伺服電動機(jī)。</p><p><b>　　2.4確定脈沖當(dāng)量</b></p><p>　　脈沖增量插補(bǔ)是行程標(biāo)量

64、插補(bǔ)，每次插補(bǔ)結(jié)束產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以脈沖的方式輸出。一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸移動量叫做脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是脈沖分配的基本單位，它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)技術(shù)參數(shù)。立式數(shù)控車床常采用的脈沖當(dāng)量是0.01～0.005mm/step。根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/step。</p><p>　　2.5進(jìn)給系統(tǒng)的傳動要求及傳動類型的選擇</p><p>　　2.5.1進(jìn)給系

65、統(tǒng)的傳動要求</p><p>　　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)必須滿足:（1）傳動精度高；（2）摩擦阻力??；（3）運(yùn)動部件慣量小。 </p><p>　　2.5.2傳動類型的選擇</p><p>　　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的基本傳動方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。</p&g

66、t;<p><b>　　1.滾珠絲杠螺母副</b></p><p>　　在數(shù)控機(jī)床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點(diǎn)是：傳動效率高，一般為η=0.92～0.98；傳動靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命長；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，亦可將直線運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；軸向運(yùn)動精度高，施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時(shí)無空行程

67、；因此，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機(jī)床的常見的傳動方式。</p><p><b>　　2.靜壓絲杠螺母副</b></p><p>　　其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，僅為0.0005，；平穩(wěn)性高；反向間隙??；但是，靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對有的清潔度要求高，如果在運(yùn)動中供油忽然中斷，將造成不良后果。</p><p>　　

68、由以上比較，根據(jù)要求，縱向進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。</p><p>　　2.6電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇</p><p>　　滾珠絲杠螺母副與電動機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種：</p><p><b>　　1.聯(lián)軸器直聯(lián)接</b></p><p>　　這是一種最簡單的連接型式.這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是:具有最大的

69、扭轉(zhuǎn)剛度；傳動機(jī)構(gòu)本身無間隙,傳動精度高,而且結(jié)構(gòu)簡單,安裝、調(diào)整方便，適用于像中小型號的數(shù)控車床。聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象.采用這種撓性聯(lián)軸器把電動機(jī)與絲杠直接聯(lián)接，，不僅可以簡化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消除傳動間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差,提高傳動剛度。</p><p>　　2.通過齒輪聯(lián)接 </p><p>　　這種調(diào)整方法的優(yōu)點(diǎn)

70、是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下,保持齒輪的無間隙嚙合；但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,軸向尺寸大、傳動剛度低、傳動平穩(wěn)性較差，一般用于精度要求低的機(jī)床中。</p><p>　　3.通過同步齒形帶聯(lián)接 </p><p>　　同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點(diǎn),與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便。并且傳動不打滑、不需要大的張緊力； 但是在同步齒形傳動設(shè)計(jì)時(shí)對材料的要求很高

71、。</p><p>　　在滿足機(jī)床要求的前提下，通過對比本課題采用通過聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)與絲杠副，這是一種簡單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動精度高，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。</p><p>　　2.7 進(jìn)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(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在

72、機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時(shí)將防護(hù)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(hù)，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

73、紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時(shí)更換。另外對滾珠絲杠安裝處應(yīng)進(jìn)行削邊。 </p><p>　　第三章 伺服電動機(jī)的具體計(jì)算選擇</p><p>　　在第二章初步確定了進(jìn)給驅(qū)動電動機(jī)的類型為：直流伺服電動機(jī)?，F(xiàn)在具體確定其型號規(guī)格。</p><p>　　3.1電動機(jī)的選型要求</

74、p><p>　　伺服電動機(jī)的選擇是根據(jù)負(fù)載條件來進(jìn)行的，加在電動機(jī)軸上的負(fù)載有負(fù)載轉(zhuǎn)距和負(fù)載慣量兩種，負(fù)載轉(zhuǎn)距包括切削轉(zhuǎn)距和摩擦轉(zhuǎn)距。選擇伺服電動機(jī)應(yīng)能滿足下述條件：</p><p>　　1.根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距選擇電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)距應(yīng)小于或等于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)距。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距折算到電動機(jī)軸上的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)距。</p><p>　　2.電動機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與

75、負(fù)載慣量相匹配，通常要求轉(zhuǎn)子慣量不小于負(fù)載慣量。但也不是轉(zhuǎn)子慣量越大越好，因轉(zhuǎn)子慣量越大，總的慣量就越大，加速性能受影響。為了保證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏度，將不得不采用轉(zhuǎn)距過大的電動機(jī)和它的控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.快速移動時(shí)，轉(zhuǎn)距不得超過電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距，當(dāng)執(zhí)行部件從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最大移動速度時(shí)，所需要的轉(zhuǎn)距最大。但選擇電機(jī)時(shí)，是按照負(fù)載轉(zhuǎn)距小于額定轉(zhuǎn)距，電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量的合理匹

76、配，執(zhí)行部件的快速轉(zhuǎn)距小于電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)距三個(gè)要素來考慮的。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)距的計(jì)算，切削轉(zhuǎn)距加上摩擦轉(zhuǎn)距，應(yīng)小于或等于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)距。</p><p>　　4.加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去負(fù)載轉(zhuǎn)距。在空載時(shí)，加速轉(zhuǎn)距應(yīng)等于最大轉(zhuǎn)距減去摩擦轉(zhuǎn)距，其差值等于全部慣量（電動機(jī)+負(fù)載慣量）乘于加速度斜率。</p><p>　　3.2 電動機(jī)工作方式的確定</p><p>　　電

77、動機(jī)工作時(shí)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(shí)間的長短密切相關(guān)，這是選擇額定功率時(shí)必須考慮的。按電動機(jī)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(shí)工作方式和斷續(xù)周期性工作方式。 CK516立式數(shù)控車床其工作時(shí)間一般較長，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值，電機(jī)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>　　3.3 電動機(jī)型號的確定&l

78、t;/p><p>　　伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載條件來選取的。加在電機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種:負(fù)載扭矩和負(fù)載慣量,其中負(fù)載扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。負(fù)載扭矩應(yīng)小于所選擇電機(jī)的額定扭矩,負(fù)載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于所選擇電機(jī)的最大扭矩。</p><p>　　加速扭矩應(yīng)考慮負(fù)載慣量和電機(jī)慣量的匹配,同時(shí)還應(yīng)考慮連續(xù)過載時(shí)間在所選電機(jī)的允許范圍內(nèi),負(fù)載快速運(yùn)動時(shí)所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使

79、電機(jī)在機(jī)床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。</p><p>　　根據(jù)其負(fù)載特性和快速性， CK440 系列加工中心Z軸的伺服電動機(jī)選用AC數(shù)字經(jīng)濟(jì)型電機(jī)αC22/1500驅(qū)動，該電機(jī)的具體規(guī)格及參數(shù)如下所示：</p><p>　　型號：A06B-0145-B177；轉(zhuǎn)速：1500rpm；額定轉(zhuǎn)矩：22Nm；功率：1.5KW。 </p><p>　　3.4運(yùn)動部件

80、慣量及扭矩計(jì)算</p><p>　　3.4.1 機(jī)床主要參數(shù)</p><p>　　主切削力： P=1500Kg=15000N</p><p>　　縱向進(jìn)給力： PX =1500×0.4=600Kg=6000N</p><p>　　縱向快速： V=1.2m/min</p><p>　　動件總

81、重量： W=250Kg</p><p>　　絲杠螺距： S=8mm</p><p>　　加減速時(shí)間： t=0.03s</p><p>　　3.4.2 慣量計(jì)算</p><p><b>　　由已知以下數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　05027絲杠 J1=0.006306Kg

82、.m2</p><p>　　05026套 J2=0.000164Kg.m2</p><p>　　聯(lián)軸器 J3=0.00026Kg.m2</p><p>　　軸承 =0.000715 Kg.m2</p><p>　　滑板 =0.00042 Kg.m2</p><p>

83、<b>　　得：</b></p><p>　　其中：i為降速比；i=1.</p><p>　　查電機(jī)αC22/1500慣量J電=0.012 Kg.m2</p><p>　　慣量比：J總/J電=0.00796/0.012=0.663</p><p>　　結(jié)論：慣量比對立式車床可用。</p><p>

84、　　3.4.3快速進(jìn)給所需扭矩計(jì)算</p><p>　　1.克服磨擦力所需扭矩</p><p>　　其中：— 導(dǎo)軌磨檫力，=mgf</p><p>　　m — 質(zhì)量（Kg），m=250 Kg</p><p>　　f — 磨檫系數(shù)，f=0.018</p><p><b>　　g =</b></

85、p><p>　　—傳動鏈效率， =0.8</p><p><b>　　i為降速比；i=1</b></p><p><b>　　2.加速力矩</b></p><p>　　其中：— 要求電機(jī)快速進(jìn)給轉(zhuǎn)速（r/min），=VI/P</p><p>　　V — 快速進(jìn)給速度，V=12m/

86、min</p><p>　　i — 降速比,i=1</p><p>　　P — 絲桿螺距（m），P=0.008 m</p><p>　　=VI/P=12/0.008=1500r/min</p><p>　　J — 總慣量，J=0.00796 Kg.m2</p><p>　　t — 加速時(shí)間，t=0.03s</p&

87、gt;<p>　　3.附加磨擦力所需扭矩</p><p>　　其中： — 縱向進(jìn)給力，==6000N</p><p>　　P — 絲桿螺距（m），P=0.008 m </p><p>　　— 傳動鏈效率， =0.8</p><p>　　i — 降速比,i=1</p><p><b>　　總快速&

88、lt;/b></p><p>　　結(jié)論：查電機(jī)在1500r/min進(jìn)扭矩為9N.m 可用</p><p>　　3.4.4重切時(shí)所需扭矩</p><p>　　1.最大切削負(fù)載時(shí)的切削扭矩</p><p>　　其中： — Z向最大切削力（N），=6000N</p><p>　　P — 絲桿螺距（m），P=0.008

89、m</p><p>　　— 傳動鏈效率， =0.8</p><p>　　i — 降速比,i=1</p><p><b>　　2.加速扭矩計(jì)算</b></p><p>　　其中：— 要求電機(jī)重切時(shí)的進(jìn)給轉(zhuǎn)速，=70r/min</p><p>　　J — 總慣量，J=0.00796 Kg.m2<

90、/p><p>　　t — 加速時(shí)間，t=0.03s</p><p>　　重切時(shí)所需總扭矩 </p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　結(jié)論：查電機(jī)在低速時(shí)扭矩為22N.m 可用。</p><p>　　綜上，通過運(yùn)動部件慣量及扭矩計(jì)算，說明所選電機(jī)αC22/1500滿足要求，選擇

91、正確可用。</p><p>　　第四章 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型</p><p>　　在第二章初步選擇了進(jìn)給飼服系統(tǒng)的傳動類型為：滾珠絲杠螺母副?，F(xiàn)在具體對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算和選型。</p><p>　　4.1 滾珠絲杠螺母副的種類</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

92、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(jià)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。     滾珠絲杠摩擦損失小，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(yùn)動時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)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

93、。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。珠絲杠滾副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊，雙螺母螺紋式預(yù)緊，雙螺母齒差式預(yù)緊，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等幾種。</p><p>　　4.2 滾珠絲杠支承方式的確定</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因

94、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(jī)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(qiáng)度，新設(shè)計(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時(shí)常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來增大剛度。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

95、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(jì)中，我采用推力軸承和向心軸承組合使用。</p><p>　　4.3 計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N)</p><p>　　作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切屑時(shí)的走刀抗力以及移動件的重量和切屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)?？v向進(jìn)給為三角形導(dǎo)軌Fm=kFZ+f(FY+G)=1.15×15000+0.04

96、5;(6000+2500)= 172840 N</p><p>　　式中: K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù).三角形導(dǎo)軌取k=1.15f—貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.030.05</p><p>　　G—溜板及刀架重力,取250kg×10N/kg =2500N</p><p>　　4.4 計(jì)算最大動負(fù)載 C</p><p>　　選用滾珠絲

97、杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬（106）轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載 C，計(jì)算如下：C = fwFmL =（60nT）/106n =（1000Vs）/Lo</p><p>　　Lo—為滾珠絲杠導(dǎo)程,選絲杠名義直徑為40ｍｍ,查滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量表,初選出Lo=6ｍｍ Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度,可取最高進(jìn)給速度

98、的1/21/3,此處為0.15m/min; T—使用壽命,按15000h; fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.21.5; L—壽命以轉(zhuǎn)106為1單位.n=(1000Vs)/Lo=(1000×0.555×0.15)/6=12.5r/minL=(60×n×T)/106=(60×12.5×15000)/106=11.25C= fwFm= ×1.2&

99、#215;1775=4772.7N運(yùn) 轉(zhuǎn) 系 數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.01.2一般運(yùn)轉(zhuǎn) 1.21.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.52.5 </p><p>　　4.5 滾珠絲杠螺母副的選型</p><p>　　查閱表A-1，可采用W1L4006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動負(fù)載為16400N，精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn)

100、E級)</p><p>　　4.6 傳動效率計(jì)算 η=tanγ/tan(γ+φ)</p><p>　　式中：螺旋升角,W1L4006 γ=2°44′φ—摩擦角取10′滾動摩擦系數(shù)0.0030.004η=tanγ/tan(γ+φ)=tan2°44′/tan(2°44′+10′)=0.94</p><p><b>　　4.7 穩(wěn)

101、定性校核</b></p><p>　　滾珠絲杠兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需作穩(wěn)定性校核。</p><p>　　第五章 聯(lián)軸器的具體確定</p><p>　　在第二章可知電機(jī)與絲杠的聯(lián)接方式為：聯(lián)軸器聯(lián)接，現(xiàn)在確定聯(lián)軸器的型號。</p><p>　　聯(lián)軸器是機(jī)械傳動中常用的部件，他們聯(lián)接軸與軸，以傳遞運(yùn)動與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)候

102、也可以用做安全裝置，由于機(jī)器的工況各異，因而對聯(lián)軸器提出了各種不同的要求，如傳遞轉(zhuǎn)矩的大小、轉(zhuǎn)速高低、扭轉(zhuǎn)剛度的變化情況、體積大小、吸震能力等等，出現(xiàn)了許多新的類型。</p><p>　　5.1聯(lián)軸器的種類和特性</p><p>　　聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴(yán)格的對中，而是存在這某種程度的相對位移，這就要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)

103、上采用各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對位移的性能。</p><p>　　根據(jù)聯(lián)軸器對各種相對位移有無補(bǔ)償能力，可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩類。撓性聯(lián)軸器又可分為是否具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個(gè)類別。 5.2聯(lián)軸器選擇的標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　選擇合適的聯(lián)軸器要考慮以下幾點(diǎn)：1.所需要傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減震功能的要求。2.聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低

104、和引起離心力的大小。3.兩軸相對位移的大小和方向。4.聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。5.聯(lián)軸器的制造安裝維護(hù)和成本。</p><p>　　5.3聯(lián)軸器型號的確定</p><p>　　根據(jù)此次設(shè)計(jì)的要求，參照以上標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選用TL6型彈性聯(lián)軸器，它的許用轉(zhuǎn)矩為250 N.m，需用的最大轉(zhuǎn)速為3800r/min,軸徑為32—42mm之間，故合用。</p><p>　　進(jìn)給系統(tǒng)

105、其他部件的確定及機(jī)床噪聲控制</p><p><b>　　6.1導(dǎo)軌的確定</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌必需具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時(shí)不振動、低速進(jìn)給時(shí)不爬行等特性。目前數(shù)控機(jī)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>　　目前滾動導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、

106、測量機(jī)和測量儀器上。下面著重介紹下滾動導(dǎo)軌副。</p><p>　　滾動導(dǎo)軌有多種形式，目前數(shù)控機(jī)床常用的滾動導(dǎo)軌為直線滾動導(dǎo)軌。 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。 當(dāng)滑塊與導(dǎo)軌體相對移動時(shí)，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動體的滾動。為

107、防止灰塵和臟物進(jìn)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(shí)無須再配潤滑裝置。</p><p>　　由于滾動導(dǎo)軌的諸多優(yōu)點(diǎn), 綜合考慮， CK440 的縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用直線滾動導(dǎo)軌</p><p><b>　　6.2刀具的選擇</b></p><p>　　刀具的選擇是數(shù)

108、控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。數(shù)控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、強(qiáng)度大、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并合理選擇刀具結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)。</p><p>　　6.3數(shù)控車刀的類型與刀片選擇</p><p>　　數(shù)控車刀常用的類型有尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。為減少換刀時(shí)間和方便

109、對刀，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)控車削時(shí)，應(yīng)盡量采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀。</p><p>　　常見刀片材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等，其中應(yīng)用最多的是硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金刀片。選擇刀片材質(zhì)主要依據(jù)被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面質(zhì)量要求、切削載荷的大小以及切削過程有無沖擊和震動等。</p><p>　　刀片形狀、幾何尺寸的選擇，主要依據(jù)被加工工件

110、的表面形狀、切削方法、刀具壽命和刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因數(shù)選擇。需要注意的是：編程時(shí)要考慮數(shù)控車刀主偏角和副偏角的合理選擇，特別是零件輪廓非單一的曲線組成的情況。主偏角的大小決定于工件形狀，例如車階梯軸時(shí)，則需要Kr>90°的刀具；而副偏角的選擇要考慮是否已加工表面輪廓產(chǎn)生干涉。刀具選擇是數(shù)控加工的工序設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。另外數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速比不同機(jī)床高1～2倍，且輸出功率大，因

111、此與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高，不僅要求精度高、強(qiáng)度大、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝方便。參考《機(jī)械加工工藝師手冊》選用微調(diào)鏜刀。刀具材料采用高速鋼。</p><p>　　6.4機(jī)床噪聲的控制</p><p>　　控制機(jī)床噪聲，保障操作人員的身體健康是當(dāng)前機(jī)械企業(yè)的一個(gè)重要課題。因此在設(shè)計(jì)過程中必須考慮一定的措施來降低機(jī)床的噪聲。</p><

112、;p>　　機(jī)床噪聲可分為空運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲和切削噪聲2種。切削噪聲是在一定切削條件下產(chǎn)生的，其中包括了刀具、夾具和工件系統(tǒng)的狀況。機(jī)床噪聲源主要是傳動系統(tǒng)聲及與切削過程有關(guān)的聲輻射，此外還存在潤滑冷卻噪聲、電控系統(tǒng)噪聲及背景噪聲等。</p><p>　　我國頒布的《金屬切削機(jī)床通用技術(shù)條件 》規(guī)定了機(jī)床噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn)。對于高精度機(jī)床 ,噪聲不大于 75dB (A);對于精密機(jī)床和普通機(jī)床，噪聲不大于 85dB (A

113、)。上述僅表明機(jī)床本身的質(zhì)量水平，它是機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。機(jī)床在實(shí)際使用中，除了機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲外，還有很大的切削噪聲。尤其對那些已經(jīng)磨損的舊機(jī)床，在切削載荷的激發(fā)下，噪聲更為強(qiáng)烈。切削過程形成的噪聲是極其復(fù)雜的，一般它與切削的材料性質(zhì)、切削用量和刀具有關(guān)，還與切削形式(連續(xù)、斷續(xù)、崩裂 )有關(guān)。當(dāng)機(jī)床、刀具、夾具或工件的剛度不夠時(shí)，則系統(tǒng)受切力的激發(fā)或外界的影響就要發(fā)生振動并輻射出強(qiáng)烈的噪聲。</p><p>&l

114、t;b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　、《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》 隋秀凜，高安邦 主編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　2、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 聞邦椿 主編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　3、《機(jī)械傳動裝置設(shè)計(jì)手冊》   

115、0;     卜炎主編              機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　4、《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》           

116、  吳宗澤主編           機(jī)械工業(yè)出版社</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)于2012年初月開始，經(jīng)過2個(gè)多月的努力，于2012年3月初完成，經(jīng)過9周的時(shí)間完成了 CK440 立式數(shù)控車床Z向進(jìn)給傳動

117、系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本課題的主要任務(wù)是完成對 CK440 立式數(shù)控車床Z向進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動部件慣量計(jì)算，空載起動及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)等。目前我國數(shù)控機(jī)床整體水平依然很低，現(xiàn)有機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來的產(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(gè)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(jī)床的數(shù)控化

118、率。在設(shè)計(jì)過程中，我們也學(xué)到了很多東西，我們通過查閱大量的資料，把所學(xué)的知識應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，這樣既溫故了我們在大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識，又培養(yǎng)了我們一種獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，對今后的工作必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　三年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號，我將面對又一次征程的

119、開始。三年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方

120、式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。 </p><p>　　感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ </p><p>