数控立车进给系统及其平衡结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 毕业设计说明书（论文）中文摘要 摘要： 本课题的研究内容是数控车车床进给系统及其平衡结构的设计 ,本文通过类比法和文献综述法来分析和完成本课题的研究哈设计创新。本课题车床进给系统是通过交流伺服电机通过联轴器与丝杠进行刚性直联通过联轴胀套来消除间隙和传递动力，带动丝杠螺母做进给直线运动。本课题是 用背对背和串联的角接触球轴承来固定滚珠丝杠，使用双螺母来调节消除滚珠丝杠的间隙 ，双螺母连接法兰通过直线滚动导轨来完成刀架的进给运动。因研究内容为纵向进给系统所以为了保证数控车床进给系统的精度与延长保证滚珠丝杠的 使用本课题采用重锤平衡的方式来达到平衡进给系统重量的目的。本课题研究 解决数控机床 衡和生产效率问题。 关键词： 数控机床 伺服电机 滚珠丝杠 配重 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 业设计说明书（论文）英文摘要 is of of on to is by ac of to do is to to of to to of of by to of So is in to of nc of to of on NC Nc 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目 录 第 一章 绪论 . 3 控机床的产生和发展 . 3 控机床 的发展趋势 . 4 控机床的加工原理 . 4 控机床的组成 . 5 课题设计的内容及意义 . 5 第 二章 总体设计方案 . 6 给系统的传动要求及传动类型的选择 . 6 给系统的传动要求 . 6 给系统传动类型的选择 . 6 服电机与丝杠连接方式的确定 . 7 Z 向传动导轨的确定 . 8 第 三章 伺服电机的计算与选择 . 11 向电机型号的选择及要求 . 11 向惯量匹配计算 . 12 向转矩匹配计算 . 12 第 四章 滚珠丝杠螺母副的选择与计算 . 14 珠丝杠螺母副的种类 . 14 算 Z 向进给牵引力 ) . 15 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 . 15 珠丝杠支承轴承的确定 . 15 承间隙的调整和预紧 . 17 滚珠丝杠的预紧 . 22 第五章 立式数车 Z 向平衡机构选择及计算 . 24 平衡的目的 . 24 Z 向平衡机构的确定 . 24 Z 向传动机构平衡量的计算 . 25 第六章 润滑和密封 . 26 Z 轴滚动轴承的润滑 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 滑的作用 . 26 滑剂的选择 . 26 滑剂的种类 . 27 滑脂 . 27 滑油 . 27 Z 轴部件的密封 . 28 接触式密封 . 28 触式密封 . 29 第七章 技术经济分析 . 32 术成本分析的目的与意义 . 32 本计算依据 . 32 本材料构成 . 33 标准件 . 33 准件外购费用 . 34 第八章 结 论 . 35 致 谢 . 36 参考文献 . 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第一章 绪论 控机床的产生和发展 微电子技术、自动信息处理、数据处理以及电子计算机的发展，给自动化带来了新的概念，推动了机械制造自动化的发展。 20实际 40年代，美国一家小型的飞机代工公 司运用数据处理技术对飞机轮廓及直升机叶片进行加工。这是数据处理技术第一次应用于机械加工中。这种加工的方式有效的提高了机械加工的精度。此后于 1949 年麻省理工学院与这家飞机公司联合开展数控机床的研发。 3年后，世界上第一台数控机床面世。 1953年，美国空军与麻省理工学院合作研究自动编程技术。 1955 年，美国空军购进 100 台数控机床，在此后的两年，数控机床技术得到长足的发展。 1958年，克耐 工中心”这种机床可以自己换刀，自带换刀装置。 1959 年，世界计算机进入晶体管时代，随之数控机 床大量采用晶体管和印制板电路，从此迎来第二代数控时代。 1960 以后开始，数控技术不仅仅在机床上去取得发展与突破，并且逐步推进到切割机、包装机等方面。与此同时除了 1960年开始，德国、日本等其他工业国家也开始陆续使用数控机床技术。 1965 年随着小规模集成电路的面试，同时数控机床进入第三代，小规模集成电路被广泛大量应用于数控机床。 1967 年柔性加工系统开始应用与数控机床，这就是最初的柔性制造系统。之后美、日、德等其他国家也开始研究。 第四代数控时代的到来是伴随着小型 计算机代替专用计算机的，当时小型计算价格下降，小型计算机的应用性价比更高，而计算机对机床进行直接控制的系统称为直接控制数控系统。 1970年及之后 20 年间微处理器的发展以及在数控机床上取得的应用，从此数控机床进入第五代数控系统。 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 控机床的发展趋势 当今社会科技蓬勃发展，新材料不断涌现，比如铝合金在工业以及其他各方面的应用，从而对数控机床的要求就越高，在这种大环境下高速数控机床就成为了香饽饽和发展热点。数控机床在当今社会下的发展趋势，我认为有以下几点： （ 1） 高速、高精密化：数控机床只有高速并与此 同时保持高的精度，生产效率才会提高。 （ 2） 高可靠性：数控系统和被控设备的可靠性前者要高一个数量级以上，但受价格的约束也不是越高越好。 （ 3） 数控机床设计 ： 应用能使数控机床的设计更简便，工作量更小，所以 （ 4） 智能、网络、柔性、集成化：数控机床的发展应该向这方面发展。 （ 5） 开放性：数控系统的开发统一在一个平台上，形成一个具有鲜明个性的明星品牌产品。 （ 6） 复合化：开发更多复合程度更高的数控产品。 （ 7） 重视技术标准、规范的建立 2 控机床的加工原理 金属切削运动，是加工人员根据客户提供的 工件形状及各项参数要求，通过不断改变刀具相对于工件的位置、速度等，来达到被加工工件所需求的尺寸、形状、精度的一种加工运动。 数控机床的加工运动，就是把整个工件看成无数个坐标点，通过程序来使刀具不断的通过这些坐标点，从而使刀具与工件之间形成相对的运动关系，来完成图纸的加工要求，从而对零件完成加工。 刀具沿各坐标轴的相对运动，是以脉冲当量为单位的（ 冲） 当刀具进行直线或者圆弧运动时，把工件轮廓表示成无数个坐标点，区相连两个坐标点所构成线段的中间点进行数据处理，求出一系列中间坐标点的坐标值，然后按中间的 坐标值，通过数控装置发出脉冲信号，从而加工出客户所需求的直线或者圆弧轮廓。 数控装置进行这种“数据点密化”称作插补，一般数控装置都具有对基本函数（如直线函数和圆函数）进行插补的功能。 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 控机床的组成 数控机床一般有信息载体、计算机控制装置、伺服系统和机床四部分组成。 （ 1） 信息载体 信息载体又叫控制介质，由它来记录加工一个零件所需要的各种参数，控制机床对零件进行加工。 （ 2） 计算机数控系统 它是数控机床的核心，负责接收载体发送信息，并经过计算处理控制机床运动。 （ 3） 伺服系统 伺服系统是机床执行运动的部 分，它接收各种命令，控制受控设备运动。 （ 4） 测量反馈装置 检测速度及位移，同时将信息反馈给数控装置。 （ 5） 机床本体 包括床身、箱体、导轨、主轴等机械部件。 课题设计的内容及意义 数控车床的进给系统是保证刀具与工件相对关系的重要单元，比加工工件的各项数据指标（精度、尺寸等）都受到进给系统灵敏度和稳定性以及传动精度的影响。本课题是采用比较法、文本细读法、综合分析法进行数控立车进给系统及其平衡结构的方案的设计。使其达到对进给运动的速度及刀具相对位置实现自动控制，并且使平衡机构能促进改善立式机床 运动性能。 本课题设计有如下意义： 1、了解了立式车床的发展方向与作用 2、提升了我们独立思考、创新与动手的能力 3、对自己四年所学知识进行了综合的运用与总结归纳4、让自己更加灵活的运用自己学习的知识 5、提高了了自己的实际运用能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第二章 总体设计方案 给系统的传动要求及传动类型的选择 给系统的传动要求 （ 1） 能够克服摩擦力和负载。电机的转矩和切削力的大小是有比例关系的。 （ 2） 为了达到目前最小辨别力（ m）的要求所以机床的进给运动的位移量一定要足够小。 （ 3） 静态 扭矩的刚度一定要保持足够高。 （ 4） 速度的调节范围一定要足够。 （ 5） 对速度的要求是无爬行，所以就要求速度一定要均匀。 （ 1） 为了能够开启启动制动过程，必须具备足够的加速和制动转矩。市场上目前的伺服电机在带有调速功能的前提下其响应的时间为（ 20向时对进给系统的速度要求特别高，最低要求是要在最短的时间内达到额定转矩的 4 倍及以上。 （ 2） 传动性能一定要够好，这直接关系到被加工工件的形状和加工表面精度要求。 （ 3） 由于负载作用而引起的一些非必要误差应尽可能的减小或完全消除。 （ 1） 被加速 的运动部件具有较小的惯量。 （ 2） 部件的各种刚度一定要高。 （ 3） 部件的阻尼的性能起码要良好。 （ 4） 抗拉、抗压刚度和阻尼等因具有很小的非线性要求。 4 给系统传动类型的选择 直线运动和旋转运动是伺服驱动系统能够主要得到的两种运动方式，其中直线运动方式可以通过以下方法来获取： （ 1） 油缸、气缸 在具备液压泵、空气压缩机的前提条件下，使用液压或者买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 气压来推动缸体来实现直线的运动方式。其特点是系统结构复杂，运动过程中精度不够高，震动大不够平稳，故运用在伺服驱动的场合不多。 （ 2） 旋转电机和丝杠 通过旋转电机连接丝杠，电 机旋转带动丝杠使得丝杆上的螺母达到直线运动，这种传动是把旋转运动转换成直线运动的方法。其特点是有高的传动精度和高的平稳度，是当前最常用的直线运动方式。这种传动方式丝杠与电机的连接有很多方法比如：联轴器直联、通过同步带联接等。 （ 3） 直线电动机 这种传动方式是通过直线电动机直接带动运动部件完成直线运动的一种传动方式。因为是直接连接，所以没有中间传动单元，因而传动精度高。这种传动方式具有广阔的发展前景。 旋转伺服运动如分度盘、数控回转工作台等伺服驱动主要由伺服电动机经减速机构来产生回转运动。 5 本课 题设计选择旋转电机和丝杠传动，采用联轴器直联的方式来连接电机与丝杠，这样机构机构紧凑，占用体积小，传动精度高。 服电机与丝杠连接方式的确定 （ 1）通过同步齿形带联接 同步带是靠啮合齿轮传动的新型带，它兼有带传动和链传动的优点。同步齿形带是以钢丝绳为强力层，外面用氯丁橡胶或聚氨酯包裹。由于强力层中的钢丝绳在承载后变形小，能保持齿形带的周节不变。因此带与带轮之间无相对滑动，能保持准确的传动比，亦即主、从动轮能做无滑差同步传动。这种带薄而轻，惯性效应小，因而可用于高速传动，其圆周速度 0m/s。 由于它不是靠摩擦传动，因此小带轮包角可减小，传动比 i 可达 10，传动效率也高达 98%99%。这种带的主要缺点是齿形带轮的制造复杂、成本高。 同步齿形带传动综合了带传动和链传动的优点，运动平稳，吸振好，噪声小。缺点是对中心距要求高，带和带轮制造工艺复杂，安装要求高 （ 2）通过齿轮联接 齿轮传动在伺服进给系统中的作用改变运动方向，降速、增大扭矩，适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的配比等。当在伺服电机和丝杠之间安装齿轮（直齿、斜齿、锥齿等）时，必然产生齿侧间隙，造成反向运动的死区，必须设法消除。 （ 3）联轴器直接 联接 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 联轴器直接联接由于伺服电机性能的提高，目前许多场合都采用伺服电机与丝杠直接相连。以增量式光电编码器为例，当光电编码器与伺服电机及滚珠丝杠直联时，随着伺服电动机的转动，产生序列脉冲输出，脉冲的频率将随着转速的快慢而升降。 本课题选用联轴器来联接丝杠与伺服电机，是直联的方式，通过直联可以减少机床的体积，使的机床的结构更加的紧凑。 Z 向传动导轨的确定 导轨的类型选择直接影响到伺服系统摩擦阻力的大小，所以为了减少摩擦力现今大多使用减摩导轨应用于数控机床。通常我们给滚动导轨施加预载或复合、静压导轨等 来增加导轨的阻尼比，因为往往得考虑到进给系统的稳定性。其中复合导轨因为其良好的阻尼比和较小的摩擦系数因其优秀的性能，所以近些年以来得到了广泛的应用。 导轨是机床实行进给运动不可缺少的一部分，机床运动部件在导轨上进行运动，导轨给予其支承和引导的作用。导轨一般由动轨和定轨组成，前者在定轨上移动后者固定于机架上。 导轨多用于机床来回的直线运动。导轨的承载和寿命大小直接影响着机床的承载、精度及寿命。 机床工作台或者床身上常常采用滑动导轨。为了能在重型机械中滑动导轨得以运用，往往会把几种不同截面形状的导轨组合起来一起 使用。滑动导轨在低速运行时有可能会产生爬行的现象把各种滚动体例如钢珠等置于导轨之间就形成了滚动导轨。滚动导轨相对与互动导轨有其优点例如：摩擦系数小、在低速时不易爬行、精度高、寿命较长等。 当然滚动导轨也有其缺点，刚度较低、加工困难，对误差敏感等这些都是它的缺点。液体静压导轨等因其导轨之间存在的是流体等，所以其精度较高，阻尼比较小，几乎不会产生爬行的现象，但其因其特点所以加工特别复杂困难。液体静压导轨可分为开式和闭式导轨两种。 996 年率先开发出了带有保持器的直线滚动导轨，因保持架的作用，球体与 球体之间没有直接接触所以避免了相互摩擦的发生。如果轴承没有保持架，在轴承工作时因接触点作用力方向相反所以以 2 倍的速度互相接触，所所以会造成买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 剧烈的摩擦，直接影响了轴承的寿命。轴承球体油膜在应力较大时大概在 30会产生破裂，这样因其没有油膜阻隔润滑，球体与球体之间接触完全成点接触，就会有无限大的应力产生；于此同时两球体之间呈滑动运动，直接成为滑动接触。相比之下带保持架的轴承因为保持架的作用两球体之间不会有直接的接触，且因为保持架与球体之间不是点接触，接触面积大，油膜在这样的情况下就不会产生破裂。所以所以带 保持架的滚动导轨不仅具有平滑稳定的特点，还具备以下特点： （ 1） 长寿命 球保持架的作用是使球体时不再互相接触抑制其发热，同时增加了润滑脂的使用寿命。润滑脂在保持架内循环运动，球体在保持架能自转的时候因为保持架内充满润滑脂所以会形成油膜。这种油膜可以使作用于球体上的应力减小，从而轴承的寿命能提高至少 （ 2） 高速性 当需高速使用时（ 300m/保持架的轴承能够满足需求。 （ 3） 等速性 因球体在保持架内均匀分布，故球体不会做不规则运动，也不会产生剧烈的摩擦，使滚动阻力变化降到 1/10，滚动状态趋于稳定。 （ 4） 低 噪声 噪声比旧型号降低 916 （ 5） 低发生性 由由于球体之间不再直接接触相互之间摩擦减少，所以造成的金属粉尘也相应的较少降低，相比原来减少了 10倍。 （ 6） 长期免维护保养 因保持架的存在每一个钢球存放空间中都充满了润滑液，钢球不断的在得到润滑，达到了长期不用保养的要求。仅仅依靠初次安装时装入的润滑脂，其行程就可达到 4万 10年内可实现免维护、免保养、自润滑。 6 直线滚动导轨的精度分为 6个等级，其中 1 级最高， 6级最低。直线滚动导轨的技术要求有： 两个平行度与两个极限偏差之间的要求，分别是顶面与基准面的 平行度看图 2a)，两侧面之间的平行度见图 2a），以及顶面与基准面之间的偏差要求见图2b），最后是滑块需要多个安装时，侧面之间的极限偏差，并测量 值见图2c）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 2线滚动导轨的技术要求 上述精度已有部颁标准，规定了导轨长度从（ 500个分段的（ 1的公差值。 整体型的直线滚动导轨，由于厂家直接生产满足用户使用条件的成型导轨，所以用户可以根据自己对预紧力的要求来选择自己所需导轨，无需再自己调整。 7 本课题选用滚动导轨，选用 耐博格导轨。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 第三章 伺服电机的计算与选择 向电机型号的选择及要求 选择电机应综合考虑的问题 （ 1） 选择电机一般应该根据负载大小和工艺性质来考虑从而进一步选择电机的启动转矩、调速范围、制动以及反转要求等。 （ 2） 在负载所需转矩、速度变化范围、启动频繁程度等基本要求下，进而考虑电机温度变化所能承受的最大值、电机的过载能力以及启动时所需转矩，从而选择电动机功率，并且同时确定电机的冷却通风方式。选择的电机功率必须留有相应的余量，以应对突发打状况，负荷率一般取 （ 3） 选择电机时必须考虑到电机的使用场所，比如：潮湿、粉尘、辐射、腐蚀物等场合，并应采取相应的防护保护措施，从而选择电机的结构形式。 （ 4） 电机的电压等级和类型的确定必须根据企业的电压标准和功率要求来选择确定。 （ 5） 电动机额定转速的选择对满需电力传动系统的过渡性要求的条件下机械的最高转速，以及减速机构设计的复杂程度都是有要求的。 除了上述所需条件之外，电机的选择还必须考虑节能要求、产品可靠性、价格、性价比、售后服务、后续技术处理、后期使用费用、安装费用等。 8 直流电 动机的定子本身就是一个磁场，转子通过直流电形成的电场在定子内转动。由于直流电相对于交流电有可靠的优点，所以在企业工厂中直流电一般用于要求稳定或安保的机械；而同时直流电机的转速随着直流电电压和电流的变化而变化，调速比较方便，所以比如电动车等调速频繁的场合也使用直流电机。 交流电机是电子产生磁场被转子感应到其电势后转子产生旋转。交流电机的转速一般是不可调节的。但由于其简单的结构和便于供电所以在家庭电源中一般都使用交流发电。一般家用电器如洗衣机等及一些工业机械如机床等都使用交流发电。 由于交流发电获得和输送较便捷 简单，因而现今我们使用的大部分机械设备都是交流电机发出的。 交流伺服电机目前主要使用于闭环和半闭环伺服进给系统驱动元件的场合。选买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 择时可参阅有关手册中介绍的电动机性能参数或厂家提供的产品说明书，所选择的伺服电机，应满足（ 1）在进给时所能达到打所有速度的范围之内其中包括快进的速度，空载时的进给力矩应该小于电机的额度转矩；（ 2）在进行进给运动时切削力矩最大时也应该小于电机额度转矩；（ 3)加速运动和减速的时间应满足所需时间常数的要求； (4)在希望值内进行快速进给运动。 本课题选用的是 施耐德 流伺服电机。 向惯量匹配计算 惯量的大小和负载的变化有着最直接的关系，我们通过对惯量的计算来检查惯量对于系统的灵敏度和加速度变化，负载的大小和加速度所需时间的大小有着密切的联系。因此惯量匹配计算就在整个设计环节中起到了至关重要的作用。一般负载惯量与电机惯量 141 3 移动部件的惯量转化到丝杆的惯量 (JI)kgm： 232 )21010(60)2( = （ 3 滚珠丝杆的转动惯量 (Js)kgm： =32 1 3 = （ 3 其它零件的转动惯量 (Jj)kgm： 折算到电机轴上的负载惯量 (JL)kgm： I+j= （ 3 = （ 3 因为 ，所以负载惯量匹配合格。 向转矩匹配计算 M=f+ （ 3 m （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 o S 2 10 2 m （ 3 o 2 1 102 2 ( )m （ 3 示为系统的开环增益，一般机床的灵敏度越高增益的数值也就越大，但增益值也不能够过大，如果增益值过大直接导致灵敏度过高，系的运动惯量也就越大，直接影响到了机床额定位精度 。一般数控机床增益 +取 25。本机床取 0。根据以上公式计算 X、 略 （ 3 公式（ 3（ 3源自机械设计手册 第三版。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 第四章 滚珠丝杠螺母副的选择与计算 珠丝杠螺母副的种类 滚珠丝杠螺母副具有如下特点： （ 1）传动效率高。滚珠丝杠螺母副传动效率 =普通丝杠传动效率的 34倍。 （ 2）摩擦力小。滚珠丝杠螺母副动静摩擦系数小，传动灵敏，运行平稳，低速不易爬行，定位精度高。 （ 3）可预紧。滚珠丝杠螺母副经预紧可消除轴向间隙，刚度高。 （ 4）有可逆性。滚珠丝杠和螺母的运动是可逆的，即可作为主动件或从动件。 （ 5）使用寿命长。 （ 6）制造工艺复杂，成本高，不能实现自锁。 循 环方式、循环列数与圈数、预紧方式是选择滚珠丝杠副类别时应主要考虑的三个方面。 在丝杠与螺母之间滚动的钢珠所形成的回路是一个循环的闭路。根据回珠方式，可分为两类：回珠器位于螺母之内的内循环式，图 4-1(a)；插管式回珠器位于螺母之外的外循环式，图 4-1(b)。 图 4珠丝杠螺母副的传动原理 因为螺母与丝杠之间安装总会产生不可避免的间隙，所以就可以通过人为的施加预紧来达到消除间隙的目的，使它一直在高压过盈的条件下工作。常用的滚珠丝杠副预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。有过预紧的滚珠丝杠和预紧前刚度相比可以达到其两倍。但是，在施加预紧的同时应该注意预紧施加的载荷不能过大，过大就有可能直接使其寿命下降。通常，滚珠买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 丝杠制造成成品销售的过程中厂家已经施加好预紧，并且施加的预紧载荷通常和丝杠本身额定的载荷有一定的联系，所以不用担心载荷过大而直接造成寿命的下降。 算 Z 向进给牵引力 ) 为了确定电机能够驱动所有负载的的重量所以得计算牵引力。 Nm，机械效率 为 0 S M = （ 4 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 本机床通过对机床丝杆进行预拉伸来消除加工过程中由于丝杆的热变形对加工精度的影响，并进一步提高丝杆的刚度。 丝杆的热膨胀变形： L=Lt= = （ 4 公式（ 4（ 4源自机械设计手册 第三版 珠丝杠支承轴承的确定 我们设计轴承的同时应该注意满足数控机床进给运动的各项要求例如数控机床的精度 、刚度要求都比较高。所以我们选用轴承时应该选用精度高、摩擦力矩小的轴承。 （ 1） 滚动丝杠螺母副支承方式的选择 为了限制两端固定轴轴向窜动，我们往往使用轴承支承轴的方式来限制其运动。当滚珠丝杠较短或者竖直安装时，一端固定一端自由的的轴承支承方式就比较合适。当滚珠丝杠水平安装并且丝杠长度较长时，一端固定一端游动的轴承支承方式就可以被采用。如果是应用于精密度较高的场合的滚珠丝杠，为了提高滚珠丝杠的刚度，可以采用两端都固定的支承方式。因滚珠丝杠自重下垂以及工作时发热产生的热膨胀，往往为了减少这种情况的发生，可以对滚珠丝杠 进行预拉伸，进而提高滚珠丝杠传动精度。 （ 2）所用轴承的选择 因为滚珠丝杠所受的载荷都是外来的轴向载荷，除却丝杠自重外丝杠受到的径买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 向载荷几乎不存在，所以对滚珠丝杠而言丝杠的选用轴承时要注意选用轴向精度和刚度都高的轴承。另外，因为丝杠不太高速运转或者转速不高的原因，所以发热不是丝杠应该考虑的主要问题。数控机床进给一定要反应灵敏。因此要尽量选用摩擦力矩低的轴承。 轴承的选择源自滚珠丝杠螺母副的支承方式，支承的不同，轴承的选用也不尽相同。而深沟球轴承一般被用于带游动支承的场合。 表 承使用场合及条件 目前，在以上各类轴承中用的最多的是 60接触角推力角接触球轴承，其次是滚针和推力滚子组合轴承。后者多用于大牵引力、要求高刚度的大型、重型机床。 （ 3） 60接触球推力角接触球轴承 通常把接触角较大的轴承用于滚珠丝杠，因为滚珠丝杠对轴承有要求。如此因为 60角接触球轴承的接触角较大其就成为了与滚珠丝杠有较好配合的配套轴承。轴承的特点如下：（ 1）接触角大，保持架的材料是增强尼龙，因而可塑性较强，轴承之间容纳的球体数量增多，因此相应的轴承的刚度和承载性能都会有所增加；（ 2）径向与轴向载荷能够同时作用在轴承上，如此 支承结构就可以有所简化；（ 3）较高的组合性能，可在不同场合进行不同方式的组配；（ 4）轴承是根据预紧力组配好成组提供的，所以用户自己不再需要调整，节省了人的劳动力；（ 5）当机床工作时轴承的摩擦力矩小，滚珠丝杠运动所需要的驱动力有所减小，机床的灵敏度就有了相应的提高。 推力角接触球轴承有许多组配方式。基本的组配方式有三种：背靠背，面对面和串联（同向）。 （ 1）背靠背组配（ 种组配方式在轴承受力时，其力作用在轴承上是向外发散的，所以这种组配的方式在承受轴向载荷的同时能够承受径向的载荷，说以这种方式组配的 轴承能够承受较大的倾斜力矩。 （ 2）面对面组配（ 种组配方式在轴承受到外部载荷时，其作用力额买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 度方向是向内部收敛的，这种组配和背对背一样能够同时承受轴向和径向的载荷，但其对倾斜力矩的抵抗力较差，对轴承在极限运动时的影响较大，会降低其转速，这种组配方案一般用于精密调心的场合。 （ 3)串联组配（ 式）这种方式的组配在轴承承受外来载荷时其作用力的方向是相互平行的，所以在有双向载荷的同时，必须使用两个方向相反的轴承来使用 9 本课题根据课题性质选用的是角接触球轴承背对背串联组配的形式，如图 4 图 4轴承组配方式 承间隙的调整和预紧 为了改变或者说减小轴承在工作载荷下的实际变形量我们通常在轴承初始安装时给轴承滚动体和套筒之间施加一个压力，这样轴承就保持了一定的弹性变形有效的减小了实际的变形量，提高其刚度和旋转精度。 轴承的预紧分轴向预紧和径向预紧，轴向预紧又分为定位预紧和定压预紧。 为了提高滚动轴承的运转精度和可靠性，通常在装入轴承后对其进行预紧，以获得适当的游隙。 将轴承的一个套圈固定，而另一个套圈沿径向或轴向的最大活动量叫做滚动轴承游隙。 轴向游隙和径向游隙是轴承游隙的主要区分方式，两者之间的大小成正比关系。 (1)游隙的大小要求：如表 隙选用时，一般高速运转的轴承采用较大的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 工作游隙，低速、重载荷的轴承采用较小的工作游隙。 表 动轴承的轴向间隙要求 （ 2）滚动轴承游隙的调整方法：调整滚动轴承游隙的方法常有垫片调整和螺钉调整等方法。 （ 1）垫片调整游隙，如图 4过配磨垫片的厚度值，以获得适当的游隙。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 （ a） （ b） 图 4（ 2）调节螺钉调整轴承游隙方法，如图 4节时，先旋松螺母 2，然后旋紧调节螺钉 3，使轴承外圈左移，从而使轴承游隙变小。调节至规定值后，必须重新锁紧螺母 2。 （ 3)推力球轴承游隙调整，可用圆螺母进行调整，见图 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 4节螺钉调整轴承游隙 图 4力球轴承的装配和调整 轴承预紧是安装轴承时预先给轴承的外圈或内圈一定的轴向载荷，使内、外圈和滚动体的接触处产生一定的初变形。预紧的目的使轴承获得准确的游隙，从而提高主轴的旋转精度。滚动轴承预紧时有径向预紧和轴向预紧两种方式。 (1)径向预紧： 径向预紧是利用锥孔轴承在其配合的锥面上做轴向位移，使轴承内圈被胀大，从而实现预紧，如图 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 图 4整轴承锥孔轴向 位置的预紧方法 (2)轴向预紧：轴承的轴向预紧常用在角接触的球轴承中， 表 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 表 续） 10 本课题采用垫片加螺母预紧的方法来预紧角接触球轴承。 滚珠丝杠的预紧 由于制造和装配时总会产生误差，因而滚珠丝杠副总是存在间隙的，同时，因为轴向载荷的作用滚珠与滚道接触部位肯定会产生弹性变形。 所以，当滚珠丝杠反转时，滚珠与滚道不在接触，这样就产生了空程误差，这样滚珠丝杠的轴向刚度就会降低，最后影响滚珠丝杠的传动精度。往往人们在滚珠丝杠外施加一个力来提高各种精度。因为预紧力的存在丝杆、滚珠、螺母之间将不存在间隙，同时，因为预紧力的存在整个滚珠丝杠螺母副的弹性变形减到最小，从而滚珠丝杠螺母副的刚度有所提高。 对于不同的螺母结构，有如下几种预紧方式： （ 1） 单螺母滚珠丝杠副的预紧方式：这种方式的预紧是通过采用使滚珠丝杠突变的方式来实现预紧的，其原理是在滚珠丝杠的滚动链之间变化，使其有一个轴向的突变，使其错 位从而实现预紧。在以这种预紧方式预紧轴承的同时，其接触角对丝杠的各项参数都有影响。接触角大和接触角小时对丝杠产生的影响完全不同，前者丝杠的刚度和承载能力都有所增加而后者随着作用在丝杠上的载荷，丝杠所能承受的轴向力增大，径向力减小，而这一系列因素直接导致丝杠寿命的减小。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 （ 2） 双螺母结构的预紧方式：这种预紧方式是通过施加压力的方法来实现预紧的，其具体是通过改变两个螺母的位置使其与丝杠不同的面直接接触，这样圆弧面和滚珠之间就产生了一些初始额压力，产生了一些变形，这样过盈的组合直接消除了丝杠的间隙，提升了丝杠的刚度。利 用垫片额度薄厚来调整间隙的方法是目前使用最广泛的双螺母预紧方式。 （ 3） 连续可调预紧装置：预紧力在工作时不能直接测量是双螺母预紧形式最大的缺点，它的预紧力是通过拉力力矩间接测量得出的，这个缺点导致不能随时补偿磨损造成的间隙会直接影响到传动精度。因此研发了一种了连续可调预紧装置对双螺母实行预紧。 本课题数控立车的进给系统综合考虑各个方式的预紧选择了双螺母的预紧形式，其可靠，结构简单，刚度够高是其最大优点。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 第五章 立式数车 Z 向平衡机构选择及计 算 平衡的目的 设计立式机床时主轴部件通常和垂直运动部件成一体化。工作台向上运动的时候，电机驱动方向和重力方向为相反，同理如果工作台向下运动电机驱动丝杠的方向和重力的方向相同。如果我们不想方法消除重力的影响，在一些特定环境下可能对机床、工件及刀具造成破坏性的影响，同时因为重力的作用机床加工精度及其运动稳定性等都会受到影响。虽然随着现代数控技术的发展，重力对机床运动性能的影响越来越小，但是现今数控立车多采用滚珠丝杠进行传动，而滚珠丝杠不带自锁，在突然断电的情况下电机失去驱动力如果没有平衡机构，工作 台突然失力下滑就可能对部件或工件造成破坏性的影响。因此，给数控立车施加平衡力就显得至关尤其重要了。 Z 向平衡机构的确定 现今我们常用的平衡机构有重锤平衡，液压、气压平衡以及制动器锁紧平衡。 （ 1）重锤平衡 重锤平衡总的来说就是给机床施加一个和其工作台重量相平衡的重物，总体来说重锤平衡相对简单，但是重锤平衡占用机床空间大，会增加机床的重量与体积，在空间利用率方面较差。同时在工作台向下运动时，运动惯量为工作台惯量和平衡块惯量之和，而向上运动时，运动惯量就只有工作台惯量，这样工作台的加速度就必须小于重 物的自由落体速度，这样机床的额速度就受到了明显的限制。所以在高速、高精度运动的数控机床上就不适合使用重物平衡的方式 （ 2）液压、气压平衡 液压平衡的方法就是在工作台重物重力相反的方向施加一个与其重力相等的液压力，用来抵消该重力的作用力。大体上液压平衡和气压平衡的方法是一样的，不同点在于用于施加平衡的介质不一样。液压平衡在理论上来说，是可以在加速度和速度方面获得较大的值的，前提是选择的元件适当。但是，如果在部件的速度和加速度较大的情况下，就有可能产生液压冲击和驱动过载等情况。于液压平衡不同的是气压平衡就能获 得理想的速度和加速度，但是气压平衡