XK7130数控铣床（设计）-工作台及床身设计（全套含CAD图纸）
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40 (2003) 616621in a H. 05a of in is to a in to of is to a On of is to as as to a or a to in to of 2003 of a of of of a to of of of on of of by at at of be by of as or to be an to it +82+H. to a by 1 in of of of 2 in of of of 3 in of is to of 4 as a in 6 in by a is in to of of to is to in to of on is as a On of to to 2003 09243)H. 40 (2003) 616621 617at of It is is in of of to is in to to to of on On of to a is to a of is is of of a be et 7 045o 8 052.5as of is by q. (1). A as q. (1) is (i)q. (3) 9 is +234)| =(i)2(2)i=3)of of be of an is q. (4) it is be 4)of 1. of a of by of in to of of to of of is up of in is up to a is to a by is of by to is q. (5) as in in 0:S(u,v) =Ni,p(u)Nj,q(v)wi,Ni,p(u)Nj,q(v)wi,j(5)i,as wi,u,p(u), Nj,q(u) q. (6):=u ,0 i,p(u) =upp(u)+ui+p+1p+1,p1(u)(6)In to a of on of H. 40 (2003) 6166212. of by a is of a on of to be to a is a to is by 2. is by is of a on q. (7) 3. is in = r, r )of a by is of is a is q. (8) 3. by N=)of a of of a of is LD be to of in D = AB (9)|i|4,B= 0)k=()(11)LD ; D = 1, is an of a D = 0, a of an is B is of is by to D to . of :4, be by = = 0.6 of is D D to on of is of or of is is to As 4, a is a of in an on of of of in to as q. (12):Vc=Vj/1/2)H. 40 (2003) 616621 6194. of on of an a in is a as 5 be to of In is to of of 7 of 7(a) at 5. 60% 0%00% 6. to 7. of (a) (b)(c) of of by It of to be . to of a to as 7(b). as 7(c)to of in D is D as 8. It is be as 9. In of is 2% of in be of a is In to of be in 20 H. 40 (2003) 61662120 40 60 80 100 120 140 160 0 60 80 100 120 140 160 a) (b) 8. D: (a) (b) to be in is to a is to be is an to a a of 10 is in to a as 11is in is a as 13of 0%of in of be to of 9. of to 10. of a 11. of a 12. of H. 40 (2003) 616621 62113. of is in of of in so or be of be or in It is is of as as N. A of 41(1983) 2945.2 of 55 (1986) 181197.3 P. A. A to 176(1999) 215229.4 A 3, 1982, 2934.5 of an J. 29 (1990) 15511567.6 on 31 (1989) 421426.7 E. J. A of 32 (1991) 849866.8 On of 11 (1992)307336.9 A. A 75 (2000) 507513.10 L. W. 2nd 997. 提高板材成形效率的坐标网分析法 H. 机械工程学院，韩国高级科学协会和技术科学镇 05韩 摘要 本篇文章是采用一种新推出的方法来对提高板材的成形效率进行分析 ,这种方法就是坐标网分析法。这种方法就是研究扭曲单体，即通过适当的研究规范，建立补片，包括修正后的单体。每一片都被扩展到一个三维的表面从而获得一个连续坐标的信息。在构造表面时，应包括每一个片， 均匀有理 B 样条 )表面被用来描述一个三维自由表面。以被构造表面为基础，每一个节点一般 被安排成一个非常接近正方形的单体元素。计算状态函数是从它原始的网格系统映射到新的网格之内，从而对成形进行下一阶段的分析或更进一步的分析。按网格方法的分析结果与没有坐标网方法直接成行的分析结果相比较来确定哪一种方法是更有效的。 2003 版权所有 . 关键词：坐标网；变形单体； 限元分析 1. 概述 随着计算机技术和数字技术的结合和快速发展，用数字模拟进行板材成形加工达到空前的繁荣。数字分析对复杂几何图形的板材成形和多级成形都可以做到。对于一个复杂的几何模型来说 ，尽管局部严重变形将会导致计算时间的增加和数据分析的减少。从而使分析结果更加不准确。几何网格的扭曲和严重变形对板材成形的质量有很大影响 ,特别是对于多级成形。当上一级成形的分析结果用于下一级成形分析时，几何网格的扭曲和变形对分析结果影响更大。这种被扭曲网格的错误表象可以通过整体的或自适应重啮合技术的网格系统的重建来避免。在模拟期间，减少单体扭曲，自适应重啮合技术被认为是一种有效的方法。但是，它仍然需要大量的计算，并且在单体的细分中也受到限制。 要构造一个网格系统的有效方法已经被许多研究人员提上日程。典型的方法可能是下面几种： 点被完全重排； 献 4和 献 5构造了一个晶格分析范围，它像一个连续的环，而且是从主要环中分离出的子环元素。献 6在整个晶格范围内构造了一个三角形元，并且通过合并邻近的三角形元而构造矩形元素。 本篇文章中的坐标 网方法是一种新推出的方法 ,它旨在用有限元分析提高板材成形效率。坐标网法根据一些规范可以自动地找出变形单体，并对这些片进行修正。然后，每一片都被扩展到一个三维表面用来获得在三维表面的连续坐标系的信息。这个包含了每一片的表面用来作为使用了 被构造表面为基础，每一个节点都被彻底改变，用来组成一个正方形的规则单体。状态函数的计算是从它原始几何网格映射到新的网格之内，从而进行下一阶段的成形分析。从得到的数据结果中证实使用坐标网方法的效率和结果的准确性。这也证实了此种方法在板材构件碰撞分 析的成形模拟中的有效性。 2. 体的规则化 之所以要介绍对变形体的修正使之成为一个规则化过程，是为了提高变形体在下一个有限元计算中的分析效率。在规则化过程中，变形体根据适当的搜索规范有选择的分配到各片。这些片通过分析 形后的每个节点为了得到一个新坐标将被调整为一个近似正方形的规则单体。 格变形标准 变形有两种几何标准可供选择：一是内角；另一个是单体纵横比。 角 从有限元计算中得到矩形元素的内角应是接近直角的。 et 文献 7给了这种元素一个合理的定义，就是当四个内角都是在 90 45 的范围内时。同时 献 8也提出了相同情况下的内角，角度在 90 围内。内角的网孔变形是由式（ 1）的构成所决定的。当式 (1)3 或 ( i)3) 9中大于 /6 网孔被认为是变形的。这个标准之所以相当严格是为了避免万一在限制区域应用规则化方法受到几何图形的限制： 体纵横比 四条边具有相同长度的理想单体的纵横比应该是一致的。纵横比被定 义如式（ 4），并且当变形小于 5即比严格标准少很多时，它也被定义： 此处 的设计 通过网格变形标准所选择的变形单体，根据它们在几何成形时外形的复杂程度被分不到各个不同的区域。这些单体被分配到各片，并用来构造算法效率。这些片的形状被拼凑成矩形，包括所有变形体，目的是扩大规则化和 个过程如图 1所示，当孔和边缘被设置在变形体中时，这些区域被填满，从而得到矩形片。 然后，这些片利用 个过程对于在三维表面上获得连续坐标的全部信息是非常重要的。 5)来表述，像 10: 此处 Pi, 向。 Wi,是基础函数通过式 (6)来表达： 为了把这些点映射到构造的表面上，一系列 连续的点在 一个用规则化方法移动过的节点都被定位，以至于在 些移动过的连续节点的信息都被存储，用来构造一个新的网格系统。 则化过程 规则化方法与形成矩形片单体一起完成的。规则化的有限元通过图 2所示次序被依次选择。每一个被选择的单体都被分成两个三角形元，并且这些三角形元通过圆心的重定位都由直角三角形元组成，圆的直径如式 (7)和图 3所示，从 这个过程结束的时候，相同的过程在另一方向被重复： 通过规则化方法对节点的重 定位，其最终位置被在 规则化过程完成后，为产生粗糙的区域，一个简单的缓和的过程通过式（ 8）被执行： 此处 近区域的元素的坐标， 近元素的质心。 形程度 作为一个变形因子，变形程度 (最新提出的 ， 此处 和 1之间浮动；当 时，单体是一个方形的理想单体，当 时，四边形元变成了三角形元。 时单体的四个内角，因此 的变化不那么敏感， 如，当单体侧面合理的长宽比是 1： 4时， 来调整，使函数 =果，当 的长宽比小于 大于 种方法可以调节内角和长宽比使它们在 态函数的映射 当坐标网系统用于下一步的成形分析或结构分析的计算时，状态函数的映射就 是非常必要的，通过映射，可以在考虑上一步成型过程的前提下得到更准确的分析。映射过程就是通过状态函数的计算把原来的网格系统映射到新的坐标网系统。如图 4所示，一个球面在一个新节点周围建立，将导致球面上节点的状态函数影响新节点的状态函数。新节点的状态函数是由球面上原来节点的状态函数所决定的，如 式 (12)所示，加权因子在两节点的距离上成反比。 此处 盘的成形分析 油盘在冲压车间一般要经过两个工序制作，而根据现在这 种方法，单工序冲压就可以完成。如图 5所示的凸模和模架。 不论什么时候有限元系统需要提高计算效率，规则化方法都可应用于其中。在这个范例中，这种方法应用于油盘成形分析中的两次成形间隙，如图 6所示。 图 7说明了规则化方法的过程。图 7（ a）所示为成形时凸模行程为 60%时的变形，有 3个地方发生了网格变形，也就是片的数量是 3。变形网格是根据 2个网格变形的几何规范来选取的。如图 7所示的包括所有变形体的矩形片的形成。最终补片中的单体被规则化，如图 7（ c）所示。 为了评价应用规则化系统后的单体质量的改进程度，应用规则化网格系统的果如图 8所示应用了规则化系统的 应用了一般网格系统的 就意味着在相同的变形程度下，应用规则化网格系统其质量提高了。结果如图 9 所示，应用了规则化网格系统的有限元计算明显领先于直接分析的。在油盘成形分析中，应用规则化网格系统可使计算时间减少了大约 12%甚至减少了 2倍，计算时间的减少量可能会随着更频繁的规则化调整而增加。 件主视图的断裂分析 碰撞分析通常是在不考虑成形结果的情况下采用网格系统完成的成形分析。如果考虑成形结果，即考虑分析结果的准确性和可靠性，那么用于成形分析的网格系统可能会直接应用于碰撞分析来分析其效率。成形分析后，在没有重组合的情况下直接进行碰撞分析从而导致网格系统有很多网格发生了严重的扭曲和变形。一种补救的方法就是创建一个新的网格系统，另一种方法就 是成形分析之后修正网格系统。如果重组合过程能够成功应用，应用后一种方法将非常有效。作为一种有效的重组合过程，规则化方法可以把变形网格转换成一个新的正方形中去。本例中，构件主板部分被命名为强化板，如图 10所示，它被选择来进行碰撞分析。在成形分析后的构件的局部变形区域，不规则的有限元通过如图 11所示的规则化方法修正成规则的单体，这个坐标网系统就用在碰撞分析中，如图 12所示。 使用坐标网系统的碰撞分析可以在不影响分析结果准确性的前提下通 过选择更大的时间间隔完成，如图 13所示。和原来的网格系统的计算时间比较，碰撞分析的时间减少了 40%， 分析结果在所用时间和计算结果的准确性方面都是较 好的，并且还证明了坐标网系统可以有效的提高数字分析效率。 4 结论 坐标网方法是一种新推出的用来提高有限元分析板材成形性能的方法。在板材成形分析中的网格变形如此严重，导致后来的分析困难或得到的结果不准确，但是现行的这种坐标网分析法对于重组合又最小作用，还可以避免上述情况。在逐渐增加的分析中或多级成形的下一级分析中，坐标 网格可以完成。从板材成形模拟中可以获得成形构件的断裂分析，当坐标网可以完成这些时，它也证明了使用坐标网分析性能得到很大提高。数字结果既证实了用坐标网分析法的有效性和效率性又证明了结果的准确性。 参考文献： 1 N. A of 41 (1983) 2945. 2 of 55 (1986) 181197. 3 P. A. A to 176 (1999) 215229. 4 A 3, 1982, 2934. 5 of an J. 29 (1990) 15511567. 6 on 31 (1989) 421426. 7 E. J. A to of J. 32 (1991) 849866. 8 On of in 11 (1992) 307336. 9 A. A 75 (2000) 507513. 10 L. W. 2nd 1997. 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院 毕业设计 (论文 ) 控铣床（设计） 工作台及床身设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 周达丰 学 号 指导老师 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 诚 信 承 诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文 控铣床（设计）工作台及床身设计 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人 承担。 承诺人（签名）： 年 月 日 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 要 本 全面阐述了数控 铣床 的结构原理，设计特点，论述了采用 伺服 电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控铣床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。 其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。 关键词 ： 铣 床 ， 数控 ，伺服 电机 ， 滚珠丝杠 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） NC s in NC s on In To so on on as as so 买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 目 录 摘 要 . . 录 . V 第 1 章 绪 论 . 7 数控系统的发展及趋势 . 7 数控铣床加工的基本原理 . 8 课题研究的目的和意义 . 9 第 2 章 设计的内容及要求 . 10 计题目 . 10 设计的内容 . 10 控装置总体方案的确定 . 10 械部分的设计 . 10 写设计说明书 . 11 第 3 章 工作台总体方案的确定 . 11 机械传动部件的选择 . 11 轨副的选用 . 11 杠螺母副的选用 . 11 速装置的选用 . 11 服电动机的选用 . 11 测装置的选用 . 12 绘制总体方案图 . 12 第 4 章 机械系统的设计计算 . 12 滚珠丝杠螺母副的选用设计 . 12 珠丝杠副的传动原理 . 13 珠丝杠副的传动特点 . 13 珠丝杠副的结构与调整 . 14 向间隙的调整和加预紧力的方法 . 15 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 滚珠丝杠的选型与计算 . 17 滚动直线导轨的选型与计算 . 21 传动计算 . 22 步进电动机的计算及选型 . 23 进电机的计算 . 23 算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 . 24 步进电动机的初选 . 25 进电动机的性能 校核 . 25 第 5 章 铣床床身整体设计 . 26 身设计应满足的要求 . 26 身材料的选择及壁厚的设计 . 28 身材料的选择 . 28 厚的设计 . 29 床床身的制造方法的选择 . 30 造床身强度校核 . 30 结 论 . 32 致 谢 . 33 参考文献 . 34 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 第 1 章 绪 论 数控系统的发展及趋势 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历 了两个阶段和六代的发展。 数控 段（ 1952 年 ） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路 搭 成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（ C），简称为数控（ 随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即 1952 年的第一代 电子管； 1959 年的第二代 晶体管； 1965 年的第三代 小规模集成电路。 计算机数控（ 段（ 1970 年 到 1970 年，通用小型计算机业 已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（ 段（把计算机前面应有的“通用 ”两个字省略了）。到 1971 年，美国 司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件 运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（ 又可称为中央处理单元（简称 到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。 而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990 年， （个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代 小型计算机； 1974 年的第五代 微处理器和 1990 年的第六代 基于 外称为 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 8 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算 机数控（即 ，而我国仍习惯称数控（ 所以我们日常讲的 数控 ，实质上已是指 计算机数控 了。 (1) 继续向开放式、基于 第六代方向发展 基于 具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。 所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 (2) 向高速化和高精度化发展 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 (3) 向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。 数控铣床加工的基本原理 数控控制（ 是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是现代化工业生产中的一门新型的，发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的 数字化装备，其技术范围所覆盖的领域又：机械制造技术；微电子技术；信息处理加工传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；检验监控技术；传感技术；软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的是能技术和最基本的装备。在提高生产率，降低成本，保证加工质量及改善工人劳动强度等方面，都有突出的优点；特别是在适应机械产品迅速更新换代，小批量，多品种生产方面，各类数控装备是实现先进制造技术的关键。 数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处联盟（ 第五技术委员会，对数控机床作了如下的定义：数控机床是一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用码或其他符号编码指令规定的程序。 数控铣床是发展最早的一种数控机床，以主轴位于垂直方向的立式铣床居多。铣床购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 的主轴只作旋转运动，工作台带动工件作纵，横，垂直三个方向的进给运动，称为升降台式铣床。为了提高刚度，目前多采用主轴既作旋转主运动，又随主轴箱升降台作垂直进给运动，工作台只作纵横 2 个方向的进给运动的不升降类型铣床。立 式数控铣床加工平面凸轮零件，只需要工作台沿横纵 2 个坐标协调运动，即可以同时到达平面曲面的某一点这种加工轨迹的控制，称为两坐标联动控制（两轴联动）。当加工圆锥台零件时，依靠工作台纵横两坐标协调运动完成圆周加工，加工完一圈后，再沿锥台高度方向提升一个高度，接着改变圆的直径（ X,Y 的合成值）加工另一圆周，如此下去，直至加工出整个锥台，这称为两轴半控制。如果在圆锥上加工一条螺旋槽曲线，则要求 3 个坐标进给每时每刻都必须协调运动，即同时到达空间的某一点，这称为三坐标联动控制即三轴联动。三轴联动即可加工复杂的空间曲面。从 机床数控系统控制的坐标数量来看，目前3 坐标数控立式铣床仍占大多数。一般可进行 3 坐标联动加工，但也有部分机床只能进行 3 坐标中的任意两坐标联动加工。此外，还有机床主轴可以绕 X、 Y、 Z 坐标轴中其中一个或两个轴作数控摆角运动的 4 坐标和 5 坐标数控立式铣床。一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程难度更大，设备的价格也更高。数控立式铣床可以附加数控转盘、采用自动交换台、增加靠模装置等来扩大数控立式 铣床的功能，加工范围和加工对象，进一步提高生产效率。 课题研究的目的和意义 我国近几年数控铣床工作台虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。 针对传统数控铣床工作台的不足之处及生产中存在的问题，有必要在传统机床的基础上研究出新型数控铣床工作台。通过对传统铣床手动的进给系统、夹紧系统及传动系统的创新设计，加入新技术，从而提高产品质量和生产效率，实现自动化，降低劳动强度及工作量。 数控铣床工作台的发展现状和趋势是：在规格上将向两头延 伸，即开发小型和大型工作台；在性能上将研制以钢为材料的工作台，大幅度提高工作台的承载能力；在形式上继续研制多轴并联，甚至于五轴并联的工作台。 综上所诉，数控工作台的开发和设计具有很高研究的意义 行数控铣床工作台的设计，使其能够实现更好的工业生产自动化。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 10 本课题对数控铣床工作台部件进行了设计，研究数控铣床的结构，主要部件及典型零件的设计方法，其意义如下： 1、通过对数控机床的结构设计和研究掌握机构设计的一般步骤和方法； 2、通过对课题的研究，了解国内外有关数控机床的技 术现状和发展趋势； 3、通过毕业设计培养自己的创新精神，提供分析问题和解决问题的能力。 第 2 章 设计的内容及要求 计题目 已知条件： 最大铣刀直径为 32 最大铣削宽度为 16 最大铣削深度为 6 加工材料为碳钢 ； 工作台加工范围 300900 最大移动速度为 3m/定位精度： 珠丝杠及导轨使用寿命： T=20000h，中等冲击 设计的内容 控装置总体方案的确定 (1) (2)比较，论证。 械部分的设计 (1) (2) (3)算和选用； (4) (5) (6) 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 1 (7) 写设计说明书 (1) 说明书是 设计的总结性技术文件，应叙 述整个设计的内容，包括提 方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，选用元器件参数的说明； (2)论文正文不少于 10000 字。 第 3 章 工作台总体方案的确定 机械传动部件的选择 轨副的选用 要设计数控车床工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。 杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足 当量和 定位精度，滑动丝杠副为能为力，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除 反向间隙。 速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后， 考虑到传动精度和 缓和减速机工作时轴上的扭转冲击 及 减轻轴的扭转振动 ，所以采用联轴器。 服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到 位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此 3000mm/本设计不必采用高档次的伺服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 12 测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电 动机来说还是偏高，为了确保电动机在运动过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。 考虑到 X、 Y 两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量， X、 Y 两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。 绘制总体方案图 总体方案图如图所示。 其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和 工作平台在导轨上运动，完成工作台在 X、 Y 方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。 第 4 章 机械系统的设计计算 滚珠丝杠螺母副的选用设计 铣床工作台的进给运动，由进电机的转动，然后带动车床丝杠传动。在数控车床上的丝杠传动，可以用普通的丝杠传动，也还有应用滚珠丝杠来转动。原因是普通丝杠传动摩，但总是不太稳定。 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 3 所以，在数控 铣 床上要擦系数大，效率低，传动中有间隙。虽然传动中的间隙可以用一些办法来补偿，修正采用滚珠丝杠传动。滚 珠丝杠传动有一系列的优点，但制造工艺较为复杂，成本高，在某些应用上受到一定的限制，但随着数控车床的发展，它的使用将会更加广泛。 滚珠丝杠传动都使用防护罩，以防止空气中的尘土和其它杂物等进入。 滚珠丝杠和滚珠螺母组成滚珠丝杠螺母副，它是把步进电机的转动角位移，变换成数控车床工作台的的直线位移。 滚珠丝杠螺母副，也简称为滚珠丝杠副，是一种新的传动机构，它是在丝杠和螺母的螺旋槽之间装有滚珠，以此作为中间元件的一种传动机构。 珠丝杠副的传动原理 丝杠和螺母上都有圆弧形的螺旋槽 ,这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线的滚道 ,在滚道内装有许多滚珠 滚珠相对于螺母上的滚道滚动 ,因此丝杠与螺母之间滚道的摩擦为滚动摩擦 在螺母的螺旋槽两端应用挡住器挡住 ,并设有回路滚道是他的两端连接起来 沿着这个回路滚道从新返回到滚道的另一端 ,可以循环进行不断地滚动 。 珠丝杠副的传动特点 滚珠丝杠副的优点是 :传动效率高 ,因为它是滚动摩擦 ,传动效率可达 普通的丝杠传动提高 34倍 如 功率损耗小 ,传动平稳 ,磨损小 ,无爬行现象等等 一是 :一般的丝杠传动总是有间隙 ,而滚珠丝杠可以消除间隙 ,所以当丝杠转动反向时 ,可以没有空程 ,提高了反向的定位精度 ,也增强了传动刚度 一般的丝杠传动只能使旋转运动转变为直线运动 ,而滚珠丝杠副由于传动的摩擦系数小 ,所以既能把旋转运动转变为直线运动 ,也可以从直线运动转变为螺旋运动 ,具有传动的可逆性 ,因此可以作为主动件 ,也可以作为从动件 . 它也有缺点 ,主要是元件的精度要求高 ,光洁度要求也高 ,所以制造工艺很复杂 ,成本也高 槽 ,一般要求磨削成型 ,因而制造困难 ,也限制了使用 . 又由于传动的可逆性 ,所以不能自锁 ,当应用在垂直传动装置时 ,由于自重和惯性的关系 ,在下降过程中不能立刻停止 ,因此还需要备有制动装置 . 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 14 珠丝杠副的结构与调整 滚珠丝杠副的结构尽管在形式上有很多类型，但其主要区别是在螺纹滚到的型面形状，滚珠循环的方式，轴向间隙的调整和加预紧力的方法等三个方面。 （ 1） 螺纹滚道型面的形状 螺纹滚道型面的形状有很多种，目前国内正式投产的，仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种，如图所示。滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂 线之间的夹角，称为接触角（ ）。 （ a）单圆弧 (b) 双圆弧 图 4滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截形 （ 2） 单圆弧型面 一般滚道的圆弧半径要比滚柱的半径稍大一些。对于单圆弧型面的螺纹滚道，接触角是随着轴向负载大小而变化的，当轴向负载为零时，接触角也为零；当负载逐渐增大，接触角也逐渐增大。实验证明：当接触角增大时，传动效率，轴向刚度，承载能力都随之增大。 （ 3） 双圆弧型面 双圆弧型面螺纹滚道的接触角是不变的。在偏心距（ e）决 定后，滚珠与滚道的圆弧角接处，会有很小的空隙。这些空隙虽然能容纳一些脏物，但不至于堵塞，反而对滚柱的滚动有利。从传动效率，轴向刚度，承载能力等要求出发，接触角大一些好，但接触角过大制造就会困难。一般接触角为 45 ，滚道的圆弧半径也同样比滚柱的半径稍大一些。 滚珠的循环方式 目前国内常用的滚珠循环方式由外循环和内循环两种。 （ 1） 外循环方式 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 5 如图所示为外循环方式，滚柱在循环过程中与丝杠脱离接触，通过外面的循环回路称为外循环（ W 系列）。这种外循环是直接在螺母的外圆 上铣出螺旋槽，用挡珠器从螺母内部切断螺纹滚道，挡珠滚珠的去路，迫使滚珠导入通向外圆螺旋槽中，构成了外面的旋环回路。外循环的结构和制造较为简单容易，因此应用较广，他可以制成单列或式双列两种的结构形式。 （ 2） 内循环方式 滚柱在循环过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环（ 如图所示。这种内循环是在螺母外侧孔中装了一个接通相邻滚道的反向器，借助这个反向器迫使滚珠翻过丝杠的牙顶，而进入相邻的滚道。内循环滚珠丝杠副回路短，工作滚珠数目少，结构尺寸紧凑，流畅性好，摩擦磨损小，传动效率高，轴向刚度和承载能力 都较高，具有一系列优点，但制造困难，结构复杂，所以不及外循环方式应用的广泛。 图 4循环的滚珠丝杠 图 4循环的滚珠丝杠 向间隙的调整和加预紧力的方法 对于滚珠丝杠副，除了单一方向的进给传动精度有一定的要求外，对它的轴向间隙也有严格的要求，以保证反向传动的精度。要把轴向间隙完全消除，也是相当困难的。通常采用双螺母，并加预紧力的方法来消除其轴向间隙。双螺母经加预紧力调整后，能基本上消除轴向间隙。单螺母的滚珠丝杠副是不能调整轴向间隙和预紧力的，其轴向间隙只 能依靠滚珠丝杠副本的精度和安装时丝杠和螺母的连接精度来保证。 双螺母加预紧力消除轴向间隙必须注意两点，一是：通过预紧后产生的力，可促使预拉变形，以减少弹性变形所引起的位移。但预紧力不能太大，否则会使驱动力矩增大，传动效率反而降低，使用寿命也随之缩短。二是：轴向间隙的消除，不能忽视丝杠的安装部分和驱动部分的轴向间隙，应同时调整是它减少到最小。目前常用的双螺母预紧力调整方法有下面三种。 （ 1） 垫片调隙式 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 16 如图所示为垫片调隙式，一般用螺钉来连接滚珠丝杠上的两个螺母的凸缘处，在中间加垫片。垫片的厚度是螺母间产生轴向 位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。 这种结构特点是结构简单，可靠，装拆方便。但缺点是调整很费时，在工作状态下不能随意调整，因为要更换不同厚度的垫片才能消除间隙，所以是用于一般精度的机构中使用。 （ 2） 螺纹调隙式 如图所示为螺纹调隙式。它是一个螺母的外端有凸缘，而另一个螺母的外端没有凸缘，车有螺纹，它伸出在套筒外，并用两个圆螺母调整好间隙后，再用一圆螺母锁紧螺母锁紧就可以了。 这种结构的特点是结构紧凑，调整方便，所以应用广泛，但调整的位移量不太精确。 图 4片调隙式 图 4齿差调隙式 如图所示为齿差调隙式。它是在两个螺母的凸缘上各有圆齿轮 2，两者的齿数值相差一个齿，装入内齿圆 3中，内齿圆 3是用螺钉 1和定位销 4固定在套筒 5上的。调整是先取下内齿圆 3，转动圆柱齿轮 2，在两个滚柱螺母相对于滚筒 5 转动时，可以使两个螺母相互产生角位移，这样滚柱螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道也相对移动是两个螺母中的滚柱分别贴近在螺旋滚到的两个相反的侧面上。消除间隙并产生预紧力后，把内齿圆 3套上用定位销 4固定。 这种结构的特点是调整精 确可靠，定位精度高，但结构复杂，仅在高精度的数控机床有所应用。 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 7 1 螺钉； 2 圆柱齿轮； 3 内齿圆； 4 定位销； 5 套筒 。 图 4齿差调隙式 珠丝杠的选型与计算 由技术要求 , ,丝杠工作长度 L=600工作寿命 0000 ,传动精度要求 （ 1） 求计算载荷 8 0 01 5 0 由条件 ,查机电一体化系统设计表 2K =查表 2 表 2精度 , 查表 2 )(平均工作载荷，更具已知条件估计工作载荷为1500N. （ 2） 计算额定动载荷计算值 式 (2236)0000801800( 43 4 设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度 v=400mm/选丝杠导程 此时丝杠转速 n=v/0r/ （ 5） 根据 选择滚珠丝杠副 假设选用 号 ,按滚珠丝杠的额 定动载荷宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 18 于或稍大于 的原则 ,查表 2表 4号滚珠丝杠参数 额定载荷 /N 静态力矩 /N*M 滑座重量 导轨重量 导轨长度 动载荷 8630 18241 198 198 288 80 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M n 4 导轨 的额定动载荷 NC a 8630 满足要求 公称直径 00 导程 5P 螺旋角 334 滚珠直径 0 3 5d m m 按表 2滚道半径 R=0.d =心距 0 3 . 1 7 50 . 0 7 ( ) 0 . 0 7 ( 1 . 6 5 1 ) 0 . 0 0 4 422 m m 丝杠内径 4 表 4珠丝杠螺母副几何参数 名 称 符 号 计算公式和结果 公称直径 0距 t 4 接触角 45 购买后包含 有 纸和说明书 ,咨询 9 螺纹滚道 钢球 直径 螺纹滚道法面半径 R 6 5 e 0 0 4 (0 0 螺纹升角 0a r c 7 . 2 6d 螺杆 螺杆外径 d 0 0 . 2 0 . 2 5 9 . 5qd d d 螺杆内径 c o s 8 . 5 9d d 螺母 螺母螺纹外径 D 循环） 1D 10 0 . 2 0 . 2 5 5 1 0 . 5qD d d (4)稳定性验算 1 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳 ,所以在设计时应验算其安全系数 S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷22() 其中 E=206=9441 6 7 164d mI a 取 23 则NF 安全系数 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 20 查表 2S= SS 丝杠是安全的 ,不会失稳 2 高速长丝杠工作时可能发生共振 ,因此需验算其不会发生共振的最高转速 要求丝杠的最大转速 2129910 式中， 临界转速系数，见表 2题 927.3 3/2 ，则 m i n/ 所以丝杠不会发生共振 3 此 外 滚 珠 丝 杠 副 还 受 0的限制 , 通常要求m i n/107 40 m i n/107m i n/i n/8020 430 所以该丝杠副工作平稳 。 (5)刚度验算 滚珠丝杠在工作负载
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