五轴联动表面感应加热淬火机床设计（XY轴滚珠丝杠螺母副传动方式-Z轴）（全套含CAD图纸）
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车床是车间里最有用、最通用的机床之一。它能进行多种机械加工作业。车床的主要部分是主轴箱、尾座和刀架。主轴箱与尾座位于床身的两端；用于夹持刀具的刀架置于主轴箱与尾座之间。刀架安装在中托板上，根据加工的种类，中托板使刀架既能横向运动，又能与床鞍一起作纵向运动。普通顶尖车床在刀架上一次只能安装一把刀具，而在转塔车床的转塔刀架上可同时夹持五把或更多的刀具。车床床身必须非常坚固，以防在应力作用下产生弯曲或扭转变形。 主轴箱内装有驱动装置与齿轮机构，以及夹持工具并使其旋转的主轴。工件转速很大程度上取决于工件的直径。直径 大的棒料自然应比直径很小的棒料转得慢，这与刀具切削速度有很大的关系。装在空心主轴和尾座轴前端的带锥度的顶尖，把工件牢固地夹在它们之间。由主轴箱带动的光杠驱动刀架，以固定且均匀的速度与床鞍一起来回运动。这使操纵者能精确地切削，且使工件得到良好的表面光洁度。主轴和光杠之间的齿轮控制着光杠的速度，因而控制了刀架的进退。操作者根据所切削的金属的种类和要切除的量来选配齿轮。深切或粗切时的走刀速度应比精切时的走刀速度应比精切时的低。 车床顶尖并非对每种工件都适用。根据工件的形状和特定的切削操作，操作者可用以卡爪夹持工件 的卡盘或用花盘来取代顶尖。例如，操作者可以用一个卡盘夹持一个短工件、或需要钻孔、镗孔以及车螺纹的工件。刀架在床鞍上的横向运动，使刀具能够横切工件的端面使其成为平面。为了车螺纹，操作者接通丝杠（位于床身前面并随着主轴转动的长螺旋轴），丝杠驱动刀架与床鞍一起以准确的速度前进，以保证螺纹螺距的准确性。操作者可选择不同的齿轮速度，而这会改变主轴和丝杠的速比，因而改变了螺纹的螺距。主轴箱上的反向手柄使操作者能改变床鞍的运动方向，因而带着刀具回到初始位置。 所有机床的用途都是去除金属，（但是）每种机床去除金属的形式各不 相同。例如，有的机床（如车床）是工件回转，采用单刃刀具去除金属，有的机床（如铣床）则是以刀刃回转，工件进给的方式去除金属。 选择哪种机床加工工件，很大程度上取决于（工件）加工要求。但是由于机床具有多种加工方式，选择机床时可能存在很多种选择。但是不能认为这些机床的加工方式仅限于所列出的方式。 现代加工过程中应用的机床有如下几种： 、车床，用于车削、钻削和螺纹加工等。车床的主要作用是加工回转零件。通常是由单刃刀具在旋转工件上加工出轮廓。 、外圆磨床，用于加工表面精度较高的圆柱件。具有高精度表面的圆柱形模具零件常采用外圆磨床加工。（工件的）加工余量由研磨砂轮去除，砂轮与工件相切，逆时针旋转。 、牛头刨床，用于将钢柸和钢板加工成所需的厚度，并使这些钢板长宽尺寸见方牛头刨床的主要作用是加工平面，因此常被用在模板的粗加工中。工件被放置在工作台上，往复运动的单刃刀具以一系列直线切割去除金属（余料）。 、平面磨床，用来生产高精度平面。平面磨床能够在软质钢材或硬质钢材上加工出（尺寸）精确的高精度表面。工件被装卡在工作台上，工作台位于旋转的磨削砂轮下方 做往复运动，以一系列直线（运动）形式切除金属（余料）。 、铣床，用来加工狭槽、凹陷、钻孔以及花键等，能够快速去除金属（余料）。磨削加工是一种利用旋转的磨削刀具从工件表面去除金属（余料）的加工工艺。为满足加工要求，工件能在三个相互垂直的方向移动，三个方向分别为纵向、横向和垂直方向。 、仿形铣床，用来精确再现复杂型腔和型芯的形状。仿形铣床的工作原理与立式铣床相似，均使用立式铣刀在一系列的切削运动中去除金属。然而，在仿形铣削中，根据样板或模型轮廓形状所产生的仿形轨迹直接与铣刀头相连，加工出所需的零件外形。 当然， 除上面所述的主要机床外，还有一些附属设备，（如果没有这些设备）机加工装备不完善。（这些设备）包括电锯、钻床、工具磨、硬化和抛光设备等。 is of in of a of of at of a a on a it to or as as on of it is at a on a is of or on be to or a it to at a on of A of a or at a of or of on of he is of he to a or of be a on by of or by a on of He a to a of or or A of to of it a a in of at on of of of A on to of so to of is to in a in is by a as is in a is is as is is to be a to a of a of be it be is to be in as of is to is by to a of is is by of is a of to As of a is to is on a a in a of of An be on or is on a is a is in a of of is an in is a by a be in at to to of of is to of in an is to in a of is by a to a to a or a In to of of no be 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 广西工学院 毕业设计 (论文 ) 课题名称 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 专题：机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计 滚珠丝杠螺母副传动方式 系 别 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 教研室主任 系 主 任 年 月 日 毕业设计（论文） 摘 要 本文 全面阐述了 五轴联动表面感应加热淬火机床 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。详细介绍了五轴联动表面感应加热淬火机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。 高速度、高精度、高 效率和高刚度已成为当今数控机床发展的主要方向，普通龙门机床一般只能进行单面淬火，当淬火零件的另一个表面时，需要加装一个直角转换头或者调转零件的淬火面后重新装夹，这不但增加了机床操作者的劳动强度，影响淬火效率，并且重新定位装夹也降低了零件的淬火精度，为了弥补这些不足，龙门五轴联动表面感应加热淬火机床便应运而生。五面体五轴联动表面感应加热淬火机床一次装夹就能实现工件五个表面的淬火，这大大提高了零件的淬火精度和淬火效率，降低生产成本，因此五面体五轴联动表面感应加热淬火机床成为当前数控机床行业重点研究的对象之一。 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 ： 五轴联动表面感应加热淬火机床， 数控 ，伺服 电机 ， 滚珠丝杠 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 of in of In a of of NC of to a or of re of in to up as of be of so of of of of of 业设计（论文） 目 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪 论 .数控系统的发展及趋势 .轴联动表面感应加热淬火机床淬火的基本原理 .题研究的目的和意义 . 2 章 设计的内容及要求 .题的主要内容和基本要求 .度计划与应完成的工作 .设计的内容 . 数控装置总体方案的确定 . 5 械部分的设计 . 5 写设计说明书 . 6 床主要部件及运动方式的选定 . 3 章 选型确定 .C 联动回转轴设计内部结构 .C 轴三种方案 . 4 章 Z 轴进给系统的设计计算 .滚珠丝杠螺母副的选用设计 . 滚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 珠丝杠的选择 . 滚珠丝杠的精度 . 17 珠丝杠参数的计 算 . 17 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 服电机的选择 . 最大切削负载转矩的计算 . 21 载惯量的计算 . 21 载加速转矩计算 . 23 动导轨的选择计算 . 工作载荷的计算 . 24 时额定工作寿命的计算 . 24 离额定工作寿命的计算 . 24 定动载荷计算及选型 . 24 轴器的选择 .承的选择 .珠丝杠副的安全使用 . 润滑 . 27 尘 . 27 用 . 27 装 . 27 第 5 章 床身的设计 .结 .考文献 . 谢 .业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 X 毕业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 I 毕业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 V 毕业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 业设计（论文） 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 业设计（论文） 1 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 年毕业设计（论文） 的第五代 微处理器和 1990 年的第六代 基于 外称为 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。 轴联动表面感应加热淬火机床淬火的基本原理 数控控制（ 是用数字化信号对机床的运动及其淬火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；信息处理淬火传输技术；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，保证淬火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 3 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。 龙门加工中心经过长期的技术发展和推动，已从传统的单轴式发展到多轴 式，从传统龙门加工中心发展到现代化智能的加工中心，从单面的加工发展到多 面的加工，发展速度快，技术比较成熟。但是对于龙门五面体加工中心，由于我 国基础技术薄弱，研究方法落后，资金投入不足等原因，以及国外对核心技术的 封锁，导致我国五面体 加工中心发展缓慢 4。从龙门加工中心主要部件的发展情况来看，国内外龙门加工中心的龙门和滑枕的机构基本都具有以下特点： 1. 龙门 主要是由一个横梁和两个立柱构成。分为横梁固定、横梁靠定位块 锁定分段升降和横梁任意升降三种类型。横梁固定式结构机床刚性好，但不适合 加工大型工件，因为在加工靠近工作台面的工件部位时，滑枕伸出长度过大，加 工刚性较差，影响加工尺寸精度；横梁靠定位块锁定分段升降型结构机床刚性较 好，但横梁升降运动不能与滑枕上下移动联动，且操作较复杂；横梁任意升降型 结构横梁升降运动可以与滑枕上下移 动联动，加工范围较广，适合新产品开发。 立柱和横梁的横截面为矩形，刚性好，可耐重切削并长期保持高精度。主轴箱在 横梁上的导轨有自重平衡装置，其动作灵活、迅速且准确。由于主轴箱左右移动 时，横梁升降用滚珠丝杠所受负载有变动，使精度降低，所以采用配置在横梁左 右两侧的油缸来平衡主轴箱左右移动造成的变动负载和横梁本身的自重，以提高 机床的精度。 2. 滑枕 从结构上可分为开式和闭式两种型式。开式结构的滑枕通过压板夹 紧在主轴箱上，滑枕的截面积大；闭式结构的滑枕被夹紧在主轴箱内，滑枕的截 面积小。主轴箱内有液压平衡 装置，使滑枕上下移动灵活，可实现强力重切削。 主轴滑枕内部采用强制内冷却，即使作长时间连续重切削，也可保持高精度。滑 枕的行程以满足工件侧面下部的加工要求为宜，不宜太长，以免影响加工时的机 床刚度。滑枕采用一体型的结构，以提高机床的整体刚性。 毕业设计（论文） 题研究的目的和意义 我国近几年五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构虽然发展较快，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。 针对传统五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构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五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构。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。 五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构的发展现状和趋势是：在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型进给机构；在性能上将研制以钢为材料的进给机构，大幅度提高进给机构的承载能力；在形式上继续研制多轴并联，甚至于五轴并联的进给机构。 综上所诉，五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构的开发和设计具有很高研究的意义 用类似的机床结构设计成果的方法，进行五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构的设计，使其能够实现更好的工业生产自动化。 本课题对五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构部件进行了设计，研究五轴联动表面感应加热淬火机床的结构，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 题的主要内容 和基本要求 本课题要求设计一台五轴联动表面感应加热淬火机床， X、 Y 轴采用滚珠丝杠螺母副传动方式实现运动变换， 机床主要设计参数下表所示： X 轴有效行程 5000 轴有效行程 3000 轴有效行程 1000 5 工作台尺寸 2500 5000 工进给速度 0.5 m/速进给速度 10 m/动电机最高转速 2000 r/度计划与应完成的工作 应完成的工作： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书，其中包括 400 字左右的中文摘要，英文摘 要应与中文摘要内容完全相同； 2、 完成 与课题相关， 不少于 3000汉 字 的 英文资料翻译（附英文原文）； 3、完成机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计； 4、绘制 装配图及所有非标件零件图 。 进度计划： 1、第 1阅相关资料， 了解 表面感应加热淬火机床技术技术要求，完成开题报告 ； 2、第 3周，翻译一篇与设计相关的英文论文； 3、第 4据设计要求确定总体方案及计算； 4、第 6周，根据设计要求完成 找其技术参数 ； 5、第 7成 机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计 ； 6、第 12制 图纸； 7、第 15周，编写毕业设计说明书，准备答辩。 设计的内容 控装置总体方案的确定 (1) (2)较，论证。 械部分的设计 (1) (2) 毕业设计（论文） (3)算和选用； (4) (5) (6) (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。 床主要部件及运动方式的选定 （ 1）伺服电机的选择 本次设计选用交流伺服电机，根据本进给系统定位精度的要求，初步选用半闭环伺服系统。如果经计算后半闭环系统不能满足定位精度要求，可改用全闭环伺服系统。交流伺服电机有交流同步电机和交流感应电机。交流感应电机结构简单，与同容量的直 流伺服电动机相比较，质量轻、价格便宜。缺点是不能经济的实现范围较大的平滑调速。所以数控机床的进给系统中一般不采用这种电动机。 交流同步电动机的转速与所用电源的频率之间存在一种严格的关系，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变得。由变频电源供电给同步电动机时，便可方便地获得与频率成正比的可变速度。并可得到非常硬的机械特性及宽的调速范围。其结构虽然比感应电动机复杂，但比直流电动机简单。同步电动机又分为电磁式和非电磁式两大类。在后一类中又有磁滞式、永磁式和反应式多种。在数控 机床的进给驱动系统中，多采用永磁式同步电动机。在数控机床进给驱动中，采用具有大转矩、宽调速并装有反馈元件的机电一体化的永磁式交流同步电动机已十分普及。 （ 2）滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠具有高精度、高刚度、高效率及无间隙等优点。特别是在半闭环加工系统中，滚珠丝杠自身的精度对机床加工精度有很大的影响，定位精度在很大程度上受到滚珠丝杠精度的影响。 滚珠螺母副 4的滚珠循环方式一般会分为外循环和内循环两种。对于内循环方式， 7 滚珠 在循环过程中始终保持与滚珠丝杠接触。内循环滚珠丝杠螺母副工作滚珠数目少，径向尺寸紧凑，摩擦损失少，流畅性好，传动效率高，轴向刚度好，但回珠器槽行比较复杂，需三坐标数控机床才能进行加工。外循环过程中滚珠与丝杠脱离接触，目前使用插管完成滚珠循环的结构，结构简单，工艺性好，但滚道管子突出于螺母外面，所以外循环滚珠丝杠螺母径向尺寸较大。滚珠和滚珠丝杠螺母副接触处有过盈配合，即两者达到预紧；滚珠丝杠螺母副事先通过调节左右螺母的相互离开和靠近消除间隙。常用的消除间隙或预紧的办法有垫片是调隙结构、螺纹式调隙结构和齿差式调 隙结构。本次设计采用垫片式调隙结构。 （ 3）导轨副的选用 要设计的进给机构的导轨选用贴塑导轨，它属于滑动导轨，是在机床的动导轨面上贴上一层抗磨软带，导轨副的另一个固定导轨面为淬火磨削面。这样就会使导轨摩擦系数变为 轨速度可达 30m/度比较高，动、静摩擦系数差值小，没有爬行。耐磨性与铸铁对铸铁导轨副相比可提高 1 3 倍。 第 3 章 选型确定 由于五轴联动表面感应加热淬火机 床其中的五轴联动工作原理，可以借鉴五轴联动数控加工中心 /数控镗铣床的工作原理，本课题选型是借鉴五轴联动数控加工中心 /数控镗铣床的思路进行设计。 毕业设计（论文） C 联动回转轴设计内部结构 五轴数控机床的 3个直线运动轴和两个回转运动轴联动使淬火头始终垂直于工件曲面 , 从而实现复杂曲面的高精度加工。五轴数控机床有立式与卧式两种类型。数控机床的 5个运动轴为 X、 Y、 Z 3个直线轴和 A、 式数控机床的 5个运动轴为 X、Y、 Z 3个直线轴和 A、 B 两个回转轴。由于卧式机床的主轴在径 向有自重力 , 轴承高速运转时径向受力不均 , 因而主轴转速不宜过高 , 一般限制在 2000 r /下。而立式机床主轴不存在自身重力影响 , 最高转速可达到 40000 r /于模具复杂曲面的加工常用小直径淬火头 , 而小直径淬火头必须有很高的转速才能达到高精度要求。因而该机床采用立式结构。立式结构的两个回转轴是 A、 机床将 A、 C 回转轴设置在主轴上。铣头绕 Z 轴旋转 360, 形成 绕 X 轴旋转 90形成 A 轴。这样的结构形式工作台上无旋转轴 , 因此工作台承受力大 , 工作台的尺寸也可 设计得大些 , 更重要的是主轴加工非常灵活 , 尤其是用球面淬火头加工曲面时 , 可使球面淬火头避开顶点切削 ,保证有一定的线速度 , 从而提高表面加工质量。具体结构如图 2所示 , 通过一穿过基座的传动轴与 A 轴传动系统安装在基座下面。整个装置 9 各传动副和支承零部件安装空间大 , A 轴与 因此铣头的整体刚度大 ,工作平稳 , 抗冲击性强 2 。另外 , A、 并且设计了蜗轮蜗杆消隙装置 , 有效地消除了回转轴的轴向和径向间隙 , 从而保证了回转精度和承载能力 , 并可在传动零件出现磨损时调整间隙 , 延长传动副使用寿命。 A、 重复定位精度为 蜗轮蜗杆消隙装置结构如图 3所示 , 蜗杆由多段蜗杆套组成 , 各段蜗杆套之间安装有弹性元件 , 弹性元件迫使蜗杆套与蜗轮相互压紧 , 使相互啮合的齿侧均无间隙 , 从而保证了传动精度。 图 3 蜗轮蜗杆消隙装置 参考网址： 桂林机床股份有限公司 （论文） 轴铣头可绕 100 旋转分度，配合数控回转工 作台及三个直线轴可实现五轴联动和多种空间方向的加工。 10 250015别适合于加工中 小型叶轮及模具加工行业。 轴铣头可绕 45旋转分度，配合数控 回转工作台及三个直线轴可实现五轴联动和多种空 间方向的加工。 60 600012别适合于 加工中小型叶片及凸轮加工行业。 主传动驱动型 轴可 370旋转分度 (分度单位 ， 100旋转分度 (分度单位 ，可实现自动五面加工和各种空间方向的加工，进一步提高了机床的柔性化水平，扩大了机床的加工范围。 11 利号： 10 250030(37(S6)现五轴联动加工。 摆动式 公司是国内最先研制的厂家，已有近十年连续不断的 设计、制造、改进经验，并具有自 主知识产权。 利号： 轴可 370旋转， 100回转。 毕业设计（论文） 000000 矩、转速： 28(39(S6)89(124(m， 100 10000 27(32(S6)130(150(m， 100 10000 34(43(S6)72(91(m， 100 24000现五轴联动加工。 本课题要求设计一台五轴联动表面感应加热淬火机床， X、 Y 轴采用滚珠丝杠螺母副传动方式实现运动变换， 机床主要设计参数下表所示： X 轴有效行程 5000 轴有效行程 3000 轴有效行程 1000 工作台尺寸 2500 5000 工进给速度 0.5 m/速进给速度 10 m/动电机最高转速 2000 r/据上述叙述，结合本课题参数要求选择 摆动式 结合同类型机床参数，选择参数为： 28(39(S6)89(124(m， 100 10000动式 第 4 章 Z 轴进给系统的设计计算 滚珠丝杠螺母副的选用设计 铣床进给机构的进给运动，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 13 传动摩，但总是不太稳定。 所以，在五轴联动表面感应加热淬火机床上要擦系数大，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，变换成数控车床进 给机构的的直线位移。 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 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 . 毕业设计（论文） 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 15 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 毕业设计（论文） 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 广西工学院 毕业设计 (论文 ) 课题名称 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 专题：机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计 滚珠丝杠螺母副传动方式 系 别 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 教研室主任 系 主 任 年 月 日 摘 要 本 文 全面阐述了 五轴联动表面感应加热淬火机床 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 五轴联动表面感应加热淬火机床 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。 高速度、高精度、高 效率和高刚度已成为当今数控机床发展的主要方向，普通龙门机床一般只能进行单面 淬火 ，当 淬火 零件的另一个表面时，需要加装一个直角转换头或者调转零件的 淬火 面后重新装夹，这不但增加了机床操作者的劳动强度，影响 淬火 效率，并且重新定位装夹也降低了零件的 淬火 精度，为了弥补这些不足，龙门 五轴联动表面感应加热淬火机床 便应运而生。五面体 五轴联动表面感应加热淬火机床 一次装夹就能实现工件五个表面的 淬火 ，这大大提高了零件的 淬火 精度和 淬火 效率，降低生产成本，因此五面体 五轴联动表面感应加热淬火机床 成为当前数控机床行业重点研究的对象之一。 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 ： 五轴联动表面感应加热淬火机床， 数控 ，伺服 电机 ， 滚珠丝杠 of in of In a of of NC of to a or of re of in to up as of be of so of of of of of 目 录 摘 要 . 2 . 3 目 录 . 4 第 1 章 绪 论 . 错误 !未定义书签。 数控系统的发展及趋势 . 错误 !未定义书签。 轴联动表面感应加热淬火机床淬火的基本原理 . 错误 !未定义书签。 题研究的目的和意义 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 设计的内容及要求 . 错误 !未定义书签。 题的主要内容和基本要求 . 错误 !未定义书签。 度计划与应完成的工作 . 错误 !未定义书签。 设计的内容 . 错误 !未定义书签。 控装置总体方案的确定 . 错误 !未定义书签。 械部分的设计 . 错误 !未定义书签。 写设计说明 书 . 错误 !未定义书签。 床主要部件及运动方式的选定 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 选型确定 . 错误 !未定义书签。 C 联动回转轴设计内部结构 . 错误 !未定义书签。 C 轴三种方案 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 Z 轴进给系统的设计计算 . 错误 !未定义书签。 滚珠丝杠螺母副的选用设计 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的传动原理 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的传动特点 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的结构与调整 . 错误 !未定义书签。 向间隙的调整和加预紧力的方法 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠的选择 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠的精度 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠参数的计算 . 错误 !未定义书签。 服电机的选择 . 错误 !未定义书签。 大切削负载转矩的计算 . 错误 !未定义书签。 载惯量的计算 . 错误 !未定义书签。 载加速转矩计算 . 错误 !未定义书签。 动导轨的选择计算 . 错误 !未定义书签。 作载荷的计算 . 错误 !未定义书签。 时额定工作寿命的计算 . 错误 !未定义书签。 离额定工作寿命的计算 . 错误 !未定义书签。 定动载荷计算及选型 . 错误 !未定义书签。 轴器的选择 . 错误 !未定义书签。 承的选择 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的安全使用 . 错误 !未定义书签。 滑 . 错误 !未定义书签。 尘 . 错误 !未定义书签。 用 . 错误 !未定义书签。 装 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 床身的设计 . 错误 !未定义书签。 总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文） I 广西工学院 毕业设计 (论文 ) 课题名称 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 专题：机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计 滚珠丝杠螺母副传动方式 系 别 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 教研室主任 系 主 任 年 月 日 毕业设计（论文） 摘 要 本 文 全面阐述了 五轴联动表面感应加热淬火机床 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 五轴联动表面感应加热淬火机床 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。 高速度、高精度、高 效率和高刚度已成为当今数控机床发展的主要方向，普通龙门机床一般只能进行单面 淬火 ，当 淬火 零件的另一个表面时，需要加装一个直角转换头或者调转零件的 淬火 面后重新装夹，这不但增加了机床操作者的劳动强度，影响 淬火 效率，并且重新定位装夹也降低了零件的 淬火 精度，为了弥补这些不足，龙门 五轴联动表面感应加热淬火机床 便应运而生。五面体 五轴联动表面感应加热淬火机床 一次装夹就能实现工件五个表面的 淬火 ，这大大提高了零件的 淬火 精度和 淬火 效率，降低生产成本，因此五面体 五轴联动表面感应加热淬火机床 成为当前数控机床行业重点研究的对象之一。 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 ： 五轴联动表面感应加热淬火机床 ， 数控 ，伺服 电机 ， 滚珠丝杠 毕业设计（论文） of in of In a of of NC of to a or of re of in to up as of be of so of of of of of 业设计（论文） 目 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪 论 .数控系统的发展及趋势 .轴联动表面感应加热淬火机床淬火的基本原理 .题研究的目的和意义 . 2 章 设计的内容及要求 .题的主要内容和基本要求 .度计划与应完成的工作 .设计的内容 . 数控装置总体方案的确定 . 5 械部分的设计 . 5 写设计说明 书 . 5 床主要部件及运动方式的选定 . 3 章 选型确定 .C 联动回转轴设计内部结构 .C 轴三种方案 . 4 章 Z 轴进给系统的设计计算 .滚珠丝杠螺母副的选用设计 . 滚珠丝杠副的传动原理 . 12 珠丝杠副的传动特点 . 13 珠丝杠副的结构与调整 . 13 向间隙的调整和加预紧力的方法 . 15 珠丝杠的选择 . 滚珠丝杠的精度 . 16 珠丝杠参数的计算 . 16 毕业设计（论文） V 服电机的选择 . 最大切削负载转矩的计算 . 20 载惯量的计算 . 21 载加速转矩计算 . 22 动导轨的选择计算 . 工作载荷的计算 . 23 时额定工作寿命的计算 . 23 离额定工作寿命的计算 . 23 定动载荷计算及选型 . 24 轴器的选择 .承的选择 .珠丝杠副的安全使用 . 润滑 . 26 尘 . 26 用 . 26 装 . 27 第 5 章 床身的设计 .结 .考文献 . 谢 .1 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 毕业设计（论文） 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。 轴联动表面感应加热淬火机床淬火 的基本原理 数控控制（ 是用数字化信号对机床的运动及其 淬火 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 淬火 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 淬火 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。 龙门加工中心经过长期的技术发展和推动，已从传统的单轴式发展到多轴 3 式，从传统龙门加工中心发展到现代化智能的加工中心，从单面的加工发展到多 面的加工，发展速度快，技术比较 成熟。但是对于龙门五面体加工中心，由于我 国基础技术薄弱，研究方法落后，资金投入不足等原因，以及国外对核心技术的 封锁，导致我国五面体加工中心发展缓慢 4。从龙门加工中心主要部件的发展情况来看，国内外龙门加工中心的龙门和滑枕的机构基本都具有以下特点： 1. 龙门 主要是由一个横梁和两个立柱构成。分为横梁固定、横梁靠定位块 锁定分段升降和横梁任意升降三种类型。横梁固定式结构机床刚性好，但不适合 加工大型工件，因为在加工靠近工作台面的工件部位时，滑枕伸出长度过大，加 工刚性较差，影响加工尺寸精度；横梁靠定位块 锁定分段升降型结构机床刚性较 好，但横梁升降运动不能与滑枕上下移动联动，且操作较复杂；横梁任意升降型 结构横梁升降运动可以与滑枕上下移动联动，加工范围较广，适合新产品开发。 立柱和横梁的横截面为矩形，刚性好，可耐重切削并长期保持高精度。主轴箱在 横梁上的导轨有自重平衡装置，其动作灵活、迅速且准确。由于主轴箱左右移动 时，横梁升降用滚珠丝杠所受负载有变动，使精度降低，所以采用配置在横梁左 右两侧的油缸来平衡主轴箱左右移动造成的变动负载和横梁本身的自重，以提高 机床的精度。 2. 滑枕 从结构上可分为开式和闭式 两种型式。开式结构的滑枕通过压板夹 紧在主轴箱上，滑枕的截面积大；闭式结构的滑枕被夹紧在主轴箱内，滑枕的截 面积小。主轴箱内有液压平衡装置，使滑枕上下移动灵活，可实现强力重切削。 主轴滑枕内部采用强制内冷却，即使作长时间连续重切削，也可保持高精度。滑 枕的行程以满足工件侧面下部的加工要求为宜，不宜太长，以免影响加工时的机 床刚度。滑枕采用一体型的结构，以提高机床的整体刚性。 题研究的目的和意义 我国近几年 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 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 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 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 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 。毕业设计（论文） 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。 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 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 进给机构 ；在性能上将研制以钢为材料的 进给机构 ，大幅度提高 进给机构 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 进给机构 。 综上所诉， 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 的开发和设计具有很高研究的意义 行 五轴联动表面感应加热淬火机床进给机构 的设计，使其能够实现更好的工业生产自动化。 本课题对 五轴联动表面感应加热淬火机床 进给机构 部件进行了设计，研究 五轴联动表面感应加热淬火机床 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 题的主要内容和基本要求 本课题要求设计一台五轴联动表面感应加热淬火机床， X、 Y 轴采用滚珠丝杠螺母副传动方式实现运动变换， 机床主要设计参数下表所示： X 轴有效行程 5000 轴有效行程 3000 轴有效行程 1000 工作台尺寸 2500 5000 工进给速度 0.5 m/速进给速度 10 m/动电机最高转速 2000 r/度计划与应完成的工作 应完成的工作： 1、完成二万字左右的毕业设计说明书，其中包括 400 字左右的中文摘要，英文 5 摘要应与中文摘要内容完全相同； 2、 完成 与课题相关， 不少于 3000汉 字 的 英文资料翻译（附英文原文）； 3、完成机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计； 4、绘制 装配图及所有非标件零件图 。 进度计划： 1、第 1阅相关资料， 了解 表面感应加热淬火机床技术技术要求，完成开题报告 ； 2、第 3周，翻译一篇与设计相关的英文论文； 3、第 4据设计要求确定总体方案及计算； 4、第 6周，根据设计要求完成 找其技术参数 ； 5、第 7成 机床总体结构、 Z 轴结构及传动设计 ； 6、第 12制图纸； 7、第 15周，编写毕业设计说明书，准备答辩。 设计的内容 控装置总体方案的确定 (1) (2)较，论证。 械部分的设计 (1) (2) (3)算和选用； (4) (5)构装配图； (6) (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； 毕业设计（论文） (2)论文正文不少于 10000 字。 床主要部件及运动方式的选定 （ 1）伺服电机的选择 本次设计选用交流伺服电机，根据本进给系统定位精度的要求，初步选用半闭环伺服系统。如果经计 算后半闭环系统不能满足定位精度要求，可改用全闭环伺服系统。交流伺服电机有交流同步电机和交流感应电机。交流感应电机结构简单，与同容量的直流伺服电动机相比较，质量轻、价格便宜。缺点是不能经济的实现范围较大的平滑调速。所以数控机床的进给系统中一般不采用这种电动机。 交流同步电动机的转速与所用电源的频率之间存在一种严格的关系，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变得。由变频电源供电给同步电动机时，便可方便地获得与频率成正比的可变速度。并可得到非常硬的机械特性及宽的调速范围。其 结构虽然比感应电动机复杂，但比直流电动机简单。同步电动机又分为电磁式和非电磁式两大类。在后一类中又有磁滞式、永磁式和反应式多种。在数控机床的进给驱动系统中，多采用永磁式同步电动机。在数控机床进给驱动中，采用具有大转矩、宽调速并装有反馈元件的机电一体化的永磁式交流同步电动机已十分普及。 （ 2）滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠具有高精度、高刚度、高效率及无间隙等优点。特别是在半闭环加工系统中，滚珠丝杠自身的精度对机床加工精度有很大 的影响，定位精度在很大程度上受到滚珠丝杠精度的影响。 滚珠螺母副 4的滚珠循环方式一般会分为外循环和内循环两种。对于内循环方式，滚珠在循环过程中始终保持与滚珠丝杠接触。内循环滚珠丝杠螺母副工作滚珠数目少，径向尺寸紧凑，摩擦损失少，流畅性好，传动效率高，轴向刚度好，但回珠器槽行比较复杂，需三坐标数控机床才能进行加工。外循环过程中滚珠与丝杠脱离接触，目前使用插管完成滚珠循环的结构，结构简单，工艺性好，但滚道管子突出于螺母外面，所以外循环滚珠丝杠螺母径向尺寸较大。滚珠和滚珠丝杠螺母副接触处有过盈配合，即两者达到 预紧；滚珠丝杠螺母副事先通过调节左右螺母的相互离开和靠近消除间隙。常用的消除间隙或预紧的办法有垫片是调隙结构、螺纹式调隙结构和齿差式调隙结构。本次设计采用垫片式调隙结构。 （ 3）导轨副的选用 7 要设计的进给机构的导轨选用贴塑导轨，它属于滑动导轨，是在机床的动导轨面上贴上一层抗磨软带，导轨副的另一个固定导轨面为淬火磨削面。这样就会使导轨摩擦系数变为 轨速度可达 30m/度比较高，动、静 摩擦系数差值小，没有爬行。耐磨性与铸铁对铸铁导轨副相比可提高 1 3 倍。 第 3 章 选型 确定 由于五轴联动表面感应加热淬火机床其中的五轴联动工作原理，可以借鉴五轴联动数控加工中心 /数控镗铣床的工作原理，本课题选型是借鉴五轴联动数控加工中心 /数控镗铣床的思路进行设计。 C 联动回转轴设计内部结构 五轴数控机床的 3个直线运动轴和两个回转运动轴联动使 淬火头 始终垂直于工件曲毕业设计（论文） 面 , 从而实现复杂曲面的高精度加工。五轴数控机床有立式与卧式两种类型。数控机床的 5个运动轴为 X、 Y、 Z 3个直线轴和 A、 式数控机床的 5个运动轴为 X、Y、 Z 3个直线轴和 A、 B 两个回转轴。由于卧式机床的主轴在径向有自重力 , 轴承高速运转时径向受力不均 , 因而主轴转速不宜过高 , 一般限制在 2000 r /下。而立式机床主轴不存在自身重力影响 , 最高转速可达到 40000 r /于模具复杂曲面的加工常用小直径 淬火头 , 而小直径 淬火头 必须有很高的转速才能达到高精度要求。因而该机床采用立式结构。立式结构的两个回转轴是 A、 机床将 A、 C 回转轴设置在主轴上。铣头绕 Z 轴旋转 360, 形成 绕 X 轴旋转 90形成 A 轴。这样的结构形式工作台上无旋转轴 , 因此工作台承受力大 , 工作台的尺寸也可设计得大些 , 更重要的是主轴加工非常灵活 , 尤其是用球面 淬火头 加工曲面时 , 可使球面 淬火头 避开顶点切削 ,保证有一定的线速度 , 从而提高表面加工质量。具体结构如图 2所示 , 通过一穿过基座的传动轴与 A 轴传动系统安装在基座下面。整个装置各传动副和支承零部件安装空间大 , A 轴与 因此铣头的整体刚度大 ,工作 平稳 , 抗冲击性强 2 。另外 , A、 并且设计了蜗轮蜗杆消隙装置 , 有效地消除了回转轴的轴向和径向间隙 , 从而保证了回转精度和承载能力 , 并可在传动零件出现磨损时调整间隙 , 延长传动副使用寿命。 A、 重复定位精度为 蜗轮蜗杆消隙装置结构如图 3所示 , 蜗杆由多段蜗杆套组成 , 各段蜗杆套之间安装有弹性元件 , 弹性元件迫使蜗杆套与蜗轮相互压紧 , 使相互啮合的齿侧均无间隙 , 从而保证了传动精度。 图 3 蜗轮蜗杆消隙装置 参考网址 ： 桂 林机床股份有限公司 100 旋转分度，配合数控回转工 作台及三个直线轴可实现五轴联动和多种空间方向的加工。 10 250015别适合于加工中 小型叶轮及模具加工行业。 轴铣头可绕 45旋转分度，配合数控 回转工作台及三个直线轴可实现五轴联动和多种空 间方向的加工。 60 600012别适合于 加工中小型叶片及凸轮加工行业。 毕业设计（论文） 主传动驱动型 轴可 370旋转分度 (分度单位 ， 100旋转分度 (分度单位 ，可实现自动五面加工和各种空 间方向的加工，进一步提高了机床的柔性化水平，扩大了机床的加工范围。 利号： 10 250030(37(S6)现五轴联动加工。 摆动式 11 联动数控机床核心功能部件的摆动式 公司是国内最先研制的厂家，已有近十年连续不断的 设计、制造、改进经验，并具有自主知识产权。 利号： 轴可 370旋转， 100回转。 000000 矩、转速： 28(39(S6)89(124(m， 100 10000 27(32(S6)130(150(m， 100 10000 34(43(S6)72(91(m， 100 24000现五轴联动加工。 本课题要求设计一台五轴联动表面感应加热淬火机床， X、 Y 轴采用滚珠丝杠螺母副传动方式实现运动变换， 机床主要设计参数下 表所示： X 轴有效行程 5000 轴有效行程 3000 轴有效行程 1000 工作台尺寸 2500 5000 业设计（论文） 加工进给速度 0.5 m/速进给速度 10 m/动电机最高转速 2000 r/据上述叙述，结合本课题参数要求选择 摆动式 结合同类型机床参数，选择参数为： 28(39(S6)89(124(m， 100 10000动式 第 4 章 Z 轴 进给 系统的设计计算 滚珠丝杠螺母副的选用设计 铣床 进给机构 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。 所以，在 五轴联动表面感应加热淬火机床 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 进给机构 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
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