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JK2X1.5提升机制动盘车削装置毕业设计,JK2X1,提升,机制,车削,装置,毕业设计
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 提升机简介 图为JK-21.5提升机1.1提升机的分类根据矿井提升机工作原理和结构的不同，可分为如下类型：矿井提升机分为：缠绕提升机和摩擦提升机;其中：缠绕提升机可分为单绳缠绕，多绳缠绕-布雷尔式单绳缠绕又分为：单卷筒，可分离单卷筒和双卷筒。摩擦提升机可分为单绳摩擦和多绳摩擦式单绳摩擦包括塔式和落地式，多绳摩擦也分为塔式和落地式。1.1.1单绳缠绕式提升机： 单绳缠绕式提升机是较早出现的一种，它工作可靠，结构简单，但仅适用于浅井及中等深度的矿井，且终端载荷不能太大。对于深井且终端载荷较大时，提升钢丝绳和提升机卷筒的直径很大，从而造成体积庞大，重力猛增，使得提升钢丝绳和提升机在制造、运输和使用上都有诸多不便。因此在一定程度上限制了单绳缠绕式提升机在深井条件下的使用。 1.2提升机的用途矿井提升机是矿山重要和关键的设备之一。主要用于煤矿、 金属矿及非金属矿提升和下放人员、 提升煤炭、 矿石、 矸石及运输材料和设备。单筒提升机主轴装置由卷筒、主轴、左右轮毂等组成。左轮毂与轴为过渡配合，采用键连接。右轮毂与主轴为过盈配合，用温差法将轮毂重压配在主轴上。卷筒与轮毂的联接采用高强度螺栓。主轴是矿井提升机核心部件， 主轴装置是单绳缠绕式矿井提升机的工作部分。缠缠绕式提升机是机械工业和工矿企业等领域广泛应用的矿山机械，在国民生产中占有重要的位置。它具有承载能力大、工作可靠性高、制造工艺相对简单等优点。1.3 JK-21.5提升机特点：该型提升机旋转部分为全滚传动，整机效率高；滚筒筒壳依据弹性理论设计，选用优质高强度钢板焊接而成，强度大，为整体结构，根据客户要求便于运输亦可制成剖分式；制动盘采用高强度结构钢，用螺栓与滚筒相连，便于维修和更换；盘型制动器为油缸后置式，动作灵活，不油污制动盘；液压站为双系统二级制动，过卷为一级制动；双筒提升机离合器为齿块式液压调绳离合器；牌坊式深度指示器，醒目准确；带冷却器的液压泵站；行星齿轮减速器，体积小，噪音小，重量轻，运行可靠，安装时无需地坑； 可采用交流和直流电机驱动，交流配套电控为TKD型和TKD2-PC（即PLC）。1.4 JK-21.5提升机参数表1.1产品型号 JK-2.01.5卷筒个数 (个)1直径 (mm)2000宽度 (mm)1500钢丝绳最大静张力载人 (KN)60载物 (KN)60钢丝绳最大张力差载人 (KN)60载物 (KN)60钢丝绳最大直径mm24.5钢丝绳破断拉力总和KN388提升高度一层 (m)275二层 (m)613三层 (m)998最大提升速度m/s5.11减速比 20电动机功率 (KW)/转速(r/min)326/975主机重量T(电动机,电控设备未计)26.91.5机械部分结构概述 提升机机械部分主要包括主轴装置、行星减速器、盘形制动器、液压站、润滑站、深度指示器等部件。采用交流或直流电机驱动。缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。单筒大多只有一根钢丝绳，连接一个容器。 1.5.1主轴装置卷筒有剖分式(便于下井)和整体式两种型式。卷筒焊接后进行整体退火处理以消除内应力。主轴材质为45号钢锻件、正火处理，并进行严格理化实验和探伤检查。提升机主轴轴承座用螺栓分别固定在两个轴承梁上，轴承选用双列向心球面滚子轴承，其稳定可靠，具有结构简单，安装、维护方便，传动效率高等特点。图1.1-提升机主轴1-主轴承 2-润滑油杯 3-左轮毂 4-主轴 5-辐板 6-挡绳板7-木衬 8-筒壳 9-制动盘 10-精制螺栓 11-右轮毂 12-切向键 1.5.2盘形制动器 制动器为油缸后置式的盘形制动器，制动力由盘形弹簧提供、液压控制。其结构紧凑，动作灵敏，安全可靠。制动器的制动力矩三倍最大静力矩设计。 1.5.3行星齿轮减速器 两级行星传动。该种减速器为硬齿面传动，具有结构紧凑，传动能力大，运行平稳，噪音小，寿命长等特点，并配有润滑站强力润滑。 1.5.4液压站 采用可调电气延时二级制动液压站，采用比例阀调节压力，配置两套电动机、泵及调压装置，一套运行，一套备用，以保证提升机可靠运行。液压元件均采用集成方式布置在油箱面板上面，便于检修维护。 1.5.5润滑站 润滑站供给行星齿轮减速器润滑油以保证行星减速器的正常运转。供油量为63升/分，可保证齿面充分润滑。润滑站设有冷却器并配置两套电动机和齿轮泵，一套运行，一套备用。 1.5.6深度指示器 深度指示器的作用是向司机指示容器在井筒中的位置容器接近井口停车位置时发出减速信号及减速控制指令当提升容器过卷时使装在指示器上的终点开关动作，切断安全回路，实现安全制动减速阶段提供给定速度并通过限速装置实现过速保护 1.5.7配套电控 提升机电控部分可选配普通电控、PLC电控或变频电控成套系统。根据要求提供动力制动。 2 盘形制动器盘形闸的工作原理盘式制动器是依靠盘形弹簧产生制动力，靠油压松闸的。当压力油充入油缸，推动活塞压缩盘形弹簧，并带动筒体和闸瓦离开制动盘，呈松闸状态；当油缸内油压降低，盘形弹簧就恢复其压缩变形，靠弹簧力推动筒体、闸瓦，带动活塞移动，使闸瓦压向制动盘进行制动。2.1盘式制动器组成： 提升机可靠性盘式制动器，它包括制动油缸，随制动油缸动作的碟形弹簧，固定闸瓦的衬板，其特征在于：所述的制动油缸包括开有通孔的制动器筒体，与制动器筒体相配合的呈凸台状的制动活塞，与制动活塞尾部凹槽相配合的测压活塞、套装在测压活塞尾部并与制动器筒体螺纹连接的制动器缸盖；所述的衬板中部设有阶梯通孔，阶梯通孔紧靠闸瓦一端嵌装有压板，衬板与闸瓦之间设有将其固定为一体的压套。 呈凸台状的制动活塞头部插装在衬板中部的阶梯通孔内，压板上设有连接制动活塞与衬板的沉头螺钉；测压活塞呈字形，其尾端中部设有与字形头部相通的测压油口，其尾部外径上设有放置碟形弹簧的活塞环；测压活塞与制动活塞相配合之间设有形密封圈，制动活塞与制动器筒体通孔配合之间设有形密封圈，与制动器筒体内筒壁相配合之间设有形密封圈；制动器筒体一侧设有测量闸瓦位移量的电涡流传感器。 2.2盘式制动器的主要特点：JK提升机盘式制动器的主要特点是闸瓦不作用于制动轮上，而是作用在制动盘上。由于盘式制动器反应迅速、动作快，它的安全制动空行程不超过0.3s，比油压块闸制动器安全制动空行程时间0.6s缩短了一倍。闸瓦为耐磨材料制成，摩擦系数大，耐磨性好。闸间隙及碟簧疲劳状况有电控相关保护设置功能时刻监护。盘式制动器是执行机构，其驱动和调节则有单独的液压站及其电控系统配合共同完成工作制动和安全制动的任务。图2.1-制动盘1-垫板；2-支座；3-油缸；4-碟形弹簧；5-调整螺栓；7-螺钉；8-盖；9-筒体；10-密封圈；11-柱塞；12-销子；13-村板；14-闸瓦；15-放气螺钉；16-回复弹簧17-螺栓；18-垫；19-螺母；20-塞头；21-垫片2.3工作原理：制动力靠碟形弹簧产生，松闸靠油压。当压力油充人油缸，推动活塞压缩碟形弹簧，并带动调整螺栓6、螺钉7及柱塞11右移时，筒体和闸瓦在回复弹簧16和缸紧螺栓17的作用下一起右移，闸瓦离开制动盘，呈松闸状态。当油缸内油压降低，碟形弹簧回复其压缩变形，推动活塞5向左移动，同时带动调整螺栓6，螺钉7，柱塞11推动筒体左移，使闸瓦压向制动盘，达到制动的目的。闸瓦压向制动盘的正压力大小取决于油缸内的压力，当缸内压力为最小值时(一般不等于零，有残压)，弹簧力几乎全部作用在活塞上，呈全制动状态。反之，当工作油压为系统最大油压时，机器全松闸。 螺钉15(C-C截面)是放空气用的，第一次向制动油缸充油之前，或使用一段时间之后，应把排气螺钉拧松并将油缸内空气排尽，以免影响制动缸的正常工作。塞头20(c-c截面)是排油用的，在使用过程中，油缸有可能微量渗油，需定期将塞头拧开排油，应避免渗油沾污闸瓦及制动盘。 2.4提升机制动盘结构和要求小型提升机制动盘多焊在筒壳上。称之为固定闸盘或死阐盘：大型提升橇多采用制动盘与摩擦轮可拆组合联结，即制动盘做成两半用高强度螺栓与縻擦轮联结。主轴装置安装好要检查制动盘两侧面全跳动公差值：摩擦轮直径小于等于4m时端面跳动小于等于O5 mm：摩擦轮直径大于等于4 m时端面跳动应小于等于07 mm：若大予规定值应进行调整或车削制动盘。制动盘两侧面的表面粗糙度小于等于32m，光洁度低于6及端面跳动超过0.5mm时, 应重新进行加工否则要进行重新车削制动盘。2.5 制动盘跳动危害矿井提升设备是矿山较复杂而庞大的机电设备，且周期动作式输送设备，需要频繁地启动和停车，工作条件苛刻。所以必须正确的使用和维护，在工作中一旦发生故障，不仅影响到矿井的生产，而且涉及人员的生命安全。因此保障矿井提升机的安全性极为重要。其中用盘形制动器制动的矿井提升机由于安装偏差、长期使用、运行时用力不均等因素，往往会造成制动盘偏摆、变形，从而会导致提升机主轴轴向窜动、盘形制动器闸瓦快速磨损、制动器制动失灵，很有可能造成重大设备与人身事故。因此。对由于提升机制动盘变形弓|起的主轴窜动进行整形是非常必要的。2.6解决矿井提升机制动盘偏摆的方法对于处理矿井提升机制动盘偏摆的问题，我国已有一套成熟的技术，很多煤矿都有自己的处理方法。 2.6.1热处理法即利用氧气和乙炔焊枪均匀加热后快速用自来水冷却制动盘所加热面和部位，然后进行冷却处理，以达到目的。 (1)工具准备。磁性百分表CZ一6A型一块、彩粉笔10只、氧气乙炔各一瓶、氧气带乙炔带各一盘、氧气乙炔表一套、割炬一把，A3白纸两张、铅笔一支。(2)百分表安装。表座安装在盘形制动器上，表测试制动盘并调零。(3)慢速转动主轴并随时在制动盘上用彩粉笔记录百分表读数(每100记录一次)。 (4)分析数据，找出超过其规定值05mm制动盘具体位置并用彩粉笔划出需加热具体位置：制动盘底沿主轴径向向外2030 mm的区域，让电气焊工在该区背面位置加热，直到加热位置发蓝。 (5)均匀加热后快速用自来水冷却制动盘所加热面和部位，直到制动盘温度降到3040。(6)再次慢速转动主轴并随时在制动盘上用彩粉笔记录百分表读数(每100记录一次)，来校验制动盘变形效果，如果还有点超过其规定值O5 mm，再次(一般重复一次就可以了)重复第四步和第五步直到符合制动盘偏摆要求。由于加热和冷却时掌握得好。我矿一240 m盲罐笼井225 m矿井提升机制动盘一次整形就达到0203 mm。小于其规定值05 mm。此时整个工艺完成，达到整形目的。热处理法整形制动盘缺点是工艺复杂，操作难度大。其在矿井下使用氧气乙炔燃烧加热具有危险性。 2.6.2加装辅助支轮法 针对固定滚筒偏摆超限情况，可以在不改变原主轴、滚筒等部件的情况下，在固定滚筒上另设辅助支轮，并与左支轮轮毂焊接。在附加支轮与左支轮之间再加设6块6=30mm的筋板来加固滚筒辅助支轮的两半铜轴瓦用M20mm的螺栓与支轮连接，铜轴瓦上有4个M16mm的顶丝孔，铜瓦磨损严重时，可方便地予以更换。在辅助支轮外轴套中间位置，设有一个注油孔，通过导油槽润滑对铜轴瓦与主轴进行润滑。 2.6.3车削磨光法其包括低速车削和高速车削两种：（1）低速车削磨光采用低速车削的方法, 有以下缺点: 速度慢, 效率低, 一台中2-2.5m的提升机, 制动盘全部加工完, 大约需240-260小时。每天以两班计, 要15 天左右; 表面光洁度低, 质量差, 采用低速车削很难达到要求。这是因为切削中很容易形成刀瘤, 其硬度超过制动盘的盘面硬度, 稍不注意, 就会把盘面拉成一道道深沟。若刀瘤嵌在盘面上, 给加工带来更大的困难。加上车刀的让刀和刀杆傲振动打颤等原因, 在盘面上形成波纹、刀痕, 加工的盘面很不理想, 再磨也难以达到要求。 需要增加一套传动装置, 同时也增加了安装费用。（2）高速车削磨光高速车削磨光技术成熟，可以设计或改装现有的一套成熟的车床的纵向进给系统，然后安装在设计的支架上，利用滚筒自身的高速旋转（可以用电机直接带动滚筒达到高速旋转的目的）进行车削，也可以用铣刀，进行铣削，方法类似。车（铣）削之后，在进行磨光，以达到表面粗糙度的要求，进而达到制动盘的性能要求。刀瘤的形成与切削速度有关, 当切削速度高时, 刀瘤来不及形成就被铲除了。表面光洁度也与切削速度有关, 一般说来, 切削速度越高, 表面光洁度越好, 误差也越小, 6的光洁度, 只要精车即可达到, 无需再进行磨削加工。高速车削操作方便简单，成本较低，较易达到制动盘端面的表面光洁度和表面粗糙度，从而解决制动盘跳动问题。所以，综合各方面考虑本次设计选用高速车削磨光的方法消除制动盘的轴向跳动，偏摆问题。3车削装置各部件结构设计和计算车削装置由步进电机提供进给的动力，通过联轴器带动滚珠丝杠转动，从而使滚定在刀将上的螺母沿导轨运动，达到进给切削的目的。车削装置的设计和计算主要包括：滚珠丝杠螺母传动副的选择和校核，步进电机的选择，导轨的选择，刀架、底座、支撑弯板的设计。3.1传动方式的选择（1）带有齿轮传动的进给运动机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图3-1（a）所示。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对传动系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用消除措施来尽量减小齿轮侧隙。但这种联接形式的机械结构比较复杂。5364213-1（a）-齿轮传动1-步进电机；2-传动齿轮；3-轴承；4-滚珠丝杠螺母；5-工作台；6-滚珠丝杠。 （2）经同步带轮传动的进给运动如图3-1（b）所示，这种联接形式的机械结构比较简单。同步带传动综合了带传动和链传动的优点，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但只能适于低扭矩特性要求的场所。安装时中心距要求严格，且同步带与带轮的制造工艺复杂。 1 1-传送带 3-1（b）-带传动 （3)电机通过联轴器直接与丝杠联接 如图3-1（c）所示，此结构通常是电机轴与丝杠之间采用锥环无键联接或高精度十字联轴器联接，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。在加工中心和精度较高的数控机床的进给运动中，普遍采用这种联接形式。根据进给系统的要求及设计要求，选择电机通过联轴器直接与丝杠联接的进给运动，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。2 2-联轴器3-1（c）-联轴器3.2滚珠丝杠副 3.2.1滚珠丝杆螺母副工作原理 滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。（1）组成及工作原理：图3.2-滚珠丝杠螺母副组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。（2）特点： 传动效率高：机械效率可高达92%98%。摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。（3）滚珠丝杆螺母副的消隙图3.3双螺母垫片调隙滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构（类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构）。通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移，从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。当工作台反向时，由于消除了侧隙，工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。图3.4-双螺母螺纹调隙图3.5-锁紧螺母调整预紧力图示为利用两个锁紧螺母调整预紧力的结构。两个工作螺母以平键与外套相联，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。当两个锁紧螺母转动时，正是由于平键限制了工作螺母的转动，才使得带外螺纹的工作螺母能相对于锁紧螺母轴向移动。间隙调整好后，对拧两锁紧螺母即可。结构紧凑，工作可靠，应用较广。例：当Z1=99，Z2=100时，mS1。可以达到很高的调整精度。 3.2.2滚珠丝杆螺母副概况滚珠丝杆螺母副的设计首先要选择结构类型：确定滚珠循环方式，滚珠丝杠螺母副的预紧方式。结构类型确定之后，在计算和确定其他技术参数，包括：公称直径d0(或丝杠外径d)、导程L0、滚珠的工作圈数j、列数K、精度等级等。滚珠循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。 滚珠丝杠螺母副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等几种。 滚珠丝杆螺母副是在丝杠和螺母的轨道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。滚珠丝杆螺母副具有传动效率高、运动平稳、使用寿命长等特性。滚珠丝杆螺母副由专门工厂制造，当型号计算选定后，可以外购或定制。3.3步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 3.3.1工作原理步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 3.3.2分类 感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。 3.3.3优点（1）电机旋转的角度正比于脉冲数； （2）电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； （3）由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性； （4）优秀的起停和反转响应； （5）由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命； （6）电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控 制成本 （7）仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 （8）由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。3.4计算切削力此次切削为横切端面，主切削力可取纵切削力的1/2：此时走刀抗力为，吃刀抗力为。各分力比例粗略计算：3.5滚珠丝杠的计算及选择已知参数：最大行程：350mm，失动量：，工作台最高转速： 工作台最高速度：查表选择丝杆预期寿命： 小时 ， 摩擦系数。溜板及刀架估计尺寸（长宽高）：500mm200mmm100mm溜板及刀架估计重量：80kg估算溜板及刀架重量： 3.5.1滚珠丝杠导程的确定在本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比为，设电机的最高工作转速为，则由公式(3.1)可得丝杠导程为：2) 3.5.2确定丝杠的等效转速： 由公式得 ，最大进给速度时丝杠的转速： 最小进给速度时丝杠的转速：3) 丝杠等效转速为： 3.5.3滚珠丝杠的负载（1）导轨的静摩擦力FO。4)5) -导轨摩擦系数为取 0.2（2）计算进给牵引力：6)式中：K-考虑颠覆力矩影响的实验系数，取K=1.4 -滑动导轨摩擦系数，取0.2 G-溜板及刀架重量，G=800N（3)计算最大动负载7)8)9)式中 : -滚珠丝杆导程，初选5mm； -最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的1/21/3，此处为2m/min； T-使用寿命，按15000h； -运转系数，按一般运转取1.21.5； L-寿命以转为1单位。10)11) 3.5.4滚珠丝杆螺母副的选型查阅附录滚珠丝杆螺母副表，可采用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杆，1列2.5圈，其额定负载为8800N，精度等级按表选为3级（大致相当于老标准的E级）. 3.5.5传动效率计算式中：-螺旋升角，= -摩擦角取滚动摩擦系数0.0030.004 3.5.6刚度验算 先画出此纵向进给滚珠丝杆支撑方式草图如图所示。最大牵引力为2570N。支撑间距L=400mm丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载的1/3.图3.5-传动方式计算如下：（1）丝杆的拉伸或压缩变形量（mm） 查滚珠丝杠轴向拉伸压缩变形图，根据 ，查出，可算出：（2）滚珠与螺纹滚道间接触变形 查W系列2.5圈1列丝杠副滚珠和螺纹滚道的接触变形图，（3） 支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8102型推力球轴承，滚动体数量Z=12， 考虑到进行了预紧，故综合以上几项变形量之和：12) 显然此变形量已大于定位精度的要求，应采用相应的措施修改设计。因横行溜板空间限制，不宜再加大滚珠丝杠直径，故采用贴塑导轨减小摩擦力，从而减小最大牵引力。重新计算如下： 查滚珠丝杠轴向拉伸压缩变形图，查出当时，。 由于采用贴塑导轨，减小了最大牵引力，故需重新计算或查图标确定和。13) 查W系列2.5圈1列丝杠副滚珠和螺纹滚道的接触变形图，则 横向进给定位精度应为纵向进给定位精度的1/2，应为。此变形量 已能满足定位精度的要求。（4)稳定性校核计算临界负载（N）14) 式中 E-材料弹性模量，钢为； I-截面惯性矩，对于丝杠为（为丝杠内径）； L-丝杠两支承端距离（cm）； -丝杠支撑方式系数，从表：滚珠丝杠的支撑方式系数，查出一端固定一端简支，为2.00。表3.1：滚珠丝杠的支撑方式系数方式一端固定一端自由两端简支一端固定一端简支两端固定0.251.002.004.00一般=2.54此滚珠丝杆不会产生失稳。(5)滚珠丝杠副几何参数其几何参数见下表： 表3.2：及滚珠丝杠几何参数参数名称符号关系式 螺纹滚道公称直径4020导程65接触角钢球直径3.9693.175滚道法面半径R2.0641.651偏心距e0.0560.045螺纹升角螺杆外径d3919.4内径35.98416.789接触直径36.035516.835螺母螺纹直径D44.01623.212内径40.793820.6353.6齿轮传动比计算已确定纵向进给脉冲当量=0.005，滚珠丝杠导程=5mm，初选步进电机步距角，可计算传动比i： 考虑带结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横行溜板的有效行程，故此可采用两级齿轮将速： 因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数参照下表： 表3.3：传动齿轮几何参数齿数Z324024402025分度圆d=mz648048804050齿顶圆688452844454齿根圆597543753545齿宽（610）202020202020中心距7264453.7步进电机的计算和选型 3.7.1 初选步进电机负载转矩15) 16) 17) 式中 -脉冲当量（mm/step）; -进给牵引力（N）； -步距角，初选双拍制为; -电机丝杠的传动效率，为齿轮、 轴承、 丝杠效率之积，分别为0.98 、0.99、0.99和0.94；3.7.2估算步进电机启动转矩18) 3.7.3计算最大静转矩查下表 表3.4：步进电机启动转矩和最大静转矩的关系 步进电机相数 三相四相五相六相拍数36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866 取五相十拍则 3.7.4计算步进电机运转频率和最高启动频率 式中 -最大切削进给速度（m/min）； -最大快移速度（m/min）； -脉冲当量。3.7.5初选步进电机型号 根据估算出的最大静转矩在国产BF反应式步进电机技术数据表中查出110BF004最大静转矩为490可以满足要求。考虑到此经济数控车床有可能使用较大的切削用量，应该稍大转矩的步进电机，以留有一定余量。另一方面，与国内同类型机床进行类比，决定采用130BF001步进电机。单从表中看出，130BF001步进电机最高空载启动频率为3000Hz，不能满足（4000Hz）的要求，此项指标可暂不考虑，可采用软件升降速程序来解决。3.8校核步进电机转矩 3.8.1等效转动惯量计算 据表转动惯量计算，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下式计算：19) 式中 -步进电机转子转动惯量; 、-齿轮、的转动惯量； -滚珠丝杠转动惯量。参考同类型机床，初选反应式步进电机130BF001，其转子转动惯量=4.720) 21) 22) 23) 24) 25) 26) 27) 28) 29) 代入上式：30) 31) 32) 考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题，33) 基本满足惯量匹配的要求。3.8.2电机转矩计算机床在不同工况下，其所需转矩不同，下面分别按给阶段计算。（1）快速空载启动转矩M 在快速空载启动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算公式如下：34) 将前面数据代入，式中各符号意义同前。 启动加速时间35) 36) 折算到电机轴上的摩擦转矩37) 式中 -导轨的摩擦力（N）; -垂直方向的切削力（N） G-运动部件的总重量（N） -导轨摩擦系数； i-齿轮降速比； -传动链总效率，一般可取0.70.85。附加摩擦转矩：38) 式中 -滚珠丝杠预加负荷，一般去1/3，为进给牵引力（N）； -滚珠丝杠导程（cm）； -滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取。以上综合计算：39)40) （2）快速移动时所需转矩41) 42) 3）最大切削负载时所需转矩43) 从上面计算可以看出，、和三种工况下，以快速空载启动所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。从表：步进电机启动转矩和最大静转矩的关系中可以查出，当步进电机为五相十拍时，则最大静转矩为44) 从文献中表看出国产BF反应式步进电机技术参数中查出90BYG5502型步进电机最大转矩为9.31大于所需最大静转矩，可以满足此要求。 3.8.3校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性 前面已经计算出此机床最大快移时需步进电机的最高起动频率为4000Hz，切削进给时所需步进电机运行频率为833Hz。 从表：国产BF反应式步进电机技术参数中查出130BF001型步进电机允许的最高空载起动频率为3000Hz，运行频率为16000Hz，再从步进电机起动矩频特性图中查出130BF001步进电机起动矩频特性和运行矩频特性如下图所示。看出，当步进电机起动时，=2400Hz时，=100不能满足此机床说要求的空载起动力矩（188.85）直接使用会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现），将启动频率降到2000Hz时，起动转矩可增高到180，然后再电路上在采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出转矩扩大一倍左右。 当快速运动和切削进给时，130BF001型步进电机运行距频特性完全可以满足要求。3.9减速箱体的设计 根据机械设计基础课程设计减速箱体和附件设计，设计进给系统减速箱体。 减速器箱体起着支持和固定轴系零件、保证轴系运转精度、良好的润滑及可靠密封等重要作用，设计箱体结构，应保证有足够的刚度和良好的工艺性。（1）箱体的壁厚及其结构尺寸的确定（2）箱盖顶部外表面轮廓的确定（3）油面位置及箱座的确定（4）箱体结合面的密封4导轨的计算和选型4.1对导轨的基本要求 机床上的运动部件（如刀架、工作台）都是沿着床身、立柱、横梁等基础件上的导轨面运动的。因此，导轨的功能就是的支承和导向，支承运动部件并保证运动部件在外力（运动部件本身的重量、工件的重量、切削力、牵引力等）的作用下，能准确地沿着一定的方向运动。导轨性能的好坏，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。因此，导轨应满足以下基本要求。 4.1.1导向精度 是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性，无论在空载或功削加工时，导轨都应有足够的导向精度。影响导向主要因素有导轨的结构形式、导轨的制造精度和装配质量，以及导轨和基础件的刚度等。 4.1.2精度保持性 是指导轨载长期使用中保持导向精度的能力。导轨的耐磨性是保持精度的决定性因素，它与导轨的摩擦性质、导轨的材料等有关。除了力求减少磨损量外，还应使导轨面载磨损后能自动补偿和便于调整。 4.1.3低速运动平稳性 运动不见载导轨上低速运动或微量位移时，运动应平稳， 无爬行现象。这一要求对数控机床尤为重要，它与导轨的结构类型、润滑条件大等有关，要求导轨的摩擦系数要小、以减少摩擦阻力，而且动静摩擦系数应尽量接近，以及有良好的阻尼性。45) 结构简单、工艺性能。要求导轨便于加工、装配、调整和维修。4.2导轨的分类机床上常用的导轨，安运动轨迹可分为直线运动导轨和圆周运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面间的摩擦性质补同，可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三大类。按导轨承导面的截面形状，滑动导轨可分为圆柱面导轨和棱柱面导轨（图3-31）。其中凸形导轨不易积存切屑、脏物，但也不易保存润滑油，故宜作低速导轨，例如车床的床身导轨。凹形导轨则相反，可作高速导轨，如磨床的床身导轨，但需有良好的保护装置，以防切屑、脏物掉入。 图4.1 滑动摩擦导轨截面形状 4.2.1圆柱面导轨圆柱面导轨的优点是导轨面的加工和检验比较简单，易于达到较高的精度；缺点是对温度变化比较敏感，间隙不能调整。图4.2 圆柱面导轨 在图3-32所示的结构中，支臂3和立柱5构成圆柱面导轨。立柱5的圆柱面上加工有螺纹槽，转动螺母1即可带动支臂3上下移动，螺钉2用于锁紧，垫块4用于防止螺钉2压伤圆柱表面。 在多数情况下，圆柱面导轨的运动件不允许转动，为此，可采用各种防转结构。最简单的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹槽。图3-33a、b、c是这种防转结构的几个例子。利用辅助导向面可以更好地限制运动件的转动（图3-33d），适当增大辅助导向面与基本导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅助导向面也为圆柱面时，即构成双圆柱面导轨（图3-33e），它既能保证较高的导向精度,又能保证较大的承载能力。 图4.3-有防转结构的圆柱面导轨 为了提高圆柱面导轨的精度，必须正确选择圆柱面导轨的配合。当导向精度要求较高时，常选用H7f7或H7S6配合。当导向精度要求不高时，可选用H8f7或H8s7配合。若仪器在温度变化不大的环境下工作，可按H7h6或H7巧s6配合加工，然后再进行研磨直到能够平滑移动时为止。导轨的表面粗糙度可根据相应的精度等级决定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于包容件的内表面的粗糙度。 4.2.2棱柱面导轨 常用的棱柱面导轨有三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨以及它们的组合式导轨。（1）双三角形导轨 如图334a所示两条导轨同时起着支承和导向作用，故导轨的导向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。但这种导轨的制造、检验和维修都比较困难，因为它要求四个导轨面都均匀接触，刮研劳动量较大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。 （2）三角形一平面导轨(图3-34b) 这种导轨保持了双三角形导轨导向精度高、承载能力大的优点，避免了由于热变形所引起的配合状况的变化，且工艺性比双三角形导轨大为改善，因而应用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整间隙。 图 4.4- 三角形导轨（3）矩形导轨 矩形导轨可以做得较宽，因而承载能力和刚度较大。优点是结构简单制造、检验、修理较易。缺点是磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。图3-35所示结构是将矩形导轨的导向面A与承载面B、C分开，从而减小导向面的磨损，有利于保持导向精度。图3-35a中的导向面A是同一导轨的内外侧，两者之间的距离较小，热膨胀变形较小，可使导轨的间隙相应减小，导向精度较高。但此时两导轨面的摩擦力将不相同，因此应合理布置驱动元件的位置，以避免工作台倾斜或被卡住。图3-35b所示结构以两导轨面的外侧作为导向面，克服了上述缺点，但因导轨面间距离较大，容易受热膨胀的影响，要求间隙不宜过小，从而影响导向精度。图 4.5-矩形导轨(4）燕尾导轨 主要优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺点是几何形状比较复杂，难于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差，因此，通常用在结构尺寸较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。图3-36为燕尾导轨的应用举例，其中图3-36c所示结构的特点是把燕尾槽分成几块，便于制造、装配和调整。 图 4.6- 燕尾导轨应用举例 综合各方面的考虑，刀架上的导轨选用燕尾槽导轨 结构紧凑，高度较小，结构紧凑、调整间隙方便常用于多层次移动部件中（如车床刀架）。如下图所示4.3导轨的间隙调整 为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小会增大摩擦力，间隙过大又会降低导向精度。为此常采用以下办法，以获得必要的间隙。 采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法以获得合适的间隙。如图3-36a所示燕尾导轨，为了获得合适的间隙，可在零件1与2之间加上垫片3或采取直接铲刮承导件与运动件的结合面A的办法达到。 图 4.7-平镶条调整导轨间隙df5刀架 由于挡绳板和制动盘之间的间距为300mm，所以车削装置的刀架必须不能超过这个值，否则将碰到制动盘或者挡绳板，造成事故，或者车削精度达不到要求。转塔刀架的宽度大于300mm，同时考虑到车削装置刀架的选用应尽量简单，所以采用自制的刀架。1-车刀；2-固定车刀螺钉；3-小刀架；4-大刀架。 小刀架和大刀架之间是焊接在一起的，车刀使用固定螺钉固定，固定螺钉为4个M10的螺钉。车削一个端面时用两个螺钉当车削另外一个端面的时候将车刀倒转，用另外两个螺钉夹持固定。6车削装置支承装置 车削支承装置式由底座，弯板支架，制动器支架组成。（1）考虑到减速箱和步进电机都装在床鞍上，所以床鞍需要一个底座支承，底座的材料为HT200，将其焊接在床鞍上。（2）弯板支架是由两块HT200的铸铁焊接成的，将其中一块打孔，用五个M38的螺栓固定在制动器支架上，承受车削装置的重力。（3）制动器支架是提升机本身的制动器支架，将其两侧共四个制动闸块取下，将弯板支架装在制动器支架上。制动器需要车削的是两个端面，故车削另一个端面时应将弯板装在制动器支架另一侧。7刀具的选择7.1刀具的选择原则（1） 尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸提高刀具的强度和刚度，减小刀具振动；（2）选择较大主偏角（大于75，接近90）；粗加工时选用负刃倾角（3）精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径；（4）尽可能选择标准化、系统化刀具；（5) 选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。7.2刀杆刀头的材料选择 刀架要有足够的强度和刚度, 可采用车床刀架, 也可自制土刀架。安装要平稳牢固, 以防振动。在使甩前要调整侧定,保证精度, 使误差调整在规定的范围内。刀架可安装在固定盘形闸的地脚螺栓上, 刀架最好是自动进刀, 以提升机卷筒每转一圈能进刀一次为宜。刀杆有主刀杆和副刀杆, 主刀杆为了减少振动, 可采用铸铁件, 规格为70*80。也可采用100mm的圆钢刨平上下两面,主刀杆一根即可, 副刀杆至少要6根, 其中, 根作粗车用, 刀头材质为YG8。或YT15两根作精车用, 刀头材质为YT303 。8车削工艺8.1车刀安装 车刀安装得是否正确，将直接影响切削能否顺利进行和工件的加工质量。即使刃磨合理的车刀，如果安装得不正确，也会改变车刀工作时的实际角度。因此车刀安装后，必须保证做到： （1）车刀的伸出长度不宜过长，否则在切削过程
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