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ck6132
数控车床
进给
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ck6132数控车床进给驱动部件设计,ck6132,数控车床,进给,驱动,部件,设计
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无锡职业技术学院机械学院毕业设计 1 第一章 绪 论 1.1 数控机床简介 随着科学技术的发展 ,机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短 ,从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业 ,用普通机床进行加工 ,精度低、效率低、劳动度大 ,已无法满足生产要求 ,从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统 ,数控系统的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码 ,或其他符号编码指 令 ,规定的程序。具体地讲 ,把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置 ,经过译码、运算 ,从而实现控制刀具与工件相对运动 ,加工出所需要的零件的机床 ,即为数控机床。 1.2 国内外发展状况 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展 ,在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计 ,目前我国可供市场的数控机床有 1500种 ,几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建 设提供高水平数控设备的任务。如国产 XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点 ,通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门 ,在并联平台上附加两自由度串联结构的 A、 C轴摆角铣头 ,配以工作台的纵向移动 ,可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于 RT-Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性 ,能在同一网络中与多台 PLC相连接 ,可控制机床的五轴联动 ,实现人机对话。该机床的作业空间 4.5mx1.6mx1.2m,A轴转角1050,C轴连续转角 0一 4000,主轴转 速 (无级 )最高 10000r/min,重复定位精度0.01mm,可实现三维立体曲面如水轮机叶片 ,导叶的五轴联动高速切削加工。 目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时 ,我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 8000 10000r/min 以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用 CAD 等技术 ,很多企业已开始和计划实施应用 ERP、 MRPII和电子商务。 长期以来 ,国产数控机床始终处于低档迅速膨胀 ,中档进展缓慢 ,高度依靠进口的局面 ,特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口 ,技术受制于人。究其原因 ,国内本土数控机 ,nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 2 床企业大多处于“粗放型”阶段 ,在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了 5-10 年 ,在高、精、尖技术方面的差距则达到了 10-15 年。同时我国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低 ,相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后 ,国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时 ,我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系 ,完全拥有自主知 识产权的数控系统少之又少 ,制约了数控机床产业的发展。 1.3 本课题设计的目的和意义 目前 ,世界各国对数控机床各种新技术的研究与发展进程 ,是与各国经济形势紧密相连的。机床工业与国家的经济相互促进和发展 ,进入 21 世纪知识机警时代 ,人们的知识所起的作用更加突出 ,而机床工业作为机器制造业的基础 ,其重点地位与战略意义也更加明显。 在世界范围内 ,对新工艺、新材料、新结构、新单元、新元件的研究开发工作正在大力开展 ,如对新的主轴结构、高速电主轴、高速直线电机等方面提出了更高的要求。对加工超硬、难切削材料及特殊复合材料 及复杂零件、不规则曲面等也有了更多的需求。 我国是世界上机床产量最多的国家 ,但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平 ,即使在国内市场也面临着严峻的形势 ,一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求 ,国外产品机床充斥市场 ,严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现 ,除了有经营上、产品质量上和促销手段上的原因外 ,还有一个主要的原因就是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进 ,新产品的开发周期长 ,不能即使针对用户的需求提供满意的产品。 虽然高、尖、新 的数控机床固然重要，但在此背后，假如教学类数控机床也用类似的机床似乎有些不合适，市场也需要中小型的数控机床来作为教学时使用。原有的教学类数控车床转速相对来说不高，在此基础上公司希望通过提高转速来扩大市场竞争力。 第二章 数控机床的总体布局 2.1 数控车床的组成 数控车床一般由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置， CNC驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。 nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 3 2.2 数控车床的特点 由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的 传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联接带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。 多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。 数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚 珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。 为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。 2.3 数控车床总体布局的概念 数控机床是一种全自动化的机床，但是像装卸工件和刀具，加工中心可以自成，因此在考虑数控机床总体布局时，不仅要遵循机床布局的一般原则，还要考虑在使用方面的特定要求： 1.数控机床的布局首先要满足用户提出来的要求，如机床的加工范围，工作精度，生产效率和经济性等等。 2.确保在加工过程中工件和刀具之间的相对位置和相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，简化机构，提高传动精度和传动效率。 3.确保数控机床具有大的切削率，高的静、动态刚度和良好的抗振性能。 4.确保数控机床具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性。 5 .便于同时操作和观察，数控机床的操作按钮开关都放在数控装置上，对于小型数控机床，将数控装置放在机床的近旁，操作者一边在数控装置上进行操 作，一边观察机床的工作情况，还是比较方便的。但是，对于尺寸较大的机床，这样的布局方案，因工作区与数控装置之间距离较远，使操作者的操作与观察会有顾此失彼的问题，因此，要设置吊挂按钮站，可由操作者移至需要和方便的位置，对机床进行操作和观察。对于重型数控机床这一点尤为重要，在重型数控机床上，总是设在接近工作区域并可以随工作区变动而移动的操作台或数控装置放在操作台上，以便同时操作和观察。 6.刀具、工件装卸、夹紧方便，除了自动换刀的加工中心机床以外，数控机床的nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 4 刀具和工件的装卸和夹紧松开，都是由操作者来完成的，要求 易于接近装卸区域，而且安装装夹机构要省力简便。 7.数控机床的效率高、切屑多，所以机床结构的布局要便于排屑和冷却。 8. 体积小，重量轻，节省原材料，成本要低，缩小机床的占地面积，外形要美观。 这次设计的 CK6132 数控车床，采用普通车床最常用的卧式布局形式。 2.4 数控车床布局的结构特点及影响布局的因素 2.4.1 数控车床布局的结构特点 数控车床的床身结构和导轨有很多种形式，主要有水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板等。一般中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构。因为这种布局结构具有机床外 形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流，便于操作者操作与观察，易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。倾斜床身还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。床身导轨倾斜角度多为 45、 60和 70，但倾斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。水平床身加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。 床身导轨常采用宽支撑 V，平形导轨，丝杠位于两导轨之间。 数控车床多采用自动回转刀架来夹持各种不同用途的刀具，受空间大小的限制，刀架的工位数量不可能 太多，一般都采用 6、 8、 10 或 12。 数控车削中心是在数控车床的基础之上发展起来的，一般具有 C 轴控制，在数控系统的控制下，实现 C 轴 Z 轴插补或 C 轴 X 轴插补。它的回转刀架还可以安置动力刀具，使工件在一次装夹下，除完成一般车削外，还可在工件轴向或径向等部位进行钻铣等加工。 2.4.2影响数控车床布局的因素 工件的形状、尺寸和质量 随着工件尺寸、形状和质量的变换，数控车床的布局可有卧式车床、落地车床、单立柱立式车床、双立柱立式车床和龙门移动式立式车床的变化。 当工件的直径 1250mm 时，可用普通卧式车床加工，当工 件直径 2000mm 时，采用单立柱立式车床加工，当工件直径为 25008000mm时，采用双立柱立式车床加工。 根据以上要求以及任务书中给定的数据，最大加工直径 320mm、拖板上最大加工直径 160mm、最大加工长度为 500mm，综合考虑，本次设计的 CK6132数控车床采用卧式普通车床的形式。 车床的生产率要求，随着生产率要求的不同，数控车床的布局可以产生单主nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 5 轴单刀架、单主轴双刀架、双主轴双刀架等不同的结构变化。 本次设计的 CK6132 数控车床是小型的数控车床，它的生产率不是很高，因此，这次的数控车床采用单 主轴单刀架的形式。 机床精度 随着机床精度的不同，数控车床的布局要考虑到切削力、切削热、和切削振动的影响。要是这些因素对精度影响最小，机床的布局就要考虑都各部在卧式数控车床的布局中，刀架和导轨的布局已成为重要的影响因素。 刀架和导轨的位置较大的影响了机床和刀具的调整、工件的装卸、机床操作的方便性以及机床的加工精度。 数控车床的床身和导轨的布局主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑板、立式床身等。其中平床身的加工工艺性好，部件精度 容易保证。另外，平床身机床工件重量产生的变形方向向下，它与刀具运动方向垂直，加工精度的影响较小。虽然操作、防护性能稍差，但其敞开面宽，起吊容易，装卸比较方便。在本次设计中，根据客户要求， CK6132 采用平床身，平滑板式。 第三章 CK6132 动力参数的确定 机床各传动部件的参数都是根据结构参数 ， 轴或丝杠的直径、带的类型 ， 来设计计算的。如果动力参数定的过大 ， 将会使设计出来的机床过于的笨重 ， 浪费了材料和电力 ， 如果动力参数又定的太小 ， 又会影响到机床本身的性能。确定动力参数的方法是要通过调查研究 和科学的实验及计算来实现。 在本次设计的 CK6132 数控车床中 ， 主要涉及到主轴电动机功率的计算及进给驱动过程中 Z 轴和 X 轴方向电机的额定扭矩的计算 ， 并按照计算结果来选择合适的电机。还有对所选择的滚珠丝杠进行强度的校核等的设计。 3.1. 主运动功率的确定 在确定主运动功率之前 ， 首先要选择一个具有代表性的典型的工况。这个典型工况所选用的切削用量不是车床所能达到的切削用量的极限值。而是要选用在实际的切削过程中最常用到的 ， 最能代表车床切削性能的切削用量。所选定的这个切削用量虽然不是极限值 ， 但是也是在加工过程中最常用 的切削用量中的较大的数值。 3.1.1 切削用量的选择 根据加工工艺的要求合理的选择切削用量 ， 是确定机床参数的基本依据。切削用量包括三要素为切削速度 vc、进给量 f、背吃刀量 ap.。因此在选择切削用量的时候 ， 应该要考虑到以下几个方面的关系 ： 1 切削加工生产率 在切削加工中，材料的切除率与切削用量三要素 vc、 f、 ap 均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。但由于刀具寿命的制约，当任一参nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 6 m i n/5.1 6 55.023 2 760 35.015.02.035.015.02.0 mfa Cvtvp数增大时，其它两参数必须减小。因此，在指定切削用量时，使三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 2. 刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为 vc、 f、 ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，应先采用尽可能大的背吃刀量，然后再选用大的进给量，最后按照确定的刀具寿命公式求出切削速度。对于专用机床来说，为了保证刀具的使用寿命，切削用量不宜过大。 3.加工表面粗糙度 对于粗加工，在切削力和刀片大小允许时，首先应进卡能的加大 ap，相应的降低 f、 vc，使粗糙的毛坯表面在一次吃刀中切除。在机床、工件、刀具和刀具夹持刚度等允许时，粗加工也可以尽可能提高 f，并适当降低 vc，对 于精加工，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。 在多刀切削或使用组合刀具切削时，应按各把刀具允许的切削用量中最低的生产节拍进行平衡。 在车床上粗加工零件时，切削力和切削用量都比较的大，所以选择粗车直径为 40mm,材料为 45 钢的棒料的外圆面为典型的工况。假设棒料经过调制处理，根据机械设计便览表 8-7 优质碳素钢可知 45 钢的硬度为 217255HB。根据金属机械加工工艺人员手册 P734 表 10-1 硬质合金车刀纵车削外圆的切削速度 v 可选取刀具材料为 YT15。根据机械加工工艺手册 P507 表 2.4-3 硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量选取车刀刀杆尺寸 BH 为 1625、工件直径为 40mm、 ap=2mm时进给量 f=0.5mm/r。 根据金属机械加工人员手册 P1056 表 14-1 切削速度计算公式中结构碳2mm时的切削速度 式中： Cv 系数 t 车刀的耐用度 3.1.2 车削时车削力的计算 根据金属机械加工人员手册 1058 页表 14-2 切削力的计算 ： nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 7 kWkWPP cR 94.396.078.3 kWvFP ccc 78.31060 5.1652.13701060 33 kWvFP ccc 78.31060 5.1652.13701060 33 )(kwPP cmR NvfaCFz pFx 2.1 3 7 08.95.1 6 55.022 5 3 5.075.015.075.0 NvfaCFy pFy 6.2588.95.1655.0299 3.06.09.03.06.09.0 NvfaCFx pFx 5.1 6 78.95.1 6 55.023 4 4 4.05.04.05.0 式中：fC 系数 3.1.3 主传 动中电机的功率和型号的确定 查阅实用机床设计手册 513P 可以知道主电动机功率的计算公式，即： 式中： RP 主传动电动机的功率 ， 单位为 kW; cmP 切削功率 ， 单位为 kW； 主传动链的总效率 ， 一般在通用机床上可取 =0.700.85。当结构简单 ， 转速较低时取大值。 切削功率的确定应该在加工工艺的基础上来进行分析。通用机床应该选择对切削功率有决定性影响的若干加工情况，专用机床应该要按典型工件的加工情况来考虑，然后根据选用的切削用量来计算切削功率。本次设计的 CK6132 数控车床是通用型的小型数控车床，所以它的切削功率有决定性的影响着若干的加工情况。 查阅机械制造技术公式（ 2 11）可得切削功率的计算公式： 所以 机床的切削功率为 ： 由于本次设计的 CK6132数控车床中主电机与主轴之间的连接是通过 V带传动来实现的 ， 通过查阅实用机床设计手册表 1.1-10 可以查得 V 带的传动效率 =0.96， 因此主运动电机的功率为 ： 按照上面计算的结果 ， 可以确定选择额定功率为 4kW 的三相变频电动机是完全nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 8 能够满足本次设计的 CK6132 数控车床的正常运行的。查阅网上资料 。 选用上 海森玛 YPNC 系 列 主轴变频专用电机 YPNC-33.3-4-B。 3.2 进给驱动部件传动功率的计算 进给系统机械传动结构是伺服进给系统的主要组成部分 ， 主要由传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件组成 ， 它是实现成形加工运动所需的运动及动力的执行机构。由于数控机床的进给运动是数字控制的直接对象 ， 被加工工件的最终位置精度和轮廓精度都与进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性有关 。 3.2.1 数控机床进给传动系统要求 为了确保数控机床进给传动系统的传动精度和工作平稳性 ， 在设计机械传动装置时 ， 应注意以下要求。 1.提高传动精度和刚度 数控机床本身的精度，尤其是进给传动装置的传动精度和定 位精度对零件的加工精度起着关键性的作用，是数控机床的特征指标。为此，首先要保证各个传动件的加工精度，尤其是提高滚珠丝杠螺母副 (直线进给系统 )、蜗杆副 (圆周进给系统 )的传动精度。另外，在进给传动链中加入减速齿轮以减小脉冲当量 (即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离 )，从系统设计的角度分析，也可以提高传动精度，通过预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，来提高传动精度和刚度。 2.减少各运动零件的惯量 传动件的惯量对进给传动系统的启动和制动特性都有影响，尤其是高速运转的零件，其惯量的影响更大。 在满足传动强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减少运动部件的惯量。 3.减少运动件的摩擦阻力 机械传动结构的摩擦阻力，主要来自丝杠螺母副和导轨。在数控机床进给传动系统中，为了减小摩擦阻力，消除低速进给爬行现象，提高整个伺服进给系统稳定性，广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨等。 4.响应速度快 所谓快速响应特性是指进给传动系统对输入指令信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。快速响应是伺服进给系统的动态性能，反映了系统的跟踪精度。工件加工过程中，工作台应能在规定的在运行时不出现丢步和多步现象。进给传动系统响应速度的大小不仅影响到机床nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 9 的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台及传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高伺服进给系统的快速响应性。 5.较强的过载能力 由于电动机频繁换向，且加减速度很快，电动机可能在过载条件下工作，这就要求电动机有较强的过载能力，一般要求在数分钟内过载 46 倍而不损坏。 6.稳定性好，寿命长 稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本条件 ， 特别是在低速进给情况下不产生爬行 ， 并能适应外 加负载的变化而不发生共振。稳定性与系统的惯性、刚度、阻尼及增益等都有关系 ， 适当选择的各项参数 ， 并能达到最佳的工作性能 ，机床传动精度和定位精度的时间长短 ， 即各传动部件保持其原来制造精度的能力。为此 ， 应合理选择各传动部件的材料、热处理方法及加工工艺 ， 并采用适当的润滑方式和防护措施 ， 以延长其寿命。 7.使用维护方便 数控机床属于高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、高精度及复杂的生产加工，机床的开机率相应就高，因而进给传动系统的结构设计应便于 维3.2.2 计算进给部件传动功率的相关公式及原理 在进给传动和主传动共用一个电机的通用机床上，如普通车床和钻床，由于进给传动所消耗的功率与主运动相比是很小的，因此在一般情况下是可以忽略进给所需要的功率的。在进给运动与空行程传动共用一个电机的机床上，如升降台铣床，也不必单独考虑进给所需要的功率，因为使升降台快速移动所需要的空行程传动功率比进给传动带来的功率要大的多。 对于进给方向的传动采用单独电动机驱动的机床 ， 都需要确定进给传动所需要的传动功率 ， 因此在本次设计 的 CK6132 数控车床中在进给驱动的 Z 轴和 X 轴方向是通过采用两个单独的电机来驱动的 ， 所以对于这次设计的进给传动系统是需要进行传动功率的计算的。 通过实用机床设计手册第 P497率是由进给牵引力 Q（ N） 、进给速度 min)/(mvf和机械效率f来决定 ， 则三者之间的关系为 ： nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 10 )(60000 kWQvPfff 进给牵引力是与导轨有关系的 ， 对于导轨的选择在这里不 进行详细的叙述这方面的内容会在后面进行详细的讲解 ， 因此这里只使用现成的结果。 CK6132 数控车床采用滑动导轨 ， 横向导轨采用矩形三角形导轨 ， 径向导轨选用燕尾槽形。 矩形三角形导轨牵引力的计算公式为 ： )( NGFfkFQ cf 燕尾形导轨牵引力的计算公式为： )(2( NGFFfkFQ pcf 式中： G移动部件的重力，单位为 N; f k cF丶pF丶fF切削分力 ,单位为 NfF为沿进给方向的分力： 在正常润滑的情况下， k 和 f 可取如下的数值： 矩形三角形： k=1.11.15 ; f =0.150.18 ; 燕尾槽形： k=1.4 ; f =0.2 第四章 零部件的选用 4.1 滚珠丝杠的选用及校核 4.1.1 滚珠丝杠副传动的概述 在丝杠螺母的传动中，它四种类型的丝杠螺母传动，即滑动丝杠螺母传动、滚珠丝杠螺母传动、滚动丝杠螺母传动和液体静压丝杠螺母传动。在现在的机床应用中用的最多的是滑动丝杠螺母传动和 滚珠丝杠螺母传动。 滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置 ， 是数控机床nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 11 伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置。其工作原理如图 5-1 所示。在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形旋槽 ， 这两个圆弧形旋槽合起来便形成了螺旋滚道 ， 在滚道内加入滚珠。当丝杠相对螺母旋转时 ， 滚珠在螺旋滚道内滚动 ， 迫使二者发生轴向相对位移。为了防止滚珠从螺母中滚出来 ， 在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置 ， 使滚珠能返回丝杠螺母之间构成一个闭合回路。由于滚珠的存在 ， 丝杠与螺母之间是滚动摩擦 ， 仅在滚珠之间存在滑动摩擦。 图 4 1 滚珠丝杠螺母机构 滚珠丝杠螺母副与滑动丝杠螺母副相比有以下的优点 ： 1.摩擦小，效率高。一般情况下，它的机械效率在 90 以上，约比滑动丝杠传动的机械效率高 24 倍。因此，在同样负荷下，驱 动扭矩较滑动丝杠减少2/33/4。同时它的逆传动效率也很高 ， 接近于正传动效率 ， 因此它可以比较容易地把直线运动转换成旋转运动。 2.由于是滚动摩擦 ， 动、静摩擦系数相差极小 ， 无论是静止还是高、低速时， 因此灵敏度高 ， 传动平稳。 3.磨损少 ， 寿命长。滚珠丝杠副中的主要零件 ， 如丝杠、螺母、滚珠 和滚珠循环返回装置中部分零件 ， 均经热处理 ， 并有很高的表面光洁度 ， 再加上滚动摩擦的磨损很少 ， 因此具有很好的耐磨性。 4.可消除轴向间隙 ， 提高轴向刚度。滚珠丝杠副因其摩擦小、效率高 ， 预紧nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 12 后仍能轻快的传动 ， 因此它能通过预紧完全消除间隙 ， 使反向时没有空行程 ， 且可通过预紧给予一定的预变形来提高轴向刚度。 5.使用可靠、润滑简单、维修方便。 6. 。 4.1.2 滚珠丝杠副的结构形式 滚珠丝杠副的滚珠循环类型分为 :外循环滚珠丝杠和内循环滚珠丝杠两种。外循环滚珠丝杠又可以分为螺旋槽式和插管式两种。 外循环滚珠丝 杠又可以分为螺旋槽式和插管式两种。 它们的特点分别为 : 螺旋槽式外循环滚珠丝杠的优点 :工艺简单 ,螺母外径较小，缺点：螺旋槽同通孔不易连接准确，挡珠器刚性差，耐磨性差。 插管式外循环滚珠丝杠的优点：弯管有两半合成，采用工压件，工艺性好；缺点：螺母径向尺寸较大，如用弯管端部作挡珠器。则刚性差，易磨损。 内循环式滚珠丝杠的优点：一列只有一圈滚珠，因而工作的滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失少，效率高，螺母径向尺寸小 ;缺点 :制造较困难 ,在大螺距的情况下 ,螺母的轴向尺寸偏大。 经过上面三种滚珠丝杠的优点和缺点的比较 ,决定本次设计中 Z 轴和 X 轴方向的滚珠丝杠采用内循环式的滚珠丝杠。 数控机床中 ,一般都是采用双螺母来进行预紧的。在双螺母的预紧中又可以它们的特点分别为 : 双螺母垫片式的特点 ,结构简单 ,刚性好 ,装卸方便 ,但是调整不便 ,当滚道有磨损时 , 双螺母螺纹式的特点 :结构较紧凑 ,工作可靠 ,滚道磨损是可随时调整 ,但是预紧量不很准确 ,应用较普遍。 双螺母齿差式的特点 :能精确调整预紧量 ,但是结构尺寸较大 ,装配调整比较复杂。多用于高精度的传动。 通过上面三种预紧方式 的特点 ,然后再结合使用中的调查 ,在本次的设计中 Z轴和 X 轴的滚珠丝杠决定采用双螺母垫片式的预紧方式。 由于螺母内的各圈滚珠所承受的载荷是不等 ,第一圈滚珠约承受轴向载荷的30 45 ， 第五圈以后，承载已极小，所以多于五圈的结构是不合理的。为了nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 13 提高滚珠的流畅性，在一列循环回路内，滚珠数应小于 150 个，且不得超过 3.5全，否则应该改成双列或多列结构。 4.1.3 滚珠丝杠副的型号 把上面采用到的滚珠丝杠的各部分的结构结合起来， Z 轴和 X 轴的滚珠丝杠采用启东市华森丝杠制造有限公司提供的滚珠丝杠。按照他们公司提高的精密滚珠丝杠副手册，决定： Z 轴方向的滚珠丝杠的代号为： FND2506 3 P3 FN滚珠丝杠的循环方式为内循环 ; D 滚珠丝杠采用的预紧方式为双螺母垫片式预紧 ; 25滚珠丝杠的公称直径为 25mm; 06滚珠丝杠的导程为 6mm; 3 滚珠丝杠负荷钢球圈数为 3 圈 ; P3定位滚珠丝杠 ,且滚珠丝杠的精度等级为 3 级 ; X 轴方向的滚珠丝杠的代号为 :FND1404-3-P3 FN滚珠丝杠的循环方式为内循环 , D 滚珠丝杠采用的预紧方式为双螺母垫片式预紧 , 14滚珠丝杠的公称直径为 14mm; 04滚珠丝杠的导程为 4mm; 3 滚珠丝杠负荷钢球圈数为 3 圈 ; P3定位滚珠丝杠 ,且滚珠丝杠的精度等级为 3 级 ; 4.1.4 滚珠丝杠副支承的选择 丝杠的轴承组合及轴承座以及其它零件的连接刚性不足 ,将严重影响到滚珠丝杠副的传动精度和刚度 ,因此 ,在设计安装时应该认真考虑到这个问题。为了提高轴向刚度 ,常用以止推轴承为主的轴承组合来支承丝杠 ,当轴向载荷较小时 ,也可用角接触球轴承来支承丝杠 。 常用的丝杠安装有以下几种 : nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 14 图 4 -6 珠丝杠在机 床上 的支承形式 第一种支承方式 :一端固定 ,一端自由。如图 4-6(a)所示 ,这种支撑结构简单 ,丝杠的轴向刚度比两端的低 ,丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低 ,设计时尽量使丝杠受拉伸。对于行程小、转速较低的短丝杠和竖直的丝杠可采用悬臂支承结构。 第二种支承方式 ,两端游动。如图 4-6(b)所示 ,两端支承的安装方式属于一般的安装方式 ,适合于中等转速的场合。 第三种支承方式 ,一端固定，一端游动。如图 5-6（ c）所示，即一端安装推力轴承与深沟球轴承的组合，另一端仅安装深沟球轴承，其轴向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变 形的影响。特点是 :双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度高的长丝杠传动系统。 5-6 d在本次的设计中， Z 轴方向的滚珠丝杠采用的是长丝杠，它的左端既要承受轴向力又要承受径向力，而它的右端就只要承受一个径向力，再通过上面滚珠丝杠的四种支承方式及它们各自 的特点的比较，故 Z 轴方向的滚珠丝杠采用第三种X 轴方向的滚珠丝杠，它的前端是悬空的，通过联接套直接与电机连接的，而它的后端承受轴向力和径向力，和通过上面滚珠丝杠的四种支承方式及它们各自的特点的比较，故 X一端自由”式。由于 X 轴方向的丝杠是垂直安装的，为了防止因驱动力中断而发生逆传动，因此要安装自锁、制动或重力平衡的装置。一般常用的装置是体积小、重量轻、易于安装的超越离合器。 nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 15 4.1.5 滚珠丝杠副轴承的选用 滚动轴 承与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、润滑简便等，同时滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业厂家生产，选用和更换都很方便，因此本次的设计中， Z 轴和 X 轴方向的滚珠丝杠副选用滚动轴承。 选择滚动轴承的型号时，一般主要从以下几个方面因素来考虑： 1.载荷的大小、方向和性质 2.轴承的转速 3.调心性能要求 4.装配的空间 5.安装与装卸要方便 6.经济性 在本次的设计中，在考虑过了以上因素以后， Z 轴方向滚珠丝杠的左端采用深沟球轴承与双向推力球轴承组合的形式，而右端只用了一个深沟球轴承， X 轴方向滚珠丝杠的后端也采用深沟球轴承与推力球轴承组合的形式。以上各轴承的型号见 CK6132 数控车床进给驱动部件的装配图。 4.2 导轨的设计 机床上的运动部件必须沿着床身或立柱或横梁上的导轨运动。导轨的主要功能是导向和承载作用。导轨使运动部件沿一定轨迹运动，从而保证各部件的相对位置和相对位置精度。导轨承受部件及工件的重量和切削力。导轨在很大程度上决定数控机床的刚度、精度与精度保持性。 导轨简单的可以分为两类：滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨和滚动导轨相比阻力大，磨损快，动、精摩擦系数差别大，低速时易产生爬行等缺点也是很显而易见的。 虽然是如此，但是考虑到本次设计的 CK6132 数控车床精度要求不是很高，而且还要考虑到经济问题，所以本次设计的数控车床采用普通滑动导轨。 4.2.1 滑动导轨的类型 导轨导向精度的高低，刚度的大小，减振能力的好坏，摩擦损失的大小，磨损对加工精度影响的大小和受力的情况，在很大程度上取决于导轨的截面形状。nts 无锡职业技术学院机械 学院毕业设计 16 下面就来介绍一下滑动导轨的几种基本类型： 1.矩形导轨 制造简单，刚度和承载能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不影响，因此安装调试都很 方便。矩形导轨中起导向作用的导轨面磨损后不能自动补偿间2.双三角形导轨 这种导轨同时起支撑、导向作用，磨损后相对位置不变，能自行补偿垂直方向和水平方向的磨损，导向精度高，但要求四个表面的刮削或磨削后接触，工艺性较差，床身与运动部件热变形不一样时，不易保证四个面同时接触。 3.燕尾导轨 其磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整。两燕尾面起压板作用，用一根镶条就可以调整水平、垂直方向的间隙。导轨制造、检验和修理较复杂、摩擦阻力大。当承受垂直作用力时，它以支撑平面为主要工作面，它的刚度与矩形 导轨相似，当承受颠簸力矩时，其斜面为主要工作面。刚度较低。燕尾导轨一般用于要求高度小的多层移动部件，两个导轨面间的夹角为 55。 4.矩形三角形导轨 不需要镶条调整间隙，导向精度好，加工装配比较方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移，两条导轨磨损不同，对位置精度有影响。 5.圆柱导轨 制造简单，主要用于受轴向负荷的导轨（抗弯刚对小），适用于同时作直线运动和转动的场合。 滑动导轨具有结果简单、制造方便、刚度好、抗震性高等优点，但普通滑动导轨存在静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化 。近年来，由于新型工程材料的出现，出现了贴塑导轨，其摩擦性能好，耐磨性好，减震性好、工艺性好。 综上所述，在本次的设计中，对导轨的要求没有很高的要求，通过参考类似尾座上的导轨采用矩形三角形导轨，可贴塑处理。 4.2.2 滑动导轨的间隙调整机构 为保证导轨的正常运行，运动件与承载件之间应保持适当的间隙。间隙如果nts无锡职业技术学院机械学院毕业设计 17 过小，就会增加摩擦力，使运动不灵活，会使导向精度降低。所以调整方法如下： 1.采用磨、刮相应的接合面或加垫片的方法，以获取适当的间隙。 2.镶 条的调整，这是侧向间隙常用的调整方法，镶条有直镶条和斜镶条两种。 在本次设计中，为了调整床身上的矩形三角形导轨的间隙，采用了在导轨两侧各放置一套镶条及压板，这样能保证导轨间隙调整后，中心位置不变。而在拖板上的燕尾形导轨采用了燕尾导轨常用的平头斜镶条调整间隙，平头斜镶条由两个特制的螺钉固定，避免了镶条随导轨一起滑动而丧失了调整间隙的效果。 4.2.3 床身的设计 与普通车床相比，数控车床对总体结构刚度、抗振性、热稳定性以及低速稳定性等都提出更高的要求。从总体设计的角度，车床床身的要求有： 1.高的静、动刚度、 2.良好 的热稳定性 3.高的运动精度和良好的低速运动平稳性 为此，我们增加了机床底座的壁厚，这样就增加了底座的重量，提高了底座的稳定性、承载能力及强度。 除此之外，我们为了在节省材料的同时提高底座的强度，在底座中添加了一些肋板，并尽量保证了壁厚的均匀，较好地提高了铸件的铸造工艺性，避免了局部壁厚过厚，而导致材料的浪费。 nts 无锡
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