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ck6132
数控车床
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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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机 械 技 术 学 院 毕 业 设 计 任 务 书 课题名称 ck6132 数控车床进给驱动部件设计 指导教师（学院） 薛锦忠 职称 高级工程师 指导教师（企业） 无锡职业技术学院 职称 高级工程师 专业名称 数控设备应用与维护 班级 数控设备 11033 学生姓名 赵南村 学号 1060103337 课题需要完成的任务 ： 查阅相关资料，进行数控车床进给驱动部件的比较 1.翻译相关英文资料 2.完成数控车床进给驱动部件设计的总体方案 3.完成数控车床进给驱动部件设计的原理图形设计 4.完成数控车床进给部件设计的 PCB 图设计 5.完成 数控车床进给部件设计的论文撰写 6.整理毕业设计资料，完成答辩 课题计划 ： 2 月 18 日 3 月 2 日 查看相关资料，进行单片机的交流变频调速系统硬件的比较 3 月 5 日 3 月 16 日 翻译相关英文资料 3 月 19 日 3月 30 日 完成单片机的交流变频调速系统硬件设计的总体方案 4 月 2 日 4 月 6 日 完成单片机的交流变频调速系统的原理图形设计 4 月 7 日 4 月 10 日 完成单片机的交流变频调速系统 PCB图设计 4 月 11 日 4 月 13 日 完成单片机的交流变频调速系统硬件的论文编写 4 月 13 日 4 月 20 日 整理毕业设计资料，完成答辩 计划答辩时间 ： 4 月 20 日 技 术 系 2013 年 2 月 18 日 nts 1 无锡职业技术学院（论文） 开 题 报 告 （ 2013 届） 题 目 EX106 数控车床进给部件设计 指导教师 薛锦忠 院 系 机 械 班 级 数控设备 11033 学 号 1060103337 姓 名 赵南村 二一 三 年 二 月 二十 日 nts 2 一丶 毕业设计的内容和意义 当今的世界，制造业在经济发展中占有十分重要的地位，机械制造业更加是制造业中的支柱与核心。在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造并将它们有机地集合起来的计算机集成制造已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。用计算机辅助制造工程技术对 我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必由之路。在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。数控机床已成为机械制造业的主要设备。数控技术在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。各种新型的数控机床层出不穷，数控机床的规格大小种类也十分丰富。不断改善着工业发展方式与环境。 这次的毕业设计，主要是结合我自己的专业方向，所以我选择了这次的设计题目， EX106 数控车床进给部件设计。在以前的 学习中，有实际接触操作过这台数控车床，有一定的经验，并且在以前的学习中有一定相关知识的基础积累。通过这次毕业设计也可以检验自己的学习情况，会用到许多以前的所学，锻炼自己，同时希望能改进自己的欠缺和不足，对今后的相关的学习和工作等多方面都会有一定程度上的帮助和锻炼。 二丶 文献综述 2.1 国内外发展情况及趋势 当今世界，工业国家数控机床的拥有量可以反映这个国家的经济能力和国防实力。机电一体化在国外迅猛发张。西方工业国家的数控机床占有率一般能达到 20%左右。美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面 的需求而不断提出基层的发展方向，科研任务，并提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。 1952 年 MIT 研制出世界第一台数控机床， 1958 年研制出加工中心， 70 年代初研制成 FMS， 1987 年首创开放式数控系统等。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，忽视了应用技术，在上世纪 80 年代数控机床产量增加缓慢， 1982 年被后进的日本超过，并大量进口。德国政府一向重视基础工业的重要战略地位，在多方面大力扶植，于 1956 年研制出第一台数控机床。其机，电，液，气，光，刀具，测量，数控系统， 各种功能部件，在质量，性能上居世界前列。日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划，法规引导发展。自 1958 年研制出第一台数控机床后， 1978 年产量超过美国，至今产量，出口一直居世界首位。 2001 年我国机床产值为世界第 5 名，机床消费额在世界排名第 3 位，达 47.4 亿美元，仅次于德国和美国。数控机床消费量从 1991 年的 4113 台增长到 2000 年的 23482 台，年均增长 25%。据权威人士预测，今后 5 到 10 年，我国数控机床消费将呈现高速增长态势，数控机床将成为市场需求的主流。纵观改革开放 20 年，我国机床消费额大致 和国民经济 GDP 增长值同步，十年翻了一番。我国将有可能在 2005 年成为世界机床第一消费大国。可以说，我国还处于数控机床普遍应用到提高的过渡期，随着我国制造业的振兴，数控技术将得到更快的发展，前景广阔。另一方面，虽然我国的数控机床总拥有量有较大的提高，各种类型、不同档次的数控机床在企业得到了广泛的使用，其中不乏世界领先的数控机床。 当前数控车床主要呈现以下发展趋势。高速、高精密化 。高可靠性。数控车床设计电子化、结构设计模块化。功能复合整合化。更加地人性化、智能化、网络化、柔性化和集成化。 数控车床技术中高速 、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响 应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转nts 3 时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min 以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙 (包括反向间隙 )，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导 轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的 10 20m/mim 提高到 60 80m/min，甚至高达 120m/min。 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。 随着计算机应用的普及及软件技术的发展， CAD 技术得到了广泛发展。 CAD 不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就 可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用 CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。 通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期、 功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使非加工辅助的时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围，同时提高效率，实现一机多用、一机多能化，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工等；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经 研制成功的 CX25Y 数控车铣复合中心，该机床同时具有 X、 Z 轴以及 C轴和 Y 轴。通过 C 轴和 Y 轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的 自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。 网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点 (数控单机、加工中心和数控复合加工机床 )、线 (FMC、 FMS、 FTL、 FML)向面 (工段车间独立制造岛、 FA)、体 (CIMS、分布式网络集成制造系统 )的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。 CNC 单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与 CAD、 CAM、 CAPP 及 MTS 等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。 2.2 数控车床应用 现状 数控车床技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业 (IT、汽车、轻工、医疗等 )的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。汽车制造业是机床的需求大户，约占机床总消费的 40%左右。中国汽车年产量的增加同时nts 4 带动汽车零配件产量的大幅度增加。汽车制造业需要大批高效、高性能、专用数控机床和柔性生产线，如用于发动机加工的以高速卧式加工中心为主的柔性生产线、曲轴加工专用数控机床等。汽 车零配件生产需求大批数控车床、立卧式加工中心、数控高效磨床和数控齿轮加工机床等。兵器制造业需求数控机床更是量大面广，要求数控机床可靠、稳定。国产数控机床有很大的市场空间兵器制造业需求大批数控车床、加工中心等。 2.3 数控机床的优缺点 2.3.1 优点 1） 加工精度高 2） 生产加工效率高 3） 有一定的自我诊断修复能力 4） 对加工对象的改变适应性强，适合多种加工模式及加工材料。 5） 减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动环境 6） 有较好的经济效益。 7） 有利于现代化高效生产管理。 2.3.2 缺点 1） 使用制造以及维护的价格较贵。 2） 须由具有专业 知识的人员来进行编程、安装、操作与维护。 3） 有一定的操作危险性。 三丶 拟解决的关键问题及难点 （ 1） 进给部件结构及零件结构的设计 对各部件之间连接方法和传动方式的选择。数控车床进给部件对于定位精度、快速响应性、稳定性等方面有较高要求。 （ 2）进给部件的强度刚度校核 需要对进给部件的强度和刚度有保证，满足工作时的受力要求，需要进行校核计算。 四丶 研究方法及方案 4.1 任务内容及参数 任务内容：通过对数控车床应用现状和发展趋势综述，对数控车床进给部件及其相关零件设计方案进行论证。根据 相关参数，对 EX106 数控车床进给部件结构及其零件结构进行设计，了解数控车床的数控系统，在初步完成设计结构的前提下，对数控车床进给部件的强度和刚度进行校核，根据校核结果，修正进给部件的有关部件。 原始条件及数据： 1)X 轴行程 350mm 2） Z 轴行程： 350mm 3） X、 Z 轴伺服马达： 0.6kw、2.1kw 4）最大加工径： 240mm 5）最大加工长： 350mm 4.2 设计方案 4.2.1 整体结构设计布局 首先，需要多对现有资料进行收集整理，参考优秀的数控车床结构设计，结合已有数据，进行创新设计。这 次的主要设计任务是针对机械传动装置，机械传动装置的作用是传递和转换伺服电动机的运动，并带动工作台的移动，包括减速器、滚珠丝杠副机构等。初期设想 X 轴和 Z轴分别由 2 个独立的伺服马达作为动力，由伺服马达经同步齿形带传动 ,驱动丝杠机构 ,来实现刀架的运动。结构希望能够做到紧凑合理。 4.2.2 传动方式的选择 传动机构的精度、灵敏度、稳定性直接影响了数控机床的定位精度和轮廓加工精度。从系统控制的角度分析，其中起决定作用的因素主要有两个：传动机构的刚量和惯量，它直接影响进给系统的稳定性和灵敏度；二是传动部件的精度与传动 系统的非线性，它直接影响系统的位置精度和轮廓加工精度。传动机构的刚度和惯量主要决定于机械机构的设计，而传动机构的间nts 5 隙、摩擦死区则是造成系统非线性的主要原因。所以，在结构设计中要注意提高传动部件的刚度，减小传动部件的惯量，减小传动机构的间隙，减小系统的摩擦阻力。传动方式选择同步齿形带传动，它综合了带传动和链传动的优点，无滑动，能保证正确的传动比，初拉力较小，轴和轴承上所受的载荷小，带的柔性好，所用带轮的直径可以较小。能够确保传动精度，不会出现滑移。可在两端预留空间加装皮带调整预紧装置。并要消除连接间隙，减小连 接件的同轴度误差。 4.2.3 滚珠丝杠的设计 对滚珠丝杠的设计，滚珠丝杠内部结构可以减少摩擦，滚珠丝杠的精度设计最终对加工零件的影响十分明显 , 传动效率高，摩擦损失小。因此不但设计要求高，而且对它的加工工艺也十分严格，滚珠丝杠副的支承，准备采用一端轴向固定，一端简支的方式，这种支承形式能够提高一定的抗弯强度，可以防止丝杠高速旋转时的弯曲变形，适用于丝杠长度、行程较长的情况。尽量减小传动间隙。查阅相关机械设计手册，查询强度计算公式、标准件列表等，对零部件进行初期数据选择，然后根据公式，进行计算。在需要时重新 调整所选零件的尺寸数据，满足要求。再进行强度刚度校核。滚珠丝杠螺母需要调整间隙进行预紧，轴向间隙调整和预紧方法的原理与普通丝杠螺母相同，即通过调整滚珠螺母的轴向相对位置，使两个螺母的滚珠分别压向螺旋滚道的两侧面达到调整间隙的效果。对于滚珠丝杠副的支撑，为了获得高精度，高刚度的进给系统，不仅应选用高精度、高刚度的滚珠丝杠副，而且必须十分重视滚珠丝杠支撑的设计。滚珠丝杠主要承受轴向载荷，除了丝杠自重外，一般无径向外载荷。因此，滚珠丝杠承受的轴向精度和刚度要求较高。进给系统要求运动灵活，对微小位移响应要灵敏，因此 ，轴承的摩擦力矩因尽量小。 4.2.4 导轨 导轨的作用主要是对运动部件起导向和支撑作用，也就是支撑运动部件（如工作台），并并保证运动部件在外力下能准确沿着规定方向运动。因此，导轨的制造精度及性能对机床加工精度、支撑能力等有着重要的影响。 4.2.5 伺服电机的选择及零件的选择及强度、刚度校核计算 已知伺服马达的功率，查阅机械设计手册，结合整体工作行程距离要求，主要选用交流直线电机。满足丝杠机构强度要求，进行电机型号的选取。现代数控机床多采用大惯量直流伺服电动机或交流伺服电动机，可直接通过滚珠丝杠副带动 工作台运动。 查阅机械设计手册，由给定的参数进行零件的选择，如轴承，螺栓等，并计算刚度，强度，能满足工作要求。 6 参考资料 1 陈婵娟数控车床设计北京：化学工业出版社， 2006： 54 130 2 成大先机械设计手册机械传动北京：化学工业出版社， 2004:20 97 3 刘杰机电一体化技术基础与产品设计北京：冶金工业出版社， 2003： 21 58 4 白恩远，王俊元，孙爱国现代数控机床伺服及检测技术第 2 版，北京：国防工业出版社，2005： 5-98 5 赵松年，李恩光，裴仁清机电一体化系统设计 .北京：机械工业出版社， 2004： 8-46 6 李善术数控机床及其应用 .北京：机械工业出版社， 2004： 37-102 7 范大鹏，范世珣，鲁亚飞，张连超数控机床高性能传动部件控制技术的研究进展中国机械工程 2011， 22(11)： 1378-1385 8 魏福贵，李运生高速数控车床进给系统主要零件受力分析组合机床与自动化加工技术 2011， 3： 1 23 nts 6 五、研究计划 2 月 18 日 3 月 10 日 熟悉本课题的基本要求，查找相关资料 ，撰写完成开题报告和英文资料的翻译 3 月 11 日 3 月 20 日 确定总体设计方案 ，画原理框图 3 月 21 日 3 月 28 日 设计 驱动部件 ，设计 各进给部件 3 月 29 日 4 月 4 日 设计绘制系统整体原理图 ，设计绘制系统的 PCB 图 4 月 5 日 4 月 12 日 撰写论文 4 月 13 日 4 月 15 日 论文修改定稿 4 月 16 日 4 月 19 日 答辩准备 4 月 20 日 答辩 指导教师意见： 签名： 年 月 日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见： 签名： 年 月 日 二级学院（直属系）毕业设计（论文）工作指导小组意见： 签名： 年 月 日 nts机 械 技 术 学 院 2013届 数设 11033 班学生毕业设计指导记录 学生姓名 赵南村 学号 1060103337 指导教师 薛锦忠 毕业设计课题： 加工中心圆盘式刀库 FANUC 系统 PMC 的程序设计 指导日期 指导方式地点 指导内容记录 备注 2012 年12月 1日 当面指导 /J9-102 讲解毕业实践意义，布置毕业设计任务和安排，指导本学期所需要做的工作，分成二个毕业实践小组并选出组长。 2013 年 1月 6 日 当面指导 /工业中心 S305 发放回执 一 ,二，布置寒假期内任务 (开学第一周交回执一 ,二 ,完成 外文资料翻译作业 ,考虑选择 毕业设计课题 )。 2月 25日 当面指导 /工业中心 S305 收 回执一 、 二 、 外文资料翻译 电子档 ， 初报毕业设计课题。指导如何 查阅技术资料 ，选择课题，确定每周一、二晚上 8 点在 QQ 毕业实践 群 进行网络视频指导。 第一周 3 月 4 日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 了解上一周课题进展情况，即 确定 数控车床进给部件设计的 PCB图设计 ， 重点是 查阅技术资料，了解课题研究背景和国内外发展现状。 第二周 3月 11日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 了解上一 周课题进展情况， 重点 指导 PLC， 安排本周任务。 第三周 3月 18日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 了解上一周课题进展情况， 重点 指导 圆盘式刀库的结构和工作原理 ,安排本周任务 。 第四周 3月 15日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 了解上一周课题进展情况， 重点 指导 数控车床进给驱动部件设计的原理图形设计 ,安排本周任务 。 第五周 4 月 1 日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 了解上一周课题进展情况， 重点 指导 论文修改。 第六周 4 月 8 日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 了解上一周课题进展情况， 重点 指导 论文修改。 第七周 4月 15日 QQ 毕业实践 群网络视频指导 进一步修改论文，准备答辩。 第八周 nts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
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