数控可编程尾架传动机构【机械毕业设计含12张CAD图+说明书，外文翻译开题报告】
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!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[18000字，44页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat
JMY-122-004(尾架防护)A1.dwg
JMY-122-007(液压系统原理图)A4.dwg
JMY-122-010(丝杠螺母座)A3.dwg
JMY-122-014(端盖)A4.dwg
JMY-122-016(端盖)1A4.dwg
JMY-122-020(滚珠丝杠副)A2.dwg
JMY-122-021(限位块)A4.dwg
JMY-122-022(垫板)A4.dwg
JMY-122-023(隔圈)A4.dwg
JMY-122-024(轴承座)A1.dwg
JMY-122-025(接套)A4.dwg
装配图.dwg
数控可编程尾架传动机构-开题报告.doc
数控可编程尾架传动机构-英文翻译
设计说明书.doc[18000字，44页]
摘要：
本文主要进行了数控可编程尾架传动机构的设计。数控可编程尾架传动机构主要用于改善数控车床尾架的工作效率、提高加工精度。本文采用了文献分析法、类比法来进行研究设计。可编程尾架传动机构以伺服电机为动力源，通过刚性联轴器使滚珠丝杠和电机连接在一起，使用摩擦锥套消除间隙，通过锥套的轴向移动和径向膨胀来传递运动和动力。滚珠丝杠采用一端固定一端自由的支撑方式，一端使用角接触球轴承背对背中间加隔圈来固定滚珠丝杠，另一端采用深购球轴承支撑，并且使用垫板防止两端轴承的中心高不一致。采用方形滑动导轨，本设计结构具有较高的实用价值。
关键词：数控车床 尾架 可编程尾架 传动机构
毕业设计说明书英文摘要
Title NC programmable tailstock transmission design
Abstract
This paper has been designed CNC programmable tailstock drive mechanism.NC programmable tailstock drive mechanism mainly used to improve the efficiency of CNC lathe tailstock, improve the machining accuracy.In this paper, the literature analysis, analogy method to study design.Programmable tailstock servo motor drive mechanism for the power source, through rigid coupling ball screw and motor are connected together using friction sleeve to eliminate the gap, the movement to pass through the axial movement and radial expansion and drogue power.The ball end fixed end support free way, one end of the angular contact ball bearings back to back using the middle of the cage to secure the ball screw, and the other end with deep ball bearings available, and using the pad to prevent the bearings at both ends of the center height inconsistent .With a square sliding guide, the design structure has a high practical value.
Keywords CNC lathes; Tailstock; Programmable tailstock;Transmission mechanism
目 录
前 言 1
第一章 绪论 2
1.1 可编程尾架的简介 2
1.1.1 可编程尾架的现实需求 2
1.1.2 可编程尾架的设计意义 2
1.2 数控可编程尾架的功能和特点 2
1.2.1 数控可编程尾架的功能 2
1.2.2 数控可编程尾架的特点 3
1.3 数控可编程尾架的组成 3
1.4 数控可编程尾架的分类、比较 4
第二章 数控可编程尾架的设计 8
2.1 数控可编程尾架传动方式 8
2.2 主要零部件的连接设计 9
2.2.1 丝杠的型号 9
2.2.2 电机与丝杠的连接设计 11
2.2.3 可编程尾架下体与丝杠的连接设计 12
2.3 可编程尾架的准确定位和快速锁紧 13
2.3.1 可编程尾架的快速锁紧 13
2.3.2 可编程尾架的准确定位 13
第三章 惯量匹配和进给力计算 14
3.1 导轨的选择 14
3.2 传动机构惯量匹配的确定 15
3.3 传动机构进给力计的确定 15
第四章 润滑和防护 17
4.1 轴承的选择 17
4.1.1 轴承的功用及特点 17
4.1.2 轴承的安装方式 21
4.1.3 轴承配置方式 22
4.2 轴承的预紧 23
4.3 轴承的润滑及密封 26
4.3.1 轴承的润滑 26
4.3.2 轴承的密封 26
4.4 导轨的润滑 29
4.5 导轨的防护 30
第五章 技术经济分析 31
5.1 技术成本分析的目的与意义 31
5.2 成本材料分析 31
5.2.1 非标准件 31
5.2.2 标准件 33
5.3 课题技术经济成本计算依据 33
5.3.1成本计算依据 33
5.4 课题技术经济成本计算 35
第六章 总结 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
附录A 课题装配图及各零件图 39
附录B 毕业论文光盘资料 40
- 内容简介：
-
南京 工程学院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 原 文 题 目： C 原 文 来 源： 1037 （ 2014） 1 (2014) 学 生 姓 名： 蒋梦雨 学 号： 所在院 (系 )部： 工业中心 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 对于数控车床尾座 主 体的特性分析及其优化设计 作者： 鲁墨武，李明杰 江苏，湖北，中国 关键词 ：尾座 主 体 ;静态分析 ;模态分析 ;拓扑优化 ;工作台 ; 摘要 ： 数控车床尾座 主体的 性能特点是对数控车床的加工精度有非常大的影响的。 这款应用 软件就是用于建立数控车床 尾座主体 的实体模型的的软件，然后将这个软件所建立的数控车床的尾座 主 体的实体模型导入到工作台的软件中进行有限元分析并且总结关于数控车床尾座 主 体的实体模型的动态特性和静态特性。并且根据对拓扑优化分析的结果分析得出，使其优化后的数控车床的尾座 主 体可以保证这个尾座 主 体不仅能满足数控车床的性能特点和要求，并且 能 保证优化后还可以降低此数控车床尾座 主 体的 5的重量。在为数控车床的尾座 主 体节省材料的同时也可以减少数控车床的 尾座主体 的运动惯性 等特点，并且这个优化还可以提高数控车床的 尾座主体 的加工精度。 前言 数控车床 的尾座主体 是数控车床 中 部件的重要的组成部分，数控 车 床 的尾座主体 在数控车床加工中起到了定位和夹紧工件的作用。数控车床的 尾座主体 的静态特性和动态特性在对于数控车床的加工精度和数控车床的稳定性有 着 直接的影响。当在重型数控车床上加工的部位不同时，数控车床的尾座需要往复的运动来完成夹紧工件和定位工件的任务。由此可以看出，这些要求需要数控车床的尾座 主体 的重量比较轻，要使其尽可能的增加该数控车床的尾座 主体 的灵活性能。在本篇文章中，是以一种型号为 为例子的，要通过建立一个准确的数 控车床尾座 主体 的物理模型，并切利用 后将其拓扑优化，并使其取得较好的结构性能 特点 。为数控车床的 尾座主体 的合理设计提供了一个可行的参考。 有限元模型 图 1（ a）是一台型号为 座主体 的主体结构，此型号的数控车床尾座装配在如图所示的上和下侧机壳与图 1的（ b），（ c）通过滑轨而形成的。此数控车床的尾座的底部用螺旋固定在数控车床上。 先进材料研究卷 . 1037（ 2014年），第 41提交于： 2014年 6月 11 日 （ 2014年），跨技术出版物，瑞士 接受于： 2014年 8月 7日 线于： 2014年 10月 27日 图 1：（ a）数控车床的尾座盒模型 （ b）上盒模型 （ c）降低盒模型 型号为 由材料为 材料为 的泊松比为 340公斤 /立方米。 图中所示的网格图像是有限元分析的一个重要组成部分。本文是在符合了属于四面体方法网数控车床尾座盒模型的方法下选择的补丁。至于为什么会选择该方法的原因是因为它是非常的快速 和 便捷的，这种分析几乎可以适用于任何复杂的几何形状 ;并且在于 重点区域的近似尺寸可以将其细化。如在图 2中所显示出来 的 网状后 所 得到的有限元模型视图，图中 节点模型的数量是 55973 和单元的总数为 32024。 图 2：数控车床的尾座盒的有限元模型。 图 3：数控车床的尾座框的边界条件 数控车床的尾座盒必须要通过分析静态力学性能和尾座箱的动态力学性能， 其中 包括力 、 扭矩和支撑面之间应用在 控车床的 尾座主体 在内部的应力也是主要来自于零部件的自身重力。除了受到了数控车床的尾座盒内部零件重量的影响外，数控车床的尾座盒同时也受到了在加工过程中的切割力和力矩的影响。 取轴加工为例，根据经验加工的数据表明，数控车床 的尾座的夹紧力是 床的最大切割力为 60床的主切削力为 床的回力为 力分析完后，力和力矩的数据如下面所示： 60N， 572350N， 5120N，M =控车床的尾座主体需要固定在数控车床上，应用这些力和力矩到数控机床的尾座盒的每个表面，所以可以看出数控车床的尾座箱体的主体底部被固定约束了。边界条件在工作台施加如图 3上所示的。 有限元分析 静态分析的结果对于数控车床的尾座 主体 是一个特别重要的 且 具 有价值的参考值，以便于用来优化数控车床的尾座框体的结构性能。如图 4上所示的，数控车床的尾座框体的最大位移静态图像的分析结果应是 控车的床尾座的最大应力应为 07果显示所表明，数控车床的尾座盒子的最大位移是很微小的，所以这个数控机床的尾座能够满足此型号的车床 所要求的 精度要求。 控车床 中 能承受的极限应力应该为 300兆帕。数控车床的尾座箱的最大应力远远小于材料的极限应力，数控车床的尾座的箱体刚性符合车床所要求的刚性，因此，数控车床的尾座还可以进行进 一步的优化设计。 在有限元分析的过程中，数控机床所产生的由噪声和振动的相互作用所形成的周期性变激发力。这种情况非常容易引起共振时的激振力的频率与结构的固有频率相同或成整数。这很有可能将减少数控机床的加工精度和稳定性能。因此很有必要开展数控车床的尾座框的模态分析。 图 4数控车床的 尾座主体 的位移和应力云图 此后在 态分析中的前六阶的模态如表一中所示的结论： 00转，频率为 此由模态分析的数据数据显示可以看 出，数控车床的尾座的激发频率远远的要小于从表 1本身的第一阶到第六阶的频率。 拓扑优化 拓扑优化是指找到用于使目标的体积（整体刚度，固有频率等）给定的约束条件下是稳定的结构材料的最佳解决的方案。在工作台的使用“形状优化”功能来完成数控车床的尾座图框 1 的表 1 中。低阶模式 单位： 赫兹 模式 1阶 2阶 3阶 4阶 5 阶 频率 的拓扑优化。数控车床的尾座所要优化的目标被初始所设定为 5，那么要解决这个问题，数控车床的尾座所优 化的结果显示在图 5中。 图 5中的拓扑优化云图 图 6中的几何结构经过优化 由于图中所显示的带红色可切除的区域是不规则的平面，在技术上和应力分布中属于复杂性问题，必须要在实际的处理过程中予以非常充分 的 考虑。因此不可能把图中的所有的红色区域去除干净。所以要在 件中切断红色区域规则的几何形状，然后使其重量降低为 以数控车床的尾座所优化后的几何结构如图 6所示。 要使其对于优化方案位移，数控车床尾座的应力 云图的有限元分析，如图 7所示的框的最大位移是 和使其优化后的最大应力是 07进行的数控车床的尾座的上盒体模态分析的优化，并能够得到低次模式的结构后如表 2所示的数据。 图 7位移和优化后的应力云图 就对于优化框结构的静态力学和动态力学的分析结果而言，可以看出数控车床的尾座主体仍满足对于数控车床尾座优化后的刚性要求和数控车床的加工精度要求。除此以外，数控车床尾座的重量的降低，使数控车床的尾座的外壳的运动惯性和控制性能的得到了很大的提高。 优化后图框 2的表 2中：低阶模式 单位 赫兹 结论 在做数控车床尾座箱的拓扑优化时，最大位移、最大应力和低频尾座箱经过了优化设计后数据基本上保持不变化。数控车床尾座符合设计的要求并且重量是减少了 5。它同时也使尾座运动更加灵活 并且 降低了尾座的运动惯性。 采用了有限元软件分析的产品可以节省它的制造的原型和测试的成本。并且还可以获得在软件设计产品时的主要性能特点，它还可以 提供优化的结构和大小。 参考文献： 1他翀宇，尹志宏 J优化 2012,25： 64332叶志明 D大连大学， 2013 的刚度机床床身结构优化设计 3敖冬强，陈超群 ,马金凤，杨飞 J2013,12： 2214杨爱韶 ，刘杰 J2013,06：1815董力丽，赵易平 J与液压装置的方法， 2010,15：114式 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 频率 1037 (2014) 12014 (2014) 20142014C U 570454645 of C on C is to it to of on of be %. In at he is an of NC it a in Its a on C to of So is of as as In NC as an by an to a a of (a) is NC it by (b), (c) of is on (a) b) c) NC is by 340Kg/ is an of to to is it is to No of of be or in or by (7/15,21:55:17) 42 in be is is , of 5973 of 2024. of of t be on in of of of is as an to 0is as 560N, 1572350N, 15120N, M =to of on so of is by in as . he of an to of of as , of 07of is it 00of is it on by of Its to of is or of It of So it is to of of 1037 43 of in is as in . of NC 00It be of is . . of z is to of to to is as . s is of be in So it is to in as . on as . of 07Pa on is as in . he on it be 44 . of z to of It is % to of of in it 1 of . 2012,25:64332 on of 013 3 a . 013,12:22127 4 of C . 013,06:1815 010,15:114of C I 毕业设计说明书中文摘要 摘要： 本文主要进行了 数控可编程尾架传动机构 的设计。 数控可编程尾架传动机构 主要用于 改善数控车床尾架的工作效率、提高加工精度 。 本文采用了文献分析法、类比法来进行研究设计。可编程尾架传动机构以伺服电机为动力源， 通过刚性联轴器使滚珠丝杠和电机连接在一起，使用摩擦锥套消除间隙，通过锥套的轴向移动和径向膨胀来传递运动和动力。滚珠丝杠采用一端固定一端自由的支撑方式，一端使用角接触球轴承背对背中间加隔圈来固定滚珠丝杠，另一端采用深购球轴承支撑，并且使用垫板防止两端轴承的中心高不一致。采用方形滑动 导轨，本设计结构具有较高的实用价值。 关键 词： 数控 车床 尾架 可编程尾架 传动机构 业设计说明书英文摘要 NC NC to NC to to to of to of to to at of a a 京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） I 目 录 前 言 . 1 第一章 绪论 . 2 编程尾架的简介 . 2 编程尾架的现实需求 . 2 编程尾架的设计意义 . 2 控可编程尾架的功能和特点 . 2 数控可编程尾架的功能 . 2 数控可编程尾架的特点 . 3 数控可编程尾架的组成 . 3 数控可编程尾架 的分类、比较 . 4 第二章 数控可编程尾架的设计 . 8 数控可编程尾架传动方式 . 8 主要零部件的连接设计 . 9 丝杠的型号 . 9 电机与丝杠的连接设计 . 11 可编程尾架下体与丝杠的连接设计 . 12 可编程尾架的准确定位和快速锁紧 . 13 可编程尾架的快速锁紧 . 13 可编程尾架的准确定位 . 13 第三章 惯量匹配和进给力计算 . 14 导轨的选择 . 14 传动机构惯量匹配的确定 . 15 传动机构进给力计的确定 . 15 第四章 润滑和防护 . 17 轴承的选择 . 17 轴承的功用及特点 . 17 轴承的安装方式 . 21 轴承配置方式 . 22 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 轴承的预紧 . 23 轴承的润滑及密封 . 26 轴承的润滑 . 26 轴承的密封 . 26 导轨的润滑 . 29 导轨的防护 . 30 第五章 技术经济分析 . 31 术成本分析的目的与意义 . 31 本材料分析 . 31 标准件 . 31 准件 . 33 题技术经济成本计算依据 . 33 本计算依据 . 33 题技术经济成本计算 . 35 第六章 总结 . 36 致 谢 . 37 参 考 文 献 . 38 附录 A 课题装配图及各零件图 . 39 附录 B 毕业论文光盘资料 . 40 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 1 前 言 在 21 世纪，随着科学技术的不断发展，加工自动化在机械生产过程中的作用也愈来愈显的重要，在产品的质量，产品的成本控制上，都显示出了不俗的效果，所以在生产过程中，机械加工面向自动化这个方向已经成为对现代化机械生产最主要的要求之一。显而易见的优点体现在工时的利用率 ，并且在另一方面自动化生产在产品质量和性能方面均有明显的提高。 大批量的自动化生产很广泛使用了自动机床、专用机床以及专用的自动生产线 ,这些机床还有生产线在加工时可以同时多把刀、几个面同时的加工， 高效率、高自动化的结果 通过这样的方式也能够实现 。 在某种意义上而言，涌现的数控机床恰恰是是生产需求得到满足 1。 我们一般把数字控制机床称为数控机床，是一种自动化的机床，他的控制系统能够将输入的程序进行译码，然后通过数字的形式呈现出来，再由载体输入到数控装置里，然后各种各样的运算结果再由数控装置发出，然后操作机床动作，根据零件要求的形状尺寸 ,将零件自动加工出来。 国际机床业随技术的发展，已经进入到了我们所说的机电一体化，此中的数控机床的最高水平已经代表了机床业的最高水平，如今数控机床已经成为制造业的重要经济基础 2。经济愈来愈快的发展，数控机床在我国的开发和研制上取得了突破，这也在另一方面提升了我国的综合国力，但是与发达国家还是有一定的差距的。 在我们当代的加工工业体系里面，数控机床在金属的加工设备里面有着举足轻重的作用，数控机床在工作中主要加工的是回转类零件，如轴类还有盘类零件。在加工盘类零件的时候我们采用的是 卡盘卡紧，但是要使用一卡一顶的方式来加工细长类轴，拥有良好高效可靠的可编程尾架传动机构对于数控机床来说是十分重要的。可编程尾架传动机构的高效可靠不光能使工作效率提高，还能确保工件的质量，这对于提高机床自动化水平也十分的重要。 、 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 2 第一章 绪论 编程尾架的简介 编程尾架的现实需求 对于车床还有磨床等机床来说，尾架是一个紧要部件，他有如下的几种功用 : 1、装卡工件，比如长轴用顶尖顶紧； 2、安装孔加工刀具：安装钻头、铰刀等； 3、增添了机床的加工范围； 4、对 刀，调节车刀高度。 以前的普通尾架我们是用手沿着导轨来移动的，先松开尾架的锁紧手柄，移动到要加工的大概位置时拉紧锁紧手柄锁定在导轨上，再旋转尾架后面的套筒伸缩手轮，将套筒旋到指定位置顶紧工件后，再把套筒锁紧。不难看出普通尾架的操作耗时很长，随着数控机床突飞猛进的发展，并且也涌现出来一批智能化的数控产品，为了减小耗时，使用可编程尾架传动机构来代替手工操作的尾架的需求也愈来愈明显。 编程尾架的设计意义 尾架机构是车床的主要零部件之一，他在机床加工零件的过程中起了非常重要的功用。 该论文对数控可编程 尾架传动机构进行了研究。一方面，有助于提高尾架的工作效率和加工精度，减少操作工人的工作量；另一方面也有助于对数控机床和尾架方面知识的理解。 控可编程尾架的功能和特点 数控可编程尾架的功能 数控可编程尾架的功能和普通尾架没有什么不同。 当机床在加工长轴类零件的时候，一端用卡盘卡住，另外一端用尾架的顶尖可以顶住零件端面，这样可以增加他的刚性，在车削过程中不会发生较明显南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 3 的变形或者掉落，而且可以防止刀具在加工时因为作用力使得工件偏离了中心线，另外还有一个功用是安装各类钻具来对工件钻孔或者是 打中心角之类的工作。 具体总结为： 1、安装时可以利用尾座来调整车床精度； 2、钻孔或者打中心孔可以使用尾座，并且加工细长轴时可以顶紧另外一端； 3、利用尾座的偏移一定角度可以车偏心轴。 数控可编程尾架的特点 不论是什么样的机床，尾架都是每台机床必不可少的零部件，他有着他独特的功用，他的零件是尾架体，一般都是安装在机床导轨的右侧，一般尾架的顶尖安装在他的套筒中，在加工细长轴时用得到顶尖来顶住加工零件的中心孔，钻头或者铰刀也是安装在套筒里面的，这些可以用来加工孔，加工完孔要攻螺纹的时候还可以在套 筒里面加入丝锥。尾架是沿着机床导轨靠人力推动的，当推动到所需位置的时候就压下锁紧手柄，然后旋转套筒手轮来对加工零件实现顶紧或松开，还可以进行切削。 这对于操作工人的工作量需求较大，而且效率、精度较低。通过数控可编程尾架却能弥补这些缺点。 可编程尾架传动机构和普通尾架机构有着一些不同的结构，这是一种和刀架一样可以通过编程来控制的尾架传动机构，在操作面板输入 M 代码、 B 代码可以控制可编程尾架传动机构来完成他的指令，通过代码可以控制尾架下体的运动，并且还可以对尾架下体停靠的位置进行实时的检测，来控制尾架下体前进或者 后退到指定位置，然后通过顶尖顶紧。尤其是在高精尖的数控机床中，普通尾架机构不能满足使用需求，只有可编程尾架传动机构可以跟上这些机床的加工进度，这样不仅能按时的完成工作，还可以体现出这台数控机床的高档，采用这种尾架可以实现完全的自动化。 数控可编程尾架的组成 普通车床的尾架由手轮、尾架体、套筒、尾架底座等主要零部件组成。 如图 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 4 图 通尾架的组成 数控可编程尾架传动机构设计的主要零件包括了可编程尾架下体，传动机构滚珠丝杠，丝杠螺母座，轴承座 ,法兰，联接涨套 ,锁紧螺帽 , 法兰 ,限位块，接套等。 数控可编程尾架的分类、比较 本文采用的是由伺服电机控制的可编程尾架传动机构。 1、采用检测开关的简易可编程尾架结构 结构上：就是在普通的尾架机构后端的尾架体上面装上一个可以跟随尾架套筒共同进退的长杆，再在尾架上固定上两个无触点光电检测开关来检测套筒的运动位置，即构成了这种可编程尾架结构。 控制上：输入 码可以控制尾架套筒的前进或后退； 架套筒后退）来实现，尾架套筒行程控制用无触点开关检测到的位置信号反馈给数控系统。在收到前进开关的信号后，尾架套筒移动到 位后可以顶紧工件，在收到学位开关后退指令是，尾架套筒退回到确认位置。这两个限位开关的相对位置可以根据被加工工件的长度来确定。假如尾架套筒没有伸到指定位置，那么前进信号就不会发出，就不能启动机床主轴。尾架套筒在前进或者后退时通过编写程序和自动加工分别检测开关再采集到数控系统的 面， 码作为前进指令， 码作为确定信号。此种结构较为简单。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 5 2、采用直线光栅尺的可编程尾架结构 结构上：这种尾架机构和第一个介绍的可编程尾架机构相类似，只是用检测开关检测尾架套筒的前进、后退的相对位置时，检测开关 用光删尺来代替了。 控制上：数控系统检测尾架所带光栅尺的反馈位置数据，数控系统将可编程尾架体等同于虚拟轴进行控制，通过 G 代码控制尾架的运行位置，结合光栅尺的反馈位置，通过数据比较计算，来实现对尾架的控制。在控制相对位置的方面比较机动化是这类可编程尾架机构的优点，而要通过光栅尺来读入和识别数据是这种结构的难点，由于一些较为低端的数控系统的模拟量信号不能接受反馈，或者需要通过特殊的 换装置来完成对数据的转换。 3、通过液压插销借用 Z 轴拖动尾架的可编程尾架结构 结构上：这种类型的可编程尾架机 构采用的是插销结构，由液压缸来带动，通过撞停 Z 轴的开关结构，这样就可以使 Z 轴上的床鞍和尾架体产生有效的连接，在通过数控系统来掌控液压插销的工作，利用 Z 轴带动床鞍移动到相应位置。 控制上：这种类型的可编程尾架机构工作依次的顺序为：（ 1）、 Z 轴运动到靠近尾架体附近；（ 2）、 Z 轴运动到指定位置后将触发开关撞停；（ 3）、使用 控制数控系统使液压插销伸出；（ 4）、再检查液压插销是否已经到位；（ 5）、让 Z 轴来拖动尾架通过数控系统控制他运行到指定的位置；（ 6）、让液压插销脱离；（ 7）检查插销退出到位；（ 8）移走 Z 轴。 可以用结构简洁来形容这种可编程尾架机构，但是使用逻辑 制有点困难。 4、采用伺服电机控制的可编程尾架结构 结构上：由交流伺服电机通过联轴器（摩擦锥套）来带动滚珠丝杠转动使得工作台在 Z 轴方向移动。伺服电机可以控制可编程尾架机构，是作为机构的W 轴控制轴的，用联轴器直接将在伺服电机后端装有绝对编码器的电机和丝杠连接到一起，然后就可以驱动尾架来运动与完成位置控制。 控制上：要驱动尾架下体来快速移动，到位后再快速压紧，这些动作是用伺服电机来控制的，尾架体上装有液压缸，可以控制顶尖来顶尖工件轴心，尾架下体运动到了指定位置的时候就会靠底面的压板和导轨压紧来锁紧，通过编写 控制程序来操控使用 有 来完成运动，动力源是伺服电机。使用 B 代码加 位置移动指令控制可编程尾架的高速精准定位。我们操控尾架体也是选用类似这种控制伺服轴的形式，这种可编程尾架传动机南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 6 构在高精尖的数控机床里面是比较受欢迎的，因为伺服电机控制有着很多的优点，比如说启停迅速、精确的定位等，能完成高精尖机床的工作。 方案比较： 1、第一种是采用检测开关来控制的简易的可编程尾架机构，这种装置有组成单一，价格便宜，容易改装 的长处。但是每次加工长度不一样的工件的时候要移动开关，让开关在合适的位置，这不能每次都准确编程，他在工作时快进的速度一般，精度也不能保证。 2、第二种选取的可编程尾架机构是选用直线光栅尺的，他的组成元件容易得到，并且组装也方便；但是他的一些元件比较贵，而且一些低端的系统还不能接收到模拟量的信号，这种信号处理起来也很复杂。 3、通过液压插销借用 Z 轴拖动尾架的可编程尾架结构：优点是结构不复杂、成本适中，较易实现；缺点是定位精度一般，插销故障率较高，需提高相关部件的刚性 3。原理如图 示。 4、第四种可 编程尾架传动机构是用优点较多的伺服电机来操控的，他在工作时能有效的锁紧，电机转速快所以快进速度也高； 缺点是成本高，设计调试较为复杂。 通过比较发现采用伺服电机控制的可编程尾架传动机构的性能比较突出，车床的精度和工作效率有了较大的提高。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 7 图 程图 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 8 第二章 数控可编程尾架的设计 数控可编程尾架传动方式 数控可编程尾架采用的 是 4 经过对普通电机还有步进电机以及伺服电机的特性相比较，我们可以发现 : 普通电机的电机本身没有可控的转矩，起步 和停止都带有滞带和惯性，只适和于常规动力的拖 动。 在步进电机当中，是通过定子的脉冲磁场来作为控制的，而他的转子是永磁式的并且还是对应磁极的，通过控制可以实现较高精度的步进，这种电机都应用在仪表仪器还有就是自动化控制的拖动方面的，和伺服电机相比较稍微差一点。 伺服电机的大概构架是和步进电机差不多的，但是在驱动方面有着差别，是通过数字伺服控制来自动修改的，这种是属于反馈式的，有极高的精度，适合作为专用电机，还适用在高精尖仪器方面。 交流与直流伺服电机比较，突出的方面有 : 1、 他的售后费较低，因为没有换向 器还有电刷，所以可靠性还高 ; 2、定子绕组散热比较方便； 3、 惯量小还容易快速启动 ; 4、适应于高速大力矩工作状态； 5、在相同的功率下有较小 的重量、体积 4。 伺服电机与单机异步电机相比较 5,有三个显著特点 : a、较大的起动转矩 因为转子的电阻比较大 ,通过比较可以特性曲线我们可以发现伺服电机还有异步电机有着明显的不同，其中伺服电机的特性曲线和线性相近，所以有比较大的启动转矩，而且临界转差率 ，当他里面的定子通了电以后，转子会即刻启动。 b、有较广的工作范 围。 c、 伺服电机在通电时没有自转现象，断电后电机立即停转，处于单相运行的状态，然而因为转子电阻大，因为产生了旋转磁场，他是由定子转子的方向旋转所造成的，因为这种原因还形成了 2种特性一种是转矩特性，还有就是合成转矩特性。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 9 示。 图 示意图 主要零部件的连接设计 丝杠的型号 本次选用的是 滚珠丝杠，规格代号为 2505 滚珠丝杠和梯形丝杠的相比： 滚珠丝杠有着很多的优点，因为是滚动摩擦，所以在工 作时他的阻力仅仅南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 10 是梯形丝杠的 在制造的过程中有着诸多的工序，所以他的售价比较贵，而且没有自锁功能；梯形丝杠：定位精度差，工作时要克服的阻力大 。 滚珠丝杠可以通过以下几个方面的特点来和梯形丝杠区分开来： 1、 滚珠丝杠是滚动摩擦 ; 2、就摩擦力而言，滚珠丝杠只有梯形丝杠的 1/3; 3、 滚珠丝杠 中间有 滚动体 ,而 梯形丝杠螺母和螺杆直接接触 ； 4、在滚珠丝杠中螺杆的大径要求比他螺母的小径要小，而梯形相反； 5、在同样的扭矩下，就电机的驱动力来说，滚珠丝杠是要小的多的； 6、滚动摩擦的滚珠丝杠不会产生爬行现 象 ; 7、滚珠丝杠因启动扭力小，灵活，可以进行微动操作。 比较发现滚珠丝杠有着较多的优点，性价比高，但同时也比较贵。 滚珠丝杠运动的性能特点 : 1、 因为是滚动摩擦，所以运动效率高。相比于滑动摩擦的丝杠，他的驱动扭矩减少到了 1/3 以下，在同样的场合，滚珠丝杠省电。 2、 微进给 滚珠丝杠 因为是滚动摩擦，所以没有爬行，在极小的力矩下就可以启动，精准的微进给得到了保证。 3、 无侧隙、刚性高 施加了预压力可以让滚珠丝杠里的轴向间隙变为负，因为给滚珠施加了预压力，在丝杠使用过程中，压紧的滚珠会产生排斥力， 这可以增加他的刚性。 4、 因为是滚动摩擦，所以摩擦力很小，这就能完成高效的运动，而且摩擦小就不容易升温，变形小，所以适用在要求快速的场合。 这次采用的是图 示的丝杠。 图 丝杠订货图 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 11 电机与丝杠的连接设计 电机与丝杠采用无间隙的直接刚性连接，联轴器和轴通过摩擦锥套的轴向移动和径向膨胀来传递运动和动力。运动简图如图 示。 电机与丝杠间的连接分为直接连接和间接连接。 直接连接传动比不变，间接连接传动比减小提高进给精度。 机械式联轴器可分为三大类： 刚性联轴器 :即无变形， 用 于不允许有不对中发生 ,在 工作 过程中 不 允许 相对错位的场合 ;刚连中，对于连接处的 2 根轴来说不允许发生偏移，在要求两连接件在一根轴线上时选用这样的方式连接。 刚性联轴器用螺栓将两个部分紧固 ,这样的安装要求 是 2 个被连接件在同一轴线上 ,如果 稍有误差 ,连接件 就会 发生震动 ,并且会降低使用寿命 。 挠性联轴器 :容许微量变形，在连接处的两根轴不一定要完全在同一轴线上，可以有必要的位移，容许转子存在单独的轴向位移；因为连接件对这 2 根轴的约束还有带动旋转的关系， 2 轴在连接处可以允许存在合理的偏移。我们应该把例如木销或者滑块之类的东西 放入到联轴器的 2 个部分中间，这可以传递运动和动力 ,同时可以满足设备的使用需求。 安全联轴器 :就是为了避免使装置在高精尖的场合里遭到破坏，为了满足这一要求而安装的。 因为刚性联轴器的组成简单，而且比较便宜，还可以在转矩大的场合中使用，但是如果在运动中有冲击或者连接的 2 端不在同一轴线上的时候，联轴器就会加速磨损，在极短的时间内报废。 只有在没有冲击 ,转速稳定 ,载荷平稳 ,轴的刚性较大 ,能保证 2 个被联接轴的对中性的情况下 ,我们选用的套筒或者凸缘联轴器就是这种。 刚性联轴器的优 点和 缺点 ： 缺点 :刚性联轴器 要求 2 轴在同一 轴线， 当 2 个被联接轴发生位移是 ,就会使联轴器产生 附加载荷 ,恶化 联轴器的工作状况 ,这 就是最为主要的 缺点。 优点 :因为是刚性连接，这种连接方式能传递大转矩，因为这种连接结构单一，所以比较轻、比较便宜，这要求 2 连接轴在一轴线上，可以传递高转速，如果发生振动，产生偏移，就会减小使用时间，而且他的灵敏度非常高，在应用当中方便我们对他进行维护，而他的材料让他具有抗油性还有耐腐蚀性。 在高速的环境中，由高速运转所产生的相对位移能自动补偿。如果要让他在系统南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 12 中发挥出良好的性能特点的话，我们就要让他没有相对位移 。 图 丝杠的运动简图 可编程尾架下体与丝杠的连接设计 在本次设计的尾架装配图里采用的是单螺母连接， 丝杠和螺母之间有着极其微小的间隙 。 简单点讲，滚珠丝杠有两种连接方式，采用单螺母连接，有间隙；双螺母连接可以消隙，并且承载负荷大，而且使用时间也就是寿命还比单螺母的长，在工作一段时间以后，对双螺母进行清洗维护也更加的便捷。 然而现在绝大多数的厂商选择的预压形式是采用偏移导程的方法，从长远的方面来看增添珠子的循环圈数还有把螺母的宽度增长到比普通的大很多这种方式来说，他的使用寿命还有工作精度来说还是 没有双螺母的强，但是这样的结构加工的步骤削减了，还删除了一些零件，所以来说成本就会很低。 要依据设备的需求来选择采用什么样的丝杠，不能一昧的选择价钱低的或者是最好的，一种不能满足需求，另外一种就是产能过剩、还白白增加了很多成本，所以我们要根据需求来选择，适合的才是完美的。 双螺母能调节轴向间隙，而单螺母不能调节轴向间隙。 尽管滚珠丝杠是单一的一个传动件，但在制造的过程中也经过了非常多的工序的。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 13 可编程尾架的准确定位和快速锁紧 可编程尾架的快速锁紧 尾架下体是由伺服电机驱动，通过丝杠螺 母带动尾架快进的，当到达指定位置的时候，使用液压系统来控制活塞，使压板和导轨紧密结合，如图 示，起到了快速锁紧的作用。 图 尾架锁紧图 液压系统原理如图 示。 图 快速锁紧系统原理图 可编程尾架的准确定位 尾架下体运动到了指定位置的时候就会靠底面的压板和导轨压紧来锁紧，通过编写 O 力源是伺服电机。使用 0等位置移动指令控制可编程尾架的高速精准定位。我们操控尾架体也是选用类似这种控制 伺服轴的形式，这种可编程尾架传动机构在高精尖的数控机床里面是比较受欢迎的，因为伺服电机控制有着很多的优点，比如说启停迅速、精确的定位等，能完成高精尖机床的工作。南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 14 第三章 惯量匹配和进给力计算 导轨的选择 在此次设计中选用的是方形滑动导轨。 无论是机床上的导轨还是铁路导轨，都是体现如下三种功能： 1、为承载体的运动导向； 2、为承载提供光滑的运动表面； 3、 火车行驶时或机床切削时都会产生作用力，这些力通过与轮胎或者床身传递到地面上，乘客就不会感觉到很强的振动，零件在加工过程中就不会产生很大的晃动。 从导轨的模式还有滑动元件的发展方向我们就可以看出导轨是怎么发展的，通过加入不同的物质导轨就会产生不同的样式，这就是属于他的特色。 有 2 种形状的滑动导轨，一种是方形，还有就是圆形。这 2 种导轨主要集中在负载、刚度和光洁度等机构方面的竞争。 方形滑动导轨的制造费用高而且在工作一段时间后导轨的维护也比较贵，但是这种导轨能够在任意载荷情况下良好的工作，这种导轨一般在要求刚度很高，载荷较大的场合下使用，由于这些优点特别突出，所以在其他方面就较差，使用久了会使得机床的系统稳定性下降。而圆形滑动导轨能长时间的保证系统的稳 定性，而且安装很方便。因为圆形有自动调心的能力，所以即使在粗糙度较高的表面上工作时也能保证平稳工作。 整体平整度在一些应用当中是要考虑是否是对其他方面有影响的。因为平整度的数据对于整个这个行业来说也没有准确的定义，所以在组件应用当中在细微处可能会有一些不同，但是如果想要平稳的运行的话可以采用滚珠衬套轴承，方形导轨和圆形导轨之间的差异通常用手即可感觉得到。 圆形导轨可能更有优势。通常为了更加可靠的密封，简单的几何圆形会更好，因为如果是圆形的话拖曳力会非常小。方形导轨的副导轨里面要放入斜契块，可以自动消隙，为了 要使方形导轨的密封使用时间长，擦拭器要和滚珠的轨道一致。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 15 传动机构惯量匹配的确定 因为每个零件都有重量，对于旋转体运动时产生的惯量对于驱动系统的动态性能影响还是很大的。 移动部件的惯量转化到丝杠的惯量： 23-i 1 05 （ 3 滚珠丝杠的转动惯量： 2344s 0 2 d （ 3 其它零件的转动惯量（联轴器）： 2444j 0 0 1 1 d （ 3 折算到电机轴上的负载惯量： 2js 0 4 L （ 3 负载惯量与电机惯量 比： 00 4 （ 3 一般的负载惯量与电机惯量 比应满足 ： 141 m 满足要求。 传动机构进给力计的确定 确定力的大小才可以确定系统能否满足要求。 最大扭矩 N ，机械效率 1 ； F Z 1 2 56 05 1101 0 002 （ 3 设钻孔直径为 ；走刀量 。 g （ 3 ， 故 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 16 式中： 公式（ 3（ 3源： 王爱玲， 武文革，辛志杰等 北京 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 17 第四章 润滑和防护 轴承的选择 轴承的功用及特点 这次的设计我所选用的是一对角接触球轴承和深沟球轴承。 轴承就大体上就 2 类，一类是滑动的，一类是滚动的。 滑动轴承根据载荷形式分： 1、 静载滑动轴承 他只能承受方向还有大小均不能发生改变的载荷 ; 2、 动 动载滑动轴承他所能承受的是方向还有（或者）大小的载荷都可以有所改变的。 根据承受载荷的方向分类： 1、 径向滑动轴承 他只能承受的是垂直于轴线的径向载荷 ; 2、 止推滑动轴承 他只能承受的是平行于轴线的轴向载荷 ; 3、 径向止推滑动轴承 他不仅能承受垂直于轴线的载荷，还可以承受平行于轴线的载荷。 滚动轴承的类型： 1、 深沟球轴承 （如图 简单说的话是最可以用来表示滚动轴承的，他可以在很多方面有用处，他不仅承受径向方向的负荷，而且还可以同时的承受轴向的双向负荷，在高速运转和低噪音、低振动要求的场合 适用 ,我们提前可以将适量的润滑脂放入到有钢板的防尘盖里面，或者是密封轴承的橡胶密封圈里， 轴承在外圈上面有突起的凸缘或者是有止动环，这些东西一方面安装外壳里的零件的时候方便，另一方面可以方便轴向定位，要和标准的尺寸相一致的轴承才可以来承受最大的负荷，而且还要将球的数目增加，要增加就要开槽来装，球的数量愈多他的额定载荷也就愈高。 深沟球轴承的主要的用途 :汽车轮毂系统、各种变速的机构、电气部件 ;电气 :通用 型的 电机、家用 的 电器 装置 ;其他 :各类的 仪表、 各类 内燃机 结构 、 在 建筑 方面的 机械装备、 适合在 铁路 使用的 车辆 、 用于 装卸搬运 的 机械 装备 、农业方面的 机械、 用于 各种产业 的 机械 装备 。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 18 图 沟球轴承 2、 为了要使角接触球轴承 （如图 示） 能承受的轴向负荷愈大的话，我们就要让他的接触角也愈大，都是如果要让他的转动速度愈快的话，我们就要让接触角愈小，套圈与球形成的角就叫接触角， 15、 30和 40是国家标准规定的角度。 角接触球轴承的 主要 的 用途 :单列 式 :离心 式的 分离机 装置 、高频 率的 马达装置 、 各类 燃汽 式 轮机、 各类 机床 的 主轴、 多种 小型汽车 的 前轮 装置 、 多种 小齿轮轴 的差速器 ;双列 式 :各类 类型的 变速器、罗茨 式 鼓风机 装置 、空气 式 压缩机 装置 、 各类的油泵 、燃料 式 喷射泵 装置 、 用于 印刷 方面的 机械。 图 接触球轴承 3、 因为他的滚子是圆柱，他和同样为圆柱的滚道接触的时候是一条直线，所以他的径向负载承受能力就强，这可以在重负荷的情况下使用，当他在工作的时候还可以承受一定的冲击，还在高速旋转等场合使用。 圆柱滚子轴承 （如图 示） 的 主要 的 用途 :各种 燃汽 式 轮机、 各种类型的 减速装置、 多类型的 内燃机、 多种 中型及大型 的 电动机、 各类 机床 的 主轴、南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 19 各种类型的 发电机、 用于 装卸搬运 的 机械、 用于 各类产业 的 机械。 图 柱滚子轴承 4、 圆锥滚子轴承 （如图 示） 里面的滚子是圆台状的，由轴承里面的大挡边来引导滚子转动，而在设计过程中为了要使轴承中心线上的某一点与圆台状的滚子；圆锥式的内圈、外圈这三个在他们自己的圆锥顶点相交。持架主要采用的是销式结构的保持架等。 圆锥滚子轴承 的 主要 的 用途 :各类 汽车 的 前 后 轮 装置 、 用于 铁路车辆 的 齿轮减速装置、小齿轮轴 的差速器装置 、 各类 机床 的 主轴、 用于 建筑 的 机械 装置 、用于 农业 的大型 机械 装备 、 汽车 变速器 结构 、 适用于 轧钢机辊颈 以及他的 减速装置。 图 锥滚子轴承 5、 由于在调心滚子轴承 （如图 内 部的滚子是球面形状的，按照内部构造的不同，可以分成 R、 这 4种形式，由于轴承的中心线和南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 20 外圈滚道的中心线在同一直线，所以这就使他具备调心的性能，因此可以承受径向负荷和双向轴向的负荷 ,如果外壳还有轴安装不在同一轴线的时候也可以自动调整，所以他承受的径向负载大，并且在工作时有冲击负荷的场合来使用。持架主要采用的是铜合金切制式的保持架等。 调心滚子轴承的主要的用途 :用来造纸的机器、减速机构方面、铁路车辆的轮毂方面、用于轧钢机的齿轮箱、轧钢机辊的道子、多种类型的破碎机、多种振动筛结构、用于印刷 方面的机器、木工方面使用的机器、用于各类行业的减速机、适用于带立式座的调心轴承。 图 心滚子轴承 6、 推力球轴承 （如图 的轴圈由滚道圈、球还有保持架的组件和轴来配合，用于承受轴向载荷和适量的径向载荷，与其他轴承相比较，他的摩擦因数低，而且转速高，并且还具有调心的性能。持架主要采用的是钢板冲压式的保持架等。 主要用途 :在 汽车转向销 方面 、 各类 机床 的 主轴。 南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文） 21 图 力球轴承 角
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