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普车CA6140数控化改造的传动部分设计【全套CAD图纸+开题报告，总结，外文，答辩PPT】
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本科毕业设计任务书 普车 控化改造的传动部分设计 院（系、部） 名 称 ： 机电科学与工程系 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 2015 年 10 月 25 日 一、主要研究内容 以 通车床为研究对象，对其机械部分进行改造，形成新的进给系统。并用控制系统，发出步进脉冲，通过减速传动带动滚珠丝杠的运动，完成纵向、横向进给运动，同时控制着刀架运动，使其变为自动化。 二、基本要求 根据关于毕业设计的相关规定，主要完成如下任务： 通过调查研究，查阅相关资料，撰写毕业设计开题报告、文献综述（ 3000）、外文翻译（不少于 3000 汉字）；写出设计说明书一份（不少于 10000 字），完成各非标准零件的零件图和整机装配图的绘制，至少 0 号图纸两张；毕业设计完成时，提交 毕业设计要求的全部资料（纸质资料和电子资料）；其它要求参见河北科技师范学院本科毕业论文（设计）条例校教字 201112 号。 三、工作进度 12 月 10 日前 1 月初 16 年 1 月 7 日、 8 日 成前期文档： 3 月底 4 月中旬 成所有文档 ： 5 月中旬 子稿和纸介质）： 5 月下旬 5 月底或 6 月初 四、 参考文献 数不少于 25 篇，其中近五年内中文参考文献不得少于 10 篇，英文 文献不得少于 2 篇。 文参考文献不的得少于 10 篇，英文文献不得少于 2 篇。 指导教师签名： 教研室主任审查签名： 本科毕业设计 开题报告 普车 控化改造的传动部分设计 院（系、部） 名 称 ： 机电科学与工程系 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 2015 年 10 月 25 日 、一、课题来源 教 师拟题 二、 主要依据 美国、日本和德国等发达国家把机床改造作为新的经济增长行业 ,美国 !日本和德国等发达国家在大量生产数控机床的同时 ,还非常重视普通机床的数控化改造 ,机床改造正逐步从制造业中分化出来 ,并形成了把机床改造作为新的经济增长行业 如德国的 司在 1981 年把一台加工直径为 19m 的超重型立式车床改装成数控机床 在美国机床改造业称为机床再生 ( 从事再生业的著名公司有 :程公司、 床公司、 宝 )服务集团、 备公司等 美国得宝公司已在中国开办公司 在日本 ,机床改造业称为机床改装 ( 从事改装业的著名公司有 :大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等 。 在我国大力发展机床数控化改造业 ,提高机床的数控化率 ,不仅可行 ,而且前景广阔 如 :国防科技工业开展普通机床数控化改造“十五”期间计划改造 台 ,目前已完成 3000 多台 改造后生产效率提高约 3 倍 ,加工精度提高 20%,与新购设备相比可节约资金 50%以上 中国三江航天集 团对具有改造价值的 109 台普通机床进行了数控化改造 ,取得了良好的效果 中国兵器工业集团西南自动化研究所积极开发普通机床数控化改造技术 ,累计完成普通机床数控化改造 2000余台 自 90年代开始 ,关于数控化改造的研究一直没有中断过 ,还有很多学者针对数控化改造的问题和改造过程进行了研究 。 1)高速化、高精度、高可靠性 目前车床和车削中心主轴转速达到 8000 r/工中心的主轴转速一般都在 15000 r/0000 r/的达到 60000 r/削进给速度般达到 20 m/的甚至达到 60 m/充分发刀具材料性能、提高加工效率、降低加工成本 ,并且高加工精度和表面加工品质 ,数控装备将进一步向高速度或超高速方向发展 。 近 10 年来 ,在加工精度方面 ,普通级数控机床的加工精度已由 ?10高到 ?5密级加工中心则从 (35)高到 (1m;超精密加工精度已开始进入纳米级( 国外数控装置 达 60000 h 以上 ,伺服系统 到 30000 h 以 上 ,表现出非常高的可靠性 。 2)柔性化、网络化、集成化 为适应制造自动化的发展 ,向 供基础设备 ,要求数控系统不仅能完成通常的加工功能 ,而且还能够具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头 (有时带坐标变换 )、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能 ,特别是依据用户的不同要求 ,可方便灵活地配置和集成 。 3)工艺复合化 以减少工序辅助时间为主要目的的复合加工 ,正朝着多轴和多系列控制功能方向发展数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后 ,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施 ,完成多工序、多表面的复合加工 ,以减少非加工时间 因为在零中国石油大学 (华东 )工程硕士论文 7 件加工过程中有大量的无功时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升降速上 因此 ,复合功能的机床是近年来发展很快的机种 ,其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序 。 4)智能化、绿色化、安全化 为追求加工效率和加工品质方面的智能化 ,设备有自适应控制、工艺参数自动生成的功能 ;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 ,具有前馈控制、电机参数自适应运算、自动识别负载自动选定模型和 自整定等功能 ;简化编程和简化操作方面的智能化 ,有智能化的自动编程和智能化的人机界面等功能 ;具有智能诊断和智能监控方面的内容 ,方便系统的诊断及维修 ;此外 ,还具有许多特别的智能功能 ,如加工运动规划 !推理和决策能力 ,以及加工环境的感知能力、制造网络通信能力 (包括与人的交互 )、智能编程、智能数据库和智能监控等 随着全世界对环境问题的关注 ,“绿色制造“在全球兴起 ,相应的数控装备及其相关工艺的绿色 !无公害化和更好的安全性受到人们的重视 。 由于现代工业的飞速发展 ,普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率 的要求。如果设备全部更新换代 ,不仅资金投入太大 ,成本太高 ,而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造 ,这样既可以提高生产率 ,改善加工工艺 ,还可以减少资金投入 ,采用此方法对中、小型企业来说是十分理想的选择。 图 1 系统总体方案框图 三、 研究内容 主要针对机械部分传动与进给系统设计 : 1、 主轴传动系统 的主要参数设计 2、 进给系统的主要参数设计 3、零件图的绘制 4、标注件的选用 5、装配图绘制 四、 研究计划及预期成果 研究计划： 1 2016 年 1 月 7 日 1 月 24 日 向 指导教师汇报开发设计进展、文献阅读情况 2. 2016 年 1 月 25 日 3 月 12 日 开始编写毕业设计（论文）工作计划，进入毕业设计（论文）的撰写阶段。 3 2016 年 3 月 13 日 4 月 12 日 完成毕业设计（论文）初稿，并定期向指导教师汇报进度 4 2016 年 4 月 3 日 4 月 29 日 听取指导老师意见，对论文进行整改 5 2016 年 4 月 30 日 5 月 7 日 指导老师评阅以及定稿 5 月 8 日 2016 年 5 月 24 日 准备答辩 预期成果： 普车 数控化改造 的设计图纸和毕业论文及其他文字材料 五、 特色或创新之处 进行普通机床的数控改造 ,这样既可以提高生产率 ,改善加工工艺 ,还可以减少资金投入 ,采用此方法对中、小型企业来说是十分理想的选择。还有周期短，一般 4到 6个月而购入新机床要 6到 12个月；机床性能比新机床稳定，因多年使用应力已释放；用户根据需要确定数控系统的功能配置，因此更便于操作编程；欲购买二手设备相比无风险；操作人员稍加培训即可投入生产。 六、 已具备的条件和尚需解决的问题 已具备的条件： 已具备 机械 原理的实验数据和方案的设计及 实现，并且已有完整的一些数控车床改造 的 设计论文。 有待解决的问题： 机械部分传动与进给系统设计 :主传动系统；进给系统设计。 七、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 本科毕业设计 文献综述 普车 控化改造的传动部分设计 院（系、部） 名 称 ： 机电科学与工程系 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 2015 年 10 月 25 日 普车 控化改造的传动部分现状及发 展趋势 摘要： 数控车床作为机电一体化的典型产品，是集机械、计算机、自动控制及检测等技术为一身的自动化设备 ，适用于加工多品种小批量及结构较复杂、精度要求较高的零件。 而把微机数控系统引入机床的改造可以提高机床的使用性能 ,降低生产成本 ,用较少的资金投入得到较高的经济效益。车床数控化改造 ,本着对车床的改动尽可能少 ,控制部分的抗干扰性强 ,改造成本低的原则 ,对车床进行数控改造。改造项目有四 :一是主轴转数和转向的控制 ;二是走刀量的控制 ;三是刀台旋转的控制 ;四是工作导轨精度的认定。 关键词 ：数控车床；数控化改造；发展趋 势 前言： 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。 随着计算机技术和现代设计技术的飞速发展以及装备制造业对数控机床的大量需求， 数控机床的应用范围在不断扩大并不断发展以更适应生产加工的需要 1。“十二五”是国产数控机床发展的一个新机遇期， 全球已经走出金融危机造成的经济最困难时期，国内需求拉动的效果非常明显。 工业飞速发展 ,普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新换代 ,不仅资金投入太大 ,成本太高 ,而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。所以最 经济的办法就是进行普通机床的数控改造 ,这样既可以提高生产率 ,改善加工工艺 ,还可以减少资金投入 ,采用此方法对中、小型企业来说是十分理想 的选择 2。 展现状 内现状 在普通机床的数控改造中 ,应根据不同的工况和用户要求 ,来确定是自行开发数控系统还是选用市场上现有的数控系统 自行开发数控系统大多采用 列的单片机组成的应用系统 在现有数控系统的选用上 ,首先选用较为成热的 统 如 控系统 ,它以高质量 !低成木 !高性能 !较全面的功能 ,适用于各种机床和生产 机械 ,在市场的占有率远远超过其它的数控系统控系统 ,以较好的稳定性和较优的性能价格比 ,在我国数控机床行业 被广泛应用 3近年来国产数控系统发展迅速 ,如华中 I 型 统 ,是由北京机床研究所和北京航空航天大学联合开发的一种通用的高性能 统平台 ,在这个系统平台上毋需改变系统任何软 !硬件结构 ,即可配置各种实用的 统 ,适用不同类型数控的应用要求 类似的国产系统还有航人 I 型 !蓝天 I 型等4 综合目前市场上所用的数控系统 ,归纳为四种类型 5,改造时应根据具体 情况进行选择 。 （ 1)传统数控系统 如 系统 !50 系统 !10 系统等 这是一种专用的封闭体系结构的数控系统 尽管也可以由用户做人机界面 ,但必须使用专门的开发工具 (如 费较多的人力 ,而对它的功能扩展，改变和维修 ,都必须求助于系统供应商 目前 ,这类系统还是占领了制造业的大部分市场 但由于开放体系结构数控系统的发展 ,传统数控系统的市场正在逐渐减小4。 （ 2)/入 构的开放式数控系统 如 6i 系统 !840D 系统 !统 这是由于一些数控系统制造商不愿放弃多年来积累的数控软件技术 ,又想利用计算机丰富的软件资源而开发的产品 它也具有一定的开放性 ,但由于它的 分仍然是传统的数控系统 ,其体系结构还是不开放的 因此 ,用户无法介入数控系统的核心 这类系统结构复杂、功能强大 ,但价格昂贵 （ 3)/入 构的开放式数控系统 它由开放体系结构运动控制卡 +构成 这种运动控制卡通常选用高速 为 有很强的运动控制和 制能力 它本身就是一个数控系统 ,可以单独使用 它开放的函数库供用户在 台下自行开发构造所需的控制系统 因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于自动化控制各个领域 如美国 司用 轴运动控制卡构造的 控系统 !日本 司用三菱电机的 4 构造的 40 （ 4)开放式数控系统 这是一种最新开放体系结构的数控系统 它提供给用户最大的选择 和灵活性 ,它的 件全部装在计算机中 ,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 I/O 之间的标准化通用接口 就像计算机中可以安装各种品牌的声卡 !相应的驱动程序一样 用户可以在 台上 ,利用开放的 核 ,开发所需的各种功能 ,构成各种类型的高性能数控系统 ,与前几种数控系统相比 ,开放式数控系统具有最高的性能价格比 ,因而最有生命力 其典型产品有美国 司的 国 司的 T 等 5。 我国的数控技术经过从“六五”一直到“十五”长达 20 多年的发展 ,基本上掌握了关键技术 ,建立了数控开发、生产基地 ,培养了一批数控人才 ,初步形成了自己的数控产业 、“八五”攻关开发的华中 号、中华 号、航天 号和蓝天 号四种基本系统 ,建立了具有中国自主版权的数控技术平台 具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展 ,有了较大的改观 产品的性能和可靠性有了较大的提高 ,它们逐渐被用户认可 ,在市场上站住了脚 如上海开通数控有限公司的 列数控系统和步进驱动系统、北京凯恩帝数控技术有限公司的 列数控系统、广州数控设备厂的 列数控系统等 这些产品的共同特点是数控功能较齐全 ,价格低 ,可靠性较好 6。 我国的经济型数控机床市场 ,也吸引了大量国内外厂商 ,近几年 ,司推出 802S 数控系统 ,大连大森公司用 式引进了日本 司的 102 数控系统 上海开通数控有限公司经过“七五”、“八五”期间的数控技术引进消化吸收和技术改造 ,初步建立了数控系统和交流伺服驱动系统的开发 !生产基地 ,具有一套较完整的生产试验设备和质量保证体系 综上所述 ,一般 用户都采用厂家成型的配套产品 ,从硬件设计到软件开发直至调试 ,都由专业厂家服务 ,投入费用也逐步下降 ,使得数控技术得到广泛应用 ,延长了设备技术寿命 ,提高装备水平 。 外现状 美国、日本和德国等发达国家把机床改造作为新的经济增长行业 ,美国、日本和德国等发达国家在大量生产数控机床的同时 ,还非常重视普通机床的数控化 改造 ,机床改造正逐步从制造业中分化出来 ,并形成了把机床改造作为新的经济增长行业 如德国的 司在 1981 年把一台加工直径为 19m 的超重型立式车床改装成数控机床 8在美国机 床改造业称为机床再生 ( 从事再生业的著名公司有 :程公司、 床公司、宝 )服务集团、 备公司等 美国得宝公司已在中国开办公司 在日本 ,机床改造业称为机床改装 ( 从事改装业的著名公司有 :大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等 。 在我国大力发展机床数控化改造业 ,提高机床的数控化率 ,不仅可行 ,而且前景广阔 如 :国防科技工业开展普通机床数控化 改造“十五”期间计划改造 目前已完成 3000多台 改造后生产效率提高约 3倍 ,加工精度提高 20%,与新购设备相比可节约资金 50%以上 9中国三江航天集团对具有改造价值的 109台普通机床进行了数控化改造 ,取得了良好的效果 10中国兵器工业集团西南自动化研究所积极开发普通机床数控化改造技术 ,累计完成普通机床数控化改造2000 余台 11自 90 年代开始 ,关于数控化改造的研究一直没有中断过 ,还有很多学者针对数控化改造的问题和改造过程进行了研究 。 2 数控改造的发展趋势 (1)高速化 、高精度、高可靠性 目前车床和车削中心主轴转速达到 8000 r/工中心的主轴转速一般都在 15000 r/0000 r/的达到 60000 r/削进给速度般达到 20 m/的甚至达到 60 m/充分发刀具材料性能、提高加工效率、降低加工成本 ,并且高加工精度和表面加工品质 ,数控装备将进一步向高速度或超高速方向发展 。 近 10 年来 ,在加工精度方面 ,普通级数控机床的加工精度已由 10高到 5密级加工中心则从 (35)高到 (1m;超精密加工精度已开始进入纳米级 ( 国外数控装置 达 60000 h 以上 ,伺服系统 到 30000 h 以上 12,表现出非常高的可靠性 。 (2)柔性化、网络化、集成化 为适应制造自动化的发展 ,向 供基础设备 ,要求数控系统不仅能完成通常的加工功能 ,而且还能够具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头 (有时带坐标变换 )、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能 ,特别是依据用户的不同要求 ,可 方便灵活地配置和集成 11 。 (3)工艺复合化 以减少工序辅助时间为主要目的的复合加工 ,正朝着多轴和多系列控制功能方向发展 数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后 ,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施 ,完成多工序、多表面的复合加工 ,以减少非加工时间 因为在零中国石油大学 (华东 )工程硕士论文 7 件加工过程中有大量的无功时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升降速上 因此 ,复合功能的机床是近年来发展很快的机种 ,其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔和扩 孔等多种操作工序 12。 (4)智能化、绿色化、安全化 为追求加工效率和加工品质方面的智能化 ,设备有自适应控制、工艺参数自动生成的功能 ;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 ,具有前馈控制、电机参数自适应运算、自动识别负载自动选定模型和自整定等功能 ;简化编程和简化操作方面的智能化 ,有智能化的自动编程和智能化的人机界面等功能 ;具有智能诊断和智能监控方面的内容 ,方便系统的诊断及维修 ;此外 ,还具有许多特别的智能功能 ,如加工运动规划、推理和决策能力 ,以及加工环境的感知能力、制造网络通信能力 (包括与人的交互 )、 智能编程、智能数据库和智能监控等 13 随着全世界对环境问题的关注 ,“绿色制造“在全球兴起 ,相应的数控装备及其相关工艺的绿色 !无公害化和更好的安全性受到人们的重视 。 参考文献： 1 曹仁涛 , 马庆伟 . 普通机床数控化改造技术问题研究 J. 甘肃科技 , 2008, 24(14): 59 2 张忠捷 . 普通机床数控化改造的优点和方法 J. 机械管理开发 , 2008, 23(4): 7478. 3 林宋 . 现代数控机床 M. 北 京 : 化学工业出版社 , 2003. 4 王洪章 , 宋建武 . 机床数控化改造业的发展前景与改造方案分析 J. 张家口职业技术学院学报 , 2005, 18(2): 58 5 俞胜梅 . 机床数控化改造概述 J. 制造技术与机床 , 1999, (9): 47 6 李善术 . 数控机床及其应用 M. 北京 : 机械工业出版社 , 2002. 7 周万春 , 马强 , 张晓民 . 论机床制造业现状及发展前景 J. 中州大学学报 , 2005, 22(2): 114118 8 任建平 . 现代数控机床故障诊断及维修 M. 北京 : 国防工业出版社 , 2002. 9 赵中敏 . 机床数控化改造的研究 J. 煤矿机电 , 2005, (5): 77 10 王爱玲 . 现代数控原理及控制系统 M. 北京 : 国防工业出版社 , 2002. 11 北京发那科机电有限公司 . 数控系统的发展 J. 制造技术与机床 , 2001,8 : 48 12 1997. 13 1998, 45. 本科毕业设计外文翻译 普车 控化改造的传动部分设计 院（系、部） 名 称 ： 机电科学与工程系 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 2015 年 10 月 25 日 外文原文 链接： , to or in of or to As of is to of or to be be or a on or is on we be on a It be in do as is of A of a on is as a of of a a is to is is by or or of is by In it is of up be On of of a is a is of or an a is by of is by or be or It is in of a it is to a to of In is in a or on a In of is on by a or If a be is in is is by in a is to to it an is to of in (1) of an to of is by of is of is (2) of be of is in a or on a In is is to (3) is of to ). is is a in to (4) is is of in of is by be as is a 80be at a is of T he is by of be As is a by of a a to of if of is to of of of is to of of of of of of of of is in of In be in or of of to be be so 外文 翻译 普车 车床是主要用于生成旋转表面和平整边缘的机床。根据它们的使用目的、结构、能同时被安装刀具的数量和自动化的程度，车床 更确切地说是车床类的机床，可以被分成以下几类： (1)普通车床 (2)万能车床 (3)转塔车床 (4)立式车床 (5)自动车床 (6)特殊车床 虽然车床类的机床多种多样，但它们在结构和操作原理上具有共同特性。这些特性可以通过普通车床这一最常用的代表性类型来最好地说明。 车床床身：车床床身是包含了在两个垂直支柱上水平横梁的主骨架。为减振它一般由灰铸铁或球墨铸铁铸造而成。它上面有能让大拖板轻易纵向滑动的导轨。车床床身的 高度应适当以让技师容易而舒适地工作。 主轴箱：主轴箱固定在车床床身的左侧，它包括轴线平行于导轨的主轴。主轴通过装在主轴箱内的齿轮箱驱动。齿轮箱的功能是给主轴提供若干不同的速度(通常是 6到 18速 )。有些现代车床具有采用摩擦、电力或液压驱动的无级调速主轴箱。主轴往往是中空的，即纵向有一通孔。如果采取连续生产，棒料能通过此孔进给。同时，此孔为锥形表面可以安装普通车床顶尖。主轴外表面是螺纹可以安装卡盘、花盘或类似的装置。 尾架：尾架总成基本包括三部分，底座、尾架体和套筒轴。底座是能在车床床身上沿导轨滑动的铸件， 它有一定位装置能让整个尾架根据工件长度锁定在任何需要位置。这通过使用手轮和螺杆来达到，与螺杆啮合的是一固接在套筒轴上的螺母。套筒轴开口端的孔是锥形的，能安装车床顶尖或诸如麻花钻和镗杆之类的工具。套筒轴通过定位装置能沿着它的移动路径被锁定在任何点。 大拖板：大拖板的主要功能是安装刀具和产生纵向和 /或横向进给。它实际上是一由车床床身 在车床床身主轴箱和尾架之间滑动的 拖板能手动或者通过溜板箱和光杆 (进给杆 )或丝杆 (引导螺杆 )机动。 在切削螺旋时，动力通过丝杆提供给溜板箱上的齿轮 箱。在其余车削作业中，都由光杆驱动大拖板。丝杆穿过一对固定在溜板箱后部的剖分螺母。当开动特定操作杆时，剖分螺母夹在一起作为单个螺母与旋转的丝杆啮合，并带动拖板沿着床身提供进给。当操作杆脱离时，剖分螺母释放同时大拖板停止运动。另一方面，当使用光杆时则通过蜗轮给溜板箱提供动力。 蜗轮用键连接在光杆上，并与溜 板箱一起沿光杆运动，光杆全长范围开有键槽。 现代车床一般在主轴箱下装备快速变换齿轮箱，通过一系列齿轮由主轴驱动。它与光杆和丝杆连接，能容易并快速地通过简单转换适当的操作杆选择各种进给。 快速变换齿轮箱可用 于普通车削、端面切削和螺旋切削作业中。由于这种齿轮箱与主轴相连，主轴每转一圈溜板箱 (和切削刀具 )运动的距离能被控制，这距离就可以被认为是进给。车床刀具的形状和几何参数取决于它们的使用目的。 车削刀具可以分为两个主要组别，即外部切削刀具和内部切削刀具。这两组中的每一组都包括以下类型刀具：车削刀具：车削刀具可以是精车刀具或粗车刀具。粗车刀具刀尖半径较小，用于深切削。 而精车刀具刀尖半径较大，用于通过微量进刀深度来获得具有较好表面光洁度的最终所需尺寸。粗车刀具按其进给方向可以是右手型的或是左手型的。它们可以有直 的、弯的或偏置的刀杆。 端面刀具：端面刀具用在端面作业中加工平板侧面或端部表面，也有加工左右侧表面之分。与一般采用纵向进给的车削作业相反，那些侧表面通过采用横向进给产生。 切断刀具：切断刀具，有时也称为分割刀具，用于将工件分割成若干部分和/或加工外部环形槽。 螺纹切削刀具：螺纹切削刀具根据所需螺纹的横截面，有三角形的、矩形的或梯形的切削刃。同时，这些刀具的平面角必须始终与螺纹形状的平面角保持一致。车外螺纹的螺纹切削刀具为直刀杆，而车内螺纹的螺纹切削刀具则是弯刀杆。 成形刀具：成形刀具有专门制成特定 形状的刀刃，这种刀刃形状与被加工工件所需外形正好相反。 高速钢刀具通常以单件形式制造，而硬质合金或陶瓷刀具则以刀尖形式制造。后者用铜焊或机械方法固定于钢质刀杆上。 顾名思义，断屑槽的功能就是不时地折断长切屑，以防形成很长的可能会在机加工操作中引起问题的缠绕切屑条。 硬质合金刀尖 (或陶瓷刀尖 )根据采用它们的机加工操作，可以有不同的形状。根据将刀尖装配在刀杆上是通过用铜焊还是机械卡装，刀尖可以是实心的或是带有中心通孔的。 在下面这节中，要讨论的是能在传统普通车床上进行的各种机加工作业。然而，必须记住现 代计算机数控车床具有更多的功能并且可以进行其它操作，例如仿型。下面是传统车床的操作。 圆柱面车削：圆柱面车削是所有车床操作中最简单也是最普通的。工件旋转一整圈产生一个圆心落在车床主轴上的圆；由于刀具的轴向进给运动这种动作重复许多次。 所以，由此产生的机加工痕迹是一条具有很小节距的螺旋线，该节距等于进给。因此机加工表面始终是圆柱形的。 轴向进给通过大拖板或复式刀架手动或自动提供，然而切削深度则由横向滑板控制。 粗车中，推荐使用较大切削深度 (根据工件材料可达 毫米 )和较小进给。另一方面，精 车则最好采用很小的进给、较小的切削深度 (小于 和较高的切削速度。 端面车削：端面车削操作的结果是将工件整个端部表面或者像轴肩之类的中间环形表面加工平整。在端面车削操作中，进给由横向滑板提供，而切削深度则通过大拖板或复式刀架控制。端面车削既可以从外表面向内切削也可以从工件中心往外切削。很明显在这两种情况下机加工痕迹都是螺线形式。 通常在端面车削作业时习惯于采用夹住大拖板，这是因为切削力倾向于将刀具 (当然包括整个大拖板 )推离工件。在大多数端面车削作业中，工件被支撑在卡盘或花盘上。 开 槽：在切断和开槽操作中，刀具只有横向进给。要采用前面已经讨论过的切断和开槽刀具。 镗孔和内部车削：镗孔和内部车削通过镗杆或合适的内部切削刀具在内表面进行。如果初始工件是实心的，则必须首先进行钻孔作业。钻孔刀具安装在尾架上，然后对着工件进给。 锥面车削：锥面车削通过沿着与车床主轴不平行而倾斜成一个等于锥面所需角度的方向进刀来实现。下面是在实际锥面车削中采用的不同方法： (1) 将复式刀架盘旋转一个等于圆锥体顶角一半的角度。通过摇动复式刀架操纵柄手动提供进给。当锥角相对较大时切削外锥面和内锥面推荐使用这种 方法。 (2) 对很短的外锥面采用特殊的成型刀具。工件的宽度必须略小于刀具的宽度，并且工件通常由卡盘支撑或夹紧在花盘上。在这种情况下，机加工作业时只有横向进给而大拖板则夹紧在床身上。 (3)偏移尾架顶尖。对需要较小锥角 (小于 8 ) 的较长工件外锥面车削采用这种方法。工件安装于两顶尖之间；然后将尾架顶尖朝垂直于车床主轴方向移动一距离 S。 (4) 采用锥面车削附加装置。这种方法用于车削很长的工件，其长度大于复式刀架的整个行程。在这种场合下要遵循的步骤是将横向滑板完全脱离大拖板，然后通过锥面车削附加装置进行 引导。 在此作业中，能照常使用自动轴向进给。对具有较小锥角 (即 8到 10 )的很长工件推荐采用这种方法。 螺纹切削：在螺纹切削作业时，轴向进给必须保持恒定速率，这取决于工件的转速 (两者之间的关系基本上由被切削螺纹所需的节距决定。 如前所述，当依靠驱动大拖板的丝杆切削螺纹时轴向进给是自动产生的。丝杆旋转一圈，大拖板就行进等于丝杆节距的一段距离。 因此如果丝杆的旋转速度等于心轴的转速 (即工件的转速 )，生成切削螺纹的 节距就正好等于丝杆的节距。 所以被切削生成螺纹的节距总是取决于丝杆和心轴的转速 比：丝杆的节距 /工件所需节距 =工件转速 /丝杆转速 =心轴到大拖板的传动比。 这公式在决定车床心轴和丝杆之间的运动学关系时很有用，并且提供了正确挑选它们之间轮系的方法。在螺纹切削作业中，工件既能支撑于卡盘中，对相对较长的工件也能安装在两个车床顶尖之间。使用的刀具外形必须正好与要切削螺纹的轮廓一致，即三角形刀具必须用于三角形螺纹等等。 本科毕业设计 普车 控化改造的传动部分设计 院（系、部） 名 称 ： 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 2016 年 5 月 20 日 摘要 I 摘 要 我的论文主要以普车 例 子 对其 机械部 分 进行数控化改造， 其中 主要对机床的进给系统 和 主传动进行改造 。 包括横向进给系统和纵向进给系统的改进与设计， 并且 利用步进电机和滚珠丝杠实现自动进给， 使其 可以提高进给的精度；对主传动进行改造，通过改变电机的类型对其进行选型， 并且 设计变速箱。 其中主要针对 进给系统 ，进给系统在本次设计中是重中之重，所以我尤其重视。通过 精确地 计算选择了步进电机的型号并 根据精确地计算 设置了步距角， 而且我还 对横向和纵向的滚珠丝杆进行了选型与设计 ，以期待能实现和满足真正的数控化。而且我还对支撑导轨进行了计算并选型，完成了进给系统的设计， 然后利用 制了改造后的整体装配图 和 零件图， 完成了以上的内容才最终实现 了 原来 机床的数控化改造。 关键词： 普通车床； 数控化改造； 进给系统；滚珠丝杆摘要 on as an of of of of to of by of on of by of to of AD of to 录 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 控技术的发展趋势 . 1 课题研究的内容 . 2 2 主传动部分改造与设计 . 2 控机床与普通机床的比较 . 2 传动部分改造方案拟定 . 3 传动部分改造设计计算 . 5 动机的的选择和计算最小输出功率 . 5 传动系统分段无级变速传动方案的确定与分 析 . 5 控机床分级变速箱的设计 . 6 段有级变速传动方案确定 . 8 3 进给系统总体设计 . 8 给系统方案设计方法 . 9 体方案确定 . 9 择脉冲当量 . 10 算切削力 . 10 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 11 向进给丝杠的设计计算 . 11 向进给丝杠的设计计算 . 15 向及横向滚珠丝杠副几何参数 . 19 速箱传动比计算 . 20 向进给 齿轮箱传动比计算 . 20 向进给齿轮箱传动比计算 . 20 进电机的计算和选型 . 21 向进给步进电机计算 . 21 向进给步进电机计算 . 25 目录 论 . 26 参考文献 . 27 致 谢 . 28 1 1 绪论 机械行业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度 ,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的实现技术和最基本的装备。 控技术的发展趋势 数控技术 现如今的广泛使用，使我们的加工效率发生了 革命性的变化 ,可见数控技术多麽的重要。而且工业化的代表主要是制造业 ,而且随着数控技术的 日益成熟 和应用领域的 日益广泛 ,它对我国经济的蓬勃发展影响很大的 行业 (如 车、轻工、重工等等 )发展中 充当着不可或缺的一部分 ,其中主要是 因为所需的数字设备行业是 当今社会发展的领 头羊 。 就目前的发展形势和方向而言，我主要围绕以下几个方面进行研究： （ 1） 高速、高精度加工技术和设备的新趋势 就目前世界的发展形势来看，效率和质量对产品来说非常重要，效率、质量是 先进制造技术的重要主要部分。其中加工速度和加工精度的提高对总的生产效率提升有显著帮助，从而直接提高产品的质量和档次 ,为我们提供强有力的市场竞争力和良好的信誉，如此才能产生可观的经济效益，进而促进机械行业的发展。对于日本这个发达国家，日本先端技术研讨会将其列为五大现代制造技术之一。 （ 2）五轴联动加工和复合加工机床快速发展 使用五轴联动的 3 D 曲面零件加工 ,可以使我所用刀具以它最合适的角度进行加工，这样不但使被加工件表面粗糙度降低 ,而且还能使加工效率很大程度的提高。众所周知 ,一台五轴联动机床它的工作效率是很高的，可以相当于两台三轴联动机床的加工效率，如此高的加工效率也只有五轴联动机床才能有的，虽然现在看来该机床目前广泛应用还不太现实，但是未来看好。尤其是使用立方氮化硼 刀对淬硬钢零件进行高速铣削时 ,五轴联动加工比三轴联动更能发挥更高的效率，这是一般机床所不能比拟的，而且预计在将来五轴联动机床将替代三 轴联动机床 成为数控 加工的主流加工 。 （ 3） 智能、开放和网络成为现代数控系统发展的主要趋势 进入本 世纪，数控机床有了翻天覆地的变化，它将是一个 特定的 人性化 系统 ,而且它的智能化 、 人性化的优越性能在以下好几个方面都有所彰显 :加工效率和质量方面 得以很大程度的改善和显著提高 ,如加工过程的自适应控制 ,工艺参数自动生成 ，一定程度的节省了人力 、 物力 、 财力，提高了效益 ;对机床的驱动 性 2 能 进行了极大地改善并且对于它的 连接 更加的人性化，使我们操作更加 方便、 简洁、规范 ;给我们的编程加入了智能化 ,这样在一定程度上使我们的 操作 更加方便 、 容易上手 。 在这几 年 网络化数控设备 发展迅速，在 国际机床展 上逐渐成为 一个 新的宠儿，其中 数控设备网络 在一定的条件下 满足 了 生产线、制造系统、制造企业对信息集成的 要求，可见它的发展迅速 。 经过这几年快速发展 一些 很有名气 的数控机床和系统 已经对 国内外制造企业 添加了全 新的 理 念和原型 ,如 览 ,展出日本山崎马扎克 (压铸锌合金 )“ 心” (智能生产控制中心 ,被称为中国共产党 );日本的大魏 (床公司“广场”展览 (信息科技广场 ,广场 );德国西门子 的 开放的生产环境 ，为我们展示了在不久的将来数控机床发 展的新面貌。 课题研究的内容 对于普车 我们主要 对 该机床的 主传动 系统和 进给系统进行 数控化改造， 下面就是本次设计需要完成的几项内容 ： （ 1） 搜集相关资料，熟悉 通机床的组成及工作原理，并掌握利用步进电机控制滚珠丝杆的运动原理。 （ 2） 确定进给系统的整体设计方案，然后对电机进行选型计算。 （ 3） 完成横向和纵向滚珠丝杆的选型并计算其变形量，确定所选滚珠丝杆满足要求。 （ 4） 对主轴和轴承以及键进行校核。 （ 5） 完成改造后的设备装配图以及进给系统图和说明书的编写。 2 主传动部分改造与 设计 控机床与普通机床的比较 在我们这个普通机床改造设计之前，我们应该了解多一点改造后的数控机床相比较普通的车床有何特点、优越性能： （ 1）对调速电机加以运用，以满足主轴根据数控指令进行自动变速的需要； （ 2）传动路线短，从而简化了主传动系统机械结构； （ 3）转速高、功率大； 数控机床比普通机床更高级，因此它的主传动系统不但符合普通机床传动要求，还应符合如下的要求： 3 （ 1）具有更大的调速范围，并实现无极调速。 数控机床对于加工不同种类，不同材质，不同规格的零件得选择适当的切削用量，让刀具发挥它最大 的作用，因此收获不错的表面质量、生产效率和加工精度，所以我们要让转速和调速范围尽可能的变得更大。 （ 2） 精度和强度高、传动平稳、噪音低。能否使一个机床有很高的加工精度，传动零件的强度和精度非常的重要，因此我们应格外的重视。而要想提高传动零件的精度我们可以对齿轮齿面高频感应加热淬火增加耐磨性，还有我们也可以采用斜齿轮等，主要是为了增加传动系统中主轴的刚度。 （ 3） 具有良好的抗振性和热稳定性。数控机床一般是粗加工和精加工 ;在处理可能是由于不均匀打断切割、粗加工的加工余量 ,不匀称的部件和切割过程中本身机床颤动的缘 由和各种力的作用 ,让传动轴发生晃动 ,使零件的加工尺寸和表面光洁度不能满足要求 ,更有甚者会把刀具打坏、零件作废 ,最终致使增加我们的生产成本。所以我们机床的主传动系统中的主要部件不仅需要良好的静态刚度还需要动态刚度。 传动部分改造方案拟定 异步电动机的调速方法有变频调速、变极调速、 变 转差 率 调速三种。异步电动机的转速公式为 ni=上的式子中能知道 ， 假如可以一点一点 地 变化 电源的频率 能 连续 不断地改变 它的 的同 步转速 ，就能控制他的转速， 这种调速方法称为变频调速 。 改变异步电动机的磁极对数调速的方法称为变极调速。改变电动机转差率的调速方法称为变转差率调速。 通过表 1可以看出异步电动机变频调速的范围 很大 、 良好的 平滑性 能和优越的 机械性能比 等 特点， 当 功率和转矩 一定时能满足 调速， 并且和 调速电机 相得益彰。经过详细的调查，近几年在异步电动机上使用变频调速越来越流行，成为一种很重要的调速方法 ，所以我认为 改变频率进行调速这个 方案 可行 ，可以满足我的设计要求 。 假如放弃原来的 主轴电动机， 而顶替它换成的是 调速电动机 样就可以把 电动机 的变频调速控制 可以加上不复杂的 齿轮 得 调速来 满足电动机的 自动变速 。 数控机床主轴变速方式主要有无级调速、分段无级调速和内置电机变速等。在本设计中采用分段无级调速。无级变速能够选用最合理的切削用量，可在运转中变速，操作方便，简化机械结构。 4 表 1 异步电动机各种调速方法性能指标的比较 项 目 调 速 方 法 变 频 变 极 变 转 差 率 转子串电阻 串极调速 调压调速 电磁调速电机 是否改变同步转速 变 变 不 变 不 变 不 变 不 变 调 速 指标准参数 静差率 小（好） 小（好） 大（差） 小（好） 开环时大 闭环时小 开环时大 闭环时小 调速范围（ D） 较大 （ 10以上） 较小 （ 2 4） 较 小 （ 2） 较小 （ 2 4） 闭环时 较大 闭环时 较大 调速平滑性 好（无级调速） 差（有级调速） 差（有级调速） 好（无级调速） 好（无级调速） 好（无级调速） 适应负载类型 恒转矩恒功率 恒转矩恒功率 恒转矩 恒转矩 通风机恒转矩 通风机恒转矩 设备投资 多 少 少 较 多 较 少 较 少 电能损耗 较 小 小 大 较 小 大 大 如图 1 所示是机床主轴要求的功率特性和转矩特性。这两条特性曲线是以计算转速分界，从 最高转速 区域为恒功率区，在该区域内，任意转速下主轴都可输出额定的功率，在此区间内，电机最大转矩则随主轴转速下降而上升。从最低转速 区域为恒转矩区。在区域内，主轴可能输出的最大功率 随主轴转速的下降而下降。 如图 2 所示是变速电动机的功率特性。从额定转速 最高转速 域为恒功率区；从最低转速 区域为恒转矩区。直流电动机的 转速常为 1000 r/1500 r/定转速常为 1500 r/ 图 1 主轴的功率转矩特性 图 2 变速电动机的功率特性 5 传动部分改造设计计算 动机的选择 和最小输出功率 根据原机床参数及要求初选改造后车床主轴变速范围 00， 000r/0r/传动机械总效率系数 =大切削功率为 10小切削功率为 3电机初选功率应为 0据电机规格，可选用 11者 15电机。 表 2 电机选择两种方案对比 交 流 主 轴 电 机 主 轴 与 变 速 机 构 型 号 DT F i 1 3 450 3 30 0 1/18 5 3 335 12 （ 1） 计算主轴在最 低 转速达到最小功率是电机应输出的功率 （ 2） 计 算电机实用的最 低 转速 r/ 由 式 计算结果 : 11电机为： 50r/ （ 500r/ 15电机为： 33r/ （ 500r/ 式中： r/ 由此，设计者选用功率为 11号为 交流调频电机。 传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析 （ 1） 电机额定转速的计算电机的选择 电机额定转矩 N/m）为 5 0 09 5 5 011 5 0 =70N M 电机最小转矩 N M） =M 其中电机最大转速 500r/ 电机实用恒转矩区变速范围 6 =主轴恒转矩区变速范围 电机恒功率区变速范围 =3 （ 2） 主轴参数计算 主轴计算转速 nj nn(n = 03000(30 =120r/主轴恒功率变速范围 nP= 1203000 =25r/分级变速机构的变速范围 F= = 325 = 其中： （ 3） 主传动系统总降速比 i i=1500120 =1/ 数控机床分级变速箱的设计 （ 1）数控机床主轴转速自动变换过程 理论上说电动机的转速可以无级调速，而实际上是将主轴转速按等比数列分成若干级，根据主轴转速的 S 代码发出相应的有级级数与电机的调速信号来实现主轴的住动变速。电机的调压或调磁变速，由电动机的驱动电路根据转速指令电压信号来变换。齿轮有级变速则才用夜压或电磁离合器实现。 （ 2）分级变速箱的设计 数控机床分级传输在调速电动机和主轴之间进行调速 ,所以 ,在设计时除了遵守一般 变速步骤设计 ,必须选择计算好公比。在设计数控机床分级变速箱时 ,公比的选择需要满足以下三种情况 : 选择变速箱的公比与电机的恒功率调速范围 等 ,即 = 。 7 为了使变速箱的结构简单，变速箱的变速范围要少一些，选择公比的时候尽量取大的公比。 数控车床在切削阶梯轴、成行螺旋面或端面时，有时需要进行恒线速切削。 经综合分析比较选有第种情况的公比。 （ 3）选取变速箱的公比大小与电机的恒功率调速范围 同 ,即 = 则机床主轴的恒功率变速范围为 Z 变速箱的变速级数： Z= 其中 : 5 = 图 3 传动系统及功率特性图 当主轴转速降到 1000 r/，变速箱变速，经（ 1/1） *（ 1/3）传动主轴。这时电动机转速自动地回到最高转速。当电动机又从 4500 r/到 1500 r/，主轴从1000 r/到 333 r/是为恒功率。在功率特性图上为 。 当主轴转速降到 333 r/，变速箱变速，经（ 1/3） *（ 1/3） =1/9 转动主轴。电动机又回到最高转速。主轴从 333 r/到 111 r/特性图上为 。 主轴 111 r/转速已低于原要求的计算转速，以下进入恒转矩段。靠电动机继续降速得到，当电动机转速降到 405 r/，主轴转速降到 405*（ 2/3） *（ 1/9） =30 r/为主轴的 最低转速，这时电动机的最大输出功率为： 500450d 即为额定功率 27% 。 在图 3（ b）中， 为一条直线。为了清楚起见，把它画成三段，并略错开。可以看出，主轴恒功率变速范围 由 3 段组成的，每段的变速范围为电动机的恒功率调速范围 。所以，变速箱的公比 = 。电动机的功率根据主轴的需要选 8 择。主轴计算转速为 f 点的转速（ 111r/表 3 为主轴转速与有级级数和电动机调压调磁转速的关系 . 表 3 主轴转速与有级级数和电动机调压调磁转速的关系 n/r级级数 nY/r0 （ 2/3）（ 20/60）（ 20/60） 40511 （ 2/3）（ 20/60）（ 20/60） 150033 （ 2/3）（ 40/40）（ 20/60） 1500000 （ 2/3）（ 40/40）（ 40/40） 1500 分段有级变速传动方案确定 （ 1）传动方案的设计计算 由前面计算得： z =3， =3 带传动的传动比 ： 1z =40 1z =40 2z =20 2z =60 3z =40 3z =40 4z =20 4z =60 (2) 齿轮的设计计算 大小齿轮都采用 45 号钢调质，选小齿轮硬度为 260290齿轮硬度为220250度选用六级，模数 m= 齿宽 b=30 螺旋角 = 020 所以： 1d =40=100（ 1d =40=100（ 2d =20=50（ 2d =60=150（ 3d =40=100（ 3d =40=100（ 4d =20=50（ 4d =60=150（ 还应该校核齿轮表面接触疲劳强度，弯曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过程略。 3 进给系统总体设计 9 给系统方案设计方法 根据任务书的要求需要对 运动系统与进给运动进行数控化改造，这一部分主要是对进给系统进行改造，增加加工精度，改造后的机床加工精度高，加工完成后的零件表面粗糙度好，并且机床可以实现自动进给。 机床数控系统总体方案的拟定包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式 的确定，计算机系统的选择等内容。 体方案确定 能够实现上述运动的直线运动有很多种，主要有两种形式： 第一种方式是通过丝杠（通常为滚珠丝杠或静压丝杠）螺母副，将电动机的旋转运动变为直线运动。而第二种方式是通过齿轮、齿条副，将电动机的旋转运动变为直线运动。 （ 1）滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副具有传动无间隙，传动精度高且平稳的优点。在非标行业中采用较多，但是在 Z 向进给运动中有不能自锁的缺点 3。 （ 2）齿轮齿条副 重载荷不宜采用丝杠传动，因为制造长丝杠需要较大的成本，并且这种丝杠易下垂弯曲，影响 传动精度；同时也降低了扭转刚度与轴向刚度。齿轮齿条副传动用于行程较长的设备上，可以得到较大的传动比，刚度及机械效率也高。但其传动不够平稳，精度不高，和不能自锁。采用齿轮齿条副传动时，必须采取措施消除齿侧间隙，当传动负载小时，也可采用双片薄齿轮调整法，当传动负载大时，可采用双厚齿轮传动结构。 齿轮齿条优点是承载大，中等移动速度，但也有对安装的要求，需要为齿条预留间隙，定位精度不高，需要弥补磨损，而滚珠丝杆传动的优点是承载小，移动速度快，安装结构，定位精度高，速度快，但磨损需要进行调整，因为本次设计的进给系统， 有定位精度高，移动速度快的要求，齿条和小齿轮的精度比滚珠丝杠要低的多，移动速度较慢，滚珠丝杠运动更快，更准确的定位，所以选择滚珠丝杠传动的设计选择。通过步进电机带动滚珠丝杠实现横向和纵向的直线移动，通过 者单片机控制步进电机的正反转以及加减速以及急停。 系统总体方案框图如图 4 所示： 10 图 4 系统总体方案框图 择脉冲当量 脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床、铣床常采用的脉冲当量 是 根据 造后的加工精度来确定脉冲当量： 纵向脉冲当量： 横向脉冲当量： 径 ) 算切削力 用车床经验公式 式中 车床加工工件的最大直径（ 横切端面时主切削力是纵切时的主切削力的 1/2。 先 计算出主切削力然后再按它们之间的比例分别求出走刀方向的切削力与垂直方向的切削力。它们之间的比例关系如下： 1 ： 中 指刀具进给方向的切削力（ N）； 指与工作台面垂直方向的切削力（ N）。 下图 5 为纵切外圆和横切端面时切削力的简图。 11 图 5 纵切和横切时切削力的示意图 （ 1）车外圆时 主切削力 N)根据经验公式计算得： 1 . 50 . 6 7 4 0 0 5 3 6 0 （ N） 然后将主切削力按照比例进行分配： 1 ： x 5 3 6 0 0 1 3 4 0 （ N） 3 6 0 0 1 4 4 （ N） （ 2） 横切端面 主切削力 （ N）可取纵切的 1/2。 zF F 2 6 8 02（ N） 2 6 8 0 0 6 7 0 （ N） 2 6 8 0 0 0 7 2 （ N） 珠丝杠螺母副的计算和选型 向进给丝杠的设计计算 （ 1）计算进给轴向力 N） 12 纵向进给这里为三角形导轨： ( 式中 K：指颠覆力矩影响的实验系数，根据三角导轨选择系数 K= f ：指滑动导轨与工作台之间的摩擦系数，范围在 间； G：指溜板及刀架重力， G=1100N。 则 : 1 . 1 5 1 3 4 0 0 . 1 7 ( 5 3 6 0 1 1 0 0 ) 2 6 3 9 . 2 （ N） （ 2）计算切削时最大动负载 Q 考虑滚珠丝杠在工作过程中受到冲击时会对寿命造成影 响，可以求出丝杆最大动负载 Q 的计算公式为： 61060 式中： 0L ：指滚珠丝杠导程，初选 0L =8； n：指丝杠转速，（ r/ 指最大切削力条件下的进给速度（ m/,可取最高进给速度的 1/21/3， 此处取 T ：指使用寿命时间（ h） ,对于数控机床取 T=15000h.。 L：指寿命，以 106 转为一单位； 指运动系数，见表 4,选 表 4 运转系数 运转状态 运转系数 无冲击运转 般运转 冲击运转 ： n Lv s ( r/L 0 0 3 3 3 3 . 7 6 1 . 3 2 6 3 9 . 2 1 1 0 8 8 . 7 f F （ N） （ 3） 滚珠丝杠螺母副的选型 滚珠丝杠副选型样本手册中可以找到滚珠丝杆相应的尺寸规格和结构类型的动负 13 载，选用时应满足最大 负载小于额定动载荷的条件。 通过丝杠选型表：可选用 4008 外循环调整预紧的双螺母滚珠丝杠副， 1列，查得其额定动负载大小为 23400N，大于丝杠所受的最大负载。精度等级按表 5 选为 1 级。 106 5 滚珠丝杠行程公差 项目 符号 有效行程 精度等级 1 2 3 4 5 目标行程公差 315 6 8 12 16 23 315400 7 9 13 18 25 400500 8 10 15 20 27 500630 9 11 16 22 30 行程变动量公差 315 6 8 12 16 23 315400 6 8 12 17 25 400500 7 10 13 19 26 500630 7 11 14 21 29 任意 300 行程变动量 12 16 23 2 弧度内行程变动量 V p 2 4 5 6 7 8 （ 4） 传动效率计算 )( tg : ：指螺旋升角， =2 55 ：指摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 ,03.0f 其摩擦角 ，约等于 01 。 则 155 2(55 2)( （ 5）刚度验算 先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如图 6 所示，最大轴向力为 ，支承间距L=1500丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的 1/3。 14 图 6 纵向进给系统计算简图 计算如下： 丝杠的拉伸或压缩变形量 1 （ ， E N/材料弹性模数，对钢来说是等于这个值 )， 0 40D R= e= ： 20 4 0 2 0 . 0 6 8 2 2 . 4 7 7 3 5 . 1 8 ( A 221d 3 5 . 1 8( ) ( ) 3 . 1 4 9 7 1 . 522 (（ A 指滚珠丝杠按内径定的 截面积） 丝杠导程 变化量为： 5042 6 3 9 . 2 8 6 . 4 1 02 0 . 6 1 0 1 6 0 3 . 4 2 1A 总长度 L=1500杠上的变形量 1 ，由于两端均采用推力球轴承，则值： 1 5 6 . 4 1 0 1 5 0 0 3 1 04 4 8L (滚珠与螺纹滚道 间接触变形 2 （ 由 263.9 15 承载滚珠数量 Z Z 列数圈数 列数圈数 3 . 1 4 4 0 2 . 5 14 . 7 6 3 由于滚珠丝杠副施加预应力，且预应力 轴向负载的 1/3，则变形 2 = 3 . 90 . 0 0 1 32 6 3 . 94 . 7 6 3 6 5 . 930（ 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触形变 3 （ 这里采用有预紧时的推力球轴承则 3 243 查机械设计手册中表 6用 51109 型推力球轴承，其 d=45动体直径 滚动体数量 Z=22， 3 243 43 22 6 3 9 . 21 . 7 4 6 1 03 . 9 6 9 2 2 2 6 3 9 . 2 / 3 0（ 则定位误差 ： 0 0321 - 3 3 3 33 1 0 2 . 8 1 1 0 3 . 8 7 1 0 6 1 0 =定定位精度 ) （ 6） 稳定性校核 滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失 稳现象，故不需作稳定性校核。 向进给丝杠的设计计算 16 （ 1） 计算进给轴向力 横向导轨为燕尾形，计算如下： 2( 由于是燕尾形导轨式中： K=f = 1 . 4 6 7 0 0 . 2 ( 2 6 8 0 2 1 0 7 2 5 0 0 ) 2 0 0 2 . 8 N （ 2） 计算最大动负载 Q 0 0 0 0 . 3 0 . 5 256 ( r/L 5 0 0025601060 66 3 2 2 . 5 1 . 3 2 0 0 2 . 8 7 3 5 0 . 3 5f F （ N） 查表：可采用 2506 外循环调整预紧的双螺母滚珠丝杠副， 1 列，其额定
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