VH50型数控立车X轴进给系统结构设计【说明书+CAD】
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VH50型数控立车X轴进给系统结构设计【说明书+CAD】,VH50,数控,进给,系统,结构设计,说明书,CAD
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南京工程学院工 业 中 心 本科毕业设计说明书（论文）题 目： VH50型数控立车X轴进给系统结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： D机加工123 学 号： 231120526学生姓名： 宋春峰 指导教师： 刘桂芝 （教授级高工） 起迄日期： 2016.2.222016.6.3 设计地点： 工程中心5号楼 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：文章主要进行了VH50数控立车X轴进给系统的设计。VH50数控立车X轴进给系统主要用于实现对进给运动速度和对刀具相对于工件的位置的自动控制。课题采用了类比的方法对进给系统进行了设计。通过一级皮带联接电机和丝杠，将电机的回转运动转换为工作台的直线运动。它选用交流伺服电机，能够保证对整个速度区内的平滑控制，基本上没有振动，有很高的可靠性；选用滚动导轨和滚珠丝杠副，能够提高传动效率，也可以提高定位精度和重复定位精度；选用同步齿形带联接，结构简单、传动平稳，能缓冲吸振，传动效率高。因此这种设计方式具有极高的使用价值。关键词：数控车床 进给系统 滚珠丝杠 导轨毕业设计说明书（论文）英文摘要Title The Design of VH 50 CNC vertical lathe X axis feed system architecture AbstractThis paper has been designed VH50 CNC vertical lathe X-axis feed system. VH50 CNC vertical lathe X axis feed system is mainly used to achieve the velocity and position of the tool relative to the workpiece feeding automatically. Subjects using the method of analogy feed system was designed. By a belt coupling the motor and the screw, the rotary motion of the motor into linear motion table. It is the choice of AC servo motor, to ensure smooth control of the speed of the entire region, virtually no vibration, high reliability; the choice of rolling guide and ball screw can improve transmission efficiency can also be improved positioning accuracy and repeatability positioning accuracy; selected timing belt coupling, simple structure, smooth transmission, can buffer the shock-absorbing, high transmission efficiency. Therefore, this design has a very high value.Keywords CNC lathes ; Feed System ; ball screw; the guide way.II南京工程学院工业中心毕业设计说明书（论文）目录前言1第一章：绪论21.1引言21.2选题的背景和意义31.3研究现状31.3.1国外的发展现状41.3.2国内的发展状况41.4.发展趋势5第二章：总体方案设计72.1进给系统的设计要求72.2进给系统的基本结构和传动类型72.2.1进给系统的结构72.2.2进给系统传动类型的选择82.3伺服电机类型的选择82.4电动机与丝杠传动方式的选择8第三章：X向进给系统结构设计103.1电机型号的确定103.2丝杠的选用103.2.1丝杠型号的确定113.2.2滚珠丝杠的调整113.3轴承的选择133.3.1轴承的选择133.3.2轴承支撑方式的选择133.3.3轴承间隙的调整和预紧143.4导轨的选择153.4.1导轨的分类153.4.2导轨的选择163.4.3.导轨的安装16第四章：系统结构计算174.1X轴向惯量匹配分析计算174.2X轴向转矩匹配分析计算184.3X轴向进给力计算184.4X向滚珠丝杠与拉伸量的分析计算19第五章：润滑与防护205.1.滚珠丝杠的润滑与防护205.2.轴承的润滑205.3.导轨的润滑与防护215.3.1.导轨的润滑215.3.2.导轨的防护21第六章 技术经济分析236.1技术成本分析的目的与意义236.2成本计算依据236.3成本材料构成246.3.1非标准件246.3.2标准件外购费用25第七章 结 论27参 考 文 献28致 谢29附录A 课题装配图及各零件图30附录B 毕业论文光盘资料30II前言计算机交流现在变成了数控技术中最普遍的通讯方式，由于计算机拥有极高的精确性，使用十分简单方便，因此有很多用户都喜欢使用这种方式1。数字控制机床可以称为CNC，每一台数控机床上都安装了程序监控装置。数控车床也是数控机床里面的一种，也被叫做CNC车床，是我国们国家使用的最多的机床，同时该类数控机床的销售量是最高的，每年它的产量是机床生产总数的四分之一。它是一种机电一体化产品，它里面包含了电气功效，机械结构，气动机械，液压装备，信息管理和微电子技术和其他许多个技术机器,该数控机床在对工件进行粗加工的效率非常高，相当高的精度，灵活性和自动化程度高的特性。由于现在技术水平一直提高，大家对这样类型的数控车床的加工速度，柔性化，可靠性的一些要求一直增加，不过正由于这种情况数控水平才会不断发展2。从数控技术出现开始，它的水平一直在发展，它的使用范围已经占据了大部分的制造（汽车制造，医疗器械，轻工业）整体市场。总括而言，数控车床的发展方向主要在以下几个方面看出来：具有高速和高精度的优点，加工又稳定，水平可靠，能够实现数控车床CAD简化设计和模块化设计。现在,我国的研发和制造能力继续进步,我国目前从进口数控车床进入到数控车床制造的国家,这几十年里的进步反映了我们数控行业已经能够与外国数控行业竞争,而且迟早会超越他们。数控机床的进给系统，是能够自己操纵刀架的坐标和进给速度的运动机构。其控制系统的数值对进给运动进行控制，机床传动结构，数控机床坐标和工件外形的位置精度取决于几何准确度，精密度，稳定性和敏感性。第一章：绪论1.1 引言数控技术指根据文字语言，外文加上一些数字还有图形等合成的一些数字指令控制机械设备按照规定的要求工作的一种技术。没有别的需求，我们通常通过计算机技术对数字程序来操控，因此此等方式也往往叫做电脑数字控制。它能够自动控制机床按照编好的程序来进行加工。数控车床是众多自动化机床的其中之一,它的精度很高，生产效能高，再加上普遍的工艺性能，能够切削直（斜）线气瓶，圆弧和各类螺纹，它目前的数控机床也有专用功能和精密线性插值补偿可以对所有类型的复杂零件进行批量处理，为许多公司都带来了无法估量的经济价值增长。现在数控车床已经变得越来越重要了，经过这些年来一直的进步，许多国家已经开始重视它了，而且帮助它加快进步的进程。进给系统包含了伺服电机，电机是数控系统直接操纵和运作的，并且通过实际应用和检测，最后的结果对公司的利益增长很有帮助，它可以符合国家在精度等级方面的要求。可以合适轻松地操纵进给运动，操控加工工具根据要求加工出工件的外形,然后使用其他特别的数控技术能够有效地清除干扰，以此取得稳定灵敏的进给系统3。伺服电机运动时特别稳定而且操作起来方便易懂，数控车床的进给系统里大部分都是安装的伺服电机，能够简单并且精确的对X轴和Y轴这两个轴同时进给和操纵，,如此跟一般的普通机床相比更方便，操作员的工作强度降低了，这种方式的出现意味着数控技术又进步了一大步4。在1960年之前，大部分都是使用步进电动机来提供动力的；直流伺服电机在20世纪60到70年代里发展的很快，是开始良好起步和全面进步的阶段，可是因为直流伺服电机加装了换向装置，价钱变多了，会出现很多故障，而且保养的时候比较麻烦，会对别的机器造成电磁干扰，机床的动态性能会有改变,伺服电动机组成和操控水平和永磁材料在20世纪80年代开始，有人发明了新的电动机，这些电动机跟老的电动机相比有很多优点，它们能够一起完成弱磁升速控制，这会增加多的机器调速周期，而且这些电动机同样能够满足数控机床的各种需求5。交流伺服电动机因为不具备某些额外的装置，因此当加工时能够达到正常的水平，而且关于保护以及维护相关的方面不需要有很高的要求。这样的电动机在运作的时候没有很大的震动以及杂音，定子绕组的散热功能很强，能够快速降温，和机械部件相关的惯量会比较低，所以系统反应拥有相当高的快速性。相等功率的条件下它的体积和重量会比较小，所以能够在高速重载的情况下加工零件。1.2 选题的背景和意义1、进给系统是用来收取系统传递的信号的，在受到放大与转换结束，再给机床提供动力，行驶设定好的动作。它有很高的灵敏性，而且它的传动精度也相当高，反应时间短，并且加工的时候很稳定，系统的组件有很高的刚度，而且各组件的使用时间也很长，而且可以解决运动时的间隔。2、进给系统选取的一个滚珠丝杠传递动力，能够把滑动摩擦转化为滚动摩擦，并能够符合降低摩擦的必要条件。这种丝杠是滚动摩擦，所以摩擦较小，损耗小，传动的时候没有间隔。3、选取皮带轮联接丝杠与电机，部件分布简洁，传动平稳问题，皮带驱动的组合了链传动和齿轮带动自己的优势，能够缓解震动，能够在大俯仰轴和多轴之间传递动力，结构紧凑，损耗很低，通常只有百分之二，而且其成本很低，无需润滑，保养方便。4、用电压变化调速范围宽伺服电机的速度控制，可以在很宽的范围内不断改变。转子惯量低，就是可以执行快速开始和停止。比如说交流伺服电动机工作可靠不变、拥有极高的操控性能、反应时间很短、电机敏锐度高，拥有特别严谨的机械特质和特别严谨的调整特质的非线性度特性。1.3 研究现状数控机床是电脑控制，精密测量，精密机械，气动，液压，润滑技术典型的机电一体化产品的全面应用，成为了制造产业的关键。现在，数控机床企业都呼吁主要加工设备，加工各个领域里得到了非常广泛的应用。这几年，数控机床快速变化，有很多新的布局和新的功能的机床被生产出来，各种性能不同，功能不同还有价格不同的新型机床陆续涌现，普通的机床正常退出市场，这些新型的机床已经成了市场的主流。任何国家在制造数控化机床的效率和对数控化车床的消化具体的展现了每个国家的机器生产业的技术进步能力，而且能够体现出一个国家的综合国力。现在，大部分海外技术水平已经一马当先了，但是我国却展现的十分不好，相差的还是非常大。1.3.1 国外的发展现状数控车床发达国家研究了很长一段时间，它已经拥有了很多经验，因此与中国相比技术水平也比较高。详细的体现可以在四个地方看出：（一）多轴加工和高速，高精度数控车床已成为一项基本技能，同时纳米控制处理也是的发展趋势; （二）机床的多轴加工的方法被普遍的用在了航空航天制造，能源，造船，汽车维修行业; （三）由于不断改善的处理和智能监控技术，甚至在厂房都可以拿到机器状况资料。经过剖判资料，我们可以推断机器自身的情况，再对它做一些对应的保养。此方法不知可以防止了损失的出现，同时也极好的保证看机器正常工作的稳定性，增加了使用次数; （四）机器的误差发现和补偿技术会更加灵敏，让我们可以在一个适当的时候结束机器补偿的勘测。很多外国有名的公司都是通过如此的方法来制造精度极高的机床的。 我们国家生产的数控车床依然有着一些不好的地方，尽管经济型数控车床便宜，不过因为我们国家要进步，所以我们的国家是需要更高端技术的数控车床。因此，我们应该提高数控车床创新强度，一直革新和完备已经拥有的功能，最后能够处理主机虽大，但不强，数控系统和技术结构的发展水平地下，糟糕的经济利益，以促进一些问题整个核心的竞争力，以期占领更多世界市场6。1.3.2 国内的发展状况中国的数控车床的成长起步于上世纪70年代，30年的发展出现了经济水平的数控车床，数控万能车床，高档数控车床三种形式的车床。便宜的车床，因为价格便宜，在很多企业起步的时候得到了普遍的使用，特别一些私营的公司，而且我们国家现用的大部分都是这种机床。稍微高档一些的级别，差不多能应付国内工厂的需求，不过很多的高端的车床的都是进口的和合资制造的。这揭示了中国的数控车床弱点。虽然近几年发展起来了一些高档车床，比如具有Y轴车削中心，不过这么高级别的床子单单靠手段革新是没有用的，更加要占领跟多的机床市场，然后要让大家都称赞这种机床。现在我们国家的数控技术发展的还是很快的，不过相比与海外依然有非常大的差距，这主要体现在水平低的生产盈余但是高端机床没有多少；我们国家现在还是没有花大力气在产品的研发里面，所以现在我们高端机床的基础还是不行，生产的机床质量也不好。1.1.1.1.2.1.3.1.4. 发展趋势随着网络技术和信息技术的一直进步和数控的集成系统一直调整，让数控车床和生产系统有了下面的发展方向。（1）高速化及高精度化生产速度，产品品质是我们现在发展技术的关键。高效还有精度级别好高的技术能够快速提高工作速度，增加生产品质和等级，减小制造时间和增加销售竞争力。高速，高精度，大部分能在主轴转速，进给速度，运算时间相关方面看出来，选取网格解码器检测和增加机床工作路径精密和其他相关部分。现在，主轴转速2000040000r/ min的数控机床正变得越来越受欢迎，许多欧美的高速数控机床主轴转速可以转到六万转每分钟，而且那些转速更高的超高速机床已经在研究和制造了。（2）多轴联动加工与复合加工现在由于要达到高速，高精度，辅助功能结构的目的，那些主轴，直线电机已经有飞速的进步了，有了更大的使用范围。 通过5轴来加工零件的三维表面，可用于切削几何参数的最佳工具，它的表面糙度低，同时加工速度都有了相当大的增加了。现在因为电主轴已经制造出来了，从而让5轴联动机床来加工工件变得十分的简单，大大减少了它的生产难度和价格，现在系统的成本已经变得相当靠近了。所以那种精度高而且能够多轴同时加工的机床得到了很好的环境来发展。（3）智能化、开放式、网络化通过现在的远程通讯技术，机器生产商能够通过远程机器建立技术支援系统，实现资料传递，保存，查找与观看，从而能够帮助使用者查找问题。正是因为现在的远程通讯，使用者能够立刻得到机床生产公司的技术支援，生产公司能够精确无误，确切地获取客户使用机器的状态信息，然后开始在线甄别机器状况，达到机床加工和修复的远程化，能够增加服务效率，而且能够帮助增加成品的品质。（4）高柔性化柔性讲的是数控机床中能够符合加工材料改变的特性。数控机床从开始到现在，根据加工材料的不同，会做出不同的改变，而且在增加机床柔性的时候， 向着每个结构柔性化与系统柔性性化这个趋势进行改变。数控车床，添补不一样空间的刀具库与自动换刀的机械臂，添加第二主轴与托盘部件，也可以能够加上配套的机器人和搬运车，从而形成另一个加工中心。（5）绿色化现在数控车床一定要重视环境的保护与能源的节约，就是要体现出数控加工技术的绿色化。由于现在环境污染越来越严重以及资源不够的条件下，数控加工的绿色化已经变得十分重要，我们国家的资源和环境方面的问题特别的严重。所以，这些年不加或者很少添加冷却液，进行干加工或者半干加工的节能环保型的机床已经生产了很多出来了，而且正在一直研究和进步。绿色制造的发展方向会加快我们国家节能环保车床进步的进程，从而有更加多的市场占有率。第二章：总体方案设计122.1 进给系统的设计要求进给系统在数控车床属于重要组成部分，它的运动是根据反馈装置再由数字操控，是由机械传动组件与形成主要动力然后再加上操纵它们加工的各种动作部件组成的7。现在机床的进给运动还是通过电机还有丝杠再加上工作台，最后完成了整个进给的。进给系统的精度、灵敏度、稳定性直接影响数控机床的定位和轮廓加工精度。从系统控制的角度看，决定进给系统性能的主要因素有系统的刚度、惯量、精度和动特性等。传动系统的刚度和惯量，直接影响到进给系统的切削能力和加减速性能；稳定性和灵敏度；传动部件的精度与系统的动态特性，决定了机床的轮廓加工和定位精度，在闭环控制系统中还影响系统的稳定性。数控机床的进给系统必须要保证很高的定位精度和重复定位精度，而且还要有不错的灵敏性。所以我们应该设计出没有间隙、刚度高、摩擦低和阻尼比符合的机床从而保证数控机床的传动精度与加工的稳定。为了满足上述的要求,在设计的时候应该选用下面的方法:1，尽可能的解决掉工作时产生的间隔,降低回程时的误差。2，降速比一定要选取非常合适的。3，现在要尽可能的选取短的传动带，然后用预紧的措施来增加的刚度。4，最大可能的选取那些摩擦力比较小的机构来传动。所以，我们先假设这个进给系统是选取伺服电机来提供动力，通过一级皮带降速传递给丝杠，最后带动工作台做直线移动,完成了数控车床的X向进给运动。2.2 进给系统的基本结构和传动类型2.2.1 进给系统的结构数控车床中进给传动结构，一定要让进给运动的坐标和速度两个方面一起达到自动控制。一个完整的进给系统(闭环控制)，通常由位置比较和放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等组成。机械传动装置是将驱动源旋转运动转化为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置和丝杆螺母副等。2.2.2 进给系统传动类型的选择静压丝杠螺母副和滚珠丝杠螺母副是进给系统结构中经常使用的1 静压丝杠螺母副静压丝杠螺母的摩擦非常低，仅是滚珠丝杠的十分之一，它的灵敏度很高，间隙也很小，运动平稳热变形小，而且可以提高传动系统的精度。静压丝杠螺母副的价钱很高，而且还需要有配套的供油系统，所以多用于高精度的磨削类机床。 2 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠副的传动功效能够达到百分之八十五到百分之九十八，是一般滑动丝杠副的两到四倍。滚珠丝杠的摩擦角小于1，所以不能够自锁。若是滚珠丝杠副启动起落活动，那么一定要有制动机器。滚珠丝杠的静摩擦和动摩擦指数基本上不存在区别。它能够解决反向间隔然后给与预紧力，能够帮助增加定位精度和刚度8。 综上所述，这次课题我选用的是滚珠丝杠。 2.3 伺服电机类型的选择伺服电机是伺服系统里能够操控机械结构按某种轨迹行动的执行部件，伺服电机能够帮助电机迂回变速。能够相当无误的操控速度和坐标精度，能够把电信号通过某种规则变为电机的转矩和转速来使被操纵的部件运动。伺服电机里面也有直流和交流之分。直流伺服电机它能够严格的保证速度的稳定性，而且它的本质很容易被人了解，操作起来也很顺手，成本也不高，不过它不能够高速运转，而且它的散热不行。交流伺服电机可以平稳的控制每个区域的速度，不会出现振动。它可以控制很高的转速，工作效率很高，在百分之九十以上，能够良好的散热，可以进行精确的位置定位，在正常范围内能够控制恒力矩稳定，没什么噪音。所以在这次的课题里我们选取的是交流伺服电机。2.4 电动机与丝杠传动方式的选择电动机和丝杠之间的常用的传动方式有三种：1，联轴器传动联轴器是联接进给部件的两根轴让它们同时旋转传递动力和运动的一种部件。目前，有许多类型的耦合，液压，电磁和机械式联轴器。机械耦合是使用的普遍的。2，齿轮传动 齿轮传动的使用很普遍，不同机床的传动装置里基本上全部有齿轮传动。数控机床的伺服进给系统运用齿轮传动的作用有：一是让伺服电机的转速较高但转矩很低转变为执行部件的转速较低不过转矩很大;二是减小滚珠丝杠和移动部件的惯量。也能够确保开环系统中规定的运动精度。 要想尽可能的降低齿侧间隔相对于数控机床加工精度的作用，往往在部件配合上想办法，来降低或解决齿轮副的空程误差。可以选用双片齿轮错齿法，使用偏心套调整齿轮副中心距也可以运用轴向垫片改变法解决齿轮间隔。 3，同步齿形带传动 同步齿形带是不久之前研发的。主要通过皮带的凹槽和带轮的轮齿相互啮合，来工作的。这让它有了其它很多形式的带传动的好处；没有相对的滑动，平均传动十分稳定，传递动力十分平稳。同时齿形带的强度高、厚度小、重量轻。所以经常被用在高速运动的场所，齿形带不用张的十分紧，所以施加在轴与轴承上的力很低，传动时损耗特别低，所以，现在大部分数控机床上安装的都是它9。综上所述，本次设计选用的是同步齿形带传动带轮与电机轴丝杠轴的连接采用的是胀紧套连接：胀套连接在进给传动的系统中是消除间隙的一种比较比较好的方法，它主要依靠内外锥环的摩擦和摩擦作为动力传递。这样的连接没有像键连接一样的间隙，这种方式得到了应用越来越多。第三章：X向进给系统结构设计毕业设计原始数据：1 X向快速移动速度： 15m/min2 X向工进速度： 15000mm/min 最小进给单位： X：0.005mm3 X向丝杠型号：R40-10T4-FDI-627- 867-0.012.（台湾上银）4 X向行程：350mm.5 X向伺服电机型号：施耐德 BCH1304N11C，X向进给系统采用齿形皮带1:1.3降速传动6 轴承型号: 30X52X15 (2组每组3件)/ 30TAC62BDTC10PN7A（NSK）7 X向传动滚动导轨为：BM45-C2-1055.5-29-29-G2-V3/施耐博格。1233.1 电机型号的确定根据毕业设计原始数据确定X向伺服电机型号为施耐德BCH1304N11C。查询施耐德伺服电机手册如表3.1，确定伺服电机的参数表3.1伺服电机参数3.2 丝杠的选用3.2.1 丝杠型号的确定根据毕业设计原始数据确定滚珠丝杠型号为R40-10T4-FDI-627- 867-0.012.（台湾上银）。查询资料，确定丝杠的各项参数：公称直径为40mm，导程为10mm，丝杠螺纹部分长度为627mm，丝杠总长为867mm，任意300mm内导程误差不超过0.012mm。1233.13.23.2.13.2.2 滚珠丝杠的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。想要确保滚珠丝杠副的反向传动精度与轴向刚度，一定要解决轴向间隔。往往选取双螺母给与预紧力的方式解决轴向间隔，不过一定要防止预紧力过大，预紧力过大能够引起传动损耗增加、摩擦力提高、损耗增加、减少了使用的期限 10。滚珠丝杠螺母上的回珠滚道形式被叫做滚珠丝杠的循环，它的方式有内循环和外循环，它有图3.1所示的内循环和外循环两种。内循环滚珠丝杠的结构如图3.1a所示，其回珠滚道布置在螺母内部，滚珠在返回过程中与丝杠接触，回珠滚道通常为腰型槽嵌块，一般每圈滚道都构成独立封闭循环。内循环滚珠丝杠的结构紧凑、定位可靠、运动平稳，而且不易发生滚珠磨损和卡塞现象，但其制造较复杂，此外，也不可用于多头螺纹丝杠传动。外循环滚珠丝杠的结构如图3.1b所示，其回珠滚道一般布置在螺母外部，滚珠在返回过程中与丝杠无接触。外循环只要有一个统一的回珠滚道，因此，结构简单，制造容易；但它对回珠滚道的结合面要求较高，滚道连接不良，不仅影响滚珠平稳运动，严重时甚至会发生卡珠现象，此外，外循环丝杠运行时的噪声也大。a)内循环 b）外循环图3.1滚珠丝杠的循环方式综上所述，本次设计选用的是双螺母式内循环滚珠丝杠。常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：图3.2垫片调隙式(1) 垫片调隙式如图3.2，预紧的时候只需要变换垫片的厚度，就能够改变左右螺母的轴向位移的距离，改变预紧力。垫片预紧的结构简单、可靠性高、刚性好，但预紧的控制比较困难，而且预紧一般只能在丝杠生产的厂家进行。图3.3螺纹调隙式(2) 螺纹调隙式如图3.3，通过改变预紧螺母的位置就可以改变预紧力，而且还能固定丝杠螺母。螺母预紧的方法结构比较简单，调整方便，它可以在机床装配、维修时现场调整，但预紧力的控制同样比较困难。(3) 齿差调隙式齿差预紧调整时，需要把外齿轮拿下来，再将两个螺母同向旋转，让两个螺母产生相对的轴向位移后，再把外齿轮装上去。齿差预紧的好处是能够准确的调整预紧力，但是它的结构复杂、加工制造和安装调整的步骤比较多，所以实际应用的比较少。 本次设计我们选用的是垫片调隙式。3.3 轴承的选择3.3.1 轴承的选择因为滚珠丝杠是一根转轴，既要承受轴向力，又要承受径向力，而且因为是机床丝杠，要保证加工时的稳定性，所以选择角接触球轴承。根据毕业设计原始参数得到轴承型号: 30X52X15 / 30TAC62BDTC10PN7A（NSK）。3.3.2 轴承支撑方式的选择如图3.4支承方式A.双推-自由式 这样的支承能够用在短的丝杠上。B.双推-单推或单推-单推式 它的好处是能够对丝杠进行预拉伸安装，预拉伸能够让：降低丝杠由于自重产生的弯曲。丝杠的拉压刚度能够在推力轴承预紧力大于丝杠最大轴向载荷三分之一的情况下，增加到4倍。温升影响不了丝杠的长度，所以能够保持丝杠的精度C.双推-支承式 这样的方式不会产生由于丝杠自重而引起的弯曲和高速转动的时候自由端的摇晃。D.双推-双推式 这种支承方式是四种里面刚度最高的。如果轴承没有轴向间隙，则可提高丝杠的拉力和压缩刚度四倍。能够启动安装前的张力，解决热膨胀。不过这种支承方式有个最严重的缺点：实现预拉伸和调整的时候比第二种繁琐。图3.4支承方式本次课题我选择的是第四种支承方式。3.3.3 轴承间隙的调整和预紧轴承间隙的调整：角接触球轴承回转精度高、转速高，应用较广泛，但调整间隙时需将轴承及调整零件全部拆卸。其原因是其结构特点决定了工作状态中，承受径向载荷时引起附加轴向力，使轴承的内外环产生分离趋势，故都成对使用，经调整相互压紧达到消除轴向间隙而预紧，对于角接触轴承的间隙以0.004mm(间隙)至-0.016mm(过盈)为宜，零间隙的寿命系数可达100%。在高速轻载机构中轴颈与内环间隙为00.004mm、外环与轴承座间隙以0.0040.008mm为宜，一般安装时用手轻推到安装位置即可达到要求。滚动轴承预紧的目的和使用，主要表现在以下五个方面： (1)使旋转轴在轴向和径向能获得正确的定位。在一定的载荷范围内，加预紧轴承的弹性变形量比不加预紧轴承的变形量要小，因此，可以提高轴的旋转精度和轴的刚性，如机床主轴的支承轴承。 (2)用预紧轴承支撑的轴具有较高的引导精度，因为负荷作用下轴的挠曲能力受到了预紧的限制。减少轴向和径向的窜动量，使无载荷区滚动体能得到较好的引导，有利于减少轴承部位的振动和噪声，如电动机轴承。 (3) 预载量能够优化轴承载荷的分布，增加轴承的承载面积，增加轴承承载力分布的合理性和操作的可靠性，以此增加轴承的使用期限。 (4) 滚动体的自旋与公转时的打滑现象会在高速轻载运行的情况下出现，水平轴安装推力轴承，预紧力能够让滚动机呆在正确的地方。 (5)运转过程中，轴承的磨损与压沉使间隙增大，但可以通过预紧加以补偿适当的预紧能够消除震动对轴承的损坏和磨损，一般而言，滚动轴承具有一定的内部间隙，不过在不同的场合，轴承无论是单次安装或是组合在一起，用户往往会对轴承的压力预载，从而让滚动体与内外套圈间引起轻微的预变形，来确定轴承内外套圈都保持在压紧形态，如果两个角接触轴承作背靠背组合的情况，它的压力中心的距离L会比轴承中心距l大,在面对面组合中L小于l，就是背靠背组合时，就算轴承中心距很短，也能够承载比较高的倾覆力矩，因为力矩负荷引起的径向力和轴承磨损都要比面对面组合时要小，若运转时，轴的温升比轴承箱高，则根据安装时的环境温度而确定的预紧将会增加，面对面组合轴承内预压增加量比背靠背组合轴承大11。 无论是面对面或是背靠背，径向热膨胀都使间隙减少或使预紧增加。且在面对面组合轴承中，轴向热膨胀更加剧这一趋势，但背靠背组合中，却削弱这一趋势，如果两轴承间隔不变，轴承及附件的热膨胀系数相同，那么径向和轴向的热膨胀就会互相抵消，所以，预紧不会改变，不过这种特性只在背靠背组合中合适。 因此本次设计中我们选用串联加背靠背的组合方式来安装轴承。3.4 导轨的选择3.4.1 导轨的分类通过导轨之间不同的摩擦性质，导轨可以分为滑动导轨、静压导轨和滚动导轨三种。 (1) 滑动导轨。这种导轨是通过滑动摩擦来进行工作的。一般这种导轨也可以被叫做滑动摩擦导轨，因为它的支承导轨和滑块之间主要是产生的滑动摩擦。这种导轨生产简便，能够承受很大的重力，有很高的抵抗震动的能力，而且它可以包容一定的外形差别，等等好处。它的不好的地方是是因为是滑动摩擦，所以它产生的阻力很大，损耗高。不过因为滑动导轨在机械产物中运用的很普遍，为了降低损耗，增加坐标位置的准确性，一般是选取用恰当的导轨材料，选用合适的热处理与加工方式，可以选用好的铸铁，合金耐磨铸铁或铸钢导轨，导轨表面以滚动硬化，表面硬化，涂层铬，钼等方式，以增加导轨的耐磨性。还有，选用刚刚研发的工程塑料能够符合导轨的低摩擦、耐磨、无匍匐的特性。 (2) 静压导轨。在两个相对运动的导轨面之间，通入具有一定压力的液压油或气体，并且在工作过程中，使其油腔或气腔的压力随外载荷的变化而改变，就可以实现导轨面之间始终处于液体或气体的摩擦状态下运行。 静压导轨按运动介质分为液体静压导轨和气体静压导轨。前者多用于中、大型机床和仪器，如磨床、镗床、三坐标测量仪等;后者多用于精密、轻载、高速的精密机械和仪器上，如图形发生器、自动绘图机、三坐标测量机等。 (3)滚动导轨。导轨之间的摩擦是滚动摩擦，导轨中间是放置在球、辊或针辊和滚动体，实现导轨没有滑动的相对运动。这样的导轨损耗低，使用寿命长，定位精度高，灵敏度高，运动稳定，轻便灵活，低速无爬行，不过因为导轨面与滚动体之间是点或者面的形式接触，因此抗振性能不行，接触时产生的力大，对滚动体的尺寸和外形精度、导轨面的直线度等规则较高，部件之间繁杂，生产难度大，价格昂贵。它能够在加工机构行动统一，行动敏锐和定位精度高的场所里使用，所以在高精密的机电一体化产物里使用很普遍。 3.4.2 导轨的选择综上所述，本次设计我们选用滚动导轨。根据本次毕业设计的原始数据，我们得到了滚动导轨的型号：BM45-C2-1055.5-29-29-G2-V3/施耐博格1.2.3.3.1.3.2.3.3.3.4.3.4.1.3.4.2.3.4.3. 导轨的安装数控机床的滚动导轨往往是一对一起用的，里面有一根是基准导轨，是给运动部件提供方向的；另一根为从动导轨，主要用于支承。由于滚动导轨的平均误差和实际误差的移动部分通常只安装了约三分之一的表面误差。因此，它对安装表面精度和表面粗糙度要求不高，因此，它对安装基面的精度和表面粗糙度要求并不高，一般只需进行精铣或精刨加工，便可满足要求12。滚动导轨的导轨安装一般可按照如下步骤进行。（1）将滚动导轨贴紧安装的侧基准面，然后，轻微固定导轨的顶面螺栓，使得导轨的底面和支承面贴紧。（2）侧节调向定位螺钉、斜楔块、压板或定位销，进行导轨的侧向定位，使导轨的导向面贴紧侧向基准面。（3）从导轨的中心位置起手，根据穿插的次序向两通过力矩扳手旋紧导轨顶面的安装螺钉。滚动导轨的滑块安装步骤通常如下：（1）在滑动座座的平面上设置工作平台，并将固定螺丝孔固定在安装螺钉上。（2）进行滑块的侧面定位，使滑块的定位面贴紧安装基准面。（3）根据对角线的次序将滑块上的安装螺钉旋紧。安装完毕后，检查导轨应在全行程内运行轻便、灵活，并检查工作台的直线度，平行度，使之符合要求。第四章：系统结构计算12344.1 X轴向惯量匹配分析计算由于需要让进给系统的运动机构能够很快的反应，一定要采用具有很高的加速能力的电动机。不过我们不能盲目要求大惯性，不然，它很好的把自己的优势给表现出来，会引起很大的损失。所以电机转子惯量要和折算到电机轴上的惯量相符合。根据文献查的公式：移动部件的惯量： （4-1）转动部件的惯量： (4-2)有降速比时，各部件折算到电机轴上的惯量：(4-3)工作台及螺母质量:通过公式（4-1）得：移动部件的惯量：通过公式（4-2）得：同步带带轮1转动惯量：同步带带轮2转动惯量：滚珠丝杠的转动惯量：通过公式（4-3）得：满足 的条件所以该电动机惯量与负载惯量匹配。4.2 X轴向转矩匹配分析计算电动机转矩转速特性要和负载的机械特性相符合，来保证驱动系统能够正常运行还能增加系统电能使用率。由于数控机床对动态响应特性要求较高，所以电机的转矩主要用来产生加速度。 （4-4） Mamax空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩Mf折算到电机轴上的摩擦力矩Mo由丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩 （4-5）T系统响应时间常数nmax电机最大转速（r/min） （4-6） T为 ，KS为系统开环增益，KS值越大机床灵敏度越高，但KS值大到一定程度时，由于系统的灵敏度过高而使系统的运动部件惯量过大，从而影响定位精度。对一般数控机床取KS=825。本机床取KS=10。根据以上公式计算X、Z向的加速力矩，忽略Mo、Mf的影响， 则： 通过以上计算，本机床电机匹配合适。4.3 X轴向进给力计算我们可以通过对进给力的计算，来得出机床的最大切削力。(4-7） X向电机能够提供的最大静扭矩为9.55Nm，经1:1.3降速，机械效率0.9， 则4.4 X向滚珠丝杠与拉伸量的分析计算为了减小机床在工作的时候丝杠因为热变形对加工精度的影响，所以我们要对机床的丝杠采取预拉伸，而且这样能够增加刚度。 （4-8）通过从前的事例，再想起丝杠也会由于别的因素从而产生影响，根据计算确定预拉伸量是0.0279mm。由于螺纹部分占总长的72.3%，所以确定丝杆的方向目标值为-0.0202mm。公式（4-1）到（4-8）都是通过查找机床设计手册第三册1986年版13。第五章：润滑与防护1.2.3.4.5.5.1. 滚珠丝杠的润滑与防护对机床的滚珠丝杠必须有足够的保护机构，因为某些细小的颗粒都会影响到丝杠工作的稳定性，而且某些液体可能会妨碍丝杠的正常工作。对丝杠的防护机构有好几种，如图5.1。图5.1丝杠防护机构要是要把装丝杠的地方放在那些很多杂质不能进入的地方，那么就可以选取图5-1（b）的方法来保护丝杠。密封分为接触式和非接触式。接触式能够让那些材质较软的密封圈，制造出能够和放入滚道的外形，接触式保护性能高，不过能提高丝杆的阻力。非接触式普遍选用材料比较硬的，把它们做出和滚道完全不同的样子。我们可以用油或者脂润滑对它来进行保养。油润滑它的润滑滚珠丝杠的润滑方式有油润滑和脂润滑两种。油润滑可以很快的帮助丝杠，对它进行保养，不过这种方法，对油的规定很高，必须非常干净。脂润滑这种方法使用非常简便，而且保养了一次之后能够有效很长时间。1.2.3.4.5.5.1.5.2. 轴承的润滑轴承的润滑。能够降低摩擦，减少磨损，防止锈蚀。润滑方式有脂润滑和油润滑，也有使用固体润滑的。一般润滑脂有钙基润滑脂与钠基润滑脂，且油脂充填量不应超过轴承空间的1/31/2。在高速、高温下工作的轴承，宜采用油润滑; 油粘度小，内摩擦阻力小，有冷却作用，在整台机器有集中供油装置较为方便，否则油润滑需要复杂的供油设备。 5.3. 导轨的润滑与防护5.3.1. 导轨的润滑1）导轨润滑剂的作用（1）导轨可以在液体摩擦的情况下移动，可减少摩擦阻力，降低驱动力，提高效率。（2）降低导轨的损耗，消除导轨腐蚀。润滑油也可以有清洗的功效。（3）防止了低速重载的情况下出现爬行的情况，而且可以降低振动。（4）减少高速运转的时候产生的摩擦热，降低热变形。2）机床导轨润滑油的选择（1）如果又要润滑油又要当作液压油，又要当作导轨油，那么它就一定要同时满足两种油的要求。（2）根据滑动的速度和平均压力确定润滑油的黏度。（3）根据实际的使用来选择润滑油，可以参考国内外的例子。1.2.3.4.5.5.1.5.2.5.3.5.3.1.5.3.2. 导轨的防护导轨的防护可以不让铁屑进入导轨等其他零部件，从而降低导轨副的损耗，使得导轨寿命得到延长。一般有以下几种形式：如图5.2图5.2 导轨常用防护罩钢制伸缩式导轨防护罩，能够防止冷却液、铁屑和别的尖锐物品的进入导轨，降低了导轨损耗。而且这种防护罩能够耐冷热、耐磨损、不易腐蚀，运转平稳，没有噪音，所以应用广泛。所以本次设计中选用钢制伸缩式导轨防护罩。123455.15.2第六章 技术经济分析1234566.1 技术成本分析的目的与意义技术经济分析是一门以提高经济效益、推动技术进步为目的的学科，虽跨越了技术科学与经济科学两个不同的领域，但却有着很密切的关系，如果说技术的进步是一个国家经济快速发展的重要条件和手段，那么经济的发展则会成为技术进步的物质基础。技术经济是利用成本核算以及其他相关资料，分析成本（人力、物力、财力）的水平与构成的变化情况，用长远的眼光去研究成本升降的各种因素及其变动原因，如在本次液压送料支架设计过程中，通过对零件的材料、热处理、加工工艺等的选择去寻找提高经济效益的方法。成本分析是成本管理的重要组成部分，其作用是正确评价企业成本计划的执行结构，企业利用合理经济分析到了解产品的前期投入，洞察产品能否为公司带来盈利，因此合理的成本分析是一家企业正确评价成本计划的执行结果，也是揭示成本升降变动的原因之一，为企业制定经营决策时提供了很重要的依据。成为一名合格的设计人员，在设计出相关的零件的同时，也能考虑到成本的因素，成本分析关乎到能否给企业带来经济效益。1234566.16.2 成本计算依据按照零件的总量，求出所需的加工费用，就可以求得本课题设计的总成本。依据计算公式：重量工时费：主要件（主轴、法兰盘、电机安装板等）=材料费8；一般件=材料费（45）（1）材料费的计算由计算公式可得：45钢毛坯重量=85.252Kg（2）工时费的计算主要的零件：主要的工时费用=289.528=2316.16元一般的零件：一般的工时费用=4.794.5=21.56元（3）表 6.1 热处理零件统计序号名称材料热处理要求净重（Kg）1垫圈45表面镀锌0.932垫块45发蓝3.723隔套45表面镀锌3.34套45发蓝0.03表 6.2 目前热处理的价格序号名称单价（元/Kg）1镀锌1.12发蓝13淬火1.5因此热处理加工费用为12.23元。6.3 成本材料构成6.3.1 非标准件装配图中非标准件的统计，如表6.3所示；表 6.3 序号名称材料数量净重（Kg）1隔圈4510.9332带轮铝12.1813套4540.1814块4510.5135法兰盘45210.536端盖4518.1527电机安装板45153.81目前，45钢的价格为3400元/吨，45钢总净重：G=85.252Kg，非标准件购费：289.56元。1234566.16.26.36.3.16.3.2 标准件外购费用装配图中标准件的统计，如表6.4所示。表 6.4 序号名称规格数量单价（元/件）1螺钉M6X20M8X20M10*30M12X5091540.010.010.010.012双头螺钉M12*1210.13圆柱销M6X1610.54螺母M3M102211标准件的外购件费用为
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