CK6140数控卧式车床纵向进给机构设计

第2章CK6140数控卧式车床纵向进给机构设计纵向进给传动系统主要由纵向滑板和纵向滚珠丝杠组成。其纵向滑板安装在床身的导轨上，它可以沿床身导轨纵向移动。导轨的截面形状是三角形导轨和平面导轨的组合。在滑动导轨上图一层特殊的塑料层，动静摩擦系数相接近，摩擦系数小。为了防止由于切削力作用而使滑板颠覆，纵向滑板的前后装有压板，压板与床身接触部分的表面上也涂有塑料层。在滑板导轨部分的端面上装有橡胶挡板，它用钢板和螺钉固定，当纵向滑板运动时，将床身导轨表面上的切屑、灰尘物刮掉，不使杂物进入到导轨表面之间，以减少导轨的磨损。2.1ck6140数控卧式车床结构通用机床的规格和类型有系列型作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。机床本体数控车床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响，加工中又是自动控制，不能像在普通车床那样由人工进行调整、补偿，所以其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密，采用了许多新结构，以加强刚性、减小热变形、提高加工精度。(2)数控装置数控装置是数控系统的核心，主要包括微处理器CPU存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联系的各种接口等。数控机床的数控系统完全由软件处理输入信息，可处理逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。(3)输入/输出设备键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。除此以外，还可以用串联通信的方式输入。(4)伺服单元伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它将来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不同，伺服单元有数字式和模拟式之分，而模拟伺服单元按电源种类又可分为直流伺服和交流伺服。（5）驱动装置驱动装置把经过发大的指令信号转变为机械运动，通过机械传动部件驱动机床主轴、刀架、工作台等精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件和伺服单元相对应，驱动装置有步进电动机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，数控装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实践。所以伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说，数控机床功能的强弱主要取决于数控装置，而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。车床的主参数（规格尺寸）和基本参数最大的工件回转直径D（mm是400;刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200;主轴通孔直径d要大于或等于36;主轴头号（JB2521-79）是6;最大工件长度L是750〜2000;主轴转速范围是：32〜1600;级数范围是：18;纵向进给量mm/r0.03〜2.5;主电机功率（kw）是5.5〜10。ck6140数控卧式车床纵向进给机构设计进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱、溜板、刀架等改造方案不是唯一的。以下是其中的一种方案：挂轮架系统：原有挂轮架全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。进给箱部分：原有进给箱全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱，齿轮箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。溜板箱部分：将原有滚珠丝杠的螺母拆除，改装滚珠丝杠螺母副、将进给步进电机与齿轮减速箱组装安装在溜板后部并与滚珠丝杠相连。刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。对进给系统的要求总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统应选连续控制系统。车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外卜，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。纵向进给是套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。进给系统的组成及特点数控机床的进给系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件与反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力等特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置有以下几种：滚珠丝杠副、静压蜗杆、蜗母一条、预加载荷双齿轮齿条及直线电动机。滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副有多种结构型式。按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。外循环回珠器用插管式的较多，内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形，因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的 1/3。滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点：传动效率高、灵敏度高、传动平稳：磨损小、寿命长；可消除轴向间隙，提高轴向刚度等。滚珠丝杠螺母传动广泛应用于中小型数控机床的进给传动系统。在重型数控机床的短行程进给系统中也常被采用。第3章纵向进给机构设计计算3.1机构参数设计3.1.1减速系统设计对减速器的要求是：制动迅速、平稳、结构简单、紧凑、维修和调整方便。本次设计采用一级齿轮传动减速。传动方案拟定单级圆柱齿轮减速器.工作条件：使用年限5年，工作为一班工作制，载荷平稳，环境清洁。.假设滚珠丝杆圆周力F=2200N；电动机选择.电动机类型和结构的选择：选择Y系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。(2).电动机容量选择：电动机所需工作功率为：式(1):Pd=PW/na(KW)(3-1)由式(2):P沪FV/1000(KW)(3-2)因此Pd=FV/1000na(KW)由电动机至运输带的传动总效率为：n总=nlXn23Xn3Xn4Xq5 (3-3)式中：n1、n2、n3、n4、n5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。取nl=0.96,耳2=0.98,n3=0.97,耳4=0.97则: n总=0.96x0.983X0.97x0.99x0.96=0.83所以：电机所需的工作功率：Pd=FV/1000n总=(2200 X1.7)/(1000X0.83)=4.5(kw).确定电动机转速滚珠丝杠工作转速为：n滚珠丝杠=60X1000-V/(n・D) (3-4)=(60 X1000X1.7)/(420・n)=77.3r/min根据手册P7表1推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I'=3〜6。则传动比理论范围为：Ia'=6〜24。故电动机转速的可选范为N 'd=I'aXn滚珠丝杠 (3-5)=(16〜24)X77.3=463.8 〜1855.2r/min则符合这一范围的同步转速有： 750、1000和1500r/min根据容量和转速，由相关手册查出三种适用的电动机型号： (如下表)电动机型号表3-1方案电动机型号额定功率电动机转速(r/min)电动机重量N参考价格传动装置传动比同步转速、卄+［、，满载转速总传动比V带传动减速器1Y132S-45.515001440650120018.63.55.322Y132M2-65.51000960800150012.422.84.443Y160M2-85.5750720124021009.312.53.72综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、减速器传动比，可见第2方案比较适合。此选定电动机型号为Y132M2-6。确定传动装置的总传动比和分配级传动比：由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n（1）.可得传动装置总传动比为：3-6)ia=nm/n=nm/n 3-6)=960/77.3=12.42总传动比等于各传动比的乘积（2）.各级传动装置传动比：根据指导书P7表1,取i0=2.8因为： ia=ioXi所以： i=ia/iO=12.42/2.=4.44传动装置的运动和动力设计：将传动装置各轴由高速至低速依次定为I轴，U轴等等i0,i1,为相邻两轴间的传动比n01,n12,…… 为相邻两轴的传动效率PI，PU，为各轴的输入功率 （KW）Tn,Tn,…… 为各轴的输入转矩 （N•0）nI,nU,为各轴的输入转矩 （r/min）可按电动机轴至工作运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数.运动参数及动力参数的计算.计算各轴的转数：I轴：ni=n』io=960/2.8=342.86 (r/min)n轴：nn=ni/i1=324.86/4.44=77.22r/min

滚珠丝杠：nm=nn.计算各轴的功率：I轴：PI=PdXn01=PdXn1=4.5 X0.96=4.32(KVyn轴：Pn=PiXn12=PiXn2Xn3=4.32X0.98X0.97=4.11 (KW)滚珠丝杠：P皿=Pn•n23=Pn•n2•n4=4.11 X0.98X0.99=4.07(KW)计算各轴的输入转矩：电动机轴输出转矩为：3-8)Td=9550•Pd/nm=9550X3-8)=44.77N•mI轴：Ti=Td•i0•n01=Td-i0•n1

=44.77X2.8X0.96=120.33N•mn轴：Tn=Ti•i1•n12=Ti•i1•n2•n4=120.33 X4.44X0.98X0.99=518.34N滚珠丝杠输入轴转矩：Tm=Tn•n2•n4=502.90N •m计算各轴的输出功率：由于i〜n轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:故：P'i=PiXn轴承=4.32X0.98=4.23KWP'n=PnXn轴承=4.23X0.98=4.02KW计算各轴的输出转矩：由于i〜n轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率：贝U：T'i=TiXn轴承=120.33X0.98=117.92N•mT' n=TnXn轴承=518.34X=518.34X0.98=507.9综合以上数据，得表如下：表3-2功率表轴名效率p(Kvy转矩t(n•m转速nr/min传动比i效率n输入输出输入输出电动机轴4.544.779602.80.96I轴 '4.324.23120.33117.92342.864.440.95I轴 ，4.114.02518.34507.9777.221.000.97卷筒轴 ，4.073.99502.90492.8477.223.1.6联轴器的设计类型选择由于两轴相对位移很小，运转平稳，且结构简单，对缓冲要求不高，故选用弹性柱销联。载荷计算计算转矩TC=KAXTII=1.3X518.34=673.84Nm,其中KA为工况系数，由课本表14-1得KA=1.3型号选择根据TC,轴径d,轴的转速n,查标准GB/T5014—2003，选用LXZ2型弹性柱销联，其额定转矩[T]=1250Nm,许用转速[n]=3750r/m，故符合要求。3.1.7齿轮传动的设计：选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为 45号钢调质，齿面硬度为250HBS大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS齿轮精度初选8级初选主要参数PC=20，u=4.5Z2=Z1•u=20X4.5=90

取书a=0.3，则书d=0.5•(i+1)•=0.675按齿面接触疲劳强度计算计算小齿轮分度圆直径di>2kT,u1Wdu2ZeZh乙(3-17)确定各参数值载荷系数查课本表6-6取K=1.2小齿轮名义转矩(3-18)Ti=9.55X106XP/n1=9.55X106X(3-18)=1.18 X105N•mm材料弹性影响系数由课本表6-7ZE=189.8..MPa区域系数ZH=2.5重合度系数(3-19)£t=1.88-3.2 •(1/Z1+1/Z2(3-19)=1.88-3.2X(1/20+1/90)=1.88-3.2X(1/20+1/90)=1.69存0.77许用应力查课本图6-21(许用应力查课本图6-21(a)[bHlim1】610MPa[bhlim2]560MPa查表6-8按一般可靠要求取SH=1bHlim1

"STbHlim2610MPa(3-20bHlim1

"STbHlim2610MPa(3-20)560MPa(3-21)取两式计算中的较小值，即[bH]=560Mpa32kT；u1ZeZh乙2=52.82mm2=52.82mmc；21.21.181054.51189.82.50.77c3 1 45 560—确定模数m=d1/Z1>52.82/20=2.641取标准模数值m=3按齿根弯曲疲劳强度校核计算升空Ly升空LyfsY 校核bd1m(3-22)式中式中1)小轮分度圆直径d1=m・Z=3X20=60mm齿轮啮合宽度b=Wd-d1=1.0X60=60mm复合齿轮系数YFS1=4.38YFS2=3.95重合度系数丫&=0.25+0.75/£t=0.25+0.75/1.69=0.6938许用应力查图6-22(a)(TFlim仁245MPa cFlim2=220Mpa查表6-8，取SF=1.25贝U[cF!1空也竺196MPaSF 1.25°"flim2Sf220°"flim2Sf2201.25176MPa计算大小齿轮的计算大小齿轮的Yfs并进行比较CF4.381960.022343.950.022444.381960.022343.950.02244丫FS1 丫FS1 <YFS2[CFJ取较大值代入公式进行计算则有°"f22KT1bd°"f22KT1bd1m21.21.18105~~606033.950.6938=71.86<[cF]2故满足齿根弯曲疲劳强度要求几何尺寸计算d 1=m-Z=3X20=60mmd 2=m・Z1=3X90=270mma=m-(Z1+Z2)=3X(20+90)/2=165mmb=60mmb2=60取小齿轮宽度b仁65mm验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度v=n-d1-n〃(60X1000)=3.14 X60X342.86/(60X1000)=1.08m/s对照表6-5可知选择8级精度合适。3.1.8轴的设计（1）齿轮轴的设计1）确定轴上零件的定位和固定方式 （如图）图3-2轴上零件的定位和固定方式1,5—滚动轴承2—轴3—齿轮轴的轮齿段 4—套筒6—密封盖7—轴端挡圈8—轴承端盖9—带轮10—键按扭转强度估算轴的直径选用45#调质，硬度217~255HBS轴的输入功率为Pi=4.32KW转速为ni=342.86r/min根据课本P205(13-2)式，并查表13-2，取c=1151 fd>上1153〔4.32 26.76mmA \342.86确定轴各段直径和长度从大带轮开始右起第一段，由于带轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%取口二①30mm又带轮的宽度B=(Z-1)-e+2-f= (3-1)x18+2X8=52mm则第一段长度I1=60mm右起第二段直径取^二①38mm根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度， 取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm则取第二段的长度12=70mm右起第三段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，选用6208型轴承，其尺寸为dxDxB=40x80x18,那么该段的直径为口二①40mm长度为13=20mm右起第四段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取C4=O48mm长度取14=10mm右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮的齿顶圆直径为①66mm分度圆直径为①60mm齿轮的宽度为65mm贝此段的直径为。二①66mm长度为l5=65mm60右起第六段，为滚动轴承的定位轴肩，其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取口二①48mm长度取16=10mm右起第七段，该段为滚动轴承安装出处，取轴径为 。二①40mm长度17=18mm求齿轮上作用力的大小、方向小齿轮分度圆直径：d1=60mm作用在齿轮上的转矩为：T1=1.18x105N-mm3） 求圆周力:FtFt=2T2/d2=2X1.18X105/60=1966.67N4） 求径向力:FrFr=Ft•tana=1966.67Xtan200=628.20NFt,Fr的方向如下图所示5） 轴长支反力根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水平面的支反力：R=Rb=Ft/2=983.33N垂直面的支反力：由于选用深沟球轴承则 Fa=0那么R=Rb'=FrX62/124=314.1N6） 画弯矩图右起第四段剖面C处的弯矩：水平面的弯矩：M=PAX62=60.97Nm垂直面的弯矩：=Mb'=RAX62=19.47Nm合成弯矩：2222MC1MC2..Me MC1 60.97 19.47 64.0Nm7） 画转矩图：T=FtXd1/2=59.0Nm8） 画当量弯矩图因为是单向回转，转矩为脉动循环，a=0.6可得右起第四段剖面C处的当量弯矩：MeC2.MC22 （aT）2 73.14Nm9） 判断危险截面并验算强度①.右起第四段剖面C处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，所以剖面C为危险截面。已知Mec2=73.14Nm,由课本表13-1有:[c-1]=60Mpa贝U:ere=MeC2/W=MM（0.1 •D4a）=73.14X1000/（0.1X443）=8.59Nm<[c-1]②.右起第一段D处虽仅受转矩但其直径较小，故该面也为危险截面：Md(aT)2 0.65935.4Nm(Te=MD/W=MD/(0.1•D13)3=35.4X1000/(0.1X30)=13.11Nm<[c-1]所以确定的尺寸是安全的。3.1.9箱体结构设计窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙，了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板，以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。放油螺塞减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞赌注。油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。油标有各种结构类型，有的已定为国家标准件。通气器减速器运转时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器， 使机体内热涨气自由逸出，达到集体内外气压相等，提高机体有缝隙处的密封性能。启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶， 联结后结合较紧，不易分开。为便于取盖，在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉，在启盖时，可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉，便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环，如装上二个启盖螺钉，将便于调整。定位销 为了保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联结后，镗孔之前装上两个定位销，孔位置尽量远些。如机体结构是对的，销孔位置不应该对称布置。调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成，用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩，用以搬运或拆卸机盖。密圭寸装置 在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密圭寸件，以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据具体情况选用。箱体结构尺寸选择如下表：3-3名称1符号尺寸(mm

机座壁厚8机盖壁厚PS1\8机座凸缘厚度b12机盖凸缘厚度b112机座底凸缘厚度b2201地脚螺钉直径df20地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径d116机盖与机座联接螺栓直径d212联轴器螺栓d2的间距l160轴承端盖螺钉直径da10窥视孔盖螺钉直径d4I*定位销直径d8df,d1,d2至外机壁距离C26,22,18df,d2至凸缘边缘距离b：24,16轴承旁凸台半径R124,16凸台高度h根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外机壁至轴承座端面距离1160,44大齿轮顶圆与内机壁距离△112齿轮端面与内机壁距离[△2：10机盖、机座肋厚m,m27,7轴承端盖外径D90,105轴承端盖凸缘厚度t10轴承旁联接螺栓距离S尽量靠近，以Md和Md互不干涉为准，一般s=D3.1.10键联接设计输入轴与大带轮联接采用平键联接此段轴径di=30mm,li=50mm查手册得，选用C型平键，得：A键8X7GB1096-79L=li-b=50-8=42mmT=44.77N•mh=7mm根据课本P243(10-5)式得(Tp=4•T/(d•h•L)=4 X44.77X1000/(30X7X42)=20.30Mpa<[ (TR](110Mpa)输入轴与齿轮1联接采用平键联接轴径d2=44mmb=63mmT=120.33N•m查手册选A型平键GB1096-79

B键12X8GB1096-79l=l2-b=62-12=50mmh=8mmerp=4•TI/(d•h•l)=4X120.33X1000/(44X8X50)=27.34Mpa<[ep](110Mpa)输出轴与齿轮2联接用平键联接轴径d3=60mmL3=58mmTn=518.34Nm查手册P51选用A型平键键18X11GB1096-79l=L3-b=60-18=42mmh=11mmep=4•Tn/(d•h•l)=4X518.34X1000/(60X11X42)=74.80Mpa<[ep](110Mpa)3.1.11滚动轴承设计据条件，轴承预计寿命Lh5X365X8=14600小时（1）输入轴的轴承设计计算1）初步计算当量动载荷P因该轴承在此工作条件下只受到Fr径向力作用，所以P=Fr=628.20N2）求轴承应有的径向基本额定载荷值C'1第LhC'1第Lh)；1.2628.20(60342.861 106114600)；5048.38N35048.38N3）选择轴承型号查课本表11-5，选择6208轴承Cr=29.5KN由课本式11-3有Lh朋）Lh朋）106 (129500)360342.86(1.262.82。)291313314600•••预期寿命足够••••••预期寿命足够•••此轴承合格（2）输出轴的轴承设计计算1）初步计算当量动载荷P因该轴承在此工作条件下只受到 Fr径向力作用，所以P=Fr=1369.61N2）求轴承应有的径向基本额定载荷值C'60n1Lh)1.21369.611C'60n1Lh)1.21369.611(6077.22106114600)6696.63N选择轴承型号查课本表11-5，选择6211轴承Cr=43.2KN由课本式11-3有匹(fC)60n(匹(fC)60n(7dP)1066077.22143200)31.21369.61)391954514600•••预期寿命足够•••此轴承合格3.1.12密封和润滑的设计(1)密封由于选用的电动机为低速，常温，常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙， 达到密封的目的。毛毡具有天然弹性，呈松孔海绵状，可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时，毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。(2)润滑1)对于齿轮来说，由于传动件的的圆周速度 vv12m/s,采用浸油润滑，因此机体内需要有足够的润滑油，用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣，齿顶到油池底面的距离H不应小于30~50mm对于单级减速器，浸油深度为一个齿全高，这样就可以决定所需油量，单级传动,每传递1KW需油量3V0=0.35~0.7m。2).对于滚动轴承来说，由于传动件的速度不高，且难以经常供油，所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单，不宜流失，同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。3.2滚珠丝杠螺母副设计3.2.1滚珠丝杆螺母副类型选择滚珠丝杠螺母副的制造精度要求高，加工工艺比较复杂。都是由专业工厂按系列化进行生产。因此在进行设备改造时，要按厂家生产标准进行选择。选择合适以后再决定被改造设备的其他相关部分的结构和尺寸。.主要种类滚珠丝杆副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数与圈数、预紧方式。钢珠在丝杆与螺母之间的滚动是一个循环闭路。根据回珠方式可分两类:内循环和外循环。本次设计中根据应用的需要选：外循环。钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。外循环滚珠丝杆副的每个螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，种类很多。本次设计中采用的是外循环2列3.5圈。为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度， 可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，称为预紧。常用的滚珠丝杆副预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。预紧后的刚度可提高到为无预紧时的 2倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杆在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷有一定的比例关系。本次设计中的采用的是垫片式预紧，调整方法一调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移。这种方法结构简单，装卸方便，刚度高；但调整不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和预紧，适用于高刚度重载传动。（2）.参数及代号1） 滚珠丝杆副的主要参数.公称直径d1，公称直径即滚珠丝杆的名义直径，d1越大，承载能力和刚度越大。数控机床常用进给丝杆的公称直径d1为①30mm至①80mm本次设计中选用的公称直径为①40mm.基本导程（螺距）丨0。丝杆相对于螺母旋转2八rad时，螺母的轴向位移，基本导程也称为螺距。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量的要求有关。本次设计中的导程lo=6mm.精度等级。滚珠丝杆副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1,2,3,4,5,7,及10七个精度等级，1级精度最高，其余依次逐级降低，一般选取4级〜7级，数控车床及精密机械可选用2级〜3级。滚珠丝杆副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杆副的重要质量指标，选用时要予以注意。本次所设计的机床是数控机床，所以选用的精度等级还是很高的，是3级。2） 滚珠丝杆副代号的标注本次设计中所选用的滚珠丝杆副的特征代号见下表：表 3-4号序 特 征代 号

1钢球外循环插官式C循环方式2预紧方式双螺母垫片式D3结构特征导珠杆埋入式M4螺纹方向右旋5负荷钢球3.53.5圈数6类型传动滚珠丝杆副（与旋转角度无关，用于传递动力的滚珠丝杆副）T7精度33等级322纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择校与核步骤(1)最大工作荷载计算滚珠丝杠的工作载荷Fm是指滚珠丝杠副的在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠受到的抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。由于原普通Ck6140车床的纵向导轨是三角形导轨，则用公式3-1计算工作载荷的大小。Fm=KFL+f'(Fv+G) (3-23)车削抗力分析车削外圆时的切削抗力有Fx、Fy、Fz，主切削力和主切削速度方向一致垂直向下，是计算机床主轴电机切削功率的主要依据。切深抗力 Fy与纵向进给垂直，影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力Fx与进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系统是要用它。纵切外圆时，车床的主切削力Fz可以用下式计算：Fz=CFzaPXFzfyFzVnFzKFz (3-24)=5360(N)由Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-25)得Fx=1340(N)Fy=2144(N)作用在进给托板上的载荷可以按下式求出：托板上的载荷(进给方向) F仁Fx=1340(N)托板上的载荷(垂直方向) Fv=Fz=5360(N)托板上的横向载荷 Fc=Fy=2144(N)因此，最大工作载荷 Fm=KFL+f '(Fv+G)=1.15 X1340+0.04X(5360+90X9.8)=1790.68(N)对于三角形导轨K=1.15,f'=0.03〜0.05,选f'=0.04(因为是贴塑导轨)，G是纵向、横向溜板箱和刀架的重量，选纵向、横向溜板箱的重量为75kg,刀架重量为15kg.(2)最大动载荷C的计算滚珠丝杠应根据额定动载荷Ca选用，可用式3-4计算：C=错误!未找到引用源。fmm(3-26)L为工作寿命，单位为10r,L=60nt/10;n为丝杠转速(r/min),n=1000v／L0;v为在最大切削力下的进给速度(m／min),L0是丝杠的基本导程，取最高进给速度的1/2〜1/3;查资料得L°=12mm;fm为运转状态系数，因有冲击振动，所以取fm=1.5.V纵向=1.59mm/rX1400r/min=2226mm/minn纵向=v纵向x1/2/Lq=2226X1/2/12=92.75r/minL=60nt/10 6=60X92.75x15000/106=83.5则C=4、37X1.5X1790.68=11740(N)选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷 ca>最大载荷c；因此有Ca>C=11740N初选滚珠丝杠为：外循环，因为内循环较外循环丝杠贵，并且较难安装。考虑到简易经济改装，所以采用外循环。因此初选滚珠丝杠的型号为型cD63X8-3.5-E型，主要参数为Dw=4.763mm,Lo=8mm,dm=63mrm2o19'，圈数x列数3.5x1( 3 )纵向滚珠丝杠的校核1)传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为nn=tg入/tg(入+©)=tg2°19'/tg(2°19'+10')=92% (3-27)2）刚度验算.丝杠的拉升（压缩）变形量S1(3-28)S1=(3-28)= ±1790.68X2280/20.6X10XnX(31.5)=0.0064mm.滚珠与螺纹滚道接触变形量S2采用有预紧的公式，在这里 Fyj=1/3Fm=1/3X1790.68=597NZ= ndm/Dw=3.14X63/4.763=41.53Z 刀=41.53X3.5X仁145.36丝杠的总变形量S=S1+S2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm查表知E级精度丝杠允许的螺距误差为w0.015mm故所选丝杠合格.压杆稳定性验算滚珠丝杠通若所受轴向工作负载过大，将使丝杠失去稳定性而产生纵向弯曲。这时的临界载荷为FkFk=fz 2EI/L2 （3-29）式中：E为丝杠材料弹性模量，对钢E=20.6X104MpaI为截面惯性矩，对丝杠圆截面1=ndl4/64（mm4）（dl为丝杠的底径）；L为丝杠的最大工作长度（mr）fz为丝杠的支撑方式系数由表3-5查得。表3-5支撑方式系数方式两端端自由一端固疋一端自由两端固定两端简支Fz0.252.04.01.0

由Fk=fzn2EI/L2 且fz==2.0, E=20.6X104Mpa, I=ndl4/64mm,L=2800mn为丝杠的长度由于I=ndl4/64=n(63-5.953)4/64=3.14X57.0474/64=519614mmFk=2X3.142X20.6X104X519614/28002=276276Nk=276276/1875=149>>4所以丝杠很稳定。3.2.3齿轮有关计算1.纵向齿轮及转矩的有关计算（1）.有关齿轮计算，由前面的条件可知：工作台重量：W=80kgf=800N根据图纸粗略计算）滚珠丝杠的导程:Lo=12mm步距角： a=0.75°/step脉冲当量： Sp=0.01mm/step快速进给速度：Vmax=2m/min所以,变速箱内齿轮的传动比i=2.5 （3-30）齿轮的有关参数选取如下Z1Z1=32,Z 2=40模数m=2mm齿宽b=20mm齿宽b=20mm压力角a=20°齿轮的直径d 齿轮的直径d 1=mz1=2X32=64mmd 2=mz1=2X40=80mm*d a2=d1+2ha=68mm*d a2=d2+2ha=84mm两齿轮的中心矩a=72mm（2）.转动惯量计算工作台质量折算到步进电动机轴上的转动惯量：2J1=0.467kg.cm2对材料为钢的圆柱形零件,其转动惯量可按下式估算：-4 4 2J=7.8 X10DL kg.cm3-31）式中D---圆柱形零件的直径,cm

L---零件的轴向长度L---零件的轴向长度，cm所以,丝杠的转动惯量：Ji=7.8X10-4+九=7.8X10-4X3.24X140.3=11.475kg.cm齿轮的转动惯量：Jz1=7.8X 10-4 X6.44X2=2.617 kg.cm2Jz1=7.8X10-4X84x2=6.39kg.cm2电动机转动惯量很小，可忽略。因此，折算到步进电机轴上的总的转动惯量J=(Js+Jz2)+Jz1+J1=(11.475+6.39)+2.617+0.467=5.942kg.cm2=59.42N.cnf (3-31)表3-6滚珠丝杠的转动惯量丝杠名义直径/mm导程/mm1m长丝杠的转动惯量kg.cm2丝杠名义直径/mm导程/mm1m长丝杠的转动惯量kg.cm22040.94501035.7650.841231.982552.2460881.5862.001078.023054.911274.9664.47708157.353559.2610150.4768.7212145.1388.3010263.498040516.2912255.84615.459010420.31815.1812392.7545626.1310012649.56824.5416615.161022.6320562.4450639.75120201233.93

837.64241144.60(3)所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩M=Mamax+Mf+Mo最大切削负载时所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt快速进给时所需力矩M=Mf+Mo式中，Mamax---空载启动时折算到电动机轴上的加速度力矩Ma--- 折算到电动机轴上的加速度力矩；Mf--- 折算到电动机轴上的摩擦力矩；Mo--- 由丝杠预紧所引起，折算到电动机轴上的附加摩擦力矩Mat—切削时折算到电动机轴上的加速力矩；Mt---折算到电动机轴上的切削负载力矩；Ma=(d/9.6T)-4X10N.m(3-32)式中,J--- 转动惯量,kg.cmn--- 丝杠转速,r/minT--- 时间常数,s当n=nmax时 Ma=Mimaxnma=416.7r/minMam=2.49N.m当n=nt时,Ma=natnt=24.88r/min(3-33)IMt(3-33)式中f'---导轨上的摩擦系数nt--- 切削加工时的转速，r/min;w--- 移动不见的重量，N;Lo--- 丝杠导程，cm;传动比;传动比;n---传动效率。当n=0.8f'=0.16时,Mf=12.23N.cmM式中no---丝杠未预紧时的效率,取0.9F O---预加载荷,一般为最大轴向载荷的1/3,即FP/3则Mo=8.108N.cmMt=128N.cm所以,快速空载启动所需力矩M=Mamax+Mf+Mo=103+12.23+8.108=123.338N.cm （3-34）切削时所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt=6.16+12.23+8.108+128=151.42N.c （3-35）快速进给时所需力矩M=Mf+Mo=12.23+8.108=20.338N.cm (3-36)由以上分析计算可知：所需最大力矩 Mamax发生在快速启动时Mmax=123.338N.cm3.2.4绘制进给伺服系统的机械装配图在完成滚珠丝杠螺母副和步进电机的计算选型,完成齿轮传动比计算后可以绘制进给伺服系统的机械装配图。在绘制机械装配图时,应该从总体上考虑伺服进给机构与原机床的联系和机床布局情况。(1)了解原机床的详细结构,从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。(2)根据载荷支承形式和特点来确定丝杠两端支承轴承的型号、轴承的调节方式、轴承座的结构、轴承预紧、确定齿轮轴支承轴承的型号。(3)减速齿轮的参数和结构尺寸计算,确定齿轮侧隙的调整方法,在满足装配工艺的前提下,合理设计齿轮箱结构(4)考虑各部位间的调整方法、联接、定位。例如，保证丝杠与机床导轨平行，应保证丝杠两端支承与滚珠丝杠螺母同轴，考虑螺母座。轴承座在安装面上的定位与联接齿轮箱在安装面上的定位，步进电机在齿轮箱上的定位与联接等。(5)考虑密封、防护、安全、润滑等问题。例如，丝杠螺母的润滑、防尘、防铁屑、轴承的密封和润滑、齿轮的密封和润滑、行程限位装置等。(6)在进行各零件结构设计时，要特别注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。此外，注意绘制装配图时的要求。例如，制图标准、主要的中心距、中心高、视图位置的布置及图形画法要求、联系尺寸和轮廓尺寸的标准、重要配合的标注、装配技术要求、标题栏要求等。导轨滑动导轨导轨质量对机床刚度，加工精度和使用寿命具有很大的影响，作为机床进给系统的重要环节，不同类型的机床对导轨的要求不同，数控机床的导轨比普通机床的导轨要求要高。且希望其高速进给时不发生振动，低速进给时不出现爬行，灵敏度高。耐磨性好，可在重载下长期连续工作，精度保持性好等，这是机床制造厂设计机床和机床用户选用机床时必须考虑的问题。滑动导轨在机床上应用的历史最为久远，至今在各类机床产品上广为应用，尤其是普通机床，它往往采用铸铁件和镶钢导轨制成。为了提高导轨的耐磨寿命和精度，一般对导轨表面进行表面淬火及磨削加工，现代机床尤其是数控机床常用塑料滑动导轨。塑料导轨具有磨擦因数低，且动、静磨擦因数差值小，减振性好，具有良好的阻尼性，耐磨性好，有自润滑作用，塑料滑动导轨有铸铁表面淬火--塑料滑动导轨和镶钢--塑料导轨。塑料滑动导轨常用在导轨副的运动导轨上，与之相配的金属导轨采用铸铁或钢制材料。塑料导轨分为注塑导轨和贴塑导轨，导轨上的塑料常用环氧树脂耐磨涂料和聚四氟乙烯导轨软带。注塑导轨。导轨注塑或抗磨涂料层的材料是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成膏状为一组，固化剂为另一组分的双组分塑料。这种涂料附着力强，具有良好的可加工性，可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削加工。也有良好的磨擦性和耐磨性，而且抗压强度比聚四氟乙烯导轨软带要高，固化时体积不收缩，尺寸稳定。特别是可在调整好固定导轨和