CK6140數(shù)控臥式車床縱向進給機構設計

第2章CK6140數(shù)控臥式車床縱向進給機構設計縱向進給傳動系統(tǒng)主要由縱向滑板和縱向滾珠絲杠組成。其縱向滑板安裝在床身的導軌上，它可以沿床身導軌縱向移動。導軌的截面形狀是三角形導軌和平面導軌的組合。在滑動導軌上圖一層特殊的塑料層，動靜摩擦系數(shù)相接近，摩擦系數(shù)小。為了防止由于切削力作用而使滑板顛覆，縱向滑板的前后裝有壓板，壓板與床身接觸部分的表面上也涂有塑料層。在滑板導軌部分的端面上裝有橡膠擋板，它用鋼板和螺釘固定，當縱向滑板運動時，將床身導軌表面上的切屑、灰塵物刮掉，不使雜物進入到導軌表面之間，以減少導軌的磨損。2.1ck6140數(shù)控臥式車床結構通用機床的規(guī)格和類型有系列型作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。機床本體數(shù)控車床由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱量大等因素對加工精度有一定影響，加工中又是自動控制，不能像在普通車床那樣由人工進行調(diào)整、補償，所以其設計要求比普通機床更嚴格，制造要求更精密，采用了許多新結構，以加強剛性、減小熱變形、提高加工精度。(2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，主要包括微處理器CPU存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與數(shù)控系統(tǒng)的其他組成部分聯(lián)系的各種接口等。數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)完全由軟件處理輸入信息，可處理邏輯電路難以處理的復雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。(3)輸入/輸出設備鍵盤、磁盤機等是數(shù)控機床的典型輸入設備。除此以外，還可以用串聯(lián)通信的方式輸入。(4)伺服單元伺服單元是數(shù)控裝置和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它將來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。根據(jù)接受指令的不同，伺服單元有數(shù)字式和模擬式之分，而模擬伺服單元按電源種類又可分為直流伺服和交流伺服。（5）驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置把經(jīng)過發(fā)大的指令信號轉變?yōu)闄C械運動，通過機械傳動部件驅(qū)動機床主軸、刀架、工作臺等精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出圖紙所要求的零件和伺服單元相對應，驅(qū)動裝置有步進電動機、直流伺服電機和交流伺服電機等。伺服單元和驅(qū)動裝置合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實踐。所以伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機床功能的強弱主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)最大的工件回轉直徑D（mm是400;刀架上最大工件回轉直徑D1大于或等于200;主軸通孔直徑d要大于或等于36;主軸頭號（JB2521-79）是6;最大工件長度L是750?2000;主軸轉速范圍是：32?1600;級數(shù)范圍是：18;縱向進給量mm/r0.03?2.5;主電機功率（kw）是5.5?10。ck6140數(shù)控臥式車床縱向進給機構設計進給系統(tǒng)改造設計需要改動的主要部分有掛輪架、進給箱、溜板、刀架等改造方案不是唯一的。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：原有掛輪架全部拆除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進給箱部分：原有進給箱全部拆除，在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部分。溜板箱部分：將原有滾珠絲杠的螺母拆除，改裝滾珠絲杠螺母副、將進給步進電機與齒輪減速箱組裝安裝在溜板后部并與滾珠絲杠相連。刀架：拆除原刀架，改裝自動回轉四方刀架總成。對進給系統(tǒng)的要求總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)應選連續(xù)控制系統(tǒng)。車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外卜，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路?？v向進給是套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。進給系統(tǒng)的組成及特點數(shù)控機床的進給系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行元件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)，機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)，檢測元件與反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統(tǒng)。數(shù)控機床進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置和器件具有高壽命、高剛度、無間隙、高靈敏度和低摩擦阻力等特點。目前，數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置有以下幾種：滾珠絲杠副、靜壓蝸桿、蝸母一條、預加載荷雙齒輪齒條及直線電動機。滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副有多種結構型式。按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類。外循環(huán)回珠器用插管式的較多，內(nèi)循環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。按預加負載形式分，可分為單螺母無預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母加大鋼球徑向預緊、雙螺母墊片預緊、雙螺母差齒預緊、雙螺母螺紋預緊。數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預緊，其預緊力一般為軸向載荷的 1/3。滾珠絲杠副與滑動絲杠螺母副比較有很多優(yōu)點：傳動效率高、靈敏度高、傳動平穩(wěn)：磨損小、壽命長；可消除軸向間隙，提高軸向剛度等。滾珠絲杠螺母傳動廣泛應用于中小型數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)。在重型數(shù)控機床的短行程進給系統(tǒng)中也常被采用。第3章縱向進給機構設計計算3.1機構參數(shù)設計3.1.1減速系統(tǒng)設計對減速器的要求是：制動迅速、平穩(wěn)、結構簡單、緊湊、維修和調(diào)整方便。本次設計采用一級齒輪傳動減速。傳動方案擬定單級圓柱齒輪減速器.工作條件：使用年限5年，工作為一班工作制，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔。.假設滾珠絲桿圓周力F=2200N；電動機選擇.電動機類型和結構的選擇：選擇Y系列三相異步電動機，此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械。(2).電動機容量選擇：電動機所需工作功率為：式(1):Pd=PW/na(KW)(3-1)由式(2):P滬FV/1000(KW)(3-2)因此Pd=FV/1000na(KW)由電動機至運輸帶的傳動總效率為：n總=nlXn23Xn3Xn4Xq5 (3-3)式中：n1、n2、n3、n4、n5分別為帶傳動、軸承、齒輪傳動、聯(lián)軸器和卷筒的傳動效率。取nl=0.96,耳2=0.98,n3=0.97,耳4=0.97則: n總=0.96x0.983X0.97x0.99x0.96=0.83所以：電機所需的工作功率：Pd=FV/1000n總=(2200 X1.7)/(1000X0.83)=4.5(kw).確定電動機轉速滾珠絲杠工作轉速為：n滾珠絲杠=60X1000-V/(n?D) (3-4)=(60 X1000X1.7)/(420?n)=77.3r/min根據(jù)手冊P7表1推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍I'=3?6。則傳動比理論范圍為：Ia'=6?24。故電動機轉速的可選范為N 'd=I'aXn滾珠絲杠 (3-5)=(16?24)X77.3=463.8 ?1855.2r/min則符合這一范圍的同步轉速有： 750、1000和1500r/min根據(jù)容量和轉速，由相關手冊查出三種適用的電動機型號： (如下表)電動機型號表3-1方案電動機型號額定功率電動機轉速(r/min)電動機重量N參考價格傳動裝置傳動比同步轉速、卄+［、，滿載轉速總傳動比V帶傳動減速器1Y132S-45.515001440650120018.63.55.322Y132M2-65.51000960800150012.422.84.443Y160M2-85.5750720124021009.312.53.72綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格、減速器傳動比，可見第2方案比較適合。此選定電動機型號為Y132M2-6。確定傳動裝置的總傳動比和分配級傳動比：由選定的電動機滿載轉速nm和工作機主動軸轉速n（1）.可得傳動裝置總傳動比為：3-6)ia=nm/n=nm/n 3-6)=960/77.3=12.42總傳動比等于各傳動比的乘積（2）.各級傳動裝置傳動比：根據(jù)指導書P7表1,取i0=2.8因為： ia=ioXi所以： i=ia/iO=12.42/2.=4.44傳動裝置的運動和動力設計：將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為I軸，U軸等等i0,i1,為相鄰兩軸間的傳動比n01,n12,…… 為相鄰兩軸的傳動效率PI，PU，為各軸的輸入功率 （KW）Tn,Tn,…… 為各軸的輸入轉矩 （N?0）nI,nU,為各軸的輸入轉矩 （r/min）可按電動機軸至工作運動傳遞路線推算,得到各軸的運動和動力參數(shù).運動參數(shù)及動力參數(shù)的計算.計算各軸的轉數(shù)：I軸：ni=n』io=960/2.8=342.86 (r/min)n軸：nn=ni/i1=324.86/4.44=77.22r/min

滾珠絲杠：nm=nn.計算各軸的功率：I軸：PI=PdXn01=PdXn1=4.5 X0.96=4.32(KVyn軸：Pn=PiXn12=PiXn2Xn3=4.32X0.98X0.97=4.11 (KW)滾珠絲杠：P皿=Pn?n23=Pn?n2?n4=4.11 X0.98X0.99=4.07(KW)計算各軸的輸入轉矩：電動機軸輸出轉矩為：3-8)Td=9550?Pd/nm=9550X3-8)=44.77N?mI軸：Ti=Td?i0?n01=Td-i0?n1

=44.77X2.8X0.96=120.33N?mn軸：Tn=Ti?i1?n12=Ti?i1?n2?n4=120.33 X4.44X0.98X0.99=518.34N滾珠絲杠輸入軸轉矩：Tm=Tn?n2?n4=502.90N ?m計算各軸的輸出功率：由于i?n軸的輸出功率分別為輸入功率乘以軸承效率:故：P'i=PiXn軸承=4.32X0.98=4.23KWP'n=PnXn軸承=4.23X0.98=4.02KW計算各軸的輸出轉矩：由于i?n軸的輸出功率分別為輸入功率乘以軸承效率：貝U：T'i=TiXn軸承=120.33X0.98=117.92N?mT' n=TnXn軸承=518.34X=518.34X0.98=507.9綜合以上數(shù)據(jù)，得表如下：表3-2功率表軸名效率p(Kvy轉矩t(n?m轉速nr/min傳動比i效率n輸入輸出輸入輸出電動機軸4.544.779602.80.96I軸 '4.324.23120.33117.92342.864.440.95I軸 ，4.114.02518.34507.9777.221.000.97卷筒軸 ，4.073.99502.90492.8477.223.1.6聯(lián)軸器的設計類型選擇由于兩軸相對位移很小，運轉平穩(wěn)，且結構簡單，對緩沖要求不高，故選用彈性柱銷聯(lián)。載荷計算計算轉矩TC=KAXTII=1.3X518.34=673.84Nm,其中KA為工況系數(shù)，由課本表14-1得KA=1.3型號選擇根據(jù)TC,軸徑d,軸的轉速n,查標準GB/T5014—2003，選用LXZ2型彈性柱銷聯(lián)，其額定轉矩[T]=1250Nm,許用轉速[n]=3750r/m，故符合要求。3.1.7齒輪傳動的設計：選定齒輪傳動類型、材料、熱處理方式、精度等級。小齒輪選硬齒面，大齒輪選軟齒面，小齒輪的材料為 45號鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為250HBS大齒輪選用45號鋼正火，齒面硬度為200HBS齒輪精度初選8級初選主要參數(shù)PC=20，u=4.5Z2=Z1?u=20X4.5=90

取書a=0.3，則書d=0.5?(i+1)?=0.675按齒面接觸疲勞強度計算計算小齒輪分度圓直徑di>2kT,u1Wdu2ZeZh乙(3-17)確定各參數(shù)值載荷系數(shù)查課本表6-6取K=1.2小齒輪名義轉矩(3-18)Ti=9.55X106XP/n1=9.55X106X(3-18)=1.18 X105N?mm材料彈性影響系數(shù)由課本表6-7ZE=189.8..MPa區(qū)域系數(shù)ZH=2.5重合度系數(shù)(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許用應力查課本圖6-21(許用應力查課本圖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)取兩式計算中的較小值，即[bH]=560Mpa32kT；u1ZeZh乙2=52.82mm2=52.82mmc；21.21.181054.51189.82.50.77c3 1 45 560—確定模數(shù)m=d1/Z1>52.82/20=2.641取標準模數(shù)值m=3按齒根彎曲疲勞強度校核計算升空Ly升空LyfsY 校核bd1m(3-22)式中式中1)小輪分度圓直徑d1=m?Z=3X20=60mm齒輪嚙合寬度b=Wd-d1=1.0X60=60mm復合齒輪系數(shù)YFS1=4.38YFS2=3.95重合度系數(shù)丫&=0.25+0.75/￡t=0.25+0.75/1.69=0.6938許用應力查圖6-22(a)(TFlim仁245MPa cFlim2=220Mpa查表6-8，取SF=1.25貝U[cF!1空也竺196MPaSF 1.25°"flim2Sf220°"flim2Sf2201.25176MPa計算大小齒輪的計算大小齒輪的Yfs并進行比較CF4.381960.022343.950.022444.381960.022343.950.02244丫FS1 丫FS1 <YFS2[CFJ取較大值代入公式進行計算則有°"f22KT1bd°"f22KT1bd1m21.21.18105~~606033.950.6938=71.86<[cF]2故滿足齒根彎曲疲勞強度要求幾何尺寸計算d 1=m-Z=3X20=60mmd 2=m?Z1=3X90=270mma=m-(Z1+Z2)=3X(20+90)/2=165mmb=60mmb2=60取小齒輪寬度b仁65mm驗算初選精度等級是否合適齒輪圓周速度v=n-d1-n〃(60X1000)=3.14 X60X342.86/(60X1000)=1.08m/s對照表6-5可知選擇8級精度合適。3.1.8軸的設計（1）齒輪軸的設計1）確定軸上零件的定位和固定方式 （如圖）圖3-2軸上零件的定位和固定方式1,5—滾動軸承2—軸3—齒輪軸的輪齒段 4—套筒6—密封蓋7—軸端擋圈8—軸承端蓋9—帶輪10—鍵按扭轉強度估算軸的直徑選用45#調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS軸的輸入功率為Pi=4.32KW轉速為ni=342.86r/min根據(jù)課本P205(13-2)式，并查表13-2，取c=1151 fd>上1153〔4.32 26.76mmA \342.86確定軸各段直徑和長度從大帶輪開始右起第一段，由于帶輪與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應該增加5%取口二①30mm又帶輪的寬度B=(Z-1)-e+2-f= (3-1)x18+2X8=52mm則第一段長度I1=60mm右起第二段直徑取^二①38mm根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對軸承添加潤滑脂的要求和箱體的厚度， 取端蓋的外端面與帶輪的左端面間的距離為30mm則取第二段的長度12=70mm右起第三段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力，而軸向力為零，選用6208型軸承，其尺寸為dxDxB=40x80x18,那么該段的直徑為口二①40mm長度為13=20mm右起第四段，為滾動軸承的定位軸肩，其直徑應小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取C4=O48mm長度取14=10mm右起第五段，該段為齒輪軸段，由于齒輪的齒頂圓直徑為①66mm分度圓直徑為①60mm齒輪的寬度為65mm貝此段的直徑為。二①66mm長度為l5=65mm60右起第六段，為滾動軸承的定位軸肩，其直徑應小于滾動軸承的內(nèi)圈外徑，取口二①48mm長度取16=10mm右起第七段，該段為滾動軸承安裝出處，取軸徑為 。二①40mm長度17=18mm求齒輪上作用力的大小、方向小齒輪分度圓直徑：d1=60mm作用在齒輪上的轉矩為：T1=1.18x105N-mm3） 求圓周力:FtFt=2T2/d2=2X1.18X105/60=1966.67N4） 求徑向力:FrFr=Ft?tana=1966.67Xtan200=628.20NFt,Fr的方向如下圖所示5） 軸長支反力根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學模型。水平面的支反力：R=Rb=Ft/2=983.33N垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則 Fa=0那么R=Rb'=FrX62/124=314.1N6） 畫彎矩圖右起第四段剖面C處的彎矩：水平面的彎矩：M=PAX62=60.97Nm垂直面的彎矩：=Mb'=RAX62=19.47Nm合成彎矩：2222MC1MC2..Me MC1 60.97 19.47 64.0Nm7） 畫轉矩圖：T=FtXd1/2=59.0Nm8） 畫當量彎矩圖因為是單向回轉，轉矩為脈動循環(huán)，a=0.6可得右起第四段剖面C處的當量彎矩：MeC2.MC22 （aT）2 73.14Nm9） 判斷危險截面并驗算強度①.右起第四段剖面C處當量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險截面。已知Mec2=73.14Nm,由課本表13-1有:[c-1]=60Mpa貝U:ere=MeC2/W=MM（0.1 ?D4a）=73.14X1000/（0.1X443）=8.59Nm<[c-1]②.右起第一段D處雖僅受轉矩但其直徑較小，故該面也為危險截面：Md(aT)2 0.65935.4Nm(Te=MD/W=MD/(0.1?D13)3=35.4X1000/(0.1X30)=13.11Nm<[c-1]所以確定的尺寸是安全的。3.1.9箱體結構設計窺視孔和窺視孔蓋在減速器上部可以看到傳動零件嚙合處要開窺視孔，以便檢查齒面接觸斑點和赤側間隙，了解嚙合情況。潤滑油也由此注入機體內(nèi)。窺視孔上有蓋板，以防止污物進入機體內(nèi)和潤滑油飛濺出來。放油螺塞減速器底部設有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞賭注。油標油標用來檢查油面高度，以保證有正常的油量。油標有各種結構類型，有的已定為國家標準件。通氣器減速器運轉時，由于摩擦發(fā)熱，使機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，導致潤滑油從縫隙向外滲漏。所以多在機蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣器， 使機體內(nèi)熱漲氣自由逸出，達到集體內(nèi)外氣壓相等，提高機體有縫隙處的密封性能。啟蓋螺釘機蓋與機座結合面上常涂有水玻璃或密封膠， 聯(lián)結后結合較緊，不易分開。為便于取蓋，在機蓋凸緣上常裝有一至二個啟蓋螺釘，在啟蓋時，可先擰動此螺釘頂起機蓋。在軸承端蓋上也可以安裝啟蓋螺釘，便于拆卸端蓋。對于需作軸向調(diào)整的套環(huán)，如裝上二個啟蓋螺釘，將便于調(diào)整。定位銷 為了保證軸承座孔的安裝精度，在機蓋和機座用螺栓聯(lián)結后，鏜孔之前裝上兩個定位銷，孔位置盡量遠些。如機體結構是對的，銷孔位置不應該對稱布置。調(diào)整墊片調(diào)整墊片由多片很薄的軟金屬制成，用一調(diào)整軸承間隙。有的墊片還要起調(diào)整傳動零件軸向位置的作用。環(huán)首螺釘、吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤，用以搬運或拆卸機蓋。密圭寸裝置 在伸出軸與端蓋之間有間隙，必須安裝密圭寸件，以防止漏油和污物進入機體內(nèi)。密封件多為標準件，其密封效果相差很大，應根據(jù)具體情況選用。箱體結構尺寸選擇如下表：3-3名稱1符號尺寸(mm

機座壁厚8機蓋壁厚PS1\8機座凸緣厚度b12機蓋凸緣厚度b112機座底凸緣厚度b2201地腳螺釘直徑df20地腳螺釘數(shù)目n4軸承旁聯(lián)結螺栓直徑d116機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑d212聯(lián)軸器螺栓d2的間距l(xiāng)160軸承端蓋螺釘直徑da10窺視孔蓋螺釘直徑d4I*定位銷直徑d8df,d1,d2至外機壁距離C26,22,18df,d2至凸緣邊緣距離b：24,16軸承旁凸臺半徑R124,16凸臺高度h根據(jù)低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準外機壁至軸承座端面距離1160,44大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離△112齒輪端面與內(nèi)機壁距離[△2：10機蓋、機座肋厚m,m27,7軸承端蓋外徑D90,105軸承端蓋凸緣厚度t10軸承旁聯(lián)接螺栓距離S盡量靠近，以Md和Md互不干涉為準，一般s=D3.1.10鍵聯(lián)接設計輸入軸與大帶輪聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接此段軸徑di=30mm,li=50mm查手冊得，選用C型平鍵，得：A鍵8X7GB1096-79L=li-b=50-8=42mmT=44.77N?mh=7mm根據(jù)課本P243(10-5)式得(Tp=4?T/(d?h?L)=4 X44.77X1000/(30X7X42)=20.30Mpa<[ (TR](110Mpa)輸入軸與齒輪1聯(lián)接采用平鍵聯(lián)接軸徑d2=44mmb=63mmT=120.33N?m查手冊選A型平鍵GB1096-79

B鍵12X8GB1096-79l=l2-b=62-12=50mmh=8mmerp=4?TI/(d?h?l)=4X120.33X1000/(44X8X50)=27.34Mpa<[ep](110Mpa)輸出軸與齒輪2聯(lián)接用平鍵聯(lián)接軸徑d3=60mmL3=58mmTn=518.34Nm查手冊P51選用A型平鍵鍵18X11GB1096-79l=L3-b=60-18=42mmh=11mmep=4?Tn/(d?h?l)=4X518.34X1000/(60X11X42)=74.80Mpa<[ep](110Mpa)3.1.11滾動軸承設計據(jù)條件，軸承預計壽命Lh5X365X8=14600小時（1）輸入軸的軸承設計計算1）初步計算當量動載荷P因該軸承在此工作條件下只受到Fr徑向力作用，所以P=Fr=628.20N2）求軸承應有的徑向基本額定載荷值C'1第LhC'1第Lh)；1.2628.20(60342.861 106114600)；5048.38N35048.38N3）選擇軸承型號查課本表11-5，選擇6208軸承Cr=29.5KN由課本式11-3有Lh朋）Lh朋）106 (129500)360342.86(1.262.82。)291313314600???預期壽命足夠??????預期壽命足夠???此軸承合格（2）輸出軸的軸承設計計算1）初步計算當量動載荷P因該軸承在此工作條件下只受到 Fr徑向力作用，所以P=Fr=1369.61N2）求軸承應有的徑向基本額定載荷值C'60n1Lh)1.21369.611C'60n1Lh)1.21369.611(6077.22106114600)6696.63N選擇軸承型號查課本表11-5，選擇6211軸承Cr=43.2KN由課本式11-3有匹(fC)60n(匹(fC)60n(7dP)1066077.22143200)31.21369.61)391954514600???預期壽命足夠???此軸承合格3.1.12密封和潤滑的設計(1)密封由于選用的電動機為低速，常溫，常壓的電動機則可以選用毛氈密封。毛氈密封是在殼體圈內(nèi)填以毛氈圈以堵塞泄漏間隙， 達到密封的目的。毛氈具有天然彈性，呈松孔海綿狀，可儲存潤滑油和遮擋灰塵。軸旋轉時，毛氈又可以將潤滑油自行刮下反復自行潤滑。(2)潤滑1)對于齒輪來說，由于傳動件的的圓周速度 vv12m/s,采用浸油潤滑，因此機體內(nèi)需要有足夠的潤滑油，用以潤滑和散熱。同時為了避免油攪動時泛起沉渣，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH不應小于30~50mm對于單級減速器，浸油深度為一個齒全高，這樣就可以決定所需油量，單級傳動,每傳遞1KW需油量3V0=0.35~0.7m。2).對于滾動軸承來說，由于傳動件的速度不高，且難以經(jīng)常供油，所以選用潤滑脂潤滑。這樣不僅密封簡單，不宜流失，同時也能形成將滑動表面完全分開的一層薄膜。3.2滾珠絲杠螺母副設計3.2.1滾珠絲桿螺母副類型選擇滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進行生產(chǎn)。因此在進行設備改造時，要按廠家生產(chǎn)標準進行選擇。選擇合適以后再決定被改造設備的其他相關部分的結構和尺寸。.主要種類滾珠絲桿副的類別主要從三個方面考慮：循環(huán)方式、循環(huán)列數(shù)與圈數(shù)、預緊方式。鋼珠在絲桿與螺母之間的滾動是一個循環(huán)閉路。根據(jù)回珠方式可分兩類:內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。本次設計中根據(jù)應用的需要選：外循環(huán)。鋼珠每一個循環(huán)閉路稱為列。每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導程數(shù)稱為圈數(shù)。外循環(huán)滾珠絲桿副的每個螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，種類很多。本次設計中采用的是外循環(huán)2列3.5圈。為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度， 可以預加載荷，使它在過盈的條件下工作，稱為預緊。常用的滾珠絲桿副預緊方法有：雙螺母墊片式預緊、雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊等。預緊后的剛度可提高到為無預緊時的 2倍。但是，預加載荷過大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲桿在出廠時，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預加載荷，并且預加載荷往往與絲桿副的額定動載荷有一定的比例關系。本次設計中的采用的是墊片式預緊，調(diào)整方法一調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。這種方法結構簡單，裝卸方便，剛度高；但調(diào)整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預緊，適用于高剛度重載傳動。（2）.參數(shù)及代號1） 滾珠絲桿副的主要參數(shù).公稱直徑d1，公稱直徑即滾珠絲桿的名義直徑，d1越大，承載能力和剛度越大。數(shù)控機床常用進給絲桿的公稱直徑d1為①30mm至①80mm本次設計中選用的公稱直徑為①40mm.基本導程（螺距）丨0。絲桿相對于螺母旋轉2八rad時，螺母的軸向位移，基本導程也稱為螺距。它按承載能力選取，并與進給系統(tǒng)的脈沖當量的要求有關。本次設計中的導程lo=6mm.精度等級。滾珠絲桿副按其使用范圍及要求分為7個精度等級，即1,2,3,4,5,7,及10七個精度等級，1級精度最高，其余依次逐級降低，一般選取4級?7級，數(shù)控車床及精密機械可選用2級?3級。滾珠絲桿副的精度直接影響定位精度、承載能力和接觸剛度，因此它是滾珠絲桿副的重要質(zhì)量指標，選用時要予以注意。本次所設計的機床是數(shù)控機床，所以選用的精度等級還是很高的，是3級。2） 滾珠絲桿副代號的標注本次設計中所選用的滾珠絲桿副的特征代號見下表：表 3-4號序 特 征代 號

1鋼球外循環(huán)插官式C循環(huán)方式2預緊方式雙螺母墊片式D3結構特征導珠桿埋入式M4螺紋方向右旋5負荷鋼球3.53.5圈數(shù)6類型傳動滾珠絲桿副（與旋轉角度無關，用于傳遞動力的滾珠絲桿副）T7精度33等級322縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇校與核步驟(1)最大工作荷載計算滾珠絲杠的工作載荷Fm是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進給牽引力。它包括滾珠絲杠受到的抗力及與移動體重力和作用在導軌上的其他切削分力相關的摩擦力。由于原普通Ck6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌к?，則用公式3-1計算工作載荷的大小。Fm=KFL+f'(Fv+G) (3-23)車削抗力分析車削外圓時的切削抗力有Fx、Fy、Fz，主切削力和主切削速度方向一致垂直向下，是計算機床主軸電機切削功率的主要依據(jù)。切深抗力 Fy與縱向進給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進給抗力Fx與進給方向平行且相反指向，設計或校核進給系統(tǒng)是要用它。縱切外圓時，車床的主切削力Fz可以用下式計算：Fz=CFzaPXFzfyFzVnFzKFz (3-24)=5360(N)由Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-25)得Fx=1340(N)Fy=2144(N)作用在進給托板上的載荷可以按下式求出：托板上的載荷(進給方向) F仁Fx=1340(N)托板上的載荷(垂直方向) Fv=Fz=5360(N)托板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N)因此，最大工作載荷 Fm=KFL+f '(Fv+G)=1.15 X1340+0.04X(5360+90X9.8)=1790.68(N)對于三角形導軌K=1.15,f'=0.03?0.05,選f'=0.04(因為是貼塑導軌)，G是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向、橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.(2)最大動載荷C的計算滾珠絲杠應根據(jù)額定動載荷Ca選用，可用式3-4計算：C=錯誤!未找到引用源。fmm(3-26)L為工作壽命，單位為10r,L=60nt/10;n為絲杠轉速(r/min),n=1000v／L0;v為在最大切削力下的進給速度(m／min),L0是絲杠的基本導程，取最高進給速度的1/2?1/3;查資料得L°=12mm;fm為運轉狀態(tài)系數(shù)，因有沖擊振動，所以取fm=1.5.V縱向=1.59mm/rX1400r/min=2226mm/minn縱向=v縱向x1/2/Lq=2226X1/2/12=92.75r/minL=60nt/10 6=60X92.75x15000/106=83.5則C=4、37X1.5X1790.68=11740(N)選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載荷 ca>最大載荷c；因此有Ca>C=11740N初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡易經(jīng)濟改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號為型cD63X8-3.5-E型，主要參數(shù)為Dw=4.763mm,Lo=8mm,dm=63mrm2o19'，圈數(shù)x列數(shù)3.5x1( 3 )縱向滾珠絲杠的校核1)傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為nn=tg入/tg(入+?)=tg2°19'/tg(2°19'+10')=92% (3-27)2）剛度驗算.絲杠的拉升（壓縮）變形量S1(3-28)S1=(3-28)= ±1790.68X2280/20.6X10XnX(31.5)=0.0064mm.滾珠與螺紋滾道接觸變形量S2采用有預緊的公式，在這里 Fyj=1/3Fm=1/3X1790.68=597NZ= ndm/Dw=3.14X63/4.763=41.53Z 刀=41.53X3.5X仁145.36絲杠的總變形量S=S1+S2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為w0.015mm故所選絲杠合格.壓桿穩(wěn)定性驗算滾珠絲杠通若所受軸向工作負載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生縱向彎曲。這時的臨界載荷為FkFk=fz 2EI/L2 （3-29）式中：E為絲杠材料彈性模量，對鋼E=20.6X104MpaI為截面慣性矩，對絲杠圓截面1=ndl4/64（mm4）（dl為絲杠的底徑）；L為絲杠的最大工作長度（mr）fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-5查得。表3-5支撐方式系數(shù)方式兩端端自由一端固疋一端自由兩端固定兩端簡支Fz0.252.04.01.0

由Fk=fzn2EI/L2 且fz==2.0, E=20.6X104Mpa, I=ndl4/64mm,L=2800mn為絲杠的長度由于I=ndl4/64=n(63-5.953)4/64=3.14X57.0474/64=519614mmFk=2X3.142X20.6X104X519614/28002=276276Nk=276276/1875=149>>4所以絲杠很穩(wěn)定。3.2.3齒輪有關計算1.縱向齒輪及轉矩的有關計算（1）.有關齒輪計算，由前面的條件可知：工作臺重量：W=80kgf=800N根據(jù)圖紙粗略計算）滾珠絲杠的導程:Lo=12mm步距角： a=0.75°/step脈沖當量： Sp=0.01mm/step快速進給速度：Vmax=2m/min所以,變速箱內(nèi)齒輪的傳動比i=2.5 （3-30）齒輪的有關參數(shù)選取如下Z1Z1=32,Z 2=40模數(shù)m=2mm齒寬b=20mm齒寬b=20mm壓力角a=20°齒輪的直徑d 齒輪的直徑d 1=mz1=2X32=64mmd 2=mz1=2X40=80mm*d a2=d1+2ha=68mm*d a2=d2+2ha=84mm兩齒輪的中心矩a=72mm（2）.轉動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到步進電動機軸上的轉動慣量：2J1=0.467kg.cm2對材料為鋼的圓柱形零件,其轉動慣量可按下式估算：-4 4 2J=7.8 X10DL kg.cm3-31）式中D---圓柱形零件的直徑,cm

L---零件的軸向長度L---零件的軸向長度，cm所以,絲杠的轉動慣量：Ji=7.8X10-4+九=7.8X10-4X3.24X140.3=11.475kg.cm齒輪的轉動慣量：Jz1=7.8X 10-4 X6.44X2=2.617 kg.cm2Jz1=7.8X10-4X84x2=6.39kg.cm2電動機轉動慣量很小，可忽略。因此，折算到步進電機軸上的總的轉動慣量J=(Js+Jz2)+Jz1+J1=(11.475+6.39)+2.617+0.467=5.942kg.cm2=59.42N.cnf (3-31)表3-6滾珠絲杠的轉動慣量絲杠名義直徑/mm導程/mm1m長絲杠的轉動慣量kg.cm2絲杠名義直徑/mm導程/mm1m長絲杠的轉動慣量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)所需轉動力矩計算快速空載啟動時所需力矩M=Mamax+Mf+Mo最大切削負載時所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt快速進給時所需力矩M=Mf+Mo式中，Mamax---空載啟動時折算到電動機軸上的加速度力矩Ma--- 折算到電動機軸上的加速度力矩；Mf--- 折算到電動機軸上的摩擦力矩；Mo--- 由絲杠預緊所引起，折算到電動機軸上的附加摩擦力矩Mat—切削時折算到電動機軸上的加速力矩；Mt---折算到電動機軸上的切削負載力矩；Ma=(d/9.6T)-4X10N.m(3-32)式中,J--- 轉動慣量,kg.cmn--- 絲杠轉速,r/minT--- 時間常數(shù),s當n=nmax時 Ma=Mimaxnma=416.7r/minMam=2.49N.m當n=nt時,Ma=natnt=24.88r/min(3-33)IMt(3-33)式中f'---導軌上的摩擦系數(shù)nt--- 切削加工時的轉速，r/min;w--- 移動不見的重量，N;Lo--- 絲杠導程，cm;傳動比;傳動比;n---傳動效率。當n=0.8f'=0.16時,Mf=12.23N.cmM式中no---絲杠未預緊時的效率,取0.9F O---預加載荷,一般為最大軸向載荷的1/3,即FP/3則Mo=8.108N.cmMt=128N.cm所以,快速空載啟動所需力矩M=Mamax+Mf+Mo=103+12.23+8.108=123.338N.cm （3-34）切削時所需力矩M=Mat+Mf+Mo+Mt=6.16+12.23+8.108+128=151.42N.c （3-35）快速進給時所需力矩M=Mf+Mo=12.23+8.108=20.338N.cm (3-36)由以上分析計算可知：所需最大力矩 Mamax發(fā)生在快速啟動時Mmax=123.338N.cm3.2.4繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖在完成滾珠絲杠螺母副和步進電機的計算選型,完成齒輪傳動比計算后可以繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖。在繪制機械裝配圖時,應該從總體上考慮伺服進給機構與原機床的聯(lián)系和機床布局情況。(1)了解原機床的詳細結構,從有關資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結構尺寸。(2)根據(jù)載荷支承形式和特點來確定絲杠兩端支承軸承的型號、軸承的調(diào)節(jié)方式、軸承座的結構、軸承預緊、確定齒輪軸支承軸承的型號。(3)減速齒輪的參數(shù)和結構尺寸計算,確定齒輪側隙的調(diào)整方法,在滿足裝配工藝的前提下,合理設計齒輪箱結構(4)考慮各部位間的調(diào)整方法、聯(lián)接、定位。例如，保證絲杠與機床導軌平行，應保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的定位與聯(lián)接齒輪箱在安裝面上的定位，步進電機在齒輪箱上的定位與聯(lián)接等。(5)考慮密封、防護、安全、潤滑等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵、防鐵屑、軸承的密封和潤滑、齒輪的密封和潤滑、行程限位裝置等。(6)在進行各零件結構設計時，要特別注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。此外，注意繪制裝配圖時的要求。例如，制圖標準、主要的中心距、中心高、視圖位置的布置及圖形畫法要求、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標準、重要配合的標注、裝配技術要求、標題欄要求等。導軌滑動導軌導軌質(zhì)量對機床剛度，加工精度和使用壽命具有很大的影響，作為機床進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，不同類型的機床對導軌的要求不同，數(shù)控機床的導軌比普通機床的導軌要求要高。且希望其高速進給時不發(fā)生振動，低速進給時不出現(xiàn)爬行，靈敏度高。耐磨性好，可在重載下長期連續(xù)工作，精度保持性好等，這是機床制造廠設計機床和機床用戶選用機床時必須考慮的問題?；瑒訉к壴跈C床上應用的歷史最為久遠，至今在各類機床產(chǎn)品上廣為應用，尤其是普通機床，它往往采用鑄鐵件和鑲鋼導軌制成。為了提高導軌的耐磨壽命和精度，一般對導軌表面進行表面淬火及磨削加工，現(xiàn)代機床尤其是數(shù)控機床常用塑料滑動導軌。塑料導軌具有磨擦因數(shù)低，且動、靜磨擦因數(shù)差值小，減振性好，具有良好的阻尼性，耐磨性好，有自潤滑作用，塑料滑動導軌有鑄鐵表面淬火--塑料滑動導軌和鑲鋼--塑料導軌。塑料滑動導軌常用在導軌副的運動導軌上，與之相配的金屬導軌采用鑄鐵或鋼制材料。塑料導軌分為注塑導軌和貼塑導軌，導軌上的塑料常用環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導軌軟帶。注塑導軌。導軌注塑或抗磨涂料層的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成膏狀為一組，固化劑為另一組分的雙組分塑料。這種涂料附著力強，具有良好的可加工性，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工。也有良好的磨擦性和耐磨性，而且抗壓強度比聚四氟乙烯導軌軟帶要高，固化時體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是可在調(diào)整好固定導軌和