畢業(yè)論文-五軸聯(lián)動高速數(shù)控雕銑機的進給系統(tǒng)及床身的設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀------------------1</p><p>　　1.2 小組課題內(nèi)容簡介--------------------6</p><p>　　1.3 課

2、題內(nèi)容簡介------------------------11</p><p>　　第二章 具體設(shè)計方案</p><p>　　2.1 設(shè)計參數(shù)計算-----------------------13</p><p>　　2．1．1滾珠絲杠選擇--------------------13</p><p>　　2．1．2導軌的選擇-------

3、---------------16</p><p>　　2．1．3電機的選擇----------------------21</p><p>　　2．1．4聯(lián)軸器的選擇--------------------22</p><p>　　2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計---------------------------22</p><p>　　第三章 P

4、RO/ENGINEER簡介-------------------24</p><p>　　第四章 總結(jié)與致謝--------------------------27</p><p>　　參考文獻------------------------------------29</p><p><b>　　第一章 概述</b></p>

5、<p>　　1.1 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀：</p><p>　　為了適應(yīng)21世紀動態(tài)多變的全球化市場的激烈競爭，制造企業(yè)必須快速響應(yīng)市場的需求，具備質(zhì)量高，成本低，服務(wù)優(yōu)的環(huán)抱產(chǎn)品和交貨迅速的制造能力。這驅(qū)使制造加工技術(shù)朝著快速、低耗、優(yōu)質(zhì)和高精度的方向發(fā)展。在這一進程中，高速切削技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵的作用。</p><p>　　從20世紀60年代后，美國、德國、日本等發(fā)達國家相繼投

6、入了大量的人力、物力、財力、研究開發(fā)高速切削技術(shù)及相關(guān)技術(shù)。在1979年，美國國防高技術(shù)研究所總署規(guī)劃了超高速切削基礎(chǔ)技術(shù)的研究，研究切削速度超過塑性波的超高速切削，為快速切除金屬材料提供科學依據(jù)。近幾年成立的隸屬于美國國家科學研究委員會的“2010年及其以后國防制造工業(yè)委員會”，提出把生產(chǎn)加工工藝作為重大公關(guān)領(lǐng)域，將超高速切削列為與民用工業(yè)共用的先進制造基礎(chǔ)技術(shù)，日本尖端技術(shù)研究學會也把超高速切削列為五大現(xiàn)代加工技術(shù)之一。目前，德國、

7、日本、美國在超高速磨削的研究、開發(fā)和應(yīng)用方面做了大量工作，在實驗室已開發(fā)了500m/s的超高速砂輪，已超過音速。中國的東北大學也建造了200m/s的超高速磨削試驗臺，著手進行超高速磨削機理的研究。</p><p>　　高速切削機床是實現(xiàn)高速和超高速切削的必要條件之一，為了適應(yīng)粗精加工、輕重切削和快速移動，同時保證高精度（定位精度+/-0.005mm），它必須滿足高速加工對機床的要求：如高速主軸部件及其驅(qū)動系統(tǒng)，快

8、速反應(yīng)的數(shù)控伺服系統(tǒng)和進給部件，具有NURBS插補功能和預處理能力的控制系統(tǒng)，高壓大流量噴射冷卻系統(tǒng)，靜剛度、動剛度、熱剛度特性都很好的機床支承件等。目前適用于進行高速切削的加工中心和數(shù)控機床，其主軸轉(zhuǎn)速一般都在1000r/min以上，有的高達60000---100000r/min，主電機功率達到15——80KW。滾珠絲杠的快速進給速度可達40—60m/min,直線電機的快速進給速度高達90—120m/min。此外，高速機床的主軸和工作

9、臺還要具有良好的加速度性能，主軸從啟動到最高轉(zhuǎn)速的時間只用1—2s,工作臺的加速度達到1—10g。</p><p>　　近年來，高速切削技術(shù)以其高效率、高質(zhì)量、的優(yōu)異性能而廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、模具和機床等行業(yè)中，各種切削方式、各種材料幾乎無所不能，尤其是高速銑削和高速車削發(fā)展神速。目前，工業(yè)發(fā)達國家的航空、汽車、動力裝置、模具、軸承、機床等行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，成本大幅度降低，市場競爭優(yōu)勢明顯，都受惠于

10、高速切削加工技術(shù)。近年來，航空航天、汽車工業(yè)、模具加工等對高速數(shù)控機床的需求量與日俱增，工業(yè)發(fā)達國家已生產(chǎn)多種商品化高速機床。近年來國際上高速機床的主要產(chǎn)品有德國EX-CELL-O的XHC241臥式加工中心、MIKROMAT的8VHSC立式數(shù)控銑床、GUHRING的FD612高速平面磨床，美國的INGERSOLL的HVM800臥式加工中心、BRIDGEPORT的VMC1500龍門型立式加工中心、CINCINNATI MILACRON的H

11、YPERMATH臥式加工中心，日本的MAZAK的FF-510臥式加工中心、新瀉鐵工所的VZ40加工中心，法國的FOREST-LINE的MINUMAC-TH8五坐標龍門高速銑床。</p><p>　　五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心是功能強，結(jié)構(gòu)復雜，技術(shù)含量高的機床，它廣泛應(yīng)用于航天、航海、汽車等領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)中有非常重要的應(yīng)用價值。</p><p>　　在五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的開發(fā)過程中，自動萬能

12、銑頭是關(guān)鍵技術(shù)，目前國內(nèi)只有很少數(shù)幾個廠家正在開發(fā)和生產(chǎn)自動萬能銑頭，主要還處于搜集技術(shù)資料和研究階段。而國外一些發(fā)達國家中，自動萬能銑頭已經(jīng)普遍應(yīng)用于立式和龍門式數(shù)控銑床以及數(shù)控加工中心。使銑床達到五軸聯(lián)動，實現(xiàn)四面體和五面體加工，可以大大提高銑床的自動化水平和工藝范圍以及工作效率。研究開發(fā)五軸加工中心要求具有較高的性能技術(shù)指標，不僅要具有多坐標復雜曲面的加工功能，而且還要滿足高速度、高剛度和高精度的要求。而發(fā)達國家在進出口技術(shù)含量高

13、的五軸聯(lián)動加工中心方面，對我國進行限制，因此，五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的研究開發(fā)是一個難度比較大的項目。</p><p>　　為了跟蹤國外的技術(shù)發(fā)展，北京機床研究所，在立式加工中心和臥式加工中心的基礎(chǔ)上，加上有10多個工件位置的自動交換工作臺（APC）。組成了柔性制造單元JCS-FMC-1、2。北京機床研究所還建立了一條以五臺國產(chǎn)數(shù)控機床組成的、以直流伺服電機的軸類、法蘭盤類、刷架體類等12種零件為加工對象的FMS。

14、1985年以后，我國的數(shù)控機床，在引進、消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了大量的開發(fā)工作。到1989年底，我國數(shù)控機床的可控品種已超過300種，其中數(shù)控車床占40%，加工中心占27%，其他的品種為重型機床，鏜銑床，電加工機床，磨床，齒輪加工機床及拉床等。</p><p>　　一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)，如五軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，分辨率為0.02微米的高精度車床用數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字仿型的數(shù)控系統(tǒng)，為柔性制造單元配套的數(shù)控系統(tǒng)，也陸續(xù)

15、開發(fā)了出來，并制造出了樣機。經(jīng)過30年的努力，我過數(shù)控機床的生產(chǎn)已經(jīng)初步建立了以中、低檔數(shù)控機床為主的產(chǎn)業(yè)體系，為90年代向高檔數(shù)控機床逐步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　在我國現(xiàn)在比較先進的相關(guān)機床主要有：</p><p>　　沈陽機床集團的HS-60臥式加工中心。主軸最高轉(zhuǎn)速達18 0O0r／min，快移速度高達60m／min，加速度達1g。</p><p&g

16、t;　　北京機床研究所的KT1300VB型立式加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速達12000r／min,換刀時間為1.5s，快移速度為40m／min。</p><p>　　北京機電研究院的VMC750 II/VMC1000 II立式加工中心。它具有以下特點： </p><p>　　1） 先進的設(shè)計，用CAD/CAM系統(tǒng)完成最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 </p><p>　　2） 高剛性結(jié)構(gòu)

17、，基礎(chǔ)大件為鑄件，主要零部件經(jīng)有限元分析，確保高剛性。 </p><p>　　3）主軸軸承采用進口的油氣潤滑裝置進行油氣潤滑。 </p><p>　　4）采用凸輪機械手換刀，換刀時間僅2s。 </p><p>　　5） 刀庫容量24把。 </p><p>　　6） 采用A2100或FANUC數(shù)控系統(tǒng)，也可按用戶需求選裝。 </p>

18、<p>　　北京機電研究院的VMC750F/VMC750F II五軸聯(lián)動立式加工中心。它具有以下特點： </p><p>　　1）這種五軸聯(lián)動立式加工中心是在立式加工中心上配置可傾回轉(zhuǎn)工作臺，可對各種空間立體型面進行五軸聯(lián)動加工，特別適用于加工葉輪類零件，用于機械制造、航空航天、汽車、摩托車、模具等高技術(shù)行業(yè)。 </p><p>　　2） 加工范圍大，工件安裝空間可達

19、6;420xØ370x300。轉(zhuǎn)臺臺面在傾斜軸下40mm，工件安裝偏離擺動中心距離小，加工誤差小，加工時Y軸附加行程減小。 </p><p>　　3）具有10個通道，50個伺服軸，8軸聯(lián)動。</p><p>　　此外，北京第一機床,桂林機床廠、北京第三機床廠等的數(shù)控高速銑床，主軸轉(zhuǎn)速均達10 000r／min以上。常州機床總廠的五軸聯(lián)動的數(shù)控龍門式加工中心采用電主軸最高轉(zhuǎn)速10O

20、00r／min，功率18kW／15k。漢江機床廠和華中數(shù)控公司的5軸聯(lián)動的臥式加工中心。北京機床研究所的世界先進水平的高精度高速數(shù)控車削中心，主軸回轉(zhuǎn)精度小于0.2μm，主軸最高轉(zhuǎn)速8 0O0r／min。</p><p>　　1.2 課題研究內(nèi)容：</p><p>　　本次設(shè)計的主要任務(wù)是五軸數(shù)控高速雕銑機的進給系t統(tǒng)及床身設(shè)計。  該機床 用于高速加工復雜模具的型腔或

21、凸模，采用直徑為8～10mm的雙刃圓鼻刀（允許線速度380米/min）用于粗加工，用6～8mm的雙刃球刀精加工。在2003年的北京機床展覽會上，四開公司展出的5060小型高速雕銑機床（見圖1——1），在現(xiàn)場高速加工一個小型手機的模具，該零件有許多按鍵及屏幕的凹的型腔，是一個復雜多曲面的典型零件，模具的材料為T10工具鋼，刀具為德國瓦爾特公司的帶涂層的R3雙刃球頭刀，刀具線速度200米/min，主軸轉(zhuǎn)速1.1～2.0萬轉(zhuǎn)/min，刀具吃刀

22、深度0.5mm～0.8mm,進給速度5米/min，刀具間隔量粗加工0.5～5mm；精加工0.1～0.2mm，加工時間共1小時12分鐘。 浙江黃巖地區(qū)、江蘇江陰地區(qū)的用戶將該機器用于精密復雜的中小型模具（如各種汽車燈具的小曲面）的高速精加工；福建晉江、浙江瑞安地區(qū)的用戶大多將該機器用于高速加工鞋模。本小組此次畢業(yè)設(shè)計課題為五軸數(shù)控高速雕銑機，即在傳統(tǒng)的三軸雕銑機的基礎(chǔ)上另外增加兩軸，即主軸銑頭的擺動和轉(zhuǎn)動，這樣可以更精確方便的加工各種復雜

23、曲面，另外的結(jié)構(gòu)大</p><p><b>　　圖1——1</b></p><p>　　同樣適應(yīng)今后機床的發(fā)展趨勢，其高速體現(xiàn)在主軸的轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)速可達1000——20000r/min，因此，主軸采用了現(xiàn)在世界上最普遍采用的電主軸。電主軸是高速加工機床最理想的選擇，也是當今世界上一個熱門的數(shù)控機床功能部件。電主軸的驅(qū)動方式是電機對主軸直接驅(qū)動，省去了傳統(tǒng)的皮帶、齒輪、聯(lián)

24、軸器等一切中間傳動環(huán)節(jié)，代之以無級寬調(diào)速交流變頻電機來實現(xiàn)數(shù)控機床主軸的變速（見圖1—2），它實現(xiàn)了機床主軸的零傳動，可以使交流主軸電機在較大的范圍內(nèi)保持恒功率，在低速下具有較大的扭矩，還可以得到高的角加（減）速度值，進而實現(xiàn)瞬時升降速，</p><p><b>　　圖1—2 </b></p><p>　　指定位置快速準停及C軸插補功能等對機床主軸的要求，國外近幾年生

25、產(chǎn)的高速數(shù)控機床中，幾乎無一例外的采用這種電機與主軸合二為一的電主軸結(jié)構(gòu)。工業(yè)發(fā)達國家生產(chǎn)的高速加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速普遍達20000~100000rpm，主電機功率一般為12KW~45KW，電主軸已經(jīng)處于商品化、專業(yè)化、系列化生產(chǎn)階段。一些著名的軸承廠如瑞典的SKF公司，德國的FAG公司和日本的NSK公司都有系列電主軸單元作為商品出售。</p><p>　　圖1—3表示臥式加工中心的五軸加工，A軸和B軸為回轉(zhuǎn)工

26、作臺，回轉(zhuǎn)工作臺置于B的上面。因此五軸指的是X、Y、Z、A和B。A、B軸實現(xiàn)被加工零件的回轉(zhuǎn)運動，X、Y、Z實現(xiàn)刀具的直線運動。在這種情況下，刀具中心線與X、Y軸的坐標關(guān)系并不改變A、B軸的位置關(guān)系，這樣便大大簡化了五軸加工軟</p><p><b>　　圖1—3</b></p><p>　　件中刀具的補償功能，在本例中，采用復合轉(zhuǎn)臺作為A、B軸的方法，也可以應(yīng)用到立

27、式加工中心中。</p><p><b>　　圖1—4</b></p><p>　　圖1—4表示加工中心主軸軸線處于臥式或立式的傾斜狀態(tài)，A軸設(shè)定為主軸的傾斜，B軸為被加工零件的回轉(zhuǎn)運動，請注意：Z軸垂直于X、Y坐標，但由于A軸原來是回轉(zhuǎn)運動，這樣就改變了刀具中心線與X、Y軸的位置關(guān)系，無論在什么時間，一旦刀具偏離水平或垂直位置，沿著刀具中心線的任何運動，不再由Z軸的運

28、動來產(chǎn)生，而必須由控制Y、Z軸的運動來產(chǎn)生。</p><p>　　1.3 課題內(nèi)容簡介：</p><p>　　我所做的課題為上述的“五軸聯(lián)動高速數(shù)控雕銑機”的進給系統(tǒng)及床身的設(shè)計。根據(jù)以上對“五軸聯(lián)動高速數(shù)控雕銑機”的了解，決定將A、B軸的運動放在主軸頭部，進給系統(tǒng)只完成X、Y、Z三個軸方向的運動。因此運動方式可以完全仿照四開公司生產(chǎn)的5060小型數(shù)控高速雕銑機。即將雕銑機整體結(jié)構(gòu)做成龍門

29、架形式，由主軸箱完成X，Z方向的進給運動，由工作臺完成Y方向的進給運動，由此，三個軸向的直線進給運動全部完成。</p><p>　　設(shè)計（論文）的數(shù)據(jù)及來源：</p><p><b>　　基本數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　工作臺面積（寬×長） 570×400mm</p><p&

30、gt;　　行程（X/Y/Z） 500*500*230mm</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速 1000-20000 r/min</p><p>　　主軸功率 2.0kw</p><p>　　最大可夾持刀具刀具直徑 Ø1

31、0㎜</p><p>　　飼服驅(qū)動 進口數(shù)字式交流伺服750w*3</p><p>　　數(shù)控機床的進給系統(tǒng)是用伺服電機（直流或交流）驅(qū)動，通過滾珠絲杠帶動進給系統(tǒng)元件完成X，Y，Z軸方向的進給運動。由于采用了寬調(diào)速伺服電機及伺服系統(tǒng)，因此進給的范圍很大?？焖僖苿雍瓦M給傳動均經(jīng)同一傳動路線。一般快速移動速度可達10~15min。數(shù)控高速雕銑機所用的

32、伺服電機除有較寬的調(diào)速范圍并能無級調(diào)速外，還能實現(xiàn)準確的定位。</p><p>　　進給系統(tǒng)的傳動要求準確，無間隙。因此，伺服電機與絲杠的連接，絲杠與螺母的配合及支撐絲杠兩端的軸承都要消除間隙。如果經(jīng)調(diào)整后，仍有間隙存在，可通過數(shù)控系統(tǒng)進行間隙補償，但補償?shù)拈g隙量最好成績不超過0.05mm。這主要是考慮傳動間隙太大對加工精度有影響。特別是在鏡象加工（對稱切削）方式下切削圓弧和錐面時，傳動間隙對精度要求較大。除上述

33、要求外，進給系統(tǒng)的傳動還應(yīng)靈敏和有較高的傳動效率。</p><p><b>　　圖1—5</b></p><p>　　中小型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠副傳動（見圖1—5）。伺服電機與滾珠絲杠的傳動連接方式有兩種：</p><p>　　1 滾珠絲杠與伺服電機軸端用錐環(huán)連接，當旋緊聯(lián)結(jié)套的壓緊螺栓時，錐環(huán)（由內(nèi)環(huán)和外環(huán)組成）因其錐面受擠壓而

34、內(nèi)向，外徑向膨脹，消除配合間隙，并產(chǎn)生接觸壓力以傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，傳動無間隙，但脈沖編碼器需裝于伺服電機內(nèi)電機本身要與絲杠同軸安裝，從機床整體布局看，電機往往向外延伸過長，影響外觀。</p><p>　　2 滾珠絲杠通過同步齒形帶與伺服電機聯(lián)結(jié)，為消除同步齒形帶傳動對精度的影響，將脈沖標碼器安裝在滾珠絲杠端部。以便直接對滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進行檢測，這種結(jié)構(gòu)允許伺服電機的軸端朝外安裝，因而可以可避

35、免電機外伸，加大機床的高度民主和長度尺寸，或影響機床的外形美觀。</p><p>　　鑒于以上性能要求，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，本機床屬于中小型金屬切削機床，載荷不是很大，但屬于較精密的切削機床。進給系統(tǒng)決定采用交流伺服電機帶高精密滾珠絲杠副驅(qū)動負載，中間由彈性聯(lián)軸器聯(lián)接，并且主要由直線滾動導軌來承受載荷。</p><p>　　第二章 具體設(shè)計方案</p><p>　　設(shè)計

36、（論文）的數(shù)據(jù)及來源：</p><p><b>　　基本數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　工作臺面積（寬×長） 570×400mm</p><p>　　行程（X/Y/Z） 500*500*230mm</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速

37、 1000-20000 r/min</p><p>　　主軸功率 2.0kw</p><p>　　最大可夾持刀具刀具直徑 Ø10㎜</p><p>　　飼服驅(qū)動 進口數(shù)字式交流伺服750w*3</p>&

38、lt;p>　　定位精度 0.01mm/300mm</p><p>　　重復定位精度 0.005mm</p><p>　　機床重量 1500kg</p><p>　　工作臺載重 120kg</p

39、><p><b>　　設(shè)計參數(shù)計算</b></p><p><b>　　X方向：</b></p><p><b>　　滾珠絲杠的選擇</b></p><p>　　螺桿和旋合螺母的螺紋滾道間置有滾動體，當螺母或螺桿轉(zhuǎn)動時，滾動體在螺紋滾道內(nèi)滾動，使螺桿和螺母做相對運動時成為滾動摩擦，

40、提高了傳動效率和傳動精度。</p><p>　　多數(shù)滾動螺旋的螺母或螺桿上有滾動體的螺旋通道，與螺紋滾道形成螺紋回路，使?jié)L動體在螺紋滾道內(nèi)循環(huán)。（見圖2—1）</p><p><b>　　圖2—1</b></p><p>　　1）滾珠絲杠型號的選擇</p><p>　　因為雕銑機屬于中小型機床，進給速度6M，最大移動速度

41、8M/S，因此選用螺紋滾道法向截面的形狀為雙圓弧，滾珠循環(huán)</p><p><b>　　圖2—2 </b></p><p>　　方式為外循環(huán)插管式，預緊方式為單螺母變位式。其結(jié)構(gòu)形狀見圖2-2</p><p><b>　　滾珠絲杠的型號為：</b></p><p>　　CBT3205-2-P3<

42、;/p><p>　　2）計算滾珠絲杠副的主要參數(shù)</p><p>　　因為機床較為平穩(wěn)，載荷性質(zhì)為中等載荷下，選取平穩(wěn)或輕度沖擊，選取載荷系數(shù)f=1.2 安全系數(shù)=2.0</p><p><b>　　計算當量轉(zhuǎn)速n</b></p><p><b>　　n=nt/t</b><

43、;/p><p>　　式中i=1,2,3,…………..n,如轉(zhuǎn)速在n和n之間變化，則</p><p><b>　　n=(n+n)/2</b></p><p><b>　　計算當量載荷F</b></p><p>　　F=(Fnt/nt)</p><p>　　式中i=1,2,………..

44、n,如載荷在F和F間周期變化，則</p><p>　　F=(2F+F)/3</p><p><b>　　初步確定絲杠導程P</b></p><p><b>　　PV/n</b></p><p>　　計算絲杠預期工作轉(zhuǎn)數(shù)</p><p><b>　　L=60nL<

45、;/b></p><p>　　計算絲杠所需的額定載荷，</p><p><b>　　C’=fF </b></p><p>　　選擇滾珠絲杠為：CBT3205-5</p><p>　　滾珠絲杠為由北京機床研究所生產(chǎn)的JCS系列。</p><p>　　3）滾珠絲杠副的絲杠軸端形式及尺寸</

46、p><p>　　JB/T3162.4—93對滾珠絲杠副的絲杠軸端形式及尺寸做了規(guī)定,公稱直徑16~63MM的滾珠絲杠固定式軸端形式見圖2-3</p><p><b>　　圖2—3</b></p><p>　　公稱直徑d=32 d=20</p><p>　　螺紋M: M20

47、 </p><p>　　d=16 L=72</p><p>　　L=26 L=139</p><p><b>　　鍵槽</b></p><p>　　寬度b=5 公差N9

48、 </p><p>　　深度t=3.0 </p><p>　　長度l=32 公差 H14</p><p>　　Y方向的滾珠絲杠選擇與X軸同，同選為CBT3205-5。</p><p>　　直線滾動導軌副的選擇</p>

49、;<p>　　直線滾動導軌副（見圖2—4）是由一根長導軌軸和滑塊構(gòu)成，滑塊數(shù)根據(jù)需要而定?；瑝K體內(nèi)有四組滾珠：1與2，3與4，5與6，7與8各為一組。其中負載珠為2、3、6、7，回珠為1、4、5、8。隨著滑塊或?qū)к壿S的移動，滾珠就周而復始的地進行滾動運動。滾珠承受栽荷的方式，就與角接觸球軸承相類似。一個滑塊就像是4個直線運動的角接觸球軸承?；瑝K的兩端裝有防塵密封墊，導軌軸的安裝形式可以水平也可以豎直或傾斜，可以兩根或多根導

50、軌軸平行安裝，也可以把兩根或多根短導軌軸接長成為長導軌軸，以適應(yīng)各種行程和用途的需要。</p><p><b>　　圖2—4</b></p><p>　　直線滾動導軌的選用計算</p><p><b>　　Y方向</b></p><p><b>　　額定壽命計算</b><

51、/p><p>　　直線滾動導軌額定壽命的計算和滾動軸承基本相同</p><p>　　L（ffff/f/p）K</p><p>　　式中 L--------------額定壽命(KM)</p><p>　　C------------額定動載荷（KN）</p><p>　　P--------------當量動載荷（KN）

52、</p><p><b>　　P=F</b></p><p>　　F----------受力最大的滑塊所受的載荷（KN）</p><p>　　Z---------------導軌上滑塊數(shù)</p><p>　　---------------指數(shù)，滾動體為滾珠，=3</p><p>　　K------

53、---------額定壽命單位，滾動體為滾珠，K=50KM</p><p>　　f---------------硬度系數(shù)</p><p>　　f=[滾道實際硬度（HRC）/58]</p><p>　　由于產(chǎn)品技術(shù)要求有規(guī)定，滾道硬度不得低于58HRC，故通?？扇?</p><p><b>　　溫度系數(shù)f=1</b><

54、;/p><p>　　接觸系數(shù)f=0.81</p><p><b>　　精度系數(shù)f=1</b></p><p>　　載荷系數(shù)f=0.81</p><p><b>　　2)壽命時間的計算</b></p><p>　　當行程長度一定,以小時為單位的額定壽命為</p>&l

55、t;p>　　L=L1000/2LN608.3L/lN</p><p>　　L=1000L/2LaN</p><p>　　式中 L-----------------------壽命時間</p><p>　　L ---------------------- 額定壽命</p><p>　　L----------------------行程

56、長度</p><p>　　N----------------------每分鐘往復次數(shù)</p><p>　　2）直線運動滾動導軌上負荷的計算</p><p>　　Y方向：F=F=F=F=1/4（G+F）</p><p>　　導軌為水平安裝，臥式導軌，滑塊移動，工作臺質(zhì)量均勻分布，重心在中間，G為重量。外力F的作用點和工作臺重心重合，勻速運動或

57、靜止，F(xiàn)=F=F=F=F （見圖2-5）</p><p><b>　　圖2—5</b></p><p>　　水平安裝，臥式導軌，滑塊移動，承受慣性力，配置滾珠絲杠副、油缸或其它驅(qū)動器驅(qū)動。</p><p><b>　　F=F+F</b></p><p>　　摩擦阻力受結(jié)構(gòu)形式、潤滑劑的粘度、載荷

58、和運動速度的影響而略有變化，預緊后，摩擦力增大，摩擦力F按下式計算</p><p><b>　　F=F+f</b></p><p>　　滾動摩擦系數(shù)=0.005 </p><p><b>　　法向載荷F</b></p><p>　　密封件阻力f , 每個滑塊f=5N

59、 f</p><p>　　直線滾動導軌副的特點是：</p><p>　　1）承載能力大，剛度高。不循環(huán)滾珠導軌為平面與滾珠的點接觸，承載能力和剛度都不高。在直線滾動導軌副中，滾珠與圓弧溝槽相接觸，因而許用載荷和剛度與點接觸相比有較大幅度的提高。</p><p>　　2）采用直線滾動導軌副可簡化設(shè)計、制造和裝配工作。導軌副的安裝基面精度和質(zhì)量要求不

60、高，只要求精銑或精刨。</p><p>　　選擇為GGB---A型直線滾動導軌副。</p><p>　　根據(jù)行程要求，Y方向為500MM，因此導軌的長度要長于行程，導軌長度既為兩導軌塊間長度加上行程距離，此外還應(yīng)加上一定的間隙，因此在以上基礎(chǔ)上還應(yīng)增加十幾毫米。選取Y方向最大長度為1500MM的直線滾動導軌，選取長度為1000MM。</p><p>　　直線滾動導軌

61、的安裝方式很多，適用于各種受力情況，見圖2-6。</p><p><b>　　圖2—6</b></p><p>　　圖中箭頭表示能承受的力（或力矩）的方向，粗線表示能承受的力（或力矩）較大。常用的幾種導軌和滑塊的壓緊方式見圖</p><p>　　其中A使用于受沖擊和振動較大的導軌，它的壓板可采用若干塊窄型的或用單塊寬型的，裝配是應(yīng)根據(jù)需要磨板底

62、面A或B，以達到壓緊的目的。圖B用螺釘壓緊導軌，適用于沖擊和振動不大的場合，圖C為斜楔壓緊方式，調(diào)整方便，壓緊力大，不易松動，可靠性較好，但結(jié)構(gòu)較復雜。從可靠性方面考慮，導軌安裝方式采用圖A所示方式。</p><p>　　導軌的防護裝置（見圖2-7），有可靠防護裝置的導軌，比外露的導軌的磨損量可減少60%左右。常用的防護裝置有：</p><p>　　1）刮板式 圖A是金屬刮板，刮板由

63、黃銅或彈簧鋼制造，，寬度、形狀與導軌相同。刮板1固定在動導規(guī)上，靠刮板彈性壓在支承導軌面上。耐熱性好，但只能排除大的硬顆粒。</p><p><b>　　圖2—7</b></p><p>　　圖B是毛氈加壓蓋結(jié)構(gòu)，毛氈2可除去細小的塵屑并有良好的吸油能力。干凈的毛氈吸油率可達毛氈體積的80%，其含油量足夠不常移動的導軌使用。但是容易堵塞，需要經(jīng)常清洗，耐熱性能較差。&

64、lt;/p><p>　　圖C是金屬刮板4和毛氈3的組合結(jié)構(gòu)。耐熱性好，防護能力強并有良好的潤滑性，結(jié)構(gòu)稍復雜，但應(yīng)用仍廣泛。</p><p><b>　　伸縮式</b></p><p>　　有軟式皮腔式和疊層式（見圖2—8）。這類結(jié)構(gòu)都能把導軌完全封閉起來，防護可靠，在滾動導軌和滑動導軌中都能使用。軟式皮腔式防護裝置，一般用帆布、皮革或人造革制成，

65、結(jié)構(gòu)簡單，速度可達60M/S，缺點是不耐熱。多用于精密機床，如導軌磨床等。不適用于車床等有熱切屑的機床。疊層式的蓋板由鋼板制成，耐熱性好，強度高度，剛性好，壽命長，多用于大型精密機床和龍門銑床。</p><p>　　綜上所述，決定采用疊層式防護裝置。</p><p>　　X、Z方向?qū)к壴O(shè)計選擇與Y類同，同樣選擇GGB---AA型四方等載型直線滾動導軌，最大長度為1500MM，X方向選取長度

66、為820MM，Z方向選取長度為520MM。安裝方式與Y方向?qū)к壪嗤琗、Z方向防護裝置采用軟式皮腔式防護裝置。 </p><p><b>　　圖2—8</b></p><p><b>　　電機的選擇</b></p><p>　　選擇AC伺服驅(qū)動系列，電機選擇SGMAH08A型，電壓為200V級，額定功率為750W，額定轉(zhuǎn)

67、矩為2.39N,</p><p>　　瞬間最大轉(zhuǎn)矩為7.16N, 額定轉(zhuǎn)速3000rpm,最高轉(zhuǎn)速 </p><p>　　,轉(zhuǎn)子慣量J為0.672kgm,允許負載慣量電機慣量20倍以下，額定功率響應(yīng)率84.8KW/S,適用編碼器標準增量式（13bir:2048P/R相當）,工作時間連接，耐熱等級B,環(huán)境濕度0~40,環(huán)境濕度20~80%,振動等級V15,保護方式為全封閉自冷IP55,抗振性

68、能為振動加速度49M/S,安裝方式為法蘭安裝。伺服電機規(guī)格為SGMAH-01AAA4S。</p><p><b>　　聯(lián)軸器選擇</b></p><p>　　非金屬彈性元件具有彈性模量變化范圍大，容易得到不同的剛度，可用疏化方法使橡膠與金屬表面牢固的粘結(jié)，能用小型，形狀簡單的彈性元件構(gòu)成彈性撓性聯(lián)軸器；還具有內(nèi)摩擦大，質(zhì)量輕，單位體積儲存的變形能大，阻尼性能好，無機械

69、摩擦與滑動，不需要潤滑等優(yōu)點。</p><p>　　彈性套柱銷聯(lián)軸器，是利用一端套有橡膠套的柱銷，裝在兩半聯(lián)軸器凸緣孔中，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接。該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡單，制造容易，不用潤滑，不需要與金屬硫化粘結(jié)，更換彈性套方便，不用移動半聯(lián)軸器，具有一定補償兩軸線相對偏移和減振緩沖性能。由于彈性套的厚度薄，體積小，彈性變形量有限，適用于安裝底座剛性好，對中精度較高，沖擊載荷不大，對減振要求不高的中小軸系傳動。根據(jù)雕

70、銑機工作條件及滾珠絲杠的公稱直徑，決定選用TL3型彈性套柱銷聯(lián)軸器。</p><p><b>　　2．2結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　三個軸向的進給均采用伺服電機加滾珠絲杠的傳動方式，機床整體結(jié)構(gòu)決定做為龍門架形式，因為這樣一來載荷較輕，也較緊湊。</p><p>　　X方向的進給系統(tǒng)元件置在橫梁中，這樣主軸箱可在橫梁上沿X方向移動，完

71、成X方向的進給；Y方向的進給系統(tǒng)元件連接在工作臺上，這樣由工作臺沿Y方向移動，完成Y方向的進給；Z方向的進給元件分開放置，滾珠絲杠的螺母連接在橫粱上，直線滾動導軌的滑塊也同樣安裝在橫粱上，滾珠絲杠和導軌安裝在主軸箱上，這樣主軸箱可以通過絲杠螺母與滾珠絲杠間、導軌滑塊與導軌間的相對運動來在橫梁上下移動，完成Z軸的進給運動。</p><p>　　機架床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)進給系統(tǒng)元件的結(jié)構(gòu)位置來設(shè)計，并且可仿照四開公司的

72、5060小型數(shù)控高速雕銑機。見圖2—9</p><p><b>　　圖2—9</b></p><p>　　第三章 PRO/ENGINEER簡介</p><p>　　本次三維造型設(shè)計用的軟件主要是Pro/Engineer2000i。前面的第二章已經(jīng)對此軟件的特點及功能進行了詳細的介紹，在此也就不在贅述。主要對造型的過程以及應(yīng)注意的問題給予較為詳細

73、的介紹。</p><p>　　在使用Pro/Engineer2000i進行三維造型設(shè)計時，它的設(shè)計思想與制造一個零件的思路是一致的，即基本截形，基本的三維實體模型，在基本實體上加上附加特征（孔倒角螺紋退刀槽等），然后將一個個零件裝配起來，并生成工程圖。這一過程很符合實際思路和實際工作情況，從而是我們的設(shè)計過程變的相當清晰。圖3-1是一個設(shè)計思路的示意圖： </p><p

74、>　　基本截形 生成基本特征 生成附加特征</p><p><b>　?。▓D3-1）</b></p><p>　　一、三維造型的具體步驟：</p><p><b>　　基準的建立 </b></p><p>　　不管是一個機器還是一個零件，它們都是由若干個表面組

75、成的，這些表面之間都有相對的位置要求，比如面與面之間的尺寸、平行、或垂直的關(guān)系等，這些要求必須用零件上的點、線、面作為依據(jù)。因此，所謂的基準是指確定點、線、面所依據(jù)的點、線、面。在Pro/Engineer系統(tǒng)中，我們要設(shè)計出尺寸位置都符合設(shè)計要求的模型，也必須在操作過程中依據(jù)一定的點、線、面，這些點、線、面就是我們在Pro/Engineer系統(tǒng)中的基準。在建模的過程中，基準的建立是必要的也是必須的。我們要想快速、準確地繪制出圖形，在制圖

76、的過程中總是不斷地作輔助線、點，總是在依據(jù)已存在的點和線來確定其他的點和線。所以說基準的使用是不可或缺的，是必須的?？梢哉f，基準的正確合理的建立是快速準確建模的關(guān)鍵。</p><p>　　在Pro/Engineer系統(tǒng)中，基準大致可分為以下五類：基準面(Datum Place)；基準曲線(Datum Curves)；基準點(Datum point)；基準軸(Datum Axis)；坐標系統(tǒng)(Coordinate

77、System)。</p><p><b>　　草圖的繪制 </b></p><p>　　任何一個三維模型都是由二維剖面按一定方式如延伸(Extrude)、旋轉(zhuǎn)(Revolve)、掃描(Sweep)、混成(Blend)等生成的。在 PRO/E中，二維剖面的繪制是個基礎(chǔ)模塊(Sketch),特征的繪制、工程的建立、二維裝配圖的建立以及需要進行平面草圖繪制的地方，都回用Sk

78、etch模塊。</p><p>　　進行草圖模式有兩種方法，一種是在PRO/E環(huán)境中，用文件菜單命令或工具欄的新建文件，選擇Sketch模塊，輸入文件名，進入PRO/E的Sketch模塊。另外一種是在繪制三維特征時選定繪圖平面及視角平面后，系統(tǒng)直接進入草圖模式，用戶進行二維截面圖形繪制。</p><p>　　二維截面圖形的一般繪制步驟如下：草繪；修改尺寸；修改限制條件；重新生成；完成。由于

79、二維截面圖形具有參數(shù)化特性，在剛開始進行草繪時不需要將各圖元畫的很準確，利用智能意向管理器所得到的尺寸及限制條件，修改尺寸及限制條件，完成幾何二維圖形的參數(shù)化定義，從而將草圖變?yōu)闇蚀_的截面圖形。使用智能意向管理器繪圖時，PRO/E系統(tǒng)會自動做些假設(shè)來猜測設(shè)計者的繪圖意向。</p><p><b>　　3．實體零件建模</b></p><p>　　在草圖繪制即基本截形完

80、成后，就要進一步實現(xiàn)三維實體模型。這樣的模型直觀，立體感強，并可以在任何角度進行觀察。另外，系統(tǒng)還能容易計算出實體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等，使設(shè)計者很容易、很清楚地知道零件的特性。</p><p>　　任何的一個三維立體模型都是由一個個特征組合而成。特征又可分為基礎(chǔ)特征，附加特征及特征操作。基礎(chǔ)特征的生成包括在基本截形的基礎(chǔ)上產(chǎn)生擠塑、薄體、旋轉(zhuǎn)、掃描、混成等特征。</p><p&

81、gt;　　基礎(chǔ)特征生成之后，所生成的只是一些很簡單的模型，而在我們的生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中所見到的實體模型的外形大多都是很復雜的，比如一個零件上很多形狀，大小各異的孔，孔是盲孔還是通孔，是直孔還是階梯孔，又比如有很多凸臺，形狀更是千奇百怪。我們把這些特征稱作附加特征的。在PRO/E系統(tǒng)中，在基礎(chǔ)特征的基礎(chǔ)上通過增材或減材的過程來建立它的附加特征，從而形成我們所要的實體。主要的附加特征的命令有切除特征、圓孔特征、倒角特征、圓角特征、抽殼特征

82、、加強筋特征和紐拉特征等。</p><p>　　此外，在PRO/E系統(tǒng)中還提供了特征操作，主要有特征的陣列、復制、修改、隱藏和恢復，這些大大提高了建模的速度和效率。</p><p>　　第四章 總結(jié)與致謝</p><p>　　在設(shè)計的過程中，自己也收益匪淺。從楊慶東老師最初布置任務(wù)開始，我們便開始了對課題相關(guān)的技術(shù)及材料的調(diào)研工作，在此基礎(chǔ)上，進行了虛擬建模等工作

83、。其中的收獲可以說難以用簡短的話語完全表達出來，總結(jié)起來主要有以下幾點：</p><p>　　一、鞏固并擴大本專業(yè)的基礎(chǔ)知識，提高了綜合運用知識的能力。在設(shè)計過程中，再次對以前所學知識及其外延進行了融會和貫通，提高了綜合運用知識的能力。</p><p>　　二、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的實際情況，將收集到的資料進行分析研究，聯(lián)系實際生產(chǎn)，結(jié)合所學知識綜合運用在一起，提高了理論聯(lián)系實際的能力。</

84、p><p>　　三、培養(yǎng)了自己的創(chuàng)造性思維能力，從最初的感性認識到最后的設(shè)計成型，也是一步步的增強認識、加深理解，再用于設(shè)計當中，同時，加進自己的大膽合理的想法，使設(shè)計更趨于合理化。這一過程對創(chuàng)造性思維的提高十分的明顯。</p><p>　　四、通過畢業(yè)設(shè)計，提高了自學能力。本次設(shè)計主要使用AUTOCAD設(shè)計結(jié)構(gòu)，Pro/Engineer工程軟件進行三維造型，通過幾周的學習、熟悉，已經(jīng)基本掌握

85、了三維實體造型及裝配的各種方法。可以這完全是一個自學的過程，大大地提高了我的自學能力。</p><p>　　五、鍛煉了獨立性。由于本次設(shè)計每個同學的題目都不同，工作內(nèi)容與方案要由自己根據(jù)對設(shè)計任務(wù)書的研究與總體進度來確定，這就避免了相互抄襲的現(xiàn)象，而鍛煉了獨立思考、獨立工作的能力。</p><p>　　六、提高了團隊意識和合作能力。在設(shè)計過程中，需要與同組同學及外界進行廣泛的接觸及聯(lián)系，大

86、家經(jīng)常互相交流，互相幫助，配合默契，共同努力，爭取較出色的完成設(shè)計任務(wù)。</p><p>　　當然，在設(shè)計過程中由于是初次進行這么大型的設(shè)計任務(wù)，經(jīng)驗很不足，加之時間有限，還有一些細節(jié)也許沒有達到理想的要求。懇請各位老師多多指教，從而使我在今后的工作中提高能力，總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高自己的設(shè)計水平。</p><p>　　在設(shè)計過程中，我以認真的態(tài)度完成了設(shè)計任務(wù)。同時，得到了**老師及趙宏林老

87、師的耐心指導和幫助，在此表示由衷的感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《機械設(shè)計師》 吳宗澤 主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《機械設(shè)計手冊》 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《現(xiàn)代數(shù)控機床》 畢承恩 丁乃