定梁式數(shù)控雕銑機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　編號(hào)</b></p><p><b>　　無錫太湖學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目： 定梁式數(shù)控雕銑機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)</

2、p><p>　　學(xué) 號(hào)： 　　　 　　　　 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 　 （職稱： 副教授） </p><p>　?。毞Q： ） </p><p>　　2013年5月25日</p><p>　　無錫太湖

3、學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　誠 信 承 諾 書</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）定梁式數(shù)控雕銑機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。</p>

4、<p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　

5、　雕銑機(jī)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了通用數(shù)控機(jī)床 （銑床、鉆床等）加工功能單一，加工中心加工小型產(chǎn)品成本過高的不足。數(shù)控雕銑機(jī)既可以雕刻,也可銑削, 是一種高效高精的數(shù)控機(jī)床，為我國制造業(yè)的發(fā)展提供了一種性價(jià)比很高的新型機(jī)床產(chǎn)品，是我國機(jī)床工業(yè)中的新產(chǎn)品</p><p>　　本文介紹數(shù)控雕銑機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，包括機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，X向和Z向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要分析了電主軸機(jī)械結(jié)構(gòu)

6、，電主軸的冷卻和潤滑的方式，3KW主軸安裝座的機(jī)械機(jī)構(gòu)。Z向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中主要分析了絲杠、軸承，導(dǎo)軌的安裝。計(jì)算主要有：主軸切削力計(jì)算，主軸系統(tǒng)重力計(jì)算對滾珠絲杠的選擇計(jì)算和Z軸伺服電機(jī)的選擇計(jì)算支承軸承的選擇。最后完成機(jī)床裝配圖、部裝圖、零件圖等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控雕銑機(jī)；電主軸；伺服電機(jī)；滾珠絲杠；導(dǎo)軌</p><p><b>　　Abstract</b

7、></p><p>　　The Emergence of engraving and milling machine makes up for deficiencies of general CNC machine tools (milling machine, drilling machine , etc.) .The shortcomings are single processing function

8、 and high cost of machining center processing of small products . The CNC engraving and milling machine,a highly efficient high-precision CNC machine tools, can not only be used to sculpturing but also milling providing

9、a highly valued new machine products for the development of China's manufacturing indus</p><p>　　This paper introduces the design process of the mechanical structure on the CNC engraving and milling mach

10、ine , including the overall program design of the machine tool, the design of the main drive system in X and Z axis to the feed the transmission system of mechanical structure . In the design of the main transmission sy

11、stem, this paper mainly analysis the mechanical structure of electric spindle ,the way of cooling and lubrication of the electric spindle , a mechanical mechanism of 3 kW sp</p><p>　　Key words: CNC engravin

12、g and milling machine; spindle; servo motor; ball screw;Guide;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b&g

13、t;　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 數(shù)控雕銑機(jī)的概述1</p><p>　　1.2 數(shù)控雕銑機(jī)和數(shù)控銑床及加工中心的比較1</p><p>　　1.3 雕銑機(jī)與雕刻機(jī)的比較2</p><p>　　1.4

14、國內(nèi)數(shù)控雕銑機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀3</p><p>　　1.5 本章小結(jié)6</p><p>　　2 數(shù)控雕銑機(jī)總體方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2 主運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　2

15、.3.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式9</p><p>　　2.3.2 以上幾種傳動(dòng)方案的簡介和比較9</p><p>　　2.4 本次設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)10</p><p>　　2.5 本章小結(jié)10</p><p>　　3 主軸部件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 電主軸的基本結(jié)構(gòu)11</p&

16、gt;<p>　　3.2 主軸系統(tǒng)的計(jì)算11</p><p>　　3.3 主軸設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4 軸承選用及壽命校驗(yàn)14</p><p>　　3.4.1 軸承受力分析14</p><p>　　3.4.2 軸承壽命檢驗(yàn)14</p><p>　　3.4.3 軸承的壽命L16<

17、;/p><p>　　3.5 電主軸的冷卻與潤滑及安裝16</p><p>　　3.6 本章小結(jié)17</p><p>　　4 Z向進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算18</p><p>　　4.1 滾珠絲杠副的選擇18</p><p>　　4.2 Z向進(jìn)給伺服電機(jī)功率的計(jì)算及選擇23</p><p>　　4.

18、3 滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)及制動(dòng)裝置27</p><p>　　4.4聯(lián)軸器的類型和選擇28</p><p>　　4.5 Z向?qū)к?8</p><p>　　4.6 本章小結(jié)29</p><p>　　5 X向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)計(jì)算30</p><p>　　5.1滾珠絲杠的選型與校核30</p><p>

19、;　　5.1.1 計(jì)算絲杠最大動(dòng)載荷30</p><p>　　5.1.2 滾珠絲杠螺母副的選型30</p><p>　　5.1.3 傳動(dòng)效率計(jì)算30</p><p>　　5.1.4 剛度計(jì)算30</p><p>　　5.1.5 穩(wěn)定性校核31</p><p>　　5.2 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型31</p&

20、gt;<p>　　5.2.1 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)31</p><p>　　5.2.2 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩32</p><p>　　5.3 本章小結(jié)34</p><p><b>　　6 結(jié) 論35</b></p><p>　　6.1 課題研究的主要結(jié)論35</p><p>&l

21、t;b>　　6.2 展望35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附 錄38</b></p><p><b>　　1 緒 論</b&

22、gt;</p><p>　　1.1 數(shù)控雕銑機(jī)的概述</p><p>　　雕銑機(jī)的前身是雕刻機(jī)，雕刻機(jī)的優(yōu)勢在雕，不適合加工材料硬度比較大的材料，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此采用雕銑機(jī)來加工應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控雕銑機(jī)既可以雕刻，也可銑削，是一種高效高精的數(shù)控機(jī)床，是我國高端制造業(yè)的新產(chǎn)品。數(shù)控雕銑機(jī)主要用于雕、銑各種型腔模具

23、，也可以用于各種工藝品、凹凸圖案的加工，可加工各種鋼材、鋁材、銅材或非金屬材料等。</p><p>　　從工作原理來講，雕銑機(jī)是數(shù)控鉆銑組合機(jī)床，但由于它主要用來“雕刻”，因此機(jī)床結(jié)構(gòu)、雕刻加工工藝及雕刻CAD/CAM軟件的功能與數(shù)控銑床都有很大的差異，“CNC雕銑”是一項(xiàng)獨(dú)特的新型數(shù)控加工技術(shù)。雕銑機(jī)的出現(xiàn)填補(bǔ)了兩者之間的空白，彌補(bǔ)了通用數(shù)控機(jī)床（銑床、鉆床等）加工功能單一，和加工中心加工小型產(chǎn)品成本過高的不足

24、，為我國制造業(yè)的發(fā)展提供了一種性價(jià)比很高的新型機(jī)床產(chǎn)品，是我國機(jī)床工業(yè)中的新軍。</p><p>　　CNC雕銑機(jī)主要由雕銑機(jī)床、電控柜、數(shù)控系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成，數(shù)控系統(tǒng)——處理解釋雕銑CAD/CAM軟件生成的NC代碼，發(fā)出加工控制指令，指揮雕銑機(jī)進(jìn)行各種復(fù)雜的加工動(dòng)作，完成雕銑產(chǎn)品的加工。電控柜——雕銑機(jī)的驅(qū)動(dòng)和信號(hào)檢測部分，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送的控制的控制指令連接驅(qū)動(dòng)雕銑機(jī)本體產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并對雕銑機(jī)的各種狀態(tài)

25、進(jìn)行檢測、反饋給數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和處理。雕銑機(jī)床——雕銑機(jī)的機(jī)械設(shè)備部分，通過它完成雕刻、銑削、切割和鉆孔等各種加工方式的機(jī)械加工[1]。</p><p>　　近年來在模具加工行業(yè)中，為了避免工件表面質(zhì)量因電加工后產(chǎn)生型面微觀裂紋，人們一直在探索用一種比較完美的加工方式來替代電火花成型加工，在這些模具加工中高速銑削方式具有很大的優(yōu)勢，同時(shí)，伴隨著加工高硬度材料刀具技術(shù)的發(fā)展，在模具加工中高速數(shù)控銑床的應(yīng)用越來越廣

26、泛，但隨著模具加工業(yè)對加工表面質(zhì)量要求的提高，所需刀具半徑越來越小，于是高速銑削加工出現(xiàn)了另一種分支工具—高速數(shù)控雕銑機(jī)。通過高速雕銑機(jī)的加工方式來彌補(bǔ)電火花成型加工的缺點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)控模具雕銑機(jī)的誕生為模具加工工業(yè)解決了這一問題。高速數(shù)控模具雕銑機(jī)不僅具有高表面加工質(zhì)量的精細(xì)雕刻功能，同時(shí)具有高效率強(qiáng)力粗銑半精銑加工能力,使良好表面質(zhì)量和高效率得以有機(jī)統(tǒng)一[2]。</p><p

27、>　　1.2 數(shù)控雕銑機(jī)和數(shù)控銑床及加工中心的比較</p><p>　　在國外很早就有雕銑機(jī)的名詞（CNC engraving and milling machine），嚴(yán)格地講雕是銑的一部分[3]。</p><p>　?。?）應(yīng)用對象的區(qū)別 </p><p>　　1）雕銑機(jī)主要用于較小銑削量或者輕金屬的加工或?qū)浗饘俚募庸?，大部分用于模具行業(yè)。</p&

28、gt;<p>　　2）數(shù)控銑床主要用于完成較大銑削量的工件的加工設(shè)備，硬度比較高的材料，大型的模具，也適合普通模具的開粗，主要用于一些精密零件的加工和小批量多品種的加工。</p><p>　　3）控銑加工主要面向規(guī)則的工件，平面加工區(qū)域比較開闊，而曲面比較光滑但是雕銑加工除了加工數(shù)控銑類似的小區(qū)域或小曲面外，還要加工隨意的平面圖形和跌蕩起伏的紋理曲面，比如加工一些網(wǎng)格曲面等。雕銑加工的圖形必須比較精

29、細(xì)，比如雕銑加工時(shí)常加工0.1毫米的薄壁，雕刻加工路徑的計(jì)算精度一般是傳統(tǒng)的數(shù)控銑的5倍左右[4]。</p><p>　?。?）從機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速分析</p><p>　　1）雕銑機(jī)要求高速的數(shù)控系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)速1500~30000RPM左右。 </p><p>　　2）數(shù)控銑床對數(shù)控系統(tǒng)要求速度一般，主軸轉(zhuǎn)速0~8000RPM左右。</p><p&

30、gt;<b>　?。?）結(jié)構(gòu)上講</b></p><p>　　1）加工中心一般采用懸臂式。</p><p>　　2）雕銑機(jī)和雕刻機(jī)一般多用龍門式架構(gòu)，龍門式又分為棟梁式和定梁式，目前雕銑機(jī)以定梁式居多。</p><p>　?。?）從機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)的角度來看</p><p>　　1）雕銑機(jī)大部分采用企業(yè)自主研發(fā)或者外購

31、的工業(yè)控制器。</p><p>　　2）數(shù)控銑床對數(shù)控系統(tǒng)的要求：操作方便，穩(wěn)定可靠，修方便等，現(xiàn)在市場上的數(shù)控系統(tǒng)主要集中在FANUC和MITISUBISH及西門子控制器。 綜上所述：雕銑機(jī)進(jìn)行一些小切削量的銑削。而數(shù)控銑床大部分在機(jī)械加工行業(yè)中使用。</p><p>　　1.3 雕銑機(jī)與雕刻機(jī)的比較</p><p>　　雕刻機(jī)：它主軸轉(zhuǎn)速高，矩比較小，適

32、合小刀具的加，著重于“雕刻”功能，例如木材（專門加工木板的稱為木雕機(jī)）亞克力板、雙色板、等硬度不高的板材，不太適合強(qiáng)切削大工件。目前市面上的用于大多數(shù)加工工藝品為主的是雕刻機(jī)，成本低，由于精度不高，不宜用于模具開發(fā)；但也有例外的例如晶片雕刻機(jī)[5]。數(shù)控雕銑機(jī)是在雕刻機(jī)的基礎(chǔ)上加大了床身承受力，伺服電機(jī)、主軸功率，同時(shí)保持主軸的高速，更重要的是精度很高。雕銑機(jī)還向高速發(fā)展，一般稱為高速機(jī)，加工精度非常高，切削能力更強(qiáng)，還可以直接加工硬度

33、在HRC60以上的材料，一次成型。</p><p>　?。?）從用途上分：雕刻機(jī)主要是用于對板材的雕刻，大量應(yīng)用于雙色板或亞克力雕刻，雕刻一次進(jìn)刀深度約在1mm～3mm左右，在標(biāo)牌、標(biāo)志方面應(yīng)用較為普遍。</p><p>　?。?）從機(jī)械構(gòu)造方面：雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)輕巧，X、Y軸移動(dòng)速度快，Z軸行程較短，適合雕刻5mm～8mm的材料。雕刻主軸頭裝有彈簧壓鼻，作用是在雕刻過程中壓平3mm以下的薄板

34、材。雕刻主軸通過皮帶連接到直徑較大的馬達(dá)上，以此使轉(zhuǎn)速增大，這樣雕刻出來的工件質(zhì)量就較為光滑，它適合做切削量很小的高轉(zhuǎn)速的雕刻工藝制作。</p><p>　?。?）外觀體積方面: 雕銑機(jī)比較大型的750型機(jī)一般在2.2m*2m，雕刻機(jī)較小。</p><p>　　雕銑機(jī)可以理解為既可做精細(xì)雕刻，又能做切割、鏤銑。例如做三維雕刻，盡管落差很大，但200mm寬材料可一次完成，一次進(jìn)刀量相當(dāng)大。雕

35、銑機(jī)可供選用的刀具直徑規(guī)格從1mm～16mm，其刀具長度為50mm～80mm。我們可以靈活使用，裝細(xì)刀干細(xì)活，裝粗刀干大活。由于機(jī)器設(shè)計(jì)注重重型負(fù)載，機(jī)架剛性大，Z軸行程大，因此不僅可以做小型雕刻機(jī)的工藝，更可高速切割厚的板材，一次進(jìn)刀量可達(dá)20mm～30mm，這是雕刻機(jī)根本做不到的工藝制造。</p><p>　　1.4 國內(nèi)數(shù)控雕銑機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　改革開放以來，隨著國

36、民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長，近年來尤其是模具業(yè)對表面加工要求的提高，以及傳統(tǒng)電火花加工的不足，現(xiàn)今模具業(yè)流行談?wù)摳咚巽姶矊δ＞呒庸び绊懀咚偌庸ふ撜f甚多，尤其在中國市場，模具行業(yè)飛速發(fā)展，對于能加快模具生產(chǎn)之機(jī)床，需求極高，因此高速銑床理論成為熱點(diǎn)所在,最近的一兩年綜合銑削與高速雕刻優(yōu)點(diǎn)的CNC雕銑機(jī)在國內(nèi)有了較大的發(fā)展[4]。</p><p>　　CNC雕銑特有的專業(yè)優(yōu)勢為：“小刀具的快速銑削

37、”，擅長做“常規(guī)大刀具無法加工的業(yè)務(wù)”。目前，在下述行業(yè)中CNC雕銑方式用得較為得心應(yīng)手：模具雕刻業(yè)和廣告雕刻業(yè)。</p><p>　?。?）模具行業(yè)---小刀具獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷</p><p>　　CNC雕銑在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的是模具業(yè)，在模具生產(chǎn)過程中CNC雕銑不是主要加工方式和生產(chǎn)手段，但其作用卻非同一般，可謂是“畫龍點(diǎn)睛”，這是由雕刻對象的“圖案、文字和復(fù)雜的曲面”特點(diǎn)所決定，當(dāng)前CN

38、C雕銑在模具雕刻領(lǐng)域主要的業(yè)務(wù)為：</p><p>　　1）紫銅和石墨電極加工</p><p>　　2）五金沖模和精密沖頭加工</p><p>　　3）鞋材模具和鞋底模型加工</p><p>　　5）鐘表零件加工和輕型CNC加工</p><p>　　6）壓花（皮紋、花紋）輥輪和圓柱體工件雕刻</p>&l

39、t;p>　　7）首板（手板、樣板）模型加工</p><p>　?。?）廣告雕刻——精雕細(xì)刻、力求創(chuàng)意</p><p>　　CNC雕刻在廣告主要應(yīng)用于沙盤模型、廣告標(biāo)牌和文字標(biāo)志的制作，這些業(yè)務(wù)在雕刻工藝上相對簡單，關(guān)鍵是在效果表現(xiàn)上，而且主要突出的是“精雕細(xì)刻和求新創(chuàng)異”。</p><p>　　國內(nèi)幾家著名的數(shù)控機(jī)床廠在這個(gè)領(lǐng)域里面都有較好的成績。比如北京精雕

40、、廣東佳鐵、南京四開、上海洛克等都是國內(nèi)著名的數(shù)控雕銑機(jī)廠家。在雕刻CAD/CAM技術(shù)、CNC數(shù)控技術(shù)、精密雕刻機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)工藝等領(lǐng)域取得了重大的突破，并真正實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化[5]。</p><p>　　典型的數(shù)控雕銑機(jī)如下:</p><p>　?。?）橫梁移動(dòng)式數(shù)控雕銑機(jī)</p><p>　　橫梁移動(dòng)式，工作臺(tái)不移動(dòng)，承載工件可達(dá)5噸以上，尤其適合汽車保

41、險(xiǎn)杠等特大模具的加工；橫梁移動(dòng)式，機(jī)床運(yùn)行慣最性，機(jī)床使用壽命大提高；使加工的表面光潔度在提高；機(jī)床主體高強(qiáng)度樹脂砂鑄件，體穩(wěn)吸震耐用；臺(tái)灣產(chǎn)滾珠絲桿及精密鎖緊螺母；進(jìn)口軸承與聯(lián)軸器，臺(tái)灣新代900M系統(tǒng)。如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 橫梁移動(dòng)式數(shù)控雕銑機(jī)</p><p>　　主要技術(shù)參數(shù)，如表1-1：</p><p>　　表1-1 橫梁移動(dòng)式數(shù)控

42、雕銑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　?。?）龍門式數(shù)控雕銑機(jī)</p><p><b>　　如圖1.2所示：</b></p><p>　　圖1.2 龍門式數(shù)控雕銑機(jī)</p><p>　　主要技術(shù)參數(shù)，如表1-2所示：</p><p>　　表1-2 龍門式數(shù)控雕銑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p>

43、<p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了雕銑機(jī)的概念以及與雕刻機(jī)，加工中心等的區(qū)別，雕銑機(jī)的應(yīng)用前景以及國內(nèi)外雕銑機(jī)發(fā)展的趨勢，緊接著介紹了兩種典型的雕銑機(jī)以及它們的主要參數(shù)。</p><p>　　2 數(shù)控雕銑機(jī)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>

44、<p>　　現(xiàn)在流行的雕銑機(jī)工作臺(tái)主要有兩種，第一種是刀具作X方向和Z方向的移動(dòng)即定梁式結(jié)構(gòu)。第二種則工作臺(tái)作X，Y方向的移動(dòng)，而刀具只作Z方向的移動(dòng)即動(dòng)梁式結(jié)構(gòu)。理論設(shè)計(jì)上，數(shù)控模具雕銑機(jī)總體結(jié)構(gòu)布局如圖2.1和2.2所示。</p><p>　　1-Y軸工作臺(tái)（整體式），2-主軸組建，3-主軸冷卻泵及冷卻液泵站，4-立柱，5-X-Z軸二維工作臺(tái)（橫</p><p>　　梁），

45、6-操作及控制</p><p>　　圖2.1 定梁式數(shù)控雕銑機(jī)布局設(shè)計(jì)圖</p><p>　　1-床身，2-Y軸工作臺(tái)，3-橫梁，4-拖板，5-電主軸，6-刀具，7-工作臺(tái)</p><p>　　圖2.2 動(dòng)梁式數(shù)控雕銑機(jī)布局設(shè)計(jì)圖</p><p>　　結(jié)構(gòu)1的優(yōu)點(diǎn)是制作容易，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但由于工件隨工作臺(tái)移動(dòng)，所以不能加工太重的工件，而且雕刻機(jī)

46、尺寸不能太大。結(jié)構(gòu)2雖然制作也較容易，然而穩(wěn)定性要比結(jié)構(gòu)1差很多。由于本次設(shè)計(jì)對機(jī)械部件結(jié)構(gòu)的要求就是要小而輕便，加工工件的質(zhì)量也是比較輕，因此選用結(jié)構(gòu)1。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，數(shù)控雕銑機(jī)選用龍門式定梁式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有良好的剛性和對稱性，一直是高速切削設(shè)備的首選結(jié)構(gòu)。為克服不良力矩的問題，從整體布置保證機(jī)床的剛性，采用較寬的立柱和橫梁，盡量加寬了X、Y、Z三向的兩根直線滾動(dòng)導(dǎo)軌之間的跨距，盡量加粗導(dǎo)軌

47、和絲桿[5]。在該結(jié)構(gòu)中，在保證整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械剛性的前提下，為了簡化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的周期，其主體框架采用鋁合金制造，減輕整機(jī)重量，防護(hù)件用塑料件制造，用標(biāo)準(zhǔn)的緊固件和定位銷連接[6]。</p><p>　　本機(jī)床整體式床身底座采用鑄鐵鑄造而成，因?yàn)殍T鐵具有良好的穩(wěn)定性、吸振性和耐沖擊性，可使床身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性有顯著提高，采用箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部筋板采用米字型筋配合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，確保了對Y軸工作臺(tái)和兩立

48、柱的剛性支承，使機(jī)床動(dòng)態(tài)加工的穩(wěn)定性可達(dá)最好。為了加強(qiáng)剛性，所設(shè)計(jì)的數(shù)控雕銑機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行比較細(xì)小的加工，加工精度比較高，對軟金屬可進(jìn)行高速切削。</p><p>　　2.2 主運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　主軸的傳動(dòng)方式主要有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)等。主軸傳動(dòng)方式的選擇主要決定于主軸的轉(zhuǎn)速、所傳遞的轉(zhuǎn)矩、對于平穩(wěn)性的要求以及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等要求[7]。<

49、/p><p>　?。?）齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，能適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作，應(yīng)用最廣。缺點(diǎn)：線速度不能過高，通常小于12m/s，不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。</p><p>　　（2）帶傳動(dòng)，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動(dòng)。帶傳動(dòng)在過載時(shí)會(huì)打滑，不能用在速比要求準(zhǔn)確的場合。同齒形帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：無相對滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高；不需要潤滑，耐水、耐

50、腐蝕，能在高溫下工作，維護(hù)保養(yǎng)方便；傳動(dòng)比大，可達(dá)1:10以上。缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，安裝條件要求求高。</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”?？蓪⒅鬏S與電動(dòng)機(jī)制成一體，使用電主軸可以減少帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，有效的提高了主軸部件的剛度，簡化機(jī)床設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)主軸定位，其缺點(diǎn)是溫升和散熱問題。</p><p>　　目前，隨著電氣傳動(dòng)技

51、術(shù)的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，基本上取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。用電動(dòng)機(jī)通過帶輪或齒輪等方式傳動(dòng)，則在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，由此產(chǎn)生的振動(dòng)等，勢必影響高速加工的精度、加工表面粗糙度，而產(chǎn)生的噪聲導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量的惡化，將電動(dòng)機(jī)內(nèi)置，省掉齒輪、帶輪等一系列中間環(huán)節(jié)，將主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能地減至最小可提高主軸系統(tǒng)的剛度，也就提高了系統(tǒng)的固有頻率、從而提高了其臨界轉(zhuǎn)速值。由于沒有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的傳動(dòng)沖擊等

52、外力作用，主軸高速運(yùn)行更為平穩(wěn)，使得主軸軸承的使用壽命相應(yīng)得到延長。電主軸與傳統(tǒng)的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)相比有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊等優(yōu)點(diǎn)，這樣便于把它用在多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、多面體加工機(jī)床和并聯(lián)（虛擬軸）機(jī)床上[8]。</p><p>　　2.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以分為兩大類：（1）

53、直線運(yùn)動(dòng)；（2）圓周運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主要有三種形式：</p><p>　　1）通過絲杠（通常為滾珠絲杠或靜壓絲杠）螺母副，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2）通過齒輪、齒條副，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3）直接采用直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p>

54、;<p>　　2.3.2 以上幾種傳動(dòng)方案的簡介和比較</p><p>　?。?）滾珠絲杠螺母副</p><p>　　滾珠絲杠螺母副具有傳動(dòng)無間隙，傳動(dòng)精度高且平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代機(jī)床業(yè)中采用較多，但是在Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中有不能自鎖的缺點(diǎn)[3]。</p><p>　　（2）靜壓絲杠螺母副</p><p>　　靜壓絲杠螺母副是通過油壓在

55、絲杠和螺母接觸面之間，產(chǎn)生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母由邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦。靜壓絲杠螺母的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系數(shù)很小，其起動(dòng)力矩很小，傳動(dòng)靈敏，避免了爬行。油膜可以吸振，提高了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。機(jī)床的加工精度和光潔度高。缺點(diǎn)是：靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將造成不良后果。</p><p><b>　　（3）齒輪齒條副</b&

56、gt;</p><p>　　大型數(shù)控機(jī)床不宜采用絲杠傳動(dòng)，因?yàn)橹圃扉L絲杠成本較大，而且容易下垂彎曲，影響傳動(dòng)精度；同時(shí)也降低了扭轉(zhuǎn)剛度與軸向剛度。如果加大絲杠直徑，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，不易保證伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，故常用齒輪齒條副。</p><p>　　齒輪齒條副傳動(dòng)用于行程較長的大型機(jī)床上，可以得到較大的傳動(dòng)比，進(jìn)行高速直線運(yùn)動(dòng)，剛度及機(jī)械效率也高。但其傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，傳動(dòng)精度不高，而且還不能自

57、鎖。采用齒輪齒條副傳動(dòng)時(shí)，必須采取措施消除齒側(cè)間隙，當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小時(shí)，也可采用雙片薄齒輪調(diào)整法，分別與齒條齒槽的左、右兩側(cè)貼緊，從而消除齒側(cè)間隙。當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙厚齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)</p><p>　　采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：不需要絲杠、齒輪齒條等轉(zhuǎn)換裝置即能直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，因此，它大大簡化了進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了傳動(dòng)效率。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)無

58、法避免必須通過絲杠、齒條轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)等轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，降低了傳動(dòng)環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性和穩(wěn)定性的影響</p><p>　　直線電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：主要表現(xiàn)在起動(dòng)推力受電源電壓的影響較大，故對驅(qū)動(dòng)器的要求較高，應(yīng)采用措施保證或改變電動(dòng)機(jī)的有關(guān)特性來減少或消除這種影響直線電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)要低由于電動(dòng)機(jī)直接和導(dǎo)軌、工作臺(tái)做成一體，必須采取措施以防止磁力和熱變形對加工的影響</p><p>　　綜上

59、所述，本次進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副作為傳動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　2.4 本次設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　如表2-1所示：</b></p><p>　　表2-1 定梁式數(shù)控雕銑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p&

60、gt;　　本章主要是總體方案的設(shè)計(jì)比較和選擇，首先對龍門定梁式結(jié)構(gòu)和龍門動(dòng)梁式結(jié)構(gòu)這兩種總體結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析和比較，最后確定龍門定梁式結(jié)構(gòu)，以及提高雕銑機(jī)的剛度和穩(wěn)定性的措施。對主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案分析比較，最后決定采用電主軸的形式，對進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案的比較分析，確定采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的形式的方案。最后確定雕銑機(jī)的技術(shù)參數(shù)。</p><p><b>　　3 主軸部件設(shè)計(jì) </

61、b></p><p>　　主軸部件是機(jī)床的重要部件之一。作為機(jī)床的執(zhí)行件，它的功能是支承并帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷，完成表面成形運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床高速主軸單元包括主軸動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架等幾個(gè)部分，它影響加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應(yīng)用范圍，其動(dòng)力學(xué)性能及穩(wěn)定性對高速加工起著關(guān)鍵的作用。高速高精度主軸單元系統(tǒng)，應(yīng)該具有剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、

62、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫升小、穩(wěn)定性好、功耗低、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，制造及操作成本也應(yīng)適中。要滿足這些要求，主軸的制造及動(dòng)平衡、主軸的支承（軸承）、主軸系統(tǒng)的潤滑和冷卻、主軸系統(tǒng)的剛性等是很重要的[7]。</p><p>　　3.1 電主軸的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　高速電主軸要獲得好的動(dòng)態(tài)性能和使用壽命，必須對電主軸各個(gè)部分進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和制造。電主軸基本結(jié)構(gòu)原理如圖3.1所示。</p

63、><p>　　圖3.1 電主軸的結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　電主軸轉(zhuǎn)速的實(shí)現(xiàn)是通過變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來控制電主軸的轉(zhuǎn)速，把主軸的轉(zhuǎn)速從1500至24000r/min，實(shí)現(xiàn)無級轉(zhuǎn)速。變頻器是通過電腦給的信息，發(fā)出一種脈沖，通過脈沖來實(shí)現(xiàn)1500至24000r/min的不同轉(zhuǎn)速[8]。</p><p>　　其變頻器的工作原理是：</p><p&

64、gt;<b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f為異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p為電動(dòng)機(jī)極對數(shù)。</p><p>　　由公式（3.1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高

65、效率、高性能的調(diào)速手段。</p><p>　　3.2 主軸系統(tǒng)的計(jì)算</p><p>　　主軸系統(tǒng)主要由三部分組成：3KW主軸安裝座、滑塊及拖板。根據(jù)圖紙分別計(jì)算3KW主軸安裝座、滑塊和拖板的體積V及其重力G。</p><p>　　查表1-8[12]，可知灰鑄鐵的密度ρHT250=7.0 ×103(kg/m3) ,工業(yè)用鋁合金的密度ρ鋁合金=2.7

66、5;103(kg/m3)； </p><p>　　3kW主軸安裝座的體積V1及重力G1計(jì)算：</p><p>　　V1=(268×155×200-π×502×200-2×0.5×40×40×200-2×125×54×200)×10-9</p><p&g

67、t;　　≈3.72×10-3m3</p><p>　　G1=m1g=ρ鋁合金 V1g （3.2）</p><p>　　=2.7×103×3.72×10-3×9.8</p><p><b>　　≈98.43N</b></p>

68、<p>　　滑塊體積V2及重力G2計(jì)算：</p><p>　　V2=(270×96×730-160×81×246-129×81×570-2×40×48×570-2×97×31×57)×10-9</p><p>　　≈7.25×10-3m3&

69、lt;/p><p>　　G2=m2g= V2g</p><p>　　=7.0×103×7.25×10-3×9.8</p><p>　　=493.75N （3.3）</p><p>　　拖板體積V3及重力G3計(jì)算：</p>

70、<p>　　V3=(242×27×505+4×90×72×12-180×200×6-70×255×4-120×86×4×2)×10-9</p><p>　　≈3.24×10-3m3</p><p>　　G3=m3g= V3g

71、 （3.4）</p><p>　　=7.0 ×103×3.24×10-3×9.8</p><p><b>　　≈222.26N</b></p><p>　　表3-1 主軸系統(tǒng)的重力計(jì)算值</p><p>　　數(shù)控雕銑機(jī)加工方式與數(shù)控銑床相似，

72、因此按計(jì)算銑床的銑削公式計(jì)算其銑削力。</p><p><b>　　主銑削力Fc計(jì)算：</b></p><p>　　數(shù)控雕銑機(jī)屬于立銑加工，刀具選用材料為硬質(zhì)合金鋼，加工材料為鋼材，查表[4]，選用公式：</p><p>　　Fc=CFKFae0.86af0.72d0-0.86Zap

73、 （3.5）</p><p>　　式（5-1）中 CF：切削系數(shù)。查表30—20[4] 取CF=669</p><p>　　KF：修正系數(shù)。查表30—21[4] 取CF=1.08</p><p>　　ae：銑削寬度。查表30—35[4] 取ae=1.6mm</p><p>　　af：每齒進(jìn)給量。查表30—35[4] 取af =0

74、.1mm</p><p>　　d0：銑刀直徑。 查表30—35[4] 取d0 =6mm</p><p>　　Z： 銑刀齒數(shù)。查表30—35[4] 取Z =6</p><p>　　ap：銑削深度。查表30—35[4] 取ap=0.5mm</p><p>　　代入式（5-1）得：</p><p>　　Fc=669×

75、;1.08×1.60.86×0.10.72×6-0.86×6×0.5</p><p><b>　　≈132.53N</b></p><p>　　垂直分力Fz、橫向分力Fx，縱向分力Fy計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)表8-6[7]，各銑削分力的比值可得：</p><p>

76、<b>　　； ；； </b></p><p>　　計(jì)算可得： =112.65N； =102.05N ； =50.36N；</p><p>　　表3-2 主軸銑削力相關(guān)計(jì)算值</p><p><b>　　3.3 主軸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主軸前、后軸頸的設(shè)計(jì):查《金屬切削機(jī)床

77、手冊》下冊圖4-28[9]得：</p><p><b>　　前軸頸： </b></p><p><b>　　后軸頸： </b></p><p><b>　　主軸內(nèi)孔直徑：根據(jù)</b></p><p><b>　　有 </b></p>

78、<p><b>　　主軸前端懸伸量：</b></p><p><b>　　，取1.1</b></p><p><b>　　故有</b></p><p><b>　　主軸跨距：</b></p><p><b>　　按有關(guān)計(jì)算公式：<

79、/b></p><p><b>　　取 ，即 </b></p><p><b>　　計(jì)算綜合變量：</b></p><p><b>　　確定最佳跨距：</b></p><p>　　查《金屬切削機(jī)床》圖4-31，在橫坐標(biāo)上找的點(diǎn)向上作垂直線與的斜直線相交得</p&g

80、t;<p><b>　　取L=300mm</b></p><p>　　3.4 軸承選用及壽命校驗(yàn)</p><p>　　主軸前端用雙列短圓柱滾子軸承，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表12-2[7]選型號(hào)為NU208 GB/T283-1994</p><p>　　后端用角接觸球軸承，才用背靠背，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表12-2[7]選型號(hào) 7210

81、C/DB GB/T292-1994</p><p>　　3.4.1 軸承受力分析</p><p>　　軸承受力如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 受力示意圖</p><p>　　Q——切削時(shí)，主軸所受的徑向力，151.93 N</p><p><b>　　受力分析可得：</b><

82、/p><p>　　3.4.2 軸承壽命檢驗(yàn)</p><p>　　主軸前端采用雙列短圓柱滾子軸承 NU208 GB/T285-1994，只承受徑向力，額定動(dòng)載荷為 76600N[7]</p><p>　　軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　

83、　式中：</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　軸承壽命L</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p>　　式中：——基本額定動(dòng)載荷，76600N</p><p>　　——主軸轉(zhuǎn)速，

84、取3000r/min</p><p>　　——軸承壽命指數(shù)，滾子軸承</p><p><b>　　故 安全。</b></p><p>　　主軸后端支承是采用角接觸球軸承7210C /DB GB/T292-1994</p><p>　　軸承的軸向派生力，如圖3.3</p><p>　　圖3.3

85、派生力受力圖</p><p>　　——徑向載荷 =151.93N</p><p>　　——軸向載荷 </p><p><b>　　由圖3.3可知，</b></p><p>　　軸向派生力 </p><p>　　由圖分析，軸承1被放松，所以它的軸向負(fù)載即為

86、派生軸向力</p><p>　　即軸承2被壓緊，所受的軸向負(fù)載</p><p><b>　　=532.76</b></p><p>　　每個(gè)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷</p><p>　　因?yàn)?</p><p>　　故取 x=0.72，y=1.63

87、</p><p>　　有： </p><p>　　又因?yàn)?</p><p>　　故取 x=0.72，y=1.63</p><p>　　有： </p><p>　　3.4.3 軸承的壽命L</p>

88、<p><b>　　根據(jù)</b></p><p>　　式中：——基本額定動(dòng)載荷，</p><p><b>　　——當(dāng)量動(dòng)載荷</b></p><p>　　——軸承壽命指數(shù)，球軸承=3</p><p>　　n——主軸轉(zhuǎn)速，3000r/min</p><p><

89、;b>　　軸承1壽命：</b></p><p><b>　　軸承2壽命：</b></p><p><b>　　軸承1、2都安全</b></p><p>　　3.5 電主軸的冷卻與潤滑及安裝</p><p>　　電主軸不可避免的將會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱的問題，從而需要設(shè)計(jì)專門用于冷卻電動(dòng)機(jī)的油冷

90、或水冷系統(tǒng)。本機(jī)床電主軸采用水冷卻，對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑其冷卻裝置配置在機(jī)床的后部。</p><p>　　電主軸的潤滑方式有脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑三種方式，可以根據(jù)不同情況下的需要任選其一。當(dāng)采用油霧潤滑、油氣潤滑時(shí)，一般其相應(yīng)的速度相對脂潤滑要高。因本機(jī)床主軸要求的最高轉(zhuǎn)速相對較低(最高轉(zhuǎn)速為24000r／min)，故采用脂潤滑[5]。</p><p>　　3KW電主軸安裝座

91、的3維造型如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 3KW電主軸安裝座的3D建模</p><p>　　在電主軸系統(tǒng)上的安裝如圖3.5所示，通過三個(gè)M10內(nèi)六角圓柱頭螺釘將電主軸鎖緊，這種鎖緊方式，夾緊可靠，操作簡單。為了起到方便拆卸的作用，在兩個(gè)M10內(nèi)六角圓柱頭鎖緊螺釘之間，分別打兩個(gè)M10的螺紋孔。其作用是在拆卸的時(shí)候，通過擰入M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘，將距離為2mm的安裝間隙擴(kuò)大

92、。 </p><p>　　1—電主軸；2—3kW主軸安裝座；3—M10內(nèi)六角螺釘×3；4—Z向滑座；5—Z向拖板；6—M10螺紋孔</p><p>　　圖3.5 電主軸安裝圖</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要是主軸部件的設(shè)計(jì)，包括了電主軸主軸的設(shè)計(jì)，電主軸軸承支

93、承的選擇，冷卻潤滑方式的選擇，安裝方式的設(shè)計(jì)。主要計(jì)算了主軸系統(tǒng)的重力，銑削力，主軸的尺寸計(jì)算，主軸軸承壽命的計(jì)算和校核。</p><p>　　4 Z向進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床中，為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度以及工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常需足夠的剛度，不爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高的要求。機(jī)床的精度很大程度取決于進(jìn)給絲杠的精度和機(jī)床導(dǎo)軌的精度，因此，數(shù)

94、控雕銑機(jī)Z向進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電機(jī)，內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，Z軸方向上采用高精度直線導(dǎo)軌[10]。</p><p>　　4.1 滾珠絲杠副的選擇</p><p>　　滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件。本機(jī)床Z向進(jìn)給方向的滾珠絲杠副的精度等級為4級。4級精度的絲杠經(jīng)采用一些如消隙、螺距誤差補(bǔ)償?shù)却胧?，完全能滿足機(jī)床的定位精度要求。絲杠的剛度與直徑的大小直接相關(guān)，直徑大

95、、剛度就好但是，隨著直徑的增大，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也大大增大。本機(jī)床經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算后選定Z軸滾珠絲杠的公稱直徑為25mm，導(dǎo)程為5mm[11]。 </p><p>　　滾珠絲杠副的選擇計(jì)算：</p><p>　　（1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph[9]</p><p>　　Ph = （4.1）</p&g

96、t;<p>　　Ph：滾珠絲杠副的導(dǎo)程mm</p><p>　　vmax：工作臺(tái)最高移動(dòng)速度m/min</p><p>　　nmax：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速r/min</p><p><b>　　i：傳動(dòng)比</b></p><p>　　因雕銑機(jī)伺服電機(jī)與滾珠絲杠副通過聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動(dòng)比i=1</p&

97、gt;<p>　　根據(jù)表2-1[10]的技術(shù)參數(shù)可知，v max =5m/min ；</p><p>　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率為400W，查得[10] nmax =3000r/min</p><p>　　代入式（4.1）得：</p><p><b>　　Ph = </b></p><p><b>　　=

98、1.67mm</b></p><p>　　根據(jù)表1 [11]選擇導(dǎo)程為5mm的滾珠絲杠副</p><p>　　（2）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷</p><p><b>　　當(dāng)量轉(zhuǎn)速[9]</b></p><p>　　nm = （4.2）<

99、;/p><p>　　nm：當(dāng)量轉(zhuǎn)速r/min</p><p>　　nmax：滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)比i=1，電動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速即為滾珠絲杠副的最高轉(zhuǎn)速，所以nmax =3000r/min</p><p>　　nmin：滾珠絲杠副的最低轉(zhuǎn)速。nmin =0</p><p>　　代入式（4.2）得：</p><p>

100、　　nm ==1500r/min</p><p><b>　　當(dāng)量載荷</b></p><p>　　Fm = （4.3）</p><p>　　Fm：當(dāng)量載荷N；Fmax：機(jī)器承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力。</p><p>　　Fmax= G1+G2+G電

101、主軸+μ×=690.18+0.1×102.05=700.385N。</p><p>　　Fmin：機(jī)器空載時(shí)滾珠絲杠副的傳動(dòng)力。Fmin=G1+G2+G電主軸=（98.43+493.75+98）N=690.18N</p><p>　　代入式（4.3）得：</p><p><b>　　Fm=</b></p>&l

102、t;p><b>　　≈696.98N</b></p><p>　?。?）確定預(yù)期額定動(dòng)載荷</p><p>　　按滾珠絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間Lh（小時(shí)）計(jì)算：</p><p>　　Cam =× （N） （4.4） </p><p>　　C

103、am：預(yù)期額定動(dòng)載荷N</p><p>　　Lh：預(yù)期工作時(shí)間。查表-6 [10] 取Lh=20000h。</p><p>　　fa：精度系數(shù)。根據(jù)初定的精度等級P4，查表-7 [10] 取fa=0.9。</p><p>　　fc：可靠性系數(shù)。一般情況下為fc=1</p><p>　　fw：負(fù)荷系數(shù)。根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)選擇，查表-9[12]取fw=

104、1。</p><p>　　代入式（4.4）得：</p><p><b>　　Cam=×</b></p><p><b>　　≈9420.43N</b></p><p>　　按最大載荷Fmax計(jì)算</p><p>　　Cam=fe×Fmax

105、 （4.5）</p><p>　　fe：預(yù)加負(fù)荷系數(shù)。查表-10[12] 取fe=4.5</p><p>　　代入式（4.5）得：</p><p>　　Cam =4.5×696.98=3136.425N</p><p>　　取以上2種結(jié)果

106、的最大值</p><p>　　Cam =9420.43N</p><p>　?。?）按精度要求確定最小螺紋底徑d2m</p><p>　　滾珠絲杠的最大允許軸向變形量δm</p><p>　　δm ≤（～）×重復(fù)定位精度</p><p>　　δm ≤（～）×定位精度</p><p

107、>　　δm：最大軸向變形量μm</p><p>　　由表（2-1）可知，重復(fù)定位精度為0.005mm，定位精度為0.01mm</p><p>　　δm=1.25μm δm=2μm</p><p>　　取兩種結(jié)果的小值δm=1.25μm</p><p>　　估算滾珠絲杠副的底徑d2m</p>

108、<p>　　絲杠無預(yù)拉伸要求，取一端固定，一端游動(dòng)的支承形式</p><p>　　d2m≥2×10=0.078 （4.6）</p><p>　　d2m：最小螺紋底徑mm</p><p>　　E：楊氏彈性模量。E=2.1×105N/mm2</p><p>　　δm：δm=1.

109、25μm</p><p>　　F0：導(dǎo)軌靜摩擦力（N）</p><p>　　F0 =μ0×W（μ0為靜摩擦系數(shù)）。根據(jù)表-10[13]查得μ0=0.2；W =G1+G2+G電主軸=690.18N</p><p>　　F0 =μ0×W =0.2×690.18=138N</p><p>　　L為滾珠螺母至滾珠絲杠固定

110、端支撐的最大距離（mm）</p><p>　　L ≈ 行程+安全行程+兩個(gè)余程+螺母長度+一個(gè)支承長度</p><p>　　≈ （1.1～1.2）行程 + (10～14) Ph</p><p>　　由表（2-1）：Z向最大行程為150mm</p><p>　　L ≈ 1.2×150 + 14×5 =250mm</p&

111、gt;<p>　　代入式（4.6）得：</p><p><b>　　d2m≥0.078</b></p><p><b>　　=12.96mm</b></p><p>　　（5）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)</p><p>　　根據(jù)傳動(dòng)方式以及使用情況，選擇法蘭式雙螺母內(nèi)循環(huán)形式；</

112、p><p>　　由計(jì)算出的Ph、Cam、d2m，可選擇相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副：</p><p>　　FFZD2505-3</p><p><b>　　Ph =5</b></p><p>　　Ca =10200N＞Cam =9420N</p><p>　　d2 =21.9mm＞d2m =12.96mm&l

113、t;/p><p>　?。?）確定滾珠絲杠副預(yù)緊力</p><p>　　Fp = Fmax （4.7）其中Fmax=696.98N</p><p><b>　　Fp≈232.3N</b></p><p>　　（7）

114、行程補(bǔ)償值與預(yù)拉伸力</p><p><b>　　行程補(bǔ)償值： </b></p><p>　　C=12.96ΔtLu×10-6 （4.8）</p><p><b>　　其中，</b></p><

115、;p><b>　　C：行程補(bǔ)償值μm</b></p><p>　　Δt：溫度變化值2℃-3℃,取Δt=2.4℃</p><p>　　Lu：滾珠絲杠副的有效行程(mm)</p><p>　　Lu≈工作臺(tái)行程+ 螺母長度+兩個(gè)安全行程</p><p>　　≈行程 + (8～14)Ph</p><p&

116、gt;　　= 150 + 12×5</p><p><b>　　= 210mm</b></p><p>　　代入式（4.8）得：</p><p>　　C =12.96×2.5×210×103×10-6</p><p><b>　　≈6.8μm</b>

117、</p><p><b>　　預(yù)拉伸力：</b></p><p>　　Ft ==1.95Δtd22 （4.9）</p><p>　　=1.95×2.4×21.92 </p><p><b>　　≈22

118、44.57N</b></p><p>　?。?）確定滾珠絲杠副支撐用的軸承型號(hào)規(guī)格</p><p>　　軸承所承受的最大軸向載荷</p><p>　　FBmax = Ft + Fmax （4.10）</p><p>　　= 2244

119、.57+ 696.98 =2941.55N</p><p>　　軸承類型一端固定，一端游動(dòng)的支承形式，選面對面（DF）角接觸球軸承</p><p><b>　　軸承內(nèi)徑：</b></p><p>　　d略小于d2=21.9 ，F(xiàn)BP =FBmax</p><p><b>　　取d =20mm</b>

120、</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　FBP =×2941.55=980.5N</p><p><b>　　軸承預(yù)緊力：</b></p><p>　　預(yù)加負(fù)荷≥FBP =980.5N</p><p><b>　　選擇軸承型號(hào)規(guī)

121、格</b></p><p>　　當(dāng)d =20mm,預(yù)加負(fù)荷≥FBP =980.5N</p><p>　　所以選擇7204AC型軸承</p><p>　?。?）滾珠絲杠副工作長度</p><p><b>　　絲杠螺紋長度：</b></p><p>　　Ls= Lu + 2Le

122、 （4.11）</p><p>　　由表-2[10] 查得余程Le=20</p><p>　　代入式（4.11）得：</p><p>　　Ls= 210+2×20=250</p><p>　?。?0）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度</p>

123、<p><b>　　絲杠最小抗壓剛度：</b></p><p>　　Ksmin =1.65×102 （4.12）</p><p>　　Ksmin：最小抗壓剛度N/μm</p><p><b>　　d2：絲杠底徑</b