【2017年整理】教学型数控铣床设计说明书初稿.doc

教学型数控铣床的方案分析 1.机械结构分析 本课题是设计一种数控铣床进给的机构，此机构的工作台可以在X,Y轴两个方向自由移动，由电动机控制，人们只需启动和关闭开关，即可实现病床在任意位置的停止，可以实现将工件移动到指定的位置，为加工提供方便。 由于为了进给机构可以实现多种方案，本课题升降装置采用电机驱动滚珠丝杆的方式来带动工作台的平移，现提供以下设计方案： 图1 步进电机驱动滚珠丝杆进给机构方案1 此种方案为传统的的进给机构设计方案，此种方案步进电机与滚珠丝杆通过联轴器固结，丝杆螺母装在滚珠丝杆上面，保持滚珠丝杆与工作台通过螺纹连接，，这种方法由于滚珠丝杆动，从而带动丝杆螺母转动，从而实现工作台的平移，可以做X、Y方向的移动，从而实现钻床工作台的快速进给。此种方案结构简洁，造价低廉，定位精准，可靠，符合此次设计的要求，因此此种方案虽然是传统的设计方法，但切合实际，我们优先考虑。 图3 进给机构大体布局图 机械结构的设计 2.1滚珠丝杠的设计 （1）传动效率高 滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 运动平稳滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 高精度滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 高耐用性钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 同步性好由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 高可靠性与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工 =45°。其特点是：磨削滚道的砂轮成形简便，可得到较高的加工精度。有较高的接触强度，但比值/小，运行时摩擦损失增大。接触角α随初始间隙和轴向载荷的大小变化，为保证α=，必须严格控制径向间隙。图示如图2 图2 单圆弧法面截形 （2）单圆弧法面截形要求消除间隙和调整预紧必须采用双螺母结构。 （3）根据机床的特点，选用内循环浮动式反向器，其特点是径向尺寸小，循环通道短，摩擦损失小，传动效率高。 2.3 滚珠丝杠的预紧 滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有要求，以保证其反向传动的精度。我们通常采用双螺母结构预紧方式（图3） 图3 双螺母结构预紧示意图 双螺母预紧的结构通常有三种： 1.垫片调隙式(图4) 图4 垫片调隙式 调整方法：调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移。为便于调整，垫片常制成剖分式。 特点：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.螺纹调隙式(图5) 图5 螺纹调隙式 调整方式：调整端部的圆螺母，使螺母产生轴向位移。 特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便；但准确性差，且易于松动。用于刚度要求不高或需随时调节预紧力的传动。 3.齿差调隙式(图6) 图6 齿差调隙式 调整方式：螺母1、2的凸缘上有外齿，分别与紧固在螺母座两端的内齿圈3、4啮合，其齿数风别为Z1和Z2，且Z2=Z1+1。两个螺母向相同方向同时转动，每转过一个齿，调整轴向位移量为：(Ph—导程)。 特点：能够精确地调整预紧力，但结构尺寸较大，装配调整比较复杂，宜用于高精度的传动机构。 本设计中将采用的是双螺母内循环垫片调整式滚动螺旋副来消除间隙。 垫片调整式有结构比较简单，装卸方便，刚度高的特点。 2.4滚珠丝杠选取与校核 （1） 初始条件 本设计的轴向进给长度大于径向进给结构，只校核轴向进给结构用的丝杠如下： 由本设计要求可知，估算工作台的重量和安装在工作台上面的电磁夹具给丝杠的平均工作载荷Fm=4000N，最大轴向行程420 mm，取用丝杠的工作长度为672mm，有效滚道长度是500mm。 两支承间最大距离为：575mm螺杆材料为：50Mn 高、中频加热,表面淬火螺母材料为：CrWMn 整体淬火、低温回火返向器材料为：40Cr离子渗氮螺纹滚道法面截形为半圆弧= （式1） 式中为载荷系数，K为硬度系数，为短行程系数。参考《机械零件设计手册》表18-18，表18-19，表18-20取=1.2，K=1，=1 （3） 计算额定动载荷 计算额定动载荷公式