畢業設計（論文）-數控車銑中心Y軸傳動機構設計

南京工程學院工業中心畢業設計說明書（論文）前言數控技術指根據文字語言，英文加上一些數字還有圖形等合成的一些數字指令控制機械設備按照規定的要求工作的一種技術。沒有別的需求，我們通常通過計算機技術對數字程序來操控，因此此等方式也往往叫做電腦數字控制。它能夠自動控制機床按照編好的程序來進行加工。[1]與常規數控加工工藝做比較，復合加工技術在以下幾個方面優點突出：一、工序集中。二、減少裝夾次數從而提高加工精度。三、減少占地面積，降低生產成本。當今社會科技蓬勃發展，新材料不斷涌現，比如鋁合金在工業以及其他各方面的應用，從而對數控機床的要求就越高，在這種大環境下數控復合機床就成為發展熱點。數控機床在當今社會下的發展趨勢，我認為有以下幾點：（1）高速、高精密化：數控機床只有高速并與此同時保持高的精度，生產效率才會提高。（2）高可靠性：數控系統和被控設備的可靠性前者要高一個數量級以上，但受價格的約束也不是越高越好。（3）數控機床設計CAD化：CAD的應用能使數控機床的設計更簡便，工作量更小，所以CAD的應用就更加迫切。（4）智能、網絡、柔性、集成化：數控機床的發展應該向這方面發展。（5）開放性：數控系統的開發統一在一個平臺上，形成一個具有鮮明個性的明星品牌產品。（6）復合化：開發更多復合程度更高的數控產品。（7）重視技術標準、規范的建立。[2]緒論1.1課題背景和意義數控車銑復合機床是以車削為基礎的復合加工機床，經過添加銑削構成的復合加工機床；也有以銑削為基礎經過添加車削部件所構成的復合加工設備。車銑復合機床主要用于對回轉體類零件的復合加工，能在回轉體上利用銑刀及多種刀具完成平面、回轉曲面、螺紋、圓錐面等切削加工。從生產技術的發展的角度來看,近年來,世界各地競爭開發各種復雜的機床,開發的功能越來越強大,工序越來越集中,機床復合化已經成為未來產品的發展趨勢。復合機床以工序集中程度高,零件加工周期短,定位誤差小等優點被廣泛使用。在一臺機器上完成多個加工工序,不僅可以減少處理和搬運時間,也為了確保準確性,提高生產效率,所以世界各國努力開發復合機床。[3]1.2國內外研究現狀和發展趨勢1.2.1國內外數控車銑中心研究現狀1940年代，美國一家小型的飛機代工公司運用數據處理技術對飛機輪廓及直升機葉片進行加工。這是數據處理技術第一次應用于機械加工中。這種加工的方式有效的提高了機械加工的精度。此后于1949年麻省理工學院與這家飛機公司聯合開展數控機床的研發。3年后，世界上第一臺數控機床面世。[4]我國的數控技術經歷了多段起伏，在多年來不停的學習、調整和優化設計的過程之中，國內的數控技術也取得了不錯的成績。其發展大致可以概括為四個階段。1）1958年國內開始自主研究制作第一臺數控銑床。2）在1965年開始研制晶體管數控系統階段。3）1972年起國內開始生產并使用數控機床，隨后成功研制出了集成電路數控系統。4）1980年起國內數控系統開始進入穩定發展的第四個階段。我國的數控產業已經度過了最艱難的時期，但還有重重困難等待著未來的研究人員。跟國際上先進的數控技術比較，國內的數控技術還不在一個檔次上。與國外的車銑復合加工中心相比，國內的水平還是相差很大的，主要有如下幾方面的問題：機床各方面性能稍差機床方面精度等參數普遍比國外廠家低。二、機床前期利用率低國產數控車銑中心在使用過程中用戶普遍的反映就是發生故障頻繁，影響收益。三、產品系列不夠完整國內的車銑中心在機床規格上基本上都是單一的產品規格，不能滿足市場所需。而國外知名廠家均已形成具有自己特色的一系列產品。四、軟件功能少國產的數控車銑中心功能很有限，跟國外先進技術還有一定差距。五、外觀和質量不足國外車銑復合加工中心的外觀設計同時兼顧功能、結構、工藝的合理性和經濟性、實現產品內在質量和外在質量的統一，而國內的車銑復合加工中心在此方面存在明顯不足。[5]一個國家的強大與否主要看生產業。所以我們國家要進步，就需要更高端技術的數控技術。因此，我們應該提高數控機床創新強度，一直革新和完備已經擁有的功能，最后能夠憑借超強的數控系統和技術以占領更多世界市場，與國外設備作競爭。1.2.2數控車銑中心發展趨勢數控加工技術正在快速發展著,多軸數控加工已被越來越多的使用。產品的日益復雜的當下,數控機床在各個方面都要經受各種挑戰。工序集中、高速、高效、高精度以及高可靠性是今后數控機床發展的大趨勢大方向[6]。現在許多制造廠商越來越重視使用復合機床，加工各種難以加工的零件如航空、國防和其他高精度工業。一方面提高生產效率,減少生產時間;另一方面提高加工產品的質量,大大減少了操作人員的工作量,減少勞動的勞動力。機床多軸化后，大大提升了加工效率。在不久的將來，復合機床會是生產制造業的熱門話題，復合機床或許會應用到更多行業。1.2.3Y軸傳動機構發展現狀Y軸于1996年被引入車銑復合機床的設計方案，并被首次用于有副主軸的車銑復合機床。車床上只能進行端面的加工，而并不能進行外輪廓的平面加工。在早期的數控加工中可以利用X、Z軸插值法加工平面。但這種加工方法加工的產品質量不行，編程也比較復雜。徑向插值的主要缺點是，對直徑上平面進行切削時，會產生凹面。這是因為插值法加工時，X軸的運動會短暫停滯，這通常會在平面上留下微小的痕跡。在凹面和痕跡之間，需要有更好的方式將其磨平。使用Y軸即可解決這些問題，在車銑中心上采用Y軸可免除許多必要的輔助操作，并對許多部件進行完整加工。Y軸聯合分度軸C軸可以很方便的進行平面加工。采用Y軸時,可通過在整個表面橫向移動生成一個真正平坦的表面，這樣也能更好地控制尺寸公差。有時還要用Y軸來使刀具處于中心位置。如果中心位置出現錯誤，而此時正在使用小型刀具，那么用戶的刀具會高于或低于中心位置。在這種情況下，Y軸會使刀具處于中心，且擁有更好的公差和切削條件。由于車銑復合機床Y軸的功能，可完成的銑削量不受限制。當對軸上的一個1/4英寸簡單鍵槽進行銑削時，可充分利用Y軸來達到最佳效果。總體方案設計設計的原始數據：數控車銑中心Y軸傳動機構設計的主要技術參數1）Y向快速移動速度：10000mm/min2）Y向工進速度：0–5000mm/min最小進給單位：Y：0.005mm3）Y向絲杠型號：臺灣上銀R25X5T3XFDIX188X382-0.0124）Y向行程：±40mm.5）Y向伺服電機型號：siemens1FK70606）軸承型號:20X42X12(3件4組)/B7004E.T.P4S7）進給系統Y向傳動齒形皮帶降速比60/120數控機床的進給系統不但需要很高的定位要求，還需要各方面的綜合性能的突出。在設計的時候應該選用剛度高、摩擦小，間隙能自動消除等這樣才能精確的控制機床的加工精度和工作的穩定性。數控車床進給系統的組成包括電動機及其控制和驅動裝置等部件組成。2.1傳動類型的選擇2.1.1進給傳動系統的設計要求進給系統的精度、靈敏度、穩定性會直接影響數控機床的加和。決定進給系統性能的主要因素有系統的剛度、慣量、精度和動特性等。傳動系統的剛度和慣量，直接影響到進給系統的加和切削能力；穩定性和靈敏度；傳動部件的精度與系統的動態特性，決定了機床的輪廓加工和定位精度，在閉環控制系統中還影響系統的穩定性。進行設計機械機構的時候,應該盡量設計沒有間隙、剛度高、摩擦低和阻尼比符合的機床從而保證數控機床的傳動精度與加工的穩定。為了滿足上述的要求,在設計的時候應該選用如下方法:1，盡可能的解決掉工作時產生的間隔,降低回程時的誤差。2，降速比一定要選取非常合適的。3，現在要盡可能的選取短的傳動帶，然后用預緊的措施來增加的剛度。4，最大可能的選取那些摩擦力比較小的機構來傳動。2.1.2進給系統傳動類型選擇數控機床進給傳動系統，必須對進給運動的位置和速度兩個方面同時實現自動控制。一個完整的進給系統通常由位置比較和放大單元、驅動單元、機械傳動裝置及檢測反饋元件等組成。進給傳動裝置就是將電機的旋轉運動轉化為工作臺直線移動，主要部件有減速裝置和絲桿螺母副等。數控機床有兩種經常使用的傳動方式靜壓絲杠螺母副和滾珠絲杠螺母副。（1）靜壓絲杠螺母副靜壓絲杠螺母的摩擦系數非常小，僅是滾珠絲桿的十分之一，它的靈敏度很高，間隙也很小，運動平穩熱變形小，而且可以提高傳動系統的精度。靜壓絲杠螺母副的價錢很高，而且還需要有配套的供油系統，所以多用于高精度的磨削類機床。(2)滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副的傳動功效能夠達到百分之八十五到百分之九十八，是一般滑動絲杠副的兩到四倍。滾珠絲杠的摩擦角小于1°，所以不能夠自鎖。若是滾珠絲杠副啟動起落活動，那么一定要有制動機器。滾珠絲杠的靜摩擦和動摩擦指數基本上不存在區別。它能夠解決反向間隔然后給與預緊力，能夠幫助增加定位精度和剛度。根據以上說明，在本次設計中選用的是傳動效率高的滾珠絲杠螺母副。2.2Y軸電機的選擇電機一般可以分為三個類型：一、步進電機：它的結構簡單、制造價格低、可靠性高等特點，所以步進電機的應用很廣泛基本各個領域都有所應用；在數控機床中用的尤其多。二、直線電動機直線電動機它是可以將能量轉會為運動的設備比如：將電能轉為直線運動。它沒有中間復雜的過渡機構，所以它的傳動快而且精確度高，所以它的運用廣。三、伺服電機伺服電機的功能就是能夠將一些元件按照它給的一定規律運動的電機，它的速度可以隨時變化，在速度上的控制有很高的精度，對位置的控制精度也好，它的原理是將它接受的電信號經過計算轉換為轉速和轉矩，來控制對加工的形狀的精度。轉子一收到信號，就能反應，而且時間段，精度好，靈敏性好。伺服電機又分為直流伺服電機和交流伺服電機：（1）直流伺服電機，直流伺服電機的優點是在速度的控制上達到的準確度高，而且靈敏速度快，使用簡單不復雜，拆裝容易入手，制造的成本低，價格優惠，在工作的環境沒有很高的要求。電機就是需要換向的設備，會影響速度產生不必要的阻力，產生的熱量高，會影響精度。直流伺服電機常用在機械手臂和主軸，切割機等，在這些方面的應用都到了廣泛的好評。（2）交流伺服電機，交流伺服電機的調速性能可靠，可以準確控制每一個區域的速度平滑，在此過程中沒有震動。工作時的效率可以達到90%以上，所以效率很高，而且雜音不高。對溫度的影響小，在速度和位置的控制有不錯的精度，只要保持一定的速度范圍，那么就能有恒力矩。這樣的電機是在各種需要提供轉速的機械設備中使用最廣的電機，它的功率范圍廣，所以帶來的慣性就大，達到最大轉速時，所消耗的功率也不高，他很適合用在速度不高，運用穩定性好的場合。[7]因此在本次設計中采用交流伺服電機。根據畢業設計原始數據確定伺服電機型號為西門子1FK7060,因考慮斷電自重的影響，所以選擇帶抱閘的電機型號。參數：額定轉速3000r額定功率1.48KW額定轉矩4.7N.m額定電流3.7A轉自轉動慣量7.95*10-4kg.m2堵轉轉矩6N.m2.3電機與絲杠傳動方式的選擇電動機與絲杠的傳動形式主要有三種：1、聯軸器傳動聯軸器是聯接進給部件的兩根軸讓它們同時旋轉傳遞動力和運動的一種部件。目前，有許多類型的耦合，液壓，電磁和機械式聯軸器。機械耦合是使用的普遍的。2、齒輪傳動齒輪傳動是很常見的傳動形式。數控機床的進給系統采用齒輪傳動的作用有：一是讓伺服電機的轉速較高但轉矩很低轉變為執行部件的轉速較低不過轉矩很大;二是減小滾珠絲杠和移動部件的慣量。也能夠確保開環系統中規定的運動精度。和選取同步齒形帶比擬，數控機床進給傳動機構里運用齒輪減速機構，會引起震動，所以減速機構里會裝備阻尼器以此提高動態特征。3、同步齒形帶傳動同步帶是靠嚙合齒輪傳動的新型帶，它兼有帶傳動和鏈傳動的優點。同步齒形帶是以鋼絲繩為強力層，外面用氯丁橡膠或聚氨酯包裹。它通過齒形帶的齒形和帶輪的輪齒相互嚙合，以傳遞運動和功率。其優點是沒有相對的滑動，平均傳動十分穩定，傳遞動力十分平穩。同時齒形帶的強度高、厚度小、重量輕。所以經常被用在高速運動的場所，齒形帶不用張的十分緊，所以施加在軸與軸承上的力很低，傳動時損耗特別低，所以，現在大部分數控機床上安裝的都是它。根據以上內容通過對比,本課題采用同步齒形帶聯接電機與絲杠。同步齒形帶聯接方式降低慣量和轉矩的同時能夠隔離電動機的震動和熱量傳遞，使電動機安裝位置更加合理。帶輪與電機軸絲杠軸的連接采用的是脹緊套連接：脹套連接在進給傳動的系統中是消除間隙的一種比較好的方法，它主要是依靠內外錐環的壓緊然后產生的摩擦作為動力的傳遞。這樣的連接沒有像鍵連接一樣的間隙，這種方式應用得越來越多。[8]2.4滾珠絲杠及軸承的選擇滾珠絲杠副是目前的數控機床進給系統的核心部件，它的精度和各項性能直接影響數控機床的定位精度和加工精度。隨著數控復合機床等高科技數控技術的飛速發展，對滾珠絲杠的精度及其各個方面的性能參數提出了越來越高的要求。所以設計滾珠絲杠進給系統，要充分考慮其所受載荷的關系合理選擇消除間隙的辦法，提高其定位精度，從而提高加工效率。[9]1.根據畢業設計原始數據確定滾珠絲杠型號為：臺灣上銀R25X5T3XFDIX188X382-0.012，如圖2.1所示。查詢資料，確定絲杠的各項參數：公稱直徑為25mm，導程為5mm，絲杠螺紋部分長度為188mm，絲杠總長為382mm，任意300mm內導程誤差不超過0.012mm。這是雙螺母式內循環回流蓋的滾珠絲杠。圖2.1滾珠絲杠訂貨圖2.因為滾珠絲杠是一根轉軸，既要承受軸向力，又要承受徑向力，而且因為是機床絲杠，要保證加工時的穩定性，所以選擇角接觸球軸承。根據畢業設計原始參數得到軸承型號:20X42X12(3件4組)/B7004E.T.P4S內徑20mm、外徑42mm、厚度12mm2.5導軌的選擇導軌是機床實行進給運動不可缺少的一部分，機床運動部件在導軌上進行運動，導軌給予其支承和引導的作用。導軌一般由動軌和定軌組成，前者在定軌上移動后者固定于機架上。導軌多用于機床來回的直線運動。導軌的承載和壽命大小直接影響著機床的承載、精度及壽命。導軌的類型選擇直接影響到伺服系統摩擦阻力的大小，所以為了減少摩擦力現今大多使用減摩導軌應用于數控機床。通常我們給滾動導軌施加預載或復合、靜壓導軌等來增加導軌的阻尼比，因為往往得考慮到進給系統的穩定性。數控機床常用的導軌主要分為滾動導軌、滑動導軌靜壓導軌三類。（1）滾動導軌：滾動導軌的導軌面上應該有滾珠、滾針等滾動體，他可以使滑動變為滾動。滾動導軌的摩擦阻力很小，還有較高的運動速度和定位精度，磨損消耗小，增加使用壽命?？墒强拐裥员容^差，所以多用于高速、高精度的數控機床。（2）滑動導軌：它的優點是結構簡單、剛度高、制造方便、抗震性好等，是最常見使用的導軌形式。但是摩察系數系數會隨這速度變化而變化，速度比較低時會出現爬行現象。但是可以通過表面鑲粘塑料的材料來降低摩擦阻力，提高性能，所以在機床上得到廣泛使用。（3）靜壓導軌:它的優點是摩擦系數很低，磨損也小，能保持很高的精度，承載能力和其他性能都非常突出。但是結構過于復雜，安裝的要求也高，還需要配有高清潔的供油系統，多用于精度很高的磨削機床。靜壓導軌按工作介質分為液體靜壓導軌和氣體靜壓導軌。前者多用于中、大型機床和儀器，如磨床、鏜床、三坐標測量儀等;后者多用于精密、輕載、高速的精密機械和儀器上，如自動繪圖機、三坐標測量機等。導軌截面形狀一般分為矩形，圓柱形和燕尾形等：（1）矩形截面：它的承載強，加工制造簡單，心得導軌精度很高，但是不能自動的補償間隙，就要安裝能夠調整間隙的設備。（2）圓柱形截面：這種截面制造加工簡單，配合精度高，對溫度比較敏感，隙小較小會卡住，間隙大又會降低精度，應用不多。（3）燕尾形截面：它的結構緊湊，側向的力矩的承受能力強，但是沒有足夠的剛度，維護和安裝不方便，經常用在導向精度要求低的場合。綜上所述，本次設計選用滑動導軌。Y軸伺服電機設計3.1進給伺服系統設計進給系統在數控車床屬于重要組成部分，它的運動是根據反饋裝置再由數字操控，是由機械傳動組件與形成主要動力然后再加上操作其加工的各種動作部件組成的?，F在機床的進給運動還是通過電機還有絲杠再加上工作臺，最后完成了整個進給運動系統。3.1.1對進給伺服系統的基本要求數控機床的進給系統必須要保證很高的定位精度和重復定位精度，而且還要有不錯的靈敏性。所以我們應該設計出沒有間隙、剛度高、摩擦低和阻尼比符合的機床從而保證數控機床的傳動精度與加工的穩定。對不同類型的數控機床，進給伺服系統的要求也不相同。[12]3.1.2進給伺服系統的設計要求進給系統的精度、靈敏度、穩定性直接影響數控機床的定位和輪廓加工精度。從系統控制的角度看，決定進給系統性能的主要因素有系統的剛度、慣量、精度和動特性等。傳動系統的剛度和慣量，直接影響到進給系統的速性能；穩定性和靈敏度；傳動部件的精度與系統的動態特性，決定了機床的輪廓加工和定位精度，在閉環控制系統中還影響系統的穩定性。靜態設計方面的要求1）能夠克服摩擦力和負載。電機的轉矩和切削力的大小是有比例關系的。2）為了達到目前最小辨別力的要求所以機床的進給運動的位移量一定要足夠小。3)靜態扭矩的剛度一定要保持足夠高。4）速度的調節范圍一定要足夠。5）對速度的要求是無爬行，所以就要求速度一定要均勻。二、動態設計方面的要求1）為了能夠開啟啟動制動過程，必須具備足夠的加速和制動轉矩。市場上目前的伺服電機在帶有調速功能的前提下其響應的時間為（20-100）N.m；換向時對進給系統的速度要求特別高，最低要求是要在最短的時間內達到額定轉矩的4倍及以上。2）傳動性能一定要夠好，這直接關系到被加工工件的形狀和加工表面精度要求。3）由于負載作用而引起的一些非必要誤差應盡可能的減小或完全消除。三、對機械傳動部件的要求1）被加速的運動部件具有較小的慣量。2）部件的各種剛度一定要高。3）部件的阻尼的性能起碼要良好。4）抗拉、抗壓剛度和阻尼等因具有很小的非線性要求。3.2Y軸電機匹配分析伺服電機的選擇是要看的。一般作用在電機軸上的有兩種負載：，其中負矩包括切擦扭矩。負載扭矩應小于所選擇電機的額定扭矩，電機的最大扭矩就是負載扭矩和加速扭矩相加。3.2.1慣量匹配分析計算為使伺服進給系統的進給執行部件具有快速響應的能力，必須使伺服電動機轉子慣量。與進給負載慣量合理匹配。慣量匹配條件是：根據文獻查的公式：移動部件的慣量: （3-1）轉動部件的慣量： （3-2）有降速比時，各部件折算到電機軸上的慣量：（3-3）工作臺及螺母質量:通過公式（3-1）得：移動部件的慣量：通過公式（3-2）得：同步帶帶輪1轉動慣量:同步帶帶輪2轉動慣量:滾珠絲杠的轉動慣量:通過公式（3-3）得：電機電子轉動慣量為7.95*10-4kg.m2滿足（3-4）所以該電動機慣量與負載慣量匹配。3.2.2轉矩匹配分析計算負載轉矩是由驅用所引起的，所選伺服電動機的額定轉矩應大于載轉矩。由于數控機床對動態響應特性要求較高，所以電機的轉矩主要用來產生加速度。（3-5）Mamax電機空轉時的加速度轉矩Mf電機轉軸上的摩擦轉矩Mo絲桿預緊時電機軸上附加的摩擦轉矩（3-6）T系統響應時間常數Nmax電機最大轉速（r/min）T為，KS表示為系統的開環增益，一般機床的靈敏度越高增益的數值也就越大，但增益值也不能夠過大，如果增益值過大直接導致靈敏度過高，系的運動慣量也就越大，直接影響到了機床額定位精度。一般數控機床增益取KS=8~25。本機床取KS=10。根據以上公式計算的加速力矩，忽略Mo、Mf的影響。=6N.m<（3-7）通過以上計算，電機轉矩匹配。3.2.3進給力計算金屬加工時刀具切除毛胚材料產生的力，叫做切削力。切削力由三個方面的因素產生：①克服被加工材料對彈性變形的抗力②克服被加工材料對塑性變形的抗力③克服切削、工件與前后刀面間的摩擦力。Y向電機的最大靜扭矩為4.7N.m，在經過1:2的降速比，機械效率為0.9，則：進給力 （3-8）公式（3-1）到（3-8）都是通過查找《機床設計手冊》第三冊1986年版。滾珠絲杠螺母副的選擇4.1滾珠絲杠螺母副的工作原理及特點滾珠絲杠副組成及工作原理滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器、防塵器組成。它的功能是將絲杠的旋轉運動轉化成工作臺的直線運動。在絲杠的螺旋形滾道里裝滿了滾珠，螺母就能在絲杠上進行轉動運動。滾珠絲杠副的特點（1）傳動效率高。滾珠絲杠螺母副傳動效率ζ=0.92~0.94，是普通絲杠傳動效率的3~4倍。（2）摩擦力小。滾珠絲杠螺母副動靜摩擦系數小，傳動靈敏，運行平穩，低速不易爬行，定位精度高。（3）可預緊。滾珠絲杠螺母副經預緊可消除軸向間隙，剛度高。（4）有可逆性。滾珠絲杠和螺母的運動是可逆的，即可作為主動件或從動件。（5）使用壽命長。（6）制造工藝復雜，成本高，不能實現自鎖。數控機床進給傳動系統最常用的有滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副兩種方式。（一）滾珠絲杠螺母副：滾珠絲杠的作用是可以將直線與旋轉運動做來回轉換的一種機構，特點是，傳動效率可以達到百分之九十以上，所很高，對功率的消耗和小，通常比一般機構要小百分之二十；適當給一定的預緊就能夠把間隙消除了，爬行的機率小，傳動精度高而且平穩；具有可逆性；磨損很??；使用壽命長；制造工藝復雜；不能自鎖；這種方式主要用在中小經濟型數控車床中。（二）靜壓絲杠螺母副：產生的摩擦阻力小，運動起來更加的平滑穩定，在功率上的損耗也低，對震動產生的誤差不大，使用壽命就有所提高；軸向剛度很大，在運動中沒有間隙的產生。但是在此傳動需要一個供油裝置，對環境的要求高，在供油的過程中不能中斷，不然會對機床造成很大麻煩，控油設備占用的空間大，浪費資源。4.2滾珠絲杠螺母副的種類滾珠絲杠副的循環方式通常，按照滾珠在螺旋滾道的循環過程中與絲杠表面的接觸情況，循環方式可以分為內循環和外循環兩種。①內循環內循環滾珠絲杠，其回珠滾道布置在螺母內部，滾珠在返回過程中與絲杠接觸，回珠滾道通常為腰型槽嵌塊，一般每圈滾道都構成獨立封閉循環。內循環滾珠絲杠的結構緊湊、定位可靠、運動平穩，而且不易發生滾珠磨損和卡塞現象，但其制造較復雜，此外，也不可用于多頭螺紋絲杠傳動。②外循環外循環滾珠絲杠，其回珠滾道一般布置在螺母外部，滾珠在返回過程中與絲杠無接觸。外循環只要有一個統一的回珠滾道，因此，結構簡單，制造容易；但它對回珠滾道的結合面要求較高，滾道連接不良，不僅影響滾珠平穩運動，嚴重時甚至會發生卡珠現象，此外，外循環絲杠運行時的噪聲也大。綜上所述，本次設計選用的是雙螺母式內循環滾珠絲杠。常用的雙螺母消除軸向間隙的結構形式有三種：圖4.1墊片消隙式(1)墊片調隙式如圖4.1所示，這種結構拆裝方便，結構簡單，剛度好。但是調整復雜，不能隨意的達到自己想要的間隙，需要通過換不同的墊片才能實現，所以調整復雜。用在精度高間隙不易改變的結構中。圖4.2螺紋調隙式(2)螺紋調隙式如圖4.2所示，通過改變預緊螺母的位置就可以改變預緊力，而且還能固定絲杠螺母。螺母預緊的方法結構比較簡單，調整方便，它可以在機床裝配、維修時現場調整，但預緊力的控制同樣比較困難。(3)齒差調隙式齒差預緊調整時，需要把外齒輪拿下來，再將兩個螺母同向旋轉，讓兩個螺母產生相對的軸向位移后，再把外齒輪裝上去。齒差預緊的好處是能夠準確的調整預緊力，但是它的結構復雜、加工制造和安裝調整的步驟比較多，所以實際應用的比較少。本次設計我們選用的是墊片調隙式。4.3Y向滾珠絲杠預拉伸量的計算本次設計為了達到一定的傳動精度，保證絲杠的剛度，可以通過對機床絲桿進行預拉伸來消除工作過程中由于絲桿的熱變形而產生的誤差。=（4-1）——絲桿的熱膨脹系數，=/℃t——，t=3℃L——絲桿兩鎖的距離螺紋占絲杠全長188/382=49%根據參考資料，考慮到絲桿除環境溫度的變化而引起絲桿變形外，還有其它方面的影響，取絲桿的預拉伸量為0.0279mm。因絲桿螺紋整個絲桿部分全長為49%，則絲桿的方向目標值為0.0113*49%=-0.005537mm公式（4-1）是通過查找《機床設計手冊》第三冊1986年版。4.4滾珠絲杠支承方式的確定圖4.3滾珠絲杠支承方式如圖4.3所示：A.“雙推—自由”式，此支承方法的承載力不夠，剛度小，常用在短絲杠中。B.“雙推-單推”或“單推-單推”式，此方法需要對絲杠進行預拉伸才能安裝。這樣做的好處是：避免絲杠的自重所引起的彎曲變形；推力軸承的預緊力在大于絲杠軸向載荷的下，絲杠的強度和剛度會得到提升；絲杠不會因為溫度過高而變形，這樣能保證絲杠的精度。

C.“雙推—支承”式，此支承方法不受絲杠的自重的影響產生彎曲，和在高旋轉時自由端不會晃動。

D.‘雙推-雙推’式，這個支承的方法是剛度最高的一種，用在定位精度要求高的場合，還能預拉伸和防止過熱膨脹，不但傳動的剛最高，如果沒有間隙還可一提高拉壓剛度。常用于不但速度要求高還要精度高的場合。這種結構方式可以使絲杠由于受熱的變形轉為預緊力。本設計選擇采用“雙推-雙推”的支撐方式。4.5軸承間隙的調整和預緊軸承間隙的調整：角接觸球軸承回轉精度高、轉速高，應用較廣泛，但調整間隙時需將軸承及調整零件全部拆卸。其原因是其結構特點決定了工作狀態中，承受徑向載荷時引起附加軸向力，使軸承的內外環產生分離趨勢，故都成對使用，經調整相互壓緊達到消除軸向間隙而預緊，對于角接觸軸承的間隙以0.004mm(間隙)至-0.016mm(過盈)為宜，零間隙的壽命系數可達100%。在高速輕載機構中軸頸與內環間隙為0～0.004mm、外環與軸承座間隙以0.004～0.008mm為宜，一般安裝時用手輕推到安裝位置即可達到要求。滾動軸承預緊的目的：(1)使旋轉軸在軸向和徑向能獲得正確的定位。在一定的載荷范圍內，加預緊軸承的彈性變形量比不加預緊軸承的變形量要小，因此，可以提高軸的旋轉精度和軸的剛性，如機床主軸的支承軸承。(2)用預緊軸承支撐的軸具有較高的引導精度，因為負荷作用下軸的撓曲能力受到了預緊的限制。減少軸向和徑向的竄動量，使無載荷區滾動體能得到較好的引導，有利于減少軸承部位的振動和噪聲，如電動機軸承。(3)適量的預緊可改善軸承負荷的分布，增大軸承內部的載荷區域，提高軸承載荷分布的合理性和運轉的可靠性，從而延長軸承的使用壽命。(4)防止在高速、輕載荷運轉時，滾動體的自旋和公轉時產生打滑現象，對于水平軸安裝的推力軸承，預緊可以保持滾動機在滾道中的正確位置。(5)運轉過程中，軸承的磨損與壓沉使間隙增大，但可以通過預緊加以補償。合理的預緊可以防止振紋對軸承的損傷和磨損。在一般情況下，滾動軸承都具有一定的內部游隙，但在不同的場合，軸承不論是單個安裝或成對組裝，使用者常對軸承施壓預緊載荷，從而使滾動體和內外套圈間產生一定的預變形，以保持軸承內外套圈均處于壓緊狀態。對于兩個角接觸軸承作背靠背組合時，其壓力中心之間的距離L大于軸承中心距l;在面對面組合中L小于l。也即背靠背組合軸承，即使軸承中心距較短，亦可承受較大的傾覆力矩，由力矩負荷產生的徑向力及軸承變形都要較面對面組合時要小。若運轉時，軸的溫升比軸承箱高，則根據安裝時的環境溫度而確定的預緊將會增加，面對面組合軸承內預壓增加量比背靠背組合軸承大。無論是面對面或是背靠背，徑向熱膨脹都使間隙減少或使預緊增加。且在面對面組合軸承中，軸向熱膨脹更加劇這一趨勢，但背靠背組合中，卻削弱這一趨勢。若兩軸承距離一定，當軸承及附件的熱膨脹系數相同時，徑向和軸向的熱膨脹互相抵消，因此，預緊不變，但這一點僅適用于背靠背組合。因此本次設計中我們選用背靠背組合方式來安裝軸承。潤滑和密封 5.1軸承的潤滑與防護軸承的潤滑?？梢詼p少摩擦，降低磨損，防止銹蝕。潤滑方式有脂潤滑和油潤滑，也有使用固體潤滑的。常用潤滑脂有鈣基潤滑脂和鈉基潤滑脂，且脂的充填量不應超過軸承空間的1/3～1/2。高速、高溫下工作的軸承，宜采用油潤滑;油粘度小，內摩擦阻力小，有冷卻作用，在整臺機器有集中供油裝置較為方便，否則油潤滑需要復雜的供油設備。5.2導軌的潤滑與防護 一、導軌潤滑劑的作用（1）可以讓導軌在液體摩擦的情況下運動，這樣能夠降低摩擦阻力，減小驅動功率，提高效率。（2）降低導軌的損耗，消除導軌腐蝕。潤滑油也可以有清洗的功效。（3）防止了低速重載的情況下出現爬行的情況，而且可以降低振動。（4）減少高速運轉的時候產生的摩擦熱，降低熱變形。二、機床導軌潤滑油的選擇（1）如果又要潤滑油又要當作液壓油，又要當作導軌油，那么它就一定要同時滿足兩種油的要求。（2）根據滑動的速度和平均壓力確定潤滑油的黏度。（3）根據實際的使用來選擇潤滑油，可以參考國內外的例子。5.3潤滑劑的種類潤滑脂和潤滑油是目前使用的潤滑劑的兩種。潤滑脂：潤滑油、稠化劑和添加劑三者在高溫下混合而成的物質就是潤滑脂，通常添加劑的不同就會有不同的潤滑脂。滴點就是用來評價潤滑脂工作溫度的主要指標，通常來說滴點就是所有部件工作時所能達到的最高溫度，所以軸承工作時其產生的溫度應該低于滴點，同時在潤滑劑合成時其溫度也應該低于滴點，具體低于多少前者低于10-20攝氏度，后者低于20-30攝氏度。潤滑脂在載荷下工作的能力用針入度來表示，同時潤滑脂越軟針入度越小，載荷的大小和針入度的大小是成反比的。添加劑的不同潤滑脂的使用環境也不同，鈣基潤滑脂就適用于潮濕的環境，相反鈉基潤滑脂就比較適用于干燥的環境中。潤滑脂因其油膜強度高呈半固體狀態所以密封簡單，同時不易流失等優點，所以在軸承中多用潤滑脂潤滑。潤滑油：潤滑油的種類有很多都呈現液體狀態其中包括特制的礦物油、植物油和合成潤滑油。粘度是評價潤滑油的主要指標之一。粘度是指潤滑油運動時其之間分子之間相互的摩擦作用力。潤滑油形成油膜的能力和粘度有重要的關聯性，一般來說粘度越高形成油膜的能力越強，所以粘度是評價潤滑油好壞的重要指標。軸承如需在高溫或者高壓下工作，因潤滑油具有冷卻的功能以及易清洗的優點所以一般選擇潤滑油潤滑。但潤滑油是液體，就必須考慮到其密封的能力，所以密封性差，密封機構復雜是其主要的缺點。5.4Y軸部件的密封為了使軸承的壽命有所提高，必須對軸承進行必要的密封，為了防止潤滑劑的溢出或者其他雜物的進入干擾軸承的工作環境同時也是為了保證讓軸承有一個好的潤滑條件的工作場所。在決定軸承進行何種密封時，必須得考慮到如下的因素：（1）軸承所工作場所的外部條件；（2）軸承的最高轉速及其造成的最高溫度；（3）軸的用何種支承形式及其支承特點；（4）使用的是何種潤滑劑及潤滑劑的各項指標和性能；第六章數控車銑中心Y軸傳動機構技術經濟分析6.1技術成本分析的目的與意義技術經濟分析是一門學科，有和兩個不同領域的學科。它們之間的關系非常密切，是推動技術進步和經濟發展的重要手段。技術經濟分析就是分析所設計的機構需要的成本。在成本和零件之間存在的關系，考慮在成本高或者低的情況下所使用的結構設計。找出能夠降低成本的方法，使得設計完成的更合理。技術經濟分析是成本管理不可或缺的重要組成部分，是評定一個機構合理經營計劃成本的實施，發揮著不可忽視的作用。如在本次數控車銑中心Y軸傳動系統結構設計過程中，就是通過研究各種因素及其變動原因，進行計算、比較、論證，優選最佳方案。因此，合理的成本分析是商業計劃適當地評估成本的必然結果，也是導致成本變化的原因之一，為企業提供了一個非常發展業務決策的。作為成本管理的重要組成部分，技術經濟分析有著不可或缺的作用。設計過程中可能會遇到一些這方面的困難，想成為一個合格的設計師，不可畏難。要對設計結構很了解，并考慮成本分析。這也是節約成本，創新產品的合理體現，這種做法的經濟性表現將給公司帶來很大的效益。6.2成本計算依據按照零件的總量，求出所需的加工費用，就可以求得本課題設計的總成本。依據計算公式：重量工時費：主要件（主軸、法蘭盤、電機安裝板等）=材料費×8；一般件=材料費×（4~5）（1）材料費的計算由計算公式可得：45鋼毛坯重量=85.252Kg（2）工時費的計算主要的零件：主要的工時費用=289.52×8=2316.16元一般的零件：一般的工時費用=24.79×4.5=111.555元（3）表6.1序號名稱材料熱處理要求凈重（Kg）1隔圈45表面鍍鋅0.932塊45發藍3.723套45表面鍍鋅3.35套45發藍0.03表6.2序號名稱單價（元/Kg）1鍍鋅1.12發藍13淬火1.5因此熱處理加工費用為12.23元。6.3成本材料構成6.3.1非標準件裝配圖中非標準件的統計，如表6.3所示；表6.3序號名稱材料數量凈重（Kg）1隔圈4510.9332軸20CrMnTi12.1813套4540.1814塊4510.5135法蘭盤45210.536端蓋4518.1527小帶輪鋁合金10.58大帶輪鋁合金11.29電機安裝板45153.81目前，45鋼的價格為3400元/噸，45鋼總凈重：G=85.252Kg，非標準件購費：289.56元。6.3.2標準件外購費用裝配圖中標準件的統計，如表6.4所示。表6.4序號名稱規格數量單價（元/件）1螺釘M6X20M8X20M10*30M12X50910740.010.010.010.012雙頭螺釘M12*1210.13圓柱銷M6X1610.54螺母M3M102211標準件的外購件費用為7.64元。6.3.3課題總的成本計算課題總的成本=材料費用（45鋼+無縫鋼管+合金鋼+LY12鋁棒）+工時費用（一般零件+主要零件）+熱處理的費用+外購件的費用=289.56+12.23+2316.16+111.555+7.64=2737.145元設計中，考慮到經濟成本分析，再通過計算，有很大的好處。可以根據不同零件材料，它的加工工藝等合理的選型，降低零件的成本，提高性價比。這樣可以給企業的經營模式產生正確性的引導作用，減少不必要的開支，提升整體經濟水平，是至關重要的一個因素。在為企業發展的打下基礎的同時，