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机床本体部分的数控化改造与设计计算

日期：2010年01月07　来源：沈阳第一机床厂　关键字：机床
    滚珠丝杠的选择。滚珠丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床、数控机床得到广泛应用，在机械工业、交通运输、航天航空、机床军工产品等各个领域应用得很普遍，摇臂钻床可用作精密定位自动控制、动力传递和运动转换。
    1)滚珠丝杠副传动的优点。滚珠丝杠副传动与滑动丝杠传动相比有以下优点：
    ①传动效率高。一般可达95％以上，是滑动丝杠传动的2-4倍。
    ②运动平稳，摩擦力小，灵敏度高，低速无爬行。
    ③可以预紧、消除丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度。
    ④定位精度和重复定位精度高。
    ⑤使用寿命为普通滑动丝杠的4—10倍，甚至更高。
    ⑥同步性好，机床用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。
    ⑦使用可靠，润滑简单，摇臂钻床维修方便。
    ⑧不自锁，可逆向传动，即螺母为主动，丝杠为被动。旋转运动变为直线运动。
    ⑨有专业厂生产，选用配套方便。
    2)滚珠丝杠副精度等级确定。查本章参考文献[24]，在车床数控化改造中可选用3级精度的滚珠丝杠。滚珠丝杠推荐应用精度等级。
    3)滚珠丝杠的润滑、防护和密封
    ①润滑：滚珠丝杠必须润滑。滚动轴承用的各种润滑剂原则上都可以用。机床主轴的各种润滑剂和润滑方式都可用于精密滚珠丝杠。一般情况下采用锂基润滑脂，在高速和需要严格控制温升时，可用L--AN32全损耗系统用油、汽轮机油循环润滑或喷雾润滑。
    ②防护和密封：丝杠防护套有伸缩套管式、折叠套管式和螺旋钢带保护套。摇臂钻床后者由专业厂生产，应用较广，所以选用螺旋钢带保护套。
    2．机械本体改造和设计计算
    (1)纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算。已知条件：
    工作台重量(床鞍重量+中滑板重量+电动刀架)：C：800N
    时间常数：  了：25ms
    滚珠丝杠基本导程：几二6mm
    最大行程：S；650mm
    脉冲当量：a。：0．01mm／步
    步距角：n：0．750／'步
    最大进给速度：。nlox：2m／min
    纵向最大进给速度：／Inax：0．6m／min
    1)切削力的计算。由《机床设计手册》可知，机床切削功率可由式(2-1)求得。
    2)滚珠丝杠设计计算。
    ①滚珠丝杠的选型方案。
    (a)螺纹滚道型面的选择：单圆弧型面、双圆弧型面。
    要求：经济、易调试、稳定。
    方案：选用双圆弧型面。
    原因：双圆弧型面接触角不变，双圆弧交接处尚有小空隙可容纳一些脏物，摇臂钻床这对滚珠丝杠有利而不致堵塞。
    (b)滚珠循环方式：内循环、外循环。
    方案：选用外循环。
    原因：结构简单、工艺性优良、适合成批生产、经济实用，适用于重载荷传动、高速驱动及精密定位系统，是目前应用最广泛的结构。
    (c)轴向间隙的调整和预紧力的选择：垫片式、机床螺纹式、齿差式。
    要求：经济可靠、易拆装、刚度高。
    方案：选用双螺母垫片式预紧。
    原因：结构简单、装卸方便、刚度高。
    滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠型号的选择。    
    ②计算作用在丝杠上的最大动载荷C(N)。首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给牵引力，计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命计算出滚珠丝杠副应能承受的最大动载荷C。
    3)滚珠丝杠的选型。根据C<C。的原则，使选取的滚珠丝杠的额定动载荷大于计算的最大工作载荷。查《机械零件设计手册》电子版，由于导程为6mm，机床所以选取滚珠丝杠的型号为CDM3206—5，公称直径为32mm，其额定动载荷是    26250N>7051．595N，故强度足够。CDM3206—5表示外循环插管式、摇臂钻床双螺母垫片预紧、导珠管埋人式的滚珠丝杠，其为右旋螺纹，载荷钢球为5圈，精度为3级的定位滚珠丝杠副。
    4)齿轮间隙的调整环节。为了提高传动精度和传动平稳性，避免齿轮在旋转中产生冲击和噪声，对于纵向、横向齿轮都需要设计中心距的调整机构。
    由于主、从动齿轮在制造过程中不可避免地存在着加工误差，为使这一对相互啮合的齿轮在安装后的中心距达到标准中心距，采取如下措施。
    主动轮安装在步进电动机1的轴上，机床而步进电动机1的端部用螺钉与偏心套2联接，偏心套2装在箱体上，转动偏心套(这时步进电动机连同主动轮4一起转动)，从而可以调整主、摇臂钻床从动轮之间的中心距。

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