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1、. . . . 2011年10月大学自考本科助学考试MJ-50数控车床进给系统课程设计 (课程代码 5668 )院 系 机电工程系 专 业 数控技术 年 级 09级 学生学号 7 学生 寇要杰 总分评阅人复查人2011年11 月 3日目录第1章绪论11.1MJ-50数控车床简介11.2设计要求3第2章MJ-50数控车床进给系传动的统概述32.1进给传动系统的特点32.2进给传动系统装置6第3章MJ-50数控车床的主要技术参数83.1机床主要参数83.2数控系统的主要技术规格8第4章丝杠螺母机构的选择与计算104.1纵向进给系统104.2横向进给系统15第5章机构设计205.1滚珠丝杠的支承20
2、5.2滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧20第6章主要结构性能与特点分析226.1 滚珠丝杠螺母机构工作原理与特点226.2滚珠丝杠安装方式特点22第7章总结与体会23第8章参考文献24第1章绪论1.1MJ-50数控车床简介MJ-50数控车床是由一机床团体出产，主要由主轴箱、床鞍、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、光滑系统、气动系统以与数控装置等形成。其形状尺寸为：长2995，宽1667，高1796。其形状如图所示。MJ-50数控车床主要用来加工轴类零件的外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成型回转体表面。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。图1-1 MJ-5
3、0数控车床外观图上图所示为MJ-50数控车床的外观图MJ-50数控车床为两坐标两轴联动的卧式车床。如图所示，床身14为平床身床身导轨上支承着30倾斜布置的滑板13，排屑方便。导轨的横截面为矩形，支承刚性好，且导轨上配置有防护罩8.床身的左上方安装有主轴箱4，主轴有交流主轴电动机经1：1带传动直接驱动主轴，结构十分简单。为了快速而省力地装加工件，主轴卡盘3的加紧与松开是由主轴尾端的液压缸来控制的。床身右上方装有尾座12.该机床有两种可配置的尾座，一种是标准尾座，另一种是液压驱动的尾座。滑板的倾斜导轨上按装有回转刀架11，其刀盘上有10个工位，最多安装10把刀具。滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传
4、动装置。根据用户的需要，主轴箱前端面上可以按装对刀仪2，用于机床的机对刀。检测刀具时对刀仪的转臂9摆出，其上端的接触式传感的测头对所用刀具进行检测。检测完成后，对刀仪的转臂摆回图中所示的原位，且测头被锁在对刀仪防护罩7中。10是操作面板，5是机床防护门，可以配置手动防护门，也可以配置气动防护门。液压系统的压力由压力表6显示。1是主轴卡盘加紧与松开的脚踏开关。1.2设计要求结合MJ-50数控车床实现主要参数的选择，进给系统传动的方案设计，丝杠螺母机构的选择与计算，动力计算、丝杠螺母机构的传动刚度计算、结构设计和主要结构性能与特点的分析，写出课程设计研究报告。第2章MJ-50数控车床进给系传动的统
5、概述2.1进给传动系统的特点进给传动系统是用数字控制X、Z坐标轴的直接对象，零件最后的轮廓和尺寸精度都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为了达到数控车床进给传动系统要求的高精度、快速响应、低速大转矩，一般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠副带动刀架移动。刀架的快速移动和进给移动为同一条传动路线。 X轴进给传动链：X轴进给由功率为0.9kW的交流伺服电动机驱动，经20/24的同步带轮传动到滚珠丝杆，螺母带动回转刀架移动，滚珠丝杠螺距为6mm。Z轴进给传动链：Z轴进给由功率为1.8kW的交流伺服电动机驱动，经24/30的同步带轮传动到滚珠丝杆，螺母带动滑板移动，滚珠丝杠螺距为
6、10mm。图2-1所示为MJ-50数控车床X轴进给装置图交流（AC）伺服电动机15经同步带轮14和10以与同步带12带动滚珠丝杆6回转，其上螺母7带动刀架（如图b）沿滑板的导轨移动，实现X轴的进给运动。 前支承：由三个角接触球轴承组成，一个轴承大口向前，两个大口向后，分别承受双向轴向载荷，并由螺母2预紧。后支承：由一对角接触球轴承组成，主要用于承受径向载荷和一定的双向轴向载荷，由螺母11预紧。图2-1 MJ-50数控车床X轴进给装置简图脉冲编码器16安装在电机的尾部；5和8是缓冲块用于出现意外碰撞时起保护作用；因为滑板顶面导轨与水平面倾斜30，回转刀架会由于自身的重力而发生下滑，滚珠丝杠和螺母
7、不能以自锁的方式阻止其下滑，所以机床要依靠交流伺服电机的电磁制动来实现自锁。2.2进给传动系统装置图2-2 MJ-50数控车床Z轴进给装置简图交流（AC）伺服电动机14经同步带轮12和2以与同步带11传动刀滚珠丝杠5，由螺母4带动滑板连同刀架沿床身13的矩形导轨移动，实现Z轴的进给运动。左支承：采用三个角接触球轴承15，其中右边两个轴承与左边一个轴承的大口相对布置，由螺目16进行预紧，用于承受径向载荷和部分轴向载荷。右支承：采用一个圆柱滚子轴承7，只用于承受径向载荷。轴承间隙用螺母8来调整。滚珠丝杠的支承型式为左端固定，右端浮动，留有丝杠受热膨胀后轴向伸长的余地。第3章MJ-50数控车床的主要
8、技术参数3.1机床主要参数允许最大工件回转直径 500mm最大切削直径 310mm最大切削长度 650mm主轴转速围 35 3500r/min(连续无级)其中恒扭矩围 35 437r/min其中恒功率围 437 3500r/min主轴通孔直径 80mm拉管通孔直径 65mm刀架有效行程 X轴182mm; Z轴675mm快速移动速度 X轴10m/min; Z轴15m/min安装刀具数 10把刀具规格 车刀25mm25mm; 镗刀12mm45mm选刀方式 刀盘就近转位分度时间 单步0.8s; 180 2.2s尾座套筒直径 90mm尾座套筒行程 130mm主轴调速电动机功率 11/15kW (连续/
9、30min超载)进给伺服电动机 X轴AC 0.9kW；Z轴AC1.8kW机床外形尺寸 2995mm1667mm1796mm3.2数控系统的主要技术规格FANUC-OTE系统的主要技术规格如表3-1所示。表3-1 FANUC-OTE系统基本规格序号名称规格1控制轴数X轴、Z轴，手动方式同时仅一轴2最小设定单位X、Z轴0.001mm3最小移动单位X轴0.0005mmZ轴0.0014最大编程尺寸99999.9995定位执行G00指令时，机床快速运动并减速停止在终点6快速倍率LOW，25%，50%，100%7手摇轮连续进给每次仅一轴，0.001,0.01,0.1mm8进给倍率从0150%围以10%递增
10、9自动加/减速快速移动时，依比例加减速，切削时依指数加减速10停顿G04（09999.999s）11空运行空运行时为连续进给12进给保持在自动运行状态下暂停X、Z轴进给，按程序启动按钮可以恢复自行运动13程序保护存储器的程序不能修改14可寄存程序63个15紧急停止按下紧急停止按钮，所有指令停止，机床也立即停止运动16机床锁定仅滑板不能移动17显示语言英文18环境条件环境温度：045运输和保管时-2060第4章丝杠螺母机构的选择与计算4.1纵向进给系统4.1.1滚珠丝杠导程的确定在本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比为，设电机的最高工作转速为，则丝杠导程为： (4.1)，取 由公式(4.1),最
11、大进给速度时丝杠的转速：最小进给速度时丝杠的转速：丝杠等效转速：（取 ） (4.2)，转速，作用下的时间(s)。4.1.2估计工作台质量与工作台承重刀架质量：滑板：总质量：4.1.3确定丝杠的等效负载与确定丝杠所受的最大动载荷工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力，它的数值可用进给牵引力的试验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，现取为1.1，则丝杠所受的力为（如图3.1所示）： (4.3)其等效负载可按下式估算（取 ， ）：t1，t2轴向载荷，作用下的时间(s)。n1，n2轴向载荷，作用下的转速(r/min)。 (4.4
12、)受 力 分 析 (4.5)fw负荷性质系数；（查表：当一般运转时，fw 为1.21.5，取fw=1.5。）ft温度系数；（查表：）fh硬度系数；（查表：滚道实际硬度HRC58时，fh=1。）fa精度系数；（查表：当精度等级为3时，fa=1.0。）fk可靠性系数；(查表：可靠性为90%时，fk =1.00。)Fm等效负荷(N)；nm等效转速(r/min)；Tn工作寿命(h)。（查表得：数控机床：Th=15000。）由公式(4.5) 4.1.4选择滚珠丝杠型号由文献7,8可知，查表选定丝杠为外循环插管式垫片预紧导珠管埋入型，型号： CDM3206-3。丝杠公称直径为32mm，基本导程，其额定动载荷，额定静载荷，圈数列数=1.52，丝杠螺母副的接触刚度为，丝杠底径27. 9mm，螺母长度为112mm，取丝杠的精度为3级。在本设计中采用双螺母垫片预紧。两边轴承分别为20mm和25mm。本设计中丝杠采用两端固定的支承方式。选用成对丝杠专用轴承组合。 滚珠丝杠支承用专用轴承：轴承特点：1. 刚性大。由于采用特殊设计的尼龙
