1、III摘 要 组合机床是一种高效率专用机床，有特定的使用条件，不是在任何情况下都可以收到良好的经济效益，在确定设计机床前，应该进行具体的经济技术分析。加工同一个机械产品的零件，通常会有很多种工艺方案，不同的方案会有不同的经济效果，影响技术经济的因素有很多，有时技术指标先进的方案，经济指标不一定优越，因此，需要对技术、经济指标作综合评价，综合多数的意见，选出优化方案进行经济效果评价，如果满意即可决定。本课题设计的是橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床。其来源于江阴昌明橡胶机械有限公司。在总体设计中：根据合同中的产量要求，来计算工件的加工时间以及专用机床的进给速度等。接着从工件下手，图纸和工件材料来计算
2、出动力部件所需要的切削力和切削功率等，从而来合理的选择出所需要的动力部件。然后根据切削力以及工件的重量来设计进给系统的结构布局。根据工件体积重量等相关资料，合理设计床身、立柱、横梁等部件。绘制焊接图和总装配图。本设计在保证加工效率和质量的前提下，尽可能的减少专用机床的制造成本，将效率、效益最大化。关键词：专用机床；总体设计；制造成本全套图纸，加 153893706IVAbstract Combination machine is a high efficiency special purpose machine, there are specific conditions of use, no
3、t in any case, it can receive good value for money, in determining the design of the machine, it should carry out specific economic and technical analysis. Machining of parts with a mechanical product, there is usually a variety of technology programs, different programs have different economic effe
4、cts, technical and economic factors that affect a lot, and sometimes technical indicators advanced solutions, economic indicators are not necessarily advantageous, therefore, need on the technical, economic indicators for comprehensive evaluation, comprehensive views of the majority to elect the eco
5、nomic effect evaluation optimization program, you can decide if satisfied.Design of this project is a rubber tire vulcanizing machine hot plate special machine. It derives from Jiang Yin Changming Rubber Machinery Co., Ltd In the overall design: the production requirements under the contract, to cal
6、culate the machining time and the special machine tool feed speed. Then start from the workpiece, workpiece material drawings and to calculate the dynamic component of the cutting force and the cutting power required, so as to select a reasonable part of the power needed. Then according to the weigh
7、t of the workpiece and the cutting force to design the structure and layout of the feed system. Volume weight of the workpiece and other relevant information, the rational design bed, column, beams and other components. Plot welding drawings, and assembly drawings. This design process to ensure the
8、efficiency and quality of the premise, as far as possible to reduce the manufacturing cost of special machine that will efficiently, maximize efficiency.Key words: special purpose machine; overall design; manufacturing costsV目录摘 要 .IIIAbstractIV目录 .V1 绪论 .11.1 江阴昌明橡胶机械有限公司简介 11.2 本设计任务简介 11.3 本设计任务相
9、关要求 11.4 热盘工件图样 22 加工方法选择 .22.1 工艺方案的制定 32.2 采用立式铣削加工的理由 32.3 数控编程 .42.3.1 机床总体设计 42.3.2 数控编程坐标系的选取 .43 专用机床总体设计 .73.1 机床的选择 73.2 专用机床的设计 83.2.1 主要部件 .83.2.2 部件材料及制造方法 .93.3 传动系统的选择与设计 93.3.1 导轨的选择 .93.3.2 滚珠丝杠副传动机构 .103.3.3 步进电机的选用 .133.4 确定专机的驱动，切削力，切削功率、电动机选择等计算 14VI3.5 通用部件的选用 163.5.1 通用部件选用的方法和
10、原则 .163.5.2 动力部件的选用 .173.5.3 其它通用部件的确定 .173.6 床身部件的设计 183.7 冷却系统的设计 193.7.1 冷却液的作用和选择 .193.7.2 冷却系统的设计 .193.8 绘制专机总图 193.8.1 专机尺寸联系图 193.8.2 专机总装配图 .214 床身部件的设计 .234.1 材料的选择 234.2 焊接方式以及注意事项 234.2.1 焊接方式 .234.2.2 焊接加工的注意事项 234.3 加工工艺路线 244.4 床身图及技术要求说明 245 结论与展望 .275.1 结论 275.2 不足之处及未来展望 .27参考文献 .28
11、致谢 .29附录 .30IV1 绪论1.1 江阴昌明橡胶机械有限公司简介江阴昌明橡胶机械有限公司,位于风景秀丽的江苏省无锡市江阴祝塘镇文林社区，距无锡市五十公里,水陆交通十分便利。该公司专门从事橡胶机械的生产.其各项性能指标均已达到国外同类产品的水平， 目前，该公司设计和生产的产品已为国内外几十家生产厂家配套。该公司除对现有产品精益求精外,还可根据用户需要专业设计,制造特殊的产品。公司秉承“创新理念、追求卓越、迅速改善、永续经营“的经营理念；并以“质量是第一工作” ， “顾客的满意是我们的荣誉”作为我们永远不变的质量政策；以爱护环境、回报社会、关爱雇员等社会责任为己任；把“诚信、负责、创新、团
12、队”作为公司不断的追求和目标，愿与广大朋友携手共创美好的明天！1.2 本设计任务简介本次毕业设计题目为“橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计” ，本设计的专题为“专用机床的总体设计和床身部件设计” 。课题来源于江阴昌明橡胶机械有限公司。本课题系橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计，对于橡胶轮胎硫化机及其这一些橡胶轮胎硫化机热盘加工均有一定得参考价值，在硫化机热盘加工行业技术更新中起相当的作用。本设计应达到的要求：（1）对热盘加工工艺（经简化）方案的简要分析比较；（2）完成本设计的机床总图及床身等部件图；（3）设计说明书一份，要求对机床的总体设计部分详细分析说明，并包括必要的计橡胶轮胎硫化机热盘加工
13、专用机床设计1算，文字简洁通顺；（4）对制造厂家调研，了解其对质量、成本要求，所设计的专机要结合厂方具体生产条件；（5）作为总体设计要求对各部件设计提出恰当的要求。1.3 本设计任务相关要求 根据厂方的要求，本设计于四月初定稿，五月开始试制，七月装配完成并投入生产。每只零件加工费用为 800 元到 900 元，要求年产量 1000 件并签订了两年的合同，但考虑到今后如有长期合同，则现有的专用机床不能完全满足生产需要，需购入大型立式镗铣加工中心加工，但该机床售价 160 万左右，目前经济上尚不能实现，所以如果这两年合同完成后，又有（三年以上）长期加工合同，则可以考虑购买立式加工中心。出于对盈利的
14、考虑，此设计需要尽量降低造价，力争造价在 5 万元以内。1.4 热盘工件图样图 1.1 热盘工件图样无锡太湖学院学士学位论文22 加工方法选择2.1 工艺方案的制定机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件。生产规模的大小，工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。为能具体确切地说明工艺过程，一般将机械加工工艺过程分为工序、安装、工位、工步和走刀。这是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定得正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求
15、1。为了使工艺方案制定的合理，先进，必须从认真的分析被加工的零件（或同类零件）图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位夹紧方式工艺方法和加工过程所采用的刀具，辅具，切屑用量情况及产生率要求高，分析其优缺点，总结设计，制造，使用单位和操作者的丰富的实践经验，以求理论紧密联系生产实际，从而确定零件在组合机床上完成的工艺（工序）内容及方法，决定刀具种类，结构型式，数量及切屑用量等。根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的加工精度，技术要求及生产率；又要考虑机床
16、的操作方便可靠，易于维修，且冷却，排屑情况良好。以上两个步骤是十分重要的。对于同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，决不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案对比，从中选择最佳方案。橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计32.2 采用立式铣削加工的理由由于铣削具有工艺范围广、生产效率高、容易产生振动、刀齿散热条件好等特点，所以立式铣床的铣削加工时中小零件的加工中非常普遍。立式铣床铣削加工的特点：铣刀是典型的多刃刀具，加工过种有几个刀齿同时参加切削， 点的切削宽度较大，铣削时的主运动是铣刀的旋转，有利于进行高速切削，故铣刀的生产率高
17、于刨削加工。铣削加工范围广，可以加刨削无法加工或难以加工的表面。立式铣床铣削过程中，就每个刀齿而言是依次参加切削，刀齿在离开工件的一段时间内，可以得到一次冷却 2。因此，刀齿散热条件好，有利于减少铣刀的磨损，延长了使用寿命。由于是断续切削，刀齿在切入切出工件时产生冲击，而且每个刀齿的切削厚度也时刻在变化，这就引起切削面积和切削力的变化，因此铣削过程不平稳，容易产生振动，直接影响工件表面粗糙度。立式铣床铣刀比刨床刨刀结构更复杂，铣刀的制造与刃磨比刨刀困难，所以铣削成本比刨削高。铣削与刨削的加工质量大致相同，经粗精加工后都可达到中等精度，但在加工大平面时，刨削后明显接刀痕，而且直径小于工件宽度的端
18、铣刀加工时，各次走刀间有明显的接刀痕，影响表面质量，铣削加工用于单件小批量生产，也造用于大批量生产。2.3 数控编程2.3.1 关于数控编程我们都知道，在普通机床上加工零件时，一般是由工艺人员按照设计图样事先制订好零件的加工工艺规程。在工艺规程中制订出零件的加工工序、切削用量、机床的规格及刀具、夹具等内容。操作人员按工艺规程的各个步骤操作机床，加工出图样给定的零件。也就是说零件的加工过程是由人来完成。例如开车、停车、改变主轴转速、改变进给速度和方向、切削液开、关等都是由工人手工操纵的 3。在由凸轮控制的自动机床或由仿形机床加工零件时，虽然不需要人对它进行操作，但必须根据零件的特点及工艺要求，设
19、计出凸轮的运动曲线或靠模，由凸轮、靠模控制机床运动，最后加工出零件。在这个加工过程中，虽然避免了操作者直接操纵机床，但每一个凸轮机构或靠模，只能加工一种零件。当改变被加工零件时，就要更换凸轮、靠模。因此，它只能用于大批量、专业化生产中。数控机床和以上两种机床是不一样的。它是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁
20、泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。从以上分析可以看出，数控机床与普通机床加工零件的区别在于控机床是按照程序自动加工零件，而无锡太湖学院学士学位论文4普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。从外观看，数控机床都有 CRT 屏幕，我们可以从屏幕上看到加工各种工艺参数等内容。从内部结构来看，数控机床没有变速箱，主运动和进给运动都是由直流或交流无级变速伺服电动机来完成另外，数控机床一般都有工件测量系统，在加工
21、过程中，可以减工件进行人工测量的次数。所以数控机床在各行各业中的使用将来越普及。由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。具体的方法有多种，如穿孔纸带、数据磁带、软磁盘及手动输入即 MDI。2.3.2 数控编程坐标系的选取2.3.2.1 直角坐标系数控编程机床中使用顺时针方向的直角坐标系（右手笛卡尔直角坐标系） ，机床中的运动是指刀具和工件之间的相对运动，是道具相对于静止工件的运动。直角坐标系的编程程序更加适用于纵向工作台。纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动，以带动台面上的工件作纵向进给 4。台面上的 T
22、 形槽用以安装夹具或工件。根据工件加工的需要，在机床上各运动坐标的数字控制可以是相互独立的，也可以是联动的。纵向工作台在精度，稳定和快速相应等方面十分配合系统，且纵向工作台价格较低，设计也相对简单，使用更加便捷。使用直角坐标系编写的数控编程见图 2.1橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计5图 2.1 直角坐标系的数控编程2.3.2.2 极坐标数控编程在数学中的极坐标系是由极点、极轴和极角组成，然而在数控车铣加工中心上的极坐标系的概念与数学中的极坐标系完全不同，在车铣加工中心上的极坐标系是在与机床 Z轴垂直的平面内，由相互垂直的实轴（第一轴）X 和虚轴（第二轴）C 组成，极坐标系的坐标原点与程序原
23、点重合，且虚轴 C 的单位不是度或弧度，而是与实轴 X 轴的单位一样，均为毫米。极坐标系编程适应回转工作台，回转工作台是机械加工中常用的机床附件，用于镗床，铣床，钻床等需要多面转位加工的工件。使用极坐标编写的数控编程见图 2.2图 2.2 极坐标系的数控编程2.3.2.3 坐标系的选择极坐标的数控编程适合分度回转工作台，这样的工作台，机床占地面积比较小，但是该工作台上料很不方便，要增加一个工作台推出机构或者一台上料机，这样的话，专机的制造成本将会增加，而且分度回转工作台设计繁琐，造价比较昂贵并且不便于大型工件装夹。直角坐标系的数控编程适合纵向移动的工作台加工，这样的话，工作台自己就能纵向推出，
24、方便上料，而且纵向移动的工作台结构相对于分度回转工作台来说更加简单，所以对于它的设计和制造，跟分度回转工作台相比之下，成本更低，设计制造简单方便。无锡太湖学院学士学位论文6所以综上所述，由于造价成本的需求，此次选用直角坐标系进行编程。3 专用机床总体设计3.1 机床的选择立式铣床（见图 3.1）与卧式铣床（见图 3.2）相比较，主要区别是主轴垂直布置，除了主轴布置不同以外，工作台可以上下升降， 立式铣床用的铣刀相对灵活一些，适用范围较广。可使用立铣刀、机夹刀盘、钻头等。可铣键槽、铣平面、镗孔等。卧式铣床也可使用上面各种刀具，但不如立铣方便，主要是可使用挂架增强刀具（主要是三面刃铣刀、片状铣刀等
25、）强度。可铣槽、铣平面、切断等。卧式铣床一般都带立铣头，虽然这个立铣头功能和刚性不如立式铣床强大，但足以应付立铣加工。这使得卧式铣床总体功能比立式铣床强大 5。立式铣床没有此特点，不能加工适合卧铣的工件。生产率要比卧式铣床高。立式铣床是一种通用金属切削机床。本机床的主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、成型铣刀、端面铣刀、角度铣刀等刀具。产品用途：适用于加工各种零部件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。所以现在很多厂家，都选用卧式铣床加立铣头，节省设备投资。但是由于立铣的零活多，这种卧式铣床加立铣头的方式，实际上是天天挂着立铣头，当立铣
26、用，反而不如立式铣床更适合。 卧铣多用于齿轮,花键,开槽,切割等加工,立式铣床除多用于平面加工方面外,平面有高低曲直几何形状的工件,如模具类,立铣也可以发挥很大的作用。橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计7图 3.1 立式铣床 图 3.2 卧式铣床龙门铣床简称龙门铣（见图 3.3） ，是具有门式框架和卧式长床身的铣床。龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，加工精度和生产效率都比较高，适用于在成批和大量生产中加工大型工件的平面和斜面。数控龙门铣床还可加工空间曲面和一些特型零件。龙门铣床的外形与龙门刨床相似，区别在于它的横梁和立柱上装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，并且龙门铣床的纵向工作台的往
27、复运动不是主运动，而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动 6。且龙门铣床具有足够的刚性，效率高，操作方便，结构简单，性能全面性等特点。另外，由于龙门铣床的特殊结构，十分便于大型工件的装夹。通过对于立式铣床与龙门铣床的性能分析，本次设计将龙门铣床与立式铣床相结合，立铣式龙门铣床不仅大大节约了机床的制造成本，并且提高了工件的装夹效率。1工作台 2、9水平铣头 3横梁 4、8垂直系统 5、7立柱 6顶梁 10床身图 3.3 龙门铣床3.2 专用机床的设计3.2.1 主要部件无锡太湖学院学士学位论文8（1）机床立柱是机床重要的结构件之一，起着机床上下运动及支撑作用。立柱主要是对主轴箱起到支撑作用，满足
28、主轴的 Z 向运动。普遍采用的是双立柱框架结构设计形式，对于大中型的移动立柱固定于滑座上。因为立柱是连接床身与主轴、刀库的重要部件，所以它的设计必须得到重视。对于主轴来讲，正确的安装立柱对于加工中心加工出合格的零件有着不能忽视的作用，而立柱的安装主要反映在其与工作台的垂直度上。 （2）横梁是机床的主要支承件，对整个机床的性能影响非常大。因此应该根据载荷情况以及机床的使用要求，设计横梁的结构形式。龙门式机床横梁的受力结构为两点简支梁支承形式，造成横梁变形的主要原因是重力和加工时的切削力。除了衡量本身重量大造成稳定变形以外，当考虑横梁上的托板和主轴箱等移动不见从一端移动到中部时，引起横梁不稳定的弯
29、曲变形。由于结构的原因，主轴箱呈悬臂结构，其重力会引起横梁产生扭转变形。对于大型和重型机床，移动件的重量大，切削力也很大，因此进行受力分析时，必须同时考虑移动件重力和切削力等载荷作用 7。要根据机床的受力结构和工作要求，分析得出极限工作载荷，作为设计横梁结构的依据。（3）机床床身的用途，床身起支撑作用；为机械提供运行轨道；为各种运动提供良好的精度服务。床身需要有足够刚性；有足够表面硬度和耐磨性；有相对稳定较小热胀冷缩系数，能为各种运动提供良好的精度服务。钢板焊接床身制造成本低的另一个原因是钢板焊接的床身重量比铸铁的床身要轻许多，一般可以减轻重量的30%左右。因为床身的刚性与材料的弹性模数成正比
30、，钢的弹性模数 E=2公斤/厘米 2，而灰铸铁的弹性模数E=1.15公斤/厘米 2，从而钢板焊接床身壁和筋的厚度比铸件还薄。用钢板焊接床身制造起来速度快，这对技改中自制设备特别有利。用一部普通的交流电焊机，用手弧焊来焊接机床的床身，两个工人大约用两三个星期就可以完成。如果采用那个一般铸造的方法制造机床床身，不仅要考虑造型，而且还要准备芯铁和砂箱等，浇铸后要清砂整形，即使不把模型制造周期计算在内，也往往要比焊接结构的床身制造周期要长，使用的人力要多。采用钢板焊接的床身还可以避免铸件因铸造缺陷而报废的问题，气割、焊补，用料拼接和加工都很方便。由于钢板焊接的床身具有许多优点，所以近年来在国内外得到了
31、越来越广泛的应用。（4）机床工作台分为开槽工作台，焊接工作台，镗铣床工作台等。工作台主要用于机床加工工作平面使用，上面有孔和 T 型槽，用来固定工件，和清理加工时产生的铁屑。按 JB/T7974-99 标准制造，产品制成筋板式和箱体式，工作面采用刮研工艺，工作面上可加工 V 形、T 型、U 型槽和圆孔、长孔。3.2.2 部件材料及制造方法机床部件结构不太复杂时，可以选择使用焊接方式将其焊接起来。这样极大得节省了加工时间和人力物力。较之铸造结构具有强度和刚度高、重量轻、生产周期短以及施工简单等优点。焊接后同样需经过热处理过程。焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而
32、不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计9焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保
33、证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接8。搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。3.3 传动系统的选择与设计3.3.1 导轨的选择机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温
34、度变化小以及结构工艺性好等。按接触面的摩擦性质可分为：（1） 滑动导轨副：滑动导轨机构简单，阻尼系数大，刚度大；但易产生低速爬行现象，易磨损。滑动导轨是金属对金属型式，目前在数控机床上很少采用。摩擦系数较大，而且变化范围也大，对于精度高的工件加工心有余而力不足。承载能力中等。接触刚度高。滑动导轨一般仅用于普通精度的机床。数控机床已不采用。（2） 滚动导轨副：直线滚动导轨由导轨和滑块两部分组成。导轨通常为两根，装在支撑件上，每根导轨上有 2 个滑块，固定在移动件导轨体上。 直线滚动导轨副的工作原理就是滑块中装有四组滚珠，在导轨条的滑块的断点，就经合成树脂制造的端面挡板和滑块中的回珠孔回到另一端，
35、经另一端端面挡板再进入循环。四组滚珠各有自己的回株孔，分别处于滑块的四角 9。四组滚珠和滚道相当于四个直线运动角接触滚珠轴承。接触角为 45 度时，四个方向具有相同的承载能力。（3） 液体静压导轨：无磨损，无静摩擦，无低速爬行现象，阻尼系数大；但设计、制造、使用较复杂。（4） 气浮导轨：无磨损，无静摩擦，无低速爬行现象，无需回行管道，不产生污染；但刚度小，阻尼系数很小，容易引起振荡。此次设计中选用滚动导轨副。 3.3.2 滚珠丝杠副传动机构无锡太湖学院学士学位论文10（1）特点滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置。它具有下列特点。摩擦损失小、传动效率高 滚珠丝杠螺母机构的传动
36、效率可达 0.920.96，是普通滑动丝螺母机构的 34 倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠螺。机构的 25%。运动平稳，摩擦力小、灵敏度高、低速时无爬行 由于主要存在的是滚动摩擦，不仅动、静摩擦因素都很小，且其差值很小，因而启动转矩小，动作灵敏，即使在低速情况下也不会出现爬行现象。轴向刚度高、反向定位精度高 由于可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙，并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，反向时无空行程，定位精度高。传动具有可逆性、不能自锁 由于摩擦因数小、不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性，即不仅可以把旋转运动转化为直线运动，而且还可以吧直线运动转化为旋转运动。由于不能自锁，在某些场合，如传动垂直运动
37、时应附加制动装置或防止逆转的装置，以免工作台等因自重下降。同步性好，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，可获得较高的同步性。有专业厂生产，选用配套方便。（2）滚珠丝杠副的结构形式滚珠的循环方式可分为内循环和外循环两大类型。 内循环滚珠在循环过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环。喂了保证承载能力，一个螺母中要保证有 34 圈滚珠工作。内循环滚珠的回路短，滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失小，传动效率高，且径向尺寸紧凑，轴向刚度高。但此种循环方式不能用于多头螺纹传动，回珠槽形状复杂，需要用三坐标数控铣床加工。适用于各种高灵敏、高刚度的精密进给定位系统。重载荷、多头螺纹、大导程不宜采用
38、。外循环滚珠在循环回路中与丝杠脱离接触的称为外循环。根据滚珠循环回路结构形式的不同可分为螺旋槽式、插管式和盖板式等。螺旋槽式的结构在螺母体上的回珠螺旋槽与回珠孔不易准确平滑连接，拐弯处曲率变化较大，滚珠运动不平稳。挡珠机构刚性差，易磨损，适用于一般机床，在高刚度传动和高速运转的场合不宜采用。插管式滚珠螺母是利用插入螺母的管道作为回珠槽，分为凸出式插管型和内包式插管型。其结构简单，工艺性优良，适合成批生产。回珠管可设计制造成较理想的运动管道。适用于重载荷传动、高速驱动及精密定位系统 10。在大导程、小导程、多头螺纹中显示出独特优点，是目前应用最广泛的结构。（3）滚珠丝杠副的预紧滚珠丝杠副的预紧方
39、式主要有三种：增大钢球直径、变位导程和垫片预紧。详见表3-1。表 3-1 滚珠丝杠副的预紧方式橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计11预紧方式 特点与应用增大钢球直径只适用滚道截面为双圆弧形。预紧后，滚珠与滚道呈四点接触，因而，摩擦阻力较大，易发热，预加载荷小时预紧转矩平稳。适用于预紧力较小的场合，若预紧力过大，则装配困难。结构最简单，轴向尺寸最小，消除双螺母形位误差的影响。单螺母预紧变位导程钢球两点接触。由于只用一个螺母，消除应垫片或螺母制造误差产生螺母的倾斜而影响预紧转矩。因此，预紧转矩平稳，但承载较小。结构简单，尺寸紧凑，避免了双螺母形位误差的影响，使用中不能随时调整，只适用于中小负荷的场
40、合。续表 3-1 预紧方式 特点与应用双螺母预紧 垫片预紧修磨垫片厚度，使两螺母间产生轴向位移。结构简单，装卸方便，刚度高。调整不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和进行预紧。钢球两点接触。丝杠副承载能力大，可施加较大预加载荷，预加载荷小时预紧转矩平稳。适合于高负载、有定位精度要求的场合。无锡太湖学院学士学位论文12螺纹预紧旋转前螺母可使双螺母产生轴向相对位移，达到调整轴向间隙的目的，用后螺母进行锁紧。结构简单、调整方便，其缺点是调整量难以精确控制。齿差预紧两个滚珠螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，其齿数分别为 Z1 和 Z2， Z1-Z2=1，两个螺母向相同方向转动一个齿，调整的轴向位移为=Ph/
41、Z 1Z2.调整方便，能精确调整预紧量。结构较复杂，多用于高精度的传动。滚珠丝杠预紧力的大小应使得滚珠丝杠副在承受最大轴向工作载荷时，丝杠螺母副部出现轴向间隙为最好，要求预紧力的数值应大于最大轴向工作载荷的 1/3。由于双螺母机构加预载后会引起附加摩擦力矩，因此还要考虑效率与寿命问题。所以一般取预紧力F01/3F t式中 F0预紧力，N ；Ft最大轴向载荷，N。这时滚珠丝杠与螺母的接触变形量比无预紧力时减少 1/2。（3）滚珠丝杠副的支承形式机床进给系统要求获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。滚珠丝杠螺母机构安装不正确以
42、及支承刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。常见的丝杠安装形式有：一端固定，一端自由 这种支承形式结构简单，丝杠的轴向刚度比两端固定低，丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低，设计时尽量使丝杠受拉伸。对于行程小、转速较低的短丝杠和竖直的丝杠可采用悬臂支承机构。两端游动 两端支承的安装方法属于一般的安装方法，适用于中等转速的场合。一端固定，一端游动 对于高精度、中等转速的较长的卧式安装丝杠，为了防止热变形造成丝杠伸长的影响，常采用一端轴向固定的支承方式。两端固定 对于高精度、高速旋转地滚珠丝杠应采用两端固定的安装方式。由于现在的机床都采用的滚珠丝杆传动机构，本设计的双头加工机床的传动机构采用的是
43、内循环，一端固定、一端自由的滚珠丝杠副。3.3.3 步进电机的选用（1）步进电机的分类及优缺点步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计13冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。步进电机的主要特性指标：步距角、最高启动频率、最高连续工作频率等。步进电机的主要特性：步进电机必须加驱动才能运转，驱动型号必须是脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信
44、号，就会以一定的角度转动。转动的速度和脉冲的频率成正比；步进电机的步进角度为 7.5 度，一圈 360 度，需要 48 个脉冲完成；步进电机具有瞬间启动我急速停止的优越性；改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。步进电机有其独特的优点，归纳起来主要有：1)步矩值不受各种干扰因素的影响 2)误差不长期积累 3)控制性能好（2）伺服电机的分类及优缺点直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。所以区分步进电机与伺服电机的依据条件主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等） ，转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求）
45、 11，主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，亦或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。还可以按照表 3-2 来进行电机的选择。表 3-2 步进电机和伺服电机的区别步进电机系统 伺服电机系统力矩范围中小力矩（一般在 20Nm以下） 小、中、大，全范围速度范围 低（一般在2000RPM 以下，大力矩电机小于 1000RPM）高（可达 5000RPM）,直流伺服电机更可达 12 万转/分控制方式 主要是位置控制 多样化智能化的控制方式， 位置/转速/ 转矩方式无锡太湖学院学士学位论文14平滑性 低速时有振动（但用细分型驱 动器则可明显改善） 好，
46、运行平滑精度 一般较低，细分型驱动时较高 高矩频特性 高速时，力矩下降快 力矩特性好，特性较硬过载特性 过载时会失步 可 310 倍过载（短时）反馈方式 大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步 闭环方式，编码器反馈编码器类型 光电型旋转编码器（增量型/绝对值型） 旋转变压器型旋转变压器型 一般 快温升 运行温度高 一般维护性 基本可以免维护 较好价格 低 较高综上所述，考虑到这次设计的要求，为了在不影响工作精度条件下，我选择了步进电机。3.4 确定专机的驱动方式，切削力，切削功率、电动机选择等计算切削力 、切削扭矩 M、切削功率 PZF（N）09.816FZFZXYpfeZqWCaKdn（N
47、m）3Z2(kw) 其中 （m/s ） ， ,10FP10nd 0f0f nZa铣刀外径 mm； 铣刀转速（r/s） ；Z铣刀齿数； ap铣削深度（mm） ；a e铣0d0n削接触弧深度（mm） ；a f每齿进给量(mm/Z) ； 每秒（分）进给量(mm/s,mm/min) ；ff每转进给量(mm/r) 。公式中的系数及指数见表 3-3、3-4表 3-3 公式系数公式中的系数及指数铣刀类型 刀具材料CF XF YF ZF WF qF橡胶轮胎硫化机热盘加工专用机床设计15加工碳素结构钢 b=0.637GPa硬质合金 790 1.0 0.75 1.1 0.2 1.3端铣刀高速钢 78.5 0.95
48、 0.8 1.1 0 1.1硬质合金 96.7 1.0 0.75 0.88 0 0.87圆柱铣刀高速钢 65 1.0 0.72 0.86 0 0.86硬质合金 11.9 1.0 0.75 0.85 -0.13 0.73立铣刀高速钢 65 1.0 0.72 0.86 0 0.86硬质合金 250 1.1 0.8 0.9 0.1 1.1圆盘铣刀、切槽及切断铣刀高速钢 65 1.0 0.72 0.86 0 0.86凹凸半圆及角铣刀 高速钢 45 1.0 0.72 0.86 0 0.86加工不锈钢 1Cr18Ni9Ti HB=141端铣刀 硬质合金 218 0.92 0.78 1.0 0 1.15立铣
49、刀 高速钢 82 1.0 0.6 0.75 0 0.68加工灰铸铁 HB=190端铣刀 54.5 0.9 0.74 1.0 0 1.0圆柱铣刀硬质合金58 1.0 0.8 0.75 0 0.9圆柱铣刀、立铣刀、圆盘铣刀、切槽及切断铣刀 高速钢30 1.0 0.65 0.83 0 0.83加工可锻铸铁 HB=150端铣刀 硬质合金 491 1.0 0.75 1.1 0.2 1.3圆柱铣刀、立铣刀、圆盘铣刀、切槽及切断铣刀 高速钢30 1.0 0.72 0.86 0 0.86加工中等硬度非均质铜合金 HB=100140圆柱铣刀、立铣刀、圆盘铣刀、切槽及切断铣刀22.6 1.0 0.72 0.86 0 0.86表 3-4 切削条件变化后的修正系数钢 灰铸铁 可锻铸铁工件材料75.0bF3K料 6.0F19HBK料 6.0F15HBK料扭 矩 M 轴 向 力 F未磨损 磨钝后 未磨损 磨钝后钻头磨钝K 钝 M=0.87 K 钝 M=1.0 K 钝 F=0.9 K 钝 F=1.0无锡太湖学院学士学位论文16切
