论文总字数：12702字

摘 要

现代机床业日益向着自动化、高速化、精密化、柔性化、智能化的方向发展，机床的结构力求简单、可靠、部件专业化，其基本组成部分已分为数控部分、传动部分、加工部分。其中的传动有很多种，而将旋转运动转化为直线运动的伺服进给传动是目前在数控机床应用中最广泛的一种传动。普通数控机床一般是两轴联动即X轴和Z轴，该传动一般指通过机床的上拖板和十字拖板由各自的伺服电机驱动有预加负荷的滚珠丝杆带动拖板实现传动来完成切削进给运动。现代机床的发展，需要高的传动精度、定位精度、以及宽的进给调速范围，要求响应速度快，传动无间隙，传动机构稳定性好，寿命长，使用维护方便，滚珠丝杠副正好适应了这种发展的需要。

关键词：数控机床；伺服进给传动；X轴；滚珠丝杆

Design of CNC lathe x-axis servo feed drive

Abstract

Modern machine tool industry is developing toward increasingly automated, high-speed, precision, flexibility, intelligent direction.Structure of the machine to be simple, reliable, professional member. The basic components of the NC has been divided into parts,transmission parts,machining part.There are many kinds in the drive,and the rotary motion into linear motion servo feed drive is the most widely used transmission in the CNC machine tool applications currently.Ordinary CNC machine tools belong to two-axis generally which is X-axis and Z-axis.The transmission generally refers to complete cutting feed motion through the slide and cross board by respective servo motors have preloaded ball screw driven carriage drive to achieve.The development of modern machine tools need to a high transmission precision,positioning accuracy,speed,and wide feed range requires fast response,precise transmission,transmission stability,long life,easy maintenance.Ball screw adapt to needs of this development.

Keywords:CNC machine tools; Servo feed drive; X-axis; Ball screw

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题背景的介绍 1

1.2 数控机床 1

1.3 伺服进给传动 1

1.4 滚珠丝杆 1

1.5 课题的由来 2

1.6 方案论证 2

第二章 伺服进给传动的机械结构 3

2.1 电机与丝杆的连接 3

2.1.1 齿轮传动 3

2.1.2 带轮传动 3

2.1.3 联轴器 3

2.2 滚珠丝杆螺母副 3

2.2.1 滚珠的循环方式 3

2.2.2 滚珠丝杆螺母副的预紧 4

2.2.3 丝杆的热膨胀和预拉伸 4

第三章 X轴伺服进给传动的设计步骤 6

3.1 滚珠丝杆副 6

3.1.1 滚动螺旋传动 6

3.1.2 滚珠丝杆副的组成 6

3.1.3 滚珠丝杆副滚珠螺母安装连接尺寸 7

3.1.4 滚珠丝杆副精度标准 7

3.1.5 滚珠丝杆副轴端型式尺寸 8

3.1.6 滚珠丝杆副的润滑与密封 9

3.1.7 滚珠丝杆副防逆转措施 9

3.2 其它零件的设计 9

3.2.1 轴承座 9

3.2.2 刮屑板 9

3.2.3 滑块 10

3.2.4 压板 10

3.2.5 剎铁 10

第四章X轴伺服进给传动的主要件成本核算 11

4.1 上拖板 11

4.2 十字拖板 11

4.3 轴承座 11

第五章 完成设计过程中存在的问题和难点分析 12

第六章 结束语 13

致 谢 14

参考文献 15

第一章 引言

1.1 课题背景的介绍

现代的机床业一直在向着智能、自动、高速、精密、柔性的方向发展，其中机床的结构也越来越简单、实用、可靠，数控、传动、加工是它的全都组成部分。这其中的主要零部件有滚珠丝杆副、主轴、伺服电机、直线导轨等等。

高定位精度、非常宽的调速范围和高传动精度是现在机床发展的主要方向。而滚珠丝杆副的先天性的优点：传动稳定、使用时间长、传动无间隙、维护方便、响应速度快正好适应这种要求。

数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的控制要求。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。作为数控机床的执行机构，进给伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了步进、直流、交流的发展历程。在一定意义上，进给伺服系统的静、动态性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。因此，研究与开发高性能的进给伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。

1.2 数控机床

世界上第一台数控机床是在1952年的美国诞生的，在世界机械史上，这是一件伟大的事件，数控机床因此而出现在人们的视野当中，并慢慢地为人所熟知，它还极大地推动了全球制造业的发展。数控机床是指采用了数控技术进行控制的机床，也称NC机床或CNC机床，它与普通机床的区别在于数控机床是按照“程序”自动加工零件，而普通机床则需要由人来操作。如今，在机械制造业中，快速发展的数控技术让数控机床越来越重要。

1.3 伺服进给传动

对于直线移动的执行部件，伺服电机通常只经一对传动副或直接于丝杠连接。传动链不仅在慢慢缩短，传动精度和刚度也在提高。选取高精度的传动元件和减少并消除传动间隙能保证伺服进给系统的传动性能。伺服进给传动主要由滚珠丝杆副完成的，电机带动丝杆旋转，丝杆的旋转带动丝杆上的螺母滑块左右滑动，从而形成进给运动。

1.4 滚珠丝杆

滚珠丝杆是由丝杆、螺母、滚珠组成的机械元件。其作用是将旋转运动转变为直线运动，或逆向由直线运动变为旋转运动。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体。它是一种最近几年才出现的比较先进的机械元件，广泛地使用于各种数控机床，高精度的数控机床离不开滚珠丝杆。

1.5 课题的由来

数控机床经过几十年的发展，已经实现了自动化，大大提高了生产率。如今的数控机床也根据加工简易或繁琐零件不同，分为两轴联动，三轴联动和五轴联动，其中本质的区别在于它的伺服进给传动有多少个。数控机床的自动化离不开伺服进给传动。所以这个课题的研究对于数控机床的发展是很有必要的。

1.6 方案论证

本课题研究的主要目的是设计出数控机床X轴伺服进给传动结构，使其满足机床高度自动化的要求，以使其达到预想的目的。为了完成本课题的设计，要完成主要的零部件强度校核计算，零部件之间的连接方式等等。零件的工艺性实际上就是在各个制造零件的过程中的工艺性，其中包括锻造工艺性、冲压工艺性、热处理工艺性、机械加工工艺性还有装配方面的工艺性等等。机械零件结构，尤其是复杂零件（十字拖板、上拖板、滚珠丝杆、前后轴承座等类零件）的结构，第一件事就是要详细的分析零件图纸和产品装配图，了解清楚零件之间在整个机械设备当中的装配关系，并详细分析零件的尺寸、形状、精度和表面粗糙度。滚珠丝杆伺服进给传动装置的设计要满足以下要求：承载能力高、故障率低、便于安装、设计合理、结构简单、性能可靠，提高其使用寿命。

第二章 伺服进给传动的机械结构

2.1 电机与丝杆的连接

2.1.1 齿轮传动

齿轮传动的优点：它能够转变两轴之间传动的速度和方向，它广泛的应用于各种机械装置，机床的主轴箱里的无级调速功能都是通过齿轮传动得以实现的。

齿轮传动的缺点：齿轮传动在现代的制造业里已经慢慢地消失了，它是最古老的传动方式，齿轮传动有太多的缺点，传动时不稳定、经常需要维护、齿轮间有侧隙、磨损严重、使用寿命太短。

2.1.2 带轮传动

带轮传动是由一根或几根封闭的胶带和相应的带轮所组成的传动。使用前要检查胶带与带轮之间的蜡，需要时要添加适量。胶带和带轮是通过摩擦力来带动丝杆的，蜡是增加摩擦力的关键。它的优点是传动平稳、没有相对的滑动。但是它这个胶带的材料是橡胶制品，容易发生磨损，属于消耗品，需要定期更换胶带，而且不能承载太大的力，所以作用范围比较局限。

2.1.3 联轴器

电机与丝杆直接连接时，使用联轴器。联轴器是个连接两根轴的一种连接器，它可以被人类控制，非常的灵活，用于间断运作的轴的传动等等。市面上的联轴器有许多种类，齿式联轴器、弹性联轴器、膜片联轴器、万向联轴器等。

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