1、2011 年 10 月郑州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 130210100057 学生姓名 寇要杰 2011 年 11 月 3 日 目录 第 1章 绪论 . 1 1.1 MJ-50 数控车床简介 . 1 1.2 设计要求 . 2 总分 评阅人 复查人 1 第 2章 MJ-50数控车床进给系传动的统概述 . 3 2.1 进给传动系统 的特点 . 3 2.2 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 . 7 3.1 机床主要参数 . 7 3.2
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 . 9 4.1 纵向进给系统 . 9 4.2横向进给系统 . 15 第 5章 机构设计 . 19 5.1滚珠丝杠的支承 . 19 5.2滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 . 20 第 6章 主要结构性能及特点分析 . 21 6.1 滚珠丝杠螺母机构工作原理及特点 . 21 6.2滚珠丝杠安装方式特点 . 22 第 7章 总结与体会 . 22 第 8章 参考文献 . 23 第 1 章 绪论 1.1 MJ-50数控车床简介 MJ-50 数控车床 是由济南一机床团体有限公司出产，主要由主轴箱、床鞍、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、光滑系
3、统、气动系统以及数控装置等形成。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2 内外圆柱面、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-50 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
4、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，用于机床的机内对刀。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
5、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 3 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 结构性能及特点的分析 ，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
6、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4 轮 传动到滚珠丝杆，螺母带动滑板移动，滚珠丝杠螺距为 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
7、电动机 15 经同步带轮 14 和 10 以及同步带 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。 5 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，滚珠丝杠和螺母不能
8、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 。 6 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 以及同步带 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，
9、留有丝杠受热膨胀后轴向伸长的余地 。 7 第 3 章 MJ-50 数控车床的 主要 技术 参数 3.1 机床主要参数 8 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 主轴转速范围 35 3500r/min(连续无级 ) 其中恒扭矩范围 35 437r/min 其中恒功率范围 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 25mm 25mm; 镗刀 12mm 45mm
10、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 /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 2995mm 1667mm 1796mm 3.2 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 0.001mm 3 最小移动单位 X轴 0.0005mm
11、 Z轴 0.001 4 最大编程尺寸 99999.999 5 定位 执行 G00 指令时，机床快速运动并减速停止在终点 9 6 快速倍率 LOW， 25%， 50%， 100% 7 手摇轮连续进给 每次仅一轴， 0.001,0.01,0.1mm 8 进给倍率 从 0 150%范围内以 10%递增 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（ 0 9999.999s） 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 存储器内的程序不能修改 14 可寄存程序 63 个
12、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： 0 45 运输和保管时 -20 60 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 1i= ，设电机的最高工作转速为m ax 1700 / m innr= ，则丝杠导程为： maxmax=hvP n(4.1) 310 10= 5.881700hP =，取 6hP= 由公式 (4.1),最大进给速度时丝杠的转速： 3m a xm a x 1 0 1 0 1 6 6 6 .6 6 / m in6hvnrP = = =
