功能原理方案设计

M28100型立式磨床立柱及直线轴传动系统功能原理方案设计

学生姓名：学号：

学院：机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

设计(论文)题目：M28100型立式磨床立柱及直线轴

传动系统设计

指导教师：

2012年4月 7日

M28100型立式磨床主要用来磨削盘类（如齿轮）零件的外圆、内孔、端面等，根据工件的形状，这三项工作可在一次装卡内完成，避免了由于多次装卡而引起的误差，可以更精确地保证内孔和外圆的圆度以及内孔、外圆的轴线与端面的垂直度等。立式磨床更易于工件的装载和卸载，且立式磨床占用更多高度空间，而占地面积较少.

M28100型立式磨床由床身、回转工作台、导轨基座、X轴横向导轨以及立柱、Y轴纵向导轨、主轴支架、砂轮主轴等组成。主轴支架沿Y轴方向的直线运动以及立柱沿X轴方向的直线运动均通过伺服电机带动滚珠丝杆进行驱动。通过CNC控制，可使磨具（砂轮）沿X向和Y向任意移动。

M28100型立式磨床立柱及直线轴传动系统的具体设计要求：

1）了解立式磨床的整体结构和工作原理，对立柱及直线轴传动系统的机械结构进行方案设计和比较；主要设计X轴和Y轴传动系统；

2）通过设计计算，选择合适的电机、减速器、丝杆、导轨、轴承等；

3）对关键零部件进行校核；

1. 传动系统的选择

机床的伺服系统是连接数控系统和机床主体的重要部分，在设计中，在伺服方式上选择最广泛应用的半闭环方式。采用螺旋传动，计算滚珠丝杠副尺寸规格，接着进行丝杠的校核并进行精度等验算，根据计算的扭矩选择伺服电机.

机床进给系统采用直线电动机直接驱动与原旋转电动机传动方式的最大区别是取消了从电动机到工作台（拖板）之间的一切机械中间传动环节。即把机床进给传动链的长度缩短为零。故这种传动方式即称“直接驱动”。带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和一定优点。但也带来了新的矛盾和问题。

它有响应速度快、精度高、传动刚度高、推力平稳速度快、加减速过程短等优点。

但也存在着滑台要保持高刚度的同时还要轻、环境要求、冷却问题、隔磁及防护问题等。

所以要综合考虑价格方面直线电机的价格要高出很多，这也是限制直线电机被更广泛应用的原因。

并且直线电机在提供同样转矩时的能耗是“旋转伺服电机+滚珠丝杠”一倍以上，旋转伺服电机+滚珠丝杠”属于节能、增力型传动部件，直线电机可靠性受控制系统稳定性影响，对周边的影响很大必须采取有效隔磁与防护措施，隔断强磁场对滚动导轨的影响和对铁屑磁尘的吸附。

所以根据对比直线电机传动系统和滚珠丝杠传动系统，并依据于要加工的元件和要求和设计要求，我们最终选择伺服电机+滚珠丝杠的结构。传动系统如下图

滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。以传动形式分为两种：

（1）将回转运动转化成直线运动

（2）将直线运动转化成回转运动。

具有传动效率高精度高，运动平稳,耐用性好，同步性好，高可高性。

因为断电是滚珠丝杠螺母不能自锁，故在Y轴的滚珠丝杠传动中加入制动装置来锁定。2.导轨的选择：

机床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大且磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。在动导轨上镶装塑料具有摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能力强、低速时不易爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低等优点，在各类机床上都有应用，特别是用在精密、数控和重型机床的动导轨上。塑料导轨可与淬硬的铸造铁支承导轨和镶钢支承导轨组成对偶摩擦副。

直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并可互相组合。由于矩形导轨制造简单，刚度高，承载能力大，具有两个相垂直的导轨面。且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。再将矩形整体倾斜45°后，侧面磨损能自动补偿，克服了矩形导轨侧面磨损不能自动补偿的缺陷，使其导向性更好。

故采用将矩形整体倾斜45度的直线运动滑动导轨。

功能原理图：

电机可进行无极调速，经过涡轮蜗杆进行变向和减速将符合要求的速度传给丝杠，从而带动运动部件的运动。