機(jī)械畢業(yè)設(shè)計（論文）-普通X62W銑床的數(shù)控化改造設(shè)計【全套圖紙】

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1、普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 I 鄭州科技學(xué)院鄭州科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 （論文） 題 目 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 學(xué)生姓名 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 08 級本科（6）班 學(xué) 號 院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師（職稱） 完成時間 2012 年 5 月 16 日 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 II 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 摘 要 我所設(shè)計的畢業(yè)課題為“普通銑床數(shù)控化改造設(shè)計” 。對于機(jī)床的設(shè)計來說 ，我首先對所要設(shè)計的機(jī)床進(jìn)行技術(shù)調(diào)查，查閱了國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)資料，在此 基礎(chǔ)上，對其用途范圍、性能指標(biāo)、方案對比等進(jìn)行論證分析。對于通用機(jī)

2、床 我更是查閱了大量的國內(nèi)外有關(guān)銑床的資料后，擬定了此機(jī)床的總體方案為立 式銑床。 本文在X62W數(shù)控銑床改造設(shè)計時主要從經(jīng)濟(jì)性、方便性、實用性、可靠性 四方面因素出發(fā)，對X62W型銑床進(jìn)行了數(shù)控銑床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，硬件及電路設(shè) 計。使改造后的機(jī)床的機(jī)械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度;運動副之間的摩擦 因數(shù)小，傳動無間隙;功率大;便于操作和維修。 X62W數(shù)控銑床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算，滾珠絲杠螺母 副的設(shè)計計算。進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計中，拆除縱向、橫向、垂向進(jìn)給箱齒輪，在 該處將手輪軸通過一對減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進(jìn)電機(jī)相連。 數(shù)控系統(tǒng) 是一個基于8031單片機(jī)的數(shù)字型控制系統(tǒng)。

3、采用較小體積的單片機(jī)來實現(xiàn)一般 的邏輯功能，對進(jìn)給系統(tǒng)的兩個軸進(jìn)行控制。 關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；定位精度；步進(jìn)電機(jī)；滾珠絲杠；伺服傳動系統(tǒng) 全套圖紙，加全套圖紙，加153893706153893706 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 III ORDINARY X62W MILLING MACHINE OF THE RETROFIT DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL ABSTRACT I design of graduation project for“ ordinary milling machine numerical control transformat

4、ion design“. For the machine tool design, I first want to design of machine tool technology research, consulting literature at home and abroad, on the basis of this, the application scope, performance index, scheme comparison and analysis. For universal machine I was referring to a 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)

5、計 IV large number of domestic and international relevant milling machine information, formulate the overall plan for the vertical milling machine. Based on the X60W numerical control milling machine transformation design mainly from the economy, convenience, practicality, reliability based on four f

6、actors, X60W type milling machine for numerical control milling machine mechanical system design, hardware and circuit design. After the improvement of the mechanical transmission part of machine tool with high static, dynamic stiffness; kinematic pair between the small friction coefficient, no tran

7、smission gap; the power is large; easy to operate and repair. X60W CNC milling machine mechanical system design of servo drive system design and calculation, the design and calculation of ball screw pair. Feed transmission system design, longitudinal, transverse, demolition of vertical feeding gear

8、box, where the hand wheel shaft through a pair of gear and the longitudinal, transverse and vertical step motor. NC system is based on 8031 single-chip digital control system. Using a smaller volume of single chip to achieve the general logic function, on the feed system of the two axes control. KEY

9、 WORDS Numerical control transformation; position precision; stepping motor; ball screws; servo drive system 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 目目 錄錄 摘 要 .I ABSTRACT II 1 機(jī)床數(shù)控化改造論證分析1 1.1 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 1 1.2 我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀2 2 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造分析4 2.1 主傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計 4 2.1.1 主軸部件選擇 .5 2.1.2 主軸組件的動態(tài)特性 .8 2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計 8 2.2.1 對進(jìn)給

10、伺服系統(tǒng)的基本要求 .8 2.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求.9 2.2.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 10 2.3 X62W 數(shù)控銑床改造設(shè)計方案及步驟.11 3 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算.13 3.1 主軸系統(tǒng)計算 .13 3.1.1 V 帶傳動的設(shè)計計算 13 3.1.2 Z 軸滾珠絲杠副 15 3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 .18 3.2.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算 18 3.2.2 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 23 3.3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 .24 3.3.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算 24 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 3.3.2 傳動效

11、率計算 29 3.3.3 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 29 3.4 垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 .31 4 普通 X62W 銑床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計.33 4.1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成及特點 .33 4.2 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備介紹 .34 4.2.1 I/O 口電路的擴(kuò)展 38 4.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路41 4.2.3 其它輔助電路設(shè)計42 結(jié) 論 43 參考文獻(xiàn) 44 致 謝 .45 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 1 1 機(jī)床數(shù)控化改造論證分析 數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點，并且機(jī)床結(jié)構(gòu)趨于 模塊化、數(shù)控功能專門化。數(shù)控機(jī)床是集計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制、 傳感測量、機(jī)械制造、網(wǎng)

12、絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它的發(fā) 展和運用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管 理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控技術(shù)水平的高低已經(jīng)成 為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控 化，己成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競爭力仍然處于較低的水平。因為開發(fā)一臺新的數(shù)控機(jī)床的周 期比較長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為此我們應(yīng)該在普通機(jī) 床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，這樣會造成資金投資量大， 成本高，而且又會造成原有設(shè)備閑置浪費。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床

13、不失為 一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上 增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 這種機(jī)床改造花費少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī) 床缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小 的具體國情。 1.1 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 我國現(xiàn)有機(jī)床 320 多萬臺，這些機(jī)床技術(shù)狀況老化嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計，全國 30%左 右設(shè)備在 16 年以上，其中近 30%的役齡超過了 26 年，這些都說明目前我國還 沒有走上主要依靠科技進(jìn)步對機(jī)床進(jìn)行改造的軌道。另外，隨著科技的進(jìn)步， 生產(chǎn)依賴于設(shè)備的程度日益增大，

14、企業(yè)的產(chǎn)量、質(zhì)量、效率、成本、安全及環(huán) 境保護(hù)和勞動情緒都受設(shè)備的制約，實現(xiàn)企業(yè)的現(xiàn)代化己勢在必行。但據(jù)資料 介紹，我國的金屬切削機(jī)床年產(chǎn)量僅占同類設(shè)備擁有量的 1/28，如將每年生產(chǎn) 的全部機(jī)床用來更換舊機(jī)床需要 28 年所以，我國目前解決設(shè)備技術(shù)進(jìn)步的主要 途徑是機(jī)床改造。 微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自 數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力。數(shù)控機(jī)床可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 2 曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機(jī)有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計 算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可

15、以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 37 倍。由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后 按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、80 年初已開 始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工 業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS 外，還包括在產(chǎn) 品開發(fā)中推行 CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS(管理信息 系統(tǒng))、CIMS 等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的 含量。由于采用信息技術(shù)對國外

16、軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)， 最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信 息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年，如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控 機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到 1995 年只有 1.9%，而日本在 1994 年己達(dá) 20.8%， 因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必 要性。 1.2 我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)在趕上了計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)前進(jìn)的步伐、加快數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)速度，已成 為數(shù)控發(fā)展的最主要趨勢。以第四代計算機(jī)的工程結(jié)構(gòu)和微電子工藝技術(shù)為基 礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有微機(jī)的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開放型、嵌

17、 入式的柔性數(shù)控系統(tǒng)，使之即適合加工復(fù)雜零件、分立式機(jī)床用的數(shù)控系統(tǒng)的 組成，又適合未來自動化升級時功能可擴(kuò)展的要求。 我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下 3 個特征： (l)高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。如華中 I 型等數(shù)控系統(tǒng)，都具有多軸聯(lián)動 功能，快速進(jìn)給速度在 1.67m/s 以上，具有較強(qiáng)的通信、管理功能。 (2)普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。如北京機(jī)床研究所的 BS9l 系統(tǒng)，這些 系統(tǒng)一般配有 CRT 顯示器，可配置直流和交流司服驅(qū)動，2-4 軸聯(lián)動。 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 3 (3)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便 宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是

18、我國應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。比較典型的 有南京大方的 JWK 系列。 我國是機(jī)床生產(chǎn)大國，又是使用大國。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn) 品，我國的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床產(chǎn)品中的比例總體水平低。但是我國是發(fā)展中國家， 許多企業(yè)財力薄弱，不可能花費大量的資金添置許多全新的數(shù)控機(jī)床，同時大 量的通用機(jī)床不可能全部淘汰。 因此，把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途 徑，機(jī)床改造花費少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī) 床的缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高。 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 4 2.普通 X62W 銑床數(shù)控化改造分析 2.1 主傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計 主傳動系統(tǒng)

19、一般由動力源（如電動機(jī)） 、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀 架、工作臺） ，以及開停、換向和制動機(jī)構(gòu)等部分組成。動力源為執(zhí)行元件提供 動力，并使其得到一定的運動速度和方向,變速裝置傳遞動力以及變換運動速度， 執(zhí)行元件執(zhí)行機(jī)床所需的運動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運動。 現(xiàn)代切削加工正向著高速、高效和高精度方向發(fā)展，對機(jī)床的性能提出越 來越高的要求，如轉(zhuǎn)速高，調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達(dá) 1：1001：1000，恒功率調(diào)速范圍達(dá) 1：10 以上；更大的功率范圍達(dá) 2.2250kW，能在切削加工中自動變換速度；機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，噪聲小，動態(tài)性 能好，可靠性高等。數(shù)控機(jī)床主傳動設(shè)計應(yīng)滿足的特點：主傳動采用直流或交

20、流電動機(jī)無級調(diào)速；數(shù)控機(jī)床驅(qū)動電動機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計；數(shù)控機(jī) 床高速主傳動設(shè)計；數(shù)控機(jī)床采用部件標(biāo)準(zhǔn)、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計；數(shù)控機(jī)床的柔 性化、復(fù)合化；虛擬軸機(jī)床設(shè)計。 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工范圍廣、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高和自動化程度 高等特點，要求主傳動裝置應(yīng)具有以下特點： （1） 具有較大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無級調(diào)速。無級變速傳動在一定的變速 范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實 現(xiàn)變速自動化；能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以 提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 （2） 具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提 高，與主傳動系

21、統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的精度與剛度，采用 高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。 （3） 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床一般既要進(jìn)行粗加工，又要精加 工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻 運動部件不平穩(wěn)以及切削過程 中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加 工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主 傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 5 各種干擾力引起振動的能力抗振性?？拐裥?用動剛度或動柔度來衡量。例如 主軸組件的動剛度取決于主軸

22、的當(dāng)量靜剛度 阻尼比及固有頻率等參數(shù)。 機(jī)床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了 零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削 用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱 穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現(xiàn)。 主傳動變速系統(tǒng) 普通機(jī)床一般采用機(jī)械有級變速調(diào)速傳動，而數(shù)控機(jī)床需要自動變速；且 在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉(zhuǎn)面和斷面時，需要隨切削的直徑的變 化而自動變速，以保持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利 于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選用到理想的切削速度，這樣既有利于提高加

23、工精度， 又有利于提高切削效率。 機(jī)床主傳動中常采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機(jī)、機(jī)械無級變 速裝置和液壓無級變速裝置。 無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計原則： 一為盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動系統(tǒng)要求的無級變速裝置。如銑床 主傳動系統(tǒng)要求恒功率傳動，就應(yīng)該選擇恒功率無級變速裝置。 二為無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調(diào)速范圍較小，尤其是恒功率調(diào)速 范圍往往小于機(jī)床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機(jī) 械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個變速范圍。 2.1.1 主軸部件選擇 主軸部件的性能要求：主軸部件是機(jī)床主要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行元 件。它的功用是支承并帶動

24、工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動力等 載荷，完成表面成型運動。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及 定位元件等組成。 主軸部件的工作性能對整機(jī)性能和加工質(zhì)量以及機(jī)床生產(chǎn)效率有著直接影 響，是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。因此，對主軸部件有如下要 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 6 求： 軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸安裝工 件或刀具部位的定心表面（如車床軸端的定心短錐、錐孔，銑床軸端的 7：24 錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉(zhuǎn)精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體孔等 的制造、裝配和調(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承 的性

25、能，潤滑劑和主軸組件的平衡。 剛度： 主軸部件的剛度是指其在外載荷作用下抵抗變形的能力，通常 以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義 的。主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此， 主軸的尺寸和形狀、滾動軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動件的布置 方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。 溫升： 因為相對運動處的摩擦生熱，切削取得切削熱等使主軸溫度升 高將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會 降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，各類機(jī)床對溫升都有一定的限制。 可靠性： 數(shù)控機(jī)床是高度自動化的機(jī)床

26、，所以必須保證工作可靠性， 可喜的是這方面的研究正在發(fā)展。 精度保持性: 它指長期保持其原始制造精度的能力。對數(shù)控機(jī)床的主軸 組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。 主軸部件的組成和軸承選型 主軸部件:它由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。 主軸的傳動件:可以位于前后支承之間，也可位于后支承之后的主軸后 懸伸端。目前傳動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實現(xiàn)分離傳動和 模塊化設(shè)計：主軸組件（稱為主軸單元）和變速箱可以做成獨立的功能部件， 又專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。變速箱和主軸間可用齒輪副或帶傳動 聯(lián)接。本三坐標(biāo)曲面數(shù)控銑床采用帶傳動聯(lián)接。主軸支承分徑向和推力（

27、軸向） 。 角接觸球軸承兼起徑向和推力支承的作用。推力支承應(yīng)位于前支承內(nèi)，原因是 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點，常設(shè)定在主軸前端。為了減少熱膨脹造成的坐標(biāo)原點的 位移，應(yīng)盡量縮短坐標(biāo)原點支推力支承之間的距離。 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 7 主軸軸承:選用角接觸球軸承。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受 軸向載荷。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常采 用多聯(lián)組配的辦法。有三種基本組配方式，分別為背對背，面對面和同向組配， 背靠背和面對面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配只能承受單向軸向載荷。 背對背比面對面安裝的軸承具有較高的抗顛覆力矩的能力。運轉(zhuǎn)時，軸承的外 圈的散熱條件

28、比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使 軸承的過盈加大。軸向膨脹對與背靠背組配將使過盈減少，于是，可以補(bǔ)償一 部分徑向膨脹；而對于面對面組配，將使過盈進(jìn)一步加大?；谏鲜龇治觯?軸受到彎距，又屬高速運轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。 角接觸角軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承，還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作， 使?jié)L動體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。 軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動 精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而在預(yù)緊前 只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有了一

29、定的變形，參加 工作的滾動體將增多，各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精 度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提 高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；而且較大的預(yù)緊力將使壽命下 降，故預(yù)緊要適量。 角接觸角軸承在軸向力的作用下，使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向錯位實現(xiàn)預(yù)緊，衡量 預(yù)緊力大小的是軸向預(yù)緊力，簡稱預(yù)緊力 Fa0，單位為 N。多聯(lián)角接角球軸承是 根據(jù)預(yù)緊力組配的。軸承廠規(guī)定了輕預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊三級預(yù)緊。訂貨時 可指定預(yù)緊級別。軸承廠在內(nèi)圈（背靠背組配）或外圈（面對面組配）的端面 根據(jù)預(yù)緊力磨去 。裝配時擠緊，便可得到預(yù)定的預(yù)緊力。如果兩個軸承間需

30、要隔開一定的距離，可在兩軸承之間加入厚度相同的內(nèi)外隔套。在軸向載荷的 作用下，不受力側(cè)軸承的滾動體與滾道不能脫離接觸。而滿足這個條件的最小 預(yù)緊力，雙聯(lián)組配為最大軸向載荷的 35%。 承載能力和壽命 主軸軸承通常載荷相對較輕。一些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 8 問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是由于磨損而降低精 度。通常，如軸承精度為 P4 級，經(jīng)使用磨損后跳動精度降為 P5 級,這個軸承就 認(rèn)為應(yīng)該更換了。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以 估計。 2.1.2 主軸組件的動態(tài)特性 通常，主軸組件的固有頻率很高，

31、但是，高速主軸，特別是帶內(nèi)裝式電動 機(jī)高速主軸，電動機(jī)轉(zhuǎn)子是一個集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共 振。改善動態(tài)特性，可采取下列措施： 是主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率 的 30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛體 振動的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬 于主軸的彎曲振動，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。 激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以 /30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應(yīng)乘以刀齒數(shù) Z。 增大阻尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。這時主軸軸承， 特別是前

32、軸承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工 表面，滾動軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選 擇預(yù)緊時還因考慮阻尼因素。 采用消振裝置。 2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計 2.2.1 對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 進(jìn)給伺服系統(tǒng)不但是數(shù)控機(jī)床的一個重要組成部分，也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于 一般機(jī)床的一個特殊部分。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為：定 位精度高；跟蹤指令信號的響應(yīng)快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。 (1) 穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動信號消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù) 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 9 到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運行,或者在輸入的指令信號作用

33、下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn) 定運行狀態(tài)的能力。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，取決于系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)（如慣性、剛度、阻尼、增益等） ， ，與外界的作用信號 （包括指令信號或擾動信號）的性質(zhì)或形式無關(guān)。 (2) 精度 伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)工作 過程中通常存在三種誤差：動態(tài)誤差、穩(wěn)定性誤差和靜態(tài)誤差。實際中只要保 證系統(tǒng)的誤差滿足精度指標(biāo)就行。 (3) 快速響應(yīng)性 快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速 程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工 精度和生產(chǎn)率。 2.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計

34、要求 1.在靜態(tài)設(shè)計方面有： （1） 能夠克服摩擦力和負(fù)載； （2） 很小的進(jìn)給位移量； （3） 高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； （4） 足夠的調(diào)速范圍； （5） 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時無爬行現(xiàn)象； 2.在動態(tài)設(shè)計方面的要求有： (1) 具有足夠的加速和制動轉(zhuǎn)矩； (2) 具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意 的表面質(zhì)量； (3) 負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能?。?3.對于數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動部件則有以下要求 (1) 被加速的運動部件具有較小的慣量； (2) 具有較高的剛度； 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 10 (3) 良好的阻尼； (4) 傳動部件在拉壓剛度、 扭轉(zhuǎn)剛度、 摩

35、擦阻尼特性和間隙等方面盡可 能 小的非線性。 2.2.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 1.時間響應(yīng)特性 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性，按其描述方法的不同，分為時間響應(yīng)特性和頻 率響應(yīng)特性。 時間響應(yīng)特性是用來描述系統(tǒng)對迅速變化的指令能否迅速跟蹤的特性，它 由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。由于系統(tǒng)包含一些儲能元件，所以當(dāng)輸入 量作用于系統(tǒng)時，系統(tǒng)輸出不能立刻跟隨輸入量變化，而是在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之 前表現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過程（或叫過渡過程） 。穩(wěn)定響應(yīng)是指當(dāng)時間 t 趨向無窮大時 系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。若在穩(wěn)定時，輸出和輸入不能完全吻合，就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài) 誤差。 2. 頻率響應(yīng)特性 時間響應(yīng)特性是從微分

36、方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時間的變化的規(guī)律，即 在已知傳遞函數(shù)的前況下，從系統(tǒng)在階越輸入及斜坡輸入時間應(yīng)速度及振蕩過 程的狀態(tài)中來獲得動態(tài)特性參數(shù)。然而在很多情況下，傳遞函數(shù)不清楚，所以 只能由試驗的方法來求取動態(tài)特性。因此出現(xiàn)頻率響應(yīng)特性法。所謂頻率響應(yīng) 特性,就是系統(tǒng)對正弦輸入信號的響應(yīng)，即它通過研究系統(tǒng)對正弦輸入信號的響 應(yīng)規(guī)律來獲得啟動態(tài)特性。 3. 快速性分析 所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài) 質(zhì)量。 對于線性進(jìn)給伺服系統(tǒng)，由于它包含各種電路、機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置和機(jī)械傳動 普通 X62W 銑床的數(shù)控化改造設(shè)計 11 機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有時間常數(shù)，對高頻信號來不

37、及反應(yīng)，只是一個地通漏波 器。這種系統(tǒng)的通頻寬帶，對高頻信號響應(yīng)速度快，所以從開環(huán)頻率特性圖看， 提高系統(tǒng)的截止頻率，則可以提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 12 2.3 X62W 數(shù)控銑床改造設(shè)計方案及步驟 對 X62W 立式銑床進(jìn)行機(jī)械部分改造，數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)該比同類普通 機(jī)床高 50%；應(yīng)盡量提高機(jī)床的抗振性，通常機(jī)床的振動包括強(qiáng)迫振動和受迫 振動。要提高機(jī)床在低速進(jìn)給時的平穩(wěn)性和運動精度。為實現(xiàn)復(fù)雜零件的自動 銑削加工， 2.3.1 改造方案的確定 改造的可行性分析通過以后，就可以針對工藝和機(jī)床現(xiàn)況確定改造方案， 一般包括一下幾部分： 機(jī)械修理與電

38、氣改造相結(jié)合，一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn) 行機(jī)械修理。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。 先局部后整體，確定改造步驟時，應(yīng)把整個電氣部分改造先分成若干個子 系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)電部分等， 待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)，針對使用環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線， 甚至有否鼠害等外界使用條件，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能、 自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可 靠的使用保證。 改造范圍確定，有時數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電 氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測定和

39、分析決定其改造范圍。 2.3.2 改造的技術(shù)準(zhǔn)備 改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù) 準(zhǔn)備包括： 機(jī)械部分準(zhǔn)備，為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量、計算、 設(shè)計、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。 舊系統(tǒng)電氣資料消化，只有對舊系統(tǒng)電氣資料進(jìn)行充分的消化，才能了解 以前的設(shè)計思想，才能更好完成新舊系統(tǒng)的銜接與轉(zhuǎn)換。 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 13 新系統(tǒng)電氣資料消化，新系統(tǒng)有許多新功能、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉 技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、plc 梯形圖及文本、安裝調(diào)試說明、 使用手冊、編程手冊等。 2.3.3 改造的實施 準(zhǔn)備工作就緒后，即

40、可進(jìn)入改造的實施階段。實施階段內(nèi)容按時間順序分 為： 原機(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機(jī)械、液壓、潤滑、清潔等方面存在 問題，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺 寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié) 束時作對比分析用。 保留的電氣部分最佳化調(diào)整 對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如 強(qiáng)電部分的零件更換，電機(jī)的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風(fēng)冷 卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的 緊固等等。 原系統(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時在圖

41、紙上作出標(biāo)記，防止 遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中的欠 缺之處，應(yīng)及時補(bǔ)充與修正。 合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、 線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。應(yīng)確保連線工藝規(guī)范、 線徑合適、正確無誤、可靠美觀。 調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和 解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生；各 運動坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試 驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。 普通 X62W 銑床數(shù)控化

42、改造設(shè)計計算 14 3.普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 3.1 主軸系統(tǒng)計算 3.1.1 V 帶傳動的設(shè)計計算 三角帶的選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率（不打滑）并有足夠的使用壽命 （一定的疲勞強(qiáng)度） 。帶傳動設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括確定帶的型號、基準(zhǔn)長度 和根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力等。 (1) 確定計算功率 d p1.2 1214.4 dAP kw 式中：工況系數(shù)(工作情況系數(shù))；P電機(jī)額定功率 Kw A (2) 選擇三角帶型號 根據(jù)、由圖選 SPA 型窄 V 帶 d p 1 n (3) 確定帶輪直徑、 1 D 2 D 小帶輪直徑應(yīng)滿足：，以免帶的彎曲

43、應(yīng)力過大而導(dǎo)致其壽命 1 D 1min DD 降低。 查表取,故選擇 min 90Dmm 1 100Dmm (4) 計算膠帶速度 smsm nD v/25/5 . 6 60000 1250100 100060 11 故選擇合格 1 D 21 2 100200DiDmm (5) 確定中心距 a 和帶長 d L 12012 0.7()2()DDaDD 得 0 210600mmamm 初選 0 300amm 帶長 2 21 012 0 () 2()1078 24 d DD LaDDm a 查表，取1000 d Lmm 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 15 中心距 0 261 2 dd LL

44、aamm a 的調(diào)整范圍： min 0.015246 d aaLmm max 0.03291 d aaLmm (6) 驗算小帶輪包角 1 小帶輪包角可按公式求得： 21 1 18057.3 DD a 得 ， 即滿足條件。 1 162120 (7) 確定 V 帶根數(shù) z V 帶根數(shù) Z 可按下式計算： 00 () d L P z PP K K 由表，查得 0 2.27kW 01 1 (1) b i K n K 由表，查得 3 2.7862 10 b K 由表，查得 1.1199 i K 3 1 2.7862 101250(1)038 1.1199 i Pkw 由表，查得 0.96K 由表，查得

45、0.89 L K 代入求根公式，得 14.4 6.02 (2.270.38) 0.89 0.96 z 取 z=6,符合表 7-4 推薦的輪槽數(shù) (8) 確定初拉力 0 F 單根 V 帶合適的初拉力可按下式計算： 2 0 ) 1 5 . 2 (500qv Kzv P F d 由表得 0.12/qkg m 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 16 2 0 14.42.5 500(1)0.12 6.5282 6 6.51 FN (9) 計算作用在軸上的壓力Q 1 162 2 sin2 6 282 sin3383 22 QzN 3.1.2 Z 軸滾珠絲杠副 精度要求：進(jìn)給精度；快速進(jìn)給精度 mm0

46、1 . 0 min/3m 疲勞強(qiáng)度：絲杠的最大載荷為主軸重量加摩擦力，最小載荷為主軸重量減 最大進(jìn)給力的垂直分力。主軸重量為 300kg,則： 1.摩擦力 f F min 300 0.0035 9.810 f FFN NF29508 . 930010 max NF238710 3 1625 8 . 9300 min 3 2 minmax FF Fm 3 238722950 N2762 根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 計算載荷 c F cFHAM FK K K F 查表取 查表取1. F K1.0 A K 查表取 查表取 D 級精度1.0 H K 則： 1.2 1.0 1.0 27623314 c FN

47、 2.計算額定動載荷 a C 取絲杠的工作壽命為, 20000 h Lh100 / min m nr 3 1067 . 1 4 hmL n ca FC 3 1067. 1 20000100 4 3314 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 17 N16335 3.選用 FC1-4020-2.5 型絲杠，由表 2-9 得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑 導(dǎo)程；滾珠直徑； 0 50Dmm10pmm 0 5.953dmm 按表種尺寸公式計算： 滾道半徑 0 0.520.52 5.9533.096Rdmm 偏心距 2 0 5.953 0.707()0.707 (3.096)8.4 10 22 d eRmm 絲

48、杠內(nèi)徑 2 10 22402 8.4 102 3.09633.98dDeRmm 4. 穩(wěn)定性驗算 絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸 向的負(fù)荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保 證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。 螺母 固定端 游動端 a 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng) 驗算其安全系數(shù) S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 cr F 2 2 () a cr EI F l 式中，E 為絲杠材料的彈性模量，對于鋼 E=206Gpa；l 為絲杠工作長度 （m）

49、 ；為絲杠危險截面的軸慣性矩（） ；為長度系數(shù)，取。 a I 4 m 2 3 48 4 1 1054 . 6 64 m d Ia NFcr 5 2 892 1075 . 8 )5 . 0 3 2 ( 1054 . 6 10206 安全系數(shù) 5 2 8.75 10 3.2 10 2762 cr m F S F 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 18 查表，S=2.53.3 ,SS,絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。 b 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 cr n maxcr nn 臨界轉(zhuǎn)速按下式計算： 2 1 2 9910 () c cr

50、 f d n l 式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表 2-10，本題取， c f3.927 c f 2 3 2 2 )5 . 0 3 2 ( 03398 . 0 927 . 3 9910 cr n min/1052. 3 4r min/600 1010 6 3 max rn 即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 maxcr nn c 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求 0 D n 4 0 7 10/ minD nmm r min/107min/10410040 43 0 rmmrmmnD 5.剛度驗算 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變形 mN 量(m)為： 0 L

51、c GJ Tp EA pF L 2 2 0 式中:A 絲杠截面積, ；為絲杠的極慣性矩，；G 為 2 1 1 4 Ad c J4 1 32 c Jd 絲杠切變模量，對鋼；T 為轉(zhuǎn)矩。 GPaG 3 . 83 )tan( 2 0 D FT m 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷 m F mNT 54 . 4 )2 . 0334tan(10 2 40 2762 3 按最不利的情況?。ㄆ渲校?m FF 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 19 22 0 224 11 416 2 c pFp TpFp T L EAGJEdGd 33 2 92294 4 10 10276216

52、(10 10 )4.54 3.14 206 10(0.03398)(3.14)83.3 10(0.03398) m 2 107 . 9 則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： m p L lL85 . 4 1010 107 . 9 5 . 0 3 2 0 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的 1/2，即 L mmmL5005 . 0 1 . 0 2 1 2 1 該絲杠的滿足上市，所以其剛度可以滿足要求。 L 6.效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 947 . 0 )2 . 0334tan( ) 334tan( )tan( tan 要求在 90%95%之間，所以該絲杠副合格。 經(jīng)上述計

53、算驗算，F(xiàn)C1-4010-2.5 各項性能均符合題目要求，所以合格。 3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 3.2.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算 1.銑削力的計算 橫向絲杠螺母副銑削力與縱向的結(jié)果一致 Fx=4173N 工作臺橫向進(jìn)給方向載荷：Fc=0.375Fx=1617N 周向銑削力NFFF V 486513 . 1 4313 22 1 強(qiáng)度校核計算：)2f(FyGFFKF CXDC 式中： K=1.4 f=0.2 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 20 FX、Fy、FC-分別為沿銑刀軸向的軸向銑削力，沿銑刀徑向的徑向銑削 力，沿銑刀切向的切向銑削力，其中 FX也是沿銑刀主運動方向的分力，

54、它消耗 銑床主電機(jī)功率最多。 代入計算：FX =2/3F=24865/3=3243N Fy = 0N FC = 1617N G-工作臺重量（橫向）+夾具和工件的重量 G=（100+200）9.8=2940N 由此得：F=1.43243+0.2(21617+2940)=4540+1234=5774N 壽命值為： 6 10 nt60 L 式中：L工作壽命以 106r 為 1 個單位 n-滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 n=10r/min t-使用壽命時間，一般取 t=15000h 則有：L=601015000/106=9(106r) 滾珠絲杠最大動載荷 C: KN K KLF PDC 4 .14c a 3 式中：

55、Kp 為載荷系數(shù)，一般取 1.21.5，本例取 Kp=1.2 Ka 為精度系數(shù)，對于本絲杠取 Ka=1 根據(jù)最大動載荷 C 的值，初選滾珠絲杠螺母副代號為： WCh25063.51，表示外循環(huán)方式，公稱直徑為 25mm，基本導(dǎo)程為 6mm， 螺紋旋向為右旋，負(fù)荷鋼球圈數(shù)為 3.5，精度等級為 3 的傳動滾珠絲杠副。 查表為基本參數(shù)： 滾珠絲杠的額定動載荷 CD=16500N14400N; 滾珠絲杠的額定靜載荷 CDEL=49700N; 預(yù)緊力NFP6025 FM=6134 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 3F，故可不加預(yù)緊力 選用 FC1-4020-2.5 型絲杠，由表 2-9 得絲杠副數(shù)據(jù)： 公稱直徑 mmD50

56、 0 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 21 導(dǎo)程 mmp10 滾珠直徑 mmd953 . 5 0 按表種尺寸公式計算： 滾道半徑 mmdR096 . 3 953 . 5 52 . 0 52 . 0 0 偏心距 mm d Re 20 104 . 8) 2 953 . 5 096 . 3 (707 . 0 ) 2 (707 . 0 絲杠內(nèi)徑 mmReDd98.33096 . 3 2104 . 824022 2 01 2.穩(wěn)定性驗算 絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸 向的負(fù)荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保 證絲杠在受熱變形后可在游

57、動端自由伸縮，如下圖。 螺母 固定端 游動端 a 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng) 驗算其安全系數(shù) S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷，并按下式計算 cr F 2 2 )( l EI F a cr 式中，E 為絲杠材料的彈性模量，對于鋼,E=206Gpa；l 為絲杠工作長度 （m） ；為絲杠危險截面的軸慣性矩（） ；為長度系數(shù)，取。 a I 4 m 3 2 48 4 1 1054 . 6 64 m d Ia 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 22 NFcr 6 2 892 1087 . 1 )4 . 0 3 2 (

58、 105 . 610206 安全系數(shù) 3 6 1059 . 1 1107 1087 . 1 m cr F F S 查表，S=2.53.3 ,SS,絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。 b 高速長絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn) 速臨界轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 cr n cr nn max 臨界轉(zhuǎn)速按下式計算： 2 1 2 )( 9910 l df n c cr 式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表 2-10，本題取， c f927 . 3 c f 3 2 2 2 )4 . 0 3 2 ( 03398 . 0 927 . 3 9910 cr n min/103 . 7 4r min/600

59、1010 6 3 max rn 即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 max nncr c 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求 nD0min/107 4 0 rmmnD min/107min/10410040 43 0 rmmrmmnD 所以該絲杠副工作穩(wěn)定 （3）剛度驗算 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F(N)和轉(zhuǎn)矩 T()共同作用下引起每個導(dǎo)程的變 mN 形量(m)為： 0 L c GJ Tp EA pF L 2 2 0 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 23 式中:A 絲杠截面積,；為絲杠的極慣性矩，；G 為 2 1 4 1 dA c J 4 1 32 dJc 絲杠切變模量，對鋼；T 為轉(zhuǎn)矩

60、。 GPaG 3 . 83 )tan( 2 0 D FT m 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷 m F mNT 84 . 1 )2 . 0334tan(10 2 40 1107 3 按最不利的情況?。ㄆ渲校?m FF 4 1 2 2 2 1 2 0 164 2Gd Tp Ed pF GJ Tp EA pF L c 492 23 29 3 )03398 . 0 (10 3 . 83)14 . 3 ( 84 . 1 )1010(16 )03398 . 0 (1020614 . 3 110710104 m 2 102 . 6 則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： m

61、 p L lL5 . 2 1010 102 . 6 4 . 0 3 2 0 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動精度的 1/2，即 L mmmL5005 . 0 1 . 0 2 1 2 1 該絲杠的滿足上式，所以其剛度可以滿足要求。 L 4.傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 tan tan 絲杠的螺旋升角，滾珠絲杠螺母副的混動摩擦系數(shù)2240 f=0.0030.004。 ，則1096 . 0 53 . 4 tan 37 . 4 tan 0 0 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 24 3.2.2 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計包括步進(jìn)電機(jī)選型，減速齒輪副的設(shè)計。 1.脈沖當(dāng)

62、量的選擇及減速齒輪副的設(shè)計 脈沖當(dāng)量：根據(jù)機(jī)械的加工精度，并參照同類數(shù)控銑床的精度參數(shù)，則可 選擇脈沖當(dāng)量：；初步選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角為，那0.01/mm step 0.75 么每個脈沖絲杠螺母移動的距離為；要實現(xiàn)，0.0125/mm step0.01/mm step 就必須在步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠之間加上那個一對降速輪，此對減速齒輪的減速 比為： 1 2 1.25i z z 2.減速齒輪副的選擇 減速比計算出來后，采用以及齒輪減速，減速齒輪的模數(shù)一般取 m=1.75; 壓力角 a=20；初選齒輪齒數(shù) Z1=20；故大齒輪為 Z2=25；故初選減速齒輪副的 參數(shù)如下：Z1=20； Z2=25；m=

63、1.75；a=20 3.步進(jìn)電機(jī)的選型 步進(jìn)電機(jī)的啟動力矩：).( 2 )f(360 x CMN FGF T E （ 式中：為脈沖當(dāng)量，取0.01/mm step F1為移動部件上的負(fù)載：NFF X 4 .47451 . 1 1 FE為作用在移動部件上的負(fù)載：NFF XE 107825. 0 f 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取 f=0.2 為步進(jìn)電機(jī)步距角 0 75 . 0 為機(jī)械的傳動效率，一般取0.6 G 為縱向移動部件的重量：300 9.82940GN 代入公式得：7.068 .TN M 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： 60 1000 f max max V 式中-運動部件快進(jìn)速度 max V 普通 X62W 銑床數(shù)控化改造設(shè)計計算 25 查 X62W 說明書，縱向工作臺最大進(jìn)給速度為min/m3 . 0 max V 代入公式得HZ V 3833 60 1000 f max max 綜合考慮并參考金屬切削機(jī)床設(shè)計簡明手冊 ，選擇 110BF003