畢業(yè)設計數控立式銑床進給系統(tǒng)設計

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1、 2007屆畢業(yè)設計說明書 XK5040數控立式銑床進給系統(tǒng)設計 院(系)、部：機械設計及其自動化學院 學生姓名： 楊鐵生 指導教師： 孫和俊 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 07-7 完成時間： 2022年 目錄 1 概述 2 2 設計的意義 3 2.1 國內外比照 3 2.2 生產中的應用 3 3 設計計算 9 3.1 電機的選擇 9 3.2 V帶的傳動設計 9 3.3 主軸的設計 12 3.4

2、鍵的計算選擇 13 3.5軸承的選擇 14 3.6 軸承座的選擇 14 3.7 軸強度的校核 14 3.8軸承的校核 18 4 機架的設計 20 設計感想 22 參考資料 23 1 概述 —————— 2 設計進給系統(tǒng)的意義 2.1 國內外比照 —————— 2.2 進給系統(tǒng)在銑削生產中的應用 —————— 1．1橫向進給系統(tǒng)的設計 采用半閉環(huán)機床進給系統(tǒng)，滾珠絲桿拖開工作臺。傳感器與電機軸相聯，用來檢測電機轉角和轉速，并把它們轉換為電信號反應給數控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 〔1〕橫向進給系統(tǒng)的設計計算 工作臺

3、重量： W=112Kgf=1120N(根據圖紙粗略計算) 時間常數： T=25 ms 滾珠絲杠根本導程： Lo=6mm 行程： S=500mm 步距角： /step 快速進給速度： 500mm/min 〔2〕工作臺選擇：(mm) 工作臺寬度B=400 工作臺面長度L=800立式主軸端面到工作臺面的最小距離H2=100 工作臺

4、T形槽寬度b/mm(按GB/T158-1996):18 主軸前端錐度號〔按GB/T3837-2001〕:50 1.2橫向進給系統(tǒng)的設計計算 （1） 切削力計算 (硬質合金端銑刀銑削碳素鋼) 銑削力： 式中： ————銑削深度 ————每齒進給量 ————銑削寬度 ————刀具直徑 n————刀具轉速 Z————刀齒數 取3，取0.1，取60，Z取4，取100，r/min 那么有： =4718N 工作臺縱向進給分力載

5、荷: F=0.4Fz=0.44718=1887 N 工作臺橫向進給分力載荷： F=0.5Fz=0.54718= 2359 N 工作臺垂直方向分力載荷： F=0.9Fz=0.94718=4246 N 1.3絲杠與導軌設計： 由?機床設計手冊?3部件、結構及總體設計，選用回轉運動滾動導軌，〔用于低速回轉工作臺〕。 滾動導軌預緊方法 1. 采用過盈配合 裝配前，滾動體母線間的距離為A，壓板與溜板間所形成的包容尺寸為A-b.裝配后b就是過盈量。一般b取5-6微米，

6、導軌牽引力不超過30-50牛頓 進給力計算公式〔kgf〕： 式中： —————— ——為沿導軌運動方向的切削分力(kgf) To ————————滾動體的起始摩擦力kgf〔約等于2〕 f’ ————————在導軌上的當量摩擦系數(取0.005) —————分別為倆導軌的預加載荷(kgf)低于30~50〔選用30N〕 那么有： Q=2359.40+2+0.005〔30+30〕=2362〔N〕 2. 滾動體的尺寸與數目的選擇 確定導軌上滾動體數目最大值： 式中：z---

7、--每條導軌上的滾動體數 d------滾珠直徑〔cm〕 G-------為每一導軌上所分擔的運功部件重量〔G=560kgf〕 滾子選用：d=18mm, 采用滾動導軌塊，L為： 式中 S---動導軌的行程。 3.滾動體許用載荷計算 在一個滾動體上的許用載荷按下公式計算 對于滾珠導軌： d-----------滾珠直徑〔mm〕 l-----------滾子長度〔mm〕 ----------導軌材料硬度系數，按表選取0.7 K-----------滾動體截面上的當量許用應力，選用5.4

8、 滾動體載荷滿足要求。 4.滾動導軌剛度計算 滾動導軌剛度的計算就是接觸變形 對于滾珠導軌： q ------------滾柱單位長度上的載荷〔N/mm〕 q=560/139*18=0.2(N/mm) 按圖C1取0.3 那么有： 5.按額定動載荷選用滾珠絲杠 1） 強度計算 壽命值： T---額定壽命，查表得 T=15000h ---滾珠絲桿導程，取=6mm n---為絲桿轉速〔r/min〕 v---為最大切削力下的進給速

9、度〔m/min〕,取最高進給速度的1/3 v= r/min 求最大動負載C ： 式中： -----------------壽命系數，按圖5.7-89取1.45 ----------------載荷性質系數，按表5.7-31選1 -----------------動載荷硬度影響系數，按表5.7-32選取1 ------------------轉速系數，查圖5.7-90選取0.73 ----------當量軸向載荷〔kgf〕,

10、 那么有 根據最大動負荷C的值，查手冊2，選取滾珠絲杠直徑為50mm，N型內循環(huán)單螺母滾珠絲杠副，型號為N5006,4列，其額定動載荷為2500kgf，所以強度足夠。 2〕絲桿螺紋局部長度L等于工作臺行程500mm加螺母長度83mm加兩端余量40mm 3） 支撐跨距L1 L=500+83+2*40=663mm 應略大于L1，取為800mm 4〕臨界轉速 查表3.7-37〔倆端固定〕 兩端固定，絲杠一般不會受壓，故不需進行壓桿穩(wěn)定性驗算。 5） 預拉伸計算 A. 溫升引起的伸長量，設溫升為，那么螺紋局部伸

11、長量為： 絲杠全長的伸長量為： 為此，絲杠的目標行程可定為比公稱行程0.025/0.8mm.絲杠在安裝時，進行預拉伸。拉伸量為0.031mm,拉伸方式如下列圖。 B.預拉伸力Ft.根據材料力學歐拉公式： B. 軸承選擇 1)選擇軸承類型 普通數控機床初定軸承使用壽命20000小時，軸承承受徑向載荷和軸向載荷，可選用圓錐滾子型號軸承，由絲杠軸頸及載荷性質，確定選用軸承應具有的根本額定動載荷 2) 計算附加軸向力 軸承徑向載荷 附加軸向力 式中 e,Y查表5.9-133?手冊?中e=0.32,Y=1.9 3） 計算

12、單個軸承的軸向載荷 軸上軸向載荷 4) 計算當量動載荷 5) 考慮沖擊載荷的當量動載荷 沖擊載荷因數 6) 壽命計算 所以滿足要求 7〕選擇軸承游隙 單列圓錐滾子軸承的軸向游隙，可根據不同使用要求，安裝時調整。 徑向游隙30~45um。 軸承采用過盈配合會導致軸承游隙的減小，應檢驗安裝后軸承的游隙是否滿足使用要求，以便正確配合及軸承游隙。 8〕選擇軸承預緊 定位預緊：可以通過調整間距套的寬度以獲得一定的預緊量。 徑向預緊： 計算取倆者間最大值 注： 9)支撐方式及固

13、定：選擇固定游動支承即一端固定一端游動，以補償軸的熱伸長及制造安裝誤差。在這種支承中軸的軸向定位精度取決于固定端軸承軸向游隙，因此，用一對圓錐滾子軸承與推力軸承組成固定端要比用一套深溝球軸承的精度高。固定游動支承對各種工作適應性強，因此在各種機床主軸、工作溫度較高的軸以及跨距大的長軸中得到了廣泛應用。 一對圓錐滾子軸承〔面對面排列〕，內圈用緊固螺母與墊圈緊固，結構簡單，拆裝方便，緊固可靠。外圈端面與端蓋間隙作為軸熱伸長補償方式，結構簡單，，調整方便。 軸承的軸向固定，是為了使軸承始終處于定位面所限定的位置。因此軸向固定包括內圈在軸上的固定和外圈在外殼孔內的

14、固定。盡管軸承的內外圈都要求準確定位，但并不一定要同時作軸向固定，固定-游動支承中，固定端承受雙向軸向載荷，故需雙向軸向固定。游動端應根據軸承類型和游動方式采用不同的固定結構。 10)選擇軸承精度等級 軸承與軸采用過盈配合，精度0級k6,軸承與外孔座采用過渡配合，0級K6 軸的公差等級IT6，外殼孔一般為IT7. 采用拆分時外殼 11)選擇潤滑劑和潤滑方法 脂潤滑Dm n值250 000，選用鈣基脂，溫度適應范圍-10至+60，鈣基潤滑脂，選擇牌號ZG-1針入度310至340mm/0.1mm，特性，具有良好的抗水性，用于工業(yè)機械設備。 12)選擇密封方式 接觸式密封〔毛

15、氈密封〕，速度允許3.5m/s 效率計算： 根據?機械原理?的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：---為絲桿螺旋升角，查得： ---為摩擦角，滾珠絲桿副的滾動摩擦系數f=0.003～0.004,其摩擦角約等于 那么有： 3〕壓桿穩(wěn)定性的核算 按額定動載荷選得絲杠的名義直徑為50mm，支承條件為“固定-固定〞〔G-G〕,支承長度為635，最大軸向壓縮載荷2359，核算壓桿穩(wěn)定性： 查圖5.7-92找到相交點在Do=50曲線的左側〔<50〕,所以平安可用 4〕剛度驗算： (1)

16、滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 滾珠絲杠受工作負載F引起的導程的變化量，選用的滾珠絲杠副為N5006-4，從圖5.7-97查得，因進行了預緊， （2） 絲杠的軸向拉伸變形量 查圖5.3-100得，現L635mm, , 因這是第三種支撐方式，所以 (3) 支撐滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形， 向心推力球軸承的軸向接觸變形公式如下： 現為雙聯向心推力球軸承 選用236212 式中： Pa------------軸承的軸向載荷〔2359/4=589N〕；

17、 Z-------------軸承的滾動體數目〔14*4〕； ------------軸承滾動體直徑〔15.875〕。 那么 有： 因施加預緊力，故： 根據以上計算： 故滿足要求絲杠副的傳動精度 5〕潤滑方式：采用潤滑脂，充填在螺母內部及涂在絲杠螺紋滾道上。 6〕穩(wěn)定性驗算 當絲杠的長徑比擬大〔一般大于10〕，且承受軸向壓力時，絲杠有發(fā)生縱向彎曲

18、的危險，因此需進行穩(wěn)定性的核算。絲杠具有良好的穩(wěn)定性時的最大允許軸向壓縮載荷Pa可用材料力學公式來計算： 式中:E---為絲桿材料彈性模量,對鋼 I---絲杠內部的端面慣性矩, ---為絲桿內徑,=48mm 那么有： L-------------為支撐距離,取L=635mm -------------為絲桿支承方式系數,參考表5.7-15,取=2. K---------------所選絲桿穩(wěn)定平安系數K，一般K=4 那么有: 故穩(wěn)定性不存在問題。 7〕強度的核算 絲杠拉壓應力 的計算公式為：

19、 式中：P-------絲杠所受最大的軸向力〔kgf〕 A-------絲杠內徑的斷面積〔mm2〕， d1-------絲杠內徑〔mm〕 許用拉壓應力〔kgf/mm2〕由于螺紋所引起的應力集中系數不能精確確定，因此取 拉壓應力滿足要求。 1.4轉動慣量計算： 1） 工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量 查表3.7-9 絲杠的轉動慣量 查表3.7-8 電動機轉速 因此，總的轉動慣量

20、 2)電動機力矩計算 快速空載啟動時所需力矩： 最大切削負載時所需力矩： 加速進給時所需力矩： 式中 ---空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩N.m； ---折算到電機軸上的摩擦力矩N.m； ---由于絲杠預金所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； ---切削時折算到電機軸上的加速力矩N.m

21、 ----折算到電機軸上的切削負載力矩，Nm. 當采用滾珠絲杠時， 、、、的計算公式如下： 對數控機床而言，因為動態(tài)性能要求較高，所以用電動機力矩主要是用不斷產生加速的，而負載力矩占的比重很小，一般都小于電動機力矩的百分之十至百分之三十，所以通常可先按式3.7-17選擇電動機，要使快速空載動力矩小于電動機的最大轉矩，即T<=Tmax,其中Tmax為電動機輸出轉矩的最大值，即峰值轉矩， 一般為 ： 滾珠絲杠直徑do=50mm，螺距P=6mm, L=1035mm,工作臺重量1120N，靜摩擦力Fo=1120*0.2=2

22、24N,最大軸向負荷Famax=2361N. 加速力矩： = 摩擦力矩: 附加摩擦力矩: 式中：------電動機額定轉矩; -------電動機轉矩瞬時過載系數；小慣量直流伺服電動機取8-10. 此外，對直流伺服電動機而言，還應保證快速進給力矩是在電動機的連續(xù)運行區(qū)域內，最大切削負載力下的進給時間是在所希望的數值之內。 ---折算到電機軸上的總等效轉動慣量〔 T-------系統(tǒng)時間常數

23、〔S〕 n-------電機轉速〔r/min〕 -----導軌摩擦力〔N〕； P------絲杠螺距mm; i-----降速比為1； ------傳動總效率，計算為=0.936 -----最大軸向負載〔N〕 -------進給方向的最大切削力〔N〕 ---為電機最大角加速度〔〕 ---為運動部件最大快進速度對應的電機最大轉速〔〕 t---為運動部件從靜止啟動加速到最大快進進給速度所需時間〔s〕,取t=0.025s 那么有：快速空載啟動時所需力矩： =0.068+0.229+0.289=0.58N.m 因此選用最大靜力矩0.637N.m的步進電動機滿足要求 步進電機最高工作頻率： 綜合考慮，查表6-1-38選用70BF6P型直流步進電機，能滿足使用要求。 參考材料：1.?實用機床設計手冊?電子版 2.?現代實用機床設計手冊?下冊/現代實用機床設計手冊編委會編.-北京：機械工業(yè)出版社，2006.6 3.?最近軸承手冊? 張松林主編 -北京：電子工業(yè)出版社，2007.1 可修改 歡送下載 精品 Word