畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控立式銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 2007屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 XK5040數(shù)控立式銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院(系)、部：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化學(xué)院 學(xué)生姓名： 楊鐵生 指導(dǎo)教師： 孫和俊 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 07-7 完成時(shí)間： 2022年 目錄 1 概述 2 2 設(shè)計(jì)的意義 3 2.1 國內(nèi)外比照 3 2.2 生產(chǎn)中的應(yīng)用 3 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.1 電機(jī)的選擇 9 3.2 V帶的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9 3.3 主軸的設(shè)計(jì) 12 3.4

2、鍵的計(jì)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(qiáng)度的校核 14 3.8軸承的校核 18 4 機(jī)架的設(shè)計(jì) 20 設(shè)計(jì)感想 22 參考資料 23 1 概述 —————— 2 設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的意義 2.1 國內(nèi)外比照 —————— 2.2 進(jìn)給系統(tǒng)在銑削生產(chǎn)中的應(yīng)用 —————— 1．1橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用半閉環(huán)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，滾珠絲桿拖開工作臺(tái)。傳感器與電機(jī)軸相聯(lián)，用來檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，并把它們轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反應(yīng)給數(shù)控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 〔1〕橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺(tái)

3、重量： W=112Kgf=1120N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 時(shí)間常數(shù)： T=25 ms 滾珠絲杠根本導(dǎo)程： Lo=6mm 行程： S=500mm 步距角： /step 快速進(jìn)給速度： 500mm/min 〔2〕工作臺(tái)選擇：(mm) 工作臺(tái)寬度B=400 工作臺(tái)面長度L=800立式主軸端面到工作臺(tái)面的最小距離H2=100 工作臺(tái)

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

5、荷: F=0.4Fz=0.44718=1887 N 工作臺(tái)橫向進(jìn)給分力載荷： F=0.5Fz=0.54718= 2359 N 工作臺(tái)垂直方向分力載荷： F=0.9Fz=0.94718=4246 N 1.3絲杠與導(dǎo)軌設(shè)計(jì)： 由?機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)?3部件、結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計(jì)，選用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌，〔用于低速回轉(zhuǎn)工作臺(tái)〕。 滾動(dòng)導(dǎo)軌預(yù)緊方法 1. 采用過盈配合 裝配前，滾動(dòng)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(dǎo)軌牽引力不超過30-50牛頓 進(jìn)給力計(jì)算公式〔kgf〕： 式中： —————— ——為沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的切削分力(kgf) To ————————滾動(dòng)體的起始摩擦力kgf〔約等于2〕 f’ ————————在導(dǎo)軌上的當(dāng)量摩擦系數(shù)(取0.005) —————分別為倆導(dǎo)軌的預(yù)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(dòng)體的尺寸與數(shù)目的選擇 確定導(dǎo)軌上滾動(dòng)體數(shù)目最大值： 式中：z---

7、--每條導(dǎo)軌上的滾動(dòng)體數(shù) d------滾珠直徑〔cm〕 G-------為每一導(dǎo)軌上所分擔(dān)的運(yùn)功部件重量〔G=560kgf〕 滾子選用：d=18mm, 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌塊，L為： 式中 S---動(dòng)導(dǎo)軌的行程。 3.滾動(dòng)體許用載荷計(jì)算 在一個(gè)滾動(dòng)體上的許用載荷按下公式計(jì)算 對(duì)于滾珠導(dǎo)軌： d-----------滾珠直徑〔mm〕 l-----------滾子長度〔mm〕 ----------導(dǎo)軌材料硬度系數(shù)，按表選取0.7 K-----------滾動(dòng)體截面上的當(dāng)量許用應(yīng)力，選用5.4

8、 滾動(dòng)體載荷滿足要求。 4.滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度計(jì)算 滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度的計(jì)算就是接觸變形 對(duì)于滾珠導(dǎo)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(dòng)載荷選用滾珠絲杠 1） 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值： T---額定壽命，查表得 T=15000h ---滾珠絲桿導(dǎo)程，取=6mm n---為絲桿轉(zhuǎn)速〔r/min〕 v---為最大切削力下的進(jìn)給速

9、度〔m/min〕,取最高進(jìn)給速度的1/3 v= r/min 求最大動(dòng)負(fù)載C ： 式中： -----------------壽命系數(shù)，按圖5.7-89取1.45 ----------------載荷性質(zhì)系數(shù)，按表5.7-31選1 -----------------動(dòng)載荷硬度影響系數(shù)，按表5.7-32選取1 ------------------轉(zhuǎn)速系數(shù)，查圖5.7-90選取0.73 ----------當(dāng)量軸向載荷〔kgf〕,

10、 那么有 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷C的值，查手冊(cè)2，選取滾珠絲杠直徑為50mm，N型內(nèi)循環(huán)單螺母滾珠絲杠副，型號(hào)為N5006,4列，其額定動(dòng)載荷為2500kgf，所以強(qiáng)度足夠。 2〕絲桿螺紋局部長度L等于工作臺(tái)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(yīng)略大于L1，取為800mm 4〕臨界轉(zhuǎn)速 查表3.7-37〔倆端固定〕 兩端固定，絲杠一般不會(huì)受壓，故不需進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。 5） 預(yù)拉伸計(jì)算 A. 溫升引起的伸長量，設(shè)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(biāo)行程可定為比公稱行程0.025/0.8mm.絲杠在安裝時(shí)，進(jìn)行預(yù)拉伸。拉伸量為0.031mm,拉伸方式如下列圖。 B.預(yù)拉伸力Ft.根據(jù)材料力學(xué)歐拉公式： B. 軸承選擇 1)選擇軸承類型 普通數(shù)控機(jī)床初定軸承使用壽命20000小時(shí)，軸承承受徑向載荷和軸向載荷，可選用圓錐滾子型號(hào)軸承，由絲杠軸頸及載荷性質(zhì)，確定選用軸承應(yīng)具有的根本額定動(dòng)載荷 2) 計(jì)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(cè)?中e=0.32,Y=1.9 3） 計(jì)算

12、單個(gè)軸承的軸向載荷 軸上軸向載荷 4) 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 5) 考慮沖擊載荷的當(dāng)量動(dòng)載荷 沖擊載荷因數(shù) 6) 壽命計(jì)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(jù)不同使用要求，安裝時(shí)調(diào)整。 徑向游隙30~45um。 軸承采用過盈配合會(huì)導(dǎo)致軸承游隙的減小，應(yīng)檢驗(yàn)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(yù)緊 定位預(yù)緊：可以通過調(diào)整間距套的寬度以獲得一定的預(yù)緊量。 徑向預(yù)緊： 計(jì)算取倆者間最大值 注： 9)支撐方式及固

13、定：選擇固定游動(dòng)支承即一端固定一端游動(dòng)，以補(bǔ)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(duì)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(dòng)支承對(duì)各種工作適應(yīng)性強(qiáng)，因此在各種機(jī)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(yīng)用。 一對(duì)圓錐滾子軸承〔面對(duì)面排列〕，內(nèi)圈用緊固螺母與墊圈緊固，結(jié)構(gòu)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(bǔ)償方式，結(jié)構(gòu)簡單，，調(diào)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(nèi)圈在軸上的固定和外圈在外殼孔內(nèi)的

14、固定。盡管軸承的內(nèi)外圈都要求準(zhǔn)確定位，但并不一定要同時(shí)作軸向固定，固定-游動(dòng)支承中，固定端承受雙向軸向載荷，故需雙向軸向固定。游動(dòng)端應(yīng)根據(jù)軸承類型和游動(dòng)方式采用不同的固定結(jié)構(gòu)。 10)選擇軸承精度等級(jí) 軸承與軸采用過盈配合，精度0級(jí)k6,軸承與外孔座采用過渡配合，0級(jí)K6 軸的公差等級(jí)IT6，外殼孔一般為IT7. 采用拆分時(shí)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(yīng)范圍-10至+60，鈣基潤滑脂，選擇牌號(hào)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(jī)械設(shè)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(jì)算： 根據(jù)?機(jī)械原理?的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)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(dòng)摩擦系數(shù)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(dòng)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(diǎn)在Do=50曲線的左側(cè)〔<50〕,所以平安可用 4〕剛度驗(yàn)算： (1)

16、滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 滾珠絲杠受工作負(fù)載F引起的導(dǎo)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(jìn)行了預(yù)緊， （2） 絲杠的軸向拉伸變形量 查圖5.3-100得，現(xiàn)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(xiàn)為雙聯(lián)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(dòng)體數(shù)目〔14*4〕； ------------軸承滾動(dòng)體直徑〔15.875〕。 那么 有： 因施加預(yù)緊力，故： 根據(jù)以上計(jì)算： 故滿足要求絲杠副的傳動(dòng)精度 5〕潤滑方式：采用潤滑脂，充填在螺母內(nèi)部及涂在絲杠螺紋滾道上。 6〕穩(wěn)定性驗(yàn)算 當(dāng)絲杠的長徑比擬大〔一般大于10〕，且承受軸向壓力時(shí)，絲杠有發(fā)生縱向彎曲

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

19、 式中：P-------絲杠所受最大的軸向力〔kgf〕 A-------絲杠內(nèi)徑的斷面積〔mm2〕， d1-------絲杠內(nèi)徑〔mm〕 許用拉壓應(yīng)力〔kgf/mm2〕由于螺紋所引起的應(yīng)力集中系數(shù)不能精確確定，因此取 拉壓應(yīng)力滿足要求。 1.4轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 1） 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查表3.7-9 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查表3.7-8 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

20、 2)電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩： 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： 加速進(jìn)給時(shí)所需力矩： 式中 ---空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩N.m； ---折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩N.m； ---由于絲杠預(yù)金所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； ---切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩N.m

21、 ----折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩，Nm. 當(dāng)采用滾珠絲杠時(shí)， 、、、的計(jì)算公式如下： 對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，因?yàn)閯?dòng)態(tài)性能要求較高，所以用電動(dòng)機(jī)力矩主要是用不斷產(chǎn)生加速的，而負(fù)載力矩占的比重很小，一般都小于電動(dòng)機(jī)力矩的百分之十至百分之三十，所以通?？上劝词?.7-17選擇電動(dòng)機(jī)，要使快速空載動(dòng)力矩小于電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，即T<=Tmax,其中Tmax為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的最大值，即峰值轉(zhuǎn)矩， 一般為 ： 滾珠絲杠直徑do=50mm，螺距P=6mm, L=1035mm,工作臺(tái)重量1120N，靜摩擦力Fo=1120*0.2=2

22、24N,最大軸向負(fù)荷Famax=2361N. 加速力矩： = 摩擦力矩: 附加摩擦力矩: 式中：------電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩; -------電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)過載系數(shù)；小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)取8-10. 此外，對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)而言，還應(yīng)保證快速進(jìn)給力矩是在電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，最大切削負(fù)載力下的進(jìn)給時(shí)間是在所希望的數(shù)值之內(nèi)。 ---折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔 T-------系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)

23、〔S〕 n-------電機(jī)轉(zhuǎn)速〔r/min〕 -----導(dǎo)軌摩擦力〔N〕； P------絲杠螺距mm; i-----降速比為1； ------傳動(dòng)總效率，計(jì)算為=0.936 -----最大軸向負(fù)載〔N〕 -------進(jìn)給方向的最大切削力〔N〕 ---為電機(jī)最大角加速度〔〕 ---為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速〔〕 t---為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)進(jìn)給速度所需時(shí)間〔s〕,取t=0.025s 那么有：快速空載啟動(dòng)時(shí)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(jìn)電動(dòng)機(jī)滿足要求 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： 綜合考慮，查表6-1-38選用70BF6P型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。 參考材料：1.?實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)?電子版 2.?現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)?下冊(cè)/現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編.-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6 3.?最近軸承手冊(cè)? 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