數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 【 摘要 】 在國(guó)際貿(mào)易中，很多發(fā)達(dá)國(guó)家把數(shù)控機(jī)床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤(rùn)主要電機(jī)出口產(chǎn)品。世界貿(mào)易強(qiáng)國(guó)在進(jìn)行國(guó)內(nèi)機(jī)電產(chǎn)品貿(mào)易的同時(shí)，把高技術(shù)的機(jī)電產(chǎn)品出口打入國(guó)際市場(chǎng)，作為發(fā)展出口經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略措施， 數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控銑床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置 。 【 關(guān)鍵詞 】 數(shù)控機(jī)床；發(fā)展趨勢(shì)；智能化；柔性化 n as to at is an of 錄 1主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................... 2 .......................................................... 3 ................................................... 3 ......................................... 3 ..................................................... 5 ............................... 7 ................................................... 10 動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 ........................................... 10 輪模數(shù)的估算與驗(yàn)算 ......................................... 12 ........................................................... 17 構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求 ..................................... 17 輪塊的設(shè)計(jì) ................................................. 18 動(dòng)軸設(shè)計(jì) ................................................... 20 軸組件設(shè)計(jì) ................................................. 23 動(dòng)器設(shè)計(jì) ........................................................... 26 2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .................................................. 27 ....................................................... 27 械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 .................................................. 27 ...................................... 27 ...................................... 33 直方向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .................................. 40 3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................... 46 ................................................. 46 類型 ....................................... 47 ................................................... 47 .............................................. 48 據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 ............................................. 48 I/........................................ 49 I/............................................. 49 步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路 ........................................ 49 其他輔助電路 .................................................. 50 參考文獻(xiàn) ................................................................ 51 致 謝 .................................................................. 51 附 錄 .................................................................. 52 引言 裝備制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，而機(jī)械裝備制造業(yè)又是其中的基礎(chǔ)，其為制造工具提供 了來(lái)源，因此改善生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量就要從基礎(chǔ)根源抓起，其中銑刀在其中就扮演重要的角色，因此研究銑刀就是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在機(jī)械加工中，金屬銑削刀具的幾何參數(shù)的合理選擇及搞質(zhì)量的刃磨，直接影響到機(jī)械加工的質(zhì)量，數(shù)控銑床通常對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求有三點(diǎn)，即傳動(dòng)精度，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 (靈敏度 )。傳動(dòng)精度包括動(dòng)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差，即伺服系統(tǒng)的輸入量與驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)際位移量的精確程度。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在啟動(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，經(jīng)過(guò)幾次衰減震蕩后，能迅速地在新的或原來(lái)的平衡狀態(tài)的能力。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是指系 統(tǒng)的響應(yīng)及驅(qū)動(dòng)裝置的加速能力。為確保數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的總要求是消除間隙，減少摩擦，減少運(yùn)動(dòng)慣量，提高部件精 度和剛度，為了達(dá)到上述要求，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是為改善上述性能，對(duì)數(shù)控銑床的進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為了提高生產(chǎn)效率，掌握數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)掌握之后再對(duì)系統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 我國(guó)機(jī)床工業(yè)已經(jīng)取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在：大部分高精度和超精密機(jī)床的性能還不能滿足要求，精度保持性也較差，特別是高效自動(dòng) 化和數(shù)控化機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。而我國(guó)目前只能做到 5辨率為 1 。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性也不夠穩(wěn)定，特別是先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研制還需要作進(jìn)一步的努力。機(jī)床基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的研究明顯落后。人員技術(shù)素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展的需要。因此，我國(guó)機(jī)床工業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務(wù)，必須奮發(fā)圖強(qiáng)，努力工作，，不斷擴(kuò)大技術(shù)隊(duì)伍和提高人員的技術(shù)素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，大力開(kāi)展科學(xué)研究，以便早日趕上世界先進(jìn)水平。 1 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)的 擬定 ： 選定公比，確定各級(jí)傳送機(jī)床常用的公比 為 慮適當(dāng)減少相對(duì)速度損失，這里取公比為 =據(jù)給出的條件：主運(yùn)動(dòng)部分 Z=18級(jí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，確定各級(jí)轉(zhuǎn)速為：（ 30， 60， 75， 95， 118， 150， 190， 235， 300， 375，475， 600， 750， 950， 1180， 1500R/. 1，確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 該機(jī)床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的傳動(dòng)鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級(jí) 數(shù)為 Z 的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)傳動(dòng)副組成，```````個(gè)傳動(dòng)副，即 Z=1 2 3`````。傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用 P=2或 3，即變速 或 3的因子： Z=2a 因此 ，這里 18=3需三個(gè)變速組。 2，傳動(dòng)組傳動(dòng)順序的安排 18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以排成： 3 3 選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。 I 軸如果安置制動(dòng)的電磁離和器時(shí)，為減少軸向尺寸。第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)不能多，以 2 為宜，有時(shí)甚至用一個(gè)定比傳動(dòng)副；主軸對(duì)加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用 2 ，或一個(gè)定比傳動(dòng)副。 這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇 18=3案。 3，傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排 對(duì)于 18=3傳動(dòng)，有 3！ =6種可能安排，亦即有 6種機(jī)構(gòu)副和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動(dòng)方案中，擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式 18=13大順序與傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)，而， 18=3據(jù)“前密后疏”的原則，選擇 18=13 4驗(yàn)算變速組的變速范圍 齒輪的最小傳動(dòng)1/4，最大傳動(dòng)比2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍按下表，確定傳動(dòng)方案： 根據(jù)傳動(dòng)比及指數(shù) x, 'x 的值 公比 極限值傳動(dòng)比指數(shù) ? =1/4 6 'x 值 : 'x? =2 3 （ x+'x ） 值：' =8 9 因此，可選擇 18=13 5、最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇： 正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)式為： Z=1z ??1*2z ??1z 3z ? ?12 r= 1 2 3( 1)z z z? ?11= ( /2)? 按 8r? 原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效 ? 3 =18 R=50 Z=12 R=此，傳動(dòng)方案 18=3*3*2 符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖 圖 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)的型號(hào)，分配個(gè)變速組的最小傳動(dòng)比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。 1，主電機(jī)的選擇 中型機(jī)床上，一般都采用交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，可在下列中選用，在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)注意： （ 1）電機(jī)的 N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電機(jī)產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 （ 2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速3000， 1500， 1000， 750， r/取決于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) P 0f/p=60p ( r/機(jī)床中最常用的是 1500 r/ 3000r/種，選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度免采用過(guò)大或過(guò)小的降速傳動(dòng)。 根據(jù)以上要求，我們選擇功率為 速為 1500r/電機(jī)，查表，其型號(hào)為 主要性能如下表 電機(jī)型號(hào) 額定功率 荷載轉(zhuǎn)速r/步轉(zhuǎn)速r/132440 1500 2、分配最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖 （ 1） ? 軸的轉(zhuǎn)速： ? 軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)考慮， ? 軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時(shí)，高速下摩檫損耗，發(fā)熱 都將成為突出矛盾，因此， ? 軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高， ? 軸轉(zhuǎn)速一般取 700~1000r/右較合適。 因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機(jī)軸 增加一對(duì) 26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，就可以將主軸 18 級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。 （ 2）中間軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些： d? 4M , m? 3M 從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率 1/ 610 (n)中： C—— 系數(shù)，兩支承滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承 C=支承滾動(dòng)軸承 C=10； — 所有中間軸軸徑的平均值； — 主軸前后軸徑的平均值 n?—— 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和 n—— 主軸轉(zhuǎn)速（ r/ 011 0 l g ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ) ( )m z q m z n???????? 主 主中：（ () 所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值 ()— 主軸上齒輪分度圓直徑的平均值 q—— 傳到主軸上所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì) 數(shù) ? —— 主軸齒輪螺旋角 1c,K—— 系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取，我國(guó)中型車床，銑床1c=床 K=上述經(jīng)驗(yàn)公式可知，主軸 對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的修正。 a，對(duì)高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度 v>取 1D =90軸頸52 ? 平均軸頸 72 21 ??取 d=272), 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)孔主要用于通過(guò)棒料夾緊刀具或工件的控桿 ,冷卻管等 ,大型 ,重型機(jī)床的空心主軸還可以減輕重量 . 確定孔徑 材料力學(xué)知 ,軸剛度 K 與 抗彎截面慣性矩 與直徑之間有下列關(guān)系 : 41 ( )KI D? ? ?空 空實(shí) 實(shí)由上式可知 ,當(dāng) / 0 時(shí) ,空心主軸的剛度 實(shí)相差甚小 ,即內(nèi)孔對(duì)主軸剛度降低的影響很小 , 當(dāng) / 時(shí) ,剛度降低約 25%為了不至于過(guò)分地削弱主軸 剛度 ,一般應(yīng)使 / 另外 ,還應(yīng)考慮主軸的頸外壁厚是否足夠 . 推薦 : 銑床 ,d=拉桿直徑 +(5主參數(shù) , 取 d=??22。滿足要求 . 3), 主軸懸伸量 主軸懸伸量 一般為前徑向支承中點(diǎn) )的距離 ,它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)型式和尺寸 (大多都有軸端標(biāo)準(zhǔn) ),前支承的軸承配置和密封裝置等 . 有的還與機(jī)床其它結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān) ,如工 作臺(tái)的行程等 . 因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。參考同類機(jī)床和 >,取1/ 0.7,懸伸量 a=63 4), 主軸跨距 l 的確定 根據(jù) >,計(jì)算前支承剛度 1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 / N m m? ? ? ? ? ?. 計(jì)算綜合變量 ? =3此處取彈性橫量 52 1 0E M P a?? . (鋼的 52 1 0E M P a?? ) 主軸的截面慣性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 . 1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m??? ? ? ? ? ? 則有： 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3? ? ? ????? 由主軸跨距計(jì)算線圖 ,得 :0 / 所以0 . 合理跨距范圍為 : ( 0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6? ? ? ? ?0合 理 之 間， 為提高剛度 ,應(yīng)盡量縮短主軸外延伸長(zhǎng)度 a,選 擇適當(dāng)?shù)目缇?l ,一般推薦 取 l/a=3距 l 小時(shí) ,軸承變形對(duì)軸端變形影響大 ,所以軸承剛度小時(shí) , l/軸承剛性差時(shí) ,則取小值。這里取 l=4a=4? 63=252( 7. 主軸部件的 密封 根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速 ,主軸軸承的潤(rùn)滑方式 ,工作溫度 ,工作狀況和軸端結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)選擇密封裝置的型式立式銑床的主軸是垂直安裝的 . 屬立式主軸 ,可選用曲路密封 (迷宮式密封 ),這裝置密封 ,墊圈和曲路相結(jié)合的密封 . 墊圈甩開(kāi)油液使其集中于端蓋中引回 ,曲路密封還可以防止外界雜質(zhì)侵入 . 制動(dòng)器設(shè)計(jì) 對(duì)制動(dòng)器的要求是 :制動(dòng)迅速 ,平穩(wěn) ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,緊湊 ,維修調(diào)整方便等 電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)。 在數(shù)控銑床上，通常根據(jù)刀具與工藝要求需進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速的變換及制動(dòng)，這制動(dòng)裝置常用離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電磁離合器是應(yīng)用電磁效 應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件。由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選擇，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的元件。這里我們采用機(jī)械制動(dòng) ,采用電磁離合器制動(dòng)。 按照要求，根據(jù)電磁離合器所能傳遞的靜扭矩號(hào)，從而確定其尺寸。 2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 利用微機(jī)對(duì)縱橫垂直進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制，脈沖當(dāng)量都為 沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng) 系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。 采用微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪減速滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向、垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 1．縱向進(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)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)副，滾珠絲桿拖動(dòng)工作臺(tái)。傳感器與電機(jī)軸相聯(lián)，用來(lái)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)反饋給數(shù)控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 2．縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺(tái)重量： W=992N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 ) 時(shí)間常數(shù)： T=25 珠絲杠基本導(dǎo)程： 程： S=900距角： /速進(jìn)給速度： 1 1）切削力計(jì) 算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 ? ????????????????? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 中： 機(jī)床說(shuō)明書(shū)， N=W； ? 般為 = 為 K= 則有： 向銑削力： 103 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： m/s） 則有： V=? D× 95/60000=s=102m/? ? ? ??? ?? ? ? ?Z =102 ?=2964（ N） 進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算 從《數(shù)控銑床》中表 2一般立式銑削時(shí)， 工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷： 294 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ?作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 2964=1185 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ?作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 2964=592 N? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算： 由《數(shù)控技術(shù)》可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力： 采用燕尾導(dǎo)軌 )2( ???? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中 K= f? =有： NF m 5739)449211852592(??????? 1）強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值： 61060L ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?1000L ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?2.9 r/ m/,取最高進(jìn)給速度的 1/3 表得 T=15000h 00L=6有： v= m 031 m??836 0 0 ???n r/L 50008360 6 ????最大動(dòng)負(fù)載 C 查表得：運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 5.1?C ??????? ? ? ? ??? ?? ? ? ?據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 選則滾珠絲杠的型號(hào)。查表 2取滾珠絲杠直徑為 50號(hào)為 額定載荷為 29350N，所以強(qiáng)度足夠。 2） 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： )( ?? ?? ?? tg ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： ? 得： '253??? ? 珠絲桿副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f=摩擦角約等于 '10 則有： 9 1'253( '253 ???? ? ?tg 3）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載 絲桿的拉壓變形量 1? 1 ???? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： 60 ?鋼? 80 2( 22 ??? ?? ? ? ??? ?? ? ? ?有： ?????????? 珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 有預(yù)緊： )(2?? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 式中：表得? 圈數(shù) ? 列數(shù) ?5? 1? 3=75 91357393131 ???? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?有 : ????? 32 751 9 1 7 3 90 0 1 610? 絲桿的總變形量 ? ??? 21 ??? 11? 610? 表知 1 15um/m 故剛度足夠。 4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷?? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中 :對(duì)鋼?對(duì)絲桿圓截面 )(641 ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?d 1d =48有： ??? 6448 4?I 260444 取 L=900mm 參考圖 2 有 : 1 3 0 6 1 2 8900 2 6 0 4 4 42 ?????? ? 穩(wěn)定安全系數(shù) ??? 57391306128 ? ? ? ??? ?? ? ? ?選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù) ? ?表得： ? ? 4?則有 ?故穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。 （ 3）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1）有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比 0 0 0 ?? ??? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?取 0 0 m=2 =20 020?? 則有 040211 ???? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?0050222 ???? 42 *11 ??? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?042 *22 ??? 02 1 0 0802 21 ????? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2220 499)2( ????? ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 224444 ??????? ??絲 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 244 ????? ? 244 ????? ? 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很少，可以忽略 因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 12 )(12 ??? 絲? ? ? ? ??? ?? ? ? ? 2 ???? =2 8. 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 0??? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中 度力矩； 0算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； ).(10602 2m a x ??? ?? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： ). 2? 2 s） ,取t=有： m 0 0360m a xm a x ??? ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?? ????空載摩擦力矩： ).(2 0' ?? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： N） 'f 0.2 i= ? =0L=有： ).(4992 ??? ??? 附加摩擦力矩： )1(2 200 ??? ?? G ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?中： ?0?=有： J 1913573931 ??? 0M= ????? ?0??=(4) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ?? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?滿足最小步距要求，電機(jī)選用五相十拍工作方式，查表知 a x ?M ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩： a x ??? 步進(jìn)電機(jī)最高 工作頻率： 0 5 0 060 m a xm a x ???? ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?合考慮，查表選用 130直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。 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)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)副，滾珠絲桿拖動(dòng)工作臺(tái)。傳感器與電機(jī)軸相聯(lián)，用來(lái)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)反饋給數(shù)控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 2．橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺(tái)重量： W=892N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 ) 時(shí)間常數(shù)： T=25 珠絲杠基本導(dǎo)程： 程： S=375距角： /速進(jìn)給速度： 1 1）切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 ? 式中： 機(jī)床說(shuō)明書(shū)， N=W； ? 般為 = 為 K= 則有： 向銑削力： 103 N 式中： m/s） 則有： V=? D× 95/60000=s=102m/Z =102 ?=2964（ N） 進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算 從《數(shù)控銑床》中表 2一般立式銑削時(shí)， 工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷： 294 N 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 2964=1185 N 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 2964=592 N （ 2)滾珠絲杠設(shè)計(jì) 計(jì)算： 由《數(shù)控技術(shù)》可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力： 采用矩型導(dǎo)軌 )( ???? 式中 K= f? =有： NF m 4860)88921185592(?????? 1）強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值： 61060L 01000L r/ m/,取最高進(jìn)給速度的 1/3 表得 T=15000h 00L=6有： v= m 031 m??836 0 0 ???n r/ 50008360 6 ????最大動(dòng)負(fù)載 C 查表得：運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 5.1?C ??????根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 選則滾珠絲杠的型號(hào)。查表 2取滾珠絲杠直徑為 50號(hào)為 額定載荷為 29350N，所以強(qiáng)度足夠。 3） 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： )( ?? ?? ?? tg ? 得： '112??? ? 珠絲桿副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f=摩擦角約等于 '10 則有： 9 1'112( '112 ???? ? ?tg 3）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載 絲桿的拉壓變形量 1? 1 ???式中： 60 ?鋼? 80 2( 22 ??? ?有： ?????????? 珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 有預(yù)緊： )(2?式中：表得? 圈數(shù) ? 列數(shù) ?5? 1? 3=75 91348603131 ???? 則有 : ????? 32 751 9 1 8 6 00 0 0 1 10?? 絲桿的總變形量 ? ??? 21 ??? 9表知 1 15um/m 故剛度足夠。 4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷2L ?式中 :對(duì)鋼?對(duì)絲桿圓截面 )(641 ? 1d 1d =48有： ??? 6448 4?I 260444 取 L=375mm 參考圖 2 有 : 7 5 2 3 2 9 43 7 5 2 6 0 4 4 42 ?????? ? 穩(wěn)定安全系數(shù) ??? 48607523294選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù) ? ?表得： ? ? 4?則有 ?故穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。 （ 3）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 1）有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比 0 0 0 ?? ??? 故取 0 0 m=2 =20 020?? 則有 040211 ???? 0050222 ???? 42 *11 ??? 042 *22 ??? 02 1 0 0802 21 ????? 2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2220 889)2( ????? ? 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 224444 ????????? ??絲 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 244 ????? ? 244 ????? ? 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很少，可以忽略 因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 12 )(12 ??? 2 ????=2 6. 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 0??式中 0算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； ).(10602 2m a x ??? ?? 式中： 動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ). 2? 2 所需時(shí)間（ s） ,取t=有： m 0 0360m a xm a x ??? ? ? ????空載摩擦力矩： ).(2 0' ?? 式中： N） 'f 0.2 i= ? =0L=有： ).(8892 ??? ??? 附加摩擦力矩： )1(2 200 ??? ?? G 式中： ?0?=有： J 16 2048 6031 ??? 0M= ????? ?0??=(4) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ?? 為滿足最小步距要求，電機(jī)選用五相十拍工作方式，查表知 a x ?M 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩： a x ??? 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率： 0 5 0 060 m a xm a x ???? ? 綜合考慮，查表選用 130直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。 直方 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1．垂直進(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)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)副，滾珠絲桿拖動(dòng)工作臺(tái)。傳感器與電機(jī)軸相聯(lián)，用來(lái)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)反饋給數(shù)控裝置，傳感器采用脈沖編碼器。 2．垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺(tái)重量： W=892N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 ) 時(shí)間常數(shù)： T=25 珠絲杠基本導(dǎo)程： 2程： S=400距角： /速進(jìn)給速度： 600 1）切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 ? 式中： 機(jī)床說(shuō)明書(shū)， N=W； ? 般為 = 為 K= 則有： 向銑削力： 103 N 式中： m/s） 則有： V=? D× 95/60000=s=102m/102 ?=2964（ N） 進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算 從《數(shù)控銑床》中表 2一般立式銑削時(shí)， 工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷： 294 N 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 2964=1185 N 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷： 2964=592 N （ 2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算： 由《數(shù)控技術(shù)》可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力： 采用矩型導(dǎo)軌 )()( ???? 式中 K= f? =有： NF m 1 1 0 5 4)1 1 8 52 9 6 4( 8 ????? 1）強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值： 61060L 01000L r/ m/,取最高進(jìn)給速度的 1/3 表得 T=15000h 00L=10有： v= m 31 m??2010 0 0 ???n r/ 1810 150002060 6 ???? 最大動(dòng)負(fù)載 C 查表得：運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 5.1?C 1833 ???????根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 選則滾珠絲杠的型號(hào)。查表 2取滾珠絲杠直徑為 50號(hào)為 額定載荷為 50700N，所以強(qiáng)度足夠。 4） 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： )( ?? ?? ?? tg ? 得： '253??? ? 珠絲桿副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f=摩擦角約等于 '10 則有： 9 1'253( '253 ???? ? ?tg 3）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載 絲桿的拉壓變形量 1? 1 ???式中： 100 ?鋼? 80 2( 22 ??? ?有： ?????????? 珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 有預(yù)緊： )(2?式中：表得? 圈數(shù) ? 列數(shù) ?5? 1? 3=75 684110543131 ???? 則有 : ????? 32 753 6 8 49 6 1 0 5 40 0 1 10?? 絲桿的總變形量 ? ??? 21 ??? 12表知 1 15um/m 故剛度足夠。 4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷?式中 :對(duì)鋼?對(duì)絲桿圓截面 )(641 ? 1d 1d =48有： ???