DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng).doc
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目錄 引言………………………………………………………………………………(1) 一 總體方案設(shè)計……………………………………………………………(2) (一) 總體方案的擬定…………………………………………………………(2) (二) 主要技術(shù)參數(shù)的確定……………………………………………………(2) 二 儲絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………(3) (一) 儲絲走絲部件運(yùn)動設(shè)計…………………………………………………(3) 1.對高速走絲機(jī)構(gòu)的要求………………………………………………………(3) 2.高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)…………………………………………………(4) (二) 儲絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計算………………………………………(10) 1.齒輪傳動比的確定……………………………………………………………(10) 2.齒輪齒數(shù)的確定………………………………………………………………(10) 3.傳動件的估算…………………………………………………………………(12) 4.齒輪模數(shù)估算…………………………………………………………………(13) 5. 齒輪模數(shù)的驗算………………………………………………………………(14) (三) 儲絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗算………………………………………(16) 1.齒輪強(qiáng)度的驗算………………………………………………………………(16) 2.主軸的驗算……………………………………………………………………(19) (四) 主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………(21) 1.軸承配置形式…………………………………………………………………(21) 2.主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊………………………………………………………(22) 三 進(jìn)給傳動設(shè)計……………………………………………………………(22) (一) 進(jìn)給傳動運(yùn)動設(shè)計………………………………………………………(22) 1. 脈沖當(dāng)量和傳動比的確定……………………………………………………(22) (二)滾珠絲桿螺母副的型號選擇和滾珠絲桿的選型和校核…………………(23) 1. 滾珠絲桿螺母副的型號選擇…………………………………………………(23) 2. 滾珠絲桿的選型和校核………………………………………………………(25) (三)步進(jìn)電機(jī)的選擇……………………………………………………………(28) 1.根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號…………………………………(28) 2.啟動矩頻特性校核……………………………………………………………(30) (四)進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計…………………………………………………………(31) 1. 螺桿的支承形式………………………………………………………………(31) 2. 螺桿的支承方式………………………………………………………………(31) 四 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計……………………………………………………………(32) (一)高頻脈沖電源………………………………………………………………(32) (二)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………(33)(三)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計……………………………………………………(34) 1. 單片機(jī)設(shè)計……………………………………………………………………(34) 2. 系統(tǒng)擴(kuò)展………………………………………………………………………(38) 3. I/O 口的擴(kuò)展…………………………………………………………………(42) 4. 顯示器的接口設(shè)計……………………………………………………………(48) 5. 步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計………………………………………………………(50) 6. 光電隔離電路設(shè)計……………………………………………………………(57) 7. 部分控制程序…………………………………………………………………(58) 8. 其他接口電路設(shè)計……………………………………………………………(70) 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………() 謝辭………………………………………………………………………………() 前言 本設(shè)計包括論文說明書字?jǐn)?shù)在15000字左右,圖紙量3張A0大小左右,還有部分其他資料. 本畢業(yè)設(shè)計論文資料均為近幾年一本二本院校答辯通過的設(shè)計資料,圖紙清晰準(zhǔn)確,有極高的參考價值. 畢業(yè)設(shè)計可謂是大學(xué)四年對所學(xué)知識綜合的一次大的考驗也是在走向工作崗位的一次練兵,更進(jìn)一步鍛煉了自己的動手能力和團(tuán)隊的合作能力,真正做到了理論聯(lián)系實際教與學(xué)的一次有理結(jié)合。 數(shù)控電火花線切割機(jī)的設(shè)計具體的說來應(yīng)該包括走絲設(shè)計,X、Y坐標(biāo)工作臺設(shè)計,脈沖電源的設(shè)計,控制部分的設(shè)計等。按照設(shè)計的任務(wù)書,首先要了解該機(jī)床調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點(diǎn),確定DK7732線切割機(jī)床的具體技術(shù)參數(shù),從而在第一階段我們在衡冶進(jìn)行了實地的參觀測繪,初步確定參數(shù),對照已有的院數(shù)控中心DK7725型線切割機(jī)更進(jìn)一步確定具體的設(shè)計參數(shù),根據(jù)已有的參數(shù)再對機(jī)床總體方案及控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行確定。具體到設(shè)計時對各個方案再進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的修改。接下來就是進(jìn)行必要的設(shè)計與計算選型工作,就是將整體機(jī)床的設(shè)計又分為幾個部分各個去突破大體就是機(jī)械部分和電氣部分。再具體到各個組件或零件。 雖說設(shè)計是個人的行為,但由于自己的知識欠缺且設(shè)計的內(nèi)容跨越比較大包括電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計,很多地方肯定是難以具到,當(dāng)然有在顏竟成教授的悉心指導(dǎo)下,很多不懂的地方這正是我們要學(xué)的地方,同時在多方面有同學(xué)們的提示才得將設(shè)計順利進(jìn)行。這畢竟是一個學(xué)習(xí)階段的畢業(yè)設(shè)計很多方面都是在邊學(xué)邊用中進(jìn)行的,或者說很多方面的設(shè)計還是停留在模仿的階段比如電氣部分,控制部分都不是很成熟的設(shè)計。 第一章 總體方案設(shè)計 一、線切割機(jī)床的現(xiàn)狀簡介 我國數(shù)控線切割機(jī)床的擁有量占世界首位,技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平差距也逐漸縮小。尤其近年來,計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和線電極電火花加工技術(shù)的結(jié)合。實現(xiàn)了各種復(fù)雜形狀的模具和零件加工的 自動化,其控制精度可達(dá)1μm,實際加工精度可達(dá)0.01mm。表面粗糙度可達(dá)1.25~2.5μm。數(shù)控線切割機(jī)床是精密金加工線切割加工技術(shù)是線電極電火花加工技術(shù),是電火花加工技術(shù)中的一種類型,簡稱線切割加工。圖1.1中是線切割機(jī)床加工的工作原理示意圖 圖1.1 線切割機(jī)工作原理示意圖 線切割機(jī)床采用鉬絲作為電極絲。被切割的工件為工件電極,電極絲為工具電極。脈沖電源發(fā)出連續(xù)的高頻脈沖電壓,加到工件電極和工具電極上(電極絲)。在電極絲與工件之間加有足夠的、具有一定絕緣性能的工作液。當(dāng)電極絲與工件間的距離小到一定的程度時,工作液介質(zhì)被擊穿,電極絲與工件之間形成瞬時火花放電,產(chǎn)生瞬時間高溫,生成大量的熱,使工件表面的金屬局部熔化,甚至汽化;再加上工作液體介質(zhì)的沖洗作用,是得金屬被蝕除下來。這就是線切割機(jī)床的加工原理。工件在機(jī)床坐標(biāo)工作臺上,按數(shù)控裝置或微機(jī)程序控制下的預(yù)定軌跡進(jìn)行加工最后得到所需要的形狀的工件。 1.數(shù)控線切割加工的主要特點(diǎn)如下: 1);線切割加工可以用于一般切削方法難以加工或者無法加工的形狀復(fù)雜的工件加工,如沖模、凸輪、樣板、外形復(fù)雜的精密零件及狹窄的縫隙。尺寸精度可以達(dá)到0.01-0.02mm,表面粗糙度值Ra可達(dá)到1.25μm。 2);先切割加工可以用于對一般切削方法難以加工或者無法加工的金屬材料和半導(dǎo)體材料的工件進(jìn)行加工,如淬火鋼、硬質(zhì)合金鋼、高硬度金屬等,但無法實現(xiàn)對非金屬導(dǎo)電材料的加工。 3);線切割加工直接利用線電極電火花進(jìn)行加工,可以方便的調(diào)整加參數(shù),如調(diào)節(jié)脈沖寬度、脈沖間隔、加工電流等,提高線切割加工精度,也可通過調(diào)節(jié)實現(xiàn)加工過程的自動化控制。 4);線切割加工的效率低,成本較高,不適合于加工形狀簡單的批量零件。 二、 線切割機(jī)床的總體方案的擬定 線切割機(jī)床具體加工過程為:加工者根據(jù)圖紙中的工件尺寸,編制成一定的程序,并且通過鍵盤或光電機(jī)等輸入設(shè)備將程序輸入到控制器中去。在控制系統(tǒng)接受到輸入的程序后,將其存入存儲器中。點(diǎn)火花先切割機(jī)在收到命令后,就開始運(yùn)行程序,通過微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。每運(yùn)算一次,發(fā)出一個進(jìn)給脈沖,然后經(jīng)過功放驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),使機(jī)床工作臺按預(yù)定的軌跡進(jìn)行加工。運(yùn)絲系統(tǒng)由運(yùn)絲電機(jī)傳動給儲絲筒,通過行程開關(guān)使儲絲筒作往復(fù)運(yùn)動,從而使得鉬絲運(yùn)動。鉬絲經(jīng)過機(jī)架上的導(dǎo)輪與工件相接近,小到一定的距離。乳化液泵即工作液將線切割機(jī)專用乳化液通過噴嘴噴入工作切口上,高頻脈沖電源產(chǎn)生的連續(xù)高頻脈沖被分別加到鉬絲與工件之間的間隙進(jìn)行檢測,檢測信號的大小送入變頻電路,再由變頻電路產(chǎn)生的頻率大小來控制微機(jī)的進(jìn)給速度。當(dāng)間隔增大時就加快進(jìn)給速度,當(dāng)間隙減小時,就減慢進(jìn)給速度,以保持均衡的放電間隙,從而也維持了一定的加工電流。 1);電火花線切割機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,在保證一定的加工精度的前提下,應(yīng)簡化結(jié)構(gòu),降低成本。因此,進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 2);為了保證進(jìn)給伺服系精度和平穩(wěn)性,選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副,并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu),以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)統(tǒng)的傳動。 3);根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外,還包括擴(kuò)展程序存儲器,擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器,I/O接口電路;包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤,能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器;包括光隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。此外,系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其它輔助電路 4);電火花線切割機(jī)床具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能;還能要求暫停,進(jìn)行循環(huán)加工等。因此,數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。 5);縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動鏈,它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲桿螺母副組成,傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 6);采用滾動道軌可以減少道軌見的摩擦阻力,便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動,且潤滑方法簡單。 7);根據(jù)電火花線切割機(jī)床最大的加工尺寸,加工精度,控制速度和經(jīng)濟(jì)性要求,一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中,MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高,可靠性好,功能強(qiáng),速度快,抗干擾能力強(qiáng),具有很高的性能價格比。因此,可以選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 在上述的基礎(chǔ)上,有條件的還可以進(jìn)一步實現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié),使加工過程更加細(xì)致。 三、具體各部件的組成介紹 線切割機(jī)床主要由機(jī)械系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)組成。其主體結(jié)構(gòu)由床身、坐標(biāo)工作臺、線架、運(yùn)絲裝置、工作液箱、機(jī)床電器、夾具、保護(hù)罩及機(jī)床附件等部分組成。 1);機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)主要由床身。坐標(biāo)工作臺、線架及運(yùn)絲裝置等組成。 機(jī)床床身是箱形結(jié)構(gòu)的鑄件,是安裝坐標(biāo)工作臺、線架及運(yùn)絲裝置的基礎(chǔ),要有較好的剛性,以保證機(jī)床的加工精度。床身既能起支撐和連接坐標(biāo)工作臺、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)和線架等部件的作用,又起安裝機(jī)床電器、存放工作液的作用。 坐標(biāo)工作臺主要由工作臺上拖板、中拖板、下拖板、絲趕和齒輪變速箱等部件組成。拖板的縱向和橫向運(yùn)動是采用“一V一平”滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。如下圖所 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 一.同步帶傳動的設(shè)計計算 同步帶傳動設(shè)計計算的主要內(nèi)容是根據(jù)傳遞的名義功率、轉(zhuǎn)速、速度筆及工況來正確選擇同步帶的型號、帶長、帶寬及帶輪的齒數(shù)和直徑。計算步驟如下。 1. 計算設(shè)計功率 pd=(k+k1+k2)pm(kw) 式中:pm為同步帶傳遞的名義功率(kw)由電機(jī)的選擇名義功率為1.1kw,以知設(shè)計參數(shù);k0為載荷修正系數(shù)參考機(jī)電綜合設(shè)計表2-14為輕負(fù)荷傳遞功率且工作時間為普通使用每日8h-10h所以k0取1.5。 k1為使用張緊輪修正系數(shù)見表1,由表可取k1=0.1;k2為增速傳動修正系數(shù)見表2,此處為減速傳動所以k2=0。 表2.1 使用張緊輪修正系數(shù) k1 表2.2 增速傳動修正系數(shù)k2 壓緊輪的位置 系數(shù) 增速比 系數(shù) 松邊內(nèi)側(cè) 0 1.00-1.24 0 松邊外側(cè) 0.1 1.25-1.74 0.1 緊邊內(nèi)側(cè) 0.1 1.75-2.49 0.2 緊邊外側(cè) 0.2 2.50-3.49 0.3 所以 pd=(k0+k1+k2)pm=(1.5+0.1+0)pm=1.61.1kw=1.76kw 2.選擇帶的型號 由Z2=192查手冊 GB11361-89易知無可選用的帶輪且選用的話直徑將超過400mm故不易裝配從而應(yīng)選擇另一方按。 為了將同步帶輪的直徑減小可采用二級傳動由傳動比的計算: 表2.3 帶輪最少許用齒數(shù) 小帶輪轉(zhuǎn)速 帶型號 n1/(r/min) MXL XXL XL L H XH X 帶輪最少許用齒數(shù) <900 -- -- 10 12 14 22 900-<1200 12 12 10 12 16 24 1200-<1800 14 14 12 14 18 26 1800-<3600 16 16 12 16 20 30 3600-<4800 18 18 15 18 22 -- 可采用Z1=16 Z2=48 Z3=18 Z4=72 即Z1/Z2 Z3/Z4=0.0833 從所查小帶輪與基準(zhǔn)寬度: 小帶輪直徑d1=PbZ1/π=9.52516/3.14=48.53mm 第二帶輪直經(jīng)d2=PbZ2/π=9.52548/3.14=145.60mm 第三帶輪直經(jīng)d3=PbZ3/π=9.52518/3.14=54.60mm 第四帶輪直徑d4=PbZ4/π=9.52572/3.14=218.40mm 4.選擇帶長Lp 根據(jù)以知中心距A(mm)的要求或初選中心距A,計算帶長Lp 以知中心距A1=182mm A2=193mm Lp1=2Acosφ1+π(d1+d2)/2+πφ(d2-d1)/180(mm) =2182cos30.9+π(218.4+48.53)/2+π30.9 (218.4-48.53)/180 =321.9+304.78+91.54 =718.22mm 其中φ1=arcsin(d2-d1)/2A1 =arcsin(218.40-48.53)/182=30 Lp2 =2Acosφ2+π(d3+d4)/2+πφ(d4-d3)/180(mm) =2193cos15.5+π(145.6+54.6)/2+π15.15(145.6-48.53)/180 =375.12+314.31+15.23=704.66 其中φ2=arcsin(d4-d3)/2A2 =arcsin(145.6-48.3)/2193 =15.15 按手冊查選擇最接近計算帶長值的標(biāo)準(zhǔn)帶長(節(jié)線長)及相應(yīng)長度代號,并查出該帶的齒數(shù)zb。 按GB11616-89 為了使皮帶有一定的張緊力度故可選擇長度代號為270的L型同步帶 其齒數(shù)為72齒節(jié)線長685.8mm in27 極限偏差0.61 in0.024 5.實際傳動中心距離A的確定 根據(jù)所選的標(biāo)準(zhǔn)帶長求出實際中心距A。 A≈M+ M1=Pb/8(2Zb-Z1-Z2) M2=Pb/8(2Zb-Z3-Z4) M1=9.524/8(2160-16-72)=276.196 M2=9.524/8(2160-48-18)=302.38 所以A1≈276.196+ 276.196-1/8[9.524(72-16)/ π] ≈545 A1≈302.387+ 302.387-1/8[9.524(48-18)/ π] ≈602.387 在z1/z2之值很大時,還有一個精確中心距計算公式。但是,通常同步帶傳動中心距是可以調(diào)整的,以邊獲得同步帶傳動必須有的適當(dāng)?shù)膹埦o力。 6.選擇帶寬bs 帶寬的選擇準(zhǔn)則是限制作用在同步帶寬上的拉力,以保證同步帶的強(qiáng)度和使用壽命,工作是不發(fā)生失效。 1);根據(jù)帶型、小帶輪齒數(shù)z1及轉(zhuǎn)速由手冊查的對應(yīng)的同步帶的基準(zhǔn)寬度bs。及基準(zhǔn)額定功率p。(kw)。 查得帶型為L型 小帶輪齒數(shù)為16齒 且轉(zhuǎn)速為1440r/min 另一小帶輪齒數(shù)為18齒 轉(zhuǎn)速為320r/min。 對應(yīng)同步帶的基準(zhǔn)寬度bs0為25.4mm p。=1.1kw。 二.滾珠絲杠螺母副的選型和校核 1.滾珠絲杠螺母副類型選擇 滾珠絲杠螺母副有專門工廠制造,當(dāng)類別、型號選定和校核后,可以外購。滾珠絲杠副的類別主要從三個方面考慮:循環(huán)方式、循環(huán)列數(shù)與圈數(shù)、預(yù)緊方式。 鋼珠在絲杠與螺母之間的滾動是一個循環(huán)閉路。根據(jù)回珠方式,可分為兩類:內(nèi)循環(huán),回珠器處在螺母之內(nèi)。外循環(huán),插管式回珠器位于螺母之外。 鋼珠每一個循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有2列,3列,4列,5列等幾種,每列只有一圈。外循環(huán)每列有1.5圈,2.5圈,3.5圈等幾種,剩下的半圈作回珠。外循環(huán)滾珠絲杠的每個螺母有1列2.5圈,一列3.5圈,2列1.5圈,2列2.5圈等種類較多。 為了消除間隙和提高滾珠絲杠副的剛度,可以預(yù)加載荷,使它在過盈的條件下工作,稱為預(yù)緊。常用的滾珠絲杠副預(yù)緊方法有:雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。預(yù)緊后的剛度可提高到為無預(yù)緊時的2倍。但是,預(yù)加載荷過大,將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常,滾珠絲杠在出廠時,就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷,并且預(yù)加載荷往往與絲杠副的額定動載荷有一定的比例關(guān)系。預(yù)緊方式見下頁表。 2.主要參數(shù)及代號 1);滾珠絲杠副的參數(shù) 1.1、公稱直徑dm,公稱直徑即滾珠絲杠的名義直徑,dm越大,承載能力越大。數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠的公稱直徑dm為φ30mm到φ80mm。 2.2、基本導(dǎo)程L0。絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)2πrad時,螺母的軸向位移。與進(jìn)給系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求有關(guān)。 3.3、精度等級。滾珠絲杠副按其使用范圍及要求可分為7個精度等級。 表2.5 滾珠絲杠副的預(yù)緊方式 類別 調(diào)整方法 特點(diǎn) 調(diào)整墊片厚度,使螺母 結(jié)構(gòu)簡單,裝卸方便,剛度 產(chǎn)生軸向位移 高;但調(diào)整不便,滾道有磨 墊片式 損時,不能隨時消除間隙和 和預(yù)緊。適用于高剛度重載 荷。 螺紋式 調(diào)整端部的圓螺母使螺母 結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠,調(diào)整 產(chǎn)生軸向位移 方便但準(zhǔn)確性差,且易松動 用于剛度要求不高或需隨 時調(diào)節(jié)預(yù)緊力的傳動 齒差式 兩螺母在凸緣上有外齒分別 能夠精確的調(diào)整預(yù)緊力, 緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈 但結(jié)構(gòu)尺寸較大,裝配 嚙合。 調(diào)整較復(fù)雜,宜用于高精 度的傳動機(jī)構(gòu)。 3.最大工作載荷的計算 滾珠絲杠上的工作載荷Fm(N)是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所乘受的軸向力,也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削力相關(guān)的摩擦力。 Fm由以下經(jīng)驗公式。 矩形導(dǎo)軌 Fm=KFl+f1(Fv+Fc+G) 燕尾導(dǎo)軌 Fm=KFl+f1(Fv+2Fc+G) 三角形或綜合導(dǎo)軌 Fm=KFl+f1(Fv+G) 式中:Fl,Fv,Fc分別為工作臺進(jìn)給方向載荷、垂直載荷和橫向載荷(N);G為移動部件的重力;K和f1分別為考慮顛覆力矩的影響的實驗系數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)隨導(dǎo)軌型式不同而不同。 對于矩形導(dǎo)軌 K=1.1,f1=0.15 燕尾導(dǎo)軌 K=1.4, f1=0.2 三角形或綜合導(dǎo)軌 K=1.15, f1=0.18~0.18 而滾動導(dǎo)f1=0.0025~0.005 由線切割機(jī)床坐標(biāo)工作臺 可初選擇 K=1.15 f1=0.015 Fv=20010=2000N G=Fv+G臺重=(200+200)10=4000N 所以Fm=1.150+f1(2000+4000)=0.156000=900N 4.最大動負(fù)載c的計算及主要尺寸初選 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷Ca選擇用,最大動載荷計算原理與滾動軸承相同。 滾珠絲杠最大動載荷C可用下式計算 C= fmFm 式中:L為工作壽命,單位為1000000r,L=60nt/1000000; 由t=150000h 即額定使用壽命(h),n=1000v/L。;v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度(m/min),可取最高速度的1/2~1/3;L。為絲杠的基本導(dǎo)程(mm),計算時,可根據(jù)快進(jìn)速度vmax和絲杠最大轉(zhuǎn)速nmax初選一個數(shù)值(L?!?000max/nmax),待剛度驗算后再確定;t為額定使用壽命(h),可取t=15000h;fm為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),無沖擊取1~1.2,一般情況取1.2~1.5,有沖擊振動取1.5~2.5;Fm為滾珠絲杠工作載荷(N)。 由n=1000v/L。 =10000.1/5 =20 其中v進(jìn)給速度由機(jī)床給定參數(shù) L。為絲杠導(dǎo)程取L。=5mm L=60nt/1000000 =602015000/1000000=18000000r C=fmFm =1.2900 =2830N 其中fm=1.2為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)取1.2 Fm=900N 為工作載荷 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格,相應(yīng)的額定動載荷Ca不得小于最大動載荷C:Ca>C。 初選絲杠副尺寸規(guī)格 CLM3205-3.5-P3 λ=251‘為絲杠的螺旋升角 Ca=16100N 滾珠絲杠額定動載荷 Coa=52750N 滾珠絲杠額定靜載荷 由Coa=16100>C 且Coa/Fm=16100>2830=5.6>3 所以符合標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)(n≤10r/min)下工作并受載荷,那么還要考慮其另一種失效形式——滾珠接觸面上的朔性變形。即考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分的超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2~3。滾珠絲杠的Ca和Coa值由手冊查之為上 式中:δ1為在工作載荷Fm作用下絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量(mm);Fm為絲杠的工作載荷(N);L為滾珠絲杠在支撐間的受力長度(mm);E為材料的彈性模量,對剛E=206000Mpa;A為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積(mm);“+”號用與拉伸,“—”好用與壓縮。也可以從工廠的滾珠絲杠樣本的圖表中查出單位長度軸向拉伸壓縮變形量,然后求出支撐間受力長度的變形量。 δ1=FmL/EA(mm) =900x578/803.84x206000 =0.0031mm 即拉伸與壓縮在不同的受力情況下都可出現(xiàn) 其中L=578mm由選形確定 E=206000Mp A=π1616=803.84mm 2);滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量。 該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān),即與滾珠總數(shù)量有關(guān),與滾珠絲杠的長度無關(guān)??蓮墓S的產(chǎn)品樣本中查出,或用下式計算 無予緊力時δ1=0.0038 (mm) 有予緊力時δ2=0.0013Fm/ (mm) 式中:Dw為滾珠直徑(mm);Z∑滾珠總數(shù)量Z∑=Zx圓數(shù)x列數(shù);Z為一圈的滾珠數(shù),Z=πdm/Dw(外循環(huán)), Z=(πdm/Dw)-3(內(nèi)循環(huán)) dm為滾珠絲杠的公稱直徑(mm);Fyj 為予緊力(kgf,1kgf=9.8N);Fm為滾珠絲杠工作載荷(kgf,1kgf=9.8N)。 當(dāng)滾珠絲杠有予緊力時,且予緊力為軸向工作載荷的1/3時,δ2值可減少到一半左右。 此坐標(biāo)工作臺采用無予緊力無予緊力時 δ1=0.0038 (mm) =0.0038 (mm) =0.0074mm Dw=3.175mm Z∑= Z圓數(shù)列數(shù)=3132=186 Z=πdm/Dw=3.1432/3.175=31 3);滾珠絲杠副剛度的驗算 絲杠的總變形量δ=δ1+δ2應(yīng)小于允許的變形量。一般δ值不應(yīng)大于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半。或者,有絲杠精度等級查出規(guī)定長度上允許的螺距誤差,則相應(yīng)長度上的變形兩應(yīng)比它小。否則,應(yīng)考慮選用較大公稱直徑的滾珠絲杠副。 7.壓桿穩(wěn)定性驗算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿,若軸向工作負(fù)載過大,將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲,即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk為 Fk=fzπ2EI/L2(N) 式中E為絲杠材料彈性模量,對鋼E=20.6104Mp;I為截面慣性矩,對絲杠圓截面I=πd14/64(mm4)(d1為絲杠底徑);L為絲杠最大工作長度(mm);fz為絲杠支撐方式系數(shù),參考下圖與下表 圖2.2 滾珠絲杠常用的支撐方式 滾珠絲杠的支撐方式系數(shù)表 方式 一端固定一端自由 一端固定一端簡支 兩端固定 兩端簡支 fz 0.25 2.0 4.0 1.0 圖中第一個為一端軸向固定一端自由,常用于短絲杠和樹直安裝的絲杠。圖中第二個為一端固定一端簡支,常常用于較長的臥式絲杠。圖中第三個為兩端固定常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高精度、高強(qiáng)度的地方。 臨界載荷Fk與絲杠工作載荷Fm之比稱為穩(wěn)定安全系數(shù)nk,如果nk大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[nk],則該滾珠絲杠不會失穩(wěn)。因此,滾珠的絲杠的壓竿穩(wěn)定條件為 n k=Fk/Fm≥[nk] 一般取[nk]=22.5~4,考慮到絲杠自重對水平滾珠絲杠的影響可取 [nk]≥4 由Fk=fzπ2EI/L2(N) 其中 fz取4.0 E=2.0x104Mp I=πd14/64=3.14304/60=42390 L=490mm 固Fk=4.09.859620.610442390/240100 =1434358.675N 所以 nk=Fk/Fm=1434358.675/900>[nk] 所以滾珠絲杠副的壓桿穩(wěn)定性符合要求。 三、導(dǎo)軌的選型與計算 導(dǎo)軌的功用是是導(dǎo)向和承載。例如車床的溜板和床身導(dǎo)軌是屬于進(jìn)給導(dǎo)軌,進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌之間的相對運(yùn)動速度較低。滾動導(dǎo)軌在兩導(dǎo)軌面間裝有球、滾子或滾針等滾動元件,具有滾動磨擦性質(zhì),廣泛地用于進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌。貼塑導(dǎo)軌也具有良好的減摩擦、抗撕傷能力強(qiáng)低速不易出現(xiàn)爬行、但是,因為塑料剛度低,會產(chǎn)生較大的彈性變形和接觸變形,局部壓強(qiáng)大是會影響運(yùn)動的精度。綜合兩種導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn),在這里DK7732線切割機(jī)床初步選用SGDSWC1Ⅱ2x1000D.滾動導(dǎo)軌。 1、滾動導(dǎo)軌 1);滾動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)及配置 直線運(yùn)動支撐中,有滾動體不作循環(huán)運(yùn)動的直線滾動導(dǎo)軌和滾動體做循環(huán)運(yùn)動的直線滾動導(dǎo)軌,后者叫做直線滾動導(dǎo)軌副(塊)組件。 直線滾動導(dǎo)軌副包括導(dǎo)軌條和滑塊兩部分。導(dǎo)軌通常為兩根,裝在支撐件上,每根導(dǎo)軌條上有兩個滑塊,固定在移動件上。如移動件較長,也可在一跟導(dǎo)軌條上裝3個或3個以上滑塊。如移動件較寬,也可以用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。如果移動件的剛度較高,則少裝為好。在兩條導(dǎo)軌中,一條為基準(zhǔn)導(dǎo)軌上有基準(zhǔn)面A,滑塊上有基準(zhǔn)面B ;另一條為從動導(dǎo)軌。 2);滾動導(dǎo)軌的予緊 直線滾動導(dǎo)軌副分為整體型直線滾動導(dǎo)軌副和分離型直線滾動導(dǎo)軌副。整體型的直線滾動導(dǎo)軌副有制造廠用選配不同直線剛球的 辦法來決定間隙或予緊??筛鶕?jù)要求的予緊訂貨,不需自己調(diào)整。分離型直線滾動導(dǎo)軌副,應(yīng)由用戶根據(jù)需要,按規(guī)定的間隙進(jìn)行調(diào)整或予緊。 3);線滾動導(dǎo)軌副的計算 直線滾動導(dǎo)軌副的計算與滾動軸承相仿,以在一定的載荷下行走一定的距離,90%的支撐不發(fā)生蝕點(diǎn)為依據(jù)。這個載荷稱為滾動導(dǎo)軌的額定動載荷Ca,可從產(chǎn)品樣本中查到。以上海組合夾具廠兩種型號(SGDA和SGDB)直線滾動導(dǎo)軌副的主要參數(shù),其中Ca為額定動載荷,Coa為額定靜載荷(kN)。這個行走的距離稱為滾動導(dǎo)軌的距離額定壽命,它可根據(jù)滾動導(dǎo)軌的額定動載荷Ca用于下列公式進(jìn)行計算。 滾動體為球時 L=50(CafHftfc/Ffw)3 滾動體為滾子時 L=100(CafHftfc/Ffw)10/3 式中:L為滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命(km);Ca為額定動載荷(N),初選滾動導(dǎo)軌型號后,可從樣本中查出;F為每個滑塊上的工作載荷(N);fH=0.8.為50HRC時fH=0.53;fT為溫度系數(shù),當(dāng)工作溫度不超過100度時,fT=1;fc為接觸系數(shù),每根導(dǎo)軌條上裝有二個滑塊 fc=0.81,裝三個滑塊時fc=0.72,裝四個滑塊時fc=0.66;fw為載荷/速度系數(shù),無沖擊振動或v≤15m/min時fw=1~1.5,輕沖擊振動或15m/min- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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