GMF-1龍門立式加工中心X軸的設(shè)計(jì)SW三維及3張CAD圖
GMF-1龍門立式加工中心X軸的設(shè)計(jì)SW三維及3張CAD圖,GMF,龍門,立式,加工,中心,設(shè)計(jì),SW,三維,CAD
目錄X軸設(shè)計(jì)11.1GMF構(gòu)成11.2設(shè)計(jì)依據(jù)11.3總體方案設(shè)計(jì)1第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算22.1主切削力及其切削分力計(jì)算22.2 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算32.3滾珠絲桿螺母副及軸承選型號(hào)32.3.1計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向力32.4滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算42.5滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn)102.5.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)102.5.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)10第四章 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型124.1驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算124.1.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量124.1.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩124.1.3選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)13第四章 總結(jié)15參考文獻(xiàn)16致謝17IIX軸設(shè)計(jì)1.1GMF構(gòu)成GMF龍門立式加工中心結(jié)構(gòu)如圖1所示,機(jī)床立柱固定在底座上,工作臺(tái)在底座上做前后方向(Y方向)運(yùn)動(dòng),主軸箱在鞍座帶著主軸箱在立柱上做左右方向(X方向)運(yùn)動(dòng),主軸箱在鞍座上做上下方向(Z 立柱方向)運(yùn)動(dòng)。1.2設(shè)計(jì)依據(jù)工作臺(tái)(長寬)為22001100mm,門寬1300mm,X軸行程為2000mm,X軸最大快進(jìn)速度12m/min,定位精度0.021mm,重復(fù)定位精度0.02mm,主軸馬達(dá)功率15KW。1.3總體方案設(shè)計(jì)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)用滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為橫向移動(dòng),對(duì)滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊措施,并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸,采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直連。18第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1主切削力及其切削分力計(jì)算1、主切削力查GMF龍門立式加工中心的技術(shù)參數(shù)可知,最大刀具直徑100mm,其主軸轉(zhuǎn)速為240r/min,當(dāng)機(jī)床在該參數(shù)下滿載運(yùn)行時(shí),主軸具有最大扭矩,并能傳遞主軸電機(jī)的全部功率。工作臺(tái)承重800kg(所受重力W=8000N)。銑刀的切削速度為機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率,主軸電機(jī)功率PE=15kw,則主切削力為各切向分力由表2-1工作臺(tái)工作載荷與切向切削力的經(jīng)驗(yàn)比值可計(jì)算出工作臺(tái)縱向切削力F1、橫向切削力FC和垂直切削力FV分別為表2-1 工作臺(tái)工作載荷與切向切削力的經(jīng)驗(yàn)比值2.2 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算1、切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力工作臺(tái)導(dǎo)軌選用矩形導(dǎo)軌,在與與之相配合的導(dǎo)軌動(dòng)面上貼聚四氟乙烯導(dǎo)軌板,則導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)為=0.15,由表2-2鑲條緊固力推薦值查得表2-2 鑲條緊固力推薦值2、 切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力2.3滾珠絲桿螺母副及軸承選型號(hào)在半閉環(huán)控制方式中,機(jī)床定位精度很大程度上取決于滾珠絲桿的精度,其中絲絲桿的導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度的影響最明顯。因此根據(jù)機(jī)床定位精度要求,首先確定絲桿導(dǎo)程精度,再根據(jù)機(jī)床行程、快速移動(dòng)速度、承載要求,確定絲桿軸長、導(dǎo)程和直徑。絲杠型號(hào)確定后根據(jù)其軸徑可選擇軸承型號(hào)。2.3.1計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向力1、 計(jì)算最大軸向負(fù)載力2、 計(jì)算最小軸向負(fù)載力2.4滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算1、確定滾珠絲杠的導(dǎo)程根據(jù)已知條件,取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速,則絲杠導(dǎo)程為2、計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷Fm(1)估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷現(xiàn)將強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定為最大軸向載荷,快速移動(dòng)時(shí)的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般粗加工和精細(xì)加工時(shí),滾珠絲杠螺母副的軸向載荷F2、F3分別按下列公式計(jì)算:,計(jì)算結(jié)果如表2-3所示表2-3 龍門立式加工中心滾珠絲杠計(jì)算切削方式軸向載荷/N進(jìn)給速度(m/min)時(shí)間比列q(%)備注強(qiáng)力切削7621.310粗加工3174.330精加工2031.150快速移動(dòng)165010(2) 計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削力作用下的轉(zhuǎn)速(3)計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速(4)計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷(5) 計(jì)算滾珠絲杠額定動(dòng)載荷從表2-4中查得載荷性質(zhì)系數(shù)為1.3。初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為2級(jí),由表2-5查得精度系數(shù)為1,由表2-6查得可靠性系數(shù)為0.44,機(jī)床設(shè)計(jì)的額定壽命,則滾珠絲杠額定動(dòng)載荷為表2-4載荷性質(zhì)系數(shù)表2-5 精度系數(shù)表2-6 可靠性系數(shù)(6) 計(jì)算滾珠絲杠的最大軸向載荷因?qū)L珠絲杠螺母副實(shí)施預(yù)緊,由表2-7查得遇見愛動(dòng)載荷系數(shù)為4.5,則滾珠絲杠螺母副的最大軸向載荷為表2-7 欲加動(dòng)載荷系(7)確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷。取其最大值,即=53221.4N3、按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)(1)估算允許的滾珠絲桿的最大軸向變形。已知工作臺(tái)的定位精度為21,重復(fù)定位精度為20,根據(jù)公式重復(fù)定位精度和定位精度以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求,得 , 取二者較小值,。(2)估算允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)。本機(jī)床工作臺(tái)(X)軸滾珠絲桿螺母副擬采用兩端固定式的安裝方式。滾珠絲桿螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度(1.21.4)行程+(2530)取L=1.4行程+30=(1.42000+3010)mm=3100mm,又=16600N,由式 得5)初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號(hào)根據(jù)計(jì)算所得的、,初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿螺母副FFZD5005-3,其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷,絲杠底徑分別為: , , , 符合要求。6)由式確定滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊力 7)計(jì)算滾珠絲桿螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值和預(yù)拉伸力(1)按式計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值 其中-目標(biāo)行程補(bǔ)償值;-溫度變化值(),一般情況下為23;-絲桿的線膨脹系數(shù)(1/),一般情況下為;-滾珠絲桿副的有效行程。已知溫度變化值,絲桿的線膨脹系數(shù),滾珠絲桿副的有效行程=工作臺(tái)行程+安全行程+2余程+螺母長度 =(2000+100+220+146)mm=2286mm,故(2)按式計(jì)算滾珠絲桿的預(yù)拉伸力。已知滾珠絲桿螺紋底徑,滾珠絲桿的溫度變化值,則 8)確定滾珠絲桿螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào)(1)按式計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。 (2)計(jì)算軸承的預(yù)緊力 計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷 (4)按式計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速,軸承所受的當(dāng)量軸向載荷,軸承的基本額定壽命。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為 因?yàn)?,所以查?-8得,徑向系數(shù)X=1.9,軸向系數(shù)Y=0.54,故 表2-8 載荷系數(shù)組合列數(shù)2列3列4列承載列數(shù)1列2列1列2列3列1列2列3列4列組合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1.9-1.432.33-1.172.332.53-Y0.54-0.770.35-0.890.350.26-X0.920.920.920.020.020.920.920.920.92Y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)確定滾動(dòng)軸承的規(guī)格型號(hào)由于滾珠絲桿螺母副擬采取預(yù)拉伸措施,所以選用60角接觸球軸承組背對(duì)背安裝。由于滾珠絲桿的螺紋底徑為46.4mm,所以選擇軸承的內(nèi)徑為45mm。在滾珠絲桿的兩個(gè)固定端均選擇角接觸球軸承兩件一組背對(duì)背安裝,組成滾珠絲桿的兩端固定支承方式。軸承的型號(hào)為S7309,尺寸(內(nèi)徑外徑寬度)為45mm100mm25mm,選擇脂潤滑。該軸承的預(yù)載荷能力為2250N,大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力=1438.2N。并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為2600r/min,大于滾珠絲桿的最高轉(zhuǎn)速,故滿足要求。該軸承的額定動(dòng)載荷為=32000N,而該軸承在20000h工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷=42985.1N,也滿足要求。2.5滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn)2.5.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu),絲桿受拉而不受壓,所以,不存在壓桿不穩(wěn)定。2.5.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)由以上的計(jì)算可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度=2166mm。已知彈性模量,材料密度,重力加速度,安全系數(shù)。查參考文1表2-9得。則: 滾珠絲桿的最小慣性矩為 滾珠絲桿的最小截面積為故可由式得 本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速,故滿足要求。 表2-9 與支撐方式有關(guān)的系數(shù) 支撐方式 f一端固定一段自由F-O0.251.8753.4一端固定一段游動(dòng)F-S23.92715.1 二段固定F-F44.7321.91.3.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn)滾珠絲桿螺母副的疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲桿在相同的條件下回轉(zhuǎn)時(shí),其中90不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速。查參考文獻(xiàn)1附錄A表A-3得滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷,運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù),滾珠絲桿的軸向載荷,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速,由式,得: 一般來講,在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí),應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命,故滿足要求。第四章 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型4.1驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算4.1.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量(1)計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。滾珠絲杠的密度,可得 (2)計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)量。 (3)計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。已知機(jī)床執(zhí)行部件(即工作臺(tái)、工件、夾具)的總質(zhì)量,電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈,機(jī)床執(zhí)行部件在軸上移動(dòng)的距離,則由式得 (4)由式計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 4.1.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩(1)計(jì)算切削負(fù)載力矩。已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力,電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈,機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離,進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率,由式得 (2)計(jì)算摩擦負(fù)載力矩已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力(即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力),由式得 (3)計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩。已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力,滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程,滾珠絲杠螺母副的效率,由式得 4.1.3選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 通過以上計(jì)算和查參考文獻(xiàn)1表2-47,選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)為日本FANUC公司生產(chǎn)的型驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主要參數(shù)如下:額定功率5kw;最高轉(zhuǎn)速3000r/min;額定力矩12;轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;質(zhì)量。現(xiàn)按5倍計(jì)算額定力矩,電動(dòng)機(jī)的加速力矩為60,均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需的空載啟動(dòng)力矩以及階躍加速時(shí)所需的驅(qū)動(dòng),本電動(dòng)機(jī)均滿足要求。(2)慣量匹配驗(yàn)算。系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿足式而在本設(shè)計(jì)中: 故滿足慣量匹配要求。第四章 總結(jié)本設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求,對(duì)GMF-1龍門立式加工中心X軸進(jìn)行了設(shè)計(jì),在參考已有相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,以機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論等課程為設(shè)計(jì)支柱,對(duì)GMF-1龍門立式加工中心X軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:1.設(shè)計(jì)了GMF-1龍門立式加工中心X軸的總體方案,設(shè)計(jì)的由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),滾珠絲杠進(jìn)行動(dòng)力傳遞。2.對(duì)甘滾珠絲杠螺母副和軸承進(jìn)行了選型計(jì)算,并對(duì)其可靠性進(jìn)行了驗(yàn)算。3. 利用solid works三維軟件繪制了三維模型,并對(duì)關(guān)鍵部件繪制了二維圖紙。參考文獻(xiàn)1 孫宏昌.華中數(shù)控系統(tǒng)裝調(diào)與實(shí)訓(xùn).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.2 范超毅,趙天嬋等.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì).武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006.3 唐小奇,徐建春.華中數(shù)控系統(tǒng)電氣聯(lián)接與控制手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.19致謝本設(shè)計(jì)是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的,從最初的選定設(shè)計(jì)題目直到現(xiàn)在設(shè)計(jì)的完成,花費(fèi)了老師很多時(shí)間和精力,在此,謹(jǐn)向xx老師表達(dá)我最衷心的感謝并致以崇高的敬意,感謝您在百忙之中對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)。感謝梧州學(xué)院對(duì)我大學(xué)期間的培養(yǎng),讓我擁有了立足社會(huì)的基本技能,在此也祝母校越辦越好,為社會(huì)培育更多的人才。感謝大學(xué)四年來教我各科課程的所有老師,感謝你們的付出,為我們打下扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)。感謝班級(jí)的同學(xué)、室友,能和你們一起度過大學(xué)時(shí)光真好。感謝家人朋友在我遇到困難時(shí)對(duì)我的幫助和支持,有你們一路相伴,我的人生變得幸福美滿。正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì),此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
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