數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床,進(jìn)給,系統(tǒng) 目 錄 1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的………………………………………………1 2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………2 2.1主切削力及其切削分力計(jì)算……………………………………3 2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 ……………………………………………3 2.3計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力……………………………3 2.4確定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù)………………………3 2.5滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算……………………………4 2.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核…………………………………5 2.7計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的剛度……………………………………………6 2.8驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算…………………………………………7 2.9機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析………………………………………9 2.10機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析……………………………10 2.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)………………10 3進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………11 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)………………………………………11 總結(jié)與體會(huì)…………………………………………………………12 致謝詞………………………………………………………………12 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………13 摘 要 1數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生在完成數(shù)控機(jī)床及金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)之后，讓學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立完成數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而使學(xué)生進(jìn)一步加深和鞏固對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，并提高學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)能力，同時(shí)鞏固《金屬切削機(jī)床》課程的部分知識(shí)。 1.運(yùn)用所學(xué)理論及知識(shí)，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力； 2.掌握數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟； 3.掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力； 4.基本掌握編寫(xiě)技術(shù)文件的能力。 2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 工作臺(tái) 工作臺(tái)質(zhì)量 最大加工受力 快進(jìn)速度 工進(jìn)速度 最大加速度 工作臺(tái)導(dǎo)軌摩擦力 工作行程 減速機(jī)構(gòu) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)(圖2)，已知數(shù)據(jù)如下： 圖2　絲杠螺母機(jī)構(gòu) 軸承軸向剛度 絲杠螺母剛度 螺母支座剛度 絲杠傳動(dòng)效率 絲杠長(zhǎng)度 絲杠軸承、絲杠 螺母摩擦力矩 軸承平均間距 導(dǎo)程 最大轉(zhuǎn)速常數(shù) 支承方式 雙推—雙推 伺服電機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 2.1主切削力及其切削分力計(jì)算 取機(jī)床的機(jī)械效率，，，則有 工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷為 2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力，縱向切削分力，移動(dòng)部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量）m=600kg，查表得鑲條緊固力，取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)，則 計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 2.3計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 計(jì)算最大軸向負(fù)載力 計(jì)算最小軸向負(fù)載力 2.4確定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量，則有 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為、，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。 2.5滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 （1）按預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 ，查表得載荷系數(shù)；初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為3級(jí)精度，取精度系數(shù)；查表得可靠性系數(shù)。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，已知，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，則 （2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知本車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為40 ,重復(fù)定位精度為16 ，則有 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。 （3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用一端固定、一端游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L=行程+安全行程+2×余程+螺母長(zhǎng)度+支承 ≈（1.2～1.4）行程+（25～30） 取L=(1.4×700+30×10)mm=1280mm （4）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得的、、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號(hào)為FF3210-3其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和螺紋底徑如下： 2.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑，已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長(zhǎng)度，絲杠水平安裝時(shí)，取，查表得，則有 本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度，其彈性模量 ，密度，重力加速度 滾珠絲杠的最小慣性矩為 滾珠絲杠的最小截面積為 取，查表得，則有 本橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為166.67r/m，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核,滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則有 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 2.7計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量，滾珠絲杠的底徑。絲杠支撐方式為兩端支撐或者兩端固定時(shí)，則 當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 當(dāng)時(shí)，即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端，此時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 已知滾動(dòng)體直徑mm，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=15.軸承接觸角。軸承最大軸向工作載荷。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為： 查表得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動(dòng)載 。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷則 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 故 已知扭矩作用點(diǎn)之間的距離，滾珠絲杠的剪切模量 ，滾珠絲杠的底徑，則有 2.8驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 （1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲杠的密度，則有 （2）計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知縱向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為m=600kg;絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離L=1cm則 （3）計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸上的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （4）計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （5）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離L=10mm=0.01m，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比i=10.24總效率η=0.85，則有 （6）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩，則有 （7）計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算。 空載時(shí)（快進(jìn)力矩），為 切削時(shí)（工進(jìn)力矩），為 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和查表初選55BF010型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量；對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為： （8）計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 計(jì)算空載啟動(dòng)力矩 計(jì)算快進(jìn)力矩 計(jì)算工進(jìn)力矩 （9）選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算和查表選擇國(guó)產(chǎn)150BF002型電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如下：相數(shù)，5；步距角，；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；最高空載啟動(dòng)頻率，2800Hz；運(yùn)行頻率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩： 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 取和中的較大者為所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常啟動(dòng)，故滿足要求。 為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，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（2-67），即 ，故滿足慣性匹配要求。 2.9機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為、，滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已知m=600kg，則： 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 由以上計(jì)算可知，絲杠—工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 2.10機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 （1）計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則 即，故滿足要求。 （2）計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 即，故滿足要求。 （3）計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負(fù)載力矩，扭矩作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，則有 由該扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度，有 2.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)，本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足如下要求： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為3級(jí)，查表得，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度約為350mm時(shí)，，；； 故滿足設(shè)計(jì)要求。 3進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)： （1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3. （2）若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 （4）具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。 （5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 （6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 （7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副，精度為3級(jí)，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且不能改變。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60°角接觸軸承，在這兩種軸承中，60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 60°角接觸軸承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。 在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60°角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。 圖3.1為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 總結(jié)與體會(huì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)與運(yùn)用，是對(duì)以前每門(mén)課程設(shè)計(jì)的綜合，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的徹底檢驗(yàn)。剛開(kāi)始選擇課題的時(shí)候，我因?yàn)閷?duì)數(shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)數(shù)控車床，我主要對(duì)其中的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。開(kāi)始設(shè)計(jì)之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識(shí)，對(duì)數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識(shí)。設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們對(duì)學(xué)校的一些數(shù)控車床進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)并結(jié)合自己的課題對(duì)機(jī)床的總體布局做了進(jìn)一步的研究，并通過(guò)查閱資料和相關(guān)圖冊(cè)，設(shè)計(jì)出了滿足數(shù)控車床需要的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位的最后一次練兵，是一次理論和實(shí)踐完美結(jié)合的過(guò)程。在近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我更加認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實(shí)踐是不行的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)上，理解并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，自己在查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)用專業(yè)知識(shí)及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高，對(duì)如何將機(jī)、電互相結(jié)合起來(lái)有了較深刻的認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)了原來(lái)學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一定的認(rèn)識(shí)。 總之，這次設(shè)計(jì)順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會(huì)打下了深厚的基礎(chǔ)。同時(shí)也使我懂得了一個(gè)真正設(shè)計(jì)的步驟以及方法。 致謝詞 經(jīng)過(guò)3個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師楊昌明。楊老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是張老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同學(xué)對(duì)我無(wú)私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母?！魅A大學(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位老師，是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí)。在此，我再說(shuō)一次謝謝！謝謝大家?。?！。 【參考文獻(xiàn)】 [1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007. [2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001. [3] 劉朝儒.機(jī)械制圖.[M]北京：高等教育出版社，2001. [4] 鄧志平.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).[M]成都：西南交通大學(xué)出版社，2004. [5] 胡秋.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2004（6）：55-56. [6] 鄒小琦.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)，1997（4）：84-87. [7] 王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn).現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003. - 14 - 目 錄 1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的—————————————————————————2 2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算—————————————2 2.1設(shè)計(jì)參數(shù)———————————————————2 2.2絲杠螺母動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)—————————————————————————3 2.3變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)—————————————————————————————5 2.4絲杠螺母靜態(tài)設(shè)計(jì)———————————————7 2.5電機(jī)的靜態(tài)設(shè)計(jì)———————————————————————————9 3 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ——————————————11 總結(jié)與體會(huì)——————————————————— 13 參考文獻(xiàn)———————————————————— 13 1數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生在完成數(shù)控機(jī)床及金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)之后，讓學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立完成數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而使學(xué)生進(jìn)一步加深和鞏固對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，并提高學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)能力，同時(shí)鞏固《金屬切削機(jī)床》課程的部分知識(shí)。 1.運(yùn)用所學(xué)理論及知識(shí)，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力； 2.掌握數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟； 3.掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力； 4.基本掌握編寫(xiě)技術(shù)文件的能力。 2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1設(shè)計(jì)參數(shù)： 工作臺(tái) 工作臺(tái)質(zhì)量 最大加工受力 快進(jìn)速度 工進(jìn)速度 最大加速度 工作臺(tái)導(dǎo)軌摩擦力 工作行程 減速機(jī)構(gòu) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)，已知數(shù)據(jù)如下： 　絲杠螺母機(jī)構(gòu) 軸承軸向剛度 絲杠螺母剛度 螺母支座剛度 絲杠傳動(dòng)效率 絲杠長(zhǎng)度 絲杠軸承、絲杠 螺母摩擦力矩 軸承平均間距 導(dǎo)程 最大轉(zhuǎn)速常數(shù) 支承方式 雙推—雙推 伺服電機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 一般數(shù)據(jù) 鋼的密度 機(jī)床在工作時(shí)，按照加速-工進(jìn)-減速-反向加速-工進(jìn)-減速-加速這樣一個(gè)過(guò)程循環(huán)。圖1給出電機(jī)轉(zhuǎn)矩在一個(gè)工作周期內(nèi)隨時(shí)間變化的范圍。 2.2絲杠螺母動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) (1)確定絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的總剛度 1）扭轉(zhuǎn)剛度：由參考文獻(xiàn)（1）式（5-141）可得對(duì)于鋼的抗扭剛度量綱公式 (2-1) 式中 絲杠底徑（mm）； 絲杠自由長(zhǎng)度（m）. 由參考文獻(xiàn)（1）式（5-121）可得將濟(jì)鋼扭轉(zhuǎn)剛度折算成工作臺(tái)直線剛度公式 （2-2） 式中量綱：，,,L(m). 由上式可算出 2196 2）拉壓剛度：由參考文獻(xiàn)（1）式（5-140）可得對(duì)于鋼的拉壓剛度量綱公式 （2-3） 式中量綱，,L（m）. 根據(jù)已知條件可得 3)總剛度：對(duì)于“雙推-雙推”式支撐的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置，其剛度的等效圖如圖2。 設(shè)螺母位于絲杠中間，于是 系統(tǒng)的總剛度為 （2-4） 將已知條件代入，得系統(tǒng)總剛度 = （2）確定機(jī)械諧振頻率 機(jī)械傳動(dòng)部件的諧振頻率 （2-5） 故 （3）確定具有滿意動(dòng)態(tài)性能的絲杠直徑。電氣驅(qū)動(dòng)部件的諧振頻率取下列值，則其動(dòng)態(tài)性能較好，即取 采用常規(guī)的比例位置調(diào)節(jié)，為使機(jī)械傳動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)性能不影響系統(tǒng)總的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)當(dāng)使 但是，根據(jù)本課題中選擇的絲杠直徑，只能得到 因此，絲杠直徑應(yīng)該跟大一些 若取代入式（2-5）得 將此總剛度帶入式（2-4），、和為已知常數(shù)，再由式（2-2）和式（2-3），得 2.3變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 已經(jīng)知道。電器驅(qū)動(dòng)部件具有二階振蕩環(huán)節(jié)的性能，其諧振頻率 阻尼比 電氣時(shí)間常數(shù) 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 式中 ---驅(qū)動(dòng)線路總電感; ---驅(qū)動(dòng)線路總電阻； ---電機(jī)扭矩常數(shù)； ---電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。 機(jī)械時(shí)間常數(shù)里的是電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 為使電氣驅(qū)動(dòng)部件獲得最大的諧振頻率，必須使計(jì)算到電機(jī)軸上的機(jī)械部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小。這一點(diǎn)可以借助減速機(jī)構(gòu)達(dá)到。 如上圖中電機(jī)軸上的小齒輪，其直徑及齒寬，根據(jù)傳遞的動(dòng)力由最小齒輪及模數(shù)的要求決定。當(dāng)小齒輪設(shè)計(jì)完畢，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就是已知的。大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由和降速比i近似確定，即 根據(jù)參考文獻(xiàn)（1）5.6.4節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算方法，機(jī)械部件折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 （2-6） 式中 ——電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; ——小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; ——絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; ——工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 令，得滿足最小慣量要求的相對(duì)額定降速比 （2-7） 根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已知條件，得 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 （2-8） （2-9） 式中 ——絲杠質(zhì)量; ——包括軸頸的絲杠總長(zhǎng); ——鋼的密度， （） 將已知條件代入，得 小齒輪由齒輪設(shè)計(jì)確定，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為已知，設(shè)。將、、代入式（2-7），得 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為Z1=20、Z2=70，模數(shù)m=2，齒寬b1=20mm,b2=18mm。 2.4絲杠螺母靜態(tài)設(shè)計(jì) （1）確定動(dòng)載荷，由圖1可見(jiàn)，工作循環(huán)周期T由加速時(shí)間和加工時(shí)間組成，計(jì)算如下： 在減速期間的平均轉(zhuǎn)速為： 工作進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)速 將上述數(shù)據(jù)帶入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)（1）式（5-131）中可得當(dāng)量轉(zhuǎn)速： 載荷系數(shù)由參考文獻(xiàn)（1）表5-13取 當(dāng)量載荷由參考文獻(xiàn)（1）式（5-129）計(jì)算，則當(dāng)量載荷為 將已知條件、、、、，并算出 代入上式 取滾珠絲杠壽命為20000h，從參考文獻(xiàn)（1）式（5-132）算出該滾珠絲杠的動(dòng)載荷 14574 （2）確定靜載荷 最大軸向力可近似取最大加工受力，即 由參考文獻(xiàn)（1）表5-14取靜態(tài)安全系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)（1）式（5-135）得靜載荷 （3）根據(jù)軸向壓力選取絲杠直徑。由參考文獻(xiàn)（1）式（5-139）可得 （2-10） 由 L=0.5（m）=550(mm) 查參考文獻(xiàn)（1）表5-15得 m=20.3 代入上式得 故 （4）轉(zhuǎn)速限制 1）最大轉(zhuǎn)矩限制：由參考文獻(xiàn)（1）式（5-138）得 （2-11） 由和A=60000得 2）臨界轉(zhuǎn)速限制：由參考文獻(xiàn)（1）式（5-137）得 （2-12） 由，L=550(mm),f=21.9(見(jiàn)參考文獻(xiàn)（1）表5-15)得 （5）選擇絲杠直徑：由上面計(jì)算結(jié)果得： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，從廠家產(chǎn)品樣本中可選取絲杠直徑。如參考文獻(xiàn)（1）表5-21所示。 2.5電機(jī)的靜態(tài)設(shè)計(jì) （1）計(jì)算。由式（2-6）得 根據(jù)上面球的的最佳傳動(dòng)比和其他參數(shù)，得 （2）確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。工作臺(tái)加速和加工力所引起的當(dāng)量力矩 （2-13） 式中 ---絲杠傳動(dòng)效率; ---當(dāng)量載荷，已經(jīng)算出為1484（N）。 故得 絲杠加速度 （2-14） 絲杠加速所需的轉(zhuǎn)矩 （2-15） 由圖1可知，由絲杠加速所硬氣的當(dāng)量力矩 （2-16） 由式（2-14）、（2-15）、（2-16）可得 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的總當(dāng)量力矩為 （2-17） 電機(jī)軸角加速度 （2-18） 電機(jī)軸的加速轉(zhuǎn)矩 （2-19） 由圖1可知，由電機(jī)軸加速所引起的當(dāng)量力矩 （2-20） 由式（2-18）、（2-19）、（2-20）得 作用在電機(jī)軸上的當(dāng)量力矩為 （2-21） 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 （2-22） （3）確定電機(jī)額定功率。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 （2-23） =2070（r/min） 電機(jī)的額定功率 （2-24） （2-25） 最后得電機(jī)額定功率 根據(jù)以上計(jì)算和?數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)?表2-47，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的a2/5000i型交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，才能滿足要求。 3進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)： （1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3. （2）若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 （4）具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。 （5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 （6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 （7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。 本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副，精度為3級(jí)，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且不能改變。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。 絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60°角接觸軸承，在這兩種軸承中，60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 60°角接觸軸承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過(guò)程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。 在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60°角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。 圖3.1為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 總結(jié)與體會(huì) 課程設(shè)計(jì)作為工科院校大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，不僅是鞏固大學(xué)生大學(xué)所學(xué)知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，而且也是在檢驗(yàn)畢業(yè)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、自學(xué)能力、獨(dú)立操作能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，是大學(xué)生參加工作前的一次實(shí)踐性鍛煉。 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，在我們即將踏入社會(huì)之前，通過(guò)課程設(shè)計(jì)來(lái)檢查和考驗(yàn)我們?cè)谶@幾年的所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)對(duì)于我們自身來(lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)很貼切地把一些實(shí)踐性的東西引入我們的設(shè)計(jì)中和平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)相關(guān)聯(lián)。為我們無(wú)論是在將來(lái)的工作或者是繼續(xù)學(xué)習(xí)的過(guò)程中打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 雖然只有一周的時(shí)間，在很倉(cāng)促的情況下完成了這次數(shù)控銑床傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，但收獲卻很大，使我初步具備了設(shè)計(jì)的能力，并且我相信我在這方面的設(shè)計(jì)能力會(huì)逐漸成熟起來(lái)。 再次感謝老師耐心指導(dǎo)幫助！ 【參考文獻(xiàn)】 1）王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).?北京:?兵器工業(yè)出版社,?1999.9 2）王愛(ài)玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床. 北京:?國(guó)防工業(yè)出版社,2003.4 3）戴曙.金屬切削機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.8 4）數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì).湖北：華中科技大學(xué)出版社，2007.5 14