畢業(yè)設計--數(shù)控車床二維工作臺設計

1、<p>　　3畢業(yè)設計（論文）學生開題報告</p><p>　　課題類型：課題類型： A-理論探究型 B-實踐應用型</p><p><b>　　2-2</b></p><p><b>　　2-3</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）學生申請答辯表</p><p

2、>　　學生簽名： 日期：</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）指導教師評審表</p><p><b>　　4</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）評閱人評審表</p><p><b>　　5</b></p><p

3、>　　畢業(yè)設計（論文）答辯表</p><p><b>　　6-1</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表</p><p><b>　?。ú蛔慵痈巾摚?lt;/b></p><p><b>　　7</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文

4、）成績評定總表</p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）題目：</p><p>　　注：成績評定由指導教師、評閱人和答辯組分別給分(以百分記)，最后按“優(yōu)(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60 以下

5、)”評定等級。其中，指導教師評定成績占40%，評閱人評定成績占20%，答辯組評定成績占40%。</p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　設計題目：數(shù)控車床二維工作臺設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………

6、1 </p><p>　　Abstract …………………………………………………………………………………………1 </p><p>　　1緒論…………………………………………………………………………2</p><p>　　2普通車床的設計…………………………

7、…………………………………… 4</p><p>　　2.1總體方案設計 ……………………………………………………………………… 4</p><p>　　2.1.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇 ………………………………………………………………………4</p><p>　　2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 …………………………………………………………………… 4</p>&

8、lt;p>　　2.1.3功能部件的選擇 …………… ………………………………………………………4</p><p>　　2.1.4結構設計與電氣設計 …………………………… …………………………………4</p><p>　　3.1實施方案 …………………………… ………………………………………………4</p><p>　　3.2橫向機械部分設計…………… ………

9、……………………………………………4</p><p>　　3.2.1 設計參數(shù)…………………………………………………………………4</p><p>　　3.2.2主切削力及其切削分力計算………………………………………………5</p><p>　　3.2.3導軌摩擦力的計算………………………………………………………5</p><p>　　3.2

10、.4計算滾珠絲桿螺母副的軸向負載………………………………………6</p><p>　　3.2.5確定進給傳動鏈的傳動比和傳動級數(shù)…………………………………6</p><p>　　3.2.6滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算……………………………………6</p><p>　　3.2.7初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號…………………………………7</p>&l

11、t;p>　　3. 2. 8 初步確定橫向滾珠絲杠螺母副支承軸承…………………………………………8</p><p>　　3.3橫向進給傳動鏈部件的裝配圖設計……………………………………8</p><p>　　3.4橫向滾珠絲桿螺母副承載能力的校驗…………………………………9</p><p>　　3.4.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗……………………………9&

12、lt;/p><p>　　3.4.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗…………………………………9</p><p>　　3.4.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗………………………………10</p><p>　　3.5計算橫向機械傳動系統(tǒng)的剛度…………………………………………10</p><p>　　3.5.1計算機械傳動系統(tǒng)的剛度…………………………………

13、……10</p><p>　　3.5.2計算滾珠絲桿螺桿副的扭轉(zhuǎn)剛度…………………………………11</p><p>　　3.6橫向驅(qū)動電機的選擇……………………………………11</p><p>　　3.6.1計算折算到電動機軸的負載慣量……………………11</p><p>　　3.6.2計算折算到電動機軸的負載力矩………………………12<

14、;/p><p>　　3.6.3計算折算到電動機軸的加速力矩………………………13</p><p>　　3.6.4計算橫向進給系統(tǒng)所需要的折算到電動機軸上的各種力矩…14</p><p>　　3.6.5選擇驅(qū)動電動機的型號…………………………………14</p><p>　　3.7橫向機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析………………………………15</p&g

15、t;<p>　　3.7.1計算絲桿-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率…15</p><p>　　3.7.2計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率…………………16</p><p>　　3.8橫向機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析………………………16</p><p>　　3.8.1計算機械傳動系統(tǒng)的反向死驅(qū)………………………16</p><p&g

16、t;　　3.8.2計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差…16</p><p>　　3.8.3計算滾珠絲桿因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差………………………16</p><p>　　3.9確定橫向滾珠絲桿螺母副的精度等級和型號…………………17</p><p>　　3.9.1確定滾珠絲桿螺母副的精度等級……………………17</p><p>　　

17、3.9.2確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號……………………17</p><p>　　4.1縱向機械部分設計…………… …………………………………………………18</p><p>　　4.1.1 設計參數(shù)…………………………………………………………………18</p><p>　　4.1.2主切削力及其切削分力計算………………………………………………18</p>

18、<p>　　4.1.3導軌摩擦力的計算………………………………………………………18</p><p>　　4.1.4計算滾珠絲桿螺母副的軸向負載………………………………………19</p><p>　　4.1.5確定進給傳動鏈的傳動比和傳動級數(shù)…………………………………19</p><p>　　4.1.6滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算…………………………

19、…………19</p><p>　　4.1.7初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號…………………………………21</p><p>　　4. 1. 8 初步確定縱向滾珠絲杠螺母副支承軸承………………………………………21</p><p>　　4.2縱向進給傳動鏈部件的裝配圖設計……………………………………21</p><p>　　4.3縱向滾珠絲桿螺

20、母副承載能力的校驗…………………………………22</p><p>　　4.3.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗……………………………22</p><p>　　4.3.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗…………………………………22</p><p>　　4.3.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗………………………………23</p><p>　　4.4

21、計算縱向機械傳動系統(tǒng)的剛度…………………………………………23</p><p>　　4.4.1計算機械傳動系統(tǒng)的剛度………………………………………23</p><p>　　4.4.2計算滾珠絲桿螺桿副的扭轉(zhuǎn)剛度…………………………………24</p><p>　　4.5選擇縱向驅(qū)動電動機的型號……………………………………24</p><p>　

22、　4.5.1計算折算到電動機軸的負載慣量……………………24</p><p>　　4.5.2計算折算到電動機軸的負載力矩………………………25</p><p>　　4.5.3計算折算到電動機軸的加速力矩………………………26</p><p>　　4.5.4計算橫向進給系統(tǒng)所需要的折算到電動機軸上的各種力矩…27</p><p>　　4.5.5

23、選擇驅(qū)動電動機的型號…………………………………27</p><p>　　4.6縱向機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析………………………………28</p><p>　　4.6.1計算絲桿-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率…28</p><p>　　4.6.2計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率…………………29</p><p>　　4.7縱向機械傳動系統(tǒng)的誤差計

24、算與分析………………………29</p><p>　　4.7.1計算機械傳動系統(tǒng)的反向死驅(qū)………………………29</p><p>　　4.7.2計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差…29</p><p>　　4.7.3計算滾珠絲桿因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差………………………29</p><p>　　4.8確定縱向滾珠絲桿螺母副的精度等級和

25、型號…………………30</p><p>　　4.8.1確定滾珠絲桿螺母副的精度等級……………………30</p><p>　　4.8.2確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號……………………30</p><p>　　5.1數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計…………………………………………………31</p><p>　　5 . 1 . 1設計內(nèi)容………………………………

26、…………………………………………31</p><p>　　5 . 1 . 2設計步驟…………………………………………………………………………31</p><p>　　5 . 1 . 3主控CPU的選擇…………………………………………………………………32</p><p>　　5 . 1 . 4存儲器擴展電路設計……………………………………………………………32<

27、;/p><p>　　5 . 1 . 5步進電機驅(qū)動電路設計…………………………………………………………36</p><p>　　5 . 1 . 6其他輔助電路設計………………………………………………………………37</p><p>　　5 . 1 . 7機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計……………………………………………………38</p><p>　　結論

28、 …………………………………………………………… Y</p><p>　　致謝 …………………………………………………………… Y</p><p>　　參考文獻………………………………………………………y</p><p><b>　　?摘要</b></p><p>　　當今世界電子技術迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技

29、術領域得到了廣泛應用，對各領域技術的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術、計算機與信息處理技術、自動控制技術、檢測傳感技術、伺服傳動技術和機械技術等多學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。</p>

30、<p>　　關鍵字：機電一體化的基礎 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢</p><p><b>　　?摘要</b></p><p>　　當今世界電子技術迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術領域得到了廣泛應用，對各領域技術的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息

31、處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術、計算機與信息處理技術、自動控制技術、檢測傳感技術、伺服傳動技術和機械技術等多學科技術領域綜合交叉的技術密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。</p><p>　　關鍵字：機電一體化的基礎 基本組成要素 特點 發(fā)展趨勢</p><p><b>　　Abstract</b&g

32、t;</p><p>　　Now the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains technology developmen

33、t enormous promotion effect. A perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: Basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, con

34、trol and information processing part. The integration of machinery is the system tech</p><p>　　key words: Integration of machinery foundation basic component elements characteristic trend of development.<

35、/p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發(fā)展，它必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本，制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，制造周期的快慢，生產(chǎn)成本的高低，又往往受工廠現(xiàn)有加工設備的直接影響。目前，采用先進的數(shù)控機床，已成為我國制造技術發(fā)展的總趨勢。在我國現(xiàn)有的機床中有一部分仍采用

36、傳統(tǒng)的繼電器- 接觸器控制方式，這些機床觸點多、線路復雜，使用多年后故障多、維修量大、維護不便、可靠性差，嚴重影響了正常的生產(chǎn)。還有一些舊機床雖然還能正常工作，但其精度、效率、自動化程度已不能滿足當前生產(chǎn)要求。因此擁有先進的數(shù)控機床已經(jīng)成為滿足企業(yè)新生產(chǎn)工藝、提高經(jīng)濟效益的最根本需要。</p><p>　　進入21世紀，我國機床制造業(yè)即面臨提升機械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭受到進入WTO后激

37、烈的市場競爭的壓力，從技術層面上來講，加速推進數(shù)控技術將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。</p><p>　　數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成凡人制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直受人們關注，數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術成為先進制造技術的中的一項核心技術。另一方面，通過持續(xù)的研

38、究，信息技術的深化應用促進了數(shù)控機床的進一步提升。</p><p>　　目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術提出了更高的要求，裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。    21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工

39、質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，以方便系統(tǒng)的診斷及維修等。</p><p><b>　　2.1總體方案設計</b></p><p&

40、gt;　　2.1.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　選用數(shù)控系統(tǒng)應為連續(xù)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　以步進電動機為驅(qū)動裝置的開環(huán)系統(tǒng)</p><p>　　2.1.3功能部件的選擇</p><p>　　主要是滾珠絲桿機其支撐方式的選擇</p><p

41、>　　2.1.4結構設計與電氣設計</p><p>　　采用貼塑導軌以減小摩擦力。</p><p><b>　　3.1實施方案</b></p><p>　　3.1.1.掛輪架系統(tǒng)：主動軸處安裝光電脈沖編碼器。</p><p>　　3.1.2.進給箱部分：在該處安裝縱向進給步進電動機與齒輪減速箱總成。</p&g

42、t;<p>　　3.1.3.橫溜板部分：在原處安裝滾珠絲杠螺母座絲桿螺母固定在其上，在該處還可以安裝部分操作按鈕。</p><p>　　3.1.4.橫溜辦部分:在該處安裝橫向進給棍子絲桿螺母副，橫向進給部進電動機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。</p><p>　　3.2橫向機械部分設計</p><p>　　3.2.1 設計參數(shù)<

43、;/p><p>　　最大加工直徑：630mm</p><p>　　溜板及刀架重量：縱向，1300N; 橫向,840N</p><p>　　快速進給：縱向，2400mm/min；橫向，1200mm/min</p><p>　　最大切削進給速度：縱向，0.6m/min；橫向，0.3m/min</p><p>　　重復定位精度：

44、 0.0016mm/全行程 </p><p>　　主電動機功率：10 KW</p><p>　　3.2.2 主切削力及其切削分力計算</p><p>　　(1) 計算主切削力Fx。</p><p>　　以知機床電動機的額定功率Pm為10kw,最大工件直徑D=630mm，主軸轉(zhuǎn)速n=85r/min。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，刀具切削速

45、度為：</p><p>　　V=πDn/60=3.14×630×85/60×1000m/s=2.80m/s</p><p>　　去機床的機械效率η=0.8，則可得</p><p>　　Fz=ηPm/v×1000N=0.8×10／2.80×1000N=2857.14N</p><p>

46、　　(2)計算各切削分力。</p><p>　　走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力Fy可得：</p><p>　　Fx=0.25Fz=0.25×2857.14N=714.285N</p><p>　　Fy=0.4Fz=0.4×2857.14N=1142.856N</p><p>　　3.2.3 導軌摩擦力的計算

47、</p><p>　?。?）計算在切削狀態(tài)下的導軌摩擦力Fμ。此時，導軌受到的垂直向切削力Fv=Fz=2857.14N，橫向切削分力Fl=Fx=714.285N，移動部件的重力W=880N，查表得鑲條緊固力fg=2500N，取導軌動摩擦系數(shù)</p><p><b>　　μ=0.15則</b></p><p>　　Fμ=μ（W+fg+Fv+Fl）

48、=0.15×(880+2500+2857.14+714.28)N=1042.71N</p><p>　　﹙2﹚計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力Fμ0和F0</p><p>　　Fμ0=μ（W+fg）=0.15×(880+2500)N=507N</p><p>　　F0=μ0﹙W+fg﹚=0.2×(880+2500)N=676N</p

49、><p>　　3.2.4 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力</p><p>　　(1)計算最大軸向負載力Fa max</p><p>　　Fa max=Fy+Fμ=（1142.85+1042.71）N=2185.57N</p><p>　?。?）計算最小軸向負載力Fa min</p><p>　　Fa min=Fμ0=507

50、N</p><p>　　3.2.5確定進給傳動鏈的傳動比i 和傳動級數(shù)</p><p>　　取步進電動機的步距角α=1.5°，滾珠絲桿的基本導程Lo=6mm，進給傳動鏈的脈沖當量δp=0.005mm/脈沖。則可得</p><p><b>　　i===5</b></p><p>　　按最小慣量條件，又為不使大齒輪

51、直徑太大影響橫向溜板的有效行程故該減速器應采用2級傳動，傳動比可以分別取i1=2，i2=2.5，根據(jù)結構需要，確定各傳動齒數(shù)分別為Z1=20，Z2=40，Z3=20，Z4=50，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm</p><p>　　3.2.6 滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算</p><p>　　1）按預期工作時間估算滾珠絲預期的額定動載荷Cam</p><p>　　已知

52、數(shù)控機床的預期工作時間Lh=15000h，滾珠絲桿的當量載荷Fm=Fa max=2185.57N，查表得，載荷系數(shù)fw=1.3，初步選擇滾珠絲杠的精度等級為3級精度，取精度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=1，取滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速nm=nmax（該轉(zhuǎn)速為最大切削進給速度vmax時的轉(zhuǎn)速），已知vmax=0.25m/min,滾珠絲杠的基本導程Lo=6mm則</p><p>　　nmax==r/min=41.67r/mi

53、n</p><p>　　Cam= =×=9510.36N</p><p>　　2)按精度要求確定也許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m。</p><p>　　1.根據(jù)定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。</p><p>　　已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為15μm，重復定位精度為6μm，則可得δ</p&

54、gt;<p>　　δmax1 =﹙1/3～1/2﹚×6=2～3μm</p><p>　　δmax2=﹙1/5～1/4﹚×15=3～3.75μm</p><p>　　取上述計算結果的較小值，即δmax=5μm</p><p>　　2.計算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的安

55、裝方式擬采用一端固定，一端游動支撐方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支撐之間的距離為</p><p>　　L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度</p><p>　　≈( 1.2~1.4)行程+（25~30）L</p><p><b>　　取</b></p><p>　　L=1.4×行程+30L

56、o</p><p>　　=（1.4×200+30×6）mm=460mm</p><p>　　d2m≥0.078=0.078×=30.75mm</p><p>　　3.2.7初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號</p><p>　　根據(jù)以上計算所得的Lo，Cam，d2m和結構的需要，初步選擇FFB型內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式

57、滾珠絲杠螺母副，型號為FFB4006-2，其公稱直徑為do，基本導程Lo，額定動載荷Ca和螺紋底徑d2如下：</p><p>　　do=40mm，Lo=6mm</p><p>　　Ca=10600N＞Cam=9510.36N</p><p>　　d2=35.9mm＞d2m=30.75mm</p><p><b>　　故滿足要求。&l

58、t;/b></p><p>　　3.3橫向進給傳動鏈部件的轉(zhuǎn)配圖設計</p><p>　　將以上計算結果用于該部件的裝配圖設計，其計算簡圖如下</p><p>　　3.4橫向滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗</p><p>　　3.4.1滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷Fc的校驗</p><p>　　已知滾珠絲杠螺母副的螺

59、紋底徑d2=40mm，可知棍子絲桿螺母副的最大受壓長度L1=313mm，絲桿水平安裝時，取K1=1/3，查表得K2=2，則可得</p><p>　　Fc=K1K2×=1/3×2××=1565292.26N</p><p>　　本車床橫向進給系統(tǒng)棍子絲桿螺母副的最大軸向壓縮載荷為Fmax=2185.57N，遠小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿足要求<

60、;/p><p>　　3.4.2滾珠絲杠螺母的臨界轉(zhuǎn)速nc的校驗</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的臨界轉(zhuǎn)速的計算長度L2=337mm，其彈性模量E=2.1×Mpa，密度=×7.8×N/mm³，重力加速度</p><p>　　g=9.8×10³mm/s²</p><p>　　滾

61、珠絲杠的最小慣性距為</p><p>　　I==×=112856.4</p><p>　　滾珠絲杠的最小截面積為</p><p>　　A==×mm²=3764.9mm²</p><p>　　取K1=0.8，可得λ=3.927，則可得</p><p>　　Nc=K1=2918r/m

62、in</p><p>　　本橫向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為41.67r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。</p><p>　　3.4.3滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗</p><p>　　查附表得滾珠絲杠的額定動載荷Ca=10600N，已知其軸向載荷Fa=Famax=2185.57N,滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速n=nmax=41.67r/min，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw

63、=1.2，則可得</p><p>　　L=（）³×=6.27×r</p><p>　　Lh==25078h</p><p>　　本車床設計后，滾珠絲桿螺母副的總工作時間壽命Lh=25078h＞15000h，故滿足要求。</p><p>　　3.5計算橫向機械傳動系統(tǒng)的剛度</p><p>

64、　　3.5.1計算機械傳動系統(tǒng)的剛度</p><p>　?。?）計算滾珠絲杠的拉壓剛度Ks。</p><p>　　本機床橫向進給傳動鏈的絲桿支承方式為一端固定，一端游動。絲桿的拉壓剛度Ks可計算。</p><p>　　已知滾珠絲杠的彈性模量E=2.1×Mpa，滾珠絲杠的底徑d2=40mm。當滾珠絲杠的落幕中心至固定端支承中心的距離a=Ly=313mm時，滾

65、珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度Ksmin，根據(jù)式可得</p><p>　　Ksmin==1.65×=1008.83N/μm</p><p>　　當a=LJ=113mm時，滾珠絲桿螺母副具有最大的拉壓剛度Ksmax，可得</p><p>　　Ksmax=×=1.65×=2800.32N/um </p><p>　?。?/p>

66、2）計算滾珠絲杠螺母副支承的剛度Kb。</p><p>　　已知滾動體直徑dQ=5.953，滾動體個數(shù)z=15，軸承的最大軸向工作載荷Fbmax=Famax=2185.57N，則可得</p><p>　　Kb=2×1.95×=543.2N/μm</p><p>　?。?）計算滾珠與滾道的接觸剛度Kc。</p><p>　　

67、滾珠與滾道得接觸剛度K=690N/μm，滾珠絲杠的額定動載荷Ca=10600N，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷Famax=2185.57N,則可得</p><p>　　Kc=3√（Famax/（0.1Ca）=783.46N/m</p><p>　　（4）計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。</p><p>　　進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為</p>

68、;<p>　　1/Kmax=1/Ksmax+1/Kb+1/Kc=0.0045</p><p>　　故Kmax=238N/um</p><p>　　進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為</p><p>　　1/Kmin=1/Ksmin+1/Kb+1/Kc=0.0071</p><p>　　故 kmin=148N/um</p&

69、gt;<p>　　3.5.2計算滾珠絲杠母副的扭轉(zhuǎn)剛度KØ。</p><p>　　扭矩作用點之間的距離L2=387mm，已知滾珠絲杠的剪切模量G=81000MPa，滾珠絲杠的底徑d2=21.9mm，則可得</p><p>　　Kφ=πd2(4)G/32L2N.um/rad=4183.69N.m/rad</p><p>　　3.6橫向驅(qū)動電動機

70、的選型與計算</p><p>　　3.6.1計算折算到電動機軸上的負載慣量</p><p>　?。?）計算折算到電動機軸上的負載慣性Jr。</p><p>　　已知滾珠絲杠的密度，則可得</p><p><b>　　Jr=</b></p><p>　　=0.78×kg.cm²=

71、1.38kg.cm²</p><p>　?。?）計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣性量JL.</p><p>　　已知機床橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的總質(zhì)量m=84Kg，絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=0.6cm，則可得</p><p>　　JL=m=84*（0.6/6.28）*（0.6/6.28）kg.cm²=0

72、.652 kg.cm²</p><p>　　（3）計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣性</p><p>　　Jz1=Jz3=0.78×××2kg.cm ²=0.4kg.cm ²</p><p>　　Jz2=0.78×××2kg.cm²=6.4kg.cm²</p>

73、<p>　　Jz4=0.78×××2kg.cm²=15.6kg.cm²</p><p>　　計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣性Jd</p><p>　　Jd=Jz1+（1/i1*i1）(Jz2+Jz3)+（1/i2*i2） (Jz4+Jr+J1)=2.8kg.cm2</p><p>　　3.6.2計算折算

74、到電動機軸上的負載力矩</p><p>　?。?）計算折算到電動機軸上的切削負載力矩Tc。</p><p>　　已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力Fa=Famax=2331.4N,絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件軸向移動的距離L=6mm=0.006m，進給傳動系統(tǒng)的傳動比i=5，進給傳動系統(tǒng)的總效率η=0.85，則可得</p><p><b>　　=0.52N*m&l

75、t;/b></p><p>　　計算折算到電動機軸上的摩擦負載距Tu</p><p>　　已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力（即空載時的導軌摩擦力）Fuo=426N,則可得</p><p>　　Tu==0.096N.m</p><p>　　（3）計算由滾珠絲杠預緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加負載力矩Tf。</p>&

76、lt;p>　　已知滾珠絲杠螺母副的效率ηo=0.94，滾珠絲杠螺母副的預緊力Fp為</p><p>　　Fp=1/3Famax=1/3×2331.4N=777.13N</p><p><b>　　則可得</b></p><p>　　=777.13*0.006*（1-0.94*0.94）/（2*3.14*0.85*5）=0.021

77、N*m</p><p>　?。?）計算到電動機軸向上的負載力矩T的計算。</p><p>　　1 空載時（快進力矩），可得</p><p>　　Tf=Tu+Tf=(0.096+0.021)N*m=0.12N*m</p><p>　　2.切削時（工進力矩），可得</p><p>　　Tgj=Tc+Tf=(0.52+0.0

78、21)N*m=0.54N*m</p><p>　　3.6.3計算折算到電動機軸上的加速度力矩Tap</p><p>　　根據(jù)以上計算結果和查表，初選130BF001型反應式前進電動機，其轉(zhuǎn)動慣性Jm=4.6kg.cm²。而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量Jd=2.8kg.cm²。對于開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速度時間tn=0.05s，當機床執(zhí)行部件以最快速度v=1200mm/min運動時

79、電動機的最高轉(zhuǎn)速為 </p><p>　　Nmax=r/min=1000r/min</p><p><b>　　由此得</b></p><p>　　Tap=（Jm+Jd）=×(4.6+2.8)kgf.cm</p><p>　　=79.03kgf.cm=7.74N.m</p><p>　　

80、3.6.4計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上的各種力矩 </p><p>　　(1)按上式可得，計算空載啟動力矩Tq</p><p>　　Tp=Tap+(Tu+Tf)=(7.74+0.096+0.02)mm=7.85N.m</p><p>　　(2)計算快進力矩Tkj</p><p>　　Tkj=Tu+Tf=（0.096+0.021）N.

81、m=0.11N.m</p><p><b>　　(3)計算工進力矩</b></p><p>　　Tgj=Tc+Tf=（0.52+0.021）N.m=0.54N.m</p><p>　　3.6.5選擇驅(qū)動電動機的型號</p><p>　　(1)選擇驅(qū)動電動機的型號。</p><p>　　根據(jù)以上計算

82、和查表，選擇國產(chǎn)130BF001型反應式步進電動機為驅(qū)動電動機，其主要技術參數(shù)如下：相數(shù)，5；步距角，0.75°/1.5°；最大靜轉(zhuǎn)矩，9.31N.m;轉(zhuǎn)動慣量，4.6kg.cm²；最高空載啟動頻率，3000HZ;運行頻率，16000HZ；分配方式，五相十拍；質(zhì)量，92kg。</p><p>　?。?）確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts。</p><p>　　由表給出的機械傳

83、動系統(tǒng)空載啟動力矩Tq與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Ts1的關系可得</p><p><b>　　=0.951</b></p><p>　　Ts1=Tq/0.951=7.86/0.95N.m=8.24N.m </p><p>　　機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩Tq與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Ts2的關系為</p><p>

84、　　Ts2=TG1/0.3=0.54/0.3N*m=0.18N*m</p><p>　　取Ts1和Ts2中的較大者為所需的步進電動機的最大轉(zhuǎn)矩Ts，即Ts=8.24N.m</p><p>　　本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31N.m，大于Ts=8.24N.m，可以在規(guī)定的時間里正常啟動，故滿足要求。</p><p>　　（3）驗算慣量匹配。</p><

85、;p>　　為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量T1與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量Jm之比一般應滿足式，即</p><p><b>　　0.25≦≦1</b></p><p>　　因為=2.8/4.6=0.61∈（0.25，1），故滿足慣性匹配要求。</p><p>　　3.7橫向機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析</p>&

86、lt;p>　　3.7.1計算絲桿—工作臺縱向振動的最低的最低固有頻率wnc。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度Ko=Kmin=148×1000000N/m，機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和棍子絲桿螺母副的質(zhì)量分別為m，ms，棍子絲桿螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為md=m+1/3ms，已知m=84kg，則</p><p>　　ms=π/4××63.5

87、×7.8×kg=2.43kg</p><p>　　md=m+ms=（84+×2.23）kg=92.10kg</p><p>　　ωnc=√（K0/md）=√（148*1000000/92.1）rad/s=1250.4rad/s</p><p>　　3.7.2計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率wnt</p><p>　

88、　折算到滾珠絲桿軸上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量（kg.m²）為</p><p>　　Js=J*i=（4.6+2.8）×5kg.cm²=0.003737kg.m²</p><p>　　已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度Ks=KΦ=4183.69N.m/rad，則</p><p>　　Wnt=√（Ks/Js）=√(4183.69/0.0037)ra

89、d/s=1063.4rad/s</p><p>　　由上述計算可知，絲桿-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率wnc=1250.4rad/s，扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)額最低固有精品了wmt=1063.4rad/s，都比較高，一般按wn=300rad/s的要求來設計機械傳動系統(tǒng)剛度，故滿足要求。</p><p>　　3.8橫向機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析</p><p>　　3.8.

90、1計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)Δ</p><p>　　已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值Kmin=148×1000000N/mm導軌的經(jīng)摩擦力Fo=568N,由公式可得</p><p>　　Δ=2δμ=2F0/Kmin*1000mm=2*568*1000/148*1000000=7.68um</p><p>　　即7.7um＜8um，故滿足要求</

91、p><p>　　3.8.2計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差δ</p><p><b>　　由上式得</b></p><p>　　δkmax=Fo（）×1000=568*（1/148-1/238）=1.45μm</p><p>　　即δkmax=1.45um＜6um，故滿足要求</p>

92、<p>　　3.8.3計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差</p><p>　?。?）計算由扭轉(zhuǎn)引起的滾珠絲杠螺母副的變形量θ</p><p>　　已知負載力矩T=Tkj=110N.mm，由圖得扭矩作用點之間的距離L2=437mm，絲桿底徑d2=21.9mm則由式得</p><p>　　θ=7.21×0.01T*L2/d2（4）=7.21*0.01*

93、437/<21.9（4）>=0.015°</p><p>　?。?）由該扭轉(zhuǎn)變形量θ引起的軸向移動滯后量δ將影響工作臺得定位精度，由式得</p><p>　　δ=Lo*θ/360mm=6*0.015/360≈0.0002mm=0.2um</p><p>　　3.9確定橫向滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號</p><p>

94、;　　3.9.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級</p><p>　　本進給傳動系統(tǒng)采用開環(huán)空載系統(tǒng)，應該滿足下列要求;</p><p>　　V300p+eq≦0.8×（定位精度－δkmax－δ）=0.8×（40－1.45－0.2）=30.68</p><p>　　Um=30.68um eq+Vup≦0.8×（定位精度－δkmax－δ）&l

95、t;/p><p><b>　　=30.68um</b></p><p>　　取滾珠絲杠螺母副的精度等級為3級，查表得V300p=12um；當螺紋長度為500mm時，查表得eq=15um，vap=13um；V300p+eq＜30.78um，eq+Vap=28um＜30.78um。故滿足設計要求。</p><p>　　3.9.2確定滾珠絲杠螺母的規(guī)格型

96、號。</p><p>　　滾珠絲杠螺母的規(guī)格型號為 FFZL2506-3-P3/585×400，具體參數(shù)如下。公稱直徑與導程：25mm，6mm；螺紋長度：400mm；絲桿長度；635mm；類型與精度：p類，3級精度。</p><p>　　4.1縱向機械部分設計</p><p>　　4.1.1 設計參數(shù)</p><p>　　最大加工直

97、徑：500mm</p><p>　　溜板及刀架重量：縱向，1300N; 橫向,840N</p><p>　　快速進給：縱向，2400mm/min；橫向，1200mm/min</p><p>　　最大切削進給速度：縱向，0.6m/min；橫向，0.3m/min</p><p>　　重復定位精度： 0.0016mm/全行程 </p>

98、<p>　　主電動機功率：7 KW</p><p>　　4.1.2 主切削力及其切削分力計算</p><p>　　(1) 計算主切削力Fx。</p><p>　　以知機床電動機的額定功率Pm為7kw,最大工件直徑D=500mm，主軸轉(zhuǎn)速n=85r/min。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，刀具切削速度為：</p><p>　　V

99、=πDn/60=3.14*500*85/（1000*85）m/s=2.22m/s</p><p>　　去機床的機械效率η=0.8，則可得</p><p>　　Fz=ηPm/v*1000N=3243.24N</p><p>　　(2)計算各切削分力。</p><p>　　走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力Fy可得：</p>

100、;<p>　　Fx=0.25Fz=0.25×3243.24N=810.81N</p><p>　　Fy=0.4Fz=0.4×3243.24N=1297.30N</p><p>　　4.1.3 導軌摩擦力的計算和造型</p><p>　?。?）計算在切削狀態(tài)下的導軌摩擦力Fu。此時，導軌受到的垂直向切削力Fv=Fz=3243.24N，

101、橫向切削分力Fc=Fx=1297.3N，移動部件的重力W=1300N，查表得鑲條緊固力fg=2000N，取導軌動摩擦系數(shù)u=0.15則</p><p>　　Fu=u（W+fg+Fv+Fc）=0.15×(1300+2000+3243.24+1297.3)N=1176.08N</p><p>　　計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力Fuo和Fo</p><p>　　

102、Fuo=u（W+fg）=0.15×(1300+2000)N=495N</p><p>　　Fo=uo（W+fg）=0.2×(1300+2000)N=660N</p><p>　　4.1.4 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力</p><p>　　(1)計算最大軸向負載力Famax</p><p>　　Famax=Fy+Fu=（

103、1297.30+1034.10）N=2468.11N</p><p>　　（2計算最小軸向負載力Famin</p><p>　　Famin=Fuo=495N</p><p>　　4.1.5確定進給傳動鏈的傳動比i 和傳動級數(shù)</p><p>　　取步進電動機的步距角α1.5°，滾珠絲桿的基本導程Lo=12mm，進給傳動鏈的脈沖當量δ

104、p=0.01mm/脈沖。則可得</p><p>　　i==1.5*12/（360*0.01）=5</p><p>　　按最小慣量條件，又為不使大齒輪直徑太大影響橫向溜板的有效行程故該減速器應采用2級傳動，傳動比可以分別取i1=2，i2=2.5，根據(jù)結構需要，確定各傳動齒數(shù)分別為Z1=20，Z2=40，Z3=20，Z4=50，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm</p><p&g

105、t;　　4.1.6 滾珠絲桿的動載荷計算與直徑估算</p><p>　　1）按預期工作時間估算滾珠絲預期的額定動載荷Cam</p><p>　　已知數(shù)控機床的預期工作時間Lh=15000h，滾珠絲桿的當量載荷Fm=Famax=2468.11N，查表得，載荷系數(shù)fw=1.3，初步選擇滾珠絲杠的精度等級為3級精度，取精度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=1，取滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速nm=nmax（該轉(zhuǎn)

106、速為最大切削進給速度Umax時的轉(zhuǎn)速），已知Umax=0.6m/min,滾珠絲杠的基本導程Lo=12mm則</p><p>　　Nmax==1000*0.6/12r/min=50r/min</p><p>　　Cam=3√（60nmLm）Fmfw/（100fafc）=3√（60*50*15000）*2468.11*1.3/（100*1*1）N=11410.51N</p>&l

107、t;p>　　2)按精度要求確定也許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m。</p><p>　　1.根據(jù)定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。</p><p>　　已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為40um，重復定位精度為16um，則可得δ</p><p>　　取上述計算結果的較小值，即δmax=5um</p><p>

108、　　2.計算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用一端固定，一端游動支撐方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支撐之間的距離為</p><p>　　L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度</p><p>　　≈( 1.2~1.4)行程+（25~30）L</p><p><b&g

109、t;　　取</b></p><p>　　L=1.4×行程+30Lo</p><p>　　=（1.4×1000+30×6）mm=1580mm</p><p>　　d2m≧0.078×√（F0*L/δmax）=0.078×√（660*1580/5.33）=34.5mm</p><p>

110、　　4.1.7初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號</p><p>　　根據(jù)以上計算所得的Lo，Cam，d2m和結構的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號為FFZL5012-5，其公稱直徑為do，基本導程Lo，額定動載荷Ca和螺紋底徑d2如下：</p><p>　　do=50mm，Lo=12mm</p><p>　　Ca

111、=53800＞Cam=11410.51N</p><p>　　d2=42.7mm＞d2m=34.5mm</p><p><b>　　故滿足要求。</b></p><p>　　4.1.8初步確定橫向滾珠絲桿螺母副支撐軸承的規(guī)格型號</p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑及滾珠絲杠的安裝要求選取760310TNI型軸承以

112、面對面組配方式裝配，d=50，D=110，B=27，D1=72，D2=94</p><p>　　4.2縱向進給傳動鏈部件的轉(zhuǎn)配圖設計</p><p>　　將以上計算結果用于該部件的裝配圖設計，其計算簡圖如下</p><p>　　4.3縱向滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗</p><p>　　4.3.1滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷Fc的校驗</

113、p><p>　　已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑d2=47.2mm，可知棍子絲桿螺母副的最大受壓長度L1=1233mm，絲桿水平安裝時，取K1=1/3，查表得K2=2，則可得</p><p>　　Fc=K1K2d24/L12×100000=(1/3)×2×<47.2(4)/1233(2)>×100000N=146325.71N</p>

114、<p>　　本車床縱向進給系統(tǒng)棍子絲桿螺母副的最大軸向壓縮載荷為Fmax=2468.11N，遠小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿足要求</p><p>　　4.3.2滾珠絲杠螺母的臨界轉(zhuǎn)速nc的校驗</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的臨界轉(zhuǎn)速的計算長度L2=1237mm，其彈性模量E=2.1×Mpa密度=×7.8×N/mm³，重力加速度

115、g=9.8×10³mm/s²</p><p>　　滾珠絲杠的最小慣性距為</p><p>　　I=d=×47.2（4）=163102.70</p><p>　　滾珠絲杠的最小截面積為</p><p>　　A=d=×47.2（4）mm²=22900.52mm²</p&g

116、t;<p>　　取K1=0.8，可得λ=3.927，則可得</p><p>　　Nc=K1=1319.95r/min</p><p>　　本縱向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為50r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。</p><p>　　4.3.3滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗</p><p>　　查附表得滾珠絲杠的額

117、定動載荷Ca=53800，已知其軸向載荷Fa=Famax=2468.41N,滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速n=nmax=50r/min，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=1.2，則可得</p><p>　　L=（）³×=5990000000r</p><p>　　Lh=L/60n=67700000/（60*50）=1997967h</p><p>　　本車床設計后，滾珠絲桿螺母

118、副的總工作時間壽命Lh=22567h≧15000h，故滿足要求。</p><p>　　4.4計算縱向機械傳動系統(tǒng)的剛度</p><p>　　4.4.1計算機械傳動系統(tǒng)的剛度</p><p>　?。?）計算滾珠絲杠的拉壓剛度Ks。</p><p>　　本機床橫向進給傳動鏈的絲桿支承方式為一端固定，一端游動。絲桿的拉壓剛度Ks可計算。</p

119、><p>　　已知滾珠絲杠的彈性模量E=2.1×Mpa，滾珠絲杠的底徑d2=47.2mm。當滾珠絲杠的落幕中心至固定端支承中心的距離a=Ly=1233mm時，棍子絲桿螺母副具有最小拉壓剛度Ksmin，根據(jù)式可得</p><p>　　Ksmin==1.65×=243.99N/um</p><p>　　當a=L1=213mm時，棍子絲桿螺母副具有最大的拉

120、壓剛度Ksmax，可得</p><p>　　Ksmax=×=1.65×=1291.2N/um </p><p>　?。?）計算滾珠絲杠螺母副支承的剛度Kb。</p><p>　　已知滾動體直徑dQ=12.853，滾動體個數(shù)z=19，軸承的最大軸向工作載荷Fbmax=Famax=2468.41N，則可得</p><p>　　

121、Kb=2×1.95×3=879.11N/um</p><p>　?。?）計算滾珠與滾道的接觸剛度Kc。</p><p>　　滾珠與滾道得接觸剛度K=760N/um，滾珠絲杠的額定動載荷Ca=53800N，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷Famax=2468.41N,則可得</p><p>　　Kc=3√（Famax/（0.1Ca）=562.9N