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畢業(yè)設計 論文 課題名稱 龍門加工中心 Z 軸與 Y 軸進給運動機構(gòu)設計 系 別 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指 導 教 師 教研室主任 系 主 任 年 月 日 II 摘 要 本文全面闡述了龍門加工中心的結(jié)構(gòu)原理 描述了使用一對伺服馬達和滾珠絲杠螺母 解釋的設計的特征的全面結(jié)構(gòu)的原理的優(yōu)點 有關設計和加工中心的驗證更多的信息 進 行分析 此外 它概括的技術(shù)參數(shù) 速度快 效率高 高剛性龍門加工中心提高了精度和輸入感顯著組件的效率 以降低 制造成本 從而在目標中 為了今天 以改善這些缺點 CNC 機床的發(fā)展它是專為已經(jīng) 成為一個主要方向為 Z 軸加工中心和數(shù)控機床行業(yè) Y 軸進給運動機構(gòu)的當前焦點的目 的之一 原則和滾珠絲杠的應用等方面 將重點滾珠絲杠設備的選擇原則 選擇 參數(shù)的選擇 在選擇的準確度 模式選擇周期 不僅原則 如匹配的主機的選擇 包括制造商的選擇 關鍵詞 龍門加工中心 數(shù)控 伺服電機 滾珠絲杠 III Abstract This paper describes the principles of a comprehensive structure of gantry machining center design features discusses the advantages of using servo motor and ball screw nut pairs Details of the design and verification of the machining center and analyzed Also summarizes the technical parameters High speed high efficiency and high rigidity has become the main direction of development of today s CNC machine tools in order to remedy these shortcomings gantry machining center will come into being greatly improving the accuracy and efficiency of parts reduce production costs and therefore the goal machining centers Z axis and Y axis feed motion mechanism designed to be one of the objects of the current focus on the CNC machine tool industry Which focuses on the principle and the principle of selection of ball screw ball screw system to production application and other aspects were introduced Including species selection parameter selection accuracy of selection mode selection cycle the principle of matching the host and select manufacturers and the like Keywords gantry machining centers CNC servo motor ball screw IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第 1 章 緒 論 1 1 1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢 1 1 2 龍門加工中心的基本原理 2 1 3 課題研究的目的和意義 3 第 2 章 設計的內(nèi)容及要求 1 2 1 課題的主要內(nèi)容和基本要求 1 2 2 設計的內(nèi)容 1 2 2 1 數(shù)控裝置總體方案的確定 1 2 2 2 機械部分的設計 1 2 2 3 編寫設計說明書 2 2 3 機床主要部件及運動方式的選定 2 第 3 章 Z 向進給伺服進給結(jié)構(gòu)設計 4 3 1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 4 3 1 1 最大工作載荷的計算 4 3 1 2 最大動載荷的計算 4 3 1 3 滾珠絲杠螺母副的選型 5 3 1 4 滾珠絲杠副的支承方式 5 3 1 5 傳動效率的計算 5 3 1 6 剛度的驗算 5 3 1 7 穩(wěn)定性校核 6 3 1 8 臨界轉(zhuǎn)速的驗證 6 3 2 步進直線電機的計算和選用 7 3 2 1 轉(zhuǎn)動慣量的計算 7 3 2 2 電機力矩的計算 8 V 3 3 步進直線電機的選擇 10 第 4 章 Y 向進給機構(gòu)設計計算 12 4 1 滾珠絲杠的選擇 12 4 1 1 滾珠絲杠的精度 12 4 1 2 滾珠絲杠參數(shù)的計算 12 4 2 伺服電機的選擇 16 4 2 1 最大負載轉(zhuǎn)矩的計算 16 4 2 2 負載慣量的計算 16 4 2 3 空載加速轉(zhuǎn)矩計算 18 4 2 4 軸向間隙的調(diào)整和加預緊力的方法 18 4 3 導軌副的計算 選擇 20 4 4 聯(lián)軸器的選擇 21 4 5 軸承的選擇 22 總結(jié) 23 參考文獻 24 致 謝 25 1 第 1 章 緒 論 1 1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機 奠定了獲取信息社會的唯一與這些工具 比較的人 為了打造 農(nóng)業(yè) 加強在工業(yè)社會人類的體力勞動一個質(zhì)的飛躍 在 1952 年 在美國誕生了第一的數(shù)控機床 從此 傳統(tǒng)的機器帶來了質(zhì)的變化 NC 數(shù)控階段 1952 至 1970 年 人們需要使用硬件連接 NC 數(shù)控系統(tǒng)被稱為 硬連線 NC 騎 數(shù)字邏輯電路在 機器專用計算機 例如 被稱為 NC NC 你 1959 年 第二代 晶體管 1965 年 的第三代 計算機數(shù)控 CNC 階段 1970 年 至今 1970 年 通用汽車公司 規(guī)模化生產(chǎn)和小電腦已經(jīng)出現(xiàn) 因此 縮寫是必須是 通用 一臺電腦 它來了作為數(shù)控系統(tǒng)的移植是在計算機數(shù)控 CNC 階段的核 心組成部分 1971 年 世界上第一 英特爾公司計算機在美國的兩個核心組件 運 算和控制裝置的單芯片上稱為微處理器 微處理器 集成的 LSI 技術(shù) 也 CPU 稱 為中央處理單元 又稱 1974 年微處理器在數(shù)控系統(tǒng)使用 電腦功能采用過小 富裕機控制功能 它被調(diào) 用一次 對照組 分別用來控制多臺機器 因為微處理器 有經(jīng)濟合理 1990 年 PC 被用來指家用 PC 是 的 PC 機作為符合芯成分的要求的數(shù)字控制系統(tǒng)中 以高 的速度階段被開發(fā) 數(shù)控基于 PC 的系統(tǒng)可以在現(xiàn)在階段被發(fā)現(xiàn) 總之 計算機數(shù)控階段經(jīng)歷了三代 1970 年 第四代 1974 年 第五代 1990 年第六代 雖然國家已經(jīng)改變數(shù)字控制 即 CNC 的計算機的名稱 中國仍應當注意 作為 用于指數(shù)控 NC 因此 我們每天都在本質(zhì)上 被稱為 計算機數(shù)字控制 他說 NC 3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 1 為了繼續(xù)根據(jù)第六代個人電腦的發(fā)展方向的開 2 至少人機界面 編程 以應付網(wǎng)絡和通信問題 使用 PC 作為前端機 原系統(tǒng) 將 承擔的一些數(shù)值的任務 2 大力發(fā)展高速 高精 3 智能化方向發(fā)展 1 2 龍門加工中心的基本原理 數(shù)控 數(shù)控 是與控制方法的機器和過程控制的運動的數(shù)字信號 數(shù)控技術(shù) 數(shù)字化信息和工作流程 以及機械運動控制技術(shù) 新型 高科技現(xiàn)代 工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速 CNC數(shù)控 即所謂的數(shù)字化新技術(shù) 新工藝設備已經(jīng)覆蓋了機電 一體化技術(shù) 傳統(tǒng)制造業(yè)和代表的新產(chǎn)品滲透 即范圍 機械制造技術(shù) 微電子 處 理和傳輸技術(shù) 自動控制技術(shù) 伺服驅(qū)動技術(shù) 測試和監(jiān)控技術(shù) 傳感器技術(shù) 軟件 技術(shù) 數(shù)控技術(shù)和新的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的設備和先進的設備 是國家的最先進的技 術(shù)和產(chǎn)業(yè)是最基本的裝備 降低成本 生產(chǎn)效率 為了提高以提高的質(zhì)量保證和勞動 強度的其它方法 這是機械產(chǎn)品 這是極好的特別適用于多品種小批量生產(chǎn)的快速升 級關鍵要有優(yōu)勢 實現(xiàn)各類數(shù)控設備先進的制造工藝 多方位發(fā)展過程中 長期的技 術(shù)開發(fā)和推廣 從發(fā)展速度的一側(cè) 到多軸 從傳統(tǒng)的單軸發(fā)展 從傳統(tǒng)的現(xiàn)代智能 加工中心加工中心 加工后的龍門加工中心速度快 技術(shù)也比較成熟 然而 中國由5 龍門加工中心所產(chǎn)生的薄弱的技術(shù)基礎 研究方法落后 以及資金投入不足等原因 國外的封鎖核心技術(shù) 發(fā)展緩慢 4 5加工中心 從加工中心關鍵部件的開發(fā) 龍門的 基本加工中心和羊肉國內(nèi)外機構(gòu)具有以下特點 1 龍門 它包括一個橫梁和兩個立柱的結(jié)構(gòu) 分為橫梁固定 橫梁靠定位塊鎖定 分段升降和橫梁任意升降三種類型 橫梁固定式結(jié)構(gòu)機床剛性好 但修改梁結(jié)構(gòu)機床 的剛度 所以關閉處理部分 以在工作表面時 不適合大分量的處理 并且低剛度加 工延伸柱塞的長度 當過多時 尺寸精度影響 通過鎖定一個點 而不是該射束定位塊 結(jié)構(gòu)段電梯的剛性更好 向上移動和向下運動光束的下壓頭聯(lián)動 操作變得越來越復 雜 向下壓頭移動聯(lián)動任何新產(chǎn)品與處理的廣泛發(fā)展的升降梁結(jié)構(gòu)的下射式運動 矩形剛性 以及列和橫截面的光束的重型切削和長期精度公差 光束啟閉軌是 其 操作 靈活快速和準確的 具有設備的平衡量 由于圍繞主軸箱移動時 載荷被改變 為具有球向下減小的精度 因此遭受 設置在氣缸中的使用光束來平衡左和右頭部股 3 票 由于負載梁左右移動到的重量變化 以提高機床的精度 2 滑枕 分開式和閉式2種形式 開式結(jié)構(gòu)的滑枕通過夾緊板的開口結(jié)構(gòu)的主軸箱 柱塞的截面積 封閉結(jié)構(gòu) 推桿的主軸箱 它已被夾緊于推桿的小截面積 以使一個 功能強大的重切削加工 以便可移動靈活 柱塞 液壓平衡裝置和頭部庫存 即使在 主軸上 在內(nèi)部使用連續(xù)重切削羊羔的時間強制冷卻期長的 以及以保持精度 以免 影響機器的剛性處理期間 為了滿足工作的處理要求的底表面 滑塊行程 過長 是 不合適的 柱塞 以便增加機器的整體剛度 采用了一體化結(jié)構(gòu) 1 3 課題研究的目的和意義 中國近幾年的龍門加工中心 更快的發(fā)展喂機制 但國際先進水平之間的差距 主要是 仍然存在 可靠性差 外觀差的質(zhì)量 產(chǎn)品開發(fā)周期長 反應差 傳統(tǒng)加工中心體制不足和生產(chǎn)的問題 它已經(jīng)開發(fā)所需的常規(guī)機器的基礎上的新 的加工中心的進給機構(gòu) 夾緊手工系統(tǒng)的創(chuàng)新設計和傳輸系統(tǒng)中 通過傳統(tǒng)的研磨提 供一個系統(tǒng) 增加新的技術(shù) 以降低自動化以提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率 勞動強度和工作 量這是 龍門加工中心的現(xiàn)狀和趨勢機構(gòu)的發(fā)展 現(xiàn)報告如下 規(guī)格 2 擴展了小規(guī)模和 大規(guī)模供應機制 即發(fā)展 性能已通過采取鋼作為材料供給機構(gòu)開發(fā)的 并顯著提高 承載能力進給機構(gòu) 以及繼續(xù)發(fā)展 5 連軸的平行進給機構(gòu)在平行多軸的形式 為了總結(jié)上訴 龍門加工中心的開發(fā)和設計機構(gòu) 具有研究在本主題的方法的結(jié) 果相同的機械設計的非常高的重要性 以達到更好的加工中心的進給機構(gòu)工業(yè)生產(chǎn)中 這已被設計 以允許他們的自動化 加工中心進給機構(gòu)的組件的主體 如下面所描述的 意思是所述部件的主要成 分和設計方法 典型 被設計來研究龍門加工中心的結(jié)構(gòu) 1 通過數(shù)控機床的設計和研究機構(gòu)掌握的一般設計程序和方法 2 通過研究的主題 我們將了解國內(nèi)外數(shù)控機床技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3 分析并提供解決問題的能力 到畢業(yè) 為了培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神 1 第 2 章 設計的內(nèi)容及要求 2 1 課題的主要內(nèi)容和基本要求 本課題要求設計一臺龍門加工中心 機床主要設計參數(shù)下表 完成該題目已具備的條件 可參考無錫橋聯(lián)數(shù)控生產(chǎn)的五軸龍門加工中心 QLM27000 5x 依據(jù)該機床的基本參數(shù)進行設計 具體參數(shù) X 軸行程 1000mm Y 軸行程 1000mm Z 軸行程 500mm 主軸端面距工作臺面距離 300 800mm 快進速度 X Y Z 軸 40m min 工進速度 X Y Z 軸 20m min 加速度 6m s2 定位精度 X Y Z 0 015mm 重復定位精度 X Y Z 0 01mm 最小分辨率 X Y Z 0 0001mm 機床電源 AC3 380V 三相 50Hz 機床外形尺寸 2800 3500 3200mm 2 2 設計的內(nèi)容 2 2 1 數(shù)控裝置總體方案的確定 1 數(shù)控裝置設計參數(shù)的確定 2 方案的分析 比較 論證 2 2 2 機械部分的設計 1 設定脈沖當量 2 機械部件的總體尺寸及重量的初步估算 2 3 傳動元件及導向元件的設計 計算和選用 4 設定伺服電機 5 繪制裝配圖及零件圖 6 等效慣量計算 7 精度分析 2 2 3 編寫設計說明書 1 說明書是設計的總結(jié)性技術(shù)文件 應敘述整個設計的內(nèi)容 包括提方案的確定 系統(tǒng)框圖的分析 機械傳動設計計算 選用元器件參數(shù)的說明 2 論文正文不少于 10000 字 2 3 機床主要部件及運動方式的選定 1 選擇伺服電機 當由功率逆變器到同步電動機驅(qū)動的 它可以得到一個頻率正比于容易變速 這 是 你可以得到很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的一個非常僵硬和機械性能 但結(jié)構(gòu)比感應電動機 比直流電動機更易于更加復雜 同步電動機 被分類為兩類磁性和非磁性的 在后一 類 滯后和具有磁性反應的多樣性 2 滾珠絲杠螺母選擇 球是沒有間隙 精度高 高剛性 高效率和其它優(yōu)點和螺釘 球的數(shù)量是小的 緊湊的徑向 低摩擦損失 并可以是平滑的 傳動效率高 雖 然在軸向方向上的剛性好 后排珠 更復雜的樣品滾珠絲杠螺母工作循環(huán) 你可能需 要調(diào)整的數(shù)控機床加工 以過盈配合的球 并在接觸滾珠絲杠螺母 也就是同時實現(xiàn) 預壓 調(diào)整在接近左到彼此 以推動 除去留下的滾珠絲杠螺母和右間隙螺母 3 導軌副選擇 旨在引導層壓體的選擇軌進給機構(gòu) 它已被移動一軟帶 磨損膏機的其他引導表 面層進行研磨屬于滑軌表面的固定導軌的表面 此為 30 米 分是摩擦系數(shù) 0 03 從成為 導軌 0 05 加速到高剛性 摩擦動態(tài)和靜態(tài)系數(shù)不爬行 確保它是輕微的差異 穿鑄鐵 電阻 它可以比較鐵導軌和鑄造增加 1 至 3 倍 3 第 3 章 Z 向進給伺服進給結(jié)構(gòu)設計 3 1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 3 1 1 最大工作載荷的計算 Z 軸行程為 500mm 已經(jīng)了解到 重力 N 為直線導軌 找出表格 3 NG50 1 最大工作載荷 的式子請見下面 mF 3 1 2 FKxzy 6 49 式子里 考慮顛覆力矩影響時的實驗系數(shù) 設 1 4 滑動導軌摩擦系數(shù) 設 0 2 3 1 2 最大動載荷的計算 3 2 mhwQFfLF 3 3 3 610 Tn 3 4 in 8maxrPVhj 式子里 滾珠絲杠副的壽命系數(shù) 單位 r L 6 絲杠壽命 設 15000 T 載荷系數(shù) 設 1 2 wf 硬度系數(shù)設 1 h 橫向絲杠副最大工作載荷 設 2459 6 mF N 橫向滾珠絲杠導程 初 hPm5 橫向最大工進速度 該設計值為 maxjV in 3 0 橫向最大工進速度對應絲杠的轉(zhuǎn)度 單位 n mr 計算得出得 12278 8 QF N 4 3 1 3 滾珠絲杠螺母副的選型 我選 FL3205 3 型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副 用雙螺母方式預緊 具體數(shù)據(jù)詳見表格 3 1 表 3 1 FL3205 3 型滾珠絲杠相關參數(shù) 公稱直徑 m 導程 鋼球直徑 m 絲杠外 徑 絲杠底徑 m額定載荷 KN接觸剛度 1 m 0d hP wD 1d 2 oaC 32 5 3 5 19 16 5 32 8 14 1453 3 1 4 滾珠絲杠副的支承方式 考慮它的長度 精度和負載的大小再還有改動成本 我采取的是雙推 單推支承方 法 該方式軸向剛度高 位移精度好 可以進行預拉伸 3 1 5 傳動效率的計算 3 5 tan 式子里 螺距升角 按式子 得出 2 28 0h14 3Ptd 摩擦角 往往設 10 算得 95 67 3 6 0182tan 3 1 6 剛度的驗算 號代表拉伸 代表壓縮 1 SElFum 式子里 絲杠的最大工作載荷 單位為 mF N 絲杠縱向最大有效行程 單位為 ul m 5 絲杠材料的彈性模量 鋼 EMPaE510 2 絲杠的橫截面面積 單位 按絲杠螺紋的底徑 確定 S m2d 根據(jù)設計 為 2459 6N 為 420 為 36 5 算得 mFul 2d 0 0047 3 7 1 25 5 36 14 0 29 m 4 7 找出表格 3 3 了解到 所以剛度足夠 m 1 3 1 7 穩(wěn)定性校核 3 8 KF 2a EIfk mF 式子里 絲杠支承系數(shù) 從表格 3 4 得出單推 單推時 設出 1 kf kf 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù) 往往設 2 5 4 本設計選用 4 滾珠絲杠兩端支承間的距離 本設計中該值為 500 a mm 按絲杠底徑 確定的截面慣性矩 單位為 本設中將I2d 642dI 4 代入算出 87080 m5 362 I4 由以上數(shù)據(jù)可以算出 3 9 KF 50871 231 10 5N 臨界載荷 遠大于工作載荷 2459 6N 因此絲杠是穩(wěn)定的 KF m 3 1 8 臨界轉(zhuǎn)速的驗證 3 10 72max 10 cnkcradfKn 式子里 絲杠支承系數(shù) 單推 單推方式時 從表格 3 5 可得該值為 12 1 nkf 6 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 本設計中該值約為 720 ca mm 絲杠內(nèi)徑 2d 安全系數(shù) 設出 0 8cKcK 經(jīng)過計算 得出 5321 由已經(jīng)了解到 可crn in in 4maxV mPh5 以算出 該值小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速 所以滿足要求 mi 80axn 3 2 步進直線電機的計算和選用 3 2 1 轉(zhuǎn)動慣量的計算 1 軸 絲杠等圓柱體慣量計算 2 cmkg 3 11 8MDJ 對于鋼材 3 12 34107 LJ 式子里 M 圓柱體質(zhì)量 kg D 圓柱體直徑 cm L 圓柱體長度 鋼材的密度 23 108 7c 對于齒輪 D 可取分度圓直徑 L 取齒輪寬度 對于絲杠 D 可近似取絲杠公稱直徑 滾珠直徑 L 取絲杠長度 具體式子請見下面 3 13 4320 782510 85 J kgcm 絲 杠 2 絲杠傳動時折算到電機軸上的總傳動慣量 步進直線電機到絲杠 此傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量式子 7 3 14 2 021 LgGJzJs 式子里 220 k cm SJkgcmGNL 傳 動 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 絲 杠 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 工 作 臺 及 工 件 等 移 動 部 件 的 重 量 絲 杠 的 導 程 具體式子請見下面 3 15 941 26 0 89 5 27 3 126 0 22 cmkgJ 3 2 2 電機力矩的計算 電機的負載力矩在各種工況下是不同的 下面是一些相關計算 1 快速空載起動時所需力矩 起M0 maxMf 起 式子里 矩 電 機 軸 上 的 附 加 摩 擦 力由 于 絲 杠 預 緊 時 折 算 到 力 矩 折 算 到 電 機 軸 上 的 摩 擦 軸 上 的 加 速 力 矩 空 載 起 動 時 折 算 到 電 機 快 速 空 載 起 動 力 矩 起 mNMmNf 0max 2 快速進給時所需力矩 快0f 快 因此對運動部件已起動 固不包含 顯然 maxM起快 3 最大切削負載時所需力矩 切tfM 0切 式子里 負 載 力 矩 折 算 到 電 機 軸 上 的 切 削 mNt 在采用絲杠螺母副傳動時 上述各種力矩可用下式計算 8 3 16 2max2max106106 amx tnJnJM 式子里 時 間 最 大 進 給 速 度 所 需 要 的運 動 部 件 從 停 止 加 速 到 步 進 電 機 的 步 距 角 脈 沖 當 量 電 機 最 大 轉(zhuǎn) 速 電 機 最 大 角 加 速 度 上 的 總 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 傳 動 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機 軸 stmrnsNckgJabp in max 2 2 摩擦力矩 NMf iLFf 20 式子里 取傳 動 鏈 總 效 率 一 般 可 計 算 齒 輪 降 速 比 按導 軌 摩 擦 系 數(shù) 運 動 部 件 總 重 量 引 力 處 摩 擦 力 的 計 算 其 計 算 如 計 算 牽 進 行 切 削 加 工 時空 載 快 速 起 動 時 垂 直 方 向 切 削 力 85 0 7 12000 ziif NG GFzfGfFF 附加摩擦力矩 mNM 0 3 17 2001 iLFp 式子里 動 效 率 一 般 取滾 珠 絲 杠 未 預 緊 時 的 傳滾 珠 絲 杠 導 程 為 進 給 牽 引 力 般 取滾 珠 絲 杠 預 加 載 荷 一 9 03 00 L NFFmP 折算到電機軸上的切削負載力矩 cNMt iLFtt 20 9 式子里 其 于 參 數(shù) 如 上 進 給 方 向 最 大 切 削 力 NFt 具體計算 橫向 3 18 264 108 2619 05 5 9 3 4 728 108 26 570 0 mNMNtf 3 19 047 26 105 78 890 max mNtff 切起 3 3 步進直線電機的選擇 目前 經(jīng)濟型數(shù)控中大多數(shù)采用反應式步進直線電機 1 首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距 從表中查出 當步進直線電機為初 選 電 機 型 號maxjM 三相六拍時 3 20 86 0 jmax 起 縱向 3 21 02 586 32 4 NM 起 可以通過以產(chǎn)生一個最大靜扭矩步進電機的線性模型表 110BYG3500 型最大靜扭 矩扭矩 8N M 比所需靜轉(zhuǎn)矩越大點擊 三相 分離 作為主模型你可以 然而 需要 進一步的評估 運行起動轉(zhuǎn)矩線性的轉(zhuǎn)矩的步進電機和頻率特性的頻率特性 步進直線電機起動頻率 Hz 3 22 401 6201max pqvf 最高工作頻率 Hz 3 23 3 86psgf 從電機表中查出 我選的電機可以達到條件 橫向 3 24 mNM 308 2 起 10 設出 90BYGH3502 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 5N m 大于所需靜轉(zhuǎn)矩 11 第 4 章 Y 向進給機構(gòu)設計計算 4 1 滾珠絲杠的選擇 4 1 1 滾珠絲杠的精度 查閱滾珠絲杠的樣本選擇絲杠精度為 5 級精度等級 Y 軸行程 1000mm 4 1 2 滾珠絲杠參數(shù)的計算 1 最大工作載荷的計算 絲杠的摩擦力式子見下面 N 4 1 1968 504 min fgF 絲杠最大載荷是 5000 196 5196 N 4 2 ax 平均載荷是 3529 N 4 3 Fm Finax2 31 319652 2 當量動載荷的計算 滾珠絲杠副主要依據(jù)導程和動載荷數(shù)據(jù)設得 驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速 2000 轉(zhuǎn)每分鐘 絲杠的最高轉(zhuǎn)速是 2000 轉(zhuǎn)每分鐘 工作臺最小進給速度是 0 5 米每分鐘 所以絲 杠的最低轉(zhuǎn)速是 0 1 轉(zhuǎn)每分鐘 設 0 則平均轉(zhuǎn)速 n 1000 轉(zhuǎn)每分鐘 絲杠使用壽命 T 15000h 所以它的工作時限式子算得 675 r 4 4 106nTL 1065 106 當量動載荷值 4 5 KaLpFmC 3 式子里 通常設得 1 2 1 5 有較大沖擊振動時設 1 5 2 5 Kp 12 精度影響系數(shù)設 0 9 Ka Ka 根據(jù)要求去 為 1 5 為 0 9 把上面相關數(shù)值代到式子p 51 59 KN 4 6 9 0 367512 Cm 最大動載荷和初選的絲杠導程設出 FF4010 5 型內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預緊 滾珠絲杠副 數(shù)據(jù)如下表 表 4 1 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果 公稱直徑 mm 0d40 螺距 mm P 10 接觸角 6 3 0 鋼球直徑 mm wd7 144 螺紋滾道法面半徑 mm R715 352 0 dW 偏心距 mm e0 009 螺紋升角 mm Pharctg 6 0 絲杠外徑 mm 1d39 5 絲杠底徑 mm 234 3 螺桿接觸直徑 mm z32 87 3 傳動效率的計算 將公稱直徑 40 毫米 導程 10 毫米 代入 arctan 絲杠螺旋d0PdP0 升角 將摩擦角 代入 算出傳動效率 93 7 6 31 tan 4 剛度的驗算 它可用于確認該滾珠絲杠螺母的校驗剛性 a 滾珠絲杠滾道間的接觸變 1 找到相關式子得出滾珠絲杠與螺紋滾道間接觸變形 13 4 7 301 ZFydwPa 式子里 51590N 把上面相關數(shù)值代到式子 PaCm 0 013 mm 301 ZFyd 3320174 5190 0 設 0 0065mm 1 b 絲杠在工作載荷 作用下的抗壓變形ax 2 則絲杠的截面積 1540 6 42dS m 按式子 把上面相關數(shù)值代到式子 EFeq 2 0 018 mm 6 1540 9 C 總的變形 總 0 0065 0 018 0 0245mm 絲杠的有效行程為 600 絲杠在有效行程 總 2 500 400mm 時 行程偏差允許達到 30 m 可見絲杠剛度足夠 5 穩(wěn)定性的驗算 4 8 KLEIfkPa2 公式子里設支撐系數(shù) 2 fk 從 43 3mm 算出 188957 7 K 取 3 取最大值d264dIm4aL 1200mm 代到式子得 181129 6 3120 7 895 3 Pa 則 f 181129 6N 大于 51590N 故不會失穩(wěn) 滿足使用要求 Cm 6 臨界轉(zhuǎn)速的驗算 查資料得公式 nc 4 9 Lc dfnc2910 一端固定 一端游動 927 3 f 14 把上面相關數(shù)值代到式子 4397 轉(zhuǎn)每分鐘 nc 7 滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定 由于能夠知道上述檢查 絲杠型號為 FF4010 5 完全符合所需要求 8 絲杠支承的選擇 滾珠絲杠的主要載荷是主負載軸向載荷 因此 準確的螺桿的軸向方向 就需要 有一個較大的軸向剛度要求 支持其配置在固定兩個在軸向方向上結(jié)束 選擇的另一 端和浮子固定一端的支持 螺桿的設計 4 2 伺服電機的選擇 4 2 1 最大負載轉(zhuǎn)矩的計算 最大切削負載轉(zhuǎn)矩式子 4 10 iTfpPhFT 02max 機械效率 0 947 因為滾珠絲杠預加載荷引起的附加摩擦力矩 N m 4 11 7 48 29013 0 hPTp 摩擦力矩為 0 32N m 一對軸承的摩擦力矩 0 64N m 傳動比 1 那么Tf i 最大切削負載轉(zhuǎn)矩 N m 7 146 0947 02156 T 所選的伺服電機額定轉(zhuǎn)矩比這個值大 4 2 2 負載慣量的計算 負載慣量 可按下式計算 J1 kg 025 1 802 PhmvJ 3 14 15 絲杠名義直徑 50mm 0 05m 長度 L 1 2m 絲杠材料 鋼 的密度d0 7 8 按式子計算絲杠加在電動機軸上的慣量 13 m 4 12 057 32 4108 742 lJ 慣量 即 31 0 故負載總的慣量式子是 092 1 057 2 3 JJ 根據(jù)有關資料的推薦 匹配條件為 4 13 41 JLM 根據(jù)上述計算可選用表 3 2 中的交流伺服電機 22 3000i型 其額定轉(zhuǎn)矩為 22N m 最高 轉(zhuǎn)動慣量 J 0 012 min30axrn 表 4 2 FANUC HV i系列交流伺服電機 型號 1 5000i 2 5000i 4 4000i 8 3000i 12 3000i 22 3000 i 輸出功率 kw 0 5 0 75 1 4 1 6 3 4 額定轉(zhuǎn)矩 N m 1 2 4 8 12 22 最高轉(zhuǎn)速min1 5000 5000 4000 3000 3000 3000 轉(zhuǎn)動慣量 0 00031 0 00053 0 0014 0 0026 0 0026 0 012 質(zhì)量 3 4 8 12 18 29 伺服放大 器規(guī)格 20i 20i 20i 40i 80i 80i 4 2 3 空載加速轉(zhuǎn)矩計算 需要的空載加速轉(zhuǎn)矩 按下式 Ta 16 4 14 tacnJT60mx2 選的 22 3000i型交流伺服電動機 總慣量 0 0120 0 0092 0 0212 JLM 加速度時間 通常取 的 3 4 倍 故 3 4 3 4 6 18 24 ms 則tacttactm N m 173 060154 321 0 tT 4 2 4 軸向間隙的調(diào)整和加預緊力的方法 滾珠絲杠是 除了在一個方向上存在精確進給驅(qū)動 有特定的要求 也有為了確 保的反向之間的軸向間隙的精度的嚴格要求 軸向間隙是完全除去 這是很困難的 一般雙螺母 它消除了間隙加預負載系統(tǒng)的軸線方向 它已被添加到除去雙螺母預緊 調(diào)整后基本上軸向間隙 如果單個滾珠絲杠螺母的軸向間隙和預壓的副本不是固定的 調(diào)節(jié)螺釘和裝入一個螺母 它可依賴于軸向間隙精度和精密滾珠絲杠連接 以注意的是 兩者的 在為了填補雙螺母預緊的正軸向方向之間的差距 你已被 部隊的存在預裝之后 可以讓你預拉伸 以減少的原因和彈性變形的位移變形 然而 許多的預加載的太是 否則 它被增加驅(qū)動扭矩 低傳動效率高 壽命將會縮短 第 二 去除的軸向間隙 所述螺桿驅(qū)動裝置和間隙的軸向方向的安裝部 則不能忽視它 應在同一時間減少到最低限度進行調(diào)整 以下是使用三種方法中最常用的雙螺母預緊 調(diào)整 1 墊片調(diào)隙式 因為間隔件間隙調(diào)整公式的轉(zhuǎn)動 通常是在螺釘和螺母在兩個凸緣和圓珠筆連接 的中間的順序 的墊片間隙的厚度被確定為產(chǎn)生一個預拉力 是螺母之間的軸向位移 的目的 這樣的結(jié)構(gòu) 具有結(jié)構(gòu)簡單 可靠性高 并且其特征在于 容易組裝和拆卸 然 而 一個缺點 以便消除間隙 由于能夠切換到隔離物的不同的厚度 一個非常耗時 的調(diào)整不能調(diào)節(jié)到工作狀態(tài) 在其中它被使用的一般機制因為這樣的精度 2 螺紋調(diào)隙式 結(jié)果表明螺桿間隙的調(diào)整公式 延長隨后的幾輪在外側(cè)套筒上的鎖緊螺母 以及 調(diào)節(jié)間隙之后的第二圓螺母 螺桿凸緣 和一個是你堅果外端部和另一螺母沒有凸緣 17 的螺母的外端 然后將其鎖定 這種結(jié)構(gòu)因此容易調(diào)整緊湊 雖然廣泛使用的 非常精確的調(diào)整的位移量 圖 4 4 墊片調(diào)隙式 圖 4 5 螺紋調(diào)隙式 3 齒差調(diào)隙式 如圖 4 6 為齒差調(diào)隙式 另外 在兩個螺母的是 2 齒 3 上的凸緣的圓內(nèi) 具有環(huán)形 齒輪的齒的齒之間的螺旋 1 和銷的齒 3 套筒的內(nèi)圓數(shù)值差 4 5 對已經(jīng)已得到修復 調(diào) 整 滾筒輥子 5 通過兩個螺母的相對轉(zhuǎn)動 螺母旋轉(zhuǎn)圓柱齒輪 2 其可以執(zhí)行兩種相 互角位移 以便除去齒 3 的內(nèi)圓 此次重組是精確和可靠的定位精度 在機器的唯一 的高精密數(shù)控機床的復雜結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應用 1 螺釘 2 圓柱齒輪 3 內(nèi)齒圓 4 定位銷 5 套筒 圖 4 6 齒差調(diào)隙式 4 3 導軌副的計算 選擇 選導軌 因系統(tǒng)受中等沖擊 因此取 4 0sLf 0 5 OSLXYZCfPFW 18 xZXYYOSLP 0 5 F W 0 5 2 671 8 35 79N26Cf413 94 根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌 選擇漢機江機床廠 HJG D 系列滾動直線導軌 其型號為 HJG D25 基本參數(shù)如下 表 4 3 額定靜載荷初選導軌 額定載荷 N 靜態(tài)力矩 N M 滑座重 量 導軌重 量 導軌長度 動載荷 aC靜載荷 oATBCTgK gmL mm 17500 26000 198 198 288 0 60 3 1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復次數(shù) M Sl n 4 0 6 4 導軌的額定動載荷 N1750aC 依據(jù)使用速度 v m min 和初選導軌的基本動額定載荷 kN 驗算導軌的工作壽aC 命 Ln 額定行程長度壽命 HTCaWfSFK 2045M1 81 oTCHRdfff 3310 8752 14209 58HTCaWfSFKkm 導軌的額定工作時間壽命 3102SoTHln 3 349 5810471506Sol hT 19 導軌的工作壽命足夠 4 4 聯(lián)軸器的選擇 金屬撓性接頭的彈性元件 板材彈簧 圓柱形 例如可以是板狀形狀的各種配置 諸如音量 使用金屬 配置 性能柔性聯(lián)接 金屬彈性元件 的高溫度條件下的強度 最大值和彈性 使用壽命長的模量的穩(wěn)定的彈性部件的合適的非金屬 比所述高負載 傳遞能力 更高 幾個一起堆疊的片材設置數(shù)目由組所指示的 由隔膜 以及耦合鏈路的兩半 螺 栓膜片聯(lián)接器隔膜 不銹鋼 移位的各膜片工作的耦合全不同的形狀 高性能金屬弱 元件撓性聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)更緊湊 高亮度 無油 長壽命的旋轉(zhuǎn)再現(xiàn) 與適合于高速 獨 立的溫度和油油膜 堿 防銹性能 高溫度 已被廣泛用于各種機械設備傳輸?shù)妮S系 傳動 圖 4 7 DJM5 金屬膜片撓性聯(lián)軸器 4 5 軸承的選擇 滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動軸承有 1 接觸角為 60 度的角接觸球軸承 它廣泛的軸承可以組合設置 它在國內(nèi)外的球軸承使用 之一是 后端到回到另 一個組合 是一個面到面 一軸向一個方向的力的組合支持采取下列因素 CA 21 40 3216 4 至 2 64 制造和誤差不可避免緣安裝 而且由于小回到后端在使用 兩個面的軸的交叉點之間的距離的面對行比組合和螺桿之間的接觸的過程中 同軸螺 母 自動調(diào)整很容易實現(xiàn) 因此 將開發(fā)的組合的驅(qū)動器與更多面對面 2 滾針 推力圓柱滾子組合軸承 該軸向負荷的兩個方向 磨環(huán)間隔套筒 預壓量已經(jīng)固定相對于該調(diào)整寬度旋轉(zhuǎn) 20 推力軸承 這回使用角接觸球軸承 7009 型號 具體詳見下表格 表 4 4 角接觸球軸承 21 總結(jié) 在這幾個月的畢業(yè)設計過程中 經(jīng)過我仔細查閱書刊數(shù)量大 分析的基本設計要 求和由導師提供的數(shù)據(jù) 但是現(xiàn)在我們的加工中心是 它會發(fā)展大勢所趨機構(gòu)分析 在網(wǎng)上圖書館 然后 以確定第一暫定這種設計的基本方案 收集了大量的第一手資 料 然后設計出具體方案 為了滿足這些要求 機械傳動結(jié)構(gòu)摩擦 從而軋件 取向降低靜壓導軌貨架 以 便利用輔助驅(qū)動的 比如 以最大限度地提高低摩擦滾珠絲杠是設計 數(shù)控技術(shù)的發(fā) 展 坐標必須 該帶動工程機械的未來成員驅(qū)動電機數(shù)控機床的控制裝置伺服系統(tǒng)的 發(fā)展方向 并通過執(zhí)行器反饋閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制 數(shù)控機床是清除鍵 通過選擇減速 的最佳比例 以減少慣性 利用預壓方法用于改善傳輸剛性 旨在消除的方法的死區(qū) 提高了最重要的傳播剛性和低慣性一個錯誤 如為 相反減少 為了消除間隙 利用 傳輸剛度增加的預負荷 不僅 不僅大小和伺服進給系統(tǒng)的突出特點的機械設計的慣 性 則不需要增加幾乎恒定傳輸剛度 伺服系統(tǒng) 步進馬達 在順序的徑向凹槽 以確保圓形 直接連接到所述滾珠螺 桿通過柔性聯(lián)接螺桿傳動的帶動下 軸承角軸承 保證主軸的偏轉(zhuǎn)擊敗 你可以使用 都沒有 在設計中 認為滿足精度要求 考慮到經(jīng)濟效率 設備和部件的選擇是高精 確度的要求 設計的成本高 22 參考文獻 1 馮辛安主編 機械制造裝備設計 北京 機械工業(yè)出版社 19991 0 2 盛伯浩主編 機床的現(xiàn)狀與發(fā)展 北京 機械工業(yè)出版社 2005 1 3 王愛玲 白恩遠等編著 現(xiàn)代數(shù)控機床 北京 國防工業(yè)出版社 2003 4 4 關穎主編 數(shù)控車床 沈陽 遼寧科學技術(shù)出版社 2005 1 5 盛曉敏 鄧朝暉 先進制造技術(shù) M 北京 機械工業(yè)出版社 2002 6 謝紅 數(shù)控機床機器人機械系統(tǒng)設計指導 M 上海 同濟大學出版社 2004 8 7 高葉玲主編 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動 北京 國防工業(yè)出版社 1977 7 8 孫恒 陳作模主編 機械原理 北京 高等教育出版社 2000 8 9 濮良貴 剛主編 機械設計 北京 高等教育出版社 2004 2 10 成大先主編 機械設計手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2004 1 23 致 謝 在本文中 是在老師的指導下完成的 他渴望幫助很多教師和學生來要永遠感謝 他們 我的設計 首先 我要感謝我們的教授 我們的老師認為是適當?shù)陌才诺臅r間 表 但我們是嚴格的 關閉從開始到畢業(yè)的回復 有可能避免懶散現(xiàn)象的日程安排出 現(xiàn)混亂你 為了使我們能夠勝利完成的時間畢業(yè)設計任務 老師一再加深我們對數(shù)控 機床的理性認識 本集團的學生帶數(shù)控龍門加工中心之旅一年 相關信息設計學生的 一部分 為了保證這些學生 這些學生的進步 很難親自領取 以便找到相關資料 找老師多么專業(yè)不同你可以 各組學生的進展 我們是作為已經(jīng)上了大學的要求已經(jīng) 達到 這是有效的教師指導的來源 我很欣賞老師治學嚴謹 贊美他的人 并感謝他 的耐心 以指導我們 我相信他 我會教我的生活 其次 我是 在設計過程中 我想感謝所有我們組的學生 他們給了我無私的幫 助 李特別是學生 他是一個善良 充滿知識 勤奮工作 在許多方面 走在了我們 的面前 我是他的一切 我認為這是類似于解決遇到的難題 在設計手冊的一面 我給我們以幫助老年人和想再次感謝所有但從數(shù)控機床的操作點實驗室的自我的 教師 它們提供的協(xié)助我們的畢業(yè)設計的選項和無私的感謝