喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 目錄 1.概述 1 1.1技術(shù)要求 1 1.2總體設(shè)計(jì)方案 2 2.滾珠絲杠螺母副的選型和計(jì)算 2 2.1主切削力及其切削分力計(jì)算 2 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滾珠絲杠的動載荷計(jì)算與直徑估算 3 3.工作臺部件的裝配圖設(shè)計(jì) 7 4.滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn) 8 4.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn) 8 4.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn) 8 4.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn) 8 5.計(jì)算機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度 9 5.1機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度計(jì)算 9 5.2滾珠絲杠螺母副扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算 10 6.驅(qū)動電動機(jī)的選型與計(jì)算 10 6.1計(jì)算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載慣量。 10 6.2計(jì)算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩 11 6.3 計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動機(jī)軸上的各種所需力矩 12 6.4選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 13 7.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號 13 7.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級 13 7.2滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 14 8. 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 14 9.參考文獻(xiàn) 14 1.概述 1.1技術(shù)要求 工作臺、工件和夾具的總質(zhì)量m=918kg，其中，工作臺的質(zhì)量510kg；工作臺的最大行程Lp=600 mm;工作臺快速移動速度18000mm/min；工作臺采用貼塑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動摩擦系數(shù)為0.15，靜摩擦系數(shù)為0.12；工作臺的定位精度為30μm，重復(fù)定位精度為15μm；機(jī)床的工作壽命為20000h（即工作時(shí)間為10年）。機(jī)床采用主軸伺服電動機(jī)，額定功率為5.5kw，機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑刀直徑125mm，主軸轉(zhuǎn)速310r/min。切削狀況如下： 數(shù)控銑床的切削狀況 切削方式 進(jìn)給速度 時(shí)間比例（%） 備注 強(qiáng)力切削 0.6 10 主電動機(jī)滿功率條件下切削 一般切削 0.8 30 粗加工 精加工切削 1 50 精加工 快速進(jìn)給 20 10 空載條件下工作臺快速進(jìn)給 1.2總體設(shè)計(jì)方案 為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案： （1） 工作臺工作面尺寸（寬度×長度）確定為400mm×1200mm。 （2） 工作臺導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，在與之相配的動導(dǎo)軌滑動畫面上貼聚四氟乙烯導(dǎo)軌板。同時(shí)采用斜鑲條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面的間隙，在背板上通過設(shè)計(jì)偏心輪結(jié)構(gòu)來消除導(dǎo)軌背面與背板的間隙，并在與工作臺導(dǎo)軌相接觸的斜鑲條接觸面上和背板接觸面上貼膜。 （3） 對滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊，并對滾珠絲杠進(jìn)行拉伸預(yù)。 （4） 采用伺服電動機(jī)驅(qū)動。 （5） 采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動機(jī)與滾珠絲杠連接。 2.滾珠絲杠螺母副的選型和計(jì)算 2.1主切削力及其切削分力計(jì)算 （1）計(jì)算主切削力Fz。 根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑D=125mm），主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動機(jī)的全部功率，此時(shí)銑刀的切削速度為：（已知機(jī)床主電動機(jī)的額定功率為5.5kw，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n=310r/min。） 根據(jù)公式得刀具的切削速度為： 取機(jī)床的機(jī)械效率為：，則由式得主切削力： （2）計(jì)算各切削分力 工作臺的縱向切削力、橫向切削力和垂向切削力分別為 2.2導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算可以查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書： （1）根據(jù)式（2-8a）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。此時(shí)導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)，查表2-3得鑲條緊固力,則 （2）按式（2-9a）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 （1）按式（2-10a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力 （2）按式（2-11a）計(jì)算最小軸向負(fù)載力 2.4滾珠絲杠的動載荷計(jì)算與直徑估算 1）確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件取電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速得： 2）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 （1）各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷。 強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定為最大軸向載荷，快速移動和鉆鏜定位時(shí)的軸向載荷定為最小軸向載荷。一般切削（粗加工）和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，滾珠絲杠螺母副的軸向載荷分別可按下式計(jì)算： 并將計(jì)算結(jié)果填入表2 表2 數(shù)控銑床滾珠絲杠的計(jì)算 切削方式 軸向載荷/N 進(jìn)給速度/(m/min) 時(shí)間比例/(%) 備注 強(qiáng)力切削 2929.69 10 一般切削（粗加工） 2160.94 30 精細(xì)切削（精加工） 1721.48 50 快移和鏜鉆加工 1575 10 （2）計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速。 （3）按式（2-17）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速。 （4）按式（2-18）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷 3)確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷 （1）按預(yù)定工作時(shí)間估算。查表2-28得載荷性質(zhì)系數(shù)=1.3。已知初步選擇的滾珠絲杠的精度等級為2級，查表2-29得精度系數(shù)=1，查表2-30得可靠性系數(shù)=0.44，則由式（2-19）得 （2）因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按式（2-21）估算最大軸向載荷。查表2-31得預(yù)加載荷系數(shù)=4.5，則 （3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷。 取以上兩種結(jié)果的最大值，＝33801.49 N。 4）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 （1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知工作臺的定位精度為30，重復(fù)定位精度為15，根據(jù)式（2-23）、式（2-24）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得 15＝（5~10） 30＝（6~7.5） 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即=5。 （2）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑。 本機(jī)床工作臺（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式。 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+螺母長度+支承長度 ≈（1.2~1.4）行程+（25~30） 取L＝1.4×行程+30≈（1.4×600+30×10）mm＝1140mm 又=1260N，由式（2-26）得 5）初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 根據(jù)計(jì)算所得的、、，初步選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副FFZD4010-5（見本書附錄A表A-3），其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動載荷和絲杠直徑如下： =40mm， =10mm =46500N＞=33801.49N =34.3mm＞=20.9mm 故滿足式（2-27）的要求。 6）由式（2-29）確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 2929.69N＝976.56N 7）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值與預(yù)緊拉力 （1）按式（2-31）計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值。 已知溫度變化值△t=2℃，絲杠的膨脹系數(shù)α=/℃，滾珠絲杠螺母副的有效行程 ＝工作臺行程+安全行程+2×余程+螺母長度 ＝（600+100+2×20+146）mm＝886mm 故 ＝11△t×＝11×2×886×mm＝0.02mm （2）按式（2-32）計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力。 已知滾珠絲杠螺紋底徑=34.3mm，滾珠絲杠的溫升變化值△t=2℃，則 8）確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號 （1）按式（2-33）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。 （3）計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷。 （4）按式（2-15）計(jì)算軸承的基本額定動載荷C。 已知軸承的工作轉(zhuǎn)速n==230r/min，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷=3664.95N，軸承的基本額定壽命L=20000h。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為 因?yàn)?，所以查?-25得，徑向系數(shù)X=1.9，軸向系數(shù)Y=0.54，故 （5）確定軸承的規(guī)格型號。 因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采取預(yù)拉伸措施，所以選用60°角接觸球軸承組背對背安裝，以組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。由于滾珠絲杠的螺紋底徑為34.3mm，所以選擇軸承的內(nèi)徑d為30mm，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。 在滾珠絲杠的兩個(gè)固定端均選擇國產(chǎn)60°角接觸球軸承兩件一組背對背安裝，組成滾珠絲杠的兩端固定支承方式。軸承的型號為760306TNI/P4DFB，尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為30mm×72mm×19mm，選用脂潤滑。該軸承的預(yù)載荷能力為2900N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力=1939.62N。并在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為1900r/min，高于滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速=2000r/min，故滿足要求。該軸承的額定動載荷為=34500N，而該軸承在20000h工作總壽命下的基本額定動載荷C=34395N，也滿足要求。 3.工作臺部件的裝配圖設(shè)計(jì) 將以上計(jì)算結(jié)果用于工作臺部件的裝配圖設(shè)計(jì)。 4.滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗(yàn) 4.1滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn) 工作臺的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問題。 4.2滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn) 根據(jù)圖可得滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度=837.5mm。已知彈性模量E=MPa，材料密度N/，重力加速度9.8，安全系數(shù)=0.8。由表2-44查得 滾珠絲桿的最小慣性矩為 滾珠絲桿的最小截面積為 故可由公式得： r/min=10738.5r/min 本工作臺滾珠絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 4.3滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn) 滾珠絲桿螺母副的壽命，主要是指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠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。 查附錄A表A-3得滾珠絲桿額定動載荷N，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，滾珠絲桿的動載荷N，滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速n=r/min 即： 一般來講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)該保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命，姑滿足要求。 5.計(jì)算機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度 5.1機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度計(jì)算 (1)計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度。 本工作臺的絲杠支承方式為兩端固定，當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心位于滾珠絲桿兩支承的中心位置（a=L/2，L=1075mm）時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛度，計(jì)算為： 當(dāng)a==837.5mm或a==237.5mm時(shí)（即滾珠絲桿的螺母副中心位于行程的兩端位置時(shí)），滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度計(jì)算得： (2) 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支撐軸承的剛度Kb。 已知軸承的接觸角?=60，滾動體直徑=7.144mm，滾動體個(gè)數(shù)Z=17,軸承的最大軸向工作載荷F= 5723.44N,由表2-45，表2-46得 = 4×2.34× = 4×2.34× (3)計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度K。 查附錄Ａ　表Ａ－３得滾珠與滾道的接觸剛度K=1585N/um，額定動載荷C=46500N，滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷F=2929.69N，故由式（2-46）得 K=K（)=1585×()N/um=1358.79N/um (4) 計(jì)算進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。 由式（2-47a）得進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故K=440.53N/μm 由式（2-47b）得進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為 故K=370.37N/μm 5.2滾珠絲杠螺母副扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算 由圖4-1可知，扭矩作用點(diǎn)之間的距離L= 945.5 mm。已知剪切模量G= M,滾珠絲杠的底徑d=m。由式（2-48）得 K== 11635.35 Nm/rad 6.驅(qū)動電動機(jī)的選型與計(jì)算 6.1計(jì)算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載慣量。 (1)計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)到慣量J。 已知滾珠絲杠的密度=7.810kg/cm,由式(2-63)得: (2)計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量J J= 0.7810DL =0.7810(6.6-3)8.2kg/cm=11.62kg/cm (3)折算到電動機(jī)軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺、工件和夾具）的總質(zhì)量m=918kg，電動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=1cm，則由式（2-65）得 (4)加在電動機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 =++J=(21.43+11.62+23.28)=56.33 6.2計(jì)算折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩 (1)計(jì)算切削負(fù)載力矩T。 已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力F=F=2929.69N,電動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=10mm=0.01m,進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總效率η=0.90，由式（2-54）得 T===5.18Nm (2)計(jì)算摩擦負(fù)載力矩T。 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）F=1575N，由式（2-55）得T==Nm=2.79Nm (3)計(jì)算由滾珠絲杠得預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩T。 已知滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力F=976.56N，滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程L=10mm=0.01mm，滾珠絲杠螺母副的效率=0.94，由式（2-56）得 Tf= 6.3 計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動機(jī)軸上的各種所需力矩 （1）計(jì)算線性加速度力矩T。 已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動時(shí)電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速n=1800r/min，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量J=62kgcm，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量J=56.33kgcm，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益k=20，加速時(shí)間==s=0.15s，由式（2-58）得 （2） 計(jì)算階躍加速力矩。 已知加速時(shí)間，由式（2-59）得 （3） 計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動機(jī)軸上的各種力矩。 1) 按式(2-61)計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動力矩 2) 按式(2-61)計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動力矩 3) 按式(2-57a)計(jì)算快進(jìn)力矩 4) 按式(2-57a)計(jì)算工進(jìn)力矩 6.4選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 (1)選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 根據(jù)以上計(jì)算和表2-14，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的a12/3000i型交流伺服電機(jī)為驅(qū)動電機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)如下：額定功率，3kW,最高轉(zhuǎn)速,3000r/min，額定力矩，12N.m,轉(zhuǎn)動慣量，,質(zhì)量,18kg。 交流伺服電動機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的5~10倍。若按5倍計(jì)算，則該電動機(jī)的加速力矩為60N.m，均大于本機(jī)床工作臺的線性加速時(shí)所需的空載啟動力矩以及階躍加速時(shí)所需的空載啟動力矩，因此，不管采用何種加速方式，本電動機(jī)均滿足加速力矩要求。 該電動機(jī)的額定力矩為12N.m，均大于本機(jī)床工作臺快進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動力矩以及工進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動力矩，因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本電動機(jī)均滿足驅(qū)動力矩要求。 (2)慣量匹配驗(yàn)算。 為了使機(jī)械傳動系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足式(2-67)，即 而在本例中，，故滿足慣量匹配要求。 7.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號 7.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級 本機(jī)床工作臺采用半閉環(huán)系統(tǒng)，、應(yīng)滿足下列要求： 滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級為二級，查表2-20得，查表2-21得，當(dāng)螺紋長度為850mm時(shí)，故滿足設(shè)計(jì)要求。 7.2滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號為FFZD4010-5-P2/1239850，其具體參數(shù)如下。公稱直徑與導(dǎo)程：40mm,10mm;螺紋長度:850mm;絲杠長度:1239mm;類型與精度:P類，2級精度。 8.課程設(shè)計(jì)總結(jié) 在這次的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)到了一些除技能以外的其他東西，領(lǐng)略到了別人在處理問題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化，尤其是在互相的合作中。 課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 9.參考文獻(xiàn) [1] 范超毅.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 [2] 王愛玲.機(jī)床數(shù)控技術(shù).北京：高等教育出版社，2006 13