JCS-018立式加工中心主軸箱及進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）,jcs,立式,加工,中心,主軸,進(jìn)給,系統(tǒng),設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 1 頁(yè) 共 76 頁(yè) 摘要 本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有加工中心的分析研究 提出一種新的設(shè)計(jì)方案 其自動(dòng) 化程度更高 結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單 這一點(diǎn)在論文會(huì)得以體現(xiàn) 本方案中 主軸箱 采用交流調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速 在 X Y Z 三個(gè)方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠 絲杠 而動(dòng)力則由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)調(diào)隙齒輪來(lái)傳遞 并且采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控 制 控制系統(tǒng)采用 MCS 51 系列單片機(jī) 通過(guò)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 I O 接口實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì) 論文中也對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做出了相關(guān)說(shuō)明 關(guān)鍵詞 交流調(diào)速電機(jī) 滾珠絲杠 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 2 頁(yè) 共 76 頁(yè) Abstract This design tries a new method after the analyze and research of the exited machining center with the higher automatization degrees and the simpler configuration which will be explained in the paper In the method AC adjustable speed motor is used for the realization of the level shift in variable speed and in the motion of we all adopt ball bearing thread haulm for the X Y Z direction The power of which is step by step electromotor transferred by gear that used for adjusting gaps And more we used singlechip for numerical control The control system introduces MCS 51 series singlechip and the realization of hardware circuit was accomplished by enlarging program memorizer data memorizer and I O meet meatus Also the paper explained the design for software system Keywords AC adjustable speed motor ball bearing thread haulm the step by step electromotor the enlarge for SCM system 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 3 頁(yè) 共 76 頁(yè) 目錄 前 言 1 1 機(jī)床總體方案設(shè) 計(jì) 1 1 1 機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選 定 1 1 2 機(jī)床主要部件及運(yùn)動(dòng)方式的選 定 2 1 3 機(jī)床總體布局的確 定 3 2 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì) 算 8 2 1 電機(jī)的選 擇 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 4 頁(yè) 共 76 頁(yè) 8 2 2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì) 算 9 2 3 軸的設(shè)計(jì)計(jì) 算 13 2 4 離合器的選 用 21 3 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì) 算 22 3 1 概 述 22 3 2 設(shè)計(jì)計(jì) 算 22 3 3 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè) 計(jì) 2 9 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 5 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 4 滾珠絲杠螺母副的承載能力的校 驗(yàn) 30 3 5 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛 度 3 1 3 6 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì) 算 3 3 3 7 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分 析 3 6 3 8 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分 析 37 3 9 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型 號(hào) 38 3 10 滾珠絲桿副的預(yù)緊方 式 38 3 11 齒輪傳動(dòng)消 隙 39 4 控制系統(tǒng)的設(shè) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 6 頁(yè) 共 76 頁(yè) 計(jì) 39 4 1 控制系統(tǒng)總體方案的擬 訂 3 9 4 2 總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè) 計(jì) 3 9 參考文 獻(xiàn) 56 謝 辭 57 科技譯 文 58 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 7 頁(yè) 共 76 頁(yè) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 8 頁(yè) 共 76 頁(yè) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 9 頁(yè) 共 76 頁(yè) 前 言 加工中心集計(jì)算機(jī)技術(shù) 電子技術(shù) 自動(dòng)化控制 傳感測(cè)量 機(jī)械制造 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體 是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品 它的發(fā)展和運(yùn)用 開(kāi)創(chuàng)了制 造業(yè)的新時(shí)代 改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 管理方式 使世界制造 業(yè)的格局發(fā)生了巨大變化 現(xiàn)在的 CAD CAM FMS CIMS 都是建立在數(shù)控 技術(shù)之上 目前數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于制造業(yè) 數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為 衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志 而加工中心的發(fā)展最為重要 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展 市場(chǎng)上對(duì)數(shù)控的要求也有很大的改變 正要求 數(shù)控系統(tǒng)朝著高速 高精度 高可靠性發(fā)展 為追求加工效率及更通用化迫使 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化 智能化 柔性化 用戶界面圖形化 科學(xué)計(jì)算可視化 內(nèi)置高性能 PLC 多媒體技術(shù)應(yīng)用等方面發(fā)展 加工中心的優(yōu)點(diǎn)有 1 提高加工質(zhì)量 2 縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間 3 減少在 制品 4 減少刀具費(fèi) 5 最少的直接勞務(wù)費(fèi) 6 最少的間接勞務(wù)費(fèi) 7 設(shè) 備利用率高 總的來(lái)說(shuō) 加工中心的發(fā)展動(dòng)向是高速 進(jìn)一步提高精度和愈發(fā) 完善的機(jī)能 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以大量圖例來(lái)說(shuō)明加工中心的主軸箱設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)的思路 設(shè)計(jì)中得到顏竟成教授的悉心指導(dǎo) 在此向他表示誠(chéng)摯的的感謝 由于編者的水平和經(jīng)驗(yàn)有限 加之設(shè)計(jì)時(shí)間較短 資料收集較困難 說(shuō)明書(shū)中 難免有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤 在此懇請(qǐng)讀者諒解 并衷心希望廣大讀者提出批評(píng)意見(jiàn) 使本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)能有所改進(jìn) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 10 頁(yè) 共 76 頁(yè) 1 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) 1 1 機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況 初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下 工作臺(tái)寬度 長(zhǎng)度 400 1600mm mm 工作臺(tái)最大縱向行程 650mm 工作臺(tái)最大橫向行程 450mm 工作臺(tái)最大垂直行程 500mm X Y 軸步進(jìn)電機(jī) a12 3000i Z 步進(jìn)電機(jī) a12 3000i 主軸最大輸出扭矩 70 公斤力 米 主軸轉(zhuǎn)速范圍 45 2000r min 主電動(dòng)機(jī)的功率 4kw 主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1500r min 機(jī)床外行尺寸 長(zhǎng) 寬 高 2488 1200 2710mm mm mm 機(jī)床凈重 500kg 1 2 機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定 1 主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 因所設(shè)計(jì)的臥式加工中心要求能進(jìn)行車 銑和鏜 橫向方向的行程比較大 因而采用工作臺(tái)不動(dòng) 而主軸箱各軸向擺放為臥式的機(jī)構(gòu)布局 采用交流無(wú)級(jí) 調(diào)速電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 并且串聯(lián)有級(jí)變速箱來(lái)擴(kuò)大變速范圍 為了使主軸 箱在數(shù)控的計(jì)算機(jī)控制上齒輪的傳動(dòng)更準(zhǔn)確 更平穩(wěn) 工作更可靠 主軸箱主 要采用離合器交換齒輪的有級(jí)變速 2 給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) 本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制 因此在 X Y Z 三 個(gè)方向上 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副 其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)調(diào)隙齒輪 傳遞 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 11 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn) 采用單片機(jī)控制 各個(gè)控制按鈕均安裝在控制臺(tái)上 而控制臺(tái)擺放在易操 作的位置 這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定 4 機(jī)床其他零部件的選擇 考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性 機(jī)床附件如油管 行程開(kāi)關(guān)等 以及 標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠 軸承等均選擇外購(gòu)形式 1 3 機(jī)床總體布局的確定 一 確定主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)方案 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng) 它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速 速 度 和一定的變速范圍 以便采用不同材料的刀具 加工不同材料 不同尺寸 不同要求的工件 并能方便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停 變速 換向和制動(dòng)等 加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件 它與普通機(jī) 床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單 這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍?軸電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān) 機(jī)床上常用的變速電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流變頻電動(dòng)機(jī) 在額定的轉(zhuǎn)速 上為恒功率變速 通常變速范圍僅為 2 3 額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩變速 調(diào)整 范圍很大 變速范圍可大 30 甚至更大 上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機(jī)床 的使用要求 為了擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍 在變速電動(dòng)機(jī)和主軸之間串聯(lián)一個(gè)有 級(jí)變速箱 本機(jī)床采用交流調(diào)速電機(jī)變速 為了在變速范圍內(nèi) 滿足一定恒功率和恒 轉(zhuǎn)矩的要求 為了進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍 在后面串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速裝置 二 確定主軸箱有級(jí)變速級(jí)數(shù) 取變速箱的公比為 等于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍 即 f dpRdpf 功率特性圖是連續(xù)的 無(wú)缺口和無(wú)重合 如變速箱級(jí)數(shù)為 Z 則主軸的恒功率 變速范圍 等于NPR 1zzNPdpff 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 12 頁(yè) 共 76 頁(yè) 變速箱的變速級(jí)數(shù)可得出 lgnpfZR 主軸要求的恒功率變速范圍 20 45 NP 電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍 13dp 取變速箱的公比 f 故變速箱的變速級(jí)數(shù) lgl451 npfZR 故通過(guò)圓整取 Z 12 三 確定各齒輪的齒數(shù) 在確定齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大 以免加大兩軸之間的 中心距 使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大 而且增大齒數(shù)和還會(huì)提高齒輪的線速度而增大躁 聲 所以在設(shè)計(jì)時(shí)要把齒數(shù)和控制在 為了控制每組嚙合齒輪不102zS 產(chǎn)生根切現(xiàn)象 使最小齒數(shù) 因而齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)小 8minZ 受結(jié)構(gòu)限制的個(gè)齒輪 尤其是最少齒輪 應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝 齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽 m 為模數(shù) 以保證有足夠強(qiáng)的強(qiáng)度 避免出2a 現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象 應(yīng)保證 in1TD 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 其最少齒根直徑 代入上式可得 minin 2 5 z 26 5minTZ 式中 齒輪的最少齒數(shù) i 齒輪模數(shù) 齒輪鍵槽頂面至軸心線的距離 T 由于此傳動(dòng)在同一變數(shù)組為同模數(shù)傳動(dòng) 各對(duì)齒輪的齒數(shù)的齒數(shù)之比 必 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 13 頁(yè) 共 76 頁(yè) 須滿足傳動(dòng)比 當(dāng)各對(duì)齒輪的模數(shù)相同 且不采用變位齒輪時(shí) 則各對(duì)齒輪的 齒數(shù)和必然相等 可列出 121jjjjzus 式中 分別為 J 齒輪副的主動(dòng)與從動(dòng)齒輪的齒數(shù) 12 jz J 齒輪副的傳動(dòng)比 ju 齒輪副的齒數(shù)和 zs 由上述公式可得 12jj zj zjsu 因此 選定了齒數(shù)和 便可以計(jì)算出各齒輪的齒數(shù) 或者由上式確定出zs 齒輪副的任一齒輪后 用上式算出另一齒輪的齒數(shù) 查表選擇齒輪的齒數(shù) 3121 21 234721 56070 5684 964aaabbbccddzzzz 其中 a 代表二軸 b 代表三軸 c 代表四軸 d 代表主軸 四 擬定主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖 由上述計(jì)算得 12 級(jí)轉(zhuǎn)速各傳動(dòng)組中傳動(dòng)數(shù)的確定方案有 12 4 3 12 3 4 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 14 頁(yè) 共 76 頁(yè) 按照 前多后少 的原則 確定各傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)為 12 3 2 2 根據(jù) 前密后疏 的原則 確定基本組在前 后面依次擴(kuò)大 因此得結(jié)構(gòu)式為 3612 第二擴(kuò)大組的兩個(gè)傳動(dòng)比連線之間 相距格數(shù)應(yīng)為 變326nbZ 速范圍是 在允許的范圍內(nèi) 所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組 668 4 因此變速機(jī)構(gòu)需要四軸 再加上電動(dòng)機(jī)軸共五軸 故轉(zhuǎn)速圖有五條豎線 由于齒輪傳動(dòng)比受到 的限制 現(xiàn)在傳動(dòng)組 C 的變速范圍為 可124U 68 知這個(gè)傳動(dòng)組中兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比必然是極限值 即 1224 ccu 該傳動(dòng)組的升降速度傳動(dòng)比都達(dá)到了極限值 就確定了軸 的六級(jí)轉(zhuǎn)速只 有一種可能 即為 180 1000r min 軸 之間 兩條傳動(dòng)比連線間應(yīng)相距 3 格 取 因此 確定軸 的轉(zhuǎn)速為 355 710 r min 12 1 4bbu 對(duì)于軸 取 123311 84 aaau 于是決定了軸 的轉(zhuǎn)速為 1000 r min 電動(dòng)機(jī)軸與軸 之間為齒輪傳動(dòng) 傳動(dòng)比為 1000 1440 綜合上述 主軸的調(diào)速范圍 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1400 2000 轉(zhuǎn)速圖如 下 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 15 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2000 1400 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 100 1 44 30 42 24 4819 53 42 30 24 48 60 30 18 72 電 1440 圖 1 1 加工中心轉(zhuǎn)速圖 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 16 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 主運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 1 電動(dòng)機(jī)的選擇 2 1 1 電動(dòng)機(jī)的功率的計(jì)算 查 機(jī)床主軸 變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo) 端銑 硬質(zhì)合金端銑刀 銑刀材料是 45 號(hào)鋼 1 主切削力 0 75 8 31 0 3cepzfadnFz 公式中 背吃刀量 4 m 取 0 80 16ed側(cè) 吃 刀 量 取 每齒進(jìn)給量 12 0 2 z zmzff 取 刀具直徑 d 銑刀齒數(shù) z 4 選 0 cmsv 銑刀轉(zhuǎn)速 ZnadfaFpzec 13 0 73 075 08 1 4642 6 13 075 N3 170 所以主切削力 0 75 8 31 0 3 750 131476 cepz Nfadnz 2 切削功率 銑削過(guò)程中消耗的功率 主要按圓周切削力 和銑削速度 進(jìn)行計(jì)算c cFcv 1706 32 84cc kwvFp 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也消耗一些功率 一般情況下 所以總的切削力f 0 15fcp 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 17 頁(yè) 共 76 頁(yè) 功率 由此可估算銑床主電動(dòng)機(jī)的功率 1 5mfccpp 取 E 式 中 銑 床 傳 動(dòng) 效 率 0 85 01 5 243 8EPkw 2 1 2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇 在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí) 必須使得 根據(jù)這個(gè)原則 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手 額 定 總 冊(cè) 選取 Y112M 4 型電動(dòng)機(jī) 功率為 4kw 其基本參數(shù)如下 單位為 mm 滿載轉(zhuǎn)速為 min 140maxrn 2 2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便 生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn) 而且直齒圓 柱齒輪也能滿足傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求 所以本次設(shè)計(jì)選用漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng) 它的精度直接與工作的平穩(wěn)性 接觸誤 差及噪聲有關(guān) 為了控制噪聲 機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度 但考慮 到制造成本 本次設(shè)計(jì)都選用 7 6 6 的精度 具體設(shè)計(jì)步驟如下 2 2 1 模數(shù)的估算 按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜 而且有些系數(shù)只有在齒輪 各參數(shù)都已知道后方可確定 所以只在草圖畫(huà)后校核用 在繪草圖之前 先估 算 再 標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù) 齒輪彎曲疲勞的估算公式 32 NwjmZn 式 中 即 為 齒 輪 所 傳 遞 的 功 率 齒面點(diǎn)蝕的估算公式 32 jNA 式 中 即 為 齒 輪 所 傳 遞 的 功 率 其中 為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 A 為齒輪中心距 jn 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 18 頁(yè) 共 76 頁(yè) 由中心距 A 及齒數(shù) 求出模數(shù) 1Z2 12jm 根據(jù)估算所得 和 中較大的值 選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) wj 前面已求得各軸所傳遞的功率 各軸上齒輪模數(shù)估算如下 第一對(duì)齒輪副 333312140 in4221 390 4 90 17jwjjjrNmmZA 所以 第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 3wm 第二對(duì)齒輪 3333120 min4221 69705 20 137jwjjjrNZAmm 所以 第二對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 69w 第三對(duì)齒輪副 3333125 in2 421 8275 6 0 13475jwjjjrNmmZA 所以 第三對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 82wm 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 19 頁(yè) 共 76 頁(yè) 第四對(duì)齒輪副 333312125 min2 4 501 8 650 144jwjjjrNmZAm 所以 第三對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為 2 5wm 綜合上述 為了降低成本 機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同 但因?yàn)?V 軸的轉(zhuǎn)速比較小 扭矩比較大 為了增加其強(qiáng)度和在主軸上能起到飛輪的作 用 需增加 V 軸齒輪的幾何尺寸 所以 本次設(shè)計(jì)中在 對(duì)齒輪模數(shù)均為 在 對(duì)齒輪上就取 12 5m 23m 2 2 2 齒輪分度圓直徑的計(jì)算 根據(jù)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒輪 的分度圓直徑為 單位 mm 192 547 amd 1532 5amd 60 4810 3 a 36 a 1247bm 17bm 6d290d 1835c 136c 20m 2m 2 2 3 齒輪寬度 B 的確定 齒輪影響齒的強(qiáng)度 但如果太寬 由于齒輪制造誤差和軸的變形 可能接觸 不均勻 反而容易引起振動(dòng)和噪音 一般取 B 6 10 m 本次設(shè)計(jì)中 取 主動(dòng)輪寬度 B 9m 18mm 最后一對(duì)齒輪也取 B 79m 18mm 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 20 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 2 4 齒輪其他參數(shù)的計(jì)算 根據(jù) 機(jī)械原理 中關(guān)于漸開(kāi)線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的規(guī)定 齒輪的其他參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來(lái) 本次設(shè)計(jì)中 這些參 數(shù)在此不在一一計(jì)算 2 2 5 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 不同精度等級(jí)的齒輪 要采用不同的加工方法 對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同 七級(jí) 精度的齒輪 用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到 但淬火后 由于變形 精度將下降 因此 需要淬火的 7 級(jí)齒輪一般滾或插后要剃齒 使精度高于 7 級(jí) 或者淬火后再珩齒 6 級(jí)精度的齒輪 用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到 淬火齒輪 必須達(dá)到 6 級(jí) 機(jī)床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火 2 2 6 齒輪的校核 接觸疲勞強(qiáng)度 計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù) 包括使用系數(shù) 動(dòng)載荷系數(shù) 齒間載KAKVK 荷分配系數(shù) 及齒向載荷分布系數(shù) 即 K 21 1 2507 1 658189 0AVHEHEKubmpad 查 表 得 將 數(shù) 據(jù) 代 入 得 Z 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足 因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力 其他齒輪 也符合要求 故其余齒輪不需驗(yàn)算 在此略去 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 21 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 3 1 各傳動(dòng)軸軸徑的估算 滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的 而且軸的設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑 的基礎(chǔ)上進(jìn)行的 因此先要初算軸徑 軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式進(jìn) 行估算 30PdmnA 對(duì)于空心軸 則 0431dn 式中 P 軸傳遞的功率 KW n 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r min 其經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表0A 取 的值為 1 5 1 計(jì)算各傳動(dòng)軸傳遞的功率 P 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇可知 本次設(shè)計(jì)所用的電動(dòng)機(jī)額定功率 4dkwN 各傳動(dòng)軸傳遞的功率可按下式計(jì)算 dpN 電 機(jī) 到 傳 動(dòng) 軸 之 間 傳 動(dòng) 效 率 由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可以看出 本次設(shè)計(jì)中采用了聯(lián)軸器和齒輪傳動(dòng) 及軸承 則各軸傳遞的功率為 12340 94 0 9 1 所以 各傳動(dòng)軸傳遞的功率分別為 10 943 76kwp 25 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 22 頁(yè) 共 76 頁(yè) 32 50943 2kwp 416 2 估算各軸的最小直徑 315pnd 本次設(shè)計(jì)中 考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟(jì)性 初步選擇 主軸的材料為 40Cr 其他各軸的材料均選擇 45 鋼 取 A0 值為 115 各軸的計(jì) 算轉(zhuǎn)速可推算出為 123440 min 10 in 5 min 125 inrrrr 所以各軸的最小直徑為 3156 40d 32 76 8910md 33 2 7m 34 5 2 在以上各軸中 因有些軸上開(kāi)有平鍵或花鍵 所以為了使鍵槽不影響軸的 強(qiáng)度 應(yīng)將軸的最小直徑增大到 5 將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小 直徑為 2min3min4min0 25 30dd 對(duì)于主軸應(yīng)該應(yīng)用公式 3041PAn 故主軸為 34157 2 5md 考慮到軸上有花鍵 所以應(yīng)將軸的最少直徑增大 5 將增大的直徑在圓整 后取 460m 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 23 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 3 2 各軸段長(zhǎng)度值的確定 各軸段的長(zhǎng)度值 應(yīng)根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定 且必須滿足以下的原則 應(yīng)滿足軸承及齒輪的定位要求 2 3 3 軸的剛度與強(qiáng)度校核 1 軸的受力分析及受力簡(jiǎn)圖 由主軸箱的展開(kāi)圖可知 該軸的動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器傳遞過(guò)來(lái) 而后通過(guò)齒輪將動(dòng)力傳遞到下一根軸 其兩端通過(guò)一對(duì)角接觸軸承將力轉(zhuǎn)移到 箱體上去 由于傳遞的齒輪采用的是直齒圓柱齒輪 因此其軸向力可以忽略不 計(jì) 所以 只要校核其在 XZ 平面和 YZ 平面的受力 軸所受載荷是從軸上零件 傳來(lái)的 計(jì)算時(shí)常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力 其作用點(diǎn)取為載荷分布段 的中點(diǎn) 作用在軸上的扭矩 一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起 通常把軸當(dāng) 作鉸鏈支座上的糧 支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān) 其受力簡(jiǎn) 圖如下 在 XZ 平面內(nèi) 圖 2 1 XZ 平面受力分析 在 YZ 平面內(nèi) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 24 頁(yè) 共 76 頁(yè) 圖 2 2 YZ 平面受力分析 2 作出軸的彎矩圖 根據(jù)上述簡(jiǎn)圖 分別按 XZ 平面及 YZ 平面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩 并按計(jì)算 結(jié)果分別作出兩個(gè)平面的上的彎矩圖 則該軸在 XZ 平面內(nèi)的彎矩圖為 圖 2 3 XZ 平面內(nèi)的彎矩 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 25 頁(yè) 共 76 頁(yè) 同理可得在 YZ 平面內(nèi)的彎矩圖為 圖 2 4 YZ 平面內(nèi)的彎矩 3 作出軸的扭矩圖 由受力分析及受力簡(jiǎn)圖可知 則扭矩圖為 圖 2 5 扭矩圖 4 作出總的彎矩圖 由以上求得的在 XZ YZ 平面的彎矩圖 根據(jù) 可得總22XZYM 的彎矩圖為 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 26 頁(yè) 共 76 頁(yè) 圖 2 6 合成彎矩圖 5 作出計(jì)算彎矩圖 根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖 則可由公式 求 22caTM 出計(jì)算彎矩 其中 是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異 的系數(shù) 因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的邊應(yīng)力 而扭矩所產(chǎn)生的 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力 故在求計(jì)算彎矩時(shí) 必須計(jì)及這種 循環(huán)特性差異的影響 既當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí) 取 a 0 3 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈 動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 取 a 0 6 若扭矩切應(yīng)力也為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 則取 a 1 應(yīng)本次設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力 所以取 a 0 3 則計(jì)算彎矩圖為 圖 2 7 計(jì)算彎矩圖 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 27 頁(yè) 共 76 頁(yè) 6 校核軸的強(qiáng)度 選擇軸的材料為 45 鋼 并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其許用彎曲 應(yīng)力為 60MP 由計(jì)算彎矩圖可知 該軸的危險(xiǎn)截面在 B 的作用點(diǎn)上 由于該作 用點(diǎn)上開(kāi)有花鍵 由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得其截面的慣性矩 24 3WdDdzD 其中 Z 為花鍵的數(shù)目 在本次設(shè)計(jì)中 所以其截6 23 8 6 bdz 面的慣性矩為 W 2984 2 3m 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計(jì)算公式可得圓周力與徑向力 12tTFd rtgF 其中 為小齒輪傳遞的扭轉(zhuǎn) 1 mN 為嚙合角 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪 取 02 而 與 分別對(duì)應(yīng)與 XZ 平面及平面 YZ 的力 各段軸的長(zhǎng)度可從 2 號(hào) A0tr 圖中得出 則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險(xiǎn)截面的計(jì)算彎矩為 mNMca 2 014 則該軸危險(xiǎn)截面所受的彎曲應(yīng)力為 MPca 6017 48 5423 所以該軸的強(qiáng)度滿足要求 其余各軸的校核步驟跟 軸一樣 在此就不在 校其余各軸 2 3 4 主軸的確定 主軸的構(gòu)造和形狀主要決定與主軸上所安裝的刀具 夾具 傳動(dòng)件 軸承 等零件的類型 數(shù)量 位置和安裝定位方法等 應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確 安裝可靠 連接牢固 裝卸方便 并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 28 頁(yè) 共 76 頁(yè) 1 主軸材料的選擇 考慮到主軸的剛度及強(qiáng)度 選擇主軸的材料為 40Cr 并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理 2 主軸結(jié)構(gòu)的確定 主軸直徑的選擇 根據(jù)機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率來(lái)確定 1D P 2 96KW 屬于中等以上轉(zhuǎn)速 中等以下載荷的機(jī)床 可取 50 70mm 1 主軸內(nèi)孔直徑 4440 61dKI D 其中 空心主軸的剛度和截面慣性矩0 實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩 當(dāng) 則主軸的剛度急劇下降 故取 7 7 0 主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來(lái)確定 主軸的具體結(jié)構(gòu)已在三維圖上表達(dá)清楚 提高主軸的性能措施 a 提高旋轉(zhuǎn)精度 提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度 首先是要保證主軸和軸承具有一定的精度 此外還可以采取一些工藝措施 如選配法 裝配后精加工 b 改善動(dòng)態(tài)特性 主軸應(yīng)有較高的動(dòng)剛度和較大的阻尼 使得主軸組件在一定副值的周期 性激振力作用下 受迫振動(dòng)的振幅較小 通常 主軸組件的固有頻率是而后內(nèi) 高的 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主軸的最高轉(zhuǎn)速 故不必考慮共振問(wèn)題 按靜態(tài)處理 c 控制主軸組件溫升 主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體在滾道中磨擦 攪油 滑動(dòng)軸承乘載油 膜受到剪切內(nèi)磨擦 均會(huì)產(chǎn)生熱量 使軸承溫度上升 故控制主軸組件溫升和 熱變形 提高其熱穩(wěn)定性是十分必要的 主要有兩項(xiàng)措施 1 減少支承發(fā)熱量 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 29 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 采用散熱裝置 通常用熱源隔離法 熱源冷卻法和熱平衡法 主軸的主要尺寸是根據(jù)結(jié)構(gòu)上確定的 一般的直徑取值都大于初始值的好 幾倍 故主軸的剛度一般都能滿足要求 在此就免于校核 2 4 離合器的選用 離合器在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合 對(duì)離合器的要求有 接合平穩(wěn) 分離迅速?gòu)氐?調(diào)節(jié)和修理方便 外廓尺寸小 質(zhì)量小 耐磨性好 和有足夠的散熱能力 操作方便省力 離合器的類型很多 常用的可分牙嵌式 和摩擦式 由主軸箱的結(jié)構(gòu)尺寸限制 我選用了無(wú)滑環(huán)式多片摩擦式 由主軸 箱的結(jié)構(gòu)尺寸限制 我選用了無(wú)滑環(huán)濕式多片摩擦電磁式離合器 此類型的離 合器防爆性能好 徑向尺寸較小 選型號(hào) DLM9 25 其結(jié)構(gòu)尺寸如下 12346 15 6 9508DeL 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 30 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 立式加工中心工作臺(tái) X 軸 設(shè) 計(jì) 3 1 概述 1 技術(shù)要求 工作臺(tái) 工件和夾具的總質(zhì)量 m 918 kg 所受的重力 W 9000N 其中 工 作臺(tái)的質(zhì)量 所受的重力 W 5000N 工作臺(tái)最大行程 kgm510 mLP60 工作臺(tái)快速移動(dòng)速度 工作臺(tái)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的min 2axv 動(dòng) 靜摩檫系數(shù)均為 0 01 工作臺(tái)的定位精度為 20 重復(fù)定位精度為 8 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(dòng)機(jī) 額定功率 機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)kwpE4 力切削 銑刀直徑 主軸轉(zhuǎn)速 切削狀況如下表所示 mD20 min 160r 加工中心切削狀況 切削方式 進(jìn)給速度 m min 時(shí)間比例 備注 強(qiáng)力切削 0 6 10 主電動(dòng)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(tái)快速進(jìn)給 2 總體方案設(shè)計(jì) 為了滿足以上技術(shù)要求 采取以下技術(shù)方案 1 工作臺(tái)工作面尺寸 寬度 長(zhǎng)度 確定為 400mm 1200mm 2 工作臺(tái)導(dǎo)軌采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 3 對(duì)滾動(dòng)絲杠螺母副進(jìn)行預(yù)緊 4 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 5 采用錐環(huán)套筒聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直連 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 31 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 3 2 1 主切削力及其切削分力計(jì)算 1 計(jì)算主切削 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 主軸具有最大扭矩并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率 此時(shí)銑刀的切mD20 削速度為 smsnv 67 1 60124 363 若機(jī)械效率 則由公式可以計(jì)算主切削力 85 m FZ NvpFEz 93 205167 41033 2 計(jì)算各切削分力 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得工作臺(tái)縱向切削力 橫向切削力 和垂直切削力 分F1c v 別為 Nz 37 849 20354 01 FzC 195zv 6 3 2 2 導(dǎo)軌摩檫力的計(jì)算 由公式計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩檫力 此時(shí)導(dǎo)軌摩檫系數(shù) F 01 查表得導(dǎo)軌緊固力 則Nfg40 73 2 6 193 409 1 NWFvc 又由公式計(jì)算在不在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩檫力 和導(dǎo)軌靜摩檫力 0 F0 Nfg 0 0 N490 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 32 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 2 3 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 1 由公式計(jì)算最大軸向負(fù)載力 Famx Na 1 935 7 1203 84 1mx 2 由公式計(jì)算最小軸向負(fù)載力 aminNFa4 90min 3 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 L0 根據(jù)已知條件 取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 可得min 20minr minvL10210max0 2 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷 將估算結(jié)果填入下表 臥式加工中心滾珠絲杠的計(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 935 1 6 01 v10 Famx1 一般切削 粗加工 277 44 8230 a 20mxin2 精細(xì)切削 精加工 137 16 13 v50 aa5xmin3 快移和鉆 鏜定位 90 4 max410 FaMIN4 計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速 i mn 60i 106 301 rrLvn 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 33 頁(yè) 共 76 頁(yè) min 80i 108 302 rrLvn i 1i 303 in 20in 12304 rrv 由公式計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速 m in 280i 2010581360 21 rrqnqnm 其中 代表時(shí)間比例系數(shù)n 由公式計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷 mFN NqnqFmmmm43 271 102810528103281086 3333 3231 4 96 74795 3 確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 Cam 由預(yù)期工作時(shí)間按公式計(jì)算 查表 載荷性質(zhì)系數(shù) wf 載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊 很平 穩(wěn) 輕微沖擊 伴有沖擊或振 動(dòng)wf 1 1 2 1 2 1 5 1 5 2 根據(jù)載荷性質(zhì) 有輕微沖擊 取載荷性質(zhì) 1 3 wf 查表 精度系數(shù) af 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 34 頁(yè) 共 76 頁(yè) 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 7 10af 1 0 9 0 8 0 7 根據(jù)初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為 2 級(jí)精度 取精度系數(shù) 1 af 查表 可靠性系數(shù) cf 可靠性 90 95 96 97 98 99cf 1 0 62 0 53 0 44 0 33 0 21 一般情況下可靠性應(yīng)達(dá)到 97 故取可靠性系數(shù) 4 0 cf NfFLnCcawmham 21 57 1327280610633 因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊 所以還可以按公式估算最大軸向載荷 查表 預(yù)加載荷系數(shù) ef 預(yù)加載荷類型 輕預(yù)載 中預(yù)載 重預(yù)載wf 6 7 4 5 3 4 按中預(yù)載選取預(yù)加載荷系數(shù) 則 5 4 efNFfCaeam 92071 935 4x 確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 取上兩種結(jié)果的最大值 即CamNam21 57 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底經(jīng) dm2 估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形 已知工作臺(tái)的定位精度為 20 重復(fù)定位精度為 8 根據(jù)公式計(jì)算以m 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 35 頁(yè) 共 76 頁(yè) 及定位精度和重復(fù)定位精度的要求得 m 467 28 13 1max 50 45 2ax 取上述計(jì)算結(jié)果的最小值 即 67 2max 估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 d 本工作臺(tái) X 軸 滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用一端固定 一端游動(dòng)的 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 mLL1403064 125 20 行 程取 行 程 支 承 長(zhǎng) 度螺 母 長(zhǎng) 度余 程安 全 行 程行 程 又 可得 90NF Ldm 3 1567 2908 78 max2 3 2 5 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)計(jì)算所得的 和結(jié)果的需要 初步選擇 FFZD 型內(nèi)循環(huán)墊0LamCd2 片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副 型號(hào)為 FFZD4010 3 其公稱直徑 基本導(dǎo)0d 程 額定動(dòng)載荷 和絲杠底徑 如下 0La2 mNNdcaa35 13 4270 220 故滿足要求 3 2 6 確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 pF 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 36 頁(yè) 共 76 頁(yè) 由式得 NFap 7 31 9531mx 3 2 7 確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號(hào) 1 由公式計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 FBmax NaB1 935mxx 2 計(jì)算軸承的預(yù)緊力 Bp FBp 7 31 9531max 3 計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷 Bam NBpam 13 584 271 4 由式計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷 C 已知軸承的工作轉(zhuǎn)速與滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 相同 取 nmmin 280r 軸承的基本額定載荷壽命 軸承所承受的軸向載荷hL 20 軸承的徑向載荷 和軸向載荷 分別為NFBam13 58 Fra NBamxr 57 291 013586cos0 3 in 因?yàn)?所以查表得 徑向系數(shù) X 軸向系數(shù) Y 分別 17 24 57 29130 ra 為 故 YX NnPCYLFhar 8 5720861094 827610 9423 533 5 確定軸承的規(guī)格型號(hào) 因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采用一端固定 一端游動(dòng)的支承方式 所以將在固 定端選用 角接觸球承組背對(duì)背安裝 以承受兩個(gè)方向的軸向力 由于滾珠06 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 37 頁(yè) 共 76 頁(yè) 絲杠螺母副的底徑 為 所以選擇軸承的內(nèi)徑 為 以滿足滾d2m3 4dm30 珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要 選擇國(guó)產(chǎn) 角接觸球承兩件一組背對(duì)背安裝 型號(hào)為06 760206TNI P4DFA 尺寸 內(nèi)徑 外徑 寬度 為 選用1603 油脂潤(rùn)滑 該軸承的預(yù)載荷能力 為 1450N 大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力FBp 在油脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 高于本機(jī)床滾珠NFBp7 31 min 2r 絲杠的最高轉(zhuǎn)速 故滿足要求 該軸承的額定動(dòng)載荷為 min 20maxr 而該軸承在 工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷 c260 h NC8 57 故也滿足要求 3 3 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 38 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 4 滾珠絲杠螺母副的承載能力的校驗(yàn) 3 4 1 滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷 的校驗(yàn)Fc 根據(jù)圖得滾珠絲杠螺母副的最長(zhǎng)受壓長(zhǎng)度 絲杠水平安裝時(shí) mL761 由 公 式 得查 表 得 2 31 K NLdFc 41 5726310763 4210 4521 本工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為 遠(yuǎn)小于其 9maxF 臨界壓縮載荷 的值 故滿足要求 c 3 4 2 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速 的校驗(yàn)nc 由圖可得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度 其彈性模量L7802 MPaE510 2 已知材料密度 安全 108 9 108 7 2335 smgmNg 重 力 加 速 度 系數(shù) 由表得與支承有關(guān)的系數(shù) 8 01K927 滾珠絲杠的最小慣性矩為 4442603 61 mId 滾珠絲杠的最小截面積為 222 54 93 341 4A 由式得 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 39 頁(yè) 共 76 頁(yè) min 853in 54 923108 710862014 32968 026 351 rrAEILKnc 本工作臺(tái)滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 2000r min 遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速 故 滿足要求 3 4 3 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗(yàn) 查表得滾珠絲杠螺母的額定動(dòng)載荷 軸向載荷 NCa30 NFa1 935 運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù) 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 由公式得2 1 fw min 2r hnL rfFhwa 15920206 19 10 9 396363 一般來(lái)講 在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí) 應(yīng)保證滾珠絲杠螺母副的總工作壽命 故滿足要求 20Lh 3 5 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 3 5 1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 1 計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度 Ks 本機(jī)床工作臺(tái)的絲杠支承方式為一端固定 一端游動(dòng) 由圖可知 滾珠絲 杠螺母中心至固定端的距離 時(shí) 滾珠絲杠具有最小拉壓剛度 由LYa Ksmin 式得 NmEdKYs 42 53 763 4105 42232min 當(dāng) 時(shí) 滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 由公式aLJ16 smin 得 NEdYs 59 162 163 405 42232max 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 40 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度 Kb 已知軸承接觸角 滾動(dòng)體直徑 滾動(dòng)體個(gè)數(shù) 軸06 md14 7 17 Z 承的最大軸向工作載荷 可得NFB 935maxN mNZdKQb 52 48 60sin 9357 3 2sin3 2222 3 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度 Ks 查表得滾珠絲杠的剛度 額定動(dòng)載荷 滾珠mN 973 Ca30 絲杠上所承受的最大軸向載荷 又公式得FB1 5ax mNKCas 72 659 30 971 033mx 4 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 K 由公式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 046 72 6591 4859 1621maxax Kcbs 故 N 4 27 由公式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為 074 2 6591 482 53111minin cbs 故 NK 6 3i 3 5 2 滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 由圖可知 扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離 剪切模量mL10482 MPaG410 8 滾珠絲杠的底徑 故由公式得 3 42md 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 41 頁(yè) 共 76 頁(yè) radmNradmNGLdK 35 10497 104832 1 323644 3 6 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 3 6 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 Jr 已知滾珠絲杠的密度 可得33 108 7cmKg 2 24444314384 1 9387 8 52 07cmkg cmkgLDJJnjr 2 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0 2243430 39 78 76178 17 ckgckgLdJ 3 由公式計(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 JL 已知機(jī)床執(zhí)行部件 即工作臺(tái) 工件和夾具 的總質(zhì)量 電動(dòng)機(jī)kgm918 每轉(zhuǎn)一圈 機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離 則 0 1L 222 2 8 34 3918ckgckgLmJ 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 Jd 220 5 498 239 784 1 cmkgckgJLrd 3 6 2 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 1 由式計(jì)算切削負(fù)載力矩 Tc 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 42 頁(yè) 共 76 頁(yè) 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 NFa1 935mx 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)的總效率 0 1L 則90 mNTac 6 19 01432 5 2 由式計(jì)算摩擦負(fù)載力矩 在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力 故 4 0F mNLT 16 9 1432 0 3 由式計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩 Tf 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p7 滾珠絲杠螺母副的效率 則 01 mL 94 0 mNFTpf 065 94 01 4327 12200 3 6 3 計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上各種所需的力矩 1 由公式計(jì)算線性加速力矩 Ta1 已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量min 20maxr 2 6cmkgJm 取進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益 則加速時(shí)間251 49ckgJd 0Hzs 故 stsa 03 mNckdf cmkdftk eeJtnTasdaa 78 1485 10 15 49621 09864 32 962 15 02mx 2 計(jì)算階躍加速力矩 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 43 頁(yè) 共 76 頁(yè) 加速時(shí)間 故 05 21sktsa mNckdf cmkdfJt nTdaap 69 438 476 51 49621 084 32mx 計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 由公式計(jì)算線性加速時(shí)的空載啟動(dòng)力矩 Tq mNTfaq 05 1065 1 78 4 1 由公式計(jì)算階躍加速時(shí)的空載啟動(dòng)力矩 q fapq 92 46 9 由公式計(jì)算空載時(shí)的快進(jìn)力矩力矩 KJ mNTfKJ 25 065 01 由公式計(jì)算切削時(shí)的工進(jìn)力矩 GJ mNfcGJ 7 1 6 3 6 4 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 1 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算和表格 選擇日本 FANUC 公司生產(chǎn)的 a12 3000i 型交流伺服 電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)如下 額定功率 3KW 最高轉(zhuǎn)速 3000r min 額定力矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 質(zhì)量 18kg mN 1226cmkg 交流伺服電動(dòng)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 該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為 均大于本機(jī)床工作臺(tái)線性加速時(shí)的空載啟動(dòng)60 力矩 或階躍加速時(shí)的空載啟動(dòng)力矩 所以 不Tq 78 14 NTq 92 46 管采用何種加速方式 本電動(dòng)機(jī)均滿足加速力矩要求 該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為 均大于本機(jī)床工作臺(tái)的快進(jìn)力矩mN 12 或工進(jìn)力矩 因此 不管是快進(jìn)還是工進(jìn) NKJ 25 0TGJ 75 本電動(dòng)機(jī)均滿足驅(qū)動(dòng)力矩的要求 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 44 頁(yè) 共 76 頁(yè) 2 慣性匹配驗(yàn)算 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Jd 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 之比一般應(yīng)滿足下式 即Jm 125 0 Jmd 在本設(shè)計(jì)中 故滿足要求 861 49 Jmd 3 7 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 3 7 1 計(jì)算絲杠 工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nc 已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 滾珠絲杠 10356min0NK 螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為 其中 分別為機(jī)sd s 床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量 已知 則 98kg kgms 3 108 7510432 ksd 2 93 sradsrJKsnc 378 216 0 3 7 2 計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 nt 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)的總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2220 06 3 639 784 1 mkgckgcmkgJrs 又絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 則 5104radNKs ssJsnt 209 6 7 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sradnc 38 sradnt 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 0 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 45 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 8 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析 3 8 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 10356minNK 靜摩擦力 由公式得NF4 90 K3363min 107 1054 9212 即 故滿足要求 67 3 3 8 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 maxk 由公式得 mk Fk 33663maxin0max 1027 10271 34 9 即 故滿足要求 k 27 0max 3 8 3 計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 1 由公式計(jì)算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量 負(fù)載力矩 由圖得扭矩作用點(diǎn)之間的距離MNTkj 25 絲杠底徑 則mL0482 md3 4 04242 12 3 810 71 7 L 2 由該扭轉(zhuǎn)變形量 引起的軸向移動(dòng)滯后量 將影響工作臺(tái)的定位精度 由公式得 mm 3 0 3601 0 3 9 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 46 頁(yè) 共 76 頁(yè) 1 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 本機(jī)床工作臺(tái)采用半閉環(huán)控制系統(tǒng) 應(yīng)滿足下列要求eVpP 30 mmkpPeV 5 18 0 5 13 028max3 定 位 精 度定 位 精 度 滾珠絲杠螺母副擬采用的精度等級(jí)為 2 級(jí) 查表得 查 30P 表得 當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為 時(shí) 故滿足設(shè)計(jì)要求 50 ep 2 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)為 FFZD4010 3 P2 1105 850 其具體參數(shù)如下 公稱直徑與導(dǎo)程 40mm 10mm 螺紋長(zhǎng)度 850mm 絲杠長(zhǎng)度 1150mm 類型與 精度 P 類 2 級(jí)精度 3 10 滾珠絲桿副的預(yù)緊方式 為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度 可以預(yù)加載荷 使它在過(guò)盈的條 件下工作 常用的預(yù)緊方式有 雙螺母墊片式預(yù)緊 雙螺母螺紋式預(yù)緊 雙螺 母齒差式預(yù)緊等 預(yù)緊后的剛度可提高到無(wú)預(yù)緊時(shí)的 2 倍 但是 預(yù)緊載荷過(guò) 大 將使壽命下降和摩擦力矩加大 通常 滾珠絲桿在出廠時(shí) 就已經(jīng)由制造 商調(diào)好預(yù)加載荷 并且預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動(dòng)載荷有一定的比例關(guān)系 雙螺母墊片式預(yù)緊 調(diào)整方法 調(diào)整墊片厚度 使螺母產(chǎn)生軸向位移 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)見(jiàn)到 裝卸方便 剛度高 但調(diào)整不便 滾道有磨損時(shí) 不能隨 時(shí)消除間隙和預(yù)緊 適用于高剛度重載傳動(dòng) 雙螺母螺紋式預(yù)緊 調(diào)整方法 調(diào)整端部的圓螺母 使螺母產(chǎn)生軸向位 移 結(jié)構(gòu)緊湊 工作可靠 調(diào)整方便 但準(zhǔn)確性差 且易于松動(dòng) 適用于剛 度要求不高或隨時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊的傳動(dòng) 雙螺母齒差式預(yù)緊 調(diào)整方法 兩邊的下螺母的凸緣上有外齒 分別與 緊固的螺母座 4 的內(nèi)齒圈 兩個(gè)螺母向相同方向旋轉(zhuǎn) 每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒 調(diào)整軸 向位移 能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力 但結(jié)構(gòu)尺寸較大 裝配調(diào)整比較復(fù)雜 適 宜用于高度精度的傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 購(gòu)買(mǎi)后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū) 咨詢 Q401339828 第 47 頁(yè) 共 76 頁(yè) 3 11 齒輪傳動(dòng)消隙 齒輪傳動(dòng)的間隙也叫側(cè)隙 它是指一個(gè)齒輪固定不動(dòng) 另一個(gè)齒輪能夠作 出的最大角位移 傳動(dòng)間隙是不可避免的 其產(chǎn)生的這樣原因有 由于制造及 裝配