立式數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔全套】
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中北大學(xué)
課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書
學(xué)生姓名: 王鑫 學(xué) 號(hào): 0602014246
學(xué) 院: 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
題 目: 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)
——立式數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4
指導(dǎo)教師: 馬維金 職稱: 副教授
曾志強(qiáng) 職稱: 講師
2009年12月23日
中北大學(xué)
課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
2008/2009 學(xué)年第 1 學(xué)期
學(xué) 院: 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名: 王鑫 學(xué) 號(hào): 0602014246
課程設(shè)計(jì)題目: 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)
——立式數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
起 迄 日 期: 12月23日~12月31日
課程設(shè)計(jì)地點(diǎn): 教學(xué)二號(hào)樓
指 導(dǎo) 教 師: 馬維金 曾志強(qiáng)
系 主 任: 王 彪
下達(dá)任務(wù)書日期: 2009年12月 23日
課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書
1.設(shè)計(jì)目的:
(1)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)控技術(shù)及有關(guān)課程的知識(shí),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí),獨(dú)立地分析和解決問(wèn)題,初步具備設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的能力。
(2)能根據(jù)技術(shù)要求,運(yùn)用數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的基本原理和方法,進(jìn)行數(shù)控機(jī)床功能部件的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。
(3)培養(yǎng)學(xué)生熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、規(guī)范、圖表等技術(shù)資料的能力。
(4)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書等基本技能。
2.設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等):
要求設(shè)計(jì)立式數(shù)控銑床工作臺(tái)(X軸)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。技術(shù)要求:工作臺(tái)、工件和夾具的總質(zhì)量m=918kg,其中,工作臺(tái)的質(zhì)量510kg;工作臺(tái)的最大行程Lp=600 mm;工作臺(tái)快速移動(dòng)速度18000mm/min;工作臺(tái)采用貼塑導(dǎo)軌,導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.15,靜摩擦系數(shù)為0.12;工作臺(tái)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(dòng)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。
具體內(nèi)容如下:
(1)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向負(fù)載計(jì)算;
(2)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型;
(3)滾珠絲桿螺母副的選型與計(jì)算;
(4)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算;
(5)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算;
繪制相關(guān)圖紙,撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。必須以負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)待自己所作的技術(shù)決定、數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果。注意理論與實(shí)踐的結(jié)合。
3.設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕:
根據(jù)提供的技術(shù)要求,設(shè)計(jì)數(shù)控銑床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng),撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(A4紙),繪制裝配圖。
4.主要參考文獻(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(ài)玲.機(jī)床數(shù)控技術(shù).北京:高等教育出版社,2006
5.設(shè)計(jì)成果形式及要求:
提供課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份,要求內(nèi)容與設(shè)計(jì)過(guò)程相符,且格式要符合規(guī)定要求;
裝配圖1套。
6.工作計(jì)劃及進(jìn)度:
2009年12月23日~12月24日 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向負(fù)載計(jì)算;導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型;
滾珠絲桿螺母副的選型與計(jì)算;
12月25日~12月26日 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算;
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算;
12月27日~12月30日 繪制相關(guān)圖紙,編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書
12月31日 答辯
系主任審查意見(jiàn):
簽字:
年 月 日
中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算 3
3.工作臺(tái)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(dòng)系統(tǒng)的剛度 9
5.1機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 10
6.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量。 10
6.2計(jì)算折算到電動(dòng)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(dòng)機(jī)軸上的各種所需力矩 12
6.4選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 13
7.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 13
7.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 13
7.2滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 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(tái)、工件和夾具的總質(zhì)量m=918kg,其中,工作臺(tái)的質(zhì)量510kg;工作臺(tái)的最大行程Lp=600 mm;工作臺(tái)快速移動(dòng)速度18000mm/min;工作臺(tái)采用貼塑導(dǎo)軌,導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.15,靜摩擦系數(shù)為0.12;工作臺(tái)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(dòng)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(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
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(tái)工作面尺寸(寬度×長(zhǎng)度)確定為400mm×1200mm。
(2) 工作臺(tái)導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌,在與之相配的動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)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(guò)設(shè)計(jì)偏心輪結(jié)構(gòu)來(lái)消除導(dǎo)軌背面與背板的間隙,并在與工作臺(tái)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(duì)滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊,并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行拉伸預(yù)。
(4) 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
(5) 采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jí)為2級(jí),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(dòng)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(tái)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(tái)(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(zhǎng)度+支承長(zhǎng)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(hào)
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(jiàn)本書附錄A表A-3),其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)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(tái)行程+安全行程+2×余程+螺母長(zhǎng)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(hào)
(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(dòng)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)椋圆楸?-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(hào)。
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(duì)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(guó)產(chǎn)60°角接觸球軸承兩件一組背對(duì)背安裝,組成滾珠絲杠的兩端固定支承方式。軸承的型號(hào)為760306TNI/P4DFB,尺寸(內(nèi)徑×外徑×寬度)為30mm×72mm×19mm,選用脂潤(rùn)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(rùn)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(dòng)載荷為=34500N,而該軸承在20000h工作總壽命下的基本額定動(dòng)載荷C=34395N,也滿足要求。
3.工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì)
將以上計(jì)算結(jié)果用于工作臺(tái)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(tái)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(wèn)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(zhǎng)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(tái)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(dòng)載荷N,運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù),滾珠絲桿的動(dòng)載荷N,滾珠絲桿螺母副轉(zhuǎn)速n=r/min
即:
一般來(lái)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(dòng)系統(tǒng)的剛度
5.1機(jī)械傳動(dòng)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(tái)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(dòng)體直徑=7.144mm,滾動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K。
由式(2-47a)得進(jìn)給傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算
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)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(dòng)慣量J
J= 0.7810DL =0.7810(6.6-3)8.2kg/cm=11.62kg/cm
(3)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
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m=918kg,電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈,機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離L=1cm,則由式(2-65)得
(4)加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈,機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離L=10mm=0.01m,進(jìn)給傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速n=1800r/min,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力矩
2) 按式(2-61)計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)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(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(dòng)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(dòng)慣量,,質(zhì)量,18kg。
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,則該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為60N.m,均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需的空載啟動(dòng)力矩以及階躍加速時(shí)所需的空載啟動(dòng)力矩,因此,不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12N.m,均大于本機(jī)床工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩以及工進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩,因此,不管是快進(jìn)還是工進(jìn),本電動(dòng)機(jī)均滿足驅(qū)動(dòng)力矩要求。
(2)慣量匹配驗(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)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jí)和規(guī)格型號(hào)
7.1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)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(jí)為二級(jí),查表2-20得,查表2-21得,當(dāng)螺紋長(zhǎng)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(hào)
滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)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(zhǎng)度:850mm;絲杠長(zhǎng)度:1239mm;類型與精度:P類,2級(jí)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(wèn)題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會(huì)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(duì)一些問(wèn)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(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn),而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多,以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì),什么東西都懂,有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)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(shí)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(ài)玲.機(jī)床數(shù)控技術(shù).北京:高等教育出版社,2006
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