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本科畢業(yè)設計說明書(論文) 第39頁 共39頁
1 緒論
1.1 論文研究的目的和意義
隨著生產(chǎn)和科學技術的飛速發(fā)展,社會對機械產(chǎn)品多樣化的要求日益強烈,產(chǎn)品更新越來越快,多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加,同時隨著汽車工業(yè)和輕工業(yè)消費品的高速增長,機械產(chǎn)品的結構日趨復雜,其精度日趨提高,性能不斷改善,激烈的市場競爭要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短,傳統(tǒng)的加工設備和制造方法已難以適應這種多樣化、柔性化、高效和高質(zhì)量復雜零件加工要求。因此具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的數(shù)控機床就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。當前數(shù)控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。而數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一,它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置,幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。因此,研究數(shù)控車床是非常有必要的。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大,它對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用,因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。目前,國內(nèi)外數(shù)控機床產(chǎn)品技術發(fā)展方向主要體現(xiàn)在高速、復合、精密、智能、環(huán)保等方面。
1.2.1 高精度化
現(xiàn)代科學技術的發(fā)展、新材料及新零件的出現(xiàn),對精密加工技術不斷提出新的要求,提高加工精度,發(fā)展新型超精密加工機床,完善精密加工技術,適應現(xiàn)代科技的發(fā)展,已經(jīng)成為數(shù)控機床的發(fā)展之一。其精度已從微米級到亞微米級,乃至納米級。提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度,一般可通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機床誤差補償技術來實現(xiàn)提高數(shù)控機床的加工精度。
1.2.2 高速化
提高生產(chǎn)率是數(shù)控機床追求的基本目標之一。數(shù)控機床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率,降低成本,而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度,對實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的適用性。
1.2.3 高柔性化
采用柔性自動化設備或系統(tǒng),是提高加工精度和效率,縮短生產(chǎn)周期,適應市場變化需求和提高競爭力的有效手段。數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時,朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。
1.2.4 高自動化
高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成規(guī)定的任務,它包括物料流和信息流的自動化。
1.2.5 智能化
隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透與發(fā)展,為適應制造業(yè)自動化發(fā)展需要,智能化正成為數(shù)控機床研究和發(fā)展的熱點,它不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程(如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控),還貫穿在產(chǎn)品的售后服務和維修中。
1.2.6 復合化
復合化包含工序復合化和功能復合化。數(shù)控機床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。
1.2.7 高可靠性
數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關心的。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片,利用大規(guī)?;虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路,以減少元器件的數(shù)量,提高可靠性。
1.2.8 網(wǎng)絡化
為了適應FMC、FMS以及進一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求,先進的CNC系統(tǒng)為用戶提供了強大的聯(lián)網(wǎng)能力,除有RS232串行接口、RS422等接口外,還帶有遠程緩沖功能的DNC接口,可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。
1.2.9 開放式體系結構
20世紀90年代以后,計算機技術的飛速發(fā)展推動數(shù)控機床技術更快地更新?lián)Q代,世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數(shù)控系統(tǒng)。
1.2.6 結論
綜上所述,隨著計算機技術的發(fā)展,數(shù)字控制技術已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域,尤其是機械制造業(yè)中,普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。隨著我國機制行業(yè)新技術的應用,我國世界制造業(yè)加工中心地位形成,數(shù)控機床將會起著前所未有的作用。
1.3 本論文的研究工作
為了能夠更好地、直觀地了解和研究數(shù)控車床的機械系統(tǒng),本課題以數(shù)控車床CK6141為原型進行設計,主要設計任務為:
(1)主運動參數(shù)的確定;
(2)主運動傳動設計;
(3)主運動帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定;
(4)主運動傳動件的估算和驗算;
(5)縱向進給運動滾珠絲桿副的選擇;
(6)縱向進給運動驅(qū)動電機的選用。
主要的技術要求以及技術參數(shù)參照CK6141的技術參數(shù)進行設計。為了更好的進行設計工作,本文所有的圖紙利用AUTOCAD或者PROE進行繪制,因此,需要學生掌握以上軟件的熟練使用。
1.4小結
本章主要介紹了數(shù)控車床研究的目的和意義。第一節(jié)描述了數(shù)控車床的地位及應用,第二節(jié)就該課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了敘述,第三節(jié)說明了本論文的一個研究思路。
2 主運動參數(shù)的確定
2.1 尺寸參數(shù)
床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑 410
刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 224
工件最大長度 750/1000
主軸通孔直徑 36
主軸頭號 D6/A6
主軸錐孔 莫氏六號
2.2 運動參數(shù)
2.2.1 主軸轉(zhuǎn)速的確定
主軸轉(zhuǎn)速由切削速度和工件回轉(zhuǎn)直徑來確定
2.1
查機床設計手冊得
硬質(zhì)合金刀具半精車鋼件,
D為床身工件最大回轉(zhuǎn)直徑 ,
2.2
高速鋼刀具粗車鑄鐵斷面,,
2.3
2.2.2轉(zhuǎn)速數(shù)列的確定
2.4
變速范圍、公比和級數(shù)的關系
2.5
查標準公比轉(zhuǎn)速列表得以下轉(zhuǎn)速數(shù)列:
35.5,50,67,100,140,200,280,400,560,800,1120,1600
2.3 動力參數(shù)
機床中各個傳動件的尺寸是根據(jù)其傳動功率決定的,如果傳動功率定的過大,將是傳動件的尺寸粗大而造成浪費,電動機常在低負載下工作,功率因數(shù)很小而造成能源浪費。如果定的過小,將限制機床的切削加工能力而降低生產(chǎn)力。因此,必須準確合理的確定主傳動功率。
2.3.1 主切削力的切向分力
查資料得床身工件最大回轉(zhuǎn)直徑為400的輕型車床數(shù)據(jù)如下:
背吃刀量是3.5,進給量是0.35,切削速度是80
2.6
2.3.2切削功率
2.7
2.3.3 估算主電機功率
主運動傳動效率一般可取=0.70~0.85,數(shù)控車床的主運動多采用調(diào)速電動機和有限的機械變速傳動來實現(xiàn),傳動鏈較短,因此效率可取較大值:
2.8
根據(jù)常用電機資料,選用Y132S-4電機。額定功率5.5KW,額定轉(zhuǎn)速1440r/min。
3 主運動傳動設計
3.1 轉(zhuǎn)速圖的擬定
3.1.1 變速組和傳動副數(shù)定
Z=12級的傳動系統(tǒng),可有以下幾種傳動方案:
前三個方案有三個變速組,后兩個個則為兩個變速組,變速組傳動副數(shù)較前三個要多。當變速組的傳動副過多時,使傳動軸的軸向尺寸增大,操縱機構笨重、復雜。因此每一變速組中傳動副數(shù)目宜取為2或3。所以采取前三種方案,每一方案均有三個變速組,各變速組的傳動副數(shù)均為2或3。
根據(jù)前多后少原則,從電動機到主軸,一般為降速運動。接近電動機的零件,轉(zhuǎn)速較高從而轉(zhuǎn)矩較小,尺寸也就較小。因此選用方案較好。
3.1.2 擬定結構式和結構網(wǎng)
a)當傳動系統(tǒng)的變速組及傳動副數(shù)確定后,基本組合擴大組的順序不同,可有六種不同方案。
b)傳動副的極限傳動比和變速組的極限變速范圍
在降速時,為防止齒輪直徑過大而使縱向尺寸過大,常限制最小傳動比。在升速時,為防止產(chǎn)生過大的振動和噪聲,常限制最小傳動比。因此主傳動鏈任一變速組的最大變速范圍。
檢查變速組的變速范圍是否超過極限時,只需檢查最后擴大組。前四個方案第二擴大組的變速范圍:
3.1
合乎要求
后兩個方案第二擴大組變速范圍:
3.2
不合乎要求
c)基本組和擴大組的排列順序
根據(jù)前密后疏原則,第一個方案最佳
d)分配傳動比
對于小型數(shù)控車床,中間軸轉(zhuǎn)速不宜過高,否則將引起過大振動、發(fā)熱和噪聲。根據(jù)“前慢后快”原則,首先分配最大降速線路圖上各傳動副的傳動比,再根據(jù)各變速組的級比、級比指數(shù)確定其它各傳動副傳動比。根據(jù)前面的數(shù)據(jù),畫出主運動轉(zhuǎn)速圖3.1。
圖3.1 主運動轉(zhuǎn)速圖
3.2 傳動圖的擬定
3.2.1 帶輪直徑的確定
a)選擇三角帶型號
查工況系數(shù)表(機械設計基礎)得工況系數(shù),則計算功率為
3.3
再根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速選定A型普通V帶。
b)確定帶輪的最小直徑
皮帶輪的直徑越小,帶的彎曲應力就越大,為提高帶的使用壽命小帶輪直徑不宜過小,要求大于最小許用帶輪直徑,根據(jù)皮帶型號,查表(機械設計基礎)可得到:mm 。
c)確定大帶輪直徑
3.4
三角帶的滑動率,選擇。在保證最小包角大于120度的前提下,傳動比可取,因此大帶輪直徑取200mm。
d)確定三角帶轉(zhuǎn)速
3.5
因為5m/s
[T]=20000h
故軸承校核合格
Ⅱ、Ⅲ軸跟軸承的驗算跟Ⅰ軸一樣,這里就不再多做敘述,經(jīng)檢驗滿足設計要求。
3.4 主軸組件設計
3.4.1 初選主軸直徑
前端直徑D1
主軸D1(按電機功率)如下表3.2(mm):
表3.2 主軸直徑選取表
功率(kw)
D1
機床
1.4~2.5
2~3.6
3~5.5
5~7.3
7.4~11
車床
40~80
50~90
55~95
65~100
70~120
銑床及加工中心
50~90
60~90
60~95
75~100
90~105
外圓磨床
——
50~60
55~70
70~80
75~90
由上表可取D1=86mm
因此可知由式子D2=(0.7~0.8)D1
后端直徑D2=86*0.7=60.2mm
圓整后取60mm
主軸內(nèi)徑d=36mm
主軸內(nèi)孔徑與機床類型有關,主要用來通過棒料,鏜桿,拉桿,或頂尖。確定內(nèi)孔徑原則是為減輕主軸重量,在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求下,應取最大值。
主軸的內(nèi)徑是通過刀具夾具裝置固定刀具、傳動氣動或液壓卡盤等。主軸孔徑越大,主軸部件的相對重量就越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比,小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸相等;等于0.5時空心主軸的剛度為時新主軸的90%;大于0.7時,空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右,即內(nèi)徑直徑為(35~42.5)mm。
主軸本身剛度K正比于抗彎斷面慣性矩I
3.67
孔徑的最大直徑
此時若孔徑再大,剛度急劇下降
根據(jù)推薦值d/D1=0.4~0.5
取d/D1=0.45
則d=36mm
3.4.2 主軸懸伸量a確定
初選a值可參考下表3.3確定
表3.3 懸伸梁長度的確定
車床和主軸類型
精密車床、自動車床用滾動軸承支承,適用高精度和普通精度要求
0.6—1.5
中等長度和較長主軸端的車床和銑床,懸伸不太長(不是細長)的精密鏜床和內(nèi)圓磨床,用滾動軸承和滑動軸承支承適用于絕大部分普通生產(chǎn)要求
1.25—2.5
計算得懸伸量為80mm
3.4.3 主軸跨距的確定
主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動靜剛度的重要影響因素,目的是找出在切削力作用下,主軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距()。實驗證明,動態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近與推得最優(yōu)值,因此設計時盡量達到最優(yōu)值。
前端角接觸球軸承的剛度(主要為軸向剛度)
3.68
其中
內(nèi)徑為75mm,查表
查軸承樣本額定動載荷
取
代入上式即可
計算得主軸跨距為410mm
3.4.4 主軸的剛度計算
如果主軸前后軸承頸由數(shù)段組成,則當量直徑
3.69
式中分別為各段的直徑和長度(㎜)
——總長,
如果前后軸承頸的直徑相差不大,也可把前后軸承頸直徑的平均值近似地作為當量直徑d。
主軸的前懸伸部分較粗,剛度較高,其變形可以忽略不記,后懸伸部分不影響剛度,也可不計算。如主軸前端作用一外載F如圖3.3
圖3.3 主軸外載圖
則撓度:
3.70
式中 F——外載荷(N);
a——前懸伸,等于載荷作用點至前支承點間的距離(mm);
l——跨距,等于前后支承的距離(mm);
E——彈性模量,鋼的 ;
I——截面慣性距,;
、——主軸的外徑和孔徑(mm)。
又因為0.5,孔的影響可以忽略由此可得主軸鋼度滿足要求。
3.4.5 主軸軸承的選擇
a) 軸承的選型
主軸軸承是主軸組件的重要組成部分,它的類型、結構、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。
滾動軸承摩擦阻力小,可以預緊,潤滑維護簡單,能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承有專業(yè)化工廠生產(chǎn),選購維修方便,在數(shù)控機床上被廣泛采用。與滑動軸承相比,滾動軸承的噪聲大,滾動體的數(shù)目有限,剛度是變化的,抗震性略差,但總體來說,數(shù)控機床主軸組件在可能的條件下,應盡量使用滾動軸承,特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑,以避免漏油。滾動軸承根據(jù)滾動體的結構分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。
主軸支承分徑向和推力(軸向)支承。角接觸軸承(包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承)兼起徑向和推力支承的作用。
推力支撐應位于前支撐內(nèi),原因是數(shù)控機床的坐標原點常設在主軸的前端。為了減少熱膨脹造成的坐標原點移動,應盡量縮短坐標原點至推力支撐之間的距離。
主軸軸承可以選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承由于滾子大端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動摩擦,發(fā)熱較多,故轉(zhuǎn)速受到限制。
由于滾動軸承有許多優(yōu)點,加之加工精度的提高,所以,一般情況下數(shù)控機床應盡量采用滾動軸承,只有要求加工表面粗糙度數(shù)值較小時,且主軸又是水平的機床時才用滑動軸承,而本設計內(nèi)容為車床主軸組件設計,所以要選用滾動軸承。
主軸軸承主要應根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇,為了提高精度和剛度,主軸軸承間的間隙應該是可調(diào)的。線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承的剛度高,但一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低,下面就簡述幾種常用的數(shù)控機床主軸的軸承及適用范圍:
b)角接觸球軸承
這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種: a=25°,a=15°,其中a=25°的編號為7000AC型(舊代號為46100型),屬于特輕型;或編號為7190AC型(舊代號為46900型),屬于超輕型。a=15°的編號為7000C型(舊代號為36100型),屬于特輕型;或編號為7190C型;或編號為7190C型(舊代號為1036900型),屬于超輕型。如圖3.4所示。
圖 3.4 角接觸軸承
角接觸球軸承多用于高速主軸,隨接觸角的不同有所區(qū)別,α=25°的軸向剛度較高,但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低,多用于車、鏜、銑加工中心等主軸;α=15°的轉(zhuǎn)速可更高一些,軸向剛度較低,常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、鏜、銑主軸后軸承。這種軸承為點接觸,剛度較低。為了提高剛度和承載能力,常用多聯(lián)組配的方法。所以本設計前支承采用雙聯(lián)組配的方式,代號為DF;后支承采用也采用雙聯(lián)組配方式,代號是DF。如圖3.5
圖3.5 角接觸軸承
c)圓柱滾子軸承
圖3.6為雙列圓柱滾子軸承(,它的特點是內(nèi)孔為1:12的錐孔,與主軸的錐行軸徑相配合。軸向移動為內(nèi)圈,可把內(nèi)圈脹大,以消除徑向間隙或預緊,這種軸承只能承受徑向載荷。
圖 3.6 圓柱滾子軸承
d)軸承間隙調(diào)整和預緊
主軸軸承的內(nèi)部間隙,必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承,還應能夠在過盈狀態(tài)下工作,使?jié)L動體和滾道之間有一定的欲變形,這就是軸承的預緊。軸承預緊后,內(nèi)部無間隙,滾動體從各個方向支承主軸,有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等,滾道也不可能絕對正圓,因而預緊前只有部分滾動體和滾道接觸。預緊后,滾動體和滾道都有了一定的變形,參加工作的滾動體將更多,各滾動體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動,則由于各個方向都有滾動體支承,可以提高抗振性。但是,預緊后發(fā)熱較多,溫升較高;且太大的預緊將使軸承的壽命降低,故預緊要適當。本設計為數(shù)控車床主軸組件設計,功率相對較小,所以取中預緊。
根據(jù)以上計算過程,畫出主軸組件圖3.7,主軸零件圖3.8
圖3.7 主軸組件圖
圖3.8 主軸零件圖
3.5 電磁離合器的選擇
摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機床中應用十分廣泛,因為它可以在運轉(zhuǎn)中自動的接通或脫開,且具有結合平穩(wěn),沒有沖擊、構造緊湊的特點,部分零件已經(jīng)標準化,多用于機床主傳動。選用時應作必要的計算。
根據(jù)初步的計算可從《離合器的選擇與運用》一書中選取,所有的作圖和計算尺寸都見書中的表。
3.5.1 按扭矩選擇
一般應使用和設計的離合器的額定靜扭矩和額定扭矩滿足工作要求,由于普通車床是在空載下啟動和反向的,故只需按離合器結合后的靜負載扭距來選。即:
3.71
對于需要在負載下啟動和變速,或啟動時間有特殊要求時,應按動扭距設計離合器。
3.5.2 選擇步驟
a)決定外摩擦片的內(nèi)徑d。
根據(jù)結構需要,如為軸裝式時,摩擦片的內(nèi)徑d應比安裝軸的軸徑大2~6mm。b)選擇摩擦片尺寸:
可以在參考書中選擇,具體的型號見圖紙。
c)計算摩擦面對數(shù)z
3.72
式中:f-摩擦片間的摩擦系數(shù)(有表可選);
-許用壓強MPa(有表可選);
D-摩擦片內(nèi)片外徑mm(有表可選);
d-摩擦片外片內(nèi)徑mm(有表可選);
Ku-速度修正系數(shù)(有表可選);
Kz-結合面數(shù)修正系數(shù)(有表可選);
Km-結合次數(shù)修正系數(shù)(有表可選)。
代入數(shù)值得:取Z=9。
4縱向進給伺服系統(tǒng)設計
經(jīng)濟型數(shù)控車床的改造一般是步進電機經(jīng)減速驅(qū)動絲杠,螺母固定在溜板箱上,帶動刀架左右移動,其結構示意圖見圖4.1所示。
圖4.1 縱向結構示意圖
縱向進給系統(tǒng)的基本參數(shù)如下:
從相關資料上確定一下基本參數(shù)
工作臺重量
滾珠絲桿基本導程
行程
脈沖當量
快速進給運動
下軌道(Z)向采用的是雙排兩列4個滾動軸承來實現(xiàn)滑動平臺的支撐。
4.1傳動鏈的確定
取步進電動機的步距角,滾珠絲杠的基本導程,進給傳動鏈的脈沖當量,則有
4.1
按最小慣量條件,查得應該采用1級傳動,傳動比i=1.25,根據(jù)結構需要確定齒輪齒數(shù)Z=32、40,模數(shù)m=2,齒寬b=20mm。
4.2滾珠絲桿副的計算選擇
4.2.1切削力的計算
由機床設計手冊得切削功率
N——主電機功率,N=5.5KW
——主傳動系統(tǒng)效率,一般為0.6~0.7,取0.65
K——進給系統(tǒng)功率系數(shù),取K=0.96,則
4.2
又因為
所以
取V=100m/min(切削線速度)
主切削力
4.3
從《機床設計手冊》可知一般外圓車削時車床參數(shù)如下表4.1
表4.1 外圓車削時車床參數(shù)
2
2
2
2
2
2
0.2
0.3
0.4
0.2
0.3
0.4
1125
1524
1891
1687
2287
2837
4.4
4.5
4.2.2導軌摩擦力的計算
導軌受到垂向切削分力,縱向切削分力,工作臺重力W=800N,查表得鑲條緊固力,取導軌動摩擦系數(shù),則
4.6
計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力和
4.7
4.8
4.2.3滾珠絲杠設計計算
由《數(shù)控機床設計手冊》得知
計算綜合導軌車床絲桿的軸向力
其中K=1.15,,取0.16。則
4.9
a)強度計算:
當車床以線速度,進給量,車削D=100mm的外圓時
絲杠轉(zhuǎn)速為:
4.10
壽命值(=20000h):
4.11
計算最大動負載
查表得,運轉(zhuǎn)系數(shù)=1.2,
4.12
據(jù)最大動負載Q值可選擇滾珠絲桿的型號,滾珠絲桿型號為。
滾珠絲桿副的幾何參數(shù)如表4.2
表4.2 滾珠絲桿副幾何參數(shù)
滾珠絲杠副型號
公稱直徑
基本導程
鋼球直徑
絲杠外徑
CDM-4006-5
40
6
3.969
39.5
螺紋底徑
循環(huán)圈數(shù)
額定動載荷
額定靜載荷
接觸剛度
35.1
2.5*2
28771
95970
2191
b)傳動效率計算
滾動絲杠螺紋的傳動效率η為:
4.13
式中:為絲杠螺紋升角,可根據(jù)初選型號查出,=2.44°;滾動摩檫系數(shù)f=0.003-0.004,其摩檫角約等于10?,則。
c)剛度的驗算
滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用,他將引起導程 發(fā)生變化,因滾珠絲杠受扭時引起的導程變化量很小,可忽略不計,故工作負載引起的導程變化量為:
4.14
式中=6mm,為彈性模量,對剛
滾珠絲桿截面面積
4.15
4.16
絲杠因受扭矩而引起的導程變化量很小,可以忽略。所以導程變化總誤差為
4.17
查表知E及精度絲杠引起的螺距誤差為,所以剛度足夠了。
d)壓桿穩(wěn)定性計算
滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細長桿,若軸向工作載荷過大,將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲。即失穩(wěn),失穩(wěn)時的臨界載荷為:
4.18
式中: E為絲杠材料彈性模量,對鋼,I為截面慣性矩,對絲杠圓截面I=π /64(mm) (為絲杠外徑),L為絲杠最大工作長度(mm); 為絲杠支承方式系數(shù)
I = π (39.5) / 64 = 119437,=2(一端固定一端簡支),L=1860mm
= π EI/ (L) = 4.19
穩(wěn)定性足夠。
通過以上選擇,縱向進給系統(tǒng)使用型號為的滾珠絲杠副。
4.3電動機選擇
4.3.1轉(zhuǎn)動慣量的計算
小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量
4.20
大齒輪轉(zhuǎn)動慣量
4.21
工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量
4.22
絲杠的轉(zhuǎn)動慣量
4.22
因此總轉(zhuǎn)動慣量
4.23
4.3.2計算折算到電動機軸上的切削負載力矩
已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力,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=1.25總效率η=0.65,則有
4.24
4.3.3計算折算到電動機上的摩擦負載力矩
已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力矩,則有
4.25
4.3.4計算由滾珠絲杠預緊力產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加負載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率,滾珠絲杠螺母副的預緊力為
4.26
4.27
折算到電動機軸上的負載力矩T的計算
空載時(快進力矩),為
4.28
切削時(工進力矩),為
4.29
4.3.5選定電動機
根據(jù)以上計算結果和查表初選130BF001型反應式步進電動機,步距角,最大靜轉(zhuǎn)矩,,其轉(zhuǎn)動慣量;而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量,最高空載啟動頻率,3000Hz,運行頻率,10600Hz。對于開環(huán)系統(tǒng),一般取加速時間。當機床以最快進給速度運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速為:
4.30
4.31
計算空載啟動力矩
4.32
確定最大靜轉(zhuǎn)矩:
機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關系為:
4.33
4.34
機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關系為:
4.35
取和中的較大者為所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為,大于,可以在規(guī)定的時間內(nèi)正常啟動,故滿足要求。
驗算慣量匹配,為了使機械傳動的慣量達到較合理的匹配,系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應滿足下式:
4.36
因為,故滿足慣量匹配要求。
結 論
畢業(yè)設計是對我們大學期間所學知識的一次總結與運用,是對以前每門課程設計的綜合,是對所學知識的徹底檢驗。剛開始選擇課題的時候,因為我對數(shù)控車床比較感興趣,所以選擇了關于數(shù)控車床方面的課題。我所在的組設計的是一臺數(shù)控車床,我主要對主運動系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)進行設計。開始設計之前,我首先上網(wǎng)搜索了有關車床方面的知識,對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進一步的了解,也讓我學習到了很多新的知識。設計的時候,我們對學校的一些數(shù)控車床進行了觀察,我主要觀察了機床的進給系統(tǒng)結構,同時并結合自己的課題對機床的總體布局做了進一步的研究,并通過查閱資料和相關圖冊,設計出了滿足數(shù)控車床需要的主運動系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)。
畢業(yè)設計是我們走向工作崗位的最后一次練兵,是一次理論和實踐完美結合的過程。在近三個月的畢業(yè)設計當中,使我更加認識到理論聯(lián)系實際的重要性,只有理論而不去進行實踐是不行的。在設計過程中,我參考了一些圖紙,在參考的基礎上,理解并分析其優(yōu)缺點,取長補短,對自己其中不合理的部分進行了充分改進。通過這次設計,自己在查閱資料、運用資料、中英文翻譯、運用專業(yè)知識及CAD繪圖等方面的能力有了較大地提高,對如何將機、電互相結合起來有了較深刻的認識,彌補了原來學習中的很多不足之處,為以后從事機械方面的工作打下了一定的基礎,積累了一定的經(jīng)驗,對設計工作有了一定的認識。
總之,這次設計順利完成使我受益匪淺,不但鞏固了我以前學習的東西,而且學到了很多新東西,為我走向社會打下了深厚的基礎。同時也使我懂得了一個真正設計的步驟以及方法。
致 謝
經(jīng)過3個月的忙碌和工作,本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲,作為一個本科生的畢業(yè)設計,由于經(jīng)驗的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有導師的督促指導,以及一起工作的同學們的支持,想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師黃曉華老師。黃老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設計的每個階段,從查閱資料到設計方案的確定和修改,中期檢查,后期詳細設計,裝配圖繪制等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣,但是黃老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩黃老師的專業(yè)水平外,他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣,并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝我的師兄對我無私的幫助,正因為有他的幫助我才能順利的完成設計,我要感謝我的母?!暇├砉ご髮W紫金學院,是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境;另外,我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師,是你們教會我專業(yè)知識。在此,我再說一次謝謝!謝謝大家!?。?。
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