1015-TH5940型數(shù)控加工中心進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1015-TH5940型數(shù)控加工中心進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì),th5940,數(shù)控加工中心,進(jìn)給,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 第六章主要零部件的設(shè)計(jì)- 16 -第六章主要零部件的設(shè)計(jì)6.1 切削力、功率的計(jì)算1 計(jì)算切削力、功率由經(jīng)驗(yàn)公式：切削力 ???tB切F其中 B——切刃接觸面的周長，mmt——被切材料厚度,mm——抗剪強(qiáng)度，MPa?我們可以設(shè)：被切焊管直徑為60mm,厚度為3mm,材料為Q235。又知道，鋸片厚度為3.5mm。在上面的公式中B隨著鋸切深度的變化而變化，是變量，當(dāng)鋸齒切到焊管的直徑時(shí)，B最大，約為（鋸片厚度+焊管厚度） 4。?被鋸切焊管部位的溫度愈高，其抗剪強(qiáng)度愈低（如下表1所示），從而鋸切力就愈小。由于該鋸切系統(tǒng)采用自然冷卻方式，不能及時(shí)地將熱量散去，且鋸片的轉(zhuǎn)速很高（據(jù)估算可達(dá)到5000r/min）,所以在工作過程中焊管可以瞬間達(dá)到900度以上的高溫，根據(jù)表1，此時(shí)抗剪強(qiáng)度為59MPa。表1 鋼材Q235在不同受熱溫度狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度所以 =(3.5+3) 4 3.5 59切F?=5369N產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 T= D/2 切其中， D——鋸片直徑所以，江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 17 -T= 5369 0.45/2=1208 N?m?所需功率為 P= ?ＶF切其中 Ｖ——鋸齒的線速度 又由公式 Ｖ= ，得60Dn?P= ?切代入數(shù)據(jù)可得 P=5019Kw即切削功率為 5019Kw6.2 電機(jī)的選擇1電動(dòng)機(jī)類型的選擇1）根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)類型① 安裝方式的選擇電動(dòng)機(jī)安裝方式有臥式和立式兩種，臥式電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較立式的便宜，所以通常情況下多選用臥式電動(dòng)機(jī)，一般只在為簡化傳動(dòng)裝置且必須垂直運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才選用立式電動(dòng)機(jī)。在此選用臥式電動(dòng)機(jī)。② 防護(hù)形式的選擇電動(dòng)機(jī)防護(hù)形式有開啟式、封閉式、防護(hù)式和防暴式四種。③ 開啟式電動(dòng)機(jī)在定子兩側(cè)與端蓋上有較大的通風(fēng)口，散熱條件好，價(jià)格便宜，但水氣、塵埃等雜物容易進(jìn)入，因此只在清潔、干燥環(huán)境下使用。④ 封閉式電動(dòng)機(jī)又可分為自扇冷式、他扇冷式和密閉式三種。前兩種可在潮濕、多塵埃、有腐蝕性氣體或易受風(fēng)雨的環(huán)境中工作。第三種可浸入液體中使用。⑤ 防護(hù)式電動(dòng)機(jī)在機(jī)座下方開有通風(fēng)口，散熱較好，能防止水滴、鐵屑等雜物從上方落入電動(dòng)機(jī)，但不能防止塵埃和潮氣入侵，所以適宜與較清潔干凈的環(huán)境中。⑥ 防暴式電動(dòng)機(jī)適用于有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，如油庫、礦井中。我們所設(shè)計(jì)的機(jī)械定尺飛鋸機(jī)一般安裝在焊管機(jī)組的后面，鑒于其生產(chǎn)環(huán)境，因此選擇封閉式電動(dòng)機(jī)。第六章主要零部件的設(shè)計(jì)- 18 -2）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)選擇電動(dòng)機(jī)類型①對于不要求調(diào)速、對啟動(dòng)性能亦無過高要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先考慮使用一般鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。若要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。②對于要求經(jīng)常啟、制動(dòng)，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大、又有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)考慮用線繞式異步電動(dòng)機(jī)。③ 經(jīng)常對于只需要幾種速度，而不需要無級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，為了簡化變速機(jī)構(gòu)，可選用多變速異步電動(dòng)機(jī)。④對于要求恒速穩(wěn)定運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，且需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因素的場合，應(yīng)優(yōu)先選用同步電動(dòng)機(jī)。⑤對于需要大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又要求恒功率調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，常選用直流串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。⑥對于要求大范圍無級(jí)調(diào)速，且要求經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，則可選用帶調(diào)速裝置的直流電動(dòng)機(jī)或鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此選用交流電動(dòng)機(jī)。綜上所述根據(jù)在滿足生產(chǎn)機(jī)械對拖動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的原則下。選用封閉扇冷式 Y系列異步電動(dòng)機(jī)。2 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓一般選擇與供電電壓一致。普通工廠的供電電壓為 380V或 220V。選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓 220V。3 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇容量相同的同類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列可供選擇，如三相異步電動(dòng)機(jī)常用的有四種同步轉(zhuǎn)速，即 3000、1500、1000、750r/min（相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對數(shù)為2、4、6、8） 。低速電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)多，轉(zhuǎn)矩也大，因此外廓尺寸及重量都較大，價(jià)格較高，但可以使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比減小，使傳動(dòng)裝置的體積、重量較小；高速電動(dòng)機(jī)則相反。因此確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)要綜合考慮，分析比較電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的性能，尺寸、重量和價(jià)格等因江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 19 -素。通常多選用同步轉(zhuǎn)速 1500和 1000r/min的電動(dòng)機(jī)（軸不需要逆轉(zhuǎn)時(shí)常用前者） ，但由于此電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)飛鋸，需高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此選用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min左右。4 電動(dòng)機(jī)容量的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使他過早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。如果電動(dòng)機(jī)容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)（對異步電動(dòng)機(jī)而言）都會(huì)下降。電動(dòng)機(jī)所需工作功率按式 Pw=Pηa 代入數(shù)據(jù)得 Pw=14KW由電動(dòng)機(jī)至鋸片的傳動(dòng)總效率為ηa=η1η2其中 η1、η2 分別為帶傳動(dòng)和軸承的傳動(dòng)效率，η1=0.96η2=0.98所以，代入數(shù)據(jù)可得 Pw=15KW查產(chǎn)品目錄且進(jìn)行市場調(diào)研選取 Y160M2-2型異步電動(dòng)機(jī)。Y160M2-2型異步電動(dòng)機(jī)的外形及主要尺寸如下：圖 12 電動(dòng)機(jī)外形第六章主要零部件的設(shè)計(jì)- 20 -其主要參數(shù)如下：額定功率：15KW 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min滿載時(shí)， 額定電流：29.4A 轉(zhuǎn)速：2930 r/min效率：88.2% 功率因數(shù)：0.88重量：125kg6.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)1 V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等。V帶帶輪按輪輻結(jié)構(gòu)不同劃分為實(shí)心、腹板、孔板和橢圓輪輻四種結(jié)構(gòu)型式。當(dāng)帶輪直徑d d100 mm,采用孔板式。當(dāng)d d>300 mm時(shí)，應(yīng)采用橢圓輪輻式。有經(jīng)驗(yàn)公式可供帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)參考。各種型號(hào)V帶輪的輪緣寬B、輪轂孔徑d和輪轂長L的尺寸，可查閱GB10412-89。最終設(shè)計(jì)成的帶輪形狀如下圖 12所示:圖14 V帶輪江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 21 -2 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算1) 選擇 V帶型號(hào)V帶有普通 V帶、窄 V帶、寬 V帶、大楔角 V帶等多種類型，其中普通 V帶應(yīng)用最廣，窄 V帶的使用也日見廣泛。普通 V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成。抗拉體由簾布或線繩組成，是承受負(fù)載拉力的主體。其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時(shí)的拉伸和壓縮變形。線繩結(jié)構(gòu)普通 V帶具有柔韌性好的特點(diǎn)，適用于帶輪直徑較小，轉(zhuǎn)速較高的場合。窄 V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作承載層，與普通 V帶相比，當(dāng)高度相同時(shí)，其寬度比普通 V帶小約 30％。窄 V帶傳遞功率的能力比普通 V帶大，允許速度和撓曲次數(shù)高，傳動(dòng)中心距小。適用于大功率且結(jié)構(gòu)要求緊湊的傳動(dòng)。普通 V帶有 Y、Z、A、B、C、D、E 七種型號(hào)，窄 V帶有 SPZ、SPA、SPB、SPC 四種型號(hào)。V帶都制成無接頭的環(huán)形。V帶的楔角都是 ，帶彎曲時(shí)受拉部分在橫向要收縮，受壓部分在橫向要伸長，因而楔角將減小。為保證帶和帶輪工作面能良好接觸，除直徑很大的帶輪外，帶輪溝槽的楔角都應(yīng)適當(dāng)減小。帶的型號(hào)可根據(jù)計(jì)算功率 PC和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1選取。 計(jì)算功率PC=KAP　　　　　　　　　　　　　　　　式中 　K A--工作情況系數(shù)P--名義傳動(dòng)功率（kW）當(dāng)工況位于兩種型號(hào)相鄰區(qū)域時(shí)，可分別選取這兩種型號(hào)進(jìn)行計(jì)算，最后進(jìn)行分析比較，選用較好者。2) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑在 V帶輪上，與所配用 V帶的節(jié)面寬度 bp 相對應(yīng)的帶輪直徑稱為基準(zhǔn)直徑 dd 。帶輪愈小，傳動(dòng)尺寸結(jié)構(gòu)越緊湊，但帶的彎曲應(yīng)力愈大，帶容易疲勞斷裂。為避免產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力，對各種型號(hào)的 V帶都規(guī)定了最小帶輪基準(zhǔn)直徑 ddmin 。設(shè)計(jì)時(shí)小帶輪基準(zhǔn)直徑 可參考相關(guān)手冊選取，大帶輪基準(zhǔn)直徑按公式計(jì)算，并圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。圓整后應(yīng)檢驗(yàn)傳動(dòng)比或從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 是否在允許的變化范圍內(nèi)。3) 驗(yàn)算帶速第六章主要零部件的設(shè)計(jì)- 22 -帶速太高，會(huì)因離心力太大而降低帶和帶輪間的正壓力，從而降低摩擦力和傳動(dòng)的工作能力，同時(shí)也降低帶的疲勞強(qiáng)度；帶速太低，所需有效拉力 F大，要求帶的根數(shù)多。帶速計(jì)算式為（m/s） 106??ndV?式中 ——小帶輪轉(zhuǎn)速。一般情況下，帶速 V在 5-25m/s之間為宜，為充分發(fā)揮 V帶的傳動(dòng)能力，V 帶傳動(dòng)的最佳范圍應(yīng)為 10-20m/s。4) 確定中心距 a和帶的基準(zhǔn)長度 Ld① 初定中心距帶傳動(dòng)的中心距不宜過大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動(dòng)。中心距也不宜過小，因?yàn)椋褐行木嘤。瑤У拈L度愈短，在一定帶速下單位時(shí)間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)愈多，會(huì)加速帶的疲勞損壞；當(dāng)傳動(dòng)比 i較大時(shí)，段的中心距將導(dǎo)致包角 α 1過小。對于 V帶傳動(dòng)，中心距 a一般可取0.7（d d1+dd2）<=a 0<=2（d d1+dd2） ② 帶長當(dāng) a0確定后，根據(jù)開口帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系可計(jì)算帶的基準(zhǔn)長度 Ld0。Ld0= ???02210 41)(22 )(dADBCd?????根據(jù)計(jì)算結(jié)果 Ld0,查表選取接近的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度 Ld。5) 確定帶的初拉力初拉力的大小是保證帶傳動(dòng)正常工作的重要因素。初拉力過小，摩擦力小，容易打滑；初拉力過大，帶的壽命低，軸和軸承受力大。推薦單根 V帶張緊后的初拉力 F0 為KPFqZVc2015.2??????????6) 計(jì)算帶輪軸上所受的壓力 FQ為了設(shè)計(jì)帶輪的軸和軸承，需求出傳動(dòng)作用在軸上的壓力，該壓力可以近似按下式計(jì)算：江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書- 23 -2sin10?FZQ?式中 F 0——單根帶的初拉力（N）Z——帶的根數(shù)；a1——小帶輪上的包角。具體計(jì)算過程：① 計(jì)算設(shè)計(jì)功率P c由表 11.3查得工作情況系數(shù) ，故Pc=KA?P=1.4×15kw=21kw② 選擇帶型號(hào)根據(jù) Pc=21kw,n1=2930r/min，由手冊初步選用 A型帶③ 選取帶輪基準(zhǔn)直徑 ,由表選取小帶輪基準(zhǔn)直徑 dd1=150mm，則（設(shè)滑動(dòng)率 ，取傳動(dòng)比 i=4/3）midd 1983450)1.()1(12 ????????取直徑系列值： 2④ 驗(yàn)算帶速 V smnd /310695106?????在(5--25m/s) 范圍內(nèi)，帶速合適。⑤ 確定中心 a 和帶的基準(zhǔn)長度在 范圍，初選中心距由帶長查圖選取 A型帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度 mLd1250?可得實(shí)際中心距 ??8)(8)()(2 212121 ddLddda ????????代入數(shù)據(jù)可得， =350mma第六章主要零部件的設(shè)計(jì)- 24 -取： =350mm a⑥ 驗(yàn)算小帶輪包角 ?????? 1208.73.501283.5718012 ????????ad?包角合適。⑦ 確定帶的根數(shù) Z因 ，帶速 v=23m/s，傳動(dòng)比 i=4/3md150?由表 14-13c，P 1=3.65 kw ΔP1=0.10 kw由表 14-9， 98.0??K由表 14-11， 3L由公式得 38.49.08)1.065.3()(1 ???????LdKPz?取 Z=4根。⑧ 確定初拉力由公式得單根普通 V帶的初拉力 NqvKZPFd 26.1793.0)198.52(34150)15.2(0 22 ???????????⑨ 計(jì)算帶輪軸所受壓力由公式得 NZFQ 4.13028.7sin6.1942sin210 ????綜上，所選 V帶為 A-1250。