1388-經(jīng)濟(jì)型中擋精度數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)

1388-經(jīng)濟(jì)型中擋精度數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì),經(jīng)濟(jì)型,精度,數(shù)控機(jī)床,橫向,進(jìn)給,設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 200410、緒論本設(shè)計(jì)課題為：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。因?yàn)槲覀儧](méi)有精良的加工工具或者是自動(dòng)化系數(shù)等各方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不及西歐等國(guó)家。所以我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)與他們的有著很大的差距的原因， 。制造業(yè)是關(guān)系到國(guó)際民生的大事，是富民強(qiáng)國(guó)的必要因素，我國(guó)要有更好的發(fā)展，必須形成我們自己富有特色的現(xiàn)代化制造體系。隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的日新月異，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機(jī)器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。面對(duì)我國(guó)目前機(jī)床擁有量少、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益?！皺M向進(jìn)給系統(tǒng)” “主傳動(dòng)系統(tǒng)”和“縱向進(jìn)給系統(tǒng)”被稱(chēng)為車(chē)床的三大核心系統(tǒng)，其重要地位是不言而喻了。三大系統(tǒng)的精確性、準(zhǔn)確性、必將影響加工產(chǎn)品的性能。而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，并對(duì)原有的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。而這就是我們課題的目的。前提條件：1.床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 ?400mm 2.快移速度 x 軸 4m/min 3.定位精度 x 軸 0.035mm 4.重復(fù)定位精度 x 軸 0.0075mm，刀架 0.010mm設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)課題要求：橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)與絲杠采用柔性結(jié)構(gòu)，電機(jī)選用伺服電機(jī)，對(duì)電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，及對(duì)滾珠絲杠直徑和支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核，設(shè)計(jì)精度達(dá)原始數(shù)據(jù)。 本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車(chē)床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中， 將使工廠(chǎng)的生產(chǎn)的數(shù)字化水平加強(qiáng)，生產(chǎn)力水平顯著提高 ，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，經(jīng)濟(jì)效益得到提高。根據(jù)自己三個(gè)多月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫(xiě)了這本《設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》 ， 其中，書(shū)中肯定存在著相當(dāng)?shù)囊恍﹩?wèn)題，期望領(lǐng)導(dǎo)、老師給予批評(píng)，指正。數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).21、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹從上世紀(jì)五十年代數(shù)控技術(shù)開(kāi)始發(fā)展到 1965 年， 數(shù)控裝置從最初的電子管元件、晶體管元件、集成電路到目前使用比較普遍的小型計(jì)算機(jī)和微處理器共經(jīng)歷了五代的發(fā)展。世界主要工業(yè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床己進(jìn)入了指生產(chǎn)階段。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。 我國(guó)從 1958 看開(kāi)始研究數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，60 年代針對(duì)壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70 年代針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從 1973 年以來(lái)組織了數(shù)控機(jī)床攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)三年努力，到 1975 年己研制出了 40 多個(gè)品種 300 多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過(guò) 30 年的努力，我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從 1975 年到 1979 年，7 年內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床 4108 臺(tái)（其中約 3/4 以上的數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床） 。進(jìn)入 80 年代，我國(guó)重新重視發(fā)展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國(guó)外引進(jìn)控制機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)主機(jī)配套的方針。1981 年，我國(guó)從日本 FANVC 公司引進(jìn)了 FANVC3 系列、5 系列、7 系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī) 技術(shù)，并在北京機(jī)床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠(chǎng)。于 1981 年底開(kāi)始驗(yàn)收投產(chǎn)，1982 年生產(chǎn)約 40 套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約 100 套系統(tǒng)，1985 年生產(chǎn)約 400 套系統(tǒng)，伺服電機(jī)與主軸電機(jī)也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國(guó) 70 年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機(jī)床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機(jī)床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國(guó)的主機(jī)品種與技術(shù)水平都有圈套的發(fā)展與提高?！〗?jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)數(shù)控裝置、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)數(shù)控裝置和點(diǎn)位式經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置三種。對(duì)于數(shù)控車(chē)床改造一般選用步電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)環(huán)數(shù)控裝置。選擇時(shí)主要考慮以下性能：CPU 類(lèi)型、用戶(hù)容量、控制軸或聯(lián)動(dòng)軸數(shù)、設(shè)定單位、插補(bǔ)類(lèi)型、編程尺寸及編程標(biāo)準(zhǔn)，G、M、 S、T、F 功能、刀補(bǔ)功能、間隙補(bǔ)償功能及循環(huán)功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對(duì)編程、增量編程、程序輸入方式以及報(bào)警、診斷等。根據(jù)需要選擇相應(yīng)的性能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的性能參數(shù)：步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)及安裝尺寸，控制箱與電機(jī)的接線(xiàn)型式。系統(tǒng)的快速度給速度、空載起動(dòng)頻率，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)升頻降頻時(shí)間，起動(dòng)矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性、運(yùn)行矩頻特性。驅(qū)動(dòng)電路的型式：高低壓驅(qū)動(dòng)電路、斬波驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路、細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據(jù)加工需要合理選擇。刀架控制與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要考慮刀架型式，如四位或八位電動(dòng)刀架，或轉(zhuǎn)塔鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20043六位刀架。定位精度及重復(fù)定位精度，換刀時(shí)間、刀具選擇時(shí)刀架的轉(zhuǎn)向、夾緊力。刀桿尺寸及裝夾刀具結(jié)構(gòu)型式等性能參數(shù)。我國(guó)己有少數(shù)產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機(jī)床返銷(xiāo)國(guó)外。目前，我國(guó)除了能獨(dú)立地設(shè)計(jì)與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機(jī)床外，還能生產(chǎn)五坐標(biāo)數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機(jī)床研究所開(kāi)發(fā)研制的 JCS-FMC=1，JCS=FMC-2 柔性加工單元，XH715 型立式加工中心，民明機(jī)床古物 THK4680 型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽(yáng)中捷友誼廠(chǎng)的 TK66100 臥式銑削加工中心，青海第一機(jī)床廠(chǎng)的 XH754 臥式加工中心等。這一切都說(shuō)明，我國(guó)的機(jī)床數(shù)控技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)趕上或超過(guò)世界先進(jìn)國(guó)家水平。數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).42．總體方案論證2．1 選擇動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床動(dòng)力系統(tǒng)可分為三類(lèi) 1．步進(jìn)電機(jī)式采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)限于造價(jià)，不再采用其它措施補(bǔ)償位置誤差。由于目前功率步進(jìn)電機(jī)力矩還不太大，所以機(jī)床的空選種速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有 2-3 種插補(bǔ)功能，通過(guò)軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡(jiǎn)單外形的曲面等十分靈活。由于性?xún)r(jià)比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財(cái)力上都比較容易實(shí)現(xiàn)，因此在全國(guó)較容易推廣，普及。2．交流點(diǎn)位式采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制，與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達(dá) 0.001mm，重復(fù)定位精度為 0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率大，可進(jìn)行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點(diǎn)式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋功能上有限，而且成本高，使性能價(jià)格比相對(duì)下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠(chǎng)使用，國(guó)內(nèi)用的很少。3．半閉環(huán)連續(xù)控制式采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以脈沖編碼器檢測(cè)位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，過(guò)載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削。當(dāng)絲杠螺在 6mm 左右時(shí)，快速可達(dá) 8～9m/min，且不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強(qiáng)電計(jì)大大簡(jiǎn)化。以上三種驅(qū)動(dòng)方式而言，各有利弊。經(jīng)過(guò)比較選擇直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)因?yàn)樗俣雀?，過(guò)載能力強(qiáng)，且擁有可編程序控制器，易學(xué)易用，在機(jī)床伺服控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)人微言輕執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價(jià)格低，且適合于開(kāi)環(huán)控制等特點(diǎn)，因此在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)步距角、功率較小，存在振蕩等弱點(diǎn)的限制，在高精大功率應(yīng)用場(chǎng)合并不很合適，故考慮采用伺服電機(jī)控制。2.2 選擇傳動(dòng)裝置鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20045數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪副（或同步齒形帶副） ，滾珠絲杠拖動(dòng)工作臺(tái)。反饋裝置與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)，發(fā)出反饋信號(hào)（亦可把反饋裝置裝在絲杠的端部） ；伺服電機(jī)可直接與絲杠聯(lián)接數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬結(jié)構(gòu)。包括齒輪減速機(jī)，絲杠螺母副，導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)儀式，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置與普通機(jī)床中傳動(dòng)裝置上有重要差別，故它的設(shè)計(jì)與通機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無(wú)間隙，低磨擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率心臟有適應(yīng)阻尼比的要求。設(shè)計(jì)任務(wù)要完成的設(shè)計(jì)是橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)此種系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置采用螺旋傳動(dòng)。螺旋傳動(dòng)主要用來(lái)把旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或把直線(xiàn)傳動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高的傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋，還有調(diào)節(jié)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母，滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu)之別。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，螺旋傳動(dòng)主要來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。選用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇朔N機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)：1. 傳動(dòng)效率高，磨擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為η：0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了 3～4 倍（滑動(dòng)絲杠效率為0.2 ～0.4）,因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠副的 1/4 ～1/3。2. 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。3. 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)傳動(dòng)，也可以從直線(xiàn)傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。4. 磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好。3 、具體設(shè)計(jì)說(shuō)明數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).63．1 橫向進(jìn)給滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)選擇： 在一般情況下，設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，必須知道下列條件：最大工作負(fù)載 Fmax（或平均工作負(fù)載 Fm）作用下的使用壽命 T，絲杠的工作長(zhǎng)度 L（或螺母的有效行程） ，絲杠的轉(zhuǎn)速 n（平均轉(zhuǎn)速 n） ，滾道的硬度 HRC 及絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，然后按下列步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。1、 計(jì)算作用在滾珠絲杠上的最大動(dòng)負(fù)載 Ca 的數(shù)值。2、 從滾珠絲杠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，找出相應(yīng)尺寸系列對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)載荷 Ca 的相近值，并初選型號(hào)。3、 根據(jù)具體工作要求，對(duì)于結(jié)果尺寸、循環(huán)方式、調(diào)隙方法及傳動(dòng)效率等方面的要求，從初選的幾個(gè)型號(hào)中再挑選出比較合適的公稱(chēng)直徑 d0、導(dǎo)程 L0、滾珠列數(shù) k、滾珠圈數(shù) j 等確定某一型號(hào)。4、 根據(jù)所選出的型號(hào)，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗(yàn)算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿(mǎn)足要求。若不滿(mǎn)足要求，則需要另選其它型號(hào)，再做上述的計(jì)算和驗(yàn)算直至滿(mǎn)足要求為止。3．1．1 確定滾珠絲杠的支承方式：一、 滾珠絲杠常用的支承方式見(jiàn)下圖。圖 a 為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。圖為一端固定一端簡(jiǎn)支，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠。圖 c 為兩端固定，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、要求高速精度、高剛度的地方。這種方式還可以預(yù)拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點(diǎn)顯著，但工藝比較困難。鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20047滾珠絲杠都用滾動(dòng)軸承支承?？捎玫臐L動(dòng)軸承種類(lèi)很多。從目前情況看來(lái)，本課題可選用角接觸球軸承：這種軸承可以組配。( a )圖為一對(duì)背靠背，( b )圖為一以面對(duì)面。都承受兩個(gè)方向的載荷。由于螺母（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床身上）的同軸度難免有某些誤差，希望軸承有一定的自動(dòng)調(diào)心作用。面對(duì)面組配時(shí)，兩接觸線(xiàn)與軸線(xiàn)交點(diǎn)之間的距離比背靠背時(shí)小，調(diào)心較易。所以絲杠軸承面對(duì)面配用得比較多。這種軸承是在預(yù)加載荷的條件下組配的。背靠背組配時(shí)，內(nèi)圈端面各磨去δ 裝配時(shí)壓緊內(nèi)圈。就可施加預(yù)加載荷。簡(jiǎn)支端常用深溝球軸承，不預(yù)緊。本課題設(shè)計(jì)采用的是角接觸球軸承，原因在于：1.橫向進(jìn)給系統(tǒng)既承受縱向的力，又要承受橫向進(jìn)給力，考慮到系統(tǒng)受力情況；2. 為了保證加工精度，橫向進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡范圍決定了采用角接觸球軸承。3.1.2 滾珠絲杠副額定載荷：（1）額定動(dòng)載荷 Ca即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中，把 90%達(dá)到 10 轉(zhuǎn)而不發(fā)生疲勞剝6數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).8傷所能承受的純軸向載荷稱(chēng)為額定動(dòng)載，以 Ca 表示。（2）額定靜載荷 Cao:在滾珠絲杠副靜止（或轉(zhuǎn)速〈10r/min〉狀態(tài)下，承受最大接觸應(yīng)力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量只和為滾珠直徑 0.00001 倍時(shí)的軸向載荷，稱(chēng)為額定靜載荷，以 Cao 表示。3.1.3 滾珠絲杠幅主要參數(shù)的確定：（1）按預(yù)期壽命 Ln 及軸向載荷 Fa 進(jìn)行選擇：Ln=(Ca/Fa) ×10 （轉(zhuǎn)） [1] （3-1）36一般情況下，F(xiàn)a 可以用平均載荷 Fm 予以代替：Fm= [1] （3-2）3minax2F?式中；Ln 為預(yù)期設(shè)計(jì)壽命，F(xiàn)max 為最大軸向載荷，F(xiàn)min 為最小軸向載荷。對(duì)于機(jī)床 Ln 通常取 Ln=20×10 （轉(zhuǎn)）6則：Ca= Fm:2.71Fm [1] （3-3 ）320本課題設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)最大進(jìn)給力為 2750N，橫向進(jìn)給為一半即1375N，所以得：Fmax=680N（經(jīng)驗(yàn)值）Fmin=35%Fmax =238N所以 Fm= =537.7N328175?故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20049(2)按承受的最大軸向力 Fmax 確定參數(shù)計(jì)算靜負(fù)荷 Cmo：Cmo=K K FmaxFH即 CmoCmo=1.5×2×680=2062.5N故；絲杠的額定動(dòng)載荷 Ca≥644.2N絲杠的額定靜載荷 Ca>2062.5N選擇：代號(hào)為 2005-4 型的滾珠絲杠，其基本直徑 20mm，大徑 19.5mm基本導(dǎo)程 5mm4.對(duì)選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進(jìn)行核算：（1）最大軸向壓縮載荷 F滾珠絲杠受壓力作用后，在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷 Fc 由下式計(jì)算：Fc= [4] （3-4 ）24)(Ldbcm?式中：m=20×10 （N/mm ）42dc 為公稱(chēng)直徑（ mm）.d 為滾珠直徑（mm）bLs 為絲杠軸的支撐距離（mm）則： 水平安置時(shí)[n] =4][nFc?y[n]—許用穩(wěn)定安全系數(shù)Nc 5244 103.50)17.(120?????F ?3.?即 F 為最大載向壓縮載荷>Fa(2). 極限轉(zhuǎn)速的計(jì)算為使絲杠副在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生共振現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)其極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行核算。當(dāng)絲杠發(fā)生共振時(shí)轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速，以 Nc 表示：數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).10Nc=121 [4] （3-5）min)/()(1026rLkdbc??式中： 為公稱(chēng)直徑；cdd 為滾珠直徑b為支承結(jié)構(gòu)系數(shù)0kK=2.5極限轉(zhuǎn)速 n 滿(mǎn)足：n < 0.8NcNc=121x10 (20-3.175)6 min/105.24r??min/104.8.03rNcn???（3）滾珠絲杠副的預(yù)加副載為了消除螺母間隙，提高滾珠絲杠副的剛性，與定位精度，在絲杠和螺母間施加預(yù)加載荷 Fp，其預(yù)加載荷大小為：Fp＝Fmax/3 ＝229N [4] （3-6）（4） 滾珠絲杠副的剛度滾珠絲杠副的剛度 K：gj11??式中： K 為滾珠絲杠副的剛度；K j 為滾珠的軸向接觸剛度；K1 為螺母的安裝剛度；Kg 為絲杠軸的安裝剛度當(dāng)有預(yù)加負(fù)荷 Fp 且為額定動(dòng)載荷的 1/10 時(shí)，Kj 可近似的以下式表示：○ 1[4] （3-7）??)/(*54.032mnZdFKjb??式中：F 為軸向工作載荷（N）db 為滾珠直徑， （mm）Z＝Z’×圈數(shù)×列數(shù)鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 200411Z’為一圈滾珠數(shù)內(nèi)循環(huán) Z’=d 0/db-(3～5)粒d0為公稱(chēng)直徑 210 為滾子數(shù)∴Kj＝0.54 ＝5.2×10 3 N/μm3 2517.312. ）（?、螺母支撐剛度 K1： ○ 2K1＝ [5] （3-8）)/(10ln*8mNEA?其中：A 為螺母橫截面積E＝2.1×10 5Ln 為螺母支承面至有效滾延間的長(zhǎng)度A＝0.4×10 3 mm2故，K1＝（0.4×10 3×2.1×105）/（1000×10 3）＝0.85×10 3（N/μm）、絲杠軸的支承剛性 Kg○ 3當(dāng)采用圖示的支承方式：Kg= =(A*E)/（1546×10 8）＝0.7×10 3（N/μm） [10] （3-9）810ln*EA滾珠絲杠副的剛度 K：因?yàn)椋?gj1??所以 K=1/( )=2.3×103 （N/μm）j1（5）驅(qū)動(dòng)力矩及驅(qū)動(dòng)功率數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).12使絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)力矩：Ma＝（F×Ph）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10）公稱(chēng)導(dǎo)程 Ph＝ 2.5mmη＝0.9 所以 Ma＝0.61N.m由預(yù)緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩Mf＝K× （N.m） [10] （3-11）810*2?PhFpMf=2.3×103× N.m59?v總驅(qū)動(dòng)力矩：M＝Ma＋MfM=Ma+Mf=0.63N.m[10] （3-12）所需功率W＝ （Kw） [1] （3-13）950??W= )(10.87.636kw???式中：F 為軸向載荷Ph 為公稱(chēng)直徑η 為效率3．1. 4 滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接滾珠絲可通過(guò)齒輪副或步齒形帶與伺服電機(jī)相接；也可通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與伺服電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接。為了消除絲杠與電機(jī)軸之間的同軸度和垂直誤差，可用撓性聯(lián)軸節(jié)或波紋管聯(lián)軸節(jié)。一般為撓性聯(lián)軸節(jié)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套相聯(lián)。通過(guò)柔性片傳遞力矩。柔性片由不銹鋼制成，每片厚 0.25mm。這種聯(lián)軸節(jié)已由專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)生產(chǎn)，其性能尺寸見(jiàn)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 3 冊(cè) P496。伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流兩類(lèi)。直流伺服電動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)較早。交流伺服電動(dòng)機(jī)國(guó)外于 70 年代末期開(kāi)始應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)沒(méi)有電刷，因此壽命長(zhǎng)，允許的轉(zhuǎn)速高，還適當(dāng)宜于易燃易爆的環(huán)境中使用。交流伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)展得快，在國(guó)外已基本上取代了直流伺服電動(dòng)機(jī)。在我國(guó)，交流服電動(dòng)機(jī)也已采用，直流伺服電動(dòng)機(jī)仍有應(yīng)用仍較多。伺服控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)：鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 200413圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個(gè)三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質(zhì)的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)和速度控制精度；電壓控制環(huán)可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服放大器的電壓控制。半閉環(huán)控制：半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測(cè)元件輸出的反饋控制通道，而檢測(cè)元件是安裝在絲杠軸或電機(jī)軸上的，檢測(cè)同角位移后，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移。以偏差值實(shí)現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測(cè)元件檢測(cè)的反饋信號(hào)不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動(dòng)補(bǔ)償。因此這種由等效反饋信號(hào)組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制：數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).14閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺(tái)（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號(hào)，即要求測(cè)量元件安裝在工作臺(tái)上，而不是安裝在絲杠或電機(jī)軸上。但因直接測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，需配備如光柵、磁柵或感應(yīng)同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測(cè)元件，這使整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格提高。由于閉環(huán)控制能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測(cè)元件的測(cè)量精度?？傊@種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜，適宜于大型和精密的數(shù)控機(jī)床。鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2004153．2. 伺服電機(jī)型號(hào)選擇 ：3．2.1 進(jìn)給電機(jī)功率的確定在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低的情況下，空載功率很小，計(jì)算時(shí)可以略去，進(jìn)給電機(jī)的功率可根據(jù)進(jìn)給的有效功率和傳動(dòng)件的機(jī)械效率來(lái)計(jì)算：即：(*)[11] （3-14）YsVQNs*6120?式中： Ns------進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率（KW）Q-------進(jìn)給抗力（公斤力）Vs------進(jìn)給速度（米/分）Ys------進(jìn)給傳動(dòng)的總機(jī)械效率（一般可取 0.15～0.20）根據(jù)資料顯示,CDJK6140 系列車(chē)床的最大切削主力 F=2750N 即Pz=2750N故進(jìn)給力 ： Px=0.5Pz =1375NYs 取 0.2Vs=0.4m/min代入(*) 式kwNs.4602.61375??3．1.2 伺服電機(jī)型號(hào)考慮到進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)載現(xiàn)象, 選擇的電機(jī)功率應(yīng)該大于選擇的電機(jī)功率。（根據(jù)參照電機(jī)手冊(cè). 南京蘇強(qiáng)數(shù)控機(jī)電有限公司） 所以，選擇型號(hào)為110SNMA6 I 型 的永磁無(wú)刷伺服電機(jī)。數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).16額定功率 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 轉(zhuǎn)子慣量 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 電機(jī)時(shí)間常數(shù)1. 256kw 6N.m 2000r.Pm 5.0A 0.718×10 3?kg.m 20.8ms 6.14ms3．1.3 同步帶輪的選擇為了保證傳動(dòng)精度，本設(shè)計(jì)采用同步帶輪來(lái)傳動(dòng)。同步帶輪傳動(dòng)不僅能夠保證良好的傳動(dòng)精度，還能降低傳動(dòng)產(chǎn)生的噪音，對(duì)磨損的要求也同時(shí)符合要求。一般同步帶輪有統(tǒng)一生產(chǎn)，本課題設(shè)計(jì)選用的是慈溪恒力同步帶輪有限公司生產(chǎn)，規(guī)格如下：鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2004174、結(jié)論至今為止，基本上完成了本課程的設(shè)計(jì)要求，課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)與絲杠的連接形式設(shè)計(jì)、絲杠與床鞍的連接設(shè)計(jì)、絲杠的支承方式設(shè)計(jì)、伺服電機(jī)的選擇 。進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度、直接將導(dǎo)致整個(gè)機(jī)床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關(guān)鍵性問(wèn)題是急需解決的。由于自身的經(jīng)驗(yàn)有限，面對(duì)這些關(guān)鍵性問(wèn)題只能從理論上去尋求解決的方法。因此，自己所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中仍相距甚遠(yuǎn)。電機(jī)的選擇也相當(dāng)重要，對(duì)于整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的來(lái)說(shuō)，要求嚴(yán)格。數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).185、參考文獻(xiàn)1 張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.72 李 洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè). 沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1999.1 3 陳宏鈞,馬素敏. 金屬速查速算手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ，1994.74 范云漲,陳兆年. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.75 王啟義,蔡群禮,胡寶珍. 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì). 東北工學(xué)院出版社 1989.106 黃祖德. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京理工大學(xué)出版社 1992.67 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌 500 例. 北京機(jī)械出版社 19968 黃鶴訂. 國(guó)家機(jī)械工業(yè)局--中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品目錄第 10 冊(cè). 北京機(jī)械出版社 2000.79 滾珠絲杠. 上海川浦機(jī)械實(shí)業(yè)公司樣本10 同步帶輪. 慈溪恒力同步帶輪有限公司11 電機(jī)手冊(cè). 南京蘇強(qiáng)數(shù)控機(jī)電有限公司鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2004196、設(shè)計(jì)工作小結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我四年來(lái)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的一個(gè)綜合鍛煉和考核， 是踏上社會(huì)前在學(xué)校的一次磨練，要充分發(fā)揮自己的知識(shí)。在設(shè)計(jì)中，我基本將四年來(lái)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了綜合運(yùn)用，并了解了本專(zhuān)業(yè)方面最新科技動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)以前學(xué)習(xí)的把握，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)，也充分展示了自己的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)歷了實(shí)際考察、資料收集、方案論證、工程圖的繪制、說(shuō)明書(shū)的書(shū)寫(xiě)等設(shè)計(jì)過(guò)程，這使我掌握了設(shè)計(jì)的一般步驟，為以后走上工作崗位進(jìn)行其它方面的工作奠定了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。從這次設(shè)計(jì)中體會(huì)到：在平時(shí)要搞好、搞懂每個(gè)知識(shí)點(diǎn)；要虛心并誠(chéng)心地向老師、同學(xué)請(qǐng)教；做事需要講團(tuán)體協(xié)作 ；考慮問(wèn)題應(yīng)該多方面、多角度，力爭(zhēng)按最嚴(yán)格的工作要求做事；培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力與嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，體會(huì)到了工程技術(shù)人員所應(yīng)該具備的基本素質(zhì)。由于本人理論及實(shí)踐水平有限，設(shè)計(jì)圖樣、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)定有許多錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)指出，提出批評(píng)和修改意見(jiàn)。最后，向在設(shè)計(jì)期間給予關(guān)心指導(dǎo)的沙愛(ài)民老師謹(jǐn)以最誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)也謝謝幫助我的同學(xué)。數(shù)控機(jī)床橫向進(jìn)給設(shè)計(jì).207、附件清單橫向進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖 CJK40000 A0 1 張刮削板 CJK40101 A4 1 張把手 CJK40102 A3 1 張?zhí)淄? CJK40103 A3 1 張絲杠 CJK40104 A3 1 張橫滑板 CJK30105 A1 1 張螺母座 CJK30106 A3 1 張壓板 CJK30107 A4 1 張墊板 CJK30108 A4 1 張外殼護(hù)罩 CJK30109 A3 1 張 同步帶輪 CJK30111 A4 1 張軸套 CJK30114 A4 1 張調(diào)整螺釘 CJK30117 A4 1 張鋃條 CJK30118 A3 1 張擋板 CJK30119 A4 1 張法蘭座 CJK30122 A3 1 張擋邊 CJK30123 A4 1 張同步帶輪 CJK30111 A4 1 張電纜罩 CJK30156 A3 1 張壓板 CJK30162 A4 1 張擋塊 CJK30169 A4 1 張橫向電機(jī)支架 CJK30170 A1 1 張床鞍 CJK50000 A0 1 張鹽城工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 200421