數(shù)控機床進給系統(tǒng)

數(shù)控機床進給系統(tǒng),數(shù)控機床,進給,系統(tǒng) 目 錄 1機床課程設(shè)計的目的………………………………………………1 2縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算…………………………………………2 2.1主切削力及其切削分力計算……………………………………3 2.2導軌摩擦力的計算 ……………………………………………3 2.3計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力……………………………3 2.4確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)………………………3 2.5滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算……………………………4 2.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核…………………………………5 2.7計算機械傳動的剛度……………………………………………6 2.8驅(qū)動電機的選型與計算…………………………………………7 2.9機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析………………………………………9 2.10機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析……………………………10 2.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號………………10 3進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………11 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計………………………………………11 總結(jié)與體會…………………………………………………………12 致謝詞………………………………………………………………12 參考文獻 ……………………………………………………………13 摘 要 1數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計的目的 通過本課程設(shè)計的訓練，使學生在完成數(shù)控機床及金屬切削機床的結(jié)構(gòu)課程學習之后，讓學生能夠運用所學的知識，獨立完成數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的設(shè)計，從而使學生進一步加深和鞏固對所學知識的理解和掌握，并提高學生的分析、設(shè)計能力，同時鞏固《金屬切削機床》課程的部分知識。 1.運用所學理論及知識，進行數(shù)控機床部分機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力； 2.掌握數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟； 3.掌握設(shè)計的基本技能，具備查閱和運用標準、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料的能力； 4.基本掌握編寫技術(shù)文件的能力。 2縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 設(shè)計參數(shù)如下： 工作臺 工作臺質(zhì)量 最大加工受力 快進速度 工進速度 最大加速度 工作臺導軌摩擦力 工作行程 減速機構(gòu) 絲杠螺母機構(gòu)(圖2)，已知數(shù)據(jù)如下： 圖2　絲杠螺母機構(gòu) 軸承軸向剛度 絲杠螺母剛度 螺母支座剛度 絲杠傳動效率 絲杠長度 絲杠軸承、絲杠 螺母摩擦力矩 軸承平均間距 導程 最大轉(zhuǎn)速常數(shù) 支承方式 雙推—雙推 伺服電機 電機轉(zhuǎn)子慣量 2.1主切削力及其切削分力計算 取機床的機械效率，，，則有 工作臺橫向進給方向載荷和工作臺垂直進給方向載荷為 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，移動部件的全部質(zhì)量（包括機床夾具和工件的質(zhì)量）m=600kg，查表得鑲條緊固力，取導軌動摩擦系數(shù)，則 計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力和 2.3計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 計算最大軸向負載力 計算最小軸向負載力 2.4確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù) 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 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為、，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。 2.5滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算 （1）按預期工作時間估算滾珠絲杠預期的額定動載荷 已知數(shù)控機床的預期工作時間，滾珠絲杠的當量載荷 ，查表得載荷系數(shù)；初步選擇滾珠絲杠的精度等級為3級精度，取精度系數(shù)；查表得可靠性系數(shù)。取滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速，已知，滾珠絲杠的基本導程，則 （2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知本車床縱向進給系統(tǒng)的定位精度為40 ,重復定位精度為16 ，則有 取上述計算結(jié)果的較小值，即。 （3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用一端固定、一端游動支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為 L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承 ≈（1.2～1.4）行程+（25～30） 取L=(1.4×700+30×10)mm=1280mm （4）初步確定滾珠絲杠螺母副的型號 根據(jù)以上計算所得的、、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號為FF3210-3其公稱直徑、基本導程、額定動載荷和螺紋底徑如下： 2.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑，已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度，絲杠水平安裝時，取，查表得，則有 本車床橫向進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為，遠小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度，其彈性模量 ，密度，重力加速度 滾珠絲杠的最小慣性矩為 滾珠絲杠的最小截面積為 取，查表得，則有 本橫向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為166.67r/m，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核,滾珠絲杠的額定動載荷，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則有 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 2.7計算機械傳動的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量，滾珠絲杠的底徑。絲杠支撐方式為兩端支撐或者兩端固定時，則 當滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 當時，即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端，此時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 已知滾動體直徑mm，滾動體個數(shù)Z=15.軸承接觸角。軸承最大軸向工作載荷。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為： 查表得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動載 。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷則 進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。 進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 故 已知扭矩作用點之間的距離，滾珠絲杠的剪切模量 ，滾珠絲杠的底徑，則有 2.8驅(qū)動電機的選型與計算 （1）計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 已知滾珠絲杠的密度，則有 （2）計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量 已知縱向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為m=600kg;絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=1cm則 （3）計算電動機軸上的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量 （4）計算加在電動機軸上總負載轉(zhuǎn)動慣量 （5）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=10mm=0.01m，進給傳動系統(tǒng)的傳動比i=10.24總效率η=0.85，則有 （6）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 （7）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 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 切削時（工進力矩），為 根據(jù)以上計算結(jié)果和查表初選55BF010型反應(yīng)式步進電動機，其轉(zhuǎn)動慣量；而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量；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： （8）計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上的各種力矩 計算空載啟動力矩 計算快進力矩 計算工進力矩 （9）選擇驅(qū)動電動機的型號 根據(jù)以上計算和查表選擇國產(chǎn)150BF002型電動機，其主要參數(shù)如下：相數(shù)，5；步距角，；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動慣量，；最高空載啟動頻率，2800Hz；運行頻率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 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(guān)系為： 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(guān)系為： 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。 為了使機械傳動系統(tǒng)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(yīng)滿足式（2-67），即 ，故滿足慣性匹配要求。 2.9機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為、，滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已知m=600kg，則： 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量為 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 由以上計算可知，絲杠—工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 2.10機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 （1）計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導軌的靜摩擦力為，則 即，故滿足要求。 （2）計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 即，故滿足要求。 （3）計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 已知負載力矩，扭矩作用點之間的距離，絲杠底徑，則有 由該扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度，有 2.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級，本進給傳動系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足如下要求： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級為3級，查表得，當螺紋長度約為350mm時，，；； 故滿足設(shè)計要求。 3進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當他們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母軸向移動。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點： （1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當于普通絲杠的1/4-/3. （2）若給于適當預緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 （4）具有可逆性，既可以從螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動件。 （5）磨損小，使用壽命長。 （6）制造工藝復雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 （7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時當傳動切斷后，不能立即停止運動，故還需要增加制動裝置。 本次設(shè)計采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副，精度為3級，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個的導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位而實現(xiàn)預緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但載荷量須預先設(shè)定而且不能改變。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進行拉伸。 絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60°角接觸軸承，在這兩種軸承中，60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 60°角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點間的距離比背對背時小，實現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進給傳動中面對面組合用得較多。 在此課題中采用了以面對面配對組合的60°角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預拉伸的結(jié)構(gòu)，使預拉伸量略大于熱膨脹量。 圖3.1為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 總結(jié)與體會 畢業(yè)設(shè)計是對我們大學期間所學知識的一次總結(jié)與運用，是對以前每門課程設(shè)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，我因為對數(shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所在的組設(shè)計的是一臺數(shù)控車床，我主要對其中的橫向進給系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)進行設(shè)計。開始設(shè)計之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)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(shè)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(jié)構(gòu)，同時并結(jié)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(guān)圖冊，設(shè)計出了滿足數(shù)控車床需要的橫向進給系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)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(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)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(shè)計過程中，我參考了一些圖紙，在參考的基礎(chǔ)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(shè)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(jié)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(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗，對設(shè)計工作有了一定的認識。 總之，這次設(shè)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(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計的步驟以及方法。 致謝詞 經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)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(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師楊昌明。楊老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設(shè)計較為復雜煩瑣，但是張老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩張老師的專業(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。 其次要感謝我的同學對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設(shè)計，我要感謝我的母?！魅A大學，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?。?！。 【參考文獻】 [1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計[M].武漢：華中科技大學出版社，2007. [2] 濮良貴.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2001. [3] 劉朝儒.機械制圖.[M]北京：高等教育出版社，2001. [4] 鄧志平.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).[M]成都：西南交通大學出版社，2004. [5] 胡秋.數(shù)控機床進給系統(tǒng)的設(shè)計[J].機床與液壓，2004（6）：55-56. [6] 鄒小琦.數(shù)控機床進給系統(tǒng)的定位精度[J].南昌大學學報，1997（4）：84-87. [7] 王愛玲，白恩遠.現(xiàn)代數(shù)控機床[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003. - 14 - 目 錄 1機床課程設(shè)計的目的—————————————————————————2 2縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算—————————————2 2.1設(shè)計參數(shù)———————————————————2 2.2絲杠螺母動態(tài)設(shè)計—————————————————————————3 2.3變速機構(gòu)設(shè)計—————————————————————————————5 2.4絲杠螺母靜態(tài)設(shè)計———————————————7 2.5電機的靜態(tài)設(shè)計———————————————————————————9 3 進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ——————————————11 總結(jié)與體會——————————————————— 13 參考文獻———————————————————— 13 1數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計的目的 通過本課程設(shè)計的訓練，使學生在完成數(shù)控機床及金屬切削機床的結(jié)構(gòu)課程學習之后，讓學生能夠運用所學的知識，獨立完成數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的設(shè)計，從而使學生進一步加深和鞏固對所學知識的理解和掌握，并提高學生的分析、設(shè)計能力，同時鞏固《金屬切削機床》課程的部分知識。 1.運用所學理論及知識，進行數(shù)控機床部分機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力； 2.掌握數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟； 3.掌握設(shè)計的基本技能，具備查閱和運用標準、手冊、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料的能力； 4.基本掌握編寫技術(shù)文件的能力。 2縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 2.1設(shè)計參數(shù)： 工作臺 工作臺質(zhì)量 最大加工受力 快進速度 工進速度 最大加速度 工作臺導軌摩擦力 工作行程 減速機構(gòu) 絲杠螺母機構(gòu)，已知數(shù)據(jù)如下： 　絲杠螺母機構(gòu) 軸承軸向剛度 絲杠螺母剛度 螺母支座剛度 絲杠傳動效率 絲杠長度 絲杠軸承、絲杠 螺母摩擦力矩 軸承平均間距 導程 最大轉(zhuǎn)速常數(shù) 支承方式 雙推—雙推 伺服電機 電機轉(zhuǎn)子慣量 一般數(shù)據(jù) 鋼的密度 機床在工作時，按照加速-工進-減速-反向加速-工進-減速-加速這樣一個過程循環(huán)。圖1給出電機轉(zhuǎn)矩在一個工作周期內(nèi)隨時間變化的范圍。 2.2絲杠螺母動態(tài)設(shè)計 (1)確定絲杠螺母傳動的總剛度 1）扭轉(zhuǎn)剛度：由參考文獻（1）式（5-141）可得對于鋼的抗扭剛度量綱公式 (2-1) 式中 絲杠底徑（mm）； 絲杠自由長度（m）. 由參考文獻（1）式（5-121）可得將濟鋼扭轉(zhuǎn)剛度折算成工作臺直線剛度公式 （2-2） 式中量綱：，,,L(m). 由上式可算出 2196 2）拉壓剛度：由參考文獻（1）式（5-140）可得對于鋼的拉壓剛度量綱公式 （2-3） 式中量綱，,L（m）. 根據(jù)已知條件可得 3)總剛度：對于“雙推-雙推”式支撐的絲杠螺母傳動裝置，其剛度的等效圖如圖2。 設(shè)螺母位于絲杠中間，于是 系統(tǒng)的總剛度為 （2-4） 將已知條件代入，得系統(tǒng)總剛度 = （2）確定機械諧振頻率 機械傳動部件的諧振頻率 （2-5） 故 （3）確定具有滿意動態(tài)性能的絲杠直徑。電氣驅(qū)動部件的諧振頻率取下列值，則其動態(tài)性能較好，即取 采用常規(guī)的比例位置調(diào)節(jié)，為使機械傳動部件的動態(tài)性能不影響系統(tǒng)總的動態(tài)性能，應(yīng)當使 但是，根據(jù)本課題中選擇的絲杠直徑，只能得到 因此，絲杠直徑應(yīng)該跟大一些 若取代入式（2-5）得 將此總剛度帶入式（2-4），、和為已知常數(shù)，再由式（2-2）和式（2-3），得 2.3變速機構(gòu)設(shè)計 已經(jīng)知道。電器驅(qū)動部件具有二階振蕩環(huán)節(jié)的性能，其諧振頻率 阻尼比 電氣時間常數(shù) 機械時間常數(shù) 式中 ---驅(qū)動線路總電感; ---驅(qū)動線路總電阻； ---電機扭矩常數(shù)； ---電機反電動勢系數(shù)。 機械時間常數(shù)里的是電機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量 為使電氣驅(qū)動部件獲得最大的諧振頻率，必須使計算到電機軸上的機械部件轉(zhuǎn)動慣量最小。這一點可以借助減速機構(gòu)達到。 如上圖中電機軸上的小齒輪，其直徑及齒寬，根據(jù)傳遞的動力由最小齒輪及模數(shù)的要求決定。當小齒輪設(shè)計完畢，它的轉(zhuǎn)動慣量就是已知的。大齒輪轉(zhuǎn)動慣量可由和降速比i近似確定，即 根據(jù)參考文獻（1）5.6.4節(jié)轉(zhuǎn)動慣量的折算方法，機械部件折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為 （2-6） 式中 ——電機轉(zhuǎn)動慣量; ——小齒輪轉(zhuǎn)動慣量; ——絲杠轉(zhuǎn)動慣量; ——工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量， 令，得滿足最小慣量要求的相對額定降速比 （2-7） 根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)的已知條件，得 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為 （2-8） （2-9） 式中 ——絲杠質(zhì)量; ——包括軸頸的絲杠總長; ——鋼的密度， （） 將已知條件代入，得 小齒輪由齒輪設(shè)計確定，其轉(zhuǎn)動慣量為已知，設(shè)。將、、代入式（2-7），得 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為Z1=20、Z2=70，模數(shù)m=2，齒寬b1=20mm,b2=18mm。 2.4絲杠螺母靜態(tài)設(shè)計 （1）確定動載荷，由圖1可見，工作循環(huán)周期T由加速時間和加工時間組成，計算如下： 在減速期間的平均轉(zhuǎn)速為： 工作進給時轉(zhuǎn)速 將上述數(shù)據(jù)帶入?yún)⒖嘉墨I（1）式（5-131）中可得當量轉(zhuǎn)速： 載荷系數(shù)由參考文獻（1）表5-13取 當量載荷由參考文獻（1）式（5-129）計算，則當量載荷為 將已知條件、、、、，并算出 代入上式 取滾珠絲杠壽命為20000h，從參考文獻（1）式（5-132）算出該滾珠絲杠的動載荷 14574 （2）確定靜載荷 最大軸向力可近似取最大加工受力，即 由參考文獻（1）表5-14取靜態(tài)安全系數(shù)，根據(jù)參考文獻（1）式（5-135）得靜載荷 （3）根據(jù)軸向壓力選取絲杠直徑。由參考文獻（1）式（5-139）可得 （2-10） 由 L=0.5（m）=550(mm) 查參考文獻（1）表5-15得 m=20.3 代入上式得 故 （4）轉(zhuǎn)速限制 1）最大轉(zhuǎn)矩限制：由參考文獻（1）式（5-138）得 （2-11） 由和A=60000得 2）臨界轉(zhuǎn)速限制：由參考文獻（1）式（5-137）得 （2-12） 由，L=550(mm),f=21.9(見參考文獻（1）表5-15)得 （5）選擇絲杠直徑：由上面計算結(jié)果得： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，從廠家產(chǎn)品樣本中可選取絲杠直徑。如參考文獻（1）表5-21所示。 2.5電機的靜態(tài)設(shè)計 （1）計算。由式（2-6）得 根據(jù)上面球的的最佳傳動比和其他參數(shù)，得 （2）確定電機額定轉(zhuǎn)矩。工作臺加速和加工力所引起的當量力矩 （2-13） 式中 ---絲杠傳動效率; ---當量載荷，已經(jīng)算出為1484（N）。 故得 絲杠加速度 （2-14） 絲杠加速所需的轉(zhuǎn)矩 （2-15） 由圖1可知，由絲杠加速所硬氣的當量力矩 （2-16） 由式（2-14）、（2-15）、（2-16）可得 絲杠螺母傳動機構(gòu)的總當量力矩為 （2-17） 電機軸角加速度 （2-18） 電機軸的加速轉(zhuǎn)矩 （2-19） 由圖1可知，由電機軸加速所引起的當量力矩 （2-20） 由式（2-18）、（2-19）、（2-20）得 作用在電機軸上的當量力矩為 （2-21） 電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 （2-22） （3）確定電機額定功率。電機的額定轉(zhuǎn)速 （2-23） =2070（r/min） 電機的額定功率 （2-24） （2-25） 最后得電機額定功率 根據(jù)以上計算和?數(shù)控機床進給傳動設(shè)計?表2-47，選擇日本FANUC公司生產(chǎn)的a2/5000i型交流伺服電動機為驅(qū)動電動機，才能滿足要求。 3進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當他們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母軸向移動。 滾珠絲杠螺母副具有以下特點： （1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動效率為0.92-0.96，比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當于普通絲杠的1/4-/3. （2）若給于適當預緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 （4）具有可逆性，既可以從螺旋運動轉(zhuǎn)換成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動件。 （5）磨損小，使用壽命長。 （6）制造工藝復雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 （7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時當傳動切斷后，不能立即停止運動，故還需要增加制動裝置。 本次設(shè)計采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副，精度為3級，兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預緊方式為單螺母消除間隙方法。它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個的導程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位而實現(xiàn)預緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但載荷量須預先設(shè)定而且不能改變。 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進給絲杠；一端固定一端浮動的方式，常用于較長的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對絲桿進行預拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進行拉伸。 絲杠中常用的滾動軸承有以下兩種：滾針—推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60°角接觸軸承，在這兩種軸承中，60°角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機床中被廣泛應(yīng)用。滾針—圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。 60°角接觸軸承的組合配置形式有面對面的組合、背靠背組合、同向組合、一對同向與左邊一個面對面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對面組合方式，兩接觸線與軸線交點間的距離比背對背時小，實現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進給傳動中面對面組合用得較多。 在此課題中采用了以面對面配對組合的60°角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實現(xiàn)自動調(diào)整。滾珠絲杠工作時要發(fā)熱，其溫度高于床身。為了補償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預拉伸的結(jié)構(gòu)，使預拉伸量略大于熱膨脹量。 圖3.1為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 總結(jié)與體會 課程設(shè)計作為工科院校大學生的必修環(huán)節(jié)，不僅是鞏固大學生大學所學知識的重要環(huán)節(jié)，而且也是在檢驗畢業(yè)生綜合應(yīng)用知識的能力、自學能力、獨立操作能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，是大學生參加工作前的一次實踐性鍛煉。 大學四年的學習即將結(jié)束，在我們即將踏入社會之前，通過課程設(shè)計來檢查和考驗我們在這幾年的所學的知識，同時對于我們自身來說，這次課程設(shè)計很貼切地把一些實踐性的東西引入我們的設(shè)計中和平時所學的理論知識相關(guān)聯(lián)。為我們無論是在將來的工作或者是繼續(xù)學習的過程中打下一個堅實的基礎(chǔ)。 雖然只有一周的時間，在很倉促的情況下完成了這次數(shù)控銑床傳動進給系統(tǒng)的課程設(shè)計，但收獲卻很大，使我初步具備了設(shè)計的能力，并且我相信我在這方面的設(shè)計能力會逐漸成熟起來。 再次感謝老師耐心指導幫助！ 【參考文獻】 1）王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)計.?北京:?兵器工業(yè)出版社,?1999.9 2）王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機床. 北京:?國防工業(yè)出版社,2003.4 3）戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，2007.8 4）數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計.湖北：華中科技大學出版社，2007.5 14