C6140數(shù)控車床進給系統(tǒng)的設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 緒論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史及國外發(fā)展現(xiàn)狀 1949年美國帕森公司首先提出了機床數(shù)字控制的概念。 1952年第一代數(shù)控系統(tǒng) 電子管數(shù)控系統(tǒng)的誕生。 20世紀 50年代末，完全由固定布線的晶休管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng) 晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功，取代了昂貴的、易壞的、難以推廣的電子管控制裝置。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， 1965 年出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng) 集成電路數(shù)控系統(tǒng)。 1970 年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng) 小型計算機數(shù)控系統(tǒng)，然后，隨著微型計算機以其無 法比擬的性能價格比滲透各個行業(yè)， 1974 年，第五代數(shù)控系統(tǒng) 微型計算機數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。應用一個或多個計算機作為數(shù)控系統(tǒng)的核心組件的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng) (綜上所述，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)也隨著不斷更新，發(fā)展非常迅速，幾乎 5年左右時間就更新?lián)Q代一次 1。 數(shù)控機床是先進制造業(yè)的基礎機械，是最典型的多品種、小批量、高科技含量的機電一體化產(chǎn)品。歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)品進程， 1990 年日本機床產(chǎn)值數(shù)控化率達 75，美國達 70 1，德國達 57。目前世界數(shù)控機床年產(chǎn)量超過 15萬臺，品種超過 1500多種 2。 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 數(shù)控技術(shù)狀況 目前，我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過渡的關(guān)鍵時期，也是由封閉型向開放型過渡的時期。 我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù) (包括核心技術(shù) )，已達到國際先進水平。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標聯(lián) 動技術(shù)對我們已不再是難題， 0.1 m 當量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿型系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于 實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機床廠買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。特別重要的是，我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高， 5000h 以上。同時大部分數(shù)控機床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生產(chǎn)，自我配套率超過 60%。這些成功為中國數(shù)控系 統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎 1。 我國進行改革開 放后，由于政策的開放，使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進的機床制造國家進行技術(shù)交流，并通過引進技術(shù)，到 80年代初，國產(chǎn)數(shù)控機床進入實用化階段， 1991年數(shù)控機床的產(chǎn)值數(shù)控化率為 14 3，到 1997年數(shù)控機床產(chǎn)值數(shù)控化率為 24 5。目前，我國數(shù)控機床 (包括經(jīng)濟型機床 )品種約有 500個 2。 但是，與國外數(shù)控車床相比，在性能、質(zhì)量 設計、制造等各方面存在較大差異，并存在許多不足：機械件的材質(zhì)、加工精度、加工工藝存在較大差距，裝配工藝也存在一定差距；主軸及 卡盤剛性差，主軸定位準停不好；安全性較差，軟硬件保護功能不夠；刀片磨損快，生產(chǎn)成本高，效率低；硬件設計方面不規(guī)范，不符合國標，比如使用電壓等級、電線顏色使用、圖紙資料的繪制裝訂、提交等等，有的機床廠家甚至仍然停留在十年二十年前的設計思想；程序設計方面缺乏標準，不規(guī)范，邏輯性不強，故障率高，在使用過程中需不斷對程序進行修改；外圍元件布置及走線不規(guī)范，標牌線號不清，圖紙與實物不符，維修困難；使用的元器件本身質(zhì)量差，使用壽命短，故障率高，有的機床廠家為了降成本卻忘記了質(zhì)量、忘記了可靠性，選用一些國產(chǎn)的軸承、接觸器 、繼電器、接近開關(guān)等元件，在生產(chǎn)過程中小故障連綿不斷；柔性化不強，多品種生產(chǎn)困難。而國外數(shù)控車床無論是設計水平，還是制造水平，都要高出國內(nèi)數(shù)控車床。機械件材質(zhì)、加工精度、加工工藝、裝配工藝比較好；軟硬件設計有專門的標準，設計規(guī)范合理，配套件齊全，標牌標示清楚齊全；使用的元器件質(zhì)量好，故障率低；新技術(shù)的應用及時領(lǐng)先；概括來說，精度及可靠性高、性能穩(wěn)定故障率低 3 。 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應用領(lǐng)域日益擴大。為了滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和科技 發(fā)展的需要，數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及開放性等方向發(fā)展。 伺服系統(tǒng)的特點 數(shù)字控制，是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控機床是典型的數(shù)控化設備，它一般由信息載體、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床四部分組成 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1. 信息載體 信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機床上加工一個零件所必需的各種信息，以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。常用的信息載體有穿孔帶等，通過相應的輸入裝置將信息輸入 到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過竄行口將計算機上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級的數(shù)控系統(tǒng)可能還包含一套自動編程機或者 2. 計算機數(shù)控系統(tǒng) 計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受載體送來的加工信息，經(jīng)計算和處理后去控制機床的動作。它由硬件和軟件組成。硬件除計算機外，其外圍設備主要包括光電閱讀機、 盤、面板、機床接口等。軟件由管理軟件和控制軟件組成。數(shù)控裝置控制機床的動作可概括為：機床主運動、機床的進給運動、刀具的選擇和刀具的補償 、其它輔助運動等。 3. 伺服系統(tǒng) 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動機構(gòu)和機床移動部件 ,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作命令，驅(qū)動受控設備運動。伺服電動機可以是步進電機、電液馬達、直流伺服電機或交流伺服電機。 4. 機床 它是用于完成各種切削加工的機械部分，是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的，但也做了很多改進和提高，它的主要特點是：由于大多數(shù)數(shù)控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短；為了適應數(shù)控機床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較 ??；更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導軌等；不少數(shù)控機床還采用了刀庫和自動換刀裝置以提高機床工作效率 1。 數(shù)控機床集中了傳統(tǒng)的自動機床、精密機床和萬能機床三者的優(yōu)點，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機床技術(shù)水平的提高首先依賴于進給和主軸驅(qū)動特性的改善以及功能的擴大，為此數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。 伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受 來自 置的進給脈買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作臺，有的帶動刀架，通過幾個坐標軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復雜的機械運動，加工出所要求的復雜形狀工件。 進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。它包含機械、電子、電機 (早期產(chǎn)品還包含液壓 )等各種部件，并涉及到強電與弱電控制，是一個比較復雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當高的技術(shù)性能指標的控制系統(tǒng)，的確是一個相當復雜的任務。提高伺服系 統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對于數(shù)控機床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)之一。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示： 由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通?？筛爬橐韵聨追矫妫嚎赡孢\行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應并無超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。 伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求： 1） 從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如 有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 2） 電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 4 3） 為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應具有耐受 4000能保證電機可在 4） 電機應能隨頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、 混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字 用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高 4。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設計的內(nèi)容、目的和方法 本次設計的內(nèi)容是機床總體方案設計及總體布局圖繪制、縱向及橫向伺服進給機構(gòu)的理論計算、結(jié)構(gòu)設計及繪制裝配圖、典型零件繪制、數(shù)控系統(tǒng)（硬件連接圖）設計、典型零件的數(shù)控車削加工程序編制及外文資料文獻翻譯，并撰 寫畢業(yè)設計論文。 設計的目的是培養(yǎng)綜合運用基礎知識和專業(yè)知識，解決工程實際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，受到本專業(yè)工程技術(shù)和科學研究工作的基本訓練，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻閱讀、程序編制、使用手冊等基本技能得到訓練和提高，培養(yǎng)正確的設計思想、嚴肅認真的科學態(tài)度，加強團隊合作精神。 在設計中，先通過參觀及查閱等了解有關(guān)系統(tǒng)的工作原理，作用及結(jié)構(gòu)特點。選擇合適的算法，根據(jù)計算結(jié)果查閱手冊，得出相關(guān)的結(jié)構(gòu)或零件。在圖紙的繪制中，充分利用軟件的先進性，完成三張 紙。最后，完成硬件連接設計，編制典型零 件的車削程序，撰寫說明書。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 總體 方案 設計 方案設計及總體布局 機床結(jié)構(gòu)可以布置成臥式、立式、倒立式及斜置式等， 根據(jù) 設計任務 加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件， 采用臥式斜床身形式。 主軸水平安裝，橫向成 45布置。根據(jù)縱橫向長度定外觀總長度， 布局圖 如附錄 1所示。 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是連接數(shù)控系統(tǒng)和機床主體的重要部分，在設計中，在伺服方式上選擇最廣泛應用的半閉環(huán) 方式。采用螺旋傳動，計算滾珠絲杠副尺寸規(guī)格，接著進行絲杠的校核并進行精度等驗算，根據(jù)計算的扭矩選擇伺服電機。 主切削力的計算 切削力的大小可用各種測力儀測得，也可用實驗得出的近似公式計算： P Z P t s k (v P Z P Z P Z h P k k k k k 料( P Z P Z v P Z P Z P Z h P t s k k k k k 料 ( 公 斤 力 )(式中 系數(shù)。 決定于工件材料和加工方法，在一定的切削條件（ v、 s、 ， k 總的修正系數(shù)。決定于工件材料、切削用量和刀具幾何形狀等。 v P Z P Z P Z h P k k k k料 分別為工件材料、切削速度、主偏角、前角、刀具磨損限度對 指數(shù)。一般情況下說明吃刀深度對切削力的影響要比走刀量對切削力的影響大。 下表所列為的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)。這些系數(shù)在下列條件下制定：刀片材料為硬質(zhì)合金，工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼， 27 5 /b 公 斤 力 毫 米， 50 /v 米 分 ， 45 ， 10 ，0 ，后刀面磨損限度 0 毫 米，切削時不用冷卻液，車削外圓。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 它們的系數(shù)、指數(shù)和修正系數(shù)之值也各有不同，可從有關(guān)手冊中查得。 表 數(shù) 及 指 數(shù) 工件材料 167 1 0 0 75 修 正 系 數(shù) 工 件 材 料 b40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 0 84 0 90 0 95 1 0 1 04 1 09 切 削 速 度 v= 50 100 200 300 400 500 1 0 0 90 0 82 0 77 0 74 0 71 主 偏 角 = 30 45 60 70 90 1 08 1 0 0 94 0 94 0 89 前 角 = +20 +10 0 0 90 1 0 1 1 1 2 1 3 后刀面磨損限度 h= 0 9 .0 削功率是切削時在 切削區(qū)內(nèi)消耗的功率。當切削速度為已知時，切削功率可用下式計算： 1 0 2 6 0 6 1 2 0v P vN k w切 削(在校驗機床選用的電動機功率時應使 N N k切 削 過電 機 (式中 機床電動機名義功率（千瓦）； 機床效率（一般齒輪機床 = 電動機超載時容許的系數(shù)（一般 57。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 如表 取其 中各參數(shù)的最大值進行估算： 取 67， ， 切深 t=5給量 s=r 則 由公式 ( 0 . 7 51 6 7 5 0 . 3 1 . 0 9 0 . 9 1 . 0 8 1 . 3 1 . 0 54 8 9 . 547974800 公 斤 力 : : 1 : 0 . 2 5 : 0 . 4: : 4 8 0 0 : 1 2 0 0 : 1 9 2 0 切削功率：取切削速度為 105m/由公式 ( : 4 8 9 . 5 1 0 5 8 . 46120切 6切 削電 機過取 11切 削買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 橫向進給系統(tǒng) 已知技術(shù)參數(shù) 橫向最大行程（ 180 工作進給速度為 1 8000mm/ 橫向快速進給速度： 8 m/ 刀架估計質(zhì)量： 150 滑板的估計尺寸（長 寬 高）： 40020080 材料選為 滾珠絲杠的計算及選擇 滾珠絲杠導程的確定 在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為 1i ，設電機的最高工作轉(zhuǎn)速為m a x 1 5 0 0 / m i 則絲杠導程為： n (38 1 0 5 . 3 31500，取 6 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 / m (由公式 (最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 3m a xm a x 8 1 0 1 3 3 3 . 3 3 / m i 最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：m i nm i n 1 0 . 1 6 7 / m i 絲杠等效轉(zhuǎn)速 ：（取 122 m a x 1 m i n 212/ m i nm n t n (買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1t，2t 轉(zhuǎn)速s)。 m a x 1 m i n 2128 8 8 . 9 4 / m i nm n t n 估計工 作臺質(zhì)量及工作臺承重 刀架質(zhì)量：1 1 5 0 9 . 8 1 4 7 0 滑板： 392 4 0 0 2 0 0 8 0 7 . 8 5 1 0 9 . 8 1 1 0 5 2 0 總質(zhì)量：12 1 4 7 0 5 2 0 2 0 0 0G G G N 確定絲杠的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為 般取 取為 絲杠所受的力為（ 如圖 m a 221 . 1 1 2 0 0 0 . 0 3 ( 2 0 0 0 4 8 0 0 ) 1 9 2 0 2 0 0 0X Z F f G F F G =2013N(等效負載可按下式估算 （取 21212： 軸向載荷s)。 軸向載荷r/ 133 3m a x 1 1 m i n 2 21 1 2 21396m F n t F n t n t (確定絲杠所受的最大動載荷 圖 力分析 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 / 360610F f T nm w h f f f ft h a k( 負荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當 一般運轉(zhuǎn)時， 溫度系數(shù)；（查表：） 硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度 。） 精度系數(shù)；（查表：當精度等級為 3 時， 可靠性系數(shù)； (查表：可靠性為 90%時， ) 等效負荷 (N)； 等效轉(zhuǎn)速 (r/ 工作壽命 (h)。（查表得：數(shù)控機床： 5000。） 由公式 ( 66 0 6 0 1 5 0 0 0 8 8 8 . 9 4 8 0 0 1 0 n 684710 m f N選擇滾珠絲杠型號 由文獻 7,8可知，查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型，型號： 杠公稱直徑為 32本導程 6hP 其額定動載荷 16917額定靜載荷 45968圈數(shù) 列數(shù) = 2，絲杠螺母副的接觸剛度為1 1 3 0 / m ，絲杠底徑 27. 9母長度為 112絲杠的精度為 3級。在本設計中采用雙螺母墊片預緊。兩邊軸承分別為 205 本設計中絲杠采用兩端固定的支承方式。選用成對絲杠專用軸承組合。 滾珠絲杠支承用專用軸承： 軸承特點： 1. 剛性大。由于采用特殊設計的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為 60軸向剛性大。 2. 不需要預調(diào)整。對每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號（）排列后，裝緊即可。 3. 起動力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動力矩小。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式。（ 校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 絲杠本身的拉壓剛度 杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 承的接觸剛度 母座的剛度 不同支承組合方式的計算而定。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計算。 臨界壓縮負荷 絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設計中采用兩端固定的支承方式 9。 臨界壓縮負荷按下式計算： 211 m a F (式中 E 材料的彈性模量 E 鋼 =1011(N/ 最大受壓長度 (m)； 安全系數(shù)，取 ； 最大軸向工作負荷 (N)； 絲杠支承方式系數(shù)； (支承方式為雙推 雙推時，見下圖， ，I 絲杠最小截面慣性矩 ( 4420( 1 . 2 )6 4 6 4 wI d d d (式中 絲杠公稱直徑 ( 滾珠直徑 ( 4 1 2 8 43 . 1 4 ( 3 2 1 . 2 3 . 9 6 9 ) 1 0 2 . 7 1 064 絲杠螺紋部分長度 1 8 0 1 1 2 4 0 3 3 2uL m m ，取 350uL 1 400L 絲杠全長 500L 由公式 (買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 1 1 8m a . 1 4 2 . 1 1 0 2 . 7 1 0 1 4 2 2 5 5 4 . 3 2 0 1 34 2 0 1 0 3 N F N 界壓縮負荷滿足要求。 臨界轉(zhuǎn)速 222 2 22 m a 910f k L (式中 A 絲杠最小橫截面： 2 6 4 22 3 1 . 5 1 0 7 . 8 1 044A d m 臨界轉(zhuǎn)速計算長度： 1 1 2 5 0 0 3 5 01 8 0 4 0 3 5 1 . 5 0 . 422 取 1 0 m， 2k 安全系數(shù)，一般取 2 ； 材料的密度： 337 . 8 5 1 0 /k g m ； 2f 絲杠支承方式系數(shù)，查表得2 ， 2 m a 0 3 1 59 9 1 0 4 . 7 3 0 4 3 6 5 0 / m i n 1 5 0 0 / m i 4r n r 滿足要 求。 絲杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 兩端固定： 11 1 1 1 1 ( / )4e B c H K K K (式中 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/ m)； 螺母座的剛度 (N/ m)； 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 (N/ m)； 絲杠本身的拉壓剛度 (N/ m)； 軸承的接觸剛度 (N/ m)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1) 絲杠副 內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本。 2) 軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。 3) 螺母座的剛度可近似估算為 1000。 4) 絲杠本身的拉壓剛度： 對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： 61 0 /s A E ma l a (式中 A 絲杠最小橫截面， 222 ()4A d m m； E 材料的彈性模量， E=1011(N/ l 兩支承間距 (m)； a 螺母至軸向固定處的距離 (m)。 已知：軸承的接觸剛度 1 0 8 0 / m，絲杠螺母的接觸剛度 7 1 6 . 7 / m，絲杠的最小拉壓剛度m i n 5 4 5 . 2 / m（見后面計算）。螺母座剛度 1 0 0 0 / m。 1 1 1 1 14 1 0 8 0 7 1 6 . 7 1 0 0 0 4 5 4 5 . 2 3 2 4 / m 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率： / ra d (式中 m 絲杠末端的運動部件與工件的質(zhì)量和 (N/ m)； 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 (N/ m)。 69 . 8 3 2 4 1 0 1 2 6 0 / 1 2 0 3 8 / m i n 1 5 0 0 / m i r a d s r 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/滿足要求。 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計算： 47 (買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 式中 絲杠平均直徑： L 絲杠長度 43 1 . 7 57 . 8 4 1 5 9 3 4 /500 m r扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 : ()3 (式中 運動部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量 ( 絲杠上傳動件的轉(zhuǎn)動慣量 ( 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 ( 由文獻 7， 8得： 平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為 2 4 22 0 0 0 0 . 0 1( ) 5 . 2 1 09 . 8 1 2J k g m 絲杠轉(zhuǎn)動慣量： 2 2 21 1 1()8 8 4s s s s sJ m d d d L 34421 3 . 1 4 7 . 8 5 1 0 0 . 5 0 . 0 3 2324 1 0 k g m 421 . 6 1 0zJ k g m 415934 4 4 2 7 . 1 / 4 2 2 9 7 / m i 5 . 2 1 . 6 ) 1 03T r a d s r 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/以滿足要求。 傳動精度計算 滾珠絲杠的拉壓剛度 24s (導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中， 00 100 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 最大與最小機械傳動剛度： 25m a 0 3 1 5 2 . 1 1 0 1 6 3 5 . 7 /4 0 . 1 25m i 0 3 0 5 2 . 1 1 0 1 0 2 . 5 /4 0 . 3 最大和最小機械傳動剛度： m a x m i 4 0 . 6 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 5 4 5 . 2 1 / 7 1 6 . 7 1 / 1 0 8 0o s C K m a x m a 4 1 /1 / 1 / 1 / 1 / 1 6 3 5 . 7 1 / 7 1 6 . 7 1 / 1 0 8 0o s C K 由于機械傳動裝置引起的定位誤差為 0 0 m i n 0 m a k (111 4 5 6 . 6 ( ) 1 . 7 82 4 0 . 6 5 3 4 1k m 對于 3 級滾珠絲杠，其任意 300程公差為 12m ，機床定位精度0 4 / 3 0 0m m m m，所以， 2 4 1 / 5 4 . 8k m ，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（ 1/3 1/5）機 床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高 10。 伺服電機計算 根據(jù)文獻 11，扭矩的計算為： 1. 理論動態(tài)預緊轉(zhuǎn)矩 查表知 3級滾珠絲杠 ， 而 m a x / 3 2 0 1 3 / 3 6 7 1 ( ) N m 230 ( / 2 ) (1 ) / 1 0P P P (23( 6 7 1 6 / 2 ) ( 1 0 . 9 ) / 0 . 9 1 00 . 1 3 5 ( ) 2. 最大動態(tài)摩擦力矩 對于 3級滾珠絲杠， 40%P ， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 m a x 0(1 4 0 % ) 0 . 1 9 ( ) N m (3. 驅(qū)動最大負載所耗轉(zhuǎn)矩 3m a x 1 0 / 2 P (32 0 1 3 6 1 0 / ( 2 0 . 9 )2 . 1 4 ( ) 4. 支承軸承所需啟動扭矩 查軸承表： 對于 20 的軸承，其1 0 m， 對于 25 的軸承，其2 0 m， 則 12 0 . 1 5 0 . 2 0 . 3 5B b T N m 。 5. 驅(qū)動滾珠絲杠副所需扭矩 m a a T T 0 . 1 9 2 . 1 4 0 . 3 5 2 . 6 8 6. 電機的額定扭矩 ( 0 . 3 5 0 . 5 ) 5 . 3 6 7 . 6 6 ) m電機的選擇 根據(jù)以上計算的扭矩及文獻 12，選擇電機型號為 額定轉(zhuǎn)矩為 m。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 縱向進給系統(tǒng) 已知技術(shù)參數(shù) 縱向最大行程（ 650 工作進給速度為 1 15000mm/ 縱向快速進給速度： 15 m/ 床鞍及其他的估計尺寸（長 寬 高）： 600300100 材料選為 滾珠絲杠的計算及選擇 滾珠絲杠導程的確定 在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為 1i ，設電機的最高工作轉(zhuǎn)速為m a x 1 5 0 0 / m i 則 由公式 (得 絲杠導程為： 3m a xm a 1 0 101500 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速： 由公式 (， 最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 3m a xm a x 1 5 1 0 1 5 0 0 / m i 最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速：m i nm i n 1 0 . 1 / m i 由公式 (， 絲杠等效轉(zhuǎn)速 為 ： m a x 1 m i n 2121 0 0 0 / m i nm n t n 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重： 橫向工作臺質(zhì)量：1 2000鞍及其他： 392 6 0 0 3 0 0 1 0 0 7 . 8 5 1 0 9 . 8 1 1 0 1 3 8 6 總質(zhì)量：12 2 0 0 0 1 3 8 6 3 3 8 6G G G N 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 確定絲杠的等效負載： 取滑動導軌摩擦系數(shù)為 絲杠所受的力為（如圖 m a 2221 2 0 0 0 . 0 2 5 3 3 8 6 ( 4 8 0 0 1 9 2 0 ) 2X Y f G F F =m i n 0 . 0 2 5 3 3 8 6 8 4 . 6 5F f G N 其等效負載可按公 式 (算： 133 3m a x 1 1 m i n 2 21 1 2 29 2 6 . 2m F n t F n t n t 確定絲杠所受的最大動載荷： 由公式 (： 66 0 6 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 9 0 0 1 0 n 3 4 1 3 . 510 m f N圖 力分析 查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型，型號： 杠公稱直徑為 25本導程 10hP 其額定動載荷 15975額定靜載荷34170，圈數(shù) 列數(shù) =1，絲杠螺母副的接觸剛度為 7 6 7 / m ，絲杠底徑 母長度為 125絲杠的精度為 3級。在本設計中采用雙螺母墊片預緊。兩邊的軸承選為 17 20 校核 界壓縮負荷 軸向固 定的長絲杠在承受壓縮負荷時，應驗算其壓桿穩(wěn)定性。臨界壓縮負荷按公 式(算： 絲杠螺紋部分長度 6 5 0 1 2 5 4 0 8 1 5uL m m ，取 850uL 承跨距 1 1000L 絲杠全長 1100L 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 1 1 8m a . 1 4 2 . 1 1 0 0 . 6 8 1 0 2 0 8 0 1 1 3 3 5 . 69 5 0 1 0 N F N 界壓縮負荷滿足要求。 界轉(zhuǎn)速 由公式 (2 6 4 22 2 0 . 1 1 0 3 . 1 7 1 044A d m 1 2 5 1 1 0 0 8 5 06 5 0 4 0 8 7 7 . 5 0 . 922 取 1 1 m， 2 m a 0 2 0 19 9 1 0 4 . 7 3 0 4 4 5 6 . 5 / m i n 1 5 0 0 / m i r n r 滿足要求。 杠拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 由公式 (： 已知：軸承的接觸剛度 7 6 0 / m，絲杠螺母的接觸剛度 5 5 6 . 2 5 / m，絲杠的最小拉壓剛度m i n 1 0 2 . 5 / m（見后面計算）。螺母座剛度 1 0 0 0 / m。 1 1 1 1 14 7 6 0 5 5 6 . 2 5 1 0 0 0 4 1 0 2 . 5 1 7 9 . 6 7 / m 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率： 69 . 8 1 7 9 . 6 7 1 0 7 2 1 . 1 2 / 6 8 8 9 . 7 / m i n 1 5 0 0 / m i r a d s r 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/滿足要求。 杠扭轉(zhuǎn)剛度 絲杠的 扭轉(zhuǎn)剛度由公 式 (算： 42 4 . 87 . 8 4 2 6 9 6 . 1 /1100 m r由文獻 7,8得： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為 2 4 23 3 8 6 0 . 0 1( ) 8 . 7 5 1 09 . 8 1 2J k g m 絲杠轉(zhuǎn)動慣量： 2 2 21 1 1()8 8 4s s s s sJ m d d d L 34421 3 . 1 4 7 . 8 5 1 0 1 . 1 5 0 . 0 2 5323 . 4 6 1 0 k g m 421 . 5 1 0zJ k g m 扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率按公式 (算 : 42 6 9 6 . 1 1 5 3 7 . 8 6 / 1 4 6 9 2 . 9 / m i 4 6( 8 . 7 5 1 . 5 ) 1 03T r a d s r 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/以滿足要求。 動精度計算 導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中， 50 100 由公式 (， 最大與最小機械傳動剛度： 25m a 0 2 0 1 2 . 1 1 0 6 6 6 /4 0 . 1 25m i 0 2 0 1 2 . 1 1 0 1 0 2 . 5 /4 0 . 6 5 最大和最小機械傳動剛度： m a x m i 7 . 7 /1 / 1 / 1 / 1 / 1 0 2 . 5 1 / 5 5 6 . 2 5 1 / 7 6 0o s C K m a x m a 1 6 . 6 8 /1 / 1 / 1 / 1 / 6 6 6 1 / 5 5 6 . 2 5 1 / 7 6 0o s C K 由于機械傳動裝置引起的定位誤差 據(jù)公式 (0 0 m i n 0 m a 1 1( ) 8 4 . 6 5 ( ) 0 . 77 7 . 7 2 1 6 . 6 8k 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 對于 3 級滾珠絲杠，其任意 300程公差為 12m ，機床定位精度0 4 / 3 0 0m m m m，所以， 2 4 1 / 5 4 . 8k m ，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（ 1/3 1/5）機床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高。 服電機計算 扭矩的計算 1) 理論動態(tài)預緊轉(zhuǎn)矩 查表知 3級滾珠絲杠 ， 而 m a x / 3 1