橫縱向進給機構(gòu)的設(shè)計教材

1、三、橫縱向進給機構(gòu)設(shè)計1縱向進給機構(gòu)的設(shè)計縱向進給機構(gòu)的改造：拆去原機床的溜板箱、光桿與絲杠以及安裝裝置，縱向驅(qū)動的步進電 機及減速箱安裝在車床的床尾， 并不占絲杠的空間由于采用了滾珠絲杠可提高系統(tǒng)的精度和 縱向進給的剛度。1縱向進給系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)已知參數(shù)小、亠曰$ = 0.01mm 縱向脈沖當量/脈沖?？v向最高進給速度Vfymax =2m/min。CA6140車床工作臺質(zhì)量 W根據(jù)圖形尺寸忽略計算W=20kg.縱向進給切削切削力 Fy的確定有參考文獻查得Fdf / Pa = 3% 5%式中：Pdf -進給系統(tǒng)所需電機功率；Fa -主動傳動電機的功率；已知Pa為7.5kw，取比例系數(shù)為 4%,則

2、Fdf 二 Pa*4%=0.3kwF =6120 f * Pdf /Vf 一一=0.175式中：進給系統(tǒng)效率，其范圍為 0.150.20，??；Vf進給速度查得Vf =(1/21/3)Vfymax，取Vf =(1/2)Vfymax = 1m/min得出 fy=3149N為安全起見，取安全系數(shù)為1.5則fy 二 4724 N2滾珠絲杠副的設(shè)計滾珠絲杠副已經(jīng)標準化。因此滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。一般情況下設(shè)計滾珠絲杠時， 絲杠的長度（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速（或平均轉(zhuǎn)速） 滾道的硬度及絲杠運轉(zhuǎn)的情況。滾珠絲杠副的計算1.滾珠絲杠的最大動負載壽命值:Li10n主 f1000vf

3、n 其中iLh二 DL。取工件直徑D=80mm J 500h，得:1000 100 0.3ni20r / min3.14 x 806Li60 20 15000106=18最大動負載：Q = 3 Li pfwfH得：運轉(zhuǎn)系數(shù)f =12w 硬度系數(shù)則:Q=3 18 1.2 2621.6 = 8245N根據(jù)最大動負載 Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。得此最大動負載下絲杠型號為FFB5006內(nèi)循環(huán)浮動反相器單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊。滾珠絲杠直徑選擇 50mm，其額定動載荷是15KN ,所以其結(jié)構(gòu)強度足夠。2支撐方式選用“單推一單推”的支撐方式。臨界轉(zhuǎn)速的校核絲杠的名義直徑D = 50mm, Nmax max

4、/ L = 200r/min。支撐為“固定一固定”Do = 50mm支撐長度L=1788mm.L與n的交點線在左側(cè)，所以安全。3.效率計算=tan : / tan（I）式中：一-螺紋的螺旋升角，可查參考文獻，取P摩擦角,tan= 0.003 0.004所以= 1345-tan3 3/tan(3 3 1345) =93%4剛度計算滾珠絲杠受工作負載P引起的導(dǎo)程變化量:EF式中：L = 6mmE=20.6 106 N/cm2 =2.06 105N/mm2滾珠絲杠的截面積d 23.89 222F =(一)二=()3.14 =11.88cm = 1188mm2 2則-薦需 Ta 10花m4 10mm滾

5、珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程的變化量小，可以忽略，即:-AL1100100上L6.4 10* = 10.66m/m所以 L00.6差參考文獻知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15m/m，故強度足夠。由于選用滾珠絲杠的直徑為 50mm，支撐方式“單推-帶推”，所以穩(wěn)定性完全可以保證。齒輪的設(shè)計齒輪的初選傳動比:i 二 L0/36O、P0.75 61.25 ： 5360 2010 75式中： -步進電機的步距角，選，計算出i=5，因此可以一級傳動。45 ：大小齒輪均采用 鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260 HB 290HB ,大齒輪硬度為220HB 250HB，精度選六級，模數(shù) m=2,齒數(shù) Z“ =

6、32,Z? = 40,b = 20口口- =20a = (1/2)m(Z1 Z2) =72mm齒輪的疲勞強度校核 彎曲疲勞強度校核公式為KFtYFaYsabmTf式中：Ysa -為載荷作用于齒頂?shù)膽?yīng)力校正系數(shù);Yf9 -為齒形系數(shù)；K -為載荷系數(shù)；Ft -為圓周力二f-彎曲疲勞許用應(yīng)力。載荷系數(shù)K:K 二 Ka Kv KFa KfKa =1,Kv =1.12,KFa =1.2,Kl =1.35則 K = KA KV KFa Kf 1 1.12 1.2 1.35=1.814齒輪1彎曲疲勞強度校核Fr12T1d1圓周力計算d1 二 mz1 = 2 32 二 64mmR =pm2 =10匯0.93

7、2 =8.649kwn n =1500r /min=9550000R =5.50604N *mm所以Ft12T12 50506 104d1 一 64=1720N得齒輪1YSa= 1.625,YFa= 2.54、F 0Ysa仆bm1.184 1720 1.625 2.54-20漢2= 180.2MPa彎曲疲勞許用力計算:KfN 二 FE差參考文獻得K FN = 0.85, - FE= 500MPa取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 ,K FN FE0.85 500 =303.57MPa1.4根據(jù)以上結(jié)果得V-fi所以齒輪1滿足彎曲疲勞強度。齒輪2彎曲疲勞強度校核圓周力計算:Ft22T2d2d2 二

8、mz2 = 2 40 = 80mmP2 =P 2 =10 0.932 =8.649kwn2 = nl=1500 1200r/mini1.2524T2 =9550000=6.256 10 N *mm所以Ft2 二玉=2 6.256 10 =1564Nd280齒輪2YSa67,YFa-2.40FKFtYFaYsabm1.184 1564 1.67 2.4020匯2-156.7 MPa彎曲疲勞許用力計算:K FN 二 FES查參考文獻得KFN= 0.85,：fe - 380MPao取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 ,匚 F 2-K FN 二 FES0.85 380 =230.71MPa1.4根據(jù)以上結(jié)果

9、得F 2:卜-F2，所以齒輪2滿足彎曲疲勞強度。齒面接觸疲勞強度校核齒輪1齒面疲勞強度計算齒面接觸疲勞強度校核公式為:blWE十hu式中：輪齒在節(jié)點嚙合時，兩齒輪齒數(shù)的比值;區(qū)域系數(shù);Ze彈性影響系數(shù);載荷系數(shù)K 二 Ka Kv KHa Kh ：得，J2423則 K 二 Ka Kv KHa Kh1=1 1.12 1.2 1.423 =1.913得, ZE =189-8MPa1/2標準知齒輪20時，知汽5 ,u = z2 / z- =40/32 =1.25所以kWzhZebd1 u1.913 172020 641.25 _11.252.5 189.8= 256.3MPa計算齒輪1接觸疲勞許用應(yīng)力

10、:6K HN 二 H limKhn = 0.90,h im - 500MPa。取安全系數(shù)S=1,二H 1 = Khn J Hlim =0.9 500 =450MPa所以二H ： ；H1滿足接觸疲勞強度。齒輪1的齒面疲勞強度計算查參考文獻得，Ze伽如2標準知齒輪：一 20時,Zh = 2.5u = z2 / z1 = 40 /32 = 1.25所以KFt . u _ 1 bd1 u*ZhZe2.5 189.81.913 17201.25 -120 641.25= 256.3MPa計算齒輪2接觸疲勞許用應(yīng)力:二 hK hn J H limS查參考文獻12得，Khn =0.90,；Hlim =450

11、MPa取安全系數(shù)S=1,Fh1K hn J H lim= 0.9 450 =427.5MPa所以二h ；：H2滿足接觸疲勞強度。步進電機的確定 步進電機步距角的選擇*360Cp/i)Lo =0.75轉(zhuǎn)動慣量的計算慣量對運動特性有很大的影響， 對加速能力、加速時驅(qū)動力矩及動態(tài)的快速反應(yīng)有直接關(guān)系, 因此核算轉(zhuǎn)動慣量很有必要。工作臺質(zhì)量折算到電機上的轉(zhuǎn)動慣量：Ji18O-P 2=()w180 0.001 2 “ =()503.140.752=29.2kg *m m絲杠轉(zhuǎn)動慣量：Js =7.8 10* D L其中L為螺紋長度：L =l021 e I 螺母= 8002 24 104二 952m mle

12、 = 4L0 = 4 6 = 24mmJs =7.8 10， 6.432(1.9 10- 639) 267.1 29.21.252 二 1877.5kg * mm 2032= 1.9 10 kg *mm齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：Jz1=7.8 104 6.42 202=261.7kg *mmJz2 =7.8 10 82202二 639kg *mm由于電機的轉(zhuǎn)動慣量很小，所以可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：1J 2(Js Jz2) Jz1 J1i所需轉(zhuǎn)動力矩計算1.快速空載啟動時所需力矩M 二 M a max M f M 0最大切削負載時所需的力矩M = M at M f M 0 M t快速進給時所需力矩M

13、 二 M f M0式中：amax 一空載啟動時折算到電機軸時的加速度力矩;Mf _折算到電機軸時的摩擦力矩;-由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸時的附加摩擦力矩;Mat一切削時折算到電機軸上的加速度力矩;Mt折算到電機軸上的切削負載力矩;Ma Jn 10，N *mm9.6Tn1-nmax 由. 時,a maxn =ntn maxM a maxVmaxLo19.159 416.79.60.025時,2000 1.25610,M amax = M at1000v fn 主 fi二 D|L0L0二 416.6r / min=3326 N *mm1000 100 0.3 1.253.14 漢80 漢 6

14、二 24.88r / minMat19159 %88 10194.6N.mm9.6 0.025MfF0L0-0. & f心6時,0.16 80 0.6122.3N *mm2 .3.14 0.8 1.25= 0.9時，預(yù)加載荷M0FxL(1- 2)172.88 0.6(1 -0.92)MtFxL。6 3.14 0.8 1.25172.88 0.6= 104.6N *mm2 3.14 0.8 1.25651N mm所以快速空載啟動所需的力矩：M 二 M amax M f M 0 二 3394 122.3 104.6 二 3620N mm切削時所需要力矩：M 二Mat Mf M0 Mt =194.6

15、 122.3 104.6 1651 =2070N * mm快速進給時所需的力矩：M 二M f M0 =122.3 104.6 =226.9N *mm由以上計算可知：所需最大力矩Mamax發(fā)生在快速啟動時，Mamax = 3620N * mm步進電機最高的工作頻率max=vmax/（ 60 b ）200060 0.01=3334 Hz啟動頻率步進電機通常是帶負載啟動運行，而步進電機有空載啟動頻率q參數(shù)，步進電機的負載頻f0fq =（1/2）fq率有經(jīng)驗公式進行估算，也可以按 qq估算。經(jīng)綜合考慮來選擇步進電機若不合要求，還可以采取升降速環(huán)節(jié)加以解決。綜合考慮，選用130BF001型直流步進電機，

16、能滿足使用要求。2橫向進給機構(gòu)的設(shè)計橫向進給機構(gòu)的改造： 由于原橫向進給絲杠的空間有限，一種方法是拆除橫向絲杠換是滾珠絲杠，但現(xiàn)有的滾珠絲杠系列中選出合適的絲杠副比較難，需特制絲杠副；另一種方法是仍采用原絲杠，這樣就避免了特質(zhì)滾珠絲杠副的麻煩，減少了成本，但需要采用電器補償絲杠精度和反向間隙的措施。 而本方案采用前者，并且保留橫向原手動機構(gòu)， 橫向步進電機和減 速箱安裝在機床后側(cè)。橫向進給系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)已知條件：橫向脈沖當量y = 0.005mm/脈沖橫向最高進給速度Vfy max = 2m/ min。溜板箱的重量 W =30kg橫向進給切削切削力 Fy的確定橫向進給量為縱向進給量的 1/2 1/3,取1/2，安全系數(shù)為1.5，則切削力Fy約為：Fy =0.5 4724 = 2362 N滾珠絲杠副的設(shè)計滾珠絲杠副已經(jīng)標準化。因此滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。一般情況下設(shè)計滾珠絲杠時，絲杠的長度（或螺母的有效行程），絲杠的轉(zhuǎn)速（或平均轉(zhuǎn)速）滾道的硬度及絲杠運轉(zhuǎn)的情況。滾珠絲杠副的計算滾珠絲杠上的最大動負載P 二 kFy f(Fz w)取 k“;f16則 P =1 88.20.16(176.430) =1