畢業(yè)設計,改進機床機床進給系統(tǒng)機械部分設計計算

1、機床進給系統(tǒng)機械部分設計計算伺服系統(tǒng)機械部分設計計算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負載，確定系統(tǒng)脈沖當量，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩機計算，確定伺服電機，繪制機械部分裝配圖及零件工作圖等。現(xiàn)分述如下：3.1 系統(tǒng)脈沖當量及切削力的確定 脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù)。經(jīng)濟型數(shù)控車床、銑床常采用的脈沖當量是0.010.005mm/脈沖,根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量：縱向：0.01mm/step；橫向：0.005mm/step3.2 切削力的計算1.縱車外圓： 主切削力Fz（N）由經(jīng)驗公式（1）估算： Fz= 0.67D =0.67×3201.5N=3835.3N按切削

2、力各分力比例： Fz：Fx:Fy=1:0.25:0.4 Fx=3835.3× 0.25N=958.8N Fy=3835.3 × 0.4N=1534.1N 2.橫切端面：主切削力可取縱切的一半，即=Fz=1917.65N 此時走刀抗力，吃刀抗力依然按上述經(jīng)驗公式粗略計算： ：F:F=1:0.25:0.4 F=1917.65× 0.25N=479.4N F=1917.65 × 0.4N=767.06N3.3 滾珠絲杠螺母副的設計、計算、和選型（一）縱向進給絲杠：1.計算進給牽引力Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切屑時的走刀抗力以及移動件的重量

3、和切屑分力作用在導軌上的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導軌的形式有關。本次設計縱向進給為綜合型導軌，則按以下公式確定： 式中：K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合型導軌取K=1.15 滑動導軌摩擦系數(shù)：0.150.18，取=0.16 G溜板及刀架重力，由已知G=800N 代入得：Fm=1.15×958.80.16×(3835.3+800)N=1844.7N2.計算最大動負載Q選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬（）轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載 Q，計算如下： 式中：L0為滾珠絲杠導程,初

4、選絲杠導程Lo=6mm； Vs最大切削力下的進給速度,可取最高進給速度的1/21/3,此處為 0.5m/min T使用壽命,按15000h; fw運轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運轉(zhuǎn)取fw =1.21.5;此處取fw=1.2； 則：n=r/min=83.33r/mi L=74.99 =988.5N3 .滾珠絲杠螺母副的選型： 查閱數(shù)控機床系統(tǒng)設計中附表A-34，可采用WL3006外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動負載為14200N,精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(大致相當于老表準E級)4.傳動效率計算 =tan/tan(+) 式中：螺旋升角,WL3506螺旋升角=3°

5、;39 摩擦角取10滾動摩擦系數(shù)0.0030.004則：=tan/tan(+) =tan3°39/tan(3°39+10)=0.955.剛度校核先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（3-1）所示：圖（3-1）縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖 = 700+99+3×16+53 =900mm支承間距L=900mm，最大軸向力為N，絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負載的1/3。（1） 、絲杠的拉伸或壓縮變形量 查圖3-4，根據(jù) Fm=1844.7N ，=30mm 查出Ò/L= 1×10，可算出： = Ò/L×900=

6、 10× 900mm =0.09mm由于兩邊都用向心推力球軸承，且絲桿又進行可預拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量Ò（mm）為： =0.25×=2.25×10mm(2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形查圖3-5，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形Ò： Ò=6.2um行了預緊，Ò=0.5×Ò=6.2×0.5um=3.1um因進（3）滾珠絲杠總的彈性變形量：根據(jù)以下經(jīng)驗公式：Ò= =0.0059mm<0.02mm（定位精度）6穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)

7、現(xiàn)象不需要作穩(wěn)定性校核。（2） 橫向進給絲杠1. 計算進給牽引力 橫向?qū)к墳殡p燕尾形，有如下計算式 ： K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合型導軌取K=1.4； 滑動導軌摩擦系數(shù)：取=0.2； G溜板及刀架重力，由已知G=500N N=1441.5N2.計算最大動負載Q計算如下： 為滾珠絲杠導程,初選絲杠導程Lo=5mm； Vs最大切削力下的進給速度,可取最高進給速度的1/21/3,此處為0.3m/min; T使用壽命,按15000h; fw運轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運轉(zhuǎn)取fw =1.21.5;此處取fw=1.2； L壽命以轉(zhuǎn)為1單位.則：=546538.1N3.查閱數(shù)控機床系統(tǒng)設計中附表A-3，可采用W

8、L3005外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動負載為10700N,精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(大致相當于老表準E級) 4.傳動效率計算 =tan/tan(+3 ) 滾珠絲杠螺母副的選型螺旋升角,W1L2506的螺旋升角=3°2 摩擦角取10滾動摩擦系數(shù)0.0030.004則：=tan/tan(+) =tan3°2/tan(3°2+10)=0.965.剛度校核 (1)先畫出此橫向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（3-2）所示：圖（3-2）、橫向進給滾珠絲杠支承方式草圖 支撐間距 =160+88+3×15+7 =300mm

9、 因為絲杠長度較短不需預緊. 最大牽引力 =1441.5N ,查出=，可算出 =(2)滾珠與螺紋滾道間接接觸變形 查圖3-5 =6um 因進行預緊=3um(3)滾珠絲杠總的彈性變形量：根據(jù)以下經(jīng)驗公式： 則mm(4)定位誤差 =顯然，變形量已大于定位精度（0.02mm）要求，應該采取相應的措施修改，因橫向溜板限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導軌（），減小摩擦力，從而減小軸向力，根據(jù)式（16）重新計算如下 K考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合型導軌取K=1.4；G溜板及刀架重力，由已知G=500N N=825.65N最大牽引力 =825.65N ,查出=，可算出 =(2)滾珠與螺紋滾道間接接

10、觸變形 查圖3-5 =4um 因進行預緊 =2um(3)滾珠絲杠總的彈性變形量：根據(jù)以下經(jīng)驗公式： 則mm(4)定位誤差 =經(jīng)過上面計算設計依據(jù)滿足精度要求。6穩(wěn)定性校核 計算臨界負載式中E材料的彈性模量。鋼為20.6I截面慣性矩，對于絲杠為(為絲杠內(nèi)徑)L絲杠兩支撐端距離（cm）,從表3.12中查出，一端固定，一端簡支為2.00 1.0656N 滾珠絲杠不會失穩(wěn)。（三）縱向和橫向滾珠給絲杠副幾何參數(shù)：其幾何參數(shù)見表3-1 表3-1名稱符號W1L3006W1L3005公 稱 直 徑3030螺 距65接觸角鋼 球 直 徑3.9693.175滾道法面半徑2.0641.651偏 心 距0.0560.

11、045螺 紋 升 角絲 桿 外 徑2929.5螺 桿 內(nèi) 徑25.98726.78828.5628.46螺母螺紋直徑34.01633.212螺 母 內(nèi) 徑30.830.73.4 進給伺服系統(tǒng)傳動計算1. 齒輪傳動比計算 （1）已確定縱向進給脈沖當量,滾珠絲杠導程,初選步進 電機步距角0.9°,可計算出傳動比i i=360/L= 可選定齒輪齒數(shù)為: Z =20 Z=30 2. ,已確定橫向進給脈沖當量,滾珠絲杠導程L=5mm,初選步進 電機步距角0.9°,可計算出傳動比i i=360/L= 考慮到結構上的原因，不使大齒輪直徑過大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級

12、齒輪降速： 因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2.有關參數(shù)如表3-2。 表3-2齒 數(shù)203024402030分度圓d=mz406048804060齒頂圓da=d+2m446452844464齒根圓df=d-21.25m355543753555齒 寬(6-10)m202020202020中心矩A=(d1+d2)/2 50 64503.5 步進電機的計算和選用 （一）縱向機構步進電機選型：1.計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩Tm T=N.cm 式中: 脈沖當量 (mm/step); 進給牽引力 (N); 步距角,初選雙拍制為0.9°2.初選步進電機型號 根據(jù)=1.1749N.m在網(wǎng)上查混合式步進電機

13、技術數(shù)據(jù)表初選步進電機型號 為56BYG250E-SASSBL-0601其中，,保持轉(zhuǎn)矩為2.5N.m.。3.等效轉(zhuǎn)動慣量計算根據(jù)簡圖 ，即圖（1），傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量運動 件的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算: 式中 ，齒輪,的轉(zhuǎn)動慣量 () 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 () = 式中 D圓柱體直徑(cm); L圓柱體長度 (cm); 代入上式: =5.75Kg.cm24.電機轉(zhuǎn)矩計算機床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計算:1) 快速空載起動慣性矩在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計算公式如下： 又 =b/360 =r/min 啟動加速時間（ms）: 帶入得 折算到電機軸上的

14、摩擦力矩: = 62.87N.cm 式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8; i傳動比;附加摩擦力矩： = =9.30N.cm式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動比; Fpo滾珠絲杠預加負荷,一般取1/3Fm,Fm為進給牽引力(N); o滾珠絲杠未預緊時的傳動效率,一般取0.9,此處取o=0.9所以：N.cm2) 快速移動所需力矩 =62.87+9.3=72.17N.cm 3) 最大切削載時所需力矩 =62.87+9.3+ =101.66N.cm 從上面計算可以看出、三種工況下,以快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩 最大,即以此項作為校核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù). 查得

15、：當步進電機為兩相四拍時， =0.707 故最大靜力矩Mjmax=172.96/0.707=244.63Ncm，而電機保持轉(zhuǎn)矩為2.5N.m大于 最大靜力力矩Mjmax，等于所以滿足要求！但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運轉(zhuǎn)矩頻特性。 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 圖（3-3）、56BYG250ESASSBL0601混合式步進電機矩頻特性圖當快速運動和切削進給時，56BYG250D-BASSBL-0241型混合式步進電機運行矩頻完全可以滿足要求。 5.繪制進給伺服系統(tǒng)機械裝配圖在完成運動及動力計算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進電機型號，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號之后

16、，就可以畫機械裝配圖。見附圖（一） 例如，雙片齒輪采用周向彈簧調(diào)整圖 （3-4） 雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法消隙法：1、2-薄片齒輪 3、8-耳座 4-彈簧如圖（3-4）所示，采用了可調(diào)拉力彈簧 5-調(diào)節(jié)螺母 6-鎖緊螺母 7-螺釘 調(diào)整間隙。在兩個薄片齒輪調(diào)整間隙。分別裝上耳座3和8,彈簧4的一端 鉤在耳座3上，另一端鉤在耳座8的螺釘7上。用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長度即可調(diào)整彈簧的彈力，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2的左、右齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)間隙。 （2） 橫向機構初選步進電機：1.計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩Tm （18） T=N.cm 式中: 橫向

17、脈沖當量 (mm/step); 橫向進給牽引力 (N); 步距角,初選雙拍制為0.9°2.初選步進電機型號根據(jù)=0.5408N.m在網(wǎng)上查混合式步進電機技術數(shù)據(jù)表初選步進電機型號為56BYG250D-SASSBL-0241 其中，,保持轉(zhuǎn)矩為1.72N.m.3.等效轉(zhuǎn)動慣量計算 根據(jù)簡圖 ，即圖（2），計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量運動件的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算: J=式中 齒輪、的轉(zhuǎn)動慣量 () 橫向滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 () = = 式中 D圓柱體直徑(cm); L圓柱體長度 (cm); 代入上式: J= =3.852Kg.cm24.電機轉(zhuǎn)矩計算機床在不同的工況下,在,下面分

18、別按各階段計算:1) 快速空載起動慣性矩在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計算公式如下： 式 式 又 =b/360 =r/min 啟動加速時間（ms）: 代入得 折算到電機軸上的摩擦力矩:=8.00N.cm式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動比; 貼塑導軌摩擦系數(shù)，取=0.04附加摩擦力矩： = =3.47N.cm式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8; i傳動比; Fpo滾珠絲杠預加負荷,一般取1/3Fm,Fm為進給牽引力(N); o滾珠絲杠未預緊時的傳動效率,一般取0.9,此處取o=0.9所以：N.cm2) 快速移動所需力矩 =8+3.47=11.47N.cm 3) 最大切削載時所需力矩 =8+3.47+=42N.cm 從上面計算