立式加工中心工作臺(tái)X軸Y軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、概述1.1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，不論是點(diǎn)位控制還是輪廓控制，工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度都受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性影響。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)一般具有以下特點(diǎn)。1）摩擦阻力小為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能和運(yùn)動(dòng)精度，必須減小運(yùn)動(dòng)件數(shù)間的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦力之差。為滿足上述要求，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副；滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。與此同時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件還考慮有適當(dāng)?shù)淖枘?，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2）傳動(dòng)精度和剛度高進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和剛度，從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面考慮主

2、要取決于傳動(dòng)間隙和絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副及其支撐結(jié)構(gòu)的精度和剛度。傳動(dòng)間隙主要來自傳動(dòng)齒輪副、蝸輪副、絲杠螺母副及及其支撐部件之間，因此進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)廣泛采取施加預(yù)緊力或其他消除間隙措施。縮短傳動(dòng)鏈和在傳動(dòng)鏈中設(shè)置減速裝置。加大絲杠直徑以及對(duì)絲杠螺母副、支承部件、絲杠本身施加預(yù)緊力是提高傳動(dòng)剛度的有效措施。3）運(yùn)動(dòng)部件慣量小運(yùn)動(dòng)部件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性有影響，尤其是處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量、減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑和質(zhì)量。以降低其慣量。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.2.1設(shè)計(jì)立式加工中心工作臺(tái)（X軸、Y軸）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)1） 工作臺(tái)、工件和

3、夾具總質(zhì)量m=1200kg（所受重力N=12000N）選取工作臺(tái)質(zhì)量 (所受重力)工作臺(tái)最大行程2） 工作臺(tái)快速進(jìn)給速度3） 工作臺(tái)采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)均為工作臺(tái)定位精度，重復(fù)定位精度為，機(jī)床壽命為20000h（10年）4） 機(jī)床主軸伺服電動(dòng)機(jī)，額定功率5） 機(jī)床采用斷面銑刀進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑刀直徑，主軸轉(zhuǎn)速，切削狀況如表所示表1 立式加工中心切削情況1.2.3 總體設(shè)計(jì)方案1）工作臺(tái)工作面尺寸確定，2）工作臺(tái)導(dǎo)軌采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌3）對(duì)滾球絲杠螺母副進(jìn)行預(yù)緊4）采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)5）采用錐環(huán)套筒聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)的二、設(shè)計(jì)計(jì)算2.1主切削力及其切削分力計(jì)算1）計(jì)算主切削力主軸具

4、有最大扭矩并且能傳遞主電動(dòng)機(jī)全部功率，此時(shí)切削速度為取機(jī)械效率，則由1中式（2-6）得2）計(jì)算各切削分力由1表（2-1）得縱向切削力橫向切削力垂向切削力2.2導(dǎo)軌摩擦力計(jì)算1）由1式（2-8a）計(jì)算切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力，此時(shí)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)。查1表（2-3）得，2）由1式（2-9a）得不切削狀態(tài)下導(dǎo)軌摩擦力導(dǎo)軌靜摩擦力2.3計(jì)算滾球絲杠螺母副的軸向負(fù)載力1）由1式（2-10a）最大軸向負(fù)載力2）由1式（2-11a）最小軸向負(fù)載力2.4滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算1）確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，由1式（2-10）得2)計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷（1）估算在各種切削方式下滾珠

5、絲杠的軸向載荷，將結(jié)果填入表2表2 立式加工中心滾珠絲杠的計(jì)算（2）計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速（3）由1式（2-17）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速（4）由1式（2-18）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷。3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷（1）由預(yù)定工作時(shí)間按1式（2-15）計(jì)算。查1表(2-28)得載荷性質(zhì)系數(shù)。查1表（2-29）滾珠絲杠的精度等級(jí)為2級(jí)，取精度系數(shù)，查表1（2-30），一般情況下可靠性達(dá)97%，取可靠性系數(shù)，（2）因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以可按1式（2-21）估算最大軸向載荷。查表（2-31）得預(yù)加載荷系數(shù)，則（3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷。取以上兩種結(jié)

6、果的最大值，即。4）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑。（1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知工作臺(tái)的定位精度為，重復(fù)定位精度為，根據(jù)1式（2-23）、（2-24）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求，得取上述計(jì)算結(jié)果的最小值，即。（2）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑。本機(jī)床工作臺(tái)（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用一端固定方式，一端的游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為。取 又，由1式（2-25）得5）初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)根據(jù)計(jì)算所得的、，由1 A-3選型號(hào)為FFZD4010-3的滾珠絲杠螺母副,其公稱直徑、基本導(dǎo)程

7、、額定動(dòng)載荷和絲杠底徑如下：故滿足要求。6）確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力由1(2-29)得7）確定滾珠絲杠螺母副支撐用軸承的規(guī)格型號(hào)由公式計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷 。 計(jì)算軸承的預(yù)緊力 。計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷 。由1式(2-15)計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷 C。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速與滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速相同 ，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷 ，軸承的基本額定壽命。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為因?yàn)?，所以?表(2-25)得，徑向系數(shù)X=1.9 ，軸向系數(shù)Y=0.54 ，故確定軸承的規(guī)格型號(hào)。查1附表（A-2）因?yàn)闈L珠絲杠采用一端固定，一端游動(dòng)支承方式，所以將在固定端選用60°角接觸球軸承組背

8、對(duì)背安裝，以承受兩個(gè)方向的軸向力，由于滾珠絲杠螺紋底徑，所以選取軸承內(nèi)徑，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)需要。查手冊(cè)取型號(hào)為TNI/P4DFA，尺寸（內(nèi)徑 ×外徑×寬度）為30mm×62mm×16mm的角接觸球軸承選用脂潤(rùn)滑，該軸承的負(fù)載能力。在油脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的相對(duì)轉(zhuǎn)速為，故滿足要求。軸承的額定動(dòng)載荷故滿足要求3、 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì)圖 1、工作臺(tái)(X軸)部件裝配圖圖 2、工作臺(tái)零件圖、圖 3立式加工中心工作臺(tái)計(jì)算簡(jiǎn)圖 4、 滾珠絲杠螺母副林解壓縮在和的校驗(yàn)4.1滾珠絲杠螺母副林解壓縮在和的校驗(yàn)由工作臺(tái)計(jì)算簡(jiǎn)圖，滾珠絲杠螺母副的最大受力長(zhǎng)度。絲杠桿水平安裝時(shí)，查

9、表2-44，取 由式2-35得求工作臺(tái)滾珠絲杠最大軸向壓縮載荷為遠(yuǎn)小于臨界載荷的值，故滿足要求4.2.滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)由圖3滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度其彈性模量 已知材料密度重力加速度。安全系數(shù)，由表取滾珠絲杠的最小慣性矩為滾珠絲杠最小截面積由公式2-26得 工作臺(tái)滾珠絲杠額定動(dòng)載荷，軸向載荷=1136.8N 運(yùn)轉(zhuǎn)條件函數(shù)，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速根據(jù)公式2-37或2-38得 一般來講在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲杠螺母副的總工作壽命故滿足要求五、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度計(jì)算 5.1.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 (1) 計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度 本機(jī)創(chuàng)工作臺(tái)支撐方式為一端固定一端游動(dòng)，由圖3可知，滾珠絲

10、杠的螺母中心至固定端支撐中心距離時(shí)，滾珠絲杠具有最小拉壓剛度，有公式2-43a得 當(dāng)時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度由公式2-43b得 (2) 計(jì)算滾珠絲杠支撐的剛度已知軸承接觸角，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=17，軸承的最大軸向工作載荷 由表2-45和表2-46得：(3) 計(jì)算滾珠絲杠與軌道的接觸剛度查附表A-3得滾珠絲杠的剛度k=973.額定動(dòng)載荷，滾珠絲杠上所承受最大軸向載荷，由公式2-46b得（4）計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度k由公式2-47a傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度最大值為 即 故5.2.滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算由圖1知扭矩作用點(diǎn)之間的距離，剪切模量G=8.1滾珠絲杠底徑 故由公式

11、2-48得 六、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的造型與計(jì)算6.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量（1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量已知滾珠絲杠的密度 故由公式得（2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（3）由公式2-65計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(4)由公式2-66計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量6.2 計(jì)算這算電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 （1）由公式2-54計(jì)算怯薛負(fù)載力矩切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)距離，緊急給傳動(dòng)系統(tǒng)總效率 則 （2）由1式（2-55）計(jì)算摩擦負(fù)載力矩，故（3）由1式（2-56）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊力而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力,滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程滾

12、珠絲杠螺母副效率，則6.3計(jì)算機(jī)坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上各種所需的力矩（1） 由1式（2-58）計(jì)算線性加速力矩已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。坐標(biāo)軸負(fù)載慣量，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，則加速時(shí)間。故：=15.73Nm（2） 由1式（2-59）計(jì)算階躍加速力矩加速時(shí)間故（3） 計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩由1式（2-61）計(jì)算線性加速度時(shí)的空載啟動(dòng)力矩由1式（2-61）計(jì)算階躍加速度時(shí)的空載啟動(dòng)力矩由1式（2-57a）計(jì)算空載時(shí)的加速力矩由1式（2-57）計(jì)算切削是工進(jìn)力矩6.4選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)（1）選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算和1式

13、（2-4），選擇FANUC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)：額定功率3Kw。額定力矩12Nm。最高轉(zhuǎn)速3000。.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量62Kg,質(zhì)量18Kg.交流伺服電機(jī)的加速度力矩一般為額定功率的5-10倍，按5 倍計(jì)算，該電動(dòng)機(jī)的加速度力矩60Nm。均大于本工作臺(tái)線性加速的時(shí)的啟動(dòng)力矩或階躍加速度時(shí)空載啟動(dòng)力矩。所以，不管采用何種加工方式，本電動(dòng)機(jī)均滿足加速力矩要求。（2） 滾兩匹配演算為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，應(yīng)滿足（2-67）而本題中，故滿足慣性匹配要求。七、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析7.1.計(jì)算絲杠-工作臺(tái)縱向傳動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)

14、行部件的等效質(zhì)量其中m 分別為機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副質(zhì)量，i和m=1200kg則： 7.2.計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 又，絲杠扭轉(zhuǎn)剛度由以上計(jì)算可知，絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 都比較高，一般按 的要求來設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 故滿足要求八、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算分析8.1.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的反響壓死已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)拉壓剛度主軸靜摩擦為 由公式2-52 得 即 故滿足要求8.2.計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 由公式2-53得 即 故滿足要求8.3.計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差（1）由公式2-49計(jì)算由扭矩引起的滾珠絲杠傳動(dòng)副的變形量。負(fù)載力矩。 由圖3得扭矩作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑則2）由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度。由1式(2-50)得九.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)9.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)本機(jī)床工作臺(tái)采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，、,應(yīng)滿足查1表(2-20)滾珠絲杠螺母副采用的精度等級(jí)為2級(jí)查1表（2-21）當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為為850m