機床數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計

1、目 錄1機床課程設(shè)計的目的-22縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算-22.1設(shè)計參數(shù)-22.2工作過程分析-32.3絲杠螺母靜態(tài)設(shè)計-32.4絲杠螺母動態(tài)設(shè)計-52.5變速機構(gòu)設(shè)計-72.6電機的靜態(tài)設(shè)計-93進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計-113.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 -113.2確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號-12總結(jié)與體會-13參考文獻-141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

2、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 2.2工作過程分析機床在工作時，按照加速-工進-

3、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。2.3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)帶入式（5-131）中可得當量轉(zhuǎn)速：載荷系數(shù)由表5-13取當量載荷由式（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，即由表5-14取靜態(tài)安全系數(shù)，根據(jù)式（5-135）得靜載荷 （3）根據(jù)軸向壓力選

4、取絲杠直徑。由式（5-139）可得 （5-149）由 L=0.55（m）=550(mm)查表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：由式（5-138）得 （5-150）由和A=60000得2）臨界轉(zhuǎn)速限制：由式（5-137）得 （5-151）由，L=550(mm),f=21.9(見表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。如表5-21所示。 表5-212011075221722515975341703225909569304029427734092.4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

5、轉(zhuǎn)剛度：由式（5-141）可得對于鋼的抗扭剛度量綱公式 (5-152)式中 絲杠底徑（mm）； 絲杠自由長度（m）.由式（5-121）可得將濟鋼扭轉(zhuǎn)剛度折算成工作臺（執(zhí)行件）直線剛度公式 （5-153）式中量綱：，,L(m).由上式可算出 21982）拉壓剛度：由式（5-140）可得對于鋼的拉壓剛度量綱公式 （5-154）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 （5-155）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 （5-156）故 （3

6、）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（5- 156）得 將此總剛度帶入式（5-155），、和為已知常數(shù)，再由式（5-153）和式（5-154），得 2.5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

7、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) 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 （5-157）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 （5-158） 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 （5-159） （5-160）式中 絲杠質(zhì)量

8、; 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（5-158），得根據(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 =20mm， =18mm.2.6電機的靜態(tài)設(shè)計（1）計算。由式（5-157）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 （5-161）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 （5-162）絲杠加速所需的轉(zhuǎn)矩 （5-163）由圖1可知，由絲杠加速所硬氣的當量力矩 （5-164）由式（5-162）、（5-16

9、3）、（5-164）可得 絲杠螺母傳動機構(gòu)的總當量力矩為 （5-165） 電機軸角加速度 （5-166） 電機軸的加速轉(zhuǎn)矩 （5-167）由圖1可知，由電機軸加速所引起的當量力矩 （5-168）由式（5-166）、（5-167）、（5-168）得 作用在電機軸上的當量力矩為 （5-169） 電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為 （5-170） （3）確定電機額定功率。電機的額定轉(zhuǎn)速 （5-171） =2070（r/min）電機的額定功率 （5-172） （5-173）最后得電機額定功率 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

10、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

11、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。

12、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，

13、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

14、脹量。3.2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，；總結(jié)與體會課程設(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)控銑床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控銑床方面的課題。我所在的組設(shè)計的是一臺數(shù)控銑床，我主要對其中的縱向進給系統(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)銑床方面的知識，對數(shù)控銑床的發(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

15、候，我們對學校的一些數(shù)控銑床進行了觀察，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)控銑床需要的橫向進給系統(tǒng)及縱向進給系統(tǒng)。課程設(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。在近三個月的課程設(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、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?？傊?，這次設(shè)計順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以