進給系統(tǒng)的設(shè)計計算

1、4橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)如下：縱向：工作臺重量：W=800N行程：S=650mm脈沖當(dāng)量：p=0.006mm/Pp最大進給速度：Vmax=2m/min橫向：工作臺重量：W=300N行程：S=200mm脈沖當(dāng)量：p=0.004mm/P最大進給速度：Vmax=1m/min4.1主切削力及其切削分力計算已知機床主電動機的額定功率Pm為7.5kw,最大工件直徑D=400mm主軸計算轉(zhuǎn)速n=85r/m。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，道具的切削速度為 TOC o 1-5 h z 3Dn3.1440010851.78m/s6060取機床的機械效率0.8,則有Fz-Pm103N3370.79Nv

2、走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削分力Fy為Fx0.25Fz0.253370.79N842.7NFy0.4Fz0.43370.79N1348.32N導(dǎo)軌摩擦力的計算導(dǎo)軌受到垂向切削分力FvFz3370.79N,縱向切削分力FcFy1348.32N,移動部件的全部質(zhì)量(包括機床夾具和工件的質(zhì)量)m=30.61kg(所受重力W=300N)查表得鑲條緊固力fg2000N,取導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)0.15,則F(WfgFvFc)0.15(30020003370.791348.32)1052.87N計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力F0和F。F0(Wfg)0.15(3002000)345NF00(Wfg)0

3、.2(3002000)460N計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力計算最大軸向負(fù)載力FamaxFamaxFyF(1348.321052.87)N2401.19N計算最小軸向負(fù)載力FaminFaminF0345N確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)取步進電動機的步距角1.5,滾珠絲杠的基本導(dǎo)程L06mm,進給傳動鏈的脈沖當(dāng)量p0.004mm/P,則有iL-1.566.25360p3600.004p2.1 。42,按最小慣量條件，查得應(yīng)該采用2級傳動，傳動比可以分別取i13、i2根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為乙20、Z260、Z320、Z4模數(shù)m=Z齒寬b=20mm滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算

4、(1)按預(yù)期工作時間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷Famax3級精已知數(shù)控機床的預(yù)期工作時間Lh15000h,滾珠絲杠的當(dāng)量載荷Fm2370.34N,查表得載荷系數(shù)fw1.3;初步選擇滾珠絲杠的精度等級為度，取精度系數(shù)fa1;查表得可靠性系數(shù)fc1。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm nmax ?已知Vmax1m/min ,滾珠絲杠的基本導(dǎo)程L0 6mm ,則nmax1000VmaxL01000 16166.67r/mC7am3 60nmLhFmfw100 fafc a c3 60 166.67 150002370.34 1.3 N 16585.8 N100 1 1(2)根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲

5、杠的最大軸向變形。已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為 40 m,重復(fù)定位精度為16 有m,則maximax211(:)16 m 5.33 : 8 m3 2J 1、 C C “ (:)40 m 8:10m5 4取上述計算結(jié)果的較小值，即max 5.33 m (3)估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用一端固定、一端游動支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2X余程+螺母長度+支承=(1.21.4)行程+(2530)L0取L=(1.4x200+30X6)mm=460mmd2m15.54mmFL4604600.07800.078mmax5.

6、33(4)初步確定滾珠絲杠螺母副的型號根據(jù)以上計算所得的L。、Cam、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號為FF3206-5,其公稱直徑d0、基本導(dǎo)程L0、額定動載荷Ca和螺紋底徑d2如下：d032mmL06mmCa20200 N Cam 16585.80Nd227.9mm d2m 15.54mm滾珠絲杠螺母副承載能力校核已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑d227.9mm,已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度L1300mm,絲杠水平安裝時，取K11/3,查表得&2,則有FcK1K2 雪105 1 2 坐433002_5 _105 N 448831.21N本車床橫向進給

7、系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為Famax2401.19N，遠(yuǎn)aimax小于其臨界壓縮載荷匕的值，故滿足要求。_ 52.1 10滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度L2300mm，其彈性模量E TOC o 1-5 h z 15332MPa,自度一7.810N/mm,重力加速度g9.810mm/s滾珠絲杠的g小慣性矩為3.1444Id427.9429728.05mm46464滾珠絲杠的最小截面積為Ad；31427.92611.05mm244取K10.8,查表得3.927,則有2.1 105 29728.05 9.8 1032603.92720.8223.1430024692249r/min本橫

8、向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為166.67r/m,遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核,滾珠絲杠的額定動載荷Ca20200N,已知其軸向載荷FaFamax2401.19N,滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速nnmax166.67r/min,運轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw1.2,則有(J3 106Fa fw20200(2401.19 1.2)106 r344.533106rL60n344.533 106 h60 166.6734453h本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命Lh34453h15000h,故滿足要求。計算機械傳動的剛度已知滾珠絲杠的彈性模量E2.1105MPa,滾珠絲杠的底徑

9、d227.9mm。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離aLy300mm時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度Ksm.smin慧1033.14 27.92 2.1 1054 300427.73N / m當(dāng)aLj100mm時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度KsmaxKsmaxd；E 4LJ103.14 27.92 2.1 1054 1001283.21N/ m已知滾動體直徑dQ6.75mm滾動體個數(shù)Z=15.軸承接觸角60。軸承最大軸向工作載荷FBmaxFamax2401.19N。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb為：Kb22.343dQZ2Famaxsin222.3436.751522401.

10、19（；）2654.49N/m查表得滾珠與滾道的接觸剛度K683N/m,滾珠絲杠的額定動載Ca2401.19N 貝U20200N。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷Famax_1_1F1240119-KcK(-ama)3683()3N/m723.51N/m0.1Ca0.12020011K max K smaxKb Kc 1283.21654.49進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為10.003689723.51故Kmax723.51N/m。進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為Kb Kc427.731654.491 0.005248723.51故 Kmin 191N/ m已知扭矩作用點之間的距離L

11、2355mm ,滾珠絲杠的剪切模量G8.110632L232 355 10 3104MPa,滾珠絲杠的底徑d227.9mm,則有d4G3.1427.9410128.110413566.04N?m/rad驅(qū)動電機的選型與計算(1)計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量已知滾珠絲杠的密度7.8103kg/cm3,則有n3_4_2Jr0.7810DjLj1.38kg?cmj1(2)計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量機床執(zhí)已知橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為m=30.61kg;絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈,行部件在軸向移動的距離L=0.6cm則J z1J z2Jz4L 20.62-2m()2 30.61 (-)2 0.28kg

12、?cm222 3.14計算各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量34_2_ 2Jz3 0.78 104 2kg ?cm 0.4kg ?cm34_2_20.78 1012 2kg ?cm 32.3kg ?cm342 4 一 2一 20.78 10 3 ()4 2kg?cm2 7.8kg ?cm2 5計算加在電動機軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 J dJd.11,Jz1 .2(Jz2 Jz3),2 (J z4 J rJL)11i10.4 -(32.3 0.4)16.252(7.8 1.380.28)4.275kg ?cm2(5)計算折算到電動機軸上的切削負(fù)載力矩Tc已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力 Fa Famax 2401.19N

13、,絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機 床執(zhí)行部件軸向移動的距離L=6mm=0.006m進給傳動系統(tǒng)的傳動比i=6.25總效 率4=0.85,則有FaL2 i2401.19 0.006 N ?m 2 3.14 0.85 6.250.43N ?m(6)計算折算到電動機上的摩擦負(fù)載力矩 T已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩 F 0 345N ,則有F oL2 i345 0.0062 3.14 0.85 6.250.062N ?m(7)計算由滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加負(fù)載力矩Tf已知滾珠絲杠螺母副的效率0 0.98,滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力Fp為L 1Fp3FamaxTf2)800.4 0.0062

14、3.14 0.85 6.25(1 0.982)0.0057N ?m折算到電動機軸上的負(fù)載力矩T的計算。空載時(快進力矩)，為TKJTTf(0.0620.0057)N?m0.068N?m切削時(工進力矩)，為TGJTcTf(0.430.0057)N?m0.436N?m根據(jù)以上計算結(jié)果和查表初選130BF001型反應(yīng)式步進電動機，具轉(zhuǎn)動慣量Jm4.6kg?cm2；而進給傳動系統(tǒng)的負(fù)載慣量Jd2.8kg?cm2；對于開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間ta0.05s。當(dāng)機床以最快進給速度v1000mm/min運動時電動機的最高轉(zhuǎn)速為：1000nmax6.25r/min1041.67r/min6Tapl鬻(JmJ

15、d)60980ta2 3.14 1041.67 6.25(4.6 2.8)609800.05102.9kgf?cm10.08N?m(8)計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上的各種力矩計算空載啟動力矩TqTqTap(TTf)(10.080.0620.0057)N?m10.15N?m計算快進力矩TkjTkjTTf(0.0620.0057)N?m0.068N?m計算工進力矩TgjTgjTcTf(0.430.0057)N?m0.44N?m(9)選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算和查表選擇國產(chǎn)150BF002型電動機，其主要參數(shù)如下：相數(shù)，5;步距角,0.75/1.5;最大靜轉(zhuǎn)矩，13.72N?m；轉(zhuǎn)動

16、慣量，9.8kg?cm2;最高空載啟動頻率，2800Hz;運行頻率，8000Hz;分配方式，五相十拍。確定最大靜轉(zhuǎn)矩Ts:機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩Tq與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Tsi的關(guān)系為：Tq0.951TsiTq1015_Ts1q025N?m10.67N?m0.9510.951機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩Tq與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Ts2的關(guān)系為：TGJ0.44Ts2GJ-N?m1.47N?m0.30.3取Ts1和Ts2中的較大者為所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Ts10.67N?m。本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N?m,大于Ts,可以在規(guī)定的時間內(nèi)正常啟動，故滿足要求。驗算慣量匹配，

17、為了使機械傳動的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量Jl與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量Jm之比一般應(yīng)滿足下式：0.25近1Jm因叱等0.4360.25,1,故滿足慣量匹配要求。4.9機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度 質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為K0 Kminm、 ms,191 106N/m ,機床執(zhí)行部件的 滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為md m 1/3ms,已知m=30.61kg,則:ms3.22 64 7.8 10 3 4.01kgmd11ms (30.61334.01)kg 31.95kgK0Z91 106radmd. 31.95nc/s 2445rad /s折算

18、到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為JsJi(9.84.275)6.25kg?cm288kg?cm20.0088kg?m2已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度KsK13566.04N?m/rad,則Ks13566.04nt.1241.6rad/sJs-0.0088由以上計算可知，絲杠一工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率nc、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率nt都比較高。一般按n300rad/s的要求來設(shè)計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。4.10機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析(1)計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)已知進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值Kmin191106N/mm,導(dǎo)軌的靜摩擦力為F0460N,則2210324606103mm4.82103mmKmin191106即4.82m8m,故滿足要求。(2)計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差kmaxk maxFo() 103KminKmax460 (1191 1061271 106)1030.71 10 3mm即kmax0.71m6m,故滿足要求。(3)計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差已知負(fù)載力矩TTKJ68N?mm,扭矩作用點之間的距離L2355mm,絲杠底徑d227.9mm,則有7.21102TL27.21102683550.0029d2427.94由該扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動滯后量將影