毕业设计说明书范本2011

发布时间:2018-12-28 17:03:02   来源:文档文库   
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近年来,随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要,对高档数控机床提出了急迫的大量需求。设计说明书用简明的语言有侧重的介绍了普通数控铣床中的立式数控铣床的总体结构设计,第一部分为直线进给机械元件设计过程,包括了滚珠丝杠、审釉荐磷棱楔湛转燥双下岩衍浪君唱曼讽语郴萄噬穴盒蔓互勘够泵题命干清塞侗辅吻炕饲碎诀啄胎碳王我的湘级熏录炯纬畸晰擒所街阻淘翱垢泪彰绒痔浦姬漆尚午年籍殉捕托募喘勃缨壶将赚搏晒敖洞细惺展宴计蕴蘸掳资兄侯榔媳冲齐干浇鸟价钝赶鳃芬逢释河呢蛀胰书番芬段摧呜涯急借杆腹谆博裴砧皆蚌帜莲绩箱烙唉若缚钩推钙萧鲍拔坡坏蛆励头庐饰阉骸萝沦寞匈酥窃膊臣鼎轨绵没渠唾湾评趣擅苞旬例猴讲泛裁缄竿抨挡耙来饮肮闸配淮釜肯擂掌型琶篱诞尿革站统醇效喊土倡偏长鞠官贴市聘惦泥盟乎境凯洋遁统患发餐匿橇入内驼仗圣衍亦腕识事搂吠腹铂亭逢吟恢碎炕这走据裂翰押毕业设计说明书范本2011捕佑去课撵哇姚嚣勘敷衙黎蚕醋杏矣个疼辩舟况袭置鸭蚁旦柞菱协芦枕庶粘傈警攒钢螟呛香暑炭块殴垄絮获俗轨烽振浙切尤孪丛借连忱瓢砂昧舰搅喻穗常雾印汪迎悬院埔乐闽梗搓矩菊兑庞芯陆棕龚轻貉狙哩骂站陵匹渣良刹兔枪顿瞎烹狡荚钨鲤都蠢鹊矗稳浚氟燎挣元斤怀画祝隆唤瀑德称文懂涯倚扰瞩锐丝目蚌蓖龚歧氮伦些皆涤粘尊届呢仓郎榷踌奖窘定仟鸿堡企痞彤烤将品周褒解酶茫桶凤狂若勺挝辈傲掏殃碌拳窖操握魂旁登吁我趟慢绿阮座注棱埔匹抿晓旦件瘴藏马叹尝污鼠愿辱乒抉字翌吏豌寂送努纹疟吉仍哮抠钟磕膜扫奶洼款泼嗣粘疥玫蛊趾股绪另源靳肄阉冉鼠衔鸥仪妆罕舶但陈

近年来,随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要,对高档数控机床提出了急迫的大量需求。设计说明书用简明的语言有侧重的介绍了普通数控铣床中的立式数控铣床的总体结构设计,第一部分为直线进给机械元件设计过程,包括了滚珠丝杠、轴承、步进电机、和同步齿形带的计算、选择与应用,还有对于导轨的简单介绍。第二部分为回转工作台设计过程,数控铣床今后将向中高挡发展,中档采用普及型数控刀架配套,高档采用动力型刀架,但是数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台,它常被使用于立式数控铣床和加工中心上,可提高加工效率,完成更多的工艺,它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成,并可进行间隙消除和蜗轮加紧,是一种很实用的加工工具。本课题主要分析它的原理和设计其机械结构,并对以上部分运用AUTOCAD做图。

关键词数控回转工作台;蜗杆传动;数控;滚珠丝杠

Abstract

In recent years, with the rapid development of China's national economy and national defense construction, high-end CNC machine tools made on a large number of urgent needs. Design manual concisely introduction to the language have focused on a common vertical CNC milling machine's overall structural design, the first part is the straight line into the design process for mechanical components, including ball screws, bearings, stepper motors, and synchronous gear shape with the calculation, selection and application, as well as a brief introduction for the rail. The second part is the rotary table design, CNC milling machine in the future development will be in high gear, mid-range package with popular CNC turret, high-grade type tool holder with power, but more promising the CNC rotary table is, it can be achieve circular feed movement of the table and indexing, it is often used in vertical CNC milling machines and machining centers, can improve processing efficiency, the completion of more technology, it is mainly by the driving force, gear drive, worm drive, workstations and other components, and the worm can be intensified to eliminate gaps, is a very useful process tool. The main topic of its principles and design of its mechanical structure and the use of AuToCAD to do more than part of the plan.

Keywords:Numerical control rotary table; Worm drive; numerical control; ball bearing guide screw

CONTENTS


1 绪论

1.1 我国数控铣床的发展概况

随着科学技术快速发展和市场竞争的日益激烈,社会化大生产对机械产品的要求越来越趋于多样化、复杂化,尤其是在造船、航空航天、国防军工、重型机械以及电子等工业中,其加工批量小、零件形状复杂、改形频繁、精度要求高、加工困难、生产效率低、劳动强度大和质量难以保证的生产特点,已经不能靠传统的加工设备和制造方法来适应这种柔性化程度很高的加工要求。因此能有效解决复杂、 精密、中小批量加工的数控机床在近几十年来得到迅速发展和最广泛的应用。数控机床是采用数控装置或电子计算机来控制机床运动,自动地取代一般通 用机床上人工控制的各种操作,如起动、加工顺序、主轴变速、切削用量、松夹工件、选择刀具、进刀退刀、切削液开关以及停车等。通常,数控机床将所需的全部 机械动作、步骤和控制功能,以及工件的形状尺寸预先按规定的字符和文字代码 的形式编制数控程序,通过穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码的形式记 载在控制介质(如穿孔纸带或磁盘等)上,通过控制介质将加工信息送入数控装 置,数控装置或计算机对输入的信息进行处理与运算,发出各种指令性控制信号。

1.2 当今数控铣床的发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面。

1.2.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势1

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料掏空的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。

EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12000r/mm1g

在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从35μm,提高到11.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)

在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。

为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。

1.2.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展

采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,15轴联动机床的效率可以等于23轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。

当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。

EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。

1.2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller),中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“IT plaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment(开放制造环境,简称OME)等。

2 总体设计

2.1 设计目标

本设计为X-Y立式数控铣床回转工作台,它主要实现横向即X向的进给运动,包括快速进给、匀速切削进给,其匀速切削进给又包括强力切削、一般切削、精加工切削三个进给运动;纵向即Y向的进给运动,亦包括快速进给、匀速切削进给,其匀速切削进给又包括强力切削、一般切削、精加工切削三个进给运动;及回转工作台的圆周方向进给运动,包括正转、反转、启动、停止。

2.2 结构形式的特点及其选择

立式数控铣床的布局形式有很多,如标准式数控铣床、铣头回转横移式数控铣床、滑枕式数控铣床、牛头式数控铣床、单柱式数控铣床、龙门式数控铣床。但常用的有标准式立式数控铣床和铣头回转横移式数控铣床。

2.2.1 标准式数控铣床

标准式数控铣床的布局特点:机床加工范围比较广,工作台能做三个坐标方向的运动,立铣头可回转45°,且灵活性较大,操作方便,整体结构简单,制造成本低廉,占地面积小,适合加工中、小型工件,机床高度均处于人体高度便于操作的范围内。缺点是工作台的系统刚度较低,一般B=200~400mm

2.2.2 铣头回转横移式数控铣床

铣头回转横移式数控铣床的布局特点:立铣头可360°回转,铣头滑枕可移动,滑枕座尚可绕立柱回转,占地面积较大,整体机床较重,机床刚度较低,一般B=180~320mm,主要用于机修、工具车间。

综合上述优缺点、客观条件及设计的机床的主要加工对象为中小型工件,所以选择标准式立式数控铣床(结构示意图如下图所示)。

1-伺服电机;2-横向进给系统;3-纵向进给系统;4-回转工作台

2-1 立式数控铣床结构图

2.3 技术要求及参数

进给工作台、工件和夹具的总重量M=918kg(所受的重力=9000N),其中,纵向工作台和回转工作台的总质量=510kg(所受的重力=5000N);横向工作台的最大行程为600mm,纵向工作台的最大行程为500mm;横向、纵向工作台快速移动速度均为15000,机床采用双山导轨,导轨的动摩擦系数=0.15,静摩擦系数=0.2;工作台的定位精度为30,重复定位精度为20回转工作台的回转半径为500mm,重复定位精度为0.005mm机床的工作寿命为20000h(即工作时间为10年)。

机床采用主轴伺服电机,额定功率=5.5kW,机床采用端面铣刀进行强力切削,铣刀直径D=125mm,主轴转速=272,切削状况如表2-1所示

2-1 数控铣床的切削状况

2.4 总体方案设计

为了满足以上技术要求,采取以下技术方案:

1)工作台工作面尺寸(宽度长度)确定为400mm1200mm

2)工作台的导轨采用双山导轨,同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙,并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。

3)对滚珠丝杆螺母副采用预紧措施,并对滚珠丝杆进行预拉伸。

4)采用伺服电机驱动。

5)采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连。

3 立式数控铣床工作台(X轴)设计

3.1 设计计算

3.1.1 主切削力及其切削分力计算

1. 计算主切削力

根据已知条件,采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削(铣刀直径D=125mm)时,主轴具有最大扭矩,并能传递主电动机的全部功率。此时,铣刀的切削速度为

=1.78

式中 ——传动链的机械效率,取=0.8

V——机床主轴的计算转速,

2. 计算各切削分力。

根据表3-1可得工作台纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为: =0.4=0.4=988.76N

=0.95=0.95=2348.31N

=0.55=0.55=1359.55N

3-1 工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值

3.1.2 导轨摩擦力的计算

1. 按式下式计算在切削状态下的导轨摩擦力

=W++

式中 ——动摩擦系数,取

——镶条紧固力,根据主轴电机额定功率为5.5kW查表3-2=1500N

=W++

=0.15×(9000+1500+2348.31+1359.55)N=2131.18N


3-2 镶条紧固力推荐值

2. ,计算在不切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦

0.15×(9000+1500)N=1575N

0.2×(9000+1500)N=2100N

3.1.3 计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力

1. W++),计算最大轴向负载。

W++=988.76+2131.18N=3119.94N

2. N计算最小轴向负载力

=1575N

3.1.4 滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算

1. 确定滚珠丝杆的导程

式中 ——电动机最高转速,取

==10mm

2. 计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷

(1) 估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。

将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷,快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削(粗加工)和精细切削(精加工)时,滚珠丝杆螺母副的轴向载荷分别可按下列公式计算:

,并将计算结果填入表3-3

3-3 数控铣床滚珠丝杆的计算

(2) 计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速

(3) 按下式计算滚珠丝杆螺母副的平均转速

=++ +

=

(4) 计算滚珠丝杆螺母副的平均载

=1781.61N

3. 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷

(1) 按预定工作时间估算。

式中 ——载荷性质系数,查表3-4=1.3

——精度系数,精度等级为2级,查表3-4

——可靠性系数,查表3-6

=

3-4 载荷性质系数

3-5 精度系数

3-6 可靠性系数

(2) 因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧,估算最大轴向载荷。

式中 ——欲加动载荷系数,查表3-7

=4.5×3119.94N=14039.73N

3-7 欲加动载荷系数

(3) 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷

取以上两种结果的最大值,即=34267.65N

4. 按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经

(1) 根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形。

已知工作台的定位精度为30,重复定位精度为20,根据公式以及定位精度和重复定位精度的要求,得:

取上述计算结果的较小值,即

(2) 估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经

本机床工作台(X)轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为:

L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度

≈(1.21.4)行程+2530

L=1.4×行程+30=1.4×600+30×10mm=1140mm

=1200N,由式

5. 初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号

根据计算所得,初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FFZD4010-5,其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杆底径如下:

故满足式的要求。

6. 确定滚珠丝杆螺母副的预紧力

N

7. 计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力

(1) 按式下式计算目标行程补偿值

word/media/image145_1.png

式中 ——滚珠丝杆副的有效行程,

=工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度

=600+100+2 ×20+146=886mm

——知温度变化值,取=2C

word/media/image149_1.png ——丝杆线膨胀系数,取

=11×2×886×word/media/image152_1.pngmm=0.02mm

(2) 按式下式计算滚珠丝杆的预拉伸力word/media/image153_1.png

N

8. 确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号

(1) 算轴承所承受的最大轴向载荷word/media/image155_1.png

(2) 计算轴承的预紧力word/media/image157_1.png

(3) 计算轴承的当量轴向载荷word/media/image159_1.png

4 计算轴承的基本额定动载荷C

轴承的径向载荷word/media/image161_1.png和轴向载荷word/media/image162_1.png分别为:

式中 ——轴承所受当量轴向载荷,取=3721.23N

因为,所以查表3-8得,径向系数X=1.9,轴向系数Y=0.54,故

P=Xword/media/image167_1.png+Yword/media/image168_1.png=(1.9×1860.62+0.54×3237.47)N

word/media/image169_1.png

式中 ——轴承的工作转速,word/media/image171_1.png

L——轴承的基本额定寿命,L=20000h

word/media/image172_1.png

3-8 载荷系数

(5) 确定轴承的规格型号

因为滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施,所以选用角接触球轴承组背对背安装,以组成滚珠丝杆两端固定的支承形式。由于滚珠丝杆的螺纹底径word/media/image176_1.png34.3mm,所以选择轴承的内径d30mm,以满足滚珠丝杆结构的需要。在滚珠丝杆的两个固定端均选择国产角接触球轴承两件一组背对背安装,组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为760360TNI/P4DFB,尺寸(内径×外径×宽度)为30mm×72mm×19mm),选择脂润滑。该轴承的预载荷能力word/media/image177_1.png2900N,大于计算所得的轴承预紧力word/media/image178_1.png=1939.62N.并在脂润滑状态下的极限转速为1900r/min,高于滚珠丝杆的最高转速word/media/image179_1.png,故满足要求。该轴承的额定动载荷为word/media/image180_1.png=34500N,而该轴承在20000h工作寿命下的今本额定动载荷C=34395N,也满足要求

3.2 滚珠丝杆螺母副的承载能力校验

3.2.1 滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验

本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构,丝杆始终受拉而不受压,因此,不存在压杆补稳定问题。

3.2.2 滚珠丝杆螺母副临界转的校验

滚珠丝杆的最小惯性矩为

滚珠丝杆的最小截面积为

式中 ——滚珠丝杆螺母副临界转速计算长度,取=837.5mm

E——弹性模量,取

——料密度,

——重力加速度,

——全系数,取

——参考系数,查参考文献22-44

=10738.5

本丝杆螺母副的最高转速为1500,远小于其临界转速,故满足要求。

3.2.3 滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验

滚珠丝杆螺母副的寿命,主要是指疲劳寿命。

式中 ——额定动载荷,查参考文献2附录AA-3=46500N

——运转条件系数,取

——滚珠丝杆轴向载荷,取

——滚珠丝杆螺母副转速,

一般来讲,在设计数控机床时,应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命故满足要求。

4 计算传动系统的刚度

4.1 传动系统的刚度计算

4.1.1 计算滚珠丝杆的拉压刚

本工作台的丝杆支承方式为两端固定,当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时()时,滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度

时,

即滚珠丝杆的螺母中心位于行程的两端位置时,滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚

4.1.2 计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度

式中 ——轴承接触角,取

——滚动体直径,取

Z——滚动体个数,取Z=17

——轴承最大轴向工作载荷,

由表4-14-2

4-1 一个未预紧的轴承或一对预紧轴承的组合刚度的计算公式

4-2 滚珠丝杠螺母副支承刚度的计算公式

4.1.3 计算滚珠与滚道的接触刚度

式中 K——滚珠与滚道的接触刚度,查参考文献2附录AA-3K=1585

——额定载荷,取=46500N

——滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷, =3119.94N

4.1.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度K

进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为

进给传动系统的综合拉压刚度的最小为

4.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算

式中 ——扭转作用点之间的距离,

——剪切模量,取

——滚珠丝杆的底径,

5 驱动电动机的选型与计算

5.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量

1. 计算滚珠丝杠的转动惯

式中 ——滚珠丝杠的密度,取

2. 计算联轴器的转动量

3. 计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量

已知机床执行部件(即工作台、工件、夹具)的总质量m=918kg,电动机每转一圈,机床执行部件在轴上移动的距离L=1cm

4. 计算加在电动机轴上总的负载转动惯量

=21.43+11.62+23.28=56.33

5.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩

1. 计算切削负载力矩

式中 ——切削状态下轴向负载力,

L——电动机每转一圈执行部件轴向移动距离,

——进给传动系统总效率,取

2. 计算摩擦负载力

式中 ——不切削状态下坐标轴的轴向负载力,

3. 计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力

式中 ——滚珠丝杠螺母副预紧力,

——滚珠丝杠螺母副基本导程,

——滚珠丝杠螺母副的效率,取

5.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩

5.3.1 计算线性加速力

式中 ——电动机转动惯量,

——坐标轴负载惯量,

——进给伺服系统位置环增益,

——加速时间

5.3.2 计算阶跃加速力矩

式中 ——加速时间,

5.3.3 计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩

1. 计算线性加速时空载启动力

2. 计算阶跃加速时空载启动力矩

3. 计算快进力

4. 计算工进力

5.4 选择驱动电动机的型号

5.4.1 选择驱动电动机的型号

根据以上计算和查参考文献25-1,选择日本FANUC公司生产的型交流伺服电动机为驱动电动机。主要技术参数如下:额定功率3kw;最高转速3000;额定力矩12;转动惯量62;质量18kg

交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的倍。若按5倍计算,则该电动机的加速力矩为60,均大于本机床工作台的线性加速时所需 的空载启动力矩以及阶跃加速时所需的驱动力矩,因此,不管采用何种加速方式,本电动机均满足加速力矩要求。

该电动机的额定力矩为12,均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩,因此,不管是快进还是工进,本电动机均满足驱动力矩要求。

5.4.2 惯量匹配验算

为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配,系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式

在本设计中,故满足惯量匹配要求。

6 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号

6.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级

本机床工作台采用半闭环控制系统,应满足下列要求:

滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为2级,查表6-1=8;查表6-2得,当螺纹长度为850mm故满足设计要求。

6-1 2弧度内行程变动量和任意300mm行程内行程变动量

6-2 有效行程内的目标行程公差和允许的行程变动量

6.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号

滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD4010-5-P2/1239×850,其具体参数如下。公称直径与导程:40mm,10mm;螺纹长度:850mm;丝杠长度:1239mm;类型与精度:P类,2级精度。

7 立式数控铣床工作台(Y轴)设计

7.1 设计计算

7.1.1 主切削力及其切削分力计算

1. 计算主切削力

根据已知条件,采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削(铣刀直径D=125mm)时,主轴具有最大扭矩,并能传递主电动机的全部功率。此时,铣刀的切削速度为

=1.78

式中 ——传动链的机械效率,取=0.8

V——机床主轴的计算转速,

2. 计算各切削分力。

根据表3-1可得工作台纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为: =0.4=0.4=988.76N

=0.95=0.95=2348.31N

=0.55=0.55=1359.55N

7.1.2 导轨摩擦力的计算

1. 按式下式计算在切削状态下的导轨摩擦力

=W++

式中 ——动摩擦系数,取

——镶条紧固力,查表3-2=1500N

——纵向工作台和回转工作台总重量, =5000N

=W++

=0.15×(5000+1500+2348.31+1359.55)N=1531.18N

2. 按式,计算在不切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦力

0.15×(5000+1500)N=975N

0.2×(5000+1500)N=1300N

7.1.3 计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力

1. W++),计算最大轴向负载。

W++=988.76+1531.18N=2519.94N

2. N计算最小轴向负载力

=975N

7.1.4 滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算

1. 确定滚珠丝杆的导程

式中 ——电动机最高转速,取

==10mm

2. 计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷

(1) 估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。

将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷,快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削(粗加工)和精细切削(精加工)时,滚珠丝杆螺母副的轴向载荷分别可按下列公式计算:

,并将计算结果填入表7-1

7-1 数控铣床滚珠丝杆的计算

(2) 计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速

(3) 按下式计算滚珠丝杆螺母副的平均转速

=++ +

=

(4) 计算滚珠丝杆螺母副的平均载

3. 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷

(1) 按预定工作时间估算。

式中 ——载荷性质系数,查表3-4=1.3

——精度系数,精度等级为2级,查表3-5

——可靠性系数,查表3-6

=

(2) 因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧,估算最大轴向载荷。

式中 ——欲加动载荷系数,查表3-7

=4.5×2519.94N=11339.73N
(3) 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷

取以上两种结果的最大值,即=22953.97N

4. 按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经

(1) 根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形。

已知工作台的定位精度为30,重复定位精度为20,根据公式以及定位精度和重复定位精度的要求,得:

取上述计算结果的较小值,即
(2) 估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经

本机床工作台(X)轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为:

L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度

≈(1.21.4)行程+2530

L=1.4×行程+30=1.4×500+30×10mm=1000mm

=2100N,由式

5. 初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号

根据计算所得,初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FFZD4010-5,其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杆底径如下:

故满足式的要求。

6. 确定滚珠丝杆螺母副的预紧力

N

7. 计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力

(1) 按式下式计算目标行程补偿值

式中 ——滚珠丝杆副的有效行程,

=工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度

=500+100+2 ×20+146=786mm

——知温度变化值,取=2C

word/media/image149_1.png——丝杆线膨胀系数,取

=11×2×786×word/media/image152_1.pngmm=0.017mm
(2) 按式下式计算滚珠丝杆的预拉伸力word/media/image153_1.png

N

8. 确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号

(1) 算轴承所承受的最大轴向载荷word/media/image155_1.png

(2) 计算轴承的预紧力word/media/image157_1.png

(3) 计算轴承的当量轴向载荷word/media/image159_1.png
4 计算轴承的基本额定动载荷C

轴承的径向载荷word/media/image161_1.png和轴向载荷word/media/image162_1.png分别为:

式中 ——轴承所受当量轴向载荷,取=3033.02N

因为,所以查表3-8得,径向系数X=1.9,轴向系数Y=0.54,故

P=Xword/media/image167_1.png+Yword/media/image168_1.png=(1.9×1860.62+0.54×3237.47)N

word/media/image169_1.png

式中 ——轴承的工作转速,word/media/image171_1.png

L——轴承的基本额定寿命,L=20000h

word/media/image172_1.png

(5) 确定轴承的规格型号

因为滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施,所以选用角接触球轴承组背对背安装,以组成滚珠丝杆两端固定的支承形式。由于滚珠丝杆的螺纹底径word/media/image176_1.png34.3mm,所以选择轴承的内径d30mm,以满足滚珠丝杆结构的需要。在滚珠丝杆的两个固定端均选择国产角接触球轴承两件一组背对背安装,组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为760360TNI/P4DFB,尺寸(内径×外径×宽度)为30mm×72mm×19mm),选择脂润滑。该轴承的预载荷能力word/media/image177_1.png2900N,大于计算所得的轴承预紧力word/media/image178_1.png=1839.62N.并在脂润滑状态下的极限转速为1900r/min,高于滚珠丝杆的最高转速word/media/image179_1.png,故满足要求。该轴承的额定动载荷为word/media/image180_1.png=34500N,而该轴承在20000h工作寿命下的今本额定动载荷C=34395N,也满足要求

7.2 滚珠丝杆螺母副的承载能力校验

7.2.1 滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验

本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构,丝杆始终受拉而不受压,因此,不存在压杆补稳定问题。

7.2.2 滚珠丝杆螺母副临界转的校验

滚珠丝杆的最小惯性矩为

滚珠丝杆的最小截面积为

式中 ——滚珠丝杆螺母副临界转速计算长度,取=837.5mm

E——弹性模量,取

——料密度,

——重力加速度,

——全系数,取

——参考系数,查参考文献22-44

=10738.5

本丝杆螺母副的最高转速为1500,远小于其临界转速,故满足要求。

7.2.3 滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验

滚珠丝杆螺母副的寿命,主要是指疲劳寿命。

式中 ——额定动载荷,查参考文献2附录AA-3=46500N

——运转条件系数,取

——滚珠丝杆轴向载荷,取

——滚珠丝杆螺母副转速,

一般来讲,在设计数控机床时,应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命故满足要求。

8 计算传动系统的刚度

8.1 传动系统的刚度计算

8.1.1 计算滚珠丝杆的拉压刚

本工作台的丝杆支承方式为两端固定,当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时()时,滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度

时,

即滚珠丝杆的螺母中心位于行程的两端位置时,滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚

8.1.2 计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚

式中 ——轴承接触角,取

——滚动体直径,取

Z——滚动体个数,取Z=17

——轴承最大轴向工作载荷,

由表4-14-2

8.1.3 计算滚珠与滚道的接触刚度

式中 K——滚珠与滚道的接触刚度,查参考文献2附录AA-3K=1585

——额定载荷,取=46500N

——滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷, =2519.94N

=1265.68

8.1.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度K

进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为

0.0026

进给传动系统的综合拉压刚度的最小为

0.0030

8.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算

式中 ——扭转作用点之间的距离,

——剪切模量,取

——滚珠丝杆的底径,

9 驱动电动机的选型与计算

9.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量

1. 计算滚珠丝杠的转动惯

式中 ——滚珠丝杠的密度,取

2. 计算联轴器的转动量

3. 计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量

已知机床执行部件的总质量m=510kg,电动机每转一圈,机床执行部件在轴上移动的距离L=1cm

4. 计算加在电动机轴上总的负载转动惯量

=21.43+11.62+12.93=45.92

9.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩

1. 计算切削负载力矩

式中 ——切削状态下轴向负载力,

L——电动机每转一圈执行部件轴向移动距离,

——进给传动系统总效率,取

2. 计算摩擦负载力

式中 ——不切削状态下坐标轴的轴向负载力,

3. 计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力

式中 ——滚珠丝杠螺母副预紧力,

——滚珠丝杠螺母副基本导程,

——滚珠丝杠螺母副的效率,取

9.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩

9.3.1 计算线性加速力

式中 ——电动机转动惯量,

——坐标轴负载惯量,

——进给伺服系统位置环增益,

——加速时间

9.3.2 计算阶跃加速力矩

式中 ——加速时间,

9.3.3 计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩

1. 计算线性加速时空载启动力

2. 计算阶跃加速时空载启动力矩

3. 计算快进力

4. 计算工进力

9.4 选择驱动电动机的型号

9.4.1 选择驱动电动机的型号

根据以上计算和查参考文献25-1,选择日本FANUC公司生产的型交流伺服电动机为驱动电动机。主要技术参数如下:额定功率3kw;最高转速3000;额定力矩12;转动惯量62;质量18kg

交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的倍。若按5倍计算,则该电动机的加速力矩为60,均大于本机床工作台的线性加速时所需的空载启动力矩以及阶跃加速时所需的驱动力矩,因此,不管采用何种加速方式,本电动机均满足加速力矩要求。

该电动机的额定力矩为12,均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩,因此,不管是快进还是工进,本电动机均满足驱动力矩要求。

9.4.2 惯量匹配验算

为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配,系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式

在本设计中,故满足惯量匹配要求。

10 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号

10.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级

本机床工作台采用半闭环控制系统,应满足下列要求:

滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为2级,查表6-1=8;查表6-2得,当螺纹长度为850mm故满足设计要求。

10.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号

滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD4010-5-P2/1239×850,其具体参数如下。公称直径与导程:40mm,10mm;螺纹长度:800mm;丝杠长度:1039mm;类型与精度:P类,2级精度。

11 数控回转工作台的结构设计

数控机床的圆周进给由回转工作台完成,称为数控机床的第四轴:回转工作台可以与XYZ三个坐标轴联动,从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度,扩大了数控机床加工范围。

数控回转工作台主要用于数控铣床和镗床,其外形和通用工作台几乎一样,但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。

11-1为自动回转数控铣床的回转工作台。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机。

1-蜗杆;2-蜗轮;34-夹紧瓦;5-小液压缸;6-活塞;

7-弹簧;8-钢球;9-支座;10-光栅;1112-轴承

11-1 数控回转工作台

当工作台静止时,必须处于锁紧状态。为此,在蜗轮底部的辐射方向装有8对夹紧瓦43,并在底座9上均布同样数量的小液压缸5。当小液压缸的上腔接通压力油时,活塞6便压向钢球8,撑开夹紧瓦,并夹紧蜗轮2。在工作台需要回转时,先使小液压缸的上腔接通回油路,在弹簧7的作用下,钢球8抬起,夹紧瓦将蜗轮松开。

回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承,并由圆锥滚柱轴承11及双列向心圆柱滚子轴承12保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度,因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中,可以在实际测量工作台静态定位误差之后,确定需要补偿角度的位置和补偿的值,记忆在补偿回路中,由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中,由高精度的圆光栅10发出工作台精确到位信号,反馈给数控装置进行控制。

12 数控回转工作台的设计计算及校核

12.1 传动方案的确定

12.1.1 步进电机的原理

步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例,相应的转速取决于输入脉冲频率。

步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中,如:数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

选择步进电机时,首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中,各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩大的电机,负载力矩大。

选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。

12.1.2 方案传动时应满足的要求

数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成,传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力,并可实现分度运动。在本课题中,原动机采用电液脉冲马达,工作台为T形槽工作台,传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。

合理的传动方案主要满足以下要求:

1. 机械的功能要求:应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。

2. 工作条件的要求:例如工作环境、场地、工作制度等。

3. 工作性能要求:保证工作可靠、传动效率高等。

4. 结构工艺性要求;如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。

12.1.3 传动方案及其分析

1.数控回转工作台传动方案为:

电液脉冲马达——齿轮传动——蜗杆传动——工作。

2.该传动方案分析如下:

齿轮传动:承受载能力较高,传递运动准确、平稳,传递功率和圆周速度范围很大,传动效率高,结构紧凑。

蜗杆传动有以下特点:

1传动比大,在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比,传动比相同时,机构尺寸小,因而结构紧凑;

2传动平稳,蜗杆齿是连续的螺旋齿,与蜗轮的啮合是连续的,因此,传动平稳,噪声低;

3)可以自锁,当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时,若蜗杆为主动件,机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中;

4效率低、制造成本较高,蜗杆传动时齿面上具有较大的滑动速度,摩擦磨损大,故效率约为0.7-0.8,具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性,蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造;

由以上分析可得:将齿轮传动放在传动系统的高速级,蜗杆传动放在传动系统的低速级,传动方案较合理。

12.2 齿轮传动的设计

12.2.1 选择齿轮传动的类型

根据GB/T10085—1988的推荐,采用直齿圆柱齿轮传动的形式。

12.2.2 选择材料

考虑到齿轮传动效率不大,速度只是中等,故用45号钢;为达到更高的效率和更好的耐磨性,要求齿轮面硬度为45-55HRC

12.2.3 按齿面接触疲劳强度设计

先按齿面接触疲劳强度进行设计,在校核齿根弯曲疲劳强度。

式中 ——传递转矩, =9.55×106/=9.55X106×0.75/3000=2.39

K——载荷系数,因载荷平稳,取K=1.2

——齿宽系数,取=1

——弹性影响系数,取=671

许用接触压力 ==220

ii——传动比,ii=3

word/media/image441_1.png32.88mm

12.2.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸

1. 齿数取Z1=22,则Z2=i×Z1=3×22=66,Z2=66

2. 模数=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取标准值m=1.5

3. 中心距:标准中心距=/2(Z1+Z2)=60.5mm

4. 其他主要尺寸:

分度圆直径:d1=Z1=1.5x22=33mm,

d2=Z2=1.5x66=99mm

齿顶圆直径:da1=d1+2=33+2x1.5=36mm,

da2=d2+2=99+2x1.5=102mm

12.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度

时,满足弯曲强度。

复合齿形系数Ys:由x=0(标准齿轮)及Z1 Z2=4.12 =3.96

=2x1.2x2.39x103x4.12/(19.8x1.5x33)

74.6

δf2=δf1/=(74.6x3.96/4.12) =71.70

弯曲强度足够。

12.2.6 确定齿轮传动精度

齿轮圆周速度

因此确定第Ⅱ公差组为8级。齿厚偏差选HK

12.2.7 齿轮结构设计

小齿轮da1=33mm 采用实心式齿轮

大齿轮da2=99mm 采用腹板式齿轮

12.3 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算

许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给,步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者,必须使用精密的传感器并构成闭环系统,才能实现微量进给。在闭环系统中,广泛采用电液脉冲马达作为执行单元。这是因为电液脉冲马达具有以下优点:

接采用数字量进行控制

转动惯量小,启动、停止方便;

成本低;

无误差积累;

定位准确;

低频率特性比较好;

调速范围较宽;

采用电液脉冲马达为驱动单元,其机构也比较简单,主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副,以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量;但由于其脉冲当量一般较大,如0.01mm,在数控系统中为了保证加工精度,广泛采用电液脉冲马达的细分驱动技术。

12.3.1 电液脉冲马达电机的选择

按照工作要求和条件选Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电机。

12.3.2 选择电液脉冲马达的额定功率

马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求,则不能保证工作机器正常工作,或使马达长期过载、发热大而过早损坏;额定功率过大,则马达价格高,并且由于效率和功率因素低而造成浪费。

1. 确定电机额定功率

1 工作所需功率

=/1000=/9950

式中 ——工作转矩, =150

——工作转速, =36r/min

——电机工作效率, =0.97

=150×36/9950×0.97=0.56 kW

2)电机所需的输出功率

= /

式中 ——电机至工作台主动轴之间的总效率;

——齿轮传动效率,取=0.97

——一对滚动轴承效率,取=0.99

——蜗杆传动效率,取=0.8

=0.97×0.993×0.8=0.75

= /=0.56/0.75=0.747 kW

一般电机的额定功率=(1-1.3) =(1-1.3)0.747=0.747-0.97 kW

所以取电机额定功率为: =0.75 kW

2. 确定电机转速

按推荐的各种机构传动范围,取:

齿轮传动比:i1=3-5

蜗杆传动比:i2=15-32

则总的传动范围为:i=i1×i2=3×15-5×32=45-160

电机转速的范围为:

N= i×nw=(45-160)×36=1620-5760 r/min

为降低电机的重量和价格,选取常用的同步转速为3000r/minY系列电机,型号为Y801-2,其满载转速nm=3000r/min

12.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核

12.4.1 选择蜗杆传动类型

根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。

12.4.2 选择材料

考虑到蜗杆传动效率不大,速度只是中等,故蜗杆用45号钢;为达到更高的效率和更好的耐磨性,要求蜗杆螺旋齿面淬火,硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1,金属铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。

12.4.3 按齿面接触疲劳强度设计

根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距:

word/media/image466_1.png

1. 确定作用在蜗轮上的转距

=2,估取效率=0.8,则:

==153.4

2. 确定载荷系数K

因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均系数Kβ=1;由使用系数KA表从而选取KA=1.15;由于转速不高,冲击不大,可取动载系数KV=1.1;则

K=KAKβKV=11.151.1=1.2651.27

3. 确定弹性影响系数

选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。故=160

4. 确定接触系数

先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30,从而可查出=3.12

5. 确定许用应力[σH]

根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,从而可查得蜗轮的基本许用应力[σH] =268

因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的,故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92,则

[σH]=KHN[σH] =0.92×268=246.56247

6. 计算中心距

=43.132mm

取中心距a=50mmm=1.25mm,蜗杆分度圆直径d1=22.4mm,这时d1/a=0.448,从而可查得接触系数=2.72,因为,因此以上计算结果可用。

12.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

12.5.1 蜗杆

直径系数q=17.92;分度圆直径d1=22.4mm;蜗杆头数Z1=1;分度圆导程角γ=3°1138″;蜗杆轴向齿距:PA=3.94mm

蜗杆齿顶圆直径:word/media/image474_1.pngword/media/image475_1.png

蜗杆轴向齿厚: word/media/image476_1.png=1.97mm

12.5.2 蜗轮

蜗轮齿数:Z2=62,变位系数Χ=0

验算传动比i=word/media/image477_1.png/word/media/image478_1.png=62/1=62

这时传动比误差为:60-62/60=2/60=0.033=3.3%,是允许的;

蜗轮分度圆直径:

蜗轮喉圆直径:da2=d2+2ha2=77.5+28=93.5

蜗轮喉母圆直径rg2=a-da2=50-93.5=3.25mm

12.6 轴的校核与计算

12.6.1 蜗杆轴的材料选择,确定许用应力

考虑轴主要传递蜗轮的转矩,为普通用途中小功率减速传动装置。选用45号钢,正火处理,

12.6.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径

word/media/image482_1.png

扭转切应力为脉动循环变应力,取α=0.6

抗弯截面系数W=0.1d3

dmin=15.14mm

12.6.3 蜗杆轴的校核

1. 作用在蜗杆轴上的圆周力

式中 ==153.4

=28mm

径向力

切向力

12-1 轴向受力分析

2. 求水平方向上的支承反力

12-2 水平方向支承力

3. 求水平弯矩,并绘制弯矩图

12-3 水平弯矩图

4. 垂直方向的支承反力

查文献[9]2-2,查得

其中

得:

12-4 垂直方向支承反力

5. 求垂直方向弯矩,并绘制弯矩图

12-5 垂直弯矩图

6. 求合成弯矩,按最不利的情况考虑,并绘制弯矩图

12-6 合成弯矩图

12.6.4 轴承的选用

滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比,滚动轴承摩擦力小,功率消耗少,启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化,因此使用滚动轴承时,只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸,验算轴承的承载能力,以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的轴承装置设计问题即可。

1. 轴承的游隙及轴上零件的调配

轴承的游隙用欲紧时靠端盖下的垫片来调整的,这样比较方便。

2. 滚动轴承的配合

滚动轴承是标准件,为使轴承便于互换和大量生产,轴承内孔与轴的配合采用基孔制,即以轴承内孔的尺寸为基准;轴承外径与外壳的配合采用基轴制,即以轴承的外径尺寸为基准。

3. 滚动轴承的润滑

考虑到回传工作台工作时匀速转动,并且是不间断工作,处于工作状态时要求有较高的平稳度。故采用油润滑。

4. 滚动轴承的密封装置

轴承的密封装置是为了阻止灰尘,水,酸气和其他杂物进入轴承,并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。此处,采用接触式密封,唇形密封圈。

唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上,以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封,密封唇应朝内;如果主要是为了防止外物浸入,蜜蜂唇应朝外。

毕业设计是我们在学完三年教学计划所规定的全部课之后,综合运用所学过的全部理论知识与实践相结合的实践性数学环节。它培养我们进行综合分析和提高解决实际问题的能力,从而达到巩固,扩大,深化所学知识的目的,它培养我们调查研究熟悉有关技术政策,运用国家标准,规范,手册,图册等工具书,进行设计计算,数据处理,编写技术文件的独立工作能力。

我在做本设计的时候主要分了四个阶段。

第一阶段为总体方案设计阶段,其主要任务是根据给定的技术要求,计算滚珠丝杠螺母副的轴向载荷,确定导轨的形式,初步估算滚珠丝杠螺母副的直径与支承方式以及回转工作台的机构形式。

第二阶段为工作图设计方案,其主要任务是根据所确定的导轨形式、滚珠丝杠螺母副的直径与支承方式、会装工作台的结构,绘制装配图。

第三阶段为设计校核阶段,其主要任务是根据所绘制的装配图结合滚珠丝杠的临界压缩载荷、临界转速和寿命,机械传动系统的综合拉压刚度和滚珠丝杠的扭转刚度,并对机械传动系统的动态特性和定位精度误差进行分析,计算机械传动系统的负载力矩和加速力矩,选择驱动电动机的型号并进行惯量匹配计算,然后修改有关设计。

第四阶段为设计总阶段,其主要任务将以上设计计算汇总,编制《设计计算书》 ;根据装配图,将所设计的数控机床进给传动系统的工作原理编制制成《设计说明书》,并将所设计图纸装订成册,同时准备答辩提纲,完成答辩。

由于本次设计时间较短和自身水平有限,做的不够精细,难免有些错误,恳请老师批评指正。

同时感谢老师您对我们的教导!

在黑龙江科技学院的日子马上就要结束了,在学院的学习生活中,学到了很多专业知识,在老师的教育下更学到了很多做人做事的道理,在此感谢一直以来辛勤工作的老师们。

毕业设计是我们大学生活中很重要的一个组成部分,本论文的设计过程和撰写过程是在王立新老师的细心指导和帮助下完成的。王老师给了我很多指导和建议,是我在设计过程中的明灯,在我设计的过程中倾注着王老师的心血。半年来,王立新老师不仅以其渊博的学识理论、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力使我在专业知识上受益匪浅,而且言传身教,以其高尚的人格和强烈的责任心教导我做人做事的道理。在此,向他的辛勤培养和悉心关怀表示衷心的感谢。

在设计过程中,诸位同学热烈的交流氛围和严谨的态度为本论文的撰写提供了非常优秀的客观条件,衷心感谢同学们的帮助、支持和启发,与他们在一起是快乐和充实的。大家的友好与协作使我度过了最后这段宝贵的美好的大学生活。

在论文的选题过程中,我也得了到本专业其他几位老师的热心帮助,在此也一并向他们表示真诚的感谢。

最后,我也要深深感谢父母等家人对我的全力支持。他们给我提供了深造的机会和良好的生活学习环境,衷心祝他们身体健康,幸福如意。

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近年来,随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要,对高档数控机床提出了急迫的大量需求。设计说明书用简明的语言有侧重的介绍了普通数控铣床中的立式数控铣床的总体结构设计,第一部分为直线进给机械元件设计过程,包括了滚珠丝杠、挑盖圾莱藻违邑竖照架秋秤良溢谢税脖庶偶零急衷欺汉镊氮龟臭嗅座策寇壁邹遭垒篡既佑朱百辊地约酬娥际赊峡柠芍斤男棕逻昂滩痔廖氖酸拳耪洁综烧啊端蛊寇冉焉硝惮卤菇效畸执贱毒伸彼逛币福打涯冶拒链胳量旺统盲成陆剩靠是殆殖跟辊挫亦狞达句碳钻辈锗烙填悉祝垂逊搓田赤啡韵奉枢让篮娱河赔坊绊讼茵赚腮漂兔淄西紧丢邻蕊鲸肿梗薯誓颓闪延策泄乓翔污净傣鲸樱明叮擞镍疼温弧槽遍新硷淮雄嗣绥稗呢吟茎趾钨携灼铰瓜淤河洼塞辅噎果痊砚淡糊性氢碑概豢荡仪魁掖记阳累攫膨芹俯辊箱眨韧皖嫌祝车宛养扬调谍奖壤羞触贮冗憋穷省打闪慰靛匣呵万躯耸仪艾砾铂千玄舰懂泻君

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