數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床,進(jìn)給,系統(tǒng) 目 錄 1機(jī)床課程設(shè)計的目的………………………………………………1 2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算…………………………………………2 2.1主切削力及其切削分力計算……………………………………3 2.2導(dǎo)軌摩擦力的計算 ……………………………………………3 2.3計算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力……………………………3 2.4確定進(jìn)給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)………………………3 2.5滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算……………………………4 2.6滾珠絲杠螺母副承載能力校核…………………………………5 2.7計算機(jī)械傳動的剛度……………………………………………6 2.8驅(qū)動電機(jī)的選型與計算…………………………………………7 2.9機(jī)械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析………………………………………9 2.10機(jī)械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析……………………………10 2.11確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號………………10 3進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………11 3.1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計………………………………………11 總結(jié)與體會…………………………………………………………12 致謝詞………………………………………………………………12 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………13 摘 要 1數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計的目的 通過本課程設(shè)計的訓(xùn)練，使學(xué)生在完成數(shù)控機(jī)床及金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)之后，讓學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的知識，獨(dú)立完成數(shù)控機(jī)床傳動系統(tǒng)的設(shè)計，從而使學(xué)生進(jìn)一步加深和鞏固對所學(xué)知識的理解和掌握，并提高學(xué)生的分析、設(shè)計能力，同時鞏固《金屬切削機(jī)床》課程的部分知識。 1.運(yùn)用所學(xué)理論及知識，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力； 2.掌握數(shù)控機(jī)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(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、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(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 設(shè)計參數(shù)如下： 工作臺 工作臺質(zhì)量 最大加工受力 快進(jìn)速度 工進(jìn)速度 最大加速度 工作臺導(dǎo)軌摩擦力 工作行程 減速機(jī)構(gòu) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)(圖2)，已知數(shù)據(jù)如下： 圖2　絲杠螺母機(jī)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(dǎo)程 最大轉(zhuǎn)速常數(shù) 支承方式 雙推—雙推 伺服電機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 2.1主切削力及其切削分力計算 取機(jī)床的機(jī)械效率，，，則有 工作臺橫向進(jìn)給方向載荷和工作臺垂直進(jìn)給方向載荷為 2.2導(dǎo)軌摩擦力的計算 導(dǎo)軌受到垂向切削分力，縱向切削分力，移動部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量）m=600kg，查表得鑲條緊固力，取導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)，則 計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 2.3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 計算最小軸向負(fù)載力 2.4確定進(jìn)給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù) 取步進(jìn)電動機(jī)的步距角，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動鏈的脈沖當(dāng)量，則有 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b=20mm。 2.5滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算 （1）按預(yù)期工作時間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時間，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 ，查表得載荷系數(shù)；初步選擇滾珠絲杠的精度等級為3級精度，取精度系數(shù)；查表得可靠性系數(shù)。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速，已知，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，則 （2）根據(jù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知本車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為40 ,重復(fù)定位精度為16 ，則有 取上述計算結(jié)果的較小值，即。 （3）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 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+2×余程+螺母長度+支承 ≈（1.2～1.4）行程+（25～30） 取L=(1.4×700+30×10)mm=1280mm （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、、和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇FF型內(nèi)循環(huán)螺母，型號為FF3210-3其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動載荷和螺紋底徑如下： 2.6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，已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度，絲杠水平安裝時，取，查表得，則有 本車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度，其彈性模量 ，密度，重力加速度 滾珠絲杠的最小慣性矩為 滾珠絲杠的最小截面積為 取，查表得，則有 本橫向進(jìn)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，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則有 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 2.7計算機(jī)械傳動的剛度 已知滾珠絲杠的彈性模量，滾珠絲杠的底徑。絲杠支撐方式為兩端支撐或者兩端固定時，則 當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 當(dāng)時，即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端，此時，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 已知滾動體直徑mm，滾動體個數(shù)Z=15.軸承接觸角。軸承最大軸向工作載荷。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為： 查表得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動載 。已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷則 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度最小值為 故 已知扭矩作用點(diǎn)之間的距離，滾珠絲杠的剪切模量 ，滾珠絲杠的底徑，則有 2.8驅(qū)動電機(jī)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，則有 （2）計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量 已知縱向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件的總質(zhì)量為m=600kg;絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=1cm則 （3）計算電動機(jī)軸上的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量 （4）計算加在電動機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 （5）計算折算到電動機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動的距離L=10mm=0.01m，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的傳動比i=10.24總效率η=0.85，則有 （6）計算折算到電動機(jī)上的摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力矩，則有 （7）計算由滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并折算到電動機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為 折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計算。 空載時（快進(jìn)力矩），為 切削時（工進(jìn)力矩），為 根據(jù)以上計算結(jié)果和查表初選55BF010型反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，其轉(zhuǎn)動慣量；而進(jìn)給傳動系統(tǒng)的負(fù)載慣量；對于開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間。當(dāng)機(jī)床以最快進(jìn)給速度運(yùn)動時電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為： （8）計算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的折算到電動機(jī)軸上的各種力矩 計算空載啟動力矩 計算快進(jìn)力矩 計算工進(jìn)力矩 （9）選擇驅(qū)動電動機(jī)的型號 根據(jù)以上計算和查表選擇國產(chǎn)150BF002型電動機(jī)，其主要參數(shù)如下：相數(shù)，5；步距角，；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動慣量，；最高空載啟動頻率，2800Hz；運(yùn)行頻率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 確定最大靜轉(zhuǎn)矩： 機(jī)械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 機(jī)械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 取和中的較大者為所需的步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。本電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時間內(nèi)正常啟動，故滿足要求。 為了使機(jī)械傳動系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應(yīng)滿足式（2-67），即 ，故滿足慣性匹配要求。 2.9機(jī)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，機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為、，滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已知m=600kg，則： 折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 由以上計算可知，絲杠—工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率都比較高。一般按的要求來設(shè)計機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。 2.10機(jī)械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 （1）計算機(jī)械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū) 已知進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則 即，故滿足要求。 （2）計算機(jī)械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 即，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，扭矩作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，則有 由該扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度，有 2.11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(jìn)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(dāng)螺紋長度約為350mm時，，；； 故滿足設(shè)計要求。 3進(jìn)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(yùn)動與回轉(zhuǎn)運(yùn)動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)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(dāng)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(diǎn)： （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(dāng)于普通絲杠的1/4-/3. （2）若給于適當(dāng)預(yù)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(yùn)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(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(fù)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(dāng)傳動切斷后，不能立即停止運(yùn)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(yù)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(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且不能改變。 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(jìn)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(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對絲杠進(jìn)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(jìn)行組合，但剛度較后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)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(diǎn)間的距離比背對背時小，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整較易。因此在進(jìn)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(shí)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(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差，可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。 圖3.1為滾珠絲杠螺母及其支承結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1 滾珠絲杠結(jié)構(gòu) 總結(jié)與體會 畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總結(jié)與運(yùn)用，是對以前每門課程設(shè)計的綜合，是對所學(xué)知識的徹底檢驗(yàn)。剛開始選擇課題的時候，我因?yàn)閷?shù)控車床比較感興趣，所以選擇了關(guān)于數(shù)控車床方面的課題。我所在的組設(shè)計的是一臺數(shù)控車床，我主要對其中的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。開始設(shè)計之前，我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)車床方面的知識，對數(shù)控車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有了進(jìn)一步的了解，也讓我學(xué)習(xí)到了很多新的知識。設(shè)計的時候，我們對學(xué)校的一些數(shù)控車床進(jìn)行了觀察，我主要觀察了機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時并結(jié)合自己的課題對機(jī)床的總體布局做了進(jìn)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)控車床需要的橫向進(jìn)給系統(tǒng)及縱向進(jìn)給系統(tǒng)。 畢業(yè)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(shí)踐完美結(jié)合的過程。在近三個月的畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，使我更加認(rèn)識到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，只有理論而不去進(jìn)行實(shí)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(diǎn)，取長補(bǔ)短，對自己其中不合理的部分進(jìn)行了充分改進(jìn)。通過這次設(shè)計，自己在查閱資料、運(yùn)用資料、中英文翻譯、運(yùn)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(jī)、電互相結(jié)合起來有了較深刻的認(rèn)識，彌補(bǔ)了原來學(xué)習(xí)中的很多不足之處，為以后從事機(jī)械方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)計工作有了一定的認(rèn)識。 總之，這次設(shè)計順利完成使我受益匪淺，不但鞏固了我以前學(xué)習(xí)的東西，而且學(xué)到了很多新東西，為我走向社會打下了深厚的基礎(chǔ)。同時也使我懂得了一個真正設(shè)計的步驟以及方法。 致謝詞 經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師楊昌明。楊老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是張老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同學(xué)對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計，我要感謝我的母?！魅A大學(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家?。?！。 【參考文獻(xiàn)】 [1] 范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007. 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