普通車床數(shù)控化改造畢業(yè)說明書

畢業(yè)設計（論文）任務書系 部機械工程系指導教師職 稱教授學生姓名專業(yè)班級學 號論文題目普通車床數(shù)控化改造論文內(nèi)容目標及進度要求本課題改造設計經(jīng)濟型數(shù)控車床，應滿足實用和加工精度的要求。1. 調(diào)研：了解各種數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中二維工作臺的工作性能和加工要求情況，了解開環(huán)伺服傳動系統(tǒng)的組成和特點，提出應滿足的技術要求和條件，分析、比較各種可能的方案并提出初步設計方案；2. 研究和確定數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)的總體設計方案，要求有必要的分析和計算過程；3. 結(jié)構設計，要求畫出總體結(jié)構圖、關鍵零部件圖并對關鍵零部件進行校核和驗算；4. 控制系統(tǒng)設計，畫出控制系統(tǒng)原理圖；5. 撰寫設計說明書（30-40頁左右）；6. 基本技術要求： 結(jié)構尺寸：普通車床CA6132 數(shù)控車床的設計參數(shù)：規(guī)格加工最大直徑加工最大長度溜板及刀架重力(N)刀架快移速度(m/min)最大進給速度(m/min)定位精度mm主電機功率kw啟動加速時間ms縱向橫向縱向橫向縱向橫向3203207008805502.41.20.80.40.014.9525根據(jù)數(shù)控機床要求，由調(diào)研確定工作臺定位精度和重復定位精度、脈沖當量等參數(shù)；7. 繪制主要零部件圖不少于2張，裝配圖1張；8. 設計進度：1)、15 周，主要進行畢業(yè)設計準備工作，熟悉題目，收集資料，進行畢業(yè)實習，明確研究目的和任務，構思總體方案；2)、610周，設計計算，繪圖；3)、1113周，編寫畢業(yè)設計論文，準備畢業(yè)設計答辯。指導教師簽名： 年 月 日系 部審 核畢業(yè)設計（論文）學生開題報告課題名稱普通車床數(shù)控化改造設計課題類型理論探究型指導教師學生姓名學 號專業(yè)班級本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。當前在我國國民經(jīng)濟的各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，數(shù)控機床已經(jīng)成為企業(yè)技術改造的首先設備之一。我國的數(shù)控技術發(fā)展很快，呈現(xiàn)出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復合、集成化、智能化、網(wǎng)絡化合環(huán)?；l(fā)展的態(tài)勢。與國外數(shù)控技術的發(fā)展相比，我國數(shù)控技術的發(fā)展仍然存在著較大差距。 通過該課題的研究，努力達到以下目的： 1、加強數(shù)控機床結(jié)構設計和模塊化訓練； 2、加強數(shù)控機床功能部件的選型與設計計算的訓練； 3、加強數(shù)控機床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練普通機床數(shù)控化改造的研究意義： 1）節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。 2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。 3）提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3 至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期 課題類型：課題類型： A-理論探究型 B-實踐應用型本課題的研究內(nèi)容1. 進給傳動系統(tǒng)的設計，包括：進給傳動系統(tǒng)的軸向載荷計算，導軌的設計與選型，滾珠絲桿螺母副的選型與計算，進給傳動系統(tǒng)的剛度計算，進給傳動系統(tǒng)的誤差分析，驅(qū)動電動機的選型與計算，進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，驅(qū)動電機與滾珠絲桿的連接。2. 控制系統(tǒng)的設計，包括：控制系統(tǒng)硬件的基本組成，控制系統(tǒng)軟件的組成及結(jié)構，計算機伺服控制系統(tǒng)和可編程控制系統(tǒng)。3. 滾珠絲桿螺母副進行預緊的原因和方法，各種預緊方法是怎樣實現(xiàn)的。還有設計的支承方式，常用的軸承有哪些作為它的支。4. 機械傳動系統(tǒng)的啟動力矩的組成部分，以及電機慣量的匹配原則。5. 設計和安裝的時候，滾珠絲桿在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)與車床導軌的平行度的保證，對其預緊拉伸。6. 在數(shù)控車床進給系統(tǒng)設計中，滾珠絲桿螺母的螺母座與絲桿兩端的支承同心的保證以及其原因。7. 鐵塑導軌應貼的部位，粘貼的方法以及其原理。8. 選擇伺服電動機的原則，掌握其工作原理，在選擇伺服電機時應該注意的問題，例如調(diào)速和啟動。9. 滾珠絲桿螺母副的軸向負載時有哪些部分組成的，在車床設計的時候是怎樣進行準確計算的。10. 滾珠絲桿所受到的軸向負載是怎樣通過支承件傳到床身的。11. 整機設計的布局形式以及導軌的選擇應該注意哪些問題，在設計整機的時候有哪些方面的禁忌。本課題研究的實施方案、進度安排 研究本課題時，首先要注重我們所學習的教材，采取多看注重理解的方式進行學習。具備了一定的理論知識以后再回顧一下我們洛陽實習所學習到的數(shù)控車床的工作原理，結(jié)合實際以后再著手畢業(yè)設計，只有理論聯(lián)系實際才能事半功倍，但是在設計過程中所遇到的問題也要及時向指導老師詢問，力爭在自己即將畢業(yè)之際交出一份完美的答卷。 進度安排分為四個階段：1）3.5-4.15 準備工作，熟悉題目，收集資料，進行畢業(yè)設計，明確研究目的和任務，構思總體方案2）4.16-5.9 繪圖3）5.10-5.28 準備畢業(yè)設計答辯 2-2已查閱的主要參考文獻1.范超毅 趙天嬋 吳斌方數(shù)控技術課程設計華中科技大學出版社2.陳嬋娟 數(shù)控車床設計 化學工業(yè)出版社3.周開勤 機械零件手冊 高等教育出版社 4.何立民 單片機高級教程 北京航空航天大學出版社5.鄭堤 唐可洪 機電一體化設計基礎機械工業(yè)出版社6.機械設計手冊 編寫組 M.北京：機械工業(yè)出版社，2004年7.生產(chǎn)實習參考資料 東風汽車發(fā)動機廠指導教師意見指導教師簽名： 年 月 日畢業(yè)設計（論文）學生申請答辯表課 題 名 稱指導教師(職稱)申 請 理 由學生所在系部專業(yè)班級學號 學生簽名： 日期：畢業(yè)設計（論文）指導教師評審表序號評分項目（理工類）滿分評分1工作量152文獻閱讀與外文翻譯103技術水平與實際能力254研究成果基礎理論與專業(yè)知識255文字表達106學習態(tài)度與規(guī)范要求15總 分100評語 （是否同意參加答辯） 指導教師簽名： 另附畢業(yè)設計（論文）指導記錄冊 年 月 日畢業(yè)設計（論文）評閱人評審表學生姓名專業(yè)班級學號設計(論文)題目評閱人評閱人職稱序號評分項目（理工類）滿分評分1工作量152文獻閱讀與外文翻譯103技術水平與實際能力254研究成果基礎理論與專業(yè)知識255文字表達106學習態(tài)度與規(guī)范要求15總 分100評語 評閱人簽名： 年 月 日畢業(yè)設計（論文）答辯表學生姓名專業(yè)班級學號設計(論文)題目序號評審項目指 標滿分評分1報告內(nèi)容思路清晰；語言表達準確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學，分析歸納合理；結(jié)論有應用價值。402報告過程準備工作充分,時間符合要求。103創(chuàng) 新對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。104答 辯回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準確，深入。40總 分100答辯組評語答辯組組長（簽字）： 年 月 日 答辯委員會意見答辯委員會負責人（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表學生姓名專業(yè)班級學號設計(論文)題目答辯時間答辯地點答辯委員會名單問題1提問人： 問題：回答（要點）：問題2提問人： 問題：回答（要點）：問題3提問人： 問題：回答（要點）：記錄人簽名問題4提問人： 問題：回答（要點）：問題5提問人： 問題：回答（要點）：問題6提問人： 問題：回答（要點）：問題7提問人： 問題：回答（要點）：問題8提問人： 問題：回答（要點）：記錄人簽名畢業(yè)設計（論文）成績評定總表學生姓名： 專業(yè)班級： 畢業(yè)設計（論文）題目：成績類別成績評定指導教師評定成績評閱人評定成績答辯組評定成績總評成績40%+20%+40%評定等級HuBei University Of Technology Engineerin And Technology CollegeByYuhengMay 28 2010學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 年 月 日 學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學院有關保管、使用學位論文的規(guī)定，同意學院保留并向有關學位論文管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于 1、保密 ，在 年解密后適用本授權書。 2、不保密 。 （請在以上相應方框內(nèi)打“”） 作者簽名： 年 月 日 導師簽名： 年 月 日摘 要數(shù)控技術及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標志。數(shù)控技術及數(shù)控機床的廣泛應用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(1T)與制造技術(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果。現(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術，都是建立在數(shù)控技術之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學生必不可少的。本次設計內(nèi)容介紹了數(shù)控車床的特點、電機選型以及計算誤差的一般分析。并通過一定的實例詳細的介紹了數(shù)控車床改造的分析方法。關鍵詞： 數(shù)控技術 數(shù)控改造 步進電動機 電氣控制Abstractnumerical control technology and the numerically-controlled machine tool in now in the machine-building industry the important position and the huge benefit, had demonstrated it in the key industry modernizations strategic function, and has become the traditional machine manufacture industry promotion to transform and to realize the automation, the flexibility, the integrated production important means and the sign. The numerical control technology and numerically-controlled machine tools widespread application, for machine-building industrys industrial structure, the product type and the scale as well as the production method has brought the revolutionary change. The numerically-controlled machine tool is the modern Processing workshop most important equipment. Its development is the information technology (1T) and the technique of manufacture (MT) union development result. Modern CAD/CAM, FMS, CIMS, the agile manufacture and the intelligence technique of manufacture, is the establishment above the numerical control technology. Masters the modern numerical control technical knowledge is the modern mechanical and electrical kind of college major is essential. This design content introduced the numerical control lathes characteristic, the electrical machinery shaping as well as counting errors general analysis. And through certain example detailed introduction the analysis method which numerical control lathe transformed. Key words: the numerical control technology numerical control transformation step-by-steps the electric motor electric control.普通車床數(shù)控化改造學生姓名：學 號：所在系部：專業(yè)班級：指導教師：日 期：目 錄摘要iAbstracti i引言11. 總體方案設計22. 橫向進給傳動鏈的設計計算 22.1主切削力及切削分力的計算 22.2導軌摩擦力的計算 22.3計算滾珠絲桿螺母副的軸向載荷 32.4確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù) 32.5滾珠絲桿的動載荷計算與直徑計算 32. 6按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底徑d2m 42.7初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號 43 橫向進給傳動鏈部件的裝配圖設計（見圖紙） 44 滾珠絲桿螺母副的承載能力的校驗 44.1滾珠絲桿螺母副的臨界壓縮載荷Fc的校驗44.2滾珠絲桿螺母副的額定壽命的校驗105 計算機械傳動的剛度105.1計算滾珠絲桿的拉壓剛度 105.2計算滾珠絲桿螺母副的支承剛度Kb 115.3計算滾珠與滾道的接觸剛度Kc 125.4計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 125.5計算滾珠絲桿螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度Kp 126 驅(qū)動電動機的選型與計算136.1計算折算到電動機軸上的負載慣量 136.2計算折算到電動機軸上的負載力矩 136.3計算折算到電動機軸上的加速力矩Tap 146.4計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到帶你動機軸上的各種力矩 146.5選擇驅(qū)動電動機的型號 157 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 157.1計算絲桿工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率Wnc 167.2計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率Wnt 168 機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析 168.1計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū) 178.2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kmax。. 178. 3計算滾珠絲桿因扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生的誤差. 179 確定滾珠絲桿螺母副的精度等級和規(guī)格型號 189.1確定滾珠絲桿螺母副的精度等級 189.2確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格要求18結(jié)論. . 19致謝. . 20參考文獻. . 21引言近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設備的數(shù)控化率已達到85%以上，而我國的機械設備的數(shù)控化率不足20%，隨著我國機制行業(yè)新技術的應用，數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。1.高速、高精加工技術及裝備的新趨勢2.軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展3.智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢4.重視新技術標準、規(guī)范的建立其中包括：a.關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范b. 關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范，加強數(shù)控車床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練?，F(xiàn)代數(shù)控車床的整機設計包括整機布局形式，導軌形式的選擇及支承件的結(jié)構設計，滾珠絲桿螺母副及其支承方式的選擇，主傳動系統(tǒng)的選擇及其設計，還有數(shù)控系統(tǒng)與其他輔助裝置的選擇與設計等等。通過實施數(shù)控車床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練，可以使我們在畢業(yè)設計中體會數(shù)控車床具有較高的加工精度和效率的原因，同時體會到CNC裝置的最小設定單位，數(shù)控車床是怎樣在設計中體現(xiàn)的，以培養(yǎng)我們的整機或部件的設計能力。研究此課題的意義在于：針對大學畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過程中，加強實踐環(huán)節(jié)，把自己置身于工程背景之中，以提高我們的專業(yè)水平。通過此設計，我們可以初步掌握改造一般車床的方法與步驟，可為我們今后工作打下良好的基礎。將大學三年所學到的知識進行匯總，考核我們所學知識的牢固度，檢驗我們運用知識的能力。2.總體方案設計1.系統(tǒng)運動方式：普通車床數(shù)控化改造應具有定位?？焖龠M給，直線插補，圓弧插補，暫停，循環(huán)加工和螺紋加工等功能。因此，普通車床數(shù)控化改造所選用的數(shù)控化系統(tǒng)應為連續(xù)控制系統(tǒng)。如：德國西門子公司的SIEMNS8025型系統(tǒng)。華中數(shù)控的“世紀星”21/22型系統(tǒng)。2.伺服系統(tǒng)的確定：普通車床數(shù)控化改造后一般為經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證具有一定加工精度的前提下，從改造的成本考慮，應簡化結(jié)構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)采用以步進電動機為驅(qū)動裝置的開環(huán)系統(tǒng)為宜。3.功能部件的選擇：主要是滾珠絲杠及其支承方式的選擇，電動回轉(zhuǎn)刀架的選擇等。4.結(jié)構設計與電氣設計：這主要是縱向進給傳動系統(tǒng)，橫向進給傳動系統(tǒng)的設計和機床導軌的維護。一般采用貼塑導軌以減小摩擦力，機床電氣設計包括機床原理圖設計和PLC梯形圖設計。3.設計參數(shù)1.最大加工直徑：320mm2.最大加工長度：700mm3.行程：縱向880mm，橫向160mm4.刀架快速進給速度：縱向2400m/min，橫向1200mm/min5.最大進給速度：縱800mm/min，橫向400mm/min6.溜板及刀架重力：縱向880N，橫向550N7.主電動機功率：4.95kw8.定位精度：0.01mm/全行程9.程序輸入方式：增量值，絕對值通用10.控制座標數(shù)：211.脈沖當量：縱向0.01mm/脈沖，橫向0.005mm/脈沖4.實施方案進給系統(tǒng)數(shù)控化改造的主要部位有：掛輪架，進給箱，溜板箱，溜板，刀架。1.掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖編碼器。2.進給箱部分:全部拆除，在該處安裝縱向進給步進電動機與齒輪減速箱總成。絲杠，光桿和操縱杠拆去，齒箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部位。3.溜板箱部分：全部拆除，在原處安裝滾珠絲杠螺母座。絲杠螺母固定在其上，在該處還可以安裝部分操作按鈕。4.橫溜板部分：將原橫溜板中的滾珠絲杠，螺母拆除。在該處安裝橫向進給滾珠絲杠螺母副，橫向進給步進電動機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。5.刀架部分：拆除原刀架，在該處安裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。5.橫向進給傳動鏈的設計計算1.主切削力及其切削分力計算（1）計算主切削力Fz已知：主電動機功率Pm為4. 95kw，最大工作直徑D=320mm。主軸計算轉(zhuǎn)速：n=85r/min，在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率。則刀具的切削速度為： V=nd/60=3.140.3285/60=1.42m/s取機床的機械效率=0.8則主切削： Fz=Pm/v=0.84.951000/1.42=2788.73N（2）計算各切削分力由公式Fz:Fx:Fy=1：0.25：0.4，得：走到方向切削分力Fx和垂直方向切削分力Fy分別為：Fx=0.25Fz=697.2NFy=0.4Fz=1115.49N2.導軌摩擦力計算由公式：F=（W+fg+Fv+Fc）N，計算在切削狀態(tài)下導軌摩擦力F。此時導軌受到的垂向切削分力：Fv=Fz=2788.73N橫向切削分力為Fc=Fx=697.2N。移動部件的全部重力為W=550N，查表由差值法，得：fg=1500N。取導軌動摩擦系數(shù)=0.15，則：F=（W+fg+Fv+Fc）=0.15(500+1500+2788.73+697.2)=822.88N。由公式：F=（W+fg）N，計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力F和F，則：F=（W+fg）=0.15（550+1500）=307.5NF=（W+fg）=0.2（550+1500）=410N3.計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力按公式：Famax=F+（W+fg+Fv+Fc）N，計算最大軸向負載力Famax。則：Famax=Fy+F=1115.49+822.88=1938.37N按公式：Famin= F=（W+fg）N，得最小軸向負載力：Famin= F=410N4.確定傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)取步進電動機的步距角為=1.5度，滾動絲杠的基本導程L=6mm，進給動鏈的脈沖當量0.005mm/脈沖，則由公式：i=aL/3600.005=1.56/3600.005=5按最小慣量條件，查圖可知應采用二級傳動，傳動比分別取：=2，=2.5。根據(jù)結(jié)構需要，確定傳動齒數(shù)為20, Z2=40 , Z3=20, Z4=50,模數(shù)m=2，齒寬b=20mm.5.滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算按預期工作時間估算滾珠絲杠預期的額定動載荷Cam，已知數(shù)控機床的預期工作時間Lh=15000h，滾珠絲杠的當量載荷Fm=Famax=1938.37N,查表得：載荷系數(shù)fw=1.3，初選滾珠絲杠的精度等級為3級，取精度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=1，取滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速，又知：Vmax=0.4m/minL=6mm則： nmax=1000Vmax/L。=10000.4/6=66.67r/min得： Cam=（60nmLh）1/3Fmfw/100fafc =(6066.6715000)1/31938.371.3/10011=9865.165N 按精度要求允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑根據(jù)定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形：已知本車床橫向進給的定位精度為10m，重復定位精度為16m，則由公式，得：max=（1/51/4）10=22.25m,即max=2.25m,估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑，滾珠絲杠螺母副的安裝方式采用一端固定，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+支承長度（1.21.4）行程+30L則：L=1.4行程+30 L=（1.4200+306）=460mm由公式：d2m0.078（F。L/max）1/2=0.078（410460/3）1/2=19.55mm初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格和型號根據(jù)以上計算所得L，和結(jié)構需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號為：FFZL2506-3，其公稱直徑，基本導程L，額定動載荷Ca和螺紋底徑如下：=25mm，L=6mm，Ca=11300N=9865.165N=21.9mm=19.55mm，故滿足要求。6.滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗1.滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷Fc的校驗已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑=21.9mm，由圖可知：滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度：L=313mm絲杠水平安裝時，取=1/3，查表=2,則由公式：Fc=105k1k2d24/L12=1/3234.94/3132=156529.62N本車床橫向進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為：Famax=1938.37N遠小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿足要求。2.滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速校驗由圖可知：滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速計算長度L=337mm，其彈性模量其彈性模量E=2.1105MPa，密度=1/g7.8105N/mm3，重力加速度g=9.8103mm/s2。則滾珠絲杠的最小慣性矩為：I=/64d24=21.943.14/64=112856.6mm4滾珠絲杠的最小截面積為：A=/4d22=21.923.14/4=376.49mm2，取=0.8，查表，得： nc=K1(EI/A)1/2602/2 L22=29188r/min由公式本橫向進給傳動鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為：66.67r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。3.滾珠絲杠螺母副額定壽命校驗查附錄表，得：滾珠絲杠額定動載荷Ca=11300N，已知其軸向載荷Fa=Famax=1938.37N，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速n=nmax=66.67r/min，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=1.2，則由公式：L=（），得：L=1.140108r，=L/60n=28498 h因為Lh =28498h遠大于15000h，故滿足要求。7.計算機械傳動系統(tǒng)的剛度1.計算機械傳動系統(tǒng)的剛度計算滾珠絲杠的拉壓剛度Ks本機床橫向進給傳動鏈的絲杠支承方式為一端固定，一端游動。絲杠的拉壓剛度Ks可按公式：Ks=d22E/4a10-3計算。已知滾珠絲杠的彈性模量E=2.1105MPa，底徑=21.9mm，當滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離a=Ly=313mm時，滾珠絲杠螺母副具有最小抗拉壓剛度Ksmin。由公式得： Ksmin= d22E/4a*10-3=252.83N/m當a=Ly=113mm時，滾珠絲杠螺母副具有最大抗拉壓剛度Ksmax，由公式Ksmax=d22E/4Lj=700.32N/m計算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb已知滾動體直徑d=5.953mm，滾動體個數(shù)Z=15，軸承最大軸向工作載荷：Fbmax=Famax=1938.37N則查表得：Kb=21.95（dz2Famax）1/2=21.95（5.5931521938.37）1/3=529.56N/m計算滾珠與滾道的接觸剛度Kc查附錄，得：滾珠與滾道的接觸剛度K=636N/m，滾珠絲杠的額定動載荷Ca=11300N，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷：Famax=1938.37N則由公式：Kc=K（Famax/0.1Ca）1/3=761.13N/m計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K由公式：1/Kmax=1/Kb+1/Kc+1/Ksmax=0.00463，得：進給系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為： Kmax=216 N/m.由公式： 1/Kmin=1/Kb+1/Kc+1/Ksmin=0.0072 故Kmin=140N/m2.計算滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度通車床數(shù)控化改造計算簡圖得扭矩作用點之間的間距為L2=387mm，已知滾珠絲桿的剪切模量為G=8.1104MPa，滾珠絲桿的底徑d2=34.9mm則有： Kp=d24G/32L2=4724.22Nm/rad 8.驅(qū)動電動機的選型計算1.計算折算到電動機軸上的負載慣量計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Jr已知滾珠絲杠的密度=7.810-3kg/cm3則：Jr=/320.7810-3Dj4Lj=1.38kgcm2計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉(zhuǎn)動慣量已知機床橫向進給系統(tǒng)的執(zhí)行部件的總質(zhì)量為56.12kg，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=0.6cm，由公式： Jr=m（L/2）2=96（0.6/23.14）1/2=0.51kgcm2計算各齒輪轉(zhuǎn)動慣量Jz1=Jz3=/320.7810-3442=0.4kgcm2Jz2=/320.7810-3842=6.4kgcm2Jz4=/320.7810-31042=15.6kgcm2總負載轉(zhuǎn)動慣量： Jd=Jz1+1/i12(Jz2+Jz3)+1/i2(Jz4+Jr+Jl)=2.8kgcm22.計算折算到電動機軸上的負載力矩計算折算到電動機軸上的切削力矩Tc已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力Fa=Famax=1938.37N，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件橫向移動距離L=6mm=0.006m，進給傳動比i=5，總效率進給傳動系統(tǒng)總效率=0.85則： Tc=FaL/2i=1938.370.006/(23.140.855)=0.436Nm計算折算到電動機軸上的摩擦負載力矩已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力F。=390N，得T。=F，L/2i=0.088Nm。計算由滾珠絲杠預緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動機軸上的附加負載力矩Tf已知滾珠絲杠螺母副效率，則由公式得：Fp=1/3Famax=646.12N則：Tf= （1-。2）FpL。/2i=0.0169Nm。折算到電動機軸上的負載力矩T的計算空載時： Tkj=T+Tf=0.088+0.0169=0.104Nm切削時： Tgj=Tc+Tf=0.436+0.0169=0.452Nm3.計算折算到電動機軸上的加速力矩根據(jù)以上計算結(jié)果和查表，知：初選130BF001型反應式步進電動機，其轉(zhuǎn)動慣量Jm=4.6kgcm2，而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量Jd=2.8kgcm2，對開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間t=0.05。當機床執(zhí)行部件以最快速度v=1200mm/min運動時，電動機的最高轉(zhuǎn)速 ： nmax=5x1200/6=1000r/m則：Tap=2inmax(Jm+Jd)/60980t=7.73N。4.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a空載啟動力矩TqTq=(T+Tf)+Tap=(7.73+0.088+0.0169) Nm=7.8349Nmb快進力矩TkjTkj=T+Tf=(0.0169+0.088 )Nm=0.1049mc.計算工進力矩TgjTgj=Tc+Tf=(0.436+0.088) Nm=0.524Nm5.電動機型號的選擇選擇驅(qū)動電動機的型號根據(jù)以上計算及查表知，選擇國產(chǎn)130BF001反應式步進電動機，其主要參數(shù)如下：相數(shù)：5，步距角：0.75度/1.5度，最大靜轉(zhuǎn)矩：最大靜轉(zhuǎn)矩：9.31Nm；轉(zhuǎn)動慣量：4.6kgcm2，最高空載啟動頻率：3000HZ，運行頻率：16000HZ，分配方式：五相十拍，質(zhì)量：9.2kg。確定最大靜轉(zhuǎn)矩查表，知：機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩的關系為： Tq/Ts1=0.951所以： s1=Tq/0.951=8.23 Nm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)矩的Ts2關系為Ts2=Tgj/0.3=1.51 Nm取和中較大者作為所需電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Ts，即：Ts=8.23 Nm本電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31 Nm，大于Ts=8.23 Nm，所以可以在規(guī)定時間里正常啟動，故滿足要求。驗算慣量匹配為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比一般應滿足式: 0.251。因為Jd/Jm=2.8/4.6=0.620.25，1屬于0.251的區(qū)間范圍內(nèi)，故慣量匹配滿足要求。9.機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析1.計算絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率滾動絲杠螺母副的綜合拉壓剛度K。=Kmin=1.39106N/m，機床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為m、ms，滾珠絲杠螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為：滾珠絲桿螺母副和機床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為md=m+1/3ms，已知m=56.12kg則有：ms =2.52.558.50.0078/4=2.24kgmd=m+1/3ms=56.12+1/32.24=56.87kgWnc=（K。/md）1/2=1563rad/s2.計算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當量轉(zhuǎn)動慣量為： Js=Ji=（4.6+2.8）5=0.0037kgm2，已知滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度Ks=4724.22Nm/rad 則：Wnt=（Ks/Js）1/2=1130rad/s由此計算可知：絲杠-工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率1563 rad/s，扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率1130rad/s都比較高，一般按300 rad/s的要求設計機械傳動系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。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K。=Kmin=1.39106N/m，導軌的靜摩擦力F。=400N由公式： =2p=2000F。/Kmin=2000792/243.9106=5.7810-3mm即：=5.78m8m，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kmax。由公式： kmax=1000F。（1/Kmin-1/Kmax）=1.02510-3mmkmax=1.025m6m故滿足要求。3.計算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差計算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量已知負載力矩T=Tkj=104.9Nmm，查圖可知，扭矩作用點之間的距離為387mm，絲杠底徑21.9 mm。由公式：=0.0721TL2/d24=7.2110-2104.9387/21.94得：=7.2110-2T L2/ d24=7.2110-280437 / 21.94 =0.010由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動滯后量將影響工作臺的定位精度，由公式：=L0/360=60.010/3600.17m11.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號1.確定滾珠絲杠螺母副的精度等級本進給傳動采用開環(huán)控制系統(tǒng)，應滿足下列要求：V300p +ep 0.8（定位精度-kmax ）=0.8（20-1.025-0.17）m=15.04m；V300p +ep 0.8（定位精度-kmax ）=15.04m；取滾珠絲杠螺母副的精度等級為1級，查表可知：查表2-20得V300p=6m，當螺紋長度為400mm時，查表A-5得ep=7mm；V300p+ep=7+6=13m15.04m所以，滿足設計要求。2. 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號為FFZL2506-3-P1/545400，具體參數(shù)如下：公稱直徑與導程：25mm，6mm；螺紋長度：400mm；絲杠長度：545mm；類型與精度：P類，1級精度。結(jié) 論 實踐是檢驗真理的唯一標準，當然也是檢驗學習成果的標準。在經(jīng)過一段時間的學習之后，我們需要了解自己的所學應該如何應用在實踐中，因為任何知識都源于實踐，歸于實踐，所以要將所學的知識在實踐中來檢驗。本次課題貫穿本專業(yè)所學到的議論知識與實踐操作