臥式加工中Z向進給機構(gòu)的設(shè)計論文

1、1 前 E92- - - - - _ =92緒論_丄，/1 < I1J J I J r 2 3加工中心的進給運動- - - - - - - - 一 -2 4加工中心的分類4. 1w X W3確定機床總的設(shè)計方案43.1 機床.：要部件及 方式的選定 44 Z向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算4.2滾珠絲杠的選擇8421滾珠絲杠的箱度84.2.2滾珠絲杠參數(shù)的計算.84.3伺服電機的選擇124.3.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算124.3.2負(fù)載慣量的計算1315 1 54.3.3空載加速轉(zhuǎn)矩計算4.4滑動導(dǎo)軌的選擇計算.4.4.2小時額定工作壽命的計算16443距離額定工作壽命的計算164.4.4額定動載荷

2、計算及選型174.5聯(lián)軸器的選擇175床身的設(shè)計1922參考文獻1前言1.1設(shè)計的目的本次畢業(yè)設(shè)計是為了讓我們更清楚地綜合運用所學(xué)的理論知識，獨立進行設(shè)計， 為我們即將走上工作崗位的畢業(yè)生打基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的制造業(yè)的生產(chǎn)方式，給產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變 化，而且也給傳統(tǒng)的機械和機電專業(yè)的人才帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。數(shù)控機床是一種高 科技的機電一體化產(chǎn)品，是精密測量、綜合應(yīng)用計算機技術(shù)及現(xiàn)在機械制造技術(shù)等各 種先進技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物°數(shù)控機床作為計算機集成制造系統(tǒng)、實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)和 未來工廠自動化的基礎(chǔ)己成為現(xiàn)在制造技術(shù)中不可缺少的生產(chǎn)手段。隨著我國綜合國力的進一步加強和加入世

3、貿(mào)組織。我國經(jīng)濟全面與國際接軌，并 逐步成為全球制造中心，我國企業(yè)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)參與國際競爭。數(shù)控技術(shù) 是制造實現(xiàn)自動化，集成化的基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率不可少的物資 手段因此，將臥式數(shù)控加工中心的設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計題目，迎合了裝備制造業(yè)發(fā)展趨 勢。目的主要有：(1) 、通過對機械設(shè)計，掌握伺服電機的工作原理、控制驅(qū)動和計算控制方法方 式。(2) 、掌握凡種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算及選用的方法。(3) 、通過設(shè)計，使學(xué)生全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控機床的基本組成及其相 關(guān)知識，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。(4) 、鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊、撰寫科技論文

4、的能力及查閱文獻資料的能力。1.2設(shè)計任務(wù)收集加工中心設(shè)計資料，了解數(shù)控加工中心的工作原理，對典型臥式數(shù)控加工中 心的結(jié)構(gòu)進行比較，提出本次設(shè)計的總體方案。了解加工中心進給機構(gòu)的類型及工作 原理，并對Z向進給機構(gòu)進行詳細(xì)設(shè)計。設(shè)計參數(shù)如下：加工中心的加工范圍為800X500X600,工作臺面尺寸1200X1000主軸輸出功率10KW,采用BT40標(biāo)準(zhǔn)刀柄。2.一甘H-B-L.3詩斗mH己戶湖m藉戒禁布3M睬fl以3善3-牛師芒鴻賓善3皿汙尖詫瀟，M這 3蘆翅。- ss ssss?m芍smH-> 2.2甘H丑。3注游奏即咨蘆買戰(zhàn)澳堆耳尹濾擋翅3苗苴3百許慳聲藻*&耳 3380g*m

5、(哮態(tài)芝部浴苫一滾20%)“®®H肝 ¥畫淫 SSSSS 3HS-為節(jié)若虱洋耳百。SSSS8O sss?sss.走ss Hsf回爛鴻>勢壓腰滓筆卻，擋記WS3茶族去a加若涔TH益s應(yīng)§菩停W溶M 8S SSSSH. &S3SS. 爲(wèi)淋SM 冷。3叵防芯=H3-4tt 桐專，Hffi決 T&Hf?福 WMH->、b 淺瑜目 H3爛寺讖s牌拜靖。 淺肝¥¥印謚涌31違律苦嚇3專3回落律。SSSSSSmH己亭母解專3MH湖芯螂冷整車3潮中E揮洲s3 sss, 聽姦認(rèn)睇，洋Hl* 認(rèn) HFP3-B-回差愛渦芒対3卸

6、HINgTsssa. SSS親謝源詩4H苛電萩ssssss.(4)回部謝與曽洛前錄凈謎s-TKg=HE戶3應(yīng)液洲奇噗廝風(fēng)滯拿孕咨丑F弟SB氓斗獻KmfzaATffi s- mJl&MeT 個專3匡涔HM SHiss- 2.3#H-fru3gf整應(yīng)包旬e次涔油聲液燃ffl駕芒部s果次至4 SSSHlsss SSI.淅嬖成M梁3a啟海0s芒発3涪命伽&渉涔海奇澆渉導(dǎo)3”潘注毎衰？胡談畫套|1律芒曾游炫卸冷旃 腰滂丹商蓉奪ste燒®4糸回嫁制涔。3-Tm決去淳簽應(yīng)&耳塔她應(yīng)理3旺遂涔場。 建g-HH4s»誹卷劉蔬輝，応哋譎蔵老胳3圭溯漏騏潮陣嬰沖莓沼M$濡

7、， ssssr sss§s,主爲(wèi)塁尋講拜蘭恭部麻噩湯咨$潮* M/-sssss.芒惠濤舞辭哋快密>晞朿閥蔬55,函削蔑涌， sf2.4加工中心的分類'1）臥式加工中心卩習(xí)臥式加工中心指主軸為水平狀態(tài)的加工中心，臥式加工中心通常都帯有自動分度 的回轉(zhuǎn)工作臺，它一般具有35個運動坐標(biāo)，常見的有三個直線運動坐標(biāo)加一個回 轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)，工件在一次裝卡后，除完成安裝面和頂面以外的其余四個表面的加工， 它最適合加上箱體類零件。與立式加工中心相比較，臥式加工中心加工時排屑容易， 對加工有利，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高。（2）立式加工中心立式加工中心是指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心，其結(jié)構(gòu)形式多為

8、固定立柱，工作 臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤、套、板類零件，它一般具有二個直線運 動坐標(biāo)軸，并可在工作臺上安裝一個沿水平軸旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)臺，用以加工螺旋線類零件。 立式加工中心裝卡方便、便于操作、易于觀察加工情況，調(diào)試程序容易，而且應(yīng)用廣 泛。但受立柱高度及換刀裝置的限制，不能加工太高的零件，在加工型腔或下凹的型 面時，切屑不易排出，嚴(yán)重時會損壞刀具，破壞己加工表面，影響加工的順利進行。（3）五軸加工中心五軸加工中心具有立式加工中心和臥式加工中心的功能，五軸加工中心，工件一 次安裝后能完成除安裝而以外的其余五個面的加工。常見的五軸加工中心有兩種形 式：一種是主軸可以旋轉(zhuǎn)900,對工件進行

9、立式和臥式加工；另一種是主軸不改變方 向，而由工作臺帶著工件旋轉(zhuǎn)900。完成對工件五個表面的加工。（4）龍門式加工中心龍門式加工中心的形狀與數(shù)控龍門鐵床相似，龍門式加工中心主軸多為垂直設(shè) 置，除自動換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的功能也較齊全， 能夠一機多用，尤其適用于加工大型工件和形狀復(fù)雜的工件。（5）虛軸加工中心虛軸加工中心改變了以往傳統(tǒng)機床的結(jié)構(gòu)，通過連桿的運動，實現(xiàn)主軸多自由度 的運動，完成對工件復(fù)雜曲面的加工。3確定機床總的設(shè)計方案3.1機床主要部件及運動方式的選定（1）伺服電機的選擇本次設(shè)計選用交流伺服電機，根據(jù)本進給系統(tǒng)定位精度的要求，初步選用半閉環(huán) 伺服系統(tǒng)。

10、如果經(jīng)計算后半閉環(huán)系統(tǒng)不能滿足定位精度要求，可改用全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。交流伺服電機有交流同步電機和交流感應(yīng)電機。交流感應(yīng)電機結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的 直流伺服電動機相比較，質(zhì)量輕、價格便宜。缺點是不能經(jīng)濟的實現(xiàn)范困較大的平滑 調(diào)速。所以數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中一般不采用這種電動機。交流同步電動機的轉(zhuǎn)速與所用電源的頻率之間存在一種嚴(yán)格的關(guān)系，即在電源電 壓和頻率固定不變時，它的轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定不變得。由變頻電源供電給同步電動機時，便 可方便地獲得與頻率成正比的可變速度。并可得到非常硬的機械特性及寬的調(diào)速范 圍。其結(jié)構(gòu)雖然比感應(yīng)電動機復(fù)雜，但比直流電動機簡單。同步電動機又分為電磁式 和非電磁式兩大類。在后一類中乂有

11、磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。在數(shù)控機床的進 給驅(qū)動系統(tǒng)中，多采用永磁式同步電動機。在數(shù)控機床進給驅(qū)動中，采用具有大轉(zhuǎn)矩、 寬調(diào)速并裝有反饋元件的機電一體化的永磁式交流同步電動機己十分普及。（2）滾珠統(tǒng)杠螺母副的選擇滾珠幺幺杠具有高精度、高剛度、高效率及無間隙等優(yōu)點。特別是在半閉環(huán)加工系 統(tǒng)中，滾珠絲杠自身的精度對機床加工精度有很大的影響，定位精度在很大程度上受 到滾珠統(tǒng)杠精度的影響。滾珠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般會分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。對于內(nèi)循環(huán)方 式，滾珠在循環(huán)過程中始終保持與滾珠絲.杠接觸。內(nèi)循環(huán)滾珠絲:杠螺母副工作滾珠數(shù) 目少，徑向尺寸緊湊，摩擦損失少，流暢性好，傳動效率高，軸向剛度好，

12、但回珠器 槽行比較復(fù)雜，需三坐標(biāo)數(shù)控機床才能進行加工。外循環(huán)過程中滾珠與稅杠脫離接觸, 目前使用插管完成滾珠循環(huán)的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，但滾道管子突出于螺母外 面，所以外循環(huán)滾珠統(tǒng)杠螺母徑向尺寸較大。滾珠和滾珠統(tǒng)杠螺母副接觸處有過盈配 合，即兩者達到預(yù)緊；滾珠絲.杠螺母副事先通過調(diào)節(jié)左右螺母的相互離開和靠近消除 間隙。常用的消除間隙或預(yù)緊的辦法有墊片是調(diào)隙結(jié)構(gòu)、螺紋式調(diào)隙結(jié)構(gòu)和齒差式調(diào) 隙結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計釆用墊片式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。（3）導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計的進給機構(gòu)的導(dǎo)軌選用貼塑導(dǎo)軌，它屬于滑動導(dǎo)軌，是在機床的動導(dǎo)軌面 上貼上一層抗磨軟帶，導(dǎo)軌副的另一個固定導(dǎo)軌面為淬火磨削面。這樣就會使導(dǎo)軌摩 擦系

13、數(shù)變?yōu)?.03-0. 05,導(dǎo)軌速度可達30m/min，剛度比較高，動、靜摩擦系數(shù)差值 小，沒有爬行。耐磨性與鑄鐵對鑄鐵導(dǎo)軌副相比可提高1一3倍。3.2機床總體布局的確定臥式加工中心按立柱是否運動分為固定立柱型和移動立柱型。本設(shè)計選用移動立 柱式，布局為T字型，工作臺左右移動，立柱前后移動，如下圖所示。 #.T圖3.1機床布局4 Z向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算4.1傳動系統(tǒng)設(shè)計從產(chǎn)品目錄中查得交流伺服電動機的最高轉(zhuǎn)速為1500口En,取交流伺服電動機 通過聯(lián)軸器與歐杠直接相連，即1=1。立柱最高進給速度是取電機的最高轉(zhuǎn) 速是1500nVmm,所以統(tǒng)桿的最高轉(zhuǎn)速是1500mgm,基本幺幺杠的導(dǎo)程是：Ph

14、 =1000vnBX _ 1000x15 = J nim)15004 1丿根據(jù)精度要求, 應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量可定為 =0.01mm/脈沖。伺服電動機每轉(zhuǎn)xl=10000.01"4.2 丿性置反煥謹(jǐn)魔反佛VlOCOr/ Nn圖4.2伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)傳動圖伺服系統(tǒng)中常用的位置反饋器有旋轉(zhuǎn)變壓器和脈沖編碼器七當(dāng)采用脈沖編碼器 方案時，因脈沖編碼器有每轉(zhuǎn)2000、2500、5000脈沖等數(shù)種產(chǎn)品，故編碼器后應(yīng)加 倍頻器。如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器方案，因旋轉(zhuǎn)變壓器的分解精度為每轉(zhuǎn)2000個脈沖， 則在伺服電機和旋轉(zhuǎn)變壓器軸之間安裝5:1的升速輪。圖4. 3伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)傳動圖在速度反饋裝

15、置中，與旋轉(zhuǎn)變壓器配套的，可采用測速發(fā)電機。測速發(fā)電機的轉(zhuǎn) 速為1000r/mm時,輸出一定的電壓量t/g （例如,lOOOr/mm輸出6v）。如采用脈沖編 碼器方案，貝IJ可在倍頻器后加頻率/電壓轉(zhuǎn)換比例為每loWmm輸出電壓為U&。即相 當(dāng)于測速發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到1000r-mn時，才能輸出6的電壓，而此時脈沖編碼器應(yīng)實 現(xiàn) io7p/mm。上述2種方案的傳動系統(tǒng)圖。本次設(shè)計選用圖3.3的方案.4.2滾珠絲杠的選擇4.2.1滾珠絲杠的精度査閱滾珠歐杠的樣本選擇絲.杠精度為5級精度等級，初步設(shè)計現(xiàn)設(shè)統(tǒng)杠在有效行 程500630mm時，行程偏差允許達到30 u mo4.2.2滾珠絲杠參數(shù)的

16、計算<1)最大工作載荷的計算統(tǒng)杠的最大載荷為切削時的最大進給力加摩擦力，最小載荷即為摩擦力。設(shè)此臺 加工中心Z向的最大進給力F f =5000N.導(dǎo)軌上面移動部件的重量約為500 kg,貼 塑導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.04，故統(tǒng)杠的最小載荷(即摩擦力)Fnnil = / =0.04x500x9.8 = 196 (N)(4.3)統(tǒng)杠最大載荷是：尸inax = 5000+196= 5196 (N)(4.4)平均載荷是：/r/n =(2Fniax + /7nLn)x | =(2x5196+196)xl3529(N)(4.5)(2)當(dāng)暈動載荷的計算滾珠絲.杠副類型的選擇主要是根據(jù)導(dǎo)程和動載荷兩個參數(shù)，

17、其選擇的原則為:滾 珠幺幺杠的靜載荷Coa不能大于額定靜載荷Coam,即CoaCoani;滾珠統(tǒng)杠的動載荷 Ca不能大于額定動載荷Cao、即CaCauio絲-杠最高轉(zhuǎn)速為1500inin,工作臺最小進給速度為1 nun null.故統(tǒng)杠的最低轉(zhuǎn) 速為0.11面in,可取為0,則平均轉(zhuǎn)速/»=750riuino稅杠使用壽命T=1500011,故絲.杠 的工作壽命f 60nT 60x750x15000 ,61 =A7S ( x 1 灑 r )(46)106106當(dāng)量動載荷值：6=FmKp近4.7 丿式中：KP載荷性質(zhì)系數(shù)，無沖擊取1-1.2, 一般情況取1.2-1.5,有較大沖擊振動時取

18、1.5-2.5；Ka精度影響系數(shù)，對1、2、3級精度的滾珠絲杠取K1.0,對4、5 級精度的絲.杠取K“=0.9。(4 8)根據(jù)要求去Kp = l5, n=0.9.代入數(shù)據(jù)得根據(jù)計算所得最大動載荷和初選的稅杠導(dǎo)程，查滾珠統(tǒng)杠樣本，選擇FF5010-5 型內(nèi)循環(huán)浮動返回器雙螺母對旋預(yù)緊滾珠統(tǒng)杠副，其公稱直徑為50mm.導(dǎo)程為 10口】，循環(huán)滾珠為5圈X2列，精度等級取5級，額定動載荷為55600N,大于最大 計算動載荷C"=51590N，符合設(shè)計要求。表4.1滾珠稅杠螺母副的幾何參數(shù)Z泠、符號計算公式和結(jié)果公稱直徑(mm)50螺距(rum)P10接觸角P3.6°鋼球直徑(mm

19、)d17.144螺紋滾道法面半徑(mm丿RR = 0.52dw = 3.715偏心距(mm)e0 009螺紋升角(mm)/7 二 urcig 氏=367U1統(tǒng).杠外徑(nun)49.5統(tǒng)杠底徑(nun)44.3螺桿接觸直徑(min)d:42.87螺母螺紋外徑(mm)DO = do-2e+2A= 57.412螺母內(nèi)徑(mm丿(內(nèi)循 環(huán))49.64(3) 傳動效率的計算將公稱直徑Jo=5Onim,導(dǎo)程P=10mm,代入X =aictaii P/n Jg的絲杠螺旋升 角人=3,6°。將摩擦角審=10，代入7/= tan 2/tan(2+(/),得傳動效率=94.7%。(4) 剛度的驗算本傳

20、動系統(tǒng)的幺幺杠采用一端軸向固定，一端浮動的結(jié)構(gòu)形式。固定端采用一對面 對面角接觸球軸承和一個角接觸球軸承，另一端也采用角接觸球軸承，這種安裝適應(yīng) 于較高精度、中等載荷的絲杠。滾珠統(tǒng)杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。弘 滾珠統(tǒng)杠滾道間的接觸變&根據(jù)公式ZEdok、，求得單圈滾珠數(shù)2=22,改型號統(tǒng)杠為雙螺母，滾珠的圈 數(shù)X列數(shù)為5X2,代入公式Z2 = Zx圈數(shù)X列數(shù)，得滾珠總數(shù)量ZZ=220o幺幺杠預(yù) 緊時，取軸向預(yù)緊力F)、= Fmx/3=1732 (N)。查相關(guān)公式得滾珠紐杠與螺紋滾道間 接觸變形(4.9 丿= 0.0013pJ抓,卩悠式中P/G = 51590N°代

21、入數(shù)據(jù)得:11 -因為稅杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載1/3,所以實際變形量可以減少一半，取Si =0. 0065mmob、絲杠在工作載荷Fmax作用下的抗壓變形&統(tǒng)杠采用的是兩端都為角接觸球軸承，軸承的中心距a=1100mm,鋼的彈性模量 £=2.1"05網(wǎng)為,由表2.1中可知，滾珠直徑山廣7.144口並，紐杠底徑-2=44.3】皿, 則統(tǒng)杠的截面積：S =兀戰(zhàn)4 =1540.6( mm2)根據(jù)公式 VFeqlES代入數(shù)據(jù)得:5196x1200$2 =z=0.018（mm）2.1xio5xl54O,6C、總的變形5總5總= <51 + 5 2=°

22、6;°6卅0.018=0.0245】皿統(tǒng)杠的有效行程為600,統(tǒng)杠在有效行 程500630mm時，行程偏差允許達到30卩叫，可見統(tǒng)杠剛度足夠。(5) 穏定性的驗算(4.10) L2K公式中取支撐系數(shù)fk=2,由絲.杠底徑°2=44.3碩】求的截面慣性矩/ = d%/64=188957.7(叫廣)，壓桿穩(wěn)定 安全系數(shù)K取3 (幺幺杠臥式水平安裝)，滾珠螺母至軸向固定處的距離L = a取最大值 1200nun '代入公式得：Pa =2x3J42x2.1xio5x188957.7120()2x3=181129.6(kg)則f=181129.6N大于6=51590N,故不會

23、失穩(wěn)，滿足使用要求。(6) 臨界轉(zhuǎn)速的驗算對于滾珠歐杠還有可能發(fā)生共振，需要驗算其臨界轉(zhuǎn)速，設(shè)不會發(fā)生共振的最高 轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速c。査資料得公式：= 9910 粵其中： d2 = d0T2d“ = 50-1.2x7.144 = 41.43(mm)；Lc為臨界轉(zhuǎn)速計算長度晝=1200(口並)；/2為統(tǒng)杠支承方式系數(shù)/2 = 3927 (一端固定，一端游動)代入數(shù)據(jù)得：/?c«4397(r,linn),臨界速度遠大于絲杠所需轉(zhuǎn)速，故不會發(fā)生共振。(7) 滾珠絲杠選型和安裝尺寸的確定由以上驗算可以知道，絲杠型號為FF5010-5,完全符合所需要求，故確定選用 該型號，安裝尺寸査表可知。(8

24、) 絲.杠支承的選擇滾珠統(tǒng)杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式統(tǒng)杠的自重。因此對統(tǒng)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為軸向固定方式。本次 設(shè)計幺幺杠支承選用一端固定，另一端浮動。4.3伺服電機的選擇4.3.1最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算所選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T可根 據(jù)以下公式計算，即-13 -l412)。緋叩。殉從前面的計算可以知道，最大載荷Fmax = 5196N,統(tǒng)杠導(dǎo)程p/7=10nmj=0.01m,預(yù)緊力Fp = -Cfl = -x55600 = 13900N,根據(jù)計算的滾珠螺母稅杠的機械效率"=0.947, 1

25、 44因為滾珠紋杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩：丁 p0 =FpPh29.813900x0.01 4 “a 4.729.8(Nm)(4.13)-15 -查手冊得單個軸承的摩擦力矩為0.32N 】，故一對軸承的摩擦力矩 77o=O.64Nm簡支端軸承步預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計。伺服電動機與幺幺杠直 接相連，其傳動比，=1,則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩：5196x0.012x0.947f 4.7+0.6414.7(N m)所選的伺服電機額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于此值。4.3.2負(fù)載慣量的計算伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)與負(fù)載慣量丿L相匹配。=0.0025(kg m1;=m2、vCr)k負(fù)載慣量可以按一下次序計算。立柱與主軸箱

26、的質(zhì)量為500 kg.折算到電動機軸 上的慣量可按下式計算，(4 14 丿統(tǒng)杠名義直徑J0=50mm=0. 05m,長度L=l. 2m 杠材料（鋼）的密度P=7. 8x103 kg"卩。根據(jù)公式計算歐杠加在電動機軸上的慣量32J 2=淑 d% ”*E"? 2x0.05七 00。57燦們聯(lián)軸器加上鎖緊螺母等的慣量丿3可直接查手冊得到，即j3= 0.001 (kg-m2)故負(fù)載總的慣量為丿 3=丿1+，2+丿3 = 0 0025+ 0.0057+ 0.001= 0.0092 (kg- m2)電動機的轉(zhuǎn)子慣量丿財應(yīng)與負(fù)載慣量丿厶相匹配。通常要求不小于丿匕，但也不是越大越好。因丿M

27、越大，總的慣量丿就越大，加速度性能受影響。為了保 證足夠的角加速度，以滿足系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏的，將釆用轉(zhuǎn)矩較大的伺服電動機和它的 伺服控制系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)資料的推薦，匹配條件為：1地4(4.16)JL則所選交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子慣量丿應(yīng)在0.00920.036 kg fif范圍之內(nèi)。根據(jù)上述計算可選用表4.2中的交流伺服電機a223000i型，其額定轉(zhuǎn)矩為 22N m,最高13入=3000久血，轉(zhuǎn)動慣量J=0.012kg -表 4. 2 FANUC a(HV)i系列交流伺服電機型號a 1/5000ia 2/5000ia 4/4000ia 8/3000ia 12/3000i 22/30OOi輸出功 率/

28、kw 額定轉(zhuǎn)0.50. 751.41. 634矩12481222(N -m) 最高轉(zhuǎn) 速蛆500050004000300030003000轉(zhuǎn)動慣 量0. 000310. 000530. 00140. 00260. 00260. 012(kg - m2質(zhì)量 kg348121829伺服放大器規(guī)20i20i20i40i80i80 i格4.3.3空載加速轉(zhuǎn)矩計算當(dāng)執(zhí)行件從靜止以階躍指令加速到最大移動(快速)速度時，所需要的空載加速轉(zhuǎn)短丁。按下式求，(4.17)M njjtax空載加速時，主要克服的是慣性，選用的a22/3000i型交流伺服電動機,總慣量J = JM*JL = 0.0120+0.0092

29、=0.0212(kg nV)加速度時間站c通常取隊的34倍，故&=G4)偵=(34)X6=1824(ms),則rfl = 0.0212x 2x314x150060= 130173(Nm)4.4滑動導(dǎo)軌的選擇計算常用的導(dǎo)軌截面有矩形、三角形、燕尾形和圓形的。如圖4,2所示。根據(jù)支承導(dǎo)軌的凸凹狀 E態(tài)，又可分為凸形和凹形兩類導(dǎo)軌。凹形容易存油，但也容易積存切屑和塵粒.因此適用于具 有良好的防護環(huán)境。凸形需要有良好的潤滑條件。目前數(shù)控機床使用的導(dǎo)軌主要有三種：塑料導(dǎo) 軌、靜壓導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌(C)枝尾形導(dǎo)軌(d)圓柱彩導(dǎo)軌圖4. 14.4.1工作載荷的計算影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素是工作載荷，假

30、設(shè)立柱所有重量加在貼塑滑動導(dǎo)軌的 一根導(dǎo)軌上，則導(dǎo)軌所承受的最大垂直方向上的載荷是：(418)上式中G是立柱和主軸箱的重量，即G=500X10=5000(N)，代入上式得:幾 nax=2500(N)4.4.2小時額定工作壽命的計算預(yù)計機床的工作壽命是10年，一年是365天，工作時間是350天，每天工作8 小時，因此得到小時額定工作壽命爵= 10x350x8 = 28000(11)。4.4.3距離額定工作壽命的計算根據(jù)公式0廣(4.19)2 爵Sx60103公式中：Lh為小時額定工作壽命;n為移動部件每分鐘往返次數(shù)(4-6)取5：S為移動部件的行程，即S=600nui.代入數(shù)據(jù)得：L=10080

31、kin。4.4.4額定動載荷計算及選型由公式乙=6.25佟，得：C. = F凱/6.25(4.20)公式中：為額定動載荷；L為距離工作壽命，由上面的計算可以知道為10080km：F為導(dǎo)軌的工作載荷，即F=2500Nc代入數(shù)據(jù)得：Cq=29318N。由計算的動載荷值本次設(shè)計選用的是貼塑滑動導(dǎo)軌，它是在數(shù)控機床的動導(dǎo)軌 面，是塑料導(dǎo)軌的一種。導(dǎo)軌副的另一固定導(dǎo)軌而為淬火磨削面。軟帶是以聚四氣乙 烯為基材，添加合金粉(青銅粉、二硫化鑰)、玻璃纖維和氧化物的高分子復(fù)合材料。 其厚度有0.8、1.1、1.4、1.7、2nun,寬150uiuk 300unn等幾種。塑料滑動導(dǎo)軌與其 他導(dǎo)軌相比，具有以下特

32、點：(1) 動靜摩擦系數(shù)相近：運動平穩(wěn)性和爬行性能較鑄鐵導(dǎo)軌副好。(2) 吸收振動：具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動導(dǎo)軌和易漂浮的 靜壓導(dǎo)軌。(3) 摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定：比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個數(shù)量級。(4) 化學(xué)穩(wěn)定性好：耐磨、耐低溫、耐強酸、強堿、強氧化性劑及各種有機溶 劑。(5) 耐磨性好：有自身潤滑作用，無潤滑油也能工作，灰塵磨粒的嵌入性好。(6) 維護修理方便：軟帶耐磨，損壞后更換容易。(7) 經(jīng)濟型好：結(jié)構(gòu)簡単，成本低，約為滾動導(dǎo)軌的1/20.為三層復(fù)合材料DU 導(dǎo)軌成本的1/4。其中導(dǎo)軌貼塑板選用揚中市天一高分子新材料有限公司生產(chǎn)的TY導(dǎo)軌貼塑板。4.5聯(lián)軸器的選擇金屬彈性元件撓

33、性聯(lián)軸器是由各種片狀、圓柱狀、卷板狀等形狀的金屬彈簧， 利用金屬彈簧的弱性變形以達到補償兩軸相對偏移和減振、緩沖功能，構(gòu)成不同結(jié) -17 -構(gòu)、性能的撓性聯(lián)軸器。金屬彈性元件比非金屬彈性元件強度高，使用壽命長，傳遞 載荷能力大，適用于高溫工況，彈性模最大且穏定。如圖4.5所示膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼薄板）用螺栓交錯地與兩半聯(lián)軸 器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸 呂靠膜片的彈性變形來補償報聯(lián)兩軸的相對位移，是一種高性能的金屬弱性元件撓性 聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)較緊湊，強度高，不用潤滑，使用壽命長，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油 污影響，具有耐酸、耐堿、防腐蝕的特點

34、，適用于高速、高溫、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境 的軸系傳動，廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動。圖4. 5 DJM5金屬膜片撓性聯(lián)軸器4.6軸承的選擇滾珠絲杠中經(jīng)常使用的滾動軸承有以下兩類。（1）接觸角為60°的角接觸球軸承這是目前國內(nèi)外廣泛采用的滾珠統(tǒng)杠軸承，這種軸承可以組合配置。一種為面對 面方式，另一種為背靠背組合方式。這兩種方式都可承受雙向軸向推力，還有一種是 通向組合方式，其承受能力較高，但只承受一個方向的軸向力，同向組合時的額定動 載荷C“等于單個軸承的（7。乘下列系數(shù)：2個為1.63;3個為2.16； 4個為2.64。由于 螺母與統(tǒng)杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，而且采用面

35、對面組合方式時兩 接觸線與軸線交點間的距離a比背對背的小，故容易實現(xiàn)自動調(diào)整。因此在進給傳動 中面對面組合用的較多。（2）滾針一推力圓柱滾子組合軸承外圏與箱體固定不轉(zhuǎn)，內(nèi)圈和隔套內(nèi)圈隨軸轉(zhuǎn)動，滾針承受徑向載荷，圓柱滾子 分別承受兩個方向的軸向載荷，修磨隔套內(nèi)圈的寬度可調(diào)整軸承的軸向預(yù)緊量。本次設(shè)計選用角接觸球軸承，根據(jù)軸的直徑選用型號為表4.3中的7009 GB T 2921994o表4.3角接觸球軸承外型尺寸滅傷。僅26。-21 -型號根限轉(zhuǎn)遞保樣架村質(zhì)Ba油祉定載頡極限轉(zhuǎn)速7303V3510574.9440006BOOO5.447393OT53DDO膠木73042D42129.66.337

36、000550009.26.03330349000膠木730525471212.987330004900012.3832930344000膠木730830651315711.627000Z200014.910.92330337000730735621419.317.5190003300010.410.31930333000膠木730040661519.919.1100003100010.910.21SCD2000膠木730945751625725.3160002700025.424 11930325000膠木7D1D50801627.627.5150002500026.226.214003230

37、007D1155901836737.1130002100034.835.31230319000膠木701260951837.840130002100035 8381100313000膠木7S42.912000190003B.840.7103031 兀ID0內(nèi)徑外徑高度Or Cor&rea$e OilCr Cor&rease Oil5床身的設(shè)計加工中心的床身是鑄造而成的，因此就與鑄造工藝有關(guān)，對于一些相關(guān)的數(shù)據(jù)可 以從表5.1,表5.2,表5.3中看出。比如根據(jù)床身的尺寸可以知道鑄件的最小壁厚、 筋厚的選擇和加強筋的高度選擇。通過圖中的數(shù)據(jù)進行比較厚，床

38、身的設(shè)計如圖5.4 所示，床身的最小壁厚為30mniamm鑄放種類當(dāng)鑄件最大輪席尺寸為下列儕時200>200 - 400>400-80)> 800 - 1 250> 1 250 - 2 000>2 (XX)灰鑄鐵 孕育侍鐵 珠墨約枚3-4563-4456-848568-108-106810- 1210- 128-1212 - 161。 1216-20髙WS件2可鍛鑄鐵當(dāng)鑄件岐大輪氐尺寸為下列偵時50>50- 100> 100-200>200 -350>350-5002.53.53T3.5-4.54-5.55-7表5.1砂型鑄造鑄鐵件的最小厚

39、壁表5.2灰鑄鐵件的壁厚與筋厚鑄件重«(kg>最大外形尺寸外瑕寫度內(nèi)壁厚度筋的厚度W5300765>5-10500875> 10-607501086>60 100125012108> 10)-500170014128>500-8002500161410>800 12003000181612mm丿表5.3鑄快平板加強筋的高度平板長度寬度s K度WO .6時寬度'長度>0.6時<3004060>300 - 5005075>500-80075100>800- 1200100150> 1200- 2000150200>2000 - 3000200300>30004000300400>4000-5000400450>5000450500圖5.16結(jié) 論數(shù)控技術(shù)的發(fā)展必定是未來制造業(yè)的發(fā)展方向，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)由各坐標(biāo)的 驅(qū)動電動機控制單元、機械傳動部件、執(zhí)行件和