畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：201年6月摘要V致謝PAGE1目錄13502摘要I13502AbstractIITOC\o"1-3"\h\u摘 要 I第一章緒論 11.1課題研究背景與意義 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 11.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 21.3五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型 31.4本文的研究目的及主要工作 5第二章總體設(shè)計(jì) 62.1設(shè)計(jì)要求 62.2主要技術(shù)參數(shù) 62.3總體方案設(shè)計(jì) 62.4本章小結(jié) 7第三章進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 83.1滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理 83.2垂直方向傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103.2.1Z方向滾珠絲杠的選擇和校核 103.2.2Z方向?qū)к壍倪x擇 113.2.3Z方向裝配圖 133.3X、Y方向傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 143.3.1滾珠絲杠的選型 143.3.2直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 153.3.3聯(lián)軸器的選型 163.3.4裝配模型 173.4本章小結(jié) 17第四章電機(jī)的選型 184.1步進(jìn)電機(jī)介紹 184.2參數(shù)計(jì)算 184.2.1轉(zhuǎn)速與功率 184.2.2相關(guān)參數(shù)的確定 194.3型號(hào)的確定 194.3.1脈沖當(dāng)量的選擇 194.3.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 194.3.3等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 204.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇的計(jì)算 204.4本章小結(jié) 23第五章其他關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 245.1床身（底座）的設(shè)計(jì) 245.2立柱設(shè)計(jì) 245.3工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 255.3.1尺寸確定及估算 255.3.2繞軸旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì) 255.4裝配總圖 265.5本章小結(jié) 26結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28致謝 30第一章緒論P(yáng)AGE30PAGE30第一章緒論1.1課題研究背景與意義自2002年以來(lái)，中國(guó)已成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大進(jìn)口國(guó)，出口逆差嚴(yán)重，高檔，大型，精密，高速數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)口依賴是比較明顯的。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，普通的三軸數(shù)控機(jī)床不能滿足人工們加工零件工作，人們提出零件加工的更高要求。目前，中國(guó)進(jìn)口高檔，大型，精密和高速數(shù)控機(jī)床的73％以上，中國(guó)汽車制造裝備的83％以上，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的比例85％以上依賴進(jìn)口，并在高檔數(shù)控機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)幾乎是百分之百依賴進(jìn)口。長(zhǎng)期以來(lái)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)作為重要戰(zhàn)略物資控制起來(lái)出口，發(fā)展中國(guó)家在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的開(kāi)發(fā)和推出兩個(gè)方面遇到了很大的阻力，因此研究五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)，對(duì)提高國(guó)家的綜合國(guó)力影響深遠(yuǎn)。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r目前五軸數(shù)控機(jī)床的主要出口國(guó)為歐洲，美國(guó)，日本，這些國(guó)家的數(shù)控機(jī)床代表代表了當(dāng)今五軸數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最高水平。根據(jù)近年來(lái)對(duì)展示機(jī)產(chǎn)品的中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)，該展會(huì)展品的特點(diǎn)是：突出的智能功能，提倡低碳和綠色制造方法，靈活，柔性，五軸聯(lián)動(dòng)，高精度高速依然是數(shù)控機(jī)床發(fā)展主流，自動(dòng)化程度高，機(jī)床的發(fā)展以安全，友好的人機(jī)體驗(yàn)為深入發(fā)展的主流。GF阿奇夏米爾MIKRONHPM450U高性能五軸加工中心是適合質(zhì)量，數(shù)量和復(fù)雜度的部分有很高的要求，加工中心的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)/擺動(dòng)軸它可以在任何過(guò)程中完成重載粗加工到精確的拋光工藝。在450U高性能加工中心的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)工作臺(tái)可以保證無(wú)限制五軸加工。MIKRONHEM500U高效軸立式五軸加工中心是專為阿奇夏米爾在單件或小批量生產(chǎn)精密件而設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的高效五軸立式加工中心。加工中心利用落地床身滑枕結(jié)構(gòu)，兩個(gè)線性軸由刀具移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，以確保高的動(dòng)態(tài)性能和精度實(shí)現(xiàn)的。MIKRONHEM500U具有12000轉(zhuǎn)的主軸轉(zhuǎn)速，加T可提供效率和精度平衡而新設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以滿足5面體零件的所有要求。德國(guó)DMG公司的DMU40evo高端五軸加工中心，其突出特點(diǎn)是X軸和Y軸為新的龍門式結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌距離非常短，并且因此整個(gè)工作區(qū)域保持非常高的剛性和硬度不變。與傳統(tǒng)的龍門式結(jié)構(gòu)相比，龍門式構(gòu)架優(yōu)化從側(cè)面接近性能顯著改善。即使加工中心配備自動(dòng)化系統(tǒng)，也能夠保證接近加工區(qū)的性能。新的設(shè)計(jì)允許機(jī)器以減少所需的空間，同時(shí)也增加了加工區(qū)。保留了經(jīng)驗(yàn)成熟的擺動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，現(xiàn)在允許裝載300kg。還有為銑削車削復(fù)合加工技術(shù)提供扭矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)。DMU40EVO配置標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲桿，快速移動(dòng)60m/min，與X軸Y軸的高動(dòng)態(tài)性能版陪了90m/min的快速進(jìn)給直線電機(jī)。主軸速度從15000到25000RPM。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r中國(guó)的五軸機(jī)床比其他國(guó)家尤其是歐美和日本起步較晚。由于中國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，我國(guó)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是國(guó)外比較低的水平，與國(guó)外同類產(chǎn)品的穩(wěn)定性，精確度比較來(lái)說(shuō)差別較大。沉陽(yáng)機(jī)床廠研制的VMC-MU系列五軸聯(lián)動(dòng)高速加工中心，配備高速電主軸搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)，具有高速度，高加速度和高剛性等特點(diǎn)。可以實(shí)現(xiàn)高速，高精度的切割，高品質(zhì)的加工面，適合加工高速模具、航空航天和醫(yī)療設(shè)備行業(yè)所需機(jī)械。該系機(jī)器采用龍門框架結(jié)構(gòu)，高剛性，精度保持好。轉(zhuǎn)臺(tái)直徑可達(dá)800mm，最大承重為1t。南京第二數(shù)控機(jī)床有限公司制造的SPM-5五軸高速加工中心，工作臺(tái)面尺寸250mm*250mm，X/Y/Z軸250mm/200mm/190mm行程，進(jìn)給速度10-5000mm/min，快速進(jìn)給高達(dá)15000mm/min。機(jī)床主軸為電主軸，采用進(jìn)口高精密軸承，以確保整體的精度和轉(zhuǎn)速要求。天津大學(xué)采用3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)為原型，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了內(nèi)副驅(qū)動(dòng)，與新的坐標(biāo)并聯(lián)電源專有頭-A3頭對(duì)頭為功能核心，以兩個(gè)平動(dòng)工作臺(tái)開(kāi)發(fā)相結(jié)合，打造高速大型航空結(jié)構(gòu)件的高速、高精度加工的，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工。1.3五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型五軸加工是指在一臺(tái)機(jī)床上至少有五個(gè)坐標(biāo)軸（三個(gè)直線坐標(biāo)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)），而且可在計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。1、擺動(dòng)+回轉(zhuǎn)復(fù)合主軸頭型擺動(dòng)+回轉(zhuǎn)頭型復(fù)合五軸數(shù)控機(jī)床兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸都是刀具的運(yùn)動(dòng)，由一個(gè)復(fù)合主軸頭實(shí)現(xiàn)的。包括安裝在主軸前端的主軸頭可繞Z軸主軸頭（C軸）和主軸頭360°可安裝圍繞轉(zhuǎn)臺(tái)的X軸或Y軸旋轉(zhuǎn)（A或B軸）構(gòu)成，如圖1-1所示。這種類型的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床有米克朗HPM1850U和意大利Paoino巴奇的master系列。當(dāng)使用復(fù)合頭類型的五軸數(shù)控機(jī)床球磨表面上的，主軸相對(duì)于工件能以一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)，使球頭銑刀避免切割零線速度的頂點(diǎn)，滿足高精度表面加工表面質(zhì)量要求。這種類型的機(jī)床可以進(jìn)行在其中安裝工具主軸頭可更長(zhǎng)的主軸結(jié)構(gòu)超過(guò)一個(gè)可以根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行選擇和切換，還能根據(jù)需要選擇主軸頭的不同的速度和扭矩根據(jù)1-2中所示的處理。圖1-1運(yùn)動(dòng)模型示意圖圖1-2BacciMaster4P[8]2、主軸頭擺動(dòng)+工作臺(tái)回轉(zhuǎn)混合型主軸頭擺動(dòng)+工作臺(tái)回轉(zhuǎn)型軸的數(shù)控機(jī)床兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)從主軸頭側(cè)（A/B軸）和在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的一側(cè)（C軸）工件以完成工具。通過(guò)主軸為旋轉(zhuǎn)軸，再加上表旋轉(zhuǎn)軸到5軸聯(lián)動(dòng)加工擺動(dòng)。主軸頭可以擺動(dòng)以實(shí)現(xiàn)所述工具的擺動(dòng)，它也可以牢固地夾緊，它被定位在擺動(dòng)角度，如圖1-3所示的范圍的任何地方。這種類型的機(jī)器有德國(guó)公司德克爾馬豪DMC75V線性/DMC105V線性等。工作臺(tái)能承受更大的重量，但也可以使用標(biāo)準(zhǔn)托盤，中等軸數(shù)控機(jī)床大多是現(xiàn)在用。這也是本設(shè)計(jì)中采用的五軸聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)。圖1-3運(yùn)動(dòng)模型示意圖圖1-4DMGDMC75Vlinear[10]3、擺動(dòng)+回轉(zhuǎn)復(fù)合工作臺(tái)型擺動(dòng)+回轉(zhuǎn)復(fù)合工作臺(tái)型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸都作用于工件，由設(shè)置在床身上即可以沿A或B軸擺動(dòng)又可以沿C軸回轉(zhuǎn)的工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)軸只作分度定位，并不參與切削軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的A或B軸可在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，C軸為360°回轉(zhuǎn)，可以在原有三軸數(shù)控加工機(jī)床基礎(chǔ)上配備數(shù)控?cái)[動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)發(fā)展而成，如圖1-5所示為瑞士Mikron公司在三軸數(shù)控高速銑削加工中心HSM400的基礎(chǔ)上改變工作臺(tái)型式制造的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心HSM400U。復(fù)合工作臺(tái)型的五軸加工機(jī)床有德國(guó)Roders公司的RXP500DS/RXP800DS，德國(guó)DeckelMaho公司的DMU70，瑞士Mikron的HSM400U/HSM600U和XSM400U/XSM600U，以及德國(guó)Hermle的C30U/C40U/C50U/C42U等。圖1-5運(yùn)動(dòng)模型示意圖圖1-6MikronHSM400U[6]1.4本文的研究目的及主要工作本文中設(shè)計(jì)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床，結(jié)構(gòu)為一擺頭一轉(zhuǎn)臺(tái)，可加換刀裝置，加工零件種類為軸類零件的復(fù)雜曲面（既可以車削軸的外圓，又可以銑削軸上的復(fù)雜曲面），因?yàn)槠嚿隙嘤靡欢耸禽S類，一端是軸上的復(fù)雜曲面，轉(zhuǎn)臺(tái)為立式（既轉(zhuǎn)臺(tái)軸的方向?yàn)榭v向），這樣轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銑刀可以車削軸類零件，又可以加工軸上的復(fù)雜曲面。本文具體章節(jié)安排如下：第一章，介紹了本論文課題，即五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的研究背景與意義，并分別綜述了國(guó)內(nèi)外在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床方面的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，并引出了本文的主要內(nèi)容。第二章，擬定整體方案，對(duì)其進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，確定傳動(dòng)方式。第三章，對(duì)XY工作臺(tái)及繞XY旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌進(jìn)行相關(guān)計(jì)算第四章，確定電機(jī)的型號(hào)并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和選型。第五章，銑刀頭的設(shè)計(jì)第六章，相關(guān)連接件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。第二章總體設(shè)計(jì)第二章總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床，結(jié)構(gòu)為一擺頭一轉(zhuǎn)臺(tái)，可加換刀裝置，加工零件種類為軸類零件的復(fù)雜曲面（既可以車削軸的外圓，又可以銑削軸上的復(fù)雜曲面），因?yàn)槠嚿隙嘤靡欢耸禽S類，一端是軸上的復(fù)雜曲面，轉(zhuǎn)臺(tái)為立式（既轉(zhuǎn)臺(tái)軸的方向?yàn)榭v向），這樣轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銑刀可以車削軸類零件，又可以加工軸上的復(fù)雜曲面。2.2主要技術(shù)參數(shù)運(yùn)動(dòng)名稱符號(hào)行程范圍行程X軸800mmY軸500mmZ軸B軸（擺動(dòng)）C軸（轉(zhuǎn)動(dòng)）400mm-45°~150°0°~360°工作臺(tái)尺寸最大承載量550×500mm20Kg精度定位精度重復(fù)定位精度±0.012mm±0.003mm表2-1主要參數(shù)2.3總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)考慮，本設(shè)計(jì)的五軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要是：工作臺(tái)沿Y軸上下移動(dòng)，同時(shí)可以沿Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，十字工作刀頭沿X、Z軸移動(dòng)， 并垂直于Y軸。機(jī)構(gòu)的移動(dòng)部分采用滾珠絲杠，而工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)則采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，動(dòng)力輸出部分采用力矩電動(dòng)機(jī)。所設(shè)計(jì)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)能夾住工件實(shí)現(xiàn)沿X軸平移及繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其主要由滑動(dòng)支架、力矩電機(jī)系統(tǒng)及蝸輪蝸桿系統(tǒng)組成，銑刀頭能夠繞B軸擺動(dòng)。2.4本章小結(jié)本章針對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)銑床的要求，對(duì)其進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，提出了設(shè)計(jì)的主要參數(shù)和機(jī)構(gòu)的總體傳動(dòng)方案，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作提供了理論依據(jù)。第三章進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第三章進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了提高傳動(dòng)系統(tǒng)的靈敏度，定位精度和防止爬行。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床必須減少傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦力，并且減少摩擦系數(shù)的靜動(dòng)差異。所以，行程不太長(zhǎng)的直線傳動(dòng)一般采用滾珠絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副是一種新型傳動(dòng)裝置，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。滾珠絲杠螺母副可以預(yù)加載以用來(lái)消除反向間隙，有利于提高定位精度和剛度。本設(shè)計(jì)中沿X、Y、Z軸的直線移動(dòng)均采用滾珠絲杠和螺母的結(jié)構(gòu)。3.1滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理滾珠絲杠螺母副是一種在數(shù)控聯(lián)動(dòng)銑床中廣泛使用用來(lái)轉(zhuǎn)換直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。這種裝置的特點(diǎn)是在絲杠和螺母副之間放入滾珠，使絲杠螺紋和螺母螺紋與滾珠產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。其作用是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在螺桿和螺母的圓弧狀的螺旋形溝槽，它們一起形成一個(gè)螺旋形軌道。絲杠和螺母之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠在軌道內(nèi)滾動(dòng)，在螺母滾珠返回導(dǎo)引裝置的兩端設(shè)置螺旋槽，滾珠自動(dòng)通過(guò)入口返回形成一個(gè)圓形的循環(huán)。滾珠絲杠副具有高傳輸效率，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備，精密儀器和數(shù)控機(jī)床中。計(jì)算選擇的滾珠絲杠時(shí)，由專門的工廠生產(chǎn)定制或購(gòu)買。根據(jù)滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠可分為內(nèi)部和外部的循環(huán)滾珠絲杠副，通過(guò)比較用于選擇滾珠絲杠系統(tǒng)的各自的特點(diǎn)如下。如圖3-1所示為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副，通過(guò)安裝在螺母副上的反向器連接相鄰的螺旋溝槽，滾珠球總是在循環(huán)回路和絲杠螺母接觸，在螺母副開(kāi)一個(gè)側(cè)孔，孔內(nèi)裝有反向器使相鄰螺紋溝槽連接，滾珠通過(guò)反向器旋入相鄰的滾道，行成一個(gè)循環(huán)回路。因?yàn)閮?nèi)循環(huán)的封閉滾道只有一圈滾珠，所以滾珠數(shù)量少，流動(dòng)性好，剛性高，摩擦損失小，徑向尺寸公差小。內(nèi)循環(huán)絲杠副缺點(diǎn)是內(nèi)置反向器的加工處理困難。圖3-1內(nèi)循環(huán)1—絲桿2—螺母3—滾珠4—反向器如下圖3-2所示為螺旋槽式外循環(huán)滾珠絲杠。滾珠在絲杠與螺母之間的滾道循環(huán)結(jié)束后，由螺母副的外表面上的螺旋槽重新進(jìn)入滾道內(nèi)循環(huán)。這種結(jié)構(gòu)形式類型的螺母副，是在螺母表面銑出螺旋狀槽，兩端的出口與螺母副的滾道連接起來(lái)。螺母的滾道需要安裝擋珠圈，起球的導(dǎo)向返回螺母滾道的外表面，循環(huán)到絲杠螺母副的軌道工作另一端上的螺旋槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的加工處理比在內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠要簡(jiǎn)單，所以機(jī)床傳動(dòng)中實(shí)際應(yīng)用較多，但由于螺母副的外側(cè)存在循環(huán)管道，所以徑向尺寸比內(nèi)循環(huán)要大，同時(shí)滾珠擋圈形狀較為復(fù)雜且厚度小，易磨損發(fā)生形變。圖3-2外循環(huán)1—絲桿2—回珠管3—滾珠4—反向器螺母這里選用螺旋槽式外循環(huán)螺旋傳動(dòng)作為系統(tǒng)XYZ軸水平傳動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。3.2垂直方向傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1Z方向滾珠絲杠的選擇和校核由于本系統(tǒng)要求達(dá)到±0.012/400mm的定位精度，根據(jù)此要求查閱滾珠絲杠樣本，對(duì)于1級(jí)精度絲杠，任意400mm內(nèi)導(dǎo)程允許誤差為0.006mm。2級(jí)精度絲杠的導(dǎo)程允許誤差為0.008mm。初步設(shè)計(jì)時(shí)先設(shè)絲杠的任意400mm行程內(nèi)的行程變動(dòng)量為定位精度的1/3—1/2，即0.004—0.006mm。因此取滾珠絲杠精度為1P級(jí)精度絲杠。設(shè)滾珠絲杠的最大載荷Fmax=500N，摩擦因數(shù)μ=0.04，設(shè)位于其上的質(zhì)量m=200Kg，則Fmin=fG=0.04×200×10=80N，則平均工作載荷：設(shè)絲杠的最高轉(zhuǎn)速為5000r/min，工作臺(tái)的最小進(jìn)給速度為1mm/min.故絲杠的最低轉(zhuǎn)速為0.1r/min，則平均轉(zhuǎn)速為：故絲杠的工作壽命為：在式中：L——工作壽命，以106r為一個(gè)單位，n——絲杠轉(zhuǎn)速，r/min，T——絲杠使用壽命，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取T=15000h，本例中取T=15000h。計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷Cm為：在式中：Kp——載荷性質(zhì)系數(shù)，無(wú)沖擊取1～1.2，一般情況下取1.2～1.5，有較大沖擊振動(dòng)時(shí)取1.5～2.5。本設(shè)計(jì)中取Kp=1。Ka——精度影響系數(shù)，對(duì)于1、2、3的精度的滾珠絲杠取Kp=1。根據(jù)Cm=4.717KN，本設(shè)計(jì)采用深圳市賽瑞德精工機(jī)械技術(shù)有限公司提供的G系列滾珠絲杠副。其Ca=7.5KN，其具體性能指標(biāo)如下表：(mm)表3-1G．GD系列滾珠絲杠螺母副尺寸表這里選用型號(hào)為G2004-3的滾珠絲杠。圖3-3Z方向絲杠模型3.2.2Z方向?qū)к壍倪x擇根據(jù)導(dǎo)軌摩擦接觸表面的性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌三種。其中粘塑料的滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌是數(shù)控銑床中最常用的導(dǎo)軌。支承構(gòu)件和導(dǎo)向構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸面之間加入滾動(dòng)元件（如滾珠，滾子或滾針）的，使得兩個(gè)軌道之間不是直接接觸的導(dǎo)軌，稱為滾動(dòng)導(dǎo)軌。本設(shè)計(jì)中Z軸選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌。滑動(dòng)導(dǎo)軌多使用于言普通機(jī)床中，而在多軸數(shù)控機(jī)床中，滾動(dòng)導(dǎo)軌具有以下優(yōu)點(diǎn)：定位精度高、摩擦阻力小：滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)可以降低到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/70~1/100，由于靜摩擦力于動(dòng)摩擦力之間相差非常小的，可以有效的防止爬行現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)更加靈活，可以減少95％的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此多軸數(shù)控銑床可以將定位精度設(shè)置為超微米級(jí)。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能提高數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)速度：滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦力小，因此發(fā)熱量少，運(yùn)動(dòng)單元可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率15%~25％。滑動(dòng)導(dǎo)軌面大多數(shù)是用流體潤(rùn)滑，用于長(zhǎng)期保持高精度的機(jī)床潤(rùn)滑液，由于浮動(dòng)油膜，無(wú)法避免得到的運(yùn)動(dòng)精度誤差。在大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑主要出于邊界封閉區(qū)域中，所以通過(guò)將金屬接觸所產(chǎn)生的直接摩擦無(wú)法避免在，大量的能量在摩擦損失被浪費(fèi)。與此相反，滾動(dòng)軸承因?yàn)槭菨L動(dòng)接觸，滾動(dòng)表面摩擦損失較小，它可以使直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌傳動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，導(dǎo)軌間使用潤(rùn)滑劑很少，在大多數(shù)情況下，它使用脂潤(rùn)滑就可以保證潤(rùn)滑效果，這使得使用設(shè)計(jì)和機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)都變得非常容易。因此，在導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)中選用：開(kāi)式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是：導(dǎo)向面和滾動(dòng)元件是點(diǎn)或是線接觸，抗擊震動(dòng)性能差，存在接觸應(yīng)力較大的問(wèn)題，因此導(dǎo)軌表面硬度要求高，對(duì)導(dǎo)軌和滾動(dòng)元件的尺寸精度和形狀精度要求苛刻。工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。在設(shè)計(jì)中處于工作臺(tái)底層的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支撐形式。由于考慮到最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：有前面計(jì)算得Fmax=360N。導(dǎo)軌計(jì)算公式為在式中：L——滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)期壽命KM；C——額定動(dòng)載荷N；F——導(dǎo)軌塊上的工作載荷N；fH——硬度系數(shù)，當(dāng)導(dǎo)軌面硬度為58～64HRC時(shí)，fH=1.0；為55HRC時(shí)，fH=0.53；fH——溫度系數(shù)，工作溫度為1000C時(shí)，Tf=1.0；為2000C時(shí)，Tf=0.73；fC——接觸系數(shù)，裝兩個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊時(shí)，Cf=0.81，裝三個(gè)時(shí)，Cf=0.72，裝四個(gè)時(shí)，Cf=0.66；fW——載荷系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)，v≤5m/min時(shí)，fW=1～1.5，15≤v≤60m/min時(shí)，fW=1.5～2。此設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況和計(jì)算可選擇出下列參數(shù)：fH=1.0，fT=0.73，fC=0.81，fW=1.2，F(xiàn)=360N；所以L=960mm查表可得，根據(jù)工作載荷Fmax=360N，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA—LS型，具體型號(hào)為L(zhǎng)SBSA45。其額定載荷Ca=7.94kN，額定靜載荷C0a=9.5kN因?yàn)閄向的導(dǎo)程為800mm，Y向的導(dǎo)程為400mm,查表可得，考慮到工作行程應(yīng)留有一定的余量，查表可得，按標(biāo)準(zhǔn)系列，導(dǎo)軌的長(zhǎng)度1000×400mm。圖3-4滾動(dòng)導(dǎo)軌模型設(shè)滾珠絲杠的最大載荷Fmax=500N，摩擦因數(shù)μ=0.04，設(shè)位于其上的質(zhì)量m=200Kg，則Fmin=fG=0.04×200×10=80N，則平均工作載荷：3.2.3Z方向裝配圖圖3-5部分裝配模型3.3X、Y方向傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在五軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中，其第一層和第二層的工作臺(tái)都是在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制下，運(yùn)用滾珠絲杠副將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，在滾珠絲杠帶動(dòng)下是工作臺(tái)沿XY方向做直線運(yùn)動(dòng)。同時(shí)需要考慮的設(shè)計(jì)要求為工作臺(tái)沿X向的有效行程800mm，工作臺(tái)沿Y向的有效行程400mm。3.3.1滾珠絲杠的選型軸向負(fù)荷計(jì)算公式：式中F—切削力，F(xiàn)=0W—工件重量加工作臺(tái)重量，W=455NU—滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(dòng)動(dòng)摩擦系數(shù)，約為U=0.005Fa=0.005×463=2.315NXY工作臺(tái)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。故本處的Go=（0.2-0.3），F(xiàn)a=2.315N。對(duì)照樣本參數(shù)，這里的Go非常小，選定導(dǎo)程為6的滾珠絲杠副。根據(jù)機(jī)床的受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，其安裝尺寸啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL、LL系列滾珠絲杠副，其中FL為浮動(dòng)反向器內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副。兩種絲杠副均為雙螺母結(jié)構(gòu)，采用螺紋調(diào)整預(yù)緊，安裝連接尺寸完全相同，具體型號(hào)如下：X向選擇型號(hào)FL3206／900×800；Y向選擇型號(hào)為FL2506／450×400。尺寸參數(shù)參見(jiàn)下表。規(guī)格

代號(hào)公稱

直徑

d0公稱

導(dǎo)程

Ph0絲杠

外徑

d1鋼球

直徑

Dw絲杠

底徑

d2循環(huán)

圈數(shù)基本

額定負(fù)荷螺母安裝連接尺寸動(dòng)載荷

Ca(KN)靜載荷

Coa(KN)D1(g6)D2()L2D3BL13206／900×800356323.96882513.237.4601228010352506／450×400266243.51710.422.2459562825表3-2滾珠絲杠參數(shù)表圖3-6滾珠絲杠部分結(jié)構(gòu)示意圖3.3.2直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)這里兩個(gè)方向采用與垂直方向同樣型號(hào)的導(dǎo)軌，如圖所示。導(dǎo)軌為鋁塑料合金—氧化，滾珠軌道為淬硬的滾動(dòng)軸承剛。圖3-7導(dǎo)軌及滑塊模型3.3.3聯(lián)軸器的選型 聯(lián)軸器是連接伺服電機(jī)和滾珠絲桿之間的連接件，絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)和伺服電機(jī)的同轉(zhuǎn)速同軸回轉(zhuǎn)，聯(lián)軸器的型號(hào)和加工精度對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生影響，聯(lián)軸器的選擇不僅能簡(jiǎn)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、降低噪音，還能降低傳動(dòng)間隙和提高傳動(dòng)剛度。聯(lián)軸器的選擇類型可根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷大小和轉(zhuǎn)速高低，絲杠和伺服電機(jī)的安裝精度等選用?？紤]以下具體選擇：考慮所需傳遞轉(zhuǎn)矩大小和對(duì)緩沖力矩改變性能的要求，齒輪聯(lián)軸器的符合大功率重載荷傳動(dòng)。輪胎式聯(lián)軸器具有高彈性，適合沖擊載荷和消除扭轉(zhuǎn)震動(dòng)傳動(dòng)。高傳動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，選擇平衡精度高的聯(lián)軸器?？紤]到傳動(dòng)過(guò)程中的過(guò)載現(xiàn)象和伺服電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca，計(jì)算轉(zhuǎn)矩公式為：Tca=KAT，式子中Tca為公稱轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；KA為工作情況系數(shù)。其中Tca=9550P/n，可算出Tca=2*9.55*2.2/5000=0.84Nm.根據(jù)前面絲杠的選型，d=25mm，Tca=0.84Nm，n=5000r/min，確定聯(lián)軸器的型號(hào)為L(zhǎng)K2-112-2022M。圖3-8聯(lián)軸器模型3.3.4裝配模型圖3-9Y方向裝配模型圖3-9X方向裝配模型3.4本章小結(jié)這一章主要介紹了傳動(dòng)系統(tǒng)XYZ三個(gè)方向的器件選擇及型號(hào)確定，以及相關(guān)的三維建模。第四章電機(jī)的選型第四章電機(jī)的選型4.1步進(jìn)電機(jī)介紹設(shè)計(jì)選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱為脈沖電機(jī)，是傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的一種，是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。輸入脈沖的數(shù)量是正比于步進(jìn)電機(jī)輸出的角位移，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)在時(shí)間上與脈沖同步。因此，只要控制輸入脈沖，包括數(shù)量和頻率，還有電動(dòng)機(jī)繞組排列方式，就可以控制轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。電機(jī)中的繞組絲在沒(méi)有電流的激勵(lì)之下，步進(jìn)電機(jī)可以自鎖。步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)原理、低廉的市場(chǎng)價(jià)格和相對(duì)容易的制造工藝。其轉(zhuǎn)子慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，啟動(dòng)停止、正傳反轉(zhuǎn)和無(wú)級(jí)變速易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：低頻時(shí)易發(fā)生震蕩現(xiàn)象，均勻的速度難以實(shí)現(xiàn)的，在高速的輸出轉(zhuǎn)矩降低。步進(jìn)電機(jī)種類根據(jù)運(yùn)動(dòng)的類型可分為旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和線性步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)輸出轉(zhuǎn)矩的大小可分為快速步進(jìn)電機(jī)和功率步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)激勵(lì)繞組激勵(lì)相繞組可分為兩相，三相，四相，五相和六相步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)步進(jìn)工作原理可以分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，永久磁鐵式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)。4.2參數(shù)計(jì)算4.2.1轉(zhuǎn)速與功率同一功率的異步電機(jī)有幾種轉(zhuǎn)速。根據(jù)日常生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)，價(jià)格低電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)是同步轉(zhuǎn)高，磁數(shù)極對(duì)少，外廓尺寸小，而價(jià)格愈高電動(dòng)機(jī)類型為轉(zhuǎn)速小，外廓尺寸大，磁極對(duì)數(shù)多。在一般機(jī)械中，用得最多的是同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/min~30000轉(zhuǎn)/min的電機(jī)。功率選擇對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作是否正常和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良都有重要影響。功率選擇不合理，不在滿載下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)功率和功率因數(shù)都較低，造成很大的浪費(fèi)，若功率選小，不能保證正常的工作所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩或使電動(dòng)機(jī)處于過(guò)載狀態(tài)。故電動(dòng)機(jī)的功率需要略大于生產(chǎn)機(jī)械要求。即PN≥PN/ηcηFPN--生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載功率；ηc--電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械間傳動(dòng)裝置的效率。帶傳動(dòng)時(shí)，ηc=0.98~0.99ηF--生產(chǎn)本身的效率4.2.2相關(guān)參數(shù)的確定根據(jù)前面的設(shè)計(jì)和工作要求，相關(guān)參數(shù)如下：1、各拖板重量W≈455N2、拖板與導(dǎo)軌貼塑板間摩擦系數(shù)U=0.123、最大走刀抗力FZ（與運(yùn)動(dòng)方向相反）=200N4、最大主切削力FY（與導(dǎo)軌垂直）=250N5、拖板進(jìn)給速V1=10~500mm/min6、車刀空行程速度V2=200mm/min7、滾珠絲桿導(dǎo)程L=6mm8、滾珠絲桿節(jié)圓直徑35、26、20mm9、絲桿總長(zhǎng)L=1000mm10、定位精度正負(fù)0.012mm4.3型號(hào)的確定4.3.1脈沖當(dāng)量的選擇脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離δ=0.01mm/（輸入一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng)0.01毫米）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為0.75/1.5°，當(dāng)選擇運(yùn)行方式為三相六拍時(shí)，步距角ε=0.75，電機(jī)每工作一轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)S=360ε/0.75=480p/r，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿間的傳動(dòng)比ii=L/δs=6/0.01×480=1.25。4.3.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩TT=uwl/2πηI=0.06×455×0.2/2×3.14×0.8×1.25=0.81N.m4.3.3等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=πd04lp/32=3.14××1×7.85×103=8.1×10㎏／拖板的運(yùn)動(dòng)慣量Jw=2==0.188㎏／4.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇的計(jì)算確定步進(jìn)電機(jī)選型步驟為：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算和選擇的型號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。計(jì)算不同工況下加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)T；取其中最大的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，作為確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)；根據(jù)運(yùn)行距頻特性、起動(dòng)慣頻特性等，對(duì)粗選的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行校核。1、加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J是進(jìn)給系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，它對(duì)選擇電動(dòng)機(jī)具有重要意義。J主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減速裝置與滾珠絲杠以及移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。J的具體算法如下：絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：設(shè)絲杠的質(zhì)量m≈20NJ===2.5×10N/m2、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩T步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的。通?？紤]兩種情況:一種情況是快速空載啟動(dòng)（工作負(fù)載為0），另一種情況是承受最大工作負(fù)載。則有：（1）快速空載起動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸所受的負(fù)載轉(zhuǎn)軸TT=T+T+T=0.654+6.52=7.17NmT－－快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位NmT－－移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位NmT－－滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，單位NmT=J===0.654Nmn==1250r/minv－－縱向空載最快移動(dòng)速度，在系統(tǒng)中為6000mm/min；－－步進(jìn)電機(jī)的步距角，為0.75°；－－脈沖當(dāng)量，為0.01mm/minJ－－步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為Kg.m－－電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，單位為rad/sn－－電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;t——電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間，單位為s,一般在0.3~1之間選取。取t=0.5s移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)間折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：T===6.52N.m式中F——導(dǎo)軌的摩擦力，單位為N；P——滾珠絲杠導(dǎo)程，單位為m；——傳動(dòng)鏈的總效率，一般取=0.7~0.85；i——總的傳動(dòng)比，i=n/n,其中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，n為絲杠的轉(zhuǎn)速。其中上式中導(dǎo)軌的摩擦力為：F==0.18×455=81.9N式中——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)（滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.15~0.18）取=0.18F——垂直方向的工作負(fù)載，單位為N，空載時(shí)為0；G——運(yùn)動(dòng)部件的總動(dòng)力，單位為N.滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩；T=式中F——滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷F的1/3,單位為N；——滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，所以由式算出的T值很小T和T比起來(lái)，通?？梢院雎圆挥?jì)。（2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T：T=T+T+TT===0.978N.m式中F為進(jìn)給方向最大工作載荷，單位為牛頓T===0.128Nm對(duì)于T是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，T相對(duì)于T和T很小，可以忽略不計(jì)。則有：T=T+T=0.978+0.128=1.106Nm經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩:T=max7.17Nm(3)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受到電網(wǎng)電壓的影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成失步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)T來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩是需考慮安全系數(shù)K。對(duì)于開(kāi)環(huán)控制，一般應(yīng)在2.5~4之間選取。選擇K=3。步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)計(jì)算公式：T=3=9.51N.m根據(jù)上述計(jì)算選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為110BC380F，查表可得該型號(hào)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩T=11.76N.m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為9Kg/cm.可見(jiàn)，滿足式的要求。由于每層受到的工作臺(tái)的重力越來(lái)越小，所以第二層的工作臺(tái)使用的電機(jī)同樣選擇110BC380F，經(jīng)計(jì)算第三四層選擇異步電機(jī)的型號(hào)為90BF003。下面將所選用的兩重步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型參數(shù)列為表4-1。型號(hào)相數(shù)步距角電壓電流最大靜轉(zhuǎn)矩空載啟動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量90BF00331.5/36051.961500150000.6110BC380F30.75/1.580611.761200120009表4-1電機(jī)型號(hào)及參數(shù)4.4本章小結(jié)這一章主要針對(duì)電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及型號(hào)選擇做了簡(jiǎn)單介紹。第五章其他關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)第五章其他關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)5.1床身（底座）的設(shè)計(jì)機(jī)床的床身是是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)部件，在機(jī)床的所有組成部分中占有非常重要的地位，其主要作用是支撐其他零部件。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要在機(jī)床床身上完成沿Y軸的移動(dòng)(Y軸行程500mm)并且床身上還要安裝兩個(gè)支撐橫梁的立柱。其中移動(dòng)采用兩根直線導(dǎo)軌，滾珠絲桿安裝在兩導(dǎo)軌之間，滾珠絲桿的螺母座同定Y軸托板的底部,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)同定在托板的上部。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲桿直接聯(lián)接。圖5-1床身建模5.2立柱設(shè)計(jì)立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用雙立柱龍門結(jié)構(gòu)，立柱主要是聯(lián)接床身和橫梁，并起到支撐橫梁的作用。由前文小跨度龍門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案提到的立柱設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，立柱的寬度以及立柱與橫梁聯(lián)接面的寬度耍盡量的放大。立柱的高度影響機(jī)床Z軸的行程，考慮到從立柱與床身的聯(lián)接面到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上平面的距離和機(jī)床Z軸400mm的行程，從而確定立柱的整體高度。在立柱滿足剛度與精度設(shè)計(jì)要求的前提下,要通過(guò)在立柱內(nèi)部添加適當(dāng)?shù)慕畎鍋?lái)減小立柱的質(zhì)量。圖5-2立柱建模5.3工作臺(tái)的設(shè)計(jì)5.3.1尺寸確定及估算設(shè)繞Y旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的托板最大尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：310×240×150mm，材料為HT200，查資料的HT200的密度為7.9千克/立方分米，所以，估算工作臺(tái)3的重量W3=58N。5.3.2繞軸旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)主要是靠蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的。裝配圖如圖所示。圖5-3工作臺(tái)建模5.4裝配總圖圖5-4裝配總圖5.5本章小結(jié)這一章主要針對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)銑床其他部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

結(jié)論結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要做的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，其中，工作臺(tái)做X、Y方向的移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具做擺動(dòng)和Z軸方向的運(yùn)動(dòng)，X、Y、Z的進(jìn)給分別由三個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾動(dòng)絲杠控制，刀具的旋轉(zhuǎn)由電主軸控制。次設(shè)計(jì)中所選元件均為精密元件，其精度都很高，符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了自己的查閱資料的能力，讓我熟悉有關(guān)技術(shù)政策，熟練的應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范手冊(cè)，圖冊(cè)等工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力。還讓我感覺(jué)到了團(tuán)體的力量，遇到問(wèn)題時(shí)，通過(guò)本小組討論、分析和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，最終總能得到滿意的結(jié)果。對(duì)如我們目前所掌握的知識(shí)，實(shí)際實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)的時(shí)間，設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)床一個(gè)人不可能獨(dú)立完成，需要我們彼此全力合作，才能真正發(fā)揮團(tuán)體的力量。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]王世剛.數(shù)字控制及其質(zhì)量保證技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱地圖出版社,2004.1-10[2]張曙,HeiselU.并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床[M].北京:機(jī)械I:業(yè)出版社,2003.10-34.[3]陸啟建,楮輝生.高速切削與五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.20-21.[4]李秦川,陳歡歡.李映,胡旭東.3- Pc(RR)N球面三自山度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J],國(guó)機(jī)械工程,2009,20(11):1280-1284[5]劉芳華,吳洪濤,馬履中.空間3自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)智能化型綜合[J].2008,機(jī)械工程學(xué)報(bào),44(7):181-185[6]祁曉園,李寧寧,陳江,趙鐵石.一種新型4 一PUU并