• 9299.net
    大学生考试网 让学习变简单
    当前位置:首页 >> 工学 >>

    数控车床进给机构课程设计说明书

    数控车床进给机构课程设计说明书

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    机械制造装备设计课程 设计
    数控车床进给传动系统设计

    院( 系 )名 称 专 业 名 称 学 生 姓 名 指 导 教 师

    机械科学与工程学院 机械工程与自动化 孙尽举 呼咏 于立娟

    2014 年 03 月 10 日
    第 1 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    目录
    一、进给系?#36710;?#24635;体设计.............................................. 3 1、机床进给传动控制系?#36710;?#36873;择 ................................... 3 1.1 开环控制系统 ............................................. 3 1.2 闭环控制系统 ............................................. 4 2、传动类型的选择 ............................................... 4 2.1 滚珠丝杠螺母副 ........................................... 4 2.2 静压丝杠螺母副 ........................................... 5 3、进给传动方案设计 ............................................. 5 4、进给系?#36710;?#19968;些其它要求 ....................................... 5 二、进给传动系统机械部分结构的设计.................................. 6 1、切削力的计算 ................................................. 6 1.1 车端面 ................................................... 6 1.2 车外圆 ................................................... 6 2、质量的估算 ................................................... 7 3、机床进给传动系?#36710;?#35774;计 ....................................... 7 3.1、X 方向进给系统 .......................................... 7 3.2、Z 方向进给系统 ......................................... 12 3.3、X 方向齿?#25351;?#35774;计、校核 ................................. 15 三、 进给传动系?#36710;?#32467;构图.......................................... 18 结 论........................................................... 20

    参考文献........................................................... 20

    第 2 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    一、进给系?#36710;?#24635;体设计
    进给伺服系?#36710;?#31934;度对机床的加工精度有很大的影响, 良好的电气?#32771;?#35774;计 和机械结构设计,能保证进给伺服系?#36710;?#31934;度和稳定性。 本设计着重进行进给伺服系?#36710;?#26426;械结构设计、传动设计。本数控车床精度 较高,能进行微米级加工,能获得高质量的加工表面。进给系统采用滚珠丝杠螺 母副传动, 单轴具有较高的定位精度和重复定位精度。 机床的主要性能参数如下: 基?#38745;?#25968; 床身上最大回 转?#26412;?mm 床鞍上最大回 转?#26412;?mm 最大工件长度 /mm 主轴转速范围 /r/min 主轴计算转速 /r/min 主轴回转精度 mm 主电机功率 /KW 数值 400 200 (盘) 200 / (轴) 1000 20~2500 180 0.01 5.5~10 基?#38745;?#25968; X 方向定位精度/mm Z 方向定位精度/mm X 方向重复定位精度 /mm Z 方向重复定位精度 /mm X-Z 方向脉冲当量 /mm/脉冲 X-Z 方向最快移动速 度/mm/min X-Z 方向最快进给速 度/mm/min X-Z 方向进给行程 /mm 数值 0.015 0.025 ±0.006 ±0.010 0.005/0.01 4000/8000 500/1000 250/1120

    1、机床进给传动控制系?#36710;?#36873;择 1.1 开环控制系统
    开环控制系统是数控机床中最简单的伺服系统,执?#24615;?#20214;一般为步进电机。 开环进给伺服系?#36710;?#31934;度?#31995;停?很难保证较高的位置精度,若要保证一定的定位 精度的话,则对于影响定位精度的传动装置的刚度、摩擦、惯量、间隙等的要求 必须很高,一般在 ? 0.01 ~ ?0.02 mm 之间。但由于其结构简单,易于调整,在精 度要求不太高的场合?#26800;?#21040;较广泛的应用。

    第 3 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    1.2 闭环控制系统
    因为开环系?#36710;?#31934;度不能很好地满足数控机床的要求,所以为了保证精度, 最根本的办法是采用闭环控制方式。 闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对 数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。 由于可?#22278;?偿机械传动装置中各种误差,间隙?#26696;?#25200;的影响,定位精度高,可达 。 ? 0.001 ~ ?0.003 mm(最高可达位置检测装置的精度) 1.3 半闭环控制系统 采用旋转型角度测量元件(脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等)和 伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统,称作半闭环控制系统。半闭 环控制系?#36710;?#26816;测装置有两种安装方式: 一?#36136;前?#35282;位移检测装置安装在丝杠末 端; 另一?#36136;前?#35282;位移检测装置安装在电动机轴端。 定位精度比开环控制系统高, 但比闭环控制系?#36710;汀?数控机床要求达到预定的精度要求以外, 根据需求, 并且考虑到经济的效益, 还要求具有良好的稳定?#38498;?#24555;速响应能力。基于这些要求,本设计采用半闭环控 制方式(X 方向)和开环控制系统(Z 方向) ,满足机床性能要求。 进给系?#36710;?#20256;动要求及传动类型的选择

    2、传动类型的选择
    数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性,将直接影响工件的加工精 度。为此,数控机床的进给传动系统必须满足:(1)传动精度高; (2)摩擦阻力 小; (3)运动?#32771;?#24815;量小。 数控机床进给传动系?#36710;?#22522;本传动方式常用的有两种: 滚珠丝杠螺母副和静 压丝杠螺母副。

    2.1 滚珠丝杠螺母副
    在数控机床上, 将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用滚珠丝 杠螺母副。其特点是:传动效率高,一般为η =0.92~0.98;传动灵敏,摩擦力 小,不易产生爬?#26657;?#20351;用寿命长;具有可逆性,不仅可以将旋转运动转变为直线 运动,亦可将直线运动变成旋转运动;轴向运动精度高,施加预紧力后,?#19978;?#38500; 轴向间隙, 反向时无空行程; 因此, 在数控机床?#31995;?#21040;了广泛的应用, 是目前中、 小型数控机床的常见的传动方式。
    第 4 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    2.2 静压丝杠螺母副
    其特点是:摩擦系数小,仅为 0.0005, ;平稳性高?#29615;?#21521;间隙小;但是,静 压丝杠螺母副应有一套供油系统,而且对?#26800;?#28165;洁度要求高,如果在运动中供油 忽然中断,将造成不良后果。 由以上比较, 根据要求, 纵向进给传动系统和横向进给传动系统都采用滚珠 丝杠螺母副的传动方式。

    3、进给传动方案设计
    本车床具有较高的精度要求,为了保证精度,在选用精密元器件和精密数控 系?#36710;?#21516;?#20445;?#24212;尽?#32771;?#23567;传动链,并需要保证较高的刚度,提高传动系统效率, 以减小温升的影响。 用电机通过一对减速齿?#25351;?#19982;滚珠丝杠螺母副相联传动的方 案。并采用“双推—简支”丝杠支承方式。 “双推—简支”方式能够避免丝杠自 重引起的弯曲,以?#26696;?#36895;回转时自由?#35828;?#26179;动,符合本设计的设计条件。 X、Z 两轴分别用独立电机驱动。 滚珠丝杠螺母副是一种将旋转运动转化为直线运动的理想传动件, 因其具有 螺纹丝杠无法比拟的优点,被广泛应用于各行业,更是普通数控机床、精密机床 不可或缺的零?#32771;?#20860;具高效率、高精度、可逆性的特点。滚珠丝杠螺母副具有 驱动力矩小、精度高、可实现微进给、无侧隙、刚度高、告诉等优点。

    4、进给系?#36710;?#19968;些其它要求
    齿?#25351;?#20256;动和滚珠丝杠副传动需要设置消隙机构,提高传动系?#36710;?#23450;位精 度。 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样,应避免硬质?#39029;?#25110;切屑污物进 入,因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露,则应采用封闭的防 护罩,如采用螺旋弹簧?#25191;?#22871;管、伸缩套管以及折叠?#25945;?#31649;等。安装时将防护罩 的一端连接在滚珠螺母的侧面, 另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝 杆副处于隐蔽的位置,则可采用密封圈防护,密封圈装在螺母的两端。接触式的 弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成,其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状; 接触式密封圈的防尘效果好,但由于存在接触压力,使摩擦力矩略有增加。非接 触式密封圈又称迷宫式密封圈, 它采用硬质塑料制成,其内孔与丝杠螺纹滚道的 形状相反,并稍有间隙,这样可避免摩擦力矩,但防尘效果差。工作中应避免碰 击防护装置, 防护装置一有损坏应及?#22791;?#25442;。 另外对滚珠丝杠安装处应进行削边。
    第 5 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    二、进给传动系统机械部分结构的设计
    1、切削力的计算
    指定切削条件:车削刀具选用硬质合金材料,工件材料选用结构钢。

    1.1 车端面
    切削用量三要素选用 vc ? 25m / min , f ? 1mm , a p ? 6mm 背向力
    Fp ? C FP a p
    x Fp

    f

    y Fp

    vc

    n Fp

    K FP

    C Fp ? 1390 x Fp ? 0.73 y Fp ? 0.67 nFp ? 0
    Fp ? C FP a p
    x Fp

    f

    y Fp

    vc

    n Fp

    K FP ? 1390 ? 60.73 ?10.67 ? 25 0 ?1 ? 5154 N

    1.2 车外圆
    切削用量三要素选用 vc ? 25m / min , f ? 1mm , a p ? 7 mm 进给力
    Ff ? CFf a p
    x Ff

    f

    yFf

    vc

    nF f

    K Ff

    C Ff ? 2880 xFf ? 1.0 y Ff ? 0.5 nFf ? ?0.4
    Ff ? CFf a p
    x Ff

    f

    yFf

    vc

    nF f

    K F f ? 2880 ? 71.0 ? 10.5 ? 25 -0.4 ? 1 ? 5563 N
    x Fp

    背向力

    Fp ? C FP a p

    f

    y Fp

    vc

    n Fp

    K FP

    第 6 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    C Fp ? 1940 x Fp ? 0.9 y Fp ? 0.6 nFp ? ?0.3
    Fp ? C FP a p
    x Fp

    f

    y Fp

    vc

    n Fp

    K FP ? 1940 ? 60.9 ?10.6 ? 25 -0.3 ?1 ? 3705 N

    由以上计算可知,在 X 方向上最大的切削力为 5141N,Z 方向?#31995;?#26368;大切削 力为 5563N。

    2、质量的估算
    上滑板
    长 ? 宽? 高 ? 700 ? 350 ? 50

    m1 ? 700 ? 350 ? 50 ? 7.85 ?10 3 ?10 ?9 ? 96 kg

    ?#37117;?br />
    长 ?宽? 高 ? 200 ? 200 ? 300

    m2 ? 200 ? 200 ? 300 ? 7.85 ?10 3 ?10 ?9 ? 94 kg

    下滑板

    质量估算 m3 ? 200 kg

    由于导轨是滚动导轨,摩擦因数很小,取 0.003 X 方向的摩擦力 f1 ? ? (m1 ? m2 ) g ? 5.6 N Z 方向的摩擦力 f 2 ? ? (m1 ? m2 ? m3 ) g ? 11.5 N

    3、机床进给传动系?#36710;?#35774;计 3.1、X 方向进给系统
    1、 伺服电动机的最高转速 ndmax=2000r/min, 工作台要求的最高速度为 4000mm/min,

    如使伺服电机通过齿?#25351;?#20943;速与丝杠相联接,取 u=0.25,则丝杠的最高转速为 500r/min,丝杠导程
    Ph ? 1000 vmax 1000 ? 4 ? mm ? 8mm nmax 500

    根据精度要求,脉冲当量 ? ? 0.005 mm/ 脉冲 。电动机每转发出的脉冲数 b 应为
    第 7 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    8 ? 0.25 ? 400 脉冲 / r ? 0.005 该半闭环系统角位移测量装置选用脉冲编码器,目前脉冲编码器有每转 2000、 2500、5000 脉冲等产品,选用每转发出 2000 个脉冲的编码器。 2、滚珠丝杠副 (1)精度要求 滚珠丝杠副用在数控车床横向进给时精度选择 2~3 级。 (2)疲劳强度 丝杠的最大载荷为横向进给力加摩擦力,最小载荷即摩擦力。最大进给力前 面计算已求出,为 5141N。摩擦力为 5.6N。 b? u?

    Ph



    Fmax ? Fp ? f1 ? 5141 ? 5.6 N ? 5146 .6 N

    Fm i n? f1 ? 5.6 N

    2 Fmax ? Fmin ? 3433 N 3 丝杠的最高转速为 500r/min,工作台的最低移动速度为 0m/min,即丝杠的 最低转速为 0r/min, 所以丝杠的平均转速为 250r/min。 丝杠的工作寿命取 15000h,

    根据公式,平均载荷 Fm ?

    f a ? 1 , f w ? 1.5 。滚珠丝杠寿命 L( 1?10 6 转次 ) :

    60 ? 250 ?15000 ? 225 ( 10 6 转 次 ) 6 10 丝杠的当量载荷 L?
    Cm ? Fm 3 L f w 3433 ? 3 225 ?1.5 ? ? 31 .3KN fa 1

    选择 BNFN 3208A-5 型丝杠,?#26412;?#20026; 32mm,导程为 8mm,负荷钢球圈数为 5 ?#23567;?#39069;定动载荷为 Ca ? 32 .3KN ,大于计算结果。轴向刚度 K ? 1180 N / ?m 。一 般情况下,取预紧力 Fp ? 0.1Cm ? 3.13 KN 。只要轴向力不超过 FP 的三倍,就不 必对预紧力提出额外的要求。今最大载荷为 5146.6N,小于此值。 稳定性校核: 长径比大的滚珠丝杠,应进行压杆稳定性计算,并使临界载荷 Fcr / Fm ? 2.5 。
    l 当 4 ? ? 85 时 d

    ? 3 Ed12 Fcr ? 64 ( ?l ) 2
    Fcr ? 120?d1 2 d1 ? 0 . 0 0 3 ? 2 2l 2
    4

    当 4?

    l ? 85 时 d

    这种丝杠的轴?#35828;鬧本?#20026; 20mm, 故采用内径为 20mm 的轴承采用一端固定 一端游动的支撑方式。固定端采用两个角接触球轴?#26657;?#32972;靠背安装,选用 7204C 型轴?#26657;?#31616;支端采用两个深沟球轴?#26657;?#36873;用 6204 型轴?#23567;?br />第 8 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    由于支撑方式为一端固定,一端简支,则 ? ? 0.7 于是 4?
    l 1 ? 4 ? 0.7 ? ? 87.5 ? 85 d 0.032

    ? 3 Ed12 ? 3 ? 210 ?10 5 ? 0.032 2 Fcr ? ? ? 21261 N 2 2 64??l ? 64?0.7 ?
    Fcr / Fm ? 21261 / 3433 ? 6.2 ? 2.5

    符合稳定性要求。

    轴?#26800;?#26657;核 对于进给机构,丝杠固定?#35828;?#36724;承所受径向力?#36127;?#20026;零,径向力为切削力、预紧 力和摩擦力之和。所以 X=0,Y=1。 查表 9-8 得, f p ? 1.1
    Fa ? Fm ? 3433 N

    所选轴承 7307C 的额定动载荷为 34.2KN 寿命指数ε 取 3.0 则轴?#26800;?#39044;期寿命
    L10h 10 6 ? f t C ? 10 6 ? 1.1? 14 .2 ? 10 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 16279 h ? 15000 h 60 n ? P ? 60 ? 250 ? 3433 ? ?
    ?
    3

    满足要求。 对于支撑端轴?#26657;?#25152;承受的轴向力和径向力都很小,轴承寿命校核计算略

    X 方向导轨选择 工作载荷是影响导轨副寿命的重要因素, 对于水平布置的十字工作台多采用双导 轨、四滑块的支撑形式。则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为 G 190 ? 9.8 Fmax ? ? N ? 465 .5 N ? 0.4655 KN 4 4 滚动导轨设计?#20445;?#21487;初选滚动导轨的型号,按计算额定寿命 Lm: 滚珠导轨

    ? C f1 ? Lm ? 50? ?F f ? ? ?L 2 ? ?
    ? C f1 ? 3 Lm ? 100 ? ?F f ? ? ?L 2 ? ?
    10

    3

    滚子导轨 式



    第 9 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    F — 单个滑块的工作载荷? N ? f1 — 系数,f1 ? f H fT f C。 f H — 硬度系数。当滚动导轨副硬度为58 ~ 64 HRC?#20445;琭 H ? 1.0;硬度 ? 55 HRC?#20445;?f H ? 0.8; 硬度 ? 50 HRC?#20445;琭 H ? 0.53。 fT — 温度系数。当工作温度 ? 100 ?C?#20445;琭T ? 1。 f C — 接触系数。每根导轨?#20064;?#35013;两个滑块?#20445;琭 C ? 0.81; 安装三个滑块?#20445;琭 C ? 0.72; 安装?#27597;?#28369;块?#20445;琭 C ? 0.66。

    f C — 载荷 / 速度系数。无冲击振动、滚动导轨的移动速度v ? 15m / min ?#20445;琭 2 ? 1 ~ 1.5; 轻冲击振动、v ? 15 ~ 60 m / min ?#20445;琭 2 ? 1.5 ~ 2; 冲击振动、v ? 60 m / min ?#20445;琭 C ? 2 ~ 3.5。

    预期寿命 L ?

    15000 ? 60 ? 250 ? 0.008 ? 1800 1000

    系数f1 ? f H fT f C ,取 f H ? 0.8, fT ? 1, f C ? 0.81

    f1 ? 0.8 ?1? 0.81 ? 0.648
    f 2 ? 1.3

    ? C f1 ? 由于所选导轨为滚珠导轨,额定寿命 Lm ? 50? ?F f ? ? ? 1800 2 ? ?
    所以 C ? 3.08 根据要求,选择 HSR15B 型直线滚动导轨基本额定动载荷 8.33KN。 齿?#25351;?#35774;计 齿?#25351;?#20256;动比 0.25,取小齿轮的齿数 z1 ? 17 ,则大齿轮的齿数 z 2 ? 68 ,模数取 m=2mm,硬齿面,由于?#20999;?#33218;布置,齿宽系数 ? d 取 0.4,所以
    b ? ? d d1 ? 0.4 ?17 ? 2 ? 13.6mm

    3

    取 B2 ? 14 mm , B1 ? 14 ? 5mm ? 19mm
    d1 ? 34mm, d 2 ? 136 mm

    所以小齿轮的转动惯量 1 1 4 J d 1 ? ?? B1d1 ? ? ? ? 7.85 ?10 3 ?14 ? 34 4 ?10 ?15 ? 0 32 32 大齿轮的转动惯量

    第 10 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    1 1 ?? B2 d 2 4 ? ? ? ? 7.85 ?10 3 ?19 ?136 4 ?10 ?15 ? 0.0016 kg ? m 2 32 32 伺服电动机 (1)最大切削力负载转矩 Jd 2 ?

    从前面的计算可知,已知最大负载 Fmax ? 5146 .6 N
    Ph ? 8mm ? 0.008 m, 传动效率? ? 0.9 ,滚珠丝杠预紧转矩 T p 0 值可用下式估算
    Tp 0 ? Fp Ph 30 ? 3130 ? 0.008 ? 0.83 N ? m 30

    最大切削负载转矩
    T ?( Fmax Ph 5146 .6 ? 0.008 ? Tp 0 )u ? ( ? 0.83) ? 0.25 ? 2.03 N ? m 2?? 2? ? 0.9

    所选伺服电动机的额定转矩应大于此值。 (2)惯?#31185;?#37197;及计算负载惯量 工作台的最大质?#35838;?190kg, 折算带电动机轴的负载惯量包括四部分, 即联轴节、 齿?#25351;薄?#19997;杠和工作台。 ?#26377;?#32852;轴节,加上锁紧螺母等的惯量约为 J1 ? 0.001kg ? m 2 丝杠?#26412;?d=32mm,长 1.0m,转动惯量求得 1 1 J 3 ? m实 D 2 ? ? 5.39 ? 0.032 2 ? 6.9 ?10 ?4 kg ? m 2 8 8 所以

    ? vj ?? ? J L ? J1 ? ?J 2 ? J 3 ?? i ? ? 190 ? ? n ?? ? ?
    2

    2

    ? 1 ? ? ? 4? 2 ?
    2

    2

    1 ?1? ? 4 ? ? 0.001 ? 2.29 ?10 ?3 ? ? ? ? 2 ?190 ? ? ? ? 4 ? 4? ? 2000 ? ? 1.20 ?10 ?3 k g ? m 2

    按式 J M ? ?1 ~ 4?J L 。即电动机的转子惯量应在 0.0012~0.0048kg?m2。 根据以上计算课初选伺服电动机,查表 3.14 法纳克公司交流伺服电动机性 能选择 0 型号,输出功率 0.6kw,额定转矩 2.9N?m,最大转矩 26N?m,最高 速度 2000r/min,转子转动惯量 2.5 ?10 -3 kg ? m 2 ,机械时间常数 t M ? 16 ms (3)空载加速转矩 空载加速转矩发生在执行?#32771;?#20174;静止以?#33258;?#25351;令加速到最高速度?#20445;?这个转 矩不得超过伺服电动机的最大转矩 Tmax。 空载加速?#20445;?#20027;要克服的是惯性力矩,总惯量
    J ? J M ? J L ? 2.5 ?10 ?3 ? 1.17 ?10 ?3 ? 3.67 ?10 ?3 kg ? m2

    第 11 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    tac ? ?3 ~ 4?t M ? 48 ~ 64 ms

    Ta max ? T p 0 ? ? 0.83 ?

    F f Ph ? 2??

    ?

    2?nmax J 60t ac

    5.6 ? 0.008 ? 1 2? ? 2000 ? ? 0.00367 2? ? 0.9 60tac

    ? 1.28 ~ 1.68 N ? m ? Tmax

    满足要求。

    3.2、Z 方向进给系统
    初选步进电机步距角 0.75°,丝杠导程 Ph ? 10 mm 根据所要求的脉冲当量,齿轮减速比 i 计算如下: 0.75 ?10 i ? ?? ? Ph ? / ?360 ? ? ? ? ? 2.08 360 ? 0.01 滚珠丝杠副用在数控车床纵向力加摩擦力,最小载荷即摩擦力,最大纵向进给力 前面计算已经求出,为 5565N,摩擦力为 11.5N。 故 Fmax ? Ff ? f 2 ? 5563 ? 11.5 ? 5574 .5 N
    Fmin ? f 2 ? 11.5N

    根据公式,平均载荷 Fm ? 丝杠的最高转速 nd max

    2 Fmax ? Fmin ? 3720 N 3 8000 ? r / min ? 800 r / min 10

    丝杠的最低转速 nd max ? 0r / min ,平均转速 nm ? 400 r / min 丝杠的工作寿命取 15000h, f a ? 1 , f w ? 1.5 。滚珠丝杠寿命 L( 1?10 6 转次 ) :
    60 ? 400 ?15000 ? 360 ( 10 6 转次) 6 10 丝杠的当量载荷 L?
    Cm ? Fm 3 L f w 3720 ? 3 360 ?1.5 ? ? 39.69 KN fa 1

    选择 BNFN 4510-5 型丝杠, ?#26412;?#20026; 45mm, 导程为 10mm, 负荷钢球圈数为 5 ?#23567;?额定动载荷为 Ca ? 55 .6 KN ,大于计算结果。轴向刚度 K ? 1610 N / ?m 。一般情 况下,取预紧力 Fp ? 0.1Cm ? 3.969 KN 。只要轴向力不超过 FP 的三倍,就不必对
    第 12 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    预紧力提出额外的要求。今最大载荷为 5574.5N,小于此值。 稳定性校核: 这种丝杠的轴?#35828;鬧本?#20026; 35mm, 故采用内径为 35mm 的轴承采用一端固定 一端游动的支撑方式。 固定端采用两个角接触球轴?#26657;?背靠背安装, 选用 7407AC 型轴?#26657;?#31616;支端采用两个深沟球轴?#26657;?#36873;用 6207 型轴?#23567;?由于支撑方式为一端固定,一端简支,则 ? ? 0.7 于是 4?
    Fcr ?

    l 1.6 ? 4 ? 0.7 ? ? 100 ? 85 d 0.045

    ? 3 Ed 2 2 ? 3 ? 210 ?10 5 ? 0.045 2 ? ? 16424 N 2 2 64??l ? 64 ? ?0.7 ?1.6 ?
    符合稳定性要求。

    Fcr / Fm ? 16424 / 3720 ? 4.4 ? 2.5

    轴?#26800;?#26657;核 轴?#26800;?#24403;量动载荷
    P ? f p ( XFr ? YFa )

    X — 径向动载荷系数 Y — 轴向动载荷系数 Fr — 轴承所承受的径向载荷 Fa — 轴承所承受的轴向载荷 f p — 载荷系数,考虑机器的运转情况对轴?#24615;?#33655;的影响

    对于进给机构,丝杠固定?#35828;?#36724;承所受径向力?#36127;?#20026;零,径向力为切削力、预紧 力和摩擦力之和。所以 X=0,Y=1。 查表 9-8 得, f p ? 1.1
    Fa ? Fm ? 3720 N

    所选轴承 7307C 的额定动载荷为 34.2KN 寿命指数ε 取 3.0 则轴?#26800;?#39044;期寿命
    L10h 10 6 ? f t C ? 10 6 ? 1.1? 34 .2 ? 10 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 43094 h ? 15000 h 60 n ? P ? 60 ? 400 ? 3720 ? ?
    ?
    3

    满足要求。 对于支撑端轴?#26657;?#25152;承受的轴向力和径向力都很小,轴承寿命校核计算略。 Z 方向导轨选择 单滑块所承受的最大垂直方向载荷为 G ( 190 ? 200) ? 9.8 Fmax ? ? N ? 955 .5 N ? 0.9555 KN 4 4

    第 13 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    预期寿命 L ?

    15000 ? 60 ? 250 ? 0.008 ? 1800 1000

    系数f1 ? f H fT f C ,取 f H ? 0.8, fT ? 1, f C ? 0.81

    f1 ? 0.8 ?1? 0.81 ? 0.648
    f 2 ? 1.3

    ? C f1 ? 由于所选导轨为滚珠导轨,额定寿命 Lm ? 50? ?F f ? ? ? 1800 2 ? ?
    所以 C ? 7.97 KN 根据要求,选择 HSR20B 型直线滚动导轨基本额定动载荷 13.8KN。 齿?#25351;?#35774;计 齿?#25351;?#38477;速比为 2.08,取小齿轮的齿数 z1 ? 17 ,则大齿轮的齿数 z 2 ? 35 ,模数 取 m=2mm , 硬 齿 面 , 由 于 是 悬 臂 布 置 , 齿 宽 系 数 ? d 取 0.4 , 所 以
    b ? ? d d1 ? 0.4 ?17 ? 2 ? 13.6mm

    3

    取 B2 ? 14 mm , B1 ? 14 ? 5mm ? 19mm
    d1 ? 34 mm, d 2 ? 70 mm

    所以小齿轮的转动惯量 1 1 4 J d 1 ? ?? B1d1 ? ? ? ? 7.85 ?10 3 ?14 ? 34 4 ?10 ?15 ? 0 32 32 大齿轮的转动惯量 1 1 4 J d 2 ? ?? B2 d 2 ? ? ? ? 7.85 ?10 3 ?19 ? 70 4 ?10 ?15 ? 3.5 ?10 -4 kg ? m 2 32 32 步进电动机选择 Z 方向最快移动速度为 8000mm/min,脉冲当?#35838;?0.01mm/脉冲,所?#22278;?#36827;电动 机的运行频率 vz max 8000 f ? ? Hz ? 13333 Hz 0.01 ? 60 0.01 ? 60 最大切削力负载转矩计算 从前面计算可知,已知最大负载 Fmax ? 5574 .5 N
    Ph ? 10mm ? 0.01m, 传动效率? ? 0.9 ,滚珠丝杠预紧转矩 T p 0 值可用下式估算
    Tp 0 ? Fp Ph 30 ? 3969 ? 0.01 ? 1.323 N ? m 30

    第 14 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    最大切削负载转矩
    T ?( Fmax Ph 5574 .5 ? 0.01 ? Tp 0 )u ? ( ? 1.323) ? 0.25 ? 2.80 N ? m 2?? 2? ? 0.9

    电动机在最大进给速度?#20445;?#30001;矩频特性决定的电动机输出力矩要大于 M f 和 M t 之和,并留有余量。一般来说, M f 和 M t 之和应小于(0.2~0.4)Mmax。 负载惯量
    1 ?v? ?n ? J L ? J R1 ? ? J R1 ? J S ?? i ? ? 2 m? ? ?n? ? n ? 4?
    -5 2 2

    1 ? 1 ? ? 8 ? ? 1.4 ?10 ? 3.5 ?10 ? 1.6 ? 3.16 ?10 ? ? ? 2 ? 390 ? ? ? ? 2.08 ? 4? ? 1664 ? ? 1.4 ?10 -5 ? 1.25 ?10 -3 ? 2.28 ?10 -4
    -4 -3

    ?

    ?

    2

    2

    ? 1.492 ?10 -3 k g ? m 2

    为使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度,惯量通常应满足
    1 JM ? 4 JL

    综合以上要求,选用 130BF0.01 型反应步进电动机,步距角 ? ? 0.75? ,电压 80/12V,电流 10A,最大静转矩 9.31N,空载起动频率 3000HZ,空载运行频率 16000HZ,分配方式 5 相 10 ?#27169;?#22806;形尺寸 ?130 ?170 ,轴径 14mm,转子转动惯 量 46.06 ?10 -5 kg ? m 2 。

    3.3、X 方向齿?#25351;?#35774;计、校核
    1、小齿轮齿数 z1 ? 17 ,大齿轮齿数 z 2 ? 68 ,由于用在数控车床的横向进给上, 因此精度要求较高,选择齿轮精度等级 6 级,大小齿轮材料选择 40MnB,表面 淬火,齿面硬度 48~55HRC。 2、按齿根弯曲疲劳强度设计 闭式硬齿面齿轮传动,?#24615;?#33021;力一般取决于弯曲强度,故先按弯曲强度设计,验 算疲劳接触强度,由式(6-15)?#26657;?br />m?3 2 KT1Y? 4dz12 ? YFaY?a ? ? ? ?? ?F ? ? ? ?

    确定式中各项数值 因载荷有轻微冲击,由表 6-3 查得,kA=1.25,故初选载荷系数 kt=1.6
    第 15 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    工作台最大消耗功率 P ? 5146 .6 ? 0.5 / 60 ? 42.9w ? 0.0429 kw
    T1 ? 9550 ?10 6 P /? 0.0429 / 0.9 ? 9550 ? ?10 6 n1 250

    ? 1.82 ?10 4 N ? mm

    由式(6-7)得

    ? ? ? ?1.88 ? 3.2 ? ? ? ?? cos ? ? z1 z 2 ?? ?
    1 ? ?1 ? 1.88 ? 3.2 ? ? ? ? ? 17 68 ? ? 1.64

    ?

    ?1

    1 ??

    由(6-13)得
    Y? ? 0.25 ? 0.75

    ??

    ? 0.706

    由表 6-6, ?d ? 0.4 由图 6-19,图 6-20 查得 YFa1=2.97 Ysa1=1.52 YFa2=2.24 Ysa2=1.73 由式 6-12 得
    N1 ? 60 n1 jLh ? 60 ? 250 ?16000 ? 2.4 ?10 8 N1 ? N1 ? 6 ?10 7 i

    由图 6-21 查得,YN1=0.92 取 SFmin=1.25

    YN2=0.95

    由图 6-22c,按齿面硬度均值 51HRC,查得 ? F lim1 ? 450 Mpa, ? F lim 2 ? 450 Mpa

    ?? ?F1 ? ?F lim 1YN1 ? 290 ? 0.9 ? 208 .8Mpa
    ?? ?F 2 ?
    YFa 1 ? Ysa1

    ?F lim 2YN 2
    SF min

    SF min

    1.25 250 ? 1.17 ? ? 234 Mpa 1.25

    ?? ?F1

    ?

    2.97 ?1.52 ? 0.0136 331 .2 2.08 ?1.89 ? 0.0113 234
    ? 0.0136 ,设计齿轮模数

    YFa 2 ? Ysa 2

    ?? ?F 2

    ?



    YFa 1 ? YSa1

    ?? ?F1

    第 16 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    将确定后的各项数值带入设计公式,求得
    mt ? 3 ? 1.69 2 K tT1Y? ? d z12 ? YFa Ysa ? 3 2 ? 1.6 ? 1.82 ? 10 4 ? 0.706 ? ? 0.0136 ? ?? ? ? ?? 0.4 ? 17 2 F ? ?

    修正 mt v= v ?

    ? 0.398 m / s 60 ?1000 由图 6-7 查得 kv=1.1

    ?mt z1n1

    由图 6-10 查得 k ? ? 1.22 由图 6-4 查得 k ? ? 1.0 则 k ? k A ? kv ? k ? ? k? ? 1.25 ?1.1?1.22 ?1.0 ? 1.68 所以 m=mt m ? mt ? 3
    k 1.68 ? 1.69 ? 3 ? 1.72 mm kt 1.6

    由表 6-1,选取第一系列标准模数 m=2mm 齿轮的主要?#36127;?#21442;数: m d1 ? mz1 ? 34 mm, d 2 ? mz 2 ? 136 mm,a ? ?z1 ? z2 ? ? 85mm 2
    b ? ? d d1 ? 13 .6mm

    取 B2 ? 14 mm, B1 ? 19 mm

    3、校核齿面接触疲劳强度

    ? H ? Z E Z? Z H

    2 KT1 u ? 1 ? ?? ?H 2 bd1 u

    由图 6-14 查得 Z E ? 189 .9 MPa 由图 6-13 查得
    Z H ? 2.5

    由图 6-15,?#24202;?#20801;许出现点?#24202;?#24471;,
    Z N 1 ? 1.1 Z N 2 ? 1.18

    由 6-16d,分别按齿面硬度 51HRC 查得

    ? Hlim1 ? 1060 MPa
    取 S Hmin ? 1

    ? Hlim 2 ? 1060 M P a

    ?? ?H 1 ? ? H lim1Z N1 ? 1060 ?1.1 ? 1166 MPa
    S Hmin 1

    第 17 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    ?? ?H 2 ? ? H lim 2 Z N 2
    S Hmin

    ?

    1060 ?1.17 ? 1240 .2MPa 1

    将确定出的各项数值代入接触强度校核公式,得

    ? H ? Z E Z? Z H

    2 KT1 u ? 1 2 bd1 u 2 ?1.68 ?1.82 ?10 4 5 ? 14 ? 34 2 4

    ? 189 .8 ? 2.5 ? 0.89 ? 917 .8MPa ? ?? ?H 1

    接触疲劳强度满足要求。

    三、进给传动系?#36710;?#32467;构图

    图1

    第 18 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

    图2

    图3

    第 19 页

    吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计





    本次设计的是纵向及横切向进给系统,完成了系统?#26800;?#23610;寸计算及结构设 计,并对其进行一系?#26800;?#26657;核,各项性能指标完全满足要求,说明设计的结构是 合理的。然后选择轴承和电机,并设计了床身等。由于专业知识的限制,无法对 复杂的数控系统进行设计,但是,通过选择合适的数控系统,对数控原理有了一 定的了解, 并掌握了数控系?#36710;?#19968;些连接方法。最后完成?#35828;?#22411;零件的数控程序 编制,对程序的代码加深了印象,并对?#25191;?#25968;控编程增进了了解。 数控机床是促进国民经济发展的巨大源动力, 它给机械制造业带来了高倍率 的效益增长和?#25191;?#21270;的生产方式。随着数控技术的发展,高?#20998;剩?#39640;可靠性,高 性价比的 CNC 系统具有丰富的功能, 为数控技术的发展提供了充足的物质技术条 件。同?#20445;?#20063;给数控机床的机械结构提出了更高的要求。因此,研究一台数控车 床对?#25191;?#21152;工具有重要的意义。 数控车床具有结构简单、价格便宜、故?#19979;?#20302;、维修简单方便、效率高、操 作编程简单等诸多优点,所以数控车床在很多加工行业都会成为应用的主体,随 着数控技术和机床行业的发展,数控车床将有着广阔的发展前景。

    参考文献
    【1】 于俊一 邹青.机械制造技术基础[M].?#26412;?机械工业出版社,2012.9. 【2】 李庆余 孟光耀.机械制造装备设计[M].?#26412;?机械工业出版社,2012.7. 【3】 刘跃南 周跃红.机械系统设计.[M]?#26412;?#26426;械工业出版社,1999.5. 【4】 THK 零件库. 【5】 寇尊权 王多.机械设计课程设计[M].?#26412;?机械工业出版社,2011.7. 【6】 张建民等.机电一体化系统设计[M].?#26412;?高等教育出版社,2001.8. 【7】 上海纺织学院 哈尔滨工业大学等.机床设计图册[M]上海科学技术出版社, 1979.6 【8】 王爱玲 数控机床机构与设计[M].兵器工业出版社,1999.5 【9】 ?#38750;?#26124; ?#38498;?#24535;.机械设计[M].高等教育出版社,2009.6 【10?#20811;?#31168;凛 高安邦.实用机床设计手册[M].机械工业出版社,2010.4.

    第 20 页


    推荐相关:

    数控车床进给机构课程设计说明书.doc

    数控车床进给机构课程设计说明书 - 吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计 机械


    数控车床进给系统设计说明书_图文.doc

    数控车床进给系统设计说明书 - 毕业设计(论文 开题报告 毕业设计 论文)开题报


    数控机床课程设计说明书_图文.doc

    广西科技大学 《数控机床课程设计说明书 课题名称 X-Y 数控工作台设计 学专...绘制进给控制系统原理框图如图 控制 介质 数控 装置 伺服 机构 工作台 (二)...


    进给运动驱动系统课程设计方案说明书_图文.doc

    进给运动驱动系统课程设计方案说明书 - 课程设计与综合训练 说明书 课程设计:进给运动驱动系统设计 综合训练:数控第三象限直线插补 PLC 设计 和插补加工 学院名称: ...


    数控课程设计说明书范本.doc

    数控课程设计说明书范本 - 目 绪论 一、课程设计目的 二、课程设计任务 三、课程设计步骤 第一部分:数控车床?#23548;?一、图纸 二、特殊点计算 三、程序 四、刀具...


    CK6140数控车床横向进给机构及控制设计.doc

    CK6140数控车床横向进给机构及控制设计 - 机电一体化系统设计 课程设计任务书 一、设计题目:C6140 卧式车床横向进给机构数控化改造及控制设计 设计题目: 二、设计...


    数控车床进给系统设计_图文.doc

    1 燕山大学课程设计说明书 设计数控车床伺服进给系统,车削工件最大?#26412;?#20026; D ? ...50mm ? 0.05m ,在机构设计中,决定长度为 l ? 2500mm ? 2.5m 。 根据...


    数控课程设计说明书_图文.doc

    数控课程设计说明书 - 南通大学数控加工实习课程设计任务书... 器的啮合、断开的机构中,从而控制 横向或纵向进给...数控机床课程设计说明书 14页 免费 数控技术课程...


    专业课程设计《数控机床设计》说明书_图文.doc

    专业课程设计数控机床设计说明书 - 1.设计的目:由于是对原有机床进行经济型数控机床改造。 2.设计任务 已知机械部分条件: 工作台重量:w=800N 时间常数:T=...


    数控技术课程设计说明书_图文.doc

    数控技术课程设计说明书_工学_高等教育_教育专区。...高学生的数控编程能力,加深对数控原理及数控机床结构...还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动?#35838;?..


    数控机床进给系统设计.doc

    数控机床进给系统设计 - 数控机床课程设计说明书 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系?#36710;?#19968;般结构如图图 1-1 所示: 图 1-1 数控机床进给系统伺服 由于...


    数控加工课程设计说明书.doc

    数控加工课程设计说明书 - 沈阳工程学院课程设计 目录 一、设计题?#32771;?#38646;件图..


    进给运动驱动系统课程设计说明书_图文.doc

    进给运动驱动系统课程设计说明书 - 数控第三象限直线插补PLC设计和插补加工... 进给运动驱动系统课程设计说明书_专业资料。数控第三象限直线插补PLC设计和插补加工 ...


    数控车床横向进给系统设计.doc

    数控车床横向进给系统设计 - 数控机床课程设计说明书 1、数控机床进给系统概述


    数控铣床进给系统结构设计说明书要点.doc

    数控铣床进给系统结构设计说明书要点 - 中北大学课程设计说明书 数控铣床进给系统


    数控加工课程设计说明书_西华大学.doc

    西华大学课程设计说明书 摘 要 数控机床及其制造系?#36710;?#26580;性化、集成化和网络化...寿命长;具有运动可逆性;缺点:制造成本高;不能自锁,铅垂进给时需加制动机构。 ...


    CA6140普通车床横向进给系?#36710;?#25968;控化改造设计说明书解析.doc

    CA6140普通车床横向进给系?#36710;?em>数控化改造设计说明书解析_?#26696;?#23545;口_职业教育_教育专区。CA6140 一、设计任务书课程设计题目 学院 CA6140 普通车床横向进给系?#36710;?em>数控化...


    FANUC 0I 数控车床课程设计说明书.doc

    FANUC 0I 数控车床课程设计说明书_工学_高等教育_教育专区。数控技术课程...数控车床进给机构课程设... 20页 2下载券 fanuc 0i数控车床操作面... ...


    数控车床横向进给系统设计.doc

    数控车床横向进给系统设计 - 数控机床课程设计说明书 1、数控机床进给系统概述


    数控加工课程设计说明书 西华大学.doc

    西华大学课程设计说明书 摘 要 数控机床及其制造系?#36710;?#26580;性化、集成化和网络化...寿命长;具有运动可逆性;缺点:制造成本高;不能自锁,铅垂进给时需加制动机构。 ...

    网站首页 | 网站地图
    All rights reserved Powered by 大学生考试网 9299.net
    文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。[email protected]
    安徽十一选五走势
  • 广西快乐10分助手 pk10五码一期计划人工 福利彩票最近投注站 排球比分直播188网 求现在的平特肖公式 辽宁快乐12遗漏数据查询 甘肃快3预测专家 甘肃快3走走势图电脑 2019福彩3d投注技巧 时时彩定位胆必中规律 京东彩票投注 东方五分彩走势 吉林时时彩综合走势图 搜索香港六合彩官方网 广西快3论坛