加工中心側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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第二部分是利用機(jī)械設(shè)計(jì)基本原理對(duì)設(shè)計(jì)中伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠副的選則、計(jì)算和校核以及對(duì)同步帶和帶輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第三部分是根據(jù)所選擇設(shè)計(jì)的主要零件，先進(jìn)行大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，之后在此基礎(chǔ)之上，利用機(jī)械制圖的基本原理，應(yīng)用 子圖版對(duì)側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，并生成三張二維裝配圖紙和一張二維零件圖紙。 關(guān)鍵字 ： 重型數(shù)控龍門銑床 側(cè)銑頭 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 二維設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 he is to of a as of of on of is is a of of as of is of of of as of of of is to on of in to to of of 陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目 錄 摘 要 .一、緒 論 ·························································································· 1 內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r ···························································· 1 控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ······································································ 2 計(jì)目的和意義 ············································································ 3 二、總體方案設(shè)計(jì) ·············································································· 5 ················································································ 5 ················································································ 6 三、伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 ···························································· 8 ·································································· 8 知參數(shù) ··········································································· 8 削力的確定 ····································································· 8 珠絲扛螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算 ················································ 8 給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 ································································ 11 動(dòng)機(jī)選擇 ······································································ 11 步 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ····························································· 17 床主軸部分設(shè)計(jì)計(jì)算 ································································ 18 軸電機(jī)及其減速器的選擇計(jì)算 ··········································· 18 步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ····························································· 19 四、二維設(shè)計(jì) ·················································································· 21 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ············································································· 21 用 子圖版進(jìn)行二維設(shè)計(jì) ················································· 22 經(jīng)濟(jì)技術(shù)性與環(huán)保分析 ······································································· 27 結(jié) 論 ····························································································· 28 致 謝 ····························································································· 29 參考文獻(xiàn) .沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 第一章 緒論 內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r 20世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。自從 1952年美國(guó)第 1臺(tái)數(shù)控銑床 發(fā)明出來(lái)到現(xiàn)在已有 50年。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機(jī)，形成 了 龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，全世界每年的產(chǎn)量有 10 20萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值上百億美元。 尤其是以美國(guó)和德國(guó)為代表的數(shù)控技術(shù)最為先進(jìn)。 只就數(shù)控銑床來(lái)說 ，已經(jīng)出現(xiàn)了各式各樣適應(yīng)于不同加工形式的數(shù)控銑床，而只就數(shù)控龍門銑床來(lái)說，自從 西班牙尼古拉斯·克雷亞集團(tuán)公司 (稱 80年代中期開發(fā)出第一臺(tái)龍門式數(shù)控銑床，在這短短的幾十年里，數(shù)控龍門銑床技術(shù)的不斷發(fā)展，先后出現(xiàn)了各種形式的龍門銑床，到目前為止數(shù)控龍門銑床技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)完善。 從整體上看，現(xiàn)在在機(jī)械行業(yè)中使用的數(shù)控龍門銑床大部分只帶有立式銑頭，也就是說只能對(duì)工件上表面進(jìn)行 向銑削或是帶有側(cè)銑頭但該側(cè)銑頭只能進(jìn)行 就是說帶有能夠做兩個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的 側(cè)銑頭還是少見的。特別是對(duì)于重型龍門銑床來(lái)說，加工工件一般都是很大很重的，移動(dòng)工件時(shí)很不合理的，所以這時(shí)采用能夠做兩個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭是必要的。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在 80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型 ，但數(shù)控龍門銑床并未得到很大發(fā)展。 有專家指出專家說，從整體上提高我國(guó)機(jī)床水平刻不容緩。但當(dāng)前需要特別注意的是，必須快速提高數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的自主開發(fā)、制造能力。為此，要建立有效的數(shù)控技術(shù)開發(fā)中心，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)工藝的研究、試驗(yàn)，形成成套開發(fā)能力；同時(shí)，通過國(guó)際合作生產(chǎn)、合 資經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)主流產(chǎn)品生產(chǎn)的高起點(diǎn)、成批量、專業(yè)化。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： （ 1） 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為 5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（ 其確定為 21世紀(jì)的中心研究方向之一。 高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/至更高 ，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ 在加工精度方面，近 10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10 m，精密級(jí)加工中心則從 3 5 m，提高到 1 m，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) (m)。 在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的 000服系統(tǒng)的 現(xiàn)出非常高的可靠性。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 （ 2） 5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī) 床快速發(fā)展 采用 5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為， 1臺(tái) 5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于 2臺(tái) 3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬火鋼零件時(shí)， 5軸聯(lián)動(dòng)加工可比 3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型 5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含 5面加工機(jī)床）的發(fā)展。 （ 3） 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò) 化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 （ 4）重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50年間的信息交換都是基于 采用 G， 工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來(lái) 越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的 其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 設(shè)計(jì)目的和意義 (a) 目的 （ 1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ，設(shè)計(jì)一個(gè)重型數(shù)控龍門銑床的側(cè)銑頭，使其能夠在橫向和縱向兩個(gè)方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)于一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床來(lái)說通常加工的工件都是很大很重的，在加工過程中要讓工件移動(dòng)或是進(jìn)行多次安裝是很費(fèi)時(shí)費(fèi)力 的，所以設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在橫向和縱向兩個(gè)方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭，來(lái)減少實(shí)際工件的移動(dòng)和安裝次數(shù)，進(jìn)而減少安裝的時(shí)間和由于多次安裝引起的定位精度誤差。 （ 2） 使學(xué)生了解機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過程。對(duì)作為一名將來(lái)從事機(jī)械行業(yè)的大學(xué)生來(lái)說，了解機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)必須的。而對(duì)數(shù)控銑床側(cè)銑頭的設(shè)計(jì)完全能夠體現(xiàn)出機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過程以及在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題和一般要考慮的因素。 （ 3） 使學(xué)生能夠?qū)⒃诖髮W(xué)期間所學(xué)的理論知識(shí)與具體實(shí)踐相結(jié)合。當(dāng)今大學(xué)生大部分都存在著不知道如何將大學(xué)所學(xué)的東西運(yùn)用到實(shí)際中去，甚至認(rèn)為大學(xué)所學(xué)的 東西根本沒有用處。 （ 4） 使學(xué)生在實(shí)際過程中學(xué)習(xí)新的軟件。通過完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，以掌握當(dāng)今社會(huì)上一些常用的制圖軟件和分析軟件?，F(xiàn)在的社會(huì)是高科技的社會(huì)，對(duì)于機(jī)械行業(yè)來(lái)說也是如此?，F(xiàn)在的機(jī)械行業(yè)中很少有用手工繪制的圖紙，而且現(xiàn)在的人們都有一種安全的理念和結(jié)構(gòu)的美感，運(yùn)用分析軟件對(duì)工程師所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，可以事先發(fā)現(xiàn)不合理之處，以便提早加以改正。 (b) 意義 （ 1）、在現(xiàn)實(shí)中，帶有側(cè)銑頭的數(shù)控龍門銑床是不常見的一種形式，而帶有能夠在兩個(gè)方向上進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的側(cè)銑頭的龍門銑床更是不常見。這項(xiàng)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的 側(cè)銑頭與其他龍門銑床部分相配合，可以應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中對(duì)工件進(jìn)行三個(gè)方向上的加工，從而很可能能夠?qū)ぜM(jìn)行一次性安裝加工，這無(wú)疑可以省去很多調(diào)整時(shí)間并保證良好的安裝精度。而且這是對(duì)一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床側(cè)銑頭的設(shè)計(jì)，對(duì)于一臺(tái)重型銑床來(lái)說，加工的工件一般都是很大很重的，要對(duì)工件進(jìn)行多次安裝是很困難的也很浪費(fèi)時(shí)間，且定位精度不容易保證，而該課題所設(shè)計(jì)的側(cè)銑頭正適合這種情況，所以說這項(xiàng)設(shè)計(jì)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 （ 2）、在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中學(xué)習(xí)掌握二維繪圖軟件，為以后更好的適應(yīng)社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。 （ 3）、了解機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 過程，掌握設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題和應(yīng)考慮的因素。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)基本要求 1） 側(cè)銑頭的行程為 600 2） 定位精度為 5 m ； 3） 與立柱連接部分橫跨度為 1300 4） 最大進(jìn)給速度為 10 m/ 5） 兩側(cè)銑頭中間能通過最大零件寬度為 3150 6） 主切削力 5000N。 圖 加工中心方案圖 1 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 圖 加工中心方案圖 2 總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，側(cè)銑頭能夠在橫向和縱向進(jìn)行切削進(jìn) 給，即在 向進(jìn)行切削進(jìn)給。為實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，所以將側(cè)銑頭主要分為實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)的垂直導(dǎo)軌和實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)的水平滑枕兩部分。同時(shí)需要在這兩部分上安裝有實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)軌，考慮到此數(shù)控機(jī)床是一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床，側(cè)銑頭本身有很大的重量并且在加工過程中要受到很大的切削力的作用，這就要求所選擇的導(dǎo)軌必須能夠承受很大的重力及較高的剛度，除此之外，因?yàn)楸緮?shù)控機(jī)床要求有很高的加工精度，根據(jù)這一點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用承載能力大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛性好的貼塑滑動(dòng)式矩形導(dǎo)軌，在這之中之所以采用貼塑方式是因?yàn)槠胀ǖ幕瑒?dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)大，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而 貼塑導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)小、抗咬合磨損性能好、不易爬行、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是由于矩形導(dǎo)軌磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，這就會(huì)影響加工精度和定位精度，因此對(duì)于導(dǎo)軌主要承載面需要有間隙調(diào)整裝置，在本設(shè)計(jì)中，采用斜鑲條對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。 對(duì)于主軸的運(yùn)動(dòng)，初步考慮了兩種方案：一、采用電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)；二、采用電動(dòng)機(jī)通過同步帶帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)。但是考慮到此設(shè)計(jì)是一臺(tái)重型數(shù)控龍門銑床，側(cè)銑頭本身有很大的重量并且在加工過程中要受到很大的切削力的作用，要帶動(dòng)側(cè)銑頭沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，這就要求選擇功率很大的電動(dòng)機(jī)，而這就導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)有 很大的結(jié)構(gòu)尺寸，如果采用聯(lián)軸器進(jìn)行連接，勢(shì)必會(huì)增加側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)尺寸，從而導(dǎo)致側(cè)銑頭重量的增加浪費(fèi)原材料。而采用同步帶傳動(dòng)，可以將電動(dòng)機(jī)放置在側(cè)銑頭結(jié)構(gòu)以外，這不但會(huì)減小側(cè)銑頭的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)也大大降低了原材料的使用；除此之外，采用同步帶傳動(dòng)，還具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高，噪音小的優(yōu)點(diǎn)。這符合經(jīng)濟(jì)環(huán)保的要求。為保證加工精度，在這部分設(shè)計(jì)中，主軸采用高精密主軸 為了實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也初步考慮了兩種方案：一、采用電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠螺母副連接帶動(dòng)水平滑枕運(yùn)動(dòng)；二、采用電動(dòng)機(jī)通過同步帶與滾珠 絲杠螺母副帶動(dòng)水平滑枕運(yùn)動(dòng)。如果采用聯(lián)軸器連接的方式，就要將電動(dòng)機(jī)及聯(lián)軸器安置在水平滑枕的尾部，而一個(gè)大功率的電動(dòng)機(jī)有很大的重量，這樣就會(huì)導(dǎo)致水平滑枕尾部承受很大的重力，從而產(chǎn)生很大的扭矩，這對(duì)實(shí)現(xiàn)水平滑枕的運(yùn)動(dòng)精度、定位精度產(chǎn)生影響，并會(huì)導(dǎo)致摩擦性能的降低，而且為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，水平滑枕需要有很長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)尺寸，如果在將電動(dòng)機(jī)放置在水平滑枕尾部，這就增加了整體機(jī)床的安裝空間；而采用電動(dòng)機(jī)通過同步帶與滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)水平滑枕運(yùn)動(dòng)的方式，可以將電動(dòng)機(jī)放置在垂直導(dǎo)軌上，這無(wú)疑可以減少安裝空間，而且合理利用空間。之所 以采用滾珠絲杠螺母副進(jìn)行傳動(dòng)，是因?yàn)樗哂心Σ翐p失小，傳動(dòng)效率高；摩擦阻力小，動(dòng)靜摩擦力之差極小，因而運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)、低速時(shí)不易產(chǎn)生爬行、且磨損小、精度保持性好、壽命長(zhǎng)；絲杠螺母之間進(jìn)行消隙或預(yù)緊，可以消除反向間隙、市反向無(wú)死區(qū)，定位精度高、軸向剛度大；傳動(dòng)具有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，此設(shè)計(jì)中采用的滾珠絲杠螺母副是 對(duì)于主軸電動(dòng)機(jī)的選擇，初步選用西門子公司生產(chǎn)的風(fēng)冷式交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。對(duì)于伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，初步選用西門子公司生產(chǎn)的自冷式三相交流同步伺服電動(dòng)機(jī)。交流 伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制造成本低；其沒有電刷和換向器，不需要經(jīng)常維護(hù)，沒有直流伺服電動(dòng)機(jī)因換向火花影響運(yùn)行速度提高這種限制。 為了提高水平滑枕的 該方向上安裝直線光柵尺進(jìn)行位置檢測(cè)并構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除整個(gè)系統(tǒng)的誤差，包括機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差等，其控制精度和動(dòng)態(tài)性能都比較理想，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和調(diào)試比較麻煩，成本高。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 珠絲杠副的選擇計(jì)算 3 1 1 已知參數(shù) 絲杠的公稱直徑 50程 20紋長(zhǎng)度 1245 3 1 2 切削力的確定 按照立銑（不對(duì)稱順銑）計(jì)算各向分力，如下圖所示：已知主切削力 000圖 頭受力示意圖 取 0 0 05 0 0 0 0 05 0 0 0 0 05 0 0 3 1 3 滾珠絲扛螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算 （ 1） 計(jì)算進(jìn)給牽引力上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的類型有關(guān)，此處為貼塑矩形導(dǎo)軌，則 m = K F + f F z + F + G (其中， xF、 各向切削分力， N ； 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 G 移動(dòng)部件的重量， N ； f 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形勢(shì)而不同，取 K 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取 m = K F + f F z + F + G= 1 . 1 2 0 0 0 + 0 . 0 5 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8= 3 0 9 0 N （ 2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C 選用滾珠絲杠副的直徑0須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn) 100 萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，可用下式計(jì)算： C L f 3 (式中： L 壽命，以 106 為一單位， L n T 60 10 6 n 絲杠轉(zhuǎn)速，（ r/用下式計(jì)算S vn 為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（ m/可取最高進(jìn)給速度的 1/2 1/3； S 絲杠導(dǎo)程，（ n 絲杠轉(zhuǎn)速，（ r/ T 為使用壽命， h ，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 T=15000h； 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見下表。 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 般 運(yùn) 轉(zhuǎn) 沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 計(jì)算： 2 5 0 r / m 1 0 0 01 0 0 0 S vn s 22510 1 5 00 0250601060 66 3 3 2 2 5 2 . 5 3 0 9 0 4 7 f F K N 計(jì)算結(jié)果小于絲杠額定動(dòng)載荷 足要求。 （ 3）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率： ) r r(式中： 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f 擦角約為 10 ,即 r 絲杠螺旋升角 絲杠中徑 Sd= )r r= t a n 6 . 8 8 8 0t a n ( 6 . 8 8 8 0 0 . 1 6 6 7 ) = 4）剛度計(jì)算 滾珠絲杠副的軸向變 形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素： 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1 ： 在總的變形量中占的比重較大，可以用計(jì)算方法確定。 先用下式計(jì)算滾珠絲杠受工作負(fù)載 作用引起導(dǎo)程 S 的變化量 在計(jì)算滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的拉伸或壓縮變形量 1 （兩端固定）： 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 (式中， L 在工作負(fù)載 用下引起每一導(dǎo)程的變化量，（ 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力， N ； S 滾珠絲杠的導(dǎo)程，（ E 材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼 E 20 6 104. （ 2； F 滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）（ “ +”號(hào)用于拉伸，“ -”號(hào)用于壓縮。 452. 3 0 9 0 2 0 0 . 5 2 1 014 4 2 . 0 6 1 0 4 2 . 94m 計(jì)算滾珠絲杠在總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮的變形量 1 5105 . 2 1 0 1 2 4 5 0 . 0 0 3 2 420L L m （ 式中： L 滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度， 根據(jù)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)滾珠絲 杠副的傳動(dòng)剛度主要由絲杠本身拉壓剛度，絲杠副內(nèi)的接觸剛度，軸承和軸承座剛度，因此近似取拉壓剛度的 1/3(變形近似為拉壓變形的 3 倍 )。 13 3 0 . 0 0 3 2 4 0 . 0 0 9 7 0 . 0 2 ， 符合要求定位精度 。 給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 動(dòng)機(jī)選擇 1、初選 電動(dòng)機(jī)和減速器 （ a）電動(dòng)機(jī)和減速器參數(shù) 電機(jī)西門子 1定轉(zhuǎn)速 3000r/大輸出靜力矩 額定轉(zhuǎn)矩 自身慣量 減速器： 動(dòng)慣量 ， 5i 。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 （ b）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 絲杠導(dǎo)程 0 ，公稱直徑為 50 m a xm a xm a 0 2 0 510ns ni v ，取 500m a x 工作臺(tái)重量 M=1000 21221 2J J J J J J 減 速 器電 機(jī)(其中絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 4 1 2 4 1 2 20 . 7 7 1 0 0 . 7 7 5 0 1 2 4 5 1 0 0 . 0 0 6 0 L K g m 電機(jī)軸同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 222122222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 1 9 0 . 0 5 60 . 0 5 5 0 . 0 1 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 0 9 0 . 0 1 20 . 0 5 5 0 . 0 0 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 3 9 0 . 0 1 9 0 . 0 1 8+ 0 . 0 3 9 0 . 0 1 920 . 0 0 6 2 0 . 0 0 1 3 0 . 0 0 0 50 . 0 0 8 rk g m 絲杠同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 22222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 1 7 5 0 . 0 4 70 . 0 5 5 0 . 0 1 7 527 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 5 5 0 . 0 0 7 0 . 0 1 20 . 0 5 5 0 . 0 0 720 . 0 0 5 2 0 . 0 0 1 30 . 0 0 6 5 rk g m 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 則： 21222322121 2 0 1 00 . 0 0 9 2 3 0 0 0 2 5 7 3 0 0 0 6 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 6 5 1 0 0 0520 . 0 1 3 6 9 J J J J = K g m 減 速 器電 機(jī)慣量匹配 0 . 0 0 7 9 9 / 0 . 0 1 3 6 9 0 . 5 8 電 機(jī)，符合要求。 0 . 0 0 9 2 3 / 0 . 0 1 3 6 9 0 . 6 7J J 電 機(jī) （ c）電機(jī)力矩的計(jì)算 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩起M: 0m a x f 起 (式中， 快速空載起動(dòng)力矩， ； 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩， ； 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩， ； 由于絲杠預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩， ； m a x 0 . 0 1 3 6 9 2 5 0 0 2 1 . 3 9 69 . 6 6 上式中 T 時(shí)間常數(shù) 摩擦力矩 ： 0 0 . 0 5 1 0 0 0 9 . 8 0 . 0 2 00 . 3 9 0 . 8 5f 0F 導(dǎo)軌摩擦力（ N），空載快速起動(dòng)時(shí)； 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 。 附加摩 擦力矩0M 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 滾珠絲杠預(yù)加載荷，一般取 N 。 S 滾珠絲杠導(dǎo)程 0 滾珠絲杠 未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 0 09 . 空載快速啟動(dòng)所需力矩 m a x 0 2 1 . 3 9 0 . 3 9 0 . 1 5 9 2 1 . 9 4 M M N m 起 7機(jī)滿足使用要求。 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩切M: M M M Mf 0 （ 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩， ： 5 0 0 0 0 . 0 2 3 . 9 8 3 . 1 4 0 . 8 5 式中：進(jìn)給方向最大切削力 N ； 最大切削負(fù)載時(shí)摩擦力矩 ： 0 0 . 0 5 4 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 9 . 8 0 . 0 2 0 . 7 0 8 0 . 8 5 附加摩擦力矩0M: 23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 最大切削負(fù)載所需力矩 M 切 ： 0 0 . 7 0 8 0 . 1 5 9 3 . 9 8 4 . 8 5 ( . ) M M N m 切沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 （ d）加速運(yùn)行加速度 計(jì)算折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)矩 )( e 計(jì)算工作臺(tái)空載加速度 電機(jī)軸角加速度： 21 4 6 . 5 1 0 . 0 2 2 . 2 6 ( / ) 0 . 2 32 0 . 0 1 3 1 1 5 2m s 2、更換電動(dòng)機(jī)和減速器 （ a）電機(jī)和減速器參數(shù) 電機(jī)西門子 1定轉(zhuǎn)速 3000r/大輸出靜力矩 額定轉(zhuǎn)矩 自身慣量 減速器： 動(dòng)慣量 ， 5i 。 （ b）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 絲杠導(dǎo)程 0 ，公稱直徑為 50 m a xm a xm a 0 2 510ns ni v ，取 500m a x ， 工作臺(tái)重量 W=1000 21221 2J J J J J J 減 速 器電 機(jī)其中絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 4 1 2 4 1 2 20 . 7 7 1 0 0 . 7 7 5 0 1 2 4 5 1 0 0 . 0 0 6 0 L K g m 則： 222322121 2 0 1 00 0 0 6 7 7 0 0 0 2 5 7 3 0 0 0 6 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 6 5 1 0 0 0520 0 1 0 5 8 J J . . K g m 減 速 器電 機(jī)沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 慣量匹配0 . 0 0 6 7 7 / 0 . 0 1 0 5 8 0 . 6 3J J 電 機(jī)，符合要求。 （ c）電機(jī)力矩的計(jì)算 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩起M: 0m a x f 起 式中， 快速空載起動(dòng)力矩， ； 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩， ； 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩， ； 由于絲杠預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩， ； m a x 0 . 0 1 0 5 8 2 5 0 0 1 6 . 5 3 69 . 6 6 上式中 T 時(shí)間常數(shù) 摩擦力矩 ： 0 0 . 3 9 0F 導(dǎo)軌摩擦力（ N），空載快速起動(dòng)時(shí)； 傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 。 附加摩擦力矩0M: 23m a 021 3 0 9 0 2 03 1 0 . 9 1 02 3 . 1 4 0 . 8 50 . 1 5 9 滾珠絲杠預(yù)加載荷，一般取進(jìn)給牽引力 N 。 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 S 滾珠絲杠導(dǎo)程 0 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 0 09 . 空載快速啟動(dòng)所需力矩： m a x 0 1 6 . 5 3 0 . 3 9 0 . 1 5 9 1 7 . 0 8 M M N m 起 8機(jī)滿足使用要求。 （ d）加速運(yùn)行加速度 計(jì)算折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)矩 )(36312 3 e 計(jì)算工作臺(tái)空載加速度 電機(jī)軸角加速度： 21 3 6 1 0 . 0 2 2 . 3 ( / ) 0 . 2 3 42 0 . 0 1 0 5 2m s （ e）最大運(yùn)行速度： 3000m a x 0 . 0 2 1 2 ( / m i n )5nV s ，滿足設(shè)計(jì)要求。 步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 初步選擇基本參數(shù)數(shù)據(jù) 帶輪傳動(dòng)中心距 224步帶規(guī)格： 800溪恒力。 帶輪： 844 齒，慈溪恒力。 按照?qǐng)A弧齒計(jì)算， 8M 型，基本參數(shù)如下：傳動(dòng)比 1i ， 節(jié)距 8形角 142 ，齒根厚 s=高1 4.0rr 頂園半徑 46.2ar 高 0.6sh （ 2） 同步帶的選擇計(jì)算 從動(dòng)帶輪節(jié)徑1 徑1 主動(dòng)帶輪節(jié)徑 2 徑2 初定中心距： 21021 27.0 （ 沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 即 00 7 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 5 2 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 5. + a + 01 5 6 . 8 7 4 4 8 . 2a取0a=224 帶的節(jié)線長(zhǎng)度： 2210 0 1 2022241 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 52 2 2 4 1 1 2 . 0 5 1 1 2 . 0 52 4 3 0 04 4 8 3 5 2 08 0 0a d （ 選擇 800pL m m，齒數(shù) 100實(shí)際中心距按照可調(diào)方式： 00 8 0 0 8 0 02 2 4 2 2 422a m m ，取 224(中心距調(diào)整范圍： m a x 0m i n 0= + 0 . 0 3 2 2 4 0 . 0 3 8 0 0 2 4 8 ( )0 . 0 1 5 2 2 4 0 . 0 1 5 8 0 0 2 3 6 ( )a L m ma a L m m 基準(zhǔn)額定功率： 帶寬 1 00k P( 圓弧齒帶長(zhǎng)系數(shù)，取 小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)； 設(shè)計(jì)功率 ， 1 . 2 3 . 7 7 4 . 5 P K W 計(jì)算帶寬：1 . 1 41 . 1 4004 . 58 3 5 ( )1 0 . 3 7 2 . 2 6b m mk k P 根據(jù)實(shí)際情況帶寬取為 45沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 作用在軸上的力： 1000 PF v，其中： 矢量相加修正系數(shù) 1 0 0 0 1 0 0 0 1 . 2 3 . 7 71 2 8 5 ( )8 4 4 6 0 06 0 1 0 0 0 (3 3 機(jī)床主軸部分設(shè)計(jì)計(jì)算 3 3 1 主軸電機(jī)及其減速器的選擇計(jì)算 主軸電機(jī)型號(hào)及性能參數(shù)：西門子 10L 額定功率： 28定轉(zhuǎn)速 2000定轉(zhuǎn)矩 134高轉(zhuǎn)速 10000動(dòng)慣量 ，重量 130軸高度 132 與 10L 配套的減速機(jī)型號(hào)為 2取 i=4；其性能參數(shù)為：重量 62 電機(jī)聯(lián)接減速器，減速器連接同步帶輪，帶動(dòng)主軸，帶傳動(dòng) 1： 1 主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值： 同步帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值：材料鑄鋼 ， 22222222222227 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 7 5 0 . 0 5 9 0 . 1 0 10 . 0 7 5 0 . 0 5 927 8 0 0 3 . 1 4 0 . 0 7 1 0 . 0 3 0 0 . 0 1 80 1 0 20 . 0 2 4 0 . 0 0 5 4 0 . 0 2 9 5 rk g m 慣量匹配計(jì)算：不采用減速機(jī)的同步帶 1： 1 傳動(dòng)， =量匹配符合要求。 帶輪傳動(dòng)中心距 320步帶規(guī)格： 1200溪恒力。 帶輪： 860 齒，慈溪恒力。 3 3 2 同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 初步選擇基本參數(shù)數(shù)據(jù) 按照?qǐng)A弧齒計(jì)算， 8M 型，基本參數(shù)如下：傳動(dòng)比 1i ， 節(jié)距 8形角 142 ，齒根厚 s=高1 根角半徑沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 0 . 6 4 0 . 7 6rr m m ，齒頂圓半徑 46.2ar 高 0.6sh （ 2） 同步帶的選擇計(jì)算 從動(dòng)帶輪節(jié)徑 d 徑 主動(dòng)帶輪節(jié)徑 2 徑2 初定中心距： 21021 27.0 即 00 7 1 5 2 7 9 1 5 2 . 7 9 2 1 5 2 7 9 1 5 2 . 7 9. . + a . + 02 1 3 . 9 4 6 1 1 . 1 6a取0a=320 帶的節(jié)線長(zhǎng)度： 2210 0 1 2022241 5 2 . 7 9 1 5 2 7 92 3 2 0 1 5 2 . 7 9 1 5 2 . 7 92 4 3 0 06 4 0 4 8 0 01 2 0 0a d 選擇 1200pL m m，齒數(shù) 150實(shí)際中心距按照可調(diào)方式： 00 1 2 0 0 1 2 0 03 2 0 3 2 022a m m ，取 320 中心距調(diào)整范圍： m a x 0m i n 0= + 0 . 0 3 3 2 0 0 . 0 3 1 2 0 0 3 5 6 ( )0 . 0 1 5 3 2 0 0 . 0 1 5 1 2 0 0 2 9 0 ( )a L m ma a L m m 帶寬取為 85沈陽(yáng)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 第四章 二維設(shè)計(jì) 4 1 大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 這部分設(shè)計(jì)是在紙面上進(jìn)行的，歷時(shí)一周左右。這部分工作對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作有著重要影響，因?yàn)檫@部分工作關(guān)系到結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性、合理性及設(shè)計(jì)的原理是否正確。所以雖然這部分的內(nèi)容看起來(lái)不是很多，但是卻要花費(fèi)心思慎重思考和設(shè)計(jì)，稍有不慎就會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生重大影響，甚至?xí)挂院蟮慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全不正確，以致有進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的危險(xiǎn)。 從整體上看該側(cè)銑頭 的結(jié)構(gòu)主要分為豎直導(dǎo)軌和水平滑枕兩部分。要使這兩部分之間能相互運(yùn)動(dòng)，就是設(shè)計(jì)兩個(gè)部分的連接部分，由于該側(cè)銑頭的重量比較大并且在加工過程中切削力比較大，所以就要采用承載能力較大的矩形導(dǎo)軌，兩部分的連接部分都采用矩形導(dǎo)軌，為使結(jié)構(gòu)固定，兩導(dǎo)軌之間采用壓板，壓板安裝在豎直導(dǎo)軌上。豎直導(dǎo)軌與立柱之間的導(dǎo)軌也通過壓板進(jìn)行固定，