数控滑台的结构设计和设计方案Word格式.docx
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Ff:
Fp=1:
0.1:
0.15
式中,D为车床床身上的最大回转直径(mm)。
Fc为垂直向的切削力(N)
Ff为进给方向上的分力(N)
Fp为吃刀方向上的分力(N)
D=500(mm)
Fc=0.67*500仁5=7490.83N
Ff=0.1Fc=0.1*7490.83=749.08N
Fp=0.15Fc=0.15*7490.83=1123.62N
摩擦阻力F1的计算
溜板箱与导轨为滑动摩擦,摩擦系数u(0.08〜02)取u=0.1
F1=(G+Fc)*u
式中G--工作台质量设为800kg
F1=(8000+7490.83)*0.1=1549.083N
承载能力校核计算丝杠的最大动载荷Q
.LfHfwPmaxCo
式中L――为滚珠丝杠的寿命系数(单位为1*106)L=60NT/106其中T为使用寿命时间(H),两班制工作十年所以取T=20000,电机最大转速N=3000
fH——为硬度系数(HRG=58时为1.0,等于55时为1.11,52.5时为
1.35,50时为1.56,45时为2.40)因为HRC=58所以怙=1.0
-载荷系数(平稳或轻冲击时为1.0〜1.2中等冲击时为1.2〜
1.5,较大冲击时为1.5〜2.5)机床属于中等冲击所以fw=1.2
Cam额定动载荷
Pmax=Fp+F1=1123.62+1549.083=2672.703N
L=60NT/106=3600
则Cam=49154.82N确定允许的最小螺纹底径
(1)估算丝杠允许的最大轴向变形量
1<(1/3〜1/2)重复定位精度
2<(1/4〜1/5)定位精度
:
最大轴向变形量卩m
工作台的定位精度30卩m,重复定位精度20卩m
1=(6.67~10)卩m
2=(6~7.5)卩m
取两种结果的小值=6卩m
(2)估算最小螺纹底径
L=行程+安全行程+2*余程+螺母长度+支承长度
1.1〜1.2)行程+(25〜30)
取L=1.4*行程+30Lo
静摩擦力F0=W
行程为600mm,W/=8000N,卩0=0.1
代入得L=1020mm
F0=800N
d2m=14.38mm
初步确定滚珠丝杠副的规格代号由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FF6310-4
Ph=10mm
Ca=51500>
Cam=49154.82N
d2=57.3mm确定滚珠丝杠副预紧力
Fmax=Pmax=Fp+F1=1123.62+1549.083=2672.703N则Fp=890.901N
行程补偿值与与拉伸力
(1)行程补偿值C
已知温度变化值△t为2.5C
L匸工作台行程+安全行程+2*余程
=600+100+2*20=740mm
故C=0.02mm
(2)预拉伸力
代入得
Ft=1.95*2.5*57.3*57.3=12804.8N确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格
(1)轴承所承受的最大轴向载荷FBmax
FBmax=Ft+0.5*Fmax=14141.15N
BP
(2)轴承类型两端固定的支承形式,选背对背60
(3)轴承径
d略小于d2取d=55mm轴承预紧力FBP=1/3FBmax=4713.7N
(4)轴承预紧力预加负荷AFBP
(5)按样本选轴承型号规格
当d=55mm预加负荷为:
匸
所以选760211TNI轴承
d=55mm
预加负荷为
40.5kN>
FBP滚珠丝杠副工作图设计
(1)丝杠螺纹长度Ls:
Ls=Lu+2Le由表二查得余程Le=20LS=740+40=780mm行程起点离固定支承距离L0
L0=30mm两固定支承距离L1
L1=780+2*21=822mm丝杠全长L
L=864mm
传动系统刚度
1)丝杠抗压刚度
1)丝杠最小抗压刚度
Ksmin=6.6X10
Ksmin:
最小抗压刚度N/m
d2:
丝杠底径
L1:
固定支承距离
Ksmin=2636.2N/m
(2)丝杠最大抗压刚度
Ksmax=6.6X10
Ksmax:
最大抗压刚度N/m
Ksmax=18742.1N/m
(3)支承轴承组合刚度
1)一对预紧轴承的组合刚度
KBO=2X2.34
Kbo:
一对预紧轴承的组合刚度N/m
dQ:
滚珠直径mm
Z:
滚珠数
Famax:
最大轴向工作载荷N
:
轴承接触角
由样本查出760211TNI轴承大于预加载荷
dQ=7.144Z=17=60
Kamax=8700N/m
KBO=375N/m
(4)支承轴承组合刚度由表13两端固定支承
K=2Kbo
K=750N/m
K):
支承轴承组合刚度N/m
(5)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度
Kc:
滚珠和滚道的接触刚度N/m
Kc:
查样本上的刚度N/m
Fp:
滚珠丝杠副预紧力N
G:
额定动载荷N
由样本查得:
Kc=1410N/m;
Ca=3600N
Fp=1000N
得K=920N/m
刚度验算及精度选择
(1)=
(2)
(3)Fc
(1)已知W1=8000N,=0.1
F0=800N
F0:
静摩擦力N
静摩擦系数
W1:
正压力N
(2)验算传动系统刚度
Kmin
Kmin:
传动系统刚度N
已知反向差值或重复定位精度为20
Kmin=640>
160
(3)传动系统刚度变化引起的定位误差
=1.7m
(4)确定精度
V300P:
任意300mm勺行程变动量对半闭环系统言,
V3°
opW0.8X定位精度-
定位精度为20m/300
UoopV14.3m
丝杠精度取为3级
(5)确定滚珠丝杠副勺规格代号
已确定勺型号:
FF6310-4
公称直径:
63导程:
10
螺纹长度:
780
丝杠全长:
864
P类3级精度
FF6130-4-P3/864X780
1
'
-I
卜lb
ll
1一
J-
a
.-1
i
L.I
r
验算临界转速
nc=f(d22)X107
Lc2
nc:
临界转速n/min
f:
与支承形式有关的系数
d2:
c2:
临界转速计算长度mm
由表14得f=21.9
由样本得d2=57.3
由工作图及表14得:
Lc2=L1-L0=864-30=834
nc=18041.3>
nmax=1500
滚珠丝杠副形位公差的标
支承方式
简图
K2
入
f
一端固定一端自由
0.25
1.875
3.4
一端固定一端游动
2
3.927
15.1
二端支承
3.142
9.7
二端固定
4|
4.730
21.9
交流伺服电机选择计算
1.6计算折算到电动机轴上的负载惯量
(1)计算滚珠丝杠的转动惯量Jr
Jr=0.77XD4XLX1012()
Jr=0.77X57.32X864X1012
=7.17X103kk・tf
(2)工作台折算到丝杠上的转动惯量Jc
V26
Jc=()2•M-106(kk・tf)
2n
=(―)2•M-106(kk・tf)
其中M=800P=10
则Jc=1.27X103kk・tf
(3)电动机轴上总的负载转动惯量Jd
Jd=Jr+JC
=8.44X103=84.4
1.7计算折算到电机轴上的负载力矩
(1)计算切削负载力矩Tc
FaL
c=—
=0.9
其中Fa=Fc=7490NL=0.01m
则Tc=13.25N•m
(2)计算摩擦负载力矩T
其中F=1549
贝UT=2.74N•m
(3)计算由滚珠丝杠的预紧力产生的附加负载力矩Tt
Tt=FpL•(1-2)
其中预紧力为890.9N
贝UTt=1.1N•m
1.8计算电动机轴上的加速力矩Tap
60?
980?
t
-(Jm+Jd)
其中
Jm=99
Jd=84.4
贝UTap=17.98N-m
1.9计算横向进给系统所需要的折算导电剂轴上的各种力矩
(1)计算空载启动力矩Tq
Tq=Tap+(T+Tf)
=17.98+2.74+1.1
=21.82N•m
(2)计算快进力矩Tkj
Tkj=T+Tf
=2.74+1.1
=3.84N•m
(3)计算工进力矩Tgj
Tgj=Tc+Tf
=13.25+1.1
=14.35N•m
1.10选择驱动电动机的型号
(1)选择电机的型号
根据以上计算查表,选择FANUCaM40/4000HVi型交流伺服电机其主要技术参数如下:
输出功率:
5.5kW最大静转矩:
40N-m
最高转速:
4000r/min
转动惯量:
9.9X103大于Jd=8.44X103符合要求
质量:
28kg
(2)确定最大静转矩Ts
由给出的机械传动系统空载启动力矩Tq与所需的步进电机的最大转矩Ts
的关系可得
四=0.951
Ts
Ts=22.98N•m
本电动机的最大静转矩为40N・m大于Ts,可以在规定的时间里正常启动
(3)验算惯量匹配
为了使机械转动系统的惯量达到较合理的匹配,系统的负载惯量JL与伺服
电机的转动惯量Jm之比一般要满足
0.25翌1
Jm
Jd84.4”
因为——==0.85[0.25,1]
Jm99
所以满足惯量匹配要求
数控滑台结构件的设计
1.11导轨的设计
机床导轨的功用
导轨在机器中十分重要,在机床中尤其重要。
机床导轨的功用是起导向及支承作用,即保证运动部件在外力的作用下(运动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等)能准确地沿着一定方向的运动。
在导轨副中,与运动部件联成一体的运动一方叫做动导轨,与文承件联成一体固定不动的一方为支承导轨,动导轨对于支承导轨通常是只有一个自由度的直线运动或回转运动。
导轨应满足的基本要求
1.导向精度
导向精度是指运动导轨沿支承导轨运动时直线运动导轨的直线性及圆周运动导轨的真圆性,以及导轨同其它运动件之间相互位置的准确性,影响导向精度的主要因素有:
导轨的几何精度,导轨的接触精度及导轨的结构形式,导轨和基础件结构刚度和热变形,动压导软和静压导轨之间油膜的刚度,以及导轨的装配质量等等。
2.刚度
导轨的刚度是机床工作质量的重要指标,它表示导轨在承受动静载荷下抵抗变形的能力,若刚度不足,则直接影响部件之间的相对位置精度和导向精度,另外还使得导轨面上的比压分布不均,加重导轨的磨损,因此导轨必须具有足够的刚度o
3.耐磨性导轨的不均匀磨损,破坏导轨的导向精度从而影响机床的加工精度的材
料、导轨面的摩掠性质,导轨受力情况及两导轨相对运动精度有关
导轨的选择
导轨的截面与组合如下图所示:
矩形三角形燕尾形圆形
数控机床常用的滑动导轨
数控机床常用直线运动滑动导轨的截面形状的组合形式主要有:
三角形一矩
形(图7—38)矩形一矩形(图7—39)。
这两种导轨的刚度高,承载能力强,加工、检验和维修方便。
为提高低速性能,减少爬行,提高导轨寿命,在动导轨上都贴有塑料带。
数控机床少用不贴塑的摩擦滑动导轨。
图7—38a为开式,没有压板,
不能承受较大的翻转力矩,图7—38b是闭式,有压板可以承受翻转力矩,图7—39a为窄式导向,工作台由一条导轨的两侧导向;
图7—39b为宽式导向,由两条导轨
的侧导向,两个导向面的距离较大,热膨胀时变形量大,须留较大的侧向间隙,因而导向性不如窄式好。
1.12滑鞍的设计
概述
滑鞍在数控机床中的作用是连接丝杠和工作台,它在数控机床中的作用是不可或缺的部件。
他把丝杠的旋转变为滑台的直线运动。
1.13滚珠丝杠螺母副与电机的连接
联轴器的设计与选择
方案1采用齿轮连接这种方法可以降低丝杠工作台在系统中所占的比重,提高进给系统的快速性。
可利用伺服电机高速底转矩的特性。
在开环系统中还起到机械和电器的匹配作用。
但是,传动装置结构简单降低传动效率增加噪声。
传动级数的增加必将带来传动部件间隙和摩擦的增加,从而影响进给系统的性能。
传动齿轮副的存在,在开环和半闭环系统中,将影响加工精度。
方案2采用连轴器连接直接连接
这是一种最简单的连接,这种形式具有扭转刚度。
传动机构本身无间隙。
传动精度。
而且结构简单。
安装方便。
在输出扭矩要求在15-40Nm左右的中小型机床或高速加工机床中非常普遍。
综上所素,由于电机的最大静转矩为40N・m所以采用方案2,用联轴器直接连接
1.14联轴器的设计与选择
联轴器的作用
联轴器属于机械通用零部件畴,用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。
在高速重载的动力传动中,有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。
联轴器由两半部分组成,分别与主动轴和从动轴联接。
常用联轴器有膜片联轴器,鼓形齿式联轴器,万向联轴器,安全联轴器,弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。
联轴器的结构原理及型号选择
一般机械都是由原动机、传动机和工作机构组成,这三部分必须联接起来才能工作,而联轴器就是把它们联接起来的一种重要装置。
联轴器主要用于两轴之间的联接,它也可用于轴和其它零件(卷筒、齿轮、带轮等)之间的联接。
它的主要任务是传递扭矩。
根据被联接两轴的相对位置关系,联轴器可分为刚性、弹性和液力三种。
刚性联轴器用在两轴能严格对中,并在工作时不发生相对位移的地方;
弹性联轴器用在两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方;
液力联轴器是用液体动能来传递功率,用在需要保护原动机不遭过载损坏而又可空载起动的地方。
几种常用的联轴器:
一、刚性联轴器
冈『性联轴器不具有补偿被联接两轴轴线的相对偏移的能力,也不具备缓冲减震性能;
但刚性联轴器的结构简单、价格便宜。
适用于载荷平稳、转速稳定、轴的刚性较大、且能保证被联接两轴轴线相对偏移极小的情况下。
①凸缘式联轴器
②套筒联轴器
、挠性联轴器
挠性联轴器具有对被联接两轴轴线相对偏移的补偿能力,最大补偿量随型号的不同而异。
凡被联接两轴的同轴度不易保证的场合,都应选用挠性联轴器
⑴十字滑块联轴器十字滑块联轴器是无弹性元件的挠性联轴器,具有较好的补偿两轴相对偏移的能力、承载能力大;
但不具备缓冲减震性能。
适用于轴的刚度较大、中载、低速且无剧烈冲击的场合。
⑵滚子链联轴器滚子链联轴器也是一种无弹性元件的挠性联轴器。
具有结构简单、装拆方便、效率高,并具有一定的补偿两轴相对偏移能力;
但在高速、转速不稳定或正反转时有冲击噪声,不具备缓冲减震能力,不能承受轴向力等。
适用于高温、多尘、油污、及潮湿等恶劣环境下工作。
⑶万向联轴器万向联轴器用于两轴有很大角向位移的场合,最大角向补偿两可达35°
〜45°
。
常用在汽车、拖拉机和机床等行业
联轴器型号的选择及其计算
1.名义转矩t(n・m
T=9550P/n
=9550X1.96/6000
=3.12N•m
2.计算转矩Tc
考虑机器启动时的弹性力和过载等影响,应将名义转矩修正为计算转矩。
联轴器的计算转矩Tc(n-m可按下式计算:
Tc=KT
式中K的工作情况系数为1.25—1.5
Tc=1.25X3.12
=3.9N•m
所以联轴器选择的型号为:
凸缘式联轴器,其中d1=d2=g35mm
注:
d1为电机轴的直径,d2为滚珠丝杠的直径
结论
本次设计中,在指导老师王超俊的指导下,我上网查阅了大量的资料并且参考了一些关于数控加工工艺方面的书籍。
在设计过程中,我本着精益求精的思想,对所设计的数控滑台分析进行了反复的修改并认真的研究,特别是在各部分的选择过程中,认真进行了计算与比较,最终确定其中较好的方案。
在整个设计过程中,对此次的数控滑台的总体设计进行了认真的分析,并进
行了多次的修改和比较。
通过这次毕业设计使我对数控整体结构部分的知识有了更多的认识和提高,由于本人能力有限,设计中难免会出现错误,还望老师谅解,我会在以后的学习中不断地完善自己,努力提高自己在机械方面的知识。
在紧的这段时间里,不辞辛苦,没日没夜,整天上网查资料,终于将毕业设计按时做完了。
这个题目真的很难,刚开始的时候根本就没有一点的头绪,不知道从那开始,在图书馆也借了大量的书籍,还好有老师和同学的帮助,才能按时完成任务,特别要感王超俊老师的认真指导,这段时间是令我难忘的。
在此,我对指导教师王超俊表示深深的意,同时也那些帮助过我的同学们。
参考文献
2008
2006
1:
文怀兴夏田编著.数控机床设计实践指南,化学工业,2:
超毅天婵主编数控技术课程设计,华中科技大学,3:
雪梅主编.数控机床.:
电子工业,20044:
牛玉丽主编.机械设计基础.中国轻工业,20065:
雷才洪,志雄主编.数控机床.:
科学,20056:
王志平主编.数控机床及应用.:
高等教育,2002
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