xtk7140數(shù)控立式銑鏜床及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[帶圖紙]

1、<p>　　摘要：本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有數(shù)控銑鏜床的分析研究，提出一種新的設(shè)計(jì)方案,其自動(dòng)化程度更高，結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)在論文會(huì)得以體現(xiàn)。本方案中，主軸箱采用電磁離合器實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速，在X、Y、Z三個(gè)方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲桿，而動(dòng)力則由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)調(diào)隙齒輪來(lái)傳遞，并且采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制。</p><p>　　控制系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)，通過(guò)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O接口實(shí)現(xiàn)

2、硬件電路的設(shè)計(jì)。論文中也對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做出了相關(guān)說(shuō)明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電磁離合器 滾珠絲桿 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展</p><p>　　Abstract: This design tries a new method after the analyze and research of the exited numerical control bed for mill

3、 and bore with the higher automatization degrees and the simpler configuration, which will be explained in the paper. In the method, electromagnetism clutch is used for the realization of the level shift in the headstock

4、, and in the motion of , we all adopt ball bearing thread haulm for the X、Y、Z direction ,</p><p>　　The power of which is step by step electromotor transferred by gear that used for adjusting gaps. And more,

5、 we used singlechip for numerical control.</p><p>　　The control system introduces MCS-51 series singlechip, and the realization of hardware circuit was accomplished by enlarging program memorizer、data memori

6、zer and I/O meet meatus. Also, the paper explained the design for software system.</p><p>　　Keywords: Electromagnetism clutch、Ball bearing thread haulm、</p><p>　　The step by step electromotor、Th

7、e enlarge for SCM system </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一部分 機(jī)床總體布局設(shè)計(jì) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1</p><p>　　1-1 機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1</p><p>　　1-2 機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)

8、方式的選定 ┄┄┄┄┄┄┄1</p><p>　　1-3 機(jī)床總體布局的確定 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2</p><p>　　第二部分 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3</p><p>　　2-1擬定轉(zhuǎn)速圖 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3</p><p>　　2-2主傳動(dòng)主要零件的強(qiáng)度計(jì)算 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄

9、7</p><p>　　第三部分 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄27</p><p>　　3-1垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄27</p><p>　　3-2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄36</p><p>　　第四部分 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄40</p>

10、<p>　　4-1控制系統(tǒng)總體方案的擬定 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄40</p><p>　　4-2總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄41</p><p>　　4-3部分控制程序 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄56</p><p>　　4-4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄61</p><p>　　參

11、考文獻(xiàn) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄66</p><p>　　謝辭 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄67</p><p>　　第一部分 機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)</p><p>　　一、機(jī)床總體尺寸參數(shù)的選定</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下：</p><p&

12、gt;　　工作臺(tái)寬度×長(zhǎng)度 400×1600 mm×mm</p><p>　　主軸錐孔 7∶24</p><p>　　工作臺(tái)最大縱向行程 900 mm</p><p>　　工作臺(tái)最大橫向行程 375 mm</p

13、><p>　　主軸箱最大垂直行程 400 mm</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 16級(jí)</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速范圍 50～2000r/min</p><p>　　X、Y軸步進(jìn)電機(jī) 130BF001（反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

14、） </p><p>　　Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 130BF001（反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)） </p><p>　　主電動(dòng)機(jī)的功率 4.0 KW</p><p>　　主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1440 r/min</p><p>　

15、　機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高） 2450×1200×2300 mm×mm×mm</p><p>　　機(jī)床凈重 500 Kg</p><p>　　二、機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定</p><p><b>　　1、主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</b>&l

16、t;/p><p>　　因所設(shè)計(jì)的機(jī)床要求能進(jìn)行立式的銑和鏜，垂直方向的行程比較大,因而采用工作臺(tái)不動(dòng),而主軸箱各軸向擺放為立式的結(jié)構(gòu)布局；為了使主軸箱在數(shù)控的計(jì)算機(jī)控制上齒輪的傳動(dòng)更準(zhǔn)確、更平穩(wěn)，工作更可靠，主軸箱主要采用離合器變換齒輪的有級(jí)變速。</p><p><b>　　2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

17、均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，因此在X、Y、Z三個(gè)方向上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)調(diào)隙齒輪傳遞。</p><p>　　3 、數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　采用單片機(jī)控制，各個(gè)控制按扭均安裝在控制臺(tái)上，而控制臺(tái)擺放在易操作的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。</p><p>　　4、機(jī)床其它零部件的選擇</p><p>

18、　　考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)床附件如油管、行程開(kāi)關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購(gòu)形式。</p><p>　　三、機(jī)床總體布局的確定</p><p>　　根據(jù)以上參數(shù)及主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式，則可擬定機(jī)床的總體布局圖，詳細(xì)圖紙請(qǐng)參照1號(hào)A0圖紙。</p><p>　　第二部分 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>

19、　　一． 擬定轉(zhuǎn)速圖</b></p><p>　　㈠.確定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)式：</p><p>　　1.主傳動(dòng)的確定，和公比的確定： </p><p>　　根據(jù)XK5040的使用說(shuō)明書(shū)，初步確定本次設(shè)計(jì)的XTK7140數(shù)控立式銑鏜床的主軸轉(zhuǎn)速范圍為40～1600r／min，則＝=＝＝1.28。</p><p>　　由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)值

20、得：Ф=1.26。</p><p><b>　　令，則</b></p><p><b>　　則取。</b></p><p>　　2.確定變速組和傳動(dòng)副數(shù)目：</p><p>　　為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便的要求，主軸轉(zhuǎn)速為16級(jí)的變速系統(tǒng)，總共需要四個(gè)變速組。</p><p>

21、;　　3. 確定傳動(dòng)順序方案：</p><p>　　按著傳動(dòng)順序，各變速組排列方案只有一個(gè)：16＝2×2×2×2</p><p>　　也不存在符不符合“前多后少、前疏后密”的原則，本次設(shè)計(jì)即采用此方案。</p><p>　　4. 確定擴(kuò)大順序方案：</p><p>　　傳動(dòng)順序方案確定以后，還可列出若干不同擴(kuò)大

22、順序方案。如無(wú)特殊要求，根據(jù)“前密后疏”的原則，應(yīng)使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，通常能得到最佳的結(jié)構(gòu)式方案，故選用16＝×××結(jié)構(gòu)式方案。</p><p>　　檢查最后擴(kuò)大組的變速范圍：</p><p><b>　　r=～10</b></p><p><b>　　故合符要求。 </b></p

23、><p><b>　?、? 擬定轉(zhuǎn)速圖：</b></p><p>　　根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)議定轉(zhuǎn)速圖時(shí)，應(yīng)注意解決定比傳動(dòng)和分配傳動(dòng)比，合理確定傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　?、?定比傳動(dòng)</b></p><p>　　在變速傳動(dòng)系統(tǒng)中采用定比傳動(dòng)，主要考慮傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)和性能等方面的要求，

24、以及滿足不同用戶的使用要求。在銑鏜床的設(shè)計(jì)中，總降速比為u=50/1440=1/30=0.035。若每一個(gè)變速組的最小降速比均取1/4。則三個(gè)變速組的總降速可達(dá)。故無(wú)需要增加降速傳動(dòng)，但為了使中間兩個(gè)變速組做到降速緩慢，以利于減小變速箱的徑向尺寸和有利于制動(dòng)方便，在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對(duì)降速傳動(dòng)齒輪（），同時(shí)，也有利于設(shè)計(jì)變型機(jī)床，因?yàn)橹灰淖冞@對(duì)降速齒輪傳動(dòng)比，在其他三個(gè)變速組不變的情況下，就可以將主軸的16種轉(zhuǎn)速同時(shí)提高或降低，以便滿足

25、不同用戶的要求。</p><p><b>　?、?分配降速比</b></p><p>　　前面已確定，16＝2×2×2×2共需三個(gè)變速組，并在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對(duì)降速傳動(dòng)齒輪，要用到四個(gè)變速組，在主軸Ⅴ上標(biāo)出16級(jí)轉(zhuǎn)速：50～1600r/min,在第Ⅰ軸上用A點(diǎn)代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A,E兩點(diǎn)相距約15格，即代表總降速傳動(dòng)

26、比為。</p><p>　　③ 定出各變速組的最小傳動(dòng)比</p><p>　　根據(jù)降速前慢后快的原則，在Ⅳ－Ⅴ軸間變速組取，在Ⅲ－Ⅳ軸間變速組取，在Ⅱ－Ⅲ軸間變速組取，在I－Ⅱ軸間變速組取則：</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)式可知：Ⅱ～Ⅴ軸間變速組的級(jí)比指數(shù)分別為：2，4，8。傳動(dòng)副為：2，2，2。則畫(huà)出上圖的轉(zhuǎn)速圖。</p><p>　?、?

27、 確定各齒輪的齒數(shù)：</p><p>　　在確定齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意：齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大，而且增大齒數(shù)和還會(huì)提高齒輪的線速度而增大噪聲，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要把齒數(shù)和控制在；為了控制每組嚙合齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，使最小齒數(shù)，因而齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)小。</p><p>　　在Ⅳ－Ⅴ軸間：∵ </p><p>　　則可查表1.5

28、8和3.98兩行</p><p>　　又∵而最小齒輪的齒數(shù)是在的齒輪副中，令</p><p>　　則等，∵在高速軸中盡量使齒輪的幾何尺寸小一點(diǎn)以減小主軸的尺寸，所以可取</p><p><b>　　∴ 可查出：，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>

29、;　　同理：① 且查得….</p><p><b>　　取 則查得：，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　?、?查得：</p><p><b>　　取 則查得：，</b></p><p>

30、<b>　　，</b></p><p>　?、?查得： </p><p><b>　　取 則查得：，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　?、? 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定：</p><p>　　根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定

31、如下傳動(dòng)系統(tǒng)圖：</p><p>　　二．主傳動(dòng)主要零件的強(qiáng)度計(jì)算：</p><p><b>　?、澹妱?dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　1．電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算</p><p>　　查《機(jī)床主軸/變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)》:</p><p>　　端銑：硬質(zhì)合金端銑刀D=120mm；銑刀材料是45號(hào)鋼；&

32、lt;/p><p>　　半精銑=150m/min, 齒數(shù)Z=3～4，取Z=4；</p><p>　　,取=0.1mm/z；</p><p><b>　　，取=0.6D；</b></p><p><b>　　，取=3mm。</b></p><p><b>　　主（切向）切

33、削力</b></p><p>　　硬質(zhì)合金端面銑刀銑削碳鋼工件：N</p><p><b>　　切削功率</b></p><p>　　根據(jù)上面兩個(gè)公式求得：＝1148.72 N</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　2、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇&l

34、t;/p><p>　　在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須使得P≥P，根據(jù)這個(gè)原則，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取Y112M-4型電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)如下（單位為mm）：</p><p>　　A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8</p><p>　　G=24 H=112 K=12 AB=245 AC

35、=230</p><p>　　AD=190 HD=265 BB=180 L=400</p><p>　?、妫X輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且直齒圓柱齒輪傳動(dòng)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以本次設(shè)計(jì)選用漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，它的精度直接與工作的平穩(wěn)性

36、、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計(jì)都選用7-6-6的精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p><b>　　1、模數(shù)的估算：</b></p><p>　　按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫(huà)完之后校核用。在畫(huà)草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模

37、數(shù)。</p><p>　　齒輪彎曲疲勞的估算公式：</p><p>　　mm （式中即為齒輪所傳遞的功率）</p><p>　　齒面點(diǎn)蝕的估算公式：</p><p>　　mm （式中即為齒輪所傳遞的功率）</p><p>　　其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。</p><p&g

38、t;　　由中心距及齒數(shù)求出模數(shù)：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。</p><p>　　前面已求得各軸所傳遞的功率，各軸上齒輪模數(shù)估算如下：</p><p>　　第一對(duì)齒輪副 ∵ </p><p><b>

39、　　∴ mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　所以，第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm</p><p>　　第二對(duì)齒輪副 ∵ </p><p><b>　　∴ mm&

40、lt;/b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　所以，第二對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm</p><p>　　第三對(duì)齒輪副 ∵ </p><p><b>　　∴ mm</b

41、></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　所以，第三對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm</p><p>　　第四對(duì)齒輪副 ∵ </p><p><b>　　∴ mm</b><

42、/p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　所以，第四對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm</p><p>　　綜上所述，為了降低成本，機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同，但因?yàn)棰踺S得轉(zhuǎn)速比較小，扭矩比較大，為了增加其強(qiáng)度和在主軸上能起到飛輪的作用，需增

43、加Ⅴ軸齒輪的幾何尺寸。所以，本次設(shè)計(jì)中在Ⅰ～Ⅳ間各個(gè)齒輪模數(shù)均為=3mm，在Ⅴ軸上就取。</p><p>　　2、齒輪分度圓直徑的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒輪的分度圓直徑為：?jiǎn)挝?mm)</p><p>　　3、齒輪寬度B的確定</p><p>　　齒寬影響齒的強(qiáng)度，但如果太寬，由

44、于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動(dòng)和噪聲。一般取B=（6～10）m。本次設(shè)計(jì)中，取主動(dòng)齒輪寬度B=8m=8×3=24mm(在最后一對(duì)齒輪嚙合取也取B=7m≈24)。</p><p>　　4、齒輪其他參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開(kāi)線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來(lái)，本次設(shè)計(jì)中

45、，這些參數(shù)在此不在一一計(jì)算。</p><p><b>　　5、齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同，7級(jí)精度的齒輪，用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此，需要淬火的7級(jí)齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度高于7級(jí)，或者淬火后再珩齒。6級(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬

46、火齒輪，必須達(dá)到6級(jí)。機(jī)床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。</p><p>　　6、齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度）： </p><p>　　∵ 計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù),動(dòng)載荷系數(shù),齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分布系數(shù)，即：</p><p>　　=1.25×1.07×1.1×1.12=1.65</p><

47、p>　　查表得：=0.88 =2.5 =189.8</p><p><b>　　=</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入得：1100mpa</p><p>　　齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足，因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力。其它齒輪也符合要求，故其余齒輪不在驗(yàn)算，在此略去。</p><p><b>　　

48、㈢、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　1、各傳動(dòng)軸軸徑的估算</p><p>　　滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式進(jìn)行估算。</p><p><b>　　對(duì)于空心軸，則</b></p><p>　　式中，

49、——軸傳遞的功率，kW；</p><p>　　——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　——其經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表15-3；</p><p><b>　　取β的值為0.5。</b></p><p>　?。?）、計(jì)算各傳動(dòng)軸傳遞的功率P</p><p>　　根據(jù)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇可知，本次設(shè)計(jì)所選用的

50、電動(dòng)機(jī)額定功率各傳動(dòng)軸傳遞的功率可按下式計(jì)算：</p><p>　　——電機(jī)到傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)效率；</p><p>　　由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計(jì)中采用了聯(lián)軸器和齒輪傳動(dòng)，則各軸傳遞的功率為：</p><p>　　=0.96， =0.93， =0.904 =0.877 所以，各傳動(dòng)軸傳遞的功率分別為

51、：</p><p><b>　　3.509</b></p><p>　　(2) 估算各軸的最小直徑</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟(jì)性，初步選擇主軸的材料為40Cr，其它各軸的材料均選擇45鋼，取A0值為115，各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出：</p><p>　　n1j=1002r

52、/min, n2j=631r/min, n3j=315r/min, n4j=250r/min, 所以各軸的最小直徑為：</p><p>　　在以上各軸中，每根軸都開(kāi)有平鍵或花鍵，所以為了使鍵槽不影響軸的強(qiáng)度，應(yīng)將軸的最小直徑增大5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小直徑為：</p><p>　　=18, =22, =28, =

53、30</p><p>　　2、各軸段長(zhǎng)度值的確定</p><p>　　各軸段的長(zhǎng)度值，應(yīng)根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定，且必須滿足以下的原則：應(yīng)滿足軸承及齒輪的定位要求；</p><p>　　3、軸的剛度與強(qiáng)度校核</p><p>　　根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，需選擇除主軸外的一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，而主軸必須進(jìn)行剛度校核。在此選擇第Ⅲ根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。&l

54、t;/p><p>　　（1）、第Ⅲ根軸的強(qiáng)度校核</p><p>　　1)、軸的受力分析及受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　由主軸箱的展開(kāi)圖可知，該軸的動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器傳遞過(guò)來(lái)，而后通過(guò)齒輪將動(dòng)力傳遞到下一根軸。其兩端通過(guò)一對(duì)角接觸球軸承將力轉(zhuǎn)移到箱體上去。由于傳遞的齒輪采用的是直齒圓柱齒輪，因此其軸向力可以忽略不計(jì)。所以只要校核其在xz平面及yz平面的受力。軸

55、所受載荷是從軸上零件傳來(lái)的，計(jì)算時(shí)常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。其受力簡(jiǎn)圖如下：</p><p><b>　　在xz平面內(nèi)：</b></p><p><b>　　在yz平面內(nèi)：</b></p

56、><p>　　2）、作出軸的彎矩圖</p><p>　　根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按xz平面及yz平面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出兩個(gè)平面的上的彎矩圖。</p><p>　　在xz平面內(nèi)，根據(jù)力的平衡原理可得：</p><p>　　R1+R2+Ft2=Ft1</p><p>　　將各個(gè)力對(duì)R1取矩可得：</p&g

57、t;<p>　　Ft1×a=Ft2×（l-b）+R2×l</p><p>　　∵ Ft1=2/d7</p><p><b>　　Ft2=2/d11</b></p><p><b>　　由以上兩式可解出：</b></p><p>　　R1=Ft1（l-a）/

58、l-Ft2×b/l</p><p>　　R2=Ft1×a/l-F2xz+Ft2×b/l</p><p>　　由于有多個(gè)力的存在，彎矩?zé)o法用一個(gè)方程來(lái)表示，用x來(lái)表示所選截面距R1的距離，則每段的彎矩方程為：</p><p>　　在AB段： M=R1×x （a≥x≥0）</p><p&g

59、t;　　在BC段： M=R1×（a+x）-Ft1×x （l-b≥x≥a）</p><p>　　在CD段： M=R2（l-x） （l≥x≥l-b）</p><p>　　則該軸在xz平面內(nèi)的彎矩圖為：</p><p>　　同理可得在yz平面內(nèi)的彎矩圖為：</p><p>　　3)、作出軸的扭

60、矩圖</p><p>　　由受力分析及受力簡(jiǎn)圖可知，該軸只在yz平面內(nèi)存在扭矩。其扭矩大小為：</p><p>　　T1=Ft1·r7 T2=Ft2·r11</p><p><b>　　則扭矩圖為：</b></p><p>　　4）、作出總的彎矩圖&

61、lt;/p><p>　　由以上求得的在xz、yz平面的彎矩圖，根據(jù)M=可得總的彎矩圖為：</p><p>　　5）、作出計(jì)算彎矩圖</p><p>　　根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，則可由公式Mca=求出計(jì)算彎矩，其中α是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)

62、力，故在求計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1。應(yīng)本次設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，所以取α≈0.3，則計(jì)算彎矩圖為：</p><p><b>　　6）、校核軸的強(qiáng)度</b></p><p>　　選擇軸的材料為45鋼，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)

63、械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其許用彎曲應(yīng)力為60MP，由計(jì)算彎矩圖可知，該軸的危險(xiǎn)截面在B的作用點(diǎn)上，由于該作用點(diǎn)上開(kāi)有花鍵，由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得其截面的慣性矩為：</p><p>　　W= [πd4+（D-d）（D+d）2zb]/32D</p><p>　　其中z為花鍵的數(shù)目，在本次設(shè)計(jì)中，z=6，D=32mm，d=28mm， b=6mm</p><p>　　所以其截面的慣性矩為W

64、=524.38mm3</p><p>　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計(jì)算公式可得圓周力與徑向力：</p><p>　　Ft=2T1/d1 Fr=Ft×tgα</p><p>　　其中T1為小齒輪傳遞的扭矩，N·mm；α為嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取α=20；而Ft與Fr分別對(duì)應(yīng)與xz平面及yz平面的力。各段軸的長(zhǎng)度可從2號(hào)A0圖中得

65、出，則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險(xiǎn)截面的計(jì)算彎矩為：Mca=25014.22N·m，則該軸危險(xiǎn)截面所受的彎曲應(yīng)力為：δca=25014.22/524.38≈47.7MP≤60MP，所以該軸的強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　?。?）、主軸的剛度校核</p><p>　　1）、主軸材料的選擇</p><p>　　考慮到主軸的剛度幾強(qiáng)度，選擇主軸的材料為40C

66、r，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理；</p><p>　　2）、主軸結(jié)構(gòu)的確定</p><p><b>　?、僦鬏S直徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)床主電機(jī)功率來(lái)確定(參考《金屬切削機(jī)床》（下）的154頁(yè))：</p><p>　　∵ P＝4KW，屬于中等以上轉(zhuǎn)速，中等以下載荷的機(jī)床</p><p>&

67、lt;b>　　∴可取</b></p><p><b>　?、谥鬏S內(nèi)孔直徑</b></p><p><b>　　∵</b></p><p>　　其中 ，----空心主軸的剛度和截面慣性矩</p><p>　　K, I ----實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩</p>&l

68、t;p>　　當(dāng)則主軸的剛度急劇下降，故取<0.7</p><p>　　主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來(lái)確定，主軸的具體結(jié)構(gòu)已在三維圖上表達(dá)清楚，其圖號(hào)為6，在此不在繪出。</p><p>　　其中： D=31.750 </p><p>　　d＝18 L=73</p

69、><p>　　3）、主軸的剛度驗(yàn)算</p><p><b>　?、佥S的變形和允許值</b></p><p>　　軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（y和）應(yīng)該小于彎曲變形的許用值</p><p><b>　　即y </b></p><p>　　其中：L表跨距，m表模數(shù)</p

70、><p><b>　　①軸的變形計(jì)算公式</b></p><p>　　計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度y及傾角時(shí)，一般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計(jì)算，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高的時(shí)候，可把軸看作等徑軸，采用平均直d來(lái)計(jì)算，計(jì)算花鍵時(shí)同樣選擇用平均直徑</p><p><b>　　圓軸： d</b&

71、gt;</p><p>　　慣性矩： I=</p><p>　　矩形花鍵軸： d1=</p><p><b>　　慣性矩： </b></p><p>　?、佥S的分解和變形合成</p><p>　　對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上的分力，應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個(gè)垂

72、直平面的和y。然后進(jìn)行疊加，在同一平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角</p><p><b>　　危險(xiǎn)工作面的判斷</b></p><p>　　驗(yàn)算剛度應(yīng)選擇在最危險(xiǎn)的工作條件情況下進(jìn)行，一般情況下，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)齒輪的直徑小。且位于軸的中央時(shí)，軸受力將使總變形劇烈，如對(duì)：二、三種工作條件難以判斷那一種最危險(xiǎn)，就分別進(jìn)行計(jì)

73、算，找到最大彎曲變形值和y。</p><p>　　提高軸剛度的一些措施</p><p>　　加大軸的直徑，適當(dāng)減少軸的跨度或增加第三支承，重新安排齒輪在軸上的位置改變軸的布置方位等。</p><p><b>　?、?軸的校核計(jì)算</b></p><p>　　軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖在xz平面內(nèi)：</p><p&g

74、t;　　同理可得在yz平面內(nèi)的受力圖，在此不再畫(huà)出。</p><p><b>　　主軸的傳動(dòng)功率：</b></p><p>　　P主==3.513KW</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)矩： T主==156900</p><p><b>　　支點(diǎn)上的力：</b></p><p>&

75、lt;b>　　根據(jù)彎矩平衡：</b></p><p>　　求得：RHE=-84.9</p><p><b>　　根據(jù)力得平衡：</b></p><p><b>　　則彎矩圖為：</b></p><p>　　2）垂直平面得彎矩圖：</p><p><b&

76、gt;　　=951.71N</b></p><p><b>　　=761.4N</b></p><p>　　根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有：</p><p>　　再根據(jù)力得平衡： R</p><p>　　則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖：</p><p>　　在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B

77、、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為：</p><p>　　=803403.1N·㎜</p><p>　　=675702.3 N·㎜</p><p><b>　　扭矩圖為：</b></p><p>　　經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。</p><

78、p><b>　　計(jì)算彎矩</b></p><p>　　=862517.2 N·㎜</p><p>　　軸得抗彎截面系數(shù)為：</p><p><b>　　53.96</b></p><p><b>　　故滿足第三強(qiáng)度理論</b></p><p&

79、gt;<b>　　剛度驗(yàn)算：</b></p><p>　　在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.02598mm</p><p>　　其中I==2747500</p><p><b>　　在單獨(dú)作用下：</

80、b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.0182mm</p><p>　　在兩力得共同作用下：</p><p>　　在垂直面內(nèi)有(在單獨(dú)作用時(shí))</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0

81、.0072mm</p><p>　　其中I==2747500</p><p><b>　　在單獨(dú)作用下：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.0182mm</p><p>　　在兩力得共同作用下：</p><p>

82、;　　故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為</p><p><b>　　而一般的剛度</b></p><p>　　=0.21~0.35mm</p><p>　　故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。</p><p>　　B）下面校核由Ⅴ傳到主軸時(shí)的強(qiáng)度，剛度，校核，</p><p>　　主軸的

83、傳動(dòng)功率：P主==5.9974KW</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)矩：T主==143188Nmm</p><p><b>　　支點(diǎn)上的力：</b></p><p><b>　　根據(jù)彎矩平衡：</b></p><p>　　求得：RHE=-244.9N</p><p><b&g

84、t;　　根據(jù)力得平衡：</b></p><p>　　2）垂直平面得彎矩：</p><p><b>　　=868.6N</b></p><p><b>　　=501.1 N</b></p><p>　　根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有：</p><p>　　再根據(jù)力得平衡：

85、 R</p><p>　　則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖：</p><p>　　在B點(diǎn)和C 點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為：</p><p>　　=110489.6N·㎜</p><p>　　=708402.5 N·㎜</p><p><b>　　扭矩圖為：&l

86、t;/b></p><p>　　經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。</p><p><b>　　計(jì)算彎矩</b></p><p>　　=942100 N·㎜</p><p>　　軸得抗彎截面系數(shù)為：</p><p><b>　　=58.9

87、4</b></p><p><b>　　故滿足第三強(qiáng)度理論</b></p><p><b>　　剛度驗(yàn)算：</b></p><p>　　在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.018147

88、mm</p><p>　　其中I==2747500</p><p><b>　　在單獨(dú)作用下：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.00551mm</p><p>　　在兩力得共同作用下：</p><p>　　在

89、垂直面內(nèi)有(在單獨(dú)作用時(shí))</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=-0.0066mm</p><p>　　其中I==2747500</p><p><b>　　在單獨(dú)作用下：</b></p><p><b>　　=</b><

90、/p><p>　　=-0.001515mm</p><p>　　在兩力得共同作用下：</p><p>　　故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為</p><p>　　而一般的剛度=0.21~0.35mm</p><p>　　故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。</p><p><b>

91、　?、?、離合器的選用</b></p><p>　　離合器在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合，對(duì)離合器的要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速?gòu)氐?；調(diào)節(jié)和修理方便；外廓尺寸小；質(zhì)量小；耐磨性好和有足夠的散熱能力；操作方便省力。離合器的類型很多，常用的可分牙嵌式和摩擦式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我選用了無(wú)滑環(huán)多片摩擦電磁式離合器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值；。</p><p>　　第三部分 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

92、</p><p>　　一、垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　假定主軸箱的重量： =100kgf=100×9.8=980N</p><p>　　Z軸的行程為： 400mm</p><p>　　垂直脈沖當(dāng)量： 0.005mm</p><p>　　預(yù)選

93、滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =10mm</p><p>　　步距角： </p><p>　　快速進(jìn)給速度： =2.0m/min </p><p>　?、?、脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定</p><p><b>　?、?、傳動(dòng)比的選定</b></p><p>　

94、　對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)脈沖當(dāng)量確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程和步進(jìn)電機(jī)步距角都已初步選定后，則可用下式來(lái)計(jì)算該軸伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比：</p><p><b>　?、啤⒂?jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　初選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為130BF001</p><p>　　則查表查出電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝40.06×</p><p>

95、;　　對(duì)于軸，軸承，齒輪，聯(lián)軸節(jié)，絲桿等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為：</p><p>　　對(duì)于鋼材，材料密度為，則有</p><p>　　從資料定出齒輪副為：</p><p>　　m＝1.5 mm B=20mm</p><p>　　則： 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　?。?lt;/b>

96、;</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算：</p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p

97、><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。剑?.16</b></p><p>　?、妗L珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。</

98、p><p>　　1）計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷 </p><p>　　首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷C：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中——運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.2～1.5，有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)取1.5

99、～2.5；</p><p>　　——滾珠絲杠工作載荷（N）；</p><p>　　——工作壽命，單位為10r，可按下式計(jì)算</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 ——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　——使用壽命時(shí)間（h），數(shù)控機(jī)床取15000h。&l

100、t;/p><p>　　鉆鏜床主軸燕尾導(dǎo)軌滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)時(shí)滾珠絲桿的工作載荷：</p><p>　　式中 F——切削時(shí)的軸向切削抗力；</p><p>　　——軸套和軸架以及主軸鍵上的摩擦系數(shù)＝0.15；</p><p>　　M——主軸上的扭矩；</p><p><b>　　——主軸直徑；</b><

101、;/p><p><b>　　則 =</b></p><p>　　其中為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（），可取最高進(jìn)給速度的～；為絲杠基本導(dǎo)程（），計(jì)算時(shí)，可初選一數(shù)值，等剛度驗(yàn)算后再確定；</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　為額定使用壽命（），可?。?5000h;<

102、/p><p>　　則 ＝＝60.03萬(wàn)轉(zhuǎn)</p><p>　　根據(jù)工作負(fù)載、壽命，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)負(fù)載，?。?.2，則： </p><p>　　=＝＝37997.8N </p><p>　　由查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇絲杠的型號(hào)。選擇滾珠絲杠的

103、直徑為40mm，型號(hào)為CDM4010-5-P4,其額定動(dòng)載荷是53411N，強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　2） 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　　＝</b></p><p>　　式中 ——螺紋的螺旋升角，該絲杠為5°41′；</p><p>　　——摩擦

104、角約等于10′。</p><p>　　則 ＝0.971</p><p><b>　　3） 剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　①.絲桿的拉壓變形量</p><p>　　滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量

105、</p><p>　　式中 ——彈性模數(shù)，對(duì)鋼，；</p><p>　　——滾珠絲杠截面積（）（按絲杠螺紋底徑確定）</p><p><b>　?。?#215;＝834.7 </b></p><p>　　“＋”用于拉伸時(shí)，“－”用于壓縮時(shí)。</p><p><b>　　則 &

106、lt;/b></p><p>　　則絲桿的拉伸或壓縮變形量</p><p>　?、?滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量</p><p>　　該變形量與滾珠列、圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲桿的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。當(dāng)絲桿在工作時(shí)有預(yù)緊時(shí)，其計(jì)算公式為：</p><p>　　式中 ——滾珠直徑；</p><p>　　——

107、滾珠總數(shù)量＝Z×圈數(shù)×列數(shù)；</p><p>　　Z——一圈的滾珠數(shù)，Z=(外循環(huán))，，Z=（）－3（內(nèi)循環(huán)）；</p><p>　　——滾珠絲桿的公稱直徑；</p><p><b>　　——預(yù)緊力；</b></p><p>　　——滾珠絲桿工作載荷；</p><p><

108、b>　　∵ </b></p><p>　　Z==π×40/5.953＝21.11</p><p>　　則＝Z×圈數(shù)×列數(shù)＝21.11×2.5×2＝73.88</p><p>　　又∵滾珠絲桿的預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3，值可減小一半，因而。</p><p>　?、?支承滾珠

109、絲桿的軸承的軸向接觸變形</p><p>　　在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中采用角接觸球軸承，其計(jì)算公式為：</p><p>　　式中 ——軸承所受軸向載荷；</p><p>　　——軸承的滾動(dòng)休數(shù)目；</p><p>　　——軸承滾動(dòng)體直徑；</p><p><b>　　∵ 工作載荷</b></p&

110、gt;<p>　　滾珠絲桿的滾動(dòng)體數(shù)量，滾動(dòng)體直徑</p><p><b>　　則</b></p><p>　　因?yàn)橛蓄A(yù)緊力，故實(shí)際變形量</p><p>　　根據(jù)以上的計(jì)算，則總變形量為：</p><p>　　四級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差為25μm，故剛度足夠。</p><p>　　

111、4）、壓桿穩(wěn)定的校核</p><p>　　滾珠絲桿通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向力工作負(fù)荷過(guò)大，將使絲桿失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為：</p><p>　　= 2 EI/L2(N)</p><p>　　式中： E為絲桿的彈性模量，對(duì)于鋼，E=20.6104，</p><p>　　I為截面慣性矩，I=d14/64，(d

112、1為絲桿底徑),</p><p>　　L為絲桿最大工作長(zhǎng)度，為絲桿支承方式系數(shù).</p><p>　　∵ I=×32.64/64=55442.2</p><p>　　對(duì)于一端固定一端自由的情況 =0.25</p><p>　　∴ =20.25×20.610455442.2/5802</p><p&

113、gt;<b>　　=8.38104</b></p><p>　　臨界載荷與絲桿工作載荷之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)[]，則該滾珠絲桿不會(huì)失穩(wěn)。一般取[]=2.5-4。</p><p>　　=8.38104/8087＝10.4</p><p><b>　　∴ 壓桿穩(wěn)定</b></p>&l

114、t;p><b>　?、纭⒉竭M(jìn)電機(jī)的選擇</b></p><p>　?。?）、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 </p><p><b>　　∵ </b></p><p>　　又∵ t＝0.03s</p><p>　?、賱t折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總加速力矩為：</p><p>

115、;　　②折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩</p><p>　　∵ G＝980N ，(燕尾形導(dǎo)軌) ， </p><p>　　總效率 ， =4.17</p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　?、鄹郊幽Σ亮?lt;/b></p><p>　　∵ 預(yù)緊力

116、, 為滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)傳動(dòng)效率，取</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　則步進(jìn)電機(jī)快速空轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩：</p><p>　　對(duì)于工作方式未五相十拍的步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　從相關(guān)資料查出130BF001型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為9.31，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。&l

117、t;/p><p>　?。?）、校核步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率</p><p>　　∵ 步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率是</p><p>　　查相關(guān)資料知：130BF001型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為＝3000,因而必須分三個(gè)階梯啟動(dòng)，每個(gè)階梯啟動(dòng)頻率為,在0.25s內(nèi)完成升速，0.05s過(guò)渡。取，則步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率為：</p><p>　　而步進(jìn)電機(jī)

118、允許的運(yùn)行頻率為16000，所以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　滾珠絲杠沒(méi)有自鎖能力，垂直坐標(biāo)不能鎖住，而主軸箱的重量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大所以必須采用平衡裝置，避免在工作時(shí)主軸箱的失控下降。</p><p>　　(四)、滾珠絲桿副的預(yù)緊方式</p><p>　　為了消除間隙和提高滾珠絲桿副的剛度，可以預(yù)加載荷，使它在過(guò)盈的條件下工作，常用的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊

119、、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊等。預(yù)緊后的剛度可提高到為無(wú)預(yù)緊時(shí)的2倍。但是，預(yù)緊載荷過(guò)大，將使壽命下降和摩擦力矩加大。通常，滾珠絲桿在出廠時(shí)，就已經(jīng)由制造廠調(diào)好預(yù)加載荷，并且預(yù)加載荷往往與絲桿副的額定動(dòng)載荷有一定的比例關(guān)系。</p><p>　　雙螺母墊片式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)見(jiàn)到，裝卸方便，剛度高；丹調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和預(yù)緊，適用于高剛度

120、重載傳動(dòng)。</p><p>　　雙螺母螺紋式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。②結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，丹準(zhǔn)確性差，且易于松動(dòng)，適用于剛度要求不高或隨時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊的傳動(dòng)。</p><p>　　雙螺母齒差式預(yù)緊：①調(diào)整方法：兩邊的下螺母的凸緣上有外齒，分別與緊固的螺母座兩端的內(nèi)齒圈，兩個(gè)螺母向相同方向旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，調(diào)整軸向位移。②能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)尺

121、寸較大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，宜用于高度精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　在垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中要求要不定時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊力，因而宜用雙螺母螺紋式預(yù)緊。</p><p>　?。ㄎ澹?、齒輪傳動(dòng)消隙</p><p>　　齒輪傳動(dòng)的間隙也叫側(cè)隙，它是指一個(gè)齒輪固定不動(dòng)，另一個(gè)齒輪能夠作出的最大角位移。傳動(dòng)間隙是不可避免的，其產(chǎn)生的這樣原因有：由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙；為使用熱膨

122、脹而特意留出的間隙。為了提高定位精度和工作的平穩(wěn)性，要盡可能減小傳動(dòng)間隙。除了提高制造和裝配精度外，消隙的主要途徑有：設(shè)計(jì)可調(diào)整傳動(dòng)間隙的機(jī)構(gòu)；設(shè)置彈性補(bǔ)償元件。在這設(shè)計(jì)里我采用可調(diào)整齒輪傳動(dòng)間隙的機(jī)構(gòu)來(lái)消除間隙。</p><p>　　二、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的選擇計(jì)算</p><p>　　假定工作臺(tái)及零件的總的量： =20

123、0kgf=100×9.8=980N</p><p>　　Z軸的行程為： 300mm</p><p>　　縱向脈沖當(dāng)量： 0.01mm</p><p>　　預(yù)選滾珠絲杠基本導(dǎo)程： =5mm</p><p>　　步距角： </p&g

124、t;<p>　　快速進(jìn)給速度： =2.0m/min </p><p>　　㈠、脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定</p><p><b>　　⑴、傳動(dòng)比的選定</b></p><p><b>　?、啤⒂?jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　初選步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為130BF

125、001</p><p>　　則查表查出電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝40.06×</p><p>　　為了機(jī)床的布局緊湊且方便可取i=1.0。</p><p>　　則滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算：</p><p><b>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算：</b></p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：</

126、p><p>　　++=（40.06+36.81+12.7）</p><p>　?、?、工作載荷分析及計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠上的工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)是滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫作進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩檫力。據(jù)機(jī)床加工的特點(diǎn)，當(dāng)銑削槽時(shí)，工作載荷最大，由于銑削時(shí)，工作載荷既包括銑削時(shí)沿

127、著絲杠軸的方向的力（即軸向力），也包括工作臺(tái)及工件的重量（即垂直絲杠軸方向的力），只要考慮銑削的情況，而銑削時(shí)的軸向力不大，所以在此不考慮銑削時(shí)產(chǎn)生的軸向力。</p><p>　　取銑削刀具直徑為75mm，而機(jī)床的計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min，則</p><p>　　而，機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率</p><p><b>　　則</b></p

128、><p>　　選端銑，對(duì)稱，其中端銑，時(shí)，</p><p>　　則得： </p><p>　　則可得 </p><p>　　則在燕尾導(dǎo)軌上滾珠絲桿的工作載荷Fm為：</p><p>　　其中， =0.2， G=1960N</p><p>　?、妗L珠絲

129、杠設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1）計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷 </p><p>　　其中L=60nt/106</p><p>　　因?yàn)橐话恪?.5，取=1.2</p><p><b>　　則</b></p><p>　　由查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇絲杠的型號(hào)。選擇滾珠絲杠的直徑為32mm，型號(hào)

130、為CDM3205-5-P3,其額定動(dòng)載荷是19249N，強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　2） 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　　∵ 螺紋升角 </b></p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　因?yàn)楣ぷ髋_(tái)Y軸行程為300mm