機(jī)床數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)范本

1、1 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的 22 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 22.2 工作過程分析 32.3 絲 杠螺 母靜態(tài)設(shè)計(jì) 32.4 絲杠螺母動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 52.5 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 72.6 電機(jī)的靜態(tài)設(shè)計(jì) 93 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 113.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)11133.2 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)1214歸納總結(jié)與體會(huì)參考文獻(xiàn) 1數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)的目的通過本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生在完成數(shù)控機(jī)床及金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)課程 學(xué)習(xí)之后，讓學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立完成數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 從 而使學(xué)生進(jìn)一步加深和鞏固對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，并提高學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)能力，同時(shí)鞏

2、固金屬切削機(jī)床課程的部分知識(shí)。1 .運(yùn)用所學(xué)理論及知識(shí)，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè) 計(jì)能力；2 .掌握數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟；3 .掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料 的能力;4 .基本掌握編寫技術(shù)文件的能力2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)：工作臺(tái)mT 600kg FW 1500NVfmax|0.2m/svv| 0.1m/s amax 1.2m/s2 FR 2.5N sW 0.7m工作臺(tái)質(zhì)量 最大加工受力快進(jìn)速度工進(jìn)速度最大加速度工作臺(tái)導(dǎo)軌摩擦力 工作行程減速機(jī)構(gòu)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，已知數(shù)據(jù)如下:絲杠螺母機(jī)構(gòu)軸承軸向剛度KL 800N

3、/ m絲杠螺母剛度螺母支座剛度KM 800N / mKTM 1000N / m絲杠傳動(dòng)效率sp0.9Lsp 0.5mM R,sp 2.5N ?mL1550mmhsp 10mm A 60000 雙推一雙推JM 0.05 10 3kg?m2絲杠長(zhǎng)度 絲杠軸承、絲杠螺母摩擦力矩軸承平均間距導(dǎo)程最大轉(zhuǎn)速常數(shù)支承方式伺服電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量2.2 工作過程分析I _ I I I機(jī)床在工作時(shí)，按照加速-工進(jìn)-減速-反向加速-工進(jìn)-減速-加速這樣一個(gè)過 程循環(huán)。圖1給出電機(jī)轉(zhuǎn)矩在一個(gè)工作周期內(nèi)隨時(shí)間變化的范圍。2.3 絲杠螺母靜態(tài)設(shè)計(jì)(1)確定動(dòng)載荷C；,由圖1可見，工作循環(huán)周期T由加速時(shí)間ta和加工時(shí)間tw

4、組成，計(jì)算如下：ta Vv/amax OU 0.083(S)tw Sw/Vv 0.70.1 7(s)T2tw 4ta 14.332(s)在減速期間的平均轉(zhuǎn)速 品為：na Vv. 2hsp (60 0.1) (2 0.01) 300(r. min)工作進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)速vv. hsp (60 0.1), 0.01 600(r. min)將上述數(shù)據(jù)帶入式(5-131)中可得當(dāng)量轉(zhuǎn)速：nm (300 4 0.083) (600 2 7)/14.332 593(r min)載荷系數(shù)由表5-13取fw 1.1當(dāng)量載荷Fm由式(5-129)計(jì)算，則當(dāng)量載荷為Fr2tw|Fw|2ta Fa a a將已知條件Fr、t

5、a、tw、T、Fw,并算出FaFa mTamax 600 1.2 720( N)代入上式Fm 1484(N)取滾珠絲杠壽命為20000h,從式(5-132)算出該滾珠絲杠的動(dòng)載荷Ca fwFm(60nmLn 10 6)1；3_ C a 14574(N)(2)確定靜載荷最大軸向力可近似取最大加工受力，即Fmax Fw 1500(N)由表5-14取靜態(tài)安全系數(shù)fd 1 ,根據(jù)式(5-135)得靜載荷CoaCoafd Fmax 1500(N )(3)根據(jù)軸向壓力選取絲杠直徑。由式(5-139)可得dsp dW4(5-149).m 10由Fa Fw 1500(N)L=0.55(nj) =550(mm)

6、查表5-15得 m=20.3代入上式得dsp 6.876(mm)dsp 7(mm)(4)轉(zhuǎn)速限制1)最大轉(zhuǎn)矩限制：由式(5-138)得Anmax A-(5-150)dsp60vfast 60 0.2由 nmax 1200(r/min)和 A=60000得hsp0.01dsp 50( mm)2)臨界轉(zhuǎn)速限制：由式(5-137)得nJ 2dsp -c-(5-151)p f 107由 nmax 1200(r/min) nc, L=550(mm),f=21.9(見表 5-15)得dsp 1.7(mm)(5)選擇絲杠直徑：由上面計(jì)算結(jié)果得： _ C a 14574( N)Coa 1500( N)dsp

7、7(mm)dsp 50( mm)dsp 1.7(mm)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，從廠家產(chǎn)品樣本中可選取絲杠直徑。如表 5-21所示 dsp 25(mm)表 5-21d spCaCoa2011075221722515975341703225909569304029427734092.4絲杠螺母動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)（1）確定絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的總剛度1）扭轉(zhuǎn)剛度：由式（5-141）可得對(duì)于鋼的抗扭剛度量綱公式KTSP7.84 10d43 dsp(5-152)式中dsp絲杠底徑（mm ;l絲杠自由長(zhǎng)度（m .由式（5-121 ）可得將濟(jì)鋼扭轉(zhuǎn)剛度折算成工作臺(tái)（執(zhí)行件）直線剛度公式2 o2 oQQ d；(5-153)KtsKtsp

8、（一）2（一）27.84 10 37.84 10 3,（N/m）hsphspL式中量綱：Kt s(N/ m) , hsp(mm), dsp(mm),L(m).由上式可算出Kts 2198（ N. m）2）拉壓剛度：由式（5-140）可得對(duì)于鋼的拉壓剛度量綱公式(5-154),dLKS 1.65 10 （N； m）式中量綱 KS (N/ m), dsp(mm) ,L (m根據(jù)已知條件可得KS 187.5(N. m)3）總剛度：對(duì)于“雙推-雙推”式支撐的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)裝置，其剛度的等效圖如 圖2。II-機(jī)！設(shè)螺母位于絲杠中間，于是KSP1KSP22Ks系統(tǒng)的總剛度為1Kgen2KL14KSS1Km1

9、Kts1KTM(5-155)將已知條件代入，得系統(tǒng)總剛度Kgen = 214(N. m)(2)確定機(jī)械諧振頻率機(jī)械傳動(dòng)部件的諧振頻率omechkgen(5-156)mT214106omech600597(rad s)(3)確定具有滿意動(dòng)態(tài)性能的絲杠直徑。電氣驅(qū)動(dòng)部件的諧振頻率取下列值, 則其動(dòng)態(tài)性能較好，即取oa 350 rad / s采用常規(guī)的比例位置調(diào)節(jié)，為使機(jī)械傳動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)性能不影響系統(tǒng)總的動(dòng)態(tài)性 能，應(yīng)當(dāng)使omech (23)oA但是，根據(jù)本課題中選擇的絲杠直徑dsp 25(mm),只能得到omechoA5973501.71因此，絲杠直徑應(yīng)該跟大一些若取 omech 2 0A 700

10、(rad / s)代入式(5-156 )得Kgen 294( N . m)將此總剛度帶入式(5-155) , Kl、KM和KTM為已知常數(shù),再由式(5-153)和式(5-154),得0.526 10 0.83d* 139.2 0spspdsp 42(mm)2.5變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)知道。電器驅(qū)動(dòng)部件具有二階振蕩環(huán)節(jié)的性能，其諧振頻率1oAech阻尼比電氣時(shí)間常數(shù)機(jī)械時(shí)間常數(shù)TmechJgenRAKM CE式中La-驅(qū)動(dòng)線路總電感。Ra-驅(qū)動(dòng)線路總電阻;KM -電機(jī)扭矩常數(shù);Ce-電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。機(jī)械時(shí)間常數(shù)里的Jgen是電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JgenJM Jext為使電氣驅(qū)動(dòng)部件獲得最大的諧振頻率

11、，必須使計(jì)算到電機(jī)軸上的機(jī)械部件 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jext最小。這一點(diǎn)可以借助減速機(jī)構(gòu)達(dá)到。的要求決定。當(dāng)小齒輪設(shè)計(jì)完畢，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ji就是已知的。大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2可由Ji和降速比i近似確定，即4J2 J1/i根據(jù)5.6.4節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算方法，機(jī)械部件折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量為Jgen JM Ji i (J2Jsp22Jm Ji Ji/i i (JspJT )(5-157)JT )式中 Jm 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。Ji 小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。Jsp 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。J工作臺(tái)折算到絲/T上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,Jt +.d令上0 ,得滿足最小慣量要求的相對(duì)額定降速比isp di根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已知條件，得JT2 hsp

12、 mt萬絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jsp為Jsp12a mspdsp8m-d2 Lmsp /dsp Lsp,gen4(5-158)3_21.52 10 kg?m(5-159)(5-160)式中msp 絲杠質(zhì)量。Lsp,gen 包括軸頸的絲杠總長(zhǎng)鋼的密度， ( 7.85 103 kg/m3)將已知條件代入，得JSP 1.32 10 3 kg?m2小齒輪由齒輪設(shè)計(jì)確定，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為已知，設(shè)J10.02 10 3 kg?m2 。將J1、Jsp、Jt 代入式（5-158）,得iopt13.45根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為Z120、Z2 69 ,模數(shù) m=2齒寬 B=20mm B2 =18mm.2.6電

13、機(jī)的靜態(tài)設(shè)計(jì)(1)計(jì)算Jgen。由式(5-157)得JgenJm22JiJi/i2 i2(Jsp Jt)根據(jù)上面球的的最佳傳動(dòng)比iopt和其他參數(shù)，得._ 一 4 ._2Jgen 5.47 10 kg?m(2)確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。工作臺(tái)加速和加工力所引起的當(dāng)量力矩1Kp,、MmT Fm-p(5-161)sp 2式中 sp-絲杠傳動(dòng)效率(0.80.9)。Fm-當(dāng)量載荷，已經(jīng)算出為1484 (ND 。1484 0.01 ,故得MmT2.63(N?m)0.922 絲杠加速度& - amaxhsp絲杠加速所需的轉(zhuǎn)矩Td sp Jsp &sp,由圖1可知，由絲杠加速所硬氣的當(dāng)量力矩Mmsp 4)人(5-1

14、64)由式(5-162)、 (5-163)、 (5-164)可得Mmsp 23.04 10 3(N?m)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的總當(dāng)量力矩為Mms MmT Mmsp(5-165)Mms 2.65 (N?m)電機(jī)軸角加速度& 殳2iopti opt hsp&2600( rads)電機(jī)軸的加速轉(zhuǎn)矩Ta,MJm ?&M1.3 10 1(N?m)(5-167)(5-162)(5-163)(5-166)由圖1可知，由電機(jī)軸加速所引起的當(dāng)量力矩一4 Ta,M ta, _ . _ _ xMm,a,M T( 5-168 )由式(5-166)、(5-167)、(5-168)得Mm,a,M 3.01 103(N?m)作

15、用在電機(jī)軸上的當(dāng)量力矩為Mm -Mms Mm,a,M(5-169)GMm 0.856(N?m)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為Mom (1.52)Mm(5-170)MoM 1.285 1.713(N?m)(3)確定電機(jī)額定功率。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速60,、noM Vv(5-171)hspin0M =2070 (r/min )(5-172)(5-173)電機(jī)的額定功率PoM M oM oM2oM noM 60 最后得電機(jī)額定功率POm 0.28 0.37( kw)3進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3. 1滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)他們套裝

16、在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾 道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋 滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán) 轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母軸向移動(dòng)。滾珠絲杠螺母副具有以下特點(diǎn)：(1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為0.92-0.96 ,比普通絲杠高3-4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的1/4-/3.2）若給于適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時(shí)還可以消除空載死區(qū)，從而使絲杠的定位精度高，剛度好。（ 3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。（ 4）具有可逆性，既可以從螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)

17、換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說，絲杠和螺母可以作為主動(dòng)件。（ 5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。（ 6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。（ 7）不能自鎖。特別是垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的不同，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，故還需要增加制動(dòng)裝置。本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)循環(huán)的絲杠螺母副， 精度為 3 級(jí)， 兩端采用了小圓螺母為軸向定位絲杠螺母副采用的預(yù)緊方式為單螺母消除間隙方法。 它是在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向產(chǎn)生一個(gè)L0 的導(dǎo)程突變量，從而使兩列滾珠在軸向錯(cuò)位而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。 這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 但載荷量須預(yù)先設(shè)定而且

18、不能改變。滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)絲杠的軸向精度和軸向剛度應(yīng)有較高要求，其兩端支承的配置情況有：一端軸向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠；一端固定一端浮動(dòng)的方式，常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲杠；以及兩端固定的安裝方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。因此在此課題中采用兩端固定的方式，以實(shí)現(xiàn)高剛度、高精度以及對(duì)絲杠進(jìn)行拉伸。絲杠中常用的滾動(dòng)軸承有以下兩種：滾針 推力圓柱滾子組合軸承和接觸角為60 角接觸軸承，在這兩種軸承中，60 角接觸軸承的摩擦力矩小于后者，而且可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，但剛度較

19、后者低，目前在一般中小型數(shù)控機(jī)床中被廣泛應(yīng)用。滾針 圓柱滾子軸承多用于重載和要求高剛度的地方。60角接觸軸承的組合配置形式有面對(duì)面的組合、背靠背組合、同向組合、一對(duì)同向與左邊一個(gè)面對(duì)面組合。由于螺母與絲杠的同軸度在制造安裝的過程中難免有誤差，又由于面對(duì)面組合方式，兩接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離比背對(duì)背時(shí)小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整較易。因此在進(jìn)給傳動(dòng)中面對(duì)面組合用得較多。在此課題中采用了以面對(duì)面配對(duì)組合的60角接觸軸承，組合方式為DDB。以容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。 滾珠絲杠工作時(shí)要發(fā)熱， 其溫度高于床身。 為了補(bǔ)償因絲杠熱膨脹而引起的定位精度誤差， 可采用絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)， 使預(yù)拉伸量略大于熱膨脹量。（ .2 確定

20、滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)，本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足如下要求：V300pep0.8 （定位精度kmax ） 0.8 （40 0.48 0.05） m 31.576 mep Vup0.8 （定位精度 -kmax ） m 31.576 m取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為 3級(jí)，查表得V300p12 m ，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度約為 350mm寸,ep 13 m , Vup12 m ； V300 p ep 25 m 31.576 m ；ppppep Vup25 m 31.576 m歸納總結(jié)與體會(huì)課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次歸納總結(jié)與運(yùn)用， 是對(duì)以前每門課程設(shè)計(jì)的綜合， 是對(duì)所學(xué)知識(shí)的徹底檢驗(yàn)。 剛開始選擇課題的時(shí)候， 我因?yàn)閷?duì)數(shù)控銑床比較感興趣， 所以選擇了關(guān)于數(shù)控銑床方面的課題。 我所在的組設(shè)計(jì)的是一臺(tái)數(shù)控銑床， 我主要對(duì)其中的縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開始設(shè)計(jì)之前， 我首先上網(wǎng)搜索了有關(guān)銑床方面的知識(shí)， 對(duì)數(shù)控銑