大型管材相貫線切割機設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 目錄 目錄 . 1 中文摘要 . 2 Abstract . 2 第 1 章 緒論 . 3 第 2 章 數(shù)學(xué)模型及工藝分析 . 6 2.1 鋼管典型相貫線數(shù)學(xué)模型的建立 . 6 2.2 割炬運動分析 . 7 2.3 焊接坡口工藝分析 . 8 2.4 割炬的徑向補償 . 9 第 3 章 設(shè)備總體方案及布局 . 9 3.1 機床 總體方案 . 9 3.2 切割機傳動系統(tǒng)的簡要說明 . 9 3.3 功能和技術(shù)參數(shù)分析 .11 第 4 章 機械系統(tǒng)設(shè)計 . 12 4.1 Z 軸工作滑臺的設(shè)計 . 12 4.2 調(diào)整絲杠的設(shè)計 . 19 4.3 齒輪齒數(shù)的確定與較核 . 20 4.4 支架的設(shè)計 . 21 第 5 章 控制系統(tǒng)設(shè)計 . 22 5.1 系統(tǒng)方案設(shè)計 . 22 5.2 控制系統(tǒng)的選用 . 23 5.3 數(shù)控裝置的部件結(jié)構(gòu)和安裝 . 24 5.4.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 25 5.5 圖形交互人機界面 . 26 總 結(jié) . 27 鳴 謝 . 26 參 考文獻 . 27 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 中文摘要 本設(shè)計以相貫線數(shù)學(xué)參數(shù)模型的基礎(chǔ) , 分析切割機的割炬的軌跡運動 , 將切割運動分解為割炬回轉(zhuǎn)、割炬平移、割炬擺角和割炬徑向補償四軸聯(lián)動 ,對鋼管相貫焊接坡口數(shù)控切割運動進行研究 ,并最終完成相貫線切割機的設(shè)計 .該切割機采用數(shù)控原理進行軌跡控制，采用火焰切割方式工作 .設(shè)計共分四部分 :相貫線數(shù)學(xué)參數(shù)模型的建立 ,切割機總體方案設(shè)計 ,機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計 . 關(guān) 鍵 詞 :大型管材 ；相貫線 ；焊接坡口 ；數(shù)控火焰切割 Abstract Based on the mathematical model of intersecting line and the analysis of the track of cutting torch, the design studies NC cutting movement for welding groove of pipe intersecting and finishes the design of pipe intersecting line cutting device . The cutting movement was divided into four axis relative motions of cutting torch, i. e. rotate round the pipe, shift along pipe, swing and compensate along radial direction. The device uses NC principle for intersecting line track control, the cutting method is flame-cutting. And the design contains four sections: the establishment of mathematical model of intersecting line, the design of the whole scheme, the design of mechanical structure and the design of NC control system. Keywords: Large-scale pipe； Intersecting line； Welding groove； NC flame-cutting 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 大型管材相貫線切割機設(shè)計 湖南工學(xué)院機械工程系數(shù)控 0401,2000121509,黃俊 指導(dǎo)教師：黃開有 第 1 章 緒論 隨著海洋石油工業(yè)的發(fā)展 ,海洋工程結(jié)構(gòu)建造將面對面大量的鋼管相貫的加工 .南海西部石油合眾 公司，主要以海上平臺上部模塊建造工程為主 ,而大型管材相貫是該海上平臺加工制造過程中經(jīng)常遇見的切割焊接結(jié)構(gòu) .相貫焊接前 ,管端相貫 線需要加工 ,相貫線上每一點的焊接坡口也需要加工 .根 據(jù)石油天然氣行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn) (SY/T 4802-92)和美國石油協(xié)會 標(biāo)準(zhǔn) (API PI 2A),相貫線上每一點的焊接坡口取決于該 點的局部兩面角 . 不同形式的鋼管相貫 ,相貫線上每一點 的局部兩面角各不相同 ,局部兩面角沿相貫線在不斷變化 . 目前，該公司切割下料以人工作業(yè)為主，對于這種帶坡口相 貫線均采用人工放樣等工藝方法來進行加工 ,因此下料工作 進度與效率成為影響整個平臺建造工程進度的主要因素，為 改變工作強度大和效率低的現(xiàn)狀 ,本課題嘗試運用所學(xué)的機電 一體化的相關(guān)知識進行大型管材相貫線切割機的設(shè)計 . 全套資料帶 CAD圖， QQ聯(lián)系 414951605或 1304139763 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 本課題所研究的大型管材相貫線切割機是屬于 數(shù)控火焰切割機 ,它 具有一般數(shù)控機床的特點，能根據(jù)數(shù)控加工程序 ,自動完成從點火 -預(yù)熱 -通切割氧 -切割 -熄火 -返回原點的整套切割過程。但數(shù)控火焰切割機又有別于一般數(shù)控金屬切削機床，它利用氧 -乙炔火焰把鋼板割縫加熱到熔融狀下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 態(tài)，用高壓氧吹透鋼板進行切割 ,而不像金屬切削機床那樣 ,是用金屬切削工具與工件剛性接觸來進行切削加工。 目前這種 數(shù)控火焰切割機 仍依賴進口 .因此 ,開發(fā)這種 火焰切割機 具有重要的意義 . 第 2 章 數(shù)學(xué)模型及工藝分析 2.1 鋼管典型相貫線數(shù)學(xué)模型的建立 如圖 2-1 所示 ,空間相貫線是一個復(fù)雜的空間 曲線 ,描述其軌跡需要用空間坐標(biāo)方程 f(x,y,z)=0, 其函數(shù)關(guān)系復(fù)雜 ,但由于相貫線是兩個圓柱的交線 , 所以 ,采用柱坐標(biāo)可以把三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為二維坐標(biāo)方 程 f(h,)=0.以下相貫線均指支管內(nèi)圓柱和主管外圓柱相貫 . 圖 2-1 空間相貫線曲線 如圖 2-2 所示 ,在空間三維坐標(biāo) 系下兩圓柱的相貫線方程為 (1) (2) 式中 r - 支管半徑 (mm) R - 主管半徑 (mm) Oxyz 坐標(biāo)系與 Oxyz 坐標(biāo)系間存在以下坐標(biāo)變換關(guān)系 圖 2- 2 兩圓柱的相貫線 (3) (4) 2 2 2y z R2 2 2y z r c o s s i nx x y s i n c o sy x y 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 22 ( ) s i n ( ) ( c o s ( )( s i n t a nR r e rhf 1(5) 式中 - 坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角 ,亦即兩管交角 . 在平面內(nèi)支管圓柱面的方程為 (6) (7) 圖 2- 3 支管圓柱面的方程 式中 - 支管上的旋轉(zhuǎn)角 . 由式 (1)(7) 式得出兩圓柱相貫線各點的參數(shù)方程如下 (8) (9) (10) 取在 Oxyz 坐標(biāo)系下過相貫線上 x 軸坐標(biāo)值最大的點且垂直于 x 軸的平面為下料基準(zhǔn)面 .其在 Oxyz 坐標(biāo)系下的方程為 (11) 由此可得支管下料高度為 (12) 即下料高度 h 是支管上的旋轉(zhuǎn)角 的函數(shù) : (13) 以上討論的是典型相貫線數(shù)學(xué)方程 ,即兩圓柱軸線相交成一角度 .在兩圓柱軸線異面并有一偏心距 e 時 ,其相貫線方程為 : 式中 - 支管壁厚 (mm) - 扭轉(zhuǎn)角 ,標(biāo)志主管相對于支管的扭轉(zhuǎn)角度 . 2.2 割炬運動分析 zz c o syr s inzr c o s c o ss i nyrx 22 s i ny R r s i nzr c o t c s cx r R( c o t c s c ) ( c o s s i n )h r R x y c o s c o s 22( ) ( c o t c s c ) ( c o s s i n s i n )s i nyrh f r R R r 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 1如圖 2-3 所示 ,被切支管保持不動 , 割炬沿被切支管做 R 軸 (旋轉(zhuǎn)軸 ),T 軸 (擺動軸 ),A 軸 (縱向補償軸 )三軸和環(huán) 架的 Z 軸 (軸向移動 )共四軸聯(lián)動 .正式 切割前 ,手動完割炬和環(huán)架的徑向運動 , 以調(diào)整割炬與被切管徑向位置 ；在切割 過程中 , 割炬按照設(shè)定 速度繞被切管作 回轉(zhuǎn)運動 , 被切管剖面的擺動和徑向補 償運動 ,環(huán)架沿被切管軸向作軸向移動 , 其速度大小是由管壁厚和害炬回轉(zhuǎn)速度 決定 . 割炬在被切管剖面的擺動角度按 工藝規(guī)范切出坡口 .四軸必須按照一定 的數(shù)學(xué)關(guān)系聯(lián)動 ,才能切出所需的空間相 貫曲面 . 圖 2-4 割炬運動 注 :1肖聚亮 ,王國棟 .火焰數(shù)控切管機割炬軌研究及仿 真 2.3 焊接坡口工藝分析 根據(jù)焊接工藝要求 ,為保證構(gòu)件的強度和避免較大的焊縫尺寸 ,一般中厚板的接頭都要進行開坡口焊接 .因此 ,切管時不僅要切出相貫線 ,還要切出坡口角 ,切管機最后切出的管端形狀是空間曲面 .根據(jù)美國焊接學(xué)會 AWS D1.1規(guī)范要求 ,所開焊接坡形式 ,根部間隙和鈍邊高度均取決于相交雙管相貫線上各部位的局部二面角 .而支管下料時切割高度曲線的確定也與相貫線上的局部二面角相關(guān) .不同管徑 ,不同厚度 ,不同交角的相交雙管的相貫線上的各部位局部二面角各不相同 .在工程實際中 ,焊接坡口角度是通過鈍邊和坡口切割高 度來保證的 . 圖 2-5 焊接坡口參數(shù)及裝配規(guī)范 坡口角的取值是根據(jù)兩面角的大小來決定 .相貫線上任選兩點兩面角 為 : a r c c o s c o s ( ) 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (SY/T 4802-92)和美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) (API PI 2A)來確定坡口角 .按 API標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng) 90 時 ,坡口角 = /2； 當(dāng) 90 時 , = 45 . 2.4 割炬的徑向補償 在實際切割過程中是沿支管外表面進行的 ,在這一過程中不僅要完成相貫線的切割 ,也要完成坡口的切割 .坡口角是由實際 切割角 來保證 ,實際切割角由割炬 繞支管外表面一點在軸剖面內(nèi)偏轉(zhuǎn)實 現(xiàn)的 ,其偏轉(zhuǎn)的結(jié)果不應(yīng)使要切割 的 相貫線偏離原來的位置 ,為此 ,割炬需 沿支管外表面作徑向補償 . 其補償量 為 : 圖 2-6 徑向補償 = tan 第 3 章 設(shè)備總體方案及布局 3.1 機床 總體方案 對于大型鋼管的相貫線的切割有兩個方案： 方 案 1：鋼管由主軸帶動旋轉(zhuǎn)，同時割矩槍只需進行軸向移動即可實現(xiàn)切割要求，所以要實現(xiàn) 2 軸聯(lián)動。 方案 2：鋼管靜止不動，并且由于相貫鋼管的直徑大小不同、相貫角度不同，都會導(dǎo)致相貫線軌跡的不同，因此割矩槍必須要利用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)軸向轉(zhuǎn)動、軸向移動、徑向補償移動、軸剖面內(nèi)擺動 ,均采用步進電動機帶動，所以要實現(xiàn) 4 軸聯(lián)動 ,并且要求能進行人機對話，編程及操作方便，診斷功能和糾錯功能強，具有顯示和通信功能，縮短非生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高生產(chǎn)率。 由于被加工的鋼管最大重量可達 M=7.8 1000 3.14 (0.5 0.5-0.46 0.46) 12=11285.9kg 且鋼管長度最長時可達 12m。 如果照方案 1 鋼管轉(zhuǎn)動起來需要耗費比較大的功率 ,并且鋼管過長轉(zhuǎn)動起來還會產(chǎn)生較大的扭矩從而影響鋼管的加工質(zhì)量 .因此本設(shè)計采用方案 2. 3.2 切割機傳動系統(tǒng)的簡要說明 3.2.1 切割機各軸的定義 切割機在實現(xiàn)相貫線切割時 ,需要四軸聯(lián)動和兩個手動來完成 .現(xiàn)定義四軸如下圖 4-1. 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 圖 3-1 切割機的四軸聯(lián)動 3.2.2 Z 軸工作滑臺簡明傳動系統(tǒng)圖 z 軸主要完成沿著鋼管軸心的軸向進 給 圖 3-2 Z 軸傳動系統(tǒng)圖 圖 3-3 R 軸和 A 軸傳動系統(tǒng)圖 3.2.3 R 軸和 A 軸傳動系統(tǒng)圖 R 軸和 A 軸分別實現(xiàn)割炬繞著鋼管轉(zhuǎn)動和沿鋼管徑向補償 .如圖 3-3。 3.2.4 T 軸和徑向調(diào)整傳動系統(tǒng)圖 T 軸是實現(xiàn)割炬的前后擺動 ,以切出所需要的軸軸下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 坡口角 .其擺動行程為 30 -30 . 圖 3-4 T 軸和徑向調(diào)整傳動系統(tǒng)圖 3.3 功能和技術(shù)參數(shù)分析 相干鋼管的直徑大小不同、相干角度不同，都會導(dǎo)致相干相貫線軌跡的不同，因此割矩槍必須要利用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)縱向移動，旋轉(zhuǎn)運動和徑向移動的定位精度、走刀速度等諸技術(shù)參數(shù)，并且要求能進行人機對話，編程及操作方便，診斷功能和糾錯功能強，具有顯示和通信功能，縮短非生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高生產(chǎn)率。加上割矩槍在旋轉(zhuǎn)過程中隨著切割位置的不同還需要割矩擺動角度參數(shù)，即機床要實現(xiàn)四軸聯(lián)動。 加工的鋼管直徑尺寸 200 1000mm，最長 12000mm,厚度 1040mm，屬于 比較大型的鋼管，精度要求不高，主要考慮機構(gòu)機床的剛度要求。因此可采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，并選擇步進電動機作為機床的動力源。 步進電動機可通過數(shù)控裝置實現(xiàn)無級調(diào)速，因此主軸轉(zhuǎn)速只需要滿足最小與最大極限要求轉(zhuǎn)速即可在此范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)的速度變化要求。 由于乙炔在熱切割里應(yīng)用的廣泛性和低成本 ,決定選用乙炔作為氣體燃料。選用外混式割嘴。 查簡明焊工手冊 P581 可得火焰切割速度如下： 表 3-1 火焰切割速度 板厚/mm 割嘴 切割速度 （ mm/min） 號碼 喉徑d/mm 5 20 1 0.6 800 300 25 40 2 0.8 500 250 35 70 3 1.0 350 150 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 第 4 章 機械系統(tǒng)設(shè)計 4.1 Z 軸工作滑臺的設(shè)計 4.1.1 脈沖當(dāng)量 p 即系統(tǒng)分辨率。 本設(shè)計中選用p 0.01mm 4.1.2 選定傳動比 當(dāng) i 1 時，可使步進電機直接與絲杠聯(lián)接，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高精度。因此本設(shè)計中取 i 1。 4.1.3 初選步機電機 根據(jù)公式 pb Li 360 0 公式 (4-1) 其中 i 為傳動比，b為電機步距角，0L為滾珠絲杠導(dǎo)程，p為脈沖當(dāng)量。 因為 i 1，p 0.01mm，現(xiàn)取0L 4mm，可得b 0.9o初選步進電機型號為 90BF001。 4.1.4 計算絲杠承受的質(zhì)量 在本設(shè)計中加工的最在鋼管直徑是 1m, 以 30 o 為鋼管的最小相干角度 ,則此時絲杠的行程至少應(yīng)為 1.73m, 絲杠的尺寸取整為 2m. 燕尾槽的重量大約為 0.10 0.6 0.3 0.6 7.8 1000=84.2kg 工作臺的重量為 0.3 0.33 0.04 7.8 1000=30.8kg 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 齒輪和管 狀體的重量大概為 7.8 (0.7 0.7-0.6 0.6) 3.14 0.1=318.3kg 再加上繞齒輪轉(zhuǎn)動的燕尾滑塊、兩個電動機、和火焰切割槍等，取絲杠所承受的質(zhì)量 M=460kg 4.1.5 滾珠絲杠螺母副的選型和校核 滾珠絲杠螺母副初步選型的主要依據(jù)是根據(jù)最大工作載荷和最大靜載荷。初步選型后，進行軸向剛度驗算和壓桿穩(wěn)定性驗算。 4.1.5.1 最大工作載荷的計 本設(shè)計中，選用矩形滾動直線導(dǎo)軌。得滾珠絲杠上的工作載荷： 公式 (4 2) 其中 f 為考慮導(dǎo) 軌上的摩擦系數(shù) , 對于矩形滾動導(dǎo)軌取 f 0.005。 G=M 所以， 2 2 . 5 48.94 6 00 . 0 0 5F m 4.1.5.2 最大動載荷 C 的計算和主要尺寸的初選 滾珠絲杠最大動載荷 C 可用下式計算： mmFfL3C 公式 (4 3) 式中： L 為工作壽命， 610/60 ntL ； n 為絲杠轉(zhuǎn)速，0/1000 Lvn ； v 為最大進給速度；0L為絲杠導(dǎo)程； t 為額定使用壽命，可取 t 15000h；mf為運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，現(xiàn)mf 1.5；mF為絲杠工作載荷； 由板厚 520、 2540、 3570mm 查簡明焊工手冊 P581 可得火焰切割速度分別為 800300、500250、 150350mm/min。 綜合考慮大齒輪的旋轉(zhuǎn)運動和底下工作臺的直線運動選項用工作臺的直線進給速度為v =0.8m/min )10(18010 150002006010/60m i n/2004 8.01000/10006660rntLrLvn 公式（ 4 4) 所以， 89.1902 2 . 5 45.1180C 33mm FfL本設(shè)計選外循環(huán)滾動螺旋副，查機電綜合設(shè)計 指導(dǎo)書表 2-8，根據(jù)0L 4mm，選絲 杠公稱直徑 mmdm 16， 有： 9700C4000C93312 . 52 . 3 8 1D Woaamm額定靜載荷額定動載荷，絲杠螺旋升角，列數(shù)圈數(shù)，滾珠直徑 Gf mF下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 1 mFLEA 因為 Ca C，所以初選的絲杠螺母副合格。 4.1.5.3 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率 為 )( tg tg公式 (4 5) 式中： 為絲杠螺旋升角， 為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù) f 0.003 0.004, 其摩擦角約等于 01 。 所以， 96.0)01933( 933)( tg tgtg tg 4.1.5.4 剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形、絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對縱向變形的 影響更小，可忽略不計。螺母座只要設(shè)計合理，其變形量也可忽略不計，只要滾珠絲杠支承的剛度設(shè)計得好，軸承的軸向接觸變形在此也可以不予考慮。 A） 絲杠的拉壓變形量 1 滾珠絲杠應(yīng)計算滿載時拉壓變形量，其計算公式為 公式 (4 6) 式中： 1 為在工作載荷mF作用下絲杠總長度上拉伸或壓縮變形量（ mm）；mF為絲杠的工作載荷 (N)； L 為滾珠絲杠在支承間的受力長度 (mm)； E 為材料彈性模量，對鋼 E 20.6104MPa； A 為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積（ mm2）；“”號用于拉伸，“ ”號用于壓縮。 根據(jù)滾珠直徑 DW 2.381mm 公式見機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) P25， 其中， md為絲杠公稱直徑。 1d 為絲杠底徑。 取進給的絲杠長度 L 2000mm.。 所以 mm4-41 101 5 . 11 4 4 . 9102 0 . 6 20002 2 . 5 4 =0.00151mm B） 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 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)，與滾珠絲杠長度無關(guān)。其計算公式： 222112 4 2 . 9 4 11 3 . 5 9414.3d4A59.13238.12034.021622d034.0)2/381.2238.1(707.0)2/(707.0238.1381.252.052.0mmmmRedmmDRemmDRmwW下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 有預(yù)緊時 3 2wm2DF0 0 1 3.0ZF YJ公式 (4 7) 式中：wD為滾珠直徑（ mm）； Z為滾珠總數(shù)量 ZZ圈數(shù)列數(shù)； Z 為一圈的滾珠數(shù)， wm Dd /Z （外循環(huán)）；md為滾珠絲杠的公稱直徑（ mm）；mF為滾珠絲杠的工作載荷（ kgf）；YJF為預(yù)緊力（ kgf， 1kgf=9.8N），取工作載荷mF的 1/3。 因為， 212. 38 1 163. 14 Z ZZ 圈數(shù)列數(shù) 21 2.5 1 52.5 513.754.223131F YJ mF 所以 0 . 0 0 0 5 5 8 m m5 2 . 52 2 . 5 42 . 3 8 1 2 2 . 5 40 . 0 0 1 3 3 22 因為滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為工作載荷的 1/3 時， 2 值可減少一半左右。所以縱向和橫向： 2 0.000279mm。 C） 滾珠絲杠副剛度的驗算 絲杠的總的變形量 21 應(yīng)小于允許的變形量。一般 不應(yīng)大于 機床進給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半。 因為 mm0 0 1 7 8 9.00 .0 0 0 2 7 90 0 1 5 1.021 機床進給系統(tǒng)規(guī)定的精度值為 0.01mm，其一半為 0.005mm。 所以，總的變形量小于機床進給系統(tǒng)規(guī)定的定位精度值的一半 ,故滾珠絲杠可以滿足要求。 4.1.5.5 壓桿穩(wěn)定性驗算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作載荷過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷 KF 為 22L EIfF ZK 公 式 (4 8) 式中： I 為截面慣性矩，對絲杠圓截面 )(64 441 mmdI （ d1 為絲杠底徑）； L 為絲杠最大工作長度（ mm）； E 為材料彈性模量，對鋼 E 20.6 104MPa； Zf 為絲杠支承方式系數(shù)。 本設(shè)計中，絲杠為長絲杠，故支承方式選用兩端軸向固定，即 Zf 4。 )(5.1 6 7 364 59.1314.364 4441 mmdI 所以 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 0.3 3 9 92 0 0 0 5.1 6 7 3106.2014.34 242KF臨界載荷KF與絲杠工作載荷mF之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)Kn，如果Kn大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) Kn，則滾珠絲杠不會失穩(wěn)。因此，滾珠的絲杠的壓桿穩(wěn)定條件為 KmKK nFFn 公式 (4 9) 一般取 Kn 2.5 4，考慮到絲杠自重對水平 滾珠的絲杠的影響可取 Kn4。 又因為面通知 KmKK nFFn 7.1 5 154.22 0.3 3 9 9所以，滾珠絲杠不會失穩(wěn)。 4.1.5.6 滾珠絲杠螺母副的選擇 根據(jù)最大動載荷選用，其代號為： 1604 4.1.6 導(dǎo)軌的選型及計算 4.1.6.1 初選導(dǎo)軌型號及估算導(dǎo)軌長度 導(dǎo)軌為直線滾動矩形導(dǎo)軌，本設(shè)計中共用 2 條導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌用 2 個滑塊，根據(jù)最大動載荷C=190.89N，通過查 機電綜合設(shè)計指導(dǎo)書 表 2-16 P33，初選 2條導(dǎo)軌的型號都為 GDA20TW。其部分參數(shù)如下 ： mmlmml 6020 21 ， 根據(jù)工作臺的長度和工作臺的行程，估算出導(dǎo)軌的長度為 2200mm。 由公式 212 nlll 。式中 l 為支座長度； n 為導(dǎo)軌兩孔之間的距離?？伤愕脤?dǎo)軌的 n 36。 4.1.6.2 計算滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命 L 滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命可用下列公式計算： 滾動體 為球時 350 W CTHa f fffFCL公式 (4 10) 式中： L 為滾動導(dǎo)軌副的距離額定壽命（ km）；a C為額定載荷（ N），從機電綜合設(shè)計指導(dǎo)書 表 2-10 查得aC 19100N； Hf 為硬度系數(shù)導(dǎo)軌面的硬度為 58 64HRC 時， Hf 1.0；Tf 為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過 1000C 時，Tf 1； Cf 為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個滑塊時Cf 0.81；Wf為載荷 /速度系數(shù)，有沖擊振動或 min/60 mv 時，Wf 1.5。 F 為每個滑塊的工作載荷（ N）。 6 3 5.54/54.224/mFF 考慮到工作臺上各部分的重量在工作臺上的重心不落在中心上，而這些載荷都通過工作臺直接作用在滑塊上，故取 F=20N。 所以 50km6857430km1. 5 0. 8111. 02019100503 LL 大于滾動導(dǎo)軌的期望壽命，滿足設(shè)計要求，初選的滾動導(dǎo)軌副可采用。 4.1.7 步進電機的驗算 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 4.1.7.1 傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量是一種慣性負(fù)載 ,在電機選用時必須加以考慮。由于傳動系統(tǒng)的各傳動部件并不都與電機軸同軸線，還存在各傳動 部件轉(zhuǎn)動慣量向電機軸折算問題。最后，要計算整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，即傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量。本設(shè)計需要對電機轉(zhuǎn)子 ,聯(lián)軸器 ,絲杠 ,工作臺進行轉(zhuǎn)動慣量的計算。 A）、電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量DJ的折算 由機電綜合設(shè)計指導(dǎo)表 2-18 P40 查出DJ=1.764 cm2 B）、聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量LJ的折算 選用 TL1 聯(lián)軸器 8443234820 2210 GBJJ(查機械設(shè)計 實用手冊化學(xué)工業(yè)出版 P666)，可查出它轉(zhuǎn)動慣量為 0.0004 m2，得出 LJ 4 cm2。 C）、滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量SJ的折算 1m 長的滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為 0.94 cm2，本設(shè)計的絲杠長度 L 2000mm，所以滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量縱向：SJ=0.94 2=1.88 cm2。 D）、工作臺質(zhì)量GJ的折算 工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量折算 到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動慣量GJ可按下式進行計算：MLJ G 20 )2( 公式 (4 11) 式中，0L為絲杠導(dǎo)程（ cm）； M 為工作臺質(zhì)量（ kg）。 所以 2220 1249.08.3014.32 4.0)2( cmkgMLJ G E）、傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量 J 計算 27 6 8 9 1.71 2 4 9.088.147 6 4.1 cmkgJJJJJ GSLD 4.1.7.2、驗算矩頻特性 步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩maxjM是指電機的定位轉(zhuǎn)矩，從 機電綜合設(shè)計指導(dǎo)書表 2-18 中查得 mMj 92.3m ax。步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩mqM與最大靜轉(zhuǎn)矩maxjM的關(guān)系為： maxjmq MM 公式 (4 12) 由 0.707 得， mMmq 77.292.37 0 7.0步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩可按下式計算： 0MMMM KfKaKq 公式 (4 13) 式中：KqM為空載啟動力矩（ Ncm）；kaM為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度，折算到電機軸上的加速力矩 （ Ncm）；KfM為空載時折算到電機軸上的摩 擦力矩 （ Ncm）；0M為由于絲杠預(yù)緊，折算到電機軸上的附加摩擦力矩 （ Ncm）。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 有關(guān)KqM的各項力矩值計算如下： A）加速力矩 3 6 010602m a xm a x2m a xpbKavntnJJM 公式 (4 14) 式中：J為 傳動系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量； 為電機最大角加速度；maxn為與運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大 轉(zhuǎn)速； t 為運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間，maxv為運動部件最大快進速度；b為初選步進電機的步距角；p為脈沖當(dāng)量。 m in/20036001.0 9.0800360m a xm a x rvnpb cmtnJM Ka 13.82.060 20014.327689.710602 2m a x B） 空載摩擦力矩 iLfGM kf 2 0公式 (4 15) 式中： G 為運動部件的總重量； f 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； i 齒輪傳動降速比； 為傳動系數(shù)總效率，取 0.8；0L為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。 cmM kf 120.018.014.32 4.0005.08.98.30 C）、附加摩擦力矩 2000 12 iLFM YJ 公式 (4 16) 式中：YJF為滾珠絲杠預(yù)緊力；0為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，現(xiàn)取0 0.96。 于是 cmM 04681.096.0118.014.32 4.05.7 20所以， 步進電機所需空載啟動力矩： cmMMMM KfKaKq 296.80 4 6 8 1.0120.013.80 初選電機型號應(yīng)滿足步進電機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉(zhuǎn)矩，即mqKq MM 從上式可知，所選電動機初步滿足要求。 4.1.7.3、啟動矩頻特性校核 步進電機啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動很少使用。升速啟動是步進電機從靜止?fàn)顟B(tài)開始逐漸升速，在零時刻，啟動頻率為零。在一段時間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動結(jié)束時，步進電機達到了最高運行速度。 查看機電綜合設(shè)計指導(dǎo)書圖 2-21 P42，從 90BF001 啟動矩頻特性圖中，可查得： 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 縱向： 空載啟動力矩KqM cm296.8 對應(yīng)的允許啟動頻率Zyq Hf 2500。查 機電綜合設(shè)計指導(dǎo)書表 2-21 P42，步進電機 90BF001 的最高空載啟動頻率yqZq fHf 2000， 所以所選電機不會丟步。 4.1.7.4、運行矩頻特性校核 步進電機的最高快進運行頻率KJf可按下式計算： PKZvf 601000 max 公式 (4 17) 式中：maxv為運動部件最大快進速度。P=0.01 算得ZKZ Hf 1333.333。 快進力矩KJM的計算公式： 0MMM KfKJ 公式 (4 18) 式中：0M為附加摩擦力矩，KfM為快進時，折算到電機軸上的摩擦力矩。算得： cmMMM KfKJ 0 . 1 6 6 8 10 . 0 4 6 8 10 . 1 2 00 。 查看機電綜合設(shè)計指導(dǎo)書圖 2-22 P43，從 90BF001 運行矩頻特性圖中，可知： 快進力矩KJM mcmN 0 0 1 6 6 8 1.0.1 6 6 8 1.0. 對應(yīng)的允許快進頻率KJyKJ ff ； 所以，所用的電機滿足快速進給運行矩頻特性要求。 綜上所述，所選用的 Z 軸步進電機 90BF001 符合要求，可以使用。 其他各軸電動為 :R 軸電機為 70BF001 A 軸電機為 70BF001 T 軸電機為 70BF001 4.2 調(diào)整絲杠的設(shè) 計 該部件采用燕尾槽的導(dǎo)向、絲杠的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)上下調(diào)整。 4.2.1 絲杠的螺紋升角的確定 由于在調(diào)整中調(diào)整絲杠要有自鎖性，因此其螺紋升角應(yīng) 小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角（ 6. 5到 10. 5） 取絲杠的 螺紋升角為 3.絲杠底下的雙推力軸承代號為 52208。內(nèi) 徑 d=30,外徑 D=68,厚度 T1=36. 圖 4-1 調(diào)整絲杠 4.2.2 絲桿穩(wěn)定性驗算 絲杠是屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作載荷過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷 KF 為 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢 設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 22L EIfF ZK 公式 (4 19) 式中： I 為截面慣性矩，對絲杠圓截面 )(64 441 mmdI （ d1 為絲杠底徑）； L 為絲杠最大工作長度（ mm）； E 為材料彈性模量，對鋼 E 20.6 104MPa；Zf為絲杠支承 方式系數(shù)。 本設(shè)計中，絲杠為長絲杠，故支承方式選用兩端軸向固定，即Zf 0.25。 )(25.1 2 6 5 664 3014.364 4441 mmdI 所以 4.1 8 1 0 56 0 0 25.1 2 6 5 6106.2014.325.0 242KF臨界載荷 KF 與絲杠工作載荷mF之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù) Kn ，如果 Kn 大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) Kn，則滾珠絲杠不會失穩(wěn)。因此，滾珠的絲杠的壓桿穩(wěn)定條件為 KmKK nFFn 公式 (4 20) 一般取 Kn 2.5 4，在這里取 Kn 4。 齒輪和管狀體的重量大概為 7.8 (0.7 0.7-0.6 0.6) 3.14 0.1=318.3kg 取 Fm =250kg。 KmKK nXFFn 3 8 9.78.92 5 0 4.1 8 1 0 5 所以， 調(diào)整絲杠不會失穩(wěn)。 4.3 齒輪齒數(shù)的確定與較核 4.3.1 所需的電機最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速 最短相貫線 Lmin= 200=628.32 628mm(最小與最大鋼管垂直相干時的情況 ) 最大切割速度選 600mm/min，即每分鐘割炬繞工件轉(zhuǎn) 600/628=0.955r/min。 選大小齒輪的分度