數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、陜西科技大學(xué)目 錄1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)21.設(shè)計(jì)題目：22.設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求21.2 總體方案設(shè)計(jì)21.2.1帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)21.3 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算21.選擇脈沖當(dāng)量22.計(jì)算切削力21）縱車外圓22)橫切端面23.滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型31）縱向進(jìn)給絲杠32)軸承選擇。73）定位精度校核84.齒輪傳動(dòng)比計(jì)算。9總結(jié)10參 考 文 獻(xiàn)12 11數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)題目：數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 課題說明某一數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求如下：縱向最大進(jìn)給力為5000N，工作臺(tái)重300Kg，工件及夾具的最大重量為50

2、0Kg，工作臺(tái)縱向行程680mm，進(jìn)給速度14000mm/min，快速速度15m/min。導(dǎo)軌為矩形，表面粘貼聚四氟乙烯軟帶（摩擦系數(shù)為：0.04）。要求的定位精度為±0.006mm。 設(shè)計(jì)內(nèi)容傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、連接支撐方式等。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：(1) 縱向行程：680mm(2) 最大加工直徑：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3) 最大加工長度：1000mm(4) 縱向進(jìn)給速度：0.0014m/min(5) 縱向快速速度：15m/min(6) 工作臺(tái)重：300Kg(7) 工件及夾具的最大重量：500Kg(8) 摩擦系數(shù)為：0.04(9) 代碼制：ISO1.2

3、總體方案設(shè)計(jì) 1.2.1帶有齒輪傳動(dòng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圖11 圖12數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)，由于是數(shù)控機(jī)床縱向伺服系統(tǒng)，總體方案，從電動(dòng)機(jī)出來帶有齒輪傳動(dòng)，配上滾珠絲杠（采用滾珠絲杠可以提高系統(tǒng)的精度和縱向進(jìn)給整體剛度）。1.3 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 1.選擇脈沖當(dāng)量 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求確定脈沖當(dāng)量，縱向?yàn)?.01mm/步，橫向?yàn)?.005mm/步（半徑）。 2.計(jì)算切削力1）縱車外圓 主切削力=0.67=0.67=5360N 按切削力各分力比例： ： ：=1:0.25:0.4 =53600.25=1340N =53600.4=2144N2)橫切端面主切削力可取縱切力的1/2：

4、 =2680N 此時(shí)走刀抗力為，吃刀抗力為。仍按上述比例粗略計(jì)算：=1:0.25:0.4=26800.25=670N=26800.4=1072N3.滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 1）縱向進(jìn)給絲杠 （1）計(jì)算進(jìn)給率引力。導(dǎo)軌為矩形貼塑，有=K(G)=1.113400.04(53602144+5000)=1974.16N 其中：、 、切削分力（N）；K矩形導(dǎo)軌K=1.1； 貼塑導(dǎo)軌=0.030.05； G移動(dòng)部件的重量，G=5000N。 工作臺(tái)重量：=mg=30010=3000N工作及夾具的重量：= mg=50010=5000N根據(jù)以上估算得總的重量為： G=3000+5000=8000N絲杠載荷.

5、 導(dǎo)軌摩擦力： 最大進(jìn)給力： 最大軸向載荷：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 絲杠最大轉(zhuǎn)速（快移）（2）絲杠導(dǎo)程。 工作臺(tái)最大速度 （3）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C。 C= L= n=式中：最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），可取最大進(jìn)給速度的1/21/3，此處=；滾珠絲杠的導(dǎo)程，初選=6mm；T使用壽命，對于數(shù)控機(jī)床取T=15000h；運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.21.5；L壽命，以轉(zhuǎn)為1單位。本設(shè)計(jì)中： n= L= C=(4)滾珠絲杠螺母副的選型。 查閱機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊，滾珠循環(huán)方式采用外循環(huán)：L，預(yù)緊方式采用插管式埋入式雙螺母預(yù)緊：CMD,滾珠絲杠副規(guī)格:2506，滾珠絲杠副的精度公稱直徑：，基本導(dǎo)程：6mm

6、,表31 螺母安裝連接尺寸（mm）螺母安裝連接尺寸D公差D3D4BD5D6h507663115.8106表32 滾珠絲杠副鋼球直徑（mm）基本導(dǎo)程6鋼球直徑3 4表33 余程值（mm）基本導(dǎo)程6余程24滾珠絲杠副的型號(hào)：CMD表34 CMD型外插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副滾珠絲杠副規(guī)格公稱直徑基本導(dǎo)程鋼球直徑絲杠外徑螺紋底徑循環(huán)圈數(shù)d圈數(shù)×列數(shù)CMD2506-2.5CMD2506-3CMD2506-52563.96924.520.92.5×11.5×22.5×2螺母安裝連接尺寸（mm）D公差D3D4BD5D6hLCAM507663115.81068

7、810012432385073額定動(dòng)負(fù)荷額定靜負(fù)荷接觸剛度/N/N1263414778229302868634423573727558981461由于額定動(dòng)負(fù)荷=22930N>最大動(dòng)負(fù)載C,既滾珠絲杠副規(guī)格為：CMD2506-5表35 負(fù)荷滾珠圈數(shù)代號(hào)負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)代號(hào)1.5圈1.52圈22.5圈2.53圈33.5圈3.54圈44.5圈4.55圈5表36 滾珠絲杠副的精度機(jī)床和機(jī)械類型坐標(biāo)精度等級012.345710開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控車床xzO O O O既選用4級精度。表37 精度等級代號(hào)精度等級代號(hào)1級精度12級精度23級精度34級精度45級精度57級精度710級精度10既：滾珠絲杠副

8、的型號(hào)：CMD2.54預(yù)緊力：滾珠絲杠副的預(yù)緊力不應(yīng)小于最大軸向載荷的1/3即應(yīng)滿足條件：>>即：符合要求。（5）傳動(dòng)效率計(jì)算： 式中：絲杠螺旋升角； 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。 本設(shè)計(jì)中： （6）絲杠螺紋部分長度。 支承跨距距離l應(yīng)大于，即l=1500mm（7）臨界轉(zhuǎn)速校核 絲杠底徑： 支承方式系數(shù)：由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊表2.8-66查得（兩端固定） 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度： 即：符合要求。（8）壓桿穩(wěn)定校核： 兩端固定支承，絲杠不受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。 （9）預(yù)拉伸計(jì)算。 設(shè)溫升為,由下式得： 溫升引起的軸向位移 式中：線膨脹系數(shù)， 絲杠溫度，一般取35

9、 螺紋有效長度（m）。 溫升引起的伸長量：絲杠全長伸長量：預(yù)拉力： 由拉伸公式 2)軸承選擇。 由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊表2.8-50采用E型和F型軸端，軸承型號(hào)為：36203主要尺寸和參數(shù)由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊表2.8-50查得表38 固定E型和F型：單位（mm）表38滾珠絲杠公稱直徑軸端尺寸d()A2B25171260243624F型中心孔平鍵墊塊鎖緊圓螺母滾動(dòng)軸承GB145-79GB1095-79JB23-59型號(hào)規(guī)格3620317 預(yù)緊力的確定： 軸承的最大軸向載荷為： 由于 即：符合要求。主要尺寸和參數(shù)由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊表2.8-39查得d=25mm,D=62mm,B=17mm；滾動(dòng)體：

10、，Z=18；預(yù)加負(fù)荷：,軸承型號(hào)為：7602025TVP。3）定位精度校核 絲杠在拉壓截荷下的最大彈性位移： =0.00526F 最大進(jìn)給力F=5000N, 導(dǎo)軌摩擦力, 最大軸向載荷，絲杠與螺母間的接觸變形： 由機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊表2.8-35查得CMD256滾珠絲杠副的接觸剛度 所以得： 軸承的接觸變形： 角接觸球軸承的軸向剛度估算機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊公式2.8-25得 = =412N 絲杠系統(tǒng)的總位移：最大進(jìn)給力：導(dǎo)軌摩擦力：<0.006mm=6um最大軸向載荷：要求的定位精度為±0.006mm，滿足要求。4.齒輪傳動(dòng)比計(jì)算。 已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選電

11、動(dòng)機(jī)步距角，可計(jì)算出傳動(dòng)比 可選定齒輪齒數(shù)為 即，模數(shù)，齒寬。表4-1 傳動(dòng)齒數(shù)幾何參數(shù)齒數(shù)324024402025分度圓648048804050齒頂圓688452844454齒根圓597543753545齒寬202020202020中心距726445總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)為其三周，時(shí)間的充分，這次我的課程設(shè)計(jì)題目是：數(shù)控機(jī)床縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)。剛開始感覺很難，因?yàn)橘Y料的收集與課題相差甚遠(yuǎn)，頭腦里一個(gè)最基本的概念都沒有，后來祁老師給我們導(dǎo)入基本過程，再經(jīng)過我們一個(gè)星期的研究，終于有一點(diǎn)眉目，搞清楚了什么是脈沖當(dāng)量，什么是滾珠絲杠等等。經(jīng)過幾個(gè)星期資料搜集，包括車床的說明書等等，設(shè)計(jì)并進(jìn)入了正式的軌

12、道。因?yàn)槲覀円郧暗幕A(chǔ)知識(shí)掌握得不牢固，在這次設(shè)計(jì)中確實(shí)是遇到了很多的問題，但在這過程中，我們又學(xué)會(huì)了很多東西。由于知識(shí)狹義，因此壓力又大了很多，但是只要有一個(gè)明確的目標(biāo)，樂在其中，特別是把以前學(xué)過的知識(shí)又溫習(xí)了一遍，而且把很多門課程都串聯(lián)在一起，形成一個(gè)大的框架，這樣確實(shí)是有一種豁然開朗、煥然一新的感覺。通過這次課程設(shè)計(jì)，為我們即將面臨的畢業(yè)設(shè)計(jì)做鋪墊。我們從一開始的只要完成任務(wù)的心態(tài)到后來的主動(dòng)去學(xué)習(xí)，去努力的學(xué)習(xí)態(tài)度，這是一個(gè)不小的進(jìn)步，并且把以前學(xué)過的知識(shí)融會(huì)貫通，看到了自己的許多不足之處。老師在我們設(shè)計(jì)中也給我們提出了很高的要求，它要求我們每一個(gè)零部件都要按照標(biāo)準(zhǔn)去查手冊。從理論到實(shí)

13、踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。參 考 文 獻(xiàn)1 胡家杰.機(jī)械類課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題精選.機(jī)械制造專業(yè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2010.2.2 舒志兵.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)械制造專業(yè)，北京：電子工業(yè)出版社.2007.2.3杜建銘.機(jī)電一體化導(dǎo)論，北京：電子工業(yè)出版社.2011.6.4 于金.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)踐. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2008.1.5 薛惠芳，鄭海明.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：中國質(zhì)檢出版社.2