數(shù)控課程設(shè)計(jì)-車削加工設(shè)計(jì)

1、前 言隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化。由于數(shù)控技術(shù)的廣力。專家們預(yù)言：二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭，而濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。要的因素。機(jī)床數(shù)控技術(shù)這門課是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生只有通過認(rèn)識(shí)和具體合機(jī)床數(shù)控技術(shù)的教學(xué)，鞏固數(shù)控編程的知識(shí)，我們安排了數(shù)控編程課程設(shè)畢業(yè)生來說無疑是對(duì)我們說學(xué)知識(shí)的一次檢驗(yàn)和提高。一、課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是學(xué)完數(shù)控編程之后，進(jìn)行的下一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)的目的在于：（1）鞏固和加深學(xué)生所學(xué)課程的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，使學(xué)生逐步樹立正確的設(shè)計(jì)思想。（2）掌握數(shù)控機(jī)床加工工藝的

2、編制，學(xué)會(huì)使用常用功能指令和固定循環(huán)指令的編程方法及應(yīng)用；會(huì)用選刀、換刀、對(duì)刀、刀補(bǔ)和固定循環(huán)編制一個(gè)軸類、套類或箱體類零件的數(shù)控加工程序。（3）提高學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。（4）訓(xùn)練學(xué)生圍繞設(shè)計(jì)內(nèi)容查閱有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料的能力。二、課程設(shè)計(jì)題目及要求2.1本課程設(shè)計(jì)共有2類課題（1）車削類零件數(shù)控加工程序編制；（2）銑床工作臺(tái)設(shè)計(jì)。2.2課程設(shè)計(jì)基本要求（1）零件的工藝分析。（2）程編中工藝指令的處理。（3）編制數(shù)控車床加工工藝過程卡。（4）編制數(shù)控加工程序，寫設(shè)計(jì)說明書。（5）工作臺(tái)的分析計(jì)算三、車削加工設(shè)計(jì)3.1.1設(shè)計(jì)題目在數(shù)控車床上加工如圖2-3

3、4所示零件，其材料為45鋼。.圖 2-34 零件圖3.1.2（1）確定裝夾定位方案根據(jù)毛坯和零件圖，確定工件的裝夾方式。由于該工件是一個(gè)盤類零件，采夾即可完成全部加工，取工件的右端面中心為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。（2）確定加工順序之后加工左端外輪廓至尺寸要求加工內(nèi)孔，最后加工內(nèi)螺紋。（3）選擇刀具與切削用量由于毛坯材料為 45#鋼材，采用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行加工。為了避免停車換刀，考慮粗、精加工以及端面加工采用不同刀具。根據(jù)加工方案和工件材料，編制11 數(shù)控加工刀具卡（4）設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序卡/ 進(jìn)給速度 11523451671891 （5）數(shù)控加工走刀路線圖3.1.300001;M41;G50 S150

4、0;N1;G00 G40 G99 S400 T0101 M03 F0.1;X55.0 Z0;G96 S120;G01 X0;G00 G97 S500 Z80.0;G28 U0 WO TO M05;N2;G00 G40 G97 G99 S800 M03 T0202 F0.02;XO Z2.0;G74 R0.2;G74 Z-5.0 Q2000;G28 U0 W0 TO MO5;N3;G00 G40 G97 G99 S250 M03 T0303 F0.2;X0 Z2.0;G74 R1.0;G74 Z-72.0 Q3000;G28 U0 W0 T0 M05;N4;G00 G40 G97 G99 S40

5、0 M03 T0404 F1.5;X55.0 Z2.0;G71 U2.0 R0.5;G71 P10 Q11 U0.4 W0.1;N10 GOO X45.0;G02 X48.0 Z-3.0 R3;Z-10.0;G03 X48.0 Z-30.0 R20;N11 Z-42.0;G70 P10 Q11;G01 G40 X55.0;G28 U0 W0 T0 MO5;N5;GOO G40 G97 G99 S350 T0505 M03 F0.2;X17.0 Z2.0;G71 U1.5 R0.5;G71 P12 Q13 U0 W0;N12 G00 G41 X35.0;G01 X27.0 Z0;X25.0 Z-

6、20.0;Z-28.0;X20.0;N13 Z-50.0;G70 P12 Q13 F0.1;G01 G40.0 X17.0;G28 U0 W0 T0 M05;N6;G00 G40 G99 S400 T0101 M03 F0.1;X55.0 Z0;G96 S120;G01 X0;G00 G97 S500 Z80.0;G28 U0 WO TO M05;N7;G00 G40 G97 G99 S400 M03 T0404 F1.5;X55.0 Z2.0;G71 U2.0 R0.5;G71 P14 Q15 U0.4 W0.1;N14 GOO X36.0;G01 X38.0 Z-2.0;Z-10.0;X4

7、2.0 Z-26.0 ;Z-30.0;X46.0;G03 X48.0 Z-32 R2.0;G01 Z-40;N15 X50;G70 P14 Q15;G01 G40 X55.0;G28 U0 W0 T0 MO5;N8;GOO G40 G97 G99 S500 T0606 M03 F0.05;X52.0 Z-28.0;G01 X38.0;G01 X52.0 F0.5;G28 UO WO TO M05;N9;G00 G40 G97 G99 S500 T0808 M03;X45.0 Z6.0;G92 X41.7 Z-36.0 R-3.0 F1.5;X40.2;X39.4;X38.7;X38.0;X37

8、.5;X37.0;X36.7;X36.5;G28 UO WO TO M05;N10;G00 G40 G97 G99 S350 T0505 M03 F0.2;X42.0 Z2.0;G71 U1.5 0.5;G71 P16 Q17 U0 W0;N16 GO0 G41 X25.0;G01 Z0;X24.0;X22.0 Z-2.0;Z-20.0;X20.0;N17 GO1 G40 X18.0;G70 P16 Q17 F0.1;G28 U0 W0 T0 M05;N11;G00 G40 G97 G99 S250 T0707 M03 F0.05;X20.0 Z-18.0;G01 X24;G01 X20 F0

9、.2;G28 UO W0 TO MO5;N12;G00 G40 G97 G99 S500 T0909 M03;GOO X0 Z2.0;G99 G92 X-22.0 Z-18.0 F0.2;X-22.8;X-23.5;X-24.0;G00 X0;G28 U0 W0 TO MO5;M30;XK1632立式數(shù)控銑床工作臺(tái)（X軸）設(shè)計(jì)3.2.1數(shù)控銑床 定義:數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,兩都的加工工藝基本相同,結(jié)構(gòu)也有些相似,但數(shù)控銑床是靠程序控制的自動(dòng)加工機(jī)床,所以其結(jié)構(gòu)也與普通銑床有很大區(qū)別. 動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)等幾大部分組成：1、主軸箱 包括主軸箱體和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，用

10、于裝夾刀具并帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速范圍和輸出扭矩對(duì)加工有直接的影響。2、進(jìn)給伺服系統(tǒng) 度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3、控制系統(tǒng)數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工。4、輔助裝置 如液壓、氣動(dòng)、潤滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。5、機(jī)床基礎(chǔ)件 通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)和框架XK1632 立式數(shù)控銑床特點(diǎn)與用途：XK1632立式數(shù)控銑床主要用于中小型零件模具等多品種加工，工件一次裝夾后，可自動(dòng)高效、高精度的連續(xù)完成銑、鉆、鏜、鉸等工序。削。主軸軸承采用進(jìn)口軸承，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)精度高、噪聲低、震動(dòng)小、熱變形小。XK1632立式數(shù)控

11、銑床技術(shù)參數(shù)工作臺(tái)面尺寸坐標(biāo)行程（X、Y、Z）主軸最高轉(zhuǎn)速主電機(jī)功率主軸鏜孔MAS403 BT40工作臺(tái)最大承重主軸端面至工作臺(tái)面距離定位精度重復(fù)定位精度HNC-21M/22M系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)1.1技術(shù)要求X向拖板(上拖板)尺寸為:長*寬*高=1250*330*120重量:按重量=體積*材料比重估算為:W= 7.8 N32xW上導(dǎo)軌重量為電機(jī)重量2000N1W18 9.8 176.4N 1夾具及工件重量: 約1588NX-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為:W .4 N工作臺(tái)、工件和夾具的總重量 =1000kg（所受的重力m作臺(tái)的質(zhì)量m =495kg（所受的重力W L =750mm；p00工作臺(tái)快速移動(dòng)速度

12、v =6000 數(shù) =0.15,靜摩擦系數(shù)u =0.2；工作臺(tái)的定位精度為 40um，重復(fù)定位精度為u025um；機(jī)床的工作壽命為20000h（即工作時(shí)間為10年） =3.7 kwPE削，銑刀直徑 D=125mm，主軸轉(zhuǎn)速 n=4000r/，切削狀況如表 2-1 所示表 2-1 數(shù)控銑床的切削狀況主電動(dòng)機(jī)滿功率條件下3050空載條件下工作臺(tái)快速進(jìn)給101.2 總體方案設(shè)計(jì)為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案。（1）工作臺(tái)工作面尺寸（寬度長度）確定為 330mm1250mm。（2）工作臺(tái)的導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，在與之相配的動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼聚四氟乙烯（PT-FE）導(dǎo)軌板。同時(shí)采用斜鑲條消除導(dǎo)軌導(dǎo)向面

13、的間隙，在背板上通過設(shè)計(jì)觸面上和背板接觸面上貼塑。（3）對(duì)滾珠絲桿螺母副采用預(yù)緊措施，并對(duì)滾珠絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸。（4）采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（5）采用膜片彈性聯(lián)軸器將伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿直連。3.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 主切削力及其切削分力計(jì)算F（1）計(jì)算主切削力 。Z根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑D=125mm）時(shí)，主軸具有最大扭矩，并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率。此時(shí)，銑刀的切削速度為 3.14125 3v m/s 26.17m/s Pm若主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率 ，按式 10 可計(jì)算主切削力 ；FF3EvmzZ-機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速全部功率時(shí)的最低切削速度，；m

14、/sv-機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)功率，一般取 。mm Pm0.83.7F N NE33vz（2）計(jì)算各切削分力。根據(jù)表 2-2 可得工作臺(tái)縱向切削力 、橫向切削力F 和垂向切削力F 分F1cv別為F 0.4F 0.4N 45.24N1zF 0.95F 0.95N 107.45NczF 0.55F 0.55N Nvz表 2-2 工作臺(tái)工作載荷與切向銑削力的經(jīng)驗(yàn)比值比值對(duì)稱端銑不對(duì)稱端銑切削條件端銑F /F10.30 0.400.60 0.90 z(a (0.40.8)d ,a 0.10.45 0.700.50 0.551.00 1.200.20 0.300.35 0.400.90 1.000.50

15、0.550.80 0.900.75 0.800.35 0.40e0fczvzF /F1z(a 0.05d ,a 0.10.2)vze0fF /F-cz2.2 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算（1）按式(2-8a)計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 F 。此時(shí)，動(dòng)摩擦系數(shù)0.15，F(xiàn) 、F cv-摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式不同而不同，對(duì)于帖塑導(dǎo)軌，=0.15；對(duì)于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，=0.01；f -鑲條緊固力（N）,其推薦值可查表 2-3 得鑲條緊固力 f =800N，則ggF W f F F )=0.15(7600+800+107.45+62.21)N=1285.45Ngcv表 2-3 鑲條緊固力推薦值主電動(dòng)機(jī)功率/kw18

16、3500滾動(dòng)直線導(dǎo)軌175(2)按式F W f ) ,計(jì)算在吧切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜F00g摩擦力F 。0F W f )=0.15（7600+800）N=1260N0gF W f )=0.2(7600+800)N=1680N00g2.3 計(jì)算滾珠絲桿螺母副的軸向負(fù)載力（1）按式F F F ，-主切削力的縱向切削力F1amax1Famax F F =（45.24+1285.45）N=1330.69N1（2）按式F F W f )N 計(jì)算最小軸向負(fù)載力Famin0gaF F =1260N0amin2.4 滾珠絲桿的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算1）確定滾珠絲桿的導(dǎo)程vn 1500r/L 得：inma

17、x0v6000L 0mm 4mmmaxin11500max2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副得平均轉(zhuǎn)速和平均載荷（1）估算在各種切削方式下滾珠絲桿的軸向載荷。將強(qiáng)力切削時(shí)的軸向載荷定為最大軸向載荷Fa軸向載荷定為最小軸向載荷F 。一般切削(粗加工)和精細(xì)切削（精加工）時(shí)，a滾珠絲桿螺母副的軸向載荷 、F 分別可按下列公式計(jì)算：F23F F 20%F ，F(xiàn) F 5%F ，并將計(jì)算結(jié)果填入表 2-4。2aminamax3aa切削方式荷/N/()例/()m min表 2-4 數(shù)控銑床滾珠絲桿的計(jì)算(2)計(jì)算滾珠絲桿螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速niv 0.6強(qiáng)力切削11amaxF F 20%Fv 0.822ami

18、namax1326.531260150103aavvF F4快移和定鏜定位4maxaminv1L0.6n 1r/min 150r/minr/min 200r/minr/min 250r/min41030v0.8n 22410L30v1n 33410L30v15n 4r/min 3750r/min4410L30q1q2q（3）按式 n 1n 2計(jì)算滾珠絲桿螺母副的平均轉(zhuǎn)速nnnmnn 。mq1q2qnn mn 1n 2nn (3750)r/ 575r/n qFn qn qnn 100（4）按式 . F 計(jì)算滾珠絲桿螺母副nFF311n 100322n 10033m12nmmm的平均載荷F 。mn

19、 qn qn qF FF.F311n 100322n 1003nnn 1003m12nmmm150 10575 100200 30575 100250 50575 1003750 10575 100 1330.69 1526.14 1326.53 1260 N33333 1330.69 0.0261526.14 0.1041326.53 0.2171260 0.652N333331308.76N3)確定滾珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷Cam（1）按預(yù)定工作時(shí)間估算。查表2-5 得載荷性質(zhì)系數(shù) 。已知初步f w選擇的滾珠絲桿的精度等級(jí)為 2 級(jí)，查表 2-6 得精度系數(shù) f 1。查表 2-7a得可靠性系

20、數(shù) f 0.44，額定壽命c(diǎn)F f則由式C 60n L得mw100f f3mhacF fC 60n Lmwf f3mhac1.3 N310.44N表 2-5 載荷性質(zhì)系數(shù) fw伴有沖擊或振載荷性質(zhì)輕微沖擊1.21.5f11.21.52w表 2-6 精度系數(shù) fa4、50.9100.7f10.8a表 2-7 可靠性系數(shù) fc90199f0.620.530.440.330.21c(2)C f F 估算最大軸向ea載荷。查表 2-8 得欲加動(dòng)載荷系數(shù) f 4.5，則eC f F 4.51330.69N Nameamaxf表 2-8 欲加動(dòng)載荷系數(shù)e輕預(yù)載6.7中預(yù)載4.5重預(yù)載3.4fe（3）確定滾

21、珠絲桿預(yù)期的額定動(dòng)載荷C 。am取以上兩種結(jié)果的最大值，即C =34169.11N。am4）按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)d2m（1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲桿的最大軸向變形。已知工作臺(tái)的定位精度為40 m，重復(fù)定位精度為 25 m ，根據(jù)公式31/重復(fù)定位精度 m和51/定位精度 以及定位精mmaxmax度和重復(fù)定位精度的要求，得） 31/2 25 m m，max1） 51/4 40 m 10) mmax2取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即 。8 mmax（2）估算允許的滾珠絲桿的最小螺紋底經(jīng)。d2m本機(jī)床工作臺(tái)（X）軸滾珠絲桿螺母副的安裝方式擬采用兩端固定式。滾

22、珠絲桿螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度（1.21.4）行程+（2530）L0取 L=1.4行程+30L =（1.4750+304）mm=1170mm,0F L0又F0=2460N，由式d 0.0392m得maxF L0d 2m8max3.2.3 工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì)將以上計(jì)算結(jié)果用于工作臺(tái)部件的裝配圖設(shè)計(jì)。其計(jì)算簡圖如下圖所示。1225mm3.2.4 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗(yàn)4.1 滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本工作臺(tái)的滾珠絲桿支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲桿始終受拉而不受壓，因n4.2 滾珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速 的校驗(yàn)c根據(jù)以上的計(jì)算可得滾

23、珠絲桿螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長度 L21彈性模量 E 2.110 MPa ，材料密 度 7.810 N /mm ，重力加速 度553gg 9.8 /s ，安全系數(shù)K 。查參考文獻(xiàn) 1 表 2-44 得 4.73。321滾珠絲桿的最小慣性矩為I d 44.3 190669.6444442滾珠絲桿的最小截面積為A d 44.3 1540.552222442EIA2故可由式n K得2 2c12EIA2n K2 L2c12604.7322.110 1906699.810530.8r/min23.141117.527.810 1540.5557822.47r/min本絲桿螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 1500r m

24、in 4.3 滾珠絲桿螺母副額定壽命的校驗(yàn)滾珠絲桿螺母副的壽命，主要是指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲桿在相同的條件下回轉(zhuǎn)時(shí)，其中 90不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速查參考文獻(xiàn) 1 附錄 A 表 A-3 得滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷C 35800N，a運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù) f 1.2，滾珠絲桿的軸向載荷F F 1330.69N ,滾珠絲桿wamaxCaF fL螺母副轉(zhuǎn)速nn 1500r/,由式 L (max ，L ) 36h 60nawCaF f35800得，L () 10 () 10 r 1.127 10 r3636101330.69 1.2awL1.127101060L h 125

25、208h60nh一般來講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證滾珠絲桿螺母副的總時(shí)間壽命L 20000h故滿足要求h3.2.5 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度5.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算(1)計(jì)算滾珠絲桿的拉壓剛度K 。s(a L/L 1225mm)兩支承的中心位置時(shí) 時(shí)，滾珠絲桿螺母副具有最小拉壓剛d2度K，可按式K6.6102計(jì)算：2Lssd44.322 N / m 955.90N / mK 6.6102 6.6 2L2smin當(dāng) a L 或a L 237.5mmYJ的兩端位置時(shí) 滾珠絲桿螺母副具有最大拉壓剛度 K，可按式sd L2K6.6102計(jì)算：24L (LL )smaxJJd L2K 6.61022

26、4L (LL )sJJ44.3 2N / m6.624237.51653.18N / m（2）計(jì)算滾珠絲桿螺母副支承軸承的剛度K 。b已知軸承接觸角 60，滾動(dòng)體直徑d 7.144mm，滾動(dòng)體個(gè)數(shù) Z=17，軸Q承的最大軸向工作載荷F8076.76N,查參考文獻(xiàn) 1 表 2-45、2-46 得Bmaxsin5K 42.34 d Z F23bQBmax42.34 7.14417 8076.76sin 60 N / m3251895.98N / m（1） 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度Kc查參考文獻(xiàn) 1 附錄 A 表 A-3 得滾珠與滾道的接觸剛度 K 2075N /m載荷C 55600N F1945.

27、10NaamaxFamax0.1C1)3K K(caFamax0.1C1330.69131) N / m N / m得 2075 ( KK()30.155600ca（2） 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K 。1111由式得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為KKKKsbc11111111653.18 1895.98 1288.31 0.0018KKKKmaxsmaxbc故K 555.56N / m。max1111由式K K得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為KKs1bc1111110.0023KKK K 955.90 1895.98 1462.08cminsminb故K 434.78N /

28、m。min5.2 滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算L 2由以上計(jì)算可知，扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)之間的距離已知剪切模量d G4232LK d 44.310 mG 8.1104MPa，滾珠絲桿的底徑3 。由式得22d G 3.14(44.310 ) 8.110 1043446K N m/rad232L 32 987.5 1032 27392.52N m/rad3.2.6 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算6.1 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量J（1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。r7.8 kg/cm33已 知 滾 珠 絲 杠 的 密 度， 由 式nnJ rD L 0.7810D L44332jjjj得j1j1nnJ rD L 0

29、.78D L443jjjjj1j10.78 (23 8.94 100.92.5 5.2)34442cm2J（2）計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)量 。0J 0.7810 D L3400.7810 (6.6 3 )8.2kgcm 11.62kgcm34422J（3）計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。L已知機(jī)床執(zhí)行部件（即工作臺(tái)、工件、夾具）的總質(zhì)量m1000kg，電動(dòng)機(jī)LJ ( )2每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸上移動(dòng)的距離Lcm,則由式L得L1J m( ) () 25.3622222LJ J J JJ（4）由式計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。ddr0LJ J J J (21.4311.6225.3

30、6)kgcm 58.41kgcm22dr0L6.2 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T（1）計(jì)算切削負(fù)載力矩 。cF F1330.69N已知在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)aamax 4 0.004mLF LaT c0.90，由式得0.004F L 1330.69aT cN m 3.44N m23.140.90T（2）計(jì)算摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力（即為空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力）F LF L1260 0.01T uT 0u N m 3.26N m0F 1845N 2 3.14 0.9，由式得0T（3）計(jì)算由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩 。fF 648.37N已知

31、滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力滾珠絲杠螺母副的基本導(dǎo)程pF LpT )02L0 4mm0.004m0.942f0，由式得0F Lp2648.37 0.004T ) 0.94 )N m 0.13N m02223.140.9f06.3 計(jì)算坐標(biāo)軸折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種所需的力矩（1）計(jì)算線性加速力矩Taln 1500r/minmax已知機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，J 62kgcm2mJ 58.41kgcm2d電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，坐標(biāo)軸的負(fù)載慣量，進(jìn)給33t s0.15sk k 20Ha伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益，加速時(shí)間，由式zZsnT al(J J e )s ak tmaxt60md得an23

32、.141500609800.15T al(J J e )(62e)kgf cmk t20 015maxts a60mda122.17kgf cm11.97Nm（2）計(jì)算階躍加速力矩。11nmax60tt s0.05saT ap(J J )k smd已知加速時(shí)間，由式得anmax60tT ap(J J )mda23.141500(62kgf cm609800.05kgf cmNm（3）計(jì)算坐標(biāo)軸所需的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩。T T T T )T按式計(jì)算線性加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩 。qqalfT T T T )Nm15.36NmqalfT T T T )T 按式計(jì)算階躍加速時(shí)空載啟動(dòng)力矩 。f q

33、qapT T T T )(38.01Nm41.40NmqapfT T TKJT按式計(jì)算快進(jìn)力矩 。KJfT T T Nm3.39NmKJfT T TT按式計(jì)算工進(jìn)力矩 。GJcfT T T NmNmcf6.4 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)(1)選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)1根據(jù)以上計(jì)算和查參考文獻(xiàn)表 2-47，選擇日本 FANUC 公司生產(chǎn)的 i型交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主要技術(shù)參數(shù)如下:額定功率 3kw；r min；額定力矩 12N m；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量62kgcm2；質(zhì)量。最高轉(zhuǎn)速 3000交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速力矩一般為額定力矩的 5-10 倍。若按 5 倍計(jì)算，則該電動(dòng)機(jī)的加速力矩為 60NT 15.36N

34、mm，均大于本機(jī)床工作臺(tái)的線性加速時(shí)所需 的空T 41.40Nm載啟動(dòng)力矩以及階躍加速時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，因qq此，不管采用何種加速方式，本電動(dòng)機(jī)均滿足加速力矩要求。該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為 12Nm，均大于本機(jī)床工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力T 3.39NmKJT 3.57NmGJ矩以及工進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，因此，不管是快進(jìn)還是工進(jìn)，本電動(dòng)機(jī)均滿足驅(qū)動(dòng)力矩要求。（2）慣量匹配驗(yàn)算。J為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理 的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量 與伺服dJ0.251dJJ電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 之比一般應(yīng)滿足式mm JJ58.41620.94 d而在本設(shè)計(jì)中，故滿足慣量匹配要求。m3.2.7機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析

35、7.1計(jì)算絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率K K 434.7810 N /m6已知滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度0min1m m mm杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量3 （其中 、 分別是機(jī)床執(zhí)mdsskg kg行部件的質(zhì)量（ ）和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量（ m 1000kgm 4 151.97.8 14.88234s11m m m 14.88) 1004.9633dsKm106 /s 657.75 /s0d7.2計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J J J (21.4311.62)kgcm 33.05kgcm kgm222sr0K K 27392.52Nm/rad已知絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則sKJ27392.52rad/s 2881rad/ss0.0033nts由以上計(jì)算可知，絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率597.60rad/s、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 rsd /s都比較高。一ncnt般按300rad/s的要求來設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，故滿足要求。n3.2.8計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析8.1計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方向死區(qū)K 434.7810 N /mm已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的最小綜合拉壓剛度6，導(dǎo)軌的靜min2F 2 1030F 1680NK摩擦力，則由式得0