水平數(shù)控滑臺(tái)X軸低速傳動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).doc

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1、水平數(shù)控滑臺(tái)X軸低速傳動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 水平數(shù)控滑臺(tái)X軸低速傳動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 學(xué)生：XX，XXXX機(jī)電與建筑工程學(xué)院 指導(dǎo)老師：XXX，XXXX 摘 要 從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)

2、的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)控機(jī)床的滑臺(tái)部分進(jìn)行了研究 關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 數(shù)控滑臺(tái) 絲杠 ABSTRACT From the mid-twentieth century numerical control technology to emerge, NC machine tools for mechanical manufacturing industry has brought the revolutionary change. NC machining has the following chara

3、cteristics: machining flexibility, high machining accuracy, productivity high, reduce labor intensity, the operator to improve working conditions, be helpful for production management modernization and improve the economic benefits of the. CNC machine is a kind of high integration of machinery produ

4、cts, applicable to small batch processing varieties parts, the structure is relatively complicated, higher accuracy of the parts, the need for frequent daken parts, expensive dont allow discard of the key parts, requirements of precision copy parts, need to shorten the production cycle of urgently n

5、eeded parts and 100% inspection requirements of parts. Numerically-controlled machine tools characteristics and application scope make it become national economic and national defense construction development important equipment. KEY WORDS: numerical control machine CNC Slip sets scr

6、ew 目錄 摘要 1 ABSTRACT 1 課題來(lái)源 1 1引言 2 2結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3 3傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 31載荷的計(jì)算 10 3.2滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑的估算 11 3.2.1按預(yù)期的工作時(shí)間估算滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷 3.2.2 按精度要

7、求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑　 3.3 滾珠絲杠螺母副的承載能力的校驗(yàn) 12 3.3.1壓縮載荷的校驗(yàn) 3.3.2 滾珠絲杠螺母副的臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn) 3.3.3 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗(yàn)　　 3.4 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 13 3.4.1計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的剛度　 3.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算　　 14 3.5.1 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 3.5.2 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 3.5.3 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào)　　　 3.6 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的

8、動(dòng)態(tài)分析 16 3.6.1 計(jì)算絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率　　　 3.6.2 計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率　　　 3.7 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算 18 3.7.1 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向死區(qū) 3.7.2 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差　　　 3.8 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 19 3.8.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 3.8.2確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)　　　 4畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)　 21　　 5 參考文

9、獻(xiàn) 22 6 致謝 23 引言 數(shù)控機(jī)床綜合了當(dāng)今世界上許多領(lǐng)域最新的技術(shù)成果，主要包括了精密機(jī)械，計(jì)算機(jī)及信息處理，自動(dòng)控制及伺服驅(qū)動(dòng)，精密檢測(cè)及傳感等各個(gè)方面的技術(shù)。近些年來(lái)，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的制造業(yè)。隨著社會(huì)的多樣化需求以及其相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床也向著更廣的領(lǐng)域發(fā)展，而且呈現(xiàn)出了高速度，高精度，高柔性化，復(fù)合化以及多功能化等方面的發(fā)展趨勢(shì)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題名稱是：水平數(shù)控滑臺(tái)X軸低速傳動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 。其主要內(nèi)容是： 1.設(shè)計(jì)水平數(shù)

10、控滑臺(tái)X軸低速傳動(dòng)系統(tǒng)； 2.關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 而關(guān)鍵零件又包括滑座，滑臺(tái)，滾珠絲杠，絲杠螺母座，絲杠軸承座電機(jī)支架等零件部分。不僅要按照要求設(shè)計(jì)出合理的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且還要對(duì)這些個(gè)關(guān)鍵零件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算和驗(yàn)算。 通過(guò)本課題的研究，應(yīng)該了解國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展研究概況和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，懂得我國(guó)發(fā)展數(shù)控機(jī)床的意義和必要性。增加我們對(duì)振興我國(guó)制造業(yè)的使命感。培養(yǎng)我們對(duì)數(shù)控機(jī)床的興趣，系統(tǒng)訓(xùn)練我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，實(shí)踐產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，起到就業(yè)前的綜合練兵作用。同時(shí)，了解數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本步驟，訓(xùn)練如何收集和分析資料，如何制定設(shè)計(jì)方案，如何進(jìn)行工作圖設(shè)計(jì)和計(jì)算，撰寫(xiě)論文的能力。最后

11、，要深入的理解數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。 課題來(lái)源：指導(dǎo)老師范超毅教授 2 數(shù)控滑臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu) 2.1 數(shù)控滑臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案 本次課題的主要內(nèi)容就是設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的數(shù)控滑臺(tái)，其主要結(jié)構(gòu)部分包括，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)，滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，電機(jī)支架的設(shè)計(jì)等。而其中最重要就是滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)，里面包括了滾珠絲杠螺母副的支承方式，所用軸承的類型，預(yù)緊和調(diào)隙方式等方面的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)在文獻(xiàn)綜述的比較，已經(jīng)確定了這次課題的設(shè)計(jì)方案。采用交流私服電動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。滾珠絲杠螺母副與電動(dòng)機(jī)采用齒輪連接。而滾珠絲杠螺母副采用一端固定一端游動(dòng)的支

12、承方式，選用帶有鑲條的貼塑導(dǎo)軌。 2.2 數(shù)控滑臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)圖 圖1.1 2.3導(dǎo)軌 導(dǎo)軌概述 導(dǎo)軌主要用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方稱為動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方稱為支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，通常作直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2.3.1對(duì)導(dǎo)軌的要求 1)導(dǎo)向精度高 導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度和圓度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌的剛度和熱變形，還有裝配質(zhì)量。 導(dǎo)軌的幾何精度綜合反映在靜止或低速下導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的檢驗(yàn)

13、內(nèi)容主要是：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度，導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度，在水平面內(nèi)兩條導(dǎo)軌的平行度。例如：導(dǎo)軌全長(zhǎng)為20 m的龍門(mén)刨床，其直線度誤差為o．02/1 000，在導(dǎo)軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)為0. 08 mm圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌幾何精度的檢驗(yàn)內(nèi)容與主軸回轉(zhuǎn)精度的檢驗(yàn)方法相類似，用導(dǎo)軌回轉(zhuǎn)時(shí)端面跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)表示。例如：最大切削直徑為4m的立車，其允差規(guī)定為0.05 mm 2)耐麼性好及壽命長(zhǎng) 導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。例如：臥式車床的鑄鐵導(dǎo)軌，若結(jié)構(gòu)欠佳、潤(rùn)滑不良或維修不及時(shí)，則靠近床頭箱一

14、段的前導(dǎo)軌，每年磨損量達(dá)0.2～0.3 mm，這樣就降低了刀架移動(dòng)的直線度及對(duì)主軸的平行度，加工精度也就下降了。與此同時(shí)，也增加了溜板箱中開(kāi)合螺母與絲杠的同軸度誤差，加劇了螺母與絲杠的磨損。 3)足夠的剛度 導(dǎo)孰要有足夠的剛度，保證在載荷作用下不產(chǎn)生過(guò)大的變形，從而保證各部件間的相對(duì)位量和導(dǎo)向精度。 4）低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的爬行將提高被加工表露的表面粗糙度值，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對(duì)于高精度的機(jī)床尤其重要 5）工藝性好 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意到制造、調(diào)整和維護(hù)的方便，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

15、單，工藝性和經(jīng)濟(jì)性好。 雙矩形導(dǎo)軌 這種導(dǎo)軌易加工制造、承載能力大，但導(dǎo)向精度差。側(cè)導(dǎo)向面需設(shè)調(diào)整鑲條，還需設(shè)置壓板，呈封閉式導(dǎo)軌。它常用于普通精度的機(jī)床 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌已經(jīng)廣泛使用在各種數(shù)控機(jī)床上，它具有以下顯著特點(diǎn)： (1)摩擦系數(shù)小，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差別較小，可以防止產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象； (2)耐磨性、抗撕傷能力強(qiáng)； (3)加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低，并有良好的自潤(rùn)滑性和抗振性。 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌一般與鑄鐵導(dǎo)軌或淬硬的鋼導(dǎo)軌相配合使用，是在與鑄鐵導(dǎo)軌或淬硬的鋼導(dǎo)軌相配合的導(dǎo)軌（即由工作臺(tái)導(dǎo)軌面、鑲條面、壓板面組成的導(dǎo)軌面）上貼

16、上一層塑料導(dǎo)軌軟帶制成的。 1．塑料導(dǎo)軌軟帶的類型和特點(diǎn) 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制了數(shù)十種塑料基體的復(fù)合材料用于機(jī)床導(dǎo)軌。其中應(yīng)用比較廣泛的有兩種：一種是美國(guó)霞板( Shanban)公司研制的得爾賽(Turcite-B)塑料導(dǎo)軌軟帶；另一種則是我國(guó)研制的TSF軟帶oTurcite-B塑料導(dǎo)軌軟帶由可以自潤(rùn)滑的復(fù)合材料制成，它主要是在聚四氟乙烯中填充50%的青銅粉，還如有一定量的二硫化鉬、玻璃纖維和氧化物制成的帶狀復(fù)合材料。它具有優(yōu)異的減磨、抗咬傷性能，不會(huì)損壞配合面，吸振性能好，低速無(wú)爬行，并可以在干摩擦下工作。塑料導(dǎo)軌軟帶與其他導(dǎo)軌相比，具有以下特點(diǎn)： (1)摩擦

17、系數(shù)低而穩(wěn)定，比鑄鐵導(dǎo)軌副低一個(gè)數(shù)量級(jí)； (2)動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相近，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和爬行性較鑄鐵導(dǎo)軌副好； (3)吸收振動(dòng)，具有良好的阻尼性，優(yōu)于接觸剛度較低的滾動(dòng)導(dǎo)軌和易漂浮的靜壓導(dǎo)軌； (4)耐磨性好，有自潤(rùn)滑作用，無(wú)潤(rùn)滑油也能工作，灰塵、磨粒的嵌入性好； (5)化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨、耐低溫，耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑； 維護(hù)修理方便，軟帶耐磨，損壞后更換容易；綜合以上，由于精度要求不高，載荷較大，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量滿足經(jīng)濟(jì)性，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中采用貼塑雙矩形導(dǎo)軌 2.4 電動(dòng)機(jī)的選用 交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在

18、一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，在滿足課題要求的前提下出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，選擇使用步進(jìn)電機(jī) 2.5滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 2.5.1 滾珠絲杠螺母副的支承方式 支承方式 簡(jiǎn) 圖 K2 　λ f 一端固定 一端自由 0.25 1.875 3.4 一端固定 一端游動(dòng) 2 3.927 15.1 二端支承 1 3.142 9.7 二端固定 4 4.730 21.9 圖1.1 滾珠絲杠螺母副采用一端固定一端游動(dòng)的支承方式，固定端選用深溝球軸

19、承和推力球軸承的組合進(jìn)行支承。深溝球軸承和推力球軸承的組合特點(diǎn)是軸線剛度大，雖然軸承安裝復(fù)雜，也需要麻煩的預(yù)載調(diào)整游動(dòng)軸承采用深溝球軸承采用墊片式調(diào)隙進(jìn)行預(yù)緊。優(yōu)點(diǎn)是軸向剛度較大。 3傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 縱向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1載荷的計(jì)算 3.1.1根據(jù)公式計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力F,移動(dòng)部件的全部重力是W=3000N，查表可得鑲條的緊固力fg=2000N,導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)=0.04，則 3.1.2計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 根據(jù)公式計(jì)算軸向負(fù)載力Famax。 Famax=200N 確定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比和傳動(dòng)級(jí)數(shù)

20、 在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已經(jīng)明確給出滾珠絲杠螺母副與電機(jī)的連接方式是伺服電機(jī)與絲杠的連接為齒輪連接，降速比 1：5 采用二級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比可取 ，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定個(gè)傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為=20 =40 =20 =50 模數(shù)m=2 齒寬b=20mm 3.2滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑的估算 3.2.1按預(yù)期的工作時(shí)間估算滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷Cam 一般來(lái)說(shuō)，取數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間Lh=20000h，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷Fm=Famax=200N，查如下表格可以得載荷系數(shù)fw=1.2，初步選擇滾珠絲杠的進(jìn)度等級(jí)是3級(jí)精度，去進(jìn)度系數(shù)fa=1，可靠性系數(shù)fc=

21、1。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm=nmax，已知vmax=5m/s，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程L0=10mm，則 載荷性質(zhì)系數(shù)fw 載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊 輕微沖擊 伴有沖擊或振動(dòng) fw 1~1.2 1.2~1.5 1.5~2 精度系數(shù)fa 精度等級(jí) 1，2，3 4，5 7 10 fa 1 0.9 0.8 0.7 可靠性系數(shù)fc 可靠性/(%) 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表4.1 根據(jù)公式可以得 3.2.2 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺

22、紋底徑d2m 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杠的最大軸向變形。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的要求，已知定位精度是60m，重復(fù)定位精度30m，根據(jù)公式可得 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即δmax=10m。 估算滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m 滾珠絲杠螺母副的安裝方式采用一端固定一端自由的的支承方式，滾珠絲杠螺母副固定端到另一端的距離是 L=行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度≈（1.2~1.4）行程+（25~30）L0 則 L=（1.4）2000+（30）L0=3100mm 根據(jù)公式可得 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得的L0，Cam，

23、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)需要,查表擬采用FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊式滾珠絲杠螺母副，型號(hào)FFZD5010-3,其各參數(shù)如下： 公稱直徑，基本導(dǎo)程； 額定動(dòng)載荷； 絲杠底徑；故滿足設(shè)計(jì)要求。 其各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求。 3.3 滾珠絲杠螺母副的承載能力的校驗(yàn) 3.3.1 載荷的校驗(yàn) 滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑已知為44.3mm，由下圖可知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長(zhǎng)度L1=2250mm，絲杠水平安裝時(shí)，根據(jù)表格取K1=1/3，K2=0.2，λ=1.875，f=3.4 最大軸向載荷Famax=2003N＜Fc，遠(yuǎn)小于其臨界壓

24、縮載荷Fc的值，故滿足要求 3.3.2 滾珠絲杠螺母副的臨界轉(zhuǎn)速nc的校驗(yàn) 由上圖可知，滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度L2=2137，其彈性模量E=2.1105MP，密度，重力加速度g=9.8103mm/s2。 滾珠絲杠的最小慣性矩是 滾珠絲杠的最小橫截面積是 取K1=0.8，根據(jù)公式得 本進(jìn)給傳動(dòng)鏈的滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速是500r/min，小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 3.3.3 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗(yàn) 根據(jù)初選的滾珠絲杠螺母副的型號(hào)數(shù)據(jù)，其額定動(dòng)載荷是Ca=30000N，已知其軸向載荷Fa=629.93N，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速n=nmax=2

25、5r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=1.2，則根據(jù)公式得 根據(jù)計(jì)算滾珠絲杠螺母副的總工作壽命Lh=41682h，故滿足要求。 3.4 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 3.4.1計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的剛度 ①計(jì)算滾珠絲杠的拉壓剛度Ks 本傳動(dòng)鏈的絲杠支承方式是一端固定一端自由。已知滾珠絲杠的彈性模量E=2.1105MPa，滾珠絲杠的底徑d2=44.3mm。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定支承中心的距離a=2113mm時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度Ksmin，得 當(dāng)a=113mm時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度Ksmax ②計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb 已知滾動(dòng)體直徑

26、dQ=5.953mm，，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=15，軸承的最大軸向工作載荷FBmax=Famax=200N，根據(jù)公式得 ③計(jì)算滾珠與軌道的接觸剛度Kc 查表可得滾珠與滾道的接觸剛度K=973N/m,滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷Ca=30000N，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷Famax=200N，根據(jù)公式得 ④計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K 根據(jù)公式可得 下面計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合抗壓剛度的最小值 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度Kφ 由圖可知，扭矩作用點(diǎn)之間的距離是L=2187mm，已知滾珠絲杠螺母副的剪切模量G=8.1104MPa，滾珠絲杠的底徑是d2=34.3mm，根據(jù)公

27、式可得 3.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算 3.5.1 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 ①計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jr 已知滾珠絲杠的密度ρ=7.810-3kg/cm3，根據(jù)公式可得 ②計(jì)算聯(lián)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ③計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL 根據(jù)課題要求，進(jìn)給系統(tǒng)的執(zhí)行部件的總重量W=3000N，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，滑臺(tái)在軸向的移動(dòng)距離L=10mm，根據(jù)公式可得 ④計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =4.07N m 3.5.2 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦負(fù)載力矩T 根據(jù)課題要求以及前面的計(jì)算，可以知道不在切削狀態(tài)下即

28、空載時(shí)軸向的負(fù)載力就是空載時(shí)導(dǎo)軌的摩擦力F=200N，那么根據(jù)公式可得 計(jì)算由滾珠絲杠預(yù)緊力Fp產(chǎn)生的并折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩Tf 這里取滾珠絲杠螺母副的效率0.94，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力Fp可以通過(guò)以下公式求出 那么根據(jù)可以得 計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上所需的各種力矩 ①計(jì)算線性的加速力矩Tal 當(dāng)機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度v=5000mm/min運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，取加速時(shí)間 計(jì)算躍遷加速力矩 此時(shí)加速時(shí)間 那么躍遷加速力矩的大小是 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 計(jì)算躍遷加速的空載啟動(dòng)力矩

29、 計(jì)算空載時(shí)的快進(jìn)力矩 3.5.2 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào) ①選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算查表，選擇國(guó)產(chǎn)130BF001型步進(jìn)電機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 最大靜轉(zhuǎn)矩：9.31Nm 質(zhì)量：92kg 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：4.610㎏c㎡ 確定最大靜轉(zhuǎn)矩機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 求得 ②慣量匹配驗(yàn)算 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Jd與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm之比一般應(yīng)滿足如下的公式 將計(jì)算所得負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行比較得 是滿足合理匹配的

30、要求的。 3.6 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 3.6.1 計(jì)算絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)構(gòu)，可以知道滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度K0=Kmin=160.1N/m，現(xiàn)在要計(jì)算滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量。其中m是工作臺(tái)的總體質(zhì)量，在任務(wù)書(shū)中已經(jīng)明確給出m=300kg。而公式中ms則是滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量?，F(xiàn)在要求的就是滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量。 那么可以算出等效質(zhì)量 接下來(lái)可以算出最低的振動(dòng)固有頻率了 3.6.2 計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率 折算到滾珠絲杠上的系統(tǒng)總的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是 在前面的計(jì)算已經(jīng)求出絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度

31、Ks=5089Nm/rad，那么根據(jù)公式可以計(jì)算出扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的最低固有頻率 根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，絲杠-工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率是432rad/s，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率是2422.73rad/s都相當(dāng)?shù)母?。一般?lái)說(shuō)，按照最低固有頻率大于300rad/s的要求來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的剛度，故滿足要求的。 3.7 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算 3.7.1 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向死區(qū) 在前面的計(jì)算中，已經(jīng)得到了就該進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合抗壓剛度的最小值是Kmin=57.67106Nm，導(dǎo)軌的靜摩擦力F0=200N,那么根據(jù)公式可以計(jì)算出反向死區(qū)的大小是 根據(jù)課題中要求可

32、以計(jì)算出最小脈沖當(dāng)量是8.3m，上面計(jì)算出的反向死區(qū)的大小Δ=6.9m＜8.3m，所以是滿足設(shè)計(jì)要求的。 3.7.2 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 根據(jù)公式以及之前的計(jì)算結(jié)果可以算出定位誤差 由于抗壓剛度變化引起的定位誤差是在允許的范圍之內(nèi)的，是滿足要求的。 （1） 計(jì)算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差 ①計(jì)算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量θ 負(fù)載力矩T=TKJ=78.15Nmm，根據(jù)滾珠絲杠螺母副的安裝圖可知扭矩作用點(diǎn)之間的距離是L2=2187mm，絲杠底徑d2=34.3mm，根據(jù)公式可得 ②計(jì)算扭轉(zhuǎn)變形量而引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的

33、定位精度 根據(jù)公式可得 3.8 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào) 3.8.1確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 該數(shù)控滑臺(tái)擬采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，所以V300p和ep應(yīng)滿足下面這個(gè)條件： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)是2級(jí)，那么查表可得V300p=12m，當(dāng)螺紋長(zhǎng)度是2183mm時(shí)，查表可得ep=24m,Vup=19m。根據(jù)所選的精度進(jìn)行驗(yàn)算 V300p+ep=16m＜30.1m Vup+ep=16m＜30.1m 都是滿足要求的。 3.8.2確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)是FFZD4010-3-P3/28732183，其具體數(shù)

34、據(jù)如下：公稱直徑40mm，導(dǎo)程10mm，螺紋長(zhǎng)度2183mm，絲杠長(zhǎng)度2873mm，P類，3級(jí)精度。 4畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 很遺憾，即使在馬上就要答辯的時(shí)候，我都明白自己的工作有多么大的欠缺，無(wú)論是繪圖的不完整還是整個(gè)計(jì)算過(guò)程的草率，很對(duì)不起辛苦了這么久的老師和同組的同學(xué)們。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)是非常寶貴和難得的一次經(jīng)歷，作為一個(gè)工科學(xué)生，很遺憾沒(méi)有把握之前的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，提高自己的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)知識(shí)作為一個(gè)學(xué)生我是不合格的，謝謝老師們同學(xué)們沒(méi)有放棄我給了我機(jī)會(huì)和大家一起學(xué)習(xí)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由于自己個(gè)人的原因，沒(méi)有全副身心的投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行中，所以很

35、草率和馬虎的勉強(qiáng)完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 　 　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所

36、以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值!有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 　 　感謝我的指導(dǎo)老師XXX對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，老師對(duì)于我提出

37、來(lái)的問(wèn)題都一一解答，從來(lái)都不會(huì)因?yàn)槲业膯?wèn)題稍過(guò)簡(jiǎn)單加以責(zé)備，而是一再的告誡我做設(shè)計(jì)該注意的地方，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，他們真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。除了敬佩老師們的專業(yè)水平外，他們的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向XXX教授致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終

38、身受益。最重要的一個(gè)過(guò)程,最能把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中的過(guò)程就數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)了.這也是我們從一個(gè)學(xué)生走向社會(huì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折. 5 參考文獻(xiàn) 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 范超毅 華中科技大學(xué)出版社 ISBN9787560940038 數(shù)控加工中心設(shè)計(jì) 夏田 化學(xué)工業(yè)出版社 ISBN7502585346 數(shù)控加工中心 高德文 化學(xué)工業(yè)出版社 ISBN9787502598105 機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 陳蔚芳 王洪濤 科學(xué)出版社 ISBN9787030225610 數(shù)控技術(shù) 廖效果 湖北科學(xué)技術(shù)出版社 ISBN97875352246

39、99 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用 王愛(ài)玲 機(jī)械工業(yè)出版社 ISBN 9787111182320 數(shù)控機(jī)床選用指南 李金伴 化學(xué)工業(yè)出版社 ISBN 9787122083968 中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究與發(fā)展盛伯浩 機(jī)械工業(yè)出版社 ISBN9787111432104 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用機(jī)構(gòu)與裝置圖冊(cè) 鄒平 機(jī)械工業(yè)出版社 ISBN 9787111207375 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南，文懷興 夏田 化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN 9787122083968 數(shù)控機(jī)床 李雪梅 北京電子工業(yè)出版社，ISBN 9787122083968 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 牛玉麗 中國(guó)輕工業(yè)出版社，ISBN 978712208

40、3968 雷才洪，陳志雄 數(shù)控機(jī)床. 北京科學(xué)出版社，ISBN 9787111182320 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用 王志平 北京高等教育出版社，ISBN 9787111207375 6 致謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師XXX教授，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計(jì)的快樂(lè)并融入其中。其次我要感謝同組同學(xué)對(duì)我的幫助和指點(diǎn)，沒(méi)有他們的幫助和提供資料，沒(méi)有他們的鼓勵(lì)和加油，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)如此的順利進(jìn)行。 作為一個(gè)工科學(xué)生，很遺憾沒(méi)有把握之前的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，提高自己的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)知

41、識(shí)作為一個(gè)學(xué)生我是不合格的，謝謝老師們同學(xué)們沒(méi)有放棄我給了我機(jī)會(huì)和大家一起學(xué)習(xí)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由于自己個(gè)人的原因，沒(méi)有全副身心的投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行中，所以很草率和馬虎的勉強(qiáng)完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)月，是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過(guò)的時(shí)

42、段最長(zhǎng)、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)如是把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過(guò)程，只要把握住每個(gè)小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強(qiáng)邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。雖說(shuō)老師說(shuō)的話讓此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)看起來(lái)不是那么的可怕，但是當(dāng)我真的開(kāi)始著手時(shí)，還的確是困難重重。但是在老師和同學(xué)們的鼓勵(lì)與鞭策之下，我成功的頂住了困難帶給我的壓力，有人說(shuō)道，一個(gè)男人的拳頭有多大力量，要看他肩膀上背負(fù)了多少重量，正是這個(gè)道理，自己選擇的路，跪著也要走下去，所以我端正了自己的態(tài)度，重新樹(shù)立了目標(biāo)，制定了計(jì)劃來(lái)抵抗我的拖延癥，絕對(duì)不要到最后一天才能完成設(shè)計(jì)工作，這樣子，我漸漸走上了正軌，沒(méi)有

43、繼續(xù)被困難壓到，有了新的目標(biāo)，建立了信心，一步步開(kāi)始，好像看偵探小說(shuō)一樣，從一開(kāi)始完全沒(méi)有頭緒，到發(fā)現(xiàn)線索，從有了想法，到把自己的想法推翻，再次建立目標(biāo)，一系列的過(guò)程下來(lái)，慢慢我開(kāi)始有了一點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)基本的輪廓和了解， 俗話說(shuō)的好，“磨刀不誤砍柴工”，當(dāng)每次遇到不懂得問(wèn)題時(shí)，我都會(huì)第一時(shí)間記在本子上面，然后等答疑的時(shí)候問(wèn)老師，老師對(duì)于我提出來(lái)的問(wèn)題都一一解答，從來(lái)都不會(huì)因?yàn)槲业膯?wèn)題稍過(guò)簡(jiǎn)單加以責(zé)備，而是一再的告誡我做設(shè)計(jì)該注意的地方，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，他們真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。除了敬佩老師們的專業(yè)水平外，他們的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向范超毅教授致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意! 最后我還要感謝XX教授學(xué)院和我的母校XX大學(xué)教授四年來(lái)對(duì)我的栽培 - 25 -