经济型数控机床工作台课程设计 21Word下载.docx

1、刀具直径25mm ，Z=3 齿每齿进给量 0.08mm/齿，切 削接触弧 ae =20mm，切削深度 ap =6mm，加工b =715MPa 高碳钢工件；32.3 工作台材料选为 HT200，密度为 7.85103kg/m 。1.承重计算 最大承重量：G1 mg=609.8=588N工作台重量：G2=gv=7.8510-39.80.480.240.04=354.5N总重量： GG1G2588354.5942.5N 2.切削力计算由资料8，P139，最大切削条件：采用立铣刀加工直径为25 ，进给量为 0.08/齿，切削接触弧 ae 18 ，加工b =715MPa 高碳钢由资料9查得，公式 F 切

2、 Pae a f a p zd由资料9查表 176 查得:P4650N所以：F 切4650200.0563/（20）=1705.12NFx=0.35 F 切=0.351705.12=596.792N Fy=0.9 F 切=0.91705.12=1534.608N Fz=0.525 F 切=0.5251705.12=895.188N3.滚珠丝杠副的计算3.1 齿轮传动比选择和丝杠等效转速计算暂取脉冲当量0.02 ，步距角1.5，导程 t8 的丝杆计算。 由资料4 P216 查得 it 360 求得齿轮传动比 i=0.6确定丝杆最大转速：最大进给时：nmax=Vmax / t =12000/8=1

3、500r/min最小进给时：n =1/8=0.125r/min 则得到丝杆的等效转速 nm （估算 t1=2t2）nm =nmaxt1 + nmin t2t1 + t2=1000r/min3.2 确定丝杆等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚动丝杆上的轴向压力，选定导轨为 滚动导轨，一般情况下滚动导轨的摩擦系数为 0.00250.005，取摩擦系数为 0.003，则丝杆所受最大牵引力为Fmax= kFX + f （FY + FZ + G）其中，k 为颠覆力矩影响系数，k 一般取 1.11.5，现取 k=1.20,则 Fmax1.2596.7920.003（1534.608+895.188

4、+942.5）678.524N3.3 丝杆的最小工作负载为静摩擦力：Fmin = fG =0.003942.5=2.83N故其等效负载可按下式计算：F = F 3n t + F 3n t 1 / 3m max 11 min 22 其中（估算 t1 = t2n1t1 + n2t2 2n1 = n2 ）有以上参数带入公式计算，得Fm=470.46N3.4 确定丝杆所能承受的最大动载荷 Car由资料1表 41表 46 查得，取丝杆的工作寿命 Th =15000h,取精度系数 fa1，负荷性质系数 fw =1.2,温度系数 ft =0.95,硬度系数 fh =1,可靠性系数 fk 0.44，平均转速

5、1000r/min.h m60T n =60150001000=900106r根据资料7表 56 选 CD25083 系列滚珠丝杆副，其中公称直径 25mm， Ca15080N,（ Ca Ca ）, C0A=37740N,接触刚度 539N/m,列数圈数2。 ，1.5，螺旋角 5 49 ，导程 L 08 ，丝杠螺纹底径为 20.2mm，滚珠直径 dw=4.5，螺母长度 132mm，在本设计中采用双螺母垫片式预紧。 3.5 临界压缩负载确定丝杆螺纹部分的长度 Lu, Lu 等于工作台最大行程（450 ）+螺母长度（132 ）+两端余程（240 ）662 ，支撑跨距 L1 应略大于 Lu，取 L1

6、800 ，丝杆总长取 900 ，临界压缩负载为Fcr = f12 EIK1 / L0 FmaxE材料弹性模量：E2.11011N/M2I丝杆最小截面惯性矩：2I=d 4/64 =（25-1.24.5）4/64=0.72410-8 m4L0最大受压长度，按照设计取 L0900-132=768 K1安全系数，取 K11/3Fmax 最大轴向工作载荷， Fmax 678.524Nf1 丝杆支承方式系数，查表得， f1 2， 则代入以上数据得Fcr=1696.07N可见 Fcr 远大于 Fmax 满足要求。 3.6 临界转速验算30 f 2 EIn = 2 K2 nmaxLC ALc临界转速计算长度，

7、取 LcL1800 K2安全系数，一般取 0.8密度，钢的密度取 7.85103kg/m3f2 丝杆支承方式系数，查表得取 3.927 则代入以上数据得：ncr 9279.6r/min可见，ncr 远大于 nmax，满足要求。本设计采取一端固定，另一端游动的支承方式，固定端选用成对丝杆专用轴承组合，型号为 20TAC47A,Ca=29110N,预紧力为 Ft3.7 计算轴承动载荷=2160N。C = Fh Ft =2.7121600.3=1951229110NfnFh 寿命系数，Fh= 3 L10h500=2.71,L10h 可靠性为 90%的额定寿命取 10000hfn 转速系数， fn =

8、 3 33.3n j=0.28， n j = nmax= 1500r/min代入以上数据得：C =20905.7N由于 C Ca ，故满足要求 游动端轴承查表得选角接 触球轴承，型号为：7304C， Cr =14200N有资料10查表 135 得：C = P 3 60nLhf p 106其中：P=Fr=G+Fz=942.5N+895.188N=1737.688Nf p 载荷系数，查机械设计表 136 得： f p =1.2n =1500r/minLh =10000h由以上数据： C =13980.9N1500r/min,故满足要求。 丝杆的扭转刚度d 4KT = 7.84 m = 7.84L2

9、24900=2040.6Nm/rdm=（d1+d2）/2=d1+（d0-1.2dw）/2=24.4+（25-1.24.5）/2=22mm由资料11查得，平移的物体的转动惯量： 2 2wJ = m d = 942.5 = 0.0125 = 9.5210-5 kg m2 4 9.8 4 工作台折算到丝杆上的转动惯量为： s 2942 .5 0.008 2J z = m = = 3.9 10 -5 kg m 2 2 9.8 4 资料5查得, 丝杆的转动惯量：sJ =0.77 D4 L 10-12 =0.7725490010-12=0.2710-3kg m2丝杆扭转振动的固有频率为：WTKT = J

10、w + J Z + J S 2040.6 -5 -5 0.24110-3 3 9.52 10 + 3.90 10 + 3=3084.1rad/s=29450.99r/min 远远大于 1500r/min,满足要求4. 传动精度计算 最小机械 传动刚度为：K0 min =1 + 1 + 1K s min KC K B由前面数据可求得： K0 min =96.99N最大机械传动刚度为：K0 max =K s max KC K B K0 max =214.78N 由此得，由于机械传动装置引起的定位误差是： 1 1 k = F0 - K0 min K0 max 有以上数据得k =0.0159m满足定位

11、精度要求，其中，F0=Fmin 为空载时导轨所受的摩擦力。 5. 步进电机的选择与计算5.1 选择齿轮对在 3.1 中已经计算出齿轮传动比 i=0.6，在电机主轴与丝杆之间加上齿数为 Z1=30,Z2=18,模数 m2 的齿轮对，大齿轮节圆直径 D2=60 ,宽 b2=30 ，大齿 轮使用双片齿轮结构，小齿轮节圆直径 D1=36 ,宽 b1=25 。5.2 等效负载转矩的计算 空载时的摩擦转矩 MfM = Gtf 2si 0.003 942.5 0.008 0.6 = 0.0027 N m2 0.8切削力折算到电机主轴上的转矩 MtM t = t （G +F ） i= 0.008 （0.003

12、 942.5 +596.797 ）i = 0.57 N m2s则总的负载转矩为： M z = M f + M t 0.0027+0.570.57 N m最大静扭矩： M j max （0.2 0.4） = M zM j max =2.5 N m 5.3 等效转动惯量计算 大齿轮转动惯量为 J g 2D 4b 3 4 -4 2J g 2 = 2 2 =7.8510 3.140.06 0.03/32=301032kg m小齿轮转动惯量为 Jg1D1 b4 3 4- 5 2J g1 =1 =7.850.036 0.025/32=3.2由以上数据得：换算到电动机上的总转动惯量 JL5.4 初步选电动机

13、的型号5.4.1：由最大静转矩 M-4=2.5 N m ，总转动惯量 7.5 m 2 选电动机jmax kg型号为 110BF003 反应式步进电机，该电机最大静扭矩为： Mmax=7.84 N m ,转子 转动惯量：JM=4.6104 kg m2由于 Mmax/ Mjmax=4.6/2.5=3.136J / J = 4.6 10 -4L M 2amax故加速度满足要求5.4.3.转矩匹配2nmax J L-4 -3Tmax =60t=210007.5/（604010 ）=2.94 N m故满足转矩匹配 6.滚动直线导轨选择计算 Ca ）, C0A=131760N,接触刚度 1283.8N/

14、m,列数2.5，螺旋角 4o33，导程 L 10 ，丝杠螺纹底径为33.7mm，滚珠直径 dw=6 ，螺母长度 194mm，在本设计中采用双螺母垫片式预 紧。2.5 临界压缩负载确定丝杆螺纹部分的长度 Lu, Lu 等于工作台最大行程（240 ）+螺母长度（194 ）+两端余程（250 ）534 支撑跨距 L1 应略大于 Lu，取 L1650 ，丝杆总长取 700 ，临界压缩负I=d 4/64 =（40-1.26）4/64=0.56810-7 m4L0最大受压长度，按照设计取 L0550 Fmax 最大轴向工作载荷， Fmax 1725.38Nf1 丝杆支承方式系数，查表得， f1 2，则代入

15、以上数据得：Fcr=2.59105N 2.6 临界转速验算ncr = 2 K2 L C ALc临界转速计算长度，取 LcL1650 10 kg/m3ncr 13924.1r/min 本设计采取一端固定，另一端游动的 支承方式，固定端选用成对丝杆专用轴2.7 计算轴承动载荷C = Fh Ft= 3 L10hfn 转速系数， fn = 333.3=0.3， n j = nmax = 1200r/minC =31887.66N Ca ，故满足要求游动端轴承查表得选深沟球轴承，型号为：6309C， Cr =40800N由资料10，P139，查表 135 得： f p =1 C =15574.5N 2.8 丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算 K s = d E当两导轨处于两极位置时，有最大和最小刚度，其中 L 值分别为 240mm 和 100mm轴承接触刚度为 KB=1270N/m , 丝杆螺母的接触刚度为 KC1284N/m，螺母座 刚度 KH 为 1000 N/mKe 2K B KC Ks min K H 2 1270 1284 1045 1000Ke =319.55 N/m1500r/m