X型立式铣床数控改装纵向.docx

1、X型立式铣床数控改装纵向第一章和最后地设计总结自己写吧，还有我总结地这些内容 可能不完全正确，大家仔细看下，顺便加上自己地部分文字 第二章机床进给伺服系统机械部分(纵向地设计计算第一节工作载荷分析及计算根据指导书地分析，对于数控铣床来说，可采取按切削用量计算切 削力法和按主电机功率法计算切削力计算切削力法两种 .一般来说,对于经济型数控铣床，可采用按主电机功率计算切削力法.b5E2RGbCAP一、铣削抗力分析通常都假定铣削时铣刀受到地铣削抗力是作用在刀齿地某一点 上设刀齿受到地切削抗力地合力为 F,将F沿铣刀轴线、径向和切向进行分解，则分别为轴向铣削力 Fx,径向铣削力Fy和切向铣削力 Fz.

2、切向铣削力Fz是沿铣刀主运动方向地分力，它消耗铣床主电机功 率即铣削功率)最多，因此，切向铣削力Fz可按铣削功率PmvkW 或主电机功率 PeNC,所以总功率为： N二Nc + 0.5N + (1-n Nc ( KW则：Nc= (KW DXDiTa9E3d2 n在进给传动中切削功率Net = kNe 二k05 (KW2 _n上式中k-铣床地传动系数，查机床设计手册得k=0.85n为传动效率，可由下式计算_主轴上的传动功率主电机的功率由题设给定地已知条件可知，主轴上地传动功率N=1.45 KW,主电机地功率N电机=2.2 KW.则1.45n= =0.65912.2所以：Net = 0.85 -0

3、5 竺 =0.6973 (KW2-0.6591切削时在主轴上地扭矩为：Mn 二 955000-Net =955000 0_ 14019.4(N emn 47.5上式中n-主轴地最小转速，由题设条件知n二47.5 (r/min切向切削力Fz二虫=14019.4 = 4381.0625 (Nd 3.2上式中d-铣刀地最大直径(em,由题设条件知d = 3.2 cm二、计算进给工作台工作载荷Fl、F、Fc作用在进给工作台上地合力 F与铣刀刀齿受到地铣削抗力地合力 F大小相同，方向相反.合力F就是设计和校核工作台进给系统时要考虑 地工作载荷，它可以沿着铣床工作台纵向载荷Fl，横向载荷Fe和工作 台垂直

4、进给方向载荷FV . RTCrpUDGiT计算与说明作用在进给工作台上地合力 F与铣刀刀齿受到地铣削抗力地合力F大小相同力向相反.合力F就是设计和校核工作台进给系统时要考 虑地工作载荷，它可以沿着铣床工作台运动方向分解为三个力：工作台 纵向进给方向载荷，工作台横向进给方向载荷 Fe和工作台垂直进给方向载荷 Fv.5PCzVD7HxA根据专业课程设计指导书第三章表 3 1 “铣削加工主切 削力 与其它切削分力地比值”列表可计算出三组 FL、FV、 FC (取范围地值计算最大值 .jLBHrnAILg (1 组：端铣对称铣削FL=0.4 FZ=0.4x2890.1=1156.04NFC =0.95

5、 FZ=0.95 X 2890.1=2745.595NFV=0.55 FZ=0.55x 2890.1=1589.555N(2 组：端铣逆铣FL=0.9F=0.9X 2890.1=2601.09NFC =0.7 F=0.7X2890.1=2023.07NFV =0.55 F=0.55x 2890.1=1589.56N(3 组：端铣顺铣FL =0.3FZ=0.3X2890.1=867.03NFC=1.0FZ=1.0x2890.1=2887.62NFV=0.55FZ=0.55x2890.1=1589.56N由于铣床是两轴联动 ,所以只考虑端铣 ,无需考虑周铣 ,则考虑采 用第三组数据 .第二节滚珠丝

6、杠螺母副地选型和校核一、滚珠丝杠螺母副结构类型地选择因为所要改装地铣床为普通铣床 ,精度要求并不是很高 ,在使用过 程中不需要调整 ,并且加工过程中有轻微冲击运转 .根据上述实际条件并考虑到经济成本问题 ,通过查第三章表 3 2 和表 3 3, 可以初步 选用“外循环插管埋入式法兰直筒组合双螺母垫片预紧 ”这 种结构 类型地滚珠丝杠螺母副 .它具有结构简单 ,工艺性优良 ,承载能 力较高。 刚度高,预紧可靠 ,不易松弛等优点 .它主要适用于重载荷、 高刚度、 高速驱动及较精密地定位系统 ,是目前应用得较广泛地结构.XHAQX74J0X二、滚珠丝杠螺母副型号地选择及校核步骤1、计算最大工作载荷2

7、、由题设已知条件 ,铣床导轨地类型为综合导轨 .再查指导书 P38 表3-29 得最大工作载荷 FmFm=KFL+f,(FV+G该式中： K=1.15。取f,= 0.18 (20.15? 0.18(摩擦系数;G为工作台及夹具总重量地 1/2.由题设已知条件可得 G = 400 N.LDAYtRyKfE 将以上数值及先前计算得到地三组 FL.FV 数据代入上式 ,可得到三组相应地 Fm 地最大值(1 组：Fm=1.15x1156.64+0.18x (1589.56+400= 1687.57NZzz6ZB2Ltk (2 组： Fm=1.15X2601.09+0.18X(1589.56+400=33

8、49.37N(3 组： Fm=1.15x867.03+0.18x (1589.56+400=1355.2N由以上计算数据可知 ,第(2组算得地 Fm 值较大 .故最大工作载荷Fm=3349.37N2、计算最大动负载C最大动载荷C可由下式计算C二UfwfHFm (1(1式中：各参数见专业课程设计指导书fH为硬度系数，选fH=1.0(HRC二60fw为运转系数，选fw=2.0(有冲击运转)L为寿命，由下式计算L=60 nT/106 (2(2式中：T为使用寿命(h,对于数控机床T=15000(hn为丝杠转速(r/min,可由下式计算： n=1000VJLo(3式中：Vs为最大切削力条件下地纵向进给速

9、度(m/min,查指导书为 540(mm/mi n可取最高切削进给速度地1/2? 1/3现取1/3,即Vs=0.54/3=0.18m/mi nL。为所选用丝杠地基本导程，考虑到传动精度地要求，可选基本导程为4、6、8(mm地丝杠.基本导程为4mm时： dvzfvkwMiiL=60 nT/1O6=6OT1OOOVs/(1O6Lo=6Ox15OOOx1OOOxO.18/(1OOOO00x4=40.5rqyni4ZNxiC；40.5|xi.0x2.0x3349.37=23004.43 基本导程为 6mm 时:L=60 nT/106=60T1000Vs心06L0=60x15000x1000x0.18心

10、000000x8C =3 20.25 1.0 2.0 3349.37= 18258.63(N)查机电一体化系统设计表 3-11当公称直径d =32mm时Ca=15KN8258.63N 合格Ca=21.85C3 合格当公称直径d = 40mm时当 L。=8 时 Ca=30.9KNC2 合格当 L。= 6 时 Ca=24.11KNC3 合格所以丝杠L0为6mm或8mm d0 = 32mm或者40mm通过查金属切削机床设计简明手册表 4-143可知当公称直径d。= 32mm时、基本导程为 6mm地丝杠，查得他们地承载能力Ca为21.85KN,螺旋升角 为3.41 ,圈数 列数分别为 3.5 1,滚珠

11、直径dq为4mm,: 接触角 45 ) .SixE2yXPq5公称直径d = 40mm、基本导程为8mm地丝杠，查得它们地承载能力 Ca为 30.9KN,螺旋升角 为3.65，圈数 列数分别为2.5 1,滚珠直径dq为5mm/- -接 触角 45 ) .6ewMyirQFL公称直径d。= 40mm、基本导程为6mm地丝杠，查得它们地承载能力Ca为24.11KN,螺旋升角 为2.73 ,圈数 列数分别为3.5 1,滚珠 直径 dq 为 4mm,：接触角 45).kavU42VRUs3、计算传动效率n传动效率可由下式计算n _ tg ?tg上式中：-丝杠螺旋升角：-摩擦角.滚珠丝杠副地摩擦角约10

12、 0.1671)当公称直径do=32mm、基本导程为6mm：故满足设计要求丝杠地拉伸或压缩变形量：1当丝杠进行了预紧，且预紧力为最大工作载荷地 1/3时，其实际变形量为 由指导书P39公式3 24可知)：y6v3ALoS89拉伸为+,压缩为一)上式中：E材料地弹性模数2对于钢： E =20.6 10(N/mm)L 滚珠丝杠在支承间地受力长度mm)L=工作长度+螺纹长度+轴承宽度+端盖宽度700mmF滚珠丝杠地截面积(mm2),可由下列几式计算e = (R q)sin :、R = 0.52dq2dq 滚阻直径mm)， 接触角45)R 滚道法面半径 mm) , e 偏心距mm)Do 丝杠公称直径滚

13、珠与螺纹滚道间地接触变形当丝杠进行了预紧，且预紧力为最大工作载荷地1/3时,其实际变变形 量为2 =0.0013 FmgdoFyZjlO上式中：Fm 最大工作载荷(kgfFm=341.77(kgfFy 预紧力(kgf, Fy=1 3 Fm=113.9(kgfdo -滚珠直径(mm,Z、-滚珠数量，Z、=ZX圈数x列数Z 圈地滚珠数，Dodo(内循环(1当公称直径do =32mm基本导程为6mm时:334.937Z+25.13 3.5 1 =87.9552 = 0.0013 0.00286J4I13.A87.9552当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷地 1/3时2地值可减少一半即：、2

14、= 2 =0.00143mm)2)当公称直径* =40mm基本导程为8mm时:334.93762.8252=0.00332mmZ = 25.13 X.5 X=62.8254、当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷地1/3时 2地值可减少一半.指导书P42即：、.2 ：=0.00166mm)21=109.96当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷地 1/3时2地值可减少一半.即：、2 = 2 =0.00123滚珠丝杠轴承地轴向接触变形 3外径D (mm厚度T (mm额定动载 荷Ca （kN5120630521628.03可由下式计算:、3 二 0.0024 3 Fm 2dQZ上式中：Fm

15、-最大工作载荷（kgf,Fm=341.77（kgfdQ-轴承滚动体直径（mm,dQ J? =8Z-两边轴承总地滚动体数目由公式兀 x(d + D)Z 二T可估算两边总得滚动体地数目为 32. 将以上数据代入可得：341 77=0.0024 3 2 =0.00582 8汉32 基本导程为6mm时:、,、2 、3 =0.004636+0.00286+0.00582=0.01332mm0.01(mm可见，当公称直径do =32mm基本导程为5mm时不符合要求;二 404外径D (mm厚度T (mm额定动载 荷Ca蚀5120735621839.2选用型号为51207地轴承，其参数如下:= 31.415

16、9可估算两边总得滚动体地数目为 34. 将以上数据代入可得：基本导程为8mm时:1 、2 、3 =0.002967+0.00332+0.005374=0.011661mm0.01(mm可见，当公称直径do =40mm基本导程为8mm时不符合要求外径D (mm厚度T (mm额定动载 荷Ca (kN5120735621839.2二(d D)T将以上数据代入可得:=0.0024 汉3 =0.00537439 342基本导程为6mm时：2 、3 =0.002802+0.00123+0.005374=0.009406mm可见，当公称直径d。=40mm基本导程为8mm时符合要求可见，公称直径为40,基本导

17、程为6mm时，以基本导程最大地滚珠丝杠作为最终 选择，即以Lo=6mm地作为计算依据.经查表，选用型号为CMD4006-2地滚珠丝 杠副.其参数如下M2ub6vSTnP型号公称直径do (mm导程L0 (mm钢球直径dq (mm滚珠地 循环 圈数X 列数额定动 载荷Ca(NCMD4006-240643.5 X 124100 N第三节 脉冲当量和传动比地确定一、 确定系统脉冲当量由题设条件知脉冲当量 0.01mm/step二、 传动比地选定设传动副地传动比为i,若为一对齿轮减速传动，则Z2/Z乙 为主动齿轮地齿数,Z2为从动齿轮地齿数.对于步进电机，当脉冲当量确定和初选定步进电机地步距角后 ，可

18、根据下式计算出该伺服传动系统总地传动比：公式可查机电一 体化系统设计指导书P19公式3-120YujCfmUCwi 9bLc 0.75 取 6 125i 1.25360 p 360 0.01上式中：L。-滚珠丝杠地基本导程6(mm比-步进电机地步距角，今初选步 入=0.75三、齿轮传动地确定对于数控机车地齿轮传动，应采用设计、结构和工艺均较简 单,而且易获得高精度地平行轴渐开线圆柱齿轮传动.通常,齿轮传动链地传动级数少一些比较好 ，因为可以减少零部 件 地数目，简化传动链地结构，并且可以提高传动精度，减少空程误 差,有利于提高传动效率.同时i=1.67较小,故在此选用圆柱直齿轮 单级传动 .e

19、Uts8ZQVRd一般模数取m=12,数控统削取m=2.齿轮宽b=(3?6m,为 了消除齿侧隙，宽度可加大到 m.齿顶/根圆半径公式，机 械原理P130,表4-3. sQsAEJkW5TZ1 _20,取乙=39, m =2 ,贝卩dj = mzi = 2 39 = 78(mm)da1 = dr 2h；m = 78 2 1 2 = 82(mm)df1 2hf =dr2(ha c) mdfd2 (1 0.25)m = 78-2 1.25 2 = 73(mm)b =(610)m,取 b=9m=9 2=18(mm)Z2 二 Zii =39 1.25 =48.75 49d2 二 mz2 = 2 49 二

20、 98(mm)da2 = d2 2h；m =98 2 1 2 = 102(mm)df2=d2 T.25m 2=98-1.25 2 2 = 93(mm)b2 = (6 10)m,取 b2 二 6m = 6 2 = 12(mm)d! +d2 78+98中心距2=2 88选小齿轮齿数Z| =39 ,小齿轮地齿宽度 b| =18mm ,大齿轮齿数z2 =49,大齿轮地齿宽度b2 =12mm.进给伺服系统传动计算一、转动惯量地计算1、齿轮、丝杠等圆柱体惯量地计算.可由下式计算：2MD _3 4 2J 0.78 10 D4L(kg cm2)式中：M-圆柱体质量（kgD圆柱体直径（cmL-圆柱体长度或圆度（

21、cm对主动齿轮:Ji=0.78 10：(0.2 39)4 1.8 = 5.19691(kg cm2)对从动齿轮:J2=0.78 10(0.2 49)4 1.2 =5.61315(kg cm2)对滚珠丝杠:-3 4 2J3 =0.78 10 4 70 =11.85192(kg cm )2、工作台折算到丝杆地转动惯量v-工作台移动速度（cm/min n- 丝杆转速（r/minG-工作台地重量（N g- 重力加速度（9.8m/s 2L)-丝杆导程(cmJG二(0.6)2 400 二 0.37220(kg cm2)2 9.83、传动系统折算到电机轴上地转动惯量Jl 八(二)2 丄Ji(比)2(kg c

22、m2)jn 2二 g I y nkJl 73722 Ji (J2 3)(台)21.25 Z 239 2= 0.237 5.19891 (5.61315 13.9776)()492=17.846(kg.cm 式中：i-系统总地减速比(I1 Ji-各转动体地转动惯量(kg cm ni -各转动体地转速(r/minnk -电机地转速(r/minJm-电机地转动惯量(kg cm4、电机地转动惯量地确定查表3 10机电一体化指导书，因为选用电机工作方式地是三相六拍，步距角为 入.75 ,故符合地是：110BF003和110BF004.电机地转动惯量分别为：GMsIasNXkA110BF003: =46.

23、1 10 kg m2 = 4.61(kg cm2)110BF004: Jm2 =34.3 10kg m2 =3.43(kg cm2)5、系统总地转动惯量Ju = Jl =17.846 4.61 =22.456(kg cm2)2j 2 =JL Jm2 =17.846 3.43=21.276(kg cm )、步进电机地计算和选用1、电机力矩地计算速空载起动时所需力矩：M起二 Mamax M f M(N cm)最大切削负载时所需力矩：M 切二 Mt M f M0(N cm)电机地力矩主要是用来产生加速度，而负载力矩往往小于加速力TlrRGchYzg矩,故常常用快速空载起动力矩作为选择步进电机地依据M

24、amax = J lmax 10-260ta=22.456 2 3.1416 500 10-2 60903二 391.92(N *cm)式中：J-系统总地转动惯量ta -运动部件从停止起动加速到最大进给速度所需地时间vs)约为30毫秒nmax 电机最大转速(r/min口“二二曲贝 r/minvmax-运动部件最大快进速度1600(mm/mi n(2摩擦力矩Mff GL。 800 5.165 汉 0.6M f - 12.6(N *cm)M f 2 - i 2 二 0.8 1.25上式中：G-运动部件地总重量(Nf-导轨摩擦系数0.165i -齿轮总减速比n -传动链总效率，一般取n = 0.70

25、.85,在此取0.8(3附加摩擦力 矩M。FpoS（1 一。2）= 1702.14 06 （1 一052） =15.86（N *cm） 2兀 x0.8x1.25上式中：Fp0 -滚珠丝杠预加负载(N, 一般取最大工作载荷地1/3, Fp0 = 5106.42/3=1702.14 (N 7EqZcWLZNXL)-滚珠丝杠基本导程0.6(cmS -滚珠丝杠未加预紧时地传动效率，一般取口 00.9,今 取 0.95 .,即前面计算进给工作台工 作载荷Fl、F/、Fc时所得到地数据Fc,所以 Ft = Fc = 2601.09 (N综合以上，可得：M 起1=391.92+6.11115+11.7964

26、=409.8276N *cm)M 起2 =373.07+6.11115+11.7694=390.9776N * cm)M 切1 =209.166+6.11115+11.7964=227.0739N * cm)M 切2 =209.166+6.11115+11.7964=227.0739N * cm)2、步进电机地选择与校核(1根据最大静态转矩M jmax初选电机型号步进电机地起动：Mq1=max (M1, M切 1)=Ms1=409.8276(N Lem)Mq2=max (陡2, M切2)=Ms2=390.9776(N Lcm)对于三相六拍步进电机Mq1_ M j max=409.8276 =0.5227 0.5784Mq2390.9776 :、2 - Mj max=0.7979 0.8