台式数控等离子切割机设计[三维UG]【全套CAD图纸】【原创机械毕业设计】

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摘要
随着科学技术的发展，等离子切割机的应用也显得越来越频繁，先进切割技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前，等离子切割机技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下，等离子切割机才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控切割机技术和焊接跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此数控切割机的设计对于解决这一难题至关重要。

关键词：切割技术，机构设计，等离子切割机

Abstract
With the development of science and technology, the application of plasma cutting machine is more and more frequent, the development of advanced cutting technology is constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, plasma cutting machine technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, plasma cutting machine can improve the level and quality of welding. We will only CNC cutting machine and welding with tracking technology effectively in order to better promote the development of new technology, so the CNC cutting machine design is very important for solving this problem.
Keywords: cutting technology, mechanism design, plasma cutting machine

目录
摘要 2
Abstract 3
目录 4
第1章绪论 6
1.1台式数控等离子切割机的研究目的及意义 6
1.1.1台式数控等离子切割机背景 6
1.1.2台式数控等离子切割机简介 6
1.1.3意义 6
1.2研究现状及发展趋势 6
1.3本课题研究的内容及方法 8
1.3.1主要的研究内容 8
1.3.2设计要求 8
1.3.3关键的技术问题 9
第2章总体方案机构设计 9
2.1设计概念 9
2.2设计原理 9
2.3方案讨论 10
第3章 X结构及传动设计 11
3.1 X向滚珠丝杆副的选择 12
3.1.1导程确定 12
3.1.2确定丝杆的等效转速 12
3.1.3估计工作台质量及负重 12
3.1.4确定丝杆的等效负载 12
3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷 13
3.1.6精度的选择 14
3.1.7选择滚珠丝杆型号 14
3.2校核 14
3.2.1 临界压缩负荷验证 15
3.2.2临界转速验证 16
3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 16
3.3电机的选择 17
3.3.1电机轴的转动惯量 17
3.3.2电机扭矩计算 18
第4章 Y向结构设计 20
4.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择 20
4.2 滚珠丝杠计算、选择 21
4.3 步进电机惯性负载的计算 23
第5章主要零件的数控加工 26
5.1 初始参数设定 26
5.2 创建刀具 27
5.3 创建加工操作 28
5.4 模拟刀轨及后处理 30
总结与展望 33
参考文献 34
致谢 35

第1章绪论
1.1台式数控等离子切割机的研究目的及意义
1.1.1台式数控等离子切割机背景
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备，用来提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。当然，也不排除PCB板的焊接加工过程。我们发现焊接技术已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在3亿吨左右，其中有一半以上的钢有用到焊接技术加工。我国每年的焊接设备需求量金额超过50亿元。既然焊接机能够这么普遍地应用在各个领域，它肯定具备了很大的市场竞争力。
1.1.2台式数控等离子切割机简介
龙门式数控火焰/等离子切割机采用驱动，即切割头，运行稳定，配置好，工作效率很高，可以用于各种异形碳钢、锰钢、不锈钢等金属材料的大、中、小型钢板下料。还可根据用户的要求配置多把割炬。
1.1.3意义
1.横梁：采用方管对焊的结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有的焊接件均采用振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形；
2.纵、横向驱动：横向导轨则采用了台湾进口的直线式导轨，纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成的，保证了切割机的运行平稳，精度高，且经久耐用，清洁美观；
1.2研究现状及发展趋势
激光切割机的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光切割机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光切割机

内容简介：: 宁XX大学毕业设计(论文)台式数控等离子切割机设计分院：专业：班级：姓名：学号：指导教师：年月摘要随着科学技术的发展，等离子切割机的应用也显得越来越频繁，先进切割技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前，等离子切割机技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下，等离子切割机才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控切割机技术和焊接跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此数控切割机的设计对于解决这一难题至关重要。关键词：切割技术，机构设计，等离子切割机AbstractWith the development of science and technology, the application of plasma cutting machine is more and more frequent, the development of advanced cutting technology is constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, plasma cutting machine technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, plasma cutting machine can improve the level and quality of welding. We will only CNC cutting machine and welding with tracking technology effectively in order to better promote the development of new technology, so the CNC cutting machine design is very important for solving this problem.Keywords: cutting technology, mechanism design, plasma cutting machine目录摘要2Abstract3目录4第1章绪论61.1台式数控等离子切割机的研究目的及意义61.1.1台式数控等离子切割机背景61.1.2台式数控等离子切割机简介61.1.3意义61.2研究现状及发展趋势61.3本课题研究的内容及方法81.3.1主要的研究内容81.3.2设计要求81.3.3关键的技术问题9第2章总体方案机构设计92.1设计概念92.2设计原理92.3方案讨论10第3章 X结构及传动设计113.1 X向滚珠丝杆副的选择123.1.1导程确定123.1.2确定丝杆的等效转速123.1.3估计工作台质量及负重123.1.4确定丝杆的等效负载123.1.5确定丝杆所受的最大动载荷133.1.6精度的选择143.1.7选择滚珠丝杆型号143.2校核143.2.1 临界压缩负荷验证153.2.2临界转速验证163.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率163.3电机的选择173.3.1电机轴的转动惯量173.3.2电机扭矩计算18第4章 Y向结构设计204.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择204.2 滚珠丝杠计算、选择214.3 步进电机惯性负载的计算23第5章主要零件的数控加工265.1 初始参数设定265.2 创建刀具275.3 创建加工操作285.4 模拟刀轨及后处理30总结与展望33参考文献34致谢3535 第1章绪论1.1台式数控等离子切割机的研究目的及意义1.1.1台式数控等离子切割机背景在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备，用来提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。当然，也不排除PCB板的焊接加工过程。我们发现焊接技术已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在3亿吨左右，其中有一半以上的钢有用到焊接技术加工。我国每年的焊接设备需求量金额超过50亿元。既然焊接机能够这么普遍地应用在各个领域，它肯定具备了很大的市场竞争力。1.1.2台式数控等离子切割机简介龙门式数控火焰/等离子切割机采用驱动，即切割头，运行稳定，配置好，工作效率很高，可以用于各种异形碳钢、锰钢、不锈钢等金属材料的大、中、小型钢板下料。还可根据用户的要求配置多把割炬。1.1.3意义1.横梁：采用方管对焊的结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有的焊接件均采用振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形；2.纵、横向驱动：横向导轨则采用了台湾进口的直线式导轨，纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成的，保证了切割机的运行平稳，精度高，且经久耐用，清洁美观；1.2研究现状及发展趋势激光切割机的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光切割机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光切割机。1.2.3国外焊接机的发展概况焊接产品中有许多曲线的焊接，在我国一般采用手工焊接。手工操作具有一定的优势，但也，存在着人员管理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、焊接质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、焊接成本高、生产效率低一系列的问题等。为了克服上述种种弊端，焊接科技工作者研究出了多种自动化焊接设备，如仿形焊接机，焊接机器人，三维数控焊接机等。近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展。自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品也迈开了一大步。2000年我国点弧焊机器人已达到980台。可是尽管如此，我国的焊接设备还是不能满足国内工业的生产需求。我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究，20 多年来已取得长足的进步。焊接结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加20世纪90年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺，提高了焊接效率和产品质量。焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一。目前，已有多种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效焊接技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。近年来，我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中，已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功，它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。在当前，台式数控等离子切割机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用焊接台式数控等离子切割机，称之为固定结构的传统台式数控等离子切割机，其运动特性使特定台式数控等离子切割机仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于台式数控等离子切割机的发展。很数移动焊接台式数控等离子切割机还有焊缝跟踪的功能,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式,帮助台式数控等离子切割机找到合适的位置并且放好，通过人工将台式数控等离子切割机本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动台式数控等离子切割机是有轨移动焊接台式数控等离子切割机，只是现有的移动焊接台式数控等离子切割机技术在PCB板焊接中的应用，还不能满足要求，而当前的移动焊接台式数控等离子切割机技术有相当的发展。也就是说台式数控等离子切割机的自主性还跟不上工业发展的脚步。未来的发展趋势可分为以下三个方面：21 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的焊接任务；3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动焊接台式数控等离子切割机的控制所采用。1.3本课题研究的内容及方法1.3.1主要的研究内容在查阅了国内外大量的有关焊接台式数控等离子切割机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑焊接台式数控等离子切割机结构特点、具体作业任务特点以及焊接台式数控等离子切割机的推广应用，分析确定使用三自由度关节型焊接台式数控等离子切割机配合生产工序，实现自动化焊接的目的。为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:1 根据现场作业的环境要求和数控锡丝点焊机本身的结构特点，确定数控锡丝点焊机整体设计方案。2 确定数控锡丝点焊机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。3 从所要功能的实现出发，完成数控锡丝点焊机各零部件的结构设计；4 完成主要零部件强度与刚度校核。1.3.2设计要求1 根据所要实现的功能，提出台式数控等离子切割机的整体设计方案；2 完成台式数控等离子切割机结构的详细设计；3 通过相关设计计算，完成电机选型；4 完成台式数控等离子切割机结构的三维造型；绘制台式数控等离子切割机结构总装配图、主要零件图。1.3.3关键的技术问题1 方案选择2整体的支撑架设计（龙门结构及悬臂结构的选择）3机构设计 4 强度校核第2章总体方案机构设计2.1设计概念整体的支撑架采用龙门结构在工程中我们常用的整体支撑架结构有龙门结构和悬臂梁。所谓的悬臂梁就是梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。而龙门结构通俗地说就是一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构，所以结构特别简单。2.2设计原理数控点焊机的设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性，为了使工件、焊枪与焊接点保持准确的相对位置，必须根据要求的焊接点，去选择合适的定位机构。再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到焊接枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。最后要尽可能做到具有一定的通用性如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。X轴采用丝杠加导轨形式：横向电动机联轴器横向滚珠丝杠（导轨）-横滑板Y轴和采用丝杠传动：纵向电动机联轴器纵向滚珠丝杠大托板2.3方案讨论悬臂梁在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程上广泛应用。考虑到上述问题该课题的整体结构采用龙门结构。第3章 X结构及传动设计表 3-1滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。3.1 X向滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设X向最大行程为300mm,最快进给速度为18m/min,主轴箱大概质量为50kg,工作台大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg，工作台最大行程为300mm。3.1.1导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电机Y系列异步电动机的最高转速，则丝杠的导程为取Ph=12mm3.1.2确定丝杆的等效转速基本公式最大进给速度是丝杆的转速最小进给速度是丝杆的转速丝杆的等效转速式中取故3.1.3估计工作台质量及负重主轴箱重量工作台重量移动部件重量 3.1.4确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h由上式计算得Car=17300N表3-1-1各类机械预期工作时间Lh表3-1-2精度系数fa表3-1-3可靠性系数fk表3-1-4负载性质系数fw3.1.6精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。3.1.7选择滚珠丝杆型号计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=12mm则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径 d0=40mm 丝杆外径d1=39.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m3.2校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。3.2.1 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1I=丝杆最小截面惯性距（m4）式中do-是丝杆公称直径（mm）dw-滚珠直径（mm），丝杆螺纹不封闭长度Lu=工作台最大行程+螺母长度+两端余量Lu=300+148+20X2=488mm支撑距离LO应该大于丝杆螺纹部分长度Lu，选取LO=620mm代入上式计算得出Fca=5.8X108N可见FcaFmax，临界压缩负荷满足要求。3.2.2临界转速验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速：式中：A-丝杆最小截面：A=-丝杠内径，单位；P-材料密度p=7.85*103(Kg/m)-临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为=148/2+300+(620-488)/2=440mm-安全系数，可取=0.8fZ-丝杠支承系数，双推-简支方式时取18.9经过计算，得出= 6.3*104，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率丝杠系统的轴向拉压系统刚度Ke的计算公式式中 A丝杠最小横截面，；螺母座刚度KH=1000N/m。当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750mm和100mm。经计算得：式中 Ke 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)； KH螺母座的刚度(N/m)；KH=1000 N/mKc丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；KS丝杠本身的拉压刚度(N/m)；KB轴承的接触刚度(N/m)。经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。3.3电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。3.3.1电机轴的转动惯量a、回转运动件的转动惯量上式中：d直径,丝杆外径d=39.5mmL长度=1mP钢的密度=7800经计算得b、X向直线运动件向丝杆折算的惯量上式中：M质量 X向直线运动件M=160kgP丝杆螺距（m）P=0.001m经计算得c、联轴器的转动惯量查表得因此3.3.2电机扭矩计算a、折算至电机轴上的最大加速力矩上式中：J=0.0028kg/m2ta加速时间 KS系统增量，取15s-1,则ta=0.2s经计算得b、折算至电机轴上的摩擦力矩上式中：F0导轨摩擦力，F0=Mf，而f=摩擦系数为0.02，F0=Mgf=32NP丝杆螺距（m）P=0.001m传动效率，=0.90I传动比，I=1经计算得c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩上式中P0滚珠丝杆预加载荷1500N0滚珠丝杆未预紧时的传动效率为0.9经计算的T0=0.05NM则快速空载启动时所需的最大扭矩根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066，其额定转矩为6.7。第4章 Y向结构设计4.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择根据给定的工作载荷Fz和估算的Wx和Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导轨：因系统受中等冲击,因此取根据计算额定静载荷初选导轨:选择汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25基本参数如下:额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨的工作寿命Ln：额定行程长度寿命: 导轨的额定工作时间寿命: 导轨的工作寿命足够.4.2 滚珠丝杠计算、选择初选丝杠材质：CrWMn钢，HRC5860，导程：l0=5mm强度计算丝杠轴向力：(N)其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.0030005；在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6)Fz，Fy=(0.150.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。取f=0.004,则:寿命值：，其中丝杠转速(r/min)最大动载荷：式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH为硬度系数，HRC58时为1.0。查表得中等冲击时则:根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为: CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其基本参数如下:其额定动载荷为14205N 足够用.滚珠循环方式为外循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式.滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表名称计算公式结果公称直径20mm螺距mm接触角钢球直径3.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径19.365mm螺杆内径16.788mm螺杆接触直径17.755mm螺母螺纹外径23.212mm螺母内径（外循环）20.7mm（1）传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为：式中：=10，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。（2）稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。（3）刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：(cm)Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差为E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。4.3 步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，有：（1）等效转动惯量的计算折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为：式中：为折算到电机轴上的惯性负载；为步进电机轴的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为齿轮的转动惯量；为滚珠丝杠的转动惯量；为移动部件的质量。对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算：式中为圆柱零件直径，为圆柱零件的长度。所以有：电机轴的转动惯量很小，可以忽略，所以有：4.2.6 步进电机的选用(）步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系：式中为电机转角，为移动部件的相应位移，为机械传动的效率。若取，则，且。所以：式中：为移动部件负载（N），G为移动部件质量（N），为与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力（N），为导轨摩擦系数，为步进电机的步距角（rad）,T为电机轴负载力矩（N.cm）。取=0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），.8，=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有：考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：取系数为.，则：对于工作方式为三相拍的步进电机： (）步进电机的最高工作频率为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个90BF001型三相反应式步进电机.电机有关参数如下:型号主要技术参数相数步距角电压(V)相电流(A)最大静转矩(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg转子转动惯量Kg.m外直径长度轴直径9014594.51764 第5章主要零件的数控加工5.1 初始参数设定1.准备毛坯：通过普通铣床机加工，将毛坯加工为的方块。2.CNC加工：按照“粗半精精-清根加工”的一般顺序进行加工。3.进入加工模块，初始化加工环境，选择“mill_contour”进入加工环境。4.选择“加工导航器”中的“几何视图”在左侧“操作导航器”栏选择坐标系设置“MCS_MILL”，指定坐标系原点为工件正中央，在间隙设置里指定安全平面，选择工件上表面，设定偏置为15。如图所示：5.选择“WORKPIECE”打开，指定部件为加工几何体，指定毛坯为毛坯几何体，指定材料为CARBON STEEL，单击显示图标。如图所示： 5.2 创建刀具1.在插入工具条中点创建刀具按钮，在刀具类型中选择第一个立铣刀图标，输入刀具名称“D20”，在铣刀参数中选择“5-参数”，直径设置为20mm，长度设置为166mm，刀刃长度设置为100mm，刀刃数为2，刀具号设置为1。如图所示：同理，创建其余刀具：分别是D10、D10R0.5、D10R5。D10刀具参数：直径10mm，长度150mm，刀刃长度100mm，刀刃数3，刀具号为2D10R0.5刀具参数：直径10mm，长度125mm，刀刃长度55mm，刀刃数2，刀具号为3D10R5刀具参数：直径10mm，长度130mm，刀刃长度11mm，刀刃数2，刀具号为45.3 创建加工操作在加工导航器中切换到“加工方法视图”，在操作导航器中选择MILL_ROUGH,右键弹出菜单，选择插入操作，在类型中选择mill_contour，在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL，程序设置PROGRAM，刀具设置D20，几何体设置WORKPIECE，方法MILL_ROUGH，确定进入型腔铣对话框。在刀轨设置里切削模式选择“跟随周边”，步距恒定，距离为5mm，全局每刀深度3mm。如图所示：编程基本参数表参数参数值参数参数值刀具材料硬质合金进给速度200刀具类型端面铣刀主轴转速800刀具刃数2公差0.03刀具直径20切削步距5刀具半径10切削深度3圆角半径/加工余量侧壁1快进速度5000底面0打开“切削参数”按钮，在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣，“切削顺序”为深度优先，“图样方向”向内；在“余量”选项卡里设置部件侧面余量1mm，部件底部面余量0,内外公差为0.03mm；在“连接”选项卡中设置区域排序为优化，勾选区域连接；其余参数默认设置。如图所示：打开“非切削移动”按钮，在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋，直径为刀具直径的90%，倾斜角度15；在开放区域中设置进刀类型为线性，长度为50%。在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面，指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。其余设置为默认设置，如图所示：在进给和速度选项里，设置主轴转速为800，切削为200，其余参数如图：点击生成按钮，生成刀轨，如图所示： 5.4 模拟刀轨及后处理在加工导航器中切换到“程序顺序视图”，在“操作导航器”中选择PROGRAM，右键弹出菜单，选择刀轨确认，弹出模拟加工对话框。选择2D动态，点击播放，模拟加工。最终效果如图：最后在PROGRAM上右键弹出菜单，选择“后处理”选项，弹出后处理器，在其中选择后处理文件。这里选择已经编辑设置好的FANUC 0I MC系统后处理文件，如下图所示的“FANUC_0M”文件，指定存放位置，确认输出，

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