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龙门 铣床 工作台 三维 建模 设计

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龙门铣床工作台三维建模设计,龙门,铣床,工作台,三维,建模,设计

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目 录第1章课程设计的目的2第2章 课程设计题目和相关条件2第3章 运动设计43.1确定设计方案43.2导轨设计和计算43.3进给传动系统设计、计算81计算选择滚珠丝杠类型、规格、精度等级、丝杠螺母预紧力 82初步确定减速比度83 初步确定电机规格84计算校核快速移动速度、丝杠动载荷能力85至丝杠环节采用HTD同步带传动，初步确定带轮齿数、宽度，同步带宽度106计算校核惯量和加速度能力、惯量匹配127计算校核电机额定扭矩能力，最后确定进给电机规格148确定滚珠丝杠支承型式、预拉伸力169计算丝杠的临界转速1810计算确定同步带与电机轴、丝杠轴的连接方式、胀紧套规1811分析论述实现定位精度的措施20结束语22参考文献23第一章 课程设计的目的通过本设计，使学生较全面、系统地了解和掌握数控机床技术的基本内容和基本知识，初步掌握数控机床系统设计方法，并能学会运用手册、标准等技术资料。同时培养学生的创新意识、工程意识和动手能力。第二章 课程设计题目和相关条件1. 课程设计课题系列：数控定梁定柱龙门铣床纵向进给传动和导轨系统设计1SKSJ-1数控定梁定柱龙门铣床纵向进给传动和导轨系统设计XK2313-2对应的课题名称：XK2313-2数控定梁定柱龙门铣床纵向进给传动和导轨系统设计2. 设计项目所属产品特性和相关要求 数控定梁定柱龙门铣床属于大中型数控机床，工作台及其进给传动机构是重要组成部分。 本课程设计内容为设计数控定梁定柱龙门铣床工作台床身部分，具体为纵向进给传动和导轨系统。3. 数控龙门铣床规格和相关设计参数要求序号参数项规格SKSJ-I-21工作台面积（宽X长）mm1200X20002工作台T型槽9-22X1203三向行程(X/Y/Z)mm2500/1500/8004快速移动速度(X/Y/Z)m/min10/10/105定位精度mmX 0.025/1000，0.04/全程；Y 0.025/1000，0.03/全程；Z 0.026重复定位精度mm0.0157工作台最大承重kg30008快速启动加速时间s0.34. 经过前期方案和技术设计，已确定相关结构和参数如下（1） 工作台厚度为195mm，重量为1550kg。设计计算时可省略其它小零件的重量影响。（2） 三向进给传动形式均采用同步带减速滚珠丝杠传动，减速比为：X（纵向） 2、2.5或3（设计选择）， Y、Z 2（3） 三向滚珠丝杠传动方式：丝杠旋转和轴向固定，螺母移动。（4） 三向导轨：X、Y向采用滚动导轨，Z向采用矩形滑动+贴塑导轨结构。（5） 预计X向丝杠系统平均最大温升1.5C。（6） 采用华中数控系统及其配套交流伺服电机，三轴控制三轴联动，主轴伺服控制。（7） 正向压力载荷分布近似为：运行距离占比（%）备注2360125正压力负载载荷（N）20000305004500056500包括工作台和工件重力、切削负载（8） 轴向载荷近似分布为工作时间占比（%）1120203955轴向负载（N）28530006000110001300017000已含摩擦力移动速度（m/min）103210.750.5（9） 机床工作时间每年工作12月，每个月工作24天；每天工作10小时，该部件每小时移动运行2/3小时；第三章 运动设计3.1 确定设计方案1. 根据工作台尺寸、行程，初步确定导轨配置、布局和间距由于工作台尺寸为1200X2000mm，行程较大，承重较大，因此初步选择导轨为直线滚动导轨，其有以下优点：运动敏度高，摩擦因数小、定位精度高、牵引力小，移动轻便、磨损小，精度保持好、润滑系统简单，维修方便。导轨的布置：左右各一根对称布置，导轨间距600mm。3.2 导轨设计和计算1. 根据行程、受力状态、快速移动速度，初步选择传递减速比，丝杠螺距、支承型式初步选择传递减速比2，丝杠螺距L0=12mm，支承型式采用两端固定形式。 初步选择滚柱直线导轨GZB65AAL，其额定动载荷C=212KN,额定静载荷Cp=451KN。 采用6块滑块，左右对称布置，滑块间距550mm。滑块额定静载荷Cp=451KN。每块滑块承受力:Fs=56500N/6/0.66=14267N，Fs10m/min。符合设计要求的工作台移动速度10m/min。预计滚珠丝杠的工作时间为5年，每年工作12月，每个月工作24天；每天工作10小时，该部件每小时移动运行2/3小时。由课本P100.式5-5可知：neq=n1t1+n2n2+t1+t2+其中F1，F2滚珠丝杠不同时间所受到的轴向载荷，Nn1,n2与F1,F2相对应的转速，r/mint1,t2与n1,n2相对应的工作时间，min 由已知条件知；由公式可得转速:=625r/min, =187.5r/min, =125r/min,=62.5r/min, =46.875r/min, =31.25r/min预计时间=总时间t每个转速的工作时间比t=51224102/360min=576000min由此可得=57600011%=63360min , =57600020%=115200min ,=57600020%=115200min , =57600039%=224640min ,=5760005%=28800min ,=5760005%=28800min当量负载为：=6868.06（N当量转速为：预计滚珠丝杠的工作5年，每年工作12个月，每个月工作24天，每天工作10个小时，该部件每小时移动运行2/3小时。可得丝杠的使用寿命为：T=51224102/3=9600h根据课本（数控机床系统设计）中P100，公式5-4得其中T-使用寿命，h；N-循环次数；-滚珠丝杠的当量转速， r/min；由课本（数控机床系统设计）P99，公式5-3得：式中-动载荷系数，见表5-1；取=1.0-硬度影响系数，见表5-2；取=1.0-当量动负荷，N；=6868.06N-滚珠丝杠螺母副的额定负荷，N；=102300N-寿命，以转为单位；=91.89:Cc=30992.52N102300N所以动载负荷符合设计要求。5. 电机至丝杠环节采用HTD同步带传动，初步确定带轮齿数、宽度，同步带宽度确定计算功率Pca：Pca=KAP式中 Pca计算功率，KW； KA工作情况系数；P电机额定功率，KW。查机械设计表8-8，得KA=1.3。又由电机功率PW=18KW。Pca=1.3x11KW=14.3KW根据功率Pd=14.3kw和n1=1500r/min，参考机械设计手册由图13-1-9圆弧齿同步带选型图，查得，选择的带型为8M，参考机械设计手册表13-1-52查得节距Pb=8mm。确定小带轮齿数参考机械设计手册表13-1-69得，取小带轮的齿数z1=32小带轮的节圆直径d181mm大带轮齿数z2=64大带轮节圆直径d2带速v -45m/s初定中心距a00.7d1+d2a02d1+d2计算得415mm取a0=700mm。初定带的节线长度L0p及其齿数zbL0p2a0+2d1+d2+d1+d224a0参考机械设计手册表13-1-58，选取近似的Lp值 Lp=2400 zb=300实际中心距a701.85mm 取a=734mm小带轮啮合齿数Zm计算得Zm=12.7基准额定功率P0 参考机械设计手册由表13-1-75选取P0=3.77kw带宽b0b0bx01.14PdKLKzP0 式中 bx0-选定型号的基准宽度；mm 查表13-1-67得bx0=20 Kz-小带轮啮合齿数系数； 查表13-1-67得Kz=1.0 KL-圆弧齿带长系数； 查表13-1-78得KL=1.1 参考机械设计手册表13-1-52取标准带宽b0=60mm。6. 计算校核惯量和加速度能力、惯量匹配滚珠丝杠的转动惯量J对于钢材 由数控机场系统设计式5-30得：J=0.77D4L10-12式中 J-惯量，kgm2 D-圆柱体直径，mm L-圆柱体长度，mm L =有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度）+动力输入连接长度=2000+242+200+（81+28）+200=2551mm Jm=0.770.03 kgm2 滚珠丝杠上一级移动部件等折算到电动机轴上的转动惯量由数控机场系统设计式5-31得：J=v2n2M10-6=S22M10-6式中 M-工作台的（包括工件）的质量，M=4550kg S-丝杠螺距,S=16mm v-工作台移动速度，mm/min n-丝杠转速，r/min 代入数据，得： kgm2J=Jm+Je=0.03+0.012=0.042kgm2Fp=5665.91N,符合要求。9. 计算丝杠的临界转速对于高速长丝杠有可能发生共振，需验算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转速nc由数控机床系统设计P100式5-10得：nc=9910f22d2Lc2d2=d0-1.2Dw式中 Lc-临界转速计算长度，m f2-丝杠支承方式系数，两端固定时，f2=4.730 d0-丝杠公称直径，m Dw-滚珠丝杠直径，m 滚珠丝杠螺母副DKFZD6316-5,其d0=63mm；Dw=10mm最大转速nmax=625；因此不会发生共振10. 计算确定同步带与电机轴、丝杠轴的连接方式，胀紧套规格采用胀紧套代替单键和花键的连接作用，以实现同步带和电机轴、同步带和丝杠轴的连接，用以传递负荷。它使用时通过高强度螺栓的作用，使内环与轴之间、外环与轮毂之间产生巨大抱紧力；当承受负荷时，靠锥环与机件的结合压力及相伴产生的摩擦力传递转矩、轴向力或二力的复合载荷。胀紧套的设计需进行计算。锥环连接具有独特的优点：使用锥环可以使主机零件制造和安装简单；锥环的使用寿命长，强度高；锥环连接可以承受多重负荷；拆卸方便，具有良好的互换性；锥环连接定心好，承载能力高。按照负荷选择胀紧套，胀紧套应满足一下条件：a.传递转矩：MtMb.承受轴向力：FtFxc.传递力：FrFx2+(Md210-3)2d.承受径向力：PtFrdB103式中 M需传递的转矩，KNm；Fx需承受的轴向力，kN；Fr需承受的径向力，kN；Mt锥环的额定转矩，kNm；Ft锥环的额定轴向力，Kn;d、B锥环内径和内径宽度，mm；Pf锥环与轴结合面上的压力，Kn/mm2。锥环的压紧方法及轮毂结构设计：锥环压紧时，轮毂相当于受内压力的厚壁筒；轴如空心轴，相当于受外压力的厚壁筒。为了限制其最大应力，应使轮毂外圆De和空心轴中空内径di满足下列条件：DeDss-2C1Pdids-2C1Psp=dDp式中s轮毂或轴材料的屈服极限，kgf/mm2；p轮毂内壁的接触压力，kgf/mm2；P内环内壁上的接触压力，kgf/mm2D轴直径（内环名义内径），mm；D外环外径，mm；C1与接触长度有关的系数；根据实际情况选取的胀紧套为上海双庆机械配件有限公司Z1型规格为：dxDxL=38x44x7，额定轴向负载为9.84KN，额定扭矩为186KN。11. 分析论述实现定位精度的措施本数控定梁定柱龙门铣床纵向（X向）进给传动和导轨系统设计，采用的是滚动导轨，滚动导轨运动灵敏度高，摩擦因数远小于滑动导轨，无论做高速运动还是低速运动，滚动导轨的摩擦因数基本上不变，即静、动摩擦力相差甚微，故一般滚动导轨在低速移动时，没有爬行现象。滚动导轨的定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差为0.10.2m，比普通滑动导轨的定位精度1020m，小得多。钢制淬硬导轨具有较高的耐磨性，修理周期间隔长，所以滚动导轨的磨损小，精度保持性好。目前滚动导轨用于实现微量进给，实现精密定位。滚珠丝杠副的精度等级选用P3级，预紧方式为双螺母螺纹预紧，具有较高的定位精度。除此之外，各部件的装配质量也影响着机床的定位精度，提高装配质量可以很好提高定位精度，在