毕业设计计算

机电一体化专业 机床数控改造 机械部分设计计算 I I 设计过程中一些需要的参数 设计过程中一些需要的参数 C6132C6140C6163X5132 最大回转直径 320400630 工作台宽320mm 电机功率P 4KW7 5KW10KW7 5KW Lmax640mm1000mm2000mm 纵向 2 4m min2 4m min2 4m min2 3m min 横向 1 2m min1 2 m min1 2m min1 2m min 快进 速度 垂向 0 77m min 纵向 0 6m min0 5m min0 5m min0 06m min 横向 0 3m min0 25 m min0 25m min0 06 or 0 03 切削 速度 垂向 0 06 or 0 03 定位精度 0 015mm0 015mm0 015mm0 015mm 纵向 800N800N1200N220kg 横向 500N600N800N450kg 移动部 件重量 垂直 1000kg 加速时间 25ms30ms30ms30ms 机床效率 0 80 80 70 8 C6180 纵向行程3200mm 快进速度4m min 移动部件重量150kg 主电机功率11kw 主运动切削速 度100m min 横向行程540mm 快进速度2m min 移动部件重量100kg X6 5 132 机动范围 680mm 240mm 300mm 纵向 横向 垂向 工艺数据 工件加工余量 最大铣削宽度 7mm 最大铣削深度 40mm 刀具数据 高速钢圆柱铣刀 直径 32 40mm 刀齿数 3 4 工艺数据 主轴转速 150 190rpm 40 60mm min 每齿切厚 0 05 0 2mm 取 0 1mm 根据机床设计手册 对高速钢圆柱铣刀 以工件为碳钢计算 32 4 40 1 0 7 2 68 81 9 0 86 0 0 72 0 86 0 dZaaaC ZdaaaCF pfeFZ pfeFZz 机械部分设计计算机械部分设计计算 1 1 确定系统脉冲当量 确定系统脉冲当量 经济型数控车床铣床常采用的脉冲当量是0 01 0 005mm 脉冲 车床纵向脉冲当量为0 01mm 脉冲 横向脉冲当量为0 005mm 脉冲 铣床的脉冲当量为0 01mm 脉冲 2 2 切削力的确定 切削力的确定 方法一 用经验公式计算主切削力方法一 用经验公式计算主切削力 车削 FD Z 067 15 max 式中 车床床身加工最大直径 单位为mm Dmax 横切端面时主切削力可取纵切时的 Fz FZ1 2 求出主切削力以后再按以下比例分别求出分力和 FZ FXFY 1 0 25 0 4 1 0 25 0 4FZ FXFY 式中 走刀方向的切削分力 FX 垂直走刀方向的切削分力 FY 机电一体化专业 机床数控改造 机械部分设计计算 IIII 横切端面 主切削力可取纵切的 21 ZZ FF 2 1 4 0 25 0 1 xyz FFF 方法二 按机床主电机功率计算方法二 按机床主电机功率计算 按照需要进行数控改造设计的普通车床的主电机功率来计算切削力 PP C 式中 切削功率 KW PC 机床主传动功率 KW P 主传动系统的机械效率 可以近似地取以数值 精密机床 0 8 0 85 中型机床 0 75 0 8 大型机床 0 7 0 85 铣床取0 6 PF cz 式中 主切削力 Fz v 切削加工速度 可取100m min 注意 横向切削力为纵向切削力的一半注意 横向切削力为纵向切削力的一半 单位需化成国际单位制后确定 单位需化成国际单位制后确定 3 3 滚珠丝扛螺母副的设计 计算和 滚珠丝扛螺母副的设计 计算和 选型选型 滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型 确定滚珠循环方式 滚珠丝杠螺母副的预紧方法 1 1 计算进给牵引力计算进给牵引力Fm 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用 在导轨上的摩擦力 因此其数值的大小与导轨的类型有关 N 的计算公式如下 Fm 矩形导轨 FKFfFFG mxzy 燕尾导轨 FKFfFFG mxzy 2 三角形或综合导轨 FKFfFG mxz 式中 切削分力 N FxFyFz G 移动部件的重量 N 导轨上的摩擦系数 随导轨形势而不同 f K 考虑颠复力矩影响的实验系数 在正常情况下 K f及可取下列数值 f 矩形导轨 K 1 1 0 15 f 燕尾导轨 K 1 4 0 2 f 三角形或综合导轨 K 1 15 0 15 0 18 f 上列摩擦系数均是指滑动导轨 如果采用贴塑导轨 0 03 0 05 滚动导轨 f f 0 0025 0 005 静压导轨 0005 f f 2 2 计算最大动负载计算最大动负载C C 选用滚珠丝杠副的直径时 必须保证在一定轴向负载作用下 丝杠在回转100万转后 在它 d0 的滚道上不产生点蚀现象 这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载C 可用 下式计算 CL f Fm 3 式中 L 寿命 以为一单位 106 机电一体化专业 机床数控改造 机械部分设计计算 IIIIII L nT 60 106 n 丝杠转速 r min 用下式计算n v L s 1000 0 为最大切削力条件下的进给速度 m min 可取最高进给速度的1 2 1 3 vs 丝杠导程 mm L0 T 为使用寿命 h 对于数控机床取T 15000h 运转系数 见下表 fw 运转系数 运转状态运转系数 无冲击运转1 0 1 2 一 般 运 转1 2 1 5 有冲击运转1 5 2 5 从手册或样本的滚珠丝杠的尺寸系列表中可以找出相应的额定动负载的滚珠丝杠副的尺寸 Ca 规格和结构尺寸 选用时应使 CCa 3 3 传动效率计算传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 tg tg 式中 丝杠螺旋升角 摩擦角 滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 0 003 0 004 其摩擦角约为10分 f 4 4 刚度计算刚度计算 滚珠丝杠副的轴向变形回影响进给系统的定位精度及运动的平稳性 因此应考虑以下引起轴向 变形的因素 丝杠的拉伸或压缩变形量丝杠的拉伸或压缩变形量 在总的变形量中占的比重较大 可以用计算方法确定 1 先用下式计算滚珠丝杠受工作负载的作用引起导程的变化量 mm 在计算滚珠丝杠 FmL0 L 总长度上的拉伸或压缩变形量 1 L FL EF m 0 式中 在工作负载作用下引起每一导程的变化量 mm LFm 工作负载 即进给牵引力 Fm N 滚珠丝杠的导程 mm L0 材料弹性模数 对钢 EE 206104 N mm2 滚珠丝杠截面积 按内径确定 mm2 F 号用于拉伸 号用于压缩 再计算滚珠丝杠在总长度上拉伸或压缩的变形量 1 1 0 L L L 式中 滚珠丝杠在支承间的受力长度 mm L 根据 实用机床设计手册 滚珠丝杠副的传动刚度主要由丝杠本身拉压刚度 丝杠副内的接 刚度 轴承和轴承座刚度 因此近似是时取拉压刚度的1 3 变形近似为拉压变形的3倍 首先看3是否满足要求 要求小于给定的定位精度 1 机电一体化专业 机床数控改造 机械部分设计计算 IVIV 4 4 进给伺服系统传动计算 进给伺服系统传动计算 当机床脉冲当量和滚珠丝杠导程确定以后 可以先初选步进电机的步距角 用下式计算伺服系 统的降速比i i L b p 0 360 式中 脉冲当量 mm p 滚珠丝杠的基本导程 mm L0 步进电机的步距角 在步进电机技术数据中 以分数形式给出两个数 例如 150BF002 b 步距角 0 75 1 5 其中 0 75 是五项十拍 1 5 是五项五拍 计算传动比的时候 应合理选择各参数 一般应尽量减少齿轮的齿数差 计算出传动比以后 再根据降速极数决定一对或二对齿轮的齿数 模数和各项技术参数 因为 进给伺服系统传递的功率不大 一般取模数 m 1 2 数控台转取 m 1 数控车床 铣床可取 m 2 由 为降速齿轮的齿数 可计算和选取齿数 在选择齿轮齿数的时候要严格izz 21 z1z2 保证 否则会引起传动比误差 使得系统的精度难以保证 izz 21 然后计算齿轮各部分几何参数 为了消除齿轮侧隙 可采用双片齿轮 这样齿宽 b 可加大到 6 10 m 单片齿轮厚度不小于 10mm 如果计算出齿轮降速度比为 1 则可以采用直连结构 5 5 步进电机的计算和选用 步进电机的计算和选用 1 1 转动惯量的计算转动惯量的计算 齿轮 轴 丝杠等圆柱体惯量计算 kg cm2 J MD 2 8 对于钢材 34 1078 0 LDJ 式中 M 圆柱体质量 kg D 圆柱体直径 cm L 圆柱体长度 cm 钢材的密度 7 8 10 5kg cm2 对于齿轮 D 可取分度圆直径 L 取齿轮宽度 对于丝杠 D 可近似取丝杠公称直径 滚珠直径 L 取丝杠长度 丝杠传动时折算到电机轴上的总转动惯量 步进电机经一对齿轮降速后传到丝杠 此传动系统折算到电机轴上的转动惯量为 2 0 2 2 2 1 1 2 L g G JJ z z JJ s 式中 传动系统折算到电机轴上的转动惯量 kg cm2 J 齿轮的转动惯量 kg cm2 J1z1 齿轮的转动惯量 kg cm2 J2z2 丝杠的转动惯量 kg cm2 Js 工作台及工件等移动部件的重量 N G 丝杠的导程 cm L0 2 2 电机力矩的计算电机力矩的计算 电机的负载力矩在各种工况下是不同的 下面分快速空载起动时所需力矩 快速进给时所需力 矩 最大切削负载时所需力矩等几部分介绍其计算方法 机电一体化专业 机床数控改造 机械部分设计计算 V V 快速空载起动时所需力矩M起 MMMM f起 max0 式中 快速空载起动力矩 N m M起 空载起动时折算到电机轴上的加速力矩 N m max M 折算到电机轴上的摩擦力矩 N m M f 由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩 N m M0 快速进给时所需力矩M快 MMM f 快 0 因此对运动部件已起动 固不包含 显然 Ma maxMM 快起 最大切削负载时所需力矩M切 MMMM ft 切 0 式中 折算到电机轴上的切削负载力矩 N m Mt 在采用丝杠螺母副传动时 上述各种力矩可用下式计算 MJJ n t J n t a a a max maxmax 60 2 10 2 60 10 22 式中 传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量 kg cm2 J 电机最大角加速度 N s2 电机最大转速 r min nmax 脉冲当量 mm p 步进电机的步距角 b 运动部件从停止加速到最大进给速度所需要的时间 s ta 摩擦力矩 N m M f i LF M f 2 00 式中 导轨摩擦力 N F0 空载快速起动时 进行切削加工时 其计算如计算牵引力Ff G 0 GFfF Z 0 处摩擦力的计算 垂直方向切削力 N Fz 运动部件总重量 N G 导轨摩擦系数 f 齿轮降速比 按计算 iizz 21 传动链总效率 一般可取 0 7 0 85 附加摩擦力矩 N m M0 2 0 00 0 1 2 i LF M p 式中 机电一体化专业 机床数控改造 机械部分设计计算 VIVI 滚珠丝杠预加载荷 一般取 为进给牵引力 N Fp0 13Fm Fm 滚珠丝杠导程 cm L0 滚珠丝杠未预紧时的传动效率 一般取 0 009 折算到电机轴上的切削负载力矩 N cm Mt M F L i t t 0 2 式中 进给方向最大切削力 N Ft 其余参数如上 经过上述计算后 在 两种力矩中取其大者作为选择步进电机的依据 对于大多数M起M切 数控机床来说 因为要保证一定的动态性能 系统时间常数较小 而等效转动惯量又较大 故电机 力矩主要是用来产生加速度的 而负载力矩往往小于加速力矩 故常常用快速空载起动力矩 作为选择步进电机的依据 M起 3 3 步进电机的选择步进电机的选择 目前 经济型数控机床中大多数采用反应式步进电机 首先根据最大静转矩首先根据最大静转矩初选电机型号初选电机型号M j max 在步进电机的技术参数中 列出步进电机的最大静转矩 最高空载起动频率 运行频率M j max 等参数 可作为初选步进电机的依据 步进电机的起动转矩与最大静转矩有如下关系 M起M j max 步进相数三相四相五相六相 电机拍数 3648510612 MM j起max0 50 8660 7070 7070 8090