C6150型普通机床的数控化改造【优秀机械机电毕业设计论文】【A6085】
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c6150
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a6085
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说明书一份,70页,23000字左右.
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山东大学自学考试毕业设计（本科） 1 摘 要 随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，对机械加工设备的加工精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床 基础上对其进行自动化改造。 本人在搜索、查阅和研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自动转位刀 架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以 8031 型号的单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。 关键词 ： 机床改造； 自动化机床； 控制系统 山东大学自学考试毕业设计（本科） 2 of of is of is a in of N is So it is a to to is in of 6150 it on of of on of of to is to to in be by PU 031 is to a an to on to of 东大学自学考试毕业设计（本科） 3 目 录 摘 要 . 1 目 录 . 3 第 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 控改造的必要性 . 错误 !未定义书签。 床与生产线数控化改造的市场 . 错误 !未定义书签。 床数控化改造的必要性 . 错误 !未定义书签。 控化改造的内容 . 错误 !未定义书签。 文的主 要研究内容 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 数控车床总体改造方案及机械部分设计 . 错误 !未定义书签。 计要求 . 错误 !未定义书签。 计基本思路 . 错误 !未定义书签。 造方案的确定 . 错误 !未定义书签。 计目的 . 错误 !未定义书签。 体方案设计 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠的设计计算与选用 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠 . 错误 !未定义书签。 向滚珠丝杠的设计与计算 . 错误 !未定义书签。 向滚珠丝杠的设计与计算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠的安装与使用 . 错误 !未定义书签。 机与滚珠丝杠连接用一级减速齿轮的设计与校核 . 错误 !未定义书签。 轮传动 . 错误 !未定义书签。 向减速齿轮的设计与校核 . 错误 !未定义书签。 向减速齿轮的设计与校核 . 错误 !未定义书签。 给系统的步进电动机的计算与选择 . 错误 !未定义书签。 进电动机 . 错误 !未定义书签。 向电机的计算与选择 . 错误 !未定义书签。 向电机的计算与选择 . 错误 !未定义书签。 动刀架选择与介绍 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 主轴脉冲发生器介绍与选型 . 错误 !未定义书签。 电编码器原理 . 错误 !未定义书签。 轴脉冲发生器的安装 . 错误 !未定义书签。 轴脉冲发生器的选择 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 普通车床自动化改造的单片机控 制 . 错误 !未定义书签。 统设计 . 错误 !未定义书签。 单片机控制系统电路 . 错误 !未定义书签。 储器扩张电路 . 错误 !未定义书签。 板操作键和功能选择开关 . 错误 !未定义书签。 能选择开关 . 错误 !未定义书签。 盘、显示器接口电路 . 错误 !未定义书签。 进电动机驱动电路设计 . 错误 !未定义书签。 接口 . 错误 !未定义书签。 助电路设计 . 错误 !未定义书签。 山东大学自学考试毕业设计（本科） 4 第 5 章 小结 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 毕 业 设 计 设计题目 ： 姓 名： 专 业： 机电一体化工程 指导教师： 2009 年 9 月 12 日 摘 要 随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，对机械加工设备的加工精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式 车床 基础上对其进行自动化改造。 本人在搜索、查阅和研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以 8031 型号的单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。 关键词 ： 机床改造； 自动化机床； 控制系统 of of is of is a in of N is So it is a to to is in of 6150 it on of of on of of to is to to in be by PU 031 is to a an to on to of 目 录 摘 要 . 2 目 录 . 4 第 1 章 绪论 . 1 控改造的必要性 . 1 床与生产线数控化改造的市场 . 1 床数控化改造的必要性 . 2 控化改造的内容 . 3 文的主要研究内容 . 4 第 2 章 数控车床总体改造方案及机械部分设计 . 6 计要求 . 6 计基本思路 . 6 造方案的确定 . 6 计目的 . 6 体方案设计 . 7 珠丝杠的设计计算与选用 . 8 珠丝杠 . 8 向滚珠丝杠的设计与计算 . 9 向滚珠丝杠的设计与计算 . 16 珠丝杠的安装与使用 . 23 机与滚珠丝杠连接用一级减速齿轮的设计与校核 . 26 轮传动 . 26 向减速齿轮的设计与校核 . 26 向减速齿轮的设计与校核 . 30 给系统的步进电动机的计算与选择 . 33 进电动机 . 33 向电机的计算与选择 . 35 向电机的计算与选择 . 38 动刀架选择与介绍 . 40 第 3 章 主轴脉冲发生器介绍与选型 . 43 电编码器原理 . 43 轴脉冲发生器的安装 . 44 轴脉冲发生器的选择 . 45 第 4 章 普通车床自动化改造的单片机控制 . 48 统设计 . 48 单片机控制系统电路 . 51 储器扩张电路 . 51 板操作键和功能选择开关 . 54 能选择开关 . 54 盘、显示器接口电路 . 55 进电动机驱动电路设计 . 57 接口 . 60 助电路设计 . 61 第 5 章 小结 . 63 致 谢 . 64 参考文献 . 65 山东大学自学考试毕业设计（本科） 1 第 1 章 绪论 控改造的必要性 床与生产线数控化改造的市场 （ 1） 机床数控化改造的市场 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 台，即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来，我国数控机床年产量约为 台，年产值约为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10 年以上的占 60以上； 10 年以下的机床中，自 动 /半自动机床不到 20， 自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 （ 2） 进口设备和生产线的数控化改造市场 我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产 线进行技术改造。据不完全统计，从 1979 1988 年 10 年间，全国引进技术改造项目就有 18446项，大约 美元。 这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的 作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。 山东大学自学考试毕业设计（本科） 2 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。 床数控化改造的必要性 （ 1） 微观看改造的必要性 从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出 的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3 7 倍。 由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为 实现了 柔性自动化 。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要 修配 。 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的好处。 如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。 以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行 性制造单元）、 性制造系统）以 及 算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 山东大学自学考试毕业设计（本科） 3 （ 2） 宏观看改造的必要性 从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在 70 年代末、 80 年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、 ，还包括在产品开发中推行 拟制造以及在生产管理中推行 理信息系统）、 等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。 由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20 年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到 1995 年只有 而日本在 1994 年已达 因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 控化改造的内容 机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点： 其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊 断并恢复； 其二是 ，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成 床、 其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的 统以最新行更新； 其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的 摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的山东大学自学考试毕业设计（本科） 4 改造目的。 滑动导轨副 对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。 齿轮副 一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。 滑动丝杠与滚珠丝杠 丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于 6 级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。 滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在 90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。 安全防护 必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。 文的主要研究内容 1. 床数控化改造总体机械部件设计。 设计和选用。 包括了进给滚珠丝杠的设计与选 用，消隙减速齿轮系的设计计算与校核，进给用步进电机的选择与校核。 3主轴脉冲发生器的安装 4刀架的选用 山东大学自学考试毕业设计（本科） 5 用 8031 型号的单片机控制进给系统与刀架，并把脉冲发生器的数据通过单片机来加工螺纹。 山东大学自学考试毕业设计（本科） 6 第 2 章 数控车床总体改造方案及机械部分设计 计要求 计基本思路 改造 床的基本思路是把原来的机床进行大修，只保留机床导轨、主轴、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。带之以滚珠丝杠和步进电机，用单片机系统来驱动各轴的运动。经过严密的计算和论证，选择丝 杠和驱动电机，根据使用要求，选择系统配置和设计控制电路。 造方案的确定 床主要用于对中小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工，这些零件加工工艺要求机床应完成的工作内容有 :控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴变速 ;刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具 ;冷却泵、润滑泵的启停 :加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程。这些工作内容，就是数控化改造数控系统控制的对象。察看 床及有关资料，并且参照数控车床的改造经验，确定总体 改造方案为 :对机床的改造部位是 :拆掉手动刀架和小拖板装上数控刀架 ;拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副 ;主轴后端加一光电编码器用波纹管连接，供加工螺纹使用由于改造设计的是简易型经济数控，所以在考虑具体方一案时，基本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减小改动量，以降低成本。总体改造如下图所示。 对该机床进行机械修理以便恢复机械精度要求，修理的主要目的是恢复机床导轨、主轴、拖板的精度，撤除机床主轴箱和溜板箱内的传动部件以及传动丝杠，只保留导轨、主轴、溜板、尾座。修理后已恢复其主要部件的精 度。 计目的 利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，冲，横向脉冲为 冲，驱动元件采用步进电动机，传动山东大学自学考试毕业设计（本科） 7 系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架，主轴采用变频器控制。 体方案设计 由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要图一 造后系统传动图 山东大学自学考试毕业设计（本科） 8 求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。根据 床有关资料，总体方案设计 :采用单片机 8031 控制系统对数据进行计算处理。步进电动机经同步带轮传动或直接传动后，带动滚珠丝杠 转动，从而实现纵向、横向进给运动，主轴变速采用变频器调速控制。 珠丝杠的设计计算与选用 珠丝杠 滚 珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转 换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为 1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动 ,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下 ,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面 ,对温度 湿度进行了严格的控制 ,由于完善的品质管理体制使精度得以 充分保证。 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动 ,所以启动力矩极小 ,不会出现滑动运动那样的爬行现象 ,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压 ,由于予压力可使轴向间隙达到负值 ,进而得到较高的刚性 (滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力 ,在实际用于机械装置等时 ,由于滚珠的山东大学自学考试毕业设计（本科） 9 斥力可使丝母部的刚性增强 )。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给 (运动 )。 向滚珠丝杠的设计与计算 已知条件： 工作台重 000N 工 件及夹具最大重量 2W =200N 工作台最大行程 950作台导轨的摩擦系数为 u=速进给速度m/ 定位精度为 2000行程 25复定位精度为 10要求寿命为10000 小时。各种切削方式的纵向切削力 度 V 和时间比例 q 及其他见下表 表一各种切削方式的纵向切削力 度 V 和时间比例 q 切削方式 纵向切削力 ) 垂向切削力 ) 进给速度 Vi(m/工作时间百分比 % 丝杠轴向载荷 (N) 丝杠转速 r/力切削 2000 1200 0 2200 60 一般切削 1000 500 0 1150 80 精切削 500 200 1 50 620 100 快速进给 0 0 1000 375 山东大学自学考试毕业设计（本科） 10 进给用滚珠丝杠装配图 1） 确定滚珠丝杠副的导程 m m in作台最高移动速度 机最高转速； I ：传动比 电机与丝杠间为齿轮连接式， i=4（取一级减速齿轮） 由上表查得m/500r/ 代入得 现代机床设计手册取 ） 确定当量转速与当量载荷 （ 1） 各种切削方式下，丝杠转速 上表查的1v=2v =v=1,4v=4 代入得1n120，2n160，3n200，4n800 （ 2） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷12( ) / 1 0i x i z iF p w w p 丝杠轴向载荷， 纵向切削力， 垂向切削力 由上表得 i=1,2,3,4)分别为 2000 N,1000N,500N,0N i=1,2,3,4)分别为 1200N,500N,200N,0N 山东大学自学考试毕业设计（本科） 11 已知 1w 800 N， 2w 200 N 代入得 i=1,2,3,4)分别为 2200N， 1150N， 620N， 1000N （ 3） 当量转速 1*n 1t/100+2*n 2t/100+3*n 3t/100+4*n 4t/100 数据代入得240r/ 4） 当量载荷 3 3 3 3331 1 2 2 4 4* * * * * * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0m m m t n t n tn n n n3m 1 2 3 4F = F F + F + 1057N 3） 初选滚珠丝杠副 由公式现代机床设计手册（ 24）知 6 3* * *10 * ( * )60 a t h a kh m m wc f f f f查现代机床设计手册表（ 51） 表（ 54） 得 1， 1， 1， 10000h 代入数据可求得13589N=)确定允许的最小螺纹底径 （ 1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 m （ 1/3 1/4）重复定位精度 m (1/4 1/5 )定位精度 m：最大轴向变形量m已知重复定位精度 10m定位精度 25mm 3m，m 6m取两种结果最小值m 3m山东大学自学考试毕业设计（本科） 12 （ 2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 002 1 0 * * *1 0 0 . 0 3 9* F 2小螺纹底径 （ 程 +(10 14) 1W已知行程 9501W 800N, 0 =入数据得 L=1110F 160N, 2）确定滚珠丝杠副得规格代号 （ 5） 选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式 （ 6） 由计算出的 Ph，代机床设计手册中选取相应规格的滚珠丝杠副 5,22000N 13589N 6)确定滚珠丝杠副预紧力 PF=2200 733N 7)行程补偿值与拉伸力 （ 1）行程补偿值 C=*10式中2k n L查现代机床设计手册 950 110， （ 2 4） 15 t 温差取 山东大学自学考试毕业设计（本科） 13 代入数据得 C=32m(2)预拉伸力 t 224807N 8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格 （ 1）轴承所承受得最大轴向载荷 4807 2200 7007 （ 2）轴承类型 两端固定的支承形式，选背对背 600c 角接触推力球轴承 （ 7） 轴承内径 d 略小于2d 40，3 d 30 带入数据得2336N （ 8） 轴承预紧力：预力负荷 9） 按现代机床设计手册选取轴承型号规格 当 d 30加负荷为： 602030承 d 30，预加负荷 为 29002336N 9)滚珠丝杠副工作图设计 (1)丝杠螺纹长度 2s u L由表查得余程 （ 2）两固定支承距离1L，丝杠 L (3)行程起点离固定支承距离0 1290，1L 1350 1410，0L 30 山东大学自学考试毕业设计（本科） 14 10）传动系统刚度 （ 1）丝杠抗压刚度 1）丝杠最小抗压刚度 221* *102d:丝杠底径 1l ：固定支承距离 代入数据 782N/m2）丝杠最大抗压刚度 6 2210 1 0* * 1 04 ( )l l代入数据得 9000 N/m（ 2）支承轴承组合刚度 1）一对预紧轴承的组合刚度 2530 m a 2 . 3 4 * s i aK d z F 滚珠直径 Z：滚珠数 最大轴向工作载荷 N ：轴承接触角 由现代机床设计手册查得 7602030承 预加载荷得 3 倍 8700N/m075 N/m2）支承轴承组合刚度 2 0 750 N/m3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 1 / 3()0 东大学自学考试毕业设计（本科） 15 现代机床设计手册上的刚度 2150 N/m, 2200N, 733N 代入数据得 1491 N/m11）刚度验算及精度选择 Z 17， 060 （ 1）m i n m i 1 1s b ck k k k 代入前面所算数据得 130 m a x m a 1 1s b ck k k k 代入前面所算数据得476 0 0 1已知 1w 800N, 0 =0F =160N 0F :静摩擦力， 0 ：静摩擦系数， 1w ：正压力 （ 2）验算传动系统刚度 差 值；已知反向差值或重复定位精度为 10 30 3）传动系统刚度变 化引起得定位误差 k 0F （，代入 k 5 m （ 4）确定精度 300意 300行程变动量对系统而言 300位精度k山东大学自学考试毕业设计（本科） 16 定位精度为 20m/300 300500 向滚珠丝杠的设计与计算 已知条件： 工作台重量1W=8000N 工件及夹具最大重量 2W =200N 工作台最大行程50作台导轨的摩擦系数为 u=速进给速度 2m/ 定位精度为 2000行程 25复定位精度为 10要求寿命为山东大学自学考试毕业设计（本科） 17 10000 小时（单班制工作十年）。各种切削方式的纵向切削力 度 V 和时间比例 q 及其他见下表 表二切削方式 的纵向切削力 度 V 和时间比例 q 切削方式 纵向切削力 ) 垂向切削力 ) 进给速度 Vi(m/工作时间百分比 % 丝杠轴向载荷 (N) 丝杠转速 r/力切削 2000 1200 0 2920 60 一般切削 1000 500 0 1850 80 精切削 500 200 1 50 1320 100 快速进给 0 0 2 800 1500 1） 确定滚珠丝杠副的导程 作台最高移动速度； 机最高转速 I ：传动比 电机与丝杠间为齿轮连接式 i=4（取一级减速齿轮） 由上表查得m/500r/ 代入得 现代机床设计手册取 ） 确定当量转速与当量载荷 （ 1） 各种切削方式下，丝杠转速 上表查的1v=v=v=1,4v=2 山东大学自学考试毕业设计（本科） 18 代入得1n120，2n160，3n200，4n400 （ 2） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷12( ) / 1 0i x i z iF p w w p 丝杠轴向载荷， 纵向切削力， 垂向切削力 由上表得 i=1,2,3,4)分别为 2000 N,1000N,500N,0N i=1,2,3,4)分别为 1200N,500N,200N,0N 已知 1w 800 N， 2w 200 N 代入得 i=1,2,3,4)分别为 2200N， 1150N， 620N， 1000N （ 3） 当量转速 1*n 1t/100+2*n 2t/100+3*n 3t/100+4*n 4t/100 数据代入得200r/ 4） 当量载荷 3 3 3 3331 1 2 2 4 4* * * * * * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0m m m t n t n tn n n n3m 1 2 3 4F = F F + F + 1097N 3） 初选滚珠丝杠副，由公式现代机床设计手册（ 24）知 6 3* * *10 * ( * )60 a t h a kh m m wc f f f f查现代机床设计手册表（ 51） 表（ 54） 得 1， 1， 1， 10000h 代入数据可求得13272N=)确定允许的最小螺纹底径 （ 1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 m （ 1/3 1/4）重复定位精度 m (1/4 1/5 )定位精度 m：最大轴向变形量m山东大学自学考试毕业设计（本科） 19 已知重复定位精度 10m，定位精度 25m， m 3mm 6m取两种结果最小值m 3m（ 2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 002 1 0 * * *1 0 0 . 0 3 9* F 2小螺纹底径 （ 程 +(10 14) 1W已知行程 9501W 800N, 0 =入数据得 L=1110F 160N, 2）确定滚珠丝杠副得规格代号 （ 1） 选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式 （ 2） 由计算出的 Ph，代机床设计手册中选取相应规格的滚珠丝杠副 5,22000N 13272N 6)确定滚珠丝杠副预紧力 PF=2200 733N 7)行程补偿值与拉伸力 （ 1）行程补偿值 C=*10，式中2k n L查现代机床设计手册 山东大学自学考试毕业设计（本科） 20 950， 110， （ 2 4） 15 t 温差取 代入数据得 C=32m(2)预拉伸力 t 224807N 8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格 （ 1）轴承所承受得最大轴向载荷 4807 2200 7007 （ 2）轴承类型 两端固定的支承形式，选背对背 600c 角接触推力球轴承 （ 3） 轴承内径 d 略小于2d 40，3 d 30 带入数据得2336N （ 4） 轴承预紧力：预力负荷 5） 按现代机床设计手册选取轴承型号规格 当 d 30加负荷为： 602030承 d 30，预加负荷为 29002336N 9)滚珠丝杠副工作图设计 (1)丝杠螺纹长度 2s u L由表查得余程 （ 2）两固定支承距离1L，丝杠 L (3)行程起点离固定支承距离0科） 21 1290，1L 1350， 1410，0L 30 10）传动系统刚度 （ 1）丝杠抗压刚度 1）丝杠最小抗压刚度 6 221* *102d:丝杠底径 1l ：固定支承距离 代入数据 782N/m2）丝杠最大抗压刚度 6 2210 1 0* * 1 04 ( )l l代入数据得 9000 N/m（ 2）支承轴承组合刚度 1）一对预紧轴承的组合刚度 2530 m a 2 . 3 4 * s i aK d z F 滚珠直径 ：滚珠数， 最大轴向工作载荷 N ：轴承接触角 由现代机床设计手册查得 7602030承 预加载荷得 3 倍 8700N/m075 N/m2）支承轴承组合刚度 2 0 750 N/m山东大学自学考试毕业设计（本科） 22 3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 1 / 3()0 现代
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