【某雕刻机Y方向运动进给系统的设计计算2200字】

某雕刻机Y方向运动进给系统的设计计算1.1Y方向进给运动系统组成步进电机通过联轴器和滚珠丝杠联结一比一传动化为部件的移动。结构简图如下图6-1所示图6-1Y轴进给系统传动简图1.1.1丝杠传动设计计算和效验（1）计算最大的工作载荷已经知道移动部件的总重量G为800N左右，按照滚动导轨计算，由参考文献取颠覆力影响系数K为1.1，滚动导轨上的摩擦系数，可以查询参考文献《数控机床系统设计》可知：u=0.0025—0.005,这里预计最大取u=0.005，由此可以知道滚珠丝杠副最大的工作载荷：=1.1×1352+0.005×(307+468+800)=1495N（2）计算小时的额定寿命设工作台承受的最大铣削力的最快的进给速度：=400(mm/min)，初步选择丝杠的导程为：=5mm,得丝杠的转动速度为：这里预计滚珠丝杠的工作时间是六年,一年预算工作320天，每天的运行加工时间12小时，因此可以得到的使用寿命是：查参考文献《数控机床系统设计》中公式5-4得：（6-1）其中T——使用寿命12000h N——循环次数 ——滚珠丝杠的当量转速80r/min求得：（）查询《数控机床系统设计》的表5-1和5-2可以得到，中等冲击载荷值的范围是：，现在预计取：，滚珠滚道硬度为：60HRC，硬度影响系数要取值：，查找《数控机床系统设计》中式5-3可得:（6-2）代入数据得：(3)规格型号的初选图6-2由上列计算出的最大动载荷与选择的丝杠导程，查得图上初选2005-3型滚珠丝杠副，其直径为：20mm，导程为：5mm，精度等级选择的是四级精度，额定的动载荷是9309N，然后9309N>7505N，这符合要求。表6-3滚珠丝杠螺母副几何参数（单位mm）类型名称符号计算公式和结果丝杠滚道公称直径20螺距P5钢球直径3.175偏心距丝杆丝杠低径19.3丝杠外径11.2螺杆接触直径丝杠螺母螺母螺纹外径螺母内径（内循环）（4）计算传动效率将滚珠丝杠公称直径d0=20mm,导程P=5mm,代进λ=arctan[P/(d0)]，可知滚珠丝杠的螺旋升角是λ为4°，将ψ=10'（摩擦角）（5）滚珠丝杠刚度的验算数控雕刻机工作台传动方向Y轴的滚珠丝杠副支承采用的是：一端固定，另一端采用支撑的方式”轴承配置。因此适合用于较为高精度和中等载荷的丝杠,能承受集中的力偶。滚珠丝杠螺母刚度的验算可以使用接触量来校验：滚珠丝杠的滚道接触变形量是δ，参考参考文献《机床设计手册》，得到的公式为：（6-3）可以得到单圈滚珠数为26个；该型号的丝杠配双螺母，滚珠圈数列数为22.5，将数据代进公式：Z圈数列数，得到滚珠总数量=132个。预紧取轴向预紧力。查参考《机床设计手册》中公式可以得知，滚珠丝杠螺母滚珠和滚珠滚道间接触变形量的公式为：（6-4）上式中的。又因滚珠丝杠自身存在着预紧力，其值大概是轴向负载的1/3，又为实际的变形量可以减少二分之一，取。丝杠在工作载荷作用下的抗拉压变形因为滚珠丝杠副支承使用的是角接触轴承，其轴承的中心距离是：a=500mm,钢的弹性模量是：E=2.110MPa,由上表6-3可知，滚珠丝杠的滚珠直径=3.18mm,滚珠丝杠的底径：=11.22mm，因此丝杠的截面积S==201.2,查询参考文献中，式3-35可得：（6-5）其中，最大工作载荷=1495N中心距a=500mm弹性模量E=2.110MPa截面积S==201.12代入以上数据，得=0.0172mm则0.0007+0.0172=0.0179mm=17.9由上，查《机床设计手册》可知，4级精度滚珠丝杠刚度够用。1.1.2Y轴直线导轨的设计和选用在导轨的设计要求过程中，应当尽可能的遵循以下几个要求：1）滑动导轨摩擦阻力应该比较小。2）导轨的磨损比较小，寿命比较长。3）滑动导轨的动静摩擦系数比较小，低速滑动时不容易出现低速的"爬行"状况。4）滑动驱动的功率大幅度的下降，相比较于普通机械，只有十分之一。5）适应各种滑动直线运动，其瞬时的速度应该要比滑动导轨提高大概十倍。6）可以精准实现定位精度与重复定位精度。7）滚动直线导轨副分4个精度等级，即2-5级，其中的2级精度是最高精度，依次递减，各等级的检查项目和允差如下表（如图6-1所示）。图6-1等级检查项目因为数控雕刻机一般都要求具备比较好的灵活性，满足数控雕刻机制造高速加工的要求，因此数控雕刻机X轴移动方向上采用圆柱直线导轨，机床Y轴导轨移动方向上使用滚动直线导轨（GGB20BA2P,2500-4型），Z轴移动方向上使用的也是圆柱直线导轨。直线滚动导轨两条导轨组合配套成对安装来使用，不仅可以使用水平式安装，还能使用垂直式安装在机床横梁上，这里初步选择的是垂直式安装，然后为了确保两条直线导轨能够比较平行，安装前要先把其中的一条导轨作为基准导轨安装好，然后，另一条导轨要以基准导轨来调试安装，确保了两条直线导轨相互平行。1.1.3导轨副的设计计算(1)最大工作载荷的计算根据经验与计算可以知道，导轨副寿命长短的重要因素是工作载荷，数控雕刻机水平式工作台使用的是双导轨和四滑块。如下图6-2所示图6-2假设最坏的状况，就是垂直在工作台的工作载荷全都是在一个滑块上承受，则单块滑块承受的最大垂直方向的载荷为：（6-6）其中，滑动部件重量G=800N,外加载荷外加载荷得最大工作载荷(2)计算小时的额定寿命如果机床工作台的工作寿命为5年，一年365天，以工作时间为300天为例，工作台每天工作10个小时，可以得到小时额定的工作寿命为：(3)计算距离的额定寿命由下面公式：（6-7）从而得到：式中：为小时额定工作寿命n为移动件每分钟往复次数（4—6）取5S为移动件行程长度，由加工范围为230mm×350mm取300mm代入数据，得：L=2160km(4)额定动载荷的计算由公式：（6-8）从而得到：式中：为额定动载荷L为距离工作寿命，由上式可知为2160kmF为滑块的工作载荷，由上式可知为601N代入数据得：(5)产品型号的初选根据额定动载荷，选择滚动直线导轨，查滚动直线导轨资料，选择型号HGW-15CA，相关的形状尺寸数据如下图6-3和表6-4所示:图6-3表6-4型号组件尺寸（mm）滑块尺寸（