【数控车床横向进给系统设计6300字论文】

数控车床横向进给系统设计摘要：随着制造技术的飞速发展，数控机床的精度要求越来越高，尤其是机床的进给系统的结构及控制精度是目前研究的重点课题。本次研究对象是教学型数控车床横向进给传动系统设计。根据毕业设计任务给出的技术指标要求，设计数控车床的横向进给传动系统的机械部分。通过查阅国外内数控车床的进给系统相关文献，掌握其数控车床的传动系统结构原理，以及经过综合对比，得出了一个好的设计方案。根据数控车床的技术指标参数，完成数控车床横向进给传动系统方案设计；对部件设计与选型，包含电机、联轴节、丝杠、轴承等部件设计及强度校核；数控车床横向进给传动系统的导轨的选型，材料、寿命计算等；横向进给传动系统的精度和刚度的验算；横向进给系统的装配图、关键部件的零件图绘制，撰写设计说明书。关键词：数控车床；进给系统；丝杠机构；导轨1绪论 11.1课题研究的背景及意义 1 2 21.2.2数控车床的发展趋势 21.3本文主要研究内容 22数控车床的总体方案设计 4 42.2总体方案设计 4 63.1交流伺服电动机的选型 63.1.1电机的选择依据 63.1.2电机的负载力矩和惯量的计算 63.1.3交流伺服电动机概述 73.2丝杠结构的组成与结构形式 73.3丝杠螺母副的尺寸参数计算 83.4丝杠机构的校核计算 93.5滚珠丝杠支承的选择 3.5.1支承方式的选择 3.5.2轴承的选择 3.6联轴器的选型 3.6.1初选联轴器 3.6.2联轴器的校核 4横向进给系统的导轨机构设计与计算 4.1导轨的组成种类及其应满足的要求 4.2导轨材料的选择及热处理 4.2.1导轨材料的选择 4.2导轨的选型及长度估算 4.3导轨副的额定寿命计算 4.4滚动导轨副的技术要求 5三维建模及虚拟装配设计 5.1使用的软件 5.2关键部件的建模 28 291.1课题研究的背景及意义为实现机床自动化、加工高效化、产品精度化、产品加工多样化、智能化是现代机床业发展的主要趋势，机床在制造在追求经济节约实用多样化的过程中，机床的结构也变得简单方便，易拆装，多功能，相应的部件结构精密化。机床基本组成部分：数控部分，传动部分，加工部分。滚珠丝杠副，直线电机，直线导轨与电主轴是传动部分与加工部分的代表性部件[2]。数控车床设备的发展应用的现代工业发展的重要领域，它对高性能、高品质产品的研发、制造、生产发挥了中重要作用，也是衡量一个国家的工业制造水平的重要标志之一。高精密的设备是由高精密的零部件组成，高精密高质量的零件的加工制造就需要科学的加工工艺规程，采用合理的加工辅助及加工方法，研发出高精度的数控车床设备，配套合理的专用夹具，提高加工效率，同时保证优异的零件质量。在现代机床发展的过程中，对机床的要求越来越明确，传动过程中，机床需要较高的传动精度和定位精度，在进给速度的控制要求下，需有明确的调速范围，数2控车床在接受信号后反应速度要快，为了保证加工精度，确保传动要求无间隙，并且传动结构具有稳定性较好的特点，能使用较长时间[5]。在这种要求下，滚珠丝杠副应运而生，并能很好的符合这种要求。本次研究名称为CK0620数控车床横向进给传动系统的设计。通过自己所学习的关于专业知识，进行一个基本设计训练，其目的是：1)熟悉机械设计基本理论和相关知识，对机械设计方案的全过程有了一定了解。提高我们的分析和解决问题的能力。2)在设计中，逐步掌握各零件的计算、零件的选择等。1.2国内外数控数控车床的研究现状与发展趋势1.2.1数控数控车床的研究现状数控机床目前是先进制造技术中的一门核心技术。数字控制系统技术的快速发展为数控机床的技术进步提供了条件。目前在高速、精密、复合、智能和绿色等方面是我国的数控机床的发展趋势。数控车床的进给系统具有从动力源将运动和动力传递给切削刀具、工作台等执行部件的功能，是整个机器的重要组成部分。因此，其运行过程中的误差以及振动等均会对整个机器的加工精度以及使用寿命等产生很大影响。所以分析研究其动态特性，掌握其运行过程中各种数据与参数的变化规律，从而改善其性能，对于提升整个机器的加工精度以及使用寿命等都是必不可少的。1.2.2数控车床的发展趋势数控车床的发展趋势：1)高速高精高效化：具有高速CPU、RISC芯片和多CPU控制系统以及检测元件的交流数字伺服系统。机床的高速高精高效化有了很大的提高。2)柔性化发展趋势：可裁剪性强，功能多，模块化设计，满足各种的需求。3)工艺复合性：正朝着多系列控制功能方向发展。4)4)实时智能化，采用人工智能则试图用计算模型实现实时智能控制。1.3本文主要研究内容本次研究对象是CK0620数控车床横向进给传动系统设计。根据毕业设计任务给3出的技术指标要求，设计一款数控车床的横向进给传动系统的机械部分。本文的主要内容如下：1)查阅国外内数控车床的进给系统相关文献，掌握其数控车床的传动系统结构原理，调研市场上现有的加工机床设备，分析他们的各个方面，得出一个性价比最高的方案。2)根据数控车床的技术指标参数，完成CK0620数控车床横向进给系统方案设计；对横向进给传动系统部件设计与选型，包含电机、联轴节、丝杠、轴承等部件设计及强度校核；3)CK0620数控车床横向进给传动系统的导轨的选型，材料、寿命计算等；横向进给传动系统的精度和刚度的验算；4)CK0620数控车床的机座设计，机座材料选择，刚度计算；5)横向进给系统的装配图、关键部件的零件图绘制；42.1数控车床的技术指标本次设计的CK0620数控车床横向进给传动系统设计。根据联轴器的结构，2)横轴快速移动速度：15mm/min,横轴进给速度1-5000mm/min;3)横轴定位精度：0.022mm,横轴重复精度0.012mm;如图2.1所示，数控车床的结构组成简图。1主轴箱2三爪卡盘3非圆截面工件4X轴进给机构5导轨6尾架1)选择采用滚珠丝杠螺母传动副。丝杠具有中转速和高精度。为提高传动52)选用滚动直线导轨，其摩擦阻力小。导轨的导向精度要求高。3)执行机构选择交流伺服电动机。从横轴传动机构方案图2-2所示，其主要由导轨座、工作、移动滑块、滚珠63横向进给系统的伺服电机选择与滚珠丝杠机构设计3.1交流伺服电动机的选型3.1.1电机的选择依据选择电机时应满足的条件：1)机床无负载时，被加在电动机上的力矩要小于电动机力矩的50%。不然会过热。2)加/减速时间要短。3)电动机以最大切削力矩运行的时间要在规定范围内。4)电动机本身惯量的3倍大于负载的惯量。3.1.2电机的负载力矩和惯量的计算加到电机轴上的负载力矩：式(3-1)F:沿坐标轴移动一个部件所需的力π:驱动系统的效率↵水平工作台时，F值可按下式计算：不切削时：F=μ(W+Fg)式(3-2)W:工作台与工件重量7F=0.05×(60+50)=5.5kgfF=Fc+μ(W+fg+Ff)式(3-3)F.f:由切削力矩引起的滑动表面上工作台上收到的力F=50+0.05×(60+50+30)=57kgfTme=(57×0.8)/(2×π×0.9)+2=型号)额定转矩最大速转动惯量间常数热时间常数质量3.2丝杠结构的组成与结构形式8如图3.1滚珠丝杠：见表3.2滚珠的循环方式：内循环↵↵缺点：返向器钢球返回通道的曲面加工复杂↵外循环↵端盖式↵优点：结构简单，制造方便，承载能力大↵缺点：钢球流畅性较差，挡珠器较易磨损插管式↵滚珠丝杠副中的内循环和外循环两种区别见表3.1。3.3丝杠螺母副的尺寸参数计算初选滚珠丝杠副数据见下表3.3:导程/mm58根据丝杠的工作行程初选丝杠的工作长度：初选横方向丝杠的工作长度为400mm滚珠丝杠的工作载荷计算公式为：9Fc=K,KHKAKM式(3-4)K,=1.2,KH=1.2,取D精度，KA=1.0,横方向丝杠工作载荷：Fy=1.2×1.额定动载荷值Ca'计算：导程初选为5mm,则nm=1000/5=200r/min公称直径D=25mm导程P=5mm螺旋角λ=338′滚珠直径d₀=3.175mm滚道半径R=0.52R=0.52d₀=0.52×3.175=1.6513)此外滚珠丝杠副还受Dn值的限制，要求式(3-5)通常要求：故其刚度满足要求。在90%---95%内，故该丝杠副合格.经验证，FC1-2505-2.5符合题目要求，可选。3.5滚珠丝杠支承的选择3.5.1支承方式的选择滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷。滚珠丝杠的支承方式有以下几种：(a)一端装推力轴承(b)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承(c)两端装推力轴承(d)两端装推力轴承及深沟球轴承如表3.4支承方式选择：固定一游动固定一固定固定一自由中高精度高高中本设计选择固定一游动。固定断采用轴承连接。3.5.2轴承的选择考虑到轻载，初选角接触轴承。代号7202AC型。9既承受轴向载荷又径向载荷，接触角大、刚度高。轴承的校核：基本额定动载荷：则P=fa(XF,+YFa)=1.2×(1×864+0.92×200)=1257N轴承的预期寿命取L=25000h合格。润滑：由于传动机构转速较低，选用双磷钙基润滑脂(GB491-1987)。3.6联轴器的选型3.6.1初选联轴器1)依据滚珠丝杠轴径和Tc来选择。见下表3.6初选圆锥销套筒联轴器。类别↵联轴器名称↵↵转矩范围N.mme↵轴径范围mm↵↵特点及应用说明↵↵↵套筒联轴器↵圆锥销半圆键↵↵↵↵↵↵一般小于等结构简单，制造容易，径向尺寸小，成本低。但装拆时需沿轴向移动较大的距离。而且只能连接两轴直径相同的圆的功率传动轴系。↵e刚性凸缘联轴器↵↵↵当两轴对中精度较低时，将引起较大的附加载荷，适用于工作平稳的一般传动，高速传动时需要有高的对中和制造精套筒↵↵tt↵↵↵装拆方便，不需沿轴向移动两轴，但平衡困难，而且两轴径必须是相同的圆柱形。仅适用于低速传动的水平或垂直联轴器↵6紧箍夹壳联轴器↵↵↵↵↵↵↵衡条件有所改善，夹紧力大，很适宜用于径向夹紧力大的场初选d=12mm的圆锥销套筒联轴器，其具体数据如下表3.7:d公称转矩DL1C圆锥销(2个)8K——工作情况系数↵P——输出功率(kw)↵T——理论转矩N.m↵Tc——计算转矩N.m↵N——工作转速r/mine可用，材料为45钢。4.2导轨材料的选择及热处理选用灰铸铁HT200。综上，选择燕尾形导轨。横方向初选导轨型号为GGB20AAL2P2×1090-4。L=H+S+△1-S1-S2式(4-1)推算出Ly=420mmH——滑块的导向面长度S——滑块行程△1——封闭高度调节量S1——滑块到上死点时，滑块露出导轨部分的长度S2——滑块到下死点时，滑块露出导轨部分的长度动，静载荷分别为13.6kN,20.3kN。其中工作台的最大重量为：额定寿命：式中：P——当量动载荷(KN);Z——导轨上的滑块数；ε——指数，当导轨体为滚珠时，ε=3;当为滚柱时=10/3;K——额定寿命单位(KM),滚珠时，K=50km;滚柱fn——硬度系数；取f=1查表4.1,得f,=1工作温度/C1f.一一接触系数，查表4.2;得f。=0.8112345的滑块数工作条件↵无外部冲击或振动的低速运动的场合，速度小于15m/mine无明显冲击或振动的场合，速度为15~60m/mine有外部冲击或高速运动的场合，速度大于60m/mine查表4.4;得fw=1精度等级2345将数据带入公式中即可算出L=37179km2)L的计算由于一年是250个工作日，工作8h/天。则预计的L为：4.4滚动导轨副的技术要求1)常用H6/h5,H7/h6,H6/g5,H7/g6等配合用于导向精度高的导轨面。本设计导向精度要求高，选用H7/h6。2)配合面的形位公差：一般占机械导向精度1/2~1/3。本设计中取3级。3)表面粗糙度：普通精度的，被包容件导向面的Ra在0.63~2.5内；高精度的，在0.16~0.63范围内，包容件导向面的相应降一级。5三维建模及虚拟装配设计5.1使用的软件(1)直线导轨建模1)新建文件：启动NX12.0,在菜单栏中选择新建“模型”,按照默认设置，将建模单位设置为“毫米”,名称输入“Modell”,再“确认”见图5.1。油金金空帆明附5黑丰所德受童便*世*畅畅2)拉伸实体在UG软件进入建模界面后，在菜单栏中“特征”菜单栏中的“拉伸”按钮，在3)再次单击“特征”菜单栏中的“创建孔”按钮，在弹出“界面”栏中的选择上步创建的平面，创建“常规孔”-“沉头孔”,沉头直径为14mm,沉头深度为8mm,底部直径为9mm,深度为30mm,布尔运算“减去”,其余采用默认，见图5.3。(2