【数控机床进给系统结构设计13000字（论文）】

数控机床进给系统结构设计摘要时代日新月异，科技发展的速度加快，零件的复杂程度也越来越高，数控加工的要求面临着考验。数控机床的伺服进给系统取代了传统机床的机械传动，这也是为什么数控机床普及速度之快。第一台数控机床是在美国制造而成的，可以用于加工飞机零件等，随着时代发展，数控机床的技术也已经越来越成熟，可以应用于各个市场，各个部门，比如:航空航天工业、车船制造工业等。在早期的制造工业，计算机运行处理数据水平有限，所以效率很低，科技发展速度受限。我们数控机床最早的研制工作时期几乎是与世界最早同步的，只不过当时处于改革开放之前，学术研究封闭，所以速度进程缓慢，历经太多困难。改革开放后才进入一个全新的黄金时期。到一九七零年，一种通用小型计算机的出现，给中国制造业带来希望。它被用来当作数控机床的大脑--核心部分。数控机床的发展进入到新的层面。现如今，我国的数控机床领域也已经取得了傲人的成绩。我们从无到有，再到现在的全球最大的数控机床生产国家，是每一位科研人员的努力。市面上数控机床通常是由车床主体、电脑装置和伺服系统组成的。间接影响加工零件的尺寸大小，精确度，粗糙程度，机械性能指数。数控机床的关键技术可以分为机床结构、伺服系统、数控技术。结合这次毕业设计，设计了一个关于伺服电机和联轴器零件的进给系统。进给伺服系统；机床结构；联轴器目录TOC\o"1-3"\h\u13073摘要 122108Abstract 123363第一章概论 1129051.1数控机床的背景及意义 194281.2进给伺服系统基本概念 1106681.2.1设计伺服进给系统 1316911.3滚珠丝杠副 417579第二章设计纵向进给伺服系统 6186282.1概述 628092.2设置机床参数 6227322.3选择合适的滚珠丝杠副 6292282.4同步带传动比计算 974112.5计算压杆稳定性 9311362.6选择合适的步进电动机 10183072.7降低滚珠丝杠螺母副间隙 13331第三章设计横向进给伺服系统 14153723.1概述 1472103.2具体计算过程 14124453.3设计滚珠丝杠副 1525356滚珠丝杠副的预紧 154572概念设计方案 1512999计算滚珠丝杠螺母副刚度 1722763.4齿轮传动比 1822819计算过程 1914609消除齿轮传动间隙 1935763.6选择电机 2115646第四章设计床身和导轨 2516974床身结构 2526178选择导轨 2623947目的 265426调整导轨间隙 26232第五章环境安全成本 2810725.1环境问题分析 28275965.2安全问题分析 28211335.3当今与社会的联系 28122205.4成本分析 2925932第六章有限元分析 306394第七章结论 326423参考文献 34第一章概论数控机床的背景及意义进给伺服系统基本概念1.2.1设计伺服进给系统在任何转速都可以平稳运行工作，尤其在低速时，仍可以有平稳的的速度。电机要能适应频繁的反转、制动，满足快速响应的要求。电机要具有较强的超载能力，较小的转动惯量，较大的转动转矩。考虑电机的使用环境，再选择电机种类。图1-1直连式进给伺服系统图1-2含齿轮箱型横向进给系统结构简图图1-3直线电机型进给系统结构简图滚珠丝杠副图1-4滚珠丝杠螺母副

第二章设计纵向进给伺服系统概述如图2.1，传动装置连接着传送带与纵向进给伺服系统使滚珠螺母主动引导托盘运动图2.1纵向进给伺服传动示意图设置机床参数水平横向进给力为1600N，800N，；35cm，25cm；表2.1机床参数表行程额定进给力溜板及刀架重力额定进给速度纵向 横向250mm 350mm纵向 横向800N 1600N纵向 横向800N 600N30000mm/h选择合适的滚珠丝杠副滚珠丝杠副的选用1.设计步骤：通过将FZ、FX和上述计算的各种系数代入公式2.3，可以得到它们：FMkFxf(FZG)b.最大动负荷Ca1.1510970.165(4387800)2117.9N和主要的尺寸初选3LC fm3LLLvmax，0 0 max取L0=10mm，刚度验算后确定。2.43LC fm3L32161.32117.9=16519.6N当一对滚珠丝杠低速旋转时，接触面发生塑性变形。考虑到首选中滚珠丝杆杠的额定静载荷Coa有没大大地超过了滚珠丝杆的额定载荷mF，一般使=2~3。通过与国家要求比较，选取型号CLM3210—2.5的滚动丝杠。mFma 所以这里采用引入外循环管的方式5mm=1×2.5，32mm，C=26969N，C=57665N，5a C．传动效率计算传动效率得计算公式为: tg式中：代入所学公式得： tgtg541=tg(54110)=0.971EAE——弹性模量，E20.6104MPa即20.6106N/cm2计算表面：A=π2.604724=5.3258计算可得：△L=±EA 2117.9120.610619.310-6查得丝杠允许导程误差为，即误差≤，符合刚度需求同步带传动比计算为了满足设计要求，在设计中分别增加了扭矩，并取相应降低了传动系统上的高负载。在传动链中，蜗轮蜗杆或是用于减速。给定脉冲当量0=10mm，bi，计算压杆稳定性fEIz L2(2.6)其中：E——E20.6104MPaI——圆d41641选择合适的步进电动机步距角相和性的选择和脉冲当量的计算。满足最大静态扭矩的间隔。额定转矩和频率步进必须满足满足各自步骤的运行属性。计算扭矩:预紧转矩的理论动力学:叁η=0，Fp=/3=1335.6/3=445.2(N.m)≤p,我们选择b=1.5，且L0=10mm，I=38/18，带入公式P=0.02。初根据《机械设计》中框架和盒子的第五个设计大纲，可以找到步距角1.5。Mjmxa=0.686N·m,Mmp与最大静转矩Mjmxa之间的关Mmp=λMjmxa。查到λ=0.866得：Mmp=0.866×0.686=0.594N·m启动空载步进电机时需要的力矩如下式;MkpMkaMkfMo式中：Mkp——空载电压启动力矩Mo——丝杠的附加摩擦扭矩通过预紧力转换为电机轴Mkf——负载转移至电机轴无负载由上式可知，电机初选时应满足以下要求：Mkp≤Mka=Mjmxa加速力矩MkaJ Jmax60t102nmaxvb36=2.4×10×1.5/（360×0.02）=500（r/min）2nmax60t102250060t102=0.523（rad/s）JJJ[J(L0)2M](Z1)2(kgcm2)（2.7）2D 1 22S Z1J=7.8X10X11.8=3198.4×10（㎏·cm2）12J=7.8X10X5.4=0.6632（㎏·cm2）2SJ=3.2X11x27.8X10=9.16（㎏·cm2）SJJJ[J(L0)2M](Z1)2(kgcm2)22D 1 2S Z0.06173198.410-4[0.66329.16()261.224](15)2=4.27（N·cm）摩擦力矩(空载时)MkGfL02i附加摩擦力矩FL(12)Mo0 0 2i=10（Nm）式中：所以MkpMkaMkfMo=4.27＋3.89＋14.09≈22Nm）Mmp=05m=59mMkpMmp，要满足电机条件。Mmp=0.594Nm启动转矩步进e-cvt有推进，快进给运动，工进运动三种工况。如上所述，Mkp≤Mka=Mjmxa，。式中：=1000X2.4/（60X0.02）=2000（Hz）降低滚珠丝杠螺母副间隙2.2滚动丝杠螺母副示意图第三章设计横向进给伺服系统概述图3.1交叉馈电传输原理图具体计算过程3.21转向阻力分析车床的主要切削加工可通过以下公式计算35cmFz:Fx:Fy1:0.25:0.4Fx——走刀方向的切削力Fy——垂直进给方向的切削力代入得：托板进给方向载荷托板竖直方向载荷托板上水平载荷Fx0.2543871097NFy0.443871755N3.3设计滚珠丝杠副滚珠丝杠副的预紧：双螺母螺纹式预紧：双螺母齿差式预紧：概念设计方案设计步骤：计算过程:计算进给牵引力Fm进制动力的大小尺寸与所选的导轨类型有关。导轨摩擦力和切割时的切削是可起在滚珠丝杆的主要进给牵引力。在本例中，使用圆形轨道的床身导轨是确定用到道轨纵向发展导轨的指令的形状选择的导轨。对于三角形导轨，Fm的计算为：（3。1）式中:Fx——刀具方向切割力Fz——主切切割力G——滑板上运动部件的重力，选择g=800N选F=0.05机床上的主要载重量大是加工制作栅状层，这是推算真实数据进给软件系统应用传动的一个重要参数。Fx3.1中：FMkFxf(FZG)最大动负荷Ca=1.4×1097+0.04×（4387+800）=1743.3N最大动载荷计算过程与滚珠齿轮箱的计算必经阶段大致相同，滚珠轴承座应按照Ca的额定载荷进行选择。L——使用寿命，（106r）n——丝杆旋转速度（r/min）v3.3可得：L60nt106601000vto106Lo=45（106r）3.23LC3LfmFm3451.31743.3=8323.6N计算滚珠丝杠螺母副刚度计算扭转刚度2扭转作用点二者之间的距离l=104.8cm，剪切模量G8.1104mpa，滚珠丝杠的底部直径径d23.43cm，计算如下：2d4GK232L23.14(34.3103)8.1104106321048103Nm/rad10497.35Nm/rade——弹性模数，此时取E20.6104MPaa—横截表面滚动丝杠（cm2（d1=2.825mm）计算表面：A2.2825244.093.4得：LEA2117.90.82010620.71106cm3.5计算得：100L010020.71106=0.8=2589106=25.9/m40/m，即误差≤4025.9小于等于40，故它的刚度满足要求。3.4齿轮传动比计算过程08mm，脉冲当量，待入传动比公式:ib036进给齿轮箱传动比：设定水平进给脉冲当量=0001，滚珠螺杆长为0=0.8cmb=15，依靠传动比公式计算:ib036 1.583600.013.2这里两对齿轮滚珠丝杆均都采用了45号钢制成，翻阅第九版《机械设计》第256页齿轮传动cvt无极变速箱查标准传动轮的硬度为=2:消除齿轮传动间隙在齿轮传动中，无论采用哪种传动方式，或多或少都会出现一些问题，这些问题是消失的。只能将其处理到最佳方案。齿轮组传动中，种种原因齿轮的制造和装配精确度、齿轮传动时的弹性大变形和热膨胀以及轮缘润滑等原因，在一对啮合齿轮旋转的非工作侧齿廓之间留有齿侧见缝插针。因齿轮间隙的存在，在传动齿轮车道设置传动中，当主动传动装置大反转，即小齿轮的非工作侧同轴度变为工作侧外齿时，皮带轮否则及时提供啮合，在接触马上产生换向冲击影响．在大齿轮分流传动中，因齿轮上载荷的变化因素或则啮合起、制动时，的确会在轮齿上产生带来冲击。这种冲击负荷极有影响齿轮测试强度和传动的工作平稳性这让设备事故频发，使用过程很不方便。但在消除机械间隙时，只有打开齿轮箱盖并拆下部分。图3-2双片直齿圆柱齿轮错动间隙消除机构丝杆的稳定性计算公式：d4I6412.8252641327.331(mm4)代入得：fEIz 20.61041327.3314002=33688.5（N）nkk/mnkn33698.915.94k 2117.9丝杠满足稳定性条件，这里为了减少与导轨之间的摩擦力，采用直线滚动导轨。选择电机电机在整个系统中的角色也是非常重要的，在选择电机时候考虑的问题有：静转矩的最大值是否在要求的范围内。步距角和脉冲当量之间需要满足的要求。步距角ib0≤b 360i 动比初选步距角=1.5，L=8mm，代入上式得1.58180.008，满足要求，初b 0 75360电机最大静转矩MjMax与启动转矩Mmp有：查得=0.886，代入得：MmpMjMaxMmp0.8660.6860.594NmM——无载荷启动力矩（Nm）Mka——运动部件从空载静态加速到最大卷绕速度的加速力矩（Nm）Mkf——启动时转化为电机轴的摩擦扭矩（Nm）Mo——螺杆预紧带来的摩擦力矩（Nm）初选电机型号时要满足：MkpMmpMjMax空载摩擦力矩M 20.77575式中：cm）计算额外摩擦力矩FL12)M00 2117.90.8(10.92)1830.77575=5.29（Nm）o——传动效率（无预紧），o≥09FF1m 3L0——基本导程（cm）整体增益效率，一般取=0.6～0.8，选择=0.077计算：MkpMkaMkfMo=0.28＋1.1＋5.2=6（m）Mp059m=5（Nm）检验矩频率前面的MkpMmpMjMax仅选择主电机检查最大扭矩是否满足要求。在选择过程中，应检查和校准起动转矩的频率特性，以确保电机在快速旋转期间不会失步。最高运行频率:fmax1000Vmax60pVmax——快速进给时的最大速度1000600.01=4000(Hz)在快速运动的过程中，电机通常处于空转状态，此时电机的加速力矩为：Mka0。计算公式为：MkjMkfMo=1.1＋5.2=6（m）MGJMoMfMt(Ncm)式中：Mo——附加摩擦力距Mf——摩擦力矩Mt——负载力矩0.5(4387600)0.81820.77575=98.37MGJMoMfMt=5.2+11.7+98.3=115.2（Ncm）MyGJMGJ，所以，它满足力矩频率特性的要求。

第四章设计床身和导轨床身结构对床身结构的基本要求：机床的床身是整个机床的基础支承件，般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。为子满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。数控机床床身主要在以下4个方面提出了更高的要求。很高的精确度和精度保特性。这些面本身的准确度和相互位置精度要求都很高，甚至要能长时间工作保持。同样，机械加工在切削其他加工时，所有的静、动载荷能力时候都传到床特质，由于，家床身上的受力情况很复杂。为保证零部件之间的相互位置调整或物体运动精，除满足几何尺寸位置等精度原则要求外，还需要得到满足动滞回性能、抗振性、热稳定性和工艺等。更好的热稳定性。对数控加工中心来说，再就是高精度数控机床，热稳定性己成了一个突出本质问题，要先在设计上使整机的热扭曲变形较小，或使热变形对加工精度的影响小。应具有足够的静、动刚度静刚度，包含：床身的自身结构结构刚度、局部刚度和接触疲劳性能，各种措施相应的限制措施，最后达到有较高的刚度一质量比。图4.1数控车身选择导轨目的导轨对于机床是很重要的，其性能好与差，将立马影响机床的其他加工精度水平、承我能力和使用寿命。其主要功能是柔性连接并引导运动部件沿一定的轨迹运动不，它承受其支承的运动部件和工件的质量和切削力，按机床的运动性质，大多数数控设备都是进给运动滑轮，其导轨副之间的相对运动非常快较低，本机床进给健身运动为刀来的下边跑步、刀抹在横梁的左右运动以及整个横染的上下升降运动，非对称式的是矩形导轨，使用镶条调整各部件间的间際。调整导轨间隙辅助导轨副间的各辊整体调整绝大多数是用精磨压板来快速调整导轨副间的小间隙。而调整矩形下导轨问的间隙常用斜银条和平嵌条来调整。虽说平镶条创造出较斜镶条最为容易，尽管，当其与导轨面配合时就会出现累积的问隙误差率，调整中更为麻烦，现己不常用。而斜镶条水平面与动导轨配合倾斜角在长度方向上高低落差之比，倾斜其他方向相反，可是都能折线移动镇策调整导轨横向休息时间。镶条应保证有适当的长度够用，以保证镶策光滑平面与动导轨面呈足服的增大摩擦，促使有利手传动平稳：银条水平方向与支承导受电弓、销孔斜截去长度螺纹要求，固定在动导轨上图4.2滚动线性导轨环境安全成本5.1环境问题分析5.2安全问题分析5.3当今与社会的联系。5.4成本分析名称数量单价总计工作台1280280步进电机18585齿轮390270深沟球轴承4520套筒21530螺钉8324减速箱箱体18080轴承盖12020丝杠螺母11212垫圈10110紧定螺钉122有限元分析

结论，都会聚到一起商量，，发表自己的方法见解，不同的思绪碰撞，才推动论文一点点的如期进行。老师们的无私奉献，严谨治学