數(shù)控銑床工作臺(tái)三維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)--課程設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-05-18 01:36 本頁(yè)面
【正文】 機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用快速進(jìn)給速度 iv =15m/min；kmnn? （電動(dòng)機(jī)） =2021r/min； im =1020kg（全部直線運(yùn)動(dòng)部件的總質(zhì)量） 。旋轉(zhuǎn)的部件暫時(shí)沒有計(jì)算考慮（因?yàn)榇藭r(shí)不知道減速器中齒輪的相關(guān)尺寸）。 2 229 0 0 1 510203 . 1 4 1 6 6 0 0 . 0 0 1 5 .2021keq k g mJ ??? ? ? ?????? （ 4）滾珠絲杠摩擦阻力矩（ Tsm）的計(jì)算： 由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，其 摩擦阻力 矩 相對(duì)于其他負(fù)載力矩小得多，故一般不予考慮。 （ 5）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mepT ： ? ?311( ) / 5 0 1 0 2 4 0 . 8 1 5 / 2 0 0 0 .2 2 3 . 1 4 1 6me p Z f mT F F v n N m? ??? ? ? ? ? ? ? ?????? = （ 6） 啟動(dòng)慣性阻力矩（ 39。T ）的計(jì)算： 這里以最不利于啟動(dòng)的快進(jìn)速度進(jìn)行計(jì)算，設(shè)啟動(dòng)加速（或制動(dòng)減速）時(shí)間為 ??（一般在 ~1s 之間選?。?，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 112 / 60 2 3. 14 16 20 00 / 6 20 9. 4 950 3mm n s s?? ??? ? ? ? ? 取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加速度為： ? ? 222 0 9 . 4 3 9 5 / 0 . 63 9 8 . 1 3 1 7mm sst?? ??? ? ?? 則 ： 39。 0. 00 15 69 8. 13 17 . 1. 04 72 .ke q mT J N m Nm?? ? ? ? （ 7） 直流伺服電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T? ： ? ?39。 59 .9 70 5 1. 04 72 . .mmeqT T T N m? ? ? ? ? ? 6 導(dǎo)軌副 的 分析 計(jì)算，選型，效核 （機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) P1109 、 P1118） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對(duì)象，是進(jìn)行實(shí)際操作的機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中一般含有 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的選擇主要是指導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇，即導(dǎo)軌的選擇： 這里我們選擇 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 。 它的主要特點(diǎn)是： ⑴承載能力大，剛度高。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副中，滾珠與圓弧溝槽相接觸，因?yàn)樵S用載荷和剛度與點(diǎn)接觸相比有較大幅度的提高。⑵采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、制造和裝配工作。導(dǎo)軌副的安裝基面精度和質(zhì)量要求不高，只要求精銑或精刨。 本系統(tǒng)中工作臺(tái)負(fù)載 G=Mg=10200N=， FZ=50kN，有效行程 LZ=350mm，每分鐘往復(fù)次數(shù)為 N=4，移動(dòng)速度 V≤ 15m/min，運(yùn)動(dòng)條件為：常溫，平穩(wěn)無沖擊和振動(dòng)。 （ 1）直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上負(fù)荷的計(jì)算：（ P1106— P1118） 計(jì)算條件：水平安裝，臥式導(dǎo)軌，滑塊座移動(dòng)，工作臺(tái)質(zhì)量均勻分布，垂心在中間，外力 F 的作用點(diǎn)偏離中心，不與中心重合。 計(jì)算負(fù)荷如下： 1 1 0 . 2 5 0 6 0 0 4 0 0 3 5 0 2 5 0 4 1 4 . 3 1 6 74 4 2 1 0 0 0 2 6 0 0P k N????? ? ? ? ? ??????? 2 1 0 . 2 5 0 6 0 0 4 0 0 3 5 0 2 5 0 4 1 5 . 1 1 6 74 4 2 1 0 0 0 2 6 0 0P k N????? ? ? ? ? ??????? 3 1 0 . 2 5 0 6 0 0 4 0 0 3 5 0 2 5 0 44 4 2 1 0 0 0 2 6 9833P k N????? ? ? ? ? ??????? 4 1 0 . 2 5 0 6 0 0 4 0 0 3 5 0 2 5 0 44 4 2 1 0 0 0 2 6 7833P k N????? ? ? ? ? ??????? 在這里，我們選取最大值 P4= 代入計(jì)算。 （ 2）額定壽命計(jì)算： 在這里 我們選用使用 鋼珠的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌， 其額定壽命計(jì)算公式如下： 3H T CWCf f f CLKfP??? ? ????? 式中 L：額定壽命 km； C：基本額定動(dòng)負(fù)荷， kN； K：額定壽命單位，滾珠時(shí)， K=50km，滾珠時(shí)， K=100km。 PC：計(jì)算負(fù)荷， kN； fH：硬度系數(shù) ，取 fH =1； fT：溫度系數(shù)； fC：接觸系數(shù)， fW： 載荷 系數(shù) 。 這里我們先試選型號(hào)為 GGB65— AA2L12 350 D 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副 。 查表 得：這種導(dǎo)軌的額定動(dòng)、靜載荷分別為 C=115kN， Ca=163kN， fH =1， fT =1， fC =，fW =。計(jì)算得 Pc=。代入公式有： 31 1 0 . 6 6 1 1 5 5 0 3 2 1 7 . 81 . 2 1 5 . 7 8 3 3L k m????? ? ? ????? 7 其中 壽命時(shí)間的計(jì)算 公式為 ： 31 0 8 .32 6 0h a c a cLLL L n L n????? 注： Lh— 壽命時(shí)間， h， L— 額定壽命， kM， La— 行程 長(zhǎng)度， m， Nc— 每分鐘往復(fù)次數(shù)。 根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算有： 33 2 1 7 .8 1 0 197172 0 .3 5 4 6 0hLh???? ? ?，按照每年工作日為 300 天，二班工作制，每班 8h，開機(jī)率為 80%，則預(yù)計(jì)壽命年限為： 197173 0 0 1 6 0 .8 5 .1 3 4 6hL ???? 年 故選用型號(hào)為 GGB65— AA2L12 350 D 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副能滿足要求。 （ 3）滾動(dòng)導(dǎo)軌 預(yù)緊及調(diào)整： 當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置 Ⅰ 時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置 Ⅱ 或 Ⅲ 時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜 α角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹（有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形 ），影響導(dǎo)軌的精度。 （ 4）結(jié)構(gòu)形式如下： 絲杠螺母副的計(jì)算，選型，效核 （機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) P730— P753） 假設(shè) 工作 時(shí)候平均 載荷 Fm=5000N；絲杠的使用壽命 Lh =20210h；絲杠的工作長(zhǎng)度L=；絲杠的轉(zhuǎn)速 n=600r/min，絲杠材料為 CrWMn 鋼，滾道硬度為 58~62HRC，傳動(dòng)精度要求 ? ?? 。 （ 1） 求出計(jì)算載荷 cF ： 計(jì)算公式為： c F H A mF K K K F? 8 式中： FK — 載荷系數(shù) ， HK — 硬度系數(shù) ， AK — 精度系數(shù) ， mF — 工作載荷，這些都是按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)查取。計(jì)算載荷為如下， 500 0 0c F H A mF K K K F N? ? ? ? ? ? （ 2） 根據(jù)壽命計(jì)算出額定動(dòng)載荷： 3 3446 0 0 2 0 0 0 039。 6 0 0 0 5 3 7 4 11 . 6 7 1 0 1 . 6 7 1 0mhaC nLC F N?? ? ??? （ 3） 查滾珠絲杠副系列中的額定動(dòng)載荷 aC ，使 39。aaCC? ，初選幾個(gè)規(guī)格（或型號(hào)），列出其主要參數(shù) 如下表所示： 規(guī)格型號(hào) D0 公稱導(dǎo)程 p 絲杠外徑 d 鋼球直徑 d0 絲杠內(nèi)徑 d1 循環(huán)圈數(shù) 動(dòng) 載 荷 Ca(kN) FFZD6310 63 10 61 55 4 58 FFZD8010 80 10 78 72 4 65 FFZD6312 63 12 91 55 4 59 FFZD8012 80 12 78 72 4 65 注： FFZD 型 為 內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反相器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副 。 最后 考慮各種因素，選 絲杠型號(hào)為 FFZD6310，其中： 公稱直徑： D0=63mm 導(dǎo)程： p=10mm 螺旋角：λ =arctan(10/(63π ))=2176。 54′ 鋼球 滾珠直徑： d0= 絲杠內(nèi)徑： d1=55mm （ 4）穩(wěn)定性 驗(yàn)算 ： ①由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn) ,所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算 其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于 許用安全系數(shù) [S]。 絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 crF ： ? ?2 2acr EIF l??? 式中： E—絲杠的彈性模量，對(duì)鋼 來說 E=206GPa aI —絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩 ， 4 41 740 . 0 5 56 4 6 4 . 4 9 1 84 10a dI m? ? ??? ??? μ — 長(zhǎng)度系數(shù)，雙推 簡(jiǎn)支時(shí)，μ =2/3 ? ?2 79722 0 6 1 0 4 . 4 9 1 8 1 02
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