【正文】 小型數(shù)控立式銑床工作臺升降和制動裝置設(shè)計第一章、設(shè)計目的與意義《專業(yè)綜合設(shè)計2》課程設(shè)計是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)實踐性非常強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是機(jī)械類高年級學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課等知識體系，將機(jī)械、驅(qū)動、傳感及計算機(jī)控制有機(jī)地集成融合在一起，獨(dú)立設(shè)計一種具有特定功能的機(jī)電裝備。通過本次課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)《機(jī)電裝備設(shè)計》課程的知識，對典型機(jī)電裝備的工作原理、組成要素及核心技術(shù)問題的分析能力；培養(yǎng)學(xué)生用《機(jī)電裝備設(shè)計》的知識及相關(guān)知識體系，掌握如何將機(jī)械和電氣驅(qū)動、檢測技術(shù)和計算機(jī)控制融合在一起，如何構(gòu)成一種性能優(yōu)良、工作可靠及結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)電裝備的一般設(shè)計方法和規(guī)律，提高設(shè)計能力；通過設(shè)計實踐，熟悉設(shè)計過程，學(xué)會正確使用資料、正確使用圖書特別是電子圖書資源、網(wǎng)絡(luò)資源，查閱技術(shù)文獻(xiàn)、設(shè)計計算、分析設(shè)計結(jié)果及繪制機(jī)械、電氣圖樣，在機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用上得到訓(xùn)練；通過課程設(shè)計的全過程，為學(xué)生提供一個較為充分的設(shè)計空間，使其在鞏固所學(xué)知識的同時，強(qiáng)化創(chuàng)新意識，在設(shè)計實踐中深刻領(lǐng)悟機(jī)電裝備設(shè)計的內(nèi)涵。第二章、設(shè)計要求 技術(shù)參數(shù)（1） 工作臺升降行程：320mm；（2） 工作臺尺寸：長寬=600mm320mm；（3） 工作臺總重：1000N；（4） 最高運(yùn)行速度：步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行方式：空載： m/min ；切削： m/min ；交流伺服電機(jī)運(yùn)行方式：空載：8 m/min ；切削：2 m/min ；（5） 系統(tǒng)分辨率： mm/step ； mm/step ；（6） 系統(tǒng)定位精度： mm ； ；（7） 切削負(fù)載：X向800N； Y向1000N； Z向1500N； 設(shè)計要求（1） 實現(xiàn)垂直平穩(wěn)升降，具有快速升降功能；（2） 用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)作驅(qū)動元件；（3） 工作時離合器脫開，主軸不工作時，離合器鎖死，主軸箱停在任意位置； （4） 具有行程越位報警功能；（5） 采用滾動導(dǎo)軌塊作支承；（6） 具有斷電鎖緊功能。第三章、設(shè)計內(nèi)容 導(dǎo)軌上移動部件的重量估算 工作臺總重: G=1000N 銑削力 滾珠絲杠螺母副的計算與選型 (1) 最大工作載荷的計算作用在滾珠絲杠上的力包括滾珠絲杠螺母副的進(jìn)給力、移動部件的重力，以及作用在導(dǎo)軌上的切削分力所產(chǎn)生的摩擦力。根據(jù)設(shè)計中所選用的導(dǎo)軌為加有導(dǎo)軌塊的滾動導(dǎo)軌采用綜合導(dǎo)軌的計算公式。查[1]中表329得到計算公式： 式中： ——Z向切削分力（N），； ——Y向切削力（N），； ——移動工作臺總重（N）； ——導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，查[1]中表329，取； ——顛覆力矩影響系數(shù)，查[1]中表329，?。淮牍接嬎愕茫? = 2755N （2）最大動載荷的計算 選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載，計算公式如下： 式中 ——滾珠絲杠螺母副的壽命，單位為。 其中：——使用壽命，普通機(jī)床取，數(shù)控機(jī)床及一般機(jī)電裝備取，則T=15000h n——絲杠每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，；初選絲杠導(dǎo)程；由設(shè)計要求可知工作臺在承受最大銑削力的最高運(yùn)行速度（采用步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行方式；則n==20 r/min則 ——載荷系數(shù)，查表330，運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為中等沖擊時，??； ——硬度系數(shù)，時，??； ——滾珠絲杠螺母副的最大工作載荷。代入公式計算得： （3）滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查[1]中表331，應(yīng)使?jié)L珠絲杠副的額定動載荷：額定靜載荷：則選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列25053型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為25mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈1列，精度等級按[1]中表325取5級，額定動載荷為9309N＞，滿足要求。（4）傳動效率的計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率： 式中 ——絲杠螺旋升角，； ——摩擦角，滾珠絲杠的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約 等于。代入公式計算得：（5）軸承的選擇根據(jù)所選滾珠絲杠螺母副的直徑及設(shè)計要求選擇能夠承受軸向載荷，絲杠支承的軸承型號選為7303AC的角接觸球軸承，其外形圖如下：其技術(shù)參數(shù)如下表：軸承型號基本尺寸極限轉(zhuǎn)數(shù)額定負(fù)荷參考重量dDB脂油動靜7303AC1747142600035000(6) 剛度的驗算滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，為了補(bǔ)償熱膨脹，須將絲杠預(yù)拉伸。則上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推—單推”的方式，絲杠兩端各采用一對推力角接觸球軸承，面對面組配。 工作臺升降行程為，根據(jù)所選滾珠絲杠螺母副導(dǎo)程查[2]中表321查的導(dǎo)程余量為，所選軸承的寬度。支撐跨度，可取，絲杠的全長。① 絲杠的拉伸或壓縮變形 在總變形量中占的比重較大，可按下式計算：由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第二項可忽略。式中 ——絲杠的最大工作載荷，； ——絲杠兩端支撐間的距離，； ——絲杠材料的彈性模量，鋼的彈性模量； S——絲杠按底徑確定的截面積， 其中，“+”號用于拉伸，“—”號用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩一般較小，式中第2項可以忽略。 代入公式計算得 ② 滾珠與螺紋滾道之間的接觸變形量 因進(jìn)行了預(yù)緊，故由下式計算。 式中：——工作負(fù)荷，即進(jìn)給牽引力——預(yù)緊力；取——滾珠直徑；取——滾珠數(shù)量，圈數(shù)列數(shù)；——圈的滾珠數(shù)，（外循環(huán)），（內(nèi)循環(huán)）；選內(nèi)循環(huán)得，取整為22——滾珠絲杠公稱直徑；代入公式計算得 = 由于預(yù)緊力為達(dá)軸向工作載荷的1/3，減小一半，即=③ 剛度校驗絲杠的總變形量，查[1]中表327可估計絲杠的有效行程315mm~400mm，則在標(biāo)準(zhǔn)公差等級為5級時，滾珠絲杠副允許的偏差為25。由于，則絲杠剛度足夠。(7) 壓桿穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長桿，如果軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷滿足：式中： ——臨界載荷（N） ——絲杠支承系數(shù)，由[1]中表334取=1 ——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，~4，垂直安裝時取K= ——滾珠絲杠兩端支承間距離， =500 mm ——截面慣性矩， ——絲杠材料的彈性模量，鋼的彈性模量；代入公式計算得 由于，則滿足校核。 直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型 (1) 滑塊承受工作載荷的計算和導(dǎo)軌型號的選取采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式，滑塊受力圖如下：則滑塊受力為： 式中： W——外加載荷（N），W= ——如圖距離，約為100mm ——如圖距離，約為200mm ——如圖距離，約為300mm ——垂直于運(yùn)動平面的支反力 ——平行于運(yùn)動平面且垂直于導(dǎo)軌的支反力代入公式計算得： 則=，查[1]中表341，根據(jù)滑塊承受工作載荷，初選直線滾動導(dǎo)軌副的型號為KL系列的JSA—LG15型，其額定動載