【正文】 齒輪強度校核 校核 II 軸齒輪 校核齒數(shù)為 20 的即可，確定各項參數(shù) P=, n=750r/min Ⅱ軸扭矩 : T2=9550P2/n2 =9550 ? （ 51） 確定動載系數(shù) ： 60 1000Dnv ?? ? =齒輪精度為 7 級，由《機械設(shè)計》查得使用系數(shù) ?vK 非對稱 )( 3 ??????? ? 查《機械設(shè)計》得 確定齒間載荷分配 系數(shù) : AtKFb =1 ? = ? 100N/m由《機械設(shè)計》查得 FHKK??? = 確定動載系數(shù) : A v F HK K K K K??? =1???= 查表 105 FY?? SF?? 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力，由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE? ? 540MPa 圖 1018 查得 NK? ,S = ? ? 0 .9 5 4 0 3 7 3 .81 .3F M P a? ??? ? ? 3 7 3 .8 8 9 .32 .6 5 1 .5 8FFSYY??? ??? ? ?2 2 31 .1 2 0 .1 8 1 0 .6 0 .2 3 1 0H d dKb? ?? ?? ? ? ? ???FK燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 （ 53） tKFbm? 3? ?? ? 故滿足要求。進給伺服機床的一個重要組成部分，也是數(shù)控機床區(qū)別于一般機床的一控機床對進給伺服系統(tǒng)的性能指標可歸納為：定位精度要高；響應(yīng)要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。它包含動態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差和干常用的精度指標有定位精度、重復(fù)定位精度和輪廓跟隨精度。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜。它直接影響機床的加工精度和生產(chǎn)率。對于輪廓控制的機床，除了要求高的定位精度外，還要求良好的快速性 第 4章 進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 27 及形成輪廓的各運動坐標伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的一致性。其中在靜態(tài)設(shè)計方面有： 1．能夠克服摩擦力和負載； 2．很小的進給位移量； 3．高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； 4．足夠的調(diào)速范圍，滿足快進和工進的需要； 5．進給速度均勻，在速度很低時，無爬行現(xiàn)象。滾珠絲杠副的傳動是一種 應(yīng)用較廣的機構(gòu)，尤其是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的各種機構(gòu)中，滾珠絲杠副是傳動最簡單、經(jīng)濟而又可靠的。 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 hP 工作臺縱向行程 3000mm，速度為 10m/min，速度傳動比為 i=，伺服電機最大轉(zhuǎn)速為 2021r/min,，工作臺進給速度為 06000mm/min,算得其導(dǎo)程為： mmrminVP h 10min/ min/10m a xm a x ???? 滾珠絲杠副的載荷及選絲杠： 機床空載時滾珠絲杠副的傳動力，如工作臺重量引起的摩擦力： m inF = G =0 .04 300 0 = 117 6Nf ?? 選機床承受最大負荷時滾珠絲杠的傳動力。額定動載荷為 75aC kN? 。 通過計算： 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸為： 小帶輪 1 20Z? 1 mm? 1 mm? 大帶輪 2 40Z ? 2 mm? 2 mm? 帶輪間中心距為 :： 358a mm? 帶寬： mm? 伺服電機的選擇 1. 基本原則 1） 考慮電動機的主要性能（啟動、過載及調(diào)速等）、額定功率大小、額定轉(zhuǎn)速及結(jié)構(gòu)形式等方面要滿足生產(chǎn)機械的要求。 3. 額定電壓的選擇 交流 380～ 220V，或根據(jù)需要配變壓器。 42J d lw? ??? 大帶輪慣量為： 23 0. 00 06 2 .J kg m? 小帶輪慣量為： 24 0. 00 05 3 .J kg m? 負載慣量為： 1 2 342L J J JJJ????? ? ????? 2kgm? ： 1 0 7 7 6 0 . 0 1 0 . 5 0 . 8 2 2 0 . 3 82 0 . 9T N m N m? ???? ? ? ? ? ?????? 選的直流伺服電機為： 額定功率 3KW 最高轉(zhuǎn)速 2021 /minr 額定轉(zhuǎn)距 22Nm? 最大轉(zhuǎn)矩 57Nm? 轉(zhuǎn)子慣量 滾珠絲杠副的安全使用 潤滑 為使?jié)L珠絲杠副充分發(fā)揮機能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，潤滑的方式主要有以下兩種： 1．潤滑脂 潤滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的 1／ 3，滾珠絲杠副出廠時在螺母內(nèi)部已經(jīng)加注 GB7324— 942鋰基潤滑脂。另外，如沒有異物，但有浮沉?xí)r可以在滾珠螺母兩端增加防塵圈。 60C。 ，盡量不要把螺母從絲杠上卸下來，如 必須卸下來時要使用輔助套，否則裝卸時滾珠有可能脫落。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化程度的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應(yīng)有高的靜、動剛度，更好的抗振性。 2．應(yīng)具有足夠的靜、動剛度 靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達到有較高的剛度 質(zhì)量比。因此，床身結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使熱變形盡量小。 床身的結(jié)構(gòu) 1．床身結(jié)構(gòu) 根據(jù)數(shù)控機床的類型不同，床身的結(jié)構(gòu)形式有各種各樣的形式。例如加工中心的床身有固定立柱式和。 另外，斜床身結(jié)構(gòu)還能設(shè) 計成封閉式斷面，這樣大大提高了床身的剛度。把受迫振 動振幅限制在允許范圍內(nèi)； 3） 躁聲??； 4） 溫度場分布合理，熱變形對精度的影響??； 5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工； 6） 結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件； 7） 有導(dǎo)軌的機架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。 3．較好的熱穩(wěn)定性 對數(shù)控機床來說，尤其是高 精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個突出問題，必須在設(shè)計上要做到使整機的熱變形小，或使熱變形對加工精度的影響小。另外，機床在切削加工時，所有的靜、動載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身受力很復(fù)雜。 伺服進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計 第 4章 進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 33 由以上的分析計算可以設(shè)計出伺服進給系統(tǒng)的 機構(gòu)圖如下 圖 42伺服進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖（主視圖） 圖 43伺服進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖（左視圖） 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 本章小節(jié) 本章主要講述了 進給伺服系統(tǒng)的基本要求和進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計要求滾珠絲杠的選擇同步齒形帶的選擇伺服電機的選擇 伺服進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計等。徑向載荷、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等負荷，從而造成絲杠的永久性破壞。 2．滾珠絲杠副由于傳動效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動使，如部件重量未加平衡，必須防止傳動停止或電機失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃印? 防塵 滾珠絲杠與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨損，成為燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 破損的原因。一般都是直接傳動，而不是減速器。 2. 電動機類型的選擇 安裝方式：立式和臥式 （本設(shè)計采用立式安裝）。絲杠直徑為 80mm，導(dǎo)程 10mm, 珠圈數(shù) 90，珠徑為 4mm。 ? ?m a x f pF = kF + ( + F + G ) = 1. 1 80 00 0+ 0. 04 16 00 0+ 40 00 + 30 00 9. 8 = 10 77 6 cfF ?? 平均載荷為： m ax m inm 2F = =3FF?7576N 第 4章 進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 29 工作臺進給速度為 06000mm/min，故平均轉(zhuǎn)速為： 2 6 0 0 1n r /m in = 4 0 0 r /m in3av ??? 絲杠的工作壽命取為 10000h。滾珠絲杠副的精度是影響機床的定位精度及重復(fù)定燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 位精度的最主要的因素。 2．具有良好的動態(tài)傳遞性能，以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿 意地表面質(zhì) 量； 3． 負載引起的軌跡誤差盡可能??； 對于數(shù)控機床機械傳動部件則有以下要求： 1．被加速的運動部件具有較小的慣量； 2，高的剛度； 3．良好的阻尼； 4．傳動部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等方面具有盡可能小的非線性。主 要是應(yīng)滿足定位精度的要求，而對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，則主要是穩(wěn)定性問題。但響應(yīng)速度過快會造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)的不穩(wěn)定。 所謂快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度。重復(fù)定位精度是指工作臺進行一次循環(huán)動作后， 偏差值。它包含絕對穩(wěn)定性 (穩(wěn)定裕度 )。 本章小節(jié) 本章主要講述了龍門銑床的主軸箱的設(shè)計 ，其主要內(nèi)容包括傳動比的確定電機的選擇，軸的設(shè)計和強度校核，齒輪的參數(shù)的確定等內(nèi)容。 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 I 軸 的一端與電動機相連，將其結(jié)構(gòu)草圖繪制如下圖 4— 2 所示 圖 3— 5 II 軸安裝滑移齒輪，其結(jié)構(gòu)如草圖 3— 2所示 第 3章 機床主軸箱的設(shè)計 21 圖 36 III 軸其結(jié)構(gòu)完全按標準確定，根據(jù)軸向的尺寸將結(jié)構(gòu)簡圖繪制如下圖 4— 4所示 圖 44 主軸組件的剛度和剛度損失的計算： 最佳跨距的確定： 取彈性模量 E= 1110Pa ， D=（ 95+75） /2=85； 主軸截面慣距 64( 4 4 ) 2 . 4 8 1 02DdIm??? ? ? ? 截面面積： A= 2mm 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 9 5 5 0 4 7 7 .5n pM N mn? ? ? 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑約為最大加工直徑的 60%，即 240mm。的接觸角。 為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承，因為當軸承外徑一定時，其孔徑（即主軸軸頸）較大。 現(xiàn)取齒輪之間的間距為 82mm 和 45mm。這里取齒寬系數(shù) Φ m=10, 則 齒寬 B=Φ m m=10 3=如表 35所示 : 表 35 各齒輪的齒厚 齒輪 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ 齒厚（ mm） 30 30 30 30 30 30 齒輪的直徑?jīng)Q定了各個軸之間的尺寸，所以在畫展開圖草圖前，各個齒輪的尺寸必須算出。所以設(shè)計時先畫主要零件，后畫其它零件，先畫傳動零件的中心線和輪廓線，后畫結(jié)構(gòu)細節(jié)?，F(xiàn)將各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下： 表 34 齒輪的估算齒數(shù)和模數(shù)列表 齒輪 Z0 Z0’ Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3’ 齒數(shù) 35 70 38 76 68 46 94 20 模數(shù)（ mm） 3 3 3 3 3 3 3 3 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 主軸箱展開圖的設(shè)計 主軸箱展開圖是反映各個零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙。而由于 Z3,Z3’ 這對齒輪有最大的傳動比，各個傳動齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是 Z3’ 。 10=35～ 55mm 取 d=40mm 齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校 驗用。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。因此疲勞強度一般不是主要矛盾。 由此擬定主傳動系統(tǒng)圖、轉(zhuǎn)速圖以 及主軸功率特性圖分別如圖 3圖 3圖 33。 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動機的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動機的恒功率轉(zhuǎn)速 范圍 Rdp=nmax/nd=4500/1500=3 （ 31） 而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rnp= nmax/nd=4500/150=30 ,遠大于交流主軸電動機所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機構(gòu)的方法來擴大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。因此，要較準確合適的選用傳動功率。 3. 良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。運動的實際值可進行連續(xù)比較，即使最小的偏差也可以得到糾正，因此提高了軸的運動精度。 主軸箱的左右移動為 Y軸，為了保證 Y軸的 傳動精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動機與滾珠絲杠直聯(lián)方式。 Z 軸的安全問題。 設(shè)計進給驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)思如下： X 軸的進給驅(qū)動機構(gòu)采用雙邊齒輪齒條副加重預(yù)壓滾動直線導(dǎo)軌副， Y 軸與 X 軸采用大直徑預(yù)壓滾珠絲杠副加硬導(dǎo)軌副，且導(dǎo)軌滑動部分貼有工程塑料，避免低速時產(chǎn)