【正文】 兩個(gè)方向移動(dòng)的直線工作臺(tái)，在直線移動(dòng)工作臺(tái)的 T 型槽中固定一個(gè)可拆卸夾具式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 Abstract II Abstract In this paper,It mainly designs the moving working table and NC rotary table of vertical machining tables can move along Xaxis and Yaxis also can rotate around Zaxis. what39。 伺服驅(qū)動(dòng)裝置 ................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 目錄 IV 滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)與直線工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 一個(gè)國(guó)家的加工中心擁有 量、消費(fèi)量及總體技術(shù)水平與這個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)的加工制造技術(shù)水平息息相關(guān)。 中國(guó)消費(fèi)的加工中心大部分依靠進(jìn)口（ 2021 年進(jìn)口量占消費(fèi)量的七成多），進(jìn)口金額 億美元，居各類(lèi)機(jī)床進(jìn)口額之首，主要從日本、中國(guó)臺(tái)灣、德國(guó)和韓國(guó)等地進(jìn)口。 （ 2）主軸部 件 由主軸伺服電源、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸箱、主軸、主軸軸承和傳動(dòng)軸等零件組成。 （ 4）自動(dòng)換刀系統(tǒng) 該系統(tǒng)是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機(jī)床的典型裝置，它解決工件一次裝夾后多工序連續(xù)加工中，工序與工序間的刀具自動(dòng)儲(chǔ)存、選擇、搬運(yùn)和交換任務(wù)。 （ 2） 按機(jī)床形態(tài)分為立式加工中心、臥式加工中心、龍門(mén)式加工中心、虛軸加工中心。 設(shè)計(jì)方案的可行性分析 立式加工中心是一種備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。為了實(shí)現(xiàn)任意角度和在切削過(guò)程中轉(zhuǎn)臺(tái)能夠回轉(zhuǎn)，加工中心還要設(shè)置數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，這樣加工中心就多了一個(gè) NC 坐標(biāo)，能夠完成更加復(fù)雜的見(jiàn)曲面的加工。 第一章 引言 6 軸伺服電機(jī) 庫(kù) 軸電機(jī) 箱 圖 11 立式加工中心的組成 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 7 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng) 加工中心伺服進(jìn)給系統(tǒng)是一機(jī)床移動(dòng)位置為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 （ 1）高的傳動(dòng)精度與定位精度 加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度，是機(jī)床最重要的性能指標(biāo)。 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 8 此次設(shè)計(jì)采用的 是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 （ 2）應(yīng)該具有較長(zhǎng)時(shí)間的大過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。 （ 1）摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率可達(dá) ，使普通滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的 34 倍，而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的四分之一。 （ 1）內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠始終保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 以上 1 列以上 大 端蓋結(jié)構(gòu) 通過(guò)螺母兩端的端蓋組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)回路至少 1 圈滾珠鏈，承載大。 （ 1）墊片調(diào)隙式 通常用螺釘來(lái)連接滾珠絲杠兩個(gè)螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片。 滾珠絲杠的安裝 加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)要求獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。絲杠兩端 軸承座孔與滾珠螺母座孔保證嚴(yán)格的同軸度，同時(shí)保證滾珠絲杠螺母與座孔的配合良好以及孔對(duì)端面的垂直度，保證軸承支座和螺母支座的整體剛度、局部剛度、接觸剛度等。 圖 26 常用普通平鍵 普通平鍵分 A 型、 B 型、 C 型，本設(shè)計(jì)中所用 到的鍵有普通 A 型平鍵、 C 型平鍵、半圓鍵。它們應(yīng)滿足下列要求： （ 1）剛度要求 支承件的剛度是指支承件在恒定載荷和交變載荷作用下抵抗變形的能力。實(shí)際中常常通過(guò)選擇高阻尼的材料、采用高阻尼部件、增加消振墊改善支承件的支撐情況等措施來(lái)增加支承件的抗振性。 第二章 加工中心工作臺(tái)的主要部件 16 （ 5）其他 支承件還應(yīng)使排屑通暢，操作方便 ，吊運(yùn)安全，切削液及潤(rùn)滑油的回收方便，加工及裝配工藝性好等。在水平面內(nèi)，兩條導(dǎo)軌的還有平行度的要求。 d. 有良好的摩擦特性 機(jī)床在低速運(yùn)動(dòng) 時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行，將影響低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。因此 , 研究和開(kāi)發(fā)高性能伺服進(jìn)給系統(tǒng) ,始終是研究現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵之一。 50 ，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)面尺寸 (直徑179。 cm，工作負(fù)載的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。 60Thnm=60? 15000? 1000=900? 106r 查表選用插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，型號(hào) CDM50103，絲杠公稱直徑為φ 50mm,基本導(dǎo)程 Ph=10mm，其額定動(dòng)載荷 Ca = 38547N（ Ca ?aC ），額定靜載荷 Coa=112978N，圈數(shù)179。 支承跨距 L1 應(yīng)略大于 Lu，取為 :L1=1200mm。 滾動(dòng) 直線導(dǎo)軌的選擇 采用兩根滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，每根導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊，其總負(fù)荷為 P=7600+2573=10173N 單向行程長(zhǎng)度為 ，每分鐘往返次數(shù) n=4，每日平均開(kāi)機(jī) 6 個(gè)小第三章 加工中心的工 作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 時(shí)，使用 5 年以上，每年 300 個(gè)工作日。制動(dòng)器、測(cè)速機(jī)、編碼器配裝在電機(jī)內(nèi)部。 Tamax= cmk gfMt Jn r ??????? m a xm a x? 滿足轉(zhuǎn)速匹配要求。 。 橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)與直線工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中 ,電機(jī)和絲杠直接相連 ,傳動(dòng)比為 1 ,選擇電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速 1500r/ min ,最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=1570kgf178。n2=2n1） Fm=(2211223m in113m ax tntn tnFtnF ?? )1/ 3 = （四）確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 ?aC 查表，取絲杠的工作壽命 Th 為 15000h，同時(shí)取精度系數(shù) fa=1，負(fù)荷性質(zhì)系數(shù) fw=，溫度系數(shù) ft=，硬度系數(shù) fh=1，可靠性系數(shù) fk=，平均轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 Lu 為 774mm。 游動(dòng)端的支承查《機(jī)械 設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選深溝球軸承，型號(hào)為 6206。 剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度的驗(yàn)算 螺栓性能等級(jí) 級(jí) M P aM P as 7202190081089001009bb??????????? 螺栓許用切應(yīng)力 ??][Sss?? ? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 得 [Ss ]= 0][ MP??? ? 螺栓的許用擠壓應(yīng)力 ? ? ? ?PsS?? ?p 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 得 ? ? ?PS ? ? MP aS Ps ][ p ??? ?? 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南》知 剪切強(qiáng)度 ? ?MP adZD T C ??? ?? 20b8 5 3 8 6 00 ???????? dDDZT bC 、 ? ? 1538608 MPMP a ?????? ?? ?? 擠壓強(qiáng)度 ][20p pbcdZD T ??? ?? 5 3 8 6 5 7 0 ???????? ?、CT a450][ 153802p MPMP a p ?????? ?? ?? 鍵的校核 由于鍵之間采用靜連接需校核鍵的抗擠壓校核 第三章 加工中心的工 作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 36 T= ? ?pp dlhdlh ?? ???? 41][21 ][2p pdlh T ?? ????即 經(jīng)校核滿足抗抗擠壓強(qiáng)度要求 伺服電機(jī)的選擇 選用 FANUC BESK寬調(diào)速直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) ,型號(hào)為 FB 15 ,半閉環(huán)控制。 對(duì)數(shù)控機(jī)床 ,由于動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要求較高 ,所以電機(jī)力矩主要是用來(lái) 產(chǎn)生加速度。 絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率驗(yàn)算 由以上計(jì)算可知 :軸承的接觸剛度 KT = 1225N/μ m ,絲杠螺母的接觸剛度 K C = 2753N/μ m ,絲杠的最小拉壓剛度 Ks min = 589N/μm ,螺母座剛度 KH =1700N/μ m。 第三章 加工中心的工 作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 2 2 5s m a x2 2 5s m ind E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 2 9 5 0 N / m4 L 4 0 .1d E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 5 8 9 N / m4 L 4 0 .5?? ??? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ?? 傳動(dòng) 精度的設(shè)計(jì) 滾珠絲杠的拉壓剛度： Ks= LEd42? 當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí) , 有最大和最小拉壓剛度 ,其中 L 值分別為 500mm和 100mm。它屬于永磁型多極電機(jī) ,其特點(diǎn)是 :定子磁極是高性能鐵氧體 ,能承受高的峰值電流 ,加速性能好 。 hL h 900053006 ???? 每個(gè)滑塊上的計(jì)算載荷為 NPP C 2543101734141 ???? 選四方向等效載荷型，型號(hào)為 GGB35AA? 1011。絲杠全長(zhǎng)為 L=1126mm。列數(shù) = 179。選定導(dǎo)軌為滾動(dòng)導(dǎo)軌 , 從而設(shè)定摩擦系數(shù) , 可算出最大牽引力。 (a).軸向拉壓總剛度 固定 — 簡(jiǎn)支方式的軸向拉壓剛度 Ke由下式計(jì)算： 1000 1416 11692 110802 11112 11 m i n ????????? HsCBe KKKKK 得到 Ke=217 N/μ m (b).絲杠拉壓振動(dòng)的固有頻率 B? B? = m i n/5053/5287600 6 rsr admK e ????? 由計(jì)算可知絲杠拉壓振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1500r/ mi n ,所以能滿足要求。 則： 滾珠絲杠螺母的接觸剛度為 : Kc = 1692N/μ m,滾珠絲杠用軸承的軸向接觸剛度 : KB = 1080N/μ m,算得最小機(jī)械傳動(dòng)剛度： mNKKK BCs ?/24610 80/116 92/??????? 算的最大機(jī)械傳動(dòng)剛度： mNKKK BCs ?/53910 80/116 92/129 50/1 1/1/1/1 1K m a xm a x0 ??????? 因此得到由于機(jī)械傳動(dòng)裝置所引起的定位誤差為： 第三章 加工中心的工 作臺(tái)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 mKK ?? )53912461(20)11(F m a x0m i n00k ????? 其中 F0為空載時(shí)導(dǎo)軌的摩擦力。轉(zhuǎn)子慣量大 ,在 1r/min 低速下仍能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)。 額定動(dòng)載荷 C= 額定靜載荷 C0=。臨界壓縮負(fù)荷 Fcr為 Fcr = 2021LEIf?K1 ≥ Fma x 式中 E—— 材料的彈性模量， E = 179。 2，絲杠螺母副的接觸剛度 KC 為 1692N，螺旋升角λ =3176。 （一） 絲杠的導(dǎo)程確定 Ph=Vm ax/nmax=15000/1500=10mm （二） 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最大進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmax= Vmax/ Ph =15000/10=1500r/min 最慢進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 nmin= Vmin/ Ph=1/10=則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估算 t1=2t2）為 Nm = 212min1max tt tntn ?? = 1000r/min （三） 確定絲桿的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算。 222 ,材料為 HT200。使用時(shí) ,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)如夾具固定在直線進(jìn)給工作臺(tái)的 T 形槽內(nèi) , 不用時(shí)即可拆下。 e. 加工工藝性要好 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意到制造、調(diào)整和維護(hù)的方便；力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好和經(jīng)濟(jì)性好，而且要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑措施等等。導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精 度保持性。 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 由于加工中心的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)其執(zhí)行部件沿著它的床身、立柱、橫梁等支承大件的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。因此應(yīng)對(duì)支承件的熱變形及熱應(yīng)力加以控制。靜剛度取決于支承件本身的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。這些運(yùn)動(dòng)通常用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)。一般根據(jù)額定負(fù)載表示，其動(dòng)、靜載強(qiáng)度計(jì)算