【正文】 tables can move along Xaxis and Yaxis also can rotate around Zaxis. what39。 目錄 IV 伺服驅動裝置 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 錯誤 !未定義書簽。 加工中心本體設計 ............................... 錯誤 !未定義書簽。 主要參數(shù)的確定 絲杠拉壓振動和扭轉振動固有頻率驗算 錯誤 !未定義書簽。 錐齒輪設計計算 我國的加工中心從 70 年代開始，已有很大發(fā)展，但技術、品種和數(shù)量上都還遠遠不能適應我國的經濟、技術發(fā)展的需要。 2021 年上半年，中國進口加工中心 5511 臺，金額 億美元，同比分別增長 20%和 11%，仍保持兩位數(shù)增長，說明中國加工中心市場的規(guī)模還有增長空間。主軸的啟動、停止、變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。它由刀庫、機械手、 驅動機構等部件組成。 （ 3） 按加工精度分為普通加工中心、高精度加工中心。它是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的，它綜合了機械技術、電子技術、計算機軟件技術、氣 動技術、拖動技術、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術以及通訊診斷、刀具和編程技術的高科技產品，將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能并聚集在一臺加工設備上，且增設有自動換刀裝置和刀庫，可在一次安裝工件后，數(shù)控系統(tǒng)控制機床按不同工序自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、內外倒角、環(huán)形槽及攻螺紋等加工。加工中心常用的回轉工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉工作臺，它們的功用各不相同。它根據數(shù)控裝置輸出的電脈沖信號，是機床工作臺、主軸等移動部件按照規(guī)定的運動速度、運動方向和位置要求做相應的移動，并對其定位精度加以控制。傳動精度直接影響機床加工輪廓面的精度，定位精度直接關系到加工的尺寸精度。半閉環(huán)系統(tǒng)的精度雖然比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些，但是它的結構與調整比較簡單。一般直流伺服電動機要求數(shù)分鐘內過載 46 倍而不損壞。 （ 2）運動平穩(wěn)、摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行 由于存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦系數(shù)都很小，且其差值很小，因而啟動轉矩小，動作靈敏 ，即使在低速情況時也不 會第二章 加工中心工作臺的主要部件 15 出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。內循環(huán)滾珠的回路短，滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動效率高，且徑向尺寸緊湊，軸向 剛度高。適應于多頭大導程、超大導程滾珠絲杠副。調整墊片的厚度使螺母產生軸向位移，已達到消除間隙和產生預緊力的目的。加工中心由于要求具有高精度、高進給速度，因此常采用一端 固定，一端游動以及兩端固定的絲杠安裝形式。 圖 25 滾珠絲桿的安裝 滾珠絲杠螺母的計算和選用 滾珠絲杠螺母副的承載能力用額定負載表示，其動、靜載強度計算原則與滾動軸承相類似。 A 型 B 型 C 型 半圓鍵 鉤頭楔鍵 第二章 加工中心工作臺的主要部件 22 回轉工作臺 加工中心是一種高頻率的加工設備，當零件被裝夾在工作臺上以后，為了盡可能完成較多工藝內容，除了要求機床有沿X、 Y、 Z 三個坐標軸的直線運動之外，還要求工作臺在圓周方向有進給運動和分度運動。前者稱為靜剛度，后者為動剛度。 （ 3）熱變形要求 機床工作時，電動機、傳動系統(tǒng)的機械摩擦及切削過程等都會發(fā)熱，機床周圍環(huán)境溫度的變化也會引起支承件溫度變化產生 熱變形，從而影響機床的工作精度和幾何精度。 支承件的性能對整臺機床的性能影響很大，其重量約為機床總重的 80%以上，因此，應正確地對支承件進行結構設計，并對主要支承件進行必要的驗證和試驗，使其能夠滿足對它的基本要求，并在此前提下減輕重量，節(jié)省材料。 b. 精度保持性要好 精度保持性是指導軌保持其原始精度的時間是否足夠長。爬行與導軌的摩擦特性有關，導軌的摩擦因數(shù)越小，并且動、靜摩擦因數(shù)越接近，則導軌低速運動越平穩(wěn)，將不會產生爬行，這對于精度要求較高的加工中心來說尤其重要。本文所介紹的加工中心為立式 ,其工作臺可進行 X 和 Y 向直線運動 , 另外工作臺上面可固定夾具式回轉工作臺( Z 向轉動 ) 。高 ) ： ? 320 179。選定導軌為滾動導軌 , 從而設定摩擦系數(shù) , 可算出最大牽引力。列數(shù) = 179。絲杠全長為L=1340mm。 hL h 900053006 ???? 每個滑塊上的計算載荷為 NPP C 2543101734141 ???? 選四方向等效載荷型，型號為 GGB35AA? 1300。它屬于永磁型多極電機 ,其特點是 :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 。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 40 mN/ EdKmN/ EdK522s m i n522s m a x???????? ??????? ????? 傳動精度的設計 滾珠絲杠的拉壓剛度： Ks= LEd42? 當導軌運動到兩極位置時 , 有最大和最小拉壓剛度 ,其中 L 值分別為 750mm 和 100mm。 絲杠拉壓振動和扭轉振動固有頻率驗算 由以上計算可知 :軸承的接觸剛度 KT = 1080N/μ m ,絲杠螺母的接觸剛度 KC = 1692N/μ m ,絲杠的最小拉壓剛度Ksmin = ,螺母座剛度 KH =1000N/μ m。 cm，工作負載的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。 60Thnm=60 ? 15000? 1000=900 ? 106r NnTffff fFC mhkahtwma 54)1060( 3316 ???? ?????第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 45 查表選用插管埋入式雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副，型號CDM50105，絲杠公稱直徑為φ 50mm,基本導程 Ph=10mm，其額定動載荷 Ca = 59811N（ Ca ?aC ），額定靜載荷 Coa=187997N，圈數(shù)179。 支承跨距 L1 應略大于 Lu，取為 :L1=974mm。 滾動直線導軌的選擇 采用兩根滾動直線導軌副，每根導軌上有兩個滑塊，其總負荷為 P=7600+2573=10173N 單向行程長度為 ，每分鐘往返次數(shù) n=4，每日平均開機 6 個小時，使用 5 年以上，每年 300 個工作日。制動器、測速機、編碼器配裝在電機內部。 Tamax= cmk gfMt Jn r ??????? m a xm a x? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 53 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?? ??? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ?? 滿足轉速匹配要求。 (a).軸向拉壓總剛度 固定 — 簡支方式的軸向拉壓剛度 Ke由下式計算： m i n1 1 1 1 1 1 1 1 12 2 1 2 2 5 2 7 5 3 5 8 9 1 7 0 0e B C s HK K K K K? ? ? ? ? ? ? ?? 得到 Ke= N/μ m (b).絲杠拉壓振動的固有頻率 B? B? = min/6202/6497600 6 rsr admK e ????? 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 55 由計算可知絲杠拉壓振動的固有頻率遠遠大于 1500r / min ,所以能滿足要求。 則 滾珠絲杠螺母的接觸剛度為 : Kc = 2753N/μ m,滾珠絲杠用軸承的軸向接觸剛度 : KB = 1225N/μ m,算得最小機械傳動剛度： 0 m i n m i n 11K 3 4 7 . 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 5 8 9 1 / 2 7 5 3 1 / 1 2 2 5s C B NmK K K ?? ? ?? ? ? ? 算的 最大機械傳動剛度： 0 m a x m a x 11K 6 5 8 . 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 2 9 5 0 1 / 2 7 5 3 1 / 1 2 2 5s C B NmK K K ?? ? ?? ? ? ? 因此得到由于機械傳動裝置所引起的定位誤差為： 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 54 k0 0 m i n 0 m a x1 1 1 1F ( ) 2 0 ( ) 0 . 0 2 73 4 7 . 5 6 5 8 . 5 mKK??? ? ? ? ? 其中 F0為空載時導軌的摩擦力。轉子慣量大 ,在 1r/min 低速下仍能平滑運轉。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 49 額定動載荷 C= 額定靜載荷 C0=。臨界壓縮負荷 Fcr為 Fcr = 2021LEIf?K1 ≥ Fmax 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 2753N，螺旋升角λ =3176。 （一）絲杠的導程確定 Ph=Vmax/nmax=15000/1500=10mm （二） 確定絲杠的等效轉速 最 大 進 給 時 ， 絲 杠 的 轉 速 為 nmax= Vmax/ Ph =15000/10=1500r/min 最慢進給時，絲杠的轉速為 nmin= Vmin/ Ph=1/10=則得到絲杠的等效轉速（估算 t1=2t2）為 Nm = 212min1max tt tntn ?? = 1000r/min （三）確定絲桿的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的試驗公式計算。 (c).絲桿的扭轉剛度 rNmLdK mT / 44 ??? (d).平移物體的轉動慣量 232w ???? ?）（ ? 絲杠轉動慣量 23s ??? ? 。 因為本設計選用的是 1 級滾珠絲杠 ,其任意 300mm的導程公 差 為 177。設系統(tǒng)增益 Ks 為 18 (1/ s) ,則速度環(huán)開環(huán) 增益第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 39 Kvos為 54(1/ s) 。 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 36 縱向直線位移工作臺結構 頭螺釘 6 滾珠絲杠副 15.聯(lián)軸器 圖 31 X 向伺服進給系統(tǒng)結構 鍵的選擇及校核 公稱直徑 ? 2鍵長 l=2 b179。 1011N/m2 ； I—— 絲杠最小截面慣性矩： I = 4264d　　? = ? ?40 wDd　　 ??? = ? ? 47124 m　　 ?? ?????? ； 第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 33 L0—— 最大受壓長度，按照結構設計取 L0=1140mm； K1—— 安全系數(shù)，一般取 K1=1/3； Fmax—— 最大軸向工作載荷， Fmax = ； f1—— 絲杠支承方式系數(shù) ,查表的 f1=2，則 Fcr=627112 101140 ??? ????? ? ?31=? 105NFmax= 可見 Fcr遠大于 Fmax，滿足要求。 39″，絲杠底徑 ，螺母長度為 170mm，取絲杠的精度為 1 級。選定導軌為滾動 直 線 導軌 ，而 一 般情 況下 ，滾 動 導軌 的摩 擦系 數(shù)為，取摩擦系數(shù)為 ，則絲杠所受的最大牽引第三章 加工中心的工作臺和伺服進給系統(tǒng)的設計 31 力為 Fmax=KFX+f(FY+FZ+G) 其中， K 為顛覆力矩影響系數(shù)， K 一般取為 ，現(xiàn)取 K 為 ，則得最大工作負載： Fma x= 179。設定工作臺進給速度為 1～ 1500mm/ min ,快速進給速度 15m/ min ,工作臺 X向工作行程為 750mm , Y向工作行程為 500mm ,銑削最大直徑為 ? 100mm。文中除作了工作臺、滾珠絲杠副、伺服電機、滾動直線導軌的設計計算外 ,還作了傳動精度計 算、絲杠拉壓振動和扭轉振動的固有頻率驗算。 本設計采用的是直線滾動導軌副，它包括導軌條和滑塊兩部分。動導軌沿支承導軌長期運行會引起導軌的不均勻磨損，破