【文章內(nèi)容簡介】 說明工作臺重量：30kg時間常數(shù) ：T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm行程：L=226mm脈沖當量：δp=步距角：φ=176。/step快速進給速度： =1m/min加工最大直徑：φ210mm刀架快移速度：最大進給速度：主電機功率：：橫向進給量為縱向的1/3~1/2，取1/2。則切削力約為縱向的1/2 =1/2=在切斷工件時=== ===：① 強度計算對于燕尾型導(dǎo)軌P=k+f′(+W+2)取k= f′= 則Fm=+(+30+2)=n=1000 =30r/minX壽命值：L=60ntT/106 則L=60nT/106=603015000/106=27Q=271/3==根據(jù)最大動負荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如。滾珠絲杠參照江漢機床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為25mm，型號為左,其額定動載荷是7596N,所以強度足夠用。② 效率計算螺旋開角r=3176。39′ 摩擦角 φ=10′η=tgr/tg(r+φ)=tg3176。39′/tg(3176。39′+10′)=③ 剛度驗算橫向絲杠支撐方式如下圖4，,支撐間距L=450mm 橫向絲杠支撐圖滾珠絲杠受工作負載P引起的導(dǎo)程L0的變化量為：d=+2e2=25+255=其中 L0=5mm E=106N/cm2F=π（d/2）2==106 =106滾珠絲杠受扭距引起的導(dǎo)稱變化量很小，可以忽略，故Δ==三級精度絲杠允許誤差為15μm，所以剛度不夠，滾珠絲杠直徑亦不加大，采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則Q=+（+30+2）=ΔL=106=106Δ=106/=此時剛度夠用④ 穩(wěn)定性計算由于選用的絲杠直徑和以前機床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問題。：傳動比：i=φs/360=5/360=取 Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm =20176。 d1=48mm d2=100mm d1=52mm d2=104mm df1=43mm df1=95mm d=74mm(1)轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量=（180）230=cm2絲杠轉(zhuǎn)動慣量=445=cm2齒輪的轉(zhuǎn)動慣量=42= kgcm2=41042= kgcm2電動機轉(zhuǎn)動慣量忽略，總轉(zhuǎn)動慣量 J=1/22（JS+JZ2）+ JZ1+ JS=1/（+）++=cm2(2)所需轉(zhuǎn)動力矩計算 = =1000 = =416104/=m=cm = =1000100805= r/min=104/= Nm= kgfcm= =F’WS/2πηi=30= kgfcm=（）/2= kgfcm== kgfcm快速空載起動所需轉(zhuǎn)矩= + +=++= kgfcm切削時所需轉(zhuǎn)矩= +M+ +=+++= kgfcm快速進給時所需轉(zhuǎn)矩= =+=cm從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時=cm=：（一） 步進電機選用的基本原則 合理選用步進電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：1 步距角a 步距角應(yīng)滿足：式中 i傳動比系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。2 精度 步進電機的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用。所選用的步進電機應(yīng)滿足 式中 步進電機的積累誤差； 系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部分允許的角度誤差。3 轉(zhuǎn)距 為了使步進電機正常運行（不失步，不越步），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速度的要求，必須考慮： 1） 啟動力矩 一般啟動力矩選取為： 式中 電動機啟動力矩 電動機靜負載力矩。根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表72所示。為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)距，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的，如表73，表74，表75所示。表在參考文獻三2） 在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜栽力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性距之和。4 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足； 式中 極限啟動頻率； 要求步進電機最高啟動頻率。（二） 步進電機的選擇 1 CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知： =，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距為： 步進電機最高工作頻率 綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。 2 CA6140橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知： 所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距為： 步進電機最高工作頻率 為了便于設(shè)計和采購，仍然選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求經(jīng)濟型數(shù)控車床一般都配有四工位自動回轉(zhuǎn)刀架,它是據(jù)微機數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機床設(shè)備的需要,同時兼顧刀架機床上能夠獨立控制的需要而設(shè)計的?，F(xiàn)有自動回轉(zhuǎn)刀,其結(jié)構(gòu)主要有插銷式和端齒盤式。由于刀架生產(chǎn)廠家無一標準,因此,結(jié)構(gòu)、尺寸各異。由于目前使用較多的是端齒盤式四工位自動刀架,所以就選用端齒盤式四工位自動刀架。從自動轉(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動作。下面依次討論刀架要完成上述過程的設(shè)計原理。：利用螺紋傳動將旋轉(zhuǎn)運動變成軸向直線運動，從而達到抬起刀架的目的，在這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。在刀架的抬起過程中要防止刀架轉(zhuǎn)動這可通過設(shè)計一個帶有斜面的粗定位銷和定位銷槽的配合來完成，并使斜面間摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，大于上述轉(zhuǎn)動摩擦力矩。刀架由一個微電機通過傳動系統(tǒng)來帶動刀架的轉(zhuǎn)動，軸線是豎直的而轉(zhuǎn)速比起微電機來要慢的多，由于電機空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動軸線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動比較適合于這場合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動的動作原理是：當?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r由一個正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動刀架轉(zhuǎn)動，因此刀架的抬起運動和轉(zhuǎn)動由同一傳動系統(tǒng)來先后完成。 刀架轉(zhuǎn)過一定角度后要選位看一看轉(zhuǎn)到這個位置的刀具是否符合加工要求，這一切是由于微機程序來實現(xiàn)具體的說當?shù)都苻D(zhuǎn)動此位置時程序自動地將改位置的編碼與所需刀具編碼加以比較，若相同，該刀具就選定此位，否則再移動，重復(fù)上述過程。每次轉(zhuǎn)過的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來確定由于設(shè)計的四工位刀架，每次轉(zhuǎn)360/4=90；對于五方刀架，每次轉(zhuǎn)360/5=72；對于六方刀架，每次轉(zhuǎn)360/6=60度。刀架編碼位數(shù)也各不相同。對于四方刀架，由兩位二進制數(shù)即可表示完全，四個刀位編碼分別為00，01，10，11。對于五方刀架，必須由三位二進制數(shù)表示，即000，001，011，110，111。六方刀架編碼為000，001，011，100，110，111。刀架編碼信號的發(fā)出，是由于裝在隨刀架一起轉(zhuǎn)動的微機電源開關(guān)來實現(xiàn)的。微機開關(guān)的觸頭朝外，它的開頭狀態(tài)由一個內(nèi)表面凸輪來控制。凸輪實際上是只有一定半徑差的兩個內(nèi)圈弧表面。微動開關(guān)觸頭與小半徑差的兩個內(nèi)圓弧表面接觸，開關(guān)便接通；與大半徑內(nèi)圓弧表面接觸，開關(guān)便中斷與此對應(yīng)的信號分別是0和1。所需要的微動開關(guān)數(shù)目，等于編碼的位數(shù)。即四方刀架有兩個微動開關(guān)，五方和六方刀架各有三個微動開關(guān)。另外，刀架編碼信號并非刀架轉(zhuǎn)到此位置時才發(fā)出，而是提前發(fā)出的。刀具的選位位置由一個粗定位開關(guān)來控制的。當?shù)都苻D(zhuǎn)到某個刀位時，粗定位開關(guān)發(fā)信號，停轉(zhuǎn)，微機進行編碼比較，根據(jù)比較結(jié)果，或刀架選定此位，或繼續(xù)轉(zhuǎn)動。粗定位開關(guān)的通斷控制也是由一個類似于表面凸輪的定位槽來完成。刀架選定位置后，斜面插入斜面槽中，使之粗定位。然后微機控制使微電機反轉(zhuǎn)由于斜面銷的棘輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)，只是下降，再由精定位元件來精定位。精定位元件有若干中，常采用錐形定位銷定位，但是，如果只用一個定位銷定位，那么刀架的定位精度和定位剛度都不滿足。若用多個定位銷定位，定位銷孔的位置精度要求極高，加工難度較大。相比之下，端面齒盤定位的優(yōu)點較為明顯。端面齒盤來精定位齒盤齒廓部分的形狀精度可以從工藝上嚴加控制，再經(jīng)過反復(fù)對研，即可得到很高的精度，由于端面齒盤定位位多齒接觸，接觸面積大，因此它還有接觸剛度好，定位尺寸穩(wěn)定性好和壽命長等特點。此外，這種元件允許刀架下降時有一定角度誤差。因此，轉(zhuǎn)位刀架的精確定位最常用的是端齒盤結(jié)構(gòu)方式。定位完畢，需要壓緊刀架，才能安全可靠地工作，壓緊力是由刀架下降到底后，微電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生。壓緊力大小應(yīng)是切削力大小兩倍以上，而且應(yīng)能調(diào)整。當壓緊力達到調(diào)整數(shù)值時，使微電機停轉(zhuǎn)，且始終能保持這一壓力直到下一動作循環(huán)的開始。 本減速機構(gòu)設(shè)計成一級齒輪傳動的一級直齒圓柱齒輪減速器。由《經(jīng)濟型機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計》（張新義主編，北京：機械工業(yè)出版社， 第六章P335表6－32和表6－33已知電機功率為120w電機轉(zhuǎn)速為1400r/min 工作可靠30000次取為40000次換刀時間（270）） 設(shè)傳動比為i=μ=1. 選擇材料刀架為一般工作器，選常用材料及熱處理， 40cr表面淬火齒面硬度48－55HRC取中間值52HRC 計算許用應(yīng)力選用齒面精度等級為5級精度（GB10095－58） 初選小齒輪齒數(shù)Z1＝19 大齒輪齒數(shù)Z2＝i*Z1=*19= 取Z2＝88 實際齒數(shù)比μ＝Z2/Z1＝88/19= 齒數(shù)比誤差為|M理M實|/M理=||/＝％ 在允許范圍內(nèi)2．按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算公式按式（6－6）d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[σ]H)178。}? }}))0(1)確定計算參數(shù)T1＝10⒍P1/n1=10⒍10⒉按齒數(shù)z1＝19，z2＝88查表6－15得εα1＝ εα2＝則εα＝εα1＋εα2＝＋＝ 因是直齒輪εβ＝0故εγ＝εα＝查表6－7假設(shè)KaFt/b 取Kα＝據(jù)表6－6因為載荷穩(wěn)定電機驅(qū)動Ka＝ 據(jù)表6－9懸臂布置，取齒寬系數(shù)ψd＝據(jù)圖6－11查得Kβ180。＝ 試選Kvt＝（下標t表示試選）由式（6－2）K＝＝1=由表（6－8）查得＝由表（6－10）查得齒輪接觸疲勞強度極限（大小齒輪硬度相同） =1500Mpa計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)＝1400/604000=10⒍=10⒍/=10⒌由圖6－32查得＝ (不允許出現(xiàn)點蝕) ＝(不允許出現(xiàn)點蝕)由6－11取安全系數(shù)＝由圖6－24工作硬化系數(shù)＝許用接觸應(yīng)力==15001/=1600mpa ==15001/=1600mpa因為6－16＝=1600Mpa,所以＝1600Mpa由圖6－16查得Zε＝(2)計算d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[σ]H)178。}?＝重新校核，動載荷系數(shù)，齒輪速度V＝=π1400/(601000)=VZ1/100=19/100=查圖6－8得Kr＝修正：d1＝(Kv/Kvt)?d1t=() ?=模數(shù) m＝d1/Z=按表6－3取標準模數(shù)m＝1mm因此求得＝m＝119＝19mm ＝m＝188＝88mmb＝ψdd1＝19= 圓整取大齒輪寬度 b2＝13mm 小齒輪寬度 b1＝10mm 校核原設(shè)計KAFt/b查表6－7 Ft＝2T1/d=210178。/19=10178。NKAFt/b=115/13=符合原設(shè)計計算公式δF＝2KT1/bd1mYF2YS2Yε≤[δ]F查表6－20(19)得齒形系數(shù) YFα1=, YFα2=查圖6－21(20)得應(yīng)力修正系數(shù)=, =查圖6－10(21) 得彎曲疲勞強度極限（大小齒輪硬度相同）＝1000mpa取=2 (表6－11)（22）Yx＝1（由圖6－26（23）因M 5）查圖6－25（24）===10001/2=1250MPa=1250Mpa比較==小齒輪較軟應(yīng)該按小齒輪校核彎曲疲勞強度查圖6－22（26）得重合度系數(shù)＝ ==210189。/10191= =1250Mpa所以彎曲疲勞強度足夠（按《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》）(1) 分度圓直徑 ＝m*＝119＝19mm ＝m*＝188＝88mm(2) 齒頂高＝M＝11＝1mm(3) 齒根高＝（＋）M＝1=(4) 齒高h＝＋＝1＋=(5) 齒頂圓半徑＝＋2＝19＋2＝21mm＝＋2=88+21=90mm(6) 齒根圓半徑= 2=192== 2=882=(7) 中心距a=1/2(+)=1/2(+)=51mm(8) 齒寬=13 =15已知電動功率為120w，所設(shè)計的減速器齒輪的齒面精度為5級,傳動效率為 ％以上取η＝99％蝸桿的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)為＝601. 選擇材料蝸桿用40