【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 說(shuō)明工作臺(tái)重量：30kg時(shí)間常數(shù) ：T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm行程：L=226mm脈沖當(dāng)量：δp=步距角：φ=176。/step快速進(jìn)給速度： =1m/min加工最大直徑：φ210mm刀架快移速度：最大進(jìn)給速度：主電機(jī)功率：：橫向進(jìn)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(shí)=== ===：① 強(qiáng)度計(jì)算對(duì)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(dòng)負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如。滾珠絲杠參照江漢機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為25mm，型號(hào)為左,其額定動(dòng)載荷是7596N,所以強(qiáng)度足夠用。② 效率計(jì)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(yàn)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(fù)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(jí)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(shí)剛度夠用④ 穩(wěn)定性計(jì)算由于選用的絲杠直徑和以前機(jī)床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。：傳動(dòng)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(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=（180）230=cm2絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=445=cm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=42= kgcm2=41042= kgcm2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=1/22（JS+JZ2）+ JZ1+ JS=1/（+）++=cm2(2)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)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(dòng)所需轉(zhuǎn)矩= + +=++= kgfcm切削時(shí)所需轉(zhuǎn)矩= +M+ +=+++= kgfcm快速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩= =+=cm從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)=cm=：（一） 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過(guò)分析才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)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(dòng)比系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。2 精度 步進(jìn)電機(jī)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(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)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(shí)用。所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足 式中 步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。3 轉(zhuǎn)距 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步，不越步），正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速度的要求，必須考慮： 1） 啟動(dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為： 式中 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表72所示。為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)距，是步進(jìn)電機(jī)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(xiàn)三2） 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜栽力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性距之和。4 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足； 式中 極限啟動(dòng)頻率； 要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。（二） 步進(jìn)電機(jī)的選擇 1 CA6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 為滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知： =，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為： 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。 2 CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為： 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍然選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般都配有四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,它是據(jù)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備的需要,同時(shí)兼顧刀架機(jī)床上能夠獨(dú)立控制的需要而設(shè)計(jì)的。現(xiàn)有自動(dòng)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(wú)一標(biāo)準(zhǔn),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(dòng)刀架,所以就選用端齒盤式四工位自動(dòng)刀架。從自動(dòng)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(dòng)完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動(dòng)作。下面依次討論刀架要完成上述過(guò)程的設(shè)計(jì)原理。：利用螺紋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成軸向直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)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(guò)程中要防止刀架轉(zhuǎn)動(dòng)這可通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)帶有斜面的粗定位銷和定位銷槽的配合來(lái)完成，并使斜面間摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，大于上述轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩。刀架由一個(gè)微電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)帶動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線是豎直的而轉(zhuǎn)速比起微電機(jī)來(lái)要慢的多，由于電機(jī)空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動(dòng)比較適合于這場(chǎng)合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作原理是：當(dāng)?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r(shí)由一個(gè)正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)，因此刀架的抬起運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)由同一傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)先后完成。 刀架轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后要選位看一看轉(zhuǎn)到這個(gè)位置的刀具是否符合加工要求，這一切是由于微機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的說(shuō)當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動(dòng)此位置時(shí)程序自動(dòng)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(dòng)，重復(fù)上述過(guò)程。每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來(lái)確定由于設(shè)計(jì)的四工位刀架，每次轉(zhuǎn)360/4=90；對(duì)于五方刀架，每次轉(zhuǎn)360/5=72；對(duì)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(duì)于四方刀架，由兩位二進(jìn)制數(shù)即可表示完全，四個(gè)刀位編碼分別為00，01，10，11。對(duì)于五方刀架，必須由三位二進(jìn)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(hào)的發(fā)出，是由于裝在隨刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng)的微機(jī)電源開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。微機(jī)開關(guān)的觸頭朝外，它的開頭狀態(tài)由一個(gè)內(nèi)表面凸輪來(lái)控制。凸輪實(shí)際上是只有一定半徑差的兩個(gè)內(nèi)圈弧表面。微動(dòng)開關(guān)觸頭與小半徑差的兩個(gè)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(duì)應(yīng)的信號(hào)分別是0和1。所需要的微動(dòng)開關(guān)數(shù)目，等于編碼的位數(shù)。即四方刀架有兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，五方和六方刀架各有三個(gè)微動(dòng)開關(guān)。另外，刀架編碼信號(hào)并非刀架轉(zhuǎn)到此位置時(shí)才發(fā)出，而是提前發(fā)出的。刀具的選位位置由一個(gè)粗定位開關(guān)來(lái)控制的。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到某個(gè)刀位時(shí)，粗定位開關(guān)發(fā)信號(hào)，停轉(zhuǎn)，微機(jī)進(jìn)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(dòng)。粗定位開關(guān)的通斷控制也是由一個(gè)類似于表面凸輪的定位槽來(lái)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(jī)控制使微電機(jī)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(lái)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(gè)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(gè)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(diǎn)較為明顯。端面齒盤來(lái)精定位齒盤齒廓部分的形狀精度可以從工藝上嚴(yán)加控制，再經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)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(zhǎng)等特點(diǎn)。此外，這種元件允許刀架下降時(shí)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(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)壓緊力達(dá)到調(diào)整數(shù)值時(shí)，使微電機(jī)停轉(zhuǎn)，且始終能保持這一壓力直到下一動(dòng)作循環(huán)的開始。 本減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成一級(jí)齒輪傳動(dòng)的一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器。由《經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》（張新義主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 第六章P335表6－32和表6－33已知電機(jī)功率為120w電機(jī)轉(zhuǎn)速為1400r/min 工作可靠30000次取為40000次換刀時(shí)間（270）） 設(shè)傳動(dòng)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(jì)算許用應(yīng)力選用齒面精度等級(jí)為5級(jí)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(shí)際齒數(shù)比μ＝Z2/Z1＝88/19= 齒數(shù)比誤差為|M理M實(shí)|/M理=||/＝％ 在允許范圍內(nèi)2．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式按式（6－6）d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[σ]H)178。}? }}))0(1)確定計(jì)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?yàn)檩d荷穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(biāo)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(qiáng)度極限（大小齒輪硬度相同） =1500Mpa計(jì)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(diǎn)蝕) ＝(不允許出現(xiàn)點(diǎn)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?yàn)?－16＝=1600Mpa,所以＝1600Mpa由圖6－16查得Zε＝(2)計(jì)算d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[σ]H)178。}?＝重新校核，動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)KAFt/b查表6－7 Ft＝2T1/d=210178。/19=10178。NKAFt/b=115/13=符合原設(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)度查圖6－22（26）得重合度系數(shù)＝ ==210189。/10191= =1250Mpa所以彎曲疲勞強(qiáng)度足夠（按《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》）(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(yuǎn)＝＋＝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(dòng)功率為120w，所設(shè)計(jì)的減速器齒輪的齒面精度為5級(jí),傳動(dòng)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