【文章內(nèi)容簡介】 172? ? ? cm?? 6. 最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 依據(jù)文獻《實用機床設計手冊》上，有： （ 1） 對于在最大切削力下工作時所需要電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： 洛陽理工學院畢業(yè)設計 12 ~ ax 切MM j ? ~? 37 1 ~ 61 8N cm?? （ 2） 對于空載起動時所需要的電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： 2max 起MM j ? ? cm?? 由（ 1）和（ 2） 可知，以計算得： max1jM 恒大于 2maxjM 所以就以 1maxjM 作為選取步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進電機為 110BF003 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為： m ax 1689 jN cm M?? 所以初選的步進電機型號符合要求。 7. 步進電機動載荷矩頻特性和運行矩頻特性 由《數(shù)控技術(shù)》得：動矩 頻特性： PVf ?601000 maxmax ? 1000 ?? ?=4167Hz 運行矩頻特性： PSe Vf ?601000? 其中： eV 最大切削力下的進給速度 )min(m ，可取最高進給速度 max minVm? 的 31~21 ，現(xiàn)取中間值，即 m a x7 1 .4 6 m in12SV V m?? 。 所以： ef? 1000 ?? ? =2431Hz 由步進電機 110BF004的矩頻特性和運行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進電機在起動時力矩是滿足要求的。 所以最終就確定步進電機的型號為： 110BF004 反應式步進電動機。 洛陽理工學院畢業(yè)設計 13 絲杠設計 1. 絲杠副工作負荷計算及絲杠型號的選擇 工作臺的進給運動是由步進電動機由一級消隙齒輪經(jīng)滾珠絲杠螺紋副，帶動工作臺移動。其中在縱向（Ｘ軸）進給系統(tǒng)的改 造布置中，滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺上，隨工作臺移動。步進電動機經(jīng)降速齒輪和滾珠絲杠的螺母固定在床鞍上，通過滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)工作臺與床鞍之間的相對移動。滾珠絲杠螺母副，它的特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動元件，以減少摩擦，絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。 滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點有： （ 1） 傳動效率高，摩擦損失小，使用壽命長。 （ 2）給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，防止失步；定位精度高，剛度好。 （ 3）有可逆性 絲杠和螺母都可以作為主運動件，故可以從 旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。 （ 4）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。 X52K 機床的主要技術(shù)規(guī)格：如下表所示 表 21 X52K基本技術(shù)規(guī)格 主軸端面到工作臺的距離 maxd 400mm mind 30mm 主軸軸線到床身垂直導軌面的距離 350mm 面積： 寬長 320 1250mm 最大縱向行程手動（機動） 700（ 680） mm 最大橫向行程手動（機動 ） 260（ 240） mm 最大升降行程手動（機動） 370（ 350） mm 進給級數(shù) 18 級 進級量范圍 縱向： ～ 1180mm/min 橫向： 15 ～ 786mm/min 垂直： 8 ～ 394mm/min 孔徑 29mm 主軸孔錐度 7： 24 洛陽理工學院畢業(yè)設計 14 刀桿公稱直徑 32 ～ 50 mm 轉(zhuǎn)速級數(shù) 18 級 轉(zhuǎn)速范圍 30 ～ 1500r/min 軸向調(diào)整距離 70 mm 主軸電動機功率 工作臺進給電動機功率 最大工件質(zhì)量 150 Kg 機床進給部件重量 橫向 4410N 縱向 2200N 機床進給部件參數(shù)初選： 縱向工作臺及夾具重量： Gx = 2200 N（估計值） 滾珠絲杠的基本導程： 0L = 8mm 螺紋升角： 39。0393 行程： S= 680mm（最大縱向行程） 快速進給速度：取 maxV = （經(jīng)驗值） 現(xiàn)在根據(jù)最大當量動載荷計算公式： awxm f fFLC 3? 式中： wf 運轉(zhuǎn)系數(shù)，取 ? af 精度系數(shù)，取 ?af xF 絲杠所受軸向載荷（ N ）， 1903xFN? L 壽命值，可據(jù)公式 61060nTL? n 為絲杠平均轉(zhuǎn)速（ r / min） 11000 * * 28? = r/min 式中： 01000SVn L?洛陽理工學院畢業(yè)設計 15 SV 最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度 m ax ( m in )V mm? 的 12 則： 61060nTL? T 使用壽命時間，據(jù)查《經(jīng)濟型數(shù)控機床設計手冊》取 T=15000小時 L 66 0 1 5 6 .3 1 5 0 0 010??? ≈ 從而， awxm f fFLC 3? 3 1 4 0 .6 2 5 1 9 0 3 1 .20 .9??? 13194N? 2. 銑削力 CF 的計算 現(xiàn)在以工作壽命和實際加工過程中的最大銑削力為基礎(chǔ)進行設計計算，以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠。 工件材料為 ： 40Gr 鍛件并調(diào)質(zhì) 銑削寬度 ea ： 22 mm 銑削深度 pa ： 5 mm 刀具直徑 d ： 32? mm 每齒切厚 zf ： mm/Z 刃齒數(shù) Z ： 4 刀具材料為 ：高速剛立銑刀 據(jù) 171。機床設計手冊 187。 有公式： ???????? dZafaF pZeC ???????? ≈ 1500N 3. 滾珠絲杠所受的平均軸向載荷 mF 的計算 用高速鋼立銑刀逆銑合金剛時 ,工件的切削力可查 171。數(shù)控機床 書 187。中得 : 縱向進給力 fF 1~CFF ? （取中間值： ） 洛陽理工學院畢業(yè)設計 16 fF= cF = 1500=1650N 橫向進給力 eF ~ CFF ? （取中間值： ） eF = cF = 1500= 垂直進給力 fNF ~ CFF ? （取中間值： ） fNF = cF = 1500=375N 故可知在插補平面內(nèi)的合力為 : 22 efr FFF ?? =1734N 那么絲杠所受的平均工作載荷： 22 1 7 4 3 1 1 6 233mrF F N? ? ? 所以絲杠軸向所受載荷 Fx ： Fx ＝ )(39。 om FmgF ?? ?? 其中 oF 為橫向分力 oF = cF =1275N Mg 為縱向工作臺及夾具重量 Mg =2200N ? 為顛覆力矩影響系數(shù) ? 取 M 為當量摩擦系數(shù) M 取 那么 xF = 1162 + (2200+1275) =1903N 根據(jù)《機床設計手冊》得， 故可選絲杠型號為： 5008FFZD （內(nèi)循環(huán)浮動返向器）， 5008FFZD 的基本尺寸為： 公稱直徑： od =50mm， 螺距： oL =8mm 剛球直徑： qd =5mm， 螺紋升角， ? = 39。339? 絲杠外徑， d = od (～ ) qd = 螺紋底徑， 1d =30mm 其動載荷 aC =25000 mC =13194N 故選擇符合要求，絲杠可用。 4. 傳動效率 ? 的計算 洛陽理工學院畢業(yè)設計 17 根據(jù)《機械設計原理》滾珠絲杠的傳動效率η的計算公式為： ? ??? ?? ?? tantan 式中： ? 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知， ? = 39。339? ? 摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角θ≈ 10′ 則可得： )01392ta n( 393ta n 39。39。??? ??? =97% 5. 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負荷 xF 引起的導程的變化量： 01 LFL X??? /EF 其中：彈性模量對于鋼為： E=21ⅹ 26 /10 cmN 滾珠絲杠橫截面積： F（ 2cm ） 而： F=22322d ??? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? =94 2cm 則： 01 LFL X??? /EF 661 9 0 3 0 . 8 1 0 . 2 1 02 1 1 0 7 . 1 ??? ? ? ? ???cm 滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量 2L? 很小，可以 忽略，故 1LL ??? ； 故導程的變形誤差為： 11 0 0 1 0 0 1 0 .20 .8oLLL? ? ? ? ?= m? /m 查表得 E 級精度絲杠所允許的螺紋無廠誤差（ 1m長）為 15 m? /m ，故剛度足夠。 6. 穩(wěn)定性的驗算 由于縱向（ X軸）的滾珠絲杠兩端采用的是滾珠絲杠螺紋副固 定，絲杠一般不會受壓，又由于機床的原普通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能洛陽理工學院畢業(yè)設計 18 滿足要求。 7. 臨界轉(zhuǎn)速的驗算 由計算得已知絲杠平均工作轉(zhuǎn)速為： 156 .3 m in 100 m inn r r?? 因此，必須進行臨界轉(zhuǎn)速的驗算，即：crccr flAEIfnn 22m a x30???? 其中式中符號表示： mazn 絲杠的最大轉(zhuǎn)速：m a x01000 1 0 0 0 * 2 .5 3 1 2 .5 m in8m a z VnrL? ? ? 2f 絲杠支承方式系數(shù)取 ?f （因為沒有受壓） r =9910 2222cfdL 2d = od qd = 5 = 34mm 絲杠的長度。 l = 工作最大行程 + 螺母長度 + 兩端余 量（取 40mm） 螺母長度由《機床零部件設計》上可查得，絲杠設計部分 l = 680 + （ 131 + 40） 2 = 680 + 342 = 1022mm 支撐跨距 1l 應略大于 l 取 1l = 1100 臨界轉(zhuǎn)速計算長度 cL = 680 + 131 + 40 + 1100 10222? = 811 + 40 + 39 = 890mm 24 .7 3 0 .0 3 49910 0 .8 9 2r ??? =9533 /minr 可見滿足： m a x 3 1 2 .5 / m inr n r?? 所以滿足穩(wěn)定性的要求 ， 故可選絲杠型號為： 5008FFZD （內(nèi)循環(huán)浮動返向器） 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計 19 齒輪設計 1. 齒 輪材料的選用及許用應力： 由于閉式齒輪主要失效形式是齒面點蝕和輪齒折斷，因此按照齒面接觸強度來設計來計算，最后校合彎曲強度。初選 7 級精度。 查《機械設計基礎(chǔ)》，取小齒輪材料為 45鋼；則齒輪硬度為 220HBS。 大齒輪也采用 45鋼，其齒輪硬度為 180HBS。 由于： ?1limH? 560Mpa， ?2limH? 530Mpa 取 ?HS [ 1H? ]= ?HHS?=509Mpa [ 1H? ]= ?HHS?=482Mpa 又 MPaF 1901lim ?? ， MPaF 1701lim ?? 取 ? ? ? l i m 11 190 1361 . 4FF F M P aS?? ? ? ? ? ? l i m 22 170 1211 . 4FF F M P aS?? ? ? ? 2. 齒輪傳動設計的有關(guān)計算： 由于初選的步進電動機（ 110BF004）的系統(tǒng)脈沖當量為 p? =。 步距角為： ? ?? 絲杠導程為： 8oL mm? 如果不采取齒輪傳動，那么每個脈沖對應的絲杠螺母傳動的距離為： ?? =8 ? =脈沖當量 所以需要有減速機構(gòu)，也就是要設計齒輪減速。 采用減速齒輪具有如下特點： （ 1） 便于配置出所要求的脈沖當量 （ 2） 減小工作臺以及絲杠折算到電動機軸上的慣量 （ 3） 放大電動機輸出扭矩，即增大工作臺的推力 但采用減速齒輪會帶來額外的傳動誤差，使機床的快速移動速度降低，并且洛陽理工學院畢業(yè)設計 20 其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動慣量，這些應引起注意。 3. 直齒圓柱齒輪副的計算 （ 1）計算減速器的傳動比 由 stepmmP ?? 和步距 角為： ??b? ，絲杠導程為： mmLo 8? 則傳動比： PbLi ??