【導(dǎo)讀】1．1數(shù)控雕銑機(jī)的概述·········································4. 1．2數(shù)控雕銑機(jī)和數(shù)控銑床的區(qū)別·······························4. 1．3數(shù)控雕銑機(jī)和數(shù)控雕刻機(jī)的區(qū)別·····························5. 1．4數(shù)控雕銑機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀···································6. 典型數(shù)控雕銑機(jī)的介紹·······························6. 2．4040S數(shù)控模具雕銑機(jī)的簡(jiǎn)介·····································7. 2．14040S數(shù)控模具雕銑機(jī)的工藝范圍··························8. 2．24040S數(shù)控模具雕銑機(jī)的特點(diǎn)······························8. 2．34040S數(shù)控模具雕銑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)·······················8. 3．4040S數(shù)控模具雕銑機(jī)布局設(shè)計(jì)方案································9. 3．1機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)··········································9. 3．2設(shè)計(jì)方案分析········································&#

　　

【正文】 代入 式（ 16） 得 Dn =DPWnm =1500=38100＜ 70000 合格 14）基本軸向額定靜載荷 Coa驗(yàn)算 fsFamax ≤Coa （ 17） 式中： Coa：滾珠絲杠副的基本軸向額定靜載荷 （ N） 。查 [14]表 P38，可得 Coa =23600N fs：靜態(tài)安全系數(shù)。一般載荷 fs=1～ 2，有沖擊或振動(dòng)的載荷 fs=2～ 3 Famax：軸向最大載荷 （ N） fsFamax==1047 23600 校驗(yàn)合格 15） 強(qiáng)度驗(yàn)算 22 m ax14 adF???????? （ 18） 式中 : ?????:許用應(yīng)力 （ N/mm2） 。根據(jù) 滾珠絲杠 材料 OCr13，查 [21]，可知 ?????=390 MPa 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 代入 式（ 18 ） 得 2214 d???????= 2139 0 21 .94 ?? ? ?=146907N； Fmax = 顯然 2214 d???????Famax 強(qiáng)度滿足 滾珠絲 杠副選擇的主要計(jì)算值 表 63 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph=5mm 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm=1500r/min 當(dāng)量載荷 Fm= 預(yù)期額定動(dòng)載荷 Cam= 最小螺紋直徑 D2m≥ 滾珠絲杠副預(yù)緊力 Fp=233N 行程補(bǔ)償值 C=6μm 預(yù)拉伸力 Ft=233N 絲杠長(zhǎng)度 L=500mm 絲杠最小抗壓剛度 Ksmin=211N/μm 絲杠最大抗壓剛度 Ksmax=330N/μm 極限轉(zhuǎn)速 nc=53290 n/min 基本軸向額定靜載荷 Coa =23600N Z 向進(jìn)給伺服電機(jī)功率的計(jì)算及選擇 1） 建立計(jì)算模 型 ? 三維 結(jié)構(gòu) 示意圖 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 圖 61 計(jì)算模型三維結(jié)構(gòu)示意圖 ? 計(jì)算模型 圖 62 計(jì)算模型 2）加減速時(shí)間計(jì)算 ? 進(jìn)給速度 ： V=2m/min ? 進(jìn)給 時(shí)間： tm= ? 行程 : l=150mm 加速 時(shí)間： ta (s) 減 速 時(shí)間： td (s) 當(dāng) ta= td時(shí) ： 圖 63 速度變化曲線 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 ? ?116 0 2 226 0 22 2 26 0 260a c da c dc a d a dLmaVl t t tt t tVt t t t tVVtt??? ? ? ? ????????? ? ? ???? 代入已知條件得： ? ?20 . 1 5 4 . 6 0 . 160 aat t s? ? ? 3）換算到電機(jī)軸負(fù)載慣量的計(jì)算 ? 滾珠絲杠的慣量 2 6108BBMDJ ??? （ 19） 其中， BM ：滾珠絲杠重量。 BM =ρ V =ρ π 24D L （ 20） L：滾珠絲杠直徑。 由表 63， L= D ：滾珠絲杠直徑。查 [14]表 P38，可知 D =20mm 代入 式（ 20） 得 BM = 103 π ≈ 代入 式（ 19） 得 ? ?2 6 5 21 . 9 2 0 1 0 9 . 5 1 0 k g m8BJ ???? ? ? ? ? 負(fù)載的慣量 2 6102wBPJ M J???? ? ?????? （ 21） 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 其中， M ：負(fù)載質(zhì)量。 M =（ +10+） kg≈ P ： 滾珠絲杠導(dǎo)程 。 P =5mm 代入 式（ 21） 得 ? ?262570. 8 1021. 40 kg mwwJJ? ? ?????? ? ? ? ?? ? ? ???????? ? ? ?? ? 換算到電機(jī)軸負(fù)載慣量 ? ?212LWJ i J J J? ? ? ? （ 22） 其中， i ： 減速比 。因無減速器，所以 i =1 1J 、 2J ：中間機(jī)構(gòu)的慣量。應(yīng) 沒有采用減速機(jī)構(gòu) ，因此 1J =2J =0 代入得 ? ?21 .4 0 k g mLwJJ ??? ? ? ? ? 4）負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 ? 對(duì)外力的轉(zhuǎn)矩 3102W PT M g ???? （ 23） 其中， M ：外作用力。 M =（ +10+） kg≈ P ： 滾珠絲杠導(dǎo)程 。 P =5mm 代入 式（ 23） 得 ? ?357 0 . 8 9 . 8 1 0 0 . 5 52WT N m?? ? ? ? ?? ? 換算到電機(jī)軸負(fù)載 轉(zhuǎn)矩 LWiTT? ? （ 24） η：效率。電機(jī)與絲杠采用彈性聯(lián)軸器連接，其 η= 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 則 ? ?1 0 . 5 5 0 . 5 6LT N m??? ?? ? 5） 旋 轉(zhuǎn)數(shù)的計(jì)算 1M VN Pi?? （ 25） MN ： 電機(jī) 所需轉(zhuǎn)速 （ r/min） V：進(jìn)給速度 （ m/min） 。已知 V=2 m/min P ： 滾珠絲杠導(dǎo)程 。 P =5mm i ： 減速比 。因無減速結(jié)構(gòu) ，所以 i =1 代入得 2 4 0 0 / m in0 .0 0 5MNr?? 6）電機(jī)的初步選定 ? 定電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量為負(fù)載的 130 以上的電機(jī) MJ ＞ ? ?4 621 .4 0 1 0 4 .6 6 1 0 k g m3 0 3 0LJ ? ??? ? ? 初步選 臺(tái) 達(dá) ASMT L250，規(guī)格：低慣量 400W。 額定轉(zhuǎn)速 N： 3000（ r/min） 額定轉(zhuǎn)矩 WT ： （ N m） 瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩 T： （ N m） 電動(dòng)機(jī)慣量 MJ ： ? ? 4 10 kg m?? ? 選定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 ASMT L250 的額定轉(zhuǎn)矩 ? ? N m? ? ? ? ?1. 27 0. 8 0. 56WLT N m T N m? ? ? ? 7）加減速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 ? ?442602 4 0 0 1 . 4 0 1 00 . 3 4 1 0 0 . 0 76 0 0 . 1MLAMaNJTJtNm??????? ?????????? ? ? ???? ?????? 8）瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩、有效力矩的計(jì)算 ? 必要的瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為 T1 ? T1=TA+TL=（ +） Nm= ? T2=TL= ? T3=TLTA= ? 有效轉(zhuǎn)矩 Trms ? ?2 2 21 2 32 2 20 . 6 3 0 . 1 0 . 5 6 4 . 4 0 . 4 9 0 . 14 . 60 . 5 6a c dr msmT t T t T tTtNm???? ? ? ? ??? 9)校驗(yàn) ? 負(fù)載慣量 ? ?21. 04 k g mLJ ??? ? ??＜ 420 .3 4 1 0 k g m???MJ ] [適用的慣量比 =30] ? 條件滿足 ? 有效轉(zhuǎn)矩 ? Nm＜ ? Nm ? 條件滿足 ? 瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩 T1=＜ T= ? 條件滿足 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37 ? 最大轉(zhuǎn)數(shù) 40 0 /minMNr? ＜ N=3000(r/min) ? 條件滿 足 經(jīng)校驗(yàn) ,所選電機(jī)符合要求。 伺服電機(jī)主要計(jì)算 值 表 64 負(fù)載慣量 JL=104kg m2 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL= M 有效轉(zhuǎn)矩 Trms= M 瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩 T1= N M 最大轉(zhuǎn)速 NM=400r/min 7 數(shù)控編程軟件 Mastercam 的簡(jiǎn)介 Mastercam是一套全面服務(wù)于制造業(yè)的數(shù)控加工軟件，它包括設(shè)計(jì)（ design）、車削 (lathe) 、銑削 (mill) 、線切割 (wire) 4 個(gè)模塊。其中設(shè)計(jì)模塊主要用于繪圖和加工零件的造 型；車削模塊主要用于生成車削加工的刀具路徑；銑削模塊主要用于生成銑削加工的刀具路 徑； 線切割模塊主要用于生成電火花線切割的加工路 徑。其中后 3個(gè)加工模塊內(nèi)也包括設(shè)計(jì)模塊的完整設(shè)計(jì)功能 。 Mastercam無論是在 幾何建模還是二維、三維編程 方面 ，都提供了強(qiáng)大的功能。 圖 71 3KW 主軸安裝座加工面 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38 圖 72 滑塊 加工面 在 運(yùn)用 Mastercam時(shí)，先將 UG 建模的圖轉(zhuǎn)換成為 igs 格式的文件，然后將 igs文件導(dǎo)入 Mastercam軟件。然后在 Mastercam軟 件中，進(jìn)行預(yù)處理，再選擇加工表面。 在模擬加工時(shí)，選擇的加工表面是 3KW 主軸安裝座上與滑塊的安裝面 如圖 71所示 。 同時(shí)設(shè)定 直徑為 10的立銑刀、主軸轉(zhuǎn)速為 1000rpm、進(jìn)給速度為 500mm/min、退刀高度為 10mm、每刀切削深度為 等加工參數(shù)來完成 模擬加工。具體加工程序參見附錄。 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 39 小結(jié) 本次 4040S 數(shù)控雕銑機(jī) 電主軸系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) ， 讓我 了解 了主軸部分 的工作原理，伺服電機(jī) 的傳動(dòng)方式。同時(shí) 對(duì) 各零 部件 進(jìn)行合理的 設(shè)計(jì) 選擇 。 Z向作為 主傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一。 為實(shí)現(xiàn)其加工時(shí)的 高速銑削 采用 銑削電主軸 ，其最高轉(zhuǎn)速可 達(dá) 24000r/min來滿足 雕銑加工的需要 。 電主軸系統(tǒng)主要由三大部分組成： 3KW主軸安裝座、 Z向滑塊、 Z向拖板。 Z向進(jìn)給主要通過伺服電 機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過聯(lián)軸器傳遞給滾珠絲杠 來實(shí)現(xiàn)其直線 往復(fù)的 運(yùn)動(dòng) ， 實(shí)現(xiàn) Z向 的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) （ 帶動(dòng)滑塊和拖板 ） 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué) 學(xué)習(xí)的最后 一 個(gè) 部分。 是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一次 復(fù)習(xí)和融會(huì) ，也是對(duì)新知識(shí)的一次探索。在 本次 4040S 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中，讓我在復(fù)習(xí)過去相關(guān)機(jī)械類知識(shí)的同時(shí)也掌握了一些新的知識(shí)。譬如對(duì)電主軸的了解，因?yàn)橐郧爸唤?觸過數(shù)控銑床、數(shù)控車床和加工中心 ，所以對(duì)電主軸的概念幾乎沒有。通過這次設(shè)計(jì)，查閱相關(guān)電主軸的資料， 使 我對(duì)電主軸有 了 清晰 的認(rèn)識(shí) ——從電主軸的基本結(jié)構(gòu)、支承類型、潤(rùn)滑、冷卻 及其選用 。 在這個(gè)過程中，提高了自己查找資料，準(zhǔn)確地找到自己所需知識(shí)點(diǎn)的能力 。 此 外，學(xué)到了很多以前書本上學(xué)不到的知識(shí)，這些知識(shí) 是對(duì) 以前學(xué)的理論知識(shí) 的擴(kuò)充 。 同時(shí) 鞏固了測(cè)繪，運(yùn)用 AutoCAD、 UG繪圖的技能。 因?yàn)楸敬蔚脑O(shè)計(jì)是 4 個(gè)人一組來完成 4040S 數(shù)控雕銑機(jī)的整體設(shè)計(jì)，每個(gè)人負(fù)責(zé)一部分，分別設(shè)計(jì)電主軸系統(tǒng)、工作臺(tái)、橫梁及床身。所以，在聯(lián)接部分 就需要我們共同協(xié)商， 來 使我們所設(shè)計(jì)的 4040S 數(shù)控雕銑機(jī)機(jī)床更加合理。所以，在許多問題上，我們都做了相互之間的溝通，共同協(xié)作解決疑難問題， 培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)精神，為今后的工作奠定一定的基礎(chǔ)。 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 致謝 在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì) 過程 中得到了教師的悉心指導(dǎo)，正是由于老師不辭辛苦的耐心講解、檢查，幫我改正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤與不妥之處，我的此次設(shè)計(jì)才能順利完成。在這里表示衷心的感謝！ 也感謝我的同組同學(xué)予 于 我的幫助。 數(shù)控雕銑機(jī)電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41 參考文獻(xiàn) [1] 吳玉厚 ．電主軸單元技術(shù) [M]．北京 :工業(yè) 出版社， 2021 [2] 文懷興，夏田 ．?dāng)?shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [3] 文懷興． 數(shù)控銑床設(shè)計(jì) [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [4] 戴曙 ． 金屬切削機(jī)床 [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1993 [5] 林宋，田建君 ． 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [6] 韓鴻鸞 等 ． 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與維修 [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [7] 陳錫渠 ．金屬切削原理與刀具 [M]．北京：北京大學(xué)出版社 中