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數(shù)控銑床設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))-文庫(kù)吧資料

2024-08-20 11:18本頁(yè)面
  

【正文】 、 耐 磨 性 選 擇 。 但 各 種 各 樣 鋼 材 的 彈 性 模量 幾 乎 一 樣 。 因 此 , 強(qiáng) 度 一 般 不 是 我 們 選 材 的 依 據(jù) 。材 料 的 熱 處 理 。 懸 伸 量 應(yīng) 盡 量 小 一 些 。為 了 提 高 剛 度 , 主 軸 的 直 徑 應(yīng) 該 略 微 大 一 些 。 主 軸 受 到 刀 具 切 削 時(shí) 所 受 到 的 切 削 力 , 在機(jī) 床 ( 含 數(shù) 控 機(jī) 床 ) 上 轉(zhuǎn) 速 變 化 范 圍 又 很 大 。 生 產(chǎn)中 對(duì) 機(jī) 床 主 軸 的 要 求 , 有 著 與 一 般 傳 動(dòng) 軸 要 求 的 相 似 之 處 : 都 要 保 證 在 要 求的 轉(zhuǎn) 速 的 情 況 下 下 傳 遞 要 求 的 轉(zhuǎn) 矩 , 保 證 軸 承 和 軸 上 的 傳 動(dòng) 件 在 正 常 工 作 條件 工 作 。 機(jī) 床 在 工作 的 時(shí) 候 , 由 主 軸 帶 動(dòng) 著 工 件 ( 車 床 ) 或 者 刀 具 直 接 參 加 工 件 表 面 的 成 型 運(yùn)第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 19 動(dòng) 。axjT? 主軸設(shè)計(jì) 軸 設(shè) 計(jì) 分 析主 軸 的 相 關(guān) 的 組 件 構(gòu) 成 了 機(jī) 床 的 重 要 組 成 部 分 。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 42BYG250BSASSML,由表查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 = m。 另 外 , 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 也 將 會(huì) 引 起 步 進(jìn)電 機(jī) 的 定 位 誤 差 。(1)電機(jī)與絲杠是通過(guò)套筒聯(lián)軸器直接相連,傳動(dòng)比 i=1,則步距角stepiTip /??????(2)移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算機(jī)床移動(dòng)部件的質(zhì)量等效到電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量 2221 )()80( cmkgWJp ???????機(jī)床絲杠對(duì)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下 4 ,2122 ldvmrJs ?????第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 16 代入數(shù)據(jù)得 , ,?? 所以 ??因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ????(3)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算電機(jī)空載快速啟動(dòng)時(shí)所需力矩計(jì)算公式如下: 0maxMf??機(jī)床最大的切削負(fù)載所需力矩的計(jì)算公式如下: tf0機(jī)床快速進(jìn)給工作時(shí)所需的力矩計(jì)算公式如下: 0Mf??式 中 Mamax步 進(jìn) 電 機(jī) 空載啟動(dòng)等效到電機(jī)軸上加速度力矩 Mf 步 進(jìn) 電 機(jī) 等 效 到電機(jī)軸上的摩擦力的矩 M0由 電 機(jī) 絲 杠 的 預(yù) 緊 引 起 的 折算到電機(jī)軸的附加的摩擦力矩 Mat機(jī) 床 工 作 時(shí) 等 效 到 步 進(jìn) 電 機(jī) 軸上的加速度的力矩 Mt機(jī) 床 正 常 工 作 時(shí) 等 效 到 電 機(jī) 軸上得到的切 削 力矩電 機(jī) 最 高 轉(zhuǎn) 速 nmax=500r/min cmN????????? 第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 17 min/50412n1 rTiV????等效摩擦力的矩計(jì)算公式如下所示 iLGfiF????2M00f當(dāng) =,f= 時(shí),? cmNMf ????. iLP ????? )9.(.1)1(2 2200?? cNiFft ??因此機(jī)床空載情況下快速啟動(dòng)需要的力矩計(jì)算如下: 代入數(shù)據(jù)得0maxMf?? cmN??機(jī)床最大的切削負(fù)載所需力矩代入數(shù)據(jù)如下:=++=??0 c?機(jī)床快速進(jìn)給工作時(shí)所需的力矩代入數(shù)據(jù)計(jì)算如下=+=??cm?N顯 然 由上述計(jì)算得知:電機(jī)所需最大的力矩取在切削工作進(jìn)行時(shí)即 cmNM?為滿足工作要求,電機(jī)選用的工作方式為兩相四拍,查表得第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 18 ?jmqM電 動(dòng) 機(jī) 的 啟 動(dòng) 所 需 力 矩 電 動(dòng) 機(jī) 的 靜 載 荷 力 矩q jmMcN???.步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的最大頻率為 ????另 外 , 為 了 防 止 在 機(jī) 床 加 工 的 過(guò) 程 中 在 某 些 地 方 需 要 停 止 時(shí) 而 產(chǎn) 生 的 少量 滑 動(dòng) 從 而 影 響 零 件 的 使 用 壽 命 和 加 工 精 度 , 電 機(jī) 需 要 具 備 在 停 機(jī) 時(shí) 自 鎖 功能 , 所 以 所 選 電 機(jī) 為 混 合 式 步 進(jìn) 電 機(jī) 。然而在部分要求不高的場(chǎng)合比如機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 15 圖 6 加減速特性曲線機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。但逐漸上升和逐漸下降的加速時(shí)間和減速時(shí)間不太小,否則便會(huì)出現(xiàn)失步和超步現(xiàn)象。電機(jī)速度調(diào)整的特性是指在電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)到啟動(dòng)狀態(tài)和電機(jī)由啟動(dòng)狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的過(guò)程中定子繞組的通斷電狀態(tài)的頻率和實(shí)踐之間的關(guān)系。(4) 無(wú)間斷運(yùn)行時(shí)的最高頻率 fmax。如果啟動(dòng)的時(shí)候啟動(dòng)頻率不小于瞬跳頻率,電機(jī)就無(wú)法保證正常的工作。(3) 啟動(dòng)頻率 fq。(2) 矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 Mjmax 和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mq。在數(shù)控機(jī)床上常見(jiàn)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角為 30 度。所謂的步進(jìn)電機(jī)的步距角為電機(jī)定子每改變一次通電狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。綜上所述,我們可以得到如下的結(jié)論:(1) 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)定子繞組改變一次通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子便會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角 α;(2) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序改變,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)改變;(3) 步進(jìn)電機(jī)的定子繞組通電狀態(tài)改變的越快,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越快,即通電狀態(tài)的頻率越高,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越快;(4) 步進(jìn)電機(jī)步距角 α與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k 有關(guān),可用下式表示: ??036/mzk??式中 m 相 m 拍時(shí),k=1;m 相 2m 拍時(shí),k=2 ;依此類推。當(dāng) A 相繞組通電時(shí), 3 兩極和 A 相的兩極相對(duì)齊,以此類推,當(dāng) B 相通電、A 相斷電時(shí), 4 兩極和 B 相的兩極對(duì)齊。因此當(dāng)采用三相六拍得通電方式工作時(shí),可使步距角 α減小一半。當(dāng) A 相和 B 相同時(shí)通電變?yōu)?B 相單獨(dú)通電時(shí),轉(zhuǎn)子上的磁極將再以順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn) 30 度與 B相磁極對(duì)齊。當(dāng)電機(jī)以三相六拍的通電方式工作時(shí),當(dāng)由單一的 A 相通電變?yōu)?A、B 相同時(shí)通電時(shí),轉(zhuǎn)子上的磁極將同時(shí)受到 A 相和 B 相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用,在兩力的相互作用下轉(zhuǎn)子磁極便會(huì)位于 A 相和 B 相磁極之間,此時(shí)步距角 α第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 13 為 30 度。第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 12 圖 3 五定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖 4 一段定子、轉(zhuǎn)子及磁回路以上所述通電方式為三相三拍的。如果控制線路無(wú)限的按 A→B→C→A 的順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電狀態(tài),步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便會(huì)一直按順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。所謂的步距角 α為步進(jìn)電機(jī)的繞組每改變一次通斷電的狀態(tài)其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。圖 5 中,當(dāng)直流電通入 A 相繞組時(shí),由電磁學(xué)的原理,在 AA 的方向上便會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),在磁場(chǎng)力的作用下,便會(huì)吸引轉(zhuǎn)子,便會(huì)使轉(zhuǎn)子上的齒和定子AA 極上的齒相對(duì)齊。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上就是電磁鐵的工作原理。當(dāng)對(duì)為位于定子鐵心環(huán)形槽內(nèi)的定子繞組通電時(shí)就會(huì)形成環(huán)行繞組,構(gòu)成如圖所示的磁力線。轉(zhuǎn)子也是有硅鋼片疊壓形成的其形狀像外齒輪。圖示,第三章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 11 在軸向步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子分成五段,其中每段都由一相獨(dú)立的定子繞組、定子鐵心和轉(zhuǎn)子,具體見(jiàn)圖 3。當(dāng) A 相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊的時(shí)是, B 相磁極上的小齒剛好超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒 1/3 齒距角,C 相磁極上的小齒超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒三分之二齒距角。的小齒,結(jié)構(gòu)上和磁極上的小齒類似。定子磁極上開(kāi)了 5 個(gè)齒槽等寬,齒間夾角為 9176。由繞值在定子鐵心上的分布均勻的線圈組成定子繞組,控制繞組由直徑的方向第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 10 上的相對(duì)的兩齒上的線圈串聯(lián)構(gòu)成的,圖 1 的步進(jìn)電機(jī)可為三相控制繞組,也稱為三相步進(jìn)電機(jī)。此步進(jìn)電機(jī)和普通的電機(jī)一樣,由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成,定子由定子鐵心和定子繞組組成。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可分為軸向和徑向分相兩種形式,見(jiàn)表所述。m 以上,可以帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)。按輸出力矩大?。?)伺服式步進(jìn)電機(jī):電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力矩在幾百分之一到幾十分之一之間,只能帶動(dòng)較小負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng),在帶動(dòng)較大負(fù)載的部件運(yùn)動(dòng)時(shí)需要液壓扭矩放大器。 表 步進(jìn)電機(jī)的分類分 類 方 式 具 體 類 型按力矩產(chǎn)生的原理(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī):轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組,而是由定子被勵(lì)磁所激產(chǎn)生反應(yīng)力實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多,常見(jiàn)的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。但由于此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)不存在反饋檢測(cè)環(huán)節(jié),因此精度較差,速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。在此伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。md10ax?m5ind由《實(shí)用機(jī)床手冊(cè)》得:銑削功率 46?VFPzm銑 削 力 FZowfpz ??銑削力修正系數(shù) kmFZK? 高速鋼銑刀 ,前角系數(shù)?15or93.?主偏角 = = ?k7kFZ因此 ??FZ第二章 教學(xué)型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)方案 8 —工 件 材 料 的 抗 拉 強(qiáng) 度 ;b?—銑 削 深 度 ;pa—?dú)?齒 進(jìn) 給 量 ;f—銑 削 寬 度 ;w—銑 削 直 徑 ;odZ—銑 刀 齒 數(shù) ,現(xiàn) 取 =,=6424 5 10 2=?=10400/1000=??=?Pzm W3,1,1,2主 電 機(jī) 的 選 擇選主軸電機(jī)時(shí)按銑
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