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0天津职业技术师范大学课程设计说明书立式数控铣床工作台(Y轴)设计院(系)机械工程学院专业机电技术教育班级机电1313学生沈志勇指导老师刘朝华2016年1月15日目录第一章前言............................................................................................................................2第二章概述............................................................................................................................3第三章设计主要步骤............................................................................................................33.1设计计算......................................................................................................................33.2滚珠丝杠螺母副的承载能力校验..............................................................................93.3计算机械传动系统的刚度........................................................................................103.4驱动电动机的选型与计算........................................................................................123.5机械传动系统的动态分析.........................................................................................153.6机械传动系统的误差与分析计算.............................................................................153.7确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和型号规格.........................................................16第四章工作台部件装配图..................................................................................................17参考文献..................................................................................................................................17致谢..........................................................................................................................................172第一章前言当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状在我国对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围覆盖很多领域。《数控机床》课程设计是一个重要的时间性教学环节,要求学生综合的运用所学的理论知识,独立进行的设计训练,主要目的:1、通过设计,使学生全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本组成及其想关知识,学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。2、通过对机械系统的设计,掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式3、通过对机械系统的设计,掌握常用伺服电机的工作原理、计算控制方法与控制驱动方式4、培养学生独立分析问题和解决问题的能力,学习并树立“系统设计”的思想5、锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力3第二章概述1.技术要求工作台、工件和夹具的总质量kgm800(所受的重力W=7800N),其中,工作台的质量kgm5000(所受的重力oW=4900N);工作台的最大行程mmLP600;工作台快速移动速度min/20000maxmmv;工作台采用贴塑导轨,导轨的动摩擦系数u=0.15,静摩擦系数0u=0.2;工作台的定位精度为35m,重复定位精度为25m;机床的工作寿命为20000h(即工作时间为10年)。对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施,并对滚珠丝杠进行预拉伸。机床采用主轴伺服电动机,额定功率KWPE5.6,机床采用端面铣刀进行强力切削,铣刀直径D=125mm,主轴转速min/280rn,切削状况如下表所示。切削方式进给速度/(m/min)时间比例/(%)备注强力切削0.610主电动机满功率条件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速进给1510空载条件下工作台快速进给2.总体设计方案为了满足以上技术要求,采取以下技术方案。(1)工作台工作面尺寸(宽度×长度)确定为400mm×1200mm。(2)工作台的导轨采用矩形导轨,在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯(PT-FE)导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙,在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙,并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。(3)对滚珠丝杠螺母副采用预紧措施,,并对滚珠丝杠进行预拉伸。(4)采用伺服电动机驱动。(5)采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠直连。4第三章主要设计步骤2.1设计计算1.主切削力及其切削分力计算(1)计算主切削力zF。根据已知条件,采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削(铣刀直径D=125mm)时,主轴具有最大扭矩,并能传递主电动机的全部功率。此时,铣刀的切削速度为:m/s83.1m/s602801012514.3603Dnv若主传动链的机械效率m=0.8,按式(2-6)可计算主切削力zF:N2841.53N1083.18.05.6N1033mzvPFE(2)计算各切削分力。根据表2-1可得工作台纵向切削力1F、横向切削力cF和垂向切削力vF分别为1F=0.4zF=0.4×2841.53N=1136.61NcF=0.95zF=0.95×2841.53N=2699.45NvF=0.55zF=0.55×2841.53N=1562.84N2.导轨的设计计算(1)按式(2-8a)计算在切削状态下的导轨摩擦力F。此时,导轨动摩擦系数=0.15,查表2-3得镶条紧固力ƒg=1500N则、F=(W+ƒg+cF+vF)N=0.15×(7800+1500+2699.45+1562.84)N=2034.34N(2)按式(2-9a)计算在不切削状态下的导轨摩擦力F0和导轨静摩擦力F0。F0=(W+ƒg)=0.15×(7800+1500)N=1395NF0=0(W+ƒg)=0.2×(7800+1500)N=1860N3.滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算(1)按式(2-10a)计算最大轴向负载力amaxF。5amaxF=1F+F=(1136.61+2034.34)N=3170.95N(2)按式(2-11a)计算最小轴向负载力aminF。aminF=Fμ0=1395N4.滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算1)确定滚珠丝杠的导程根据已知条件,取电动机的最高转速maxn=1500r/min,则由式(2-16)得13mm1500120000maxmax0invL2)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷(1)估算在各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷amaxF,快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷aminF。一般切削(粗加工)和精细切削(精加工)时,滚珠丝杠螺母副的轴向载荷2F、3F分别可按下式计算:2F=aminF+20%amaxF,3F=aminF+5%amaxF并将计算结果填入表4-2。表4-2数控铣床滚珠丝杠的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/(m/min)时间比例/(%)备注强力切削3170.95v1=0.610F1=Famax一般切削2029.19v2=0.830F2=Famin+20%Famax精加工切削1553.55v3=150F3=Famin+5%Famax快速进给1395v4=1510F4=Famin(2)计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速in。61500r/minr/min1010151010r/min010r/min101011010r/min80r/min10108.01010r/min06r/min10106.010103344333333223311vnvnvnvn(3)按式(2-17)计算滚珠丝杠螺母副的平均转速mn。mmmnqnqnqn1001001002211=230r/minr/min1500100101001005080100306010010)((4)按式(2-18)计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷mF。N1636.340.6513950.221553.550.102029.190.033170.951001023015001395100502301001553.5510030230802029.1910010230603170.9510010010033333333333322321131NNNqnnFqnnFqnnFFnmnnmmm3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷amC(1)按预定工作时间估算。查表2-28得载荷性质系数ƒw=1.3。已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级,查表2-29得精度系数ƒa=1,查表2-30得可靠性系数ƒc=0.44,则由式(2-19)得NNNfffFLnCcawmhm31477.530.4411001.31636.3420000032601006033am(2)因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧,所以可按式(2-21)估算最大轴向载荷。查表2-31得预加载荷系数ƒe=4.5,则N14269.275N3170.954.5amaxamFfCe7(3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷amC。取以上两种结果的最大值,即amC=31477.53N。4)按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径2md(1)根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为35m,重复定位精度为25m,根据式(2-23)、式(2-24)以及定位精度和重复定位精度的要求,得μm8.75~7m3541~51δμm12.5~8.33m2521~31δmax2max1)()()()(
本文标题:天津职业技术示范大学立式数控铣床Y轴说明书
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