經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床X-Y工作臺設(shè)計3

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附一： 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 系 部 機械工程系 指導(dǎo)教師 李奕 職 稱 講師 學(xué)生姓名 章文兵 專業(yè)班級 09控 3 班 學(xué) 號 0925012315 設(shè)計題目 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 設(shè) 計 內(nèi) 容 目 標(biāo) 和 要 求 （設(shè)計內(nèi)容目標(biāo)和要求、設(shè)計進(jìn)度等） 本課題改造設(shè)計經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，應(yīng)滿足實用和加工精度的要求。 1. 調(diào)研：了解各種數(shù)控 銑床 進(jìn)給伺服系統(tǒng)中二維工作臺的工作性能和加工要求情況，了解開環(huán)伺服傳動系統(tǒng)的組成和特點，提出應(yīng)滿足的技術(shù)要求和條件，分析、比 較各種可能的方案并提出初步設(shè)計方案； 2. 研究和確定數(shù)控 銑床 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，要求有必要的分析和計算過程； 3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求畫出總體結(jié)構(gòu)圖、關(guān)鍵零部件圖并對關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核和驗算； 4. 控制系統(tǒng)設(shè)計，畫出控制系統(tǒng)原理圖； 5. 基本技術(shù)要求： 結(jié)構(gòu)尺寸：普通銑床 數(shù)控銑 床的設(shè)計參數(shù)： 規(guī) 格 工作臺行程(工作臺、夾具及工作重力(N) 工作臺 快移速度 (m/最大進(jìn)給速度 (m/走刀方向最大切削分力 /垂向最大切削分力 x,N) 啟動加速時間位精度 縱向 Y 橫向 X 縱向 Y 橫向 X 縱向 Y 橫向 8003 200 616 176 2750 4400 18 18 500/1000 30 ± 據(jù)數(shù)控機床要求，由調(diào)研確定工作臺定位精度和重復(fù)定位精度、脈沖當(dāng)量等參數(shù)； 7. 繪制主要零部件圖不少于 2 張，裝配圖 1 張； 8. 設(shè)計進(jìn)度： 1) 1— 5 周，主要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計準(zhǔn)備工作，熟悉題目，收集資料，進(jìn)行畢業(yè)實習(xí)，明確研究目的和任務(wù)，構(gòu)思總體方案； 2) 6— 10 周， 設(shè)計計算， 繪圖； 3) 11— 13 周，編寫畢業(yè)設(shè)計論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系 部審 核 此表由指導(dǎo)教師填寫 由所在系部審核 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生開題報告 課題名稱 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 課題類型 實踐應(yīng)用型 指導(dǎo)老師 李奕 學(xué)生姓名 章文兵 學(xué)號 0925012315 專業(yè)班級 09控 3 班 本課題的研究現(xiàn)狀，研究目的及意義 研究現(xiàn)狀：隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，機床工業(yè)的發(fā)展也日新月異。用于自動控制的數(shù)控機床在提高效率，節(jié)省人力 ，提高加工精度，降低加工費用等方面具有很大的優(yōu)越性。目前，數(shù)控機床、加工中心、分布式數(shù)控（ 配置的數(shù)控系統(tǒng)大多依據(jù)專用的計算機而設(shè)計，一般都采用費標(biāo)準(zhǔn)接口，而且使用不同的匯編語言及操作系統(tǒng)，不少機床產(chǎn)品已在 T 制作用戶界面， 作程序更便于用戶接受及操作。近年來，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元 實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng) 基礎(chǔ)，使數(shù)控機床向著高柔性、高集成度、智能化方向發(fā)展。相比之下，我國的機床工業(yè)水平雖然發(fā)展很快，但與國際 先進(jìn)水平還有一定的差距，尤其是高級型數(shù)控機床還處于低水平階段，主要表現(xiàn)在：可靠性差，質(zhì)量不好，產(chǎn)品開發(fā)周期長，科技含量低，我國已經(jīng)是世界上數(shù)控機床產(chǎn)量大國，但還不是制造強國，生產(chǎn)的數(shù)控機床大多是經(jīng)濟(jì)型、普及型。開發(fā)高檔次的數(shù)控機床要借鑒國外經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新，是我國的數(shù)控機床水平有一個質(zhì)的飛躍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的發(fā)展也越來越快，正朝著高性能、高精度、高柔性化和模塊化的方向發(fā)展，數(shù)控機床的加工速度越來越快，加工精度越來越高，可靠性越來越好，隨著數(shù)控系統(tǒng)集成度的增強，數(shù)控機床也會實現(xiàn)多臺集中控制，甚 至遠(yuǎn)距離遙感。目前，國內(nèi)外正在研究根據(jù)人的聲音來控制機床的技術(shù)，由機器自己識別圖樣并進(jìn)行自動 工的技術(shù)，是數(shù)控機床向著更高人工智能方向發(fā)展。 數(shù)控機床作為一種高精度的自動化機床，綜合應(yīng)用了電子、計算機、自動控制和機床制造領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，在我國工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用。它很好的解決了現(xiàn)代機械生產(chǎn)中加工工件精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多批量小的問題，而且加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率大幅提高。綜合我國國情，價格昂貴的中、高精度的全功能數(shù)控機床難以被廣大生產(chǎn)企業(yè)所接受，因此價格相對低廉的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng) 用。但開發(fā)具有部分高檔功能的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)具有很大的意義。 目前 國 內(nèi) 中小企業(yè)多采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控沖床系統(tǒng)，其加工速度慢、編程復(fù)雜、人機界面不友好，因此生產(chǎn)效率低、工人勞動強度大。因此研制和開發(fā)一套基于雙單片機的沖床數(shù)控系統(tǒng)，用于裝配新沖床或?qū)?jīng)濟(jì)型數(shù)控沖床進(jìn)行改造，能夠有效的改善人機界面、提高加工速度、方便操作人員編寫用戶加工程序，對提高企業(yè)生產(chǎn)效率、改善工人的工作環(huán)境有很 大的實際意義 。 本設(shè)計是在數(shù)控機床工作原理之上設(shè)計一臺簡單的、經(jīng)濟(jì)型的 控銑床工作臺。 計是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度。它充分的利用了，微機的軟件與硬件功能以實現(xiàn)對機床的控制，使機床的加工范圍擴(kuò)大，精度和可靠性進(jìn)一步得到提高。設(shè)計任務(wù)是完全圍繞數(shù)控機床工作原理而展開的，本設(shè)計充分體現(xiàn)了數(shù)控機床機械設(shè)備部分與電氣設(shè)備部分的緊密結(jié)合。 研究目的及意義： 隨著機械制造工業(yè)的迅速發(fā)展和科技水平的不斷進(jìn)步，用于自動控制的數(shù)控機床代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通機床，得到迅速而廣泛的運用，機床的傳動系統(tǒng)由原來的有級變速傳動到現(xiàn)在的由計算機控制伺服電機的無級變速傳動。因此，我們對 機床工作臺的設(shè)計就顯得非常重要；由于數(shù)控機床技術(shù)含量高、成本昂貴，若中小企業(yè)廣泛采用數(shù)控機床不僅費用高而且資源浪費。因此，對普通機床進(jìn)行數(shù)控化改造也成了人們近年來研究的課題。本次畢業(yè)設(shè)計“經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床作臺改造設(shè)計”就是從以上幾點出發(fā)，綜合運用機械、電子和計算機知識而進(jìn)行的一項結(jié)合的基本訓(xùn)練，其主要目的是強化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時進(jìn)一步掌握數(shù)控機床控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，通過對控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計，掌握數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計的基本方法；通過對數(shù)控銑床工作臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計，培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的能力，對 自己來說也是有很大的提高，從而達(dá)到選題的目的；通過這套數(shù)控機床控制系統(tǒng)的研究和普通機床的數(shù)控化改造，提供了必要的參數(shù)依據(jù)，對數(shù)控系統(tǒng)的研究也有一定的現(xiàn)實意義。 本課題的研究內(nèi)容 主要的研究內(nèi)容是數(shù)控機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計，數(shù)控機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)是 置實現(xiàn)軌跡控制的執(zhí)行部件，涵蓋了在給定的設(shè)計條件下如何來確定機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總體方案，在具體方案設(shè)計中，又涉及了導(dǎo)軌形式的選擇，滾珠絲杠螺母副及其支承方式的選擇，伺服系統(tǒng)與驅(qū)動電動置頂帖的選擇和驅(qū)動電動機與滾珠絲杠連接形式的選擇等等。為了保證 機床坐標(biāo)軸的定位精度和各功能部件工作的可靠性，必須進(jìn)行機械傳動系統(tǒng)的軸向剛度計算、誤差分析和動態(tài)特征分析。在此基礎(chǔ)上還要對各傳動部件進(jìn)行必要的穩(wěn)定性較核 計算和電動機的造型計算，既具有一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，又具有較強的理論，主要設(shè)計如下： （ 1） 進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括：進(jìn)給傳動系統(tǒng)的軸向負(fù)載計算，導(dǎo)軌的設(shè)計與選型，滾珠絲杠螺母的選型與計算，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的剛度計算，進(jìn)給傳動系統(tǒng)的誤差分析，驅(qū)動電動機的選型與計算，寄給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，驅(qū)動電動機與滾珠絲杠的連接。 （ 2） 控制系統(tǒng)設(shè)計，包括：控制系統(tǒng)硬件的基本組成，控制 系統(tǒng)軟件的組成與結(jié)構(gòu)，計算機伺服控制系統(tǒng)和 制系統(tǒng) 本課題研究的實施方案，進(jìn)度安排 為了滿足以上技術(shù)要求，采取以下技術(shù)方案 : （ 1） 工作臺工作面尺寸（寬度 3 長度）確定為 200800 2） 對滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊措施，并對滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸。 （ 3） 采用 步進(jìn) 電動機驅(qū)動。 （ 4） 采用 齒輪減速的方法 將 步進(jìn) 電動機與滾珠絲杠 相 連。 進(jìn)度安排 5 周 完成開題報告 6 周 完成總體方案設(shè)計 7 完成進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 10 周 完成控制系統(tǒng)設(shè)計 11 完成進(jìn)給系統(tǒng)裝配的繪制 13 周 完成硬件控制電路圖的繪制 14 周 完成設(shè)計說明書 15 周 答辯 已查閱的主要參考文獻(xiàn) [1]范超毅 ， 趙天嬋 ， 吳斌方 中國 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2006. [2]機床設(shè)計手冊 編寫組 三冊） [M]械工業(yè)出版社， 1986. [3]加工中心應(yīng)用與維修 編委會 M]械工業(yè)出版社， 1992. [4]李福生 M]北京出版社， 1993. [5]黃華梁，彭文生 北京：高等教育出版社， 2007. 指導(dǎo)老師意見 指導(dǎo) 教 師簽名： 年 月 日 3 畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué)生申請答辯表 課 題 名 稱 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 指導(dǎo)教師 (職稱 ) 李奕 申 請 理 由 畢業(yè)設(shè)計已完成 ，申請答辯 學(xué)生所在系部 機械工程系 專業(yè)班級 09控 3 班 學(xué)號 0925012315 學(xué)生簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評審表 序號 評分項目（理工類） 滿分 評分 1 工作量 15 2 文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯 10 3 技術(shù)水平與實 際能力 25 4 研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識 25 5 文字表達(dá) 10 6 學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評 語 （ 是否同意參加答辯） 指導(dǎo)教師簽名： 另附《畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)記錄冊》 年 月 日 4 畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱人評審表 學(xué)生姓名 章文兵 專業(yè)班級 09控 3 班 學(xué)號 0925012315 設(shè)計 (論文 )題目 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 評閱人 評閱人職 稱 序號 評分項目（理工類） 滿分 評分 1 工作量 15 2 文獻(xiàn)閱讀與外文翻譯 10 3 技術(shù)水平與實際能力 25 4 研究成果基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識 25 5 文字表達(dá) 10 6 學(xué)習(xí)態(tài)度與規(guī)范要求 15 總 分 100 評 語 評閱人簽名： 年 月 日 5 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯表 學(xué)生姓名 章文兵 專業(yè)班級 09班 學(xué)號 0925012315 設(shè)計 (論文 )題目 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 序號 評審項目 指 標(biāo) 滿分 評分 1 報告內(nèi)容 思路清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論有應(yīng)用價值。 40 2 報告過程 準(zhǔn)備工作充分 ,時間符合要求。 10 3 創(chuàng) 新 對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨特見解。 10 4 答 辯 回答問題有理論依據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準(zhǔn)確，深入。 40 總 分 100 答 辯 組 評 語 答辯組組長（簽字）： 年 月 日 答辯 委員會 意見 答辯 委員會負(fù)責(zé)人 （簽字）： 年 月 日 6業(yè)設(shè)計（論文）答辯記錄表 學(xué)生姓名 章文兵 專業(yè)班級 09班 學(xué)號 0925012315 設(shè)計 (論文 )題目 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 答辯時間 答辯地點 答辯委員會名單 問題 1 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題 2 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題 3 提問人： 問題： 回答（要點）： 記錄人簽名 （不足加附頁） 6 提問人 ： 回答（要點）： 問題 5 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題 6 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題 7 提問人： 問題： 回答（要點）： 問題 8 提問人： 問題： 回答（要點）： 記錄人簽名 7 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定總表 學(xué)生姓名： 章文兵 專業(yè)班級： 09控 3 班 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 注：成績評定由指導(dǎo)教師、 評閱人和答辯組分別給分 (以百分記 )，最后按“優(yōu) (90、“良 (80、“中 (70、“及格 (60、“不及格 (60 以下 )”評定等級。其中，指導(dǎo)教師評定成績占 40%，評閱人評定成績占 20%，答辯組評定成績占 40%。 成績類別 成績評定 Ⅰ指導(dǎo)教師評定成績 Ⅱ評閱人評定成績 Ⅲ答辯組評定成績 總評成績 Ⅰ3 40%+Ⅱ3 20%+Ⅲ3 40% 評定等級 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺改造設(shè)計 學(xué)生姓名： 章文兵 學(xué) 號 ： 0925012315 所在系部： 機械工程系 專業(yè)班級： 09 數(shù)控專 3 班 指導(dǎo)教師 ： 李奕 （講師 ） 日 期 ： 二○一二年五月 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名 ： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)院有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)院保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1、保密 □，在 年解密后適用本授權(quán)書。 2、不保密 □。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 1 摘 要 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當(dāng)今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔 次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù) (1T)與制造技術(shù) (合發(fā)展的結(jié)果。現(xiàn)代的 捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識是現(xiàn)代機電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。 本次設(shè)計內(nèi)容介紹了數(shù)控 銑床 的特點、 電機選型 以及 計算誤差 的一般 分析 。并通過一定的實例詳細(xì)的介紹了數(shù)控 車床改造 的分析方法。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控改造 步進(jìn)電動機 電氣控制 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 2 in in it in s to to s s as as is is 1T) of of is is of is s as as s 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 3 目 錄 摘要 ??????????????????????????????? Ⅰ ?????????????????????????? Ⅱ 引言 ??????????????????????????????? 6 1 概述 ?????????????????????????? ???? 7 2 設(shè)計計算 ????????????????????????? ?? 8 算 切削分力 ????????????????????????? 8 軌摩擦力的計算 ???????????? ???????? ? ?? 8 算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力???????? ????? ?? ? 9 珠絲杠的動載荷計算與直徑估算 ???????? ??? ??? ?? 9 定滾珠絲杠的導(dǎo)程 ????????????? ? ???? ? 9 算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 ????? ?? ?? 9 定滾珠絲杠預(yù)期的額定功率 ?????????? ??? ? ? 11 精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 ????? ?? 11 步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號??? ????? ???? 12 定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力???????????? ??? 12 算滾珠絲杠螺母副的目標(biāo)行程補償 值與預(yù)緊伸力?????? 13 定滾珠絲杠螺母副支撐用的規(guī)格型號??????????? 15 3 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗 ??????????????? 15 珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗?????????? ?? ?? 15 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 4 珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗???????????????? 15 珠絲杠螺母副壽命的校驗?????????????? ???? 15 4 計算機械傳動系統(tǒng)的剛度 ????????????????? ?? 17 械傳動系統(tǒng)的剛度計算??????????? ??????? 17 珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算???????? ???????? 17 算滾珠與滾道的接觸剛度 ???????????????? 17 算進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 ?? ??????????? ?? 18 輪傳動比的計算 ??????????????????? ?? 18 5 驅(qū)動電動機的選用與計算 ?????????????????? ?? 20 算折算到電動機軸上的負(fù)載慣量?????????? ????? 20 算折算到電動機軸上的負(fù)載力矩????????? ?????? 21 算坐標(biāo)折算到電動機軸上的各種所需的力矩????????? ? 22 擇驅(qū)動電動機的型號??????????????? ???? 23 6 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析 ???????????????? ? ?? 24 算絲杠 ??????? ?? 24 算扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的最低固有頻率 ???????????? ??? 24 7 機械傳動系統(tǒng)的誤差計算與分析? ????????????? ? ?? 25 算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)Δ??????????? ????? 25 算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差 ????? ? 25 算滾珠絲杠因扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的誤差???????????? ?? 25 8 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級和規(guī)格型號????????? ? ?? 26 定滾珠絲杠螺母副的精度等級???????????? ???? 26 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 5 定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號????????????? ??? 26 9 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計 ???????????????????? ?? 27 結(jié)論 ??????????????????????????????? 33 參考文獻(xiàn)????????????????????????????? 35 致謝??????????????????????????????? 36 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 6 引 言 由于歷史的原因，我國 普通加工設(shè)備多，數(shù)控加工設(shè)備少；老設(shè)備多，新設(shè)備少。許多企業(yè)的機床精度差、故障率高。數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。對普通機床進(jìn)行數(shù)控改造可以使它具有好的加工精度，同時還具有數(shù)控加工的功能，且投資少，便于操作維修，可以采用最新的控制技術(shù)，及時提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率。對現(xiàn)有普通機床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造已成為了發(fā)展方向，是符合我國 國情的一種有效途徑。 在實際生 產(chǎn)中銑床的應(yīng)用十分廣泛。數(shù)控銑床是一種加工功能很強的數(shù)控機床。能實現(xiàn)點位控制功能、連續(xù)輪廓控制功能、刀具半徑自動補償功能、刀具長度補償功能、鏡像加工功能、固定循環(huán)功能、特殊功能等。 數(shù)控銑床比傳統(tǒng)普通銑床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 (1)可以加工出傳統(tǒng)銑床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確 的計 算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 (2)可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng) 銑床提高 (3～ 7)倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控銑床只要更換一個程序，就 而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。 (3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 (4)可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在銑床間的頻繁搬運。 (5)由以上四條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力 (一個人可以看管多臺銑床 )，減少了 短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周 期，可對市場需求 做出 快速反應(yīng)等。 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 7 1 概述 設(shè)計題目： 8003 200（工作臺工作面積 長3寬 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 作臺設(shè)計。 表 1控 作臺設(shè)計參數(shù) 規(guī)格 工作臺行程（ 工作臺、夾具及工件重力（ N) 工作臺快移速度（ m/最大進(jìn)給速度（ m/走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y 向相同 啟動加速時間位精度 mm x 縱向 y 縱向 x 縱向 y 縱向 x 縱向 y 縱向 x 縱向 y 縱向 800×200 616 176 2750 4400 18 18 500/1000 30 +北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 8 2 設(shè)計計算 確定脈沖當(dāng)量 縱向： 橫向： 算切削 分 力 （ 1）根據(jù)已知條件， 650N， 100N 根據(jù) 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表 2 ?? F > 類銑削為不對稱端銑中的逆銑。 (2)計算各切削分子 根據(jù) 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表 2得工作臺縱向切削力 橫向切削力 1000N 300N 軌摩擦力 的 計算 （ 1） 按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式計算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦 時導(dǎo)軌動摩擦系數(shù) μ=表鑲條緊固力由差值法計算 設(shè) 在主電動機功率為 ， 000 N μ（ W+c+ = ?1000130020002750 ???? =2)按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式計算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力 0湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 9 X 縱向： (W+2750+2000)N= 0（ W+2750+2000)N=950N Y 橫向： μ（ W+c+=1305N (W+960N 0（ W+1280N 算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù) 載力 （ 1）按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式計算最大軸向負(fù)載為 X 縱向： 1 +1650+= Y 橫向： 1 +805N (2)按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式計算最小軸向負(fù)載力 向： Y 橫向： 60N 珠絲杠的動載荷計算和直徑估算。 定滾珠絲杠的導(dǎo)程 a、初選滾珠絲杠的導(dǎo)程為 0 算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷 將強力切削時的軸向載荷定為最大軸向載荷 一般切削（粗加工）和精細(xì)切削（精加工）時，滾珠絲杠螺母副的軸向載荷 2F ，3 2F = F 20% F 3F= % 業(yè)論文） 10 表 2控銑床滾珠絲杠的計算 切削方式 軸向載荷 /N 進(jìn)給速度 時間比例 /(%) 備注 強力切削 X： ： 2805 1v=0 1F = 一般切削（粗加工） X： 1224 Y： 1521 2v=0 2F = 20%加工） X： ： v=1 50 3F = 5% X： ： 960 4v =18 10 4F =)計算滾珠絲杠螺母副在各種切削條件下的轉(zhuǎn)速 ni m 0m 011 ??? ?m 0m 022 ??? ?m 00m 3033 ??? ?m 8 0 0m 010 18 3044 ??? ?(3)按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式計算滾珠絲杠螺母副的平均速度nn ??????? 100100100100332211 ?m i n/2 6 0m i n/)1 8 050246(m i n/)1 8 0 01 0 0101 0 01 0 050801 0 030601 0 010(??????????? (4)按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式計算滾珠絲杠螺母副 的平均載荷 縱向： 322321131 100100100 ???????? = 橫向： 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 11 322321131 100100100 ???????? = 確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷1）按預(yù)定工作時間估算。查 《數(shù)控技術(shù)課 程設(shè)計》 表得載荷系數(shù)知初步選擇的滾珠絲杠的精度為 2 級，查 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表得精度系數(shù)，查 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表得可靠性系數(shù)由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式得 X 縱向： 00··603=0920000260603 ?? ????=18225N （ 2）因?qū)L珠絲杠螺母副將實施預(yù)緊，所以按公式估算最大軸向載荷。查表2：預(yù)加載荷系數(shù)，ef 3）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動載荷 取以上兩種結(jié)果的最大值，即8225N 同理： Y 橫向： 00··603= 按精 度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。 已知工作臺的定位精度為 10μ m，重復(fù)定位精度為 20μ m，根據(jù)公式以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求得：1（ 1/3~1/2）3 20μ m=（ 0）μ m 2（ 1/3~1/4）3 10μ m=（ m 取上述計算結(jié)果的較小值，即m （ 2） 估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 本機床工作臺（ x 軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定方式 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 12 滾珠絲杠螺母副的兩個固定支撐之間的距離為 L=行程 +安全行程 +23余程 +螺母長度 +支承長度 ≈（ 程 +（ 25~30）0=程 +300L=（ 616+303 12） 162∵0F=950N，由公式得，≥ ? ≥ 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 根據(jù)計算所得的0L，內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母絲滾珠絲杠螺母副 010共稱直徑0d，基本導(dǎo)程0L，額定動載荷d 如下： 0L=10d=40mm，6500N＞8225N 2d =滿足要求。 公式確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力 X 縱向： 橫向： 35N （ 1）按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 式 2算目標(biāo)行程補償值t?。 已知溫度變化值△ t=2℃，絲杠的線膨脹系數(shù)α =113 10 6? μ m/℃，滾珠絲杠螺母副的有效行程。 作臺行程 +安全行程 +23余程 +螺母長度 安全行程（ =00L=（ 616+53 10+23 10+108） 94理： Y 橫向 作臺行程 +安全行程 +23余程 +螺母長度 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 13 =176+53 10+23 10+108=354： X： t?=113△ t310 6? =： t?=113 △ t310 6? = 2）按公式計算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力 已知滾珠絲杠螺紋底徑2d=珠絲杠溫升變化值△ t=2℃。 則 X： t3 22d=23 同 Y： t3 22d== 確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號 （ 1） 按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式 2算軸承所受的最大軸向載荷tF+ Y 橫向 ： tF+ 2） 計算軸承的預(yù)緊力 31 橫向： 31 3）計算軸 承的當(dāng)量軸向載荷 4）按《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式 2算軸承的基本額定動載荷0n=60r/承所承受的當(dāng)量軸向載荷承的基本額定壽命 L=20000h。軸承的徑向載荷 軸向載荷 = Y 橫向： = Y 橫向： 查 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表 2，徑向系數(shù) x=北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 14 軸向系數(shù) y=： P= 縱向： C=10P2 3 60 橫向： C=10P2 3 60 5）確定軸承的規(guī)格型號。 因為滾珠絲杠螺母副擬采用預(yù)拉伸措施，所以選用 60°角接觸球軸承組背對背安裝，以組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。由于滾珠絲杠的螺紋底徑2d =以選用軸承內(nèi)徑 d 為 30 在滾珠絲杠的兩個固定端均選擇國產(chǎn) 60°角接觸軸承兩件一組背對背安裝組成滾珠絲杠的兩端固定支承方式，軸承的型號為： 7603064寸（內(nèi)徑3 外徑3寬度）為 30 72 19用脂潤滑 ， 該軸承的預(yù)載荷能力 '2900 N ,大于計算所得的軸承預(yù)緊力 在脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 1900 r/高于滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速 800r/滿足要求。該軸承的額定動載荷為 'C =34500 N,而該軸承在 20000h 工作壽命下的額定載荷 C=滿足要求。 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 15 3 滾珠絲杠螺母副的承載能力校驗 珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗 本工作 臺的滾珠絲杠支承方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。因此， 不存在壓桿不穩(wěn)定問題。 珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速根據(jù)計算 知，可得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度 2L =919直彈性模量 E=510 料密度ρ =510? N/ 3重力加速度 g=310 2s ，安全系數(shù) 1K =表 2λ =珠絲杠的最小慣性矩為： I=64π 42d=67909 4滾珠絲杠的最小截面積為： A=4π 22d=故可由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式 2：18918r/工作臺滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為 1800r/遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。 珠絲杠 螺母副額定壽命的校驗 滾珠絲杠螺母副的壽命主要指疲勞壽命。它是指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠在相同的條件下回轉(zhuǎn)時，其中 90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)速 。 查 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表 滾珠絲杠的動載荷6500N，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)，滾珠絲杠的軸向載荷aF=滾珠絲杠螺母副運轉(zhuǎn)速度 n=800r/ 故由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式得： L=（ 3 3 610 = 63 ???????=910 r （畢業(yè)論文） 16 同理 Y： L=910 r 同理 Y： 4411h 一般來講在設(shè)計數(shù)控機床時，應(yīng)保證滾珠絲杠螺母副的總時間 壽命0000h，故滿足要求 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 17 4 計算機械傳動系統(tǒng)的剛度 算滾珠絲杠的拉壓剛度圖知，當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心位于滾珠絲杠兩支承的中心位置（ a=L/2， L=1222，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度按 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式（ 2算。 210 m 當(dāng) a= 919 a=03（即滾珠絲杠的螺母中心位于行程的兩端位置時）滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度按公式計算。 210)(422 m 算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度60°，滾珠體直徑珠體 個數(shù) Z=17，軸承的最大軸向工作載荷 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 表得： 3 3 5m a x2 s Y 橫向：3 3 5m a x2 s 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 滾珠與滾道的接觸剛度 K=1585N/μ m，額定動載荷6500N，滾珠絲杠上承受的最大軸向載荷由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式（ 2 : (F)31 =1585 ???????= m Y 橫向：805N,，(F)31 =（畢業(yè)論文） 18 算進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 K。 由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式得進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為： =8 9 1 ??=00N/μ m 由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 公式得進(jìn)給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值為： = ??= m 同理 Y 橫向： 00N/μ m 333N/μ m （ 2）滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度計算 由 計算 知，扭矩作用點之間的距離 2L =1020知剪切模量 G=10 珠絲杠的底徑 2d =310? m，由公式得： ?K=242輪傳動比的計算 由于脈沖當(dāng)量δ =0選電動機步距角 ⅰ =??3600北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 19 可選定齒輪齒數(shù)為 20， 42 因進(jìn)給運動齒數(shù)受力不大，模數(shù) 。 表 3輪減速裝置參數(shù) 齒數(shù) 20 42 20 40 分度圓 22 40 84 40 80 齒頂圓 2a ?? 44 88 44 84 齒根圓 f ??? 寬 ? ? 20 20 20 20 中心距 ? ? 2/1 ?A 62 60 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 20 5 驅(qū)動電動機的選用與計算 縱向計算： W 3 2動機 1Z 3 1J 圖 5級減速 算折算到電動機軸上的負(fù)載慣量 （ 1） 計算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 已知滾珠絲杠的密度ρ =310 3m ，由公 式得 3r ????? ?J c 2m （ 2） 分別計算兩個齒輪傳動的轉(zhuǎn)動慣量 1J ， 2J 。 1J = 1413 ?? =c 2m 2J = 2423 ?? =c 2m W=2750N （ 3） 由 《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計》 式（ 2算加在電動機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量? ????????? ????????? 20c 2m 湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文） 21 橫向計算： 1J 圖 5級減速 3J=3433 ??=c 2m 4J = 4443 ?? =c 2m 由 《數(shù)控技術(shù)課程 設(shè)計》 公式得， ? ? ???????? ??????????????2c 2m 算折算到電動機軸上的負(fù)載力矩 （ 1） 計算切削負(fù)載力矩削狀態(tài)下坐標(biāo)軸的軸向負(fù)載力aF=動機每轉(zhuǎn)一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離